JP2015123507A - バランサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの消費電力を減少させることができるバランサ装置を提供する。
【解決手段】第１角度位置と鉛直方向に対する傾斜が第１角度位置よりも大きい第２角度位置との間において第１アーム４に作用する重力によって発生する第１軸線Ｌ１を中心とするトルクとは反対方向の第１軸線Ｌ１を中心とするトルクを弾性的伸長又は弾性的収縮によって第１アーム４に発生させるガススプリング機構１１を含むバランサ１であって、第１端部が、第１アーム４から独立したバランサ連結部３３に水平方向に延在する第２軸線Ｌ２周りに回動自在に連結され、第２端部が、第１アーム４に設けられているバランサ連結部４３に水平方向に延在する第３軸線Ｌ３周りに回動自在に連結され、一方の端部及び他方の端部が、第１軸線Ｌ１の延在方向において軸受部材５３が位置している範囲に位置するように配置されているバランサ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに用いるバランサ装置に関する。

従来からロボットアームの回動によって生じる重力トルクの変動を相殺するためのバランサ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

このバランサ装置は、第１アームと基台とを連結している。そして、バランサのロッド端は、第１アームの側方に突出する固定軸に連結され、シリンダ側の他端は、基台の下部に設けた固定軸に連結されている。これによって、第１アームの回動を介助する。

特開２００５‐３１９５５０号公報

しかし、特許文献１に記載のバランサ装置は、第１アームとバランサのロッド端とは、第１アームと基台との間に介在する軸受部材の軸線方向において軸受部材の外側位置で接続されているため、軸受に大きな曲げモーメントが作用し、許容曲げモーメントが大きな軸受部材を用いる必要があった。その結果、ロボットアームの重量が増加し、出力の大きなモータを用いる必要があり、消費電力の増大を招くという課題があった。

上記課題を解決するため、本発明のある態様に係るバランサ装置は、ロボットアームと水平方向に延在する第１軸線を中心軸として有する軸受部材を介して前記ロボットアームの基端部を回動自在に支持するアーム支持部とを含むロボットに設けられ、第１角度位置と鉛直方向に対する傾斜が前記第１角度位置よりも大きい第２角度位置との間において前記ロボットアームに作用する重力によって発生する前記第１軸線を中心とするトルクとは反対方向の前記第１軸線を中心とするトルク（以下、バランストルクという）を弾性的伸長又は弾性的収縮によって前記ロボットアームに発生させる弾性構造体を含むバランサ装置であって、一方の端部が、前記ロボットアームから独立した第１固定部に水平方向に延在する第２軸線周りに回動自在に連結され、他方の端部が、前記ロボットアームに設けられている第２固定部に水平方向に延在する第３軸線周りに回動自在に連結され、前記一方の端部及び他方の端部が、前記第１軸線の延在方向において前記軸受部材が位置している範囲に位置するように配置されている。

この構成によれば、軸受部材に作用する曲げモーメントを小さくすることができ、許容曲げモーメントが小さな軸受部材を用いることができる。したがって、ロボットの重量を軽くすることができ、ロボットの駆動部の出力を小さくすることができる。よって、ロボットの消費電力を減少させることができる。

前記弾性構造体は、ガススプリング機構であってもよい。

この構成によれば、小型で大きなバネ力を発生させることができる。

前記ロボットアームが第１角度位置に位置する状態における前記第２軸線と前記第３軸線との間隔よりも前記第ロボットアームが第２角度位置に位置する状態における前記第２軸線と前記第３軸線との間隔が広くなるように構成されていてもよい。

この構成によれば、バランサ装置を伸長させることによってバランストルクを発生させることができる。

前記ガススプリング機構は、伸長させることによって作動流体を膨張させるように構成され、前記作動流体が膨張させられることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させてもよい。

この構成によれば、膨張型のガススプリング機構を用いて、バランストルクを発生させることができる。

前記ガススプリング機構は、伸長させることによって作動流体が圧縮されるように構成され、前記作動流体が圧縮されることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させてもよい。

この構成によれば、圧縮型のガススプリング機構を用いて、大きなバランストルクを発生させることができる。

前記ガススプリング機構は、短縮させることによって作動流体が圧縮されるように構成され、前記ロボットアームが前記第１角度位置から前記第２角度位置に向かって回動することによって前記ガススプリング機構を短縮させる変換機構を有し、前記作動流体が圧縮されることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させてもよい。

