JP2589568B2 - Articulated industrial robot - Google Patents
Articulated industrial robotInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、産業用ロボットに関し、さらに具体的に述
べれば、電動機の負荷を軽減するアームバランサを有す
る多関節形産業用ロボットに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an industrial robot, and more specifically to an articulated industrial robot having an arm balancer for reducing the load on an electric motor. .
（従来の技術） 近年、産業用ロボットは、裾付け面積が小さくて、大
きな動作範囲を有する多関節形産業用ロボットが要求さ
れている。この種の従来のアームバランサ付き多関節形
産業用ロボットについて、第４図により説明する。(Prior Art) In recent years, an articulated industrial robot having a small foot area and a large operating range has been demanded for an industrial robot. This type of conventional articulated industrial robot with an arm balancer will be described with reference to FIG.
第４図は、従来の多関節形産業用ロボットとその動作
範囲を示す側面図である。同図において、産業用ロボッ
トは、基台１に旋回自在に取り付けられた旋回台２の上
端に水平支軸３が設けられており、これに垂直面内で回
動自在の上腕４が装着され、さらに、上記の上腕４の先
端に設けられた水平支軸５に、これも垂直面内で回動自
在の前腕６が装着されている。なお、上記の前腕６の先
端に、旋回と折曲げができるフィンガ７が装着されてい
る。一段式アームバランサ８は、シリンダ8aの中に収納
された圧縮コイルばね（図示せず）と連結棒8bとからな
り、上記のシリンダ8aの先端で上記の水平支軸５と同心
中心軸に形成した支持軸９に、上記の連結棒8bの後端で
上記の旋回台２の先端に設けた支持軸10にそれぞれ回動
自在に取り付けられている。FIG. 4 is a side view showing a conventional articulated industrial robot and its operating range. In the figure, the industrial robot has a horizontal support shaft 3 provided at the upper end of a swivel 2 which is rotatably mounted on a base 1 and an upper arm 4 which is rotatable in a vertical plane. Further, a forearm 6 which is also rotatable in a vertical plane is mounted on a horizontal support shaft 5 provided at the tip of the upper arm 4. At the tip of the forearm 6, a finger 7 that can be turned and bent is mounted. The one-stage arm balancer 8 is composed of a compression coil spring (not shown) housed in a cylinder 8a and a connecting rod 8b, and is formed at the end of the cylinder 8a on the center axis concentric with the horizontal support shaft 5. At the rear end of the connecting rod 8b, a support shaft 10 provided at the tip of the revolving base 2 is rotatably attached to the support shaft 9 described above.
このように構成された一段式アームバランサ８の動作
について説明する。産業用ロボットを運転し、上腕４を
前後に回動させると、旋回台２の旋回中心線より前方あ
るいは後方に傾くに従って、一段式アームバランサ８
は、その後端を支える支持軸10が上腕４の回転中心より
上にあるため、長さが伸びてシリンダ8aに収容された圧
縮コイルばね（図示せず）を圧縮して、その反力で上腕
４を支え、前腕６より先の重量と均衡を保ち、駆動電動
機の負担を軽減する。従って、小容量の電動機で大重量
の品物を搬送できる。The operation of the single-stage arm balancer 8 configured as described above will be described. When the industrial robot is driven and the upper arm 4 is rotated back and forth, the single-stage arm balancer 8 is tilted forward or backward from the turning center line of the turntable 2.
Since the support shaft 10 supporting the rear end is above the center of rotation of the upper arm 4, the length is extended and a compression coil spring (not shown) accommodated in the cylinder 8a is compressed. 4 to maintain the balance with the weight of the forearm 6 and reduce the load on the drive motor. Therefore, a heavy article can be conveyed by a small-capacity motor.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の構成では、一段式アームバラン
サ８は、１個の圧縮コイルばねを使用しているため伸張
可能範囲が狭く、従って、上腕４の回動範囲が小さいの
で、産業用ロボットの作業領域が狭いという問題があっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above configuration, the single-stage arm balancer 8 uses a single compression coil spring, so the extendable range is narrow, and therefore, the rotation range of the upper arm 4 is limited. Due to the small size, there is a problem that the working area of the industrial robot is narrow.
