(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペイロードを取り扱うための多関節アームロボット型装置であって、
一本のロボットアーム(R)を有しており、前記ロボットアーム(R)が、
一つの第1の軸(A1)回りに回転自在な一つのベース(1)に取り付けられており、
一種の運動連鎖機構のように前後に並べて配置される少なくとも二つのアーム部材(2,3)であって、その内の一つの第1のアーム部材(2)は、前記第1の軸に対して直角に配向された一つの第2の軸(A2)回りに旋回自在にベース(1)に支承されており、又一つの第2のアーム部材(3)は、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された一つの第3の軸(A3)回りに旋回自在に前記第1のアーム部材(2)に取り付けられており、並びに、
前記運動連鎖機構に末端側で取り付けられた一つのセントラルハンド(4z)
を有しており、
その際、前記第1のアーム部材(2)を前記第2の軸(A2)回りに旋回させる一つの第1のリニアアクチュエータ(4)が備えられており、前記第1のリニアアクチュエータ(4)は、片側で一つの第1の連結機構(K1)を介して前記ベース(1)に、その反対側で前記第1のアーム部材(2)に接続されてこれらと協働するようになっており、更に、
前記第2のアーム部材(3)を前記第3の軸(A3)回りに旋回させる一つの第2のリニアアクチュエータ(5)が備えられており、前記第2のリニアアクチュエータ(5)は、一つの第2の連結機構(K2)を介して、前記ベース(1)、前記第1のアーム部材(2)、及び前記第2のアーム部材(3)に接続されてこれらと協働するようになっており、又前記第1及び第2のリニアアクチュエータ(4,5)はいずれもスピンドルドライブとして構成されて、それぞれにモータ駆動式スピンドルナットユニット(41,51)が一つずつ備えられており、前記スピンドルナットユニット(41,51)は、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された一つの旋回軸(SA4,SA5)回りに旋回自在に支承されている、一つの全ねじロッドの形状をとる一つのスピンドル(42,52)と噛み合っている、
装置において、
前記第1の連結機構(K1)が、一つの第1のカルダンジョイント(4K)を介して、前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記モータ駆動式スピンドルナットユニット(41)に、又前記第2の連結機構(K2)が、一つの第2のカルダンジョイント(5K)を介して、前記第2のリニアアクチュエータ(5)の前記モータ駆動式スピンドルナット(51)に旋回自在に接続されてこれらと協働すること、
前記第1及び第2のカルダンジョイント(4K,5K)が、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された旋回軸並びに前記第2の軸(A2)に対して直角に配向された旋回軸を一つずつ有すること、
前記第2の連結機構(K2)が、押し引きする力を伝達する第1の連結手段(8)並びに第2の連結手段(9)を一つずつ有すること、
前記第1の連結手段(8)が、一つの剛直な三角構造の形状をとる一つの3要素伝動部材であり、そのそれぞれの角のところで、前記第1の連結手段(8)がそれぞれ一つの旋回軸回りに支承されていることによって、前記連結手段(8)が、前記第2のカルダンジョイント(5K)の一つの旋回軸である一つの第1の旋回軸回りに旋回自在に前記スピンドルナットユニット(51)に、一つの第2の旋回軸(SA51)回りに旋回自在に前記第1のアーム部材(2)に、更に一つの第3の旋回軸(SA53)回りに旋回自在に前記第2の連結手段(9)に接続されていること、及び、
前記第2の連結手段(9)が一種の剛直な連接棒のように構成されており、その一方の連接棒端部が前記第3の旋回軸(SA53)回りに旋回自在に前記第1の連結手段(8)に、又その他方の連接棒端部が一つの旋回軸(SA52)回りに旋回自在に前記第2のアーム部材(3)に接続されていること
を特徴とする、装置。
【請求項２】
前記第1の連結機構(K1)が一つの第1のカルダンジョイント(4K)を介して前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記モータ駆動式スピンドルナットユニット(41)に、又前記第2の連結機構(K2)が一つの第2のカルダンジョイント(5K)を介して前記第2のリニアアクチュエータ(5)の前記モータ駆動式スピンドルナットユニット(51)に接続されてこれらと協働すること、
前記第1及び第2のカルダンジョイント(4K,5K)が、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された旋回軸並びに前記第2の軸(A2)に対して直角に配向された旋回軸を一つずつ有すること、
前記第2の連結機構が、一つの第1の押し引きする力を伝達する連結手段(8')及び少なくとも一つの第2の押し引きする力を伝達する連結手段(9')を有しており、その内前記第1の連結手段(8')が、一つの剛直な三角構造の形状をとる一つの3要素伝動部材であり、そのそれぞれの角のところで、前記第1の連結手段(8')がそれぞれ一つの旋回軸回りに支承されていることによって、前記連結手段(8')が、前記第2のカルダンジョイント(5K)の一つの旋回軸である一つの第1の旋回軸(SA50)回りに旋回自在に前記スピンドルナットユニット(51)に、一つの第2の旋回軸(SA52)回りに旋回自在に前記第2のアーム部材(3)に、更に一つの第3の旋回軸(SA53')回りに旋回自在に前記第2の連結手段(9')の片側に接続されており、前記第2の連結手段(9')がその反対側で一つの旋回軸(SA51)回りに旋回自在に前記第1のアーム部材(2)に接続されていること
を特徴とする、請求項1の前段部分に記載の装置。
【請求項３】
前記第1の連結機構(K1)が一つの第1及び第2の押し引きする力を伝達する連結手段(6,7)を有しており、その内前記第1の連結手段(6)は片側で、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された一つの旋回軸(SA41)回りに旋回自在に前記ベース(1)に間接的に又は直接支承されて、その反対側では前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記スピンドルナットユニット(41)に接続されており、更にその内前記第2の連結手段(7)は片側で前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記スピンドルナットユニット(41)に接続されて、その反対側では前記第2の軸(A2)に対して平行に配向された一つの旋回軸(SA42)回りに旋回自在に前記第1のアーム部材(2)に支承されていること、及び、
前記第1及び第2の連結手段(6,7)が、前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記スピンドルナットユニット(41)に、前記第1のカルダンジョイント(4k)を介して旋回自在に接続されていること
を特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
