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JP2004066364A - Compliance mechanism - Google Patents

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JP2004066364A
JP2004066364A JP2002226684A JP2002226684A JP2004066364A JP 2004066364 A JP2004066364 A JP 2004066364A JP 2002226684 A JP2002226684 A JP 2002226684A JP 2002226684 A JP2002226684 A JP 2002226684A JP 2004066364 A JP2004066364 A JP 2004066364A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
elastic displacement
force
hand
displacement element
elastic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002226684A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyasu Hirasawa
平澤 友康
Takuya Uchida
内田 拓也
Tadakatsu Harada
原田 忠克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2002226684A priority Critical patent/JP2004066364A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q9/00Arrangements for supporting or guiding portable metal-working machines or apparatus
    • B23Q9/0014Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action
    • B23Q9/0042Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action the guide means being fixed only on the workpiece
    • B23Q9/005Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action the guide means being fixed only on the workpiece angularly adjustable

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

【課題】ハンドの継手機構を小型、軽量に保ちながら、弾性変位要素の変位量の大小、これにかかる力の大小、衝撃の大小に関わり無く、弾性変位要素の変位量、これにかかる力の大きさを正確に検出できる継手機構及び弾性変位要素にかかっている力の大きさの検出機構を提供する。
【解決手段】外力によって一自由度の弾性変位をする弾性変位要素13a,13b,16a,16bにより、ハンドに固定される可動部材11とロボットアームに固定される固定部材15とを直接又は間接に連結し、上記弾性変位要素13a,13b,16a,16bと可動部材11の間、又は上記弾性変位要素13a,13b,16a,16bと固定部材15の間に弾性変位要素13a,13b,16a,16bから受ける反力の大きさを測る力測定手段を設けた。
【選択図】   図1
An object of the present invention is to keep the joint mechanism of a hand small and light while keeping the size of the displacement of the elastic displacement element, the magnitude of the force applied thereto, and the magnitude of the impact regardless of the magnitude of the impact. Provided are a joint mechanism capable of accurately detecting a magnitude and a mechanism for detecting a magnitude of a force acting on an elastic displacement element.
A movable member (11) fixed to a hand and a fixed member (15) fixed to a robot arm are directly or indirectly moved by elastic displacement elements (13a, 13b, 16a, 16b) which perform elastic displacement with one degree of freedom by an external force. The elastic displacement elements 13a, 13b, 16a, 16b are connected between the elastic displacement elements 13a, 13b, 16a, 16b and the movable member 11, or between the elastic displacement elements 13a, 13b, 16a, 16b and the fixed member 15. A force measuring means for measuring the magnitude of the reaction force received from the device is provided.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、製品の組立や分解作業に用いるハンドをロボットアームに連結する継手機構に関し、組み付けられ、あるいは取り外される部品からの力を受けながら組立・分解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、コンプライアンス時にハンドに作用する反力の大きさを簡便に検出してコンプライアンスが不完全になったり、そのために部品が損傷されたりすることを未然に回避することができるものである。
【0002】
【従来の技術】
ロボットの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や分解作業を行う場合、ロボットにコンプライアンス性がないと、上記作業を確実に遂行するためには部品の寸法や部品の位置決めに高い精度が要求されることになるので、部品コストが高くなり、また組立・分解の作業速度が遅くなり、作業能率が著しく低下し、さらには、作業の失敗率が高くなってしまう。このため、ロボットアーム(以下「アーム」という)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(順応)特性を持たせている。コンプライアンス(順応)特性を持たせる方法には、組立あるいは分解作業時の作業反力により前記弾性機構を変位させ、部品同士の位置と姿勢を合わせる方法、さらに、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してハンド位置、姿勢を適宜調整して、部品同士の位置と姿勢を一層正確に合致させるようにする方法がある。
【0003】
一般的に用いられるコンプライアンス機構を図7(a)に示している。このものでは、ハンド側プレート51とアーム側プレート52が弾性部材53により連結される。ロボットアーム54が組立作業をする際に、ハンド55が把持している嵌合部品56と被嵌合部品57との間に相対位置や姿勢のズレがあると、これらが互いに接触して大きさな外力がハンド55にかかる。この外力により弾性部材53が弾性変形して、これによって嵌合部品56と被嵌合部品57の相対位置と姿勢のズレが補償されて組立作業がなされる。しかし、部品の相対位置のズレ量が弾性部材の許容変形量よりも大きい場合や、部品の強度が小さい場合は、相対位置のズレを補償しきれず、そのために所定の作業が正確に行われず、あるいは上記の大きな外力のために部品が損傷してしまうことがある。
【0004】
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の大きさを検出し、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ために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58を設けているもの(図7(b))もある。しかし、このものでは、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58が縦方向に個々に配置されているため、アームからハンド先端までの距離が大きくなり、また重量が増大するので、ハンド先端での高速、高精度な動作が難しくなる。
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を提供する方法として、特開平5−253883「X−Y−θZ軸板ばねコンプライアンス機構」があるが、これについては次のような問題がある。
