(57)【要約】デルタロボットは複数のモータ／伝動装置ユニット（５）を有し、該モータ／伝動装置ユニットはそれぞれ１つのアーム（２）に配属されかつそれぞれ３角形の一辺の上に配置されている。各モータ／伝動装置ユニットは、少なくとも１つの伝動段が回転対称的に緊張させられた伝動装置（５２）を有している。伝動装置（５２）は伝動装置コンポーネントの材料及び／又は形状接続的な結合により伝動装置（５２）の全運動領域に亘って遊びを持たなくなっている。このデルタロボットは実地においてデルタロボットにとって重要なすべての要件、特に剛性、調整特性、所要スペース、速度及び位置精度を好適化する。
2005528993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内で対象物を動かしかつ位置決めする装置であって、ベース部分（１）と、該ベース部分（１）に配置された少なくとも３つのモータ／伝動装置ユニット（５）と、第１の端部にてそれぞれ１つのモータ／伝動装置ユニット（５）に結合されかつ第２の端部で共通の保持体部材（３）にヒンジ結合された少なくとも３つのアーム（２）とを有し、前記保持体部材（３）に対象物を掴む少なくとも１つの掴み部材が配置されており、前記モータ／伝動装置ユニット（５）が、前記ベース部分（１）によって規定された平面又は該平面に対して平行に延在する平面内にて、前記モータ／伝動装置ユニット（５）が仮想多角形の一辺を形成するように配置されている形式のものにおいて、前記モータ／伝動装置ユニット（５）が、少なくとも１つの伝動段が緊張させられた伝動装置（５２）を有し、該伝動装置（５２）の遊びが、伝動装置コンポーネントの材料及び／又は形状接続的な結合によって該伝動装置（５２）の全運動領域に亘って少なくともほぼ無くされていることを特徴とする、空間内で対象物を動かしかつ位置決めする装置。
【請求項２】
３つのアーム（２）と３つのモータ／伝動装置ユニット（５）とが存在しており、それぞれ１つのモータ／伝動装置ユニット（５）が仮想３角形の一辺に配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記仮想３角形が正３角形である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
テレスコープ式の第４の軸（４）が存在し、該第４の軸（４）が保持体部材（３）と結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記モータ／伝動装置ユニット（５）が少なくとも１つの伝動段を有し、これらの伝動段の少なくとも１つ、有利には全部が、駆動側と被駆動側との回転軸を有し、該回転軸が同軸に延在しており、前記モータ／伝動装置ユニット（５）がモータ（５０）を有し、該モータ（５０）が前記少なくとも１つの伝動段と同軸的に結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記伝動装置（５２）が遊星歯車伝動装置であって、該遊星歯車伝動装置が太陽歯車と中空歯車とに噛合い、それぞれ遊星歯車ピンを介して回転保持体に固定された、各遊星歯車ピンを中心として回転可能に支承された遊星歯車を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記伝動装置（５２）が遊星歯車伝動装置であって、該遊星歯車伝動装置が太陽歯車と中空歯車とに噛合う遊星歯車を有し、該遊星歯車の軸が太陽歯車の軸に対しずらされて配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
前記伝動装置（５２）が単数又は複数の伝動段を持って構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記伝動装置（５２）が組合わされた円筒歯車−遊星歯車伝動装置であって、少なくとも１つの伝動段の駆動側の軸が被駆動側の軸に対し軸方向でずらされて配置されている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの緊張された伝動段が回転対称的に緊張させられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物を空間内で移動させかつ位置決めする、請求項１の上位概念による装置に関する。これは業界では高速パラレルメカニズムロボットもしくはデルタロボットと呼ばれている装置である。
