JPS5837115B2 - ア−ムに旋回および回動可能に配置された工具を操作する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に車輌部品の組み立てラインにおける抵抗
溶接工具といった、アームに旋回および回動可能に配置
された工具を操作する装置であって、アームは三次元に
調整可能である形式のものに関する。

上記形式の装置は、工具保持体を所定の三次元の作業範
囲内で正確に位置決めして、その位置決めした位置で工
具に必要な力を与えるものである。

かんし半部形状のスポット溶接電極ホルダを回動可能に
かつ旋回可能にアームに支承しかつアームを、被加工物
の上方で三次元の全ての範囲におイテ調整可能に案内し
てかつアームのための旋回支承部を有している支持枠内
に配置している装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第
２７１７４５３号から公知である。

スホット溶接の際使用される溶接圧力は、公知の装置で
は著しい曲げ応力が付与されるアームによって受容され
なげればならない。

この曲げ応力により電極端部はすべって削られる。

これは電極の極度な摩耗および溶接性能の低下につなが
るものである。

したがって、アームを特に曲げに対して剛性に構成する
必要があり、これは必然的に重量を重くする結果になっ
た。

これにより、支持枠は重くかつ大きな空間を必要とする
構造になることを余儀なくされた。

支持枠とアームとの直線案内はしたがって遊びなく構成
することはできずかつ支持枠とアームとの間隔は案内端
部に向かって変化しており、これにより付加的な曲げ応
力と位置決め上の不正確さが生じることになる。

本発明の課題は、アームの三次元の調整を、工具の点状
の負荷がアームまたはアームの支持枠を損なう曲げ応力
にならずかつこの負荷はより構造の簡単でかつよく運動
することができる構造により緩衝されることを可能にす
る点にある。

この課題は本発明によれば次のように解決される。

即ち、アームは一方においては摺動兼回動リンクにアー
ム縦軸線に沿って可動に案内されており、他方において
は連結棒対を介してクランク対にヒンジ結合されていて
、このクランクにはそれぞれ一つのそれ自体制御可能な
駆動装置が配属されていることによる。

本発明により、たとえば電極ホルダがかんし半部形状ノ
スポット溶接機またはスポット溶接シリンダあるいは研
削工具または穿孔工具といった種種の形式の工具を三次
元で操作しかつ作業中に発生する負荷やモーメントを申
し分なく緩衝することが可能になる。

これは負荷を連結棒対およびクランク棒対に分配しかつ
力を連結棒対のリンクと同様に遊びなく調節可能である
摺動兼回動リンク内で緩衝されることにより達成される
。

連結棒対のピラミッド型形状は工具の三次元の位置決め
の構成を簡単にすることにつながる。

なぜなら二つの互いに無関係に制御可能な、クランクに
作用する駆動装置により、簡単でかつ迅速に工具の三次
元のあらゆる範囲での大きな運動をおとなうことができ
るからである。

次に図示の実施例にもとづいて本発明の構成を具体的に
説明する。

第１図と第２図の実施例には、リンク仕掛と結合したア
ーム３０が示されている。

リンク仕掛はピラミッド型四リンク機構として構或され
ていてかつ、たとえば溶接電極のような旋回可能でかつ
回転可能な工具６を支持している。

符号１で工具６の運動用駆動系が、符号２で四リンク機
構の位置決めのための駆動系が示されている。

駆動系１は工具６に旋回運動と回転運動を伝達する。

１駆動系２は工具６を持ち上げかつ側方に運動せしめる
。

四リンク機構は付加的に定置の支承構造内に回動可能お
よび旋回可能にまたは回動町能、旋回可能かつ直線上を
移動可能に組み込むこともできるので、三次元の範囲で
工具６のあらゆる位置決めが可能になる。

この実施例には、四リンク機構の位置決めのための駆動
系２の運動のために設けられた二つの駆動装置３，４並
びに溶接醒極６の独立の運動のための別の駆動装置５が
配置されている。

駆動装置５内には、少なくとも二つの個別駆動装置が含
まれており、そのうち一方は溶接電極６が回転軸１を中
心に旋回するために役立ち、他方は溶接電極６がリンク
機構軸Ｗを中心に回転するために役立っている。

さらにリンク機構軸Ｗと回転軸１との交点を中心に溶接
電極６を旋回させる。

第三の個別駆動装置が考えられる。

その他、矢印Ｘは、すでに述べたように、少なくとも支
持枠９のピン８を中心に旋回することによって得られる
自由度だけ装置全体の自由度を拡大できることを示して
おり、これにより作業範囲を拡げられる。

