CN110394826B - 机器人用重力平衡器以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人用重力平衡器以及机器人，机器人用重力平衡器用于落地式和吊顶式两种机器人，能够容易地改变所产生的力的方向。机器人用重力平衡器具备：筒状的壳体，其利用具有贯穿孔(TH1、TH2)的端板堵塞长轴(OL1)方向的两端；可动部件，其以能够在长轴方向上移动的方式容纳于壳体内；压缩弹簧，其配置于可动部件与一个端板之间；长条的杆，其能够贯穿两个端板的贯穿孔，且无论贯穿哪一个贯穿孔，均配置为，一端能够装卸地安装于可动部件且另一端向壳体的外部突出的状态，机器人用重力平衡器配置于具有第一部件和第二部件的机器人的第一部件与第二部件之间，第二部件以相对于第一部件能够围绕预定的摆动轴线摆动的方式设置。

Description

机器人用重力平衡器以及机器人

技术领域

本发明涉及机器人用重力平衡器以及机器人。

背景技术

在垂直多关节型机器人中，已知一种重力平衡器，其利用弹簧、压缩空气的力来降低由重力所产生的负荷力矩(例如，参照专利文献1。)。在具备专利文献1所记载的重力平衡器的机器人中，根据落地式的配置和吊顶式的配置，因重力而产生于机器人上的负荷力矩的朝向相反。因此，通过改变容纳于重力平衡器的弹簧、与作用有弹簧的力的杆之间的位置关系，从而根据机器人的配置，切换将弹簧用作压缩弹簧的情况与用作拉伸弹簧的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4281195号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1的重力平衡器中，为了改变容纳于箱体的弹簧与杆之间的位置关系，需要拆下在箱体内部中被压缩的弹簧。弹簧在压缩的状态下容纳的情况较多，为了从箱体取出弹簧，需要充分去除弹簧的弹性变形的作业，并且需要进行箱体的拆卸、弹簧以及杆从箱体的取出以及重新组装，作业比较繁杂。

本发明是鉴于上述情况而做出，提供一种机器人用重力平衡器以及机器人，该机器人用重力平衡器能够容易地改变所产生的力的方向。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方案提供一种机器人用重力平衡器，其具备：筒状的壳体，其利用具有贯穿孔的端板堵塞长轴方向的两端；可动部件，其以能够在所述长轴方向上移动的方式容纳于该壳体内；压缩弹簧，其配置于该可动部件与一个所述端板之间；以及长条的杆，其能够贯穿两个所述端板的所述贯穿孔，并且无论贯穿哪一个所述贯穿孔，均配置为，一端能够装卸地安装于所述可动部件且另一端向所述壳体的外部突出的状态，该机器人用重力平衡器配置于具有第一部件和第二部件的机器人的所述第一部件与所述第二部件之间，其中，所述第二部件以相对于所述第一部件能够围绕预定的摆动轴线摆动的方式设置。

本方案的机器人用重力平衡器以如下状态使用：向壳体的外部突出的杆的另一端安装于机器人的第一部件或第二部件中的一个上，且壳体安装于第一部件或第二部件的另一个上的状态。机器人用重力平衡器利用压缩弹簧的弹性恢复力，产生使第二部件相对于第一部件围绕摆动轴线旋转的旋转力矩。以该旋转力矩的朝向与由重力所产生的围绕摆动轴线的负荷力矩的朝向相反的状态配置机器人用重力平衡器，从而能够降低围绕摆动轴线而作用的负荷力矩。

根据本方案，在杆以可动部件为基准而贯穿压缩弹簧侧的端板的贯穿孔的情况下，杆上作用有拉入壳体的方向的力。相反地，在杆贯穿另一个端板的贯穿孔的情况下，杆上作用有从壳体推出的方向的力。因此，通过将杆从可动部件拆下并从一方的贯穿孔拔出到壳体外，然后插入另一方的贯穿孔，并安装可动部件和杆，从而能够容易地切换机器人用重力平衡器所产生的力的方向。由此，在力的方向的切换作业中，不用将压缩弹簧以及可动部件从壳体取出。

在上述方案中，所述机器人用重力平衡器可以具备安装机构，所述安装机构将所述杆的所述一端能够装卸地安装于所述可动部件，该安装机构具备：外螺纹部，其设置于所述杆的所述一端；台阶部，其配置于该外螺纹部的基端侧；安装孔，其设置于所述可动部件且使所述外螺纹部贯穿；以及螺母，其与所述外螺纹部紧固，且在所述螺母与所述台阶部之间夹持有所述可动部件。

