JPS61249237A - プリロード型工具ホルダーを備えたロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はロボット用ブリロード型工具ホルダーに関す
るものであって、特にロボットに切削、研削、研磨等の
重作業を行わせることのできる工具ホルダーに係る。

（従来の技術） 水平関節形のロボットは、その作動範囲が広いことから
、多くの分野において使用されているが、このロボット
を用いて切削、研削、研磨等の重作業を行おうとする場
合には、次のような問題点が生じている。すなわちこの
重作業において生ずる加工時の動的反力が大きいために
、この反力に耐え得るのに充分な剛性を有する大形のロ
ボットを使用したり、あるいは上記反力を軽減するため
に１回当たりの切削量を減少させなければならないとい
うことである。前者の場合には装置自体が高価なものに
なると共に、その運動性が損なわれるという欠点があり
、また後者の場合には充分な作業能率が得られないとい
う欠点がある。

そこで本出願人は、上記欠点を解決するために、先の出
願（特願昭５８−１３４２１４号）特開昭６０−２５６
７３号にて次のようなロボットを提案した。このロボッ
トは、第６図に示すように、アクチュエータによって駆
動されるメインアーム５１の先端部に工具５２を装着し
、一方上記メインアーム５１とは別のサブアーム５３を
設けると共に、このサブアーム５３の基端を位置決め基
準部５４に、その先端を上記メインアーム５１の先端部
近傍に取付けた構造を有している。この場合、サブアー
ム５３にはメインアーム５１の移動に追従して移動可能
に設けられている。このロボットによれば、工具に作用
する加工反力や動的負荷がサブアーム５３によっても保
持されることになるため、上記反力や負荷によってメイ
ンアーム５１の先端位置が、変位するのを防止すること
が可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記ロボットにおいては、メインアーム５１と
は別に、さらにサブアーム５３が必要となるために、そ
の構造が複雑で高価なものになってしまうという欠点が
ある。また研削、研磨作業のように作業中に工具を被加
工部の形状に沿って連続的に移動させる必要のある作業
に、上記のような構造のロボットをそのまま適用するこ
とは不可能で、解決すべき問題点が種々残されている。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、切削、研削、研磨等の重作業を高能率に、かつロボ
ットの剛性を高めることなく行うことができ、しかもそ
の構造が簡素で安価に構成することのできるロボット用
ブリロード型工具ホルダーを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のロボット用ブリロード型工具ホルダー
においては、実施例に対応する第１図に示すように、ロ
ボットのアーム１に取着される基部３と、この基部３に
被加工部Ａの方向に対して往復動自在に支持されたホル
ダー本体４とを有し、上記ホルダー本体４には被加工部
へ両側の参照面Ｂ上を摺動する一対のガイド部１２．１
２を設け、被加工部Ａに研削等の加工を施す回転工具１
５を上記ガイド部１２．１２間に配置し、また上記基部
３とホルダー本体４との間に弾性部材１ｏを介設すると
共に、さらに上記基部３とホルダー本体４との間には、
両者の相対位置を検出するための検出手段１７を装着し
である。

（作用） 上記の結果、ロボットのアーム１を駆動することによっ
て、ホルダー本体４に設けたガイド部１２．１２を参照
面Ｂに押圧、接触させ、この状態で回転工具１５によっ
て被加工部Ａを連続的に削除するという作業を行うこと
が可能となる。この場合、ホルダー本体４は参照面Ｂに
対し、回転工具１５に作用する反力よりも大きなブリロ
ードで押圧される訳であるが、このブリロードによって
弾性部材１０が変形し、基部３とホルダー本体４との相
対位置が変化するので、両者の相対位置を検出し、この
検出値を一定に保持するようにロボットのアーム１を駆
動することにより、上記ブリロードを所定値に維持する
ことが可能となる。そして上記のようなブリロードをホ
ルダー本体４に作用させることによって、回転工具１５
に作用する加工反力や動的負荷は、上記弾性部材１０を
含めたロボットのアーム１側のバネ定数とホルダー本体
４とのバネ定数に応じて分配されることとなり、ロボッ
トのアーム１の分担する加工反力や動的負荷が軽減され
る。この結果、ロボットのアーム１の剛性を高めること
なく、研削等の重作業を高能率に行うことが可能となる
。

（実施例） 次ぎにこの発明のロボット用ブリロード型工具ホルダー
の具体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。

