(57)【要約】【課題】物体（７a）を空間内で移動させる平行運動マニピュレータ（２）を有する産業用ロボットを提供することを目的とする。【解決手段】この産業用ロボットにおいて、このマニピュレータ（２）は、固定プラットホーム（６）と、物体（７a）を運ぶための可動プラットホーム（７）と、これらのプラットホームを連結する少なくとも３つのアーム（３、４、５）とを有している。各アームは、固定プラットホームに連結され、可動プラットホーム（７）を操作するための第１のアーム部分を備えている。
2005516784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（７a）を空間内で移動させるための平行運動マニピュレータを有する産業用ロボットであって、前記マニピュレータ（２）は、固定プラットホーム（６）と、物体（７a）を運ぶための可動プラットホーム（７）と、これらのプラットホームを連結する少なくとも３つのアーム（３、４、５）とを有している産業用ロボットにおいて、前記の少なくとも３つのアームの各々は、軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）のまわりの無端状の回転のために固定プラットホームに連結された第１のアーム部分（９、１４、２３）を備えていることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記の少なくとも３つの第１のアーム部分（９、１４、２３）の各々は、少なくとも２つの平行軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）のうちの一方のまわり回転するように配置されている、請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記の少なくとも２つの回転軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）は一致するように配置されている、請求項２に記載の産業用ロボット。
【請求項４】
前記固定プラットホーム（６）は、カラム（６a）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つに記載の産業用ロボット。
【請求項５】
前記カラム（６a）は、これどちらかの端部（３５、３６）に取外し可能なロボットスタンド（８）を備えて配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
ロボット（１）が天井位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項７】
ロボット（１）が壁位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項８】
ロボット（１）が床位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項９】
前記マニピュレータ（２）は、４つのアーム（３、４、５、３８）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つに記載の産業用ロボット。
【請求項１０】
前記マニピュレータ（２）は、５つのアーム（３９、４０、４５、４６、４９）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つに記載の産業用ロボット。
【請求項１１】
前記マニピュレータ（２）は、６つのアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つに記載の産業用ロボット。
【請求項１２】
前記６つのアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）の各々は、単一のリンクにより前記可動プラットホーム（７）に連結されている、請求項１１に記載の産業用ロボット。
【請求項１３】
前記マニピュレータ（２）は、少なくとも１つの余分のアーム（４９、５１、５２）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１つに記載の産業用ロボット。
【請求項１４】
固定プラットホーム（６）と、物体（７a）を運ぶための可動プラットホーム（７）と、これらプラットホームを連結する少なくとも３つのアーム（３、４、５）と、これらアームを駆動するための駆動手段とを有している平行運動マニピュレータ（２）を有する産業用ロボットにおいて物体（７a）を空間内で移動させるための方法において、前記駆動手段は、前記アームを異なる平面内で無端状の回転で個々に駆動することを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記の少なくとも３つのアームは、平行な平面内の少なくとも２つの平行な軸線（Ｅ、Ｆ、Ｇ）のうちの一方のまわりに回転する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記の少なくとも３つのアーム（３、４、５）は、平行な平面内の共通の軸線（Ａ）のまわりに回転する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記アーム（３、４、５）は、物体を一定の傾斜で操作する、請求項１４ないし１６のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１８】
６つのロボットアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）が物体（７a）を１つの自由度で操作するようになっている、請求項１４ないし１７のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１９】
