JP5706685B2 - コンプライアンス装置及びこれを備えたロボットアームの構造 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを保持するチャックを備えたロボットアーム等に用いて好適なコンプライアンス装置に関する。

従来より生産現場においてワークを製品に組み付ける工程の自動化には産業用ロボットや自動組立機械が使用されており、そのワークの位置やそれを組み付ける製品等の位置を検出するために各種センサが用いられている。また、そのようなセンサを省略するか或いは検出精度の要求を緩和するために、ワークの位置ずれを吸収する機構が用いられることもあり、一般にＲＣＣ装置(remote center compliance device)、コンプライアンス装置等と呼ばれている。

例えば特許文献１に記載されている部品組付装置は、ロボットアームの下端に柔構造の接続部材を介してチャックを吊り下げている。この接続部材は、上部プレートと下部プレートとが水平方向に容易に相対変位する構造であり、この変位によってワークの水平方向の位置ずれを吸収する。また、接続部材は、チャックの自重によって基準位置に留まるとともに、内部に高圧流体が注入されることによって、その基準位置に固定されるようになっている。

また、特許文献２に記載のコンプライアンス装置では、上部のロボットハンドに装着される第１ベースプレートの下方に、水平面内のｘ軸方向に移動可能に第２ベースプレートを配置し、その下方にｙ軸方向に移動可能に第３ベースプレートを配置し、その下方に鉛直軸回りのθ方向に回動可能に第４ベースプレートを配置し、その下部にフィンガモジュールを配置している。さらに、それら第１〜第４のベースプレートの間にはそれぞれ中立位置への復帰機構と保持機構とが設けられている。

それらの装置によれば、ロボットアームとこれにより保持されるワークとの間で、水平面内の任意の方向への相対変位が許容されることから、そのワークの水平方向の位置ずれを吸収して製品の所定箇所に組み付けることが可能になる。

特開２００６−２４７７８８号公報 特開２００７−２９６５８７号公報

しかし、前記従来例の装置はいずれも構成部品が多く、ワークを保持するチャックやフィンガユニット等を水平方向に変位可能とするための機構が複雑である。しかも、ワークを基準位置、中立位置に復帰させ、そこで固定するための専用の機器が付加されているから、装置全体が大型化し且つ高コストにならざるを得ない。

また、前記の装置はいずれも水平方向の相対変位は許容する一方で、鉛直方向の変位は許容しない。このため、鉛直方向の位置ずれがあるとき又は衝突時に、周辺装置やワークが大きな負荷を受けるおそれがある。また、例えばねじ締め作業のようにボルト（ワーク）を把持して、それを下方のねじ孔にねじ込んでゆく場合には、ボルトをその回転に同期させて、１回転毎に１ピッチだけ正確に下方に送り出す必要があり、これをロボットアームの動作のみにより実現しようとすると、制御が複雑化するという難がある。

本発明はかかる諸事情を鑑みてなされたもので、その目的は、ロボット等に用いるコンプライアンス装置を簡単な構造として低コスト化を図りつつ、ワークを対象物に向けて適度に押し出せるように構成することである。

前記の目的を達成すべく本発明は、ワークを保持する保持部と、前記保持部を支持する支持部との間に介在されて、両者間の位置ずれを許容するためのコンプライアンス装置を対象とする。そして、前記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、これら両ブラケット間に設けられ、その一方を貫通して当該一方のブラケットを他方のブラケットに対し近接／離遠するよう、移動可能に支持するガイドシャフトと、前記の両ブラケットに互いに離遠するように付勢力を付加する付勢手段と、を備えるとともに、前記ガイドシャフトの少なくとも一部に括れ部を設け、ここにおいて前記一方のブラケットがガイドシャフトの軸心に対し垂直な方向にも変位可能となるように構成した。

かかる構成のコンプライアンス装置によれば、まず、ワークを保持する保持側のブラケットと、これを支持する支持側のブラケットとが、ガイドシャフトに沿って相対変位可能になっており、その変位可能な方向についての位置ずれや衝突に起因する過負荷からの保護が図られている。また、その変位可能な方向に前記支持側のブラケットから保持側のブラケットに加わる付勢力によって、この保持側のブラケット及びワークが押し出されるようになるから、例えばボルトであるワークをねじ孔に向けて回転させるだけで、このワークを１回転毎にねじピッチだけ送り出して、ねじ込むことができる。

