JP2013240876A - フローティング機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡素化と小型化を図るとともに、フローティング自由度を可及的に大きく確保することができるフローティング機構を提供する。
【解決手段】固定側ベースプレート６と従動側ベースプレート７を互いに平行となるように対向配置し、それらの対向間隙内であって且つ各ベースプレート６，７と中心を同じくする同心円上に、複数の中空円筒状のゴムブッシュ１７をその軸心が各ベースプレート６，７と平行となるように均等に且つ放射状に配置する。各ゴムブッシュ１７をそれらに内接する支持ピン１３とホルダブロック１０を介して固定側ベースプレート６に個別に連結するとともに、各ゴムブッシュ１０をそれらに外接するハウジングブロック１２を介して従動側ベースプレート７に個別に連結してある。
【選択図】図２

Description

本発明はフローティング機構、特に部品のはめ合い作業等を司る産業用ロボットのロボットアーム先端とロボットハンドとの間に介装されて、ずれや衝撃を吸収するためのフローティング機構に関する。

この種のフローティング機構として例えば特許文献１〜３に記載されているものが知られている。これらの従来のフローティング機構では、互いに平行な固定側プレートと従動側プレートとを接近離間可能に弾性的に連結・支持させるとともに、それらの固定側プレートと従動側プレートとの間に三組の圧縮コイルスプリング等の弾性体を軸心が各プレートと平行となるように円周方向に均等に且つ放射状に配置してある。これより、従動側プレートは上記固定側プレートに対して三次元方向の自由度とともに、上記固定側プレートに対する従動側プレートの傾動方向の変位自由度とを有していることになる。

特公平７−９０４８７号公報 特開昭６３−３００８８５号公報 特開昭６３−２６８７号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に代表されるような従来のフローティング機構では、固定側プレートに対する従動側プレートの接近離間方向の自由度のための弾性体と、それ以外の自由度のための弾性体とが相互に独立しているため、弾性体の種類および数をはじめとする部品総数が大幅に増加し、フローティング機構全体の構造が複雑且つ大型化することとなって好ましくない。

また、例えばロボットアーム先端とロボットハンドとの間に上記フローティング機構を介装した産業用ロボットにて部品のはめ合い作業を行う場合、上記固定側プレートおよび従動側プレートの軸心方向と同方向の押し込み力をもってはめ合い作業を行う場合には特に問題とならないものの、上記固定側プレートおよび従動側プレートの軸心方向と直交する方向の押し込み力をもってはめ合い作業を行う場合には、従動側プレートに固定されることになるロボットハンド側のフローティング自由度である傾動自由度が不足し、所期の目的を達成できなくなるおそれがある。

本発明はこのような課題に着目してなされたもので、特に使用する弾性体の種類と個数を減ずることによりフローティング機構全体の構造の簡素化と小型化を図るとともに、フローティング自由度を可及的に大きく確保することができるように考慮されたフローティング機構を提供するものである。

本発明のフローティング機構は、二枚のベースプレートを互いに平行となるように対向配置するとともに、それらのベースプレート同士の対向間隙内であって且つ各ベースプレートと中心を同じくする同心円上に、ゴム系弾性体からなる複数の中空円筒状のブッシュをその軸心が各ベースプレートと平行となるように上記同心円の円周方向に均等に且つ放射状に配置するものとする。その上で、各ブッシュをそれらに内接する内側軸状部材を介して一方のベースプレートに個別に連結するとともに、各ブッシュをそれらに外接する外側部材を介して他方のベースプレートに個別に連結する構造とした。

本発明によれば、ゴム系弾性体たる複数のブッシュはいずれの方向のフローティング自由度に関しても共通して関与または使用されることになるので、使用するブッシュは一種類でしかも必要最小限の数で済み、フローティング機構全体の構造の簡素化と小型化を図ることができる。