すでに述べたように、ピン８を適当な直線案内部材（ロ
ーラ、プッシュ等）に交換すれば、装置全体は矢印Ｙの
方向に直線的に移動することができる。

さらに付加的な自由度は回転環体１ｏの配置によって得
られる。

回転環体１ｏの外側リングは定置に配置されており、回
転環体１ｏの内側リングには装置が全体として支持腕１
１によりリンク機構軸Ｗを中心に回動可能に支承されて
いる。

この配置により、矢印Ｘまたは矢印Ｙで示した自由度に
類似の自由度Ｕが生じる。

自由度Ｕは第２図において回動を示す二重矢印によって
表示されている。

この回転装置は、モータと、ブレーキと、動力伝達装置
と、回転数発生器と行程発生器とからなる駆動ユニット
によって駆動される。

この配置により作業範囲の幾何学的形状として円部分が
生じる。

ここで付加的な自由度のための運動方向Ｕ，Ｘ，ＹＫよ
って示された可能性は、選択的な提案であることを付け
加える。

相応する次元をこれら自由度を重ねることにより達成す
る。

本発明によるリンク機構の構造は以下の通りである。

上記四リンク用駆動系２は二つのクランク１２，１３か
らなり、クランク１２，１３は駆動装置３，４により、
本実施例では固定の摺動兼回動リンク２９の旋回軸１４
を中心に旋回可能である。

クランク１２，１３０自由端部１９，２０はそれぞれ連
結棒１５，１６とヒンジ結合されている。

連結棒１５，１Ｂ自体は自由端部において、アーム３０
が懸架されているリンク１１を形成している。

アーム３０は摺動兼回動リンク２９内でアーム縦軸線に
沿って直線上に運動可能に案内されている。

リンク１７は製作および組み立て上の理由から分割可能
に構成することができる。

アーム３ｏに回転軸７を介してスポット溶接シリンダ３
８が懸架されている。

スポット溶接シリンダ３８はしたがって、ピラミッド型
リンク機構の先端に対向する、ヒンジ点として構成され
た回転軸１の運動と共に空間的に運動する。

すでに述べたように、別の工具によっても交換可能なス
ポット溶接シリンダ３８は、溶接電極６０回動および旋
回のために設けられた唯一の駆動装置５により駆動され
る。

リンク機構の作用形式は、クランク１２，１３が描く運
動軌道にもとづいている。

第１図に示した基本位置から、定置の旋回軸１４に対し
て同じ角度位置を保って運動する。

基本位置においては、前記旋回軸１４に対して相対的に
二つの完全に同一の三角形が生じる。

これら三角形の共通の底辺はアーム３０によって形成さ
れていてかつリンク機構軸Ｗと一致する。

底辺はヒンジ点として構成されたリンク１１′または１
１および旋回軸１４によって制限されている。

クランク１２，１３と連結棒１５，１６との回動可能な
連結点は、空間点として構成されたリンク１９．２０で
ある。

二つのクランク１２，１３がいま反対方向に、しかし均
一に上方または下方に運動すると、空間点として構成さ
れたリンク１９，２０は、旋回軸１４を中心とする円弧
上を回動する。

この際、リンク機構の先端はリンク機構軸Ｗに沿って直
線上を案内される。

リンク１７，１９，２０の上方最終位置は符号１ ７’
， １ ９’， ２ ０’で示されている。

二つのクランク１２，１３を同一方向に均一に運動せし
めると、アーム３０の、旋回軸１４を中心とする旋回運
動が生じる．この際アーム３０は、第１図の配置形式か
ら出発して、つねにクランク１２，１３と連結棒１５，
１６とで形成する角度の二等分線をなす。

リンク２０が符号２０′のところに移動し、クランク１
２がリンク２０′と同じ角度だけ同じ方向に回動しかつ
クランク１３が符号１８の個所に回動すると、リンク１
７の位置１７″への側方移動が生じる。

