JPWO2006126258A1 - 剛性調節機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、基盤１０８と、一端が基盤１０８に固定され他端が所定の方向に延び部品把持部材１０４を把持する第１の柱状部材１０６と、一端が基盤１０８に固定され第１の柱状部材１０６に隣接して第１の柱状部材１０６に平行に延びる、第１の柱状部材１０６よりも剛性の高い第２の柱状部材１１６と、第１の柱状部材１０６および第２の柱状部材１１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材１０６と第２の柱状部材１１６とを連結する連結部材１２０と、連結部材１２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部とを備えた。

Description

本発明は、機器を構成する部材の剛性を調節する剛性調節機構に関する。

従来、例えば２つの部品を溶接する溶接装置において、溶接される部品どうしの相対位置関係を高精度に維持して溶接するために双方の部品を支持する部品支持機構に特別な工夫を施す必要がある。

図１３は、従来の溶接装置における部品支持装置の概要図であり、図１４および図１５は、図１３に示した部品支持装置の問題点を示す図である。

図１３には、２つの部品２０１，２０２を溶接する溶接装置に用いられる部品支持装置２００が示されている。

この部品支持装置２００は、溶接される部品２０１，２０２の相対位置関係を高精度で維持した状態で溶接するための装置であり、部品２０１，２０２をそれぞれ把持する一対の部品把持部材２０３，２０４、部品２０１を支持する支持部材２０７、支持部材２０７を支持する支柱２０９、部品２０２を把持する部品把持部材２０４を支持する支持機構２０６、支持機構２０６を載置する基盤２０８、基盤２０８および支柱２０９を固定する支持台２１０などから構成されている。

この溶接装置では、溶接される２つの部品に合った剛性の部品支持機構を選択して使用するようになっている。部品に合わない剛性の部品支持機構を用いると、部品２０１，２０２の接合面の周囲をレーザなどで溶接していったときに、熱応力により接合面に隙間が生じたり両部品の接合が半径方向にずれたりして不良品が発生することがある。

そこで、図１４に示すように、支持機構２０６の剛性が、溶接すべき部品２０１，２０２に合わない場合は、固定ネジ２１１を外して部品支持装置２００から取り外し、予め用意した複数の支持機構２０６ａ（低剛性）、２０６ｂ（高剛性）、２０６ｃ（異なる材質），…の中から部品２０１，２０２に合った剛性の支持機構を選び出して固定ネジ２１１で取り付け、その度毎に、図１５に示すように、部品相互のずれ２１２を修正するための、支持機構２０６の矢印Ａ方向への位置調整が必要となる。すなわち、支持機構を交換すると支持機構の組直し工程において部品間の相対位置が変化してしまい、その度に再計測、位置修正などの手番が発生する。これを回避するために位置決めピン２１３を利用することが考えられるが、複数ある支持機構を全て同じ公差の中に入れようとするとコスト高を招くことになり現実的ではない。また、小刻みに剛性を変化させたい場合にはその刻みの段階数に相当する数の支持機構を用意しなくてはならず、高コスト化する上、支持機構の組直しにかかる手番も増加するという問題がある。

一方、電気機器の分野において、例えば、テープ記録再生装置において、テープ走行の安定性を高めるため、一端が固定された軸とこの軸の所定部位に固着されたテープガイドとを備え、前記軸を振動させる加振手段により前記テープガイドを振動変位させることにより前記軸の剛性を変化させて、軸の共振モードを所望のモードに設定できるようにしたテープガイド機構が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−１２９８０９号公報（第２−４頁、図４）

しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術は、加振手段によりテープガイドを振動させて所望の共振状態を得ることによりテープテンションを低下させてテープを安定走行させるというものであり、図１３〜図１５を参照して説明したような、従来の部品支持機構における問題点を解決する技術として利用することはできない。

本発明の剛性調節機構は、上記事情に鑑み、剛性を無段階で調節することのできる剛性調節機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の剛性調節機構は、
基盤と、
一端が該基盤に固定され他端が所定の方向に延びる第１の柱状部材と、
一端が該基盤に固定され前記第１の柱状部材に隣接して該第１の柱状部材に平行に延びる、前記第１の柱状部材よりも剛性の高い第２の柱状部材と、
前記第１の柱状部材および前記第２の柱状部材双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、該第１の柱状部材と該第２の柱状部材とを連結する連結部材と、
前記連結部材を前記長手方向の任意の位置に固定する固定部とを備えたことを特徴とする。

