JPH0469185A - 支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 部品把持部材に少なくとも鉛直平面内での垂直方向の自
由度とその鉛直平面に直交する軸線回りでの自由度とを
与えるように該部品把持部材を支持するためのコンプラ
イアンス機構を持つ支持装置に関し、 コンプライアンス機構および把持部材の設計条件を事実
上排除し得る支持装置を提供すること目的とし、 かかる支持装置において、部品把持部材の鉛直方向重量
を相殺する重量相殺手段を設けたことを特徴とする支持
装置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は部品把持部材に少なくとも鉛直平面内での垂直
方向の自由度とその鉛直平面に直交する軸線回りでの自
由度とを与えるように該部品把持部材を支持するための
コンプライアンス機構を持つ支持装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、種々の製造ラインでロボットによる製品の組立が
行われており、このような製品組立１こは例えばピン部
品を孔内に挿入させる挿入作業が伴い得る。ピン部品と
その挿入孔との公差が数μｍないし数十μｍである場合
には、当然ロボットにも同程度の位置決め精度が要求さ
れることになる。

しかしながら、−船釣には、市販のロボットの分解能す
なわち位置決め精度は数十μｍ程度であり、このため公
差が数十μｍ以下である場合にはかかる挿入作業は不可
能となる。この場合、ロボットにティーチングを行って
ピン部品の挿入作業を行わせることも考えられるが、か
かる精度のティーチング作業を目測で行うことはきわめ
て困難である。また、ロボットのアーム端の座標を絶対
座標で指定して駆動させることも考えられるが、市販の
ロボットの絶対位置決め精度はＱ、１ｍｍ程度であるの
で、数μｍないし数十μｍの公差でのピン部品の挿入作
業を行うことはできない。

そこで、従来では、ロボットのアーム端に受動的コンプ
ライアンス機構を組み込むことによって、上述したよう
な高精度での挿入作業を実現化している。

詳述すると、第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ）に例示す
るように、従来では、ロボットのアーム１０の先端には
コンプライアンス機構１２が組み込まれ、このコンプラ
イアンス機構１２を介して把持部材（所謂ハンド）１４
がアーム１０の端部に保持される。アーム１０の端部に
はコンプライアンス機構１２の収容する収容部１６が形
成され、コンプライアンス機構１２は収容部１６の底部
に張設さ、れた十字形板ばね要素１２ａと、この十字形
板ばね要素１２Ｈの中心箇所から吊下された第１の矩形
状プレート要素１２ｂと、この第１の矩形状板要素１２
ｂの一方の対向側辺から吊下する一対の板ばね要素１２
Ｃと、この一対の板ばね要素１２Ｃに下端に取り付けら
れた第２の矩形状プレート要素１２ｄとからなる。この
ような構成のコンプライアンス機構１２によれば、把持
部材１４には鉛直平面内での水平方向の自由度およびそ
の鉛直平面に直交する軸線回りでの自由度が与えられる
ことになる。すなわち、把持部材１４は一対の板ばね要
素１２Ｃの変形によって鉛直平面内で水平方向に変位自
在となり、また十字形板ばね要素１２ａの変形によって
該鉛直平面に直交する軸線回りで変位自在となる。把持
部材１４は第２の矩形状プレート要素１２ｄの中心箇所
に取り付けられ、それは一対の把持爪要素１４ａと、こ
の一対の把持爪要素１４ａを互いに接近あるいは離間さ
せるように駆動させる駆動部１４ｂとから構成される。

駆動部１４ｂには例えばラック／ピニオン機構および駆
動モータが内蔵され、これにより一対の把持爪要素１４
ａが互いに接近あるいは離間するように駆動される。

第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ）では、一対の把持爪要
素１４ａによって把持されたピン部品Ｐをロボットの駆
動制御により挿入孔Ｈ内に挿入させる例が示されている
。図示するように、ピン部品Ｐの挿入側先端縁および挿
入孔Ｈの入口縁にはそれぞれテーパ面Ｐｔが形成され、
挿入孔Ｈｔへのピン部品Ｐの挿入時にそれらテーパ面Ｐ
ｒおよびＨｔが係合して該ピン部品Ｐを挿入孔Ｈ内に導
くように案内することになる。なお、挿入孔Ｈは例えば
適当な製品のフレーム等に形成されたものである。

