JP2011194522A - Gravity compensation mechanism of robot - Google Patents

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JP2011194522A JP2010064304A JP2010064304A JP2011194522A JP 2011194522 A JP2011194522 A JP 2011194522A JP 2010064304 A JP2010064304 A JP 2010064304A JP 2010064304 A JP2010064304 A JP 2010064304A JP 2011194522 A JP2011194522 A JP 2011194522A
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博司 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a movable space for a pneumatic cylinder that compensates gravity.SOLUTION: A gravity compensation mechanism includes a sealed cylindrical body 13 housing a shaft 5 provided movably in the vertical direction. The sealed cylindrical body 13 is equipped with an air supply and exhaust part 28 supplying/exhausting air to/from the inside of the sealed cylindrical body 13. Accordingly, the shaft 5 and the sealed cylindrical body (cylinder body) 13 are integrated, obviating the need for movable space for the pneumatic cylinder that has been separately provided to compensate gravity, which reduces the movable space for the pneumatic cylinder.

Description

本発明は、アームの先端部に上下方向に移動可能に設けられたシャフトの重力補償を行うロボットの重力補償機構に関する。   The present invention relates to a gravity compensation mechanism for a robot that performs gravity compensation of a shaft provided at the tip of an arm so as to be movable in the vertical direction.

スカラ型ロボット(水平4軸ロボット)においては、アームの先端部にシャフトを上下方向に移動可能、且つ、回転可能に設けている。アームの先端部の上面部におけるシャフトの近傍には、シャフトの上下方向の移動の重力補償を行うエアシリンダが上方へ向けて立設されている。尚、重力補償用のエアシリンダを備えたロボットの一例が特許文献1に記載されている。   In a SCARA robot (horizontal 4-axis robot), a shaft is provided at the tip of an arm so as to be movable in the vertical direction and to be rotatable. In the vicinity of the shaft on the upper surface of the tip of the arm, an air cylinder is provided upwardly to perform gravity compensation for the vertical movement of the shaft. An example of a robot provided with an air cylinder for gravity compensation is described in Patent Document 1.

特開平7−60663号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-60663

上記従来構成の場合、エアシリンダがアームの上面部から上方へ突出しているので、アーム用可動空間とは別にエアシリンダ用可動空間が必要になる。尚、シャフトは上下方向に移動可能であるから、シャフトを下方へ移動させた状態で使用すれば、シャフト用可動空間は小さくすることができる。   In the case of the above conventional configuration, since the air cylinder protrudes upward from the upper surface of the arm, an air cylinder movable space is required separately from the arm movable space. Since the shaft can move in the vertical direction, the shaft movable space can be reduced if the shaft is used in a state of being moved downward.

近年、ロボットは小型化が求められており、それは単にロボットのボディサイズを小型化するだけでなく、作業に直接関与しない余分な部材用の可動空間も極力小さくすることが要請されている。   In recent years, robots have been required to be miniaturized, which is not only to reduce the robot body size, but also to reduce the movable space for extra members that are not directly involved in work as much as possible.

そこで、本発明の目的は、重力補償を行うエアシリンダ用の可動空間を小さくすることができるロボットの重力補償機構を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gravity compensation mechanism for a robot that can reduce the movable space for an air cylinder that performs gravity compensation.

請求項1の発明によれば、上下方向に移動可能に設けられたシャフトを収納する密閉筒体を備え、この密閉筒体に前記密閉筒体内にエアを供給・排気するエア供給排気部を設け、前記シャフトのうちの手先を取り付ける側の端部と反対側の端部に設けられ、前記シャフトの外径寸法よりも小さい外径の結合部とそれに続くように形成され前記結合部の外径寸法と同じかそれよりも大きい外径の円板状部とから構成されたシャフトエンド部を備える構成としたので、シャフトと密閉筒体(エアシリンダ)が一体化し、別途設けていた重力補償を行うエアシリンダ用可動空間を不要にできるから、エアシリンダ用可動空間を小さくすることができる。   According to the first aspect of the present invention, the airtight exhaust cylinder for supplying and exhausting air into the airtight cylinder is provided in the airtight cylinder, which includes the airtight cylinder that houses the shaft that is movable in the vertical direction. The shaft is provided at the end opposite to the end of the shaft to which the hand is attached, and is formed so as to follow an outer diameter smaller than the outer diameter of the shaft, followed by the outer diameter of the joint. Since the shaft end portion is composed of a disk-shaped portion having an outer diameter equal to or larger than the dimensions, the shaft and the sealed cylinder (air cylinder) are integrated, and gravity compensation that has been provided separately is provided. Since the air cylinder movable space to be performed can be eliminated, the air cylinder movable space can be reduced.

