工业机器人的平衡机构

1、一种工业机器人(1)和平衡机构，其特征在于一个可摆动地安装在工业机器人座(3)上的第一臂(4)，该第一臂上装有第一平衡机构(Z1)包括，
(a)联接体(7)配置在上述第一臂近端的角运动中心(2)处，以和第一臂同步作角运动；
(b)销座(11)以固定位置可变的方式固定在联接体上，销(10)在偏离上述联接体角运动中心(α)的位置上突出；
(c)一个联接零件(13)可转动地安装在上述销座的上述销上；
(d)一个弹簧(8)，其一端固定在上述座(3)上；
(e)柔性联接机构(9A，9B)的一端固定在上述联接零件上，另一端固定在上述弹簧的另一端处；
(f)一个当上述第一臂角运动时引导上述柔性联接机构以沿上述弹簧变形方向带动上述弹簧的导向机构(21A，21B)，第一臂的运动方式是上述柔性联接机构可以相对上述第一臂的角运动移动一距离；
以及可摆动地安装在上述第一臂远端的第二臂(6)，第二臂上装有第二平衡机构(Z2)，该平衡机构包括；
(a′)在上述第二臂上水平臂(5)对面端装有平衡物(30)，使第一臂角运动中心构成支点(β)时保持水平臂的平衡，
上述销座与联接体的固定位置可以变化，其方式为由于机器人安装姿式相对于上述第一、第二臂载荷弹簧的压缩量可以改变。

本发明涉及用于工业机器人，自动化装置等的平衡机构。\n在工业机器人上配置了平衡机构以便多个臂平衡。尤其是，对于进行喷涂、焊接和装配作业的反馈型机器人，需要操作者按照工作步骤的顺序动作机器人使之学会运动的程序。为了改进学习工作程序的效果，不论譬在任何位置都需要保持平衡。\n具有简单结构的平衡机构采用了一根弹簧。本申请人已建议了一种由一根采用了连杆机构的弹簧构成的平衡机构（参见日本实用新型61-144993或144993/1986）。\n图6是一台包含上述弹簧型平衡机构的机器人的正视图，图7沿A-A线的剖视图，图8是沿箭头B方向看去的侧视图。一个转座02可转动地安装在机器人的基座01上。垂直臂04可摆动地安装在装在转座02上的支架03上，水平臂05可摆动地装在垂直臂04的上部。腕部06安装在水平臂05的顶端并且可以多方向运动。水平臂05被促动器07驱动，垂直臂04被促动器08驱动。\n图7和8显示了垂直臂04的平衡机构。垂直臂04通过轴012可摆动地支持在转座02上的支架03上。连杆014的一端通过销013与垂直臂04的下部可转动地联接。杠杆016通过销015可转动地装在支架03上。连杆014的另一端通过销017与杠杆016的上端可转动地联接。弹簧018的一端可转动地装在支架03上与装有杆016的那侧相反的一端上，弹簧018的另一端通 过销020与杠杆016的下端联接。\n作用在垂直臂04上的力被传递到连杆014，连杆014用一个离轴012距离为r的销013联接，该力进一步通过销017，杠杆016和销20传到弹簧018。\n当垂直臂04的倾角（当臂04直立时＝0）增大时，连杆014被距臂04中心距离为r的销012拉动，并且杠杆016的上端通过销017被连杆014拉动，使杠杆017绕销015倾斜。杠杆016的行程被按杠杆比R3/R4放大（其中R3是销015和017的轴心距，R4是销015和020的轴心距）。弹簧018被拉长。绕销015的运动随连杆014与销015和017连线的夹角和弹簧018和销015和020连线的夹角的变化而变化，这样总能得到垂直臂04所处的各位置状态相应的平衡力。\n另一方面，如图7所示，水平臂05包括一个连杆机构022和一个弹簧021，弹簧021的一端象垂直臂04的平衡机构中的弹簧018那样可摆动地支持在销019上。连杆机构022的构造与垂直臂的平衡机构基本相同，因此其说明从略。\n在如上所述的现有的平衡机构中，两个平行的弹簧018和021都装在支架03上，并且垂直臂和水平臂的平衡是通过连杆机构由弹簧018和021实现的。