【請求項４】
前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記スピンドル(42)が旋回自在に前記ベース(1)に支承されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記スピンドル(42)がその回りに旋回自在に支承されている前記旋回軸(SA4)、前記第1のリニアアクチュエータ(4)の前記第2の連結手段(6)がその回りに旋回自在に支承されている前記旋回軸(SA41)、並びに前記第2の軸(A2)が、互いに対して平行に、かつ互いから切り離されて、前記ベース(1)に沿って配置されていることを特徴とする、請求項3又は4に記載の装置。
【請求項６】
前記第2のリニアアクチュエータ(5)の前記スピンドル(52)がその回りに旋回自在に支承されている前記旋回軸(SA5)が前記第2の軸(A2)と合致することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ベース(1)が、一つの外周歯切り部を有しており、互いに対して緊締された二つのドライブピニオン(13,14)が前記外周歯切り部と噛み合っている、一つのターンテーブル配列であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記外周歯切り部を有する前記ターンテーブル配列が、2m以上の円の直径を有することを特徴とする、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記セントラルハンド(4Z)が一つの独自モジュールであって、その駆動のために、電気信号及びエネルギの供給だけが必要であること、
前記セントラルハンドが、互いに対して直角に配向された三つのモータ駆動式旋回軸(A4,A5,A6)を有しており、その内一つの旋回軸(A5)が、一つの共通の駆動モータ(21)により、空間的に切り離された二つの伝動装置(23)を介して、それぞれ一つのベルトドライブを介在して駆動可能であり、又その内他の二つの旋回軸(A4,A6)が、前記各旋回軸の内部に軸方向に配置されているそれぞれ一つの駆動モータ(25,26)により駆動可能であること
を特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第1及び第2のアーム部材が、少なくともところどころ二重梁の形状に構成されており、それにより、前記両アーム部材のそれぞれの連接点の間には、一方のアーム部材に沿って二つの切り離された力伝達経路が存在することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第2のアーム部材(3)が一つの二重ロッカアーム(31)を有しており、これに一つの取付け手段(17)を介して、長さを違えて諸元決定されている複数のアームチューブ(32)の中から選ばれる任意のアームチューブ(32)を一つずつ、モジュール式に着脱可能であるように固定式に組付け可能であることを特徴とする、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記第2のアーム部材(3)がその回りに旋回自在に前記第2の連結手段(9)又は前記第1の連結手段(8')に接続されている前記旋回軸(SA52)、並びに前記第3の軸(A3)が、前記二重ロッカアーム(31)に沿って互いから離間して配置されていることを特徴とする、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
前記第1及び第2の連結機構(K1,K2)の前記各連結手段が二重フォーク状に構成されており、それにより、前記各連結手段のそれぞれの連接点の間には、それぞれ一つの連結手段に沿って二つの切り離された力伝達経路が存在することを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記3要素伝動部材が、一つの開口型に構成された三次元構造を利用できるようになっており、前記構造が、複数のフォーク又は二重梁(8.1,8.2,8.3)を組み付けて構成されており、前記各フォーク又は二重梁(8.1,8.2,8.3)の末端側にはそれぞれ軸受アイ(L1,L2,L3)が取り付けられており、前記第1乃至第3の旋回軸の内のそれぞれ一つが前記各軸受アイ(L1,L2,L3)を通り延びていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
前記互いに対して緊締された二つのドライブピニオン(13,14)が、一つの位置決めユニットを利用して前記ターンテーブル配列に対して相対的に並進運動及び回転運動を行うように支承されている一つのテンションギヤ装置(15)の部材であることを特徴とする、請求項7乃至14のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記位置決めユニットが、異なる半径を有する複数の軸受シェルから成り、その内、内側の各軸受シェルが外側の各軸受シェルに対して相対的に回転可能であるように配置されていることを特徴とする、請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
前記第1のアーム部材(2)が一つの旋回軸(SA12)回りに旋回自在に、片側を一つの旋回軸(SA10)回りに旋回自在に前記ベース(1)に支持された一つの油圧シリンダユニット(10)に接続されていること、その際に前記各旋回軸(SA10)及び(SA12)は、前記第2の軸(A2)に対して平行に配向されていることを特徴とする、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第1のアーム部材(2)が、0.5mから4mまで、好適には2.5mのアーム長を有し、又前記第2のアーム部材(3)が、0.5mから4mまで、好適には3mのアーム長を有することを特徴とする、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペイロードを取り扱うための多関節アームロボット型装置であって、一本のロボットアームを有しており、これが第1の軸回りに回転自在な一つのベースに取り付けられていると共に、一種の運動連鎖機構のように直列に前後に並べて配置される少なくとも二つのアーム部材、並びにこの運動連鎖機構の末端側に装着される一つのセントラルハンドを有している装置に関する。前後に並べて配置される二つのアーム部材の内、一つの第1のアーム部材は、第1の軸に対して直角に配向された一つの第2の軸回りに旋回自在にベースに支承されているのに対して、一つの第2のアーム部材は、第2の軸に対して平行に配向された一つの第3の軸回りに旋回自在に第1のアーム部材に装着されている。両方のアーム部材を旋回させるために、スピンドルドライブとして構成されたリニアアクチュエータが一つずつ備えられているが、そのいずれにも、第2の軸に対して平行に配向された一つの旋回軸回りに旋回自在に支承されている一つの全ねじロッドの形状をとる一つのスピンドルと噛み合っている、モータ駆動式スピンドルナットユニットが一つずつ備えられている。
【背景技術】
【０００２】
