JPS6114879A - 産業用ロボツトの上腕重力バランサ機構 - Google Patents

産業用ロボツトの上腕重力バランサ機構

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JPS6114879A
JPS6114879A JP59133001A JP13300184A JPS6114879A JP S6114879 A JPS6114879 A JP S6114879A JP 59133001 A JP59133001 A JP 59133001A JP 13300184 A JP13300184 A JP 13300184A JP S6114879 A JPS6114879 A JP S6114879A
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JP
Japan
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sprocket
upper arm
axis
moment
chain
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Application number
JP59133001A
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English (en)
Inventor
中島 清一郎
豊田 賢一
信利 鳥居
均 水野
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008Balancing devices
    • B25J19/0016Balancing devices using springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/046Revolute coordinate type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は産業用ロボットに関し、更に詳しくは、関節腕
形産業用ロボットの上腕重力バランサ機構に関する。
〔従来技術〕
従来から、固定基体に水平回転可能に設けられた旋回胴
部と、この旋回胴部に対し水平な第1軸線の周りに回転
可能に設けられた下腕と、この下腕に対し水平な第2軸
線の周りに回転可能に設けられた上腕と、この上腕に設
けられた手首機構とを備えた関節腕形産業用ロボットが
知られている。
この種の関節腕形産業用ロボットにおいては、上腕自体
の通常の運動範囲はほぼ水平姿勢の位置或いは先端が僅
かに上傾する位置から先端が鉛直下方を向く位置までの
範囲内である。ところで、この種のロボットにおいては
、手首機構及び上腕の重力による上記第2軸線周りのモ
ーメントが上腕駆動用のモータに加わるが、このモーメ
ントは上腕の傾斜角度に応して変化するので、上腕駆動
用モータに加わる負荷の大きさが上腕の傾斜角度に応じ
て変化することとなる。通品は、上腕が水平姿勢の位置
にあるときに、重力作用によるモーメントは最大となり
、上腕の先端が下方に回転変位するに従ってモーメント
はcos曲線状に減少し、上腕の先端が鉛直下方を向く
ときに重力作用による第2軸線周りのモーメントは0と
なる。このようなモーメントに釣り合う第2軸線周りの
反対方向モーメントを与えるために、従来がらロボット
には上腕重力バランサ機構が組み込まれている。
第4図は従来の上腕重力バランサ機構の構造を模式的に
示したものである。第4図を参照すると、旋回胴部には
上腕lと連動する回転板2が第1軸線C1の周りに回転
可能に設けられており、一端3a;6<旋回胴部に支持
された引張ばね装置if3の他端3bが回転板2に連結
されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この従来の上腕重力バランサ機構の場合、重力による第
2軸線02周りのモーメントMに対して引張ばね装置3
のばね力による反対方向のモーメント−Mが第2軸線0
2周りに与えられるが、上腕lが水平姿勢位置から下方
に回転するに従って引張ばね装置3の引張り量が増加す
るため、引張ばね装置3による反対方向モー゛メントー
Mは上腕1が鉛直下方に向かうに従って増大し、重力に
よるモーメントMと釣り合わなくなるという問題が生し
ている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するための手段として、本発明は、水
平回転可能な旋回胴部に対し水平な第1軸線の周りに回
転可能に設けられた下腕と、該下腕に対し水平な第2軸
線の周りに回転可能に設けられた上腕と、該上腕に設け
られた手首機構とを備えた産業用ロボットにおいて、前
記旋回胴部には前記第2軸線周りの前記上腕の回転に連
動する回転板が前記第1軸線周りに回転可能に設けられ
ており、該回転板には該回転板よりも小径の第1スプロ
ケットが同軸に固着されており、一端が前記旋回胴部に
保持され友引張ばね装置の他端に前記第1スプロケット
とほぼ同径の第2スプロケットが回転可能に取り付けら
れており、一端が前記回転板に保持され且つ他端が前記
第1スプロケットに噛み合って該第1スプロケットに保
持されているチェンが前記引張ばね装置を引っ張った状
態で前記第2スプロケットに噛み合っており、前記チェ
ンの一端は、前記上腕の先端が鉛直下方を向くときに前
記回転板とiij記第記入2スプロケドとの間のチェン
部分が前記第1スプロケットと前記第2スプロケットと
の間のチェン部分とほぼ平行になるようζこ前記回転板
上に配置されていることを特徴とする産業用ロボットの
上腕重力バランサ機構を提供する。
