JP2006159406A - Robot having horizontal arm - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水平アームを有するロボットに関し、特に水平多関節アームを有する産業用ロボットに適用して有用なものである。 The present invention relates to a robot having a horizontal arm, and is particularly useful when applied to an industrial robot having a horizontal articulated arm.
図10(a)は従来技術に係る水平多関節アームを有する産業用ロボットを示す平面図、同図(b)はその側面図である。当該ロボットは4軸のロボットで、第1軸が、垂直に配設された支柱1に沿い上下動する上下動軸、第2、3、4軸が図10(a)中に矢印で示すように水平面内で旋回する水平回動軸である。両図中、2は2軸アーム、3は3軸アーム、4は4軸となる手首フランジ、O1 は1軸の昇降中心、O2 は2軸の回動中心、O3 は3軸の回動中心、O4 は4軸の回動中心である。これらの第1軸〜第4軸はそれぞれ減速機を介して1軸〜4軸サーボモーター(図示せず)で駆動される。 FIG. 10A is a plan view showing an industrial robot having a horizontal articulated arm according to the prior art, and FIG. 10B is a side view thereof. The robot is a four-axis robot. The first axis is a vertical movement axis that moves up and down along a vertically arranged support column 1, and the second, third, and fourth axes are indicated by arrows in FIG. 10 (a). It is a horizontal rotation axis that revolves in a horizontal plane. In both figures, 2 is a 2-axis arm, 3 is a 3-axis arm, 4 is a wrist flange with 4 axes, O1 is a 1-axis lift center, O2 is a 2-axis rotation center, and O3 is a 3-axis rotation center. , O4 is the rotation center of four axes. These first axis to fourth axis are driven by a 1 axis to 4 axis servo motor (not shown) via a reduction gear, respectively.
当該ロボットにおいて、2、3、4軸の回動中心軸O2 〜O4 の回りはアームの重力による垂直方向の力を受けないため、静的な回転方向の負荷は受けない。また、第2、3、4軸の回動用の2〜4軸サーボモータに連結する減速機はハーモニックドライブ(差動減速機)、RV減速機等のロボット用の減速機を使用しても、ギヤのバックラッシやロストモーション(後に詳述する。)を伴う。このため、水平方向の外力が加われば回転方向に振れる。水平方向の外力以外にもアームの加減速時にはアーム自身の慣性モーメントによってトルクが発生し、アームを回転方向に振らせる。バックラッシやロストモーションは減速機に必然的に存在するものであり、セミクローズドループの制御では減速機のガタを制御的に取り除くのは難しいが、フィードフォワードや外乱オブザーバ等の制御方法により減らすことが提案されている。 In the robot, the rotation center axes O2 to O4 around the 2, 3, and 4 axes are not subjected to a vertical force due to the gravity of the arm, and thus are not subjected to a static rotational load. The reduction gear connected to the 2nd to 4th axis servo motors for rotating the second, third and fourth axes may be a reduction gear for a robot such as a harmonic drive (differential reduction gear) or an RV reduction gear. Accompanied by gear backlash and lost motion (detailed later). For this reason, if a horizontal external force is applied, it swings in the rotational direction. In addition to the external force in the horizontal direction, torque is generated by the moment of inertia of the arm itself during acceleration / deceleration of the arm, causing the arm to swing in the rotational direction. Backlash and lost motion are inevitably present in the reducer, and it is difficult to control the reducer backlash with semi-closed loop control, but it can be reduced by control methods such as feedforward and disturbance observers. Proposed.
