JPH0325317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、水平軸支した腕の重量のばねの力
により平衡させるべくした重量平衡装置を備えた
多関節ロボツトにおいて、特にダイレクトテイー
チング操作を楽に行なえるようにしたものに関す
る。

（従来技術） 油圧式塗装ロボツトのように、テイーチングの
容易化を図るべくダイレクトテイーチングを採用
することは公知である。

また垂直多関節ロボツトにあつては、本体に水
平軸支した腕の該水平軸まわりの重量を平衡させ
るべく、ばねあるいは流体圧力を利用し、再生時
における駆動源への負荷を軽減するとともに、ダ
イレクトテイーチング時においてオペレータに大
きな負荷を作用させないようにすることも考慮さ
れている。

例えば流体圧力を利用するものとしては、前記
本体と前記腕との間にシリンダ装置を軸支し、該
シリンダ装置の一室にアキユムレータを接続、他
室は大気に開放し、前記アキユムレータには圧油
と圧力ガスとを封入したものがある。しかしなが
らこれによると前記腕の回動に伴う前記シリンダ
装置のストロークとシリンダ圧力（ガス圧力）と
の関係は傾斜したほぼ直線的な関係となり、応じ
て前記腕の回動角に対するトルクもほぼ直線的な
関係となる。一方前記腕の回動角に対して、その
腕の重量による前記水平軸まわりの回転トルクは
余弦曲線を描く。そのため前記両トルクの差（絶
対値）の最大値は大となる。またばねを利用する
ものとしては、前記水平軸に巻掛車を設け、チエ
ーン等の巻掛体の一端を前記腕に止着、他端は前
記巻掛体を介して前記本体側に設けた圧縮ばねに
より引張るべくしたものがある。しかも前記巻掛
体をカムとして形成し、前記腕の重量の任意の回
動位置において前記圧縮ばねの力により平衡させ
ることも考えられている。しかしながら前記腕先
端に作用する荷重が変化するような場合にあつ
て、前記カムを種々用意しておき、前記荷重に応
じた最適のものと交換する必要が生じ、その交換
作業は非常に困難極まる。

（解決しようとする課題） この発明は前述事情に鑑みてなされたものであ
り、前記カムを何種類も準備しておく必要も、そ
れらを交換する必要もなく、しかも前記腕の重量
による前記水平軸まわりの回転トルクとこれを平
衡させるトルクとの差（絶対値）の最大値を極力
小さくすることにより、オペレータのダイレクト
テイーチング操作を楽に行なえるようにした多関
節ロボツトを提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） この発明は、本体に腕を水平軸支するととも
に、該腕の水平軸まわりの重量をばねの力により
平衡する装置を設けるとともに、前記水平軸にレ
バーを突設してこのレバーと前記腕の水平軸から
遠隔した個所との間に第１シリンダ装置を設け
る。また該第１シリンダ装置を最収縮固縛状態ま
たは定圧作用状態に切換え可能に第１選択装置を
設ける。さらに前記重量平衡装置のばねを平衡作
動状態または平衡非作動状態に切換え可能に第２
シリンダ装置を含む第２選択装置を設ける。

（作用） テイーチング時においては、前記第１シリンダ
装置は定圧作用状態に、前記第２シリンダ装置は
前記ばねを平衡非作動状態にそれぞれ選択するこ
とにより、前記腕の任意の回動角に対する流体圧
によるトルクをほぼ一定とし、前記腕の重量によ
る回転トルクとの差（絶対値）の最小値を小とす
る。

また再生時には、前記第１シリンダ装置は最収
縮固縛状態に、前記第２シリンダ装置は前記ばね
を平衡作用状態にそれぞれ選択する。

（実施例） 以下実施例を詳述する。なおこの実施例ではア
ーク溶接用の５軸多関節ロボツトとして説明する
が、この発明をこの実施の形態に限定するもので
はない。

１は、多関節ロボツトの基台であり、その上部
には垂直軸まわり（α₁方向）に回動可能に本体２
（回動台）が軸支２ａされている。そのα₁軸用の
駆動源M₁は、実施例ではダイレクトドライブモ
ータである。Ｒは、α₁軸用のレゾルバ（位置検出
器）である。