この構成によれば、圧縮型のガススプリング機構を用いて、大きなバランストルクを発生させることができる。また、ガススプリング機構の耐久性を向上させることができる。

前記ガススプリング機構は、前記弾性構造体の一方の端部から他方の端部に向かう方向に延在し、一端に開口を有し、他端が閉塞されているシリンダと、前記シリンダの内壁面に対して相対的に摺動するピストンと、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間に封入された作動流体と、一端が前記ピストンに連結され、当該ピストンに連結された空間位置から前記シリンダの開口を通って前記シリンダの外部まで延在するピストンロッドと、を有し、前記変換機構は、前記シリンダと前記第１固定部及び前記第２固定部のうちの当該シリンダの他端から一端に向かう方向に位置する一方とを連結する第１連結部材と、前記ピストンロッドの他方の端部と前記第１固定部及び前記第２固定部のうちの他方とを、前記シリンダ及び前記第１連結部材と干渉しないようにして連結する第２連結部材と、を有していてもよい。

この構成によれば、圧縮型のガススプリング機構を好適にロボットアームに取り付けることができる。

前記ガススプリング機構は、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間に封入されたシールオイルを更に有し、前記ガススプリング機構は、前記シリンダの他端から一端に向かう方向に前記第１固定部が位置するように配置されていてもよい。

この構成によれば、ガススプリング機構の耐久性を更に向上させることができる。

前記第３軸線は、前記シリンダを通るように構成されていてもよい。

この構成によれば、ロボットアームの動作範囲を拡げることができる。

本発明は、ロボットの消費電力を減少させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るバランサ装置を含むロボットの構成例を示す一部破断背面図である。 図１のロボットの関節部の構成例を示す一部破断背面図である。 図１のロボットのバランサ装置の構成例を示す一部破断背面図である。 図１のロボットの関節部の構成例を示す一部破断側面図である。 図１のロボットの関節部の構成例を示す一部破断側面図である。 本発明の実施の形態２に係るバランサ装置を含むロボットの構成例を示す一部破断側面図である。 本発明の実施の形態３に係るバランサ装置を含むロボットの構成例を示す一部破断側面図である。 本発明の実施の形態４に係るバランサ装置を含むロボットの構成例を示す一部破断側面図である。 本発明の実施の形態５に係るバランサ装置を含むロボットの構成例を示す一部破断側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るバランサ（バランサ装置）１を備えるロボット１００の構成例を示す一部破断背面図である。図２は、ロボット１００の後述する第１関節部５の構成例を示す一部破断背面図である。図３は、ロボット１００のバランサ１の構成例を示す一部破断背面図である。

図１及び図２に示すように、ロボット１００は、多関節型ロボットであり、バランサ１の他、基台２と、旋回部３と、第１アーム（ロボットアーム）４と、第１関節部５と、を含む。なお、ロボット１００は多関節型ロボットに限定されない。

［ロボット全体］
図１及び図２に示すように、基台２は、例えば、載置面に対して固定され、基台２の上部構造を支える。

旋回部３は、基台２に対し、鉛直方向に延在する図示しない旋回軸線周りに回動自在に連結されている。そして、旋回部３は、基台２と平行に延びる旋回板３１と、旋回板３１の上方に設けられ、旋回板３１に固定されているアーム支持部３２と、バランサ連結部３３とを含む。

旋回板３１は、基台２に対して旋回軸線周りに回動自在に連結され、図示しない駆動部によって、旋回軸線周りに回動駆動されるように構成されている。

アーム支持部３２は、水平方向に延在する円筒状に形成された円筒部３４を有している。円筒部３４の一端は開口しており、開口部３４ａを構成している。また、円筒部３４の他端は閉塞され、底壁３４ｂを構成している。底壁３４ｂの中央部、すなわち円筒部３４の軸線が通る部分には、貫通孔３４ｃが形成されている。貫通孔３４ｃは、後述する第１アーム駆動部５１の出力軸５１ａが挿通される孔である。円筒部３４の軸線が第１軸線Ｌ１を構成する。

バランサ連結部３３は、アーム支持部３２の上部から上方に突出するように形成されている。これによって、バランサ１とアーム支持部３２との干渉を防いでいる。そして、バランサ連結部３３は、第１軸線Ｌ１と平行に延在する軸（第１固定部）３５を有する。軸３５の軸線が第２軸線Ｌ２を構成する。そして、第１軸線Ｌ１の延在方向において軸３５が配設されている位置は、後述する位置範囲Ｒを含むように構成されている。