【０００２】
対象物を空間内で移動させかつ位置決めするこの種の装置はＥＰ−Ａ−０２５０４７０号明細書に記載されている。このデルタロボットは、第１の端部で３本のアームが旋回可能に配置されたベースプレートを有している。各アームは個別に１つのモータを介して駆動される。この場合、３つのモータはベースプレートによって規定された平面内に、モータ軸のそれぞれ１つが仮想正３角形のそれぞれ一辺に沿って延在するように配置されている。アームの第２端部は共通の保持プレートにヒンジ結合されている。この保持プレートには移動する対象物を掴みかつ保持するための掴み手段、例えば吸着ヘッドが配置されている。第４のモータにより駆動されるテレスコープ式の第４の軸はベースプレートと保持プレートとにヒンジ結合されている。
【０００３】
類似した装置はＥＰ−Ａ−１１２９８２９号明細書によって公知である。この場合にはモータはベースプレート平面の下側に配置されている。さらに第４の軸はベースプレートを貫通している。この場合、第４の軸はベースプレートの上側で第４のモータと結合されている。
【０００４】
このデルタロボットの使用は自動化された設備、特に包装工業分野にて効果的である。このデルタロボットは、２つの位置の間で高速で、しかも正確に移動でき、比較的に大きな３次元領域内で複数の位置に到達できるという利点を有している。
【０００５】
通常、駆動モータは伝動装置を介し個々のアームと連結されている。このモータ／伝動装置ユニットでは、高速のスタート／ストップ過程に際しても、掴み手段の再現可能な高い位置決め精度を得ることが求められている。したがって伝動装置は実質的に遊びがなく、迅速な加速を可能にし、できるだけ小さな体積を有していることが望ましい。
【０００６】
したがってＷＯ００／３５６４０号及びＥＰ−Ａ−１１２９８２９号明細書によれば前記デルタロボットにて使用されるモータ／伝動装置ユニットが記載されている。ＷＯ００／３５６４０号明細書（図１）には高構造の２段の円筒歯車伝動装置が使用されている；ＥＰ−Ａ−１１２９８２９号明細書（図５）においては、構造高さはベースプレートを越えて延びている。これはデルタロボットが取付けられる懸垂装置の固有振動特性が構成高さが増した場合にほぼ２乗に比例して悪化するという欠点を有している。これにより高い作業速度では要求される精度を達成することはできない。これを回避するためにはデルタロボットは比較的に大きな質量を有していなければならないがこれは静力学的に不都合に働く。
【０００７】
別の問題は設置場所における空間高さが相応に低い場合に装置の使用が妨げられるか又は少なくともデルタロボットの作業領域の下降が必要となる懸垂装置自体の構成高さである。しかし前と後で行なわれる作業が人によって実施される場合には作業領域の下降は許されない。
【０００８】
同様に捩り弾性的に緊張されていない、できるだけ遊びの少ない伝動装置はＤＥ−Ａ−４４１３８７２号明細書に開示されている。この遊星歯車伝動装置は組み立てに際し回転保持体の軸受と２つの中空歯車との半径方向の移動を許す伝動段を有している。この伝動装置は両回転方向に等しく働くが、不具合な振動特性を有している。
【０００９】
ＤＥ−Ａ−１９７５７４３３号明細書は迅速な位置決め課題に関する公知のモータ／伝動装置ユニットの問題により深く係わっている。すなわち、無遊び性に関する根本的な問題に加えて伝動装置の不可避の摩耗が考慮されなければならない。ＤＥ−Ａ−１９７５７４３３号明細書の発明は、高い位置決め精度にとっては遊星歯車伝動装置に存在する遊びを最終位置の領域で減じるだけで足りるという認識から出発している。中間位置にて発生する遊びに基づく位置の変動は甘受できる。したがって、もっぱら伝動装置によって伝達しようとする回転モーメントが小さい場合に作用する処置が提案されている。この処置の特徴は、遊星歯車と協働する、同軸に回転する付加歯車が存在し、この付加歯車が遊星歯車よりもわずかな幅を有していることである。付加歯車はばねで捩り弾性的に緊張させられている。この緊張の結果、遊星歯車は最終位置にて規定された位置を占めることになる。しかし、最終位置においてしか達成されない無遊び性とこれに関連した方向依存性は運転騒音及び摩耗、伝動装置の剛性及び振動特性に不都合に作用する。