ロボットの駆動容積は回転中、変化するようになっている、請求項１４ないし１８のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの余分なアーム（４９、５１、５２）が、物体（７a）を無端状の回転状態にする、請求項１４ないし１９のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１ないし１３による産業用ロボットの使用、および高い精度の駆動のための請求項１４ないし２０による方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１３による産業用ロボットの使用、および清浄な部屋における高い精度の駆動のための請求項１４ないし２０による方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータと、このマニピュレータを自動的に駆動するための手段を持つ制御ユニットとを有する産業用ロボットに関する。このマニピュレータは、各々がリンク構造体を備えた少なくとも３つのアームを有する平行運動マニピュレータよりなる。これらの３つのリンク構造体は、共に、目的とする機能を達成するように配置された作用プラットホーム部材を直接または間接的に支持する。
【０００２】
「平行運動マニピュレータ」、ＰＫＭ、の決定は、第１の固定要素、第２の可動要素（プラットホーム）および少なくとも３つのアームを備えているマニピュレータとして定義される。各アームは、支持用の第１のアーム部分および第２のアーム部分を備えており、この第２のアーム部分は、可動プラットホームに連結されたリンク構造体を備えている。
【背景技術】
【０００３】
ＳＣＡＲＡロボットと言う名の周知のロボットの種類は、主として物体の傾斜を変えることなしに物体を移動されたり、回転させたりするのに使用される連続運動マニピュレータである。このマニピュレータは、直列に連結された運動リンクを備えている。これらのロボットは、通常、ｘ−、ｙ−、ｚ−方向およびφ２（ｚ−軸線と平行な軸線のまわりの物体の回転）における４つの自由度を有している。ｘｙ−平面内で物体を操作するのに、直列に連結されてｘｙ−平面内で働く２つのアームが使用される。ｚ−方向における移動を達成するために、線形移動装置が使用される。この装置は、アームが直列に連結される前、或いはアームが直列に連結された後に配置される。第１の場合、直列に連結されたアームは、駆動組立体をｚ−方向移動のために移動させなければならなく、後者の場合、駆動組立体は、ｚ−方向移動のために直列に連結されたアームを移動させなければならない。φ２移動のためには、駆動組立体は、常に、ロボットの運動連鎖の端部に位置決めされる。
【０００４】
ＳＣＡＲＡロボットに関する特性のうちのいくつかが、平行に作用することにより物体を操作するロボット、すなわち、平行運動マニピュレータＰＫＭで改良される。以上の記述によれば、連続運動ロボットは、大きな質量を有している、かくして低い機械的固有周期数に従順になり、精度が制限され、可能な高い加速の急速度の移動を達成するのに大きいモータトルクが必要とされる。
【０００５】
平行運動ロボットは、高い程度の荷重容量、高い剛性、高い固有周期数および低い重量をもたらす設計である。３つの自由度、すなわち、デカルト座表系におけるｘ−、ｙ−、ｚ−方向におけるプラットホームの操作を達成するのに、平行に作用する３つのアームが必要とされる。６つの自由度すべて、すなわち、ｘ−、ｙ−、ｚ−方向およびプラットホームに配置された物体の回転角／傾斜においてプラットホームの操作を達成するのに、平行に働く６つのアームが必要とされる。
【０００６】
理想的には、堅く正確な操作を得るために操作物体に圧縮力および引張力のみを伝達する合計６つの別々なリンクにより物体が操作されるべきである。一般に、ＰＫＭは、３つないし６つまでのアーム部分を備えている。例として、４つの自由度用に設計された４つのアームを有するマニピュレータは、６つの別々なリンクを共有する第２のアーム部分を有している。これは、例えば２／２／１／１または３／１／１／１のような或る組合せで可能であるだけである。２／２／１／１は、２つの支持用の第１のアーム部分が２つのリンクを備えている夫々の第２のアーム部分に連結されており、他の２つの支持用の第１のアーム部分が単一のリンク備えている夫々の第２のアーム部分に連結されていることを意味している。
【０００７】
公知のマニピュレータは、全体作用領域において未変化の傾斜のままであるプラットホームを操作する。このロボットは、各々が運動平行関係で第２のアーム部分に連結されている３つの支持用の第１のアーム部分を有している。このロボットについては、組合せ２／２／２または３／２／１による３つの第１のアーム部分に任意に分布された合計６つのリンクを配置することは知られている。
【０００８】
国際出願第ＷＯ９９／５８３０１号には、組合せ２／２／２による第２の要素に対して第１の要素を相対移動させるための高知の装置が開示されている。３つのアームは、各々、リンク構造体を含む第２のアーム部分に連結された支持用の第１のアーム部分を備えている。この第１の要素は、固定であると記載されており、第２の要素は、駆動手段によりｘ−、ｙ−、ｚ−方向に操作される。各リンク構造体は、２つまたは３つの自由度の継手によってそれぞれ支持用の第１のアーム部分および第２の要素に連結されている。各駆動手段は、固定部分および回転部分を備えており、固定部分は、第１の固定要素に含まれている。この上記の文献における参照符号を使用して、各駆動手段は、第１のアーム部分６、７、８に連結された回転部分を有している。同じ幾何学的軸線３７のまわりに、駆動手段３は、第１のアーム６を枢動させ、駆動手段４は、第１のアーム部分７を枢動させる。第３の駆動手段５は、枢動軸線と非平行である幾何学的軸線３８のまわりに第１のアーム部分８を枢動させる。第３の駆動手段５によれば、駆動手段４による支持用アーム部分７の枢動時に、軸線５３およびギアホイール１０がこの枢動に同行する結果、支持用アーム部分８も同行する。かくして、駆動手段４、５は、駆動手段３と比較して、より加速するはずであり、より重く荷重付与される。その結果、このマニピュレータの設計は、３つの異なる駆動寸法を有する３つの異なる駆動手段の設計を必要とする。これにより、この設計はより複雑になり、マニピュレータは処理が比較的高価になる。他の結果としては、駆動手段は最も高い慣性モーメントを支持し、マニピュレータにおける慣性モーメントの不均等な分布が生じる。しかも、機械的固有周期数は、軸線２が回転しなければならない余分の質量のため、低くなり、それにより高い動作周期数でさほど正確ではない制御をもたらす。
