JPS63283886A - フロ−ティング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえばロボットのアームと交換工具との間
に設けられる７０−ティング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、ロボットのアームと工具又はワークの把持用
ハンドとの間には、工具又はワークの位置誤差吸収及び
ロボット側と把持用ハンドのそれぞれの過負荷防止のた
めに、フローティング装置が利用されている。

このフローティング装置は、たとえば挿入ワークを把持
用ハンドに保持し、治具にセットした被挿入ワークに把
持用ハンドが倣うように動作可能とした構造を持つ。そ
して、挿入作業後には把持用ハンドがロボットのアーム
に対して元の位置に戻る中立点復元機能を備えている。

このような把持用ハンドとの中立点復元のために、ロボ
ットアームの軸に直交するＸ軸及びＹ軸方向に移動する
リニアガイドにより把持用ハンドをロボットアームに接
続し、これらのリニアガイドによる運動をフローティン
グ機能として利用している。

Ｃ発明が解決しようとする問題点３ 以上のようなＸ軸及びＹ軸方向へのフローティング機能
に加え、たとえば特開昭５７−１６９３号公報に記載さ
れているように、Ｘ−Ｙ座標の原点を中心として旋回可
能な機能を持たせたものもある。

このような原点を中心とした旋回機能を有するものでは
、ロボットのアーム軸と同軸に回転軸を備え、その周り
にフローティング装置の各部材を組み込む構造が一般的
である。

ところが、従来構造においては、回転軸の摩擦力に対抗
して原点に復元するための力を発生する手段を備えてい
ない。このため、工具との連接点部分の回転による位置
ずれは、手動によって原点復帰させている。

このように、工具交換の度毎に原点復帰を手動によって
オペレータが作業するため、フローティングの復元力を
利用する連続作業や無人運転等が不可能な現状である。

そこで、本発明は、原点を中心とする旋回能を持つフロ
ーティング装置の原点復帰を自動的に行えるようにする
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明のフローティング装置は、以上の目的を達成する
ために、ロボットアームの自由端に連結される固定プレ
ートと、該固定プレートに連接され工具用のツールプレ
ートを着脱自在に装着する従動プレートとを備え、該従
動プレートは前記固定プレートの中心に対して半径方向
及び円周方向へ移動可能に連接され、これら固定プレー
トと従動プレートにそれぞれ円錐凹状の一対の受圧部を
対向して前記中心層りに２個以上設け、更にこれらの受
圧部間に球体を介装するき共に受圧部間に付勢力を与え
る弾性手段を備えてなることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例により本発明の特徴を具体的に
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すフローティング装置の
縦断面図である。また、第２図は、装置の中心を原点と
した直交座標をとったときに、第１及び第４象限に第１
図のＩ−Ｉ線矢視、第２象限に■−■線矢視及び第３象
限にＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視として示す横断面図である。

フローティング装置は、ロボットアームの自由端に連結
される固定プレート１及びこれに連接された従動プレー
ト２によって構成されている。そして、従動プレート２
は、工具に一体化されたツールプレート３を着脱自在な
構造としている。

固定プレートｌは、ロボットアームＡの装着面１ａを平
坦とし、その反対側の面には従動プレート２との相対的
なフローティング動作のためのチャンバ４が形成される
。このチャ゛ンバ４は、外周壁１ｂ及び中心方向へ向か
うフランジＩＣによって周囲をほぼコ字状の断面として
形成されている。

一方、従動プレート２は、固定プレー）１との連接側に
縦断面がほぼＬ字状のブラケット５を環状に設けている
。このブラケット５は、第１図のように、チャンバ４の
内部に入り込むと共にフランジＩＣと軸線方向に見て重
合する形状を持つ。更に、ツールプレート３との連接側
には、内部に該ツールプレート３のロック機構（後述）
等を収納するチャンバ６を形成している。

これらの固定プレートｌ及び従動プレート２との連接は
、第２図に示すように装置の中心を原点とするときのＸ
−Ｙ座標においてＸ、Ｙ軸方向及びその合成方向に移動
可能であり、しかも原点を中心として従動プレート２が
旋回可能となるような構造とする。この構造のため、固
定プレート１のフランジＩＣの上下両面とブラケット５
及びチャンバ６側の外面との間には、ベアリングのりテ
ーナ７が配置され、これに保持されたボールベアリング
８が介装される。すなわち、固定プレートｌと従動プレ
ート２とは、ボールベアリング８によって連接され且つ
これら固定プレー）１及び従動プレート２には共通の軸
がないために、互いに半径方向及び円周方向への運動を
拘束し合うことがない。その結果、固定プレート１が絶
対静止しているときには、従動プレート２はＸ−Ｙ座標
内で二次元運動が可能であり且つ原点周りにも自転可能
となる。

