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    公开号:WO1986000254A1
    申请号:PCT/JP1985/000343
    申请日:1985-06-18
    公开日:1986-01-16
    发明作者:Seiichiro Nakashima；Kenichi Toyoda；Nobutoshi Torii；Hitoshi Mizuno
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B25J19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 腕重力バラ ンサ付産業用口ボッ ト
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は腕重力バラ ンサ付産業用ロボッ トに関し、 更に詳し く は、 上下方向に回動可能なロボッ ト腕の傾斜角の変化に応じて生 じる腕駆動モータの トルク変動を軽減するための腕重力バランサ を備えた産業用ロボッ トの改良に関する。 冃
    [0005] 一般に、 関節形産業用ロボッ トは先端で第 2腕即ち前腕を支え る第 1腕即ち下腕を有している。 下腕の基端に固定されて水平に 延びる枢軸は旋回ボデ一に回動可能に支持され、 且つ、 駆動モー タに連結されている。 モータの駆動により、 下腕は水平な枢軸の 周りに回動し、 下腕の先端が上下方向に変位する。 この種のロボ ッ トにおいては、 下腕が鉛直線に対し傾斜した姿'勢にあるときに 下腕に作用する重力により、 枢軸の軸線周りの力のモーメ ン 卜が モータに加わる。 このモーメ ン トは下腕の傾斜角度に応じて変化 するのでモータの トルクが下腕の傾斜角度に応じて変動すること となる。
    [0006] モータの トルクの変動を少なく するために、 従来から産業用口 ボッ トには下腕に作用する重力によるモーメ ン トに対抗するモ一 メ ン トを生じさせるための下腕重カバランサが組み込まれている , 従来の下腕重力バラ ンサの構造を第 4図に模式的に示す。 この図 において、 下腕 2 の基端部に固定された水平な枢軸 3 はボデー 4 に回動可能に支持されており、 且つ図示しないモータに連結され ている。 引張りばね 5 の一端は旋回ボデー 4に連結されており、 他端は水平軸 3に固定されたプレー ト 6 に連結されている。 下腕 2が鉛直姿勢のときに引張ばね 5 の長手方向軸線の延長線は水平 軸 3の軸線 C i に直交しており、 引張りばね 5 は最短祅態にある , 上記構成の関節形ロボッ トにおいて、 下腕 2が鉛直姿勢位置か ら軸線 C i の周りに傾動すると、 下腕 2に作用する重力により軸 線 C i 周りのモーメ ン ト M i が水平軸 3を錢てモータに加わるが 同時に引張ばね 5が伸びるので、 引張りばね 5 のばね力により、 水平軸 3には軸線 の周りにモーメ ン ト M i と反対方向の対抗 モーメ ン ト一 M i が加わる。 この場合、 下腕 2 に加わる重力によ るモ ーメ ン ト M i の大きさは下腕 2の傾斜角 Θの変化に伴って s i n 曲線状に変化する。 すなわち、 下腕 2の傾斜角 3が比較的小 さい区間におけるモーメ ン ト M i の大きさの変化は比較的大き く 傾斜角 が 9 0度に近づく に従ってモーメ ン ト M i の変化率は次 第に小さ く なる。 一方、 下腕 2の傾斜角 が比較的小さい区間に おいては引張りばね 5の伸びの変化が比較的小さ く、 傾斜角 が 9 0度に近づく に従って引張りばね 5 の伸び率ば次第に大き く な る。 このよ う に、 特に下腕の傾斜角 5が小さい区間において、 下 腕 2の傾斜角 5に対するモーメ ン ト — M i の大きさ.の変化特性が モーメ ン ト M i の大きさの変化特性に十分対応していないため、 腕駆動モータ の トルクが依然として下腕 2 の傾斜角 の変化に応 じて変動することとなっていた。 発明の開示
    [0007] 本発明によれば、 ボデ一 と、 前記ボデ一に回動可能に支持され た回転軸と、 前記回転軸を回転駆動するための駆動モータと、 基 端が前記回転軸に連結されて前記回転軸の回転に伴って先端が上 下方向に変位するように回転するロボッ ト腕と、 前記ロボッ ト腕 に加わる重力によって前記回転軸の軸線周りに生じるモーメ ン ト に対抗する対抗モーメ ン トを前記回転軸に与えるための腕重カバ ラ ンサとを備え、 前記バラ ンサは一端が前記ボデ一に連結された 引張りばねを備え、 前記引張りばねの他端は前記回転轴の回転方 向に間隔を隔てた 2つの箇所で前記回転轴に連結され、 前記引張 りばねと前記回転軸との連結箇所は、 前記ロボッ ト腕が鉛直姿勢 のときに、 前記引張りばねの一端と前記回転軸の軸線とを結ぶ直 線に対して前記回転軸の回転方向両側に等間隔隔てた対称位置に ある、 腕重カバラ ンサ付産業用ロボッ トが提供される。
