JPS60255383A - 空圧作動バランス装置付きロボツト - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロボットアームに上向きバランスモーメント
を付与する空圧作動アクチュエーターを備えた産業用ロ
ボットに関するものである。

（従来の技術） 前記のように空圧作動アクチュエーターによってロボッ
トアームを上向きに付勢することにより、当該ロボット
アームに重力モーメントに対抗するバランスモーメント
を付与するように構成したバランス装置は、本出願人に
よって既に提案されているが、この従来のバランス装置
は、ロボットアームの揺動角度に応じて前記アクチュエ
ーターに供給する空圧を二段階に切り換え、ロボットア
ームの揺動により連続的に変化する重力モーメントに対
して、大小二種類のバランスモーメントを使い分けるこ
とが出来る程度のものであった。

（発明が解決しようとする問題点） しかし前記のようにロボットアームの揺動によって重力
モーメントは連続的に変化するのであるから、従来のよ
うにバランスモーメントを二段階に切り換える程度では
、ロボットアームをして常に完全な平衡状態に維持する
ことは出来ない。従ってロボットアームを、空気の圧縮
性により元来高精度な運動制御が困難である空圧作動ア
クチェエータ−により駆動させる場合、前記のようにロ
ボットアームの平衡がとれていない状況では、一層運動
制御が困難となる。

本発明はこのような問題点を解決せんとするものである
。

（問題薫を解決するための手段） 即ち本発明の空圧作動バランス装置付きロボットは、ロ
ボットアームに上向きバランスモーメントを付与する空
圧作動アクチュエーターを設け、このアクチュエーター
に供給される空圧を、前記バランスモーメントが前記ロ
ボットアームの揺動に対応して変化する重力モーメント
と略平衡する大きさとなるように、前記ロボットアーム
の揺動に連動して連続的に変化させる自動圧力調整手段
を設けて成るものである。

（実施例） 次に本発明の好適な実施例を説明するが、まず空圧作動
ロボットの概要を第１図乃至第３図に基づいて説明する
。

第１図及び第２図に於いて、１は基台、２は当該基台１
上に垂直５軸心３の周りで回転可能に軸支された回転台
、４は当該回転台２と中間部材５とを連結する前後揺動
アーム、６は中間部材５と先端部材７とを連結する上下
緩動アームである。

前記前後揺動アーム４は前後一対の平行揺動リンク８ａ
、８ｂから成り、中間部材５を姿勢一定に保持した状態
で回転台２に対して前後方向に移動させるものである。

前記上下揺動アーム６は上下一対の平行揺動リンク９ａ
、９ｂから成り、先端部材７を姿勢一定にした状態で中
間部材５に対して上下方向に移動させるものである。ロ
ボットハンドは図示省略しているが、前記先端部材７に
適当なアクチュエーターを介して取り付けられる。１０
は基台１に対して回転台２を所定範囲内で回動させる空
圧作動アクチュエーターであって、基台１に取り付けら
れている。１１は回転台２に取り付けられた前後揺動ア
ーム駆動用空圧作動アクチュエーターであって、リンク
８ａを回転台２側の駆動軸１２を介して所定範囲内で揺
動させる。１３は中間部材５に取り付けられた上下揺動
アーム駆動用空圧作動アクチュエーターであって、リン
ク９ｂを中間部材５例の駆動軸１４を介して所定範囲内
で揺動させる。又、１５は上下揺動アーム６に対して作
用するバランサー用空圧作動アクチュエーターであって
、前記上下揺動アーム駆動用空圧作動アクチュエーター
１３のある側とは反対側で中間部材５に取り付けられて
おり、上下揺動アーム６のリンク９ｂを前記駆動軸１４
を介して上方へ付勢する。１６は回転台２の回動に連動
するパルスエンコーダーである。１７は前後揺動アーム
４の揺動に連動するパルスエンコーダーであって、前記
リンク駆動軸１２に連動連結されている。１８は上下揺
動アーム６の揺動に連動するパルスエンコーダーであっ
て、前記リンク駆動軸１４に連動連結されている。

上記の空圧作動ロボットによれば、各アクチュエーター
１０．１１．１３を空圧作動させ、基台１に対する回転
台２の回動、回転台２に対する前後揺動アーム４の前後
方向揺動、及び中間部材５に対する上下揺動アーム６の
上下方向揺動の組合せから成る所定の運動を先端部材７
に行わせることによって、当該先端部材７に適当なロボ
ットハンドを介して保持されるワークを予め設定されて
いる運動軌跡通りに移動させ、所期の作業を自動的に行
わせることが出来る。一方、前記バランサー用空圧作動
アクチュエーター１５には、上下揺動アーム乙に作用す
る重力モーメントに対応するように圧力調節された圧力
空気を供給し、上下揺動アーム６に上向きのバランスモ
ーメントを付与する。

