JPH04294995A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用ロボットに係り、
特に昇降移動する水平アームのバランス機構を有する工
業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば直交座標形の工業用ロボットにお
いては、先端に塗装ガン等の治具が取付けられた水平ア
ームが垂直アーム（支柱）に沿って昇降する支持ベース
に支持される構成となっている。水平アームは支持ベー
スとともに垂直アームの前面に設けられたガイドレール
に沿って昇降する。又、水平アームの先端には上記治具
が取付けられ、且つ治具を水平方向に駆動する駆動部が
設けられているため、水平アームはかなりの重量を有す
る。

【０００３】従って、垂直アームには水平アームとのバ
ランスを保つバランス機構が設けられている。即ち、垂
直アームの後面側には、バランスウエイトが昇降自在に
設けられ、垂直アームの上部にはバランスウエイトを吊
下する巻掛け装置のスプロケットが回転自在に支持され
ている。このように従来は、水平アームが上記スプロケ
ットに巻掛けされたチェーンを介してバランスウエイト
と接続され、バランスウエイトの重量と釣り合うように
なっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の工業用ロボット
では、上記のような構成とされたバランス機構を有する
ため、垂直アームの後部にバランスウエイトが昇降する
ための動作領域を確保する必要があり、しかもバランス
ウエイトの横振れを防止するためにバランスウエイトの
昇降をガイドするガイド機構が必要となる。

【０００５】そのため、従来は水平アーム及び支持ベー
スとバランスするバランスウエイトを安定移動させるた
め、垂直アームが大型化してしまい、さらにはガイド機
構及びチェーン、スプロケット等の巻き掛け装置により
構成が複雑化するといった課題があった。

【０００６】又、従来の工業用ロボットでは、水平アー
ムを昇降させる際、水平アーム及び支持ベースの慣性だ
けでなくカウンタウエイトの慣性が働くため、その分水
平アーム昇降用のモータ容量を大きくしなければならな
かった。

【０００７】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、垂直方向に延
在する支柱と、該支柱に沿って昇降する支持ベースと、
該支持ベースに支持され水平方向に設けられた水平アー
ムと、モータの回転駆動力を減速する減速機構と、該減
速機構により減速された駆動力を前記支持ベースに伝達
する伝達部材と、前記水平アーム及び支持ベースの重量
と釣り合う一定荷重が前記伝達部材を介して前記支持ベ
ースに作用するよう前記減速機構の入力側を助勢する助
勢手段と、よりなる。

【０００９】

【作用】水平アーム及び支持ベースの重量と釣り合う一
定荷重が減速機構の入力側に作用することにより、バラ
ンスウエイトが不要となり、バランスウエイトを保持す
る巻き掛け装置及びガイド機構も不要となるため、小形
化及び構成の簡略化が図られる。さらに、小形の助勢機
構が使用でき、メンテナンス性が向上するとともに、バ
ランスウエイトによる慣性を無くすことができるのでモ
ータ容量の小さい小形モータの使用が可能になる。

【００１０】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる工業用ロボット
の第１実施例が適用された塗装用ロボットを示す。

【００１１】各図中、塗装用ロボット１は直交座標形の
ロボットであり、被塗装物としての車体２が搬送される
搬送装置３の近傍に設置されている。塗装用ロボット１
は、大略車体２の搬送方向（Ｘ方向）に延在するように
床面４に設置されたベース５と、ベース５上をＸ方向に
移動し垂直方向に延在する支柱として機能する垂直アー
ム６と、垂直アーム６に支持されＺ方向に昇降する水平
アーム７とよりなる。水平アーム７は基端部が垂直アー
ム６の前面６ａに設けられたガイド溝６ｂ，６ｃに沿っ
て図２中実線で示す上昇位置Ａと降下位置Ｂとの間を昇
降する。

【００１２】水平アーム７の先端部は車体２を搬送する
搬送装置３とその上方で交差するように水平に延在して
いる。水平アーム７の前面７ａには水平アーム７の延在
方向（Ｙ方向）にスライドするスライドアーム８が摺動
自在に設けられている。スライドアーム８はその先端部
８ａにスプレガン９を支持する手首機構１０を有する。

