JPH02116495A - 移動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動機構に関し、詳しくは、工業用ロボットや
ＮＧ工作機械等に使用され、精密な直線連理が要求され
る移動機構に関する。

〔従来の技術〕

本願人は先に高速かつ高精度で直線運動を行うことがで
きる手段としてローラの摩擦力でもってガイドバーを挟
持した状態で走行可能な移動機構を提案した。（特願昭
６２−１１３８６８〜１１３８７０）この提案によれば
、固定台上に敷設されたガイドレール上を移動自在な移
動台と、固定台上にガイドレールと平行に配設されたガ
イドバーと、ガイドバーに圧接し、わ動台に設けた駆動
源によフて駆動され、移動台を移動する駆動ローラと、
上記の移動台に関連して設けられ、移動台の移動位置を
検出する手段とを備え、移動台の移動位置を検出する手
段を介して駆動源による移動台の移動を制御するように
したことを特徴とするものであり、このように構成する
ことによって、高精度で移動位置を検出することが可能
であり、しかも、移動台をガイドレールに沿って高速で
移動させることができる。

〔考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような移動機構では、ガイドバ
ーと、これを挟持するごとくに配置された移動台上の駆
動ローラとの間の摩擦力のみによって駆動力が伝達され
るため、移動台の負荷が増加した時、もしくはガイドバ
ーと駆動ローラ間の環境が変化した時（湿度、オイルの
付着）などは十分な摩擦力が得られず、すべりを起こす
おそれがあった。このようなすべりが生じるとガイドバ
ー、駆動ローラは著しい摩耗をおこし装置寿命が短かく
なってしまう。

さらに、あまりすべりが生じると移動状態が不安定とな
り、制御が不可能となるという問題もある。また、負荷
の変化、環境の変化をあらかじめ予測し、必要な圧接力
を算出することも困難である。

本発明の目的は、上述した従来の問題に鑑み、駆動ロー
ラのすべりを減少させ得て安定した移動制御が行なえる
と共に摩耗を減少し装置の長寿命化をはかることのでき
る移動機構を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上、記目的を達成するために、本発明は固定台上に敷設
されたガイドレール上を移動自在な移動台と、移動台に
支持され、移動台上の駆動源によって駆動される駆動ロ
ーラと、固定台上にガイドレールと平行して配設され、
駆動ローラと接触を保ツカイドバーと、移動台に保持さ
れ、ガイドバーの駆動ローラと対向する位置においてガ
イドバーに圧接する圧接ローラと、圧接ローラに圧接力
を付与する圧接力発生手段と、駆動ローラの回転量を検
出する回転量検出手段と、移動台の移動量を検出する移
動量検出手段と、回転量検出手段および移動量検出手段
夫々の検出値に基づき、駆動ローラのすべり量を検出す
るすべり量検出手段と、すべり量検出手段による単位時
間当りのすべり量の絶対値と所定基準値とを比較し、所
定基準値を越えたときには異常状態と判定する判定手段
とを備えたをことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明によれば、駆動ローラの回転量および移動台の移
動量が夫々検出手段により検出され、夫々の検出値に基
づきすべり量がすべり量検出手段によって検出される。

そして、このすべり量が所定基準値と比較され、これを
越えるときには判定手段によって異常状態と判定される
。

従って、この判定に応じてすべり量を減少する方向に駆
動ローラの圧接力を増大させたり、移動そのものを停止
することが可能となる。

（実施例〕 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第９図に本発明の実施の一形態を示す。

Ａは固定台上に敷設されたガイドレール上を移動自在な
移動台、Ｂは移動台Ａに支持され移動台Ｂ上の駆動源に
よって駆動される駆動ローラ、Ｃは固定台上にガイドレ
ールと平行して配設され駆動ローラＢと接触を保つガイ
ドバー　Ｄは移動台Ａに保持されガイドバーＣの駆動ロ
ーラＢと対向する位置においてガイドバーに圧接する圧
接ローラ、Ｅは圧接ローラＤに圧接力を付与する圧接力
発生手段、Ｆは駆動ローラＢの回転量を検出する回転量
検出手段、Ｇは移動台Ａの移動量を検出する移動量検出
手段、Ｈは回転量検出手段Ｆおよび穆動量検出手段Ｇ夫
々の検出値に基づき駆動ローラＢのすべり量を検出する
すべり量検出手段、Ｊはすべり量検出手段Ｈによる検出
値と所定基準値にとを比較し所定基準値Ｋを越えたとき
に異常状態と判定する判定手段である。

