KR960008259B1

KR960008259B1 - 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서

Info

Publication number: KR960008259B1
Application number: KR1019930017507A
Authority: KR
Inventors: 히사요시 세키구치; 다카아키 니시무라
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤; 기타오카 다카시
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1996-06-21
Also published as: KR940006726A

Abstract

내용 없음.

Description

로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서

제1도는 이 발명에 관한 중력 밸런서의 상치(床置)설치시에 구성 및 그 동작을 표시하는 설명도.

제2도는 제1도에 표시한 중력 밸런서의 상치 설치시의 중력토크 및 스프링에 의한 보상토크를 표시하는 그래프.

제3도는 이 발명에 관한 중력 맬런서의 현가식 설치시의 구성 및 그 동작을 표시하는 설명도.

제4도는 제3도에 표시한 중력 밸런서의 현가식 설치시의 중력토크 및 스프링에 의한 보상토크를 표시하는 그래프.

제5도는 이 발명에 관한 중력 밸런서에서 이동지지단(端)의 위치를 변경시키기 위한 구성을 표시하는 설명도.

제6도는 이 발명에 관한 중력 밸런서의 다른 구성예를 표시하는 설명도.

제7도는 이 발명에 관한 중력 밸런서에서의 스프링 부착길이 조정기구를 표시하는 설명도.

제8도는 이 발명에 관한 중력 밸런서의 다른 구성예를 표시하는 설명도.

제9도는 종래의 중력 밸런서의 구성 및 그 동작을 표시하는 설명도.

제10도는 제9도에 표시한 중력 밸런서의 상치 설치시 및 현가식 설치시에서의 중력토크 및 스프링에 의한 보상토크를 표시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정링크 2 : 회전링크

3 : 회전관절 4 : 코일스프링

5 : 이동지지단(端) 6 : 고정지지단(端)

7 : 중력가속도의 방향 10 : 코일스프링의 부착길이 조정기구

14 : 베이스부 15 : 베이스부 커버

이 발명은 로봇등의 중력토크를 받는 장치에 사용하는 중력토크 보상용의 중력 밸런서의 구조에 관한 것이다.

제9도는 예를들어 일본국 특공소 63-36914호 공보중에 개시되고 있는 종래의 중력 밸런서의 구조 및 그 동작 설명도이다.

도면에서, 1은 고정링크, 2는 회전링크, 3은 회전관절, 4는 인장코일스프링, 5는 이동지지단(端), 6은 고정지지단, 7a, 7b는 중력가속도의 방향, 8은 베이스부착부(바닥, 천정등)이다.

종래의 중력 밸런서는 상기와 같이 구성되고, 회전링크(2)의 자세에 의해 이동지지단(5)과 고정지지단(6)과의 거리(L)가 변화하기 때문에, 이동지지단(5)과 고정지지단(6)과의 사이의 인장코일스프링(4)의 복원력에 의해, 회전관절(3)을 구동하는 액추에이터(도시않음)에 걸리는 중력토크를 보상하는 구성으로 되어 있다.

이와같은 중력 밸런서는 중력토크를 보상함으로써 액추에이터의 용량을 작게하고, 소형/경량화 그리고 저 코스트화등을 위해 사용되는 것이다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

이하, 회전관절(3)의 중심회전의 토크에서, 반시계 회전을 정(正)으로 한다.

인장코일스프링(4)의 자유길이를 L_N, 스프링 정수를 K, 초기장력을 F로 하면, 스피링(4)에 의한 보상토크 Tc는 하기의 수 1에 의해 구해진다.

Tc= {K(L-L_N)+F}·1·r·Sinθ/L

L²=1²+r²-2·1·r·Cosθ

스프링(4)에 의한 보상토크 Tc의 예를 제10도에 표시한다.

또, 제9도에서 중력가속도의 방향(7a)이 상치 설치의 경우의 중력토크의 예도 제10도에 표시한다.

상치 설치의 경우는 상기 스프링(4)의 보상토크에 의해, 중력토크가 상당히 경감되고, 회전관절(3)을 구동하는 액추에이터에 걸리는 중력토크와 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc의 합이, 스프링(4)가 없을때의 중력토크에 비해 충분히 작고, 중력 밸런서가 효과적으로 작용하고 있다.

