JPH0346275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロボツトアームに上向きバランスモ
ーメントを付与する空圧作動アクチユエータを備
えた産業用ロボツトに関するものである。

（従来の技術） 前記のように空圧作動アクチユエータによつて
ロボツトアームを上向きに付勢することにより、
当該ロボツトアームに重力モーメントに対抗する
バランスモーメントを付与するように構成したバ
ランス装置は、本出願人によつて既に提案されて
いるが、この従来のバランス装置は、ロボツトア
ームの揺動角度に応じて前記アクチユエーターに
供給する空圧を二段階に切り変え、ロボツトアー
ムの揺動により連続的に変化する重力モーメント
に対して、大小二種類のバランスモーメントを使
い分けることが出来る程度のものであつた。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このようにバランスモーメントを単に
二段階に切り換える程度のことでは、ロボツトア
ームをして常に完全な平衡状態に維持することが
出来ない。そこで、例えば特公昭58−47315号広
報や実公昭57−39192号公報等に記載されたとこ
ろに従つて、前記バランスモーメントが前記ロボ
ツトアームの揺動に対応して変化する重力モーメ
ントと略平行する大きさとなるように、ロボツト
アームに上向きバランスモーメントを付与する空
圧作動アクチユエーターに供給される空圧を、前
記ロボツトアームの揺動に連動して連続的に変化
させる自動圧力調整手段を設けることが考えられ
るが、前記自動圧力調整手段を具体的にどのよう
に具現すれば良いか、という点までは従来考えら
れていなかつた。

即ち、前記自動圧力調整手段として、ロボツト
アームの揺動角度を連続的に検出し、この検出さ
れたロボツトアーム角度からマイクロコンピユー
ター等を使用して、前記アクチユエーターに供給
する最適圧力を演算させ、この演算結果に基づい
て前記圧力調整弁の設定圧力を自動調整させる方
式が一般的に考えられるが、このような方式では
大幅なコストアツプは免れず、低コストが特徴で
ある空圧作動ロボツトのメリツトが無くなつてし
まう結果となる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記のような従来の問題点を解決する
ために、前記のようにロボツトアームに上向きバ
ランスモーメントを付与する空圧作動アクチユエ
ーターを設け、このアクチユエーターに供給され
る空圧を、前記バランスモーメントが前記ロボツ
トアームの揺動に対応して変化する重力モーメン
トと略平衡する大きさとなるように、前記ロボツ
トアームの揺動に連動して連続的に変化させる自
動圧力調整手段を設けて成るロボツトに於いて、
前記自動圧力調整手段を、圧力調整弁と、前記ロ
ボツトアームと当該ロボツトアームを軸支する部
材との内、一方の前記ロボツトアームの揺動中心
部に取付けたカムと、他方に取付けられ且つ前記
圧力調整弁の調圧用スプリングの押圧力調整用カ
ムフオロアーとから構成して成る空圧作動バラン
ス装置付きロボツトを提案するものである。

（実施例） 次に本発明の好適な実施例を説明するが、まず
空圧作動ロボツトの概要を第１図乃至第３図に基
づいて説明する。

第１図及び第２図に於いて、１は基台、２は当
該基台１上に垂直軸心３の周りで回転可能に軸支
された回転台、４は当該回転台２と中間部材５と
を連結する前後揺動アーム、６は中間部材５と先
端部材７とを連結する上下揺動アームである。

前記前後揺動アーム４は前後一対の平行揺動リ
ンク８ａ，８ｂから成り、中間部材５を姿勢一定
に保持した状態で回転台２に対して前後方向に移
動させるものである。前記上下揺動アーム６は上
下一対の方向揺動リンク９ａ，９ｂから成り、先
端部材７を姿勢一定にした状態で中間部材５に対
して上下方向に移動させるものである。ロボツト
ハンドは図示省略しているが、前記先端部材７に
適当なアクチユエーターを介して取り付けられ
る。１０は基台１に対して回転台２を所定範囲内
で回転させる空圧作動アクチユエーターであつ
て、基台１に取り付けられている。１１は回転台
２に取り付けられた前後揺動アーム駆動用空圧作
動アクチユエーターであつて、リンク８ａを回転
台２側の駆動軸１２を介して所定範囲内で揺動さ
せる。１３は中間部材５に取り付けられた上下揺
動アーム駆動用空圧作動アクチユエーターであつ
て、リンク９ｂを中間部材５側の駆動軸１４を介
して所定範囲内で揺動させる。又、１５は上下揺
動アーム６に対して作用するバランサー用空圧作
動アクチユエーターであつて、前記上下揺動アー
ム駆動用空圧作動アクチユエーター１３のある側
とは反対側で中間部材５に取り付けられており、
上下揺動アーム６のリンク９ｂを前記駆動軸１４
を介して上方へ付勢する。１６は回転台２の回動
に連動するパルスエンコーダーである。１７は前
後揺動アーム４の揺動に連動するパルスエンコー
ダーであつて、前記リンク駆動軸１２に連動連結
されている。１８は上下揺動アーム６の揺動に連
動するパルスエンコーダーであつて、前記リンク
駆動軸１４に連動連結されている。

