JPH0790488B2 - Compliance mechanism - Google Patents
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- JPH0790488B2 JPH0790488B2 JP9174993A JP9174993A JPH0790488B2 JP H0790488 B2 JPH0790488 B2 JP H0790488B2 JP 9174993 A JP9174993 A JP 9174993A JP 9174993 A JP9174993 A JP 9174993A JP H0790488 B2 JPH0790488 B2 JP H0790488B2
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- spring
- plate
- sliders
- springs
- center plate
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- Jigs For Machine Tools (AREA)
- Automatic Assembly (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、おもにロボットアーム
などを用いて組立、保守作業や接触を伴う検査作業を行
う場合に用いるコンプライアンス機構に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compliance mechanism mainly used for assembly, maintenance work and inspection work involving contact using a robot arm or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、ロボット作業と関連した分野で
は、RCC(リモートセンタコンプライアンス)デバイ
スがあった。この機構はロボットでピンなどの挿入作業
を行う際にロボットの手首に取付けるもので、3点支持
のばねにより手首部と手先部が連結している構造となっ
ていた。ロボット作業では、手先に把持されたピンに作
用した反力によりRCCデバイス内部のばねが変形して
穴に対する工具の位置と姿勢の誤差を吸収する機能があ
った。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been an RCC (remote center compliance) device in a field related to robot work. This mechanism is attached to the wrist of the robot when inserting a pin or the like by the robot, and has a structure in which the wrist portion and the hand portion are connected by a spring supporting three points. In the robot work, the spring inside the RCC device is deformed by the reaction force acting on the pin gripped by the hand to absorb the error in the position and the posture of the tool with respect to the hole.
【0003】また、コンプライアンス継ぎ手として、特
開平2−229931号公報に記載されているように可
動板と固定板の2枚の板を複数のばねと各ばねの中心を
通る支持棒により支持することにより、2つの板に固定
された物体同士を連結する機構があった。図4にこの構
成を示す。各板には支持棒の径と比較して一定量だけ大
きいが支持棒頭部よりは小さい径を持つ穴部を有してお
り、この穴部と支持棒との径の間に隙間がある。そのた
め可動板に面内方向の力が作用すると可動板に対して直
角であった支持棒が傾くため面内方向に可動となってい
る。またばねによる伸縮方向にも可動であるため、任意
の向きに平行移動・回転が可能となっている。Further, as a compliance joint, as described in JP-A-2-229931, two plates, a movable plate and a fixed plate, are supported by a plurality of springs and a support rod passing through the center of each spring. Therefore, there is a mechanism for connecting the objects fixed to the two plates. FIG. 4 shows this configuration. Each plate has a hole that is larger than the diameter of the support rod by a certain amount but smaller than the head of the support rod, and there is a gap between the diameter of this hole and the diameter of the support rod. . Therefore, when a force in the in-plane direction is applied to the movable plate, the support rod, which was at a right angle to the movable plate, tilts, so that the movable plate is movable in the in-plane direction. Since it is also movable in the direction of expansion and contraction by a spring, it can be translated and rotated in any direction.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のRCCデバイス
では、3点支持のばねによる位置誤差修正可能範囲はわ
ずかであり、連結物体への過大な力の発生を吸収する効
果を有するが、位置誤差の大きい場合などには適用でき
ない。例えば、組立作業でも比較的位置精度良く位置決
めされたロボットの手先の数ミリ程度の位置決め誤差を
調整する場合には適用できるが、遠隔操作ロボットによ
って挿入など組立作業を行う場合には、位置決め誤差は
数センチに及ぶ適用不可能である。In the conventional RCC device, the range in which the position error can be corrected by the spring supporting three points is small, and it has the effect of absorbing the generation of an excessive force to the connected object. It is not applicable when the value is large. For example, it can be applied even when assembling work to adjust the positioning error of a few millimeters of the hand of the robot that is positioned with relatively high positional accuracy, but when performing assembly work such as insertion by a remote control robot, the positioning error is Not applicable for several centimeters.
