專利名稱:工業(yè)機(jī)器人的平衡機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于工業(yè)機(jī)器人,自動化裝置等的平衡機(jī)構(gòu)。
在工業(yè)機(jī)器人上配置了平衡機(jī)構(gòu)以便多個臂平衡。尤其是,對于進(jìn)行噴涂、焊接和裝配作業(yè)的反饋型機(jī)器人,需要操作者按照工作步驟的順序動作機(jī)器人使之學(xué)會運(yùn)動的程序。為了改進(jìn)學(xué)習(xí)工作程序的效果,不論臂在任何位置都需要保持平衡。
具有簡單結(jié)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)采用了一根彈簧。本申請人已建議了一種由一根采用了連桿機(jī)構(gòu)的彈簧構(gòu)成的平衡機(jī)構(gòu)(參見日本實用新型61-144993或144993/1986)。
圖6是一臺包含上述彈簧型平衡機(jī)構(gòu)的機(jī)器人的正視圖,圖7沿A-A線的剖視圖,圖8是沿箭頭B方向看去的側(cè)視圖。一個轉(zhuǎn)座02可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)器人的基座01上。垂直臂04可擺動地安裝在裝在轉(zhuǎn)座02上的支架03上,水平臂05可擺動地裝在垂直臂04的上部。腕部06安裝在水平臂05的頂端并且可以多方向運(yùn)動。水平臂05被促動器07驅(qū)動,垂直臂04被促動器08驅(qū)動。
圖7和8顯示了垂直臂04的平衡機(jī)構(gòu)。垂直臂04通過軸012可擺動地支持在轉(zhuǎn)座02上的支架03上。連桿014的一端通過銷013與垂直臂04的下部可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接。杠桿016通過銷015可轉(zhuǎn)動地裝在支架03上。連桿014的另一端通過銷017與杠桿016的上端可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接。彈簧018的一端可轉(zhuǎn)動地裝在支架03上與裝有桿016的那側(cè)相反的一端上,彈簧018的另一端通過銷020與杠桿016的下端聯(lián)接。
作用在垂直臂04上的力被傳遞到連桿014,連桿014用一個離軸012距離為r的銷013聯(lián)接,該力進(jìn)一步通過銷017,杠桿016和銷20傳到彈簧018。
當(dāng)垂直臂04的傾角(當(dāng)臂04直立時=0)增大時,連桿014被距臂04中心距離為r的銷012拉動,并且杠桿016的上端通過銷017被連桿014拉動,使杠桿017繞銷015傾斜。杠桿016的行程被按杠桿比R3/R4放大(其中R3是銷015和017的軸心距,R4是銷015和020的軸心距)。彈簧018被拉長。繞銷015的運(yùn)動隨連桿014與銷015和017邊線的夾角和彈簧018和銷015和020連線的夾角的變化而變化,這樣總能得到垂直臂04所處的各位置狀態(tài)相應(yīng)的平衡力。
另一方面,如圖7所示,水平臂05包括一個連桿機(jī)構(gòu)022和一個彈簧021,彈簧021的一端象垂直臂04的平衡機(jī)構(gòu)中的彈簧018那樣可擺動地支持在銷019上。連桿機(jī)構(gòu)022的構(gòu)造與垂直臂的平衡機(jī)構(gòu)基本相同,因此其說明從略。
在如上所述的現(xiàn)有的平衡機(jī)構(gòu)中,兩個平行的彈簧018和021都裝在支架03上,并且垂直臂和水平臂的平衡是通過連桿機(jī)構(gòu)由彈簧018和021實現(xiàn)的。
然而,當(dāng)機(jī)器人不在垂直狀態(tài)下使用,而是懸掛或固定在墻壁上或懸掛在天花板上使用時,平衡機(jī)構(gòu)的許多零件如銷013、連桿014、杠桿016、銷015和彈簧018需要進(jìn)行改動。水平和垂直臂的平衡機(jī)構(gòu)中的連桿機(jī)構(gòu)需要許多零件。
本發(fā)明是考慮了上述問題后作出的,其目的是提供一種平衡機(jī)構(gòu),不管機(jī)器人安裝在什么位置,都能使機(jī)器人保持平衡,并且不必改變平衡機(jī)構(gòu)的零件,并使得機(jī)構(gòu)的零件大大減少。
