JPS59224286A - ダイレクト教示形ロボツトのバランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイレクト教示形ロボ・ソトの重カッ〈ランス
装置に関するものである。

ダイレクト教示は人力によりロボットが動くように（軽
動化）するためにクラ・ノチ機構及びロボットアーム等
の重力モーメントを相殺するバランス装置が必要、とな
る。またバランス装置にはバネ力によるバネバランス装
置とカウンターウエートを用いたカウンターウェードパ
ランス装置とが存在する。

本来、バランス装置は、例えばロボットアームであれば
いかなる角度でも停止した状態で手を離せば、ロボット
アームがその位置で静止できる、所謂完全バランスを目
標としてきた。その点では、カウンターウェードパラン
スはこの目標に合致するものである。但し、バランスに
ウェートを用いる事で全体の慣性（イナーシャ）が大き
い点は他方のバネバランス装置の方がすぐれている。

アーム等のロボット要素が完全にバランスされている場
合、そのバランス装置や前記のクラッチ機構に摩擦抵抗
や粘性抵抗がある場合にはそれほど問題はなかったが、
倒木ば電磁クラッチで完全に動力を断ち、且つ、カウン
ターウェードパランスのような抵抗の少ないバランス方
法を用いた場合には、移動させつつある状態で手をはな
すとロボットアーム等はその慣性によって作動端まで回
動し、機械的な停止機構に衝突して初めて停止すること
になり、ロボットアーム等に衝撃を与えると共に、停止
に機構を破損する原因となる。

例えば第１図に示したのは、第２アームにカウンターウ
ェードパランスを用いたダイレクト教示形の溶接ロボッ
トである。ここで第２アーム２に対するカウンターウェ
イトの働きをするのはバネバランス装置３、平行リンク
４、平行リンクを兼ねるカウンターウェイト５等であり
、これらの自重及びバネ力と支点ＡからＣまでの長さを
かけ合わせたものがバランス装置の発生するモーメント
となる。

一方ロボット側の重力モーメントは、第２アーム２と１
−−チロ等の自重とその重心までの距離をかけ合わせれ
ば求まるが、この両方のモーメントが一致すればバラン
スする事になり、これは第１７−ム１や第２アーム２の
傾きに無関係に成り立つ機構となっている。

このようなバランス装置の駆動装置の一例を第２図に示
す。この場合７は第１図示の如く、カウンターウェイト
５を上下に移動させ、バネバランス装置３の引張力を制
御すると共に、平行リンク４を介して第２アーム２を駆
動するためのモータＭにより駆動されるレバーである。

即ちモータＭの出力軸８は減速機９を介して駆動軸１０
に連結され、該駆動軸１０は電磁クラッチ１１を介して
前記レバー７を一体的に有する軸１２に連結されている
。

軸１２は増速用のギア装置１３を介して位置検出器１４
と連結され、位置検出器１４によってレバー７の回転位
置が検出される。

従って電磁クラッチ１１がオフの状態（断）となってい
ると、位置検出器１４のギア装ｆＷ　１３のみが第２７
−ム２を手動で動かす際の負荷になるだけで、またこれ
らは非常に抵抗は少ないので、極く小さな力で第２アー
ム２を人手で動かす事ができる。

このように、バランス装置とクラッチ機構をもった第２
アーム２は、クラッチオフの状態では上下に自在に動か
す事ができるが、動いている状態で手を放すと上限又は
、下限まで第２アーム２が動いてしまい、機械的な停止
機構に衝撃を与える。

また第２７−ム２先端の手首部Ｅには溶接トーチ６が取
り付けられているが、このトーチ６のコンジットケーブ
ル等１５は第２７−ム２の位置によって、その剛性によ
り第２アーム２を引き上げたり、押し下げたりする力を
をし、この力のかかり具合が変化すれば、第２アーム２
は上がり勝手や下がり勝手になり作業がしにくくなる。

従って本発明は、上記したようなダイレクト教示形ロボ
ットを軽動化して教示作業を行う場合に生じる操作性の
悪さを改善することを目的とし、その要旨とする処が、
教示時に駆動源とロボットアーム等のロボット要素との
連結を断ちロボット要素を軽動化するダイレクト教示形
ロボットのバランス装置において、ロボット要素からそ
の駆動源までの間の駆動力伝達部分に、該ロボット要素
をその動作範囲内の中立位置の方向へ付勢するバネ装置
を設けた点にあるダイレクト教示形ロボットのバランス
装置を提供するものである。