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ロボッ
トの腕部に作業領域を広範囲なものにするとともに、ロ
ボットを腕部の作業領域全域においてモータ負荷が軽減
される多関節形産業用ロボットを提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a multi-joint industrial robot in which a work area is widened in the arm portion of the robot and a motor load is reduced in the entire work area of the arm portion. The purpose is to provide.
（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するため、本発明の多関節形産業用
ロボットは、外筒に摺動自在に嵌挿し外筒に収納された
圧縮ばね装置により収縮方向に付勢された内筒、および
該内筒に摺動自在に嵌挿して内筒に収納された圧縮ばね
装置により収縮方向に付勢された連結棒から構成され、
前記腕部が略垂直方向に保持された状態で、前記外筒，
前記内筒および前記連結棒の互いの重なり部分を最大に
し、また前記内筒および前記連結棒に対する圧縮ばね装
置の付勢力をそれぞれ最小にする多段式アームバランサ
を備えたものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the articulated industrial robot of the present invention is slidably fitted to an outer cylinder and is compressed in a contraction direction by a compression spring device housed in the outer cylinder. An inner cylinder that is urged, and a connecting rod that is slidably fitted into the inner cylinder and urged in a contraction direction by a compression spring device housed in the inner cylinder,
With the arm portion held substantially vertically, the outer cylinder,
A multi-stage arm balancer for maximizing the overlapping portion of the inner cylinder and the connecting rod and minimizing the urging force of the compression spring device on the inner cylinder and the connecting rod, respectively.
（作 用） 上記の構成によれば、多段式アームバランサが、内筒
及び連結棒をそれぞれ圧縮ばね装置により収縮方向に付
勢し、ロボットの腕部が略垂直方向に保持された状態
で、外筒，内筒および連結棒の互いの重なり部分を最大
にし、また内筒および連結棒に対する圧縮ばね装置の付
勢力をそれぞれ最小にすることにより、２個の圧縮ばね
装置によってそれぞれ付勢された内筒及び連結棒が、ロ
ボットの腕部のモーメントを打ち消すような力を分散し
て発生するので、ロボットの腕部の作業領域を広範なも
のにするとともに、多段式アームバランサによってロボ
ットの腕部のモーメントに対し均衡する力が発生する領
域を拡大することができる。さらに、支軸に対してロボ
ットの腕部が前方及び後方のいずれの方向に傾いた場合
でも、多段式アームバランサによってロボットの腕部の
モーメントに均衡する力を発生させることが可能にな
る。(Operation) According to the above configuration, the multi-stage arm balancer urges the inner cylinder and the connecting rod in the contracting direction by the compression spring device, and the arm of the robot is held substantially vertically. The outer cylinder, the inner cylinder, and the connecting rod are urged by the two compression spring devices by maximizing the overlapping portion of each other and by minimizing the urging force of the compression spring device on the inner cylinder and the connecting rod, respectively. Since the inner cylinder and the connecting rod generate a force that cancels the moment of the robot arm, the work area of the robot arm is widened, and the arm of the robot is provided by a multi-stage arm balancer. The region where a force that balances with the moment is generated can be enlarged. Further, even when the arm of the robot is inclined forward or backward with respect to the support shaft, a force that balances the moment of the arm of the robot can be generated by the multi-stage arm balancer.
（実施例） 本発明の一実施例について、６軸多関節ロボットを例
として第１図ないし第３図により説明する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 using a six-axis articulated robot as an example.
