JPS6114887A - ブレ−キ付きロボツトア−ム - 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） 加圧流体の給排により膨径変形し軸線方向に収縮力を生
起する、エアバックタイプのニューマチックアクチュエ
ータを用いたブレーキ付きロボットアームに関するもの
である。

（従来の技Ｗｔ） ロボットアーム用アクチュエータとしては種々の型式の
ものがある。空気式のものは他のアクチ・ユエータに比
べ、過負荷に強く、発熱が少ないう・え人体への危険も
少ないことから、近年その活用が大いに望まれてきた。

しかし従来の空気式アクチュエータは、いわゆるエアー
シリンダタイプのものが多く、そのシリンダーピストン
組立体は鉄製とされるのが通例であり、操作力の割りに
は操作部としての自重が過大となる傾向があった。

一方で、エアーバッグタイプもまた既知であり、この場
合エアーバッグの制御圧力適用による膨径に基く軸方向
の収縮力を、操作力として利用する・・・ので、エアー
バッグ自体軽量なほか、摺動部分を含まず摩擦力の影響
やエアー洩れの心配もないなどの利点が認められる。

かかるエアーバッグタイプのニューマチックアクチュエ
ータとしては、例えば、第６図に示すようなものが特公
昭５２−４０８７８号公報に記載されているように従来
既知である。このニューマチックアクチュエータは、エ
アー不透過性、可撓性を考慮し例えばゴム又はゴム状弾
性材料よりなる管状体１に、管状体ｌの内圧充填による
最大膨・径においていわゆる静止角（５４°４４′）に
至るよ・うにＩｉｉ成した編組み補強構造２をかぶせ、
両端開口部に閉鎖部材８を挿着し、かしめキャップ４を
用いて管状体ｌに封止合着してなる。なお閉鎖部材８の
一方には、少なくとも片側で管状体１の内部空洞５に連
通ずるフィッティング６を取り付ける。

その作動は、フィッティング６には図示しないが操作圧
力源たとえばエアーコンプレッサを、８方弁を含む管路
により接続し、管状体１の内部空・洞５内に制御圧力を
適用することにより、編組み構造２の編組み角の拡大つ
まり、パンダグラフ運動によって管状体ｌの膨径と、そ
れに由来した軸方向の収縮力すなわち閉鎖部材８の連結
ビン孔間距離の縮小をもたらす。

一方上記制御圧力の解放にて、内８Ｓ空洞中のエアーは
８方弁を通して大気中に放散され、管状体１は、編組み
補強構造２の綱組み角θの減少の下に復元伸長するのは
いうまでもない。

従ってこのようなニューマチツクアクチュエー・りは、
例えばフレーム端部に回動自在に取り付けたプ・−りに
ワイヤを巻き付け、そのワイヤの両端をそれぞれ上記ニ
ューマチツ外アクチュエータの一端に連結し、ニューマ
チック・アクチュエータのそれぞれの他端を適当な固定
部材にピン連結することにより、プーリに回動運動を賦
与できることは明らかである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、かかるニューマチック、アクチュエータ
は、アクチュエータ自身の弾性に起因する１・・微小振
動の発生により制御性が悪いという問題があった。

たとえば、プーリに所望の回転変位を与え、プーリ、又
は弾性収縮体を固着した部材をその位置に保持しようと
してもアクチュエータが微小振動１することがある。ま
たニューマチック・アクチュエータ内の加圧流体がなに
かの原因で排出されてしまうと駆動装置は拘束がなくな
るため、装置に不測の運動が生ずるという問題があった
。

・（問題点を解決するための手段） 上述の８題点を解決するため本発明のブレーキ付きロボ
ットアームは、それぞれ一端が固定され他端が回動部材
を介して互いに連結され少なくとも一方が加圧流体の給
排により膨径変形し軸線方向に収縮力を生起するニュー
マチック・アクチュエータである弾性収縮体と、弾性収
縮体の作動により回動運動する回動部材の運動を抑制す
るブレーキ手段とを具えてなる。