多関節アームロボットは、多方面で導入される広く普及した産業ロボットであり、その運動機構を互いに関節状に接続された複数のアーム部材から構成することによって、例えばグラブ又はツールなどの様々なエンドエフェクタのポジショニングを行えるようになっている。そのようなロボットの構成形態には多種多様な可能性があるが、中でも最大の可動性と柔軟性を兼ね備えているのは、直列式の運動機構を利用できるようになっている構成形態、即ちそれぞれのアーム部材がいずれも、更にもう一つのアーム部材だけに直列に接続されている構成形態である。しかしながらそのような多関節アームロボットは、各種駆動装置や伝動システムを携行する必要上、アーム端部におけるその極限荷重に関して制約を受ける上に、そのポジショニング精度に関しても、運動連鎖機構に沿った様々な公差の累積効果による制約を受けている。
【０００３】
刊行物WO 84/02301からは、典型的な所謂6軸垂直多関節アームロボットを読み取ることができるが、その第1のアーム部材は、片方の末端側で一つの第1の軸回りに回転自在に支承された一つのベースに旋回自在に嵌め込まれている。この第1の軸は鉛直軸に相当しており、第1のアーム部材がその回りに旋回自在に支承されている旋回軸は、第2の軸と呼ばれ、第1の軸に対して直角に、即ち水平に配向されている。第2のアーム部材は、それ自体としては末端側で第1のアーム部材のベースとは反対側の端部に同様に旋回自在に、詳しく言うと第2の軸に対して平行に配向されている一つの第3の旋回軸回りに旋回自在に接続されている。最後に第2のアーム部材のこの第3の軸とは反対側の端部には、様々な加工品を受け入れたり操作したりするための、三つの軸回りに回転自在に支承された一つのセントラルハンドが装着されている。
【０００４】
第1のアーム部材を、水平に支承された第2の旋回軸回りに制御しながら偏移させるために、ベースと第1のアーム部材との間には一つの油圧シリンダユニットが装着されている。これに対応して第2のアーム部材の第3の軸回りの制御された旋回をもたらすようになっている一つの第2の油圧ユニットは、片側で第1のアーム部材に支持され、その反対側では第2のアーム部材に接続されている。
【０００５】
垂直多関節アームロボットを実現するためのこれに非常に似通った構造を、刊行物EP 0 243 362 B1から読み取ることができるが、そこにも同様に関節状に相互接続される二つのアーム部材を有する垂直多関節アームロボットが記載され、それぞれのアーム部材を、いずれも水平に配向された第2及び第3の軸回りに回旋させるために、より複雑でコスト高なアクチュエータと伝動機構から成る構成が導入されており、それによりロボットの作用半径と並び極限荷重も増大できるようにしている。そのために二つのシリンダユニットが備えられているが、これらは、旋回自在に支承された一つのヨークを介して互いに接続されており、又それにより相互チューニングが図られるように、第1のアーム部材の第2の軸回りの回旋に対しても、又第2のアーム部材の第3の軸回りの回旋に対しても責任を負うようになっている。特に第2のアーム部材を第3の軸回りに回旋させるために、更にもう一本のパワーアームが第2のアーム部材に旋回自在に連結されているが、このパワーアームは、第1のアーム部材に対して平行に、所謂「平行四辺形機構」を構成しながら延びており、両方のシリンダユニットの内の一方がこの機構の内部に運動学的に結合されている。
【０００６】
刊行物米国特許第4,507,043号にも同様に垂直多関節アームロボットが開示されるが、その第2のアーム部材を偏移させるために、一つのこの例ではモータ駆動式の平行四辺形機構が備えられている。
【０００７】
刊行物DE 10 2011 087 958 A1には、多関節アームロボットのような現代の産業溶接ロボットが記述されており、その偏移のために、コンパクトな設計の電動駆動装置がそれぞれの回転軸及び旋回軸の内部に組み込まれているが、しかしながら冒頭で言及したように、設置されている様々なコンポーネント、例えば特に電動駆動装置の自重のために、このロボットにより取扱い可能なペイロード重量と並び、このロボットにより到達可能な作用半径も制限されている。
【０００８】
刊行物DE 11 2006 001 920 B4からは、二つのパラレルメカニズムを備えた多関節アームロボットを読み取ることができるが、このロボットは、一つの第1の鉛直軸回りに回転自在な一つのベースに取り付けられていると共に、一種の運動連鎖機構のように前後に並べて配置される二つのアーム部材を有しており、その内一つの第1のアーム部材は、第1の軸に対して直角に配向された一つの第2の軸回りに旋回自在にベースに支承されており、又第2のアーム部材は、第2の軸に対して平行に配向された一つの第3の軸回りに旋回自在に第1のアーム部材に装着されている。この運動連鎖機構の末端側には、一つのセントラルハンドが装着されている。第1のアーム部材を第2の軸回りに旋回させるために、一つの第1のリニアアクチュエータが備えられているが、これは、一つの第1の連結機構を介して、片側でベースに、その反対側で第1のアーム部材に接続されて、これらと協働するようになっている。第2のアーム部材の第3の軸回りの旋回のために、一つの第2のリニアアクチュエータが備えられているが、これは、一つの第2の連結機構を介して、ベース、第1のアーム部材、及び第2のアーム部材に接続されて、これらと協働するようになっている。両方のリニアアクチュエータはいずれもスピンドルドライブとして構成され、モータ駆動式スピンドルナットユニットがそれぞれに一つずつ備えられているが、このスピンドルナットユニットは、第2の軸に対して平行に配向された一つの旋回軸回りに旋回自在に支承されている一つの全ねじロッドの形状をとる一つのスピンドルと噛み合っている。連結機構はいずれも、一定の長さのロッドを有しているが、それぞれの運動機構の可動部品に作用する力に持ちこたえるために必要な保持力若しくは反力が、これらの運動機構の空間偏移とは可能な限り関係なく維持されるように、これらのロッドは接続され、旋回自在に連接されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、ペイロードを取り扱うための垂直多関節アームロボット型装置であって、一本のロボットアームを有しており、これが、一つの第1の軸回りに回転自在な一つのベースに取り付けられていると共に、一種の運動連鎖機構のように直列に前後に並べて配置される少なくとも二つのアーム部材、並びにこの運動連鎖機構の末端側に装着された一つのセントラルハンドを有しており、その際に直列に前後に並べて配置される二つのアーム部材の内、一つの第1のアーム部材が、第1の軸に対して直角に配向された一つの第2の軸回りに旋回自在にベースに支承されているのに対して、一つの第2のアーム部材は、第2の軸に対して平行に配向された一つの第3の軸回りに旋回自在に第1のアーム部材に装着されている装置を、これに匹敵するこれまでに知られている様々なロボットシステムに対して、ロボットを使用して取り扱うことができるペイロードも又作用半径も有意に改善されるように、即ち増大されるように、更に改良発展させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題の解決策は、請求項1に提示されている。その発明の思想を有利な形で更に発展させる様々な特徴は、各従属項並びに以下の特に幾つかの実施例を参照した説明に記載される。
【００１１】