【0005】
この従来技術では、図9に示すように、外形及び剛性の等しい4枚の板ばね72を、当該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74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対の板ばねの間に可動剛体76を各板ばね72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72の対を各板ばねの中点で静止剛体80に固定することにより、前記可動剛体76と静止剛体80の間に、板ばね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72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。
【0006】
しかし、上記従来の方法では、歪ゲージの許容変位範囲が小さいために板ばねの変位量を小さくしなければならず、機械的なコンプライアンスの変位量を大きくできず、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り、この歪ゲージの破壊を回避するために高速でハンドを動作させることは難しい。
【0007】
【解決しようとする課題】
この発明は、部品からの反力を受けながら組立や分解の作業を行うロボットとハンドの継手機構であって、コンプライアンスの際にかかる力を検出する力センシング機能を有するものについて、高速化、高精度化が可能で、かつ小型軽量化を図ることを目的とするものであり、
ハンドの継手機構を小型、軽量に保ちながら、弾性変位要素の変位量の大小、これにかかる力の大小、衝撃の大小に関わり無く、弾性変位要素の変位量、これにかかる力の大きさを正確に検出できるように、上記継手機構及び弾性変位要素にかかっている力の大きさの検出機構を工夫することをその課題とするものである。
【0008】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段1】(請求項1に対応)
上記課題1を解決するための手段1は、ハンドとロボットアームとを連結する継手機構を前提として、次の(イ)及び(ロ)によるものである。
(イ)外力によって一自由度の弾性変位をする弾性変位要素により、ハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを直接又は間接に連結し、
(ロ)上記弾性変位要素と可動部材の間、又は上記弾性変位要素と固定部材の間に弾性変位要素から受ける反力の大きさを測る力測定手段を設けたこと。
【0009】
【作用】
一自由度の弾性変位をする弾性変位要素によりハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを連結し、上記弾性変位要素と可動部材の間、又は上記弾性変位要素と固定部材の間の少なくとも一方に上記弾性変位要素から受ける反力の大きさを測る力測定手段を設けたものであるから、弾性変位要素による継手機構内に組み込まれた力測定手段が、弾性変位要素にかかる力を加圧力として検出することになり、弾性変位要素にかかる力の大きさ、弾性変位要素の歪みの大きさに関わり無く、正確にその大きさを検出することができる。そしてしかも、力測定手段が継手機構内にコンパクトに組み込まれる。
したがって、力センシング機能を有し、高精度な作業が可能な小型軽量のコンプライアンス装置が構成される。
なお、上記の「間接に連結し」は、上記弾性変位要素により中間部材を介して可動部材と固定部材とを連結することを意味する。
【0010】
【実施態様1】(請求項2に対応)
実施態様1は、解決手段1の力測定手段を上記弾性変位要素と上記可動部材又は固定部材との間に挟み込んだ圧電材料とし、該圧電材料の電位を検出する電位測定手段を設け、該電位測定手段の出力から前記圧電材料に作用する力を算出する力算出手段を設けたものである。
【0011】
【作用】
弾性変位要素と上記可動部材又は固定部材との間に挟み込んだ圧電材料によって弾性変位要素にかかる力を受け止め、これを上記電位測定手段、力算出手段によって電気的に検出するものであるから、力測定手段が極めてコンパクトに上記継手機構に組み込まれるので、力測定手段を付設したコンプライアンス装置が小型軽量で構成される。
【0012】
【実施態様2】(請求項3に対応)
実施態様2は、解決手段1の力測定手段の出力値から弾性変位要素の変位量を算出する変位量算出手段を設けたことである。
【0013】
【解決手段2】(請求項4に対応)
解決手段2は、ハンドとロボットアームとを接続する継手機構を前提として、次の(イ)及び(ロ)によるものである。
(イ)外力によって一自由度の弾性変位をする弾性変位要素により、ハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを直接又は間接に連結し、
(ロ)上記弾性変位要素の変位量を測る変位量測定手段を備えていること。
なお、上記の「変位量測定手段」は、弾性変位要素の変位量を歪ゲージで検出するものではなく、ポテンシオメータ等で変位量そのものを直接計測する手段を意味し、また、上記の「間接に連結し」は、上記弾性変位要素により中間部材を介して可動部材と固定部材とを連結することを意味する。
【0014】
【作用】
弾性変位要素の変位量、すなわち、弾性変位要素を介して連結されている可動部材と固定部材間の相対的な変位量を、例えばポテンシオメータ等の変位量測定手段によって検出するものであるから、弾性変位要素の変位の大きさ、弾性変位要素に作用している力の大小に関わり無く、正確にその変位量を検出することができ、また、その測定精度が弾性変位要素にかかる力の大小の影響を受けることはない。
変位量測定手段によって変位量が電気量として検出されるので、これを基準値と比較することによって、弾性変位要素にかかっている力が許容限界値を越えたことが判別されるので、これによってロボットハンドを非常停止させるなどの制御をすることができ、また、検出された検出量を基準値と比較して上記の許容限界値を越えないようにロボットを制御することもできる。
【0015】
【実施態様3】(請求項5に対応)
実施態様3は、上記解決手段2について、上記変位量測定手段の出力値から弾性変位要素に作用する力の大きさを算出する力算出手段を有することである。
【0016】
【作用】
変位量測定手段の出力値が力算出手段で力の大きさに換算されるので、この検出データをフィードバックして、ロボットハンドの姿勢、位置などを制御することができる。
【0017】
【解決手段3】(請求項6に対応)
解決手段3は、解決手段1、解決手段2における上記弾性変位要素が帯状の薄い金属板を鋸刃状に折り曲げた板ばね構造であることである。
【0018】
【作用】
上記弾性変位要素が帯状の薄い金属板を鋸刃状に折り曲げた板ばね構造であるから、その長手方向には伸縮自在であって柔軟性が高いが、幅方向にはリジッドであるので、可動部材と固定部材とが弾性変位要素の伸縮方向には変位自在に、他方、弾性変位要素の幅方向にはリジッドに連結される。したがって、可動部材と固定部材とを一自由度で弾性変位可能に安定的に連結することができる。
それゆえ、上記可動部材と上記固定部材とが簡便な弾性継手で一自由度のコンプライアンス性をもって連結される。
【0019】
【実施態様4】(請求項7に対応)
実施態様4は、解決手段1、解決手段2、解決手段3、実施態様1乃至実施態様4における上記可動部材と固定部材とを選択的にロックするロック手段を設けたことである。
【0020】
【作用】
可動部材と固定部材とを適宜ロックできるので、両部材をロックしておくことで、過激な振動等からコンプライアンス装置を防護することができる。
【0021】
【実施態様5】(請求項8に対応)
実施態様5は、一方のコンプライアンス装置の弾性変位要素の変位方向と他方のコンプライアンス装置の弾性変位要素の変位方向とが互いに垂直な方向になるように、上記コンプライアンス装置の2つを組み合わせて連結していることである。
【0022】
【実施態様6】(請求項9に対応)
実施態様6は、上記の各弾性変位要素の力の組み合わせから、ハンドに作用する外力を算出するハンド外力算出手段を有することである。
【0023】
【実施態様7】(請求項10に対応)
実施態様7は、上記の各弾性変位要素の変位量の組み合わせによってハンドとロボットアームとの相対変位量を算出するハンド変位量算出手段を有することである。
【0024】
【実施の形態】
次いで、図面を参照しながら、実施例を説明する。
【実施例1】
図1に示す実施例1は、一自由度の弾性変位要素2組の組み合わせによる2自由度のコンプライアンス装置である。
可動部材11は中間部材12に同じ弾性係数を持つ第一の弾性変位要素13a,13bを介して連結されている。また、中間部材12は固定部材15に同じ弾性係数を持つ第二の弾性変位要素16a,16bを介して連結されている。第一の弾性変位要素13a,13bと第二の弾性変位要素16a,16bは変位方向が互いに垂直の方向になるように配置される。可動部材11にはハンドが固定され、また、固定部材15にはロボットアームの先端に固定される。上記弾性変位要素13a,13b,16a,16bは図4に示すように、断面形状が鋸刃形の板ばねであり、その長手方向及び上下方向には高い弾性を有するが、その横方向には高い剛性を有する。
したがって、可動部材11と中間部材12は図1の左右方向に相対的に変位可能であるが、前後方向には相対的に変位することはできない。他方、中間部材12と固定部材15とは図1の前後方向に相対的に変位可能であるが、左右方向には相対的に変位することはできない。したがって、可動部材11と固定部材15とは安定した関係で連結されていて、前後左右に自在に相対変位することができる。