【０００９】
国際出願第ＷＯ９７／３３７２６号には、第２の組合せ３／２／１による第１および第２の要素を相対移動させるための装置が開示されている。この装置は、各々が固定プラットホームおよび可動プラットホームを連結するように配置された３つのアームを有するマニピュレータを備えている。各アームは、互いに連結された支持用の第１のアーム部分および第２のアーム部分を備えており、夫々の第２のアーム部分は、リンク構造体を備えている。固定プラットホームには、３つのアクチュエータが固定されており、これらのアクチュエータは、各々、１ついの第１のアーム部分を駆動する。第１の支持用アーム部分が３つのリンクを平行に備えている第２のアーム部分リンク構造体に連結されている。他の第１のアーム部分が２重のリンク構造体に連結されており、更に他の第１のアーム部分が単一のリンクに連結されており、すべてのリンクは可動プラットホームに連結されている。
【００１０】
米国文献第5,539,291号は、平行運動マニピュレータを示している。スタンドが2軸の制御可能な支持用アーム部分を支えている。また、このアーム部分は、可動の物体を支える第２のアーム部分を支持している。共通の枢動軸線のまわりに枢動する第１および第２の支持アームが、アーム部分と４つのリンク仕掛けとの間の組合せの機能を有するベルトよりなる外側アームを介して移動可能な物体に連結される。これらの外側アームおよび第２の支持アームは、圧縮力および引張力ならびに捻れモーメントを伝達するように配置されている。その結果、駆動容積が制限されたマニピュレータの設計が比較的嵩張ってしまう。しかも、示されたマニピュレータは、圧縮力および引張力のみを伝達するアーム部分を備えたマニピュレータと比較して、小さい剛性、低い精度および非常に低い機械的固有周期数を有する。
【００１１】
ロボットは、以下で駆動容積と称する適用に必要とされる容積内で駆動する。更に、マニピュレータがそれ自身の目的で必要とする駆動容積外の容積は、未使用駆動容積と称する。先行技術は、制限された駆動容積を持つ大型で高価な設計を有するマニピュレータを有している（先行技術における図１６）。或るロボットの適用のためには、非常に高い初期のコストにより、互いに近くで働くことができる、駆動容積に対して少ない未使用の駆動容積を有するＰＫＭを製造することが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の条件によれば、高い精度および剛性を有する産業用ロボットの必要性がある。更に、動的力の向上過程を持ち、同時にマニピュレータの未使用容積に対して増大した作用容積を持つロボットの必要性がある。更に、急速性および性格な移動の特性を有するロボットの必要性がある。また、ロボットを互いに近くで働かせるロボット設計の必要性がある。
【００１３】
平行運動マニピュレータを備えている公知の産業用ロボットはこの必要性を満たしていない。
【００１４】
本発明の目的は、高い精度、剛性および高い駆動容積／未使用駆動容積比をもたらす前述の急速ＰＫＭを提供することである。本発明の第２の目的は、物体を速く且つ正確に操作するための方法を提供することである。本発明の第３の目的は、高い精度の駆動のために第１の形態によるロボットおよび第２の形態による方法を使用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的は、本発明によれば、第１の形態では、独立請求項１の特徴を備えた産業用ロボットにより、第２の形態では、独立請求項１１の特徴を備えている産業用ロボットにおいて、高い精度で物体を操作するための方法、および請求項１５および１６による方法の使用により達成される。好適な実施の形態は従属請求項に記載してある。
【００１６】
本発明の第１形態による解決法は、空間内で物体を移動させるための平行運動マニピュレータを有する産業用ロボットを提供することである。このマニピュレータは、固定プラットホームと、物体を運ぶための可動プラットホームと、これらのプラットホームを連結する少なくとも３つのアームを有している。これらの少なくとも３つのアームの各々は、軸線のまわりの無端状の回転のための固定プラットホームに連結された第１のアーム部分を備えている。
【００１７】
第１のアーム部分が３６０°以上回転することができることを無端状回転と称する。
【００１８】
平行運動マニピュレータは、各々が第２のアーム部分に連結されている少なくとも３つの独立した支持用の第１のアーム部分を備えている。第２のアーム部分は、軸方向の力のみを有する合計６つのリンクを備えており、前記のように、プラットホームに連結されてマニピュレータの全体精度および剛性を最適にしている。
【００１９】
本発明による平行運動マニピュレータの少なくとも３つの第１のアーム部分は、１つまたは幾つかの軸線のまわりに無端状回転可能に配置されている。かくして、ＰＫＭの無端状回転は、未使用駆動容積を夫々の回転軸線のまわりの１つまたは幾つかの異なる円筒形容積に減じ、未使用駆動容積は減少される。この設計の他の結果としては、可動プラットホームと夫々の回転軸線との間の最小および最大の半径方向の駆動距離が減少され、その結果、駆動容積が減少される。未使用の駆動容積が減少され、駆動容積が増大された結果、本発明によれば、駆動容積／未使用駆動容積比が増大する。
