JPH0420755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 部品を掴むハンドと該ハンドを移動するアーム
との間に該アームに対しハンドを変位自在に連結
する平行板ばね式コンプライアンス機構と、部品
を搬送するときと組立てるときとでコンプライア
ンス機構の硬さ（変位自由度）を切換える駆動手
段とを具えた組立ロボツトにおいて、上記切換駆
動手段をコンプライアンス機構の板ばね構造体内
にコンパクトに収めることによりロボツト手首機
構の簡素化、小型化を図る。

〔産業上の利用分野〕 本発明は工業用組立ロボツトに関し、特にその
アームはハンドとの連結部にコンプライアンス機
構を有する組立ロボツトの手首機構に関する。

〔従来の技術〕

産業用ロボツトの出現により自動組立化が進
み、その作業内容も高精度、高速度化の一途をた
どつている。これに従い、ロボツトの位置決め精
度を向上させなければならない。しかし、ロボツ
トの精度を向上させるだけでは高精度組立は困難
な場合が多い。即ち、組立作業では組立対象物間
の相対位置関係が重要であるため、絶対位置より
はこの相対位置を高精度に位置決めする必要があ
る。特に数μmのオーダーの嵌合作業においては
このような高精度の相対位置の位置決めの問題を
考慮しなければならない。

ロボツトによる高精度の嵌合ハメ合い作業を円
滑に行うために、板バネあるいはコイルバネ等か
らなるコンプライアンス機構によりアームに対し
ハンドを変位可能として組立対象物間の相対位置
の位置ずれを吸収する手首構造が提案されてい
る。しかしながら、このような手首構造におい
て、相対位置ずれの吸収能力を上げようとしてコ
ンプライアンスを大きく（柔らかく）すれば、ハ
イ合い作業の挿入方向の力も弱められ適切な挿入
力が得られず挿入困難となる場合があり、また大
きなコンプライアンスを手首部にもたせると挿入
物の運搬の際の始動、停止時に大きな振動が起り
高速化の妨げになる。

そこで本願出願人は先に特開昭59−59389号に
おいて、上記従来技術の問題点を解消すべく、嵌
合物（組立部品）の搬送時にはコンプライアンス
を小さくして振動を防止し、挿入作業時には位置
ずれ方向のコンプライアンスを大きくして円滑な
挿入が達成できるように、コンプライアンスを可
変とすることを提案した。

コンプライアンスを可変制御する駆動手段はそ
の回りに配設したリニアモータ式駆動装置により
構成され、ｘ−ｙ平面においてｘコイルよりｘ方
向の制御を、ｙコイルによりｙ方向の制御を行
う。

〔発明が解決すべき問題点〕

しかるに上記のコンプライアンス可変機構にお
いてはその駆動装置のｘ，ｙコイルが平行板ばね
の周囲にこれを取り囲むように配置されているた
め、装置全体としての外形寸法を大きくしてい
た。

本発明の目的はコンプライアンスの駆動機構
（コンプライアンス可変機構）をコンプライアン
ス機構自体の内部に配設することにより装置全体
としての小型化、軽量化を計ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば上記目的を達成するために、組
立てるべき部品を掴むハンドと該ハンドを移動す
るアームとの間に該アームに対しハンドを変位自
在に連結する平行板ばね式コンプライアンス機構
とコンプライアンス機構の変位自由度を切換える
駆動手段とを有する組立ロボツトの手首機構であ
つて、ｘ方向変位用の一対の平行板ばね間に継
鉄、コイルプレート、永久磁石、継鉄を重ねて形
成した第一のリニアモータを設けると共に、ｙ方
向変位用の一対の平行板ばね間に該第一のリニア
モータの駆動方向に対し垂直方向の駆動を与える
第二のリニアモータを第一のリニアモータと上下
重ねて配置したことを特徴とする組立ロボツトの
手首機構が提供される。

〔作 用〕

コンプライアンス機構を駆動制御する駆動手段
はコンプライアンス機構の平行板ばね構造体内に
組み込まれるので、外形寸法は平行板ばね構造体
の外形寸法に抑えられ、全体としての小型化が計
れる。