【0025】
また、上記弾性変位要素の端部は、可動部材、中間部材、固定部材の凹部にそれぞれ嵌め込まれた状態で固定されており、この凹部の底に第一の圧電材料14a,14b、第二の圧電材料17a,17bがそれぞれ嵌め込まれていて、弾性変位要素にかかる力を受け止めている。
ハンドに外力が加わると、その外力の大きさと方向に応じて第一の弾性変位要素13a,13bと第二の弾性変位要素16a,16bは矢印方向に弾性的に伸縮して、可動部材11が固定部材15に対して相対移動する。このとき中間部材12と第一の弾性変位要素13a,13bとの間に設けられている第一の圧電材料14a,14bは、第一の弾性変位要素13a,13bの伸縮により第一の弾性変位要素13a,13bに作用している力と同じ力が加わり微小な歪みを生じる。第一の圧電材料14a,14bは圧電効果によりそれぞれ歪みに比例した電位が発生する。この電位を電位測定手段(図示略)により測定して、力算出手段(図示略)により第一の圧電材料14a,14bに作用した力を算出することで第一の弾性変位要素13a,13bに作用する力を求める。同様に、第二の圧電材料17a,17bに作用した力を算出することで第二の弾性変位要素16a,16bに作用する力を求める。第一の弾性変位要素13a,13bと第二の弾性変位要素16a,16bの変形方向は90度ずれており、ハンド外力算出手段 (図示略)により第一の弾性変位要素13a,13bに作用する力ベクトルの和と第二の弾性変位要素16a,16bに作用する力ベクトルの和の総和を算出し、ハンドに作用する力ベクトルを求める。また、ハンド変位量算出手段(図示しない)により、第一の弾性変位要素13a,13bの変位ベクトルと第二の弾性変位要素16a,16bの変位ベクトルの和を算出し、アームとハンドの相対変位を求める。
【0026】
実施例1の可動部材11は厚さが6mmで、60mm×60mmの四角な板であり、固定部材15は厚さが7mmで、108mm×108mmの中抜きされた四角な板であり、さらに中間部材12は厚さが6mmで、92mm×92mmの中抜きされた四角な板である。この3つの板が前後、左右の弾性変位要素13a,13b,16a,16bによって図示のように組み合わされている。可動部材と中間部材との間では左右両辺においてコンプライアンスのための遊び隙間があり、前後両辺において相対的に摺動できる程度の微小の隙間が介在している。同様に、中間部材12と固定部材15との間では、前後両辺においてコンプライアンスのための遊び隙間があり、左右両辺において相対的に摺動できる程度の微小の隙間が介在している。
【0027】
【実施例2】
次いで、図2、図3を参照して実施例2を説明する。この実施例は弾性変位要素にかかっている力の測定手段が違い、その他の点は実施例1と特に違いはない。
図2は一自由度のコンプライアンス装置であり、特に一方向においてのみコンプライアンス性能が求められる作業を想定しているものである。
図2において、可動部材1は固定部材2に同じ弾性係数を持つ弾性変位要素3a,3bを介して接続されている。可動部材1には図示しないハンドが固定されている。また、固定部材2は図示しないロボットアームの先端に固定される。ハンドに外力が加わると、その外力の大きさと方向に応じて弾性変位要素3a,3bは矢印方向に弾性的に伸縮して、可動部材1が固定部材2に対して相対移動する。このとき固定部材2に固定されている可変抵抗器(例えばポテンシオメータ)本体4に対して移動部材1に固定されている可変抵抗器可動部5が直線運動する。この可変抵抗器本体4の抵抗値を測定手段(図示略)により測定し変位量算出手段(図示略)により弾性変位要素3a,3bの変位量を算出する。測定された弾性変位要素3a,3bの変位量と既知の値である弾性変位要素3a,3bの弾性係数から力算出手段(図示略)により弾性変位要素3a,3bに作用する力を算出する。
【0028】
この実施例2は一自由度のコンプライアンス装置であり、弾性変位要素3a,3bの変位量がアームとハンドの相対的な変位量となる。また、弾性変位要素3a,3bに作用する力の和がハンドに作用している外力となる。
【0029】
なお、実施例2は一自由度のコンプライアンス装置における弾性変位要素の力測定手段を可変抵抗器本体4と可変抵抗器可動部5によって構成した例であるが、図3に示すように、図1の2自由度のコンプライアンス装置に可変抵抗器本体4と可変抵抗器可動部5による力測定手段を適用することも問題なく可能である。
【0030】
次に、図4を参照しながら実施例1、実施例2における弾性変位要素(鋸刃形の板ばね)の詳細を説明する。
弾性変位要素は幅6mm、自由長さ10mm、板厚0.7mmの鋼板製で、ばね係数が0.5kg/mmの波形板ばねであり、予荷重0kg(自由状態、図4(b))で組み付けられている。図4(b)が弾性変位要素23(ただし、図4における板ばねの符号)に力が作用していない状態、すなわち自由状態であり、この状態が中立状態で、可動部材21と固定部材22間に相対変位がない状態である。例えば、部品組み付け作業でコンプライアンス(自然位置合わせ)がなされると、可動部材が固定部材に対して相対変位し、これによって対向する一対の弾性変位要素23の一方が図4(a)に示すように、その長手方向(X方向)に圧縮され、他方が図4(c)に示されているように、同方向に同長さだけ伸張される。この弾性変位要素23は幅6mm、板厚0.7mmの鋼板製であるから、紙面上において伸縮方向に対して直角の方向(Y方向)には弾性を有するが、その幅方向(Z方向)に高い剛性を有する。そして、弾性変位要素23はその幅方向を上下方向にして配置されているので、可動部材は固定部材に対して弾性変位要素23を介して前後、左右方向には弾力的に連結されているが、上下方向にはほとんどリジッドに連結される。
【0031】
次に、図5、図6を参照して、コンプライアンス装置のロック手段について説明する。
エアシリンダ44が、そのストローク方向が可動部材41の可動方向に垂直になるように、固定部材42の一辺に埋め込まれている。エアシリンダ44の先端にはテーパ状のピン45が固定されており、エアシリンダ44の押し出し動作によってピン45が可動部材41に設けられた穴46に嵌まり込んで、可動部材41が固定部材42にロックされ、コンプライアンス装置は不作動状態に保持される。エアシリンダ44の押し出し動作を解除すると、上記ピン45が穴から完全に抜け、可動部材41に対するロックが解除されて、コンプライアンス装置が作動状態に戻る。
【0032】
なお、図5の例は一自由度のコンプライアンス装置における可動部材41と固定部材42間のロック手段の例であるが、図6に示すように、図1の2自由度のコンプライアンス装置における可動部材11と中間部材12、中間部材12と固定部材15との間にも同様のロック手段適用することも問題なく可能である。
【0033】
次に、図8を参照しながら、この発明のコンプライアンス装置を適用したロボットアームで、嵌合部品64を被嵌合部品65に嵌合させる作業における動作の概要を説明する。
図8において、ロボットアーム先端とハンド63との間にコンプライアンス装置62が介在している。嵌合部品64をハンド63で把持し、テーブルに載置された被嵌合部品65に対して姿勢、位置を調整し、その状態で嵌合部品64を被嵌合部品65に接近させ、姿勢、位置の多少のズレをコンプライアンス装置62で補償して、被嵌合部品65に嵌合させる。このことき、上記の姿勢、位置のズレを補償する時にコンプライアンス装置62により弾性変位要素の力あるいは変位量が検出され、検出された弾性変位要素の力あるいは変位量から計算装置66によってハンド63に作用する力が演算して検出される。この力の検出値をロボット制御装置67にフィードバックし、この検出値に基づいてハンド63にかかっている外力、モーメントの方向を判別し、ハンド63に部品挿入方向以外の並進力やモーメントを軽減する方向にロボットアームを制御し、嵌合部品64の被嵌合部品に対する姿勢、位置を調整して、嵌合部品64を被嵌合部品に無理無く嵌合させる。
【0034】
【発明の効果】
この発明は以上のとおりのものであるが、その効果を各請求項に係る発明毎に整理すれば次のとおりである。
(1)請求項1について
一自由度の弾性変位をする弾性変位要素によりハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを連結し、弾性変位要素と可動部材の間、又は弾性変位要素と固定部材の間に弾性変位要素から受ける反力を測る力測定手段を備えることで、コンプライアンス要素とセンシング要素を一体化できる。これにより、力センシング機能を有し、高精度な作業が可能な小型軽量のコンプライアンス装置を提供できる。
【0035】
(2)請求項2について
弾性変位要素と可動部材の間、又は弾性変位要素と固定部材の間に埋め込まれた圧電材料と該圧電材料の電位を測定する電位測定手段と該電位測定手段の出力から、前記圧電材料に作用している力を算出することで、弾性変位要素の変形の大小に関わりなく、弾性変位要素にかかっている力の大きさを正確に測定することができる。これにより、力センシング機能を有し、高精度な作業が可能な小型軽量のコンプライアンス装置を提供できる。
【0036】
(3)請求項3について
請求項1に係る発明における力測定手段の出力値から、弾性変位要素の変位量を算出することで、高精度な作業が可能なコンプライアンス装置を提供できる。
【0037】
(4)請求項4について
一自由度で弾性変位する弾性変位要素を介して、ハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを連結し、弾性変位要素の変位量を測る変位量測定手段を備えることで、コンプライアンス要素とセンシング要素を一体化できる。これにより、高精度な作業が可能な小型軽量のコンプライアンス装置を提供できる。