第３図（ａ）には、ピン部品Ｐが挿入孔Ｈに対して整合
状態でアクセスされた例が示され、この場合にはピン部
品Ｐは何等の支障なく挿入孔Ｈに挿入され得る。しかし
ながら、上述したように、ロボットの位置決め精度が数
十μｍで、ピン部品Ｐと挿入孔Ｈとの公差が数μｍ　（
なお、第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ）では、ピン部品
手と挿入孔Ｈとの直径差は図示の都合上便宜的に大きく
されている）である場合には、かかる整合状態が得られ
ることはきわめて稀であり、通常は第３図（ｂ）あるい
は第３図（Ｃ）に示すようにピン部品Ｐは挿入孔Ｈに対
して非整合状態でアクセスされる。第３図（ｂ）には、
ピン部品Ｐは挿入孔Ｈに対して水平方向にずれた状態で
アクセスされる例が示されているが、この場合にはピン
部品Ｐが挿入孔Ｈのテーパ面Ｈｒの片側から力を受けて
コンプライアンス機構１２の一対の板ばね要素１４Ｃが
変形し、これにより挿入孔Ｈへのピン部品Ｐの挿入が可
能となる。また、第３図（Ｃ）には、ピン部品Ｐは挿入
孔Ｈに対して角度的にずれた状態でアクセスされる例が
示されているが、この場合にはピン部品Ｐが挿入孔Ｈの
テーパ面Ｈ２との係合によって回転力を受けてコンプラ
イアンス機構１２の十字形板ばね要素１４ａが変形し、
これにより挿入孔Ｈへのピン部品Ｐの挿入が可能となる
。更に、ピン部品Ｐが挿入孔Ｈに対して水平方向にもま
た角度的にもずれたとしても、ピン部品Ｐは挿入孔Ｈの
テーパ面Ｈ２との係合によってその挿入可能位置に位置
補正されることになる。第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ
）では、ピン部品Ｐの挿入側先端縁と挿入孔Ｈの入口縁
との双方にテーパ面が形成されたが、そのうちのいずれ
−か一方だけにテーパ面が形成される場合でも同様であ
る。

以上に述べたように、ロボットの位置決め精度がピン部
品とその挿入孔との公差よりも粗い場合でも、ロボット
のアーム端に受動的コンプライアンス機構を組み込むこ
とによって、挿入孔へのピン部品の挿入作業を確実に行
うことが可能となる。

なお、ピン部品Ｐと挿入孔Ｈのテーパ面Ｈｒとの係合は
０．３ないし数ｍｍ程度の位置決め精度で達成し得るか
ら、数十μｍの位置決め精度を持つロボットであれば、
ピン部品Ｐと挿入孔Ｈのテーパ面Ｈｔ　との係合は確実
に得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ）で示した例
では、鉛直方向の挿入孔にピン部品を鉛直方向から挿入
する場合について説明したが、水平方向の挿入孔にピン
部品を水平方向から挿入しようとする場合、コンプライ
アンス機構および把持部材の設計条件は大巾に制限され
ることになる。この点について以下に詳述する。

第４図には第３図（ａ）ないし第３図（Ｃ）に示したも
のと同様な構成を持つコンプライアンス機構１２および
把持部材１４が示され、その相違点は第３図（ａ）ない
し第３図（Ｃ）ではコンプライアンス機構１２および把
持部材１４は垂直方向に配列されるのに対して、第４図
ではコンプライアンス機構１２および把持部材１４は水
平方向に配列されるという点にだけある。なお、コンプ
ライアンス機構１２は収容枠体１８の底部に十字形板ば
ね１２ａを介して取り付けられ、収容枠体１８は支持ブ
ラケット２０によってロボットのアーム１０の端部に支
持される。要するに、第４図では、把持部材１４には鉛
直平面内での垂直方向の自由度とその鉛直平面に直交す
る軸線回りでの自由度とが与えられ、これにより水平方
向の挿入孔Ｈへのピン部品Ｐの挿入が行い得ることにな
る。しかしながら、第４図に示すように、コンプライア
ンス機構１２の十字形板ばね１２ａおよび一対の板ばね
要素１２Ｃが把持部材１４の重量によって変形されて第
２の矩形状プレート要素１２ｄが収容枠体１８の底部側
に当接した場合には、上述したような把持部材１４の自
由度が確保されなくなり、その結果水平方向の挿入孔Ｈ
へのピン部品Ｐの挿入は行い得ないことになる。したが
って、把持部材１４に鉛直平面内での垂直方向の自由度
とその鉛直平面に直交する軸線回りでの自由度とを保証
するためには、以下の２つの式が満たされなければなら
ない。

