(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの軸支持部材に軸受部材を介して回転自在に支持された回転軸を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置において、
前記回転軸に固定され且つ回転軸軸心と直交する板カムからなるカム部材であって、回転軸軸心を挟んだ一端と他端について回転軸軸心から一端までの距離が他端までの距離と異なる外周面を有するカム部材と、
前記カム部材の外周面に当接して追従するカム追従部材であって、外周面を有すると共に回転軸軸心を含む水平面と直交しかつ回転軸軸心を含む鉛直面上で回転軸軸心と平行な回転軸心を有するカム追従部材と、
前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する付勢機構とを備え、
前記付勢機構は、前記カム追従部材を、カム部材の板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材の回転中心とカム追従部材の回転中心を結ぶ基準方向へ移動自在に案内する１つの案内機構と、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する１つの付勢手段とを備え、
前記付勢手段の軸心は前記基準方向に向けられており、
前記付勢機構の付勢力により前記軸受部材を中心として前記回転軸にその回転軸を傾ける傾動モーメントが作用するとき、この傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けた
ことを特徴とするロボット用バランサ装置。
【請求項２】
ロボットの軸支持部材に軸受部材を介して回転自在に支持された回転軸を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置において、
前記回転軸に固定され且つ回転軸軸心と直交する板カムからなるカム部材であって、回転軸軸心を挟んだ一端と他端について回転軸軸心から一端までの距離が他端までの距離と異なる外周面を有するカム部材と、
前記カム部材の外周面に当接して追従するカム追従部材であって、外周面を有すると共に回転軸軸心を含む水平面と直交しかつ回転軸軸心を含む鉛直面上で回転軸軸心と平行な回転軸心を有するカム追従部材と、
前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する付勢機構とを備え、
前記付勢機構は、カム部材の板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材の回転中心とカム追従部材の回転中心を結ぶ基準線の両側へ基準線と直交する方向へ延び且つスパン中央部に前記カム追従部材が装着された架橋部材と、前記架橋部材の両端部を前記基準線と平行方向へ移動自在に案内する１対の案内機構と、前記架橋部材の両端部を、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する１対の付勢手段とを備え、
前記付勢機構の付勢力により前記軸受部材を中心として前記回転軸にその回転軸を傾ける傾動モーメントが作用するとき、この傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けた
ことを特徴とするロボット用バランサ装置。
【請求項３】
前記バランスモーメント発生手段を、前記回転軸を挟んで前記カム追従部材と反対側に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット用バランサ装置。
【請求項４】
前記バランスモーメント発生手段は、前記回転軸又は回転軸に外嵌固定された環状部材の外周面に当接して回転する回転ローラと、この回転ローラを回転軸の方へ圧縮スプリングの弾性力で付勢するスプリングユニットとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボット用バランサ装置。
【請求項５】
前記バランスモーメント発生手段は、前記回転軸に外嵌されたラジアルベアリングと、、このラジアルベアリングの外周面に一端が当接状に配設されたシリンダ型付勢手段と、このシリンダ型付勢手段の他端を受け止める支持部材とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のロボット用バランサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット用バランサ装置に関し、特に回転軸に固定したカム部材とカム追従部材と付勢機構を介して回転軸を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのアーム部材を駆動する回転軸には、１又は複数のアーム部材に作用する重力起因する時々刻々変動する変動トルクが作用する。この変動トルクに起因する回転駆動機構の負荷を軽減する種々のロボット用バランサ装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の多関節ロボットにおいては、ベースの上に旋回台が装備され、この旋回台に下部アームの下部が連結され、下部アームの上端部に上部アームの基端部が連結され、バランサ用のガススプリングの基端部が旋回台に連結され、ガススプリングの上端部が下部アームの下部に連結され、このガススプリングのガス圧を駆動モータの負荷に応じて調整しながらアシストトルクを発生させる。
