(57)【要約】      （修正有）【課題】位置ずれ、姿勢ずれのために作用する外力を受けながら作業を行うロボットのコンプライアンス装置について、簡単な構造でコンプライアンス性と力センシング機能を有し、並進２自由度方向及び多自由度方向にコンプライアンス性を持つ高速で高精度なコンプライアンス装置を提供する。【解決手段】ベース部材に可動部材が弾性的に連結されているロボットアームのコンプライアンス装置について、ベース部材と、該ベース部材に対して鉛直方向の移動が規制されている可動部材と、該可動部材の基準位置からの変位量に応じた強さの復元力を発生させる複数の１自由度の復元力発生手段と、該復元力発生手段の制御手段を有し、上記復元力発生手段と上記可動部材との接点において可動部材が上記復元力と垂直な方向に並進可能なスライド手段とを有し、上記復元力発生手段が可動部材に球面先端で当接していること。【選択図】  図１
2004223680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材に可動部材が弾性的に連結されているロボットアームのコンプライアンス装置において、
ベース部材と、該ベース部材に対して鉛直方向の移動が規制されている可動部材と、該可動部材の基準位置からの変位量に応じた強さの復元力を発生させる複数の１自由度の復元力発生手段と、該復元力発生手段の制御手段を有し、上記復元力発生手段と上記可動部材との接点において、
上記復元力発生手段が可動部材とその摺動可能な球面先端で当接していることを特徴とするコンプライアンス装置。
【請求項２】
ベース部材に可動部材が弾性的に連結されているロボットアームのコンプライアンス装置において、
上記ベース部材と、該ベース部材に対して鉛直方向の移動が規制されている可動部材と、該可動部材の基準位置からの変位量に応じた強さの復元力を発生させる複数の１自由度の復元力発生手段と、復元力発生手段の外部制御手段との入出力手段を有し、上記復元力発生手段と上記可動部材との接点において、上記復元力発生手段が可動部材とその摺動可能な球面先端で当接していることを特徴とするコンプライアンス装置。
【請求項３】
上記ベース部材及び可動部材が略多角形あるいは楕円の板状であり、ベース部材の周囲に少なくとも３つ以上の復元力発生手段が変位方向が略同一平面内になるように配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のコンプライアンス装置。
【請求項４】
ベース部材及び可動部材が、その断面が略多角形あるいは楕円であり、その周囲に、２つ以上の略同一平面内の各略平面において少なくとも３つ以上の復元力発生手段が、その変位方向が前記略同一平面内になるように配置されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２のコンプライアンス装置。
【請求項５】
上記復元力発生手段がシリンダーとピストンとによって圧縮性気体の弾性を利用するものであることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のコンプライアンス装置。
【請求項６】
上記シリンダに気体を供給する気体供給手段と、気体の圧力を制御する圧力制御手段と、気体供給手段とシリンダの結合部に開閉弁を有する請求項５のコンプライアンス装置。
【請求項７】
上記圧縮性流体の圧力を測定する測定手段と、測定された圧力から外力を計算する計算手段とを有することを特徴とする請求項６のコンプライアンス装置。
【請求項８】
上記圧縮性流体の圧力を測定する測定手段と、測定された圧力からベース部材と可動部材の相対移動量を計算する計算手段とを有することを特徴とする請求項６のコンプライアンス装置。
【請求項９】
上記制御手段が全ての復元力発生手段の復元力を変化させるものであることを特徴とする請求項６のコンプライアンス装置。
【請求項１０】
上記制御手段が特定の復元力発生手段の復元力を変化させるものであることを特徴とする請求項６のコンプライアンス装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のコンプライアンス装置をロボットアームの先端とハンドとの間に搭載したことを特徴とするロボット。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のコンプライアンス装置をロボットアームに装着されたハンドの指の根元あるいは中間に搭載したことを特徴とするロボット。