第１図は本発明を直行型ロボットに適用した例を示す。

ここで、１は固定ベース、２は固定ベース１上を走行移
動可能な移動台、３は移動台２に取付けられたロボット
アームである。なお、本例では図示しないがロボットア
ーム３上にこれに沿ってＹ方向に移動自在な走行部材が
設けられ、更に走行部材に上下方向に昇降自在なロボッ
トハンドが設けられる。

４＾および４Ｂは移動台２上に配設された第１および第
２ガイドレールであり、第２図に示すようにこれらのガ
イドレール４Ａおよび４Ｂは２本が平行して並設される
。また、５はガイドバーであり、ガイドバー５はガイド
レール４＾および４Ｂと平行、かつ固定ベース１上の中
空位置に配設され、その両端部はバー固定部材６により
固定されると共に上述した移動台２の上板２Ａと下板２
Ｂとの間の空間を通り抜けるように導設される。なお、
２Ｇ、２Ｇは上板２＾と下板２Ｂとの間に設けたスペー
サ、２Ｄ、２Ｄはガイドレール４＾、４Ｂに摺動自在に
嵌合された摺動部材である。

７は移動台２に取付けられた第３図に示すようなハウジ
ング２Ｅ上に支持台８を介して取付けられたサーボモー
タであり、モータ７の回転軸７＾はカップリング９を介
して駆動ローラ４ｉｄｌＯＡ　と連結され、また駆動ロ
ーラ軸１０Ａの先端部には上記の第２ガイドバー５の側
面に接触する駆動ローラｌＯが取付けられている。なお
、７Ｂは回転軸７Ａひいては駆動ローラ１０の回転量を
検出するための第１のロータリエンコーダ、１１は駆動
ローラ軸１０Ａを第２図に示すようにして軸支している
ベアリングである。

ここで、ハウジング２Ｅは第３図に示すように、中空の
円筒形状をなし、その側面にガイドバー５に沿って切込
まれた開口部２Ｆを有すると共に移動台２の上部構成板
２Ａに固定される鍔部２Ｇを具えている。そして、この
ハウジング２Ｅの上下に第２図に示すように軸受１１が
それぞれ嵌込まれることにより駆動ローラ軸１０Ａが軸
支される。また、カップリング９には駆動ローラ軸１０
Ａの傾きが許容されるようにフレキシブルカップリング
が使用されている。

さて、このようにガイドバー５と接触を保つ駆動ローラ
ｌＯに対して、本例では第４図に示すようにガイドバー
５の反対側の側面に駆動ローラ１０をガイドバー５に圧
接させる手段として圧接ローラ保持部材１２を配置する
。この圧接ローラ保持部材１２は第２図に示すように移
動台２に固定されたばね収納部材１３内のばね１３Ａに
より液密に保たれたピストン部１２Ｐを介してガイドバ
ー５に向けて偏倚され、以て、ｒＪＡｉＩＪローラｌＯ
をガイドバー５に密接させている。すなわち、圧接ロー
ラ保持部材１２に設けられている鉄や鋼等の金属材料で
形成した一対の圧接ローラ１４と駆動ローラｌＯとの間
でガイドバー５を挟持する状態に保つことにより、モー
タ７を駆動回転して移動台２全体をガイドバー５に沿っ
て６動させることができる。なお、第４図において、２
Ｆは圧接ローラ保持部材１２を矢印方向に摺動自在に保
持すべく移動台２側から立設された支持枠である。

また、第２図において３４は上述したピストン部１２Ｐ
の周囲に設けた封止リングであり、この封止リング３４
によりばね収納部材１３の油圧室１３Ｂをばね収納室１
３Ｇから液密に保つことができる。なお、コ５はばね収
納室１３Ｇを大気に連通させている連通孔、３６は油圧
室１３Ｂに制御回路６２に制御される油圧ポンプ６１か
らの油圧を供給する油圧供給口である。

そこで、この油圧室１３Ｂに油圧供給口３６を介して圧
油を送給することによりばね１３＾のばね力に抗してピ
ストン部１２Ｐを第２図で左方に移動させ、圧接ローラ
部材１２によるガイドバー５への圧接力の調整若しくは
その解除を行う。

