JPH0811337B2

JPH0811337B2 - 多重型２次元運動機構

Info

Publication number: JPH0811337B2
Application number: JP2005692A
Authority: JP
Inventors: 健柳沢
Original assignee: 健柳沢
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH03213234A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は複数の２次元運動機構を多重に配してなる多
重型２次元運動機構に関する。

（背景技術）移動体を平面内の任意の位置へ移動させる２次元運動
機構としては、米国特許第4,729,536号公報や特開昭63
−191533号公報に開示される技術が有る。

また、本発明者も特願昭63−134209号として同種の２
次元運動機構を出願している。何れの２次元運動機構に
おいても移動体へツーリング用の工具、ロボットヘッ
ド、又はワーク等を取付け、移動体を２次元運動させる
ことにより加工又は被加工物位置等を変化させる装置で
ある。移動体の移動はコンピュータによって制御され
る。

しかしながら、例えば第３図及び第４図に示すような
軌跡を描くよう移動体を移動させるとなると、制御を行
うコンピュータプログラムが非常に複雑なものとなり、
大容量のコンピュータが必要となり、装置全体のコスト
高を招くという経済的な課題が有る。

また、矩形枠を備えて好適な運動機構を有する２次元
運動機構を多重化しようとする場合、単に重ねるので
は、装置全体が厚くなってしまうと共に、その２次元運
動機構の運動機能を損なってしまうという課題が有る。

そこで、本発明の目的は、矩形枠を備えて好適な運動
機能を有する２次元運動機構をその運動機能を低下させ
ることなく薄く好適に多重化し、複雑な動作であっても
制御を行うコンピュータのプログラミングを容易ならし
めることが可能な多重型２次元運動機構を提供すること
にある。

（発明が解決しようとする課題）上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備え
る。

すなわち、本発明は、矩形枠と、該矩形枠に長さ方向
に平行に配された２組のＸ軸案内手段と、前記矩形枠に
長さ方向に平行に配されると共に、前記Ｘ軸案内手段と
は略同一平面内で直交する２組のＹ軸案内手段と、前記
各々のＸ軸案内手段により該Ｘ軸案内手段の長さ方向に
移動可能な２個のＸ軸駆動体と、前記各々のＹ軸案内手
段により該Ｙ軸案内手段の長さ方向に移動可能な２個の
Ｙ軸駆動体と、両端がそれぞれ前記Ｘ軸駆動体に連結さ
れて前記Ｙ軸案内手段に平行に設けられたＸ軸ロッド
と、両端がそれぞれ前記Ｙ軸駆動体に連結されて前記Ｘ
軸案内手段に平行に設けられたＹ軸ロッドと、前記Ｘ軸
ロッドとＹ軸ロッドが挿通されると共に、Ｘ軸ロッド上
及びＹ軸ロッド上で且つ前記矩形枠内を移動自在に設け
られた移動体とを有する二つの２次元運動機構が、一方
が他方に対して内蔵される内側２次元運動機構であり、
他方が外側２次元運動機構であって、内側２次元運動機
構が同一平面内で外側２次元運動機構に内蔵されるよ
う、外側２次元運動機構の移動体が矩形枠状に形成さ
れ、該矩形枠状の移動体内に内側２次元運動機構が設け
られたことを特徴とする。

（作用）作用について説明する。

本発明によれば、外側２次元運動機構の矩形枠状の移
動体内に内側２次元運動機構が設けられる。このよう
に、矩形枠を備えて好適な運動機能を有する２次元運動
機構を同一平面内で多重化できるため、装置全体を薄く
形成できると共に、２次元運動機構の運動機能を損なう
ことなく好適に形成できる。

そして、内側２次元運動機構の移動体と、その内側２
次元運動機構が、取付られた外側２次元運動機構の他の
移動体との動きを合成することにより、結果的に内側２
次元運動機構の移動体の動きをより複雑なものとするこ
とができる。従って、内側２次元運動機構の移動体へ取
付けられた工具、ロボットヘッド、ワーク等を複雑に移
動させることが、矩形枠を有する２次元運動機構の利点
を損なうことなく容易に行える。

