JPH1158287A - Balance device for robot - Google Patents

Balance device for robot

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JPH1158287A
JPH1158287A JP22893397A JP22893397A JPH1158287A JP H1158287 A JPH1158287 A JP H1158287A JP 22893397 A JP22893397 A JP 22893397A JP 22893397 A JP22893397 A JP 22893397A JP H1158287 A JPH1158287 A JP H1158287A
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JP
Japan
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robot
balance
arm
force generating
upper arm
Prior art date
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Application number
JP22893397A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Nihei
亮 二瓶
Satoshi Kinoshita
聡 木下
Tamotsu Sakai
保 酒井
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set off or reduce influence of load weight applied on a driving shaft of each of revolving shafts of a robot by a single device. SOLUTION: This device is constituted by installing one end (head end side) 6 of a spring 7 in the neighbourhood of a head end of an upper arm 4 of a robot or on a wrist part 5 and installing the other end (base part side) 8 on an installation part 30 provided on a ceiling 10. When the upper arm 4 is deflected downward (arrow A), the spring 7 extends, and restoring force F is generated. This restoring force F works to draw a head end part of the upper arm 4 upward and sets off or reduces a moment caused by load weight applied on driving shafts of the upper arm 4 and a lower arm 3. It is possible to set the installation part 30 free to move, too. Additionally, it is possible to use an air cylinder, etc., in place of the spring. The installation part of an end part of the base part side of a balance force generating mechanism can be also provided on a structure other than the ceiling 10, for example, on a support installed on a second shaft installation base 2 of the robot or a vertical wall surface, an inclined wall surface, etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボットの負
荷を軽減乃至除去するために使用されるバランス装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a balance device used for reducing or removing a load on an industrial robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ロボット(以下、単に「ロボッ
ト」と言う。)がアームを側方へ延ばした姿勢をとる
時、そのアームの駆動軸並びにそれよりベース側の駆動
軸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
使用されるバランサは、当然、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バランス力を発生
するバランス力発生機構を備えていなければならない。
2. Description of the Related Art When an industrial robot (hereinafter simply referred to as a "robot") takes an attitude in which an arm extends sideways, a large gravitational load is applied to a drive shaft of the arm and a drive shaft on a base side thereof. It takes. A balancer is used as a means for reducing such a load. The balancer used in the robot must naturally have a balance force generating mechanism that generates a balance force in a direction to cancel the change in response to a change in posture accompanying an increase in gravity load.

【0003】ロボットにかかる重力負荷を打ち消すため
のバランス力発生機構としては、一般に、アーム旋回に
応じて伸縮するコイルバネあるいはエアシリンダを用い
た機構などが利用されている。そして、これらバランス
力発生機構を重力による負荷を打ち消す必要のあるアー
ム毎に設けることで、それらアームの駆動軸にかかる重
力負荷を除去乃至軽減している。
A mechanism using a coil spring or an air cylinder that expands and contracts in accordance with arm rotation is generally used as a balance force generating mechanism for canceling the gravitational load applied to the robot. By providing these balance force generating mechanisms for each arm that needs to cancel the load due to gravity, the gravitational load applied to the drive shafts of those arms is eliminated or reduced.

【0004】従って、1基のロボットについて必要なバ
ランス力発生機構の数は、重力による負荷を打ち消す必
要のあるアームと同数となる。また、機構各部(コイル
バネ、エアシリンダ等)は、ロボット自身のアームある
いはその周辺のロボット機体上に取り付けることにな
る。
Therefore, the number of balance force generating mechanisms required for one robot is the same as the number of arms required to cancel the load due to gravity. Also, each part of the mechanism (coil spring, air cylinder, etc.) is mounted on the arm of the robot itself or on the robot body around it.

【0005】そのため、バランス装置を装備したロボッ
トは、機体と外装構造が複雑で大型となり易く、ロボッ
ト機体構造の簡素化、小型化を困難にし、ロボットの低
価格化の阻害要因となっていた。
[0005] Therefore, a robot equipped with a balance device has a complicated body and an exterior structure, which tends to be large, making it difficult to simplify and reduce the size of the robot body, which has been an obstacle to reducing the cost of the robot.

