JPH0938887A - コンプライアンス機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンプライアンス力を容易に可変できる汎用
的なコンプライアンス機構でない。 【解決手段】 ベースプレート１とツールプレート３と
の間に、両端部に略球状の連接部４ａ，４ｂを形成した
中空のボールリンク４を設け、ベースプレート１とツー
ルプレート３とをボールリンク４の連接部４ａ，４ｂに
ワイヤ状部材８を用いて連結させる連結手段７を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンプライアンス
機構に関し、特にロボットのアームと作業ツールとの間
に介装するコンプライアンス機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業用ロボットによって２つの部
品のはめ合い作業等の組立作業を行う場合、部品の公
差、位置決め精度、ロボットの位置決め精度等によって
生じる２つの部品間の中心軸線のずれを補うためにロボ
ットのアームに対して作業ツール（ハンド、フィンガー
等の称呼を含む。）を変位自在に連結するコンプライア
ンス機構が用いられている。このコンプライアンス機構
としては、所謂受動的コンプライアンス機構と能動的コ
ンプライアンス機構とに大別される。

【０００３】前者の受動的コンプライアンス機構は、例
えば特開平３−９２２８６号公報に記載されているよう
に、アームを取付ける第１部材と作業ツールを取付ける
第２部材との間に、径の異なる複数の円筒部とこの複数
の円筒部間を所定の間隔を保って連結する連結部とを一
体に形成した弾性体からなる円筒状部材を介在させ、こ
の円筒状部材が自由な方向及び角度で変形変位すること
によって作業ツールが変位して水平誤差及び角度誤差を
吸収するようにする等、ゴム、スプリング等の弾性体の
弾性力によってコンプライアンス性を持たせるようにし
ている（その他、特開昭６２−６８２３１号公報、特公
平３−７９１３６号公報等参照）。

【０００４】また、後者の能動的コンプライアンス機構
は、モータ等のアクチュエータ及び作業ツールからの反
力を検出する歪ゲージ等のセンサを備え、センサで検出
した作業ツールからの反力に応じてアクチュエータをフ
ィードバック制御することで能動的にコンプライアンス
性を持たせるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の受動的コンプライアンス機構にあっては、コン
プラアンスが弾性体の弾性力によっているために、コン
プライアンスの中心に対する反力（コンプライアンス
力）を変えるためには弾性体を交換しなければならず、
組付け部品のはめあい公差、精度等の条件によって必要
なコンプライアンス力を得るためには、個々のロボット
毎にコンプライアンス機構を異ならしめなければならな
くなり、汎用性に欠けている。

【０００６】また、能動的コンプライアンス機構にあっ
ては、手先に組み込むための高価なセンサが必要にな
り、手先にセンサを組み込むために配線回しが必要にな
って、特に複数ハンドを備える場合にはその配線回しが
複雑になると共に、制御系の処理も複雑になり、汎用的
なロボットには適していない。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、コンプライアンス力を容易に可変調整できる汎
用的なコンプライアンス機構を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のコンプライアンス機構は、ロボットのア
ームと作業ツールとの間に設けるコンプライアンス機構
において、前記アームを取付ける第１部材と前記作業ツ
ールを取付ける第２部材との間に、両端部に略球状の連
接部を形成したリンク部材を配置し、一端部を前記第１
部材又は第２部材に係止したワイヤ状部材の他端部を引
張ることで前記第１部材と第２部材とを前記リンク部材
を介して変位自在に連結させる連結手段を設けた。

【０００９】請求項２のコンプライアンス機構は、上記
請求項１のコンプライアンス機構において、３個以上の
前記リンク部材を等配置した構成とした。

【００１０】請求項３のコンプライアンス機構は、上記
請求項１又は２のコンプライアンス機構において、前記
連結手段が前記ワイヤ状部材を作業上の押圧方向と逆方
向に引張る構成とした。

【００１１】請求項４のコンプライアンス機構は、上記
請求項１乃至３のいずれかのコンプライアンス機構にお
いて、前記連結手段が前記ワイヤ状部材を引張るサーボ
モータを有する構成とした。

