(57)【要約】【課題】機械的増幅、安定性、負荷耐性能力、および改善した動特性という利点を有する、ピックアンドプレイス（持ち上げて置く）操作を含む産業プロセスにおける使用のための産業ロボットを提供する。【解決手段】産業ロボットは、リング構造を、静止ベースプレートによって確立された基準面に対して実質的に固定された向きに維持しながら、３自由度をリング構造に提供する、パラレル運動学機構を含む。枢動スリーブは、静止ベースプレート内に吊り下げられ、中間ジンバルの２つの直角軸上で枢動し得る。細長い張り出し棒は、枢動スリーブ内に取り付けられ、上部端から枢動スリーブを通って下部端まで延出する。エンドエフェクタは、細長い張り出し棒の下部端に取り付けられ、作業要素を運ぶために配設される。ジンバルリングは、細長い張り出し棒の上部端および下部端に位置し、３次元作業枠にわたるエンドエフェクタの運動の間にエンドエフェクタをリング構造に略平行に維持するように制御リンケージによって相互接続される。【選択図】  図１
2020151847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．中心開口部を有する静止ベースプレートと、
ｂ．細長い張り出し棒を受け入れるように配設されたリング構造と、
ｃ．前記静止ベースプレートと前記リング構造との間に配設されたパラレル運動学的構造であって、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造の運動を３次元で提供する、パラレル運動学的構造と、
ｄ．前記リング構造内に取り付けられると共に第１の軸を中心に枢動可能な上部ジンバルリングと、
ｅ．前記リング構造内に取り付けられた上部端を備えると共に第２の軸を中心に枢動可能な前記細長い張り出し棒であって、前記第２の軸が、前記第１の軸に略直角であり、前記細長い張り出し棒が、前記静止ベースプレートの前記中心開口部を通って下部端部分まで延出する長さを有する、前記細長い張り出し棒と、
ｆ．前記細長い張り出し棒の前記下部端部分内に取り付けられると共に第３の軸を中心に枢動可能な下部ジンバルリングと、
ｇ．前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに接続して、前記張り出し棒の枢動運動の間に前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに略平行に維持する、第１の制御リンケージと、
ｈ．工具を運ぶためにおよび３次元可動域内の異なる位置に動くために配設されたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタが、前記下部ジンバルリングに取り付けられると共に第４の軸を中心に枢動可能であり、前記第４の軸が、前記第３の軸に略直角である、エンドエフェクタと、
ｉ．前記エンドエフェクタを前記リング構造に接続して、前記３次元可動域内の前記エンドエフェクタの前記位置に関わらず、前記エンドエフェクタを前記リング構造に略平行に維持する、第２の制御リンケージと、を備える、産業ロボット。
【請求項２】
前記パラレル運動学的構造が、
ａ．前記静止ベースプレートの上に締結されると共に前記中心開口部を中心にして配設された複数のアクチュエータと、
ｂ．前記静止ベースプレートに対してかつ互いに対して異なる位置で可動である、複数の制御アームであって、各々が、そのそれぞれのアクチュエータに回転可能に結合された駆動リンク、および一端で前記駆動リンクに回転可能に結合され、反対端で前記リング構造に回転可能に結合された被駆動リンクを有し、前記複数のアームが、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造を異なる高さ位置および水平位置まで動かすように配設される、複数の制御アームと、を備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項３】
前記パラレル運動学的構造が、デルタロボットを含む、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項４】
前記被駆動リンクが、平行四辺形リンケージを形成する２つの離間した平行アーム区分を備える、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項５】
前記３次元可動域が、円錐台の形状にある、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項６】
前記エンドエフェクタに取り付けられた工具を更に備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項７】
前記工具が、吸引先端部、空気動力式把持具、電気把持具、および強制空気先端部からなる群から選択される、請求項６に記載の産業ロボット。
【請求項８】
前記複数のアクチュエータのそれぞれが、回転サーボモータ、リニアモータ、ステッピングモータ、電気モータ、液圧シリンダ、および空気圧シリンダからなる群から選択される、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項９】
前記静止ベースプレートの前記中心開口部内に取り付けられると共に第５の軸を中心に枢動可能な中央ジンバルリングを更に備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１０】
前記中央ジンバルリング内に取り付けられると共に第６の軸を中心に枢動可能なスリーブを更に備え、前記第６の軸が、前記第５の軸に略直角であり、前記スリーブが、その中での前記細長い張り出し棒の摺動式運動を許容するように配設される、請求項９に記載の産業ロボット。