【0005】また第4図に示す従来のコンプライアンス
継ぎ手ではばねの伸縮方向自体は一方向であり、固定板
の平行方向に穴部と軸との隙間があるため支持棒が傾
き、ばねがせん断方向に変形して余分なトルクがばねに
作用するため、伸縮方向の安定性や、伸縮方向の本来の
ばね効果に悪影響を及ぼす。またばねの伸縮方向に比較
してばねをせん断方向に変形させるには、より大きな力
を必要とするため、任意の位置方向について希望のばね
効果(硬さ)に設定することは難しい。さらにばねのせ
ん断方向に力が作用した場合余分なトルクが発生するの
でせん断方向以外の姿勢方向に回転移動するといった課
題があった。Further, in the conventional compliance joint shown in FIG. 4, the expansion and contraction direction of the spring itself is one direction, and since there is a gap between the hole and the shaft in the parallel direction of the fixing plate, the support rod is inclined and the spring is in the shearing direction. Since it is deformed into an extra torque and acts on the spring, it adversely affects the stability in the expansion / contraction direction and the original spring effect in the expansion / contraction direction. Further, a larger force is required to deform the spring in the shearing direction as compared with the expansion / contraction direction of the spring, so it is difficult to set a desired spring effect (hardness) in any position direction. Further, when a force acts in the shearing direction of the spring, an extra torque is generated, so that there is a problem that the spring moves in a posture direction other than the shearing direction.
【0006】本発明の目的は、連結する2物体間の相対
位置関係を3自由度に渡って、大幅に調整可能なコンプ
ライアンス機構を提供することにある。An object of the present invention is to provide a compliance mechanism in which the relative positional relationship between two objects to be connected can be greatly adjusted over three degrees of freedom.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、2つの
物体を連結するときに使用する継ぎ手機構であって、第
1の物体側にある支柱及び支柱によって固定された2つ
の支持板と、第2の物体側にあり前記2つの支持板の中
間部に位置する中心部に位置する中心部がくり貫かれた
中心板と、前記2つの支持板と前記中心板とを連結する
複数のばねと、該ばねの2つの支持板側にはばねの一端
を固定するために設けられた同方向に可動する複数のス
ライダと、中心板側には前記のスライダと直交する方向
に可動する複数のスライダとが設けられ、前記支柱と前
記中心板とを結ぶ互いに伸縮方向が直交する複数のばね
と、該支柱と中心板とを結ぶばねの中心板側には中心板
のくり貫かれた側面に板厚と垂直方向に可動するように
設置した複数のスライダと、支柱側のばねを固定するた
めに設けられた支柱軸方向と並行に可動する複数のスラ
イダとを具備することを特徴とするコンプライアンス機
構が得られる。According to the present invention, there is provided a joint mechanism used for connecting two objects, which comprises a pillar on the first object side and two support plates fixed by the pillar. , A central plate having a hollowed central portion located at a central portion located on the second object side and located at an intermediate portion of the two support plates, and a plurality of connecting the two support plates and the central plate. A spring, a plurality of sliders provided for fixing one end of the spring on the two support plate sides of the spring and movable in the same direction, and a plurality of sliders movable on the center plate side in a direction orthogonal to the sliders. A plurality of springs, which are connected to the support column and the center plate and extend and contract in directions orthogonal to each other, and a side face where the center plate is hollowed out on the center plate side of the spring connecting the support column and the center plate. On the upper and lower sides of the Ida and compliance mechanism is obtained which is characterized by comprising a plurality of slider movable parallel to the strut axis direction provided to secure the post side of the spring.
【0008】[0008]
【作用】本発明では、各ばねの両端にスライダを設置し
ているため、各ばねのせん断方向に力が作用するとばね
がせん断方向に変形する前にスライダによりばねが移動
する。従ってせん断方向に力が作用しても発生するトル
クが大幅に減少するため、伸縮方向の安定性や、伸縮方
向の本来のばね効果に与える悪影響が軽減され、発生し
たトルクによって生じる姿勢方向への回転移動量も減少
する。せん断方向への移動量も容易に数センチオーダに
調整可能である。また中心板に対して板厚方向のみなら
ず、面内方向にも伸縮ばねを設置しているため、従来方
式と比較して、任意の位置方向のばね効果(硬さ)を容
易に希望の値に設定することが可能である。In the present invention, since the sliders are installed at both ends of each spring, when a force acts in the shearing direction of each spring, the spring is moved by the slider before the spring is deformed in the shearing direction. Therefore, even if a force acts in the shearing direction, the generated torque is greatly reduced, so that the stability in the expansion / contraction direction and the adverse effect on the original spring effect in the expansion / contraction direction are alleviated, and the generated torque does not affect the posture direction. The amount of rotational movement also decreases. The amount of movement in the shearing direction can be easily adjusted to within several centimeters. In addition, the expansion spring is installed not only in the plate thickness direction but also in the in-plane direction with respect to the center plate, so it is easy to obtain the spring effect (hardness) in any position direction compared to the conventional method. It can be set to a value.
