電動伸縮棒

質問

現在、ワークをアームでつかみ、ＸＹＺ軸方向にアームを動かし、ワークを任意の位置に移動させる装置を設計しています。（簡単に言うとＵＦＯキャッチャーの様な構造です。）
各軸のストロークはＸＹ軸方向（水平方向）が1000×3000mm、Ｚ軸（垂直方向）が2000mmです。ワークは円柱状（φ40×L600）で質量が4kgです。
各軸の機構として、ＸＹ軸はスライドレールを直行に配置しタイミングベルトで駆動することを考えています。（Ｙ軸方向に動くテーブルの上にＸ軸方向のテーブルをつけます）
ここでＺ軸には制約事項があり悩んでおります。

１．装置高さに制限があります。（ラック・ピニオンのように棒を上下させる機構だと、装置上部にラックが突き出るため使用できないのです。）

２．ワークを任意の位置に置く時、ミリ単位の精度を必要とするため、ＸＹ軸方向に移動中はワークを揺らしたくありません。（天井クレーンのようにワイヤーで吊る方法は使用できないのです。）

ＸＹ軸と同様にスライドレールとタイミングベルトを縦に配置することも考えましたが、これも装置の高さが高くなってしまいます。

そこで、電動で伸縮する棒のようなもの（できれば多段で伸縮率が大きいもの）を検討しています。世の中で扱っている商品や機構をご存知の方、ご教授お願いします。

回答No.6

noname#230359

コスミック工業（広島県福山市本郷町）にテレスコと言う商品があります。
使用方法によって設計、制作をしています。
一つの動力で複数のネジを二段三段に使用して使用する物です。
この商品の特徴は製品の大きさを制限して、多段に伸びてゆく製品で伸びる長さによって自由に設計できます。
宣伝になるかも知れませんが私の勤めている会社です。

お礼

ご連絡が遅くなりましたが、アドバイスありがとうございます。
御社HP拝見しました。「テレスコピックジャッキ」のことですよね？機構的にはイメージと相違無いのですが、スペックがあまりにも大きいと思いました。ワークの質量が３４kgですので、クランプ機構、安全率などを含めても、推力は３０kgあれば十分と考えています。
＞つの動力で複数のネジを二段三段に使用して・・・
の構造は凄く興味深いです。

回答No.5

noname#230359

nomuraさんのおっしゃるような機構はテレビ局の照明装置などでも使われています。
黒板指し（伸縮する指し棒）のような物の内部にワイヤが張ってあります。
ワイヤは上部にあるドラムに巻きついております。
この場合、エンコーダは通常の回転式でワイヤを巻きつけているドラムに直結しています。

やはり自重で下りているので、下方向への押さえ込みはあまり無いです。

お礼

アドバイスありがとうございます。
nomuraさんの御礼を書く前にlight_apeのアドバイスを拝読しておくべきでした。nomuraさんのアドバイスを少し勘違いしていました。
だんだんイメージが出来てきました。少しワクワクしています。これだから設計はたのしいですよね。本当にありがとうございます！！

回答No.4

noname#230359

上部のスペースはどれくらいあるのでしょうか？

多段式のスライダーなどもあります。

または、リニアシャフトなどを多段に組み合わせた構造でもある程度の剛性と伸縮率は稼ぐことは出来ますよ。

あと、ワークは、下向きに押さえ込む力はどれくらい必要なのでしょうか？必要なければ自重を用いてクレーンと同じ様なワイヤー式の機構で上下動が出来ます。

Ｚ方向の精度もワイヤー式のエンコーダーを使えばｍｍ単位の精度でしたら問題ありません。

以上ご参考まで。

補足

アドバイスありがとうございます。
上部スペースについてですが、装置の高さを3500mmと想定しています。装置概要として、FL(0mm)にワークがあり、Ｚ軸方向に2000?上昇（1800mmの障害物を回避）、ＸＹ方向に移動・位置決めをし、FL(0mm)にワークを置きます。この場合、1500mmのスペースで2000mmのストロークを作る必要があります。（3500mmは目標値であり、多少の余裕を考えていますが、極力小さく抑えたいと考えています）
nomuraさんのおっしゃる多段式スライダー、リニアシャフトの多段組とはどのようなものでしょうか。何か参考になるＨＰなどがあれば紹介していただけませんか？
次にワークを下向きに抑える力ですが、必要ないです。ワークは棒状で上端を別の動力によりクランプします。その意味ではクレーンなどのワイヤー機構は適応できます。ただ、ワークを吊り上げＸＹ軸方向に移動する際に左右に振れるのが問題です。説明が不足していて申し訳ありませんが、ワークを所定の位置に置く時、ＸＹ軸方向についても?単位の精度が必用なのです。（外径φ40?の棒を内径φ42?の穴に入れる感じです）

