(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ジョイント部材と、
前記第１ジョイント部材に接続された第１工具アーム部と、
前記第１ジョイント部材に回転可能に接続している第２ジョイント部材と、
前記第２ジョイント部材に接続された第２工具アーム部と、
前記第２ジョイント部材に対して前記第１ジョイント部材を回転させるモータと、
複数のクラッチディスクを有する第１クラッチと、を備え、
前記複数のクラッチディスクは、前記第１クラッチが前記第２ジョイント部材に対する前記第１ジョイント部材の回転を抑制するように前記複数のクラッチディスクが圧縮されて摩擦係合する係合位置と、前記第１クラッチが前記第２ジョイント部材に対する前記第１ジョイント部材の回転を許すように前記複数のクラッチディスクが摩擦係合から脱する非係合位置との間で移動可能であることを特徴とする、モジュラ工具アセンブリ用の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項２】
前記第１クラッチは、前記係合位置と前記非係合位置との間で前記第１クラッチが移動するように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項３】
前記第１クラッチは、圧縮空気の供給によって作動可能である空気圧で作動するクラッチであることを特徴とする請求項２に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項４】
前記第１クラッチは、前記係合位置の方へ付勢され、圧縮空気の供給に応答して前記非係合位置に移動することを特徴とする請求項３に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項５】
前記モータは、モータハウジングを備え、前記第２ジョイント部材に対する前記モータハウジングの回転が抑制されるように前記モータハウジングが前記第２ジョイント部材に接続されることを特徴とする請求項１に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項６】
前記モータは、前記第１ジョイント部材に接続される出力軸を備え、
前記出力軸は、前記モータの動作に応じて前記第１ジョイント部材に対する前記第２ジョイント部材の回転を発生させる、ことを特徴とする請求項５に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項７】
前記モータの前記出力軸は、所定のトルク量に応じて滑るように構成されたクラッチにより前記第１ジョイント部材に接続されることを特徴とする請求項６に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項８】
前記第１工具アーム部は、第１ハウジング部を備え、
前記第２工具アーム部は、第２ハウジング部を備え、
前記第１工具アーム部は、前記第１ハウジング部に一体の部分として形成され、
前記第２工具アーム部は、前記第２ハウジング部に一体の部分として形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の自動位置決め可能ジョイント。
【請求項９】
第１自動位置決め可能ジョイントと、第２自動位置決め可能ジョイントと、前記第１自動位置決め可能ジョイントを前記第２自動位置決め可能ジョイントへ強固に接続する一つ以上の工具アーム部と、を備え、
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々は、
第１ジョイント部材と、
前記第１ジョイント部材に回転可能に接続している第２ジョイント部材と、
前記第２ジョイント部材に対して前記第１ジョイント部材を回転させるモータと、
複数のクラッチディスクを有する第１クラッチと、を備え、
前記複数のクラッチディスクは、前記第１クラッチが前記第２ジョイント部材に対する前記第１ジョイント部材の回転を抑制するように前記複数のクラッチディスクが圧縮されて摩擦係合する係合位置と、前記第１クラッチが前記第２ジョイント部材に対する前記第１ジョイント部材の回転を許すように前記複数のクラッチディスクが摩擦係合から脱する非係合位置との間で移動可能である、ことを特徴とするモジュラ工具アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記第１クラッチは、前記係合位置と前記非係合位置との間で前記第１クラッチが移動するように作動可能であり、
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記第１クラッチは、圧縮空気の供給によって作動可能である空気圧で作動するクラッチであり、