〔作用〕 本発明による上記手段においては、上腕、手首機構等の
重力作用による第1軸線周りのモーメントに対し、引張
ばね装置のばね力による反対方向のモーメントが与えら
れるが、この反対方向モーメントは回転板と第2スプロ
ケットとの間のヂエン部分に作用する張力による第1軸
線周りの第1のモーメントと、第1スプロケットと第2
スプロケノトとの間のチェン部分に作用する張力による
第1t41線周りの第2の反対方向モーメントとの差と
なる。そして、上腕の先端が鉛直下方を向くときには両
ヂエン部分がほぼ平行になるため第1のモーメント及び
第2の反対方向モーメントの大きさはほぼ等しくなり、
引張ばね装置のばね力による反対力向モーメントはほぼ
0になる。そして、上腕が水平姿勢位置に向かって回転
移動するに従って第1のモーメ゛ントが増加するが第2
のモーメントはほぼ一定に保たれるため、引張ばね装置
による反対方向モーメントは重力作用によるモーメント
の増加にほぼ追従して増加することとなる。
(実施例) 以下、図面の第1図ないし第3図を参照して本発明の詳
細な説明する。
第1図は関節腕形産業用ロボットの全体構造を概略的に
示したものである。この図を参照すると、関節腕形産業
用ロボットは固定基体11と、この固定基体11に対し
通常水平回転可能に取り付けられる旋回胴部12と、こ
の旋回胴部12に対し水平な第1軸線C1の周りに回転
可能に取り付けられた下腕13と、この下腕13に対し
水平な第2軸線C2の周りに回転可能に取り付けられた
上腕14と、この上腕14の先端部に回転可能に取り付
けられた手首機構15とを備えている。ここでは、旋回
胴部12に上腕14を回転駆動するためのモータ16と
下腕13を回転駆動するための図示しないモータとがそ
れぞれ取り付けられている。
旋回胴部12には第2軸線02周りの上腕]4の回転に
連動する回転板17が回転可能に設けられており、回転
板17には該回転板よりも小径の第1スプロケット18
が同軸に固着されている。
旋回胴部12には引張ばね装置19の一端がビン20を
介して保持されている。引張ばね装置19の他端には第
1スプロケント18とほぼ同径の第2スプロケット21
が回転可能に取り付けられている。回転板17の周縁部
にはチェ722の一端22aが保持されており、チェ7
22の他端側は第1スプロケット18に噛み合って該第
1スブロケッI−18に保持されている。チェ722の
中間部分は引張ばね装置19を引っ張った状態で前記第
2スプロケット21に噛み合っている。ここで、ヂエン
22の一端は、上腕14の先端が鉛直下方を向くときに
回転板17と第2スプロケット21との間のチェン部分
22bが第1スプロケット18と第2スプロケット21
との間のチェン部分22cとほぼ平行になるように回転
板17上に配置されている。
ここでは、回転板17は第1軸線01周りに回転可能な
第3スプロケット23に固定されており、上腕14には
第3スプロケット23と同径で且つ第2軸線C2周りに
回転可能な第4スプロケット24が固定されており、第
3スプロケット23及び第4スプロケット24は無端チ
ェン25で連結されている。
更にここでは、回転板18、第1スプロケット18及び
第3スプロケット23は第1軸線C1に沿って延びる上
腕駆動軸26上に取り付けられており、この上腕駆動軸
26は減速機27を介してモータ16の出力軸に連結さ
れている。
上記構成の関節腕形産業用ロホソトにおいて、第2軸線
C2の周りには上腕14及び手首機構15の重力Wによ
るモーメンI−Mが第4図中反時計回り方向に生じる。
一方、チェ722には引張ばね装置19のばね力が作用
しているため、チェン部分22b、22cにはそれぞれ
張力Tが作用し、この張力Tがそれぞれ回転板17及び
第1スプロケット18に作用するので、チェン部分22
bの張力Tによる第1軸線01周りのモーメン)第1(
第1 =TXL)が時計回り方向に生じ、また、チェン
部分22cの張力Tによる第1軸線01周りの反対方向
モーメントM2  (M2 =TXr)が反時計回り方
向に生じる。その結果、第1軸線C1の周りにはモーメ
ントMO(Mo ”第1 −M2 )が生じる。ここで
、L≧rであるから、M1≧M2となる。
重力による第1軸線02周りのモーメントMは上腕14
が水平姿勢の位置にあるときに最大とな2 リ、その位
置から下方に回転するに従ってモーメントMは減少し、
上腕14の先端が鉛直下方を向いたときにモーメントM
はOとなる。一方、チェン部分22b、22cは上腕1
4の先端が鉛直下方を向くときにほぼ平行になるように
設定されているため、上腕1・4の先端が鉛直下方を向
いたときにモーメント半径り、rは等しくなり、J −
M2となる。したがって、引張ばね装置19によるモー
メントMOは0となり、モーメントMと釣り合う。
第3図はこの実施例における上腕14の水平姿勢位置の
回転角を0とし且つ鉛直下方向きの位置の回転角を90
°としたときの、各回転角θにおける上腕等の重力作用
によるモーメントMと引張ばね装置19のモーメントM
oとの関係を示したものである。図において、実線の曲
線はモーメントMの変化特性を示しており、丸印は各角
度位置におけるモーメントM、の大きさを示している。
この図から、上腕14の通寓の使用角度範囲である回転
角−15°〜90°の範囲で両モーメントM、MOがほ
ぼ同じ大きさで釣り合っていることが判る。
以上一実施例につき説明したが、本発明は上記実施例の
態様のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載した発明の範囲内において更に種々の変更を加える
ことができる。
〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明にによる産業用
