JPH06155365A

JPH06155365A - 工業用ロボット

Info

Publication number: JPH06155365A
Application number: JP30904892A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Uehara; 敏上原
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1994-06-03

Abstract

(57)【要約】【構成】旋回ベース３の、アーム揺動中心より下側に
設けられた固定ロッド２６と、アーム６に設けられた移
動ロッド３１と、固定ロッド２６に基端側が揺動自在に
支持され該支持位置より先端側に移動ロッド３１を案内
する案内穴３０が形成されたブラケット２８と、移動ロ
ッド３１とブラケット２８の先端側との間に設けられ、
移動ロッド３１を固定ロッド２６から離間する方向に付
勢するバネ機構３５とを具備するバランス機構１４を設
けてなる。【効果】アーム６の揺動位置より上側にのみバランス
機構１４が突出することになるため、旋回ベース３の旋
回時等にアーム６と回りとの干渉以外の干渉を考慮する
必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用ロボットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工業用ロボットとして、据付ベースと、
該据付ベースに水平旋回可能に支持された旋回ベース
と、該旋回ベースに揺動自在に支持されたアームとを有
するものが、例えば特開平２−３０３７８８号公報に記
載されている。この工業用ロボットの、アームの自重を
支承するバランス機構は、旋回ベースのアーム支持位置
より上側に固定ピンを設け該固定ピンとアームの先端側
との間にバネ取付部材とバネとからなるバネ機構を直列
して配置してなるもので、アームの揺動時にアーム支持
位置に設けられたモータに対してバネ取付部材を移動さ
せるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記工業用ロボットで
は、アームの揺動時にモータに対してバランス機構の一
部であるバネ取付部材を移動させることになるため、ア
ームの揺動角度を十分にとるにはバネ取付部材を大きく
することになる。ここで、旋回ベースを旋回させる場合
等には、アームと回りとの干渉は当然考慮されるため、
アームの揺動位置より上側にバネ取付部材が突出するの
は問題ないが、それ以外に突出することになると、アー
ムと回りとの干渉以外にこの突出部分の干渉を考慮しな
ければならないという問題があり、上記のようにバネ取
付部材を大きくすると、例えばアームの揺動角度が小さ
い場合等には、アームの揺動方向に対して逆方向にバネ
取付部材が突出することになってしまう。

【０００４】したがって、本発明の目的は、アームの揺
動位置より下側等にバランス機構の一部が突出すること
がない工業用ロボットを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の工業用ロボットは、据付ベースに水平旋回
可能に設けられた旋回ベースと、該旋回ベースに揺動自
在に支持されたアームとを有するものであって、アーム
揺動中心より下側の前記旋回ベースに設けられた固定ピ
ンと、前記アームに設けられた移動ピンと、前記固定ピ
ンに基端側が揺動自在に支持されるとともに該支持位置
より先端側に前記移動ピンを案内する案内穴が形成され
たブラケットと、前記移動ピンと前記ブラケットの基端
側または前記移動ピンと前記ブラケットの先端側との間
に設けられ、前記移動ピンを前記固定ピンから離間する
方向に付勢するバネ機構とを具備するバランス機構を設
けてなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明の工業用ロボットによれば、アームが上
下方向に沿っている場合にはブラケットも上下方向に沿
った位置にあり、アームが揺動を開始すると、アームに
設けられた移動ピンも一体に移動しこの移動ピンが案内
穴を移動しつつブラケットを固定ピンを中心にアームと
同方向にアームよりも大きな角度で揺動させることにな
り、この状態で移動ピンとブラケットの基端側または先
端側との間に設けられたバネ機構が移動ピンを固定ピン
から離間する方向に付勢してアームに揺動方向上方側の
付勢力を加えることになる。したがって、アームの揺動
位置より上側のみにバランス機構が突出することにな
る。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例による工業用ロボットを図
１〜図５を参照して以下に説明する。なお、図１に示す
工業用ロボットは、天地を逆にした状態で天井に据え付
けられるものである。図１は本実施例の６自由度工業用
ロボットの全体構成を示すものであり、図中符号１は天
井に据え付けられる据付ベースである。そして、該据付
ベース１には旋回駆動部２が設けられており、該旋回駆
動部２には軸線Ａを中心として水平旋回する旋回ベース
３が設けられている。旋回ベース３にはフランジ４，５
が立設され、該フランジ４，５間には軸線Ａに直交する
軸線Ｂを中心として揺動する第１アーム（アーム）６が
設けられている。また、フランジ５には第１アーム駆動
部７が設けられている。

