JP4054956B2

JP4054956B2 - Compliance unit

Info

Publication number: JP4054956B2
Application number: JP2001371669A
Authority: JP
Inventors: 藤太平佐; 地博宮
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003170383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品組立ロボット等に取付けて、結合すべきワーク相互間の位置ずれや寸法公差等を吸収する場合などに使用されるコンプライアンスユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、産業用ロボットによる製品の自動組立作業等において、コンプライアンスユニットを使用してワーク相互間の位置的誤差を吸収する場合には、ロボットアーム（またはワークチャック手段）に取付けられるボディに対して、ワークチャック手段（またはロボットアーム）に取付けられるテーブルが、ボディとテーブルの中心軸線に対して直交し且つ互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向、及び上記中心軸線の周りのθ回転方向の３方向の自由度を有しているものを要求されることが多い。上記コンプライアンスユニットにおいては、作業を行う毎に毎回その誤差を吸収するタイプが今まで主流であったが、近年、最初の作業で位置的誤差を記憶して次の作業に生かすタイプも市場のニーズに適合するものとなっている。
【０００３】
このような位置的誤差を記憶するタイプのものにおいては、上記ボディに１つのシリンダを設け、このシリンダのピストンにより上記テーブルの中央部分を押圧させることにより、ボディとテーブルとの相対的な位置を固定することができる構成とし、これにより、位置的誤差の吸収により生じたボディとテーブルとの間の相互の位置ずれを記憶させるのが通常である。
しかしながら、この種のコンプライアンスユニットにおいては、通常、ピストンとテーブルとの接触は、平坦な面同士で行われることが前提となっているので、これらピストンとテーブルの各当接面を高精度で面接触するようにしなければ、図６に仮定的に示すように、ピストンＰの先端周縁上の１点Ａ_０での接触になってしまう可能性がある。なお、図６中、ｂは鋼球、ｇはそれを保持するガイド、ｔはテーブルを示している。
この場合、ピストンＰが回転可能であり、しかも、ピストンＰの先端のテーブルｔとの接触点Ａ_０が、該ピストンＰの中心軸線から離れているため、テーブルｔに作用する外力によってピストンＰが容易に回転し、テーブルｔの確実且つ安定的な固定が図れないことが考えられる。これは、ピストンが複数存在する場合も同様であり、いずれにしても、ボディとテーブルとの相対的な位置を正確に記憶させることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、上記Ｘ軸、Ｙ軸及びθ方向の３自由度のコンプライアンス機能を備えたコンプライアンスユニットにおいて、ボディとテーブルとの相対的な位置ずれを確実且つ正確に記憶させることができるものを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のコンプライアンスユニットは、相互に変位可能に連結したボディとテーブルとの間に、それらの中心軸線に対して直交し且つ互いに直交するＸ及びＹ軸方向と、上記中心軸線の周りのθ回転方向とについてのコンプライアンス機能を発揮するコンプライアンス機構を介在させ、上記ボディに複数のシリンダを設けて、それらのピストンの先端を、上記テーブルと一体的に結合されて上記コンプライアンス機構によりボディ内を移動する揺動板に対向させ、それらのピストンの先端に、各ピストンの中心軸線上の一点に向かって先細ることにより該揺動板に点接触する凸曲面状の移動拘束部をそれぞれ設けたことを特徴とするものである。
この場合、上記ボディにおけるテーブル側に、表裏両面が平行平面をなす環状のベース板を固定し、該ベース板の表裏両面を、それぞれ鋼球を保持したリテーナを介して、上記テーブル及びそれと一体的に結合した揺動板で挟持させることにより、コンプライアンス機構を構成したものとすることができる。また、上記各ピストンの両端周囲を他の部分よりも小径に形成して、その小径部分に環状に配列された複数の鋼球を配設し、各ピストンの上記小径部分の外周面を円環状のガイドに保持された上記鋼球によって支持させたものとすることができる。
【０００６】
上記構成を有するコンプライアンスユニットは、ボディに複数のシリンダを設けて、それらシリンダの各ピストンの先端に、各ピストンの中心軸線上で揺動板に点接触する凸曲面状の移動拘束部を設けたことにより、各ピストンが中心軸線周りで回転することなく上記テーブルを複数点で拘束することができるため、従来のようなピストンとテーブルとを面接触させる場合の弊害を伴うことなく、テーブルを確実に固定することができ、これにより、ボディとテーブルとの相対的な位置を安定的に固定して、その位置関係を正確に記憶させることができる。
【０００７】
