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JP2015003361A - Compliance device - Google Patents

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JP2015003361A
JP2015003361A JP2013129771A JP2013129771A JP2015003361A JP 2015003361 A JP2015003361 A JP 2015003361A JP 2013129771 A JP2013129771 A JP 2013129771A JP 2013129771 A JP2013129771 A JP 2013129771A JP 2015003361 A JP2015003361 A JP 2015003361A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide compliance in a plane inward direction to be capable of performing a detailed power control of a movable part.SOLUTION: A compliance device comprises: a first plate 11 and a second plate 12 which are arranged opposing each other; three link mechanisms 13 which relatively displace the first plate 11 and the second plate 12 within the opposing surfaces; and a controller 14 which respectively controls the operation of the link mechanisms 13. The link mechanism 13 comprises: a first frame 131 and a second frame 132; a first rolling mechanism 133 which rotatably connects the first frame 131 with the first plate 11; a second rolling mechanism 134 which rotatably connects the second frame 132 with the second plate 12; a linear-movement mechanism 135 which relatively and displaceably connect the first frame 131 with the second frame 132; an angle sensor 136 which detects a rotation angle of the first rolling mechanism 133; and a rotary motor 137 which controls generation torque of the first rolling mechanism 133. The controller 14 controls the rotary motor 137 on the basis of the detection result by the angle sensor 136.

Description

この発明は、自動組立設備におけるロボットと組立対象部品との位置誤差を吸収するコンプライアンス装置に関するものである。   The present invention relates to a compliance device that absorbs positional errors between a robot and an assembly target component in an automatic assembly facility.

従来、生産設備において、ロボットなどの自動機械(以下、ロボットと記す)を用いて部品の供給、組立、部品実装工程などを行う際、位置誤差(対象部品の寸法誤差、ロボットの位置決め誤差などによる)を吸収する目的で、ロボットとハンドとの間や冶具にコンプライアンス装置を取り付ける場合がある。このコンプライアンス装置において、作業の種類によってコンプライアンスの大きさを自由に変えることのできる装置(アクティブコンプライアンス装置)が知られている(例えば特許文献1参照)。
また、複数方向にコンプライアンス性を持たせた多自由度のコンプライアンス装置が求められる作業がある。この要求に対して、6自由度のアクティブコンプライアンス装置が知られている(例えば特許文献2参照)。
Conventionally, in production equipment, when an automatic machine such as a robot (hereinafter referred to as a robot) is used to perform component supply, assembly, component mounting process, etc., position error (target component dimensional error, robot positioning error, etc.) ) May be attached between the robot and the hand or on the jig for the purpose of absorbing the). In this compliance apparatus, an apparatus (active compliance apparatus) that can freely change the magnitude of compliance depending on the type of work is known (see, for example, Patent Document 1).
In addition, there is an operation that requires a multi-degree-of-freedom compliance device having compliance in a plurality of directions. In response to this requirement, an active compliance device with 6 degrees of freedom is known (see, for example, Patent Document 2).

特開2009−271783号公報JP 2009-271883 A 特開2012−61564号公報JP 2012-61564 A

ここで、工程の内容によってコンプライアンスの必要な方向が異なり、例えばスカラ(水平型)ロボットを用いるような工程では、平面内(XYθ)方向のコンプライアンスが有効となる場合がある。これに対し、特許文献1に開示された装置では自由度が不足しているという課題がある。また、特許文献2に開示された装置ではアクチュエータやセンサがリンクの可動部に配置されており、それらのケーブルの発生する反力がリンクの位置や姿勢によって一定でないため、コンプライアンス装置の可動部での微細な力制御を妨げる要因となる。   Here, the direction in which compliance is required differs depending on the contents of the process. For example, in a process using a SCARA (horizontal type) robot, compliance in the in-plane (XYθ) direction may be effective. On the other hand, the apparatus disclosed in Patent Document 1 has a problem that the degree of freedom is insufficient. In the device disclosed in Patent Document 2, actuators and sensors are arranged on the movable part of the link, and the reaction force generated by these cables is not constant depending on the position and posture of the link. It becomes a factor that hinders the fine force control.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、平面内方向にコンプライアンスを有し、可動部の微細な力制御が可能であるアクティブコンプライアンス装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an active compliance device having compliance in the in-plane direction and capable of fine force control of a movable portion. .