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０のコンプライアンス装置を、ロボットを設置しているベースと組立部品を定置する作業台との間に搭載したことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、外力を受けながら作業を行うロボットのコンプライアンス装置に関するものであり、部品組立、分解作業等において動作中にロボットハンドに一定以上の外力がかかることを未然に回避し、また、コンプライアンス剛性を適宜調整することによって、作業の高精度化、高速化を図ることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットアーム先端に設けたハンドにより部品を把持して組立作業又は分解作業を行う場合、ロボットハンドにコンプライアンス性がないと部品の寸法誤差や位置決め誤差に対する許容範囲が小さく、したがって、アームやハンドに要求される動作精度が厳しくなり、そのために作業速度が遅くなってしまったり、作業の失敗率が高くなってしまう。そこで、アームとハンドとの接続部分あるいはハンドの指部分に弾性機構によるコンプライアンス特性を持たせて、組立あるいは分解作業時の作業反力によって前記弾性機構が変位するようにして部品同士の位置や姿勢を合致させる方法や、上記の構成に加えて、作業反力を検出する力センサを設けて、検出された作業反力に基いてアームを制御することで部品同士の位置や姿勢を合致させて作業する方法がある。
【０００３】
一般的に用いられるコンプライアンス機構を図１０（ａ）に示してあり、このものではハンド側プレート９１とアーム側プレート９２が弾性部材９３により連結されている。
ロボットアーム９４で組立作業をする際、ハンド９５が把持している嵌合部品９６と定置されている被嵌合部品９７との間に相対位置や姿勢のずれがあると、嵌合部品９６を被嵌合部品９７の穴に押し込むとき、これらが接触してずれ量とずれ方向とに応じた外力がハンド９５に作用する。この外力によって弾性部材９３が弾性変形して嵌合部品９６と被嵌合部品９７の相対位置ずれと姿勢ずれとを吸収する（補償する）ことで、組立作業をスムーズに行うことができる。
【０００４】
しかし、部品の相対位置ずれ量が弾性部材の許容変形量よりも大きい場合や、部品の強度が弾性部材のコンプライアンス剛性よりも小さい場合は、上記のコンプライアンス機構では相対位置ずれを吸収（補償）し得なかったり、あるいは、部品が壊れてしまう恐れがある。また、上記コンプライアンス機構に加えて、アームとハンドの接続部分に力センサを設けて作業反力を検出し、作業の際に想定される方向以外の並進力やモーメントが発生しないようにアームを制御する方法（図１０（ｂ））においては、ハンドとアームの間にコンプライアンス機構と力センサ９８を個々に設けているため、その分だけ、アームからハンド先端までの距離や重量が大きくなり、高速で高精度なハンド先端の動作が難しくなる。
【０００５】
ところで、Ｚ軸方向の薄型化を図ったコンプライアンス機構と力センサが特開平５−２５３８８３号公報に記載されており、このコンプライアンス機構（「Ｘ−Ｙ−θＺ軸板ばねコンプライアンス機構」）は次のとおりのものである（図１１参照）。
外形及び剛性の等しい４枚の板ばね１０２を、板ばねの表面と平行な回転軸を有する４個の回転リンク１０４で、正方形の格子状をなすように短辺同士で結合し、互いに相対して向き合う２対の板ばねのうち、１対の板ばね１０２，１０２の間に可動体１０６を各板ばね１０２の中点に橋渡しするように固定するとともに、他方の板ばね対を各板ばねの中点で静止剛体１１０に固定することにより、前記可動剛体１０６と静止剛体１１０の間に、板ばね１０２の表面に垂直な互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向と、該Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸の回転方向にコンプライアンスを持たせる。また、前記板ばね１０２に適切に歪ゲージを貼付してブリッジ回路を組むことにより、Ｘ、Ｙ軸方向の力とＺ軸回りのモーメントを独立して検出している。しかし、この方法では、歪ゲージの許容変位量が小さいために板ばね１０２の変位量を小さくしなければならなず、したがって、機械的なコンプライアンスの変位量を大きくすることができず、またハンドへの衝撃により歪ゲージを壊してしまう恐れがある等の理由から、動作を高速にすることが難しい。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５３８８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、位置ずれ、姿勢ずれのために作用する外力を受けながら作業を行うロボットのコンプライアンス装置について、簡単な構造でコンプライアンス性と力センシング機能を有し、高速で高精度な作業が可能なコンプライアンス装置および簡単な構造で、高速かつ高精度な作業が可能なロボットを提供することを目的とするものであり、そのための課題は次のとおりである。
【０００８】
【課題１】（請求項１に対応）
課題１は、ベース部材に可動部材が弾性的に連結されているロボットアームのコンプライアンス装置について、簡単な構造で並進２自由度方向及び多自由度方向のコンプライアンス性を有するようにコンプライアンス装置の機構を工夫することである。
【０００９】
【課題２】（請求項２に対応）
