JP2017056524A

JP2017056524A - コンプライアンスデバイス

Info

Publication number: JP2017056524A
Application number: JP2015183869A
Authority: JP
Inventors: 重毅安部; Shigeki Abe; 義也藤原; Yoshiya Fujiwara; 仁岡野; Hitoshi Okano; 丈久倉本; Takehisa Kuramoto; 誠大賀; Makoto Oga
Original assignee: Hiroshima Prefecture
Current assignee: Hiroshima Prefecture
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: JP6284129B2

Abstract

【課題】部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持するエンドエフェクタが部品箱や部品に当接したときに、形態を変化させて滑りやすくし損傷を減ずるコンプライアンスデバイスを提供すること。
【解決手段】平行に併設した第一プレート２１と第二プレート２２を設け、それぞれ嵌設された球面軸受４０と、球面軸受間に介設された入れ子構造体３０とを備えた伸縮傾動機構５０を設け、及び、第一プレート２１に平行な面を有する基準平面部材５２と、入れ子構造体３０の外周面をスライドするスライド部材５１と、該基準平面部材に該スライド部材を押付ける方向に付勢する弾性体５３とを備えた傾動復帰機構を設けるコンプライアンスデバイス１とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロボットのアーム先端に取り付けられ、主として部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持する把持爪、その把持爪の開閉動作を担う開閉機構、前記把持爪と前記開閉機構間に介設させるアダプタ、及び衝撃に対してコンプライアンス性を発揮するコンプライアンスデバイスを備えたエンドエフェクタのコンプライアンスデバイスに関する。

自動車製造工場などの製造ラインでは設備投資回収期間の短縮を図るために２４時間稼働が求められている。その実現に向けて、製造ラインに供給されてくる部品箱にバラ積み状態で収納された部品を前記部品箱内から一つずつ把持する機構に関する技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、コンプライアンス装置として、保持部及び支持部にそれぞれ取り付けられる一対のブラケットと、一方のブラケットに設けられた貫通孔を貫通して、一方のブラケットを他方のブラケットに対して近接／離遠するよう、移動可能に支持するガイドシャフトと、両ブラケットが互いに離遠するように付勢力を付加する付勢手段と、を備え、前記ガイドシャフトの直径を前記貫通孔と同じ直径の部分と、前記貫通孔の直径よりは小さい直径の小径の括れ部の部分とを有するようにするコンプライアンス装置が開示されている。

特許文献２には、剛性の把持爪を備えたチャックがハンド本体に対し移動可能であり、前記チャックが前記ハンド本体に弾性体を介して前記移動方向に支持された構造を有するロボットハンドを搭載したロボットを用いた、把持対象ワークの取り出し方法であって、前記弾性体が所定量圧縮されるまで前記把持爪を前記対象ワークに押し付け、前記把持爪が前記把持対象ワークに予圧を加えている状態で前記チャックを開くことにより、前記把持爪が前記把持対象ワークの側方近傍に挿入されるという取り出し方法が開示されている。

特許文献３には、ロボットハンドに装着されてワークを把持するフィンガーモジュールの位置ずれを補償するコンプライアンスモジュールであって、水平に直交するＸ方向とＹ方向へのコンプライアンス動作と、水平に回動するθ方向へのコンプライアンス動作とを実行するコンプライアンスモジュールにおいて、それぞれの移動方向ごとにそれぞれ別々のプレートに対して、スライド可能又は回動可能に接続されて、かつそれぞれの移動を復帰させる中立位置保持機構を設けたコンプライアンスモジュールが開示されている。

特許５７０６６８５号公報特許５３８３８４７号公報特許４６８４１６０号公報

特許文献１に記載の発明は、ガイドシャフトの小径部の外周壁と、ブラケットの前記小径部の直径より大きい孔部の内周壁との間に隙が生じることから、ブラケットがスライドしたときにブラケットとガイドシャフトとの衝突により生ずる繰り返し応力により前記小径部に亀裂が生じやすくなりコンプライアンス装置が損傷しやすいという問題があった。また、ガイドシャフトの小径部の長さが短い形態の場合は、垂直方向の変位量が不十分となりガイドシャフトの小径部にせん断力が繰り返し加わり前記小径部に亀裂が生じやすくなるという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、一方向の、例えば垂直方向に対するコンプライアンス性しか発揮しない構造であるため、把持爪が部品箱に横方向から衝突した場合にはコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。

