(57)【要約】１以上の対象物を掴みおよび取り扱うためのロボットであって、該ロボットは、第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベース(1)を有し、かつ、アーム(2)を有し、該アームは第二ガイド(22)を有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アーム(2)は、該アーム(2)が第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベース(1)に接続されている。スライド(3)が、第二ガイド(22)上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能である。グリッパー(4)が、該スライド(3)によって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差している。多数のアクチュエータ(6a-6d)が、ベース上の固定位置に設けられており、アーム(2)、スライド(3)、およびグリッパー(4)を、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム(2)、スライド(3)、およびグリッパー(4)にそれぞれに接続されている。アーム(2)の中央の長手方向軸と交差し第二および第三方向へ延びている仮想平面に、グリッパー(4)が置かれている。【選択図】図６ａ
2007521147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の対象物を掴みおよび取り扱うためのロボットであって、該ロボットは、
第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベースを有し、
アームを有し、該アームは第二ガイドを有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アームは、該アームが第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベースに接続されており、
スライドを有し、該スライドは、第二ガイド上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能であり、
グリッパーを有し、該グリッパーは、該スライドによって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差しており、
多数のアクチュエータを有し、該アクチュエータは、ベース上の固定位置に設けられており、アーム、スライド、およびグリッパーを、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム、スライド、およびグリッパーにそれぞれに接続されており、
その特徴が、
アームの中央の長手方向軸と交差し第二および第三方向へ延びている仮想平面に、グリッパーが置かれていることである、前記ロボット。
【請求項２】
スライドが、第三方向の軸について１８０°回転し得るように、アームにマウントされ得るものであり、
該スライドの反転の後でも、アームの中央の長手方向軸と交差し第二および第三方向へ延びている仮想平面にグリッパーが置かれたままとなっていることを特徴とする、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
スライドが、駆動ベルトをガイドするための多数のプーリーを有し、該プーリーが、アームの中央の長手方向軸と交差し第二および第三方向へ延びている仮想平面に対して一方の側に設けられており、かつ、該プーリーが、前記仮想平面に対してミラーイメージとなるようにマウントされ得るものであることを特徴とする、請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
グリッパーが、並進運動と一致する軸、および第三方向を向いた回転軸を有する、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
第一ブッシュおよび第二ブッシュがスライド上に設けられ、該ブッシュが引張り要素によって駆動可能であること、および、
シャフト部材が、２つのブッシュを通って突出している円筒状シャフト部材を有し、該シャフト部材には、その外周に螺旋形に配置されたカムが設けられ、
第一ブッシュは、螺旋形とされた溝を具備し、第一ブッシュの回転がシャフト部材の並進運動をもたらすように、該溝がシャフト部材上のカムと相互作用し得るものであり、かつ、
第二ブッシュは、直線的な軸方向の溝を具備し、第二ブッシュの回転がシャフト部材の回転をもたらすように、該溝がカムと相互作用し得るものであることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
第一および第二ブッシュが、それぞれ別の引張り要素によって駆動され得るものである、請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
シャフト部材が取外し可能である、請求項５または６に記載のロボット。
【請求項８】
当該ロボットが、ハウジングを有し、該ハウジングは空間を囲んでおり、その空間には、ガイド、スライド、アクチュエータ、および引張り要素が収容されており、当該ロボットがベースを有し、該ベースが第一ハウジング部とアームとを有し、該アームが第二ハウジング部を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
第一および第二ハウジング部が、プラスチックおよび／またはステンレススチールのシートからなるものであることを特徴とする、請求項８に記載のロボット。
【請求項１０】
ハウジングと、その内部にある部品が、清掃され得るように設計されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のロボット。
【請求項１１】