【００１０】
ＧＢ−Ａ−２２１３５５５号明細書によれば工業ロボット用の遊びのない伝動装置であって、回転方向の変化に際して発生する衝撃が方向分離された回転モーメントの伝達により回避される工業ロボットが公知である。方向分離された回転モーメントの伝動は遊星歯車の軸線が太陽歯車の軸線に対しずらされて配置されていることで達成される。これにより遊星歯車の歯は一方の回転方向では中空歯車の一方の歯面にかつ反対の回転方向では反対側の歯面に噛み合う。
【００１１】
ＤＥ−Ａ−１００５８１９２号明細書には遊びのない遊星歯車伝動装置が記載されている。太陽歯車と中空歯車とに噛合う遊星歯車はそれぞれ遊星歯車ピンの上に回転可能に支承されかつ遊星歯車ピンを介して回転保持体に固定されている。この場合、遊星歯車ピンはもっぱら材料接続的に回転保持体と結合されており、有利には溶接されている。
【００１２】
発明の開示
本発明の課題は冒頭に述べた形式のデルタロボットであって、遊び、大きさ、振動性及び調整パラメータに関して好適化された駆動ユニットを有しているデルタロボットを提供することである。
【００１３】
本発明の課題は請求項１の特徴によって解決された。
【００１４】
本発明のデルタロボットは、少なくとも１つの伝動段もしくは該伝動段のコンポーネントが緊張させられておりかつその無遊び性が、個々の伝動装置コンポーネントが全運動領域に亘って伝動装置の無遊び性を可能にするために材料及び／又は形状接続的に互いに結合されている伝動装置を有している。
【００１５】
伝動段のコンポーネントの緊張と組み合わされた材料及び／又は形状接続的な結合は両運動方向に高められた剛性をもたらし、これにより剛性の大きいシステム動作につながる相応に好適な調整を可能にする。加えて全運動領域に存在する無遊び性はデルタロボットの振動性と精度とを好適化する。
【００１６】
モータが伝動ユニットと同軸的に結合されていると、モータ／伝動装置ユニットはきわめてコンパクトに、ひいては比較的に小さく構成することができる。これは当該ユニットの総重量及び特に構成高さに関する所要スペースを減少させる。これは懸垂装置の振動性にも有利な影響を与える。デルタロボットにおいては前記伝動装置ユニットはそれぞれ一平面内にて多角形、特に３角形の一辺の上に配置されているので伝動装置ユニットの大きさの減退は重要な意義を持つ。
【００１７】
もっぱら材料接続的な結合は、形状及び材料接続的な結合もしくは純然たる形状接続的な結合に較べて、伝動装置の製作が簡易化され、個々のコンポーネントと組立とに関し寸法安定性に課される要求が低くなり、伝動装置は小さくかつ軽く構成できるようになる。
【００１８】
本発明の別の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１９】
発明を実施する最良の形態
図１には例えばＥＰ−Ａ−０２５０４７０号明細書とＥＰ−Ａ−１１２９８２９号明細書とに記載されているような公知形式のデルタロボットが示されている。したがってデルタロボットの構造とその制御とについては詳細に触れることはしない。運動がパラレル運動機構の原理に基づき実施されるデルタロボットは主として１つのベース部材１と、少なくとも３つのアーム２と、図示されていない掴み手段、例えば吸着器を有する１つの保持体部材３と各アームあたり１つの固有のモータ／伝動装置ユニット５とを有している。さらに有利にはアーム２の配置に関して中央に配置された１つのテレスコープ式の第４の軸４が存在している。デルタロボットにおいて特殊であることは、アーム２が所属のモータ／伝動装置ユニット５を介してベース部材１、この場合にはプレート状に構成されたベース部材１にヒンジ結合されかつ下方のヒンジ２４を介して共通の保持体部材３、この場合には同様にプレート状に構成された保持体部材３に配置されている。この場合、所属のモータ／伝動装置ユニット５は共通の平面内で仮想の多角形の一辺の上に配置されている。有利には３本のアーム２が存在し、多角形は正３角形として構成されている。
