JPH1026204A - Nip mechanism for servo motor drive type end effector - Google Patents

Nip mechanism for servo motor drive type end effector

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JPH1026204A
JPH1026204A JP8195265A JP19526596A JPH1026204A JP H1026204 A JPH1026204 A JP H1026204A JP 8195265 A JP8195265 A JP 8195265A JP 19526596 A JP19526596 A JP 19526596A JP H1026204 A JPH1026204 A JP H1026204A
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JP
Japan
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servo motor
rod
end effector
crank plate
clamping
Prior art date
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JP8195265A
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Japanese (ja)
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Akira Nihei
亮 二瓶
Satoshi Kinoshita
聡 木下
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30Features relating to electrodes
    • B23K11/31Electrode holders and actuating devices therefor
    • B23K11/311Electrode holders and actuating devices therefor the actuating device comprising an electric motor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize strong nipping force, speed of speedy operation, and the reduction of weight of a whole device simultaneously by constituting a means which converts rotary movement into linear movement by a crank mechanism in a nip mechanism of an end effector which nips an article by converting rotary movement of a servo motor into linear movement. SOLUTION: When a nip mechanism of a servo motor drive type end effector is applied to a rod push-out mechanism of a spot welding gun 100, a conversion means 2 for converting rotary movement of a servo motor M into linear movement is provided with a crank plate 3 which is rotated and driven by the servo motor M and incorporates a decelerator and an arm 4 of which one end part is fixed at a position away from the center O of the crank plate 3 by a predetermined dimension. A basic part of a rod 102' provided with an electrode 101 on movable side which comes into contact with and leaves an electrode 108 on fixed side is fixed on a node B provided at the other end of the arm 4. The direction of travel of this rod 102' is regulated by a linear bush 110 fixed on a spot welding gun main body. Accordingly, it is possible to realize high speed operation and the reduction of weight of a device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータ駆動
式エンドエフェクタの挾圧機構の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a clamping mechanism of a servo motor driven end effector.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、エンドエフェクタの挾圧機構を作
動させる駆動源としてはエアシリンダを用いるのが一般
的であったが、最近では、動作精度や静粛性等に関する
要求水準も高くなり、その要求を満たすためにサーボモ
ータを利用した挾圧機構も提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an air cylinder has generally been used as a drive source for operating a clamping mechanism of an end effector. A clamping mechanism using a servomotor has been proposed to satisfy the demand.

【0003】サーボモータの回転運動を直線運動に変換
して物品を挾圧するエンドエフェクタとしては、スポッ
ト溶接ガンのロッド押し出し機構や物品取り回し用のロ
ボットハンド等が公知である。
As an end effector for converting a rotary motion of a servomotor into a linear motion to press an article, a rod pushing mechanism of a spot welding gun and a robot hand for article handling are known.

【0004】図6はその一例として従来のスポット溶接
ガンのロッド押し出し機構の概略を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram schematically showing a rod pushing mechanism of a conventional spot welding gun as an example.

【0005】このスポット溶接ガン100は、ロボット
アームの先端に装着して用いるエンドエフェクタの一種
であり、その内部には、可動側電極101を取り付けた
ロッド102を軸方向に突出および縮退させるためのサ
ーボモータM′と、該サーボモータM′の回転運動を直
線運動に変換するための変換手段103とが設けられて
いる。
The spot welding gun 100 is a kind of an end effector used by being mounted on the tip of a robot arm. Inside the spot effecting gun, a rod 102 to which a movable electrode 101 is attached is projected and retracted in an axial direction. A servo motor M 'and conversion means 103 for converting the rotary motion of the servo motor M' into a linear motion are provided.

【0006】変換手段103の主要部は、スポット溶接
ガン100の本体に対し軸方向移動自在かつ回転不能に
取り付けられたロッド102の基部に刻設されたボール
ネジ102aと、該ボールネジ102aに螺合してスポ
ット溶接ガン100の本体に対し軸方向移動不能かつ回
転自在に取り付けられたボールナット104とにより構
成される。符号109はスポット溶接ガン100の本体
にボールナット104を軸支するためのベアリング、ま
た、符号110はロッド102の直線動作をガイドする
と共に、その回り止めを兼ねるリニアブッシュである。
A main part of the conversion means 103 is a ball screw 102a engraved on a base of a rod 102 attached to the main body of the spot welding gun 100 so as to be axially movable and non-rotatable, and is screwed to the ball screw 102a. And a ball nut 104 that is axially immovable and rotatably attached to the main body of the spot welding gun 100. Reference numeral 109 denotes a bearing for pivotally supporting the ball nut 104 on the body of the spot welding gun 100, and reference numeral 110 denotes a linear bush that guides the linear movement of the rod 102 and also serves as a detent.