【００２０】
本発明によるロボットは、この設計において一様な動的力の分布および望ましくない捩れ力および曲げ力の不足により望ましい動的特性を有している。この結果、ロボットの速度、加速および精度が高くなる。
【００２１】
本発明の一実施の形態では、支持用の第１のアーム部分は、少なくとも２つの平行軸線のうちの一方のまわりに回転するように配置されている。各第１のアーム部分は、固定プラットホームに連結されて配置されており、別体の駆動手段により駆動される。更に、駆動手段は、１つの支持用アーム部分のみを駆動し、固定プラットホームのいずれの部分またはいずれの他のアクチュエータをも駆動しないように配置されている。従って、本発明によるロボットの設計は、従来のロボットと比較して減少された移動質量を有している。アームを駆動するアクチュエータの低い効果ならびに低い質量を有することが可能である。これにより、有効なトルクレベルで慣性モーメントを最小にし、且つロボットの加速および速度能力を最大にする。この設計は、望ましくない遊びの源が無い。本発明による結果は、低い機械的固有周期数および伝達誤差を有し、従って、最小の慣性モーメントおよび一様な分布を有するロボット設計であり、更に望ましくない応力が無い設計である。この結果、本発明によれば、高い精度および望ましい動的性能を有するロボットが得られる。
【００２２】
本発明によれば、ロボットは、平行な軸線のまわりに回転するアームを有していて、以上で明記したように未使用の駆動容積を減じるマニピュレータを備えている。この結果、設計により、大きい駆動容積内に駆動領域を有するコンパクトなロボットが得られる。更に、本発明によるロボットは、駆動中、アームが空間内で望ましくなく延びる位置を欠くマニピュレータを備えている。
【００２３】
本発明の一実施の形態では、ロボットは、各々が１つの第１のアーム部分を有する３つのアームを備えている。各第１のアーム部分は、他の第１のアーム部分のうちの１つの回転軸線と間隔を隔てて平行である軸線のまわりに回転するように配置されている。かくして、これらのアームは、３つの異なる回転軸線にまわりに回転するように固定プラットホームに配置されている。
【００２４】
本発明によれば、ロボットは、各々が１つの第１のアーム部分を有する３つ、４つ、５つまたは６つのアームを備えている。これらの３つ、４つ、５つまたは６つの第１のアーム部分は、共通の軸線のまわりに回転するように配置されている。かくして、これらのアームは、固定プラットホームに連結されていて、共通の回転軸線のまわりに回転するように配置されている。
【００２５】
本発明によれば、ロボットは、万能のカラムの概念を備えており、このカラムの概念は、カラムの配向にかかわらず、床、壁部、２つの壁部間、または天井に配置するのに適している。本発明によれば、固定プラットホームは、いずれかの端部に取外し可能なロボットスタンドを備えて配置されたカラムを備えている。
【００２６】
本発明によれば、ロボットは、３つ、４つ、５つまたは６つのアームを備えていて、３つ、４つ、５つまたは６つの自由度で操作するように設計されている。また、ロボットの作用領域における特異性を除くのに余分なアームが必要である実施の形態もある。平行ロボットのための特異性は、操作されるプラットホームがプラットホームを制御不可能にする１つの自由度を得るような構成として定義される。しかも、ＰＫＭは非常に従順であって、特異性に近い不正確である。
【００２７】
本発明によれば、操作すべき物体を回転させるために少なくとも１つの余分なアームが配置されている。物体を回転させる２つのアームは、物体を回転させるために配置された局部駆動手段を備えた従来のロボットと比較して、高い回転力を与える。
【００２８】
本発明のさらに他の実施の形態によれば、ロボットは、可動プラットホームと、各々が１つのリンクを備えた第２のアーム部分とを連結する６つのアームを備えている。このロボットの設計の結果、各アームごとに１つの自由度を操るロボットが得られる。このロボットは、操作されるプラットホームの３つの自由度の位置決めおよび３つの自由度の配向の両方を得る６ＤＰＦ操作平行ロボット設計と呼ばれる。
【００２９】
本発明の第２の形態による解決法は、平行運動マニピュレータを有する産業用ロボットにおいて物体を空間内で移動させるための方法を提供することである。このマニピュレータは、固定プラットホームと、物体を運ぶための可動プラットホームと、これらのプラットホームを連結する少なくとも３つのアームと、これらのアームを駆動するための駆動手段とを有している。この駆動手段は、アームを異なる平面内での無端状の回転で個々に駆動する。
【００３０】
本発明によれば、ＰＫＭは、平行な平面内の共通の軸線のまわりに回転するように配置された３つ、４つ、５つまたは６つのアームを備えている。本発明の一実施の形態では、６つのロボットアームが、各々、１つの自由度で物体を操作するようになっている。
【００３１】
本発明によれば、ＰＫＭは、平行な平面内の少なくとも２つの別々の平行な軸線のうちの一方のまわりに回転するように配置された３つ、４つ、５つまたは６つのアームを備えている。従って、駆動容積は、回転中、変化するようになっている。
【００３２】
本発明によれば、１つまたは２つの余分なアームが、前記のように、物体を無端状の回転状態に操作する。
【００３３】
本発明の第３の形態による解決法は、第１の形態によるロボットを使用すること、および例えば、適用測定、レーザ切断、組付け、分解、鋳物のバリ取りまたは切削において高精度の駆動のための第２の形態による方法を使用することである。
【００３４】