上記の空圧作動ロボツトによれば、各アクチユ
エーター１０，１１，１３を空圧作動させ、基台
１に対する回転台２の回動、回転台２に対する前
後揺動アーム４の前後方向揺動、及び中間部材５
に対する上下揺動アーム６の上下方向揺動の組合
せから成る所定の運動を先端部材７に行わせるこ
とによつて、当該先端部材７に適当なロボツトハ
ンドを介して保持されるワークを予む設定されて
いる運動軌跡通りに移動させ、所期の作業を自動
的に行わせることが出来る。一方、前記バランサ
ー用空圧作動アクチユエーター１５には、上下揺
動アーム６に作用する重力モーメントに対応する
ように圧力調節された圧力空気を供給し、上下揺
動アーム６に上向きのバランスモーメントを付与
する。

次に第３図に基づいて前記アクチユエーター１
３，１５の制御系を説明する。図に於いて、１
９，２０は電磁切り換え弁、２１，２２は圧力調
整弁、２３は逆上弁、２４，２５は可変絞り弁、
２６〜２８は消音器である。この空圧制御系によ
れば、前記圧力調整弁２１によつて調整された空
圧は、圧力調整弁２２によつて調整された圧力で
バランサー用空圧作動アクチユエーター１５に供
給され、上下揺動アーム６に上向きのバランスモ
ーメントを付与する。このとき前記圧力調整弁２
２は、後述のように上下揺動アーム６の揺動に連
動して連続的且つ自動的に圧力調整される。

一方、電磁切り換え弁１９，２０の内、上動側
の電磁切り換え弁２０のみをON（アクチユエー
ター１３へ空圧を供給する状態）することによ
り、圧力調整弁２１によつて一定圧に調整された
空圧が電磁切り換え弁２０を経由してアクチユエ
ーター１３の正転駆動側ポートに供給され、アク
チユエーター１３が正転方向に回動して上下揺動
アーム６が上動することになる。アクチユエータ
ー１３からの排気は電磁切り換え弁１９及び絞り
弁２４を経由して消音器２６より排出される。電
磁切り換え弁２０に代えて下動側の電磁切り換え
弁１９のみをONした場合には、圧力調整弁２１
によつて一定圧に調整された空圧が電磁切り換え
弁１９を経由してアクチユエーター１３の逆転駆
動側ポートに供給され、アクチユエーター１３が
逆転方向に回動して上下揺動アーム６が下動、ア
クチユエーター１３からの排気は電磁切り換え弁
２０及び絞り弁２５を経由して消音器２７より排
出される。

上記のように上動又は下動させる上下揺動アー
ム６が目標停止位置に到達すれば、電磁切り換え
弁１９，２０を両方共ON状態としてアクチユエ
ーター１３の両ポートに同一圧力の空圧を供給す
ることにより、上下揺動アーム６を目標停止位置
で位置決めした状態で、この上下揺動アーム６を
中間部材５に対して揺動不能にロツクするブレー
キ手段（図示省略）を作動せしめ、上下揺動アー
ム６を設定位置に固定する。

他のアクチユエーター、即ち回転台駆動用空圧
作動アクチユエーター１０や前後揺動アーム駆動
用空圧作動アクチユエーター１１も上記アクチユ
エーター１３と同様の制御系によつて同様に空圧
駆動され、目標位置に到達した回転台２及び前後
揺動アーム４は前記のようにブレーキ手段により
固定される。