また、例えばロボットアーム先端とロボットハンドとの間に本発明のフローティング機構を介装した産業用ロボットにて部品のはめ合い作業を行う場合、先にも述べたように複数のブッシュはいずれの方向のフローティング自由度に関しても共通して関与または使用されることになるので、部品のはめ合い作業に際して押し込み方向の制約がなく、汎用性が高いものとなる。

本発明に係るフローティング機構が適用されるロボットアームの先端部の概略構造を示す図で、（Ａ）はフローティング機構が中立状態にある説明図、（Ｂ）はフローティング機構がフローティング変位した状態を示す説明図。 本発明に係るフローティング機構の第１の実施の形態を示す斜視図。 図２に示したフローティング機構の断面説明図。 図２に示したフローティング機構の概略平面図。 図２に示したフローティング機構に採用されているゴムブッシュ単独での斜視図。 本発明に係るフローティング機構の第２の実施の形態を示す断面説明図。

図１〜５は本発明に係るフローティング機構を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は上記フローティング機構の適用した部品はめ合い作業のための産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と言う。）の要部の概略構造を示し、図２〜５は上記フローティング機構単独での詳細構造を示している。

図１の（Ａ）に示すように、ロボット１におけるロボットアーム２の先端のリスト部３に対しフローティング機構４を介してロボットハンド（以下、単に「ハンド」と言う。）５が装着される。このハンド５としては例えばアクチュエータ駆動方式の二指把持タイプのもの等が使用され、ハンド５にて所定の部品（一方の部品）Ｗ１を把持した上で、ロボット１によるはめ合い作業として、ロボット１自体の自律動作によりその部品Ｗ１を定位置に固定された相手側となる他方の部品Ｗ２に対して挿入することになる。

そして、リスト部３とハンド５との間に介装されているフローティング機構４は、一方の部品Ｗ１を他方の部品Ｗ２に挿入するに際して、後述する多自由度のフローティング自由度をもって両者の位置ずれや衝撃等を吸収することになる。なお、後述するように、ハンド５による部品Ｗ１の挿入方向（押し込み方向）はフローティング機構４の軸心Ｃ（図３参照）と直交する方向、言い換えるならばフローティング機構４の母体となる後述する固定側ベースプレート６および従動側ベースプレート７と平行またはほぼ平行となるように設定されている。

フローティング機構４は、図２〜４に示すように、図１の（Ａ）のリスト部３に連結・固定される円板状の固定側ベースプレート６と、図１の（Ａ）のハンド５側に連結・固定される同じく円板状の従動側ベースプレート７とを主要素として構成されていて、それら双方のベースプレート６，７同士に間に弾性的なフローティング変位機構部が収容配置される。

そして、図１の（Ａ）に示すように、フローティング機構４にハンド５自体の重量（把持した部品Ｗ１の重量を含む）のみが作用している状態下では、上記フローティング変位機構部は中立状態にあって、双方のベースプレート６，７同士は互いに平行となるように設定されている。なお、固定側ベースプレート６には、リスト部３への固定手段であるボルトが挿入される複数のボルト穴８が形成されているとともに、従動側ベースプレート７には、同様にハンド５との固定手段であるボルトが挿入される複数の取付穴９が形成されている。

固定側ベースプレート６の下面の円周方向三等分位置には、ホルダブロック１０が複数のボルト１１にてそれぞれに固定されている一方、従動側ベースプレート７の上面の円周方向三等分位置、より具体的には上記ホルダブロック１０よりも内周側であって各ホルダブロック１０と正対する位置には、同様に外側部材としてのハウジングブロック１２が図示外のボルトにてそれぞれに固定されている。

固定側ベースプレート６に固定された各ホルダブロック１０には内側軸状部材としての支持ピン１３がそれぞれに片持ち支持されている。これらの支持ピン１３は共に同じ高さ位置で固定側ベースプレート６と平行となるように設定されており、結果としてそれぞれの支持ピン１３の延長軸線は双方のベースプレート６，７の軸心Ｃ（図３参照）と直交するように放射状に配置されている。なお、各ホルダブロック１０にはピン穴１４を形成するとともに、そのピン穴１４から下方に向けてすり割り溝１５（図２参照。）を形成し、ピン穴１４に支持ピン１３を挿入した上ですり割り溝１５の溝幅を狭める方向にボルト１６にて締め付けて圧締固定してある。