【００１２】請求項５のコンプライアンス機構は、上記
請求項４のコンプライアンス機構において、前記サーボ
モータを駆動制御するサーボゲインを調整可能な制御手
段を備えた。

【００１３】請求項６のコンプライアンス機構は、上記
請求項１乃至３のいずれかのコンプライアンス機構にお
いて、前記連結手段が前記ワイヤ状部材を引張る流動体
を用いたアクチュエータを有する構成とした。

【００１４】請求項７のコンプライアンス機構は、上記
請求項６のコンプライアンス機構において、前記アクチ
ュエータが複数の流動体導入経路を有し、この複数の流
動体導入経路を選択する選択手段を備えた。

【００１５】請求項８のコンプライアンス機構は、上記
請求項１乃至３、６、７のいずれかのコンプライアンス
機構において、前記連結手段が、前記ワイヤ状部材の他
端部を係止するテンションプレートと、このテンション
プレートに略球状の連結部を介して引張力を付与する引
張り力付与手段と有する構成とした。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す断面図、図２は本発明の第２実施例を示す断面図、
図３は図２の要部拡大断面図、図４は本発明の第３実施
例を示す断面図、図５は図４の略平面図、図６は本発明
の第４実施例を示す断面図、図７は図６の略平面図、図
８は本発明の第５実施例を示す断面図、図９は本発明の
第６実施例を示す断面図である。

【００１７】先ず、図１に示す第１実施例のコンプライ
アンス機構は、図示しないロボットのアームに取付ける
第１部材であるベースプレート１と、チャック等の作業
ツール２を取付ける第２部材であるツールプレート３と
の間に、両端部に略球状の連接部４ａ，４ｂを形成した
リンク部材である中空のボールリンク４を設け、また、
ベースプレート１及びツールプレート３には、ボールリ
ンク４の連接部４ａ，４ｂが若干はまり込む円錘状の透
孔をなす連接受け部５，６をそれぞれ形成している。な
お、ボールリンク４の連接部４ａ，４ｂの形状は、完全
な球形に限るものではなく、例えば半球形状、卵形状、
半卵形状等の形状にすることもできる。

【００１８】そして、ベースプレート１とツールプレー
ト３とをボールリンク４の連接部４ａ，４ｂにワイヤ状
部材８を用いてそれぞれ連結させることで、ベースプレ
ート１とツールプレートとをボールリンク４を介して変
位自在に連結させる連結手段７を設けている。

【００１９】この連結手段７は、ワイヤ状部材８の一端
部を球形のワイヤクランパ９にてクランプし、このワイ
ヤ状部材８はツールプレート３の連接受け部６からボー
ルリンク４内の中空部を通し、ベースプレート１の連接
受け部５を介してテンションプレート１０に他端部を固
着し、このテンションプレート１０とベースプレート１
の中央部に形成した穴部１ａのフランジ部外周に螺着し
たアジャスタ１１との間にスプリング等からなるテンシ
ョナー１２を介設し、このテンショナー１２でテンショ
ンプレート１０をベースプレート１と離反方向に付勢し
てワイヤ状部材８を引張ることでツールプレート３をボ
ールリンク４の連接部４ｂに当接させ、さらにボールリ
ンク４の連接部４ａをベースプレート１に当接させてい
る。

【００２０】このように構成したコンプライアンス機構
において、例えば２つの部品のはめ合い時にその軸線が
ずれていることによって作業ツール２に対して矢示Ａ方
向の力が作用すると、ツールプレート３とベースプレー
ト１との最小間隔はボールリンク４にて規定されている
ので、図の右側のワイヤ状部材８の通るパスが長くなる
ようにテンションプレート１０を引き下げようとする力
が発生することになり、テンショナー１２との反力でコ
ンプライアンスが発生する。

