JP2002254380A - Manipulator loaded with vacuum chuck and part assembly method - Google Patents
Manipulator loaded with vacuum chuck and part assembly methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、真空チャックを搭
載したマニピュレータ及び部品組立方法に係り、特にマ
イクロポンプなどのマイクロマシンや時計などのミニチ
ュアマシンの組立などに用いる超小型の真空チャックを
搭載したマニピュレータ及び部品組立方法に好適なもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator equipped with a vacuum chuck and a method for assembling parts, and more particularly to a manipulator equipped with a microminiature vacuum chuck used for assembling a micromachine such as a micropump or a miniature machine such as a timepiece. And a component assembling method.
【0002】[0002]
【従来の技術】時計やマルチメディア家電製品等の精密
小型機械(ミニチュアマシン)の組立工場では、マニピ
ュレータ(ロボットを含む)が真空チャックを持ち、部
品を吸着・把持して搬送、組立を行っている。また、Si
マイクロマシニング技術を用いて製作されるマイクロポ
ンプなどのマイクロマシンの製作においても、複数のデ
バイスを統合するシステム製作のために組立作業が必要
である。2. Description of the Related Art In a factory for assembling precision small machines (miniature machines) such as watches and multimedia home appliances, a manipulator (including a robot) has a vacuum chuck, and picks up and grips parts to carry and transport and assemble. I have. Also, Si
Also in the manufacture of a micromachine such as a micropump manufactured using a micromachining technique, an assembling operation is required for manufacturing a system that integrates a plurality of devices.
【0003】ミニチュアマシンあるいはマイクロマシン
の組立のために有効な把持デバイスとして、1994年
度日本機械学会講演論文集(IV)488頁に記載の真空チ
ャック(従来技術1)がある。また、1996年度日本
機械学会講演論文集(IV)468頁には数μm程度のごく
微小な素材を把持するマイクログリッパ(従来技術2)
の研究が報告されている。また、Proceedings of IEEE
−MEMS97の72頁には、直径数10μmの部品を把持
する静電駆動マイクログリッパ(従来技術3)がマイク
ロ部品の把持デバイスとして報告されている。さらに、
特開平8−229750号公報(従来技術4)及び特開
平9−267279号公報(従来技術5)には、マニピ
ュレータとの間に微動機構を具備した把持用ツールの例
が記載されている。As a gripping device effective for assembling a miniature machine or a micromachine, there is a vacuum chuck (prior art 1) described in the 1994 Japan Society of Mechanical Engineers (IV), p. In addition, in the 1996 Annual Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers (IV), page 468, there is a micro gripper that grips a very small material of about several μm (prior art 2).
Studies have been reported. Also, Proceedings of IEEE
On page 72 of -MEMS 97, an electrostatically driven micro gripper (prior art 3) for gripping a component having a diameter of several tens of micrometers is reported as a micro component gripping device. further,
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-229750 (Prior Art 4) and 9-267279 (Prior Art 5) describe examples of a gripping tool provided with a fine movement mechanism between a manipulator.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ミニチュアマシンある
いはマイクロマシンの構成部品は、概略数μmから数m
m程度の寸法を有する。それを高精度かつ自由な姿勢で
ハンドリングするためには、機構全体が組立用マニピュ
レータ本体の先端部に搭載可能で、配管や配線がマニピ
ュレータの位置制御の障害にならないような超小型の把
持デバイスが必要となる。The components of a miniature machine or a micromachine are approximately several μm to several m.
It has a size of about m. In order to handle it with high precision and free posture, an ultra-small gripping device that can be mounted on the tip of the assembly manipulator body so that piping and wiring do not hinder the position control of the manipulator is required. Required.
【0005】しかしながら、前述した従来技術1の真空
チャックや従来技術2の数μm程度のごく微小な素材を
把持するマイクログリッパでは、いかに微小な部品が把
持できるかに主眼点が置かれ、把持デバイス自身の寸法
をマイクロ化することは考慮されておらず、精密で複雑
な作業を要するミニチュアマシンあるいはマイクロマシ
ンの組立用マニピュレータ本体の先端部に搭載するには
適していない。また、従来技術3の静電駆動マイクログ
リッパでは、把持力が15nN (1.5μgf)と、いず
れもミニチュアマシンの組立に適用するには力不足であ
る。そして、いずれの把持デバイスにおいても、把持し
た部品の姿勢を精密に維持制御することについては考慮
されておらず、吸着の際に部品の姿勢が著しく変化する
可能性がある。However, in the above-described vacuum chuck of the prior art 1 and the micro gripper of the prior art 2 which grips a very small material of about several μm, the main point is set on how small a component can be gripped. No consideration has been given to miniaturization of its own dimensions, and it is not suitable for mounting on the tip of a manipulator body for assembling a miniature machine or a micromachine that requires precise and complicated work. Further, the electrostatic drive micro gripper of the prior art 3 has a gripping force of 15 nN (1.5 μgf), which is insufficient for application to the assembly of a miniature machine. In any of the gripping devices, no consideration is given to precisely maintaining and controlling the attitude of the gripped component, and the attitude of the component may significantly change during suction.
【0006】さらに、従来技術4、5では、組立時の反
力検出器がなく、直線的に変位する微動機構のみ具備し
ているので、組立動作における微調整の自由度に限界が
あり、組立の成否が粗動用マニピュレータの位置決め精
度に大きく依存する可能性がある。Further, in the prior arts 4 and 5, since there is no reaction force detector at the time of assembling and only a fine movement mechanism which is displaced linearly, the degree of freedom of fine adjustment in the assembling operation is limited. Is likely to greatly depend on the positioning accuracy of the coarse manipulator.
【0007】本発明の目的は、組立の際のマニピュレー
タ本体への負荷を軽減して自由な姿勢での組立作業を容
易に行うことができると共に位置決め精度を向上するこ
とができ、しかも、微小な部品同士の組立を容易に行う
ことができる真空チャックを搭載したマニピュレータ及
び部品組立方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the load on the manipulator body during assembly, to facilitate assembly work in a free posture, to improve the positioning accuracy, and to reduce the size of the assembly. An object of the present invention is to provide a manipulator equipped with a vacuum chuck capable of easily assembling components and a component assembling method.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、組立部品を把持する真空チャックを
先端部に搭載して移動する真空チャックを搭載するマニ
ピュレータにおいて、上記真空チャックは、超小型の真
空ポンプと、上記真空ポンプを駆動する駆動用モータ
と、上記真空ポンプの正転・逆転で生ずる減圧・陽圧雰
囲気により組立部品を吸着・脱離する部品吸着機構と、
把持する組立部品からの反力を検出する反力検出器と、
上記部品吸着機構を微動させる相対位置微動機構とを有
しており、上記マニピュレータ本体の先端部位置と上記
真空チャックで把持される組立部品との相対位置が組立
方向に対して直角な平面内での上記マニピュレータ本体
の位置決め精度よりも小さい直径で円軌道運動するよう
に上記相対位置微動機構を構成すると共に、組立部品を
組立対象部品に組立てる際に受ける反力を上記反力検出
器で検出し、この検出結果に基づいて組立完了を判定し
て組立部品を上記部品吸着機構より脱離するように構成
したことにある。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a feature of the present invention is to provide a manipulator equipped with a vacuum chuck which moves by mounting a vacuum chuck for gripping an assembly part at a distal end thereof. An ultra-compact vacuum pump, a driving motor for driving the vacuum pump, and a component suction mechanism for sucking and releasing assembly components by a reduced-pressure / positive-pressure atmosphere generated by forward and reverse rotation of the vacuum pump.
A reaction force detector that detects a reaction force from the gripped assembly;
A relative position fine movement mechanism for finely moving the component suction mechanism, and a relative position between a tip end position of the manipulator body and an assembly part gripped by the vacuum chuck is in a plane perpendicular to an assembly direction. The relative position fine movement mechanism is configured to make a circular orbital movement with a diameter smaller than the positioning accuracy of the manipulator body, and a reaction force received when assembling the assembled component to the assembly target component is detected by the reaction force detector. In addition, the present invention is configured to determine the completion of assembly based on the detection result and to detach the assembled component from the component suction mechanism.
【0009】そして、減圧及び陽圧雰囲気の発生機構と
してスクロールポンプや歯車ポンプ等のモータ回転駆動
型真空ポンプを用いて、精密組立用マニピュレータ本体
の先端に搭載できるような超小型機構としている。[0009] Then, a motor rotary drive type vacuum pump such as a scroll pump or a gear pump is used as a mechanism for generating a reduced-pressure and positive-pressure atmosphere, and is a microminiature mechanism that can be mounted on the tip of the manipulator body for precision assembly.
