JP3491018B2 - Flexible jig - Google Patents

Flexible jig

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JP3491018B2
JP3491018B2 JP19289293A JP19289293A JP3491018B2 JP 3491018 B2 JP3491018 B2 JP 3491018B2 JP 19289293 A JP19289293 A JP 19289293A JP 19289293 A JP19289293 A JP 19289293A JP 3491018 B2 JP3491018 B2 JP 3491018B2
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holding
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秀郎 花房
清 永井
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智実 山口
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、比較的小さい部品など
組立に供せられる部品(以下、ワークという)を所定の
位置・姿勢で保持・固定することができるフレキシブル
治具に関する。 【0002】 【従来の技術およびその問題点】治具は、加工や組立な
どの作業においてワークの位置・姿勢を保持・固定する
ものであり、ワークに外力が加わった場合でも、その位
置・姿勢を固定する機能が求められる。治具としては、
単純なものでは万力、一般的なものでは旋盤などの加工
機械のチャック機構がある。従来の治具の多くは、ワー
クの外周の形状に応じた枠構造をしており、ワークを嵌
め込んだり挟み込むことによって位置・姿勢の保持を行
っていた。しかし、これでは、個々のワーク形状に対応
した治具を製作しなければならず、近年の多品種少量生
産形態では、特に組立工程においてコストや生産効率の
面で問題が多い。この解決のためには1台で任意の形状
のワークの保持を行うことができる治具が望まれる。 【0003】組立作業において、任意形状のワークを保
持する機能を有する装置の一つとしてロボットハンドが
あり、形状の多様性に優れたハンド機構も多く考え出さ
れている。ただ、今までのハンドでは、 (1)ワークの上面からハンドを下ろし、側面を指で把
持するものが多く、組付け面をハンドで塞いでしまう、 (2)ワーク形状の多様性に対応するハンドでは多指ハ
ンドのように自由度の高い機構になるため、アクチュエ
ータが多くなり、制御が複雑になりやすい、 (3)多くのハンドでは、把持のフレキシビリティやワ
ークの損傷防止などのために弾性を有する機構になって
いるところから、外力に対する固定機能を望めない、 などの問題がある。つまり、任意形状のワークに対する
保持機能を備えていても、外力に対する固定機能に欠け
るといえる。 【0004】一方、ハンドとは別に治具機能を有する装
置として、回転台座と台座に垂直に並進できる細い棒状
の指を複数の台座に装備し、ワークの下面の形状に合わ
せて複数の指を上下させて、ワークを下から支える形で
保持する治具装置が考えられている。しかし、この治具
装置においては、 (1)アクチュエータの数が多いため制御が複雑にな
る、 (2)ワークを下から支える形になるため、横方向の外
力に対する固定能力に不安がある、 などの問題がある。 【0005】任意形状のワークの保持に対しては、多指
ハンドのように複数の指でワークを把持する機構、特に
ハンドの自由度を減らし平面上でワークの側面を把持す
る機構が、動作機能を損なわず、制御の容易さからも適
していると考えられる。この場合、外力に対する固定機
能を有するためには、指がバックドライバビリティのな
い駆動機構であることが望まれる。しかし、バックドラ
イバビリティのない駆動機構では、動作速度が遅いため
作業効率が悪いという欠点がある。そこで、作業効率を
上げるためには、高速に稼働できる駆動部を併用する必
要がある。 【0006】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、組立作業時などにおいて種々の形
状のワークの位置・姿勢の保持・固定を確実に行うこと
ができるフレキシブル治具を提供することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のフレキシブル治具は、ワークが載置される
水平な基盤の周囲に、回転駆動部と、この回転駆動部の
上方に設けられ、かつ、前記基盤より上方において基盤
に沿って回転するベースと、並進駆動部と、前記ベース
とともに回転しかつ並進駆動部により基盤に沿って並進
するプローブと、前記プローブの並進方向の保持力を検
出する力検出センサと、プローブに作用する回転力を検
出するセンサを備えて構成された触手を不特定に3以上
設け、前記力検出センサから出力された保持力の検出値
とプローブに作用する回転力を検出する前記センサーか
ら出力された保持力の検出値とを予め求めた保持力の指
令値と比較し、所定の保持力が得られたとき、位置指令
値が出力されてプローブの保持位置を確保して、各プロ
ーブの先端で前記ワークを保持・固定するように構成さ
れている。 【0008】 【作用】上記構成のフレキシブル治具は、高速並進駆動
と高剛性(バックドライバビリティのない)回転駆動を
併せ持つ複数の触指からなるものであるので、従来の多
指ハンドと同様に、保持されるワークの任意方向への位
置決め機能を有することは勿論のこと、平面形状が種々
の多用なワークを所定の位置・姿勢で確実に保持・固定
することができ、しかも、素早い動作で行うことができ
る。従って、組立時における作業効率の向上が図れる。 【0009】 【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。 【0010】図1〜図5は、本発明の一実施例を示して
いる。先ず、図1は、本発明のフレキシブル治具の一例
を示すもので、この図において、1はワークWが載置さ
れる水平な基盤で、平面視が例えば方形である。2はこ
の基盤1の各辺の適所に設けられた触指である。すなわ
ち、本発明のフレキシブル治具は、3以上(図示例では
4つ)の触指2から構成されている。触指2は、1つの
並進駆動部3と、1つのプローブ4と、1つの回転駆動
部5とからなり、並進駆動部3が基盤1のxy平面より
上方に位置し、基盤1上に載置されたワークWの保持・
固定を行う。なお、ワークWは、基盤1上に安定して載
置できる形状であればよく、従って、平面視形状が方形
に限られるものではないことはいうまでもない。 【0011】並進駆動部3は、プローブ4をxy平面上
で直線的に移動させる要素であり、回転駆動部5は、プ
ローブ4をxy平面上で回転させる要素である。プロー
ブ4は、ワークWと接触する要素である。並進駆動部3
と回転駆動部5によって発生した力をワークWと接触す
る位置まで移動し、各触指2にそれぞれ設けられたプロ
ーブ4がワークWに接触し、各並進駆動部3および回転
駆動部5によて発生した力によってワークWをxy平面
上で保持・固定する。なお、基盤1の辺に沿って設けら
れる触指2間の間隔は不特定であってもよい。 【0012】次に、各部の構成の詳細について、図2〜
図4を参照しながら説明する。図2は触指2の一例を示
す図で、並進駆動部3は次のように構成されている。す
なわち、この図において、6は回転駆動部5(後述す
る)の上方に設けられるベースで、このベース6は図1
に示すように、基盤1のxy平面よりやや上方に位置