本発明の第１の形態による更なる実施の形態では、ロボットは、３つの支持用の第１のアーム部分を備えており、これらのアーム部分のうちの２つは、互いに対して取着されている。この実施の形態は平面（２ＤＯＦ）内で働くロボットよりなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付図面を参照して本発明を異なる実施の形態の説明により詳細に説明する。
【００３６】
図１は、共通軸線のまわりに回転可能に配置さえた３つのアーム３、４、５を有するマニピュレータ２を備えている産業用ロボット１である。これらのアーム３、４、５は、操作されるべき物体７a（図２）を運ぶために固定のカラム６aおよび可動プラットホーム７を組合せ３／２／１で連結している。カラム６aは、地面に固定される取外し可能なスタンド８により支持されている。
【００３７】
第１のアーム３は、支持用の第１のアーム部分９と、継手１２を介して直列に枢動可能に連結されたリンク構造体１０を備えている第２のアーム部分とを備えている。支持用の第１のアーム部分９は、連結手段１１を介してカラム６に回転可能に取付けられている。リンク構造体１０は、継手１３を介して可動プラットホーム７に枢動可能に連結されている。
【００３８】
第２のアーム４は、支持用の第１のアーム部分１４と、継手１６、１７を介して直列に枢動可能に連結されたリンク構造体１５を備えている第２のアーム部分とを備えている。支持用の第１のアーム部分１４は、連結手段２０を介してカラム６に回転可能に取付けられている。リンク構造体１５は、平行に配置されていて、継手２１、２２を介して可動プラットホーム７に枢動可能に連結されている同じ長さの２つのリンク１８、１９を備えている。
【００３９】
第３のアーム５は、支持用の第１のアーム部分２３と、継手２５、２６、２７を介して直列に枢動可能に連結されたリンク構造体２４を備えている第２のアーム部分とを備えている。支持用の第１のアーム部分２３は、連結手段２８を介してカラム６に回転可能に取付けられている。リンク構造体２４は、平行に配置されていて、それぞれ継手３２、３３、３４（図示せず）を介して可動プラットホーム７に枢動可能に連結されている同じ長さの３つのリンク２９、３０、３１を備えている。支持用の第１のアーム部分９、１４、２３は、共通の軸線Ａを中心に回転し、従って、それらの移動は、駆動されたとき、平行な平面内にあり、この回転は図１に破線で示されている。
【００４０】
一実施の形態（図示せず）では、ロボットはｚ―方向に一定の位置としてプラットホーム７をｘｙ―平面内において操作するのに使用される。これは、継手１２を継手２５、２６の上方に垂直方向に保持し、継手１３を継手３３、３４の上方に垂直方向に設けることによってなされる。また、これは、別の実施の形態では、継手１２を継手１６、１７の上方に垂直方向に保持し、継手１３を継手２１、２２の上方に垂直方向に設けることによって達成される。その場合、第１のアーム部分９は、それぞれ第１のアーム部分２３および第１のアーム部分１４に対して同期して制御される。
【００４１】
その場合、継手１２は、第１のアーム部分９（支持継手１２）を第１のアーム部分２３（支持継手２１、２２）に、変更例として、第１のアーム部分１４（支持継手１６、１７）に機械的に係止することによって継手２５、２６の上方、或いは変更例として継手１６、１７の上方に垂直方向に保たれる。他の可能性は、第１のアーム部分９を第１のアーム部分２３および第１のアーム部分１４それぞれと同期して制御することである。
【００４２】
位置の可能な変化は下記に従って行われる。ロボットのスタンド８（図２）をカラム６の第１の端部３５から取外し、逆さまにし、カラム６の第２の端部３６に取付ける。図３は、頂部位置の変化後の図２による産業用ロボットである。カラム６およびアーム３、４、５が図１、図２および図３において同じ配向を有することが強調されている。
【００４３】
図４は、本発明の別の実施の形態である。図２のロボットが頂部位置から取外し、このロボットに、カラム６の第１の端部３５に取付けられたロボット足３７が備えられている。カラム６およびアーム系統が図３および図４の両方において同じ配向を有することが強調されている。
【００４４】
図１ないし図４における産業用ロボットは、力付与構造体（図示せず）によって物体をｘ−方向、ｙ−方向およびｚ−方向に操作するように設計されている３つのアーム３、４、５を備えている組合せ３／２／１の同じロボットである。このロボットは、支持用の第１のアーム部分９、１４、２３をこれらが共通に有する単一の軸線Ａを中心に回転させるように設計されている。可動プラットホームに最も近い第２のアーム部分は、それぞれリンク構造体１０、１５、２４であって、組合せ３／２／１における必要な６つのリンクを共用している。継手１２、１６、１７、２５、２６、２７は、夫々の支持アーム部分９、１４、２３とリンク構造体１０、１５、２４との間の３つの自由度の相対移動を許容するように設計されている。前記の３つの自由度のうちの２つは、互いに角度をなして設置された２つの実際の或いは仮想の軸線のまわりのあらゆる方向における枢動よりなり、第３の自由度は、長さ方向軸線のまわりの個々のリンクの回転の形態である。実際には、個々の継手１２、１６、１７、２６、２７は、ボール継手または万能継手よりなる。
【００４５】
リンク構造体１０は、継手構造体１３を介して可動プラットホーム７に連結されている。リンク構造体１５は、継手構造体２１、２２を介して可動プラットホーム７に連結されている。リンク構造体２４は、継手構造体３２，３３、３４を介して可動プラットホーム７に連結されている。継手１３、２１、２２、３２、３３、３４は、それぞれ、リンク構造体１０、１５、２４と可動プラットホーム７との間の３つの自由度の相対移動を許容するように設計されている。実際には、個々の継手１３、２１、２２、３２、３３、３４は、万能継手またはボール継手よりなる。前者の場合、長さ方向軸線のまわりの個々のリンクの回転の形態における１つの自由度が除かれる。