【００２１】同様に、作業ツール２に対して矢示Ｂ方向
の力が作用すると、ツールプレート３とベースプレート
１との最小間隔はボールリンク４にて規定されているの
で、図の左側のワイヤ状部材８の通るパスが長くなるよ
うにテンションプレート１０を引き下げようとする力が
発生することになり、テンショナー１２との反力でコン
プライアンスが発生する。

【００２２】このとき発生するコンプライアンス力は、
テンションプレート１０に作用しているテンショナー１
２の付勢力（プリロード）の大きさに依存することにな
る。したがって、アジャスタ１１を回転操作してテンシ
ョンプレート１０との間隔を変化させることで、テンシ
ョナー１２によるテンションプレート１０に対するプリ
ロードが変化し、これによりテンションプレート１０に
よるワイヤ状部材８の引張力が変化して、ベースプレー
ト１及びツールプレート３とボールリンク４との当接力
（連結力）が変化する。

【００２３】このように、ベースプレート１とツールプ
レート３との間に、両端部に略球状の連接部４ａ，４ｂ
を形成したボールリンク４を設け、ワイヤ状部材９を引
張ることでベースプレート１とツールプレート２とをボ
ールリンク４の連接部４ａ，４ｂにそれぞれ変位自在に
連結させる連結手段７を設けることにより、例えば上記
のようにアジャスタ１１を回転操作してテンションプレ
ート１０に対する付勢力を変化させてワイヤ状部材９の
引張力を変化することでベースプレート１及びツールプ
レート３とボールリンク４の連接部４ａ，４ｂとの連結
力が変化し、容易にコンプライアンス力を可変調整する
ことができる。

【００２４】次に、図２に示す第２実施例のコンプライ
アンス機構は、ロボットのアーム１３に取付けたベース
プレート１とツールプレート３との間に複数のボールリ
ンク４，４…を等角度（等間隔）で配置し（図では２個
のみ図示）、ツールプレート３側にワイヤ状部材８を用
いてベースプレート１とツールプレート３とをボールリ
ンク４を介して変位自在に連結させる連結手段１４を各
ボールリンク４毎に設けている。

【００２５】これらの連結手段１４は、ワイヤ状部材８
のベースプレート１側の一端部をワイヤクランパ１４で
クランプし、図３に示すように、ワイヤ状部材８の他端
部をクランプしているワイヤクランパ９とツールプレー
ト３との間に圧縮スプリング等からなるテンショナー１
６と、このテンショナー１６を受ける受け部材１７と、
この受け部材１７の外周面に螺着したアジャスタ１８と
を介装して、テンショナー１６の付勢力で受け部材１７
及びアジャスタ１８を介してワイヤ状部材８を引張るこ
とでツールプレート３をボールリンク４の連接部４ｂに
当接させ、さらにボールリンク４の連接部４ａをベース
プレート１に当接させて、ベースプレート１とツールプ
レート３とをボールリンク４を介して変位自在に連結し
ている。

【００２６】このように構成したコンプライアンス機構
においても、上記第１実施例と同様に、作業ツール２に
対して矢示Ａ又はＢ方向の力が作用すると、ワイヤ状部
材８の通るパスが長くなるようにツールプレート３を引
き下げようとする力が発生することになり、テンショナ
ー１６との反力でコンプライアンスが発生し、アジャス
タ１８を回転操作してテンショナー１６の反力を変化さ
せることでコンプライアンス力を可変調整することがで
きる。

【００２７】そして、リンク部材であるボールリンク４
を３個以上等角度で配置することによって、Ｘ−Ｙ方向
だけでなく、θ方向（ねじり方向）にもコンプライアン
スを持たせることができる。

【００２８】次に、図４に示す第３実施例のコンプライ
アンス機構は、ロボットのアーム１３の先端部側に固定
したアームプレート１９の前面（図で下面）に複数の支
柱部材２０を介して所要の間隔を置いてベースプレート
１を固定し、このベースプレート１とアームプレート１
９との間に３個の等配置した（図５を参照）ボールリン
ク４を介してツールプレート３を配置し、ベースプレー
ト１に設けた穴部１ｂを介してベースプレート３の前面
側に作業ツール２を取付け、更にベースプレート１側に
上記第２実施例と同様な連結手段１４を各ボールリンク
４毎に設けている。

