JPH05106705A - 2次元運動機構 - Google Patents

2次元運動機構

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JPH05106705A
JPH05106705A JP3298218A JP29821891A JPH05106705A JP H05106705 A JPH05106705 A JP H05106705A JP 3298218 A JP3298218 A JP 3298218A JP 29821891 A JP29821891 A JP 29821891A JP H05106705 A JPH05106705 A JP H05106705A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 騒音の小さい、安価な2次元運動機構を提供
することを目的とする。 【構成】 基台10と、1対のガイド14a、14b
と、両端が1対のガイド14a、14bへそれぞれ取着
されると共に、移動可能なロッド18と、ロッド18上
を移動可能な移動体22と、基台10に設けられた第1
の回転駆動手段24と移動体22に設けられた第2の回
転駆動手段30と、一端が前記第1の回転駆動手段24
へ取着された第1のリンク片32と、一端が前記第2の
回転駆動手段30へ取着され、他端は前記第1のリンク
片32の他端に軸着された第2のリンク片34とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2次元運動機構に関し、
一層詳細には移動体を平面内で2次元運動させることが
可能な2次元運動機構に関する。
【0002】
【従来の技術】移動体を平面内で2次元運動させること
が可能な2次元運動機構としては種々の機構が提案され
ている。本発明者も先にこの種の2次元運動機構を開発
し、出願している(例えば、特開平1−303359号
公報、特開平2−134443号公報参照)。これらの
2次元運動機構は基台上にボールネジがX−Y方向に配
設され、当該ボールネジをモータで選択的に回転させる
ことにより移動体をX−Y駆動する機構である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の2次元運動機構には次のような課題がある。ボー
ルネジを使用することにより、極めて移動体の位置決め
精度を向上させることができるが、ボールネジをモータ
で駆動するため、ボールネジや連結部分のギア等から発
生する騒音が大きいという課題がある。また、ボールネ
ジは高価なため、3〜4本のボールネジを有する2次元
運動機構は製造コストが高くなるという経済的な課題も
ある。従って、本発明は騒音の小さい、安価な2次元運
動機構を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。第1の構成としては、
基台と、該基台上に平行に配された1対のガイドと、該
ガイドに対して直角に配され、両端が前記1対のガイド
へそれぞれ取着されると共に、ガイドの長さ方向へ移動
可能なロッドと、該ロッド上をロッドの長さ方向へ移動
可能な移動体と、前記基台に設けられた第1の回転駆動
手段と、前記移動体に設けられた第2の回転駆動手段
と、一端が前記第1の回転駆動手段へ取着され、第1の
回転駆動手段の回転出力により一端を中心に回動可能な
第1のリンク片と、一端が前記第2の回転駆動手段へ取
着され、第2の回転駆動手段の回転出力により一端を中
心に回動可能であると共に、他端は前記第1のリンク片
の他端に軸着された第2のリンク片とを具備する。
【0005】また、第2の構成としては、基台と、該基
台上に平行に配された1対のX軸ガイドと、前記基台上
に、前記X軸ガイドと直角な方向へ平行に配された1対
のY軸ガイドと、該Y軸ガイドと平行に配され、両端が
前記1対のX軸ガイドへそれぞれ取着されると共に、X
軸ガイドの長さ方向へ移動可能なXロッドと、前記X軸
ガイドと平行に配され、両端が前記1対のY軸ガイドへ
それぞれ取着されると共に、Y軸ガイドの長さ方向へ移
動可能なYロッドと、前記Xロッドおよび前記Yロッド
上を、XロッドおよびYロッドの長さ方向へ移動可能な
移動体と、前記基台に設けられた第1の回転駆動手段
と、前記移動体に設けられた第2の回転駆動手段と、一