【００１３】従って、スプレガン９はスライドアーム８
が水平アーム７に沿ってＹ方向に移動するとともに、車
体２の上方を横切るように図１中実線で示すスタート位
置Ｃから２点鎖線で示す移動位置Ｄまでの間を往復する
。そして、スプレガン９はＣ，Ｄ間を移動しながら車体
２に塗料を吹き付ける。

【００１４】１１は垂直アーム６をＸ方向に移動する垂
直アーム駆動部で、ベース５の内部に収納されている。 この垂直アーム駆動部１１は、図２中破線で示すように
ＡＣサーボモータ１２を有し、モータ１２の出力軸はカ
ップリング１３を介してボールねじ１４のおねじ１４ａ
に結合されている。

【００１５】おねじ１４ａはベース５の延在方向（Ｘ方
向）に装架され、その両端部がベース５内の軸受１５ａ
，１５ｂにより軸承されている。おねじ１４ａに螺合す
るナット１４ｂは垂直アーム６の底部に連結されており
、垂直アーム６はベース５上に設けられたリニアベアリ
ング１６によりＸ方向へ滑動できるように支持されてい
る。

【００１６】従って、垂直アーム６はモータ１２により
回動駆動されるボールねじ１４のおねじ１４ａによりナ
ット１４ｂが駆動されるとともにＸ方向へ移動する。

【００１７】１７は第１のケーブルキャリアで、一端が
ベース５に接続され、他端が垂直アーム６の側面６ａに
接続されている。即ち、塗料供給源からの塗料チューブ
、空気源からのエアチューブ及びモータへのケーブル（
いずれも図示せず）等は一旦ベース５内に引き込まれた
後、上記ケーブルキャリア１７にガイドされて垂直アー
ム６内に導かれる。

【００１８】１８は水平アーム７をＺ方向に昇降させる
水平アーム駆動部で、垂直アーム６の内部に収納されて
いる。この水平アーム駆動部１８は、図４，図５に示す
ように垂直アーム６の下部に設けられたベース６ｂ上に
ＡＣサーボモータ１９を有し、モータ１９の回転駆動力
は伝達機構２０を介して水平アーム７に伝達される。図
４乃至図６に示す如く、伝達機構２０は垂直アーム６の
ベース６ｂ内に設けられた減速機構２１と、ボールねじ
（伝達部材）２２とよりなる。

【００１９】減速機構２１はモータ１９の出力軸１９ａ
に結合された小径プーリ２３と、ボールねじ２２のおね
じ２２ａに結合された大径プーリ２４と、小径プーリ２
３及び大径プーリ２４に巻き掛けされたベルト２５とよ
りなる。従って、モータ１９の回転駆動力は小径プーリ
２３と大径プーリ２４との半径比（ｒ／Ｒ）により決め
られた減速比で減速されてボールねじ２２に伝達される
。

【００２０】この減速機構２１の入力側、即ち小径プー
リ２３の軸２３ａには水平アーム用バランス機構として
の定荷重ばね（助勢手段）２６が設けられている。

【００２１】図７に示す如く、定荷重ばね２６は、例え
ばばね用ステンレス銅よりなる薄い鋼帯をロール状に巻
回してなる金属ベルト２７を有する。この金属ベルト２
７は自由状態では鋼帯が幾重にも密着して巻かれた形状
となる特性を持っている。

【００２２】そのため、金属ベルト２７はそれ自体の弾
性復元力（ばね力）により常にロール状に復帰し、縮径
方向に戻ろうとする力が働く。従って、定荷重ばね２６
は金属ベルト２７の自由端が直線状に引き出されると、
金属ベルト２７自体に復帰方向（縮径方向）の一定の張
力が働き、金属ベルト２７の自由端が解放されると金属
ベルト２７が上記自由状態に復帰する構成となっている
。

【００２３】さらに、本実施例の定荷重ばね２６の具体
的な構成は、第１ドラム２６ａと第２ドラム２６ｂを所
定距離離間させ、両ドラム２６ａ，２６ｂに金属ベルト
２７を巻き掛けしてなる。第２のドラム２６ｂに巻回さ
れた金属ベルト２７は、その先端がドラム２６ｂより引
き出され裏返しにされて第１のドラム２６ａに固定され
ている。

