JPH035956B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は関節形工業用ロボツトのアームの自重
により発生するアンバランスモーメントを相殺す
るためのバランス装置に関する。

関節形工業用ロボツトの第１，第２アームの支
軸にはそれぞれアーム自重によるモーメントが発
生し、アームの位置により、このモーメント量は
変化し、サーボ機構によるロボツトの位置制御性
能の悪化やアームの駆動動力の増大等の原因とな
つている。このためアーム自重により発生するモ
ーメントを相殺するためのバランス装置が必要と
なつている。

従来、最も一般的に使われているバランス装置
として、第１，第２アームにそれぞれバランスウ
エイトを設ける構成のものがある。

第１図にその一例を示す。第１図において、２
は旋回可能な関節形工業用ロボツトの台、３は第
１アームで、第１水平支軸８により台２に回動可
能に支えられている。第１アーム３の上端部には
第２アーム４が第２水平支軸９により回動可能に
支えられており、この第２アーム４の前端部には
手首５が枢支され、所要の作業装置が取付けられ
る。第２アーム４の後端部には第２水平支軸９を
中心に発生するアームの自重によるモーメントと
釣合うバランスウエイト４０が取付けられてい
る。また、第１アーム３の下端部にも第１水平支
軸８を中心に発生するアームの自重によるモーメ
ントと釣合うバランスウエイト３０が取付けられ
た構成になつている。なお、第１図では第１，第
２アーム３，４の駆動手段を省略している。

このような構成の従来装置においては、軽負
荷、小型のロボツトの場合、バランスウエイト３
０，４０は軽重量のものでよいが、ロボツトが大
型になると、バランスウエイト３０，４０は大重
量のものとなり、特に、第１アーム３の自重によ
るモーメントは、第２アーム４の全体の重量が第
１アーム３の先端部の第２水平支軸９に加わるた
め大きな値となり、従つて第１アーム３のバラン
スウエイト３０は特に大形で大重量のものとなる
と共に、バランスウエイトの回転半径も大きくな
るので、ロボツト全体の大きさ及び重量が増大す
る欠点がある。

本発明は上記の欠点を改良するためになされた
ものであつて、その目的は自重により発生するモ
ーメントが特に大きくなり、大形で大重量のバラ
ンスウエイトを必要とする第１アームに、バラン
スウエイトに替えて使用する小型で軽量のバラン
ス装置を提供することにある。

以下図面によつて本発明の実施例を説明する。

第２図は本発明の第１実施例を示す正面図、第
３図は第２図の−線矢視断面図である。第
２，第３図において、関節形工業用ロボツトの台
２は床に設置されたベース１上に旋回可能に支持
されている。この台２には第１アーム３が第１水
平支軸８により回動可能に支持され、この第１ア
ーム３の上端部には第２アーム４が第２水平支軸
９により回動可能に支持されている。この第２ア
ーム４の前端部には手首５が枢支され、所要の作
業装置が取付けられる。

第１アーム３の第１水平支軸８の下方位置に
は、第３水平支軸２０が配置され、この第３水平
支軸２０には第１アーム３の駆動手段６を構成す
るナツト６ａが形成され、このナツト６ａにはボ
ールネジ６ｂが噛合つている。このボールネジ６
ｂの端部には台２に第４水平支軸１０により回動
可能に支持されたモータ６ｃが連結されている。
第２アーム４のバランスウエイト４０側の後端部
には第５水平支軸１１が配置され、この第５水平
支軸１１には第２アーム４の駆動手段７を構成す
るナツト７ａが形成され、このナツト７ａにはボ
ールネジ７ｂが噛合つている。このボールネジ７
ｂの端部には第１アーム３に第６水平支軸１２に
より回動可能に支持されたモータ７ｃが連結され
ている。

第１アーム３の下方の第３水平支軸２０には動
プーリ２１が軸支され、この動プーリ２１の第１
水平支軸８側の溝面にはワイヤ２２が掛けられて
いる。第１水平支軸８を中心に発生する第１アー
ム３の自重によるモーメントが零となる動プーリ
位置２１′（第４図参照）と第１水平支軸８とを
結ぶ線ｌにより区切られる２つの領域の一方の台
２の部分に、ワイヤ、ロープ、ベルト等の部材、
例えばワイヤ２２の一端を固定するワイヤ止め２
５を設ける。他方の台２の部分にはワイヤ２２の
他端を、台２に枢設したガイドプーリ２３を介し
て連結したテンシヨン発生装置２４を設け、かつ
動プーリ２１に掛けたワイヤ２２の広がり角αが
0゜以上、180゜以下になるように動プーリ２１，ワ
イヤ止め２５、ガイドプーリ２３及びテンシヨン
発生装置２４が配置されている。