請求項2の発明によれば、シャフトエンド部の円板状部の下部のシール部材が最も内側の筒の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗は、複数の筒における隣接する筒との係合点にあるシール部材の摺動抵抗よりも小さくなるように構成したので、シャフトが上昇するときは、最初はシャフトだけが上昇し、複数の筒は動かない。そして、シャフトエンド部の円板状部の接触用のシール部材が、最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側と接触する位置まで、シャフトが上昇すると、それ以降、シャフトの上昇に伴って、最も内側の筒が上昇し始め、その後、最も内側の筒の外側の筒も順次上昇する。   According to the invention of claim 2, the sliding resistance when the seal member at the lower part of the disk-shaped portion of the shaft end portion slides with respect to the inner peripheral portion of the innermost tube is adjacent to the plurality of tubes. Since it is configured to be smaller than the sliding resistance of the seal member at the point of engagement with the cylinder, when the shaft rises, only the shaft rises at first and the plurality of cylinders do not move. Then, when the shaft rises to a position where the sealing member for contact with the disk-shaped portion of the shaft end portion comes into contact with the upper end side where the inner diameter of the inner peripheral portion of the innermost cylinder is small, the shaft rises thereafter. Along with this, the innermost cylinder starts to rise, and then the outer cylinder of the innermost cylinder also rises sequentially.

逆に、シャフトを下降させるときは、シャフトエンド部の円板状部の接触用のシール部材と最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との摺動抵抗が、各筒のシール部材の摺動抵抗よりも大きく構成されているので、最初は各筒が下降することになり、シャフトと最も内側の筒との相対位置は変わらない。そして、複数の筒が限界まで下降した後で、初めてシャフトが最も内側の筒との相対位置を替えるように下降しはじめる。   On the other hand, when the shaft is lowered, the sliding resistance between the seal member for contact with the disk-shaped portion of the shaft end portion and the upper end side where the inner diameter of the innermost cylinder is small is the resistance of each cylinder. Since it is configured to be larger than the sliding resistance of the seal member, each cylinder first descends, and the relative position between the shaft and the innermost cylinder does not change. Then, after the plurality of cylinders descend to the limit, the shaft begins to descend so as to change the relative position with the innermost cylinder for the first time.

従って、シャフトが上昇するときは上記位置まで複数の筒は上昇しない。また、シャフトが下降するときは最初から複数の筒が下降するようになるので、密閉筒体の高さは、いつも必要最小限の高さとなり、余分な可動用空間をより一層削減することができる。   Therefore, when the shaft moves up, the plurality of tubes do not move up to the above position. Also, when the shaft descends, multiple cylinders will descend from the beginning, so the height of the sealed cylinder will always be the minimum required, and the extra movable space can be further reduced. it can.

本発明の一実施形態を示すもので、(a)はエアシリンダが最も伸びた状態を示すスカラ型ロボットの斜視図、(b)はエアシリンダが最も収縮した状態を示すスカラ型ロボットの斜視図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which (a) is a perspective view of a SCARA robot showing a state where an air cylinder is most extended, and (B) is a perspective view of a SCARA robot showing a state where an air cylinder is most contracted. エアシリンダが最も収縮し、且つ、シャフトが最も下降した状態の縦断面図Longitudinal section with the air cylinder retracted most and the shaft lowered most エアシリンダが最も収縮し、且つ、シャフトだけが上昇する上限位置まで上昇した状態の縦断面図Longitudinal cross-sectional view of the air cylinder when it is most contracted and the shaft is raised to the upper limit where only the shaft is raised シャフトおよび最内周筒が一体に上昇する状態を示す縦断面図Longitudinal sectional view showing a state where the shaft and the innermost cylinder rise integrally エアシリンダが最も伸び、且つ、シャフトが最も上昇した状態の縦断面図Longitudinal section with the air cylinder extended the most and the shaft raised the most シャフトおよび最内周筒が一体に下降し、複数の筒が下降し始める状態を示す縦断面図A longitudinal sectional view showing a state in which the shaft and the innermost peripheral cylinder are integrally lowered and a plurality of cylinders start to descend. シャフトおよび最内周筒が一体に下降し、複数の筒の下降の途中状態を示す縦断面図A longitudinal sectional view showing a state where the shaft and the innermost cylinder are integrally lowered and the plurality of cylinders are being lowered.

以下、本発明の一実施形態について、図1ないし図7を参照して説明する。まず、図1は、本実施形態のスカラ型ロボットの外観構成を示す図である。この図1に示すように、スカラ型ロボットの本体1は、設置面に固定されるベース2と、このベース2の上部に垂直軸J1を中心に旋回可能に連結された第1アーム3と、この第1アーム3の先端部に垂直軸J2を中心に旋回可能に連結された第2アーム4と、第2アーム4の先端部に上下動可能で且つ回転可能に設けられたシャフト5とから構成されている。上記シャフト5の下端部に、ワーク(図示しない)を把持するクランプ等の手先を着脱可能に取付ける構成となっている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of the SCARA robot of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a main body 1 of a SCARA robot includes a base 2 fixed to an installation surface, a first arm 3 connected to an upper portion of the base 2 so as to be pivotable about a vertical axis J1, The second arm 4 is connected to the tip of the first arm 3 so as to be pivotable about the vertical axis J2, and the shaft 5 is provided at the tip of the second arm 4 so as to be vertically movable and rotatable. It is configured. A hand such as a clamp for gripping a workpiece (not shown) is detachably attached to the lower end of the shaft 5.