【０００４】
特許文献２に記載のロボットにおいては、上記と同様のロボットにプッシュ型のガススプリングからなるアシストトルク発生手段が装備されている。ガススプリングの基端部は下部アームの回転軸心よりも前方且つ下方において旋回台に連結され、ガススプリングの上端部は下部アームの中段部の上部に連結されている。
【０００５】
他方、特許文献３に記載のインデクサー装置においては、回転軸に固定されたカム部材と、このカム部材の外周面に当接するカム追従部材と、このカム追従部材をカム部材の方へ付勢する付勢手段（ガススプリング）からなるバランサ装置を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１９５８４９号公報
【特許文献２】特開２０１５−２７７１３号公報
【特許文献３】特開２０１３−３２８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２のロボット用バランサ装置におけるガススプリングは、全長がかなり大きく、多関節ロボットの下部アームの外面外に配置されているため、下部アームの外形が大型化し、ガススプリングが邪魔になる。
【０００８】
特許文献１のバランサ装置では、ガススプリングのガス圧を駆動モータの負荷に応じて調整するため汎用性に優れる反面、ガス圧を調整する為の機器も複雑で制御も面倒になる。特許文献２のバランサ装置では、ガススプリングの重量も変動トルクを発生させるため好ましくない。
【０００９】
特許文献３に記載のようなカム式バランサ装置をロボットの回転軸に適用する技術は全く提案されていない。しかも、回転軸を支持する軸受部材をカム部材の片側にだけ装備している場合には、付勢手段で押圧する付勢力により軸受部材を中心として回転軸を傾ける傾動モーメントが発生し、回転軸の回転抵抗が増し、回転軸の振動も悪化し、軸受部材等の耐久性も低下する。
【００１０】
本発明の目的は、小型化が可能で且つ汎用性と耐久性を高めたロボット用バランサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のロボット用バランサ装置は、ロボットの軸支持部材に軸受部材を介して回転自在に支持された回転軸を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置において、前記回転軸に固定され且つ回転軸軸心と直交する板カムからなるカム部材であって、回転軸軸心を挟んだ一端と他端について回転軸軸心から一端までの距離が他端までの距離と異なる外周面を有するカム部材と、前記カム部材の外周面に当接して追従するカム追従部材であって、外周面を有すると共に回転軸軸心を含む水平面と直交しかつ回転軸軸心を含む鉛直面上で回転軸軸心と平行な回転軸心を有するカム追従部材と、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する付勢機構とを備え、前記付勢機構は、前記カム追従部材を、カム部材の板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材の回転中心とカム追従部材の回転中心を結ぶ基準方向へ移動自在に案内する１つの案内機構と、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する１つの付勢手段とを備え、前記付勢手段の軸心は前記基準方向に向けられており、前記付勢機構の付勢力により前記軸受部材を中心として前記回転軸にその回転軸を傾ける傾動モーメントが作用するとき、この傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けたことを特徴としている。
【００１２】
【００１３】
請求項２のロボット用バランサ装置は、ロボットの軸支持部材に軸受部材を介して回転自在に支持された回転軸を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置において、前記回転軸に固定され且つ回転軸軸心と直交する板カムからなるカム部材であって、回転軸軸心を挟んだ一端と他端について回転軸軸心から一端までの距離が他端までの距離と異なる外周面を有するカム部材と、前記カム部材の外周面に当接して追従するカム追従部材であって、外周面を有すると共に回転軸軸心を含む水平面と直交しかつ回転軸軸心を含む鉛直面上で回転軸軸心と平行な回転軸心を有するカム追従部材と、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する付勢機構とを備え、前記付勢機構は、カム部材の板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材の回転中心とカム追従部材の回転中心を結ぶ基準線の両側へ基準線と直交する方向へ延び且つスパン中央部に前記カム追従部材が装着された架橋部材と、前記架橋部材の両端部を前記基準線と平行方向へ移動自在に案内する１対の案内機構と、前記架橋部材の両端部を、前記カム追従部材をカム部材に接近させる方向へ付勢する１対の付勢手段とを備え、前記付勢機構の付勢力により前記軸受部材を中心として前記回転軸にその回転軸を傾ける傾動モーメントが作用するとき、この傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けたことを特徴としている。