ここで、当該産業用ロボットに用いられる減速機の特性を、その剛性(バネ定数・ロストモーション)及びバックラッシ等の概念とともに説明する。図11は減速機の入力軸(インプットギャ)を固定して出力軸(シャフト)にトルクを加えた場合の減速機の出力側に加わる回転(捩り)トルクに対する捩れ角を示す特性図である。この場合出力側には、このトルクに応じた捩れを生じ、同図に示すようなヒステリシス曲線を描く。ロストモーションとは、図11に示すように、定格トルクの±3%におけるヒステリシス曲線幅の中間点の捩れ角、バックラッシとはヒステリシス曲線のトルク「ゼロ」における捩れ角、バネ定数とはb/aで定義される定数をそれぞれ意味する。当該ヒステリシス曲線で示すバネ定数・ロストモーションにより減速機の剛性を表す。RV減速機は、この剛性が特に優れている。 Here, the characteristics of the speed reducer used in the industrial robot will be described together with its rigidity (spring constant / lost motion) and concepts such as backlash. FIG. 11 is a characteristic diagram showing a twist angle with respect to a rotational (torsion) torque applied to the output side of the speed reducer when the input shaft (input gear) of the speed reducer is fixed and torque is applied to the output shaft (shaft). In this case, a twist corresponding to this torque is generated on the output side, and a hysteresis curve as shown in the figure is drawn. As shown in FIG. 11, the lost motion is the twist angle at the midpoint of the hysteresis curve width at ± 3% of the rated torque, the backlash is the twist angle at the torque “zero” of the hysteresis curve, and the spring constant is b / a Means the constants defined in. The rigidity of the reduction gear is expressed by the spring constant and lost motion indicated by the hysteresis curve. The RV reducer is particularly excellent in this rigidity.
従来技術においては、水平多関節アームのバックラッシやロストモーションを機械的に除去する方法は採用されておらず、加減速時に発生するバックラッシやロストモーションによるアームの振動や軌跡のズレは制御方式を水平多関節向きに変更することによって対処している。例えば、・加減速時の速度パターンを滑らかなS字曲線カーブにする、・フィードフォワードを採用する、・外乱オブザーバ制御を行う等の対策を講じている。 In the prior art, the method of mechanically removing the backlash and lost motion of the horizontal articulated arm is not adopted, and the vibration of the arm and the deviation of the trajectory due to the backlash and lost motion that occur during acceleration / deceleration are controlled horizontally. It is dealt with by changing to multi-joint orientation. For example, measures are taken such as: a speed pattern at the time of acceleration / deceleration is made into a smooth S-curve curve, feed forward is used, disturbance observer control is performed, etc.
上述の如き対策には次のような問題が発生する。・のフィードフォワード及び・の外乱オブザーバ制御の場合、2、3軸アーム2、3及び手首フランジ4をそれぞれ駆動する駆動源であるサーボモータの後部のエンコーダで位置を検出するセミクローズドループ制御では減速、停止時のアームの振動状況をエンコーダで検出したり、モータ電流で完全には検出することができない。
The following problems occur in the measures as described above. In the case of feedforward and disturbance observer control, the speed is reduced in the semi-closed loop control in which the position is detected by the encoder at the rear of the servomotor which is a drive source for driving the 2, 3
一方、アームの位置検出手段をアーム側に設けるクローズドループ制御方式では減速、停止時の振動状況をフィードバックでき、前記フィードフォワード及び外乱オブザーバ制御は有効であるが、アームの負荷の有無、屈伸姿勢によってアームの回転軸にかかる慣性モーメントが大きく変化するので、全ての条件で最適な制御パラメータを決定することは困難であり、このため実用化レベルには至っていない。・の如く加減速時の速度パターンを滑らかなS字曲線カーブにした場合でも、外力を受ける場合や、動作の迅速性(タクトタイムの短さ)を要求される用途には適用上の難点がある。減速機の捩り剛性方向のバネは弱いままであり、バックラッシュもあるからである。 On the other hand, in the closed loop control system in which the arm position detection means is provided on the arm side, the vibration state at the time of deceleration and stop can be fed back, and the feedforward and disturbance observer control is effective, but depending on the presence or absence of the arm load and the bending posture Since the moment of inertia applied to the rotation axis of the arm changes greatly, it is difficult to determine the optimal control parameter under all conditions, and thus it has not reached a practical level. -Even when the acceleration / deceleration speed pattern is a smooth S-curve curve, there are difficulties in application for applications that require external force or require quick operation (short tact time). is there. This is because the spring in the torsional rigidity direction of the reduction gear remains weak and there is backlash.
