JP2698028B2 - ロボット - Google Patents
ロボットInfo
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- JP2698028B2 JP2698028B2 JP5220062A JP22006293A JP2698028B2 JP 2698028 B2 JP2698028 B2 JP 2698028B2 JP 5220062 A JP5220062 A JP 5220062A JP 22006293 A JP22006293 A JP 22006293A JP 2698028 B2 JP2698028 B2 JP 2698028B2
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- Japan
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- torque
- link
- spring
- robot
- gravitational
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0008—Balancing devices
- B25J19/0016—Balancing devices using springs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/20—Control lever and linkage systems
- Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
- Y10T74/20305—Robotic arm
Description
るロボットに関するものである。
14号公報中に開示されている従来に係る産業用ロボッ
トの概略構成およびその動作原理を示す模式図であり、
図において、1は固定リンク、2は回転リンク、3は回
転関節、4は引っ張りコイルバネ、5は移動支持端、6
は固定支持端、7a,7bは重力加速度(g)の方向、
8はベース取り付け部(床、天井等)である。
され、回転リンク2の姿勢により移動支持端5と固定支
持端6との距離Lが変化するため、移動支持端5と固定
支持端6との間の引っ張りコイルバネ4の復元力によ
り、回転関節3を駆動するアクチュエータ(図示せず)
にかかる重力トルクを補償する構成になっている。この
ようなロボットは、重力トルクを補償することによりア
クチュエータの容量を小さくし、アクチュエータの小形
/軽量化、そして低コスト化などを図るために用いられ
るものである。
関節3の中心まわりのトルクにおいて、反時計まわりを
正とする。引っ張りコイルバネ4の自由長さをLN 、バ
ネ定数をk、初張力をFとすると、バネ4による補償ト
ルクTcは下記の数1により求められる
に示す。また、図18で重力加速度の方向が7a(床置
設置)の場合における重力トルクの例も図19に示す。
床置設置の場合は、上記バネ4の補償トルクにより、重
力トルクがかなり軽減され、回転関節3を駆動するアク
チュエータにかかる重力トルクとバネ4による補償トル
クTcとの和が、バネ4がない場合の重力トルクに比べ
て十分小さく、重力バランサが効果的に作用している。
公報に開示されている従来に係る産業用ロボットを示し
た説明図であり、図において、10は固定台、20は固
定台10に回動自在に支承された回転ベース、30は回
転ベース20に回動自在に支承された第1アーム、35
は第1アーム30に回動自在に支承された第2アーム、
33は第1アーム30上における第2アーム35の回転
中心近傍に形成された移動支持端、42は回転ベース2
0上における第1アーム30の回転中心近傍に形成され
た固定支持端、44は一端が移動支持端33に回動可能
に支持され、他端が固定支持端42に回動可能に支持さ
れたバネ、31は第1アーム30を旋回駆動する第2旋
回駆動モータである。
30が鉛直方向に対して傾斜した姿勢になると、第2旋
回駆動モータ31は、第1アーム30および第2アーム
35が重力により自然落下する重力トルクに対し姿勢を
保持するトルクを発生させる必要がある。したがって、
第1アーム30が傾斜すると、移動支持端33も傾斜
し、バネ44は鉛直姿勢時に対し伸び、引っ張り力を発
生する。前記引っ張り力は前記重力トルクを打ち消す方
向に作用し、第2旋回駆動モータ31の負荷を軽減する
ものである。
としては、特開昭55−35735号公報に開示されて
いる「重力バランス装置」、特開昭63−221991
号公報に開示されている「バランス用バネ装置」、特開
平4−19092号公報に開示されている「重力バラン
ス装置」がある。
ける産業用ロボットにあっては、床置設置の場合には重
力バランサとしての機能を果たすが、他の設置姿勢(例
えば、天井設置)の場合には重力バランサが機能しない
