JPS58160093A - Gravity balancer for rocking arm - Google Patents

Gravity balancer for rocking arm

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Publication number
JPS58160093A
JPS58160093A JP4395982A JP4395982A JPS58160093A JP S58160093 A JPS58160093 A JP S58160093A JP 4395982 A JP4395982 A JP 4395982A JP 4395982 A JP4395982 A JP 4395982A JP S58160093 A JPS58160093 A JP S58160093A
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JP
Japan
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arm
point
spring
compression spring
fixed
Prior art date
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Pending
Application number
JP4395982A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
津田 五郎
嘉田 紘之祐
関野 昭幸
恭秀 永浜
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP4395982A priority Critical patent/JPS58160093A/en
Publication of JPS58160093A publication Critical patent/JPS58160093A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、揺動アームの重力バランス装置に関し、特
に、ティーチング・プレイバック方式ノ多関節型ロボッ
トのアームに好適な重力バランス装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gravity balance device for a swinging arm, and more particularly to a gravity balance device suitable for an arm of a teaching/playback type multi-joint robot.

たとえば、多関節型ロボットにおいては、各揺動アーム
に重力モーメントが作用し、電動機や油圧機器の駆動力
の大部分が、この重力モーメントを打ち消すために費や
される。そこで、重力モーメントを軽減する工夫が必要
となるが、従来例のほとんどは引張バネを張設する構成
である。第1図にモデル化した構成を示す。
For example, in an articulated robot, a gravitational moment acts on each swinging arm, and most of the driving force of electric motors and hydraulic equipment is used to cancel out this gravitational moment. Therefore, it is necessary to take measures to reduce the gravitational moment, but most of the conventional examples have a structure in which a tension spring is installed. Figure 1 shows the modeled configuration.

図において、1は定位置の支点Bを揺動中心とするアー
ム、2は支点Bから鉛直上方に若干距離aだけ隔てた定
位置Cと、アーム1上のある位置Aとの間に係架した引
張バネである。アーム1に関しA、8間の長さをR2引
張バネ2の現在の長さをlとする。また、アーム1のA
点における荷重をW、引張バネ2がA点を引っばる引張
力をFとし、アーム1と水平線とのなす角をθ、引張バ
ネ2と水平線とのなす角をαとする。このように規定さ
れる揺動アーム1の重力にょる転倒モーメン1−Mlは
(1)式で与えられる。
In the figure, 1 is an arm whose swing center is a fulcrum B at a fixed position, and 2 is an arm connected between a fixed position C, which is vertically upwardly separated by a distance a from the fulcrum B, and a certain position A on the arm 1. It is a tension spring. For arm 1, the length between A and 8 is R2, and the current length of tension spring 2 is l. Also, A of arm 1
The load at the point is W, the tensile force of the tension spring 2 pulling the point A is F, the angle between the arm 1 and the horizontal line is θ, and the angle between the tension spring 2 and the horizontal line is α. The overturning moment 1-Ml due to gravity of the swing arm 1 defined in this way is given by equation (1).

M、=WR焦θ     ・・・・・・・・・(1)こ
れに対し、引張バネ2により発生するモーメントM2は
、 M2= p a cma     ・−−(2)である
。ここで引張バネ2の自由長をり、バネ定数をkとする
と、引張力Fは(3)式で与えられる。
M,=WR focus θ (1) On the other hand, the moment M2 generated by the tension spring 2 is as follows: M2=p a cma ·--(2). Here, if the free length of the tension spring 2 is calculated and the spring constant is k, then the tensile force F is given by equation (3).

F=k・(l−L )     ・・・・・・・・・(
3)ここで、実用的な値として、W=59(kyf)。
F=k・(l−L) ・・・・・・・・・(
3) Here, W=59 (kyf) as a practical value.

+t  1ooo(m)、に=t(kyf/m)、a−
200(mr )とすると、第2図に示すグラフが描け
る。横軸はアームの傾動角θで縦軸はモーメン) (k
g f −m )であり、実線は重力モーメントM1を
示し、点線は引張バネ2に基づくモーメントM2を示す
。なお、このグラフではθ−0” 、 90”でバラン
スするように予めバネ2の自由長りを設定している。
+t 1ooo(m), ni=t(kyf/m), a-
200 (mr), the graph shown in FIG. 2 can be drawn. The horizontal axis is the arm tilt angle θ and the vertical axis is the moment) (k
g f −m ), the solid line indicates the gravitational moment M1, and the dotted line indicates the moment M2 due to the tension spring 2. In this graph, the free length of the spring 2 is set in advance so as to be balanced at θ-0'' and 90''.

第2図中、斜線部がバランスされ得ない残量をあられす
が、このグラフかられかるように、最大16kgf、m
程度のアンバランスが残存する。
In Figure 2, the shaded area indicates the remaining amount that cannot be balanced, but as you can see from this graph, the maximum amount is 16 kgf, m
Some degree of imbalance remains.