さらに、出力側に位置検出器を設ける構造は、構造の複雑さ、メンテナンスの煩雑さ、コストアップ、及び配線経路の制約等に起因してロボットの関節軸では、一般的には採用されていない。 Furthermore, the structure in which the position detector is provided on the output side is not generally adopted in the joint axis of the robot due to the complexity of the structure, the complicated maintenance, the cost increase, the restriction of the wiring path, etc. .
本発明は、上記従来技術に鑑み、水平方向のアームの遊びを除去し、バネ定数を向上させることによって停止時、加減速時の振動及び軌跡の振れを除去して高剛性で制御性の良いアームとすることができる水平アームを有するロボットを提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional technology, the present invention eliminates horizontal arm play and improves the spring constant, thereby eliminating vibrations during stopping and acceleration / deceleration and vibration of the trajectory, and has high rigidity and good controllability. An object of the present invention is to provide a robot having a horizontal arm that can be an arm.
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。 The configuration of the present invention that achieves the above object is characterized by the following points.
1) 水平アームを水平面内で回動する駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 1) A spring force that is a rotational force in one direction is applied to a drive shaft that rotates a horizontal arm in a horizontal plane.
2) 1)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、このロボットは複数の水平アームを有し、隣接するアーム間に設けたテンションリンクで、各水平アームを水平面内で回動する駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 2) In the robot having the horizontal arm described in 1), the robot has a plurality of horizontal arms, and is a tension link provided between the adjacent arms, and one side of a drive shaft that rotates each horizontal arm in a horizontal plane. A spring force that is a rotational force in the direction is applied.
3) 1)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、このロボットは複数の水平アームを有し、奇数軸又は偶数軸のアーム間に設けたテンションリンクで、各水平アームを水平面内で回動する駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 3) In the robot having the horizontal arm described in 1), this robot has a plurality of horizontal arms, and each horizontal arm is rotated in a horizontal plane by a tension link provided between the odd-numbered or even-numbered axes. A spring force, which is a rotational force in one direction, is applied to the drive shaft.
4) 1)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、このロボットは複数の水平アームを有し、1個のテンションリンクとこのテンションリンクの先端部から分岐させたリンクを介して各水平アームを水平面内で回動する各駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 4) In the robot having the horizontal arm described in 1), this robot has a plurality of horizontal arms, and each horizontal arm is placed in a horizontal plane via one tension link and a link branched from the tip of the tension link. A spring force that is a rotational force in one direction is applied to each drive shaft that rotates inside.
5) 1)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、このロボットは複数の水平アームを有し、両端部を奇数軸又は偶数軸のアームにそれぞれ連結するとともに2本のリンクを回動可能に連結して垂直面内を移動可能に形成したリンクと、このリンクの両端部間を開くようなバネ力を作用させるバネ力付与手段とを有して各水平アームを水平面内で回動する駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 5) In the robot having the horizontal arm described in 1), this robot has a plurality of horizontal arms, and both ends are connected to the odd-numbered or even-numbered axis arms and the two links are rotatably connected. A drive shaft having a link formed so as to be movable in a vertical plane and a spring force applying means for applying a spring force that opens between both ends of the link and rotating each horizontal arm in a horizontal plane A spring force, which is a turning force in one direction, was applied to
6) 1)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、このロボットは複数の水平アームを有するとともに、シリンダによる直線移動をラック、ピニオンで回転駆動力に変換し、この駆動力を、隣接するアーム間に設けたチェーン及びベルト等の無限軌道状の動力伝達手段を介して各アームの駆動軸に伝達することにより各駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したこと。 6) In the robot having the horizontal arm described in 1), the robot has a plurality of horizontal arms, converts linear movement by the cylinder into a rotational driving force using a rack and a pinion, and converts the driving force between adjacent arms. A spring force, which is a rotational force in one direction, is applied to each drive shaft by transmitting to the drive shaft of each arm via an endless track-shaped power transmission means such as a chain and a belt provided in.
