(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状をなすボディ内のシリンダ部にピストンを軸線方向に摺動自在に収容して空気圧シリンダを形成させるとともに、該ボディ内に、上記ピストンと一体化され、且つスライド要素を介して該ボディの内周により軸方向移動をガイドさせた摺動部材を嵌挿し、上記摺動部材の内側に、平面スライド要素を介して、コンプライアンス機能をもたせるテーブルと一体化したベース板を、上記摺動部材の移動方向であるＺ軸方向と直交するＸＹ平面内において摺動自在に配設し、
上記摺動部材の軸方向移動をガイドするスライド要素を、円筒状をなすボディと上記摺動部材との間のリテーナに多数の鋼球を保持させることにより構成した、
ことを特徴とするコンプライアンスユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のコンプライアンスユニットにおいて、
ボディの内周において摺動部材の軸方向移動をガイドするスライド要素の鋼球を、該摺動部材の軸方向両端部に対応させて該摺動部材の全周に多数配設した、
ことを特徴とするコンプライアンスユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコンプライアンスユニットにおいて、
摺動部材の内側においてベース板をＸＹ平面内において摺動自在とする平面スライド要素を、上記ベース板の両面に配設したリテーナに多数の鋼球を保持させることにより構成し、このベース板及び平面スライド要素を、摺動部材を構成するところの摺動部材本体とそれにスペーサを介して固定したカバー板との間に保持させた、
ことを特徴とするコンプライアンスユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットハンドによる自動組立等において、部品の嵌挿等の任意部材の相対的な接触に対する柔軟な対応を実現するためのコンプライアンスユニットに関するものであり、特に、平面的なＸＹ方向の位置補正機能ばかりでなく、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向についてもコンプライアンス機能をもちながら、その構成がコンパクト化されたコンプライアンスユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットハンド等に保持されたワークや工具に、外部からの作用に対する柔軟性を付与するため、あるいは、他の任意部材の相対的な接触に対する柔軟な対応を実現するために、コンプライアンスユニットが用いられている。このコンプライアンスユニットは、平面的なＸＹ方向の位置補正機能を有するものが一般的であるが、その利用の多様化に伴い、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向についてもコンプライアンス機能をもたせることが望まれ、しかも、それをコンパクトな構造で実現することが望まれている。
【０００３】
また、上記Ｚ軸方向にもコンプライアンス機能をもたせ、例えば、任意部材の穴に他の部材を嵌挿する場合などにおいては、一方の部材を保持するテーブルが傾斜することなく、ＸＹ平面及びＺ軸方向のコンプライアンス機能を発揮することが求められ、即ち、テーブルに対してそれを傾斜させる方向の力が作用し、あるいは、テーブルの中心からある程度外れた位置に偏荷重が作用しても、円滑にＸＹ平面内及びＺ軸方向に作動して、コンプライアンス機能を失わないことが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる要求を満たすためになされたもので、その技術的課題は、基本的には、上記ＸＹ平面内ばかりでなく、その平面に垂直なＺ軸方向についてもコンプライアンス機能をもたせたコンプライアンスユニットを提供することにある。
【０００５】