アクチュエータが、第一方向から見て、ベース上にあることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のロボット。
【請求項１２】
グリッパーを駆動するためのアクチュエータが、引張り要素がどれも等しい長さになるように取り付けられていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１３】
アクチュエータがどれも同様のものである、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１４】
アクチュエータがどれも同じ高さに設けられる、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１５】
１以上の引張り要素と、アクチュエータとが、２つのプーリーを持ったシャフトで形成されるトランスミッションによって接続されており、それぞれの引張り要素は、１つのプーリーに作用し、かつ、アクチュエータは、例えばトランスミッション引張り要素によって、シャフトに作用することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１６】
プーリーを有する少なくとも１つのシャフトで形成されるトランスミッションによって、１以上の引張り要素とアクチュエータとが接続されており、該プーリーは、引張り要素に作用するものであり、
さらに、該プーリーに沿って引張り要素をガイドするために、ガイドプーリーが具備されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１７】
すべての操作状況において、ガイドプーリーによって、スプリングの作用を通して、引張り要素がテンションをかけられるように、該ガイドプーリーが移動可能に配置されており、かつ、該ガイドプーリーがスプリング要素に接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載のロボット。
【請求項１８】
ベースが移動式のフレーム上に具備されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１９】
１以上の対象物を掴みおよび取り扱うためのロボットであって、該ロボットは、
第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベースを有し、
アームを有し、該アームは第二ガイドを有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アームは、該アームが第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベースに接続されており、
スライドを有し、該スライドは、第二ガイド上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能であり、
グリッパーを有し、該グリッパーは、該スライドによって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差しており、
多数のアクチュエータを有し、該アクチュエータは、ベース上の固定位置に設けられており、アーム、スライド、およびグリッパーを、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム、スライド、およびグリッパーにそれぞれに接続されており、
その特徴が、
アクチュエータが、第一方向から見て、ベース上にあることである、前記ロボット。
【請求項２０】
１以上の対象物を掴みおよび取り扱うためのロボットであって、該ロボットは、
第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベースを有し、
アームを有し、該アームは第二ガイドを有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アームは、該アームが第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベースに接続されており、
スライドを有し、該スライドは、第二ガイド上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能であり、
グリッパーを有し、該グリッパーは、該スライドによって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差しており、
多数のアクチュエータを有し、該アクチュエータは、ベース上の固定位置に設けられており、アーム、スライド、およびグリッパーを、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム、スライド、およびグリッパーにそれぞれに接続されており、
その特徴が、
当該ロボットが、ハウジングを有し、該ハウジングは、ベースを包囲する第一ハウジング部と、アームを包囲する第二ハウジング部とを有していることである、前記ロボット。
【請求項２１】
第一および第二ハウジング部が、プラスチックおよび／またはステンレススチールのシートからなるものであることを特徴とする、請求項２０に記載のロボット。
【請求項２２】
ハウジングと、その内部にある部品が、清掃され得るように設計されていることを特徴とする、請求項２０または２１に記載のロボット。
【請求項２３】
１以上の対象物を掴みおよび取り扱うためのロボットであって、該ロボットは、
第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベースを有し、
アームを有し、該アームは第二ガイドを有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アームは、該アームが第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベースに接続されており、
スライドを有し、該スライドは、第二ガイド上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能であり、
