JPH0474154B2 - - Google Patents
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- JPH0474154B2 JPH0474154B2 JP638083A JP638083A JPH0474154B2 JP H0474154 B2 JPH0474154 B2 JP H0474154B2 JP 638083 A JP638083 A JP 638083A JP 638083 A JP638083 A JP 638083A JP H0474154 B2 JPH0474154 B2 JP H0474154B2
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- arm
- shaft
- axis
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- horizontal
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 28
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 22
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は作業ロボツトやマニプレータ等の多関
節腕機構に係り、特に作業性の向上を図つた横形
の多関節機構に関するものである。
節腕機構に係り、特に作業性の向上を図つた横形
の多関節機構に関するものである。
従来の工業用ロボツトやマニプレータ等に用い
られる多関節形の腕機構は、第1図に示すように
垂直軸芯1の回りに旋回可能の旋回台2上に垂直
面内で揺動可能の垂直アーム3を取り付けると共
に、この垂直アーム3の先端に上記垂直内に於い
て揺動可能の水平アーム4を取り付け、この垂直
アーム4の先端に工具等を取り付けるための手首
部5を設けた所謂竪形構造となつているのが一般
的である。このような竪形の腕機構では、水平ア
ーム4には垂直方向の自由度のみがもつぱら与え
られている為、アームの垂直方向の動きは制限さ
れているが水平面内に於ける動きが比較的自由で
あるような作業対象に対しては、作業の自由度が
制限される場合が多い。このように横方向、即ち
水平方向には比較的自由度が取れるが垂直方向の
動きが制限される作業対象の例としては、例えば
水車ランナ、舶用プロペラ、タービンブレード等
の加工や自動車室内の塗装等があり、このような
作業対象のように、狭隘な空間に対して腕機構の
アプローチする方向が制限された作業対象に対し
ては上記竪形の多関節腕機構は非常に不便な場合
が多い。
られる多関節形の腕機構は、第1図に示すように
垂直軸芯1の回りに旋回可能の旋回台2上に垂直
面内で揺動可能の垂直アーム3を取り付けると共
に、この垂直アーム3の先端に上記垂直内に於い
て揺動可能の水平アーム4を取り付け、この垂直
アーム4の先端に工具等を取り付けるための手首
部5を設けた所謂竪形構造となつているのが一般
的である。このような竪形の腕機構では、水平ア
ーム4には垂直方向の自由度のみがもつぱら与え
られている為、アームの垂直方向の動きは制限さ
れているが水平面内に於ける動きが比較的自由で
あるような作業対象に対しては、作業の自由度が
制限される場合が多い。このように横方向、即ち
水平方向には比較的自由度が取れるが垂直方向の
動きが制限される作業対象の例としては、例えば
水車ランナ、舶用プロペラ、タービンブレード等
の加工や自動車室内の塗装等があり、このような
作業対象のように、狭隘な空間に対して腕機構の
アプローチする方向が制限された作業対象に対し
ては上記竪形の多関節腕機構は非常に不便な場合
が多い。
そのため本発明は上記垂直アーム3に相当する
腕部分を横方向に寝かせることにより水平方向の
自由度の増大を図つた横形多関節腕機構を提供す
るものであり、更にこのような多関節腕機構の場
合腕部全体の重力が腕機構の根元部分に作用せざ
るを得ない構造となる為、このような回転モーメ
ントを解消する為の構造をも提供することが本発
明の目的である。従つて本発明は、その要旨とす
る処が、垂直方向及び水平方向に移動可能に支持
された基台と、該基台に旋回可能に取り付けた水
平方向の第1軸と、該第1軸の旋回角度を調整す
る第1位置決め手段と、上記第1軸の端部に取り
付けられ該第1軸の軸芯を含む第1平面内で揺動
可能の第1アームと、該第1アームの上記第1軸
に対する関節角度を決定する第2位置決め手段
