JPH0355193A - 工業用ロボット - 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】 産業上の利用分野 本発明は工業用ロボットに係り、特に可動部を動作付置
に静止させるよう構成した工業用ロボットに関する。

従来の技術 例えば、旋回テーブル，支柱．アーム等の可動部を有す
る多関節型の工業用ロボットにおいては、旋回ベース上
に回動自在に支承された支柱をその回動位置に保持する
バランス機構が設けられている。従来の工業用ロボット
に設けられたバランス機構としては、例えばカウンタウ
ェイトを用いて支柱の重力モーメントとバランスさせる
ウエイＩ〜式のバランス機構と、リンク等を介してスプ
リングのバネ力を支柱あるいはアームに作用させて可動
部のバランスを維持するスプリング式のバランスｌ１１
ｌＩ４とがある。

発明が解決しようとする課題 士記従来の工業用ロボットでは、次のような課題があっ
た。■ウ．［イト式．スプリング式の両バランス機構と
もに重湯が重く、設置場所の基礎工事を強固にしなけれ
ばならず、その工事に多大な労力を要していた。■バラ
ンス用スプリング又はウェイトをロボットの支柱あるい
はアームに取付だ場合、可動部の重吊が増／ＪＯして動
特性の低下が生ずるとともに駆動用モータの容量が大型
化していた。■支柱を回動した僚置に保持する場合、支
柱の上端に設けられたアームが動作すると、支柱を停止
させておくのに必要なバランス力が変化づる．，シかし
、従来のウェイト式，スプリング式のバランス機構では
ウェイトの重量及びスプリングの押圧力が一定であるの
で上記バランス力の変化に対応できなかった。■ロボッ
ト本体を天井又は壁面に取付けるタイプの工業用ロボッ
トにおいては、可動部の動ｆｉ’　７’ｊ向が変化ずる
と重力モーメントの変化が大きいため、士記バランス機
構では可動部を静止状態に安定に保持することができな
かった。

そこで、本発明は上記課題を解決した工業用ロボットを
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記工業用ロボットにおいて、可動部が任意の
動作位置に静止するよう可動部に重力モーメントに抗し
た押圧力を作用させるアクチュエータを具備してなる。

作用 アクチュエー夕の駆動により可動部の回動位置に応じた
大きさの重力モーメントとバランスする押圧力を可動部
に付与して可動部がどの位置で停止しようとしても可動
部をその停止位置に安定に保持するとともに可動部をバ
ランスさせる機構のコンパクト化，軽量化が図れる。

実）例 第１図及び第３図に本発明になる工業用ロボットの一実
施例を示す。

各図中、■業用ロボット１は複数の可動部を有する多関
節型のロボットであり、例えば季装用ロボットとして使
用される。工業用ロボット１１の基台２上部には旋回テ
ーブル３が回動自治に設けられ、旋回テーブル３上には
支柱４が起立している。この支柱４は旋回テーブル３の
ブラケツ１〜３ａ．３ｂにより回動自在に支承されてお
り、水平方向に延在するアーム５は支柱４の士端部に支
承されている，５又、アーム５の先端の手首機構６には
嬢装ガン等の作業治具７が装着されている。

８は基台２内に取り付けられた旋回テーブル駆動用のモ
ータユニット、９は旋回テーブル３のブラケット３ａに
取り｛；ｊ’　ｔ−Ｊられた支柱駆動用のモタコニット
．１０はブラケット３ｂに取り付けられたアーム駆動用
のモータユニットである。

モータユニット１０の駆動力はリンク等（図示せず）を
介してアーム５の後端に伝達され、これによりアーム５
は回動する。又、アーム５の内部には手首機構６を駆動
する手首機構駆動用のモータコニット（図示せず〉が配
設されている。

第２図において、旋回テーブル３のブラケット３ａと支
柱４との間にはバランス機構として機能するアクチュエ
ータ１１が支柱４を女承する回動軸１２上に設けられて
いる。このアクヂ１エータ１１はベーン形空気圧揺動ア
クチュエータであり、コンパクトな構成で軽量である。

モータユニット９は減速１１１３の７ランジ１４に固定
され、減速機１３はブラケット３ａの外側固定ざれてい
る。減速機１３の出力軸（図示せず）は上記アクチュエ
ータ１１のケーシング１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ内を貫通
する回動軸１２に連結されている。