次に第３０に基づいて前記アクチュエーター１３．１５
の制御系を説明する。図に於いて、１９．２０は電磁切
り換え弁、２１．２２は圧力調整弁、２３は逆止弁、２
４．２５は可変絞り弁、２６へ２８は消音器である。こ
の空圧制御系によれば、前記圧力調整弁２１によって調
整された空圧は、圧力調整弁２２によって調整された圧
力でバランサー用空圧作動アクチュエーター１５に供給
され、上下揺動アーム６に上向きのバランスモーメント
を付与する。このとき前記圧力調整弁２２は、後述のよ
うに上下揺動アーム６の揺動に連動して連続的且つ自動
的に圧力調整される。

一方、電磁切り換え弁１９．２０の内、上動側の電磁切
り換え弁２０のみをＯＮ（アクチュエーター１３へ空圧
を供給する状態）することにより、圧力調整弁２１によ
って一定圧に調整された空圧が電磁切り換え弁２０を経
由してアクチュエーター１３の正転駆動側ポートに供給
され、アクチュエーター１３が正転方向に回動して上下
揺動アーム６が上動することになる。アクチュエーター
１３からの排気は電磁切り換え弁１９及び絞り弁２４を
経由して消音器２６より排出される。電磁切り換え弁２
０に代えて下動側の電磁切り換え弁１９のみをＯＮした
場合には、圧力調整弁２１によって一定圧に調整された
空圧が電磁切り換え弁１９を経由してアクチュエーター
１３の逆転駆動側ポートに供給され、アクチュエータ−
１３が逆転方向に回動して上下揺動アーム６が下動し、
アクチュエーター１３からの排気は電磁切り換え弁２０
及び絞り弁２５を経由して消音器２７より排出される。

上記のように上動又は下動させる上下揺動アーム６が目
標停止位置に到達すれば、電磁切り換え弁１９．２０を
両方共ＯＮ状態としてアクチュエーター１３の両ポート
に同一圧力の空圧を供給することにより、上下揺動アー
ム６を目標停止位置で位置決めした状態で、この上下揺
動アーム６を中間部材５に対して揺動不能にロックする
ブレーキ手段（図示省略）を作動せしめ、上下揺動アー
ム６を設定位置に固定する。

他のアクチュエーター、即ち回転台駆動用空圧作動アク
チュエーター１０や前後揺動アーム駆動用空圧作動アク
チュエーター１１も上記アクチュエーター１３と同様の
制御系によって同様に空圧駆動され、目標位置に到達し
た回転台２及び前後揺動アーム４は前記のようにブレー
キ手段により固定される。

次に第４図乃至第６図に基づいて本発明実施例の要部を
説明する。

第４図に示すように上下揺動アーム６を完全に平衡状態
とするために必要な上向きのバランスモーメントＭ＋＋
は、当該アーム６の水平面に対する相対変位角θの正弦
に比例する。勿論、前記バランスモーメントＭ、は、上
下揺動アーム６に作用する垂直荷重Ｗ（ワーク重量及び
アーム等の自重）によって変化し、第４図Ｂは、最大重
量のワークがセントされたときのバランスモーメントＭ
Ｂの変化を実線で示し、ワーク重量ゼロ（アーム等の自
重のみ）の状態でのバランスモーメントＭＢの変化を破
線で示している。

第５図及び第６図は、上記のようなバランスモーメント
Ｍ１を得るための具体的手段を示し、前記バランサー用
空圧作動アクチュエーター１５に供給される空圧の圧力
調整を行う第３図の圧力調整弁２２を、前記上下揺動ア
ーム６に於けるリンク駆動軸１４に取り付けた一対のカ
ム２９．３０によって自動制御するようにしたものであ
る。

即ち、前記アクチュエーター１５に空圧を供給する主空
圧供給路３１に作用する主調圧弁３２は、出退自在な第
一カムフォロア−３３によって加Ｗ力が調整される圧縮
スプリング３４と、副室圧供給路３５から供給される空
圧とによって加圧され、前記副室圧供給路３５に作用す
る副調圧弁３６は、出退自在な第二カムフォロアー３７
によって加圧力が調整される圧縮スプリング３８と、補
助空圧供給路３９から供給される圧力一定の補助空圧と
によって加圧される。そして前記第一カムフォロア−３
３は前記カム２９に応動し、第二カムフォロアー３７は
前記カム３０に応動するように構成されている。

尚、前記副室圧供給路３５に供給される空圧は、取り扱
われるワークの重量に対応して図外の圧力調整手段によ
り手動で圧力調整され、前記主空圧供給路３１には圧力
一定の空圧が供給される。

又、上下揺動アーム６が水平状態のとき、即ち必要なバ
ランスモーメントＭｌｌが最大となるとき、第５図に示
すようにカム２９．３０がカムフォロアー３３．３７を
介してスプリング３４．３８を圧縮する量が最大となる
ように、カム２９．３０がリンク駆動軸１４に取り付け
られている。

