JP6783474B2 - テーブル駆動装置及び該テーブル駆動装置を具備した作業システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば産業用ロボット等に組み込まれて、交差する二方向への移動を高精度に行うテーブル駆動装置及び該テーブル駆動装置を具備した作業システムに関するものである。

従来、例えばφ１０ｍｍ以下の極小モータに取り付けられるギヤヘッド（変速ギヤユニット）を、ロボットを用いて自動的組み立てを行う場合、ターゲットに対して誤差が２０μｍ以下になるような高精度な位置制御が必要になる。
一方、ロボットは、機構的な誤差や、角度センサの測定誤差、アームやエンドエフェクタの柔軟性や弾性等に起因して、ギヤヘッドの組立に必要な精密な位置決め作業が困難になる場合がある。そこで、高精度の位置制御が可能なテーブル駆動装置をロボットと組み合わせて用いることにより、精密な位置決め作業を可能にすることが提案される。
従来の平面駆動機構としては、すべりねじ、ボールねじ、ラックアンドピニオン、ベルト、チェーン等、回転運動を直動運動に変換する機構、あるいは空圧シリンダ、油圧シリンダ等の流体直動機構、リニアモータ、超音波直動モータ等の直接的に直動運動を行う機構等を備え、一軸上を駆動する二つのテーブルを互いに駆動方向が直交するように二段に重ねた構成がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来技術によれば、比較的簡単な構造の一軸直動機構の組み合わせにより、可動テーブルを平面に沿う二方向へ移動させたり所定位置で停止させたりすることが可能である。そこで、例えば、前記テーブル駆動装置にワークを載置して該ワークを精密に移動させ、該ワークをロボットにより加工すれば、前記ワークに高精度な加工を施せる可能性がある。

特開平６−４３９３９号公報

ところで、例えば、前記ワークがギヤヘッドように大量に生産される物であり、該ギヤヘッドを前記ロボットにより組立作業する場合には、作業時間をできる限り短縮することが求められる。また、ロボットを用いた自動組み立てにおいて高精度を補償するためには、外乱あるいはロボット自身の動作によるアームの固有振動数での振動に追随するように、平面駆動テーブルを精細に駆動する必要が生じる場合もある。
しかしながら、上記従来のテーブル駆動装置を用いた場合、一方の直動機構の上に他方の直動機構を重ね合わせて組み付けているため、下側になる前記一方の直動機構には、最上部のテーブル上に載置される搬送対象物の重量に、前記他方の直動機構の重量が加わる。
したがって、下側の前記一方の直動機構と、上側の前記他方の直動機構とで重量がアンバランスになり、これら重量の異なる二つの直動機構を、協調させて高速動作させることは困難である。
このため、下側の前記一方の直動機構は、上側の前記他方の直動機構よりも大きな駆動力のものが必要になり、上下の直動機構で仕様が異なってしまい、制御が複雑になったり生産性の低下を招いたりする可能性がある。
さらに、上側となる前記他方の直動機構は、駆動源（例えば電動モータや流体モータ等）も移動するため、該駆動源に電力や制御信号を供給するケーブルや、流体を供給するホース等について、前記移動に追従する構造にする必要があるが、このような構造により耐摩耗性や耐久性等が低下するおそれがある。

このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
基台と、該基台の上面に沿う第１の方向へ向けられ該基台に支持された第１の回転軸と、同基台の上面に沿うとともに前記第１の方向に交差する第２の方向へ向けられ同基台に支持された第２の回転軸と、これら二つの回転軸にそれぞれ回転力を伝達するように前記基台に支持された第１及び第２の回転駆動源と、前記二つの回転軸の上方側で前記第１の方向と前記第２の方向へ移動するように前記基台に支持された可動テーブルとを備え、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸には、それぞれ、前記可動テーブルの前記第１の方向への移動量に応じた長さの第１のピニオンと、前記可動テーブルの前記第２の方向への移動量に応じた長さの第２のピニオンとが一体回転可能に設けられ、前記可動テーブルには、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンにそれぞれ噛み合うように、第１のラックと第２のラックが固定され、前記第１のラックと前記第２のラックは、それぞれ、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンに噛み合った状態で、歯幅方向へ移動するように設けられている。

