(57)【要約】【課題】平面内方向にコンプライアンスを有し、小型化が可能であり、ヒステリシスを発生せず、精密な部品の自動生産工程に適した装置を得る。【解決手段】対向配置された第１，２のプレート１１，１２と、第１，２のプレート１１，１２を対向面内で相対的に変位させる３つのリンク機構１３とを備え、リンク機構１３は、第１，２のフレーム１３１，１３２と、第１のフレーム１３１を第１のプレート１１に対して回動自在に接続する第１の回転機構１３３と、第２のフレーム１３２を第２のプレート１２に対して回動自在に接続する第２の回転機構１３４と、第１，２のフレーム１３１，１３２を相対的に変位可能に接続する直動機構１３５と、第１，２のフレーム１３１，１３２間の変位に対する反力を加える弾性体１３６とを備えた。【選択図】図１
2015003363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１，２のプレートと、
前記第１，２のプレート間に配置され、当該第１，２のプレートを対向面内で相対的に変位させる３つのリンク機構とを備え、
前記リンク機構は、
第１，２のフレームと、
前記第１のフレームを前記第１のプレートに対して回動自在に接続する第１の回転機構と、
前記第２のフレームを前記第２のプレートに対して回動自在に接続する第２の回転機構と、
前記第１，２のフレームを相対的に変位可能に接続する直動機構と、
前記第１，２のフレーム間に接続され、当該第１，２のフレーム間の変位に対する反力を加える弾性体とを備えた
ことを特徴とするコンプライアンス装置。
【請求項２】
前記第１，２の回転機構および／または前記直動機構は、転がり軸受けから構成された
ことを特徴とする請求項１記載のコンプライアンス装置。
【請求項３】
前記直動機構に接続され、前記第１，２のフレーム間の変位を検出する位置センサ、または前記第１の回転機構および／または前記第２の回転機構に接続されて回転角度を検出する回転センサを備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のコンプライアンス装置。
【請求項４】
前記直動機構および前記弾性体に代えて、前記第１，２のフレームを相対的に変位可能に接続する板ばねを備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のコンプライアンス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動組立設備におけるロボットと組立対象部品との位置誤差を吸収するコンプライアンス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産設備において、ロボットなどの自動機械（以下、ロボットと記す）を用いて部品の供給、組立、部品実装工程などを行う際、位置誤差（対象部品の寸法誤差、ロボットの位置決め誤差などによる）を吸収する目的で、ロボットとハンドとの間や冶具にコンプライアンス装置を取り付ける場合がある。このコンプライアンス装置において、機械バネなどで１方向のみのコンプライアンス性を持たせた機構は従来からよく用いられているが、複数方向にコンプライアンス性を持たせた多自由度のコンプライアンス装置が求められる作業がある。この要求に対して、下記のような技術が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された装置は、６自由度のパラレルリンク機構を用いて３位置方向と３姿勢方向のコンプライアンスを有するものである。また、特許文献２，３に開示された装置は、作業方向に対して角度が傾斜する方向のコンプライアンス機能を実現したものである。
また、特許文献４に開示された装置は、平面内の位置（ＸＹ）方向および姿勢（θ）方向に対してコンプライアンスを有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３９７７４号公報
【特許文献２】特開２００８−６２３３５号公報
【特許文献３】特開２００２−３０７３６７号公報
【特許文献４】特開２００４−２２３６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、工程の内容によってコンプライアンスの必要な方向が異なり、例えばスカラ（水平型）ロボットを用いるような工程では、平面内（ＸＹθ）方向のコンプライアンスが有効となる場合がある。これに対し、特許文献１に開示された装置では過剰な自由度を有しており小型化が困難であり、特許文献２，３に開示された装置ではコンプライアンスの方向が求められているものと異なるという課題がある。
【０００６】
一方、特許文献４に開示された装置では、平面内（ＸＹθ）方向のコンプライアンスを有している。しかしながら、この装置では、可動部材と復元力発生手段とが摺動接触しているため、ヒステリシスを発生する構造であり、精密な部品の生産工程に適さないという課題がある。