〔実施例〕

第９，１０図は上述の特開昭59−59389号に開
示される組立ロボツトの手首機構を示すもので、
まず初めにこれについて簡単に説明する。

第９図および第１０図はロボツトの手首部の上
側および下側からみた斜視図である。アーム１１
（第１図）に接合される手首支持板１に平行バネ
組立体２の上面が固定される。この平行バネ組立
体２は互に直交するｘ方向およびｙ方向に変位可
能な２組の各々２枚ずつの薄い対向平行板バネ
３，４からなり、その下端には連結棒９を介して
ハンド１３（第１図）が取付けられる。ロボツト
の嵌合ハメ合い作業時に組立部品（例えばピン）
Ａと相手部品Ｂの嵌入孔１０との相対位置がずれ
ている場合、挿入圧力の反力のｘ方向成分、ｙ方
向成分に応じて各平行板バネ３，４が第１２図に
示す如く変形してｘ方向およびｙ方向に変位しこ
の位置ずれを吸収して挿入を達成する。各平行板
バネ３，４にはその変形量を検知するための歪ゲ
ージ５が貼付される。歪ゲージ５は好ましくは平
行板バネの変形量が最大となる位置、例えば各平
行板バネの上端部又は下端部に貼付される。この
歪ゲージ５の出力により各平行板バネ３，４の変
形量が分り、従つてｘ方向およびｙ方向の変位が
検知される。平行バネ組立体２の下部の連結棒９
にはｘ方向駆動用平板コイル（ｘコイル）６およ
びｙ方向駆動用平板コイル（ｙコイル）７が連結
され、各平板コイル６，７は継鉄２１によつて磁
気的に結合された上下の永久磁石８間に配置され
る。これらの平板コイル６，７および永久磁石８
によりｘ，ｙ方向に移動可能な平面直流電動機
（リニアモータ）２０が構成される。平行バネ組
立体２のｘ方向にのみ力を加えた場合の前述のｘ
方向およびｙ方向の歪ゲージ５の出力電圧を見る
と、ｘ方向およびｙ方向の相互干渉は少くかつ変
位−出力の直線性は良好であることが確認されて
いる。従つて、ｘ方向およびｙ方向の各歪ゲージ
５の出力に基き、ｘ方向およびｙ方向の平板コイ
ル６，７を各々独立させて駆動制御し、これらの
動きの合成として平行バネ組立体２の下部を所望
位置に移動してコンプライアンスを可変とするこ
とができる。例えば平行バネ組立体がｘ方向に変
位している場合、前述の電動機の駆動制御により
平行バネ組立体がさらにｘ方向に変位する方向に
平板コイルに電流を流すことによりコンプライア
ンスは大きくなる。逆に平行バネ組立体が変位方
向と逆方向に移動するように平板コイルに電流を
流せばコンプライアンスは小さくなる。

このような平面直流電動機の運動制御について
は上記の特開昭59−59389号公報に詳しく開示さ
れており、また本発明とは直接的には関係ないの
で詳しい説明は省略する。

上述の如き従来のコンプライアンス可変機構に
おいては、ｘコイル６、ｙコイル７は第１１図に
示す如く平行板ばね構造体の周囲に配設されるた
めその平面スペースが大きくなつていた。換言す
れば各コイル６，７の上方空間は全く無駄なスペ
ースである。

本発明はこのような無駄なスペースを無くし
て、小型化でコンパクトなロボツトの手首機構を
実現せんとするものである。

第１図は本発明を適用した組立ロボツトの外観
斜視図を示すもので、アーム１１はシリンダ１５
に連結されるモータ１７に連結され、回転並びに
上下動が可能となつている。

尚、１００はコンプライアンス可変機構４０上
に設けられる、部品ＡとＢとの接触力を検知する
ためのセンサであり、センサ１００はいわばｚ方
向の変位を検出してｘ−ｙ平面内でのコンプライ
アンスを制御する。

センサ１００は例えばコンプライアンス機構と
同様の歪ゲージ付き平行板ばね構造体により形成
されるが、本発明とは直接関係ないので説明を省
略する。

第２〜４図は本発明に係るコンプライアンス可
変機構４０の一実施例を示すもので、同図におい
て円筒形の上下のカバー２１内にコンプライアン
ス可変機構４０が配設される。

