(57)【要約】【課題】  軽減された自重を有し、少なくとも１つの形態においてコストを抑えた部材によって製造可能な多関節アームロボットを提供すること。【解決手段】  場合によっては可動である固定された基礎部５と、好ましくは固定された基礎部５の垂直方向の軸周りに回転可能な基礎部６と、好ましくは水平方向の基礎軸３周りに回転可能な基礎アーム７と、該基礎アーム７に関して可動なエンドアーム８とを備えた多関節アームロボットにおいて、基礎アーム７とエンドアーム８の間にリンク要素１５を設け、該リンク要素１５を、それぞれ基礎軸３に対して平行な回転軸であるアーム軸４及びエンドアームを中心として基礎アーム７及びエンドアーム８に結合した。
2013528503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
場合によっては可動である固定された基礎部（５）と、
好ましくは前記固定された基礎部（５）の垂直方向の軸（２）周りに回転可能な基礎部（６）と、
好ましくは水平方向の基礎軸（３）周りに回転可能な基礎アーム（７）と、
該基礎アームに関して可動なエンドアーム（８）と
を備えた多関節アームロボットにおいて、
前記基礎アーム（７）と前記エンドアーム（８）の間にリンク要素（１５）を設け、該リンク要素（１５）を、それぞれ前記基礎軸（３）に対して平行な回転軸であるアーム軸（４）及びエンドアーム（１６）を中心として前記基礎アーム（７）及び前記エンドアーム（８）に結合したことを特徴とする多関節アームロボット。
【請求項２】
前記基礎アーム（７）と前記エンドアーム（８）の間の移動のためのエンドアーム駆動部を前記リンク要素（１５）のアームハンドル軸（４’）に係合させたことを特徴とする請求項１記載の多関節アームロボット。
【請求項３】
前記基礎アーム（７）が、中心点が前記アーム軸（４）に位置しつつ当該基礎アームに結合された基礎歯車（１１）の少なくとも一部分を備えており、前記エンドアーム（８）が、中心点がエンドアーム軸（１６）に位置しつつ当該エンドアームに結合されたアーム歯車（１２）の少なくとも一部分を備えており、これら両歯車を互いに噛合させたことを特徴とする請求項１又は２記載の多関節アームロボット。
【請求項４】
前記基礎アーム（７）が制御軸（２６）を備え、前記エンドアーム（８）が中間軸（２４）を備え、これら両軸において中間アーム（２５）が回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の多関節アームロボット。
【請求項５】
前記エンドアーム駆動部を、前記基礎アーム（７）において前記基礎軸（３）に対して同列に配置するとともに、好ましくはリンク平行四辺形（３，４，４’，３’）であるリンク四角形を介して前記リンク要素（１５）に係合させたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の多関節アームロボット。
【請求項６】
前記エンドアーム駆動部を、連結ロッド（２８）及びこれにリンク式に支持された駆動ロッド（２７）を介して前記リンク四角形あるいは前記リンク平行四辺形（３，４，４’，３’）に係合させたことを特徴とする請求項５記載の多関節アームロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分及び本出願人による特許文献１における図９４及び図９５に対応する多関節アームロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述のようなロボットと同様に構成された多くの多関節アームロボットが存在しており、これについて、以下の文献に記載されている。
【０００３】
特許文献２においては、第２の末端にあるアームがリンク平行四辺形による移動され、このアームは、以下に詳述されるように、古典的な「平行式」の多関節アームロボットである。
【０００４】
本出願人の特許文献３では、図４に示すように、ここでも同様に「平行式」の多関節アームロボットとなっているが、追加的な軸が機能可能となっており、負荷のピークが防止されている。
【０００５】
特許文献４には、以下に詳述するような古典的な「平行式」の多関節アームロボットが開示されている。
【０００６】
特許文献５には、連結リンク及びリンク四角形によってボトル把持部の特殊な運動を達成するための複雑な装置が開示されている。
【０００７】
特許文献６には複数のアーム部分を備えた多関節アームロボットが開示されており、これらアーム部分の位置は互いにベルト駆動部により制御されている。
