CN102601803A - 工业用机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够一边确保平衡装置的冲程变长的臂的强度，一边避开与框架的干涉，增大臂回转范围的结构紧凑的工业用机器人(10)，上述平衡装置用于减轻驱动臂的马达、减速器的负荷。臂(2)由以悬臂状态回转自由地被支撑在框架(1)的水平回转轴(a)上的基部(2c)、在基部侧具有开口部(2a)并从基部侧朝向臂前端地形成的筒状壳体部(2b)、和臂前端部(2d)构成。平衡装置(3)具有杆(3b)和杆进出的缸(3a)，将杆前端卡合部(4)回转自由地支撑在框架的一对第一支点(c)之间，将缸的后端(5)回转自由地支撑在筒状壳体部内的一对第二支点部(b)之间，在包括臂的水平回转轴的两侧的回转范围内，使筒状壳体部和平衡装置不相干涉。平衡装置向随着杆的拉入或拉出而反作用力变大的方向封入压缩性流体(6)。

Description

工业用机器人
技术领域
本发明涉及具有平衡装置的工业用机器人，该平衡装置用于减轻作用于驱动臂的马达、减速器的负荷。
背景技术
为了将臂的质量以及安装在机器人前端的末端执行器的质量仅用马达的动力保持，需要大容量的马达、减速器。特别是越往根部的轴因重力而产生的力矩负荷越增加，因此有需要大的容量的马达、减速器的问题。
因此，在专利文献1中，公开了将弹簧式平衡装置安装在臂侧面，将一端支撑在臂回转轴的上侧将另一端支撑在臂侧。另外，专利文献2的图4、图5公开了安装在臂后方的弹簧式平衡装置。另外，在专利文献3中公开了由液压缸和气体压缩室(压缩空气筒)所形成的平衡装置。另外，在专利文献4中公开了使用了流体作动型执行机构的平衡装置，在专利文献2以及专利文献5中公开了电动驱动式的平衡装置。
但是，在专利文献1、2的装置中，为了得到大的产生力，有弹簧式壳体变粗、变长的问题，存在如下的问题：若将平衡装置安装在臂侧面，则机器人的宽度尺寸变大，若将平衡装置安装在臂后方，则机器人后方的旋转干涉半径变大。另外，存在如下的问题：不仅使用多个弹簧，部件也变多，因此，不仅平衡装置变重，组装上也花费时间，另外成本提高。另外，平衡装置的冲程越伸长，产生力越变大，在压缩侧使用弹簧的方式，结构变得简单，但是由此相对于臂的转动轴心，需要将平衡装置的两端的支点部配置在相同侧。由此，存在平衡装置变长，结果臂变长，或者杆后方的旋转干涉半径还变大的问题。
另外，在专利文献3的装置中，使用压缩空气，因此，与弹簧式平衡装置相比，有缸部的直径变小，并且全长变短的优点，但是需要另行设置气体压缩室，因此作为平衡装置整体变大。另外，由于与弹簧式平衡装置同样地冲程越伸长，产生力越变大地进行使用，因此在缸的杆侧填充油，为了以相同压力得到相同的产生力，与在杆相反侧填充相比，缸径会变大。
另外，在专利文献1至专利文献4的装置中，将一端支撑在臂回转轴的上侧将另一端支撑在臂侧。另外，专利文献5的装置向后方突出(飛び出し)占用较大的地方，因此使得平衡装置的长度或冲程不能设置得较大。因此，在专利文献6中，在由一对部件构成的臂之间配置平衡装置，在将平衡装置的杆前端回转自由地支撑在设置于框架前下方的一对第一支点部之间，在将缸的后端回转自由地支撑在设置于一对臂之间的一对第二支点部之间。
在先技术文献
专利文献
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专利文献2：日本特开2009-262297号公报
专利文献3：日本特开平10-138189号公报
专利文献4：日本特开平5-329792号公报
专利文献5：日本特开2009-50951号公报
专利文献6：日本实公平6-41824号公报
但是，专利文献6的装置存在如下的问题：将平衡装置配置在一对臂主体之间，因此，与臂转动轴相干涉，从而只能向前方回转。因此，虽然只要设置成专利文献1那样的悬臂即可，但是此时臂强度降低。另外，存在如下的问题：由于杆前端配置在框架的下方，因此也会与框架相干涉。
发明内容
