JPS637915B2 - - Google Patents

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
節型ロボツト、特に、起立姿勢を中心に前後に回
動する回動範囲と上下に回動する回動範囲とにわ
たつて連続的に回動し得る前記関節アーム手段の
第一アームに対して効果的に作用するスプリング
バランサーを備えた関節型ロボツトを提供せんと
するものである。

この種のスプリングバランサー付き関節型ロボ
ツトとしては、特開昭56−119391号公報に開示さ
れたロボツトが知られている。この従来のロボツ
トでは、スプリングバランサーによつて牽引され
るワイヤを前記関節アーム手段の第一アームに直
結しているため、スプリングバランサー内のピス
トンのストロークを前記第一アームの上下回動範
囲に対応する長さとしても、第一アームが上下回
動範囲から前後回動範囲内に移つて回動するとき
の前記ワイヤの弛みを吸収するために、第二のス
プリングによつてワイヤ緊張方向に付勢された副
ピストンを内蔵する特殊なスプリングバランサー
を使用している。この結果、スプリングバランサ
ーの全長が長くなり、しかも構造が複雑でコスト
高になる欠点があつた。

本発明は上記のような従来の問題点を解決し得
るスプリングバランサー付きの関節型ロボツトを
提案するものである。

以下、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は据え付け基
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、旋回基台２に
対して水平軸心５の廻りで回動自在に内端を軸支
された第一アーム６と、この第一アーム６の外端
一側部に水平軸心７の廻りで回動自在に軸支され
た第二アーム８と、第二アーム８の外端一側部
（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アーム１０と
を備えており、前記手首アーム１０には、水平軸
心９に対して直角な軸心１１の廻りで自転する手
首本体１２が設けられている。尚、前記各水平軸
心５，７，９は互いに平行である。

第２図及び第３図に示すように前記旋回基台２
は、円筒状の据え付け基台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ている。
１４は旋回基台駆動用モーターであつて、据え付
け基台１内に垂直軸心３と同心状態に支持され、
その上向きの出力軸１４ａには歯車減速機１５
（ハーモニツク減速機等）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のベースプレート２ａに固定され
ている。１６は、据え付け基台１内に立設され且
つ前記モーター１４を内包するモーター支持用円
筒体であつて、この円筒体１６の上端に付設され
且つ前記歯車減速機１５を内包する円錐筒状部材
１７が、ブラケツト１８を介して前記モーター１
４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。

従つて、モーター１４の出力軸１４ａの回転
は、歯車減速機１５によつて減速された状態で旋
回基台２に伝達され、旋回基台２が据え付け基台
１に対して垂直軸心３の廻りで回転せしめられる
ことになる。

２０は第一アーム駆動用モーターであつて、前
記旋回基台２内のベースプレート２ａ上に、前記
垂直軸心３に接近した状態で据え付けられてい
る。このモーター２０の出力軸２０ａは、歯付き
ベルト車２１，２２及び歯付きベルト２３を介し
て歯車減速装置２４の中央入力軸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、その外側固定リング２４
ｂ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の一側部に固定されている。

従つて、モーター２０の出力軸２０ａの回転
は、歯付きベルト車２１，２２及び歯付きベルト
２３を介して歯車減速装置２４の中央入力軸２４
ａに伝達され、この装置２４によつて減速された
後、リング状出力回転体２４ｃより第一アーム６
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
首アーム駆動用モーターであつて、前記歯付きベ
ルト車２２をカバーするブラケツト２７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
機（ハーモニツク減速機等）２８及び回転軸２９
を介して無端チエン３０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２４
ａ内を貫通する状態で、第一アーム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
た中央軸受部３１と前記モーター支持用ブラケツ
ト２７とに両端を支承され、一端は前記歯車減速
機２８の出力回転体２８ａに結合されている。前
記無端チエン３０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図に示すように第二ア
ーム８の回動中心である水平軸心７と同心状態の
歯輪３３との間に掛張されている。この歯輪３３
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６側に突出する筒軸３４に回
転自在に支承されている。３５は第二アーム８の
一側部に張設された無端チエンであつて、歯輪３
６，３７間に掛張されている。前記歯輪３６は前
記歯輪３３と一体に形成され、前記歯輪３７は、
前記手首アーム１０に固着され且つ水平軸心９と
同心状態で第二アーム８の外端部に支承されてい
る筒軸３８に固定されている。

従つて、モーター２６の出力軸２６ａの回転
は、歯車減速機２８によつて減速された状態で、
回転軸２９、歯輪３２、無端チエン３０、歯輪３
３，３６、無端チエン３５、及び歯輪３７を経由
して筒軸３８に伝達され、手首アーム１０が第二
アーム８に対して水平軸心９の廻りで回転せしめ
られる。