【0006】高性能のアクチュエータ(アーム駆動モー
タ)を使用すれば、バランス装置の使用数の削減あるい
は不使用とすることも可能であるが、そのような高性能
のアクチュエータは当然高価であり、コスト高の問題は
解決出来ない。
If a high-performance actuator (arm drive motor) is used, it is possible to reduce or eliminate the use of the balance device, but such a high-performance actuator is naturally expensive and costly. High problems cannot be solved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、バランス力発生機構を重力による負荷を打ち消す必
要のあるアーム毎に設ける必要がなく、ロボットの機体
や外装の複雑化、大型化を避けることが出来るロボット
用のバランス装置を提供することにある。本発明はま
た、そのことを通してロボットの低価格化の阻害要因を
除去しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the need to provide a balance force generating mechanism for each arm that needs to cancel the load due to gravity, and to avoid making the robot body and exterior complicated and large. It is an object of the present invention to provide a balance device for a robot capable of performing the above. The present invention also seeks to eliminate the obstacles to lowering the cost of the robot.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、ロボットの最
も手先側のアーム及びそれより更に手先側の部分を上方
へ吊り上げるようなバランス力を発生するバランス力発
生機構を、下腕、上腕等のアームにかかる重力負荷を軽
減乃至相殺出来るように配備したバランス装置によって
上記技術課題を解決したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a balance force generating mechanism for generating a balance force for lifting up the most distal arm of the robot and a more distal portion than the lower arm, the lower arm, the upper arm, and the like. This technical problem has been solved by a balancing device provided so as to reduce or cancel the gravitational load applied to the arm.

【0009】本発明に従えば、バランス装置のバランス
力発生機構の先端は、ロボットの最も手先側のアーム及
びそれより更に手先側の部分に取り付けられる一方、他
端はロボットの外部の支持体あるいはベース上に設置さ
れた支持体に、固定的あるいは可動な態様で取り付けら
れる。
According to the present invention, the distal end of the balance force generating mechanism of the balance device is attached to the most distal arm of the robot and the further distal portion thereof, while the other end is provided on the external support or the robot. It is attached to a support placed on a base in a fixed or movable manner.

【0010】そして、バランス力発生機構の先端と他端
の間には、ロボット側に取り付けられた先端が下方に移
動した時にこれを阻止しようとする復元力を生成する復
元力生成要素が設けられ、この復元力に由来してバラン
ス力が発生するようになっている。
A restoring force generating element is provided between the leading end and the other end of the balance force generating mechanism for generating a restoring force for preventing the leading end attached to the robot from moving downward. The balance force is generated by the restoring force.

【0011】外部の支持体としては、例えばロボットの
上方に位置する天井またはそれに固定された部材を用い
ることが出来る。また、バランス力発生機構の復元力生
成要素としては、バネ、あるいは空気その他の流体を用
いた流体圧シリンダ機構を採用することが出来る。
As the external support, for example, a ceiling located above the robot or a member fixed thereto can be used. Further, as the restoring force generating element of the balance force generating mechanism, a spring or a hydraulic cylinder mechanism using air or other fluid can be employed.

【0012】本発明をいずれの形態で実施した場合も、
ロボットの上腕先端付近あるいは手首部のように、それ
より先端側(エンドエフェクタ側)に旋回腕が無い位置
を作用点としてバランス力が作用し、その反力に由来す
る負担が各旋回腕の駆動軸にかからない。従って、単一
の装置で、各旋回腕の駆動軸にかかる負荷重量の影響を
相殺あるいは軽減することが出来る。
[0012] In any of the embodiments of the present invention,
A balance force acts at a point where there is no pivot arm near the distal end (end effector side) of the robot, such as near the tip of the upper arm or at the wrist, and the load resulting from the reaction force drives each pivot arm. It does not touch the axis. Therefore, the influence of the load weight applied to the drive shaft of each swing arm can be canceled or reduced with a single device.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図6を参照して、い
くつかの実施形態(第1実施形態〜第6実施形態)につ
いて説明する。図1、図2・・・図6は、各々第1実施
形態、第2実施形態・・・第6実施形態の概要を説明す
る図である。なお、各実施形態において、バランス装置
が装備されるロボットは同型の標準的な垂直多関節ロボ
ットである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Several embodiments (first to sixth embodiments) will be described below with reference to FIGS. 1, 2,..., And FIG. 6 are diagrams illustrating the outline of the first embodiment, the second embodiment, and the sixth embodiment, respectively. In each embodiment, the robot equipped with the balance device is a standard vertical articulated robot of the same type.

【0014】即ち、各実施形態におけるロボットは正面
図で描かれており、符号1はロボットの据え付けベース
で床面G上に固定されている。据え付けベース1上に、
第1軸J1の旋回胴を兼ねる第2軸J2の取付ベース2
が搭載され、第2軸取付ベース2上には、第2軸J2で
前後に旋回駆動される下腕(第1アーム)3を旋回させ
るための第2軸機構部が設置されている。
That is, the robot in each embodiment is illustrated in a front view, and reference numeral 1 is fixed on a floor surface G by an installation base of the robot. On the installation base 1,
Mounting base 2 for second axis J2, which also serves as the revolving barrel for first axis J1
Is mounted on the second shaft mounting base 2, and a second shaft mechanism for turning a lower arm (first arm) 3 that is driven to rotate back and forth by a second shaft J2 is installed.

