(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作装置における把持装置（１０）用の保護装置（１００；１００ａ，１００ｂ）であって、前記把持装置（１０）は、把持機構（２０；２０ａ，２０ｂ）を有しており、該把持機構（２０；２０ａ，２０ｂ）は伝達機構（１４）によって運動可能であって、前記把持装置（１０）に加えられる所定の力が超過された際に、前記把持装置（１０）の退避を行わせる少なくとも１つの過負荷保護装置が設けられている、操作装置における把持装置（１０）用の保護装置（１００；１００ａ，１００ｂ）において、
前記過負荷保護装置として形成された前記保護装置（１００；１００ａ，１００ｂ）は、所定の方向から加えられる力（Ｆ２）、即ち、対象物を把持するために必要な力（Ｆ１）の方向の外側で前記把持機構（２０；２０ａ，２０ｂ）に作用する力（Ｆ２）が生じた際に反応し、
前記把持機構（２０ｂ）用の前記伝達機構（１４）は、各把持機構（２０ｂ）のために１つの別個の駆動軸（１６〜１８）を有しており、該別個の駆動軸（１６〜１８）のそれぞれに、該別個の駆動軸（１６〜１８）の長手方向で、該別個の駆動軸（１６〜１８）を退避させるばね負荷されるエレメント（５８）を備えた過負荷保護装置が設けられていることを特徴とする、操作装置における把持装置（１０）用の保護装置（１００；１００ａ，１００ｂ）。
【請求項２】
前記把持機構（２０；２０ａ，２０ｂ）のそれぞれが１つの過負荷保護装置を有しており、該過負荷保護装置は、摩擦接続的な過負荷保護装置（３０）として形成されている、請求項１記載の保護装置。
【請求項３】
前記摩擦接続的な過負荷保護装置（３０）が少なくとも１つのばね負荷されるエレメント（３１）を有しており、該エレメント（３１）は、前記過負荷保護装置（３０）が反応する際に、少なくとも間接的に、退避方向への前記把持機構（２０）のアクティブな運動を行わせる、請求項２記載の保護装置。
【請求項４】
前記把持機構（２０）の把持方向における前記把持機構（２０）のロックが、該把持機構（２０）を収容する支持エレメント（２１）に設けられた切欠（２４）における前記把持機構（２０）の形状接続的な配置により生ぜしめられる、請求項３記載の保護装置。
【請求項５】
前記エレメント（３１）に作用する予圧力若しくは作動力は、調節エレメント（３３）によって変更可能である、請求項３又は４記載の保護装置。
【請求項６】
前記過負荷保護装置は複数の係止エレメント（４４）を有しており、該係止エレメントは、前記把持機構（２０ａ）に設けられたそれぞれ１つの開口（５１，５２）に配置されており、前記係止エレメント（４４）には、少なくとも１つのばねエレメント（５３）のばね力が加えられている、請求項２記載の保護装置。
【請求項７】
前記係止エレメント（４４）は全体で１つの保持力を前記把持機構（２０ａ）に対して形成する、請求項６記載の保護装置。
【請求項８】
前記過負荷保護装置は少なくとも１つのセンサエレメント（６５，６６）を有しており、該センサエレメントは、前記過負荷保護装置が反応する際に相応の信号を発する、請求項１から７までのいずれか１項記載の保護装置。
【請求項９】
前記操作装置は操作ロボットである、請求項１から８までのいずれか１項記載の保護装置。
【請求項１０】
前記把持機構（２０；２０ａ，２０ｂ）は把持フィンガである、請求項１から９までのいずれか１項記載の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、操作装置、特に操作ロボットにおける把持装置用の保護装置に関する。
【０００２】
このような形式の保護装置はＤＥ２０３１４８９６Ｕ１号明細書により公知である。この公知の保護装置では、操作装置の把持アームに、複数の管から成るフレームが配置されており、このフレームは、ワーク等を把持するために把持エレメント若しくは緊締エレメントを有している。この場合、過負荷が生じた場合、いわゆる変位保護装置によって把持エレメント若しくは緊締エレメントの退避が行われる。変位保護装置はこの場合、摩擦接続的に作用する係止エレメントとして、特にばね負荷された係止ボールの形に形成されている。この場合実質的には、ワーク等を把持するために必要な方向からの力の負荷若しくは過負荷の場合であっても、変位保護装置の退避若しくは反応が行われる。これにより例えば、相応の損傷若しくは把持装置の作動半径内にいる操作員を怪我させる危険を伴う対象物の脱落が生じる恐れがある。