【０００８】
特許文献７における図５には、アームの上側３分の１に係合するアクチュエータの末端の第２のアームの位置が決定されるように構成された装置が示されている。このような装置は、パワーショベルにおいて通常のものである。
【０００９】
特許文献９に対応する特許文献８には、上記特許文献２に記載されているような古典的な「平行式」のロボットが開示されている。
【００１０】
特許文献１０には、キャビンが可動に配置されたクレーンが操作者を中心として良好な理解を可能とすることが開示されている。このとき、キャビンは、２つの並列に配置されたリンク平行四辺形を介してクレーンプラットフォームに結合されている。その駆動は、リンク平行四辺形内にほぼ対角線状に作用するアクチュエータを介してなされている。
【００１１】
本出願人の特許文献１には、クレーン、ロボット、昇降テーブルなどのための複数の平行運動機構的な装置が開示されている。全てに共通なのはいわゆる疑似３連点を備えたいわゆる３−２−１運動機構の使用であるが、この疑似３連点においては、３つの関与したロッドあるいはアクチュエータはある点において「理想的に」集まるわけではなく、かろうじて隣接するのみである。
【００１２】
冒頭に記載したような多関節アームロボットはプラットフォームを有しており、このプラットフォームは、垂直方向の軸周りに回転可能となっている。このプラットフォーム上には、水平方向の軸である基礎軸が配置されており、この基礎軸は、第１のアーム部分を支持し、この第１のアーム部分の他端においては第１の回転軸に対して平行にここでも回転軸であるアーム軸が設けられている。このアーム軸においては、第２のアーム部分が係合している。ロボットが実際には工具である場合には、この第２のアーム部分の自由端には把持部材が配置されている。この工具又は把持部材は、多くの場合、移動、特に第２のアーム部分の長手軸周りに回転するようになっているが、他の移動も行うことも可能である。
【００１３】
このような多関節アームロボットの欠点は、一連の全てのメカニズムが、各案内全体及び各駆動全体が自由端に存在する案内部及び駆動部を連行し、支持し、加速し、及び制動する必要があるという、内在した要求である。そのため、活荷重と死荷重の間に極端に不都合な比率が生じてしまう。また、大きな重量により、強力なモータが必要となり、これにより再び重量及びエネルギー消費の増大を招いてしまう。さらに、生じた動的な力を十分な強度で受け止めるなどのことができるよう、強固な軸受を設ける必要もある。
【００１４】
そして、「一連の」として示した従来の多関節アームロボットにおいては、第１のアーム部分の長手軸と第２のアーム部分の長手軸が延伸された状態で互いに同列とならずにずれている。これにより、特に第１の基礎付近のアーム部分においてモーメント負荷及びねじり負荷が誘起され、これにより、全ての部材の更なる強化及び強度の向上が必要となってしまう。
【００１５】
また、いわゆる「平行式」の多関節アームロボットである従来の多関節アームロボットが存在し、このような多関節アームロボットにおいては、リンク平行四辺形によって軸周りにおける第２のアーム部分と第１のアーム部分の間の角度が決定されることにより、これら第１のアーム部分と第２のアーム部分の間の回転軸（アーム軸）における駆動部及び必要なギヤ装置が回避される。これにより、この軸のためのアクチュエータが回転可能な基礎に割り当てられ、構造全体の負荷が本質的に軽減される。さらに、両アーム軸を１つの共通の平面に配置することが可能であり、その結果、その長手軸は、両アーム部分の対応する１８０°の位置において互いに同列となる。これにより、上述の不都合な曲げモーメント及びねじりモーメントも更に回避されることになる。
【００１６】
このような構造における欠点は、第２のアーム部分すなわち工具中心点（短くはＴＣＰ）の自由端の可動性が一連の多関節アームロボットと比較して明らかに制限されている点にある。特に垂直方向の軸周りに円状の動作範囲が失われる。また、回転基礎部と第１のアーム部分の間の基礎軸の下方範囲も、本質的に減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３９７３０号
【特許文献２】独国特許出願公開第３３２４９４８号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９０３４２６８号明細書
【特許文献４】独国実用新案第２０２００７００６１１３号明細書