【００２０】
図２に示したように各モータ／伝動装置ユニット５はモータ５０と伝動装置５２とを有している。モータ５０はモータ接続部５１を介し図示されていない制御装置と接続されている。モータはサーボモータ、非同期モータ、三相電流モータ又は使用領域に適した他のモータであることができる。図２に示されているように、モータ５０はコンパクトな構造形式を得るために同軸的に伝動装置と結合されている。この場合、共通の軸は上記仮想多角形の一辺に位置している。伝動装置５２には所属のアーム２が図３に示された伝動装置側の接続フランジ５３を介して固定的に結合されている。したがってアーム２は伝動装置５２と不動に結合された上側アーム２１と該上側アーム２１と上方のヒンジ２２、例えばカルダンジョイントを介してヒンジ結合された下側アーム２３とを有している。
【００２１】
上側アーム２１は図４に示されているように、アーム側の接続フランジ２０を介して伝動装置側の接続フランジ５３とねじ結合されている。固定ねじ２５は有利にはカバーキャップ２６で、汚染を回避するためにもしくは掃除を簡便にするために被われている。
【００２２】
この配置で使用された伝動装置５２は、組立てに際し製作誤差に基づく伝動装置公差を補償するために互いに調節可能な複数の伝動装置段を有している。伝動装置段は回転対称的に緊張させられていると有利である。さらに運動領域の全体に亘って実質的に遊びなく構成されるために個々の伝動装置コンポーネントは形状及び／又は材料接続で結合されている。有利にはこれらの伝動段の少なくとも１つは同軸に延びる駆動側と被駆動側の回転軸を有している。この場合にはモータ５０も該回転軸に対し同軸に延在している。伝動装置５２は単段に又は複段に構成されていることができる。伝動装置５２は有利には遊星歯車伝動装置である。組み合わされた円筒歯車及び遊星歯車伝動装置を有する実施例又は他の組み合わされた多段伝動装置も可能である。組み合わされた円筒歯車及び遊星歯車伝動装置の場合には駆動側の回転軸が被駆動側の回転軸に対しずらされて軸方向に延びる少なくとも１つの伝動段が存在している。
【００２３】
有利な実施例においては伝動装置はＤＥ−Ａ−１００５８１９２号明細書に記載されかつWittenstein社によりＴＰＭ０２５という型名で販売される遊星歯車伝動装置である。この伝動装置は所望される遊びのない回転のために持続的に遊びを補償するための手段を有している。
【００２４】
別の実施例においては遊星歯車伝動装置はＧＢ−Ａ−２２１３５５５号明細書に記載されているようなものである。この伝動装置はいわゆるハーモニックドライブ伝動装置として構成されている。すなわち中心的なボスと楕円形に変形可能な球軸受とを有する楕円形の円板、外歯を有する楕円形に変形可能なブッシュ及び内歯を有する剛性の円筒形のリングを有している。
【００２５】
本発明の装置は実地においてデルタロボットにとって重要なすべての要件、特に高められた剛性、ダイレクトな調整特性及び改善された位置決め精度の好適化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】デルタロボットの斜視図。
【図２】本発明によるモータ／伝動装置ユニットを有する図１のデルタロボットの詳細図。
【図３】図２のモータ／伝動装置ユニットを示した図。
【図４】１つのアームをモータ／伝動装置に固定する装置の分解図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ベース部分、  ２  アーム、  ３  保持体部材、  ４  第４の軸、  ５  モータ／伝動装置ユニット、  ２０  アーム側の接続フランジ、  ２１  上側アーム、  ２２  上方のヒンジ、  ２３  下側アーム、  ２４  下方のヒンジ、  ２５  固定ねじ、  ２６  カバーキャップ、  ５０  モータ、  ５１  モータ接続部、  ５２  伝動装置、  ５３  伝動装置側の接続フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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