第２図に於て、３９は手首本体駆動用モーター
であつて、その出力軸３９ａに連結された歯車減
速機（ハーモニツク減速機等）４０及び回転軸４
１を介して無端チエン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と前記中央軸受部３１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。前記モーター３
９と歯車減速機４０は、前記軸受部４３に固定さ
れたブラケツト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、中央軸受部３１と軸受部２５との間に遊嵌
する端部は、前記のように歯車減速装置２４を介
して回転軸２９に支承されているが、中央軸受部
３１と軸受部４３との間に遊嵌する側の端部は前
記回転軸４１に直接支承されている。前記無端チ
エン４２は第一アーム６の前記無端チエン３０の
ある側とは反対の側に張設され、前記回転軸４１
に固定の歯輪４５と、第４図及び第５図に示すよ
うに前記水平軸心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３
４内を貫通する状態で第一アーム６と第二アーム
８とにわたつて支承された回転軸４７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の前記無端チエン３５のある側とは反対の側に
張設された無端チエンであつて、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
記筒軸３８内に同心状に支承された回転軸５０の
一端に固定の歯輪５１との間に掛張されている。
前記回転軸５０は、前記手首本体１２の駆動軸５
２と傘歯車５３，５４を介して連動連結する。

従つて、モーター３９の出力軸３９ａの回転
は、歯車減速機４０によつて減速された状態で、
回転軸４１、歯輪４５、無端チエン４２、歯輪４
６、回転軸４７、歯輪４９、無端チエン４８、歯
輪５１、回転軸５０、及び傘歯車５３，５４を介
して手首本体駆動軸５２に伝達され、手首本体１
２が手首アーム１０に対して軸心１１の廻りで回
転せしめられることになる。

第３図に於て、５５は第二アーム駆動用モータ
ーであつて、第一アーム６が図示のように下動限
位置まで水平軸心５の廻りで回動したとき、水平
軸心５の略真上に位置するように、第一アーム６
の内端上側部に、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、第５図に示
すように歯車減速装置６０の中央入力軸６０ａ
と、歯付きベルト車６１，６２及び歯付きベルト
６３を介して連動連結している。前記歯車減速装
置６０は、その中央入力軸６０ａ内を前記水平軸
心７と同心状の回転軸４７が貫通する状態で第一
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、リング状
出力回転体６０ｃは第二アーム８側に固定の筒軸
３４の拡径筒部３４ａに固定されている。

従つて、モーター５５の出力軸５５ａの回転
は、歯付きベルト車５７，５８及び歯付きベルト
５９を介して中間回転軸５６に伝達され、更に歯
付きベルト車６１，６２及び歯付きベルト６３を
介して歯車減速装置６０の中央入力軸６０ａに伝
達され、当該装置６０によつて減速された後、そ
のリング状出力回転体６０ｃより筒軸３４に伝達
され、第二アーム８が第一アーム６に対して水平
軸心７の廻りで回転せ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
あつて、旋回基台２に略上下方向に固定されたシ
リンダー６５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
て下向きに付勢されたピストン６７と、このピス
トン６７から上向きに突設されたロツド６８と、
ピストン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とから構成されて
いる。７０は、第一アーム６の回転中心である水
平軸心５の廻りで回転自在な回転リングであつ
て、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せしめ
られている。この回転リング７０には、歯輪の一
部分を利用したチエンガイド７１が突設されてお
り、このチエンガイド７１の上端に一端を係止し
たチエン７２の他端を、このチエンガイド７１上
に該チエン７２を乗せた状態で前記スプリングバ
ランサー６４のロツド６８に係止させると共に、
前記回転リング７０に同心状に形成した長孔７３
内に、第２図に示すように第一アーム６の側面か
ら突設したピン７４を遊嵌している。そして、第
一アーム６が、垂直に起立する位置より約30゜後
方に倒れた上動限位置Ａから約60゜前方の中間位
置Ｂまで、略前後方向の回動範囲Ｒ１に於て回動
するときは、回転リング７０が仮想線で示すよう
に、チエンガイド７１の下端が旋回基台２上に当
接する戻り限に於て停止したままで、ピン７４が
長孔７３内をａ位置からｂ位置までの回動範囲ｒ
１で遊動し、第一アーム６が、前記中間位置Ｂか
ら略水平の下動限位置Ｃまで、略上下方向の回動
範囲Ｒ２に於て回動するときは、ピン７４が長孔
７３の上端に当接して、ｂ位置からｃ位置までの
回動範囲ｒ２に於て回転リング７０を図の時計方
向に回動させ、チエン７２、ロツド６８、及びピ
ストン６７を介して主コイルスプリング６６を圧
縮させるように構成されている。

従つて、第一アーム６が略前後方向の回動範囲
Ｒ１内を回動するときは、スプリングバランサー
６４は作用せず、第一アーム６が略上下方向の回
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てスプリングバラ
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、重力によつて第一アーム６に作
用する下向きの回転力を打ち消す方向に、即ち第
一アーム持ち上げ方向に作用し、この第一アーム
６を回動させるモーター２０に掛る負荷を軽減す
る。尚、第一アーム６が下動限位置Ｃに到達する
少し前から下動限位置Ｃに到達するまでの回動範
囲内にあるとき、即ち重力によつて第一アーム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だけでなく副コイ
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ツトによれ
ば、モーター１４によつて行わせる旋回基台２の
垂直軸心３廻りの旋回動作と、モーター２０によ
つて行わせる第一アーム６の水平軸心５廻りの回
転動作と、モーター５５によつて行わせる第二ア
ーム８の水平軸心７廻りの回転動作と、モーター
２６によつて行わせる手首アーム１０の水平軸心
９廻りの回転動作と、モーター３９によつて行わ
せる手首本体１２の軸心１１廻りの回転動作とを
適宜組み合せることにより、手首本体１２に取付
けられた各種ロボツ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て移動させ、当該
ロボツトハンドによる所期の作業を行わせること
が出来る。