垂直多関節アームロボットのようなロボットを対象とした、これをアクチュエータにより作動させるために、旋回自在に支承されたそのそれぞれのアーム部材に対して、一つの連結機構に接続されてこれと協働するリニアアクチュエータが一つずつ採用されている、本発明の解決策に従った設計コンセプトに基づいて、本発明の解決策に従って構成されたロボットは、六つの自由度を全て駆使して、現在市場で入手可能な高性能な垂直多関節アームロボット配列と比較して略二倍の作業空間の内部で最大で三倍の重量のペイロードのポジショニングを行うことができる。
【００１２】
そのために、本発明の解決策に従った請求項1の前段部分の各特徴に記載される垂直多関節アームロボット型装置は、第1の連結機構が一つの第1のカルダンジョイントを介して第1のリニアアクチュエータのモータ駆動式スピンドルナットユニットに、第2の連結機構が一つの第2のカルダンジョイントを介して第2のリニアアクチュエータのモータ駆動式スピンドルナットに旋回自在に接続されてこれらと協働するように構成されている。第1及び第2のカルダンジョイントは、第2の軸に対して平行に配向された旋回軸並びに第2の軸に対して直角に配向された旋回軸を一つずつ有している。第2の連結機構は、押し引き力を伝達する第1の連結手段並びに第2の連結手段を一つずつ利用できるようになっている。第1の連結手段は、一つの剛直な三角構造の形状をとる3要素伝動部材として構成されて、そのそれぞれの角のところで第1の連結手段はそれぞれ一つの旋回軸回りに支承されている。従ってこの連結手段は、第2のカルダンジョイントの一つの旋回軸である一つの第1の旋回軸回りに旋回自在にスピンドルナットユニットに、一つの第2の旋回軸回りに旋回自在に第1のアーム部材に、更に一つの第3の旋回軸回りに旋回自在に第2の連結手段に接続されている。そうすることによって、互いに対して平行に配向された三つの旋回軸は、3要素伝動部材の軸受アイとして構成された三つの角の内それぞれ一つを貫通して延びることになる。第2の連結手段は、これとは逆に一種の剛直な連接棒のように構成されており、その一方の連接棒端部は第3の旋回軸回りに旋回自在に第1の連結手段に、又その他方の連接棒端部は更にもう一つの旋回軸回りに旋回自在に第2のアーム部材に接続されている。
【００１３】
上記で解説した第2の連結機構の構成及び連接方式の代わりに、これと並列関係に置かれる代替解決策においては、第2の連結機構を同様に、一つの押し引きする力を伝達する第1の連結手段及び少なくとも一つの押し引きする力を伝達する第2の連結手段を備えて構成すること、これらの連結手段の内、第1の連結手段が一つの剛直な三角構造の形状をとる一つの3要素伝動部材を有しており、そのそれぞれの角のところで、第1の連結手段がそれぞれ一つの旋回軸回りに支承されていることによって、第1の連結手段が、第2のカルダンジョイントの一つの旋回軸である一つの第1の旋回軸回りに旋回自在にスピンドルナットユニットに、一つの第2の旋回軸回りに旋回自在に、ここでは上述のように第1のアーム部材にではなく第2のアーム部材に、更に一つの第3の旋回軸回りに旋回自在に第2の連結手段の片側に接続されており、その際に第2の連結手段はその反対側で一つの旋回軸回りに旋回自在に第1のアーム部材に接続されていることが企図されている。
【００１４】
本発明の解決策に従って、第2の連結機構を実現するために、一つの3要素伝動部材、即ち一つの剛直な三角構造を採用することによって、冒頭に記した周知の解決策に対して一連の長所をもたらす可能性が開かれる。一方では、コンパクトで剛直な三角構造により、可動域を拡大する可能性が、モータ駆動装置の負担を軽減すると共にその偏移ストロークを低減する可能性と同時に開かれる。他方では、第2のアームが水平姿勢をとるケースでは常に、第1のアームがそれとは別に完全に引き戻された旋回状態にある時にも、又完全に繰り出された旋回状態にある時にも、第3の軸の全可動域との関係で多関節アームロボットがとる幾つかの特定のポーズにおいても、最大静的モーメント荷重が発生するが、これらの荷重は、それぞれの軸の可動域の全体にわたり略定常である連結機構の良好な梃子比によって、大幅に受け流すことができるようになっている。
【００１５】
他にも3要素部材に更にもう一つの連接点が追加されることによって、システムの最適化のために更にもう一つの自由度を得る可能性が開かれるが、それに伴い、荷重の最小限化、可動域、及び運動の直線性に関して利用されることになる角度域に対するシステムのより良好なチューニングが可能となる。
【００１６】
一つの具体的実施例に関する以下の説明から明らかであるように、リニアアクチュエータとしてそれぞれ一つのスピンドルドライブが利用されるが、これは、一つの全ねじロッドの形状をとる一つのスピンドルと噛み合っている、一つの電動駆動式スピンドルナットユニットを利用できるようになっている。リニアアクチュエータと噛み合っている連結機構はいずれも、スピンドルに沿って前進する電動駆動式スピンドルナットユニットの並進運動を、それぞれ第2若しくは第3の旋回軸回りの回転運動に変換できるようになっている。第2の連結機構が、6節リンク機構として、好適には一種のワット連鎖の形態に構成され、これを介して第2のアーム部材が旋回自在に偏移されることによって、ロボットアームにより到達可能な作業空間の有意な拡大が可能となる。これが言えるのは特に、フロア付近及びロボットベース付近の領域内のロボットアームの到達可能域である。
【００１７】
ロボットアーム配列の第1のアーム部材が、ベースに旋回自在に支持された一つの油圧シリンダユニットに接続されてこれと協働すると好適であるが、そうすることによって、第1のアーム部材に作用する支持力及び保持力を支持することができる。それにより、両方のリニアアクチュエータのスピンドルドライブを好適にも同一に構成する可能性が開かれる。これは、ロボット制御システムの簡素化と並び、調達コストの低減にも有利に作用する。
【００１８】
本発明の解決策に従ったロボット配列を、通常は鉛直軸に当たる第1の軸回りに回転自在に支承するために、この第1の軸回りにモータにより回転可能であるように配置される、好適には、外歯が切られており、互いに対して緊締された二つのドライブピニオンがこの外歯に噛み合っている一つのターンテーブル配列の形態をとる、一つのベースが利用される。そのように構成されたテンションギヤ装置により、ロボット配列が上に配設されているベースに駆動モーメントを遊びなしで伝達することができる。
【００１９】
このロボット配列の大部分はモジュール式に構成されている。第2のアーム部材の領域内に装着される一つの機械式インタフェースが備えられることによって、導入条件に応じて、異なる長さに構成された様々な第2のアーム部材要素を備えることができる。そうすることによって、要求に応じて最大で半径5mまでの円形作業空間を実現することができる。
【００２０】
更にもう一つの重要点は、グラブ及びマニピュレータに課せられたタスクを果たすために必要な、ロボットアームのマニピュレータの端部領域に装着されているセントラルハンドの構成方式である。これは、ロボット配列の最大極限荷重を最適化するために、可能な限りコンパクトかつ軽量に構成されたものでなければならない。このセントラルハンドは独自モジュールとして構成されており、その駆動若しくは作動のためには、電気信号及び電気エネルギを供給することだけが必要となる、換言すれば、様々な回転運動を行うために必要な回転モータは全て、このセントラルハンドの内部に組み込まれている。そこではこのセントラルハンドが、互いに対して直交するように配向された三つのモータ駆動式の旋回軸を有しており、その内一つの旋回軸は、一つの共通の駆動モータにより、空間的に切り離された二つの伝動機構を介して、それぞれ一つのベルトドライブを介在して駆動できるようになっている。他の二つの旋回軸はいずれも、それぞれの旋回軸の内部に軸方向に配置された一つの駆動モータにより駆動できるようになっている。