기타, 이 발명에 관련된 참고 기술문현으로는 일본국, 특재소 55-35735호 공보에 개시되어 있는 「중력밸런스장치」, 특개소 63-221991호 공보에 개시되어 있는 「밸런스용 스프링장치」, 특개평 4-19092호 공보에 개시되어 있는 「중력 밸런스장치」가 있다.

상기와 같은 종래의 중력 밸런서는 상치 장치의 경우는 기능을 하나, 다른 설치자세(예를들면, 매달아 설치)의 경우는 중력 밸런서가 가능하지 않는다는 문제점이 있었다.

이하, 상기 제9도 및 제10도를 사용해서 설명한다.

제9도에서 중력가속도의 방향(7b)의 현가식 설치의 중력토크는 제10도에 표시하는 바와같이, 상치 설치의 경우의 중력토크의 부호를 변경시킨 것이 된다.

이 경우의 회전관절(3)을 구동하는 액추에이터에 절리는 중력토크와 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc와의 합의 절대치는 스프링(4)이 없을때의 중력토크의 절대치에 비해 상당히 크고, 중력 밸런서로서 기능하지 않는 것을 알 수 있다.

또, 상기 종래의 중력 밸런서는 안전상 혹은 외부와의 간섭방지를 위해 스프링부를 외부로 노출 안되게 하기 위해 전용의 커버가 필요하게 되고, 그 커버는 이동지지단(5)과, 고정지지단(6)과의 거리 L의 변화에 따라 길이가 변하는 복잡한 구조로 할 필요가 있고, 그 구조에 기인해서 장치의 코스트가 상승한다는 문제점도 있었다.

이 발명은 이런 문제를 해결하기 위해 하게 된 것으로, 다양한 설치자세에 간단히 대응해서 중력 밸런서를 효과적으로 작용시키는 동시에 전용의 커버를 필요로 하지 않고, 안전성을 확보할 수 있고, 값싸게 구성할 수 있는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

이 발명에 관한 중력 밸런서는, 고정링크와 회전링크를 연결하는 회전관절을 구동해서, 상기 회전링크를 회동시키는 액추에이터가 상기 회전링크의 자세에 의해 중력토크를 받을때, 상기 회전관절로부터 일정한 거리를 두고, 상기 회전링크상에 코일스프링의 일단을 회동 가능하게 지지(이동지지단)하는 동시에, 상기 회전관절로부터 일정한 거리를 두고, 상기 고정링크상에 상기 코일스프링의 타단을 회동 가능하게 지지(고정지지단)한 상기 코일스프링을 사용해서 상기 회전관절 구동을 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서에서, 상기 이동지지단, 고정지지단의 부착위치중 어느 한쪽 또는 양쪽을 가변케 하는 것이다.

또, 상기 이동지지단과 고정지지단 사이에 설치하는 상기 코일스프링의 부착 길이를 조정하는 조정수단을 설치한 것이다.

또, 고정링크와 회전링크를 연결하는 회전관절을 구동해서 상기 회전링크를 회동시키는 액추에이터가, 상기 회전링크의 자세에 의해 중력토크를 받을때, 상기 회전관절로부터 일정거리를 두고 상기 회전링크상에 코일스프링의 일단을 회동 가능하게 지지(이동지지단)하는 동시에, 상기 회전관절로부터 일정한 거리를 두고, 상기 고정링크상에 상기 코일스프링의 타단을 회동 가능하게 지지(고정지지단)한 상기 코일스프링을 사용해서 상기 회전관절 구동을 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하는 로보트의 증력토크 보상용 중력 밸런서에서, 베이스부에 상기 고정지지단을 배치하는 동시에, 상기 이동지지단을 상기 회전관절 부근에 설치하고, 상기 베이스부의 커버에 의해 중력 밸런서를 덮는 것이다.

이 발명에 의한 중력 밸런서는 상치나 현가식등의 설치 자세에 따라, 이동지지단이나 고정지지단의 위치를 변경시킴으로써 회전링크의 자세에 대한 중력 밸런서의 특성을 조절한다.

또, 코일스프링의 부착 길이의 조절기구에 의해, 코일스프링의 복원력의 크기를 필요에 따라 조절한다.

또, 베이스부에 고정지지단을 배치하는 동시에, 이동지지단을 회전관절 부근에 배치함으로써, 베이스부의 커버에 의해 중력 밸런서를 덮음으로써 안전성을 확보한다.

[실시예 1]

이하, 이 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 이 발명에 의한 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서의 구성 및 동작을 표시하는 설명도이다.