と、上記第1アームの先端に取り付けられ上記第
1平面内で揺動可能の第2アームと、第2アーム
の第1アームに対する角度を決定する第3位置決
め手段と、第2アームの揺動軸芯回りに該第2ア
ームによる重力に対応する付勢力を作用させ、上
記第2アームの揺動軸芯回りの偏荷重をバランス
させる第1の重力バランス装置とを有してなる点
にある横形多関節腕機構を提供せんとするもので
ある。続いて第2図以下の添付図面を参照して本
発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の
理解に供する。ここに第2図は大形の回転翼やラ
ンナ、水車等のグラインダ作業を行う為の横型の
ロボツト腕機構に本発明を適用した場合の一実施
例を示す斜視図であり、第3図は第2図に示した
腕機構全体の第1軸まわりの回転モーメントを解
消する為のバランス装置の作動原理を示す概略構
成図、第4図は第2図に示した腕機構全体の概略
構成図である。
腕部分を横方向に寝かせることにより水平方向の
自由度の増大を図つた横形多関節腕機構を提供す
るものであり、更にこのような多関節腕機構の場
合腕部全体の重力が腕機構の根元部分に作用せざ
るを得ない構造となる為、このような回転モーメ
ントを解消する為の構造をも提供することが本発
明の目的である。従つて本発明は、その要旨とす
る処が、垂直方向及び水平方向に移動可能に支持
された基台と、該基台に旋回可能に取り付けた水
平方向の第1軸と、該第1軸の旋回角度を調整す
る第1位置決め手段と、上記第1軸の端部に取り
付けられ該第1軸の軸芯を含む第1平面内で揺動
可能の第1アームと、該第1アームの上記第1軸
に対する関節角度を決定する第2位置決め手段
と、上記第1アームの先端に取り付けられ上記第
1平面内で揺動可能の第2アームと、第2アーム
の第1アームに対する角度を決定する第3位置決
め手段と、第2アームの揺動軸芯回りに該第2ア
ームによる重力に対応する付勢力を作用させ、上
記第2アームの揺動軸芯回りの偏荷重をバランス
させる第1の重力バランス装置とを有してなる点
にある横形多関節腕機構を提供せんとするもので
ある。続いて第2図以下の添付図面を参照して本
発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の
理解に供する。ここに第2図は大形の回転翼やラ
ンナ、水車等のグラインダ作業を行う為の横型の
ロボツト腕機構に本発明を適用した場合の一実施
例を示す斜視図であり、第3図は第2図に示した
腕機構全体の第1軸まわりの回転モーメントを解
消する為のバランス装置の作動原理を示す概略構
成図、第4図は第2図に示した腕機構全体の概略
構成図である。
第4図に於いて11は後記する基台に回動自在
に取り付けられた水平方向の第1軸で、その一端
で該第1軸に直角の支軸12を一体的に有してお
り、該支軸12には該支軸12を中心として支軸
12に直角な第1平面内(即ち、第1軸11の軸
芯を含む平面内)で揺動可能の第1アーム13が
設けられている。この第1アーム13の先端に前
記支軸12に平行に取り付けた支軸14には、該
支軸14を中心として揺動可能の第2アーム15
が取り付けられており、従つて第2アーム15も
前記第1アーム13と同様支軸12に直角の第1
平面(即ち第1軸11と第1アーム13とを含む
平面)内に於いて揺動可能である。前記第1軸の
中間の支点16と第1アーム13の中間の支点1
7とは両支点に対して揺動可能の第2位置決め手
段Bによつて連結されている。従つて上記第2位
置決め手段Bの伸縮動作により第1アーム13は
前記第1軸11、第1アーム13、第2アーム1
5を含む第1平面内に於いて矢印θの2方向に第
1軸11に対して揺動する。又第1軸11の固定
的に取り付けた支点18と前記支軸14に前記第
1平面内に於いて揺動自在に取り付けた三節連鎖
19の第1リンク20の先端に設けた支点21と
はリンク22によつて連結されており、支軸12
を第1軸11に固着した点を23とし、この点2
3と支点18を結び線分24とした場合、線分2
4と第1リンク20とが平行で第1アーム13と
リンク22とが平行となるような平行リンクが形
成されている。
に取り付けられた水平方向の第1軸で、その一端
で該第1軸に直角の支軸12を一体的に有してお
り、該支軸12には該支軸12を中心として支軸
12に直角な第1平面内(即ち、第1軸11の軸
芯を含む平面内)で揺動可能の第1アーム13が
設けられている。この第1アーム13の先端に前
記支軸12に平行に取り付けた支軸14には、該
支軸14を中心として揺動可能の第2アーム15