さらに、上記課題を解決するため、本発明のコンプライアンスユニットは、相互に変位可能に連結したボディとテーブルとの間に、それらの中心軸線に対して直交し且つ互いに直交するＸ及びＹ軸方向と、上記中心軸線の周りのθ回転方向とについてのコンプライアンス機能を発揮するコンプライアンス機構を介在させ、上記ボディに複数のシリンダを設けて、それらのピストンの先端を、上記テーブルと一体的に結合されて上記コンプライアンス機構によりボディ内を移動する揺動板に対向させると共に、それらのピストンの先端に、該揺動板に点接触する凸曲面状の移動拘束部を設け、上記各ピストンの先端側の外周面を、ガイドに保持された複数の鋼球を転がり接触させることにより支持させ、上記移動拘束部を、上記ピストンの中心軸線と上記揺動板とが垂直に交わった状態における該ピストンと上記鋼球との接点と同じ高さであって、且つ該ピストンの中心軸線上にある一点を中心とする球面状に形成したことを特徴とするものである。
上記構成を有するコンプライアンスユニットは、上記移動拘束部の球面の中心位置と鋼球のピストンの支持位置との関係で、該移動拘束部の球面の中心は常に該移動拘束部と揺動板との接点の鉛直方向に位置するため、揺動板に外力が作用してもピストンに回転力が生じない。したがって、たとえピストンの中心軸線が揺動板に対して若干傾いたとしても、移動拘束板の球面が揺動板に接している場合には、揺動板に外力が作用することによるピストンの回転が抑制されて、ボディとテーブルとの相対的な位置を正確に記憶させることができる。
【０００８】
さらに、本発明においては、上記ボディとテーブルとの間に、コンプライアンス機構によって生じたそれら相互の位置ずれを原点位置に復帰させる原点復帰機構を備えたものとすることができ、この場合、上記原点復帰機構が、上記ボディまたはテーブルの何れか一方に設けられた鋼球と、その他方と一緒に変位するように設けられたボール受けと、上記鋼球を該ボール受けに圧嵌させる弾性手段との複数対で構成されたものとすることができ、または、上記ボディ及びテーブルと一緒に変位するように設けられ、相互に磁気的に吸引することより上記ボディとテーブルとを原点位置に引き戻す吸着部材とで構成されたものとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３は本発明のコンプライアンスユニットの第１実施例を示すもので、この実施例のコンプライアンスユニットは、ロボットアーム、またはエアチャックのようなワークチャック手段の何れか一方に取付けるためのボディ１と、他方に取付けるテーブル２とが相互に接合されたものである。
そして、上記ボディ１とテーブル２との間に、これらのボディ１及びテーブル２の中心軸線Ｌに対して直交し且つ互いに直交するＸ及びＹ軸方向と、上記中心軸線Ｌの周りのθ回転方向とについてのコンプライアンス機能を発揮するコンプライアンス機構３が介在されている。
【００１０】
上記テーブル２は、ワークチャック等に取付けるための円板状のテーブル本体４と、上記テーブル本体４より小径の円板状の揺動板５と、これらテーブル本体４及び揺動板５の中央部に介在させたスペーサ６とを備えている。なお、この実施例では、上記テーブル本体４及び揺動板５とを、スペーサ６の中心軸線を貫通するピン２ａによって相互に位置決めし、それらを一体的にボルト２ｂより一体的に結合している。
【００１１】
上記ボディ１は、ロボットアーム等に取付けるための円柱状をした第１ボディ部７と、ボディ１におけるテーブル２側（第１ボディ部７の下端側）に設けられた円筒状の第２ボディ部８とを有している。
上記第２ボディ部８は、上記テーブル２の揺動板５の上面側を、上記第１ボディ７に内蔵した後述するシリンダ１２Ａ，１２Ｂの各ピストン１４Ａ，１４Ｂの先端と対向する位置に保持した状態で、揺動板５及びスペーサ６をその中空部内において移動可能に収容するものである。
【００１２】
上記コンプライアンス機構３は、上記第２ボディ部８に固定的に取付けられ、上記テーブル本体４と第２ボディ部８に収容された上記揺動板５との間、即ちスペーサ６の中腹部分に位置するように配設された、表裏両面が平行平面をなす環状のベース板９と、該ベース板９の表裏面側にそれぞれ配設された複数の鋼球１０、及びそれらの鋼球１０を回転自在に保持する円環状のリテーナ１１とを備えている。上記ベース板９は、その内径が上記揺動板５の外径よりも小さく形成されていて、上記鋼球１０及びリテーナ１１を介して上記揺動板５及びテーブル本体４とで挟持された態様となっている。
上記鋼球１０は、上記ベース板９の表裏各面、上記揺動板５の下面側、及びテーブル本体４の上面側とにそれぞれ転がり接触しており、これらの鋼球１０の介在によってベース板９と揺動板５及びテーブル本体４とがＸ及びＹ軸、並びにボディ１とテーブル２の中心軸線Ｌの周りのθ回転方向に相対的に変位できるようになっている。この結果、ワーク等の位置的誤差が吸収されることとなる。
【００１３】
また、上記コンプライアンス機構３は、そのコンプライアンス機能によって生じたボディ１とテーブル２との相互の位置ずれを原点位置に戻すための原点復帰機構を有している。
この原点復帰機構は、図２に示すように、上記第１ボディ部７の下端側に設けられた復帰用の一対の鋼球２２，２２と、上記テーブル２の揺動板５の上面側に該揺動板５と一体に変位するように設けられた一対のボール受け２３，２３と、第１ボディ部７に設けられた、上記鋼球２２，２２を個別にボール受け２３，２３に押圧するための弾性手段としての一対のばね２４，２４とを備えている。
上記鋼球２２，２２及びばね２４，２４は、上記第１ボディ部７に、上記シリンダ１２Ａ，１２Ｂと干渉しないように配設され、また、鋼球２２，２２は上記揺動板５に対向するように第１ボディ部７の端面から突出可能な状態で設けられている。一方、上記各ボール受け２３，２３は、上記揺動板５の上面に各鋼球２２，２２と対応する位置に設けられていて、各ボール受け２３，２３は円錐状の受け面２３ａ，２３ａをそれぞれ有し、この受け面２３ａ，２３ａの中心に上記鋼球２２，２２を圧嵌させることによりボディ１とテーブル２の相互の位置ずれを原点に復帰させるようになっている。