\n然而，当机器人不在垂直状态下使用，而是悬挂或固定在墙壁上或悬挂在天花板上使用时，平衡机构的许多零件如销013、连杆014、杠杆016、销015和弹簧018需要进行改动。水平和垂直臂的平衡机构中的连杆机构需要许多零件。\n本发明是考虑了上述问题后作出的，其目的是提供一种平衡机构， 不管机器人安装在什么位置，都能使机器人保持平衡，并且不必改变平衡机构的零件，并使得机构的零件大大减少。\n为达到上述目的，按照本发明的工业机器人平衡机构包括一个为可摆动地装在工业机器人座上的第一臂设置的第一平衡机构，它包括一个布置在第一臂近端转动中心并且可与第一臂同步角运动的联接部件，一个相对联接部件的角运动中心偏心安装、美联接部件联锁角运动的联接零件，一个一端固定在座上的弹簧，一个一端固定于联接零件而另一端固定在弹簧另一端的柔性联接机构，和一个当第一臂角运动时引导柔性联接机构使弹簧朝变形方向动作的导向装置，和一个为可摆动地装在第一臂远端的第二臂设置的第二平衡机构，它包括一个设置在第二臂操作侧的对侧的平衡物，当第一臂的角运动中心构成支点时、它与操作侧保持平衡。\n操作时，当第一臂角运动时，联接部件与第一臂同步角运动。联接部件与联接零件联接、而联接零件与柔性联接机构联接。柔性联接机构向使弹簧变形的方向运动，通过导向装置使第一臂保持平衡。\n第二臂的操作侧用平衡物平衡，使第二臂保持平衡。\n如上所述，本发明的工业机器人平均机构靠通过柔性联接机构操纵弹簧取得平衡、而没有使用现有的连杆机构。因此，平衡机构的零件数量大大减少，而下即使在任何位置安装工业机器人、也不必大换平衡机构的零件。\n图1是显示出按本发明的一个实施例的工业机器人平衡机构的局部剖开的主视图。\n图2是图1平衡机构的主要部分的剖视图。\n图3（a）和（b）是具有图1的平衡机构的工业机器人的俯视图 和主视图。\n图4是装在墙壁上的工业机器人的主视图。\n图5是悬挂在天花板上的工业机器人的主视图。\n图6是装有现有的平衡机构的机器人的主视图。\n图7是沿图6中A-A线的剖视图。\n图8是沿图7中箭头B方向看去的机器人的部分侧视图。\n现在，叙述装有本发明的平衡机构的工业机器人的一个实施例。\n图1是按本发明一个实施例的工业机器人平衡机构的部分剖视图。图2是图1平衡机构主要部分的剖视图，其中销座附在B2位置，图3（a）和（b）是有平衡机构的工业机器人的俯视图和主视图。\n这台工业机器人的结构与现有的机器人一样。如图3（a）和（b）所示，工业机器人（以上称为“机器人”）1包括一个可转动的座3（以下称为“座”），它通过一个未示出的轴承可转动地安装在基座2上，第一臂（4）的近端可摆动地装在座3上，其一端装有操作腕5的第二臂6可摆动地装在第一臂4的远端。\n驱动座3、第一臂4和第二臂6的促动器均未示出。\n在上述工业机器人1中，如图1和2所示，其近端可摆动地装在座3上的第一臂4和装在第一臂远端的第二臂6装有一个第一平衡机构Z1和一个第二平衡机构Z2，以便使这两个臂保持平衡。\n下面详细叙述第一臂4上的第一平衡机构Z1。\n第一臂4上的第一平衡机构Z1包括一个联接部件，该部分包括一个与可摆动地装在座3上的第一臂4的近端的角运动中心α一体安装的联接体7和销座11，一个一端固定在座3上的压缩弹簧（下称“弹簧”）8，一根构成柔性联接机构的链条9，它通过联接部件把臂4的 角运动连续地传递给弹簧8，和由链轮21A和21B组成的导向装置。\n更具体地，如图1和2所示，联接体7一体地配置在第一臂近端的角运动中心a处，以和第一臂4同步作角运动，带有垂直地安装在其上的销10的销座1通过未示出的螺栓偏离第一臂角运动中心a地固定在联接体7上，以销座11的架置位置可以改变。联接体7和销座11上的销10联接。一端8a固定在座上的弹簧8被容纳在一个套14中。