再び第１図に戻り、ここで、２１は移動台２上に取付け
られた第２のロータリエンコーダ、２２はエンコーダ２
１に取付けられたピニオンギヤである。

しかしてこのピニオンギヤ２２は第５図に示すようにバ
ックラッシが生じないように構成される。

すなわち、第５図において、２２Ａおよび２２Ｂは上下
２段に設けられたピニオンギヤ、２３はこれらのピニオ
ンギヤ２２Ａ、２２Ｂ　と噛合するラックギヤ、２４は
ピニオンギヤ軸、２５はピニオンギヤ軸２４と第２のロ
ータリエンコーダ２１の軸２１Ａとを連結しているカッ
プリング、２６はピニオンギヤ＠２４を支承する軸受２
７Ａおよび２７Ｂが収められ、移動台下板２Ｂに取付け
られた軸受ケース、２８は軸受ケース２６上に設けられ
たロータリエンコーダ２１を支持する円筒型の支持部材
である。

第６図はピニオンギヤ２２の詳細を示す。ここで、上部
ピニオンギヤ２２Ａはギヤ軸細径部２４＾に固定されて
おり、下部ピニオンギヤ２２Ｂはギヤ軸細径部２４Ａに
遊嵌されている。また、上部ピニオンギヤ２２Ａには掛
止ピン３０Ａおよび３０Ｂと貫通孔３１Ａおよび３１Ｂ
が設けてあり、下部ピニオンギヤ２２Ｂには貫通孔３１
Ａおよび３１Ｂをそれぞれ遊嵌の状態で貫通して上部に
突出する掛止ピン３２Ａおよび３２Ｂが設けられていて
、掛止ピン３０Ａと３２八との間にばね３３Ａが、また
掛止ピン３０Ｂと３２Ｂとの間にばね３３Ｂが掛止され
ている。

そこで、これらのピニオンギヤ２２が固定ベースｌ上に
設けられたラックギヤ２３と噛合することにより、モー
タ７によって移動台２をガイドレール４に沿って移動さ
せたときに、その移動位置あるいは移動量をエンコーダ
２１を介して検出することができ、従って、エンコーダ
２１を介して移動台２の移動を正確に制御することがで
きる。

また、移動台２が任意の位置に仮に移動させられ、そこ
で停止したときに、ピニオンギヤ２２ではその上部ピニ
オンギヤ２２Ａおよび下部ピニオンギヤ２２Ｂがばね３
３Ａ、３３Ｂの付勢力によって互いに反対の回転方向に
付勢される形態に保たれるので、その間にバックラッシ
ュ発生の虞がない。

再び第１図に戻り、５Ａはガイドバー５の固定部材６近
傍に設けられた切込部であり、この図に示すような切込
部５Ａをガイドバー５の駆動ローラ１０が接触する側に
設けておくことにより移動台２がサーボモータ７の駆動
回路の変調やなんらかの理由でガイドバーの終端部まで
移動したときに駆動ローラ１０がこの切込部５Ａに落ち
込むことによってガイドバー５の他方の面から作用する
圧接力を解消し、移動台２の駆動力を消滅させて停止さ
せることができる。

かくして、不図示のロボットの制御プログラムに従って
ロボットアーム３を矢印Ｘ方向に移動させる場合、その
制御プログラムに従ってサーボモータ７が駆動され、駆
動ローラ１０と圧接ローラ保持部材１２との間にガイド
バー５を挟持させた状態で移動台２を同方向に移動させ
ることができる。

このように構成した移動機構においては、移動台２を介
してロボットアーム３を移動させたときに、駆動ローラ
ｌＯが受ける反力Ｆはロボットアーム３の加速度αおよ
びその貿ｆｆ１ｍの条件によって決まる一方、圧接ロー
ラ１４はその反力Ｆに耐えて、しかもガイドバー５との
間にすべりが生じない状態に保たれなければならない。

すなわち、ガイドバー５と圧接ローラ１０との間の摩擦
係数をμとした場合、 式（１）の条件を満足するような圧接力Ｐを設定する必
要があり、従りて、ピストン部１２Ｐの油圧室１３Ｂに
予め圧油を供給しばね１３Ａを若干撓ませた状態の圧接
力Ｐは上述のような条件のもとに設定される。