以上のような従動プレート２の運動に対し、固定プレー
ト１に対する変位量を規制するための拘束ｍ　１　ｄを
チャンバ４の内壁に設ける。この拘束溝１ｄの開口形状
は、第２図に示すように、円形状であり、チャンバ４の
内壁の円周方向の４個所に設ケラれる。一方、従動プレ
ート２のブラケット５には、拘束ｌｉｄの中に入り込む
突起５ａを設ける。

この突起５ａは、拘束溝１ｄの内径よりも遥かに小さい
外径を持つように形成される。このように、拘束溝１ｄ
を円形としたことにより、従動プレート２がＸ−Ｙ平面
で二次元運動するとき、原点からの変位量は全方位で一
定となる。

更に、従動プレート２にはそのチャンバ６から固定プレ
ート１のチャンバ４方向へ突き出るボス２ａを中心周り
の３個所に設ける。これらのボス２ａには、環状のベア
リング２ｂによってプランジャ９がその軸線方向へ移動
自在及び軸線周りに回転自在に配置される。なお、ベア
リング２ｂに代えて、ボールゲージ等の機械要素を利用
してもよい。

プランジャ９は、固定プレート１との対向面側が凹とな
る円錐面とした従動側受圧部１０として形成し、従動プ
レート２のチャンバ６内に突き出る端部をエツジ９ａと
している。

また、固定プレート１に対して従動プレート２が調心し
ているとき、ボス２ａと同軸配置となるように固定プレ
ート１のチャンバ４には固定側受圧部１１を３個所に設
ける。これらの固定側受圧部１１は、従動側受圧部１０
の円錐面と同様な内部形状としている。このような、内
部を同じ形状の円錐面とした従動側受圧部１０及び固定
側受圧部１１との間には、原点復帰機能のための球体１
２を介装する。

一方、従動プレート２のチャンバ６内には、プランジャ
９への付勢機構が配置される。この付勢機構は、従動プ
レート２と同軸に配置される圧縮コイルスプリング１３
．スプリング受け１４及び押さえプレート１５を主な要
素としている。また、圧縮コイルスプリング１３の一端
は、従動プレート２に螺合するアジャストボルト１６に
よって支持され、その螺合量を変えることにより、圧縮
コイルスプリング１３の付勢力を調整可能としている。

押さえプレート１５は、第２図に示すように、三角形状
であり、角部の３点にプランジャ９のエツジ９ａが着座
する。このエツジ９ａの着座面は、点接触可能なように
円錐面状の凹部１５ａとしている。

また、スプリング受け１４は、その押さえプレート１５
との対向面に円錐体状のエツジ１４ａを設け、プランジ
ャ９の場合と同様に円錐面状の凹部１５ｂをこのエツジ
１４ａの着座面としている。

第４図は第１図のＩＶ−ＩＶ線矢視であってその右半分
は第２図における第１象限のロックピンの軸線を含む平
面で切った概略断面図である。

図において、固定プレート１のチャンバ４方向を向くボ
ス２ｂが従動プレート２に設けられ、固定プレート１と
従動プレート２とが調心したときにこのボス２ｂと同軸
となるロック孔１７が形成されている。これらのボス２
ｂ及びロック孔１７は、中心周りの３個所に配置され、
各ボス２ｂの下面にはそれぞれロックシリンダ１８が配
置される。これらロックシリンダ１８は、空気を作動流
体として駆動するもので、空気の給排のためのホース（
図示せず）等を外部のコンプレッサ等に接続する。そし
て、作動流体の給排によって、図示のようにロックシリ
ンダ１８に直結したロックピン１９がロック孔１７に嵌
まり込み、固定プレートｌと従動プレート２とをロック
する。

更に、第１図及び第２図において、従動プレート１のツ
ールプレート３装着側には、これを着脱するための装着
機構が配置されている。この装着機構は、ツールプレー
ト３の結合軸３ａが挿通する装着孔２０．結合軸３ａを
挿入したときにその周面に設けたロック溝３ｂに係合す
るロックプレート２１及びこれを作動させるロックシリ
ンダ２２とから構成される 装着孔２０及び結合軸３ａは、いずれも中心周りの３個
所に設けられる。また、ロックプレート２１はチャンバ
６の内周壁に沿うような環状体であり、その内周の３個
所に突起２１ａを中心方向へ突き出している。更に、ロ
ックシリンダ２２は、ロックプレート２１をその中心周
りに旋回させることができる姿勢として配置される。そ
して、ロックシリンダ２２のアクチユエータ２２ａは、
ロックプレート２１に連接され、空気を作動流体として
その作動が制御される。

