JP2009262297A - Industrial robot and method of operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アームバランス装置を備えた産業用ロボットに関する。 The present invention relates to an industrial robot provided with an arm balance device.
従来、産業用ロボットにおいては第2軸下部アーム補助装置として、第2軸下部ア−ムの負荷軽減を目的として圧縮バネを使用したアームバランス装置を配設するのが、一般的である。このような構成を持つ従来の産業用ロボットについて図を用いて説明する。
図4は、従来の産業用ロボットを示した側面図であり、図5は従来の圧縮バネを使用したアームバランス装置の側断面図である。
図4において、産業用ロボット1は固定ベース2と旋回ヘッド3と第2軸下部アーム4と第3軸上部アーム5と手首部6とアームバランス装置7を備えている。旋回ヘッド3は固定ベース2に、垂直軸S回りに回動自在に支持され、旋回駆動される。第2軸下部アーム4はその下端で旋回ヘッド3に、水平軸L回りに回動自在に支持され、前後に揺動駆動される。第3軸上部アーム5は第2軸下部アーム4の上端に、水平軸U回りに回動自在に支持され、上下に揺動駆動される。手首部6は第3軸上部アーム5の先端に、水平軸B回りに回動自在に支持されている。図5は圧縮バネを使用したアームバランス装置を示す。7は第2軸下部アームが傾動する時に第2軸下部アームに対して反力をつくるアームバランス装置で、第2軸下部アームの動きに従って左右に従動するロッド71とバネ72を収容しバネ受部材をその内周面を摺動させるシリンダ73からなるバランサである。このように、従来のアームバランス装置は負荷軽減を目的としてバネの反発力を利用して第2軸下部アームの傾動を補助するのである。
また、圧縮バネを用いたアームバランス装置を備えた産業用ロボットとして、シリンダ機構によるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この産業用ロボットは、モータにより回転されるボールネジと螺合したボールナットが移動することで下部アームが動作する。また、ボールナットの両端にはバネが配置されており、ボールナットの動作により引っ張り圧縮の作用が起きることから下部アームの傾動する動作を補助するものである。
FIG. 4 is a side view showing a conventional industrial robot, and FIG. 5 is a side sectional view of an arm balance device using a conventional compression spring.
In FIG. 4, the
Further, as an industrial robot provided with an arm balance device using a compression spring, a robot using a cylinder mechanism has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this industrial robot, the lower arm moves when a ball nut screwed with a ball screw rotated by a motor moves. Also, springs are arranged at both ends of the ball nut, and the action of tension compression occurs by the operation of the ball nut, so that the operation of tilting the lower arm is assisted.
産業用ロボットは、組立、溶接、塗装といった工場内で作業するものである。このように工場内で用いられるロボットには、大きくはフットプリントを小さくして密集配置して生産性を向上させようとすることが要望されている。
ところが、従来の産業用ロボットでは、アームバランス装置が大きく、小型化が難しいという問題が生じていた。また、アームバランス装置が非常に複雑な構造となっていて組立工数が大きくなり、コストアップにつながるという問題があった。メンテナンスの際に専用の治具を必要とするため、メンテナンス性についても問題があった。また、圧縮バネを利用しているため、第2軸下部アーム補助の場合は、バネ定数にトルクが依存してしまい、アームの姿勢によっては逆に第2軸下部アームを駆動するモータの負荷になるといった問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アームバランス装置が小型化でき、操作性の良い産業用ロボットを提供することを目的とする。
Industrial robots work in factories such as assembly, welding, and painting. As described above, robots used in factories are required to improve productivity by reducing the footprint and arranging them closely.
However, the conventional industrial robot has a problem that the arm balance device is large and it is difficult to reduce the size. In addition, the arm balance device has a very complicated structure, which increases the number of assembly steps, leading to an increase in cost. Since a dedicated jig is required for maintenance, there is a problem with maintainability. Also, since the compression spring is used, in the case of assisting the second shaft lower arm, the torque depends on the spring constant, and depending on the posture of the arm, the load on the motor that drives the second shaft lower arm is reversed. There was also a problem of becoming.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an industrial robot that can be miniaturized and has good operability.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備えた産業用ロボットにおいて、前記バランサが電動機により駆動されたものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記バランサの一端が、前記固定部に取り付けられ、もう一端が前記下部アームに取り付けられたものである。
また、請求項3に記載の発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構から構成されたものである。
また、請求項4に記載の発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記電動機に中空アクチュエータが用いられたものである。
また、請求項5に記載の発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記送りねじ機構に用いられたナットがロッドに取り付けられ、前記ロッドは前記下部アームに取り付けられたものである。
また、請求項6に記載の発明は、前記バランサが、前記電動機の回動運動を送りねじ機構により直動運動に変換する機構であって、前記電動機に中空アクチュエータが用いられ、前記送りねじ機構のロッドが前記中空モータの中空部に引き込まれるものである。
また、請求項7に記載の発明は、ベースに支持にされ、前後に傾動して作業を行う下部ア−ムを備え、前記下部アームの傾動負荷を補助するバランサを備え、前記下部アームの動作を制御する産業用ロボットの動作方法において、前記バランサを駆動する電動機が前記下部アームを駆動する電動機と同期して駆動されるものである。
また、請求項8に記載の発明は、前記バランサを駆動する前記電動機が、前記下部アームを駆動する前記電動機のエンコーダ信号をもとにした指令値により制御されるものである。
また、請求項9に記載の発明は、前記バランサを駆動する前記電動機が、前記下部アームの傾斜角度に同期したトルク制御されるものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, one end of the balancer is attached to the fixed portion, and the other end is attached to the lower arm.