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記第１クラッチは、前記係合位置の方へ付勢され、圧縮空気の供給に応答して前記非係合位置に移動する、ことを特徴とする請求項９に記載のモジュラ工具アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記モータは、モータハウジングを備え、前記第２ジョイント部材に対する前記モータハウジングの回転が抑制されるように前記モータハウジングは前記第２ジョイント部材に接続され、
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記モータは、前記第１ジョイント部材に接続される出力軸を備え、前記出力軸は前記モータの動作に応じて前記第１ジョイント部材に対する前記第２ジョイント部材の回転を発生させ、
前記第１自動位置決め可能ジョイント及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの各々の前記モータの前記出力軸は、所定のトルク量に応じて滑るように構成されたクラッチにより前記第１ジョイント部材に接続される、ことを特徴とする請求項９に記載のモジュラ工具アセンブリ。
【請求項１２】
前記一つ以上の工具アーム部は、
前記第１自動位置決め可能ジョイントの前記第１ジョイント部材に接続された第１工具アーム部と、
前記第１自動位置決め可能ジョイントの前記第２ジョイント部材及び前記第２自動位置決め可能ジョイントの前記第１ジョイント部材に接続された第２工具アーム部と、
前記第２自動位置決め可能ジョイントの前記第２ジョイント部材に接続された第３工具アーム部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載のモジュラ工具アセンブリ。
【請求項１３】
第１ジョイント部材、第２ジョイント部材、第１の軸上において前記第２ジョイント部材に対して前記第１ジョイント部材を回転させるモータを備えた第１自動位置決め可能ジョイントと、
第３ジョイント部分、第４ジョイント部分、第２の軸上において前記第４ジョイント部分に対して前記第３ジョイント部分を回転させるモータを備えた第２自動位置決め可能ジョイントと、
前記第１自動位置決め可能ジョイントを前記第２自動位置決め可能ジョイントへ強固に接続する一つ以上の工具アーム部と、を備え、
前記第１ジョイント部材は、第１の複数のクラッチディスクを有する第１クラッチにより前記第２ジョイント部材に対してクラッチ結合されて、前記第１の複数のクラッチディスクが摩擦係合から脱すると前記モータによって回転できるとともに前記第１の複数のクラッチディスクが圧縮されて摩擦係合すると外力に応じた回転が抑制され、
前記第３ジョイント部分は、第２の複数のクラッチディスクを有する第２クラッチにより前記第４ジョイント部分に対してクラッチ結合されて、前記第２の複数のクラッチディスクが摩擦係合から脱すると前記モータによって回転できるとともに前記第２の複数のクラッチディスクが圧縮されて摩擦係合すると外力に応じた回転が抑制される、ことを特徴とするモジュラ工具アセンブリ。
【請求項１４】
前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、それぞれ係合位置と非係合位置との間で作動可能であり、
前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、圧縮空気の供給によって作動可能である空気圧で作動するクラッチである、ことを特徴とする請求項１３に記載のモジュラ工具アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／０５６０９８号の利益を請求するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームのような自動マニピュレータは、一般にエンドエフェクタを有する工具アセンブリを利用して、ワークピースをピックアップ及びリリースする。以前の工具アセンブリは、ブラケット、マウント、クランプ及び他の類似の装置によって相互接続された様々な管の部分を利用していた。これらのブラケット、マウント及びクランプは、エンドエフェクタの所望の位置及び方向を設定できるように、管の部分の位置調整を可能にする。工具アセンブリの構成を変えるには時間がかかるので、エンドエフェクタ工具アセンブリは、しばしば急速継手（quick disconnect coupling）又は類似の装置を備えている。これによって、工具アセンブリが自動マニピュレータから取り外され、異なる工具アセンブリと交換されることができる。これにより、例えば工具アセンブリを変えるとすぐに、自動マニピュレータがさまざまな異なるワークピースを処理できるようになる。