【請求項１１】
前記上部ジンバルリングが、前記第２の軸に沿う点から前記第１の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記下部ジンバルリングが、前記第３の軸に沿う点から前記第４の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記第１の制御リンケージが、前記円弧状アームの前記自由端に接続される、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１２】
前記上部リング構造が、前記第１の軸に沿う点から前記第２の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記エンドエフェクタが、前記第４の軸に沿う点から前記第３の軸に沿う点に位置する自由端まで円弧状に延出する円弧状アームを更に備え、前記第２の制御リンケージが、前記円弧状アームの前記自由端に接続される、請求項１１に記載の産業ロボット。
【請求項１３】
前記細長い張り出し棒が、前記上部ジンバルリング内に取り付けられる、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１４】
前記第１の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第２の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第１および第２の制御リンケージの前記長さが、ほぼ等しい、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１５】
前記張り出し棒が、略円筒状である部分を含む、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１６】
前記複数のアクチュエータが、少なくとも３つの駆動部を備える、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項１７】
前記複数のアクチュエータが、所定の円弧を通って旋回させられる、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項１８】
前記静止ベースプレートが、各制御アームに対応する切欠き部を含み、各前記切欠き部が、前記制御アームが完全に下げられた位置まで移動するときに、各前記制御アームと関連付けられた駆動リンクのそれを通る通過を許容する、請求項１７に記載の産業ロボット。
【請求項１９】
前記エンドエフェクタが、３６０度にわたって無制限の回転運動を提供する、請求項６に記載の産業ロボット。
【請求項２０】
前記被駆動リンクが、平行棒形状部材を含む平行四辺形リンクを構成する、請求項２に記載の産業ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット技術、より具体的には、機械的増幅、安定性、負荷耐性能力、および改善した動特性という利点を有する、ピックアンドプレイス（持ち上げて置く）操作を含む産業プロセスにおける使用のためのロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プロセスの柔軟な自動化のための産業ロボットの使用は、時間のかかる、単調で困難な作業を置き換えるために、ますます一般的になってきている。そのような作業は、例えば、チョコレートまたは類似の壊れ易いもしくは小さな対象物などのような菓子製品をコンベヤベルトから運び、対象物が別個のコンベヤベルト上で動いている場合に高速かつ高精度で、所定位置に、例えば、箱の中に置くことであり得る。小さくて繊細な対象物を高速かつ高精度で効果的に取り扱うことができる能力は、産業プロセスの自動化において大いに求められている。
【０００３】
（パラレルロボットとしても知られる）デルタ型ロボットは、様々な産業において、例えば、食品産業および製薬産業において、用途がある。デルタロボットは、Ｒ．Ｃｌａｖｅｌによって１９８５年に最初に開発され、米国特許第４，９７６，５８２号（Ｃｌａｖｅｌ）に記載される。デルタロボットは、特に軽量食品の包装についてそれらの価値を証明した。なぜなら、それらは、ピックアンドプレイス適用を実行するために極めて高速度および高精度を可能にするからであり、例えば、コンベヤベルトから製品を持ち上げてそれらをボール箱内に置くために、包装機械産業において効果的に使用され得る。デルタロボットは、典型的には、３自由度（３ＤｏＦ）を有すると共に、より簡易で、より小型の構造、および好都合な動特性を有するパラレルロボットである。
【０００４】
デルタロボットは、パラレルロボットであり、すなわち、それは、複数の運動連鎖、例えば、ベースをエンドエフェクタと接続する中部接合アームから成る。デルタロボットの重要な概念は、エンドエフェクタがその上に取り付けられるプラットフォームの運動を単一の並進、すなわち、回転のないＸ、Ｙ、またはＺ方向における運動のみに制限する、平行四辺形の使用である。ロボットのベースは、作業空間の上方に取り付けられる。複数のアクチュエータ、例えば、３つのモータが、ベースに等距離に取り付けられる。ベースから、３つの中部接合アームが延出する。これらのアームの端部は、小型プラットフォームに接続される。中部接合アームの作動は、プラットフォームをＸ、Ｙ、またはＺ方向に沿って動かす。作動は、減速（直接駆動）を用いてもしくは用いずに、リニアまたは回転アクチュエータで行われ得る。