本例によれば、上述したような圧接力Ｐをもって、ガイ
ドバー５を駆動ローラ１０と圧接ローラ１４との間に挟
持させた状態に保ちながら、駆動ローラｌＯをモータ７
によって駆動することにより移動台２を介してロボット
アーム３を所望の位置にまで自在に移動させることがで
きるもので、しかもその移動による位置決めがエンコー
ダ２１に直結したバックラッシのないビニオンギア装置
２２とラックギヤ２３との間の噛合状態によって得られ
るので、高精度の位置決めを保って、ロボットアーム３
を移動させることが可能となる。

次に第７図を用いて移動台２の８勅状態を説明する。移
動台２が移動始まりの点ｘ０より移動路わりの点ｘ稟ま
で移動する場合、第７図（Ａ）　に示すごとく、移動台
２の移動速度■は“Ｏ”から徐々にスピードを増し、最
高速度Ｖｓａｘに達する（この区間を加速域と称す）。

その後最高速度Ｖｍｓｘをある時間保ち（この区間を等
速域と称す）その後徐々にスピードを減速し停止する（
この区間を減速域と称す）。そして移動台２の移動路１
１ｉＥｉは第７図（Ｂ）のようになる。この場合、よく
知られている慣性の法則に従フてモータの駆動力は加速
および減速域でピークとなる。この時、駆動ローラｌＯ
とガイドバー５間に十分な押付力が作用していれば、摩
擦力によって両者はすべることがない、しかし、押付力
が不足した場合には、両者の間にはすべりが生じる。

駆動ローラｌＯの回転により理論的に移動台２が移動す
る距ｍｅ＋は以下のようになる。

加速域では理論的穆勤距１ｉｅｉが移動台２の実際の移
動路ｉ［ｔＥｉよりも大きくなり、その差がすべり量と
なる（この場合を正のすべりとする）。等速域でも程度
は小さいが同様の傾向にある。しかし減速域ではその逆
が生じ理論的移動路１１ｔｅｉよりも実際の移動距離Ｅ
ｆが大きくなる（この場合を負のすべりとする）。この
ようにすべりには正の場合と負の場合とがあるので移動
路わりの点Ｘ、での理論移動量ｔｒｉ　ｅ　ｉと実際の
移動距離Ｅｉとを比較したのでは、正確なすべりの評価
にはならない。

そこで、移動始まり点Ｘ。から終わりの点Ｘ、までの１
サイクルの８勤時間Ｔを時間分割し、その分割された単
位時間当りの駆動ローラｌＯとガイドバー５とのすべり
量の絶対値を検出することにする。その制御手順の一例
を第８図のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１では移動開始と同時にカウンタのカ
ウンタ数ｉ、累積すべり量Ｓｉ、実際の移動量Ｅｉ１お
よび理論の移動量８１の値を夫々０にリセットする。

次に、ステップＳ２で単位時間Δｔを測定するためのタ
イマースタートさせ、ステップＳ３でカウント回数ｉを
１つすすめる。

さらにステップＳ４．Ｓ５およびステップＳ６．Ｓ７に
おいて、夫々第２のエンコーダ２１および第１のエンコ
ーダ７Ｂによりその時点の移動台２の実際の移！ｔＩｌ
ｌ量Ｅｉおよび、理論移動量ｅｉを算出し、前回の値か
ら差を取ることにより単位時間Δを間に夫々どれだけ変
化があったかを算出する。そして、ステップＳ８で単位
時間当りの変化量ΔＥｉとΔｅｉの差の絶対値を取るこ
とにより単位時間当りのすべり量Δｓｉを算出する。こ
れは第７図（Ｄ）に示される。

さらに、ステップＳ９において前回の累積すべり量Ｓｉ
に今回のすべり量ΔＳｉをたしあわせ、現在の累積すべ
りｆｆｉ　Ｓ　ｉを算出する。その値は第７図（Ｃ）　
に示すようになる。

そして、このすべり量Ｓｉが移動台２の正常な移動が可
能である基準値に１より大きいか否かがステップ５１０
で判断される。基準値に、より大きい場合にはステップ
Ｓｌｌに進み後述する異常救済を実行する。

基準値に、以下の場合はステップＳ１２において移動終
了か否か判断し、移動終了でなければステップ５１３に
進み、タイマーが単位時間　ｔになるまでまってステッ
プ５１４でタイマーをリセットしてステップＳ２に戻る
。

なお、上述した手順のうち異常か正常かの判断は、ステ
ップＳ９をはふき単位時間当りのすべり量ΔＳｉの絶対
値に基づいて行なフてもよい。但し、この場合はステッ
プ５１０における基準値を例えば単位時間当りのすべり
量の基準値に、として判断を行う。