グリッパーを有し、該グリッパーは、該スライドによって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差しており、
多数のアクチュエータを有し、該アクチュエータは、ベース上の固定位置に設けられており、アーム、スライド、およびグリッパーを、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム、スライド、およびグリッパーにそれぞれに接続されており、
その特徴が、
第一ブッシュと第二ブッシュとがスライド上に設けられ、これらブッシュは、引張り要素によって駆動することが可能であることであり、かつ、
グリッパーが、両方のブッシュを通って突出している円筒状シャフト部材を有し、該シャフト部材にはその外周に螺旋形に配置されたカムが設けられ、第一ブッシュが螺旋形の溝を具備し、第一ブッシュの回転がシャフト部材の並進運動をもたらすように、該溝がシャフト部材上のカムと相互作用し得、かつ、第二ブッシュが直線的な軸方向の溝を具備し、第二ブッシュの回転がシャフト部材の回転をもたらすように、該溝がカムと相互作用し得ることである、
前記ロボット。
【請求項２４】
第一および第二ブッシュが、それぞれ別の引張り要素によって駆動され得るものである請求項２２に記載のロボット。
【請求項２５】
シャフト部材が取り外し可能である、請求項２３または２４に記載のロボット。
【請求項２６】
前記請求項のいずれか１項に記載のロボットと、コンベヤーとを有するコンベヤーシステムであって、
該ロボットが、コンベヤーから１以上の対象物を持ち上げ、該対象物をコンベヤーの隣の位置へ置くように設計されている、前記システム。
【請求項２７】
当該コンベヤーシステムが、１つが他の後ろに配置された１以上のコンベヤーを有し、それぞれのコンベヤーが該コンベヤーに沿って配置された１以上のロボットを有し、最も下流に配置されたコンベヤーが、より上流に配置されたコンベヤーよりも低い搬送速度で動くように適合させたものである、請求項２６に記載のコンベヤーシステム。
【請求項２８】
ロボットが、該ロボットを制御するための制御手段に接続され、該制御手段がコンベヤーの速度を測定するための速度センサーを有している、請求項２６または２７に記載のコンベヤーシステム。
【請求項２９】
制御手段が、コンベヤー上の対象物の位置を検出するための光学検出手段を具備している、請求項２８に記載のコンベヤーシステム。
【請求項３０】
食品を包装するための方法であって、請求項２６〜２９のいずれか１項に記載のコンベヤーシステムが用いられている、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１以上の対象物を掴む(gripping)ためのおよび取り扱う(handling)ためのロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業においては、対象物は、製造場所からコンベヤーベルトなどのコンベヤーに乗って次の場所へと搬送され、そこで、対象物は、例えばコンベヤーベルトから取り除かれ、次いで包装(pack)内や処理機に置かれる。食品産業では、例えば、衛生、人間工学およびフレキシビリティのために、これらの操作は段々と自動化され、ロボットによって行われるようになっている。
【０００３】
特定の用途の場合、例えば、包装（ビスケット、お菓子、またはソーセージ）などでは、ロボットは、個々の製品を動くコンベヤーベルトから取り除き、例えば、ベルトに平行した包装内に置くために用いられる。このプロセスは、シングルピッキングとして知られている。
【０００４】
シングルピッキングロボットは、作業範囲(working range)を有していなければならず、その作業範囲は、ロボットがコンベヤーベルトの片側に立っている場合には、コンベヤーベルトの長さの一部および全幅をカバーし、かつ、何らかの形のパック（例えば、パッケージングボックスなど）をカバーし、また、ロボットがコンベヤーベルトの両側に立っている場合には、幅の半分をカバーするものであり、その範囲内のすべての所望の位置において、個々の製品をベルト上で掴むことができ何らかの形のパックに置くことを確実にしなければならない。この用途における操作速度のためには、ロボットがコンベヤーベルトの幅を横断して高速度で動けるようなグリッパーを有していることがとりわけ重要である。また、ロボットにとって重要なことは、十分に強度がありかつある程度の荷重（例えば、製品およびグリッパーの重さによって引き起こされるもの）に耐えられることである。
【０００５】
シングルピッキング用途のためにスカラ(scara)ロボットまたはデルタロボットを使うことが知られている。スカラロボットの一例を図１に示す。デルタロボットの一例を図２に示す。これは、例えば、ＥＰ０２５０４７０によって公知である。これらの公知タイプのロボットの、１つの特徴は、これらがロボットアーム（複数）を有していることであり、それらアームは、固定環境に対して、またお互いに対してヒンジで取り付けられており、そのため１つのロボットアームの動きがグリッパーの円形経路をもたらすことである。これらのロボットの場合には、グリッパーの直線動作は、いくつかのアームの同時の動作によってのみ達成し得、それは、実際のところ、２つ以上の重量を動作中に動かさなければならないということである。比較的長い距離（即ち、コンベヤーベルトの幅）にわたる速い直線動作は、いくつかのアームの速い動きを必要とする。これは実際のところ、ロボットアームが低い慣性質量(mass inertia)を有した場合にのみ可能となり、それは、特にスカラロボットに関する限りはあり得ない。デルタロボットの場合には、その構造がより華奢(fragile)であることが多く、アームの慣性質量はスカラロボットの場合より問題ではない。しかしながら、この華奢な構造により、デルタロボットが受けることのできる荷重はかなり制限され、そのことは、後者が、軽い対象物を軽いグリッパーで掴むためにのみ用いることができるということである。従って、現在のロボットは、強度があり遅い（スカラロボット）か、華奢で速い（デルタロボット）がのどちらかであり、それらの使用の可能性および現実の用途は制限されている。