【発明の概要】
【０００３】
本願明細書は、自動位置決め可能ジョイント及び自動位置決め可能ジョイントを備える転送工具アセンブリを開示する。
【０００４】
開示された実施例の一態様は、モジュラ工具アセンブリ用の自動位置決め可能ジョイントである。自動位置決め可能ジョイントは、第１ジョイント部材と、第１ジョイント部材に回転可能に接続している第２ジョイント部材と、第２ジョイント部材に対して第１ジョイント部材を回転させるモータと、第１クラッチとを備え、第１クラッチは、第１クラッチが第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を抑制する係合位置と第１クラッチが第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を許す非係合位置との間で移動可能である。
【０００５】
開示された実施例の他の態様は、第１自動位置決め可能ジョイント及び第２自動位置決め可能ジョイントを備えるモジュラ工具アセンブリである。第１自動位置決め可能ジョイント及び第２自動位置決め可能ジョイントは各々、第１ジョイント部材と、第１ジョイント部材に回転可能に接続している第２ジョイント部材と、第２ジョイント部材に対して第１ジョイント部材の回転させるモータと、第１クラッチとを備え、第１クラッチは、第１クラッチが第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を抑制する係合位置と第１クラッチが第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を許す非係合位置との間に移動可能である。モジュラ工具アセンブリも、第１自動位置決め可能ジョイントを第２自動位置決め可能ジョイントへ強固に接続する一つ以上の工具アーム部を備える。
【０００６】
開示された実施例の他の態様は、第１ジョイント部材、第２ジョイント部材、第１の軸上において第２ジョイント部材に対して第１ジョイント部材を回転させるモータを備えた第１自動位置決め可能ジョイントと、第３ジョイント部分、第４ジョイント部分、第２の軸上において第４ジョイント部分に対して第３ジョイント部分を回転させるモータを備えた第２自動位置決め可能ジョイントと、第１自動位置決め可能ジョイントを第２自動位置決め可能ジョイントへ強固に接続する一つ以上の工具アーム部と、を備えるモジュラ工具アセンブリである。第１ジョイント部材は、第２ジョイント部材に対してクラッチで結合されて、モータによって回転できるとともに外力に応じた回転が抑制される。第３ジョイント部分は、第４ジョイント部分に対してクラッチで結合されて、モータによって回転できるとともに外力に応じた回転が抑制される。
本発明の他の様々な用途は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによってより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】転送工具アセンブリの平面図である。
【図２】転送工具アセンブリの工具アームの斜視図である。
【図３】第１実施例による自動位置決め可能ジョイントの断面図である。
【図４】図３の自動位置決め可能ジョイントの分解斜視図である。
【図５】図３の自動位置決め可能ジョイントの一部を示す詳細図である。
【図６】図３の自動位置決め可能ジョイントの一部を示す詳細図である。
【図７】第２実施例による自動位置決め可能ジョイントの断面図である。
【図８】図７の自動位置決め可能ジョイントの分解斜視図である。
【図９】図７の自動位置決め可能ジョイントの一部を示す詳細図である。
【図１０】図７の自動位置決め可能ジョイントの一部を示す詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願明細書における説明は、自動位置決め可能ジョイントを含む工具アセンブリを対象とする。これらの工具アセンブリは、高精度に工具を配置するように、所定位置に正確に位置づけられて多数の運転サイクルにわたって強固に保持されるエンドエフェクタのようなツールを必要とする用途に利用される。本願明細書において記載されているジョイントは、各ジョイントに設けられたモータを使用して自動的に位置決めされる。多くの運転サイクルの間、ジョイントが同じ位置に保たれるので、各ジョイントは、そのモータを使用してジョイントを調整可能になるように解除され、その位置調整間のジョイントの運動を防ぐように係合する解除可能なクラッチを備える。
【０００９】
図１は、ロボット・マニピュレータ１１０と、コネクタ１３０でロボット・マニピュレータ１１０と連結されたビーム１２０と、複数の自動工具アーム１４０を備えるワークピース移送システム１００を示す。
【００１０】
