JPS6337190Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、関節型の産業用ロボツトのアシス
ト装置に関する。

従来の技術 この種の関節型産業用ロボツトのアシスト装置
として例えば第４図及び第５図に示す構造のもの
がある。これは床置式の産業用ロボツトについて
例示しており、１は基体３に対して回動可能に軸
支された第１アーム、２は第１アーム１の一端部
に回動可能に軸支された第２アームである。第１
アーム１の他端部にはこの第１アーム１と支点を
同じくする第１リンク４が連結されている一方、
第２アーム２の一端部には第２リンク５が連結さ
れており、これら第１リンク４と第２リンク５と
を相互に連結することにより上記第１アーム１お
よび第２アーム２を含めて平行リンク機構を構成
している。

そして、第１アーム１はアクチユエータたる駆
動用モータ６の働きにより第１の支点P₁を回転
中心として回動することになるが、前述した平行
リンク機構の特性として第２アーム２は、第１ア
ーム駆動前と駆動後では平行状態を維持する。ま
た第２アーム２は、駆動用モータ７の働きにより
第１リンク４を、支点P₁を回転中心として回動
させることにより、その第１リンク４の変位が第
２リンク５を介して第２アーム２に伝達され、そ
の結果として第２アーム２が第２の支点P₂を回
転中心として回動することになる。

ここで、第１アーム１が第５図に示すように鉛
直位置Ｑから遠ざかるにしたがつてそのアームの
自重のために駆動用モータ６側での負荷が増大す
ることになるため、これを補うためにアシスト機
構８を設けている。このアシスト機構８は、スリ
ーブ９内に引張コイルばねタイプのアシストスプ
リング１０を収容し、アシストスプリング１０の
一端を支点P₁と同一鉛直線Ｑ上に位置するヒン
ジH₁に係止させる一方、他端を第１アーム１の
うち支点P₂に近い位置に設定されたヒンジH₂に
係止させている。

したがつて、第１アーム１が鉛直位置Ｑから遠
ざかる方向に回動するのに伴つてアシストスプリ
ング１０が伸長し、このアシストスプリング１０
が発生する力により第１アーム１の自重が相殺さ
れてバランスがとれることになる。

考案が解決しようとする問題点 上記のような装置においては、上述の如くいわ
ゆる床置式の産業用ロボツトとして使用する場合
には問題とならないものの、天地反転したいわゆ
る吊り下げ式の産業用ロボツトとして使用する場
合に次のような問題が生ずる。

すなわち、第５図に示した産業用ロボツトをそ
のまま天地反転して吊り下げ式とした場合、第１
アーム１の自重作用方向が逆となることからアシ
ストスプリング１０として圧縮コイルばねを用い
ることになる。

しかしながら、第１アーム１が鉛直位置Ｑから
離れるにしたがつてヒンジH₁とH₂との間の距離
₃が変動し、その距離₃が従前よりも大きくな
ることもあり得る。このため、第１アーム１が鉛
直位置Ｑから離れるにしたがつてより大きなアシ
スト力が必要とされるにも拘わらず、アシストス
プリング１０は自由長状態に近づいてそのばね発
生力が弱められ、十分なアシスト効果が得られな
い。

また、アシストスプリングに代えてアシストシ
リンダを用いたアシスト装置が例えば特開昭59−
73295号公報として提案されているが、吊り下げ
式の産業用ロボツトについてまで考慮されていな
い。

更に、上記アシストスプリング等には、第２ア
ーム２に対するアシスト効果がないため、第２ア
ームの先端に被移動体１２としてスポツト溶接ガ
ン等の重量物を取り付けた場合は、第２アームを
駆動する駆動用モータ７に常に負荷が加わり、そ
の保持のため大電力が必要となり、さらに駆動用
モータ７の容量も大きくする必要がある。そのた
め、通常第２アームの他端には被移動体１２とバ
ランスするバランサ１１が取り付けられている
が、この場合には装置全体の重量が大きくなる不
具合がある。

また、他の従来例として実開昭58−117387号に
記載された考案のように第２リンクアームとリン
クとの枢着点に、他端が基台に連結されたアシス
トスプリングの他端を連結する技術も提供されて
はいるが、この考案では上記リンクや水平アーム
をアシストできるものの、垂直アームをアシスト
することができない。したがつて、垂直アームを
駆動する駆動用モータに負荷が掛かり、上記と同
様な不具合を招来する。

問題点を解決するための手段 この考案は、上記従来のアシスト装置の問題点
に鑑み案出されたもので、第１アーム及び第２ア
ームのほかに２本のリンクを加えて４節平行リン
ク機構を構成する関節型の産業用ロボツトにおい
て、上記第１アームと第２リンクには、それぞれ
第１の枢支点と第２の枢支点が設けられ、この両
枢支点の間には、中間レバーが跨設され、この中
間レバーは上記第１リンクと平行でかつ該第１リ
ンクから第２アームの方向へ離間して配置され、
更に他端が上記基体に連結されたアシストシリン
ダの一端が上記両枢支点間の中間レバーに連結さ
れたこと特徴としている。