ｘ方向制御用の一対の対向平行板ばね２３Ａ
（第９図の平行板ばね４に対応）はその下端をね
じ２４Ａにより押え板２６Ａを介して板ばね保持
部材２５Ａに固定される。また平行板ばね２３Ａ
の上端は同様にねじ２４Ａにより押え板２６Ａを
介してｘ−ｙ平行板ばね連結部材２７に固定され
る。平行板ばね２３Ａの一方には、例えばその上
端部中心に歪ゲージ２８Ａが付着されることは従
来と同様である。板ばね保持部材２５Ａはカバー
２１の下面に固定される。板ばね保持部材２５Ａ
上には一対の継鉄３０Ａ，３１Ａの間に平面コイ
ル（ｘコイル）３２Ａを有するコイルプレート３
３Ａと永久磁石３４Ａとが配置される。コイルは
印刷コイルでもあるいは巻線コイルでもよい。コ
イルプレート３３Ａと下方の継鉄３０Ａとはねじ
３５Ａにより板ばね保持部材２５Ａに固定され
る。コイルプレート３３Ａと継鉄３０Ａとは所定
のギヤツプを有してねじ３５Ａにより一体的に固
定され、一方、コイルプレート３３Ａと磁石３４
Ａとの間のギヤツプはスペーサ３６Ａにより確保
される。即ち、磁石３４Ａを固着した上方の継鉄
３１Ａは、磁石３４Ａとコイルプレート３３Ａと
の間が所定のギヤツプで隔てられるようにしてス
ペーサ３６Ａ上に保持される。継鉄３１Ａ自身は
ねじ３７Ａにより連結部材２７に固定される。

永久磁石３４Ａは同一の２本の棒磁石を平行に
並べたものでその板厚方向にＮ極とＳ極が形成さ
れ、互いに表裏が逆になつている（第４図の永久
磁石３４Ｂを参照）。

以上の如く構成することにより、ｘ方向の変位
を可能ならしめる平行板ばね２３Ａの駆動用平面
直流電動機（リニアモータ）が一対の平行板ばね
２３Ａ間に形成される。

ｙ方向の変位を可能ならしめる平行板ばね２３
Ｂに対する平面直流電動機構造は、上述のｘ方向
変位用板ばね２３Ａ上にこれに対し90゜だけ位相
をずらした状態で連結部材２７に関して対称的に
形成される。即ち、第４図から明らかな様にｘ−
ｙ平行板ばね連結部材２７のみを共通にして、そ
の下方にｘ方向コンプライアンス機構、上方に
90゜だけ位相をずらして対称的にｙ方向コンプラ
イアンス機構が形成される。そのため連結部材２
７自身も互いに直交する、即ち90゜だけ位相がず
れた一対のプレート２７ａ，２７ｂを連結部材２
７ｃで一体的に連結したブロツク状となつてい
る。

ｙ方向コンプライアンス機構についての説明は
ｘ方向コンプライアンス機構に対し位相が90゜ず
れているだけで全く同様であるので、ｘ方向コン
プライアンス機構に関する部品については添字Ａ
を、そしてｙ方向コンプライアンス機構に関する
部品については添字Ｂを夫々付すことにより、ｙ
方向コンプライアンス機構についての説明は省略
する。

また、リニアモータによるコンプライアンスの
駆動制御方法は上述の従来技術と全く同様であ
り、従つて説明を省略する。

尚、コイルプレート３３Ａ，３３Ｂは板ばね保
持部材２５Ａ，２５Ｂを介してカバー２１に連結
されるので、これら板ばね保持部材２５Ａ，２５
Ｂ及びカバー２１を伝熱性の良い材料で形成する
ことにより、コイル部で発生するジユール熱の放
熱効果を良好にすることができる。

第５〜８図は本発明の別の実施例を示す。

第５〜８図に示す実施例では、第２〜４図に示
す実施例に対応する部品は100を加えた数字で示
す。

第５〜８図において第２〜４図に示す第１実施
例に比し、更に高さ方向の寸法が小さくなつてお
り、ｘ方向変位用の一対の平行板ばね１２３Ａと
ｙ方向変位用の一対の平行板ばね１２３Ｂとは同
一高さ位置に、即ち、第２〜４図の如く方向にず
らすことなく90゜位相をずらして取り付けられる。

平行板ばね１２３Ａは直径方向に対向してその
上端がｘ−ｙ平行ばね連結部材１２７にねじ１２
４Ａにより押え板１２６Ａを介して固定され、他
方、平行板ばね１２３Ｂも平行板ばね１２３Ａに
対し90゜だけ位相をずらして直径方向に対向して
上端が連結部材１２７にねじ１２４Ｂにより押え
板１２６Ｂを介して固定される。本実施例では、
連結部材１２７は例えば第８図に示す如く８角形
状の平板であり、コンプライアンス機構の最上方
に位置する。

板ばね保持部材１２５Ａはその上端が開放した
円筒形を呈し、その底面に４枚の板ばね１２３
Ａ，１２３Ｂが貫通する４つの開口６０Ａと、後
述のスペーサ１３６Ａが貫通する２個の開口７０
Ａとを有する。