このように、引張バネ2を用いる従来例では、揺動アー
ムlを近似的にバランスさせ得るものの、完全なバラン
スは不可能である。すなわち、第1図において、さらに
検討すれば、まず長さの関係において、 zcosα=Rcosθ     ・・・川・・・(4
)である。完全バランスの条件は、M、 −M2である
から、前記(1)式と(2)式とにエリ、Rcosθ(
W−a・7)−〇 ・・・・・・(5)(5)式におい
て、R\Q、008θはがならずしも0ではないので、
完全バランス条件としては、〜■−a  ・ −=0 
       10901119、(6)ここで、W、
aはいずれも定数であるから、すなわち、F ■lであ
ることが必要条件となる。
In this way, in the conventional example using the tension spring 2, although the swing arm l can be approximately balanced, perfect balance is not possible. That is, in Fig. 1, if we examine it further, we will first find that in terms of length, zcosα=Rcosθ...River...(4
). Since the conditions for perfect balance are M, -M2, Eri, Rcosθ(
W-a・7)-〇 ......(5) In formula (5), R\Q, 008θ are not 0, so
As a perfect balance condition, ~■-a ・-=0
10901119, (6) where W,
Since a is a constant, that is, it is a necessary condition that F l.

換言すれば、長さtに比例した引張力Fを付与しないか
ぎり、完全バランスが達成できない。しかし、引張バネ
2は、密着長さで引張力Fが0であり、1=0のときF
=Qを満たすことができない。
In other words, perfect balance cannot be achieved unless a tensile force F proportional to the length t is applied. However, in the tension spring 2, the tension force F is 0 at the close contact length, and when 1=0, F
= Q cannot be satisfied.

これが、従来例において揺動アームlを完全にバランス
できない理由である。
This is the reason why the swing arm l cannot be perfectly balanced in the conventional example.

揺動アームの重力モーメントを完全にバランスさせる方
式は、特に、動力源を切りロボットアームの先端を持ち
教示する、いわゆるダイレクトティーチングに要請され
る。すなわち、ロボットの多関節アームを人力によって
操作するには、移動方向に関係なく軽力で行なえること
が望ましいのは言う寸でもないが、一般のロボットアー
ムはそれ自体に相当の重量を有しているので、降下方向
には軽く昇揚方向には重たくなることは否めず、従って
人力ティーチング操作の際に円滑さを欠くことが問題と
なるとともに、サーボ制御時に無駄なトルクも必要とな
りさらには位置決め再現精度が低下することも問題であ
る。
A system that perfectly balances the gravitational moment of the swinging arm is particularly required for so-called direct teaching, which involves cutting off the power source and teaching by holding the tip of the robot arm. In other words, when manually operating a robot's multi-jointed arm, it is desirable to be able to do so with light force regardless of the direction of movement, but a typical robot arm itself has considerable weight. Therefore, it is undeniable that it is light in the descending direction and heavy in the ascending direction, which causes a problem of lack of smoothness during manual teaching operation, and also requires unnecessary torque during servo control. Another problem is that positioning reproducibility accuracy decreases.

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、揺動
アームの重量をアームの傾動位置に関係なく均衡させ得
る新規な重力バランス装置を提供することを基本的な目
的とし、この重力バランス装置を用いればロボットの多
関節アーム等のアームの重量をアーム傾動位置に関係な
く常にバランスさせることができ、ティーチング時の軽
動化を果し、さらにサーボ制御の再現精度向上にも資す
ることが可能な、特にロボット用アームに好適である。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its basic purpose is to provide a novel gravity balance device that can balance the weight of a swinging arm regardless of the tilting position of the arm. By using a balance device, the weight of a robot's multi-jointed arm or other arm can be constantly balanced regardless of the arm tilt position, reducing movement during teaching and further contributing to improving the reproducibility accuracy of servo control. It is particularly suitable for robot arms.

上記目的を達成するため、本発明の要旨とするところは
、垂直面内で揺動可能なアームの支点の鉛直上方もしく
は略々鉛直上方で距離aはなれた固定点と、前記アーム
上の任意の一点との間に係架して、アームの重力をバラ
ンスさせる重力バランス装置に圧縮バネを備え、この圧
縮バネのバネ定数kを、前記アーム上の点におけるアー
ム荷重Wを前記距離aで除した値に選ぶとともに、圧縮
バネの自由長を、予め定められる前記固定点と前記アー
ム上の点間の長さtとこの長さtをおいて係架したとき
の圧縮バネの長さtsとの和に選び、当該圧縮バネの撥
力による引張力を前記固定点とMiJ記アーム上の点間
の距離に比例するように構成したことである。
In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to provide a fixed point that is vertically above or approximately vertically above the fulcrum of an arm that can swing in a vertical plane and is separated by a distance a; A gravity balance device that is suspended between a point and balances the gravity of the arm is equipped with a compression spring, and the spring constant k of this compression spring is calculated by dividing the arm load W at the point on the arm by the distance a. In addition, the free length of the compression spring is determined by the length t between the predetermined fixed point and the point on the arm, and the length ts of the compression spring when suspended at this length t. The tensile force due to the repulsive force of the compression spring is configured to be proportional to the distance between the fixed point and a point on the MiJ arm.