また、前記ガイドシャフトは、前記一方のブラケットに挿通された側の端部において当該一方のブラケットの前記貫通孔の周縁部に当接して当該一方のブラケットの端部からの落脱を阻止するストッパ部と、前記ストッパ部と連なる少なくとも前記一方のブラケットの厚み分の範囲に形成され前記貫通孔と略同じ直径の同形部と、前記同形部よりも前記他方のブラケット側の少なくとも一部に形成された前記同形部よりも小径の括れ部とを有している。この括れ部において一方のブラケットがガイドシャフトの軸心に対し垂直な方向にも変位可能であるから、この一方のブラケットと他方のブラケットとの位置ずれが許容され、ワークの位置ずれが吸収される。括れ部を設ける範囲を大きめに設定すれば、一方のブラケットはガイドシャフトに対し斜めにもなり、このことによってもワークの位置ずれが吸収される。

つまり、本発明のコンプライアンス装置によれば、簡単な構造でワークの位置ずれを吸収できるとともに、このワークを製品等の対象物に向けて適度な力で押し出せるようになり、ロボット等によってワークを送り出す動作は不要になるか、或いはその送り出しの精度についての要求が緩和される。

一方のブラケットがガイドシャフトのストッパ部に当接した状態で、一方のブラケットの貫通孔とガイドシャフトの同形部とが合致することで、ガイドシャフトとブラケットとの位置決めがなされる。

なお、前記ガイドシャフトの同形部がブラケットの貫通孔と略同じ外形である、というのは、ガイドシャフトの同形部が貫通孔と相似形状であって且つ僅かに小さく、それらが合致した状態ではスムーズに摺動可能な程度の隙間が形成されることを意味する。

その場合に前記ガイドシャフトの括れ部には、前記同形部から徐々に外形が小さくなるようにテーパ状の部分を設けてもよい。こうすれば、前記のように一方のブラケットがガイドシャフトのストッパ部に当接し、その同形部において位置決めされている状態と、その括れ部において位置ずれが許容される状態との間で、ガイドシャフトに沿ってスムーズに移動可能になる。よって、コンプライアンス装置は、ワークの位置決め状態とその位置ずれを吸収する状態とにスムーズに切替わる。さらに、前記一方のブラケットの移動に対して減衰力を付加するように、例えば粘性ダンパや摩擦ダンパ等の減衰手段を設けてもよい。

前記の付勢手段としてはコイルばねや板ばね、ゴムのような弾性体を用いる以外にも、エアシリンダのような伸縮機構を用いてもよい。低コスト化のためには例えばコイルばねをガイドシャフトに外挿してもよい。この場合、ガイドシャフトが挿通される一方のブラケットの貫通孔にはフランジ付きのブッシュを内挿して、そのフランジをコイルばねの受け座として機能させてもよい。

こうした場合はブッシュの筒孔の大きさが貫通孔の大きさであり、これとガイドシャフトの同形部の外形とが略同じになる。ブッシュの材質を摩擦係数の低いものにすれば、ガイドシャフトの摺動状態がよりスムーズになる。また、フランジに当接するコイルばねの端部との摺動もスムーズになる。長時間の使用によってブッシュが摩耗した場合は、それだけを交換すればよい。

また、低コスト化のために前記ガイドシャフトをボルトによって構成し、このボルトに螺合させたナットを前記ストッパ部としてもよい。ガイドシャフトは１本或いは２本でもよいが、括れ部においてブラケットが傾くことを考慮して、３本のガイドシャフトを互いに略平行に且つ略等間隔に配置してもよい。３本のガイドシャフトのそれぞれに同じ仕様のコイルばねを外挿すれば、ブラケットの傾きを抑えることができる。

さらに、付勢手段として前記のようにガイドシャフトにコイルばねを外挿する構成には限定されず、ガイドシャフトとは別個にコイルばね、板ばね、ゴム弾性体等のばね部材を設けてもよい。ばね部材として、その撓み量の増大に連れてばね定数が高くなるものを用いてもよく、この場合、巻き線の太さやピッチが変化するプログレッシブ・コイルばねを用いてもよいし、複数のばね部材を組み合わせてプログレッシブ特性を得るようにしてもよい。