【0015】そして、下腕(第1アーム)3の先端部に
は、最先端アームとしての上腕(第2アーム)4を旋回
させための第3軸J3の機構部が設けられ、上腕4の先
端には適宜数の軸(典型的には3軸)を持つ手首部5が
設けられている。なお、図示は省略したが、手首部5の
先端には必要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。各実施形態で本ロボットに装
備されるバランス装置の構成及び機能は次の通りであ
る。
At the distal end of the lower arm (first arm) 3, there is provided a mechanism of a third axis J 3 for rotating the upper arm (second arm) 4 as the foremost arm. The tip is provided with a wrist 5 having an appropriate number of axes (typically three axes). Although not shown, various end effectors (heavy loads) are attached to the tip of the wrist 5 as needed. The configuration and function of the balance device mounted on the robot in each embodiment are as follows.

【0016】[第1実施形態]図1に示したように、バ
ネ7の一端(先端側)6をロボットの最先端アームであ
る上腕4の先端付近に取り付ける一方、他端(基部側)
8を天井(またはそれに固定された梁など)10に設け
た取付部30に取り付ける。図示された状態から、ロボ
ットの上腕4(及び手首部5)が下方(矢印A参照)に
振れると、バネ7が伸長し、復元力Fが発生する。この
復元力Fは、当然、ロボットの上腕4の先端部を上方へ
引き上げるように作用する。即ち、上腕4の先端付近を
作用点として、負荷重量を相殺する方向に作用するバラ
ンス力が形成される。
[First Embodiment] As shown in FIG. 1, one end (front end side) 6 of a spring 7 is attached near the front end of an upper arm 4 which is the most advanced arm of the robot, while the other end (base side).
8 is attached to a mounting portion 30 provided on a ceiling (or a beam fixed thereto) 10. When the upper arm 4 (and the wrist 5) of the robot swings downward (see arrow A) from the state shown in the figure, the spring 7 expands, and a restoring force F is generated. The restoring force F naturally acts to lift the tip of the upper arm 4 of the robot upward. That is, a balance force acting in a direction to offset the load weight is formed with the vicinity of the tip of the upper arm 4 as an action point.

【0017】ここで注目すべきことは、バネ7を含むバ
ランス力発生機構の基部側がロボットの外部である天井
10に接続されているため、バランス力Fの反力f(一
般に、Fと同じ大きさで向きは反対)が、ロボットのい
かなる部分に作用しない点である。この事は、上腕4の
先端部を上方へ引き上げるように作用するバランス力F
によって、上腕4を駆動する軸(J3)にかかる重力負
荷のみならず、前後動する下腕3を駆動する軸(J2)
にかかる重力負荷をも軽減されるということを意味する
(従来のバランサのように、バランス力発生機構を下腕
3、上腕4間に設けた場合との相違点)。
It should be noted that since the base side of the balance force generating mechanism including the spring 7 is connected to the ceiling 10 outside the robot, the reaction force f of the balance force F (generally the same as F) The opposite is true), but does not affect any part of the robot. This means that the balance force F acting to lift the tip of the upper arm 4 upwards.
Thus, not only the gravitational load on the axis (J3) driving the upper arm 4 but also the axis (J2) driving the lower arm 3 moving back and forth
(A difference from the case where a balance force generating mechanism is provided between the lower arm 3 and the upper arm 4 like a conventional balancer).

【0018】なお、図1においては、取付部30は天井
10の適所(上腕4の先端部の真上付近)に固定されて
いるが、これを例えば図7に示したような可動機構とし
て設けることも出来る。図7において、符号31、32
は紙面に垂直方向に延在するようにガイドレール33、
34を設けるためのレール設置部材で、ガイドレール3
3、34には走行ブリッジ35が掛け渡される。従っ
て、走行ブリッジ35はガイドレール33、34上を紙
面に垂直方向に自在に走行出来る。
In FIG. 1, the mounting portion 30 is fixed at an appropriate position on the ceiling 10 (in the vicinity of the top of the upper arm 4), but is provided as a movable mechanism as shown in FIG. 7, for example. You can do it. 7, reference numerals 31 and 32
Is a guide rail 33 extending in a direction perpendicular to the plane of the paper,
34 is a rail installation member for providing the guide rail 3
A running bridge 35 is bridged between 3 and 34. Therefore, the traveling bridge 35 can travel freely on the guide rails 33 and 34 in the direction perpendicular to the paper surface.