第2アーム4の先端部におけるシャフト5に隣接する部位には、シャフト5移動駆動用のラック6がシャフト5と一体に上下方向に移動可能に設けられている。ラック6は、第2アーム4の内部に配設されたモータ(図示しない)により回転駆動されるピニオンギア(図示しない)と噛み合うことにより、上下方向に移動駆動される構成となっている。   A rack 6 for driving and moving the shaft 5 is provided at a portion adjacent to the shaft 5 at the tip of the second arm 4 so as to be movable in the vertical direction integrally with the shaft 5. The rack 6 is configured to be driven to move in the vertical direction by meshing with a pinion gear (not shown) that is rotationally driven by a motor (not shown) disposed inside the second arm 4.

第2アーム4の先端部の上面部におけるシャフト5に対応する部位には、シャフト5の上下方向の移動の重力補償を行うエアシリンダ7が配設されている。このエアシリンダ7は、図1(a)、(b)に示すように、上下方向に伸縮する構造、即ち、テレスコピック構造を有するテレスコ型エアシリンダである。以下、上記エアシリンダ7およびシャフト5の具体的構成について、図2ないし図7に従って説明する。   An air cylinder 7 that performs gravity compensation of the vertical movement of the shaft 5 is disposed at a portion corresponding to the shaft 5 in the upper surface portion of the distal end portion of the second arm 4. As shown in FIGS. 1A and 1B, the air cylinder 7 is a telescopic air cylinder having a structure that expands and contracts in the vertical direction, that is, a telescopic structure. Hereinafter, specific configurations of the air cylinder 7 and the shaft 5 will be described with reference to FIGS.

まず、シャフト5の配設構造について説明する。図2に示すように、上下2個の円環状のシャフトハウジング8(上部側の1個のシャフトハウジング8だけを図示する)が第2アーム4の上下面にねじ止めされている。これらシャフトハウジング8には、シャフト支持筒9が軸受10を介して回転可能に支持されている。このシャフト支持筒9は、第2アーム4内に配設された図示しないモータにより回転駆動される。   First, the arrangement structure of the shaft 5 will be described. As shown in FIG. 2, two upper and lower annular shaft housings 8 (only one shaft housing 8 on the upper side is shown) are screwed to the upper and lower surfaces of the second arm 4. A shaft support cylinder 9 is rotatably supported by these shaft housings 8 via bearings 10. The shaft support cylinder 9 is rotationally driven by a motor (not shown) disposed in the second arm 4.

上記シャフト支持筒9内には、シャフト5が回り止め状態で上下方向に移動可能に支持されている。シャフト5は、ラック6(図1参照)と一体に上下方向に移動するように設けられており、第2アーム4の内部のモータによりピニオンギアおよびラック6を介して上下方向に移動駆動される。   The shaft 5 is supported in the shaft support cylinder 9 so as to be movable in the up-down direction in a non-rotating state. The shaft 5 is provided so as to move up and down integrally with the rack 6 (see FIG. 1), and is driven to move up and down via the pinion gear and the rack 6 by a motor inside the second arm 4. .

シャフト5の一端部である上端部には、外形寸法がシャフト5の本体部分よりも小さい結合部11aと、この結合部11aに続くように設けられ外形寸法が上記本体部分よりも若干大きい円板状部11bとから構成されたシャフトエンド部11が形成されている。   The upper end, which is one end of the shaft 5, has a coupling part 11a whose outer dimension is smaller than the main body part of the shaft 5, and a disc provided so as to follow the coupling part 11a and whose outer dimension is slightly larger than the main body part. A shaft end portion 11 composed of the shape portion 11b is formed.

さて、上部側のシャフトハウジング8の上部には、シリンダ本体(密閉容器)13がシャフト支持筒9の上端部を覆うように例えばねじ止めにより固定されている。シリンダ本体13は、上下方向に伸縮可能なテレスコピック型伸縮筒体から構成されていると共に、上昇するシャフト5を収容する機能を有している(図5参照)。   A cylinder body (sealed container) 13 is fixed to the upper portion of the shaft housing 8 on the upper side by, for example, screwing so as to cover the upper end portion of the shaft support tube 9. The cylinder body 13 is composed of a telescopic telescopic cylinder that can be expanded and contracted in the vertical direction, and has a function of accommodating the rising shaft 5 (see FIG. 5).

具体的には、シリンダ本体13は、複数例えば3個の筒、具体的には、円筒状の固定筒14と、この固定筒14内に上下方向に移動可能に設けられ固定筒14よりも少し小径の中間筒15と、この中間筒15内に上下方向に移動可能に設けられ中間筒15よりも少し小径の最内周筒16とから構成されている。固定筒14の下端部には、径大なハウジング部17が形成されており、このハウジング部17をシャフトハウジング8の上部に固定している。ハウジング部17の内周部とシャフト支持筒9の外周部との間は、弾性部材製のシール部材18によりシール(密閉)されている。   Specifically, the cylinder body 13 includes a plurality of, for example, three cylinders, specifically, a cylindrical fixed cylinder 14, and is provided in the fixed cylinder 14 so as to be movable in the vertical direction. The intermediate cylinder 15 includes a small-diameter intermediate cylinder 15, and an innermost cylinder 16 provided in the intermediate cylinder 15 so as to be movable in the vertical direction and having a slightly smaller diameter than the intermediate cylinder 15. A large-diameter housing portion 17 is formed at the lower end portion of the fixed cylinder 14, and the housing portion 17 is fixed to the upper portion of the shaft housing 8. A space between the inner peripheral portion of the housing portion 17 and the outer peripheral portion of the shaft support tube 9 is sealed (sealed) by a sealing member 18 made of an elastic member.