【0009】[0009]
【実施例】図1を用いてまず具体的な構成例について説
明する。尚、ここでは、方向を指定する場合に図1
(a)における紙面の向きを指すこととする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A concrete configuration example will be described first with reference to FIG. In addition, here, in the case of designating the direction, FIG.
The direction of the paper surface in (a) will be referred to.
【0010】同図(a)は、本機構の正面を、同図
(b)は正面から見て水平方向に切った断面を示してい
る。図に示す機構は2つの物体A8と物体B9を連結す
るときに使用する継ぎ手機構である。FIG. 1A shows a front surface of this mechanism, and FIG. 1B shows a cross section taken in a horizontal direction when viewed from the front surface. The mechanism shown in the figure is a joint mechanism used when connecting two objects A8 and B9.
【0011】物体A8側にある支柱10及び支柱10に
よって固定された2つの支持板26、27と、物体B9
側にあり前記2つの支持板26、27の中間部に位置す
る中心部がくり貫かれた中心板25の間を計12本ばね
によって連結している。この中で支持板26、27と中
心板25とを連結する垂直軸ばね11は計8本あり、各
垂直軸ばねと中心板25とを紙面に向かって垂直方向に
可動な中心板固定スライダA31を介して接続されてい
る。一方各垂直ばね11の他端は、支持板26、または
27と紙面に対し左右方向に可動となる支持板固定スラ
イダ51に接続されている。支柱10と中心板25とを
結ぶ水平軸ばね21は計4本あり、そのうちの2本は、
紙面の左右方向に、残りの2本は紙面に垂直方向に可動
になるように設置している。この4本の水平軸ばね21
と中心板25とは中心板固定スライダB41により接続
され、支柱10とは支柱固定スライダ45により接続さ
れている。支柱固定スライダ45は、紙面の上下方向に
可動であり、中心板固定スライダB41のうち1組は紙
面垂直、もう一組は紙面の左右方向に可動となるように
設置している。The support 10 on the object A8 side and the two support plates 26 and 27 fixed by the support 10 and the object B9
A total of twelve springs are connected between the central plates 25, which are located on the sides and which are located in the middle of the two support plates 26 and 27 and whose central part is hollowed out. Among these, there are a total of eight vertical shaft springs 11 that connect the support plates 26 and 27 and the center plate 25, and each of the vertical shaft springs and the center plate 25 is a center plate fixing slider A31 that is vertically movable toward the paper surface. Connected through. On the other hand, the other end of each vertical spring 11 is connected to a support plate 26 or 27 and a support plate fixing slider 51 that is movable in the left-right direction with respect to the paper surface. There are a total of four horizontal axis springs 21 that connect the column 10 and the center plate 25, two of which are
The other two are installed so as to be movable in the left-right direction on the paper surface and in the direction perpendicular to the paper surface. These four horizontal shaft springs 21
The center plate 25 is connected to the center plate 25 by a center plate fixing slider B41, and the pillar 10 is connected to the pillar 10 by a pillar fixing slider 45. The column fixing sliders 45 are movable in the vertical direction of the paper surface, and one set of the center plate fixing sliders B41 is installed so as to be vertical in the paper surface and the other set is movable in the horizontal direction in the paper surface.
【0012】図2に本発明のコンプラインス機構の実施
例としてロボットがはめ合わせ作業を行う場合を例にと
って説明する。図に示すようにロボットアーム3には、
コンプライアンス機構4を介してロボットハンド5が接
続されており、ロボットハンド5には、作業対象A1が
把持されている。FIG. 2 illustrates an embodiment of the compliance mechanism of the present invention by taking a case where a robot performs a fitting operation as an example. As shown in the figure, the robot arm 3 has
The robot hand 5 is connected via the compliance mechanism 4, and the work target A1 is held by the robot hand 5.
【0013】作業対象A1にはボス6が取り付けられて
おり、作業対象B2に設置されたコーンガイド7により
機械的に誘導されて作業対象A1と作業対象B2が連結
する作業を想定する。A boss 6 is attached to the work target A1, and it is assumed that the work target A1 and the work target B2 are connected by being mechanically guided by a cone guide 7 installed on the work target B2.