【0038】
(5)請求項5について
変位量測定手段の出力値から弾性変位要素に作用する力の大きさを算出する力算出手段を有することで、力センシング機能を有し、高精度な作業が可能なコンプライアンス装置を提供できる。
【0039】
(6)請求項6について
上記弾性変位要素が帯状の薄い金属板を鋸刃状に折り曲げた板ばね構造であるので、一自由度の正確な弾性変形が可能となる。これにより、高精度な作業が可能なコンプライアンス装置を提供できる。
【0040】
(7)請求項7について
上記コンプライアンス装置がロック手段を有するので、搬送や作業前の動作で生じるハンド先端の振動を防ぐことができる。したがって、前記振動によるコンプライアンス装置の損傷を未然に回避することができる。
【0041】
(8)請求項8について
2つの上記コンプライアンス装置の組合せであって、構成要素である各コンプライアンス装置の弾性変位要素の変位方向が互いに垂直になるように各コンプライアンス装置を連結したことにより、個々の弾性変位要素のコンプライアンスとセンシングの方向が独立しており、したがって、機構の干渉がなく、正確なコンプライアンス性を得られ、また、力の計算が容易にできる。
【0042】
(9)請求項9について
上記の各弾性変位要素の力の組み合わせから、ハンドに作用する外力を算出するハンド外力算出手段を有するので、ハンドに作用する力をフィードバックしたロボットアームの制御が可能である。
【0043】
(10)請求項10について
上記の各弾性変位要素の変位量の組み合わせから、ハンドとロボットアームとの相対変位量を算出するハンド変位量算出手段を有することにより、ハンドの位置をフィードバックしたロボットアームの制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】は実施例1の水平断面図である。
【図2】(a)は実施例2の平面図であり、(b)は正面図である。
【図3】(a)は実施例2の他の例の平面図であり、(b)は断面図である。
【図4】は実施例1、実施例2における弾性変位要素の拡大図である。
【図5】は実施例2におけるロック手段を示す平面図である。
【図6】は実施例1におけるロック手段を示す平面図である。
【図7】(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手段を単純に付加する場合の概念図である。
【図8】は実施例のロボットアーム制御システムの概念図である。
【図9】(a)は力測定手段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】
1,11,21,41:可動部材
2,15,22,42:固定部材
3a,3b,23:弾性変位要素
4:可変抵抗器本体
5:可変抵抗器可動部
13a,13b:第一の弾性変位要素
12:中間部材
14a,14b:第一の圧電材料
16a,16b:第二の弾性変位要素
17a,17b:第二の圧電材料
44:エアシリンダ
45:ピン
46:穴
51:ハンド側プレート
52:アーム側プレート
53:弾性部材
54:ロボットアーム
55:ハンド
56:嵌合部品
57:被嵌合部品
58:力センサ
61:ロボット
62:コンプライアンス
63:ハンド
64:嵌合部品
65:被嵌合部品
66:計算装置
67:ロボット制御装置
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a joint mechanism for connecting a hand used for assembling or disassembling a product to a robot arm, and more particularly to a compliance device for a robot that performs assembling and disassembling operations while receiving a force from a part to be assembled or removed. In addition, the magnitude of the reaction force acting on the hand at the time of compliance can be easily detected to prevent incomplete compliance or damage to components due to the incomplete compliance.
[0002]
[Prior art]
When assembling or disassembling work by gripping parts with the hand provided at the end of the robot arm, if the robot does not have compliance, the dimensions of parts and positioning of parts are high in order to perform the above work reliably. Since precision is required, the cost of parts is increased, the work speed of assembly and disassembly is reduced, the work efficiency is significantly reduced, and the work failure rate is increased. For this reason, a compliance (adaptation) characteristic by an elastic mechanism is given to a connection portion between the robot arm (hereinafter, referred to as an “arm”) and the hand or a finger portion of the hand. The method of providing compliance (adaptation) characteristics includes a method of displacing the elastic mechanism by a work reaction force at the time of assembling or disassembling work to adjust the positions and postures of the parts. A method of providing a force sensor for detecting a force and controlling the arm based on the detected work reaction force to appropriately adjust the hand position and posture to more accurately match the position and posture of the parts. There is.
[0003]
FIG. 7A shows a generally used compliance mechanism. In this embodiment, the hand-side plate 51 and the arm-side plate 52 are connected by an elastic member 53. When the robot arm 54 performs an assembling operation, if there is a deviation in the relative position or posture between the fitting part 56 and the fitting part 57 held by the hand 55, these parts come into contact with each other and have a size. An external force is applied to the hand 55. Due to this external force, the elastic member 53 is elastically deformed, whereby the deviation of the relative position and posture between the fitting part 56 and the fitting part 57 is compensated, and the assembling work is performed. However, when the relative position deviation amount of the component is larger than the allowable deformation amount of the elastic member, or when the strength of the component is small, the relative position deviation cannot be compensated for, and the predetermined work is not accurately performed, Alternatively, the parts may be damaged due to the large external force.