本発明は、以上説明したように構成されているので、二つの回転駆動源を協調させて可動テーブルを高精度かつ高速に駆動することができる。

本発明に係るテーブル駆動装置の一例を示す斜視図である。 同テーブル駆動装置の分解斜視図である。 同テーブル駆動装置の平面図である。 同テーブル駆動装置において可動テーブル及びラックを省いた状態を示す平面図である。 作業システムの一例を示す側面図である。

本実施の形態のテーブル駆動装置における特徴の一つは、基台と、該基台の上面に沿う第１の方向へ向けられ該基台に支持された第１の回転軸と、同基台の上面に沿うとともに前記第１の方向に交差する第２の方向へ向けられ同基台に支持された第２の回転軸と、これら二つの回転軸にそれぞれ回転力を伝達するように前記基台に支持された第１及び第２の回転駆動源と、前記二つの回転軸の上方側で前記第１の方向と前記第２の方向へ移動するように前記基台に支持された可動テーブルとを備え、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸には、それぞれ、前記可動テーブルの前記第１の方向への移動量に応じた長さの第１のピニオンと、前記可動テーブルの前記第２の方向への移動量に応じた長さの第２のピニオンとが一体回転可能に設けられ、前記可動テーブルには、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンにそれぞれ噛み合うように、第１のラックと第２のラックが固定され、前記第１のラックと前記第２のラックは、それぞれ、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンに噛み合った状態で、歯幅方向へ移動するように設けられている（図１〜図４参照）。
この構成によれば、一つの可動テーブルに固定された方向の異なる二つのラックに対し、それぞれ対応するピニオンを直接的に係合し、各ピニオンを回転駆動源によって回転させるようにしているため、上下二つのテーブルをそれぞれ駆動源により駆動するようにした従来技術に比較して、二つの回転駆動源に加わる負荷のアンバランスを減少することができる。しかも、二つの回転駆動源を同一の基台に支持するようにしているため、これら回転駆動源に動力を供給するケーブルやホース等の固定も容易である。

他の特徴として、前記可動テーブルを安定的に支持するために、前記基台には、前記可動テーブルを、前記第１の方向と前記第２の方向の二方向へ移動自在に支持する移動支持機構が設けられている（図２及び図４参照）。

他の特徴としては、具体的に好ましい態様として、前記移動支持機構は、前記第１の方向に沿って前記基台に固定された第１のレールと、該第１のレールに案内されて移動する移動台と、前記第２の方向に沿って前記移動台に固定された第２のレールとを備え、前記可動テーブルは、前記第２のレールに案内されて移動するように設けられている（図２参照）。

他の特徴としては、二つの回転駆動源に加わる負荷のアンバランスをより減少するために、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸のうち、前記可動テーブルから受ける負荷の小さい方の回転軸に、錘体を設けた（図１〜図４参照）。

他の特徴としては、上記テーブル駆動装置と、ロボットとを具備して作業システムを構成した（図５参照）。

＜具体的実施態様＞
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
このテーブル駆動装置Ａは、図１〜図４に示すように、基台１０と、該基台１０の上面に沿う第１の方向（Ｘ方向）へ向く第１の回転軸２１と、同基台１０の上面に沿うとともに前記第１の方向に直交する第２の回転軸３１と、これら二つの回転軸２１，３１にそれぞれ回転力を伝達する第１及び第２の回転駆動源２０，３０と、前記二つの回転軸２１，３１の上方側で前記第１の方向と前記第２の方向へ移動する可動テーブル４０と、可動テーブル４０を前記第１の方向と前記第２の方向へ移動自在に支持する移動支持機構５０と、第１の回転軸２１に固定された錘体６０とを具備し、可動テーブル４０を前記第１の方向と前記第２の方向の二方向へ駆動する。

基台１０は、上下面を略平坦に形成した平板状の部材であり、図示例によれば、矩形板状に形成される。この基台１０には、第１及び第２の回転駆動源２０，３０や移動支持機構５０等を止着し固定するための孔や突起等が適宜設けられる。

第１及び第２の回転駆動源２０，３０は、同出力の二つの回転式電動モータであり、例えば、出力軸の回転角を制御するようにしたステッピングモータを用いればよい。
第１及び第２の回転駆動源２０，３０は、軸方向を直交するように配置され（図３及び図４参照）、それぞれのケーシング２２，３２が基台１０に不動に支持されている。
第１及び第２の回転駆動源２０，３０の回転軸には、それぞれ、軸継手２４，３４（カップリング）を介して、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１が同芯状に接続されている。