第１アーム４は、腕状に形成され、基端部に水平方向に延びる回動軸４１と、回動軸４１から先端部に向かって延びる本体部４２と、バランサ連結部４３と、を含む。

回動軸４１は、有底の大略円筒状に形成され、その軸線をアーム支持部３２の円筒部３４の軸線、すなわち第１軸線Ｌ１と一致させて、円筒部３４の内部に位置している。

本体部４２は、回動軸４１から第１アーム４の先端部に向かうに従って第１軸線Ｌ１と直交する方向に延びるように湾曲して延びている。

図３に示すように、バランサ連結部４３は、一対の軸（第２固定部）４４と、支持部４６と、を含む。一対の軸４４は、軸線が第１軸線Ｌ１及び第２軸線Ｌ２と平行に延在する第３軸線Ｌ３上に位置するように位置しており、この第３軸線Ｌ３の延在方向に並ぶように位置している。一対の軸４４のうち、一方の軸４４は、本体部４２の基端部と先端部の間の側面から突出するように設けられている。他方の軸４４は、支持部４６に支持されて、一方の軸４４と離間して位置するように設けられている。支持部４６は、基端部が第１アーム４の本体部４２の側面に取り付けられ、先端部が他方の軸４４を支持している。支持部４６は、バランサ１と干渉しないようにバランサ１の後述する第２連結部材７２の外側を回り込むように延びている。そして、第１軸線Ｌ１の延在方向において一対の軸４４が配設されている範囲は、後述する位置範囲Ｒを含むように構成されている。

図２に示すように、第１関節部５は、第１アーム駆動部５１と、減速機構５２と、軸受部材５３を含む。

第１アーム駆動部５１は、例えば、サーボモータであり、駆動力を出力する出力軸５１ａを有する。第１アーム駆動部５１の筐体は、出力軸５１ａの軸線が第１軸線Ｌ１と同軸になるように円筒部３４の底壁３４ｂに固定されている。そして、出力軸５１ａは、円筒部３４の貫通孔３４ｃに挿通されている。更に、出力軸５１ａは、回動軸４１の開口部４１ａを通じて回動軸４１の内部に位置している。

減速機構５２は、回動軸４１の内部に位置している。そして、減速機構５２は、第１アーム駆動部５１の駆動力を第１アーム４に伝達する機構であり、例えば遊星歯車機構である。すなわち、減速機構５２は、例えば、出力軸５１ａの先端部に固定された太陽歯車５２ａと、第１軸線Ｌ１周りに等間隔に配置された太陽歯車５２ａと歯合する複数の遊星歯車を有する遊星歯車ユニット５２ｂと、アーム支持部３２の円筒部３４の内周面に形成され、遊星歯車ユニット５２ｂと歯合する内歯車５２ｃとを含む。減速機構５２は、産業用ロボットの周知の減速機構によって構成されるので、これ以上の説明を省略する。

軸受部材５３は、中心軸が第１軸線Ｌ１と一致するように配設され、旋回部３の円筒部３４の内周面と、第１アーム４の回動軸４１の外周面との間に介在して設けられている。したがって、第１アーム４は、旋回部３のアーム支持部３２に対して第１軸線Ｌ１周りに回動するように構成されている。すなわち、旋回部３のアーム支持部３２は、第１アーム４の回動軸４１を回動可能に支持している。本実施の形態において、軸受部材５３は、２つ設けられ、これらは第１軸線Ｌ１の延在方向に並ぶように位置している。そして、第１軸線Ｌ１の延在方向において、一方の軸受部材５３が位置している位置から他方の軸受部材５３が位置している位置までが位置範囲Ｒを構成する。なお、位置範囲Ｒに位置する軸受部材５３の個数はこれに限られるものではなく、一つであってもよく、また、３つ以上であってもよい。

そして、第１アーム４は、図５に示すように、例えば、第１角度位置Ｐ１と、図３に示す鉛直方向に対する傾斜が第１角度位置Ｐ１よりも大きい第２角度位置Ｐ２との間の範囲を含む範囲において回動する。例えば第１角度位置Ｐ１は、第１アーム４が直立する角度位置である。そして、第１アーム４が直立した第１角度位置Ｐ１において、第１アーム４に作用する重力によって発生する第１軸線Ｌ１を中心とするトルク（以下、第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクという）は、実質的に０となる。そして、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動し、第１アーム４の傾斜が大きくなるに従って第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクは増大する。

そして、本実施の形態において、図５に示すように、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１に位置する状態における第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓよりも、第１アーム４が第２角度位置Ｐ２に位置する状態における第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広くなるように、旋回部３の軸３５、及び第１アーム４の一対の軸４４が位置決めされている。すなわち、ロボット１００は、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動することによって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが次第に広がるように構成されている。