藺＞　Ｋ、　　ｘ　ｌ、　　　　　　　　・・・　０Ｍ
　＜　（Ｋ２　Ｘ　Ｓ２）／Ｌ２　　　−・・　　■こ
こで、 （Ｋｇ／ｃｍ） Ｌｌ：　コンプライアンス機構１２の垂直方向変位限界
（ｃｍ） Ｋ、：　コンプライアンス機構１２の回転剛性（Ｋｇｃ
ｍ／ｒａｄ） Ｓ２：　コンプライアンス機構１２０回転変位限界（ｒ
ａｄ） し２：　コンプライアンス機構１２の中心と把持部材１
４との重心間距離（Ｃ（１１） なお、式■が把持部材１４に鉛直平面内での垂直方向の
自由度を保証するための条件であり、また式■が該鉛直
平面に直交する軸線回りでの自由度を保証する条件であ
ることは明らかであろう。

式■および■から明らかなように、把持部材１４の自由
度を保証するためにはその重量を軽くしなければならな
い。また、挿入孔Ｈへのビン部品Ｐの挿入時に該ピン部
品Ｐに加わる垂直方向の力をできるだけ小さ（するため
には、式■のに１の値をできるだけ小さくしなければな
らないが、この値を小さくすればする程、把持部材１４
の重量を軽くしなければならない。要するに、第４図に
示すような構成においては、コンプライアンス機構およ
び把持部材の設計条件が厳しく、それを実用化すること
はきわめて難しい。

したがって、本発明の目的は部品把持部材に少なくとも
鉛直平面内での垂直方向の自由度とその鉛直平面に直交
する軸線回りでの自由度とを与えるように該部品把持部
材を支持するためのコンプライアンス機構を持つ支持装
置であって、コンプライアンス機構および把持部材の設
計条件を事実上排除し得る支持装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、部品把持部材に少なくとも鉛直平面内
での垂直方向の自由度とその鉛直平面に直交する軸線回
りでの自由度とを与えるように該部品把持部材を支持す
るためのコンプライアンス機構を持つ支持装置において
、該部品把持部材の鉛直方向重量を相殺する重量相殺手
段が設けられていることが特徴とされる。

〔作用〕

本発明による支持装置にあっては、部品把持部材の鉛直
方向重量を相殺する重量相殺手段が設けられるので、コ
ンプライアンス機構の設計については部品把持部材の鉛
直方向重量を配慮する必要がなくなる。

〔実施例〕

次に、添付図面の第１図および第２図を参照して、本発
明による支持装置の実施例について説明する。

第１図（ａ）および第１図（社）に示す支持装置は第４
図に示したものと同様な構成な持つものであり、同様な
構成要素については同じ参照記号が用いられている。す
なわち、コンプライアンス機構１２および把持部材１４
の構成自体は第４図（または第３図（ａ）ないし第３図
（Ｃ））の場合と同様であり、またコンプライアンス機
構１２をロボットのアーム１０の端部に支持させる構成
も第４図の場合と同様である。したがって、同じ参照記
号で示される構成要素の説明については上述の説明を援
用することする。

第１図（ａ）および第１図（５）に示す支持装置は把持
部材１４の鉛直方向重量を相殺する重量相殺手段２２を
具備している点を特徴とし、この重量相殺手段２２は本
実施例では定張力スプリング要素２２ａから構成される
。定張力スプリング要素２２ａは鋼製の長尺ス）　ＩＪ
ツブとして形成され、その一端は支持ブラケット２０の
上面に設置された軸要素２２ｂに取り付けられてぜんま
い状に巻き付けられ、その他端は支持ブラケット２０に
形成された貫通スロワ）２０ａを貫通させられて把持部
材１４の駆動部１４ｂの上面に連結片２２Ｃによって連
結される。