アクチュエータは、ベース内に全て位置するので、中部接合アームは、軽複合材料で製造され得る。この結果として、デルタロボットの動く部分は、小さな慣性を有する。これは、超高速および高加速度を可能にする。全てのアームをエンドエフェクタに共に接続させることは、ロボット剛性を増大させるが、その作業量を減らす。各中部接合アームは、上部アームと、枢動式に連結された下部アームと、から成る。各下部アームは、平行四辺形を形成する２つの平行ロッドで形成される。下部アームは、２つの平行ロッドから成るので、エンドエフェクタは、常に、それの上方に位置するベースプレートに対して平行に動く。これはまた、平行四辺形をベースとする制御、またはパラレル運動学（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）として知られる。少なくとも３組のアームが、３次元を通るエンドエフェクタの概ね並進のみの動きを提供するために必要であることに留意する。
【０００５】
使用中、デルタロボットは、小さな対象物を迅速にかつ高い精密度で把持して動かすためにコンベヤ型システムの上に吊り下げられ得る。エンドエフェクタは、特定機能またはタスクを実行するために工具または他のデバイスを支持するように配設される。アクチュエータの旋回によって、エンドエフェクタは、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸によって形成された３次元空間において、利用可能な作業空間の任意の所望の位置まで操縦され得る。加えて、デルタロボットのエンドエフェクタは、通常、視覚誘導機能が装備されており、その結果、コンベヤに沿って動く対象物は、持ち上げてボール箱、ケース等の中に置くために特定され得る。
【０００６】
比較的大きな距離、すなわち、コンベヤベルトの幅にわたる高速運動は、いくつかのアームの高速運動を要求する。これは、実際には、ロボットアームが低質量慣性を有する場合にのみ可能であり、それは、デルタロボットの場合において、軽量材料の使用によって実現され、その結果、デルタロボットの質量慣性が最小限にされる。しかしながら、デルタロボットの構造における軽量材料の使用は、デルタロボットが受け得る負荷をかなり制限し、それは、デルタロボットが、軽い把持具で軽い対象物を把持するためにのみ使用され得ることを意味する。この理由のために、その有用性および実際の用途が限定される。より強固な部分および構成要素の使用は、より重い対象物を把持するための機能を提供するであろうが、そのような利益は、高質量慣性に起因する速度の低減を犠牲にして生じる。また、デルタロボットの構築に使用される軽量材料は、強固性が低い傾向があり、連続的な生産サイクルタイム、例えば、２４時間のサイクルタイムを提供することができない。また、多くの軽量材料は、他の種類の産業用機械に利用されるより強固な部分および構成要素のような少ない保守ならびに頻繁ではない修理という利益をもたらすことができない。
【０００７】
一般に、食料品産業においてまたは製薬用途において、デルタロボットの構成要素を容易に清掃できることが重要である。例えば、デルタロボットは、運ばれている生の鶏の部分などのような食料品に近接して位置する多くの部分、例えば、アームを含み得る。操作の間、これらの部分は、鶏の部分から遮蔽されることができず、デルタロボットの洗い流しおよび掃除を時間のかかるものかつ費用のかかる作業にさせる。部分および構成要素が、そのような洗い流しおよび掃除の要求を減らすか排除するように、持ち上げられて置かれる食品または他の材料から遮蔽され得る、産業ロボットを提供することは、当分野内における改良になるであろう。
【０００８】
また、多くの産業プロセスにおいて、例えば、ピックアンドプレイス操作などにおいて、ロボットが、全方向における広い可動域を提示することが重要である。その全般的な設計が原因で、伝統的なデルタロボットのエンドエフェクタは、エンドエフェクタが運動の何の機械的拡張の利益も享受しないという点で、限定された可動域を有する。更に、Ｚ軸方向における広い可動域は、コンベヤベルトから製品を持ち上げて、それらを輸送のために深いボール箱またはケースの中に置くために不可欠である。それらがそれらの可動域を通って動く際に、側方に延出するデルタロボットの枢動可能なアームの設計の結果として、側方に延出するアームは、ボール箱またはケースの中へのそのような深さまでの製品の配置の妨げになることが多い。また、デルタロボットを用いて、Ｚ軸方向における可動域の漸次的増加を得るために、アームの長さをかなり増やす必要があり、それは、重量を追加し、生産サイクルタイムを減らす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の理由のために、当分野内において改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
産業ロボットは、リング構造を、静止ベースプレートによって確立された基準面に対して実質的に固定された向きに維持しながら、３自由度をリング構造に提供する、パラレル運動学機構を含む。枢動スリーブが、静止ベースプレート内で吊り下げられ、中間ジンバルの２つの直角軸上で枢動し得る。細長い張り出し棒が、枢動スリーブ内に取り付けられ、上部端から枢動スリーブを通って下部端まで延出する。エンドエフェクタが、細長い張り出し棒の下部端に取り付けられ、作業要素を運ぶために配設される。ジンバルリングが、細長い張り出し棒の上部端と下部端に位置し、エンドエフェクタを、３次元作業枠にわたるエンドエフェクタの運動の間にリング構造に対して略平行に維持するように、制御リンケージによって相互接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、透視線で例示されたコンベヤの上に位置する本発明の産業ロボットの実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、下げられた位置にある張り出し棒を例示する本発明の産業ロボットの斜視図である。