以下、添付図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第3図は実施例の原理図である。8は、支点Bの捷わり
に揺動するアーム1の重力バランス装置である(以下、
これをバネユニットという)。バネユニット3の構造は
、第4図に示すように、油圧/リンダに類似する構造で
、筒状のケース81と、ケース31内に設ける圧縮バネ
82と、ケース31の一方端面を貫通して出没する可動
ロンド33と、ケース31の他方端面の外側に固定した
固定ロッド34とから構成される。前記圧縮バネ32は
、ケース31の一方端面を形成する蓋部31aと、可動
ロッド33の端部に形成されたつば状部88aとの間に
介装支持される。また、85は揺動支点Bの鉛直上方距
離aだけ離れた0点に対応する固定ロンドの取付部であ
り、36はアーム1上の点Aに対応する可動ロンドの取
付部である。
FIG. 3 is a diagram showing the principle of the embodiment. 8 is a gravity balance device for the arm 1 that swings in place of the fulcrum B (hereinafter referred to as
This is called a spring unit). As shown in FIG. 4, the structure of the spring unit 3 is similar to that of a hydraulic cylinder, and includes a cylindrical case 81, a compression spring 82 provided inside the case 31, and a compression spring 82 that penetrates one end surface of the case 31. It is composed of a movable rod 33 that appears and retracts, and a fixed rod 34 fixed to the outside of the other end surface of the case 31. The compression spring 32 is interposed and supported between a lid portion 31a forming one end surface of the case 31 and a flange-shaped portion 88a formed at the end of the movable rod 33. Further, 85 is a fixed rond attachment portion corresponding to a point 0 which is vertically above the swinging fulcrum B by a distance a, and 36 is a movable rond attachment portion corresponding to a point A on the arm 1.

この取付部85.86を、第3図で示すアーム1の初期
姿勢に対し、それぞれ0点、A点に取り付ける。この初
期姿勢における取付部85.86間の距離(=AC)は
tで、予め決められた値である。この距離tに対し、圧
縮バネの長さをt8に設定する。
The attachment portions 85 and 86 are attached to point 0 and point A, respectively, with respect to the initial posture of arm 1 shown in FIG. The distance (=AC) between the attachment parts 85 and 86 in this initial posture is t, which is a predetermined value. For this distance t, the length of the compression spring is set to t8.

この圧縮バネ32の定数について(決め方は後述する)
、バネ定数には、前述の理論式に基づいてk −W /
 aに選ぶ。一方、自由長りを、L=t+tsのように
選ぶ。第3図の原理図にエリ、このバネユニット3が完
全バランスを達成することを説明する。
Regarding the constant of this compression spring 32 (determining method will be described later)
, the spring constant is k −W / based on the above-mentioned theoretical formula.
Choose a. On the other hand, the free length is chosen as L=t+ts. The principle diagram of FIG. 3 explains how this spring unit 3 achieves perfect balance.

いま、アーム1が第3図の初期姿勢から反時計まわりに
回動し、AC間の距離がΔtだけ増加し、lxとなった
とする。圧縮バネはΔtsだけ縮み、バネ長さがtsx
 となる。重力バランス装置3がアーム上のA点を引っ
ばる引張力FXは、Fx−(L−t8X)・に = ((1+18)−(1s−Δt8’))−に=(1
+Δt8)・k    ・旧・・・・・(7)ところで
、ロンド88.84自体は剛質で伸縮しないから、 Δt8−Δt       ・・・・・・・・・(8)
これを(7)式に代入すると、 FX −(l十Δt)・k=/=X−にすなわち、 tX      a となり、完全バランス条件が充足される。換言すれば、
揺動アーム1は傾動位置θに関係なく、任意の位置でバ
ランスし、任意の位置での静止ならびに移動を行なわせ
るだめの外力をほとんど零とすることができる。
Now, assume that arm 1 rotates counterclockwise from the initial position shown in FIG. 3, and the distance between AC increases by Δt and becomes lx. The compression spring compresses by Δts, and the spring length becomes tsx
becomes. The tensile force FX exerted by the gravity balance device 3 on point A on the arm is Fx-(L-t8X)=((1+18)-(1s-Δt8'))-=(1
+Δt8)・k ・Old・・・・・・(7) By the way, Rondo 88.84 itself is rigid and does not expand or contract, so Δt8−Δt・・・・・・・・・(8)
When this is substituted into equation (7), FX - (l + Δt) · k = / = X -, that is, tX a , and the perfect balance condition is satisfied. In other words,
The swinging arm 1 can be balanced at any position regardless of the tilting position θ, and the external force required to make it stand still or move at any position can be reduced to almost zero.

このバネユニット3のより具体的な構造を第5図の要部
断面図で示す。
A more specific structure of this spring unit 3 is shown in a sectional view of a main part in FIG.