【００２１】
本発明の解決策に従って構成されたロボット配列を解説するために、以下ではそれぞれの図に図解されている実施例を引き合いに出し、これに基づいて、このロボット配列の基礎に置かれている本発明の解決策に従った駆動コンセプトを詳しく解説する。
【００２２】
以下では、発明の普遍思想に制約を加えることなく、図面を参照しながら一つの実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】本発明の解決策に従って構成された垂直多関節アームロボットの側面図である。
【図１ｂ】本発明の解決策に従って構成された垂直多関節アームロボットの側面図である。
【図１ｃ】本発明の解決策に従って構成された垂直多関節アームロボットの側面図である。
【図２ａ】ターンテーブル配列として構成されたベースの支承方式及び位置決め方式を示す概略図である。
【図２ｂ】ターンテーブル配列として構成されたベースの支承方式及び位置決め方式を示す概略図である。
【図２ｃ】ターンテーブル配列として構成されたベースの支承方式及び位置決め方式を示す概略図である。
【図３ａ】連結機構配列の斜視図である。
【図３ｂ】連結機構配列の斜視図である。
【図３ｃ】連結機構配列の斜視図である。
【図４】第2のアーム部材の一部を示す図である。
【図５ａ】セントラルハンドの斜視図並びに断面図である。
【図５ｂ】セントラルハンドの斜視図並びに断面図である。
【図６ａ】本発明の解決策に従って構成されたロボット配列の作用半径を図解する図である。
【図６ｂ】本発明の解決策に従って構成されたロボット配列の作用半径を図解する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図1aには、本発明の解決策に従って構成された垂直多関節アームロボットの側面図が示されるが、この垂直多関節アームロボットは、鉛直軸に当たる一つの第1の軸A1回りに回転自在に配置された一本のロボットアームを有しており、このロボットアームは、一種の運動連鎖機構のように直列に前後に並べて配置される二つのロボットアーム部材2,3、並びに、それ以上は図示しないペイロードを取り扱ってポジショニングを行うための、第2のアーム部材3の末端側に装着された一つのセントラルハンド4Zから成っている。サイズを比較するために描かれている人員Pから、このロボットの大きさを窺うことができるが、これについて、以下では図6a及びbにおいても言及される。
【００２５】
両方のアーム部材の内、第1のアーム部材2は、第1の軸A1に対して直角に配向された一つの第2の軸A2回りに旋回自在にベースに装着されている。この第2の軸A2は水平に配向されていると好適である。第1のアーム部材2のベース1とは反対側の末端側には、第2のアーム部材3が、第2の軸A2に対して平行に配向された一つの第3の軸A3回りに旋回自在に第1のアーム部材2に装着されている。
【００２６】
第1のアーム部材2を第2の水平軸A2回りに動的に旋回させるために一つのリニアアクチュエータ4が利用されるが、これは、一つの第1の連結機構K1を介して、片側でベース1に、それとは反対側では第1のアーム部材2に接続されてこれらと協働するようになっている。この第1のリニアアクチュエータ4は、スピンドルドライブとして構成されて、一つの電動駆動式のスピンドルナットユニット41を利用できるようになっているが、これは、一つの全ねじロッドの形状をとる一つのスピンドル42と噛み合っており、その下側のスピンドル端部は、第1の軸A1回りに回転自在に支承されたベース1に、第2の軸A2に対して平行に配向された一つの旋回軸SA4回りに旋回自在に支承されている。
【００２７】
スピンドルドライブとして構成されたこのリニアアクチュエータ4は、一つのサーボモータ4Sを利用して駆動される一つのベルトドライブ4Rを利用できるようになっているが、このベルトドライブ4Rはスピンドルナットユニット41と噛み合っており、それによりスピンドルナットユニット41は、全ねじロッド42のねじに沿って、サーボモータの回転方向に応じて、スピンドル42に沿って上向き若しくは下向きに直線状に前進することができる。
【００２８】
スピンドルナットユニット41によりスピンドル42に沿って行われるこの直線運動は、連結機構若しくはレバー機構K1を援用して、第1のアーム部材2の第2の軸2回りの回転運動に変換される。このためにこの第1の連結機構若しくはレバー機構K1は、一つの第1及び第2の押し引きする力を伝達する連結手段6,7を有しており、その内、第1の連結手段6は、片側で好適には一つの単軸式ピボット軸受を介して間接的に、又は直接、第2の軸A2に対して平行に配向された一つの旋回軸SA41回りに旋回自在にベース1に支承されており、その反対側では、同様に一つの旋回軸SA40回りに旋回自在に第1のリニアアクチュエータ4のスピンドルナットユニット41に接続されている。第1の連結手段6がその回りに旋回自在にベース1に連接されている旋回軸SA41は、スピンドル42がその回りに旋回自在にベース1に支承されている旋回軸SA4に対して側方に一定の距離を置いているが、そうすることによって、一方ではスピンドルナットユニット42の場所で、スピンドルに沿った引張荷重を可能な限り最小としながら、スピンドル42を偏移させる可能な限り大きなトルクを発生可能であり、他方ではスピンドルドライブがこれに接続された第1の連結機構を引き連れて偏移する間の、ロボットアームのその他のコンポーネントとの衝突が回避されるように、配慮されることになる。
【００２９】
第1の連結機構K1の第2の連結手段7は、片側で旋回軸SA40回りに旋回自在にスピンドルナットユニット41に接続されており、その反対側では第2の軸A2に対して平行に配向された一つの旋回軸SA42回りに旋回自在に第1のアーム部材2に支承されている。第1のアーム部材2に第2の連結手段7を旋回自在に支承するために、同様に可能な限り大きなトルクを発生若しくは伝達するという理由から、この旋回軸SA42の取付き部は、第2の軸A2から第1のアーム部材2に沿ってできるだけ離して、即ち可能な限り第1のアーム部材2の第2の軸A2とは反対側の端部のところに、配置されると有利である。当然ながら運動学的に互いに接続されている個々のコンポーネントの連接点の取付き部の選定は、それぞれの大きさと長さに応じて、特にスピンドルの長さに応じて行われるとよい。
【００３０】
連結手段6,7は両方とも、一つの共通のカルダンジョイント4Kを介してスピンドルナットユニット41に接続されており、それにより、スピンドルナットユニット41により行われる直線運動の、第1のアーム部材2の第2の軸A2回りに配向された旋回運動への、可能な限り損失のない、即ち場合により生じかねないカント状態を来さない変換を可能としている。第1の連結機構K1のこれらの運動学上の連接点を、最適な間隔を置いてそれぞれの旋回軸SA41,SA42のところに配置すると共に、カルダンジョイント4Kをスピンドルナットユニット41のところに配置することによって、スピンドルナットユニット41のモータによる偏移に起因してスピンドル42に作用する引張力を小さくする、若しくは最小限化することができる。