次に、上記ステップＳｌｌにおける異常救済の実行につ
き説明する。異常救済実行の信号が出力されると制御回
路６２は油圧ポンプ６１に制御信号を送り、油圧室１３
Ｂに送給する油圧を減じて、ピストン部１２Ｐのばね１
３Ａによる付勢力を増大させ圧接ローラ１４の圧接力ひ
いては駆動ローラ１０の圧接力を増大させすべりが生じ
ないようにする。

あるいは、ばね１３Ａの付勢力により生ずる圧接力の能
力を越えてすべりが生ずるような場合には、油圧室１３
Ｂに送給する油圧を増大してばね１３Ａを縮長し、圧接
力を解除することにより移動台２の移動動作を停止する
ようにする。

そして、上記異常・正常の判断は、ロボットの制御プロ
グラムに従って、５ｍ５ｅｃ程度の単位時間毎に行うこ
とからできるので、移動台２の移動最高速度が１５００
＋ｎｍ／ｓｅｃ程度でも正確な判断を行うことが可能で
ある。

なお、本実施例では移動台２の実際の移動量を検出する
のに、バックラッシュのないラックとビニオンを用いエ
ンコーダによって行うようにしたが、これに限ることな
く他の手段、例えば、磁気あるいは光センサ等を用いて
移動量を検出するようにしてもよい。

さらに、すべりの程度を示す値として、すべり量の絶対
値の累積値を微分した値を使用することも可能である。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、移動
台の実際の移動量と理論ｓ！Ｉ］量とからすべり量を検
出し、この検出値が所定の基準値を越えたときには異常
状態と判定するようにしたので、これに応じてすべりを
減少あるいは移動台を停止することができ、装置を安定
して移動制御を行うことができると共に長寿命化をはか
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明移動機構の構成の一例を示す斜視図、 第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、 第３図は本発明にかかるベアリングハウジングの斜視図
、 第４図は第１図の駆動系を取出して模式的に示す斜視図
、 第５図は本発明にがかる８動位置検出機構の断面図、 第６図は第５図に示すビニオン・ラック噛合部の説明図
、 第７図は移動台の移動状況を説明するグラフ、 第８図は本発明一実施例の制御手順の一例を示すフロー
チャート、 第９図は本発明の実施の一形態を示すブロック図である
。 １・・・固定ベース、 ２・・・ｓｗＪ台、 ３・・・ロボットアーム、 ４・・・ガイドレール、 ５・・・ガイドバー ７・・・サーボモータ、 ７Ａ・・・駆動軸、 ７Ｂ・・・第１のロータリエンコーダ、１０・・・駆動
ローラ、 １２・・・圧接ローラ保持部材、 １２Ｐ・・・ピストン部、 １３＾・・・ばね、 １３Ｂ・・・油圧室、 １４・・・圧接ローラ、 ２１・・・第２のエンコーダ、 ２２．２２＾、２２ト・・ピニオンギヤ、２３・・・ラ
ックギヤ、 ３６・・・油圧供給口。 ２Ｇ何飾 第 区 ５カ′イト勺＼゛− ８５図にホす呼タマカイＥ丁才父゛水茅暑【のビニオソ
ラ・り噴拾→暉θ説明図　　第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定台上に敷設されたガイドレール上を移動自在な
   移動台と、 該移動台に支持され、該移動台上の駆動源によって駆動
   される駆動ローラと、 前記固定台上に前記ガイドレールと平行して配設され、
   前記駆動ローラと接触を保つガイドバーと、 前記移動台に保持され、前記ガイドバーの前記駆動ロー
   ラと対向する位置において前記ガイドバーに圧接する圧
   接ローラと、 該圧接ローラに圧接力を付与する圧接力発生手段と、 前記駆動ローラの回転量を検出する回転量検出手段と、 前記回転量検出手段および前記移動量検出手段夫々の検
   出値に基づき、前記駆動ローラのすべり量を検出するす
   べり量検出手段と、 該すべり量検出手段による単位時間当りのすべり量の絶
   対値と所定基準値とを比較し、所定基準値を越えたとき
   には異常状態と判定する判定手段と を備えたをことを特徴とする移動機構。 ２）前記判定手段は、前記単位時間当りのすべり量の絶
   対値の累積値が１サイクル間に基準値以上となった場合
   、異常状態と判定することを特徴とする請求項１記載の
   移動機構。