特許文献３に記載の発明は、Ｘ軸方向のコンプライアンス機構とＹ軸方向のコンプライアンス機構等軸方向別に独立した機構を設けるために、構造が複雑になり製造コストが高くなるという問題があった。そして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、水平回転方向に対するコンプライアンス性を発揮するようにしているため、ロボットハンドの先端が斜め方向から部品箱にぶつかる等の場合に生ずる、プレートを三次元で傾動させるような場合には十分なコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み想到されたもので、部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持するエンドエフェクタがたとえ位置ずれが生じて部品箱や部品に当接しても、エンドエフェクタやロボットへの衝撃を和らげ、確実に部品を把持でき、チョコ停になりにくく、繰り返し疲労が生じにくいエンドエフェクタを実現させるコンプライアンスデバイスを提供することを課題とする。

請求項１に記載のコンプライアンスデバイス１は、部品５をピッキングするロボット１１のアーム４先端に取り付ける、把持機構２を具備したエンドエフェクタ３の構成要素であるコンプライアンスデバイス１であって、前記コンプライアンスデバイス１は、平行に併設した第一プレート２１と第二プレート２２を設け、前記第一プレート２１及び前記第二プレート２２に対して垂直方向で少なくとも３か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受４０と、前記対向位置に嵌設された球面軸受４０にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子３１を摺動させることによって前記第一プレート２１及び前記第二プレート２２の間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体３０と、前記入れ子構造体３０に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段３３と、を備えた伸縮傾動機構２０を設け、並びに、前記入れ子構造体３０の筒状体３２側であって第一プレート２１側に配設し前記入れ子構造体３０に沿ってスライドするスライド部材５１と、前記第一プレート２１に嵌設した球面軸受４０の前記スライド部材５１側に配設し、前記スライド部材５１に対する対向面に前記第一プレート２１に平行な面を形成した基準平面部材５２と、前記筒状体３２又は前記筒状体３２と一体化された部位に形成された衝止形状部３９と前記スライド部材５１との間に介在させて、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２に押付ける方向に付勢する弾性体５３と、を備えた傾動復帰機構５０を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１において、前記傾動復帰機構５０のスライド部材５１が前記入れ子構造体３０に沿う形態が、前記スライド部材５１が前記入れ子構造体３０の筒状体３２の外周面に沿う形態、及び／又は、前記スライド部材５１が前記筒状体３２から突設され前記球面軸受４０に嵌入された前記筒状体３２と同軸の円柱状体５５の外周面に沿う形態であることを特徴とする。

請求項３に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１又は２において、第一プレート２１側及び第二プレート２２側のいずれかをロボット１１のアーム４側に取り付けられることを特徴とする。

請求項４に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記入れ子構造体３０が、外筒３２ａ内に入れ子３１である内筒３１ａが摺動自在に嵌入された入れ子構造体３０であって、前記外筒３２ａと前記外筒３２ａ側に近設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態とし、前記内筒３１ａと前記内筒３１ａ側に近設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態にして、前記内筒３１ａを前記外筒３１ａから押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁３５又はバネガイドの段付部５６に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部３９に弾接させた内筒押出ばね３３ａを設けて、前記外筒３２ａ内に前記内筒３１ａを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレート２１や前記第二プレート２２に対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする。

請求項５に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記入れ子構造体３０が、シリンダーチューブ３２ｂ内に入れ子３１であるピストン３１ｂが摺動自在に嵌入された入れ子構造体３０であって、前記シリンダーチューブ３２ｂ端部に取り付けたヘッドカバー３６と前記ヘッドカバー３６に近設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態とし、前記ピストン３１ｂと連結したピストンロッド３７の先端と前記ピストンロッド３７に近設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態とし、前記シリンダーチューブ３２ｂ内の空間Ｓを予め設定したエア圧で制御して、前記シリンダーチューブ３２ｂ内に前記ピストン３１ｂを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレート２１や前記第二プレート２２に対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする。

請求項６に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項５において、前記シリンダーチューブ３２ｂ内のピストン３１ｂとヘッドカバー３６との空間Ｓにおけるエア圧を、把持機構２が部品箱６に侵入する手前の位置から部品５を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構２が部品５を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタ３が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストン３１ｂを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ３２ｂ内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える２段階設定することを特徴とする。

請求項７に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記入れ子構造体３０の前記内筒３１ａ内に、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサ６０を設け、前記近接スイッチ又は距離センサ６０は、前記外筒３２ａの底壁３５面又はバネガイドの段付部５６に垂設させた、前記内筒押出ばね３３ａの座屈を防ぐために前記内筒押出ばね３３ａに挿入した棒状のバネガイド３４の先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサ６０による前記内筒３１ａの摺動方向の位置情報をロボット制御部１３に出力することを特徴とする。

