(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造体（１０）と下部構造体（２０）をその間に設置された複数個の弾性体（３０）により連結してなる遠隔弾性中心機器であって、上部構造体（１０）と下部構造体（２０）の一方側に放射状に移動可能なスライダーが設けてあり、前記弾性体（３０）の一端を前記スライダーに連結し、前記弾性体（３０）の他端を上部構造体（１０）又は下部構造体（２０）の他方側に連結し、前記弾性体（３０）を放射状に同じ距離だけ移動させることにより、機器本体の中心軸方向に存在する弾性中心（Ｘ）の位置及び上部・下部構造体（１０）（２０）相互間の弾性力を変えることができるようにしてある遠隔弾性中心機器。
【請求項２】
上部構造体（１０）と下部構造体（２０）をその間に設置された複数個の弾性体（３０）により連結してなる遠隔弾性中心機器であって、上部構造体（１０）と下部構造体（２０）に放射状に移動可能なスライダーが設けてあり、前記弾性体（３０）の上端を上部構造体（１０）のスライダーに、また前記弾性体（３０）の下端を下部構造体（２０）のスライダーに連結し、前記弾性体（３０）を放射状に同一距離だけ平行移動できるようにして、機器本体の中心軸方向に存在する弾性中心（Ｘ）の位置を変えることができるようにしてある遠隔弾性中心機器。
【請求項３】
前記弾性体（３０）の連結をヒンジ結合又は球面対偶結合としていることを特徴とする請求項１又は２記載の遠隔弾性中心機器。
【請求項４】
前記弾性体（３０）の連結のうち一方をヒンジ結合又は球面対偶結合とし、他方を固定連結としたことを特徴とする請求項１又は２記載の遠隔弾性中心機器。
【請求項５】
前記弾性体（３０）の連結のうち少なくとも一方をヒンジ結合又は球面対偶結合とし、前記結合部のうち少なくとも一方にはその結合部の回転自由度を拘束する固定手段を具備させてあることを特徴とする請求項１又は２記載の遠隔弾性中心機器。
【請求項６】
前記スライダーが、手動又は駆動手段によって移動可能とされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の遠隔弾性中心機器。
【請求項７】
前記駆動手段は、上部構造体（１０）及び／又は下部構造体（２０）の中心部で回転する駆動側傘歯車と、この駆動傘歯車によって連動される受動側傘歯車で構成され、受動傘歯車にはボルト軸が結合され、このボルト軸にねじ結合された前記スライダーで構成されたものであることを特徴とする請求項６記載の遠隔弾性中心機器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明はロボットあるいは組立専用機に取り付ける遠隔弾性中心機器に関するもので、特に、機器本体の中心軸方向に沿って存在する弾性中心の位置がアクティブにあるいはパッシブに可変できる手段を提供することで、一つの機器で多種多様な規格の嵌め合い部品を工具交換等の作業工程なしに組立作業を可能にする特徴がある。
背景技術
遠隔弾性中心機器（以下、ＲＣＣデバイスという）は円筒軸、ピン、半導体チップ等の精密部品の組立作業をロボット、あるいは、組立専用機を用いて行うとき、組立部品の相対的な位置と、姿勢誤差を適切に吸収して組立を円滑にするデバイスであり、ロボットと組立専用機に過度な負荷がかかることを防ぐなど、組立時の部品損傷を最大限抑制してくれるので、製品の品質と生産性を向上させるデバイスである。
このＲＣＣデバイスは本体に設けられる座標系の原点から本体の中心軸方向の一定の距離に弾性中心という特殊な点が存在するが、この点の位置は本体の上部構造体と下部構造体を連結する弾性体の物理的性質及び焦点角、取付半径（中心から半径方向の距離）に依存する。
従来のＲＣＣデバイスは、弾性中心が一点に固定される単純な構造であるため、多種多様な規格の部品を組立するときは、部品とＲＣＣデバイスの仕様が一対一に対応するよう多数のＲＣＣデバイスを用意しなければならないという問題があった。