【００１４】
【００１５】
請求項３のロボット用バランサ装置は、請求項１又は２の発明において、前記バランスモーメント発生手段を、前記回転軸を挟んで前記カム追従部材と反対側に設けたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４のロボット用バランサ装置は、請求項１の発明において、前記バランスモーメント発生手段は、前記回転軸又は回転軸に外嵌固定された環状部材の外周面に当接して回転する回転ローラと、この回転ローラを回転軸の方へ付勢する回転ローラ付勢手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
請求項５のロボット用バランサ装置は、請求項２の発明において、前記バランスモーメント発生手段は、前記回転軸に外嵌されたラジアルベアリングと、このラジアルベアリングの外周面に一端が当接状に配設されたシリンダ型付勢手段と、このシリンダ型付勢手段の他端を受け止める支持部材とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明は、課題解決手段の欄に記載の構成を有するため、次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、カム部材とカム追従部材と付勢機構とからなる簡単でコンパクトな構造の且つ汎用性と耐久性の高いロボット用バランサ装置が得られる。
【００１９】
そして、案内機構によりカム追従部材が前記基準方向へ円滑に移動するように案内し、付勢手段の付勢力を効率よくカム追従部材に伝達することができ、カム部材の設計も簡単になる。また、前記軸受部材を中心として回転軸を傾ける傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けたため、回転抵抗や軸振動を低減し、軸受部材の耐久性を高めることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、付勢機構が、架橋部材と、１対の案内機構と、１対の付勢手段を備えているため、１対の付勢手段により付勢力を強化でき、１対の案内機構により付勢手段に作用する横力（付勢手段の軸心に対して交差する方向の力）を確実に支持し、付勢手段の耐久性を確保できる。バランサ装置の全高（又は全幅）を小さくしてバランサ装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
そして、前記軸受部材を中心として回転軸を傾ける傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段を設けたため、回転抵抗や軸振動を低減し、軸受部材の耐久性を高めることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、バランスモーメント発生手段の構造を簡単化することができる。
請求項４の発明によれば、バランスモーメント発生手段は、回転軸又は回転軸に外嵌固定された環状部材の外周面に当接して回転する回転ローラと、この回転ローラを回転軸の方へ付勢する回転ローラ付勢手段とを備えたため、コンパクトな構造のバランスモーメント発生手段とすることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、バランスモーメント発生手段は、回転軸に外嵌されたラジアルベアリングと、このラジアルベアリングの外周面に一端が当接状に配設されたシリンダ型付勢手段と、このシリンダ型付勢手段の他端を受け止める支持部材とを備えたため、部材数を節減してコンパクトな構造のバランスモーメント発生手段とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１の多関節ロボットとそのバランサ装置等の正面図である。
【図２】要部縦断面図を含む多関節ロボットの側面図である。
【図３】実施例２の多関節ロボットとそのバランサ装置等の正面図である。
【図４】実施例３のロボット用バランサ装置とその周辺構造の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
本実施例は、多関節ロボット１の下部アーム４を回転駆動するサーボモータ６を含む回転駆動機構の負荷を軽減するロボット用バランサ装置２０に関するものである。尚、図１、図２において、矢印Ｌを左方、矢印Ｒを右方向、矢印Ｆを前方、矢印Ｂを後方と定義して説明する。
【００２７】