（実施例）以下、本発明の好適な実施例について添付図面と共に
詳述する。第１図には本実施例の多重型２次元運動機構
の（ａ）平面図、（ｂ）部分破断正面図を示す。

同図において、10は内側２次元運動機構であり、移動
体であるスライダ12が矩形平面14内の任意の位置へ移動
可能になっている。このスライダ12の移動はコンピュー
タ（不図示）によって制御されるモータ16、18の回転に
よる。第２図に内側２次元運動機構の内部構造を示す。

第２図において、20はフレームであり、中央が抜かれ
た矩形枠である。

22、24はＸ軸案内手段であるＸ軸ボールネジであり、
互いに平行に同一面内に配設されている。Ｘ軸ボールネ
ジ22はＸ軸駆動手段であるモータ16により直接駆動され
回転するようになっている。Ｘ軸ボールネジ24へは曲歯
笠歯車26、28及び伝達軸30等からなる第１の伝達機構を
介してモータ16の回転力が伝達される。なおモータ16は
ギヤ機構32を介して歯車軸34へ連結され、Ｘ軸ボールネ
ジ22の上方に配設されている（第１図参照）。

36、38はカプラである。Ｘ軸ボールネジ22、24の先端
部（図面上、左端部）は適宜な支持フレーム40・・・に
枢支されている。

42、44はＹ軸案内手段であるＹ軸ボールネジであり、
互いに平行、同一面内、かつ前記Ｘ軸ボールネジ22、24
とも略同一面内で直交するよう配設されている。Ｙ軸ボ
ールネジ42はＹ軸駆動手段であるモータ18により直接駆
動され回転するようになっている。Ｙ軸ボールネジ44へ
は曲歯笠歯車46、48及び伝達軸50からなる第２の伝達機
構を介してモータ18の回転力が伝達される。なお、モー
タ18はギヤ機構52を介して歯車軸54へ連結され、Ｙ軸ボ
ールネジ42上方に配設されている（第１図参照）。前述
のモータ16と、モータ18が共にギア機構32、52を介する
ことによりフレーム20の側方へ突出しないようになって
いる。これは、後述する外側２次元運動機構の移動体と
モータ16、18との干渉を防止するためである。

56、58はカプラである。また、Ｙ軸ボールネジ42、44
の先端部（図面上、下端部）も適宜な支持フレーム60・
・・に枢支されている。

62、64はＸ軸駆動体であり、それぞれＸ軸ボールネジ
22、24へ螺合され、また、後述するＸ軸ロッドにより回
動が阻止されているのでＸ軸ボールネジ22、24が同一方
向へ回転することによりＸ軸方向へ同時に移動可能にな
っている。

66、68はＹ軸駆動体であり、それぞれＹ軸ボールネジ
42、44へ螺合され、また、後述するＹ軸ロッドにより回
動が阻止されているのでＹ軸ボールネジ42、44が同一方
向へ回転することによりＹ軸方向へ同時に移動可能にな
っている。

70はＸ軸ロッドであり、Ｙ軸に平行に配され、移動体
であるスライダ12へ貫挿され、両端はそれぞれＸ軸駆動
体62、64へ固定されている。これによりスライダ12は、
Ｘ軸ロッド70によって回動が阻止されたＸ軸駆動体62、
64のＸ軸方向の移動に伴いＸ軸方向へ移動する。

72はＹ軸ロッドであり、Ｘ軸に平行に配され、移動体
であるスライダ12へ貫挿され、両端はそれぞれＹ軸駆動
体66、68へ固定されている。従ってＹ軸ロッド72はＸ軸
ロッド70とスライダ12内部で直交する。スライダ12は、
Ｙ軸ロッド72によって回動が阻止されたＹ軸駆動体66、
68のＹ軸方向の移動に伴いＹ軸方向へも移動する。この
Ｘ軸方向及びＹ軸方向への移動の組み合わせによりスラ
イダ12は矩形平面14内の任意の位置に移動が可能とな
る。なお、Ｘ軸ロッド70およびＹ軸ロッド72は適宜な剛
性と弾力性を有する金属ロッドを用いるとよい。

