JP2017013168A - Robot arm device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種のロボットに搭載されるロボットアーム装置に関する。 The present invention relates to a robot arm device mounted on various robots.
基台に回動自在に設けられたアームを駆動源により駆動して回動させるロボットアーム装置は、各種のロボットにおいて広く用いられている。ロボットアーム装置では、一般的に、アームの回動角度が水平に近付くほどアームの重量を保持するためのトルクが大きくなって駆動源の駆動負荷が増大する。このため、ばね力を用いて、アームの回動角度が水平に近付くほど大きなカウンタトルク(補償トルク)をアームに作用させて駆動源の負荷を軽減させる各種のバランサが提案されている(特許文献1、2)。 2. Description of the Related Art Robot arm devices that rotate an arm provided on a base so as to be rotatable by a drive source are widely used in various robots. In the robot arm device, generally, as the rotation angle of the arm approaches horizontal, the torque for maintaining the weight of the arm increases and the driving load of the driving source increases. For this reason, various balancers have been proposed that use a spring force to reduce the load on the drive source by applying a large counter torque (compensation torque) to the arm as the rotation angle of the arm approaches horizontal (Patent Literature). 1, 2).
特許文献3には、アームと一体に回転する特殊な輪郭形状のプーリを設け、プーリに巻き掛けたロープを引張ばねで付勢してアームを持ち上げる方向のカウンタトルクをアームに作用させるバランサが提案されている。ここでは、特殊な輪郭形状のプーリが回転してばね力が作用する付勢位置から回動中心までの半径が変化することで、特許文献1、2よりもアームの回動角と駆動源の駆動負荷との関係を正確に反映したカウンタトルクを発生させている。
特許文献3に示されるバランサは、アームの回動角と駆動源の駆動負荷との関係に基づいて設計された輪郭形状のプーリを要するため、製造コストが高くなる。後述するようにアームと一体に回動するプーリに引張ばねを取り付けると、アームの回動中心まわりの構造が大型化する等の不利がある。
The balancer shown in
本発明は、複雑な輪郭形状のプーリを要することなく、アームの回動角と駆動源の駆動負荷との関係を反映したカウンタトルクを発生可能なロボットアーム装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a robot arm device capable of generating a counter torque reflecting a relationship between an arm rotation angle and a driving load of a driving source without requiring a pulley having a complicated contour shape.
本発明のロボットアーム装置は、基台と、工具を有し、前記基台に回動自在に設けられた第1アームと、前記第1アームを駆動して回動させる駆動源と、前記基台に回動自在に設けられた第2アームと、前記第1アームの水平方向からの傾き角度が大きくなるほどその歪方向と鉛直方向とのなす角度が大きくなるように前記第1アームと前記第2アームとの間に設けられた弾性体と、前記第1アームの水平方向からの傾き角度が大きくなるほど前記弾性体の歪量が小さくなるように前記第1アームと前記第2アームとを連動させる連動機構と、を備えるものである。 The robot arm device of the present invention includes a base, a tool, a first arm rotatably provided on the base, a drive source that drives and rotates the first arm, and the base The first arm and the first arm so that the angle formed by the second arm provided rotatably on the table and the distortion direction and the vertical direction increases as the inclination angle of the first arm from the horizontal direction increases. The first arm and the second arm are interlocked so that the elastic body provided between the two arms and the amount of strain of the elastic body become smaller as the angle of inclination of the first arm from the horizontal direction becomes larger. And an interlocking mechanism to be provided.
本発明のロボットアーム装置では、第1アームの水平方向からの傾き角度が大きくなるほど弾性体の歪量が減ることに加えて鉛直方向に対する弾性体の歪方向のなす角度が大きくなる。このため、第2アーム及び弾性体の配置と連動機構とを調整して、第1アームの回動角と弾性体による第1アームの付勢量(カウンタトルク)との関係を比較的自由に設定可能である。このため、複雑な輪郭形状のプーリを要することなく、アームの回動角と駆動源の駆動負荷との関係を反映したカウンタトルクを発生可能である。 In the robot arm apparatus according to the present invention, as the inclination angle of the first arm from the horizontal direction increases, the amount of strain of the elastic body decreases in addition to the amount of distortion of the elastic body increases in addition to the vertical direction. For this reason, by adjusting the arrangement of the second arm and the elastic body and the interlocking mechanism, the relationship between the rotation angle of the first arm and the biasing amount (counter torque) of the first arm by the elastic body is relatively free. It can be set. For this reason, it is possible to generate a counter torque reflecting the relationship between the rotation angle of the arm and the driving load of the driving source without requiring a pulley having a complicated contour shape.