請求項８に記載のコンプライアンスデバイス１は、請求項１、２、３、５又は６において、前記シリンダーチューブ３２ｂの外周壁面にピストン３１ｂの摺動方向の位置を検知する位置センサ６１を配設し、前記位置センサ６１によるピストン３１ｂの摺動方向の位置情報をロボット制御部１３に出力することを特徴とする。

請求項１乃至６に記載のコンプライアンスデバイス１は、例えばロボット１１のアーム４先端に取り付けられたエンドエフェクタ３の把持機構２が万一部品５の表面に衝突したときに部品５の表面を把持機構２が滑って狙いの把持個所に到達しやすくすることができ、また、部品箱６に衝突したときに前記エンドエフェクタ３１及びロボット１１に加わる負荷を減じることができ、チョコ停を発生しにくくでき、他の部位よりも破損しやすく高価な把持機構２又はロボット１１に損傷を与えにくくすることができる。

拡大縮小機構を入れ子構造体３０としたことにより、コンプライアンスデバイス１を小型化でき、これに伴いエンドエフェクタ３も小型化することができ、部品箱６内における把持機構２の向きや姿勢の自由度の範囲が拡がることにより、把持機構２を部品５に向かって部品５を把持しやすい方向から接近させることができ、部品把持動作の確実性が向上する。また、小型化できることにより衝突頻度を減じることができる。

請求項３に記載のコンプライアンスデバイス１は、第一プレート２１及び第二プレート２２のうちの、入れ子構造体３０の入れ子３１側又は筒状体３２側のいずれでも、ロボット１１のアーム４先端又は把持機構２のいずれにも取り付けられるので、取り扱おうとする部品５の形体、部品箱６の形態及び部品５のバラ積み形態によって、配線状況などを考慮してエンドエフェクタの中でのコンプライアンスデバイス１の取付向きを選択することができる。

請求項７又は８に記載のコンプライアンスデバイス１は、入れ子３１の摺動方向の位置をロボット１１側に出力するので、外力Ｐが把持機構２に加わると入れ子３１が正常位置から摺動して設定された位置まで到達すると異常をロボット１１側にフィードバックしてリアルタイムでロボット１１を対応させることができる。例えば、エンドエフェクタ３が衝突したことを検知すると、ロボット１１を次のティーチングポイントに進ませず一旦停止させて、その後一つ前のティーチングポイントに戻る作動をさせて把持機構２への外力Ｐが加わる時間を最小限に抑えることができ把持機構２やロボット１１の破損を抑制させ、ロボット１１のチョコ停を防止することができる。

本発明のコンプライアンスデバイスを使用した部品取出しシステムの説明図である。エンドエフェクタが部品に衝突して外力が加わったときの説明図である。本発明のコンプライアンスデバイスの請求項３の形態の斜視図である。本発明のコンプライアンスデバイスの請求項４の形態の斜視図である。図３のＡ―Ａ断面におけるコンプライアンスデバイスの無負荷状態の縦断面説明図である。図５のコンプライアンスデバイスに縮小方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。図５のコンプライアンスデバイスに斜め方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。請求項３のコンプライアンスデバイスが外力により横方向に変化した場合の形態を示す説明図である。請求項３のコンプライアンスデバイスが外力により傾動変化した場合の形態を示す説明図である。請求項３のコンプライアンスデバイスが外力によりねじれ変化した場合の形態を示す説明図である。請求項３のコンプライアンスデバイスが外力により横方向、傾動及びねじれの複合的な変化をした場合の形態を示す説明図である。図４のＢ―Ｂ断面におけるコンプライアンスデバイスの無負荷状態の縦断面説明図である。図１２のコンプライアンスデバイスに縮小方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。図１３のコンプライアンスデバイスに斜め方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。請求項４のコンプライアンスデバイスが外力により横方向に変化した場合の形態を示す説明図である。請求項４のコンプライアンスデバイスが外力により傾動変化した場合の形態を示す説明図である。請求項４のコンプライアンスデバイスが外力によりねじれ変化した場合の形態を示す説明図である。請求項４のコンプライアンスデバイスが外力により横方向、傾動及びねじれの複合的な変化をした場合の形態を示す説明図である。内筒押出ばねを球面軸受まで延設させた形態を示す図である。

