专利名称：载荷补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种载荷补偿装置，该载荷补偿装置用于与作用在具有工作臂的机器人、机械手、作业设备等的工作臂整体上的重力取得平衡。
背景技术：
以往，作为设置了在垂直面内转动的工作臂的机器人等的载荷补偿装置，例如专利文献1、专利文献2记载的那样，提出了这样的装置，该装置使用钢丝绳和连接到钢丝绳的螺旋弹簧，与工作臂的倾斜角度无关地使作用在工作臂及由其保持的工件等的重力与弹簧力平衡，进行载荷补偿。图16表示这样的现有的载荷补偿装置的概略结构，在该图中，载荷补偿装置Al在设于水平的地板面上的支承体A2上把工作臂A3绕水平轴转动自如地支承在0点上，另外， 在从0点向垂直上方离开了距离h的A点连接钢丝绳A4的一端。上述钢丝绳A4在工作臂A3上的从0点离开了距离ρ的B点经由从上下夹住上述钢丝绳Α4地设置的一对导轮Α5、Α6而折曲，其另一端与拉伸螺旋弹簧Α7的一方的端部连接。上述拉伸螺旋弹簧Α7，在从自然长度(在外力未作用的状态下的长度)拉伸了等于A点与B点之间的钢丝绳Α4长度Ls的量之后的状态下，在工作臂A3上连接其另一端。 (在该图中，为了方便说明，拉伸螺旋弹簧Α7相比上述长度Ls按比实际缩短了的方式进行了描绘。)在这里，工作臂A3保持图中未表示的工件，在作用点G沿垂直方向上作用与该工件的重量和工作臂A3的自重相加了的总重量等价的载荷W。如设O-G间的距离为L，则如图16所示，在工作臂A3从水平方向X倾斜了角度θ 的姿势下，由载荷W产生的绕0点的负荷转矩τ ff如下述那样表示。τ w = WLcos θ (El)另一方面，如将上述拉伸螺旋弹簧Α7的弹簧常数设为k，那么，由比自然长拉伸了长度Ls的拉伸螺旋弹簧A7作用在钢丝绳A4上的张力TST = kLs，因此，从图16可以看出，由上述张力T绕0点产生的弹簧力转矩τ s如下述那样表示。
Ts = kLshsin(p ( E2 )另一方面，由于
LsSincp = pcos9 ( E3 )所以，从上述(E2)和(E3)式中将φ消去，则τ s = kphcos θ (Ε4)在这里，弹簧力转矩^的方向与负荷转矩^相反，根据上述(El)式和(Ε4)式的关系，使k = WL/ph地选择拉伸螺旋弹簧A7的弹簧常数k，则弹簧力转矩τ s能够与角度θ无关地与负荷转矩τ 平衡，进行载荷补偿。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特许第4144021号公报专利文献2 日本特开2007-119249号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，在上述载荷补偿装置Al中，每次工作臂A3上下转动，支承工作臂A3的钢丝绳Α4通过一对导轮Α5、Α6间，如折曲长期重复发生，则存在疲劳使其破断而导致发生工作臂A3落下的事故的危险。另外，如增大支承工作臂A3的钢丝绳Α4的直径，或增大用于对其进行折曲引导的导轮Α5、Α6的直径，则用于进行载荷补偿的上述那样的装置各部分的几何学关系失调，变得不能进行完全的补偿，为此，难以适用到大的载荷作用的工作臂。因此，本发明的目的在于解决上述那样的以往技术的问题点，提供一种能够对大的载荷作用的工作臂进行载荷补偿并且安全性和耐久性优良的载荷补偿装置。用于解决问题的手段本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸在从第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该活塞杆具有嵌插在上述工作缸内的活塞，在上述工作臂的纵向中间位置(日语途中位置)由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接；该补偿缸从上述工作臂离开地设置，用管路与上述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在上述管路中通过的工作流体与上述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对上述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的上述工作缸的活塞杆，产生与施加在上述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩。本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸被由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在上述工作臂的纵向中间位置；该活塞杆具有嵌插在上述工作缸内的活塞，在从第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该补偿缸从上述工作臂离开地设置，用管路与上述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在上述管路中通过的工作流体与上述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对上述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的上述工作缸的活塞杆，产生与施加在上述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩。本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸在从第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该活塞杆具有嵌插在上述工作缸内的活塞，在上述工作臂的纵向中间位置由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接；该补偿缸从上述工作臂离开地设置，用管路与上述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在上述管路中通过的工作流体与上述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对上述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的上述工作缸的活塞杆，产生与施加在上述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩；上述工作缸和补偿缸的至少一方通过驱动用管路将彼此用管路连接着的那一侧的相反侧的孔口与驱动用流体回路连接，从上述驱动用流体回路对与上述孔口连通的缸室内进行工作流体的给排，从而对工作臂进行驱动。本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸被由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在上述工作臂的纵向中间位置；该活塞杆具有嵌插在上述工作缸内的活塞，在从第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该补偿缸从上述工作臂离开地设置，用管路与上述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在上述管路中通过的工作流体与上述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对上述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的上述工作缸的活塞杆，产生与施加在上述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩；工作缸和补偿缸的至少一方通过驱动用管路将彼此用管路连接着的那一侧的相反侧的孔口与驱动用流体回路连接，从上述驱动用流体回路对与上述孔口连通的缸室内进行工作流体的给排，从而对工作臂进行驱动。本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、滑块、导杆、以及压缩螺旋弹簧；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该滑块在从第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该导杆通过第二枢轴支撑安装部并在轴向上滑动自如地由上述滑块进行引导保持，从该滑块突出的一方的端部由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在上述工作臂的纵向中间位置，并且在从上述滑块突出的另一方的端部设有弹簧座部；该压缩螺旋弹簧伸缩自如地宽松嵌套在上述导杆外周，在全长从无负荷时的自然长度被压缩了大致等于第二枢轴支撑安装部与第三枢轴支撑安装部之间的距离的长度的状态下，被组装在上述弹簧座部与上述滑块之间，对在上述工作臂上绕第一枢轴支撑安装部施加的负荷转矩进行补偿。