図１、図２に示すように、多関節ロボット１は、ベース部２と、旋回台３と、旋回台駆動用サーボモータ３ｍと、下部アーム４と、この下部アーム４の基端部が固定された水平軸心を有する回転軸５と、下部アーム４に固着された回転軸５を回転駆動する下部アーム駆動用サーボモータ６と、下部アーム４の先端部に基端部が回転軸を介して回転自在に連結された上部アーム７と、上部アーム回転駆動用サーボモータ８と、上部アーム７の先端部に連結された手首部材９と、この手首部材９を回転駆動する手首回転駆動用サーボモータ１０と、手首部材９に回転自在に装備されたハンド部１１と、ハンド部１１の基端部を回転駆動するハンド回転駆動用サーボモータ１２等を備えている。
【００２８】
旋回台３と回転軸５には、ロボット用バランサ装置２０と、バランスモーメント発生手段４０とが装備されている。サーボモータ６は旋回台３のモータ取付壁部３ｗに固定され、このサーボモータ６とその減速機６ａと回転軸５は共通の水平軸心を有する。
【００２９】
回転軸５は、大径軸部５ａと、この大径軸部５ａの前端から前方へ延びる中径軸部５ｂと、中径軸部５ｂの前端から前方へ減速機６ａ内まで延びる小径軸部５ｃとを有する。中径軸部５ｂが軸受部材５ｅを介して旋回台３に回転自在に支持されている。
【００３０】
ロボット用バランサ装置２０は、ロボット１の旋回台３（これが軸支持部材に相当する）に軸受部材５ｅを介して回転自在に支持された回転軸５を駆動する電動モータ６を含む回転駆動機構の負荷を軽減する装置である。このロボット用バランサ装置２０は、回転軸５に固定されたカム部材２１と、カム部材２１のカム本体部２１ｂの外周面に当接して追従するカム追従部材２２と、カム追従部材２２をカム部材２１に接近する方向へ付勢する付勢機構２３とを備えている。
【００３１】
カム部材２１は、回転軸５に外嵌されてキー２１ｃを介して相対回転不能に固定された筒状部２１ａと、この筒状部２１ａと一体形成され回転軸軸心と直交する板カム状のカム本体部２１ｂとを備えている。カム本体部２１ｂは、図１の回転軸５の軸心Ｘ（カム部材２１の回転中心Ｘ）を通る水平面Ｈに対して上下対称の形状に形成され、カム本体部２１ｂの外周面の形状は、カム部材２１の回転中心Ｘから点Ａ（一端）までの距離が最小であり、回転中心Ｘから点Ｂ（他端）までの距離が最大であり、点Ａから点Ｂまで回転中心Ｘからの距離が徐々に増大する形状になっている。尚、カム本体部２１ｂの形状は、回転軸５に作用する負荷の負荷特性に応じた形状に設定することが望ましい。
【００３２】
カム追従部材２２は、外周面を有すると共に回転軸軸心を含む水平面Ｈと直交し且つ回転軸軸心を含む鉛直面上で回転軸軸心と平行な回転軸心を有する。
付勢機構２３は、カム追従部材２２を、カム部材２１のカム本体部２１ｂの板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材２１の回転中心Ｘとカム追従部材２２の回転中心Ｙを結ぶ基準方向Ｖへ移動自在に案内する１つの案内機構２３Ａと、カム追従部材２２をカム部材２１に接近する方向へ付勢する１つの付勢手段２３Ｂとを備えている。  付勢手段２３Ｂの軸心はカム部材２１の回転中心Ｘとカム追従部材２２の回転中心Ｙを結ぶ前記基準方向Ｖで示す直線上に位置している。
【００３３】
次に、付勢機構２３について説明する。
最初に、案内機構２３Ａについて説明する。
回転軸５の大径軸部５ａの上側において、旋回台３には筒状部材２４が固定され、この筒状部材２４と旋回台３には縦向きの円筒孔２５が形成され、この円筒孔２５の下部は低摩擦金属材料製のブッシュ２６で形成され、このブッシュ２６には断面円形の摺動孔２６ａが形成され、この摺動孔２６ａにカム追従部材２２を保持する円柱状の外形を有する保持部材２７が上下動自在に装着されている。
【００３４】
保持部材２７の下端部に左右方向に貫通した矩形溝２８が形成され、この矩形溝２８にローラ部材からなるカム追従部材２２が装着され、このカム追従部材２２は前後方向向きの支持ピン２９を介して回転自在に支持されている。
【００３５】
保持部材２７がその軸心の回りに回転しないように回転規制する回転規制機構３０が設けられている。この回転規制機構３０は、保持部材２７の上端側部分の側面部に形成された縦溝３１と、この縦溝３１に先端部が係合され且つ筒状部材２４に複数のボルト３２ａで固定された規制部材３２とで構成されている。
【００３６】
次に、付勢手段２３Ｂについて説明する。
保持部材２７の上部側約２／３部分には断面円形の装着孔２７ａが形成され、この円筒装着孔２７ａに付勢手段であるガススプリング３３が倒立姿勢に且つ摺動自在に装着されている。ガススプリング３３はシリンダ本体３３ａの内部に収容した高圧の圧縮ガスにより出力ロッド３３ｂを下方へ進出方向へ付勢するように構成したものである。装着孔２７ａの上端を塞ぐ蓋部材３４が複数のボルト３４ａで筒状部材２４に固定され、ガススプリング３３のシリンダ本体３３ａの上端部は蓋部材３４で受け止められ、出力ロッド３３ｂの下端は装着孔２７ａの底壁に当接し、このガススプリング３３により保持部材２７及びカム追従部材２２がカム部材２１に接近する方へ強力に付勢されている。
【００３７】
