JP2020110892A - Remote center compliance device and manipulator configuration - Google Patents
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Description
本発明は、マニピュレータに取り付けられて、ワークの個体差や位置ずれ等の誤差を緩衝するリモートセンターコンプライアンス装置、及び前記リモートセンターコンプライアンス装置が備えられたマニピュレータ構造に関する。 The present invention relates to a remote center compliance device that is attached to a manipulator and buffers errors such as individual differences and positional deviations of works, and a manipulator structure provided with the remote center compliance device.
「リモートセンターコンプライアンス装置」は、ロボットアーム等のマニピュレータに取り付けられ、前記マニピュレータの出力端側に固定された固定プレートに対して、チャック等の効果器側に固定された可動プレートが傾いたり、ずれたりすることによって、ワークの個体差や位置ずれ等の誤差を緩衝する装置である。 The "remote center compliance device" is attached to a manipulator such as a robot arm, and a movable plate fixed to the effector side such as a chuck tilts or shifts with respect to a fixed plate fixed to the output end side of the manipulator. This is a device that buffers errors such as individual differences and positional deviations of the work by changing the length.
従来のリモートセンターコンプライアンス装置では、前記固定プレートと前記可動プレートとの間にゴム等のエラストマーを介在させることによって、前記固定プレートに対する前記可動プレートの相対移動が可能となる仕組みとなされていた。 In the conventional remote center compliance device, an elastomer such as rubber is interposed between the fixed plate and the movable plate so that the movable plate can move relative to the fixed plate.
しかしながら、エラストマーは強度や環境耐性に劣る。そのため、最近では、前記固定プレートに対する前記可動プレートの相対移動を可能にする仕組みとして様々な機械構造が提案されている（例えば、下記特許文献１〜４参照）。
However, elastomers are inferior in strength and environmental resistance. Therefore, recently, various mechanical structures have been proposed as a mechanism that enables relative movement of the movable plate with respect to the fixed plate (see, for example,
前記特許文献１〜４において提案されているリモートセンターコンプライアンス装置は、いずれも構造が複雑なことから装置の小型化や軽量化が困難であり、又、高価格であったため、使用条件や使用箇所が限定されていた。
Since the remote center compliance devices proposed in
本発明は、前記技術的課題に鑑みて完成されたものであり、簡単な構造でワークの個体差や位置ずれ等の誤差を緩衝し得る新規なリモートセンターコンプライアンス装置、及び前記リモートセンターコンプライアンス装置が備えられたマニピュレータ構造を提供することを目的とする。 The present invention has been completed in view of the above technical problems, and a new remote center compliance device capable of buffering errors such as individual differences and positional deviations of works with a simple structure, and the remote center compliance device are provided. It is an object to provide an equipped manipulator structure.
前記技術的課題を解決する本発明のリモートセンターコンプライアンス装置は 固定プレートと、円盤状の可動プレートと、を具備してなり、マニピュレータの出力端側に固定された前記固定プレートに対して、効果器側に固定された前記可動プレートが傾いたり、ずれたりすることによって、ワークの個体差や位置ずれ等の誤差を緩衝するリモートセンターコンプライアンス装置であって、前記固定プレートと前記可動プレートとの合わせ面間を弾性的に支持する複数個の弾性支持部材と、前記可動プレートに設けられた貫通孔に軸部が挿通された状態で前記固定プレートに締結されることによって、前記合わせ面間の間隔を決定する複数本のボルトと、を具備してなり、前記貫通孔の内径が、前記ボルトの軸部の外径を超えた寸法となされ、一の弾性支持部材が前記可動プレートの中心に相当する位置に配され、且つ、一の弾性支持部材を囲む位置に他の弾性支持部材が配され、一の弾性支持部材の付勢力が、他の弾性支持部材の付勢力より大きく設定されてなることを特徴とする（以下、「本発明装置」と称する。）。 The remote center compliance device of the present invention for solving the above technical problem comprises a fixed plate and a disk-shaped movable plate, and an effector is provided for the fixed plate fixed to the output end side of the manipulator. A remote center compliance device for buffering errors such as individual differences and positional deviations of works by tilting or shifting the movable plate fixed to the side, and a mating surface between the fixed plate and the movable plate. The plurality of elastic supporting members that elastically support the gaps are fastened to the fixed plate in a state where the shaft portion is inserted into the through hole provided in the movable plate, thereby keeping the gap between the mating surfaces. A plurality of bolts to be determined, the inner diameter of the through hole is set to a dimension exceeding the outer diameter of the shaft portion of the bolt, and one elastic support member corresponds to the center of the movable plate. The other elastic support member is disposed at a position surrounding the one elastic support member, and the biasing force of the one elastic support member is set to be larger than the biasing force of the other elastic support member. (Hereinafter, referred to as "device of the present invention").