本発明に係るコンプライアンスデバイス１は、例えば図１に示すように、コンプライアンスデバイス１を具備したエンドエフェクタ３、ロボット１１、画像センサ１２、ロボット制御部１３、及び画像による部品認識手段１４を備えた部品取出しシステム１０で使用される。前記部品取出しシステム１０は、自動車製造工場や半導体製造工場などの生産ラインに設置され、コンプライアンスデバイス１及び把持機構２を備えたエンドエフェクタ３をアーム４先端に装着したロボット１１が部品箱６にバラ積み状態で収納された多数の部品５を一つずつ把持して取出して次工程に搬送する作業を行う。

前記コンプライアンスデバイス１は、図３乃至図１８に示すように、部品５をピッキングするロボット１１のアーム４先端に取り付ける、把持機構２を具備したエンドエフェクタ３の構成要素であるコンプライアンスデバイス１であって、前記コンプライアンスデバイス１は、平行に併設した第一プレート２１と第二プレート２２を設け、前記第一プレート２１と第二プレート２２間を伸縮させ、前記第一プレート２１と第二プレート２２の相互関係を平行状態から傾動状態にさせる伸縮傾動機構２０と、前記伸縮傾動機構が傾動したときに前記第一プレート２１と第二プレート２２の相互関係を平行状態に復帰させる傾動復帰機構５０とを備える。

前記コンプライアンスデバイス１は、平行に併設した第一プレート２１と第二プレート２２を設け、前記第一プレート２１及び前記第二プレート２２に対して垂直方向で少なくとも３か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受４０と、前記対向位置に嵌設された球面軸受４０にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子３１を摺動させることによって前記第一プレート２１及び前記第二プレート２２の間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体３０と、前記入れ子構造体３０に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段３３と、を備えた伸縮傾動機構２０を設け、並びに、前記入れ子構造体３０の筒状体３２側であって第一プレート２１側に配設し前記入れ子構造体３０に沿ってスライドするスライド部材５１と、前記第一プレート２１に嵌設した球面軸受４０の前記スライド部材５１側に配設し、前記スライド部材５１に対する対向面に前記第一プレート２１に平行な面を形成した基準平面部材５２と、前記筒状体３２又は前記筒状体３２と一体化された部位に形成された衝止形状部３９と前記スライド部材５１との間に介在させて、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２に押付ける方向に付勢する弾性体５３と、を備えた傾動復帰機構５０を設ける。

前記コンプライアンスデバイス１の作動形態を説明する。前記把持機構２が無負荷状態の第一形態では、前記第一プレート２１と第二プレート２２とが平行状態であって、前記第一プレート２１と第二プレート２２との間隔が最大の拡大状態となり、前記把持機構２に負荷が加わったときの第二形態では、少なくとも３カ所ある前記入れ子構造体３０のそれぞれに加えられた前記負荷の向きや大きさに応じて、前記入れ子構造体３０のそれぞれが独立して前記球面軸受４０により傾動自在やねじれ自在に変化し、かつ入れ子構造体３０のそれぞれが独立して伸縮自在に変化し、前記把持機構２が負荷状態から無負荷状態に戻ると、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２に押付ける前記傾動復帰機構５０により、及び、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を常時拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段３３により、第一プレート２１、第二プレート２２及び入れ子構造体３０の状態を前記第一形態の状態に復元させることができる。

前記コンプライアンスデバイス１は、部品箱６に収納された部品５を一つずつ把持する把持機構２とともにエンドエフェクタ３の構成要素であり、エンドエフェクタ３のコンプライアンスデバイス１側をロボット１１のアーム４先端に取り付ける。エンドエフェクタ３がコンプライアンス性を有することにより、把持機構２が部品箱６に衝突したときに把持機構２の損傷が発生しにくくなり、ロボット１１への衝撃を緩和し、ロボット１１のチョコ停を防止し、又は把持機構２の把持爪が部品５の被把持箇所を少しずれて部品５に当接したときに把持爪が部品５表面を滑りながら被把持箇所に到達しやすいように支援するができる。

前記コンプライアンスデバイス１は、平行に併設した第一プレート２１と第二プレート２２、伸縮傾動機構２０及び傾動復帰機構５０を備える。前記第一プレート２１及び第二プレート２２はロボット１１のアーム４先端面と平行な面を形成し、前記第一プレート２１及び第二プレート２２のいずれか一方がロボット１１のアーム４先端に取り付けられ、他方に把持機構２が取り付けられる。把持機構２には部品５を把持する把持爪の他に把持爪を開閉する手段も含まれる。そして、前記第一プレート２１と第二プレート２２との間にコンプライアンス性を発揮する機構が装着される。