端が前記第1の回転駆動手段へ取着され、第1の回転駆
動手段の回転出力により一端を中心に回動可能な第1の
リンク片と、一端が前記第2の回転駆動手段へ取着さ
れ、第2の回転駆動手段の回転出力により一端を中心に
回動可能であると共に、他端は前記第1のリンク片の他
端に軸着された第2のリンク片とを具備することを特徴
とする。
【0006】
【作用】作用について説明する。第1の構成において、
第1の回転駆動手段と第2の回転駆動手段を駆動する
と、両回転駆動手段の回転出力が、それぞれの一端を軸
とした第1のリンク片と第2のリンク片の回動に変換さ
れ、ロッドはガイドに沿って移動し、移動体は当該ロッ
ド上をガイドと直角な方向へ移動するので、移動体を2
次元運動させることが可能となる。一方、第2の構成に
おいて、第1の回転駆動手段と第2の回転駆動手段を駆
動すると、両回転駆動手段の回転出力が、それぞれの一
端を軸とした第1のリンク片と第2のリンク片の回動に
変換され、XロッドはX軸ガイドに沿って移動し、Yロ
ッドはY軸ガイドに沿って移動するので、移動体はXロ
ッドおよびYロッド上を共に移動することになり、移動
体を2次元運動させることが可能となる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について添付図
面と共に、詳述する。 (第1実施例)第1実施例について、図1および図2と
共に説明する。まず、構成について説明する。10は基
台であり、コ字状に形成されている。基台10の各コー
ナーには支持ボックス12が固定されている。14a、
14bはガイドであり、平行に配されている。ガイド1
4a、14bは金属製の棒体で形成され、両端はそれぞ
れ支持ボックス12へ固定されている。なお、ガイド1
4a、14bは金属製の棒体に限らず、直動ガイドを用
いてもよい。16a、16bは摺動体であり、それぞれ
ガイド14a、14bへ外嵌されている。摺動体16
a、16bはガイド14a、14bの長さ方向へ摺動可
能になっている。
【0008】18はロッドであり、金属製の棒体で形成
されている。ロッド18はガイド14a、14bに対し
直角に配され、両端はそれぞれ摺動体16a、16bに
挟着固定されている。ロッド18は摺動体16a、16
bの長さ方向への移動に伴い、ガイド14a、14bに
対して直角を維持しながらガイド14a、14bの長さ
方向へ移動可能になっている。なお、ロッド18の外周
面には長さ方向へ複数のスプライン溝20が刻設されて
いる。また、ロッド18も金属製の棒体に限らず、直動
ガイドを用いてもよい。22は移動体であり、1個のブ
ロック体である。移動体22は内部にロッド18が挿通
されると共に、ロッド18のスプライン溝20と嵌合
し、ロッド18を中心とした回動が防止されている。従
って、移動体22はロッド18を回動することなく、ロ
ッド18の長さ方向へ移動可能になっている。移動体2
2には加工作業用の工具、ロボットヘッド、計測器、加
工されるワーク等が取付可能になっている。24は第1
の回転駆動手段の一例である第1モータである。第1モ
ータ24はサーボモータが使用されている。第1モータ
24は基台10の外縁部に突設された取付部26aに固
定されている。第1モータ24の出力軸28aは減速機
構(不図示)により所定の減速比で減速されている。出
力軸28aは取付部26aの上面から突出している。
【0009】30は第2の回転駆動手段の一例である第
2モータである。第2モータ30はサーボモータが使用
されている。第2モータ30は移動体22に設けられた
取付部26bに固定されている。第2モータ30の出力
軸28bも減速機構(不図示)により所定の減速比で減
速されている。出力軸28bも取付部26bの上面から
突出している。32は第1のリンク片であり、一端部3
6aは第1モータ24の出力軸28aに固定されてい
る。従って、第1モータ24が回転すると、第1のリン
ク片32の他端部36bは、出力軸28aと一体に回転
する一端部36aを中心に円運動(回転)を行う。34
は第2のリンク片であり、一端部36cは第2モータ3
0の出力軸28bに固定されている。従って、第2モー
タ30が回転すると、第2のリンク片34の他端部36
dは、出力軸28bと一体に回転する一端部36cを中
心に円運動(回転)を行う。第2のリンク片34の他端