し、これとややオーバーラップするように水平に配置さ
れている。7は並進駆動部3の駆動源としてのボイスコ
イルモータ(以下、VCMという)で、ステータ8、コ
イル9、このコイル9を纏め固定するボビン10からな
り、このVCM7が力検出センサーを構成する。 【0013】そして、ベース6上には、y方向にリニア
ガイド11が設けられ、この上面にスライダ12がy方
向に摺動自在に設けられている。そして、このスライダ
12にはボビン10が取り付けられている。また、スラ
イダ12には、プローブ4の軸13(その構成について
は後述する)およびセンサ用軸14が取り付けられてい
る。15はベース6に立設されたセンサ台で、このセン
サ台15にはセンサ用軸14を外套するようにして並進
位置検出用センサ16が保持されている。 【0014】従って、前記コイル9に電流(直流)を流
すと、電流の向きに応じてy方向の正負の向きに力が発
生し、コイル9およびボビン10が力の向きに動き、ボ
ビン10の直線的な移動に伴ってスライダ12が同方向
に移動し、これによって、プローブ軸13およびセンサ
用軸14が同方向に移動する。そして、このときの移動
量は、並進位置検出用センサ16によって検出される。 【0015】次に、プローブ4の詳細を、図2および図
3を参照しながら説明する。スライダ12には、例えば
角軸状のプローブ軸13がy方向に取り付けられ、その
先端には歪ゲージ17を取り付けるためのベース板18
がプローブ軸13のyz平面に平行な面に2枚設けられ
ている。歪ゲージ用ベース板18の他端にはプローブ先
端軸19が取り付けられ、このプローブ先端軸19の他
端は、接触角検出用センサ20の回転軸21に固定され
ている。この回転軸21は、接触板軸受22の上下に組
み込まれた軸受23によってz軸回りに回転自在であ
り、接触板軸受22はワークWと接触する接触板24に
取り付けられている。 【0016】従って、接触板24は、接触角検出用セン
サ20の回転軸21回りに回転自在であり、その回転角
度は接触角検出用センサ20によって検出される。そし
て、接触板24において発生するプローブ4の回転接線
方向の力は、プローブ4に作用する力を検出するセンサ
としてのこの歪ゲージ17によって検出される。 【0017】次に、回転駆動部5の詳細を図4を参照し
ながら説明すると、この図において、25はエンコーダ
付きのサーボモータで、その出力軸26が水平になるよ
うに取付け板27を介してケース28の側板29の外側
に取り付けられている。ケース28の内部には、ギアボ
ックス30が設けられている。このギアボックス30内
には、サーボモータ25の出力軸26とカップリング3
1を介して接続される入力軸32の先端に設けられたウ
ォーム33と垂直な出力軸34の先端に設けられたウォ
ームホイール35とからなるウォーム歯車36が配置さ
れている。そして、出力軸36の他端側はカップリング
37、ケース28の天板38に組み込まれた軸受39を
介して、ベース6の底部に適宜のブラケット(図示して
ない)を介して取り付けられた回転軸40と接続されて
いる。従って、前記サーボモータ25が正転または逆転
することにより、回転駆動部5の上部に設けられた並進
駆動部3全体が基盤1上で回転する。 【0018】前記ギアボックス30においては、動力伝
達機構としてウォーム歯車36を用いているが、これに
代えて、例えばかさ歯車などを用いることができる。そ
して、ギアボックス30の内部の歯車の選択によって、
回転駆動部5の特性が異なってくる。すなわち、簡単な
制御系によってワークWへの外力に対する保持・固定機
能を実現するには、ウォーム歯車による減速が必要であ
る。ウォーム歯車は、バックドライバビリティがないた
め駆動系の剛性が無限大とみなせる。一方、ウォーム歯
車以外の例えばかさ歯車による減速の場合、大出力・高
剛性の駆動系となり、制御次第では保持・固定機能を実
現できる。因みに、ギア比が1:1の場合には、サーボ
モータ25によるダイレクトドライブとなり、大きな出
力・高剛性は期待できないが、制御性に優れた駆動系と
なる。 【0019】次に、本発明のフレキシブル治具の制御系
の構成とワークWを保持する場合の制御方法について、
図5を参照しながら説明する。この図は、一つの触指2
と制御装置としての計算機との入出力関係を示すブロッ
ク図であって、41は計算機、42はVCM7のドライ
バ、43はその制御回路、44はサーボモータ25のド
ライバ、45はサーボモータ25のエンコーダである。 【0020】今、ワークWがm個の触指2によって保持
(把握)されているとき、i番目の触指2の並進駆動
力、回転駆動力をそれぞれfi ,ni とすると、ワーク
Wがm個の触指2から受ける力の合力Tは、T=JFと
表せる。ここに、Fは個々の触指2の駆動力fi ,ni
からなる2m×1次元のベクトルであり、Tはx方向、
y方向、回転力(θ)の3要素からなる3×1次元のベ
クトル、Jは個々の触指2とワークWの接点の位置によ
って定まる3×2m次元の行列を示す。 【0021】ワークWが所定の位置に置かれ保持される
とき、上記の式においてT=0を代入し、予め求められ
た接点位置から、0=JFに基づいて、各触指2のプロ
ーブ4の移動量と把握力(保持力)の値を求め、その値
を計算機41から並進駆動部3、回転駆動部5に与え
る。このとき、計算機41には、並進位置検出用センサ
16から並進駆動による移動量が、そして、サーボモー
タ25に付属のエンコーダ45からは回転駆動による移
動量がそれぞれフィードバックされる。 【0022】また、並進駆動によるワークWに与える保
持力は、並進駆動がVCM7によるダイレクトイドライ
ブであることを利用して、VCM7のドライバ42で出
力する電流量を検出し、電流に比例する保持力を検出す
る。そして、回転駆動による保持力は、歪ゲージ17か
ら得られた歪ゲージ用ベース板18の歪み量から検出
し、計算機41内に取り込む。これらの保持力の検出値
と予め求めた保持力の指令値との比較を行い、所定の保
持力が得られたとき、計算機41から各駆動部3,5に
対して、その時点での位置を確保するための位置指令値
が出力され、触指2のプローブ4は保持位置に固定され
る。なお、ワークWを把握したときに生じた保持姿勢の
誤差は、接触角検出用センサ20からの検出値によって
明らかにされる。 【0023】既に示したワークWが受ける合力と触指2
の駆動力との関係式T=JFからも明らかなように、ワ
ークWを平面内で保持するためには、触指2の駆動力は
3要素あれば可能であり、それ以上の駆動力要素は冗長
となる。本発明のフレキシブル治具は、3個以上の触指
2からなるため、3つの並進駆動力要素と3つの回転駆
動力要素とを持っている。つまり、フレキシブル治具
は、平面内の保持に対して冗長であり、各触指2の並進
駆動力と回転駆動力とを分離して考えることができる。
この点が、本発明のフレキシブル治具の最も特長とする
ところであるといえる。 【0024】つまり、前記関係式T=JFは、T=JA
A +JL L と書き直せる。ここで、FA は各触指2
の回転駆動力ni からなるm×1次元のベクトルを表
し、FL は各触指2の並進駆動力fi からなるm×1次
元のベクトルを表す。そして、各駆動力要素は最低3つ
ずつ存在することから、触指2を適当な位置に配置すれ
ば、並進駆動力のみによるワークWの把握も可能である
し、回転駆動力のみによるワークWの把握も可能である
ことが上記の式から明らかである。 【0025】そして、既に説明したように、従来の治具
では、ワークWを保持・固定させておくには、ワークW
の形状に対応した治具が必要であったが、上記構成のフ
レキシブル治具では、一つの装置で種々の平面形状のワ
