JP2015089599A - フローティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フローティング装置を小型化すること。【解決手段】フローティング装置１は、ベース部１１と、エアー室１５と、エアー源１７と、一端がエアー室１５に設けられ、他端の先端にテーパ１３１を有し、エアー源１７からエアー室１５にエアーが流入した場合に第１の方向に駆動し、エアー室１５からエアーが排出された場合に第２の方向に駆動するシャフト部１３と、エアー室１５へのエアーの流入及びエアー室１５のエアーの排出を調整するエアー調整部１６と、シャフト部１３が第１の方向に駆動した場合に、テーパ１３１により前記シャフト部の及び平面方向に押圧される複数の球体１４を有するアタッチメントプレート１２と、を備える。アタッチメントプレート１２は、シャフト部１３が第１の方向に駆動した場合に平行方向及び軸方向にロック状態となり、シャフト部１３が第２の方向に駆動した場合に軸方向及び平行方向のロック状態が解除される。【選択図】図２

Description

本発明は、フローティング装置に関する。

フローティング装置は、自動機械や産業ロボットの手首とハンドの間に設けられ、作業端部やロボットハンドがワークに対して遂行する作業における誤差を吸収するために用いられている。

例えば、３方向のフローティング機能を有したジョイントによる倣い機能を利用することにより、部品の治具などへのセットや位置の割り出しをスムーズに行うことができる。一方、物品の取り出しや把持の際には、フローティングをロックし、定位置で把持や取り出しを行う。

特許文献１には、平面フローティング機構を有するフローティングジョイントについて開示されている。

特開平９−０４２２２２号公報

３方向のフローティング機能を実現するためには、一般的には、平面フローティング機構と、軸方向フローティングを積み上げた構成とする。すなわち関連するフローティング装置では、平行方向と軸方向の夫々の方向についてロックシリンダ用意し、ロックシリンダをアクチュエータにより動作させることによりロックを行う。しかしながら、軸方向及び平行方向の夫々についてアクチュエータやロックシリンダなどの機構を設ける必要があることから、装置が複雑化し、巨大化するという課題がある。

フローティング装置は、ベース部と、エアー室と、エアーを生成するエアー源と、一端が前記エアー室に設けられ、他端の先端部にテーパを有し、前記エアー源から前記エアー室にエアーが流入した場合に第１の方向に駆動し、前記エアー室からエアーが排出された場合に第２の方向に駆動するシャフト部と、前記エアー源から前記エアー室へのエアーの流入及び前記エアー室からのエアーの排出を調整するエアー調整部と、前記シャフト部が第１の方向に駆動した場合に、前記テーパにより前記シャフト部の軸方向及び平行方向に押圧される複数の球体を有するアタッチメントプレートと、を備え、前記アタッチメントプレートは、前記シャフト部が第１の方向に駆動した場合に、前記テーパによる前記球体への押圧に応じて前記ベース部に対して平行方向及び軸方向にロック状態となり、前記シャフト部が第２の方向に駆動した場合に、前記ベース部に対する前記軸方向及び平行方向のロック状態が解除される。
これにより、エアフローを用いてフローティング装置のロック状態を変更することができる。

フローティング装置を小型化することができる。

実施の形態１にかかるフローティング装置の校正を示す図である。 実施の形態１にかかるフローティング装置がロック状態のときの概略図である。 実施の形態１にかかるフローティング装置がアンロック状態のときの概略図である。 実施の形態１にかかるフローティング装置を用いて物体を把持する動作フローである。 実施の形態１にかかるフローティング装置が物体を把持する際の概略の図である。 実施の形態１にかかるフローティング装置を用いて物体を倣い挿入する動作フローである。 実施の形態１にかかるフローティング装置による倣い挿入時の概略図である。

実施の形態１
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、フローティング装置１の構成を示す図である。

