WO2024236909A1 - コンプライアンス機構およびコンプライアンス機構集合体 - Google Patents
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- WO2024236909A1 WO2024236909A1 PCT/JP2024/012165 JP2024012165W WO2024236909A1 WO 2024236909 A1 WO2024236909 A1 WO 2024236909A1 JP 2024012165 W JP2024012165 W JP 2024012165W WO 2024236909 A1 WO2024236909 A1 WO 2024236909A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/02—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for connecting objects by press fit or for detaching same
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J17/00—Joints
- B25J17/02—Wrist joints
Definitions
- the present invention relates to a compliance mechanism and a compliance mechanism assembly.
- the robot moves the insert held by an end effector attached to the tip of the robot arm to a preset position and inserts it into the object to be inserted.
- the insert and the object to be inserted may come into contact or collide, causing problems such as the insert not being inserted properly into the object to be inserted or the insert or the object to be inserted being damaged.
- Patent Document 1 discloses a compliance mechanism that expands the movable range of the relative position adjustment by combining multiple vertical springs and horizontal axis springs with sliders set on both ends of each spring.
- the compliance mechanism is required to have the flexibility to displace its components in response to the reaction force transmitted through the insert when the insert and the inserted object come into contact or collide.
- the compliance mechanism disclosed in Patent Document 1 is movable and adjustable in three mutually perpendicular axial directions, but it does not have sufficient flexibility to absorb the relative misalignment between the insert and the inserted object, making it difficult to easily align the insert and the inserted object.
- This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a compliance mechanism and compliance mechanism assembly that can easily align an inserting object with an inserted object.
- the compliance mechanism disclosed herein is a compliance mechanism for eliminating misalignment that occurs between an insert and an object to be inserted when the insert is inserted into the object to be inserted, and includes a movable holding part that holds the insert or the object to be inserted, a fixed part that is fixed to a support to which the compliance mechanism is attached, a first deformation part and a second deformation part that are interposed between the movable holding part and the fixed part and extend in different directions, and a connection part that connects the first deformation part and the second deformation part.
- the first deformation part and the second deformation part have a structure of a beam with fixed ends that deforms due to an external force acting on the movable holding part, thereby displacing the movable holding part.
- the compliance mechanism according to the present disclosure has a first deformation section and a second deformation section extending in different directions between a movable holding section that holds the insert or inserted object and a fixed section. This allows the movable holding section to flexibly displace in various directions as the first deformation section and the second deformation section deform due to an external force. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to easily align the insert and inserted object.
- FIG. 1 is a schematic diagram of an automated assembly device including a compliance mechanism according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 1 is a perspective view of a compliance mechanism according to a first embodiment
- FIG. 1 is a plan view of a compliance mechanism according to a first embodiment
- FIG. 13 is a plan view showing a state of the compliance mechanism when an external force is applied to the movable holding part in the X-axis direction
- FIG. 13 is a plan view showing a state of the compliance mechanism when an external force is applied to the movable holding part in the Y-axis direction
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line Va-Va in FIG.
- FIG. 13 is a plan view showing a state of the compliance mechanism when an external force is applied to the movable holding part in the ⁇ Z direction;
- FIG. 11 is a plan view of a compliance mechanism assembly according to a second embodiment;
- FIG. 13 is a plan view of a compliance mechanism according to the third embodiment.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the compliance mechanism shown in FIG. 7 taken along line VIIIa-VIIIa in FIG. 7;
- FIG. 8 is a diagram of the compliance mechanism shown in FIG. 7, and is a perspective view of a first stopper;
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the compliance mechanism shown in FIG. 7 taken along line IXa-IXa in FIG. 7.
- FIG. 8 is a diagram of the compliance mechanism shown in FIG. 7, and is a perspective view of a second stopper.
- FIG. 13 is a perspective view of a compliance mechanism according to a fourth embodiment;
- FIG. 13 is a plan view of a compliance mechanism according to the fourth embodiment.
- the compliance mechanism is deformed by contact or collision due to the position and angle deviation between the insert and the inserted object when the insert is inserted into the inserted object.
- This deformation of the compliance mechanism can absorb the deviation between the insert and the inserted object, and can make the insertion operation more efficient.
- FIG. 1 an example will be described in which the compliance mechanism 1 is attached to an end effector 50 disposed at the tip of the robot arm 41 of the robot 40 and used. In this way, the end effector 50 functions as a support that supports the attached compliance mechanism 1.
- the "contact or collision” between the insert and the inserted object may simply be expressed as “contact” between the insert and the inserted object.
- the "position and angle deviation” between the insert and the inserted object may be expressed as a “deviation” between the insert and the inserted object.
- the mutually orthogonal X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, and ⁇ Z direction which is the rotation direction around the Z axis, will be appropriately referred to.
- the direction in which the arrows of the X-axis, Y-axis, Z-axis, and ⁇ Z directions extend is the + direction
- the direction opposite to the + direction is the - direction
- the -Z direction is the direction in which the insert is inserted into the inserted object.
- the automatic assembly device 10 executes an operation of inserting an insert object into an insert object.
- the insert object is, for example, a male member such as a male connector or a bolt.
- the insert object is, for example, a female member such as a female connector or a nut.
- the insert object is described as a male connector 20, and the insert object is a female connector 30.
- the automated assembly device 10 is an automated device that includes a robot 40 with an end effector 50 attached to the tip of a robot arm 41, a compliance mechanism 1 that is attached to the end effector 50 and holds a male connector 20, an assembly target 31 on which a female connector 30 is mounted, and a stand 32 to which the assembly target 31 is fixed.
- the robot 40 moves the male connector 20 to a position where it can be inserted into the female connector 30 mounted on the assembly target 31. At this time, there may be variation in the mounting position or mounting angle of the female connector 30 mounted on the assembly target 31, or variation in the positioning or angle setting of the robot 40. This causes a misalignment between the male connector 20 and the female connector 30.
- the chamfered portion 20a of the male connector 20 and the chamfered portion 30a of the female connector 30 come into contact with each other, causing the male connector 20 to receive a reaction force from the female connector 30.
- the compliance mechanism 1 that holds the male connector 20 deforms, moving the male connector 20 in a direction that eliminates the misalignment.
- the compliance mechanism 1 includes a movable holding part 101 that holds the male connector 20 (FIG. 1), fixed parts 102a, 102b, 102c, 102d that are fixed to the end effector 50, first deformation parts 103a, 103b, 103c, 103d that elastically deform in response to an external force acting on the movable holding part 101, second deformation parts 104a, 104b, 104c, 104d, and connection parts 105a, 105b that connect the first deformation part 103 and the second deformation part 104.
- a movable holding part 101 that holds the male connector 20 (FIG. 1)
- fixed parts 102a, 102b, 102c, 102d that are fixed to the end effector 50
- first deformation parts 103a, 103b, 103c, 103d that elastically deform in response to an external force acting on the movable holding part 101
- second deformation parts 104a, 104b, 104c, 104d and connection parts
- the compliance mechanism 1 has a shape that is linearly symmetrical with respect to a center line CL that passes through the center C of the compliance mechanism 1 and is parallel to the X-axis.
- fixing part 102 when the four fixing parts 102a, 102b, 102c, and 102d are not particularly distinguished from one another, they may be collectively referred to as "fixing part 102.” The same applies to the other parts, the first deformation part 103, the second deformation part 104, and the connection part 105.
- Each component part of the compliance mechanism 1 is formed in a rectangular parallelepiped shape having faces perpendicular to the X-axis, Y-axis, and Z-axis, as shown in FIG. 2.
- the movable holding part 101 is disposed in the center of the compliance mechanism 1.
- the movable holding part 101 is formed of a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation part 103 and the second deformation part 104, i.e., have smaller mechanical compliance and are not easily deformed by external forces.
- a holding mechanism (not shown) that holds the male connector 20 shown in FIG. 1 is provided on the main surface of the movable holding part 101 facing the -Z axis.
- the male connector 20 shown in FIG. 1, which is an insert, is attached to the movable holding part 101 via this holding mechanism.
- the fixed parts 102 are disposed at the four corners of the compliance mechanism 1, which is "H" shaped when viewed in a plane.
- Each of the four fixed parts 102 has the same shape and size.
- two fixed parts 102a and 102b are located on the +Y side of the movable holding part 101 and are disposed on a straight line parallel to the X-axis.
- the remaining two fixed parts 102c and 102d are located on the -Y side of the movable holding part 101 and are disposed on a straight line parallel to the X-axis.
- the distances from the movable holding part 101 to each of the fixed parts 102a, 102b, 102c, and 102d are the same.
- the fixed parts 102 are immobile in the X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, and ⁇ Z direction.
- the fixed portion 102 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104, i.e., have smaller mechanical compliance, and are not easily deformed by external forces. As shown in FIG. 2, the fixed portion 102 is thicker in the Z-axis direction than the other components of the compliance mechanism 1, and protrudes in the +Z-axis direction in the compliance mechanism 1. As a result, when the surface of the fixed portion 102 facing the +Z-axis direction is attached in contact with the end effector 50, the other components of the compliance mechanism 1 are spaced apart from the surface of the end effector 50, as shown in FIG. 1.
- connection portion 105 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104, i.e., have smaller mechanical compliance and are not easily deformed by external forces.
- the two connection portions 105a, 105b are arranged in positions that sandwich the movable holding portion on a straight line parallel to the Y axis.
- the connection portion 105a is between the fixed portion 102a and the fixed portion 102b, and is equidistant from the fixed portion 102a and the fixed portion 102b.
- connection portion 105b is between the fixed portion 102c and the fixed portion 102d, and is equidistant from the fixed portion 102c and the fixed portion 102d.
- the movable holding portion 101 is arranged in the middle position between the connection portions 105a and 105b.
- the connection portion 105 and the movable holding portion 101 are arranged on a straight line parallel to the Y axis.
- the connection part 105 and the movable holding part 101 are aligned in a direction parallel to the Y axis, and their shapes and sizes are the same.
- the first deformation portion 103 is a rod-shaped member having a longitudinal direction in the Y-axis direction. When the first deformation portion 103 is cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction, the shape and size of the cross section are unchanged in the longitudinal direction of the first deformation portion 103.
- the first deformation portion 103 is formed from a material with a high elastic modulus, such as carbon tool steel or ribbon steel.
- the first deformation portion 103a and the first deformation portion 103b are arranged in parallel with a gap in the X direction.
- One end of the first deformation portion 103a, 103b is each connected to the +Y side of the movable holding portion 101.
- the other end of the first deformation portion 103a, 103b is each connected to the -Y side of the connection portion 105a.
- the first deformation portion 103a and the first deformation portion 103b extend in pairs from the side of the movable holding portion 101 and are connected to the side of the same connection portion 105a.