    [0008] 本発明による産業用ロボッ トによれば、 ロボッ ト腕が鉛直姿勢 から回転方向における前方又は後方に傾動すると、 引張りばねと 回転軸との連結箇所の一方を介して引張りばねが引っ張られ、 こ れにより、 ロボッ ト腕に作用する重力によるモーメ ン トに対抗す る対抗モーメ ン トが回転轴の軸線周りに生じる。 引張りばねと回 転軸との連結箇所は口ボッ ト腕が鉛直姿勢のときに引張りばねの 一端と回転軸の回転中心とを結ぶ直線から回転軸の回転方向に等 間隔隔てた対称位置にあるので、 ロボッ ト腕が鉛直姿勢から傾斜 し始めるときの引張りばねの伸びの変化を比較的大き くすること ができる。 したがって、 重力によるモーメ ン トの変化特性にマッ チした回転軸軸線周りの対抗モーメ ン トを得ることができ、 腕駆 動モータの トルク変動を軽減させるこ とができるよう になる。
    [0009] 本発明の上記及び他の特徴及び利点は添付図面を参照した以下 の詳細な説明により更に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明
    [0010] 第 1図は本発明の一実施例を示す関節形産業用口ボッ トの概略 斜視図、
    [0011] 第 2図は第 1図に示すロボッ トの下腕重カバラ ンサの側面図、 第 3図は第 1図に示す実施例における下腕の鉛直姿勢位置から の傾斜角と回転鈾軸線周りのモーメ ン トの大きさとの関係を示す グラフ、 第 4図は従来の産業用口ボッ トの下腕重力バラ ンサを示す概略 側面図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0012] 第 1図は関節形産業用ロボッ 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、 ロボッ トは固定ベース 1 1 に対 し鉛直軸線周りに回転可能に取り付けられた旋回ボデー 1 2を備 えている。 第 1腕すなわち下腕 1 3 はその基端で旋回ボデー 1 2 に対し水平な第 1軸線 の周りに回転可能に取り付けられてい る。 第 2腕すなわち前腕 1 4は下腕 1 3の先端に対し第 1軸線 C に平行な第 2軸線 C 2 の周りに回転可能に取り付けられている。 前腕 1 4の先端には手首組立体 1 5が取り付けられている。 前腕 1 を回転駆動するためのモータ 1 6 と下腕 1 3を回転駆動する ためのモータ 1 7 ば旋回ボデ一 1 2 に取り付けられている。 下腕 1 3 の基端には軸線 d に対し同軸に設けられた回転軸 2 0が固 定されており、 下腕 1 3 は回転軸 2 0を介して旋回ボデー 1 2に 回勳可能に支持されている。 図示は省略されているが、 回転軸 2 0 は'减速機を介してモータ 1 7 に連結されている。
    [0013] 第 2軸線 C 2 の周りには前婉 1 4及び手首組立体 1 5 の荷重に よるモーメ ン ト M 2 が生じる。 このモーメ ン ト M 2 に対抗するモ ーメ ン トを第 2軸線 C 2 周りに生じさせる手段としては、 例えば 下腕 1 3及び前腕 1 4を利用して平行リ ンク機構を形成する方法 が従来から知られている。 このような手段を適用すれば、 下腕 1 3にはモーメ ン トは伝達されず、 前腕 1 4及び手首組立体 1 5 の 荷重のみが作用することとなる。
    [0014] 下腕 1 3が鉛直線に対し傾斜すると、 第 1軸線 d の周りには 重力の作用によるモーメ ン が生じる。 このモーメ ン ト M i の大きさは、 下腕 1 3の鉛直線からの傾斜角に応じて s i n曲線状 に変化する。 このモーメ ン ト M i はモータ 1 7 の トルク変動の原 因となる。 ロボッ トにはこのモーメ ン ト M i に対抗する軸線 C i 周りのモーメ ン ト - M i を生じさせるための下腕重力バラ ンサ 2 1 が備えられている。