According to a third aspect of the present invention, the balancer includes a mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion by a feed screw mechanism.
According to a fourth aspect of the present invention, the balancer is a mechanism for converting the rotational motion of the electric motor into a linear motion by a feed screw mechanism, and a hollow actuator is used for the electric motor.
Further, the invention according to
Further, the invention according to
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a lower arm that is supported by the base and that tilts back and forth to perform work, a balancer that assists the tilting load of the lower arm, and an operation of the lower arm. In the operation method of the industrial robot for controlling the motor, the electric motor that drives the balancer is driven in synchronism with the electric motor that drives the lower arm.
According to an eighth aspect of the present invention, the electric motor that drives the balancer is controlled by a command value based on an encoder signal of the electric motor that drives the lower arm.
According to a ninth aspect of the present invention, the electric motor that drives the balancer is torque-controlled in synchronization with the inclination angle of the lower arm.
請求項1から6に記載の発明によると、構造を簡略化することができ、小型化及び組立工数の縮小によりコストダウンすることができる。特に、電動機に中空アクチュエータを用いた場合、ロッドを中空アクチュエータの中空部に引き込むことができるために、下部アームの傾斜角度にあわせてロッドのストロークが長くなってもバランサの長大化を防止することが可能となる。
また、請求項7から9記載の発明によると、バランサを駆動する電動機と下部アームを駆動する電動機を同期して動作させることにより、下部アームの傾斜角度に同期したバランサの制御ができるようになるために、下部アームを駆動する電動機の負荷になることなく操作性の良いバランサを得ることができる。
According to the first to sixth aspects of the invention, the structure can be simplified, and the cost can be reduced by downsizing and reduction in the number of assembly steps. In particular, when a hollow actuator is used in an electric motor, the rod can be pulled into the hollow portion of the hollow actuator, so that even if the stroke of the rod is increased in accordance with the inclination angle of the lower arm, the length of the balancer is prevented from being increased. Is possible.
According to the seventh to ninth aspects of the present invention, the balancer can be controlled in synchronization with the inclination angle of the lower arm by operating the electric motor that drives the balancer and the electric motor that drives the lower arm in synchronization. Therefore, a balancer with good operability can be obtained without becoming a load on the electric motor that drives the lower arm.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の産業用ロボットを示す。1は産業用ロボット、2は固定ベース、3は旋回ヘッド、4は下部アーム、5は上部アーム、6は手首部、8はバランサである。産業用ロボット1は、固定ベース2上に旋回ヘッド3が取り付けられており、旋回ヘッド3上に下部アーム4が取り付けられるとともに電動式のバランサ8が備えられている。
また、上部アーム5は手首軸を先端に備え、下部アーム上に旋回自在に備えられている。このように、本発明では6軸構成の産業用ロボットを用いて説明する。
本発明が従来技術と異なる部分は、構造を簡略化し、トルク制御機能を有するバランサが旋回ヘッドに備えられた部分である。
次に、産業用ロボットの各部の動作について説明する。産業用ロボット1は、固定ベース2上に旋回ヘッド3が取り付けられ、Z軸まわりに回転する。旋回ヘッド3上に備えられた下部アーム4はX軸まわりに回転し、傾動動作する。また、上部アーム5は、X軸およびY軸まわりに回転する手首軸を先端に備え、上部アーム自身もX軸まわりに回転動作する。
次に、バランサ8の詳細について図2を用いて説明する。81は駆動用モータ、82はボールねじ、83はナット、84はロッドである。駆動用モータ81は、電動機からなり、本発明では中空モータを例にとって説明する。駆動用モータ81の出力軸はボールねじ82とカップリング85を介して結合し、駆動用モータ81の回転が伝達されている。ボールねじ82はナット83と螺合し、ナット83の外周には下部アームに取り付けられるロッド84が取り付けられている。
駆動用モータ81が回転すると、ボールねじ82も回転し、ボールねじ82に螺合したナット83およびロッド84は前進または後退動作を行う。ここで駆動用モータ81に中空モータを用い、中空モータの中空部が図2のようにロッド84の径よりも広い径で形成されていれば、駆動用モータ81の回転によりロッド84は中空モータの中空部内に引き込むことができる。このためにバランサ8をより小型化することが可能となる。
次に、下部アームとバランサの動作の関係について図3を用いて説明する。10はロボットコントローラ、11はロボット制御器、12は下部アーム駆動用モータ、13は下部アーム駆動用エンコーダ、14はバランサ制御器、15はバランサ駆動用モータ、16はバランサ駆動用エンコーダ、17は演算器である。ロボットコントローラ10からの動作指令がロボット制御器11およびバランサ制御器14に指令され、ロボット制御器11では、動作に相当した移動量を指令値としたPID制御され、下部アーム駆動用モータ12に電流が供給され、下部アームを移動させる。また、このときの移動量を下部アーム駆動用エンコーダ13で検出され、ロボット制御器11およびバランサ制御器14にフィードバックされる。下部駆動用エンコーダ13で検出された移動量は、演算器17でバランサ制御器14の位置指令になるように演算され、バランサ制御器14もPID制御されて、バランサ駆動用モータ15に電流が通電される。バランサ駆動用モータ15による移動量はバランサ駆動用エンコーダ16により検出され、バランサ制御器14へフィードバックされる。