[0004]
In addition to the above-mentioned compliance mechanism, a force sensor is provided at a connection portion between the arm and the hand to detect the magnitude of the work reaction force, so that a translation force or a moment other than the direction expected at the time of work is not generated. In some cases, a compliance mechanism and a force sensor 58 are provided between the hand and the arm to control the arm (FIG. 7B). However, in this case, since the compliance mechanism and the force sensor 58 are individually arranged in the vertical direction between the hand and the arm, the distance from the arm to the tip of the hand increases, and the weight increases. High-speed, high-precision operation becomes difficult.
As a method of providing a compliance mechanism and a force sensor that is thin in the Z-axis direction, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-253883, “XY-θZ-axis leaf spring compliance mechanism”, which has the following problems. is there.
[0005]
In this prior art, as shown in FIG. 9, four leaf springs 72 having the same outer shape and rigidity are formed into a square lattice by four rotating links 74 having a rotation axis parallel to the surface of the leaf spring. The movable rigid body 76 is fixed between the pair of leaf springs so as to bridge to the midpoint of each leaf spring 72 between the pair of leaf springs which are connected to each other by the short sides so as to face each other. By fixing the other pair of leaf springs 72 to the stationary rigid body 80 at the midpoint of each leaf spring, between the movable rigid body 76 and the stationary rigid body 80, mutually orthogonal X-axes perpendicular to the surface of the leaf spring and Compliance is provided in the Y-axis direction and the rotation direction of the Z-axis orthogonal to the X-axis and the Y-axis. Further, by appropriately attaching a strain gauge to the leaf spring 72 and forming a bridge circuit, the forces in the X and Y axis directions and the moment around the Z axis are detected independently.
[0006]
However, in the above-mentioned conventional method, since the allowable displacement range of the strain gauge is small, the displacement amount of the leaf spring must be reduced, so that the displacement amount of mechanical compliance cannot be increased. There is a risk of breaking the strain gauge, and it is difficult to operate the hand at high speed to avoid breaking the strain gauge.
[0007]
[Problem to be solved]
The present invention relates to a joint mechanism for a robot and a hand that performs assembly and disassembly operations while receiving a reaction force from a part and has a force sensing function for detecting a force applied in compliance. It is intended to be able to increase the accuracy and to reduce the size and weight,
While keeping the joint mechanism of the hand small and lightweight, regardless of the magnitude of the displacement of the elastic displacement element, the magnitude of the force applied to it, and the magnitude of the impact, the displacement of the elastic displacement element and the magnitude of the force applied to this An object of the present invention is to devise a mechanism for detecting the magnitude of the force applied to the joint mechanism and the elastic displacement element so that the detection can be performed accurately.
[0008]
[Measures taken to solve the problem]
[Solution 1] (corresponding to claim 1)
Means 1 for solving the above problem 1 is based on the following (a) and (b) on the premise of a joint mechanism for connecting a hand and a robot arm.
(A) The movable member fixed to the hand and the fixed member fixed to the robot arm are directly or indirectly connected to each other by an elastic displacement element that performs elastic displacement of one degree of freedom by an external force,
(B) A force measuring means for measuring the magnitude of the reaction force received from the elastic displacement element is provided between the elastic displacement element and the movable member, or between the elastic displacement element and the fixed member.
[0009]
[Action]
A movable member fixed to the hand and a fixed member fixed to the robot arm are connected by an elastic displacement element having one degree of elastic displacement, and fixed between the elastic displacement element and the movable member or between the elastic displacement element and the movable member. Since at least one of the members is provided with force measuring means for measuring the magnitude of the reaction force received from the elastic displacement element, the force measuring means incorporated in the joint mechanism by the elastic displacement element is provided with an elastic displacement element. Is detected as the pressing force, and the magnitude can be accurately detected regardless of the magnitude of the force applied to the elastic displacement element and the magnitude of the distortion of the elastic displacement element. Moreover, the force measuring means is compactly incorporated in the joint mechanism.
Therefore, a compact and lightweight compliance device having a force sensing function and capable of high-precision work is configured.
The “indirect connection” means that the movable member and the fixed member are connected via the intermediate member by the elastic displacement element.
[0010]
Embodiment 1 (corresponding to claim 2)
In the first embodiment, the force measuring means of the solving means 1 is a piezoelectric material sandwiched between the elastic displacement element and the movable member or the fixed member, and a potential measuring means for detecting a potential of the piezoelectric material is provided. A force calculating means for calculating a force acting on the piezoelectric material from an output of the measuring means is provided.
[0011]
[Action]
Since the force applied to the elastic displacement element is received by the piezoelectric material sandwiched between the elastic displacement element and the movable member or the fixed member, and this is electrically detected by the potential measuring means and the force calculating means, the force is applied. Since the measuring means is extremely compactly incorporated into the joint mechanism, the compliance device provided with the force measuring means is small and lightweight.
[0012]
Embodiment 2 (corresponding to claim 3)
The second embodiment is provided with a displacement calculating means for calculating the displacement of the elastic displacement element from the output value of the force measuring means of the solving means 1.
[0013]
(Solution 2) (corresponding to claim 4)
Solution 2 is based on the following (a) and (b) on the premise of a joint mechanism for connecting the hand and the robot arm.
(A) The movable member fixed to the hand and the fixed member fixed to the robot arm are directly or indirectly connected to each other by an elastic displacement element that performs elastic displacement of one degree of freedom by an external force,
(B) Displacement measuring means for measuring the displacement of the elastic displacement element is provided.
The above-mentioned "displacement amount measuring means" does not detect the amount of displacement of the elastic displacement element with a strain gauge, but means means for directly measuring the amount of displacement itself with a potentiometer or the like. "Connecting" means that the movable member and the fixed member are connected via the intermediate member by the elastic displacement element.
[0014]
[Action]
Since the displacement amount of the elastic displacement element, that is, the relative displacement amount between the movable member and the fixed member connected via the elastic displacement element is detected by a displacement amount measuring means such as a potentiometer, Regardless of the magnitude of the displacement of the elastic displacement element and the magnitude of the force acting on the elastic displacement element, the amount of displacement can be accurately detected, and the measurement accuracy is determined by the magnitude of the force acting on the elastic displacement element. Is not affected.
Since the displacement amount is detected by the displacement amount measuring means as an electric quantity, by comparing this with a reference value, it is determined that the force applied to the elastic displacement element has exceeded the allowable limit value. Control such as an emergency stop of the robot hand can be performed, and the detected amount can be compared with a reference value to control the robot so as not to exceed the allowable limit.