固定筒14の内周部と中間筒15の外周部との間には、弾性部材製のシール部材19、20が配設されており、これらシール部材19、20により中間筒15が上下移動可能にシールされている。シール部材19は、固定筒14の内周部の上端部に設けられている。シール部材20は、中間筒15の外周部の下端部に設けられている。中間筒15が上下移動するときに、シール部材19が中間筒15の外周部上を摺動し、シール部材20が固定筒14の内周部上を摺動する。   Between the inner peripheral part of the fixed cylinder 14 and the outer peripheral part of the intermediate cylinder 15, seal members 19 and 20 made of an elastic member are disposed, and the intermediate cylinder 15 can be moved up and down by these seal members 19 and 20. Is sealed. The seal member 19 is provided at the upper end portion of the inner peripheral portion of the fixed cylinder 14. The seal member 20 is provided at the lower end portion of the outer peripheral portion of the intermediate cylinder 15. When the intermediate cylinder 15 moves up and down, the seal member 19 slides on the outer periphery of the intermediate cylinder 15, and the seal member 20 slides on the inner periphery of the fixed cylinder 14.

中間筒15の内周部と最内周筒16の外周部との間には、弾性部材製のシール部材21、22が配設されており、これらシール部材21、22により最内周筒16が上下移動可能にシールされている。シール部材21は、中間筒15の内周部の上端部に設けられている。シール部材22は、最内周筒16の外周部の下端部に設けられている。最内周筒16が上下移動するときに、シール部材21が最内周筒16の外周部上を摺動し、シール部材22が中間筒15の内周部上を摺動する。   Seal members 21 and 22 made of an elastic member are disposed between the inner peripheral part of the intermediate cylinder 15 and the outer peripheral part of the innermost peripheral cylinder 16, and the innermost peripheral cylinder 16 is provided by these seal members 21 and 22. Is sealed so that it can move up and down. The seal member 21 is provided at the upper end portion of the inner peripheral portion of the intermediate cylinder 15. The seal member 22 is provided at the lower end of the outer peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16. When the innermost peripheral cylinder 16 moves up and down, the seal member 21 slides on the outer peripheral part of the innermost peripheral cylinder 16, and the seal member 22 slides on the inner peripheral part of the intermediate cylinder 15.

最内周筒16の内周部とシャフト5のシャフトエンド部11の円板状部11bの外周部との間には、弾性部材製のシール部材23が配設されており、このシール部材23によりシャフトエンド部11が上下移動可能にシールされている。シール部材23は、シャフトエンド部11の円板状部11bの外周部の下端部に設けられている。シャフト5(シャフトエンド部11)が上下移動するときに、シール部材23が最内周筒16の内周部上を摺動する。   A seal member 23 made of an elastic member is disposed between the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16 and the outer peripheral portion of the disc-like portion 11 b of the shaft end portion 11 of the shaft 5. Thus, the shaft end portion 11 is sealed so as to be movable up and down. The seal member 23 is provided at the lower end portion of the outer peripheral portion of the disc-like portion 11 b of the shaft end portion 11. When the shaft 5 (shaft end portion 11) moves up and down, the seal member 23 slides on the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16.

最内周筒16の内周部の上端部分には、内径寸法が少しずつ小さくなる傾斜面部24が形成されている。シャフトエンド部11の円板状部11bの外周部の上端部には、上記傾斜面部24に当接する弾性部材製のシール部材25が設けられている(図3参照)。この場合、シャフト5が上昇すると、図3に示すように、シール部材25が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に当接して密着するようになっている。   At the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16, an inclined surface portion 24 whose inner diameter dimension is gradually reduced is formed. A seal member 25 made of an elastic member that comes into contact with the inclined surface portion 24 is provided at the upper end portion of the outer peripheral portion of the disc-like portion 11b of the shaft end portion 11 (see FIG. 3). In this case, when the shaft 5 is raised, as shown in FIG. 3, the seal member 25 comes into contact with and comes into close contact with the inclined surface portion 24 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral tube 16.

また、最内周筒16の上端部は、閉塞部26により閉塞されている。最内周筒16の上端部には、例えば4個の通気口16aが形成されており、各通気口16aには塵埃や油等を除去するフィルタ27が設けられている。   Further, the upper end portion of the innermost peripheral cylinder 16 is closed by a closing portion 26. For example, four vent holes 16a are formed at the upper end portion of the innermost peripheral cylinder 16, and a filter 27 for removing dust, oil and the like is provided in each vent hole 16a.