【図３】図３は、関節接合された位置にある張り出し棒を例示する本発明の産業ロボットの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の産業ロボットの好適な実施形態の頂部部分の拡大斜視図である。
【図５】図５は、図４の５−５線に沿って取られた拡大断面図である。
【図６】図６は、図１の６−６線に沿って取られた拡大断面図である。
【図７】図７は、別の関節接合された位置にある本発明の産業ロボットの好適な実施形態の斜視図である。
【図８】図８は、エンドエフェクタを固定された向きに保持する内部リンケージを例示する概略図である。
【図９】図９は、図１の９−９線に沿って取られた拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の産業ロボットの好適な実施形態のエンドエフェクタ部分の拡大斜視図である。
【図１１】図１１は、ロボットが関節接合された位置にあるときの本発明の産業ロボットの好適な実施形態のエンドエフェクタ部分の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、同様の数字がいくつかの図面全体を通して同様の構成要素を表わす図面をより詳細に参照にすると、数字２０によって広く指定される本発明の産業ロボットの実施形態が、図１〜７に示される。この用途において、ロボット２０が、コンベヤベルト２４の近接に位置して示され、また、この用途において、（向きが揃ったまたは向きが揃っていない）対象物をベルト２４から持ち上げ、それらを輸送のためにトレイの上にまたはボール箱（図示しない）の中に置く。この高速ピックアンドプレイス用途における産業ロボット２０の使用は、単なる例となるものであり、本発明のロボット２０は、例えばアセンブリなどの他の高速用途、ならびに製薬および医療用途のために利用され得ることを理解されたい。図１〜７に最も良く示されるように、産業ロボット２０は、ベースプレート２８を生産設備内の適切な表面（図示しない）に取り付けるために、例えば、ボルト締めするために、複数の貫通孔３２を含む静止ベースプレート２８を含む。
【００１３】
図１、５および６に最も良く示されるように、ベースプレート２８は、概ね矩形形状であり、中心開口部３６を含み、その開口部を通って張り出し棒４０が延出する。パラレル運動学的構造は、中心開口部３６を取り囲むベースプレート２８に取り付けられる。パラレル運動学的構造は、ベースプレート２８に取り付けられたアクチュエータ４４と、そのアクチュエータ４４から上側に延出する制御アーム４８と、を含む。制御アーム４８は、上部外部リング５２の運動を単一の並進、すなわち、回転なしのＸ、Ｙ、またはＺ方向における運動のみに制限する平行四辺形形状リンク７６を含む。パラレル運動学的構造は、デルタロボットに造りが類似し得る。しかしながら、発明は、他の造りのパラレル運動学的構造を意図する。
【００１４】
図６に最も良く示されるように、ベースプレート２８は、それにボルト締めされたまたは溶接された複数の直立フランジ５６ａ、５６ｂ、および５６ｃを含み、それらのフランジは、中心開口部３６の上に位置する溶接された補強区分６４ａ、６４ｂ、および６４ｃを有する三角形状構造６０を共に形成する。三角形構造６０から径方向に延出するものは、複数の取り付けフランジ６８であり、それらのフランジは、任意の適切な手段、例えば、溶接によってベースプレート２８に連結される。複数のアクチュエータ４４は、取り付けフランジ６８に取り付けられ、取り付けフランジ６８は、任意の適切な金物類、例えば、ボルトを利用する。各アクチュエータ４４は、それにつなげられた制御アーム４８のための駆動源として機能する。図１に最も良く示されるように、各制御アーム４８は、平行四辺形リンク７６に枢動可能につなげられた駆動リンク７２を含む。特に、各アクチュエータ４４は、クランクに接続された駆動リンク７２の位置を変えるために回転されるクランクを含む。この回転によって、駆動リンク７２の先端７２ａが、上側に動き、ベースプレート２８に位置する複数のＴ字形状の隙間開口部８０のうちの１つを通って下側に動くことができる。以下の記載において、「駆動リンク７２が上側に回転する」は、先端７２ａが上側に動くように駆動リンク７２が回転することを示し、「駆動リンク７２が下側に回転する」は、先端７２ａが下側に動くように駆動リンク７２が回転することを示す。
【００１５】
図１に最も良く示されるように、各駆動リンク７２の先端７６には、貫通孔が設けられており、平坦端を有する回転可能な旋回ロッド７８がその貫通孔の中に位置する。各駆動リンク７２は、対応する平行四辺形リンク７６に枢動式に接続され、例えば、ボルト締めされ、その平行四辺形リンクは、駆動リンクによってリンク式に駆動される。次に、図１および４を参照にすると、各平行四辺形リンク７６が、駆動リンク７２と上部外部リング５２との間で互いに略鉛直におよび平行に延出する２つの棒形状部材８８を含む。図４に最も良く示されるように、上部外部リング５２は、複数の筐体９６を含み、各筐体９６は、旋回ロッド７８をその中に収容するように提供され、旋回ロッド７８は、その中に回転可能に取り付けられた平坦端を含む。筐体９６、例えば、３つの筐体が、コネクタ要素１００を通してボルト締めまたは他の適切な手段によって互いに接続される。