【００３１】
それに加え有利なことにも第1の軸A1回りに回転自在に配置されたベース1には、一つの油圧シリンダユニット10、並びにこの油圧シリンダユニット10に作動油を供給する一つのアキュムレータ11が装着されている。この油圧シリンダユニット10は、片側でベース1に支持されているが、油圧シリンダユニット10はそれに加え、一つの旋回軸SA10回りに回転自在にベース1に支承されている。油圧シリンダユニット10は、その反対側では旋回軸SA12回りに回転自在に、第1のアーム部材2に固定接続された一つの突出部12に接続されている。従ってこの油圧シリンダユニット10は、バランスウェイト系として利用され、モータ駆動式スピンドルナットユニット41にかかる荷重と並び、リニアアクチュエータ4のために必要なエネルギ消費量を低減できるようになっている。
【００３２】
第2のアーム部材3の第3の軸A3回りの動的な旋回運動を引き起こすための駆動は、第1のリニアアクチュエータ4とは長さだけを異にしている一つの第2のリニアアクチュエータ5と、これに接続されてこれと協働する一つの第2の連結機構K2とを利用して行われるが、この第2の連結機構K2は、6節連結機構として、好適には一種のワット連鎖のように構成されている。第1のリニアアクチュエータ4と同様、この第2のリニアアクチュエータ5は、スピンドルドライブとして構成されており、全ねじロッドとして構成された一つのスピンドル52と噛み合っている一つのモータ駆動式スピンドルナットユニット51を有している。あくまでも完璧を期すために指摘しておくが、この場合もスピンドルナットユニット51に接続されてこれと協働する一つのベルトドライブ5Rが、一つのサーボモータ5Sにより駆動されるようになっている。本発明の解決策に従ったこのロボット配列の一大長所は、第1及び第2のリニアアクチュエータに、同一のリニアアクチュエータを使用できる点にあると見做すことができる。それにより量産時の製造コストが大幅に低減される。
【００３３】
スピンドルナットユニット51により、サーボモータ5Sのモータ回転方向に応じてスピンドル52に沿って行われる直線運動は、第2の連結機構K2を援用して、第3の軸A3回りに配向された回転運動若しくは旋回運動に変換されるが、それにより第2のアーム部材3を第3の軸A3回りに第1のアーム部材2に対して相対的に旋回できるようになっている。
【００３４】
そのために、第2の連結機構の部材であるスピンドル52は、その下側のスピンドル端部により、第2の軸A2と同一である旋回軸SA5回りに旋回自在に支承されているが、それによりこのスピンドル52はベース1に直接支持されることになる。その結果一方では、軸2並びに軸3回りの旋回運動が互いから完全に非連成化されることになり、他方ではそうすることによって、スピンドル52に沿って作用する引張力を、ロボットの台座により、即ちベース1により、直接吸収することが可能となる。ロボットの運動キネマティクスのそれ以外の支持構造に、このリニアアクチュエータ5による駆動に起因した引張荷重が発生することはない。
【００３５】
この第2の連結機構K2には更に、一種の剛直な三角形状の構造体のように、所謂一種の3要素伝動機構のように構成されている、一つの第1の連結手段8が含まれている。3要素伝動機構は、それぞれ連接棒を介して互いに剛結されている、好適にはいずれも軸受アイとして構成された三つの連接点を有している。図1aには第1の連結手段8の側面図だけしか示されないが、その空間構成は図3bに描かれており、以下ではこれについて詳しく解説する。第1の連結手段8は、片側で第2の軸A2に対して平行に配向された一つの旋回軸SA51回りに旋回自在に第1のアーム部材2に支承されており、その反対側では一つのカルダンジョイント5Kを介して少なくとも旋回軸SA50回りに回転可能であるように、第2のリニアアクチュエータ5のスピンドルナットユニット51に固定接続されている。この連結手段8には、更にもう一つの旋回軸SA53が備えられており、連結手段9は、片側でこの旋回軸SA53回りに旋回自在に支承されており、その反対側では軸SA52回りに旋回自在に第2のアーム部材3に接続されている。この第2の連結機構K2の6節リンク機構は、それぞれジョイント若しくは旋回軸により互いに接続された複数の個々のリンクを組み立てて構成されるようになっている。これらの個々のリンクE1乃至E6の図解については図1bを参照されたい。そこには図1aに描かれている実施例と同じ構造が示されるが、そこでは第2の連結機構K2のワット連鎖の6節リンク機構を作り上げている各個別成分E1乃至E6の識別表示だけが補足されている。スピンドル52は第1の個別成分E1を具現しており、その長手方向に沿ってスピンドルナットユニット51が第2の成分E2として両方向に可動であるように配置されている。スピンドルナットユニット51として構成されたこの第2の個別成分E2に、旋回軸SA50回りに旋回自在に剛直な三角構造が第3の個別成分E3として接続されているが、この三角構造は、更にその上に、旋回軸SA51回りに旋回自在に第1のアーム部材2に接続されるとともに、旋回軸SA53回りに旋回自在に第4の個別成分E4を具現している第2の連結手段9に接続されている。この第4の個別成分E4は、それ自体としては第5の個別成分E5である第2のアーム部材3に軸SA52回りに旋回自在に接続されている。最後に第2のアーム部材3は、第3の軸A3を介して、第6の個別成分E6に当たる第1のアーム部材2に旋回自在に接続されている。
【００３６】
第2の連結機構K2の全ての連接点並びに長さ及びアプローチ角は、スピンドル52に沿って作用するスピンドル力が最小限化されると共に、モータにより駆動される第1及び第2の連結機構間の衝突が絶対に起こり得ないように、相互チューニングが図られている。そのために両方の連結手段式伝動機構の各連結手段は、以下で解説するように、フォーク状若しくはカプラ状に構成されているが、それにより、それぞれの連結機構により伝達される力、並びにそれぞれの連結機構の設計構成の剛性を有意に増大することができる。
【００３７】
第1及び第2のリニアアクチュエータのカルダンジョイント4K,5Kによっても、旋回運動が実行される間の、損失のない、即ちカント状態を何ら来すことがない、力及びトルクの伝達がもたらされるが、それにより、スピンドルに沿った押し引き力以外にかかる荷重が伝達されることを回避することができる。これらのカルダンジョイントは、ユニバーサルジョイントとして構成されており、そのためにいずれも互いに直角に配向された二つの旋回軸を有しているが、その内のそれぞれ一方SA40,SA50は、第2の軸A2に対して平行に配向されている。ユニバーサルジョイントの両方の旋回軸はいずれも、リニアアクチュエータのスピンドル軸に対して直角に配向されている。
【００３８】
上記で解説した第2の連結機構K2の6節ワット連鎖として構成される好ましい構成形態の代わりに、K2を、図1cに概略的に示されている一種の所謂6節スチーブンソン連鎖の形態で、等価に実現することも同様に考えられる。上記で解説した第1の連結手段8の構成及び運動学的な取付け方法を除き、それ以外の点では図1cに図解されているロボット配列の構成のままとなっている。