本発明の実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
(ロボットアーム装置)
図1は実施の形態1のロボットアーム装置の構成の説明図である。図1に示すように、ロボットアーム装置1は、設置面Gに固定された基台2を有している。
<
(Robot arm device)
FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of the robot arm device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
基台2には、第1アーム4のアクチュエータであるステッピングモータ3が固定されている。駆動源の一例であるステッピングモータ3の駆動軸3aには、第1アーム4の固定端4eが固定されて関節部J1を構成している。
A
アームの一例である第1アーム4の先端(回動端)には、工具もしくはエフェクタの一例である開閉自在なチャック5が吊り下げ状態で連結されている。動作部の一例であるチャック5は、第1アーム4の回動端に設けられて必要な動作又は処理を実行する。チャック5は閉じてワーク6を把持し、開いてワーク6を解放する。
An openable /
ロボットアーム装置1は、第1アーム4を水平位置まで下降した状態でワーク6を把持し、第1アーム4を回動させてワーク6を上昇させた位置でワーク6を解放する。これにより、不図示のワーク搬送装置から不図示のワーク加工装置へワーク6を受け渡す。
The
ロボットアーム装置1は、第1アーム4及びチャック5を垂直面内で回動させてワーク6を搬送する。このため、ステッピングモータ3の駆動軸3aには、第1アーム4及びチャック5の自重にワーク重量を含めた重力による大きなモーメントが作用する。
The
そのため、第1アーム4を重力の作用方向とは反対の方向に回転駆動するためには大きなトルクが必要になり、大出力のステッピングモータを備えなければならない。
Therefore, a large torque is required to rotationally drive the
そこで、実施の形態1では、バランサ1Bを搭載して、ステッピングモータ3の駆動軸3aに作用する重力によるモーメントを相殺して、第1アーム4を駆動するステッピングモータ3に加わる負荷を軽減している。
Therefore, in the first embodiment, the
(バランサ)
図1に示すように、バランサ1Bは、第2アーム7と連結リンク8と引張ばね9とで構成される。バランサ1Bは、引張ばね9を介して第1アーム4を吊り上げることにより、第1アーム4の重量等による負荷トルクとは反対方向に作用するカウンタトルク(補償トルク)を発生させてステッピングモータ3の駆動軸3aに作用させる。
(Balancer)
As shown in FIG. 1, the
第2アーム7は、第1アーム4の回動中心からチャック5の反対側へ離隔した位置に回動中心を有し、第1アーム4と第2アーム7とは同一平面上で回動する。基台2の関節部J2に第2アーム7の固定端7eが回動自在に設けられている。関節部J2は、基台2上の関節部J1から離隔した位置に設けられ、第2アーム7を第1アーム4と同一平面上で回動させる。
The
連結リンク8は、第1アーム4と第2アーム7とを連結するリンク部材である。第1アーム4には関節部J3が設けられ、第2アーム7上には関節部J4が設けられている。連結リンク8の一端部8aは、関節部J3に回動自在に取り付けられ、連結リンク8の他端部8bは関節部J4に回動自在に取り付けられている。
The connection link 8 is a link member that connects the
このため、第1アーム4が関節部J1を中心に回動すると、連結リンク8を介して第2アーム7が関節部J2を中心に連動して回動する。そして、第1アーム4の回動角度(入力角)に対する第2アーム7の回動角度(出力角)は、関節部J1と関節部J2を固定関節とする四節リンク機構モデルから算出することができる。
For this reason, when the
引張ばね9は、第1アーム4を第2アーム7側へ常に付勢している。引張ばね9の一端部9aは、第1アーム4の先端(自由端)付近に設けられた固定点4aに係合し、引張ばね9の他端部9bは、第2アーム7の先端(自由端)付近に設けられた固定点7aに係合している。
The
図1に示すように、第1アーム4の関節部J1から関節部J3までの距離をL1とし、第2アーム7の関節部J2から関節部J4までの距離をL2とする。このとき、連結リンク8の関節部J3と関節部J4の位置に関して、L1<L2 となるように設定されている。
As shown in FIG. 1, the distance from the joint part J1 of the
このため、連結リンク8を介して第1アーム4と第2アーム7とが同一方向に連動して回動する際に、第2アーム7の回動角度が第1アーム4の回動角度よりも小さくなる。その結果、第1アーム4の回動角度が水平位置に近付くほど、引張ばね9が大きな付勢力を第1アーム4に作用させることができる。
Therefore, when the
以上説明したように、弾性体の一例である引張ばね9は、第1アーム4の水平方向からの傾き角度が大きくなるほど歪を増大させて第1アーム4を付勢することにより第1アーム4の重量によるステッピングモータ3の負荷を軽減する。引張ばね9は、第1アーム4に一端を連結して、第2アーム7に他端を連結されている。
As described above, the
引張ばね9は、第1アーム4の水平方向からの傾き角度が大きくなるほど引張ばね9の歪方向と鉛直方向とのなす角度が大きくなるように第1アーム4と第2アーム7との間に配置されている。
The
連動機構の一例である連結リンク8は、第1アーム4の回動に伴う第2アーム7の回動量がそのときの第1アーム4の回動量よりも小さくなるように第1アーム4と第2アーム7とを同一方向に連動させる。連結リンク8は、第1アーム4における回動中心から第1距離の位置に一端を連結し、第2アーム7における回動中心から第1距離よりも大きい第2距離の位置に他端を連結されている。