軸要素２２ｂに対する定張力スプリング要素２２ａの巻
付は量を大きくすることによって、把持部材１４の垂直
方向の変位範囲内で定張力スプリング要素２２Ｈのばね
力を実質げに一定とすることが可能であるので、そのば
ね力を把持部材１４の鉛直方向重量と釣り合わせること
によって、その鉛直方向重量が相殺され得ることになる
。すなわち、把持部材１４が第１図（ａ）に示す位置か
ら垂直方向下向きにあるいは垂直方向上向きに変位させ
られたとしても、定張力スプリング要素２２Ｈのばね力
は変化することはなく、そのばね力と把持部材１４の鉛
直方向重量との釣合い関係は維持される。したがって、
コンプライアンス機構１２の設計条件を把持部材１４の
重量によって制限されることなく自由に設定し得る。な
お、本実施例では、定張力スプリング要素として、ぜん
まい状に巻き付けた鋼製ストリップが使用されたが、そ
の他のタイプのものを用いられ得ることは言うまでもな
い。

また、第１図（ａ）および第１１！Ｉ（ｂ）に示す支持
装置は把持部材１４を必要に応じて不動状態とするため
の釈放可能なロック手段２４を具備している点も特徴と
し、このロック手段２４は本実施例では一対の空気作動
式シリンダ２４ａから構成され、各空気作動式シリンダ
２４ａはロックピン２４ｂを内蔵する。第１図（ｂ）か
ら明らかなように、一対の空気作動式シリンダ２４ａは
支持ブラケット２０の土壁部の両側から吊下された支持
板２４ｃに取り付けられ（なお、第１図（ａ）では、図
示の複雑化を避けるために空気作動式シリンダ２４ａお
よび支持板２４ｃは省略されている）、このとき各空気
作動式シリンダ２４ａのロックピン２４ｂは該当支持体
２４Ｃを貫通させられる。一方、把持部材１４の駆動部
１４ｂの側壁にはロックピン２４ｂの先端と係合し得る
ようになった凹部１４Ｃが形成され、空気作動式シリン
ダ２４Ｈの作動時、すなわちそこに圧縮空気がパイプ２
４ｄによって供給されたとき、ロックピン２４ｂが突出
させられて、その先端が該当凹部１４ｃと係合させられ
、これにより把持部材１４は不動状態にロックされるこ
とになる。

把持部材１４がビン部品を把持して挿入準備位置までロ
ボットのアーム１０によって移動させられる間、把持部
材１４に振動が垂じることになるが、ロック手段２４の
作動により把持部材１４をロック状態すなわち不動状態
にすることができるので、かかる把持部材１４の振動は
阻止され得る。

把持部材１４がビン部品Ｐを把持して挿入準備位置まで
移動させられたとき、把持部材１４のロック状態を解除
することによってビン部品Ｐの挿入作業に速やかに移行
することが可能となる。なお、把持部材１４がビン部品
Ｐを把持して挿入準備位置まで移動させられも、把持部
材１４が振動している場合には、その振動が静まるまで
、ビン部品Ｐの挿入作業は待たなければならない。

第２図（ａ）および第２図（ｂ）を参照すると、本発明
による支持装置の別の実施例が示され、この支持装置も
把持部材１４の鉛直方向重量を相殺する重量相殺手段２
６を具備している点を特徴とし、この重量相殺手段２６
は本実施例では支持ブラケット２０に対してピボット軸
２６ａで枢支されたレバー部材２６ｂからなる。レバー
部材２６ｂはピボット軸２６ａすなわち枢支点から反対
方向に延びるアーム部分２６ｂ１および２６ｂ２を備え
、その一方のアーム部分２６ｂ１には一対のリンク要素
２８を介して把持部材１４の鉛直方向重量が作用させら
れ、またその他方のアーム部分２６ｂ２にはその鉛直方
向重量を相殺するようなカウンタウェイト３０が取り付
けられる。第２図ら）から明らかなように、一対のリン
ク要素の一端はアーム部分２６ｂｌの端部に挿通された
シャフト２８ａの両端に枢着され、また一対のリンク要
素の他端はそれぞれ把持部材１４の駆動部１４ｂの側壁
部にピボット軸２８ｂに枢着される。また、第２図（ａ
）から明らかなように、アーム部分２６ｂ２は支持ブラ
ケット２０の垂直壁部に形成されら開口部２０ｂを貫通
させられ、その開口部２０ｂはア−ム部分２６ｂ２に対
して充分な大きさとされ、これによりレバー部材２６ｂ
はそのピボット軸２６ａを中心として所定の範囲内で揺
動し得ることになる。

このような実施例においても、第１図（ａ）およびで、
コンプライアンス機構１２の設計条件を把持部材１４の
重量によって制限されることなく自由に設定し得る。

また、第１図（ａ）および第１図（ｂ）に示した実施例
の場合と同様に、第２図（ａ）および第２図（ハ）に示
した支持装置においても、把持部材１４は釈放可能なロ
ック手段３２によって必要に応じて不動状態とされる。