【００２９】このように構成したコンプライアンス機構
においては、上記第２実施例と同様にコンプライアンス
が発生し、またコンプライアンス力を容易に可変調整す
ることができるとともに、コンプライアンス機構が作業
ツール２を内蔵した構成となってコンパクト化を図れ、
更にボールリンク４を等配置することでＸ−Ｙ方向だけ
でなく、θ方向（ねじり方向）にもコンプライアンスを
持たせることができる。

【００３０】しかも、ツールプレート３とボールリンク
４とが上記各実施例とは相対的に逆にした構成としてい
る、つまり、ワイヤ状部材８を作業上の押圧方向と逆方
向に引張る構成としたので、組立作業によって作業ツー
ル２に対して矢示Ｆ方向の押圧力が作用したとしても、
ワイヤ状部材８が引張られる方向になり、大きな作業押
圧力に対する反力を発生させることができて、コンプラ
イアンスに対して大きなＺ軸剛性を持たせることができ
る。

【００３１】次に、図６に示す第４実施例のコンプライ
アンス機構は、サーボモータ２２を有する連結手段２１
を備えている。すなわち、連結手段２１は、上記第３実
施例のアームプレート１９上にサーボモータ２２を設置
し、このサーボモータ２２の回転軸２２ａにスプール２
３を固着し、一端部をワイヤクランパ９でクランプして
ツールプレート３にて係止したワイヤ状部材８を、上記
第３実施例と同様にボールリンク４及びベースプレート
１を通した後、ベースプレート１に支持部材２４ａを介
して回転自在に保持したプーリ２４を経て、ベースプレ
ート１に形成した透孔１ｃ及びアームプレート１９に形
成した透孔１９ａを通し、更にアームプレート１９に支
持部材２５ａを介して回転自在に保持したプーリ２５を
経て、スプール２３にワイヤ状部材８の他端部を固着し
ている。そして、この連結手段２１のサーボモータ２２
を回転駆動するサーボゲインを調整可能な制御手段であ
るコントローラ２６を備えている。

【００３２】このように構成したコンプライアンス機構
においては、サーボモータ２２を回転駆動して例えばス
プール２３を図７に示すように矢示方向に回転させてワ
イヤ状部材８に所要の引張り力を与え、このワイヤ状部
材８でプーリ２５，２４を介してツールプレート３を引
張り、ベースプレート１及びツールプレート３とボール
リンク４とを連結することで、作業作業ツール２に力が
作用したときに上記第３実施例と同様にコンプライアン
スが発生する。

【００３３】また、コンプライアンス機構が作業ツール
２を内蔵した構成となってコンパクト化を図れ、更にボ
ールリンク４を等配置することでＸ−Ｙ方向だけでな
く、θ方向（ねじり方向）にもコンプライアンスを持た
せることができる。

【００３４】加えて、コントローラ２６によってサーボ
モータ２２のサーボゲインを変化させることでワイヤ状
部材８に対する引張力が変化するので、コンプライアン
スＦ２を無段階に可変でき、作業に適したコンプライア
ンスを得ることができ、例えば部品運搬時、組立時など
一連の作業パスやワークの変更に対してもロボットの作
業を中断することなく適切なコンプライアンスに設定す
ることができる。

【００３５】次に、図８に示す第５実施例のコンプライ
アンス機構は、前記図１に示した第１実施例のコンプラ
イアンス機構においてテンションプレート１０にテンシ
ョンを与えるテンショナーとして、流動体を用いたアク
チュエータであるエアーシリンダ２８を有する連結手段
２７を備えると共に、このエアーシリンダ２８には複数
の流動体導入経路であるエアー供給路２９ａ〜２９ｅを
設け、これらのエアー供給路２９ａ〜２９ｅ中に選択手
段である電磁弁３０ａ〜３０ｅを介装し、各エアー供給
路２９ａ〜２９ｅに異なる圧力のエアーを供給するよう
にしている。