【００１４】
上記ボディ１の第１ボディ部７には、内部に２つのシリンダ１２，１２が配設されていて、上記コンプライアンス機構３によってボディ１とテーブル２とが相対的に変位した場合に、テーブル２をその変位位置に固定して、ワークの位置的誤差を記憶させるのに使用されるものである。
上記シリンダ１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ第１ボディ部に設けられたシリンダ孔１３Ａ，１３Ｂと、該シリンダ孔１３Ａ，１３Ｂ内に摺動自在に嵌挿されたピストン１４Ａ，１４Ｂと、上記シリンダ孔１３Ａ，１３Ｂの上端側を気密に閉塞するヘッドカバー１５Ａ，１５Ｂと、これらヘッドカバー１５Ａ，１５Ｂと上記ピストン１４Ａ，１４Ｂとの間の圧力室１６Ａ，１６Ｂ内への圧縮流体の供給に供する給排ポート１７とを備えていて、上記給排ポート１７から圧縮流体を圧力室１６Ａ，１６Ｂ内に供給することにより、上記ピストン１４Ａ，１４Ｂの先端を揺動板５の方向に駆動するようになっている。なお、各シリンダ１２Ａ，１２Ｂの圧力室１６Ａ，１６Ｂは、流通路１８を通じて相互に連通していて、一方のシリンダ１２Ｂはこの流通路１８を介して圧縮流体の給排を行う構成となっている。
【００１５】
上記ピストン１４Ａ，１４Ｂは、その先端側に、中心軸線上の一点に向かって緩やかに先細る凸曲面状球面状の移動拘束部１９Ａ，１９Ｂを備えていて、各ピストン１４Ａ，１４Ｂが前進した場合に、各移動拘束部１９Ａ，１９Ｂがそれぞれの頂部で上記テーブル２の揺動板５の上面側を上記ベース板９に押し付け、揺動板５の移動を拘束するようになっている。
【００１６】
また、上記ピストン１４Ａ，１４Ｂの各外周面は、上下両端側が他の部分よりも小径に形成されていて、その小径部分に、環状に配列された複数の鋼球２０Ａ，２０Ｂと、それらの鋼球２０Ａ，２０Ｂを各ピストン１４Ａ，１４Ｂの小径部分の外周面に常に接触し且つ回転自在なように保持する円環状のガイド２１Ａ，２１Ｂとがそれぞれ配設されている。
上記鋼球２０Ａ，２０Ｂは、各ピストン１４Ａ，１４Ｂの小径部分の外周面、及びガイド部材２１Ａ，２１Ｂの内周面と常に転がり接触していて、これにより、各ピストン１４Ａ，１４Ｂのそれぞれの軸線が傾動することを抑止して、各ピストン１４Ａ，１４Ｂ先端の移動拘束部１９Ａ，１９Ｂが動いて揺動板５を一定位置で固定できなくなるのを防止している。
【００１７】
ピストン１４Ａ，１４Ｂの中心軸線が揺動板５上の鉛直線に対して傾いた状態になることもあり、図４は、ピストン１４Ａが傾いた状態を誇張して示すものである。
ここで、上記ピストン１４Ａの移動拘束部１９Ａは、上記図４に示すように、ピストン１４Ａの中心軸線と上記揺動板５とが垂直に交わった状態における該ピストン１４Ａと、該ピストン１４Ａの先端側の周りに配設した鋼球２０Ａとの接点と同じ高さであって、且つ該ピストン１４Ａの中心軸線上にある点Ｏ_１を中心とし、先端が揺動板５に接する半径Ｒ_１の球面状に形成するのが望ましい。
通常、揺動板５から水平方向の外力が作用した場合における上記ピストン１４Ａの中心軸線周りの回転力（モーメント）Ｔ_１は、上記点Ｏ_１から揺動板５上に垂下した垂線の交点と、ピストン１４Ａの先端と揺動板５との接点Ａ_１との間にずれ幅ｓ_１が生じた場合に発生し、その回転力は、テーブル２に外力Ｆ_１が作用した場合には、
Ｔ_１＝Ｆ_１ｓ_１
で表される。しかしながら、上述したように、移動拘束部１９Ａを、上記点Ｏ_１を中心として先端が揺動板５に接する半径Ｒ_１の球面状に形成した場合、図４に示すように、ピストン１４Ａが揺動板５に対して若干傾斜していても、常に、点Ｏ_１が揺動板５と移動拘束部１９Ａとの接点Ａ_１の鉛直線上に位置し、上記ずれ幅ｓ_１が０になるため、回転力Ｔ_１は０となる。
したがって、たとえピストン１４Ａの中心軸線が揺動板５上の鉛直線に対してα_１だけ傾いた状態で接し、且つ揺動板５に外力Ｆ_１が作用した場合であっても、ピストン１４Ａにその中心軸線周りの回転方向のモーメントが生じることはなく、これにより、ピストン１４Ａがシリンダ孔１３Ａ内で回転することが防止されるため、揺動板５を確実に且つ安定的に固定してその位置を正しく記憶することができる。
また、上記ピストン１４Ｂの移動拘束部１９Ｂも上記移動拘束部１９Ａと同様の構成となっていて、同様の作用、効果を発揮するため、説明は省略する。
なお、図６に示すものの場合、回転力Ｔ_０は、上記点Ｏ_０と接点Ａ_０との間にずれ幅ｓ_０が生じ、テーブルｔに外力Ｆ_０が作用した場合には、ピストンＰの直径をｄ、点Ｏ_０とテーブルｔとの距離をｈ、ピストンＰのテーブルｔに対する傾きをα_０とすると、上記点Ｏ_０と接点Ａ_０との間にずれ幅ｓ_０がｓ_０＝（１／２ｄ−ｈｔａｎα）で表されるため、
Ｔ_０＝Ｆ_０｛（１／２）ｄ−ｈｔａｎα｝
の式で表される。この場合、ｓ_０が０になる可能性は設計上きわめて乏しいため、ピストンＰには回転力Ｔ_０が作用することになる。
【００１８】
上記構成を有するコンプライアンスユニットは、図ワーク相互間の位置的誤差を吸収した際に、コンプライアンス機構３によってボディ１とテーブル２との間に相対的な位置ずれが生じるが、このとき、シリンダ１２Ａ，１２Ｂに圧縮流体を供給してピストン１４Ａ，１４Ｂを駆動させて揺動板５の移動を拘束することによりその位置のずれを記憶する。