課題２は、上記課題１に加えて、コンプライアンスの剛性の変更、調整を自在にかつ迅速に行え、コンプライアンス剛性の適正化によってロボットハンドによる作業の高速化、高精度化が図られるようにすることである。
【００１０】
【課題解決のために講じた手段】（請求項１に対応）
【解決手段１】
解決手段１は、課題１の解決手段であり、ベース部材に可動部材が弾性的に連結されているロボットアームのコンプライアンス装置について、ベース部材と、該ベース部材に対して鉛直方向の移動が規制されている可動部材と、該可動部材の基準位置からの変位量に応じた強さの復元力を発生させる複数の１自由度の復元力発生手段と、該復元力発生手段の制御手段を有し、上記復元力発生手段と上記可動部材との接点において、上記復元力発生手段が可動部材とその摺動可能な球面先端で当接していることである。
【００１１】
【作用】
上記復元力発生手段の可動部材との当接面が摺動可能な球面であるから、可動部材に対する復元力発生手段による支持が自在性を有し、したがって、可動部材は並進方向と旋回方向に変位可能である。また，復元力発生手段は可動部材の変位量に応じた強さの復元力を発生するため，復元力発生手段により可動部材は変位に応じて初期の位置と姿勢に戻るような力を受けるから，コンプライアンス性を有する。
そして、弾性復元手段の球面先端が可動部材にスライド自在に当接しているにすぎないから、このコンプライアンス装置は極めて構造が簡単である。
【００１２】
【実施態様１】（請求項２に対応）
実施態様１は、解決手段１について、上記復元力発生手段と外部の制御手段との入出力手段とを有することである。
【００１３】
【実施態様２】（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段１又は実施態様１において、ベース部材及び可動部材が略多角形又は楕円の板状であり、ベース部材の周囲に少なくとも３つ以上の復元力発生手段が、その変位方向が略同一平面内になるように配置されていることである。
【作用】
略多角形または楕円の形状をなすベース部材の周囲に３つ以上の復元力発生手段が配置されることで、復元力発生手段が発生する復元力の合力により並進および回転の３自由度のコンプライアンス性を有する。
【００１４】
【実施態様３】（請求項４に対応）
実施態様３は、上記解決手段又は実施態様１において、ベース部材及び可動部材が、その断面が略多角形又は楕円であり、その周囲に、２つ以上の略同一平面内の各略平面について少なくとも３つ以上の復元力発生手段が変位方向が前記略同一平面内になるように配置されたものであることである。
【作用】
２つ以上の略同一平面内の各略平面について３つ以上の復元力発生手段を配置することで、それぞれの略平面における復元力発生手段について実施形態２と同様に３自由度のコンプライアンス性を有するため、並進２自由度と回転３自由度のコンプライアンス性を得ることができる。また、上記並進２自由度と垂直な方向にもそれぞれの復元力発生手段の復元力の合力によりコンプライアンス性を有し、これにより、並進３自由度と回転３自由度のコンプライアンス性が得られる。
【００１５】
【実施態様４】（請求項５に対応）
実施態様４は、解決手段１において、上記復元力発生手段がシリンダとピストンによって圧縮性流体の弾性を利用するものであることである。
【００１６】
【解決手段２】（請求項６に対応）
解決手段２は、上記課題２の解決手段であり、上記実施態様４において、上記シリンダに気体を供給する気体供給手段と、気体の圧力を制御する圧力制御手段と、気体供給手段とシリンダの結合部に開閉弁を有することである。
【００１７】
【作用】
開閉弁の開閉制御、圧力制御手段による圧力調整によって、コンプライアンス剛性を自在に変更、調整することができる。
したがって、コンプライアンス動作の初期条件の設定、調整を、迅速かつ容易に行うことができる。また一連の作業途中で、コンプライアンス剛性を最適値に迅速かつ容易に変更、調整することができるので、一連の作業の高速化、高精度化が図られる。
【００１８】
【実施態様１】（請求項７に対応）
実施態様１は上記解決手段２において、圧縮性流体の圧力を測定する測定手段と、測定された圧力から外力を計算する計算手段とを有することである。
【作用】
圧縮性流体の圧力から外力を算出することによって、コンプライアンス負荷の大きさを検知でき、検知したコンプライアンス負荷の大きさに応じた適切な制御を行うことができる。
【００１９】
【実施態様２】（請求項８に対応）
実施態様２は、上記解決手段２において、圧縮性流体の圧力を測定する測定手段と、測定された圧力からベース部材と可動部材の相対移動量を計算する計算手段とを有することである。
【作用】
圧縮性流体の圧力からベース部材と可動部材の相対移動量を算出することによって、コンプライアンス負荷の大きさを検知で、検知したコンプライアンス負荷の大きさに応じた適切な制御を行うことができる。
【００２０】
【実施態様３】（請求項９に対応）
