【誤訳訂正書】
【提出日】平成22年12月2日(2010.12.2)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配置される第１回転軸（１０）と第１旋回駆動装置（１６）とを有するベース（１２）、
前記第１回転軸（１０）に固定されて連結されて、水平に配置される第１の剛性要素（１８）、
垂直に配置される第２回転軸（２０）を介して前記第１の剛性要素（１８）に回転自在に連結され、水平に配置された第２の剛性要素（２４）、
第３回転軸（３０）を介して前記第２の剛性要素（２４）に回転自在に連結され、水平に配置された第３の剛性要素（２６）、
前記第３の剛性要素（２６）に接続された効果器（２８）、及び、
前記ベース（１２）、前記効果器（２８）、又は前記回転軸（１０，２０，３０）の一つに接続された少なくとも１つの線形垂直駆動装置（１４）、
を備え、
前記第２回転軸（２０）は第２旋回駆動装置（２２）を有し、該第２回転軸（２０）は前記第１回転軸（１０）から間隔を置いて配置され、
前記第３回転軸（３０）は第３旋回駆動装置（３１）を有し、該第３回転軸（３０）は前記第２回転軸（２０）から間隔を置いて配置され、
前記第３旋回駆動装置（３１）の定格駆動トルク（Ｍ３）の値は、前記第２旋回駆動装置（２２）の定格駆動トルク（Ｍ２）の値の２５％と等しいか小さいことを特徴とするロボット。
【請求項２】
第３旋回駆動装置（３１）の定格駆動トルク（Ｍ３）の値が下式で規定される、ことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【数１】
2007517677.tif 000001
ここで、ｒは、前記第３の剛性要素（２６）と、前記効果器（２８）と、軸受け荷重と、存在することもある前記線形垂直駆動装置（１４）とにより決定される重心（３９）から前記効果器（２８）までの距離であり、ｌは、前記第３の剛性要素（２６）の長さであり、ｍは、前記効果器（２８）と、軸受け荷重と、存在することもある前記線形垂直駆動装置（１４）の質量であり、ｔは、零空間動作を実行するための最大時間である。
【請求項３】
水平に配置された第４の剛性要素（４４）が、垂直に配置された第４回転軸（４０）を介して回転自在となるように前記第１の剛性要素（１８）に連結され、
前記第４回転軸（４０）が第４旋回駆動装置（４２）を有し、
前記第２回転軸（２０）と前記第４回転軸（４０）は、前記第１回転軸（１０）に対して互いに反対側に配置され、
前記第１回転軸（１０）から前記第４回転軸（４０）の距離は  前記第１回転軸（１０）から前記第２回転軸（２０）までの距離に等しく、
水平に配置される第５の剛性要素（４６）が、前記第４の剛性要素（４４）に第５回転軸（５０）を介して回転自在に連結され、
前記第５回転軸（５０）が第５旋回駆動装置（５１）を有し、
前記第３の剛性要素（２６）及び前記第５の剛性要素（４６）がそれぞれ効果器（２８）に連結され、
前記第２の剛性要素（２４）は第４の剛性要素（４４）と同じ長さであり、
前記第３の剛性要素（２６）は前記第５の剛性要素（４６）と同じ長さであり、
前記第３旋回駆動装置（３１）の定格駆動トルク（Ｍ３）の値が前記第５旋回駆動装置（５１）の定格駆動トルク（Ｍ５）と同等であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
各効果器（２８）が 旋回駆動装置（３６）をそれぞれ有することを特徴とする、請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載のロボット。
【請求項５】
各効果器（２８）に線形垂直駆動装置（１４）がそれぞれ配置されていることを特徴とする、
請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載のロボット。
【請求項６】
前記第１の剛性要素（１８）が、前記第１回転軸（１０）を中心に全周回転できるように該第１回転軸（１０）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載のロボット。
【請求項７】
線形垂直駆動装置（１４）が前記第１回転軸（１０）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載のロボット。
【請求項８】
線形垂直駆動装置（１４）が前記ベース（１２）に取り付けられることを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載のロボット。
【請求項９】
前記ベース（１２）がひとつの前記線形垂直駆動装置（１４）を有することを特徴とする、請求項３記載のロボット。
【請求項１０】
第３および第５回転軸（３０，５０）のそれぞれがブレーキを有することを特徴とする、請求項３記載のロボット。
【請求項１１】
垂直に配置される第１回転軸（１０）と第１旋回駆動装置（１６）とを有するベース（１２）、
前記第１回転軸（１０）に固定されて連結されて、水平に配置される第１の剛性要素（１８）、
垂直に配置される第２回転軸（２０）を介して前記第１の剛性要素（１８）に回転自在に連結され、水平に配置された第２の剛性要素（２４）、
第３回転軸（３０）を介して前記第２の剛性要素（２４）に回転自在に連結され、水平に配置された第３の剛性要素（２６）、
前記第３の剛性要素（２６）に接続された効果器（２８）及び、、
前記ベース（１２）、前記効果器（２８）、又は前記回転軸（１０，２０，３０）の一つに接続された少なくとも１つの線形垂直駆動装置（１４）、
を備え、
前記第２回転軸（２０）は第２旋回駆動装置（２２）を有し、該第２回転軸（２０）は前記第１回転軸（１０）から間隔を置いて配置され、
前記第３回転軸（３０）は第３旋回駆動装置（３１）を有し、該第３回転軸（３０）は前記第２回転軸（２０）から間隔を置いて配置され、
前記第３旋回駆動装置（３１）の定格駆動トルク（Ｍ３）の値は、前記第２旋回駆動装置（２２）の定格駆動トルク（Ｍ２）の値の２５％と等しいか小さい、
ロボットにおいて、
予定の時間区間（Δt）のあいだにあらかじめ定義された場所（P1）に対してロボットの効果器（28）の位置決めを、
−  前記第2回転軸（20）と前記第3回転軸（30）が第1と第2旋回駆動装置（16，22）によって、前記第2回転軸（20）、第3回転軸（30）および効果器（28）が時間的区間（Δt）の開始（t1）において直線上に存在し、そして前記第1回転軸（10）の周囲で回転する第１の剛性要素（18）が、前記時間的区間（Δt）の開始（t1）においてゼロから異なる角速度（w1）を示す形で、時間区間（Δt）の開始（t1）にあらかじめ定義された場所（P1）に前記効果器（28）を搬送しておき、
−  前記第１の剛性要素（18）の角速度の大きさがその時間的区間（Δt）のあいだつねにゼロより大きくなるように、前記時間的区間（Δt）の間、前記第１の剛性要素が前記第1旋回駆動装置（16）によって作動され、
−  前記第3回転軸（30）がその時間区間（Δt）の間あらかじめ定義された場所（P1）の周囲の円軌道上で運動し、前記効果器（28）が前記第1回転軸（10）の周囲における前記第１の剛性要素（18）の回転にかかわらずその時間区間（Δt）の間、あらかじめ定義された場所（P1）にとどまるように、前記時間的区間（Δt）の間に前記第1と第2旋回駆動装置（16，22）および場合によっては第3旋回駆動装置（31）の回転によって前記第2と第３の剛性要素（24，26）を作用させる、
ことにより行う、ロボットの位置決め方法。
【請求項１２】
加工するための工作物に接近する前記効果器（28）の部分が、あらかじめ定義された場所（P1）と予定された時間区間（Δt）において位置決めされることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】      ロボットとその位置決めの方法
【０００１】
本発明は、特許請求範囲の1および13の上位概念に述べられる特徴を持つロボットとその位置決めの方法に関するものである。
【０００２】
今日ではさまざまな工業的生産工程において多くのロボットが導入され、その利用法に従ってさまざまな運動理論が紹介されている。そこでよく見られるものは、いわゆる「ピック・アンド・プレース」というロボットの仕事で、すなわちロボットが対象をある場所においてつかみ、他の場所に置くというものである。そこで求められることは、対象（加工物）を素早くつかんで搬送し、高い位置精度を保ちながらできるだけ短時間内に目的の場所に置くことができることである。さらに望ましいことは、ロボットの空送りの割り当て時間をできるだけ少なくすることである。
【０００３】