- first deformation portion 103c and the first deformation portion 103d are arranged in parallel with a gap in the X direction.
- One end of the first deformation portion 103c, 103d is each connected to the -Y side of the movable holding portion 101.
- the other end of the first deformation portion 103c, 103d is each connected to the +Y side of the connection portion 105b.
- the first deformation portion 103c and the first deformation portion 103d extend in pairs from the side of the movable holding portion 101 and are connected to the side of the same connection portion 105b.
- the total area of the cross sections of the first deformation parts 103a and 103b cut in a direction perpendicular to the Y axis and the total area of the cross sections of the first deformation parts 103c and 103d cut in a direction perpendicular to the Y axis are equal to each other, and are smaller than the areas of the cross sections of the movable holding part 101 and the connection part 105 cut in a direction perpendicular to the Y axis, as shown in FIG. 2.
- the first deformation part 103 which has a small cross-sectional area, can be considered to behave based on a mathematical model of a beam fixed at both ends, the ends of which are fixed to the movable holding part 101 and the connection part 105, which have high rigidity, and can bend and deform in the X-axis and Z-axis directions.
- the ease of deformation of the first deformation part 103 can be determined according to its length in the longitudinal direction and the dimensions of the cross section cut in a direction perpendicular to the Y axis.
- the second deformation portion 104 is a rod-shaped member having a longitudinal direction in the X-axis direction.
- the extension direction of the second deformation portion 104 is different from the extension direction of the first deformation portion 103, and the two are perpendicular to each other.
- the shape and size of the cross section are unchanged in the longitudinal direction of the second deformation portion 104.
- the second deformation portion 104 is formed from a material with a high elastic modulus, such as carbon tool steel or ribbon steel.
- the second deformation portion 104a connects the +X side of the fixed portion 102a to the -X side of the connecting portion 105a.
- the second deformation portion 104b connects the -X side of the fixed portion 102b to the +X side of the connecting portion 105a.
- the second deformation portion 104a and the second deformation portion 104b are arranged side by side on a straight line parallel to the X-axis. In this way, the second deformation portion 104a and the second deformation portion 104b extend in directions that are 180° different from the opposing sides of the connecting portion 105a and connect to the sides of the fixed portions 102a, 102b that are different from each other.
- the second deformation portion 104c connects the +X side of the fixed portion 102c to the -X side of the connecting portion 105b.
- the second deformation portion 104d connects the -X side of the fixed portion 102d to the +X side of the connecting portion 105b.
- the second deformation portion 104c and the second deformation portion 104d are arranged side by side on a straight line parallel to the X-axis. In this way, the second deformation portion 104c and the second deformation portion 104d extend in directions that are 180° different from the opposing sides of the connecting portion 105b and connect to the sides of the fixed portions 102c, 102d that are different from each other.
- the cross-sectional area of the second deformation portion 104a when cut in a direction perpendicular to the X-axis is smaller than the cross-sectional area of the fixed portion 102 and the connection portion 105 when cut in a direction perpendicular to the X-axis.
- the second deformation portion 104 which has such a small cross-sectional area, can be considered to behave based on a mathematical model of a beam fixed at both ends, the ends of which are fixed to the fixed portion 102 and the connection portion 105, which have high rigidity, and can bend and deform in the Y-axis and Z-axis directions.
- the ease of deformation of the second deformation portion 104 can be determined according to its length in the longitudinal direction and the dimensions of the cross section cut in a direction perpendicular to the X-axis.
- first deformation section 103a and the second deformation section 104a are connected to each other in a direction perpendicular to each other via the connection section 105a.
- the other first deformation sections 103 and second deformation sections 104 are also connected to each other in a direction perpendicular to each other via the connection section 105.
- the first deformation part 103 which has a large mechanical compliance, deforms with the mechanical connection part 105, which has a small mechanical compliance, as the fixed point and the movable holding part 101, which has a small mechanical compliance, as the point of action.
- the movable holding part 101 moves in the X-axis direction without deformation or without large deformation.
- a tensile force acts in the X-axis direction through the connection part 105 on the second deformation parts 104a and 104c
- a compressive force acts in the X-axis direction through the connection part 105 on the second deformation parts 104b and 104d. Since such tensile and compressive forces act along the axis of the second deformation part 104, the second deformation part 104 does not deform significantly, and the position of the connection part 105 is thereby maintained.
- the second deformation part 104 which has a large mechanical compliance, deforms with the fixed part 102, which has a small mechanical compliance, as the fixed point and the movable holding part 101, which has a small mechanical compliance, as the point of action.
- the connection part 105, the first deformation part 103, and the movable holding part 101 move together in the Y-axis direction without deformation or without large deformation.
- a tensile force acts in the Y-axis direction through the movable holding part 101 on the first deformation parts 103c and 103d
- a compressive force acts in the Y-axis direction through the movable holding part 101 on the first deformation parts 103a and 103b. Since such tensile and compressive forces act along the axis of the first deformation part 103, the first deformation part 103 does not deform significantly, and the positional relationship of the two connection parts 105 is maintained.
- the second deformation part 104 which has a large mechanical compliance, deforms with the fixed part 102, which has a small mechanical compliance, as the fixed point and the movable holding part 101, which has a small mechanical compliance, as the point of application, thereby moving the connection part 105, which has a small mechanical compliance, in the Z-axis direction.
- the first deformation part 103 which has a large mechanical compliance, deforms with the connection part 105, which has moved in parallel, as the fixed point and the movable holding part 101 as the point of application.
- the movable holding part 101 moves in the Z-axis direction without deformation or without being significantly deformed.
- the first deformation part 103 which has a large mechanical compliance, deforms with the movable holding part 101, which has a small mechanical compliance, as a starting point.
- the connection part 105 is pulled by the first deformation part 103 and rotates in the ⁇ Z direction.
- the second deformation part 104 which has a large mechanical compliance, deforms with the rotation of the connection part 105 with the fixed part 102, which has a small mechanical compliance, as a starting point.
- the first deformation part 103 and the second deformation part 104 rotate the connection part 105 while holding the position of the fixed part 102, thereby rotating the movable holding part 101 in the ⁇ Z direction without deforming it or deforming it significantly.
- the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 which are interposed between the movable holding portion 101 and the fixed portion 102 and extend in different directions, are deformed to displace the movable holding portion 101 that holds the male connector 20.
- This allows the movable holding portion 101 to be flexibly displaced in various directions, making it easy to align the insert and the inserted object.
- connection portion 105 to connect the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 in a perpendicular state, the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 can be deformed in different directions.
- the proper insertion position which indicates the proper insertion depth for mating the male connector 20 and the female connector 30, is shallower than the insertion position preset in the robot 40, the male connector 20, while being guided into the female connector 30, will come into contact with the bottom of the female connector 30 before reaching the preset insertion position. Even if the robot 40 further inserts the male connector 20 from this contact position to the preset insertion position, the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 of the compliance mechanism 1 will deform in the Z-axis direction, thereby absorbing the difference between the proper insertion position and the preset insertion position.
- the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 of the compliance mechanism 1 realize a displacement equivalent to the maximum relative deviation between the male connector 20 and the female connector 30 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ Z direction with a force sufficiently smaller than the reaction force in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the ⁇ Z direction actually received through the male connector 20.
- a compliance mechanism 1 can be realized that can be repeatedly inserted without damaging the inserting object or the inserted object while following position and angle deviations.
- the misaligned male connector can be inserted while sliding along the chamfered portion of the female connector, absorbing positional misalignment in the X- and Y-directions and angle misalignment in the ⁇ Z direction.
- the compliance mechanism assembly 2 is formed by arranging a plurality of compliance mechanisms 1 according to the first embodiment on the same plane, and by connecting the fixed parts of each compliance mechanism 1 with a connecting material 110 to integrate all of the compliance mechanisms 1.
- the method of connecting the fixed parts is arbitrary, and may be a method in which the fixed parts are fixed to a connecting material 110 having a plurality of frames as shown in FIG. 6, or each fixed part may be cut out from the same material and formed collectively. Note that in FIG. 6, to make the drawing easier to see, only the components of the compliance mechanism 1 in the upper left corner of the page are labeled with a reference number, and the rest are omitted.
- the robot 40 can be equipped with multiple movable holding parts 101.
- the male connector 20 shown in FIG. 1 it becomes possible to perform insertion operations collectively on the workpiece 31 on which multiple female connectors 30 are mounted.
- the compliance mechanism 3 is obtained by adding a stopper for preventing damage to the compliance mechanism 1 according to the embodiment 1 shown in FIG.
- the compliance mechanism 3 includes a reference body 60 to which a fixed part 102 is fixed, and a pair of first stoppers 70, 70 and a pair of second stoppers 80, 80 that are provided on the reference body 60 and limit the displacement of the movable holding part 101.
- the reference body 60 is a rectangular flat plate in a plan view, and the fixed parts 102 are fixed to the four corners.
- the pair of first stoppers 70, 70 are positioned to sandwich the movable holding part 101 on a straight line parallel to the Y axis.
- the pair of second stoppers 80, 80 are positioned to sandwich the movable holding part 101 on a straight line parallel to the X axis.
- the first stopper 70 has a rectangular parallelepiped shape with a recess 70a and a cutout 70b.
- the +Z end of the first stopper 70 is fixed to the reference body 60.
- the pair of first stoppers 70, 70 have recesses 70a formed on their opposing sides facing the movable holding part 101 to accommodate a part of the movable holding part 101.
- the movable holding part 101 is inserted into the recess 70a formed in the pair of first stoppers 70, 70 as shown in Figure 8A.
- Gaps S1 and S2 are formed between the recess 70a and the +Y and -Y sides of the movable holding part 101 inserted into the recess 70a in this way.
- the movable holding part 101 can be displaced in the Y-axis direction by the amount of these gaps S1 and S2, while any further displacement in the Y-axis direction is restricted. Furthermore, on the +Z and -Z sides of the movable holding part 101 inserted into the recess 70a, gaps S3 and S4 are formed between the movable holding part 101 and the recess 70a. The movable holding part 101 can be displaced in the Z-axis direction by the amount of these gaps S3 and S4, but any further displacement in the Z-axis direction is restricted. In this way, the first stopper 70 restricts the displacement of the movable holding part 101 in the Y-axis and Z-axis directions.
- a notch 70b is provided on the +Z end fixed to the reference body 60, formed from the opposing side surfaces.
- the second stopper 80 is a rectangular parallelepiped, and its end on the +Z side is fixed to the reference body 60. Gaps S5 and S6 are formed between the movable holding part 101 and the second stopper 80 on the +X and -X sides.
- the movable holding part 101 can be displaced in the X-axis direction by the amount of these gaps S5 and S6, but any further displacement in the X-axis direction is restricted.