    [0015] 第 1図及び第 2図を参照すると、 下腕重力バラ ンサ 2 1 は引張 りばね 2 2を備えている。 引張りばね 2 2の一端は連結ビン 2 3 を介して旋回ボデー 1 2に回動可能に連結されている。 引張りば ね 2 2の他端には連結ビン 2 4を介して略 V形状のリ ンク 2 5 の 一端が回動可能に取り付けられている。 リ ンク 2 5 は 2つの箇所 で回転軸 2 0 に固定されたディ スクプレー ト 2 8 に連結されてい る。 図示実施例においては、 V字状リ ンク 2 5 は 2つのアーム 2 9 , 3 0からなつており、 アーム 2 9 , 3 0 は連結ビン 2 4の周 りに面転可能となっている。 第 2図に示すように、 アーム 2 9 , 3 0 はそれぞれ長手方向に伸びる長穴 3 1 , 3 2を有しており、 長穴 3 1 , 3 2 にはプレー ト 2 8 に設けられた 2 つの係合ビン 3 3 , 3 4がそれぞれ滑動可能に係合して遊び連結機構を構成して いる。 第 2図において実線で示されているように、 係合ビン 3 3 ： 3 は下腕 1 3が鉛直姿勢のときに引張りばね 2 2 の一端と回転 軸 2 0の軸線 d とを結ぶ直線 Xに対して回転軸 2 0 の回転方向 に等間隔隔てた対称位置にあり、 ビン 3 3 , 3 '4 と軸線 d とを 結ぶ直線 R i , R 2 はそれぞれ線 Xに対して鋭角 をなしている , この位置でビン 3 3 , 3 4 はアーム 2 9 , 3 0を介して引張ばね 2 2を第 1軸線 d と直交する方向に引っ張っている。
    [0016] 上記構成の口ボッ トにおいて、 下腕 1 3が鉛直姿勢の位置にあ るときは、 前腕 1 4、 手首組立体 1 5及び下腕 1 3に作用する重 力による軸線 d 周りのモーメ ン ト M i はゼロである。 また、 引 張ばね 2 2のばね力はビン 3 3 , 3 4に均等に作用しているので 引張りばね 2 2 による軸線 d 周りの対抗モーメ ン ト - M i もゼ 口である。
    [0017] 第 2図中一点鎮線で示すように、 下腕 1 3が鉛直線 Yに対し角 度 dだけ傾斜した場合、 重力による軸線 周りのモーメ ン ト が生じる。 一方、 下腕 1 3の傾動に伴って連結ビン 3 3， 3 4は 回転軸 2 0 と共に角度 αの位置から角度 5だけ回動移動する。 こ のとき、 ビン 3 3 はアーム 2 9の長穴 3 1 の端部に係合していが、 ビン 3 4はアーム 3 0の長穴 3 2の途中に位置する。 したがって、 引張ばね 2 2 は一点鎖線で示すようにアーム 2 9を介してビ ン 3 3のみにより引っ張られて伸ばされる。 したがって、 引張りばね 2 2により、 回転軸 2 0 に軸線 C i 周りの対抗モーメ ン ト — M r が与えられる。
    [0018] 下腕 1 3が鉛直姿勢の位置から前方又は後方に傾動を始める場 合に、 係合ビン 3 3 , 3 4 は角度 orの位置から回転軸 2 0 と共に 回転を始めるので、 下腕 1 3 の傾斜角 が小さぃ区 における引 張りばね 2 2 の伸びの変化を比較的大き くすることができる。 そ の結果、 引張りばね 2 2 のばね力による対抗モ ーメ ン ト - M i の 変化特性を重力によるモーメ ン ト M i の変化にマッチさせること ができるようになる。
    [0019] 第 3図はこの実施例における下腕 1 3 の鉛直姿勢位置からの傾 斜角 とモーメ ン ト M i , - M ί との関係を示した ものである。 第 3図において、 実線曲線は重力による軸線 d 周りのモ ーメ ン の大きさの変化特性を示しており、 破線曲線は下腕重カバ ラ ンサ 2 1 による反対方向の対抗モーメ ン ト — M i の大きさの変 化特性を示している。 下院 1 3 の傾斜角がゼロから約 9 0度の範 囲内において重力によるモーメ ン ト の大きさは s i n曲線状に 変化しており、 対抗モ一メ ン ト— M i はモ ーメ ン ト M i の変化に 良く追従していることがこの図から判る。
    [0020] 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。 例えば、 2本の引張りばねをそれぞれ遊び連結手段を介して回転軸に連結 してもよい。 また、 上記実施例においてはリ ンクは相互に回動可 能に連結された 2本のアームを備えているが、 2本のアームを一 体に形成してもよい。 更に、 上記実施例においては、 回転軸は下 腕の基端に固定されているが、 回転軸は下腕と連動するように連 結されていれば、 下腕とは別個にベースに設けられていてもよい 産業上の利用可能性
