(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体に設けた垂直方向の動作軸に昇降可能に設けたＺ方向機台と、該Ｚ方向機台の重量をバランスさせるための１本の引張コイルバネとからなり、該引張コイルバネの一端は前記ロボット本体に固着し、他端側は前記ロボット本体内で前記引張コイルバネの軸方向を屈曲させて前記Ｚ方向機台に固着し、該Ｚ方向機台が下方位置に存在するときに、前記引張コイルバネが伸長するようにしてなることを特徴とする多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置。
【請求項２】
ロボット本体に設けた垂直方向の動作軸に昇降可能に設けたＺ方向機台と、該Ｚ方向機台の重量をバランスさせるための複数の引張コイルバネをワイヤーを介して連続させたバランス体とからなり、該バランス体の連続した引張コイルバネの一端は前記ロボット本体に固着し、他端側は一旦上方を向き最後には下方を向くようにし、前記ワイヤー箇所で滑車を介して方向を変換させて他端を前記Ｚ方向機台に固着し、該Ｚ方向機台が下方位置に存在するときに、前記連結した引張コイルバネが伸長するようにしてなることを特徴とする多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多関節ロボットの垂直方向の操作軸に昇降可能に設けたＺ方向機台の重量を引張コイルバネにて良好にバランス調整をすることができる多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業用ロボット，特に多関節ロボットにおいて、Ｚ方向機台が昇降する構成で、引張コイルバネを使用し、前記Ｚ方向機台の重量をバランスさせ、より少ない出力の動力で駆動させる方式として、当社出願の実開平６−７４２３７号（ロボットの送り機構）公報が存在している。また、バランス用の重錘を付ける方式も存在するが、この場合には慣性質量が増大する大きな弊害があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バランス用バネを効率良く使用するためには、以下の条件を満たす必要がある。バネ荷重が、Ｚ方向機台の重量と略同等であること。また、垂直移動範囲全体で、バネ荷重の変動が少ないこと。さらに、具体的には、バネ定数を低く設定し、バネ荷重の変動をおさえること。必要荷重を発生させるためには、バネのたわみ量を大きくすることが必要とされる。このため、必然的に、バネの占有する空間が大きく、コイルバネの長さが長くなり、装置全体を大きくする必要がある。このようなことから、前述の条件を満足させつつ、小型化することが望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、ロボット本体に設けた垂直方向の動作軸に昇降可能に設けたＺ方向機台と、該Ｚ方向機台の重量をバランスさせるための１本の引張コイルバネとからなり、該引張コイルバネの一端は前記ロボット本体に固着し、他端側は前記ロボット本体内で前記引張コイルバネの軸方向を屈曲させて前記Ｚ方向機台に固着し、該Ｚ方向機台が下方位置に存在するときに、前記引張コイルバネが伸長するようにしてなることを特徴とする多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置としたことにより、前記課題を解決した。また、ロボット本体に設けた垂直方向の動作軸に昇降可能に設けたＺ方向機台と、該Ｚ方向機台の重量をバランスさせるための複数の引張コイルバネをワイヤーを介して連続させたバランス体とからなり、該バランス体の連続した引張コイルバネの一端は前記ロボット本体に固着し、他端側は一旦上方を向き最後には下方を向くようにし、前記ワイヤー箇所で滑車を介して方向を変換させて他端を前記Ｚ方向機台に固着し、該Ｚ方向機台が下方位置に存在するときに、前記連結した引張コイルバネが伸長するようにしてなることを特徴とする多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置としたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００５】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。１はロボット本体であって、垂直状をなし、垂直方向ガイドを介してＺ方向機台２が昇降可能に設けられている。前記ロボット本体１内には、垂直状のネジ杆としての動作軸３が回転可能に設けられ、該動作軸３の中間には昇降部材４の一部が螺合され、該昇降部材４の他端部が前記Ｚ方向機台２に固定されている。また、前記ロボット本体１内にはＺモータ５が内蔵され、該Ｚモータ５の駆動によって、プーリ，ベルト等を介して前記動作軸３を適宜の方向に回転させ、該動作軸３の回転にて昇降部材４及びＺ方向機台２が適宜昇降するように構成されている。