クランク１２，１３は同一方向または反対方向に同じ大
きさでない旋回距離を回動することもできる。

これにより、リンク１７に旋回運動と行程運動の重なり
合いが生じる。

第１図と第２図には、溶接装置がさらに略示されている
。

溶接電極６は溶接変圧器２１の一方の接続部と接続して
いる。

溶接変圧器２１の他方の接続部は、背圧発生部材として
構成された銅板２２と接続している。

溶接電極６の先端と銅板２２との間に、溶接することに
なる被加工物部分２３が位置する。

その他、リンク機構は、たとえば空気力式釣り合い重り
装置の適当な配置といった公知の形式で釣り合いをとる
ことができる。

第３図には、駆動装置３，４の構成および駆動装置３，
４と支持枠９およびクランク１２，１３との結合形式が
示されている。

駆動装置３，４は、有利にはモータユニット２４として
構成された、モータと、回転数発生器と、行程発生器と
からなる本来の駆動装置である。

モータユニット２４は伝動装置２５に作用する。

伝動装置２５の前方には、ブレーキ２６が支承されてい
る。

したがって、リンク機構の先端へカが作用することによ
り、旋回軸１４に生じるトルクの少なくとも一部分は、
伝動装置に伝達されない。

二つのクランク１２，１３はそれぞれ一つのモータユニ
ット２４に固定結合されていてかつ、モータユニットと
支持ユニットとにフランジによって取り付けた管２７に
ボールベアリング２８を介して支持されている。

駆動装置３，４とからなる、クランク１２，１３０駆動
装置ユニットの中心点は摺動兼回動リンク２９である。

摺動兼回動リンク２９０回動軸はクランク１２，１３０
旋回軸１４と一致していて、かつ摺動兼回動リンク２９
はリンク機構の支持のために用いられている。

この摺動兼回動リンク２９によって、アーム３０は直線
上を運動可能に案内されている。

アーム３０は別の専門用語ではしばしばビームと表現さ
れている。

第４図には、溶接電極６の運動のための駆動装置５の原
理を表わした実施例が示されている。

駆動装置５は主として二つのモータユニット３１からな
っている。

モータユニット３１は、モータと、回転数発生器と、行
程発生器とブレーキと力）らなっていてかつ腕木３２，
３３によりアーム３０に固定されている。

溶接電極６０回転軸７を中心とする旋回運動は、図示の
実施例では、軸３５に作用する歯付ベルト３４を介して
伝達される。

軸３５は減速装置を介してかさ車組に通じているので、
最終的に溶接電極６を回転軸７を介して旋回せしめる。

溶接電極６０回転運動は歯車駆動装置３６を介して伝達
される。

歯車駆動装置３６は、減速装置を介して軸３７に作用す
る。

軸３７の端部は、回転軸７を受容する支承部として構或
されている。

回転軸７はスポット溶接シリンダ３８と結合されている
。

スポット溶接シリンダ３８のエネルギ供給（溶接電流、
圧力エネルギ、冷却水）は公知の形式で、図示されてい
ない一体すり接触および旋回継手により生じる。

第５図には、ピラミッド型リンク機構の第二実施例が示
されている。

すでに述べた第２図で示したピラミッド型駆動機構との
根本的な相違は、摺動兼回動リンク２９の旋回軸１４が
分割されている点にある。

摺動兼回動リンク２９は第５図の実施例では引き離され
ていてかつ摺動兼回動リンク２９並びに二つの空間にお
いて定置の旋回軸１４Ｌ１４２によって実現される。

これら分離された旋回軸１４Ｌ１４２のそれぞれを中心
に、クランク１２，１３が旋回可能に案内されている。

これらクランク１２，１３の自由端部と、それぞれ一つ
の連結棒１５，１６はヒンジ結合されている。

連結棒１５，１６は、ヒンジ機構の終端部である共通の
ヒンジ点に通じている。

共通のヒンジ点はこの実施例では二つのヒンジ点として
構或されたリンク１７１，１７２に分割されている。

この実施例においても互いに無関係に制御可能であるク
ランク１ ２，１３が運動すると、ヒンジ点として構成
されたリンク１７１，１７２は矢印Ｓに相応して鉛直方
向へ、矢印Ｔに相応して円弧上を運動することができる
。

リンク機構全体の中心点はこの場合、摺動兼回動リンク
２９′である。

摺動兼回動リンク２９′により、アーム３０ぱ直線上を
運動可能に案内されている。

第６図に示した実施例は、第１図と第５図とは、二つの
クランク１２，１３が互いに無関係に駆動可能でないと
いう点で異なっている。

二つのクランク１２，１３は同一の駆動ユニットを介し
て運動せしめられる。

この場合、たとえば回動方向を変える歯車といった中間
連結部材によって、クランク１２，１３０対称的な運動
が実現される。

この実施例ではしたがって、クランク１２，１３を介し
てヒンジ点として構成されたリンク１７は鉛直運動だけ
を実施することができる。

ヒンジ点として構成されたリンク１７を円弧Ｔ上にも案
内するために、摺動兼回動リンク２９″に対して相対的
に定置に位置している、別の駆動ユニット５４が設けら
れている。