回動軸１２の端部は支柱４の取付板４ａにボルト１５に
より固定されている。従って、モータユニット９の駆動
力は回動軸１２を介して支柱４に５ 伝達され、支柱４は回動軸１２の回動方向に応じて基台
２の前方又は後方に回動する。

又、アクチュエータ１１のケーシング１’　Ｉ　Ａはボ
ルト１６によりブラケット３ａの内側に固定され、ケー
シング１１Ｂはボルト１７によりケーシング１１Ａに固
定されている。

第３図に示す如く、ケーシング１１Ａ−１１Ｇの内部に
は円形の室１１Ｄが形成されており、この室１１Ｄには
扇形状のストツパ１８とベーン１９とが配設されている
。ストツパ１８はクーシング１１Ａ又は１１Ｂに固定さ
れ、その両側のストツバ面１８ａ，１８ｂにはベーン１
９に当接し衝撃を緩衝する弾性体２０ａ．２０ｂが即設
固定されている。ベーン１９はボル１−２１により回動
軸１２に固定され、回動軸１２と一休的に回動する。又
、ベーン１９の両側面には回動軸１２及びケーシング１
１Ａ〜１１Ｇとの隙間をシールするシール部材２４ａ，
２４ｂが取付けられている。

尚、各ケーシング１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｇには夫々の隙
間を気密にシールするシール部材（０リ６ ング〉２２ａ〜２２ｄが組込まれており、上記室１１Ｄ
は密閉状態に保持されている。

ケーシング１１Ｂの壁部にはケーシング１１Ｂの内外を
連通する接続口２３ａ．２３ｂが穿設されている。士記
室１１Ｄはストツパ１８，ベーン１９により左室１１Ｄ
１と右室１１Ｄ２とに画戒され、一方の接続口２３ａは
左室１１Ｄ１に連通し、他の接続口２３ｂは右室１１Ｄ
２に連通している。

２５は例えばコンプレッサ等よりなる空気源で、空気配
管２６ａ，２６ｂが接続されている。この空気配管２６
ａ，２６ｂは継手２７ａ．２７ｂに接続され、継手２７
ａ．２７ｂは上記ケーシング１１Ｂの接続口２３ａ，２
３ｂに接続されている１．又、空気配管２６ａ，２６ｂ
の夫々には電磁弁２８ａ．２８ｂ及び可変絞り２９ａ．
２９ｂが配設されているこの電磁弁２８ａ．２８ｂ及び
可変絞り２９ａ．２９ｂはバランス制御回路３０に接続
され、後述するように支柱４，アーム５の回動位置に応
じて制御される。３１はアーム５，支柱４の回動位買を
検出する伶置検出手段で、例えば各可動部の回動頓に設
けられたボテンショメータ（図示せず〉等よりなり、そ
の検出信号をバランス制御回路３０へ出力する。

尚、上記電磁弁２８ａ，２８ｂはモータユニット９が駆
動されて支柱４を回動させるとき、第３図に示すように
アクチュエータ１１の左室１１Ｄ１及び右室１１Ｄ２を
大気開放にしている。これは、支柱４が動作するとき、
上記アクチュエータ１１のベーン１９がモータユニット
９に負荷を与えないようにするためである１．シかも、
アクヂコエータ１１白体がコンパク１〜で軽量であるた
め、モータユニット９の出力軸にかかる負荷は従来より
も小さく、モータユニツｈ　９の容吊も小さくて済む。

従って、工業用ロボット１全休が軒吊化され設岡場所の
基礎強度が小さく済む。また、工業用ロボット１は上記
軽量化により動作特性が向上する．．ここで、上記構戒
になる工業用ロボット１の動作とともに、バランス機構
としてのアクヂュエータ１１の動作について説明する。

まず、モータユニット９に駆動力が減速機１３，回動軸
１２を介して支柱４に伝達されると、支柱４は第４図に
示すように前方に回動しアーム５を前進させる。

支柱４が垂直方向より角度θ１だけ前方に回動して停止
ずる場合、モータユニット９の停止と同時に、バランス
制御回路３０は電磁弁２８ｂに信号を出力し励磁させる
。そのため、電磁弁２８ｂが切換わり、空気源２５から
の圧縮空気は空気配管２６ｂ．可変絞り２９ｂを介して
アクチュエータ１１の右室１１Ｄ２に供給される。