【０００６】
スカラロボットおよびデルタロボットの構造のさらなる不利な点は、アームの１つが動いている時は、残りのアームは、生じた反力(reaction forces)による負荷を受けるということである。これらの負荷は高速になると高いレベルになり、その結果、アームはより重量のあるデザインにならねばならず、それが慣性質量を上げ、それが今度は速度に悪影響を及ぼす。さらに、いくつかのアームが、その他のアームの重量をそのまま背負う場合もある。
【０００７】
公知のロボットのその他の不利な点は、それらが円形の作業範囲を有していることである。これは、所望の方向を向いた効果的な速度成分と、それに垂直になっている無駄な速度成分とが常にあるということを意味する。適切な速度で作業範囲内のすべてのポイントに到達するためには、アームはコンベヤーベルトの幅よりもずっと長くなくてはならない。それにもかかわらず、コンベヤーベルトの所望の横方向において達成しうる速度は、ロボットから最も離れた領域では、ロボットの近くで到達できるレベルと同じレベルに到達することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、より詳細には、１以上の対象物を掴み(gripping)および取り扱う(handling)ためのロボットに関するものであり、該ロボットは、
第一方向に延びる第一ガイドを持った固定ベースを有し、
アームを有し、該アームは第二ガイドを有し、第二ガイドは、第二方向へ延びており、第一方向に対して角度をなし、好ましくは第一方向に対して直角をなし、該アームは、該アームが第一方向に移動可能となるように第一ガイドによってベースに接続されており、
スライドを有し、該スライドは、第二ガイド上に配置され、かつ、第二方向へ移動可能であり、
グリッパーを有し、該グリッパーは、該スライドによって支持されており、１以上の対象物を掴むためのものであり、該グリッパーは第三方向へ移動可能であり、該第三方向は第一および第二方向からなる面と好ましくは垂直に交差しており、
多数のアクチュエータを有し、該アクチュエータは、ベース上の固定位置に設けられており、アーム、スライド、およびグリッパーを、引張り要素によって駆動するためのものであり、該引張り要素は、例えば駆動ベルトであって、アーム、スライド、およびグリッパーにそれぞれに接続されている。
【０００９】
かかるロボットは、ＤＥ１９６０８８４４によって公知である。その公知のロボットの場合、駆動デバイスがベースの一端に具備されている。該駆動デバイスは、いくつかのモーターを有し、該モーターはアームとスライドを駆動するために歯付きベルトに係合している。該公知のロボットはグリッパーを有し、該グリッパーはスライドの片側にはめ込まれ、そのため、アームに沿って延びる。該公知の構造の場合、製品をグリッパーで持ち上げたときに、アームに捩り力が生じるが、それらの捩り力に対し抵抗力を与えるために、ロボットのベース、アームおよびその他の部分の構造がより重くなっている。より重い構造は、ロボットの速度に悪影響を与える。
【００１０】
本発明の目的は、請求項１中の前段部分(preamble)で述べられたタイプのロボットを改善した、より速い速度で作業できるロボットを提供することである。
【００１１】
この目的は、請求項１の前段部分前文によるロボットを、次のように特徴付けることによって達成される。即ち、このロボットは、アームの中央の長手方向軸と交差し第二および第三方向へ延びている仮想平面に、グリッパーが置かれていることを特徴とする。これの利点は、製品がロボットによって持ち上げられる時に、アーム上に捩り力が生じないことである。捩り力（それに対し抵抗力が与えられることが求められる）が無いおかげで、アームの構造は軽くてすみ、これによりロボットの速くてダイナミックな動きがもたらされる。
【００１２】
ＤＥ１９６０８８４４によって公知となっているロボットの場合、グリッパーの並進運動(translation)は、プーリーが歯付きベルトによって駆動されるという事実によって達成され、該プーリーは、それに対して直角に置かれている第二プーリーを、直角をなすトランスミッションによって駆動する。第二プーリーの回転により、該第二プーリーと相互作用する歯付きベルトの、およびそれに接続されたグリッパーの、第三方向への並進運動が引き起こされる。この公知の構造は、重いという不利な点を有し、そのため、スライドを第二方向に動かさなくてはならない場合に、アーム上の大きな重量を、第二方向に沿って動かさなくてはならない。アームが第一方向に動くとき、この重量もまた、第一方向に沿って運ばれなければならない。これは、ロボットの速くてダイナミックな動きという観点から望ましくない。
【００１３】
本発明の好ましい実施態様では、第一ブッシュおよび第二ブッシュがスライド上に設けられ、該ブッシュが引張り要素（pulling element）によって駆動可能であることによって、この不利な点が克服される。グリッパーはさらに両方のブッシュを通って突出している円筒状シャフト部材を有し、該シャフト部材には、その外周に螺旋形に配置されたカムが設けられ、第一ブッシュは、螺旋形とされた溝を具備し、第一ブッシュの回転がシャフト部材の並進運動をもたらすように、該溝がシャフト部材上のカムと相互作用し得るものであり、かつ、第二ブッシュは、直線的な軸方向の溝を少なくとも１つ具備し、第二ブッシュの回転がシャフト部材の回転をもたらすように、該溝がカムと相互作用し得るものである。第一および第二ブッシュは、好ましくは、それぞれ別の引張り要素によって駆動され得るものである。そのため、グリッパーは、第三方向に並進運動することができ、また引張り要素によって駆動されるブッシュによって、第三方向に延びる回転軸について回転できる。ブッシュは軽く、その結果として、第一および第二方向におけるロボットの速くてダイナミックな動きが確保される。さらには、ブッシュが上下に置かれるため、その結果、第三方向におけるグリッパーの並進運動軸および同じグリッパーの回転軸は、ＤＥ１９６０８８４４から公知のロボットとは異なり、コンパクトで対称的な構造を得ることができる。