次に、バランスモーメント発生手段４０について説明する。
回転軸５のうちカム部材２１よりも後側部分は軸受部材で支持されていないため、付勢機構２３Ｂの付勢力により軸受部材５ｅを中心として回転軸５を傾ける傾動モーメントが回転軸５に作用する。この傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段４０が設けられている。このバランスモーメント発生手段４０は、回転軸５を挟んでカム追従部材２２と反対側（回転軸５の直下）に設けられている。
【００３８】
バランスモーメント発生手段４０は、回転軸５又は回転軸５に外嵌固定された環状部材（カム部材２１の筒状部２１ａ）の外周面に当接して回転する回転ローラ４１と、この回転ローラ４１を回転軸５の方へ付勢する回転ローラ付勢手段とを備えており、回転ローラ付勢手段は、圧縮スプリングの弾性力で付勢するスプリングユニット４２で構成されている。スプリングユニット４２は保持部材４３と圧縮スプリング４４を備えている。保持部材４３は円柱状の外形を有し、この保持部材４３の上端部分に回転ローラ４１が前後方向向きの支持ピン４１ａにて回転自在に支持されている。保持部材４３は、旋回台３に固定されたカップ部材４５の摺動孔４５ａに上下摺動自在に装着されている。
【００３９】
保持部材４３の内部において、保持部材４３の頂壁とカップ部材４５の底壁の間には圧縮スプリング４４が装着され、この圧縮スプリング４４により保持部材４３及び回転ローラ４１が上方へ弾性付勢され、回転ローラ４１がカム部材２１の筒状部２１ａ（これが環状部材に相当する）に強力に押圧されている。尚、回転ローラ４１で回転軸５の外周面を直接押圧するように構成してもよい。
【００４０】
保持部材４３がその軸心の回りに回転しないように回転規制する回転規制機構４６が設けられている。この回転規制機構４６は、保持部材４３の下端部の側壁に形成された短い縦スリットと、この縦スリットに先端部が係合され且つカップ部材４５に複数のボルト４６ｂで固定された規制部材４６ａとで構成されている。
【００４１】
ここで、軸受部材５ｅからカム追従部材２２の幅中心までの距離をＣ、軸受部材５ｅから回転ローラ４１の幅中心までの距離をＤ、カム追従部材２２がカム本体部２１ｂを押圧する平均的な押圧力をＦｃ（基準方向Ｖの力）、回転ローラ４１が筒状部２１ａを押圧する押圧力をＦｄとするとき、次式を満たすように押圧力Ｆｄが設定されている。
【００４２】
Ｆｃ×Ｃ（傾動モーメント）＝Ｆｄ×Ｄ（バランスモーメント）・・・（１）
こうして、回転軸５に作用する傾動モーメントをバランスモーメントでもって相殺又は軽減するように構成してある。尚、前記のように平均的な押圧力Ｆｃとするのは、カム追従部材２２が当接する部位のカム本体部２１ｂの回転位相に応じて、ガススプリング３３の出力ロッド３３ｂの進出量が変化し、圧縮ガスのガス圧が変動し、押圧力Ｆｃも変動するからである。
【００４３】
上記のロボット用バランサ装置２０の作用、効果について説明する。
回転軸５が回転する任意の瞬間において、カム追従部材２２の押圧力（法線方向力）をＮ、圧力角をα、回転軸５の回転中心Ｘから押圧力の作用点までの距離をＲとすると、バランサ装置２０は、前記押圧力Ｎと距離Ｒとsin αに比例するアシストトルクであって、サーボモータ６を含む回転駆動機構の負荷を軽減するアシストトルクを発生する。
【００４４】
カム部材２１とカム追従部材２２と付勢機構２３とからなる簡単で小型な構造の且つ汎用性と耐久性の高いロボット用バランサ装置２０が得られる。付勢機構２３は、カム追従部材２２を基準方向Ｖへ移動自在に案内する１つの案内機構２３Ａと、カム追従部材２２をカム部材２１に接近する方向へ付勢する１つの付勢手段２３Ｂを有するため、案内機構２３Ａにより、カム追従部材２２が基準方向Ｖへ円滑に移動するように案内し、付勢手段２３Ｂの付勢力を効率よくカム追従部材２２に伝達することができ、カム部材２１の設計も簡単になる。
【００４５】
軸受部材５ｅを中心として回転軸５を傾ける傾動モーメントを軽減するバランスモーメントを発生させるバランスモーメント発生手段４０を設けたため、回転抵抗や軸振動を低減し、軸受部材５ｅの耐久性を高めることができる。バランスモーメント発生手段４０を回転軸５を挟んでカム追従部材２２と反対側に設けたため、バランスモーメント発生手段４０の構造を簡単化することができる。
【００４６】
バランスモーメント発生手段４０は、回転軸５又は回転軸５に外嵌固定された環状部材（筒状部２１ａ）の外周面に当接して回転する回転ローラ４１と、この回転ローラ４１を回転軸５の方へ圧縮スプリング４４の弾性力で付勢するスプリングユニット４２とを備えたため、コンパクトな構造のバランスモーメント発生手段４０とすることができる。
【実施例２】
【００４７】
実施例２に係る多関節ロボット１Ａ（図３参照）に関して、付勢機構５１以外の構成は、実施例１の多関節ロボット１と同様であるので、同じ構成要素に同じ符号を付して説明を省略する。また、多関節ロボット用バランサ装置５０のカム部材２１の構成は、実施例１のカム部材２１と同様である。
【００４８】