【0014】ロボット3が作業対象A1を移動してボス
6がコーンガイド7の内部に誘導されると、図3に示す
ようにボス6がコーンガイド7の壁に衝突して紙面に水
平方向に反力Fを受ける。このときコンプライアンス機
構4の内部の支柱10にも力Fが作用して水平軸バネ2
2が伸び、水平軸バネ21が縮む。When the robot 3 moves the work A1 and the boss 6 is guided inside the cone guide 7, the boss 6 collides with the wall of the cone guide 7 and moves horizontally in the plane of the drawing as shown in FIG. Receive reaction force F. At this time, the force F also acts on the column 10 inside the compliance mechanism 4 and the horizontal shaft spring 2
2 extends and the horizontal axis spring 21 contracts.
【0015】同様に支持板26、27にも力Fが作用す
るが、このとき支持板固定スライダ31が移動するた
め、摩擦力が小さい場合は垂直軸ばね11自体はあまり
移動しない。従って力Fによるエネルギーをこれらの垂
直軸ばねが蓄える量はわずかとなり、水平軸ばね21、
22と反力が釣り合うところで、静止することになる。
すなわち、水平軸ばね21、22と支持板固定スライダ
31の共通の動作ストロークの範囲内で作業対象A1と
作業対象B2の位置関係が調整可能となることがわか
る。Similarly, the force F acts on the support plates 26 and 27, but at this time, the support plate fixing slider 31 moves, so that the vertical shaft spring 11 itself does not move much when the frictional force is small. Therefore, the amount of energy of the force F stored in these vertical shaft springs becomes small, and the horizontal shaft springs 21,
It will be stationary when the reaction force balances with 22.
That is, it can be seen that the positional relationship between the work targets A1 and B2 can be adjusted within the range of the common operation stroke of the horizontal shaft springs 21 and 22 and the support plate fixing slider 31.
【0016】紙面に対して上下、前後方向についても同
様に垂直ばね、水平軸ばねがスライドするため、最大各
ばねとスライダのストロークの共通範囲で相対位置の調
整が可能となる。従ってロボットアーム3の位置決めが
ラフに行われても、ボス6がコーンガイド7の壁を滑っ
て作業対象A1と作業対象B2の接合が容易に実行でき
ることがわかる。これらの共通の動作ストロークは数セ
ンチオーダに設定することは容易であり、相対位置の調
整可能範囲は従来の機構に比べ大幅に調整可能となって
いる。Similarly, since the vertical spring and the horizontal axis spring slide in the up-down direction and the front-back direction with respect to the paper surface, the relative position can be adjusted within the common range of the maximum stroke of each spring and the slider. Therefore, it is understood that even if the robot arm 3 is roughly positioned, the boss 6 slides on the wall of the cone guide 7 to easily join the work targets A1 and B2. It is easy to set these common operation strokes on the order of several centimeters, and the adjustable range of the relative position can be adjusted significantly compared to the conventional mechanism.
【0017】なお、本実施例では、上下の支持板は各4
個づつの垂直軸ばねを用いているが、3個以上であれ
ば、同様の効果があり、支柱も4個の水平軸ばねで支持
しているが、同様にスライダと組み合わせれば、2個ま
たは4個以上の水平軸ばねを用いることは当然可能であ
り、同様の効果が期待される。In this embodiment, the upper and lower support plates are each 4
The vertical shaft springs are used individually, but if there are three or more, the same effect is obtained, and the columns are also supported by four horizontal shaft springs. Alternatively, it is naturally possible to use four or more horizontal shaft springs, and the same effect is expected.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明によれば、直動スライダと圧縮ば
ねの組み合わせによりばね自体を可動としているため、
動作ストロークの大きいばねとスライダを用いれば、位
置方向の3自由度に渡って、本機構によって連結された
2つの物体間の相対位置関係をばね特性に従い大幅に調
整可能となる。これにより位置決め精度の低いロボット
アームやロボットアームを遠隔操縦してはめ合わせ作業
を行う場合や凹凸や曲面のある壁への倣い動作を力制御
することなく実現可能となる。またばねの伸縮方向に比
較してばねをせん断方向に変形する割合が少ないため、
余分なトルクが発生することによりせん断方向以外の姿
勢方向に移動するといった問題も大幅に解消される。さ
らに、従来と比較して、各位置方向に伸縮するばねを設
けているため、任意の位置方向のばね効果(硬さ)を容
易に希望の値に設定することが可能となっている。According to the present invention, since the spring itself is movable by the combination of the linear motion slider and the compression spring,
If a spring and a slider having a large operating stroke are used, the relative positional relationship between two objects connected by this mechanism can be greatly adjusted in accordance with the spring characteristic over three degrees of freedom in the position direction. This makes it possible to remotely control a robot arm having low positioning accuracy or to perform a fitting operation, or to perform a copying operation on a wall having irregularities or curved surfaces without force control. Also, since the spring deforms less in the shearing direction than in the elastic direction,
The problem of moving in a posture direction other than the shear direction due to the generation of excess torque is also largely eliminated. Further, as compared with the related art, since the spring that expands and contracts in each position direction is provided, the spring effect (hardness) in any position direction can be easily set to a desired value.