たとえばねじ付スピンドル５５のような駆動部材を介し
て、駆動ユニット５４は、リンク機構のアーム３０に係
合しているので、駆動ユニット５４はリンク機構を旋回
軸１４を中心に円運動を与える。

第７図に示した実施例では、摺動兼回動リンク２９”’
は、アーム３０の縦軸線に沿って運動可能に案内されて
いる。

このために、摺動兼回動リンク２９”’には、リンク４
６，４７に支承されているＶバー３９，４０が係合して
いる。

レバー３９，４０はリンク４１，４２により連結棒１５
，１６に支持されている。

摺動兼回動リンク２９”’はこの実施例では、アーム３
０に図示されていない摺動支承部材によって案内されて
いるスリーブ４３と、スリーブ４３とを連結したリンク
４６，４７によって形成されている。

アーム３０は下端に回転軸γを介して工具保持体３８を
支持している。

工具保持体３８には、たとえば研削工具４４が配置され
ている。

摺動兼回動リンク２ ９”’が直線運動を行なうことに
より、行程はクランクや連結棒の長さが同じなので同じ
であるにもかかわらず、第１図と第２図とに示した実施
例に較べてアーム３０を著しく短かく構成することがで
きる。

この構成は、工具保持体３８の旋回運動と回動運動を発
生するモータユニット，３１と、場合によっては、たと
えば別の回転軸５３を中心に研削工具４４を回転すると
いった工具運動を発生する別の駆動装置４５とを、旋回
軸１４の上方のアーム３０に固定することができるとい
う利点がある。

これにより、旋回軸１４に対してリンク機構全体の重さ
が少な《もほぼ均り合いをとることができる。

連結棒１５，１６は、リンク１９，２０またはリンク１
７１，１７２またはリンク１９，２０，１７１，１７２
が、連結棒１５，１６のリンク４１，４２を通る仮想縦
軸線よりも鉛直なリンク機構軸Ｗに接近した位置に位置
するようなアングルレバーとして構威すると有利である
。

これにより、クランク機構１２，１３，１５，１６を、
行程距離および旋回距離を損なうことなく著しく細くす
ることができる。

第８図に断面して示した第７図の実施例の変化形は、次
の点で第７図のものと相違している。

即ち、摺動兼回動リンク２ ９”’内でのアーム３０の
直線案内がリンクピンとして構成されたリンク４６，４
７を介しておこなわれ、リンク４６，４７はスリーブ４
３に係合しておりかつ内側端部には案内溝４８を有して
おり、案内溝４８には、アーム３０に固定されて条片４
９が係合している点である。

リンクピンとして構成されたリンク４６，４７は同時に
レバー３９，４０のヒンジを形成している。

その他、アーム３０はスリーブ４３によって遊びをもっ
て取り囲まれている。

リンクピンとして構成されたリンク４６，４７と条片４
９との間の遊びを調節可能にするために、リンク４６，
４７の案内溝４８の底部内に、それぞれ一つのスリット
５０を設けて、このスリット５０により、案内溝４８を
制限する脚部５２が弾性的に変形可能になる。