実施態様３は、解決手段２において、上記圧力制御手段が全ての復元力発生手段の復元力を変化させるものであることである。
【００２１】
【実施態様４】（請求項１０に対応）
実施態様４は、解決手段２において、上記制御手段が特定の復元力発生手段の復元力を変化させるものであることである。
【作用】
特定の復元力発生手段の復元力を変化させることで、特定の方向のコンプライアンス剛性を変化させることができ、また、作業内容に応じて所望の方向のコンプライアンス剛性を必要な値にすることができる。
【００２２】
【実施の形態】
初めに図１に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の実施例を説明する。
図１（ａ）において、正方形の板形状の可動部材１はベース部材２に対して突き当て部材３によりＺ軸方向（紙面表裏方向）への移動が規制されている。可動部材１およびベース部材２には、他部材と接続するためのフランジとネジ止め可能なように複数のネジ穴および位置決め用の穴が設けられている。他部材と接続する時は上記フランジと他部材とを固定し、フランジを可動部材１あるはベース部材２と接続する。ベース部材２の各辺の内側中央に十字状に埋め込まれたシリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが嵌合されている。
そして、上記ピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの先端は耐摩耗性の高い半球状頭５ｈになっていて、これが可動部材１の側平面に当接している。この例においては半球状頭５ｈはピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに固定されているが、球状体をピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの凹部に回転自在に保持させ、その一部を突出させて半球状頭５ｈを構成することもでき、この方が可動部材１の側平面とピストンの球状先端との摺動抵抗を低くすることができる。
【００２３】
また、シリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの端面には計算機６により制御される開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが設けられており、これらの開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにチューブ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して計算機６により制御されるレギュレータ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが接続され、さらに、レギュレータ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにはエア供給手段（図示略）が接続される。
計算機６の指令に基づいて開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを開いてエアの給排を行い、そのエア圧が計算機６の指令に基づいてレギュレータ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄによって調整され、これによって、シリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ内の初期圧力が調整される。初期状態においては、全てのシリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに同圧のエアを供給し、可動部材１がピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで四方から等しい押し付け力で押えられる。作動状態においては開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが閉じられ、各シリンダは完全に密閉される。ピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ内の初期圧力を所望の値にすることで、部品強度や作業精度に応じたコンプライアンス剛性に調整することが可能になる。
【００２４】
作業状態において、図１（ｂ）に示すように、可動部材にＸ軸方向とＹ軸方向の分力を有する並進の外力が作用すると、可動部材１は同方向に移動する。この時、ピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄも外力の分力方向に移動し、シリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ内のエアの膨張あるいは収縮によってピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの押し付け力が増減し、その押し付け力の差が上記外力と釣り合って可動部材が停止するとともに、これが可動部材１に対する復元力となる。
