JPS58192788A - 関節形工業用ロボツトのバランス装置 - 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】 本発明は関節形工業用ロボットのアームの自重によシ発
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。

関節形工業用ロボッ□トの第１．第２アームの支軸には
それぞれアーム自重圧よるモーメントが発生し、アーム
の位置によシ、このモーメント量は変化し、サーボ機構
によるロボッ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っている。このためアーム自重に
よシ発生するモーメントを相殺するためのバランス装置
が必要となっている。

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ェイトを設ける
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ットの台、３は第ｌアームで、第
１水平支軸８によシ台２に回動可能に支見られている。

１１ｇ１アーム３の上端部には第２７−ム４が第２水平
支軸９により＠動可能に支えられておル、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２７−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
合うバランスウェイ）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
ンスウェイト３ｏが取付けられ九構成罠なっている。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
ロボットの場合、バランスウェイ）３０．４０は軽重量
のものでよいが、ロボットが大型になると、バランスウ
ェイ）３０．４０は大重量のものとなシ、特に、第１７
−ム３の自重によるモーメントは、第２７−ム４の全体
の重量が第１アーム３の先熾部の第２水平支軸９に加わ
るため大きな値となシ、従って第１７−ム３のバランス
ウェイト（資）は特に大形で大重量のものとなると共に
、バランスウェイトの回転半画も大きくなるので、ロボ
ッ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Ｋなされたものであ
って、その目的は自重により発生するモーメントが％に
大きくなシ、大形で大重量のバランスウェイトを必要と
するｊ１１アームに、バランスウェイトに＃えて使用す
る小盤で軽量のバランス装置を提供することにある。

以下図面によって本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の譲ｌ実施例を示す正面図、第３図は第
２図の厘−量線矢視断面図である。　＠２１第３図にお
いて、関節形工業用ロボツ）Ｏ台２は床に設置されたベ
ースｌ上Ｋ１１１回可能に支持されている。この台２に
は第１７−ム３が第１水平支軸８により回動可能に支持
され、トのｊｔＧ１アーム３の上端部にはｌＸ２アーム
４が＃Ｉ２水平支軸９によシ回動可能に支持されている
。この第２７−ム４の前端部には手首５が枢支され、所
ＳＯ作業装置が取付けられる。

第１７−４３の第１水平支軸８の下方位置には、第３水
平支軸美が配置され、この第３水平支軸美には第１アー
ム３の駆動手段６ｔ−構成するナツト６ａが形成され、
このナツト６１にはボールネジ６ｂが嘴合っている；こ
Ｏボールネジ６ｂの端部には台２に第４水平支軸１０に
よシ回動可能に支持されたモータ６Ｃが連結されている
。第２７−ム４のバランスウェイ）４０５１１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１
】には第２アーム４の駆動手段７を構成するナラ）７ａ
が形−ム３に１ｇ６水平支軸１２によｐ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２
１が軸支され、この動プーリ２１のｌ／ｃｌ水平支軸８
側の溝面にはワイヤ四が掛けられている。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」′（第４図参照）と第１水
平支軸８とを結ぶ線ｔにより区切られる２つの領域の一
方の台２０部分に、ワイヤ、ロープ、ベルト等の部材、
例えばワイヤｎの一端を固定するワイヤ止め３を設ける
。他方の台２の部分にはワイヤｎの他端を、台２に枢設
したガイドプーリβを介して連結したテンション発生装
置冴を設け、かつ動プーリ２１に掛けたワイヤこの広が
ヤ角αがσ以上、１８０°以下になるように動プーリ２
１　、ワイヤ止め邸、ガイドブーする及びテンション発
生装置冴が配置されている。

なお、ワイヤ止めδは第１アーム３に設けてもよい、テ
ンション発生装置冴は、本発明実施例の場合、張カ一定
のコイルバネバランサーを使用している。

ここで、勤プーリ２１．ガイドプーリツ、ワイヤ止め５
及びテンション発生装置スは第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、ａ１１アーム３の自重によるモーメントが零とな
る動プーリ位置ム′と第１水平支輪８とを結ぶ線ｔを中
心にワイヤ止め６とガイドプーリβ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６とガイドブーリムの３点は第１水平支軸８を頂点と
して、また動グーリ位置２１′とワイヤ止めδとガイド
プーリ２の３点も動グーリ位置２１’を頂点とし九二等
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１由は第４図における第１ア
ーム３０角度θがグ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υ、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％施例において
第１アーム３の駆動は駆動手段６によって次の即く行わ
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水平支軸加に設けられ、このボールネジ６
ｔ１に噛合されたナラ）６１Ｌを直線運動させることに
よって第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２７−ム４の駆動も同様に駆動手
段７によって行われる。手前５の駆動は他の駆動手段に
よって行われる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ｙｓ部の第２水平支軸９に加わっている
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）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とすると左回シのモーメントと
なシ、そのモーメントの大きさは正弦波状に変化する。