しかし、ロボットの規則的なつかみ運動の要素が備えられる「ピック・アンド・プレース」仕事とともに他の仕事もある。たとえば、レーザー光線によって特定の対象に照準を合わす仕事などである。しかしそのような仕事に対しては、つかみ要素ではなくて、レーザー光線発生用の装置が必要である。上記の例で見られるように、ロボットは仕事の種類により、加工の対象（加工物）に対してさまざまな方法でアクセスするものである。対象に対して、この「アクセスする」という仕事は、少なくともロボットの効果器によっておこなわれるものであり、たとえば、レーザーやつかみ装置というものがこれに当たる。効果器とは、その他の装置でも可能であり、ロボットがそれによって加工しようとする（あるいは搬送しようとする）対象に対して適当な方法で働きかけることが出来るものである。
【０００４】
たとえば、US4,702,668で公知の、いわゆるスカラロボットの場合では、効果器の位置合わせのために、お互いに回転できるように結合された、水平に稼動するアームが使用されている。この場合は、第1のアームの片端が回転可能に基礎部と旋回駆動装置に結合し、そしてその第1のアームの他端が第2のアームの一端に、回転可能に結合している。ふたつのアームの共通な回転軸は、第2の旋回駆動装置を経由しても使用されることができる。第2のアームのもう一方の端には効果器が取り付けられる。
【０００５】
少なくとも2台の旋回駆動装置によって、ロボットの効果器は既知の方法、たとえば「ポイント・ツー・ポイント」、「共時ポイント・ツー・ポイント」あるいは、「コンティニュアス・パス」などの方法で位置決めが行われる。つかむ操作には大きな力がかかるはずなので、そのような駆動装置が駆動することにより、スカラロボットの慣性モーメントは比較的大きくなる。とくにスカラロボットでは、上側アーム（第1のアーム）の大きく動く部分で大きな距離を移動する場合に、慣性力がことに第2の旋回駆動装置の質量に起因するのでエネルギー消費から見て望ましくない。かといって、スカラロボットのコンセプトからは第2の旋回駆動装置を放棄することはできない。なぜならば、そのようにすれば第2のアーム（下側アーム）に取り付けられた効果器が目的のところに位置決めされなくなるからである。
【０００６】
スカラロボットでは、すべてのアームが結合されて18０°回転する「ピック・アンド・プレース仕事」は上記の欠陥があるために各種の方法が講じられる。たとえば、作用を及ぼすことができるフィールド（対象をつかむところにフィールドおよび対象を置くところのフィールド）が直接隣接できるように、できるだけサイズの大きなスカラロボットを選択するということなどである。
【０００７】
しかし基本的に、たとえばふたつの直方体形状の「ピック・アンド・プレース」フィールドの位置を移動するために、ふたつの搬送ベルトのように、フィールド間でロボットができるだけ点対称に配置されることは長所である。
【０００８】
ところが、このことはスカラロボットの場合は上記の理由で、エネルギー的には欠点となる。「ピック・アンド・プレース」フィールドを隣接させる（すなわち、ロボットのベースがふたつのフィールドに隣接している）ためには、スカラロボットは大型サイズとならざるを得なく、従ってコスト的に不利となり、また作業領域の50％以上が未使用のままとなる。さらに、比較的大きなロボット・アームの質量はエネルギー的に不利な作用をする。
【０００９】
US6,275,748 B1およびUS6,593,718 B1では、3本の硬直・可動アームを取り付けたロボットが知られる。この場合は、そのアームを固定する3つの回転軸がそれぞれの旋回駆動装置を持つ。特に、第1と第2のアーム、および第2と第3のアームはそれぞれひとつの共通の回転軸を持っている。第3のアームの先端に取り付けられた効果器は、同様に既知の方法、たとえば「ポイント・ツー・ポイント」、「共時ポイント・ツー・ポイント」あるいは、「コンティニュアス・パス」などの方法で位置決めが行われる。
【００１０】
このコンセプトはスカラロボットに似ているが、2本のアームではなくて3本のアームがあるところが違う。特に、慣性モーメント、およびそれによるエネルギー消費が（とくに「ピック・アンド・プレース」仕事の場合の効果器の定加速度と停止に至るまでの減速があるために）比較的大きい。US6,275,748
B１とUS6,593,718 B１に提案されているロボットでは、とくに上側アーム（第1のアーム）の大きく動く部分で大きな距離を移動する場合に、慣性力がことに第3の旋回駆動装置と第3の駆動装置の質量に起因するのでエネルギー消費から見て望ましくない。かといって、第2あるいは第3の旋回駆動装置を放棄することはできない。なぜならば、そのようにすれば第3のアームに取り付けられた効果器が目的の場所に位置決めされなくなるからである。
【００１１】
上述の欠点を排除するために、2000年にボッパルトで開催された第34回制御技術学会において、N.シャーン氏の「Dynamics and control of
underactuated manipulation systems: A discrete time approach（アンダーアクチュエーテッド・マニピュレーション・システムの力学とコントロール、時間差アプローチ）」という論文でスカラロボットの改善方法が提案された。それによれば、ロボットの基本回転軸の外側に取り付けられる第2の旋回駆動装置を放棄し、ロボットの制御あるいはロボットの効果器の位置決めをひとつの旋回駆動装置によってのみ実現しようとするものである。
【００１２】
この方法の長所は、とくに第1のアーム（上側アーム）の慣性モーメントが小さくなることで、そのためにこの方法ではスカラロボットと比較して、とくに頻度の高い上側アームの90°回転においてエネルギー的に有利である。さらなる長所は、コストが低減され、重量が軽くなり、また静止状態に至る場合に下側アームに働く剪断力の成分が小さくなることである。しかし、たとえば「ピック・アンド・プレース」作業用に必要な位置決め精度はこれまでにまだ得られることができなかった。制御性は弱い動的結合、たとえば遠心力などによるものに基づく。システムが静止状態にある場合は、動的結合がないから位置合わせの修正ができない。
【００１３】
ブレーキを使用することはここでは役に立たない。なぜならば、ブレーキはなるほどアームに対しては作用するが、所望の位置を喪失するために解決の妨げとなるからである。基本軸の外側に取り付けられる第2の軸をとどめておくことは、システム全体の自由度を減少させることである。その自由度をそのままにしておけば、ブレーキ操作でずれた位置の修正が十分にできない。軌道運動に動的結合法を使用するためには、一般にアームの延長運動が行われなければならないが、このことは搬送時間を著しく延ばすことになる。以上に述べた短所のために、たとえばスカラロボットでは得られるような、必要なサイクル時間が実現不可能となる。
【００１４】
その他に、いわゆるデルタロボットというものがあるが、これは主に平行運動により作動し、重量が比較的小さなものである。従って、0.4秒の範囲内に収めることができる極めて短いサイクル時間が達成できる。このデルタロボットは、キャップに装着された固定式のベースから成り立っている。さらにデルタロボットには4本のアームと4個の（旋回）駆動装置がある。上側アームと下側アームよりなる3本のアームは、効果器が取り付けられる下端においてそのベースと移動されたプラットフォームを連結する。アームの幾何学位置はプラットフォームに維持され、この場合つねにベースと平行になる。アームの平行運動は剛性を高く、また加速度を増加することができる。第4のアームは回転トルクの伝達のために使われ、効果器を回転させる。デルタロボットは強制的にキャップに装着されるので、その導入範囲には制約がある。
【００１５】
さらに、その3本のアームは比較的多数の作業位置において効果器から遠く離れたところまで伸びる。このために、デルタロボットには横方向のみの作業スペースで作業させることはできない。側壁に隣接させるということであっても、デルタロボットには無理である。これではいかにも短所である。なぜならば、機械から工作物を横方向に取り出す作業は多くの組み立て方法または加工方法において利用され、これによってこそロボットおよびロボット・システムによる工作物の方向性が一度で決められ、こうして定義した場所的位置を後続のプロセスに維持することが出来るからである。このような作業はデルタロボットは上記の短所のために導入することができない。
【００１６】
従って、本発明の目的は、「ピック・アンド・プレース」作業における上記の短所を克服するための、ロボットとロボットの効果器の位置決めの方法を紹介するものである。その場合、当然ながら本発明によるロボットはエネルギー消費が改善され、「ピック・アンド・プレース」作業の作業時間が短縮され、さらに本発明による方法によって高い精度の位置決めが行われるものでなければならない。高精度の位置決めとサイクル時間の短縮とともに、本発明のロボットは「ピック・アンド・プレース」作業が従来の技術レベルのロボットよりも優れたエネルギー効率をもって導入されなければならない。
【００１７】
この目的は、上位概念の特徴と合同で機能する、特許請求の範囲1（ロボット）および13（方法）において述べられる特徴を備えるロボットとロボットの効果器の位置決め方法によって解決される。