ークWの把持(保持)が可能である。 【0026】また、上記実施例においては、回転駆動部
5にはサーボモータ25の回転力を触指2に加える伝達
機構としてウォーム歯車36を用いているので、回転駆
動部5による回転駆動力のみよってワークWの保持を行
った場合、ウォーム歯車36の特性により、無限大剛性
による保持が可能となる。つまり、ワークWになんらか
の外力が加わった場合でも、ワークWはその位置・姿勢
を変化させることなく保持・固定される。ただし、これ
はワークWとプローブ4との接触点が滑らないという条
件下で成り立つ。もっとも、歪ゲージ17によって検出
した回転接線方向の力を計算機41内に取り込み、並進
駆動部3による並進駆動力を制御することにより、前記
接触点が滑らないようにすることができる。このとき、
回転駆動に対しては制御を行う必要はない。つまり、並
進駆動力のみを制御することによって、外力が発生した
場合においてもワークWを固定することができる。 【0027】さらに、ワークWを保持している状態で、
望まれるワークWの位置・姿勢が求められれば、それに
対応してプローブ4の先端(接触部)の軌道を求めるこ
とができる。この目標軌道から、各触指2の並進駆動部
3、回転駆動部5の目標入力を計算機41内で求め、出
力する。それと同時に、ワークWを保持するための内力
が発生し続けるように並進、回転の各力をセンサから検
出して計算機41内に取り込み、移動中、内力がゼロ以
下にならないように各駆動部3,5に出力する。これに
よって、ワークWはxy平面内で任意に位置決めされ
る。 【0028】本発明は、上記実施例に限られるものでは
なく、種々に変形して実施することがでる。例えば
進駆動部3の駆動源をVCM7に代えて、サーボモータ
やエアシリンダで構成してもよい。すなわち、図6は、
サーボモータを駆動源にした例を示し、この図におい
て、46はベース6に載置されたギアボックスで、その
入力軸側にはエンコーダ付きのサーボモータ47が設け
られ、出力軸側にはy方向にボールネジ48がベース6
に載置された支持台49に保持されるようにして設けら
れている。50は上部に力検出センサを組み込んだテー
ブルで、ボールネジ48と咬合し、ボールネジ48の正
転または逆転によって、y方向に延設されたガイド部材
51に沿って前進または後進する。そして、このテーブ
ル50の前記力検出センサ部分には、y方向に延びるよ
うにして、プローブ軸13が取り付けられている。図示
していないが、このプローブ軸13の先端には、図2に
示されると同様に歪みゲージ17、その取り付け板1
8、更にはプローブ先端軸19、接触角検出用センサ2
0並びにその回転軸21、そして接触板軸受22、その
上下に組み込まれた軸受23、接触板軸受22を取り付
けるための接触板24が備わっていることはいうまでも
ない。 【0029】従って、サーボモータ47が回転すると、
ギアボックス46を介してボールネジ48がy軸回りに
回転し、この回転に伴ってテーブル50がy方向に動
き、これにより、プローブ軸13がy方向に動く。そし
て、プローブ4が並進方向に受けた力は、テーブル50
に組み込まれた力検出センサによって検出され、また、
プローブ4の位置の検出は、サーボモータ47に取り付
けられたエンコーダによって行われる。 【0030】図7は、空気圧を駆動源とした例を示し、
この図において、52はエアシリンダで、そのシリンダ
軸53がy軸と平行になるようにベース6に立設された
保持部材54に保持されている。シリンダ軸53の一端
側には並進位置検出用センサ16が設けられ、他端側に
は力検出センサを組み込んだカップリング55が設けら
れ、さらに、このカップリング55の力検出センサ部分
には、y方向に延びるようにしてプローブ軸13が取り
付けられている。この場合も、図6に示される実施例と
同様に、このプローブ軸13の先端には、歪みゲージ1
7、その取り付け板18、更にはプローブ先端軸19、
接触角検出用センサ20並びにその回転軸21、そして
接触板軸受22、その上下に組み込まれた軸受23、接
触板軸受22を取り付けるための接触板24が備わって
いることはいうまでもない。 【0031】従って、エアシリンダ52内に空気を送り
込むことにより、シリンダ軸53がガイド56に沿うよ
うにしてy方向に動き、この動きに伴って、プローブ軸
13がy方向に動く。そして、プローブ4が並進方向に
受けた力は、カップリング55に組み込まれた力検出セ
ンサによって検出され、また、プローブ4の位置の検出
は、並進位置検出用センサ16によって行われる。 【0032】また、前記回転駆動部5において、ギアボ
ックス30内にかさ歯車を設けるようにしてもよい。こ
の場合、ギア比を1:Nとしたり、1:1とすることが
できる。 【0033】ところで、VCM7によるもの(図2に例
示)、サーボモータ47によるもの(図6に例示)、エ
アシリンダ52によるもの(図7に例示)があり、回転
駆動機構としては、サーボモータ25とウォーム歯車3
6によるもの、サーボモータ25とかさ歯車によるもの
があり、さらに、サーボモータ25とかさ歯車による場
合、1:Nのときと、1:1の場合とがある。 【0034】そして、並進駆動機構においては、VCM
7による場合およびエアシリンダ52による場合は、力
は小さいが動作が素早く、サーボモータ47による場合
は、力は大きいが動作が遅い。また、回転駆動機構にお
いては、サーボモータ25とウォーム歯車36による場
合およびサーボモータ25と1:Nのかさ歯車の場合
は、力は大きいが動作が遅く、サーボモータ25と1:
1のかさ歯車による場合は、力は小さいが動作が素早
い。 【0035】従って、前記種々の並進駆動機構と回転駆
動機構とを適宜組み合わせることによって、種々の特性
のフレキシブル治具を得ることができるが、前記図1〜
図5に示した実施例のように構成した場合、ワークWを
所定の位置および姿勢で素早くしかも確実に保持・固定
でき、組立などにおいて用いる治具として最適のものが
得られる。 【0036】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の多指ハンドと同様に、保持部品の任意方向への位
置決め機能を有することは勿論のこと、平面形状が種々
の多用なワークを所定の位置・姿勢で確実に保持・固定
することができる。従って、組立時における作業効率の
向上が図れる。 【0037】また、装置全体の構成が簡単であり、制御
も簡単である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to holding and fixing a part (hereinafter referred to as a work) to be assembled, such as a relatively small part, at a predetermined position and posture. It relates to a flexible jig that can be made. 2. Description of the Related Art A jig holds and fixes the position and orientation of a work in operations such as machining and assembly. Even when an external force is applied to the work, the position and orientation of the jig are maintained. The function to fix is required. As a jig,