【0007】ボールナット104の外周部には、サーボ
モータM′側の駆動用スパーギァ105に噛合する従動
側スパーギァ106が一体的に設けられ、サーボモータ
M′により駆動されるボールナット104の回転をボー
ルナット&スクリュー機構で直線運動に変換してロッド
102を軸方向に突出させ、スポット溶接ガン100の
クランプアーム107の先端に位置する固定側電極10
8と可動側電極101との間で溶接対象を挾圧して溶接
作業を行うようになっている。
A driven sparger 106 meshing with a driving sparger 105 on the servo motor M 'side is provided integrally with an outer peripheral portion of the ball nut 104, and rotates the ball nut 104 driven by the servo motor M'. The rod 102 is converted into linear motion by a ball nut & screw mechanism to project the rod 102 in the axial direction, and the fixed side electrode 10 located at the tip of the clamp arm 107 of the spot welding gun 100.
The welding operation is performed by pressing the object to be welded between the movable electrode 8 and the movable-side electrode 101.

【0008】このような構成によれば、ロッド102の
突出量や移動速度を正確に制御でき、また、挾圧力の制
御も容易に行えるようになるといったメリットがある。
According to such a configuration, there are advantages that the protrusion amount and the moving speed of the rod 102 can be accurately controlled, and that the clamping pressure can be easily controlled.

【0009】しかし、挾圧力を大きくするためには、サ
ーボモータM′を大出力のものに換装するか、または、
ボールナット&スクリュー機構の減速比を大きなものに
しなければならない。サーボモータM′を大出力のもの
にすれば、当然、製造コストが増大し、また、装置の重
量も大きくなるし、一方、ボールナット&スクリュー機
構の減速比を大きなものにすれば、ロッド102の突出
速度や縮退速度が低速化するといった問題がある。
However, in order to increase the clamping pressure, the servomotor M 'must be replaced with a high output one, or
The reduction ratio of the ball nut and screw mechanism must be increased. If the servo motor M 'has a large output, the manufacturing cost naturally increases, and the weight of the device also increases. On the other hand, if the reduction ratio of the ball nut and screw mechanism is increased, the rod 102 is increased. However, there is a problem that the projecting speed and the degenerating speed are reduced.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を解消し、強い挾圧力と迅速な動作速度
と装置全体の軽量化とを同時に達成することのできるサ
ーボモータ駆動式エンドエフェクタの挾圧機構を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to achieve a servo motor driven type which can simultaneously achieve a strong clamping force, a quick operation speed and a light weight of the whole apparatus. An object of the present invention is to provide an end effector clamping mechanism.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、回転運動を直
線運動に変換するための手段をクランク機構により構成
したことを特徴とする構成により前記目的を達成した。
The object of the present invention has been attained by the present invention in which a means for converting a rotary motion into a linear motion is constituted by a crank mechanism.

【0012】また、クランク機構が下死点近傍に回転し
たときに挾圧動作が開始されるように調整してあるの
で、クランク機構の増幅率が最も大きな部分で挾圧動作
を行うことができ、低出力のサーボモータでも大きな挾
圧力を得ることができる。しかも、アプローチや退避動
作では挾圧機構を高速で作動させることができるので、
挾圧機構の開閉所要時間を全体として短縮することがで
きる。
Further, since the clamping operation is adjusted so as to start when the crank mechanism rotates near the bottom dead center, the clamping operation can be performed in a portion where the amplification factor of the crank mechanism is the largest. A large clamping pressure can be obtained even with a low-output servomotor. In addition, since the clamping mechanism can be operated at a high speed during the approach and retreat operations,
The time required for opening and closing the clamping mechanism can be shortened as a whole.

【0013】この挾圧機構はスポット溶接ガンのロッド
押し出し機構の他、物品取り回し用のロボットハンド等
に適用することが可能である。
This clamping mechanism can be applied not only to a rod pushing-out mechanism of a spot welding gun, but also to a robot hand for article handling.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図1はスポット溶接ガンのロッド押
し出し機構に本発明の挾圧機構を適用した場合の一例を
示す概念図である。スポット溶接ガンの本体構造に関し
ては図6に示した従来例と同様であるのでここでは記載
を省略し、図1では、挾圧機構1の主要部、特に、サー
ボモータMの回転運動を直線運動に変換するための変換
手段2について構成の概略を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example in which the clamping mechanism of the present invention is applied to a rod pushing mechanism of a spot welding gun. The body structure of the spot welding gun is the same as that of the conventional example shown in FIG. 6 and therefore will not be described here. In FIG. The outline of the configuration of the conversion means 2 for converting the data into.