なお、ロックシリンダ１８．２２の作動の制御は、ツー
ルプレート３を交換する作業のときに、各部材が必要と
する作動が行えるような制御系を組み込み、外部の作動
流体発生源からの給排の制御を行うことは無論である。

以上の構成において、ツールプレート３の交換による工
具の交換作業は次の要領で行う。

まず、従動プレート２に装着しているツールプレート３
を取り外すため、ロックシリンダ２２を作動してロック
プレート２１を第２図において反時計方向に回動させる
。この操作により、ロックプレート２１の突起２１ａは
、同第２図の一点鎖線で示す位置に移動し、結合軸３ａ
のロックａ３ｂとの間の係合が解かれる。したがって、
結合軸３ａは自由となり、従動プレート２からツールプ
レート３を取り外しすことができる。

次に、機械加工に必要な別の種類の工具（図示せず）を
持つツールプレート３を、第３図に示すように従動プレ
ート２に装着する。このとき、ロックプレート２１は、
第２図の一点鎖線で示す位置に突起２１ａが移動してい
る解錠状態であり、装着孔２０から退避した位置にある
。なふ、固定プレート１は、ロボットアームＡの自由端
に連結されている。

ここで、第３図に示すように、ツールプレート３を従動
プレート２に装着するとき、図示のように固定プレート
１とツールプレート３との中心がずれている場合を考え
る。このようなツールプレート３に対する位置のずれは
、ロボットアームＡの位置決め精度の誤差等が一つの原
因となって生じる。

ロボットアームＡを操作してツールプレート３の結合軸
３ａを従動プレート２の装着孔２０に挿入するとき、第
４図のロックシリンダ１８を操作し、そのロックピン１
９を固定プレート１のロック孔１７から離脱させる。こ
の操作により、従動プレート２は、第２図においてＸ軸
、Ｙ軸の両方向及びその合成方向への自由度及び原点周
りの回転の自由度が与えられる。

次に、ロボットアームＡを動かして装着孔２０をツール
プレート３の結合軸３ａに合わせ、結合軸３ａが装着孔
２０の中に入り込ませる。このとき、図示のように、結
合軸３ａの位置に倣うようにして従動プレート２が移動
し、フローティング動作する。

このフローティング動作は、従動側及び固定側受圧部１
０．１１及び両者間に介在する球体１２及び圧縮コイル
スプリング１３に基づき行われる。すなわち、結合軸３
ａが左側にずれているとき、球体１２の相対的な転勤に
よって、プランジャ９は左側に移動可能となる。このと
き、プランジャ９はその軸線方向に移動してチャンバ６
側へ変位するが、押さえプレート１５は圧縮コイルスプ
リング１３によって支持されているので、この変位量は
圧縮コイルスプリング１３により吸収される。なお、こ
のフローティング動作のとき、突起５ａと拘束溝１ｄと
によって、従動プレート２の最大変位量は規制され、装
置の破壊が防止される。

第５図は、従動プレート２のフローティング動作を、球
体１２と従動側及び固定側受圧面１０，１１の位置関係
によって説明するものである。

第５図（ａ）は、Ｘ軸方向の一次元的なフローティング
を示す。すなわち、これは第３図に対応するもので、従
動側受圧面１０の中心を通る円Ｂは、固定側受圧面１１
の中心を通る円Ｃに対して左側に偏心し、フローティン
グ動作が可能なことを示している。また、Ｙ軸方向への
一次元的なフローティングも同様に可能である。そして
、従動側及び固定側受圧面１０．１１はいずれも円錐面
でありしかも両者間に介在する球体１２によって、Ｘ軸
及びＹ軸方向の合成、つまりＸ−Ｙ平面での二次元的な
フローティングも可能である。

ここで、ロボットアームＡに対して装着しようとするツ
ールプレート３が同軸であって結合１１１１３ａの位置
が装着孔２０に対して円周方向へずれている場合を第５
図ら）により説明する。この状況では、従動プレート２
に対してツールプレート３は同軸配置であるため、同第
５図（ａ）のようなＸ軸及びＹ軸方向のフローティング
は不要である。これに代えて、結合軸３ａの装着孔２０
に対する円周方向のずれは、固定プレート１に対する従
動プレート２の旋回によって吸収される。すなわち、前
記のように、固定プレート１と従動プレート２とは、ボ
ールベアリング８によって連接され且つこれら固定プレ
ート１及び従動プレート２には共通の軸がないために、
固定プレート１が絶対静止しているときには、従動プレ
ート２は原点周りに自転する。

したがって、第５図ら）のように、従動側受圧部１０が
変位し、旋回フローティングが行われる。

このようなＸ、Ｙ軸方向及び原点周りの旋回方向へのフ
ローティングは、更に合成されて第５図（Ｃ）のような
フローティング動作が可能となる。説明を簡単にするた
め、たとえば、３組の従動側及び固定側受圧部１０．１
１のいずれか１組が整合したときを考える。この場合、
他の２組は絶対静止する固定側受圧部１１の中心が通る
円に対して、Ｘ。

