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JP6284129B2 - Compliance device - Google Patents
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JP6284129B2 - Compliance device - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットのアーム先端に取り付けられ、主として部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持する把持爪、その把持爪の開閉動作を担う開閉機構、前記把持爪と前記開閉機構間に介設させるアダプタ、及び衝撃に対してコンプライアンス性を発揮するコンプライアンスデバイスを備えたエンドエフェクタのコンプライアンスデバイスに関する。   The present invention relates to a gripping claw that is attached to the tip of a robot arm and that grips a component one by one from among a plurality of components that are stored in a complicated manner mainly in a component box, and an opening / closing operation that opens and closes the gripping claw. The present invention relates to a compliance device for an end effector including a mechanism, an adapter interposed between the gripping claw and the opening / closing mechanism, and a compliance device exhibiting compliance with impact.

自動車製造工場などの製造ラインでは設備投資回収期間の短縮を図るために24時間稼働が求められている。その実現に向けて、製造ラインに供給されてくる部品箱にバラ積み状態で収納された部品を前記部品箱内から一つずつ把持する機構に関する技術が開発されている。   Production lines such as automobile manufacturing factories are required to operate 24 hours a day in order to shorten the capital investment recovery period. To that end, a technology has been developed relating to a mechanism for gripping one by one from the inside of the component box, the components stored in a stacked state in a component box supplied to the production line.

例えば、特許文献1には、コンプライアンス装置として、保持部及び支持部にそれぞれ取り付けられる一対のブラケットと、一方のブラケットに設けられた貫通孔を貫通して、一方のブラケットを他方のブラケットに対して近接/離遠するよう、移動可能に支持するガイドシャフトと、両ブラケットが互いに離遠するように付勢力を付加する付勢手段と、を備え、前記ガイドシャフトの直径を前記貫通孔と同じ直径の部分と、前記貫通孔の直径よりは小さい直径の小径の括れ部の部分とを有するようにするコンプライアンス装置が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a compliance device, a pair of brackets respectively attached to a holding part and a support part, and a through hole provided in one bracket are passed through, and one bracket is attached to the other bracket. A guide shaft that is movably supported so as to be close to / separated from each other, and a biasing means that applies a biasing force so that both brackets are separated from each other, and the diameter of the guide shaft is the same as that of the through hole And a compliance device having a small diameter constricted portion smaller than the diameter of the through hole is disclosed.

特許文献2には、剛性の把持爪を備えたチャックがハンド本体に対し移動可能であり、前記チャックが前記ハンド本体に弾性体を介して前記移動方向に支持された構造を有するロボットハンドを搭載したロボットを用いた、把持対象ワークの取り出し方法であって、前記弾性体が所定量圧縮されるまで前記把持爪を前記対象ワークに押し付け、前記把持爪が前記把持対象ワークに予圧を加えている状態で前記チャックを開くことにより、前記把持爪が前記把持対象ワークの側方近傍に挿入されるという取り出し方法が開示されている。   Patent Document 2 includes a robot hand having a structure in which a chuck having a rigid gripping claw is movable with respect to a hand body, and the chuck is supported on the hand body via an elastic body in the moving direction. A method for taking out a workpiece to be grasped using the robot, wherein the gripping claw is pressed against the target workpiece until the elastic body is compressed by a predetermined amount, and the gripping claw applies a preload to the workpiece to be grasped. An unloading method is disclosed in which the gripping claw is inserted in the vicinity of the side of the workpiece to be gripped by opening the chuck in a state.

特許文献3には、ロボットハンドに装着されてワークを把持するフィンガーモジュールの位置ずれを補償するコンプライアンスモジュールであって、水平に直交するX方向とY方向へのコンプライアンス動作と、水平に回動するθ方向へのコンプライアンス動作とを実行するコンプライアンスモジュールにおいて、それぞれの移動方向ごとにそれぞれ別々のプレートに対して、スライド可能又は回動可能に接続されて、かつそれぞれの移動を復帰させる中立位置保持機構を設けたコンプライアンスモジュールが開示されている。   Patent Document 3 discloses a compliance module that compensates for a positional deviation of a finger module that is attached to a robot hand and grips a workpiece, and that rotates horizontally in compliance with X and Y directions orthogonal to each other. In a compliance module that executes a compliance operation in the θ direction, a neutral position holding mechanism that is slidably or pivotably connected to each plate in each movement direction and that returns the movement. A compliance module is disclosed.

特許5706685号公報Japanese Patent No. 5706665 特許5383847号公報Japanese Patent No. 5383847 特許4684160号公報Japanese Patent No. 4684160

特許文献1に記載の発明は、ガイドシャフトの小径部の外周壁と、ブラケットの前記小径部の直径より大きい孔部の内周壁との間に隙が生じることから、ブラケットがスライドしたときにブラケットとガイドシャフトとの衝突により生ずる繰り返し応力により前記小径部に亀裂が生じやすくなりコンプライアンス装置が損傷しやすいという問題があった。また、ガイドシャフトの小径部の長さが短い形態の場合は、垂直方向の変位量が不十分となりガイドシャフトの小径部にせん断力が繰り返し加わり前記小径部に亀裂が生じやすくなるという問題があった。   In the invention described in Patent Document 1, a gap is generated between the outer peripheral wall of the small diameter portion of the guide shaft and the inner peripheral wall of the hole portion having a diameter larger than the diameter of the small diameter portion of the bracket. There is a problem that the compliance device is liable to be damaged because the small-diameter portion is liable to be cracked due to repetitive stress caused by the collision with the guide shaft. Further, in the case where the length of the small diameter portion of the guide shaft is short, there is a problem that the amount of displacement in the vertical direction is insufficient and a shearing force is repeatedly applied to the small diameter portion of the guide shaft, and the small diameter portion is likely to crack. It was.

特許文献2に記載の発明は、一方向の、例えば垂直方向に対するコンプライアンス性しか発揮しない構造であるため、把持爪が部品箱に横方向から衝突した場合にはコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。   Since the invention described in Patent Document 2 has a structure that exhibits only compliance in one direction, for example, the vertical direction, there is a problem in that compliance cannot be exhibited when the gripping claw collides with the component box from the lateral direction. It was.

特許文献3に記載の発明は、X軸方向のコンプライアンス機構とY軸方向のコンプライアンス機構等軸方向別に独立した機構を設けるために、構造が複雑になり製造コストが高くなるという問題があった。そして、X軸方向、Y軸方向、水平回転方向に対するコンプライアンス性を発揮するようにしているため、ロボットハンドの先端が斜め方向から部品箱にぶつかる等の場合に生ずる、プレートを三次元で傾動させるような場合には十分なコンプライアンス性を発揮できないという問題があった。   The invention described in Patent Document 3 has a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost increases because independent mechanisms such as a compliance mechanism in the X-axis direction and a compliance mechanism in the Y-axis direction are provided for each axial direction. Since the compliance with the X-axis direction, the Y-axis direction, and the horizontal rotation direction is exhibited, the plate is tilted in three dimensions, which occurs when the tip of the robot hand hits the component box from an oblique direction. In such a case, there was a problem that sufficient compliance could not be exhibited.

本発明はこうした問題に鑑み想到されたもので、部品箱にバラ積み状態で煩雑に収納された複数の部品の中から一つずつ部品を把持するエンドエフェクタがたとえ位置ずれが生じて部品箱や部品に当接しても、エンドエフェクタやロボットへの衝撃を和らげ、確実に部品を把持でき、チョコ停になりにくく、繰り返し疲労が生じにくいエンドエフェクタを実現させるコンプライアンスデバイスを提供することを課題とする。   The present invention has been conceived in view of these problems, and even if the end effector that grips the components one by one from the plurality of components that are stored in a complicated manner in the component box is misaligned, It is an object of the present invention to provide a compliance device that realizes an end effector that can alleviate the impact on the end effector and the robot even if it abuts on the part, can securely grip the part, does not easily stop, and does not easily cause repeated fatigue. .