    [0021] 本発明はロボツ ト腕を躯動するモータの ト ルク変動を著し く軽 減させることができるので、 産業用ロボッ 卜に適用すればモータ の小型化が可能になる。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    L ボデ一 と、
    前記ホデ一に回動可能に支持された回転軸と、
    前記回転軸を回転駆動するための駆動モータと、
    基端が前記回転軸に連結されて前記回転軸の回転に伴って先端 が上下方向に変位するように回転するロボッ ト腕と、
    前記ロボッ ト腕に加わる重力によって前記回転軸の軸線周りに 生じるモーメ ン ト に対抗する対抗モーメ ン トを前記回転軸に与え るための腕重力バラ ンサとを備え、 前記バラ ンサは一端が前記ボ デ一に連結された引張りばねを備え、 前記引張りばねの他端は前 記回転軸の回転方向に間隔を隔てた 2つの箇所で前記回転鈾に連 結され、 前記引張りばねと前記回転軸との連結箇所は、 前記ロボ ッ ト腕が鉛直姿勢のときに、 前記引張りばねの一端と前記回転轴 の軸線とを結ぶ直線に対して前記回 軸の回転方向両側に等間隔 隔てた対称位置にある、 腕重カバラ ンサ付産業用ロボッ ト。
    2. 前記引張りばねの他端は遊び連結手段を介して前記回転軸 の回転方向に間隔を隔てた 2つの箇所に連結されていることを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の産業用ロボツ ト。
    3. 前記遊び連結手段は長穴を有する リ ンク と、 前記長穴に滑 動可能に係合する係合ビンとを備えているこ とを特徴とする請求 の範囲第 2項に記載の産業用ロボッ ト。
    4. 前記回転轴は前記ロボッ ト腕の基端に固定されていること を特徴とする請求の範囲第 1項に記載の産業用口ボッ ト。
    5.. 前記回転アームは先端で前腕を支持する下腕である請求の 範囲第 1項に記載の産業用ロボツ ト。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    US8429998B2|2013-04-30|Parallel mechanism and moveable linkage thereof
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0189483A4|1987-07-13|
    EP0189483A1|1986-08-06|
    JPS617188A|1986-01-13|
    DE3574840D1|1990-01-25|
    EP0189483B1|1989-12-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-01-16| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1986-01-16| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1986-02-14| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985903048 Country of ref document: EP |
    1986-08-06| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985903048 Country of ref document: EP |
    1989-12-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985903048 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP12377284A|JPS617188A|1984-06-18|1984-06-18|Lower-arm gravity balancer mechanism of industrial robot|
    JP59/123772||1984-06-18||DE19853574840| DE3574840D1|1984-06-18|1985-06-18|Industrieller roboter mit schwerkraftausgleich fuer dessen arm.|
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