【特許文献５】独国実用新案第２０２００４０１７３９６号明細書
【特許文献６】独国実用新案第２０２００４０１２５８４号明細書
【特許文献７】仏国特許出願公開第２６０８７３７号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第３０３８４１９号明細書
【特許文献９】米国特許第４３９６３４４号明細書
【特許文献１０】欧州特許出願公開第９６０９８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、多関節アームロボットについて、軽減された自重を有し、少なくとも１つの形態においてコストを抑えた部材によって製造可能であり、一連の多関節アームロボットに少なくとも近づく動作領域を有するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴部分に記載された特徴によって達成される。
【００２０】
換言すれば、平行式の多関節アームロボットにおいて、１つの平行四辺形の第２のアーム部分との固定された結合の代わりに、中間要素を介した結合が設けられる。この中間要素は、様々な形状をとることができ、特に歯車による結合又は支持構造体であり得る。
【００２１】
この中間要素を各適用領域に合わせて形成することで、完全に異なる要求を満たすことが可能であるとともに、この際、常に、非常に簡易に組み立てられ、軽量で安価なモータで足りる多関節アームロボットを得ることが可能もある。そして、中間要素として支持構造体を使用する場合には、高さが正確で、それに伴い高価が省略されることになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、軽減された自重を有し、少なくとも１つの形態においてコストを抑えた部材によって製造可能な多関節アームロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術に基づく一連の多関節アームロボットを示す図である。
【図２】従来技術に基づく平行式の多関節アームロボットを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を概略的にのみ示す図である。
【図９】作用する力及びモーメントと共に示す第１の実施形態の概略的な分解図である。
【図１０】本発明の他の形成を示す図である。
【図１１】作用する力及びモーメントと共に示す他の実施形態の概略的な分解図である。
【図１２】他の実施形態を示す図である。
【図１３】他の実施形態を示す図である。
【図１４】他の実施形態を示す図である。
【図１５】他の実施形態を示す図である。
【図１６】他の実施形態を示す図である。
【図１７】他の実施形態を示す図である。
【図１８】他の形成の形態を示す図である。
【図１９】様々な位置における完全に組み立てられた実施形態の斜視図である。
【図２０】様々な位置における完全に組み立てられた実施形態の斜視図である。
【図２１】様々な位置における完全に組み立てられた実施形態の斜視図である。
【図２２】様々な位置における完全に組み立てられた実施形態の斜視図である。
【図２３】様々な位置における完全に組み立てられた実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には一連の従来技術による多関節アームロボットが示されており、基本的に、このロボット１は固定された固定基礎部５を備えており、この固定基礎部５においては、高さ方向軸２周りに回転可能な回転基礎部６が回転可能に固定されている。この回転基礎部６は基礎アーム７を水平な基礎軸３周りに回転可能に支持し、この基礎アーム７における他端においては、同様に水平方向に延在しつつ基礎軸に平行に配向されたアーム軸４周りにエンドアーム８が回転（回動）可能に配置されている。このエンドアーム８は、その自由端において工具保持部９を備えている。さらに、回転可能な回転基礎部６には相殺装置１０が設けられており、この相殺装置１０は、静的なモーメント負荷を少なくとも部分的に相殺するものである。
【００２６】
各部材のその軸周りの回転を行うために複数のモータが設けられており、特にエンドアーム８のアーム軸４周りの回転は、変速装置を備えたモータによって実行される。ここで、このモータはアーム軸４の領域において基礎アーム７に固定されているため、この基礎アーム７並びにその軸受及び駆動モータは、常にアーム軸４に関して、自重としてモータを共に動かす必要がある。