【0010】また、部品組立での嵌合を容易にするた
め、吸着部品の相対位置微動機構として、駆動源である
モータを真空ポンプと兼用して、真空チャック連結側に
対し反対側の回転出力軸12aに連結された偏心旋回機
構、あるいは、真空ポンプと部品吸着機構との間に電歪
アクチュエータを設置することにより、マニピュレータ
本体の位置決め精度よりも小さい直径で、嵌合組立方向
に対し垂直な平面内で円軌道運動させるようにしてい
る。そして、真空ポンプの駆動回転方向を交互に正・反
転させ、部品の吸着と脱離を繰り返す方法により、マニ
ピュレータ本体の先端位置に対する部品の相対位置をマ
ニピュレータ本体の位置決め精度よりも十分小さい変位
量だけ変化させるようにしている。Further, in order to facilitate the fitting in the assembly of parts, a motor as a driving source is used also as a vacuum pump as a relative position fine movement mechanism of the suction parts, and a rotational output on the opposite side to the vacuum chuck connecting side. By installing an electrostrictive actuator between the eccentric turning mechanism connected to the shaft 12a or the vacuum pump and the component suction mechanism, the diameter is smaller than the positioning accuracy of the manipulator body, and the diameter is perpendicular to the fitting assembly direction. A circular orbit is made in a plane. The drive rotation direction of the vacuum pump is alternately changed between forward and reverse, and the suction and desorption of parts is repeated, so that the relative position of the parts with respect to the tip position of the manipulator body is changed by a displacement amount sufficiently smaller than the positioning accuracy of the manipulator body. I try to change it.
【0011】さらに、真空ポンプと部品吸着機構との間
に圧力変動を抑制するバッファタンクを設置することに
より、部品吸着の後に真空ポンプを停止しても減圧雰囲
気から大気圧に戻る時間が長くなるようにしている。Further, by installing a buffer tank for suppressing pressure fluctuation between the vacuum pump and the component suction mechanism, the time required to return from the reduced pressure atmosphere to the atmospheric pressure becomes longer even if the vacuum pump is stopped after the component suction. Like that.
【0012】また、部品を脱離させる時は、ポンプの駆
動回転方向を逆転させることにより、大気圧より少し圧
力の高い陽圧雰囲気を発生させ、部品を強制的に放すよ
うに制御するようにしている。When the parts are detached, the pump is rotated in the reverse direction to generate a positive pressure atmosphere slightly higher than the atmospheric pressure, and the parts are forcibly released. ing.
【0013】部品吸着機構の形状を、最先端構造をノズ
ル構造、あるいはそれと軟らかい吸盤との組合せにする
ことにより、多種類の形状を有する部品が吸着できるよ
うにすると共に、把持した部品の姿勢・位置を精密に維
持制御できるようにしている。[0013] The shape of the component suction mechanism is a nozzle structure at the most advanced structure or a combination of the nozzle structure and a soft sucker, so that components having various shapes can be suctioned, and the posture of the gripped component can be adjusted. The position can be precisely maintained and controlled.
【0014】さらに、組立部品を把持し別の部品に組立
てる際に、把持した部品と相手の部品との相対位置を、
マニピュレータの位置決め精度よりも十分小さい直径
で、嵌合組立方向に対し直角な平面内で円軌道運動させ
る工程と、把持した部品が相手の部品と接触する際に受
ける反力を測定する工程とを、同時あるいは交互に繰り
返して実施することにより、部品組立での嵌合を容易に
できるようにしている。Further, when gripping the assembled component and assembling it into another component, the relative position between the gripped component and the counterpart component is determined.
The step of making a circular orbital motion in a plane perpendicular to the fitting assembly direction with a diameter sufficiently smaller than the positioning accuracy of the manipulator, and the step of measuring the reaction force received when the gripped part comes into contact with the mating part , Or simultaneously and alternately, so that the fitting in the component assembly can be facilitated.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を参照
して説明する。なお、各図における同一符号は同一物ま
たは相当物を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding components.
【0016】まず、本発明の第1の実施例を図1から図
15を参照して説明する。First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0017】最初に、本発明の真空チャックを搭載する
マニピュレータ(以下マニピュレータと呼ぶ)100の
全体構成を図1を参照して説明する。図1は本発明の第
1の実施例を示す真空チャックを搭載するマニピュレー
タの構成図である。First, an overall configuration of a manipulator (hereinafter, referred to as a manipulator) 100 on which the vacuum chuck of the present invention is mounted will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator equipped with a vacuum chuck according to a first embodiment of the present invention.
【0018】マニピュレータ100は、組立部品4を把
持して組立対象部品5に組立てるための超小型の真空チ
ャック1と、この真空チャック1を所定位置に移動する
ためのマニピュレータ本体2と、真空チャック1及びマ
ニピュレータ本体2の駆動を制御するための制御電源3
とから構成されている。真空チャック1は、マニピュレ
ータ本体2の先端部分に搭載されると共に、分離して静
止位置に置かれた制御電源3と電気配線17を介して接
続されている。組立部品4及び組立対象部品5は、マイ
クロポンプ等のマイクロマシンや時計等のミニチュアマ
シンを構成する部品である。The manipulator 100 includes an ultra-small vacuum chuck 1 for gripping an assembly component 4 and assembling it into an assembly target component 5, a manipulator body 2 for moving the vacuum chuck 1 to a predetermined position, and a vacuum chuck 1 And a control power supply 3 for controlling the driving of the manipulator body 2
It is composed of The vacuum chuck 1 is mounted on a distal end portion of the manipulator main body 2 and is connected to a control power supply 3 which is separately set at a stationary position via an electric wiring 17. The assembly component 4 and the assembly target component 5 are components constituting a micromachine such as a micropump or a miniature machine such as a timepiece.
【0019】上述した真空チャック1は、真空ポンプ1
1、その駆動用モータ12、配管13、電気配線17、
部品吸着機構14、相対位置微動機構15、及び反力検
出器16からなり、これらが一体的に構成されている。
そして、真空ポンプ11は、駆動用モータ12により駆
動され、配管13を介して部品吸着機14から吸気する
ものである。また、相対位置微動機構15は、真空チャ
ック1の微動を行うものであり、駆動用モータ12のマ
ニピュレータ本体2側に設置されている。さらには、反
力検出器16は、真空チャック1が組立部品4を把持し
たか、あるいは組立部品4が組立対象部品5に嵌合され
たかを検出するためのものであり、真空ポンプ11の部
品吸着機構14側に設置されている。The above-described vacuum chuck 1 is a vacuum pump 1
1, its driving motor 12, piping 13, electric wiring 17,
It comprises a component suction mechanism 14, a relative position fine movement mechanism 15, and a reaction force detector 16, which are integrally formed.
The vacuum pump 11 is driven by a driving motor 12 and sucks air from a component suction machine 14 through a pipe 13. The relative position fine movement mechanism 15 performs fine movement of the vacuum chuck 1 and is installed on the manipulator body 2 side of the drive motor 12. Further, the reaction force detector 16 is for detecting whether the vacuum chuck 1 has gripped the assembly part 4 or whether the assembly part 4 has been fitted to the assembly target part 5. It is installed on the suction mechanism 14 side.
【0020】マニピュレータ100は、真空チャック1
及びマニピュレータ本体2を制御電源3により制御する
ことにより、組立部品4を把持して移動し、別の位置に
置かれた組立対象部品5に組立部品4を組み付ける作業
を行う。ここで、真空チャック1は、真空ポンプ11か
ら部品吸着機構14を一体的に構成してマニピュレータ
本体2の先端部に搭載したことにより、静止位置にある
制御電源3には電気配線17だけが接続されるようにな
り、マニピュレータ100の動作に対する障害が軽減さ
れる。その結果、組立部品4の把持姿勢及びマニピュレ
ータ100の動きを自由に選べるようになり、多自由度
の組立作業が可能になる。The manipulator 100 includes a vacuum chuck 1
By controlling the manipulator main body 2 by the control power supply 3, the assembling part 4 is gripped and moved, and an operation of assembling the assembling part 4 to the to-be-assembled part 5 placed at another position is performed. Here, the vacuum chuck 1 is configured integrally with the component suction mechanism 14 from the vacuum pump 11 and mounted on the distal end portion of the manipulator main body 2, so that only the electric wiring 17 is connected to the control power supply 3 in the stationary position. And the obstacle to the operation of the manipulator 100 is reduced. As a result, the gripping posture of the assembly component 4 and the movement of the manipulator 100 can be freely selected, and a multi-degree-of-freedom assembly operation can be performed.