Ｙ軸方向及び旋回方向の自由度を持つ。したがって、結
合軸３ａと装着孔２０との相対位置が、従動側及び固定
側受圧面１０．１１の径に含まれる範囲内でずれていて
も、フローティングが可能となる。

以上のようなフローティング動作の後、固定プレート１
から一時的にずれた従動プレート２は、固定プレートＩ
と同軸となるように自動調心される。この自動調心は、
プランジャ９の軸線方向への変位に対する圧縮コイルス
ズ９フフ１３０反溌力に基づく。すなわち、円錐面を持
つ従動側及び固、足側受圧面１０．１１及び両者間に介
在する球体１２に対し、圧縮コイルスプリング１３はこ
れらを第１図の状態に戻すように弾性力を負荷する。そ
して、この負荷により、球体１２は従動側及び固定側受
圧面１０．１１の円錐形状に対して最も安定した配置つ
まり第１図の状態に復帰する。

このようなツールプレート３装着後の調心は、Ｘ軸及び
Ｙ軸方向のみでなく、旋回方向も同様に行われる。これ
は、従動側及び固定側受圧面１０゜１１を円錐面とし球
体１２をこれに介装したことによる全方位の７０−ティ
ングを可能としているからである。

以上によって従動プレート２に装着されたツールプレー
ト３に対し、ロックシリンダ２２の作動により第２図に
おいてロックプレート２１の突起２１を一点鎖線の位置
から時計方向に回転させる。この操作により、ロックプ
レート２１の突起２１ａが結合軸３ａのロックａ３ｂに
嵌まり込み、第１図のようにツールプレート３をロック
する。

更に、第４図に示すロックシリンダ１８の作動によって
ロックピン１９をロック孔１７に挿入し、固定プレー１
−１に対して従動プレート２を同軸上に固定する。この
固定によって、ロボットアームＡによるツールプレート
３を利用した機械加工が可能となる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明のフローティング装置に
おいては、従動プレートを固定プレートの中心を原点と
するＸ−Ｙ直交座標面でのＸ軸。

Ｙ軸及びその合成方向へのフローティングに加えて、原
点周りの円周方向へのフローティング動作を行うように
している。そして、この円周方向のフローティング動作
は、原点周りに２個以上の連接点によって従動プレート
を固定プレートに連接し、この連接構造部分に自動調心
機能を持たせている。したがって、従動プレートは、原
点周りのフローティングによって、工具交換時の捩じり
に対しても良好に対応でき、無理な負荷をロボット側及
び工具側に与えることのない作業が行える。

また、円周方向のフローティングに対しても自動調心が
可能なので、従来の手動による原点復帰を必要とする場
合に比べて、作業性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すフローティング装置の
縦断面図、第２図は第１図のＩ、　　ｎ、　ＩＩＩ線位
置による３部分の横断面図、第３図はツールプレート装
着時のフローティング状況を示すために二つの結合軸の
軸線を含む平面で切った概略縦断面図、第４図は第１図
のＩＶ−ｒＶ線矢視方向であって二つのロックピンの軸
線を含む平面で切った概略縦断面図、第５図はフローテ
ィングを説明するための概略図である。 ｌ：固定プレート　　２：従動プレート３：ツールプレ
ート　４：チャンバ ５ニブラケツト　　　６：チヤンバ ７：リテーナ　　　　８：ボールベアリング９ニブラン
ジヤ　　　１０：従動側受圧部１１：固定側受圧部　　
１２：球体 １３：圧縮コイルスプリング １４ニスプリング受け　１５：押さえプレート１６：ア
ジャストボルト １７：ロツク孔１８：ロックシリンダ １９：ロックピン　　　２０：装着孔 ２１：ロックプレート　２２：ロックシリンダ特許出願
人　　　　　三島光度　株式会社代　理　人　　　　　
小　堀　　益（ほか２名）Ｌ］Ｚ 第　２　図 第　３　囚 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ロボットアームの自由端に連結される固定プレート
   と、該固定プレートに連接され工具用のツールプレート
   を着脱自在に装着する従動プレートとを備え、該従動プ
   レートは前記固定プレートの中心に対して半径方向及び
   円周方向へ移動可能に連接され、これら固定プレートと
   従動プレートにそれぞれ円錐凹状の一対の受圧部を対向
   して前記中心周りに２個以上設け、更にこれらの受圧部
   間に球体を介装すると共に受圧部間に付勢力を与える弾
   性手段を備えてなることを特徴とするフローティング装
   置。