JP4281195B2

JP4281195B2 - 産業用ロボット用重力バランサおよび産業用ロボット

Info

Publication number: JP4281195B2
Application number: JP2000038809A
Authority: JP
Inventors: 智末吉
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: JP2001225293A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボット特に垂直多関節ロボットに加わる重力による負荷を相殺するための重力バランサに関する。また前記重力バランサを備えた産業用ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂直多関節型の産業用ロボットの前後方向に回転するアームは重力による負荷モーメントを受け、この負荷モーメントはアームの姿勢によって変動する。
この負荷モーメントをバネの力で相殺する重力バランサを垂直多関節型の産業用ロボットに取り付けることが知られている（例えば、特開昭６０−７６９８８号公報、特開平６−１５５９３号公報、特開平１１−２１６６９７号公報）。
図３は、特開平６−１５５９３号公報で開示された産業用ロボットの説明図である。図において、１は第１アームであり、基台２に対して前後方向に回転する。３は重力バランサであり、シリンダ４とロッド５とバネ６から構成されている。シリンダ４は第１アーム１の側部に軸７回りに回動自在に枢着されている。ロッド５はシリンダ４の内部に出入り自在に取付けられ、その下部は基台２に軸８回りに回動自在に枢着されている。バネ６はシリンダ４とロッド５の間に架け渡され、ロッド５がシリンダ４から引き出されるとロッド５をシリンダ４の内部に引き戻す方向の力を発生する。つまり、重力バランサ３は圧縮ばねとして機能する。
このように構成されているので、第１アーム１が前後に傾くと、重力バランサ３によって第１アーム１を垂直な姿勢に引き戻す方向のモーメントが生じ、重力による負荷モーメントを相殺するのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の重力バランサには次のような問題があった。近年、省スペース化の要請あるいは、ロボットの動作範囲の有効活用の要請から、ロボットを上下逆に設置すること、いわゆる天吊りで使用する場合が多くなっている。なお、天吊りに対して図３に示したような設置姿勢を床置きと呼んでいる。
このような天吊りの状態では、ロボットに加わる重力の方向が逆になるので、重力による負荷モーメントと重力バランサによるモーメントが同じ方向に生じる。つまり重力バランサが負荷モーメントを相殺せず、逆に負荷モーメントを増大させるという問題があった。そのため、ロボットを天吊りで設置する際は、重力バランサを取り外すか、天吊り設置用の重力バランサを取付けなければならなかった。
しかし、前者の方法では、重力による負荷モーメントに対抗するためにモータの大容量化あるいは高減速比の減速機を選ぶなどの対策が必要であり、コストの上昇や動作速度（すなわち性能の問題である）の低下などの問題が生じていた。
また、後者の方法では、床置き設置用重力バランサと天吊り設置用の重力バランサの２種類の重力バランサを用意しなければならないので、メーカにおいては部品管理や生産管理が煩雑になるという問題があり、ユーザにおいては床置きで使用していたロボットを天吊り設置に転用しようとする時はメーカから天吊り設置用の重力バランサを購入しなければならないので、そのための費用が発生するという問題があった。
そこで、本発明は垂直多関節型の産業用ロボット用の重力バランサであって、床置きまたは天吊りの設置姿勢に応じて自在に組み換え可能な重力バランサを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、シリンダ（１１）と前記シリンダ（１１）に対して出入り自在に取り付けられたロッド（１２）と前記シリンダ（１１）と前記ロッド（１２）の間に架け渡されたバネ（１３）からなる産業用ロボット用重力バランサ（１０）において、前記産業用ロボット用重力バランサ（１０）が、圧縮バネとして機能する形態から引っ張りバネとして機能する形態にシリンダ（１１）とフランジ（１１ｂ）（１２ｂ）とサポート（１２ｃ）の結合を解いて、組み替え自在にするものである。また、請求項2の発明は、前記ロッドに、前記バネを支持する前記サポートを備え、前記サポートの前記ロッドに対する取付位置が変更可能とするものである。また、請求項3の発明は、シリンダ（１１）と前記シリンダ（１１）に対して出入り自在に取り付けられたロッド（１２）と前記シリンダ（１１）と前記ロッド（１２）の間に架け渡されたバネ（１３）からなる産業用ロボット用重力バランサ（１０）であって、圧縮バネとして機能する形態から引っ張りバネとして機能する形態にシリンダ（１１）とフランジ（１１ｂ）（１２ｂ）とサポート（１２ｃ）の結合を解いて、組み替え自在である産業用ロボット用重力バランサ（１０）を産業用ロボットに備えたものである。また請求項４の発明は、前記請求項３の発明において、前記産業用ロボット用重力バランサの前記ロッドに、前記バネを支持する前記サポートを備え、前記サポートの前記ロッドに対する取付位置が変更可能にしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１および図２は本発明の実施例を示す重力バランサの断面図であり、図１は重力バランサを圧縮バネとして機能するように組み立てた状態を示し、図２は重力バランサを引っ張りバネとして機能するように組み立てた状態を示すものである。
図１および図２において、１０は重力バランサであり、円筒形のシリンダ１１とシリンダ１１の長さ方向に自在に出入りするように取り付けられたロッド１２とロッド１２とシリンダ１１の間に架け渡されたコイルバネ１３から構成されている。重力バランサ１０はシリンダ１１の上部に設けたピン穴１１ａとロッド１２の下端に設けたピン穴１２ａで、図示しない垂直多関節型産業用ロボットのアームとそのアームを回転支持する基台にそれぞれピン支持される。
【０００６】
ここで、図１の状態、つまり重力バランサ１０が圧縮バネとして機能する状態、言い換えれば床置き設置用の形態を取った状態を説明する。
ロッド１２の上端にはフランジ１２ｂが着脱自在に取付られ、フランジ１２ｂにはサポート１２ｃがネジ止めされている。サポート１２ｃは中空円筒状の部品でありフランジ１２ｄを備えている。コイルバネ１３は、フランジ１２ｄとシリンダ１１の底部フランジ１１ｂの間に架け渡されいる。また、図１はロッド１２がシリンダ１１の最奥部（最上部）に引き込まれた状態を示しているが、この時、フランジ１２ｄはシリンダ１１の上部フランジ１１ｃに当接する。
このように構成されているので、ロッド１２をシリンダ１１から引き出す時には、コイルバネ１３によってロッド１２をシリンダ１１の中に引き戻す力が働くので、重力バランサ１０は図１に示す形態では圧縮バネとして機能する。
【０００７】
次に、重力バランサ１０を図１に示す形態から図２に示す形態に組み換える手順を説明する。
（１）まず、シリンダ１１の底部フランジ１１ｂを取り外してロッド１２とコイルバネ１３をシリンダ１１から引き抜く。次に、ロッド１２のフランジ１２ｂとサポート１２ｃの結合を解き、サポート１２ｃをロッド１２の下部に移動させ、サポート１２ｃをロッド１２の下部フランジ１２ｅにネジで固定する。
（２）コイルバネ１３をシリンダ１１の中に入れ、次にロッド１２をシリンダ１１の中に入れ、最後に底部フランジ１１ｂをシリンダに固定する。
このように組み換えると、図２に示すようにコイルバネ１３がシリンダ１１の上部フランジ１１ｃとサポート１２ｃのフランジ１２ｄの間に架け渡されるから、コイルバネ１３はロッド１２をシリンダ１１の外側に押し出すように付勢する。つまり、図２に示す形態では重力バランサ１０は引っ張りバネとして機能するのである。
【０００８】
このように、重力バランサ１０はシリンダ１１と底部フランジ１１ｂおよびフランジ１２ｂとサポート１２ｃの結合を解いて、組み立て直すだけで、圧縮バネとしての機能する形態から、引っ張りバネとして機能する形態に簡単に組み換えることがきる。なお、サポート１２ｃをフランジ１２ｂと結合する位置から下部フランジ１２ｅに結合する位置に移すのは、ロッド１２のストロークを確保するためである。
また、実施例ではバネをコイルバネとしたが、本発明の重力バランサはコイルバネを用いたものに限定されない。コイルバネに代えて、他の形態のバネを用いてもよい。バネの材質も金属等の固体に限定されるものではなく、流体の弾性を利用したバネ装置であってもよい。
また、重力バランサの形態は本実施例に限定されるものではなく、さまざまな応用が考えられることは言うまでもない。例えば、アームの側面ではなくアームの前面あるいは後面と基台の間に、重力バランサをほぼ水平方向に架け渡す形式であっても良いし、シリンダをその底面ではなくその側面で回転支持してロボットに取り付ける形式のものであってもよい。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、産業用ロボット用の重力バランサを、床置き設置に対応した形態から天吊り設置に対応した形態に自在に組み換えられるので、それぞれ専用の重力バランサを設計製作する必要がなく、コストの低減に繋がるという効果がある。
また、床置きで設置しているロボットを天吊り設置に転用する場合、あるいはその逆の場合に、そのロボットを使用している現場で重力バランサを組み換えられるので、転用が容易でありコストも安いという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のの実施例を示す重力バランサの断面図であり、圧縮バネとして機能する形態を示す。
【図２】本発明のの実施例を示す重力バランサの断面図であり、引っ張りバネとして機能する形態を示す。
【図３】従来の重力バランサを取り付けた産業用ロボットを示す説明図である。
【符号の説明】
１：第１アーム２：基台３：重力バランサ４：シリンダ５：ロッド
６：バネ７：軸８：軸
１０：重力バランサ
１１：シリンダ１１ａ：ピン穴１１ｂ：底部フランジ１１ｃ：上部フランジ
１２：ロッド１２ａ：ピン穴１２ｂ：フランジ１２ｃ：サポート
１２ｄ：フランジ１２ｅ：下部フランジ
１３：コイルバネ