第１図および第２図は、本発明による６軸多関節ロボ
ットの側面図および正面図である。第１図において、本
実施例が第４図に示した従来例と異なる点は、上腕４の
水平支軸３が旋回台２の旋回中心軸より前方に偏位して
いる点と、前腕６の先端に２個の回動節11および12を連
結し、さらに回動指13を装着した点と、第２図の正面図
で示すように、一対の二段式アームバランサ14を上腕４
の両側に配置し、しかも二段式アームバランサ14の下端
の支持軸10を上腕４の水平支軸３よりも腕部先端側に設
けた点である。その他は基本的に従来例と変わらないの
で、同じ構成部品には同一符号を付して、その説明を省
略する。1 and 2 are a side view and a front view of a six-axis articulated robot according to the present invention. In FIG. 1, the present embodiment differs from the conventional example shown in FIG. 4 in that the horizontal support shaft 3 of the upper arm 4 is displaced forward from the turning center axis of the swivel 2 and the forearm 6 As shown in the front view of FIG. 2, a pair of two-stage arm balancers 14 is connected to the upper arm 4 as shown in the front view of FIG.
And the support shaft 10 at the lower end of the two-stage arm balancer 14 is provided closer to the arm tip than the horizontal support shaft 3 of the upper arm 4. The other components are basically the same as those of the conventional example, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
次に、上記の二段式アームバランサ14について、第３
図の断面図により説明する。同図において、二段式アー
ムバランサ14は、圧縮コイルばね15を収容した外筒16
と、上記の外筒16の内部を自在に摺動し、圧縮コイルば
ね17を収容した内筒18と、上記の内筒の内部を自在に摺
動する連結棒19とから構成され、外筒16に固着した取付
け棒20と上記の連結棒19の先端に、それぞれ第１図に示
した支持軸９および10に取り付けるロッドエンド21およ
び22が固定されている。また、内筒18および連結棒19の
上端には、それぞれ外筒16および内筒18の内面に形成し
た案内面16aおよび18aを摺動する案内カラー23および24
が、それぞれ溶接およびねじを利用して装着されてい
る。また、外筒16および内筒18のそれぞれの下端には、
それぞれ圧縮コイルばね15および17の下端内周を案内す
るとともに、内側を摺接する内筒18および連結棒19のそ
れぞれの外周面で案内する案内蓋25および26が固着され
ている。Next, regarding the two-stage arm balancer 14, the third
This will be described with reference to the cross-sectional views of the drawings. In the figure, a two-stage arm balancer 14 includes an outer cylinder 16 containing a compression coil spring 15.
And an inner cylinder 18 that freely slides inside the outer cylinder 16 and houses a compression coil spring 17, and a connecting rod 19 that freely slides inside the inner cylinder. Rod ends 21 and 22 for fixing to the support shafts 9 and 10 shown in FIG. 1 are fixed to the tip of the mounting rod 20 fixed to 16 and the connecting rod 19, respectively. Guide collars 23 and 24 sliding on guide surfaces 16a and 18a formed on the inner surfaces of the outer cylinder 16 and the inner cylinder 18, respectively, are provided at the upper ends of the inner cylinder 18 and the connecting rod 19, respectively.
Are mounted using welding and screws, respectively. Also, at the lower end of each of the outer cylinder 16 and the inner cylinder 18,
Guide lids 25 and 26, which guide the inner circumferences of the lower ends of the compression coil springs 15 and 17, respectively, and guide the inner circumferences of the inner cylinder 18 and the connecting rod 19 which are in sliding contact with each other, are fixed.
