JPH04372383A - 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、
特に揺動自在に設けられたアームをその停止位置に保持
する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】例えば旋回ベース上に起立する第１のア
ームの上端に水平方向に延びる第２のアームが揺動自在
に支持される多関節形の工業用ロボットでは、第１のア
ームがその自重及び第２のアームの重量により傾斜する
ため、第１のアームがその回動位置で静止するように第
１のアームに作用する重力モーメントとバランスする力
を第１のアームに付与するバランス機構が設けられてい
る。

【０００３】従来のバランス機構としては、例えば実開
昭６１−１２４３８８号公報に開示された機構がある。 この公報の機構では、旋回ベース上に起立し揺動自在に
支持された第１のアームと、第１のアームの下端部を支
持するブラケットとの間に引張コイルバネよりなるスプ
リングを張設してなり、第１のアームが傾斜するにつれ
てスプリングがより引っ張られ第１のアームがその回動
位置に保持されるようになっている。

【０００４】また、別の従来の機構としては、特開昭６
２−１６２４９１号公報に見られるようにアームの重力
を受ける関節部分の重力モーメントを軽減するためのカ
ウンタバランス（おもり）をアーム内部に設けた機構も
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来の
ようにスプリングのバネ力のみでアームを保持する場合
、ダイレクトティーチング操作時の操作力を軽減するた
めにはスプリングをより強力にしなければならず、バラ
ンス機構が大型化してしまう。さらに、アームが垂直状
態から水平方向に大きく回動できるがスプリングの伸縮
に限界があるため、その全範囲をスプリングだけでカバ
ーすることは難しく、例えばアームが水平方向に大きく
回動した状態でバランスするようにスプリングのバネ定
数を設定すると、アームが垂直に近くなるにつれてアー
ムに作用する重力モーメントよりバネ力の方が小さくな
ってしまいアームが安定に静止することが難しい。

【０００６】又、上記別の従来の場合、アームにカウン
タバランスを設けることによりアーム自体の重量が増大
し、アームを回動させるときの慣性力がより大きくなる
ため、ロボットの動作特性が低下するばかりか、より大
きな駆動力を要するためモータが大型化するといった課
題がある。

【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、揺動自在に支
承されたアームを有する工業用ロボットにおいて、一端
が前記アームに連結され、他端が前記アームを支持する
支持部に連結されたピストン−シリンダ機構と、前記ア
ームがその停止位置より傾かないように前記アームを付
勢するスプリングと、該スプリングと協働して前記アー
ムを停止位置に保持するよう前記ピストンシリンダ機構
に空気を供給する空気供給手段と、を備えてなる。

【０００９】

【作用】揺動自在に設けられたアームをスプリングの付
勢力及びこのスプリングに協働して作用するピストン−
シリンダ機構の空気圧力により保持することができるの
で、アームの回動可能な全範囲でアームをバランスさせ
その回動位置に静止することが可能となる。

【００１０】

【実施例】図１乃図３に本発明になる工業用ロボットの
一実施例を示す。

【００１１】各図中、工業用ロボット１は、多関節形の
ロボット本体２と、ロボット本体２を制御する制御回路
３と、ロボット本体２の第１のアーム４を静止させるバ
ランス機構５と、バランス機構５のピストン−シリンダ
機構１８に圧縮空気を供給する空気供給ユニット６とよ
りなる。

【００１２】ロボット本体２は、固定ベース７ａ上に設
けられ水平方向に回動する旋回ベース７と、旋回ベース
７上に設けられた支台８と、支台８上に起立し前後方向
に回動するよう支承された第１のアーム４と、第１のア
ーム４の上端に支承され水平方向に延在する第２のアー
ム９と、第２のアーム９の先端に設けられた手首部１０
とよりなる。

【００１３】又、支台８上には一対のモータ取付部８ａ
，８ｂが突出している。一方のモータ取付部８ａには第
１のアーム４を駆動する駆動モータ１１が取り付けられ
ており、他方のモータ取付部８ｂには第２のアーム９を
駆動する駆動モータ１２が取り付けられている。駆動モ
ータ１１のロータは第１のアーム４のフランジ部４Ａに
固着され、第１のアーム４は駆動モータ１１の駆動力に
よりＢ軸を中心に前後方向に回動する。