フローティング装置１は、ベース部１１と、アタッチメントプレート１２と、シャフト部１３と、鋼球１４と、エアー室１５と、エアー調整部１６と、エアー源１７を備える。

ベース部１１は、フローティング装置１のベースである。ベース部１１は、外周部に接触部１１１を有する。ベース部１１は、アタッチメントプレート１２と、クリアランスをもって接続している。またベース部１１は、中央部にシャフト部１３が貫通する貫通部を有している。ベース部１１の上部には、エアー室１５が接続している。

接触部１１１は、アタッチメントプレート１２が下方向に移動した場合に、後述する接触部１２２と接触することで、下方向への移動を停止させる。典型的には、接触部１１１は、ベース部１１の外周に設けられている。接触部１１１は、アタッチメントプレート１２がアンロック状態の場合には、接触部１２２に対して非接触である。例えば接触部１１１は、ロック動作が行われてアタッチメントプレート１２が十分に下降すると、接触部１２２が上方向から接触した状態となり、アタッチメントプレート１２の下降を停止させる。なお、接触部１１１及び接触部１２２は、アタッチメントプレート１２が平面方向に大きく移動した場合であっても、ベース部１１とアタッチメントプレート１２が、完全に分離しないようストッパーの役割を果たすのが望ましい。

アタッチメントプレート１２は、例えば下部においてグリッパを取りつけ可能なプレートである。アタッチメントプレート１２は、ロック部１２１と、接触部１２２を有する。アタッチメントプレート１２は、ベース部１１とクリアランスをもって保持されている。アタッチメントプレート１２は、シャフト部１３が上昇した状態であって、ロック部１２１においてシャフト部１３が鋼球１４をロックしていない場合に、ベース部１１に対してアンロック状態であり、軸方向及び平行方向の自由度を有する。一方、アタッチメントプレート１２は、シャフト部１３が下降して鋼球１４をロックしている場合には、ベース部に対して軸方向及び平行方向にロックされた状態となる。

ロック部１２１はアタッチメントプレート１２の内側に設けられおり、シャフト部１３の動作に基づいて、アタッチメントプレート１２のロックを行う。具体的には、ロック部１２１は外周に壁部を有し、壁部の内側に複数の鋼球１４を備える。ロック部１２１では、シャフト部１３が下降した場合に、後述するテーパ１３１により鋼球１４が壁部に押圧される。

接触部１２２は、アタッチメントプレート１２の外周部に設けられ、接触部１１１と接触する接触部である。具体的には、ロック動作によりアタッチメントプレート１２が下降した場合に、接触部１１１に対して上方向から接触することで、アタッチメントプレート１２の下降を停止させ、アタッチメントプレート１２を軸方向に対してロックされた状態にする。

シャフト部１３は、シャフト１３０と、テーパ１３１と、押圧部１３２を有する。シャフト部１３は、シャフト１３０においてベース部１１の略中心部を貫通している。シャフト部１３は、エアー室１５にエアーが挿入、又は排出されるのに応じて上下動が可能である。典型的にはシャフト部１３は、エアー室１５にエアーが挿入された場合に下降し、エアー室１５からエアーが排出された場合に上昇する。以下では、エアー室１５にエアーが挿入された場合にシャフト部１３が移動する方向を第１の方向とし、エアーが排出された場合にシャフト部１３が移動する方向を第２の方向とする。

シャフト１３０は、一方の端部にテーパ１３１を有し、他端部に押圧部１３２を有する。典型的には、シャフト１３０は、ベース部１１の中心部に設けられた貫通部を貫通している。

テーパ１３１は、シャフト部１３の下部に設けられた部位である。典型的には、テーパ１３１は、下部の幅が狭い略円錐形である。テーパ１３１は、勾配箇所が鋼球１４に接触している。テーパ１３１は、シャフト部１３が第１の方向に押圧されることに伴い、テーパの勾配に基づいて鋼球１４を平面方向に押圧する。言い換えると、テーパ１３１は鋼球１４を、ロック部１２１の外周方向である壁部に押圧する。これによりテーパ１３１は、シャフト部１３とアタッチメントプレート１２を平面方向に固定する。またテーパ１３１は、シャフト部１３が第１の方向に押圧されることに伴い、鋼球１４を第１の方向に押圧する。これによりテーパ１３１は、アタッチメントプレート１２を下降させる。なお、テーパ１３１による第１の方向への押圧は、調芯効果によりシャフト部１３の軸方向への押圧となる。