請求項1に記載のコンプライアンスデバイス1は、部品5をピッキングするロボット11のアーム4先端に取り付ける、把持機構2を具備したエンドエフェクタ3の構成要素であるコンプライアンスデバイス1であって、前記コンプライアンスデバイス1は、平行に併設した第一プレート21と第二プレート22を設け、前記第一プレート21及び前記第二プレート22に対して垂直方向で少なくとも3か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受40と、前記対向位置に嵌設された球面軸受40にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子31を摺動させることによって前記第一プレート21及び前記第二プレート22の間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体30と、前記入れ子構造体30に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段33と、を備えた伸縮傾動機構20を設け、並びに、前記入れ子構造体30の筒状体32側であって第一プレート21側に配設し前記入れ子構造体30に沿ってスライドするスライド部材51と、前記第一プレート21に嵌設した球面軸受40の前記スライド部材51側に配設し、前記スライド部材51に対する対向面に前記第一プレート21に平行な面を形成した基準平面部材52と、前記筒状体32又は前記筒状体32と一体化された部位に形成された衝止形状部54と前記スライド部材51との間に介在させて、前記スライド部材51を前記基準平面部材52に押付ける方向に付勢する弾性体53と、を備えた傾動復帰機構50を設けたことを特徴とする。The compliance device 1 according to claim 1 is a compliance device 1 that is a component of an end effector 3 having a gripping mechanism 2 that is attached to the tip of an arm 4 of a robot 11 that picks a component 5. Includes a first plate 21 and a second plate 22 provided in parallel, and spherical bearings fitted in at least three opposing positions in the vertical direction with respect to the first plate 21 and the second plate 22, respectively. 40 and the spherical bearing 40 fitted at the opposite position are connected to both ends, and the nest 31 is slid to allow the interval between the first plate 21 and the second plate 22 to be enlarged or reduced. There is an urging force in the direction in which the nested structure 30 and the interval provided in the nested structure 30 are enlarged. The telescopic tilting mechanism 20 including the biasing means 33 is provided, and is disposed on the first plate 21 side on the cylindrical body 32 side of the nested structure 30 along the nested structure 30. A slide member 51 that slides and a spherical bearing 40 fitted on the first plate 21 are disposed on the slide member 51 side, and a surface parallel to the first plate 21 is formed on the surface facing the slide member 51. The slide member 51 is interposed between a reference plane member 52 and the slide-shaped portion 54 formed in the tubular body 32 or a part integrated with the tubular body 32 and the slide member 51. A tilt return mechanism 50 including an elastic body 53 that biases the reference flat member 52 in a pressing direction is provided.

請求項2に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項1において、前記傾動復帰機構50のスライド部材51が前記入れ子構造体30に沿う形態が、前記スライド部材51が前記入れ子構造体30の筒状体32の外周面に沿う形態、及び/又は、前記スライド部材51が前記筒状体32から突設され前記球面軸受40に嵌入された前記筒状体32と同軸の円柱状体55の外周面に沿う形態であることを特徴とする。   The compliance device 1 according to a second aspect is the compliance device 1 according to the first aspect, wherein the slide member 51 of the tilt return mechanism 50 follows the nested structure 30, and the slide member 51 is a cylindrical body of the nested structure 30. 32 along the outer peripheral surface of the cylindrical body 55 and / or the outer peripheral surface of the cylindrical body 55 coaxial with the cylindrical body 32 in which the slide member 51 protrudes from the cylindrical body 32 and is fitted into the spherical bearing 40. It is the form which follows.

請求項3に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項1又は2において、第一プレート21側及び第二プレート22側のいずれかをロボット11のアーム4側に取り付けられることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the compliance device 1 according to the first or second aspect is characterized in that either the first plate 21 side or the second plate 22 side is attached to the arm 4 side of the robot 11.

請求項4に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記入れ子構造体30が、外筒32a内に入れ子31である内筒31aが摺動自在に嵌入された入れ子構造体30であって、前記外筒32aと前記外筒32a側に近設された球面軸受40の内輪41とを固定状態とし、前記内筒31aと前記内筒31a側に近設された球面軸受40の内輪41とを固定状態にして、前記内筒31aを前記外筒31aから押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁35又はバネガイドの段付部56に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部39に弾接させた内筒押出ばね33aを設けて、前記外筒32a内に前記内筒31aを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレート21や前記第二プレート22に対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする。   The compliance device 1 according to claim 4 is the nesting structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the nesting structure 30 is slidably fitted into an outer cylinder 32a and an inner cylinder 31a as a nesting 31. A spherical bearing which is a body 30 and is fixed in a state where the outer cylinder 32a and the inner ring 41 of the spherical bearing 40 which is provided close to the outer cylinder 32a side are fixed to the inner cylinder 31a and the inner cylinder 31a side. The inner ring 41 of the 40 is fixed, and the inner cylinder 31a is urged in the pushing direction from the outer cylinder 31a. One end is elastically contacted with the bottom wall 35 of the outer cylinder or the stepped portion 56 of the spring guide, and the other end. By providing an inner cylinder push-out spring 33a elastically contacted with a stop-shaped portion 39 provided on the inner wall of the inner cylinder, the inner cylinder 31a is nested in the outer cylinder 32a to make a relative movement. One plate 21 and the second pre And freely scale the distance between the sheet 22, and is characterized in that a freely tiltably or twisted relative to the first plate 21 and the second plate 22.

請求項5に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記入れ子構造体30が、シリンダーチューブ32b内に入れ子31であるピストン31bが摺動自在に嵌入された入れ子構造体30であって、前記シリンダーチューブ32b端部に取り付けたヘッドカバー36と前記ヘッドカバー36に近設された球面軸受40の内輪41とを固定状態とし、前記ピストン31bと連結したピストンロッド37の先端と前記ピストンロッド37に近設された球面軸受40の内輪41とを固定状態とし、前記シリンダーチューブ32b内の空間Sを予め設定したエア圧で制御して、前記シリンダーチューブ32b内に前記ピストン31bを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレート21や前記第二プレート22に対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする。   The compliance device 1 according to claim 5 is the nesting structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the nesting structure 30 is slidably fitted into a cylinder tube 32b as a piston 31b as a nesting 31. 30. The head cover 36 attached to the end of the cylinder tube 32b and the inner ring 41 of the spherical bearing 40 adjacent to the head cover 36 are fixed, and the tip of the piston rod 37 connected to the piston 31b and the tip The inner ring 41 of the spherical bearing 40 provided close to the piston rod 37 is fixed, and the space S in the cylinder tube 32b is controlled by a preset air pressure, so that the piston 31b is nested in the cylinder tube 32b. The first plate 21 and the second play The distance between the 22 scaling and freely, and is characterized in that a freely tiltably or twisted relative to the first plate 21 and the second plate 22.

請求項6に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項5において、前記シリンダーチューブ32b内のピストン31bとヘッドカバー36との空間Sにおけるエア圧を、把持機構2が部品箱6に侵入する手前の位置から部品5を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構2が部品5を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタ3が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストン31bを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ32b内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える2段階設定することを特徴とする。   The compliance device 1 according to claim 6 is the compliance device 1 according to claim 5, wherein the air pressure in the space S between the piston 31 b and the head cover 36 in the cylinder tube 32 b is changed from a position before the gripping mechanism 2 enters the component box 6. From the arbitrary timing until immediately before gripping the component 5 to the timing until the gripping mechanism 2 completes gripping the component 5, the end effector 3 is set to an arbitrary air pressure that becomes an air cushion at the time of collision, A section other than the cushion section is set as a holding section and is set to an arbitrary air pressure that does not cause the piston 31b to slide, and the air pressure in the cylinder tube 32b is set at two stages to switch at least between the cushion section and the holding section. It is characterized by.

請求項7に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項4において、前記入れ子構造体30の前記内筒31a内に、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサ60を設け、前記近接スイッチ又は距離センサ60は、前記外筒32aの底壁35面又はバネガイドの段付部56に垂設させた、前記内筒押出ばね33aの座屈を防ぐために前記内筒押出ばね33aに挿入した棒状のバネガイド34の先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサ60による前記内筒31aの摺動方向の位置情報をロボット制御部13に出力することを特徴とする。The compliance device 1 according to a seventh aspect is the compliance device 1 according to the fourth aspect , wherein the distance between the first plate 21 and the second plate 22 is reduced within the inner cylinder 31a of the nested structure 30 to a predetermined distance. Proximity switch or distance sensor 60 for detecting arrival of the inner cylinder is provided, and the proximity switch or distance sensor 60 is suspended from the bottom wall 35 surface of the outer cylinder 32a or the stepped portion 56 of the spring guide. In order to prevent buckling of the spring 33a, the tip of a rod-shaped spring guide 34 inserted into the inner cylinder push-out spring 33a is detected, and position information in the sliding direction of the inner cylinder 31a by the proximity switch or the distance sensor 60 is detected by the robot. It outputs to the control part 13, It is characterized by the above-mentioned.

請求項8に記載のコンプライアンスデバイス1は、請求項5又は6において、前記シリンダーチューブ32bの外周壁面にピストン31bの摺動方向の位置を検知する位置センサ61を配設し、前記位置センサ61によるピストン31bの摺動方向の位置情報をロボット制御部13に出力することを特徴とする。
A compliance device 1 according to an eighth aspect is the compliance device 1 according to the fifth or sixth aspect , wherein a position sensor 61 that detects the position of the piston 31b in the sliding direction is disposed on the outer peripheral wall surface of the cylinder tube 32b. The position information of the sliding direction of the piston 31b is output to the robot control unit 13.