更に、固定筒14の下端部のハウジング部17には、エア供給排気連結管(エア供給排気部)28が連結されており、このエア供給排気連結管28にはいずれも図示しないエアホースまたはエア管が接続されている。この場合、図示しないエア供給装置から、上記エアホースおよびエア供給排気連結管28を介して固定筒14内(ひいてはシリンダ本体13内)にエアを供給することが可能なように構成されている。また、図示しないエア排気装置によって、上記エアホースおよびエア供給排気連結管28を介して固定筒14内(ひいてはシリンダ本体13内)のエアを排気することが可能なように構成されている。尚、エアの供給量(供給圧)や、エアの排気量(排気圧)は、図示しない制御装置によって制御可能な構成となっている。   Further, an air supply / exhaust connection pipe (air supply / exhaust section) 28 is connected to the housing portion 17 at the lower end of the fixed cylinder 14, and an air hose or air pipe (not shown) is connected to the air supply / exhaust connection pipe 28. Is connected. In this case, the air supply device (not shown) is configured to be able to supply air into the fixed cylinder 14 (and thus into the cylinder body 13) via the air hose and the air supply / exhaust connection pipe 28. Further, an air exhaust device (not shown) is configured to be able to exhaust the air in the fixed cylinder 14 (and thus in the cylinder body 13) through the air hose and the air supply / exhaust connecting pipe 28. Note that the air supply amount (supply pressure) and the air exhaust amount (exhaust pressure) can be controlled by a control device (not shown).

次に、上記した構成のシャフト5およびエアシリンダ7の動作について、図2ないし図7を参照して説明する。まず、図2に示す状態は、シャフト5を下限位置まで下降させた状態である。この状態で、ラック6を上昇させると共に、エア供給排気連結管28を介してシリンダ本体13内にエアを供給することにより、シャフト5を上昇させる。この場合、シール部材23と最内周筒16の内周部との摺動抵抗は小さく設定されているから、最内周筒16は上昇することがなく、シャフト5だけが上昇する。   Next, operations of the shaft 5 and the air cylinder 7 configured as described above will be described with reference to FIGS. First, the state shown in FIG. 2 is a state where the shaft 5 is lowered to the lower limit position. In this state, the rack 6 is raised, and the shaft 5 is raised by supplying air into the cylinder body 13 via the air supply / exhaust connection pipe 28. In this case, since the sliding resistance between the seal member 23 and the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16 is set to be small, the innermost peripheral cylinder 16 does not rise, and only the shaft 5 rises.

この後、図3に示すように、シャフト5のシャフトエンド部12(のシール部材25)が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に当接すると、これ以降は、図4に示すように、ラック6の上昇力とエア供給排気管28から供給されるエアの圧力により、シャフト5および最内周筒16が一体に上昇する。この場合、シール部材22と中間筒15の内周部との摺動抵抗、および、シール部材21と最内周筒16の外周部との摺動抵抗は小さく設定されおり、中間筒15は上昇することなく、シャフト5および最内周筒16が上昇する。   Thereafter, as shown in FIG. 3, when the shaft end portion 12 (the seal member 25) of the shaft 5 comes into contact with the inclined surface portion 24 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16, thereafter, As shown in FIG. 4, the shaft 5 and the innermost cylinder 16 are integrally raised by the lifting force of the rack 6 and the pressure of the air supplied from the air supply / exhaust pipe 28. In this case, the sliding resistance between the seal member 22 and the inner peripheral part of the intermediate cylinder 15 and the sliding resistance between the seal member 21 and the outer peripheral part of the innermost peripheral cylinder 16 are set small, and the intermediate cylinder 15 is raised. Without doing so, the shaft 5 and the innermost cylinder 16 are raised.

そして、最内周筒16の下端部のシール部材22が中間筒15の上端部のシール部材21に当接する位置まで、シャフト5および最内周筒16が上昇すると、これ以降は、ラック6の上昇力とエア供給排気管28から供給されるエアの圧力により、シャフト5、最内周筒16および中間筒15が一体に上昇する。この場合、シール部材20と固定筒14の内周部との摺動抵抗、および、シール部材19と中間筒15の外周部との摺動抵抗は小さく設定されおり、シャフト5、最内周筒16および中間筒15が上昇する。そして、シャフト5(ひいては最内周筒16および中間筒15)は、図5に示す上限位置まで上昇することができる。   When the shaft 5 and the innermost peripheral cylinder 16 are moved up to a position where the seal member 22 at the lower end of the innermost peripheral cylinder 16 comes into contact with the seal member 21 at the upper end of the intermediate cylinder 15, thereafter, the rack 6 Due to the ascending force and the pressure of the air supplied from the air supply exhaust pipe 28, the shaft 5, the innermost peripheral cylinder 16 and the intermediate cylinder 15 are integrally raised. In this case, the sliding resistance between the seal member 20 and the inner peripheral part of the fixed cylinder 14 and the sliding resistance between the seal member 19 and the outer peripheral part of the intermediate cylinder 15 are set to be small. 16 and the intermediate cylinder 15 rise. Then, the shaft 5 (as a result, the innermost cylinder 16 and the intermediate cylinder 15) can be raised to the upper limit position shown in FIG.