第１の回転軸２１と第２の回転軸３１の各々は、その軸方向の両端側が、円柱軸状に形成され、それぞれ軸支ブラケット１，２を介して、基台１０に対し回転自在に支持されている（図２〜図４参照）。
これら第１の回転軸２１と第２の回転軸３１には、それぞれ、前記両端側の軸支部分を除く中央寄りに、第１のピニオン２３と、第２のピニオン３３が一体回転可能に設けられる。

第１のピニオン２３と第２のピニオン３３の各々は、平歯車状に形成され、その外周の各歯部を軸心に平行な長尺直線状に延設している（図４参照）。
これら第１のピニオン２３と第２のピニオン３３は、それぞれ、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１の中央寄り外周部を加工（切削加工や鍛造等を含む）することで形成されている。なお、他例としては、軸状に形成された第１及び第２の回転軸２１，３１の中央寄り外周部に、別体のピニオンを環状に嵌め合せた態様とすることも可能である。

第１のピニオン２３と第２のピニオン３３の軸方向の長さは、それぞれ、可動テーブル４０における第１の方向（Ｘ方向）の移動量と第２の方向（Ｙ方向）の移動量とに応じて適宜に設定されている。
詳細に説明すれば、第１のピニオン２３は、可動テーブル４０の第１の方向（Ｘ方向）の設定移動量よりも若干長く形成される。そして、第２のピニオン３３は、同可動テーブル４０の第２の方向（Ｙ方向）の設定移動量よりも若干長く形成される。
前記設定移動量は、当該テーブル駆動装置Ａの仕様等に応じて予め設定された可動テーブル４０の移動量である。

可動テーブル４０は、第１のピニオン２３及び第２のピニオン３３の上方側に位置し、後述する移動支持機構５０を介して基台１０に支持される。
この可動テーブル４０は、図１に例示するように、上面を平坦にした略矩形板状の本体片部４０ａと、該本体片部４０ａの一辺から水平方向へ突出する第１のラック支持片部４０ｂと、同本体片部４０ａの他の一辺から水平方向へ突出する第２のラック支持片部４０ｃとから一体に形成されている（図１〜図３参照）。

可動テーブル４０における第１のラック支持片部４０ｂの下面には、第２の方向（Ｙ方向）に沿って第１のラック４１が固定されている。
また、同可動テーブル４０における第２のラック支持片部４０ｃの下面には、第１の方向（Ｘ方向）に沿って第２のラック４２が固定されている（図１及び図２参照）。

第１のラック４１の歯幅（Ｘ方向の幅）は、第１のピニオン２３の軸方向長さよりも小さく設定される。また、第１のラック４１のＹ方向の長さは、可動テーブル４０の第２の方向（Ｙ方向）の設定移動量に応じて該設定移動量よりも若干長めに設定される。
したがって、この第１のラック４１は、第１のピニオン２３に噛み合った状態で、該第１のピニオン２３に沿って第１の方向（Ｘ方向）へ移動可能である。

同様に、第２のラック４２の歯幅（Ｙ方向の幅）は、第２のピニオン３３の軸方向長さよりも小さく設定される。また、第２のラック４２のＸ方向の長さは、可動テーブル４０の第１の方向（Ｘ方向）の設定移動量に応じて該設定移動量よりも若干長めに設定される。
したがって、この第２のラック４２は、第２のピニオン３３に噛み合った状態で、該第２のピニオン３３に沿って第２の方向（Ｙ方向）へ移動可能である。

移動支持機構５０は、第１の方向（Ｘ方向）に沿って基台１０の上面に固定された第１のレール５１，５１と、該第１のレール５１に案内されて移動する移動台５２と、第２の方向（Ｙ方向）に沿って移動台５２の上面に固定された二本の第２のレール５３，５３とを一体的に具備している。
そして、第２のレール５３，５３には、その上部側に、可動テーブル４０が第２の方向（Ｙ方向）へ移動するように嵌り合っている。
なお、第１のレール５１及び第２のレール５３は、図示例によれば、直線状のガイドレールに対し凹状可動部を嵌め合せたＬＭガイド（リニア・モーション・ガイド）を用いており、前記凹状可動部を、その上側の部材（移動台５２又は可動テーブル４０）に固定している。

また、錘体６０は、第１の回転軸２１よりも外径の大きい円柱状の部材であり、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１のうち、可動テーブル４０から受ける負荷の小さい方の回転軸（図示例によれば第１の回転軸２１）に、同芯状且つ一体回転可能に固定され、カウンターウェイトとして機能する。