図１〜図４は従来のＲＣＣデバイスを簡単に図示したもので、上部・下部構造体１０，２０相互間に弾性体３０が複数個（特定角度間隔で放射状に設置）固定され、上部構造体１０はロボットあるいは組立専用機４０に固定され、下部構造体２０の下端にはグリッパ５０が設置されて組立する部品Ａを把持している。図１は傾いた弾性体３０の中心軸の延長線の交わる焦点Ｆが上部構造体１０から遠い所に設定されている状態を示したもので、図２は焦点Ｆが上部構造体１０から短い距離に設定されている状態を示したものである。即ち、図１に示しているのは弾性体３０の焦点角θが大きい場合であり、図２に示しているのは図１のものよりも弾性体３０の焦点角θが小さい場合である。このような場合、一般に弾性中心Ｘは上部構造体１０と焦点Ｆとの間の中心軸線上に存在するが、その位置は弾性体３０の弾性係数及び焦点角θ、取付半径ｒによって決定される。
ＲＣＣデバイスの弾性中心Ｘは、その点を通る水平方向の外力が作用すると組立部品が並進（水平）運動をし、その点を中心に純粋なモーメントが働くと組立部品がその点のまわりに回転運動だけをする特殊な位置である。
ＲＣＣデバイスの弾性中心Ｘがグリッパ５０で把持した部品の先端部に存在すると、図３に示すように、組立部品相互間に相対的な位置誤差が存在しても、部品先端部での接触による反力Ｒの水平成分が弾性中心Ｘの近傍を通るので、図４に示すように部品は水平移動され、組立作業が円滑に遂行される。ＲＣＣデバイスはこのように弾性中心Ｘを精密部品の組立作業に応用するためのデバイスである。
一方、ＲＣＣデバイスは弾性体３０の焦点角θによって焦点Ｆの位置がかわり、これに連動して弾性中心Ｘの位置も変化し、その中心の位置Ｓによって対応する部品の規格も異なってくる。図１に示すものは、弾性中心Ｘが上部構造体１０から遠いところに位置するため組立部品も長いものを組み立てるのに適しているが、図２に示すものは部品の長さが短いものを組み立てるのに適している。すなわち、弾性中心Ｘの位置と組立部品の先端が一致するときが最も理想的で、弾性中心Ｘの位置と組立部品の先端が一致しない場合には部品が傾いて挿入されるか、自動組立が不可能になる可能性がある。
図５及び図６は相手部品の穴に円筒の部品Ａを挿入する様子を示したもので、図５は、弾性中心Ｘより長い円筒部品を挿入作業するとき部品が傾いて挿入される過程を図示したもので、図６は弾性中心Ｘより短い部品を挿入するとき前者と同様に部品が傾いたまま挿入される状態を示したものである。
従来のＲＣＣデバイスは以上のように、弾性体３０の焦点角θが固定式であるため、弾性中心Ｘの位置も一点に固定されるので、対応する部品の規格も当然限定され、多種の部品をあつかうためには様々な規格に対応する仕様のＲＣＣデバイスを用意する必要があった。即ち、従来のＲＣＣデバイスは弾性中心Ｘの位置が固定されているので、組立対象部品の種類および規格が多様な場合には、各部品の規格に合わせて所定のＲＣＣデバイスを用意し、工具交換しながら組立作業することとなるため、組立作業にかかる時間が長くなり、工具交換装置等の高価な周辺装置が必要となる等、生産性及び品質、生産コスト等の面で競争力を失うことになる。
従って、この発明では、上部構造体１０と下部構造体２０相互間に設けられた複数個の弾性体３０を放射状に同時に同じ距離を移動できるようにすることで、弾性体３０の焦点角θと取付半径ｒを変化させ、デバイス本体の軸方向に存在する弾性中心Ｘの位置を可変させると同時に上部・下部構造体１０，２０相互間の弾性力（剛性）も変化させる手段を提供することをその目的とする。
また、他の目的は、弾性体３０自体の弾性力を変化させることなく上部・下部構造体１０，２０相互間の弾性力（剛性）を小さくし、前記上部・下部構造体１０，２０相互間の相対移動を円滑なものとする手段を提供することである。
発明の開示
この発明は弾性中心機器であって、その構成は、上部構造体１０と下部構造体２０の間に設置された複数個の弾性体３０の各々の上下部のうち少なくとも一方を、手動又は駆動手段によって放射状に同時に同じ距離を前後移動可能にし、機器本体の中心軸方向に存在する弾性中心Ｘの位置を可変にすると同時に上部・下部構造体１０，２０相互間の弾性力が変化せしめられるようにしてある。この構成としたことにより、この発明は弾性中心Ｘの位置と剛性を自由にかえることができ、ＲＣＣデバイスの交換に伴う機械故障の防止、作業時間の短縮に伴う生産性の向上等をはかることができる。