という問題点があった。
て詳細に説明する。図18において重力加速度(g)の
方向が7bの天井設置の重力トルクは、図19に示すよ
うに床置設置の場合の重力トルクの符号を変えたものに
なる。この場合における回転関節3を駆動するアクチュ
エータにかかる重力トルクとバネ4による補償トルクT
cとの和の絶対値は、バネ4がない場合の重力トルクの
絶対値に比べてかなり大きく、重力バランサとして機能
しないことがわかる。
されたものであり、様々な設置姿勢に簡単に対応して重
力バランサを効果的に作用させることができるロボット
を得ることを目的とする。
は、固定リンクと回転リンクとを連結する回転関節を駆
動して前記回転リンクを回動せしめるアクチュエータ
と、前記固定リンクと回転リンクとの間に作用させ、前
記回転リンクの重力トルクを補償するバネ手段とを有す
るロボットにおいて、前記固定リンクと回転リンクのい
ずれか一方あるいは両方に前記バネ手段をセットするた
めの複数のセット位置を設け、前記ロボットの取付姿勢
に応じて、前記回転リンクの重力トルクが所定値以上に
なったとき、前記重力トルクと補償トルクの合成トルク
が重力トルクの最大値より小さくなるように前記バネ手
段による補償トルクの方向を変えるために前記バネ手段
の取付位置を前記複数のセット位置のいずれかに変更で
きる取付位置変更手段を具備するものである。
リンクと回転リンクとを連結する回転関節を駆動して前
記回転リンクを回動せしめるアクチュエータと、前記固
定リンクと回転リンクとの間に作用させ、前記回転リン
クの重力トルクを補償するバネ手段とを有するロボット
において、前記ロボットの取付姿勢に応じて、前記回転
リンクの重力トルクが所定値以上になったとき、前記重
力トルクと補償トルクの合成トルクが重力トルクの最大
値より小さくなるように前記バネ手段による補償トルク
の方向を変えるために前記バネ手段の取付位置を変更で
きる取付位置変更手段と、前記取付位置変更手段により
取付位置を変更して前記固定リンクと回転リンクとの間
にセットされた前記バネ手段の取り付け長さを調整する
調整手段と、を具備するものである。
置などの設置姿勢に応じて、回転リンクの姿勢に対する
重力バランサの特性を調整する。また、回転リンクや固
定リンクにおけるバネ手段の取付位置の変更により補償
トルクの方向を変更する場合、固定リンクと回転リンク
に複数のバネ手段のセット位置を設けて補償トルクの調
整を行い、さらに、固定リンクと回転リンクとの間にセ
ットされたバネ手段の取り付け長さを調整することによ
り補償トルクの調整を行う。
は、この発明に係るロボットの構成およびその動作を示
す説明図である。移動支持端5は、回転関節3の中心か
ら距離rを隔てて、5a,5bの2箇所に設置できる構
成になっている。また、固定支持端6はベース部14に
配置されている。
ように、a,b,r,θ’をそれぞれ設定すると、この
場合におけるバネ4による補償トルクTcは下記の数2
により求められる。
aである床置設置の場合は、例えば、移動支持端5を図
1に示した5aに設定すればよく、バネ4による補償ト
ルクTcおよび重力トルクの例を図2に示すが、バネ4
による補償トルクにより重力トルクが大きく軽減され、
回転関節3を駆動するアクチュエータにかかる重力トル
クとバネ4による補償トルクTcとの和は、バネ4が無
い場合における重力トルクに比べて十分小さく、重力バ
ランサが効果的に作用している。
この場合の重力加速度(g)の方向は、図3に示すよう
に7bであり、この設置姿勢に対応するには移動支持端
を5bに取り付ければよい。この場合におけるバネ4に
よる補償トルクTcおよび重力トルクの例を図4に示す
が、バネ4による補償トルクにより、重力トルクが大き
く軽減され、回転関節3を駆動するアクチュエータにか
かる重力トルクとバネ4による補償トルクTcの和の絶
対値は、バネ4が無い場合における重力トルクの絶対値
に比べて十分小さく、重力バランサが効果的に作用して
いることがわかる。
端5の位置を変えるための構成は、例えば、図5に示す
ように、移動支持端5の取り付け部に穴16a,16b
を設け、バネ端の取り付け用の溝17を形成したピン9
をこの穴16a,16bに挿入するようにすればよい。
このような構成にすることにより設置姿勢に応じて簡単
に移動支持端5の位置を変化させることができる。
っては、移動支持端5と回転関節3の中心との距離rを
一定とし、位相を変えた2箇所に移動支持端5を取り付
け可能としたものであるが、図6に示すように、3箇所
以上に取り付け可能な構成としてもよい。また、移動支
持端5と回転関節3の中心との距離rを可変としてもよ
い。さらに、固定支持端6の取り付け位置を可変とする
ことにより、重力バランサの特性を調整する構成として
もよい。固定支持端6の位置を可変とする構成は、例え
ば、上記第1の実施例において示したピンを穴に挿入す