他方、上記ホルダブロック１０と同位相位置にある従動側ベースプレート７側の各ハウジングブロック１２には、ゴム系弾性体からなるブッシュとして中空円筒状のゴムブッシュ１７を固定支持させてある。これらのゴムブッシュ１７は、図５に示すように、中空円筒状のゴム系弾性体たるゴム体１７ａの外周のみを金属製の外筒１７ｂにて被覆して両者を例えば加硫接着にて固定したものであり、外筒１７ｂには当該外筒１７ｂ自体を円周方向で不連続のものとするために単一のスリット１８を形成してある。

また、これらの複数のゴムブッシュ１７はその軸心が位置的に対応する支持ピン１３の軸心と一致するように設定してあり、それぞれの支持ピン１３は位置的に対応するゴムブッシュ１７に個別に圧入してある。なお、先に述べたホルダブロック１０による支持ピン１３の支持形態と同様に、各ハウジングブロック１２には支持穴１９を形成するとともに、その支持穴１９から上方に向けてすり割り溝２０（図２参照。）を形成し、支持穴１９にゴムブッシュ１７を挿入した上ですり割り溝２０の溝幅を狭める方向にボルト２１にて締め付けて圧締固定してある。

以上のように、各ホルダブロック１０に支持された支持ピン１３と各ハウジングブロック１２に支持されたゴムブッシュ１７とで先に述べたフローティング変位機構部が構成されていて、フローティング機構４全体としては弾性的なフローティング自由度として、固定側ベースプレート６と従動側ベースプレート７とが互いに接近離間する方向の自由度と双方のベースプレート６，７同士が平行移動する方向の自由度との三次元方向の自由度に加えて、双方のベースプレート６，７同士が非平行となるのを許容する傾動変位自由度とを有していることになる。

そして、図４に示すように、上記固定側ベースプレート６と従動側ベースプレート７との対向間隙内であって且つ各ベースプレート６，７と中心を同じくする同心円Ｐ上に、支持ピン１３とそれに圧入される中空円筒状の複数のゴムブッシュ１７とがそれらの軸心が各ベースプレート６，７と平行となるように上記同心円Ｐの円周方向に均等に且つ放射状に配置されていることになる。その結果として、各ゴムブッシュ１７をそれらに円筒面接触をもって内接する内側軸状部材たる支持ピン１３を介して固定側ベースプレート６に個別に連結するとともに、各ゴムブッシュ１７をそれらに円筒面接触をもって外接する外側部材たるハウジングブロック１２を介して従動側ベースプレート７に個別に連結してある。

ここで、ハウジングブロック１２に形成された支持穴１９にゴムブッシュ１７を挿入した上で、すり割り溝２０の溝幅を狭める方向にボルト２１にて締め付けて各ゴムブッシュ１７を圧締固定してあること、および図５に示すように各ゴムブッシュ１７の外筒１７ｂには当該外筒１７ｂ自体を円周方向で不連続のものとするために単一のスリット１８を形成してあることは先に述べたとおりである。これにより、外側部材たるハウジングブロック１２に付帯しているねじ部材たるボルト２１の螺進作用によって、すり割り溝２０の溝幅内でハウジングブロック１２を拡縮径させることにより、各ゴムブッシュ１７の圧締保持力、ひいては各ゴムブッシュ１７におけるゴム体１７ａの硬さが調整可能となっている。

したがって、このようなフローティング機構４を有する図１の（Ａ）に示したハンド５にて部品Ｗ１，Ｗ２同士のはめ合い作業を行うにあたっては、同図（Ａ）に示すようにハンド５に予め一方の部品Ｗ１を把持させたならば、以降はロボット１の自律動作により予めティーチングされている軌跡通りにハンド５が移動して、そのハンド５が把持している部品Ｗ１を押し込み方向Ｍのもとで相手側の部品Ｗ２に挿入することになる。

