JPH01135488A - 工業用ロボットのバランス機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用公費〉 本発明は例えば工業用ロボット、自動化装置のバランス
機構に関する。

〈従来の技術〉 工業用ロボットにおいては、複数のアームがバランスす
るように配慮され、バランス機構が装備されている。特
に、塗装ロボット、溶接ロボット、組立ロボットとして
使われるプレイパックロボットでは、人間が一度作業順
序通りに動かしてティーチングする必要があるので、テ
ィーチング性能を向上させるためには、アームがいかな
る姿勢にあってもバランスする必要がある。

このバランス機構としては構造が簡単なものとして、ス
プリングを使用したものがある。

本出願人は、リンク機構を用いたスプリングによるバラ
ンス機構を先に出願した（実開昭６１−１４４９９３号
公報）。

第６図にはこのスプリング式バランス機構を備えたロボ
ットの正面図、第７図はその人−Ａ線矢視断面図、第８
図はその日矢視図を示す。０１はロボットの基台で、こ
こに旋回台０２が旋回駆動可能に設けられ、旋回台０２
上に設けられたブラケット０３に垂直アーム０４が回動
駆動可能に設けられ、垂直アーム０４の上部に水平アー
ム０５が回動可能に設けられ、水平アーム０５の先端部
にそれ自体複数の自由度を有する手首０６が設けられて
いる。また０７は水平アーム駆動用アクチュエータであ
り、０８は垂直アーム駆動用アクチュエータである。

第７，８図には垂直アーム０４のバランス機構を示しで
ある。垂直アーム０４は旋回台０２上のブラケット０３
に支軸０１２で枢支されている。垂直アーム０４の下部
にはビン０１３によりリンク１４が回動自在に結合され
ている。ブラケット０３にはビン０１５によりレバー０
１６が回動自在に取付けられており、その上端部には前
記リンク０１４がビン０１７により互いに回転自在に結
合されている。ブラケット０３において前記レバー０１
６がとめである側と反対側の端部にはスプリング０１８
の一端がビン０１９により回動自在にとめられており、
スプリング０１８の他端は前記レバー０１６の下端部に
ビン０２０により結合されている。

垂直アーム０４にかかる力は、支軸０１２からｒの距離
にあるビン０１３に揺動可能に軸支、連結されたリンク
０１４に伝わり、更にビン０１７、レバー０１６、ビニ
１０２０を経て、スプリング０１８に伝わる。

垂直アーム０４の傾き角θ（鉛直状態がθ＝０）が大き
くなると、ビン０１３を介してリンク０１４がアーム長
ｒに従って引張られ、ビン０１７を介してレバー０１６
がビン０１５を中心に傾き、レバー比Ｒ３／Ｒ４（Ｒ，
：　ビン０１５．０１７（＋）軸心間の距離、Ｒ，：ピ
ン０１５　。

０２０の軸９間の距離）でストローク増幅され、スプリ
ング０１８は伸張される。このとき、ビン０１５，０１
７とリンク０１４とのなす角度及びビン８１５，０２０
とスプリング０１８とのなす角度の変化により、ビン０
１５の回りのモーメントは変化し、常に垂直アーム０４
の姿勢に対応したバランス力が得られるのである。

尚、一方の水平アーム０５のバランス機構は第７図に示
すように、垂直アーム０４のバランス機構で用いられた
スプリング０１８と同様一端がビン０１９で枢支されて
いるスプリング０２１とリンク機構部０２２とからなる
がリンク機構の構成は垂直アームのそれとほぼ同様であ
るのでその説明は省略する。

以上のように従来においては、ブラケット０３には２本
の平行したスプリング０１８゜０２１が設けられ、両ス
プリング０１８，０２１ともリンク機構により垂直、水
平アームに対して各々つり合いをとるようにしていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、従来のリンク構造を用いるバランス機構
では、ロボットを垂直状態で使用する他に、例えば壁掛
は状態や天井から吊り下げるような状態で使用する場合
に、バランス機構で用いる多くの部品（ビン０１３゜’
Ｊ　ン’）　０１４．　しｔ＜−０１６，ビン０１５゜
スプリング０１８）を変更する不具合が生じていた。ま
た、水平、垂直の両アームのバランス機構に用いられる
リンク機構は部品点数が多くなるという欠点があった。