る方法を用いればよい。
っては、移動支持端5あるいは固定支持端6の取り付け
位置を可変とする構成により、回転リンク2の姿勢に対
するバネ4による補償トルクTcの特性を変化させ、さ
まざまな設置姿勢に対応させるようにしたものである
が、図7に示すように、バネ4の取り付け長さを可変に
することにより、バネ4の復元力の大きさを変化させる
ことができるため、バネ4による補償トルクTcの大き
さを負荷の大きさに応じて調節することができる。図7
において、10はバネ4の取り付け長さ調整機構、11
はボルト、12はナット、13はバネ4のフック取り付
け部である。ボルト11に対してナット12を回転させ
ることにより、バネ4の取り付け長さを調整することが
できる。
っては、引っ張りコイルバネ4を用いた重力バランサの
例を示したが、圧縮コイルバネを用いる重力バランサに
おいても、上記実施例において示したような、移動支持
端や固定支持端を可変にする構成およびコイルバネ4の
取り付け長さの調整機構を用いれば同様の効果を奏す
る。
固定支持端6を配置すると共に、移動支持端5を回転関
節3付近に配置したため、図8に示すように、ベース部
14のカバー15を併用して、コイルバネ4、移動支持
端5および固定支持端6を覆うことができるため、重力
バランサが外部に露出しない、より安全な信頼性の高い
構成を簡単に実現することができる。
っては、バネ手段として引っ張りコイルバネを用いた構
成を開示しているが、この引っ張りコイルバネに限定さ
れず、バネ手段として圧縮コイルバネを用いてもよい。
図9は、圧縮コイルバネ4aの床置設置の場合を示す上
記図1に相当する説明図であり、図10は、圧縮コイル
バネ4aの天井設置の場合を示す上記図3に相当する説
明図である。
板バネを用いてもよい。図11は、板バネ4bの床置設
置の場合を示す上記図1に相当する説明図であり、図1
2は、板バネ4bの天井設置の場合を示す上記図3に相
当する説明図であり、図13は、板バネ4bの移動支持
端の位置を変える場合の上記図6に相当する説明図であ
り、図14は、板バネ4bの固定支持端の位置を複数の
固定箇所を有する固定部4cにより変える場合の上記図
6に相当する説明図であり、図15は、板バネ4bの固
定支持端の支持方法を変えることによりバネ特性を調整
する場合を示す説明図である。
ットの構成を示す断面図であり、図17は、図16に示
したものの側面図である。図16において、90は固定
台、20は固定台90に軸受18により回動自在に支承
された回転ベース、21は回転ベース20の内部に固定
され減速機24を介し回転ベース20を固定台90に対
し相対回転駆動する第1旋回駆動モータ、30は回転ベ
ース20に軸受28により回動自在に支承された第1ア
ーム、31は第1アーム30に固定され減速機34を介
し第1アーム30を回転ベース20に対し相対回転駆動
する第2旋回駆動モータ、33は第2旋回モータ31を
介して第1アーム30上の第1アーム回転中心近傍に固
定された移動支持端、42は回転ベース20上の固定台
90近傍に固定された固定支持端、44は一端が移動支
持端33に回動自在に固定され、他端が固定支持端42
に回動自在に固定されたバネである。
アーム30の回転中心まわりのトルクにおいて、反時計
まわりを正とする。図17に示すように、a,b,r,
θ’をとり、引っ張りコイルバネ4の自由長さをLN 、
バネ定数をk,初張力をFとすると、バネによる補償ト
ルクTcは上記数2により与えられる。
クの例を図2に示すが、バネによる補償トルクにより、
重力トルクが大きく軽減され、第2旋回駆動モータ31
にかかる重力トルクとバネ44による補償トルクTcと
の和は、バネ44がない場合の重力トルクに比べて十分
小さく、第1アーム30が鉛直方向に対して傾斜した姿
勢で第1旋回駆動モータ21の負荷を軽減する。
て、20bは回転ベース20に設けられた固定支持端取
り付け部、31bは第2旋回駆動モータ31の一端に設
けられた移動支持端取り付け部である。移動支持端33
および固定支持端42の取り付け部を任意に変更するこ
とにより、バネの特性を変えることができる。
ボットによれば、床置設置のみならず天井設置などさま
ざまな設置姿勢に簡単に対応することができる。すなわ
ち、床置設置や天井設置などの設置姿勢に応じて、回転
リンクの姿勢に対する重力バランサの特性を適切に調整
することができる。
ネ手段の取付位置の変更により補償トルクの方向を適切
に変更することができ、また、固定リンクと回転リンク
に複数のバネ手段のセット位置を設けて補償トルクの調
整を適切に行うことができ、さらに、固定リンクと回転
リンクとの間にセットされたバネ手段の取り付け長さを
調整することにより補償トルクの調整を適切に行うこと
ができる。
可能な構成とすることにより、負荷や据え付け姿勢等の
使用条件に応じた最適なバネ特性を得ることができる。