部36dは、第1のリンク片32の他端部36bとピン
38を介して軸着されている。
【0010】40はガイドチェーンであり、第2モータ
30へ電力を供給するケーブルや、移動体22に取り付
けられるロボットヘッドの駆動用のエアチューブ等が内
部に挿通される。ガイドチェーン40は不図示の接続手
段により、第1のリンク片32および第2のリンク片3
4へ固定されており、第1のリンク片32および第2の
リンク片34と共にフレキシブルに移動する。この2次
元運動機構の第1モータ24および第2モータ30はコ
ンピュータ制御されており、その制御システムについて
図2と共に説明する。第1モータ24にはエンコーダを
含む第1検出回路42が設けられ、出力軸28aの回転
角度を検出可能になっている。一方、第2モータ30に
もエンコーダを含む第2検出回路44が設けられ、出力
軸28bの回転角度を検出可能になっている。
【0011】46はマイクロプロセッサ(MPU)であ
り、記憶装置(ROM、RAM、外部メモリ)48に記
憶されているプログラム、制御データ、および入力装置
(キーボード等)50から入力されたコマンド、データ
に基づいて2次元運動機構の制御を行う。特に、第1モ
ータ24の出力軸28aおよび第2モータ30の出力軸
28bの回転量のコントロールは、第1検出回路42お
よび第2検出回路44から送られてくるデータを基に、
第1モータ24を駆動するための第1ドライバ回路52
および第2モータ30を駆動するための第2ドライバ回
路54をフィードバックコントロールすることにより行
われる。この出力軸28aおよび出力軸28bの回転量
のコントロールにより移動体22のX−Y位置がコント
ロールされる。なお、56は出力装置(例えばディスプ
レイ)であり、入力装置50から入力したデータ等を出
力表示する装置である。続いて第1実施例の2次元運動
機構の動作について説明する。第1モータ24が駆動さ
れると、出力軸28aが回転し、第1のリンク片32が
一端部36aを中心に回動する。この回動により、第1
のリンク片32の他端部36bのX−Y方向の位置が変
化するので、第2のリンク片34を介して移動体22を
移動させる力が作用する。
【0012】一方、第2モータ30が駆動されると、出
力軸28bが回転し、第2のリンク片34が一端部36
cを中心に回動する。この回動により、第2のリンク片
34の他端部36dのX−Y方向の位置が変化する。そ
の際、第1のリンク片32の一端部36aの位置は固定
なので、移動体22を移動させようとする力が作用す
る。第1モータ24と第2モータ30の両回転出力の合
成により、移動体22がX−Y方向へ移動する。移動体
22の移動量は出力軸28aおよび出力軸28bの回転
量(回転角度)と相関関係があり、この相関関係が制御
データとして予め記憶装置48に記憶されているのでM
PU46は当該相関関係データを参照してコントロール
可能になっている。なお、出力軸28aおよび出力軸2
8bの単位時間当たりの回転量と第1のリンク片32お
よび第2のリンク片34の長さの関係で移動体22の移
動速度を調整することも可能となるので、高速な移動体
22の移動も実現可能である。
【0013】(第2実施例)第2実施例について図3と
共に説明する。第2実施例は第1実施例の2次元運動機
構を2組並設したものであり、第1実施例と同一の構成
部材については第1実施例と同一の名称を付し、説明は
省略する。ガイド100a、100bに2組の摺動体1
02a、102bと102c、102dが外嵌されてい
る。摺動体102a、102bの間にはロッド104a
が設けられ、摺動体102c、102dの間にはロッド
104bが設けられている。ロッド104a、104b
の外周面にはスプライン溝106が刻設されている。ロ
ッド104a、104bにはそれぞれ移動体108a、
108bが外嵌されると共にスプライン溝106と嵌合
して回動防止が図られている。
【0014】移動体108aを2次元運動させるための
第1モータ110a、第2モータ112a、第1のリン
ク片114a、第2のリンク片116a、ガイドチェー
ン118aと、移動体108bを2次元運動させるため
の第1モータ110b、第2モータ112b、第1のリ
ンク片114b、第2のリンク片116b、ガイドチェ
ーン118bとは互いに反対側に設けられ、干渉が防止