Ｚ軸回りの回転の外力が作用した場合も、可動部材１は外力の方向に回転し、それにともなうピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの移動によりシリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ内のエアが膨張あるいは圧縮されてピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの押し付け力が増減し、その差による復元力と外力が釣り合った状態で停止する（図１（ｃ）参照）。並進と回転の外力が同時に作用した場合も同様である（図１（ｄ）参照）。
【００２５】
シリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの内圧の変更・調整は、初期調整時だけでなく、一連の作業途中において適宜自在に行えるので、予め工程毎に最適なコンプライアンス剛性を調べておき、一連の作業の各工程で最適なコンプライアンス剛性に調整する。これによって各工程の作業性を向上させることができる。
【００２６】
また、シリンダ４ａ，４ｃとシリンダ４ｂ，４ｄの圧力を変えることによりＸ軸，Ｙ軸方向のコンプライアンス剛性を個々に調整することができる。この実施例においてはシリンダ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対して個々にレギュレータ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを設けているが、シリンダ４ａ，４ｃとシリンダ４ｂ，４ｄに対して共通のレギュレータを設けることでも、Ｘ軸，Ｙ軸方向のコンプライアンス剛性を個々に調整することがきる。
コンプライアンス剛性の方向性を必要としない場合は、全てのシリンダに対して共通のレギュレータを接続し、レギュレータからのチューブを分岐してエアを供給することも可能である。また、レギュレータ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄによる供給圧力を高めにすることによってコンプライアンス剛性を増大させて、可動部材１の移動や振動時のコンプライアンス装置の安定性を向上させることができる。
【００２７】
次に図２に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の外部制御手段への入出力手段について説明する（請求項２に対応）。
図２において、レギュレータ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄと開閉弁１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは外部の計算機１６に入出力装置１１を介して接続されている。上記と同様に計算機１６からの指令に基づいてレギュレータ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄと開閉弁１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが動作しコンプライアンス剛性を調整する。
【００２８】
次に図３に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の第１の部材の形状と復元力発生手段の配置の様子を説明する（請求項３に対応）。
図３（ａ）において、可動部材２１は三角形の板形状になっている。また、シリンダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃはその変位方向が可動部材２１の上面（下面）と平行な面上で、且つシリンダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの可動部材２１への押し付け力が釣り合い可能な位置に配置されている。
可動部材２１に外力が作用していない状態において、シリンダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの押し付け力が釣り合った位置が可動部材２１の基準位置であり、可動部材２１に外力が作用して基準位置から移動した際にはシリンダ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの押し付け力のベクトル和が復元力となる。
図３（ｂ）のように、可動部材２２が楕円でその周囲にシリンダ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを配置している場合も可能である。
【００２９】
次に図４に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の第１の部材の形状と復元力発生手段の配置の様子を説明する（請求項４に対応）。