The connecting link 8, which is an example of an interlocking mechanism, is connected to the
(バランサの動作)
図2はバランサの動作の説明図である。図3は重力による負荷トルクとバランサが発生するカウンタトルクの線図である。図2中、(a)は第1アームが上方へ回動した状態である。(b)は第1アームが水平位置へ回動した状態である。図3中、曲線(A)は、第1アーム4の姿勢(回動角度)に応じてステッピングモータ3の駆動軸3aに作用する負荷トルクである。曲線(B)は、引張ばね9によって、第1アームに発生させるカウンタトルクである。
(Balancer operation)
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the balancer. FIG. 3 is a diagram of the load torque due to gravity and the counter torque generated by the balancer. In FIG. 2, (a) is the state which the 1st arm rotated upwards. (B) is the state which the 1st arm rotated to the horizontal position. In FIG. 3, a curve (A) is a load torque that acts on the
図3は、負荷トルクAとカウンタトルクの関係の一例を示している。図3の横軸は第1アーム4が水平面と成す角度(回動角度)θ(deg)、縦軸はトルクT(Nm)である。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the load torque A and the counter torque. The horizontal axis in FIG. 3 is the angle (rotation angle) θ (deg) formed by the
図2の(a)に示すように、ステッピングモータ3の駆動軸3aに作用する負荷トルクAは、第1アーム4の重量によるトルクである。負荷トルクAは、第1アーム4が水平面と成す角度をθとするとき、図3に示すように、cosθの関数となる。負荷トルクAは、第1アーム4の姿勢(回動角度)によって異なるcosθの関数となる。
As shown in FIG. 2A, the load torque A acting on the
このため、図3に示すように、0°≦θ≦90°の範囲において、図2の(b)に示すθ=0°即ち、第1アーム4が水平位置となったときに最大となり、図2の(a)に示すように、θが大きくなるに従って小さくなる。
Therefore, as shown in FIG. 3, in the range of 0 ° ≦ θ ≦ 90 °, θ = 0 ° shown in FIG. 2B, that is, the maximum when the
図2の(a)に示すように、第1アーム4と第2アーム7を連結する引張ばね9は、第1アーム4に作用する負荷トルクAを第1アーム4の回動角度θに応じて補償する。バランサ1Bは、第1アーム4と第2アーム7の連動による回動角度の違いにより、第1アーム4の回動角度に応じて、引張ばね9の伸び量を変化させる。
As shown in FIG. 2A, the
図2の(b)に示すように、θ=0°即ち、第1アーム4が水平のときには、引張ばね9の伸び量が大きいため、第1アーム4に対して大きな引張力が作用する。このため、図3に示すように、角度θが小さい範囲では、大きなカウンタトルクBが発生する。
As shown in FIG. 2B, when θ = 0 °, that is, when the
図2の(a)に示すように、第1アーム4の回動角度θが大きくなるに従って、引張ばね9の伸び量は小さくなり、引張ばね9による引張力が低下する。このため、図3に示すように、角度θが90度に近付く範囲では、第1アーム4に発生するカウンタトルクBが小さくなる。
As shown in FIG. 2A, as the rotation angle θ of the
カウンタトルクBは、第1アーム4の回動角度θに応じて、引張ばね9の伸び量と引張方向(鉛直方向と引張ばね9との成す角度)が変化することから、図3に示すような曲線(B)となる。
As shown in FIG. 3, the counter torque B changes in accordance with the rotation angle θ of the
カウンタトルクBの曲線(B)は、引張ばね9の弾性係数、長さ、第1アーム4上の取付位置(L1)、第2アーム7上の取付位置(L2)を変更して曲線(A)に近付けることができる。第1アーム4の自重によるトルク曲線に近付けるのみならず、チャック5、ワーク6を含めた重量によるトルク曲線に近付けることも可能である。
The curve (B) of the counter torque B is obtained by changing the elastic coefficient and length of the
カウンタトルクBは、第1アーム4の回動角度θによる関数として、計算により算出することが可能である。したがって、曲線(A)と曲線(B)とが一致するように、第2アーム7や連結リンク8の位置、引張ばね9のばね定数や取付位置等を適正に設定することにより、第1アーム4の関節部J1まわりのトルクバランスを保つことが可能となる。
The counter torque B can be calculated by calculation as a function of the rotation angle θ of the