【0021】次に、真空チャック1の詳細を図2及び図
3を参照して説明する。図2は図1の真空チャックを搭
載するマニピュレータに用いる真空チャックの断面図、
図3は図2のA−A断面図である。Next, details of the vacuum chuck 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a sectional view of a vacuum chuck used for a manipulator equipped with the vacuum chuck of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【0022】真空チャック1は、スクロール型真空ポン
プ11と、その駆動用モータ12とを中央に備えてい
る。そして、真空ポンプ11は一側に真空ポンプ11の
吸入口116にバッファタンク(圧力容器)117を介
して配管13及び部品吸着機構14を接続している。こ
のようにバッファタンク117を介することにより、組
立部品4を吸着した状態で真空ポンプ11の駆動を停止
しても、減圧雰囲気から大気圧に戻る時間が長くなり、
組立部品4の把持を維持して組立対象部品5への組立を
完了することができると共に、部品搬送中の機械的振動
及び発熱が低減されてマニピュレータ100の位置決め
精度が向上し、さらに、組立部品4への熱影響が少なく
なり、消費電力を低く抑えることができる。The vacuum chuck 1 has a scroll type vacuum pump 11 and a drive motor 12 at the center. The vacuum pump 11 has, on one side, a pipe 13 and a component suction mechanism 14 connected to a suction port 116 of the vacuum pump 11 via a buffer tank (pressure vessel) 117. In this way, even if the driving of the vacuum pump 11 is stopped in a state in which the assembly part 4 is sucked, the time required to return from the reduced pressure atmosphere to the atmospheric pressure becomes longer by passing through the buffer tank 117,
The assembly of the assembly target component 5 can be completed while maintaining the grip of the assembly component 4, and the mechanical vibration and heat generation during the component transportation are reduced, so that the positioning accuracy of the manipulator 100 is improved. 4 is less affected by heat, and power consumption can be reduced.
【0023】また、真空チャック1は、駆動用モータ1
2の回転軸12aをマニピュレータ本体2側にも突出し
ており、これに相対位置微動機構15を接続している。
この相対位置微動機構15は、マニピュレータ本体2の
先端部にも固定されており、これにより真空チャック1
がマニピュレータ本体2の先端部に搭載されることにな
る。相対位置微動機構15は、偏心旋回機構151と、
駆動用モータ12への取付け部材152と、マニピュレ
ータ本体2への取付け部材153とから構成されてい
る。偏心旋回機構151は、駆動用モータ12の回転軸
12aの駆動により偏心回転する回転軸151aと、こ
の回転軸151aにより偏心回転するディスク部材15
1bと、このディスク部材151bと取付け部材15
2、153との間に設けられたボール151cとからな
っている。この相対位置微動機構15により、マニピュ
レータ本体2の先端位置に対する組立部品4の相対位置
をマニピュレータ本体の2の位置決め精度よりも十分小
さい変位量だけ微動できるようになり、組立対象部品5
への組立・嵌合の際の調整が非常に容易になる。The vacuum chuck 1 includes a driving motor 1
The second rotation shaft 12a also protrudes toward the manipulator main body 2, and the relative position fine movement mechanism 15 is connected to this.
The relative position fine movement mechanism 15 is also fixed to the distal end portion of the manipulator main body 2, whereby the vacuum chuck 1 is moved.
Is mounted on the tip of the manipulator body 2. The relative position fine movement mechanism 15 includes an eccentric turning mechanism 151,
It comprises an attachment member 152 to the drive motor 12 and an attachment member 153 to the manipulator body 2. The eccentric turning mechanism 151 includes a rotating shaft 151a that rotates eccentrically by driving the rotating shaft 12a of the drive motor 12, and a disk member 15 that rotates eccentrically by the rotating shaft 151a.
1b, the disk member 151b and the mounting member 15
2 and 153. With this relative position fine movement mechanism 15, the relative position of the assembly part 4 with respect to the distal end position of the manipulator body 2 can be finely moved by a displacement that is sufficiently smaller than the positioning accuracy of the manipulator body 2.
Adjustment at the time of assembling / fitting to the device becomes very easy.
【0024】真空ポンプ11は上述したようにスクロー
ル型ポンプを用いている。スクロール型ポンプは、部品
点数が少なく、組立構造も非常に単純であるため、マイ
クロ化するのに適している。すなわち、マイクロ化が最
も必要とする真空ポンプ11をマイクロ化することによ
り、真空チャック1の全体のマイクロ化を図ることが可
能になる。As described above, the vacuum pump 11 uses a scroll type pump. The scroll type pump has a small number of parts and has a very simple assembly structure, and thus is suitable for microfabrication. That is, by making the vacuum pump 11 that is most needed for microfabrication, it is possible to achieve microfabrication of the entire vacuum chuck 1.
【0025】スクロール型真空ポンプ11は、固定側と
旋回側の1組のインボリュート曲線からなる固定スクロ
ール111、旋回スクロール112、シャフト113、
ケーシング114、軸受115である。シャフト113
は、ケーシング114に軸受115を介して支持される
と共に、駆動用モータ12の回転軸12aに対して偏心
した軸部で軸受115を介して旋回スクロール112と
連結している。この旋回スクロール112は、固定スク
ロール111と組み合わさって旋回運動を行うように構
成されている。The scroll type vacuum pump 11 includes a fixed scroll 111, a orbiting scroll 112, a shaft 113,
A casing 114 and a bearing 115; Shaft 113
Is supported by a casing 114 via a bearing 115, and is connected to the orbiting scroll 112 via the bearing 115 at a shaft portion eccentric with respect to the rotation shaft 12 a of the drive motor 12. The orbiting scroll 112 is configured to perform an orbiting motion in combination with the fixed scroll 111.
【0026】この構造において、駆動用モータ12でシ
ャフト113を回転させることにより、旋回スクロール
112が公転運動し、固定スクロール111との間に形
成されるわずかなギャップを有する密閉空間が、吸入口
116から吐出口118に向かって漸次絞られるように
作用し、その結果として、密閉空間内の流体が送給さ
れ、ポンプ作用が起こる。In this structure, when the shaft 113 is rotated by the driving motor 12, the orbiting scroll 112 revolves and the closed space having a small gap formed between the orbiting scroll 112 and the fixed scroll 111 is formed by the suction port 116. , And gradually acts toward the discharge port 118. As a result, the fluid in the closed space is supplied, and a pump action occurs.
【0027】固定スクロール111及び旋回スクロール
112のスクロール形状の基礎になるインボリュート曲
線は極座標表示により次式で決定した。The involute curves, which are the basis of the scroll shapes of the fixed scroll 111 and the orbiting scroll 112, were determined by the following formula using polar coordinates.
【0028】 外側の曲線 X=A(cosθ+θsinθ) Y=A(sinθ−θcosθ) 内側の曲線 X=A(cosθ+(θ−t/A)sinθ) Y=A(sinθ−(θ−t/A)cosθ) ここで、Aは基礎円半径で本実施例では0.175m
m、tはスクロールの厚さで0.25mmとした。さら
に、スクロールの高さは1.5mmとした。したがっ
て、スクロール断面のアスペクト比は6である。また、
スクロール1回転当たりの理論排気量を約4μlに設定
した。Outer curve X = A (cos θ + θ sin θ) Y = A (sin θ−θ cos θ) Inner curve X = A (cos θ + (θ−t / A) sin θ) Y = A (sin θ− (θ−t / A) cos θ) where A is the radius of the base circle and 0.175 m in this embodiment.
m and t are 0.25 mm in the thickness of the scroll. Further, the height of the scroll was 1.5 mm. Therefore, the aspect ratio of the scroll cross section is 6. Also,
The theoretical displacement per rotation of the scroll was set to about 4 μl.
【0029】既に普及している通常寸法のスクロール型
ポンプでは、旋回スクロールの自転を防止するために、
オルダムリングが用いられるが、この実施例では、超小
型の構造を実現するために、図3で明らかなように、旋
回スクロール112及びケーシング114の両方にそれ
ぞれ3個所の円形案内溝119を設け、その中にそれぞ
れ鋼球1191を入れ、旋回スクロール112が自転す
るのを防止するようにしている。なお、鋼球1191の
代わりに中実円筒部材であってもよい。In a scroll pump of normal size which has already been widely used, in order to prevent the orbiting scroll from rotating,
Although an Oldham ring is used, in this embodiment, in order to realize an ultra-small structure, as shown in FIG. 3, both the orbiting scroll 112 and the casing 114 are provided with three circular guide grooves 119, respectively. Steel balls 1191 are respectively inserted in them to prevent the orbiting scroll 112 from rotating. Note that a solid cylindrical member may be used instead of the steel ball 1191.
【0030】次に、自転防止機構の変形例を図4及び図
5を参照して説明する。図4は図3の変形例1を示す
図、図5は図3の変形例2を示す図である。Next, a modification of the anti-rotation mechanism will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a first modification of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing a second modification of FIG.
【0031】図4に示す自転防止機構は案内溝119及
び鋼球1191が4個のものであり、図5に示す自転防
止機構は案内溝119及び鋼球1191が8個のもので
ある。自転防止機構の案内溝119の数は平面を規定す
るために最低限3個必要であり、その場合は旋回スクロ
ール112とケーシング114の間の摩擦力を低く抑え
ることができる。それに対し、案内溝119の数が多い
場合は、駆動用モータ軸12aへのモーメント負荷が少
なくなり、案内溝119と旋回スクロール側軸受115
の摩耗が軽減される。ただし、案内溝119の数が多い
場合は、摩擦力が増加するとともに、案内溝119の深
さのばらつきにより鋼球1191との隙間が大きな振動
が大きくなり易い。The anti-rotation mechanism shown in FIG. 4 has four guide grooves 119 and four steel balls 1191, and the anti-rotation mechanism shown in FIG. 5 has eight guide grooves 119 and eight steel balls 1191. The number of guide grooves 119 of the anti-rotation mechanism is required to be at least three in order to define a plane. In that case, the frictional force between the orbiting scroll 112 and the casing 114 can be reduced. On the other hand, when the number of the guide grooves 119 is large, the moment load on the drive motor shaft 12a is reduced, and the guide grooves 119 and the orbiting scroll side bearing 115 are reduced.