【００２７】
また、基礎アーム７がエンドアーム８のほぼ「近傍」に位置していることが図１から明らかであり、そのため、上述のような特に基礎アーム７の曲げ負荷及びねじり負荷が生じる。
【００２８】
工具保持部９が一方ではここでもエンドアーム８に関して異なる動作をなし得ること、及び装置が作業用ロボットではなくマニピュレータとして使用される場合に工具保持部９が、意図する各マニピュレータとして機能する状態にある、把持部材、マグネット、かぎ爪又は特殊な装置の形状を有することが可能であることは、本発明に対して決定的ではないが、言及すべきでことである。
【００２９】
従来技術において基礎アーム７の負荷を軽減するために、図２に示すように、以下に詳細に説明する構造を備えたいわゆる平行式の多関節アームロボット１が示されている。ここで、図１に示すものと比較可能な部材は、図１と同一の符号を付して示されている。
【００３０】
図２に示すような平行式の多関節アームロボットにおいては、回転基礎部６が固定基礎部５において高さ方向軸２周りに回転可能に配置されている。この回転基礎部６は基礎軸３周りに回転（回動）可能に基礎アーム７を支持しており、この基礎アーム７の上端部あるいは自由端には、アーム軸４が設定されている。また、このアーム軸４においては、エンドアーム８が回転（回動）可能に支持されている。このエンドアーム８は、工具保持部９からそれた範囲において延長されて形成されているとともに、アームハンドル軸４’の周囲に軸受を備えている。このアームハンドル軸４’においては基礎ハンドル１７が回転可能に支持されており、この他端である回転基礎部６近傍に位置する端部は、基礎ハンドル軸３’の周囲に軸受を備えている。なお、この軸受には、制御ハンドル１８が係合している。この制御ハンドル１８は、その基礎アーム７に関する方向は可変であるとともに、このようにしてリンク平行四辺形として形成された四角形を介して、交点を形成しつつ互いに平行な軸３，４，４’，３’と共に運動機構のチェーンに作用する。そして、このチェーンにより、エンドアーム８がアーム軸４周りに回転される。これに付随したモータは、回転基礎部６上に位置しているため、その重量によらず、また重力加速度によらずに基礎アーム７を負荷するものとなっている。
【００３１】
このような利点に負けず劣らず、一連の多関節アームロボットは、明らかに大きな動作範囲により、より良い成果を収めてきた。図１と図２の比較により、到達可能な基礎アーム７の基礎軸３周りの角度範囲は明らかにより小さいとともに、一連のロボットにおいては、アーム軸４周りのエンドアーム８の到達可能な角度範囲もより小さいものとなっている。特に上方へ及び極めて特別には頂点を介した、すなわち延長された高さ方向軸への可動性においては、平行式の多関節アームロボットは一連のものに明らかにあてがわれている。
【００３２】
図３〜図８には、概略的に、本発明による多関節アームロボットの重要な要素が示されている。ここで、分かりやすさの観点から、図５において、基礎アーム７の異なる傾斜の図示と同様に固定基礎部及び回転基礎部も省略されている。この基礎アーム７は、図３〜図８において単に垂直方向の「通常位置」においてのみ示されており、エンドアーム８の可動性の説明に基づいて役割を果たすものである。ここで、基礎アーム７は台形として示されており、エンドアーム８は鋭角状の三角形として示されている。これにより、概略的ではあるが、輪郭も示唆されている。
【００３３】
図示の実施形態においては、運動機構の説明のために、これら両部材の結合は、強固であるとみなされる部材として、基礎歯車１１とアーム歯車１２を介してなされる。基礎歯車１１は、基礎アーム７に固定されているとともに特に相対回転不能に結合されている。また、アーム歯車１２は、エンドアーム８に固定及び特に相対回転不能に結合されている。そして、リンク要素（結合要素）１５における適当な軸受によって、両歯車１１，１２が常に互いに噛合することが保証されている。そのため、アーム歯車１２の中心点は、基礎歯車１１の中心点周りの円弧を描くものとなっている。実際の実施においては、当然、歯車全体が設けられるわけではなく、両部材において、必要な部分に合わせて設ければ足りる。なお、図示のものは、運動機構の説明のみに示されている。
【００３４】
リンク要素１５においては両歯車軸の間隔をあけて調整装置が係合しており、この調整装置は、図２に示すような平行式の多関節アームロボットの平行四辺形を均一にするものであり、そのため、ここでは同様の符号を付している。