なお、実施の形態1において、第1アーム4と第2アーム7を連結する引張ばね9は、それぞれの関節部から離れた第1アーム4と第2アーム7の先端(自由端)付近に設けるのが好ましい。小さなばね定数で大きなカウンタトルクBを効率的に得ることができるからである。
In the first embodiment, the
また、実施の形態1において、第2アーム7の関節部J2の位置は、図1の位置に限らず、設計上の自由度を考慮して決定することが可能である。
Further, in the first embodiment, the position of the joint portion J2 of the
また、実施の形態1では、図3に示すように、角度θの90度に近い範囲で曲線(A)に対して曲線(B)を乖離させているが、これは、引張ばね9の中央部分が垂れ下がるのを防ぐために張力状態を保つ必要があったからである。必要であれば、引張ばね9及び取付位置を変更して、角度θが90度に近い範囲でも曲線(B)をさらに曲線(A)に近付けることが可能である。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the curve (B) is deviated from the curve (A) in a range close to 90 degrees of the angle θ. This is because it was necessary to maintain a tension state in order to prevent the portion from sagging. If necessary, the
(ステッピングモータのディテントトルクとの関係)
ところで、実施の形態1では、第1アーム4は、ステッピングモータ3の駆動軸に連結されているので、ステッピングモータ3の励磁状態では、第1アーム4にはステッピングモータ3のホールディング(保持)トルクが作用する。
(Relationship with detent torque of stepping motor)
By the way, in the first embodiment, the
このため、図3における負荷トルクAとカウンタトルクBの曲線が厳密に一致しなくても、両者の差がステッピングモータ3のホールディングトルク値の範囲内に収まっていれば、動的なバランサとしての機能を維持できる。
For this reason, even if the curves of the load torque A and the counter torque B in FIG. 3 do not exactly match, as long as the difference between them is within the range of the holding torque value of the stepping
さらに、ステッピングモータ3の非励磁状態では、第1アーム4にはステッピングモータ3の磁極の残留磁化によるディテントトルクが作用する。
Further, when the stepping
このため、図3における負荷トルクAとカウンタトルクBの曲線が厳密に一致しなくても、両者の差がステッピングモータ3のディテントトルクの範囲内に収まっていれば、停止状態でのバランサとしての機能も維持できる。
For this reason, even if the curves of the load torque A and the counter torque B in FIG. 3 do not exactly match, if the difference between the two is within the range of the detent torque of the stepping
すなわち、いずれの回動角度θにおいても、第1アーム4に発生するカウンタトルクBとモータのディテントトルクの和を、負荷トルクAに等しいか、または、これよりも大きく設定する。これにより、電源停止時や緊急停止時に、ステッピングモータ3への電源が断たれ、アームの保持力が解除された場合でも、第1アーム4の降下を防止することができる。
That is, at any rotation angle θ, the sum of the counter torque B generated in the
これにより、電磁ブレーキ等の高価な部品を使用せずに、アーム4の降下を防止することが可能となり、ワーク6やロボットアーム装置1の損傷を防止することができる。
Accordingly, it is possible to prevent the
以上説明したように、ステッピングモータ3は、ディテントトルクを有して、出力軸の一例である駆動軸3aを第1アーム4の回動軸としている。引張ばね9が駆動軸3aに作用するカウンタトルクから第1アーム4の重量が駆動軸3aに作用する負荷トルクを差し引いたトルク値を差分トルクとする。このとき、第1アーム4の可動範囲における差分トルクの最大値は、ディテントトルク未満である。
As described above, the stepping
(比較例1)
比較例1のロボットアーム装置は、特許文献1(特開平6−170780号公報)に示されるバランサを備えている。基台に第1アームが回動自在に設けられ、基台に設けたモータによって第1アームが駆動される。そして、第1アームと基台との間を単純に引張ばねで接続している。
(Comparative Example 1)
The robot arm device of Comparative Example 1 includes a balancer disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-170780). A first arm is rotatably provided on the base, and the first arm is driven by a motor provided on the base. The first arm and the base are simply connected by a tension spring.