【００１４】
シャフト部材は好ましくは取り外し可能である。グリッパーが、掴むべきおよび／または取り扱うべき製品と接触するようになるので、例えば衛生のため、かかるグリッパーは清掃できることが望ましい。シャフト部材が取り外し可能であれば簡単に清掃でき、その一方で、シャフト部材を動かすための手段はそのまま残すことができる。
【００１５】
本発明の可能な実施態様では、ロボットは、ハウジングを有し、該ハウジングは空間を囲んでおり、その空間には、ガイド、スライド、アクチュエータ、および引張り要素が収容されており、当該ロボットがベースを有し、該ベースが第一ハウジング部とアームとを有し、該アームが第二ハウジング部を有する。特に、アクチュエータと引張り要素とがハウジングの中に置かれているため、駆動要素の十分な遮蔽がなされる。このことは、例えば、引張り要素から剥がれる磨耗粒子が取り扱う製品に落ちることがないということである。このことは、例えば食品産業において重要なことである。さらに、このことにより、例えば、人材の手または衣服が駆動要素同士の間につかまるということが確実になくなる。さらに、ハウジングによりロボットの外側に魅力的な外観がもたらされる。加えて、ハウジングは外部骨格として作用する。これは、異なる引張り要素によって牽引力が異なる場合に、構造、とりわけアームにのみ圧力がかかり、ＤＥ１９６０８８４４の公知ロボットの場合のようにストレスによって曲がったりしないということである。したがって、本発明のロボットのアームは非常に軽い構造であることが可能であり、また強度を損なうことなく、第一方向において、ロボットのより速くダイナミックな動作をもたらす。
【００１６】
第一および第二ハウジング部は、好ましくは、プラスチックおよび／またはステンレススチールのシートからなる。これはロボットが軽いという利点を有する。さらに、ハウジング部の材質の選択は、衛生が重要な役割を果たすような用途において、衛生の観点から有利である。
【００１７】
ハウジングおよびその内部に置かれた部分は、清掃できるような設計であることが好ましい。これは、ハウジングおよびその内部に置かれた部分が、水および／または清掃剤によって、および、殺菌剤によって悪影響を受けることなく、ロボットが内部も外部も簡単に清掃できるということである。この清掃は、例えば、ロボットが食品産業において用いられる場合に重要である。
【００１８】
本発明のさらなる実施態様は、第一方向から見たとき、アクチュエータがベース上にあることに特徴がある。
【００１９】
アクチュエータが第一方向においてベース上にあるという事実は、ベースの端にアクチュエータを置くための付加的なスペースが用いられない場合に、ロボットを実現する。これにより、第一方向に同じストローク長さを有する一方で、スペースを取らず、そのためよりコンパクトであるロボットがもたらされる。これは、ＤＥ１９６０８８４４の公知ロボットの場合よりも、ユニット長さ毎により多くのロボットを設置することができるため、例えば、コンベヤーおよび／またはスペース（その中に該コンベヤーが設置されている）をそんなに長くする必要がないということである。これは、相当なコスト節約をもたらす。
【００２０】
アクチュエータは同じ高さで配置されるのが好ましい。これは、第三方向から見たとき、ロボットが取るスペースが少ないという利点を有する。
【００２１】
アクチュエータは、アーム、スライドおよびグリッパーに対して、引張り要素が同等の長さになるように取り付けられるのが好ましい。これは、ただ１つの長さの引張り要素が必要であり、それにより引張り要素の購入がより安価になるという利点を有する。従って、引張り要素の交換も安価であり、そのためロボットのメンテナンスコストは最小限ですむ。
【００２２】
アクチュエータはどれも同様であるのが好ましい。これは、必要とされるのがたった一種類のアクチュエータであるため、アクチュエータの購入がより安価であるという利点を有する。また、すべてのアクチュエータを同じ方法で取り付けることができるため、アクチュエータの設置、接続および維持もより簡易かつ安価になる。
【００２３】
さらに好ましい実施態様は、引張り要素およびアクチュエータがトランスミッションによって接続されているということを特徴とする。従って、引張り要素は、直接的にアクチュエータに接続されるわけではなく、その結果、たった一種類のモーターを必要とするだけでトランスミッション比が達成されうる。
【００２４】
ギアトランスミッションはオイルまたはその他の潤滑剤を要する。これは、多くの用途、とりわけ食品産業では受け入れられない。トランスミッションは圧力ローラー(pressure rollers)を有する設計とされているのが好ましい。圧力ローラーを伴うトランスミッションは潤滑剤を要せず、そのためこれらの用途に適している。
【００２５】
ベースは移動式の(mobile)フレーム上に取り付けられるのが好ましい。これの利点は、ロボットが移動し易いため、結果としてそのようなロボットを異なる製造ルームにおいてフレキシブルに用いることができるということである。移動式のロボットはまた、例えば、製造ルームの外のクリーニングルームに簡単に移動させることができる。移動式のロボットは、効率と有効性の観点から産業において有利である。ロボットを使用のために固定するため、製造ルームに設置手段と固定手段を具備することも可能である。
【００２６】
請求項１１、５、および８の特徴部分に従った個々のものを、それぞれ請求項１中の前段部分と組み合わせて、本発明の異なる態様を構成し、そして、そのようなものは、独立した請求項１９、２０および２３によって定められている。
【００２７】
本発明はさらに請求項２６によるコンベヤーシステムおよび請求項３０による方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を、図面を参照して、以下により詳細に述べる。