このように構成された二段式アームバランサ付き６軸
多関節ロボットの動作について、第１図および第３図に
より説明する。The operation of the six-axis articulated robot with the two-stage arm balancer configured as described above will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
６軸多関節ロボットを運転し、上腕４を矢印Ａに示す
前方に回動すると、二段式アームバランサ14は、上腕４
が略垂直方向に保持された状態で、外筒16,内筒18およ
び連結棒19の互いの重なり部分を最大にし、このとき、
前記内筒18および前記連結棒19に対する圧縮コイルばね
15,17の付勢力がそれぞれ最小となる。第３図に移り、
上記の支持軸９および10に取り付けられたロッドエンド
21および22の距離が開くと、連結棒19および内筒18がそ
れぞれ圧縮コイルばね17および15を圧縮しながら摺動
し、その反力で第１図の上腕４を矢印Ａと反対方向の力
で支え、前腕６以降の自重によって生じるモーメントと
均衡を保つ。When the six-axis articulated robot is driven and the upper arm 4 is rotated forward as shown by the arrow A, the two-stage arm balancer 14
Is held in a substantially vertical direction, the overlapping portion of the outer cylinder 16, the inner cylinder 18, and the connecting rod 19 is maximized, and at this time,
Compression coil spring for the inner cylinder 18 and the connecting rod 19
Each of the 15, 17 energizing forces is minimized. Moving on to FIG.
Rod ends attached to the support shafts 9 and 10
When the distance between 21 and 22 is widened, the connecting rod 19 and the inner cylinder 18 slide while compressing the compression coil springs 17 and 15, respectively, and the upper arm 4 in FIG. To maintain a balance with the moment generated by the weight of the forearm 6 and thereafter.
二段式アームバランサ14の伸長可能長さは、２本の圧
縮コイルばね15および17の圧縮可能長さの合計となるの
で、上腕４の回動範囲は一段式アームバランサ８のほぼ
２倍となり、ロボットの動作領域が大幅に拡大される。Since the extendable length of the two-stage arm balancer 14 is the sum of the compressible lengths of the two compression coil springs 15 and 17, the rotation range of the upper arm 4 is almost twice that of the one-stage arm balancer 8. In addition, the operation area of the robot is greatly expanded.
また、一対の二段式アームバランサ14を備えているの
で、上腕４が水平位置にきても、大きな偶力が発生して
も、充分に均衡をとることができる。Further, since a pair of two-stage arm balancers 14 are provided, even when the upper arm 4 comes to a horizontal position or a large couple occurs, a sufficient balance can be obtained.
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ロボットの腕
部の作業領域を広範なものにするとともに、多段式アー
ムバランサによってロボットの腕部のモーメントに対し
均衡する力が発生する領域を拡大することができ、さら
に支軸に対してロボットの腕部が前方及び後方のいずれ
の方向に傾いた場合でも、多段式アームバランサによっ
てロボットの腕部のモーメントに均衡する力を発生させ
ることが可能になるので、広い動作領域を有しながら低
容量の電動機で運転できる産業用ロボットを得ることが
できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the working area of the robot arm is widened, and a force that balances the moment of the robot arm is generated by the multi-stage arm balancer. The multi-stage arm balancer generates a force that balances the moment of the robot arm even when the robot arm is tilted forward or backward with respect to the support shaft. Therefore, it is possible to obtain an industrial robot that has a wide operation area and can be operated by a low-capacity electric motor.
第１図および第２図は本発明による二段式アームバラン
サ付きの産業用ロボットの正面図および側面図、第３図
は二段式アームバランサの断面図、第４図は従来の一段
式アームバランサ付きの産業用ロボットの側面図であ
る。 １……基台、２……旋回台、3,5……水平支軸、４……
上腕、６……前腕、７……フィンガ、８……一段式アー
ムバランサ、8a……シリンダ、8b,19……連結棒、9,10
……支持軸、11,12……回動節、13……回動指、14……
二段式アームバランサ、15,17……圧縮コイルばね、16
……外筒、16a,18a……案内面、18……内筒、20……取
付け棒、21,22……ロッドエンド、23,24……案内カラ
ー、25,26……案内蓋。1 and 2 are front and side views of an industrial robot with a two-stage arm balancer according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of the two-stage arm balancer, and FIG. 4 is a conventional one-stage arm. It is a side view of the industrial robot with a balancer. 1 ... base, 2 ... swivel, 3,5 ... horizontal support shaft, 4 ...