比較例1のバランサは、引張ばねがカウンタトルクを発生可能な範囲が狭いため、第1アームが水平位置に近い範囲でのみカウンタトルクを発生させることになる。実施の形態1のように、第1アーム4の回動を追って回動する第2アームを有しないため、第1アームの回動に伴って引張ばねの歪量が急変するからである。このため、第1アームの起立位置から水平位置までの広い範囲では、第1アームの回動角度θに応じた負荷トルクを相殺可能なカウンタトルクを発生させることができない。
In the balancer of Comparative Example 1, since the range in which the tension spring can generate the counter torque is narrow, the counter torque is generated only in the range where the first arm is close to the horizontal position. This is because, unlike the first embodiment, since the second arm that rotates following the rotation of the
(比較例2)
比較例2のロボットアーム装置は、特許文献2(特開平8−47885号公報)に示されるバランサを備えている。基台に第1アームが回動自在に設けられ、基台に設けたモータによって第1アームが駆動される。そして、第1アームと一体に回動する円形プーリに巻き掛けたワイヤの一端と基台との間を引張ばねで接続している。すなわち、図6において非円形プーリ130が円形の場合である。
(Comparative Example 2)
The robot arm device of Comparative Example 2 includes a balancer disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-47885). A first arm is rotatably provided on the base, and the first arm is driven by a motor provided on the base. And one end of the wire wound around the circular pulley that rotates integrally with the first arm and the base are connected by a tension spring. That is, in FIG. 6, the
比較例2のバランサは、第1アームと一体に回動する円形プーリを有するため、引張ばねを用いてカウンタトルクを発生できる範囲は比較例1よりも広くなっている。しかし、円形プーリでは、引張ばねの歪量は、円形プーリの回転角度に比例して変化するため、最適に設計しても、図3に示す直線(C)のようになる。このため、第1アームの回動角度θに応じた負荷トルク(A)を相殺可能なカウンタトルクを発生させることができない。第1アームの起立位置から水平位置までの広い範囲の中の最初と最後の一部でしか、第1アームの回動角度θに応じた負荷トルク(A)を十分に相殺できない。中間の角度で大きな差分δが発生する。 Since the balancer of Comparative Example 2 has a circular pulley that rotates integrally with the first arm, the range in which the counter torque can be generated using the tension spring is wider than that of Comparative Example 1. However, in the case of a circular pulley, the amount of strain of the tension spring changes in proportion to the rotation angle of the circular pulley. Therefore, even when optimally designed, it becomes a straight line (C) shown in FIG. For this reason, it is impossible to generate counter torque that can cancel the load torque (A) corresponding to the rotation angle θ of the first arm. The load torque (A) corresponding to the rotation angle θ of the first arm can be sufficiently canceled only at the first and last part in a wide range from the standing position of the first arm to the horizontal position. A large difference δ is generated at an intermediate angle.