為達(dá)到上述目的,按照本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人平衡機(jī)構(gòu)包括一個為可擺動地裝在工業(yè)機(jī)器人座上的第一臂設(shè)置的第一平衡機(jī)構(gòu),它包括一個布置在第一臂近端轉(zhuǎn)動中心并且可與第一臂同步角運(yùn)動的聯(lián)接部件,一個相對聯(lián)接部件的角運(yùn)動中心偏心安裝、美聯(lián)接部件聯(lián)鎖角運(yùn)動的聯(lián)接零件,一個一端固定在座上的彈簧,一個一端固定于聯(lián)接零件而另一端固定在彈簧另一端的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu),和一個當(dāng)?shù)谝槐劢沁\(yùn)動時引導(dǎo)柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)使彈簧朝變形方向動作的導(dǎo)向裝置,和一個為可擺動地裝在第一臂遠(yuǎn)端的第二臂設(shè)置的第二平衡機(jī)構(gòu),它包括一個設(shè)置在第二臂操作側(cè)的對側(cè)的平衡物,當(dāng)?shù)谝槐鄣慕沁\(yùn)動中心構(gòu)成支點時、它與操作側(cè)保持平衡。
操作時,當(dāng)?shù)谝槐劢沁\(yùn)動時,聯(lián)接部件與第一臂澆竊碩?。联接部件与联接零件联接、而联接零件与葝饣洩桔x沽?。葝饣洩桔x瓜蚴溝殺湫蔚姆較蛟碩ü枷蜃爸檬溝諞槐郾3制膠狻 第二臂的操作側(cè)用平衡物平衡,使第二臂保持平衡。
如上所述,本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人平均機(jī)構(gòu)靠通過柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)操縱彈簧取得平衡、而沒有使用現(xiàn)有的連桿機(jī)構(gòu)。因此,平衡機(jī)構(gòu)的零件數(shù)量大大減少,而下即使在任何位置安裝工業(yè)機(jī)器人、也不必大換平衡機(jī)構(gòu)的零件。
圖1是顯示出按本發(fā)明的一個實施例的工業(yè)機(jī)器人平衡機(jī)構(gòu)的局部剖開的主視圖。
圖2是圖1平衡機(jī)構(gòu)的主要部分的剖視圖。
圖3(a)和(b)是具有圖1的平衡機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人的俯視圖和主視圖。
圖4是裝在墻壁上的工業(yè)機(jī)器人的主視圖。
圖5是懸掛在天花板上的工業(yè)機(jī)器人的主視圖。
圖6是裝有現(xiàn)有的平衡機(jī)構(gòu)的機(jī)器人的主視圖。
圖7是沿圖6中A-A線的剖視圖。
圖8是沿圖7中箭頭B方向看去的機(jī)器人的部分側(cè)視圖。
現(xiàn)在,敘述裝有本發(fā)明的平衡機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人的一個實施例。
圖1是按本發(fā)明一個實施例的工業(yè)機(jī)器人平衡機(jī)構(gòu)的部分剖視圖。圖2是圖1平衡機(jī)構(gòu)主要部分的剖視圖,其中銷座附在B2位置,圖3(a)和(b)是有平衡機(jī)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人的俯視圖和主視圖。
這臺工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的機(jī)器人一樣。如圖3(a)和(b)所示,工業(yè)機(jī)器人(以上稱為“機(jī)器人”)1包括一個可轉(zhuǎn)動的座3(以下稱為“座”),它通過一個未示出的軸承可轉(zhuǎn)動地安裝在基座2上,第一臂(4)的近端可擺動地裝在座3上,其一端裝有操作腕5的第二臂6可擺動地裝在第一臂4的遠(yuǎn)端。
驅(qū)動座3、第一臂4和第二臂6的促動器均未示出。