[0015]
Embodiment 3 (corresponding to claim 5)
A third embodiment is that the solving means 2 has a force calculating means for calculating the magnitude of the force acting on the elastic displacement element from the output value of the displacement measuring means.
[0016]
[Action]
Since the output value of the displacement measuring means is converted into the magnitude of the force by the force calculating means, the detected data can be fed back to control the posture, position, and the like of the robot hand.
[0017]
[Solution 3] (corresponding to claim 6)
A third solution is that the elastic displacement element in the first solution and the second solution has a leaf spring structure in which a thin band-shaped metal plate is bent like a saw blade.
[0018]
[Action]
Since the elastic displacement element has a leaf spring structure in which a band-shaped thin metal plate is bent in a saw blade shape, it can be extended and contracted in the longitudinal direction and has high flexibility, but is rigid in the width direction, so it is movable. The member and the fixed member are displaceable in the direction of expansion and contraction of the elastic displacement element, while being rigidly connected in the width direction of the elastic displacement element. Therefore, the movable member and the fixed member can be stably connected with one degree of freedom so as to be elastically displaceable.
Therefore, the movable member and the fixed member are connected with a simple elastic joint with one degree of freedom of compliance.
[0019]
Embodiment 4 (corresponding to claim 7)
The fourth embodiment is characterized in that a locking means for selectively locking the movable member and the fixed member in the first to fourth embodiments is provided.
[0020]
[Action]
Since the movable member and the fixed member can be appropriately locked, by locking both members, the compliance device can be protected from extreme vibration and the like.
[0021]
Embodiment 5 (corresponding to claim 8)
In the fifth embodiment, the two compliance devices are combined and connected so that the displacement direction of the elastic displacement element of one compliance device and the displacement direction of the elastic displacement element of the other compliance device are perpendicular to each other. That is.
[0022]
Embodiment 6 (corresponding to claim 9)
The sixth embodiment has a hand external force calculating means for calculating an external force acting on the hand from a combination of the forces of the respective elastic displacement elements.
[0023]
Embodiment 7 (corresponding to claim 10)
Embodiment 7 has a hand displacement amount calculating means for calculating a relative displacement amount between the hand and the robot arm based on a combination of the displacement amounts of the respective elastic displacement elements.
[0024]
Embodiment
Next, examples will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1
Embodiment 1 shown in FIG. 1 is a two-degree-of-freedom compliance device formed by combining two sets of one-degree-of-freedom elastic displacement elements.
The movable member 11 is connected to the intermediate member 12 via first elastic displacement elements 13a and 13b having the same elastic coefficient. The intermediate member 12 is connected to the fixed member 15 via second elastic displacement elements 16a and 16b having the same elastic coefficient. The first elastic displacement elements 13a and 13b and the second elastic displacement elements 16a and 16b are arranged so that the displacement directions are perpendicular to each other. The hand is fixed to the movable member 11, and the fixed member 15 is fixed to the tip of the robot arm. As shown in FIG. 4, the elastic displacement elements 13a, 13b, 16a, and 16b are saw blade-shaped leaf springs, and have high elasticity in the longitudinal and vertical directions, but in the lateral direction. Has high rigidity.
Therefore, the movable member 11 and the intermediate member 12 can be relatively displaced in the left-right direction in FIG. 1, but cannot be relatively displaced in the front-rear direction. On the other hand, the intermediate member 12 and the fixed member 15 can be relatively displaced in the front-rear direction in FIG. 1, but cannot be relatively displaced in the left-right direction. Therefore, the movable member 11 and the fixed member 15 are connected in a stable relationship, and can be relatively displaced forward, backward, left, and right.
[0025]
Further, the ends of the elastic displacement element are fixed in a state of being fitted into the concave portions of the movable member, the intermediate member, and the fixed member, respectively. The first piezoelectric materials 14a, 14b, Piezoelectric materials 17a and 17b are fitted respectively to receive the force applied to the elastic displacement element.
When an external force is applied to the hand, the first elastic displacement elements 13a and 13b and the second elastic displacement elements 16a and 16b elastically expand and contract in the direction of the arrow according to the magnitude and direction of the external force, and the movable member 11 is moved. It moves relative to the fixed member 15. At this time, the first piezoelectric materials 14a, 14b provided between the intermediate member 12 and the first elastic displacement elements 13a, 13b are subjected to the first elastic displacement by the expansion and contraction of the first elastic displacement elements 13a, 13b. The same force as that acting on the elements 13a and 13b is applied to generate a slight distortion. The first piezoelectric materials 14a and 14b generate potentials proportional to the respective strains due to the piezoelectric effect. This potential is measured by a potential measuring means (not shown), and a force acting on the first piezoelectric materials 14a, 14b is calculated by a force calculating means (not shown), so that the first elastic displacement elements 13a, 13b are calculated. Find the acting force. Similarly, a force acting on the second elastic displacement elements 16a, 16b is obtained by calculating a force acting on the second piezoelectric materials 17a, 17b. The deformation directions of the first elastic displacement elements 13a and 13b and the second elastic displacement elements 16a and 16b are shifted by 90 degrees, and act on the first elastic displacement elements 13a and 13b by hand external force calculating means (not shown). The sum of the sum of the force vectors and the sum of the force vectors acting on the second elastic displacement elements 16a and 16b is calculated, and the force vector acting on the hand is obtained. Further, the hand displacement amount calculating means (not shown) calculates the sum of the displacement vector of the first elastic displacement element 13a, 13b and the displacement vector of the second elastic displacement element 16a, 16b, and calculates the relative displacement between the arm and the hand. Ask for.
[0026]
The movable member 11 of the first embodiment is a square plate having a thickness of 6 mm and a size of 60 mm × 60 mm, and the fixed member 15 is a square plate having a thickness of 7 mm and a size of 108 mm × 108 mm. The member 12 is a square plate having a thickness of 6 mm and a hollow 92 mm × 92 mm. These three plates are combined as shown by front and rear, left and right elastic displacement elements 13a, 13b, 16a and 16b. Between the movable member and the intermediate member, there are play gaps for compliance on both the left and right sides, and minute gaps that can slide relatively on both the front and rear sides are interposed. Similarly, between the intermediate member 12 and the fixing member 15, there are play gaps for compliance on both front and rear sides, and minute gaps on the left and right sides are provided to allow relative sliding.
[0027]
Embodiment 2
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in the means for measuring the force applied to the elastic displacement element, and is not particularly different from the first embodiment.
FIG. 2 shows a compliance device having one degree of freedom, and particularly assumes an operation in which compliance performance is required only in one direction.