本考案は以上述べた事情に鑑み、ロボットの設定位置に
関係なくバランス機構を構成部品を変更することな（、
かつ部品点数を大幅に減少させうるバランス機構を提供
することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 前記目的を達成するための本発明の構成は、架台に対し
て回動自在に設けられた第１のアームには、！第１のア
ームの基端部の回動中心に設けられて該第１アームと同
期して回動する連結体と、該連結体の上記第１のアーム
回動中心から偏心した位置に回動自在に設けられた連結
具と、一端が架台に固着されたスプリングと、上記連結
具に一端が固着されろとともに他端が上記スプリングの
他端に固着された可撓性連結体と、第１のアームが回動
したときに上記スプリングに固着された可撓性連結体の
他端がスプリングの変形方向に移動するよう該可撓性連
結体を案内するガイドとからなる第１のバランス機構を
設け、上記第１のアームの先端部に回動自在に設けられ
た第２のアームには、該第２のアームの作業側に対する
反対側に設けられて上記第１のアームに対する回動中心
を支点として上記作業側とつり合いを保つカウンタバラ
ンサーからなる第２のバランス機構を設けたことを特徴
とする。

く作　　　用〉 第１のアームが回動されると同期して回動する連結体に
連結された連結具に固着される可撓性連結体がガイドを
介してスプリングを変形させる方向に移動され、第１の
アームがバランスされる。

第２のアームはその作業側とバランサーとがつり合いを
保つことによりバランスされる。

く実　施　例〉 以下、本発明のバランス機構を備えた工業用ロボットの
一実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る工業用ロボットに設け
られたバランス機構の要部切欠図、第２図はＢの位置に
ピン支持体を取付けた状態を示す要部断面図、第３図（
ａ）、（ｂｌは当該バランス装置を備えた工業用ロボッ
トの平面図、正面図を示す。

工業用ロボットの構成は従来と同様である。

つまり、第３図（ａｌ、（ｂ）に示すように工業用ロボ
ット（以下「ロボット」という）　１は基台２上に、ベ
アリング（図示せず）を介して駆動回転司能に設けられ
た旋回荷台（以下「架台」という）３が設けられており
、この架台３には第１のアーム４がその基端部において
回動自在に設けられるとともに、該第１のアーム４の先
端部には一端に作業用の手首部５を有する第２のアーム
６が回動自在に設けられている。

尚、旋回基台３、第１のアーム４、第２のアーム６駆動
用のアクチュエータは図示していない。

このような工業用ロボット１において第１゜２図に示す
ように、架台３の基端部において回動自在に設けられた
第１のアーム４と、該アーム４の先端部に設けられた第
２のアーム６とには、各々のアームが回動自在に吊り合
いを保つよう第１のバランス機構２８と、第２のバラン
ス機構２２とが設けられている。

次に第１アーム４に設けられた、第１のバランス機構Ｚ
の詳細を説明する。

第１のアーム４に設けられた第１のバランス機構Ｚ、は
、架台３に回動自在に設けられｔ’−第１のアーム４の
基端部の回動中心ａに一体的に設けられた連結体本体７
及びピン支持体１１とからなる連結体と、上記架台３に
一端が固着された圧縮スプリング（以下「スプリング」
という）８と、上記アーム４の回動を上記連結体を介し
て連続的に上記スプリング８に伝達する可撓性連結体と
してのチェーン９と、スプロケット２１Ａ、２１Ｂから
なるガイドとからなるものである。

