JP3695562B2 - 産業用ロボット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バランサを有する垂直多関節型の産業用ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバランサを有する垂直多関節型の産業用ロボットは、図３に示すように構成されている。
図において、１はベースであり、設置場所に固定されている。２は旋回ヘッドであり、ベース１に取り付けられ、図示しない垂直軸回りに、自在に旋回駆動される。３は下部アームであり、旋回ヘッド２に取り付けられ、第１の回動軸４回りに回転駆動され、その先端には、上部アーム５が取り付けられ、第２の回動軸６回りに回転駆動される。７は手首部であり、３軸回りの回転自由度を持ち、上部アーム５の先端に取り付けられている。
１０はバランサであり、ばね箱１０ａと連結棒１０ｂとばね１０ｃからなる。
連結棒１０ｂは、ばね箱１０ａに、摺動自在に取り付けられ、連結棒１０ｂをばね箱１０ａから引き出すと、ばね箱１０ａと連結棒１０ｂの間に配設したばね１０ｃの力で、連結棒１０ｂをばね箱１０ａの中へ引き戻す力が発生するように構成されている。バランサ１０は、ばね箱１０ａの連結棒１０ｂの反対側の端部を下部アーム３に設けた上部支持点１３に、連結棒１０ｂの端部を旋回ヘッド２に設けた下部支持点１４にそれぞれ図示しないベアリングを介して回動自在に支持されている。下部支持点１４は、旋回ヘッド２の、第１の回動軸４から離れた所定の位置にあり、下部アーム３が、垂直に立った姿勢を取るとき、第２の回動軸６、上部支持点１３、下部支持点１４、および第１の回動軸４が、ロボットの側面からみて、垂直な一線に並ぶように配置されている。
このように構成されているので、下部アーム３が、垂直に立った姿勢を取るとき、上部支持点１３と下部支持点１４の間の距離は最小になる。すなわち、この時、バランサ１０の長さは最小になる。下部アーム３を傾け、３’で示した姿勢を取ると、バランサ１０は１０’で示す姿勢と形状になる。このとき、上部支持点１３と下部支持点１４の間の距離が広がり、連結棒１０ｂは、ばね箱１０ａから引き出され、ばね１０ｃによって、連結棒１０ｂをばね箱１０ａに引き戻す力が生じる。一方下部アーム３には、下部アーム３自身及び上部アーム６、手首部７の重量によって、下部アーム３を倒すモーメントが生じる。バランサ１０に生じた力は下部アーム３を引き起こす方向に働くから、バランサ１０は下部アーム３に生じる重力による負荷を軽減する働きをする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来技術では、次のような問題がある。
下部アーム３の動作範囲を大きくすると、バランサ１０の動作ストロークを大きくする必要があるが、動作ストロークを大きくするためには、ばね１０ｃの長さを大きくする必要がある。ばね１０ｃを長くすると、ばね１０ｃの曲がりや倒れが発生するので、ばね１０ｃの長さには、限界がある。
仮に、曲がりや倒れの問題がない、長いばねがあったとしても、下部アーム３を大きく倒すと、図３に示すように、連結棒１０ｂと旋回ヘッド２が干渉する。
このように、下部アーム３の動作範囲を大きく出来ないという問題がある。
そこで本発明は、下部アーム３の動作範囲が大きく、かつ、バランサの動作ストロークの小さい産業用ロボットを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、バランサの下部支持点を、下部アームの回動軸回りに、下部アームに同期して回動するようにするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例を示す垂直多関節型の産業用ロボットの旋回ヘッドと下部アームとバランサの連結部を示す正断面図であり、図２は側面図である。
従来技術と共通する部分についての説明は省略する。
図において、２は旋回ヘッドであり、旋回ヘッド２には、第１の減速機２１と第２の減速機２２と駆動モータ２３が、同軸に固定されている。第２の減速機２２の中心軸まわりは、中空になっていて、図の左から右まで、穴が貫通している。駆動モータ２３の出力軸２３１は、インプットギヤ２４を介して、第２の減速機２２の入力部２２１に結合するとともに、前記穴を通って、第１の減速機２１とも結合している。つまり駆動モータ２３は、第１の減速機２１と第２の減速機２２の両方と結合している。第１の減速機２１の出力部２１２には、下部アーム３が固定されている。第２の減速機２２の出力部２２２には、ブラケット２５が固定され、ブラケット２５の先端には、バランサ１０の連結棒１０ｂが、回動自在に支持され、下部アーム３が垂直の姿勢を取るとき、バランサ１０も垂直になるようにしている。つまり下部支持点１４は、ブラケット２５の先端にあって、下部アームと、同軸に、同期して、回転駆動される。
第１の減速機２１の減速比は、第２の減速機２２の減速比より大きい。すなわち、図２に示すように、駆動モータ２３が回転する時のブラケット２５の回転角θ２は、下部アーム３の回転角θ１に比べて小さい。
このように、ブラケット２５の回転によって、下部支持点１４が第１の回動軸４回りに回転するので、下部アーム３の回転角θ１を大きくしても、連結棒１０ｂと旋回ヘッド２は干渉しない。
下部支持点１４の回転角θ２は、下部アーム３の回転角θ３に比べて小さいので、下部アーム３が、回転すると、上部支持点１３と下部支持点１４の間の距離が開くので、連結棒１０ｂは、ばね箱１０ａから引き出され、バランサ１０には、下部アーム３を、重力に逆らって引き起こす方向の力が生じる。この時、バランサ１０の動作ストロークは、下部支持点１４が旋回ヘッド２に固定されている場合に比べて小さい。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果がある。
（１）下部支持点が、下部アームの回動軸回りに、その回転角が、下部アームの回転角に対して、一定の割合になるように回転するので、下部アームを垂直姿勢から大きく回動させても、バランサと旋回ヘッドが干渉せず、またバランサの動作ストロークも小さいので、下部アームの動作範囲を大きくできる。
（２）ばねのストロークが短いので、ばねのねじり応力が低減され、ばねの素線系やコイル平均径を小さくできる。そのためバランサを小型軽量にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す産業用ロボットの旋回ヘッドと下部アームとバランサの連結部の正断面図である。
【図２】本発明の実施例を示す産業用ロボットの側面図である。
【図３】従来技術を示す産業用ロボットの側面図である。
【符号の説明】
１：ベース
２：旋回ヘッド
３：下部アーム
４：第１の回動軸
５：上部アーム
６：第２の回動軸
７：手首部
１０：バランサ
１０ａ：ばね箱
１０ｂ：連結棒
１０ｃ：ばね
１３：上部支持点
１４：下部支持点
２１：第１の減速機
２１２：出力部
２２：第２の減速機
２２１：入力部
２２２：出力部
２３：駆動モータ
２３１：出力軸
２４：インプットギヤ
２５：ブラケット

Claims (1)

1. 固定部と、前記固定部に回動自在に支持されたアームと、バランサを備え、前記バランサは、連結棒をばね箱に摺動自在に取り付けるとともに、ばねを前記ばね箱の内部に、前記連結棒と前記ばね箱の間に挟んで構成されるものであり、前記固定部に設けた下部支持点と前記アームに設けた上部支持点とでそれぞれ回動自在に支持され、重力によって前記アームを倒す方向に働くモーメントを打ち消す方向に力を発生させるものである産業用ロボットにおいて、
   前記下部支持点が、前記アームの回動軸回りに、前記アームと同期して回動し、前記下部支持点の回動角は前記アームの回動角よりも小さく、前記下部支持点の回動角と前記アームの回動角の比率が一定であることを特徴とする産業用ロボット。

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