JPS5937091A - スプリングバランサ−を備えた関節型ロボツト - 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、基台上に関節アーム手段を設けた関節型ロホ
ノ１、特に、起立姿勢を中心に前後に回すノする回動範
囲と上下に回動する回動範囲とにわたっ−（連Ｎｊｔ的
に回動し得る前記関節′ｒ−ム手段の第一アームに対し
゛ζ効果的にｆ＋Ｊｌ−Ｊるスプリングバラン１ノーを
備えた関節型ロホノ１を提供υんとするものである。

以Ｆ、本発明の一実施例を添付の例示図に基づいて説明
すると、第１図に於て、１は据え付は基台、２は垂直軸
心３の廻りに旋回する旋回基台、４は該旋回基台２上に
設けられた関節アーム手段である。この関節アーム手段
４は、旋回）み台２に対し′ζ水平軸心５の廻りで回動
自在に内端を軸支された第一・アーノ・６と、この第一
ブー１．６のり）端一側部に水平軸心７の廻りで回動自
在に軸支された第一アーム８と、第一アーム８の外端−
側部（前記第一・アーム６が位置する側）に水平軸心９
の廻りで回動自在に軸支された手首７−ノー１０とを備
えており、前記手位アーム１０には、水平軸心９に対し
”ζ直角な軸心１１の廻り”Ｃ自転する手４本体１２が
設けられている。尚、１）；１記各水平軸心５．７．９
は互いに平行である。

第２図及びＦＡ３図に示すように前記旋回基台２は、円
筒状の据え付は基台１の上端に外嵌した状態で軸受１３
により旋回可能に支持され−ζいる。

１４は旋回基台駆動用モーターであって、据え付は基台
１内に垂直軸心６と同心状態に支持され、その土向きの
出力軸１４ａには歯車減速機１５　（ハーモニック減速
機等）の入力軸１５ａが結合され、該歯車減速機１５の
上向き出力軸１５ｂが前記旋回基台２のヘースプレー１
２ａに固定されζいる。１６は、据え付は扶台１内に立
設され且つ■）；１記モーター１４を内包するモーター
支持用円筒体であって、この円筒体１６の上端に付設さ
れ且つＭｉｌ記歯車減速機１５を内包する円錐筒状部材
１７が、ブラケット１８を介して前記モーター１４を吊
り下げると共に前記歯車減速機１５の入出力軸１５ａ、
１５ｂを軸受１９により支承する。

従って、モーター１４の出力軸１４ａの回転は、歯車減
速機１５によって減速された状態で旋回基台２に伝達さ
れ、旋回基台２が据え付は基台１に対して垂直軸心６の
廻りで回転「しめられることになる。

２０は第一・アーム駆動用モーターであっ゛（、前記旋
回基台２内のベースプレー１２ａ土に、前記垂直軸心６
に接近した状態で据えｆ；Ｊけられ′Ｃいる。ごのモー
ター２０の出力軸２０ａは、歯付きベルト車２１．２２
及び歯付き−・ル１２５を介して歯車減速装Ｗｔ２４の
中央人力軸２４ａと連動連結されており、該歯車減速装
置２４は水平軸心５と同心状態に配置され、その外側固
定リノグ２４ｂが旋回基台２の上部に突設された軸受部
２５に支持されると共に、リング状出力回転体２４ｃが
第一アーム６の−・側部に固定されている。

従って、モーター２０の出力軸２０ａの回転は、歯付き
ベルト車２１．２２及び歯付きベル１２６を介し゛Ｃ歯
車減速装置２４の中央入力軸２４ａに伝達され、この装
置２４によって減速された後、リング状出力回転体２４
Ｃより第一゛ｒ−ムロに伝達され、この第一アーム６が
旋回基台２に対して水平軸心５の廻りで回転せしめられ
ることになる。