【0019】走行ブリッジ35には、紙面に左右方向に
別のガイドレール36が設けられており、バネあるいは
シリンダ(後述実施形態参照)の一端側を接続したキャ
リア37がガイドされている。このような機構により、
ロボットの姿勢変化(特にJ1軸の旋回)により復元力
F(バランス力)の反力fの方向が傾くと、この傾斜を
解消しようとする方向にキャリア37が2次元的に(紙
面に垂直方向と左右方向)に移動し、反力fの作用方向
を鉛直下向き、従って、バランス力Fの作用方向を鉛直
上向きに保つ。
The traveling bridge 35 is provided with other guide rails 36 on the paper surface in the left-right direction, and guides a carrier 37 to which one end of a spring or a cylinder (to be described later) is connected. With such a mechanism,
When the direction of the reaction force f of the restoring force F (balance force) is tilted due to a change in the posture of the robot (particularly, rotation of the J1 axis), the carrier 37 is two-dimensionally moved in a direction in which the tilt is to be canceled (in a direction perpendicular to the paper surface). And the direction of action of the reaction force f is kept vertically downward, and the direction of action of the balance force F is kept vertically upward.

【0020】[第2実施形態]図2に示したように、本
実施形態も第1実施形態と同じく、天井30に設けた取
付部30からバネ7を吊り下げ、バネ7の伸長時の復元
力をバランス力として利用するものである。本実施形態
が第1実施形態と異なっているのは、バネ7の先端16
の取付位置が手首部5となっている点のみである。
[Second Embodiment] As shown in FIG. 2, in this embodiment, as in the first embodiment, the spring 7 is suspended from the mounting portion 30 provided on the ceiling 30 to restore the spring 7 when it is extended. Power is used as balance power. This embodiment is different from the first embodiment in that the tip 16 of the spring 7
Only at the point where the mounting position is at the wrist 5.

【0021】従ってバランス力の作用点が上腕4より更
に手先側へ移った点を除けば、その作用も第1実施形態
と同様である。即ち、図示された状態からロボットの上
腕4(及び手首部5)が下方(矢印A参照)に振れる
と、バネ7が伸長し、復元力Fが発生する。この復元力
Fは、当然、ロボットの手首部5を上方へ引き上げるよ
うに作用する。即ち、手首部上の取付部16を作用点と
して、負荷重量を相殺する方向に作用するバランス力が
形成される。
Therefore, the operation is the same as that of the first embodiment except that the point of application of the balance force is further shifted to the hand side than the upper arm 4. That is, when the upper arm 4 (and the wrist 5) of the robot swings downward (see the arrow A) from the state shown in the figure, the spring 7 expands, and the restoring force F is generated. This restoring force F naturally acts to lift the wrist 5 of the robot upward. That is, a balance force acting in a direction to offset the load weight is formed with the attachment portion 16 on the wrist as an action point.

【0022】この場合、第1実施形態で説明したと同様
の理由で、手首部5を上方へ引き上げるように作用する
バランス力Fによって、手首軸や上腕4を駆動する軸
(J3)にかかる重力負荷のみならず、前後動する下腕
3を駆動する軸(J2)にかかる重力負荷をも軽減され
るということを意味する。なお、固定された取付部30
に代えて、例えば図7に示したような可動機構を採用し
得ることも、第1実施形態と同様である。
In this case, for the same reason as described in the first embodiment, the gravitational force acting on the wrist shaft and the shaft (J3) for driving the upper arm 4 is generated by the balance force F acting to pull the wrist 5 upward. This means that not only the load but also the gravitational load on the axis (J2) that drives the lower arm 3 that moves back and forth is reduced. In addition, the fixed mounting portion 30
Instead, for example, a movable mechanism as shown in FIG. 7 can be employed, similarly to the first embodiment.

【0023】[第3実施形態]本実施形態では、図3に
示したように、ロボットのベース2の適所に固定され、
上方に延びる支柱20を取り付け、支柱20から水平延
在部21を延ばす。そして、取付部40に一端(基部
側)18を取り付けたバネ7を水平延在部21に沿わ
せ、プーリ22で下方に方向転換させて先端6をロボッ
トの上腕4の先端付近に取り付ける。本実施形態のバラ
ンス装置の作用は、第1実施形態と同様である。
[Third Embodiment] In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the robot is fixed in place on the base 2 of the robot.
A column 20 extending upward is attached, and a horizontal extending portion 21 is extended from the column 20. Then, the spring 7 having one end (base side) 18 attached to the attachment portion 40 is moved along the horizontally extending portion 21 and turned downward by the pulley 22 to attach the tip 6 to the vicinity of the tip of the upper arm 4 of the robot. The operation of the balance device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

【0024】即ち、図示された状態から、ロボットの上
腕4(及び手首部5)が下方(矢印A参照)に振れる
と、バネ7が伸長して復元力Fが発生し、プーリ22で
方向転換され、上腕4の先端付近を上方へ引き上げるバ
ランス力となる。
That is, when the upper arm 4 (and the wrist 5) of the robot swings downward (see the arrow A) from the state shown in the figure, the spring 7 expands and a restoring force F is generated, and the direction is changed by the pulley 22. As a result, a balance force for lifting the vicinity of the tip of the upper arm 4 upward is obtained.