本発明の更に具体的な技術的課題は、上記Ｚ軸方向のコンプライアンス機能を付与し、更に当該Ｚ軸方向に駆動するシリンダを組み込むに際し、装置のコンパクト化を実現したコンプライアンスユニットを提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、中心よりずれた位置などに荷重点があっても円滑にＸＹ平面内及びＺ軸方向に作動し、コンプライアンス機能を失わないようにしたコンプライアンスユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のコンプライアンスユニットは、円筒状をなすボディ内のシリンダ部にピストンを軸線方向に摺動自在に収容して空気圧シリンダを形成させるとともに、該ボディ内に、上記ピストンと一体化され、且つスライド要素を介して該ボディの内周により軸方向移動をガイドさせた摺動部材を嵌挿し、上記摺動部材の内側に、平面スライド要素を介して、コンプライアンス機能をもたせるテーブルと一体化したベース板を、上記摺動部材の移動方向であるＺ軸方向と直交するＸＹ平面内において摺動自在に配設し、上記摺動部材の軸方向移動をガイドするスライド要素を、円筒状をなすボディと上記摺動部材との間のリテーナに多数の鋼球を保持させることにより構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記コンプライアンスユニットにおいては、ボディの内周において摺動部材の軸方向移動をガイドするスライド要素の鋼球を、該摺動部材の軸方向両端部に対応させて該摺動部材の全周に多数配設することができ、また、摺動部材の内側においてベース板をＸＹ平面内において摺動自在とする平面スライド要素を、上記ベース板の両面に配設したリテーナに多数の鋼球を保持させることにより構成し、このベース板及び平面スライド要素を、摺動部材を構成するところの摺動部材本体とそれにスぺーサを介して固定したカバー板との間に保持させることができる。
【０００８】
上記構成を有するコンプライアンスユニットは、円筒状をなすボディ内に、スライド要素を介して該ボディの内周により軸方向移動をガイドさせた摺動部材を嵌装し、この摺動部材の内側にテーブルと一体化したベース板をＸＹ平面内において摺動自在に保持させているので、ＸＹ平面内ばかりでなく、その平面に垂直なＺ軸方向についてもコンプライアンス機能をもたせるにあたって、このコンプライアンスユニットのボディに、軸線をＺ軸方向に向けた空気圧シリンダを一体的に設け、該シリンダ内への圧縮空気の給排によりピストンを駆動可能にすることにより、当該コンプライアンスユニットをコンパクトに形成できる。
【０００９】
また、上記コンプライアンスユニットにおいて、摺動部材の軸方向移動をガイドするスライド要素を、円筒状をなすボディと摺動部材との間のリテーナに多数の鋼球を保持させることにより構成し、該鋼球を摺動部材の軸方向両端部に対応させて該摺動部材の全周に多数配設すると、摺動部材の軸方向両端部に鋼球が離間して配設されるので、摺動部材の姿勢の安定化が図られ、テーブル中心よりずれた位置などに荷重点があっても、該テーブルが円滑にＸＹ平面内及びＺ軸方向に作動し、コンプライアンス機能を失うことはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明に係るコンプライアンスユニットの第１実施例を示している。
この第１実施例のコンプライアンスユニットは、産業用ロボットのハンドＨ等に取付けられる実質的に円筒状のボディ１を備えている。このボディ１は、ハンドＨの一部と協働して空気圧シリンダ６を構成するシリンダ部２と、内部に収容した摺動部材１０の軸方向（Ｚ軸方向）移動をガイドする耐摩耗性のガイド筒部３とをボルト７で連結し、更に、そのガイド筒部３の先端に円環状をなすエンドプレート４をボルト８で連結することにより構成したものである。
【００１１】
上記ボディ１内に嵌装し、スライド要素２０を介して該ボディ１の内周により軸方向移動をガイドさせた摺動部材１０は、ピストン１２を一体化して設けた摺動部材本体１１と、該摺動部材本体１１に対してスぺーサ１３を介して固定したカバー板１４とを備え、それらをボルト１６，１７により固定している。なお、符号１８，１９は、摺動部材本体１１とスぺーサ１３、及びスぺーサ１３とカバー板１４の固定時の位置決めに用いるピンを示している。
【００１２】