Claims

シリンダ（１１）と前記シリンダ（１１）に対して出入り自在に取り付けられたロッド（１２）と前記シリンダ（１１）と前記ロッド（１２）の間に架け渡されたバネ（１３）からなる産業用ロボット用重力バランサ（１０）において、
前記産業用ロボット用重力バランサ（１０）が、圧縮バネとして機能する形態から引っ張りバネとして機能する形態またはその逆の形態にシリンダ（１１）とフランジ（１１ｂ）（１２ｂ）とサポート（１２ｃ）の結合を解いて、組み替え自在であることを特徴とする産業用ロボット用重力バランサ。
前記ロッドに、前記バネを支持する前記サポートを備え、前記サポートの前記ロッドに対する取付位置が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット用重力バランサ。
シリンダ（１１）と前記シリンダ（１１）に対して出入り自在に取り付けられたロッド（１２）と前記シリンダ（１１）と前記ロッド（１２）の間に架け渡されたバネ（１３）からなる産業用ロボット用重力バランサ（１０）であって、圧縮バネとして機能する形態から引っ張りバネとして機能する形態にまたはその逆の形態にシリンダ（１１）とフランジ（１１ｂ）（１２ｂ）とサポート（１２ｃ）の結合を解いて、組み替え自在である産業用ロボット用重力バランサ（１０）を備えたことを特徴とする産業用ロボット。
前記産業用ロボット用重力バランサの前記ロッドに、前記バネを支持する前記サポートを備え、前記サポートの前記ロッドに対する取付位置が変更可能であることを特徴とする請求項３に記載の産業用ロボット。