74・・・はフレーム20の各コーナーに設けられたギヤ
ボックスであり（第１図参照）、前記曲歯笠歯車26、2
8、46、48等を収容している（第１図参照）。

続いて、第１図に戻り説明する。

76は外側２次元運動機構であり、矩形平面78内の任意
の位置へ移動可能な他の移動体であるスライダ80に前記
内側２次元運動機構10が取付けられている。スライダ80
は中央がくり抜かれた矩形枠状に形成され、そのくり抜
かれた空間内に内側２次元運動機構10がボルト締等、適
宜な手段で固定されている。スライダ80も矩形平面78内
の移動はコンピュータ（不図示）によって制御されるモ
ータ82、84の回転による。外側２次元運動機構76の構造
は、スライダ80内に内側２次元運動機構10が取付けられ
ていること、Ｘ軸ロッド86、88が２本設けられているこ
と、Ｙ軸ロッド90、92が２本設けられていること、及び
Ｘ軸ボールネジを回転させるモータ82とＹ軸ボールネジ
を回転させるモータ84がギヤボックス94の側面から突出
して設けられていることを除けば内側２次元運動機構10
と全く同一の構成になっている。

なお、スライダ80の内側に内側２次元運動機構10を配
設しているが、内側２次元機構10のスライダ12の移動す
る面14と外側２次元運動機構76のスライダ80の移動する
面78は高さが一致するようになっているが、必ずしも一
致させなくてもよい。

上記のように構成された多重型２次元運動機構（上記
実施例では２重型である）において、例えばスライダ12
に工具96を取付け、工具96に第３図のような軌跡の運動
をさせる場合、コンピュータ（不図示）のプログラム
は、スライダ12を第５図（ａ）の如く移動させ、スライ
ダ80を同図（ｂ）の如く移動させると、工具96の動きは
両スライダ12、80の動きの合成となり、第３図の軌跡を
描くことが可能となる。同様に、工具96に第４図のよう
な軌跡の運動をさせる場合は、スライダ12を第６図
（ａ）の如く、スライダ80を同図（ｂ）の如く動かせば
よい。このように、スライダ12と80の個々の動きは単純
な動きなので、制御するコンピュータのプログラムも簡
単なもので済む。

次に応用例について述べる。

外側２次元運動機構76のボールネジのピッチを大きく
設定し、内側２次元運動機構10のボールネジのピッチを
小さく設定する。これにより、先ず外側２次元運動機構
76によりスライダ80を高速で移動させ、続いて内側２次
元運動機構10によりスライダ12を低速であるが精密に移
動させることができる。この結果、工具96等を高速かつ
精密に移動させることができる。また、大きな移動は高
速で、移動後の作業は精密な動きで行わせることができ
る。ところで、スライダ12、80の駆動はボールネジに限
られず、他の駆動機構としてタイミングベルトをモータ
で駆動するようにしてもよい。タイミングベルトで駆動
する場合であってもタイミングベルトのピッチを変える
ことにより上記の効果と同様の効果を得られる。

なお、これらの２次元運動機構は駆動機構が相違する
が、移動体を、矩形枠の４辺で且つ略同一平面内で支持
し、矩形枠内で移動させることができる点では共通して
いる。このように移動体を４辺で支持できるため、移動
体を安定的に２次元運動させることができる。また、移
動体は矩形枠内（くり抜かれた空間である矩形平面14、
78内）を移動できるため、ツーリング用の工具等を移動
体に少ない制約条件で装着できる利点もある。すなわ
ち、移動体の表裏両面を利用して工具等の装着および配
線が容易にできる。そして、本発明では、上記の２次元
運動機構が前述したように好適に多重化されているた
め、その２次元運動機構の利点が損なわれることがな
く、特に内側２次元運動機構の移動体は好適な運動をす
ることができる。