次に第４図乃至第６図に基づいて本発明実施例
の要部を説明する。

第４図に示すように上下揺動アーム６を完全に
平衡状態とするために必要な上向きのバランスモ
ーメントM_Bは、当該アーム６の水平面に対する
相対変位角θの正弦に比例する。勿論、前記バラ
ンスモーメントM_Bは、上下揺動アーム６に作用
する垂直荷重Ｗ（ワーク重量及びアーム等の自重）
によつて変化し、第４図Ｂは、最大重量のワーク
がセツトされたときのバランスモーメントM_Bの
変化を実線で示し、ワーク重量ゼロ（アーム等の
自重のみ）の状態でのバランスモーメントM_Bの
変化を破線で示している。

第５図及び第６図は、上記のようなバランスモ
ーメントM_Bを得るための具体的手段を示し、前
記バランサー用空圧作動アクチユエーター１５に
供給される空圧の圧力調整を行う第３図の圧力調
整弁２２を、前記上下揺動アーム６に於けるリン
ク駆動軸１４に取り付けた一対のカム２９，３０
によつて自動制御するようにしたものである。

即ち、前記アクチユエーター１５に空圧を供給
する主空圧供給路３１に作用する主調圧弁３２
は、出退自在な第一カムフオロアー３３によつて
加圧力が調整される圧縮スプリング３４と、副空
圧供給路３５から供給される空圧とにつて加圧さ
れ、前記副空圧供給路３５に作用する副調圧弁３
６は、出退自在な第二カムフオロアー３７によつ
て加圧力が調整される圧縮スプリング３８と、補
助空圧供給路３９から供給される圧力一定の補助
空圧とによつて加圧される。そして前記第一カム
フオロアー３３は前記カム２９に応動し、第二カ
ムフオロアー３７は前記カム３０に応動するよう
に構成されている。

尚、前記副空圧供給路３５に供給される空圧
は、取り扱われるワークの重量に対応して図外の
圧力調整手段により手動で圧力調整され、前記主
空圧供給路３１には圧力一定の空圧が供給され
る。又、上下揺動アーム６が水平状態のとき、即
ち必要なバランスモーメントM_Bが最大となると
き、第５図に示すようにカム２９，３０がカムフ
オロアー３３，３７を介してスプリング３４，３
８を圧縮する量が最大となるように、カム２９，
３０がリンク駆動軸１４に取り付けられている。

上記の構成によれば、上下揺動アーム６か水平
状態のとき、主調圧弁３２及び副調圧弁３６に対
するスプリング３４，３８の押圧力が最大とな
り、副空圧供給路３５から供給される主調圧弁加
圧用空圧が最大となる。従つて主調圧弁３２に作
用する押圧力の総和が最大、即ち主空圧供給路３
１に対する主調圧弁３２の設定圧力が最大とな
り、最大圧力の空圧がバランサー用空圧作動アク
チユエーター１５に供給され、上下揺動アーム６
に与えられる上向きのバランスモーメントM_Bが
最大となる。

そして上下揺動アーム６が上下に揺動せしめら
れると、これに伴つてカム２９，３０が回転し、
これらカムがカムフオロアー３３，３７を介して
スプリング３４，３８を押圧する量が減少する。
従つて主調圧弁３２及び副調圧弁３６に対する押
圧力が低下し、主空圧供給路３１に対する主調圧
弁３２の設定圧力が低下するので、バランサー用
空圧作動アクチユエーター１５に供給される空圧
の圧力が低下し、上下揺動アーム６に与えられる
上向きのバランスモーメントM_Bが減少する。

一方、取り扱われるワークの重量に比例して副
空圧供給路３５に供給される空圧が調整される結
果、ワーク重量が増大すると主調圧弁３２に対す
る押圧力が大きくなり、この主調圧弁３２の設定
圧力が高くなる。従つてバランサー用空圧作動ア
クチユエーター１５に供給される空圧の圧力が高
くなり、上下揺動アーム６に与えられる上向きの
バランスモーメントM_Bが増大する。

上記のようにして上下揺動アーム６に付与され
る上向きのバランスモーメントM_Bが、第４図Ｂ
に示すように水平面に対する上下揺動アーム６の
相対変位角θの正弦に比例してサインカーブ状に
変化し、上下揺動アーム６が如何なる角度にあつ
ても重力モーメントに対し完全に平衡する大きさ
となるように、カム２９，３０を形成すると共に
主空圧供給路３１及び補助空圧供給路３９に供給
する空圧を設定し、且つ副空圧供給路３５に供給
する空圧をワーク重量に応じて調整する。