【０００３】
発明の開示
上記先行技術を起点とする本発明の課題は、大きすぎる力が生じた際若しくは衝突の際に把持装置の退避を可能にし、しかもこの退避を有利には、衝突若しくは大きすぎる力が、把持装置の機能にとっては本質でない若しくは必要でない方向から生じた場合にのみ行わせるような、請求項１の上位概念に記載の形式の操作装置における把持装置用の保護装置を提供することである。この課題は、請求項１記載の特徴を備えた、操作装置における把持装置用の保護装置により解決される。この場合、本発明の根底を成す思想は、保護装置を、把持に必要な力方向の外側で延びている方向から１つ若しくは複数の力がかけられた場合にのみ過負荷保護装置が反応するように、保護装置を形成することにある。これにより、衝突対象物への衝突時に作用する力が減少した場合、特に、把持すべき若しくは把持装置によって保持されるべき対象物の脱落は回避される。
【０００４】
本発明による把持装置用の保護装置の有利な別の構成は、従属請求項に記載されている。特許請求の範囲、明細書及び／又は図面に開示された少なくとも２つの特徴から成る組み合わせの全ては本発明の範囲にある。
【０００５】
把持機構としてはこの場合例えば、把持フィンガが使用され、本発明に好ましい構成では、前記把持機構のそれぞれが１つの過負荷保護装置を有しており、該過負荷保護装置は、摩擦接続的な過負荷保護装置として形成されている。これにより、概観できる構造的な手間のもとで確実かつ信頼できる機能が保証される。
【０００６】
特に極めて好ましくは、前記過負荷保護装置が少なくとも１つのばね負荷されるエレメントを有しており、該エレメントは、前記過負荷保護装置が反応する際に、変位方向への前記把持機構のアクティブな運動を行わせる。換言すればこのことは、衝突が生じた際に、過負荷保護装置が、衝突方向とは逆の方向への把持機構の加速を行わせることを意味する。これにより衝突時における損傷若しくは怪我の危険が付加的に減じられる。
【０００７】
本発明の別の好ましい構成では、前記把持機構用の前記伝達機構は少なくとも１つの共通の駆動軸を有しており、前記少なくとも１つの共通の駆動軸と協働する、押圧部材の形のばね負荷されるエレメントを備えた別の過負荷保護装置が設けられており、前記エレメントは、長手方向で前記少なくとも１つの駆動軸を待避させる。
【０００８】
選択的には、前記把持機構用の前記伝達機構は、各把持機構のために別個の駆動軸を有しており、該別個の駆動軸のそれぞれが、長手方向で該別個の駆動軸を退避させる、押圧部材の形のばね負荷されるエレメントを備えた別の過負荷保護装置を有している。これにより個々の把持機構の選択的な反応若しくは退避が行われる。
【０００９】
特に好ましくは、前記過負荷保護装置は少なくとも１つのセンサエレメントを有しており、該センサエレメントは、前記過負荷保護装置が反応する際に相応の信号を発する。このような形式のセンサエレメントにより、例えば、操作装置の運転が停止される、若しくは相応の警告信号が制御装置に発信される。
【００１０】
本発明のさらなる利点、特徴、詳細は、以下の好ましい実施例の説明並びに図面に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】操作装置の把持装置を概略的に示した斜視図である。
【図２】図１の把持装置の個々の把持フィンガを示した斜視図である。
【図３】図２とは異なる構成の把持フィンガを示した平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図２の把持フィンガを示した側面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】伝動装置の領域における図１とは異なる把持装置を概略的に示した断面図である。
【００１２】
同じ構成部分若しくは同じ機能を有する構成部分については図面において同じ符号を用いている。
【００１３】