図３ａから図３ｃ、および、図４ａから図４ｃは、本発明によるロボット１００を示している。ロボット１００は、固定ベース１を有しており、該ベースは第一方向に延びる第一ガイドを有している。該ガイドは、３つのレール要素２０ａ〜２０ｃで形成され、これらの要素は図６ｂおよび図４ａにおいて見られる。第一方向は、図４ａにおいて双矢印(double arrow)１０１で示されている。
【００２９】
ロボット１００は、さらにアーム２を有しており、該アームは、第二ガイド２２を有し（図５参照）、該ガイドは、第一方向に対して一定の角度で、好ましくは第一方向に対して垂直に、第二方向へ延びている。第二方向は、図４ａにおいて双矢印１０２によって示されている。アーム２は、ベアリング２１を用いて第一ガイド２０ａ〜２０ｃによって支持される。アーム２は、第一ガイド２０ａ〜２０ｃを通って第一方向に移動可能である。
【００３０】
第二方向に移動可能なスライド３は、第二ガイド２２（図６ａおよび６ｂ参照）上に具備される。図６ａでは、アーム２上のスライド３の位置は上方から示されている。
スライド３は、１以上の対象物を掴むためのグリッパー４を支持している。該グリッパー４は、第一方向と第二方向とからなる面と交差する第三方向に、好ましくは直角に、移動可能である。第三方向は、図４ａにおいて双矢印１０３によって示されている。さらに、グリッパー４は、第三方向に平行な軸について回転可能である。該回転は、図４ａにおいて双矢印１０４によって示されている。
【００３１】
４つのアクチュエータ、好ましくは同様のアクチュエータ６ａ〜６ｄは、第一方向から見て、ベース１上にある。アクチュエータ６ａ〜６ｄは、引張り要素（図６参照）によって、アーム２、スライド３およびグリッパー４を動かす。実施例に示された引張り要素は、エンドレス駆動ベルト５ａ〜５ｄの形態である。該駆動ベルト５ｄは、アーム２に接続され、かかるアームを第一方向へ動かす。該駆動ベルト５ａは、スライド３に接続され、かかるスライドを第二方向へ動かす。該駆動ベルト５ｃおよび５ｄは、グリッパー４に接続され、かかるグリッパーを第三方向に動かすか、またはそれを第三方向に延びる軸について回転させる（これについては以下の記載でより詳細に説明する）。図４ｂに示したように、駆動ベルト５ａ〜５ｄは、ベース上に具備されたプーリー６０ａ〜６０ｄ、６１ａ〜６１ｄによってガイドされて巡っている。さらに、駆動ベルト５ａ〜５ｃは、プーリー６２ａ〜６２ｃ、６３ａ〜６３ｃ、６４ａ〜６４ｃおよび６５ａ〜６５ｃによってガイドされてアーム２上を巡っている。
【００３２】
図３ｂに示されるように、アクチュエータ６ａ〜６ｄのモーターシャフト７ａ〜７ｄはそれぞれの場合において、トランスミッションベルト８ａ〜８ｄによって、中間シャフト９ａ〜９ｄ上に具備された第一プーリー１０ａ〜１０ｄに接続されている。中間シャフト９ａ〜９ｄは、ベース１の固定位置に設けられている。第二プーリー１１ａ〜１１ｄは、それぞれの場合において、中間シャフト９ａ〜９ｄ上に設けられ、かかるプーリーの周りにそれぞれの駆動ベルト５ａ〜５ｄが位置する。第二プーリー１１ａ〜１１ｄの隣には２つのガイドプーリー１２が具備され、かかるガイドプーリーによって、駆動ベルト５ａ〜５ｄがそれぞれの第二ガイドホイール１１ａ〜１１ｄの周りを回ることが確保される。第一プーリー１０ａ〜１０ｄ（すべて同じ高さで置かれている）を有する中間シャフト９ａ〜９ｄを使用することによって、アクチュエータ６ａ〜６ｄを同じ高さで具備することが可能になると同時に、第二プーリー１１ａ〜１１ｄが異なる高さで置かれ、そのため駆動ベルト５ａ〜５ｄに作用することができる。これは、アクチュエータ６ａ〜６ｄを異なる高さで置いて、駆動ベルト５ａ〜５ｄに作用できるようにする必要がないということであり、それらがベース１上の垂直方向において多くスペースを取らないということである。
【００３３】
図９ａ、９ｂおよび１０、ならびに明細書の関連部分において、参照番号６のモーターは、モーター６ａ〜６ｄのうちの１つであってもよく、また、ベルト５は、ベルト５ａ〜５ｄのうちの１つであってもよい。
【００３４】
好ましい実施態様では、ガイドプーリー１２は、それらがスライドできるように取り付けられている。図９ａはアイドルポジションを示し、この位置では、プーリー１１と１２は、静止している(stationary)。ガイドプーリー１２は、ライン９０に沿ってスライドすることができ、ライン９０はガイドプーリー１２の軸と接続されている。
【００３５】
各ガイドプーリー１２の側方（他方のガイドプーリー１２から離れる方を向いている側）には、止め部９１がそれぞれのガイドプーリー１２の隣に具備されている。止め部９１は、例えば、図９ａに示すように、ガイドプーリー１２の回転軸に作用し、ガイドプーリー１２がアイドルポジションに対して他方のガイドプーリー１２から外側へ離れて移動することができないようにする。
【００３６】
図９ａに示す実施態様では、２つのガイドプーリー１２は、互いにテンションスプリング９２によって互いに接続されている。図９ｂにおける矢印９３によって示されるように、プーリー１１がモーター６によって回転する場合、ベルト５は図の左手側でテンションを受けて伸びる。ガイドプーリー１２が固定位置に配置されたならば、プーリー１１の右手側にあるベルト５は、ホイールに対してたるみ（スラック）状態で休み、その結果、ベルト５は滑り始めることが可能となる。この問題は特にモーター６（そして必然的にプーリー１１）の非常な加速または減速のときに起こる。好ましい実施態様におけるテンションスプリング９２は、この場合に、右手側のガイドプーリー１２が、矢印９４に示されるように、左手側のガイドプーリー１２の方向へ動かされるようにする。これによって、ベルト５の移動距離が長くなり、該ベルトには再びテンションがかかる。この構造の利点は、ベルト５がプーリー１１およびガイドプーリー１２に対してスリップし始めることなく、モーター６によって、より大きな加速および減速をベルト５へ伝えることができるということである。勿論、プーリー１１の回転が逆方向の場合には、左手側のガイドプーリー１２が内側へ動き、右手側のガイドプーリー１２が止め部９１に対して休むことは明らかである。
【００３７】