Wear is reduced. However, when the number of the guide grooves 119 is large, the frictional force increases, and the vibration with a large gap with the steel ball 1191 tends to increase due to the variation in the depth of the guide grooves 119.
【0032】真空ポンプ11の構造材料としては、固定
スクロール111には重量を軽くしてマニピュレータ本
体2へ搭載を容易にするためにアルミニウム材料を用
い、旋回スクロール112には鋼球1191による摩耗
量を低減するために鋳鉄材料を用いている。また、固定
スクロール111及び旋回スクロール112の全体構造
の加工には精密旋盤及びフライス盤を用い、スクロール
部の加工にはNCエンドミルを用いて加工している。そ
して、使用するエンドミル工具の直径は0.6mmで、
0.8mm間隔のスクロール部を一筆書きの軌跡でミリ
ング加工している。これらの部品の組立は、M1ボルト
と接着剤を用いて行ったものである。なお、用途によっ
ては、この組合せの材質に限定されるものではなく、例
えばアルミニウム同士、鋳鉄同士、樹脂との組合せ等を
選定してもよい。次に、スクロール型真空ポンプ11に
おける排気速度の駆動回転数依存性を図6を参照して説
明する。図6は図1に用いるスクロール型真空ポンプに
おける排気速度の特性図である。なお、真空ポンプ11
の駆動用モータ12としては、直径10mm、長さ約2
0mmの最大出力1.2Wのモータを用いている。As a structural material of the vacuum pump 11, an aluminum material is used for the fixed scroll 111 so as to reduce the weight and facilitate mounting on the manipulator body 2, and the amount of wear caused by the steel balls 1191 is used for the orbiting scroll 112. Cast iron material is used to reduce this. The entire structure of the fixed scroll 111 and the orbiting scroll 112 is processed using a precision lathe and a milling machine, and the scroll portion is processed using an NC end mill. And the diameter of the end mill tool used is 0.6 mm,
The scroll portion at 0.8 mm intervals is milled along a single stroke. The assembly of these parts was performed using M1 bolts and an adhesive. It should be noted that, depending on the application, the material of the combination is not limited, and for example, a combination of aluminum, cast iron, resin, or the like may be selected. Next, the dependence of the exhaust speed on the driving speed in the scroll vacuum pump 11 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram of the exhaust speed in the scroll type vacuum pump used in FIG. The vacuum pump 11
The driving motor 12 has a diameter of 10 mm and a length of about 2 mm.
A motor with a maximum output of 1.2 W of 0 mm is used.
【0033】真空ポンプ11は、図6にて明らかなよう
に、駆動用モータ11の動作電圧すなわち回転数の範囲
内で、単調増加する排気速度が得られる。その最大値は
約70ml/minであり、その時の駆動回転数は約2
0000rpmであることから、スクロール1回転当た
りの排気量は約3.5μlとなり、理論排気量に対する
容積効率は0.9である。As shown in FIG. 6, the vacuum pump 11 can obtain a monotonically increasing pumping speed within the range of the operating voltage of the driving motor 11, that is, the rotation speed. The maximum value is about 70 ml / min, and the driving speed at that time is about 2
Since it is 0000 rpm, the displacement per one rotation of the scroll is about 3.5 μl, and the volumetric efficiency with respect to the theoretical displacement is 0.9.
【0034】次に、回転式ポンプである真空ポンプ11
の変形例を図7及び図8を参照して説明する。図7は図
2の真空ポンプの変形例1の断面図、図8は図2の真空
ポンプの変形例2の断面図である。Next, the vacuum pump 11 which is a rotary pump
Will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. FIG. 7 is a sectional view of a first modification of the vacuum pump of FIG. 2, and FIG. 8 is a sectional view of a second modification of the vacuum pump of FIG.
【0035】図7に示す真空ポンプ11は歯車型ポンプ
であり、図8に示す真空ポンプ11はベーン型ポンプで
ある。これらのポンプ11は、複数の閉じた空間を形成
して細い矢印に示すように回転させることにより、各空
間の容積を各々増減させ、太い矢印に示すように連続的
に吸排気を行うポンプである。これらのうちの歯車型ポ
ンプ11は、歯車間の気体の漏れが大きく、効率が低く
なるが、超小型ポンプとして使用が可能である。また、
ベーン型ポンプ11は、気体の漏れを少なくするために
ロータの一部に移動可能なベーンが多数挿入された複雑
な構造を有しているが、超小型ポンプとして使用可能で
ある。The vacuum pump 11 shown in FIG. 7 is a gear pump, and the vacuum pump 11 shown in FIG. 8 is a vane pump. These pumps 11 are pumps that form a plurality of closed spaces and rotate them as shown by thin arrows, thereby increasing or decreasing the volume of each space, and continuously sucking and discharging as shown by thick arrows. is there. Among these, the gear pump 11 has a large gas leakage between the gears and a low efficiency, but can be used as a micro pump. Also,
The vane type pump 11 has a complicated structure in which many movable vanes are inserted into a part of the rotor in order to reduce gas leakage, but can be used as a micro pump.
【0036】次に、部品吸着機構14の詳細を図9及び
図10を参照して説明する。図9は図1の部品吸着機構
の断面図、図10は図9のB−B断面図である。Next, details of the component suction mechanism 14 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a sectional view of the component suction mechanism of FIG. 1, and FIG. 10 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【0037】部品吸着機構14は、組立部品4を吸着・
把持して組立対象部品5に嵌合した後に組立部品4を離
脱するものであり、ノズル141と吸盤144との組合
せで構成されている。なお、ノズル141または吸盤1
44単独で部品吸着機構14を構成することも可能であ
る。The component suction mechanism 14 picks up the assembled component 4
After being gripped and fitted to the assembly target component 5, the assembly component 4 is released, and is configured by a combination of a nozzle 141 and a suction cup 144. The nozzle 141 or the suction cup 1
It is also possible to constitute the component suction mechanism 14 by itself.
【0038】ノズル141は、第1円筒部材141a及
び第2円筒部材141bを上下に固定して構成されてお
り、上下に貫通する吸い込み穴142を形成している。
吸い込み穴142は、第1円筒部材141aにおいて、
組立部品4側から真空ポンプ11側に向かって内径が漸
次減少するテーパ穴部142aと、それに続く一定内径
穴部142bと、それに続く拡大穴部142cとを有
し、第2円筒部材141bにおいて、それに続く分岐穴
部142dを有している。第1円筒部材141bは、配
管13に取付けられており、これにより部品吸着機構1
42は配管13を介して真空ポンプ117に連通される
ようになっている。The nozzle 141 is formed by vertically fixing a first cylindrical member 141a and a second cylindrical member 141b, and has a suction hole 142 penetrating vertically.
The suction hole 142 is formed in the first cylindrical member 141a.
The second cylindrical member 141b has a tapered hole 142a whose inner diameter gradually decreases from the assembly component 4 side to the vacuum pump 11 side, a constant inner diameter hole 142b that follows, and an enlarged hole 142c that follows. It has a branch hole 142d following it. The first cylindrical member 141b is attached to the pipe 13, and thereby the component suction mechanism 1
Reference numeral 42 is connected to the vacuum pump 117 via the pipe 13.
【0039】具体的には、テーパ穴部142aの開口径
は概ね組立部品4の軸部4a外径の2倍にマニピュレー
タ本体2の位置決め精度を加えた値に設定する。例え
ば、組立部品4の外径が100μmで、マニピュレータ
本体2の位置決め精度が50μmであれば、開口径を2
50μm程度にする。テーパ穴部142aを設けたこと
により、マニピュレータ本体2の位置決め誤差によって
組立部品4と部品吸着機構14との間に位置ずれが発生
しても、組立部品4の軸部4a上端がテーパ穴部142
aの開口の範囲内に位置すれば、軸部4aが吸い込み穴
142内に挿入され、組立部品4の吸着・把持が可能に
なる。一定内径の穴部142bの内径は、組立部品4の
外径に数μmから10数μm程度加えた値が望ましい。
これにより、組立部品4軸部4aがこの穴部14bに挿
入された状態で、把持した組立部品4の姿勢位置を精密
に維持できる。また、一定内径の穴部142bの深さは
極力長い方が、組立部品4の姿勢維持に効果的である。Specifically, the opening diameter of the tapered hole portion 142a is set to a value obtained by adding the positioning accuracy of the manipulator body 2 to approximately twice the outer diameter of the shaft portion 4a of the assembly part 4. For example, if the outer diameter of the assembly 4 is 100 μm and the positioning accuracy of the manipulator body 2 is 50 μm, the opening diameter is 2 μm.