前記本発明装置においては、他の弾性支持部材が、一の弾性支持部材を中心とする同一円上に配されてなるものが好ましい態様となる。 In a preferred embodiment of the device of the present invention, another elastic support member is arranged on the same circle centered on one elastic support member.
前記本発明装置においては、他の弾性支持部材が、隣接する他の弾性支持部材を順に結ぶ仮想直線にて正多角形を描くように配されてなるものが好ましい態様となる。 In a preferred embodiment of the device of the present invention, another elastic support member is arranged so as to draw a regular polygon by a virtual straight line that connects adjacent other elastic support members in order.
前記本発明装置においては、前記貫通孔の内径が前記支柱の外径より０．０１〜１．０ｍｍ大きい寸法となされたものが好ましい態様となる。 In the apparatus of the present invention, it is a preferable embodiment that the through hole has an inner diameter larger by 0.01 to 1.0 mm than the outer diameter of the column.
前記本発明装置においては、前記固定プレートと前記可動プレートとの合わせ面の間隔が、０．５〜１ｍｍとなされたものが好ましい態様となる。 In the device of the present invention, a preferred embodiment is one in which the gap between the mating surfaces of the fixed plate and the movable plate is 0.5 to 1 mm.
前記技術的課題を解決する本発明のマニピュレータ構造は、前記本発明装置がマニピュレータに備えられたことを特徴とする（以下、「本発明マニピュレータ構造」と称する。）。 A manipulator structure of the present invention that solves the technical problem is characterized in that the device of the present invention is provided in a manipulator (hereinafter, referred to as “manipulator structure of the present invention”).
本発明によれば、簡単な構造でワークの個体差や位置ずれ等の誤差を緩衝することができる。 According to the present invention, it is possible to buffer errors such as individual differences and positional deviations of works with a simple structure.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described based on the drawings, but the present invention is not limited to this embodiment.
［実施形態１］
図１に、実施形態１に係る「本発明装置（１）」を示す。前記本発明装置１は、「固定プレート（２）」と、「可動プレート（３）」と、「弾性支持部材（４）」と、「ボルト（５）」と、を具備する。図２に示すように、この本発明装置１は、「マニピュレータ（１０）」に取り付けられて、「本発明マニピュレータ構造（１００）」を構築する。図３に示すように、本実施形態におけるマニピュレータ１０は、回転動作を出力するものであり、その出力端にチャッキング動作を行う「効果器（１１）」が備えられている。前記本発明装置１は、前記マニピュレータ１０の出力端と前記効果器１１との間に取り付けられて、寸法誤差や位置誤差等の誤差を受動的に緩衝する装置である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a “device of the present invention (1)” according to the first embodiment. The
‐固定プレート２‐