Upper arm, 6 ... Forearm, 7 ... Finger, 8 ... Single-stage arm balancer, 8a ... Cylinder, 8b, 19 ... Connecting rod, 9, 10
…… Support shafts, 11, 12… Rotating joint, 13… Rotating fingers, 14…
Two-stage arm balancer, 15, 17 ... Compression coil spring, 16
... outer cylinder, 16a, 18a ... guide surface, 18 ... inner cylinder, 20 ... mounting rod, 21, 22 ... rod end, 23, 24 ... guide collar, 25, 26 ... guide lid.
Claims (3)
圧縮ばね装置により収縮方向に付勢された内筒、および
該内筒に摺動自在に嵌挿して内筒に収納された圧縮ばね
装置により収縮方向に付勢された連結棒から構成された
多段式アームバランサを備え、 前記多段式アームバランサは、その一端がロボットの腕
部を回動自在に支持する支軸よりも腕部先端側に回動自
在に設けられ、かつ前記腕部が略垂直方向に保持された
状態で、前記外筒，前記内筒および前記連結棒の互いの
重なり部分を最大にすることを特徴とする多関節形産業
用ロボット。An inner cylinder slidably fitted in an outer cylinder and urged in a contraction direction by a compression spring device housed in the outer cylinder, and slidably fitted in the inner cylinder and housed in the inner cylinder. A multi-stage arm balancer composed of a connecting rod urged in a contraction direction by a compressed spring device, wherein the multi-stage arm balancer has one end thereof supported by a support shaft rotatably supporting an arm of the robot. The outer cylinder, the inner cylinder, and the connecting rod are arranged so as to maximize each other while the arm is held in a substantially vertical direction. A unique articulated industrial robot.
圧縮ばね装置により収縮方向に付勢された内筒、および
該内筒に摺動自在に嵌挿して内筒に収納された圧縮ばね
装置により収縮方向に付勢された連結棒から構成された
多段式アームバランサを備え、 前記多段式アームバランサは、前記腕部が略垂直方向に
保持された状態で前記内筒及び前記連結棒に対する圧縮
ばね装置の付勢力をそれぞれ最小にすることを特徴とす
る多関節形産業用ロボット。2. An inner cylinder slidably fitted in an outer cylinder and urged in a contraction direction by a compression spring device housed in the outer cylinder, and slidably fitted in the inner cylinder and housed in the inner cylinder. A multi-stage arm balancer composed of a connecting rod urged in a contraction direction by a compression spring device, wherein the multi-stage arm balancer has the inner cylinder and the arm in a state where the arm portion is held in a substantially vertical direction. An articulated industrial robot, wherein the urging force of the compression spring device on the connecting rod is minimized.
圧縮ばね装置により収縮方向に付勢された内筒、および
該内筒に摺動自在に嵌挿して内筒に収納された圧縮ばね
装置により収縮方向に付勢された連結棒から構成された
多段式アームバランサを備え、 前記多段式アームバランサは、その一端がロボットの腕
部を回動自在に支持する支軸よりも腕部先端側に回動自
在に設けられ、 かつ前記腕部が略垂直方向に保持された状態で、前記外
筒，前記内筒および前記連結棒の互いの重なり部分を最
大にするとともに、前記内筒および前記連結棒に対する
圧縮ばね装置の付勢力をそれぞれ最小にすることを特徴
とする多関節形産業用ロボット。3. An inner cylinder slidably fitted in the outer cylinder and urged in a contraction direction by a compression spring device housed in the outer cylinder, and slidably fitted in the inner cylinder and housed in the inner cylinder. A multi-stage arm balancer composed of a connecting rod urged in a contraction direction by a compressed spring device, wherein the multi-stage arm balancer has one end thereof supported by a support shaft rotatably supporting an arm of the robot. The outer cylinder, the inner cylinder, and the connecting rod are mutually maximized in a state in which the outer cylinder, the inner cylinder, and the connecting rod are maximized in a state in which the arm is held in a substantially vertical direction. An articulated industrial robot characterized by minimizing the urging force of a compression spring device on the inner cylinder and the connecting rod.
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