另外，本发明的载荷补偿装置具有支承体、工作臂、滑块、导杆、以及压缩螺旋弹簧；该工作臂由第一枢轴支撑安装部在上述支承体上转动自如地支承一方的端部；该滑块由第三枢轴支撑安装部转动自如地支承在上述工作臂的纵向中间位置；该导杆通过第三枢轴支撑安装部并由上述滑块在轴向上滑动自如地进行引导保持，从该滑块突出的一方的端部在从第一枢轴支撑安装部往垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承，并且，在从上述滑块突出的另一方的端部设有弹簧座部；该压缩螺旋弹簧伸缩自如地宽松嵌套在上述导杆外周，在全长从无负荷时的自然长度被压缩了大致等于第二枢轴支撑安装部与第三枢轴支撑安装部之间的距离的长度的状态下，被组装在上述弹簧座部与上述滑块之间，对在上述工作臂上绕第一枢轴支撑安装部施加的负荷转矩进行补偿。发明的效果按照本发明的载荷补偿装置，由于为这样的结构，该结构由工作缸承受作用在工作臂上的载荷，将其通过由管路与工作缸连接着的补偿缸传递到弹簧构件，为此，没有如现有的使用钢丝绳和拉伸螺旋弹簧的载荷补偿装置那样因为钢丝绳的磨损、疲劳导致的破断引起工作臂的落下事故的危险，能够应对大的载荷，并且能够获得高安全性和耐久性。由于工作缸与补偿缸之间由管路连接，所以，补偿缸和弹簧构件的设置场所的自由度大。另外，通过改变工作缸与补偿缸的受压面积比，能够在上述受压面积比的2次方倍的范围对产生在工作缸的活塞杆上的拉力与伸缩位移之间的表观上的弹簧常数进行选择， 为此，作为载荷补偿装置的设计的自由度大，能够应对宽范围的重量。本发明的载荷补偿装置可这样进行布置，即，工作缸与其活塞杆处于相反方向，活塞杆侧连接到第二枢轴支撑安装部，工作缸侧连接到第三枢轴支撑安装部，根据需要对它们双方的方式的任一种进行选择，为此，设计的自由度大。按照本发明的载荷补偿装置，还由于用于工作臂的载荷补偿的工作缸、补偿缸兼用作对工作臂进行驱动的驱动机构，所以，不需要另行设置驱动缸装置等，能够实现装置的小型化、轻质化，并且维护简单，能够减少制作成本。按照本发明的载荷补偿装置，作用在工作臂上的载荷通过导杆由压缩螺旋弹簧承受，为此，没有如现有的使用拉伸螺旋弹簧和钢丝绳的载荷补偿装置那样因为钢丝绳的磨损、疲劳导致的破断引起工作臂的落下事故的危险，为此，能够获得高安全性和耐久性。由于组合导杆和压缩螺旋弹簧来承受作用在工作臂上的载荷，为此，与现有的使用钢丝绳的载荷补偿装置相比，更能够处理重物。本发明的载荷补偿装置的压缩螺旋弹簧的安装位置的自由度高，工作臂在哪个位置都可配置，设计上的自由度高。按照本发明的载荷补偿装置，连接支承体承受的负荷转矩不施加在工作臂上，即使是在连接支承体上还连接第二级的工作臂、末端执行器等物体那样的场合，支承在支承体上的工作臂也能够与被连接到连接支承体前方的物体的重心位置的变化无关地进行载荷补偿。
图1为使用了本发明的工作缸的载荷补偿装置的实施例1的概略图。图2为工作缸的纵剖视图。图3为本发明的载荷补偿装置的实施例2的概略图。图4为本发明的载荷补偿装置的实施例3的概略图。图5为本发明的载荷补偿装置的实施例4的概略图。图6为本发明的载荷补偿装置的实施例5的概略图。图7为本发明的载荷补偿装置的实施例6的概略图。图8为实施例6的工作缸的支承结构的部分图。图9为将工作缸与补偿缸一体化了的载荷补偿装置的模式图。图10为本发明的载荷补偿装置的实施例7的概略图。图11为表示实施例7的载荷补偿装置的各部分的几何学关系的模式图。图12为本发明的载荷补偿装置的实施例8的概略图。图13为本发明的载荷补偿装置的实施例9的概略图。图14为本发明的载荷补偿装置的实施例10的概略立体图。
图15为表示实施例10的载荷补偿装置的滑块的支承结构的部分图。图16为现有的载荷补偿装置的概略图。图17为表示现有的载荷补偿装置的各部分的几何学关系的模式图。
具体实施例方式下面，参照附图的实施例说明本发明。实施例1图1为本发明的载荷补偿装置的实施例1的概略图，该图所示载荷补偿装置101 具有固定在地板面的支承体102。在该支承体102上由水平的轴103(第一枢轴支撑安装部)绕该轴103转动自如地支承工作臂104。另外，在处于从支承体102的轴103的中心0往垂直上方离开了距离h的位置的 A点，工作缸105通过固定在其头部侧的连接杆106由与上述轴103平行的轴107(第二枢轴支撑安装部)转动自如地支承。如图2所示，设在活塞杆108的一端的活塞108A滑动自如地嵌插在工作缸105的缸室105A内。另外，在上述缸室105A周壁的杆侧的端部和头部侧的端部设置用于分别将缸室105A内与外部连通的孔口 P1、P2。如图1所示，从缸室105A突出的活塞杆108的端部由与轴103平行的轴109(第三枢轴支撑安装部)转动自如地连接在从作为轴103(第一枢轴支撑安装部)的中心的0 点离开了距离ρ的、工作臂104的纵向中间位置B点。在支承体102的近傍，补偿缸110设置在固定支架111上。在补偿缸110内设置活塞112A，活塞杆112向缸上方突出。上述活塞杆112的上端连接在可动支架113的下面。该可动支架113按能够与活塞杆112—体地上下移动的方式通过图中未表示的导向单元保持在固定支架111上。