又、上部・下部構造体１０，２０と弾性体３０との連結のうち少なくとも一方をヒンジ結合又は球面対偶結合としている。なお、連結部の両方をヒンジ結合又は球面対偶結合とする場合、一方の回転自由度を拘束する固定手段を具備させる。この構成を採用した場合、上部・下部構造体１０，２０の相互間の剛性は連結部の両方を固定する構成より小さくなる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来のＲＣＣデバイスの構造図であって、弾性体の焦点角が大きい場合の弾性中心の位置を示した図であり、図２は従来のＲＣＣデバイスの構造図であって、弾性体の焦点角が小さい場合の弾性中心の位置を示した図であり、図３及び図４は弾性中心が組立部品の先端にあるとき、位置誤差のある組立部品が円滑に挿入される様子を示した図、図５は弾性中心が組立品の先端に存在しない場合の無理な組立状態を示したものであって、ＲＣＣデバイスの弾性中心より長い部品を挿入するときの様子を示した図、図６は弾性中心が組立品の先端に存在しない場合の無理な組立状態を示したものであって、ＲＣＣデバイスの弾性中心より短い部品を挿入するときの様子を示した図、図７は駆動手段が上部構造体に設けられた場合を示した側面図、図８は駆動手段が上部・下部構造体の両方に設けられた場合を示した側面図、図９はこの発明の駆動手段を示す側面図、図１０はこの発明の駆動手段を示す平面図、図１１及び図１２はこの発明の別の駆動手段を示した平面図、図１３は弾性体と上部構造体との結合を球面待遇結合とした場合の例を示す上面図、図１４は弾性体と上部構造体との結合を球面待遇結合とした場合の例を示す側面図、図１５は弾性体と上部構造体との結合を球面待遇結合とした場合の例を示す下面図、図１６は弾性体の一方を固定し他方をピンヒンジとした場合の拡大図、図１７は図１６のＡ−Ａ断面図、図１８はスライダーの移動方向に対応する外力による弾性体の先端ヒンジ部の変位を示すグラフ図、図１９は弾性体の一方を固定し他方を球面対偶結合した場合の拡大図、図２０は図１９のＢ−Ｂ断面図、図２１はスライダーの移動方向に対応する外力による弾性体の先端球面対偶結合の変位を示すグラフ図。
発明を実施するための最良の形態
図７及び図８はこの発明の可変型ＲＣＣデバイスの側面図であり、図７は駆動手段３１０が上部構造体１０に設置された様子で、図８は駆動手段３１０が上部・下部構造体１０，２０の両方に設置された様子である。
弾性体３０は上端と下端に固定可能なヒンジ部１００によって固定可能に結合されている。図７ではヒンジ部１００がスライダー２００に結合され、上部構造体中心部に設けられた駆動手段３１０によって放射状に同時に所定の距離だけ弾性体３０の上端を移動させ、弾性体３０の焦点角θを変化させる。調整が終了したら弾性体３０の下端ヒンジ部を回転しないように固定、上端ヒンジは必要に応じて固定すればよい。一方、図８では、駆動手段を上部・下部構造体１０，２０の両方に設け、弾性体３０の取付半径ｒも可変にすることで、上部・下部構造体１０，２０相互間の弾性力と弾性中心Ｘの位置を幅広く変化させることが可能なので、組立部品の規格に合わせて自由に調整することができるようになっている。また、図８のものでは焦点角θを変化させることなく取付半径ｒのみを変化させることも可能である。
図９及び図１０は駆動手段３１０をさらに具体的に図示したもので、ヒンジ部１００はスライダー２００に結合されており、スライダー２００は上部構造体中心部に放射状に設置された三つのボルト軸３００にねじ結合されている。このボルト軸３００は受動傘歯車３１２を介して上部構造体１０の中央部に位置する駆動側の傘歯車３１１によって同時に同じ角度だけ回転できるようになっている。
駆動側傘歯車３１１はモータＭのようなアクチュエータを用いるか、あるいはマニュアルで回転させることによって、所定の回転角を各ボルト軸３００に一様に伝達するようになっている。スライダー２００はボルト軸３００の回転によって水平移動されるように、上部構造体内部に設けられたスライド溝２１０に接続されている。
このような駆動によって、駆動側傘歯車３１１が回転すると、受動側傘歯車３１２が連動して回転し、受動側傘歯車３１２に固定されたボルト軸３００が同時に回転され、それによってボルト軸３００にねじ結合されたスライダー２００が弾性体３０の焦点角θを変化させる。したがって、焦点角θの変化によって弾性中心Ｘの位置とＲＣＣの剛性が変化することになる。