このバランサ装置５０の付勢機構５１は、カム部材２１のカム本体部２１ｂの板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材２１の回転中心とカム追従部材２２の回転中心を結ぶ基準線の両側へ基準線と直交する方向へ延び且つスパン中央部にカム追従部材２２が装着された架橋部材５２と、この架橋部材５２の両端部を前記基準線（鉛直線Ｖで示す）と平行方向へ移動自在に案内する１対の案内機構５３と、架橋部材５２の両端部を、カム追従部材２２がカム部材２１に接近する方向へ付勢する１対の付勢手段５４とを備えている。
【００４９】
旋回台３は、下部旋回台３Ａとこの下部旋回台３Ａに固定された上部旋回台３Ｂとを有し、回転軸５は上部旋回台３Ｂに装備され、この回転軸５を回転駆動するサーボモータ（図示略）を含む回転駆動機構は上部旋回台３Ｂに装備されている。上部旋回台３Ｂの内部にはバランサ装置５０を収容する収容空間３ｓが形成されている。
【００５０】
各案内機構５３は、上部旋回台３Ｂの底壁に固定されて収容空間３ｓの隅部に突出する鉛直姿勢の円柱状の案内部材５５と、この案内部材５５に上下方向へ摺動自在に外嵌されて上方へ延びた筒部材５６であって頂壁部５６ａを備えた筒部材５６と、筒部材５６の下部の内周部に装着された軸受け用金属製の低摩擦のブッシュ５７と、このブッシュ５７に形成され且つ案内部材５５が上下方向に摺動自在に挿通された摺動孔５８とを備えている。  
【００５１】
各付勢手段５４は、筒部材５６内に装着されたガススプリング５９であって、案内部材５５の上端面と筒部材５６の頂壁部５６ａ間に装着されたガススプリング５９で構成されている。ガススプリング５９は、シリンダ本体５９ａとこのシリンダ本体５９ａの上端から突出する出力ロッド５９ｂとを有し、シリンダ本体５９ａに圧縮ガスが充填され、その圧縮ガスで出力ロッド５９ｂが突出方向へ付勢されている。
【００５２】
架橋部材５２は、前記基準平面と直交する水平方向へ延び、架橋部材５２の両端部に筒部材５６の下部が貫通固定され、各筒部材５６の下端部には架橋部材５２の下面に係合する係合フランジ５６ｂが形成されている。架橋部材５２の長さ方向の中央部にカム追従部材２２が回転自在に装着され、カム部材２１のカム本体部２１ｂの下端に当接している。
【００５３】
１対の付勢手段５４が１対の筒部材５６を上方へ強力に付勢しているため、架橋部材５２の両端部が上方へ強力に付勢され、カム追従部材２２がカム部材２１に強力に押圧され、実施例１の前記バランサ装置２０と同様に、サーボモータ（図示略）を含む回転駆動機構の負荷を軽減するアシストトルクが発生する。
【００５４】
次に、バランスモーメント発生手段６０について簡単に説明する。
上部旋回台３Ｂの頂部壁の中央部の開口部の外縁部に、倒立のカップ部材６１が複数のボルトで固定され、保持部材６２の上部側の約２／３部分がカップ部材６１内に上下方向に摺動自在に装着され、この保持部材６２は回転ローラ付勢手段により下方へ強力に付勢されている。回転ローラ付勢手段は保持部材６２内に装着された圧縮スプリング６３を含むスプリングユニット６０ａで構成されている。
【００５５】
保持部材６２の下端部に回転ローラ６４が装着され、この回転ローラ６４がカム部材２１よりも後側の位置において、カム部材２１の筒部２１ａの外周面に当接している。このバランスモーメント発生手段６０は、実施例１のバランスモーメント発生手段４０と同様のバランスモーメントを発生させる。
【００５６】
このバランサ装置５０によれば、付勢機構５１が、架橋部材５２と、１対の案内機構５３と、１対の付勢手段５４を備えているため、１対の付勢手段５４により付勢力を強化でき、１対の案内機構５３により付勢手段５４に作用する横力（付勢手段の軸心に対して交差する方向の力）を確実に支持し、付勢手段５４の耐久性を確保できる。
１対の案内機構５３と１対の付勢手段５４を鉛直線Ｖから側方へ離隔した位置に配置したため、バランサ装置５０の全高（又は全幅）を小さくしてバランサ装置５０の小型化を図ることができる。
【実施例３】
【００５７】
この実施例３は、実施例２の多関節ロボット１のロボット用バランサ装置５０と同様の機能を有するバランサ装置１００に関するものである。このロボット用バランサ装置１００は、軸支持部材（旋回台に相当するケース部材１０２）に回転自在に支持された回転軸１０１を駆動する電動モータを含む回転駆動機構の負荷を軽減する装置である。
【００５８】
図４、図５に示すように、回転軸１０１は１対のローラベアリング１０３，１０４によりケース部材１０２に回転自在に支持されている。ローラベアリング１０３のアウタレースを押える押え部材１０５は複数のボルト１０５ａでケース部材１０２に固定され、押え部材１０５の内周部にはシール部材１０６が装着されている。回転軸１０１の後端側において、ケース部材１０２には閉塞部材１０７が複数のボルト１０７ａで固定されている。ケース部材１０２の内部にはバランサ装置１００を収容する収容空間１０８が形成されている。
【００５９】
次に、ロボット用バランサ装置１００について図４、図５に基づいて説明する。