【００４６】
アーム４、５は、主に、ｘ−ｙ平面内においてプラットホーム７を操作し、アーム３は、主にｚ−方向においてプラットホーム７を操作する。３つのアームは、可動プラットホーム７の一定の傾斜下で可動プラットホーム７の位置を操作する。
【００４７】
図５は、４つの自由度、ｘ−、ｙ−、ｚ−方向および傾動で物体を操作するように設計された組合せ２／２／１／１の産業用ロボットである。このロボットは、リンク２９で変形され、第２のアーム部分のリンク構造体３８ｂに連結された第１のアーム３８aを介して固定のカラム６と可動プラットホーム７とを連結するアーム３、４間で共通の軸線Ａのまわりで回転するように配置された第４アーム３８で完成された図１によるロボットよりなる。第１のアーム部分３８aが他のアームに対して回転されると、プラットホーム７は傾動されてプラットホームの配向をロボットに適用するのに必要なものに適合させることが可能である。
【００４８】
図６は、４つのアーム３９、４０、４５を備えた組合せ２／２／１／１の本発明による産業用ロボットである。各アームは、固定カラムの軸線Ａのまわりに回転するように配置された支持用の第１のアーム部分３９a、４０a、４５a、４６aと、夫々の第１のアーム部分と可動プラットホームとを継手で連結する第２のアームリンク構造体３９ｂ、４０ｂ、４５ｂ、４６ｂとを備えている。第１のアーム部分は、組合せ２／２／１／１におけるリンクを備えた第２のアーム部分を介してプラットホーム７を操作する。アーム系統は、この場合、４つの自由度、ｘ−、ｙ−、ｚ−方向およびφ２−回転で物体を操作するように設計されている。
【００４９】
図６において、第１のアーム部分３９および第２のアーム部分４０は、プラットホーム７を主にｘｙ−平面内において操作するように配置されている。各第１のアーム部分３９、４０は、各々が２つの平行リンクおよび対応する継手４１、４２、４３、４４を備えている１つの第２のアーム部分を介して延長された可動プラットホーム７に連結されており、これらのリンクは、共通の軸線Ｂのまわりに回転するように配置されている。
【００５０】
第３および第４の支持用アーム部分４５、４６は、プラットホーム７を主にｚ−方向に操作し、プラットホームにφ２−回転を与えるように配置されている。かくして、この構成は、物体４７の位置、その高さおよび軸線Ａまでの距離、また軸線Ｂのまわりの物体の回転を操作する。この回転は、軸線Ｂのまわりの±５０°に制限される。このアーム構造は１８０°の回転では作用しない。
【００５１】
可動プラットホームに連結された２対の平行リンクについて以上で説明した設計により、軸線Ａと軸線Ｂとの間に平行関係が生じる。しかしながら、独自の高さおよび方向が失われる、特異点と呼ばれる位置がある。これは、マニピュレータがプラットホームの制御を失う位置、プラットホームが実際に自由度を得る位置があることを意味している。
【００５２】
更に、第３の連結部分７ｃにより連結された２つの平行なクランク部分７a、７ｂを備えるように設計されているプラットホーム７を備えているロボットである。継手４１、４２、４３、４４は、共通の軸線Ｂの周りに回転するようにプラットホーム部分７aに配置されている。継手４１、４２、４３、４４は、２つまたは３つの自由度の相対移動を許容するように設計されている。第２のアーム部分４５a、４５ｂは、それぞれ継手４７、４８を介してプラットホーム７ｂに連結されている。これらの継手は、２つまたは３つの自由度の相対移動を許容するように設計されていて、共通の軸線Ｃのまわりに回転するようにプラットホーム７ｂに配置されている。図６におけるロボットの設計は、前述のように、軸線Ｂのまわりの約±５０°までのプラットホーム７の弧状回転を許容する。
【００５３】
図７は、余分なアーム４９が追加された図６の変更例であり、この変更例は、支持用の第１のアーム部分４０a、５０a間に軸線Ａのまわりに回転するように配置された第１のアーム部分４９aを備えている。最も上方の回転する第１のアーム部分４６aは、主に、可動プラットホーム７の高さを操作する。２つの最も下方の支持用の第１のアーム部分３９a、４０aは、それぞれ、主にｘｙ−平面内での操作を許容する。第１のアーム部分４５aは、余分の第１のアーム４９aとともに、軸線Ｂのまわりの任意の回転数として規定されたプラットホーム７の全回転を許容する。図６におけるロボットによる特異位置では、図７による余分のアーム４９は、プラットホーム７ｂの移動を制御するのに使用される。変更例として、余分のアーム用のサーボ機構が位置の変わりに第２のアームリンク構造体に対する力を制御して特異位置の外側の余分な制御を行う。
【００５４】
図７における構成の変更例は、プラットホームの部分７aを余分なアーム４９に連結し、それにより部分７aの位置を制御するようになっている。その場合、第１のアーム部分４５a、４６aは、プラットホーム部分７aの回転のためにのみ使用される。この場合、プラットホーム部分７aの操作は、プラットホーム部分７aの位置とは無関係に行なわれなければならなく、従って、プラットホーム部分７a、７ｂの平行移動のための構成が必要とされる。この構成は、図８に示される単一の軸線継手５０を介して運動自由度を加える。この実施の形態では、余分な第２のアーム部分４９ｂは、軸線Ｂのまわりに枢動するプラットホーム部分７aに連結されている。プラットホーム部分７ｃは、２重平行４リンク装置を備えており、このリンク装置はプラットホーム７ｂを軸線Ｃのまわりに回転させ、それにより、このリンク装置は、軸線Ａ、Ｂと平行に設けられたままである。
【００５５】
図９は、本発明によるロボットの別の実施の形態である。このロボットは、図１における第１のアーム部分３、４、５に対応するリンクを備えている第２のアーム部分の組合せ３／２／１のものである。２つの余分なアーム５１、５２が、プラットホーム７に配置されたツール５３を無端状に回転させるように配置されている。このツール５３は軸線Ａ、Ｃの両方と平行である軸線Ｂのまわりに回転するように配置されている。