また回動台２上部には、水平軸まわり（α₂方
向）に回動自在に第１腕３が軸支３ａされてい
る。M₂はα₂軸用の電動モータであり、回動台２
に装着され、公知の伝達機構４を介して軸３ａに
支承したレバー５を回動可能に連結されている。
そしてそのレバー５先端と腕３先端との間には第
１シリンダ装置Ａが軸支６ａ，６ｂされている。
また回動台２には軸２ａ方向に筒体７ａが取付け
られ、この筒体７ａ内にはばね７ｂ（実施例では
圧縮ばね）が設けられている。しかも筒体７ａ内
には滑動体７ｃが挿入され、この滑動体７ｃはば
ね７ｂ下端の受皿としても形成されている。そし
て腕３と滑動体７ｃとの間には、軸３ａに支承し
た巻掛車７ｄ（実施例ではスプロケツト）を介し
て紐状体７ｅ（実施例ではチエーン）が展張され
ている。さらには筒体７ａ上端部と滑動体７ｃと
の間には第２シリンダ装置Ｂが設けられ、このシ
リンダ装置Ｂは、その一端（シリンダ側）が筒体
７ａに支持され、他端（ピストンロツド側）は滑
動体７ｃに摺動自在に支承されている。なお前記
ピストンロツド先端には、そのシリンダ装置Ｂの
収縮時に、ばね７ｂの力に抗して滑動体７ｃを上
昇させる突片Baが設けられている。なお前記７
ａ〜７ｅで腕３の軸３ａまわりの重量平衡装置７
として構成されている。E₂は、α₂軸用のエンコ
ーダ（位置検出器）である。

また腕３先端には、軸３ａと平行な軸８ａによ
りα₃方向に回動可能に第２腕８の中間（腕８およ
び後述する回動体１０や保持具１１などを含めた
重心位置）が支承されている。M₃はα₃軸用の電
動モータであり、回動台２に装着され、その出力
軸にはクラツチC₃が連結されている。そしてそ
のクラツチC₃は腕８に公知の伝達機構９により
連結されている。E₃は、α₃軸用のエンコーダ
（位置検出器）である。

さらには腕８先端には、軸８ａと平行な軸１０
ａによりα₄方向に回動可能に回動体１０が支承さ
れている。M₄はα₄軸用の電動モータであり、腕
８に装着され、その出力軸にはクラツチC₄が連
結されている。そしてそのクラツチC₄は回動体
１０に図示しない公知の伝達機構により連結され
ている。E₄は、α₄軸用のエンコーダ（位置検出
器）である。

さらにはまた回動体１０には、軸１０ａとは直
交する軸１１ａによりα₅方向に回動可能にトーチ
保持具１１が支承されている。M₅はα₅軸用の電
動モータであり、腕８に装着され、その出力軸に
はクラツチC₅が連結されている。そしてそのク
ラツチC₅は保持具１１に図示しない公知の伝達
機構により連結されている。保持具１１には溶接
用トーチＴが保持されている。E₅は、α₅軸用の
エンコーダ（位置検出器）である。

１２は、シリンダ装置Ａに配管され、そのシリ
ンダ装置Ａを収縮固縛状態または定圧作用状態に
切換える第１切換弁であり、SL₁はそのソレノイ
ドである。１３は、前記定圧作用状態を維持する
ためのリリーフ弁である。１４は、シリンダ装置
Ｂに配管され、そのシリンダ装置Ｂを自由状態ま
たは収縮固縛状態に切換える第２切換弁であり、
SL₂はそのソレノイドである。そしてシリンダ装
置Ａ，Ｂ、切換弁１２，１４、リリーフ弁１３
は、圧力源１５（実施例では空圧源）、チエツク
弁１６、フイルタ１７とともに、第３図のように
配管されている。

そしてシリンダ装置Ａ、切換弁１２、リリーフ
弁１３、チエツク弁１６により、腕３をその駆動
源すなわちモータM₂と連結状態または非連結状
態に選択するための第１選択装置S₁として構成さ
れている。またシリンダ装置Ｂ、切換弁１４によ
り、重量平衡装置７を作動状態または非作動状態
に選択するための第２選択装置S₂として構成され
ている。

１８は、中央処理装置CPUとメモリMEMとを
含む制御装置であり、この制御装置には、モータ
M₁〜M₅、クラツチC₃〜C₅、レゾルバＲ、エンコ
ーダE₂〜E₅、ソレノイドSL₁、SL₂がバスライン
BLを介して接続されている。

さらにこの実施例の作用を述べる。

まずこのロボツトでテイーチングしたい場合
は、各クラツチC₃〜C₅を断とし、腕８、回動体
１０、保持具１１をモータM₃〜M₅から非連結状
態とし、それらを自由に回動できる状態にする。
さらには両切換弁１２，１４を右位置に切換え
る。するとシリンダ装置Ａにあつては、圧力源１
５からの高圧空気がリリーフ弁１３で圧力調節さ
れて、ピストンロツド側に流入し、腕３の重量に
よる軸３ａまわりのトルクを圧力バランスさせる
状態となり、腕３はモータM₂から非連結状態と
される。またシリンダ装置Ｂにあつては、圧力源
１５からの高圧空気が直接そのピストンロツド側
に流入し、シリンダ装置Ｂは第５図のようにばね
７ｂの力に抗して収縮し、結局チエーン７ｅがた
るんで、重量平衡装置７は非作動状態となる。

そこでオペレータは、腕８や保持具１１などを
持つて、トーチＴの図示しないワークに対する位
置や姿勢をダイレクトに決定し、その位置や姿勢
の情報をレゾルバＲやエンコーダE₃〜E₅からの
出力値により制御装置１８に記録させればよい。