このように下部アームとバランサの位置関係については、下部アーム駆動用エンコーダ13の信号から演算された指令値をバランサの位置指令として用いることで、下部アームとバランサは同期した動作をすることが可能である。
また、バランサのロッドの各位置における推力は、下部アームの傾斜角度や回転中心からのモーメント荷重などから求められ、これに応じた電流ゲインをバランサ制御器14で与えられることで、バランサ駆動用モータ15への電流値も相当な値があたえられることになる。ここで、ロッドの推力は、ボールねじのリードと駆動用モータのトルクから求められるので、駆動用モータの電流値を制御することで、ロッドの推力を制御することが可能である。
ここでは、バランサ制御器への位置指令を下部アーム駆動用エンコーダの信号から生成した値を用いて説明したが、ロボットコントローラから決められた値を与えてもよく、その場合は、バランサ駆動用モータのトルクだけを管理するようにトルク制御モードで制御することにより、下部アームの傾斜角度に相当したバランサ駆動用モータへの電流が供給されることになる。
FIG. 1 shows an industrial robot of the present invention. 1 is an industrial robot, 2 is a fixed base, 3 is a turning head, 4 is a lower arm, 5 is an upper arm, 6 is a wrist, and 8 is a balancer. The
Further, the
The part where the present invention is different from the prior art is a part in which the structure is simplified and a balancer having a torque control function is provided in the swivel head.
Next, the operation of each part of the industrial robot will be described. The
Next, details of the
When the driving
Next, the relationship between the operation of the lower arm and the balancer will be described with reference to FIG. 10 is a robot controller, 11 is a robot controller, 12 is a lower arm drive motor, 13 is a lower arm drive encoder, 14 is a balancer controller, 15 is a balancer drive motor, 16 is a balancer drive encoder, and 17 is a computation It is a vessel. An operation command from the
As described above, regarding the positional relationship between the lower arm and the balancer, the command value calculated from the signal of the lower
Further, the thrust at each position of the balancer rod is obtained from the inclination angle of the lower arm, the moment load from the rotation center, and the like, and a current gain corresponding to this is given by the
Here, the position command to the balancer controller has been described using the value generated from the signal of the lower arm drive encoder. However, a value determined by the robot controller may be given, in which case the balancer drive motor By controlling in the torque control mode so as to manage only this torque, a current to the balancer driving motor corresponding to the inclination angle of the lower arm is supplied.
アームバランス装置をモータ化することによって簡略された構造となるため、全ての第2軸アームの傾動に補助が必要な垂直多間接ロボットに適用することができる。 Since the arm balance device has a simplified structure, it can be applied to a vertical multi-indirect robot that needs assistance for tilting all the second axis arms.
1 産業用ロボット
2 固定ベース
3 旋回ヘッド
4 下部アーム
5 上部アーム
6 手首部
7 バランサ
8 バランサ
10 ロボットコントローラ
11 ロボット制御器
12 下部アーム駆動用モータ
13 下部アーム駆動用エンコーダ
14 バランサ制御器
15 バランサ駆動用モータ
16 バランサ駆動用エンコーダ
17 演算器
71 ロッド
72 バネ
73 シリンダ
81 電動機
82 ボールネジ
83 ナット
84 ロッド
85 カップリング
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記バランサが電動機により駆動されたことを特徴とする産業用ロボット。 An industrial robot comprising a lower arm that is supported by a base and that tilts back and forth to perform work, and a balancer that assists the tilting load of the lower arm,
An industrial robot, wherein the balancer is driven by an electric motor.
前記バランサを駆動する電動機が前記下部アームを駆動する電動機と同期して駆動されることを特徴とする産業用ロボットの動作方法。 In an operation method of an industrial robot that is supported by a base and includes a lower arm that tilts back and forth to perform work, a balancer that assists a tilting load of the lower arm, and controls the operation of the lower arm.
An operation method of an industrial robot, wherein an electric motor that drives the balancer is driven in synchronization with an electric motor that drives the lower arm.
The method for operating an industrial robot, wherein the electric motor that drives the balancer is torque-controlled in synchronization with an inclination angle of the lower arm.
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