【００１４】駆動モータ１２のロータは後方に延在する
水平リンク１３のフランジ部１３Ａに結合されている。 水平リンク１３の先端は第１のアーム４の後方で垂直方
向に延在する垂直リンク１４の下端に連結されている。 又、垂直リンク１４の上端は第１のアーム４の上端４ａ
に支承された第２のアーム９の後部９ａに連結されてい
る。従って、駆動モータ１２の回転駆動力は水平リンク
１３、垂直リンク１４を介して第２のアーム９に伝達さ
れる。

【００１５】又、第２のアーム９は第１のアーム４のＢ
軸と平行なＣ軸を中心に上下方向に回動する。第２のア
ーム９先端に設けられた手首部１０はＤ，Ｅ，Ｆ軸を中
心とする３軸方向に回動する構成であり、そのＦ軸には
、例えば塗装ガン等の作業治具が取り付けられる。

【００１６】又、第２のアーム９の後部９ａには手首部
１０を各軸方向に駆動する手首駆動モータ１５，１６，
１７が収納されている。バランス機構５はピストン−シ
リンダ機構１８の下端がモータ取付け部８ｂに連結され
、上端が第１のアーム４の側面に連結されている。

【００１７】ここで、前述したバランス機構５と空気供
給ユニット６の構成につき説明する。

【００１８】バランス機構５は、ピストン−シリンダ機
構１８と、ピストン−シリンダ機構１８に設けられた圧
縮コイルバネよりなるスプリング１９とよりなり、小型
化されている。

【００１９】ピストン−シリンダ機構１８のシリンダ部
２０は上端２０ａ（軸受２０ｂを有する）が第１のアー
ム４の側面に回動自在に連結されている。このシリンダ
部２０の内部にはピストン２１が摺動自在に設けられて
おり、ピストン２１の下面中央に結合されたピストンロ
ッド２２はシリンダ部２０の底部中央孔２０ｃを貫通し
て下方に延在する。

【００２０】そして、ピストンロッド２２の下端２２ａ
（軸受２２ｂを有する）は前述した支台（支持部）８の
モータ取付部８ａに回動自在に連結されている。

【００２１】そのため、ピストン−シリンダ機構１８は
図４に示すように第１のアーム４が垂直方向（Ｂ２　方
向）に回動するときピストン２１がシリンダ部２０内を
上動して圧縮され、第１のアーム４が水平方向（Ｂ１　
方向）に回動するときピストン２１がシリンダ２０内を
下動して伸張する。

【００２２】尚、ピストン２１は上端位置Ｍ１　から下
端位置Ｍ２までのストロークで摺動するよう組み付けら
れている。従って、第１のアーム４が垂直方向に起立し
ているとき、ピストン２１は上端位置Ｍ１　に到り、第
１のアーム４が水平方向の下動限位置まで回動したとき
、ピストン２１は下端位置Ｍ２　に移動する。

【００２３】ピストン２１はシリンダ部２０内を上室２
０ｄと下室２０ｅとに画成し、その外周にはＯリング等
のシール部材（図示せず）が取付けられている。

【００２４】又、シリンダ部２０の底部中央孔２０ｃに
はピストンロッド２２を摺動自在に軸承するとともに気
密にシールするシール部材２３が設けられている。下室
２０ｅの底部近傍には吸気口２０ｆが設けられ、ピスト
ン２１の上端位置Ｍ１　より上方に位置する上室２０ｄ
の上部には排気口２０ｇが設けられている。

【００２５】又、ピストン２１はバネ定数の小さいスプ
リング１９の押圧力により全ストロークで上方に押圧さ
れており、ピストン−シリンダ機構１８は圧縮状態とな
って第１のアーム４に垂直方向（Ｂ２　方向）への力を
作用せしめる。

【００２６】空気供給ユニット６は、スプリング１９と
協働するようにシリンダ部２０へ空気を供給しており、
コンプレッサ等の空気源２４により生成された圧縮空気
を供給する空気配管２５を介して上記シリンダ部２０の
下室２０ｅの吸気口２０ｆに接続されている。又空気配
管２５には開閉弁２６，チェック弁２７，空気タンク２
８，減圧弁２９，電磁弁３０，圧力センサ３１が配設さ
れている。

【００２７】開閉弁２６は手動操作で弁開又は弁閉する
弁であり、通常開弁している。チェック弁２７は空気源
２４からシリンダ部２０へ供給される空気の流れのみを
許容し、シリンダ部２０から逆流する空気の流れを止め
るよう構成されている。

