WO2014178202A1 - 球面ジョイント機構及びこの球面ジョイント機構を備えた組立て装置 - Google Patents

球面ジョイント機構及びこの球面ジョイント機構を備えた組立て装置 Download PDF

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spherical
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cylindrical case
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徳寿 石堂
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本田技研工業株式会社
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    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/10—Arrangements for locking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings

Definitions

  • the present invention relates to a spherical joint mechanism applied to a joint portion of a robot and the like, and an assembling apparatus of a workpiece such as an engine incorporating the mechanism.
  • Patent Document 1 discloses a positioning device capable of supporting a plurality of workpieces having different shapes on the same support. Specifically, a horizontal base is provided with an annular case in the vertical direction, a work mounting base is connected to a driving force transmission system disposed in the annular case, and the positioning prepared according to the shape of the work on the work mounting base A structure is disclosed that mounts a work via a jig and rotates the work about a horizontal axis.
  • Patent Document 2 discloses a ball joint mechanism as a wiper link that converts the rotational movement of a motor to reciprocating oscillation of a wiper blade. Specifically, a structure is disclosed in which a ball pin is attached to a motor arm, and the spherical portion of the ball pin is coupled via a spherical pair of retainers attached to a link connecting rod.
  • Patent Document 3 discloses a robot that performs various operations including a spherical joint. Specifically, a structure is disclosed in which ball joints are provided at both ends of the arm, and the ball joints are received by spherical recesses at the ends of the links.
  • a conventional assembling apparatus such as an engine or the like is capable of taking any posture and angle by making it rotatable about three axes (X, Y, Z) without providing a ball joint mechanism. ing.
  • the conventional assembling apparatus such as the engine is rotatable about the X-axis, Y-axis and Z-axis, but it is not a structure that can rotate 360 ° around each axis, and When carrying out operations such as assembling the members of the above, it is often impossible to secure a sufficient movable range.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 are difficult to fix at an arbitrary position, and is not a structure to be inclined at an arbitrary angle by the operation of the operator. It can not be applied to the device as it is.
  • a spherical joint mechanism includes a center shaft having one end as a spherical portion, a cylindrical case rotatably accommodating the spherical portion, and open ends of the cylindrical case. And a clutch portion which is in pressure contact with the spherical portion to restrict rotation of the spherical portion.
  • a cylindrical oil-free bush is interposed between the spherical portion and the cylindrical case.
  • the center shaft is rotatable around an axis (X axis) of the center shaft in a state of being stored in the cylindrical case.
  • the clutch portion to include the friction plate in contact with the spherical portion and the handle for adjusting the pressure contact force of the friction plate, the operation in the half clutch state becomes possible.
  • the present invention includes an assembly apparatus incorporating the above-mentioned spherical joint mechanism.
  • This assembling apparatus includes a base rotatable about the Z axis, and a support is provided on the support, the spherical joint mechanism is supported by the support, and the work is detachably held on the center shaft of the spherical joint mechanism. Arm is attached.
  • a heavy work such as an engine can be stopped without backlash at any position and angle, and moreover, the load accompanying the change in posture of the work can be reduced to easily carry out by human force. it can.
  • the assembling apparatus 1 is movable along the conveyor C.
  • the assembling apparatus 1 comprises a rotary table 3 rotatable on a base plate 2 about a vertical axis (Z axis).
  • a rail 4 is provided on the upper surface of the rotary table 3, and a support plate 5 is movably engaged with the rail 4, and a support 6 is erected on the support plate 5.
  • the support 7 includes a pair of opposing plates 8 and 8 between which the spherical joint mechanism 10 is held.
  • the spherical joint mechanism 10 includes a center shaft 11, and a holding mechanism 12 is attached to the tip of the center shaft 11.
  • the holding mechanism 12 has a pair of blocks 14 adjustably mounted on a horizontal plate 13 extending in a lateral direction (direction orthogonal to the moving direction of the assembling apparatus), and arms forming upper and lower pairs in guide holes 15 formed in this block 14 16 is attached, and an engine W which is a work is held by these arms 16.
  • the spherical joint mechanism 10 is provided with a cylindrical case 17 held between the plates 8 and 8.