【００１８】
特に本発明の長所は、本発明のロボットにより、たとえば「ピック・アンド・プレース」作業が特に素早く、極めて正確にでき、かつ従来の技術レベルよりもエネルギー効率がよく使用できることである。この場合、本発明の理念は、スカラロボット（大きな慣性モーメント）の短所およびアンダーアクチュエーテッド・スカラロボット（十分な位置決め作業ができず、延長運動が多数あるもの）の欠点を取り除くことを基本としている。
【００１９】
これに対して、アンダーアクチュエーテッド・スカラロボットのモデルはさらに開発が進められた。本発明の理念は、実質的に2本の水平に配置されたロボット・アーム（第2と第3の剛性要素）をその端部において、寸法を減じた駆動装置（第3の旋回駆動装置）のみを有するひとつの回転軸（第3の回転軸）に連結し、こうして第2のアームのもう一方の端はひとつの旋回駆動装置に連結され、回転できるように（第2の回転軸の周りに）軸受けが配置されることである。第3のアームのもう一方の端には効果器がある。第2の旋回駆動装置に連結された回転軸（第2の回転軸）は、またもや（第1の回転軸の周りに）回転できるように軸受けが配備され、さらに（第1の）旋回駆動装置を有する躯体（第1の剛性要素）に連結され、この場合、両方の回転軸（第1と第2の回転軸）がお互いに一定の距離を保って配置されることになる。
【００２０】
2本の剛性要素とお互いに連結している、寸法を減じた駆動装置（駆動トルクに関連して）を有する第3軸があるおかげで、慣性モーメントおよびそれによって本発明のロボットのエネルギー消費も、精度の良い位置合わせができながら著しく減少できた。駆動装置（第3軸の中の）の寸法を減じたために、効果器の位置合わせのためには、既知の方法、たとえば「ポイント・ツー・ポイント」、「共時ポイント・ツー・ポイント」または「コンティニュアス・パス」などの方法は使わず、後述において詳述する方法を採用した。
【００２１】
本発明による位置決め方法の特徴は、効果器が停止すべき時間に（たとえば対象をつかむときまたは降ろすときに）、ベースに隣接しているロボット・アーム（第1の剛性要素）が引き続き運動中にあるということ、すなわち第1の回転軸の周囲を回る回転が、ゼロから異なる角速度で行われるということである。
【００２２】
効果器が第1の剛性要素（剛体要素）の回転中に関わらず静止しているため、第2および第3の剛性要素（剛体要素）が第2の旋回駆動装置と、場合によっては第3の旋回駆動装置によっても、第2の回転軸の場所移動を（第1の剛性要素の回転によって）相殺するように動く。このような相殺運動は通常の場合、最大で第１の剛性要素の回転の三分の一（すなわち約33.3％）に至るまで継続する。
【００２３】
しかしこの時間が継続するのは一般に、たとえばある対象に対して、ロボットの「ピック・アンド・プレース」作業（たとえば、対象をつかむ作業および置く作業）が開始されるまでである。主たる長所は、第3軸の駆動装置の寸法を減じたことによるエネルギーの節減、ならびにシステムの運動エネルギーが（アーム、すなわち少なくとも第1と第2の剛性要素が静止することを防止しているため）完全に失われることがないところにある。
【００２４】
従って、その（対象をつかむ間に）ロボットのアームに蓄えられた運動エネルギーは、（つかまれた）対象と効果器の加速に振り向けることができる。    第3軸に駆動装置の寸法を減じたことは、ロボット・アーム（第1と第2の剛性要素）が対象をつかむ作業または置く作業をするために（そしてこのとき効果器を静止させるために）停止するまでに勝手にブレーキがかからないようにし、そうして次に対象を搬送するときに、停止状態からいきなり加速されることがないようにするために行ったことである。従って第3の回転軸に必要な力は明らかに減少され、第3の回転軸に配置された旋回駆動装置は定格駆動トルクに関して、明らかに小さな寸法とすることができる。
【００２５】
効果器が停止するときのこのような運動は、アーム（3つの剛性要素）が運動中にもかかわらず、引き続き行われる零空間動作として特徴づけられる。効果器が移動する場合の運動は、引き続き行われる搬送運動と名付けられる。
【００２６】
本発明によるロボットは、少なくともひとつの線形垂直駆動装置と、第1の旋回駆動装置とともに垂直に配置された回転軸を有するひとつのベースを有し、そこで第1の回転軸は、実質的に水平に配置された第1の剛性要素に固定して結合され、第1の剛性要素は垂直に配置された第2の回転軸を介して実質的に水平に配置される第2の剛性要素に連結し、そこで第2の回転軸は第1の回転軸から間隔を置いて配置されて第2の旋回駆動装置を有し、第2の剛性要素は第3の回転軸を介して実質的に水平に配置される第3の剛性要素と回転運動ができるように結合され、そこで第3の回転軸は第2の回転軸から間隔を置いて配置されて第3の旋回駆動装置を保有し、第3の剛性要素は効果器と結合され、少なくともひとつの線形垂直駆動装置がベース、効果器または回転軸のひとつに結合され、そこで第3の旋回駆動装置の定格駆動トルクは、第2の旋回駆動装置の定格駆動トルクより小さくその50％相当となる。
【００２７】
本発明による実施例の優れたバリエーションでは、第3の旋回駆動装置の定格駆動トルクが、第2の旋回駆動装置の定格駆動トルクより小さくその25%相当となった。特に優れたこの発明の実施例のバリエーションでは、第3の旋回駆動装置の定格駆動トルクは下記の条件を満たす。
【００２８】
【数１】
2007517677.tif 000002
ここで、ｒは、前記第３の剛性要素（２６）と、存在することもある前記効果器（２８）、軸受け荷重、及び前記線形垂直駆動装置（１４）とにより決定される重心（３９）から前記効果器（２８）までの距離であり、ｌは、前記第３の剛性要素（２６）の長さであり、ｍは、前記効果器（２８）と、軸受け荷重と、存在することもある前記線形垂直駆動装置（１４）の質量であり、ｔは、零空間動作を実行するための最大時間である。効果器の重量を考える場合には、効果器に配置されることがあるつり上げ装置（垂直線形駆動装置）ならびに効果器を回転されるために存在することがある軸の重量も考慮しなければならない。
【００２９】
さらに優れた本発明の実施例のバリエーション（2本のロボット・アームにそれぞれ3つの剛性要素があり、特に優れた本発明の実施例のバリエーションとしては、ふたつの第1の剛性要素が第1の駆動装置に固定して結合されるスティフネス・ディスクによって構成される）では、第1の剛性要素が垂直に配置された第4の回転軸を経て、実質的に水平に配置された第4の剛性要素と回転するように結合され、そこで第4の回転軸は第4の駆動装置を有し、第2の回転軸と同様に第1の回転軸から等距離に置かれて、第1の回転軸を中心に第2の回転軸の反対側に配置され、第4の剛性要素は第5の回転軸を経て、実質的に水平に配置される第5の剛性要素に回転するように結合され、第5の回転軸は第5の旋回駆動装置を有し、第3の剛性要素と第5の剛性要素はそれぞれひとつの効果器と結合し、第2の要素は第4の要素と同じ長さとなり、第3の要素は第5の要素と同じ長さとなり、第3の旋回駆動装置の定格駆動トルクは第5の旋回駆動装置の定格駆動トルクに対応し、あるいは実質的に同じとなる。
【００３０】
別の優れた実施例のバリエーションでは、すべての効果器がそれぞれひとつの旋回駆動装置とひとつの線形垂直駆動装置を持つ。別方法として、少なくともその内のひとつの線形垂直駆動装置をベースまたはその他の回転軸のひとつに、できることなら第1の回転軸に結合する方法を採ることもできる。従って、基本モデルは5個の駆動装置を持ち、すなわち第1の剛性要素をベースに結合している駆動装置、第1と第2の剛性要素の間の駆動装置、第2と第3の剛性要素の間の寸法を減じた駆動装置、および効果器用の2個の駆動装置である。2本のロボット・アームを有する拡張モデルは、すべての効果器に各1個の旋回・線形垂直駆動装置がある限り、総計9個の駆動装置がある。
【００３１】
すなわち第1の剛性要素とベースの間の駆動装置、第1と第2または第4の剛性要素の間の2個の駆動装置、ならびに第2と第3の剛性要素の間の駆動装置（寸法を減じた）、ならびに第4と第5の剛性要素の間の駆動装置（寸法を減じた）、ならびに2個の効果器用の4個の駆動装置である。
【００３２】
別方法の優れた実施方法のバリエーションでは、これらすべての駆動装置およびその駆動装置に結合された回転軸と吊り上げ軸用のブレーキを有する。本発明のロボットの挙動は、とくに「ピック・アンド・プレース」作業に非常に良く適していることである。ロボットの少なくともひとつの効果器の位置決めを以下に説明する。効果器の位置決め作用はふたつのカテゴリーに分けられる。すなわち第1のカテゴリーは、ロボットの第1の剛性要素が運動中（回転中）であるにも関わらず効果器が停止している場合の零空間動作にあること、第2のカテゴリーは、効果器が移動中であるところの搬送運動である。
【００３３】