（作　用） 次に、上述した構成のブレーキ付きロボットアームの作
用について説明する。

いまニューマチック・アクチュエータに加圧流体、具体
的には圧縮空気を供給しその軸線方向に収縮力を生起さ
せ、回動部材に回動運動を賦与する。回動部材が所望の
回動連動を行なったならはニューマチック・アクチュエ
ータへのＥＥＭ空気の供給を停止する。この時ブレーキ
手段を作動させ回動部材の運動を抑止すれに、従来のよ
うにニューマチック・アクチュエータ自身の弾性に起因
す・る微小振動により、回動部材が微小振動すること１
がない。つまり、ニューマチック・アクチュエータによ
り駆動され、回動運動に対するコンプライアンスの比較
的大きなロボットアームにブレーキ手段を設けることに
より、上記ロボットアームのコンプライアンスを変化さ
せることができる。またブレーキ手段を作動させた後に
、ニューマチック・アクチュエータに圧縮空気を供給す
ることにより、二ニーマチック・アクチュエータ内の圧
力上昇の遅れをなくシ、所定圧力に達したならばプレー
キト・手段を解放することにより応答性が向上し、ロボ
ットアームが迅速に移動する。

さらに、ブレーキ手段の作動にアーム駆動のニューマチ
ック・アクチュエ〜りと別の二ニーマチック・アクチュ
エータを用い、圧縮空気をこのニューマチック・アクチ
ュエータに供給してブレーキ手段が開放される構成とし
、ブレーキ用のニューマチック・アクチュエータが万一
破損した場合には、ばね手段により自動的にブレーキ手
段が作動する。

、（実施例） 以下図面を参照して本発明のブレーキ付きロボットアー
ムについて詳述する。

なお、図中第６図と同一符号を付したものは同等なもの
を示すものとする 第１図は本発明装置を模式的に表わした図である。フレ
ーム部材１ｏに回動部材、例えばプーリ１１を取り付け
る。回動自在に軸支したプーリ１１の軸１２にブレーキ
ドラム１８を固着し、プーリ１１とブレーキドラム１８
とが一体に回動するよう構成する。このプーリ１１に連
結部材、例えばワイヤー１４を巻き掛けし、ワイヤー１
４の両端ヲニューマチック・アクチュエータ８の閉鎖部
材８のアイに連結する。それぞれのニューマチック・ア
クチュエータ８の他端は閉鎖部材８を介して固定部材９
にビン連結する。従って一方の二ニーマチック・アクチ
ュエータにフィンティング６を介して圧縮空気を供給し
、他方のニューマチック・アクチュエータから圧縮空気
を排出すればプーリ１１が回転する。それゆえ、軸１２
はそれ・自身の軸線のまわりに回転し、フレーム部材１
０“も１１１１１２の軸線を回転中心にして回転する。

このように構成することによりエアーバックタイプのニ
ューマチック・アクチュエータに圧縮空気を給排するこ
とにより駆動、されるロボットアームを得る。

更に、ブレーキドラム１８の外周面に！Ｉｉ擦素子、例
えばブレーキシュー１５を配設する。このプレー−ｔ’
シュー１５は、非作動時にはブレーキドラム１８に離間
するよう付勢されており、作動時には□′ブレーキカム
１６に押圧されブレーキドラム１８に当接する。ブレー
キカム１６は、レバーアーム１７の軸に偏心して取り付
ける。なお、レバーアーム１７の一端には、他のニュー
マチック、アクチュエータ１８が取り付けられており、
他端には引張りばね１９が取り付けられている。従って
第１図の（ａ）に示すように、フィッティング６を介し
て二ニーマチック・アクチュエータ１８に圧縮空気を供
給すると、アクチュエータ１８は膨径変形■５−紬ｍ″
＃向に収縮力を生起する。その結果レバーアーム１７は
それ自身の軸を中心に、図中に矢印Ａで示す方向に、グ
１張りばね１９の収縮力に抗して回転する。そのため、
レバーアーム１７の軸に偏心して取り付けたブレーキカ
ム１６は、ブレーキシュー１５から離間して位置する。