【０００８】そして、第１アーム６の先端部には、第１
アーム６に連結され軸線Ｂと平行な軸線Ｃを中心として
揺動する第２アーム８が設けられており、この第２アー
ム８と第１アーム６との連結部には第２アーム駆動部９
が設けられていて、さらに第２アーム８の基端側には手
首駆動部１０ａが設けられている。また、第２アーム８
の先端部には手首駆動部１０ａにより駆動される手首機
構１０が設けられており、この手首機構１０にはケース
１１、ケース１２および取付軸１３が設けられている。
ここで、ケース１１は第２アーム８に連結され軸線Ｃに
平行な軸線Ｄを中心として回動するようになっており、
また、ケース１２はケース１１に連結され軸線Ｄに直交
する軸線Ｅを中心として回動するようになっている。そ
して、取付軸１３は、ロボットに作業させるための作業
ツール等を取り付けるもので、ケース１２に取り付けら
れ軸線Ｅに直交する軸線Ｆを中心として回動するように
なっている。

【０００９】ここで、第１アーム６は軸線Ａを含む平面
上に存在するようになっている。さらに、第２アーム８
は第１アーム６に片持状に取り付けられ、またケース１
１は第２アーム８の第１アーム６側の側面に片持状に取
り付けられて、軸線Ｅは軸線Ａを含みかつ軸線Ｄと直交
する平面内に存在するようになっている。そして、旋回
ベース３のフランジ４と第１アーム６との間にはバラン
ス機構１４が設けられている。

【００１０】図２に示すように、第１アーム駆動部７
は、旋回ベース３に形成されたフランジ５に取付座１５
を介して固定された電動式のモータ１６を有しており、
該モータ１６の図示せぬ出力軸は軸線Ｂに一致するよう
に配置されている。また、前記フランジ５の、モータ１
６に対し反対側には取付座１５を介して減速機１８が取
り付けられている。この減速機１８は、モータ１６の低
トルクで高速な回転を高トルクで低速な回転に変換する
もので、入力軸１９と出力軸２０とが軸線Ｂと一致する
同一軸線上に設けられている。また、減速機１８は、内
部に図示せぬ軸受を有しており、この軸受により出力軸
２０に加わるラジアル方向またはスラスト方向の付加を
受けることができるようになっている。この減速機１８
の入力軸１９は、モータ１６の図示せぬ出力軸に取り付
けられており、この入力軸１９とモータ１６の出力軸と
の連結部分には図示せぬキー等の回転伝達手段が設けら
れ、これによりモータ１６の出力軸の回転が入力軸１９
に伝達されるようになっている。

【００１１】また、旋回ベース３に設けられた第１アー
ム６の基端部には円筒状部２１が設けられており、この
円筒状部２１内には、該円筒状部２１の軸線に直交する
板状部２２，２３が形成されている。そして、この第１
アーム６は、円筒状部２１の軸線が第１アーム駆動部７
の軸線Ｂに一致するように配置され、板状部２３が減速
機１８の出力軸２０に固定されて、さらに板状部２２が
フランジ４に固定された支持部材２４にベアリング２５
を介して取り付けられることにより、モータ１６の駆動
力で軸線Ｂを中心として揺動するようになっている。