そして、上記シリンダ部２内には、摺動部材本体１１と一体化した上記ピストン１２を摺動自在に収容すると共に、該ピストン１２の外側（ハンドＨにおけるボディ１の取付け面との間）の圧力室２２に圧縮空気を給排して該ピストン１２を軸線方向に駆動するための、給排ポート２３を備えている。なお、上記ピストン１２の周囲にはピストンパッキン１２ａを嵌装している。上記空気圧シリンダ６は、圧力室２２に圧縮空気を給排する給排ポート２３を備えているが、ピストン１２の復帰のための手段を備えていない。これは、この第１実施例では、必要に応じて、外部からの力によってピストン１２が復帰駆動されることを前提としているためである。
【００１３】
上記ボディ１におけるガイド筒部３内には、スライド要素２０を介して該ガイド筒部３の内周により軸方向移動をガイドされる摺動部材１０、即ち、摺動部材本体１１、スぺーサ１３及びカバー板１４を嵌装しているが、このスライド要素２０は、ボディ１のガイド筒部３と摺動部材１０との間の円筒状のリテーナ２５に設けた孔２５ａに多数の鋼球２６を保持させることにより構成し、該鋼球２６を摺動部材１０の軸方向両端部の近傍に対応させて、該摺動部材１０の全周に多数配設している。また、該リテーナ２５には、その周囲上下端に等間隔で多数のばね収容穴２５ｂを穿設し、それらのばね収容穴２５ｂにそれぞれリターンスプリング２８を収容して、それらの外端をシリンダ部２とエンドプレート４に保持させ、リテーナ２５にそれを常に中立位置に保持するための付勢力を付与している。従って、リテーナ２５は摺動部材１０のＺ軸方向の移動に随伴してその方向に移動するが、それに摺動部材１０からの力が作用しなくなったときには常に中立位置に復帰する。
【００１４】
また、上記摺動部材１０の内側には、Ｚ軸に対して直交するＸＹ平面内における位置補正機能、即ちコンプライアンス機能をもたせたテーブル３１を保持させている。このテーブル３１は、それにボルト３３によって固定一体化したベース板３２を備え、このベース板３２において周囲に突出する円板状部分を、その表裏面に当接した一対の平面スライド要素３０を介して、ガイド筒部３内にＺ軸方向移動をガイドされた摺動部材１０における摺動部材本体１１とカバー板１４との間に嵌装することにより、摺動部材１０の移動方向であるＺ軸方向と直交するＸＹ平面内において、任意方向に摺動自在に保持させたものである。上記平面スライド要素３０は、円環板をなす軟質材のリテーナ３５に多数の鋼球３６を等間隔に保持させたものである。
【００１５】
従って、テーブル３１はＸＹ平面内におけるコンプライアンス機能を有するばかりでなく、前述のように、テーブル３１を保持する摺動部材１０を、ガイド筒部３にスライド要素２０を介してＺ軸方向移動をガイドさせているので、Ｚ軸方向についてもコンプライアンス機能が付与される。なお、このＺ軸方向のコンプライアンス機能は、上記ピストン１２の圧力室２２に適宜低圧空気を導入し、その作用力を外部からのテーブル３１に対する力に対向させることもできる。上記ピストン１２はその圧力室２２に圧縮空気を供給してテーブル３１をＺ軸方向に駆動できることは勿論である。
【００１６】
また、上記摺動部材本体１１におけるテーブル３１側の面には、凹円錐面状のボール受け３９を有する数個のボールベース３８を設け、テーブル３１における対応位置に保持させたボール４０を、その背後に配設したスプリング４１で上記ボール受け３９内に圧嵌することにより、テーブル３１を常に原点位置に保持するように付勢している。
図２において、カバー板１４に設けた平行ピン４３は、エンドプレート４の凹溝に嵌入して摺動部材１０のボディ１に対する回転許容範囲を設定し、また、ボディ１に設けた平行ピン４４は、テーブル３１の凹溝に嵌入して、ボディ１に対するＺ軸回りのテーブル３１の回転許容範囲を設定している。
【００１７】
上記構成を有する第１実施例のコンプライアンスユニットは、円筒状をなすボディ１内に、スライド要素２０を介して該ボディ１の内周によりＺ軸方向移動をガイドさせた摺動部材１０を嵌装し、この摺動部材１０の内側に、テーブル３１と一体化したベース板３２をＸＹ平面内において任意方向に摺動自在に保持させているので、Ｚ軸方向のコンプライアンス機能を付与するための部材を、ＸＹ平面内でのコンプライアンス機能をもたせる部材に対し、コンパクトな構造のものとして組み込むことができる。また、このコンプライアンスユニットのボディ１に、軸線をＺ軸方向に向けた空気圧シリンダ６を一体的に設けるのも、同様にコンパクトに形成できる。
【００１８】