まず、零空間動作について説明する。基本的にひとつの平面における位置決めのためには、その平面におけるそれぞれの旋回自由度を有する2個の軸を必要とする。そのとき、この平面の各座標には最大2個の可能な軸の角位置が配置される。もしロボットがその平面に3個以上の軸を有すれば、ひとつの座標に非常に多くの可能な軸の角位置が配置されることになる。このことは吊り橋と比較される。すなわち、両端は不動的であるが、その間の個々の要素は可動的であるということである。
【００３４】
吊り橋の場合と同様に、固定されたベースと、スペースの中で静止していなければならない効果器の間のロボット・アームは、アームが可動する構造となる。違いは、吊り橋の場合は両端が静止しているという前提が成り立つことに対して、ロボットの場合は、効果器がスペースの中の自由な位置で静止していることが目標となることである。
【００３５】
零空間動作の過程を理解するためには、第3の剛性要素の観察が特に重要である。効果器が、すなわち第3の剛性要素の先端がスペース中で静止するためには、第3の剛性要素がひとつの円軌道（部分円弧）の上で効果器の周りで運動できることが必要となる。この運動（効果器周囲の円弧軌道上の第3の回転軸の）は、等速の速度で（すなわち一定の角速度を）運動したり、あるいは速度と等方向または反対方向（制動行程）には加速度を生じたりすることがある。ある物体が一定の速度で回転するとそれに対して求心力だけが作用する。
【００３６】
これは回転の中点から半径方向に離れた箇所にあり、それ故第3の剛性要素に沿って作用する。長さのある物体に沿って作用する力は垂直力と名付けられる。横断して作用する力は剪断力という。第3軸は、第3の剛性要素のベースに対して近接する先端に配置される。従って、求心力の力学ベクトルはこの軸を貫通するように示される。このために求心力の作用は、第3軸に存在する、求心力に対抗する力の総和によって中和される。第3軸は旋回の自由度を確保する。しかしこの軸の運動は並進運動で定義される。
【００３７】
このことは結果的に、第2の剛性要素から第3の剛性要素にトルクがまったく伝わらないことを意味する。その上に第3の駆動装置の駆動トルクはわずかなものである。しかし力は第3軸の並進運動に規定されてこれを経由して第3の剛性要素に導かれる。第3の剛性要素が効果器の周囲を同じ形状で回転するなら、求心力と釣り合う力は第3軸を経由して第3の剛性要素に導かれる。この力は、第1と第2の駆動装置の働きによって、第3軸の並進運動の明確性より第3の剛性要素に導かれる。これに対して、第3の駆動装置は第3の剛性要素において唯一トルクを発生する。
【００３８】
したがって、効果器の周りで第3の剛性要素が同一形状で回転する場合の零空間動作をコントロールするためには、第3の駆動装置は必要としなくなる。
【００３９】
第3の剛性要素が効果器の周囲で加速回転運動するときの零空間動作は同一形状運動に似ている。しかしこの場合は（旋回）加速度に追加的な力が加わる。最も単純な場合は（旋回）加速度はトルクが効果器に現れるときに生じるが、この問題の場合では不可能である。力またはトルクは第3軸によって伝達されるはずである。力の分散によって、ひとつの力を複数の分力に分割することができ、その分力が同じ作用を引き起こす。しかし、効果器に現れるべきトルクを、第3軸に現れる力（すなわちトルクを伴わない）のみによって置き換えることは不可能である。それ故、第3軸に力とトルクが合成されることが必要である。
【００４０】
第3軸が必要とするトルクは、この（第3）軸の（第3の、寸法を減少した）駆動装置によってのみ発生することができる。したがって、効果器（またはその中点）の周りで第3の剛性要素が加速回転する場合の零空間動作をコントロールするために、第3の駆動装置は不可欠のものとなる。第3の剛性要素、効果器および効果器のつり上げ軸の共通重心が効果器に非常に近接していることは有利な点である。    このようにして、第3の駆動装置に必要な駆動トルクは小さく維持できるようになる。第3軸に生じる力による第3の剛性要素の加速は、中心が効果器の中点に存在するのではなく上記の質量重点の近傍にある剛性要素を回転させる。
【００４１】
しかし、望ましくない回転の中心から効果器の中点までの距離はわずかである。従って、効果器がその本来の静止場所から位置変動をおこすのもわずかである。このわずかな変動は第3軸および、その根源を第3軸に有している力によって平衡される。従って、加速された第3の剛性要素（効果器の周囲での第3の剛性要素の加速回転）による零空間動作のコントロールに対しては、わずかな駆動トルクだけが必要であって、このために第3の旋回駆動装置は寸法を小さくできる。
【００４２】
効果器の周りで第3の剛性要素が加速回転する場合の零空間動作のために上記のようなトルクの導入とともに、第3の駆動装置はさらに（後で詳述するような）搬送運動を制御するために必要となる。基本的に、搬送運動、すなわち出発点から目標地点までのコントローラによるロボットのコントロールのためには、ロボット・アームの適当な軌道運動が計算される。
【００４３】
このためには、アームの機械的構造、出発点の軸の角位置および目的地点の座標位置についての情報を求める。この情報に基づいて、必要とする（第1と第2の駆動装置の）トルクの推移があらかじめ計算される。望ましいトルクの推移を作り出すために必要な電流が駆動装置（第1および第2の駆動装置）に加えられると、ロボットは計算された軌道に従って動く。
【００４４】
しかし実際には、ロボットが搬送運動中にそのコースから外れて目的地点を誤るような作用を及ぼす一連の妨害が発生する。その中には摩擦、材質の柔軟性、軸受けの遊び、熱膨張などがある。従ってロボットは制御回路を通じてそれを制御する。その回路は必要な行程サイズ、すなわち軸の角位置および角速度を恒久的に測定し続ける。運動中の変位はコントロール装置につぎつぎと伝えられ、即座に適合され、また軌道修正される。コントロール装置は、軌道計算をするときには、駆動装置（第1と第2の駆動装置）の動力の備蓄を必ず考慮に入れる。
【００４５】
この動力の備蓄は、軌道運動中に、コントロール回路によって軌道修正に向けられる。しかし第3軸には、（搬送運動中の）軌道計画にたいしてはほとんど無視して良いほどの弱い出力の動力しか備えられていない。ロボットを加速するためのその出力量（搬送中の）および、それによるロボットの短時間のサイクル時間のその仕事は無視してかまわない。コントロール装置による最初の軌道計算に対しては、第3軸は次の理由で無視できない。第3軸にはそれでも妨害の影響が現れるから、そのような妨害トルクや妨害力を第3軸において相殺することができるコントロール装置が存在しなければならないためである。
【００４６】
集約すれば、搬送運動するときの第3の駆動装置には、妨害影響の相殺のために、また零空間動作をするときのみに（効果器の周囲で第3の回転軸が加速回転する場合のみに）、あるトルクを導入することが必要であることが確認される。そうすることによって、第3の駆動装置は有利に寸法を極めて小さくすることができる。
【００４７】
零空間動作は時間的に搬送運動よりも短く（すなわち、第3の駆動装置の稼動時間は全体の50%以下なので）、第3の駆動装置はその短時間の使用時間内に事実上、メーカーの定めた定格回転トルクの負荷を受けることになる。回転トルク増加の可能性は、定格駆動トルク以上の25%から60%の領域にある。このことはまた、第3の駆動装置は寸法を小さくしてもかまわないという結論に導く。
【００４８】
以下に搬送運動について説明する。基本的には多様な搬送運動が考えられる。運動の選択に決定的な要因は、ロボットの寸法、ならびに零空間動作の終端である。第2および第3の剛性要素が内側へ、第1の回転軸をたたみ込む（そして内側にはずむような方向を示す）か、それとも外側へ、第1の回転軸から離れる（そして外側にはずむような方向を示す）かによって、異なった運動を選択しなければならない。
【００４９】
補足的に内側へのはずみ運動について詳しく説明する。搬送運動の開始においては（すなわち零空間動作の直後に、なぜなら搬送運動と零空間動作はつねに交互に繰り返すものであるから）、第1の回転軸の方向に第2と第3の剛性要素の急速な折りたたみ運動は不可欠である。第2の回転軸はこれに対してその最大出力をその折りたたみ運動を加速するために向ける。
【００５０】
零空間動作からの移行期に衝撃力が加わることによって、効果器は第2軸の方向に強い加速力を受ける。従ってこの方向における効果器の中の速度成分は非常に大きくなる。折りたたみ運動の開始には、第2の駆動装置はこの方向における効果器の速度成分を非常に大きくする。効果器は、わずかな瞬間のあとにはすでに二軸よりも素早く移動している。そうして効果器は第2軸に対して急速に接近する。第2と第3の剛性要素の折りたたみ運動が進行すればするほど、第2の駆動装置のトルクはますます効果器に力を移動するので、効果器は第1の回転軸の方向に加速度を増す。
【００５１】