前記のようなコンプライアンス装置は例えば産業用ロボットのアームに用いて好適であり、このアームの先端にワークを保持するためのチャックが取り付けられている場合に、そのチャックとの間も含めたアームの少なくとも一部分に、前記のコンプライアンス装置を配設すればよい。

見方を変えれば本発明は、ワークを保持するチャックが取り付けられたロボットアームの少なくとも一部分に、その前後の位置ずれを許容すべく前記のコンプライアンス装置を配設した構造に関するものである。

以上より、本発明に係るコンプライアンス装置は、一対のブラケットとガイドシャフトと付勢手段とからなる簡単な構造であり、低コスト化に有利であるとともに、このコンプライアンス装置をロボットや自動組立機械等に用いれば、ワークを位置決めして保持することも、その位置ずれを吸収することもでき、ワーク押し当て時の過負荷から保護される。さらに、ワークを対象物に向けて適度に押し出すこともできるから、ロボットアーム等によってワークを送り出す動作が不要になるか、或いはその送り出しの精度についての要求が緩和される。この結果、ロボット等の制御を簡略化することも可能になる。

本発明に係るコンプライアンス装置をアームの手首に装着したロボットの一例を示す斜視図である。 同コンプライアンス装置単体を拡大して斜め上から見た斜視図である。 同コンプライアンス装置について、(a)は位置決め状態を、(b)はフローティング状態を、それぞれ示す説明図である。 ボルトのねじ込み作業におけるコンプライアンス装置の動作を示す説明図であり、(a)はボルトをねじ孔に挿入する際を、(b)はねじ込む際を、それぞれ示す。 ボルトのピックアップにおける図４相当図であり、(a)は位置ずれのあるボルトのピックアップ直前を、(b)は位置ずれの修正動作を、それぞれ示す。 長短二つのコイルばねを一組で用いた他の実施形態に係る図２相当図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係るコンプライアンス装置が装着されるロボットの一実施の形態を示す斜視図であり、このロボット１に装着する前のコンプライアンス装置を拡大して示したのが図２である。図３は、コンプライアンス装置を側方から見て、その位置決め状態とフローティング状態とをそれぞれ簡略化して描いた説明図である。

−ロボットの構成例−
図１に示すロボット１はいわゆる多関節型のもので、床などに固定される固定部２と、その上部において鉛直軸線ａの周りに旋回（矢印Ａで示す）可能なベース部３と、このベース部３の上部に順次、取り付けられた第１及び第２アーム部４，５とを備えている。第２アーム部５の先端部５ａには手首部６が取り付けられ、この手首部６にコンプライアンス装置７を介してチャック８（保持部）が取り付けられている。

すなわち、前記ベース部３の上部には、左右一対の支持壁部３ａが設けられ、それらに挟まれた状態で第１アーム部４の基端部が水平軸線ｂの周りに回動可能に支持されている。これにより第１アーム部４は、矢印Ｂで示すように上下に傾倒可能になっている。また、第１アーム部４は、基端部の左右両側から延びる一対の板状部材からなり、その間に第２アーム部５の基端部を軸線ｃの周りに回動可能に支持している。これにより第２アーム部５も上下方向に傾倒（矢印Ｃ）可能になっている。

第２アーム部５の先端には、その長手方向の軸線ｄの周りに回動（矢印Ｄ）可能な状態で二股状の先端部５ａが設けられており、その間に円柱状の手首部６が軸線ｅの周りに回動（矢印Ｅ）可能に支持されている。その手首部６の先端、すなわち図の左手前寄りの端部に、コンプライアンス装置７を介してチャック８が取り付けられている。チャック８はコンプライアンス装置７と共に、例えば手首部６に内蔵した電動モータの作動により軸線ｆの周りに回動（矢印Ｆ）可能になっている。

なお、図１において符号９は、チャック８に把持（保持）されているワークであって、一例としてボルトを示している。このボルト９は、その下方に位置する製品１０の上面のねじ孔１０ａにねじ込まれる。この例では、ねじ孔１０ａの上端縁にテーパ状の拡径部が形成されている。