図４において、図中のＺ軸に垂直な２平面にそれぞれ４つずつシリンダが設けられ（一つの平面は５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄともう一つの平面は、５５ａ，５５ｃのみ図示）、それぞれの平面上でベース部材５２の各辺の内側中央に十字状に埋め込まれている。また、可動部材の側面は斜めになっており、個々のピストンはＸＹ平面に平行な力とＺ軸方向の力を発生させる。初期状態においては各平面にある４つのピストンのＸＹ平面に平行な成分の合力は釣り合っており、２組の４つのシリンダが発生させるＺ軸方向の合力も釣り合っている。
可動部材５１に外力が作用した場合、可動部材５１は並進３自由度、回転３自由度の動きが可能でありその移動によって変位したシリンダの押し付け力のベクトル和が復元力となる。
【００３０】
次に図５に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の復元力発生手段と第１の部材、第２の部材との接続の様子を説明する。
図５（ａ）において、シリンダ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄはベース部材３２に埋め込まれて固定されている。また、ピストン３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの先端は半球形状の摺動可能な押し付け部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとなっていて、可動部材３２の側面に対して並進および回転自在になっている。外力の方向や大きさに応じて、ピストン３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの変位と可動部材３１と押し付け部材３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ間の摺動とにより、可動部材３１はベース部材３２に対して２方向の並進と回転の３自由度の変位が可能であり、初期位置からの変位に対応した復元力がある。
また、図５（ｂ），（ｃ）に示すようにシリンダが可動部材に埋め込まれている場合や、可動部材とベース部材のどちらかに埋め込まれている場合も同様である。
【００３１】
次に図６に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置の圧力の測定装置と外力の算出のしかたを説明する（請求項６，７に対応）。
図６の点線は無負荷状態（中立状態）を示し、実線は可動部材４１に並進力Ｆ（ベクトル）とモーメントＭが作用した時の状態を示している。このものは図１の実施例（実施例１）のシリンダ底に圧力センサ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを設けたものであり、当該圧力センサによる検出圧力値を用いて計算機４６によって外力Ｆあるいは可動部材４１の移動量Ｔを検出するものである。シリンダ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの断面積をＳとし、その内圧をＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，押し付け力ベクトルをＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ（図中の座標軸の矢印方向を正とする）とすると、  Ｆａ＝（ＰａＳ，０）、Ｆｂ＝（０，ＰｂＳ）、Ｆｃ＝（−ＰｃＳ，０）、Ｆｄ＝（０，−ＰｄＳ）となる。
【００３２】
Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄのピストン４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄと可動部材４１との接点から可動部材重心を結ぶ方向の成分をＦａＣ，ＦｂＣ，ＦｃＣ，ＦｄＣ、垂直な方向の成分をＦａＣ’，ＦｂＣ’，ＦｃＣ’，ＦｄＣ’とすると、ＦはＦａＣ，ＦｂＣ，ＦｃＣ，ＦｄＣの和Ｍは、ＦａＣ’，ＦｂＣ’，ＦｃＣ’，ＦｄＣ’による重心回りのモーメントの和として以下の式で求められる。
Ｆ＝ＦａＣ＋ＦｂＣ＋ＦｃＣ＋ＦｄＣ
Ｍ＝｜Ｄａ｜｜ＦａＣ’｜＋｜Ｄｂ｜｜ＦｂＣ’｜＋｜Ｄｃ｜｜ＦｃＣ’｜＋｜Ｄｄ｜｜ＦｄＣ’｜
ここで、ベクトルＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄはピストン４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと可動部材４１との接点から可動部材重心を結ぶベクトルとする。この実施例においては、ＦａＣ，ＦｂＣ，ＦｃＣ，ＦｄＣ，ＦａＣ’，ＦｂＣ’，ＦｃＣ’，ＦｄＣ’，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄは以下のように求められる。