請求項1乃至6に記載のコンプライアンスデバイス1は、例えばロボット11のアーム4先端に取り付けられたエンドエフェクタ3の把持機構2が万一部品5の表面に衝突したときに部品5の表面を把持機構2が滑って狙いの把持個所に到達しやすくすることができ、また、部品箱6に衝突したときに前記エンドエフェクタ31及びロボット11に加わる負荷を減じることができ、チョコ停を発生しにくくでき、他の部位よりも破損しやすく高価な把持機構2又はロボット11に損傷を与えにくくすることができる。   The compliance device 1 according to any one of claims 1 to 6, for example, grips the surface of the component 5 when the gripping mechanism 2 of the end effector 3 attached to the tip of the arm 4 of the robot 11 collides with the surface of the component 5. 2 can slip and easily reach the target gripping location, and the load applied to the end effector 31 and the robot 11 when it collides with the parts box 6 can be reduced. Further, it is possible to make it difficult to damage the expensive gripping mechanism 2 or the robot 11 which is more easily damaged than other parts.

拡大縮小機構を入れ子構造体30としたことにより、コンプライアンスデバイス1を小型化でき、これに伴いエンドエフェクタ3も小型化することができ、部品箱6内における把持機構2の向きや姿勢の自由度の範囲が拡がることにより、把持機構2を部品5に向かって部品5を把持しやすい方向から接近させることができ、部品把持動作の確実性が向上する。また、小型化できることにより衝突頻度を減じることができる。   By adopting the nesting structure 30 as the enlargement / reduction mechanism, the compliance device 1 can be reduced in size, and the end effector 3 can also be reduced in size, and the degree of freedom of the orientation and posture of the gripping mechanism 2 in the component box 6. By expanding the range, the gripping mechanism 2 can be approached toward the component 5 from the direction in which the component 5 is easily gripped, and the reliability of the component gripping operation is improved. Moreover, the collision frequency can be reduced by reducing the size.

請求項3に記載のコンプライアンスデバイス1は、第一プレート21及び第二プレート22のうちの、入れ子構造体30の入れ子31側又は筒状体32側のいずれでも、ロボット11のアーム4先端又は把持機構2のいずれにも取り付けられるので、取り扱おうとする部品5の形体、部品箱6の形態及び部品5のバラ積み形態によって、配線状況などを考慮してエンドエフェクタの中でのコンプライアンスデバイス1の取付向きを選択することができる。   The compliance device 1 according to claim 3 is configured so that the tip of the arm 4 of the robot 11 or the grip is held on either the nesting 31 side or the cylindrical body 32 side of the nesting structure 30 of the first plate 21 and the second plate 22. Since it is attached to any of the mechanisms 2, the compliance device 1 in the end effector is considered in the end effector depending on the shape of the part 5 to be handled, the form of the part box 6, and the piled form of the parts 5 in consideration of the wiring situation and the like. The mounting direction can be selected.

請求項7又は8に記載のコンプライアンスデバイス1は、入れ子31の摺動方向の位置をロボット11側に出力するので、外力Pが把持機構2に加わると入れ子31が正常位置から摺動して設定された位置まで到達すると異常をロボット11側にフィードバックしてリアルタイムでロボット11を対応させることができる。例えば、エンドエフェクタ3が衝突したことを検知すると、ロボット11を次のティーチングポイントに進ませず一旦停止させて、その後一つ前のティーチングポイントに戻る作動をさせて把持機構2への外力Pが加わる時間を最小限に抑えることができ把持機構2やロボット11の破損を抑制させ、ロボット11のチョコ停を防止することができる。   The compliance device 1 according to claim 7 or 8 outputs the position of the nesting 31 in the sliding direction to the robot 11 side, so that when the external force P is applied to the gripping mechanism 2, the nesting 31 slides from the normal position. When reaching the specified position, the abnormality can be fed back to the robot 11 side, and the robot 11 can be dealt with in real time. For example, when it is detected that the end effector 3 has collided, the robot 11 is temporarily stopped without proceeding to the next teaching point, and then the operation of returning to the previous teaching point is performed, so that the external force P to the gripping mechanism 2 is applied. The applied time can be minimized, the breakage of the gripping mechanism 2 and the robot 11 can be suppressed, and the chocolate 11 can be prevented from stopping.

本発明のコンプライアンスデバイスを使用した部品取出しシステムの説明図である。It is explanatory drawing of the components extraction system which uses the compliance device of this invention. エンドエフェクタが部品に衝突して外力が加わったときの説明図である。It is explanatory drawing when an end effector collides with components and external force is added. 本発明のコンプライアンスデバイスの請求項3の形態の斜視図である。It is a perspective view of the form of Claim 3 of the compliance device of this invention. 本発明のコンプライアンスデバイスの請求項4の形態の斜視図である。It is a perspective view of the form of Claim 4 of the compliance device of this invention. 図3のA―A断面におけるコンプライアンスデバイスの無負荷状態の縦断面説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of a longitudinal section of the compliance device in a no-load state in the AA section of FIG. 3. 図5のコンプライアンスデバイスに縮小方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a change when the external force of a reduction direction is added to the compliance device of FIG. 図5のコンプライアンスデバイスに斜め方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a change when the external force of the diagonal direction is added to the compliance device of FIG. 請求項3のコンプライアンスデバイスが外力により横方向に変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a form when the compliance device of Claim 3 changes to the horizontal direction by external force. 請求項3のコンプライアンスデバイスが外力により傾動変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the form at the time of the tilting change of the compliance device of Claim 3 by external force. 請求項3のコンプライアンスデバイスが外力によりねじれ変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a form when the compliance device of Claim 3 changes torsion by external force. 請求項3のコンプライアンスデバイスが外力により横方向、傾動及びねじれの複合的な変化をした場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the form when the compliance device of Claim 3 carries out the composite change of a horizontal direction, tilting, and a twist by external force. 図4のB―B断面におけるコンプライアンスデバイスの無負荷状態の縦断面説明図である。FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional explanatory diagram of the compliance device in a no-load state in the BB cross section of FIG. 4. 図12のコンプライアンスデバイスに縮小方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a change when the external force of a reduction direction is added to the compliance device of FIG. 図13のコンプライアンスデバイスに斜め方向の外力が加わったときの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a change when the external force of the diagonal direction is added to the compliance device of FIG. 請求項4のコンプライアンスデバイスが外力により横方向に変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a form when the compliance device of Claim 4 changes to the horizontal direction by external force. 請求項4のコンプライアンスデバイスが外力により傾動変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the form at the time of the tilt change of the compliance device of Claim 4 by external force. 請求項4のコンプライアンスデバイスが外力によりねじれ変化した場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the form when the compliance device of Claim 4 changes torsion by external force. 請求項4のコンプライアンスデバイスが外力により横方向、傾動及びねじれの複合的な変化をした場合の形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the form in case the compliance device of Claim 4 carries out the composite change of the horizontal direction, tilting, and a twist by external force. 内筒押出ばねを球面軸受まで延設させた形態を示す図である。It is a figure which shows the form which extended the inner cylinder extrusion spring to the spherical bearing.

本発明に係るコンプライアンスデバイス1は、例えば図1に示すように、コンプライアンスデバイス1を具備したエンドエフェクタ3、ロボット11、画像センサ12、ロボット制御部13、及び画像による部品認識手段14を備えた部品取出しシステム10で使用される。前記部品取出しシステム10は、自動車製造工場や半導体製造工場などの生産ラインに設置され、コンプライアンスデバイス1及び把持機構2を備えたエンドエフェクタ3をアーム4先端に装着したロボット11が部品箱6にバラ積み状態で収納された多数の部品5を一つずつ把持して取出して次工程に搬送する作業を行う。   A compliance device 1 according to the present invention includes, for example, as shown in FIG. 1, a component including an end effector 3, a robot 11, an image sensor 12, a robot control unit 13, and a component recognition unit 14 based on an image. Used in retrieval system 10. The component picking system 10 is installed in a production line such as an automobile manufacturing factory or a semiconductor manufacturing factory, and a robot 11 having an end effector 3 having a compliance device 1 and a gripping mechanism 2 mounted on the tip of an arm 4 is separated into a component box 6. An operation is performed in which a large number of parts 5 stored in a stacked state are gripped and taken out one by one and conveyed to the next process.

前記コンプライアンスデバイス1は、図3乃至図18に示すように、部品5をピッキングするロボット11のアーム4先端に取り付ける、把持機構2を具備したエンドエフェクタ3の構成要素であるコンプライアンスデバイス1であって、前記コンプライアンスデバイス1は、平行に併設した第一プレート21と第二プレート22を設け、前記第一プレート21と第二プレート22間を伸縮させ、前記第一プレート21と第二プレート22の相互関係を平行状態から傾動状態にさせる伸縮傾動機構20と、前記伸縮傾動機構が傾動したときに前記第一プレート21と第二プレート22の相互関係を平行状態に復帰させる傾動復帰機構50とを備える。   As shown in FIGS. 3 to 18, the compliance device 1 is a compliance device 1 that is a component of an end effector 3 having a gripping mechanism 2 attached to the tip of an arm 4 of a robot 11 that picks a component 5. The compliance device 1 is provided with a first plate 21 and a second plate 22 arranged in parallel, and expands and contracts between the first plate 21 and the second plate 22 so that the first plate 21 and the second plate 22 An expansion / contraction tilt mechanism 20 that changes the relationship from a parallel state to a tilt state, and a tilt return mechanism 50 that returns the mutual relationship between the first plate 21 and the second plate 22 to a parallel state when the expansion / contraction tilt mechanism tilts. .