7) 6)に記載する水平アームを有するロボットにおいて、無限軌道状の動力伝達手段の駆動力をカウンタウエイトに作用する重力により得るようにしたこと。 7) In the robot having the horizontal arm described in 6), the driving force of the power transmission means in the endless track shape is obtained by gravity acting on the counterweight.
本発明によれば各水平軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与することができるように構成したので、良好な制御性を確保することができる。また、本発明に係るロボットは、一般産業用ロボットだけでなく、マニュアルマニプレータの水平多関節タイプのアームを有するロボットに適用して特に顕著な制御性を確保することができる。これはマニュアル操作時の操作者の指示する急激な加減速の繰り返しに対して制御方式での対応では追従しきれないため、本発明が特に有効であるという理由による。さらに、ハンドリング等の作業で外力がかかった場合にはバネ定数の上昇による撓み量も制御することができるので、この点でも操作が容易になる。一方、産業用ロボットにおいても、撓み量を抑制し、高剛性になるので、バリ取り、加工等の外力がかかり、且つ剛性の要求される用途にも適用できる。 According to the present invention, since it is configured such that a spring force that is a rotational force in one direction can be applied to each horizontal axis, good controllability can be ensured. The robot according to the present invention can be applied not only to a general industrial robot but also to a robot having a horizontal multi-joint type arm of a manual manipulator to ensure particularly remarkable controllability. This is because the present invention is particularly effective because the control system cannot follow the rapid acceleration / deceleration instructed by the operator during manual operation. In addition, when an external force is applied during an operation such as handling, the amount of deflection due to an increase in the spring constant can also be controlled, so that the operation is facilitated in this respect as well. On the other hand, since an industrial robot also suppresses the amount of bending and has high rigidity, it can be applied to applications requiring external force such as deburring and processing and requiring rigidity.
本発明の実施の形態に係るロボットは水平多関節アームの各アーム間にバネ等のテンションリンクを配設し、このテンションリンクで引張り力又は圧縮力を与えることにより各アームを駆動する駆動系の減速機に片側方向の負荷を与え、バックラッシを除去するとともに、ロストモーション領域を脱することによって加減速及び停止時の遊びを除去し、減速機の捩りバネ定数(図11参照)を大きくして機械系の固有振動数を高くし、結果として当該ロボットの制御性の向上を図るものである。 The robot according to the embodiment of the present invention is provided with a tension link such as a spring between the arms of the horizontal articulated arm, and a drive system that drives each arm by applying a tension force or a compression force with the tension link. Applying a load in one direction to the reducer, removing backlash, removing acceleration / deceleration and stopping by removing the lost motion area, and increasing the torsion spring constant of the reducer (see Fig. 11) The natural frequency of the mechanical system is increased, and as a result, the controllability of the robot is improved.
次に、さらに詳細な本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。一般に、水平多関節アームの作業時のアーム姿勢は、4軸を有するロボットの場合、図1に示すように、3軸関節3aが右に位置するか、左に位置するかで右手系、左手系の関節構成となるが、以下の実施例においては対象作業を何れかの系に限定して効果を奏するものと、何れの系においても効果を奏するものを例示する。 Next, a more detailed embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In general, in the case of a robot having four axes, the arm posture during the operation of the horizontal articulated arm is, as shown in FIG. 1, whether the three-axis joint 3 a is located on the right or left, Although the joint configuration of the system will be described, in the following embodiments, there will be exemplified ones that exhibit the effect by limiting the target work to any system and those that exhibit the effect in any system.