２６は、水平軸心５と同心状態に配置された手首アート
駆動用モーターであって、前記歯付きベルト車２２をカ
バーするブラケッ１２７を介して前記軸受部２５に支持
されている。このモーター２６は、その出力軸２６ａに
連結された歯車減速ｔａ（ハーモニック減速機等）２８
及び回転軸２９分介して無端チェノ６０を駆動する。前
記回転軸２９は、前記歯車減速装置２４の中央入力軸２
４ａ内を貫通ずる状態で、第一・アーノ、６の二股状内
端部間に位置するように旋回基台２上に突設された中実
軸受部３１と１）：１記モーター支持用ブラケソ１２７
とに両端を支承され、・端は前記歯車減速Ｂ３ｊ２８の
出力回転体２８ａに結合されている。前記無端チェノろ
０は前記第一アーム６の一側部に張設され、前記回転軸
２９の内端に固定された歯輪３２と、第４図及び第５図
に示すように第ニアーノ９８の回動中心である水平軸心
７と同心状態の歯輪′５３との間に掛張され′（いる。

ごの歯輪３５は、第二アーム８に水平軸心７と同心状態
に固定され且つ第一アーム口側に突出′する筒軸６４に
回転自在に支承されζいる。３５は第二アーム８の一側
部に張設された無端チェノであつ一ζ、歯輪６６．３７
間に掛張され′（いる。０：１記歯輪３６は的記山輪５
′りと一体に形成され、前記歯輪６７は、前記手泊′／
−ム１０に固着され］し〕水平軸心９と同心状態で第一
アーノ、８の外端部に支承されている筒袖！＋８に固定
され゛（いる。

従って、モーター２６の出力軸２６ａの回転は、歯車減
速機２８によっ゛ζ減速された状態で、回転軸２９、歯
輪６２、無端チェノ３０、歯輪３！１．３６、無端チェ
ノ３５、及び歯輪３７を経由して筒袖３８に伝達され、
手首アーム１０が第ニアーノ・８に対し゛ζ水平軸心９
の廻りで回転ｕしめられる。

第２図に於゛（，５９は手首本１体駆動用モーターであ
って、その出力軸５９ａに連結された歯車減速ｔａ　（
ハーモニック減速機等）４０及び回転軸４１を介して無
端ヂュン４２を駆動する。前記回転軸４１は第一・アー
ム６の回転中心である水平軸心５と同心状態で、前記旋
回基台２から上向きに突設された軸受部４３と前記中実
軸受部′５１とに両端が支承され、外端が前記歯車減速
機４０の出力回転体４０ａに結合されている。０：１記
モーター６９と歯車減速機４０は、前記軸受部４５に固
定されたブラケット４４に水平軸心５と同心状態で支持
されている。尚、第一アーム６の二股状内端部の内、中
実軸受部３１と軸受部２５との間に遊へする端部は、前
記のように歯車減速装置２４を介し′ζ回転軸２９に支
承されζいるか、中実軸受部３１と軸受部４５との間に
遊へする側の端部は前記回転軸４１に直接支承され゛（
いる。前記無端チェノ４２は第一・アーム６の６１１記
無端チエン６０のある側とζ−〔反対の側に張設され、
１）；Ｉ配回転軸４１に固定の歯輪４５と、第４図及び
第５図に示−４よ）にｎｉｌ記水平軸心７と同心状態の
歯輪４６との間に掛張されている。この歯輪４６は、前
記筒軸６４内を貫通ずる状態で第一γ−ｉ、　６と第ニ
アーノ・８とにわたっ−（支承された回転軸４１の第一
アーム側端部に固定されている。４８は、第二アーム８
の１１：１記無端チエン３５のある側とは反対の側に張
設された無端チェノであっ゛（、前記回転軸４７の第二
アーム側端部に固定された歯輪４９と、前記筒袖５８内
に同心状に支承された回転軸５０の一端に固定の歯輪５
１との間に掛張されている。

１）：Ｉ配回転軸５０は、前記手行本体１２の駆動軸５
２と傘歯車５３．５４を介して連動連結する。

従って、モーター６９の出力軸３９ａの回転は、歯車減
速！！３ｔ４０によって減速された状態０１回転軸４１
、歯輪４５、無端ヂエン４２、歯輪４６、回転軸４７、
歯輪４９、無端チェノ４８、歯輪５１、回転軸５０、及
び傘歯車５５．５４を介して手首本体駆動軸５２に伝達
され、弓“Ｍ′オ体１２が手首アーム１０に対し°ζ、
軸心１１のＡｌｌりで回転・υしめられるごとになる。