詳細に説明すれば、図示例では、可動テーブル４０を第１の方向（Ｘ方向）へ移動させる場合、この際に移動する物体の質量は、可動テーブル４０、第１のラック４１及び第２のラック４２、移動台５２、第２のレール５３，５３等の質量の合計となる（図２参照）。
これに対し、可動テーブル４０を第２の方向（Ｙ方向）へ移動させる場合には、この際に移動する物体の質量は、可動テーブル４０、第１のラック４１及び第２のラック４２等の質量の合計となり（図２参照）、前者よりも小さくなる。
したがって、本実施態様によれば、可動テーブル４０から受ける負荷は、第２の回転軸３１よりも第１の回転軸２１の方が小さくなる。このため、この第１の回転軸２１に錘体６０を固定して、第１の回転駆動源２０と第２の回転駆動源３０に加わる負荷のアンバランスを軽減している。

そして、上記構成のテーブル駆動装置Ａは、必要に応じて、可動テーブル４０のＸ方向及びＹ方向の位置を検出する位置センサ（図示せず）や、第１及び第２の回転駆動源２０，３０を制御する制御回路（図示せず）等を備える。

次に、上記構成のテーブル駆動装置Ａを具備した作業システムＳについて説明する（図５参照）。
この作業システムＳは、同一面上に、上記テーブル駆動装置Ａと、ロボットＢとを載置している。
テーブル駆動装置Ａの可動テーブル４０上には、ワークＷが載置される。このワークＷは、例えば、極小モータに取り付けられるギヤヘッド組立である。

ロボットＢは、基台上ｂ１に固定された支持杆ｂ２に、関節部ｂ３によって接続された複数のアームｂ４と、これらアームｂ４の先端側で作業を行う作業部ｂ５（エンドフェクタ）とを具備しており、基台ｂ１、支持杆ｂ２及びアームｂ４等に内在する図示しない駆動源（例えばステッピングモータ等）を動力にして、アームｂ４の屈曲・伸展や回転、作業部の開閉や回転等の動作を行う。

以下、上記構成のテーブル駆動装置Ａ及び作業システムＳについて、その特徴的な作用効果を説明する。
テーブル駆動装置Ａによれば、単一の可動テーブル４０を、中間テーブル等を介在することなく、直接、第１及び第２の回転駆動源２０，３０によって駆動しているため、第１及び第２の回転駆動源２０，３０に加わる負荷のアンバランスが比較的小さく、しかも、前記アンバランスは錘体６０によっても軽減される。
よって、二つの第１及び第２の回転駆動源２０，３０に略同出力の駆動源を用いることができる上、これら第１及び第２の回転駆動源２０，３０を協調させて可動テーブル４０を高速動作させることができる。
このため、可動テーブル４０に載置されたワークＷに対し、ロボットＢによって位置決め精度の高い組立作業や加工等を、高速に行うことができる。
また、第１及び第２の回転駆動源２０，３０を同一の基台１０上に支持しているため、第１及び第２の回転駆動源２０，３０に動力を供給するケーブル等の固定も容易であり、したがって、テーブル駆動装置Ａ及び作業システムＳの耐久性を向上することができる。

なお、上記実施態様によれば、第１及び第２の回転駆動源２０，３０として電動モータを用いたが、他例としては、第１及び第２の回転駆動源２０，３０を流体モータに置換した態様とすることも可能である。

また、上記実施形態によれば、第１及び第２の回転駆動源２０，３０の出力軸を、それぞれ、軸継手２４，３４を介して第１の回転軸２１と第２の回転軸３１に接続したが、他例としては、第１及び第２の回転駆動源２０，３０の出力軸自体を、それぞれ、第１の回転軸２１と第２の回転軸３１に用いた態様とすることも可能である。この態様では、第１及び第２の回転駆動源２０，３０の出力軸自体に、それぞれ、第１及び第２のピニオン２３，３３を設ければよい。

また、上記実施態様によれば、特に好ましい一例として、上記構成の移動支持機構５０を設けたが、他例としては、移動支持機構５０を省き、可動テーブル４０の下端側を基台上面に摺接させて該可動テーブル４０を水平方向へ自在に移動する態様や、基台１０と可動テーブル４０の間に反発し合う磁石を設け、可動テーブル４０を磁気浮上させて水平方向へ自在に移動する態様等とすることも可能である。