通常の作業では、ロボットは何れかの系で教示し、動作させることが多い。同一ジョブ中に右手系及び左手系が存在する場合でも、テンションリンクのバネバランスがゼロの角度、すなわちテンションリンクの軸線がアームの両関節間を結ぶ直線に重なった状態であるデッドポイント(テンション(バネの引張り力)が作用しない位置)を除いては効果を発揮する。また、各実施例はアームに外力を付与するためのテンションリンクを備え、テンションリンク中の引張り、圧縮バネやエア又は油圧シリンダ等の力を発生する部材でアームの回転方向に力を負荷する。この場合の力を負荷する方法として次の6つの実施例を挙げることができる。ちなみに、実施例1〜4は右手系若しくは左手系の何れかの系においては、常に一方方向にテンションがかかる。また、実施例5、6は右手系若しくは左手系によらずロボットの全動作範囲で常に片側にテンションがかかる。なお、以下に示す実施例のロボット本体は各実施例に共通であり、各軸に対するバネ力の付与構造が異なるだけである。そこで、各実施例を示す図面において、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。 In normal work, a robot is often taught and operated by any system. Even when the right-handed system and the left-handed system exist in the same job, the dead link (tension (tension) where the spring link of the tension link is at an angle of zero, that is, the axis of the tension link overlaps the straight line connecting the two joints of the arm. It is effective except for the position where the spring's tensile force does not act. Further, each embodiment includes a tension link for applying an external force to the arm, and a force is applied in the rotation direction of the arm by a member that generates a force such as a tension, a compression spring, air, or a hydraulic cylinder in the tension link. The following six examples can be given as a method for applying the force in this case. Incidentally, in Examples 1 to 4, tension is always applied in one direction in either the right-handed system or the left-handed system. In Examples 5 and 6, tension is always applied to one side in the entire operation range of the robot regardless of the right-hand system or the left-hand system. In addition, the robot main body of the Example shown below is common to each Example, and only the provision structure of the spring force with respect to each axis | shaft differs. Therefore, in the drawings showing the embodiments, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<実施例1>
図2(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例に係るロボットは、4軸のロボットであり、第1軸が、垂直に配設された支柱11に沿い上下動する上下動軸、第2、3、4軸が水平面内で旋回する水平回動軸である。両図中、12は2軸アーム、13は3軸アーム、14は4軸アーム、O11は1軸の昇降中心、O12は2軸の回動中心、O13は3軸の回動中心、O14は4軸の回動中心である。テンションリンク15、16、17は、シリンダの内部に引張りバネ若しくは圧縮バネを収納してその両端に連結する部材間に引張り力若しくは圧縮力を付与する部材、又は空圧シリンダ若しくは油圧シリンダにて圧力を付与することにより同様に引張り力若しくは圧縮バネ力を付与する部材である。テンションリンク15は、その基端部を2軸側で回動中心O12から偏位した位置に回動可能に取り付けるとともに、先端部を3軸側で回動中心O13と同軸となるように回動可能に取り付けてあり、2軸アーム12の駆動系を構成するモータの減速機に当該テンションリンク15のバネ力が作用するように構成してある。テンションリンク16は、その基端部を3軸側で回動中心O13から偏位した位置に回動可能に取り付けるとともに、先端部を4軸側で回動中心O14と同軸となるように回動可能に取り付けてあり、3軸アーム13の駆動系を構成するモータの減速機に当該テンションリンク16のバネ力が作用するように構成してある。テンションリンク17は、その基端部を3軸側で回動中心O13と同軸となるように回動可能に取り付けるとともに、先端部を4軸側で回動中心O14から偏位した位置に回動可能に取り付けてあり、4軸アーム14の駆動系を構成するモータの減速機に当該テンションリンク17のバネ力が作用するように構成してある。
<Example 1>
FIG. 2A is a plan view of the robot according to this embodiment, and FIG. 2B is a side view thereof. As shown in both figures, the robot according to the present embodiment is a four-axis robot, and the first axis moves up and down along the vertically arranged
なお、テンションリンクは図3(a)、(b)に示すような態様で取り付けても良い。両図に示すように、本変形例は図2に示すテンションリンク16に対応するテンションリンク16’と、同図に示すテンションリンク17に対応するテンションリンク17’との位置を入れ換えたものである。
In addition, you may attach a tension link in the aspect as shown to Fig.3 (a), (b). As shown in both drawings, in this modification, the positions of the
本実施例では各軸毎にバネ特性を細かく精密に設定できる。 In this embodiment, the spring characteristics can be set finely and precisely for each axis.