- the end of the second stopper 80 that is fixed to the reference body 60 may have a notch formed therein, similar to the first stopper 70.
- the compliance mechanism 1 an external force acting on the movable holding part 101 causes the first deformation part 103 and the second deformation part 104 to elastically deform, displacing the movable holding part 101. For this reason, if the compliance mechanism 1 is hit against a foreign object or dropped and a large impact is applied to the movable holding part 101, the amount of elastic deformation permitted by the first deformation part 103 and the second deformation part 104 may be exceeded, causing them to be damaged.
- the compliance mechanism 3 when the movable holding part 101 attempts to be significantly displaced by an external force, the movable holding part 101 comes into contact with the first stopper 70 or the second stopper 80, limiting the displacement of the movable holding part 101. In this way, the first stopper 70 and the second stopper 80 limit the displacement of the movable holding part 101, thereby suppressing damage to the first deformation part 103 and the second deformation part 104.
- the movable holding portion 101 when performing an extraction operation to pull out the male connector 20 from the female connector 30, the movable holding portion 101 may be significantly displaced in the -Z direction due to the resistance force acting on the male connector 20. For this reason, the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 are required to have high rigidity in the -Z direction.
- the first stopper 70 limits the displacement of the movable holding portion 101 in the -Z direction, so that the rigidity requirement level of the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 can be reduced.
- the compliance mechanism 3 can prevent damage to the first deformation portion 103 and the second deformation portion 104 and can efficiently perform the extraction operation.
- the displacement of the movable holding part 101 in the Y-axis and Z-axis directions is limited by the first stopper 70, and the displacement of the movable holding part 101 in the X-axis direction is limited by the second stopper 80.
- the displacement in each axis direction may be limited by an independent individual stopper, or the displacement in each axis direction may be limited in an appropriate combination.
- each component of the compliance mechanism 4 is formed in a rectangular parallelepiped shape having faces perpendicular to the X-axis, Y-axis, and Z-axis, as shown in Figures 10 and 11.
- the compliance mechanism 4 is a mechanism formed in a cross shape when viewed in a plane, as shown in Figure 11. As shown in FIGS. 10 and 11, the compliance mechanism 4 includes a movable holding portion 201 that holds the male connector 20 shown in FIG. 1, fixed portions 202a to 202d that are fixed to the end effector 50 shown in FIG. 1, a first deformation portion 203 (203a to 203h) that elastically deforms in response to an external force generated by contact between the male connector 20 and the female connector 30 shown in FIG.
- a second deformation portion 204 (204a to 204h), a connection portion 205 (205a, 205b) that connects the first deformation portion 203 and the second deformation portion 204, a first relay portion 206 (206a, 206b) that relays and connects the first deformation portions 203 to each other, and a second relay portion 207 (207a, 207b) that relays and connects the second deformation portions 204 to each other.
- the movable holding part 201 is disposed in the center of the compliance mechanism 4.
- the movable holding part 201 is a rectangular parallelepiped member, and is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation part 203 and the second deformation part 204, i.e., have smaller mechanical compliance, and are not easily deformed by external forces.
- a holding mechanism (not shown) that holds the male connector 20 (FIG. 1) is provided on the main surface of the movable holding part 201 facing the -Z axis.
- the four fixed parts 202 each have the same shape and size, and are arranged around the movable holding part 201.
- Fixed part 202a is located on the -X side and +Y side of the movable holding part 201.
- Fixed part 202b is located on the +X side and +Y side of the movable holding part 201.
- Fixed part 202c is located on the -X side and -Y side of the movable holding part 201.
- Fixed part 202d is located on the +X side and -Y side of the movable holding part 201.
- the four fixed parts 202a, 202b, 202c, and 202d are arranged at each vertex of the imaginary rectangle.
- the fixed portion 202 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 203 and the second deformation portion 204, i.e., have smaller mechanical compliance, and are not easily deformed by external forces. As shown in FIG. 10, the fixed portion 202 is thicker in the Z-axis direction than the other components of the compliance mechanism 4, and protrudes in the +Z-axis direction in the compliance mechanism 4. As a result, when the surface of the fixed portion 202 facing the +Z-axis direction is attached in contact with the end effector 50 (FIG. 1), the other components of the compliance mechanism 4 are spaced apart from the surface of the end effector 50 (FIG. 1).
- connection portion 205 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 203 and the second deformation portion 204, i.e., have smaller mechanical compliance and are not easily deformed by external forces.
- the two connection portions 205a, 205b are disposed in positions that sandwich the movable holding portion 201 on a straight line parallel to the X-axis.
- the connection portion 205a is disposed adjacent to the -X side of the movable holding portion 201.
- the connection portion 205b is disposed adjacent to the +X side of the movable holding portion 201. The distances from the movable holding portion 201 to each of the connection portions 205a, 205b are the same.
- the first relay portion 206 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 203 and the second deformation portion 204, i.e., have smaller mechanical compliance and are not easily deformed by external forces.
- the two first relay portions 206a, 206b are arranged in a position that sandwiches the movable holding portion 201 between them on a straight line parallel to the Y axis.
- the first relay portion 206a is arranged on the +Y side of the movable holding portion 201 at a distance from the movable holding portion 201.
- One ends of the four first deformation portions 203a, 203b, 203c, and 203d are connected to the first relay portion 206a.
- the first relay portion 206b is arranged on the -Y side of the movable holding portion 201 at a distance from the movable holding portion 201.
- One ends of the four first deformation portions 203e, 203f, 203g, and 203h are connected to the first relay portion 206b.
- the distance from the movable holding part 201 to each of the first relay parts 206a and 206b is the same.
- the second relay portion 207 is formed from a material and dimensions that are greater in rigidity than the first deformation portion 203 and the second deformation portion 204, i.e., have smaller mechanical compliance and are not easily deformed by external forces.
- the two second relay portions 207a, 207b are arranged in a position that sandwiches the movable holding portion 201 and the connection portion 205 on a straight line parallel to the X-axis.
- the second relay portion 207a is arranged on the -X side of the movable holding portion 201 at a distance from the movable holding portion 201.
- One ends of the four second deformation portions 204a, 204b, 204e, and 204f are connected to the second relay portion 207a.
- the second relay portion 207b is arranged on the +X side of the movable holding portion 201 at a distance from the movable holding portion 201.
- One ends of the four second deformation portions 204c, 204d, 204g, and 204h are connected to the second relay portion 207b.
- the distance from the movable holding part 201 to each of the second relay parts 207a and 207b is the same.
- the first deformation portion 203 is a rod-shaped member with its longitudinal direction in the Y-axis direction.
- the first deformation portion 203 has four first deformation portions 203a, 203b, 203c, and 203d that are provided on the +Y side of the movable holding portion 201 and aligned in parallel with a gap in the X-axis direction, and four first deformation portions 203e, 203f, 203g, and 203h that are provided on the -Y side of the movable holding portion 201 and aligned in parallel with a gap in the X-axis direction.
- the first deformation portion 203 which is provided on the +Y side of the movable holding portion 201, is arranged in this order from the -X side to the +X side: first deformation portion 203b, first deformation portion 203a, first deformation portion 203c, and first deformation portion 203d.
- first deformation portion 203b and first deformation portion 203d arranged on the outside, and the first deformation portion 203a and first deformation portion 203c arranged on the inside are arranged symmetrically with respect to the center line CL1 that passes through the center C of the compliance mechanism 4 and is parallel to the Y axis.
- the first deformation portion 203a and first deformation portion 203c arranged on the inside connect the +Y side side of the movable holding portion 201 and the -Y side side of the first relay portion 206a.
- the first deformation portion 203b arranged on the outside of the first deformation portion 203a connects the -Y side side of the first relay portion 206a and the +Y side side of the connection portion 205a.
- first deformation portion 203d which is disposed outside first deformation portion 203c, connects the -Y side of first relay portion 206a to the +Y side of connection portion 205b.
- first deformation portion 203a and first deformation portion 203b which are connected via first relay portion 206a, connect movable holding portion 201 to connection portion 205a.
- first deformation portion 203c and first deformation portion 203d which are connected via first relay portion 206a, connect movable holding portion 201 to connection portion 205b.
- the first deformation portion 203 which is provided on the -Y side of the movable holding portion 201, also has a similar configuration, and is arranged in this order from the -X side to the +X side: first deformation portion 203f, first deformation portion 203e, first deformation portion 203g, and first deformation portion 203h.
- first deformation portion 203e and first deformation portion 203g arranged on the inside connect the -Y side side of the movable holding portion 201 to the +Y side side of the first relay portion 206b.
- the first deformation portion 203f arranged on the outside of the first deformation portion 203e connects the +Y side side of the first relay portion 206b to the -Y side side of the connection portion 205a.
- the first deformation portion 203h arranged on the outside of the first deformation portion 203g connects the +Y side side of the first relay portion 206b to the -Y side side of the connection portion 205b.
- the movable holding part 201 and the connection part 205a are connected by the first deformation part 203e and the first deformation part 203f, which are connected via the first relay part 206b.
- the movable holding part 201 and the connection part 205b are connected by the first deformation part 203g and the first deformation part 203h, which are connected via the first relay part 206b.
- the second deformation portion 204 is a rod-shaped member with its longitudinal direction in the X-axis direction.
- the second deformation portion 204 has four second deformation portions 204a, 204b, 204e, and 204f that are provided on the -X side of the movable holding portion 201 and aligned in parallel with a gap in the Y-axis direction, and four second deformation portions 204c, 204d, 204g, and 204h that are provided on the +X side of the movable holding portion 201 and aligned in parallel with a gap in the Y-axis direction.
- the second deformation portion 204 which is provided on the -X side of the movable holding portion 201, is arranged in this order from the +Y side to the -Y side: second deformation portion 204b, second deformation portion 204a, second deformation portion 204e, and second deformation portion 204f.
- the second deformation portion 204b and second deformation portion 204f arranged on the outside, and the second deformation portion 204a and second deformation portion 204e arranged on the inside are arranged symmetrically with respect to the center line CL2 that passes through the center C of the compliance mechanism 4 and is parallel to the X axis.
- the second deformation portion 204a and second deformation portion 204e arranged on the inside connect the -X side side of the connection portion 205a and the +X side side of the second relay portion 207a.
- the second deformation portion 204b arranged on the outside of the second deformation portion 204a connects the +X side side of the second relay portion 207a and the -X side side of the fixed portion 202a.
- the second deformation portion 204f arranged outside the second deformation portion 204e connects the +X side of the second relay portion 207a to the -X side of the fixed portion 202c.
- the connecting portion 205a and the fixed portion 202a are connected by the second deformation portion 204a and the second deformation portion 204b connected via the second relay portion 207a.
- the connecting portion 205a and the fixed portion 202c are connected by the second deformation portion 204e and the second deformation portion 204f connected via the second relay portion 207a.