従って、第2軸のトルクは急速にゼロへと減少される。こうして、効果器の運動はその直線軌道からわずかに第1の回転軸の方向にずらされる。第2の回転軸も、第1の回転軸の周囲の円軌道（円弧）上にあるので、このために効果器はさらに遠く第2の回転軸の新しい位置の方向へ送られる。しかし効果器の軌道の曲率は、第2の回転軸の軌道よりも大きくなる。従って、効果器が直接第2の駆動装置の下を貫通して振れ動かされず、むしろ少し第1の回転軸の方向に向かわされる。
【００５２】
このことはロボットの寸法を決定する際に、第3の剛性要素を第2の剛性要素より有効に短くするために重視しなければならない。この運動が行われているとき、このことはさらに、効果器が第2と第1の回転軸の間にあるタイミングに、第3の回転軸が第2の回転軸の運動方向に向かって実質上すでにさらに前方に向かって移動されていることを考慮しなければならない。これに対してはとくに何らのコントロール措置は必要がない。運動の開始局面のはずみは、第2の駆動装置の駆動力が正しく選択されておれば十分となる。この運動は、効果器と第3の回転軸が第2の回転軸の速度ベクトルの線上にこの時間線分に存在するまで継続する（これはこの時間線分に対する第2の回転軸による正接となる）。
【００５３】
こうして効果器は第2の回転軸に追いつき、第2と第3の剛性要素はお互いに重なり合う。角位置は約180°となる（定義による）。効果器はこの位置から前進することなく、第2の回転軸から離れることはない。なぜならその剛性要素２と３の位置がその方向において阻害要因となるからである。剛性要素２と３の長手方向を指し示す効果器の速度成分は、その剛性要素の阻害要因により生じ運動方向と反対方向に作用する垂直力によって完全に吸収される。
【００５４】
この反力はすでに180°の相対した位置で次第に作られつつあった。そこですでにブレーキ作用が働きつつあって、効果器の運動方向は、効果器がこれ以上第1軸に接近することなく、そこから簡単に遠ざかることができるように向きを変えられている。０°の位置にあるときはこの速度成分は、阻害要因によって影響を受けることがないからそのまま維持される。
【００５５】
第2の回転軸の速度は第2の駆動装置の出力により、効果器と第3軸が第2の回転軸の周囲で円軌道（円弧）上においてほとんど等速度となるまで減速される。このとき第3の駆動装置の180°位置はおよそ維持される。第3の回転軸が第2の回転軸の運動方向に移動してその後ろに到達したときに初めて、効果器が第2の回転軸の周囲で回転する速度が第3の回転軸の回転速度より少し早くなり、第3の回転軸の180°位置が次第に消滅し出すことが見知される。こうして効果器は第2の剛性要素に追いつき、そのときその速度ベクトルは第1の回転軸の方向を指し示す。第2の回転軸はこのタイミングに改めて第2の駆動装置により加速される。
【００５６】
これは効果器を加速することにも作用を及ぼす。しかし主要なことは、この行程が効果器の軌道変更となることで、その効果は第3の回転軸のところの角度が全体的に90°から次第に減少するに従って増大することである。この変化は第2の回転軸の運動方向に起こる。第2の駆動装置の出力はこの場合、効果器が次第に目標の座標の方向に向けられるように選択される。そこで第2の駆動装置の出力反転のタイミングは、第2の駆動装置が効果器を制動するように選択される。いかに早くロボットが第3の回転軸の180°位置から離脱するか、また第2の駆動装置の加速局面の正確なコントロール、および制動局面の正確なコントロール次第で、ロボットは正確に零空間動作の開始に必要なタイミングに到達する。搬送運動から零空間動作の開始の前提、および零空間動作から出発して搬送運動を開始するための前提に関しては後で詳しく説明する。
【００５７】
以下に外側はずみ運動について詳述する。この運動は、内側はずみ運動よりもわずかに緩やかに行われる。これは、零空間動作が終了したとき、第2と第3の剛性要素が第1の回転軸から離れる方向に折れ曲がっているときに行われることがある。これによって搬送運動の開始が決定づけられる。第2の駆動装置の駆動出力は最初の瞬間に利用され、搬送時間に対して決定的に重要な意味を持つ。
【００５８】
従って、最初の時間（最初の百分の数秒間の範囲）に定格出力以上、その出力限界ぎりぎりまでモーターに負荷がかかる。モーターのトルクは折れ曲がり運動の初期の局面において、すなわち第2の回転軸の角運動の方向に支持するように働く。そのとき効果器の加速度は第2の回転軸の方向に増加させられる。これに追加して、小さな速度成分が加わり、その結果として第1の回転軸の方向に効果器の軌道のずれを起こす。このずれは、第2と第3の剛性要素の折りたたみの幅はだんだん大きくなるので、効果器が第2の回転軸に近づくに従って増大するが、これは望ましいことではない。従ってその駆動トルクは速やかに減少される。第2の回転軸の円軌道（円弧）も不利に働く。
【００５９】
第2の回転軸の曲率は効果器の軌道の曲率として正反対の方向に軌跡を描く。このようにして効果器は第2の回転軸に接近するが、ふたつの軌道は交差することはない。そこで追加的措置を講じ、効果器が第2の回転軸からあまり広く離れた軌道を通らないようにする。第3の剛性要素は優先的に第2のそれより幾分短くする。優れた実施例のバリエーションでは、第3の剛性要素の長さは第2の剛性要素の長さの90%から100%の間としている。そうすると第3の回転軸が180°の位置にあるときは、効果器は第2の回転軸に密着するほど接近することになる。
【００６０】
これに対して、すでに説明したように、駆動トルクは搬送運動開始の直後にまたスイッチが切られる。場合によっては、駆動装置の駆動出力の作動方向を逆転して第2の回転軸の角速度を減速しなければならない。このようにして第3の回転軸の軌道運動は遅延され、効果器のように早く移動しなくなる。第3の回転軸の0°位置がこのようにして早く達成できればできるほど、0°位置に対して望ましくない、第2軸の仮想直線運動からの軌道のずれはますます小さくなる。この搬送運動では第3の回転軸の180°位置は第3の剛性要素から速やかに通過させられる。従って第3の回転軸の角速度は180°位置のタイミングにおいてはできるだけ早くなくてはならない。効果器は剛性要素の下ではずむようにして通過する。
【００６１】
第3の回転軸が約15°だけ跳ね上がったところで第2の駆動装置のトルク投入が新たに開始し、第2の回転軸の角速度を加速する。第2の回転軸は第1の回転軸の回転方向にそのまま運動を続ける。ここには微妙な運動領域が存在するので、ここではトルク投入の開始と出力の量は正確に計算しなくてはならない。たとえ小さなトルクの変動があっても、これから開始しようとする零空間動作の位置に対して大きな影響を及ぼす。そのトルクを導入する場合は、効果器が第2の剛性要素の下に到達しないように、速やかに一定の距離を保つように選択しなければならない。さらに効果器の軌道は次第に直線軌道に近づけ、目標の座標の方向に向けられなければならない。それから、第3軸が0°位置（すなわち、第2の剛性要素と第３の剛性要素の間が0°ということ）に近づいて、零空間動作への移行が行われる。    以下に、搬送運動から零空間動作に移行する場合の共通の特徴について説明する。搬送運動の間中はすべてのロボット・アーム（すなわち、すべての剛性要素）は高速運動の状態にある。
【００６２】
零空間動作に移行する場合に、ロボット・アームの運動エネルギーは維持されたままでいなければならない。すなわち、アームは零空間動作の間といえども継続して運動していなければならないことである。重要なことは効果器を観察することである。効果器は移行が行われる間に、あらかじめ計算で求められた座標の完全静止点に高速で来なければならない。直前に行われた搬送運動および到達すべき座標の状態に関わらず、すべての移行動作は特定の特徴を示しており、その特徴とは、効果器の急速な停止を保証することが出来るものである。
【００６３】
１．移行局面のトルクとしては、第3の回転軸に対してふたつの角位置だけが問題となる。その一つは、第2の剛性要素から第3の剛性要素への完全な伸長である。効果器から第2軸までの距離は最大となる。このときの第2軸から第3軸までの位置は０°位置と解釈される。他方、第３軸の角位置を観察する。このとき、第2の剛性要素と第3の剛性要素はきっちりと重なり合っている。このときの第2軸から第3軸までの位置は０°位置と解釈される。効果器から第2軸までの距離はここでは最小である。第2と第3の剛性要素は両方の角位置で同じ方向を示している（長手方向が一致する）。
【００６４】
２．さらに制動行程は、効果器の速度ベクトルが制動局面の瞬間に第2と第3の剛性要素に沿って指し示すことにより行われる。従って制動力は同時にこのふたつの剛性要素に沿って指し示し、従って剛性要素２と３の垂直力となる。この垂直力は、引っ張り力または圧縮力となって現れる。このことは、特別な強化をしなくとも垂直力は剪断力に対向して、ロボットの関節によってよく吸収されるので、ロボットの構造にとって非常に有利である。