ワークピース移送システム１００は、ワークピースを第１位置から第２位置へ移動する移送動作を実行するために、代表的に利用される。ワークピースを第２位置の方へ動かした後、ワークピース移送システムは第１位置に戻り、次のワークピースに対する移送動作を繰り返す。例えば、第１位置は、ワークピースに対する第１運転を実行する第１機械にあってよく、第２位置は、ワークピースに対する第２動作を実行する第２機械にあってよい。移送動作の間、ロボット・マニピュレータ１１０は、ビーム及び自動工具アームを動かす。しかしながら、自動工具アーム１４０相互の相対運動及びせず、ビーム１２０に対する自動工具アーム１４０の相対運動はない。
【００１１】
ビーム１２０は、実質的に堅牢な細長い部材である。ある実装では、ビーム１２０は、長手方向に沿ってジョイント又は継手がない直線部材である。ロボット・マニピュレータ１１０はビームに接続して、２以上の自由度でビーム１２０を移動する。ある実装では、ロボット・マニピュレータ１１０は、コネクタ１３０でビーム１２０へ接続及びビーム１２０から解除でき、コネクタ１３０は、ビーム１２０をロボット・マニピュレータ１１０へ機械的に、電動で及び／又は圧縮空気を使って接続するクイックリリース式の結合であってよい。他の実装では、ロボット・マニピュレータ１１０は、なんらかの適切な堅牢な固定構造によって、コネクタ１３０でビーム１２０に永久に接続されている。ロボット・マニピュレータ１１０を使用して、ビーム１２０及びビーム１２０に接続している自動工具アーム１４０の全てが、一体となって移動できる。
【００１２】
自動工具アーム１４０の各々は、ビーム上の固定位置で、ビーム１２０に接続している。ビーム１２０に対する工具アーム１４０の接続は、何らかの適切な堅牢な固定構造、又は工具アーム１４０をビーム１２０に対する所望の位置へ正確に位置づけて、工具アーム１４０を正確に保持するように動作可能であるクイック接続構造を使用して達成できる。
【００１３】
自動工具アーム１４０は、ビーム１２０に対して、ワークピース移送システム１００によって扱われるワークピースの形状（ジオメトリ:geometry）に依存する所望の構成に配置されている。典型的な用途では、単一の種類のワークピースに対して多数のサイクルの移送動作が実行され、特定の種類の個々のワークピースのそれぞれは特定の形状を有する。以前に処理されていたワークピースの形状と異なる形状を有する異なるタイプのワークピースと共にワークピース移送システム１００を利用する必要が生じたときは、いくつかの又は全ての自動工具アーム１４０の構成を変更して、次の種類のワークピースとの使用に適している構成を採用できる。
【００１４】
図２に示すように、自動工具アーム１４０の各々は、一つ以上の工具アーム部（例えば第１アーム部２１０、第２アーム部２２０及び第３アーム部２３０）を含む。工具アーム部は、全て堅牢な細長い部材であり、一つ以上の自動位置決め可能ジョイント（例えば第１ジョイント２４０及び第２ジョイント２５０）によって相互接続される。図示の例では、第１アーム部２１０は、第１ジョイント２４０によって第２アーム部２２０に接続している。そして、第２アーム部２２０は第２ジョイント２５０によって第３アーム部２３０に接続している。第１ジョイント２４０は、第１の軸２４２まわりの回転を生じるように動作可能である。特に、第１ジョイント２４０は、第２アーム部２２０を第１アーム部２１０に対して第１の軸２４２まわりに回転させる所望の位置に自動的に調整できる。この調整により、必然的に第３アーム部２３０も移動する。第２ジョイント２５０は、第２の軸２５２まわりに回転を生じるように動作可能である。特に、第２ジョイント２５０は、第３アーム部２３０を第２アーム部２２０に対して第２の軸２５２まわりに回転させる所望の位置に自動的に調整できる。
【００１５】
エンドエフェクタ２６０は、第２ジョイント２５０の反対側の第３アーム部２３０に接続している。エンドエフェクタ２６０は、ワークピースと係合するように構成される。移送動作の間、複数の工具アーム１４０のエンドエフェクタ２６が同時にワークピースと係合し、それによって、ワークピース移送システム１００は、ワークピースをピックアップして移動することができる。図示の例では、エンドエフェクタ２６０は、バキュームカップである。グリッパ、磁石及びシャベルのような、他のタイプのエンドエフェクタを利用できる。
【００１６】
図３〜図６は、第１実施例による自動位置決め可能ジョイント３００を示す。自動位置決め可能ジョイント３００は、図２の自動工具アーム１４０の第１ジョイント２４０及び／又は第２ジョイント２５０として利用できる。ジョイント３００は、第２ジョイント部材に対して回転可能である第１ジョイント部材を含む。
【００１７】