ロボットの上腕重力バランサ機構においては、上腕、手
首殿構等の重力作用による第1軸線周りのモーメントに
対し、引張ばね装置のばね力による反対方向のモーメン
トが与えられるが、この反対方向モーメントは回転板と
第2スプロケットとの間のチェン部分に作用する張力に
よる第1軸線周りの第1のモーメントと、第1スプロケ
ットと第2スプロケットとの間のチェン部分に作用する
張力による第1軸線周りの第2の反対方向モーメントと
の差となる。そして、上腕の先端が鉛直下方を向くとき
には両チェン部分がほぼ平行になるため第1のモーメン
ト及び第2の反対方向モーメントの大きさはほぼ等しく
なり、引張ばね装置のばね力による反対方向モーメント
はほぼOになる。そして、上腕が水平姿勢位置に向かっ
て回転移動するに従って第1のモーメントが増加するが
第2のモーメントはほぼ一定に保たれるため、。
引張ばね装置による反対方向モーメントは重力作用によ
るモーメントの増加にほぼ追従して増加することとなる
。したがって、上腕のほぼ水平姿勢位置或いは上伸位置
から下方への回転変位に従って変化する第2軸線周りの
重力作用のモーメントに対し、そのモーメントと釣り合
う反対方向のモーメントを第2軸線周りに与えることが
できるようになる。したがって、上腕駆動用のモータ等
に対する負荷を軽減させることができる産業用ロボット
を提供できることとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す関節腕形産業用ロボッ
トを左方向から見た概略斜視図、第2図は第1図に示す
ロボットの上腕重力)<ランサ機構の概略構成図、 第3図は第1図に示す実施例における上腕の水平姿勢位
置を0°とした場合の上腕の回転角と第2軸線周りのモ
ーメントの釣り合い状態を示すグラフ、 第4図は従来の産業用ロボットの上腕重力バランサ機構
を示す概略構成図である。 12−旋回胴部、  13−下腕、 14−上腕、     15 手首機構、17 回転板
、    18 第1スプロケット、19−引張ばね装
置、21 第2スプロケット、22 チェン、    
23 第3スプロケット、24 第4スプロケット、 25−無端チェン、 C1−第1軸線、  C2第2軸線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水平回転可能な旋回胴部に対し水平な第1軸線の周
    りに回転可能に設けられた下腕と、該下腕に対し水平な
    第2軸線の周りに回転可能に設けられた上腕と、該上腕
    に設けられた手首機構とを備えた産業用ロボットにおい
    て、 前記旋回胴部には前記第2軸線周りの前記上腕の回転に
    連動する回転板が回転可能に設けられており、該回転板
    には該回転板よりも小径の第1スプロケットが同軸に固
    着されており、一端が前記旋回胴部に保持された引張ば
    ね装置の他端に前記第1スプロケットとほぼ同径の第2
    スプロケットが回転可能に取り付けられており、一端が
    前記回転板に保持され且つ他端が前記第1スプロケット
    に噛み合って該第1スプロケットに保持されているチェ
    ンの中間部分が前記引張ばね装置を引っ張った状態で前
    記第2スプロケットに噛み合っており、前記チェンの一
    端は、前記上腕の先端が鉛直下方を向くときに前記回転
    板と前記第2スプロケットとの間のチェン部分が前記第
    1スプロケットと前記第2スプロケットとの間のチェン
    部分とほぼ平行になるように前記回転板上に配置されて
    いることを特徴とする産業用ロボットの上腕重力バラン
    サ機構。 2、前記回転板は前記第1軸線周りに回転可能な第3ス
    プロケットに固定されており、前記上腕には前記第3ス
    プロケットと同径で且つ前記第2軸線周りに回転可能な
    第4スプロケットが固定されており、該第3スプロケッ
    トと第4スプロケットとがチェンで連結されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の産業用ロボ
    ットの上腕重力バランサ機構。 3、前記回転板、前記第1スプロケット及び前記第3ス
    プロケットは前記第1軸線に沿って延びる上腕駆動軸上
    に取り付けられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第2項に記載の産業用ロボットの上腕重力バランサ機構
JP59133001A 1984-06-29 1984-06-29 産業用ロボツトの上腕重力バランサ機構 Pending JPS6114879A (ja)

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EP85903371A EP0195085B1 (en) 1984-06-29 1985-06-28 Balancing mechanism for industrial robot
US06/834,274 US4728247A (en) 1984-06-29 1985-06-28 Industrial robot
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EP (1) EP0195085B1 (ja)
JP (1) JPS6114879A (ja)
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WO (1) WO1986000255A1 (ja)

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