在上述工業(yè)機(jī)器人1中,如圖1和2所示,其近端可擺動地裝在座3上的第一臂4和裝在第一臂遠(yuǎn)端的第二臂6裝有一個第一平衡機(jī)構(gòu)Z1和一個第二平衡機(jī)構(gòu)Z2,以便使這兩個臂保持平衡。
下面詳細(xì)敘述第一臂4上的第一平衡機(jī)構(gòu)Z1。
第一臂4上的第一平衡機(jī)構(gòu)Z1包括一個聯(lián)接部件,該部分包括一個與可擺動地裝在座3上的第一臂4的近端的角運(yùn)動中心α一體安裝的聯(lián)接體7和銷座11,一個一端固定在座3上的壓縮彈簧(下稱“彈簧”)8,一根構(gòu)成柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)的鏈條9,它通過聯(lián)接部件把臂4的角運(yùn)動連續(xù)地傳遞給彈簧8,和由鏈輪21A和21B組成的導(dǎo)向裝置。
更具體地,如圖1和2所示,聯(lián)接體7一體地配置在第一臂4近端的角運(yùn)動中心α處,以和第一臂4同步作角運(yùn)動,帶有垂直地安裝在其上的銷10的銷座11通過未示出的螺栓偏離第一臂角運(yùn)動中心α地固定在聯(lián)接體7上,以至于銷座11的架置位置可以改變。聯(lián)接體7和銷座11上的銷10聯(lián)接。一端8a固定在座上的彈簧8被容納在一個套14中。套的接近座的底端有一個孔15。鏈支承16裝在彈簧8的另一端8b處,該不固定在座上。鏈支承軸17安裝在鏈支承16上使鏈支承16的安裝位置可以改變。鏈輪21A和21B并排配置在通過軸承19可轉(zhuǎn)動地配置在座3上的支承軸20上,構(gòu)成導(dǎo)向裝置,兩個鏈輪互相同步轉(zhuǎn)動。一端裝在鏈支承軸17上的鏈條9A的另一端固定在鏈輪21A的一個齒22A上。以及,一端裝在聯(lián)接零件13上的鏈條9B的另一端固定在鏈輪21B的一個未示出的齒上。鏈條9A和9B的各自的另一端分別沿相反的方向繞過鏈輪21A和21B的下邊。鏈條9A從其與鏈輪21A的嚙合起點到其與鏈支承承17的安裝位置之間的這一段穿過套14的孔15并且直線延伸。更具體地,彈簧8的變形方向與鏈條向鏈輪21A的運(yùn)動方向一致。當(dāng)?shù)谝槐?直立時,從鏈條9B和鏈輪21B嚙合起點到鏈條9B和聯(lián)接零件13的聯(lián)接點之間的鏈條長度最短。因此,當(dāng)?shù)谝槐?沿箭頭A1或A2方向角運(yùn)動時,鏈輪21B順時針轉(zhuǎn)動(沿圖1中的箭頭A3)并且鏈條9A就繞在鏈輪21A上,鏈輪21A與鏈輪21B同步地同向轉(zhuǎn)動,接著,鏈支承軸17向下運(yùn)動(沿圖1中的箭頭A4的方向),彈簧被壓縮,從而保持了平衡。
更具體地,當(dāng)相對于角運(yùn)動中心α的第一臂4的負(fù)載力矩隨第一臂的位置而變化時,第一平衡機(jī)構(gòu)Z1就如下操作。
當(dāng)?shù)谝槐?的位置沿圖1中的箭頭A1或A2改變時,第一平衡機(jī)構(gòu)Z1上的彈簧8象上面所敘述過的那樣被壓縮,并且彈簧的回彈力增加。因此,彈簧的回彈力與相對第一臂角運(yùn)動中心α的力矩互相平衡。
當(dāng)?shù)谝槐?的負(fù)載變化很大時,可以改變銷10的位置,鏈支承軸17相對鏈支承16的位置,與改變鏈條9A和9B有關(guān)的鏈輪21A和21B的直徑和彈簧8的回彈力和彈簧常數(shù)以適應(yīng)載荷的變化。
第二臂6的平衡機(jī)構(gòu)Z2將在下面詳細(xì)敘述。如圖1所示,操作腕5安裝在裝于第一臂4的遠(yuǎn)端上的第二臂6的一端6a上。另一方面,平衡物30裝在第二臂上與6a端相對的另一端,而第二臂6的角運(yùn)動中心β則構(gòu)成支點。
如上所述,因為第二臂6上配有平衡物30,所以即使第二臂6動動到任何位置,都適用于用平衡物30使之相對于第二臂6的角運(yùn)動中心β平衡。第二臂6所受的負(fù)載集結(jié)在其角運(yùn)動中心β上,因此即使第二臂動動到任何位置,第一臂4上的負(fù)載條件也不發(fā)生變化。
還有,即使裝于第二臂6的6a端的腕5的重量由于工作需要而改變,平衡物30的重量也可以隨之改變,從而很容易使第二臂相對于其角運(yùn)動中心β的平衡保持下去。