可動ロッド33は蓋部31aに形成した貫通孔87を通
され、該貫通孔37を形成する軸受38で支持される。
The movable rod 33 is passed through a through hole 87 formed in the lid portion 31a, and is supported by a bearing 38 that forms the through hole 37.

圧縮バネ32は蓋部81aの裏側の段部81bと、つば
状部88aの段部88bとの間に介装支持される。この
圧縮バネ82の巻胴を構成する筒状ケースatti、断
面矩形状に形成される。すなわち、4つの側面を形成す
る4つの側板を組みあげ、両端で蓋部81a 、81c
を嵌めあわせる。蓋部81a、81cを貫通するネジ棒
39(複数)に両側からナツトを螺合し、固定する。
The compression spring 32 is interposed and supported between a stepped portion 81b on the back side of the lid portion 81a and a stepped portion 88b of the collar portion 88a. The cylindrical case atti constituting the winding drum of this compression spring 82 is formed to have a rectangular cross section. That is, four side plates forming four sides are assembled, and lid parts 81a and 81c are attached at both ends.
Fit together. Nuts are screwed onto the threaded rods 39 (plurality) passing through the lids 81a and 81c from both sides and fixed.

一方、蓋部81Cには、取付部35を設けた固定ロッド
34を螺合し、押えナツトで固定する。そして、可動ロ
ッド38の先端部に取付部36を螺合し押えナツトで固
定する。それぞれの取付部35゜36には、被取付部の
軸部を迎え入れる軸孔40゜41が形成されており、鍔
付ブツシュ40a、41aを嵌着している。なお、88
aは軸受38のブツシュである。また、この具体例は筒
状ケース31を断面矩形状のものとしたが、円筒状のも
のでもよい。
On the other hand, the fixing rod 34 provided with the attachment part 35 is screwed into the lid part 81C and fixed with a presser nut. Then, the mounting portion 36 is screwed onto the tip of the movable rod 38 and fixed with a holding nut. Shaft holes 40.degree. and 41 are formed in each of the mounting portions 35.degree. and 36 to receive the shaft portion of the mounted portion, and flanged bushings 40a and 41a are fitted therein. In addition, 88
a is a bush of the bearing 38; Further, in this specific example, the cylindrical case 31 has a rectangular cross section, but it may have a cylindrical shape.

バネユニット3の設計にあたり、種々のアームに工って
仕様を変える必要があC)、圧縮バネ32の各定紐は次
のようにして求める。■バネ定数りを:+i4A/+4
 : 6’l tlL”+1m!tFII ’14 ’
C水めらJL、Vl’lll&−は取付構造によって予
め与えられる。k = W / a(k、y/am)で
ある。また、バネユニット3の取付長さlはアームによ
って決められる。tの最小値(θ=90°)とアームの
可動範囲θにより決まるtの最大値との間に設定する。
When designing the spring unit 3, it is necessary to modify the specifications by modifying various arms (C), and each constant string of the compression spring 32 is determined as follows. ■Spring constant: +i4A/+4
: 6'l tlL"+1m!tFII '14'
C water gap JL, Vl'llll&- is given in advance by the mounting structure. k = W/a (k, y/am). Further, the mounting length l of the spring unit 3 is determined by the arm. It is set between the minimum value of t (θ=90°) and the maximum value of t determined by the movable range θ of the arm.

■バネ定数kからバネ寸法である素線径d(w)、巻径
D(a+)。
■From the spring constant k, the spring dimensions are the strand diameter d(w) and the winding diameter D(a+).

巻数N(回)を求める:ただし、d、D、Nは一つのk
に対して一義的に定まらないので、設計上の適当な値を
選択する。■バネの密着長さを求める:バネ取付長さt
8は密着長さより大きくとらねばならないからである。
Find the number of turns N (turns): where d, D, and N are one k
Since it cannot be determined uniquely, an appropriate value should be selected based on the design. ■Determine the spring contact length: Spring installation length t
This is because 8 must be larger than the contact length.

■バネ自由長りを求める:L=t+tsで返り、構造上
(を十/−8)は常時一定の長さとなる。
■ Find the free length of the spring: Return L = t + ts, and structurally (10/-8) is always a constant length.

次に、バネユニット3の整調について説明する。Next, adjustment of the spring unit 3 will be explained.

上述のようなバネユニット8を実際に製作した場合には
、各部材の製作誤差にエリ、理論どおりに−ゆくとはか
ぎらない。すなわち、取付長さtおよび支+5、とバネ
ユニット取付位置間距離aについては、機械加工である
のでその誤差は0.1%にも満たない。荷重Wについて
は、機械加工品であればほとんど誤差を生じないが、劉
物で鋳肌の壕まで用いるとすれば数%程度の誤差を見込
む必要がある。また引張力Fに関し、まず自由長しのバ
ラツキ、お↓び巻径り、素線径dのバラツキによるノ(
ネ定数にのバラツキがある。これらはいずれも数%程度
を見込んでおく必要がある。
When the spring unit 8 as described above is actually manufactured, due to manufacturing errors of each member, it may not always work as planned. That is, since the mounting length t, the support +5, and the distance a between the spring unit mounting positions are machined, the error is less than 0.1%. Regarding the load W, if it is a machined product, there will be almost no error, but if a molded product is used with grooves in the cast surface, it is necessary to allow for an error of about several percent. Regarding the tensile force F, first of all, it is due to the variation in free length, the winding diameter, and the variation in wire diameter d (
There are variations in the constants. Each of these needs to be expected to be around several percent.