【００２８】又、空気源２４からの空気は一旦空気タン
ク２８に溜められ、減圧弁２９により一定力Ｐ１　に減
圧されてシリンダ部２０の下室２０ｅに供給される。尚
、電磁弁３０は２ポート２位置スプリングオフセット弁
であり、制御回路３からの信号によりソレノイド３０ａ
が励磁されると開弁し、ソレノイド３０ａが消磁される
とバネ３０ｂの押圧力により閉弁する。通常電磁弁３０
は開弁し、減圧弁２９により一定力Ｐ１　とされた空気
をシリンダ部２０の下室２０ｅに供給する。

【００２９】圧力センサ３１はこのように下室２０ｅに
供給される空気圧力を検出し、その検出信号を制御回路
３に出力する。即ち、空気配管２５が破損したりあるい
はコンプレッサの故障により供給空気圧力が減圧される
と、制御回路３は非常停止スイッチ３２をオフに切換え
電源３３からの通電を停止する。従って、非常停止スイ
ッチ３２がオフに切換えられることにより、電磁弁３０
が閉弁して空気供給が停止するとともにロボット本体２
も停止する。又、操作者が緊急時に非常停止スイッチ３
２を手動で切換えてもロボット本体２は停止する。

【００３０】又、シリンダ部２０の排気口２０ｇには排
気管３５を介して絞り弁３４が接続されている。この絞
り弁３４は、排気管３５に設けられた可変絞り３４ａと
、可変絞り３４ａをバイパスするバイパス管３５ａに設
けられたチェック弁３４ｂとを有する。従って、ピスト
ン２１が上動するとき、上室２０ｄ内の空気は可変絞り
３４ａのみを通過して排気される。又、ピストン２１が
下動するときは、多量の空気が可変絞り３４ａ及びチェ
ック弁３４ｂを介して上室２０ｄ内に供給され、ピスト
ン２１の下動動作が妨げられないようになっている。

【００３１】このように、ピストン２１はスプリング１
９の押圧力と空気圧力により上方に押圧されており、こ
の合力により第１のアーム４をその回動位置に保持でき
る。例えば、第１のアーム４が図４に示す位置から水平
方向（Ｂ１　方向）に回動すると、第１のアーム４に作
用する重力モーメントが増大する。その場合、シリンダ
部２０内のピストン２１は下動し、スプリング１９を圧
縮する。同時にピストン２１を押圧する下室２０ｅ内の
容積が減少して一時的に上昇するが、すぐに減圧弁２９
及び空気タンク２８に空気が流出して下室２０ｅ内の圧
力は一定になる。従って、第１のアーム４がＢ１　方向
に回動するにつれてバランス機構５の第１のアーム４に
対する力Ｆは空気圧力とばね力により増大し、第１のア
ーム４に作用する重力モーメントと釣り合う。これによ
り、第１のアーム４は回動位置に静止する。

【００３２】尚、ピストン２１の下動により圧縮された
下室２０ｅ内の空気は吸気口２０ｆより空気タンク２８
に逆流して、ピストン２１の動きを妨げない。

【００３３】そのため、下室２０ｅ内の圧力はピストン
２１のストロークに対して比例して急激に上昇するので
はなく、空気タンク２８により第１のアーム４に作用す
る重力モーメントの変化に対応するように徐々に上昇す
る。

【００３４】又、上記とは逆に第１のアーム４が垂直方
向（Ｂ２　方向）に回動すると、第１のアーム４に作用
する重力モーメントが減少する。この場合、シリンダ部
２０内のピストン２１は上動し、スプリング１９が伸び
てその押圧力が減少する。同時に下室２０ｅの容積が増
加して一時的に下室２０ｅ内の圧力は低下するが、すぐ
に空気源２４からの空気が供給されて一定圧力に戻る。

【００３５】図５はピストン２１のストロークに対する
バランス機構５及び従来のスプリングだけによるバラン
ス機構の力の変化を示す。同図中、従来の引張コイルバ
ネだけのバランス機構では線図■に示すようにバランス
可能なストロークが短く、しかも急激にバネ力が増大す
るため、第１のアーム４をバランスさせるのに必要な力
Ｆ４　（線図■）に対して最大でΔＦＡ　も大きすぎて
しまい第１のアーム４の回動可能な全範囲でバランスさ
せることができず、第１のアーム４を安定に保持するこ
とができない。