根据该结构，能够利用简单的安装机构装卸可动部件与杆，从而能够更容易地改变由机器人用重力平衡器所产生的力的方向。

在上述方案中，所述机器人用重力平衡器可以具备筒状的杆支撑，该筒状的杆支撑能够装卸地安装于使所述杆贯穿的所述贯穿孔中，并且以能够在所述长轴方向上移动的方式支撑所述杆。

根据该结构，能够利用杆支撑顺滑地支撑杆在长轴方向上的移动。由于杆支撑的外径大于杆的外径，因此能够增大设置于端板的贯穿孔，从而能够使杆向可动部件的装卸作业变得容易。

在上述方案中，所述可动部件可以具备：圆筒部，其具有小于所述压缩弹簧的内径的外径、和能够插入所述杆支撑的内径；凸缘状的法兰部，其在该圆筒部的一端向径向外方延伸且与所述压缩弹簧的一端紧贴；以及安装面，其配置于所述圆筒部的另一端且能够装卸所述杆的所述一端。

根据该结构，能够将圆筒部插入压缩弹簧的内侧，并将安装面配置于压缩弹簧的长轴方向的中途位置。即，在使压缩弹簧伸长到最大限度的状态下，也能够在可动部件的圆筒部内设置容纳杆支撑的空间，并且能够从壳体容易地拆下杆支撑。

在上述方案中，所述机器人用重力平衡器可以具备临时固定机构，所述临时固定机构在压缩所述压缩弹簧的状态下，临时固定沿着所述长轴的所述可动部件的位置。

根据该结构，由于通过利用临时固定机构而使可动部件不动，因此能够容易地装卸可动部件和杆。

在上述方案中，所述壳体可以具备第一支点部，该第一支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第一轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件中的一个上，在所述杆的所述另一端具备第二支点部，该第二支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第二轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件中的另一个上。

根据该结构，根据第二部件相对于第一部件围绕摆动轴线的摆动，机器人用重力平衡器围绕第一轴线摆动而改变姿态。由此，无论第二部件相对于第一部件的姿态如何，都能够通过压缩弹簧围绕摆动轴线产生旋转力矩。

另外，本发明的另一个方案提供具备上述机器人用重力平衡器的机器人。

根据本方案，由于能够容易地改变杆的另一端作用于第一部件或第二部件的力的朝向，因此能够容易地应对机器人的落地式与吊顶式这两种配置。

发明效果

根据本发明，起到如下效果：用于落地式和吊顶式两种机器人，能够容易地改变所产生的力的方向。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的机器人以及机器人用重力平衡器的立体示意图。

图2是图1所示的机器人用重力平衡器的剖视示意图。

图3是图1所示的机器人以及机器人用重力平衡器的侧视示意图。

图4是在吊顶式的配置中所使用的机器人以及机器人用重力平衡器的侧视示意图。

图5是杆的配置发生变化的机器人用重力平衡器的剖视示意图。

图6是可动部件被固定的状态的机器人用重力平衡器的剖视示意图。

图7是图1所示的机器人用重力平衡器的变形例的剖视示意图。

附图标记说明

2：旋转体(第一部件)

3：第一臂(第二部件)

50：机器人用重力平衡器

51：第一支点用孔

52：第二支点用孔

53：壳体

55、55a、56：端板

55H：螺纹孔(临时固定机构)

58A：台阶部

58B：外螺纹部

59：杆

61：螺母

62：压缩螺旋弹簧(压缩弹簧)

63、63b：可动部件

63H：安装孔

64：杆支撑

636：圆筒部

637：安装面

638：法兰部

100、110：机器人

J2：第二轴(摆动轴线)

J11：第一支撑轴(第一轴线)

J12：第二支撑轴(第二轴线)

OL1：长轴

TH1、TH2：贯穿孔

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式的机器人100、110以及机器人用重力平衡器50进行说明。

图1是本实施方式的落地式机器人100以及机器人用重力平衡器(以下，简称为平衡器。)50的立体图。本实施方式的机器人100是具有六个关节的垂直多关节型机器人。机器人100作为固定于地面的落地式机器人而使用，但还作为从天花板悬挂而使用的后述的吊顶式机器人110而使用。