前記固定プレート２は、前記マニピュレータ１０の出力端側に固定される（図２参照）。図１に示すように、本実施形態における前記固定プレート２は、円盤状の全体形状を有する金属プレートであり、表裏を貫通して設けられた固定プレート取付孔２０を利用して、前記マニピュレータ１０の出力端側に固定し得る仕組みとなされている。又、前記固定プレート２には、複数の弾性支持部材取付孔２１と、雌ネジを有する複数のボルト締結孔２２とが設けられている。図４に示すように、本実施形態においては、前記弾性支持部材取付孔２１につき、前記固定プレート２の中心と、その中心を囲む位置の三箇所（さらに詳しくは、前記固定プレート２の中心に設けた弾性支持部材取付孔２１を中心とする同一円（Ｓ）上で、隣接する弾性支持部材取付孔２１を結ぶ仮想直線（Ｔ）が正多角形（本実施形態では正三角形）を描く位置）に設けている。又、前記ボルト締結孔２２につき、前記円（Ｓ）上で正多角形（本実施形態では正三角形）を描く位置に設けている。更に、前記弾性支持部材取付孔２１と前記ボルト締結孔２２とは、等間隔の位相差（本実施形態においては６０度の位相差）を持った位置関係となされている。
-Fixed plate 2-
The
‐可動プレート３‐
前記可動プレート３は、前記マニピュレータ１０の効果器１１側に固定される（図２参照）。図１に示すように、本実施形態における前記可動プレート３は、円盤状の全体形状を有する金属プレートであり、表裏を貫通して設けられた可動プレート取付孔３０を利用して、前記効果器１１に固定し得る仕組みとなされている。又、前記可動プレート３には、複数の「貫通孔（３１）」が設けられており、この貫通孔３１は、前記固定プレート２に設けられた前記ボルト締結孔２２に相対する位置に設けられている。
-Movable plate 3-
The
‐弾性支持部材４‐
前記弾性支持部材４は、前記固定プレート２と前記可動プレート３との合わせ面間を弾性的に支持する役割を担う。本実施形態においては、前記弾性支持部材４として、ケーシングに内蔵されたバネの付勢力によって先端のボール（センターピン）を弾性的に出没可能とする仕組みとなされたプランジャ（ボールプランジャ）を用いた。又、各弾性支持部材４は、前記固定プレート２に設けられた各弾性支持部材取付孔２１にそれぞれ挿入配置される仕組みとなされている（図１参照）。
-Elastic support member 4-
The
‐ボルト５‐
図５に示すように、前記ボルト５は、前記可動プレート３に設けられた貫通孔３１に軸部５１が挿通された状態で前記固定プレート２に締結されることによって、前記固定プレート２と前記可動プレート３との合わせ面間の間隔（Ｘ）を決定する役割を担う。本実施形態においては、前記ボルト５として、頭部５０と、先端のみ雄ネジが設けられた軸部５１とを具備する中ボルト（半ネジ）用い、前記軸部５１を前記可動プレート３に設けられた貫通孔３１に挿通させた状態で、前記軸部５１の雄ネジを前記固定プレート２に設けられたボルト締結孔２２の雌ネジに螺合させ、螺合の程度を調節することによって、前記合わせ面間の間隔（Ｘ）が０．７ｍｍとなるようにしている。
-Bolt 5-
As shown in FIG. 5, the
そして、本発明においては、前記貫通孔３１の内径（Ｒ）につき、前記ボルト５の軸部５１の外径（ｒ）を超えた寸法となされる。なお、前記軸部５１の外径（ｒ）は、前記本発明装置１を構築した際に、前記貫通孔３１の内壁によって囲まれる位置の外径寸法を意味する。本実施形態においては、前記貫通孔３１の内径（Ｒ）を前記軸部５１の外径（ｒ）より０．４ｍｍ大きくし、前記ボルト５の軸部５１の周囲に都合０．２ｍｍのクリアランス（Ｙ）が生じるようにしている。
In the present invention, the inner diameter (R) of the through
又、本発明においては、一の弾性支持部材４（４１）が前記可動プレート３の中心に相当する位置に配され、且つ、一の弾性支持部材４（４１）を囲む位置に他の弾性支持部材４（４２）が配される。本実施形態においては、図６に示すように、前記固定プレート２の中心と、その中心を囲む位置に設けられた弾性支持部材取付孔２１に、弾性支持部材４をそれぞれ挿入配置することによって、各弾性支持部材４の位置関係がその関係になるようにしている。
Further, in the present invention, one elastic support member 4 (41) is arranged at a position corresponding to the center of the