另外， 在固定支架111与可动支架113之间，压缩螺旋弹簧114(弹簧构件)在比自然长度被压缩了规定长度的状态下与补偿缸110并列地安装。与上述的工作缸105同样，补偿缸110在缸室IlOA的杆侧的端部和头部侧的端部分别具有用于与外部连通的2个孔口 PI、P2，补偿缸110的充填有工作流体的一侧的孔口 Pl与工作缸105侧的孔口 Pl由管路115连接。在工作缸105的缸室105A的杆侧与补偿缸110的缸室IlOA的杆侧以及管路115 内充满了工作流体。该工作流体一般使用油那样的非压缩性流体。另外，分别设在工作缸105和补偿缸110上的孔口 P2都向大气开放。在该载荷补偿装置101中，如使工作臂104绕轴103旋转，则活塞杆108使缸105 内的活塞108A移动，该移动通过工作流体传递给补偿缸110的活塞112A。在这里，当工作缸105的活塞108A在缸内移动了 L1时，补偿缸110侧的活塞112A 连动地移动L2。设工作缸105的活塞108A的受压面积为S1,补偿缸110的活塞112A的受压面积为&，如工作流体为非压缩性流体，则在工作缸105侧流出(或流入)的工作流体的容积与在补偿缸侧流入(流出)的容积相等，因此，L1S1 = L2S2(I)设压缩螺旋弹簧114的弹簧常数为K，则当其从自然长度被压缩了 L2时作用在补偿缸Iio的活塞112A上的力F为F = KL2 (2)设从补偿缸110通过工作流体传递到工作缸105的活塞108A的力为f，根据帕斯
卡原理，f = (S1ZS2)F(S)将(1)式和⑵式适用到(3)式中，则f = (S1A2)KL2= (S1ZS2)2KL1 (4)在这里，如设k= (S1S2)2K,则表示为f = kL1;所以，工作缸105在表观上看成与弹簧常数k的弹簧等价。在这里，工作臂104保持图中未表示的工件等，考虑与将该工件的重量和工作臂 104的自重相加获得的总重量等价的载荷W在垂直方向上作用在从0点离开了距离L的作用点G的场合。如设k = WL/ph, L1为轴107 (第二枢轴支撑安装部)的中心位置A点与轴109 (第三枢轴支撑安装部)的中心位置B点间的距离Ls，根据与前面在图16及图17中说明了的现有的载荷补偿装置中的补偿原理相同的原理，能够与工作臂104的倾斜角度无关地实现使作用在工作臂104上的绕轴103(第一枢轴支撑安装部)作用的负荷转矩为0的载荷补偿。在该场合，压缩螺旋弹簧114的弹簧常数K如以下那样表示。K = (S2ZS1) 2k = (S2ZS1)2 (WL/ph) (5)从(5)式可以看出，压缩螺旋弹簧114的弹簧常数K能够按补偿缸110的活塞112A 与工作缸105的活塞108A的受压面积比的2次方进行变化，为此，在不能获得宽的P、h等的选择范围的场合，也能够增大设计自由度。而且，在本实施例的载荷补偿装置101中，将补偿缸110和压缩螺旋弹簧114并列地配置在固定支架111上，通过可动支架113连接补偿缸110的活塞杆112与压缩螺旋弹簧114，但不限于此，也可使得例如活塞杆112和压缩螺旋弹簧114串连地配置在同轴上，或使压缩螺旋弹簧114内装在补偿缸110的头部侧而直接对活塞施力。另外，在本实施例的载荷补偿装置101中，使用压缩螺旋弹簧114，但弹簧构件不限于此，例如也可将活塞杆112与拉伸螺旋弹簧连接，获得与压缩螺旋弹簧114同等的弹性力。而且，通过在连接工作缸105与补偿缸110之间的管路115的途中设置开闭阀、储压器等，能够简单地附加工作臂104的锁定、阻抗调整的功能。实施例2图3为本发明的载荷补偿装置的实施例2的概略图，该图所示载荷补偿装置IOlA 由轴107'(第二枢轴支撑安装部)转动自如地在支承体102上支承工作缸105'的活塞杆108'侧的端部外周面，在该图中，用与图1中的附图标记相同的附图标记表示的部分为与上述载荷补偿装置101大致相同的构成。图3所示载荷补偿装置IOlA具有与上述载荷补偿装置101相同的载荷补偿的原理，但工作缸105'的杆侧的端部位置用轴107'按能够旋转的方式支承在支承体102上， 从而能够增大活塞杆108'的行程，具有能够获得增大工作臂104的转动范围的优点。实施例3
图4所示载荷补偿装置IOlB还追加了用于分别向上述载荷补偿装置IOlA的补偿缸Iio的头部侧孔口 P2和工作缸105'的头部侧孔口 P2供给或从其排出驱动用工作流体的一对驱动用管路116A、116B，其它部分为与图3所示载荷补偿装置IOlA大致相同的构成。该载荷补偿装置IOlB将驱动用管路116A、116B连接到图中未表示的驱动流体回路。作为该驱动流体回路，使用例如由油压泵、换向阀等构成的公知的油压回路等。在该实施例的构成中，在借助于压缩螺旋弹簧114(弹簧构件)的反弹力对在工作臂104上绕轴103(第一枢轴支撑安装部)作用的负荷转矩进行补偿的状态下，如从一方的驱动管路116A向补偿缸110供给工作流体，则补偿缸110的活塞112A被向上推起。