【0015】3はサーボモータMにより回転駆動される
減速機を内蔵したクランク板で、その中心Oから半径r
の位置に、全長Lを有するアーム4の一端を枢着したノ
ードAが設けられている。また、アーム4の他端にはノ
ードBが設けられ、該ノードBには、可動側電極101
を備えたロッド102′の基部が枢着されている。ロッ
ド102′の全長は可動側電極101の部分を含めてx
0 であり、その移動方向は、図6に示した従来例と同
様、スポット溶接ガンの本体に固設されたリニアブッシ
ュ110によって規制されている。この実施形態におい
ては、ロッド102′の延長線上にクランク板3の回転
中心Oが位置するようにリニアブッシュ110とクラン
ク板3との位置関係が定められている。
Reference numeral 3 denotes a crank plate having a built-in reduction gear that is rotationally driven by a servo motor M, and has a radius r
Is provided with a node A to which one end of an arm 4 having the entire length L is pivotally mounted. A node B is provided at the other end of the arm 4, and the node B has a movable electrode 101.
The base of a rod 102 ′ with is pivotally mounted. The total length of the rod 102 ′ is x including the movable electrode 101.
The movement direction is regulated by a linear bush 110 fixed to the main body of the spot welding gun, similarly to the conventional example shown in FIG. In this embodiment, the positional relationship between the linear bush 110 and the crank plate 3 is determined such that the rotation center O of the crank plate 3 is located on an extension of the rod 102 '.

【0016】図2は挾圧機構1の構成をより簡略化して
作用原理図として示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the principle of operation by further simplifying the structure of the clamping mechanism 1.

【0017】次に、クランク板3の回転角θと可動側電
極101の先端位置x、および、可動側電極101の先
端に作用する押し付け力Fとの関係について説明する。
なお、回転角θはアーム4とロッド102′とが一直線
上に並んでロッド102′が最も突出したときの状態、
つまり、クランク機構が下死点にある状態から反時計方
向に向けて計った回転角の値であり、また、可動側電極
101の先端位置xはクランク板3の回転中心Oからの
距離である。
Next, the relationship between the rotation angle θ of the crank plate 3 and the position x of the tip of the movable electrode 101 and the pressing force F acting on the tip of the movable electrode 101 will be described.
The rotation angle θ is the state when the arm 4 and the rod 102 ′ are aligned and the rod 102 ′ projects most.
In other words, it is the value of the rotation angle measured in the counterclockwise direction from the state where the crank mechanism is at the bottom dead center, and the tip position x of the movable electrode 101 is the distance from the rotation center O of the crank plate 3. .

【0018】まず、クランク板3の回転中心Oから可動
側電極101の先端までの距離xは、図2から明らかな
ように、
First, the distance x from the rotation center O of the crank plate 3 to the tip of the movable-side electrode 101 is, as apparent from FIG.

【0019】[0019]

【数1】 である。このうちx0 の値は定数で、回転角θに対応し
て変化するのはx′の項のみである。
(Equation 1) It is. Among them, the value of x0 is a constant, and only the term of x 'changes corresponding to the rotation angle θ.

【0020】また、x′の項は回転角θの関数として、The term x 'is a function of the rotation angle θ,

【0021】[0021]

【数2】 で示される。要するに、図2における線分OCと線分C
Bとの和である。
(Equation 2) Indicated by In short, the line segment OC and the line segment C in FIG.
B and the sum.

【0022】従って、可動側電極101の先端位置xは
回転角θの関数として、
Accordingly, the tip position x of the movable electrode 101 is calculated as a function of the rotation angle θ as follows:

【0023】[0023]

【数3】 によって示されることになる。(Equation 3) Will be indicated by

【0024】また、クランク板3の回転により可動側電
極101の先端に作用する押し付け力Fは、クランク板
3自体に作用する回転トルクをT、また、その状態でロ
ッド102′の延長線とアーム4とが成す角を仮にφと
すれば、
The pressing force F acting on the tip of the movable electrode 101 due to the rotation of the crank plate 3 is represented by T which is the rotational torque acting on the crank plate 3 itself. If the angle between 4 and φ is φ,

【0025】[0025]

【数4】 で示すことができる。(Equation 4) Can be indicated by

【0026】なお、数4の式は、ノードAにおいてクラ
ンク板3の接線方向に作用する力〔T/r〕に〔sin
(θ+φ)〕の逆数を乗じた力がアーム4の軸線に沿っ
て作用し、更に、アーム4の軸線方向に作用する力に
〔cos φ〕を乗じるとロッド102′の軸線方向に作用
する力、要するに、押し付け力Fが求まるという意味合
いである。数4の式の第1行から第2行への変換は、正
弦の加法定理による。
Equation (4) indicates that the force [T / r] acting at the node A in the tangential direction of the crank plate 3 is [sin
(Θ + φ)] acts along the axis of the arm 4, and when the force acting in the axial direction of the arm 4 is multiplied by [cos φ], the force acting in the axial direction of the rod 102 ′ In short, this means that the pressing force F is determined. The conversion from the first row to the second row of the equation (4) is based on the sine addition theorem.

【0027】この段階ではφの値は未知であるから、次
に、数4の式からφの項を消去し、回転角θのみの関数
で数4の式を記述することを考える。
At this stage, since the value of φ is unknown, it is considered that the term of φ is deleted from the equation of Equation 4 and the equation of Equation 4 is described using only the rotation angle θ.

【0028】ここで、図2の仮想線aに着目すると、Here, focusing on the virtual line a in FIG.