る構成およびその動作を示す説明図である。
重力トルクおよびバネによる補償トルクを示すグラフで
ある。
る構成およびその動作を示す説明図である。
重力トルクおよびバネによる補償トルクを示すグラフで
ある。
を変えるための構成を示す説明図である。
説明図である。
調整機構を示す説明図である。
ス部のカバーを併用して、コイルバネ、移動支持端およ
び固定支持端を覆う構成)を示す説明図である。
コイルバネの床置設置の場合)を示す説明図である。
縮コイルバネの天井設置の場合)を示す説明図である。
バネの床置設置の場合)を示す説明図である。
バネの天井設置の場合)を示す説明図である。
バネの移動支持端の位置を変える場合)を示す説明図で
ある。
バネの固定支持端の位置を複数の固定箇所を有する固定
部により変える場合)を示す説明図である。
バネの固定支持端の支持方法を変えることによりバネ特
性を調整する場合)を示す説明図である。
図である。
図である。
作を示す説明図である。
び天井設置時における重力トルクおよびバネによる補償
トルクを示すグラフである。
である。
持端,7 重力加速度(g)の方向,10 取り付け長
さ調整機構,14 ベース部,15 カバー,18 軸
受,20 回転ベース,20b 固定支持端取り付け
部,21 第1旋回駆動モータ,30 第1アーム,3
1 第2旋回駆動モータ,31b 移動支持端取り付け
部,33 移動支持端,35 第2アーム,42 固定
支持端,44 バネ,46 バネカバー,70 ケーブ
ル
Claims (2)
- 【請求項1】 固定リンクと回転リンクとを連結する回
転関節を駆動して前記回転リンクを回動せしめるアクチ
ュエータと、前記固定リンクと回転リンクとの間に作用
させ、前記回転リンクの重力トルクを補償するバネ手段
とを有するロボットにおいて、 前記固定リンクと回転リンクのいずれか一方あるいは両
方に前記バネ手段をセットするための複数のセット位置
を設け、前記ロボットの取付姿勢に応じて、前記回転リ
ンクの重力トルクが所定値以上になったとき、前記重力
トルクと補償トルクの合成トルクが重力トルクの最大値
より小さくなるように前記バネ手段による補償トルクの
方向を変えるために前記バネ手段の取付位置を前記複数
のセット位置のいずれかに変更できる取付位置変更手段
を具備することを特徴とするロボット。 - 【請求項2】 固定リンクと回転リンクとを連結する回
転関節を駆動して前記回転リンクを回動せしめるアクチ
ュエータと、前記固定リンクと回転リンクとの間に作用
させ、前記回転リンクの重力トルクを補償するバネ手段
とを有するロボットにおいて、 前記ロボットの取付姿勢に応じて、前記回転リンクの重
力トルクが所定値以上になったとき、前記重力トルクと
補償トルクの合成トルクが重力トルクの最大値より小さ
くなるように前記バネ手段による補償トルクの方向を変
えるために前記バネ手段の取付位置を変更できる取付位
置変更手段と、 前記取付位置変更手段により取付位置
を変更して前記固定リンクと回転リンクとの間にセット
された前記バネ手段の取り付け長さを調整する調整手段
と、 を具備することを特徴とするロボット。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5220062A JP2698028B2 (ja) | 1992-09-30 | 1993-09-03 | ロボット |
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26150392 | 1992-09-30 | ||
JP4-261503 | 1992-09-30 | ||
JP5220062A JP2698028B2 (ja) | 1992-09-30 | 1993-09-03 | ロボット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06170780A JPH06170780A (ja) | 1994-06-21 |
JP2698028B2 true JP2698028B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=26523498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5220062A Expired - Lifetime JP2698028B2 (ja) | 1992-09-30 | 1993-09-03 | ロボット |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5402690A (ja) |
JP (1) | JP2698028B2 (ja) |
DE (1) | DE4333207C3 (ja) |
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