続いて第３図以下の添付図面を参照して本発明を具体化
した実施例について説明し、本発明の理解に供する。

ここに第３図は本発明の一実施例に係るバランス装置を
示す熔接用ロボットの側面図、第４図は第３図示のバネ
装置における刀の方向を示す図、第５図及び第６図はそ
れぞれ他の実施例に係るバランス装置を示す熔接用ロボ
ットの側面図である。

尚第１図に示した構成要素と共通の要素には同一の符号
を使用する。

第３図は、第１図に示した従来の熔接用ロボットに本発
明に係るバランス装置を適用した実施例を示し、第２７
−ム２のバランス用に適用したものである。

図において、第２アーム２は、支点Ｃにおいて第１７−
ム１に対して揺動自在に取り付けられ、旋回台１６上に
取り付けられた前記モータＭによって駆動される平行リ
ンク４に連結されている。

従って前記したようにモータＭとレバー７（第１図示）
との間に介在させた電磁クラッチ１１　（第２図示）を
オフにすると、第２７−ム２は支点Ｃを中心として自由
に揺動しうるようになる。但しバランス装置３及びカウ
ンターウエート５の存在により、第２７−ム２のその自
重による下向きの重力モーメントはバランスされている
。

−上記第１アーム１の先端には、支点Ｃを通る第１アー
ムの軸芯Ｊに直角の方向の突出部１７が形成され、該突
出部１７の先端に固定した支点Ｇと、第２アーム２の軸
芯に上の中間に設けた支点下との間には、バネ装置の一
種である引張バネ１８が張着されている。

従ってこの場合、第２アーム２の軸芯にと、支点Ｇ及び
Ｃを通る直線に′とが一致した時に第１７−ム１と第２
７−ム２とのなす角度αが直角となり　（この状態の第
２アームを２ａで示す）、この状態を外れてα〉９０°
の場合が２８′で、又α〈９０°の状態が２ａｔｔで示
され、このようにα≠９０°の時、第４図に示すように
ΔＣＦＧが形成され、α＝９０°の時支点Ｇは線分ＦＣ
上にくる。

よって引張バネ１８による張力ｆの第２アーム２に直角
の方向の分力ｆ′は、α−９０°　（θ＝０）の時ｆ′
−０、α≠９０°　（θ≠０）の時、ｌｆ’ｌ＞Ｏとな
り、この分力ｆ′によアて第２アーム２は常に第１アー
ム１に対して直角となる方向に付勢される。

この例では、第２アーム２が第１アーム１に対して直角
となる状態を中立位置としている。

従ってオペレータが第２７−ム２を揺動させてその手首
部Ｅを中立位置におけるＥ２より上（下）の位置Ｅｌ（
Ｅ３）から手を離すと、手首部Ｅは常にＥ２の位置に戻
ることになる。

逆に中立点Ｅ２の位置で手を離した場合、手首部Ｅはそ
のままの状態を維持される。

但し第２アーム２の中立点はかならずしも上記第１アー
ム１に直角の状態が常に最適であるとは限らず、第１７
−ム１や第２アーム２の長さ等の設計条件に応じて、適
当な角度に設定され、また作業対象に応じて支点Ｇの位
置を変更しうる如くなしてもよい。

上記第３図に示したものは、第２アーム２のバランスを
その揺動部分（支点Ｃの部分）で制御するようになした
場合であるが、このようなバランスは要するにその駆動
源であるモータＭから第２アーム２までの駆動力伝達部
分の途中であれば、任意の場所に設けることができる。

例えば第５図に示した例では、カウンターウエート５を
常に第２アーム２が水平の位置に来る（この場合水平状
態、が中立位置となる）ような方向にレバー７を引張る
引張バネ１９が設けられている。

即ちこの例で・は、第２７−ム２が水平状Ｓ＜実線で示
した位置）になった時、レバー７も水平となり、このレ
バー７の軸芯Ｊａの延長上に設けた支点２０と、旋回台
１６に固定されたアーム２１上の支軸２２　（軸芯Ｊ、
上に存在する）との間に引張バネ１９を張着する。