【0029】[0029]

【数5】 の関係式を得ることができる。従って、(Equation 5) Can be obtained. Therefore,

【0030】[0030]

【数6】 である。(Equation 6) It is.

【0031】更に、図2におけるx′と線分OC(=r
cos θ)、および、Lとφとの関係から、
Further, x 'in FIG. 2 and the line segment OC (= r
cos θ) and the relationship between L and φ,

【0032】[0032]

【数7】 が得られる。(Equation 7) Is obtained.

【0033】そこで、数6の式および数7の式で得られ
たsin φとcos φの値を数4の式に代入し、x′の項を
数1の式によって置き換えると、最終的に、可動側電極
101の先端に作用する押し付け力Fを回転角θのみで
現した関数式、
Therefore, by substituting the values of sin φ and cos φ obtained by the equations (6) and (7) into the equation (4) and replacing the term x ′ by the equation (1), A functional expression expressing the pressing force F acting on the tip of the movable-side electrode 101 only by the rotation angle θ,

【0034】[0034]

【数8】 が得られる。(Equation 8) Is obtained.

【0035】クランク板3の回転角がθであるときの可
動側電極101の移動速度Vを知りたければ、数3の距
離xを回転角θについて微分すればよい。
If it is desired to know the moving speed V of the movable electrode 101 when the rotation angle of the crank plate 3 is θ, the distance x in Expression 3 can be differentiated with respect to the rotation angle θ.

【0036】[0036]

【数9】 回転角θに対応する可動側電極101の位置x、押し付
け力F(但し、回転トルクTに対する増幅率)、移動速
度Vの関係の一例を図3ないし図5に示す。
(Equation 9) An example of the relationship between the position x of the movable electrode 101 corresponding to the rotation angle θ, the pressing force F (however, the amplification factor with respect to the rotation torque T), and the moving speed V is shown in FIGS.

【0037】但し、数3の式で示される可動側電極10
1の先端位置xの値も数8の式で示される押し付け力F
の値も、クランク板3の回転角θやクランク板3自体に
作用する回転トルクTをベースとする関数式であるか
ら、実際に、サーボモータMに対する位置,トルクの制
御で先端位置xや押し付け力Fを調整するためには、θ
やTの値をサーボモータMの回転角や駆動トルクの関数
によって置き換える必要がある。
However, the movable side electrode 10 represented by the equation (3)
The value of the tip position x of 1 is also the pressing force F expressed by the equation (8).
Is also a function formula based on the rotation angle θ of the crank plate 3 and the rotation torque T acting on the crank plate 3 itself. To adjust the force F, θ
And the value of T need to be replaced by a function of the rotation angle of the servo motor M and the driving torque.

【0038】ここで、サーボモータMとクランク板3と
の間の減速比をG、サーボモータMの回転角をθm 、サ
ーボモータMの駆動トルクをTm とすると、数10およ
び数11の関係式が導かれる。
Here, assuming that the reduction ratio between the servomotor M and the crank plate 3 is G, the rotation angle of the servomotor M is θm, and the driving torque of the servomotor M is Tm, the relational expressions of Expressions 10 and 11 are obtained. Is led.

【0039】[0039]

【数10】 (Equation 10)

【0040】[0040]

【数11】 そこで、これらの値θおよびTを数3および数8の式に
代入すると、各々数12および数13の式に変形され、
サーボモータMに対する位置,トルクの制御で、直接的
に、可動側電極101の先端位置xおよび可動側電極1
01の押し付け力Fを調整することができるようにな
る。
[Equation 11] Therefore, when these values θ and T are substituted into the expressions of Expressions 3 and 8, they are transformed into Expressions of Expressions 12 and 13, respectively.
By controlling the position and torque with respect to the servo motor M, the tip position x of the movable electrode 101 and the movable electrode 1
01 can be adjusted.

【0041】[0041]

【数12】 (Equation 12)

【0042】[0042]

【数13】 次に、スポット溶接ガンの挾圧機構1において可動側電
極101の先端位置xおよび押し付け力Fを最適化する
ための構成について説明する。
(Equation 13) Next, a configuration for optimizing the tip position x and the pressing force F of the movable electrode 101 in the pinching mechanism 1 of the spot welding gun will be described.

【0043】その最も簡単な方法は、可動側電極101
の先端に作用する押し付け力Fがクランク板3の下死点
付近で急激に増大し、また、クランク板3の回転角θが
90度の近傍では可動側電極101の移動速度Vが相対
的に大きく、下死点(θ=0)の近傍では非常に小さく
なるといった構造上の特性それ自体を利用した設計方法
であり、必ずしも、サーボモータMに対する位置,トル
クの厳密な制御を必要としない。
The simplest method is as follows.
The pressing force F acting on the tip of the crank plate 3 rapidly increases near the bottom dead center of the crank plate 3, and the moving speed V of the movable-side electrode 101 relatively increases when the rotation angle θ of the crank plate 3 is around 90 degrees. This is a design method utilizing the structural characteristics itself such as being large and very small near the bottom dead center (θ = 0), and does not necessarily require strict control of the position and torque of the servo motor M.