【００３６】本発明のバランス機構５では空気圧による
力Ｆ２　（線図■）がピストン２１の全ストロークに亘
って一定であり、さらにスプリング１９のバネ力Ｆ１　
（線図■）がピストン２１のストロークに対して徐々に
増加する。そのため、ピストン２１に作用する空気圧力
とスプリング１９のバネ力との合力Ｆ３　は線図■に示
すように、ピストン２１の全ストロークで第１のアーム
４をバランスさせるのに必要な力（線図■）に略近似し
た大きさの力となるように変化する。即ち、本発明のバ
ランス機構５で発生する力は線図■の必要な力との差が
ΔＦＢ　と従来の線図■に比べ小さくなっている。

【００３７】従って、第１のアーム４はどの角度に回動
してもバランスし、安定に保持される。そのため、例え
ば操作者が直接第２のアーム９の先端を支持しながらダ
イレクトティーチング操作をする時、作業者は小さな操
作力で第１のアーム４を動かすことができ、ティーチン
グ操作が容易に行える。

【００３８】又、ピストン−シリンダ機構１８とスプリ
ング１９よりなるバランス機構５が小型であり、しかも
第１のアーム４が全範囲でバランス機構５によりバラン
スされた安定状態に静止するため、第１のアーム４を駆
動するモータ１１の負荷が小さくて済み、モータ１１に
駆動力の小さい小型のモータを使用することも可能とな
る。

【００３９】又、何らかの故障により空気源２４から供
給される空気圧力が第１のアーム４を保持するのに必要
な圧力以下まで低下した場合、制御回路３は圧力センサ
３１からの検出信号に基づいて非常停止スイッチ３２を
オフにして電磁弁３０を閉弁させ、同時にロボット本体
２への通電も停止させる。これにより、シリンダ部２０
の下室２０ｅは密閉状態となり、ピストン−シリンダ機
構１８は伸縮不可能となる。よって、第１のアーム４は
空気源２４からの空気圧力が低下してもその位置に静止
した状態に保持され、自重により下方向に回動すること
が阻止される。図６に本発明の変形例を示す。

【００４０】同図中、空気配管２５ａに配列された減圧
弁２９とシリンダ部２０との間には上記電磁弁３０の代
わりに切換弁４１が設けられている。

【００４１】切換弁４１は３ポート２位置の電磁弁であ
り、非常停止スイッチ３２を介してソレノイド４１ａが
励磁されると、減圧弁２９とシリンダ部２０との間を連
通する。

【００４２】４２はアキュムレータで、高圧の空気又は
不活性ガスが充填され、空気配管４３を介して切換弁４
１に接続されている。

【００４３】４４はエアブレーキで、減圧弁２９により
減圧された一定圧力Ｐ１　よりも小さい圧力（＜Ｐ１　
）が供給されると、第１のアーム４を制動する。尚、エ
アブレーキ４４の詳細な構成は周知であるのでここでは
省略する。

【００４４】図６中、通常の動作は前記実施例と同じで
あるので、ここでは省略する。

【００４５】図６において、例えば圧力センサ３１から
の検出信号により空気源２４からの空気圧力が低下する
等の異常が検出されたとき、制御回路３は非常停止スイ
ッチ３２をオフに切換えてソレノイド４１ａ及びロボッ
ト本体２への通電が停止する。

【００４６】これにより、切換弁４１はバネ４１ｂの押
圧力により切換わり、減圧弁２９とシリンダ部２０との
間が遮断されるとともに、アキュムレータ４２からの空
気配管４３と吸気口２０ｆからの空気配管２５ｂとを連
通する。

【００４７】従って、アキュムレータ４２内の高圧ガス
（Ｐ２　＞Ｐ１　）は切換弁４１を介してシリンダ部２
０の下室２０ｅに供給される。

【００４８】そのため、シリンダ部２０の下室２０ｅに
は減圧弁２９の圧力Ｐ１　よりも高圧の高圧ガス（Ｐ２
　＞Ｐ１　）が一気に供給される。ピストン−シリンダ
機構１８においては、ピストン２１はこの高圧ガスの圧
力Ｐ２　とスプリング１９の押圧力との合力により上動
し、上室２０ｄ内の空気は絞り弁３４を通過して排出さ
れる。図７に示す如く、アキュムレータ４２からの圧力
Ｐ２　（線図■）と、バネ１９のバネ力（線図■）との
合力Ｆ６　は、線図■で示すように、バランスさせるの
に必要な力Ｆ４　よりもΔＦｃだけ大きい。即ち、シリ
ンダ部２０の下室２０ｅにアキュムレータ４２からの高
圧ガスが供給されると、ピストン−シリンダ機構１８及
びスプリング１９は上記合力Ｆ６　により第１のアーム
４をＢ２　方向（図４に示す）に回動せしめる。