第３図に於−（，５５は第二アーム駆動用モーターであ
って、第一アーム６が図示のように上動限位置まで水平
軸心５の限りで回動したとき、水平軸心５の略真上に位
置するように、第一・アーム６の内端」−側部に、その
出力軸５５ａが水平軸心５と平行になる状態で据え付け
られている。このモーター５５の出力軸５５ａは、第一
・アーム６の中間位置に支承された中間回転軸５６と、
歯付きベルト車５７．５８及び歯付きベルト５９を介し
て連動連結し、前記中間回転軸５６は、ｆｆｉ　５図に
示すように歯車減速装置６０の中央入力ｌＩｂ　６０　
ａと、歯付きベルト車６１．６２及び歯付きヘルド６６
を介し゛（連動連結し゛（いる。０：１記歯車減速装置
６０は、その中央人力軸６０ａ内を前記水平軸心７と同
心状の回転軸４７が１′４通ずる状態で第一アーム６の
外端内部に支承され、その外側固定リング６０ｂは第一
アーム６に固定され１．リング状出力回転体６０　Ｃ，
は第二アーム８側に固定の筒軸６４の拡径ｆｉ９ｊ　ｎ
　３４　ａに固定されている。

従っ−（、モーター５５の出力軸５５ａの回転は、歯付
きベル１車５７．５８及び歯付きベルト５？を介し’Ｃ
中間回転軸５６に伝達され、更に歯付きベルト車６１．
６２及び歯付きベル１６３を介し゛（歯車減速装置６０
の中央人力軸６０ａに伝達され、カル装置６０によツ′
（減速された後、そのリング状出力回転体６０Ｃより筒
袖３４に伝達され、第二アーム８が第一・アーノ・６に
対しζ水平軸心７の廻りで回転−υ′しめられることに
なる。

第３図に於て、６４はスプリングバランサーであって、
ｈり回基台２に路上ト°方向に固定されたシリンダー６
５と、このシリンダー６５内に摺動可能に内装され且つ
主コイルスプリング６６によつ′Ｃ下向きに何勢された
ピストン６７と、このピストン６７から上向きに突設さ
れたロッド６８と、ピネ１ン６７の上昇行程の終盤に於
て圧縮作用を受ける副コイルスプリング６９とから構成
され゛（いる。７０は、第一アーム６０回転中心である
水平軸心５の廻りで回転自在な回転リングであつζ、第
２図に示すように歯車減速装置２４のリング状出力回転
体２４ｃ上に回転自在に遊嵌ｅ　Ｌめられている。ごの
回転リング７０には、歯輪の一部分を利用したチェノガ
イド７１が突設され−（よ３す、このチェノガイド７１
の」二端に一端を係止したチェノ７２の他端を、゛ごの
チェノガイド７１−１−に該ヂエン７２を乗仕た状態で
前記スプリングバランサー６４の口・ノ１゛６８に係止
さυると共に、０：１記回転リング７０に同心状に形成
した長孔７５内に、第２図に示すように第一アーム６の
側面から突設したビン７４を遊嵌している。そし−ζ、
第一・アーノ、６が、垂直に起立する位置より約３０°
扱方に倒れた上動限位置Ａから約６０°萌方の中間位置
Ｂまで、略ｎｉｌ後方向の回動範囲Ｒ１に於て回シＪす
るときは、回転リング７０か仮想線で示すように、チェ
ノガイ１゛７１の下端がｈｋ回基台２−（二に当接する
戻り１服にＷニーＣ停止卜シたままで、ピン７４が長孔
７ｉ５内をａ位置からｂ位置までの回動範囲ｒ１で遊動
し、第一アーム６が、ｊｉｉｌ記中間位置Ｂから略水平
の下動限位置Ｃまで、路上下方１１１の回動範囲Ｒ２に
於て回動するときは、ピン７４が長孔７５の」二輪に当
接して、ｂ位置からＣ位置までの回動範囲ｒ２に於゛（
回転リング７０を図の時計方向に回動さ仕、チェノ７２
、ロッド６８、及びビス１ン６７を介して主コイルスプ
リング６６を圧縮さＵるように構成され゛（いる。