It is about 50 μm. By providing the tapered hole 142a, even if a positional error occurs between the assembly part 4 and the component suction mechanism 14 due to a positioning error of the manipulator body 2, the upper end of the shaft part 4a of the assembly part 4 is tapered.
If it is located within the range of the opening a, the shaft portion 4a is inserted into the suction hole 142, and the assembly component 4 can be sucked and gripped. The inner diameter of the hole 142b having a constant inner diameter is desirably a value obtained by adding about several μm to several tens of μm to the outer diameter of the assembly 4.
Thus, the posture position of the gripped assembly 4 can be precisely maintained in a state where the assembly 4 shaft 4a is inserted into the hole 14b. The longer the depth of the hole 142b having a constant inner diameter is, the more effective it is to maintain the posture of the assembly component 4.
【0040】吸盤144は、柔らかく滑らかな表面のゴ
ム状のもので構成され、上部144aがノズル141に
装着され、中央部144bが蛇腹状になっていて軸方向
の長さが大きく変化でき、下部144cが拡大した形状
をしている。このようにしたことにより、組立部品4の
寸法の変動に対して効果的に把持できると共に、十分な
吸着面積を確保することができる。The suction cup 144 is made of a rubber material having a soft and smooth surface, the upper part 144a is mounted on the nozzle 141, the central part 144b is bellows-shaped, and the axial length can be largely changed. 144c has an enlarged shape. By doing so, it is possible to effectively grip the dimensional change of the assembly part 4 and secure a sufficient suction area.
【0041】係る部品吸着機構14においては、組立部
品4の軸部4aがテーパ穴部142aに入り、そのテー
パ斜面に誘導され一定内径の穴部142bに入ると、ノ
ズル穴142と組立部品4との間の空気流による圧力損
失で、組立部品4前後に圧力差が発生し、組立部品4の
軸部4aがノズル141の奥部(図9の上方)に吸引さ
れる。組立部品4が軸状の形状の場合は、このノズル1
41だけで吸着・把持が起こる。組立部品4が図7に示
すような軸付き平板の場合は、平板部4bの表面が吸盤
144に接触・吸引され吸着・把持が起こる。そして、
いずれの場合もノズル141により、部品の位置及び姿
勢が高精度に保たれる。組立部品4が軸のない板やブロ
ックのような場合は、吸盤144のみによる吸着が起こ
る。この場合は、部品の形状に拘束されない各種形状の
部品の把持が可能である。In the component suction mechanism 14, when the shaft portion 4a of the assembly 4 enters the tapered hole 142a and is guided by the tapered slope to enter the hole 142b having a constant inner diameter, the nozzle hole 142 and the assembly 4 are connected to each other. Due to the pressure loss due to the airflow during the period, a pressure difference occurs between the front and rear of the assembly part 4, and the shaft part 4a of the assembly part 4 is sucked into the deep part of the nozzle 141 (upper part in FIG. When the assembly 4 has an axial shape, the nozzle 1
Suction / gripping occurs only with 41. In the case where the assembly component 4 is a flat plate with a shaft as shown in FIG. 7, the surface of the flat plate portion 4b is brought into contact with and sucked by the suction cup 144, so that suction and grip occur. And
In any case, the position and orientation of the component are maintained with high accuracy by the nozzle 141. When the assembly 4 is a plate or a block without a shaft, suction is caused only by the suction cup 144. In this case, it is possible to hold components of various shapes that are not restricted by the shape of the component.
【0042】以上のように、部品吸着機構14をノズル
141と軟らかい吸盤144との組合せにすることによ
り、多種類の形状を有する部品が吸着できるようにな
り、また、それと同時に把持した部品の姿勢・位置を精
密に維持することができる。As described above, by combining the component suction mechanism 14 with the nozzle 141 and the soft suction cup 144, components having various shapes can be suctioned, and at the same time, the posture of the component grasped.・ Position can be precisely maintained.
【0043】ここで、部品吸着機構14としてノズル1
41のみを用いた場合の吸着力について図11を参照し
て説明する。図11は図9の部品吸着機構のノズルのみ
における吸着力の特性図である。なお、この吸着力特性
は、微小歯車の組立部品4を吸着させ、その時に要する
駆動用モータへの印加電圧に対する吸着力を測定したも
のである。Here, the nozzle 1 is used as the component suction mechanism 14.
The attraction force when only 41 is used will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a characteristic diagram of the suction force of only the nozzles of the component suction mechanism of FIG. The attraction force characteristic is obtained by measuring the attraction force with respect to a voltage applied to a driving motor required at the time when the assembly part 4 of the minute gear is attracted.
【0044】ノズルのみの部品吸着機構14は、図11
で明らかなように、モータ印加電圧に対して比例した吸
着力を得ることができる。そして、この実施例では、モ
ータへの入力電圧を調節して3.4V以上にすることに
より、吸着力0.06mN(6mgf)以上を得られる
ことが確認できた。FIG. 11 shows a component suction mechanism 14 having only nozzles.
As apparent from the above, it is possible to obtain an attraction force proportional to the voltage applied to the motor. Then, in this example, it was confirmed that by adjusting the input voltage to the motor to 3.4 V or more, it is possible to obtain an adsorption force of 0.06 mN (6 mgf) or more.
【0045】また、部品吸着機構14として軟質吸盤1
44のみを用いた場合の吸着力の測定結果について述べ
る。直径7mmのゴム製吸盤144のみを用いた部品吸
着機構14による吸着力は、駆動回転数約10000r
pm以上において、最大約0.7N(70gf)以上を
得られることが確認できた。The soft suction cup 1 is used as the component suction mechanism 14.
The measurement results of the attraction force when only 44 is used will be described. The suction force of the component suction mechanism 14 using only the rubber suction cup 144 having a diameter of 7 mm is approximately 10,000 r.
It was confirmed that a maximum of about 0.7 N (70 gf) or more can be obtained at pm or more.
【0046】次に、部品吸着機構14の変形例を図12
及び図13を参照して説明する。図12は図9の部品吸
着機構の変形例を示す断面図、図13は図12のC−C
断面図である。Next, a modification of the component suction mechanism 14 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a sectional view showing a modification of the component suction mechanism of FIG. 9, and FIG.
It is sectional drawing.
【0047】この部品吸着機構14では、ノズル141
内部に複数の中子145が設置されている。この変形例
では4個の中子を示したが、少なくとも2個以上の中子
であればよい。本構造において、組立部品4が部品吸着
機構14に入ると、中子145と一緒に吸引される。こ
こで、中子145を追加したことにより、軸状部品の外
径が異なる場合でも、中子145とノズル141との隙
間値範囲内で同様な把持力が得られるという効果が発揮
される。In the component suction mechanism 14, the nozzle 141
A plurality of cores 145 are installed inside. In this modification, four cores are shown, but it is sufficient if at least two cores. In this structure, when the assembly component 4 enters the component suction mechanism 14, it is sucked together with the core 145. Here, by adding the core 145, even when the outer diameter of the shaft-shaped component is different, an effect is obtained that a similar gripping force can be obtained within the gap value range between the core 145 and the nozzle 141.
【0048】次に、上述したマニピュレータ100の動
作について図14及び図15を参照して説明する。Next, the operation of the above-described manipulator 100 will be described with reference to FIGS.
【0049】マニピュレータ100による位置決めから
組立部品4の把持までの動作を図14を参照して説明す
る。図14は図1の真空チャックを搭載するマニピュレ
ータによる位置決めから組立部品の把持までの動作フロ
ーチャート図である。The operation from positioning by the manipulator 100 to gripping of the assembly 4 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is an operation flowchart from positioning by a manipulator equipped with the vacuum chuck of FIG. 1 to gripping of an assembly part.
【0050】図14において、マニピュレータ本体2の
位置決めは公知のティーチングプレイバック方式を採用
している。すなわち、まず手動で所望の位置までマニピ
ュレータ本体2を移動させ(ステップ201)、その場
所の三次元位置座標を記憶させ、シーケンス実行時には
その座標をめがけて位置決めする方式である。座標系は
部品嵌合方向をZ軸、それに直角な平面をX−Y平面と
定義する。部品吸着位置のX−Y座標があらかじめ記憶
した値に一致したところで(ステップ202)、チャッ
ク指示信号を発信する(ステップ203)。In FIG. 14, a known teaching playback system is used for positioning the manipulator body 2. That is, first, the manipulator body 2 is manually moved to a desired position (step 201), the three-dimensional position coordinates of the position are stored, and the sequence is positioned at the time of executing the sequence. In the coordinate system, the component fitting direction is defined as a Z axis, and a plane perpendicular to the Z axis is defined as an XY plane. When the XY coordinates of the component suction position match the value stored in advance (step 202), a chuck instruction signal is transmitted (step 203).