更に、本発明においては、図７に示すように、一の弾性支持部材４（４１）の付勢力（Ｆ）が、他の弾性支持部材４（４２）の付勢力（ｆ）より大きくなるように設定される。本実施形態においては、前記弾性支持部材取付孔２１に各弾性支持部材４を挿入配置した際に、一の弾性支持部材４（４１）が、他の弾性支持部材４（４２）に対して突出する状態となるように各弾性支持部材取付孔２１の形状（弾性支持部材４を支持する高さ）が設定されており（図６参照）、従って、各弾性支持部材４の弾性力が等価であれば、前記本発明装置１を構築した際に、一の弾性支持部材４（４１）の付勢力（Ｆ）が、他の弾性支持部材４（４２）の付勢力（ｆ）より大きくなる。
Further, in the present invention, as shown in FIG. 7, the urging force (F) of one elastic supporting member 4 (41) is made larger than the urging force (f) of the other elastic supporting member 4 (42). Is set to. In the present embodiment, when each
前記構成を有する本発明装置１は、前記ボルト５の軸部５１の周囲にクリアランス（Ｙ）が設けられているから、図８（ａ）に示すように、前記固定プレート２に対して前記可動プレート３が、３６０度にわたって、前記クリアランス（Ｙ）に応じた距離分、水平移動することができる。
Since the
又、前記本発明装置１は、前記固定プレート２と前記可動プレート３との間に形成させた間隙が、前記弾性支持部材４によって弾性的に支持されており、しかも前記可動プレート３の中心に相当する位置に配された一の弾性支持部材４（４１）の付勢力（Ｆ）が、他の弾性支持部材４（４２）の付勢力（ｆ）より大きくなるように設定されているから、図８（ｂ）に示すように、前記可動プレート３が、一の弾性支持部材４（４２）を支点として揺動する。
Further, in the
即ち、前記本発明装置１は、前記固定プレート２に対して前記可動プレート３が相対移動することができる仕組みとなされた装置である。従って、前記本発明装置１がマニピュレータ１０に備えられた本発明マニピュレータ構造１００において、寸法誤差や位置誤差等の誤差を受動的に緩衝することができる。
That is, the
そして、前記本発明装置１は、前記固定プレート２と、前記可動プレート３と、前記弾性支持部材４と、前記ボルト５と、からなる部品の種類が少ない簡単な構造であり、小型化や軽量化が容易で、従来品と比較して低価格にて製造することができる。
The
ところで、本実施形態においては、前記固定プレート２につき円盤状の金属プレートを用いたが、前記固定プレート２の形状は円盤状に限られない。
By the way, in the present embodiment, a disk-shaped metal plate is used for the fixed
本実施形態においては、前記弾性支持部材４としてプランジャを用いたが、本発明において、前記弾性支持部材４はプランジャに限られない。又、前記弾性支持部材４に弾性力を与える要素もバネに限られない。前記弾性支持部材４としては、例えば、エラストマーや磁力によって弾性力が付与され仕組みのものであっても良い。
Although the plunger is used as the
そして、本実施形態においては、一の弾性支持部材４（４１）を中心とする同一円（Ｓ）上に他の弾性支持部材４（４２）を配し、更に、隣接する他の弾性支持部材４（４２）を順に結ぶ仮想直線（Ｔ）にて正多角形を描くように配しているが、各弾性支持部材４の配置は、前記可動プレート３の中心に相当する位置に配した一の弾性支持部材４（４１）を他の弾性支持部材４（４２）にて囲む配置とすれば良い。
In the present embodiment, another elastic support member 4 (42) is arranged on the same circle (S) centered on one elastic support member 4 (41), and further another adjacent elastic support member is arranged. 4 (42) are arranged so as to draw a regular polygon by a virtual straight line (T) that connects them in order, but each
更に、本実施形態においては、一の弾性支持部材４（４２）の付勢力（Ｆ）を、他の弾性支持部材４（４２）の付勢力（ｆ）より大きく設定するにあたり、前記弾性支持部材取付孔２１に各弾性支持部材４を挿入配置した際に、一の弾性支持部材４（４１）が、他の弾性支持部材４（４２）に対して突出する状態となるようにしているが、各弾性支持部材４の付勢力の設定は、この方法に限られない。例えば、一の弾性支持部材４（４１）として、他の弾性支持部材４（４２）の弾性力より大きな弾性力を有するものを用いても良い。