【０００６】
前記ロボット本体１内には、前記Ｚ方向機台２の重量をバランスさせるための２本以上の引張コイルバネ６がワイヤー７を介して直列に連続したバランス体Ａが設けられている。該バランス体Ａの一端である引張コイルバネ６の一端は、前記ロボット本体１の下方に固着されている。そのバランス体Ａの他端側は、一旦上方を向き最後には下方を向くように，前記ワイヤー７箇所で滑車８を介して方向を変換させ、前記バランス体Ａの他端である引張コイルバネ６の他端は前記Ｚ方向機台２のブラケット９に固着されている。これによって、前記Ｚ方向機台２が下方位置に存在するときに、前記バランス体Ａの引張コイルバネ６が伸長するように構成されている。
【０００７】
前記バランス体Ａを詳述すると、引張コイルバネ６のバネ定数とは、単位長さだけ変形するために必要な荷重をいうものであるため、このバネ定数を低くすることは、必要な荷重を少なくすることであり、コイルバネの場合には、線径を小さくしたり、或いはコイル直径を大きくしたり、或いはコイルバネの長さを長くすることが考慮できる。Ｚ方向機台２のバランスを良好にするには、該Ｚ方向機台２が上方から下方に移動するときと、下方から上方に移動するときとを略同様な起動力で移動させることがＺモータ５に対しての負荷が同一となり、モータ効率等の点で好ましい。このように、コイルバネの線径，コイル直径等を考慮し、良好なるバランス保持のために荷重の変動をおさえるためには、コイルバネの長さは長くすることが必要となってくる。また、一方で、コイルバネに必要荷重を発生させるためには、バネのたわみ量を大きくすることも必要である。
【０００８】
前記バランス体Ａの第１の実施の形態では、図１及び図３に示すように、２本の同一線径，同一コイル直径，コイルバネの同一長さとした引張コイルバネ６，６と、中間のワイヤー７とで構成され、該ワイヤー７箇所が滑車８にて方向転換されるように構成されている。この場合の一方の引張コイルバネ６の下端がロボット本体１に、他方の引張コイルバネ６の下端がロボット本体１に直接又はロボット本体１に設けたブラケット９にそれぞれ固着されている。
【０００９】
また、前記バランス体Ａの第２の実施の形態では、図４に示すように、３本の同一線径，同一コイル直径，コイルバネの同一長さとした引張コイルバネ６，６，６と、それぞれの中間の２本のワイヤー７，７とで構成されている。この場合の一方端の引張コイルバネ６の上端がロボット本体１に、他方側の引張コイルバネ６の下端がロボット本体１に直接又はロボット本体１に設けたブラケット９にそれぞれ固着されている。この場合には、２本のワイヤー７箇所で、それぞれ滑車８，８にて方向転換するように構成されている。
【００１０】
図中１０は第１アーム、１１は第１アーム用モータ、１２は第１アーム用モータ１１に接続された減速機、１３は第１アーム１０の両端のプーリであって、該プーリ１３，１３は緊張ベルトにて連結されている。１４は第２アーム、１５は第２アーム用モータ、１６は第２アーム１４の先端に設けた回転可能なＲ軸、１７はＲ軸用モータである。前述のモータは全て前記Ｚ方向機台２の内部に収納され、且つパルスモータとして構成されている。また、ロボット本体１は前記動作軸３，バランス体Ａ等を収納して取り付けた部分と、図示しない制御部とが収納されるケーシングとが分割されている。さらに、前記ロボット本体１の上方箇所とＺ方向機台２との間には、適宜屈曲自在の屈曲自在型ケーシング１８が設けられ、モータ等の制御の配線が収納され絡まないように構成されている。また、前記ロボット本体１の下端には、ベース１９が設けられている。該ベース１９も含めてロボット本体１とすることもある。
【００１１】
また、図示しないが、前記Ｚ方向機台２の重量をバランスさせるための１本の引張コイルバネ６とからなり、該引張コイルバネ６の一端は前記ロボット本体１に固着し、他端側は前記ロボット本体１内でその軸方向（引張コイルバネ６の伸縮する長手方向）を適宜屈曲させて前記Ｚ方向機台２に固着されている。即ち、屈曲する箇所は、前記引張コイルバネ６を直接に支持できるような，溝の円弧が大きな滑車８にて支持されている。これによって、１本でも、引張コイルバネ６の長さが長く形成されるように構成されている。
【００１２】