このバランサ装置１００は、回転軸に固定されたカム部材６２と、カム部材６２の外周面６２ｓに当接して追従する回転自在のカム追従部材６３と、このカム追従部材６３をカム部材６２に接近する方向へ付勢する付勢機構１１０とを備えている。
カム部材６２は、実施例１のカム部材２１と同様のものであり、回転軸１０１に外嵌されてキー６２ａにより回転規制された筒状部６２ｂと、筒状部６２ｂに一体形成されたカム本体部６２ｃとを備えている。カム追従部材６３は、実施例１のカム追従部材２２と同様のものである。
【００６０】
前記付勢機構１１０は、カム部材６２のカム本体部６２ｃの板厚中心に対応する回転軸軸心方向位置におけるカム部材６２の回転中心Ａとカム追従部材６３の回転中心Ｂを結ぶ基準線の両側へ基準線と直交する方向へ延び且つスパン中央部にカム追従部材６３が装着された架橋部材１２０ａと、この架橋部材１２０ａの両端部を前記基準線（鉛直線Ｖで示す方向）と平行方向へ移動自在に案内する１対の案内機構１３０と、架橋部材１２０ａの両端部を、カム追従部材６３をカム部材６２に接近させる方向へ付勢する１対の付勢手段１４０とを備えている。
【００６１】
【００６２】
架橋部材１２０ａは、回転軸１０１とカム部材６２の外周側を囲む矩形枠部材１２０の一部分（例えば上部側約１／３部分）で構成されている。矩形枠部材１２０の下部側約２／３部分は、架橋部材１２０ａを補強して架橋部材１２０ａが弾性変形するのを抑制する補強部材１２０ｂを構成している。但し、この補強部材１２０ｂは必須のものではなく省略可能である。
【００６３】
矩形枠部材１２０の左右方向の厚さは、後述するガススプリング１４１の外径の約１．５〜２．０倍程度に設定されている。矩形枠部材１２０の外形は長方形であり、矩形枠部材１２０の中心側部分には矩形開口１２１が形成され、矩形開口１２１の４つの角部は所定の半径の1 ／４円弧に形成されている。この矩形開口１２１の上下幅は左右幅よりも小さく形成され、矩形開口１２１の上下幅はカム部材６２の長径よりも大きい。
【００６４】
各案内機構１３０は、架橋部材１２０ａの前後方向の両端部に基準方向Ｖ（鉛直方向）と平行に形成された断面円形の縦孔１３１と、この縦孔１３１の内周壁部に装着されたブッシュ１３３に形成された縦向きの摺動孔１３３ａと、この摺動孔１３３ａに摺動自在に挿入されてケース部材１０２に固定された円柱状の案内部材１３２とを備えている。
【００６５】
案内部材１３２は、ケース部材１０２の頂壁１０２ｄの円形穴を閉鎖する閉鎖部材１３４の下端にボルト等で固着されている。閉鎖部材１３４は、そのフランジを複数のボルト１３４ａで頂壁１０２ｄに固定することで取り外し可能に固定されている。閉鎖部材１３４を取り外すことで、案内部材１３２を取り外し可能になっている。
【００６６】
各付勢手段１４０は、前記案内部材１３２として機能するガススプリング１４１で構成されている。ガススプリング１４１は、縦孔１３１と摺動孔１３３ａに摺動自在に挿入され、そのシリンダ本体により摺動孔１３３ａを介して架橋部材１２０ａを基準方向Ｖと平行方向へ移動自在に案内している。ガススプリング１４１のシリンダ本体の内部には圧縮ガスが収容されており、その圧縮ガスにより出力ロッド１４１ａが下方へ強力に付勢され、この出力ロッド１４１ａはシリンダ本体の下端から突出して摺動孔１３１の底壁に当接し、架橋部材１２０ａを下方へ弾性的に強力に付勢している。尚、摺動孔１３１の下端に連通した呼吸孔１３１ａも形成されている。
【００６７】
次に、傾動防止板１２５について図４に基づいて説明する。
カム部材６２とカム追従部材６３と矩形枠部材１２０の左右方向の両側には、１対の傾動防止板１２５が設けられ、回転軸１０１と一体的に回転するように回転軸１０１に装着されている。各傾動防止板１２５は環状板のような部材であり、傾動防止板１２５の中心側部分には回転軸１０１に外嵌固定されたボス部１２５ａが形成され、このボス部１２５ａの外径側には矩形枠部材１２０の表面の大部分に滑らかに接触する環状板部１２５ｂが形成されている。
【００６８】
左側の傾動防止板１２５のボス部１２５ａは回転軸１０１に外嵌され且つカム部材６２の筒部６２ｂとボールベアリング１５１のインナレースとの間に挟着されている。右側の傾動防止板１２５のボス部１２５ａは回転軸１０１に外嵌され且つカム部材６２の筒部６２ｂとローラベアリング１１１のインナレースとの間に挟着されている。
【００６９】
前記１対の傾動防止板１２５の環状板部１２５ｂの間にカム追従部材６３とその近傍の架橋部材１２０ａの部分を挟持して位置規制することにより、それらが左右方向へ移動しないように案内している。矩形枠部材１２０のうちの補強部材１２０ｂの大部分も１対の傾動防止板１２５の環状板部１２５ｂの間に挟持されて位置規制されているため、補強部材１２０ｂも左右方向へ移動しないように案内されている。尚、１対の傾動防止板１２５は、ロボット用バランサ装置１００に必須のものではなく、省略可能である。
【００７０】
次に、バランスモーメント発生手段１５０について図４に基づいて説明する。