【００２４】第１のドラム２６ａがＡ方向に回転して第
２のドラム２６ｂに巻回された金属ベルト２７を巻き取
ると、金属ベルト２７には第２のドラム２６ｂに戻ろう
とする力Ｆが作用する。この金属ベルト２７に作用する
力Ｆによる第１のドラム２６ａを回転させようとする回
転力（トルク）は一定荷重であり、ドラム２６ａ，２６
ｂの回転量に拘らず常に一定である。

【００２５】本実施例では、定荷重ばね２６の第１のド
ラム２６ａが小径プーリ２３の軸２３ａに結合され、第
２のドラム２６ｂがベース６ｃのブラケット２８より起
立する軸２８ａに支承されている。

【００２６】尚、上記定荷重ばね２６の金属ベルト２７
は水平アーム７の昇降ストロークの全範囲に対応する出
力軸１９ａの回転量に対し、充分な長さを有している。

【００２７】ボールねじ２２はおねじ２２ａとナット２
２ｂとよりなる。ボールねじ２２のおねじ２２ｂは垂直
アーム６の延在方向（Ｚ方向）に装架され、その両端部
が垂直アーム６内の軸受２９により軸承されている。お
ねじ２２ｂに螺合するナット２２ａは水平アーム７を支
持する支持ベース３０に連結されている。

【００２８】３１はリニアベアリング構造のガイドレー
ルで、上下方向（Ｚ方向）に延在するように垂直アーム
６内の支柱６ｄに設けられ、水平アーム７を支持する支
持ベース３０をガイドする。

【００２９】支持ベース３０は、垂直部３０ａと、垂直
部３０ａより水平方向に突出し水平アーム７に連結され
た連結部３０ｂと、ガイドレール３１に摺動自在に嵌合
する摺動部３０ｃと、垂直部３０ａより垂直アーム６内
に突出しボールねじ２２のナット２２ａを保持する保持
部３０ｄとを有する。

【００３０】従って、水平アーム７はモータ１９の駆動
力により駆動されるボールねじ２２を介して支持ベース
３０とともに昇降する。

【００３１】３２は第２のケーブルキャリアで、一端が
垂直アーム６に接続され、他端が水平アーム７の下面に
接続されている。即ち、ベース５から垂直アーム６内に
引き込まれたチューブ及びケーブル等（図示せず）はケ
ーブルキャリア３２にガイドされて水平アーム７内に導
かれている。

【００３２】水平アーム７の側面に設けられた中空状の
スライドアーム８は、水平アーム７内に設けられたスラ
イドアーム駆動部３３によりＹ方向に摺動する。このス
ライドアーム駆動部３３は前述したベース５内の垂直ア
ーム駆動部１１と同様な構成となっており、説明は省略
する。

【００３３】上記構成になる塗装用ロボット１において
、垂直アーム６のガイドレール３１に沿って昇降する支
持ベース３０は、水平アーム７及びスライドアーム８、
スプレガン９、スライドアーム駆動部３３を支持してい
るため、支持ベース３０にはこれらの各部を合計したか
なりの重量が作用する。

【００３４】従って、モータ１９の回転駆動力が減速機
構２１を介してボールねじ２２のおねじ２２ａに伝達さ
れ、支持ベース３０を上昇させる際ボールねじ２２には
相当な負荷がかかり、支持ベース３０を降下させる際の
負荷との差が大きい。

【００３５】しかるに、本実施例では水平アーム用助勢
手段としての定荷重ばね２６が減速機構２１に設けられ
ているので、ボールねじ２２のおねじ２２ａには定荷重
ばね２６からの回転力が支持ベース上昇方向に作用して
いる。