前記コンプライアンスデバイス1は、平行に併設した第一プレート21と第二プレート22を設け、前記第一プレート21及び前記第二プレート22に対して垂直方向で少なくとも3か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受40と、前記対向位置に嵌設された球面軸受40にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子31を摺動させることによって前記第一プレート21及び前記第二プレート22の間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体30と、前記入れ子構造体30に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段33と、を備えた伸縮傾動機構20を設け、並びに、前記入れ子構造体30の筒状体32側であって第一プレート21側に配設し前記入れ子構造体30に沿ってスライドするスライド部材51と、前記第一プレート21に嵌設した球面軸受40の前記スライド部材51側に配設し、前記スライド部材51に対する対向面に前記第一プレート21に平行な面を形成した基準平面部材52と、前記筒状体32又は前記筒状体32と一体化された部位に形成された衝止形状部54と前記スライド部材51との間に介在させて、前記スライド部材51を前記基準平面部材52に押付ける方向に付勢する弾性体53と、を備えた傾動復帰機構50を設ける。The compliance device 1 is provided with a first plate 21 and a second plate 22 arranged in parallel, and is fitted in at least three opposing positions in the vertical direction with respect to the first plate 21 and the second plate 22. The gap between the first plate 21 and the second plate 22 is increased by connecting the both ends of the spherical bearing 40 and the spherical bearing 40 fitted at the opposite position, and sliding the insert 31. A telescopic tilting mechanism 20 is provided, which includes a telescopic structure 30 that can be reduced, and a biasing means 33 that has a biasing force in the direction of expanding the interval provided in the telescopic structure 30, and the telescopic structure A slide member 51 which is disposed on the cylindrical body 32 side of the body 30 and on the first plate 21 side and slides along the nested structure 30; A reference plane member 52 disposed on the side of the slide member 51 of the spherical bearing 40 fitted to the seat 21 and having a surface parallel to the first plate 21 on the surface facing the slide member 51; A direction in which the slide member 51 is pressed against the reference flat member 52 by being interposed between a slide-shaped portion 54 formed on a body 32 or a part integrated with the cylindrical body 32 and the slide member 51. And a tilting return mechanism 50 provided with an elastic body 53 that urges the spring.

前記コンプライアンスデバイス1の作動形態を説明する。前記把持機構2が無負荷状態の第一形態では、前記第一プレート21と第二プレート22とが平行状態であって、前記第一プレート21と第二プレート22との間隔が最大の拡大状態となり、前記把持機構2に負荷が加わったときの第二形態では、少なくとも3カ所ある前記入れ子構造体30のそれぞれに加えられた前記負荷の向きや大きさに応じて、前記入れ子構造体30のそれぞれが独立して前記球面軸受40により傾動自在やねじれ自在に変化し、かつ入れ子構造体30のそれぞれが独立して伸縮自在に変化し、前記把持機構2が負荷状態から無負荷状態に戻ると、前記スライド部材51を前記基準平面部材52に押付ける前記傾動復帰機構50により、及び、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を常時拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段33により、第一プレート21、第二プレート22及び入れ子構造体30の状態を前記第一形態の状態に復元させることができる。   An operation mode of the compliance device 1 will be described. In the first form in which the gripping mechanism 2 is in an unloaded state, the first plate 21 and the second plate 22 are in a parallel state, and the distance between the first plate 21 and the second plate 22 is the maximum expanded state. Thus, in the second mode when a load is applied to the gripping mechanism 2, the nesting structure 30 is changed according to the direction and size of the load applied to each of the nesting structure 30 at least at three locations. When the spherical bearing 40 is independently changed to be tiltable or twistable, and each of the nesting structures 30 is independently extended and retractable, the gripping mechanism 2 returns from the loaded state to the unloaded state. The interval between the first plate 21 and the second plate 22 is always increased by the tilt return mechanism 50 that presses the slide member 51 against the reference plane member 52. The biasing means 33 having a biasing force to the direction, it is possible to restore the first plate 21, the state of the second plate 22 and nested structure 30 to the state of the first embodiment.

前記コンプライアンスデバイス1は、部品箱6に収納された部品5を一つずつ把持する把持機構2とともにエンドエフェクタ3の構成要素であり、エンドエフェクタ3のコンプライアンスデバイス1側をロボット11のアーム4先端に取り付ける。エンドエフェクタ3がコンプライアンス性を有することにより、把持機構2が部品箱6に衝突したときに把持機構2の損傷が発生しにくくなり、ロボット11への衝撃を緩和し、ロボット11のチョコ停を防止し、又は把持機構2の把持爪が部品5の被把持箇所を少しずれて部品5に当接したときに把持爪が部品5表面を滑りながら被把持箇所に到達しやすいように支援するができる。   The compliance device 1 is a component of the end effector 3 together with the gripping mechanism 2 that grips the components 5 housed in the component box 6 one by one, and the compliance device 1 side of the end effector 3 is the tip of the arm 4 of the robot 11. Install. Due to the compliance of the end effector 3, the gripping mechanism 2 is less likely to be damaged when the gripping mechanism 2 collides with the component box 6, the impact on the robot 11 is reduced, and the robot 11 is prevented from being stopped. Alternatively, when the gripping claw of the gripping mechanism 2 is slightly displaced from the gripped portion of the component 5 and comes into contact with the component 5, the gripping claw can easily support the gripped portion while sliding on the surface of the component 5. .

前記コンプライアンスデバイス1は、平行に併設した第一プレート21と第二プレート22、伸縮傾動機構20及び傾動復帰機構50を備える。前記第一プレート21及び第二プレート22はロボット11のアーム4先端面と平行な面を形成し、前記第一プレート21及び第二プレート22のいずれか一方がロボット11のアーム4先端に取り付けられ、他方に把持機構2が取り付けられる。把持機構2には部品5を把持する把持爪の他に把持爪を開閉する手段も含まれる。そして、前記第一プレート21と第二プレート22との間にコンプライアンス性を発揮する機構が装着される。   The compliance device 1 includes a first plate 21 and a second plate 22 provided in parallel, an expansion / contraction tilt mechanism 20 and a tilt return mechanism 50. The first plate 21 and the second plate 22 form a surface parallel to the tip end surface of the arm 4 of the robot 11, and one of the first plate 21 and the second plate 22 is attached to the tip end of the arm 4 of the robot 11. The gripping mechanism 2 is attached to the other side. The gripping mechanism 2 includes means for opening and closing the gripping claws in addition to the gripping claws for gripping the component 5. A mechanism that exhibits compliance is mounted between the first plate 21 and the second plate 22.

前記コンプライアンス性を発揮する機構として、図3乃至図5、及び図12に示すように、伸縮傾動機構20及び傾動復帰機構50を1組として、少なくとも前記第一プレート21及び第二プレート22間に3か所以上設ける。3か所以上設けることにより、ロボット11のアーム4側に取り付けたプレートを基準として、加えられた負荷の位置や大きさによって、図8乃至図11、図15乃至図18の示すように、把持機構2側のプレートを三次元で傾動変化させることができ、ねじり変化をさせることができる。   As shown in FIGS. 3 to 5 and 12, as a mechanism for demonstrating the compliance, the telescopic tilt mechanism 20 and the tilt return mechanism 50 are set as a pair, and at least between the first plate 21 and the second plate 22. Provide 3 or more locations. As shown in FIGS. 8 to 11 and FIGS. 15 to 18, depending on the position and size of the applied load with reference to the plate attached to the arm 4 side of the robot 11 by providing three or more locations, as shown in FIGS. The plate on the mechanism 2 side can be tilted and changed in three dimensions, and the torsion can be changed.

