(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体（１）側に設けた三個以上の押圧手段（３）によって従動体（２）に設けた軸部（２０）の周面を押し合わせることにより固定体（１）に対して従動体（２）が位置決めされているフローティングユニットにおいて、各押圧手段（３）は、固定体（１）に設けられたシリンダ部（３０）と、シリンダ部（３０）内に設けられ且つ軸部（２０）の周面を押圧すべくバネ付勢されたピストン（３１）と、シリンダ部（３０）内に空気を供給すべく固定体（１）に設けられた吸気弁（３２）と、シリンダ部（３０）内の空気を排出すべく固定体（１）に設けられた排気弁（３３）と、従動体（２）に設けられた動弁機構（３４）とから構成されており、前記固定体（１）と従動体（２）との間で軸部（２０）の軸線に対して直角成分方向の相対移動が生じたときには、前記従動体（２）と共に移動した動弁機構（３４）が移動方向前方側に位置する吸気弁（３２）、及び移動方向後方側に位置する排気弁（３３）を開弁状態にすることを特徴とするフローティングユニット。
【請求項２】
押圧手段（３）は、固定体（１）に等角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載のフローティングユニット。
【請求項３】
排気弁（３３）を吸気弁（３２）よりも軸部（２０）側に配置すると共に排気弁（３３）及び吸気弁（３２）の一部を従動体（２）との接合面側に突出させ、更に、前記排気弁（３３）及び吸気弁（３２）は押し込まれたときに開弁するものとしてあり、他方、動弁機構（３４）の出力部を前記排気弁（３３）及び吸気弁（３２）における固定体（１）から突出した部分に当接させてあり、動弁機構（３４）の移動に伴い当該動弁機構（３４）の出力部が排気弁（３３）又は吸気弁（３２）を押し込むようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載のフローティングユニット。
【請求項４】
三個の押圧手段（３）を有するものとし、軸部（２０）におけるピストン（３１）と接触する部分を断面正三角形状にすると共に、前記ピストン（３１）と軸部（２０）とを面接触させたものとしてあり、固定体（１）と従動体（２）との間で軸部（２０）の軸線を中心とした相対回動が生じたときには、動弁機構（３４）が全ての吸気弁（３２）を開弁状態にするようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフローティングユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マニプレータ等のロボットの出力部に取り付けられるフローティングユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フローティングユニットとしては例えば、ゴムと鋼板から成る積層体を弾性手段として固定体と従動体相互を接続したものがある。
【０００３】
このユニットは、固定体がロボット側に取り付けられると共に従動体側に例えばハンド機構が取り付けられ、前記ハンド機構に掴ませたピンを孔に差し込むような作業等に使用される（一例）。
【０００４】
しかしながら、ユニットが鉛直姿勢にあるときには上記ピンの差し込み作業は円滑に行われるものの、ユニットが水平姿勢にあるときには従動体自体やハンド機構の重量により固定体に対して従動体が下方に変位してしまいピンの差し込み作業が実質的に不可能になってしまう。
【０００５】
近頃、固定体に対して従動体をロックする機構を備えたフローティングユニットが市場に出回るようになってきたが、このユニットを採用した場合、ロック機能によりユニットの水平姿勢における従動体の下方への変位は防止できるものの、フローティング機能が滅殺されてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、フローティング機能が維持され且つ、従動体側の重量による固定体と従動体との芯ズレが発生しないフローティングユニットを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１、２記載の発明について〕
この発明は、固定体１側に（等角度間隔で）設けた三個以上の押圧手段３によって従動体２に設けた軸部２０の周面を押し合わせることにより固定体１に対して従動体２が位置決めされているフローティングユニットにおいて、各押圧手段３は、固定体１に設けられたシリンダ部３０と、シリンダ部３０内に設けられ且つ軸部２０の周面を押圧すべくバネ付勢されたピストン３１と、シリンダ部３０内に空気を供給すべく固定体１に設けられた吸気弁３２と、シリンダ部３０内の空気を排出すべく固定体１に設けられた排気弁３３と、従動体２に設けられた動弁機構３４とから構成されており、前記固定体１と従動体２との間で軸部２０の軸線に対して直角成分方向の相対移動が生じたときには、前記従動体２と共に移動した動弁機構３４が移動方向前方側に位置する吸気弁３２、及び移動方向後方側に位置する排気弁３３を開弁状態にするものとしてある。
〔請求項３記載の発明について〕
この発明は、上記請求項１又は２記載の発明に関して、排気弁３３を吸気弁３２よりも軸部２０側に配置すると共に排気弁３３及び吸気弁３２の一部を従動体２との接合面側に突出させ、更に、前記排気弁３３及び吸気弁３２は押し込まれたときに開弁するものとしてあり、他方、動弁機構３４の出力部を前記排気弁３３及び吸気弁３２における固定体１から突出した部分に当接させてあり、動弁機構３４の移動に伴い当該動弁機構３４の出力部が排気弁３３又は吸気弁３２を押し込むようにしてある。
