JPH10193292A

JPH10193292A - ロータリバランサ及び該ロータリバランサを内蔵したロボット

Info

Publication number: JPH10193292A
Application number: JP1190797A
Authority: JP
Inventors: Akira Nihei; 亮二瓶; Takeshi Okada; 毅岡田; Hidetomo Kurebayashi; 秀倫榑林
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-01-07
Publication date: 1998-07-28
Also published as: EP0901888A4; EP0901888A1; WO1998030368A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ロボットの回転軸機構部に内蔵し易く、バラ
ンス力によるアームの撓みが回避出来るロータリバラン
サ。【解決手段】第１アームが最小重力負荷姿勢から旋回
すると、第１アーム回転機構部に内蔵されたロータリバ
ランサＢＬ１のシャフト１４、ベーン１５がＢ，Ｂ’方
向に回転し、中立状態（ａ）からバランス力出力状態
（ｂ）へ向かう。ハウジング１０内をブロック１２とベ
ーン１５で仕切られた気密領域Ｃ１，Ｃ２間に圧力差
（Ｐ1 ＞Ｐ2 ）が生じ、トルクＴに変換される。トルク
Ｔは、第１アームの回転軸部に伝えられ、第１アームの
回転軸を駆動するモータの負荷を軽減させる。ベーン及
びブロックの使用個数を増やしても良い。また、気密領
域の形成に気体バッグを利用すれば、シール１３，１６
は不要になる。ロータリバランサＢＬ１の要部は、流体
圧ロータリアクチュエータの本体部に簡単な改造を加え
たものが転用出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボットに装
備されるロータリバランサ並びにそれを組み込んだロボ
ットに関し、更に詳しく言えば、流体圧を利用した新規
なロータリバランサとそれを組み込んだロボットに関す
る。

【０００２】

【従来技術】産業用ロボットがアームを側方へ延ばした
姿勢をとる時、そのアームを駆動する水平回転軸（水平
方向に延びる軸）を駆動するモータには大きな重力負荷
がかかる。このような負荷を軽減する手段としてバラン
サが使用されている。ロボットに装備されるバランサ
は、重力負荷の増大を伴う姿勢変化に応じてそれを打ち
消す方向のトルク（バランス力）を手段を備えている必
要がある。

【０００３】重力負荷を打ち消すバランス力の発生手段
としては、アーム旋回に応じて伸縮するコイルバネやア
ーム旋回に応じて滑動するピストンを備えたエアシリン
ダが利用されている。しかし、これらいずれの型のバラ
ンサも、重力負荷に抗するトルクの形でバランス力を直
接的に発生する機構を有していない。即ち、従来のバラ
ンサは、流体圧やバネの伸縮力をロボットアームに力を
作用させてトルクを間接的に発生させるものであるた
め、ロボットアームに撓みが発生し、ロボット手先部
（ツール先端点）の制御精度に悪影響を及ぼし易い。

【０００４】また、コイルバネ機構あるいはエアシリン
ダ−ピストン機構をロボット機構部に内蔵させることが
機構の性質上困難であり、ロボットの回転軸部周辺の外
形をコンパクトにする上で有利ではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、ロボット機構部に内蔵し易い簡素な構造を有すると
ともに、ロボットアームの撓みを発生させずにバランス
力を発生出来るロータリバランサ並びにそれを回転軸機
構部に組み込んだロボットを提供することにある。ま
た、本発明は、これらのことを通して、ロボットの回転
軸部周辺の外形のコンパクト化、コスト削減並びにロボ
ットアームの撓みによる制御精度低下の防止を図るもの
である。

【０００６】更に、本発明は流体圧ロータリアクチュエ
ータの本体部に簡単な改造を加えたものを要部に利用で
きるようなロータリバランサの構造を提案して、より安
価・簡便にロボット用のバランサを得ようとうするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、エア等の流体
圧を利用して重力負荷を打ち消すバランス力をトルクの
形で直接的に発生することが出来るロータリバランサを
提供し、また、これををロボットの回転軸機構部に内蔵
させることによって上記課題を解決したものである。

【０００８】本発明に従ったロータリバランサは、円筒
形状のシリンダと、シリンダの軸に沿って設けられたシ
ャフトと、円筒形状の空洞内の一部を占有する少なくと
も一つの固定仕切り部材と、シャフトに固定された少な
くとも一つの可動仕切り部材を備えている。そして、シ
リンダ内のシャフトの周囲の空間は、固定仕切り部材と
可動仕切り部材によって少なくとも２つの空間領域に区
切られており、それら空間域内には各々気密領域が形成
される。