（ｊＬっ−（、第一アーム６が略前後方向の回動範囲Ｒ
１内を回動するときは、スプリングバラン勺−６４は作
用ゼず、第一アーノ、６が略」二下方向の回動範囲Ｒ２
内を回動しているときのみ、中間位置Ｂから下方への回
転角に比例し“（スプリングバランサー６４の主コイル
スプリング６６が圧縮され、その反力が、重力によつ“
ζ第一アーム６に作用する下向きの回転力を打し消す方
向に、即ち第一アーム持ぢ上げ方向に作用し、この第一
アーム６を回動さ・Ｕるモーター２０に掛る負荷を軽減
する。尚、第一アーム６が下動眼位ｗＣに到達する少し
前から−Ｆｌ！ＪＩＩＩＩｌ！位置Ｃに到達するまでの
回動範囲内にあるとき、即ぢ重力によっ゛ζ第一・アー
ノ、６に作用する下向きの回転力が最大となる領域に於
ては、主コイルスプリング６６だけてなく副：１イルス
プリング６９も圧縮され、第一アーム６に作用する持ち
上げ力が増強される。

以上のように構成された関節型ロボットによれば、モー
ター１４によって行わｌるＪｋ回基台２の垂直軸心′５
４璽りの旋回動作と、モーター２０によっζ行わせる第
一・アーム６の水平軸心５！Ｍりの回転動作と、モータ
ー５５によって行わ・Ｕる第二アーム８の水平軸心７１
１りの回転動作と、モーター２６によっζ行わＵる手首
アーノ・１０の水平軸心９廻りの回転動作と、モーター
５９によって行わ・υる手相本体１２の軸心１１廻りの
回転動作とを適宜組み合仕るごとにより、手首本体１２
に取付′けられた各種ロボットハンドを任意の位置から
他の任意の位置へ任意の経路に於”（移動さＵ′、当該
ロボットハンドによる所期の作業を行わすることが出来
る。

本発明の関節型ロボットは以りのように実施し使用し得
るものであって、その７−人の特徴は、起立姿勢を中心
に１１後に回動する回動範囲Ｒ１と上−丁に回動する回
！１１範囲Ｒ２とにわたって連続的に回動し得る前記関
節アーム手段の第一・アーム６に、コノ第一−−ｆ　−
ムロ　カｆ＋１記上下１ｉｉＪ　ＩＪ＋範１［１］Ｒ２
内にあるときのみ該第−アーム６を上向きに付勢するス
プリングバランサーを連結した点にある。

このような本発明の構成によれば、重力によって関節ア
ーム手段に作用するＦ向きの回転力が大きくなる姿勢に
第一アーム６があるときには、１１：Ｉ記メブリングバ
ランサーの上向き付勢力が前記下向きの回転力を打ら消
すように働くことシこなり、従っ−（第一アーム６を回
動させるモーター２０＆こ掛る負伺が軽減される。従ツ
゛（、当該モーター２０の小容量化を図り得ると共に制
御も容易になる。しかも当５亥スプリングバランサーは
、第一　アーム６を下向きに回動さ仕ようとする重力に
よる回転力が小さいとき（換言すればバランサーが殆ど
不要な時期）には働かないので、スプリングの伸縮ス、
トロークが短くて済み、スプリングバランサーをコンバ
ク１に構成し得る。従っ“（、実施例にも示したよ・）
に当該スプリングバランサーを旋回基台２内に収めるこ
とが出来、ロボットの基台部を：Ｉンバク１に構成し得
る。

尚、スプリングバランサーは如何なる構成のものでも良
い。特に、実施例に示したように主フ・１ルスプリング
６６の圧縮行程終盤に作用する副コイルスプリング６９
を備えた２段スプリング式のスプリングバランサー６４
によれば、効果的なバランサー機能を発揮さゼ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体の斜視図、第２図は旋回基台周りの縦断正
面図、第３図はスプリングバランサー周りの縦断側面図
、第４図は関節アーム手段の側面図、第５図は同一・部
横断平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基台上に関節アーム手段を設けた関節型ロホッＩに於て
   、起立姿勢を中心に前後に回動′４る回動範囲と上下に
   回動する回動範囲どにわたって連続的に回動し得る前記
   関節アーノ、手段の第一アームに、この第一γ−ムが前
   記土Ｔ回動範囲内にあるときのみ該第−アームを、上向
   きに付勢するスプリングバラン１ノーを連結して成る関
   節型ロボット。