【0025】この場合、バネ7を含むバランス力発生機
構の基部側はロボットのベース2に接続されている。そ
のため、バランス力Fの反力は最終的には、ロボットの
外部の構造物ではではなく、ロボットのベース2にかか
ってくる。ベース2にかかるモーメントや力は、上腕4
を駆動する軸(J3)や下腕3を駆動する軸(J2)に
かかる負荷に影響しない。
In this case, the base side of the balance force generating mechanism including the spring 7 is connected to the base 2 of the robot. Therefore, the reaction force of the balance force F is ultimately applied not to the structure outside the robot but to the base 2 of the robot. The moment and force acting on the base 2
Does not affect the load on the shaft (J3) for driving the lower arm 3 or the shaft (J2) for driving the lower arm 3.

【0026】結局、本実施形態の場合も、上腕4の先端
部を上方へ引き上げるように作用するバランス力Fによ
って、上腕4、下腕3の双方の駆動軸(J2軸とJ3
軸)にかかる重力負荷が軽減されることになる。
After all, also in the case of the present embodiment, the drive shafts (J2 axis and J3
The gravitational load on the shaft is reduced.

【0027】なお、ロボットのベース2は旋回胴を形成
する部分であり、バランス力Fの反力に由来するモーメ
ントや力(押圧力または張力)がかかってもそれが旋回
胴の駆動軸(J1軸)の負担になることは殆んどない。
無論、撓みは発生するが、一般にロボットのベース2は
頑丈に出来ているから特に大きな問題は生じない。
The base 2 of the robot is a part that forms a revolving torso. Even if a moment or force (pressing force or tension) derived from the reaction force of the balance force F is applied, it is driven by the drive shaft (J1) of the revolving torso. There is almost no burden on the shaft).
Of course, bending occurs, but generally no major problem arises because the base 2 of the robot is generally rugged.

【0028】[第4実施形態]図4に示した通り、本実
施形態は、バネ7の先端16の取付位置が手首部5とな
っている点を除けば、第3実施形態と同じ構成を有して
いる(繰り返し説明は省略)。従ってその作用について
も、バランス力の作用点が異なる以外、第3実施形態と
特に異なる点はない。
[Fourth Embodiment] As shown in FIG. 4, this embodiment has the same configuration as the third embodiment except that the mounting position of the tip 16 of the spring 7 is at the wrist 5. (Repeated description is omitted). Therefore, there is no particular difference in the operation from the third embodiment except for the point of application of the balance force.

【0029】即ち、ロボットの上腕4(及び手首部5)
が、下方(矢印A参照)に振れると、バネ7が伸長して
復元力Fが発生し、プーリ22で方向転換され、上腕4
の先端付近を上方へ引き上げるバランス力となる。
That is, the upper arm 4 (and the wrist 5) of the robot
Swings downward (see arrow A), the spring 7 expands to generate a restoring force F, and the direction is changed by the pulley 22 so that the upper arm 4
It becomes a balance force that pulls up the vicinity of the tip.

【0030】この場合も、第3実施形態で説明したと同
様の理由で、手首部5を上方へ引き上げるように作用す
るバランス力Fによって、手首軸や上腕4を駆動する軸
(J3)にかかる重力負荷のみならず、前後動する下腕
3を駆動する軸(J2)にかかる重力負荷も軽減され
る。
Also in this case, for the same reason as described in the third embodiment, the balance force F acting to pull the wrist 5 upward applies to the wrist shaft and the shaft (J3) for driving the upper arm 4. Not only the gravitational load but also the gravitational load on the axis (J2) that drives the lower arm 3 that moves back and forth is reduced.

【0031】[第5実施形態]本実施形態は、バランス
力発生機構にバネに代えてエアシリンダを利用した例
で、全体構成は第1実施形態に類似している。即ち、図
5に示したように、本実施形態では、天井30に設けた
取付部30からエアシリンダ50を吊り下げ、エアシリ
ンダ50の伸長時の復元力をバランス力として利用する
ものである。
[Fifth Embodiment] The fifth embodiment is an example in which an air cylinder is used in place of a spring for the balance force generating mechanism, and the overall configuration is similar to the first embodiment. That is, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, the air cylinder 50 is suspended from the mounting portion 30 provided on the ceiling 30, and the restoring force when the air cylinder 50 is extended is used as the balance force.