この発明に係るコンプライアンス装置は、対向配置された第1,2のプレートと、第1,2のプレート間に配置され、当該第1,2のプレートを対向面内で相対的に変位させる3つのリンク機構と、各リンク機構の動作を制御する制御部とを備え、リンク機構は、第1,2のフレームと、第1のフレームを第1のプレートに対して回動自在に接続する第1の回転機構と、第2のフレームを第2のプレートに対して回動自在に接続する第2の回転機構と、第1,2のフレームを相対的に変位可能に接続する直動機構と、第1の回転機構の回転角度を検知する角度センサと、第1の回転機構の発生トルクを制御する回転モータとを備え、制御部は、角度センサによる検知結果に基づいて回転モータを制御するものである。   The compliance device according to the present invention includes three first and second plates arranged opposite to each other, and three plates arranged between the first and second plates to relatively displace the first and second plates in the opposed surface. The link mechanism and a control unit that controls the operation of each link mechanism are provided, and the link mechanism is connected to the first and second frames and a first plate that rotatably connects the first frame to the first plate. A rotation mechanism, a second rotation mechanism that rotatably connects the second frame to the second plate, a linear motion mechanism that connects the first and second frames so as to be relatively displaceable, An angle sensor that detects the rotation angle of the first rotation mechanism and a rotation motor that controls the torque generated by the first rotation mechanism, and the control unit controls the rotation motor based on the detection result of the angle sensor. It is.

この発明によれば、上記のように構成したので、平面内方向にコンプライアンスを有し、可動部の微細な力制御が可能であるアクティブコンプライアンス装置を得ることができる。   According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to obtain an active compliance device having compliance in the in-plane direction and capable of fine force control of the movable portion.

この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the compliance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置の第1,2の回転機構および第1〜3のリンク機構の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 1st, 2nd rotation mechanism of the compliance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the 1st-3rd link mechanism. この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置を適用した第2のプレートの第1のプレートに対する変位と回転モータで発生するトルクとの関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the displacement with respect to the 1st plate of the 2nd plate to which the compliance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention is applied, and the torque which generate | occur | produces with a rotary motor. この発明の実施の形態1における制御部による制御動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control action by the control part in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置をロボットとハンドとの間に取り付けた場合を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the case where the compliance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention is attached between the robot and the hand. この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置を治具に取り付けた場合を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the case where the compliance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention is attached to a jig | tool. この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置の運用例を示すための作業例を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the example of a work for showing the example of operation of the compliance apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 図8の治具にコンプライアンス装置を取り付けた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which attached the compliance apparatus to the jig | tool of FIG. 図8の運用例での動作を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the operation | movement in the example of operation of FIG.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置1の構成を示す斜視図である。
コンプライアンス装置1は、平面内において位置(XY)方向および姿勢(θ)方向に対してコンプライアンスを有する装置である。すなわち、XYθの3自由度のコンプライアンスを有する装置である。このコンプライアンス装置1は、図1に示すように、対向配置された第1,2のプレート11,12と、第1,2のプレート間に配置された第1〜3のリンク機構13a〜13cと、第1〜3のリンク機構13a〜13cの動作を制御する制御部14とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a compliance device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
The compliance device 1 is a device having compliance with respect to a position (XY) direction and a posture (θ) direction in a plane. That is, it is a device having compliance with three degrees of freedom of XYθ. As shown in FIG. 1, the compliance device 1 includes first and second plates 11 and 12 that are disposed to face each other, and first to third link mechanisms 13 a to 13 c that are disposed between the first and second plates. The control unit 14 controls the operation of the first to third link mechanisms 13a to 13c.

第1〜3のリンク機構13a〜13cは、第1,2のプレート11,12を対向面内(平面内)で相対的にXYθ方向に変位させるものである。以下において、特に区別する必要がない場合には、第1〜3のリンク機構13a〜13cをリンク機構13と称す。   The first to third link mechanisms 13a to 13c are for displacing the first and second plates 11 and 12 relatively in the XYθ directions within the opposing surfaces (in the plane). In the following description, the first to third link mechanisms 13a to 13c are referred to as a link mechanism 13 unless it is particularly necessary to distinguish them.

このリンク機構13には、第1,2のフレーム131,132が設けられている。この第1のフレーム131の一端には、第1のフレーム131を第1のプレート11に対して回動自在に接続するための第1の回転機構133が設けられている。同様に、第2のフレーム132には、第2のフレーム132を第2のプレート12に回動自在に接続するための第2の回転機構134が設けられている。また、第1,2のフレーム131,132間には、第1,2のフレーム131,132を相対的に変位可能に接続する直動機構135が設けられている。この直動機構135により、第1,2の回転機構133,134間の距離を可変とすることができ、リンク機構13の長さを伸縮自在とすることができる。   The link mechanism 13 is provided with first and second frames 131 and 132. One end of the first frame 131 is provided with a first rotation mechanism 133 for rotatably connecting the first frame 131 to the first plate 11. Similarly, the second frame 132 is provided with a second rotating mechanism 134 for rotatably connecting the second frame 132 to the second plate 12. Further, a linear motion mechanism 135 that connects the first and second frames 131 and 132 so as to be relatively displaceable is provided between the first and second frames 131 and 132. With this linear motion mechanism 135, the distance between the first and second rotation mechanisms 133, 134 can be made variable, and the length of the link mechanism 13 can be extended and retracted.