结果，缸室IlOA的杆侧的流体被从孔口 Pl挤出，通过管路115，从工作缸105'的孔口 Pl流入到缸105'内，将活塞向上抬起，所以，由杆108'使工作臂104绕逆时针方向转动，工作臂104上升。图中虽然未表示，但实际上载荷补偿装置IOlB的工作缸105'在头部侧的缸室内也充满工作流体，借助于活塞的移动，该工作流体通过驱动管路116B回流到驱动流体回路侧。相反，在通过驱动流体管路116B向工作缸105'供给了工作流体的场合，工作臂 104绕顺时针方向转动而下降，工作缸105'的杆侧缸室内的流体从孔口 Pl通过管路115， 从补偿缸110的孔口 Pl流入到缸室IlOA的杆侧。结果，补偿缸110的活塞112A被向下方推，活塞杆112、可动支架113成为一体地下降，压缩螺旋弹簧114进一步受到压缩，反弹力增大，由该增大了的反弹力对由工作臂 104的绕顺时针方向的转动增加了的负荷转矩进行补偿。在本实施例中，由于将用于工作臂104的载荷补偿的工作缸105'、补偿缸110兼用作工作臂104的驱动机构，为此，不需要另行设置驱动缸装置等。而且，在本实例的载荷补偿装置IOlB中，将驱动用管路116A、116B双方连接到图中未表示的驱动流体回路，但也可省略任一方。在该场合，未连接管路的工作缸105'或补偿缸110的孔口 P2向大气中开放。另外，如通过连接到补偿缸110和工作缸105'的任一方的孔口 P2的驱动流体管路从驱动用流体回路供给流体，或形成为负压进行吸引，则在逆时针方向或顺时针方向哪个方向都能够使工作臂104转动。实施例4图5所示载荷补偿装置IOlC在工作缸105'的缸室105' A的头部侧和补偿缸 110的缸室IlOA的头部侧充满了工作流体，用管路115对工作缸105'的头部侧的孔口 P2 与补偿缸Iio的头部侧的孔口 P2之间进行连接，各个的杆侧的孔口 Pl向大气中开放，除了这一点外，其它为与上述图3所示载荷补偿装置IOlA相同的构成。在本实施例的载荷补偿装置IOlC中，借助于作用在工作缸105'的活塞杆108' 上的拉伸载荷，将产生在工作缸105'的缸室105' A的头部侧的负压通过管路115传递到补偿缸110的缸室IlOA的头部侧，朝下方对补偿缸110的活塞112A进行吸引而使压缩螺旋弹簧114(弹簧构件)收缩，工作缸105'的活塞与补偿缸110的活塞的关联动作与先前说明了的载荷补偿装置101、IOlA相同。而且，在本实例的载荷补偿装置IOlC中，使工作缸105'和补偿缸110的任一方的孔口 Pl连接到驱动流体回路，使另一方的孔口 Pl向大气中开放，或将双方的孔口 Pi连接到驱动流体回路，能够与上述的图4所示载荷补偿装置IOlB同样地对工作臂104进行驱动。实施例5图6为表示本发明的载荷补偿装置的再另一实施例的概略侧面图，该载荷补偿装置IOlD虽然基本结构与上述图3的载荷补偿装置IOlA相同，但在工作臂104的下方具有由轴103A转动自如地支承在支承体102上的辅助工作臂104A。工作臂104与辅助工作臂104A的前端部彼此分别用轴117A(第四枢轴支撑安装部)和轴117B转动自如地连接在连接支承体118上，由支承体102、工作臂104、连接支承体118、以及辅助工作臂104A构成平行连杆。因此，与工作臂104的倾斜角度无关地由该平行连杆将连接支承体118 —直保持为一定的姿势。在连接支承体118上，按悬臂状态水平地安装载重滑车导轨120，该载重滑车导轨 120移动自如地对悬挂货物C的载重滑车119进行引导。在该载荷补偿装置IOlD中，如在连接支承体118上在作用点G'作用载重滑车导轨120、载重滑车119、货物C的合计重量的等价载荷W'，则在连接支承体118上由上述载荷W'绕轴117A(第四枢轴支撑安装部)作用负荷转矩，但由支承体102、工作臂104、连接支承体118、以及辅助工作臂104A构成平行连杆机构，借助于由该平行连杆机构构成的平行运动机构，使得上述负荷转矩不会作用在工作臂104、辅助工作臂104A上。因此，在工作臂104上在作用点G作用载荷W，该载荷W通过将工作臂104的自重、 辅助工作臂104A、连接支承体118相加得到的重量和上述载荷W'相加而获得，如选择压缩螺旋弹簧114的弹簧常数，则能够与载重滑车导轨120上的载重滑车119的位置无关地在任意的角度使工作臂104平衡。而且，作为用于与工作臂104的倾斜角度无关地一直将连接支承体118保持在固定姿势的平行运动机构，不限于上述平行连杆机构，虽然省略了图示，但实际上例如也可按与工作臂104的角度无关地使连接支承体118保持一定的姿势的方式，组合一对液压缸装置构成平行运动机构，该一对液压缸装置在支承体102与工作臂104之间及工作臂104与连接支承体118之间分别由管路相互连接而使双方的活塞杆同步。另外，虽然省略了图示，但实际上也可这样构成平行运动机构，S卩，例如在支承体 102的轴103的位置和连接支承体118的轴117A的位置分别固定带有相同齿数的齿的皮带轮，在这些带齿皮带轮之间挂设同步皮带，或用与工作臂104平行的钢丝绳连接支承体102 与连接支承体118之间。另外，在载荷补偿装置IOlD中，在连接支承体118上安装载重滑车导轨120，但不限于此，例如也可在连接支承体118上转动自如地支承第二级的工作臂，在连接支承体118 与该第二级的工作臂之间也安装工作缸，使得对于作用在第二级的工作臂上的载荷也能够按与上述各载荷补偿装置相同的原理进行载荷补偿。另外，在上述各载荷补偿装置110、101A、101B、101C、101D中，也可按第一枢轴支