机器人100具备：基座1，其固定于地面；旋转体(第一部件)2，其被支撑为能够相对于基座1围绕竖直的第一轴J1旋转；第一臂(第二部件)3，其被支撑为能够相对于旋转体2围绕水平的第二轴(摆动轴线)J2旋转；第二臂4，其被支撑为能够相对于第一臂3围绕水平的第三轴J3旋转；三轴的手腕单元5，其安装于第二臂4的前端；以及平衡器50，其与旋转体2以及第一臂3连接。

如图2所示，平衡器50具备：以长轴OL1为中心轴的圆筒状的壳体53；圆板状的可动部件63，其以能够在长轴OL1方向上移动的方式容纳于壳体53内；长条的杆59；以及压缩螺旋弹簧62(压缩弹簧)。

壳体53具备：沿着长轴OL1的圆筒状的主体部54；以及端板55、56，其分别堵塞主体部54的长度方向的两端。主体部54在长轴OL1方向的中间位置、例如中央位置的直径方向的两侧具有第一支点用孔51，该第一支点用孔51沿着与长轴OL1正交的正交轴OL2延伸。

端板55、56在中央具有沿着长轴OL1贯穿的相同口径的圆形的贯穿孔TH1、TH2。端板55的贯穿孔TH1由能够装卸地安装于端板55上的罩57从外部堵塞。

可动部件63具有比压缩螺旋弹簧62的外径大的外径。在可动部件63上，与压缩螺旋弹簧62的内径嵌合的突起632向平板部631的板厚方向的一侧突出。另外，可动部件63在中央位置具有在板厚方向上贯穿的安装孔63H。

杆59的贯穿端板56的贯穿孔TH2且配置于壳体53内的一端，安装于可动部件63，杆59的另一端配置于壳体53外。在突出到壳体53的外部的杆59的另一端设置有安装块65。安装块65具有第二支点用孔52，该第二支点用孔52沿着与杆59的长轴OL1正交的方向延伸。

在配置于壳体53内的杆59的一端设置有外螺纹部58B和台阶部58A，外螺纹部58B设置于前端，台阶部58A与外螺纹部58B的基端侧邻接。台阶部58A具有大于安装孔63H的外径。通过将螺母61与贯穿可动部件63的安装孔63H的外螺纹部58B紧固，从而在将可动部件63沿板厚方向夹持于螺母61与台阶部58A之间的状态下，将杆59的一端固定于可动部件63。即，安装机构由外螺纹部58B、台阶部58A以及螺母61构成。

平衡器50具备杆支撑64，杆支撑64与贯穿孔TH2嵌合且安装于端板56上。杆支撑64形成为具备内孔64H的圆筒状，并利用从一端向径向外方延伸的凸缘部64B固定于端板56，该内孔64H使杆59以能够在长轴OL1方向上移动的方式嵌合。

压缩螺旋弹簧62以夹持于可动部件63与端板56之间的状态容纳于壳体53内。由此，可动部件63利用压缩螺旋弹簧62的弹性恢复力，沿着长轴OL1向端板55侧被推压。由此，杆59向拉入壳体53的箭头C1的方向被施力。

通过将第一支撑轴21插入壳体53的第一支点用孔51，从而如图3所示，将平衡器50以能够围绕水平的第一支撑轴(第一轴线)J11摆动的方式安装于旋转体2。另外，通过将第二支撑轴22插入安装块65的第二支点用孔52，从而如图3所示，将平衡器50以能够围绕水平的第二支撑轴(第二轴线)J12摆动的方式安装于第一臂3。

第二支撑轴J12以相对于第二轴J2偏心的方式配置。由此，平衡器50根据第一臂3相对于旋转体2的摆动角度，使壳体53围绕第一支撑轴J11摆动，使从壳体53突出的杆59的长度变化。

如图3所示，在第一臂3上因第一臂3等的自重而围绕第二轴J2产生朝向GF1的负荷力矩。另一方面，由用于机器人100的平衡器50所产生围绕第二轴J2的朝向RM1的旋转力矩。由于朝向RM1是朝向GF1的相反方向，因此，由重力所产生的负荷力矩与由平衡器50所产生的旋转力矩相抵，能够抑制用于使第一臂3围绕第二轴J2旋转的马达的转矩。

接下来，对将落地式机器人100用作吊顶式机器人110的情况进行说明。在该情况下，如图4所示，由于因重力而围绕第二轴J2产生的朝向GF2的负荷力矩的方向与落地式的情况相反，因此平衡器50需要产生围绕第二轴J2的朝向RM2的旋转力矩。为此，平衡器50需要利用压缩螺旋弹簧62在从壳体53推出杆59的方向上产生作用力(箭头C2的方向)。

