JPH10337662A - 工具ホルダ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な形状のワークであっても、ロボットを
無理な姿勢にすることなく、良好な加工ができるように
する。 【解決手段】 刃具３ａを備えた工具３は、Ｙ軸回りに
回動自在な状態でエアシリンダ１１２に支持されてお
り、エアシリンダ１１２は、Ｙ軸回りに回動自在な状態
で下部ベース１１１に支持されている。エアシリンダ１
２２，１２３は、そのロッド１２２ｂ，１２３ｂの先端
がＸ軸回りに回動自在な状態で、支持部１２１ａを介し
て、上部ベース１２１に支持されており、そのシリンダ
チューブ１２２ａ，１２３ａの下端がＸ軸回りに回動自
在な状態で、かつ、Ｙ方向に離間した位置で下部ベース
１１１に支持されている。このため下部フローティング
機構１１０によりＹ軸回りの回動が、また、上部フロー
ティング機構１２０によりＸ軸回りの回動が可能となっ
て、刃具３ａをワークに押し付けるだけで、刃具３ａは
ワーク表面に良好にフィットして接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工具ホルダ機構に関
し、ロボットの先端部（ロボット手首フランジ面）に工
具ホルダ機構を備え、この工具ホルダ機構により工具を
フローティング状態で保持しつつロボットを操作して、
工具によりワークを加工する際に、ロボットを無理な姿
勢にすることなく複雑な形状となっているワークに対し
て良好な加工ができるように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】各種のワークを加工（例えば研磨）する
ために、刃具を備えた工具により加工（研磨等）をして
いる。近年では、加工を自動化するために、ロボットを
利用してワークに対して加工（研磨等）を施している。
ロボットを利用して加工をする場合には、ワークの凹凸
に沿って刃具先端を倣わせるようにするため、フローテ
ィング状態にして、工具をロボットに取り付けている。
つまり、フローティング機構を有する工具ホルダ機構
を、ロボットの先端部（ロボット手首フランジ面）に備
え、この工具ホルダ機構に工具をフローティング状態で
取り付けている。

【０００３】次に、図４及び図５を参照しつつ、フロー
ティング機構を有する従来の工具ホルダ機構を説明す
る。なお、説明を明確にするため、本明細書では、工具
の送り方向に沿う方向の軸をＸ軸（第１軸）とし、この
Ｘ軸に対して直交する方向の軸をＹ軸（第２軸）として
説明を進めていく。

【０００４】図４及び図５に示すように、板状のベース
１にはエアシリンダ支持部１ａが形成されており、この
エアシリンダ支持部１ａは、エアシリンダ２の回動中心
を、回動自在に支持している。つまり、エアシリンダ支
持部１ａは、エアシリンダ２がＹ軸回りで回動できるよ
うに、エアシリンダ２のシリンダチューブ２ａの部分
を、回動自在に軸支している。

【０００５】エアシリンダ２のロッド２ｂは、シリンダ
チューブ２ａにエアが給排されることにより進退移動す
る。一方、刃具３ａを備えた工具３の両側面には、Ｙ軸
方向に伸びる回動軸４が固定されている。そして前記ロ
ッド２ｂの先端が、前記回動軸４を回動自在に支持して
いる。つまり、エアシリンダ２のロッド２ｂの先端部
は、工具３がＹ軸回りで回動できるように、回動軸４を
軸支している。

【０００６】前記ベース１は、図示しないロボットの先
端部（ロボット手首フランジ面）に固定（接合）され
る。

【０００７】ワークを加工（研磨等）するときには、エ
アシリンダ２にエアを供給し、このエア圧により工具３
を支持しつつ、回動軸４を回動中心として工具３を矢印
Ａ方向に回動させた状態にする。この状態でロボットを
操作し、工具の送り方向であるＸ軸方向に沿い工具３を
移動させていき、刃具３ａによりワークに対して加工を
する。ワークに突起があると、工具３は回動軸４を回動
中心として矢印Ｂ方向に回動して上方に逃げ、また、ワ
ークに凹部があると、工具３は回動軸４を回動中心とし
て矢印Ａ方向に回動して下方に復帰するという、Ｙ軸回
りのフローティング動作（回動動作）をする。この結
果、ワークの凹凸に倣って刃具３ａの先端を沿わせつつ
加工（研磨等）をすることができる。

