JP5801952B2 - 位置付けビーム及び該位置付けビームを備えるロボット直線運動ユニット - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は２０１１年５月１６日に中国国家知的財産権局に提出した発明名称「位置付けビーム及び該位置付けビームを備えるロボット直線運動ユニット」（出願番号：２０１１１０１２６３８７．１）との発明特許出願の優先権を主張する。

本発明は、ロボット直線運動システム分野に関し、特に、位置付けビーム及び当該位置付けビームを備えるロボット直線運動ユニットに関する。

現在高速に発展している工業自動化時代において、ますます数多くの部分が自動化レベルの高い機器による実現を要求し、且つ人件費が絶えずに上昇し、作業環境に対する要求が高まっているので、ロボット製品が開発された。直角座標ロボットとは、文字通り、空間幾何関係がＸＹＺ方向に沿って形成した立体空間を動作空間とする工業自動化ロボット機器のことを言う。当該機器の工業応用において、異なるプログラムによって設定することによって自動制御を実現し、多用途の操作装置を形成することができる。

直角座標ロボットは、主に、直線運動ユニットと、駆動ユニットと、制御ユニットと、端末操作ユニットと、の四つの機能ブロックから構成される。直角座標ロボットのコストを低下し、製品の開発周期を短縮し、製品の信頼性を増加し、製品性能を向上するため、ヨーロッパ及びアメリカ合衆国の多くの国家では直角座標ロボットのブロック化を実現していて、その中、直線運動ユニットはブロック化における最も典型的で中心となるユニットである。いわゆる直線運動ユニットとは、全体の運動要素を一つの運動全体に加えたもので、運動支持部分（光てこ又は直線ガイド）と、位置付け物体材料部分（各種規格の材料）と、伝動部分（タイミングベルトプーリ及びタイミングベルト又はスクリュー）と、スライダー運動部分（タイミングベルト又はスクリューナットによる引っ張りによって運動する）と、を含む。

科学技術が絶えずに発展するに伴って、直角座標ロボットの性能に対し、高速、高精度、高信頼性、操作利便性、メンテナンス可能性等の一層高い要求が求められている。その中心ユニットである直線運動ユニットの信頼性、安定性、操作可能性、メンテナンス容易性等の性能はますます科学者に重視されていて、直線運動ユニットの性能の向上は位置付け物体材料部分と運動支持部分により決められる。既存の位置付け物体材料部分によると、普通のアルミニウム材料の中間断面にて伝動ユニットを装着するための装着空間を切り出し、運動支持部分は直接装着空間に配置され、これによって元の材料の機械構造を破壊し、全体構造の機械性能及び力学性能を低下させてしまう。そして、既存の位置付け物体材料部分と運動支持部分は、通常、一本のアルミニウム材料で片持ち構造を構成し、又は二本のアルミニウム材料でフレーム構造を構成し、長期の実践の結果、当該２種類のアルミニウム材料に基づく機械構造によると、いずれもそれぞれのたわみ変形及びねじり変形をもたらし、またロボット運動速度が高い時の耐衝撃性も低いことを発現した。これらの問題は高性能、高信頼性及び高精度が求められる直角座標ロボットの直線運動システムにとっては極めて致命的な問題である。

従って、機械構造が安定的で、たわみ変形、ねじり変形を低減でき、高耐衝撃性能を有する直線運動ユニットを提供することが要求される。

本発明は、既存の直線運動ユニットの位置付け物体材料がたわみ変形、ねじり変形しやすいので直線運動ユニットの耐衝撃性能が悪くなる問題を解決できる位置付けビーム及び当該位置付けビームを備えるロボット直線運動ユニットを提供することをその目的とする。

上記の目的を実現するため、本発明の一態様によると、互いに平行な第１のサポートビームと第２のサポートビームとを含み、第１のサポートビームと第２のサポートビームの間にクロスビームが接続され、クロスビームが第１のサポートビームと第２のサポートビームに垂直であり、且つクロスビームと第１のサポートビーム及び第２のサポートビームとの接続位置にいずれも直角コネクションが設置される位置付けビームを提供する。

また、各クロスビームと第１のサポートビーム及び第２のサポートビームとの接続位置の両側にいずれも直角コネクションが設置される。

また、第１のサポートビームと第２のサポートビームの端部に一体化又は分離可能な密封蓋板が設置される。

また、第１のサポートビームと、第２のサポートビームと、クロスビームがいずれもアルミニウム材料である。

本発明の他の一態様によると、上記位置付けビームの表面に設置される運動レールと、当該運動レールの延長方向に沿って配置される伝動機構と、を含むロボット直線運動ユニットを提供する。