アクヂュエータ１１のベーン１９は支柱４の回転軸１２
に固定され、支柱４と一体的に回動ずる１，そして、支
柱４が垂直方向に起立しているとき、べ−ン１９はスト
ツパ１８に対し１８０゜の位置（第３図中実線で示す位
置〉にある。従って、支柱４が前方に角度θ１回動する
とベーン１９は回動軸１２とともに矢印Ｂ方向の２点鎖
線で示す角度θ１の位置に回動する。尚、回動軸１２の
回動僚＠は伶置検出手段３１により検出されている。

９ ここで、電磁弁２８ｂが上記の如く切換ねると、圧縮空
気が接続口２３ｂより右室１１Ｄ２に供給される。その
ため、ベーン１９は右室１１Ｄ２内の空気圧により矢印
八方向に押圧される。

支柱４及びアーム５の重力モーメントは回動軸１２を中
心に矢印Ｂ方向に作用する。そして、アクチ１エータ１
１は上記重力モーメントと逆向きの押圧力を回動軸１２
に付与する，１その結果、アクヂュエータ１１の空気圧
による押圧力と支柱４及びアーム５の重力モーメントど
がバランスし、支柱４は第４図に示す角度０１回動した
僚置に静止する。従って、支柱４は重力モーメントの作
用により矢印Ｂ　７Ｊ向へ回動しＪ；うとするがアクチ
コエータ１１の押圧力により安定的に保持される。

尚、可変絞り２９ｂは女柱４の回動角度が大きくなるほ
ど重力モーメントが大きくなるので、この重力モーメン
トの変化に幻応できるようにその絞り開度がバランス制
御回゛路３０により制御ざれている。即ち、支柱４が矢
印Ｂ方向に回動ずるにつれて、可変絞り２９ｂの絞り開
度が大きくなり、１　０ 右室１１Ｄ＋への供給圧力も増大する。又、支柱４が停
止した状態でアーム５が動作するとその重力モーメント
が変動する。その場合も、可変絞り２９ｂはアーム５の
回動僚置に応じて絞り開度が制御される。

さらに、支柱４が矢印Ｂ方向に回動し、回動限位置に達
すると、アクチュエータ１１においてはベーン１９が接
続口２３ｂを閉塞するとともにストツバ１８のストツパ
面１８ｂに当接する。尚、支柱４が回動限位置まで回動
したとき、支柱４はストツパ１８によりその僚置に保持
されるので圧縮空気の供給は不用になる。又、ベーン１
９がストツパ１８に当接する際支柱４はシール部材２４
ｂ．弾性体２０ｂにより衝撃が緩和されて停止する。

又、支柱４が垂直方向より上記とは逆方向（矢印Ａ７Ｊ
向）に回動する場合、第５図に示すように、支往４及び
アーム５の重力モーメントが回動軸１２を中心に矢印八
方向に作用する。この場合、支柱４が角度一θ２回動す
ると、アクチュエータ１１ １１においてはベーン１９が第３図中１点鎖線で示す拉
置へ回動する。

ここで、電磁弁２８ａが励磁されて切換わり、空気源２
５からの圧縮空気は空気配管２６ａ，継手２７ａを介し
て左室１１Ｄ１に供給される、１そのため、ベーン１９
は左室１１Ｄ＋に導入された空気圧により矢印Ｂ方向に
押圧ざれる。そして、支柱４の回動軸１２に作用する矢
印八方尚の重力モーメントとアクチュエータ１１で発生
した矢印Ｂ方向の押圧力とがバランスする。その結果、
支柱４は第５図に示す角度一０２の位置に安定的に保持
される。又、可変絞り２９ａは前述の如く、支柱４の回
動角が大きくなるにつれて絞り開度が大きくなり、ベー
ン１９に作用する空気圧を高め、重力モーメントの大き
さに対応する押圧力を発生せしめる。

さらに、支柱４が矢印八方向に回動して回動限伶置に至
ると、ベーン１９は接続口２３ａを閉塞するとともにス
トッパ１８のストツパ面１８ａに当接する。これにより
、支柱４はその回動限位置１２ に停止し、そのときの衝撃はシール部材２４ａ，弾性体
２０ａにより緩衝ざれる。

このように、支柱４は回動した停正付置に応じた押圧力
がアクチュエータ１１により付与され、この押圧力と重
力モーメントとのバランスにより所定の動作位置に安定
に静止することができる。