なおレバーアーム１７の軸もブー９１２の軸と同様に回
動自在に軸支する。

このように構成したブレーキ手段の作動について説明す
る。各ニューマチック・アクチュエータ８への加圧流体
の給排により、ロボットアームが所望の運動を行ない所
定位置に到達したならば、ニューマチック・アクチュエ
ータ１８から圧縮空気を排出する。その結果、引張りば
ね１９の収縮力カニューマチツク・アクチュエータの収
縮力に打勝ってレバーアーム１７を矢印Ａと逆向きに回
動する。従ってレバーアーム１７の軸に取り付けたブレ
ーキカムも、アーム１７の軸を中心に偏心回転しブレー
キシュー１５に当接し、ブレーキシュー１５をブレーキ
ドラム１８に押圧する。ブレーキドラム１８の回転が抑
制される結果、このド・ラム１８が固着されたプーリの
軸１２もその回転Ｉが抑制されるので、プーリ１１はも
はや回転運動することがない。この様子を第１図の（ｂ
）に示す。

従ッテニューマチツク・アクチュエータ固有の弾性に起
因して振動が生じてもプーリの運動が抑制されているた
め、フレーム部材１０も定位置に保持されることになる
。

ナオ、ニューマチック・アクチュエータから圧縮空気を
排出することにより、ブレーキ手段が非作動位置を取る
構成とすることの利点は、万−二トニーマチック・アク
チュエータ１８が破損したならば、引張りげね１９がレ
バーアーム１７を矢印Ａと逆向きに回動させて、ブレー
キシュー１５をブレーキドラム１８に衝合させ、最終的
にロボットアームを非作動゛とすることである。しかし
これ番に限定されることなく、ブレーキ手段を構成する
ニューマチック・アクチュエータに加圧流体を供給する
ことにより、ブレーキシュー１５がブレーキドラム１８
に衝合するよう構成することもできる。

・　第２図は、第１図に模式的に示したブレーキ付きロ
ボットアームをケーシング内に収納した場合の図示例で
ある。なお簡略のため、ロボットアーム駆動用のニュー
マチック・アクチュエータ８、フレーム部材１ｏ、プー
リ１１、及びワイヤー１４は省略した。

なお第２図に示した実施例では、プーリ（図示せず）の
軸１２に掛合させて変位計２１、例えばロータリエンコ
ーダを設け、この変位計２１によりプーリの回転変位量
を検出することができるよう構成されている。２ｏがブ
レーキ付きロボットアームを内蔵するケーシングである
。その作動は第１図に示したものと何等変わることがな
い。

第３図に、別な構成としたブレーキ手段を示す。

第８図の（ａ）では、プーリ１１の軸１２に傾斜段部２
１を形成し、この段部に衝合可能にブレーキシュー１５
を配置する。このブレーキシュー１５は、一端がσ１張
りばね１９に係合し、他端がブレーキ駆動用のニューマ
チック・アクチュエータ１８に係合している。また、り
１張りばね１９１ｆｃび・アクチュエータ１８の各一端
は、ケーシング２０　。

等の不動部材にそれぞれビン連結する。２２はプーリ１
１の軸１２を軸支する軸受けを示す。プーリ作動時には
ニューマチック・アクチュエータ１８に加圧流体を供給
しないので引張りばね１９により、摩擦素子としてのブ
レーキシュー１５　ＬＬ、傾斜段部２１と離間しプーリ
の回転を許容する。