上記の構成によれば、上下揺動アーム６が水平状態のと
き、主調圧弁３２及び副調圧弁３６に対するスプリング
３４．３８の押圧力が最大となり、副空圧供給路３５か
ら供給される主調圧弁加圧用空圧が最大となる。従って
主調圧弁３２に作用する押圧力の総和が最大、即ち主空
圧供給路３１に対する主調圧弁３２の設定圧力が最大と
なり、最大圧力の空圧がバランサー用空圧作動アクチュ
エーター１５に供給され、上下揺動アーム６に与えられ
る上向きのバランスモーメントＭｌ＋が最大となる。

そして上下揺動アーム６が上下に揺動せしめられると、
これに伴ってカム２９．３０が回転し、これら力上がカ
ムフォロアー３３．３７を介してスプリング３４．３８
を押圧する量が減少する。

従って主調圧弁３２及び副調圧弁３６に対する押圧力が
低下し、主空圧供給路３１に対する主調圧弁３２の設定
圧力が低下するので、バランサー用空圧作動アクチュエ
ーター１５に供給される空圧の圧力が低下し、上下揺動
アーム６に与えられる上向きのバランスモーメントＭ、
が減少する。

一方、取り扱われるワークの重量に比例して副空圧供給
路３５に供給される空圧が調整される結果、ワーク重量
が増大すると主調圧弁３２に対する押圧力が大きくなり
、この主調圧弁３２の設定圧力が高くなる。従ってバラ
ンサー用空圧作動アクチュエーター１５に供給される空
圧の圧力が高くなり、上下揺動アーム６に与えられる上
向きのバランスモーメントＭ、が増大する。

上記のようにして上下揺動アーム６に付与される上向き
のバランスモーメントＭおが、第４図Ｂに示すように水
平面に対する上下揺動アーム６の相対変位角θの正弦に
比例してサイン力・−ブ状に変化し、上下揺動アーム６
が如何なる角度にあっても重力モーメントに対し完全に
平衡する大きさとなるように、カム２９．３０を形成す
ると共に主空圧供給路３１及び補助空圧供給路３９に供
給する空圧を設定し、且つｇｌ）空圧供給路３５に供給
する空圧をワーク重量に応じて調整する。

即ち、主空圧供給路３１からバランサー用空圧作動アク
チュエーター１５に供給される空圧を、アーム等の自重
に対応する一定空圧分と、０〜最大の範囲で変化するワ
ーク重量に対応する可変空圧分とに分け、前者一定空圧
分を水平面に対する上下揺動アーム６の相対変位角θの
正弦に比例させて調整するために、主調圧弁３２に対す
るスプリング３４の押圧力を、カム２９及びカムフォロ
アー３３により調整し、後者可変空圧分を水平面に対す
る上下揺動アーム６の相対変位角θの正弦に比例させて
調整するために、副空圧供給路３５から供給される主調
圧弁加圧用空圧を、カム３０及びカムフォロアー３７に
よって設定圧力が調整される副調圧弁３６により調整し
ている。

（発明の作用及び効果） 以上のように実施し得る本発明の空圧作動ロボットによ
れば、空圧作動アクチュエーターによってロボットアー
ムに付与される上向きバランスモーメントが、前記アク
チュエーターに供給される空圧を前記ロボットアームの
揺動に連動して連続的に変化させる自動圧力Ｕ８整手段
（実施例では圧力調整弁２２及びこれを自動操作するカ
ム２９゜３つとカムフォロアー３３．３７から構成され
ている）によって、前記ロボットアームの揺動に対応し
て変化する重力モーメントと略平衡する大きさとなるよ
うに自動゛調整されるので、ロボットアームをして常に
重力モーメントと平衡せしめ、小さな駆動力で所期の運
動を行わせ得る。従って運動制御を大幅に改善すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は側面図、第２図は基台下部を省略した背面図、
第３図は上下揺動アームの空圧制御系を示す説明図、第
４図は上下揺動アームの揺動に伴うバランスモーメント
の変化を説明する図、第５図は自動圧力調整手段の縦断
側面図、第６図は動縦断正面図である。 １・・・基台、２・・・回転台、４・・・前後揺動アー
ム、５・・・中間部材、６・・・上下揺動アーム、７・
・・先端部材、１０．１１．１３・・・空圧作動アクチ
ュエーター、上下揺動アームのリンク駆動軸、１５・・
・バランサー用空圧作動アクチュエーター、１ｑ、２゜
・・・電磁切り換え弁、２Ｌ　２２・・・圧力調整弁、
２９．３０・・・カム、３１・・・主空圧供給路、３２
・・・主調圧弁、３３．３７・・・カムフォロアー、３
４．３８・・・圧縮スプリング、３５・・・副空圧供給
路、３６・・・副調圧弁、３９・・・補助空圧供給弁。 第４図 第６図　第ｄ図 Ｊ、）　Ｊ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボットアームに上向きバランスモーメントを付与する
   空圧作動アクチュエーターを設け、このアクチュエータ
   ーに供給される空圧を、前記バランスモーメントが前記
   ロボットアームの揺動に対応して変化する重力モーメン
   トと略平衡する矢きさとなるように、前記ロボットアー
   ムの揺動に連動して連続的に変化させる自動圧力調整手
   段を設けて成る空圧作動バランス装置付きロポ、トロ