【0032】より具体的に言えば、エアシリンダ50の
ピストン51を牽引する線条部材52の端部(エアシリ
ンダ機構の先端)56をロボットの上腕4の先端付近に
取り付ける一方、他端(基部側)58を天井10に設け
た取付部30に取り付ける。
More specifically, the end (the tip of the air cylinder mechanism) 56 of the linear member 52 for pulling the piston 51 of the air cylinder 50 is attached to the vicinity of the tip of the upper arm 4 of the robot, while the other end (the base). Side) 58 is attached to the attachment portion 30 provided on the ceiling 10.

【0033】ロボットの上腕4(及び手首部5)が下方
(矢印A参照)に振れると、エアシリンダ50が伸長
し、復元力Fが発生する。この復元力Fは、当然、ロボ
ットの上腕4の先端部を上方へ引き上げるように作用す
る。即ち、上腕4の先端付近を作用点として、負荷重量
を相殺する方向に作用するバランス力が形成される。
When the robot's upper arm 4 (and wrist 5) swings downward (see arrow A), the air cylinder 50 extends, and a restoring force F is generated. The restoring force F naturally acts to lift the tip of the upper arm 4 of the robot upward. That is, a balance force acting in a direction to offset the load weight is formed with the vicinity of the tip of the upper arm 4 as an action point.

【0034】本実施形態においても、エアシリンダ50
を含むバランス力発生機構の基部側がロボットの外部で
ある天井10に接続されているため、バランス力Fの反
力は、ロボットのいかなる部分に作用しない。従って、
上腕4の先端部を上方へ引き上げるように作用するバラ
ンス力Fによって、上腕4を駆動する軸(J3)にかか
る重力負荷のみならず、前後動する下腕3を駆動する軸
(J2)にかかる重力負荷をも軽減される。また、固定
された取付部30に代えて、例えば図7に示したような
可動機構を採用し得ることも、第1実施形態と同様であ
る。
Also in this embodiment, the air cylinder 50
Is connected to the ceiling 10 outside the robot, the reaction force of the balance force F does not act on any part of the robot. Therefore,
Due to the balance force F acting to pull the tip of the upper arm 4 upward, not only the gravitational load applied to the shaft (J3) for driving the upper arm 4 but also to the shaft (J2) for driving the lower arm 3 moving back and forth. Gravity load is also reduced. Further, in place of the fixed mounting portion 30, a movable mechanism as shown in FIG. 7, for example, can be adopted as in the first embodiment.

【0035】[第6実施形態]本実施形態も、バランス
力発生機構としてエアシリンダを利用した例であるが、
全体構成は第3実施形態に類似している。即ち、図6に
示したように、ロボットのベース2の適所に上方に延び
る支柱20を取り付け、支柱20から水平延在部21を
延ばす。そして、取付部40に一端(基部側)58を取
り付けたエアシリンダ50を水平延在部21に沿わせて
配置する。エアシリンダ50のピストン51を牽引する
線条部材52をプーリ22を用いて下方に方向転換さ
せ、その端部(エアシリンダ機構の先端)56をロボッ
トの上腕4の先端付近に取り付ける。 本実施形態にお
いても、ロボットの上腕4(及び手首部5)が下方(矢
印A参照)に振れると、エアシリンダ50が伸長し、復
元力Fが発生する。この復元力Fは、当然、プーリ22
で下向きに方向転換されている線条部材52に張力を生
み、上腕4を上方へ引き上げるように作用する。このよ
うにして、エアシリンダ50の復元力Fに由来するバラ
ンス力が、取付部56を作用点として働き、負荷重量を
相殺あるいは軽減する。
[Sixth Embodiment] This embodiment is also an example in which an air cylinder is used as a balance force generating mechanism.
The overall configuration is similar to the third embodiment. That is, as shown in FIG. 6, a column 20 extending upward is attached to an appropriate position on the base 2 of the robot, and a horizontal extending portion 21 is extended from the column 20. Then, the air cylinder 50 having one end (the base side) 58 attached to the attachment portion 40 is arranged along the horizontally extending portion 21. The linear member 52 that pulls the piston 51 of the air cylinder 50 is turned downward by using the pulley 22, and the end (the end of the air cylinder mechanism) 56 is attached near the end of the upper arm 4 of the robot. Also in the present embodiment, when the upper arm 4 (and the wrist 5) of the robot swings downward (see the arrow A), the air cylinder 50 extends, and the restoring force F is generated. This restoring force F is, of course,
Thus, the tension is applied to the linear member 52 which has been turned downward, and acts to pull the upper arm 4 upward. In this way, the balance force derived from the restoring force F of the air cylinder 50 acts on the mounting portion 56 as an action point, and offsets or reduces the load weight.