- the second deformation portion 204 which is provided on the +X side of the movable holding portion 201, has a similar configuration, and is arranged in this order from the +Y side to the -Y side: second deformation portion 204d, second deformation portion 204c, second deformation portion 204g, and second deformation portion 204h.
- the second deformation portion 204c and second deformation portion 204g arranged on the inside connect the +X side of the connection portion 205b to the -X side of the second relay portion 207b.
- the second deformation portion 204d arranged on the outside of the second deformation portion 204c connects the -X side of the second relay portion 207b to the +X side of the fixed portion 202b.
- the second deformation portion 204h arranged on the outside of the second deformation portion 204g connects the -X side of the second relay portion 207b to the +X side of the fixed portion 202d.
- the connecting portion 205b and the fixed portion 202b are connected by the second deformation portion 204c and the second deformation portion 204d, which are connected via the second relay portion 207b.
- the connecting portion 205b and the fixed portion 202d are connected by the second deformation portion 204g and the second deformation portion 204h, which are connected via the second relay portion 207b.
- first deformation portions 203a, 203b and the second deformation portions 204a, 204b connect the movable holding portion 201 and the fixed portion 202a via the first relay portion 206a, the connection portion 205a, and the second relay portion 207a.
- first deformation portions 203c, 203d and the second deformation portions 204c, 204d connect the movable holding portion 201 and the fixed portion 202b via the first relay portion 206a, the connection portion 205b, and the second relay portion 207b.
- first deformation portions 203e, 203f and the second deformation portions 204e, 204f connect the movable holding portion 201 and the fixed portion 202c via the first relay portion 206b, the connection portion 205a, and the second relay portion 207a.
- first deformation portions 203g, 203h and the second deformation portions 204g, 204h connect the movable holding portion 201 and the fixed portion 202d via the first relay portion 206b, the connection portion 205b, and the second relay portion 207b.
- the first deformation part 203 and the second deformation part 204 can be elastically deformed more flexibly than in the case of the compliance mechanism 1. Therefore, even if the same external force is applied, the movable holding part 201 can be displaced more than in the case of the compliance mechanism 1. This improves the efficiency of absorbing position and angle deviations between the male connector 20 and the female connector 30. It also makes it possible to suppress damage to both the male connector 20 and the female connector 30 caused by contact between them.
- the dimensions of the first deformation section and the second deformation section can be made smaller.
- the compliance mechanism can be made more compact.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 are attached to the insert object side.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 may also be attached to the object being inserted. In this way, the object being inserted can be moved in a direction that eliminates the misalignment between the insert object and the object being inserted.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 are described as being attached to a robot for inserting an inserting object into an inserting object.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 can be applied to devices that operate in the Z-axis direction, and can be attached to various manual or automatic devices.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 of the above embodiment can be applied to devices that perform product assembly processes, for example, as a task that is completed with an insertion operation.
- the compliance mechanisms 1, 3, and 4 of the above embodiment can be applied to devices that perform electrical testing processes for connectors, for example, as a task that involves repeating insertion and removal operations by switching the inserting side or the inserted side periodically or at a certain interval.
- the constituent parts of the compliance mechanisms 1, 3, and 4 and the compliance mechanism assembly 2 are formed separately and then connected to manufacture the compliance mechanism 1.
- the method of manufacturing the compliance mechanism 1 is not limited to this, and for example, the compliance mechanism may be manufactured by cutting it out all at once from a material that has both the required elasticity and rigidity.
- the direction in which the first deformation portion extends and the direction in which the second deformation portion extends are perpendicular to each other.
- the angle between the two can be any angle as long as the movable holding portion can be flexibly displaced.
- first deformation sections and second deformation sections installed is not limited to the above number.
- the number of installed sections can be determined appropriately depending on the function required of the compliance mechanism.
- first relay unit 206 and the second relay unit 207 are installed has been described, but it is also possible to install only one of the relay units.
- the number of first relay units 206 and second relay units 207 to be installed is not particularly limited, and the number to be installed can be determined appropriately depending on the functionality required of the compliance mechanism.
- the first deformation portion and the second deformation portion extend in a plane perpendicular to an insertion direction of the insert, A direction in which the first deformation portion extends and a direction in which the second deformation portion extends are perpendicular to each other. 2.
- the first deformation portions extend in pairs from a side surface of the movable holding portion and are connected to the connection portion,
- the second deformation portions extend in directions different from each other by 180° from opposite side surfaces of the connection portion, and are connected to different fixing portions, 4.