本発明の剛性調節機構によれば、例えば、部品を所望の剛性で支持することのできる部品支持装置などを実現することができる。さらに例えば、２つの部品を溶接する溶接装置に用いられる部品支持装置において、２つの部品の相対位置関係を崩すことなく部品支持部材の剛性を無段階で自在に調節することのできる剛性調節機構を実現することもができる。

ここで、前記第１の柱状部材および前記第２の柱状部材それぞれが、前記連結部材の前記長手方向への移動を案内する案内部を備えたものであることが好ましい。

本発明の剛性調節機構を上記のように構成した場合は、前記連結部材の移動がスムースとなり安定してた剛性調節操作が可能となる。

また、前記連結部材を前記長手方向の任意の位置に移動させる駆動部と、前記連結部材の位置を検出するセンサと、前記センサからの情報に基づき前記駆動部を駆動して前記連結部材を移動させることにより前記第１の柱状部材の剛性を制御する剛性制御部とを備えたものであることも好ましい。

本発明の剛性調節機構を上記のように構成した場合は、前記剛性制御部により、前記連結部材を、前記第１の柱状部材の剛性が所望の剛性となる位置に自動的に移動させることができるので、剛性調節操作を自動化することが可能となる。

以上のように本発明の剛性調節機構によれば、簡単な機構で剛性を無段階で調節することの可能な剛性調節機構を実現することができる。

本発明の剛性調節機構の一実施形態を示す概要図である。 本実施形態の剛性調節機構における固定部の側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態の剛性調節機構における剛性調節の様子を示す図である。 本実施形態の剛性調節機構における剛性調節の方向性を示す図である。 第２の実施形態の剛性調節機構の概要図である。 第３の実施形態の剛性調節機構の概要図図である。 第３の実施形態の剛性調節機構における制御動作を示すフローチャートである。 第４の実施形態の剛性調節機構の概要図および作業内容を示す図である。 第５の実施形態の剛性調節機構の概要図である。 図１０に示した剛性調節機構を人の搬送装置に応用した例を示す図である。 図１０に示した剛性調節機構を義足に応用した場合を示す図である。 従来の溶接装置における部品支持装置の概要図である。 図１３に示した部品支持装置の問題点を示す図である。 図１３に示した部品支持装置の問題点を示す図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の剛性調節機構の一実施形態を示す概要図である。

図１には、溶接される部品１０１，１０２の相対位置関係を高精度で維持して溶接する溶接装置に用いられる、２つの部品１０１，１０２を支持する部品支持装置１００が示されている。

この部品支持装置１００は、基盤１０８と、一端が基盤１０８に固定され他端が所定の方向に延び部品把持部材１０４を把持する第１の柱状部材１０６と、一端が基盤１０８に固定され第１の柱状部材１０６に隣接して第１の柱状部材１０６に平行に延びる、第１の柱状部材１０６よりも剛性の高い第２の柱状部材１１６と、第１の柱状部材１０６および第２の柱状部材１１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材１０６と第２の柱状部材１１６とを連結する連結部材１２０と、連結部材１２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部（図示せず）とを備えた剛性調節機構を含んでいる。この固定部の詳細については後述する。

柱状部材１１６は、基盤１０８に載置され、≪基板１０８≫は支持台１１０に固定されている。この支持台１１０には、支柱１０９も固定されている。支柱１０９には支持部材１０７が固定されており、支持部材１０７は、部品１０１を把持する部品把持部材１０３を支持するようになっており、こうして部品把持部材１０３に把持された部品１０１が、部品把持部材１０４に把持された部品１０２と溶接される。

図２は、本実施形態の剛性調節機構における固定部の側面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

図２および図３に示すように、この実施形態の剛性調節機構の固定部１３０は、連結部材１２０ａ，ｂを第１の柱状部材１０６および第２の柱状部材１１６の長手方向（矢印Ｂ方向）の任意の位置にボルト１２１で固定することができる。