【００３５】
基礎アーム７、リンク要素１５の対応した部分、基礎ハンドル１７及び制御ハンドル１８はリンク平行四辺形を形成しており、その角度位置は、基礎軸３の範囲における（不図示の）モータによって決定される。そして、図３及び図８の比較から容易に分かるように、このリンク平行四辺形の角度変化に基づき、エンドアーム８の基礎アーム７に対する本質的に大きな角度変化が生じる。
【００３６】
ここで、各部材の任意で初期位置として受け入れられる位置における各角度の適当な選択により、及び各歯車の径の比率の適当な選択により、エンドアーム８の基礎アーム７に対して得られるアーム軸４周りの角度範囲の良好な影響可能性を得ることができる。しかし、このような関係においては、エンドアーム８は、本発明による構造において、純粋なアーム軸４周りの回動運動がなされないことに留意すべきである。これは、エンドアーム８に結合されたアーム歯車１２が基礎歯車１１において押しのけられるためである。
【００３７】
図９には各部材に作用する力が示されており、この図示は、本発明による装置の興味深い特性を詳細に説明するためのものである。
【００３８】
図示においては、各部材の重量による力が考慮されないとともに、加速時又は制動時における慣性力も考慮されず、工具中心点（ＴＣＰ）において以下の部材に作用する力Ｆのみが説明されている。エンドアーム８においては、この力は、アーム歯車１２の軸受において上方、すなわち力Ｆに対して作用する（反作用）力Ｆ（ここでは力の大きさのみを説明しており、力の方向は図面から明らかである）により、バランスが保たれている。力Ｆに付随するアーム歯車１２の軸周りのモーメントは、アーム歯車１２において作用する逆方向の両力Ｆｚによってバランスされている。
【００３９】
リンク要素１５は、ここでも、端部軸１６の軸受における力Ｆ，Ｆｚ、常に基礎ハンドル１７方向へ向く必要があるロッドに作用する力Ｆｓ、アームハンドル軸４’における軸受において作用する垂直方向の力Ｆ＋Ｆｓ及び力Ｆｚにつり合う同じ大きさの反力の影響下にある。
【００４０】
したがって、基礎アーム７は、力Ｆ＋Ｆｓの垂直方向の作用及び基礎歯車１１を介して作用するモーメントＦｚ：Ｆｚの下にある一方、その基礎軸３周りの軸受には、反力Ｆ＋Ｆｓのみが作用する。これにより、（全体的に見た）装置１へ時計回りにトルクを作用させる力Ｆが工具中心点（ＴＣＰ）において基礎アームへ対の力Ｆｚ：Ｆｚの結果として反時計回りへのトルクを生じさせるという驚くべき結果がもたらされる。基礎アーム７の可動のプラットフォームあるいは駆動部によって作用するモーメントＭＡｒｍは、力の対に対してバランスが保たれる。
【００４１】
図９における力とモーメントの解析から本発明の形態において１つの構成が導出され、この構成により、モーメントの配分が最適化される。そのため、ギヤモーメントを更に軽減するとともに、より小さくより軽量なコストの小さな駆動部が得られる。さらに、この駆動部は、動作中においてより少ないエネルギーしか必要とせず、現況において生産現場において温度・湿度調整がなされている間には、更に冷却要求を低減することにも寄与するものである。このような形態は、図１０において、概略的にのみ及びベルトによる伝達の例に基づき詳細に説明されている。
【００４２】
基礎アーム７においては、制御ハンドル１８に相対回転不能に結合され、短く制御ホイール１９と呼ばれる制御スプロケットが支持されている。制御ホイール１９はベルトあるいはチェーン２１として示された結合要素を介して駆動ホイール２０と作用連結されており、この駆動ホイール２０は、ここれもギヤ装置及び駆動部に相対回転不能に結合されている。ここで、この駆動ホイール２０の反対側は、基礎アーム７ではなく（不図示の）回転基礎部６に結合されている。図示の実施例においては、駆動ホイール２０が制御ホイール１９の半分の径を有しているため、減速方向へのギヤ比が１：２となっている。
【００４３】
これにより、エンドアーム８の移動のための駆動トルクが半減されるとともに基礎アーム７に力が伝達されることになる。そして、この力により、基礎歯車１１の歯側面の接触によるモーメントに抗して作用してこのモーメントを相殺するモーメントが誘導される。このような事情によって、平行式の実施における従来技術によるロボットにおけるもののように、ギヤ装置あるいは駆動部へのモーメントの分配がなされるが、エンドアーム８が一連のロボットへ少なくとも近づく可動性を備えているという利点が得られる。
【００４４】