なお、ワイヤ止め２５は第１アーム３に設けて
もよい。テンシヨン発生装置２４は、本発明実施
例の場合、張力一定のコイルバネバランサーを使
用している。

ここで、動プーリ２１，ガイドプーリ２３，ワ
イヤ止め２５及びテンシヨン発生装置２４は第４
図に示す本発明の作用説明図のごとく配置するの
が望ましい。

即ち、第１アーム３の自重によるモーメントが
零となる動プーリ位置２１′と第１水平支軸８と
を結ぶ線ｌを中心にワイヤ止め２５とガイドプー
リ２３は左右対称となる位置に配置する。このこ
とは、第１水平支軸８とワイヤ止め２５とガイド
プーリ２３の３点は第１水平支軸８を頂点とし
て、また動プーリ位置２１′とワイヤ止め２５と
ガイドプーリ２３の３点も動プーリ位置２１′を
頂点とした二等辺三角形をそれぞれ形成している
ことを示す。

このような配置が望ましい理由は第４図におけ
る第１アーム３の角度θがプラス時とマイナス時
で等しいバランス力が得られるためであり、第１
アーム３の自重によるモーメントとの釣合いが良
くなるためである。

なお、本発明では上記のような配置が望ましい
が、これに限定されるものではなく、第１アーム
３の回動動作範囲に適応した配置に変えてもよい
ことは勿論である。

以上のごとく構成された第２図示の第１実施例
において第１アーム３の駆動は駆動手段６によつ
て次の如く行われる。即ちモータ６ｃを回転させ
てボールネジ６ｂを回転させ、第３水平支軸２０
に設けられ、このボールネジ６ｂに噛合されたナ
ツト６ａを直線運動させることによつて第１アー
ム３は第１水平支軸８を中心に回動させられるも
のである。第２アーム４の駆動も同様に駆動手段
７によつて行われる。手首５の駆動は他の駆動手
段によつて行われるのが図示省略している。

以下、第１アーム３の自重によるアンバランス
重量が第１アーム３の上端部の第２水平支軸９に
加わつているものとし、第４図に示す本発明の作
用説明図に基づいて、第１実施例の作用を説明す
る。

第４図中Ｗはアンバランス重量を示し、第１ア
ーム３の自重により発生するモーメントは第１水
平支軸８を中心に垂直線からの角度をθとすると
左回りのモーメントとなり、そのモーメントの大
きさは正弦波状に変化する。このため理想的なバ
ランス装置としては第１アームの傾き角度θによ
り第１水平支軸８を中心とする右回りの正弦波状
のモーメントが生じるようにすれば良い。

本発明は動プーリ２１とガイドプーリ２３及び
ワイヤ止め２５へのワイヤ２２の広がり角度αを
0゜〜180゜、第１実施例では約90゜とし、第１アーム
の自重による正弦波状のモーメントと釣合うほぼ
正弦波状のモーメントを与えることができるよう
にしたものである。

第１アーム３の自重によるモーメントが発生し
ない位置の時、つまり動プーリ２１が２１′の位
置に位置している時は、ワイヤ２２の張力が動プ
ーリ２１に与える張力のベクトル和の力方向が第
１水平支軸８を通るのでワイヤ２２によるモーメ
ントも生じない。

動プーリ２１が実線の位置に位置している時
は、ワイヤ２２の広がり角度αがα′と小さくな
り、動プーリ２１へ作用する張力（ワイヤ張力の
ベクトル和）も増大する。また同時に第１水平支
軸８を中心とする張力の回転半径も大きくなるた
めベクトル和の張力と回転半径の積で表わされる
右回りのモーメントは大きくなる。第１アーム３
が回動し動プーリ２１が２１″の位置に位置して
いる時は、ガイドプーリ２３、ワイヤ止め２５及
び第１水平支軸８が第１水平支軸８を頂点とする
二等辺三角形の位置に配置されているため、動プ
ーリ２１の実線位置の時と逆のモーメントの関係
が成り立つ。

具体的な計算例として第６図に第１アームの自
重によるモーメントと第１アームの角度θとの関
係を示す。なお、第６図では広がり角度θ＝0゜〜
45゜間を例示したが、θ＝0゜〜−45゜間でも同様な
関係が成り立つ、第６図中、Ａは第１アームの自
重Ｗによる正弦波状モーメント、Ｂは本発明第１
実施例によりバランスさせるための発生モーメン
ト、Ｃは第４図において広がり角度αが0゜の配置
例、すなわち、ガイドプーリ２３が２３′の位置
に、ワイヤ止め２５が２５′の位置に、テンシヨ
ン発生装置２４が２４′の位置に配置された例で
のバランスモーメントを示し、各モーメントの値
はθ＝35゜にて一致させた相対値を基に図示して
いる。

計算条件としてはテンシヨン発生装置２４の張
力は一定とし、第１水平支軸８と動プーリ２１間
の距離を350mm、角度αを90゜、ガイドプーリ２３
とワイヤ止め２５間の距離を354mmとし、第１水
平支軸８とガイドプーリ２３間の距離と、第１水
平支軸８とワイヤ止め２５間の距離を等しくし、
各プーリの直径を０mmとして算出した。また２
３′の位置にあるガイドプーリ及び２５′の位置に
あるワイヤ止めはガイドプーリ２３とワイヤ止め
２５の実線位置を結ぶ直線上の中点にあるものと
した。