  • the axis (Y axis) of the cylindrical case 17 is a horizontal axis orthogonal to the Z axis.
  • a spherical portion 19 formed at the base end of the center shaft 11 is rotatably accommodated in the cylindrical case 17 via a cylindrical oil-free bush 18, and the center shaft 11 is formed in the cylindrical case 17. It protrudes to the outside through the slit 20 and the holding mechanism 12 is attached to the protruding end as described above.
  • An oil-free bush 21 is also provided at the base of the center shaft 11.
  • the slits 20 are formed along a circumference centered on the Y axis. Therefore, the center shaft 11 is rotatable around the spherical portion 19 in a plane perpendicular to the Y axis along the slit 20. Then, in the embodiment, the positions of the end faces 20a and 20b in the circumferential direction around the Y axis of the slit 20 are determined so that the center shaft 11 can be rotated between 0 ° and 90 °. There is.
  • the pivotable angle of the center shaft 11 about the Y axis is not limited to 90 °.
  • Through holes 17 a and 17 b are formed in the cylindrical case 17.
  • the axis of the through hole 17a coincides with the X axis, and the axis of the through hole 17b is at an angle with the X axis.
  • a slit 18 a around Y axis is formed in the non-working bush 18, and a plurality of concave portions 19 a are formed in the spherical portion 19.
  • the through hole 17a or 17b, the slit 18a and the recess 19a are located at specific positions of the spherical portion 19, for example, 0 °, 15 °, 30 °, 45 °, 60 °, 75 ° and 90 ° around the Z-axis.
  • the axis is set to match when it becomes.
  • the center shaft 11 shows a state of 0 ° around the Y axis, and in this state, the plunger 22 is inserted into the through hole 17a, the slit 18a and the recess 19a which coincide with the X axis. .
  • the plunger 22 By inserting the plunger 22, the rotation of the center shaft 11 about the Y axis is blocked and locked.
  • another plunger 23 is inserted into the through hole 17b not coincident with the X axis.
  • the plunger 22 for blocking the rotation around the Y axis may be removed or may be left.
  • clutch portions 30 are provided at both ends of the cylindrical case 17 of the spherical joint mechanism 10.
  • the clutch portion 30 is provided with a plurality of guide pins 32 on the inner side surface of the side surface plate 8, and the plate 33 is engaged with these guide pins 32 so as to be movable in the Y-axis direction.
  • a friction block 34 is attached to the inner surface of the plate 33.
  • An inner side surface of the friction block 34 is a concave spherical surface 35 following the spherical surface portion 19, and a plurality of through holes 36 are further formed.
  • a spring 37 is compressed around the guide pin 32 between the side plate 8 and the plate 33, and the resilient block of the spring 37 presses the friction block 34 attached to the plate 33 against the spherical portion 19 strongly. The rotation of the spherical portion 19 is prevented.
  • a female screw hole 38 is formed in the plate 33, and a bolt 39 is screwed into the female screw hole 38.
  • the bolt 39 penetrates the side plate 8 and the head of the bolt 39 is exposed to the outside doing.
  • the center shaft 11 can be fixed at an arbitrary position and angle by bringing the friction block 34 into strong contact with the left and right side surfaces of the spherical portion 19.
  • the position and angle of the center shaft 11 can also be fixed by inserting the plungers 22 and 23 into the through holes 17a or 17b, the slits 18a, and the recesses 19a. Fixing by the operation of the clutch unit 30 is temporary up to positioning, and is securely locked using a plunger at the time of operation.
  • the center shaft 11 is fixed at a predetermined position and angle, and the work W is attached to the arm 16 of the holding mechanism 12 in this state.
  • the angle around the Z axis of the center shaft 11 at the time of attachment of the work W be an angle close to 90 °, and be gradually rotated from 0 ° to 90 ° in accordance with the later work.
  • the center shaft 11 may be rotated from 90 ° to 0 ° around the Y axis in view of the work procedure.
  • the assembly apparatus 1 is moved along the conveyor C to the working position. Then, the support plate 5 is moved along the rail 4 to a predetermined position, and then the rotary table 3 is rotated around the Z axis, and the center shaft 11 is rotated around the Y axis, and further the center shaft 11 around the X axis. To rotate the work W to an arbitrary position and angle, and in this state, the plungers 22, 23 are inserted into the through holes 17a, 17b, the slit 18a, and the recess 19a to lock the center shaft 11; The parts are assembled to the work W or subjected to a processing operation.
  • the spherical joint mechanism according to the present invention can be applied to, for example, a transfer robot as well as the assembling apparatus of the engine.
  • SYMBOLS 1 assembly apparatus, 2 ... base plate, 3 ... rotary table, 4 ... rail, 5 ... support plate, 6 ... post, 7 ... support part, 8 ... plate, 10 ... spherical joint mechanism, 11 ... center shaft, 12 ...