【００５６】
図１０は、余分なアーム５６を備えている図１ないし図４におけるロボットの別の実施の形態である。プラットホーム７は、２つの連結部分７ｇ、７ｈによりそれぞれ連結された３つの平行クランク部分７ｄ、７e、７ｆを備えるように設計されている。これらの５つの部分は、共にペダル構造を形成しており、水平方向に延長された中央の部分７eは、ツール５４を支持しており、２つのペダル部分７ｇ、７ｈは延長部分７eの各端部に配置されていて、プラットホーム７の回転のためにアーム５５、５６に連結されている。ペダル部分７ｄ、７ｆは、それぞれ、回転軸線に対して９０°変位されている。プラットホーム７の回転の結果、ツール５４が傾動する。
【００５７】
図６、図７、図８、図９および図１０は、操作されるべき物体の回転のための２つのアームを備えたロボットである。
【００５８】
図１１は、組合せ２／１／１／１／１の本発明によるロボットである。このロボットの設計は、図１ないし図４による変更例であり、この変更例では、アーム４が２つのアーム５７、５８で置き換えられており、これらのアーム５７、５８は、それぞれ、第１のアーム部分５７a、５８aと、第２のアーム部分５７ｂ、５８ｂとを備えている。これらの第２のアーム部分５７ｂ、５８ｂは、それぞれ、単一のリンクを有している。このロボットは、５つの自由度でプラットホーム７を操作する。
【００５９】
図１２は、組合せ１／１／１／１／１／１の本発明によるロボットであり、このロボットは、６つのアーム５９、６０、６１、６２、６３、６４を備えており、各アームは、第１のアーム部分および第２のアーム部分を備えており、この後者のアームは、単一のリンクを有している。このロボットは、以上で明記したように６つの自由度すべてを操作する可能性を有している。
【００６０】
図１３は、５つの自由度を有するマニピュレータを備えた組合せ２／２／１の本発明によるロボットである。
【００６１】
図１４は、３つのアーム６５、６６、６７を備えている本発明による別の産業用ロボットである。各アームは、それぞれ、支持用の第１のアーム部分６５a、６６a、６７aを備えており、これらのアーム部分は、ぞれぞれ、平行の軸線Ｇ、Ｆ、Ｈのまわりに回転するように配置されている。この実施の形態では、固定カラムはアームを回転させるようになっている変更設計を有している。この実施の形態は、無端状の回転を許容し、回転にわたって大きさおよび形状が変化する駆動容積および未使用の駆動容積が生じる。
【００６２】
図１７は、３つのアーム６８、６９、７０を備えている本発明による別の産業用ロボットである。各アームは、それぞれ支持用の第１のアーム部分６８a、６９a、７０aを備えており、これらの第１のアーム部分のうちの２つ６８a、６９aは、取着手段７１を介して互いに対して取着されている。このロボットは平面（２ＤＯＦ）内で働く。
【００６３】
本発明の幾つかの好適な特徴のみを例示して説明したが、当業者には、多くの変更例が明らかになるであろう。１つの変更例は、より大きい構造体に含まれる可動の基礎に固定のプラットホームを配置することである。従って、本発明のこのような変更例および変形例すべてが請求項の範囲内に入ることは理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】組合せ３／２／１の本発明による産業用ロボットの図である。
【図２】床位置に配置された図１による産業用ロボットの図である。
【図３】屋根位置に配置された図１による産業用ロボットの図である。
【図４】持ち運び可能な位置に配置された図１による産業用ロボットの図である。
【図５】余分な第１のアーム部分を有して配置された組合せ３／２／１の本発明による産業用ロボットの図である。
【図６】延長された可動プラットホームを備えている組合せ２／２／１／１の本発明による産業用ロボットの図である。
【図７】余分なアームを備えて配置された図６による産業用ロボットの図である。
【図８】特別な運動自由度を有する図７による産業用ロボットの図である。
【図９】ツールの操作および回転のための本発明によるロボットの別の実施の形態の図である。
【図１０】別のプラットホームを備えている図５によるロボットの図である。
【図１１】図１ないし図４の産業用ロボットの変更例の図である。
【図１２】６つのアームを有する本発明による産業用ロボットの図である。
【図１３】図１ないし図４による産業用ロボットの図である。
【図１４】平行な軸線のまわりに回転する３つのアームを有する本発明による産業用ロボットの図である。
【図１５】互いに接近して並んで働く３つの天井設置式ロボットを示す図である。
【図１６】先行技術文献第ＷＯ９７／３３７２６号からの図１である。
【図１７】平面内で働く本発明による産業用ロボットの図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月4日(2004.3.4)
【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】