次に、図5に示す上限位置からシャフト5を下降させる動作について説明する。図5に示す状態で、ラック6の下降力とエア供給排気管28を通して排気されるエアの排気圧により、シャフト5および最内周筒16が一体に下降する。この場合、シール部材22と中間筒15の内周部との摺動抵抗、および、シール部材21と最内周筒16の外周部との摺動抵抗が小さく設定されていると共に、シャフト5のシャフトエンド部11のシール部材25が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に当接して押圧することによりシール部材25が傾斜面部24に密着している密着力が上記各摺動抵抗よりも強く設定されている。このため、図6に示すように、シャフト5のシャフトエンド部11のシール部材25が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に密着した状態のまま下降し、即ち、シャフト5および最内周筒16が一体に下降し、中間筒15内を最内周筒16(およびシャフト5)が下降する。このとき、中間筒15も固定筒14内を少し下降する。   Next, the operation of lowering the shaft 5 from the upper limit position shown in FIG. 5 will be described. In the state shown in FIG. 5, the shaft 5 and the innermost peripheral cylinder 16 are integrally lowered by the descending force of the rack 6 and the exhaust pressure of the air exhausted through the air supply exhaust pipe 28. In this case, the sliding resistance between the seal member 22 and the inner peripheral portion of the intermediate cylinder 15 and the sliding resistance between the seal member 21 and the outer peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16 are set small, and the shaft 5 When the seal member 25 of the shaft end portion 11 comes into contact with and presses the inclined surface portion 24 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16, the adhesion force that the seal member 25 is in close contact with the inclined surface portion 24 is It is set stronger than the sliding resistance. For this reason, as shown in FIG. 6, the seal member 25 of the shaft end portion 11 of the shaft 5 is lowered while being in close contact with the inclined surface portion 24 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16, that is, the shaft 5 and the innermost peripheral cylinder 16 are integrally lowered, and the innermost peripheral cylinder 16 (and the shaft 5) is lowered in the intermediate cylinder 15. At this time, the intermediate cylinder 15 is also slightly lowered in the fixed cylinder 14.

この後、図7に示すように、シャフト5および最内周筒16が一体に更に下降し、最内周筒16の上端部の鍔部が中間筒15の上端部に当接すると、シャフト5、最内周筒16および中間筒15が一体に下降し始める。この場合、シール部材20と固定筒14の内周部との摺動抵抗、および、シール部材19と中間筒15の外周部との摺動抵抗は小さく設定されていると共に、シャフト5のシャフトエンド部11のシール部材25が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に密着している密着力が上記各摺動抵抗よりも強く設定されている。このため、図7に示すように、シャフト5のシャフトエンド部11のシール部材25が最内周筒16の内周部の上端部の傾斜面部24に密着した状態のまま下降し、即ち、シャフト5、最内周筒16および中間筒15が一体となって固定筒14内を下降する。   Thereafter, as shown in FIG. 7, when the shaft 5 and the innermost peripheral cylinder 16 are further lowered integrally, and the flange portion at the upper end of the innermost peripheral cylinder 16 contacts the upper end of the intermediate cylinder 15, the shaft 5 The innermost cylinder 16 and the intermediate cylinder 15 begin to descend integrally. In this case, the sliding resistance between the seal member 20 and the inner peripheral part of the fixed cylinder 14 and the sliding resistance between the seal member 19 and the outer peripheral part of the intermediate cylinder 15 are set small, and the shaft end of the shaft 5 is also set. The contact force at which the seal member 25 of the portion 11 is in close contact with the inclined surface portion 24 at the upper end of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16 is set to be stronger than the above sliding resistances. For this reason, as shown in FIG. 7, the seal member 25 of the shaft end portion 11 of the shaft 5 is lowered while being in close contact with the inclined surface portion 24 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the innermost peripheral cylinder 16, that is, the shaft 5. The innermost cylinder 16 and the intermediate cylinder 15 are integrally lowered in the fixed cylinder 14.

そして、シャフト5、最内周筒16および中間筒15が更に下降し、中間筒15の下端部が固定筒14内の下部に突設されたリング部14a上に当接すると(図3参照)、シャフト5が最内周筒16内を下降開始する。この後、シャフト5が下限位置まで下降すると、図2に示す状態となる。   When the shaft 5, the innermost peripheral cylinder 16 and the intermediate cylinder 15 are further lowered, the lower end of the intermediate cylinder 15 comes into contact with the ring portion 14a projecting from the lower portion of the fixed cylinder 14 (see FIG. 3). The shaft 5 starts to descend in the innermost cylinder 16. Thereafter, when the shaft 5 is lowered to the lower limit position, the state shown in FIG. 2 is obtained.

このような構成の本実施形態によれば、エアシリンダ7のシリンダ本体13内に、シャフト5を収容してシャフト5を上下方向に移動可能に構成したので、従来構成とは異なり、エアシリンダ専用の移動空間を不要にすることができ、それだけ移動空間を小型化することができる。また、本実施形態においては、シリンダ本体13をテレスコピック構造、即ち、伸縮可能な構成としたので、シリンダ本体13を収縮させた状態では、シリンダ本体13の突出寸法をほぼ1/3程度に小さくすることができるから、エアシリンダ7用の移動空間を更に一層小型化することができる。   According to the present embodiment having such a configuration, the shaft 5 is accommodated in the cylinder body 13 of the air cylinder 7 so that the shaft 5 can be moved in the vertical direction. The moving space can be made unnecessary, and the moving space can be made smaller accordingly. In this embodiment, since the cylinder body 13 has a telescopic structure, that is, a structure that can be expanded and contracted, when the cylinder body 13 is contracted, the projecting dimension of the cylinder body 13 is reduced to about 1/3. Therefore, the moving space for the air cylinder 7 can be further reduced in size.