撑安装部彼此排列在水平的同一直线上的方式并列多个工作臂，将各个工作臂的工作缸与共用的补偿缸连接，使这些工作臂协同动作。
在该场合，如在各工作臂上保持底面的高度不均勻的物品，则各个工作臂使得适合物品的底面形状地自动进行相互的上下位置调整，在各工作臂上均等地施加物品的重量，能够按载荷得到了补偿的状态使各工作臂一起上下移动。但是，在载荷补偿装置IOlD 的场合，只要在连接支承体118上安装保持臂代替载重滑车导轨120，在其上保持物品即可。实施例6图7为表示本发明的载荷补偿装置的再另一实施例的概略立体图，在该图所示载荷补偿装置IOlE中，工作臂104A在支承体102A上在成为第一枢轴支撑安装部的0点按能够绕相互垂直的俯仰轴、翻滚轴、摆动轴各轴转动的方式受到支承。而且，在该图中，Ml模式地表示使工作臂104A绕俯仰轴摇动的致动器，M2模式地表示使工作臂104A绕翻滚轴倾动的致动器，M3模式地表示使工作臂104A绕摆动轴回转的致动器。另外，在从0点往垂直上方离开了的规定位置A点，虽然省略了图示，但实际上如图7所示那样，工作缸122的杆侧端部通过构成第二枢轴支撑安装部的万向节机构121的万向节支架121A，按能够绕2组的轴121B、121C转动的方式支承在万向节支承构架121D 上，该2组的轴121B、121C的轴线的延长线在A点相互垂直。万向节支承构架121D在支承体102A上方按相对于其相对固定了的位置关系设置。另外，工作缸122的活塞杆123的前端部在工作臂104A的纵向中间位置B点的第三枢轴支撑安装部转动自如地连接。第三枢轴支撑安装部虽然省略了图示，但实际上使用能够追随绕工作臂104A的俯仰轴、翻滚轴、摆动轴的各轴的转动的球窝接头等构成。工作缸122为与上述图3的载荷补偿装置IOlA的工作缸大致相同的结构，仅第二枢轴支撑安装部的连接结构不同。另外，用与图3相同的附图标记表示的部分成为与载荷补偿装置IOlA相同的结构。在图7中，第一枢轴支撑安装部的中心0点、第二枢轴支撑安装部的中心A点、第三枢轴支撑安装部的中心B点的3点一直位于垂直面内，在该垂直面内的这些枢轴支撑安装部的配置成为与图3的载荷补偿装置IOlA中的轴103、轴107'、轴109间的配置相同的几何学关系。因此，工作臂104A不论在绕第一枢轴支撑安装部的中心0点朝什么样的方向转动了的位置，都能够按与载荷补偿装置IOlA相同的原理进行载荷补偿，能够减轻各致动器 M1、M2、M3的负担。上述的本发明的各实施例的载荷补偿装置101、101A、101B、101C、101D、IOlE都成为这样的构成，即，在从作为工作臂相对于支承体的转动中心的第一枢轴支撑安装部往上述支承体的垂直上方离开了的规定位置用第二枢轴支撑安装部转动自如地支承工作缸，另一方面，在工作缸内嵌插了活塞的活塞杆在上述工作臂的纵向中间位置由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接，但也可使得工作缸和其活塞杆处于相反方向，成为将活塞杆侧连接到第二枢轴支撑安装部、将工作缸侧连接到第三枢轴支撑安装部的布局，根据需要对它们双方的方式的任一种进行选择，为此，设计的自由度大。在实施例1 6的载荷补偿装置101、101A、102B、101C、101D、101E中，如设工作缸105、105'、122的活塞的受压面积Sl和补偿缸110的活塞受压面积S2相等，即，Sl =S2，而且，省略管路115，将两缸串连地连接，则成为图9所示构成，与将工作缸和补偿缸一体化、两缸间仅用1根活塞连接的构成等价。另外，如将压缩螺旋弹簧114串连地配置在上述一体化了的缸上，则如以下的实施例那样仅用弹簧就能够进行载荷补偿。实施例7图10为表示本发明的载荷补偿装置的实施例7的概略图，该图所示载荷补偿装置 1具有固定在地板面上的支承体2。在该支承体2上由水平的轴3 (第一枢轴支撑安装部) 绕该轴3转动自如地支承工作臂4。另外，在支承体2的轴3的垂直上方位置绕与该轴3平行的轴5 (第二枢轴支撑安装部)转动自如地支承块状的滑块6。在上述滑块6上形成图中未表示的导孔，导杆7在其纵向上滑动自如地由该导孔进行弓I导支承。而且，轴5的延长线与导杆7的轴线成为垂直的位置关系，轴5按不向上述导孔内突出的结构连接到滑块6。