また、伝動機構は、単レール伝動機構を含み、運動レールは位置付けビームの第１のサポートビームと第２のサポートビームに設置される単レールである。

また、伝動機構は、双レール伝動機構を含み、運動レールはそれぞれ位置付けビームの第１のサポートビームと第２のサポートビームに設置される第１レールと第２レールである。

また、伝動機構はスクリュー伝動機構である。

また、伝動機構はタイミングベルトプーリ伝動機構である。

また、位置付けビームの運動レールが装着される表面に運動レールを覆う防塵カバーが設置される。

本発明によると、以下のような効果を実現することができる。
第１のサポートビームと第２のサポートビームとの間にクロスビーム及び直角コネクションを設置することによって、位置付けビームの機械構造の強度を強化でき、位置付けビームのたわみ変形、ねじり変形を防止でき、ロボット直線運動ユニットの耐衝撃性能を向上できる。

上記の目的、特徴及びメリット以外に、本発明は他の目的、特徴及びメリットを有する。以下、図面を参照し、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明の一部を構成する図面は本発明を理解するためのもので、本発明における実施例及びその説明は本発明を解釈するもので、本発明を不当に限定するものではない。
図１は、本発明の好適な実施例に係わる単レール伝動機構に適用される位置付けビームの正面構造を示す図である。 図２は、本発明の好適な実施例に係わる単レール伝動機構に適用される位置付けビームの立体構造を示す図である。 図３は、本発明の好適な実施例に係わる単レール伝動機構に適用される二本の位置付けビーム上の二つの伝達機構を一つの駆動モーターで駆動する場合の正面構造を示す図である。 図４は、本発明の好適な実施例に係わる単レール伝動機構に適用される二本の位置付けビーム上の二つの伝達機構を一つの駆動モーターで駆動する場合の立体構造を示す図である。 図５は、本発明の好適な実施例に係わる双レール伝動機構に適用される位置付けビームの立体構造を示す図である。 図６は、本発明の好適な実施例に係わる双レール伝動機構に適用される位置付けビームにスクリュー伝動機構を装着した場合の立体構造を示す図である。 図７は、本発明の好適な実施例に係わる双レール伝動機構に適用される位置付けビームにタイミングベルトプーリ伝動機構を装着した場合の立体構造を示す図である。

以下、図面にあわせ、本発明の実施例を詳しく説明する。本発明は特許請求の範囲によって限定され、及びカバーされるさまざまな形態で実施できる。

図１と図２に示すように、本発明の一態様によると、互いに平行な第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２とを含み、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２との間にクロスビーム１３が接続され、クロスビーム１３は第１のサポートビーム１１及び第２のサポートビーム１２に垂直であり、且つ、クロスビーム１３と第１のサポートビーム１１及び第２のサポートビーム１２との接続位置にいずれも直角コネクション１５が設置される位置付けビームを提供する。

平行な二本のサポートビームを用い、また二本のサポートビームの間にクロスビーム及び直角コネクションを設置することによって、位置付けビームの耐ねじれ性を有効に防止し、位置付けビームのねじり変形を低減し、直線運動ユニット全体の耐衝撃性能が向上できる。

第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の構造強度及びクロスビームとの接続強度を強化するため、各クロスビーム１３と第１のサポートビーム１１、第２のサポートビーム１２との接続位置の両側にいずれも直角コネクション１５が設置され、つまり、一本のクロスビームの上下の二つの側面に合計四つの直角コネクション１５が設置されることが好ましい。

直線運動ユニットの応用状況に応じて、位置付けビームの長さが異なる可能性があって、クロスビーム１３の数量は、位置付けビームの長さの増加に応じて増加される。

位置付けビームの両端の断面による作業者に対する傷つきを防止し、且つ位置付けビームが一層きれいになるように、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の端末に一体化又は分解可能な密封蓋板１６が設置される。第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の厚みが小さく、両方間の距離が近い時、一つの密封蓋板１６によって二つのサポートビームを密封することができ、二つのサポートビームの厚みが大きく、両方間の距離が遠くでフレーム構造を構成する時、二つの密封蓋板１６によってそれぞれ第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の端部を密封することができる。

