JPH07102508B2 - 移動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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NC工作機械等に使用され、精密な
直線運動が要求される移動機構に関する。

【０００２】

【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
ガイドバーを挾持した状態で走行可能な移動機構を提案
した。（実開昭62−113867〜113870参照) 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、移
動台に設けた駆動源によって駆動され、移動台を移動さ
せる駆動ローラと、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。

【０００３】

【発明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、駆動源によって駆動される駆動
ローラにより移動台を移動させると共にその移動位置を
検出手段により検出してその移動を制御するようにして
いるものの、サーボモータを駆動源とし、これをロータ
リエンコーダと組合せて移動台の移動位置を検出するよ
うにした場合、サーボモータとロータリエンコーダとを
直結させると、双方間に存在する僅かな遊びによって正
確な制御ができなくなる。また、駆動ローラとガイドバ
ーとの圧接関係に僅かなすべりが生じてもずれたままの
移動台の位置が検出されることになり好ましくない。

【０００４】本発明の目的は、上述した従来の課題に着
目し、その解決を図るべく、長い移動台の移動行程にお
いて常に正確にその移動位置が保持されつつ移動台を走
行させることができる移動機構を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
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、前記ガイドレールに平行に配設
されたガイドバーと、該ガイドバーに圧接し、前記移動
台に設けたサーボモータによって駆動され、前記移動台
を移動させる駆動ローラと、前記移動台に保持されたロ
ータリエンコーダと、該ロータリエンコーダの回転軸に
連結したピニオンギア軸と、該ピニオンギア軸に固定さ
れた第１ピニオンギアおよび当該ピニオンギア軸に遊嵌
され、前記第１ピニオンギアとの間に回転方向の付勢関
係を保つ第２ピニオンギアと、前記ガイドバーに平行に
配設され、前記第１ピニオンギアおよび第２ピニオンギ
アに噛合するラックギアとを有し、前記ロータリエンコ
ーダからの信号により前記移動台の移動位置にかかわる
情報を得、該情報に基づいて前記サーボモータの駆動を
制御するようにしたことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、移動台に設けたサーボモータ
によりガイドバーに圧接する駆動ローラを駆動させて移
動台をガイドレールに沿って移動させると共に、その移
動位置を移動台に保持されるロータリエンコーダのピニ
オンギア軸に設けた第１ピニオンギアおよび第２ピニオ
ンギアの遊びのないラックギアとの噛合によって検出す
ることができ、常に移動台の正確な位置制御が得られ
る。

【０００７】

【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。

【０００８】図１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。

【０００９】４は移動台２上に配設されたガイドレール
であり、図２に示すようにガイドレール４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の上部構成板2Aと
下部構成板2Bとの間の空間を通り抜けるように導設され
る。

【００１０】７は移動台２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7Aはカッ
プリング９を介して駆動ローラ軸10A 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10が取付けられている。な
お、11は駆動ローラ軸10A を図２に示すようにして軸支
しているベアリングである。

【００１１】このようにガイドバー５と接触を保つ駆動
ローラ10に対して、本例では図３に示すようにガイドバ
ー５の反対側の側面に圧接ローラ部材12を配置し、この
圧接ローラ部材12を図２に示すようなばね収納部材13の
ばね13A によりガイドバー５に向けて偏倚させ、以て、
駆動ローラ10をガイドバー５に密接させるようにする。
すなわち、圧接ローラ部材12に設けられている一対の圧
接ローラ14と駆動ローラ10との間にガイドバー５が挾持
された状態となるので、モータ７の駆動回転により移動
台２全体をガイドバー５に沿って移動させることができ
る。

【００１２】しかしてここで、本例では方形断面のガイ
ドバー５を、その両端支持部近傍で、図１に示すように
両側面を滑らかにえぐり取るようになして凹部を形成
し、以て、その幅方向を狭めることにより狭梁部50を形
成し、ガイドバー５が狭梁部50を介して矢印Ｎで示す左
右方向のたわみ、および矢印Ｍで示す梁中立軸の周りの
ねじれが生じ易いようにする。