［バランサ］
図１及び図３に示すように、バランサ１は、ガススプリング機構（弾性構造体）１１と、変換機構１２とを有する。バランサ１は、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３とを接続し、第２軸線Ｌ２及び第３軸線Ｌ３と直交する方向に延びる第４軸線Ｌ４の延在方向に延びる。そして、バランサ１は、第４軸線Ｌ４が、位置範囲Ｒの範囲内に位置するように、すなわち、位置範囲Ｒ内にバランサ１の一方の端部である第１端部１ａ、及びバランサ１の他方の端部である第２端部１ｂが位置するようにロボット１００に取り付けられている。

ガススプリング機構１１は、封入した高圧ガスの反力をバネ力として用いた機構であり、コイルばねと比較して、小型で大きなバネ力を発生させることができる。したがって、ガススプリング機構１１を用いることによってロボット１００を小型化することができ、これによってロボット１００の駆動部の出力を小さくすることができ、更には電力消費を抑えることができる。

ガススプリング機構１１は、シリンダ６１と、ピストン６２と、作動流体６３と、ピストンロッド６４と、を有する。また、本実施の形態において、ガススプリング機構１１は、シールオイル６５を有する。

シリンダ６１は、第４軸線Ｌ４の延在方向に延びる有底の円筒体である。シリンダ６１は、一端６１ａに開口が形成されている。また、シリンダ６１の他端６１ｂは閉塞され、底壁が形成されている。

ピストン６２は、円筒状のブロックである。そして、ピストン６２は、シリンダ６１の内壁面に対して相対的に摺動する。そして、ピストン６２は、シリンダ６１の内部空間を第４軸線Ｌ４の延在方向に第１空間６８及び第２空間６９に区分(compart)している。第１空間６８は、ピストン６２よりもシリンダ６１の他端６１ｂ側（閉塞されている側）の空間であり、第２空間６９は、ピストン６２よりもシリンダ６１の一端６１ａ側（開口が形成されている側）の空間である。そして、詳細は後述するように、ガススプリング機構１１は、第１空間６８が第２空間６９よりも上方に位置するようにロボット１００に取り付けられている。

作動流体６３は、シリンダ６１とピストン６２との間の空間、即ち、第１空間６８に封入された流体であり、例えば高圧の窒素である。そして、上述の通り、シリンダ６１の他端６１ｂは閉塞されているので、シリンダ６１の他端６１ｂから作動流体６３が漏れ出ないようになっている。したがって、ガススプリング機構１１の耐久性を向上させることができる。

ピストンロッド６４は、第４軸線Ｌ４の延在方向に延びる棒状体であり、一端６４ａがピストン６２に連結されている。そして、ピストンロッド６４は、ピストン６２から第２空間６９を通ってシリンダ６１の一端６１ａに形成されている開口を通ってシリンダ６１の外部まで延在し、他端６４ｂは、シリンダ６１の外部に位置している。

そして、ガススプリング機構１１は、ピストンロッド６４を第４軸線Ｌ４の延在方向に動かして、ピストンロッド６４をシリンダ６１に押し込んでガススプリング機構１１を短縮させることによって、作動流体６３が圧縮され、反力を発生させるように構成されている。

シールオイル６５は、第１空間６８からの作動流体６３の漏れを防ぐためのオイルであり、シリンダ６１の第１空間６８に封入されている。上述の通り、ガススプリング機構１１は、第１空間６８が第２空間６９よりも上方に位置するように配設されているので、シールオイル６５は、ピストン６２上に溜まり、シールオイル６５よりも比重の小さいガスである作動流体６３はシールオイル６５の上方に位置する。従って、気体である作動流体６３とシリンダ６１及びピストン６２が当接する部分との間にはシールオイル６５が介在し、作動流体６３が第１空間６８から漏れ出ることを防止することができる。したがって、ガススプリング機構１１の耐久性を向上させることができる。

変換機構１２は、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広がるに従ってガススプリング機構１１を短縮させる機構である。

本実施の形態において、変換機構１２は、第１連結部材７１と、第２連結部材７２とを備える。

第１連結部材７１は、シリンダ６１の一端６１ａと旋回部３の軸３５とを連結している。すなわち、第１連結部材７１は、シリンダ６１の他端６１ｂ（閉塞されている側の端部）から一端６１ａ（開口が形成されている側の端部）に向かう方向に位置する旋回部３の軸３５とシリンダ６１とを連結している。なお、第１連結部材７１はシリンダ６１の一端６１ａ以外の場所に取り付けられてもよい。