この場合において、ハンド５が把持している部品Ｗ１が相手側となる他方の部品Ｗ２と接触していない状態では、フローティング機構４はいわゆる中立状態にあることから、フローティング機構４のセルフセンタリング機能が発揮されて、固定側ベースプレート６と従動側ベースプレート７とは互いに平行で且つ双方の軸心同士が一致している状態にある。また、ハンド５による部品Ｗ１の押し込み方向Ｍは、フローティング機構４を形成している固定側ベースプレート６および従動側ベースプレート７と平行またはほぼ平行となるように予め設定されている。

そして、部品Ｗ２とそれに挿入される部品Ｗ１との間に相対位置誤差（位置ずれ）が生じている場合や相対的な芯ずれ（角度ずれ）等が生じている場合であっても、ハンド５側に把持されている部品Ｗ１の一端が他方の部品Ｗ２に挿入されたならば、以降は図１の（Ｂ）に示すように、上記の部品Ｗ１，Ｗ２同士の相対位置誤差や芯ずれ、あるいはこじり力や衝撃等をフローティング機構４側のゴムブッシュ１７の弾性に基づくフローティング自由度にて吸収して、他方の部品Ｗ２に倣わせるかたちでハンド５側に把持されている部品Ｗ１をその他方の部品Ｗ２にスムーズにはめ合わせて挿入することが可能となる。

すなわち、フローティング機構４全体としては、先に述べたように複数のゴムブッシュ１７の弾性に基づくフローティング自由度として、固定側ベースプレート６と従動側ベースプレート７とが互いに接近離間する方向の自由度と双方のベースプレート６，７同士が平行移動する方向の自由度との三次元方向の自由度に加えて、双方のベースプレート６，７同士が非平行となるのを許容する傾動変位自由度とを有していることになる。

したがって、フローティング機構４が有する弾性体たるゴムブッシュ１７としては一種類で且つ必要最小限の数であるにもかからわらず、フローティング機構４が有するいずれか一つの弾性的な自由度に基づくフローティング変位、あるいは二つ以上の弾性的な自由度に基づく複合的なフローティング変位をもって、上記の部品Ｗ１，Ｗ２同士の相対位置誤差や芯ずれ、あるいはこじり力や衝撃等を効果的に吸収することができる。

また、重力方向が強度的に有利なゴムブッシュ１７の軸心を含む平面と垂直に設定されているため、フローティング機構４の耐荷重を大きく設計できる利点がある。その上、図１の（Ａ）と同図（Ｂ）とを比較すると明らかなように、ゴムブッシュ１７の軸心が部品Ｗ１，Ｗ２同士のずれ吸収時の動作軸とほぼ一致するように配置されているため、ずれ吸収の方向によるゴムブッシュ１７の硬さの違いを抑えることができ、ひいてはゴムブッシュ１７の硬さの異方性を小さくすることができて、より効率的にずれ吸収を行うことができる。

ここで、ハンド５の先端での剛性の大きさ（柔らかさ）、ひいては他方の部品Ｗ２に対するハンド５側の部品Ｗ１の追従性または挿入容易性は、フローティング機構４の構成要素である複数のゴムブッシュ１７のゴム体１７ａの硬さに依存することになる。このようなことから、それぞれのゴムブッシュ１７を圧締保持しているハウジングブロック１２のボルト２１による締め付け量をすり割り溝２０を溝幅内で加減することで、他方の部品Ｗ２に対するハンド５側の部品Ｗ１の追従性または挿入容易性を調整することが可能となる。

また、図１ではハンド５が把持した部品Ｗ１を押し込み方向Ｍのもとで他方の部品Ｗ２に挿入する場合の例を示しているが、押し込み方向Ｍと直交する方向、すなわち図１においてハンド５が把持した部品Ｗ１を下向き方向で相手側の部品Ｗ２に対して挿入する場合でもフローティング機構４は上記と同等の機能を発揮することができる。