図１には把持装置１０が示されている。この把持装置１０は、操作ロボットの形の操作装置の特別な構成部分である。この場合、この把持装置１０は、操作装置の可動アーム（図示せず）に配置されており、この可動アームの、把持装置１０側の端部には支持プレート１１が支持されている。支持プレート１１には制御電子機器１２と駆動モータ１３とが固定されている。伝達機構１４の部分としての駆動モータ１３は伝動装置１５を介して３つの駆動軸１６〜１８に作用する。３つの駆動軸１６〜１８は互いに均一な角度間隔を置いて部分円に沿って、把持装置１０の長手方向軸線１９に対して互いに平行に配置されている。各駆動軸１６〜１８には把持フィンガ２０が配設されており、この把持フィンガ２０は旋回アーム２１を介して各駆動軸１６〜１８に相対回動不能に結合されている。従って、３つの駆動軸１６〜１８と把持フィンガ２０とは、特に円筒形に形成された物体若しくは対象物（図示せず）を把持するために、同期的に、矢印２２の方向で反時計回りに回転可能であって、前記物体若しくは対象物は把持フィンガ２０によって把持された状態では長手方向軸線１９に対してセンタリングされている。
【００１４】
補足すると、本発明は３つの把持フィンガ２０を備えた把持装置１０に限定されるものではない。むしろ、２つ又は３つより多い把持フィンガ２０を備えた把持装置１０も考えられる。
【００１５】
図２には、本発明の第１実施例による、旋回アーム２１に固定された個別の把持フィンガ２０が拡大されて示されている。特に、旋回アーム２１に面した把持フィンガ２０の端面には、横断面がほぼ四半分円形のピン２３が設けられており、このピンは旋回アーム２１に設けられた相応に四半分円形の切欠２４内に配置されていることが判る。さらに、力を表す長さの異なる矢印Ｆ１，Ｆ２が示されている。この場合、力を表す矢印Ｆ１は、把持フィンガ２０が、対象物を把持するためにこの対象物と協働する方向を示している。この力矢印Ｆ１はこの場合、比較的大きい長さを有する力矢印である。さらに、力矢印Ｆ１よりも短い長さを有する力矢印Ｆ２が示されている。この力矢印Ｆ２は、把持フィンガ２０の長手方向軸線２６において延びているか、又は、（長手方向軸線２６に対して垂直な平面に対して）約１２０°の角度範囲で延びている。力矢印Ｆ２の方向で力が加えられる場合、この力は、把持フィンガ２０によって対象物を把持するために必要なものではない。特にこの力は、把持フィンガ２０若しくは、把持フィンガ２０によって保持された対象物が、把持装置１０の運動軌道上で、別の対象物（又は人）に衝突した場合に生じる力Ｆである。
【００１６】
本発明によれば、旋回アーム２１における把持フィンガ２０の配置は、力矢印Ｆ１の方向で力が加えられた際に把持フィンガ２０が定置に若しくは堅固に旋回アーム２１に配置されているようになっている。これは特に、ピン２３若しくは切欠２４の領域における旋回アーム２１と把持フィンガ２０との間の形状接続的な結合（摩擦力によらない嵌め合いによる結合）若しくは配置により得られる。
【００１７】
把持フィンガ２０に力矢印Ｆ２の方向から力が加えられた際に把持フィンガ２０の退避を可能にするために、把持装置１０は、過負荷保護装置として形成された保護装置１００を有している。その構成及び作用形式を図６〜図８に示した第１実施例につき詳しく説明する。この保護装置１００は、旋回アーム２１に把持フィンガ２０が完全に摩擦接続的に（摩擦力に基づいて）懸吊されていることを前提としている。従って保護装置１００の構成は、力Ｆ１，Ｆ２の方向に応じて、把持フィンガ２０のために異なる作動力が得られるように構成されている。保護装置１００では、把持フィンガ２０が、ばね弾性的に支承された係止エレメント４４のみを介して、旋回アーム２１に対する相対位置に保持されている。この場合、係止エレメント４４は例えば球形又はローラの形に形成されていて良い。旋回アーム２１はほぼ直角を有する切欠４５を有しており、この切欠４５には、円セグメント４６として形成されたピン２３の端部が配置されている。切欠４５には各係止エレメント４４用の切欠４７，４８が形成されている。係止エレメント４４は、ピン２３に設けられた開口５１，５２内に係合していて、調節ねじ５４によって予圧力を変更することができるばねエレメント５３のばね力によって、開口５１，５２の傾斜面５５，５６に作用している。
【００１８】
このようにして係止エレメント４４は、ピン２３のジオメトリと協働してくさび機構を成し、このくさび機構によって、力の導入方向に対して垂直方向の力の成分が形成される。この場合、ばねエレメント５３の予圧力と、相応の面５５，５６の間の角度とから、克服すべき保持力が決定される。それぞれ別の押圧された係止エレメント４４がその支持のために働き、この係止エレメント４４の保持力は９０°ずらされて、ピン２３に設けられた所属のジオメトリへと導入される。従って、逆向きに作用する両ばね力は部分的に相殺され、旋回アーム２１の切欠４５内に把持フィンガ２０を留めておく、合成された保持力が生じることになる。