この場合、ボディ１における第１ボディ部７に一対のシリンダ１２Ａ，１２Ｂを設け、それらシリンダ１２Ａ，１２Ｂの各ピストン１４Ａ，１４Ｂの中心軸線の傾動を抑制すると共に、それらのピストン１４Ａ，１４Ｂの先端に凸曲面状の移動拘束部１９Ａ，１９Ｂを設けて、該ピストン１４Ａ，１４Ｂの中心軸線上において揺動板５に圧接するようにしているので、揺動板５からピストン１４Ａ，１４Ｂの移動拘束部１９Ａ，１９Ｂに対しＸ−Ｙ方向の何れの方向に力が作用してもピストンが傾動しないばかりでなく、ピストン１４Ａ，１４Ｂがその中心軸線の周りで回転することもなく、そして、テーブル２の揺動板５を複数点で押圧して該テーブル２の動きを拘束することができるため、従来のようなピストンとテーブルとを面接触させる場合の弊害を伴うことなく、テーブル２を確実に固定することができ、これにより、ボディ１とテーブル２との相対的な位置を安定的に固定して、その位置位置関係を正確に記憶させることができる。
【００１９】
上記実施例のおいては、シリンダを２つ設けたものとしているが、２つに限らず３つ以上であってもよい。
また、この実施例では、ピストン１４Ａ，１４Ｂの外周面における上下両端側に鋼球２０Ａ，２０Ｂ、及びこれら鋼球２０Ａ，２０Ｂを保持するガイド２１Ａ，２１Ｂを配設して、各ピストン１４Ａ，１４Ｂの軸線が傾動するのを抑止するようにしているが、これらの鋼球２０Ａ，２０Ｂ及びガイド２１Ａ，２１Ｂは、ピストンがシリンダ孔内を傾動することなく摺動可能であるときには必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
上記実施例においては、原点復帰機構において、鋼球２２をばね２４の弾性力によってボール受け面２３に圧嵌しているが、鋼球２２をボール受け面２３に圧嵌させる手段としては、ばね以外の各種弾性手段、あるいは圧縮流体による作用力等、各種手段を用いることができる。
【００２１】
また、原点復帰機構は、上記実施例の構成のものに限らず、図５に示す第２実施例のように、磁石の磁気吸着力を利用した構成であっても良い。
即ち、上記第１実施例の鋼球２２、ボール受け２３、ばね２４に代えて、第１ボディ部７に一対のボディ側磁石２５Ａ，２５Ｂを、それらの磁性が相互に逆になるように配して、それぞれ磁性材料からなるホルダー２７Ａ，２７Ｂを介して非磁性材料からなる固定ピン２８Ａ，２８Ｂにより取付けると共に、テーブル２の揺動板５の上面側における該ボディ側磁石２５Ａ，２５Ｂと対向する位置に、そのボディ側磁石２５Ａ，２５Ｂの先端側の磁極と逆極性の磁極を先端に持つテーブル側磁石２６Ａ，２６Ｂを、同様に、それぞれ磁性材料からなるホルダー３０Ａ，３０Ｂを介して非磁性材料からなる固定ピン３１Ａ，３１Ｂにより取付けている。従って、このテーブル側磁石２６Ａ，２６Ｂは、テーブル２と一緒に変位することになる。この場合、第１ボディ部７の上面板を形成して上記固定ピン２８Ａ，２８Ｂを立設しているカバー３２及び上記固定ピン３１Ａ，３１Ｂを立設しているテーブル２の揺動板５は、それぞれ磁性材料により形成される。
上記構成を有する第２実施例の原点復帰機構では、対向する一対の磁石２５Ａと２６Ａ、及び他方の一対の磁石２５Ｂと２６Ｂ、並びに磁性材料からなる上記カバー３２及び揺動板５を通して磁力線が閉じられ、対向する磁石同士が磁気的に強く吸引されて揺動板５が原点位置に復帰する動作を行い、この結果、ピストンによる揺動板５の拘束が解除されたときにはボディ１とテーブル２との相互の位置ずれは原点位置に復帰されることとなる。
上記第２実施例の原点復帰機構では、複数対の磁石２６Ａ，２６Ｂ及び２６Ａ，２６Ｂを通る磁力線が１つの閉ループを形成するようにしているが、かかる構造に限ることなく、相互に磁気的に吸引することによりボディとテーブルを原点位置に引き戻す磁石等の吸着部材を用いることができる。
なお、図５の第２実施例においては、原点復帰機構に係る構成以外が基本的に前記第１実施例と同じであるため、主要部に同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明のコンプライアンスユニットによれば、ボディに複数のシリンダを設けて、それらシリンダの各ピストンの先端に凹曲面状の移動拘束部を設けたことにより、上記テーブルを複数点で拘束することができるため、従来のようなピストンとテーブルとを面接触させる場合の弊害を伴うことなくテーブルを確実に固定し、これにより、ボディとテーブルとの相対的な位置を安定的に固定して、その位置関係を正確に記憶させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンプライアンスユニットの断面図（図３のＡ−Ａ位置）である。
【図２】本発明のコンプライアンスユニットの、図１とは異なる位置（図３のＢ−Ｂ位置）での断面図である。
【図３】本発明のコンプライアンスユニットの第１ボディ部の底面図である。
【図４】本発明のコンプライアンスユニットのピストンにおける移動拘束部の説明図である。
【図５】図２と異なる原点復帰機構を備えた第２実施例を示す断面図である。
【図６】ピストンの先端を平面とした場合の説明図である。
【符号の説明】
１ボディ
２テーブル
３コンプライアンス機構
４テーブル本体
５揺動板
９ベース板
１０鋼球
１１リテーナ
１２Ａ，１２Ｂシリンダ
１４Ａ，１４Ｂピストン
１９Ａ，１９Ｂ移動拘束部
２０Ａ，２０Ｂ鋼球
２１Ａ，２１Ｂガイド
２２鋼球
２３ボール受け
２５Ａ，２５Ｂボディ側磁石
２６Ａ，２５Ｂテーブル側磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compliance unit which is attached to a product assembly robot or the like and used for absorbing a positional deviation or a dimensional tolerance between workpieces to be coupled.