また、直動ばねと回転ばねを積層して多自由度を実現する装置もある。しかしながら、この装置の場合には、積層式のためコンプライアンス装置としての高さが高くなるという課題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、平面内方向にコンプライアンスを有し、小型化が可能であり、ヒステリシスを発生せず、精密な部品の自動生産工程に適したコンプライアンス装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るコンプライアンス装置は、対向配置された第１，２のプレートと、第１，２のプレート間に配置され、当該第１，２のプレートを対向面内で相対的に変位させる３つのリンク機構とを備え、リンク機構は、第１，２のフレームと、第１のフレームを第１のプレートに対して回動自在に接続する第１の回転機構と、第２のフレームを第２のプレートに対して回動自在に接続する第２の回転機構と、第１，２のフレームを相対的に変位可能に接続する直動機構と、第１，２のフレーム間に接続され、当該第１，２のフレーム間の変位に対する反力を加える弾性体とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、上記のように構成したので、平面内方向にコンプライアンスを有し、小型化が可能であり、ヒステリシスを発生せず、精密な部品の自動生産工程に適したコンプライアンス装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置の構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置の第１，２の回転機構および第１〜３のリンク機構の配置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置を適用した第１，２のフレーム間の位置方向変位と発生する力との関係の例を示す図である（ｘ方向）。
【図４】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置を適用した第１，２のフレーム間の角度方向変位と発生する力のモーメントとの関係の例を示す図である（θ方向）。
【図５】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置をロボットとハンドとの間に取り付けた場合を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置を治具に取り付けた場合を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置において、直動機構に代えて回転機構を用いた場合の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるリンク機構の別の構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示すリンク機構を用いたコンプライアンス装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置１の構成を示す斜視図である。
コンプライアンス装置１は、平面内において位置（ＸＹ）方向および姿勢（θ）方向に対してコンプライアンスを有する装置である。すなわち、ＸＹθの３自由度のコンプライアンスを有する装置である。このコンプライアンス装置１は、図１に示すように、対向配置された第１，２のプレート１１，１２と、第１，２のプレート間に配置された第１〜３のリンク機構１３ａ〜１３ｃとから構成されている。
【００１２】
第１〜３のリンク機構１３ａ〜１３ｃは、第１，２のプレート１１，１２を対向面内（平面内）で相対的にＸＹθ方向に変位させるものである。以下において、特に区別する必要がない場合には、第１〜３のリンク機構１３ａ〜１３ｃをリンク機構１３と称す。
【００１３】
このリンク機構１３には、第１，２のフレーム１３１，１３２が設けられている。この第１のフレーム１３１の一端には、第１のフレーム１３１を第１のプレート１１に対して回動自在に接続するための第１の回転機構１３３が設けられている。同様に、第２のフレーム１３２には、第２のフレーム１３２を第２のプレート１２に回動自在に接続するための第２の回転機構１３４が設けられている。また、第１，２のフレーム１３１，１３２間には、第１，２のフレーム１３１，１３２を相対的に変位可能に接続する直動機構１３５が設けられている。また、第１，２のフレーム１３１，１３２間には、第１，２のフレーム１３１，１３２間の変位に対する反力を加える弾性体１３６が設けられている。この直動機構１３５により、第１，２の回転機構１３３，１３４間の距離を可変とすることができ、リンク機構１３の長さを伸縮自在とすることができる。また、その際に、弾性体１３６によってバネ要素をもつ動作を行うことができる。