微調整の手段を8つ掲げる。Here are eight ways to make fine adjustments.

第1は、バネ長さt8の調整手段である。第6図に示す
ように、可動ロッド33の他方端にネジ部33Cを形成
し、このネジ部33Cにメネジを切ったつば状のバネ受
け88dを螺合する。バネ受け88dを回転させること
で、バネ長さtsを変えることができる。つまり、バネ
ユニット3の取付長さtを変えずにtsを変え、発生す
る引張力Fを調整するものである。
The first is a means for adjusting the spring length t8. As shown in FIG. 6, a threaded portion 33C is formed at the other end of the movable rod 33, and a female-threaded collar-shaped spring receiver 88d is screwed into this threaded portion 33C. By rotating the spring receiver 88d, the spring length ts can be changed. In other words, the generated tensile force F is adjusted by changing ts without changing the attachment length t of the spring unit 3.

第2は、距離aを調整してF/lすなわちバネ定数にの
バラツキを調整する手段である。第7図(a)はバネユ
ニット3の下部取付箇所の詳細図、同図(b)はその要
部断面図である。固定ロッド84は、フランジ51を設
けた軸部材52に回動自在に取り付けられ、フランジ5
1は固定台28aにネジ53(複数)にエリ固着されて
いる。このネジ53を通すフランジ51に穿設した穴を
縦に長い長穴54にする。この長穴54により、距離a
を調整することができる。好ましくは、固定台23aの
上端を逆り字状に曲成し、この部分に調整ネジ55を取
り付けて、前記フランジ51を固定台28aの上面をす
べらせるようにして調整するようにしてもよい。微小な
調整が可能となる利点がある。
The second method is to adjust the distance a to adjust the variation in F/l, that is, the spring constant. FIG. 7(a) is a detailed view of the lower part of the spring unit 3, and FIG. 7(b) is a sectional view of the main part thereof. The fixed rod 84 is rotatably attached to the shaft member 52 provided with the flange 51.
1 is firmly fixed to the fixing base 28a with screws 53 (plurality). A hole drilled in the flange 51 through which this screw 53 is passed is made into a vertically elongated hole 54. This elongated hole 54 allows the distance a
can be adjusted. Preferably, the upper end of the fixed base 23a may be bent in an inverted shape, and an adjustment screw 55 may be attached to this portion, and the flange 51 may be adjusted by sliding on the upper surface of the fixed base 28a. . This has the advantage of allowing minute adjustments.

通常、可動範囲は設定した距離aの数パーセントでよ(
a = 200 (1111)の場合には±5〜±10
(a)程度あれば十分である。
Normally, the range of motion is a few percent of the set distance a (
If a = 200 (1111), ±5 to ±10
Level (a) is sufficient.

第3は、バネ定数kを調整する手段である。第8図はそ
の要部断面図である。可動ロッド33の端部に、圧縮バ
ネ32の内側の形状に合致するメネジ部を形成した円柱
状部材56を設け、可動ロッド33を圧縮バネ32にネ
ジ込んだ構造とする。
The third is means for adjusting the spring constant k. FIG. 8 is a sectional view of the main part thereof. A cylindrical member 56 having a female thread that matches the shape of the inside of the compression spring 32 is provided at the end of the movable rod 33, so that the movable rod 33 is screwed into the compression spring 32.

可動ロッド33を図中矢印方向にまわすと、円柱状部材
56は図示の位置から左方へ移動する。ケーシング81
の蓋部81aとロッド端57との間における圧縮バネ3
2の巻数が減る。・くネ定数は巻数に反比例するので、
バネ定数には大きくなる。
When the movable rod 33 is turned in the direction of the arrow in the figure, the cylindrical member 56 moves to the left from the illustrated position. casing 81
The compression spring 3 between the lid portion 81a and the rod end 57
The number of turns of 2 is reduced.・Kune constant is inversely proportional to the number of turns, so
The spring constant becomes large.

もちろん、逆にまわせば、バネ定数kを小さくすること
ができる。以上の微調整は、所望によりlの手段又は2
以上の手段を組合せて用いるようにしてもよい。
Of course, by turning it in the opposite direction, the spring constant k can be made smaller. The above fine adjustments can be made by means of l or 2 as desired.
The above means may be used in combination.

以上述べたバネユニット3は多関節型ロボットの揺動ア
ームに好適な本のである。次に、具体的な適用例を挙げ
る。
The spring unit 3 described above is suitable for a swinging arm of an articulated robot. Next, a specific application example will be given.