【作用】
次に、本発明において、Ｚモータ５の駆動にてのＺ方向機台２の昇降作用について説明すると、Ｚ方向機台２が最上方位置から下方に移動するときには〔図３（Ａ）参照〕、引張コイルバネ６の緊張度は比較的弱く取り付けられてる。即ち、このときの引張コイルバネ６の長さはＨとなる。この場合は、Ｚ方向機台２の自重ｗが下方に働いているために、全体として下方への力の方が僅かながら勝るようになっており、Ｚモータ５が起動は大きな負荷も加わらずにスムーズにできる。また、これとは反対に、最下方位置から上方に移動するときには〔図３（Ｂ）参照〕、引張コイルバネ６の緊張度は大きく緊張されることとなる。即ち、このときの引張コイルバネ６の長さはＨ＋ｈとなる。この場合は、Ｚ方向機台２の自重ｗが下方に働いていても、上方への力が僅かながら勝って構成され、これがため、Ｚモータ５の起動は、そのＺ方向機台２の自重ｗは全体に加わるのではなく、その一部となり、このときにも大きな負荷も加わらずにスムーズにでき、Ｚモータ５の負荷はどちらの回転でも負荷は大きく変化せず、モータ効率等でも良好にできる。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、ロボット本体１に設けた垂直方向の動作軸３に昇降可能に設けたＺ方向機台２と、該Ｚ方向機台２の重量をバランスさせるための１本の引張コイルバネ６とからなり、該引張コイルバネ６の一端は前記ロボット本体１に固着し、他端側は前記ロボット本体１内で前記引張コイルバネの軸方向を屈曲させて前記Ｚ方向機台２に固着し、該Ｚ方向機台２が下方位置に存在するときに、前記引張コイルバネ６が伸長するようにしてなる多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置としたことにより、極めてバランスの良好なバネバランス調整ができ、第１に収納スペースが狭くとも十分に良好な多関節ロボットを提供でき、第２にそのバランス体Ａを構成する複数の引張コイルバネ６を十分にその長さを長くしつつも、その軸方向を適宜屈曲させることで、長さの長い引張コイルバネ６を、小型化したロボット本体１内に収納することができる等の効果を奏する。
【００１４】
請求項２の発明においては、ロボット本体１に設けた垂直方向の動作軸３に昇降可能に設けたＺ方向機台２と、該Ｚ方向機台２の重量をバランスさせるための複数の引張コイルバネ６，６をワイヤー７を介して連続させたバランス体Ａとからなり、該バランス体Ａの連続した引張コイルバネ６の一端は前記ロボット本体１に固着し、他端側は一旦上方を向き最後には下方を向くように，前記ワイヤー７箇所で滑車８を介して方向を変換させ、他端側を前記Ｚ方向機台２に固着して、該Ｚ方向機台２が下方位置に存在するときに、前記連結した引張コイルバネ６が伸長するようにしてなる多関節ロボットにおけるＺ方向機台のバネバランス調整装置としたことにより、特に、バランス体Ａを構成する複数の引張コイルバネ６を十分にその長さを長くしつつも、ワイヤー７箇所で折り返し状にすることで、長さの長い引張コイルバネ６を、整然としてセットでき、小型化したロボット本体１内に収納することができる等の効果を奏する。
【００１５】
以上のように、請求項１又は２の発明では、垂直移動範囲全体で、バネ荷重の変動を少なくしつつ、バネ定数を低く設定しながら、バランス体Ａ全体では、屈曲箇所又はワイヤー７箇所で変換しているが、これを延ばせばロボット本体１の約二倍又はこれ以上のコイルバネの長さにしたものを収納でき、極めてバランスの良好なバネバランス調整ができる。これは、重錘等で調整した場合と異なり、慣性荷重が加わらず装置の大型化も回避でき、小型化できる最大の利点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一部切除した斜視図
【図２】本発明の一部断面とした側面図
【図３】（Ａ）はＺ方向機台が上方位置に存在するときに、これからＺ方向機台が下降しようとしている状態図（Ｂ）はＺ方向機台が下方位置に存在するときに、これからＺ方向機台が上昇しようとしている状態図
【図４】本発明の別の実施形態の一部断面とした側面図
【図５】本発明の第１アーム，第２アームが適宜可動している状態を示す斜視図
【符号の説明】
１…ロボット本体
２…Ｚ方向機台
３…動作軸
６…引張コイルバネ
７…ワイヤー
８…滑車
【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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