また、第1の回転機構133には、第1の回転機構133の回転角度を検知する角度センサ136と、第1の回転機構133の発生トルクを制御する回転モータ137とが接続されている。この回転モータ137による回転制御によって、各リンク機構13は、第1のプレート11に相対して揺動動作を行うことができる。   In addition, an angle sensor 136 that detects the rotation angle of the first rotation mechanism 133 and a rotation motor 137 that controls the torque generated by the first rotation mechanism 133 are connected to the first rotation mechanism 133. By the rotation control by the rotation motor 137, each link mechanism 13 can perform a swinging operation relative to the first plate 11.

また、制御部14は、角度センサ136により検知された第1の回転機構133の回転角度に基づいて、回転モータ137の制御を行うものである。この制御部14は、図2に示すように、コンプライアンス値設定部141、センサ値取得部142、角度計算部143、モータトルク計算部144、モータトルク出力部145およびコンプライアンス値変更判断部146から構成されている。   The control unit 14 controls the rotation motor 137 based on the rotation angle of the first rotation mechanism 133 detected by the angle sensor 136. As shown in FIG. 2, the control unit 14 includes a compliance value setting unit 141, a sensor value acquisition unit 142, an angle calculation unit 143, a motor torque calculation unit 144, a motor torque output unit 145, and a compliance value change determination unit 146. Has been.

コンプライアンス値設定部141は、第2のプレート12で発生するXYθ方向のコンプライアンス値を設定するものである。また、コンプライアンス値変更判断部146により、コンプライアンス値の変更が必要と判断された場合には、コンプライアンス値の変更を行う。例えば、作業工程の変更などの際に、上位コントローラからの指令があった場合などにコンプライアンスの変更が行われる。   The compliance value setting unit 141 sets a compliance value in the XYθ direction that occurs in the second plate 12. In addition, when the compliance value change determination unit 146 determines that the compliance value needs to be changed, the compliance value is changed. For example, the compliance is changed when a command from the host controller is given when the work process is changed.

センサ値取得部142は、角度センサ136による検知結果を示すセンサ値を取得するものである。   The sensor value acquisition unit 142 acquires a sensor value indicating a detection result by the angle sensor 136.

角度計算部143は、センサ値取得部142により取得された角度センサ136のセンサ値に基づいて、第1の回転機構133の回転角度を計算するものである。   The angle calculation unit 143 calculates the rotation angle of the first rotation mechanism 133 based on the sensor value of the angle sensor 136 acquired by the sensor value acquisition unit 142.

モータトルク計算部144は、角度計算部143により計算された第1の回転機構133の回転角度に基づいて、回転モータ137に要するトルクを計算するものである。   The motor torque calculation unit 144 calculates the torque required for the rotary motor 137 based on the rotation angle of the first rotation mechanism 133 calculated by the angle calculation unit 143.

モータトルク出力部145は、モータトルク計算部144により計算されたトルクを回転モータ137に出力するものである。   The motor torque output unit 145 outputs the torque calculated by the motor torque calculation unit 144 to the rotary motor 137.

コンプライアンス値変更判断部146は、コンプライアンス装置1が適用された自動組立設備における作業の種類に応じて、例えば上位コントローラがコンプライアンス設定を変更すると判断した場合に、コンプライアンス値設定部141により設定されたコンプライアンス値の変更の要否を判断するものである。   The compliance value change determination unit 146 determines the compliance set by the compliance value setting unit 141 when, for example, the host controller determines to change the compliance setting according to the type of work in the automatic assembly facility to which the compliance device 1 is applied. This determines whether or not the value needs to be changed.

そして、外力によって、第1,2のプレート11,12でXYθ方向に生じた相対的な変位が第1の回転機構133の角度変化としてあらわれるので、角度センサ136によって検知し、制御部14でその検知結果および予め設定したコンプライアンス値を用いて回転トルクを演算し、回転モータ137でその回転トルクを発生する。これにより、コンプライアンス装置1を、平面内(XYθ)方向に対して、それぞれに自在のコンプライアンス性を持たせたアクティブコンプライアンス装置として用いることができる。   Then, the relative displacement generated in the XYθ direction by the first and second plates 11 and 12 due to the external force appears as an angle change of the first rotating mechanism 133. Therefore, the angle is detected by the angle sensor 136 and the control unit 14 The rotational torque is calculated using the detection result and the preset compliance value, and the rotational motor 137 generates the rotational torque. Thereby, the compliance apparatus 1 can be used as an active compliance apparatus having free compliance in each of the in-plane (XYθ) directions.