本发明的课题是鉴于该问题点，能够提供一边将平衡装置的冲程较长地设置，确保臂强度，一边避开与框架之间的干涉，增大臂回转范围，结构紧凑的工业用机器人。
在本发明中，通过提供如下的工业用机器人解决了上述课题，其具有绕设置在框架上的水平回转轴回转自由地被支撑的臂和用于减轻上述臂的负荷的平衡装置，其中，上述臂具有臂前端部、以悬臂状态回转自由地被支撑在上述水平回转轴的基部、和上述基部侧开口并从上述基部侧朝向上述臂前端地形成的筒状壳体部，上述平衡装置具备在前端具有卡合部的杆和上述杆进出的缸，上述杆前端卡合部回转自由地被支撑在设置于上述水平回转轴的下侧的上述框架上的一对第一支点部之间，上述缸的杆相反侧后端回转自由地被支撑在设置于上述筒状壳体部内部的一对第二支点部之间，在包括上述臂的上述水平回转轴的两侧的回转范围内，上述筒状壳体部与上述平衡装置不相干涉。
即，相当于将臂设置为悬臂，在臂两端设置基部和前端部，确保绕转动轴的强度。这个方面与以往相同即可。另外，通过设置在臂两端间使得基部侧开口，朝向臂前端地形成的筒状壳体部，即，筒状的一体形状，更优选，作为单壳机身(モノコツク)(壳)构造的筒状壳体部，从而确保强度。另外，将平衡装置的缸侧回转自由地支撑在设置于该筒状壳体部内部的一对第二支点部之间，确保平衡装置的支撑强度。另外，将平衡装置的杆前端卡合部回转自由地支撑在设置于水平回转轴的下侧的框架上的一对第一支点部之间，另外，在包括水平回转轴的两侧的臂回转范围内，筒状壳体部和平衡装置不相干涉，使臂在水平回转轴的两侧能够回转。开口部的基部侧形成为扇形状。
另外，在技术方案2中记载的发明中，平衡装置向随着杆的拉入而反作用力变大的方向封入压缩性流体。据此，在压缩方向减轻臂的负荷。另一方面，在技术方案3中记载的发明中，平衡装置向随着杆的拉出而反作用力变大的方向封入压缩性流体，上下反过来地设置在技术方案1中记载的工业用机器人。据此，将框架固定在顶棚，能够进行向下的操作。
另外，在技术方案4中记载的发明中，工业用机器人具有如下关系：在臂立起了的位置，第一支点部的回转中心、水平回转轴、第二支点部的回转中心和臂重心成为一直线。据此，在臂负荷轻的位置平衡装置长度为最长，通过臂的回转负荷增大，随此，平衡装置的长度变短，反作用力增加。
本发明的工业用机器人，将臂设为悬臂，设置在臂两端间使得基部侧开口，朝向臂前端地形成的筒状壳体部，将平衡装置的缸侧回转自由地支撑在设置于该筒状壳体部内部的第二支点部之间，将平衡装置的杆前端卡合部回转自由地支撑在设置于水平回转轴的下侧的上述框架上的第一支点部之间，在包括水平回转轴的两侧的臂回转范围内，筒状壳体部和平衡装置不相干涉，使臂在水平回转轴的两侧能回转，因此，平衡装置的冲程变长，确保臂强度，并且，能够避开与框架的干涉，增大臂回转范围。
另外，能提供以下紧凑结构的工业用机器人：能够不将臂的整体的厚度增大地将平衡装置的缸部分内置在臂内，不仅机器人前方以及后方的旋转干涉半径变小，机器人的宽度尺寸也不变大。另外，框架侧的第一支点部成为框架的上面，因此构造简单，组装分解等操作也容易。另外，也可以设有在筒状壳体部的开口部的回转轴相反侧下方延伸出的基部罩部，包括杆部，覆盖平衡装置整体，增加美感或者作为保护罩，增大壳体强度。
另外，在技术方案2中记载的发明中，使得平衡装置因杆的拉入而反作用力增大，在压缩方向减轻臂的负荷，能以“推(押し)”的方式使用平衡装置，因此能够使用压缩性流体。因此，若在杆相反侧封入压缩性流体，则能够减小缸径，另外，能够减少臂的厚度。另外，由于向推压方向对框架侧的第一支点部施加负荷，因此，与向拉伸方向施加荷重的情况相比，能够将支点部紧凑化。
另外，在技术方案3中记载的发明中，平衡装置因杆的拉出而反作用力增大地向拉方向封入压缩性流体，能进行向下侧的操作，因此，通过仅转换为平衡装置将压缩性流体封入杆侧的“拉”形式，就能够用作将机器人上下颠倒地安装的棚吊型(天吊型)的机器人的臂的负荷减轻装置。