A simple one is a vise, and a general one is a chuck mechanism of a processing machine such as a lathe. Many of the conventional jigs have a frame structure according to the shape of the outer periphery of the work, and maintain the position and posture by fitting or sandwiching the work. However, in this case, it is necessary to manufacture a jig corresponding to the shape of each work, and in a recent multi-product small-lot production mode, there are many problems in terms of cost and production efficiency particularly in an assembling process. In order to solve this problem, a jig capable of holding a work of an arbitrary shape by one unit is desired. [0003] In an assembling operation, a robot hand is one of devices having a function of holding a work of an arbitrary shape, and many hand mechanisms having various shapes have been devised. However, in the conventional hand, (1) In many cases, the hand is lowered from the upper surface of the work and the side is grasped by a finger, and the assembling surface is closed with the hand. (2) Corresponding to a variety of work shapes. The hand has a mechanism with a high degree of freedom like a multi-fingered hand, so the number of actuators increases and control tends to be complicated. (3) In many hands, gripping flexibility and work damage prevention are required. There is a problem that the function of fixing against external force cannot be expected due to the mechanism having elasticity. In other words, it can be said that even if it has a holding function for a work of an arbitrary shape, it lacks a function of fixing external force. On the other hand, as a device having a jig function separately from the hand, a plurality of pedestals are equipped with a rotating pedestal and thin rod-shaped fingers capable of translating vertically to the pedestal, and a plurality of fingers are fitted according to the shape of the lower surface of the work. A jig device that raises and lowers a workpiece to support it from below has been considered. However, in this jig device, (1) the control is complicated due to the large number of actuators, and (2) the work is supported from below, so there is concern about the ability to fix external lateral forces. There is a problem. For holding a work of an arbitrary shape, a mechanism for holding the work with a plurality of fingers, such as a multi-fingered hand, particularly a mechanism for reducing the degree of freedom of the hand and holding the side surface of the work on a flat surface, is operated. It is considered to be suitable for ease of control without impairing the function. In this case, in order to have a function of fixing an external force, it is desired that the finger is a driving mechanism without back drivability. However, a drive mechanism without back drivability has a drawback that the operating speed is slow and the working efficiency is poor. Therefore, in order to increase work efficiency, it is necessary to use a drive unit that can operate at high speed. The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and has as its object to provide a flexible jig which can reliably hold and fix the positions and postures of variously shaped workpieces during an assembling operation or the like. To provide tools. [0007] In order to achieve the above object, a flexible jig of the present invention comprises: a rotary driving section around a horizontal base on which a work is placed ;