如图5所示，吊顶式用的平衡器50在贯穿端板55的贯穿孔TH1的位置配置有杆59以及杆支撑64。罩57安装于从外部堵塞端板56的贯穿孔TH2的位置。

在将落地式用机器人100改变为吊顶式用机器人110时，在使如图1以及图3所示的落地式机器人100的姿态变成平衡器50所产生的作用力为最小的姿态的状态下，从机器人100拆下平衡器50。接着，将堵塞着端板55的贯穿孔TH1的罩57拆下，并经由贯穿孔TH1将螺母61从外螺纹部58B拆下。接着，将杆支撑64从壳体53拆下，并与杆59一起从端板56的贯穿孔TH2拔出。

将拆下的杆59以及杆支撑64，如图5所示，插入端板55的贯穿孔TH1，将杆支撑安装于端板55，使杆59的外螺纹部贯穿安装孔63H，将螺母61与外螺纹部紧固，由此将杆59安装于可动部件63。在该情况下，在可动部件63与端板55的间隔未敞开有用于容纳杆支撑64的充分尺寸的情况下，利用后述的临时固定机构，在确保间隔后再安装杆支撑64。将所拆下的罩57安装于端板56并堵塞贯穿孔TH2。

通过这些作业，能够将平衡器50从落地式用改变为吊顶式用。

然后，使机器人100的第一臂3移动到如图3所示摆动到最前方的位置，并在旋转体2与第一臂3之间安装平衡器50。由此，构成吊顶式用机器人110。

以下对本实施方式的机器人100、110以及平衡器50的作用进行说明。

由于根据本实施方式的平衡器50，在改变落地式用与吊顶式用时，只要从壳体53拆下杆59以及杆支撑64，并改变位置即可，因此不需要将压缩螺旋弹簧62以及可动部件63从壳体53取出。即，由于不需要拆卸和重新组装平衡器50，因此具有能够容易改变落地式用的形式与吊顶式用的形式的优点。

通过将杆支撑64配置于杆59的外周面与贯穿孔TH1或贯穿孔TH2的内周面之间，从而能够顺滑地支撑杆59沿着长轴OL1移动。另外，由于贯穿贯穿孔TH1或贯穿孔TH2的杆支撑64的外径大于杆59的外径，因此能够增大贯穿孔TH1、TH2，从而能够容易进行杆59与可动部件63的装卸作业。

此外，在上述说明中，在将平衡器50从机器人100拆下时，使机器人100动作到平衡器50的作用力为最小的姿态，但取而代之，如图6所示，还可以利用临时固定机构。在图6所示的例子中，临时固定机构由螺纹孔55H和螺栓BT构成，该螺纹孔55H在厚度方向上贯穿端板55a，该螺栓BT具有与螺纹孔55H紧固的外螺纹。即，将螺栓BT紧固到螺纹孔55H中，并使螺栓BT的前端与可动部件63接触，从而不论压缩螺旋弹簧62的状态如何，都能够将可动部件63不动地临时固定在该位置。

若利用临时固定机构，则机器人100、110处于任何姿态，都能够容易将平衡器50拆下。另外，在该情况下，在切换落地式用的形式与吊顶式用的形式时，在第一支点用孔51与第二支点用孔52的距离相等的位置使机器人100、110的姿态固定，并利用临时固定机构临时固定可动部件63，然后再拆下平衡器50，由此在切换形式之后，能够直接将平衡器50安装于机器人100、110上，从而能够容易进行更换作业。

另外，在上述中，利用临时固定机构将可动部件63与端板55之间的间隔扩大到能够容纳杆支撑64的间隔，在该状态下，安装杆支撑64，但取而代之，如图7所示，也可以通过改变可动部件63b的形状，从而不使用临时固定机构。即，可动部件63b具备：圆筒状的圆筒部636；凸缘状的法兰部638，其在圆筒部636的一端向径向外方延伸且与压缩螺旋弹簧62的一端紧贴；以及安装面637，其配置于圆筒部636的另一端并能够安装杆59的一端。圆筒部636具有小于压缩螺旋弹簧62的内径的外径、以及能够插入杆支撑64的内径。

通过利用该可动部件63b，从而即使压缩螺旋弹簧62伸长到最大尺寸，也能够确保安装杆59的一端的安装面637与端板55之间的间隔，因此能够利用该间隔安装杆支撑64。