これに対しアームを所望位置に保持する時には、ニュー
マチック・アクチュエータ１８に加圧流体を供給し収縮
力を生起させる。収縮力が引張りば・・ね１９の収縮力
より大きければブレーキシュー１５はばね力に抗して第
３図の（ａ）において下方に変位し、傾斜段部２１に衝
合し・軸１２の回転を抑止する。従ってプーリ１１は所
定位置に保持される。なお、ニューマチック・アクチュ
エータ１１８と引張りはね１９を互いに入れ換えて配設
すれば第２図に示した実施例と同様に加圧流体を供給し
た時にブレーキ手段が非作動位置を取るようにすること
ができる。

第８図の（ｂ）に示した実施例は、一端を互いに□・回
動自在に取り付けた第ルバーアームＩ’ｙａ。

第２レバーアーム１７１）を用い、第ルバーアーム１７
ａに取り付けた摩擦素子としてブレーキシュー１５をプ
ーリ１１に衝合してプーリの回転を抑止する。この為、
第ルバーアームの他端をケーシング２０等の不動部材に
ビン連結する。第２レバ〜アーム１？ｂの他端には、レ
バーアーム駆動用のニューマチック・アクチュエータ１
８を連結する。なおアクチュエータ１Ｂの他端はケーシ
ング２０等の不動部材にビン連結する。またアクチュエ
ータ１８の作動に対抗する力をレバーアームに賦与すべ
く引張りばね１９を設ける。

プーリ１１の作動時には、ニューマチック・アクチュエ
ータ１８には、加圧流体を供給しないので、引張りばね
１９により、第８図の（ｂ）において第ルバーアーム１
７ａは反時計まわりに回転して位置する。従って第ルバ
ーアーム１７ａに固着したブレーキシュー１５は、プー
リ１１と離間しプーリの回転を許容する。これに対し、
ニューマチック・アクチュエータ１８に加圧流体を供・
給すると、第２レバーアーム１７ｂは引張りばね１１９
に抗して支点２８を中心に回転し、第２レバーアーム１
７ｂを、第８図の（ｂ）において上方に押し上げる。し
たがって第ルバーアー、−ム１７ａに取り付けたブレー
キシュー１５は、プーリ１１に衝合し、プーリの回転を
抑止しプーリ１１を所定位置に保持する。

なお、ブレーキ手段としては上述した以外に、電気ある
いは油圧を用いることも可能であるが、防爆、重量、配
管、コスト、作動油の洩れの問題・・・を考慮したなら
け、上述した実施例の如くニューマチック・アクチュエ
ータにより駆動されるブレーキ手段を用いるのが有利で
ある。

第４図に示した実施例は、第２図に示したブレーキ付き
ロボットアームを複数用いたボルト締結１用のロボット
である。ブレーキ付きロボットアームの固定部材にブラ
テット２４を介してモータ２５を固着する。このモータ
２５の出力軸には、ボックス形状のレンチが取り付けら
れており、ボルト２７の頭部が嵌合する。２８はレンチ
２６を□・前方に送る送り装置であり、モータ２５の回
転により作動する。