- (Appendix 5) at least one of a first relay portion provided between the movable holding portion and the connecting portion and a second relay portion provided between the connecting portion and the fixed portion, the first relay portion connects one of the first deformation portions extending from the movable holding portion and the other of the first deformation portions extending from the connection portion, thereby connecting the movable holding portion and the connection portion at the first deformation portion, the second relay portion connects one of the second deformation portions extending from the connection portion and the other of the second deformation portions extending from the fixing portion, thereby connecting the connection portion and the fixing portion at the second deformation portion; 4.
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Abstract
挿入物を被挿入物に挿入する際に、挿入物と被挿入物との間に生じたずれを解消するためのコンプライアンス機構(1)である。コンプライアンス機構(1)は、挿入物あるいは被挿入物を保持する可動保持部(101)と、コンプライアンス機構(1)が取り付けられる支持体に固定される固定部(102a~102d)と、可動保持部(101)と固定部(102a~102d)との間に介在し、互いに異なる方向に延在した第1変形部(103a~103d)及び第2変形部(104a~104d)と、第1変形部(103a~103d)と第2変形部(104a~104d)とを接続する接続部(105a,105b)と、を備える。第1変形部(103a~103d)及び第2変形部(104a~104d)は、可動保持部(101)に作用する外力によって変形する両端固定梁の構造を備えることにより、可動保持部(101)を変位させる。
Description
本発明は、コンプライアンス機構およびコンプライアンス機構集合体に関する。
ロボットを用いてコネクタ、位置決めピン等の挿入物を被挿入物に挿入する際、ロボットは、ロボットアームの先端に取り付けられたエンドエフェクタが保持する挿入物を予め設定された位置に移動させ、被挿入物に挿入する。しかし、挿入物と被挿入物との間に相対的な位置および角度のずれがある場合には、挿入物と被挿入物とが接触または衝突し、挿入物を被挿入物に適正に挿入できなかったり、挿入物または被挿入物が破損したりするという問題が生じる。
この問題を解決するために、例えば、挿入物と被挿入物との相対的なずれを吸収するコンプライアンス機構が用いられる。例えば、特許文献1は、複数の垂直ばねと水平軸ばね及び各ばねの両端に設定したスライダを組み合わせることにより、相対位置調整の可動範囲を拡大させたコンプライアンス機構を開示している。
コンプライアンス機構には、挿入物と被挿入物とが接触または衝突した際に挿入物を介して伝達される反力に応じてその構成部材を変位させることができる柔軟性が求められる。特許文献1が開示するコンプライアンス機構は、互いに直交する3軸方向に可動調整可能であるが、挿入物と被挿入物との相対的なずれを吸収し得る十分な柔軟性を有しているとはいえず、挿入物と被挿入物との位置合わせを容易に行うことが困難である。
本開示は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、挿入物と被挿入物との位置合わせを容易に行うことができるコンプライアンス機構およびコンプライアンス機構集合体を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本開示に係るコンプライアンス機構は、挿入物を被挿入物に挿入する際に、挿入物と被挿入物との間に生じたずれを解消するためのコンプライアンス機構であって、挿入物あるいは被挿入物を保持する可動保持部と、コンプライアンス機構が取り付けられる支持体に固定される固定部と、可動保持部と固定部との間に介在し、互いに異なる方向に延在した第1変形部及び第2変形部と、第1変形部と第2変形部とを接続する接続部と、を備える。第1変形部及び第2変形部は、可動保持部に作用する外力によって変形する両端固定梁の構造を備えることにより、可動保持部を変位させる。
本開示に係るコンプライアンス機構は、挿入物あるいは被挿入物を保持する可動保持部と固定部との間に、互いに異なる方向に延在した第1変形部及び第2変形部を介在させている。これにより、可動保持部は、第1変形部および第2変形部が外力によって変形することにより、種々の方向に柔軟に変位する。したがって、本開示によれば、挿入物と被挿入物との位置合わせを容易に行うことができる。
以下、本開示の実施の形態に係るコンプライアンス機構について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、コンプライアンス機構は、挿入物を被挿入物に挿入する際の両者の位置および角度のずれによる接触または衝突によって変形する。このコンプライアンス機構の変形により、挿入物と被挿入物との間に生じたずれを吸収することができ、挿入作業を効率化することができる。本開示では、図1に示すように、コンプライアンス機構1がロボット40のロボットアーム41の先端部に配置されたエンドエフェクタ50に取り付けられて使用される例について説明する。このようにエンドエフェクタ50は、取り付けられたコンプライアンス機構1を支持する支持体として機能する。なお、以下の説明において、挿入物と被挿入物との「接触または衝突」を、単に、挿入物と被挿入物との「接触」と表現することがある。また、挿入物と被挿入物との「位置および角度のずれ」を、挿入物と被挿入物と間に生じた「ずれ」と表現することがある。また、以下の説明では、図1に示すように、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向およびZ軸まわりの回転方向であるθZ方向を適宜参照する。なお、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θZ方向のそれぞれの矢印が伸びる方向を+方向、+方向の逆方向を-方向とする。ここで、-Z軸方向は、挿入物を被挿入物に挿入する方向である。
(実施の形態1)
まず、本実施の形態1に係るコンプライアンス機構1を適用した自動組立装置10について説明する。自動組立装置10は、図1に示すように、挿入物を被挿入物に挿入する作業を実行する。挿入物は、例えば、オス側コネクタ、ボルト等の雄型部材である。また、被挿入物は、例えば、メス側コネクタ、ナット等の雌型部材である。以下の形態では、挿入物はオス側コネクタ20であり、被挿入物はメス側コネクタ30であるものとして説明する。
まず、本実施の形態1に係るコンプライアンス機構1を適用した自動組立装置10について説明する。自動組立装置10は、図1に示すように、挿入物を被挿入物に挿入する作業を実行する。挿入物は、例えば、オス側コネクタ、ボルト等の雄型部材である。また、被挿入物は、例えば、メス側コネクタ、ナット等の雌型部材である。以下の形態では、挿入物はオス側コネクタ20であり、被挿入物はメス側コネクタ30であるものとして説明する。
自動組立装置10は、自動機器であり、ロボットアーム41の先端部にエンドエフェクタ50が取り付けられたロボット40と、エンドエフェクタ50に取り付けられオス側コネクタ20を保持するコンプライアンス機構1と、メス側コネクタ30が実装された被組立物31と、被組立物31が固定保持する掛け台32と、を備える。
ロボット40は、オス側コネクタ20を、被組立物31に実装されたメス側コネクタ30に挿入する位置まで移動させる。その際、被組立物31に実装されるメス側コネクタ30の取付位置あるいは取付角度等のばらつき、あるいは、ロボット40の位置決めあるいは角度決め等にばらつきが生じることがある。これによって、オス側コネクタ20とメス側コネクタ30との間にずれが生じる。このようなずれが生じた状態でオス側コネクタ20をメス側コネクタ30に挿入すると、オス側コネクタ20の面取り加工部20aとメス側コネクタ30の面取り加工部30aとが互いに接触し、これにより、オス側コネクタ20は、メス側コネクタ30から反力を受ける。このときに、オス側コネクタ20を保持するコンプライアンス機構1が変形することによって、ずれを解消する方向にオス側コネクタ20を移動させる。
コンプライアンス機構1は、図2および図3に示すように、オス側コネクタ20(図1)を保持する可動保持部101と、エンドエフェクタ50に固定される固定部102a,102b,102c,102dと、可動保持部101に作用する外力に応じて弾性変形する第1変形部103a,103b,103c,103d、および、第2変形部104a,104b,104c,104dと、第1変形部103と第2変形部104とを接続する接続部105a,105bと、を備える。コンプライアンス機構1は、図3に示すように、+Z軸方向から平面視すると、コンプライアンス機構1の中心Cを通りX軸に平行な中心線CLを軸として線対称の形状を有している。ここで、以下の説明において、4つの固定部102a,102b,102c,102dの各々を特に区別しない場合には、これらを「固定部102」と総称する場合がある。その他の第1変形部103、第2変形部104、接続部105についても、同様である。なお、コンプライアンス機構1の各構成部品は、図2に示すように、X軸、Y軸、及びZ軸に垂直な面を有する直方体状に形成されたものである。
図3に示すように、+Z軸方向からコンプライアンス機構1を平面視すると、可動保持部101は、コンプライアンス機構1の中央部に配置されている。可動保持部101は、後述するように、第1変形部103及び第2変形部104と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法によって形成されている。可動保持部101の-Z軸を向いた主面には、図1に示すオス側コネクタ20を保持する、図示しない保持機構が設けられている。この保持機構を介して、挿入物である図1に示すオス側コネクタ20が可動保持部101に取り付けられている。
固定部102は、図3に示すように、平面視した場合に「H」字形をなすコンプライアンス機構1の4つの角部にそれぞれ配置される。4つの固定部102のそれぞれは、同一の形状及び大きさを有している。4つの固定部102a,102b,102c,102dのうち、2つの固定部102a,102bは、可動保持部101よりも+Y側に位置しており、X軸に平行な直線上に配置されている。残りの2つの固定部102c,102dは、可動保持部101よりも-Y側に位置しており、X軸に平行な直線上に配置されている。各固定部102a,102b,102c,102dの可動保持部101からの距離は、同じである。固定部102は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、およびθZ方向において不動である。
固定部102は、後述するように、第1変形部103及び第2変形部104と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。固定部102は、図2に示すように、コンプライアンス機構1の他の構成部材と比較してZ軸方向に厚みがあり、コンプライアンス機構1において+Z軸の方向に突出している。これにより、固定部102の+Z軸方向を向いた面をエンドエフェクタ50に接触させて取り付けると、図1に示すように、コンプライアンス機構1の他の構成部材は、エンドエフェクタ50の表面と間隔をあけて設けられる。
接続部105は、後述するように、第1変形部103及び第2変形部104と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。2つの接続部105a,105bは、図2及び図3に示すように、Y軸に平行な直線上で可動保持部を挟み込む位置に配置されている。接続部105aは、固定部102aと固定部102bとの間であり、固定部102a及び固定部102bから等距離の位置にある。また、接続部105bは、固定部102cと固定部102dとの間であり、固定部102c及び固定部102dから等距離の位置にある。接続部105aと接続部105bとの中間位置には、可動保持部101が配置されている。接続部105と可動保持部101はY軸に平行な直線上に配置されている。なお、接続部105と可動保持部101をY軸に平行な方向から、両者は一致しており、その形状と大きさは同じである。
第1変形部103は、Y軸方向に長手方向を有する棒状部材である。第1変形部103を長手方向に直交する方向から切断した場合、その断面の形状及び大きさは、第1変形部103の長手方向において不変である。第1変形部103は、例えば炭素工具鋼、リボン鋼等の弾性係数の高い材料から形成される。
第1変形部103a及び第1変形部103bは、X方向に間隔をあけて平行に配置されている。第1変形部103a,103bの一端部は、可動保持部101の+Y側の側面にそれぞれ接続されている。また、第1変形部103a,103bの他端部は、接続部105aの-Y側の側面にそれぞれ接続されている。このように、第1変形部103a及び第1変形部103bは、対で可動保持部101の側面から延出して、同一の接続部105aの側面に接続している。