これにより、第２アーム２が２点鎖線で示すように水平
状態からずれると、レバー７も水平状態からずれ、引張
バネ１９の張力の方向が水平方向からずれるために、レ
バー７を水平状態に戻そうとする分力が発生し、これに
より手首部Ｅの人手による保持を解くと、第２アーム２
は水平方向（中立位Ｗ）に復帰する。

このような中立位置への復帰をうながすバランス装置は
、上記のような第２７−ム２のみでなく、第１アーム１
、旋回台１６や、更に手首部分等の各種自由度について
適用可価である。

例えば第６図には、第２アーム２を第１アーム１に直角
の状態となるように常時付勢する引張バネ１８に加えて
、第１７−ム１を垂直状態（中立位置）へ付勢する引張
バネ２３を旋回台１６と第１アーム１の末端との間に張
着した実施例について示している。　　。

上記の実施例ではバネ装置として引張ハネ１８．１９．
２３を用いたものについて説明したが、これはその装着
位置を考慮すれば圧縮バネに置き換えることが可能で、
更に必要に応じてろす巻きバネ、笥バネ、゛板バネ、そ
の他のバネ機構を用いることが可能で、かかるバネ装置
はアーム内に内蔵することによって、オペレータその他
の外界物との干渉等を防止することが可能である。

本発明は以上述べたように、教示時に駆動源とロボット
アーム等のロボット要素との連結を断ちロボット要素を
軽動化するダイレフｌ示形ロボットのバランス装置にお
いて、ロボット要素からその駆動源までの間の駆動力伝
達部分に、該ロボット要素をその動作範囲内の中立位置
の方向へ付勢するバネ装置を設けたことを特徴とするダ
イレクト教示形ロボットのバランス装置であるから、り
檜しクトティーチング形ロボットの教示の操作性が向上
する他、教示モードでクラッチがオフの時のロボットの
形が一定形となり、周辺機器（ポジショナ等）を動かす
ためにロボットより手を放す場合に安全である。

また通電時ＯＮになるクラッチを使用している場合、電
源ＯＦＦ時にロボットが一定の形となり、且つロボット
に手を触れた時にロボットが軽く動いて先端についたト
ーチ等を破損するといった事故を起こす危険性が少なく
なる。

また教示操作中にロボットが中立位置から離れて動作範
囲の限界へ近づくにつれて、オペレータが中立位置から
の離れをロボット要素の動きの重さとして感得でき、ソ
フトウェアや機械的な作動限界を超えてロボットを教示
してしまうことによる教示ミス乃至は教示のやり直しが
なくなり、教示時の操作性、能率性が一層向上する。

・４、図面の簡単な説明 第１図は従来の熔接用ロボットの側面図、第２図は同ロ
ボットに用いられている第１アームの駆動力伝達部の一
例であるクラッチ部分の側断面図、第３図は本発明の一
実施例に係るバランス装置を示す熔接用ロボットの側面
図、第４図は第３図示のバネ装置における力の方向を示
す図、第５図及び第６図はそれぞれ他の実施例に係るバ
ランス装置を示す坊接用ロボットの側面図である。

（符号の説明） １・・・第１７−ム　　　　　２・・・第２アーム３・
・・バネバランス装置　　４・・・平行リンク５・・・
カウンターウエート　６・・・トーチ９・・・減速機　
　　　　　１１・・・電磁クラッチ１５・・・ケーブル
　　　　　１６川旋回台１８．１９，２３・・・バネ装
置。

出願人　株式会社　神戸製鋼所 神鋼電器株式会社 代理人　　弁理士　本庄　武勇 ４９ｚ 第３図 第４図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 教示時に駆動源とロボットアーム等のロボ・ノド要素と
   の連結を断ちロボット要素を軽動化するダイレクト教示
   形ロボットのバランス装置において、ロボット要素から
   その駆動源までの間の駆動力伝達部分に、該ロボット要
   素をその動作範囲内の中立位置の方向へ付勢するバネ装
   置を設けたことを特徴とするダイレクト教示形ロボ・ノ
   ドのツバランス装置。