【0044】図2に示す通り、可動側電極101の先端
位置xの最大値はクランク板3の中心OからノードAま
での離間距離rとアーム4の全長Lおよびロッド10
2′の全長x0 との和である。しかしながら、クランク
板3が下死点に達して最大の押し付け力Fが発揮される
ときに溶接対象が挾圧されるようにするために、溶接対
象の厚みをΔt1として、クランク板3の中心Oから固
定側電極108の先端までの離間距離Sが〔r+L+x
0 +Δt1〕となるようにクランプアーム107を設計
するのは誤りである。このような設計では、可動側電極
101および溶接対象と固定側電極108とが隙間なく
接触するだけであり、実際には、これらの間に全く押し
付け力は作用しない。固定側電極108によって支えら
れた溶接対象の表面に可動側電極101が接触した時点
でロッド102′の突出動作が停止するからである。
As shown in FIG. 2, the maximum value of the tip position x of the movable electrode 101 is determined by the distance r from the center O of the crank plate 3 to the node A, the total length L of the arm 4 and the rod 10
This is the sum of 2 'and the total length x0. However, in order to clamp the welding target when the maximum pressing force F is exerted when the crank plate 3 reaches the bottom dead center and the thickness of the welding target is Δt1, the center O of the crank plate 3 is set. The distance S from the head to the tip of the fixed side electrode 108 is [r + L + x
[0 + Δt1] is erroneous to design the clamp arm 107. In such a design, the movable-side electrode 101 and the object to be welded only come into contact with the fixed-side electrode 108 without any gap, and in fact, no pressing force acts between them. This is because when the movable electrode 101 comes into contact with the surface of the welding target supported by the fixed electrode 108, the projecting operation of the rod 102 'stops.

【0045】つまり、図4に示す通り、可動側電極10
1はクランク板3が下死点に達したときに最大の押し付
け力F(理論上無限大)を発揮するが、それは、飽くま
で押し付け力Fに対抗する反力が押し付け力Fに比例し
て発生する場合のことで、前述したように、溶接対象の
表面に可動側電極101が接触した時点でロッド10
2′の突出が限界に達して停止してしまったのでは、反
力は全く発生せず、押し付け力Fも結果的に零となるの
である。
That is, as shown in FIG.
1 shows the maximum pressing force F (theoretical infinity) when the crank plate 3 reaches the bottom dead center, but the reaction force against the pressing force F is generated in proportion to the pressing force F until it gets tired. When the movable electrode 101 comes into contact with the surface of the welding target as described above,
If the protrusion of 2 'reaches the limit and stops, no reaction force is generated and the pressing force F eventually becomes zero.

【0046】従って、アーム4とロッド102′が完全
に一直線上に並んで伸び切る前の段階で溶接対象の表面
に可動側電極101を接触させ、ロッド102′の突出
動作によって溶接対象およびクランプアーム107を弾
性変形させるか、または、クランプアーム107の剛性
によってロッド102′の突出動作を強制的に停止させ
るかして、クランプアーム107の側から押し付け力F
に比例する反力を発生させる必要がある。
Therefore, before the arm 4 and the rod 102 'are completely aligned and extended, the movable electrode 101 is brought into contact with the surface of the object to be welded. 107, or by forcibly stopping the projecting operation of the rod 102 ′ due to the rigidity of the clamp arm 107, the pressing force F from the side of the clamp arm 107.
It is necessary to generate a reaction force proportional to.

【0047】アーム4とロッド102′が伸び切る前に
溶接対象の表面に可動側電極101が接触するというこ
とは接触段階でクランク板3が下死点に位置しないこと
を意味するが、実際問題として、クランク板3が下死点
から僅かに外れた位置にあっても、可動側電極101の
押し付け力Fは相当に強大である。従って、溶接対象の
表面に可動側電極101が接触してからもロッド10
2′の突出動作は続き、更に、クランク板3が下死点に
接近するに連れてその押し付け力Fも増大するが、クラ
ンプアーム107に十分に剛性の大きな素材を適用して
おけば、いずれは押し付け力Fとクランプアーム107
の弾性変形による反力とが釣り合い、クランプアーム1
07が弾性変形したままロッド102′の突出動作が強
制停止することになる。
The fact that the movable electrode 101 comes into contact with the surface to be welded before the arm 4 and the rod 102 'extend completely means that the crank plate 3 is not located at the bottom dead center at the contact stage, but there is a practical problem. As a result, even when the crank plate 3 is at a position slightly deviated from the bottom dead center, the pressing force F of the movable electrode 101 is considerably large. Therefore, even after the movable electrode 101 comes into contact with the surface of the welding target, the rod 10
The protruding operation 2 ′ continues, and the pressing force F increases as the crank plate 3 approaches the bottom dead center. However, if a material having sufficiently large rigidity is applied to the clamp arm 107, it will eventually change. Is the pressing force F and the clamp arm 107
Of the clamp arm 1
The projecting operation of the rod 102 'is forcibly stopped while 07 is elastically deformed.