上述实施方式中的机器人100、110以及平衡器50为一个例子，能够对其形状以及结构等进行各种变形。例如，机器人100、110通过落地式、吊顶式或壁挂式等设置形式的改变，从而能够应用于施加在重力轴上的重力的方向发生变化的任意的机器人。

配置平衡器50的位置不限于能够围绕第二轴J2摆动的旋转体2与第一臂3之间，例如还可以是能够围绕第三轴J3摆动的第一臂3与第二臂4之间。

壳体53具有圆筒状的形状，但例如还可以具有截面为矩形的筒状的形状，只要内部能够容纳可动部件63和压缩螺旋弹簧62即可。杆59只要一端安装于可动部件63，另一端向壳体53的外部突出即可，杆59的一端与可动部件63的安装方法、以及杆59的另一端与机器人100、110的安装方法能够进行变形。例如，作为杆59与可动部件63的安装方法，可以通过在安装孔63H内设置能够与外螺纹部58B紧固的内螺纹部，将螺母61与贯穿内螺纹部后的外螺纹部58B紧固，从而构成双螺母。

另外，在壳体53上设置第一支点用孔51，利用第一支撑轴21能够摆动地安装于旋转体，但取而代之，也可以在壳体53侧具备支撑轴。

Claims (8)

1.一种机器人用重力平衡器，其特征在于，具备：

筒状的壳体，其利用具有贯穿孔的端板堵塞长轴方向的两端；

可动部件，其以能够在所述长轴方向上移动的方式容纳于该壳体内；

压缩弹簧，其配置于该可动部件与一个所述端板之间；以及

长条的杆，其能够贯穿两个所述端板的所述贯穿孔，并且无论贯穿哪一个所述贯穿孔，均配置为，一端能够装卸地安装于所述可动部件且另一端向所述壳体的外部突出的状态，

该机器人用重力平衡器配置于具有第一部件和第二部件的机器人的所述第一部件与所述第二部件之间，所述第二部件以相对于所述第一部件能够围绕预定的摆动轴线摆动的方式设置，

所述机器人用重力平衡器具备筒状的杆支撑，无论所述杆贯穿两个所述端板的哪一个所述贯穿孔，所述筒状的杆支撑均能够装卸地安装于使所述杆贯穿的所述贯穿孔中，并且将所述杆支撑为能够在所述长轴方向上移动。

2.根据权利要求1所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述机器人用重力平衡器具备安装机构，所述安装机构将所述杆的所述一端能够装卸地安装于所述可动部件，

该安装机构具备：

外螺纹部，其设置于所述杆的所述一端；

台阶部，其配置于该外螺纹部的基端侧；

安装孔，其设置于所述可动部件且使所述外螺纹部贯穿；以及

螺母，其与所述外螺纹部紧固，且在所述螺母与所述台阶部之间夹持有所述可动部件。

3.根据权利要求1所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述可动部件具备：

圆筒部，其具有小于所述压缩弹簧的内径的外径、和能够插入所述杆支撑的内径；

凸缘状的法兰部，其在该圆筒部的一端向径向外方延伸且与所述压缩弹簧的一端紧贴；以及

安装面，其配置于所述圆筒部的另一端且能够装卸所述杆的所述一端。

4.根据权利要求2所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述可动部件具备：

圆筒部，其具有小于所述压缩弹簧的内径的外径、和能够插入所述杆支撑的内径；

凸缘状的法兰部，其在该圆筒部的一端向径向外方延伸且与所述压缩弹簧的一端紧贴；以及

安装面，其配置于所述圆筒部的另一端且能够装卸所述杆的所述一端。

5.根据权利要求1或2所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述机器人用重力平衡器具备临时固定机构，所述临时固定机构在压缩所述压缩弹簧的状态下，临时固定沿着所述长轴的所述可动部件的位置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述壳体具备第一支点部，所述第一支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第一轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件中的一个上，

在所述杆的所述另一端具备第二支点部，所述第二支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第二轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件的另一个上。

7.根据权利要求5所述的机器人用重力平衡器，其特征在于，

所述壳体具备第一支点部，所述第一支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第一轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件中的一个上，

在所述杆的所述另一端具备第二支点部，所述第二支点部以能够围绕与所述摆动轴线平行的第二轴线摆动的方式安装于所述第一部件以及所述第二部件的另一个上。

8.一种机器人，其特征在于，具备：

权利要求1至7中任一项所述的机器人用重力平衡器。

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