されている。このような構成により、第1モータ110
a、110bおよび第2モータ112a、112bを駆
動することにより、移動体108a、108bは、X軸
方向へは共用するガイド100a、100b上を移動
し、Y軸方向へは各々のロッド104a、104b上を
移動可能になっている。従って、X軸方向の位置が干渉
し合わない範囲で移動体108a、108bは互いに独
立した2次元運動が可能になっている。
【0015】(第3実施例)第3実施例について図4と
共に説明する。第3実施例は第2実施例の2次元運動機
構を2組、基台の上方へ積層状に設けると共に、互いの
ロッドの方向を直交するよう配置したものであり、第2
実施例と同一の構成部材については第1実施例と同一の
名称を付し、説明は省略する。移動体200a、200
bを駆動する2次元運動機構は、移動体200c、20
0dを駆動する2次元運動機構の下方に設けられてい
る。移動体200a、200b用のガイド202a、2
02bは基台204上Y軸方向に配設され、ロッド20
6a、206bはガイド202a、202bに対して直
角なX軸方向へ配置されている。一方、移動体200
c、200d用のガイド202c、202dは基台20
4上X軸方向に配設され、ロッド206c、206dは
ガイド202c、202dに対して直角なY軸方向へ配
置されている。従って、本実施例の2次元運動機構にお
いては、互いに干渉し合わない範囲で4個の移動体20
0a、200b、200c、200dは互いに独立した
2次元運動が可能になっている。
【0016】(第4実施例)第4実施例について図5と
共に説明する。300は基台であり、中央をくり抜いた
ロ字状に形成されている。基台300の各コーナーには
支持ボックス302が固定されている。304a、30
4bはX軸ガイドであり、X軸方向へ平行に配されてい
る。X軸ガイド304a、304bは金属製の棒体で形
成され、両端はそれぞれ支持ボックス302へ固定され
ている。なお、X軸ガイド304a、304bは金属製
の棒体に限らず、直動ガイドを用いてもよい。306
a、306bはX軸摺動体であり、それぞれX軸ガイド
304a、304bへ外嵌されている。X軸摺動体30
6a、306bはX軸ガイド304a、304bの長さ
方向へ摺動可能になっている。308はXロッドであ
り、金属製の棒体で形成されている。Xロッド308は
X軸ガイド304a、304bに対し直角に配され、両
端はそれぞれX軸摺動体306a、306bに挟着固定
されている。Xロッド308はX軸摺動体306a、3
06bの長さ方向への移動に伴い、X軸ガイド304
a、304bに対して直角を維持しながらX軸ガイド3
04a、304bの長さ方向へ移動可能になっている。
なお、Xロッド308の外周面には先行実施例のロッド
に刻設されていたスプライン溝は不要である。また、X
ロッド308も金属製の棒体に限らず、直動ガイドを用
いてもよい。
【0017】310a、310bはY軸ガイドであり、
Y軸方向へ平行に配されている。Y軸ガイド310a、
310bは金属製の棒体で形成され、両端はそれぞれ支
持ボックス302へ固定されている。なお、Y軸ガイド
310a、310bは金属製の棒体に限らず、直動ガイ
ドを用いてもよい。312a、312bはY軸摺動体で
あり、それぞれY軸ガイド310a、310bへ外嵌さ
れている。Y軸摺動体312a、312bはY軸ガイド
310a、310bの長さ方向へ摺動可能になってい
る。314はYロッドであり、金属製の棒体で形成され
ている。Yロッド314はY軸ガイド310a、310
bに対し直角に配され、両端はそれぞれY軸摺動体31
2a、312bに挟着固定されている。Yロッド314
はY軸摺動体312a、312bの長さ方向への移動に
伴い、Y軸ガイド310a、310bに対して直角を維
持しながらY軸ガイド310a、310bの長さ方向へ
移動可能になっている。なお、Yロッド314の外周面
にも先行実施例のロッドに刻設されていたスプライン溝
は不要である。また、Yロッド314も金属製の棒体に
限らず、直動ガイドを用いてもよい。
【0018】316は移動体であり、1個のブロック体
である。移動体316は内部にXロッド308およびY
ロッド314が直交して挿通されている。従って、Xロ
ッド308およびYロッド314にスプライン溝を設け