【００３６】ボールねじ２２のおねじ２２ａに伝達され
た定荷重ばね２６の回転力は上記支持ベース３０に作用
する荷重と釣り合う大きさに選定されている。

【００３７】そのため、モータ１９は、支持ベース３０
を上昇させるときも、支持ベース３０を降下させるとき
と略同じトルクで駆動することができる。

【００３８】ここで、モータ１９の加速時のトルクＴＭ
ａとモータ１９の定速時のトルクＴＭｃは次式のように
なる。

【００３９】 　　　　　　　　　　　　　　ＴＭａ＝ＴＪ　±（ｒ／
Ｒ）×（ｗＬ／２πη）＋Ｔα　　　　　　…■　　　
　　　　　　　　　　　ＴＭｃ＝±（ｒ／Ｒ）×（ｗＬ
／２πη）＋Ｔα　　　　　　　　　　…■尚、上式■
，■において、ｗは負荷重量、Ｌはボールねじのリード
、ηはねじ伝達効率、ｒはモータ側の小径プーリ２３の
半径、Ｒはボールねじ側は大径プーリ２４の半径、Ｔα
は摩擦抵抗などに必要なトルク、ＴＪ　は負荷の慣性を
加速するためのトルクである。

【００４０】水平アーム７が上昇するとき、上式■の第
２項及び上式■の第１項は＋となりトルクが大きな値と
なる。従来は支持ベース３０に作用する重量と釣り合う
重量のバランスウエイトを設けることにより上式■，■
の（ｒ／Ｒ）×（ｗＬ／２πη）をキャンセルし、その
結果モータ１９のトルクＴＭａ，ＴＭｃが小さくなるよ
うにしていた。

【００４１】本発明では従来のバランスウエイトに代っ
て減速機構２１の入力側に定荷重ばね２６を助勢手段と
して設けたものであり、定荷重ばね２６の力Ｆが次のよ
うに作用する。

【００４２】支持ベース３０に作用する負荷ｗ（重力）
はボールねじ２２が右巻きの場合、伝達機構２０の各回
転部分を常にＡ方向（図６参照）に回転させるようとす
る。そして、この回転力の大きさはモータ１９の出力軸
１９ａにおいて、次式の如くトルクＴｗ　で表わせる。

【００４３】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔｗ　＝（ｒ／
Ｒ）×（ｗＬ／２πη）　　　　　　　　　　　　　　
…■このトルクＴｗ　は水平アームの昇降位置に関わり
なく一定の大きさである。これに対し、減速機構２１に
設けられた定荷重ばね２６も常に一定のトルクＴｓ　を
発生し、減速機構２１の小径プーリ２３をＢ方向に回転
させようと附勢している。

【００４４】この定荷重ばね２６によるトルクＴｓ　は
前述した支持ベース３０に作用する荷重ｗのトルクＴｗ
　と等しい大きさである（Ｔｓ　＝ＴＷ　）。これによ
り、ボールねじ２２に作用するＡ方向とＢ方向の回転力
が常に釣り合うことになり、定荷重ばね２６はバランス
ウエイトの役割を果すことができる。

【００４５】従って、従来のように垂直アーム６にバラ
ンスウエイトを設ける必要がなくなり、バランスウエイ
トと支持ベース３０とを連結するチェーン及びチェーン
を支持するスプロケット等の連接機構が不要となり、さ
らにはバランスウエイトの昇降をガイドするガイド機構
が不要となるため、垂直アーム６の部品点数が削減され
構成の簡略化が図られる。

【００４６】しかも、本実施例ではモータ１９の出力軸
１９ａと同軸に結合された小径プーリ２３の軸２３ａに
定荷重ばね２６が設けられているので、減速機構２１の
減速比によりトルクＴｗ　を比較的小さなトルクとする
ことが出来るので、定荷重ばね２６自体の小型化が図ら
れる。そのため、定荷重ばね２６の点検時取外し、取付
作業は容易に行え、メンテナンス性に優れている。

【００４７】尚、定荷重ばね２６は小型のものも使用で
きるので、例えば水平アーム７の重量がさらに重くなる
ような場合でも、２台の定荷重ばね２６あるいはそれ以
上の複数の定荷重ばね２６を減速機構２１の入力側に並
列に設けることにより、比較的簡単に水平アーム７の重
量とバランスさせることができる。

【００４８】更に、上式■において、トルクＴＪ　は、
バランスウエイトの慣性が含まれないため、従来バラン
スウエイトを使用する場合よりも負荷のトルクが小さく
なり、その分モータ１９の容量を小さくできる。