更に評言すると、第１，２図に示すように、第１のアー
ム４の基端部の回動中心ａに該第１アーム４と一体的に
設けられて該第１アーム４と同期して回動する連結体本
体７には、ピン１０が突設されたピン支持体１１がボル
ト（図示せず）等により第１アームの回動中心αから偏
心し、かつ取付位置変更可能に固定されており、これら
連結体本体７とピン支持体１１とにより連結体を構成し
ている。このピン支持体１１のピン１０にはベアリング
１２を介して回転自在となる連結具１３が結合されてい
る。また、架台３にはスプリング８がカバー１４に収納
されて設けられて、該スプリング８の一端８ａが架台側
に固着された状態となっており、カバー１４の架台側に
は、開口１５が設けられている。このスプリング８の架
台３に固着されていないスプリング８の他端部８ｂには
チェーンサポート１６が設けられており、このチェーン
サポート１６にはチェーンサポート軸１７が上下方向に
対する取付は位置が変えられるようナツト１８により固
定されている。一方、架台３にベアリング１９を介して
回転自在に設けられたサポート軸２０には、スプロケッ
ト２１Ａ、　２１Ｂが同期して回動するよう並設されて
本実施例のガイドを構成している。そして、スプロケッ
ト２１Ａの一つの＠２２Ａには一端が上記チェーンサポ
ート軸１７に固着されるチェーン９Ａの他端が、またス
プロケット２１Ｂの一つの歯（図示せず）には一端が上
記連結具１３に取付けられたチェーン９Ｂの他端がそれ
ぞれ固着されており、両チェーン９Ａ、９Ｂの他端部は
スブロケッｌ−２１Ａ、２１Ｂの下側に逆方向に巻き付
けられた状態となっている。そしてチェーン９Ａのスプ
ロケット２１Ａとの噛み合い開始点からチェーンサポー
ト軸１７との取付は位置までは、カバー１４の開口１５
発貫通して直線状となっている。すなわちスプリング８
の変形方向と上記チェーン９Ａのスプロケット２１Ａま
での移動方向は一致することとなる。また、チェーン９
Ｂのスプロケット２１Ｂとの噛み合い開始点と連結具１
３との連結点との距離は第１アーム４が垂直状態のとき
に、最短となるようになっている。よって第１のアーム
４が第１図中Ａ、方向又はＡ２方向に回動するとスプロ
ケッ＋、２１Ｂは時計方向（図中Ａ３方向）に回動し、
これとともに同方向に同期して回動するスプロケット２
１Ａによりチェーン９Ａが巻きとられる。

これによってチェーンサポート軸１７が下方に（図中Ａ
４方向）に移動されてスプリング８が圧縮され、つり合
いを保つようにしている。

すなわち、この第１のアーム４の回動中心αの負荷モー
メントは、第１のアームの位置によって変化することと
なるが第１のバランス機構２１は次のように作用する。

第１のアーム４の位置が第１図中の矢印Ａ１又はＡ２の
様に変化すると、第１のバランス機構２．において上述
したようにスプリング８が圧縮され、スプリング力が増
加することになり、このスプリング力と第１のアーム４
の移動による回動中心ａのモーメントとがつり合うよう
になる。

尚、第１のアーム４の負荷が大幅に変化する場合には、
ピン１０の位置、チェーンサポート１６に対するチェー
ンサポート軸１７の位置、チェーン９Ａ、９Ｂのスプロ
ケット２１Ａ。

２１Ｂの径、スプリング１４のバネ力及びバネ定数等を
変化させることによりその対応を行うようにすればよい
。

次に第２のアーム６に設けられた第２のバランス機構２
２の詳細を説明する。第１図に示すように第１のアーム
４の先端部に設けられた第２のアーム６の一端部６ａに
は作業用の手首部５が設けられているが、この反対側と
なる他端部には回動中心βを支点として作業側とのつり
合いを保つようカウンタバランサー３０が設けられてい
る。

このように第２のアーム６にはカウンタバランサー３０
を設けているので第２のアームがどの位置に変化したと
しても、第２のアーム６は回動中心βでつり合うように
なっている。また、第２のアーム６は回動中心βに集中
することになり、第２のアーム６がどのように変化して
も、第１のアームへの負荷は変化することがない。

なお、先端部６ａの手首部５のｆｆｉ量が作業の種類に
応じて変化しても、カウンタバランサー３０の重量を変
化させることにより、第２のアームの回動中心βに対し
てつり合いを容易に保つことができる。

また、以上の説明においてはロボット１が床面に垂直に
設けられた状態で説明したが、このロボット１を第４，
５図に示すように壁面や天井に設けて作業をする場合に
おいては次のような対応をすることとなる。この際、ス
プロケット２１Ａ、２１Ｂを並設し、また上下方向の取
付は位置を変えることができろチェーンサポート軸１７
を用いているので、調整は容易に行うことができる。