前記伸縮傾動機構20は、傾動機構を構成する球面軸受40と、入れ子方式の伸縮機構である入れ子構造体30とを備える。前記傾動機構は、図5又は図12に示すように、前記第一プレート21及び前記第二プレート22にそれぞれ嵌設された球面軸受40を備え、一方の球面軸受40の内輪41に入れ子構造体30の入れ子31側の端部を固定し、他方の球面軸受40の内輪41に入れ子構造体30の筒状体32側の端部を固定する。これにより、把持機構2に外力Pによる負荷が加わったときには、それぞれの入れ子構造体30に加わる負荷の向きによってそれぞれが異なる傾動状態となる。前記球面軸受40は固定側の外輪42と回転する内輪41とから構成され、球面軸受40の固定先は、前記第一プレート21又は前記第二プレート22でもよく、図8及び図15に示すように前記第一プレート21又は前記第二プレート22に固定された他の部位でもよい。   The telescopic tilting mechanism 20 includes a spherical bearing 40 that constitutes the tilting mechanism and a telescopic structure 30 that is a telescopic telescopic mechanism. As shown in FIG. 5 or FIG. 12, the tilt mechanism includes spherical bearings 40 fitted to the first plate 21 and the second plate 22, respectively, and is nested in an inner ring 41 of one spherical bearing 40. 30 is fixed to the inner ring 41 of the other spherical bearing 40, and the end of the nested structure 30 on the cylindrical body 32 side is fixed. Thereby, when a load due to the external force P is applied to the gripping mechanism 2, the respective tilting states are different depending on the direction of the load applied to each nested structure 30. The spherical bearing 40 includes a fixed outer ring 42 and a rotating inner ring 41. The spherical bearing 40 may be fixed to the first plate 21 or the second plate 22, as shown in FIGS. Alternatively, it may be another part fixed to the first plate 21 or the second plate 22.

前記入れ子構造体30は、入れ子31が筒状体32内を摺動する構造を有し、前記入れ子31を筒状体32から押し出す方向に付勢力を有する付勢手段33を具備させている。前記付勢手段33としては、バネ、エア圧、油圧などがあり、一方向に付勢力を有する手段であればいずれでもよい。前記入れ子構造体30を、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間に、前記嵌設した一対の球面軸受40の数に合わせて少なくとも3か所に介設することにより、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を常時は最大限の間隔を維持し、把持機構2に外力Pによる負荷が加わったときには、それぞれの伸縮機構に加わる負荷の大きさによってそれぞれが異なる伸縮状態となる。以下、入れ子31を摺動させる筒状体32側のプレートを第一プレート21とし、入れ子31側のプレートを第二プレート22として説明する。コンプライアンスデバイス1の前記筒状体32側の第一プレート21をロボット11のアーム4側又は把持機構2側のいずれに取り付けてもよく、前記入れ子31側の第二プレート22をロボット11のアーム4側又は把持機構2側のいずれに取り付けてもよい。   The nesting structure 30 has a structure in which the nesting 31 slides in the cylindrical body 32, and is provided with urging means 33 having a urging force in a direction of pushing out the nesting 31 from the cylindrical body 32. The biasing means 33 includes a spring, air pressure, hydraulic pressure, etc., and any means may be used as long as it has a biasing force in one direction. By inserting the nest structure 30 between the first plate 21 and the second plate 22 in at least three locations in accordance with the number of the fitted spherical bearings 40, the first plate 21 and the second plate 22 are provided. The interval between the one plate 21 and the second plate 22 is always maintained at the maximum, and when a load due to the external force P is applied to the gripping mechanism 2, each differs depending on the magnitude of the load applied to each expansion / contraction mechanism. It will be in a stretched state. Hereinafter, the plate on the cylindrical body 32 side on which the insert 31 is slid will be referred to as the first plate 21, and the plate on the insert 31 side will be described as the second plate 22. The first plate 21 on the cylindrical body 32 side of the compliance device 1 may be attached to either the arm 4 side or the gripping mechanism 2 side of the robot 11, and the second plate 22 on the nesting 31 side is attached to the arm 4 of the robot 11. It may be attached to either the side or the gripping mechanism 2 side.

前記傾動機構と入れ子構造体30を備えた伸縮傾動機構20により、図2に示すように把持機構2に外力Pによる負荷が加わったときには、少なくとも3か所設けた伸縮傾動機構20のそれぞれに加わる負荷の向きや大きさにより、それぞれの伸縮機構である入れ子構造体30が異なる伸縮状態及び異なる傾動状態となるので、第一プレート21及び第二プレート22のいずれかの把持機構2側のプレートがロボット11のアーム4側のプレートに対して、図6乃至図11、図13な乃至図18に示すように、三次元で傾動状態に変化し、ねじれ状態に変化する。   When the load due to the external force P is applied to the gripping mechanism 2 as shown in FIG. 2, the expansion / contraction tilting mechanism 20 including the tilting mechanism and the nested structure 30 applies to each of the expansion / contraction tilting mechanisms 20 provided at least at three locations. Depending on the direction and size of the load, the telescopic structure 30 that is the respective expansion / contraction mechanism is in a different expansion / contraction state and a different tilting state, so that either the first plate 21 or the second plate 22 on the gripping mechanism 2 side As shown in FIGS. 6 to 11 and FIGS. 13 to 18 with respect to the plate on the arm 4 side of the robot 11, the robot 11 changes to a tilted state and changes to a twisted state.

前記入れ子構造体30は、外力Pによる負荷によって入れ子31が筒状体32内に押入されるが、無負荷になると入れ子31を筒状体32から押し出す方向に付勢力を有する付勢手段33によって入れ子31が押し出され無負荷状態に復元する。   In the nested structure 30, the insert 31 is pushed into the cylindrical body 32 by the load due to the external force P. When no load is applied, the nested structure 30 is biased by a biasing means 33 having a biasing force in a direction of pushing the nested 31 out of the cylindrical body 32. The nest 31 is pushed out and restored to an unloaded state.

前記傾動機構は、外力Pによる負荷によって前記伸縮機構が傾動した後に無負荷になると、傾動復帰機構50により無負荷状態に復元される。   The tilting mechanism is restored to a no-load state by the tilt return mechanism 50 when it becomes unloaded after the telescopic mechanism tilts due to a load by an external force P.

前記傾動復帰機構50は、入れ子構造体30の筒状体32の外周壁に密着してスライドするスライド部材51、及び/又は、前記筒状体32の底壁35から突出し前記球面軸受40の内輪41に嵌設した円柱状体55の外周面に密着してスライドするスライド部材51を備える。前記スライド部材51の球面軸受40側は基準平面部材52に平行な面を形成している。   The tilt return mechanism 50 projects from the slide member 51 that slides in close contact with the outer peripheral wall of the cylindrical body 32 of the nested structure 30 and / or the bottom wall 35 of the cylindrical body 32 and protrudes from the inner ring of the spherical bearing 40. 41 is provided with a slide member 51 that slides in close contact with the outer peripheral surface of a cylindrical body 55 fitted to 41. A surface parallel to the reference plane member 52 is formed on the spherical bearing 40 side of the slide member 51.

そして、前記傾動復帰機構50は、スライド部材51のスライド方向で第一プレート21側に第一プレート21の表面と平行な面を形成する基準平面部材52を備える。また、第一プレート21自体を基準平面部材52としてもよい。   The tilt return mechanism 50 includes a reference flat member 52 that forms a surface parallel to the surface of the first plate 21 on the first plate 21 side in the sliding direction of the slide member 51. Further, the first plate 21 itself may be used as the reference plane member 52.

そして、前記傾動復帰機構50は、一方を前記筒状体32に固定された衝止形状部54又は蓋部材29などの前記筒状体32と一体化された部位に形成された衝止形状部54に弾設させ、他方を前記スライド部材51に弾設させて、前記衝止形状部54と前記スライド部材51間に介設させて、前記スライド部材51を前記基準平面部材52にスライドさせて押し付ける方向に付勢する弾性体53を備える。前記弾性体53としては、ばね、ゴムなどの一方向に付勢力を有する手段であればいずれでもよい。   The tilt return mechanism 50 includes an impact-shaped portion 54 formed on a portion integrated with the tubular body 32, such as an impact-shaped portion 54 fixed to the tubular body 32 or a lid member 29. 54, and the other is placed on the slide member 51, and is interposed between the stopper-shaped portion 54 and the slide member 51, and the slide member 51 is slid onto the reference plane member 52. An elastic body 53 that biases in the pressing direction is provided. The elastic body 53 may be any means as long as it has a biasing force in one direction, such as a spring or rubber.

把持機構2に外力が加わっていない無負荷状態では、前記スライド部材51は前記弾性体53により基準平面部材52に密着して押し付けられており、前記伸縮機構である入れ子構造体30は第一プレートに対して垂直方向の姿勢となる。次に、把持機構2に外力により負荷が加わると前記入れ子構造体30は第一プレート21に対して傾動し、これにより前記スライド部材51と前記基準平面部材52との間に斜め状態の間隙K1、K2が生ずる。次に把持機構2に外力Pが加わらない状態になると前記弾性体53の付勢力によって前記スライド部材51が前記基準平面部材52に密着して押し付けられ、これにより傾動していた前記入れ子構造体30が第一プレート21に対して垂直方向の姿勢に戻る。   In a no-load state where no external force is applied to the gripping mechanism 2, the slide member 51 is pressed in close contact with the reference flat member 52 by the elastic body 53, and the telescopic structure 30 serving as the expansion / contraction mechanism is a first plate. It becomes the posture of the perpendicular direction to. Next, when a load is applied to the gripping mechanism 2 by an external force, the nesting structure 30 tilts with respect to the first plate 21, whereby an oblique gap K <b> 1 between the slide member 51 and the reference plane member 52. , K2. Next, when the external force P is not applied to the gripping mechanism 2, the slide member 51 is pressed and pressed against the reference flat member 52 by the biasing force of the elastic body 53, and the nested structure 30 that has been tilted thereby. Returns to the vertical posture with respect to the first plate 21.