〔請求項４記載の発明について〕
この発明は、上記１乃至３のいずれかに記載の発明に関して、三個の押圧手段３を有するものとし、軸部２０におけるピストン３１と接触する部分を断面正三角形状にすると共に、前記ピストン３１と軸部２０とを面接触させたものとしてあり、固定体１と従動体２との間で軸部２０の軸線を中心とした相対回動が生じたときには、動弁機構３４が全ての吸気弁３２を開弁状態にするようにしてある。
【０００８】
なお、上記発明に関する機能等については以下の発明の実施の形態の欄で説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、マニプレータＭの出力端にこの発明の実施形態のフローティングユニットＦＵを介してハンド機構Ｈを取り付けたものを示している。以下に、前記フローティングユニットＦＵの基本的構成及び前記ユニットＦＵの構成要素等について詳述する。
【００１０】
〔フローティングユニットＦＵの基本的構成について〕
フローティングユニットＦＵは、図３に示すように、固定体１の孔部１０に従動体２の軸部２０を挿入し、図２や図３に示すように、前記固定体１側に１２０°間隔で設けた三個の調芯用の押圧手段３によって前記軸部２０の周面を押し合わせることにより固定体１に対して従動体２を位置決めすると共に、１２０°間隔（押圧手段３と６０°ずれている）で設けた三個の接続手段４により固定体１に対して従動体２が接続状態に成るようにして構成してある。なお、この固定体１と従動体２とが接続された組み立て状態において、これら相互間には図３に示すように、ギャップＧが形成されている。
【００１１】
〔固定体１の構成について〕
固定体１は、図２や図３に示すように、厚肉の円形板により構成してあり、その中央部に円形状の上記孔部１０を形成してある。
【００１２】
〔従動体２の構成について〕
従動体２は、図２や図３に示すように、固定体１と同径の薄肉の円形板により構成してあり、その中央部に、押圧手段３が押圧する部分を断面正三角形状とした軸体２０を挿入固定してある。なお、軸部２０が孔部１０内で前記軸部２０と直角方向に移動できる範囲が、Ｘ−Ｙ方向のフローティング範囲になる。 〔押圧手段３の構成について〕
押圧手段３は、図２や図３に示すように、固定体１に設けられたシリンダ部３０と、シリンダ部３０内に設けられ且つ軸部２０の周面を押圧すべくバネ３５により付勢されたピストン３１と、シリンダ部３０内に空気を供給すべく固定体１に設けられた吸気弁３２と、シリンダ部３０内の空気を排出すべく固定体１に設けられた排気弁３３と、従動体２に設けられた動弁機構３４とから構成されており、図４に示す如く前記固定体１に対して従動体２がＸ又はＹ方向下向きに移動したときには、前記従動体２と共に移動した動弁機構３４が下側に位置する吸気弁３２、及び上側に位置する排気弁３３を開弁状態にするものとしてある。動弁機構３４は、図２に示すように、平面視四角形状に形成され且つ吸気弁３２又は排気弁３３を押し込む直線状の凸条部ｔを有する動弁主体３４ａと、前記動弁主体３４ａの押し込みを可能ならしめるコイルバネ３４ｂとから構成されており、図３に示すように、前記動弁主体３４ａの半分程度とコイルバネ３４ｂとを浅孔２２内に収容するようにしてある。次に、上記した吸気弁３２及びその回りの構成について詳述すると、吸気弁３２は図６に示すように、シリンダ部３０内と外部とを連通する貫通孔内に挿入配置されており、小隙間１３に配置したコイルバネ３２ｂの付勢力によって生じる弁リング３２ａと弁座１２との圧接によって閉弁されるようにしてある。また、この吸気弁３２には、図６に示すように、その開閉弁状態の両方において空気導入路３６から導かれてきた空気が小隙間１３を介してユニット外部に排出されないようにシールリング３２ｃを配設してある。なお、上記した三個の空気導入路３６相互は図２に示すようにチューブＴにより連通接続されており、このチューブＴを介して例えばコンプレッサからの空気が常時全ての空気導入路３６に送られている。また、排気弁３３及びその回りの構成は、図６に示すように、基本的には吸気弁３２と同様であり、相違する部分はシールリング３２ｃに相当するものが存在しない点、及び、空気導入路３６に相当するものが存在しない点である。したがって、固定体１に対して従動体２が相対移動していないとき、即ち、動弁機構３４における動弁主体３４ａの凸条部ｔが図２や図３に示した中立位置にあるときには、吸気弁３２及び排気弁３３は閉弁して全てのシリンダ部３０内の圧力は釣り合った状態となっている。なお、図６、図７中に示した符号３３ａは弁リング、符号３３ｂはコイルバネ、符号１４は弁座であり、吸気弁３２の弁リング３２ａ、コイルバネ３２ｂ、弁座１２と同様の機能を奏するものである。
【００１３】
〔接続手段４の構成について〕