导杆7的一方的端部由与上述轴3平行的轴8 (第三枢轴支撑安装部)绕该轴8 转动自如地连接在工作臂4的纵向中间位置。另外，在该导杆7的另一方的端部设有弹簧座部9。在本实施例的场合，弹簧座部9按比导杆7的其它部分更大的直径一体形成，在弹簧座部9与滑块6之间，按预先比其自然长度被压缩了等于轴5与轴8的轴间距离Ls的长度的状态将压缩螺旋弹簧10伸缩自如地安装在导杆7上。而且，弹簧座部9构成为螺母状的别的部件，与在导杆7的另一方的端部按规定长度形成了的螺纹进行螺旋接合，从而能够将压缩螺旋弹簧10容易地安装在导杆7上，并且容易进行压缩长度的调整。在该图中，在工作臂4上在作用点G的位置在垂直方向上作用载荷W，该载荷W等价于其自重和在垂直方向上作用于其上的外部载荷(这例如在工作臂4为机器人的臂的场合意味着作用在其前端的末端执行器、工件等的重量，在为起重机的臂的场合意味着悬挂货物的重量。)相加而获得的总重量。图11为将上述载荷补偿装置1的各部分的几何学关系模式化了的图，在该图中， 0点为轴3的中心位置，角度θ表示工作臂4相对于水平方向X的倾斜角。另外，A点为轴5的中心位置，从0点往垂直方向Y上方离开了距离h。另外，点B 为轴8的中心位置，这些A点与B点之间的距离为上述距离Ls。设载荷W作用的作用点G与0点之间的距离为L，则在工作臂4上由上述载荷W产生的绕0点的负荷转矩τ ff如下述那样表示。τ ff = WLCOs θ (6)另一方面，上述压缩螺旋弹簧10由于压缩了与A点和B点之间的距离Ls相等的距离，为此，如设弹簧常数为k，则该压缩螺旋弹簧10的恢复力kLs作为拉力作用在导杆7上。结果，由上述恢复力IcLs在工作臂4上绕0点产生下述的弹簧力转矩τ s。
权利要求
1.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸在从第一枢轴支撑安装部往所述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该活塞杆具有嵌插在所述工作缸内的活塞，在所述工作臂的纵向中间位置由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接；该补偿缸从所述工作臂离开地设置，用管路与所述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在所述管路中通过的工作流体与所述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对所述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的所述工作缸的活塞杆，产生与施加在所述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩。
2.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在所述工作臂的纵向中间位置；该活塞杆具有嵌插在所述工作缸内的活塞，在从第一枢轴支撑安装部往所述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该补偿缸用管路与所述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在所述管路中通过的工作流体与所述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对所述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的所述工作缸的活塞杆，产生与施加在所述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩。
3.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸在从第一枢轴支撑安装部往所述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该活塞杆具有嵌插在所述工作缸内的活塞，在所述工作臂的纵向中间位置由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接；该补偿缸用管路与所述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在所述管路中通过的工作流体与所述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对所述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的所述工作缸的活塞杆，产生与施加在所述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩，所述工作缸和补偿缸的至少一方通过驱动用管路将彼此用管路连接着的那一侧的相反侧的孔口与驱动用流体回路连接，从所述驱动用流体回路对与所述孔口连通的缸室内进行工作流体的给排，从而对工作臂进行驱动。