套的接近座的底端有一个孔15。链支承16装在弹簧8的另一端8B处，该不固定在座上。链支承轴17安装在链支承16上使链支承16的安装位置可以改变。链轮21A和21B并排配置在通过轴承19可转动地配置在座3上的支承轴20上，构成导向装置，两个链轮互相同步转动。一端装在链支承轴17上的链条9A的另一端固定在链轮21A的一个齿22A上。以及，一端装在联接零件13上的链条9B的另一端固定在链轮21B的一个未示出齿上。链条9A和9B的各自的另一端分别沿相反的方向绕过链轮21A和21B的下边。链条9A从其与链轮21A的啮合起点到其与链支承承17的安装位置之间的这一段穿过套14的孔15并且直线延伸。更具体地，弹簧8的变形方向与链条向链轮21A的运动方向一致。当第一臂4直立时，从链条9B和链轮21B啮合起点到链条9B的联接零件13的联接点之间的链条长度最短。因此，当第一臂4沿箭头A1或A2方向角运动时，链轮21B顺时针转动（沿图1中的箭头A3）并且链条9A就绕在链轮21A上，链轮21A与链轮21B同步地同向转动，接着，链支承轴17向下运动（沿图1中的箭头A4的方向），弹簧被压缩，从而保持了平衡。\n更具体地，当相对于角运动中心a的第一臂4的负载力矩随第一臂。 的位置而变化时，第一平衡机构Z1就如下操作。\n当第一臂4的位置沿图1中的箭头A1或A2改变时，第一平衡机构Z1上的弹簧8象上面所叙述过的那样被压缩，并且弹簧的回弹力增加。因此，弹簧的回弹力与相对第一臂角运动中心α的力矩互相平衡。\n当第一臂4的负载变化很大时，可以改变销10的位置，链支承轴17相对链支承16的位置，与改变链条9A和9B有关的链轮21A和21B的直径和弹簧8的回弹力和弹簧常数以适应载荷的变化。\n第二臂6的平衡机构Z2将在下面详细叙述。如图1所示，操作腕5安装在装于第一臂4的远端上的第二臂6的一端6a上。另一方面，平衡物30装在第二臂上与6a端相对的另一端，而第二臂6的角运动中心β则构成支点。\n如上所述，因为第二臂6上配有平衡物30，所以即使第二臂6交动到任何位置，都适用于用平衡物30使之相对于第二臂6的角运动中心β平衡。第二臂6所受的负载集结在其角运动中心β上，因此即使第二臂动动到任何位置，第一臂4上的负载条件也不发生变化。\n还有，即使装于第二臂6的6a端的腕5的重量由于工作需要而改变，平衡物30的重量也可以随之改变，从而很容易使第二臂相对于其角运动中心β的平衡保持下去。\n前面的说明是对垂直安装于地面的机器人1作出的，当机器人1如图4和5所示悬挂在墙上或天花板上工作时，可作如下调整。由于链轮21A和21B并排布置，而且作用了链支承轴17（其垂直安装位置可调），这一调整很容易进行。\n更具体地说，当工业用机器人1如图4所示挂在墙上时，只需在弹簧8被压缩的状态下将销座11和第一臂4平衡机构Z1的联接体7的 安装位置如图1中所示的那样从B1移到B2。换言之，当销座11固定到位置B2，而且第一臂处于水平位置，如图4所示，为了支持第一臂4和第二臂6的载荷，弹簧8始终被压缩以取得平衡。还有，当第一臂沿图4中箭头A1方向向下运动时，弹簧8进一步被压缩以便支持负载。另一方面，当第一臂沿A2方向向上运动时，弹簧8反向变形以取得平衡。\n当机器人1如图5所示悬挂于天花板上时，反需将销座11对联接体7的安装位置在弹簧8被压缩的状态下从图1中的B1移到B3。换言之，当销座11变安装到B3处，弹簧8几乎被压缩，并且即使第一臂沿A1或A2方向运动，弹簧的恢复力都作用在臂上。\n在实施例中，采用链条9A和9B作为柔性联接机构，但是也可以用同步皮带和缆绳代替，如果它们能连续改变力矩的话。\n还有，在本发明平衡机构中的弹簧8采用压缩弹簧比较合适，但不必局限于压缩弹簧。联接零件可以通过链条直接与链支承轴17与链支承轴17联接。而链导向机构可以由一个链轮构成。