さらに、上記コンプライアンスユニットにおいて、摺動部材１０のＺ軸方向移動をガイドするスライド要素２０を、円筒状をなすボディ１と摺動部材１０との間のリテーナ２５に多数の鋼球２６を保持させることにより構成し、該鋼球２６を摺動部材１０の軸方向両端部に対応させて、該摺動部材１０の全周に多数配設し、それにより摺動部材１０の軸方向両端部に鋼球２６が離間して配設されるようにしているので、摺動部材１０はＺ軸方向の摺動が円滑であるばかりでなく、摺動部材１０にそれを傾斜させる方向力が作用し、あるいは、テーブル３１の中心よりずれた位置などに荷重が作用することがあったとしても、摺動部材１０の姿勢が安定化し、該テーブル３１が円滑にＸＹ平面内及びＺ軸方向に作動し、コンプライアンス機能が達成される。
【００１９】
図４は、本発明に係るコンプライアンスユニットの第２実施例を示している。この第２実施例のコンプライアンスユニットは、図１の第１実施例の場合と同様に、産業用ロボットのハンド等に取付けられる実質的に円筒状のボディ５１を備えているが、このボディ５１は、独立に空気圧シリンダ５６を構成するシリンダ部５２と、内部に収容した摺動部材６０の軸方向（Ｚ軸方向）移動をガイドする耐摩耗性のガイド筒部５３とを連結し、更に、そのガイド筒部５３の先端に円環状をなすエンドプレート５４を連結することにより構成したものである。
【００２０】
上記ボディ５１内に嵌装して軸方向移動をガイドさせた摺動部材６０は、シリンダ部５２内のピストン６２とは別体に形成した摺動部材本体６１を備え、この摺動部材本体６１とピストン６２とを、ピストン６２の中心に設けたねじにより相互に連結して、その連結部を空気圧シリンダ５６のロッド側端壁５６ａに気密に挿入し、それを貫通させている。これにより、シリンダ部５２内には、ピストン６２の両側に圧力室７２ａ，７２ｂが形成され、シリンダ部５２には、それらの圧力室７２ａ，７２ｂにそれぞれ圧縮空気を給排して該ピストン６２を軸線方向に駆動及び復帰させるための給排ポート７３ａ，７３ｂを設けている。
【００２１】
この空気圧シリンダ５６は、圧力室７２ａ，７２ｂへの圧縮空気の給排により駆動、復帰させることができるものであるが、その他の機能及び作用は前記第１実施例の場合と変わるところがない。また、この第２実施例の上記以外の構成及び作用も、前記第１実施例の場合と変わるところがない。従って、図４の第２実施例において、第１実施例と同一または対応する主要部分に第１実施例と同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明のコンプライアンスユニットによれば、ＸＹ平面内ばかりでなく、その平面に垂直なＺ軸方向についてもコンプライアンス機能をもたせたコンプライアンスユニットを得ることができ、しかも、それらのコンプライアンス機能を備えたコンプライアンスユニットを、コンパクト化された構造で、中心よりずれた位置などに荷重点があっても円滑にＸＹ平面内及びＺ軸方向に作動し、コンプライアンス機能を失わないようにしたコンプライアンスユニットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンプライアンスユニットの第１実施例の構成を示す断面図である。
【図２】上記第１実施例の他の位置での断面図である。
【図３】上記第１実施例の構成を示す部分破断斜視図である。
【図４】本発明に係るコンプライアンスユニットの第２実施例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，５１    ボディ
６，５６    空気圧シリンダ
１０，６０    摺動部材
１１，６１    摺動部材本体
１２，６２    ピストン
１３    スぺーサ
１４    カバー板
２０    スライド要素
２５，３５    リテーナ
２６，３６    鋼球
３０    平面スライド要素
３１    テーブル
３２    ベース板
【図１】
0004042231.tif 000002
【図２】
0004042231.tif 000003
【図３】
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【図４】
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