前面的說明是對垂直安裝于地面的機(jī)器人1作出的,當(dāng)機(jī)器人1如圖4和5所示懸掛在墻上或天花板上工作時,可作如下調(diào)整。由于鏈輪21A和21B并排布置,而且作用了鏈支承軸17(其垂直安裝位置可調(diào)),這一調(diào)整很容易進(jìn)行。
更具體地說,當(dāng)工業(yè)用機(jī)器人1如圖4所示掛在墻上時,只需在彈簧8被壓縮的狀態(tài)下將銷座11和第一臂4平衡機(jī)構(gòu)Z1的聯(lián)接體7的安裝位置如圖1中所示的那樣從B1移到B2。換言之,當(dāng)銷座11固定到位置B2,而且第一臂處于水平位置,如圖4所示,為了支持第一臂4和第二臂6的載荷,彈簧8始終被壓縮以取得平衡。還有,當(dāng)?shù)谝槐垩貓D4中箭頭A1方向向下運(yùn)動時,彈簧8進(jìn)一步被壓縮以便支持負(fù)載。另一方面,當(dāng)?shù)谝槐垩谹2方向向上運(yùn)動時,彈簧8反向變形以取得平衡。
當(dāng)機(jī)器人1如圖5所示懸掛于天花板上時,反需將銷座11對聯(lián)接體7的安裝位置在彈簧8被壓縮的狀態(tài)下從圖1中的B1移到B3。換言之,當(dāng)銷座11變安裝到B3處,彈簧8幾乎被壓縮,并且即使第一臂沿A1或A2方向運(yùn)動,彈簧的恢復(fù)力都作用在臂上。
在實施例中,采用鏈條9A和9B作為柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu),但是也可以用同步皮帶和纜繩代替,如果它們能連續(xù)改變力矩的話。
還有,在本發(fā)明平衡機(jī)構(gòu)中的彈簧8采用壓縮彈簧比較合適,但不必局限于壓縮彈簧。聯(lián)接零件可以通過鏈條直接與鏈支承軸17與鏈支承軸17聯(lián)接。而鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以由一個鏈輪構(gòu)成。
權(quán)利要求
一種工業(yè)機(jī)器人的平衡機(jī)構(gòu)包括一個可擺動地安裝在工業(yè)機(jī)器人的座上的第一臂的第一平衡機(jī)構(gòu),它包括一個布置在第一臂近端轉(zhuǎn)動中心并且與第一臂同步角運(yùn)動的聯(lián)接部件。安裝在偏離該聯(lián)接部件的角運(yùn)動中心的一個偏心位置上、和該聯(lián)接部件以連鎖關(guān)系角運(yùn)動的聯(lián)接零件;一個一端固定在座上的彈簧;一個一端與該聯(lián)接零件固定、另一端與該彈簧另一端固定的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu);和一個當(dāng)?shù)谝槐劢沁\(yùn)動時引導(dǎo)該柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)以沿該彈簧變形方向帶動該彈簧的導(dǎo)向機(jī)構(gòu);和一個可擺動地安裝在第一臂遠(yuǎn)端的第二臂的第二平衡機(jī)構(gòu),包括一個布置在與第二臂操作側(cè)相對的一側(cè)、以便當(dāng)?shù)谝槐鄣慕沁\(yùn)動中心構(gòu)成支點時保持與操作側(cè)平衡的平衡物。
全文摘要
工業(yè)機(jī)器人平衡機(jī)構(gòu)有為可擺動地安裝在機(jī)器人座上的第一平衡機(jī)構(gòu)和第二平衡機(jī)構(gòu),第一平衡機(jī)構(gòu)包括鏈條形成的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu),第二平衡機(jī)構(gòu)包括平衡物,第一臂的角運(yùn)動中心構(gòu)成支點。即使機(jī)器人被安裝在不同位置上,平衡機(jī)構(gòu)都適用于機(jī)器人,而不必大量更換其零部件。
文檔編號B25J9/06GK1033253SQ8810790
公開日1989年6月7日 申請日期1988年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月17日
發(fā)明者吉田滿年, 坪田俊夫, 奧村寬 申請人:三菱重工業(yè)株式會社