【００３３】
無負荷状態におけるシリンダ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ内の圧力をＰ（初期設定値）、シリンダ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄのエア部分の長さをｌとし、力Ｆによるピストン４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの変位量をｘａ，ｙｂ，ｘｃ，ｙｄ（図中の座標軸の矢印方向を正とする）とする（ただし、シリンダ内温度をほぼ一定と見做す）と、
ＰｌＳ＝Ｐａ（ｌ＋ｘａ）Ｓ
ＰｌＳ＝Ｐｂ（ｌ＋ｙｂ）Ｓ
ＰｌＳ＝Ｐｃ（ｌ＋ｘｃ）Ｓ
ＰｌＳ＝Ｐｄ（ｌ＋ｙｄ）Ｓ
であるから、
ｘａ＝ｌ（Ｐ−Ｐａ）／Ｐａ
ｙｂ＝ｌ（Ｐ−Ｐｂ）／Ｐｂ
ｘｃ＝ｌ（Ｐ−Ｐｃ）／Ｐｃ
ｙｄ＝ｌ（Ｐ−Ｐｄ）／Ｐｄ
となる。
なお、実際にはピストンの変位による圧縮は断熱圧縮に近いけれども、しかし、圧縮の前後で温度は必ずしも一定ではないので、この温度変化分を補正すれば、より高い精度で上記変位量ｘが求められる。
【００３４】
可動部材の重心の移動量ベクトルをＴ（ｔｘ，ｔｙ）とすると、
ｔｘ＝（ｘａ＋ｘｃ）／２
ｔｙ＝（ｙｂ＋ｙｄ）／２
となる。
【００３５】
また、可動部材の一辺の長さを２Ｌとし、ピストン先端の半球の半径がＬに比べて十分小さいとすると、
Ｄａ＝（Ｌ＋ｔｘ，ｔｙ）
Ｄｂ＝（ｔｘ，Ｌ＋ｔｙ）
Ｄｃ＝（−Ｌ＋ｔｘ，ｔｙ）
Ｄｄ＝（ｔｘ，−Ｌ＋ｔｙ）
また、
ＦａＣ＝Ｆａ・Ｄａ／｜Ｄａ｜
ＦｂＣ＝Ｆｂ・Ｄｂ／｜Ｄｂ｜
ＦｃＣ＝Ｆｃ・Ｄｃ／｜Ｄｃ｜
ＦｄＣ＝Ｆｄ・Ｄｄ／｜Ｄｄ｜（・はベクトルの内積）
であるから、
ＦａＣ’＝Ｆａ−ＦａＣ
ＦｂＣ’＝Ｆｂ−ＦｂＣ
ＦｃＣ’＝Ｆｃ−ＦｃＣ
ＦｄＣ’＝Ｆｄ−ＦｄＣ
となる。
【００３６】
上記のように測定し、算出した外力あるいは可動部材の移動量に基いて、コンプライアンス装置あるいはロボットを制御することができる。予め最適なコンプライアンス剛性が判然としない作業においては、算出される外力が所定の値を超えないようにシリンダ内のエア圧力を変化させることによって、コンプライアンス剛性あるいはロボットを制御することもできる。
【００３７】
次に図７に基いて本発明にけるコンプライアンス装置をリスト部に搭載したロボットの様子を説明する（請求項１０に対応）。
図７において、コンプライアンス装置７１はロボットのアーム先端とハンドの間に搭載される。可動部材とハンド、ベース部材とアーム先端とが接続されており、嵌合部品の組立や分解の際に作用する作業反力に応じてハンドを移動させて位置補正を行う。また、組立精度や組立状態が未知の部品でも作業中に発生する作業反力や位置補正量に応じてコンプライアンス剛性を変化させて位置の補正を行う。
【００３８】
次に図８に基いて、本発明におけるコンプライアンス装置をフィンガ部に搭載したロボットの様子を説明する（請求項１１に対応）。
図８において、コンプライアンス装置８１はアーム先端に設けられたチャック式のハンドのチャック移動部とフィンガの間に搭載される。可動部材とフィンガ、ベース部材とチャック移動部とが接続されており、嵌合部品の組立や分解の際に作用する作業反力に応じてフィンガを移動させて位置補正を行う。また、組立精度や組立状態が未知の部品でも作業中に発生する作業反力や位置補正量に応じてコンプライアンス剛性を変化させて位置の補正を行う。
【００３９】
次に図９に基いてコンプライアンス装置を作業台に搭載したロボットの様子を説明する（請求項１２に対応）。
図９において、コンプライアンス装置９１は被嵌合部品を定置する治具と作業台の筐体の間に搭載される。可動部材と治具、ベース部材と筐体とが接続されており、嵌合部品の組立や分解の際に作用する作業反力に応じて治具を移動させて位置補正を行う。また、組立精度や組立状態が未知の部品でも作業中に発生する作業反力や位置補正量に応じてコンプライアンス剛性を変化させて位置の補正を行う。
【００４０】
【発明の効果】
この発明の効果は、主な請求項の発明毎に次のとおりに整理される。
（１）請求項１に係る発明の効果
可動部材を復元力発生手段の先端の球面先端に当接させ、付勢しているだけでコンプライアンス性を得ることができるので、簡単な構造でコンプライアンス装置を構成できる。また、復元力発生手段の制御手段とを有することで、一連の作業中に部品剛性や作業の内容に応じて部品毎あるいは作業毎にコンプライアンス剛性を適宜、迅速に所望の値にすることができる。
【００４１】
（２）請求項２に係る発明の効果
復元力発生手段と外部の制御手段との入出力手段を有することで、一連の作業中に部品剛性や作業の内容に応じて部品毎あるいは作業毎にコンプライアンス剛性を適宜、迅速に所望の値にすることができる。また、制御手段をコンプライアンス装置から離すことで、小型化、軽量化することができる。
【００４２】