また、この実施例では弾性体３０を中心から放射状の方向に１２０°間隔で三つ取りつけられた場合をとりあげて説明しているが、これはこの発明を限定するものではなく弾性体の取付間隔と取付個数は設計者の設計仕様に合わせて調整できるものである。例えば、弾性体３０を四つ設置した場合には９０°間隔で設定することもでき、駆動手段は上部構造体１０あるいは下部構造体２０のどちらか一方に設置することも可能である。
さらに、上部構造体１０若しくは下部構造体２０の内部に設置されたスライド溝２１０にスライダー２００の移送量をわかりやすくするためスケールを設けるか、駆動側の傘歯車３１１の回転角度を計測できるように上部・下部構造体の中心部に適当な角度ゲージを設置してもよい。
図１１及び図１２はこの発明の別の駆動手段を示したもので、図１１はスライダー２００に連結されたレバー２０１の端部２０２がカム４００のガイド溝４０１に接続されて、カム４００の回転に連動してレバー２０１に固定された三つのスライダー２００が同時に同じ距離を移動する。図１２はスライダー２００を油圧あるいは空気圧シリンダー５００のピストン５０１に連結し、ピストンの同時動作で三つのスライダー２００は同時に同じ距離を移動するように構成したものである。この他にもスライダーを同時に同じ距離を移動させる駆動手段はこの発明の技術の範疇に属する。
以上のように、この発明はＲＣＣデバイスの上部・下部構造体１０，２０を連結する弾性体の焦点角θとその取付半径ｒを変化させることができるので、弾性中心の位置と剛性を自由に変えることによってＲＣＣの交換なしに多様な規格の部品を一つのＲＣＣデバイスで組立することができ、ＲＣＣデバイスの交換に伴う機械故障の防止、作業時間の短縮に伴う生産性の向上等をはかることができる。
なお、上記実施例では弾性体３０と上部・下部構造体１０，２０との連結手段としてヒンジ結合構造としてあるが、前記連結手段を図１３〜図１５に示すように、球面対偶結合とすることもできる。
この図示例では、摘み６２の回転に連動して動くスライダー２００を放射状の所定の位置に調整した後、スライダー２００と弾性体３０とのボールジョイント８２の回転自由度を図１４に示すナットジャーナル８０により拘束する。
このナットジャーナル８０はスライダー２００とねじ結合され、ナットジャーナル８０を締めることによって、これらの間に結合される弾性体３０の一端のボールジョイント８２の回転自由度を拘束することができ、緩めることによってボールジョイントに回転自由度を与えることができる。
なお、下部構造体２０と弾性体３０との結合はヒンジ結合７０としてあり、図１５に示されるナット１００を緩めた状態で摘み７２を回転することにより弾性体３０の下部を長孔７１の長さの範囲内で同時に同じ距離だけ移動できるようにしてある。
図１３〜図１５に示した例では、弾性体３０の一方は固定可能な球面対偶、他方は固定可能なヒンジ結合の構成例を示したが、この組み合わせは図示した例とは逆にしてもよく両方を固定可能な球面対偶結合としてもよい。
弾性体３０の一端を固定・他端をヒンジ結合にして使用する場合、図１６に示すように、ヒンジ部の回転中心方向をｕとし、それに垂直な方向をｖとすると、スライダー２００の移動方向に対応する外力Ｆu，Ｆvによる弾性体３０の先端ヒンジ部の変位δv，δuは図１８に示すように異なるため、ＲＣＣの遠隔弾性中心位置と剛性に方向性が生じることになる。
一方、図１９に示すように、弾性体３０の一端を固定・他端を球面対偶結合にして使用すると、スライダー２００の変位方向に対する弾性体の先端結合部の変位δv，δuは、図２１のように方向性が生じるのを最大限に抑えることができる。
したがって、ヒンジ結合や球面対偶結合を採用したものは、弾性体３０の弾性を変化させることなく上部・下部構造体１０，２０相互間の弾性力を小さくすることが可能となり、又、弾性中心までの距離を長くすることが可能となるが、後者の結合態様の場合は特に実用的である。
なお、上記した弾性体３０としては、ゴム材のみで構成したものを使用してもよく、また、弾性板とゴム板とを積層固着して構成したものを使用してもよい。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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