次に、コンプライアンスデバイス1の第一の実施形態として、図5に示すように、伸縮傾動機構20が、外筒32a内に入れ子31である内筒31aが摺動自在に嵌入された入れ子構造体の30形態である。そして、傾動機構が、前記外筒32aと第一プレート21に嵌設された球面軸受40の内輪41とを固定状態とし、前記内筒31aと第二プレート22に嵌設された球面軸受40の内輪41とを固定状態にした形態を有している。そして、入れ子構造体30が、前記内筒31aを前記外筒32aから押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁35又はバネガイドの段付部56に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部39に弾接させた内筒押出ばね33aを設けて、前記外筒32a内に前記内筒31aを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を拡大縮小自在としている。これにより、前記第一プレート21と前記第二プレート22のうち、ロボット11のアーム4側のプレートに対して把持機構2側のプレートを傾動自在やねじれ自在とすることができる。そして、内筒31aを外筒32a内に挿入後に蓋部材29を嵌設する。蓋部材29と外筒32aとの締結はボルトなどの部材同士を締結する締結方法であればよいずれでもよい。   Next, as a first embodiment of the compliance device 1, as shown in FIG. 5, the telescopic tilt mechanism 20 has a nested structure in which an inner cylinder 31 a which is a nested 31 is slidably fitted in an outer cylinder 32 a. 30 forms. The tilting mechanism fixes the outer cylinder 32 a and the inner ring 41 of the spherical bearing 40 fitted to the first plate 21, and the spherical bearing 40 fitted to the inner cylinder 31 a and the second plate 22. The inner ring 41 is fixed. The nesting structure 30 urges the inner cylinder 31a in the direction of pushing out the outer cylinder 32a. One end side is elastically contacted with the bottom wall 35 of the outer cylinder or the stepped portion 56 of the spring guide, and the other end side is An inner cylinder push spring 33a elastically contacted with a stop-shaped portion 39 provided on the inner wall of the inner cylinder is provided, and the inner cylinder 31a is nested in the outer cylinder 32a to make a relative movement of the first plate 21. And the second plate 22 can be enlarged or reduced. As a result, of the first plate 21 and the second plate 22, the plate on the gripping mechanism 2 side can be tilted or twisted with respect to the arm 4 side plate of the robot 11. Then, the lid member 29 is fitted after the inner cylinder 31a is inserted into the outer cylinder 32a. The lid member 29 and the outer cylinder 32a may be fastened by any fastening method that fastens members such as bolts.

コンプライアンスデバイス1のサイズを小型化するために、前記内筒押出ばね33aの長さを確保する必要がある場合は、図19に示すように、前記球面軸受40内部まで前記内筒押出ばね33aが延設可能な空間を確保し、延長させることもできる。   In order to reduce the size of the compliance device 1, when it is necessary to ensure the length of the inner cylinder pushing spring 33 a, the inner cylinder pushing spring 33 a is inserted into the spherical bearing 40 as shown in FIG. 19. A space that can be extended can be secured and extended.

無負荷状態では、図5に示すように、内筒31aは外筒32aに端面に内筒押出ばね33aによって押し付けられ、第一プレート21と第二プレート22との間隔W1は拡大された状態で、第一プレート21と第二プレート22とは平行状態にある。   In the unloaded state, as shown in FIG. 5, the inner cylinder 31a is pressed against the outer cylinder 32a by the inner cylinder pushing spring 33a on the end surface, and the interval W1 between the first plate 21 and the second plate 22 is expanded. The first plate 21 and the second plate 22 are in a parallel state.

入れ子構造体30の長軸方向の負荷が加わると、図6に示すように、内筒押出ばね33aが圧縮され、内筒31aは距離L1ほど外筒32a端面から離隔し、第一プレート21と第二プレート22との間隔は間隔W1から間隔W12に縮小される。   When a load in the major axis direction of the nested structure 30 is applied, as shown in FIG. 6, the inner cylinder push spring 33a is compressed, and the inner cylinder 31a is separated from the end surface of the outer cylinder 32a by a distance L1, and The interval with the second plate 22 is reduced from the interval W1 to the interval W12.

入れ子構造体30に斜め方向からの負荷が加わると、図7に示すように、第一プレート21又は第二プレート22に嵌設された球面軸受40の外輪42に対して内輪41が回転し、スライド部材51と基準平面部材52間に間隙K1が発生する。   When a load from an oblique direction is applied to the nested structure 30, as shown in FIG. 7, the inner ring 41 rotates with respect to the outer ring 42 of the spherical bearing 40 fitted on the first plate 21 or the second plate 22, A gap K <b> 1 is generated between the slide member 51 and the reference plane member 52.

第一の実施形態のコンプライアンスデバイス1の形態変化として、図8に横方向に変化状態を示し、図9に傾動状態を示し、図10にねじれ状態を示し、図11に横方向、傾動、ねじれ及び縮小の複合的な変化がされた状態を示している。このように、極めて柔軟に変化させることができる。   As a form change of the compliance device 1 of the first embodiment, FIG. 8 shows a change state in the horizontal direction, FIG. 9 shows a tilt state, FIG. 10 shows a twist state, and FIG. 11 shows a horizontal direction, tilt, twist. And the state where the compound change of reduction was made is shown. Thus, it can change very flexibly.

そして、傾動復帰機構50は、一方を入れ子構造体30の外筒32aの外周壁の衝止形状部54に弾設させ他方を前記スライド部材51に弾設させた、前記スライド部材51を前記基準平面部材52にスライドさせて押し付ける方向に付勢する弾性体53であるばねを設け、前記弾性体53により入れ子構造体30を第一プレート21又は第二プレート22に垂直方向に姿勢を戻すことができる。   The tilt return mechanism 50 is configured such that one of the slide members 51 is elastically provided on the stopper shape portion 54 of the outer peripheral wall of the outer cylinder 32a of the nested structure 30 and the other is elastically provided on the slide member 51. A spring, which is an elastic body 53 that is urged in a direction of sliding and pressing the flat member 52, is provided, and the elastic body 53 allows the nested structure 30 to return to the first plate 21 or the second plate 22 in the vertical direction. it can.

また、前記入れ子構造体30の前記内筒31a内に、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサ60を設ける。前記近接スイッチ又は距離センサ60は、前記外筒32a内の底壁35面に垂設させた、前記内筒押出ばね33aの座屈を防ぐために前記内筒押出ばね33aに挿入した棒状のバネガイド34の先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサ60による前記内筒31aの摺動方向の位置情報をロボット制御部13側に出力する。これにより、ロボット11が教示された次のポイントに衝突しながらも強制的に進むのを止めエンドエフェクタ3の損傷を防止することができ、ロボット11のチョコ停防止ができる。   Further, a proximity switch or distance sensor 60 for detecting that the distance between the first plate 21 and the second plate 22 is reduced and reaches a predetermined distance is provided in the inner cylinder 31a of the nested structure 30. . The proximity switch or distance sensor 60 is a rod-shaped spring guide 34 inserted into the inner cylinder pushing spring 33a so as to prevent buckling of the inner cylinder pushing spring 33a suspended from the surface of the bottom wall 35 in the outer cylinder 32a. The position information in the sliding direction of the inner cylinder 31a by the proximity switch or the distance sensor 60 is output to the robot controller 13 side. As a result, the robot 11 can be prevented from forcibly moving while colliding with the next point taught, and the end effector 3 can be prevented from being damaged, and the robot 11 can be prevented from stopping.