−コンプライアンス装置の構成−
この実施形態ではコンプライアンス装置７は、前記のロボット１のチャック８と手首部６（支持部）との間に介設されていて、両者間の位置ずれを許容することにより、チャック８に保持されているワーク（ボルト９）の位置ずれを吸収する。以下にその構造について詳細に説明する。

図２に拡大して示すように、この実施形態のコンプライアンス装置７は、チャック８の取り付けられる一方のブラケット７０（図では下方に位置し、以下では下ブラケットという）と、ロボットアームの手首部６に取り付けられる他方のブラケット７１（図では上方に位置し、以下では上ブラケットという）とを備えている。図の例では両ブラケット７０，７１はいずれも概略三角形状の板部材であり、中央に丸穴７０ａ，７１ａが開口している。これらの丸穴７０ａ，７１ａには、チャック８のモータに電力を供給するケーブル等が挿通される。

図の例では、下ブラケット７０の中央の丸穴７０ａは、上ブラケット７１の丸穴７１ａに比べて大径であり、これを囲むように複数のボルト孔７０ｂ（図の例では４つ）が形成されている。図示しないが、これらのボルト孔７０ｂに挿入されるボルトによって、下ブラケット７０の下部にチャック８が締結される。同様に上ブラケット７１にも中央の丸穴７１ａを囲むように複数のボルト孔７１ｂが形成されている。なお、図の例では８つのボルト孔７１ｂが示されているが、そのうちの６つには上ブラケット７１をロボット１の手首部６に締結するためのボルトが挿入され、残りの２つには位置決めのためのピンが挿入される。

そして、前記のブラケット７０，７１同士はその間に設けられた３本のガイドシャフト７２によって連結されている。これらの各ガイドシャフト７２は、上端部が上ブラケット７１に固定される一方、下端側は下ブラケット７０を貫通して、当該下ブラケット７０を上下にスライド可能に支持している。また、各ガイドシャフト７２にはコイルばね７３（付勢手段）が外挿されていて、両ブラケット７０，７１に対し上下に離遠するよう押圧力を付加している。

なお、図２には、３本のガイドシャフト７２及びコイルばね７３のうち、図の手前の２本のみが示されていて、図の奥にある１本のガイドシャフト７２及びコイルばね７３は、上ブラケット７１に隠れている。また、説明の便宜上、図の手前右側のガイドシャフト７２については隠れている部分も破線で示すとともに、これに外挿されているコイルばね７３は途中で切り欠いて示している。

詳しくは図３(a)に断面で示すように、両ブラケット７０，７１には、概略三角形状の頂部に対応する３カ所に１つずつ貫通孔７０ｃ，７１ｃが形成されており、その各々にガイドシャフト７２の端部が挿入されている。上下のブラケット７１，７０のそれぞれにおいて、３つの貫通孔７１ｃ，７０ｃは中央の丸穴７１ａ，７０ａを囲んで円周方向に互いに１２０度間隔で形成されており、３本のガイドシャフト７２は互いに略平行に且つ等間隔に並んでいる。なお、図３においては説明の便宜上、下ブラケット７０の断面に現れる２本のガイドシャフト７２のみを示している。

一例としてガイドシャフト７２はリーマボルトであり、その軸部が上ブラケット７１の貫通孔７１ｃに付け根まで圧入されている。上ブラケット７１の上面に位置するリーマボルトの頭部は、上方から押さえ板７４によって押さえられている。この押さえ板７４は、外形が上ブラケット７１と同じ概略三角形状であり、その内部に大きな丸穴７４ａが開口することによって異形のリング状とされている。押さえ板７４は、ガイドシャフト７２の両側においてボルト７５により上ブラケット７１に締結されている。

一方、下ブラケット７０の貫通孔７０ｃには、この例ではフランジ付きブッシュ７６が上方から挿入され、その筒孔内に前記ガイドシャフト７２が摺動自在に挿通されている。ブッシュ７６は、一例として潤滑油を分散させた樹脂材により形成されており、高い摺動性を有している。ブッシュ７６のフランジ部７６ａは、下ブラケット７０の上面における貫通孔周縁部を覆って、その上面に当接するコイルばね７３の下端を受け止める受け座として機能している。