図９ａおよび９ｂの実施態様（これらの場合は、ガイドプーリー１２がスプリング９２によって接続されている）の代わりとして、図１０に示したように、それぞれのガイドプーリー１２が、別個のスプリング９５によって構造の固定部分に接続されてもよい。この代替の実施態様は、図９ａおよび９ｂに示した実施態様と同じように機能する。
【００３８】
示した実施態様におけるアクチュエータは、ベース上に均一に分配して置かれる。さらに、例えば、アクチュエータをベース上に対をなすように置き、２つのアクチュエータを、一つが他の後になるよう配置することもできる。あるいは、４つすべてのアクチュエータを一つが他の後になるよう配置することもできる。
【００３９】
中間シャフト９ａ〜９ｄによって、１セットのアクチュエータを有する複数のロボットを制御することができる。そして、該ロボットは、同時に同じ動きを行うことができる。
【００４０】
プーリー３１および３２は、駆動ベルト５ｂを第一ブッシュ３４の周りにガイドするものであり、これらプーリーはスライド３上に具備される。プーリー３１および３２の上にはプーリー３５および３６が具備され、それらプーリーは、駆動ベルト５ｃを第二ブッシュ３７の周りにガイドする。
【００４１】
グリッパー４は円筒状シャフト部材４０を有する。該部材は２つのブッシュ３４と３７とを通って突出しており、図６ｂにおいては、アーム２のおよそ中央にあるスライド３のポジションにおいて示され、また図７ａにおいては拡大して示されている。シャフト部材４０は、外周囲に螺旋形（点線で示されている）をなして配置されたカム４１を有する。第一ブッシュ３４が螺旋形とされた溝３３を具備していることが、図７ｂに見ることができ、第一ブッシュ３４の回転がシャフト部材４０の並進運動を引き起こすように、該溝は、シャフト部材４０上のカム４１と相互に作用する。第二ブッシュ３７は、直線的な軸方向の溝３８を具備しており、第二ブッシュ３７の回転がシャフト部材４０の回転を引き起こすように、該溝はカム４１と相互作用できる。図７ｃは、第二ブッシュ３７のレベルにおける、スライドを通る切断面を示しており、４つの溝３８が見えている。
【００４２】
シャフト部材は、真空を加えることができるように、それによって対象物がピックアップされ得るように、中空デザインであることが好ましい。さらに、エアライン、電気ケーブルなどが中空シャフト部材を通過できる。
【００４３】
カムを持ったシャフト部材を有する構造（溝を有するブッシュによって駆動される）が他のロボットや他のデバイスにも使用し得るということは、注目すべきことである。
【００４４】
当該ロボット１００は、ハウジングを有し、該ハウジングは、第一ハウジング部５１と第二ハウジング部５２とを有する。第一ハウジング部５１は、ベース１のベアリング構造を形成する。第二ハウジング部５２は、アーム２のベアリング構造を形成する。ハウジング部５１と５２は、空間の領域を定めており、その空間に、ガイド、スライド３、アクチュエータ６ａ〜６ｄ、および引張り要素５ａ〜５ｄが収容されている。
【００４５】
第二ハウジング部５２は、上部カバー５２ａと下部カバー５２ｂとを有し、これらカバー内にはスリット５３が存在し、グリッパー４のシャフト部材４０は、第二または第三方向に動かされるとき、該スリットを通って移動し得る。
【００４６】
第一および第二ハウジング部５１、５２は、好ましくはプラスチックおよび／またはステンレススチールシートからなり、これらは例えば折れ曲げられてハウジングを形成する。ハウジング部５１、５２およびそれらの中のコンポーネントは、ハウジング内のすべてのエリアが例えばクリーニングランス(cleaning lance)を用いて清掃できるよう、簡易にアクセスできるように（この場合、水および汚れは十分に除かれる）形成されている。当該ロボット１００内に存在するベアリングは、汚れおよび水に対してシールされていることが好ましく、汚れが残ったり清掃が行き届くのが困難であるような小さなひびおよび隙間がロボットにないことが好ましい。ハウジング部５１、５２の被覆板（sheeting）は、当該ロボット１００がその内部まで清掃できるように、簡易かつ迅速に取外しできることが好ましい。
【００４７】
図５は、ベース１がどのようにフレーム８０に取り付けられるかを示す。フレーム８０は２つのＬ字形要素８１および８２を有する。ベース１は、Ｌ字形の脚の一方の端面８１ａ、８２ａ上に置かれている。Ｌ字形の他方の脚の下には、ホイールを取り付けるのための装置（facilities)がそれぞれに設けられている。示した図の場合、２つのホイール８３がＬ字形の脚の下にそれぞれ取り付けられている。代替的な実施態様（図示せず）においては、ベース１は、さらにフレーム、モバイルもしくはその他の上に置かれてもよく、それは閉じられたケースの形態である。
【００４８】
図８は、矢印２０１で示した方向に速度ｖで動いているコンベヤーベルト２００を有するコンベヤーシステムにおいて、本発明のロボットがどのように用いられるかを示す。当該ロボット１００は、コンベヤーベルト２００から対象物３００を取り上げ、コンベヤーベルト２００に沿って置かれた包装ボックス４００またはその他のタイプのパックにそれらを置く。
【００４９】
かかるコンベヤーシステムは、いくつかのコンベヤーベルト２００を有することもでき、それらベルトは、１つが他の後に置かれ、かつそれぞれがそれに沿って置かれた１以上のロボット１００を有する。最も下流に配置されたコンベヤーベルト２００が、それよりも上流に配置されたコンベヤーよりも低い搬送速度で動くように合わされていることが好ましい。これは、最後に残った対象物３００が、最後のロボット１００が届く範囲内に、より長く残って、該ロボットがすべての対象物３００をベルト２００から取り上げる適切な機会を得るようになるということを意味する。
【００５０】