【０００９】気密領域の形成には、気体を封入したバッ
グを用いることが出来る。この方式を採用すると、気密
領域を形成することが容易になる。また、円筒形状のシ
リンダ、シャフト、固定仕切り部材、可動仕切り部材に
ついては、流体圧アクチュエータの本体部の給排気ポー
トを閉塞したものを転用することが出来る。このような
転用が行なることは、バランサの製造コスを下げる上で
有利である。

【００１０】このようなロータリバランサは、ロボット
アームを駆動する少なくとも１つの回転軸機構部に内蔵
可能である。ロータリバランサの内蔵形態の一つは、ロ
ボットアームがその駆動部とロータリバランサの間に介
在させるもので、この場合には、ロータリバランサのシ
ャフトはロボットアームの旋回に応じて受動的に回転す
る。また、ロータリバランサの内蔵形態の別の一つは、
ロータリバランサをロボットアームとその駆動部の間に
設けるものである。この場合には、駆動部から出力され
る駆動力はロータリバランサを介してロボットアームへ
伝えられる。

【００１１】これらいずれの内蔵形態を採用した場合
も、ロボットアーム駆動部（モータ、減速機）、ロボッ
トアーム及びロータリバランサを同軸的に配列させるこ
とも容易であり、ロボットの外形をコンパクトにする上
で有利である。また、バランス力がロボットアームを変
形させるような形でロボットアームに作用しないので、
ロボットの制御精度を保つ上でも有利となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ）は、以下に説
明する各実施形態のロータリバランサが組み込まれるロ
ボットの全体構造並びにロータリバランサの組み込み個
所を説明する図で、（ａ）は同ロボットの正面図、
（ｂ）はこれを右側から見た側面図である。符号１はロ
ボットの据え付けベースで、据え付けベース１上に第１
軸の旋回胴を兼ねる第２軸取付ベース２が搭載されてい
る。そして、第２軸取付ベース２上には、第１アーム４
を旋回させるための第２軸機構部３が設置されている。

【００１３】第１アーム４の先端部には、第２アーム６
を旋回させための第３軸機構部５が設けられ、更に、第
２アーム６の先端部には適宜数の軸（典型的には３軸）
を持つ手首部７が設けられる。また、手首部７にはアプ
リケーションに応じて各種のエンドエフェクタ（負荷重
量物）が取り付けられる。図１（ｂ）に示したように、
第２軸はモータ８で駆動され、第３軸はモータ９で駆動
される。なお、他の軸のモータについては図示を省略し
た。

【００１４】このような一般的な軸構成を有するロボッ
トにおいては、第１アーム４が矢印Ａで示したように旋
回して水平に近い姿勢をとった時、第１アーム４以下に
作用する重力により、第２軸に特に大きな負荷がかかる
ことになる。そこで、図１（ｂ）には第１アーム４を駆
動する第２軸機構部３にロータリバランサＢＬを内蔵し
たケースを示したが、他の軸（例えば第２アーム６を駆
動する第３軸）に装備しても良いことは言うまでもな
い。また、場合によっては複数の軸（第２軸と第３軸な
ど）に装備させることも有り得る。

【００１５】以下、図２以下を参照し、ロータリバラン
サＢＬのいくつかの実施形態について説明する。図２
は、第１の実施形態に係るロータリバランサの基本構造
を説明する要素分解図である。同図に示したように、全
体を符号ＢＬ１で指示したロータリバランサは、空洞Ｃ
を有する円筒シリンダを構成するハウジング１０とこれ
を両端で閉塞する１組のエンドプレート１１，１７を備
える。シリンダの一部は、先端稜線部に沿ってシール１
３を設けた扇柱状のブロック１２で占められている。一
方のエンドプレート１７の中央にはシャフト１４を通す
開口１８が円筒シリンダの軸ＡＸと同軸で設けられてお
り、後述するように、この開口１８を通してシャフト１
４は第１アーム４（図１参照）と結合される。

【００１６】シャフト１４の側部にはベーン１５が取り
付けられている。ベーン１５は、ブロック１２とともに
空洞Ｃ（シャフト１４占有部分は除く。以下の実施形態
でも同し。）、を、シャフト１４の周りに存在して互い
に気密な２つの領域に仕切る部材で、その縁部にはシー
ル１６が設けられている。ロータリバランサＢＬ１の組
立時にはベーン１５を備えたシャフト１４を空洞Ｃ内に
収容した後、エンドプレート１７でハウジング１０が閉
塞される。但し、上述したように、シャフト１４は開口
１８を通してハウジング外部へ延びる。また、ここでは
図示を省略したが、ハウジング１０内に収められるシャ
フト１４の先端は、エンドプレート１１の中心開口部に
設けられた軸受機構に回転自在に係合する。