が取り付けられており、従つて第2アーム15も
前記第1アーム13と同様支軸12に直角の第1
平面(即ち第1軸11と第1アーム13とを含む
平面)内に於いて揺動可能である。前記第1軸の
中間の支点16と第1アーム13の中間の支点1
7とは両支点に対して揺動可能の第2位置決め手
段Bによつて連結されている。従つて上記第2位
置決め手段Bの伸縮動作により第1アーム13は
前記第1軸11、第1アーム13、第2アーム1
5を含む第1平面内に於いて矢印θの2方向に第
1軸11に対して揺動する。又第1軸11の固定
的に取り付けた支点18と前記支軸14に前記第
1平面内に於いて揺動自在に取り付けた三節連鎖
19の第1リンク20の先端に設けた支点21と
はリンク22によつて連結されており、支軸12
を第1軸11に固着した点を23とし、この点2
3と支点18を結び線分24とした場合、線分2
4と第1リンク20とが平行で第1アーム13と
リンク22とが平行となるような平行リンクが形
成されている。
又三節連鎖19を構成する第2リンク25の先
端の支点26と、第2アーム15の中間の支点2
7とは両支点に対して揺動自在の第3位置決め手
段Cによつて連結されており、第3位置決め手段
Cの伸縮動作により第2アーム15が前記第1平
面内に於いて第1アーム13に対してθ3の方向
に揺動する。
端の支点26と、第2アーム15の中間の支点2
7とは両支点に対して揺動自在の第3位置決め手
段Cによつて連結されており、第3位置決め手段
Cの伸縮動作により第2アーム15が前記第1平
面内に於いて第1アーム13に対してθ3の方向
に揺動する。
以上でこの実施例のアーム部分の概略の構成が
理解されるので、更にこのアーム部分の具体的な
構成及び重力バランス装置等について第2図を参
照して説明する。
理解されるので、更にこのアーム部分の具体的な
構成及び重力バランス装置等について第2図を参
照して説明する。
第2図に於いて前記第1軸11を軸受28によ
つて旋回可能に支持する基台29は、水平基台3
0の上面31上に該水平基台30の軸方向に摺動
可能に支持された垂直基台32の垂直側面33に
沿つて垂直方向に摺動可能に支持されていること
により水平方向及び垂直方向に対して自在に位置
決めされる。第1軸11に固定されたアーム34
の先端に設けた支点35と、基台29上の支点3
6とは両支点に対して揺動自在に取り付けた第1
位置決め手段Aによつて連結されている。この第
1位置決め手段A及び前記した第2及び第3の位
置決め手段B、Cは夫々油圧シリンダ、ボールネ
ジ、その他の伸縮可能で、且つその伸縮量が正確
に制御されるアクチユエータやモータ等によつて
構成されている。従つて第1位置決め手段Aの伸
縮により第1軸11が任意の旋回角度分だけ旋回
され、これに連結された第1アーム及び第2アー
ムが全体として第1軸11の回りにθ1の方向に
旋回する。
つて旋回可能に支持する基台29は、水平基台3
0の上面31上に該水平基台30の軸方向に摺動
可能に支持された垂直基台32の垂直側面33に
沿つて垂直方向に摺動可能に支持されていること
により水平方向及び垂直方向に対して自在に位置
決めされる。第1軸11に固定されたアーム34
の先端に設けた支点35と、基台29上の支点3
6とは両支点に対して揺動自在に取り付けた第1
位置決め手段Aによつて連結されている。この第
1位置決め手段A及び前記した第2及び第3の位
置決め手段B、Cは夫々油圧シリンダ、ボールネ
ジ、その他の伸縮可能で、且つその伸縮量が正確
に制御されるアクチユエータやモータ等によつて
構成されている。従つて第1位置決め手段Aの伸
縮により第1軸11が任意の旋回角度分だけ旋回
され、これに連結された第1アーム及び第2アー
ムが全体として第1軸11の回りにθ1の方向に
旋回する。
第1軸11の端部に該第1軸11に対して一定
角度傾斜した状態で固着された回転円板37上に
は、前記のように第1軸11に対して直行するよ
うに支軸12が回動可能に取り付けられている。
該支軸12には該支軸12を中心として揺動可能
の前記第1アーム13の末端が固着されており、
該第1アーム13の他端に旋回可能で且つ前記支
軸12に平行に取り付けた支軸14に揺動自在に
取り付けた前記三節連鎖19を構成する第1リン
ク20の先端部に設けた支点21と、前記回転円
板37に固定された支点18とは、前記した第1
アーム13に平行なリンク22によつて連結され
ていおり、支軸12の軸芯と第1軸11の軸芯と
の交点23と、前記支点18とを結ぶ線分24が
第1リンク20に平行で、且つリンク22と第1