次に、上記のように構成されたコンプライアンス装置1の回転モータ137が発生するトルクの計算について示す。
まず、本発明のコンプライアンス装置1は、図3に示すように、第1のプレート11上の3箇所の回転機構接続部(B〜B)と、第2のプレート12上の3箇所の回転機構接続部(E〜E)とを、第1〜3のリンク機構13a〜13c(長さL〜L)で第1,2の回転機構133,134を介して結合した構成とする。
Next, calculation of torque generated by the rotary motor 137 of the compliance device 1 configured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 3, the compliance device 1 of the present invention includes three rotation mechanism connecting portions (B 1 to B 3 ) on the first plate 11 and three portions on the second plate 12. rotation mechanism connecting portion and (E 1 ~E 3), linked via a first and second rotation mechanisms 133 and 134 in the first to third link mechanism 13 a to 13 c (length L 1 ~L 3) configuration And

また、座標系として、第1のプレート11上の座標系ΣX−Yと、第2のプレート12上の座標系Σx−yを設定する。座標系Σx−yは、座標系ΣX−Yに対して相対位置・角度が変化する座標系である。 Further, as a coordinate system, set the coordinate system .SIGMA.X B -Y B on the first plate 11, the coordinate system? X e -y e on the second plate 12. Coordinate system? X e -y e is a coordinate system that changes the relative position and angle with respect to the coordinate system .SIGMA.X B -Y B.

Figure 2015003361

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このとき、座標系ΣX−Yで表した第2の回転機構134の位置は下式(8)のように表される。

Figure 2015003361
At this time, the position of the second rotation mechanism 134 expressed by the coordinate system ΣX B -Y B is expressed by the following equation (8).
Figure 2015003361

Figure 2015003361

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具体的には、

Figure 2015003361

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In particular,
Figure 2015003361

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Figure 2015003361
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Figure 2015003361

Figure 2015003361
Figure 2015003361

Figure 2015003361

次に、行列Jの各要素を求める。式(10)において

Figure 2015003361
とする。つまり、
Figure 2015003361
とする。 Next, each element of the matrix J is obtained. In equation (10)
Figure 2015003361
And That means
Figure 2015003361
And

このとき、行列Jの各要素は下式(14)のように計算できる。

Figure 2015003361
At this time, each element of the matrix J can be calculated as in the following equation (14).
Figure 2015003361

Figure 2015003361

Figure 2015003361
Figure 2015003361

Figure 2015003361

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Figure 2015003361

Figure 2015003361
Figure 2015003361

Figure 2015003361

Figure 2015003361

ここで、仮想仕事の原理より、[第1の回転機構133に搭載したアクチュエータによる仮想仕事=第2のプレート12の仮想仕事]が成立するので、

Figure 2015003361
が得られる。そして、式(18)を変形すると、
Figure 2015003361
が得られる。つまり、下式(20)が成立する。
Figure 2015003361
Here, from the principle of virtual work, [virtual work by the actuator mounted on the first rotating mechanism 133 = virtual work of the second plate 12] is established.
Figure 2015003361
Is obtained. And when transforming equation (18),
Figure 2015003361
Is obtained. That is, the following formula (20) is established.
Figure 2015003361

Figure 2015003361

Figure 2015003361
となる。この式(21)を(20)に代入すると
Figure 2015003361
が得られる。
Figure 2015003361

Figure 2015003361
It becomes. Substituting this equation (21) into (20)
Figure 2015003361
Is obtained.

Figure 2015003361
Figure 2015003361

次に、本発明のコンプライアンス装置1を任意のコンプライアンス特性を発生するデバイスとして使用する場合(アクティブコンプライアンスとして使用する場合)について示す。

Figure 2015003361

Figure 2015003361

Figure 2015003361
Next, the case where the compliance apparatus 1 of the present invention is used as a device that generates arbitrary compliance characteristics (when used as active compliance) will be described.
Figure 2015003361

Figure 2015003361

Figure 2015003361

この式(23)を式(22)に代入すると

Figure 2015003361
Substituting this equation (23) into equation (22)
Figure 2015003361