即ち、主空圧供給路３１からバランサー用空圧
作動アクチユエーター１５に供給される空圧を、
アーム等の自重に対応する一定空圧分と、０〜最
大の範囲で変化するワーク重量に対応する可変空
圧分とに分け、前者一定空圧分を水平面に対する
上下揺動アーム６の相対変位角θの正弦に比例さ
せて調整するために、主調圧弁３２に対するスプ
リング３４の押圧力を、カム２９及びカムフオロ
アー３３により調整し、後者可変空圧分を水平面
に対する上下揺動アーム６の相対変位角θの正弦
に比例させて調整するために、副空圧供給路３５
から供給される主調圧弁加圧用空圧を、カム３０
及びカムフオロアー３７によつて設定圧力が調整
される副調圧弁３６により調整している。

以上のように、ロボツトアームに上向きバラン
スモーメントを付与する空圧作動アクチユエータ
ーに供給される空圧を、前記バランスモーメント
が前記ロボツトアームの揺動に対応して変化する
重力モーメントと略平衡する大きさとなるよう
に、前記ロボツトアームの揺動に連動して連続的
に変化させる自動圧力調整手段が設けられること
によつて、ロボツトアームをしてその揺動角度に
関係なく常に重力モーメントと平衡せしめて、小
さな駆動力で所期の運動を行わせ、以て、運動制
御を大幅に改善することが出来るのであるが、本
発明の構成によれば、次のような独特の作用効果
が期待出来る。

（発明の作用及び効果） 即ち、本発明の構成によれば、前記自動圧力調
整手段を、圧力調整弁と、前記ロボツトアームと
当該ロボツトアームを軸支する部材との内、一方
の前記ロボツトアームの揺動中心部に取付けたカ
ムと、他方に取付けられ且つ前記圧力調整弁に於
ける調圧用スプリングの押圧力調整用カムフオロ
アーとから構成したので、所期通りの作用が行わ
れるように前記カムの形状を設計しておきさえす
れば、ロボツトアームの角度検出手段やマイクロ
コンピユーターをロボツトに搭載して圧力調整弁
を電気的に自動制御する場合と同様に、ロボツト
アームの角度に対応して連続的に前記アクチユエ
ーターに供給する空圧を所期通りに自動調整する
ことが出来、前記のように圧力調整弁を電気的に
自動制御する場合と比較して、部品点数が極めて
少なく構造が非常にシンプルであり、極めて安価
に実施することが出来ると共に、保守も容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は側面図、第２図は基台下部を省略した
背面図、第３図は上下揺動アームの空圧制御系を
示す説明図、第４図は上下揺動アームの揺動に伴
うバランスモーメントの変化を説明する図、第５
図は自動圧力調整手段の縦断側面図、第６図は動
縦断正面図である。 １……基台、２……回転台、４……前後揺動ア
ーム、５……中間部材、６……上下揺動アーム、
７……先端部材、１０，１１，１３……空圧作動
アクチユエーター、上下揺動アームのリンク駆動
軸、１５……バランサー用空圧作動アクチユエー
ター、１９，２０……電磁切り換え弁、２１，２
２……圧力調整弁、２９，３０……カム、３１…
…主空圧供給路、３２……主調圧弁、３３，３７
……カムフオロアー、３４，３８……圧縮スプリ
ング、３５……副空圧供給路、３６……副調圧
弁、３９……補助空圧供給弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロボツトアームに上向きバランスモーメント
   を付与する空圧作動アクチユエーターを設け、こ
   のアクチユエーターに供給される空圧を、前記バ
   ランスモーメントが前記ロボツトアームの揺動に
   対応して変化する重力モーメントと略平衡する大
   きさとなるように、前記ロボツトアームの揺動に
   連動して連続的に変化させる自動圧力調整手段を
   設けて成るロボツトに於いて、前記自動圧力調整
   手段を、圧力調整弁と、前記ロボツトアームと当
   該ロボツトアームを軸支する部材との内、一方の
   前記ロボツトアームの揺動中心部に取付けたカム
   と、他方に取付けられ且つ前記圧力調整弁に於け
   る調圧用スプリングの押圧力調整用カムフオロア
   ーとから構成して成る空圧作動バランス装置付き
   ロボツト。