共に、筐体９６およびコネクタ区分１００は、上部外部リング５２を形成し、その上部外部リングは、概ね六角形状である。櫂形状コネクタ１０４は、任意の適切な手段、例えば、ボルト締めによって、各棒形状部材８８の上部端および下部端に締結される。各棒部材８８の両端に締結された櫂形状コネクタを用いて、それらの上部端には、棒部材８８が、各筐体９６内に位置する旋回ロッド７８に締結され得、例えば、ボルト締めされ得る。それらの下部端には、棒部材８８が、各駆動リンク７２の先端７６に位置する旋回ロッド７８に締結され得、例えば、ボルト締めされ得る。共に、略平行な棒部材８８および略平行な旋回ロッド７８は、平行四辺形リンク７６の平行四辺形形状を形成する。平行四辺形リンク７６の少なくとも２つの上部端を上部外部リング５２に接続することによって、上部外部リング５２の運動が、単一の並進運動（３自由度のみを有する運動、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向における並進）に制限される。このようにして、上部外部リング５２は、制御アーム４８の動きが何であろうとも、固定された向きのままである。複数の制御アーム４８は、ベースプレート２８に対しておよび互いに対して完全に持ち上げられた位置と完全に下げられた位置との間の異なる位置において動くことができ、上部外部リング５２を実質的に固定された向きに維持しながら、上部外部リング５２を３次元空間内での異なる高さ位置および水平位置まで動かす。
【００１６】
次に、図４、５および８を参照にすると、上部外部リング５２が、上部外部リングの周辺の両端上に位置する２つの車軸区分１０８および１１２を含む。車軸１０８および１１２は、図４における任意の適切な手段、例えば、ボルト１０８ａによって上部外部リング５２に連結される。車軸区分１０８および１１２は、同軸であり、第１の上部軸１１０を形成するように上部外部リング５２の周辺から内側に延出する。図４および５に最も良く示されるように、車軸１０８は、筐体４２内のスロット４２ａを通過する。上部ジンバルリング１１６は、これらの車軸区分１０８および１１２上に回転可能に取り付けられる。図５に示されるように、上部ジンバルリング１１６は、八角形状であるが、他の形状が、発明の範囲内で利用され得る。同様に、上部ジンバルリング１１６が、上部ジンバルリングの外周の両端上に位置する２つの車軸区分１２０および１２４を含む。車軸区分１２０および１２４は、第２の上部軸１２２に沿ってあり、上部ジンバルリング１１６の周辺から内側に延出する。上部ジンバルリング１１６の車軸区分は、上部外部リング５２の車軸区分１０８および１１２に対して９０度に配向される。その上部端では、張り出し棒４０が、（図４および５に最も良く示される）八角形状筐体４２を含む。張り出し棒４０のこの筐体４２が、上部ジンバルリング１１６の車軸区分１２０および１２４上に取り付けられる。このようにして、張り出し棒４０の運動は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向における上部外部リング５２の並進運動と独立したままとなる。
【００１７】
図１および４に最も良く示されるように、アクチュエータ４４は、筐体４２の上方の張り出し棒４０に連結される。筐体４２の底部で連結された、張り出し棒４０が、上部ジンバルリング１１６の下側におよび下方に延出する概ね円筒状部分１２６を含む。その後、円筒状部分１２６が、ベースプレート２８における中心開口部３６を通って、エンドエフェクタ１２８が位置する遠位端４０ｂまで延出する。図６に最も良く示されるように、回転シャフト１３２は、エンドエフェクタ１２８に取り付けられた工具（図示しない）で筐体４２の上方に連結されたアクチュエータ４４を接続するように、張り出し棒４０内に中心的に延出する。回転シャフト１３２は、無制限の回転能力をエンドエフェクタ１２８に取り付けられた工具（図示しない）に提供する。
【００１８】
次に、図１、５、６、および８を参照にすると、ベースプレート２８の中心開口部３６は、その中における張り出し棒４０の枢動運動のための中部枢動点として機能する。具体的には、車軸区分１３６が、直立フランジ５６ｃの長さに沿ってほぼ中間に設けられ、対向する車軸区分１４０が、ボルト締めされた補強区分６４ｃの長さに沿ってほぼ中間に設けられる。対向する車軸区分１３６および１４０は、任意の適切な金物類、例えば、ボルト１４２を利用して、直立フランジ５６ｃにおよび連結された補強区分６４ｃに固定され得る。車軸区分１３６および１４０は、第１の中心軸１３８（図８）を形成するように同軸である。車軸区分は、それらのそれぞれの取り付け表面から内側に延出する。中央ジンバルリング１４４は、取り付け孔（図示しない）が設けられており、それがベースプレート２８の中心開口部３６内で車軸区分１３６および１４０上に回転可能に取り付けられることを可能にする。中心開口部３６は、その中における中央ジンバルリング１４４の回転運動を許容するほど十分に大きい。このようにして、中央ジンバルリング１４４は、車軸区分１３６および１４０によって形成された第１の中心軸１３８を中心に自由に回転できる。同様に、中央ジンバルリング１４４は、類似の様態でそれに取り付けられた車軸区分１４８および１５２が設けられている。車軸区分１４８および１５２は、任意の適切な金物類を使用して中央ジンバルリング１４４に取り付けられ、中央ジンバルリング１４４の周辺の両側上に位置し、かつ内側に延出する。車軸区分１４８および１５２は、車軸区分１３６および１４０に対して９０度に配向され、第１の中心軸１３８に直角である第２の中心軸１５０（図８）を定義する。第１および第２の中心軸の交差点が、中部枢動点１５６（図８）を定義する。枢動スリーブ１６０は、中央ジンバルリング１４４の車軸区分１４８および１５２に取り付けられ、中央ジンバルリング１４４を通って延出する。このようにして、中部枢動点１５６が、枢動スリーブ１６０内に中心的に位置し、枢動スリーブ１６０が中部枢動点１５６を中心に任意の方向に枢動することを可能にする。図６に最も良く示されるように、張り出し棒４０が、枢動スリーブ１６０を通って延出する。このようにして、張り出し棒４０は、ベースプレート２８の中心開口部３６内において全方向に中部枢動点１５６を中心に枢動することができる。加えて、張り出し棒４０は、完全に持ち上げられた位置から完全に下げられた位置までの制御アーム４８の運動に基づいて、枢動スリーブ１６０内で上下に自由に摺動することができる。