図４は、本実施形態の剛性調節機構における剛性調節の様子を示す図である。

図４（ａ）に示すように、連結部材１２０を部品把持部材１０４寄りの位置に固定した場合は第１の柱状部材１０６の支持剛性は高くなり、それに対して図４（ｂ）に示すように、連結部材１２０を部品支持装置１００全体を支持する基盤１０８寄りの位置に固定した場合は第１の柱状部材１０６の剛性は低くなる。

従って、図４（ａ）の場合には図４（ｂ）の場合よりも第１の柱状部材１０６の剛性は高くなるため部品把持部材１０４の矢印Ａ方向への変位は少なくなる。

図５は、本実施形態の剛性調節機構における剛性調節の方向性を示す図である。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１の柱状部材１０６の断面形状をそれぞれ円形、正方形、長方形とすることにより、第１の柱状部材１０６の剛性に、図示のような種々の方向性を持たせることができる。

次に、本発明の剛性調節機構の第２の実施形態について説明する。

図６は、第２の実施形態の剛性調節機構の概要図である。

図６に示すように、第２の実施形態の剛性調節機構では、第１の柱状部材１０６および第２の柱状部材１１６それぞれに、連結部材１２０の矢印Ａ方向（柱状部材の長手方向）への移動を案内する案内溝１４０を備え、連結部材１２０側にはこの案内溝１４０に合致する突起（図示せず）が設けられている。この案内溝１４０および突起は、本発明にいう案内部に相当するものであるが、案内部はこのような溝と突起からなる構造のものに限られるものではない。

さらに、この第２の実施形態では、連結部材１２０にネジ孔１５３が設けられており、このネジ孔１５３に螺合する回転軸１５２およびその駆動用のモータ１５１が備えられているので、モータ１５１を回転させることにより、連結部材１２０を矢印Ａ方向の任意の位置に移動させることができるようになっている。これらのネジ孔１５３、回転軸１５２、およびモータ１５１は、本発明にいう駆動部に相当するものである。

次に、本発明の剛性調節機構の第３の実施形態について説明する。

図７は、第３の実施形態の剛性調節機構の概要図である。

図７に示すように、第３の実施形態の剛性調節機構は、図１に示した、第１の実施形態における、２つの部品１０１，１０２を支持する部品支持装置１００に、連結部材１２０を矢印Ａ方向の任意の位置に移動させる、モータ１５１、回転軸１５２、およびネジ孔１５３などからなる駆動部と、連結部材１２０の位置を検出するセンサ１６０と、センサ１６０からの情報に基づき上記駆動部を駆動して連結部材１２０を移動させることにより第１の柱状部材１０６の剛性を制御する剛性制御部１８０と、部品１０１，１０２を溶接するレーザ出射ユニット１７１，１７１と、レーザ発振機１７０と、モータ１５１を制御するモータ制御部１５４と、センサ１６０からのデータを収集するセンサデータ収集部１６とを加えた構成となっている。

剛性制御部１８０は、レーザ照射制御部１８１、位置データベース１８２、位置検出部１８３、およびモータ駆動部１８４を備えている。

図８は、第３の実施形態の剛性調節機構における制御動作を示すフローチャートである。

この制御動作は、操作者による操作に応じて、図７に示した剛性制御部１８０により実行される。先ず操作者により、図８に示すように、溶接する部品の品種選択が行われる（ステップＳ０１）。次に部品１０１，１０２が部品支持装置１００（図７参照）にセットされる（ステップＳ０２）。次に、剛性制御部により位置データベース１８２（図７参照）が参照されて、溶接する部品の品種に対応する連結部材１２０の位置、すなわち剛性が求められる（ステップＳ０３）。次にセンサデータ収集部１６１および位置検出部１８３により連結部材１２０の位置確認が行われる（ステップＳ０４）。

位置確認の結果、位置変更の必要ありか否かの判定が行われる（ステップＳ０５）。

ステップＳ０５における判定の結果、位置変更の必要ありと判定された場合はモータ駆動部１８４およびモータ制御部１５４により連結部材１２０の位置調整が行われ（ステップＳ０６）、次にステップＳ０４に戻り位置確認およびそれ以降の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ０５における判定の結果、位置変更の必要なしと判定された場合はレーザ照射制御部１８１およびレーザ発振機１７２によりレーザ出射ユニット１７１からレーザ光が出射され部品１０１，１０２の溶接が完了する（ステップＳ０７）。