第１図及び第２図において、１はロボットのアームを示
しており、このアーム１の先端部にロボット用ブリロー
ド型工具ホルダー２が取着されている。この工具ホルダ
ー２は、上記アーム１に取着される基部３と、この基部
３に往復動自在に支持されたホルダー本体４とを有して
いる。この場合、ホルダー本体４には、基部２の方向へ
と延びる一対のガイドバー５．５が突設されており、こ
レラカイドパー５．５が、基部２に穿設されたガイド孔
６．６内に摺動自在に嵌入されている。なお上記ガイド
バー５．５の各先端部には座金７．７が取着されている
が、これはガイドバー５．５の抜出防止用のものである
。そして上記基部３とホルダー本体４両者とにおける、
両者の相対向する位置には、それぞれ凹所８．９が形成
され、この凹所８．９内にブリロード用弾性部材として
のバネ１０が介設されている。図の場合、バネ１０とし
てＩバネを用いた例を示しであるが、これはその全体を
コンパクトにするためである。なお上記バネ１０によっ
て、上記ホルダー本体４は、その先端側、つまり基部３
とは逆方向に付勢されているものとする。

上記ホルダー本体４は、第１図のように正面視が概略四
角形のブロック状のものであって、その先端側（図にお
ける下側）の略中央部には、Ｕ字状の切除部１１が形成
されており、この切除部１１の両側の位置には、ガイド
部を構成する一対のガイドプレート１２．１２が取着さ
れている。このガイドプレート１２は、被加工体の表面
を摺動するものであるため、テフロンやポリフロン（い
ずれも登録商標）製の、あるいはこれらでその表面をコ
ーティングした低摩擦板を使用するのが好ましい。また
上記ホルダー本体４の背部には、第２図のように、フラ
ンジ１３が突設され、このフランジ１３に工具支持台１
４が装着されている。

この工具支持台１４には、ロータリーバー、カッター等
の回転工具１５を具えた工具本体１６が装着されており
、上記回転工具１５は上記切除部１１の略中央部に配置
されている。なお第２図において、１７はリニアボテン
シッメータを示しているが、これは基部３とホルダー本
体４との相対位置を検出する検出手段となるものである
。また第１図のように、上記ホルダー本体４には、その
側面と上記切除部１１とを連通させる透孔１８が形成さ
れ、この透孔１８には粉塵回収用のノズル１９が接続さ
れている。

そして上記した工具ホルダー２を用いて、溶接ビードの
余盛を削除するような場合の作動状態について説明する
。この場合、例えば６自由度のロボットを用い加工経路
、姿勢等は予めティーチングしておき、工具ホルダー２
は、第１図及び第２図のように、回転工具１５が溶接ビ
ードＡの位置に位置し、またガイドプレート１２．１２
がその両側の参照面Ｂ、Ｂ上を摺動するように配置され
るものとする。なお上記にお番チる溶接ビートＡは、第
１図における紙面とは垂直な方向で、第２図の左右方向
に延びているものとする。そしてロボットのアーム１を
駆動し、回転工具１５を、第３図（ａ）　（ｂ）に示す
ように、溶接ビードＡを中心とする揺動軌路に沿って移
動させることにより、溶接ビードＡの削除を行う。なお
第３図（Ｃ）のように、工具ホルダー２を、溶接ビード
Ａに対して傾斜した状態に配置し、これを直進させるこ
とによってビードＡの削除を行うこともある。

そして上記のような状態で溶接ビードＡを削除する際に
は、ロボットのアーム１によって、上記バネ１０を介し
てホルダー本体４を参照面Ｂ、Ｂに押圧する訳であるが
、次ぎにその際の回転工具１５の保持機構について第４
図に基づいて説明する。図において、Ｋａはアーム１例
の上記バネ１０を含めたバネ定数、またＫｇはホルダー
本体４のバネ定数、すなわち剛性をそれぞれ示している
。この場合、上記ホルダー本体４は、アーム１によって
、回転工具１５に作用する最大の加工反力Ｆｎよりもさ
らに大きなブリロードＰで、参照面Ｂに押圧されている
ものとする。また上記のような切削作業中は、基部３と
ホルダー本体４との相対位置関係、つまりバネ１０の変
位量を上記ポテンショメータ１７によって検出すると共
に、この変位量が常に一定になるようにロボットのアー
ム１を駆動して、上記ブリロードＰが一定になるように
制御する。このような構造においては、ガイドプレート
１２．１２が参照面Ｂから離れない範囲では、ＫａとＫ
ｇとが並列バネとして働き、回転工具１５は合成された
剛性（Ｋａ　＋　Ｋｇ）によって保持されることになる
。すなわちアーム１の剛性Ｋａが小さい場合であっても
、ホルダー本体４の剛性Ｋｇを充分に大きくすれば、こ
のホルダー本体４の剛性Ｋｇによって回転工具１５が保
持されることになる訳である。このことは換言すれば、
参照面Ｂに対する回転工具１５の保持剛性は、ロボット
のアーム１の剛性にはほとんど影響されず、主として回
転工具１５とガイドプレート１２．１２との間のホルダ
ー本体４の剛性によって定められ、この間に形成される
閉構造によって回転工具１５が保持されることになると
いうことである。