[0002]
[Prior art]
For example, in the automatic assembly work of a product by an industrial robot, etc., when a positional error between workpieces is absorbed using a compliance unit, the body attached to the robot arm (or workpiece chuck means) The table attached to the work chuck means (or robot arm) has three directions, ie, an X-axis direction and a Y-axis direction perpendicular to the body and the central axis of the table and perpendicular to each other, and a θ rotation direction around the central axis. In many cases, those having a certain degree of freedom are required. In the above compliance unit, the type that absorbs the error every time the work is performed has been mainstream until now, but in recent years, the type that stores the positional error in the first work and uses it for the next work is also a market need. It is adapted to.
[0003]
In the type that stores such positional errors, the body is provided with a single cylinder, and the central portion of the table is pressed by the piston of the cylinder to thereby determine the relative position between the body and the table. In general, it is possible to store the mutual positional deviation between the body and the table caused by the absorption of the positional error.
However, in this type of compliance unit, it is usually assumed that the contact between the piston and the table is made between flat surfaces. unless in contact, as shown in hypothetical 6, there is a possibility that become contact at one point a ₀ on the tip periphery of the piston P. In FIG. 6, b represents a steel ball, g represents a guide for holding the steel ball, and t represents a table.
In this case, since the piston P can rotate and the contact point A ₀ with the table t at the tip of the piston P is away from the central axis of the piston P, the piston P is moved by the external force acting on the table t. It is considered that the table t can be easily rotated and the table t cannot be fixed reliably and stably. This is the same when there are a plurality of pistons, and in any case, the relative position between the body and the table cannot be stored accurately.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A technical problem of the present invention is that the relative displacement between the body and the table can be reliably and accurately stored in a compliance unit having a compliance function with three degrees of freedom in the X, Y, and θ directions. It is to provide what can be done.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a compliance unit according to the present invention includes a body and a table that are connected to each other so as to be displaceable, and an X- and Y-axis direction orthogonal to their central axes and orthogonal to each other, A compliance mechanism that exerts a compliance function with respect to the θ rotation direction around the central axis is interposed, and a plurality of cylinders are provided in the body, and the tip ends of the pistons are integrally coupled with the table to achieve the compliance. Convex curved movement restraint that makes point contact with the rocking plate by making the mechanism face the rocking plate moving in the body and tapering the tip of each piston toward one point on the central axis of each piston Each part is provided.
In this case, an annular base plate whose front and back surfaces are parallel to each other is fixed to the table side of the body, and the front and back surfaces of the base plate are integrated with the table and the same through retainers each holding a steel ball. The compliance mechanism can be configured by being sandwiched by a swing plate coupled to the. In addition, the circumference of both ends of each piston is formed to have a smaller diameter than the other part, and a plurality of steel balls arranged in an annular shape are arranged in the small diameter part, and the outer peripheral surface of the small diameter part of each piston is annular It can be supported by the steel balls held by the guide.
[0006]
In the compliance unit having the above-described configuration, a plurality of cylinders are provided in the body, and a convex curved movement restraining portion that makes point contact with the swing plate on the central axis of each piston is provided at the tip of each piston of the cylinder . As a result, the table can be restrained at a plurality of points without rotating each piston around the central axis , so that the table can be reliably secured without causing the disadvantages of the conventional surface contact between the piston and the table. Accordingly, the relative position between the body and the table can be stably fixed, and the positional relationship can be accurately stored.
[0007]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, the compliance unit of the present invention includes a body and a table that are connected to each other so as to be displaceable, and an X- and Y-axis direction orthogonal to their central axes and orthogonal to each other. In addition, a compliance mechanism that exhibits a compliance function with respect to the θ rotation direction around the central axis is interposed, a plurality of cylinders are provided in the body, and the tip ends of the pistons are integrally coupled to the table. The above-mentioned compliance mechanism is opposed to the rocking plates that move in the body, and at the tips of the pistons, a convex curved movement restraining portion that makes point contact with the rocking plates is provided. The surface is supported by rolling and contacting a plurality of steel balls held by the guide, and the movement restraining portion is moved to the center of the piston. In the state where the wire and the rocking plate intersect perpendicularly, it is the same height as the contact point between the piston and the steel ball, and is formed in a spherical shape centered on one point on the central axis of the piston It is characterized by this.
In the compliance unit having the above-described configuration, the center of the spherical surface of the movement restricting portion is always between the movement restricting portion and the swing plate because of the relationship between the center position of the spherical surface of the movement restricting portion and the support position of the piston of the steel ball. Since it is positioned in the vertical direction of the contact, no rotational force is generated in the piston even if an external force is applied to the swing plate. Therefore, even if the central axis of the piston is slightly inclined with respect to the swing plate, if the spherical surface of the movement restraint plate is in contact with the swing plate, the piston rotation due to the external force acting on the swing plate Is suppressed, and the relative position between the body and the table can be accurately stored.