前記コンプライアンス性を発揮する機構として、図３乃至図５、及び図１２に示すように、伸縮傾動機構２０及び傾動復帰機構５０を１組として、少なくとも前記第一プレート２１及び第二プレート２２間に３か所以上設ける。３か所以上設けることにより、ロボット１１のアーム４側に取り付けたプレートを基準として、加えられた負荷の位置や大きさによって、図８乃至図１１、図１５乃至図１８の示すように、把持機構２側のプレートを三次元で傾動変化させることができ、ねじり変化をさせることができる。

前記伸縮傾動機構２０は、傾動機構を構成する球面軸受４０と、入れ子方式の伸縮機構である入れ子構造体３０とを備える。前記傾動機構は、図５又は図１２に示すように、前記第一プレート２１及び前記第二プレート２２にそれぞれ嵌設された球面軸受４０を備え、一方の球面軸受４０の内輪４１に入れ子構造体３０の入れ子３１側の端部を固定し、他方の球面軸受４０の内輪４１に入れ子構造体３０の筒状体３２側の端部を固定する。これにより、把持機構２に外力Ｐによる負荷が加わったときには、それぞれの入れ子構造体３０に加わる負荷の向きによってそれぞれが異なる傾動状態となる。前記球面軸受４０は固定側の外輪４２と回転する内輪４１とから構成され、球面軸受４０の固定先は、前記第一プレート２１又は前記第二プレート２２でもよく、図８及び図１５に示すように前記第一プレート２１又は前記第二プレート２２に固定された他の部位でもよい。

前記入れ子構造体３０は、入れ子３１が筒状体３２内を摺動する構造を有し、前記入れ子３１を筒状体３２から押し出す方向に付勢力を有する付勢手段３３を具備させている。前記付勢手段３３としては、バネ、エア圧、油圧などがあり、一方向に付勢力を有する手段であればいずれでもよい。前記入れ子構造体３０を、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間に、前記嵌設した一対の球面軸受４０の数に合わせて少なくとも３か所に介設することにより、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を常時は最大限の間隔を維持し、把持機構２に外力Ｐによる負荷が加わったときには、それぞれの伸縮機構に加わる負荷の大きさによってそれぞれが異なる伸縮状態となる。以下、入れ子３１を摺動させる筒状体３２側のプレートを第一プレート２１とし、入れ子３１側のプレートを第二プレート２２として説明する。コンプライアンスデバイス１の前記筒状体３２側の第一プレート２１をロボット１１のアーム４側又は把持機構２側のいずれに取り付けてもよく、前記入れ子３１側の第二プレート２２をロボット１１のアーム４側又は把持機構２側のいずれに取り付けてもよい。

前記傾動機構と入れ子構造体３０を備えた伸縮傾動機構２０により、図２に示すように把持機構２に外力Ｐによる負荷が加わったときには、少なくとも３か所設けた伸縮傾動機構２０のそれぞれに加わる負荷の向きや大きさにより、それぞれの伸縮機構である入れ子構造体３０が異なる伸縮状態及び異なる傾動状態となるので、第一プレート２１及び第二プレート２２のいずれかの把持機構２側のプレートがロボット１１のアーム４側のプレートに対して、図６乃至図１１、図１３な乃至図１８に示すように、三次元で傾動状態に変化し、ねじれ状態に変化する。

前記入れ子構造体３０は、外力Ｐによる負荷によって入れ子３１が筒状体３２内に押入されるが、無負荷になると入れ子３１を筒状体３２から押し出す方向に付勢力を有する付勢手段３３によって入れ子３１が押し出され無負荷状態に復元する。

前記傾動機構は、外力Ｐによる負荷によって前記伸縮機構が傾動した後に無負荷になると、傾動復帰機構５０により無負荷状態に復元される。

前記傾動復帰機構５０は、入れ子構造体３０の筒状体３２の外周壁に密着してスライドするスライド部材５１、及び／又は、前記筒状体３２の底壁３５から突出し前記球面軸受４０の内輪４１に嵌設した円柱状体５５の外周面に密着してスライドするスライド部材５１を備える。前記スライド部材５１の球面軸受４０側は基準平面部材５２に平行な面を形成している。

そして、前記傾動復帰機構５０は、スライド部材５１のスライド方向で第一プレート２１側に第一プレート２１の表面と平行な面を形成する基準平面部材５２を備える。また、第一プレート２１自体を基準平面部材５２としてもよい。