アーム13とが平行となるような平行リンクが形
成されている。更に第1アーム13の中間に設け
た支点17と回転円板37に固定された支点16
とは、前記したようなボールネジ等によりなる第
2位置決め手段Bによつて連結され、第2位置決
め手段Bの伸縮動作によつて第1アーム13が第
1軸11に対して揺動する。
角度傾斜した状態で固着された回転円板37上に
は、前記のように第1軸11に対して直行するよ
うに支軸12が回動可能に取り付けられている。
該支軸12には該支軸12を中心として揺動可能
の前記第1アーム13の末端が固着されており、
該第1アーム13の他端に旋回可能で且つ前記支
軸12に平行に取り付けた支軸14に揺動自在に
取り付けた前記三節連鎖19を構成する第1リン
ク20の先端部に設けた支点21と、前記回転円
板37に固定された支点18とは、前記した第1
アーム13に平行なリンク22によつて連結され
ていおり、支軸12の軸芯と第1軸11の軸芯と
の交点23と、前記支点18とを結ぶ線分24が
第1リンク20に平行で、且つリンク22と第1
アーム13とが平行となるような平行リンクが形
成されている。更に第1アーム13の中間に設け
た支点17と回転円板37に固定された支点16
とは、前記したようなボールネジ等によりなる第
2位置決め手段Bによつて連結され、第2位置決
め手段Bの伸縮動作によつて第1アーム13が第
1軸11に対して揺動する。
前記第1アーム13の先端には、該第1アーム
13に対して回転可能に取り付けた前記支軸14
を中心として揺動自在の第2アーム15が取り付
けられており、この第2アーム15内には第4図
に示したような第2アーム15の中間の支点27
と前記第1リンク20に対して位置を固定された
三節連鎖19の構成要素である第2リンク25の
先端の支点26とを連結するボールネジ等よりな
る第3位置決め手段Cが内蔵され、この第3位置
決め手段Cの伸縮動作によつて第2アーム15が
前記第1軸11及び第1アーム13を含む第1平
面内に於いてθ3の方向に揺動運動する。前記第
2リンク25の角度は前記リンク22の存在によ
り第1リンク20が第1アーム13の揺動角度に
よらず常に第1軸11に対して一定の角度に保持
されるので、第3位置決め手段Cの伸縮量に応じ
て第2アーム15の第1軸11に対する揺動角度
が一義的に決定される。
13に対して回転可能に取り付けた前記支軸14
を中心として揺動自在の第2アーム15が取り付
けられており、この第2アーム15内には第4図
に示したような第2アーム15の中間の支点27
と前記第1リンク20に対して位置を固定された
三節連鎖19の構成要素である第2リンク25の
先端の支点26とを連結するボールネジ等よりな
る第3位置決め手段Cが内蔵され、この第3位置
決め手段Cの伸縮動作によつて第2アーム15が
前記第1軸11及び第1アーム13を含む第1平
面内に於いてθ3の方向に揺動運動する。前記第
2リンク25の角度は前記リンク22の存在によ
り第1リンク20が第1アーム13の揺動角度に
よらず常に第1軸11に対して一定の角度に保持
されるので、第3位置決め手段Cの伸縮量に応じ
て第2アーム15の第1軸11に対する揺動角度
が一義的に決定される。
又第2アーム15内には更にその先端に設けた
グラインダGを有する手首部38に第2アーム1
5の軸芯の回りに旋回運動を起こさせる旋回駆動
機構が内蔵されているが、これについては特に図
示しない。第2アーム15の前記手首部38とは
反対側の末端部には、第1の重力バランス装置の
一種であるカウンターウエート39が固着され、
このカウンターウエート39の重力を利用した付
勢力によつて第1アーム13の軸芯を境とした左
右の重力バランスが達成される。即ち、支軸14
回りに係る第2アーム15のバランスがとれられ
る。
グラインダGを有する手首部38に第2アーム1
5の軸芯の回りに旋回運動を起こさせる旋回駆動
機構が内蔵されているが、これについては特に図
示しない。第2アーム15の前記手首部38とは
反対側の末端部には、第1の重力バランス装置の
一種であるカウンターウエート39が固着され、
このカウンターウエート39の重力を利用した付
勢力によつて第1アーム13の軸芯を境とした左
右の重力バランスが達成される。即ち、支軸14
回りに係る第2アーム15のバランスがとれられ
る。
このようにして構成された横形の腕機構の場
合、第1アーム13及び第2アーム15が第1軸
11に片持状に取り付けられている為、これらの
重量に対するバランス装置を設けないと第1軸1
1に大きな捩りトルクがかかり、しかもこの捩り