【００１９】
次に、図２、３、および７を参照にすると、本発明の産業ロボット２０は、張り出し棒４０の遠位端４０ｂに位置するエンドエフェクタ１２８が、１６４で示される円錐台によって定義された可動域内を縦横に動き得るように、直交Ｘ、Ｙ、およびＺ方向を包含する可動域を有する。次に、図２を参照にすると、産業ロボット２０が、その中に例示され、各制御アーム４８が、その完全に下げられた位置にあり、それ故、エンドエフェクタ１２８を可動域１６４内のＺ方向におけるその最も低い位置まで下げさせる。特に、Ｔ字形状隙間開口部８０は、駆動リンク７２がその中に入ることを許容するようにベースプレート２８上に設けられ、それ故、さもなければ隙間開口部８０の不在下で可能であろうＺ方向におけるより低い位置までの制御アームの運動を可能にする。次に、図３および７を参照にすると、制御アーム４８を、完全に持ち上げられた位置と完全に下げられた位置との間で互いに対して異なる位置まで動かすことによって、張り出し棒４０は、利用可能な可動域１６４内の任意の所望の関節接合された位置まで３次元空間において操縦され得、例えば、枢動され得る。図３および７に例示されるように、各制御アーム４８は、平行四辺形リンクから成るので、上部外部リング５２は、その下に位置するベースプレート２８に対して実質的に固定された向きに常に動く。これはまた、平行四辺形をベースとする制御、またはパラレル運動学として知られる。３つの制御アーム４８は、概ね並進のみの動きを、３次元を通して上部外部リング５２に提供する。また、図１、３、および７には、３次元空間における上部外部リング５２の位置に関わらず、工具（図示しない）が取り付けられたエンドエフェクタ１２８がまた、３次元を通して並進のみの動きを呈することになり、かつ上部外部リング５２に略平行のままになることが示される。エンドエフェクタのそのような並進のみの運動は、上述した用途における産業ロボット２０の使用、例えば、持ち上げて置くこと等に重要である。
【００２０】
次に、図８を参照にすると、本発明の産業ロボット２０の一部分の簡易描写が示される。その簡易描写は、適用可能な場合、同様の構成要素を表現する同様の数字を含む。この時点において、図８における多くの構成要素の外観は、それらが、単に簡易的かつ具象的であるという点で、他の図面とは異なり得ることに言及することが重要である。図８は、エンドエフェクタ１２８が３次元を通した並進のみの動きを呈し、かつ張り出し棒４０の枢動運動に関わらず上部外部リング５２に略平行のままである様態を例示するために提供される。
【００２１】
図８に示されるように、かつ他の図面に関して前述したように、張り出し棒４０の上部端は、上部ジンバルリング１１６の対向する車軸区分１２０および１２４上に回転可能に取り付けられる。上部ジンバルリング１１６は、上部外部リング５２の対向する車軸区分１０８および１１２上に回転可能に取り付けられ、それらの車軸区分は、第１の上部軸１１０を形成する。上部ジンバルリング１１６の対向する車軸区分１２０および１２４が、上部外部リング５２の対向する車軸区分１０８および１１２に対して９０度に配向され、第２の上部軸１２２を形成する。このようにして、張り出し棒４０の運動は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向における上部外部リング５２の並進運動と独立したままとなる。円筒状張り出し棒４０は、枢動スリーブ１６０の下側におよび枢動スリーブ１６０を通って延出する。前述したように、枢動スリーブ１６０は、中央ジンバルリング１４４の対向する車軸区分１４８および１５２上に回転可能に取り付けられる。中央ジンバルリング１４４は、対向する車軸区分１３６および１４０（図８に示されない）に回転可能に取り付けられ、それらの車軸区分は、６０で表わされた構造に取り付けられる。第１および第２の中心軸が、図８において、それぞれ、１３８および１５０で定義される。その後、張り出し棒４０は、エンドエフェクタ１２８が位置するその遠位端４０ｂまで延出する。
【００２２】
図８を再び参照すると、下部ジンバルリング１７２は、張り出し棒の遠位端４０ｂに回転可能に取り付けられる。特に、下部ジンバルリング１７２は、張り出し棒４０の遠位端４０ｂに位置する開口部を通って延出する対向する車軸区分１７６および１８０を含む。エンドエフェクタ１２８は、下部ジンバルリング１７２に回転可能に取り付けられる。特に、エンドエフェクタ１２８は、第１の下部軸１９０を定義する対向する車軸区分１８８および１９２を含む。車軸区分１８８および１９２は、下部ジンバルリング１７２における開口部を通過するように配設され、エンドエフェクタ１２８が、下部ジンバルリング１７２の対向した車軸区分１７６および１８０によって定義された第２の下部軸１７７に略直角である第１の下部軸１９０を中心に回転することを可能にする。下部ジンバルリング１７２は、第１の下部軸１９０上にある連結点と共に、円弧状にほぼ９０度延出する円弧状アーム２０８を含む。また、エンドエフェクタ１２８は、円弧状にほぼ９０度延出する円弧状アーム２０４を含み、かつ第２の下部軸１７７にある連結点を含む。