押圧部１３２は、シャフト部１３の上部に設けられ、エアー室１５内に収められている。押圧部１３２は、エアー源１７からエアー室１５にエアーが流入している場合に、下方向に押圧される。また押圧部１３２は、エアー室１５からエアーが排気された場合に、押圧状態から解放される。

鋼球１４は、ロック部１２１に設けられた複数の鋼の球体である。鋼球１４は、シャフト部１３の押圧部１３２がエアーにより第１の方向に押圧されている場合に、テーパ１３１により、第１の方向に押圧される状態となる。さらに鋼球１４は、シャフト部１３が第１の方向に押圧されている場合に、テーパ１３１の勾配により、ロック部１２１の平面方向における外側方向に押圧される状態となる。鋼球１４は、エアー室１５からエアーが排出されシャフト部１３が第２の方向に移動した場合に、テーパ１３１による押圧から解放される。

エアー室１５は、ベース部１１の上部に設けられた空間である。エアー室１５には、シャフト部１３の押圧部１３２が収納されている。典型的にはエアー室１５は、上部においてエアー調整部１６と接続している。エアー室１５は、エアー源１７から発生したエアーが挿入された場合に、押圧部１３２が第１の方向に駆動する厚力を発生させる。またエアー室１５は、エアー源１７からのエアーの挿入が停止している場合には、エアー調整部１６を介してエアーを排出する。ここで図２及び図３は、フローティング装置１の外観を示す図である。図２はエアー室１５へのエアーの流入が行われて、アタッチメントプレート１２がロックされた状態を示す。図３はエアー室１５からのエアーの排出が行われて、アタッチメントプレート１２がアンロックされた状態を示す。

エアー調整部１６は、エアフローの調整を行う。具体的にはエアー調整部１６は、エアー源１７が駆動している場合には、エアー源１７で発生したエアーを、エアー室１５に流入させる。またエアー調整部１６は、エアー源１７の駆動が停止した場合には、エアー室１５からエアーを外部に排出させる。

エアー源１７は、駆動時にエアーを生成して送出する。より具体的には、エアー源１７は、フローティング装置１をロック状態にしたい場合には、発生させたエアーをエアー室１５へ送出し、アンロック状態にしたい場合にはエアーの送出を停止する。

次に、フローティング装置１の動作について説明する。最初に、アタッチメントプレート１２をロックし、物体を把持する場合について説明する。図４は、フローティング装置１をロックして物体を把持するフローである。図５は、アタッチメントプレート１２にグリッパが装着されており、グリッパによって物体を把持した状態を示す図である。

最初に、フローティング装置１を固定したい位置まで移動させる（ステップＳ１）。このとき、フローティング装置１はアンロック状態であり、軸方向及び平面方向に自由に動作可能である。

エアー源１７は、エアーの送出を開始する（ステップＳ２）。これによりエアー源１７から、エアー調整部１６を介して、エアー室１５へエアーが流入する。

押圧部１３２は、エアー室１５に流入したエアーにより、下方向に押圧される（ステップＳ３）。これにより、シャフト部１３が下降する。

アタッチメントプレート１２は、平行方向にロックされる（ステップＳ４）。具体的には、テーパ１３１は、シャフト部１３の下降により、ロック部１２１において鋼球１４を下方向及び外周方向に押圧する。ここでテーパ１３１は、鋼球１４にガイドされた状態で、鋼球１４を外周方向に押圧しながら下降するため、アタッチメントプレート１２の軸は、調芯作用により、シャフト部１３の軸と揃う状態となる。またテーパ１３１は、鋼球１４を外周方向に押圧することにより、平行方向についてアタッチメントプレート１２をロックする。