そして、前記傾動復帰機構５０は、一方を前記筒状体３２に固定された衝止形状部５４又は蓋部材２９などの前記筒状体３２と一体化された部位に形成された衝止形状部５４に弾設させ、他方を前記スライド部材５１に弾設させて、前記衝止形状部５４と前記スライド部材５１間に介設させて、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２にスライドさせて押し付ける方向に付勢する弾性体５３を備える。前記弾性体５３としては、ばね、ゴムなどの一方向に付勢力を有する手段であればいずれでもよい。

把持機構２に外力が加わっていない無負荷状態では、前記スライド部材５１は前記弾性体５３により基準平面部材５２に密着して押し付けられており、前記伸縮機構である入れ子構造体３０は第一プレートに対して垂直方向の姿勢となる。次に、把持機構２に外力により負荷が加わると前記入れ子構造体３０は第一プレート２１に対して傾動し、これにより前記スライド部材５１と前記基準平面部材５２との間に斜め状態の間隙Ｋ１、Ｋ２が生ずる。次に把持機構２に外力Ｐが加わらない状態になると前記弾性体５３の付勢力によって前記スライド部材５１が前記基準平面部材５２に密着して押し付けられ、これにより傾動していた前記入れ子構造体３０が第一プレート２１に対して垂直方向の姿勢に戻る。

次に、コンプライアンスデバイス１の第一の実施形態として、図５に示すように、伸縮傾動機構２０が、外筒３２ａ内に入れ子３１である内筒３１ａが摺動自在に嵌入された入れ子構造体の３０形態である。そして、傾動機構が、前記外筒３２ａと第一プレート２１に嵌設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態とし、前記内筒３１ａと第二プレート２２に嵌設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態にした形態を有している。そして、入れ子構造体３０が、前記内筒３１ａを前記外筒３２ａから押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁３５又はバネガイドの段付部５６に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部３９に弾接させた内筒押出ばね３３ａを設けて、前記外筒３２ａ内に前記内筒３１ａを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を拡大縮小自在としている。これにより、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２のうち、ロボット１１のアーム４側のプレートに対して把持機構２側のプレートを傾動自在やねじれ自在とすることができる。そして、内筒３１ａを外筒３２ａ内に挿入後に蓋部材２９を嵌設する。蓋部材２９と外筒３２ａとの締結はボルトなどの部材同士を締結する締結方法であればよいずれでもよい。

コンプライアンスデバイス１のサイズを小型化するために、前記内筒押出ばね３３ａの長さを確保する必要がある場合は、図１９に示すように、前記球面軸受４０内部まで前記内筒押出ばね３３ａが延設可能な空間を確保し、延長させることもできる。

無負荷状態では、図５に示すように、内筒３１ａは外筒３２ａに端面に内筒押出ばね３３ａによって押し付けられ、第一プレート２１と第二プレート２２との間隔Ｗ１は拡大された状態で、第一プレート２１と第二プレート２２とは平行状態にある。

入れ子構造体３０の長軸方向の負荷が加わると、図６に示すように、内筒押出ばね３３ａが圧縮され、内筒３１ａは距離Ｌ１ほど外筒３２ａ端面から離隔し、第一プレート２１と第二プレート２２との間隔は間隔Ｗ１から間隔Ｗ１２に縮小される。

入れ子構造体３０に斜め方向からの負荷が加わると、図７に示すように、第一プレート２１又は第二プレート２２に嵌設された球面軸受４０の外輪４２に対して内輪４１が回転し、スライド部材５１と基準平面部材５２間に間隙Ｋ１が発生する。

第一の実施形態のコンプライアンスデバイス１の形態変化として、図８に横方向に変化状態を示し、図９に傾動状態を示し、図１０にねじれ状態を示し、図１１に横方向、傾動、ねじれ及び縮小の複合的な変化がされた状態を示している。このように、極めて柔軟に変化させることができる。

そして、傾動復帰機構５０は、一方を入れ子構造体３０の外筒３２ａの外周壁の衝止形状部５４に弾設させ他方を前記スライド部材５１に弾設させた、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２にスライドさせて押し付ける方向に付勢する弾性体５３であるばねを設け、前記弾性体５３により入れ子構造体３０を第一プレート２１又は第二プレート２２に垂直方向に姿勢を戻すことができる。

また、前記入れ子構造体３０の前記内筒３１ａ内に、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサ６０を設ける。前記近接スイッチ又は距離センサ６０は、前記外筒３２ａ内の底壁３５面に垂設させた、前記内筒押出ばね３３ａの座屈を防ぐために前記内筒押出ばね３３ａに挿入した棒状のバネガイド３４の先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサ６０による前記内筒３１ａの摺動方向の位置情報をロボット制御部１３側に出力する。これにより、ロボット１１が教示された次のポイントに衝突しながらも強制的に進むのを止めエンドエフェクタ３の損傷を防止することができ、ロボット１１のチョコ停防止ができる。