また、前記ブッシュ７６を突き抜けて下方に突出するガイドシャフト７２の下端部には雄ねじが形成されており、ここにナット７７が螺合されている。このナット７７は、下ブラケット７０の下面における貫通孔７０ｃの周縁部に下方から当接し、下ブラケット７０がガイドシャフト７２から脱落することを阻止するストッパとして機能している。つまり、下ブラケット７０は、図３に白抜きの矢印で示すように、ガイドシャフト７２によって上下に（上ブラケット７１に対し近接／離遠するように）スライド（移動）可能に支持されていて、コイルばね７３の押圧力により下方に付勢され、ナット７７に押し当てられている。

この状態で下ブラケット７０の貫通孔７０ｃ（ブッシュ７６の筒孔）内に位置しているのは、ガイドシャフト７２を構成するリーマボルトの軸部であり、この部分の直径はブッシュ７６の筒径と略同じである。両者の間にガタはなく、スムーズに摺動可能な程度の隙間が形成されている。言い換えると、ガイドシャフト７２においてナット７７の螺合される下端部の近傍、例えば下ブラケット７０の厚み分の範囲には、下ブラケット７０の貫通孔７０ｃ（この例ではブッシュ７６の筒孔）と略同じ直径の同径部７２ａ（同形部）が設けられている。

そのため、前記のようにコイルばね７３の押圧力を受けて下方のナット７７に押し当てられている下ブラケット７０は、その貫通孔７０ｃがブッシュ７６を介してガイドシャフト７２の同径部７２ａと合致することにより、位置決めされる（位置決め状態）。すなわち、下ブラケット７０がガイドシャフト７２を介して上ブラケット７１に対し、ひいてはロボット１の第２アーム部５に対して位置決めされる。これにより、チャック８に保持されているボルト９の位置決めがなされる。

その位置決めの精度は、下ブラケット７０の貫通孔７０ｃに挿入されているブッシュ７６の筒孔とガイドシャフト７２の同径部７２ａとの隙間によって決まるが、この実施形態ではブッシュ７６に高い摺動性を持たせているので、両者間の隙間を小さく設定することができる。隙間は例えば数百ミクロンから大きくても数ミリ程度に設定すればよい。

また、この実施形態のガイドシャフト７２には、前記の同径部７２ａの上方に連なって相対的に小径となるように括れ部７２ｂが形成されており、ここにおいては下ブラケット７０が水平方向（ガイドシャフト７２と直交する方向）にも変位可能になる。すなわち、図３(b)に示すように下ブラケット７０が上方に変位して、その貫通孔７０ｃ（ブッシュ７６）がガイドシャフト７２の括れ部７２ｂを包含する状態では、それらの間に例えば数ミリ程度の隙間が形成される。このとき、下ブラケット７０は、いわばガイドシャフト７２から浮き上がったフローティング状態になる。

フローティング状態では、前記の括れ部７２ｂと貫通孔７０ｃ（ブッシュ７６）との隙間の範囲で、図に矢印Ｓで示すように下ブラケット７０がガイドシャフト７２に対し水平方向に変位可能になるとともに、同じく矢印Ｒで示すように揺動して斜めにも変位可能になる。つまり、コンプライアンス装置７の上下のブラケット７０，７１間で水平方向及び水平軸周りの位置ずれが許容され、これにより、チャック８に保持されているボルト９の位置ずれが吸収される。

この実施形態では一例として、リーマボルトの軸部における中央から先端側にかけての所定範囲を切削加工し、この範囲において漸進的に外径が変化して、中央で最も縮径するように括れ部７２ｂを形成している。図の例ではガイドシャフト７２の括れ部７２ｂは、同径部７２ａから上方に向かって徐々に外径が小さくなるテーパ状の部分と、下ブラケット７０の厚み程度の長さに亘って略一定の最小径に保たれる部分と、これに続いて上方に向かい徐々に外径が拡大するテーパ状の部分とからなる。なお、最小径の部分の長さは、下ブラケット７０の厚みよりも大きくしてもよい。

こうしてガイドシャフト７２の同径部７２ａから括れ部７２ｂの最小径部にかけて外径が徐々に変化することから、その同径部７２ａにおける位置決め状態と括れ部７２ｂにおけるフローティング状態との間で、下ブラケット７０はスムーズにスライド可能になっている。つまり、コンプライアンス装置７は、ワークであるボルト９の位置決め状態とその位置ずれを吸収する状態とにスムーズに切替わることになる。