【００３９】
ここでは、変更後の連結手段8'が同様に剛直な三角構造として実施され、その三角形のそれぞれの頂点のところには、変更前と同様に、いずれも軸受アイとして構成された単軸式ジョイントが備えられている。この三角構造8'は、今では旋回軸SA52回りに旋回自在に第2のアーム部材3に直接接続されて、旋回軸SA53'及びSA51回りにピボット式に、変更後の連結手段9'を介して第1のアーム部材2に支持されるようになっている。
【００４０】
図2a乃至cにはいずれも、雄ねじを有するターンテーブルとして構成されて、第1の軸A1回りに回転自在に支承されたベース1の上面図が示されている。ベース1の安定した支承と並び、ターンテーブルとして構成されたベース1への駆動モーメントの遊びなしでの伝達を保証するために、互いに機械的に緊締された二つのドライブピニオン13,14が備えられているが、これらは、一つの共通ギヤケースの内部に一つのテンションギヤ装置15として格納されている。それ以外にも、両方のドライブピニオン13,14の歯車がターンテーブルの歯車の周囲を正確に転動するように、両方のドライブピニオンを、正確に、かつ互いから独立して、ターンテーブルとして構成されたベース1の外周縁に嵌め込むことが重要である。両方のギヤが互いに緊締し合う結果、リングピニオン同士の遊びのない噛み合い状態がもたらされる。この配置方式は、何よりも特に様々な動的効果に負うものである。それにより、反転時、即ち回転方向が変わる際に、バックラッシュに起因して荷重移動に不精確さを来すのが防止されるようにしている。
【００４１】
二つのドライブピニオン13,14が互いに対して緊締されているこの配置方式のために、並進運動による位置決めも又、回転運動による位置決めも可能とする、テンションギヤ装置15のための特殊な位置決め装置が必要である。
【００４２】
最初のステップにおいては、ギヤケースの並進運動により、図2bに図解されているように、先ずは一方のドライブピニオン14がターンテーブルの歯面構造との正確な係合状態に入るが、この時に第2のドライブピニオン13はターンテーブル構造からは距離を置いたままである。図2cに示されるその次のステップにおいては、テンションギヤ装置15がドライブピニオン13ともども、ドライブピニオン14の回転軸回りにターンテーブル1の歯面輪郭に向かって回転される。ギヤケース若しくはテンションギヤ装置15がその回りに回転されるようになっている回転軸と、ドライブピニオン14の回転軸とが、重なり合う、即ち同一であるこの配置状態により、両方のドライブピニオン13,14の部分円を、互いから独立してターンテーブル1の部分円に合せて調整して、この歯車対の完璧な動作を保証することができる。
【００４３】
上述の位置決め工程のために必要な位置決め装置は、特段の適合化が図られた軸受シェルである、それぞれが異なる半径を有している複数の外側及び内側の軸受シェルから成るが、これらはそれぞれのガイドレール上で並進運動を行うよう摺動可能であるように装着されている。並進運動による位置決めが適切に行われた後には、外側の各軸受シェルが固定されて、内側の各軸受シェルが適切な方法により回転される。ドライブピニオンが両方ともターンテーブルに正確に噛み合うと、両方の軸受シェルは互いに剛結される。
【００４４】
そうすることによって、両方のドライブピニオン13,14がターンテーブルのリングギヤ構造と正確に噛み合っていることが保証される。それにより、最大60kNmの駆動トルクの伝達を実現して、これを使用して、ロボット配列の自重も、しかし特に、このロボット配列を利用して、取り扱うことが可能であり、ポジショニングが行われるようになっているペイロードについても、最大で4tまでの移動を実現することが可能となる。
【００４５】
図3aにはロボットアームの斜視図が示されるが、これを手掛かりに第1及び第2の連結機構の空間構成を察知することができる。特に三つの空間軸回りに随意に回旋可能なセントラルハンド4Zを利用してペイロードを取り扱う際には、揚力と並び、第1及び第2のアーム部材2,3に沿って配向されたねじり荷重も発生するが、その少なくとも一部については、二つの連結機構K1及びK2により吸収することができる。二つの連結機構K1,K2の内部に極限荷重に対する十分な安定性と並び、他にも特にねじり剛性をもたらすために、それぞれの連結機構を構成している各連結手段は、止め金状若しくはフォーク状に構成されている。
【００４６】
ロボットアームに沿って作用するモーメント荷重を支持若しくは吸収するために、第1及び第2のアーム部材2,3はいずれも、図3aに示す斜視図から察知できるように、互いに対して平行に延びる二重梁の形状に構成されている。更にその上に第1及び第2の連結手段6,7はいずれも二重ロッカアームのように構成されて、旋回軸ごとにそれぞれ二つの接続点若しくは軸受アイ61,71を利用できるようになっており、これらを介して、ねじりモーメントを個々の連結手段に沿って受け流すことができるようにしている。二重ロッカアームのように構成された個々の連結手段6,7は、非常に簡単に製造可能であるように設計上構成されている。軸受アイとして構成された個々の接続点と並び、連結手段6,7自体も、個々のフレーム構成部品によって構成されており、これらは続く溶接工程により互いに接合されるようになっている。その際には溶接シームが、二重ロッカアームのように構成された連結手段の僅かな荷重しかかからない領域に設定されるようになっている、図3cを参照。
【００４７】
高いねじり剛性と並び、二重ロッカアームのように構成された連結手段6,7により、個々のアーム部材2,3を駆動する両方のリニアアクチュエータ4,5を、可能な限りコンパクトに、取付け空間を節減して組み付けることが可能となる上に更に、ロボットの稼働中には、これらのリニアアクチュエータが、これらに接続されている連結機構も含めて、互いに衝突する状態に陥ることがないことが保証される。
【００４８】
他にも図3aからは、第2の連結機構K2の構成及び取付け方法を、特に図3bの個別図に図解されている剛直な三角構造として構成された連結手段8を、察知することができるが、この連結手段8には更に旋回軸SA51が含まれている。3要素伝動部材として構成されたこの連結手段8は、開口型に構成された三次元構造を利用できるようになっており、複数のフォーク若しくは二重梁8.1,8.2,8.3を組み立てて構成されているが、それぞれのフォーク若しくは二重梁8.1,8.2,8.3には軸受アイL1,L2,L3が溶接されている。この連結手段8は、そこでは一つの内部取付け空間を有しており、ロボット配列が最大延伸位置にある時には、例えば第2のリニアアクチュエータ5のサーボモータ5Sが、このフォーク構造若しくは梁構造に構成された開口部を通りこの内部取付け空間の中へ、衝突することなく侵入できるようになっている。
【００４９】
他にも二重梁のように構成された連結手段8は、図3cに図解されている二重フォーク状に構成された第2の連結手段9と一緒に、四箇所の軸受地点16のところで第2のアーム部材3を把持している。第2の連結機構K2のこの特殊な設計レイアウトにより、高い剛性がもたらされると共に、ねじりモーメントを引き入れる若しくは受け流すことが可能となるが、これらのねじりモーメントは再び下側の第1の連結機構K1のねじり剛性により受け流すことができる、即ちこの連結機構K1から外に出されるようになっている。