図６は本発明に係るフローティング機構を実施するためのより具体的な第２の形態を示し、先に説明した図３と共通する部分には同一符号を付してある。

図６に示した第２の実施の形態では、図３と比較すると明らかなように、支持ピン１３に内接し且つハウジングブロック１２に外接するゴムブッシュ１７を、固定側ベースプレート６および従動側ベースプレート７と軸心を同じくする同心円上の均等四箇所に配置したものである。この第２の実施の形態においても、先の第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができることは言うまでもない。

なお、上記第１，第２のの実施の形態では、ゴムブッシュ１７として図５に示すようにゴム体１７ａを外筒１７ｂにて覆った構造のものが採用されているが、外筒１７ｂを有しないゴム体１７ａ単独でゴムブッシュ１７として用いることも可能であるほか、逆に必要に応じて外筒１７ｂに加えてゴム体１７ａの内周側に内筒を有するタイプのものをゴムブッシュ１７として用いることも可能である。

１…産業用ロボット
２…ロボットアーム
３…リスト部
４…フローティング機構
５…ロボットハンド
６…固定側ベースプレート
７…従動側ベースプレート
１２…ハウジングブロック（外側部材）
１３…支持ピン（内側軸状部材）
１７…ゴムブッシュ
１７ａ…ゴム体
１７ｂ…外筒
１８…スリット
２０…すり割り溝
２１…ボルト（ねじ部材）
Ｐ…同心円
Ｗ１…部品
Ｗ２…部品

Claims (8)

1. 二枚のベースプレートを互いに平行となるように対向配置するとともに、
   それらのベースプレート同士の対向間隙内であって且つ各ベースプレートと中心を同じくする同心円上に、ゴム系弾性体からなる複数の中空円筒状のブッシュをその軸心が各ベースプレートと平行となるように上記同心円の円周方向に均等に且つ放射状に配置し、
   各ブッシュをそれらに内接する内側軸状部材を介して一方のベースプレートに個別に連結するとともに、
   各ブッシュをそれらに外接する外側部材を介して他方のベースプレートに個別に連結してあることを特徴とするフローティング機構。
2. 上記ブッシュの数が上記同心円の円周方向に均等に配置された３個または４個であることを特徴とする請求項１に記載のフローティング機構。
3. 上記各ブッシュとそれらに内接する内側軸状部材、および上記各ブッシュとそれらに外接する外側部材は、共に円筒面接触するものであることを特徴とする請求項１または２に記載のフローティング機構。
4. 上記各ブッシュに外接する外側部材にはすり割り溝を形成してあり、このすり割り溝が形成された外側部材によりブッシュを圧締保持していることを特徴とする請求項３に記載のフローティング機構。
5. 上記すり割り溝が形成された外側部材によるブッシュの圧締保持力が調整可能となっていることを特徴とする請求項４に記載のフローティング機構。
6. 上記外側部材に付帯しているねじ部材の螺進作用によってすり割り溝の溝幅内で外側部材を拡縮径させることにより、上記ブッシュの圧締保持力が調整可能となっていることを特徴とする請求項５に記載のフローティング機構。
7. 上記ブッシュは、中空円筒状のゴム系弾性体の少なくとも外周側に外筒を配置してあり、上記外筒には当該外筒自体を円周方向で不連続のものとするためにスリットを形成してあることを特徴とする請求項６に記載のフローティング機構。
8. ロボットハンドが把持した一方の部品と他方の部品とのはめ合い作業を司るロボットアームの先端のリスト部とそれに支持される上記ロボットハンドとの間に介装される請求項１〜７のいずれか一つに記載のフローティング機構であって、
   上記複数のブッシュが配置される同心円は、上記はめ合い作業のためにロボットハンドが把持した一方の部品の挿入方向と平行またはほぼ平行となるように設定してあることを特徴とするフローティング機構。

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