[0008]
Further, in the present invention, it is possible to provide an origin return mechanism between the body and the table to return the mutual positional shift caused by the compliance mechanism to the origin position. A return mechanism, a steel ball provided on either the body or the table, a ball receiver provided so as to be displaced together with the other, and elastic means for press-fitting the steel ball to the ball receiver; Or a plurality of pairs, or provided so as to be displaced together with the body and the table, and attracting the body and the table back to the home position by magnetically attracting each other. It can be comprised with the member.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of a compliance unit according to the present invention. The compliance unit of this embodiment is a body to be attached to either a robot arm or a work chuck means such as an air chuck. 1 and the table 2 attached to the other are joined together.
And between the body 1 and the table 2, the X and Y axis directions orthogonal to and perpendicular to the central axis L of the body 1 and table 2, and the θ rotation direction around the central axis L A compliance mechanism 3 that exhibits a compliance function is interposed.
[0010]
The table 2 includes a disc-shaped table main body 4 to be attached to a work chuck or the like, a disc-shaped swing plate 5 having a smaller diameter than the table main body 4, and a central portion of the table main body 4 and the swing plate 5. And a spacer 6 interposed therebetween. In this embodiment, the table main body 4 and the swing plate 5 are positioned with respect to each other by a pin 2a penetrating the central axis of the spacer 6, and are integrally coupled by a bolt 2b. .
[0011]
The body 1 includes a columnar first body portion 7 to be attached to a robot arm or the like, and a cylindrical second body portion provided on the table 2 side of the body 1 (the lower end side of the first body portion 7). 8.
The second body portion 8 holds the upper surface side of the swing plate 5 of the table 2 at a position facing the front ends of pistons 14A and 14B of cylinders 12A and 12B, which will be described later, built in the first body 7. In this state, the oscillating plate 5 and the spacer 6 are movably accommodated in the hollow portion.
[0012]
The compliance mechanism 3 is fixedly attached to the second body portion 8 and is positioned between the table body 4 and the swing plate 5 accommodated in the second body portion 8, that is, in the middle part of the spacer 6. An annular base plate 9 in which both front and back surfaces are parallel planes, a plurality of steel balls 10 respectively disposed on the front and back sides of the base plate 9, and the steel balls 10 are rotated. And an annular retainer 11 that is freely held. The base plate 9 has an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the swing plate 5, and is sandwiched between the swing plate 5 and the table body 4 via the steel ball 10 and the retainer 11. It has become.
The steel balls 10 are in rolling contact with the front and back surfaces of the base plate 9, the lower surface side of the swing plate 5, and the upper surface side of the table body 4, and the base plate is interposed by the interposition of these steel balls 10. 9, the swing plate 5, and the table body 4 can be relatively displaced in the θ rotation direction around the X and Y axes and the central axis L of the body 1 and the table 2. As a result, the positional error of the workpiece or the like is absorbed.
[0013]
In addition, the compliance mechanism 3 has an origin return mechanism for returning the positional deviation between the body 1 and the table 2 caused by the compliance function to the origin position.
As shown in FIG. 2, the origin return mechanism has a pair of return steel balls 22, 22 provided on the lower end side of the first body portion 7 and an upper surface side of the swing plate 5 of the table 2. A pair of ball receivers 23, 23 provided so as to be displaced integrally with the swing plate 5 and the steel balls 22, 22 provided on the first body portion 7 are individually pressed against the ball receivers 23, 23. And a pair of springs 24, 24 as elastic means.
The steel balls 22 and 22 and the springs 24 and 24 are disposed in the first body portion 7 so as not to interfere with the cylinders 12A and 12B, and the steel balls 22 and 22 are opposed to the swing plate 5. Thus, the first body portion 7 is provided so as to protrude from the end surface. On the other hand, each of the ball receivers 23, 23 is provided on the upper surface of the swing plate 5 at a position corresponding to each of the steel balls 22, 22, and each of the ball receivers 23, 23 is a conical receiving surface 23a, 23a. The steel balls 22 and 22 are press-fitted into the centers of the receiving surfaces 23a and 23a, so that the positional deviation between the body 1 and the table 2 is returned to the origin.
[0014]
The first body portion 7 of the body 1 has two cylinders 12 and 12 disposed therein. When the body 1 and the table 2 are relatively displaced by the compliance mechanism 3, the table 2 is It is used to fix the displacement position and memorize the positional error of the workpiece.
The cylinders 12A and 12B include cylinder holes 13A and 13B provided in the first body part, pistons 14A and 14B slidably inserted into the cylinder holes 13A and 13B, and the cylinder holes 13A and 13B, respectively. Head covers 15A, 15B that hermetically close the upper end side of 13B, and supply / discharge ports 17 for supplying compressed fluid into the pressure chambers 16A, 16B between the head covers 15A, 15B and the pistons 14A, 14B are provided. In addition, by supplying compressed fluid from the supply / discharge port 17 into the pressure chambers 16A and 16B, the tips of the pistons 14A and 14B are driven in the direction of the swing plate 5. The pressure chambers 16A and 16B of the cylinders 12A and 12B communicate with each other through the flow passage 18, and one cylinder 12B is configured to supply and discharge the compressed fluid through the flow passage 18. .
[0015]
When the pistons 14A and 14B are provided with movement restraints 19A and 19B having convex curved spherical surfaces that gradually taper toward one point on the central axis on the tip side, the pistons 14A and 14B move forward. Further, each movement restraining portion 19A, 19B presses the upper surface side of the rocking plate 5 of the table 2 against the base plate 9 at the top, thereby restraining the movement of the rocking plate 5.