また、第1変形部103c及び第1変形部103dは、X方向に間隔をあけて平行に配置されている。第1変形部103c,103dの一端部は、可動保持部101の-Y側の側面にそれぞれ接続されている。また、第1変形部103c,103dの他端部は、接続部105bの+Y側の側面にそれぞれ接続されている。このように、第1変形部103c及び第1変形部103dは、対で可動保持部101の側面から延出して、同一の接続部105bの側面に接続している。
第1変形部103a,103bをY軸に直交する方向から切断した場合の断面の合計面積と、第1変形部103c,103dをY軸に直交する方向から切断した場合の断面の合計面積は、互いに等しく、図2に示すように、可動保持部101及び接続部105をY軸に直交する方向から切断した場合のそれぞれの断面の面積よりも小さい。このように、断面積の小さい第1変形部103は、両端部が剛性の大きい可動保持部101および接続部105に固定された両端固定梁の数式モデルに基づいて挙動するとみなすことができ、X軸方向およびZ軸方向に撓んで変形可能である。第1変形部103の変形のしやすさは、その長手方向における長さ、およびY軸に直交する方向から切断した断面の各寸法に応じて定めることができる。
第2変形部104は、X軸方向に長手方向を有する棒状部材である。このように、第2変形部104の延在方向は、第1変形部103の延在方向と異なり、両者は直交する。第2変形部104を長手方向に直交する方向から切断した場合、その断面の形状及び大きさは、第2変形部104の長手方向において不変である。第2変形部104は、例えば炭素工具鋼、リボン鋼等の弾性係数の高い材料から形成される。
第2変形部104aは、固定部102aの+X側の側面と接続部105aの-X側の側面とを接続する。第2変形部104bは、固定部102bの-X側の側面と接続部105aの+X側の側面とを接続する。第2変形部104a及び第2変形部104bは、X軸に平行な直線上に並んで配置されている。このように、第2変形部104a及び第2変形部104bは、接続部105aの相対する側面から180°異なる方向に延出して、互いに異なる固定部102a,102bの側面に接続している。
第2変形部104cは、固定部102cの+X側の側面と接続部105bの-X側の側面とを接続する。第2変形部104dは、固定部102dの-X側の側面と接続部105bの+X側の側面とを接続する。第2変形部104c及び第2変形部104dは、X軸に平行な直線上に並んで配置されている。このように、第2変形部104c及び第2変形部104dは、接続部105bの相対する側面から180°異なる方向に延出して、互いに異なる固定部102c,102dの側面に接続している。
第2変形部104aをX軸に直交する方向から切断した場合の断面の面積は、固定部102及び接続部105をX軸に直交する方向から切断した場合の断面の面積よりも小さい。このように断面積の小さい第2変形部104は、両端部が剛性の大きい固定部102および接続部105に固定された両端固定梁の数式モデルに基づいて挙動するとみなすことができ、Y軸方向およびZ軸方向に撓んで変形可能である。第2変形部104の変形のしやすさは、その長手方向における長さ、およびX軸に直交する方向から切断した断面の各寸法に応じて定めることができる。
このように、第1変形部103aと第2変形部104aとは、接続部105aを介して互いに直交する向きに接続されている。また、その他の第1変形部103と第2変形部104とも、同様に、接続部105を介して互いに直交する向きに接続されている
次に、図4及び図5を参照して、可動保持部101が外力を受けた際のコンプライアンス機構1の動作について説明する。
図4Aに示すように、可動保持部101がオス側コネクタ20(図1)を介して+X軸方向に外力を受けた場合、機械的コンプライアンスが大きい第1変形部103は、機械的コンプライアンスが小さい機械的接続部105を固定点、機械的コンプライアンスが小さい可動保持部101を作用点として変形する。これにより、可動保持部101は、変形することなく、あるいは大きく変形することなくX軸方向に移動する。このとき、第2変形部104a,104cには、接続部105を介してX軸方向に引張力が、第2変形部104b,104dには、接続部105を介してX軸方向に圧縮力が作用する。このような引張力及び圧縮力は、第2変形部104の軸心に沿って作用するため、第2変形部104は大きく変形することなく、これにより接続部105の位置は保持される。
図4Bに示すように、可動保持部101がオス側コネクタ20(図1)を介して+Y軸方向に外力を受けた場合、機械的コンプライアンスが大きい第2変形部104は、機械的コンプライアンスが小さい固定部102を固定点、機械的コンプライアンスが小さい可動保持部101を作用点として変形する。これにより、接続部105、第1変形部103及び可動保持部101は、変形することなく、あるいは大きく変形することなく一体でY軸方向に移動する。このとき、第1変形部103c,103dには、可動保持部101を介してY軸方向に引張力が、第1変形部103a,103bには、可動保持部101を介してY軸方向に圧縮力が作用する。このような引張力及び圧縮力は、第1変形部103の軸心に沿って作用するため、第1変形部103は大きく変形することなく、2つの接続部105の位置関係が保持される。
図5Aに示すように、可動保持部101がオス側コネクタ20(図1)を介して+Z軸方向に外力を受けた場合、機械的コンプライアンスが大きい第2変形部104は、機械的コンプライアンスが小さい固定部102を固定点、機械的コンプライアンスが小さい可動保持部101を作用点として変形することにより、機械的コンプライアンスが小さい接続部105をZ軸方向に移動させる。また、機械的コンプライアンスが大きい第1変形部103は、平行移動した接続部105を固定点、可動保持部101を作用点として変形する。これにより、可動保持部101は、変形することなく、あるいは大きく変形することなくZ軸方向に移動する。
図5Bに示すように、可動保持部101がオス側コネクタ20(図1)を介して+θZ方向に外力を受けた場合、機械的コンプライアンスが大きい第1変形部103は、機械的コンプライアンスが小さい可動保持部101を起点として変形する。このとき、接続部105は、第1変形部103に引っ張られてθZ方向に回転する。機械的コンプライアンスが大きい第2変形部104は、機械的コンプライアンスが小さい固定部102を起点として接続部105の回転に伴って変形する。このように、第1変形部103および第2変形部104は、固定部102の位置を保持しつつ、接続部105を回転させることにより、可動保持部101を変形させることなく、あるいは大きく変形させることなくθZ方向に回転させる。
本実施の形態によれば、可動保持部101と固定部102との間に介在する互いに延在方向が異なる第1変形部103及び第2変形部104を変形させて、オス側コネクタ20を保持する可動保持部101を変位させている。これにより、可動保持部101を種々の方向に柔軟に変位させることができ、挿入物と被挿入物との位置合わせを容易に行うことができる。
また、接続部105を用いて、第1変形部103と第2変形部104とを直交させた状態で接続させることにより、第1変形部103と第2変形部104とを互いに異なる方向に変形させることができる。これにより、図4及び図5を参照しながら説明したように、可動保持部101の位置をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及びθZ方向の4方向に調整することが可能となる。ずなわち、挿入物と被挿入物と間に生じた「ずれ」として、X方向及びY方向の位置ずれ、Z方向、すなわち挿入高さ位置のずれ、及びθZ方向の角度ずれを解消することができる。
また、オス側コネクタ20とメス側コネクタ30とを嵌合させる適正な挿入深さを表す適正挿入位置が、ロボット40に予め設定された挿入位置よりも浅い場合、オス側コネクタ20は、メス側コネクタ30内に案内されつつも予め設定された挿入位置に到達する前にメス側コネクタ30の底部に接触する。この接触した位置から予め設定された挿入位置までロボット40がオス側コネクタ20をさらに挿入したとしても、コンプライアンス機構1の第1変形部103および第2変形部104がZ軸方向に変形することで、適正挿入位置と予め設定された挿入位置との差分を吸収することができる。
さらに、コンプライアンス機構1の第1変形部103および第2変形部104は、オス側コネクタ20とメス側コネクタ30とのX軸方向、Y軸方向、θZ方向の相対的な最大ずれ量と同等の変位を、オス側コネクタ20を介して実際に受けるX軸方向、Y軸方向、θZ方向の反力よりも十分に小さい力で実現する。このように、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θZ方向に自在に変位する構成により、位置および角度のずれに倣いつつ、挿入物および被挿入物を破損させることなく繰り返し挿入可能なコンプライアンス機構1を実現することができる。これにより、X方向及びY方向の位置ずれ、Z方向、すなわち挿入高さ位置のずれ、及びθZ方向の角度ずれにより挿入時の製品の破損が懸念される組立作業を、自動化することができる。
なお、第1変形部103及び第2変形部104がZ軸方向における厚みが厚く、Z軸方向に変形しない場合であっても、芯ずれが生じているオス側コネクタは、メス側コネクタ面取り部に沿って摺動しつつ、X方向及びY方向の位置ずれ、及びθZ方向の角度ずれを吸収させながら挿入することができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係るコンプライアンス機構集合体2について説明する。以下、実施の形態1に係るコンプライアンス機構1と同一の機能および作用を有する構成要素については、その説明を省略する。
次に、実施の形態2に係るコンプライアンス機構集合体2について説明する。以下、実施の形態1に係るコンプライアンス機構1と同一の機能および作用を有する構成要素については、その説明を省略する。
コンプライアンス機構集合体2は、図6に示すように、実施の形態1に係るコンプライアンス機構1を同一平面上に複数個配置し、各コンプライアンス機構1の固定部を連結材110で連結して全コンプライアンス機構1を一体化している。固定部の連結方法は、任意であり、図6に示すように複数の枠を有する連結材110に固定部を固定する方法でもよいし、各固定部を同一の部材から切り出して一括で形成してもよい。なお、図6では、図を見やすくするために、紙面向かって左上のコンプライアンス機構1の構成部位にのみ符号を付し、それ以外には符号を省略している。
図1に示すロボット40のエンドエフェクタ50に、図6に示すコンプライアンス機構集合体2を取り付けることにより、ロボット40は複数個の可動保持部101を備えることができる。各可動保持部101に、図1に示すオス側コネクタ20を取り付けることにより、複数個のメス側コネクタ30が搭載された被組立物31に対して挿入作業を一括して実施することが可能となる。
通常、オス側コネクタ20およびメス側コネクタ30の個体差によって適正挿入位置にばらつきが生じるため、複数のコネクタの挿入作業を一括して実行することは困難である。しかし、コンプライアンス機構集合体2を用いることにより、適正挿入位置が最も深い、すなわち、挿入量が最も大きいオス側コネクタ20の挿入位置を他のオス側コネクタ20の挿入位置に適用することで、全てのオス側コネクタを挿入しきることができる。これは、挿入量が最も大きいオス側コネクタ20以外のオス側コネクタ20は、コンプライアンス機構集合体2によってZ軸方向に変位して挿入量が自動的に調整されるためである。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係るコンプライアンス機構3について説明する。コンプライアンス機構3は、図2に示す実施の形態1に係るコンプライアンス機構1にその破損を抑制するためのストッパが追加されている。
次に、実施の形態3に係るコンプライアンス機構3について説明する。コンプライアンス機構3は、図2に示す実施の形態1に係るコンプライアンス機構1にその破損を抑制するためのストッパが追加されている。
コンプライアンス機構3は、図7に示すように、固定部102が固定されている基準体60と、基準体60に設けられ、可動保持部101の変位を制限する対の第1ストッパ70,70および対の第2ストッパ80,80を備えている。基準体60は、平面視して矩形状の平板であり、四隅に固定部102が固定されている。対の第1ストッパ70,70は、Y軸に平行な直線上で可動保持部101を挟みこむ位置に配置されている。また、対の第2ストッパ80,80は、X軸に平行な直線上で可動保持部101を挟みこむ位置に配置されている。
第1ストッパ70は、図8A及び図8Bに示すように、直方体に凹部70a及び切り欠き部70bが形成された形状を有している。第1ストッパ70の+Z側の端部は、基準体60に固定されている。対の第1ストッパ70,70には、可動保持部101を向いた互いに対向する側面に、可動保持部101の一部を収容する凹部70aが形成されている。可動保持部101は、図8Aに示すように、対の第1ストッパ70,70に形成された凹部70aに差し込まれている。このように凹部70aに差し込まれた可動保持部101の+Y側及び-Y側には、凹部70aとの間に隙間S1、S2が形成されている。可動保持部101は、この隙間S1,S2の分だけY軸方向に変位することができる一方で、それ以上のY軸方向の変位が制限されている。また、凹部70aに差し込まれた可動保持部101の+Z側及び-Z側には、凹部70aとの間に隙間S3、S4が形成されている。可動保持部101は、この隙間S3,S4の分だけZ軸方向に変位することができる一方で、それ以上のZ軸方向の変位が制限されている。このように、第1ストッパ70は、可動保持部101のY軸方向およびZ軸方向の変位を制限する。
また、対の第1ストッパ70,70において、基準体60に固定される+Z側の端部には、互いに対向する側面から形成された切り欠き部70bが設けられている。このような切り欠き部70bを設けることで、可動保持部101がY軸方向に変位して凹部70aに当接した際に、第1ストッパ70を切り欠き部70bを中心に変形させることができ、これにより可動保持部101の急停止を避けることができる。