【００１４】
次に、上記のように構成されたコンプライアンス装置１の変位量から、発生する力を求める計算について示す。
まず、本発明のコンプライアンス装置１は、図２に示すように、第１のプレート１１上の３箇所の回転機構接続部（Ｂ１〜Ｂ３）と、第２のプレート１２上の３箇所の回転機構接続部（Ｅ１〜Ｅ３）とを、第１〜３のリンク機構１３ａ〜１３ｃ（長さＬ１〜Ｌ３）で第１，２の回転機構１３３，１３４を介して結合した構成とする。
【００１５】
また、座標系として、第１のプレート１１上の座標系ΣＸＢ−ＹＢと、第２のプレート１２上の座標系Σｘｅ−ｙｅを設定する。座標系Σｘｅ−ｙｅは、座標系ΣＸＢ−ＹＢに対して相対位置・角度が変化する座標系である。
【００１６】
2015003363.tif 000003
【００１７】
2015003363.tif 000004
【００１８】
2015003363.tif 000005
【００１９】
2015003363.tif 000006
【００２０】
2015003363.tif 000007
【００２１】
このとき、座標系ΣＸＢ−ＹＢで表した第２の回転機構１３４の位置は下式（６）のように表される。
2015003363.tif 000008
【００２２】
このときのリンク機構１３の長さは下式（７）のように表すことができる。
2015003363.tif 000009
【００２３】
具体的には、（６）より
2015003363.tif 000010
であるため、
2015003363.tif 000011
がリンク機構１３の長さとなる。
【００２４】
2015003363.tif 000012
【００２５】
2015003363.tif 000013
2015003363.tif 000014
【００２６】
次に、行列Ｊの各要素を求める。式（９）において
2015003363.tif 000015
【００２７】
このとき、行列Ｊの各要素は下式（１３）のように計算できる。
2015003363.tif 000016
【００２８】
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【００２９】
2015003363.tif 000019
2015003363.tif 000020
2015003363.tif 000021
【００３０】
ここで、仮想仕事の原理より、［リンク機構１３の仮想仕事＝第２のプレート１２の仮想仕事］が成立するので、
2015003363.tif 000022
が得られる。そして、式（１７）を変形すると、
2015003363.tif 000023
が得られる。つまり、下式（１９）が成立する。
2015003363.tif 000024
【００３１】
2015003363.tif 000025
となる。この式（２０）を式（１９）に代入すると、
2015003363.tif 000026
が得られる。
【００３２】
2015003363.tif 000027
【００３３】
次に、本発明のコンプライアンス装置１においてリンク機構１３での発生力を機械バネおよびダンピングを用いて構成した場合について示す。バネ定数、ダンピング定数を
となる。
2015003363.tif 000028
【００３４】
2015003363.tif 000029
【００３５】
2015003363.tif 000030
【００３６】
次に、本発明のコンプライアンス装置１を適用した第２のプレート１２の変位と第２のプレート１２で発生する力との関係についての計算結果と実機での実測結果の例を図３，４に示す。なお、図３はＸ方向の結果を示す図であり、図４はθ方向の結果を示す図である。
また、図３，４では、各第１の回転機構１３３の位置を（Ｂｘ１＝−３４．８ｍｍ，Ｂｙ１＝８．３ｍｍ），（Ｂｘ２＝１０．２ｍｍ，Ｂｙ２＝−３４．３ｍｍ），（Ｂｘ３＝２４．６ｍｍ，Ｂｙ３＝２６．０ｍｍ）とした。また、各第２の回転機構１３４の位置を（ｅｘ１＝０．０ｍｍ，ｅｙ１＝３５．８ｍｍ），（ｅｘ２＝−３１．０ｍｍ，ｅｙ２＝−１７．９ｍｍ），（ｅｘ３＝３１．０ｍｍ，ｅｙ３＝−１７．９ｍｍ）とした。また、各リンク機構１３のバネ定数を、ｋＬ１＝０．２Ｎ／ｍｍ，ｋＬ２＝０．２Ｎ／ｍｍ，ｋＬ３＝０．２Ｎ／ｍｍとした。
【００３７】
次に、上記のように構成されたコンプライアンス装置１の適用例について、図５，６を参照しながら説明する。
図５はこの発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置１をロボット５１とハンド５２との間に取り付けた場合を示す斜視図である。