なお、前記括れ部７２ｂよりも上方においてガイドシャフト７２は、リーマボルトの本来の軸部によって構成されている。この本来の軸部の太さは、コイルばね７３の巻き線の内周との隙間があまり大きくならないように設定されており、これによりコイルばね７３の伸縮動作がスムーズに行われる。図の例よりもさらに隙間が小さくなるように、リーマボルトの軸径とコイルばね７３の内径とを概ね同じくらいに設定してもよい。

−コンプライアンス装置の動作−
次に、上述したロボット１のチャック８に把持したボルト９を、製品１０のねじ孔１０ａにねじ込むときのコンプライアンス装置７の動作について図４を参照して説明する。同図(a)はボルトをねじ孔に挿入するときを、また、(b)はねじ込むときをそれぞれ模式的に示している。

まず、前記の図１に示すようにロボット１のアームによって、そのチャック８に把持したボルト９を製品１０のねじ孔１０ａの上方に位置づける。その後、ロボット１のアームの動作によってチャック８を下降させるが、このときに例えば製品１０の設置場所が少しずれていて、その上面に開口するねじ孔１０ａに対しボルト９の位置がずれていると、図４(a)に模式的に示すように、ボルト９がねじ孔１０ａから水平方向に（図の例では右側に）ずれてしまう。

そうして位置のずれたまま下降するボルト９の先端は、ねじ孔１０ａの上端の拡径部に当接して、当該ねじ孔１０ａの軸心寄り（図の左側）に案内されることになる。このとき、ロボットアームの下降動作に伴いボルト９は上向きの反力を受けるので、コンプライアンス装置７において下ブラケット７０が上方に押圧され、前記図３(b)のように上方に変位してフローティング状態になる。これにより下ブラケット７０の上ブラケット７１に対する図の左側への変位、及び左側への揺動が許容される。

つまり、ボルト９のねじ孔１０ａに対する位置ずれがコンプライアンス装置７によって吸収され、図４(b)のようにボルト９がねじ孔１０ａに挿入される。この状態でロボット１のアームを少しずつ下降させながら、その手首部６の電動モータによりコンプライアンス装置７及びチャック８を回転させて、ボルト９をねじ孔１０ａにねじ込んでゆく。このときにボルト９は、コンプライアンス装置７からの押圧力を受けて適度に押し出され、１回転毎にねじピッチ分だけ下降してゆく。よって、ロボットアームの動作だけで、チャック８を下降させる速度とボルト９の回転速度とを正確に対応させる必要はなく、場合によってはロボットアームは下降させなくてもよい。

次に、前記ボルト９のねじ込みに先立って、ボルト９をピックアップするときのコンプライアンス装置７の動作について図５を参照して説明する。同図(a)は、位置のずれているボルトを把持（ピックアップ）する直前を、また、(b)は把持動作による位置ずれの修正を、それぞれ示す。

まず、予め決められた位置に置かれているボルト９をピックアップするために、ロボット１のアームの動作によってチャック８を上方からボルト９に近づける。このとき、図５(a)に示すようにチャック８は開かれていて、その爪の範囲内にボルト９が含まれているが、その位置はチャック８の中心からずれている。また、コンプライアンス装置７には上下方向の外力は加わっておらず、前記図３(a)の位置決め状態になっている。

ここからチャック８の閉じ動作によって爪が中心に寄っていくと、これに接触したボルト９が、図５(b)のように図の右側に移動してチャック８の中心に位置づけられる。このときコンプライアンス装置７は位置決め状態になっていて、上ブラケット７１と下ブラケット７０との間で位置ずれは許容されないから、チャック８の中心に位置づけられたボルト９は、ロボット１の手首部６の中心線上に位置する。つまり、ボルト９の位置ずれを修正して適切な位置で保持することができる。

以上のように、この実施形態のロボット１にはアームの手首部６とチャック８との間にコンプライアンス装置７が介設されており、それが位置決め状態にあればワーク（ボルト９）を適切に位置決めして保持することができる。一方、ワークの位置ずれ等に起因して外力を受けると、コンプライアンス装置７がスムーズにフローティング状態に切替って、その位置ずれを吸収するようになる。