第9図は第1の適用例の側面図であり、多関節型ロボッ
ト20は平行四辺形リンク機構を採用している。ロボッ
ト20を略述すると、22はボックス部、23は旋回ペ
ース、24は第1アーム、25は第2アーム、26は手
首部、27は上腕リンク、28は第1アーム用平行リン
ク、29は第2ア〜ム用平行リンクである。ロボット2
0の各軸にそれぞれ対応して駆動源としてのモータM力
;設けられ、たとえば、第1アーム用モータM2は、平
行リンク内のレバーを動かし、第1アーム用平行リンク
28を介して第1アーム24に直角に固定したレバーを
動かして、当該第1アーム24を駆動する。第2アーム
用モータM3は、モータM2とは反対側(紙面裏側に相
当)に設けられており、このモータM3は平行リンク中
のレバーを動かし、第2アーム用平行リンク29を介し
さらにもう一つの平行リンク内の上腕リンク27を動か
して、第2アーム25を駆動する。モータM4(この反
対側にモータM5がある)、モータM6は手首部26の
3軸に対応する。なお、図示しないモータM1は、旋回
ペース23に対応するものである。
FIG. 9 is a side view of the first application example, in which the articulated robot 20 employs a parallelogram link mechanism. To briefly describe the robot 20, 22 is a box part, 23 is a turning pace, 24 is a first arm, 25 is a second arm, 26 is a wrist part, 27 is an upper arm link, 28 is a parallel link for the first arm, and 29 is a This is a parallel link for the second arm. robot 2
For example, the first arm motor M2 moves the lever in the parallel link and moves the lever in the first arm via the first arm parallel link 28. A lever fixed at right angles to the arm 24 is moved to drive the first arm 24. The second arm motor M3 is provided on the opposite side of the motor M2 (corresponding to the back side of the paper), and this motor M3 moves the lever in the parallel link, and also moves the lever in the parallel link 29 to move the lever in the second arm parallel link 29. The second arm 25 is driven by moving the upper arm link 27 in the two parallel links. The motor M4 (with the motor M5 on the opposite side) and the motor M6 correspond to the three axes of the wrist portion 26. Note that the motor M1 (not shown) corresponds to the turning pace 23.

このようなロボットにおいて、第1適用例では、重力バ
ランス装置としてのバネユニット3を第1アーム24に
設ける。固定ロッド34の先端の取付部35を旋回ペー
ス23の上方に一体的に延設している固定台28aの上
端部に取り付け、可動ロンド33の先端の取付部36を
第1アーム24の上端部に取り付け、常時第1アーム2
4の上端部に引張力を与える。
In such a robot, in the first application example, a spring unit 3 as a gravity balance device is provided on the first arm 24. The mounting portion 35 at the tip of the fixed rod 34 is attached to the upper end of the fixed base 28a that integrally extends above the rotating pace 23, and the mounting portion 36 at the tip of the movable rod 33 is attached to the upper end of the first arm 24. attached to the 1st arm 2 at all times.
Apply tensile force to the upper end of 4.

第10図は第2適用例を示す側面図、第11図はその背
面図である。この工業用多関節型ロボット20では、バ
ネユニット8を、上腕リンク27に沿って設ける。すな
わち、第2アーム用平行リンク29を鉛直上方まで延設
した延設部29′にバネユニット3の固定ロッド34を
取り付け、第2アーム25と上腕リンク27の連結部に
バネユニット8の可動ロッド88を取り付ける。もちろ
ん、いずれの取付部85.86も回動自在に軸支されて
いる。鉛直線に沿う距離aは、モータM6の軸と固定ロ
ッド34の取付部85との間の距離である。
FIG. 10 is a side view showing the second application example, and FIG. 11 is a rear view thereof. In this industrial articulated robot 20, a spring unit 8 is provided along the upper arm link 27. That is, the fixed rod 34 of the spring unit 3 is attached to the extension part 29' where the parallel link 29 for the second arm extends vertically upward, and the movable rod of the spring unit 8 is attached to the connecting part between the second arm 25 and the upper arm link 27. Install 88. Of course, both mounting portions 85 and 86 are rotatably supported. The distance a along the vertical line is the distance between the axis of the motor M6 and the mounting portion 85 of the fixed rod 34.

このようにバネユニット3を取り付けると、上腕リンク
27の自重に基づくモーメント及び第1アーム24につ
いても、重力モーメントを相殺する効果がある。また、
バネユニット3の自重(Wl)自体が、第2アーム25
と第1アーム24との連結点を中心とした。第2アーム
25のカウンタバランスとして作用し、モーメントのバ
ランス上有利な副次的な効果も生じる。なお、第11図
で示すように、バネユニット3を左右対称に2個設ける
のが好ましい。バランス上の観点及び意匠上の効果のた
めである。もっとも、バネ定数には前に述べた計算値の
1/2とするのはもちろんである。
When the spring unit 3 is attached in this manner, there is an effect of offsetting the moment based on the own weight of the upper arm link 27 and the gravitational moment of the first arm 24 as well. Also,
The dead weight (Wl) of the spring unit 3 itself is the second arm 25
and the first arm 24. It acts as a counterbalance for the second arm 25, and also produces an advantageous secondary effect in terms of moment balance. Note that, as shown in FIG. 11, it is preferable to provide two spring units 3 symmetrically. This is for the sake of balance and design effect. However, it goes without saying that the spring constant should be 1/2 of the previously calculated value.