また、上記実施態様によれば、同一面上にテーブル駆動装置ＡとロボットＢを具備して作業システムＳを構成したが、この作業システムＳの他例としては、テーブル駆動装置Ａの可動テーブル４０にロボットＢを載置し、このロボットＢにより、テーブル駆動装置Ａ以外の部分に載置されたワークＷを加工する態様とすることも可能である。

さらに、作業システムＳの他例としては、ロボットＢを、塗装ロボットや、機械加工用ロボット、溶接ロボット、ワークＷの位置や状態を測定する測定器等に置換した態様や、これらのロボットや測定器等を適宜に組み合わせて用いた態様等とすることも可能である。

さらに、作業システムＳの他例としては、ロボットＢを医療機器に置換して、医療作業システム（治療システムや検査システム等含む）を構成することも可能である。

また、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更が可能である。

１０：基台
２０：第１の回転駆動源
２１：第１の回転軸
３０：第２の回転駆動源
３１：第２の回転軸
４０：可動テーブル
５０：移動支持機構
５１：第１のレール
５２：移動台
５３：第２のレール
６０：錘体
Ａ：テーブル駆動装置
Ｂ：ロボット
Ｓ：作業システム
Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. 基台と、該基台の上面に沿う第１の方向へ向けられ該基台に支持された第１の回転軸と、同基台の上面に沿うとともに前記第１の方向に交差する第２の方向へ向けられ同基台に支持された第２の回転軸と、これら二つの回転軸にそれぞれ回転力を伝達するように前記基台に支持された第１及び第２の回転駆動源と、前記二つの回転軸の上方側で前記第１の方向と前記第２の方向へ移動するように前記基台に支持された可動テーブルとを備え、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸には、それぞれ、前記可動テーブルの前記第１の方向への移動量に応じた長さの第１のピニオンと、前記可動テーブルの前記第２の方向への移動量に応じた長さの第２のピニオンとが一体回転可能に設けられ、
   前記可動テーブルには、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンにそれぞれ噛み合うように、第１のラックと第２のラックが固定され、
   前記第１のラックと前記第２のラックは、それぞれ、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンに噛み合った状態で、歯幅方向へ移動するように設けられ、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸のうち、前記可動テーブルから受ける負荷の小さい方の回転軸に、錘体を設けたことを特徴とするテーブル駆動装置。
2. 前記基台には、前記可動テーブルを、前記第１の方向と前記第２の方向の二方向へ移動自在に支持する移動支持機構が設けられていることを特徴とする請求項１記載のテーブル駆動装置。
3. 基台と、該基台の上面に沿う第１の方向へ向けられ該基台に支持された第１の回転軸と、同基台の上面に沿うとともに前記第１の方向に交差する第２の方向へ向けられ同基台に支持された第２の回転軸と、これら二つの回転軸にそれぞれ回転力を伝達するように前記基台に支持された第１及び第２の回転駆動源と、前記二つの回転軸の上方側で前記第１の方向と前記第２の方向へ移動するように前記基台に支持された可動テーブルとを備え、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸には、それぞれ、前記可動テーブルの前記第１の方向への移動量に応じた長さの第１のピニオンと、前記可動テーブルの前記第２の方向への移動量に応じた長さの第２のピニオンとが一体回転可能に設けられ、
   前記可動テーブルには、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンにそれぞれ噛み合うように、第１のラックと第２のラックが固定され、
   前記第１のラックと前記第２のラックは、それぞれ、前記第１のピニオンと前記第２のピニオンに噛み合った状態で、歯幅方向へ移動するように設けられ、
   前記基台には、前記可動テーブルを、前記第１の方向と前記第２の方向の二方向へ移動自在に支持する移動支持機構が設けられ、
   前記移動支持機構は、前記第１の方向に沿って前記基台に固定された第１のレールと、該第１のレールに案内されて移動する移動台と、前記第２の方向に沿って前記移動台に固定された第２のレールとを備え、
   前記可動テーブルは、前記第２のレールに案内されて移動するように設けられていることを特徴とするテーブル駆動装置。
4. 前記第１の回転軸と前記第２の回転軸のうち、前記可動テーブルから受ける負荷の小さい方の回転軸に、錘体を設けたことを特徴とする請求項３記載のテーブル駆動装置。
5. 請求項１乃至４何れか１項記載のテーブル駆動装置と、ロボットとを具備したことを特徴とする作業システム。

Images