また、コンプライアンス装置７は、コイルばね７３の押圧力によってワークを対象物に向けて適度に押し出すことができるから、例えばボルト９をねじ孔１０ａにねじ込むときにロボット１のアームの動作は、ボルト９をねじ孔１０ａに向けて回転させるか、これに加えて大まかに送り出すだけでよく、その回転に同期させて正確にボルト９を送り出す、という高精度の制御は必要ない。つまり、制御の簡略化が図られる。

さらに、そうしてワークを送り出すためのコイルばね７３の押圧力は、そのコイルばね７３の仕様を変更するだけで容易に変えることができるから、例えばワークの大きさや重さ、対象物との相互の位置関係、必要な押し付け力等々、作業の目的や条件に応じて好ましいコイルばね７３の仕様を選定することにより、前記した効果を最大限に得ることができる。

このように優れた性能、機能を有するコンプライアンス装置７は、上下一対のブラケット７０，７１とガイドシャフト７２とコイルばね７３からなる簡単な構造であり、低コスト化にも有利である。特にこの実施形態ではガイドシャフト７２を汎用のリーマボルトによって構成することで、コストのさらなる低減が図られている。

−その他の実施形態−
上述した実施形態の説明はあくまで例示に過ぎず、本発明、その適用物またはその用途を何ら制限するものではない。例えば、上述の実施形態においてコンプライアンス装置７は、３本のガイドシャフト７２にそれぞれコイルばね７３を外挿して、上下のブラケット７０，７１間に押圧力を加える付勢手段を構成しているが、これに限ることはない。

すなわち、ガイドシャフト７２の本数は３本に限らず、１本若しくは２本としてもよい。但し、下ブラケット７０と上ブラケットとの傾斜を抑えるという観点からは３本以上とするのが好ましい。前記実施形態のように３本のガイドシャフト７２を互いに略平行に且つ等間隔に配置し、それぞれに同じ仕様のコイルばね７３を外挿すれば、下ブラケット７０を上ブラケット７１と平行に保つ上で有利である。

これに対し、敢えて異なる仕様のコイルばねを用いて、それらのばね力の合計である付勢力に異方性を持たせてもよい。例えば１つのコイルばねのばね定数を、他のコイルばねに比べて低くすれば、そのばね定数の低いコイルばねの方に下ブラケット７０が傾きやすくなるから、この下ブラケット７０の傾きやすい方向を、ワークの位置決め精度の要求の緩い方向に合わせてもよい。

或いは、複数のコイルばねの仕様は同じとしながら、それらを外挿するガイドシャフトのレイアウトに工夫をして、前記と同様の効果を得るようにしてもよい。例えば、位置決め精度の要求の厳しい方向にはガイドシャフト同士の間隔を広くし、要求の緩い方向については間隔を狭くしてもよい。

また、前記の実施形態ではガイドシャフト７２を汎用のリーマボルトによって構成し、これに螺合するナット７７によって下ブラケット７０のストッパを構成しているが、ガイドシャフト７２はリーマボルトに限られないし、その形状も丸棒状には限定されず、例えば角柱等としてもよい。この場合には下ブラケット７０の貫通孔７０ｃも円形断面ではなく、ガイドシャフト７２の外形に対応する断面形状となる。なお、ガイドシャフト７２の同形部の外形は貫通孔７０ｃと同じになるが、括れ部の外形は異なっていてもよい。

さらに、付勢手段としては例えばブラケット７０，７１の間に、それらの丸穴７０ａ，７０ｂと同心状に大径のコイルばねを介設してもよいし、上下のブラケット７０，７１の間に板ばねを介設してもよい。或いは両ブラケット７０，７１の間にゴム弾性体を介在させてもよいし、エアシリンダを用いてもよい。

また、付勢手段として、撓み量の増大に連れてばね定数の高くなるプログレッシブ特性のばね部材を用いてもよい。例えば、図６に示すように長短、２つのコイルばね７８，７９を一組にして用いれば、長い方のコイルばね７８だけが圧縮されているときのばね定数は低くなり、短い方のコイルばね７９も圧縮されるとステップ状にばね定数が立ち上がるようになる。