Figure 2015003361
Figure 2015003361

次に、本発明のコンプライアンス装置1を適用した第2のプレート12の第1のプレート11に対する変位と回転モータ137で発生するトルクとの関係についての計算の例を図4に示す。
各回転機構の位置を、Bx=21.2mm,By=21.2mm,Bx=−29.0mm,By=7.8mm,Bx=7.8mm,By=−29.0mm,ex=−21.2mm,ey=21.2mm,ex=−7.8mm,ey=−29.0mm,ex=29.0mm,ey=7.8mmとした。
また、下記の計算例ではコンプライアンス装置1は、Y方向に柔らかいバネのように動き、X,θ方向には硬いバネのように動くアクティブコンプライアンスデバイスとしてKX=10N/mm,KY=0.1N/mm,Kθ=10N/radとし、慣性および粘性は省略した。
Next, FIG. 4 shows an example of calculation regarding the relationship between the displacement of the second plate 12 with respect to the first plate 11 to which the compliance device 1 of the present invention is applied and the torque generated by the rotary motor 137.
The position of each rotating mechanism, Bx 1 = 21.2mm, By 1 = 21.2mm, Bx 2 = -29.0mm, By 2 = 7.8mm, Bx 3 = 7.8mm, By 3 = -29.0mm were ex 1 = -21.2mm, ey 1 = 21.2mm, ex 2 = -7.8mm, ey 2 = -29.0mm, ex 3 = 29.0mm, and ey 3 = 7.8 mm.
Further, in the following calculation example, the compliance device 1 moves as a soft spring in the Y direction and moves as a hard spring in the X and θ directions as KX = 10 N / mm, KY = 0.1 N / mm, Kθ = 10 N / rad, and inertia and viscosity were omitted.

例えば原点位置(X,Y,θ)=(0,0,0)の位置から開始して、(X,Y,θ)=(0.1mm,5.0mm,0.1deg)まで外力によって移動させられる際には、図4のように各回転モータ137のトルクを発生させればよいことになる。   For example, starting from the position of the origin position (X, Y, θ) = (0, 0, 0), it is moved by external force to (X, Y, θ) = (0.1 mm, 5.0 mm, 0.1 deg) When this is done, the torque of each rotary motor 137 may be generated as shown in FIG.

次に、上記のように構成されたコンプライアンス装置1の制御部14による制御動作について、図5を参照しながら説明する。
制御部14による制御動作では、図5に示すように、まず、コンプライアンス値設定部141は、各リンク機構13のコンプライアンス値を設定する(ステップST61)。
Next, the control operation by the control unit 14 of the compliance device 1 configured as described above will be described with reference to FIG.
In the control operation by the control unit 14, as shown in FIG. 5, first, the compliance value setting unit 141 sets the compliance value of each link mechanism 13 (step ST61).

次いで、センサ値取得部142は、角度センサ136による検知結果を示すセンサ値をを取得する(ステップST62)。   Next, the sensor value acquisition unit 142 acquires a sensor value indicating a detection result by the angle sensor 136 (step ST62).

次いで、角度計算部143は、角度センサ136のセンサ値から第1の回転機構133の回転角度を計算する(ステップST63)。   Next, the angle calculation unit 143 calculates the rotation angle of the first rotation mechanism 133 from the sensor value of the angle sensor 136 (step ST63).

Figure 2015003361
Figure 2015003361

次いで、モータトルク出力部145は、モータトルク計算部144により計算されたトルクを回転モータ137に出力する(ステップST65)。   Next, the motor torque output unit 145 outputs the torque calculated by the motor torque calculation unit 144 to the rotary motor 137 (step ST65).

次いで、コンプライアンス値変更判断部146は、例えば上位コントローラからの指令によってコンプライアンス値設定部141により設定されたコンプライアンス値を変更する必要があるかを判断する(ステップST66)。このステップST66において、コンプライアンス値変更判断部146が、コンプライアンス値の変更が必要と判断した場合には、シーケンスはステップST61に戻り、新たなコンプライアンス値の設定が行われる。一方、ステップST66において、コンプライアンス値変更判断部146が、コンプライアンス値の変更は不要と判断した場合には、シーケンスはステップST62に戻る。   Next, the compliance value change determination unit 146 determines whether it is necessary to change the compliance value set by the compliance value setting unit 141 according to a command from the host controller, for example (step ST66). In this step ST66, when the compliance value change determination unit 146 determines that the compliance value needs to be changed, the sequence returns to step ST61, and a new compliance value is set. On the other hand, when the compliance value change determination unit 146 determines in step ST66 that the compliance value does not need to be changed, the sequence returns to step ST62.