【0048】この状態で各部材間に作用している内力が
実質的な挾圧力である。このときクランプアーム107
に生じている撓み量をΔt2とすれば、クランク板3の
中心Oから固定側電極108の先端までの離間距離Sと
して最も望ましい値は、〔r+L+x0 +Δt1−Δt
2〕ということになる。無論、撓み量Δt2によって代
表される押し付け力Fの値はサーボモータMの駆動トル
クTm やクランク板3の回転角θおよびクランプアーム
107の材質や形状によって異なるので、実際のΔt2
の値は計算または実験により設計段階で求めておく必要
がある。
The internal force acting between the members in this state is a substantial clamping force. At this time, the clamp arm 107
Assuming that the amount of flexure occurring at Δt2 is Δt2, the most desirable value as the separation distance S from the center O of the crank plate 3 to the tip of the fixed electrode 108 is [r + L + x0 + Δt1-Δt
2]. Of course, the value of the pressing force F represented by the amount of deflection Δt2 varies depending on the driving torque Tm of the servomotor M, the rotation angle θ of the crank plate 3 and the material and shape of the clamp arm 107, so that the actual Δt2
Must be determined at the design stage by calculation or experiment.

【0049】また、実際には可動側電極101には溶接
や挾圧動作の繰り返しによって磨耗が生じ、いずれは交
換が必要な時期がくるし、また、如何なる場合でも、溶
接対象の表面に可動側電極101が接触する前にアーム
4とロッド102′とが伸び切ってしまうといったこと
は避けねばならないから、可動側電極101を交換する
までに生じる可能性のある最大の磨耗量をΔt3とすれ
ば、結果的に、クランク板3の中心Oから固定側電極1
08の先端までの離間距離Sとして最も望ましい値は、
〔r+L+x0 +Δt1−Δt2−Δt3〕ということ
になる。
In practice, the movable electrode 101 is worn due to repetition of welding and clamping operations, and it will eventually need to be replaced. In any case, the movable electrode 101 is placed on the surface to be welded. Since it is necessary to avoid that the arm 4 and the rod 102 ′ extend completely before the 101 comes into contact, if the maximum amount of wear that can occur before the movable electrode 101 is replaced is Δt 3, As a result, from the center O of the crank plate 3 to the fixed-side electrode 1
The most desirable value as the separation distance S to the tip of 08 is
[R + L + x0 + Δt1-Δt2-Δt3].

【0050】このうち、磨耗量は変動する値であり、こ
こでは、その最大値Δt3を設計上の値として利用して
いるが、実際の挾圧動作に適した可動側電極101の移
動位置xの許容範囲も、例えば、図3の例に示すように
5〜7mm程度と比較的広いので、可動側電極101の磨
耗によって挾圧力に著しいばらつきが生じるといった問
題はない。
Of these, the amount of wear is a variable value. In this case, the maximum value Δt3 is used as a design value. However, the moving position x of the movable-side electrode 101 suitable for the actual clamping operation. Is relatively wide, for example, about 5 to 7 mm as shown in the example of FIG. 3, so that there is no problem that abrasion of the movable electrode 101 causes a significant variation in the clamping pressure.

【0051】なお、図4に示す通り、この実施形態では
力の増幅率が3倍ないし4倍となる範囲を実用範囲と定
めているが、実際には、図4に示す通り、理論上無限大
の力の増幅が可能である。実用範囲を増幅率が3倍ない
し4倍となる区間に定めているのは、それよりも増幅率
の大きな区間では、可動側電極101の移動位置のず
れ、または、溶接対象の厚みのばらつきや可動側電極1
01の磨耗の度合い等の各種誤差によって挾圧力が著し
く変動したり、更には、挾圧力が過剰となって機構部に
損傷が生じる危険があるからであり、また、それよりも
増幅率の小さな区間としないのは、挾圧力の増強といっ
た所期の目的を達成するためである。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the range in which the power amplification factor is 3 to 4 times is defined as a practical range. However, as shown in FIG. Great power amplification is possible. The practical range is defined as a section where the amplification factor is 3 to 4 times. In a section where the amplification factor is larger than that, the shift of the moving position of the movable-side electrode 101 or the variation in the thickness of the welding target or the like. Movable electrode 1
This is because the clamping pressure may fluctuate significantly due to various errors such as the degree of wear of No. 01, and furthermore, the clamping pressure may become excessive and cause damage to the mechanism, and the amplification factor may be smaller than that. The reason why the section is not set is to achieve an intended purpose such as an increase in clamping pressure.