アタッチメントプレート１２は、軸方向にロックされる（ステップＳ５）。具体的にはテーパ１３１は、ロック部１２１の鋼球１４を第１の方向に押圧することで、アタッチメントプレート１２を第１の方向に押圧する。アタッチメントプレート１２は、調芯効果により調芯しながら所定の距離だけ下降し、接触部１２２がベース部１１の接触部１１１に接触すると、下降を停止する。これによりアタッチメントプレート１２は、軸方向にロックされた状態となる。

グリッパは、物体の把持を行う（ステップＳ６）。グリッパは、アタッチメントプレート１２の調芯作用により、常に定位置で物体の把持を行うことができる。

次にフローティング装置１を用いて、グリッパで物体を把持した状態から、物体を治具にセットする動作について説明する。図６は、フローティング装置１をアンロックし、把持した物品を移動させる動作フローを示す図である。図７はフローティング装置１が、倣い作用により位置割り出しを行い、設定された位置に把持した物体をセットする状態を示した図である。

エアー源１７は、エアーの送出を停止する（ステップＳ１１）。

エアー調整部１６は、エアー室１５のエアーの排出を行う（ステップＳ１２）。

エアー室１５からエアーが排出されたことにより、シャフト部１３が第２の方向に移動する（ステップＳ１３）。

アタッチメントプレート１２は、軸方向、平行方向ともにアンロック状態となる。（ステップＳ１４）。具体的には、シャフト部１３の上昇に伴ってテーパ１３１が上昇し、テーパ１３１による鋼球１４の外周方向への押圧状態が解除される。これによりアタッチメントプレート１２は、平行方向にアンロックの状態となる。さらにテーパ１３１が上昇することにより、テーパ１３１による鋼球１４への下方向の押圧状態が解除されるため、アタッチメントプレート１２は軸方向にアンロック状態となる。

フローティング装置１は、移動を行い、物体を治具にセットする（ステップＳ１５）。このときフローティング装置１は、軸方向及び平行方向にアンロックの状態であり、倣い作用によりスムーズな位置割り出しを行うことができる。

これによりフローティング装置は、エアー室へのエアーの挿入、及びエアー室からのエアーの排出をコントロールすることにより、アタッチメントプレートの軸方向及び平行方向のロック状態とアンロック状態を切り替えることができる。複数のアクチュエータを用いずに、軸方向及び平行方向のロック状態を制御できるため、装置を小型化することができる。またフローティング装置は、ロック状態でグリッパにより物品を把持する場合には、調芯作用により、定位置で部品の把持を実行できる。またフローティング装置は、アンロック状態では３次元方向に自由に動作できるため、部品や治具に対し無理な負荷をかけることなく動作を行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、アタッチメントプレートのロック部に、鋼球が設けられていると記載したが、材質は鋼でなくても良い。

１ フローティング装置
１１ ベース部
１１１ 接触部
１２１ ロック部
１２２ 接触部
１２ アタッチメントプレート
１３ シャフト部
１３０ シャフト
１３１ テーパ
１３２ 押圧部
１４ 鋼球
１５ エアー室
１６ エアー調整部
１７ エアー源

Claims (1)

1. ベース部と、
   エアー室と、
   エアーを生成するエアー源と、
   一端が前記エアー室に設けられ、他端の先端部にテーパを有し、前記エアー源から前記エアー室にエアーが流入した場合に第１の方向に駆動し、前記エアー室からエアーが排出された場合に第２の方向に駆動するシャフト部と、
   前記エアー源から前記エアー室へのエアーの流入及び前記エアー室からのエアーの排出を調整するエアー調整部と、
   前記シャフト部が第１の方向に駆動した場合に、前記テーパにより前記シャフト部の軸方向及び平行方向に押圧される複数の球体を有するアタッチメントプレートと、を備え、
   前記アタッチメントプレートは、前記シャフト部が第１の方向に駆動した場合に、前記テーパによる前記球体への押圧に応じて前記ベース部に対して平行方向及び軸方向にロック状態となり、前記シャフト部が第２の方向に駆動した場合に、前記ベース部に対する前記軸方向及び平行方向のロック状態が解除される、
   フローティング装置。

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