另外，在技术方案4中记载的发明中，在臂立起了的位置，在第一支点部的回转中心、水平回转轴、第二支点部的回转中心和臂重心成为一直线的位置，平衡装置长度为最长，因此，能够加长平衡装置的长度，即使在支点间距离为最短时，也能够在缸内确保压缩性流体的空间容积。另外，即使不设置辅助箱，也能够抑制急剧的压力上升。此时，不仅能够防止压缩性流体的泄漏，还能够实现密封·填料(シ一ル·パツキン)的寿命提高。
附图说明
图1(b)是表示本发明的实施方式的工业用机器人的局部外观图，图1(a)是图1(b)的Y向视图。
图2是表示图1(a)的X-X线剖面的局部剖面图。
图3是表示本发明的实施方式的工业用机器人的臂和平衡装置的动作的动作图，图3(a)是表示臂向前方端回转的状态的动作图，图3(b)是表示臂向后退端回转的状态的动作图。
图4是表示本发明的另一实施方式的棚吊型机器人用平衡装置的局部剖面图。
附图标记的说明
1...框架，2...臂，2a...开口部，2b...筒状壳体部，2c...基部，2d...臂前端部，3...平衡装置，3a...缸，3b...杆，4...杆前端卡合部，5...缸的杆相反侧后端，6...压缩性流体，10、10’...工业用机器人，a...水平回转轴，b...第二支点部，c...第一支点部。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。图1(b)是表示本发明的实施方式的工业用机器人的局部外观图，图1(a)是图1(b)的Y向视图，图2是表示图1(a)的X-X线剖面的局部剖面图。如图1、图2所示，本发明的工业用机器人10具有绕基台21的旋转轴21a能转动的框架1、绕水平地设置在框架上的水平回转轴a回转(倾斜转动)自由地被支撑的臂2和用于减轻臂的负荷的平衡装置3。在臂2还设有未图示的第二臂、腕，构成多关节工业机器人，与以往相同，因此省略说明。
臂2设有以悬臂状态回转自由地被支撑在水平回转轴a的基部2c、与基部连着的筒状壳体部2b和在筒状壳体部的底部(开口相反端)2e连接着的臂前端部2d，并设有未图示的第二臂的回转轴。在水平回转轴a安装有在框架1的臂相反侧设置了的附带减速器马达22，并且臂2能回转。筒状壳体部2b以图所见形成上侧封闭了的薄壁的筒状，包括基部2c及臂前端部2d的臂整体是铸造物一体结构，具有作为臂2的强度。在筒状壳体部2b的以图所见在下方的基部侧设有开口部2a，下侧开口。另外，也可以在开口部2a的框架相反侧使罩部伸出，作为杆部的罩。
连结臂2和框架1的平衡装置3具备在前端具有卡合部5的杆3b和经由活塞3c使得杆进出的缸3a。杆前端卡合部5回转自由地被支撑在设置于水平回转轴a的下侧的框架上的一对第一支点部c、c之间。缸3a的杆相反侧后端4回转自由地被支撑在设置于筒状壳体部2b内部的一对第二支点部b、b之间。如图所示，臂2在立起的位置，第一支点部的回转中心、水平回转轴、第二支点部的回转中心和臂重心成为一直线。另外，成为一直线的位置也不一定是立起时。
设置在杆3b的活塞3c能在缸3a内滑动，将压缩性流体6封入活塞和缸的杆相反侧之间的空间。另外，筒状壳体部的开口部2a侧从水平回转轴a的轴向看是扇形状，在包括臂的水平回转轴的两侧的回转范围内筒状壳体部2b与平衡装置3不相干涉。另外，缸3a不管臂2的动作姿势如何总是被收容在筒状壳体部2b的内部地安装平衡装置3。
在第一支点部c和第二支点部b分别安装未图示的自动调心滚柱轴承，平衡装置3能绕相对于也作为第一、第二支点的转动轴心b、c正交的轴心摆动。在臂2设有用于检查平衡装置3的压力、用于补充压缩性流体的窗2f，优化维护性。
图3是表示机器人的臂和平衡装置的动作的图，图3(a)是表示臂向前方端回转的状态的动作图，图3(b)是表示臂向后退端回转的状态的动作图。如图3(a)、图3(b)所示，即使臂2的姿势变化，缸3a也总是被收容在臂2的内部，因此，没有平衡装置3与机器人的周边装置相干涉的问题。另外，后方、前方没有突出部，结构紧凑。平衡装置3，平衡装置3的第一支点部c和第二支点部b的支点间距离越短，压缩性流体6越被压缩而产生大的排斥力。如图3(a)所示，若将臂前倾时的平衡装置的反作用力设为Fb1，将水平回转轴a和第二支点部(轴)b之间的距离设为L，将以第二支点部(轴)为中心、水平回转轴a和第一支点部(轴)之间的开度角(開き角)作为θ1，则由反作用力所产生的转动力矩Mb1成为，Mb1＝Fb1×sinθ1×L，θ1越大排斥力也越大。