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Abstract

球面ジョイント機構１０は筒状ケース１７を備え、この筒状ケース１７の軸（Ｙ軸）はＺ軸と直交する水平軸となっており、筒状ケース１７内には筒状の無給油ブッシュ１８を介してセンターシャフト１１の基端に形成された球面部１９が回転可能に収納され、センターシャフト１１は筒状ケース１７に形成されたスリット２０を介して外部に突出し、突出端にワークＷの保持機構１２が取り付けられており、スリット２０はＺ軸を中心とした円周に沿って形成されているので、センターシャフト１１はスリット２０に沿ってＺ軸と直交する面内で球面部１９を中心として回動可能とされる。

Description

球面ジョイント機構及びこの球面ジョイント機構を備えた組立て装置
　本発明は、ロボットの関節部分などに応用される球面ジョイント機構とこの機構を組み込んだエンジン等のワークの組立て装置に関する。
　特許文献１には、形状が異なる複数のワークを同一の支持台で支持することが可能な位置決め装置が開示されている。具体的には水平な基台に垂直方向の環状ケースを設け、この環状ケース内に配置した駆動力伝達系にワーク取付台を連結し、このワーク取付台にワークの形状に合わせて用意した位置決め治具を介してワークを取付け、ワークを水平軸を中心として回転させる構造が開示されている。
　特許文献２には、モータの回転動をワイパブレードの往復揺動に変換するワイパーリンクとして、ボールジョイント機構が開示されている。具体的にはモータアームにボールピンを取付け、このボールピンの球状部をリンクコンロッドに取付けたリテーナの球面対偶を介して結合する構造が開示されている。
　特許文献３には、球面ジョイントを備えた各種作業を行うロボットが開示されている。具体的にはアームの両端にボールジョイントを備え、このボールジョイントをリンク先端の球面凹部で受ける構造が開示されている。
　また従来のエンジン等の組立て装置は、ボールジョイント機構を設けずに、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を中心に回動可能とすることで、任意の姿勢及び角度を取ることができるようにしている。
特開２０１０－１８８４６７号公報 特開平１０-１４１３５２号公報 特開２０１１－１９４５３４号公報
　上述したように従来のエンジン等の組立て装置はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心に回動自在とされているが、各軸の廻りに３６０°回動可能な構造ではなく、エンジンに他の部材を組み付ける等の作業を行う際に、十分な可動域を確保できない場合が多い。
　また、特許文献１に示した位置決め装置にあっては、Ｘ軸廻りのみの回動しか許容していないため、作業性に問題がある。
　また、特許文献２や特許文献３に開示されるボールジョイント機構は、任意の位置での固定が困難であり、また作業者の操作によって任意の角度に傾斜させる構造でもないので、エンジン等の組立て装置にそのまま応用することができない。
　上記課題を解決するため、本発明に係る球面ジョイント機構は、一端を球面部としたセンターシャフトと、前記球面部を回転可能に収納する筒状ケースと、この筒状ケースの開放された両端部に設けられ前記球面部に圧接して球面部の回転を規制するクラッチ部とを備える構成とした。
　尚、前記球面部と筒状ケースの間には筒状の無給油ブッシュを介在させることが好ましい。