３．(1.)と(2.)に従って、効果器の制動によって第2と第3の剛性要素に垂直力が発生する。この垂直力は、引っ張り力または圧縮力となって現れる。しかしこれらの力は角位置が0°および180°のときは第3の回転軸に対して何の影響も与えない。なぜなら、このような力は並進的な作用を及ぼすだけで、第3の回転軸は並進的な自由度がないからである。それ故、効果器は第2の回転軸に対する距離が遠く離れないようにされる。
【００６５】
４．さらにアームの運動を説明すれば、ふたつのアームの位置の識別が明確になる。
４．１ 上述の前提を考慮してアームが第3の回転軸の0°位置に到達するためには、効果器が搬送運動中に第2の回転軸の近傍になければならない。これに対して第3の回転軸は非常に大きく、少なくとも約180°ので範囲で折り曲げられていなければならない。さらに効果器は、第2の回転軸から離れる方向を示す速度ベクトルを持つ。もしも効果器が点質量であり、第2と第3の剛性要素が質量のないものであったなら、効果器は速度ベクトルに沿って直線的軌道運動をするであろう。第2と第3の剛性要素は、効果器の直線軌道に適するような位置を占めるであろう。なぜなら効果器は質量を有する物質であるからである。第2と第3の剛性要素の角運動によって規定されるこのような関係は、第2と第3の剛性要素の最大の飛程が得られるまで継続するであろう。
【００６６】
これは第3の回転軸が0°の位置にある場合である。効果器が第2の回転軸から離れてゆく運動は反転して終了する。第2と第3の回転軸は0°位置となった時点で最大の角速度となる。このようにしてその回転軸ははずんで通過する。効果器が遠ざかろうとする運動は反転し、第2の回転軸から効果器までの距離は短縮する。この短縮は効果的である。第2の回転軸は第1の剛性要素の周速度で運動する。
【００６７】
この運動は、零空間動作の開始のタイミングに効果器の目標座標までの距離を短縮するように働き、一方零空間動作の終了間際では再び拡大させる。このような理由で、このことは効果器から第2の回転軸までの距離が前述のごとく、零空間動作の開始時に短縮されて目標座標に対する第2軸の接近が相殺されるという利点がある。
【００６８】
これに対しては、効果器が第2の回転軸に対する接近速度は、第2の回転軸が目標座標への接近速度にたいして正確にされなければならない。実際には第2と第3の剛性要素は無視できない質量があるが、これは効果器の質量と比べてほとんど僅かなものである。この質量は、効果器が第2の回転軸から遠ざかるため直線的運動をする場合および接近運動をする場合に妨害要因となる。さらに遠ざかる運動の最中に効果器の速度は、その後に行われる接近運動が第2の回転軸が効果器に接近する速度と正確に一致するように減速されなければならない。
【００６９】
このことは、接近運動中に第2の駆動装置による第2の回転軸の角速度の制動作用によって行われる。しかしこのことによって、効果器の直線軌道は妨害も受ける。妨害要因は効果器の直線軌道を曲線へと導く。従って軌道設計の際にこの要因に注意して、速度ベクトルが0°位置に到達するときにそれでもなお剛性要素２と３の長手方向を指しているようにコントロールすることが重要である。これらの要因に、効果器が正確に目標座標の上で静止するように影響を及ぼすことは可能である。
【００７０】
４．２  第2の零空間動作では、原則的に第3の回転軸が180°位置にあるときに搬送運動からの移行が行われる。この零空間動作の特徴は、継続時間が長いことである。そのほかに、効果器は作業スペース内でいつでもどこでも定位置につくわけではない。このふたつの理由からひとつの妥協点を見つけるために役立つ。この場合、効果器は完全に停止することはないであろう。効果器は、それ以外の方法では決して効果器に取り入れられることのない位置に対して、減速した速度で持ち込まれ、その位置で何らかの方法で停止されるかもしれない。
以下に、零空間動作から搬送運動に移行する場合の共通の特徴について説明する。
【００７１】
零空間動作の終わりは、新たな搬送運動の基礎となる。このタイミングには第2と第3の剛性要素は完全に伸びきっており、従って第3の回転軸は0°位置に存在する。これ以上、第2の回転軸が効果器から離れることはできない。このために効果器は逆方向に加速される。効果器に衝撃力を導入することは、第2の回転軸の速度に対応するおよそ同等の速度へと転化する。また、剛性要素２と３が運動状態となる。それに、第2の回転軸が第3の回転軸に対して反対方向に回転する。このことは効果器から第2の回転軸までの距離の短縮に導き、それによって加速器をさらに加速する。第3の剛性要素の回転方向は通常、零空間動作の間に変換する。従ってすべての零空間動作は、第3の回転軸の回転が反転したときに終了する。これに応じて適切な搬送運動が選択されるはずで、これが継続運動として適切なものとなる。
【００７２】
これまではあらかじめ定義された静的場所（目標座標）に効果器を位置決めする方法を取り上げた。もちろん、上述の位置決め方法は動的な目標座標に適用することもそのまま可能である。この場合は、あらかじめ定義された場所（目標座標）の速度成分を追加的にロボットに転移させることが必要である。
【００７３】
まとめると、ロボットの効果器を予定された時間的区間（零空間動作）のあいだ、あらかじめ定義された場所に位置決めする方法の特徴は、次の方法によるものであることと確認される。
【００７４】
-      時間区間の開始にあらかじめ定義された場所への効果器の搬送。この場合は、第2の回転軸と第3の回転軸が第1と第2の駆動装置の回転によって、第2の回転軸、第3の回転軸および効果器が時間的区間の開始において直線上に存在し、そして第1の回転軸の周囲で回転する第1の剛性要素が時間的区間の開始においてゼロから異なる角速度を示すべく方向が決められること。
【００７５】
-      時間的区間のあいだの第1の駆動装置の回転による第1の剛性要素の作用。すなわち第1の剛性要素の角速度の大きさが、その時間的区間のあいだつねにゼロより大きくなること。
【００７６】
-      時間的区間のあいだの第1と第2の駆動装置の回転による、またある場合は第3の駆動装置の回転による第2と第3の剛性要素の作用。すならち、第3の回転軸がその時間区間のあいだにあらかじめ定義された場所の周囲の円軌道上で運動し、効果器が第1の回転軸の周囲における第2の剛性要素の回転にかかわらずその時間区間のあいだあらかじめ定義された場所にとどまるようになること。
【００７７】
そしてこの長所は、これから加工するための工作物にアクセスしようとする効果器の部分が、あらかじめ定義された場所に所定の時間区間をおいて位置決めが行われることである。
【００７８】
静止状態にあるロボット（すべての剛性要素が停止している場合）は基本的に、始動運動を必要とし、これによって搬送運動または新たな零空間動作が惹起される。ここでさまざまな運動過程を観察されるが、以下にひとつの始動運動の優れた実施方法のバリエーションを紹介し、どのように搬送運動に転移されるかを見る。
【００７９】
ロボットが完全な静止状態にあるとき（すべての剛性要素が停止しているとき）、まず第2の剛性要素の方向は第2の駆動装置によって第1の回転軸の方向に向けられている（以後、この向きは第2の回転軸の0°位置と解される）。それから第2の回転軸が予定された一定の回転速度に至るまで、第1の回転軸が加速される。
【００８０】
このとき、第2の駆動装置が対応の（相殺する）トルクを生じて、第2の回転軸は0°位置を維持する。この行程のあいだに、第3の剛性要素は、第3の回転軸によって定められる平面において不意に動き出す。第1の回転軸の回転速度の上昇中に遠心力が上昇して第3の剛性要素に対して働くので、その遠心力は第2の剛性要素に沿って次第に第2の回転軸の方向に向けられる（第3の回転軸の0°位置）。ここで第1の回転軸は定義された角速度で予定された一定の回転運動をおこなう。
【００８１】
回転軸２と３はそれぞれ0°位置にある。そこで第2の回転軸は第2の駆動装置によって、第2の回転軸の回転方向と逆方向に強力に加速される。第2の回転軸の回転運動によって、第3の剛性要素は効果器の遠心力の力の作用に沿った方向にもはや向けられることはない。このことは、効果器が第1の回転軸からだんだんと遠く離れるように作用する。従って第2の回転軸の加速度は、第3の回転軸がこのタイミングに0°位置から70°以上に第1の回転軸の回転方向に離れるだけ、効果器が第1の回転軸から離れる前に、第2の回転軸が第1の回転軸を180°位置で通過させるほど大きくなくてはならない。
【００８２】
このことは、第2の回転軸の回転運動が効果器を第1の回転軸からさらに遠ざけないために必要である。第2の回転軸の回転はこのとき、第2の回転軸が4分の3回転し、また同じタイミングに第3の回転軸が180°位置を通過し、また効果器がこのタイミングに完全に並進し静止状態に至るように、第2の駆動装置によって加速または制動されなければならない。そこでこの運動に対して、上述の内側はずみ運動を加えることができる。この始動行程のときに第１の剛性要素から効果器に同様にして衝撃を加えるのである。