【０００８】なお、図６に示すような複雑な形状（円柱
体が途中で曲がっている形状）のワークＷを研磨する場
合には、工具３の姿勢は各種の工具姿勢（例えば工具姿
勢Ｓ１や工具姿勢Ｓ２）になった状態で、工具移動方向
（Ｘ軸方向）に移動されていく。

【０００９】図７は工具３が、工具姿勢Ｓ２になったと
きの、ロボットＲの状態を示している。図７において、
角度θは、ロボットＲの最終軸（例えば第５軸）の回転
角を示している。この最終軸の回転角は、ある一定限度
に制限されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来技術
では、Ｙ軸回りのフローティング動作のみしか実行でき
ないため、図６に示すような複雑な形状をしたワークＷ
の場合、Ｙ軸回りのフローティング動作をしただけで
は、曲面を良好に加工（研磨）することができなかっ
た。つまり、図６のようなワークＷを良好に研磨するに
は、Ｘ軸回りのフローティングも必要であったが、従来
ではかかる対応をすることができなかった。

【００１１】上記問題を解決するためには、図６のよう
に、断面で見たときの分割ピースＰの数を多くする必要
があるが、一般の産業用ロボットでは、工具の移動軌跡
を全てティーチングする必要があるため、分割数が多く
なる程、ティーチング作業が大変となる。

【００１２】また、図７に示すように、ワークＷの側面
を加工する場合では、ロボットＲの最終軸（例えば第５
軸）の回転角θが大きくなる。ただし、回転角θは、ロ
ボットＲの最終軸（例えば第５軸）の特性により限度が
あるため、最終軸の回転角が限度一杯になったら、限度
回転角度により加工している側面よりも下方の側面部分
を研磨できなかったり、または、他のロボット軸（最終
軸以外の軸）を複雑に動かす必要がありロボット操作が
難しくなっていた。

【００１３】したがって、単純な形状のワークを加工
（研磨等）する場合には、ロボットを導入して加工を自
動化することは可能であったが、図６に示すような複雑
な形状のワークＷを研磨する場合には、ロボットを導入
しても加工を全て自動化することは非常に困難であっ
た。

【００１４】本発明は、上記従来技術に鑑み、ロボット
により工具を動かしていく場合において、加工対象が複
雑な形状のワークであっても、ロボットに無理な姿勢を
させたり複雑な動作をさせたりすることなく、ワークに
対して良好な加工ができるようにする工具ホルダ機構を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、工具の送り方向である第１軸に直交する第
２軸の軸回りに回動できる状態で、工具を保持する下部
フローティング機構と、上部がロボットの先端に固定さ
れるとともに、第１軸回りに前記下部フローティング機
構を支持する上部フローティング機構と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００１６】また本発明の構成は、下部ベースと、工具
の送り方向である第１軸に直交する第２軸の軸回りに回
動できる状態で前記下部ベースに回動自在に支持される
と共に流体の給排により伸縮し且つ第２軸回りに回動が
できる状態で工具を保持する下部の流体圧シリンダとを
有する下部フローティング機構と、ロボットの先端に固
定される上部ベースと、上端が第１軸回りに回動できる
状態で前記上部ベースに支持されると共に下端が第１軸
回りに回動できる状態で前記下部ベースに支持され且つ
流体の給排により伸縮する一対の流体圧シリンダとを有
する上部フローティング機構と、を具備することを特徴
とする。

【００１７】また本発明の構成では、一対の流体圧シリ
ンダは、その上端が第２軸方向の同一位置にて前記上部
ベースに回動自在に支持されており、その下端が第２軸
方向に離間した位置にて前記下部ベースに回動自在に支
持されていることを特徴とする。