【００５０】
図4には、第2のアーム部材3の各個別部品が斜視図で図解されている。二重ロッカアーム31には、第1のアーム部材2若しくは第2の連結機構K2に対して相対的に旋回運動を行うように第2のアーム部材3を配置するために、軸受アイ33,34が備えられている。従って軸受アイ33は、第2のアーム部材3を第3の軸A3回りに回旋させるために利用され、軸受アイ34は、第2の連結機構K2の第2の連結手段9を旋回軸SA52回りに旋回運動を行うように連接するために利用されるようになっている。ロボットシステムのモジュール性を保証するために、導入及び適用目的に応じて、一つの取付け手段17を介して、異なる長さに諸元決定された一つのアームチューブ32が、取外しを可能として、二重ロッカアーム31に固定式に組み付けられるようにするとよい。更にもう一つの取付け手段18を介して、例えば図5a,bに図解されているような一つのセントラルハンド4Zが同様に着脱自在に固定式に装着されるようにするとよい。
【００５１】
このセントラルハンド4Zは一つの独自モジュールであり、例えば、多くの適用例にとっては十分である、例えばパレットハンドのような、よりシンプルなソリューションを、これと交換できるようになっている。セントラルハンド4Zの図示の構成は古典的なセントラルハンドであって、次の特性を特色としている。
【００５２】
駆動モータ19は、一つの伝動装置20を介して、一つのU型伝動要素21に、これを第4の軸A4回りに回転駆動するために接続されている。この伝動装置20は一本の中空シャフトを有しているために、セントラルハンド4Zの残りの駆動装置のためのエネルギ供給手段並びにデータケーブルを、この中空シャフトに通して取り廻せるようになっている。U型伝動要素21の内部には、更にもう一つのモータ22が配置されているが、このモータ22自体は、更にもう一つの伝動装置23を介して第5の軸A5回りの運動を引き起こすようになっている。この伝動装置23は、共通のサーボモータ22により一つのベルトドライブを利用してそれぞれ駆動される、二つの対向する伝動ユニットから成っている。この配置方式により、リスト軸を非常に細長い仕様とすることができる。
【００５３】
第5の軸A5の対向する伝動ユニット23により、更にもう一つのU型伝動要素24が駆動されるが、その内部には第6の軸A6の伝動装置が支承されている。第5及び第6の軸A5,A6に関するモータ25,26はいずれも両方の伝動要素21,24の内部に位置して、リスト軸の寸法諸元を極小とすることに寄与している。
【００５４】
本発明の解決策に従ったロボット配列により、ペイロードに関する様々なタスクに対する個別のパッケージングを許容する、ロバストでモジュール式に可変な構造が具現される。
【００５５】
図6aには、本発明の解決策に従って構成された垂直多関節アームロボットの上面図が示されるが、最大4トンまでのペイロードを操作するために可能となるその到達距離は最大5.5mである。ロボット配列の固有サイズにより、第1の軸A1回りの半径約1.5mの領域はそれから除外される。
【００５６】
図6bには、作業エリアAの鉛直方向の最大の広がりが図解されているが、これは、鉛直方向の長さで最大4mに達することができる。そこではこの図6bから個々のロボットコンポーネントの寸法諸元を読み取ることができる。そのために、水平軸にも鉛直軸にもメートルを単位とする距離表示が成されている。例えばこの図では1mの高さにある第1の軸から測った第1のアーム部材2の長さは2.5mである。第2のアーム部材3の水平方向の長さは約2.5mに相当している。
【００５７】
ロボットシステムに、高いポジショニング精度を達成するために不可欠な充分に高い剛性を付与するために、従来の設計方法においては、ロボットを非常に堅牢な中実で高重量の構造とする必要があるだろう。更にその上に、大きなペイロードを移動する際には、個々のロボット軸回りに非常に高い駆動モーメントが必要となるが、個々の軸の内部に組み付けられる、相応の伝動装置が備えられた、現在市場で取り寄せることができるようなモータによっては、これを実現することは不可能である。これらの理由から選択されたのが、上記で解説した、本発明の解決策に従った大型ロボット用のキネマティック構造であり、ここで鉛直軸、即ち一つのターンテーブルと噛み合っている互いに対して緊締された一対のドライブピニオンを直接利用した第1の軸A1が選択されている。第2及び第3のロボット軸A2,A3は、それぞれのリニアアクチュエータを介して駆動されるが、これらのリニアアクチュエータは、その推進運動を、連結機構を利用してそれぞれの軸の回転運動に変換するようになっている。それぞれのリニアアクチュエータに接続された連結機構は、二重ロッカアームのように構成されたその形状のために、軽量に、かつねじり剛性を示すように構成されており、それ以外にも高い荷重を吸収して、これらに耐えることができるようになっている。
【符号の説明】
【００５８】
1  ベース
2  第1アーム部材
3  第2アーム部材
31  二重ロッカアーム
32  アームチューブ、チューブ
33,34  軸受アイ
4Z  セントラルハンド
4  第1リニアアクチュエータ
41  スピンドルナットユニット
42  スピンドル、全ねじロッド
4S  サーボモータ
4R  ベルトドライブ
4K  カルダンジョイント
5  第2リニアアクチュエータ
51  スピンドルナットユニット
52  スピンドル、全ねじロッド
5S  サーボモータ
5R  ベルトドライブ
5K  カルダンジョイント
6  第1連結手段
61  接続点、軸受アイ
7  第2連結手段
71  接続点、軸受アイ
8,8'  第1連結手段、剛直な三角構造
9,9'  第2連結手段
10  油圧シリンダユニット
11  アキュムレータ
12  突出部
13,14  ドライブピニオン
15  テンションギヤ装置
16  軸受地点
17,18  取付け手段
19  駆動モータ
20  伝動装置
21  伝動要素
22  モータ
23  伝動装置
24  伝動要素
25  モータ
26  モータ
A1  第1軸
A2  第2軸
A3  第3軸
A4  第4軸
A5  第5軸
A6  第6軸
SA4  旋回軸
SA40  旋回軸
SA41  旋回軸
SA42  旋回軸
SA5  旋回軸
SA50  旋回軸
SA51  旋回軸
SA52  旋回軸
SA10  旋回軸
SA12  旋回軸
SA53  旋回軸
SA53'  旋回軸
P  人員
【図１ａ】
0006494647.tif 000002
【図１ｂ】
0006494647.tif 000003
【図１ｃ】
0006494647.tif 000004
【図２ａ】
0006494647.tif 000005
【図２ｂ】
0006494647.tif 000006
【図２ｃ】
0006494647.tif 000007
【図３ａ】
0006494647.tif 000008
【図３ｂ】
0006494647.tif 000009
【図３ｃ】
0006494647.tif 000010
【図４】
0006494647.tif 000011
【図５ａ】
0006494647.tif 000012
【図５ｂ】
0006494647.tif 000013
【図６ａ】
0006494647.tif 000014
【図６ｂ】
0006494647.tif 000015