4.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、工作缸、活塞杆、补偿缸、以及弹簧构件，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该工作缸被由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在所述工作臂的纵向中间位置；该活塞杆具有嵌插在所述工作缸内的活塞，在从第一枢轴支撑安装部往所述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该补偿缸用管路与所述工作缸进行连接并嵌插了活塞，该活塞借助于在所述管路中通过的工作流体与所述工作缸的活塞连动；该弹簧构件直接地或通过该活塞的活塞杆对所述补偿缸的缸室内的活塞施力，通过与其连动的所述工作缸的活塞杆，产生与施加在所述工作臂上的负荷转矩平衡的补偿转矩，工作缸和补偿缸的至少一方通过驱动用管路将彼此用管路连接着的那一侧的相反侧的孔口与驱动用流体回路连接，从所述驱动用流体回路对与所述孔口连通的缸室内进行工作流体的给排，从而对工作臂进行驱动。
5.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、滑块、导杆、以及压缩螺旋弹簧，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该滑块在从第一枢轴支撑安装部往所述支承体的垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承；该导杆通过第二枢轴支撑安装部并由所述滑块在轴向上滑动自如地进行引导保持，从该滑块突出的一方的端部由第三枢轴支撑安装部转动自如地连接在所述工作臂的纵向中间位置，并且在从所述滑块突出的另一方的端部设有弹簧座部；该压缩螺旋弹簧伸缩自如地宽松嵌套在所述导杆外周，在全长从无负荷时的自然长度被压缩了大致等于第二枢轴支撑安装部与第三枢轴支撑安装部之间的距离的长度的状态下，被组装在所述弹簧座部与所述滑块之间，对在所述工作臂上绕第一枢轴支撑安装部施加的负荷转矩进行补偿。
6.一种载荷补偿装置，其特征在于具有支承体、工作臂、滑块、导杆、以及压缩螺旋弹簧，该工作臂由第一枢轴支撑安装部在所述支承体上转动自如地支承一方的端部；该滑块由第三枢轴支撑安装部转动自如地支承在所述工作臂的纵向中间位置；该导杆通过第三枢轴支撑安装部并由所述滑块在轴向上滑动自如地进行引导保持，从该滑块突出的一方的端部在从第一枢轴支撑安装部往垂直上方离开了的规定位置由第二枢轴支撑安装部转动自如地支承，并且，在从所述滑块突出的另一方的端部设有弹簧座部；该压缩螺旋弹簧伸缩自如地宽松嵌套在所述导杆外周，在全长从无负荷时的自然长度被压缩了大致等于第二枢轴支撑安装部与第三枢轴支撑安装部之间的距离的长度的状态下，被组装在所述弹簧座部与所述滑块之间，对在所述工作臂上绕第一枢轴支撑安装部施加的负荷转矩进行补偿。
7.根据权利要求1 6中的任何一项所述的载荷补偿装置，其特征在于连接支承体由第四枢轴支撑安装部转动自如地连接在工作臂前端部，并且，在所述工作臂与支承体之间设置平行运动机构，该平行运动机构不论该工作臂的角度如何都将所述连接支承体保持在固定姿势，而且，使得该连接支承体受到的负荷转矩不被施加在工作臂上。
全文摘要
提供一种能够进行工作臂的载荷补偿、安全性和耐久性优良的载荷补偿装置。在支承体(102)上由第一枢轴支撑安装部(103)支承工作臂(104)，在第一枢轴支撑安装部(103)的上方由第二枢轴支撑安装部(107)支承工作缸(105)，工作缸(105)的活塞杆(108)连接在工作臂(104)的第三枢轴支撑安装部(109)。补偿缸(110)的活塞杆(112)连接在可动支架(113)上，由将可动支架(113)向上抬起的压缩螺旋弹簧(114)向上对补偿缸(110)的活塞(112A)施力。工作缸(105)与补偿缸(110)在管路(115)内被连接，使工作臂(104)转动时，工作缸(105)的活塞的位移对补偿缸(110)的活塞施力，产生与工作臂(4)的负荷(W)的负荷转矩平衡的转矩，与工作臂(104)的角度无关地维持平衡的状态。
文档编号B25J19/00GK102471043SQ20108003133
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年7月15日
发明者山田泰之, 森田寿郎 申请人:学校法人庆应义塾