【００１７】ロータリバランサＢＬ１の動作時には、ロ
ボットの姿勢変化に応じてシャフト１４、従ってベーン
１５が回転する。その結果、図３（ａ），（ｂ）に示す
ように、互いに気密が保たれた２つの領域Ｃ１，Ｃ２の
内一方の領域Ｃ１内では空気圧が上昇し、他方の領域Ｃ
２内では空気圧が下降する。２つの気密領域Ｃ１，Ｃ２
間に生じた圧力差は、ベーン１５を介してシャフト１４
を矢印方向に回転させようとするトルクに変換され、こ
のトルクがバランス力として利用される。

【００１８】図３（ａ）は、ロータリバランサＢＬ１の
中立状態を表わしており、領域Ｃ１，Ｃ２の圧力は等し
い。この中立時圧力をＰ0 で表わす。中立時圧力は典型
的には大気圧であるが、大気圧と異なる圧力とすること
も出来る。一般には、中立時圧力を高圧とすれば、小サ
イズで強力なロータリバランサが得られる。なお、ロー
タリバランサＢＬ１の中立状態は重力負荷最小の姿勢に
対応させるのが通例である。この事は、後述する他の実
施形態においても同様である。

【００１９】今、図１に示したロボットの第１アーム４
が、重力負荷最小の姿勢から水平方向（矢印Ａ）に旋回
した時、シャフト１４及びベーン１５が矢印Ｂ，Ｂ’方
向に回転するようにシャフト１４が第１アーム４に結合
されているとすると、シャフト１４及びベーン１５の移
動角αの回転によって、図３（ｂ）に示した状態とな
る。

【００２０】この時の気密領域Ｃ１，Ｃ２の圧力をＰ1
，Ｐ2 とすれば、当然、Ｐ1 ＞Ｐ0＞Ｐ2 となってお
り、ロータリバランサＢＬ１の中立状態は破れている。
この時、領域Ｃ１，Ｃ２間に生じる圧力差によって得ら
れるトルク（矢印Ｔ）は、次式（１）で与えられる。

【００２１】

【数１】ここで、各記号の意味は次の通りである。Ｍ：ロータリバランサの出力トルク α：中立位置から測ったシャフト１４乃至ベーン１５の
移動角 θ：ブロック１２で占有されている角度範囲（干渉角）Ｄ：シリンダの内径ｌ：シリンダの長さｄ：シャフト１４の直径次に図４は、図２に示した基本構造を採用したロータリ
バランサＢＬ１を図１に示したロボットの第２軸機構部
に内蔵させた構造を説明する部分破断断面図である。同
図に示したように、第２軸駆動モータ８と減速機２０
は、ロータリバランサＢＬ１と同軸的に、第２軸取付ベ
ース２上に搭載されている。図示を省略した機構内部
で、第２軸駆動モータ８の出力軸は減速機２０の入力軸
を構成し、減速機２０の出力軸は第１アーム４に結合し
ている。

【００２２】第２軸取付ベース２は環状の取付部２４を
有し、取付部２４には減速機２０並びに第１アーム４が
挿嵌されている。減速機２０は取付部２４に固定されて
いるが、第１アーム４は軸受機構２３を介して軸ＡＸ周
りに回転自在に支持されている。そして、第１アーム４
はロータリバランサＢＬ１と同軸の円筒状の空洞部２１
を有している。

【００２３】図中最右方に描かれたロータリバランサＢ
Ｌ１は、そのハウジング１０を第２軸取付ベース２に対
して固定することで第２軸取付ベース２上に搭載されて
いる。ハウジング１０はエンドプレート１１，１７で両
端部が塞がれているが、ロータリバランサＢＬ１の出力
軸となるシャフト１４は、エンドプレート１７を通し
て、第１アーム４の空洞部２１内に延びている。そし
て、シャフト１４は第１アーム４の空洞部２１内周部に
設けられた適当な結合機構（スプライン結合、キー結合
など）２２を介して、第１アーム４と結合している。こ
のように、第１実施形態におけるロータリバランサＢＬ
１は、減速機２０の出力軸で駆動される第１アームに対
して結合されている。既に説明したように、シャフト
１４の側部にはベーン１５が取り付けられており、ブロ
ック１２とともにシリンダ内の空洞を、シャフトの周囲
に存在する互いに気密な２つの領域に仕切っている。ブ
ロック１２の先端稜線部及びベーン１５の縁部には、シ
ール１３，１６が設けられていることも既に述べた通り
である。