バランスモーメント発生手段１５０は、回転軸１０１の軸心に対してカム追従部材６３と反対側において、カム追従部材６３がカム部材６２を押圧する押圧力と逆方向向きの押圧力を回転軸１０１に作用させて、回転軸１０１を傾動させる傾動モーメントを軽減するバランスモーメントをさせるものである。左側の傾動防止板１２５の左側近傍において回転軸１０１には、ラジアルボールベアリング１５１が装着され、このボールベアリング１５１のインナレースはローラベアリング１０３のインナレースとボス部１２５ａ間に挟持されている。
【００７１】
このボールベアリング１５１の直下において、ケース部材１０２には鉛直向きの円形断面の装着孔１５２が形成され、その装着孔１５２にシリンダ型付勢手段としてのガススプリング１５３が装着され、装着孔１５２の下端部分に閉鎖部材１５４（これが支持部材に相当する）が装着され、この閉鎖部材１５４の下端部のフランジが複数のボルト１５４ａでケース部材１０２に固定されている。ガススプリング１５３のシリンダ本体の上端がボールベアリング１５１のアウタレースに当接し、ガススプリング１５３の出力ロッド１５３ａがシリンダ本体の下端から突出して閉鎖部材１５４に当接している。
【００７２】
ガススプリング１５３のシリンダ本体内には圧縮ガスが充填されており、その圧縮ガスが出力ロッド１５３ａを下方へ強力に付勢している。バランサ装置１００の１対のガススプリング１４１から回転軸１０１に作用する荷重はカム部材６２の回転位相に応じて変動する。そこで、このバランスモーメント発生機構１５０のガススプリング１５３の押圧力は、１対のガススプリング１４１から回転軸１０１に作用する平均荷重とほぼ等しい押圧力に設定する。但し、前記平均荷重よりも大きな又は小さな押圧力に設定してもよい。
【００７３】
このロボット用バランサ装置１００は、基本的に実施例２のバランサ装置５０と同様の作用、効果を奏する。さらに、架橋部材１２０ａが補強部材１２０ｂで補強されているため、架橋部材１２０ａの弾性変形を抑制できる。
また、架橋部材１２０ａと補強部材１２０ｂを１対の傾動防止板１２５で挟持しているため、架橋部材１２０ａと補強部材１２０ｂが前後方向へ傾動しないようになるため、バランサ装置１００の作動安定性が向上する。また、付勢手段１４０であるガススプリング１４１で案内部材１３２を構成するため、部材数を節減して製作コストを低減することができる。
【００７４】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）実施例１，２，３において、カム追従部材を付勢するガススプリングに代えて、圧縮スプリングを内蔵したスプリングユニット、又は、加圧エアを供給して駆動するエアシリンダを採用することも可能である。
２）バランサ装置のカム部材の形状は前記実施例に記載したものに限定される訳ではなく、回転軸に作用する負荷の負荷特性に応じた形状に設定することが望ましい。
【００７５】
３）実施例１，２のバランスモーメント発生手段４０，６０において、スプリングユニット４２，６０ａの代わりにガススプリングを採用してもよい。
【００７６】
４）実施例１，２の回転軸５をバランサ装置２０，５０の両側においてベアリングで支持する構造とし、バランスモーメント発生手段を省略してもよい。
５）実施例３の回転軸１０１はバランサ装置１００の両側の１対のローラベアリング１０３，１０４で支持されているため、バランスモーメント発生手段１5 ０を省略してもよい。
【００７７】
６）多関節ロボットの上部アームを回転する回転軸に回転駆動する回転駆動機構の負荷を軽減する前記同様のバランサ装置を設けてもよい。
７）その他、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態うも包含するものである。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ      多関節ロボット
３            旋回台（軸支持部材）
５，１０１    回転軸
５ｅ          軸受部材
６            電動モータ
２０，５０，１００    バランサ装置
２１          カム部材
２１ａ        筒部（環状部材）
２２，６３    カム追従部材
２３，５１，１１０    付勢機構
２３Ａ        案内機構
２３Ｂ        付勢手段
４０          バランスモーメント発生手段
４１          回転ローラ
４２，６０ａ  スプリングユニット
５１          付勢機構
５２，１２０ａ    架橋部材
５３，１３０  案内機構
５４，１４０  付勢手段
４０，６０，１５０    バランスモーメント発生手段
６２          カム部材
１０２        ケース部材（軸支持部材）
１２０        矩形枠部材
１３２        案内部材
１３３        ブッシュ
１４１        ガススプリング
１５１        ラジアルボールベアリング
１５３        シリンダ型付勢手段
１５４        閉塞部材（支持部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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