【００１８】また本発明の構成では、一対の流体圧シリ
ンダは、その上端が第２軸方向に離間した位置にて前記
上部ベースに回動自在に支持されており、その下端が第
２軸方向に離間した位置にて前記下部ベースに回動自在
に支持されていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の第１の実施の形態にかかる
工具ホルダ機構１００を示す。この工具ホルダ機構１０
０は、下部フローティング機構１１０と、上部フローテ
ィング機構１２０とで構成されている。

【００２１】下部フローティング機構１１０は、図４及
び図５に示す従来の工具ホルダ機構のフローティング機
構と同様な構成となっている。即ち、板状の下部ベース
１１１の両端部（Ｙ軸方向に離間した両端部）には一対
のエアシリンダ支持部１１１ａが形成されており、この
エアシリンダ支持部１１１ａは、一対のエアシリンダ１
１２の回動中心を、回動自在に支持している。つまり、
エアシリンダ支持部１１１ａは、エアシリンダ１１２が
Ｙ軸回りで回動できるように、エアシリンダ１１２のシ
リンダチューブ１１２ａの部分を、回動自在に軸支して
いる。

【００２２】各エアシリンダ１１２の各ロッド１１２ｂ
は、各シリンダチューブ１１２ａにエアが給排されるこ
とにより進退移動する。一方、刃具３ａを備えた工具３
の両側面には、Ｙ軸方向に伸びる回動軸１１４が固定さ
れている。そして前記各ロッド１１２ｂの先端が、前記
回動軸１１４を回動自在にそれぞれ支持している。つま
り、エアシリンダ１１２のロッド１１２ｂの先端部は、
工具３がＹ軸回りで回動できるように、回動軸１１４を
軸支している。

【００２３】結局、下部フローティング機構１１０は、
工具３を、Ｙ軸回りで回動可能に支持するフローティン
グ機構となっており、この部分の機能は、従来の機構の
機能と同様である。

【００２４】上部フローティング機構１２０の上部ベー
ス１２１は、板状となっており、ロボットの先端部（ロ
ボット手首フランジ面）に固定（接合）される。この上
部ベース１２１の下面中央には支持部１２１ａが備えら
れている。

【００２５】前記支持部１２１ａには、エアシリンダ１
２２，１２３のロッド１２２ｂ，１２３ｂの先端が、回
動自在に支持されている。つまり、Ｘ軸方向に伸びる状
態で支持部１２１ａに備えられている１本の支持軸１２
４が、前記ロッド１２２ｂ，１２３ｂの先端を貫通した
状態で、軸支がされている。したがって、エアシリンダ
１２２，１２３は、支持軸１２４を回動中心として、Ｘ
軸回りで回動することができる。

【００２６】下部ベース１１１の上面両端部（Ｙ軸方向
に離間した両端部）には、支持部１２５，１２６が備え
られている。そしてエアシリンダ１２２，１２３のシリ
ンダチューブ１２２ａ，１２３ａの下端部がそれぞれ、
支持部１２５，１２６に回動自在に支持されている。つ
まり、Ｘ軸方向に伸びる状態でシリンダチューブ１２２
ａ，１２３ａの下端部に固定されている支持軸１２５
ａ、１２６ａが、支持部１２５，１２６に軸支されてい
る。したがってエアシリンダ１２２は、支持軸１２５ａ
を回動中心として、Ｘ軸回りで回動することができ、エ
アシリンダ１２３は、支持軸１２６ａを回動中心とし
て、Ｘ軸回りで回動することができるようになってい
る。

【００２７】エアシリンダ１２２，１２３のロッド１２
２ｂ，１２３ｂは、シリンダチューブ１２２ａ，１２３
ａにエアが給排されることにより、進退移動する。

【００２８】上述した構造となっているため、上部ベー
ス１２１に対して、エアシリンダ１２２，１２３や、下
部フローティング機構１１０や、工具３は、支持軸１２
４を回動中心として、Ｘ軸回りで回動（フローティング
動作）をすることができるようになっている。