【００１２】次に、本実施例のバランス機構１４につい
て説明する。図２に示すように、フランジ４の第１アー
ム６の揺動中心軸線Ｂよりも上側（据付状態においては
下側）には、第１アーム６側に突出する固定ピン２６が
設けられており、この固定ピン２６にはベアリング２７
を介してブラケット２８の基端側が揺動自在に支持され
ている。そして、このブラケット２８の先端側には第１
アーム６に反する方向に突出する支持ピン２９が設けら
れており、ブラケット２８の固定ピン取付側の所定位置
には、該ブラケット２８の延在方向に沿って所定長さの
長穴状案内穴３０が形成されている。

【００１３】第１アーム６には、上記案内穴３０に挿通
されるべくブラケット２８方向に突出する移動ピン３１
が設けられており、該移動ピン３１の案内穴挿通位置に
はベアリング３２が嵌合されている。ここで、移動ピン
３１は、案内穴３０の最も固定ピン２６側に位置したと
き、ブラケット２８と第１アーム６とを共に上下方向に
沿った状態とし、このとき固定ピン２６、移動ピン３１
および支持ピン２９も上下方向に沿って配置されること
になる。また、案内穴３０は第１アーム６の揺動の全範
囲において移動ピン３１を移動させることができる長さ
に形成されている。

【００１４】そして、第１アーム６のブラケット２８よ
り外側の突出する移動ピン３１とブラケット２８の先端
側の支持ピン２９との間には、それぞれベアリング３
３，３４を介した状態でバネ機構３５が支持されてい
る。このバネ機構３５は、支持ピン２９に一端側が支持
されるとともに他端側が略円筒状をなすシリンダ部材３
６と、移動ピン３１に一端側が支持されるとともに他端
側がシリンダ部材３６内に挿入されるピストン部材３７
とを有している。そして、ピストン部材３７のシリンダ
部材３６内の先端部にはフランジ部３８が設けられてお
り、このフランジ部３８とシリンダ部材３６のピストン
部材挿入側の底部３９との間には、これらを相反する方
向に付勢する圧縮コイルバネ４０が設けられている。

【００１５】以上のような構成の工業用ロボットを、図
３に示すように、据付ベース１を天井面に据え付けるこ
とになる。この状態で、第１アーム６が上下方向に沿っ
ている場合にはブラケット２８も上下方向に沿った位置
となる。このとき支持ピン２９と移動ピン３１との距離
（図３に示すＬ₃）は最大となっている。そして、第１
アーム駆動部７を作動させ第１アーム６が揺動を開始す
ると、第１アーム６に設けられた移動ピン３１も一体に
移動しこの移動ピン３１が案内穴３０を移動しつつブラ
ケット２８を固定ピン２６を中心に第１アーム６と同方
向に該第１アーム６より大きな角度で揺動させることに
なり（図３に示す状態）、第１アーム６の揺動角度θ₁
が増えるとともに支持ピン２９と移動ピン３１との距離
Ｌ₃は短くなる。そして、この揺動状態においては、支
持ピン２９と移動ピン３１との間に設けられたバネ機構
３５が移動ピン３１を固定ピン２６から離間する方向に
付勢することになる。これにより、第１アーム６には揺
動方向上方側に付勢力が加わることになる。

【００１６】ここで、自重によるモーメントＭ_Aおよび
バランス機構１４によるモーメントＭ_Sは以下により算
出される。図３および図４に示すように、第２アーム
８、第２アーム駆動部９、手首駆動部１０ａおよび手首
機構１０を合せた重量をＷ₁、第１アーム６の重量を
Ｗ₂、軸線ＢＣ間の距離をＬ₁、Ｗ₂の重心位置と軸線Ｂ
との距離をＬ₄とすると、Ｍ_A＝（Ｗ₁×Ｌ₁＋Ｗ₂×Ｌ₄）×ｓｉｎθ₁ となり、バネ機構３５の発生する付勢力をＦ、第１アー
ム６とブラケット２８とのなす角をθ₂、軸線Ｂと移動
ピン３１との距離をＬ₂とすると、Ｍ_S＝Ｆ×ｓｉｎθ₂×Ｌ₂ となる。これにより、Ｍ_SおよびＭ_Aのθ₁に対する変化
は図５に示す特性を示すことになる。そして、モータ１
６の必要なトルクＴは、Ｔ＝Ｍ_S−Ｍ_Aとなる。