例えばブリロードＰが１００　ｋｇ、回転工具１５に作
用する加工反力Ｆｎが８０ｋｓｒであって、両割性の比
をＫｇ／Ｋａ＝７とした場合、加工反力のうち７０ｋｇ
はホルダー本体４によって受支され、残りの１０ｋｓｒ
がアーム１へ作用することになる。

上記のようにホルダー本体４に対して、回転工具１５に
作用する最大加工反力Ｆｎよりもさらに大きなブリロー
ドＰを作用させておけば、両ガイドプレート１２．１２
が参照面Ｂから離れない限り、上記反力の大部分がホル
ダー本体４によって受支され、アーム１へはわずかな動
負荷しか作用せず、したがってロボットのアーム１の剛
性を高めなくても、研削等の重作業を高能率に行えるこ
とが明らかである。

また上記のようにガイドプレート１２．１２が参照面Ｂ
上を摺動するような機構を採用し、ガイドプレー）１２
．１２が全ての方向に移動し得るようにしであるため、
参照面Ｂが三次元曲面の場合でも上記と同様に被加工部
Ａの加工が可能である。さらに回転工具１５をガイドプ
レート１２．１２の間に配置した構造であるため、ブリ
ロードＰ、加工反力Ｆｎ及びガイドプレート１２．１２
に作用する反力が全て、第２図のＣ−Ｃ線を含む平面内
に作用することになるが、このように全ての力が一方向
に作用する結果、安定な切削加工を行うことが可能であ
る。しかもブリロードＰを参照面Ｂに垂直な方向にのみ
作用させる構造であるため、工具ホルダー２としては一
白由度の機構でよいことになり、その構造は簡素なもの
となる。

また上記のような構造の工具支持台１４を用いた場合に
は、回転工具１５の位置調整を容易に行うことが可能で
ある。さらに上記のように回転工具１５を切除部１１内
に配置し、この切除部１１内の粉塵を回収するようにし
た場合には、切屑の回収を効果的に行うことができ、作
業能率と作業環境の改善を図ることができる。

なお上記実施例においては、ガイドバー５．５とバネ１
０とを別の位置に設けた例を示しているが、第５図のよ
うに、ガイドバー５．５とバネ１０とを同軸上に配置す
ることも可能である。

（発明の効果） この発明のロボット用ブリロード型工具ホルダーは上記
のように構成されたものであり、したがってこの発明の
ロボット用ブリロード型工具ホルダーによれば、ロボッ
トによる研削、研磨、切削等の重作業を、アームの剛性
を高めることなく、高能率に行うことが可能となる。し
かもその構成が簡素であるために安価に提供することが
可能である。また回転工具を参照面に沿って正確に移動
させることが可能であるため、精度のよい研削等の加工
を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のロボット用ブリロード型工具ホルダ
ーの一実施例の正面図、第２図はその側面図、第３図（
ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は上記工具ホルダーによる切削経
路の一例をそれぞれ示す説明図、第４図は上記工具ホル
ダーによる回転工具の保持機構の説明図、第５図は工具
ホルダーの変更例の説明図、第６図は従来例の説明図で
ある。 １・・・アーム、２・・・工具ホルダー、３・・・基部
、４・・・ホルダー本体、１０・・・バネ、１２・・・
ガイドプレート、１５・・・回転工具、１７・・・ポテ
ンショメータ、Ａ・・・被加工部、Ｂ・・・参照面。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ロボットのアーム（１）に取着される基部（３）と
   、この基部（３）に被加工部（Ａ）の方向に対して往復
   動自在に支持されたホルダー本体（４）とを有し、上記
   ホルダー本体（４）には被加工部（Ａ）両側の参照面（
   Ｂ）上を摺動する一対のガイド部（１２）（１２）を設
   け、被加工部（Ａ）に研削等の加工を施すための回転工
   具（１５）を上記ガイド部（１２）（１２）間に配置し
   、また上記基部（３）とホルダー本体（４）との間に弾
   性部材（１０）を介設すると共に、さらに上記基部（３
   ）とホルダー本体（４）との間には、両者の相対位置を
   検出するための検出手段（１７）を装着したことを特徴
   とするロボット用ブリロード型工具ホルダー。