[0016]
Further, the outer peripheral surfaces of the pistons 14A and 14B are formed such that the upper and lower ends are smaller in diameter than the other parts, and a plurality of steel balls 20A and 20B arranged in an annular shape in the small diameter part and their steels. Circular guides 21A and 21B are provided, which hold the balls 20A and 20B in contact with the outer peripheral surfaces of the small diameter portions of the pistons 14A and 14B so as to be rotatable.
The steel balls 20A and 20B are always in rolling contact with the outer peripheral surfaces of the small diameter portions of the pistons 14A and 14B and the inner peripheral surfaces of the guide members 21A and 21B, whereby the respective axes of the pistons 14A and 14B. Is prevented from moving, and the movement restraining portions 19A, 19B at the tips of the pistons 14A, 14B are prevented from moving and the swing plate 5 cannot be fixed at a fixed position.
[0017]
Piston 14A, Ri mower that the center axis of the 14B is tilted with respect to the vertical line on the rocking plate 5, FIG. 4 shows an exaggerated state in which the piston 14A is tilted.
Here, as shown in FIG. 4, the movement restricting portion 19A of the piston 14A includes the piston 14A and the tip of the piston 14A in a state where the central axis of the piston 14A and the swing plate 5 intersect each other vertically. be the same height as the contact point between the steel ball 20A which is disposed around the side, and the O ₁ point in the center axis of the piston 14A as the center, the radius R ₁ of the tip is in contact with the swinging plate 5 It is desirable to form in a spherical shape.
Usually, the rotational force about the central axis of the piston 14A in the case where the action in the horizontal direction of the external force from the rocking plate 5 (moment) T ₁ is the intersection of a perpendicular line which is suspended on the rocking plate 5 from the point O ₁ , occurs when the width s ₁ deviation between the contact point a ₁ between the tip and the swing plate 5 of the piston 14A is generated, the rotational force, when the external force F ₁ acts on the table 2,
T ₁ = F ₁ s ₁
It is represented by However, as described above, if the movement restraining portion 19A, tip about said point O ₁ is formed in a spherical shape with a radius R ₁ that is in contact with the swinging plate 5, as shown in FIG. 4, the piston 14A GaYura be inclined slightly relative to the rotation plate 5 always since the point O ₁ is positioned on the vertical line of contact a ₁ of the swing plate 5 and the moving restraint portion 19A, the shift width s ₁ becomes 0 , the rotational force _{T 1} is zero.
Therefore, even if the central axis of the piston 14A is in contact in a state inclined by alpha ₁ relative to the vertical line on the rocking plate 5, and the rocking plate 5 when an external force F ₁ is applied, the piston 14A A moment in the rotational direction around the central axis is not generated, and this prevents the piston 14A from rotating in the cylinder hole 13A. Therefore, the swing plate 5 can be securely and stably fixed. The position can be stored correctly.
The moving restraint portion 19B of the piston 14B also has the same configuration as the mobile restraining portion 19A, the same effect, for effective, and a description thereof will be omitted.
In the case shown in FIG. 6, the rotational force T ₀ has a displacement width s ₀ between the point O ₀ and the contact A _0, and when the external force F ₀ acts on the table t, a diameter d, the point _{O 0} the distance between the table t h, when the inclination with respect to the table t of the piston P and alpha _0, the width _{s 0} misalignment between the point _{O 0} and the contact _{a 0} is _s 0 = ( 1 / 2d-htanα),
T ₀ = F ₀ {(1/2) d-htan α}
It is expressed by the following formula. In this case, since the possibility that s ₀ becomes 0 is extremely low in design, the rotational force T ₀ acts on the piston P.
[0018]
In the compliance unit having the above configuration, when the positional error between the workpieces is absorbed, the compliance mechanism 3 causes a relative displacement between the body 1 and the table 2. The displacement of the position is memorize | stored by supplying compressed fluid to 12B, driving piston 14A, 14B, and restraining the movement of the rocking | fluctuation plate 5. FIG.
In this case, a pair of cylinders 12A and 12B is provided in the first body portion 7 of the body 1, and the tilt of the central axes of the pistons 14A and 14B of the cylinders 12A and 12B is suppressed, and the tips of the pistons 14A and 14B are suppressed. Convex-curved movement restraining portions 19A, 19B are provided on the center of the piston 14A, 14B so as to be in pressure contact with the swinging plate 5, so that the movement restraint of the pistons 14A, 14B from the swinging plate 5 is restricted. The piston does not tilt when force is applied to the portions 19A and 19B in any of the X and Y directions, and the pistons 14A and 14B do not rotate around the central axis, and the table 2 Since the swing plate 5 can be pressed at a plurality of points to restrain the movement of the table 2, the conventional piston and the table are brought into surface contact with each other. The table 2 can be securely fixed without causing any adverse effects in the case where the body 1 and the table 2 are fixed. As a result, the relative position between the body 1 and the table 2 can be stably fixed, and the positional relationship can be accurately stored. Can be made.
[0019]
In the above embodiment, two cylinders are provided, but the number of cylinders is not limited to two and may be three or more.
In this embodiment, steel balls 20A and 20B and guides 21A and 21B for holding the steel balls 20A and 20B are arranged on both upper and lower ends of the outer peripheral surfaces of the pistons 14A and 14B. The steel balls 20A and 20B and the guides 21A and 21B are not necessarily provided when the piston is slidable without tilting in the cylinder hole. .
[0020]
In the above embodiment, in the origin return mechanism, the steel ball 22 is press-fitted to the ball receiving surface 23 by the elastic force of the spring 24. As a means for press-fitting the steel ball 22 to the ball receiving surface 23, a spring is used. Various means such as various elastic means other than the above, or acting force by the compressed fluid can be used.
[0021]
Further, the origin return mechanism is not limited to the configuration of the above embodiment, and may be a configuration using the magnetic attraction force of a magnet as in the second embodiment shown in FIG.