次に、上記のように構成されたコンプライアンス装置1の適用例について、図6,7を参照しながら説明する。
図6はこの発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置1をロボット51とハンド52との間に取り付けた場合を示す斜視図である。
図6に示すように、図1に示すコンプライアンス装置1を自動組立設備におけるロボット51とハンド52との間に取り付けて使用することで、ロボット51とパレット53に収納された組立対象の部品54との位置誤差を吸収し、過大な力がハンド52および部品54に加わることを回避することができる。その際、コンプライアンス値を自在に設定・変更できることで(アクティブコンプライアンスデバイス)、多種の部品や作業(きついはめあい部品の場合にはバネ定数設定値を大きくする、破損しやすい部品の場合にはバネ定数設定値を小さくするなど)に対応できる。また、XYθ方向のコンプライアンス値を独立して変更可能にすることで、複数方向からの作業がある場合(複数部品を組み立てる場合で、突き当て方向の異なる場合など)に対応できる。また、本発明ではモータやセンサを第1のプレート11に対して相対的に可動しないように配置したことで、それらのケーブルの反力の影響を第2のプレート12に与えない構成としている。そのため、破損しやすい部品の作業を従来よりも微細な力で行うことができることになる。
Next, an application example of the compliance device 1 configured as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a perspective view showing a case where the compliance device 1 according to the first embodiment of the present invention is attached between the robot 51 and the hand 52.
As shown in FIG. 6, by using the compliance device 1 shown in FIG. 1 between the robot 51 and the hand 52 in the automatic assembly facility, the assembly target component 54 housed in the robot 51 and the pallet 53 can be obtained. Thus, it is possible to avoid an excessive force from being applied to the hand 52 and the component 54. At that time, the compliance value can be set and changed freely (active compliance device), so that the spring constant setting value is increased for various parts and operations (parts that are tightly fitted, and parts that are easily damaged) To reduce the setting value). Further, by making it possible to independently change the compliance value in the XYθ direction, it is possible to cope with work from a plurality of directions (when a plurality of parts are assembled and the abutting direction is different). In the present invention, the motor and the sensor are arranged so as not to move relative to the first plate 11, so that the influence of the reaction force of those cables is not given to the second plate 12. For this reason, it is possible to perform a work on a component that is easily damaged with a finer force than before.

図7はこの発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置1を治具55に取り付けた場合を示す斜視図である。
図7に示すように、図1に示すコンプライアンス装置1を部品組立を行う治具55に設置することで、ロボット51と組立対象の部品54との位置誤差を吸収し、過大な力がハンド52および部品54に加わることを回避することができる。その際、平面内のXYθ方向のコンプライアンス値を独立して変更可能とすることで、多種の部品54や作業に対応できる。例えば、治具55に固定された部品54aにロボット51のハンド52で把持した部品54bを挿入する際に、X方向やθ方向はハンド52によって部品がセンタリングされるため高い位置精度が出ているが、Y方向には位置がずれている場合がある。その場合、Y方向のみを柔らかく設定することで、ハンド52と部品54a,54bとが位置誤差(部品54a,54bの寸法誤差、ロボット51の位置決め誤差)などにより精密に位置あわせできていない場合であっても、本発明のコンプライアンス装置1によりその位置誤差を吸収することができる。その際、本発明においては、上述のとおり、破損しやすい部品の作業を従来よりも微細な力で行うことができることになる。
FIG. 7 is a perspective view showing a case where the compliance device 1 according to Embodiment 1 of the present invention is attached to the jig 55.
As shown in FIG. 7, by installing the compliance device 1 shown in FIG. 1 on a jig 55 for assembling parts, a position error between the robot 51 and the part 54 to be assembled is absorbed, and an excessive force is applied to the hand 52. And it can avoid adding to the component 54. FIG. At this time, by making it possible to independently change the compliance value in the XYθ direction in the plane, it is possible to cope with various parts 54 and work. For example, when the part 54b gripped by the hand 52 of the robot 51 is inserted into the part 54a fixed to the jig 55, the parts are centered by the hand 52 in the X direction and the θ direction, so that high positional accuracy is obtained. However, the position may be shifted in the Y direction. In that case, by setting only the Y direction softly, the hand 52 and the parts 54a and 54b are not precisely aligned due to position errors (dimensional errors of the parts 54a and 54b, positioning errors of the robot 51), etc. Even if it exists, the position error can be absorbed by the compliance apparatus 1 of the present invention. At this time, in the present invention, as described above, it is possible to perform a work of a component that is easily damaged with a finer force than before.