接続手段４は、図３に示すように、固定体１の深孔１５と従動体２の浅孔２１とから成る孔Ｈ内と、この孔Ｈに装着した以下の各構成部材により構成されている。前記孔Ｈには、図３に示すように、軸受け４ａ（玉受け部材４２，４４及び玉４３より成る）と、軸受け４ｂ（玉受け部材４４，４５及び玉４３より成る）が内方突出鍔１１を挟み込むようにして収容されており、浅孔２１側には前記軸受け４ｂを構成する玉受け部材４５及びコイルバネ４６（皿バネその他のバネでもよい）を収容させてある。なお、玉受け部材４２については他の玉受け部材よりも外径を小さく設定してある。そして図３に示すように、玉受け部材４２，４５に対して比較的隙間が少なく且つ玉受け部材４４，４４に対して隙間が多い態様で、挿入されたボルト４０の上下にナット４１，４７を螺入するようにして、固定体１と従動体２相互を一体化している。この接続手段４は上記のような構成であるから、軸受け４ａ等の存在により固定体１に対して従動体２は図３や図５に示すＸ−Ｙ方向及びＭ方向について少量だけ移動可能となり、また、コイルバネ４６の存在により固定体１に対して従動体２は図３に示すＺ方向について少量だけ移動可能となる。
〔ユニットＦＵの姿勢が図３から図４に示す状態になった場合について〕
ここで、上記状態からユニットＦＵの姿勢が変化して図４に示す状態になると固定体１に対して従動体２が下がり、図７に示す下側の吸気弁３２が動弁機構３４の動弁主体３４ａにより押し込まれて開弁される。すると、図７に示す下側の空気導入路３６から導かれてきた空気は下側のシリンダ部３０内に供給され、前記シリンダ部３０内の空気圧が大きくなる。なお、図６に示す上側の吸気弁３２は閉弁が維持されたままであるから上側のシリンダ部３０内の空気圧は大きくなっていない。上記した下側の吸気弁３２の開弁と同時に上側の排気弁３３も開弁される。すなわち、図６に示す上側の排気弁３３が動弁機構３４の動弁主体３４ａにより押し込まれて開弁され、上側のシリンダ部３０内の空気はユニットＦＵ外に排出されることとなる。なお、このとき、下側の排気弁３３は図７に示すように、閉弁状態が維持されており、下側のシリンダ部３０内の空気はユニットＦＵ外に排出されることはない。したがって、〔上側のピストン３１による軸部２０への押圧力〕＜〔下側のピストン３１による軸部２０への押圧力〕となり、従動体２の位置は上側へ移動する。なお、図３に示した状態、すなわち、動弁機構３４が全ての吸気弁３２及び排気弁３３を開弁していない中立状態になると従動体２の上側への移動は停止し、フローティングユニットＦＵの自動調芯は終了する。
【００１４】
〔固定体１に対して従動体２が回動した場合について〕
固定体１に対して従動体２が回動していない状態では、図８に示すように、ピストン３１の先端平面が軸部２０の平面に対して全面接触している。ここで、固定体１に対して従動体２が回動した場合、ピストン３１の先端平面が軸部２０の平面との間に図９に示すような隙間ができようとするが、動弁機構３４の動弁主体３４ａの凸条部ｔが図８に示した軌跡Ｌ（三本の曲線で示す）で移動するから全ての吸気弁３２が開弁状態になる。したがって、全てのシリンダ部３０内の圧力が高くなり、ピストン３１の押圧力によりピストン３１の先端平面が軸部２０の平面に対して全面接触する元の状態に回動復帰する。
【００１５】
〔他の実施形態について〕
なお、上記実施形態では三個の押圧手段３を具備させたものとしてあるが、それ以上の個数の押圧手段３を具備させるようにしてもよい。また、動弁機構３４における動弁主体３４ａの形状については上記実施形態のものに限定されず、固定体１に対する従動体２の移動に伴って同じ働きをするものであればよい。
【００１６】
【発明の効果】
この発明は上記のような構成であるから、次の効果を有する。
【００１７】
発明の実施の形態の欄の記載内容から明らかなように、フローティング機能が維持され且つ、従動体側の重量による固定体と従動体との芯ズレが発生しないフローティングユニットを提供することを課題とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】マニプレータの出力端にフローティングユニットを介してハンド機構を取り付けた状態を示す外観図。
【図２】この発明の実施形態であるフローティングユニットを従動体側から見た平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して下がっている状態における、上下の吸気弁及び排気弁の状態を示す断面図。
【図５】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して下がっている状態における、接続手段の状態を示す断面図。
【図６】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して下がっている状態における、上側の吸気弁及び排気弁の状態を示す拡大断面図。
【図７】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して下がっている状態における、下側の吸気弁及び排気弁の状態を示す拡大断面図。
【図８】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して回動した場合の、動弁主体の凸条部ｔの移動軌跡を示す平面図。
【図９】前記フローティングユニットの従動体が固定体に対して回動した場合のピストンの先端平面と軸部の平面との当接状態を示す図。
【符号の説明】
１   固定体
２   従動体
３   押圧手段
４    接続手段
１０ 孔部
２０ 軸部
３０ シリンダ部
３１ ピストン
３２ 吸気弁
３３ 排気弁
３４ 動弁機構
【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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