<実施例2>
図4(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例は一本のテンションリンク18で所定のバネ力を付与するものである。すなわち、2軸アーム12と3軸アーム13とを屈曲させた状態で、テンションリンク18の基端部を2軸側で回動中心O12から偏位した位置に回動可能に取り付けるとともに、先端部を4軸側で回動中心O14から偏位した位置に回動可能に取り付けてあり、2、3、4軸に同時に回動負荷を付与させることができるように構成してある。
<Example 2>
FIG. 4A is a plan view of the robot according to this embodiment, and FIG. 4B is a side view thereof. As shown in both drawings, in this embodiment, a predetermined spring force is applied by a
本実施例ではテンションリンク18が一本で済み構造が簡単になる。反面、バネストロークの制限からアームの動作範囲が制限されるため動作範囲に合わせたストロークのものを選択して取り付ける必要がある。
In this embodiment, only one
<実施例3>
図5(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例は一本のテンションリンク19で所定のバネ力を付与するものであるが、テンションリンク19の先端部から他のリンク20、21を分岐させた点が異なる。すなわち、2軸アーム12と3軸アーム13とを屈曲させた状態で、テンションリンク19の基端部を2軸側で回動中心O12から偏位した位置に回動可能に取り付ける。このテンションリンク19の先端部にはリンク20、21の基端部をそれぞれ回動可能に連結し、さらにリンク20の先端部を3軸側で回動中心O13と同軸となるように回動可能に取り付けるとともに、リンク21の先端部を4軸側で回動中心O14から偏位した位置に回動可能に取り付けてある。かくして、2、3、4軸に同時に回動負荷を付与させることができるように構成してある。また、リンク20、21の長さは調節可能に構成してある。
<Example 3>
FIG. 5A is a plan view of the robot according to this embodiment, and FIG. 5B is a side view thereof. As shown in both figures, the present embodiment applies a predetermined spring force with a
本実施例は、実施例2と同様に、テンションリンク19が一本で済み構造が簡単になるばかりでなく、リンク20、21を分岐させて設けたので、3軸及び4軸への負荷をリンク長を変更することによって調整できる。
In this embodiment, only one
<実施例4>
図6(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例は2軸側と4軸側とを垂直面内で連結する2本のリンク22、23を設け、これらリンク22、23間にテンションリンク24のバネ力が作用するように構成したものである。すなわち、リンク22の先端部とリンク23の基端部とは相互に回動可能に連結してあり、さらにリンク22の基端部は2軸側で回動中心O42から偏位した位置に回動可能に、またリンク23の先端部は4軸側の回動中心O44に回動可能にそれぞれ取り付けてある。ここで、リンク22、23の2軸側及び4軸側との取付け部位は当該リンク22、23の垂直面内での回動を保証するとともに、2軸側及び4軸側に対して水平面内でも回動し得るようにベアリング25、26を介して2軸側及び4軸側にリンク22、23を取り付けるように構成してある。また、テンションリンク24のシリンダ部がリンク22の途中に、テンションリンク24のロッド部がリンク23の途中にそれぞれ取り付けてあり、リンク22、23を介して2軸〜4軸の各軸にテンションリンク24のバネ力が作用するように構成してある。なお、この場合のバネ力はリンク22、23の連結部に回転バネを配設することによって得ても良い。
<Example 4>
FIG. 6A is a plan view of the robot according to the present embodiment, and FIG. 6B is a side view thereof. As shown in both figures, in this embodiment, two
本実施例ではテンションリンク24が一本で済み構造が簡単になるばかりでなく、垂直面内を回動するリンク22、23を介してバネ力を作用させるように構成したので、十分なリンク長を確保することができる。
In this embodiment, only one
<実施例5>
図7(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例は2軸及び3軸アーム12、13の全動作範囲で右手系及び左手系に関係なく、常に片側にテンションを加えるように構成したものである。本実施例では2軸及び3軸アーム12、13とバネ負荷部分に連結する閉じたチェーン(またはベルト)の回転の動作範囲角度分を直線ストロークにするためラック、ピニオン方式によって得るようにしたものである。
<Example 5>