【００２４】今、図３（ａ）に示した中立状態からモー
タ８が回転し、減速機２０を介しての第１アーム４が旋
回すると、シャフト１４及びベーン１５が回転する。す
ると前述した通り、ベーン１５の移動角αに応じて、こ
の旋回変位に抗するトルクが発生し、第１アーム４の回
転軸部に伝えられる。第１アーム４の回転軸部に作用す
るトルクとして生成されたバランス力は、第１アーム４
に撓みを発生する原因とならない。このように、本実施
形態ではロボットアームがその駆動部（モータ及び減速
機）とロータリバランサの間に配置され、ロボットアー
ムの旋回に応じて受動的にロータリバランサが作動（シ
ャフト。ベーンが回転）する。

【００２５】ロータリバランサの基本構造として、図２
に示したものと異なるものを採用することも出来る。図
５は、その一例として、第２の実施形態に係るロータリ
バランサの基本構造を説明する要素分解図である。同図
に示したように、全体を符号ＢＬ２で指示したロータリ
バランサは、内部に空洞Ｃを有する円筒シリンダを構成
するハウジング３０を備える。空洞Ｃの一部は、先端稜
線部並びに頂面に沿ってシール３２を設けた扇柱状のブ
ロック３１で占められている。

【００２６】本実施形態のロータリバランサＢＬ２は、
このハウジング３０に対して、１対のフランジ３３，３
４をシャフト３５、ベーン３６を繋いだ形状のユニット
Ｇを組み合わせた構造を有している。ベーン３６には、
シール３７が設けられている。ユニットＧの形状から判
るように、ロータリバランサＢＬ２の組立時には、フラ
ンジ３３，３４の内の少なくとも一方が未取付の状態に
あるユニットＧをハウジング３０内に収容する。そし
て、未取付のフランジ３３，３４（一方または両方）を
シャフト３５及びベーン３６に固定してユニットＧを完
成させるとともに、ハウジング３０に組み付ける。

【００２７】第１実施形態と同様に、ベーン３６は、ブ
ロック３１とともに空洞Ｃを、シャフト３５の周りに存
在する互いに気密な２つの領域に仕切る部材である。ロ
ータリバランサＢＬ２の動作時には、ロボットの姿勢変
化に応じてフランジ３４，３５、従ってシャフト３５と
ベーン３６が回転する。その結果、空洞Ｃをベーン３６
で気密に仕切ることによって形成される２つの領域の間
に圧力差が発生し、ベーン３６を介してシャフト３５及
びフランジ３３，３４を回転させようとするトルクが生
成される。このトルクがバランス力として利用される。
なお、トルク発生のメカニズムは、図３（ａ），（ｂ）
を参照して説明した第１実施形態と同じであるから、繰
り返し説明は省略する。

【００２８】図６は、図５に示した基本構造を採用した
ロータリバランサＢＬ２を図１に示したロボットの第２
軸機構部に内蔵させた構造を説明する部分破断断面図で
ある。同図に示したように、第２軸駆動モータ８と減速
機２０は、ロータリバランサＢＬ２と同軸的に、第２軸
取付ベース２上に搭載されている。図示を省略した機構
内部で、第２軸駆動モータ８の出力軸は減速機２０の入
力軸を構成し、減速機２０の出力軸はロータリバランサ
ＢＬの一方のフランジ３３と結合している。

【００２９】第２軸取付ベース２は環状の取付部２４を
有し、この取付部２４に第１アーム４の一部とロータリ
バランサＢＬ２が挿嵌される。ロータリバランサＢＬ２
のハウジング３０は取付部２４に固定されるが、第１ア
ーム４は軸受機構４０を介して軸ＡＸ周りに回転自在に
支持される。その一方、第１アーム４はロータリバラン
サＢＬ２の他方のフランジ３３に結合される。

【００３０】既に説明したように、シャフト３５にはベ
ーン３６が固設されており、ブロック３１とともにシリ
ンンダ内の空洞を互いに気密な２つの領域に仕切ってい
る。また、ブロック３１の頂面、先端稜線部及びベーン
３６の縁部には、シール３１，３２，３７が設けられて
いる。フランジ３３，３４の周縁部にもシール３８，３
９が設けられている。

【００３１】このように、第２実施形態におけるロータ
リバランサＢＬ２は、第１実施形態とは異なり、減速機
２０と第１アームの間に設けられた伝動機構の役割を果
たす。即ち、両フランジ３３，３４、シャフト３５並び
にベーン３６は一体的に回動するユニットＧ（図５参
照）として減速機２０と第１アームの間に設けらている
ため、フランジ３４から入力される減速機２０の出力ト
ルクは、ロータリバランサＢＬ２を介して第１アーム４
に伝えられる。