作 用 上記構成を有するこの考案にあつては、中間レ
バーの配設位置及びアシストシリンダの他端の支
持位置を選択することによつて、床置式、吊り下
げ式を問わず第１アーム（垂直アーム）と第２ア
ーム（水平アーム）の両者を同時にバランスさせ
ることが可能となる。

実施例 以下この考案の一実施例を図面に基づいて詳述
する。

即ち、第１図に示すように、図外のベースに固
定された基体２１の下端部に、第１支点P₁を回
動中心に回動可能な第１アーム２２が、垂直状態
に設けられており、また第１アーム２２の下端部
に、第２の支点P₂を回動中心として回動可能な
第２アーム２３が水平状態に設けられている。ま
た、上記第１アーム２２の上端部に、第１の支点
P₁を回転中心とした比較的短尺な第１リンク２
４が設けられ、更に、一端部が上記第２アーム２
３に連結されると共に、他端部が第１リンク２４
に連結された第２リンク２５が配置され、上記各
アーム２２，２３及び各リンク２４，２５で４節
平行リンク機構が構成されている。

また、上記第１アーム２２は、この第１アーム
２２上方の基体２１に回動可能に支持され、かつ
第１アーム用のアクチユエータ２６と連結された
駆動レバー２７によつて駆動されるようになつて
おり、一端が駆動レバー２７の先端部に、他端が
第１アーム２２の上端部に直角方向へ突出形成さ
れた突出部２８に夫々連結された伝達リンク２９
を介して駆動伝達されている。また、第２アーム
２３は、第１の支点P₁に枢支された第１リンク
２４に連結された第２アーム用のアクチユエータ
３４によつて、第１リンク２４及び第２リンク２
５を介して駆動されるようになつている。

そして、第１アーム２２と第２リンク２５の略
中央の平行位置には、第１の枢支点３３ｂと第２
の枢支点３３ａが設けられており、この両枢支点
３３ａ，３３ｂの間には、中間レバー３３が回動
可能に跨設されている。この中間レバー３３は、
第１リンク２４から第２アーム２３側に離間して
配置されている。

また、基体２１の上端アーム３０の第１ヒンジ
H₁には、アシストシリンダたるエアシリンダ３
１を鉛直状態に取り付けてある。このエアシリン
ダ３１は、駆動軸３２の下端部３２ａが、上記第
１の支点P₁と、第２アーム２３上に有する第１
アーム２２の重量W₁のモーメントを支点P₂に置
換えた荷重W₁aと第２アーム２３の重量W₂の合
成点Ｓとを結ぶ軌跡線ｘ上に常時位置するよう
に、上記中間レバー３３の略中央に位置する第２
ヒンジH₂に枢支されている。

具体的に説明すれば、第１図及び第２図におい
て、エアシリンダ３１によるアシスト力（推力）
をＦ、第１アーム２２の重量をW₁、第２アーム
２３の重量をW₂、全長L₁である第１アーム２２
の重心長をM₁、第２アーム２３の重心長をM₂と
した場合において、以下の各式に基づき駆動軸３
２下端部３２ａの枢支位置が決定される。即ち、
まず第１アーム２２の重量W₁を第２アーム２３
の回動中心たる第２の支点P₂に置換した値W₁aを
第１の支点P₁を中心とした回転モーメントから
演算する。

W₁a＝M₁／L₁W₁ ……（式１） また、第１アーム重量W₁と第２アーム重量W₂
を第２アーム２３上に置換した値Ｒを算出する。

Ｒ＝W₂＋W₁a この式からW₂×M₂＝Ｒ×N₂ ……（式２） そして、駆動レバー２７をロツクして第１アー
ム２２を固定したときに第２アーム２３をバラン
スするには、W₂×M₂＝Ｆ×₂が成立する必要
がある ……（式３） 同じように第１リンク２４をロツクしたときに
第１アーム２２をバランスするには、平行リンク
機構の持つている性質から、W₂＋W₁a＝Ｒであ
るので、 Ｒ×L₁×sina＝Ｆ×₁×sinaが成り立つ必要
がある。 ……（式４） よつて、Ｒ×L₁＝Ｆ×₁の式が成立する
……（式５） したがつて、式３からM₂／₂W₂＝Ｆ ……（式６） 式２からN₂／M₂Ｒ＝W₂ ……（式７） 式６に式７を代入すると M₂／₂（N₂／M₂Ｒ）＝N₂／₂Ｒ＝Ｆ ……（式８） また式５からL₁／₁Ｒ＝Ｆ ……（式９） 式８、式９からN₂／₂Ｒ＝L₁／₁Ｒ＝Ｆとなり、ゆ えに駆動軸３２の下端部３２ａ位置が常時₂／₁＝ N₂／L₁となるように設定する。