Provided above, and a base for rotation along a foundation in above said base, a translation drive unit, a probe for translation along the base through rotation vital translation drive unit together with the base, the translation direction of the probe Check the holding power of
A force detection sensor that outputs a force and a sensor that detects a rotational force acting on the probe are provided with three or more unspecified tentacles, and a detection value of a holding force output from the force detection sensor
And the sensor that detects the rotational force acting on the probe
The retention force detection value output from the
When the specified holding force is obtained by comparing with the
A value is output to secure the holding position of the probe, and the work is held and fixed at the tip of each probe. The flexible jig having the above-described structure is composed of a plurality of touch fingers having both high-speed translational driving and high-rigidity (without back drivability) rotational driving. In addition to having the function of positioning the work to be held in an arbitrary direction, it is possible to hold and fix a variety of versatile works in a predetermined position and posture, as well as a quick operation. It can be carried out. Therefore, the work efficiency at the time of assembly can be improved. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 5 show an embodiment of the present invention. First, FIG. 1 shows an example of the flexible jig of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a horizontal base on which a work W is placed, which is, for example, square in plan view. Reference numeral 2 denotes a touch finger provided at an appropriate position on each side of the base 1. That is, the flexible jig of the present invention includes three or more (four in the illustrated example) touch fingers 2. The contact finger 2 includes one translation drive unit 3, one probe 4, and one rotation drive unit 5. The translation drive unit 3 is located above the xy plane of the base 1 and is mounted on the base 1. Holding of placed work W
Perform fixing. Note that the work W may have any shape as long as it can be stably mounted on the base 1, and therefore, needless to say, the shape in plan view is not limited to a square. The translation drive unit 3 is an element that moves the probe 4 linearly on the xy plane, and the rotation drive unit 5 is an element that rotates the probe 4 on the xy plane. The probe 4 is an element that comes into contact with the workpiece W. Translation drive 3
And the force generated by the rotation drive unit 5 is moved to a position where it comes into contact with the work W, and the probes 4 provided on the respective touch fingers 2 come into contact with the work W, and the translation drive unit 3 and the rotation drive unit 5 The workpiece W is held and fixed on the xy plane by the generated force. The interval between the touch fingers 2 provided along the side of the base 1 may be unspecified. Next, details of the configuration of each part will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view showing an example of the touch finger 2, and the translation drive unit 3 is configured as follows. That is, in this figure, reference numeral 6 denotes a base provided above the rotation drive unit 5 (described later).