スペーサ１３６Ａは永久磁石１３４Ａを固着し
た下方の継鉄１３０Ａに一体的に形成され、継鉄
１３０Ａを板ばね保持部材１２５Ａに下方から重
合したときにスペーサ１３６Ａが保持部材１２５
Ａの開口７０Ａを通して上方に突出し、ｙコイル
用の継鉄１３０Ｂに係止する。永久磁石１３４Ａ
は第１の実施例と全く同様な２本の棒磁石から構
成される。

ｘコイル１３２Ａはコイル単体として形成さ
れ、板ばね保持部材１２５Ａ上に直接載置され
る。コイル１３２Ａの長手方向両端は好ましくは
図示の如く上方に曲げられ、継鉄１３１Ａに対す
る長手方向の動きを規制する。

継鉄１３０Ａは板ばね１２３Ａの下端を固定保
持する板ばね保持部材としての役割も有する。即
ち、板ばね１２３Ａの下端はねじ１２４Ａにより
押え板１２６Ａを介して継鉄１３０Ａに固定され
る。

他方の板ばね１２３Ｂの下端を板ばね１２３Ａ
の下端と同一平面内で固定保持するために、ｘコ
イル用の板ばね保持部材１２５Ａの底面にナツト
部材８０が直径方向に対向して一体的に形成さ
れ、そこに板ばね１２３Ｂの下端がねじ１２４Ｂ
により押え板１２６Ｂを介して固定される。この
ナツト部材８０はｘコイル用の保持部材１２５Ａ
のみに形成され、ｙコイル用の保持部材１２５Ｂ
には形成されていない。何となれば板ばね１２３
Ａ，１２３Ｂの上端はすべて同一平面内で同一の
連結部材１２７に固定し得るからである。以上の
如くしてｘコイル用の平面直流電動機が形成され
る。

ｙコイル用の平面直流電動機は第１実施例と同
様に90゜だけ位相をずらして継手１３１Ａと１３
１Ｂの境接面に関して対称的に配置される。

第１の実施例はｘ方向の平面直流電動機とｙ方
向のそれとがその境接面に関して完全に対称的で
あるのに対し、第２の実施例では連結部材１２７
と、ナツト部材８０との部分においては対称性が
なく、完全な上下対称構造とはなつていない。た
だし、第２実施例においても実質上対称的構造と
なつていることには変りない。

尚、第２の実施例においても装置全体は上下に
２つ割りのカバー１２１内に収められる。

第２の実施例においても、板ばね１２３Ａ，１
２３Ｂには歪ゲージ１２８Ａが付着されることは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上に記載した如く本発明によればコンプライ
アンス機構をｘ−ｙ平面内において可変制御する
駆動機構を、コンプライアンス機構を構成する平
行板ばね構造体内にコンパクトに収めたので装置
全体の小型化、軽量化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る手首機構を有する組立ロ
ボツトの斜視図、第２図は本発明に係るコンプラ
イアンス可変機構の半分を断面で示す正面図、第
３図は第２図の要部破断平面図、第４図は第２図
に示す装置の分解斜視図、第５図は本発明の第２
の実施例を示すコンプライアンス可変機構の中心
横断面図、第６図は第５図の要部破断平面図、第
７図は第５図とは90゜位相をずらした位置での半
分を断面で示す正面図、第８図は第５〜７図に示
す装置の分解斜視図、第９図は従来のコンプライ
アンス可変機構を示す要部破断斜視図、第１０図
は第９図を下方から見た斜視図、第１１図は従来
技術の欠点を説明するための斜視図、第１２図は
コンプライアンス可変機構の作動原理を説明する
図。 １１……アーム、１３……ハンド、４０……コ
ンプライアンス可変機構、２３Ａ，２３Ｂ，１２
３Ａ，１２３Ｂ……平行板ばね、３２Ａ，３２
Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂ……平面コイル、３４
Ａ，３４Ｂ，１３４Ａ，１３４Ｂ……磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 組立てるべき部品を掴むハンドと該ハンドを
   移動するアームとの間に該アームに対しハンドを
   変位自在に連結する平行板ばね式コンプライアン
   ス機構とコンプライアンス機構の変位自由度を切
   換える駆動手段とを有する組立ロボツトの手首機
   構であつて、ｘ方向変位用の一対の平行板ばね間
   に継鉄、コイルプレート、永久磁石、継鉄を重ね
   て形成した第一のリニアモータを設けると共に、
   ｙ方向変位用の一対の平行板ばね間に該第一のリ
   ニアモータの駆動方向に対し垂直方向の駆動を与
   える第二のリニアモータを第一のリニアモータと
   上下重ねて配置したことを特徴とする組立ロボツ
   トの手首機構。