【００１９】
補足すると、係止エレメント４４がローラとして形成されている場合、１つ又は幾つかの所望の方向に係止エレメント４４の方向づけ及び最終処理を選択することにより、選択的な作動力もしくは形状接続が得られる。同じく、複数の係止エレメント４４を、場合によっては異なる力によって押圧されている複数の接触面ごとに使用することも考えられる。
【００２０】
図３〜図５には、保護装置１００ａの変化実施例が示されている。この保護装置１００ａは、圧縮ばね３２によって押圧された、円錐ピン３１を備えた摩擦接続的な係止機構３０を有しており、前記圧縮ばね３２による押圧力は、ストッパねじ３３によって変更可能である。円錐ピン３１の、前記ストッパねじ３３とは反対側の端部は、ピン２３ａの偏平な側面３４に作用しており、円錐ピン３１はここで、側面３４に形成された係止孔３５内に係合する。この場合、ピン２３ａは、Ｕ字形の切欠３７の対向する側面３６で支持されている。別の円錐ピン３９が、横方向に延びる保持ピン４０を押圧することにより保持力に反して作用している。このばね力が、力矢印Ｆ２の方向で作用する外部からの作動力と相俟って、切欠３７における把持フィンガ２０ａの保持力を超過すると、把持フィンガ２０ａはそのホルダからアクティブに外れるように加速される。この場合、保持ピン４０のためのフック状の切欠４１が、側方の抜け出し運動のために作用する。即ちこの切欠４１は、外された把持フィンガ２０ａと旋回アーム２１との間に生じ得る傾動に反作用する。
【００２１】
図９には別の保護装置１００ｂが示されている。この保護装置１００ｂは、必ずしもというわけではないが、基本的には保護装置１００と同様に形成することができる。この保護装置１００ｂでは、図９では２つの駆動軸１６，１７しか見えていないが、図１に単に概略的に示した駆動軸１６〜１８それぞれが、ばね負荷された押圧部材５８を備えている。押圧部材５８の圧縮ばね５９によって調節可能な押圧力によって、この場合、保護装置１００ｂの作動力が調節される若しくは影響を与えられる。
【００２２】
矢印６１，６２の方向、即ち駆動軸１６〜１８の長手方向で力がかかると、該当する駆動軸１６〜１８は保護装置１００ｂによって、押圧部材５８との係合から外され、これにより対応する駆動軸１６〜１８は、必然的ではないが場合によっては駆動歯車６３との作用結合を解除される。このようなことが行われると、該当する把持フィンガ２０ｂは自由に運動可能であり、即ち、この把持フィンガ２０ｂは退避することができる。
【００２３】
選択的に、３つの駆動軸１６〜１８に、全ての把持フィンガ２０ｂのために共通の１つの保護装置１００ｂを設けることもでき（図示せず）、これにより、矢印６１，６２の方向で把持フィンガの１つ２０ｂに力が導入される場合、保護装置１００ｂは反応して、全ての把持フィンガ２０ｂは退避される。
【００２４】
さらに好ましくは、保護装置１００ｂの反応を検知し、相応の信号を把持装置１０の制御装置へと発信するセンサ６５が保護装置１００ｂに設けられている。この信号は例えば、把持装置１０の運転を停止させる、又は適当な光学的又は音響的な警告信号を発信させる。勿論、保護装置１００，１００ａに相応のセンサ６５を設けることも考えられる。この場合、センサ６６が示されている図７に示されているように、把持フィンガ２０ａの退避運動が検出される。
【００２５】
以上、記載した保護装置１００，１００ａ，１００ｂは、本発明の思想を逸脱することなく、種々様々な形式で利用可能若しくは変更可能である。本発明の思想は、把持フィンガ２０，２０ａ，２０ｂ若しくは把持装置１０に力が作用し、その力の方向が、この力の作用が、対象物の把持若しくは保持に必要な若しくは必然的な方向の外側で行われるような方向である場合に、若しくは所定の力の値を超過する場合、保護装置１００，１００ａ，１００ｂが反応する、というものである。
【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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