この遊びはさらに、スリーブ内に外から接近可能に配置
しかつ脚部５２に作用する調整ねじ５１により前調節ま
たは後調節することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は連結棒対
に案内されているアームの側面図、第２図は、第１図の
線［−ＩＩに沿った断面図、第３図は第２図の線■一■
に沿った断面図、第４図は第１図の線ＩＶ−ＩＶに沿っ
た縦断面図、第５図と第６図は第１図の実施例の二つの
変化形の原理図、第７図はさらに別の実施例の側面図、
第８図は第７図の線■一■に沿った断面図である。 １，２・・・・・・駆動系、３，４，５・・・・・・駆
動装置、６・・・・・・工具（溶接電極）、７・・・・
・・回転軸、８・・・・・・ビン、９・・・・・・支持
枠、１０・・・・・・回転環体、１１，・・・・・支持
腕、１２，１３・・・・・・クランク、１４・・・・・
・旋回軸、１５，１６・・・・・・連結棒、１ ７ ，
１ ７’， １ ７’・・・・・・リンク、１ ８，
１ ９， １ ９’， ２０， ２０′−・・・−・
リンク、２１・・・・・・溶接変圧器、２２・曲・銅板
、２３・・・・・・被加工物部分、２４・曲・モータユ
ニット２５・・・・・・伝動装置、２６・・・・・・ブ
レーキ、２γ・・曲！、２８・・・・・・ボールベアリ
ング、２９，２９’，２ ９” ， ２ ９”・・・・
・摺動兼回動リンク、３ｏ・・・・・・アーム、３１・
・・・・・モータユニット、３２，３３・・・・・・腕
木、３４・・・・・・歯付ベルト、３５・・・・・・軸
、３６・・・・・・歯車駆動装置、３１・・・・・・軸
、３８・・・・・・工具保持体、３９，４０・・・・・
・レバー、４１，４２・・・・・・リンク、４３・・・
・・・スリーフ、４４・・・・・・研削工具、４５・・
・・・・駆動装置、４６，４７・・・・・・リンクピン
、４８・・・・・・案内溝、４９・・・・・・条片、５
ｏ・・・・・・スリット、５１・・・・・・調整ねじ、
５２・・・・・・脚部、５３・・・・・・回転軸、１４
１，１４２・・・・・・旋回軸、１７１，１７２・・・
・・・リンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アームに旋回および回動可能に配置された工具を操
   作する装置であって、アームは三次元に調整可能である
   形式のものにおいて、アーム３０は一方においては摺動
   兼回動リンク２９，２９’，２ ９” ， ２ ９”’
   にアーム縦軸線に沿って可動に案内されており、他方に
   おいては連結棒対１５，１６を介してクランク対１２，
   １３にヒンジ結合されていて、このクランク１２，１３
   にはそれぞれ一つのそれ自体制御可能な駆動装置３，４
   が配属されていることを特徴とするアームに旋回および
   回動可能に配置された工具を操作する装置。 ２ クランク１２，１３０旋回軸１４，１４１，１４２
   は摺動兼回動リンク２９，２９’，２９”，２ ９”’
   またはその隣接範囲に配置されている特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ アーム３０の縦軸線はクランク１２，１３または連
   結棒１５，１６が形戒する角度の二等分線内を案内され
   ている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 摺動兼回動リンク２ ９ ， ２ ９’， ２ ９
   ”， ２ ９”’は装置の支持枠９に配置されている特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 摺動兼回動リンク２９ ， ２９’， ２９” ，
   ２９”’の旋回軸１４はクランク１２，１３０旋回軸
   １４と一致しかつ摺動兼回動リンク２９，２９’，２９
   ”，２ ９”’内でアーム３０が直線上を案内されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６ クランク１２，１３は支持枠９に対して、挿入され
   たブレーキ２６によって支持可能である特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ７ アーム３０に支承された工具保持体３８を旋回およ
   び回動する駆動装置３１を有していて、工具保持体３８
   の駆動軸３５が、中空体として構成されたアーム３０を
   貫通しており、アーム３０の縦軸線に対して同軸的な二
   つの軸３５，３７がそれぞれ駆動装置３１を有しており
   、これら二つの軸３５，３７の一方の軸３５は、その被
   駆動歯車が工具保持体６，３８と結合しかつリンク機構
   軸ｒ上に位置するかさ歯車を駆動していて、リンク機構
   軸７は他方の軸３７にアーム３０の縦軸線に対して直角
   方向に支承されている特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ８ 連結棒１５，１６は、アーム３０の縦軸線の両側に
   配置されている支承部１７１，１７２にヒンジ結合され
   ている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ９ アーム３０の縦軸線に対して直角方向に作用する旋
   回駆動装置５４，５５が設げられている特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 １０ 摺動兼回動リンク２９′〃は位置移動可能に配
   置されていてかつレバ一対３９，４０を介して連結棒１
   ５，１６にヒンジ結合されている特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 １１ 摺動兼回動装置２ ９”’はスリーブ４３とし
   て構成されていてかつアーム３０の縦軸線に沿って延ヒ
   ルアーム３０用摺動案内部４８，４９を有している特許
   請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 摺動兼回動リンク２ ９”’は、アーム３０を
   遊びをもって取り囲んでいるスリーブ４３として構成さ
   れており、レバ一対３９，４０をスリーブ４３において
   案案するリンクピン４６，４７はスリーブ４３を内方に
   向かって貫通していてかつ案内部材４８を有しており、
   案内部材４８には相応する案内部材４９を有するアーム
   ３０が直線上を運動可能になっている特許請求の範囲第
   １０項記載の装置。 １３連結棒１ ５ ， １ ６はアングルレバーとして
   構成されていて、連結棒１５，１６の、クランク１２，
   １３またはアーム３０またはクランク１２，１３とアー
   ム３０とに配属されたリンク１９，２０，１７１，１７
   ２が、連結棒１５，１６の、リンク４２のヒンジ点を通
   る仮想の縦軸線よりも、アーム３０の縦軸線に近接して
   いる特許請求の範囲第１０項記載の装置。