（３）請求項３に係る発明の効果
多角形あるいは楕円の周上で３方以上の方向から復元力を得られるので略平面内での２自由度の並進と回転運動に対するコンプライアンス性を得ることができる。また、復元力発生手段の変位方向が略平面内であるため、第１の部材の可動範囲を大きくすると同時に装置の薄型化が可能である。
【００４３】
（４）請求項４に係る発明の効果
可動部材に対して２つ以上の略同一平面で、上記説明と同様に２自由度の並進と回転運動に対するコンプライアンス性を得ることができるので、２自由度の並進と３自由度の回転運動に対するコンプライアンス動作が可能である。
【００４４】
（６）請求項５に係る発明の効果
復元力発生手段が圧縮性流体の弾性を利用することで流体圧力を調整するものであるから、弾性復元力ひいてはコンプライアンス剛性を容易に無段階に設定することができる。
【００４５】
（７）請求項６に係る発明の効果
無負荷状態でシリンダ内の圧力を調整してから開閉弁を閉じて、シリンダを密閉することでコンプライアンス剛性を変えることができる。圧力制御手段により無負荷状態のシリンダ内の圧力を適時に適宜調整できるので、コンプライアンス剛性を作業内容に応じて最適化することにより、作業の高速化、高精度化を図ることができる。
【００４６】
（８）請求項７に係る発明の効果
シリンダ内圧の検出値から可動部材に作用する外力を算出し、その外力をロボット制御にフィードバックすることができる。
【００４７】
（９）請求項８に係る発明の効果
シリンダ内圧の検出値からベース部材と可動部材の相対変位量を算出し、その外力をロボット制御にフィードバックすることができる。
【００４８】
（１０）請求項９に係る発明の効果
前記制御手段が全ての復元力発生手段の復元力を変化させることで、コンプライアンス剛性の設定を初期だけでなく一連の作業途中で迅速に容易に行うことができる。
【００４９】
（１１）請求項１０に係る発明の効果
前記制御手段が特定の復元力発生手段の復元力を変化させることで、復元力を変化させる復元力発生手段を適切に選ぶことができるものであるから、コンプライアンス剛性に方向性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、コンプライアンス機構の基本構成の実施例を示す図である。
【図２】は、コンプライアンス装置の外部制御手段への入出力手段に実施例を示す図である。
【図３】は、コンプライアンス機構の基本的構成の他の実施例を示した図である。
【図４】は、コンプライアンス機構の実施例における第１の部材と第２の部材と復元力発生手段の配置の様子を示した図である。
【図５】は、コンプライアンス機構の他の実施例における第１の部材と第２の部材と復元力発生手段の配置の様子を示した図である。
【図６】は、コンプライアンス機構の実施例における圧力の測定手段とそれに基く計算方法を示した図である。
【図７】は、コンプライアンス機構をリスト部に搭載したロボットの実施例を示した図である。
【図８】は、コンプライアンス機構をハンドのフィンガー部に搭載したロボットの実施例を示した図である。
【図９】は、コンプライアンス機構を作業台に搭載したロボットの実施例を示した図である。
【図１０】（ａ）は、コンプライアンス装置を有するロボットアームの主要部の概念図であり、（ｂ）は図（ａ）のロボットアームに力測定装置を単純に付加する場合の概念図である。
【図１１】（ａ）は、力測定装置を有する従来のコンプライアンス装置の主要部の側面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１，２１，２２，４１，３１，５１：可動部材
２，３２，４６，５２：ベース部材
３：突き当て部材
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５５ａ，５５ｃ：シリンダ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ：ピストン
６：計算機
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ：開閉弁
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ：チューブ
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ：レギュレータ
１１：入出力手段
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ：圧力測定手段
６１，７１，８１：コンプライアンス装置
９１：ハンド側プレート
９２：アーム側プレート
９３：弾性部材
９４：ロボットアーム
９５：ハンド
９６：嵌合部品
９７：被嵌合部品
９８：力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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