第６図により本発明第１実施例の曲線Ｂは理論
値の曲線Ａにほぼ一致していてバランス性能が最
も良好であることがわかる。曲線Ｃは角度αが約
0゜のためバランス性能は曲線Ｂより悪くなつてい
る。また、角度αを180゜にするとＤの曲線とな
る。この曲線Ｄにおける条件はガイドプーリ２３
とワイヤ止め２５間の距離を700mm、角度αを
180゜とし、他の条件は曲線Ｂと同じにした値であ
り、バランス性能は曲線Ｂより悪くなつている。

上記Ｂ，Ｃ，Ｄの曲線はガイドプーリ２３、動
プーリ２１及びワイヤ止め２５の幾可学的配置に
よつて決まるもので、Ｂの曲線のごとくワイヤ広
がり角度αが90゜に限定されるものでなく、0゜以
上180゜以下の範囲で選ぶことができる。

第５図は第２実施例の要部の説明図である。

この第２実施例は、動プーリを２１ａ，２１ｂ
の２例にし、定プーリ５０を追加し、ワイヤ止め
２５をガイドプーリ２３の近くに配置し、ワイヤ
２２を矢印のごとく動プーリ２１ｂ、定プーリ５
０、動プーリ２１ａ、ガイドプーリ２３の順に掛
けてワイヤ２２の両端をワイヤ止め２５とテンシ
ヨン発生装置２４に連結した構成にしたもので、
第１アーム３に加わるワイヤ数は第２図の２倍の
４本になり、同じ荷重容量のテンシヨン発生装置
２４を使用して、前記第１実施例の２倍のアンバ
ランスモーメントをバランスさせることが可能と
なる例である。

本発明は種々の変形例を考えることができる
が、例えば第５図のワイヤ止め２５を動プーリ２
１ｂに固定し、ワイヤ２２を動プーリ２１ｂ上の
ワイヤ止め５２より定プーリ５０、動プーリ２１
ａ、ガイドプーリ２３の順に掛けてテンシヨン発
生装置２４に連結する構成にすれば、第１アーム
３に加わるワイヤ数を３本とすることもできる。
また、第２図の動プーリ２１を第１アーム３の第
１水平支軸８より上方の位置に設け、ワイヤ２２
を上方に引上げる配置としてもよい。

以上の説明より理解できるように本発明によれ
ば、、ロボツトの第１アームの自重によるモー
メントのアンバランス量を実用上さしつかえない
程の値に小さくすることができる。、第１図に
示す従来のバランスウエイト方式に比較して、小
型、軽量なバランス装置を提供することができ
る。、動プーリを使用しているためテンシヨン
発生装置の容量が小さくて良い。、ワイヤ等の
部材が広がり角度αや動プーリ、ガイドプーリ及
び止め等の配置を変えることにより正弦波状以外
のモーメント曲線も得ることができる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一例を示す正面図、第２図は本
発明の第１実施例を示す正面図、第３図は第２図
の−線矢視断面図、第４図は本発明の作用説
明図、第５図は本発明の第２実施例の要部の説明
図、第６図はロボツトの第１アームの自重及びバ
ランスさせるための本発明により発生する各モー
メントと第１アームの角度との関係を示す曲線図
である。 ２……台、３……第１アーム、４……第２アー
ム、８……第１水平支軸、９……第２水平支軸、
２０……第３水平支軸、２１，２１ａ，２１ｂ…
…動プーリ、２２……ワイヤ、２３……ガイドプ
ーリ、２４……テンシヨン発生装置、２５……ワ
イヤ止め、５０……定プーリ、ｌ……動プーリの
位置２１′と第１水平支軸８とを結ぶ線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 関節形工業用ロボツトの台上に第１水平支軸
   により回動可能に支持した第１アームと、この第
   １アームの上端部に第２水平支軸により回動可能
   に支持した第２アームとを備えた関節形工業用ロ
   ボツトにおいて、第１アームに動プーリを第３水
   平支軸により回転自在に支持し、この動プーリの
   第１水平支軸側の溝面にこれに張力を伝達するた
   めのワイヤ等の部材を掛けると共に、第１水平支
   軸を中心に発生する第１アームの自重によるモー
   メントが零となる動プーリの位置と第１水平支軸
   とを結ぶ線により区切られる２つの領域の一方の
   台の部分または第１アームの部分に、前記ワイヤ
   等の部材の一端を固定する止めを設け、他方の台
   の部分に、ワイヤ等の部材の他端を連結したテン
   シヨン発生装置を設け、かつ、動プーリに掛けた
   ワイヤ等の部材の広がり角が0゜以上、180゜以下に
   なるように動プーリ、止め及びテンシヨン発生装
   置を配置して構成した関節形工業用ロボツトのバ
   ランス装置。