このとき腕３の重量による軸３ａまわりの回転
トルクは第６図T₁曲線であるが、これに対して、
シリンダ装置Ａのピストンロツド側に作用する圧
力によるトルクは第６図T₂直線となり、T₁とT₂
との差（絶対値）の最大値は、トルクT₁とばね
７ｂによるトルクT₃との差（絶対値）の最大値
より小ですみ、ダイレクトテイーチングが楽に行
なえる。

次に前記テイーチングしたプログラムに基づい
てロボツトを再生したい場合は、各クラツチC₃
〜C₅を接とし、腕８、回動体１０、保持具１１
をそれらモータM₃〜M₅と連結状態にする。さら
には両切換弁１２，１４を左位置に切換える。す
るとシリンダ装置Ａにあつては、圧力源１５から
の高圧空気は直接そのピストンロツド側に流入
し、そのシリンダ装置Ａは収縮位置で固縛され、
結局腕３はモータM₂と連結状態となる。またシ
リンダ装置Ｂにあつては、圧力源１５からの空気
はそのシリンダ装置Ｂには流入せず、そのシリン
ダ装置Ｂは自由状態となり、よつて第２図のよう
にチエーン７ｅはばね７ｂの力で引張られて、重
量平衡装置７は作動状態となる。

そして前記再生を開始すればよい。このとき腕
３の重量による軸３ａまわりの回転トルクT₁は、
ばね７ｂの力によるトルクT₃で平衡させるべく
なされ、モータM₂に作用する負荷は軽減される。

前述説明は実施例であり、各構成の均等物との
置換もこの発明の技術範囲に含まれる。

この発明は前述したように、ロボツトの再生時
には、第１シリンダ装置Ａは最収縮固縛状態に、
第２シリンダ装置Ｂはばね７ｂを平衡作動状態に
それぞれ選択することにより、腕３用の駆動源
M₂に作用する負荷を軽減できる。しかもダイレ
クトテイーチング時には、第１シリンダ装置Ａは
定圧作用状態に、第２シリンダ装置Ｂはばね７ｂ
を平衡非作動状態にそれぞれ選択することによ
り、腕３の重量による回転トルクT₁を定圧トル
クT₂で支えるようにしているので、両トルクT₁
とT₂との差（絶対値）の最大値が、従来の重量
平衡装置７のばね７ｂの力によるトルクT₃で支
える場合におけるトルク差（絶対値）の最大値よ
りも小さくて済み、ダイレクトテイーチング操作
が楽になる。加えて前述従来のカムを用いたもの
のように、カムを何種類も用意する必要もなく、
それらを交換する作業も必要ない。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明の一実施例を示し、第１
図は多関節ロボツトの一部縦断側面図、第２図は
第１図の主要部説明図、第３図は配管図、第４図
は制御装置のブロツク図、第５図は主要部の作用
説明図、第６図はトルク線図である。 図において、２……本体（実施例では回動台）、
３……腕（第１腕）、３ａ……水平軸、M₂……駆
動源（実施例では電動モータ）、７……重量平衡
装置、７ａ……筒体、７ｂ……ばね、７ｃ……滑
動体、７ｅ……紐状体（実施例ではチエーン）、
Ａ……第１シリンダ装置、Ｂ……第２シリンダ装
置、１２……第１切換弁、１３……リリーフ弁、
１４……第２切換弁、S₁……第１選択装置、S₂…
…第２選択装置、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 本体２に回動自在に水平軸支３ａした腕３
   と、前記本体２に駆動装置を介して前記水平軸３
   ａまわりに回動可能に支承したレバー５と、該レ
   バー５先端と前記腕３の水平軸３ａから遠隔した
   個所との間に揺動自在に軸支６ａ，６ｂした第１
   シリンダ装置Ａおよび該第１シリンダ装置Ａを最
   収縮固縛状態または定圧作用状態に切換え可能に
   第１切換弁１２、リリーフ弁１３を含む第１選択
   装置S₁と、前記本体２と前記腕３との間に設けら
   れ、該腕３の前記水平軸３ａまわりの重量をばね
   ７ｂの力により平衡する装置７と、該重量平衡装
   置７の前記ばね７ｂを平衡作動状態または平衡非
   作動状態に切換え可能に第２シリンダ装置Ｂおよ
   び第２切換弁１４を含む第２選択装置S₂とを備
   え、テイーチング時においては、前記第１シリン
   ダ装置Ａは定圧作用状態に、前記第２シリンダ装
   置Ｂは前記ばね７ｂを平衡非作動状態にそれぞれ
   選択され、また再生時においては、前記第１シリ
   ンダ装置Ａは最収縮固縛状態に、前記第２シリン
   ダ装置Ｂは前記ばね７ｂを平衡作動状態にそれぞ
   れ選択されるべくしてなる、多関節ロボツト。