トルクは第1アーム13の垂直面内及び第1水平
面内における揺動により傾きによつて夫々変動す
る為、これに対する重力バランス装置は特殊なも
のを採用する必要がある。このような機能を充足
する為の重力バランス装置を次に説明する。即ち
第2図に於いて40はワイヤー41を巻き掛けた
ドラム42と、このワイヤー41に付勢力を作用
させてドラム42にワイヤー41を巻き込む方向
に回転力を付与する図示せぬ蔓巻きバネ等よりな
る回転力付与機構(不図示)とを有する張力付与
装置(第2の重力バランス装置)で、基台29に
取り付けられた回転軸43に固着されており、ド
ラム42に巻き掛けられたワイヤー41は、基台
29に回転自在に取り付けた回転軸43の先端に
回転自在に取り付けた回転シーブ44の周上を経
て、該回転シーブ44で方向を変えて第1アーム
13の中間点に取り付けた球面継手45に係着さ
れたロツド46の先端に回転自在に取り付けた回
転シーブ47に180度巻き付き、その末端が前記
回転軸43の端部の固定点48に固着されている
ものである。従つてドラム42に作用する回転力
はワイヤー41に伝達され、該ワイヤーの平行部
41′を回転シーブ44の方向に引つ張る為、こ
の張力によつて回転シーブ47、ロツド46、球
面継手45を介して第1アーム13が垂直上方へ
引き上げられ、上記球面継手45の部分に作用す
る第1アーム13及び第2アーム15の自重によ
る第1軸11の回りの回転モーメントが相殺され
る。この機構の場合第1アーム13が水平面内に
於いて上下動した場合、この動きにつれてワイヤ
ー41の平行部41′も回転シーブ44を中心と
して揺動運動するが、回転シーブ44を取り付け
た回転軸43は基台29に対して回動自在である
か、又はワイヤー41の平行部41′の回転シー
ブ44を中心とする揺動運動につれて回動する構
造となつているので、回転シーブ44が常にワイ
ヤーに沿つた向きに回動される為ワイヤーが回転
シーブ44から外れるような不都合が無く、また
第1アーム13が支軸12の回りに揺動運動した
場合、これに連れて前記ワイヤー41の平行部4
1′も回転シーブ44の回りに揺動運動するが、
その運動によつてワイヤー41の回転シーブ44
に対する巻き掛け角度が変化するのみで、ワイヤ
ー41は回転シーブから外れる虞れが無い。但し
このような回転シーブ44からのワイヤーの外れ
を防止する機能を厳密に達成させる為には、回転
シーブ44が前記支軸12と第1軸11との直行
点23の直上に設けられていることが条件とな
り、図に示した腕機構もこの条件を満たす構造と
なつている。
合、第1アーム13及び第2アーム15が第1軸
11に片持状に取り付けられている為、これらの
重量に対するバランス装置を設けないと第1軸1
1に大きな捩りトルクがかかり、しかもこの捩り
トルクは第1アーム13の垂直面内及び第1水平
面内における揺動により傾きによつて夫々変動す
る為、これに対する重力バランス装置は特殊なも
のを採用する必要がある。このような機能を充足
する為の重力バランス装置を次に説明する。即ち
第2図に於いて40はワイヤー41を巻き掛けた
ドラム42と、このワイヤー41に付勢力を作用
させてドラム42にワイヤー41を巻き込む方向
に回転力を付与する図示せぬ蔓巻きバネ等よりな
る回転力付与機構(不図示)とを有する張力付与
装置(第2の重力バランス装置)で、基台29に
取り付けられた回転軸43に固着されており、ド
ラム42に巻き掛けられたワイヤー41は、基台
29に回転自在に取り付けた回転軸43の先端に
回転自在に取り付けた回転シーブ44の周上を経
て、該回転シーブ44で方向を変えて第1アーム
13の中間点に取り付けた球面継手45に係着さ
れたロツド46の先端に回転自在に取り付けた回
転シーブ47に180度巻き付き、その末端が前記
回転軸43の端部の固定点48に固着されている
ものである。従つてドラム42に作用する回転力
はワイヤー41に伝達され、該ワイヤーの平行部
41′を回転シーブ44の方向に引つ張る為、こ
の張力によつて回転シーブ47、ロツド46、球
面継手45を介して第1アーム13が垂直上方へ
引き上げられ、上記球面継手45の部分に作用す
る第1アーム13及び第2アーム15の自重によ
る第1軸11の回りの回転モーメントが相殺され
る。この機構の場合第1アーム13が水平面内に
於いて上下動した場合、この動きにつれてワイヤ
ー41の平行部41′も回転シーブ44を中心と
して揺動運動するが、回転シーブ44を取り付け
た回転軸43は基台29に対して回動自在である
か、又はワイヤー41の平行部41′の回転シー