　また、前記筒状ケースの軸（Ｚ軸）廻りのセンターシャフトの回動を許容するスリットを前記筒状ケースに形成することが好ましい。ここで、センターシャフトは筒状ケースに収納された状態でセンターシャフトの軸（Ｘ軸）廻りに回動可能とされている。
　また、前記球面部と前記筒状ケースには共通のプランジャーを挿入するための貫通孔を形成することで、特定の位置でセンターシャフトの回動をロックすることが可能となる。
　また、前記クラッチ部を、前記球面部に接触する摩擦板と、摩擦板の圧接力を調整するハンドルを備えた構成とすることで、半クラッチ状態での操作が可能になる。
　更に、本発明は上記の球面ジョイント機構を組み込んだ組立て装置を含む。この組立て装置はＺ軸を中心として回転可能な基台を備え、この基台に支柱が設けられ、この支柱に前記球面ジョイント機構が支持され、球面ジョイント機構のセンターシャフトにワークを着脱自在に保持するアームが取付けられた構成である。
　本発明によれば、エンジン等の重量の大きなワークを、任意の位置及び角度でガタなく止めることができ、しかも上記ワークの姿勢変化に伴う負荷を小さくして人の力でも簡単に行うことができる。
本発明に係る球面ジョイント機構を備えた組立て装置の全体斜視図 同球面ジョイント機構の斜視図 同球面ジョイント機構の平面図 図３のＡ－Ａ方向断面図 図４のＢ－Ｂ方向断面図 クラッチ部の側面図 図６のＣ方向矢視図
　以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
　図１に示すように組立て装置１はコンベアＣに沿って移動可能とされている。組立て装置１はベースプレート２の上に垂直軸（Ｚ軸）を中心として回転可能とされた回転テーブル３を備える。
　回転テーブル３の上面にはレール４が設けられ、このレール４に支持プレート５が移動可能に係合し、この支持プレート５に支柱６が立設され、この支柱６の上端には支持部７が設けられている。この支持部７は一対の対向するプレート８，８を備え、これらプレート８，８間に球面ジョイント機構１０が保持されている。
　球面ジョイント機構１０はセンターシャフト１１を備え、このセンターシャフト１１の先端に保持機構１２が取付けられている。保持機構１２は横方向（組立て装置の移動方向と直交する方向）に延びる水平プレート１３に一対のブロック１４が位置調整可能に取付けられ、このブロック１４に形成したガイド孔１５に上下対をなすアーム１６が取付けられ、これらアーム１６にワークであるエンジンＷが保持されている。
　前記球面ジョイント機構１０は前記プレート８，８間に保持される筒状ケース１７を備えている。この筒状ケース１７の軸（Ｙ軸）は前記Ｚ軸と直交する水平軸となっている。
　この筒状ケース１７内には筒状の無給油ブッシュ１８を介して前記センターシャフト１１の基端に形成された球面部１９が回転可能に収納され、センターシャフト１１は筒状ケース１７に形成されたスリット２０を介して外部に突出し、前記したように突出端に前記保持機構１２が取付けられている。尚、センターシャフト１１の根元部分にも無給油ブッシュ２１が設けられている。
　前記スリット２０はＹ軸を中心とした円周に沿って形成されている。したがって、センターシャフト１１は前記スリット２０に沿ってＹ軸と直交する面内で球面部１９を中心として回動可能とされる。そして、実施例にあってはセンターシャフト１１が０°と９０°との間で回動可能となるようにスリット２０のＹ軸を中心とした円周方向の端面２０ａ、２０ｂの位置を決めている。尚、センターシャフト１１のＹ軸廻りの回動可能角は９０°に限定されない。