【００１３】このようにガイドバー５を構成することに
より、ガイドバー５に対する駆動ローラ10および圧接ロ
ーラ14の取付け相対位置が多少悪く、片当りが生じる傾
向があるとしてもガイドバー５の方がその狭梁部50を介
して撓み、駆動ローラ10と圧接ローラ14との間に挾持さ
れ易い状態に変位するので、従来のような問題を解消す
ることができる。

【００１４】更に図１において、21は移動台２上に取付
けられたロータリエンコーダ、22はエンコーダ21と不図
示のカップリングを介して取付けられたピニオンギヤ装
置（以下で単にピニオンギヤという) である。しかして
このピニオンキヤ22は後述するようにして上下の２段に
構成されるが、これらのピニオンギヤ22が固定ベース１
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を第１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。

【００１５】次に図４によって、上述したピニオンギヤ
22とラックギヤ23との噛合状態およびその構成について
詳述する。図４において、24はエンコーダ21の回転軸21
A とピニオンギヤ軸25とを接続しているカップリング、
26はピニオンギヤ軸25を軸支しているベアリングであ
る。しかしてここで、ピニオンギヤ22はピニオンギヤ軸
25に固定された上部ピニオンギヤ22A と、ピニオンギヤ
軸25に回動自在に遊嵌された下部ピニオンギヤ22B とで
構成され、下部ピニオンギヤ22B には軸25に対し摺回動
自在なように潤滑部材31が嵌合されている。また、上部
ピニオンギヤ22Aには図５の（Ａ）に示すように遊び孔2
7が設けられていて、下部ピニオンギヤ22B から立設し
たピン28がこれらの遊び孔27に微動自在に嵌め合わさ
れ、これらのピン28と固定ピン29との間に掛止されたば
ね30のばね力により下部ピニオンギヤ22B を矢印方向に
回動させる付勢力を保たせている。

【００１６】そこでいま、移動台２が任意の位置に仮に
移動させられ、そこで停止したとすると、ピニオンギヤ
22ではその上部および下部ピニオンギヤがばね30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
たれていることにより、図５の（Ｂ）に示す状態でラッ
クギヤ23と噛合し、その間にバックラッシ発生の虞がな
い。

【００１７】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、圧接ローラ14が受ける反力Ｆはロボットアーム３の
加速度αおよびその質量ｍ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14との間の
摩擦係数をμとした場合、

【００１８】

【数１】

【００１９】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、従って、ばね13A のばね力は上述
のような条件のもとに設定される。

【００２０】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
の間に挾持させた状態に保ちながら、駆動ローラ10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ピニオンギヤ
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であり、しかもこの場合、上述
したような圧接力でガイドバー５が駆動ローラ10と圧接
ローラ14との間に保持される一方、ガイドバー５の方が
狭梁部50を介して左右に撓むように構成されているの
で、ガイドバー５にローラ類が片当りするようなことが
ない。本願人は実験装置を試作し、最高1.5m/secの移動
速度で、正確な位置規制を実施することができた。

【００２１】また、本例では移動体の主体である移動台
２が２本の第１ガイドレール４に跨って移動させられる
もので、しかもその移動を掌るモータ７が移動台２に搭
載されており、モータ７によって駆動される駆動ローラ
10と圧接ローラ14との間にガイドバー５を挾持した状態
で移動するためにその間の摩擦による十分な把持力が存
在する限り、仮に摩擦が生じたとしてもなんら支障な
く、しかも高精度を保って装置を作動させることができ
る。更にまた、仮にガイドバー５とローラ間にすべりが
生じたとしても、バックラッシのないピニオンギヤ22と
ラックギヤ23との間の噛合により移動台２を正確な移動
位置に規制することができる。また、上述した圧接力Ｐ
の強弱をばね13A の調整によって自在に変更可能なこと
は勿論であり、また移動機構自体の組立ならびに調整も
容易であり、充分な耐久性を持たせることができる。