つまり、第４図のように壁面に工業用ロボットｌを設け
た場合には第１のアームのバランス機構Ｚのピン支持体
１１の連結体本体７に対する取付位置をスプリング８を
圧縮状態にしながら第１図に示すＢ、の位置からＢ２の
位置に移動して取付けるようにするだけで可能である。

すなわち、Ｂ２の位置に取りつけたときは、第４図のよ
うに第１のアームが水平状態のときには、第１のアーム
４と第２のアーム６との荷重を支えるために常にスプリ
ング８は圧縮状態となってつり合うようにしている。ま
た第４図中のＡ１方向（下方）に第１のアーム４を移動
するときは更にスプリング８が圧縮されて荷重をささえ
るようになっている。一方１’、２方向（上方）に第１
のアーム４を移動するときは逆にスプリング８がもどる
ようになりつり合いをとるようにしている。

また第５図のように天井にロボット１を吊り下げた場合
には、上述したと同様にピン支持体１１の連結体本体７
に対する取付位置をスプリング８を圧縮しながら第１図
に示すＢの位置からＢ３の位置へ移動して取付けるよう
にするだけで可能である。すなわち、Ｂ３の位置に取り
つけたときは、スプリング８はほとんど圧縮された状態
となっており、Ａ、、Ａ２どちらかの方向に移動すると
きにはスプリングのもどる力が加わるようになっている
。

尚、可撓性連結体として本実施例で用いたチェーン９Ａ
、９Ｂを用いたがタイミングベルトや、ワイヤ等モーメ
ント力を連続的に変化させるものであれば何れでもよい
。

また、スプリング８として圧縮スプリングが本発明のバ
ランス機構では適切であるが、必ずしも圧縮スプリング
に限定されろものではない。また、連結具１３とチェー
ンサポート軸１７とを一本のチェーンで直結することに
よりチェーンガイドとしてのスプロケットを１つにして
もよい。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに説明したように、本発明の作業用
ロボットのバランス機構は、従来のようにリンク機構を
用いずに可撓性連結体を用いてスプリングを作用させて
つり合うようにしているので、部品点数が大幅に減少さ
れ、また工業用ロボットがどのような位置におかれても
大幅な部品交換をすることなくバランス機構をそのまま
適用することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る工業用ロボットに設け
られたバランス機構の要部切欠き図、第２図はその要部
縦断面図、第３図（ａｌ、（ｂｌは当該バランス装置を
備えた工業用ロボットの平面図及び正面図、第４図は該
工業用ロボットが壁面に取付けられた正面図、第５図は
該工業用ロボットが天井に吊下げられた正面図、第６図
は従来のバランス機構を備えたロボットの正面図、第７
図はそのＡ−Ａ線矢視断面図、第８図は第７図のＢ矢視
図である。 図　　面　　中、 ４は第１のアーム、 ６は第２のアーム、 ７は連結体本体、 ８はスプリング、 ９Ａ、９Ｂはチェーン、 １３は連結具、 ２１Ａ、２１Ｂはスプロケットである。 ＭＢ図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 架台に対して回動自在に設けられた第１のアームには、
   該第１のアームの基端部の回動中心に設けられて該第１
   アームと同期して回動する連結体と、該連結体の上記第
   １のアーム回動中心から偏心した位置に回動自在に設け
   られた連結具と、一端が架台に固着されたスプリングと
   、上記連結具に一端が固着されるとともに他端が上記ス
   プリングの他端に固着された可撓性連結体と、第１のア
   ームが回動したときに上記スプリングに固着された可撓
   性連結体の他端がスプリングの変形方向に移動するよう
   該可撓性連結体を案内するガイドとからなる第１のバラ
   ンス機構を設け、上記第１のアームの先端部に回動自在
   に設けられた第２のアームには、該第２のアームの作業
   側に対する反対側に設けられて上記第１のアームに対す
   る回動中心を支点として上記作業側とつり合いを保つカ
   ウンタバランサーからなる第２のバランス機構を設けた
   ことを特徴とする工業用ロボットのバランス機構。