そして、第１連結部材７１は、互いに並行に延在する一対の板部７３と、連結部７４とを有する。板部７３は、一方の端部７３ａがシリンダ６１の一端６１ａに連結され、第４軸線Ｌ４の延在方向に延びている。一対の板部７３のうち、一方の板部７３は、第２軸線Ｌ２及び第３軸線Ｌ３が延在する方向における一方の側の一端６１ａに取り付けられ、他方の板部７３は、同方向における他方の側の一端６１ａに取り付けられている。連結部７４は、一対の板部７３の他方の端部７３ｂを互いに連結すると共に、これらを軸３５に連結している。そして連結部７４は、軸受部材を介して、第２軸線Ｌ２周りに回動自在に軸３５に取り付けられている。この連結部７４が軸３５に取り付けられている部分がバランサ１の一方の端部である第１端部１ａを構成する。そして、上述の通り、第１軸線Ｌ１の延在方向において軸３５が配設されている位置は、位置範囲Ｒを含むように構成されているので、第１端部１ａは、位置範囲Ｒ上に位置するように構成されている。

第２連結部材７２は、ピストンロッド６４の他端６４ｂと第１アーム４の軸４４とを連結している。すなわち、第２連結部材７２は、シリンダ６１の一端６１ａ（開口が形成されている側の端部）から他端６１ｂ（閉塞されている側の端部）に向かう方向に位置する軸４４とピストンロッド６４とを連結している。したがって、ガススプリング機構１１は、変換機構１２によって、第１空間６８が第２空間６９よりも上方に位置するようにロボット１００に取り付けられている。

そして、第２連結部材７２は、筒状部７５と、連結部７６とを有する。

筒状部７５は、第４軸線Ｌ４の延在方向に延びる筒状体であり、ガススプリング機構１１及び第１連結部材７１の周囲を取り囲むように配置されている。そして、第２連結部材７２は、筒状部７５の一方の端部７５ａが位置範囲Ｒにおいて軸受部材を介して一対の軸４４に取り付けられている。これによって、筒状部７５は、軸４４に対し、第３軸線Ｌ３周りに回動自在に連結されている。この筒状部７５が軸４４に取り付けられている部分がバランサ１の他方の端部である第２端部１ｂを構成する。そして、上述の通り、第１軸線Ｌ１の延在方向において一対の軸４４が配設されている範囲は、位置範囲Ｒを含むように構成されているので、第２端部１ｂは、位置範囲Ｒ上に位置するように構成されている。

なお、一対の軸４４は、第３軸線Ｌ３がシリンダ６１を通るように位置決めされている。したがって、シリンダ６１は、第４軸線Ｌ４の延在方向に第２連結部材７２と第１アーム４とが連結されている部分から突出するように構成されているので、ガススプリング機構１１のストロークを長くすることができる。これによって、第１アーム４の動作範囲を拡げることができる。

連結部７６は、ピストンロッド６４の他端６４ｂに取り付けられ、第１連結部材７１の一対の板部７３の間に位置している。そして連結部７６は、筒状部７５の他方の端部７５ｂの端縁に架け渡されるように設けられ、両端部が筒状部７５の他方の端部側の端縁に連結されている。連結部７６は、第４軸線Ｌ４の延在方向に延在する一対の板部７３の間に位置しているので、ピストンロッド６４を第４軸線Ｌ４の延在方向に動かしたときに連結部７６と一対の板部７３とが干渉しないようになっている。

このように構成された変換機構１２は、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動することによって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広がると、第１連結部材７１の一対の板部７３の一方の端部７３ａと第２連結部材７２の筒状部７５の他方の端部７５ｂとが互いに接近するようになっている。これによって、第１連結部材７１の一対の板部７３の一方の端部７３ａに取り付けられたシリンダ６１の一端６１ａとピストンロッド６４の他端６４ｂとが互いに近づくように移動し、ピストンロッド６４及びピストン６２が押し込まれる。よって、シリンダ６１とピストン６２との間の空間に封入された作動流体６３が圧縮され、反力を発生させる。

［動作例］
次に、バランサ１を備えるロボット１００の動作例を説明する。

第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動し、第１アーム４の傾斜が大きくなるに従って第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクは増大する。そして、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動することによって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広がると、変換機構１２はガススプリング機構１１を短縮させる。これによって、作動流体６３は圧縮され、ガススプリング機構１１は、第４軸線Ｌ４の延在方向において、ピストン６２を押し戻す方向、すなわちガススプリング機構１１を伸長させる方向の反力を発生させる。ガススプリング機構１１を伸長させる方向の反力は、変換機構１２によって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓを短縮させる方向の力として働き、その結果、第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクとは反対方向の第１軸線Ｌ１を中心とするトルク（バランストルク）を発生させる。このバランストルクは、重力トルクの一部又は全部を相殺する。これによって、第１アーム駆動部５１の負荷を低下させることができ、ロボット１００の電力消費の増大を防止することができる。