次に、コンプライアンスデバイス１の第二の実施形態として、図１２に示すように、伸縮傾動機構２０が、シリンダーチューブ３２ｂ内に入れ子３１であるピストン３１ｂが摺動自在に嵌入された入れ子構造体３０の形態である。そして、傾動機構が、前記シリンダーチューブ３２ｂ端部に取り付けたヘッドカバー３６から球面軸受４０方向に突出させた円柱状体５５と、第一プレート２１に嵌設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態とし、シリンダーチューブ３２ｂ内を摺動するピストン３１ｂに固定したピストンロッド３７の先端と第二プレート２２に嵌設された球面軸受４０の内輪４１とを固定状態にした形態を有している。そして、入れ子構造体３０が、前記シリンダーチューブ３２ｂ内のピストン３１ｂとヘッドカバー３６との空間Ｓを、前記エンドエフェクタ３が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記エア圧を維持することによりピストン３１ｂを押出方向に付勢させることができるので、前記シリンダーチューブ３２ｂ内に前記ピストン３１ｂを入れ子式の相対運動をさせることができる。これにより、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２との間隔を拡大縮小自在とすることができ、前記第一プレート２１と前記第二プレート２２のうち、ロボット１１のアーム４側のプレートに対して把持機構２側のプレートを傾動自在やねじれ自在とすることができる。ロッドカバー３８とシリンダーチューブ３２ｂとの締結や円柱状体５５とヘッドカバー３６との締結は，ボルトなどの部材同士を締結する締結方法であればよいずれでもよい。

無負荷状態では、図１２に示すように、ピストン３１ｂはシリンダーチューブ３２ｂの端にあるロッドカバー３８に、空間Ｓに充填されたエヤ圧によって押し付けられ、第一プレート２１と第二プレート２２との間隔Ｗ２は拡大された状態で、第一プレート２１と第二プレート２２とは平行状態にある。

入れ子構造体３０の長軸方向の負荷が加わると、図１３に示すように、空間Ｓに充填していた空気が圧縮され、ピストン３１ｂは距離Ｌ２ほどロッドカバー３８から離隔し、第一プレート２１と第二プレート２２との間隔は間隔Ｗ２から間隔Ｗ２２に縮小される。

入れ子構造体３０に斜め方向からの負荷が加わると、図１４に示すように、第一プレート２１又は第二プレート２２に嵌設された球面軸受４０の外輪４２に対して内輪４１が回転し、スライド部材５１と基準平面部材５２間に間隙Ｋ２が発生する。

そして、傾動復帰機構５０は、一方を前記ヘッドカバー３６に固設された円柱状体５５に弾設し、他方を前記スライド部材５１に弾設させた、前記スライド部材５１を前記基準平面部材５２に押し付ける方向に付勢する弾性体５３であるばねを設け、前記ばねにより入れ子構造体３０を第一プレート２１又は第二プレート２２に垂直方向の姿勢を戻すことができる。

第二の実施形態のコンプライアンスデバイス１の変化として、図１６に横方向に変化状態を示し、図１６に傾動状態を示し、図１７にねじれ状態を示し、図１８に横方向、傾動、ねじれ及び縮小の複合的な変化をした状態を示している。このように、極めて柔軟に変化させることができる。

そして、前記シリンダーチューブ３２ｂ内のピストン３１ｂとヘッドカバー３６との空間Ｓにおけるエア圧を、把持機構２が部品箱６に侵入する手前の位置から部品５を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構２が部品５を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタ３が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストン３１ｂを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ３２ｂ内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える２段階設定
する。このエア圧の２段階制御により、把持機構２が衝突したときは把持機構２の損傷を抑制させることができ、ロボット１１のチョコ停を防止させることができ、部品５を把持した後は部品５を確実に把持して安全に搬送させることができる。

また、前記ピストン３１ｂの外周面には磁石６２を嵌設させて、前記シリンダーチューブ３２ｂの外周壁面に形成した溝にピストン３１ｂの摺動方向の位置を検知する位置センサ６１を嵌設する。これにより、前記位置センサ６１によるピストン３１ｂの摺動方向の位置情報をロボット制御部１３側に出力することができ、ロボット１１が教示された次のポイントに衝突しながらも強制的に進むのをリアルタイムで止め、エンドエフェクタ３又はロボット１１の損傷を防止することができる。