【００３２】今、図３（ａ）に示した中立状態からモー
タ８が回転すると、減速機２０を介してロータリバラン
サＢＬ２のフランジ３４に回転が伝えられ、シャフト３
５及びベーン３６並びに及び第１アーム４側のフランジ
３３が回転する。これにより、第１アーム４が旋回する
一方、前述したように、ベーン３６の移動角αに応じて
トルクが発生する。

【００３３】このトルクは、第１アーム４の重力負荷に
よるモーメントを打ち消す方向に作用するバランス力と
して、第１アーム４の回転軸部と減速機２０の出力軸に
対して作用する。言い換えれば、第１アーム４の回転軸
部にかかる重力負荷を減速機２０の出力トルクとロータ
リバランサＢＬ２の出力トルク（バランス力）の合力で
支えることになる。従って、本実施形態においても、ロ
ータリバランサＢＬ２によって生成されるバランス力が
第１アーム４に撓みを生じさせる恐れはない。

【００３４】以上説明した第１及び第２の実施形態にお
けるロータリバランサＢＬ１，ＢＬ２は、いずれも単一
の可動仕切り部材（ベーン１５，３５）を単一の固定仕
切り部材（ブロック１２，３１）とともに用いて、シリ
ンダ（空洞）内を気密に仕切っているが、可動仕切り部
材あるいは固定仕切り部材を複数個使用しても良い。図
７は、図３と同様の形式で、可動仕切り部材と固定仕切
り部材を２個づつ使用したロータリバランサＢＬ３の構
造と作用を説明する図である。

【００３５】同図（ａ），（ｂ）に示したように、全体
を符号ＢＬ３で指示したロータリバランサは、内部に空
洞を有する円筒シリンダを構成するハウジング５０内に
２つのブロック５１，５２を配し、シリンダ主軸に設け
られるシャフト５３に２枚のベーン５４，５５を取り付
けた構造を有している。ベーン５４，５５は、ブロック
５１，５２で気密に２分された空洞を更に領域Ｃ３とＣ
４、Ｃ５とＣ６に２分している。

【００３６】これら計４個の領域を互いに気密に保つた
めに、各ブロック５１，５２及びベーン５４，５５の縁
部にはシール５６〜５９が設けられている。ロータリバ
ランサＢＬ３の動作時には、ロボットの姿勢変化に応じ
てシャフト５３、従って２枚のベーン５４，５５が回転
する。その結果、２組の気密領域Ｃ３とＣ４の間、及び
Ｃ５とＣ６の間には圧力差が生じる。この圧力差は、ベ
ーン５４，５５を介してシャフト５３を回転させるトル
クに変換され、このトルクがバランス力として利用され
る。

【００３７】図７（ａ）は、図３（ａ）と同様、ロータ
リバランサＢＬ３の中立状態を表わしており、領域Ｃ３
〜Ｃ６の圧力は等しい（但し、原理的には、Ｃ３とＣ４
の圧力、Ｃ５とＣ６の圧力が等しければ中立状態であ
る）。この中立時圧力を図３のケースにならってＰ0 で
表わす。既に述べたように、中立時圧力は典型的には大
気圧であるが、大気圧と異なる圧力とすることも出来
る。また、中立時圧力を高圧とすれば、小サイズで強力
なロータリバランサが得られる。

【００３８】今、本実施形態のロータリバランサＢＬ３
を図１に示したロボットの第２軸機構部３に内蔵されて
おり、重力負荷最小の姿勢から第１アーム４が水平方向
（矢印Ａ）に旋回した時、シャフト５３及びベーン５
４，５５が矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転するものとする。す
ると、シャフト５３及びベーン５４，５５は図７（ａ）
の中立状態から移動角αの回転によって、図７（ｂ）に
示した状態となる。

【００３９】この時の気密領域Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６
の圧力をＰ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6 とすれば、当然、Ｐ1
＞Ｐ0 ＞Ｐ2 ，Ｐ5 ＞Ｐ0 ＞Ｐ6 となっており、ロータ
リバランサＢＬ３の中立状態は破れている。この時、領
域Ｃ３，Ｃ４間及びＣ５，Ｃ６間に生じる圧力差によっ
て得られるトルク（矢印Ｔ）は、次式（２）で与えられ
る。