FIG. 7A is a plan view of the robot according to the present embodiment, and FIG. 7B is a side view thereof. As shown in both figures, this embodiment is configured so that tension is always applied to one side in the entire operating range of the biaxial and
さらに詳言すると、テンションリンク27は、その基端部を3軸側で回動中心O13から偏位した位置に回動可能に取り付けるとともに、先端部を4軸側で回動中心O14から偏位した位置に回動可能に取り付ける一方、2軸アーム12の回動中心となる軸及び3軸アーム13の回動中心となる軸にはそれぞれスプロケット28、29が固着してある。ラック30はシリンダ31のピストンロッド31aの先端部に連結してあり、このピストンロッド31aの伸縮により直線的に並べられたカムフォロア32に沿い直線移動するようにロボット本体に配設してある。かかる直線移動に伴いラック30と噛合するピニオンギヤ33が回転するように構成してある。ピニオンギヤ33とスプロケット28及びスプロケット28とスプロケット29との間にはそれぞれチェーン34、35が懸架してある。この結果、ピニオンギヤ33の回転力はチェーン34を介してスプロケット28に伝達され、またこれに伴うスプロケット28の回転力はチェーン35を介してスプロケット29に伝達される。かかるスプロケット28、29の回転により、2軸及び3軸アーム12、13に片側方向への回動力であるバネ力を付与する。ここで、ラック30、シリンダ31、カムフォロア32及びピニオンギヤ33は2軸アーム12の昇降に伴いこの2軸アーム12と一体的に昇降するように構成してある。
More specifically, the
なお、本実施例においては4軸アーム14への負荷はテンションリンク27で付与するようにしているが、この4軸アーム14に関しても2軸、3軸アーム12、13と同様に回転軸を直接回動する構造としても良い。
In the present embodiment, the load on the four-
<実施例6>
図8(a)は本実施例に係るロボットの平面図、同図(b)はその側面図である。両図に示すように、本実施例は、実施例5のロボットと同様に、2軸及び3軸アーム12、13の全動作範囲で右手系及び左手系に関係なく常に片側にテンションを加えるように構成したものである。すなわち、実施例5におけるスプロケット28、29の回動力をカウンタウエイト36に作用する重力で得るものであり、テンションリンク27、スプロケット28,29、チェーン34,35等に関する構成は実施例5と全く同様である。
<Example 6>
FIG. 8A is a plan view of the robot according to this embodiment, and FIG. 8B is a side view thereof. As shown in both figures, in this embodiment, as with the robot of the fifth embodiment, tension is always applied to one side regardless of the right-handed system and the left-handed system in the entire operating range of the biaxial and
本実施例においては、スプロケット37との間でチェーン34を懸架しているスプロケット38は傘歯車39と同軸に固着してあり、この傘歯車39がその回転軸と直交する軸を回動軸とする傘歯車40と噛合しており、以下順次チェーン41、スプロケット42、チェーン43、シーブ44及びワイヤロープ45を介してカウンタウエイト36に連結されている。カウンタウエイト36は2軸アーム12と一体的に昇降するようにこの2軸アーム12に連結部材を介して垂直に配設されたガイドレール46に沿い上下動する。すなわち、カウンタウエイト36、チェーン41、スプロケット42、チェーン43、シーブ44、ワイヤロープ45及びガイドレール46は2軸アーム12と一体的に昇降するように構成してある。
In this embodiment, the
本実施例によれば、カウンタウエイト36の重量に応じたバネ力を2軸及び3軸アーム12、13に付与することができる。かかる本実施例によれば同時制御による負荷量の制御はできないが、カウンタウエイト36の重量の調節による負荷量の調節はできる。なお、本実施例においても実施例5と同様に、4軸アーム14に関しても2軸、3軸アーム12、13と同様に回転軸を直接回動する構造としても良い。また、エアー、油、モータ等を利用しないため、故障もなく、エアー、油、モータ等の場合の如く、駆動源が万一遮断されても所定の機能を確保することができる。
According to the present embodiment, a spring force corresponding to the weight of the