이동지지단(5)는 회전관절(3)의 중심으로부터 거리 r를 두고, (5a)(5b)의 2개소에 설치할 수 있는 구조로 되어 있다.

또, 고정지지단(6)은 베이스부(14)에 배치되어 있다.

다음에 동작에 대해 설명한다.

제1도에 표시하는 바와같이 a, b, c, θ를 각각 설정하면, 이 경우에서의 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc는 하기의 수 2에 의해 구해진다.

Tc= {K(L-L_N)+F}·h

h=cos r·(a·tan r-h)

L²=(a-r·sinθ)²+(h+r·cosθ)²

중력가속도의 방향이 제1도에 표시한 (7a)인 상치 설치의 경우는, 예를들면 이동지지단(5)을 제1도에 표시한 (5a)에 설정하면 되고, 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc 및 중력토크의 예를 제2도에 표시하나, 스프링(4)에 의한 보상토크에 의해 중력토크가 크게 경감되고, 회전관절(3)을 구동하는 액추에이터에 걸리는 중력토크와 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc와의 합은, 스프링(4)가 없는 경우의 중력토크에 비해 충분히 작고, 중력 밸런서가 효과적으로 작용하고 있다.

다음에 현가식 설치의 경우에 대해 설명한다.

이 경우의 중력가속도의 방향은 제3도에 표시하는 바와같이 (7b)이고, 이 설치 자세에 대응하는데는 이동지지단(5b)에 부착하면 된다. 이 경우의 스프링(4)에 의한 보상토크(Tc) 및 중력토크의 예를 제4도에 표시하나, 스프링(4)에의한 보상토크에 의해, 중력토크가 크게 경감되고, 회전관절(3)을 구동하는 액추에이터에 걸리는 중력토크와 스프링(4)에 의한 보상토크(Tc)의 합의 절대치는, 스프링(4)이 없을때의 중력토크의 절대치에 비해 충분히 작고, 중력 밸런서가 효과적으로 작용하고 있는 것을 알 수 있다.

다음에 상기 실시예에 표시한 것과 같은 이동지지단(5)의 위치를 변경시키기 위한 구조는, 예를들면, 제5도에 표시하는 바와같이 이동지지단(5)의 부착에 구멍(20a)(20b)를 설치하고, 스프링단의 부착용의 홈(21)을 형성한 핀(9)를 이 구멍(20a)(20b)에 삽입하도록 하면 된다. 이런 구조로 함으로써, 설치 자세에 따라 간단하게 이동지지단(5)의 위치를 변경시킬 수 있다.

[실시예 2]

상기 실시예에서는 이동지지단(5)과 회전관절(3)의 중심과의 거리 r를 일정하게 하고, 위상을 바꾼 2개소에 이동지지단(5)을 부착 가능하게 한 것이나, 제6도에 표시하는 바와같이 3개소 이상에 부착 가능한 구성으로 해도 된다.

또, 이동지지단(5)과 회전관절(3)의 중심과의 거리 r를 가변케 해도 된다.

또, 고정지지단(6)의 부착위치를 가변으로 함으로써, 중력 밸런서의 특성을 조정하는 구조로 해도 된다. 고정지지단(6)의 위치를 가변으로 하는 구조는, 예를들면 상기 실시예 1에서 표시한 핀을 구명에 삽입하는 방법을 사용하면 된다.

[실시예 3]

다음에 이 발명의 실시예 3을 도면에 따라 설명한다.

상기 실시예에서는 이동지지단(5) 또는 고정지지단(6)의 부착위치를 가변케 하는 구조에 의해, 회전링크(2)의 자세에 대한 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc의 특성을 변화시켜, 여러가지 설치 자세에 대응하는 것이나, 제7도에 표시하는 바와같이 스프링(4)의 부착길이를 가변으로 함으로써, 스프링(4)의 복원력의 크기를 변화시킬 수가 있기 때문에 스프링(4)에 의한 보상토크 Tc의 크기를 부하의 크기에 따라 조절할 수가 있다.

제7도에서 10은 스프링(4)의 부착길이 조절기구, 11은 볼트, 12는 닛, 13은 스프링(4)의 훅부착부이다. 볼트(11)에 대해서 닛(12)을 회전시킴으로써, 스프링(4)의 부착길이를 조절할 수가 있다.