【００１７】以上、この工業用ロボットは、そのバラン
ス機構１４が、第１アーム６が上下方向に沿っている場
合には同様に上下方向に沿うため旋回ベース３から側方
へ突出せず、また第１アーム６が揺動状態にある場合に
は第１アーム６と同方向へのみ該第１アーム６より上方
に突出する、すなわち第１アーム６から上側以外に、旋
回ベース３から側方に突出することがないのである。し
たがって、旋回ベース３の旋回時等において、第１アー
ム６と回りとの干渉のみを考慮すればよいことになる。
なお、上記実施例の第１アーム駆動部７側に上記バラン
ス機構１４を設けることも可能であり、この場合におい
ても、固定ピン２６の配置位置をモータ１６から十分に
離間させることができるため、モータ１６等とバランス
機構１４とを干渉させることなく十分な第１アーム６の
揺動角度を得ることができ、また、このように構成して
も上記のように第１アーム６の揺動位置より上側以外に
旋回ベース３から側方にバランス機構１４を突出させる
ことがなくなる。

【００１８】また、バランス機構１４のブラケット２８
の揺動中心となる固定ピン２６が第１アーム６の揺動中
心より下側に設けられているため、バネ機構３５の長さ
の変動量すなわち圧縮コイルバネ４０の応力振幅が小さ
くなる。したがって、バネ機構３５の耐久性が向上する
ことになる。さらに、第１アーム６の揺動軸線方向のス
ペースが空いているため、ケーブルおよびエアホース等
をこのスペースに通すことができる。

【００１９】なお、以上の実施例においては、ブラケッ
ト２８の先端側の支持ピン２９と第１アーム６の移動ピ
ン３１との間にバランス機構１４を設けたものを例にと
り説明したが、ブラケット２８の基端側（例えば固定ピ
ン２６）と第１アーム６の移動ピン３１との間に、これ
らを離間する方向に付勢すべく設けることも可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の工業用ロ
ボットによれば、アームが上下方向に沿っている場合に
はブラケットも上下方向に沿った位置にあり、アームが
揺動を開始すると、アームに設けられた移動ピンも一体
に移動しこの移動ピンが案内穴を移動しつつブラケット
を固定ピンを中心にアームと同方向にアームより大きな
角度で揺動させることになり、この状態で移動ピンとブ
ラケットの基端側または先端側との間に設けられたバネ
機構が移動ピンを固定ピンから離間する方向に付勢して
アームに揺動方向上方側の付勢力を加えることになる。
したがって、アームの揺動位置より上側以外にバランス
機構の一部が突出することがなくなるため、旋回ベース
の旋回時等にアームと回りとの干渉以外にこの突出部分
の干渉を考慮する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による工業用ロボットの全体
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例による工業用ロボットのバラ
ンス機構等を示す断面図である。

【図３】本発明の一実施例による工業用ロボットのアー
ム揺動時のバランス機構等を示す概略側面図である。

【図４】本発明の一実施例による工業用ロボットの各部
の距離関係等を示す概略図である。

【図５】本発明の一実施例による工業用ロボットのモー
メント特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１据付ベース３旋回ベース６第１アーム１４バランス機構２６固定ピン２８ブラケット３０案内穴３１移動ピン３５バネ機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】据付ベースに水平旋回可能に設けられた
旋回ベースと、該旋回ベースに揺動自在に支持されたア
ームとを有する工業用ロボットにおいて、アーム揺動中心より下側の前記旋回ベースに設けられた
固定ピンと、前記アームに設けられた移動ピンと、前記
固定ピンに基端側が揺動自在に支持されるとともに該支
持位置より先端側に前記移動ピンを案内する案内穴が形
成されたブラケットと、前記移動ピンと前記ブラケット
の基端側または前記移動ピンと前記ブラケットの先端側
との間に設けられ、前記移動ピンを前記固定ピンから離
間する方向に付勢するバネ機構とを具備するバランス機
構を設けてなることを特徴とする工業用ロボット。