次に、本発明の剛性調節機構の第４の実施形態について説明する。

図９は、第４の実施形態の剛性調節機構の概要図および作業内容を示す図である。

図９（ａ）に示すように、第４の実施形態の剛性調節機構は、図１に示した溶接装置における部品支持装置１００とは異なり、第１の柱状部材４０６および第２の柱状部材４１６と、これら２つの柱状部材を支持する基盤４０８との相対位置が上下反対になっており、第１の柱状部材４０６によって部品把持部材４０４が吊り下げられた状態で第１の部品４０１を支持するように構成されている。

すなわち、この部品支持装置４００は、基盤４０８と、一端が基盤４０８に固定され他端が部品把持部材４０４を把持する第１の柱状部材４０６と、一端が基盤４０８に固定され第１の柱状部材４０６に隣接して第１の柱状部材４０６に平行に延びる、第１の柱状部材４０６よりも剛性の高い第２の柱状部材４１６と、第１の柱状部材４０６および第２の柱状部材４１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材４０６と第２の柱状部材４１６とを連結する連結部材４２０と、連結部材４２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部（図示せず）とを備えている。この固定部は、図２および図３に示した固定部１３０と同様の構造を有している。

また、この第４の実施形態の剛性調節機構においても、図４に示した第１の実施形態におけると同様の剛性調節機構を有し、さらに、図６に示した第２の実施形態におけると同様の案内溝４４０、案内溝４４０に合致する突起、回転軸４５２、および駆動用のモータ４５１が備えられている。

次に、図９（ｂ）に示すように、上記剛性調節機構の部品把持部材４０４に第１の部品４０１を取り付け、この第１の部品４０１の先端部４０１ａを、作業対象物である第２の部品４０２の所定の孔４０２ａに挿入する。

第４の実施形態の剛性調節機構は、上記のように第１の柱状部材４０６および第２の柱状部材４１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な連結部材４２０を備えているので、図９（ｂ）に示すように連結部材４２０を部品把持部材４０４側に移動させることによって第１の柱状部材４０６の剛性を小さくすることができる。

こうして第１の柱状部材４０６の剛性は小さくなり撓みやすくなっているので、図９（ｃ）に示すように第１の柱状部材４０６の先端に取り付けられた第１の部品４０１の左右方向への移動の自由度が大きくなり、第１の部品４０１の先端部４０１ａを、第２の部品４０２の表面形状にならって孔４０２ａに容易に挿入することができる。

次に、本発明の剛性調節機構の第５の実施形態について説明する。

図１０は、第５の実施形態の剛性調節機構の概要図である。

図１０に示すように、第５の実施形態の剛性調節機構は、図１に示した溶接装置における部品支持装置１００とは異なり、第１の柱状部材５０６および第２の柱状部材５１６は水平方向に配置され、第１の柱状部材５０６および部品把持部材５０４により部品５０１が吊り下げられた状態で支持されるように構成されている。

すなわち、この部品支持装置５００は、基盤５０８と、一端が基盤５０８に固定され他端が部品把持部材５０４を把持する第１の柱状部材５０６と、一端が基盤５０８に固定され第１の柱状部材５０６に隣接して第１の柱状部材５０６に平行に延びる、第１の柱状部材５０６よりも剛性の高い第２の柱状部材５１６と、第１の柱状部材５０６および第２の柱状部材５１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材５０６と第２の柱状部材５１６とを連結する連結部材５２０と、連結部材５２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部（図示せず）とを備えている。この固定部は、図２および図３に示した固定部１３０と同様の構造を有している。また、この第４の実施形態の剛性調節機構においても、図４に示した第１の実施形態におけると同様の剛性調節機構を有しており、さらに、図６に示した第２の実施形態におけると同様の案内溝５４０、案内溝５４０に合致する突起、回転軸５５２、および回転軸５５２駆動用のモータ５５１が備えられている。

このように構成した部品支持装置５００によれば、部品５０１を支持しながら搬送する際に、連結部材５２０を、第１の柱状部材５０６および第２の柱状部材５１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動することによって、第１の柱状部材５０６の剛性を調節することができるので、例えば、部品５０１を降下させて下方にある他の部品と接触させる際の部品どうしの衝撃の程度を自在に調節することができ、また、部品５０１を吊り下げて搬送する場合の左右方向への揺れの大きさを自在に調節することが可能である。