【００４９】よって、ロボット本体２の第１のアーム４
は垂直方向に起立させた状態に復帰し、その位置で静止
する。又、第１のアーム４は空気源２４からの空気圧が
低下する等の異常時に動作するエアブレーキ４４により
制動されるため、下室２０ｅ内の圧力が低下しても下方
に回動することが防止されその位置に静止した状態に確
実に保持される。

【００５０】尚、上記実施例では第１のアーム４を保持
するバランス機構５について説明したが、本発明が第２
のアーム９あるいは上記以外の構成とされたロボットの
アームを保持するのにも適用できるのは勿論である。

【００５１】第１のアーム４を保持する場合、ピストン
−シリンダ機構１８の一端が第１のアーム４に連結され
、他端が旋回ベース７上の支台８に連結され、この支台
８が支持部として機能するが、第２のアーム９を保持す
る場合、ピストン−シリンダ機構１８の一端が第２のア
ーム９に連結され、他端が第１のアーム４又は旋回ベー
ス７上の支台８に連結されることになり、この第１のア
ーム４又は支台８が支持部として機能する。

【００５２】又、上記実施例では、ピストン−シリンダ
機構１８のシリンダ部２０内にスプリング１９が設けら
れているが、これに限らず、例えばスプリング１９をシ
リンダ部２０の外部に設けるようにしても良いし、ある
いはスプリング１９をピストン−シリンダ機構１８と別
体に、即ちピストン−シリンダ機構１８と平行になるよ
う支台８と第１のアーム４との間に張設するようにして
も良い。

【００５３】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる工業用ロボッ
トは、揺動自在に設けられたアームをピストン−シリン
ダ機構の空気圧力とスプリングの付勢力との合力がアー
ムに作用する重力モーメントと釣り合い、アームをその
回動位置にバランスさせて安定に静止させることができ
る。しかも、スプリングのバネ定数が小さく、しかも空
気圧力がアームの回動位置に拘らず一定であるので、ア
ームを全範囲でバランス状態に保つことができる。従っ
てダイレクトティーチング操作時の操作力が小さくなり
、ダイレクトティーチング操作を容易に行なえるととも
に、スプリングを小型で軽量な構成にできる等の特長を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる工業用ロボットの一実施例の概略
構成図である。

【図２】本発明の要部を説明するための構成図である。

【図３】ロボット本体の斜視図である。

【図４】第１のアームに取付けられたバランス機構を示
す図である。

【図５】ピストンストロークに対するバネ力及び空気圧
力を示す図である。

【図６】本発明の変形例を示す構成図である。

【図７】図６に示す変形例のバネ力及び空気圧力を示す
図である。

【符号の説明】

１　　工業用ロボット ２　　ロボット本体 ３　　制御回路 ４　　第１のアーム ５　　バランス機構 ６　　空気供給ユニット ８　　支台 ９　　第２のアーム １８　　ピストン−シリンダ機構 １９　　スプリング ２０　　シリンダ部 ２０ｅ　　　　下室 ２０ｄ　　上室 ２１　　ピストン ２２　　ピストンロッド ２４　　空気源 ２５　　空気配管 ２７　　チェック弁 ２８　　空気タンク ２９　　減圧弁 ３０　　電磁弁 ３１　　圧力センサ ３２　　非常停止スイッチ ３４　　絞り弁 ４１　　切換弁 ４２　　アキュムレータ ４４　　エアブレーキ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　揺動自在に支承されたアームを有する
   工業用ロボットにおいて、一端が前記アームに連結され
   、他端が前記アームを支持する支持部に連結されたピス
   トン−シリンダ機構と、前記アームがその停止位置より
   傾かないように前記アームを付勢するスプリングと、該
   スプリングと協働して前記アームを停止位置に保持する
   よう前記ピストン−シリンダ機構に空気を供給する空気
   供給手段と、を備えてなることを特徴とする工業用ロボ
   ット。