ブ44を中心とする揺動運動につれて回動する構
造となつているので、回転シーブ44が常にワイ
ヤーに沿つた向きに回動される為ワイヤーが回転
シーブ44から外れるような不都合が無く、また
第1アーム13が支軸12の回りに揺動運動した
場合、これに連れて前記ワイヤー41の平行部4
1′も回転シーブ44の回りに揺動運動するが、
その運動によつてワイヤー41の回転シーブ44
に対する巻き掛け角度が変化するのみで、ワイヤ
ー41は回転シーブから外れる虞れが無い。但し
このような回転シーブ44からのワイヤーの外れ
を防止する機能を厳密に達成させる為には、回転
シーブ44が前記支軸12と第1軸11との直行
点23の直上に設けられていることが条件とな
り、図に示した腕機構もこの条件を満たす構造と
なつている。
ここで上記ワイヤー41による重力バランス装
置の原理に付いて第3図を参照して説明する。
今、球面継手45が第1アーム13及び第2アー
ム15の合成された重心の位置に取り付けられて
いるものとし、第3図に示すように簡略化の為に
球面継手45を存在する点をDで、回転シーブ4
4の存在する位置をEで、第1軸11と第1アー
ム13との各軸芯の交点23をFで表し、更にこ
れらの間の距離DE=l、DF=R、EF=aとし、
且つ点Fより直接DEに下ろした垂線の長さをh、
直線DFと水平線Kとのなす角度をθ、角度DEF
をα、D点に作用するワイヤーの引張り力をP、
ワイヤーを引つ張る蔓巻きバネ等の弾性係数を
k、D点に作用する第1アーム13及び第2アー
ム15の合成された重力をWとすると、第1軸1
1のまわりの重力モーメントMwは Mw=W・Rcosθ=W・lsinα …(1) で表され、ワイヤー41が引き上げる力によつて
作用する回転モーメントMpは Mp=P・h=P・asinα …(2) で表される。ここにMw=Mpの時に両モーメン
トがバランスし、第1軸の捩りが発生しない状態
となる。このような状態に於いては Wlsinα=Pasinα …(3) が成立する。従つてこの式を整理すると P=(w/a)・l …(4) が得られ、これはワイヤーの張力Pがw/a=k
のバネ定数を有するバネ部材によつて引き上げら
れ、その時の伸びがlである条件を規定する。こ
のような条件を満たす蔓巻きバネ等を用いれば上
記アームの重量が完全にバランスする。(4)式には
第1アームの水平方向及び垂直方向の角度α及び
θは無関係であるから、この条件が成立する限り
第1アームの揺動角度によらず常に完全なバラン
スが成立する。上記のような(4)式で規定される条
件を満たすためには張力付与装置40内に内蔵し
たバネ部材がW/aのバネ定数のものであり、且
つこのバネの自由度の状態からドラム42を回転
させてlの長さ分だけ引き出した状態で第2図に
示すような巻き掛け状態となるようにセツトしう
る構造とすれば、上記のような完全なバランスが
達成されるものである。
置の原理に付いて第3図を参照して説明する。
今、球面継手45が第1アーム13及び第2アー
ム15の合成された重心の位置に取り付けられて
いるものとし、第3図に示すように簡略化の為に
球面継手45を存在する点をDで、回転シーブ4
4の存在する位置をEで、第1軸11と第1アー
ム13との各軸芯の交点23をFで表し、更にこ
れらの間の距離DE=l、DF=R、EF=aとし、
且つ点Fより直接DEに下ろした垂線の長さをh、
直線DFと水平線Kとのなす角度をθ、角度DEF
をα、D点に作用するワイヤーの引張り力をP、
ワイヤーを引つ張る蔓巻きバネ等の弾性係数を
k、D点に作用する第1アーム13及び第2アー
ム15の合成された重力をWとすると、第1軸1
1のまわりの重力モーメントMwは Mw=W・Rcosθ=W・lsinα …(1) で表され、ワイヤー41が引き上げる力によつて
作用する回転モーメントMpは Mp=P・h=P・asinα …(2) で表される。ここにMw=Mpの時に両モーメン
トがバランスし、第1軸の捩りが発生しない状態
となる。このような状態に於いては Wlsinα=Pasinα …(3) が成立する。従つてこの式を整理すると P=(w/a)・l …(4) が得られ、これはワイヤーの張力Pがw/a=k
のバネ定数を有するバネ部材によつて引き上げら
れ、その時の伸びがlである条件を規定する。こ
のような条件を満たす蔓巻きバネ等を用いれば上
記アームの重量が完全にバランスする。(4)式には
第1アームの水平方向及び垂直方向の角度α及び
θは無関係であるから、この条件が成立する限り
第1アームの揺動角度によらず常に完全なバラン