さらに、別の応用例として、第１図〜第２図の実施例
のスライダ12を、スライダ80に対して斜めに設けること
もできる。即ち、内側２次元運動機構10のＸ軸ロッド70
及びＹ軸ロッド72を、外側２次元運動機構76のＸ軸ロッ
ド86、88及びＹ軸ロッド90、92に対して平面的に傾斜し
て設けてもよい。

以上、本発明の好適な実施例について種々述べて来た
が、本発明は上述の実施例に限定されるのではなく、使
用態様により２次元運動機構の駆動機構の形式や内側２
次元運動機構の移動体の形状を適宜選択することができ
る。さらには２次元運動機構を３重以上設けてもよい
等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得
るのはもちろんである。

（発明の効果）本発明によれば、外側２次元運動機構の矩形枠状の移
動体内に内側２次元運動機構が設けられるため、装置全
体を薄く形成できると共に、矩形枠を有する２次元運動
機構の運動機能を損なうことなく好適に多重化できると
いう有利な効果を奏する。

そして、本発明に係る多重化２次元運動機構を用いる
と、次のような作動上の効果がある。内側２次元運動機
構の移動体と、外側２次元運動意向の移動体の移動軌跡
を合成することができる。つまり、内側２次元運動機構
の移動体の移動軌跡は両移動体の合成軌跡となる。従っ
て、内側２次元運動機構の移動体にさせたい移動軌跡が
複雑なものであっても、内側２次元運動機構の移動体と
外側２次元運動機構の移動体との動きに分解できるの
で、分解された移動軌跡は単純化できる。その結果、各
移動体の移動をコントロールするコンピュータの制御用
プログラムは簡単化できるので、コンピュータの容量の
小型化、並びにプログラム開発の手間と費用を削減し得
る。また、内側２次元運動機構の移動体は外側２次元運
動機構の移動体より質量が小さいので、内側２次元運動
機構の移動体を旋回させてもイナーシャが小さく、振動
の発生も抑えることができるという効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多重型２次元運動機構の実施例を
示した（ａ）平面図、（ｂ）部分破断正面図、第２図は
その内側２次元運動機構の構造を示した平面図、第３図
及び第４図は移動体の移動パターンを示した図、第５図
及び第６図は第３図及び第４図の移動パターンを２つに
分解した場合のパターンを示した図。 10……内側２次元運動機構、 12……スライダ、14……矩形平面、 76……外側２次元運動機構、 78……矩形平面、80……スライダ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形枠と、該矩形枠に長さ方向に平行に配された２組のＸ軸案内手
段と、前記矩形枠に長さ方向に平行に配されると共に、前記Ｘ
軸案内手段とは略同一平面内で直交する２組のＹ軸案内
手段と、前記各々のＸ軸案内手段により該Ｘ軸案内手段の長さ方
向に移動可能な２個のＸ軸駆動体と、前記各々のＹ軸案内手段により該Ｙ軸案内手段の長さ方
向に移動可能な２個のＹ軸駆動体と、両端がそれぞれ前記Ｘ軸駆動体に連結されて前記Ｙ軸案
内手段に平行に設けられたＸ軸ロッドと、両端がそれぞれ前記Ｙ軸駆動体に連結されて前記Ｘ軸案
内手段に平行に設けられたＹ軸ロッドと、前記Ｘ軸ロッドとＹ軸ロッドが挿通されると共に、Ｘ軸
ロッド上及びＹ軸ロッド上で且つ前記矩形枠内を移動自
在に設けられた移動体とを有する二つの２次元運動機構
が、一方が他方に対して内蔵される内側２次元運動機構
であり、他方が外側２次元運動機構であって、内側２次元運動機構が同一平面内で外側２次元運動機構
に内蔵されるよう、外側２次元運動機構の移動体が矩形
枠状に形成され、該矩形枠状の移動体内に内側２次元運
動機構が設けられたことを特徴とする多重型２次元運動
機構。