以上に説明したように、バランサ１のガススプリング機構１１は、第４軸線Ｌ４が、第１軸線Ｌ１の延在方向において軸受部材５３が位置している位置範囲Ｒを含むように、すなわち、位置範囲Ｒにバランサ１の一方の端部である第１端部１ａ、及びバランサ１の他方の端部である第２端部１ｂが位置するようにロボット１００に取り付けられている。これによって、軸受部材５３に作用する曲げモーメントを小さくすることができ、許容曲げモーメントが小さな軸受部材５３を用いることができる。したがって、ロボット１００の重量を軽くすることができ、ロボット１００の駆動部の出力、特に旋回部３を旋回させる駆動部に出力の小さなモータを用いることができる。よって、ロボット１００の消費電力を減少させることができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態に係るバランサ２０１を備えるロボット２００の構成例を示す側面図である。

上述の実施の形態１では、バランサ１は、短縮させることによって作動流体６３が圧縮され、伸長させる方向の反力を発生させるガススプリング機構１１と、ガススプリング機構１１を伸長させる方向の反力を第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓを短縮させる方向の力に変換する変換機構１２を備えている。これに対し本実施の形態では、バランサ２０１は、図６に示すように、伸長させることによって作動流体２６３を膨張させ、短縮させる方向の反力を発生させるガススプリング機構２１１と、ガススプリング機構２１１とロボット２００を連結する連結部材２７１、２７２を備えている。

ガススプリング機構２１１は、作動流体２６３が封入されている第１空間２６８が第２空間２６９よりも下方に位置するようにロボット２００に取り付けられている。また、作動流体２６３は、例えば常圧のガスである。そして、ピストンロッド２６４を第４軸線Ｌ４の延在方向に動かして、ピストンロッド２６４をシリンダ２６１から引き出してガススプリング機構１１を伸長させることによって、作動流体２６３を膨張させ、ガススプリング機構１１を短縮させる方向の反力を発生させるように構成されている。

そして、連結部材２７１は、シリンダ２６１の他端２６１ｂと旋回部３の軸３５とを連結している。連結部材２７１は、軸受部材を介して、第２軸線Ｌ２周りに回動自在に軸３５に連結されている。

また、連結部材２７２は、ピストンロッド２６４の他端２６４ｂと第１アーム４の軸４４とを連結している。連結部材２７２は、軸受部材を介して第３軸線Ｌ３周りに回動自在に軸４４に連結されている。なお、実施の形態１において、軸４４は、第３軸線Ｌ３がシリンダ６１を通るように位置決めされているが、本実施の形態において軸４４は、第３軸線Ｌ３が第１アーム４の先端部を通るように位置決めされている。
これ以外は、実施の形態１と同様である。

［動作例］
次に、バランサ２０１を備えるロボット２００の動作例を説明する。

第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動し、第１アーム４の傾斜が大きくなるに従って第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクは増大する。そして、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動することによって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広がると、ガススプリング機構２１１は伸長する。これによって、作動流体２６３が膨張し、ガススプリング機構２１１は、第４軸線Ｌ４の延在方向において、ピストン６２を引き戻す方向、すなわちガススプリング機構２１１を短縮させる方向の反力を発生させる。ガススプリング機構２１１を短縮させる方向の反力は、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔を短縮させる方向の力として働き、その結果、第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクとは反対方向の第１軸線Ｌ１を中心とするトルク（バランストルク）を発生させる。このバランストルクは、重力トルクの一部又は全部を相殺する。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態に係るバランサ３０１を備えるロボット３００の構成例を示す側面図である。

上述の実施の形態１では、バランサ１は、短縮させることによって作動流体６３が圧縮され、伸長させる方向の反力を発生させるガススプリング機構１１と、ガススプリング機構１１を伸長させる方向の反力を第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓを短縮させる方向の力に変換する変換機構１２を備えている。これに対し本実施の形態では、バランサ３０１は、図７に示すように、伸長させることによって作動流体６３を圧縮し、短縮させる方向の反力を発生させるガススプリング機構３１１と、ガススプリング機構３１１とロボット３００を連結する連結部材３７１、３７２を備えている。