As shown in FIG. 2, the base 1 is located slightly above the xy plane, and is horizontally arranged so as to slightly overlap with the xy plane. Reference numeral 7 denotes a voice coil motor (hereinafter, referred to as VCM) as a drive source of the translation drive unit 3, which comprises a stator 8, a coil 9, and a bobbin 10 for fixing the coil 9 together. The VCM 7 constitutes a force detection sensor. A linear guide 11 is provided on the base 6 in the y direction, and a slider 12 is slidably provided on the upper surface in the y direction. The bobbin 10 is attached to the slider 12. Further, a shaft 13 of the probe 4 (the configuration thereof will be described later) and a sensor shaft 14 are attached to the slider 12. Reference numeral 15 denotes a sensor stand erected on the base 6. The sensor stand 15 holds a translation position detecting sensor 16 so as to cover the sensor shaft 14. Therefore, when a current (direct current) is applied to the coil 9, a force is generated in the positive and negative directions in the y direction in accordance with the direction of the current, and the coil 9 and the bobbin 10 move in the direction of the force. The slider 12 moves in the same direction along with the linear movement, whereby the probe shaft 13 and the sensor shaft 14 move in the same direction. The movement amount at this time is detected by the translation position detection sensor 16. Next, the details of the probe 4, described with reference to FIGS. The slider 12 has, for example, a square probe shaft 13 attached in the y direction, and a base plate 18 for attaching a strain gauge 17 to the tip thereof.
Are provided on a surface of the probe shaft 13 parallel to the yz plane. A probe tip shaft 19 is attached to the other end of the strain gauge base plate 18, and the other end of the probe tip shaft 19 is fixed to a rotation shaft 21 of a contact angle detection sensor 20. The rotating shaft 21 is rotatable around the z-axis by bearings 23 incorporated above and below a contact plate bearing 22, and the contact plate bearing 22 is attached to a contact plate 24 that contacts the work W. Accordingly, the contact plate 24 is rotatable around the rotation axis 21 of the contact angle detecting sensor 20, and the rotation angle is detected by the contact angle detecting sensor 20. The force generated in the contact plate 24 in the rotational tangential direction of the probe 4 is detected by the strain gauge 17 as a sensor for detecting the force acting on the probe 4. Next, the details of the rotary drive unit 5 will be described with reference to FIG. 4. In FIG. 4, reference numeral 25 denotes a servomotor with an encoder, which is mounted via a mounting plate 27 so that its output shaft 26 is horizontal. It is attached to the outside of the side plate 29 of the case 28. A gear box 30 is provided inside the case 28. The output shaft 26 of the servo motor 25 and the coupling 3
A worm gear 36 composed of a worm 33 provided at the tip of an input shaft 32 and a worm wheel 35 provided at a tip of a vertical output shaft 34 connected via the first shaft 1 is disposed. The other end of the output shaft 36 is attached to the bottom of the base 6 via an appropriate bracket (not shown) via a coupling 37 and a bearing 39 incorporated in a top plate 38 of the case 28. It is connected to the rotating shaft 40. Accordingly, when the servo motor 25 rotates forward or backward, the entire translation drive unit 3 provided above the rotation drive unit 5 rotates on the base 1. In the gear box 30, the worm gear 36 is used as a power transmission mechanism. Instead, for example, a bevel gear can be used. And, by selecting the gears inside the gearbox 30,
The characteristics of the rotation drive unit 5 differ. That is, in order to realize the function of holding and fixing the external force on the work W by a simple control system, it is necessary to reduce the speed by the worm gear. Since the worm gear has no back drivability, the rigidity of the drive system can be regarded as infinite. On the other hand, in the case of deceleration by, for example, a bevel gear other than the worm gear, the drive system has a large output and high rigidity, and a holding / fixing function can be realized depending on control. By the way, when the gear ratio is 1: 1, direct drive is performed by the servomotor 25, and large output and high rigidity cannot be expected, but a drive system excellent in controllability is obtained. Next, the configuration of the control system of the flexible jig of the present invention and the control method for holding the workpiece W will be described.
This will be described with reference to FIG. This figure shows one touch finger 2
41 is a block diagram showing an input / output relationship between the controller and a computer as a control device, where 41 is a computer, 42 is a driver of the VCM 7, 43 is its control circuit, 44 is a driver of the servo motor 25, and 45 is an encoder of the servo motor 25. It is. [0020] Now, when the workpiece W is held (grasped) by the m Sawayubi 2, translation drive force of the i-th Sawayubi 2, the rotational driving force respectively f i, When n i, the workpiece W Can be expressed as T = JF. Here, F is the driving force f i , n i of the individual touch finger 2
Is a 2m × 1 dimensional vector consisting of
A 3 × 1 dimensional vector composed of three elements of the y direction and the rotational force (θ), and J indicates a 3 × 2 m dimensional matrix determined by the position of the contact point between each touch finger 2 and the work W. When the workpiece W is placed and held at a predetermined position, T = 0 is substituted in the above equation, and the probe 4 of each touch finger 2 is determined based on 0 = JF from the previously determined contact position. The values of the amount of movement and the grasping force (holding force) are determined, and the values are given from the computer 41 to the translation drive unit 3 and the rotation drive unit 5. At this time, the movement amount by the translation drive from the translation position detection sensor 16 and the movement amount by the rotation drive from the encoder 45 attached to the servo motor 25 are fed back to the computer 41. The holding force applied to the workpiece W by the translation drive is determined by detecting the amount of current output by the driver 42 of the VCM 7 by utilizing the fact that the translation drive is a direct drive by the VCM 7, and holding the output in proportion to the current. Detect force. Then, the holding force due to the rotation drive is detected from the amount of strain of the strain gauge base plate 18 obtained from the strain gauge 17 and is taken into the computer 41. The detected value of the holding force is compared with a command value of the holding force obtained in advance, and when a predetermined holding force is obtained, the computer 41 instructs each of the driving units 3 and 5 at the time. Is output, and the probe 4 of the touch finger 2 is fixed at the holding position. Note that an error in the holding posture generated when the workpiece W is grasped is clarified by a detection value from the contact angle detection sensor 20. The resultant force received by the work W and the touch finger 2 already shown
As is apparent from the relational expression T = JF with respect to the driving force, the driving force of the touch finger 2 can be three elements in order to hold the workpiece W in a plane. Is redundant. Since the flexible jig of the present invention includes three or more touch fingers 2, it has three translational driving force elements and three rotational driving force elements. That is, the flexible jig is redundant with respect to holding in a plane, and the translational driving force and the rotational driving force of each of the touch fingers 2 can be considered separately.