【0051】この信号を受信すると(ステップ20
4)、真空ポンプを正方向に回転駆動して減圧雰囲気を
発生させながら(ステップ205)、マニピュレータ本
体2を徐々に下降していき(ステップ206)、真空チ
ャック1により組立部品4を吸着する。組立部品4が部
品吸着機構14の終点に突き当たったかどうかは、真空
チャック1に設置された反力検出器16で検出し(ステ
ップ207)、マニピュレータ本体2の降下を停止させ
る(ステップ208)。そして、設定時間が経過したら
(ステップ209)、チャック完了信号を発信する(ス
テップ210)。When this signal is received (step 20)
4) While the vacuum pump is driven to rotate in the forward direction to generate a reduced-pressure atmosphere (step 205), the manipulator main body 2 is gradually lowered (step 206), and the assembled component 4 is sucked by the vacuum chuck 1. Whether the assembled component 4 has hit the end point of the component suction mechanism 14 is detected by the reaction force detector 16 installed on the vacuum chuck 1 (step 207), and the lowering of the manipulator body 2 is stopped (step 208). When the set time has elapsed (step 209), a chuck completion signal is transmitted (step 210).
【0052】この信号を受信すると(ステップ21
1)、真空ポンプ11を停止させる(ステップ21
2)。ここで、バッファタンク117の設置により減圧
雰囲気が維持され、真空ポンプ11を駆動しないでも組
立部品4の吸着が続行される。そして、マニピュレータ
本体2を低速度で上昇させ(ステップ213)、設定し
たXY座標かを確認し(ステップ214)、マニピュレ
ータ本体2の上昇を停止する(ステップ215)。When this signal is received (step 21)
1) Stop the vacuum pump 11 (step 21)
2). Here, the reduced pressure atmosphere is maintained by installing the buffer tank 117, and the suction of the assembly component 4 is continued without driving the vacuum pump 11. Then, the manipulator body 2 is raised at a low speed (step 213), it is confirmed whether the XY coordinates are set (step 214), and the lifting of the manipulator body 2 is stopped (step 215).
【0053】係る実施例のシーケンスにおいては、真空
ポンプ11のON、OFFのタイミング及び反力検出に
特徴がある。本実施例では、ティーチングプレイバック
による位置決め方式を採用したが、マニピュレータの動
きを観察しながら、人為的に制御するいわゆるマスタス
レーブ方式や両者の組合せも効果的である。The sequence of this embodiment is characterized by ON / OFF timing of the vacuum pump 11 and detection of the reaction force. In the present embodiment, the positioning method based on the teaching playback is employed. However, a so-called master-slave method in which the manipulator is artificially controlled while observing the movement of the manipulator, or a combination of the two is also effective.
【0054】マニピュレータ100による組立部品の把
持から離脱までの動作を図15を参照して説明する。図
15は図1の真空チャックを搭載するマニピュレータに
よる組立部品の把持から離脱までの動作フローチャート
図である。The operation of the manipulator 100 from gripping to release of the assembly will be described with reference to FIG. FIG. 15 is an operation flowchart from gripping to detachment of an assembly component by the manipulator equipped with the vacuum chuck of FIG.
【0055】図15において、真空チャック1により組
立部品4を吸着した状態(真空ポンプはOFFのままで
よい)で、組立対象部品5の嵌合位置までマニピュレー
タ本体2により移動させる(ステップ221)。組立部
品4を組立対象部品5に嵌合するに際しては、組立部品
4の先端のX−Y座標があらかじめ記憶した嵌合位置ま
で移動したところで(ステップ222)、真空チャック
1の駆動用モータ12を正転駆動する。これにより真空
ポンプ11が正転運転すると共に(ステップ223)、
駆動用モータ12の回転軸12aに接続された偏心旋回
機構151が作動して真空チャック1がマニピュレータ
本体2に対して円軌道を描くよう運動する(ステップ2
24)。これに伴って組立部品4も円軌道を描くように
運動する。In FIG. 15, the assembly part 4 is moved by the manipulator body 2 to the fitting position of the part 5 to be assembled in a state where the assembly part 4 is sucked by the vacuum chuck 1 (the vacuum pump may be kept off) (step 221). When fitting the assembly component 4 to the assembly target component 5, when the XY coordinates of the tip of the assembly component 4 have moved to the fitting position stored in advance (step 222), the drive motor 12 of the vacuum chuck 1 is turned on. Drive forward. As a result, the vacuum pump 11 performs the normal rotation operation (step 223),
The eccentric turning mechanism 151 connected to the rotating shaft 12a of the drive motor 12 operates to move the vacuum chuck 1 so as to draw a circular orbit with respect to the manipulator body 2 (step 2).
24). Accordingly, the assembly 4 also moves in a circular orbit.
【0056】そして、マニピュレータ本体2の動作によ
り、組立部品4が円軌道を描くように運動させながら徐
々に下降していく(ステップ225)。組立部品4が組
立対象部品5に嵌合したかどうかは、嵌合位置で組立部
品4が組立対象部品5から受ける反力を検出しながら下
降させ、その反力が小さくなったところを嵌合したとし
て認識させる(ステップ226)。嵌合したと認識した
場合には、駆動用モータ12の駆動を停止して組立部品
4の円軌道運動を停止すると共に(ステップ227)、
マニピュレータ本体2の下降を停止し(ステップ22
8)、リリース停止信号を発信する(ステップ22
9)。Then, by the operation of the manipulator main body 2, the assembly component 4 gradually descends while moving in a circular orbit (step 225). Whether the assembly component 4 is fitted to the assembly target component 5 is lowered at the fitting position while detecting the reaction force received by the assembly component 4 from the assembly target component 5, and the portion where the reaction force is reduced is fitted. It is recognized as having been done (step 226). If it is recognized that the fitting has been performed, the driving of the driving motor 12 is stopped to stop the circular orbital movement of the assembly component 4 (step 227), and
Stop the lowering of the manipulator body 2 (step 22
8) Send a release stop signal (step 22)
9).
【0057】このリリース指示信号を検出すると(ステ
ップ230)、真空チャック1の駆動用モータ12を逆
転起動する。これにより真空チャック1の真空ポンプ1
1が逆転運転し(ステップ231)、陽圧雰囲気を形成
させながらマニピュレータ本体2で真空チャック1を退
避させ(ステップ232)、組立部品4を真空チャック
1から脱離する。退避させたマニピュレータ本体2が設
定したXY座標かを確認し(ステップ233)、マニピ
ュレータ本体2の上昇を停止する(ステップ234)。
そして、真空ポンプ11の運転を停止し(ステップ23
5)、リリース完了信号を発信する(ステップ23
6)。When the release instruction signal is detected (step 230), the driving motor 12 of the vacuum chuck 1 is started in the reverse direction. Thereby, the vacuum pump 1 of the vacuum chuck 1
1 performs reverse operation (step 231), retracts the vacuum chuck 1 with the manipulator body 2 while forming a positive pressure atmosphere (step 232), and detaches the assembly part 4 from the vacuum chuck 1. It is checked whether the retracted manipulator body 2 is at the set XY coordinates (step 233), and the ascent of the manipulator body 2 is stopped (step 234).
Then, the operation of the vacuum pump 11 is stopped (step 23).
5) Send a release completion signal (step 23)
6).
【0058】このリリース完了信号を受信すると(ステ
ップ237)、マニピュレータ本体2は原点に復帰する
ように動作する(ステップ238)。When this release completion signal is received (step 237), the manipulator body 2 operates to return to the origin (step 238).
【0059】本実施例では、円軌道運動と反力検出によ
り部品を嵌合すること、真空ポンプ11の逆回転による
陽圧雰囲気を利用して組立部品4を脱離することに特徴
がある。なお、上述した嵌合と脱離を完全に分けるよう
なことをしないで、真空ポンプ11を正逆交互に駆動
し、反力を検出しながら下降させて、脱離・吸着を交互
に繰り返しながら嵌合してもよい。The present embodiment is characterized in that components are fitted by circular orbital motion and reaction force detection, and the assembly component 4 is detached by utilizing a positive pressure atmosphere due to the reverse rotation of the vacuum pump 11. The vacuum pump 11 is driven alternately in the forward and reverse directions without detecting the reaction force, and is lowered while detecting the reaction force. They may be fitted.
【0060】以上の動作シーケンスにより、位置決め・
嵌合の際、マニピュレータの位置決め精度の限界によ
り、X−Y平面内でランダムな方向に位置ずれが発生し
ても、組立反力をモニタしながら円軌道運動で微調整す
るので、位置ずれ方向と無関係に直線的に微動させる方
法よりも容易に嵌合適性位置を見出すことができる。そ
の結果として、真空チャックによる部品の高精度な吸着
・把持、マニピュレータによる搬送・位置決め、嵌合・
脱離が行われ、全体として、高精度な微小部品の組立作
業が実現される。With the above operation sequence, positioning and
At the time of fitting, even if displacement occurs in a random direction in the XY plane due to the limit of positioning accuracy of the manipulator, fine adjustment is made by circular orbital movement while monitoring the assembly reaction force. A suitable position for fitting can be found more easily than the method of finely moving linearly regardless of the position. As a result, high-precision suction and grip of parts using vacuum chucks, transport and positioning with manipulators,
The detachment is performed, and as a whole, a high-precision assembling operation of minute components is realized.