図１０に示された運動機構の力及びモーメントの比率は、図１１において図９と同様に説明されている。図示の上部における比率は、図９の上部に相当し、モーメントの導出は、基礎軸３とハンドル軸２３の間の通常の間隔によってＲ２で示されている。同様に、歯車の力によって生じるモーメントは、アーム軸４の領域において作用腕（Ｗｉｒｋａｒｍ）Ｒ１で示されている。
【００４５】
技術常識においては、この関係は、本発明の他の形態において、多くの場合目標とされるように、力の経過あるいはモーメントの経過を各適用領域に適合させるか、又は特に負荷の最大値が最小となるよう設定することが可能である。これにより、エネルギー需要及びこれに伴う駆動部の質量及びコストをできる限り最小化することが可能である。
【００４６】
好ましい形態は、基礎軸３周りの駆動部及びアーム軸４周りの駆動部に対する最大負荷を、これらが同様に大きくなるよう互いに調製することにある。これにより、両駆動部に対して同様な構造のモータ−ギヤ装置−ユニットを使用することができ、これは、プランニング、在庫及び生産コストについて好ましいものである。さらに、スプロケットのギヤ比をその目的に合わせるか、又はその軸の位置を変更することも可能である。
【００４７】
このことは、リンク平行四辺形から一般的なリンク四角形となる場合に、制御ハンドル１８に相対回転不能に結合された制御ホイール１９に関して、すなわちハンドル軸２３に関して容易に可能である。なお、リンク平行四辺形から一般的なリンク四角形となることは、制御技術的に容易に行うことが可能である。ただし、このことは、常に基礎軸３である必要がある駆動ホイール２０の軸に関しては別である。これは、この軸の各他の位置において基礎アーム７の移動時の相対位置が変化するためであり、このことは、一方では軸の案内について問題を引き起こし、他方では、基礎アーム７とエンドアーム８の同時の移動時に運動学的な関係に影響しやすい。
【００４８】
以上の実施に基づき、ベルトあるいはチェーンと共に歯車あるいはスプロケットの代わりにリニアの関係を有する他の伝達手段を備えることができることは、当業者にとって明白である。このとき、正確な回転方向の遵守に注意すべき例えば歯車順序は、自明である。また、従来技術による平行式の多関節アームロボットにつきまとう欠点を除去するために、基礎ハンドル１７とエンドアーム８の間にリンク要素１５を設けることが、上述の説明に基づき本発明による原理が説明された。ここで、容易な図示及び基礎アーム７とエンドアーム８の間の運動機構のわずかな変更のために、歯を用いた解決手段が示される。
【００４９】
ベルトあるいはチェーン歯車は、「不安定」とみなされており、そのため、ロボット及びマニピュレータに対しては制限されてのみ適している。歯車が高い負荷を受けることが可能であり、また、高精度である必要がある場合には、この歯車は費用のかかるものである。そのため、他のリンク要素を選択する必要があり、その１つが図１２〜図１７に示されている。すなわち、基礎アーム７とエンドアーム８の間の中間アーム２５である。
【００５０】
図１２〜図１７に概略的に示された多関節アームロボットの運動機構は、本質的に、ここでも基礎アーム７を有しており、この基礎アーム７は、不図示の回転基礎部６において基礎軸３周りに回転（回動）可能に取り付けられている。また、リンク平行四辺形は、適当な軸周りに回転可能な制御ハンドル１８、基礎ハンドル１７及びリンク要素１５の脚部で構成されている。リンク要素１５における第３のリンク点は、連結軸を介して回転可能にエンドアーム８に結合されている。また、図３〜図８に示す歯車１１，１２の代わりとなる中間アーム２５は、その一端において中間軸２４によりエンドアームにリンク結合されており、他端において連結軸２２によって基礎アーム７にリンク結合されている。このような配置によって得られた可動性は、図１２〜図１７の図示から容易に見て取れる。さらに、リンク要素全体が安価で正確に製造可能であり、軽量な（重量が小さい）ロッドとなる。また、軸受は、スタンダードウェア（定番品）であるとともに軽量である上、高い強度を有し、安価である。本発明によれば、設定された使用領域に対する軸特に制御軸２６、連結軸２２及び中間軸２４の最適な位置決め、並びに中間アーム２５の長さの選択が平面的な運動機構の技術分野の当業者にとって容易に可能である。さらに、これら要素を調整することにより、モータ及びギヤ装置の必要とする出力を所望のとおりに最適化することが可能である。
【００５１】