ガススプリング機構３１１のシリンダ３６１は、両端が閉塞され、一端３６１ａにピストンロッド３６４が挿通されている挿通孔３６１ｃが形成されている。また、シリンダ３６１の他端３６１ｂには、貫通口３６１ｄが形成されている。よって、シリンダ３６１の第２空間３６９の気圧は大気圧と等圧になっている。また、ピストンロッド３６４は、ピストン６２から第１空間３６８及びシリンダ３６１の挿通孔３６１ｃを通ってシリンダ３６１の外部まで延在し、他端３６４ｂは、シリンダ３６１の外部に位置している。そして、ピストンロッド３６４を第４軸線Ｌ４の延在方向に動かして、ピストンロッド３６４をシリンダ３６１から引き出してガススプリング機構３１１を伸長させることによって、作動流体６３を圧縮し、ガススプリング機構３１１を短縮させる方向の反力を発生させるように構成されている。

そして、連結部材３７１は、シリンダ３６１の他端３６１ｂと旋回部３の軸３５とを連結している。連結部材３７１は、軸受部材を介して、第２軸線Ｌ２周りに回動自在に軸３５に連結されている。

また、連結部材３７２は、ピストンロッド３６４の他端３６４ｂと第１アーム４の軸４４とを連結している。連結部材３７２は、軸受部材を介して第３軸線Ｌ３周りに回動自在に軸４４に連結されている。

したがって、ガススプリング機構３１１は、作動流体６３が封入されている第１空間３６８が第２空間３６９よりも上方に位置するようにロボット３００に取り付けられている。

なお、実施の形態１において、軸４４は第３軸線Ｌ３がシリンダ６１を通るように位置決めされているが、本実施の形態において軸４４は第３軸線Ｌ３が第１アーム４の先端部を通るように位置決めされている。
これ以外は、実施の形態１と同様である。

［動作例］
次に、バランサ３０１を備えるロボット３００の動作例を説明する。

第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動し、第１アーム４の傾斜が大きくなるに従って第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクは増大する。そして、第１アーム４が第１角度位置Ｐ１から第２角度位置Ｐ２に向かって回動することによって、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔Ｓが広がると、ガススプリング機構３１１は伸長する。これによって、作動流体６３が圧縮され、ガススプリング機構３１１は、第４軸線Ｌ４の延在方向において、ピストン６２を押し戻す方向、すなわちガススプリング機構３１１を短縮させる方向の反力を発生させる。ガススプリング機構３１１を短縮させる方向の反力は、第２軸線Ｌ２と第３軸線Ｌ３との間隔を短縮させる方向の力として働き、その結果、第１軸線Ｌ１を中心とする重力トルクとは反対方向の第１軸線Ｌ１を中心とするトルク（バランストルク）を発生させる。このバランストルクは、重力トルクの一部又は全部を相殺する。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４に係るバランサ４０１を備えるロボット４００の構成例を示す側面図である。

上述の実施の形態１において、第１連結部材７１は、シリンダ６１の一端６１ａと旋回部３の軸３５とを連結し、第２連結部材７２は、ピストンロッド６４の他端６４ｂと第１アーム４の軸４４とを連結しているものを例示した。これに対し、図８に示すように、本実施の形態において、ガススプリング機構１１は、第１空間６８が第２空間６９よりも下方に位置するようにロボット１００に取り付けられている。そして、第１連結部材４７１は、シリンダ６１の他端６１ｂ（閉塞されている側の端部）から一端６１ａ（開口が形成されている側の端部）に向かう方向に位置する第１アーム４の軸４４とシリンダ６１とを連結している。また、第２連結部４７２は、シリンダ６１の一端６１ａ（開口が形成されている側の端部）から他端６１ｂ（閉塞されている側の端部）に向かう方向に位置する軸３５とピストンロッド６４とを連結している。

なお、実施の形態１において、軸４４は第３軸線Ｌ３がシリンダ６１を通るように位置決めされているが、本実施の形態において軸４４は第３軸線Ｌ３が第１アーム４の先端部を通るように位置決めされている。これ以外は、実施の形態１と同様である。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係るバランサ５０１を備えるロボット５００の構成例を示す側面図である。

実施の形態１において、軸４４は第３軸線Ｌ３がシリンダ６１を通るように位置決めされているが、本実施の形態において軸４４は第３軸線Ｌ３が第１アーム４の先端部を通るように位置決めされている。これ以外は、実施の形態１と同様である。

＜変形例＞
上記実施の形態においては、ガススプリング機構を用いたがこれに限られるものではない。これに代えて、コイルばねを用いてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本件発明は、産業ロボットに適用することができる。