【００２９】またエアシリンダ１２２のロッド１２２ｂ
の突出量と、エアシリンダ１２３のロッド１２３ｂの突
出量とを同一にしている場合には、図１に示すように、
エアシリンダ１２２，１２３及び下部ベース１１１でな
る三角形状リンク機構の形状は、二等辺三角形となる。
一方、エアシリンダ１２２のロッド１２２ｂの突出量
と、エアシリンダ１２３のロッド１２３ｂの突出量とを
異ならせている場合には、エアシリンダ１２２，１２３
及び下部ベース１１１でなる三角形状リンク機構の形状
は、二等辺三角形とはならず、変形した三角形状となる
（図２参照）。

【００３０】ワークを加工（研磨等）するときには、一
対のエアシリンダ１１２にエアを供給し、このエア圧に
より工具３を支持しつつ、下部フローティング機構１１
０により、工具３をＹ軸回りのフローティング動作（回
動動作）ができるようにする。また、ワーク形状やワー
クの加工部位に応じて、エアシリンダ１２２のロッド１
２２ｂの突出量と、エアシリンダ１２３のロッド１２３
ｂの突出量を調整して、前記三角形状リンク機構の形状
を調整する（例えば図１に示すように二等辺三角形状に
したり、図２に示すように変形した三角形状にする）。

【００３１】上記状態にセットしたら、ロボットＲ（図
２参照）を操作し、工具の送り方向であるＸ軸方向に沿
い工具３を移動させていき、刃具３ａによりワークＷに
対して加工をする。ワークＷに突起があった場合には、
下部フローティング機構１１０のＹ軸回りのフローティ
ング動作が機能して、刃具３ａはワークの凹凸に倣いつ
つ研磨加工をすることができる。

【００３２】また、ロボットＲを操作して工具３をＸ軸
方向に沿い移動させていったときに、ワーク形状が変化
していった場合（図６に示すような複雑な形状のワーク
の場合）、工具３は、下部フローティング機構１１０に
よりＹ軸回りにフローティング動作（回動動作）すると
共に、上部フローティング機構１２０によりＸ軸回りに
フローティング動作（回動動作）するため、複雑なワー
ク形状に沿って工具３の刃具３ａがワーク表面にフィッ
トして傾動・移動する。

【００３３】即ち、図２に示すように、ロボットＲによ
り工具３をＺ軸方向下方に押し下げるだけで、Ｙ軸回り
及びＸ軸回りのフローティング動作が発揮されて、工具
３の刃具３ａがワーク表面にフィットして傾動・移動す
る。よって、工具３の刃具３ａがワーク表面にフィット
して傾動した状態にしてティーチングを簡単に実行でき
ると共に、このティーチングにより得た軌跡に沿い工具
３を移動していくことにより、工具３の刃具３ａがワー
ク表面にフィットして傾動しつつ移動して、良好な研磨
加工が実行できる。このため、ワーク形状が複雑であっ
ても良好な研磨加工ができる。

【００３４】更に、研磨加工する部位が変わったときに
は、上部フローティング機構１２０における、エアシリ
ンダ１２２のロッド１２２ｂの突出量と、エアシリンダ
１２３のロッド１２３ｂの突出量を調整して、前記三角
形状リンク機構の形状を調整することにより、図２に示
すように、ロボットＲに無理な姿勢をさせることなく、
複雑な形状のワークＷに対して良好な研磨加工をするこ
とができる。ちなみに、図２の状態では、ロボットＲの
最終軸（例えば第５軸）の回転角θは０°である。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態にかかる
工具ホルダ機構２００を、図３を参照しつつ説明する。
この工具ホルダ機構２００は、下部フローティング機構
１１０と、上部フローティング機構２２０とで構成され
ている。