【0052】このような設計方針に従えば、機構部の構
成それ自体によって最適の挾圧力を得ることができるの
で、サーボモータMに対する位置,トルクの厳密な制御
は必ずしも必要ない。最も簡単な制御方法は、サーボモ
ータMに過負荷が生じない程度に駆動トルクを制限した
状態で、挾圧時にはクランク板3の回転角θが零となる
位置までの移動指令をサーボモータMに出力し、また、
挾圧動作の解除時にはクランク板3の回転角θを可動側
電極101の退避位置に相当する位置、例えば、90°
まで回転させるための移動指令をサーボモータMに出力
するというものである。
According to such a design policy, an optimum clamping pressure can be obtained by the structure of the mechanism itself, so that strict control of the position and torque with respect to the servomotor M is not always necessary. The simplest control method is to limit the driving torque to such an extent that the servomotor M is not overloaded, and to apply a movement command to the servomotor M to a position where the rotation angle θ of the crank plate 3 becomes zero at the time of clamping. Output and also
When the clamping operation is released, the rotation angle θ of the crank plate 3 is set to a position corresponding to the retracted position of the movable electrode 101, for example, 90 °.
That is, a movement command for rotating the motor to the maximum speed is output to the servo motor M.

【0053】また、可動側電極101の押し付け力Fに
比べてクランプアーム107の剛性が十分に大きい場
合、つまり、可動側電極101を突出したときにクラン
プアーム107が容易に撓まないような状況下において
は、可動側電極101が溶接対象に当接した瞬間から押
し付け力Fに比例した反力が発生することになるので、
実質的な可動側電極101の押し付け力Fは、数13の
式に示す通り、サーボモータMの駆動トルクTm とその
回転角θm にのみ依存して変化することになる。
When the rigidity of the clamp arm 107 is sufficiently larger than the pressing force F of the movable electrode 101, that is, when the clamp arm 107 is not easily bent when the movable electrode 101 is protruded. Below, since a reaction force proportional to the pressing force F is generated from the moment the movable electrode 101 comes into contact with the welding target,
Substantially, the pressing force F of the movable-side electrode 101 changes depending only on the driving torque Tm of the servo motor M and its rotation angle θm as shown in the equation (13).

【0054】つまり、可動側電極101が溶接対象に当
接したときのサーボモータMの回転角θm を検出できれ
ば、サーボモータMの駆動トルクTm を調整することに
よって、所望する押し付け力Fを得ることができる。
That is, if the rotation angle θm of the servomotor M when the movable electrode 101 comes into contact with the welding object can be detected, the desired pressing force F can be obtained by adjusting the driving torque Tm of the servomotor M. Can be.

【0055】サーボモータの現在位置および速度は、モ
ータのエンコーダより常時監視されている。速度が0と
なった時のモータの現在位置θm を読み込み、数13の
式をTm について解いた式のxの項を数12の式で置き
換え、所望する押し付け力Fの値と前記読み込んだθm
の値とを代入してTm の値を求めることにより、所望す
る押し付け力Fを達成するために必要とされるサーボモ
ータMの駆動トルクTm を求めることができ、溶接対象
の厚みΔt1や可動側電極101の磨耗量Δt3のばら
つきや変化に関わりなく、常に、所望する押し付け力F
で溶接対象を挾圧することが可能となる。サーボモータ
Mの駆動トルクTm に関する制御はサーボモータMへの
トルク指令を制限するトルクリミット値の設定によって
行い、また、挾圧開始時におけるサーボモータMに対す
る移動指令の目標値は、クランク板3の回転角θθが零
となる値に設定しておけばよい。
The current position and speed of the servomotor are constantly monitored by the encoder of the motor. The current position θm of the motor at the time when the speed becomes 0 is read, the term x in the equation obtained by solving the equation 13 with respect to Tm is replaced by the equation 12, and the desired pressing force F and the read θm
, The drive torque Tm of the servomotor M required to achieve the desired pressing force F can be obtained, and the thickness Δt1 of the welding object and the movable side can be obtained. Regardless of the variation or change in the amount of wear Δt3 of the electrode 101, the desired pressing force F is always obtained.
With this, it becomes possible to clamp the welding object. The control relating to the drive torque Tm of the servomotor M is performed by setting a torque limit value for limiting the torque command to the servomotor M. The target value of the movement command for the servomotor M at the start of clamping is determined by the crank plate 3. The rotation angle θθ may be set to a value that becomes zero.