【0061】次に、本発明の第2の実施例を図16及び
図17を参照して説明する。図16は本発明の第2の実
施例を示す真空チャックを搭載するマニピュレータの真
空チャックの断面図、図17は図16のD−D断面図で
ある。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a sectional view of a vacuum chuck of a manipulator having a vacuum chuck according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a sectional view taken along line DD of FIG.
【0062】本実施例と第1の実施例との違いは相対位
置微動機構15の位置と構造である。すなわち、本実施
例では、真空ポンプ11のバッファタンク117と部品
吸着機構14の間に相対位置微動機構15が位置し、部
品吸着機構14につながる柔軟性に富む配管13を側方
から挟み込むように電歪アクチュエータ152を設置し
ている。本実施例の構造により、部品吸着機構14の位
置をマニピュレータ本体2の位置決め精度に比べて十分
微小な変位量だけ変化させることができる。さらに、2
個の電歪アクチュエータ152を互いに位相の90度ず
れた交流電圧で励振することにより、部品吸着機構14
の位置を円軌道あるいは楕円軌道軌道を描くように相対
運動させることができる。本構造の相対位置微動機構1
5を採用することにより、小型の構造で、組立部品4の
組立対象部品5への組立・嵌合の際、組立が非常に容易
になる。さらに、本実施例では、第1の実施例の構造に
比べて、微動させる部材の寸法が小さく、重量が非常に
軽くなるので、マニピュレータに対する振動負荷が軽く
なり、その結果として位置決め精度を向上することがで
きる。The difference between the present embodiment and the first embodiment is the position and structure of the relative position fine movement mechanism 15. That is, in the present embodiment, the relative position fine movement mechanism 15 is located between the buffer tank 117 of the vacuum pump 11 and the component suction mechanism 14 so that the flexible pipe 13 connected to the component suction mechanism 14 is sandwiched from the side. An electrostrictive actuator 152 is provided. With the structure of the present embodiment, the position of the component suction mechanism 14 can be changed by a displacement that is sufficiently small compared to the positioning accuracy of the manipulator body 2. In addition, 2
By exciting the electrostrictive actuators 152 with AC voltages having a phase shift of 90 degrees from each other,
Can be moved relative to each other in a circular or elliptical orbit. Relative position fine movement mechanism 1 of this structure
Adopting 5 makes it very easy to assemble and fit the assembly component 4 to the assembly target component 5 with a small structure. Further, in the present embodiment, compared to the structure of the first embodiment, the size of the member to be finely moved is small and the weight is very light, so that the vibration load on the manipulator is reduced, and as a result, the positioning accuracy is improved. be able to.
【0063】本実施例においては、スクロールポンプ1
1を用いて、精密組立用マニピュレータ本体2の先端に
搭載できるようにし、組立の際のマニピュレータ本体2
への負荷が軽減され、自由な姿勢での組立作業が容易に
なり、位置決め精度を向上することができる。また、吸
着部品の相対位置微動機構15の採用により嵌合を非常
に容易に行うことができる。また、圧力変動を抑制する
バッファタンク117の採用により部品把持の際に真空
ポンプ11を停止したのち減圧雰囲気から大気圧に戻る
時間が長くなるようにして、振動と発熱を抑制し、部品
の位置決め精度を向上することができる。さらに、部品
吸着機構14の最先端構造をノズル141構造、あるい
はそれと軟らかい吸盤144との組合せにすることによ
り、多種類の形状を有する部品が吸着できる。また、嵌
合の際の反力をモニタしながら、把持した部品の相対位
置を円軌道運動させ微調整することにより、微小な部品
同士の組立が容易にできる。In this embodiment, the scroll pump 1
1 so that it can be mounted on the tip of the manipulator body 2 for precision assembly.
The load on the device is reduced, the assembling work in a free posture is facilitated, and the positioning accuracy can be improved. Also, the adoption of the relative position fine movement mechanism 15 for the suction component allows the fitting to be performed very easily. In addition, by adopting the buffer tank 117 that suppresses pressure fluctuations, after the vacuum pump 11 is stopped at the time of gripping parts, the time required to return from the reduced pressure atmosphere to the atmospheric pressure becomes longer, thereby suppressing vibration and heat generation and positioning the parts. Accuracy can be improved. Furthermore, by using the nozzle 141 structure or the combination of the nozzle 141 structure and the soft suction cup 144 as the most advanced structure of the component suction mechanism 14, components having various shapes can be suctioned. In addition, by monitoring the reaction force at the time of fitting and finely adjusting the relative position of the gripped parts by circular orbital movement, it is possible to easily assemble minute parts.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、組
立の際のマニピュレータ本体への負荷を軽減して自由な
姿勢での組立作業を容易に行うことができると共に位置
決め精度を向上することができ、しかも、微小な部品同
士の組立を容易に行うことができる真空チャックを搭載
したマニピュレータ及び部品組立方法を得ることができ
る。As described above, according to the present invention, the load on the manipulator body at the time of assembly can be reduced, the assembling work in a free posture can be easily performed, and the positioning accuracy can be improved. In addition, a manipulator and a component assembling method equipped with a vacuum chuck capable of easily assembling minute components can be obtained.
【図1】本発明の第1の実施例を示す真空チャックを搭
載するマニピュレータの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator equipped with a vacuum chuck according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の真空チャックを搭載するマニピュレータ
に用いる真空チャックの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a vacuum chuck used in a manipulator on which the vacuum chuck of FIG. 1 is mounted.
【図3】図2のA−A断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
【図4】図3の変形例1を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first modification of FIG. 3;
【図5】図3の変形例2を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second modification of FIG. 3;
【図6】図1に用いるスクロール型真空ポンプにおける
排気速度の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of the exhaust speed in the scroll vacuum pump used in FIG.
【図7】図2の真空ポンプの変形例1の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a first modification of the vacuum pump of FIG. 2;
【図8】図2の真空ポンプの変形例2の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a second modification of the vacuum pump of FIG. 2;
【図9】図1の部品吸着機構の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of the component suction mechanism of FIG. 1;
【図10】図9のB−B断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 9;
【図11】図9の部品吸着機構のノズルのみにおける吸
着力の特性図である。11 is a characteristic diagram of the suction force of only the nozzles of the component suction mechanism of FIG. 9;
【図12】図9の部品吸着機構の変形例を示す断面図で
ある。FIG. 12 is a sectional view showing a modification of the component suction mechanism of FIG. 9;
【図13】図12のC−C断面図である。FIG. 13 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 12;
【図14】図1の真空チャックを搭載するマニピュレー
タによる位置決めから組立部品の把持までの動作フロー
チャート図である。14 is an operation flowchart from positioning by a manipulator equipped with the vacuum chuck of FIG. 1 to gripping of an assembly component;
【図15】図1の真空チャックを搭載するマニピュレー
タによる組立部品の把持から離脱までの動作フローチャ
ート図である。FIG. 15 is an operation flowchart from gripping to detachment of an assembly component by a manipulator equipped with the vacuum chuck of FIG. 1;
【図16】本発明の第2の実施例を示す真空チャックを
搭載するマニピュレータの真空チャックの断面図であ
る。FIG. 16 is a sectional view of a vacuum chuck of a manipulator equipped with a vacuum chuck according to a second embodiment of the present invention.
【図17】図16のD−D断面図である。FIG. 17 is a sectional view taken along line DD of FIG. 16;
1…真空チャック、2…マニピュレータ本体、3…制御
電源、4…組立部品、5…組立対象部品、11…真空ポ
ンプ、12…駆動用モータ、13…配管、14…部品吸
着機構、15…相対位置微動機構、16…反力検出器、
17…電気配線、100…マニピュレータ、111…固
定スクロール、112…旋回スクロール、113…シャ
フト、114…ケーシング、115…軸受、116…吸
入口、117…バッファタンク、118…吐出口、11
9…案内溝、141…ノズル、141a…第1円筒部
材、141b…第2円筒部材、142…吸い込み穴、1
44…吸盤、145…中子、151…偏心旋回機構、1
52…電歪アクチュエータ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chuck, 2 ... Manipulator main body, 3 ... Control power supply, 4 ... Assembly parts, 5 ... Assembly parts, 11 ... Vacuum pump, 12 ... Driving motor, 13 ... Piping, 14 ... Parts suction mechanism, 15 ... Relative Position fine movement mechanism, 16 ... reaction force detector,
Reference Signs List 17: electric wiring, 100: manipulator, 111: fixed scroll, 112: orbiting scroll, 113: shaft, 114: casing, 115: bearing, 116: suction port, 117: buffer tank, 118: discharge port, 11
9 Guide groove, 141 nozzle, 141a first cylindrical member, 141b second cylindrical member, 142 suction hole, 1
44: suction cup, 145: core, 151: eccentric turning mechanism, 1
52 ... Electrostrictive actuator.