第2ストッパ80は、図9Aおよび図9Bに示すように、直方体であり、+Z側の端部が基準体60に固定されている。可動保持部101の+X側及び-X側には、第2ストッパ80との間に隙間S5、S6が形成されている。可動保持部101は、この隙間S5,S6の分だけX軸方向に変位することができる一方で、それ以上のX軸方向の変位が制限されている。なお、第2ストッパ80の基準体60に固定される側の端部には。第1ストッパ70と同様、切り欠き部が形成されていてもよい。
コンプライアンス機構1では、可動保持部101に作用する外力によって第1変形部103および第2変形部104が弾性変形して、可動保持部101が変位する。このため、コンプライアンス機構1を異物にぶつけたり、落下させたりして、可動保持部101に大きな衝撃が加わると、第1変形部103および第2変形部104の許容する弾性変形量を超過してしまい、これらが破損する可能性がある。
しかし、コンプライアンス機構3によると、可動保持部101が外力によって大きく変位しようとした場合、可動保持部101が第1ストッパ70または第2ストッパ80に当接して、可動保持部101の変位が制限される。このように、第1ストッパ70および第2ストッパ80が可動保持部101の変位を制限することにより、第1変形部103および第2変形部104の破損を抑制することができる。
特に、オス側コネクタ20をメス側コネクタ30から引き抜く引抜作業を実施する場合、オス側コネクタ20に作用する抵抗力により可動保持部101は-Z方向に大きく変位する場合がある。このため、第1変形部103および第2変形部104には、-Z方向の高い剛性が求められる。しかし、コンプライアンス機構3によれば、第1ストッパ70によって可動保持部101の-Z方向の変位が制限されるため、第1変形部103および第2変形部104の剛性要求レベルを抑えることができる。また、可動保持部101の主面と凹部70aの可動保持部101と当接する面との距離を狭くして、可動保持部101のZ軸方向の変位を厳しく制限または禁止することにより、メス側コネクタ30からオス側コネクタ20を容易に引き抜くことができる。このように、実施の形態3に係るコンプライアンス機構3は、第1変形部103および第2変形部104の破損を防止できるとともに、引抜作業を効率的に実施することができる。
なお、上述したコンプライアンス機構3では、可動保持部101のY軸、Z軸方向の変位を第1ストッパ70によって制限し、可動保持部101のX軸方向の変位を第2ストッパ80によって制限している。しかし、独立した個別のストッパによって、各軸方向の変位をそれぞれ制限してもよいし、各軸方向の変位を適宜組み合わせて制限してもよい。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係るコンプライアンス機構4について説明する。以下、上述した実施の形態1~3に係るコンプライアンス機構1,3およびコンプライアンス機構集合体2と同一の機能および作用を有する部材については、その説明を省略する。本実施の形態では、オス側コネクタ20を介して加えられる外力に応じて、より柔軟に可動保持部を変位させることが可能なコンプライアンス機構4について説明する。なお、コンプライアンス機構4の各構成部材は、図10及び図11に示すように、X軸、Y軸、及びZ軸に垂直な面を有する直方体状に形成されたものである。
次に、実施の形態4に係るコンプライアンス機構4について説明する。以下、上述した実施の形態1~3に係るコンプライアンス機構1,3およびコンプライアンス機構集合体2と同一の機能および作用を有する部材については、その説明を省略する。本実施の形態では、オス側コネクタ20を介して加えられる外力に応じて、より柔軟に可動保持部を変位させることが可能なコンプライアンス機構4について説明する。なお、コンプライアンス機構4の各構成部材は、図10及び図11に示すように、X軸、Y軸、及びZ軸に垂直な面を有する直方体状に形成されたものである。
コンプライアンス機構4は、図11に示すように、平面視が十字形に形成された機構である。コンプライアンス機構4は、図10および図11に示すように、図1に示すオス側コネクタ20を保持する可動保持部201と、図1に示すエンドエフェクタ50に固定される固定部202a~202dと、図1に示すオス側コネクタ20とメス側コネクタ30との接触により生じる外力に応じて弾性変形する第1変形部203(203a~203h)、および、第2変形部204(204a~204h)と、第1変形部203と第2変形部204とを接続する接続部205(205a,205b)と、第1変形部203同士を中継して接続する第1中継部206(206a,206b)と、第2変形部204同士を中継して接続する第2中継部207(207a,207b)と、を備える。
図11に示すように、+Z軸方向からコンプライアンス機構4を平面視すると、可動保持部201は、コンプライアンス機構4の中央部に配置されている。可動保持部201は、直方体の部材であり、第1変形部203と第2変形部204と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。可動保持部201の-Z軸を向いた主面には、オス側コネクタ20(図1)を保持する、図示しない保持機構が設けられている。
4つの固定部202は、それぞれ同一の形状及び大きさを有し、可動保持部201の周囲に配置されている。固定部202aは、可動保持部201よりも-X側かつ+Y側に位置している。固定部202bは、可動保持部201よりも+X側かつ+Y側に位置している。固定部202cは、可動保持部201よりも-X側かつ-Y側に位置している。固定部202dは、可動保持部201よりも+X側かつ-Y側に位置している。すなわち、中心が可動保持部201の中心Cと一致し、かつX軸及びY軸に辺が延びた仮想的な矩形を想定した場合に、4つの固定部202a、202b、202c、202dは、仮想的な矩形の各頂点に配置されている。
固定部202は、第1変形部203及び第2変形部204と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。固定部202は、図10に示すように、コンプライアンス機構4の他の構成部材と比較してZ軸方向に厚みがあり、コンプライアンス機構4において+Z軸の方向に突出している。これにより、固定部202の+Z軸方向を向いた面をエンドエフェクタ50(図1)に接触させて取り付けると、コンプライアンス機構4の他の構成部材は、エンドエフェクタ50(図1)の表面と間隔をあけて設けられる。
接続部205は、第1変形部203及び第2変形部204と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。2つの接続部205a,205bは、X軸に平行な直線上で可動保持部201を間に挟みこむ位置に配置されている。接続部205aは、可動保持部201の-X側に隣接して配されている。また、接続部205bは、可動保持部201の+X側に隣接して配されている。各接続部205a、205bの可動保持部201からの距離は、同じである。
第1中継部206は、第1変形部203及び第2変形部204と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。2つの第1中継部206a、206bは、Y軸に平行な直線上で可動保持部201を間に挟みこむ位置に配置されている。第1中継部206aは、可動保持部201の+Y側に可動保持部201から間隔をあけて配されている。第1中継部206aには、4つの第1変形部203a,203b,203c,203dの一端が接続されている。一方、第1中継部206bは、可動保持部201の-Y側に可動保持部201から間隔をあけて配されている。第1中継部206bには、4つの第1変形部203e,203f,203g,203hの一端が接続されている。各第1中継部206a,206bの可動保持部201からの距離は、同じである。
第2中継部207は、第1変形部203及び第2変形部204と比べて剛性が大きく、すなわち機械的コンプライアンスが小さく、外力によって容易に変形しない材料及び寸法により形成されている。2つの第2中継部207a、207bは、X軸に平行な直線上で可動保持部201及び接続部205を間に挟みこむ位置に配置されている。第2中継部207aは、可動保持部201の-X側に可動保持部201から間隔をあけて配されている。第2中継部207aには、4つの第2変形部204a,204b,204e,204fの一端が接続されている。一方、第2中継部207bは、可動保持部201の+X側に可動保持部201から間隔をあけて配されている。第2中継部207bには、4つの第2変形部204c,204d,204g,204hの一端が接続されている。各第2中継部207a,207bの可動保持部201からの距離は、同じである。
第1変形部203は、Y軸方向に長手方向を有する棒状部材である。第1変形部203は、可動保持部201よりも+Y側に設けられ、X軸方向に互いに間隔をあけて平行に並んだ4つの第1変形部203a、203b、203c、203dと、可動保持部201よりも-Y側に設けられ、X軸方向に互いに間隔をあけて平行に並んだ4つの第1変形部203e、203f、203g、203hとを有している。
可動保持部201よりも+Y側に設けられた第1変形部203は、-X側から+X側に向けて、第1変形部203b、第1変形部203a、第1変形部203c、第1変形部203dがこの順で配置されている。その中で外側に配された第1変形部203bと第1変形部203d、及び、内側に配された第1変形部203aと第1変形部203cは、コンプライアンス機構4の中心Cを通りY軸に平行である中心線CL1に対して対称に配置されている。内側に配置された第1変形部203a及び第1変形部203cは、可動保持部201の+Y側の側面と第1中継部206aの-Y側の側面とを接続する。一方、第1変形部203aの外側に配置された第1変形部203bは、第1中継部206aの-Y側の側面と接続部205aの+Y側の側面とを接続する。同様に、第1変形部203cの外側に配置された第1変形部203dは、第1中継部206aの-Y側の側面と接続部205bの+Y側の側面とを接続する。これにより、第1中継部206aを介して接続された第1変形部203aと第1変形部203bとにより、可動保持部201と接続部205aとが接続される。同様に第1中継部206aを介して接続された第1変形部203cと第1変形部203dとにより、可動保持部201と接続部205bとが接続される。
可動保持部201よりも-Y側に設けられた第1変形部203も同様の構成を有しており、-X側から+X側に向けて、第1変形部203f、第1変形部203e、第1変形部203g、第1変形部203hがこの順で配置されている。その中で内側に配置された第1変形部203e及び第1変形部203gは、可動保持部201の-Y側の側面と第1中継部206bの+Y側の側面とを接続する。一方、第1変形部203eの外側に配置された第1変形部203fは、第1中継部206bの+Y側の側面と接続部205aの-Y側の側面とを接続する。同様に、第1変形部203gの外側に配置された第1変形部203hは、第1中継部206bの+Y側の側面と接続部205bの-Y側の側面とを接続する。これにより、第1中継部206bを介して接続された第1変形部203eと第1変形部203fとにより、可動保持部201と接続部205aとが接続される。同様に第1中継部206bを介して接続された第1変形部203gと第1変形部203hとにより、可動保持部201と接続部205bとが接続される。
第2変形部204は、X軸方向に長手方向を有する棒状部材である。第2変形部204は、可動保持部201よりも-X側に設けられ、Y軸方向に互いに間隔をあけて平行に並んだ4つの第2変形部204a、204b、204e、204fと、可動保持部201よりも+X側に設けられ、Y軸方向に互いに間隔をあけて平行に並んだ4つの第2変形部204c、204d、204g、204hとを有している。
可動保持部201よりも-X側に設けられた第2変形部204は、+Y側から-Y側に向けて、第2変形部204b、第2変形部204a、第2変形部204e、第2変形部204fがこの順で配置されている。その中で外側に配された第2変形部204bと第2変形部204f、及び、内側に配された第2変形部204aと第2変形部204eは、コンプライアンス機構4の中心Cを通りX軸に平行である中心線CL2に対して対称に配置されている。内側に配置された第2変形部204a及び第2変形部204eは、接続部205aの-X側の側面と第2中継部207aの+X側の側面とを接続する。一方、第2変形部204aの外側に配置された第2変形部204bは、第2中継部207aの+X側の側面と固定部202aの-X側の側面とを接続する。同様に、第2変形部204eの外側に配置された第2変形部204fは、第2中継部207aの+X側の側面と固定部202cの-X側の側面とを接続する。これにより、第2中継部207aを介して接続された第2変形部204aと第2変形部204bとにより、接続部205aと固定部202aとが接続される。同様に、第2中継部207aを介して接続された第2変形部204eと第2変形部204fとにより、接続部205aと固定部202cとが接続される。
可動保持部201よりも+X側に設けられた第2変形部204も同様の構成を有しており、+Y側から-Y側に向けて、第2変形部204d、第2変形部204c、第2変形部204g、第2変形部204hがこの順で配置されている。内側に配置された第2変形部204c及び第2変形部204gは、接続部205bの+X側の側面と第2中継部207bの-X側の側面とを接続する。一方、第2変形部204cの外側に配置された第2変形部204dは、第2中継部207bの-X側の側面と固定部202bの+X側の側面とを接続する。同様に、第2変形部204gの外側に配置された第2変形部204hは、第2中継部207bの-X側の側面と固定部202dの+X側の側面とを接続する。これにより、第2中継部207bを介して接続された第2変形部204cと第2変形部204dとにより、接続部205bと固定部202bとが接続される。同様に、第2中継部207bを介して接続された第2変形部204gと第2変形部204hとにより、接続部205bと固定部202dとが接続される。
このように、第1変形部203a,203bおよび第2変形部204a,204bは、第1中継部206a、接続部205a、第2中継部207aを介して、可動保持部201と固定部202aとを接続している。