　前記筒状ケース１７には貫通穴１７ａ、１７ｂが形成されている。貫通穴１７ａの軸はＸ軸と一致し、貫通穴１７ｂの軸はＸ軸と角度をもっている。また無休ブッシュ１８にはＹ軸廻りのスリット１８ａが形成され、球面部１９には複数の凹部１９ａが形成されている。
　前記貫通孔１７ａまたは１７ｂ、スリット１８ａ及び凹部１９ａは球面部１９が特定の位置、例えばセンターシャフト１１がＺ軸廻りに０°、１５°３０°、４５°、６０°、７５°及び９０°となった際に軸が一致するように設定されている。
　図４に示した状態ではセンターシャフト１１がＹ軸廻りに０°の状態を示しており、この状態でＸ軸と一致する貫通孔１７ａ、スリット１８ａ、凹部１９ａにプランジャー２２が挿入されている。このプランジャー２２を挿入することでセンターシャフト１１のＹ軸廻りの回動が阻止されロックされる。
　Ｘ軸と一致する貫通孔１７ａ、１８ａ、１９ａにプランジャー２２を挿入した状態ではＹ軸廻りの回動は阻止されるが、センターシャフト１１のＸ軸廻りの回動は可能となっている。尚、センターシャフト１１がＹ軸廻りに０°の状態でなくともセンターシャフト１１の中心軸であるＸ軸に一致する貫通孔１７ａにプランジャーを挿入することでＹ軸廻りの回動は阻止されるがＸ軸廻りの回動は許容される。
　Ｘ軸廻りの回動も阻止するには、Ｘ軸とは一致しない貫通孔１７ｂに別のプランジャー２３を挿入する。この場合、Ｙ軸廻りの回動を阻止するプランジャー２２は抜いてもよいし、残しておいてもよい。
　また、前記球面ジョイント機構１０の筒状ケース１７の両端部にはクラッチ部３０を設けている。クラッチ部３０は側面プレート８の内側面に複数のガイドピン３２を設け、これらガイドピン３２にプレート３３をＹ軸方向に移動可能に係合している。
　前記プレート３３の内側面には摩擦ブロック３４が取付けられている。この摩擦ブロック３４の内側面は前記球面部１９に倣った凹状球面３５とされ、更に複数の貫通孔３６が形成されている。
　また、前記側面プレート８とプレート３３の間のガイドピン３２の周囲にスプリング３７を縮装し、スプリング３７の弾発力によってプレート３３に取付けられた摩擦ブロック３４を前記球面部１９に強く押しつけ、球面部１９の回転を阻止するようにしている。
　また、前記プレート３３には雌ネジ孔３８が形成され、この雌ネジ孔３８にはボルト３９が螺合し、このボルト３９は前記側面プレート８を貫通してボルト３９の頭部が外部に露出している。
　而して、作業者が例えば右側（ト径方向）にボルト３９を廻すと、このボルト３６と螺合しているプレート３３がＹ軸方向に進退動する。プレート３３が内側に移動した場合には摩擦ブロック３４の前記球面部１９に対する接触圧が高まり、逆にボルト３９を左側に廻すと、プレート３３は外側に移動する。プレート３３が外側に移動すると、摩擦ブロック３４の前記球面部１９に対する接触圧が弱まり、所謂半クラッチ状態となり、作業者の力を加えることでセンターシャフト１１をＸ軸廻りおよびＹ軸廻りに回動させることができるようになる。
　摩擦ブロック３４を球面部１９の左右の側面に強く接触させることで、センターシャフト１１を任意の位置と角度で固定することができる。一方、前記したように、貫通孔１７ａまたは１７ｂ、スリット１８ａ、凹部１９ａにプランジャー２２、２３を挿通することでも、センターシャフト１１の位置と角度を固定することができる。
　前記クラッチ部３０の操作による固定は位置決めまでの一時的なものであり、作業時にはプランジャーを用いて確実にロックする。
　以上において、エンジン等のワークＷに対して組立て作業を行うには、センターシャフト１１を所定の位置と角度に固定し、この状態で保持機構１２のアーム１６にワークＷを取付ける。