この九め理懇的なバランス装置としては第１アームの傾
き角度θによシ第１水平支軸８ｔ−中心とする右回９の
正弦波状のモーメントが生じるようにすれば嵐い。

本発明は動プーリ２１とガイドプーリｎ及びワイヤ止め
乙へのワイヤρの広かや角度αを０６〜１８０６、第１
実施例では約９０１′　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、つま駆動プーリ２１が２１’の位置に位置してい
る時は、ワイヤη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
ｎ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
乙の広がり角度αがｄと小さくなシ、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ＫＭＩ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
される右回動Ｘ−メントは犬きくなる。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
、ガイドブーリム、ワイヤ止めｊ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、動グーＩＪ　２１の実線位置の時と逆
のモーメントの関係が成シ立つ。

具体的な計算例として第６図にｔｓｌアームの自重によ
るモーメントと第１アームの角度−との関係を示す、な
お、第６図では広がル角度ｅ−Ｉｏ＠〜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ｓ４図において広が
シ角度αが０＠ｏ配置例、すなわち、ガイドプーリβが
２３／の位置に、ワイヤ止め２５が２５／の位置に、テ
ンション発生装置ムが詞′の位置に配置され圧倒でのバ
ランスモーメントを示し、各モーメントの値はＩミ３５
°にて一致させ九相対値を基に図示している。

計算条件としてはテンクｅｉｓ’発生装置冴の張力は一
定とし％Ｊ１１水平支軸８と動グーリム間の距離を３５
０ｓｍｖｌ角度αｔ−９０°、ガイドブーリムとワイヤ
止め５間の距離を１１４■とし、第１水平支軸８とガイ
ドプーリル間の距離と、第１水平支軸８とワイヤ止め６
間の距離を等しくシ、各プーリの直径を０１として算出
した。ま九ｄの位置にあるガイドプーリ及び６′の位置
にあるワイヤ止めはガイドブーＩＪ　Ｚ３とワイヤ止め
乙の実線位置を結ぶ直線上の中点（であるものとじ九。

第６図によシ本発明第１夷１例の曲１１！Ｂｒｉ埋−僅
の曲線ム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＠　’ａｌｓ　Ｃは角度αが約０６の
ためバランス性能は曲４ＩＢより愚くなっている。また
、角度αを１８０＠にするとＤの曲線となる。この曲＠
Ｄにおける条件はガイドプーリ」とワイヤ止め６間の距
離を７００１、角度αを１８０°とし、他の条件は曲線
Ｂと同じにした１直であシ、バランス性能は曲線Ｂよシ
悪くなっている。

まるもので、Ｂの曲線のごとくワイヤ広がｐ角度αが９
０°に限定されるものでなく、００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ｔ−２１ａ、２１ｂの２列
にし、定プーリ（７）を追加し、ワイヤ止めδをガイド
ブーするの近くに配置し、ワイヤ四を矢印のごとく動プ
ーリ２１ｂ１定プーリ刃、動プーリ２１！Ｌ。

ガイドプーリ乙の願に掛けてワイヤ４０両趨をワイヤ止
め６とテンション発生装置、ＭＫ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本になシ、同じ荷歓容量のテンション発生袋［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δを動プーリ２１　ｂに固定し、ワ
イヤ２２ヲ動プーリ２１ｂ上のワイヤ止めδより定プー
リ美、動プーリ２１ａ１ガイドグーリムの願に掛けてテ
ンシ舊ン発生装置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。ｔ
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ｎ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、■、
ロボットの第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ェイト
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
ョン発生装置の容量が小さくて艮い、■、ワイヤ等の部
材が広が多角度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シ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図の臘一層線矢視
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区はロボットのｆｉ
ｌｌアームの自重及びバランスさせるための本発明によ
り発生する各そ一メントと第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、加・・・・・・・・・第３水平支軸、２１　、２
１　＆　、　２１　ｔ）・・・・・・・・・動プーリ、
ｎ・・・・・・・・・ワイヤ、ｎ・・・・・・・・・ガ
イドプーリ、屓・・・・・・・・・テンション発生装置
、５・・・・・・・・・ワイヤ止め、関・・・・・・・
・・定プーリ、ｔ・・・・・・・・・動プＩＪの位置２
１′と第１水平支軸８とを結ぶ線。 昇１（２） 答９國

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 関節形工業用ロボットの台上に第１水平支軸によ）回動
   可能に支持した第１アームと、この第１アームの上層部
   に第２水平支軸によシ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ットに訃いて、第１アームに
   動プーリを第３水平支軸によシ回転自在に支持し、この
   動プーリの第１水平支軸側の＃Ｉ＃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
   によシ区切られる２つの頭載の一方の台の部分または第
   １アームの部分に１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ョン発生装置ｒ設け、かつ、動プー
   リに掛けたワイヤ等の部材の広がシ角が０°以上、１８
   ０＠以下になるように動プーリ、止め及びテンション発
   生装置を配置して構成した関節形工業用ロボットのバラ
   ンス装置。