In FIG. 2, the movable member 1 is connected to the fixed member 2 via elastic displacement elements 3a and 3b having the same elastic coefficient. A hand (not shown) is fixed to the movable member 1. The fixing member 2 is fixed to a tip of a robot arm (not shown). When an external force is applied to the hand, the elastic displacement elements 3a and 3b elastically expand and contract in the arrow direction according to the magnitude and direction of the external force, and the movable member 1 moves relative to the fixed member 2. At this time, the variable resistor movable section 5 fixed to the moving member 1 linearly moves with respect to the variable resistor (for example, potentiometer) main body 4 fixed to the fixed member 2. The resistance value of the variable resistor main body 4 is measured by measuring means (not shown), and the displacement amount of the elastic displacement elements 3a, 3b is calculated by displacement amount calculating means (not shown). The force acting on the elastic displacement elements 3a, 3b is calculated by force calculating means (not shown) from the measured displacement amounts of the elastic displacement elements 3a, 3b and the elastic coefficients of the elastic displacement elements 3a, 3b which are known values.
[0028]
The second embodiment is a one-degree-of-freedom compliance device, and the displacement of the elastic displacement elements 3a and 3b is the relative displacement of the arm and the hand. The sum of the forces acting on the elastic displacement elements 3a and 3b is the external force acting on the hand.
[0029]
The second embodiment is an example in which the force measuring means of the elastic displacement element in the one-degree-of-freedom compliance device is constituted by the variable resistor main body 4 and the variable resistor movable section 5, but as shown in FIG. It is also possible to apply the force measuring means using the variable resistor main body 4 and the variable resistor movable section 5 to the compliance device having two degrees of freedom without any problem.
[0030]
Next, details of the elastic displacement elements (saw blade-shaped leaf springs) in the first and second embodiments will be described with reference to FIG.
The elastic displacement element is a corrugated leaf spring having a width of 6 mm, a free length of 10 mm and a plate thickness of 0.7 mm, a spring coefficient of 0.5 kg / mm, and a preload of 0 kg (free state, FIG. 4B). It is assembled in. FIG. 4B shows a state in which no force is applied to the elastic displacement element 23 (however, the sign of the leaf spring in FIG. 4), that is, a free state. In this state, the movable member 21 and the fixed member 22 are in a neutral state. There is no relative displacement between them. For example, when compliance (natural positioning) is performed in the part assembling operation, the movable member is relatively displaced with respect to the fixed member, whereby one of the pair of elastic displacement elements 23 facing each other as shown in FIG. Then, it is compressed in the longitudinal direction (X direction), and the other is expanded by the same length in the same direction as shown in FIG. Since the elastic displacement element 23 is made of a steel plate having a width of 6 mm and a thickness of 0.7 mm, the elastic displacement element 23 has elasticity in a direction (Y direction) perpendicular to the direction of expansion and contraction on the paper surface, but has a width direction (Z direction). High rigidity. And since the elastic displacement element 23 is arranged with its width direction up and down, the movable member is elastically connected to the fixed member through the elastic displacement element 23 in the front-back and left-right directions. In the vertical direction, it is almost rigidly connected.
[0031]
Next, the locking means of the compliance device will be described with reference to FIGS.
An air cylinder 44 is embedded in one side of the fixed member 42 such that the stroke direction is perpendicular to the movable direction of the movable member 41. A tapered pin 45 is fixed to the tip of the air cylinder 44, and the pin 45 is fitted into a hole 46 provided in the movable member 41 by the pushing operation of the air cylinder 44, and the movable member 41 is fixed to the fixed member 42. And the compliance device is held inactive. When the pushing operation of the air cylinder 44 is released, the pin 45 is completely removed from the hole, the lock on the movable member 41 is released, and the compliance device returns to the operating state.
[0032]
Although the example of FIG. 5 is an example of the locking means between the movable member 41 and the fixed member 42 in the one-degree-of-freedom compliance device, as shown in FIG. 6, the movable member in the two-degree-of-freedom compliance device of FIG. It is possible to apply the same locking means between the intermediate member 11 and the intermediate member 12 and between the intermediate member 12 and the fixed member 15 without any problem.
[0033]
Next, an outline of the operation in the operation of fitting the fitting component 64 to the fitting component 65 by the robot arm to which the compliance device of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
In FIG. 8, a compliance device 62 is interposed between the tip of the robot arm and the hand 63. The fitting part 64 is gripped by the hand 63, the posture and the position of the fitting part 64 are adjusted with respect to the fitting part 65 placed on the table, and the fitting part 64 is brought closer to the fitting part 65 in this state. The position is compensated for by the compliance device 62, and the position is fitted to the fitted part 65. At this time, when compensating for the above-mentioned posture and position deviation, the force or displacement of the elastic displacement element is detected by the compliance device 62, and the calculated force or displacement of the elastic displacement element is applied to the hand 63 by the calculation device 66. The acting force is calculated and detected. The detected value of this force is fed back to the robot controller 67, the direction of the external force and moment applied to the hand 63 is determined based on the detected value, and the translation force and moment other than the component insertion direction of the hand 63 are reduced. The robot arm is controlled in the direction, the posture and the position of the fitting component 64 with respect to the fitting component are adjusted, and the fitting component 64 is fitted to the fitting component without difficulty.
[0034]
【The invention's effect】
The present invention is as described above. The effects of the present invention are summarized as follows for each of the claimed inventions.
(1) Claim 1
The movable member fixed to the hand and the fixed member fixed to the robot arm are connected by an elastic displacement element having an elastic displacement of one degree of freedom, and between the elastic displacement element and the movable member, or between the elastic displacement element and the fixed member. The provision of the force measuring means for measuring the reaction force received from the elastic displacement element in between allows the compliance element and the sensing element to be integrated. Accordingly, a small and lightweight compliance device having a force sensing function and capable of performing high-precision work can be provided.
[0035]
(2) Claim 2
The piezoelectric material embedded between the elastic displacement element and the movable member, or between the elastic displacement element and the fixed member, the potential measuring means for measuring the potential of the piezoelectric material, and the output of the potential measuring means act on the piezoelectric material. By calculating the applied force, the magnitude of the force applied to the elastic displacement element can be accurately measured regardless of the magnitude of the deformation of the elastic displacement element. Accordingly, a small and lightweight compliance device having a force sensing function and capable of performing high-precision work can be provided.
[0036]
(3) Claim 3
By calculating the amount of displacement of the elastic displacement element from the output value of the force measuring means according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a compliance device capable of performing highly accurate work.
[0037]
(4) Claim 4
A movable member fixed to the hand and a fixed member fixed to the robot arm are connected to each other via an elastic displacement element which elastically displaces in one degree of freedom, and a displacement amount measuring means for measuring a displacement amount of the elastic displacement element is provided. Thus, the compliance element and the sensing element can be integrated. This makes it possible to provide a small and lightweight compliance device capable of performing highly accurate work.
[0038]
(5) Claim 5
By providing the force calculating means for calculating the magnitude of the force acting on the elastic displacement element from the output value of the displacement measuring means, it is possible to provide a compliance device having a force sensing function and capable of performing highly accurate work.
[0039]
(6) Claim 6
Since the elastic displacement element has a leaf spring structure in which a thin band-shaped metal plate is bent like a saw blade, accurate elastic deformation with one degree of freedom is possible. This makes it possible to provide a compliance device capable of performing highly accurate work.