１コンプライアンスデバイス
２把持機構
３エンドエフェクタ
４アーム
５部品
６部品箱
１０部品取出しシステム
１１ロボット
１２画像センサ
１３ロボット制御部
１４部品認識手段
２０伸縮傾動機構
２１第一プレート
２２第二プレート
２９蓋部材
３０入れ子構造体
３１入れ子
３１ａ内筒
３１ｂピストン
３２筒状体
３２ａ外筒
３２ｂシリンダーチューブ
３３付勢手段
３３ａ内筒押出ばね
３４バネガイド
３５底壁
３６ヘッドカバー
３７ピストンロッド
３８ロッドカバー
３９衝止形状部
４０球面軸受
４１内輪
４２外輪
５０傾動復帰機構
５１スライド部材
５２基準平面部材
５３弾性体
５４衝止形状部
５５円柱状体
５６段付部
６０近接スイッチ又は距離センサ
６１位置センサ
６２磁石
Ｐ外力

Claims

部品をピッキングするロボットのアーム先端に取り付ける、把持機構を具備したエンドエフェクタの構成要素であるコンプライアンスデバイスであって、
前記コンプライアンスデバイスは、
平行に併設した第一プレートと第二プレートを設け、
前記第一プレート及び前記第二プレートに対して垂直方向で少なくとも３か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受と、前記対向位置に嵌設された球面軸受にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子を摺動させることによって前記第一プレート及び前記第二プレートの間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体と、前記入れ子構造体に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段と、を備えた伸縮傾動機構を設け、
並びに、前記入れ子構造体の筒状体側であって第一プレート側に配設し前記入れ子構造体に沿ってスライドするスライド部材と、前記第一プレートに嵌設した球面軸受の前記スライド部材側に配設し、前記スライド部材に対する対向面に前記第一プレートに平行な面を形成した基準平面部材と、前記筒状体又は前記筒状体と一体化された部位に形成された衝止形状部と前記スライド部材との間に介在させて、前記スライド部材を前記基準平面部材に押付ける方向に付勢する弾性体と、を備えた傾動復帰機構を設けたことを特徴とするコンプライアンスデバイス。
前記傾動復帰機構のスライド部材が前記入れ子構造体に沿う形態が、前記スライド部材が前記入れ子構造体の筒状体の外周面に沿う形態、及び／又は、前記スライド部材が前記筒状体から突設され前記球面軸受に嵌入された前記筒状体と同軸の円柱状体の外周面に沿う形態であることを特徴とする請求項１に記載のコンプライアンスデバイス。
前記第一プレート側及び第二プレート側のいずれかをロボットのアーム側に取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンプライアンスデバイス。
前記入れ子構造体が、外筒内に入れ子である内筒が摺動自在に嵌入された入れ子構造体であって、前記外筒と前記外筒側に近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記内筒と前記内筒側に近設された球面軸受の内輪とを固定状態にして、前記内筒を前記外筒から押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁又はバネガイドの段付部に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部に弾接させた内筒押出ばねを設けて、前記外筒内に前記内筒を入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレートや前記第二プレートに対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンプライアンスデバイス。
前記入れ子構造体が、シリンダーチューブ内に入れ子であるピストンが摺動自在に嵌入された入れ子構造体であって、前記シリンダーチューブ端部に取り付けたヘッドカバーと前記ヘッドカバーに近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記ピストンと連結したピストンロッドの先端と前記ピストンロッドに近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記シリンダーチューブ内の空間を予め設定したエア圧で制御して、前記シリンダーチューブ内に前記ピストンを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレートや前記第二プレートに対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンプライアンスデバイス。
前記シリンダーチューブ内のピストンとヘッドカバーとの空間におけるエア圧を、把持機構が部品箱に侵入する手前の位置から部品を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構が部品を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタが衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストンを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える２段階設定することを特徴とする請求項５に記載のコンプライアンスデバイス。
前記入れ子構造体の前記内筒内に、前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサを設け、前記近接スイッチ又は距離センサは、前記外筒の底壁面又はバネガイドの段付部に垂設させた、前記内筒押出ばねの座屈を防ぐために前記内筒押出ばねに挿入した棒状のバネガイドの先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサによる前記内筒の摺動方向の位置情報をロボット制御部に出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコンプライアンスデバイス。
前記シリンダーチューブの外周壁面にピストンの摺動方向の位置を検知する位置センサを配設し、前記位置センサによるピストンの摺動方向の位置情報をロボット制御側に出力することを特徴とする請求項１、２、３、５又は６に記載のコンプライアンスデバイス。