【００４０】

【数２】ここで、各記号の意味は前出の式（１）で使用したもの
に準じてたもので、次の通りである。Ｍ：ロータリバランサの出力トルク α：中立位置から測ったシャフト５３乃至ベーン５４，
５５の移動角 θ：ブロック５１，５２で占有されている角度範囲（干
渉角）Ｄ：シリンダの内径ｌ：シリンダの長さｄ：シャフト５３の直径なお、この第３実施形態に係るロータリバランサＢＬ３
の基本構造については、図２、図５を参照して説明した
第１実施形態あるいは第２実施形態に準じたもの（ベー
ンとブロックが２個づつになる）が採用出来ることが明
らかなので、詳細は省略する。また、ロボットへの組み
込み構造についても、第１実施形態に準じた基本構造を
採用した場合は、図４に示した組み込み構造に従えば良
く、第２実施形態に準じた基本構造を採用した場合は、
図６に示した組み込み構造構造に従えば良い。

【００４１】以上説明した各実施形態におけるロータリ
バランサＢＬ１〜ＢＬ３では、複数の気密領域を形成す
るためにベーン、ブロック、シリンダ内壁等を直接利用
している。即ち、気密領域内の気体は、これら部材の壁
面に直接接触する構造となっており、気体漏洩が起こり
易い各所には、シールを設けて気体漏洩を防止してい
る。しかし、これらシールで気体漏洩を完全に防止する
ことは容易でなく、気体補充をしないで使用出来る期間
が短くなりがちである。

【００４２】そこで、この点を改良した第４の実施形態
に係るロータリバランサの構造と作用を、図７と同様の
形式でロータリバランサの断面を描いた図８を参照して
説明する。同図（ａ），（ｂ）に示したように、本実施
形態のロータリバランサＢＬ４の特徴は、２つ気密領域
を形成するために気体バッグを利用している点にある。

【００４３】ロータリバランサＢＬ４は、内部に空洞を
有する円筒シリンダを構成するハウジング６０内にブロ
ック６１を配し、シリンダ主軸に設けられるシャフト６
２にベーン６３を取り付けた構造を有している。ベーン
６３は、これまでの実施形態と同様に、ブロック６２と
ともにシリンダ内の空洞を２つの領域に２分するように
配置されている。そして、これら領域内に気体を密封す
る袋体６４，６５が配置され、各袋体６４，６５によっ
て気密領域Ｃ７，Ｃ８が形成される。従って、ブロック
６１、ベーン６３の縁部などにシールを設ける必要はな
い。

【００４４】袋体６４，６５の材料には、例えばゴムの
ように、気密性を有し、変形が自在なものを選択するこ
とが適当である。なお、描示の都合上、図８における袋
体６４，６５は、厚みを誇張して斜線を付して描かれて
いる。

【００４５】ロータリバランサＢＬ４の動作時には、ロ
ボットの姿勢変化に応じてシャフト６２、従ってベーン
６３が回転する。その結果、気密領域Ｃ７とＣ８の間に
は圧力差が生じる。この圧力差がベーン６３を介してシ
ャフト６２を回転させるトルクに変換され、このトルク
がバランス力として利用される。

【００４６】図８（ａ）は、図３（ａ）や図７（ａ）と
同様、ロータリバランサＢＬ４の中立状態を表わしてお
り、領域Ｃ７とＣ８の圧力は等しい。この中立時圧力を
前例にならってＰ0 で表わす。中立時圧力は典型的には
大気圧であるが、大気圧と異なる圧力とすることも出来
ることや中立時圧力を高圧とすれば小サイズで強力なロ
ータリバランサが得られることなどはこれまでの実施形
態と同様である。

【００４７】今、本実施形態のロータリバランサＢＬ４
が図１に示したロボットの第２軸機構部３に内蔵されて
おり、重力負荷最小の姿勢から第１アーム４が水平方向
（矢印Ａ）に旋回した時、シャフト６３及びベーン６３
が矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転するものとする。すると、シ
ャフト６２及びベーン６３は図８（ａ）の中立状態か
ら、図８（ｂ）に示した状態となる。

【００４８】この時の気密領域Ｃ７，Ｃ８の圧力をＰ7
，Ｐ8 とすれば、当然、Ｐ7 ＞Ｐ0＞Ｐ8 となってお
り、ロータリバランサＢＬ４の中立状態は破れ、高圧側
から低圧側へ向けてベーン６３を押戻そうとするトルク
（矢印Ｔ）が発生する。発生するトルクの大きさは、第
１実施形態で説明した（１）式で計算されるものと基本
的に同じである。