アシスト力は（式６）からＦ＝M₂／₂W₂となる ようにエアシリンダ３１に対する供給圧力を調整
すればよい。尚、このエアシリンダ３１には図外
の圧力源により所定圧の圧縮エアを供給してい
る。

また、第１図、第２図、第３図から明らかなよ
うにエアシリンダ３１と第１の支点P₁との間
は回転角に応じて移動することが理想である（常
時垂直方向となるようにする）が、この考案では
使用頻度の多い回転角において主にバランスする
ようにエアシリンダ３１の上端部回動支点位置を
固定化して構造の簡素化を図つている。

また、上記実施例では、エアシリンダ３１の下
端部３２ａが中間レバー３３上で第１アーム２２
の重量W₁のモーメントを第２の支点P₂に置換え
た荷重W₁aと第２アーム２３の重量W₂の合成点
Ｓとを結ぶ軌跡線ｘ上に取付けられているが、第
１アーム２２と第２アーム２３に対してアシスト
効果を発揮するためには、中間レバー３３に取付
けられていればよい。

すなわち、第１の枢支点３３ｂと第２の支点３
３ａの間の中間レバー３３に、エアシリンダ３１
が連結されているため、第２アーム２３の重量
W₂を第２リンク２５を介して支えることができ
る。したがつて第２アーム用アクチユエータ３４
の負荷が軽減し、その容量を小さくすることがで
きる。

さらに、このように第２アーム用アクチユエー
タ３４及びエアシリンダ３１により第２アーム２
３及び第１リンク２４が支えられている状態にお
いて、第１アームの重量W₂により、第１図中反
時計方向へ回動付勢され、第２リンク２５も同様
に、反時計方向へ付勢され、中間レバー３３は、
第１リンク２４と平行でかつ第１リンク２４から
第２アーム２３の方向へ離間して配置されている
ため、この中間レバー３３は水平を維持しつつ第
１図中右下方へ回動付勢される。この時、エアシ
リンダ３１により、中間レバー３３を上方へ引上
げることにより、第１アーム２２の重量W₂を支
えることができる。

なお、中間レバー３３を第１リンク２４から離
間させない場合、すなわち、第１リンク２４と同
じ位置に配置した場合には、この作用は生じない
ものである。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る
関節型産業用ロボツトのアシスト装置によれば、
４節平行リンク機構を構成する関節型の産業用ロ
ボツトに対して、第１アームと第２リンクの両枢
支点間の中間レバーにアシストシリンダの一端を
連結したため、第２アームの重量を第２リンクを
介して支持することができる。また、この場合第
１アームの重量により該第１アーム及び第２リン
クが下方へ回動するが、中間レバーが第２アーム
の方向へ離間配置されているため、この中間レバ
ーをアシストシリンダにより上方へ引上げること
により第１アームの重量を支持することができ
る。これによつて、第１アームと第２アームの両
者を同時にバランスできることは勿論のこと、ア
ーム駆動用のアクチユエータの負荷を軽減してそ
の容量を可及的に小さくすることができる。この
結果、装置全体の構造が簡素化されると共に、小
型軽量化が図れ、更には、産業用ロボツトとして
の応答性も向上する。

尚、上記実施例では、アシストシリンダをエア
ー式のものを用いているがその他油圧式、スプリ
ング式、ガス式等を用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す正面図、第
２図は第１図の作動原理図、第３図は第２図の作
動位置から後方へ移動させた状態を示す第１図の
作動原理図、第４図は従来の関節型産業用ロボツ
トの一例を示す斜視図、第５図は第４図の作動原
理図である。 ２１……基体、２２……第１アーム、２３……
第２アーム、２４……第１リンク、２５……第２
リンク、３１……エアシリンダ（アシストシリン
ダ）、３２……駆動軸、３２ａ……下端部、３３
……中間レバー、３３ａ，３３ｂ……両枢支点、
３４……アクチユエータ、ｘ……軌跡線、P₁…
…第１の支点、P₂……第２の支点、H₁……第１
ヒンジ、H₂……第２ヒンジ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 基体に設けた第１の支点に第１アームの一端が
   連結され、該第１アームの他端に設けられた第２
   の支点には第２アームが連結され、さらに上記第
   １の支点に第１リンクが連結され、該第１リンク
   は、上記第２アーム上に連結された第２リンクに
   連結され、上記第１アームと第２アームと第１リ
   ンクと第２リンクとにより４節平行リンクが形成
   され、上記第１アームと第１リンクとがアクチユ
   エータにより駆動されて上記第２アームが駆動さ
   れる関節型産業用ロボツトにおいて、上記第１ア
   ームと第２リンクとの間には、それぞれ第１の枢
   支点と第２の枢支点が設けられ、この両枢支点の
   間には、中間レバーが跨設され、この中間レバー
   は上記第１リンクと平行でかつ該第１リンクから
   第２アームの方向へ離間して配置され、更に他端
   が上記基体に連結されたアシストシリンダの一端
   が上記両枢支点の間の中間レバーに連結されたこ
   とを特徴とする関節型産業用ロボツトのアシスト
   装置。