スが成立する。上記のような(4)式で規定される条
件を満たすためには張力付与装置40内に内蔵し
たバネ部材がW/aのバネ定数のものであり、且
つこのバネの自由度の状態からドラム42を回転
させてlの長さ分だけ引き出した状態で第2図に
示すような巻き掛け状態となるようにセツトしう
る構造とすれば、上記のような完全なバランスが
達成されるものである。
尚第2図に示した50,51,52は夫々基台
29に対する第1軸11の旋回角度を検出する角
度検出器、回転円板37に対する(即ち第1軸1
1に対する)第1アーム13の揺動角度を検出す
る角度検出器、第1アーム13に対する第2アー
ム15の揺動角度を検出する角度検出器で、ロー
タリエンコーダ、レゾルバ、ポテンシヨンメータ
その他が採用される。
29に対する第1軸11の旋回角度を検出する角
度検出器、回転円板37に対する(即ち第1軸1
1に対する)第1アーム13の揺動角度を検出す
る角度検出器、第1アーム13に対する第2アー
ム15の揺動角度を検出する角度検出器で、ロー
タリエンコーダ、レゾルバ、ポテンシヨンメータ
その他が採用される。
本発明は、以上述べたように垂直方向及び水平
方向に移動可能に支持された基台と、該基台に旋
回可能に取り付けた水平方向の第1軸と、該第1
軸の旋回角度を調整する第1位置決め手段と、上
記第1軸の端部に取り付けられ該第1軸の軸芯を
含む第1平面内で揺動可能の第1アームと、該第
1アームの上記第1軸に対する関節角度を決定す
る第2位置決め手段と、上記第1アームの先端に
取り付けられ上記第1平面内で揺動可能の第2ア
ームと、第2アームの第1アームに対する角度を
決定する第3位置決め手段と、第2アームの揺動
軸芯回りに該第2アームによる重力に対応する付
勢力を作用させ、上記第2アームの揺動軸芯回り
の偏荷重をバランスさせる第1の重力バランス装
置とを有してなることを特徴とする横形多関節腕
機構であるから、竪型の腕機構では手首部分が入
り込み難い、例えば水車ランナ、舶用プロペラ、
タービンブレード、自動車室内等の狭隘で垂直方
向の自由度に大きな制限を有する作業対象に対し
て、比較的大きな自由度を持つてアプローチする
ことが出来、このような対象に対する作業能率を
著しく向上させるものであり、また第1フレー
ム、及び第2アームの合成された重力に対する第
1軸まわりの重力バランス装置を付与した場合、
横型の多関節腕機構にとつて最大の欠点である第
1軸にたいする捩れが解消され、竪型の多関節腕
機構と同等若しくはそれ以上に手首部の位置決め
精度が向上するものである。
方向に移動可能に支持された基台と、該基台に旋
回可能に取り付けた水平方向の第1軸と、該第1
軸の旋回角度を調整する第1位置決め手段と、上
記第1軸の端部に取り付けられ該第1軸の軸芯を
含む第1平面内で揺動可能の第1アームと、該第
1アームの上記第1軸に対する関節角度を決定す
る第2位置決め手段と、上記第1アームの先端に
取り付けられ上記第1平面内で揺動可能の第2ア
ームと、第2アームの第1アームに対する角度を
決定する第3位置決め手段と、第2アームの揺動
軸芯回りに該第2アームによる重力に対応する付
勢力を作用させ、上記第2アームの揺動軸芯回り
の偏荷重をバランスさせる第1の重力バランス装
置とを有してなることを特徴とする横形多関節腕
機構であるから、竪型の腕機構では手首部分が入
り込み難い、例えば水車ランナ、舶用プロペラ、
タービンブレード、自動車室内等の狭隘で垂直方
向の自由度に大きな制限を有する作業対象に対し
て、比較的大きな自由度を持つてアプローチする
ことが出来、このような対象に対する作業能率を
著しく向上させるものであり、また第1フレー
ム、及び第2アームの合成された重力に対する第
1軸まわりの重力バランス装置を付与した場合、
横型の多関節腕機構にとつて最大の欠点である第
1軸にたいする捩れが解消され、竪型の多関節腕
機構と同等若しくはそれ以上に手首部の位置決め
精度が向上するものである。
第1図は従来の竪型多関節腕機構を示す側面
図、第2図は本発明の一実施例に係る多関節腕機
構を示す斜視図、第3図は同腕機構に用いるバラ
ンス装置の原理を示す概略構成図、第4図は第2
図に示した腕機構のアーム部分の骨格を示す概略
構成図である。 (符号の説明) 29……基台、11……第1
軸、13……第1アーム、15……第2アーム、
39……カウンターウエート(第1の重力バラン
ス装置)、40……張力付与装置(第2の重力バ
ランス装置)、A……第1位置決め手段、B……
第2位置決め手段、C……第3位置決め手段。
図、第2図は本発明の一実施例に係る多関節腕機