対象物が規則的にコンベヤー２００上に横たわっている場合、製品の列が、カメラ２１０、光電セルまたはその他の光学的検出手段によって検出され、その後、検出結果が制御コンピューターに保存される。コンベヤー（本実施例ではコンベヤーベルト２００）の速度ｖは、例えば、コンベヤーベルト２００の表面と接触するランナーを具備したセンサー２３０によって測定することができる。ベルト速度ｖ、検出結果および定数の数値（例えば、ロボット１００と検出手段との距離など）に基づいて、制御コンピューター２２０は、ロボットがどこでいつベルト２００から製品を取り上げるかを計算し、それに従って、ロボット１００を制御できる。このように、１つの制御コンピューター２２０でコンベヤー２００に沿って置かれた複数のロボットを制御し、該ロボットが相互作用してベルト２００を空にすることも可能である。後者は特にコンベヤーベルト２００またはその他のコンベヤーの速度ｖが速い場合である。
【００５１】
対象物が不規則にコンベヤー上を運搬される場合、ロボットは、カメラ２１０で撮ったイメージに基づいて全体的に制御される。コンベヤー２００上の製品のコーディネイトは、カメライメージに基づき、制御コンピューター２２０によって決められる。これらの調整、とりわけベルト速度ｖに基づいて、ロボットをコンピューター２２０によって制御し、ロボットが対象物をコンベヤー２００から取り上げてパック４００に置くようにできる。
【００５２】
図６ａ、７ｂおよび７ｃにおいて見られるように、プーリー３１、３２および３５、３６は、第二および第三方向によって定められる中央面に対して、スライド３の一方の側に置かれている。該中央面は、アーム２の長手方向軸を通って延びている。さらに、スライド３を駆動するための駆動ベルト５ａが、スライド３の片側で該スライドに不動に接続されている。該スライド３（プーリー３１、３２、３５、３６を持たない）は、プーリー３１、３２および／または３５、３６を容易に取り除いて中央面に対して他方の側へ置換えできるような対称的なデザインで作られていることが好ましい。スライド３が対称的なデザインであるおかげで、第二方向にスライド３を駆動するための駆動ベルト５ａもまた、スライド３の他方の側に簡単に不動に接続することができる。このプーリー３１、３２、３５、３６および駆動ベルト５ａの切り替えは、特に、ロボットがコンベヤーベルトに沿ってかつその上を動くように操作しなければならない場合（図８参照）、ならびに、ロボットを何らかの理由でベルトの一方の側から他方の側へ動かす場合（すなわち、ベルト２００の運搬方向がアーム２に対して逆転する場合）に有利である。ロボットアーム２の対称性、ならびにプーリー３１、３２、３５、３６および駆動ベルト５ａの切り替えのおかげで、ロボットは運動学的にまったく同じ状態のままとなる。これは、ロボットの異なる配置にもかかわらず、制御コンピューター２２０における制御ソフトウェアがほとんど改造を必要としないということである。従って、当該ロボットは、使用に関して極めてフレキシブルである。
【００５３】
プーリー３１、３２、３５、３６を切り替える代わりに、スライド３（プーリー３１、３２、３５、３６を持たない）の対称的なデザインによって得られるその他の可能性は、スライド３が簡単にアーム２から取り除かれ、それに続いて第三方向に対して１８０度回転させて、アーム２に取り付けられることである。その結果として、プーリー３１、３２、３５、３６の切り替えと同じ利点が達成される。スライド３の対称的なデザインは、スライド３の上述したような反転があっても、グリッパー４がアーム２の中央縦軸上に位置したままであるということである。言い換えれば、グリッパー４はアーム２に対してまったく同じコーディネイトを保ち、そのためにこの場合においても、制御ソフトウェアの改造がほとんど必要とはされない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、先行技術によって公知の、スカラロボットの概略図を示す。
【図２】図２は、先行技術によって公知の、デルタロボットの概略図を示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明によるロボットの概略的な斜視図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは図３ａのロボットの展開図を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、アクチュエータがない場合の、図３ａのロボットの展開図を示す。
【図４ａ】図４ａは、図３ａのロボットの別の概略的な斜視図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａの図による、図３ａのロボットの展開図を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、図４ａの図による、アクチュエータがない場合の、図３ａのロボットの展開図を示す。
【図５】図５は、本発明によるロボットの移動式フレーム上の透視図を示す。
【図６ａ】図６ａは、図３ａのロボットの上面図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａにおけるラインＡ−Ａに沿ったロボットの断面を示す。
【図７ａ】図７ａは、本発明のロボットのためのグリッパーのシャフト部材の横断面を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明のロボットのスライドの図７ｃにおけるラインＡ−Ａに沿った断面を示す。
【図７ｃ】図７ｃは、本発明のロボットのスライドの断面を示す。
【図８】図８は本発明のロボットに具備されたコンベヤーシステムの概略図を示す。
【図９ａ】図９ａは、図３ａのロボットのアイドルポジションにおける可能なベルトドライブの細部の上面図を示す。
【図９ｂ】図９ｂは、稼動位置にある図９ａの細部の上面図を示す。
【図１０】図１０は、図３ａのロボットのアイドルポジションにおける別のベルトドライブの細部の上面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図８】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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