【００８３】
本発明は以下に実施例を示してさらに詳しく説明する。図は以下のものを示す。
図１  3つの剛性要素を有する本発明によるロボットの図式説明による俯瞰図。
図２  3つの剛性要素を有する本発明によるロボットの図式説明による断面図。
図3  5つの剛性要素を有する本発明によるロボットの図式説明による俯瞰図。
図4〜17  搬送運動状態および零空間動作状態にある剛性要素のさまざまな位置を示し、個別に本発明による位置決め方法を図式的に説明する。
図4  内側はずみ運動（搬送運動）の開始時にある剛性要素の個別の位置を俯瞰的に図式で説明する。
図5〜11  内側はずみ運動中の剛性要素のさまざまな位置を俯瞰的に図式説明する。
図12  内側はずみ運動の終了状態、すなわちこの搬送運動から引き続く零空間動作の開始状態にある剛性要素の個別の位置を俯瞰的に図式説明する。
図13〜16  零空間動作中の剛性要素のさまざまな位置を俯瞰的に図式説明する。
図17  零空間動作の終了時の剛性要素の個別の位置を俯瞰的に図式説明する。
【００８４】
図1と図2は本発明のロボットの基本モデルを俯瞰図および断面図で示す。このロボットは、ベース12の上の固い対象物、たとえば台座に締結されている。ただしこの場合、ロボットが台座に据えられることは強制的に必要というものでない。また、本発明のロボットは懸垂して蓋に組み立てることも可能である。
【００８５】
ベース12には、好ましくは電動モーターとする、第1の回転駆動装置16を有する第1の回転軸10がある。回転駆動装置16に、円形のディスクとしての躯体を形成する第1の剛性要素が固定して締結される。このとき、回転軸10は旋回駆動装置16とともに、円形の剛性要素18の中心点に据え付けられる。
【００８６】
剛性要素18の側縁（周辺）には、電動機を備える第2の旋回駆動装置22を有する第2の回転軸20が取り付けられる。剛性要素18は、回転軸10の周囲の全周を回転できるように支持される。第1の剛性要素18は回転軸20を通じて、第1の可動ロボット・アームとなる第2の剛性要素24（上側アーム）と連結される。第3の回転軸30を経由して第3の剛性要素が、第2のロボット・アームとなる第3の剛性要素（下側アーム）と連結される。第3の回転軸30には、寸法を減じた旋回駆動装置31があり、その定格駆動トルクM3は実施例によれば第2の旋回駆動装置22の定格駆動トルクM2のわずか20%である。従って、第3の旋回駆動装置の重量は、第2の旋回駆動装置22の重量のわずか約10%となる。
ロボットの下側アーム26には、実施例ではグラブとして実施した効果器28が取り付けられる。効果器28は、垂直駆動装置14と、回転軸32を経由して旋回駆動装置36に連結される。3つの回転軸10、20、30はすべてこの実施例では全周回転ができるように支持されている。すなわち、電力導通用のケーブルを巻き込んだり引きちぎったりすることがないように、自由な回転数で回転できる仕組みになっている。
【００８７】
同様に、回転軸32は効果器28が回転するために、全周回転ができるように支持される。全周回転ができるためには、従来の技術レベルではさまざまな方法が講じられた。たとえば、ニューマチック・パイプにベアリングとパッキングを使用し、ホースが効果器につなげられる。当該軸に対する電力の供給は、たとえばスリップリング電極または誘導法、あるいはその他の適当な方法で行うことができる。
【００８８】
基本的には、零空間動作（すなわち、回転軸10が回転中であるにもかかわらず効果器28が静止状態にあること）を実現するためには上述の軸10、20、30が全周回転することは必ずしも必要ではないが、この場合は、それぞれ搬送運動および零空間動作の後にロボットを（すなわち3つの剛性要素18，24，26を）完全に停止させるため、および引き続き回転軸10を正反対の回転方向で、たとえば以前の運動を正確に逆方向に回して運動させるために必要である。
【００８９】
これは、サイクル時間が長くなる短所となる。しかし、このようなバリエーションの長所はロボットが完全に停止しているあいだに零空間動作が継続している時間を経過して任意につかみ作業の時間を決められることで、用途によっては利便性が高くなる。
特徴的なことは、回転軸30における、寸法を減じた旋回駆動装置31のおかげでアーム（要素24および2６）の慣性モーメントが著しく小さいことである。これによって、サイクル時間を実質的に短縮することができる。スカラロボットと比較して、とくに広い運動が要求される作業領域によっては速度的利点が挙げられる。
【００９０】
図3は、2本のロボット・アーム（それぞれ上側アームと下側アーム持つ）を有する本発明によるロボットの優先的実施例のバリエーションを示す。そこで、第1の剛性要素18は、旋回駆動装置42に結合される第4の回転軸40を有する。回転軸40を介して第4の剛性要素44（第2の上側アーム）は第1の剛性要素に連結する。さらに第4の剛性要素は44、寸法を減じた第5の駆動装置51を有する回転軸50を介して第5の剛性要素46（第2の下側アーム）に接続する。第5の駆動装置の定格トルクM5は実施例によれば、第4の旋回駆動装置42の定格駆動トルクM4のわずか20％である。
第5の剛性要素46の先端には、旋回駆動装置36を取り付けた回転軸32と、線形垂直駆動装置14を介して連結する第2の効果器28が取り付けられる。このような仕上げ形態にして、本発明によるロボットは2本のアーム（要素24および26、あるいは要素44および46よりなる）を有し、回転軸30および50の駆動装置31、51は本発明により、駆動装置22、42に比較して（そして当然ながら、第1の駆動装置16に比較して）小さく作られる。
【００９１】
回転軸20と40がこのような配置であるため、回転する剛性要素18の遠心力がアームの接近に対して対向して作用するために、アームの衝突はほとんど回避される。さらに、同様の零空間動作によってつかみ運動の同期が調整されるので、衝突の危険性のある領域で待ち時間が容易に設けられる。特徴的なことは、回転軸10，20，30，40，50のすべてが全周回転できるように支持されることである。
これによって、1本のロボット・アームのみが連結されるスカラロボットに対してさらなる長所を持つ。衝突の危険性が高いので、同じ作業領域に複数のスカラロボットが設置されることはまずない。なぜなら、本発明による2本のアームを有するロボットではほとんど回避できるようなコントロールエラーによっても衝突の危険性が発生するからである。2本のアームを有する本発明のロボットの導入は、短時間で装置に負荷をかけあるいは負荷を開放する状況においてはとくに有利である。このような場合、スカラロボットは上記の衝突の危険性があるため、2台が導入されることはまずない。
【００９２】
さらに本発明によるロボットの長所はストロークが短く、そのために荷重点の組み立て高さが比較的小さくなり、狭い作業領域であってもアームがわずかな高低差で侵入することができることである。さらに、システムの運動エネルギーがすべての静置状態で消失しないことである。なぜなら、すでに述べたごとく、（質量が比較的大きな）第1の剛性要素が「ピック・アンド・プレース」作業中に、効果器が静止局面にあっても回転を続け、その間中に両剛性要素24と26がこの回転運動を相殺する。
【００９３】
さらに特徴的なことは、実施例によるこの2本のアームに対してわずか1台のコントロール装置のみで十分なことである。前述のスカラロボットと比較して、本発明によるロボットはサイクル時間が著しく短縮される。さらに特徴的なことは、本発明によるロボットの効果器28は側壁に対して横方向に接近できることであるが、デルタロボットでは寸法的にこのようなことはできない。さらに本発明のロボットは、蓋においてもまたある装置ではベースにおいても組み立てが可能である。
【００９４】
図4〜17は、搬送運動状態（図4〜12）および零空間動作状態（図12〜17）にある剛性要素18，24，26のさまざまな位置にある基本モデル（図1よよび2）の、本発明によるロボットの位置決め方法を図式的に説明する。重心37は、第1の剛性要素18と旋回駆動装置16にあるその部品によって構成され、第1の剛性要素18の回転中に同様に移動する重心として、正確に把握される。重心38は、第2の剛性要素24ならびに、第2の剛性要素24の回転中に同様に移動する第2の旋回駆動装置22および第3の旋回駆動装置31にある部品によって構成される重心として、正確に把握される。重心39は、第3の剛性要素26ならびに、場合によって存在する垂直駆動装置14、効果器28、場合によって存在する荷重および、第3の剛性要素26の回転中に同様に移動する第3の旋回駆動装置31にある部品によって構成される重心として、正確に把握される。
【００９５】
図4では、搬送運動（内側弾み運動）の開始直前の状態となっていて、ここでは第2の剛性要素24、第３の剛性要素26および効果器28が直線上に並んでいる。ロボットがどのようにしてこの位置に持ち込まれるかということは、すでに詳しく説明した（搬送運動が継続する始動運動または零空間動作の説明を参照）。