【0019】以上述べたように本発明によれば可動調整
範囲が狭いという従来の機構の持っていた問題点を解消
する適用作業範囲の広いコンプライアンス機構が得られ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a compliance mechanism having a wide applicable working range, which solves the problem of the conventional mechanism that the movable adjustment range is narrow.
【図1】本発明のコンプライアンス機能の構成を示した
図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a compliance function of the present invention.
【図2】実施例としてロボットアームによる2つの物体
の連結作業を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a work of connecting two objects by a robot arm as an example.
【図3】コンプライアンス機構に力が作用した場合のば
ねの動作を説明した図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the spring when a force acts on the compliance mechanism.
【図4】従来のコンプライアンス機構の一例を示した図
である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional compliance mechanism.
1 作業対象A 2 作業対象B 3 ロボットアーム 4 コンプライアンス機構 5 ロボットハンド 6 ボス 7 コーンガイド 8 物体A 9 物体B 10 支柱 11 垂直軸バネ 21 水平軸バネ 25 中心板 26 支持板(上) 27 支持板(下) 31 中心板固定スライダA 41 中心板固定スライダB 45 支柱固定スライダ 51 支持板固定スライダ 1 Work Target A 2 Work Target B 3 Robot Arm 4 Compliance Mechanism 5 Robot Hand 6 Boss 7 Cone Guide 8 Object A 9 Object B 10 Column 11 Vertical Axis Spring 21 Horizontal Axis Spring 25 Center Plate 26 Support Plate (Upper) 27 Support Plate (Bottom) 31 Center plate fixing slider A 41 Center plate fixing slider B 45 Strut fixing slider 51 Support plate fixing slider
Claims (1)
ぎ手機構であって、第1の物体側にある支柱及び支柱に
よって固定された2つの支持板と、第2の物体側にあり
前記2つの支持板の中間部に位置する中心部がくり貫か
れた中心板と、前記2つの支持板と前記中心板とを連結
する複数のばねと、該ばねの2つの支持板側にはばねの
一端を固定するために設けられた同方向に可動する複数
のスライダと、中心板側には前記のスライダと直交する
方向に可動する複数のスライダとが設けられ、前記支柱
と前記中心板とを結ぶ互いに伸縮方向が直交する複数の
ばねと、該支柱と中心板とを結ぶばねの中心板側には中
心板のくり貫かれた側面に板厚と垂直方向に可動するよ
うにした複数のスライダと、支柱側のばねを固定するた
めに設けた支柱軸方向と並行に可動する複数のスライダ
とを具備することを特徴とするコンプライアンス機構。1. A joint mechanism used for connecting two objects, comprising a pillar on the first object side, two support plates fixed by the pillar, and a second member on the second object side. A central plate having a hollowed central portion located at an intermediate portion of the two support plates, a plurality of springs connecting the two support plates and the central plate, and springs on the two support plate sides of the springs. A plurality of sliders that are provided to fix one end and that move in the same direction, and a plurality of sliders that move in a direction orthogonal to the sliders are provided on the center plate side, and A plurality of springs having mutually extending and contracting directions orthogonal to each other, and a plurality of sliders which are movable in the direction perpendicular to the plate thickness on the side of the center plate of the spring connecting the support column and the center plate on the side where the center plate is hollowed out. And the column axis of the column that is provided to fix the spring on the column side A compliance mechanism comprising: a plurality of sliders that move in parallel with each other.
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JP9174993A Expired - Fee Related JPH0790488B2 (en) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Compliance mechanism |
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- 1993-04-20 JP JP9174993A patent/JPH0790488B2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960326 |
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