(比較例3)
図6は比較例3のロボットアームに搭載されたバランサの説明図である。比較例3のロボットアーム装置は、特許文献3(特開2009−291843号公報)に示されるバランサを備えている。図6に示すように、比較例3のバランサは、第1アーム120と一体に回動する非円形プーリ130を備え、非円形プーリ130に巻き掛けたワイヤ140の一端と基台110との間を引張ばね150で接続している。すなわち、比較例2の円形プーリを非円形プーリ130に置き換えることで、比較例2のバランサにおける上述した課題を解決したものである。
(Comparative Example 3)
FIG. 6 is an explanatory diagram of a balancer mounted on the robot arm of Comparative Example 3. The robot arm device of Comparative Example 3 includes a balancer disclosed in Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-291843). As shown in FIG. 6, the balancer of Comparative Example 3 includes a
すなわち、非円形プーリ130は、第1アームの起立位置から水平位置までの広い範囲において、第1アーム120の回動角度θに応じた負荷トルクの変化を反映した輪郭形状に形成されている。このため、比較例3のバランサは、非円形プーリ130の輪郭が適正なものである限り、第1アーム120の回動角度θに応じた適正なカウンタトルクを発生して、広い可動範囲に亘って第1アーム120の自重による負荷トルクを補償可能である。
That is, the
しかし、非円形プーリ130を、第1アーム120の回動角度θに応じた適正な輪郭に形成することは、製造上コストアップの要因となる。
However, forming the
また、比較例1乃至3では、いずれも第1アームの回動軸に近い位置に引張ばねやワイヤが配置されるため、第1アームの重量による負荷トルクを相殺するカウンタトルクを発生するために、大きな弾性係数の引張ばねが必要となる。その結果、関節部へのラジアル負荷が第1アームの総重量の数倍にも達することがある。関節部への負荷が大きいと関節部が大型化して製造上コストアップの要因となる。 Further, in Comparative Examples 1 to 3, since the tension spring and the wire are arranged at positions close to the rotation axis of the first arm, in order to generate the counter torque that cancels the load torque due to the weight of the first arm. A tension spring having a large elastic modulus is required. As a result, the radial load on the joint may reach several times the total weight of the first arm. When the load on the joint portion is large, the joint portion becomes large, which causes an increase in manufacturing cost.
また、比較例3では、非円形プーリ130を介して第1アーム120と基台110を接続するワイヤ140および、引張ばね150の移動範囲が大きくなり、基台110と第1アーム120の関節部の周囲に大きなスペースを確保する必要がある。その結果、基台110周りの構造が大型化する要因となる。
Further, in Comparative Example 3, the movement range of the
(実施の形態1の効果)
図1に示すように、実施の形態1のバランサ1Bは、第1アーム4、チャック5、及びワーク6の自重によるステッピングモータ3の負荷トルクを、簡単で安価な構成で、第1アーム4の回動角度θの広い範囲に亘って相殺できる。
(Effect of Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
実施の形態1のバランサ1Bは、簡単な構成で、第1アーム4の回動角度θに依存せず、広い回動範囲において第1アーム4の自重補償が可能であるため、安価で小型のロボットアーム装置1を実現できる。
The
実施の形態1では、第1アーム4の関節部J1付近ではなく、第1アーム4の回動端近傍に引張ばね9を接続しているので、負荷トルクの相殺に必要なカウンタトルクを発生するための引張力を小さくすることができる。第1アーム4の関節部J1に近い位置に引張力を発生するコイルばねやワイヤが接続されていないため、第1アーム4の重量による負荷トルクを相殺するカウンタトルクを発生するために、大きな弾性係数の引張ばねや重いウエイトを必要としない。このため、関節部J1のラジアル負荷も比較例1〜3に比較して小さく抑えられ、引張ばね9を軽量、コンパクトに設計できる。
In the first embodiment, the
実施の形態1では、引張ばね9は、第1アーム4のチャック5に近接した位置と第2アーム7の回動端との間に配置される。このため、弾性係数が比較的小さくて長さの大きい引張ばね9を利用できる。
In the first embodiment, the
実施の形態1では、第1アーム4の関節部J1付近にバランサの部品を配置する必要が無いので、関節部J1に第1アーム4を回転駆動するためのアクチュエータ(ステッピングモータ3)を配置することができる。
In the first embodiment, there is no need to arrange balancer parts near the joint portion J1 of the
実施の形態1では、ステッピングモータ3を第1アーム4の関節部J1に配置しているため、電源停止時や緊急停止時にステッピングモータ3のディテントトルクを使用して第1アーム4の降下を防ぐことが可能である。ステッピングモータ3への電源が断たれ、第1アーム4の保持力が解除された場合でも、電磁ブレーキ等の高価な部品に頼ることなく、ワーク6やロボットアーム装置1の損傷を回避できる。
In the first embodiment, since the stepping
<実施の形態2>