【００２３】
同様に、上部外部リング５２は、第２の上部軸１２２にある連結点まで延出する円弧状アーム１９６が設けられており、上部ジンバルリング１１６は、第１の上部軸１１０にある連結点まで延出する円弧状アーム２００が設けられている。第１の剛体接続ロッド２１２は、その上部端で円弧状アーム１９６の連結点に接続し、その下部端で円弧状アーム２０４の連結点と接続する。第２の剛体接続ロッド２１６は、その上部端で円弧状アーム２００の連結点に接続し、その下部端で円弧状アーム２０８と接続する。剛体接続ロッド２１２および２１６は、長さがほぼ等しい。共に、上部外部リング５２および上部ジンバルリング１１６の円弧状アームへのそれらの接続を通して、接続ロッド２１２および２１６は、エンドエフェクタ１２８の動きを、３次元を通した並進のみの動きに限定するのに役立つ。このようにして、エンドエフェクタ１２８は、そのエンドエフェクタ１２８が張り出し棒に接続されるその張り出し棒４０の枢動式の動きに関わらず、上部外部リング５２に略平行のままとなる。
【００２４】
例えば、図８に最も良く示されるように、張り出し棒４０の下部端が軸１７７に沿って右に揺れる際、張り出し棒の下部端４０ｂは、上部外部リング５２に平行な面の外に枢動することになる。しかしながら、エンドエフェクタ１２８は、下部ジンバルリング１７２に枢動式に取り付けられ、剛体接続ロッド２１２を通して上部外部リング５２に接続されるので、エンドエフェクタ１２８は、この運動を通して上部外部リング５２に平行のままとなる。
【００２５】
上部円弧状アーム１９６および２００を形成する実際の構成要素は、図５において見ることができる。円弧状アーム１９６は、９０度より小さな角度で曲がるように示され、円弧状アーム２００は、２つの４５度の曲がりを含むように示される。図５に最も良く示されるように、剛体接続ロッド２１２の先端が、上部円弧状アーム１９６に接続された鐙状部２１４内に収容される。剛体接続ロッド２１６の先端は、中心開口部を含む円形目穴（図示しない）を含み得、その中心開口部を通って、上部円弧状アーム２００は、これらの構成要素を接続するように延出し得る。
【００２６】
次に、図９〜１１を参照にすると、エンドエフェクタ１２８の操作に関連する実際の構成要素が例示される。特に、エンドエフェクタ１２８は、張り出し棒の遠位端４０ｂ（図１）で連結する筐体１８４を含む。下部ジンバルリング１７２は、概ね八角形状である外部表面を有する。下部ジンバルリング１７２は、外側に延出する対向する車軸区分１７６および１８０を含む。下部ジンバルリング１７２は、筐体１８４において開口部（図示しない）を通って延出する車軸区分１７６および１８０によって筐体１８４内に回転可能に取り付けられるように示される。対向する車軸区分１７６および１８０は、第２の下部軸１７７を定義する。エンドエフェクタ１２８は、中心車軸区分１８６がその中に配置される円筒状管１２８ａを含む。中心車軸区分１８６は、ボルトプレート１８６ｂを通って延出する任意の適切な手段、例えば、ボルト１８６ａによって下部ジンバルリング１７２内に取り付けられる。中心車軸区分１８６は、下部ジンバルリング１７２に関して非回転性であり得るが、円筒状管１２８ａ、それ故、エンドエフェクタは、中心車軸区分１８６を中心に回転可能である。中心車軸区分１８６は、第２の下部軸１７７に略直角である第１の下部軸１９０を定義する。
【００２７】
図１０に最も良く示されるように、２つの離れたＬ字形状ブラケット２２４が、２つの場所において、エンドエフェクタ１２８に連結され、例えば、ボルト締めされて示される。Ｌ字形状ブラケットは、中心車軸区分１８６の下に延出し、四角形状レセプタクル２２０に連結されて示される。剛体接続ロッド２１２が、レセプタクル２２０内に回転可能に取り付けられると共にレセプタクル２２０を通って延出するピン２２５によってその中に保持され、離れたＬ字形状ブラケット２２４は、レセプタクル２２０の両側上に位置して示される。同様に、台形ヘッド２１６ａを含む剛体接続ロッド２１６が、車軸区分１８６の上に回転可能に取り付けられて示される。前述したように、その上部端で、接続ロッド２１２が、上部外部リング５２に接続され、その上部端で、接続ロッド２１６が、上部ジンバルリング１１６に接続される。図１０および図１１を比較するときに最も良く示されるように、張り出し棒４０が関節接合する際、接続ロッド２１２が回転することになる。上部外部リング５２へのその接続によって、接続ロッド２１２は、上部外部リング５２に略平行にエンドエフェクタ１２８を維持するようにエンドエフェクタ１２８を、車軸区分１８６を中心に回転させることになる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月24日(2020.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．中心開口部を有する静止ベースプレートと、
ｂ．細長い張り出し棒を受け入れるように配設されたリング構造と、
ｃ．前記静止ベースプレートと前記リング構造との間に配設されたパラレル運動学的構造であって、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造の運動を３次元で提供する、パラレル運動学的構造と、
ｄ．前記リング構造内に取り付けられると共に第１の軸を中心に枢動可能な上部ジンバルリングと、