[0040]
(7) Claim 7
Since the compliance device has the locking means, it is possible to prevent the hand tip from vibrating due to the operation before the transfer or the operation. Therefore, damage to the compliance device due to the vibration can be avoided.
[0041]
(8) Claim 8
A combination of the two compliance devices, wherein the compliance devices are connected such that the displacement directions of the elastic displacement elements of the respective compliance devices are perpendicular to each other, so that compliance and sensing of the individual elastic displacement elements are achieved. Are independent of each other, so that there is no mechanism interference, accurate compliance can be obtained, and force calculation can be easily performed.
[0042]
(9) Claim 9
Since there is a hand external force calculating means for calculating an external force acting on the hand from a combination of the forces of the respective elastic displacement elements, it is possible to control the robot arm which feeds back the force acting on the hand.
[0043]
(10) Claim 10
By providing the hand displacement amount calculating means for calculating the relative displacement amount between the hand and the robot arm from the combination of the displacement amounts of the elastic displacement elements, it is possible to control the robot arm by feeding back the position of the hand.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a horizontal sectional view of a first embodiment.
FIG. 2A is a plan view of a second embodiment, and FIG. 2B is a front view.
FIG. 3A is a plan view of another example of the second embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view.
FIG. 4 is an enlarged view of an elastic displacement element according to the first and second embodiments.
FIG. 5 is a plan view illustrating a lock unit according to a second embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing a lock unit according to the first embodiment.
7A is a conceptual diagram of a main part of a robot arm having a compliance device, and FIG. 7B is a conceptual diagram in a case where force measuring means is simply added to the robot arm of FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram of the robot arm control system of the embodiment.
FIG. 9A is a side view of a main part of a conventional compliance device having a force measuring unit, and FIG. 9B is a plan view.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 41: movable member
2, 15, 22, 42: fixing member
3a, 3b, 23: elastic displacement element
4: Variable resistor body
5: Variable resistor moving part
13a, 13b: first elastic displacement element
12: Intermediate member
14a, 14b: first piezoelectric material
16a, 16b: second elastic displacement element
17a, 17b: second piezoelectric material
44: Air cylinder
45: Pin
46: Hole
51: Hand side plate
52: Arm side plate
53: Elastic member
54: Robot arm
55: Hand
56: Fitting parts
57: Part to be mated
58: Force sensor
61: Robot
62: Compliance
63: Hand
64: Fitting parts
65: Part to be mated
66: Computing device
67: Robot controller

Claims (11)

ハンドとロボットアームとを連結する継手機構であって、
外力によって一自由度の弾性変位をする弾性変位要素により、ハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを直接又は間接に連結し、
上記弾性変位要素と可動部材の間、又は上記弾性変位要素と固定部材の間に、弾性変位要素から受ける反力を測る力測定手段を備えていることを特徴とするコンプライアンス装置。
A joint mechanism for connecting the hand and the robot arm,
By an elastic displacement element that performs elastic displacement of one degree of freedom by an external force, the movable member fixed to the hand and the fixed member fixed to the robot arm are directly or indirectly connected,
A compliance device comprising a force measuring means for measuring a reaction force received from the elastic displacement element between the elastic displacement element and the movable member or between the elastic displacement element and the fixed member.
上記力測定手段が上記弾性変位要素と上記可動部材又は上記固定部材との間に挟み込まれた圧電材料であり、該圧電材料の電位を測定する電位測定手段を有し、該電位測定手段の出力から前記圧電材料に作用する力を算出する力算出手段を有することを特徴とする請求項1のコンプライアンス装置。The force measuring means is a piezoelectric material sandwiched between the elastic displacement element and the movable member or the fixed member, and has a potential measuring means for measuring a potential of the piezoelectric material, and an output of the potential measuring means. 2. The compliance device according to claim 1, further comprising a force calculating means for calculating a force acting on the piezoelectric material from the following. 上記力測定手段の出力値から弾性変位要素の変位量を算出する変位量算出手段を有することを特徴とする請求項1のコンプライアンス装置。2. The compliance device according to claim 1, further comprising a displacement amount calculating unit that calculates a displacement amount of the elastic displacement element from an output value of the force measuring unit. ハンドとロボットアームを接続する継手機構であって、
外力によって一自由度の弾性変位をする弾性変位要素により、ハンドに固定される可動部材とロボットアームに固定される固定部材とを接続し、
上記弾性変位要素の変位量を測る変位量測定手段を備えていることを特徴とするコンプライアンス装置。
A joint mechanism for connecting the hand and the robot arm,
The movable member fixed to the hand and the fixed member fixed to the robot arm are connected by an elastic displacement element that performs one degree of elastic displacement by an external force,
A compliance device comprising a displacement measuring means for measuring a displacement of the elastic displacement element.
上記変位量測定手段の出力値から弾性変位要素に作用する力の大きさを算出する力算出手段を有することを特徴とする請求項4のコンプライアンス装置。5. The compliance device according to claim 4, further comprising a force calculation unit that calculates a magnitude of a force acting on the elastic displacement element from an output value of the displacement amount measurement unit. 上記弾性変位要素が、帯状の薄い金属板を鋸刃状に折り曲げた板ばね構造であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のコンプライアンス装置。6. The compliance device according to claim 1, wherein the elastic displacement element has a leaf spring structure obtained by bending a strip-shaped thin metal plate into a saw blade shape. 上記可動部材と固定部材とを選択的にロックするロック手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のコンプライアンス装置。7. The compliance device according to claim 1, further comprising a lock unit for selectively locking the movable member and the fixed member. 一方のコンプライアンス装置の弾性変位要素の変位方向と他方のコンプライアンス装置の弾性変位要素の変位方向とが互いに垂直な方向になるように、2つの上記コンプライアンス装置を組み合わせて連結していることを特徴とするコンプライアンス装置。The two compliance devices are combined and connected so that the displacement direction of the elastic displacement element of one compliance device and the displacement direction of the elastic displacement element of the other compliance device are perpendicular to each other. Compliance equipment. 上記の各弾性変位要素の力の組み合わせから、ハンドに作用する外力を算出するハンド外力算出手段を有することを特徴とする請求項8のコンプライアンス装置。9. The compliance device according to claim 8, further comprising a hand external force calculating means for calculating an external force acting on the hand from a combination of the forces of the elastic displacement elements. 上記の各弾性変位要素の変位量の組み合わせによってハンドとロボットアームとの相対変位量を算出するハンド変位量算出手段を有することを特徴とする請求項8のコンプライアンス装置。9. The compliance device according to claim 8, further comprising a hand displacement amount calculating unit that calculates a relative displacement amount between the hand and the robot arm based on a combination of the displacement amounts of the elastic displacement elements. 請求項1乃至請求項10のコンプライアンス装置を備えたロボットアーム。A robot arm comprising the compliance device according to claim 1.
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