アーム２９．８０を適宜回動させ、ボルト２７を所望位
置に位置させる。次にモータ２５を作動させボルト２７
を締結させるものである。

第５図は、本発明の他の実施例を示すものである。本実
施例では弾性収縮体の１つとしてばね８１を用いたもの
である。なお、ばね８１の一端はアームのケーシング２
０等の不動部材に固着する点を除けば、第１図に示した
実施例と同様である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明装置はエアーバックタイプ
のニューマチック・アクチュエータの弾性に起因する特
有の問題、すなわちコンプライアンスが大きく、微小振
動が発生しやすいなどの特有の問題を、ブレーキ手段を
設けることにより解決し、ニューマチック・アクチュエ
ータを駆動装置として用いたロボットアームの適用範囲
を拡大した。具体的に言えば、はめ合い又はならい作業
・などの適当な値のコンプライアンスが必要とされする
場合には、加圧流体の圧力を調整することにより適宜コ
ンプライアンスを変化させることのできるニューマチッ
ク・アクチュエータの特徴を生かし、他方、ねじ締めな
どのコンプライアンスが低いことが必要とされる作業で
は、ブレーキ手段を作動させることによりねじ締め作業
にも適した駆動装置を得ることができた。またブレーキ
手段作用に別のニューマチック・アクチュエータを用い
、加圧流体が供給された時にブレーキ手段が非作動１位
置を取る構成としたので、圧縮空気をそれぞれのニュー
マチック・アクチュエータに供給する機器類が停電等で
作動しなくなった時には直ちにブレーキ手段が作動し、
ロボットアームの不測の運動を抑止する。更にロボット
アームを運動させる□に際し、まずブレーキ手段を作動
させてから圧縮空気ヲアーム駆動用のニューマチック・
アクチュエータに供給し圧力を高めてからブレーキを解
放することにより、圧力上昇による遅れを排除した迅速
な移動が可能どなった。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）　、　（ｂ）は、本発明装置を模式的に
示す図、 第２図は、第１図に示した装置を内蔵したアームの一部
を示す図、 第８図の（ａ）　、　（ｂ）は、第１図に示した装置に
適用可能な他のブレーキ手段を示す図、第４図は、第１
図に示した装置を内蔵するボルト締結ロボットの外観を
示す斜視図、 第５図は、本発明の他の実施例を模式的に示す図、 第６図は、既知のニューマチック・アクチュエータを示
す一部部分断面図である。 １・・・管状体　　　　　　２・・・編組み構造８・・
・閉鎖部材　　　　　４・・・かしめキャップ５・・・
内部空洞　　　　　６・・・フィンティング８．１８・
・・ニューマチック・アクチュエータ９・・・固定部材
　　　　　１ｏ・・・フレーム部材１１・・・プーリ　
　　　　　　１２・・・（プーリの）軸１８・・・ブレ
ーキドラム　１４・・・ワイヤー・１５・・・ブレーキ
シュー　１６・・・ブレーキカム１７・・・レバーアー
ム　　１９・・・引張ばね２０・・・ケーシング　　　
２１・・・傾斜段部２２・・・軸受け　　　　　２８・
・・支点２４・・・ブラケット　　　　２５・・・モー
タ２６・・・レンチ　　　　　　２７・・・ボルト２８
・・・送り装置　　　　２９．３０・・・アーム８１・
・・ばね 特許出願人　　　株式会社ブリデストン第１図 （ａ） １’）＋ｘエーダ 第５図 一！”、Ｆ＋３− 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それぞれ一端が固定され他端が回動部材を介して互
   いに連結され少なくとも一方が加圧一流体の給排により
   膨径変形し軸線方向に収縮力を生起するニューマチック
   ・アクチュエータである弾性収縮体と、前記回動部材の
   回動運動を抑制するブレーキ手段とを具えてなることを
   特徴とするブレーキ付きロボットアーム。 ２、前記ブレーキ手段は前記回動部材に衝合可能であつ
   て前記回動部材の回動運動を抑止する摩擦素子と、この
   摩擦素子が前記回動部材に衝合するよう偏移させるばね
   手段と、このばね手段に抗して前記摩擦素子を前記回動
   部材から離間させるよう偏移させる他のュニーマチック
   アクチュエータとを具える特許請求の範囲第１項に記載
   のブレーキ付きロボットアーム。 ３、前記ブレーキ手段は、前記回動部材に一体に回動す
   るブレーキドラムと、前記ブレーキドラムに対向する摩
   擦素子を有し中間部を枢支されたレバー部材と、このレ
   バー部材の一端に連結され前記レバー部材が一方向に回
   転するよう作用するばね手段と、前記レバー部材の他方
   に連結され加圧流体の給排により前記ばね手段に抗して
   前記レバー部材を回転させる他のニューマチックアクチ
   ュエータとを具える特許請求の範囲第１項に記載のブレ
   ーキ付きロボットアーム。