さらに、エンドアーム８の約２４０°の回動角度全体がファクター２だけロッドに作用する負荷の変化がもたらされる。また、回動角度全体もファクター３だけ２８０°へ拡大される。したがって、更なる拡大は、例外の場合にのみ有意義であると思われる。
【００５２】
特に制御ハンドル１８の駆動に関連した本発明の他の形態においては、その駆動について、図１０に示されたリニアな減速ギヤ装置の代わりにリンク四角形が提案されている。このリンク四角形は、軽量、安価、安定的かつ精密な部材で構成されるという利点を有している。このようなギヤ装置は、図１８において例示的かつ単に概略的に示されている。また、制御ハンドル１８は基礎アーム７においてハンドル軸２３周りに回動可能に結合されており、基礎ハンドル軸３’においては、基礎ハンドル１７のみではなく駆動ロッド２７も係合している。この駆動ロッド２７は、基礎軸３にリンク結合された連結ロッド２８によってリンク四角形を形成している。また、基礎アーム７において設定されたハンドル軸２３と基礎軸３の間の間隔を、（「回転可能な基礎」ではなくリンク四角形の）基礎とみなすことができる。
【００５３】
このようにして、長さ関係によって、広範囲の境界において影響されるべき基礎ハンドル１７、リンク結合要素１５及びエンドアーム８の移動のためのギヤ装置を得ることができる。基礎アーム７に作用し、中間アーム２５から作用する力により生じるモーメントとは逆に作用するモーメントが同時に得られる場合、及び軸の間隔及び配置を適当に選択した場合に、これら全てを完全になくすことが可能である。このような完全な廃止を望むか、又は作用を弱めることを望むかは、各適用状況に依存し、多関節アームロボットの技術範囲における当業者にとって、適用領域は自明である。
【００５４】
図１９〜図２３には、図１２〜図１７に示すものに本質的に対応するものの他の特徴を備えた、完全に組み立てられた多関節アームロボットが示されている。
【００５５】
図１９には、固定基礎部５と、この固定基礎部５において高さ方向軸周りに回転可能で基礎軸３を有する回転基礎部６とを備えたこのような多関節アームロボットが示されている。なお、基礎軸３周りに基礎アーム７が回転可能となっている。基礎アーム７の他端の領域にはアーム軸４が配置されており、このアーム軸４周りにリンク要素１５が回転可能に支持されている。このリンク要素１５は、本質的に延伸された三角形の形状を有している。また、アーム軸４が鈍角の領域に設けられている。鋭角の領域においては連結軸２２が設けられており、この連結軸２２周りにエンドアームが回転可能に移動するようになっている。
【００５６】
基礎アーム７においては、その自由端側のアームの領域に制御軸２６が配置されており、この制御軸２６においては、中間アーム２５がリンク式に係合している。基礎アーム７の他端は、中間軸２４を介してエンドアーム８にリンク式に結合されている。したがって、リンク要素１５は基礎アーム７とエンドアーム８の間に配置されており、概略的な図示に基づいて上述した高さ方向の可動性が達成されている。
【００５７】
運動機構をより完全なものとするために、リンク要素１５はその第２の鋭角領域において、アームハンドル軸４’を備えており、このアームハンドル軸４’において、基礎アーム７周りのエンドアーム８の移動を行い、ここではリンク平行四辺形とはわずかに異なるリンク四角形が形成されている。このリンク四角形をより完全な者とするために、制御ハンドル１８が役目を果たしている。両アーム部分の互いに対する移動のための駆動の開始点が図１８に示されており、駆動ロッド２７は、対称性の理由から二部分に構成され、基礎ハンドル軸３’のリンク部に係合している。エンドアーム２９へ延びる連結ロッド２８は、特に図１９に良好に示されている。
【００５８】
図１９〜図２３には、工具中心点（ＴＣＰ）の際立った動作範囲が示されており、この動作範囲は、本発明による配置により得られるものである。さらに、使用されるハンドル、レバー、ロッドなどは、極端に高価なものではなく、多関節アームロボットとの使用に対して十分な強度を有するものである。また、大幅な質量の軽減だけではなく、特別な運動機構によって、力の経過及びモーメントの経過が各位置にわたって、従来技術に比して明らかに均一化されるとともに全体として小さなものとなる。そのため、上述の利点が完全に達成される。
【００５９】
図１９〜図２３には、上述の概略的な図面には含まれていない形態、すなわちエンドアーム８の駆動部と同様な利点を有する基礎アーム７のための駆動部が示されている。