另外，如图3(b)所示，若将臂后倾时的平衡装置的反作用力设为Fb2，将水平回转轴a和第二支点部(轴)b之间的距离设为L，将以第二支点部(轴)为中心、水平回转轴a和第一支点部(轴)之间的开度角作为θ2，则由反作用力所产生的转动力矩Mb2成为，Mb2＝Fb2×sinθ2×L。在θ1＝θ2＝0时，由反作用力所产生的转动力矩也为零。
在该实施方式中，能够一边确保臂2的强度，一边增大平衡装置3的长度，另外，缸3a在长度方向上具有比伴随着臂2的动作的活塞3c所需要的冲程还要足够大的空间3e。由此，即使在第一支点部c和第二支点部b之间变得最短时，也能够防止因体积极端地变小而引起的急剧的压力上升。另外，能够扩大臂2的回转范围。另外，由于以“推”使用，因此不仅不需要杆部的密封·填料，还消除了由附着到杆的废物等而引起的在密封·填料上产生刮痕的危险性。
另外，由于杆向下，因此成为在滑动部即活塞3c上堆集润滑油6的状态，因此不断地将润滑油6供给到活塞3c部的密封·填料3d。成为在滑动的活塞的上部堆集润滑油6，不断地将润滑油供给到密封·填料，因此能够防止密封·填料的寿命降低。这样，能提供将平衡装置内置在臂内的结构紧凑且低成本的工业用机器人。
接着，参照附图说本发明的另一实施方式。图4是表示本发明的另一实施方式的棚吊型机器人10’用平衡装置的局部剖面图。如图4所示，代替平衡装置3，向随着杆的拉出而反作用力变大的方向封入压缩性流体6。若安装将压缩性流体6封入到杆33b侧的缸33a和活塞33c之间的空间33e的平衡装置33，则在将机器人上下颠倒地悬挂着设置时，在减轻臂2的负荷的方向上产生压缩性流体6的排斥力。另外，对于其他的部分，因与上述相同，因此附加相同的符号省略说明。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但在上述平衡装置3以及平衡装置33中，代替压缩性流体在压缩性流体的相同侧使用弹簧，能够减轻臂的负荷也是不言而喻的。另外，平衡装置的两端位于从成为热的产生源的臂驱动用马达、减速器分离的地方，因此能够防止从杆、缸传递热，加热缸内的压缩性流体而引起的压力上升。另外，与搭载了弹簧式平衡装置的机器人相比，能够减轻质量。另外，具有通过将作为压力容器的平衡装置内置在臂内，从而能够提高安全性等效果。

Claims (4)

1.一种工业用机器人，其具有绕设置在框架上的水平回转轴回转自由地被支撑的臂和用于减轻上述臂的负荷的平衡装置，其特征在于，
上述臂具有臂前端部、以悬臂状态回转自由地被支撑在上述水平回转轴的基部、和上述基部侧开口并从上述基部侧朝向上述臂前端地形成的筒状壳体部，上述平衡装置具备在前端具有卡合部的杆和上述杆进出的缸，上述杆前端卡合部回转自由地被支撑在设置于上述水平回转轴的下侧的上述框架上的一对第一支点部之间，上述缸的杆相反侧后端回转自由地被支撑在设置于上述筒状壳体部内部的一对第二支点部之间，在包括上述臂的上述水平回转轴的两侧的回转范围内，上述筒状壳体部与上述平衡装置不相干涉。
2.根据权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，上述平衡装置，向随着上述杆的拉入而反作用力变大的方向封入压缩性流体。
3.根据权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，上述平衡装置，向随着上述杆的拉出而反作用力变大的方向封入压缩性流体，上下反过来地设置在权利要求1中记载的工业用机器人。
4.根据权利要求1或2或3所述的工业用机器人，其特征在于，其具有如下关系：在上述臂立起了的位置，上述第一支点部的回转中心、上述水平回转轴、上述第二支点部的回转中心和上述臂重心成为一直线。
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