上述の如き各実施例において、バネ力の作用による予圧量をプラス側に各軸の減速機の50%のトルクに設定した場合の図11に対応する特性を図9に示す。同図を参照すれば明らかな通り、各実施例によれば、当該ロボットの停止時又は減速停止の位置決め時では、バネ定数の低いロストモーション域でなく、ギヤも予圧により片側に押されている。かくして、通常のロボット動作では、定速時には減速機の定格トルクに対して±70%前後、加減速時には±200%程度を使用する。 FIG. 9 shows characteristics corresponding to FIG. 11 when the preload amount due to the action of the spring force is set to 50% torque of the speed reducer of each axis on the plus side in each embodiment as described above. As is apparent with reference to the figure, according to each embodiment, when the robot is stopped or decelerated and stopped, the gear is pushed to one side by the preload, not the lost motion region having a low spring constant. . Thus, in normal robot operation, about ± 70% of the rated torque of the reducer is used at a constant speed, and about ± 200% is used during acceleration / deceleration.
なお、上述の如き実施例において、バネ力付与手段としてエアシリンダ及び油圧シリンダを用い、これらの圧力を検出するようにした場合には、この場合の圧力調整で負荷量の調整ができる。逆に、アームの姿勢からみて最適な負荷量を計算して同時制御で負荷量を変更することもできる。また、モータ駆動方式により所定のバネ力を得る場合には、電流検出による負荷量の調整も可能である。 In the embodiment as described above, when an air cylinder and a hydraulic cylinder are used as the spring force applying means and these pressures are detected, the load amount can be adjusted by adjusting the pressure in this case. Conversely, it is possible to calculate the optimum load amount from the viewpoint of the arm and change the load amount by simultaneous control. In addition, when a predetermined spring force is obtained by the motor driving method, the load amount can be adjusted by current detection.
11 1軸アーム
12 2軸アーム
13 3軸アーム
14 4軸アーム
15、16、17、18、19、24、27 テンションリンク
20、21、22、23 リンク
28、29 スプロケット
30 ラック
31 シリンダ
33 ピニオンギヤ
34、35 チェーン
36 カウンタウエイト
11 1
Claims (2)
このロボットは複数の水平アームを有するとともに、シリンダによる直線移動をラック、ピニオンで回転駆動力に変換し、この駆動力を、隣接するアーム間に設けたチェーン及びベルト等の無限軌道状の動力伝達手段を介して各アームの駆動軸に伝達することにより各駆動軸に片側方向への回動力であるバネ力を付与したことを特徴とする水平アームを有するロボット。 In a robot having a horizontal arm obtained by applying a spring force that is a rotational force in one direction to a drive shaft that rotates the horizontal arm in a horizontal plane,
This robot has a plurality of horizontal arms, converts linear movement by cylinders into rotational driving force with racks and pinions, and transmits this driving force to an endless track like a chain and belt provided between adjacent arms. A robot having a horizontal arm, wherein a spring force that is a rotational force in one direction is applied to each drive shaft by transmitting to the drive shaft of each arm through means.
無限軌道状の動力伝達手段の駆動力をカウンタウエイトに作用する重力により得るようにしたことを特徴とする水平アームを有するロボット。 The robot having a horizontal arm according to claim 1,
A robot having a horizontal arm, characterized in that the driving force of an endless track-shaped power transmission means is obtained by gravity acting on a counterweight.
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