【0056】即ち、サーボモータMはクランク板3の回
転角θが零となる位置まで回転しようとするが溶接対象
に当接し、その移動が阻止される。その結果位置変差が
増大し、トルク指令も増大し、可動側電極101を移動
させようとするが、溶接対象の変形やクランプアーム1
07の撓み分しか移動できず、位置変差がさらに増大
し、トルク指令も増大する。そして、このトルク指令の
値が設定されたトルクリミット値を越えると、該トルク
リミット値にトルク指令値が制限されるから、出力トル
クはそれ以上大きくはならず、可動側電極101の移動
は停止し、溶接対象にはトルクリミット値に対応した押
し付け力Fを発生することになる。
That is, the servo motor M attempts to rotate to a position where the rotation angle θ of the crank plate 3 becomes zero, but comes into contact with the object to be welded and its movement is prevented. As a result, the positional deviation increases, the torque command increases, and the movable electrode 101 is moved.
Only the flexure of 07 can be moved, the positional deviation further increases, and the torque command also increases. When the torque command value exceeds the set torque limit value, the torque command value is limited to the torque limit value, so that the output torque does not increase any more and the movement of the movable electrode 101 stops. However, a pressing force F corresponding to the torque limit value is generated on the welding target.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明の挾圧機構は、回転運動を直線運
動に変換するための手段としてクランク機構を採用し、
クランク機構の増幅率が最も大きな部分、つまり、クラ
ンク機構の下死点の近傍で挾圧動作を行わせる一方、ク
ランク機構の死点から離れた位置にあるクランク機構の
高速な動作特性を利用して挾圧開始時のアプローチ動作
や解除時の退避動作を行わせるようにしているので、低
出力のサーボモータでも大きな挾圧力を得ることがで
き、しかも、アプローチや退避動作では挾圧機構を高速
で作動させることができる。
The clamping mechanism of the present invention employs a crank mechanism as a means for converting a rotary motion into a linear motion.
While the pinch operation is performed near the bottom dead center of the crank mechanism, that is, near the bottom dead center of the crank mechanism, the high-speed operation characteristics of the crank mechanism located far from the dead center of the crank mechanism are used. The approach operation at the start of clamping and the retracting operation at the time of release are performed, so that a large clamping pressure can be obtained even with a low output servo motor. Can be operated with

【0058】従って、挾圧力の増強のために高出力のサ
ーボモータを利用したり減速比を大きくしたりする必要
もなく、挾圧機構における挾圧力の増強と動作速度の高
速化とを同時に達成することができ、また、機構の小型
化および低価格化を実現することができる。
Therefore, there is no need to use a high-output servomotor or increase the reduction ratio in order to increase the clamping pressure, and it is possible to simultaneously increase the clamping pressure and increase the operating speed of the clamping mechanism. In addition, the size and cost of the mechanism can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の挾圧機構を適用した一実施形態のスポ
ット溶接ガンの構成の概略を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a spot welding gun according to an embodiment to which a clamping mechanism according to the present invention is applied.

【図2】同実施形態の挾圧機構の構成を簡略化して作用
原理図として示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the principle of operation by simplifying the configuration of the clamping mechanism of the embodiment.

【図3】クランク板の回転角θと可動側電極の位置xと
の関係を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a rotation angle θ of a crank plate and a position x of a movable electrode.

【図4】クランク板の回転角θと押し付け力Fとの関係
を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a rotation angle θ of a crank plate and a pressing force F.

【図5】クランク板の回転角θと可動側電極の移動速度
Vとの関係を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a rotation angle θ of a crank plate and a moving speed V of a movable electrode.

【図6】従来のスポット溶接ガンのロッド押し出し機構
の概略を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a rod extruding mechanism of a conventional spot welding gun.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 挾圧機構 2 変換手段 3 クランク板 4 アーム A ノード B ノード M サーボモータ 100 スポット溶接ガン 101 可動側電極 102 ロッド 102′ ロッド 102a ボールネジ 103 変換手段 104 ボールナット 105 駆動用スパーギァ 106 従動側スパーギァ 107 クランプアーム 108 固定側電極 109 ベアリング 110 リニアブッシュ M′ サーボモータ Reference Signs List 1 clamping mechanism 2 conversion means 3 crank plate 4 arm A node B node M servomotor 100 spot welding gun 101 movable electrode 102 rod 102 'rod 102a ball screw 103 conversion means 104 ball nut 105 driving sparger 106 driven sparger 107 clamp Arm 108 Fixed side electrode 109 Bearing 110 Linear bush M 'Servo motor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーボモータの回転運動を直線運動に変
換して物品を挾圧するエンドエフェクタの挾圧機構にお
いて、回転運動を直線運動に変換するための手段をクラ
ンク機構により構成したことを特徴とするサーボモータ
駆動式エンドエフェクタの挾圧機構。
1. A clamping mechanism of an end effector for converting a rotary motion of a servomotor into a linear motion to press an article, wherein a means for converting the rotary motion into a linear motion is constituted by a crank mechanism. Pressure mechanism of the servo motor driven end effector.
【請求項2】 前記クランク機構が下死点近傍に回転し
たときに挾圧動作が開始されるように調整されているこ
とを特徴とする請求項1記載のサーボモータ駆動式エン
ドエフェクタの挾圧機構。
2. The clamping of the servo motor-driven end effector according to claim 1, wherein the clamping operation is started when the crank mechanism rotates near the bottom dead center. mechanism.
【請求項3】 前記挾圧機構がスポット溶接ガンのロッ
ド押し出し機構である請求項1または請求項2記載のサ
ーボモータ駆動式エンドエフェクタの挾圧機構。
3. A clamping mechanism for a servo motor driven end effector according to claim 1, wherein said clamping mechanism is a rod pushing mechanism of a spot welding gun.
JP8195265A 1996-07-08 1996-07-08 Nip mechanism for servo motor drive type end effector Pending JPH1026204A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20040127