又、支柱４が第４図又は第５図に示すように回動した位
置にあるとき、アーム５が上，下方向に何動すると支柱
４の回動軸１２に作用する重力モーメントが変動するが
、その変動に応じてバランス制御回路３０は可変絞り２
９ａ又は２９ｂの絞り開度を変更してベーン１９に作用
づる空気圧を制御する。よって、支柱４はアーム５が動
作しても静止状態を保つ１， 尚、上記実施例ではアクチ１エータにベーン形空気圧揺
動アクチ１エータを用いて説明したが、これに限らず、
例えば油圧アクチュエー夕，あるいは電動モータ等を用
いても良い。

すなわち、この場合、モータのスタータ側を旋回アーブ
ル３のブラケット３ａに取付けるととも１　３ に、ロータ側を回動軸１２に連結するようにする１，そ
して、支柱４が回動しているとぎはモータに通電せヂ、
支柱４が前方に回動したどきは、支柱４の停止とともに
ロータを矢印八方向に回動するよう駆動し、逆に支柱４
が後方に回動したときは口−タを矢印Ｂ方向に駆動する
。そのとき、モータのトルクと回動軸に作用する重力モ
ーメントとがバランスするようにモータを制御する。従
って、モータのトルクの大きさが支柱４の回動角及びア
ーム５の回動僚置に応じて調整され、支柱４はその停止
位置に安定に静止状態を保つ。

又、上記実施例では支柱４を保持するバランス機構を例
に上げて説明したが、支柱４以外の可動部を保持するバ
ランス機構にも適用できるのは勿論である。

さらに、本発明は上記多関節型ロボット以外の型式のロ
ボットにも適用できる。例えば天井あるいは壁面等に取
付けられるよう構成されたロボットの場合、アーム等の
動作僚置により重力モーメントが大きく変化するが、上
記の如くアクヂＩＩ１４ 一タへの空気圧を制御することにより天井吊下型口ボッ
トあるいは壁掛式口ボットにも対応できる。

発明の効果 上述の如く、本発明になる工業用ロボットは、コンパク
トで軽量なアクブｌ１−夕の押圧力により可動部をその
動作位置に静止させることができるので、従来のウェイ
ト式又はスプリング式のバランス機構に比べてかなり軽
量化することができる。そのため、設置場所の基礎強度
を従来のように強固にする必要がなく、その分設ｄ］Ｍ
事が容易にでき、さらには動作特性が向上するとともに
可動部を駆動するモータユニットの小型化を図ることも
できる。また、アクチュエー夕を各可動部の回転軸上に
設けることにより、各軸毎に各可動部のバランスをとる
ことができ、又他の軸が動作してもアクチュエ＝夕によ
る押圧力を変更することにより静止状態を維持すること
ができ、よってロボットの設置場所を選ばず天井又は壁
面に取付ける型式のロボットにも対応することがでぎる
等の特長を有する。

１５

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる−Ｌ業用ロボッｉ〜の−実施例の
１Ａ？ＩＡ図、第２図は本発明の要部の縦断面図、第３
図は第２図中Ｉ−ＩＩＩ線に沿うアクヂュエー夕の断面
及びアクチ〕，エータを動竹制御ずるシステムの概略構
或図、第４図及び第５図は夫々ロボットの動作位置に応
じた重力モーメントと７クチュ工−夕より発生する附勢
カとのバランスを説明するための側面図である。 １・・・工業用ロボッ］・、３・・・旋回アーブル、４
・・・支柱、５・・・アーム、８，９．１０・・・モー
タコニット、１１・・・アクヂＩＴ一タ、１１Ａ，１１
Ｂ．１１Ｃ・・・ケーシング、１１Ｄ・・・室、１１Ｄ
１・・・左室、１１Ｄ２・・・右室、１２・・・回動軸
、１８・・・ストッパ、１９・・・ベーン、２５・・・
空気源、２６ａ，２６ｂ・・・空気配管、２８ａ．２８
ｂ・・・電磁弁、２９ａ，２９ｂ・・・可変絞り、３０
・・・バランス制御回路、３１・・・位置検出手段、， １　６ 第４図 ５ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回動自在に支承された可動部を有する工業用ロボットに
   おいて、 前記可動部が任意の動作位置に静止するよう前記可動部
   に重力モーメントに抗した押圧力を作用させるアクチュ
   エータを具備してなることを特徴とする工業用ロボット
   。