【００３６】下部フローティング機構１１０は、図１に
示す第１の実施例の下部フローティング機構１１０と同
一であるため、説明は省略する。

【００３７】上部フローティング機構２２０の上部ベー
ス２２１は、板状となっており、ロボットの先端部（ロ
ボット手首フランジ面）に固定（接合）される。この上
部ベース２２１の下面両端部（Ｙ軸方向に離間した両端
部）には支持部２２１ａ，２２１ｂが備えられている。

【００３８】前記支持部２２１ａ，２２１ｂには、エア
シリンダ２２２，２２３のシリンダチューブ２２２ａ，
２２３ａの上端部がそれぞれ回動自在に支持されてい
る。つまり、Ｘ軸方向に伸びる状態でシリンダチューブ
２２２ａ，２２３ａの上端部に固定されている支持軸２
２４ａ、２２４ｂが、支持部２２１ａ，２２１ｂに軸支
されている。したがってエアシリンダ２２２は、支持軸
２２４ａを回動中心として、Ｘ軸回りで回動することが
でき、エアシリンダ２２３は、支持軸２２４ｂを回動中
心として、Ｘ軸回りで回動することができるようになっ
ている。

【００３９】下部ベース１１１の上面両端部（Ｙ軸方向
に離間した両端部）には、支持部２２５，２２６が備え
られている。この支持部２２５，２２６には、エアシリ
ンダ２２２，２２３のロッド２２２ｂ，２２３ｂの先端
が、回動自在に支持されている。つまり、Ｘ軸方向に伸
びる状態で支持部２２５，２２６に備えられている支持
軸２２５ａ，２２６ａが、前記ロッド２２２ｂ，２２３
ｂの先端を貫通した状態で、軸支がされている。したが
って、エアシリンダ２２２，２２３は、支持軸２２５
ａ，２２６ａを回動中心として、Ｘ軸回りで回動するこ
とができる。

【００４０】エアシリンダ２２２，２２３のロッド２２
２ｂ，２２３ｂは、シリンダチューブ２２２ａ，２２３
ａにエアが給排されることにより、進退移動する。

【００４１】上述した構造となっているため、上部ベー
ス２２１に対して、エアシリンダ２２２，２２３や、下
部フローティング機構１１０や、工具３は、支持軸２２
４ａ，２２４ｂを回動中心として、Ｘ軸回りで回動（フ
ローティング動作）をすることができるようになってい
る。

【００４２】またエアシリンダ２２２のロッド２２２ｂ
の突出量と、エアシリンダ２２３のロッド２２３ｂの突
出量とを同一にしている場合には、図３に示すように、
エアシリンダ２２２，２２３及び上下のベース２２１，
１１１でなる四角形状リンク機構の形状は、長方形とな
る。一方、エアシリンダ２２２のロッド２２２ｂの突出
量と、エアシリンダ２２３のロッド２２３ｂの突出量と
を異ならせている場合には、エアシリンダ２２２，２２
３及び上下のベース２２１，１１１でなる四角形状リン
ク機構の形状は、長方形とはならず、台形状となる。

【００４３】図３に示す、第２の実施の形態にかかる工
具ホルダ機構では、第１の実施の形態と同様、下部フロ
ーティング機構１１０によりＹ軸回りのフローティング
動作が行われ、上部フローティング機構２２０によりＸ
軸回りのフローティング動作が行われ、しかも、前記四
角形状リンク機構の形状をワークに合わせて調整するこ
とにより、複雑なワークであっても良好な研磨加工がで
きる。

【００４４】なお、上記従来技術では、流体圧シリンダ
としてエアシリンダを採用したが、油圧シリンダを採用
することもできる。また、工具としては、研磨のみなら
ず、研削や、バリ取り等をする各種の工具を用いること
ができる。