次に、コンプライアンスデバイス1の第二の実施形態として、図12に示すように、伸縮傾動機構20が、シリンダーチューブ32b内に入れ子31であるピストン31bが摺動自在に嵌入された入れ子構造体30の形態である。そして、傾動機構が、前記シリンダーチューブ32b端部に取り付けたヘッドカバー36から球面軸受40方向に突出させた円柱状体55と、第一プレート21に嵌設された球面軸受40の内輪41とを固定状態とし、シリンダーチューブ32b内を摺動するピストン31bに固定したピストンロッド37の先端と第二プレート22に嵌設された球面軸受40の内輪41とを固定状態にした形態を有している。そして、入れ子構造体30が、前記シリンダーチューブ32b内のピストン31bとヘッドカバー36との空間Sを、前記エンドエフェクタ3が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記エア圧を維持することによりピストン31bを押出方向に付勢させることができるので、前記シリンダーチューブ32b内に前記ピストン31bを入れ子式の相対運動をさせることができる。これにより、前記第一プレート21と前記第二プレート22との間隔を拡大縮小自在とすることができ、前記第一プレート21と前記第二プレート22のうち、ロボット11のアーム4側のプレートに対して把持機構2側のプレートを傾動自在やねじれ自在とすることができる。ロッドカバー38とシリンダーチューブ32bとの締結や円柱状体55とヘッドカバー36との締結は,ボルトなどの部材同士を締結する締結方法であればよいずれでもよい。   Next, as a second embodiment of the compliance device 1, as shown in FIG. 12, the telescopic tilt mechanism 20 includes a nested structure 30 in which a piston 31b as a nested 31 is slidably fitted in a cylinder tube 32b. It is a form. The tilting mechanism fixes the cylindrical body 55 projecting from the head cover 36 attached to the end of the cylinder tube 32b toward the spherical bearing 40 and the inner ring 41 of the spherical bearing 40 fitted on the first plate 21. In this state, the tip of the piston rod 37 fixed to the piston 31b sliding in the cylinder tube 32b and the inner ring 41 of the spherical bearing 40 fitted to the second plate 22 are fixed. Then, the nested structure 30 sets the space S between the piston 31b and the head cover 36 in the cylinder tube 32b to an arbitrary air pressure that becomes an air cushion when the end effector 3 collides, and maintains the air pressure. Thus, the piston 31b can be urged in the pushing direction, so that the piston 31b can be nested in the cylinder tube 32b. Thereby, the space | interval of said 1st plate 21 and said 2nd plate 22 can be enlarged / reduced, and among the said 1st plate 21 and said 2nd plate 22, it is in the plate at the side of the arm 4 of the robot 11. On the other hand, the plate on the gripping mechanism 2 side can be tilted or twisted. The rod cover 38 and the cylinder tube 32b may be fastened or the columnar body 55 and the head cover 36 may be fastened by any fastening method that fastens members such as bolts.

無負荷状態では、図12に示すように、ピストン31bはシリンダーチューブ32bの端にあるロッドカバー38に、空間Sに充填されたエヤ圧によって押し付けられ、第一プレート21と第二プレート22との間隔W2は拡大された状態で、第一プレート21と第二プレート22とは平行状態にある。   In the unloaded state, as shown in FIG. 12, the piston 31b is pressed against the rod cover 38 at the end of the cylinder tube 32b by the air pressure filled in the space S, and the first plate 21 and the second plate 22 The interval W2 is enlarged, and the first plate 21 and the second plate 22 are in a parallel state.

入れ子構造体30の長軸方向の負荷が加わると、図13に示すように、空間Sに充填していた空気が圧縮され、ピストン31bは距離L2ほどロッドカバー38から離隔し、第一プレート21と第二プレート22との間隔は間隔W2から間隔W22に縮小される。   When a load in the major axis direction of the nested structure 30 is applied, as shown in FIG. 13, the air filled in the space S is compressed, and the piston 31b is separated from the rod cover 38 by a distance L2, and the first plate 21 And the second plate 22 are reduced from the interval W2 to the interval W22.

入れ子構造体30に斜め方向からの負荷が加わると、図14に示すように、第一プレート21又は第二プレート22に嵌設された球面軸受40の外輪42に対して内輪41が回転し、スライド部材51と基準平面部材52間に間隙K2が発生する。   When a load from an oblique direction is applied to the nested structure 30, as shown in FIG. 14, the inner ring 41 rotates with respect to the outer ring 42 of the spherical bearing 40 fitted on the first plate 21 or the second plate 22, A gap K <b> 2 is generated between the slide member 51 and the reference plane member 52.

そして、傾動復帰機構50は、一方を前記ヘッドカバー36に固設された円柱状体55に弾設し、他方を前記スライド部材51に弾設させた、前記スライド部材51を前記基準平面部材52に押し付ける方向に付勢する弾性体53であるばねを設け、前記ばねにより入れ子構造体30を第一プレート21又は第二プレート22に垂直方向の姿勢を戻すことができる。   Then, the tilt return mechanism 50 is elastically mounted on the reference flat member 52, one of which is elastically mounted on the cylindrical body 55 fixed to the head cover 36 and the other of which is elastically mounted on the slide member 51. A spring which is an elastic body 53 urging in the pressing direction is provided, and the vertical structure of the nested structure 30 can be returned to the first plate 21 or the second plate 22 by the spring.

第二の実施形態のコンプライアンスデバイス1の変化として、図16に横方向に変化状態を示し、図16に傾動状態を示し、図17にねじれ状態を示し、図18に横方向、傾動、ねじれ及び縮小の複合的な変化をした状態を示している。このように、極めて柔軟に変化させることができる。   As a change of the compliance device 1 of the second embodiment, FIG. 16 shows a changed state in the lateral direction, FIG. 16 shows a tilted state, FIG. 17 shows a twisted state, FIG. 18 shows a lateral direction, tilted, twisted and It shows a state in which multiple reductions have been made. Thus, it can change very flexibly.

そして、前記シリンダーチューブ32b内のピストン31bとヘッドカバー36との空間Sにおけるエア圧を、把持機構2が部品箱6に侵入する手前の位置から部品5を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構2が部品5を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタ3が衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストン31bを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ32b内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える2段階設定
する。このエア圧の2段階制御により、把持機構2が衝突したときは把持機構2の損傷を抑制させることができ、ロボット11のチョコ停を防止させることができ、部品5を把持した後は部品5を確実に把持して安全に搬送させることができる。
The air pressure in the space S between the piston 31b and the head cover 36 in the cylinder tube 32b is determined from an arbitrary timing from the position immediately before the gripping mechanism 2 enters the component box 6 to immediately before the component 5 is gripped. 2 until the timing until 2 completes gripping the part 5, the end effector 3 is set to an arbitrary air pressure that becomes an air cushion at the time of collision, and the piston 31b is slid using a section other than the cushion section as a holding section. The air pressure in the cylinder tube 32b is set to an arbitrary air pressure that does not move, and the air pressure in the cylinder tube 32b is set in two steps to switch at least between the cushion section and the holding section. By this two-step control of the air pressure, when the gripping mechanism 2 collides, damage to the gripping mechanism 2 can be suppressed, and the robot 11 can be prevented from being stopped. After the part 5 is gripped, the part 5 Can be securely gripped and transported safely.

また、前記ピストン31bの外周面には磁石62を嵌設させて、前記シリンダーチューブ32bの外周壁面に形成した溝にピストン31bの摺動方向の位置を検知する位置センサ61を嵌設する。これにより、前記位置センサ61によるピストン31bの摺動方向の位置情報をロボット制御部13側に出力することができ、ロボット11が教示された次のポイントに衝突しながらも強制的に進むのをリアルタイムで止め、エンドエフェクタ3又はロボット11の損傷を防止することができる。   A magnet 62 is fitted on the outer peripheral surface of the piston 31b, and a position sensor 61 for detecting the position of the piston 31b in the sliding direction is fitted in a groove formed on the outer peripheral wall surface of the cylinder tube 32b. Thereby, the position information in the sliding direction of the piston 31b by the position sensor 61 can be output to the robot control unit 13 side, and the robot 11 can forcibly advance while colliding with the next point taught. Stopping in real time can prevent the end effector 3 or the robot 11 from being damaged.

1 コンプライアンスデバイス
2 把持機構
3 エンドエフェクタ
4 アーム
5 部品
6 部品箱
10 部品取出しシステム
11 ロボット
12 画像センサ
13 ロボット制御部
14 部品認識手段
20 伸縮傾動機構
21 第一プレート
22 第二プレート
29 蓋部材
30 入れ子構造体
31 入れ子
31a 内筒
31b ピストン
32 筒状体
32a 外筒
32b シリンダーチューブ
33 付勢手段
33a 内筒押出ばね
34 バネガイド
35 底壁
36 ヘッドカバー
37 ピストンロッド
38 ロッドカバー
39 衝止形状部
40 球面軸受
41 内輪
42 外輪
50 傾動復帰機構
51 スライド部材
52 基準平面部材
53 弾性体
54 衝止形状部
55 円柱状体
56 段付部
60 近接スイッチ又は距離センサ
61 位置センサ
62 磁石
P 外力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compliance device 2 Grasp mechanism 3 End effector 4 Arm 5 Parts 6 Parts box 10 Parts pick-up system 11 Robot 12 Image sensor 13 Robot control part 14 Parts recognition means 20 Telescopic tilt mechanism 21 First plate 22 Second plate 29 Cover member 30 Nesting Structure 31 Nested 31a Inner cylinder 31b Piston 32 Cylindrical body 32a Outer cylinder 32b Cylinder tube 33 Biasing means 33a Inner cylinder push-out spring 34 Spring guide 35 Bottom wall 36 Head cover 37 Piston rod 38 Rod cover 39 Impact shape section 40 Spherical bearing 41 Inner ring 42 Outer ring 50 Tilt return mechanism 51 Slide member 52 Reference plane member 53 Elastic body 54 Impact-shaped part 55 Columnar body 56 Stepped part 60 Proximity switch or distance sensor 61 Position sensor 62 Magnet P External force

Claims (8)