また、上記実施形態においては、シャフトエンド部11の円板状部11bの下部のシール部材23が最内周筒16の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗が、複数の筒14、15、16における隣接する筒との係合点にあるシール部材19、20、21、22の摺動抵抗よりも小さくなるように構成したので、シャフト5が上昇するときは、最初はシャフト5だけが上昇し、複数の筒15、16は動かない。そして、シャフトエンド部11の円板状部11bの上部のシール部材25が、最内周筒16の内周部の内径寸法が小さい上端側の傾斜面部24と接触する位置まで、シャフト5が上昇すると、それ以降、シャフト5の上昇に伴って、最内周筒16が上昇し始め、その後、最内周筒16の外側の中間筒15も順次上昇する。   In the above embodiment, the sliding resistance when the seal member 23 below the disc-like portion 11b of the shaft end portion 11 slides with respect to the inner peripheral portion of the innermost peripheral tube 16 is a plurality of tubes. 14, 15, 16 is configured to be smaller than the sliding resistance of the seal members 19, 20, 21, 22 at the point of engagement with the adjacent cylinder, so when the shaft 5 rises, the shaft 5 is initially Only the cylinders 15 and 16 do not move. Then, the shaft 5 rises to a position where the seal member 25 at the upper part of the disk-like portion 11b of the shaft end portion 11 comes into contact with the inclined surface portion 24 on the upper end side where the inner diameter of the innermost peripheral tube 16 is small. Then, as the shaft 5 is raised thereafter, the innermost cylinder 16 starts to rise, and thereafter, the intermediate cylinder 15 outside the innermost cylinder 16 also rises sequentially.

逆に、上記実施形態において、シャフト5を下降させるときは、シャフトエンド部11の円板状部11bの上部のシール部材25と最内周筒16の内周部の内径寸法が小さい上端側の傾斜面部24との密着力(摺動抵抗)が、各筒14、15、16のシール部材19、20、21、22の摺動抵抗よりも大きくなるように構成されているので、最初は各筒15、16が下降することになり、シャフト5と最内周筒16との相対位置は変わらない。そして、複数の筒1516が限界まで下降した後で、初めてシャフ5トが最内周筒16との相対位置を替えるように下降しはじめる。   On the contrary, in the above embodiment, when the shaft 5 is lowered, the seal member 25 at the upper part of the disk-like part 11b of the shaft end part 11 and the inner diameter dimension of the inner peripheral part of the innermost peripheral cylinder 16 are small. Since the contact force (sliding resistance) with the inclined surface portion 24 is configured to be larger than the sliding resistance of the seal members 19, 20, 21, and 22 of the respective cylinders 14, 15, and 16, initially, The cylinders 15 and 16 are lowered, and the relative positions of the shaft 5 and the innermost cylinder 16 are not changed. Then, after the plurality of cylinders 1516 are lowered to the limit, the shaft 5 starts to descend so as to change the relative position with respect to the innermost circumferential cylinder 16 for the first time.

従って、上記実施形態では、シャフト5が上昇するときは上記位置(図3参照)まで複数の筒15、16は上昇しない。また、シャフト5が下降するときは最初から複数の筒15、16が下降するようになるので、シリンダ本体(密閉筒体)13の高さは、いつも必要最小限の高さとなり、余分な可動用空間をより一層削減することができる。   Therefore, in the said embodiment, when the shaft 5 raises, the some cylinders 15 and 16 do not raise to the said position (refer FIG. 3). Further, when the shaft 5 is lowered, the plurality of cylinders 15 and 16 are lowered from the beginning, so that the height of the cylinder body (sealed cylinder) 13 is always the minimum necessary, and extra movable. The space for use can be further reduced.

尚、シリンダ本体13を3段の筒14、15、16から構成したが、これに限られるものではなく、1段の筒、2段の筒、または、4段以上の筒から構成しても良い。尚、シリンダ本体13を1段の筒で構成した場合、シリンダ本体は伸縮しないが、シリンダ本体内にシャフト5が収容される構成であるので、シリンダ本体専用の可動空間を別途必要としないので、従来構成に比べて、エアシリンダ用の可動空間を小さくすることができる。   The cylinder body 13 is composed of the three-stage cylinders 14, 15, and 16. However, the present invention is not limited to this, and the cylinder body 13 may be composed of one-stage cylinder, two-stage cylinders, or four-stage cylinders or more. good. In addition, when the cylinder body 13 is configured with a single-stage cylinder, the cylinder body does not expand and contract, but since the shaft 5 is accommodated in the cylinder body, a separate movable space dedicated to the cylinder body is not required. Compared to the conventional configuration, the movable space for the air cylinder can be reduced.