【００４９】なお、本実施形態では袋体を気密領域形成
手段に用いて２個の気密領域を形成したが、使用する袋
体の数を増加させれば、気密領域の数を増加させること
が出来る。例えば、図７に示した第３実施形態には、袋
体を４個使用するような構造の変形が可能である。

【００５０】以上、本発明の特徴を有するロータリバラ
ンサＢＬ１〜ＢＬ４の例を説明したが、最後に、これら
のロータリバランサの要部が、市販されている流体圧ロ
ータリアクチュエータの本体部に簡単な改造を加えるだ
けで構築出来ることについて述べる。図９は、ロータリ
流体圧アクチュエータの本体部を改造して第１実施形態
と等価な構造を持つロータリバランサを構成した事例
（第５実施形態）について説明する図である。

【００５１】同図に示したロータリバランサＢＬ５の特
徴は、内部に空洞を有する円筒シリンダの構成部材とし
て、ロータリ流体圧アクチュエータの本体部を転用した
点にある。

【００５２】即ち、図９において、円筒シリンダを構成
するハウジング７０の他、その内部に設けられているブ
ロック７１、シャフト７２、ベーン７３、シール７４，
７５等は、市販されているロータリ流体圧アクチュエー
タの本体部を転用したものである。ブロック７１には、
図示されているように、ベーン７３で空洞を２分して形
成された２つの気密領域Ｃ１，Ｃ２の各々に通ずる給排
気ポート７６，７７が設けられている。

【００５３】これら給排気ポート７６，７７は、本構造
がロータリ流体圧アクチュエータの本体部として使用さ
れる場合に、一方に給気を行い他方からは排気を行なう
ためのものである。例えば、ポート７６から高圧エアを
供給し、ポート７７から排気を行なえば、ベーン７３が
矢印Ｓで示した向きに回転させようとするトルクが生成
される。従って、シャフト７２はロータリ流体圧アクチ
ュエータの出力軸として設けられていたものである。

【００５４】この構造は、ブロック７１に給排気ポート
７６，７７が設けられている点を除けば、前述した単一
ベーンを使用したロータリバランサと同じである。そこ
で、破線及び実線で示されているように、これら給排気
ポート７６，７７を閉塞要素７８，７９で閉塞すれば、
単一ベーン使用のロータリバランサとして使用出来る。

【００５５】同様に、２枚あるいはそれ以上の枚数のベ
ーン（可動気密仕切り部材）を使用した型のロータリ流
体圧アクチュエータの本体部の給排気ポートを閉塞すれ
ば、これをロータリバランサの要部として使用出来るこ
とは明らかであろう。

【００５６】なお、ロータリ流体圧アクチュエータの給
排気ポート７６，７７の内面には、給排気管を直接ある
いは間接に接続にするためのネジ溝が切ってあることが
通例であるから、閉塞要素としてはこのネジ溝に適合す
るネジ部材を利用することが出来る。また、必要に応じ
て他の閉塞手法（例えば、溶接、硬化性のコンパウンド
による閉塞）を用いても良い。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、ロボットの回転軸機構
部に簡素な構造を有するロータリバランサを内蔵させる
ことで、ロボットの外形をコンパクトに保ちながら回転
軸駆動モータの負荷を軽減することが出来る。また、本
発明によればバランス力がアームに作用して撓みが発生
する現象が回避出来るので、バランサ使用によるロボッ
トの制御精度の低下が防止される。更に、流体圧ロータ
リアクチュエータの本体部に簡単な改造を加えたものを
ロータリバランサの要部に転用すれば、より安価・簡便
にロータリバランサを製造し、ロボットに装備させるこ
とも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータリバランサが組み込まれるロボットの全
体構造並びにロータリバランサの組み込み個所を説明す
る図で、（ａ）は同ロボットの正面図、（ｂ）はこれを
右側から見た側面図である。

【図２】第１実施形態に係るロータリバランサの基本構
造を説明する要素分解図である。

【図３】ベーンを１枚使用した型のロータリバランサの
作用を説明する図で、（ａ）は中立状態を表わし、
（ｂ）はバランス力が出力される状態を表わしている。

【図４】図２に示した基本構造を持つロータリバランサ
を図１に示したロボットの第２軸機構部に内蔵させた構
造を説明する部分破断断面図である。

【図５】第２実施形態に係るロータリバランサの基本構
造を説明する要素分解図である。

【図６】図５に示した基本構造を持つロータリバランサ
を図１に示したロボットの第２軸機構部に内蔵させた構
造を説明する部分破断断面図である。

【図７】図３と同様の形式で、可動仕切り部材と固定仕
切り部材を２個づつ使用したロータリバランサ（第３実
施形態）の構造と作用を説明する図で、（ａ）は中立状
態を表わし、（ｂ）はバランス力が出力される状態を表
わしている。