次に、この発明の実施の形態1に係るコンプライアンス装置1の運用例について、図8〜10を参照しながら説明する。
本発明のコンプライアンス装置1のように、コンプライアンス設定を各方向に個別に設定/変更できる構成は、下記のようなケースの作業で有効である。
Next, an operation example of the compliance device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The configuration in which the compliance setting can be individually set / changed in each direction as in the compliance device 1 of the present invention is effective in the following case work.

図8に示す作業では、治具55aにしっかりとクランプされたワーク56に搭載されている破損しやすい部品54cに対して、面541と面542にそれぞれ部品54dと部品54eをロボット51などを用いて突き当てて実装するものとする。なお、部品54dはY方向に(精密な)位置決めを行う必要があり、部品54eはX方向に(精密な)位置決めを行う必要があるとする。
このような作業の場合、ワーク56が治具55に固定されているため、部品54c〜54eの寸法ばらつきや、部品54cの搭載位置のばらつき、治具55aによるワーク56のクランプ位置のばらつき、ロボット51の位置決め誤差などにより、部品54d,54eの実装時に、部品54cに過大な負荷を与えてしまう場合がある。
In the operation shown in FIG. 8, the parts 54d and 54e are used on the surface 541 and the surface 542, respectively, with respect to the parts 54c that are easily damaged and mounted on the workpiece 56 firmly clamped on the jig 55a. To be mounted. It is assumed that the component 54d needs to be positioned (precise) in the Y direction, and the component 54e needs to be positioned (precise) in the X direction.
In such an operation, since the workpiece 56 is fixed to the jig 55, the dimensional variation of the components 54c to 54e, the variation of the mounting position of the component 54c, the variation of the clamping position of the workpiece 56 by the jig 55a, the robot Due to the positioning error 51, an excessive load may be applied to the component 54c when mounting the components 54d and 54e.

この治具55aの下部に本発明のコンプライアンス装置1を搭載すると、図9のようになる。
そして、図10(a)に示すように、このコンプライアンス装置1により、部品54dを実装するときにはX方向とθ方向のバネ定数設定を小さく、Y方向のバネ定数設定を非常に大きくする。これにより、Y方向については位置決め状態で、X方向やθ方向については部品54cに過大な負荷をかけずに、部品54dを突き当てて実装することができる。
When the compliance device 1 of the present invention is mounted on the lower part of the jig 55a, it becomes as shown in FIG.
Then, as shown in FIG. 10A, when the component 54d is mounted by this compliance device 1, the spring constant settings in the X direction and the θ direction are reduced, and the spring constant settings in the Y direction are extremely increased. As a result, the component 54d can be abutted and mounted without placing an excessive load on the component 54c in the positioning state in the Y direction and in the X direction and the θ direction.

次に、図10(b)に示すように、このコンプライアンス装置1により、部品54eを実装するときにはY方向とθ方向のバネ定数設定を小さく、X方向のバネ定数設定を非常に大きくする。これにより、X方向については位置決め状態で、Y方向やθ方向については部品54cに過大な負荷をかけずに、部品54eを突き当てて実装することができる。
このように、異なる工程を同一の治具55aを用いて実装することができるようになる。
Next, as shown in FIG. 10B, when the component 54e is mounted by this compliance device 1, the spring constant settings in the Y direction and the θ direction are made small, and the spring constant settings in the X direction are made very large. Thus, the component 54e can be abutted and mounted without placing an excessive load on the component 54c in the positioning state in the X direction and in the Y direction and the θ direction.
In this way, different processes can be mounted using the same jig 55a.

以上のように、この実施の形態1によれば、対向配置された第1,2のプレート11,12と、第1,2のプレート11,12間に配置され、当該第1,2のプレート11,12を対向面内で相対的に変位させる3つのリンク機構13と、各リンク機構13の動作を制御する制御部14とを備え、リンク機構13は、第1,2のフレーム131,132と、第1のフレーム131を第1のプレート11に対して回動自在に接続する第1の回転機構133と、第2のフレーム132を第2のプレート12に対して回動自在に接続する第2の回転機構134と、第1,2のフレーム131,132を相対的に変位可能に接続する直動機構135と、第1の回転機構133の回転角度を検知する角度センサ136と、第1の回転機構133の発生トルクを制御する回転モータ137とを備え、制御部14は、角度センサ136による検知結果に基づいて回転モータ137を制御するように構成したので、平面内方向にコンプライアンスを有し、可動部の微細な力制御が可能であるアクティブコンプライアンス装置を得ることができる。   As described above, according to the first embodiment, the first and second plates 11 and 12 disposed opposite to each other and the first and second plates 11 and 12 are disposed between the first and second plates 11 and 12. 11 and 12 are provided with three link mechanisms 13 for relatively displacing the opposing surfaces within the opposing surface, and a control unit 14 for controlling the operation of each link mechanism 13, and the link mechanism 13 includes first and second frames 131 and 132. A first rotation mechanism 133 that rotatably connects the first frame 131 to the first plate 11, and a second frame 132 that pivotally connects to the second plate 12. A second rotation mechanism 134; a linear motion mechanism 135 that connects the first and second frames 131 and 132 so as to be relatively displaceable; an angle sensor 136 that detects a rotation angle of the first rotation mechanism 133; 1 Rotation mechanism 133 And the control unit 14 is configured to control the rotation motor 137 based on the detection result of the angle sensor 136. Therefore, the control unit 14 has compliance in the in-plane direction, and the movable portion is fine. It is possible to obtain an active compliance device that can perform force control.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.