位置付けビームの全体性能を向上させるため、第１のサポートビーム１１、第２のサポートビーム１２、及びクロスビーム１３を全てアルミニウム材料で形成することができる。

本発明の他の一態様によると、上記位置付けビームの表面に設置される運動レールと、当該運動レールの延長方向に沿って配置される伝動機構と、を備えるロボット直線運動ユニットを提供する。

運動レールを位置付けビームの表面に設置すると、位置付けビームに装着溝を形成する必要がなく、位置付けビーム材料の断面が破壊されないので、位置付けビームの機械性能及び力学性能がいずれも保証できる。伝動機構は単レール伝動機構（図１及び図２を参照）であることができ、この時、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の厚みは薄く、両方間の距離は短く、クロスビームの長さも短く、四つの直角コネクション１５間の距離も短く、運動レールは位置付けビームの第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２に設置された単レール２１である。

図３及び図４に示すように、一つの駆動モーター９０を用いて二つの単レール伝動機構を同時に駆動することができ、各単レール伝動機構をそれぞれ一つの位置付けビームに設置することができる。

図５に示すように、伝動機構が双レール伝動機構であることもでき、双レールの場合、衝撃力の大きい運動ユニットに応用することができる。この時、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の厚みが大きく、両方間の距離も大きく、この時の位置付けビームはフレーム構造に類似し、運動レールはそれぞれ第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２に設置される第１レール２２と第２レール（未図示、第１レール２２に対称に設置される）である。双レール伝動機構はそれぞれ第１レール２２と第２レールでスライディングする二つのスライダーを有する。なお、各レールは、単レール２１と、いずれも二つの平行な単レールを有する第１レール２２と第２レールと、を含み、つまり、伝動機構が双レール伝動機構である時、位置付けビームに合計で四つの単レール（第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の上に二つずつ）が装着される。

伝動機構はスクリュー伝動機構又はタイミングベルトプーリ伝動機構であることが好ましい。

運動レールに対し防塵及び保護作用を果たすため、位置付けビームの運動レールが装着される表面に運動レールを覆う防塵カバー３０が設置されている。実際において、運動レールが位置付けビームの軸方向に延長する側面に設置されるとも言われる。

以下、それぞれ双レールのスクリュー伝動機構とタイミングベルトプーリ伝動機構を備える直線運動ユニットについて説明する。
図６に示すように、本発明によるロボット直線運動ユニットにおける位置付けビーム（位置付け物体材料）と伝動機構（運動支援ユニット）の構造は、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の両端に密封蓋板１６が設置され、クロスビーム１３は標準的な直角締め具１５を介して二本のサポートビームの間に固定され、二つのサポートビームの両端にクロスビーム１５が設置された状態で、システム構造の強度を強化し、システムの信頼性を向上し、システムの精度を向上する際、サポートビーム間のクロスビーム１３の数をサポートビームの長さに応じて確定することができ、運動レールはボルトによって第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の各側に固定され、防塵カバー３０もボルトによってそれぞれ二本のサポートビームに固定される。

図７に示すように、用いられるスクリュー伝動機構の構造は、第１の軸受座４１と第２の軸受座４２がボルトによってそれぞれ各サポートビームの両端に固定され、サーボモーターＧはボルトによって減速器５０に固定され、減速器５０はボルトによって第１の軸受座４１に固定され、スクリュー６１の一端は第１軸受け４３を介して第１の軸受座４１に固定され、また連結器５１を介して直接サーボモーターＧの軸に接続され、他端は第２軸受け４２を介して第２の軸受座４２に固定され、スライダー６３はスクリュー６１を通過して運動レールに固定され、スクリューナット６５はスクリュー６１を通過してスライダー６３に固定され、サーボモーターＧの駆動で、スライダー６３は運動レールに沿って往復直線運動を行うことができる。運動のガイド機能を実現できる。

用いられるタイミングベルト伝動機構の構造は、タイミングベルトアダブタ７１は四つのボルトによって第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２に固定され、タイミングベルト圧力板７２は四つのボルトによってタイミングベルトアダブタ７１に固定され、タイミングベルト７３の両端はそれぞれ、タイミングベルト圧力板７２とタイミングベルトアダブタ７１を介してサポートビームに固定され、タイミングベルト７３はベルトプーリ箱体７５を通過し、ベルトプーリ箱体７５はボルトによってタイミングベルトスライダー７６に固定され、箱体盖板７７は四つのボルトによってベルトプーリ箱体７５に固定される。タイミングベルトスライダー７６は運動レールに固定され、ベルトプーリ箱体７５と共にサーボモーター４０の駆動で一緒に往復直線運動を行って運動のガイド機能を実現することができる。