【図８】気体バッグを利用した第４実施形態に係るロー
タリバランサの構造と作用を説明する図で、（ａ）はは
中立状態を表わし、（ｂ）はバランス力が出力される状
態を表わしている。

【図９】ロータリ流体圧アクチュエータの本体部を改造
して第１実施形態と等価な構造を持つロータリバランサ
を構成した第５実施形態について説明する図である。

【符号の説明】

１ロボットの据え付けベース２第２軸取付ベース３第２軸機構部４第１アーム５第３軸機構部６第２アーム７手首部８第２軸駆動モータ９第３軸駆動モータ１０，３０，５０，６０，７０ハウジング１１，１７エンドプレート１２，３１，５１，５２，６１，７１ブロック１３，１６，３２，３７，３８，３９，５６〜５９，７
４，７５シール１４，３５，５３，６２，７２シャフト１５，３６，５４，５５，６３，７３ベーン１８開口２０減速機２４環状の取付部２１円筒状の空洞部２２結合機構（スプライン結合、キー結合）３３，３４フランジ３５シャフト６４，６５袋体７６，７７給排気ポート７８，７９閉塞要素ＡＸ円筒シリンダの軸ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５ロータリバ
ランサＣ空洞Ｃ１〜Ｃ８気密領域Ｇユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットの回転軸機構部に組み込まれる
ロータリバランサであって、円筒形状のシリンダと、前記シリンダの軸に沿って設け
られたシャフトと、前記円筒形状の空洞内の一部を占有
する少なくとも一つの固定仕切り部材と、前記シャフト
に固定された少なくとも一つの可動仕切り部材を備え、前記シリンダ内の前記シャフトの周囲の空間が、前記少
なくとも一つの固定仕切り部材と前記少なくとも一つの
可動仕切り部材によって少なくとも２つの空間領域に区
切られており、前記少なくとも２つの空間域内に各々気密領域が形成さ
れる、前記ロータリバランサ。
【請求項２】前記気密領域の形成に気体を封入したバ
ッグが用いられる、請求項１に記載されたロータリバラ
ンサ。
【請求項３】前記円筒形状のシリンダと、前記シリン
ダの軸に沿って設けられたシャフトと、前記円筒形状の
空洞内の一部を占有する少なくとも一つの固定仕切り部
材と、前記シャフトに固定された少なくとも一つの可動
仕切り部材が、流体圧アクチュエータの本体部の給排気
ポートを閉塞して転用したものである、請求項１または
請求項２に記載されたロータリバランサ。
【請求項４】ロボットアームを駆動する少なくとも１
つの回転軸機構部にロータリバランサを内蔵したロボッ
トであって、前記ロータリバランサは、円筒形状のシリンダと、前記
シリンダの軸に沿って設けられたシャフトと、前記円筒
形状の空洞内の一部を占有する少なくとも一つの固定仕
切り部材と、前記シャフトに固定された少なくとも一つ
の可動仕切り部材とを備え、前記シリンダ内の前記シャフトの周囲の空間が、前記少
なくとも一つの固定仕切り部材と前記少なくとも一つの
可動仕切り部材によって少なくとも２つの空間領域に区
切られており、前記少なくとも２つの空間域内に各々気密領域が形成さ
れるようになっている、前記ロボット。
【請求項５】前記ロボットアームは、前記ロボットア
ームの駆動部と前記ロータリバランサの間に設けられて
おり、前記ロータリバランサの前記シャフトは前記ロボ
ットアームの旋回に応じて受動的に回転する、請求項４
に記載されたロボット。
【請求項６】前記ロータリバランサは前記ロボットア
ームとその駆動部の間に設けられており、前記駆動部か
ら出力される駆動力は前記ロータリバランサを介して前
記ロボットアームへ伝えられる、請求項４に記載された
ロボット。
【請求項７】前記気密領域の形成に気体を封入したバ
ッグが用いられる、請求項４〜請求項６のいずれか１項
に記載されたロボット。
【請求項８】前記円筒形状のシリンダと、前記シリン
ダの軸に沿って設けられたシャフトと、前記円筒形状の
空洞内の一部を占有する少なくとも一つの固定仕切り部
材と、前記シャフトに固定された少なくとも一つの可動
仕切り部材が、流体圧アクチュエータの本体部の給排気
ポートを閉塞して転用したものである、請求項４〜請求
項７のいずれか１項に記載されたロボット。