て移動体316の回動防止を図らなくても移動体316
の回動が防止されている。また、移動体316はXロッ
ド308およびYロッド314の長さ方向へ移動可能に
なっている。移動体316には加工作業用の工具、ロボ
ットヘッド、計測器、加工されるワーク等が取付可能に
なっている。318は第1の回転駆動手段の一例である
第1モータである。第1モータ318はサーボモータが
使用されている。第1モータ318は基台300の外縁
部に突設された取付部320aに固定されている。第1
モータ318の出力軸322aは減速機構(不図示)に
より所定の減速比で減速されている。出力軸322aは
取付部320aの上面から突出している。
【0019】324は第2の回転駆動手段の一例である
第2モータである。第2モータ324はサーボモータが
使用されている。第2モータ324は移動体316に設
けられた取付部320bに固定されている。第2モータ
324の出力軸322bも減速機構(不図示)により所
定の減速比で減速されている。出力軸322bも取付部
320bの上面から突出している。326は第1のリン
ク片であり、一端部330aは第1モータ318の出力
軸322aに固定されている。従って、第1モータ31
8が回転すると、第1のリンク片326の他端部330
bは、出力軸322aと一体に回転する一端部330a
を中心に円運動(回転)を行う。328は第2のリンク
片であり、一端部330cは第2モータ324の出力軸
322bに固定されている。従って、第2モータ324
が回転すると、第2のリンク片328の他端部330d
は、出力軸322bと一体に回転する一端部330cを
中心に円運動(回転)を行う。第2のリンク片328の
他端部330dは、第1のリンク片326の他端部33
0bとピン332を介して軸着されている。
【0020】334はガイドチェーンであり、第2モー
タ324へ電力を供給するケーブルや、移動体316に
取り付けられるロボットヘッドの駆動用のエアチューブ
等が内部に挿通される。ガイドチェーン334は不図示
の接続手段により、第1のリンク片326および第2の
リンク片328へ固定されており、第1のリンク片32
6および第2のリンク片328と共にフレキシブルに移
動する。この2次元運動機構の第1モータ318および
第2モータ324もコンピュータ制御されており、その
制御システムについては第1実施例と同一なので説明は
省略する。続いて第4実施例の2次元運動機構の動作に
ついて説明する。第1モータ318が駆動されると、出
力軸322aが回転し、第1のリンク片326が一端部
330aを中心に回動する。この回動により、第1のリ
ンク片326の他端部330bのX−Y方向の位置が変
化するので、第2のリンク片328を介して移動体31
6を移動させる力が作用する。
【0021】一方、第2モータ324が駆動されると、
出力軸322bが回転し、第2のリンク片328が一端
部330cを中心に回動する。この回動により、第2の
リンク片328の他端部330dのX−Y方向の位置が
変化する。その際、第1のリンク片326の一端部33
0aの位置は固定なので、移動体316を移動させよう
とする力が作用する。第1モータ318と第2モータ3
24の両回転出力の合成により、移動体316がX−Y
方向へ移動する。移動体316の移動量は出力軸322
aおよび出力軸322bの回転量(回転角度)と相関関
係があり、この相関関係が制御データとして予め記憶さ
れており、当該相関関係データを参照して移動体316
の運動をコントロール可能になっている。以上、本発明
の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明は上
述の実施例に限定されるのではなく、例えば、第1およ
び第2の回転駆動手段はサーボモータに限らず、ロータ
リシリンダ等の回転アクチュエータでもよい等、発明の
精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもち
ろんである。
【0022】
【発明の効果】本発明に係る2次元運動機構を用いる
と、請求項1の構成においては、第1の回転駆動手段と
第2の回転駆動手段を駆動すると、両回転駆動手段の回
転出力が、それぞれの一端を軸とした第1のリンク片と
第2のリンク片の回動に変換され、ロッドはガイドに沿