【0036】この場合も、エアシリンダ50を含むバラ
ンス力発生機構の基部側はロボットのベース2に接続さ
れているから、バランス力Fの反力は最終的には、ロボ
ットの外部の構造物ではではなく、ロボットのベース2
にかかり、上腕4を駆動する軸(J3)や下腕3を駆動
する軸(J2)にかかる負荷に影響しない。
Also in this case, since the base side of the balance force generating mechanism including the air cylinder 50 is connected to the base 2 of the robot, the reaction force of the balance force F is ultimately reduced by a structure outside the robot. Not the base of the robot 2
And does not affect the load on the axis (J3) for driving the upper arm 4 or the axis (J2) for driving the lower arm 3.

【0037】従って、本実施形態の場合も、上腕4の先
端部を上方へ引き上げるように作用するバランス力Fに
よって、上腕4、下腕3の双方の駆動軸(J2軸とJ3
軸)にかかる重力負荷が軽減されることになる。
Therefore, also in the case of the present embodiment, the drive shafts (the J2 axis and the J3 axis) of both the upper arm 4 and the lower arm 3 are acted upon by the balance force F acting to lift the tip of the upper arm 4 upward.
The gravitational load on the shaft is reduced.

【0038】以上6個の実施形態について説明したが、
本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、例
えば次のような変形が可能である。 (1)第3、第4、第6各実施形態で用いられている支
柱20に代えて、ロボット外部の構造物の壁面(鉛直壁
面、傾斜壁面など)を利用し、これにバネ、エアシリン
ダ等を含むバランス力発生機構の基部側を取り付ける。
この場合、水平延在部21はその壁面に取り付ける(既
存の構造物で代用しても良い)。
Although the six embodiments have been described above,
The present invention is not limited to these embodiments, and for example, the following modifications are possible. (1) Instead of the support 20 used in the third, fourth, and sixth embodiments, a wall (vertical wall, inclined wall, etc.) of a structure outside the robot is used, and a spring and an air cylinder are used. Attach the base side of the balance force generating mechanism including the above.
In this case, the horizontally extending portion 21 is attached to the wall surface (an existing structure may be used instead).

【0039】(2)第3、第4、第5、第6各実施形態
におけるバランス力発生機構の先端取付部6、56を上
腕4の先端付近ではなく、第2実施形態のように、手首
部5上にもって来る。
(2) In the third, fourth, fifth, and sixth embodiments, the distal end mounting portions 6, 56 of the balance force generating mechanism are not located near the distal end of the upper arm 4, but as in the second embodiment. Bring it to part 5.

【0040】(3)エアシリンダに代えて油圧シリンダ
など、他種の流体を利用した復元力発生機構を利用した
バランス力発生機構を採用する。
(3) A balance force generating mechanism using a restoring force generating mechanism using another kind of fluid, such as a hydraulic cylinder, is used instead of the air cylinder.

【0041】(4)バネとエアシリンダの直列接続等、
複数の復元力発生要素を利用したバランス力発生機構を
採用する。
(4) Series connection of spring and air cylinder, etc.
A balance force generating mechanism using a plurality of restoring force generating elements is employed.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、ロボットの上腕先端付
近あるいは手首部のように、それより末端側(エンドエ
フェクタ側)に旋回腕が無い位置を作用点としてバラン
ス力が作用し、その反力に由来する負担が各旋回腕の駆
動軸にかからない。従って、単一の装置で、各旋回腕の
駆動軸にかかる負荷重量の影響を相殺あるいは軽減する
ことが出来る。
According to the present invention, a balance force acts on a position where there is no turning arm near the distal end (end effector side), such as near the tip of the upper arm of the robot or the wrist, and the balance force acts on the position. The load resulting from the force is not applied to the drive shaft of each turning arm. Therefore, the influence of the load weight applied to the drive shaft of each swing arm can be canceled or reduced with a single device.

【0043】また、そのことを通して、ロボットの機体
や外装の複雑化、大型化を避け、ロボットの低価格化に
寄与出来る。
Further, through this, it is possible to prevent the robot body and exterior from becoming complicated and large, and to contribute to the cost reduction of the robot.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施形態について説明する図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating a sixth embodiment of the present invention.