Further, in the present embodiment, when the biasing force (F) of one elastic support member 4 (42) is set to be larger than the biasing force (f) of the other elastic support member 4 (42), the
加えて、本実施形態においては、前記固定プレート２に取り付けられた弾性支持部材４によって、前記可動プレート３を支持する仕組みとしているが、前記可動プレート３に弾性支持部材４を取り付けて、前記固定プレート２を支持する仕組みとしても良い。
In addition, in the present embodiment, the mechanism for supporting the
なお、本実施形態においては、前記固定プレート２と前記可動プレート３との合わせ面間の間隔（Ｘ）を０．７ｍｍとしているが、係る合わせ面の間隔（Ｘ）は前記本発明装置１に要求される性能に応じて決定すればよく、特に限定されない。本発明においては、前記固定プレート２と前記可動プレート３との合わせ面間の間隔（Ｘ）は、０．５〜１ｍｍとすることが好ましい。
In addition, in the present embodiment, the distance (X) between the mating surfaces of the fixed
又、本実施形態においては、前記貫通孔３１の内径（Ｒ）を前記軸部５１の外径（ｒ）より０．４ｍｍ大きくし、前記ボルト５の軸部５１の周囲に都合０．２ｍｍのクリアランス（Ｙ）が生じるようにしているが、前記クリアランス（Ｙ）についても前記本発明装置１に要求される性能に応じて決定すればよく、特に限定されない。本発明においては、前記貫通孔３１の内径（Ｒ）につき、前記ボルト５の軸部５１外径より０．０１〜１．０ｍｍ大きい寸法とすることが好ましい。
Further, in the present embodiment, the inner diameter (R) of the through
［実施形態２］
図９に、実施形態２に係る本発明装置１を示す。本実施形態に係る本発明装置１と、前記実施形態１に係る本発明装置１とは、可動プレート３に設けられる貫通孔３１が貫通孔本体３２と前記貫通孔本体３２に嵌合されるブッシュ３３によって構築される点と、弾性支持部材４が当接する位置にストップピン６を備えた点において異なり、その余は共通する。
[Embodiment 2]
FIG. 9 shows the
図１０に示すように、前記可動プレート３に設けられる貫通孔３１につき、前記貫通孔本体３２と前記ブッシュ３３によって構築する仕組みとすれば、前記ブッシュ３３を内径が異なるものに替えるだけでクリアランス（Ｙ）を変更することができる。
As shown in FIG. 10, if the through
又、図１１に示すように、前記弾性支持部材４が当接する位置に前記ストップピン６を備えた構造とすれば、前記ストップピン６の支持位置を変えるだけで、前記弾性支持部材４の付勢力を調整することができる。
Further, as shown in FIG. 11, if the
その余は、前記実施形態1と同様のため、繰り返しを避けるべくここでは説明を省略する。 Since the remainder is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here to avoid repetition.
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main characteristics thereof. Therefore, the above embodiments are merely examples in all respects, and should not be limitedly interpreted. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and is not bound by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent range of the claims are within the scope of the present invention.
前記本発明は、マニピュレータに取り付けられて、寸法誤差や位置誤差等の誤差を受動的に緩衝する装置として好適に用いられる。 The present invention is suitably used as a device attached to a manipulator to passively buffer errors such as dimensional error and position error.