以上の如く本発明の関節型ロボツトによれば、
重力によつて関節アーム手段に作用する下向きの
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、前記スプ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ち消すように働くこ
とになり、従つて第一アーム６を回動させるモー
ター２０に掛る負荷が軽減される。従つて、当該
モーター２０の小容量化を図り得ると共に制御も
容易になるのであるが、本発明の最大の特徴は次
の点にある。

即ち、本発明によれば、前記第一アームの回動
中心と同心状態に回転リングを設け、この回転リ
ングに一端を係止させたチエン等（実施例ではチ
エン７２を使用したが、ワイヤ等でも良い）をス
プリングバランサーの牽引ロツド（実施例ではロ
ツド６８）に連結して前記回転リングを第一アー
ム上動方向と同方向へ付勢せしめ、前記第一アー
ムには下動時に前記回転リングを押圧回転させる
プツシヤー（実施例では回転リング７０の長孔７
３に遊嵌するピン７４）を設けると共に、前記ス
プリングバランサーの付勢力により第一アームの
上動に伴つて同方向に回転する前記回転リングの
回転範囲を、前記第一アーム上下回動範囲の上限
位置に対応する位置までに規制（実施例ではチエ
ンガイド７１の一端が旋回基台２に当接すること
により規制）している。

このような本発明の構成によれば、従来のよう
に前記チエン等を第一アームに直結する場合と比
較して、スプリングバランサーとして極一般的な
シンプルな構造のものをそのまま活用することが
出来、特殊な構造のスプリングバランサーが不要
であるから安価に実施し得る。しかも第一アーム
が前後回動範囲内を回動しているときに前記チエ
ン等に弛みを生ぜしめる恐れもない。

更にスプリングバランサーの牽引ロツドのスト
ローク（ピストンのストローク）としては、第一
アームの上下回動範囲に相当する長さがあれば良
く、従来のようにチエン等の弛みを吸収するため
のストロークが不要であるから、ストロークバラ
ンサーの全長を極短く構成することが出来る。従
つて、実施例にも示したよう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
ボツトの基台部をコンパクトに構成し得る。

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コイ
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せ得る。

【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。 １……据え付け基台、２……旋回基台、３……
旋回中心となる垂直軸心、４……関節アーム手
段、５，７，９……回動中心となる水平軸心、６
……第一アーム、８……第二アーム、１０……手
首アーム、１２……手首本体、１４……旋回基台
駆動用モーター、１５，２８，４０……歯車減速
機（ハーモニツク減速機等）、２０……第一アー
ム駆動用モーター、２３，５９，６３……歯付き
ベルト、２４，６０……歯車減速装置、２４ａ，
６０ａ……中央入力軸、２４ｂ，６０ｂ……外側
固定リング、２４ｃ，６０ｃ……リング状出力回
転体、２５，４３……左右一対の軸受部、２６…
…手首アーム駆動用モーター、２９，４１，４
７，５０，５６……回転軸、３０，３５，４２，
４８……無端チエン、３１……中央軸受部、３４
……第二アームに固定の筒軸、３８……手首アー
ムに固定の筒軸、５２……手首本体駆動軸、５５
……第二アーム駆動用モーター、６４……スプリ
ングバランサー、６６……主コイルスプリング、
６７……ピストン、６９……副コイルスプリン
グ、７０……回転リング、７１……チエンガイ
ド、７２……チエン、７３……長孔、７４……第
一アームに固定のピン、Ｒ１……第一アームの前
後方向回動範囲、Ｒ２……第一アームの上下方向
回動範囲。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基台上に関節アーム手段を設けた関節型ロボ
   ツトに於いて、起立姿勢を中心に前後に回動する
   回動範囲と上下に回動する回動範囲とにわたつて
   連続的に回動し得る前記関節アーム手段に於ける
   第一アームの回動中心と同心状態に回転リングを
   設け、この回転リングに一端を係止させたチエン
   等をスプリングバランサーの牽引ロツドに連結し
   て前記回転リングを第一アーム上動方向と同方向
   へ付勢せしめ、前記第一アームには下動時に前記
   回転リングを押圧回転させるプツシヤーを設ける
   と共に、前記スプリングバランサーの付勢力によ
   り第一アームの上動に伴つて同方向に回転する前
   記回転リングの回転範囲を、前記第一アーム上下
   回動範囲の上限位置に対応する位置までに規制し
   て成るスプリングバランサーを備えた関節型ロボ
   ツト。