【００３６】このように構成したコンプライアンス機構
においては、上記第１実施例と同様にコンプライアンス
を得ることができると共に、開状態にする電磁弁３０ａ
〜３０ｅを選択的に切換ることによってエアーシリンダ
２７の押圧力が変化してテンションプレート１０による
ワイヤ状部材８に対する引張力が変化するので、ロボッ
ト作業中でも容易にコンプライアンスを調整することが
できる。

【００３７】次に、図９に示す第６実施例のコンプライ
アンス機構の連結手段３２は、図６に示した第４実施例
と略同様にワイヤ状部材８の他端部をアームプレート１
９を通した後、テンションプレート１０の透孔１０ａを
通してワイヤクランパ３３にて係止すると共に、アーム
プレート１９上にサーボモータ２２に代えて引張り力付
与手段であるエアーシリンダ２８を配置し、このエアー
シリンダ２８のロッド２８ａを略球状の連結部であるボ
ール３４を介して連結している。

【００３８】このように構成したコンプライアンス機構
においては、上記各実施例と同様にコンプライアンスを
得ることができると共に、例えばチャック２にこじり方
向（Ｇ方向）の力が作用して図で右側のボールリンク４
がツールプレート３から離れても、テンションプレート
１０が右側に引かれて左側のワイヤ状部材４を引くため
に、テンションプレート８を平行に引く場合と違って左
側のワイヤ状部材８が緩むことがなくなり、Ｘ−Ｙ、θ
軸のみでなく芯の傾斜に対してもコンプライアンスを生
じ、種々の位置ずれに対して対応することができる。

【００３９】なお、上記各実施例では、テンショナー
（連結手段）としてスプリング、エアーシリンダ、サー
ボモータを用いた例について説明したが、このほかボー
ルネジとモータの組合わせ、オイルシリンダ等のアクチ
ュエータを用いることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のコンプ
ライアンス機構によれば、アームを取付ける第１部材と
作業ツールを取付ける第２部材との間に、両端部に略球
状の連接部を形成したリンク部材を配置し、一端部を第
１部材又は第２部材に係止したワイヤ状部材の他端部を
引張ることで第１部材と第２部材とをリンク部材を介し
て変位自在に連結させる連結手段を設けたので、第２部
材に２つの部品の位置ずれ等による力が作用したときに
ワイヤ状部材の引張力でコンプライアンスを発生させる
ことができると共に、ワイヤ状部材の引張力を変化する
ことで第１部材及び第２部材とリンク部材の連接部との
連結力が変化し、容易にコンプライアンス力を変化させ
ることができる。

【００４１】請求項２のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項１のコンプライアンス機構において、３
個以上のリンク部材を等配置した構成としたので、Ｘ−
Ｙ方向だけでなく、θ方向（ねじり方向）にもコンプラ
イアンスを持たせることができる。

【００４２】請求項３のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項１又は２のコンプライアンス機構におい
て、連結手段がワイヤ状部材を作業上の押圧方向と逆方
向に引張る構成としたので、大きな作業押圧力に対する
反力を発生させることができて、コンプライアンスに対
して大きなＺ軸剛性を持たせることができる。

【００４３】請求項４のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項１乃至３のいずれかのコンプライアンス
機構において、連結手段がワイヤ状部材を引張るサーボ
モータを有する構成としたので、コンプライアンスを無
段階に可変でき、作業に適したコンプライアンスを得る
ことができる。

【００４４】請求項５のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項４のコンプライアンス機構において、サ
ーボモータを駆動制御するサーボゲインを調整可能な制
御手段を備えたので、部品運搬時、組立時など一連の作
業パスやワークの変更に対しても適切なコンプライアン
スを得ることができる。