　前記ワークＷの取付け時のセンターシャフト１１のＺ軸廻りの角度は、９０°に近い角度とし、後の作業に合わせて徐々に０°から９０°に向かって回動せしめるのが好ましい。但し、作業手順の関係からセンターシャフト１１をＹ軸廻りに９０°から０°に向かって回動せしめてもよい。
　保持機構１２のアーム１６にワークＷを取付けたならば、コンベアＣに沿って組立て装置１を作業位置まで移動する。そして、支持プレート５をレール４に沿って所定位置まで移動し、次いでＺ軸廻りに回転テーブル３を回転させ、またＹ軸廻りにセンターシャフト１１を回動させ、更にＸ軸廻りにセンターシャフト１１を回動させることで、ワークＷを任意の位置及び角度とし、この状態でプランジャー２２、２３を貫通孔１７ａ、１７ｂ、スリット１８ａ、凹部１９ａに挿入してセンターシャフト１１をロックし、次いで、ワークＷに対して部品を組付けたり、加工作業を施す。
　上記の位置決めを行う際には、前記したクラッチ部３０を操作して、センターシャフト１１の回動を作業者の力で行えるようにすることで操作性が大幅に向上する。
　本発明に係る球面ジョイント機構はエンジンの組立て装置以外にも、例えば搬送ロボットなどにも適用することができる。
１…組立て装置、２…ベースプレート、３…回転テーブル、４…レール、５…支持プレート、６…支柱、７…支持部、８…プレート、１０…球面ジョイント機構、１１…センターシャフト、１２…保持機構、１３…水平プレート、１４…ブロック、１５…ガイド孔、１６…アーム、１７…筒状ケース、１７ａ、１７ｂ…貫通穴、１８、２１…無給油ブッシュ、１８ａ…スリット、１９…球面部、１９ａ…凹部、２０…スリット、２０ａ、２０ｂ…スリットの端面、２２、２３…プランジャー、３０…クラッチ部、３２…ガイドピン、３３…プレート、３４…摩擦ブロック、３５…凹状球面、３６…貫通孔、３７…スプリング、３８…雌ネジ孔、３９…ボルト。
Ｃ…コンベア、Ｗ…ワーク。

Claims (5)

  1. 　一端を球面部としたセンターシャフトと、前記球面部を回転可能に収納する筒状ケースと、この筒状ケースの開放された両端部に設けられ前記球面部に圧接して球面部の回転を規制するクラッチ部とを備えることを特徴とする球面ジョイント機構。
  2. 　請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記筒状ケースにはセンターシャフトが前記筒状ケースの軸（Ｙ軸）廻りの回動を許容するスリットが形成されていることを特徴とする球面ジョイント機構。
  3. 　請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記球面部と前記筒状ケースには共通のプランジャーを挿入するための貫通孔が形成されていることを特徴とする球面ジョイント機構。
  4. 　請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記クラッチ部は前記球面部に接触する摩擦板と、摩擦板の圧接力を調整するハンドルを備えることを特徴とする球面ジョイント機構。
  5. 　請求項１乃至請求項４記載の球面ジョイント機構を組み込んだ組立て装置において、この組立て装置はＺ軸を中心として回転可能な基台を備え、この基台に支柱が設けられ、この支柱に前記球面ジョイント機構が支持され、球面ジョイント機構のセンターシャフトにワークを着脱自在に保持するアームが取付けられていることを特徴とする組立て装置。
     
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