【００６０】
基礎アーム駆動部３０が回転基礎部６に固定されているとともに基礎軸３と同列に設けられている。この基礎アーム駆動部３０は基礎連結部材３１に作用し、この基礎連結部材は、図２２に良好に示されている。この基礎連結部材３１の自由端にはリンク式に基礎駆動ロッド３２が係合しており、この基礎駆動ロッド３２は、基礎アーム７において基礎軸３及びアーム軸４から離間してリンク式に係合している。したがって、この駆動部はリンク四角形を形成しており、その交点は、基礎軸３、モータ３０の軸、基礎連結部材３１と基礎駆動ロッド３２の間の連結軸及び基礎アーム７における基礎駆動ロッド３２の係合軸である。
【００６１】
これら軸の互いの間隔を適当に選択することにより、基礎アーム駆動部３０の異なる負荷を基礎アーム７の位置に応じて少なくとも相殺するとともに明らかに均一化することができる上、負荷の最大値を減少させることが可能である。基礎アーム駆動部３０のこれら異なる負荷を明確にするために、負荷の少ない位置が図２１に示されている。一方、例えば図１９及び図２３の極端な両位置においては、このような考察において多関節アームロボットの重量のみが考慮されるか、又は工具中心点（ＴＣＰ）における自重が考慮される場合に、大きなモーメント負荷が生じる。したがって、作業における常識によれば、多分野にわたる適用性を考慮に入れなければ、上記４つの軸の間隔を適当に選択することで重量及びエネルギーの大幅な削減が達成される。
【００６２】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、様々に変更することが可能である。すなわち、各駆動方式を実際に自由に組み合わせることが可能であり、また、アーム部分の形状及び構成を図示の実施例と異なるようにしてもよい。特に、本発明により設けられたリンク要素１５を、図１９〜図２３に示された実施例においてその長手方向及び横方向に特に作業ロボットについて高い強度を備えた異なる形状を有するようにすることができる。特別な状況においては、基礎アーム７の非対称な移動を、基礎アーム７に非対称に作用する図１９〜図２３に示す駆動部によって、各要素の適当な縮小における倍増により防止することができる。ただし、この場合には、エンドアーム駆動部２９の側に第２の駆動部を設ける必要があり得る。基礎アーム７への非対称な力の負荷は、本質的に小さく、かつ、モーメントによる負荷の均一化により得られる利点と比較した問題をとりわけ完全に示している。
【００６３】
使用される材料は多関節アームロボットの技術分野における当業者にとってかなり以前から知られており、これについてここでは説明を省略する。また、構成部材、ギヤ装置及び駆動部の設計も、本発明において、この技術分野における当業者にとって同様に問題なく実施できるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１            ロボット
２            高さ方向軸
３            基礎軸
３’          基礎ハンドル軸
４            アーム軸
４’          アームハンドル軸
５            固定基礎部
６            回転基礎部
７            基礎アーム
８            エンドアーム
９            工具保持部
１０          相殺装置
１１          基礎歯車
１２          アーム歯車
１５          リンク要素（結合要素）
１６          端部軸
１７          基礎ハンドル
１８          制御ハンドル
１９          制御ホイール
２０          駆動ホイール
２１          チェーン
２２          連結軸
２３          ハンドル軸
２４          中間軸
２５          中間アーム
２６          制御軸
２７          駆動ロッド
２８          連結ロッド
２９          エンドアーム駆動部
３０          基礎アーム駆動部
３１          基礎連結部材
３２          基礎駆動ロッド
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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