ｅ．前記リング構造内に取り付けられた上部端を備えると共に第２の軸を中心に枢動可能な前記細長い張り出し棒であって、前記第２の軸が、前記第１の軸に略直角であり、前記細長い張り出し棒が、前記静止ベースプレートの前記中心開口部を通って下部端部分まで延出する長さを有する、前記細長い張り出し棒と、
ｆ．前記細長い張り出し棒の前記下部端部分内に取り付けられると共に第３の軸を中心に枢動可能な下部ジンバルリングと、
ｇ．前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに接続して、前記張り出し棒の枢動運動の間に前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに略平行に維持する、第１の制御リンケージと、
ｈ．工具を運ぶためにおよび３次元可動域内の異なる位置に動くために配設されたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタが、前記下部ジンバルリングに取り付けられると共に第４の軸を中心に枢動可能であり、前記第４の軸が、前記第３の軸に略直角である、エンドエフェクタと、
ｉ．前記エンドエフェクタを前記リング構造に接続して、前記３次元可動域内の前記エンドエフェクタの前記位置に関わらず、前記エンドエフェクタを前記リング構造に略平行に維持する、第２の制御リンケージと、を備える、産業ロボット。
【請求項２】
前記パラレル運動学的構造が、
ａ．前記静止ベースプレートの上に締結されると共に前記中心開口部を中心にして配設された複数のアクチュエータと、
ｂ．前記静止ベースプレートに対してかつ互いに対して異なる位置で可動である、複数の制御アームであって、各々が、そのそれぞれのアクチュエータに回転可能に結合された駆動リンク、および一端で前記駆動リンクに回転可能に結合され、反対端で前記リング構造に回転可能に結合された被駆動リンクを有し、前記複数のアームが、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造を異なる高さ位置および水平位置まで動かすように配設される、複数の制御アームと、を備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項３】
前記パラレル運動学的構造が、デルタロボットを含む、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項４】
前記被駆動リンクが、平行四辺形リンケージを形成する２つの離間した平行アーム区分を備える、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項５】
前記３次元可動域が、円錐台の形状にある、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項６】
前記エンドエフェクタに取り付けられた工具を更に備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項７】
前記工具が、吸引先端部、空気動力式把持具、電気把持具、および強制空気先端部からなる群から選択される、請求項６に記載の産業ロボット。
【請求項８】
前記複数のアクチュエータのそれぞれが、回転サーボモータ、リニアモータ、ステッピングモータ、電気モータ、液圧シリンダ、および空気圧シリンダからなる群から選択される、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項９】
前記静止ベースプレートの前記中心開口部内に取り付けられると共に第５の軸を中心に枢動可能な中央ジンバルリングを更に備える、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１０】
前記中央ジンバルリング内に取り付けられると共に第６の軸を中心に枢動可能なスリーブを更に備え、前記第６の軸が、前記第５の軸に略直角であり、前記スリーブが、その中での前記細長い張り出し棒の摺動式運動を許容するように配設される、請求項９に記載の産業ロボット。
【請求項１１】
前記細長い張り出し棒が、前記上部ジンバルリング内に取り付けられる、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１２】
前記第１の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第２の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第１および第２の制御リンケージの前記長さが、ほぼ等しい、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１３】
前記張り出し棒が、略円筒状である部分を含む、請求項１に記載の産業ロボット。
【請求項１４】
前記複数のアクチュエータが、少なくとも３つの駆動部を備える、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項１５】
前記複数のアクチュエータが、所定の円弧を通って旋回させられる、請求項２に記載の産業ロボット。
【請求項１６】
前記静止ベースプレートが、各制御アームに対応する切欠き部を含み、各前記切欠き部が、前記制御アームが完全に下げられた位置まで移動するときに、各前記制御アームと関連付けられた駆動リンクのそれを通る通過を許容する、請求項１５に記載の産業ロボット。
【請求項１７】
前記エンドエフェクタが、３６０度にわたって無制限の回転運動を提供する、請求項６に記載の産業ロボット。
【請求項１８】
前記被駆動リンクが、平行棒形状部材を含む平行四辺形リンクを構成する、請求項２に記載の産業ロボット。
【外国語明細書】
2020151847000001.pdf