1 コンプライアンス装置
11,12 第1,2のプレート
13,13a〜13c 第1〜3のリンク機構
14 制御部
51 ロボット
52 ハンド
53 パレット
54,54a〜54e 部品
55,55a 治具
56 ワーク
131,132 第1,2のフレーム
133,134 第1,2の回転機構
135 直動機構
136 角度センサ
137 回転モータ
141 コンプライアンス値設定部
142 センサ値取得部
143 角度計算部
144 モータトルク計算部
145 モータトルク出力部
146 コンプライアンス値変更判断部
541,542 面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compliance apparatus 11, 12 1st, 2nd plate 13, 13a-13c 1st-3rd link mechanism 14 Control part 51 Robot 52 Hand 53 Palette 54, 54a-54e Parts 55, 55a Jig 56 Work 131, 132 1st 1 and 2 frames 133 and 134 1st and 2nd rotation mechanism 135 linear motion mechanism 136 angle sensor 137 rotation motor 141 compliance value setting unit 142 sensor value acquisition unit 143 angle calculation unit 144 motor torque calculation unit 145 motor torque output unit 146 Compliance value change determination sections 541 and 542

Claims (2)

対向配置された第1,2のプレートと、
前記第1,2のプレート間に配置され、当該第1,2のプレートを対向面内で相対的に変位させる3つのリンク機構と、
前記各リンク機構の動作を制御する制御部とを備え、
前記リンク機構は、
第1,2のフレームと、
前記第1のフレームを前記第1のプレートに対して回動自在に接続する第1の回転機構と、
前記第2のフレームを前記第2のプレートに対して回動自在に接続する第2の回転機構と、
前記第1,2のフレームを相対的に変位可能に接続する直動機構と、
前記第1の回転機構の回転角度を検知する角度センサと、
前記第1の回転機構の発生トルクを制御する回転モータとを備え、
前記制御部は、前記角度センサによる検知結果に基づいて前記回転モータを制御する
ことを特徴とするコンプライアンス装置。
First and second plates opposed to each other;
Three link mechanisms arranged between the first and second plates and relatively displacing the first and second plates within the opposing surface;
A control unit for controlling the operation of each link mechanism,
The link mechanism is
First and second frames;
A first rotation mechanism that rotatably connects the first frame to the first plate;
A second rotation mechanism for rotatably connecting the second frame to the second plate;
A linear motion mechanism for connecting the first and second frames so as to be relatively displaceable;
An angle sensor for detecting a rotation angle of the first rotation mechanism;
A rotation motor for controlling the torque generated by the first rotation mechanism,
The said control part controls the said rotary motor based on the detection result by the said angle sensor. The compliance apparatus characterized by the above-mentioned.
前記制御部は、
前記第2のプレートで発生するコンプライアンス値を設定するコンプライアンス値設定部と、
前記角度センサによる検知結果を示すセンサ値を取得する角度取得部と、
前記角度取得部により取得されたセンサ値に基づいて、前記第1の回転機構の回転角度を計算する角度計算部と、
前記角度計算部により計算された前記第1の回転機構の回転角度に基づいて、前記回転モータに要するトルクを計算するモータトルク計算部と、
前記モータトルク計算部により計算されたトルクを前記回転モータに出力するモータトルク出力部とを備えた
ことを特徴とする請求項1記載のコンプライアンス装置。
The controller is
A compliance value setting unit for setting a compliance value generated in the second plate;
An angle acquisition unit for acquiring a sensor value indicating a detection result by the angle sensor;
An angle calculation unit that calculates a rotation angle of the first rotation mechanism based on the sensor value acquired by the angle acquisition unit;
A motor torque calculator that calculates a torque required for the rotary motor based on the rotation angle of the first rotating mechanism calculated by the angle calculator;
The compliance device according to claim 1, further comprising: a motor torque output unit that outputs the torque calculated by the motor torque calculation unit to the rotary motor.
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