図4は実施の形態2のロボットアーム装置の構成の説明図である。実施の形態2は、第1アーム4と第2アーム7との間でトルク伝達を行う連動機構以外は実施の形態1と同一に構成される。このため、実施の形態1と共通する構成には図1と共通の符号を付して、重複する説明を省略する。
<
FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration of the robot arm device according to the second embodiment. The second embodiment is configured in the same manner as the first embodiment except for an interlocking mechanism that transmits torque between the
図4に示すように、実施の形態2では、第1アーム4と第2アーム7の連動機構として、歯車機構(10、12、13)を用いている。第1アーム4の関節部J1を構成するステッピングモータ3の駆動軸3aには駆動ギア10が連結されて、第1アーム4と一体に回動する。
As shown in FIG. 4, in the second embodiment, a gear mechanism (10, 12, 13) is used as an interlocking mechanism for the
基台2に設けられたギア軸11には、駆動ギア10と噛合うアイドラギア12が回転自在に軸支されている。基台2上の関節部J2には、第2アーム7の固定端に固定された従動ギア13が、アイドラギア12と噛合うように設けられている。
An
第1アーム4が回動すると、駆動ギア10がアイドラギア12を介して、従動ギア13を回転駆動し、第2アーム7が第1アーム4と同じ方向に回動する。そして、駆動ギア10と従動ギア13のギア比の設定により、駆動ギア10から従動ギア13への駆動を減速させて、第2アーム7の回動角度を第1アーム4の回動角度よりも小さくしている。
When the
以上説明したように、実施の形態2では、第1回転体又は第1の歯車の一例である駆動ギア10は、第1アーム4と一体に回動する。第2回転体又は第2の歯車の一例である従動ギア13は、駆動ギア10よりも直径が大きく第2アーム7と一体に回動する。伝達部材又は第3の歯車の一例であるアイドラギア12は、駆動ギア10と従動ギア13との間で噛み合って回転を伝達して同一方向に回転させる。
As described above, in the second embodiment, the
これにより、第1アーム4と第2アーム7とが連動する際の回動角度差により、第1アーム4の回動角度に応じて、第1アーム4と第2アーム7を連結する引張ばね9の伸び量が制限される。これにより、実施の形態1と同様に、第1アーム4の回動角度の広い範囲で、第1アームの重量による負荷トルクを相殺できるカウンタトルクを発生させることができる。
Thereby, the tension spring that connects the
<実施の形態3>
図5は実施の形態3のロボットアーム装置の構成の説明図である。実施の形態3は、第1アーム4と第2アーム7との間でトルク伝達を行う連動機構以外は実施の形態1と同一に構成される。このため、実施の形態1と共通する構成には図1と共通の符号を付して、重複する説明を省略する。
<
FIG. 5 is an explanatory diagram of the configuration of the robot arm device according to the third embodiment. The third embodiment is configured in the same manner as the first embodiment except for an interlocking mechanism that transmits torque between the
図5に示すように、実施の形態3では、第1アーム4と第2アーム7の連動機構として、歯付プーリ(14、15)と歯付きベルト(16)を用いている。第1アーム4の関節部J1を構成するステッピングモータ3の駆動軸3aには駆動プーリ14が連結されて第1アーム4と一体に回転する。
As shown in FIG. 5, in the third embodiment, a toothed pulley (14, 15) and a toothed belt (16) are used as the interlocking mechanism of the
基台2上の関節部J2には、第2アーム7の固定端に固定された従動プーリ15が設けられる。駆動プーリ14と従動プーリ15との間に歯付きベルト16が張架されている。
The joint J2 on the
第1アーム4が回動すると、駆動プーリ14が歯付きベルト16を介して従動プーリ15を回転駆動し、第2アーム7を第1アーム4と同じ方向に回動させる。そして、駆動プーリ14と従動プーリ15のプーリ比の設定により、駆動プーリ14から従動プーリ15への駆動を減速させて、第2アーム7の回動角度を第1アーム4の回動角度よりも小さくしている。
When the
以上説明したように、実施の形態3では、無端状の巻き掛け部材の一例である歯付きベルト16は、駆動プーリ14と従動プーリ15とに巻き掛けられて、駆動プーリ14と従動プーリ15との間でトルクを伝達する。
As described above, in
これにより、第1アーム4と第2アーム7とが連動する際の回動角度差により、第1アーム4の回動角度に応じて、第1アーム4と第2アーム7を連結する引張ばね9の伸び量が制限される。これにより、実施の形態1と同様に、第1アーム4の回動角度の広い範囲で、第1アームの重量による負荷トルクを相殺できるカウンタトルクを発生させることができる。
Thereby, the tension spring that connects the
<その他の実施の形態>
実施の形態1では、関節数が1つのロボットアーム装置の実施形態を説明したが、本発明は、関節数が2以上の多関節ロボットアーム装置でも実施できる。
<Other embodiments>
In the first embodiment, the embodiment of the robot arm apparatus having one joint has been described. However, the present invention can also be implemented by an articulated robot arm apparatus having two or more joints.