構を示す斜視図、第3図は同腕機構に用いるバラ
ンス装置の原理を示す概略構成図、第4図は第2
図に示した腕機構のアーム部分の骨格を示す概略
構成図である。 (符号の説明) 29……基台、11……第1
軸、13……第1アーム、15……第2アーム、
39……カウンターウエート(第1の重力バラン
ス装置)、40……張力付与装置(第2の重力バ
ランス装置)、A……第1位置決め手段、B……
第2位置決め手段、C……第3位置決め手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 垂直方向及び水平方向に移動可能に支持され
た基台と、 該基台に旋回可能に取り付けた水平方向の第1
軸と、 該第1軸の旋回角度を調整する第1位置決め手
段と、 上記第1軸の端部に取り付けられ該第1軸の軸
芯を含む第1平面内で揺動可能の第1アームと、 該第1アームの上記第1軸に対する関節角度を
決定する第2位置決め手段と、 上記第1アームの先端に取り付けられ上記第1
平面内で揺動可能の第2アームと、 第2アームの第1アームに対する角度を決定す
る第3位置決め手段と、 第2アームの揺動軸芯回りに該第2アームによ
る重力に対応する付勢力を作用させ、上記第2ア
ームの揺動軸芯回りの偏荷重をバランスさせる第
1の重力バランス装置とを有してなることを特徴
とする横形多関節腕機構。 2 垂直方向及び水平方向に移動可能に支持され
た基台と、 該基台に旋回可能に取り付けた水平方向の第1
軸と、 該第1軸の旋回角度を調整する第1位置決め手
段と、 上記第1軸の端部に取り付けられ該第1軸の軸
芯を含む第1平面内で揺動可能の第1アームと、 該第1アームの上記第1軸に対する関節角度を
決定する第2位置決め手段と、 上記第1アームの先端に取り付けられ上記第1
平面図で揺動可能の第2アームと、 第2アームの第1アームに対する角度を決定す
る第3位置決め手段と、 第2アームの揺動軸芯回りに該第2アームによ
る重力に対応する付勢力を作用させ、上記第2ア
ームの揺動軸芯回りの偏荷重をバランスさせる第
1の重力バランス装置と、 第1アーム及び第2アームの合成された重力に
対応する付勢力を第1軸の軸芯回りに作用させ、
上記第1軸の軸芯回りの偏荷重をバランスさせる
第2の重力バランス装置とを有してなることを特
徴とする横形多関節腕機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP638083A JPS59134681A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 横形多関節腕機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP638083A JPS59134681A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 横形多関節腕機構 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59134681A JPS59134681A (ja) | 1984-08-02 |
JPH0474154B2 true JPH0474154B2 (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=11636770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP638083A Granted JPS59134681A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 横形多関節腕機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59134681A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004033640B4 (de) | 2003-07-18 | 2012-03-29 | Abb As | Farbauftragssystem |
-
1983
- 1983-01-18 JP JP638083A patent/JPS59134681A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59134681A (ja) | 1984-08-02 |
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