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B25J 17/02 B25J 17/02 A B81C 5/00 B81C 5/00 (72)発明者 遠藤 喜重 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 名取 達雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 3C007 AS07 BT01 BT18 DS01 FS01 FT02 FU00 GU03 HS03 HS27 HS29 KS28 KS34 KX07 LV17 3C030 AA08 AA15 AA22 AA23 BC02 BC25 BC27 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) B25J 17/02 B25J 17/02 A B81C 5/00 B81C 5/00 (72) Inventor Yoshishige Endo Jindatecho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. 502 Machinery Research Laboratories, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tatsuo Natori 502, Kantachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture F-term, Machinery Research Laboratories, Ltd.F-term (reference) 3C007 AS07 BT01 BT18 DS01 FS01 FT02 FU00 GU03 HS03 HS27 HS29 KS28 KS34 KX07 LV17 3C030 AA08 AA15 AA22 AA23 BC02 BC25 BC27
Claims (11)
に搭載して移動する真空チャックを搭載するマニピュレ
ータにおいて、 上記真空チャックは、超小型の真空ポンプと、上記真空
ポンプを駆動する駆動用モータと、上記真空ポンプの正
転・逆転で生ずる減圧・陽圧雰囲気により組立部品を吸
着・脱離する部品吸着機構と、把持する組立部品からの
反力を検出する反力検出器と、上記部品吸着機構を微動
させる相対位置微動機構とを有しており、 上記マニピュレータ本体の先端部位置と上記真空チャッ
クで把持される組立部品との相対位置が組立方向に対し
て直角な平面内での上記マニピュレータ本体の位置決め
精度よりも小さい直径で円軌道運動するように上記相対
位置微動機構を構成すると共に、 組立部品を組立対象部品に組立てる際に受ける反力を上
記反力検出器で検出し、この検出結果に基づいて組立完
了を判定して組立部品を上記部品吸着機構より脱離する
ように構成したことを特徴とする真空チャックを搭載す
るマニピュレータ。1. A manipulator equipped with a vacuum chuck which moves by mounting a vacuum chuck for gripping an assembly component at a tip thereof, wherein the vacuum chuck comprises an ultra-small vacuum pump and a driving motor for driving the vacuum pump. A component adsorption mechanism for adsorbing / desorbing an assembly part by a reduced-pressure / positive-pressure atmosphere generated by forward / reverse rotation of the vacuum pump; a reaction force detector for detecting a reaction force from the gripped assembly part; A relative position fine movement mechanism for finely moving the suction mechanism, wherein a relative position between a tip end position of the manipulator body and an assembly part gripped by the vacuum chuck is in a plane perpendicular to an assembly direction. The relative position fine movement mechanism is configured to make a circular orbital movement with a diameter smaller than the positioning accuracy of the manipulator body, and assemble the assembly parts to the assembly target parts. A vacuum chuck, characterized in that the reaction force received by the reaction force detector is detected by the reaction force detector, assembly completion is determined based on the detection result, and the assembled component is detached from the component suction mechanism. Manipulator.
の上記駆動用モータを兼用して駆動され、真空ポンプ設
置側に対し反対側のモータ回転出力軸に連結された偏心
旋回機構を備えていることを特徴とする請求項1に記載
の真空チャックを搭載するマニピュレータ。2. The relative position fine movement mechanism is provided with an eccentric turning mechanism which is driven also as the drive motor of the vacuum pump and is connected to a motor rotation output shaft on the side opposite to the vacuum pump installation side. A manipulator equipped with the vacuum chuck according to claim 1.
上記部品吸着機構との間に設置された電歪アクチュエー
タであることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレ
ータ。3. The manipulator according to claim 1, wherein the relative position fine movement mechanism is an electrostrictive actuator installed between the vacuum pump and the component suction mechanism.
的に構成された変位−応力変換原理に基づく反力検出器
であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載
の真空チャックを搭載するマニピュレータ。4. The reaction force detector according to claim 1, wherein said reaction force detector is a reaction force detector based on a principle of displacement-stress conversion integrally formed with said component suction mechanism. Manipulator equipped with a vacuum chuck.
ベーン型ポンプあるいは歯車型ポンプ等のモータ回転駆
動型ポンプであることを特徴とする請求項1から4の何
れかに記載の真空チャックを搭載するマニピュレータ。5. The scroll pump according to claim 1, wherein the vacuum pump is a scroll pump.
The manipulator equipped with a vacuum chuck according to any one of claims 1 to 4, wherein the manipulator is a motor rotary drive type pump such as a vane type pump or a gear type pump.
構との間に圧力変動を抑制するバッファタンクを設置し
たことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の真
空チャックを搭載するマニピュレータ。6. A vacuum chuck according to claim 1, wherein a buffer tank for suppressing pressure fluctuation is provided between the suction port of the vacuum pump and the component suction mechanism. Manipulator.
ンプ側に向かって内径が漸次減少するテーパ穴部とそれ
に続く一定内径の穴部とを有するノズルを備えているこ
とを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の真空チ
ャックを搭載するマニピュレータ。7. The component suction mechanism includes a nozzle having a tapered hole portion whose inner diameter gradually decreases from the assembled component side to the vacuum pump side, and a nozzle portion having a constant inner diameter following the nozzle portion. Item 7. A manipulator on which the vacuum chuck according to any one of Items 1 to 6 is mounted.
する軟質吸盤とその孔に嵌合されたノズルとからなる請
求項1から7の何れかに記載の真空チャックを搭載する
マニピュレータ。8. The manipulator mounted with a vacuum chuck according to claim 1, wherein said component suction mechanism comprises a soft suction cup having an exhaust hole in a central portion and a nozzle fitted in the hole.
を利用して組立部品を吸着・脱離することにより組立対
象部品の所定位置に前記組立部品を嵌合して組立てる真
空チャックと、上記真空チャックをその先端に搭載する
マニピュレータ本体とを備えたマニピュレータを用いて
部品を組立てる部品組立方法において、 組立部品を組立対象部品に組立てる際に、上記マニピュ
レータ本体で位置決めする工程と、把持した組立部品が
組立対象部品と接触する際に受ける反力を測定する工程
と、相対位置微動機構により上記真空チャックで把持さ
れた組立部品の相対位置が嵌合組立方向に対し直角な平
面内で上記マニピュレータ本体の位置決め精度よりも小
さい直径で円軌道運動させる工程とを有することを特徴
とする部品組立方法。9. A vacuum chuck for assembling by assembling and assembling said assembly part at a predetermined position of a part to be assembled by sucking and desorbing the assembly part using a reduced pressure and positive pressure atmosphere generated by a vacuum pump. In a component assembling method for assembling parts using a manipulator having a manipulator body having a vacuum chuck mounted at a tip thereof, a step of positioning the manipulator body when assembling an assembly part into a part to be assembled, Measuring the reaction force received when the manipulator comes into contact with the assembly target component, and the manipulator body in a plane in which the relative position of the assembly gripped by the vacuum chuck by the relative position fine movement mechanism is perpendicular to the fitting assembly direction And performing a circular orbital motion with a diameter smaller than the positioning accuracy of the component.
正・反転させて組立部品の吸着と脱離を繰り返すことに
より、組立部品と組立対象部品の相対位置をマニピュレ
ータ本体の位置決め精度よりも小さい変位量で相対運動
させて組立部品を組立対象部品に嵌合することを特徴と
する請求項9に記載の部品組立方法。10. The relative position between the assembly component and the assembly target component is smaller than the positioning accuracy of the manipulator body by repeating the suction and desorption of the assembly component by alternately changing the drive rotation direction of the vacuum pump forward and reverse. The component assembling method according to claim 9, wherein the component is fitted to the component to be assembled by performing relative movement by the displacement amount.
反転させる制御電源により発生させた減圧及び陽圧雰囲
気を利用して部品を吸着・脱離し、一方の組立対象部品
の所定位置に嵌合して組立てる位置決め用マニピュレー
タの先端に搭載される真空チャックにおいて、 該マニピュレータの先端位置と真空チャックで把持され
る把持対象部品の相対位置が、嵌合組立方向に対し垂直
な平面内でマニピュレータの位置決め精度よりも小さい
直径で円軌道運動する相対位置微動機構と把持対象部品
が組立対象部品と接触する際に受ける反力を測定する手
段を有することを特徴とする真空チャック。11. The driving direction of the vacuum pump is alternately changed between positive and negative.
A vacuum chuck mounted on the tip of a positioning manipulator that adsorbs and desorbs parts using the reduced pressure and positive pressure atmosphere generated by the control power supply to be reversed and fits it into a predetermined position of one of the parts to be assembled and assembles it A relative position fine movement mechanism in which a relative position between the distal end position of the manipulator and a grip target component gripped by the vacuum chuck moves in a circular orbit with a diameter smaller than the positioning accuracy of the manipulator in a plane perpendicular to the fitting and assembly direction; A vacuum chuck having means for measuring a reaction force received when a grip target component comes into contact with an assembly target component.
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