部品をピッキングするロボットのアーム先端に取り付ける、把持機構を具備したエンドエフェクタの構成要素であるコンプライアンスデバイスであって、
前記コンプライアンスデバイスは、
平行に併設した第一プレートと第二プレートを設け、
前記第一プレート及び前記第二プレートに対して垂直方向で少なくとも3か所の対向位置にそれぞれ嵌設された球面軸受と、前記対向位置に嵌設された球面軸受にそれぞれ両端部を連結させて、入れ子を摺動させることによって前記第一プレート及び前記第二プレートの間隔を拡大縮小自在とする入れ子構造体と、前記入れ子構造体に設けた前記間隔を拡大させる方向に付勢力を有する付勢手段と、を備えた伸縮傾動機構を設け、
並びに、前記入れ子構造体の筒状体側であって第一プレート側に配設し前記入れ子構造体に沿ってスライドするスライド部材と、前記第一プレートに嵌設した球面軸受の前記スライド部材側に配設し、前記スライド部材に対する対向面に前記第一プレートに平行な面を形成した基準平面部材と、前記筒状体又は前記筒状体と一体化された部位に形成された衝止形状部と前記スライド部材との間に介在させて、前記スライド部材を前記基準平面部材に押付ける方向に付勢する弾性体と、を備えた傾動復帰機構を設けたことを特徴とするコンプライアンスデバイス。
A compliance device, which is a component of an end effector having a gripping mechanism, which is attached to the tip of a robot arm that picks up a component,
The compliance device is:
A first plate and a second plate are provided in parallel,
Both ends are connected to a spherical bearing fitted in at least three opposite positions in the vertical direction with respect to the first plate and the second plate, and a spherical bearing fitted in the opposite position, respectively. , A nesting structure that allows the interval between the first plate and the second plate to be enlarged and reduced by sliding the nesting, and an urging force that has an urging force in the direction of enlarging the interval provided in the nesting structure And a telescopic tilt mechanism provided with means,
And a slide member that is arranged on the first plate side on the cylindrical body side of the nesting structure and slides along the nesting structure, and on the slide member side of the spherical bearing fitted on the first plate. A reference plane member that is disposed and has a surface parallel to the first plate on a surface facing the slide member, and a stopper-shaped portion formed in the cylindrical body or a part integrated with the cylindrical body And a tilting return mechanism provided with an elastic body that urges the slide member in a direction in which the slide member is pressed against the reference plane member.
前記傾動復帰機構のスライド部材が前記入れ子構造体に沿う形態が、前記スライド部材が前記入れ子構造体の筒状体の外周面に沿う形態、及び/又は、前記スライド部材が前記筒状体から突設され前記球面軸受に嵌入された前記筒状体と同軸の円柱状体の外周面に沿う形態であることを特徴とする請求項1に記載のコンプライアンスデバイス。   The form in which the slide member of the tilt return mechanism follows the nested structure, the form in which the slide member follows the outer peripheral surface of the tubular body of the nested structure, and / or the slide member protrudes from the tubular body. The compliance device according to claim 1, wherein the compliance device is in a form along an outer peripheral surface of a cylindrical body that is provided and fitted into the spherical bearing and coaxial with the cylindrical body. 前記第一プレート側及び第二プレート側のいずれかをロボットのアーム側に取り付けられることを特徴とする請求項1又は2に記載のコンプライアンスデバイス。   The compliance device according to claim 1, wherein either the first plate side or the second plate side is attached to the arm side of the robot. 前記入れ子構造体が、外筒内に入れ子である内筒が摺動自在に嵌入された入れ子構造体であって、前記外筒と前記外筒側に近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記内筒と前記内筒側に近設された球面軸受の内輪とを固定状態にして、前記内筒を前記外筒から押し出す方向に付勢する、一端側を前記外筒の底壁又はバネガイドの段付部に弾接し他端側を前記内筒内壁に設けた衝止形状部に弾接させた内筒押出ばねを設けて、前記外筒内に前記内筒を入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレートや前記第二プレートに対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のコンプライアンスデバイス。   The nesting structure is a nesting structure in which a nesting inner cylinder is slidably fitted in an outer cylinder, and fixes the outer cylinder and an inner ring of a spherical bearing arranged close to the outer cylinder side. The inner cylinder and the inner ring of the spherical bearing adjacent to the inner cylinder side are fixed, and the inner cylinder is urged in the direction of pushing out from the outer cylinder. One end side is the bottom of the outer cylinder An inner cylinder push-out spring is provided in which the inner cylinder is elastically contacted with a stepped portion of a wall or a spring guide and the other end is elastically contacted with a stop-shaped portion provided on the inner wall of the inner cylinder, and the inner cylinder is nested in the outer cylinder. The distance between the first plate and the second plate can be enlarged and reduced by relative movement, and can be tilted and twisted with respect to the first plate and the second plate. Item 4. The compliance device according to any one of Items 1 to 3. 前記入れ子構造体が、シリンダーチューブ内に入れ子であるピストンが摺動自在に嵌入された入れ子構造体であって、前記シリンダーチューブ端部に取り付けたヘッドカバーと前記ヘッドカバーに近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記ピストンと連結したピストンロッドの先端と前記ピストンロッドに近設された球面軸受の内輪とを固定状態とし、前記シリンダーチューブ内の空間を予め設定したエア圧で制御して、前記シリンダーチューブ内に前記ピストンを入れ子式の相対運動をさせることにより前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔を拡大縮小自在とし、かつ前記第一プレートや前記第二プレートに対して傾動自在やねじれ自在とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のコンプライアンスデバイス。   The nesting structure is a nesting structure in which a piston as a nesting is slidably fitted in a cylinder tube, and a head cover attached to an end of the cylinder tube and an inner ring of a spherical bearing provided close to the head cover In a fixed state, the tip of the piston rod connected to the piston and the inner ring of the spherical bearing adjacent to the piston rod are fixed, and the space in the cylinder tube is controlled with a preset air pressure. The interval between the first plate and the second plate can be enlarged and reduced by nesting the piston in the cylinder tube and tilted with respect to the first plate and the second plate 4. The compliance device according to claim 1, wherein the compliance device is freely and twistable. . 前記シリンダーチューブ内のピストンとヘッドカバーとの空間におけるエア圧を、把持機構が部品箱に侵入する手前の位置から部品を把持する直前までの任意のタイミングから把持機構が部品を把持完了するまでのタイミングまでをクッション区間として前記エンドエフェクタが衝突時にエアクッションとなる任意のエア圧に設定し、前記クッション区間以外の区間を保持区間として前記ピストンを摺動させない任意のエア圧に設定して、前記シリンダーチューブ内のエア圧を少なくとも前記クッション区間と前記保持区間とで切り替える2段階設定することを特徴とする請求項5に記載のコンプライアンスデバイス。   The air pressure in the space between the piston and the head cover in the cylinder tube is the timing from the arbitrary position from the position before the gripping mechanism enters the parts box to just before gripping the part until the gripping mechanism finishes gripping the part. Is set to an arbitrary air pressure that becomes an air cushion when the end effector collides, and is set to an arbitrary air pressure that does not slide the piston with a section other than the cushion section as a holding section. The compliance device according to claim 5, wherein the air pressure in the tube is set in two steps to switch at least between the cushion section and the holding section. 前記入れ子構造体の前記内筒内に、前記第一プレートと前記第二プレートとの間隔が縮小し所定の間隔に到達したことを検知する近接スイッチ又は距離センサを設け、前記近接スイッチ又は距離センサは、前記外筒の底壁面又はバネガイドの段付部に垂設させた、前記内筒押出ばねの座屈を防ぐために前記内筒押出ばねに挿入した棒状のバネガイドの先端を検知するようにし、前記近接スイッチ又は距離センサによる前記内筒の摺動方向の位置情報をロボット制御部に出力することを特徴とする請求項4に記載のコンプライアンスデバイス。
Proximity switch or distance sensor for detecting that the distance between the first plate and the second plate is reduced and reaches a predetermined distance is provided in the inner cylinder of the nested structure, and the proximity switch or distance sensor Is configured to detect the tip of a rod-shaped spring guide inserted into the inner cylinder extruding spring to prevent buckling of the inner cylinder extruding spring, suspended from the bottom wall surface of the outer cylinder or a stepped portion of the spring guide, The compliance device according to claim 4 , wherein position information in a sliding direction of the inner cylinder by the proximity switch or a distance sensor is output to a robot control unit.
前記シリンダーチューブの外周壁面にピストンの摺動方向の位置を検知する位置センサを配設し、前記位置センサによるピストンの摺動方向の位置情報をロボット制御側に出力することを特徴とする請求項5又は6に記載のコンプライアンスデバイス。A position sensor for detecting a position in a sliding direction of a piston is disposed on an outer peripheral wall surface of the cylinder tube, and position information in a sliding direction of the piston by the position sensor is output to a robot control side. 5. The compliance device according to 5 or 6.
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