１ 本発明装置（リモートセンターコンプライアンス装置）
２ 固定プレート
２０ 固定プレート取付孔
２１ 弾性支持部材取付孔
２２ ボルト締結孔
３ 可動プレート
３０ 可動プレート取付孔
３１ 貫通孔
３２ 貫通孔本体
３３ ブッシュ
４ 弾性支持部材
５ ボルト
５０ 頭部
５１ 軸部
６ ストップピン
１０ マニピュレータ
１１ 効果器
１００ 本発明マニピュレータ構造（マニピュレータ構造）
1 Device of the present invention (remote center compliance device)
2 Fixed
Claims (6)
前記固定プレートと前記可動プレートとの合わせ面間を弾性的に支持する複数個の弾性支持部材と、
前記可動プレートに設けられた貫通孔に軸部が挿通された状態で前記固定プレートに締結されることによって、前記合わせ面間の間隔を決定する複数本のボルトと、
を具備してなり、
前記貫通孔の内径が、前記ボルトの軸部の外径を超えた寸法となされ、
一の弾性支持部材が前記可動プレートの中心に相当する位置に配され、且つ、一の弾性支持部材を囲む位置に他の弾性支持部材が配され、
一の弾性支持部材の付勢力が、他の弾性支持部材の付勢力より大きく設定されてなることを特徴とするリモートセンターコンプライアンス装置。 The fixed plate and the disk-shaped movable plate are provided, and the movable plate fixed to the effector side tilts or shifts with respect to the fixed plate fixed to the output end side of the manipulator. By this, it is a remote center compliance device that buffers errors such as individual differences and position deviations of the work,
A plurality of elastic support members that elastically support between the mating surfaces of the fixed plate and the movable plate,
A plurality of bolts that determine the interval between the mating surfaces by being fastened to the fixed plate in a state where the shaft portion is inserted into the through hole provided in the movable plate,
Is equipped with
The inner diameter of the through hole is made a dimension that exceeds the outer diameter of the shaft portion of the bolt,
One elastic supporting member is arranged at a position corresponding to the center of the movable plate, and another elastic supporting member is arranged at a position surrounding the one elastic supporting member,
A remote center compliance device, wherein the biasing force of one elastic support member is set to be larger than the biasing force of another elastic support member.
他の弾性支持部材が、一の弾性支持部材を中心とする同一円上に配されてなるリモートセンターコンプライアンス装置。 In the remote center compliance device according to claim 1,
A remote center compliance device in which another elastic support member is arranged on the same circle centered on one elastic support member.
他の弾性支持部材が、隣接する他の弾性支持部材を順に結ぶ仮想直線にて正多角形を描くように配されてなるリモートセンターコンプライアンス装置。 In the remote center compliance device according to claim 2,
A remote center compliance device in which another elastic support member is arranged so as to draw a regular polygon with a virtual straight line that connects adjacent other elastic support members in order.
前記貫通孔の内径が前記支柱の外径より０．０１〜１．０ｍｍ大きい寸法となされたリモートセンターコンプライアンス装置。 The remote center compliance device according to any one of claims 1 to 3,
A remote center compliance device in which the inner diameter of the through hole is 0.01 to 1.0 mm larger than the outer diameter of the pillar.
前記固定プレートと前記可動プレートとの合わせ面の間隔が、０．５〜１ｍｍとなされたリモートセンターコンプライアンス装置。 The remote center compliance device according to any one of claims 1 to 4,
A remote center compliance device in which a gap between mating surfaces of the fixed plate and the movable plate is 0.5 to 1 mm.
A manipulator structure, wherein the remote center compliance device according to any one of claims 1 to 5 is attached to a manipulator.
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|---|---|---|---|
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH04101740A (en) * | 1990-08-15 | 1992-04-03 | Nissan Motor Co Ltd | Floating device |
| JPH05162032A (en) * | 1991-12-13 | 1993-06-29 | Fujitsu Ltd | Registration mechanism |
-
2019
- 2019-01-16 JP JP2019005028A patent/JP7280469B2/en active Active
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| JP7280469B2 (en) | 2023-05-24 |
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