また、バネユニット3を左右対称に設ける態様は、第1
適用例についても同様である。
Further, the aspect in which the spring units 3 are provided symmetrically is the first
The same applies to application examples.

さらに、変形例としては、このようなバネユニツ)8を
[1アーム24と上腕リンク27の双方に取り付けるよ
うにしてもよい。
Furthermore, as a modification, such a spring unit 8 may be attached to both the arm 24 and the upper arm link 27.

第12図は第8適用例の側面図である。この例では、バ
ネユニット3を2個(左右対称を考慮す  −ると4個
)用いる。第1アーム用バネユニツト3aと、第2アー
ム用バネユニツ)8bの2種である。
FIG. 12 is a side view of the eighth application example. In this example, two spring units 3 (four if left-right symmetry is considered) are used. There are two types: a first arm spring unit 3a and a second arm spring unit 8b.

第1アーム用バネユニツト3aについては第1適用例と
同様である。
The first arm spring unit 3a is the same as in the first application example.

第2アーム用バネユニツト3bは、固定ロッド34の取
付部85が三角プレート42の一端に回動自在に軸支さ
れ、可動ロンド33の取付部36は第2アーム25と手
首部26との連結部で回動自在に軸支される。三角プレ
ート42は、第1アーム24および固定台28aに一端
を軸支し第1アーム24と平行なリンク43によって支
持され、第1アーム24が回動しても傾動することがな
いようになっている。第2アーム25についての鉛直線
上の距離aは、三角プレート41における第2アーム用
バネユニツ)8bの取付部35と、第1アーム24と第
2アーム25の連結点との間の距離である。この2点は
、平行リンク機構にエリ、第2アーム25が回動しても
常に鉛直線上にあるように構成されている。
In the second arm spring unit 3b, a mounting portion 85 of the fixed rod 34 is rotatably supported on one end of the triangular plate 42, and a mounting portion 36 of the movable iron 33 is a connecting portion between the second arm 25 and the wrist portion 26. It is rotatably supported on the shaft. The triangular plate 42 has one end pivoted on the first arm 24 and the fixed base 28a, and is supported by a link 43 parallel to the first arm 24, so that it does not tilt even when the first arm 24 rotates. ing. The distance a on the vertical line about the second arm 25 is the distance between the attachment part 35 of the second arm spring unit 8b on the triangular plate 41 and the connection point of the first arm 24 and the second arm 25. These two points are configured so that they are always on the vertical line even if the second arm 25 rotates in the parallel link mechanism.

このようにバネユニット3を各アームに対し適用すると
、ダイレクトティーチング時の完全なバランスを達成す
ることができる。
By applying the spring unit 3 to each arm in this way, perfect balance can be achieved during direct teaching.

なお、上記実施例のバネユニット3は、可能な場合には
、アームの重心位置に取り付けるのが好ましい。
Note that the spring unit 3 of the above embodiment is preferably attached to the center of gravity of the arm, if possible.

また、アームの揺動支点に対し、バネユニット3の取付
部35を鉛直上方に位置させるのが最良であるけれども
、厳密に鉛直上方とする必要はなく、鉛直を外した略々
鉛直上方の位置であっても実用上支障はなく、目的は充
分達成できるものであ不。
Furthermore, although it is best to position the mounting part 35 of the spring unit 3 vertically above the swinging fulcrum of the arm, it is not necessary to position it strictly vertically above, but rather at a position approximately vertically above the pivot point of the arm. However, there is no problem in practical use, and the purpose can be fully achieved.

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、鉛直
方向に揺動するアームに与える引張力をバネユニットの
取付距離に比例するように定数を所定の値に選んだ圧縮
バネの撥力に基づくように構成したので、揺動アームを
その傾動位置に関係なくバランスさせることができる効
果がある。
As is clear from the above description, according to the present invention, the repulsive force of the compression spring whose constant is selected to a predetermined value so that the tensile force applied to the vertically swinging arm is proportional to the installation distance of the spring unit. Since the structure is based on the following, there is an effect that the swing arm can be balanced regardless of its tilting position.

また、このバネユニットを多関節型ロボットに適用する
と、ダイレクトティーチング操作を軽力かつ円滑に行う
ことができるとともに、サーボ制御時に無駄なトルクを
浪費することなくサーボ制御系の位置決め再現精度を向
上させることができる。
In addition, when this spring unit is applied to an articulated robot, direct teaching operations can be performed easily and smoothly, and the positioning repeatability accuracy of the servo control system can be improved without wasting unnecessary torque during servo control. be able to.