実施の形態1では、第1アーム4の先端にはチャック5を取り付けたが、手首を介してワークを把持するハンドや作業具等のエンドエフェクタが装着される場合もある。
In the first embodiment, the
実施の形態1では、連結リンク8の両端の関節部J3は第1アーム4の一定位置に固定され、関節部J4は、第2アーム7の一定位置に固定されている。しかし、関節部J3は、第1アーム4に沿って位置調整可能に設けられてもよい。関節部J4は第2アーム7に沿って位置調整可能に設けられてもよい。第2アーム7に沿って複数の関節部J4を予め配置しておき、負荷トルクの相殺に最も適したカウンタトルクを発生し得る1個の関節部J4を選択して利用してもよい。
In the first embodiment, the joint portion J3 at both ends of the connecting link 8 is fixed at a fixed position of the
実施の形態1では、ステッピングモータ3の駆動軸3aで関節部J1を構成する実施形態を説明した。しかし、軸以外の回動機構で関節部J1を構成してもよく、軸以外の方法で第1アーム4を駆動して回動させてもよい。
In the first embodiment, the embodiment in which the joint portion J1 is configured by the
1 ロボットアーム装置、1B バランサ
2 基台、3 ステッピングモータ、3a 駆動軸
4 第1アーム、5 チャック、6 ワーク
7 第2アーム、8 連結リンク、9 引張ばね
10 駆動ギア、12 アイドラギア、13 従動ギア
14 駆動プーリ、15 従動プーリ、16 歯付きベルト
J1、J2、J3、J4 関節部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
工具を有し、前記基台に回動自在に設けられた第1アームと、
前記第1アームを駆動して回動させる駆動源と、
前記基台に回動自在に設けられた第2アームと、
前記第1アームの水平方向からの傾き角度が大きくなるほどその歪方向と鉛直方向とのなす角度が大きくなるように前記第1アームと前記第2アームとの間に設けられた弾性体と、
前記第1アームの水平方向からの傾き角度が大きくなるほど前記弾性体の歪量が小さくなるように前記第1アームと前記第2アームとを連動させる連動機構と、を備えることを特徴とするロボットアーム装置。 The base,
A first arm having a tool and rotatably provided on the base;
A drive source for driving and rotating the first arm;
A second arm rotatably provided on the base;
An elastic body provided between the first arm and the second arm so that the angle between the strain direction and the vertical direction increases as the tilt angle of the first arm from the horizontal direction increases;
A robot comprising: an interlocking mechanism that interlocks the first arm and the second arm so that the amount of strain of the elastic body decreases as the tilt angle of the first arm from the horizontal direction increases. Arm device.
前記弾性体が前記出力軸に作用するトルクから前記第1アームの重量が前記出力軸に作用する負荷トルクを差し引いたトルク値を差分トルクとするとき、
前記第1アームの可動範囲における前記差分トルクの最大値は、前記ディテントトルクよりも小さいことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のロボットアーム装置。 The drive source is a stepping motor having a detent torque and having an output shaft as a rotation shaft of the first arm,
When the torque value obtained by subtracting the load torque that the weight of the first arm acts on the output shaft from the torque that the elastic body acts on the output shaft is used as the differential torque,
The robot arm device according to any one of claims 1 to 11, wherein a maximum value of the differential torque in a movable range of the first arm is smaller than the detent torque.
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