図面中、1は本体、3は第1アーム、4は第2アーム、5はシャフト、7はエアシリンダ、8はシャフトハウジング、9はシャフト支持筒、11aは結合部、11bは円板状部、11はシャフトエンド部、13はシリンダ本体(密閉筒体)、14は固定筒、15は中間筒、16は最内周筒、18はシール部材、19はシール部材、20はシール部材、21はシール部材、22はシール部材、23はシール部材、24は傾斜面部、25はシール部材、28はエア供給排気連結管を示す。   In the drawings, 1 is a main body, 3 is a first arm, 4 is a second arm, 5 is a shaft, 7 is an air cylinder, 8 is a shaft housing, 9 is a shaft support tube, 11a is a coupling portion, and 11b is a disk-shaped portion. , 11 is a shaft end portion, 13 is a cylinder body (sealed cylinder), 14 is a fixed cylinder, 15 is an intermediate cylinder, 16 is an innermost cylinder, 18 is a seal member, 19 is a seal member, 20 is a seal member, 21 Is a seal member, 22 is a seal member, 23 is a seal member, 24 is an inclined surface portion, 25 is a seal member, and 28 is an air supply / exhaust connection pipe.

Claims (2)

スカラ型ロボットのアームと、
前記アームの先端部に上下方向に移動可能に設けられたシャフトと、
前記アームの先端部の上面部に設けられ、前記シャフトを収納する密閉筒体と、
前記密閉筒体に設けられ、前記密閉筒体内にエアを供給・排気するエア供給排気部と、
前記シャフトのうちの手先を取り付ける側の端部と反対側の端部に設けられ、前記シャフトの外径寸法よりも小さい外径の結合部とそれに続くように形成され前記結合部の外径寸法と同じかそれよりも大きい外径の円板状部とから構成されたシャフトエンド部と、を備えてなるロボットの重力補償機構。
A SCARA robot arm,
A shaft provided at the tip of the arm so as to be movable in the vertical direction;
A sealed cylinder that is provided on the top surface of the tip of the arm and houses the shaft;
An air supply / exhaust unit provided in the sealed cylinder, for supplying and exhausting air into the sealed cylinder;
Of the shaft, provided at the end opposite to the end to which the hand is attached, an outer diameter coupling portion smaller than the outer diameter size of the shaft, followed by an outer diameter size of the coupling portion. A gravity compensation mechanism for a robot, comprising: a shaft end portion composed of a disk-like portion having an outer diameter equal to or larger than the outer diameter.
前記複数の筒のうちの最も内側の筒の上端側の内径寸法が、当該筒の下端側の内径寸法よりも小さく構成され、
前記複数の筒は、隣接する筒との係合点に弾性部材製のシール部材を有し、前記シール部材が摺動することで移動可能なように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の外周部の下部における前記最も内側の筒の内周部との係合点に弾性部材製のシール部材が備えられ、前記シール部材が摺動することで前記シャフトエンド部の円板状部は前記最も内側の筒に対し移動可能なように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の外周部の上部における前記最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との接触点に弾性部材製の接触用のシール部材が備えられ、前記シャフトが上方向に移動されて前記接触用のシール部材が前記最も内側の筒の内周部の上端側に接触すると、常に接触した密着状態となるように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の下部のシール部材が前記最も内側の筒の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗は、前記複数の筒における隣接する筒との係合点にあるシール部材の摺動抵抗よりも小さくなるように構成し、
前記シャフトエンド部の円板状部の接触用シール部材と前記最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との摺動抵抗は、前記各筒の前記シール部材の摺動抵抗よりも大きくなるように構成したことを特徴とする請求項1記載のロボットの重力補償機構。
The inner diameter dimension of the uppermost side of the innermost cylinder among the plurality of cylinders is configured to be smaller than the inner diameter dimension of the lower end side of the cylinder,
The plurality of cylinders have a sealing member made of an elastic member at an engagement point with an adjacent cylinder, and are configured to be movable by sliding the sealing member,
A seal member made of an elastic member is provided at an engagement point with an inner peripheral portion of the innermost cylinder at a lower portion of the outer peripheral portion of the disc-shaped portion of the shaft end portion, and the shaft slides when the seal member slides. The disc-shaped part of the end part is configured to be movable with respect to the innermost cylinder,
A contact sealing member made of an elastic member is provided at a contact point with an upper end side having a small inner diameter of the inner peripheral portion of the innermost cylinder in an upper portion of an outer peripheral portion of the disc-shaped portion of the shaft end portion; When the shaft is moved upward and the sealing member for contact comes into contact with the upper end side of the inner peripheral portion of the innermost cylinder, it is configured to always be in a close contact state,
The sliding resistance when the seal member at the lower part of the disk-shaped part of the shaft end part slides with respect to the inner peripheral part of the innermost cylinder is at an engagement point with an adjacent cylinder in the plurality of cylinders. It is configured to be smaller than the sliding resistance of a certain seal member,
The sliding resistance between the contact sealing member of the disk-shaped portion of the shaft end portion and the upper end side where the inner diameter of the innermost peripheral portion of the innermost cylinder is small is more than the sliding resistance of the sealing member of each cylinder. 2. The gravity compensation mechanism for a robot according to claim 1, wherein the gravity compensation mechanism is configured to be larger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108144775A (en) * 2018-02-23 2018-06-12 广西科技大学 A kind of automatic adhesive spray device of roof of the vehicle sponge block
US11224143B2 (en) 2019-05-28 2022-01-11 Delta Electronics, Inc. Charging pile

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