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

第1図は引張バネを用いる従来例の原理図、第2図はモ
ーメントの残量を説明するためのグラフ、第8図は本発
明の実施例の原理図、第4図は本発明の一実施例の基本
構成図、第5図は具体的な構成図、第6図はバネ長t8
を調整する手段の説明図、第7図(al 、 (b)は
バネユニットの取付長さtの調整手段の説明図、第8図
はバネ定数にの調整手段の説明図、第9図は本発明の実
施例を多関節型ロボットに適用した適用例の側面図、第
1θ図は他の適用例の側面図、第11は第10図の背面
図、第12図はその他の適用例の側面図である。 l・・・アーム、 8・・・バネユニット、 82・・
・圧縮バネ、  8B・・・可動ロッド、  34・・
・固定ロッド、 W・・・A点におけるアーム荷重、 
 a・・・揺動支点Bと取付点Cとの距離、 t・・・
バネユニットの取付長さ、 7g・・・圧縮バネの長さ
。 特 許 出 願 人 株式会社神戸製鋼所代 理 人 
弁理士 青山 葆 ばか2名第1図 第2図 第3図 第4図 ) 第10図 9武 第11図 手続補正書動式) 昭和57年7月7日 昭和57年特許願第 43959     号2発明の
名称 揺動アームの重力バランス装置 3補正をする者 事件との関係 特許出願人 4代理人 7補正の内容′ 第20頁第8行目 「第11は」とあるを、「第11図は」と訂正します。 以  上 531
Fig. 1 is a principle diagram of a conventional example using a tension spring, Fig. 2 is a graph for explaining the remaining amount of moment, Fig. 8 is a principle diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a diagram of an embodiment of the present invention. The basic configuration diagram of the embodiment, FIG. 5 is a specific configuration diagram, and FIG. 6 is the spring length t8.
7(al), (b) are explanatory diagrams of the means for adjusting the mounting length t of the spring unit, FIG. 8 is an explanatory diagram of the means for adjusting the spring constant, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the means for adjusting the spring constant. A side view of an application example in which the embodiment of the present invention is applied to an articulated robot, Fig. 1θ is a side view of another application example, Fig. 11 is a rear view of Fig. 10, and Fig. 12 is a side view of another application example. It is a side view. 1... Arm, 8... Spring unit, 82...
・Compression spring, 8B...Movable rod, 34...
・Fixed rod, W...Arm load at point A,
a...Distance between swing fulcrum B and attachment point C, t...
Installation length of spring unit, 7g... Length of compression spring. Patent applicant: Agent of Kobe Steel, Ltd.
Patent Attorney Aoyama Ao Two idiots Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 10 Figure 9 Figure 11 Procedural amendment form) July 7, 1981 Patent Application No. 43959 2 Name of the invention Swinging arm gravity balance device 3 Relationship to the case of the person making the amendment Contents of the patent applicant 4 attorney 7 amendment' Page 20, line 8, ``No. 11'' was replaced with ``Fig. 11'' I am corrected. Above 531

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  垂直面内で揺動可能なアームの支点から鉛直
上方もしくは略々鉛直上方で距離aはなれた固定点と、
前記アーム上の任意の一点との間に係架して、前記アー
ムの重力をバランスさせる重力バランス装置において、 前記重力バランス装置は圧縮バネを備え、該圧縮バネの
バネ定数kを、前記アーム上の点におけるアーム荷重W
を前記距離aで除した値に選ぶとともに、該圧縮バネの
自由長を、予め決められる前記固定点と前記アーム上の
点間の長さtと、この長さtをおいて係架したときの圧
縮バネの長さtsとの和の値に選び、当該圧縮バネが付
与する引張力を前記固定点と前記アーム上の点間の距離
に比例するように構成したことを特徴とする揺動アーム
の重力バランス装置。
(1) A fixed point located vertically above or approximately vertically above a distance a from the fulcrum of the arm that can swing in a vertical plane;
A gravity balance device that is suspended between an arbitrary point on the arm and balances the gravity of the arm, wherein the gravity balance device includes a compression spring, and sets a spring constant k of the compression spring to a point on the arm. Arm load W at the point
is selected to be a value divided by the distance a, and the free length of the compression spring is a predetermined length t between the fixed point and a point on the arm, and when suspended at this length t. and the length ts of the compression spring, and the tensile force applied by the compression spring is configured to be proportional to the distance between the fixed point and a point on the arm. Arm gravity balance device.
(2)圧縮バネは、固定点に対応する第1の取付部を備
える固定ロンドを固定した筒状ケースの固定側内側端面
と、該筒状ケースの他端を貫通し。 −万端に前記アーム上の点に対応する第2の取付部を備
える可動ロッドの他方端に形成したつば状部との間に介
装されるものである特許請求の範囲第(1)項記載の揺
動アームの重力バランス装置。
(2) The compression spring passes through the fixed-side inner end surface of the cylindrical case to which the fixed iron having the first mounting portion corresponding to the fixed point is fixed, and the other end of the cylindrical case. - The movable rod is interposed between the movable rod and the flange-shaped portion formed at the other end, which is provided with a second attachment portion corresponding to a point on the arm. Swing arm gravity balance device.
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