This can be said to be the most characteristic feature of the flexible jig of the present invention. That is, the relational expression T = JF becomes T = J A
Can be rewritten as F A + J L F L. Here, F A is the finger touch 2
Of represents m × 1-dimensional vector of the rotational driving force n i, F L represents a m × 1 dimensional vector of translation drive force f i for each finger touch 2. Since at least three driving force elements are present, if the touch finger 2 is arranged at an appropriate position, the work W can be grasped only by the translational driving force, and the work W can be grasped only by the rotational driving force. It is clear from the above equation that it is also possible to grasp. As described above, in the conventional jig, to hold and fix the work W, the work W
Although a jig corresponding to the above shape is required, the flexible jig having the above configuration can grip (hold) a work W having various planar shapes with one apparatus. In the above embodiment, since the worm gear 36 is used as the transmission mechanism for applying the rotational force of the servo motor 25 to the touch finger 2 in the rotary drive unit 5, only the rotational drive force of the rotary drive unit 5 is used. Therefore, when the work W is held, the worm gear 36 can hold the work W with infinite rigidity. That is, even when some external force is applied to the work W, the work W is held and fixed without changing its position and posture. However, this holds under the condition that the contact point between the workpiece W and the probe 4 does not slip. However, by taking the force in the rotational tangent direction detected by the strain gauge 17 into the computer 41 and controlling the translation driving force by the translation drive unit 3, the contact point can be prevented from slipping. At this time,
There is no need to control the rotational drive. That is, by controlling only the translation driving force, the work W can be fixed even when an external force is generated. Further, while holding the work W,
If the desired position / posture of the work W is obtained, the trajectory of the tip (contact portion) of the probe 4 can be obtained correspondingly. From the target trajectory, target inputs of the translation drive unit 3 and the rotation drive unit 5 of each touch finger 2 are obtained in the computer 41 and output. At the same time, the translation and rotation forces are detected from the sensors and taken into the computer 41 so that the internal force for holding the workpiece W continues to be generated, and are taken into the computer 41 so that the internal force does not become zero or less during the movement. , 5. Thereby, the workpiece W is arbitrarily positioned in the xy plane. [0028] The present invention is not limited to the above embodiments, Ru out be implemented with various modifications. For example , the drive source of the translation drive unit 3 may be a servomotor or an air cylinder instead of the VCM 7. That is, FIG.
An example in which a servo motor is used as a drive source is shown. In this figure, reference numeral 46 denotes a gear box mounted on the base 6, a servo motor 47 with an encoder is provided on the input shaft side, and y is provided on the output shaft side. Ball screw 48 is base 6 in the direction
It is provided so as to be held by a support table 49 placed on the base. Reference numeral 50 denotes a table in which a force detection sensor is incorporated at an upper portion. The table 50 engages with a ball screw 48, and moves forward or backward along a guide member 51 extending in the y direction by forward or reverse rotation of the ball screw 48. A probe shaft 13 is attached to the force detection sensor portion of the table 50 so as to extend in the y direction. Although not shown, the tip of the probe shaft 13 has a strain gauge 17 and its mounting plate 1 as shown in FIG.
8, furthermore, probe tip shaft 19, contact angle detecting sensor 2
Needless to say, there are provided a rotary shaft 21 and its rotating shaft 21, a contact plate bearing 22, bearings 23 installed above and below the contact plate bearing 22, and a contact plate 24 for mounting the contact plate bearing 22. Therefore, when the servo motor 47 rotates,
The ball screw 48 rotates around the y-axis via the gear box 46, and the table 50 moves in the y-direction with this rotation, whereby the probe shaft 13 moves in the y-direction. The force received by the probe 4 in the translation direction is equal to
Is detected by a force detection sensor incorporated in the
The detection of the position of the probe 4 is performed by an encoder attached to the servomotor 47. FIG. 7 shows an example in which air pressure is used as a driving source.
In this figure, reference numeral 52 denotes an air cylinder, which is held by a holding member 54 erected on the base 6 so that the cylinder shaft 53 is parallel to the y-axis. A translation position detection sensor 16 is provided on one end of the cylinder shaft 53, and a coupling 55 incorporating a force detection sensor is provided on the other end of the cylinder shaft 53. The probe shaft 13 is attached so as to extend in the y direction. In this case as well, similarly to the embodiment shown in FIG.