或いは、図示は省略するが、巻き線の太さやピッチが変化する、いわゆる不等ピッチのコイルばね（プログレッシブ・コイルばね）を用いてもよい。この場合、巻き線ピッチの狭いところではその太さを細くする等、コイルばねの巻き線の太さも異ならせてもよい。

さらに、図示は省略するが、上下のブラケット７０，７１の間に、両者の相対的な移動に対して減衰力を付加するように、例えば粘性ダンパや摩擦ダンパのような減衰手段を設けてもよい。こうすれば、例えばワークに加わる外力が急激に低下して、下ブラケット７０が下方に押し出され、ナット７７に衝突することがあってもその衝撃が緩和され、あまり大きくはならない。

さらにまた、本発明に係るコンプライアンス装置は、前記実施形態のようにロボットアームの手首部６とチャック８との間に介設するだけでなく、図１のロボット１であれば、例えば第２アーム部５とその先端部５ａとの間に介設してもよい。さらにはロボットアームに限定されず、それ以外の種々の自動組立機械にも本発明に係るコンプライアンス装置を適用することができる。

以上の如く、本発明に係るコンプライアンス装置は、簡単な構造で低コスト化が可能である上に、ワークを対象物に向けて適度に押し出しながら位置ずれも補償できるもので、ロボットのアーム等に用いて好適である。

１ ロボット
６ アームの手首部（支持部）
７ コンプライアンス装置
７０ 下ブラケット（一方のブラケット）
７１ 上ブラケット（他方のブラケット）
７２ ガイドシャフト（リーマボルト）
７２ａ 同径部（同形部）
７２ｂ 括れ部
７３ コイルばね（付勢手段）
７６ フランジ付きブッシュ
７６ａ フランジ
７７ ナット（ストッパ部）
８ チャック（保持部）
９ ボルト（ワーク）

Claims (9)

1. ワークを保持する保持部と、前記保持部を支持する支持部との間に介在されて、両者間の位置ずれを許容するためのコンプライアンス装置であって、
   前記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、
   前記両ブラケット間に設けられ、その一方のブラケットに設けられた貫通孔を貫通して、当該一方のブラケットを他方のブラケットに対し近接／離遠するよう、移動可能に支持するガイドシャフトと、
   前記両ブラケットに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は、前記一方のブラケットを突き抜けて突出する端部に形成され前記貫通孔の周縁部に当接して当該一方のブラケットからの落脱を阻止するストッパ部と、前記ストッパ部と連なる少なくとも前記一方のブラケットの厚み分の範囲に形成され前記貫通孔と略同じ直径の同形部と、前記同形部よりも前記他方のブラケット側の少なくとも一部に形成された前記同形部よりも小径の括れ部とを有し、この括れ部において前記一方のブラケットが前記ガイドシャフトの軸心に対し垂直な方向にも変位可能に構成したことを特徴とするコンプライアンス装置。
2. 前記ガイドシャフトの前記括れ部には、前記同形部から徐々に外形が小さくなるテーパ状の部分が設けられている、請求項１に記載のコンプライアンス装置。
3. 前記一方のブラケットの移動に対して減衰力を付加する減衰手段が設けられている、請求項１又は２に記載のコンプライアンス装置。
4. 前記ガイドシャフトには付勢手段としてコイルばねが外挿されており、
   前記一方のブラケットの前記貫通孔にはフランジ付きのブッシュが内挿されていて、そのフランジに前記コイルばねの一方の端部が当接している、請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置。
5. 前記ガイドシャフトがボルトによって構成され、このボルトに螺合されたナットによって前記ストッパ部が構成されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置。
6. 前記ガイドシャフトは３本とされ、互いに略平行に且つ略等間隔に配置されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置。
7. 前記付勢手段がばね部材からなり、前記ばね部材は、その撓み量の増大に連れてばね定数が高くなるものである、請求項１〜６のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置。
8. 前記保持部がロボットアームに取り付けられたチャックを含み、そのロボットアームの少なくとも一部分に配設されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置。
9. ワークを保持するチャックが取り付けられたロボットアームの少なくとも一部分に、その前後の位置ずれを許容するために、前記請求項１〜８のいずれか１つに記載のコンプライアンス装置が配設されていることを特徴とするロボットアームの構造。
   

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