【００４５】

【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明によれば、下部フローティング機構によ
り工具を第２軸（Ｙ軸）回りに回動自在に保持し、か
つ、上部フローティング機構により下部フローティング
機構を第１軸（Ｘ軸）回りに回動自在に支持するように
したので、工具の刃具は、ワークの表面の形状や凹凸に
応じて、Ｘ，Ｙ軸回りに回動（傾動）して、ワーク表面
に倣った状態でワーク表面に良好にフィットして接触す
る。このため、刃具をワーク表面形状や凹凸に沿った状
態にして良好且つ簡単にティーチングができると共に、
加工時には、刃具をワーク表面に良好にフィットさせて
加工をすることができる。この結果、複雑な形状のワー
クであっても良好な加工ができると共に、ロボットの姿
勢を無理な姿勢にする必要がなくなりロボットの操作も
簡単になる。また、ティーチングが簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる工具ホルダ
機構を示す構成図。

【図２】第１の実施の形態にかかる工具ホルダ機構によ
り保持している工具にて、ワークを研磨している時の状
態を示す説明図。

【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる工具ホルダ
機構を示す構成図。

【図４】従来の工具ホルダ機構を側面側から示す構成
図。

【図５】従来の工具ホルダ機構を正面側から示す構成
図。

【図６】加工時の工具の姿勢を示す説明図。

【図７】従来の工具ホルダ機構により保持している工具
にて、ワークを研磨している時の状態を示す説明図。

【符号の説明】

１００ 工具ホルダ機構 １１０ 下部フローティング機構 １１１ 下部ベース １１１ａ エアシリンダ支持部 １１２ エアシリンダ １１２ａ シリンダチューブ １１２ｂ ロッド １１４ 回動軸 １２０，２００ 上部フローティング機構 １２１，２２１ 上部ベース １２１ａ，２２１ａ，２２１ｂ 支持部 １２２，１２３，２２２，２２３ エアシリンダ １２２ａ，１２３ａ，２２２ａ，２２３ａ シリンダチ
ューブ １２２ｂ，１２３ｂ，２２２ｂ，２２３ｂ ロッド １２４，２２４ａ，２２４ｂ 支持軸 １２５，１２６，２２５，２２６ 支持部 １２５ａ，１２６ａ，２２５ａ，２２６ａ 支持軸 ３ 工具 ３ａ 刃具 Ｗ ワーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具の送り方向である第１軸に直交する
   第２軸の軸回りに回動できる状態で、工具を保持する下
   部フローティング機構と、 上部がロボットの先端に固定されるとともに、第１軸回
   りに前記下部フローティング機構を支持する上部フロー
   ティング機構と、を具備することを特徴とする工具ホル
   ダ機構。
2. 【請求項２】 下部ベースと、工具の送り方向である第
   １軸に直交する第２軸の軸回りに回動できる状態で前記
   下部ベースに回動自在に支持されると共に流体の給排に
   より伸縮し且つ第２軸回りに回動ができる状態で工具を
   保持する下部の流体圧シリンダとを有する下部フローテ
   ィング機構と、 ロボットの先端に固定される上部ベースと、上端が第１
   軸回りに回動できる状態で前記上部ベースに支持される
   と共に下端が第１軸回りに回動できる状態で前記下部ベ
   ースに支持され且つ流体の給排により伸縮する一対の流
   体圧シリンダとを有する上部フローティング機構と、を
   具備することを特徴とする工具ホルダ機構。
3. 【請求項３】 請求項２において、一対の流体圧シリン
   ダは、その上端が第２軸方向の同一位置にて前記上部ベ
   ースに回動自在に支持されており、その下端が第２軸方
   向に離間した位置にて前記下部ベースに回動自在に支持
   されていることを特徴とする工具ホルダ機構。
4. 【請求項４】 請求項２において、一対の流体圧シリン
   ダは、その上端が第２軸方向に離間した位置にて前記上
   部ベースに回動自在に支持されており、その下端が第２
   軸方向に離間した位置にて前記下部ベースに回動自在に
   支持されていることを特徴とする工具ホルダ機構。