7, its mounting plate 18, and further the probe tip shaft 19,
Needless to say, a contact angle detecting sensor 20 and its rotary shaft 21, a contact plate bearing 22, bearings 23 installed above and below the contact plate bearing 22, and a contact plate 24 for mounting the contact plate bearing 22 are provided. Therefore, by sending air into the air cylinder 52, the cylinder shaft 53 moves in the y direction along the guide 56, and the probe shaft 13 moves in the y direction with this movement. The force received by the probe 4 in the translation direction is detected by a force detection sensor incorporated in the coupling 55, and the position of the probe 4 is detected by a translation position detection sensor 16. In the rotary drive unit 5, a bevel gear may be provided in the gear box 30. In this case, the gear ratio can be 1: N or 1: 1. The VCM 7 (illustrated in FIG. 2), the servomotor 47 (illustrated in FIG. 6), and the air cylinder 52 (illustrated in FIG. 7) are used. And worm gear 3
6 and the servomotor 25 and the bevel gear. In the case of the servomotor 25 and the bevel gear, there are a case of 1: N and a case of 1: 1. In the translation drive mechanism, the VCM
7 and the air cylinder 52, the force is small but the operation is quick, and with the servo motor 47, the force is large but the operation is slow. In the case of the rotary drive mechanism, when the servo motor 25 and the worm gear 36 and the servo motor 25 and the 1: N bevel gear are used, the force is large but the operation is slow.
In the case of using one bevel gear, the operation is quick although the force is small. Accordingly, flexible jigs having various characteristics can be obtained by appropriately combining the various translation driving mechanisms and the rotation driving mechanisms.
In the case of the configuration shown in the embodiment shown in FIG. 5, the work W can be quickly and reliably held and fixed at a predetermined position and posture, and an optimum jig used for assembling or the like can be obtained. As described above, according to the present invention,
As well as the conventional multi-fingered hand, it can not only have a function of positioning the holding component in any direction, but also can reliably hold and fix a versatile work having various planar shapes at a predetermined position and posture. . Therefore, the working efficiency at the time of assembly can be improved. Further, the configuration of the entire apparatus is simple, and the control is also simple.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係るフレキシブル治具の全
体構成を示す斜視図である。 【図2】前記フレキシブル治具の触指およびその並進駆
動部を示す斜視図である。 【図3】前記触指の先端部における構成を示す一部を断
面した部分拡大図である。 【図4】前記触指の回転駆動部を示す部分断面斜視図で
ある。 【図5】前記触指の制御関係を示すブロック図である。 【図6】本発明の他の実施例に係る並進駆動部を示す斜
視図である。 【図7】本発明のさらに他の実施例に係る並進駆動部を
示す斜視図である。 【符号の説明】 1…基盤、4…プローブ、6…ベース、20…接触角検
出用センサ、W…ワーク。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a flexible jig according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a touch finger of the flexible jig and a translation drive unit thereof. FIG. 3 is a partially enlarged view of a part of a configuration of a tip portion of the touch finger, showing a part thereof. FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view showing a rotation drive unit of the touch finger. FIG. 5 is a block diagram showing a control relationship of the touch finger. FIG. 6 is a perspective view showing a translation driving unit according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing a translation driving unit according to still another embodiment of the present invention. [Description of Signs] 1 ... base, 4 ... probe, 6 ... base, 20 ... contact angle detection sensor, W ... workpiece.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 3/06 303 B23Q 3/06 304 B23Q 3/18 B23P 19/00 304 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B23Q 3/06 303 B23Q 3/06 304 B23Q 3/18 B23P 19/00 304

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ワークが載置される水平な基盤の周囲
に、回転駆動部と、この回転駆動部の上方に設けられ、
かつ、前記基盤より上方において基盤に沿って回転する
ベースと、並進駆動部と、前記ベースとともに回転しか
並進駆動部により基盤に沿って並進するプローブと、
前記プローブの並進方向の保持力を検出する力検出セン
サと、プローブに作用する回転力を検出するセンサを備
えて構成された触手を不特定に3以上設け、前記力検出
センサから出力された保持力の検出値とプローブに作用
する回転力を検出する前記センサーから出力された保持
力の検出値とを予め求めた保持力の指令値と比較し、所
定の保持力が得られたとき、位置指令値が出力されてプ
ローブの保持位置を確保して、各プローブの先端で前記
ワークを保持・固定するように構成したことを特徴とす
るフレキシブル治具。
(57) [Claim 1] A rotary drive unit is provided around a horizontal base on which a work is placed , and provided above the rotary drive unit,
And a base for rotation along a foundation in above said base, a translation drive unit, a probe for translation along the base through rotation vital translation drive unit together with the base,
A force detection sensor for detecting a holding force of the probe in the translation direction;
And a sensor to detect the rotational force acting on the probe.
The force detecting device is provided with three or more tentacles,
Acts on the holding force detection value output from the sensor and the probe
Holding output from the sensor that detects the rotating force
The detected force value is compared with a previously determined holding force command value.
When a constant holding force is obtained, the position command value is output and the
A flexible jig configured to secure a lobe holding position and hold and fix the work at the tip of each probe.
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