図５に示すように、図１に示すコンプライアンス装置１を自動組立設備におけるロボット５１とハンド５２との間に取り付けて使用することで、ロボット５１とパレット５３に収納された組立対象の部品５４との位置誤差を吸収し、過大な力がハンド５２および部品５４に加わることを回避することができる。例えば、パレット５３に収納された部品５４をハンド５２を用いてピックアップする際に、ハンド５２と部品５４とが位置誤差（部品５４の寸法誤差、ロボット５１の位置決め誤差）などにより精密に位置あわせできていない場合であっても、本発明のコンプライアンス装置１によりその位置誤差を吸収することができる。
【００３８】
図６はこの発明の実施の形態１に係るコンプライアンス装置１を治具５５に取り付けた場合を示す斜視図である。
図６に示すように、図１に示すコンプライアンス装置１を部品５４組立を行う治具５５に設置することで、ロボット５１と組立対象の部品５４との位置誤差を吸収し、過大な力がハンド５２および部品５４に加わることを回避することができる。例えば、治具５５に固定された部品５４ａにロボット５１のハンド５２で把持した部品５４ｂを挿入する際に、ハンド５２と部品５４ａ，５４ｂとが位置誤差（部品５４ａ，５４ｂの寸法誤差、ロボット５１の位置決め誤差）などにより精密に位置あわせできていない場合であっても、本発明のコンプライアンス装置１によりその位置誤差を吸収することができる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態１によれば、対向配置された第１，２のプレート１１，１２と、第１，２のプレート１１，１２間に配置され、当該第１，２のプレート１１，１２を対向面内で相対的に変位させる３つのリンク機構１３とを備え、リンク機構１３は、第１，２のフレーム１３１，１３２と、第１のフレーム１３１を第１のプレート１１に対して回動自在に接続する第１の回転機構１３３と、第２のフレーム１３２を第２のプレート１２に対して回動自在に接続する第２の回転機構１３４と、第１，２のフレーム１３１，１３２を相対的に変位可能に接続する直動機構１３５と、第１，２のフレーム１３１，１３２間に接続され、当該第１，２のフレーム１３１，１３２間の変位に対する反力を加える弾性体１３６とを備えたので、平面内方向にコンプライアンスを有し、小型化が可能であり、ヒステリシスを発生せず、微細な力制御にも適したコンプライアンス装置１を得ることができる。
【００４０】
なお、図１に示すコンプライアンス装置１の第１，２の回転機構１３３，１３４および／または直動機構１３５を、転がり軸受けから構成してもよい。これにより、従来技術の課題であった摩擦の影響を無視することができるようになる。
【００４１】
また、図１に示すコンプライアンス装置１の直動機構１３５に対して、第１，２のフレーム１３１，１３２間の変位を検出する位置センサを接続してもよい。または、第１の回転機構１３３または第２の回転機構１３４、もしくは第１，２の回転機構１３３，１４４の両方に対して、回転角度を検出する回転センサを接続してもよい。これにより、演算により、第１，２のプレート１１，１２の相対位置・角度をセンシングすることができる。
また、第１の回転機構１３３と第２の回転機構１３４の間の距離を変更する手段として直動機構１３５を用いたが、直動機構１３５の代わりに回転機構を用いることもできる（図７参照）。
【００４２】
また、リンク機構１３の直動機構１３５および弾性体１３６による機能を、例えば図８，９に示すように、板ばね１３７を用いて実現するようにしてもよい。これにより、リンク機構１３を無摩擦で動作させることができ、よりヒステリシスが小さく、微細な力に適用したコンプライアンス装置１を得ることができる。
【００４３】
また、図１に示すコンプライアンス装置１の弾性体１３６に代えて、回転式の弾性体を第１，２の回転機構１３３，１３４に設けるようにしてもよい。
【００４４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  コンプライアンス装置
１１，１２  第１，２のプレート
１３，１３ａ〜１３ｃ  第１〜３のリンク機構
５１  ロボット
５２  ハンド
５３  パレット
５４  部品
５４ａ  部品
５４ｂ  部品
５５  治具
１３１，１３２  第１，２のフレーム
１３３，１３４  第１，２の回転機構
１３５  直動機構
１３６  弾性体
１３７  板ばね
【図１】
2015003363.tif 000031
【図２】
2015003363.tif 000032
【図３】
2015003363.tif 000033
【図４】
2015003363.tif 000034
【図５】
2015003363.tif 000035
【図６】
2015003363.tif 000036
【図７】
2015003363.tif 000037
【図８】
2015003363.tif 000038
【図９】
2015003363.tif 000039