【００４９】図９及び図１０に本発明の第２実施例を示
す。

【００５０】両図中、支持ベース３０はチェーン３４に
連結されており、チェーン３４は支柱６ｄの上部に支持
された上部スプロケット３５と支柱６ｄの下部に支持さ
れた下部スプロケット３６に巻き掛けされている。

【００５１】下部スプロケット３６の軸３７は減速機構
３８を介してモータ１９の出力軸１９ａに結合されてい
る減速機構３８の入力軸３８ａには定荷重ばね２６の第
１のドラム２６ａが嵌合固定されている。

【００５２】又、定荷重ばね２６の第２のドラム２６ｂ
はモータ１９を支持するブラケット３９に固定された軸
４０に支承されている。

【００５３】従って、定荷重ばね２６の回転力はＢ方向
に作用しており、支持ベース３０に作用する荷重ｗと釣
り合う。

【００５４】この場合の定荷重ばね２６によるトルクＴ
Ｓ　は、次式で表わさせる。

【００５５】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｔｓ　
＝ｗＲＳ　×（１／Ｒ）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…■但し、Ｒｓ　は下部スプロケット３６の半
径である。

【００５６】このように、ボールねじ２２を使用しない
伝達機構であっても、減速機構３８に定荷重ばね２６を
設けることにより支持ベース３０の荷重ｗと附勢力Ｆと
がバランスしモータ１９のトルクを小さくすることがで
きる。

【００５７】又、本発明は上記ボールねじ２２、チェー
ン３４以外の伝達機構にも適用できるのは勿論である。

【００５８】又、上記実施例以外にも例えば定荷重ばね
の代わりに空気圧力により一定荷重を作用させる空気シ
リンダを助勢機構として使用できる。この場合、空気シ
リンダのロッドがラックに連結され、ラックに噛合する
ピニオンが減速機構２１の入力側に結合される構成とす
ることにより、空気シリンダの押圧力を水平アーム７と
バランスするように作用させることができる。

【００５９】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる工業用ロボッ
ト、減速機構の入力側に設けられた助勢手段の附勢力が
水平アームを支持する支持ベースの荷重と釣り合うため
、従来使用していたバランスウエイトを不要にでき、こ
れに伴ってバランスウエイトの支持機構及びガイド機構
が不要となり、部品点数の削減による構成の簡略化を図
ることができるとともに製造時の組立工程が容易になる
。又、バランスウェイトの慣性がなくなりその分トルク
の小さい小形モータを使用することができる。

【００６０】しかも、減速機構の減速比により小形の助
勢手段を使用することができ、装置の小形化にも適応し
うる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工業用ロボットの一実施例が適用され
た塗装用ロボットの正面図である。

【図２】塗装用ロボットの側面図である。

【図３】塗装用ロボットの平面図である。

【図４】垂直アームを拡大して示す正面図である。

【図５】垂直アームの内部を拡大して示す側断面図であ
る。

【図６】伝達機構の構成を示す拡大図である。

【図７】定荷重ばねの斜視図である。

【図８】図６中Ｘ−Ｘ線に沿う減速機構の矢視図である
。

【図９】本発明の第２実施例の垂直アームを示す正面図
である。

【図１０】第２実施例の伝達機構を拡大して示す斜視図
である。

【符号の説明】

１　　塗装用ロボット ６　　垂直アーム ７　　水平アーム ８　　スライドアーム ９　　スプレガン １９　　ＡＣサーボモータ ２０　　伝達機構 ２１　　減速機構 ２２　　ボールねじ ２３　　小径プーリ ２４　　大径プーリ ２５　　ベルト ２６　　定荷重ばね ３０　　支持ベース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　垂直方向に延在する支柱と、該支柱に
   沿って昇降する支持ベースと、該支持ベースに支持され
   水平方向に設けられた水平アームと、モータの回転駆動
   力を減速する減速機構と、該減速機構により減速された
   駆動力を前記支持ベースに伝達する伝達部材と、前記水
   平アーム及び支持ベースの重量と釣り合う一定荷重が前
   記伝達部材を介して前記支持ベースに作用するよう前記
   減速機構の入力側を助勢する助勢手段と、よりなること
   を特徴とする工業用ロボット。