【００４５】請求項６のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項１乃至３のいずれかのコンプライアンス
機構において、連結手段がワイヤ状部材を引張る流動体
を用いたアクチュエータを有する構成としたので、コン
プライアンスを無段階に可変でき、作業に適したコンプ
ライアンスを得ることができる。

【００４６】請求項７のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項６のコンプライアンス機構において、ア
クチュエータが複数の流動体導入経路を有し、この複数
の流動体導入経路を選択する選択手段を備えたので、複
数のコンプライアンスを得ることができて、複数の作業
に適切かつ安価に対応するコンプライアンス機構が得ら
れる。

【００４７】請求項８のコンプライアンス機構によれ
ば、上記請求項１乃至３、６、７のいずれかのコンプラ
イアンス機構において、連結手段が、ワイヤ状部材の他
端部を係止するテンションプレートと、このテンション
プレートに略球状の連結部を介して引張力を付与する引
張り力付与手段と有する構成としたので、Ｘ−Ｙ、θ軸
のみでなく芯の傾斜に対してもコンプライアンスを生
じ、種々の位置ずれに対して対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図

【図２】本発明の第２実施例を示す断面図

【図３】図２の要部拡大断面図

【図４】本発明の第３実施例を示す断面図

【図５】図４の略平面図

【図６】本発明の第４実施例を示す断面図

【図７】図６の略平面図

【図８】本発明の第５実施例を示す断面図

【図９】本発明の第６実施例を示す断面図

【符号の説明】

１…ベースプレート、２…作業ツール、３…ツールプレ
ート、４…ボールリンク、４ａ，４ｂ…連接部、７，１
４，２１，２７…連結手段、８…ワイヤ状部材、９，１
５…ワイヤクランパ、１０…テンションプレート、１
１，１８…アジャスタ、１２，１６…テンショナー、１
９…アームプレート、２０…支柱部材、２２…サーボモ
ータ、２３…スプール、２４，２５…プーリ、２８…エ
アーシリンダ、２９ａ〜２９ｅ…エアー供給路、３０ａ
〜３０ｅ…電磁弁、３４…ボール。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアームと作業ツールとの間に
   設けるコンプライアンス機構において、前記アームを取
   付ける第１部材と前記作業ツールを取付ける第２部材と
   の間に、両端部に略球状の連接部を形成したリンク部材
   を配置し、一端部を前記第１部材又は第２部材に係止し
   たワイヤ状部材の他端部を引張ることで前記第１部材と
   第２部材とを前記リンク部材を介して変位自在に連結さ
   せる連結手段を設けたことを特徴とするコンプライアン
   ス機構。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のコンプライアンス機構
   において、３個以上の前記リンク部材を等配置したこと
   を特徴とするコンプライアンス機構。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のコンプライアン
   ス機構において、前記連結手段が前記ワイヤ状部材を作
   業上の押圧方向と逆方向に引張ることを特徴とするコン
   プライアンス機構。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のコン
   プライアンス機構において、前記連結手段が前記ワイヤ
   状部材を引張るサーボモータを有することを特徴とする
   コンプライアンス機構。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のコンプライアンス機構
   において、前記サーボモータを駆動制御するサーボゲイ
   ンを調整可能な制御手段を備えたことを特徴とするコン
   プライアンス機構。
6. 【請求項６】 請求項１乃至３のいずれかに記載のコン
   プライアンス機構において、前記連結手段が前記ワイヤ
   状部材を引張る流動体を用いたアクチュエータを有する
   ことを特徴とするコンプライアンス機構。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のコンプライアンス機構
   において、前記アクチュエータが複数の流動体導入経路
   を有し、この複数の流動体導入経路を選択する選択手段
   を備えたことを特徴とするコンプライアンス機構。
8. 【請求項８】 請求項１乃至３、６、７のいずれかに記
   載のコンプライアンス機構において、前記連結手段が、
   前記ワイヤ状部材の他端部を係止するテンションプレー
   トと、このテンションプレートに略球状の連結部を介し
   て引張力を付与する引張り力付与手段と有することを特
   徴とするコンプライアンス機構。