同様に、第1変形部203c,203dおよび第2変形部204c,204dは、第1中継部206a、接続部205b、第2中継部207bを介して、可動保持部201と固定部202bとを接続している。
同様に、第1変形部203e,203fおよび第2変形部204e,204fは、第1中継部206b、接続部205a、第2中継部207aを介して、可動保持部201と固定部202cとを接続している。
同様に、第1変形部203g,203hおよび第2変形部204g,204hは、第1中継部206b、接続部205b、第2中継部207bを介して、可動保持部201と固定部202dとを接続している。
このように、第1中継部206、接続部205、第2中継部207を経由して、可動保持部201と固定部202とを連結させることにより、コンプライアンス機構1と比較して、第1変形部203および第2変形部204をより柔軟に弾性変形することができる。そのため、同じ外力が作用したとしても、コンプライアンス機構1の場合よりも可動保持部201をより大きく変位させることができる。これにより、オス側コネクタ20とメス側コネクタ30との位置および角度ずれの吸収効率を向上させることができる。また、オス側コネクタ20とメス側コネクタ30との接触により生じる両者の破損を抑制することもできる。
また、同等のコンプライアンス定数で構成する場合に、第1変形部及び第2変形部の寸法をより小さくすることができる。特に、第1変形部と第2変形部の長さを短くすることができることから、コンプライアンス機構をより小型化することができる。
なお、本開示は、上記の実施の形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲での種々の変形および応用が可能である。
上記の実施の形態では、挿入物側にコンプライアンス機構1,3,4を取りつけた。しかし、挿入物と被挿入物との間のずれを解消するために、被挿入物側にコンプライアンス機構1,3,4を取り付けてもよい。このようにすることで、挿入物と被挿入物との間のずれを解消する方向に被挿入物側を移動させることができる。
また、上記の実施の形態では、コンプライアンス機構1,3,4は、挿入物を被挿入物に挿入するためのロボットに取り付けられると説明した。しかしながら、コンプライアンス機構1,3,4は、Z軸方向に動作する装置に適用することができ、手動あるいは自動の種々の装置に取り付けることができる。挿入動作で完結する作業として、例えば製品の組立工程を行う装置に、上記実施の形態のコンプライアンス機構1,3,4を適用することができる。さらに、挿入側あるいは被挿入側を周期的あるいはある一定の間隔で取り換えて挿抜動作を繰り返す作業として、例えばコネクタの通電試験工程を行う装置に、上記実施の形態のコンプライアンス機構1,3,4を適用することができる。
また、上記の実施の形態では、コンプライアンス機構1,3,4およびコンプライアンス機構集合体2の構成部位を個別に形成し、これらを接続することによりコンプライアンス機構1を製造した。しかし、コンプライアンス機構1の製造方法はこれに限られず、例えば、要求される弾性および剛性を兼ね備える部材から一括して切り出してコンプライアンス機構を製造してもよい。
また、上記の実施の形態では、第1変形部の延在する方向と第2変形部の延在する方向とを直交させていた。しかしながら、両者の角度は、柔軟に可動保持部を変位させられるのであれば、任意の角度とすることができる。
また、第1変形部及び第2変形部の設置数は、上記の設置数に限定されない。第1変形部及び第2変形部の設置数を多くすることで可動保持部を変位させやすくすることができ、設置数を少なくすることで可動保持部が変位しにくくなる。すなわちコンプライアンス機構に求められる機能に応じて適宜、設置数を決定することができる。
また、上記実施の形態では、第1中継部206及び第2中継部207を設置する場合について説明したが、いずれか一方の中継部のみを設置する態様であってもよい。また、第1中継部206及び第2中継部207の設置数も特に限定されず、コンプライアンス機構に求める機能に応じて適宜、設置数を決定することができる。
本出願は、2023年5月16日に出願された、日本国特許出願2023-081116号に基づく。本明細書中に日本国特許出願2023-081116号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
挿入物を被挿入物に挿入する際に、前記挿入物と前記被挿入物との間に生じたずれを解消するためのコンプライアンス機構であって、
前記挿入物あるいは前記被挿入物を保持する可動保持部と、
前記コンプライアンス機構が取り付けられる支持体に固定される固定部と、
前記可動保持部と前記固定部との間に介在し、互いに異なる方向に延在した第1変形部及び第2変形部と、
前記第1変形部と前記第2変形部とを接続する接続部と、を備え、
前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記可動保持部に作用する外力によって変形する両端固定梁の構造を備えることにより、前記可動保持部を変位させる、
コンプライアンス機構。
挿入物を被挿入物に挿入する際に、前記挿入物と前記被挿入物との間に生じたずれを解消するためのコンプライアンス機構であって、
前記挿入物あるいは前記被挿入物を保持する可動保持部と、
前記コンプライアンス機構が取り付けられる支持体に固定される固定部と、
前記可動保持部と前記固定部との間に介在し、互いに異なる方向に延在した第1変形部及び第2変形部と、
前記第1変形部と前記第2変形部とを接続する接続部と、を備え、
前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記可動保持部に作用する外力によって変形する両端固定梁の構造を備えることにより、前記可動保持部を変位させる、
コンプライアンス機構。
(付記2)
前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記挿入物の挿入方向に対して垂直な平面内において延在し、
前記第1変形部が延在する方向と、前記第2変形部が延在する方向とは、互いに直交する、
付記1に記載のコンプライアンス機構。
前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記挿入物の挿入方向に対して垂直な平面内において延在し、
前記第1変形部が延在する方向と、前記第2変形部が延在する方向とは、互いに直交する、
付記1に記載のコンプライアンス機構。
(付記3)
前記第1変形部は、前記可動保持部と前記接続部とを接続し、
前記第2変形部は、前記接続部と前記固定部とを接続する、
付記1または2に記載のコンプライアンス機構。
前記第1変形部は、前記可動保持部と前記接続部とを接続し、
前記第2変形部は、前記接続部と前記固定部とを接続する、
付記1または2に記載のコンプライアンス機構。
(付記4)
前記第1変形部は、前記可動保持部の側面から対で延出して前記接続部に接続しており、
前記第2変形部は、前記接続部の相対する側面から互いに180°異なる方向に延出して、それぞれが異なる前記固定部に接続している、
付記1から3のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構。
前記第1変形部は、前記可動保持部の側面から対で延出して前記接続部に接続しており、
前記第2変形部は、前記接続部の相対する側面から互いに180°異なる方向に延出して、それぞれが異なる前記固定部に接続している、
付記1から3のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構。
(付記5)
前記可動保持部と前記接続部との間に設けられる第1中継部と、前記接続部と前記固定部との間に設けられる第2中継部とのうち、少なくともいずれか一方の中継部を備え、
前記第1中継部は、前記可動保持部から延びた一方の前記第1変形部と、前記接続部から延びた他方の前記第1変形部とを接続することで、前記可動保持部と前記接続部とを前記第1変形部で接続し、
前記第2中継部は、前記接続部から延びた一方の前記第2変形部と、前記固定部から延びた他方の前記第2変形部とを接続することで、前記接続部と前記固定部とを前記第2変形部で接続する、
付記3に記載のコンプライアンス機構。
前記可動保持部と前記接続部との間に設けられる第1中継部と、前記接続部と前記固定部との間に設けられる第2中継部とのうち、少なくともいずれか一方の中継部を備え、
前記第1中継部は、前記可動保持部から延びた一方の前記第1変形部と、前記接続部から延びた他方の前記第1変形部とを接続することで、前記可動保持部と前記接続部とを前記第1変形部で接続し、
前記第2中継部は、前記接続部から延びた一方の前記第2変形部と、前記固定部から延びた他方の前記第2変形部とを接続することで、前記接続部と前記固定部とを前記第2変形部で接続する、
付記3に記載のコンプライアンス機構。
(付記6)
前記可動保持部の変位を制限するストッパ、をさらに備える、
付記1から5のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構。
前記可動保持部の変位を制限するストッパ、をさらに備える、
付記1から5のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構。
(付記7)
前記ストッパは、互いに直交する3方向において前記可動保持部の変位を制限する、
付記6に記載のコンプライアンス機構。
前記ストッパは、互いに直交する3方向において前記可動保持部の変位を制限する、
付記6に記載のコンプライアンス機構。
(付記8)
同一平面上に配置された複数の付記1から7のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構を備える、
コンプライアンス機構集合体。
同一平面上に配置された複数の付記1から7のいずれか1つに記載のコンプライアンス機構を備える、
コンプライアンス機構集合体。
(付記9)
複数の前記コンプライアンス機構の前記固定部は、互いに連結されている、
付記8に記載のコンプライアンス機構集合体。
複数の前記コンプライアンス機構の前記固定部は、互いに連結されている、
付記8に記載のコンプライアンス機構集合体。
1…コンプライアンス機構、2…コンプライアンス機構集合体、3,4…コンプライアンス機構、10…自動組立装置、20…オス側コネクタ、20a…面取り加工部、30…メス側コネクタ、30a…面取り加工部、31…被組立物、32…掛け台、40…ロボット、41…ロボットアーム、50…エンドエフェクタ、60…基準体、70…第1ストッパ、70a…凹部、70b…切り欠き部、80…第2ストッパ、101…可動保持部、102,102a~102d…固定部、103,103a~103d…第1変形部、104,104a~104d…第2変形部、105,105a,105b…接続部、110…連結材、201…可動保持部、202,202a~202d…固定部、203,203a~203h…第1変形部、204,204a~204h…第2変形部、205,205a,205b…接続部、206,206a,206b…第1中継部、207,207a,207b…第2中継部、C…中心、S1~S6…隙間、CL,CL1,CL2…中心線。
Claims (9)
- 挿入物を被挿入物に挿入する際に、前記挿入物と前記被挿入物との間に生じたずれを解消するためのコンプライアンス機構であって、
前記挿入物あるいは前記被挿入物を保持する可動保持部と、
前記コンプライアンス機構が取り付けられる支持体に固定される固定部と、
前記可動保持部と前記固定部との間に介在し、互いに異なる方向に延在した第1変形部及び第2変形部と、
前記第1変形部と前記第2変形部とを接続する接続部と、を備え、
前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記可動保持部に作用する外力によって変形する両端固定梁の構造を備えることにより、前記可動保持部を変位させる、
コンプライアンス機構。 - 前記第1変形部及び前記第2変形部は、前記挿入物の挿入方向に対して垂直な平面内において延在し、
前記第1変形部が延在する方向と、前記第2変形部が延在する方向とは、互いに直交する、
請求項1に記載のコンプライアンス機構。 - 前記第1変形部は、前記可動保持部と前記接続部とを接続し、
前記第2変形部は、前記接続部と前記固定部とを接続する、
請求項1または2に記載のコンプライアンス機構。 - 前記第1変形部は、前記可動保持部の側面から対で延出して前記接続部に接続しており、
前記第2変形部は、前記接続部の相対する側面から互いに180°異なる方向に延出して、それぞれが異なる前記固定部に接続している、
請求項1から3のいずれか1項に記載のコンプライアンス機構。 - 前記可動保持部と前記接続部との間に設けられる第1中継部と、前記接続部と前記固定部との間に設けられる第2中継部とのうち、少なくともいずれか一方の中継部を備え、
前記第1中継部は、前記可動保持部から延びた一方の前記第1変形部と、前記接続部から延びた他方の前記第1変形部とを接続することで、前記可動保持部と前記接続部とを前記第1変形部で接続し、
前記第2中継部は、前記接続部から延びた一方の前記第2変形部と、前記固定部から延びた他方の前記第2変形部とを接続することで、前記接続部と前記固定部とを前記第2変形部で接続する、
請求項3に記載のコンプライアンス機構。 - 前記可動保持部の変位を制限するストッパ、をさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載のコンプライアンス機構。 - 前記ストッパは、互いに直交する3方向において前記可動保持部の変位を制限する、
請求項6に記載のコンプライアンス機構。 - 同一平面上に配置された複数の請求項1から7のいずれか1項に記載のコンプライアンス機構を備える、
コンプライアンス機構集合体。 - 複数の前記コンプライアンス機構の前記固定部は、互いに連結されている、
請求項8に記載のコンプライアンス機構集合体。
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