That is, instead of the steel ball 22, the ball receiver 23, and the spring 24 of the first embodiment, the pair of body side magnets 25A and 25B are arranged on the first body portion 7 so that their magnetism is opposite to each other. Then, they are attached by fixing pins 28A and 28B made of a nonmagnetic material through holders 27A and 27B made of a magnetic material, respectively, and face the body side magnets 25A and 25B on the upper surface side of the swing plate 5 of the table 2. In the same manner, table side magnets 26A and 26B having magnetic poles of opposite polarity to the magnetic poles on the front end side of the body side magnets 25A and 25B are similarly connected to nonmagnetic materials via holders 30A and 30B made of magnetic materials, respectively. It is attached by fixing pins 31A and 31B. Therefore, the table side magnets 26A and 26B are displaced together with the table 2. In this case, the cover 32 on which the fixing pins 28A and 28B are erected by forming the upper surface plate of the first body portion 7 and the swing plate 5 of the table 2 on which the fixing pins 31A and 31B are erected are , Each of which is formed of a magnetic material.
In the origin return mechanism of the second embodiment having the above configuration, the lines of magnetic force are closed through the pair of opposing magnets 25A and 26A, the other pair of magnets 25B and 26B, and the cover 32 and the swing plate 5 made of a magnetic material. The opposing magnets are magnetically attracted to each other and the swing plate 5 returns to the origin position. As a result, when the restraint of the swing plate 5 by the piston is released, the body 1 and the table 2 The mutual positional deviations of these are returned to the origin position.
In the origin return mechanism of the second embodiment, the magnetic lines of force passing through a plurality of pairs of magnets 26A and 26B and 26A and 26B form one closed loop. A suction member such as a magnet that pulls the body and table back to the original position by suction can be used.
In the second embodiment shown in FIG. 5, the configuration other than the configuration relating to the origin return mechanism is basically the same as that in the first embodiment.
[0022]
【The invention's effect】
According to the compliance unit of the present invention described in detail above, a plurality of cylinders are provided in the body, and a concave curved movement restraining portion is provided at the tip of each piston of the cylinders, so that the table is provided at a plurality of points. Because it can be constrained, the table is securely fixed without causing the harmful effects of conventional piston-table contact with the surface, thereby stably fixing the relative position of the body and the table. Thus, the positional relationship can be stored accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the compliance unit of the present invention (AA position in FIG. 3).
2 is a cross-sectional view of the compliance unit of the present invention at a position different from that in FIG. 1 (position BB in FIG. 3).
FIG. 3 is a bottom view of a first body portion of the compliance unit of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view of a movement restraining portion in the piston of the compliance unit of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment having an origin return mechanism different from FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram when the tip of the piston is a flat surface.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Body 2 Table 3 Compliance mechanism 4 Table main body 5 Oscillating plate 9 Base plate 10 Steel ball 11 Retainer 12A, 12B Cylinder 14A, 14B Piston 19A, 19B Movement restraint part 20A, 20B Steel ball 21A, 21B Guide 22 Steel ball 23 Ball Receiver 25A, 25B Body side magnet 26A, 25B Table side magnet

Claims

A compliance function between the body and the table, which are connected to each other so as to be displaceable, with respect to the X and Y axis directions perpendicular to each other and to each other, and the θ rotation direction around the center axis. Intervening a compliance mechanism to demonstrate,
A plurality of cylinders are provided in the body, and the tip ends of the pistons are opposed to a swing plate that is integrally coupled with the table and moves in the body by the compliance mechanism,
Protruding curved movement restraining portions that are point-contacted to the swing plate by tapering toward one point on the central axis of each piston are provided at the tips of the pistons, respectively.
A compliance unit characterized by this.

An annular base plate whose front and back surfaces are parallel planes is fixed to the table side of the body, and both the front and back surfaces of the base plate are integrally coupled to the table and the same through a retainer holding steel balls. A compliance mechanism was constructed by sandwiching with a rocking plate.
The compliance unit according to claim 1.

The periphery of both ends of each piston is formed to have a smaller diameter than the other part, and a plurality of steel balls arranged in an annular shape are disposed in the small diameter part, and the outer peripheral surface of the small diameter part of each piston is annular guide Supported by the steel balls held in the
The compliance unit according to claim 1 or 2, characterized in that

A compliance function between the body and the table, which are connected to each other so as to be displaceable, with respect to the X and Y axis directions perpendicular to each other and to each other, and the θ rotation direction around the center axis. Intervening a compliance mechanism to demonstrate,
A plurality of cylinders are provided in the body, and the tip ends of the pistons are opposed to a swing plate that is integrally coupled with the table and moves in the body by the compliance mechanism, and at the tip ends of the pistons, Providing a convex curved movement restraining portion that makes point contact with the swing plate,
The outer peripheral surface of the front end side of each piston is supported by rolling contact with a plurality of steel balls held by a guide, and the movement restraint portion is perpendicular to the central axis of the piston and the swing plate. Formed in a spherical shape with the same height as the contact point between the piston and the steel ball in a state and centered on one point on the central axis of the piston,
A compliance unit characterized by this.

Between the body and the table, equipped with an origin return mechanism that returns the mutual position shift caused by the compliance mechanism to the origin position,
The compliance unit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:

The origin return mechanism includes a steel ball provided on either the body or the table, a ball receiver provided so as to be displaced together with the other, and an elastic force for press-fitting the steel ball to the ball receiver. Composed of multiple pairs with means,
The compliance unit according to claim 5.

The origin return mechanism is provided so as to be displaced together with the body and the table, and is constituted by an attracting member that pulls the body and the table back to the origin position by magnetically attracting each other.
The compliance unit according to claim 5.