【００２２】なお、以上に説明した実施例では狭梁部50
を左右両側から切欠いて凹部を設けることによって形成
したが、ガイドバーの両端部に形成する狭梁部の形状は
これに限られるものではなく、要はローラから受ける圧
接力に順応してガイドバー５に撓みが生じ駆動ローラ10
に密接する働きを発生させる縮小形状断面としたもので
あればよいことはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
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、前記ガイドレールに平行に配設されたガイドバ
ーと、該ガイドバーに圧接し、前記移動台に設けたサー
ボモータによって駆動され、前記移動台を移動させる駆
動ローラと、前記移動台に保持されたロータリエンコー
ダと、該ロータリエンコーダの回転軸に連結したピニオ
ンギア軸と、該ピニオンギア軸に固定された第１ピニオ
ンギアおよび当該ピニオンギア軸に遊嵌され、前記第１
ピニオンギアとの間に回転方向の付勢関係を保つ第２ピ
ニオンギアと、前記ガイドバーに平行に配設され、前記
第１ピニオンギアおよび第２ピニオンギアに噛合するラ
ックギアとを有し、前記ロータリエンコーダからの信号
により前記移動台の移動位置にかかわる情報を得、該情
報に基づいて前記サーボモータの駆動を制御するように
したので、廉価な費用で長い移動行程に対してもその移
動位置の正確な制御が可能となり、また、移動行程を容
易かつ廉価に延長することができる。

【００２４】すなわち、サーボモータとエンコーダとを
組合せて、物体を駆動させ、物体を適当な位置に移動さ
せるいわゆる通常の位置決め制御においては、一般的
に、サーボモータの出力軸にロータリエンコーダを直結
させて行う。なぜならロータリエンコーダとサーボモー
タとの間にガタが存在すると、モータが微小回転した場
合その回転がエンコーダによって検出されず、振動的に
なってしまい制御ができなくなる。

【００２５】一方、駆動ローラとガイドバーとは摩擦力
で力が伝達されるため、移動中に僅かながらすべりが発
生する。この場合サーボモータ軸にロータリエンコーダ
の軸を直結させておくと、移動台の位置がずれてしま
い、正しく位置決め制御を行うことができない。

【００２６】一般的に、このような移動制御ではガイド
レールに平行にリニアエンコーダを配設し、移動台上の
サーボモータをリニアエンコーダからの信号によって駆
動するようにしている。しかし、リニアエンコーダは、
それ自体が高価なだけでなく、移動台の移動行程が長く
なるに比例して長いリニアエンコーダを配設する必要が
あり、さらに高価となることが避けられない。

【００２７】本発明は、通常のラックとピニオンの関係
では、ガタが大きく（０．１〜０．２ｍｍ程度）廉価で
はあるがサーボモータの制御が難しいことに着目し、２
つのピニオンギアをバネ等により回転方向に対して付勢
関係に保ち、ラックギアの歯を挟み込むことにより、噛
合のガタをなくし、廉価で長い移動行程中の位置決め制
御を可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明移動機構の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１のA-A 線断面図である。

【図３】図１の駆動系を取出して模式的に示す斜視図で
ある。

【図４】本発明移動機構にかかる移動位置検出装置の断
面図である。

【図５】本発明にかかるその移動位置検出装置のラッシ
レスピニオン・ラック機構に関する説明図である。

【符号の説明】

１ 固定ベース ２ 移動台 ３ ロボットアーム ４ 第１ガイドレール ５ ガイドバー ７ サーボモータ 7A 駆動軸 ８ 支持台 10 駆動ローラ 12 圧接ローラ部材 13 ばね収納部材 13A ばね 14 圧接ローラ 21 エンコーダ 22,22A,22B ピニオンギヤ 23 ラックギヤ 27 遊び孔 30 ばね 31 潤滑部材 50 狭梁部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 前記ガイドレールに平行に配設されたガイドバーと、 該ガイドバーに圧接し、前記移動台に設けたサーボモー
   タによって駆動され、前記移動台を移動させる駆動ロー
   ラと、 前記移動台に保持されたロータリエンコーダと、 該ロータリエンコーダの回転軸に連結したピニオンギア
   軸と、 該ピニオンギア軸に固定された第１ピニオンギアおよび
   当該ピニオンギア軸に遊嵌され、前記第１ピニオンギア
   との間に回転方向の付勢関係を保つ第２ピニオンギア
   と、 前記ガイドバーに平行に配設され、前記第１ピニオンギ
   アおよび第２ピニオンギアに噛合するラックギアとを有
   し、前記ロータリエンコーダからの信号により前記移動
   台の移動位置にかかわる情報を得、該情報に基づいて前
   記サーボモータの駆動を制御するようにしたことを特徴
   とする移動機構。