ロック手段３２は支持ブラケット２０の垂直壁部に取り
付けられた空気作動式シリンダ３２ａから構成され、こ
の空気作動式シリンダ３２ａはロックピン３２ｂ（第２
図（５））を内蔵する。

空気作動式シリンダ３２ａの作動時、そのロックピン３
２ｂは突出させられ、その先端がレバー部材２６ｂのア
ーム部分２６ｂ２の側面に形成された凹部２６Ｃと係合
させられ、これによりレバー部材２６がロックされて、
把持部材１４が不動状態となる。なお、ロック手段３２
が上述のロック手段２４と同様な機能を果たすことは言
うまでもない。

以上述べた実施例では、コンプライアンス機構の構成要
素の一部として十字形板ばね要素および一対の板ばね要
素を用いたが、その他の弾性体例えばクロロプレンゴム
等の合成ゴム等を用いてコンプライアンス機構を構成す
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上の記載から明らかなように、本発明による支持装置
においては、コンプライアンス機構の設計条件は把持部
材の重量によって制限されないので、コンプライアンス
機構の設計上の自由度が拡大される。その結果、水平方
向の挿入孔にピン部品等を水平方向から挿入させる挿入
作業を市販のロッポトよって確実に達成させ得ることに
なる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）は本発明による支持装置の一実施例を示す
側面図、第１図（社）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ線に沿っ
て見た平面図、第２図（ａ）は本発明による支持装置の
別の実施例を示す側面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
の■−■線に沿って見た平面図、第３図（ａ）、第３図
（ｂ）および第３図（Ｃ）はロボットのアーム端に受動
的コンプライアンス機構を組み込むことによって垂直方
向の挿入孔にピン部品を垂直方向から挿入する際の挿入
作業の従来例を説明するための説明図、ロボットのアー
ム端に設けられた把持部材の支持装置を示す側面図、第
４図は本発明によって解決すべき課題を説明するための
説明図であって、ロボットのアーム端に設けられた把持
部材の支持装置を示す側面図である。 １０・・・ロボットのアーム、 １２・・・コンプライアンス機構、 １４・・・把持部材、　　　　１８・・・収容枠体、２
０・・・支持ブラケット、 ２２・２６・・・重量相殺手段、 ２４・３２・・・ロック手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、部品把持部材（１４）に少なくとも鉛直平面内での
   垂直方向の自由度とその鉛直平面に直交する軸線回りで
   の自由度とを与えるように該部品把持部材（１４）を支
   持するためのコンプライアンス機構（１２）を持つ支持
   装置において、前記部品把持部材（１４）の鉛直方向重
   量を相殺する重量相殺手段（２２：２６）が設けられて
   いることを特徴とする支持装置。 ２、請求項１に記載の支持装置において、前記重量相殺
   手段（２２）が前記コンプライアンス機構（１２）の支
   持体（２０）と前記部品把持部材（１４）との間に設け
   られた定張力スプリング要素（２２ａ）からなり、この
   定張力スプリング要素（２２ａ）の張力によって前記部
   品把持部材（１４）の鉛直方向重量が相殺されることを
   特徴とする支持装置。３、請求項２に記載の支持装置に
   おいて、前記部品把持部材（１４）を必要に応じて不動
   状態とするための釈放可能なロック手段（２４）が設け
   られていることを特徴とする支持装置。 ４、請求項１に記載の支持装置において、前記重量相殺
   手段（２６）が前記コンプライアンス機構（１２）の支
   持体（２０）に枢支されたレバー部材（２６ｂ）であっ
   て、その枢支点（２６ａ）から延びる一方のアーム部分
   （２６ｂ＿１）に前記部品把持部材（１４）の鉛直方向
   重量を作用させたレバー部材（２６ｂ）と、その鉛直方
   向重量を相殺するように該レバー部材（２６ｂ）の他方
   のアーム部分（２６ｂ＿２）に取り付けたカウンタウェ
   イト（３０）とからなることを特徴とする支持装置。 ５、請求項４に記載の支持装置において、前記レバー部
   材（２６ｂ）を必要に応じて不動状態とするための釈放
   可能なロック手段（３２）が設けられていることを特徴
   とする支持装置。