Ｌ１ 第１軸線
Ｌ２ 第２軸線
Ｌ３ 第３軸線
Ｌ４ 第４軸線
Ｐ１ 第１角度位置
Ｐ２ 第２角度位置
１ バランサ
１ａ 第１端部
１ｂ 第２端部
２ 基台
３ 旋回部
４ 第１アーム
５ 第１関節部
１１ ガススプリング機構
１２ 変換機構
３１ 旋回板
３２ アーム支持部
３３ バランサ連結部
３４ 円筒部
３５ 軸
４１ 回動軸
４２ 本体部
４３ バランサ連結部
４４ 軸
４６ 支持部
５１ 第１アーム駆動部
５２ 減速機構
５３ 軸受部材
６１ シリンダ
６１ａ 一端
６１ｂ 他端
６２ ピストン
６３ 作動流体
６４ ピストンロッド
６５ シールオイル
６８ 第１空間
６９ 第２空間
７１ 第１連結部材
７２ 第２連結部材
７３ 板部
７４ 連結部
７５ 筒状部
７６ 連結部
１００ ロボット

Claims (9)

1. ロボットアームと水平方向に延在する第１軸線を中心軸として有する軸受部材を介して前記ロボットアームの基端部を回動自在に支持するアーム支持部とを含むロボットに設けられ、第１角度位置と鉛直方向に対する傾斜が前記第１角度位置よりも大きい第２角度位置との間において前記ロボットアームに作用する重力によって発生する前記第１軸線を中心とするトルクとは反対方向の前記第１軸線を中心とするトルク（以下、バランストルクという）を弾性的伸長又は弾性的収縮によって前記ロボットアームに発生させる弾性構造体を含むバランサ装置であって、
   一方の端部が、前記ロボットアームから独立した第１固定部に水平方向に延在する第２軸線周りに回動自在に連結され、
   他方の端部が、前記ロボットアームに設けられている第２固定部に水平方向に延在する第３軸線周りに回動自在に連結され、
   前記一方の端部及び他方の端部が、前記第１軸線の延在方向において前記軸受部材が位置している範囲に位置するように配置されているバランサ装置。
2. 前記弾性構造体は、ガススプリング機構である請求項１に記載のバランサ装置。
3. 前記ロボットアームが第１角度位置に位置する状態における前記第２軸線と前記第３軸線との間隔よりも前記第ロボットアームが第２角度位置に位置する状態における前記第２軸線と前記第３軸線との間隔が広くなるように構成されている、請求項２に記載のバランサ装置。
4. 前記ガススプリング機構は、伸長させることによって作動流体を膨張させるように構成され、
   前記作動流体が膨張させられることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させる、請求項３に記載のバランサ装置。
5. 前記ガススプリング機構は、伸長させることによって作動流体が圧縮されるように構成され、
   前記作動流体が圧縮されることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させる、請求項３に記載のバランサ装置。
6. 前記ガススプリング機構は、短縮させることによって作動流体が圧縮されるように構成され、
   前記ロボットアームが前記第１角度位置から前記第２角度位置に向かって回動することによって前記ガススプリング機構を短縮させる変換機構を有し、
   前記作動流体が圧縮されることによって発生する反力によって前記バランストルクを発生させる、請求項３に記載のバランサ装置。
7. 前記ガススプリング機構は、
   前記弾性構造体の一方の端部から他方の端部に向かう方向に延在し、一端に開口を有し、他端が閉塞されているシリンダと、
   前記シリンダの内壁面に対して相対的に摺動するピストンと、
   前記シリンダと前記ピストンとの間の空間に封入された作動流体と、
   一端が前記ピストンに連結され、当該ピストンに連結された空間位置から前記シリンダの開口を通って前記シリンダの外部まで延在するピストンロッドと、を有し、
   前記変換機構は、
   前記シリンダと前記第１固定部及び前記第２固定部のうちの当該シリンダの他端から一端に向かう方向に位置する一方とを連結する第１連結部材と、
   前記ピストンロッドの他方の端部と前記第１固定部及び前記第２固定部のうちの他方とを、前記シリンダ及び前記第１連結部材と干渉しないようにして連結する第２連結部材と、を有する、請求項６に記載のバランサ装置。
8. 前記ガススプリング機構は、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間に封入されたシールオイルを更に有し、
   前記ガススプリング機構は、前記シリンダの他端から一端に向かう方向に前記第１固定部が位置するように配置されている、請求項７に記載のバランサ装置。
9. 前記第３軸線は、前記シリンダを通るように構成されている、請求項８に記載のバランサ装置。

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