物体（７a）を空間内で移動させるための平行運動マニピュレータを有する産業用ロボットであって、前記マニピュレータ（２）は固定プラットホーム（６）と、物体（７a）を運ぶための可動プラットホーム（７）と、これらプラットホームを連結する少なくとも３つのアーム（３、４、５）とを有している産業用ロボットにおいて、前記の少なくとも３つのアームの各々は、軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）のまわりの無端状の回転のために固定プラットホームに連結された第１のアーム部分（９、１４、２３）と、可動プラットホーム（７）に連結され、軸方向の力を可動プラットホーム（７）に伝達するだけであるように配置されたリンク構造体（１０、１５、２４）を備えた第２のアーム部分とを備えていることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記の少なくとも３つの第１のアーム部分（９、１４、２３）の各々は、少なくとも２つの平行軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）のうちの一方のまわり回転するように配置されている、請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記の少なくとも２つの回転軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）は、一致するように配置されている、請求項２に記載の産業用ロボット。
【請求項４】
前記固定プラットホーム（６）は、カラム（６a）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の産業用ロボット。
【請求項５】
前記カラム（６a）は、これのいずれかの端部（３５、３６）に取外し可能なロボットスタンド（８）を備えて配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
ロボット（１）が天井位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項７】
ロボット（１）が壁位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項８】
ロボット（１）が床位置に配置されている、請求項４に記載の産業用ロボット。
【請求項９】
前記マニピュレータ（２）は、４つのアーム（３、４、５、３８）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の産業用ロボット。
【請求項１０】
前記マニピュレータ（２）は、５つのアーム（３９、４０、４５、４６、４９）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の産業用ロボット。
【請求項１１】
前記マニピュレータ（２）は、６つのアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の産業用ロボット。
【請求項１２】
前記６つのアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）の各々は、単一のリンクにより可動プラットホーム（７）に連結されている、請求項１１に記載の産業用ロボット。
【請求項１３】
前記マニピュレータ（２）は、少なくとも１つの余分のアーム（４９、５１、５２）を備えている、前記すべての請求項のうちのいずれか１に記載の産業用ロボット。
【請求項１４】
固定プラットホーム（６）と、物体（７a）を運ぶための可動プラットホーム（７）と、これらプラットホームを連結する少なくとも３つのアーム（３、４、５）と、これらのアームを駆動するための駆動手段とを有している平行運動マニピュレータ（２）を有する産業用ロボットにおいて物体（７a）を空間内で移動させるための方法において、前記の少なくとも３つのアームの各々は、軸線（Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）のまわりの無端状の回転のために固定プラットホームに連結されている第１のアーム部分（９、１４、２３）と、可動プラットホーム（７）に連結され、軸方向の力を可動プラットホーム（７）に伝達するだけであるように配置されたリンク構造体（１０、１５、２４）を備えた第２のアーム部分とを備えており、前記駆動手段は、前記の少なくとも３つのアーム（３、４、５）を異なる平面内で無端状の回転で個々に駆動するようになっていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記の少なくとも３つのアームは、平行な平面内で少なくとも２つの平行な軸線（Ｅ、Ｆ、Ｇ）のうちの一方のまわりに回転する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記の少なくとも３つのアーム（３、４、５）は、平行な平面内で共通の軸線（Ａ）のまわりに回転する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記アーム（３、４、５）は、物体を一定の傾斜で操作する、請求項１４ないし１６のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１８】
６つのロボットアーム（５９、６０、６１、６２、６３、６４）が、物体（７a）を１つの自由度で操作するようになっている、請求項１４ないし１７のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項１９】
ロボットの駆動容積は回転中、変化するようになっている、請求項１４ないし１８のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの余分なアーム（４９、５１、５２）が、物体（７a）を無端状の回転状態にする、請求項１４ないし１９のうちのいずれか１に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１ないし１３による産業用ロボットの使用、および高い精度の駆動のための請求項１４ないし２０による方法。
【請求項２２】
請求項１ないし１３による産業用ロボットの使用、および清浄な部屋における高い精度の駆動のための請求項１４ないし２０による方法。
【国際調査報告】
2005516784.tif 000020
2005516784.tif 000021