【図7】バランス力発生機構の基部側の取付部を可動に
構成した例について説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a mounting portion on the base side of the balance force generating mechanism is configured to be movable.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 据え付けベース 2 第2軸取付ベース 3 下腕(前後動する第1アーム) 4 上腕(第2アーム) 5 手首部 6、16 バネ先端側の取付部 7 バネ 20 支柱 21 水平延在部 22 プーリ 30、40 バネまたはエアシリンダの基部側の取付部 31、32、36 レール設置部材 33、34 ガイドレール 35 走行ブリッジ 37 キャリア 50 エアシリンダ G 床面 51 ピストン 52 線条部材 56 エアシリンダ機構の先端側の取付部 58 エアシリンダ機構の基部側の取付部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Installation base 2 2nd axis mounting base 3 Lower arm (1st arm which moves back and forth) 4 Upper arm (2nd arm) 5 Wrist part 6 and 16 Mounting part on the spring tip side 7 Spring 20 Post 21 Horizontally extending part 22 Pulley 30, 40 Spring or air cylinder base mounting part 31, 32, 36 Rail mounting member 33, 34 Guide rail 35 Traveling bridge 37 Carrier 50 Air cylinder G Floor 51 Piston 52 Linear member 56 Front end of air cylinder mechanism Attachment part 58 Attachment part at base side of air cylinder mechanism

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロボットの最も手先側のアーム及びそれ
より更に手先側の部分を上方へ吊り上げるようなバラン
ス力を発生するバランス力発生機構を備えた、ロボット
のためのバランス装置であって、 前記バランス力発生機構の先端は、前記最も手先側のア
ーム及びそれより更に手先側の部分に取り付けられてお
り、 前記バランス力発生機構の他端は、前記ロボットの外部
の支持体に取り付けられており、 前記バランス力発生機構の前記先端と前記他端の間に
は、前記先端が下方に移動した時にこれを阻止しようと
する復元力を生成する復元力生成要素が設けられてお
り、この復元力に由来して前記バランス力が発生するよ
うになっている、前記バランス装置。
1. A balancing device for a robot, comprising: a robot having a balance force generating mechanism for generating a balance force for lifting an arm at the most distal end of the robot and a part further at the distal end than the arm. The tip of the balance force generating mechanism is attached to the arm on the most hand side and a portion further on the hand side, and the other end of the balance force generating mechanism is attached to a support outside the robot. A restoring force generating element is provided between the tip and the other end of the balance force generating mechanism to generate a restoring force that attempts to prevent the tip from moving downward. The balance device, wherein the balance force is generated due to the following.
【請求項2】 前記外部の支持体は前記ロボットの上方
に位置する天井またはそれに固定された部材である、請
求項1に記載されたバランス装置。
2. The balance device according to claim 1, wherein the external support is a ceiling located above the robot or a member fixed thereto.
【請求項3】 前記バランス力発生機構の他端の前記外
部の支持体への取付は、前記他端を可動に支持する機構
を介してなされている、請求項1または請求項2に記載
されたバランス装置。
3. The mounting device according to claim 1, wherein the other end of the balance force generating mechanism is attached to the external support via a mechanism that movably supports the other end. Balance device.
【請求項4】 ロボットの最も手先側のアーム及びそれ
より更に手先側の部分を上方へ吊り上げるようなバラン
ス力を発生するバランス力発生機構を備えた、ロボット
のためのバランス装置であって、 前記バランス力発生機構の先端は、前記最も手先側のア
ーム及びそれより更に手先側の部分に取り付けられてお
り、 前記バランス力発生機構の他端は、前記ロボットのベー
ス上に設置された支持体に取り付けられており、 前記バランス力発生機構の前記先端と前記他端の間に
は、前記先端が下方に移動した時にこれを阻止しようと
する復元力を生成する復元力生成要素が設けられてお
り、この復元力に由来して前記バランス力が発生するよ
うになっている、前記バランス装置。
4. A balance device for a robot, comprising: a balance force generating mechanism for generating a balance force for lifting an arm at the most distal end of the robot and a portion further at the distal end than the arm. The tip of the balance force generating mechanism is attached to the most hand-side arm and a portion further on the hand side, and the other end of the balance force-generating mechanism is attached to a support installed on the base of the robot. A restoring force generating element is provided between the tip and the other end of the balance force generating mechanism, the restoring force generating element generating a restoring force that attempts to prevent the tip from moving downward. The balance device, wherein the balance force is generated by the restoring force.
【請求項5】 前記バランス力発生機構が前記復元力生
成要素としてバネを備えている、請求項1〜請求項4の
いずれか1項に記載されたバランス装置。
5. The balance device according to claim 1, wherein the balance force generating mechanism includes a spring as the restoring force generating element.
【請求項6】 前記バランス力発生機構が前記復元力生
成要素として流体圧シリンダ機構を備えている、請求項
1〜請求項4のいずれか1項に記載されたバランス装
置。
6. The balance device according to claim 1, wherein the balance force generating mechanism includes a hydraulic cylinder mechanism as the restoring force generating element.
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