既存技術に比べ、本発明における直角座標ロボットの直線運動システムによると、機械強度が高く、構造の信頼度が強く、耐衝撃性及び耐ねじれ性能が強く、メンテナンスが簡単であって、操作が簡単である等のメリットを有し、また、当該直角座標ロボットの直線運動システムにおける二つの平行な第１のサポートビーム１１及び第２のサポートビーム１２と、クロスビーム１３から構成される構造（つまり、位置付け物体材料部分）がいずれもアルミニウム材料から形成され、伝動ユニット（タイミングベルトプーリ伝動機構又はスクリュー伝動機構）が位置付けビームの表面に固定される点、及び、当該直角座標ロボットの直線運動システムにおけるクロスビーム１３が標準的な直角コネクション１５を介して第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２との間に簡単且つ便利に固定され、第１のサポートビーム１１と第２のサポートビーム１２の両端にそれぞれクロスビーム１３が設置された状況で、システムの構造強度を強化し、システムの信頼性を向上し、システムの精度を向上する際、二本のサポートビーム間のクロスビーム１３の数をサポートビームの長さに応じて確定できる点に改善点をおく。上述のように、当該直角座標ロボットの直線運動システムの総体重量は軽く、位置付けビームの断面が破壊されず、機械性能及び力学性能も保証できる。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば本発明に様々な修正や変形が可能である。本発明の精神や原則内での如何なる修正、置換、改良などは本発明の保護範囲内に含まれる。

Claims (10)

1. 互いに平行な第１のサポートビーム（１１）と第２のサポートビーム（１２）と、を備え、前記第１のサポートビーム（１１）と前記第２のサポートビーム（１２）との間にクロスビーム（１３）が接続され、前記クロスビーム（１３）は前記第１のサポートビーム（１１）と前記第２のサポートビーム（１２）に垂直であり、且つ、前記クロスビーム（１３）と前記第１のサポートビーム（１１）及び前記第２のサポートビーム（１２）との接続位置にいずれも直角コネクション（１５）が設置され、
   ロボット直線運動ユニットにおける位置づけ物体材料部分であることを特徴とする位置付けビーム。
2. 各前記クロスビーム（１３）と前記第１のサポートビーム（１１）及び前記第２のサポートビーム（１２）との接続位置の両側にいずれも前記直角コネクション（１５）が設置されることを特徴とする請求項１に記載の位置付けビーム。
3. 前記第１のサポートビーム（１１）と前記第２のサポートビーム（１２）の端部に一体化又は分解可能な密封蓋板（１６）が設置されることを特徴とする請求項２に記載の位置付けビーム。
4. 前記第１のサポートビーム（１１）、前記第２のサポートビーム（１２）、及び前記クロスビーム（１３）が全てアルミニウム材料であることを特徴とする請求項２に記載の位置付けビーム。
5. 運動レール（２１、２２）と、前記運動レール（２１、２２）の延長方向に沿って配置される伝動機構と、を含むロボット直線運動ユニットであって、
   前記運動レール（２１、２２）が請求項１乃至４のいずれかに記載の位置付けビームの表面に設置されることを特徴とするロボット直線運動ユニット。
6. 前記伝動機構が、単レール伝動機構を含み、前記運動レール（２１、２２）が前記位置付けビームの前記第１のサポートビーム（１１）と前記第２のサポートビーム（１２）に設置される単レール（２１）であることを特徴とする請求項５に記載のロボット直線運動ユニット。
7. 前記伝動機構が双レール伝動機構を含み、前記運動レール（２１、２２）がそれぞれ前記位置付けビームの前記第１のサポートビーム（１１）と前記第２のサポートビーム（１２）に設置される第１レール（２２）と第２レールであることを特徴とする請求項５に記載のロボット直線運動ユニット。
8. 前記伝動機構がスクリュー伝動機構であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のロボット直線運動ユニット。
9. 前記伝動機構がタイミングベルトプーリ伝動機構であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のロボット直線運動ユニット。
10. 前記位置付けビームの前記運動レール（２１、２２）が装着される前記表面に前記運動レール（２１、２２）を覆う防塵カバー（３０）が設置されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のロボット直線運動ユニット。

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