図１１は、図１０に示した剛性調節機構を人の搬送装置に応用した例を示す図である。

図１１に示すように、図１０に示した部品５０１の代わりに、介護上などの必要から人６０１を吊り下げて搬送する場合にこの剛性調節機構６００を採用することができる。

すなわち、この剛性調節機構６００は、基盤６０８と、一端が基盤６０８に固定され他端が部品把持部材６０４を把持する第１の柱状部材６０６と、一端が基盤６０８に固定され第１の柱状部材６０６に隣接して第１の柱状部材６０６に平行に延びる、第１の柱状部材６０６よりも剛性の高い第２の柱状部材６１６と、第１の柱状部材６０６および第２の柱状部材６１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材６０６と第２の柱状部材６１６とを連結する連結部材６２０と、連結部材６２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部（図示せず）とを備えている。この固定部は、図２および図３に示した固定部１３０と同様の構造を有している。また、この剛性調節機構においても、図４に示した第１の実施形態におけると同様の剛性調節機構を有し、さらに、図６に示した第２の実施形態におけると同様の案内溝６４０、案内溝６４０に合致する突起、回転軸６５２、および駆動用のモータ６５１が備えられている。

このように構成した剛性調節機構６００によれば、人を搬送する際に、連結部材６２０を、第１の柱状部材６０６および第２の柱状部材６１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動することによって、第１の柱状部材６０６の剛性を調節することができる。従って、例えば、人６０１を降下させる際の衝撃の程度を自在に調節することができ、また、人６０１を吊り下げて搬送する場合の左右方向への揺れの大きさを自在に調節することが可能である。

図１２は、図１０に示した剛性調節機構を義足に応用した例を示す図である。

図１２に示すように、本発明の剛性調節機構を義足に応用することができる。すなわち、図１０に示したものと同様、この剛性調節機構７００は、基盤７０８と、一端が基盤７０８に固定され他端が部品把持部材７０４を把持する第１の柱状部材７０６と、一端が基盤７０８に固定され第１の柱状部材７０６に隣接して第１の柱状部材７０６に平行に延びる、第１の柱状部材７０６よりも剛性の高い第２の柱状部材７１６と、第１の柱状部材７０６および第２の柱状部材７１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、第１の柱状部材７０６と第２の柱状部材７１６とを連結する連結部材７２０と、連結部材７２０を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部（図示せず）とを備えている。この固定部は、図２および図３に示した固定部１３０と同様の構造を有している。

このように構成した剛性調節機構７００によれば、連結部材７２０を、第１の柱状部材７０６および第２の柱状部材７１６双方の長手方向に沿って任意の位置に移動することによって、第１の柱状部材７０６の剛性を調節することができるので、義足７００の足部７０１を降下させて地面に接触する際の衝撃の程度を自在に調節することができ、また、足部７０１の揺れの大きさを自在に調節することが可能である。

Claims (3)

1. 基盤と、
   一端が該基盤に固定され他端が所定の方向に延びる第１の柱状部材と、
   一端が該基盤に固定され前記第１の柱状部材に隣接して該第１の柱状部材に平行に延びる、前記第１の柱状部材よりも剛性の高い第２の柱状部材と、
   前記第１の柱状部材および前記第２の柱状部材双方の長手方向に沿って任意の位置に移動可能な、該第１の柱状部材と該第２の柱状部材とを連結する連結部材と、
   前記連結部材を上記長手方向の任意の位置に固定する固定部とを備えたことを特徴とする剛性調節機構。
2. 前記第１の柱状部材および前記第２の柱状部材それぞれが、前記連結部材の前記長手方向への移動を案内する案内部を備えたことを特徴とする請求項１記載の剛性調節機構。
3. 前記連結部材を前記長手方向の任意の位置に移動させる駆動部と、
   前記連結部材の位置を検出するセンサと、
   前記センサからの情報に基づき前記駆動部を駆動して前記連結部材を移動させることにより前記第１の柱状部材の剛性を制御する剛性制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の剛性調節機構。
   

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