[실시예 4]

상기 실시예에서는 인장코일스프링(4)을 사용한 중력 밸런서의 예를 표시했으나, 압축코일스프링(4)을 사용하는 중력 밸런서에서도, 상기 실시예에서 표시한 바와같은 이동지지단이나 고정지지단을 가변으로 하는 구조 및 코일스프링(4)의 부착길이의 조정기구를 사용하면 같은 효과를 나타낸다.

[실시예 5]

다음에 이 발명의 실시예 5를 도면에 따라 설명한다. 베이스부(14)에 고정지지단(6)을 배치하는 동시에, 이동지지단(5)를 회전관절(3) 부근에 배치했기때문에, 제8도에 표시한 바와같이 베이스부(14)의 커버(15)를 병용해서 코일스프링(4), 이동지지단(5) 및 고정지지단(6)을 덮을 수가 있기 때문에, 중력 밸런서가 외부로 노출되지 않는 구조를 간단하게 실현할 수가 있다.

이상 설명한 바와같이, 이 발명에 의한 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서에 의하면, 상치 설치뿐아니라 현가식 설치등 여러가지 설치 자세에 간단하게 대응할 수 있는 중력 밸런서를 얻을 수가 있고 또, 중력 밸런선가 외부로 노출하지 않는 구조를 간단하게 실현할 수가 있기 때문에 안전상 효과가 있는 동시에서 코스트화에도 효과가 있다.

Claims

바닥, 벽면 혹은 천정면중의 어느 한곳에 직접 고착되거나 또는 바닥, 벽면 혹은 찬정면중의 어느 한곳에 고착된 선회축에 고착되거나 또는 바닥, 벽면 혹은 찬정면중의 어느 한곳에 고착되 주행축에 고착되는 고정링크와, 회전관절에 의해 상기 고정링크과 회전 가능하게 연결되는 회전링크와, 상기 회전관절을 구동하여, 상기 회전링크를 회동시키는 액추에이터와, 상기 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하는, 상기 고정링크와 상기 회전링크와의 사이에서 힘을 미치게 하는 코일스프링을 구비하고, 상기 회전링크의 자세에 의해 상기 액추에이터가 중력토크를 받는 경우에, 상기 회전관절로부터 일정거리를 두고, 상기 회전링크상에 상기 코일스프링의 일단을 회동 가능하게 지지(이동지지단)하는 동시에, 상기 회전전관절로부터 일정한 거리를 두고, 상기 고정링크상에 상기 코일스프링의 타단을 회동 가능하게 지지(고정지지단)한 상기 코일스프링을 사용해서 상기 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하도록, 상기 코일스프링의 상기 이동지지단 및 고정지지단의 부착위치중 어느 한쪽 혹은 양쪽을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서.
제1항에 있어서, 상기 상기 이동지지단과 고정지지단과의 사이에 설치하는, 상기 코일스프링의 부착 길이를 조정하는 조정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서.
바닥, 벽면 혹은 천정면중의 어느 한곳에 직접 고착되거나 또는 바닥, 벽면 혹은 찬정면중의 어느 한곳에 고착된 선회축에 고착되거나 또는 바닥, 벽면 혹은 찬정면중의 어느 한곳에 고착되 주행축에 고착되는 고정링크와, 회전관절에 의해 상기 고정링크과 회전 가능하게 연결되는 회전링크와, 상기 회전관절을 구동하여, 상기 회전링크를 회동시키는 액추에이터와, 상기 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하는, 상기 고정링크와 상기 회전링크와의 사이에서 힘을 미치게 하는 코일스프링을 구비하고, 상기 회전링크의 자세에 의해 상기 액추에이터가 중력토크를 받는 경우에, 상기 회전관절로부터 일정거리를 두고, 상기 회전링크상에 상기 코일스프링의 일단을 회동 가능하게 지지(이동지지단)하는 동시에, 상기 회전전관절로부터 일정한 거리를 두고 상기 고정링크상에 상기 코일스프링의 타단을 회동 가능하게 지지(고정지지단)한 상기 코일스프링을 사용해서, 상기 액추에이터에 걸리는 중력토크를 보상하는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서에 있어서, 베이스부에 상기 고정지지단을 배치하는 동시에, 상기 이동지지단을 상기 회전관절 부근에 설치하여, 상기 베이스부의 커버에 의해 중력 밸런서를 덮는 것을 특징으로 하는 로보트의 중력토크 보상용 중력 밸런서.