って移動し、移動体は当該ロッド上をガイドと直角な方
向へ移動するので、移動体を2次元運動させることが可
能となる。一方、請求項2の構成においては、第1の回
転駆動手段と第2の回転駆動手段を駆動すると、両回転
駆動手段の回転出力が、それぞれの一端を軸とした第1
のリンク片と第2のリンク片の回動に変換され、Xロッ
ドはX軸ガイドに沿って移動し、YロッドはY軸ガイド
に沿って移動するので、移動体はXロッドおよびYロッ
ド上を共に移動することになり、移動体を2次元運動さ
せることが可能となる。従って、騒音を発生させるボー
ルネジを用いることがないので、騒音が小さく、かつ安
価な2次元運動機構を提供可能となる等の著効を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2次元運動機構の第1実施例を示
した斜視図。
【図2】その制御システムを示したブロックダイアグラ
ム。
【図3】第2実施例を示した斜視図。
【図4】第3実施例を示した平面図。
【図5】第4実施例を示した斜視図。
【符号の説明】
10、204、300 基台 14a、14b、100a、100b、202a、20
2b、202c、202d ガイド 18、104a、104b、206a、206b、20
6c、206d ロッド 22、108a、108b、200a、200b、20
0c、200d、316移動体 24、110a、110b、318 第1モータ 30、112a、112b、324 第2モータ 32、114a、114b、326 第1のリンク片 34、116a、116b、318 第2のリンク片 304a、304b X軸ガイド 308 Xロッド 310a、310b Y軸ガイド 314 Yロッド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基台と、 該基台上に平行に配された1対のガイドと、 該ガイドに対して直角に配され、両端が前記1対のガイ
    ドへそれぞれ取着されると共に、ガイドの長さ方向へ移
    動可能なロッドと、 該ロッド上をロッドの長さ方向へ移動可能な移動体と、 前記基台に設けられた第1の回転駆動手段と、 前記移動体に設けられた第2の回転駆動手段と、 一端が前記第1の回転駆動手段へ取着され、第1の回転
    駆動手段の回転出力により一端を中心に回動可能な第1
    のリンク片と、 一端が前記第2の回転駆動手段へ取着され、第2の回転
    駆動手段の回転出力により一端を中心に回動可能である
    と共に、他端は前記第1のリンク片の他端に軸着された
    第2のリンク片とを具備することを特徴とする2次元運
    動機構。
  2. 【請求項2】 前記ガイドには複数の前記ロッドが取着
    され、 各ロッドにはそれぞれ前記移動体が設けられ、 各移動体に対応して前記第1の回転駆動手段、前記第2
    の回転駆動手段、前記第1のリンク片および前記第2の
    リンク片がそれぞれ設けられていることを特徴とする請
    求項1記載の2次元運動機構。
  3. 【請求項3】 基台と、 該基台上に平行に配された1対のX軸ガイドと、 前記基台上に、前記X軸ガイドと直角な方向へ平行に配
    された1対のY軸ガイドと、 該Y軸ガイドと平行に配され、両端が前記1対のX軸ガ
    イドへそれぞれ取着されると共に、X軸ガイドの長さ方
    向へ移動可能なXロッドと、 前記X軸ガイドと平行に配され、両端が前記1対のY軸
    ガイドへそれぞれ取着されると共に、Y軸ガイドの長さ
    方向へ移動可能なYロッドと、 前記Xロッドおよび前記Yロッド上を、Xロッドおよび
    Yロッドの長さ方向へ移動可能な移動体と、 前記基台に設けられた第1の回転駆動手段と、 前記移動体に設けられた第2の回転駆動手段と、 一端が前記第1の回転駆動手段へ取着され、第1の回転
    駆動手段の回転出力により一端を中心に回動可能な第1
    のリンク片と、 一端が前記第2の回転駆動手段へ取着され、第2の回転
    駆動手段の回転出力により一端を中心に回動可能である
    と共に、他端は前記第1のリンク片の他端に軸着された
    第2のリンク片とを具備することを特徴とする2次元運
    動機構。
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