nomuraさん、勘違いしていました！！
上下駆動にワイヤー機構＋ＸＹ軸方向移動時の振れ防止に多段式スライダーを用いるということですね。確かにＺ軸下端にはワークをクランプする機構があるので、動力を使わずに自重で下方向に移動させる事ができます。
だんだんイメージができてきました！！ありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

Z軸の駆動にタイミングベルトでなくボールスクリューを使用してはどうでしょうか?Z軸のフレーム(スライドレールを使用)を組んで駆動をボールスクリューで駆動します。駆動部のレイアウトを工夫すれば必要なストロークのみの全長に抑えられると思いますが。位置精度・駆動力もボールスクリューの選定さえ間違えなけばそこそこの物が製作できると思います。

お礼

アドバイスありがとうございます。
駆動の方法として、ボールスクリューとタイミングベルトを比較した場合、両方ともストロークエンドで軸受やプーリーを必要とするため、装置の高さはあまり変わらないのかな？と思います。

回答No.2

noname#230359

ご質問（電動で伸縮する棒のようなもの）には合致しませんが、パンタグラフの機構を応用できませんか。

お礼

アドバイスありがとうございます。
パンタグラフとは思いつきませんでした。これなら伸縮率はとても大きく設定できますよね。ただ、関節が多い分、伸ばした時の剛性が気になるところです。（子供の頃に持っていた、先端にゲンコツが着いたパンタグラフで伸びるおもちゃは、とても“しなる”ので目標に当てるのが大変だったことを思い出しました）
ワークを目標の場所に置く直前（パンタグラフが伸びきる寸前）に、ＸＹ軸を微動させ位置を合わせるため、その時にどのくらい揺れるかですね。でも天井クレーンのワイヤーよりは剛性があるし、関節の作りを強固にすれば更に・・・とも思って来ました。リンク１本の長さで関節の数も大きく変わるので、何種類か考えて見ます。
ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

他の制約条件を探りながらの回答ですが、下記の案はどうでしょう？

１．ラック＆ピニオンのイメージとして、ラックはＸＹテーブルに固定してぶら下げておき、ピニオンにハンドをつけ、ピニオンを回して上下させる
‥ラックがどこかにひっかからないといいのですが。
また、市販品の一軸アクチュエータを使う場合でも、フレーム側を固定してぶら下げておき、テーブルを上下させます。

２．シリンダ＋一軸アクチュエータの組み合わせて使う
‥シリンダ1000ストローク＋一軸アクチュエータ（1000＋α）ストロークで組み合わせれば2000?全部ミリ単位で位置決めできると思います
また、水平移動する際は一軸アクチュエータをシリンダ上昇端に持ち上げておけば、干渉も少ないのでは。

お役にたてたでしょうか？

お礼

早々のアドバイス、ありがとうございます。
1番目についてですが、制約事項を書き忘れました。御察しの通りＺ軸のストロークが2000mmとあるのは、高さ1800mm程度の障害物を乗り越えるためなのです。それ故に障害物との干渉を避けるためにピニオン（一軸アクチュエータ）の下端は2000?の地点にする必要があり、その上にストロークの2000?を設置すると物凄く大きな装置に・・・。説明不足で申し訳ありません。
2番目についてですが、シリンダと１軸アクチュエータの組み合わせは検討していないのですが、１軸アクチュエータを２個重ねて使用する方法は検討しました。この場合動力が２個（２種類）必要になるため、動力が１つでよい収縮率の高い伸縮する棒は・・・というような感じで現状に至っています。ただ、違う機構の組み合わせは考えていなかったので、一般的な１軸移動機構の組み合わせを考えた場合、面白い装置ができるかも知れない！！と思いました。もう少し深く検討してみようと思います。ありがとうございました。