【００９６】
まず、第2と第3の剛性要素24、26の急速な折りたたみ運動、すなわち第3の回転軸30の第2の回転軸方向への移動が実行される。第2の回転軸20、すなわち第2の旋回駆動装置22はこれに対してその最大出力を仕向けて、折りたたみ運動を加速する。零空間動作からの移行期間の間に（または始動運動からの移行期間の間に）第1の剛性要素18の所与の衝撃力が効果器28に加わることによって、効果器28は第2軸20の方向へ強い加速力を受ける。
【００９７】
従って、この方向における速度成分は効果器28の中において非常に大きくなる。折りたたみ運動の開始（図5）には、第2の駆動装置22はこの方向における効果器28の速度成分を非常に大きくする。効果器28は、わずかな瞬間をおいてすでに第2軸20よりも素早く移動する。
【００９８】
そうして効果器28は第2軸20に対して急速に接近する（図5〜7）。第2と第３の剛性要素24、26の折りたたみ運動が進行すればするほど、第2の駆動装置のトルクは効果器28に対して、第1の回転軸の方向に加速度する動力伝達をますます課す。従って、第2軸のトルクは急速にゼロへと減少される。こうして、効果器28の運動はその直線軌道からわずかに第1の回転軸10の方向にずらされる。
この運動は、効果器28と第3の回転軸30が第2の回転軸20の速度ベクトルの線上にこの時点に実質的に存在するまで継続する（これはこの時点に対する第2の回転軸20による正接となる）。こうして効果器28は第2の回転軸20に追いつき（図7および8）、第2と第3の剛性要素24、26はお互いに重なり合う（図8）。角位置は約180°となる（定義による）。効果器28はこの位置から前進することなく、第2の回転軸20から離れることはない。なぜならその剛性要素24、26（２と３）の位置がその方向において阻害要因となるからである。
【００９９】
剛性要素24、26（２と３）の長手方向を指し示す効果器28の速度成分は、その剛性要素24、26の阻害要因により生じ運動方向と反対方向に作用する垂直力によって完全に吸収される。効果器28のそのほかの速度成分は、第3の剛性要素を横断する方向に働く。第3軸30の180°位置が対応する第2の駆動装置22の修正措置によって維持されている場合、効果器28と第3軸30は第2軸20の周囲を回転運動する。この回転のあいだ、効果器28の角回転速度は第3軸30より若干早くなる。このとき、第3軸30は次第にその180°位置から離れる。
【０１００】
効果器28が第2軸22の周囲の（部分）円周軌道から十分大きく変位した後に、第2の回転軸20が改めて第2の駆動装置22によって加速される（図9）。主要なことは、第3の回転軸30のところの角度が数値的に90°領域に次第に大きく降下するにに従って、この行程が第3軸30の緩慢な変位となり、またその変位を増大する効果器の加速度となることである。
【０１０１】
この変化は第2の回転軸20の運動方向に起こる。第2の駆動装置22の出力はこの場合、効果器28が次第に目標の座標（＝あらかじめ定義された場所P1）の方向に向けられるように選択されなければならない。そこで第2の駆動装置22の出力反転のタイミングは、効果器28がブレーキの役割を果たすように選択される。ロボットが第3の回転軸30の180°位置からいかに早く離脱したか（図9〜10）によって、また第2の駆動装置20の加速局面および制動局面のコントロールがいかに正しいかによって、ロボットは、零空間動作の開始に必要とされる場合と同様の正確さで、図12で見られるごとく、目標地点に（P1）に到達する。
【０１０２】
そこで零空間動作を導入する（図12）。効果器28、すなわち第3の剛性要素26の先端が、スペース中で（しかもP1の周辺で）ある時間区間Δtのあいだ静止するためには、第3の剛性要素26が効果器28の周囲でひとつの円軌道（＝部分円、円弧）上で運動することが必要でなる。この運動（P1において静止している効果器28の周囲の円弧状の第3の回転軸30の運動）は実施例においては、まずベース12から離れる方向（図13、14）に対して行われ、次いでベース12に向けられた方向（図15、16）に対して行われる。そこで第3の回転軸30はさらに回転を続け（図17）、そのためにベース12と回転軸30のあいだの距離は再び開いてゆく。
【０１０３】
これまでのところは、P1において静止している効果器28の周囲の円弧上の均一でない第3の回転軸30の旋回運動と回帰点について述べた（図14）。第3の剛性要素26、効果器28および効果器28のつり上げ軸の共通重心が効果器28に非常に近接していることは有利である。このようにして、第3の駆動装置31に必要な駆動トルクは小さく維持できるようになる。第3軸30の力による第3の剛性要素26の加速は、その中心が効果器28の中心ではなく、上記の質量重心の近傍に存在する剛性要素26の回転を発生させる。
【０１０４】
それから第2の駆動装置22および第3の駆動装置31を介して、第1の剛性要素が時間区間Δtにおいてコンスタントな角速度で回転を続けているあいだに第3の回転軸30がP1の周囲の円軌道にあり、また効果器28がP1の地点で静止となるようなトルクまたは力が第3の剛性要素に導入される。
【０１０５】
これまでのところは、要素24，26はポイントP1のところで要素18の回転運動を相殺する。従って要素18は全時間区間Δtの間は静止する。これに対する第3の駆動装置の必要なトルクは、この第3の駆動装置が極めて小さなサイズで構成されることで有利となる。このことによって、アーム（24，26）の慣性モーメントが小さくなり、従ってサイクル時間が短くなりエネルギー消費も少なくなった。
【０１０６】
零空間動作（効果器28の周りで第3の剛性要素が加速回転する場合）のための上記のトルクの導入とともに、第3の駆動装置31は搬送運動のあいだの調整用としても必要とされる。基本的に、搬送運動、すなわち出発点から目標地点（P1）までのロボットのコントロールのために、コントローラによってロボット・アームの適当な軌道運動が計算される。このために、アーム（24，26）の機械的構造、出発点の軸（10，20，30）の角位置および目的地点（P1）の座標位置についての情報が利用できる。
【０１０７】
この情報に基づいて、その時間に（第1と第2の駆動装置16，22が）必要とするトルクの過程があらかじめ計算される。望ましいトルクの推移を発生させるために対応した電流が駆動装置（第1および第2の駆動装置16，22）に加えられると、ロボットは計算された軌道に従って動く。しかし実際には、ロボットが搬送運動中にそのコースから外れて目的地点を誤るような作用を及ぼす一連の妨害が発生する。その中には摩擦、材質の柔軟性、軸受けの遊び、熱膨張などがある。従ってロボットは制御回路を通じてそれを制御する。その回路は必要な行程量を、すなわち軸10，20，30の角位置および角速度を恒久的に測定し続ける。
【０１０８】
運動中の変位はコントロール装置につぎつぎと伝えられ、即座に適合され、また軌道修正される。コントロール装置が軌道計算をするときには、駆動装置（第1と第2の駆動装置16，22）の動力備蓄を必ず考慮に入れる。この動力備蓄は、軌道運動中に、コントロール回路によって軌道修正に適用される。このようにして第3軸20には、（搬送運動中の）軌道計画にたいしてほとんど無視し得るほどの弱い動力しか備えられない。ロボットを加速するための出力の寄与（搬送中の）およびそれによるロボットの短時間のサイクル時間に対する影響は無視し得る。
【０１０９】
コントロール装置による最初の軌道計算に対しては、第3の駆動装置31は次の理由で無視してはならない。それでも第3軸30には妨害の影響が現れるから、第3の駆動装置31はそのような妨害トルクや妨害力を第3軸30において相殺することができるコントロール装置を備えなければならない。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  第1回転軸
１２  ベース
１４  垂直駆動装置
１６  第1旋回駆動装置
１８  第１の剛性要素
２０  第2回転軸
２２  第2旋回駆動装置
２４  第２の剛性要素／上側アーム
２６  第３の剛性要素／下側アーム
２８  効果器
３０  第3回転軸
３１  第3旋回駆動装置
３２  効果器の回転軸
３６  効果器用の旋回駆動装置
３７  第１の剛性要素の重心
３８  第２の剛性要素の重心
３９  第３の剛性要素の重心
４０  第4回転軸
４２  第4旋回駆動装置
４４  第４の剛性要素／上側アーム
４６  第５の剛性要素／下側アーム
５０  第5回転軸
５１  第5旋回駆動装置
ｔ１  零空間動作開始のタイミング
Δt  零空間動作の時間区間
Ｐ１  予め定義された地点
Ｍ２  第2旋回駆動装置２２の定格駆動トルク
Ｍ３  第2旋回駆動装置３１の定格駆動トルク
Ｍ４  第2旋回駆動装置４２の定格駆動トルク
Ｍ５  第2旋回駆動装置５１の定格駆動トルク