ジョイント３００の第１ジョイント部材は、第１ハウジング３１０及びエンドプレート３１２によって定義できる。第１ハウジング３１０は、後述するジョイント３００の部品を受けて収容するための中空内部を定める。ある実装では、第１ハウジング３１０の中空内部の全体又は一部は、円筒状であるか、実質的に円筒状である。第１ハウジング３１０は、他の工具アーム部、ジョイント又は工具に接続するための一体的に形成された工具アーム部３１４を備える。他の実装では、工具アーム一式及び、任意の他のジョイントのハウジングを、第１ハウジング３１０と一体的に形成してよい。更なる他の実装では、連結器又は留め具の何らかの手段によって、別個の工具アーム部を第１ハウジング３１０に接続可能である。
【００１８】
エンドプレート３１２は平面円形部材であり、従来の構造（例えば第１ハウジング３１０に対するエンドプレート３１２の回転を防止するように動作可能なねじ部品）によって、第２ジョイント部材の反対側の第１ハウジング３１０の開放端に強固に接続されている。これによってエンドプレート３１２が駆動開口３１３で回転駆動力を受けることができる。本例では、駆動開口３１３は、エンドプレート３１２の径方向の中心に形成される非円形（例えば六角形の）開口であって、第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転軸に沿って配置され該回転軸に沿って延びている。
【００１９】
ジョイント３００の第２ジョイント部材は、第２ハウジング３２０、エンドプレート３２２及びリテーナリング３２６によって定義できる。第２ハウジング３２０は、後述するジョイント３００の部品を受けて収容するための中空内部を定める。ある実装では、第２ハウジング３２０の中空内部の全体又は一部は、円筒状であるか、実質的に円筒状である。第２ハウジング３２０は、他の工具アーム部、ジョイント又は工具の接続するための一体的に形成された工具アーム部３２４を含む。他の実施では、工具アーム一式及び、任意の他のジョイントのハウジングを、第２ハウジング３２０と一体的に形成してよい。更なる他の実装では、連結器又は留め具の何らかの手段によって、別個の工具アーム部を第２ハウジング３２０に接続可能である。
【００２０】
第２ハウジング３２０も一体的に形成された収納用の係合面３２５を含む。係合面３２５は、第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転軸に沿って配置され該回転軸に沿って延びる。係合面３２５は、ハウジング３２０の外周上に形成されて、ハウジング３２０の外周の回りに延びてよい。この例では、係合面３２５は、回転軸を中心とする多角形の外周によって、ハウジング３２０のための多角形の外周を定め、回転軸と平行な方向で見たとき、係合面３２５の範囲においてハウジングの断面が多角形に定められる。他の形状を利用してもよい。
【００２１】
エンドプレート３２２は、平面円形部材であり、従来の構造（例えば第２ハウジング３２０に対するエンドプレート３２２の回転を防止するように動作可能なねじ部品）によって第１ジョイント部材の反対側の第２ハウジング３２０の開放端に強固に接続されている。開口３２３は、エンドプレート３２２に貫通形成される。本例では、開口３２３は、第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転軸に沿って配置され、該回転軸に沿って延びる。
【００２２】
リテーナリング３２６は、固定構造（例えば従来のねじ部品）によって、ハウジング３２０に強固に接続している。リテーナリング３２６は、ハウジング３１０の一部を受ける環状チャンネルをハウジング３２０に対して定めるように構成される。この接続は、第１ハウジング３１０及び第２ハウジング３２０が互いに対して回転可能である一方で、リテーナリング３２６が第２ハウジング３２０に接続されているときに、第１ハウジング及び第２ハウジングが有意な距離だけ軸方向に分離又は移動できないように、構成される。
【００２３】
第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を駆動するために、ジョイント３００はモータ３３０を備える。モータ３３０は、モータハウジング３３２及び出力軸３３４を含む。モータ３３０は、入力信号を受信して、入力信号に応じた所望の回転量で出力軸３３４を回転させるように動作可能である。他の実装では、モータ３３０は減速ギアを含まない電気モータであってよく、そして、ギヤトレーンは別個に、例えば第２ハウジング３２０内に設けられてよい。
【００２４】
モータハウジング３３２は、第２ジョイント部材に対するモータハウジング３３２の相対的な回転を防止するように、第２ジョイント部材に接続固定される。モータハウジング３３２は、例えば、ねじ部品又は他の従来の留め具によって、エンドプレート３２２に強固に接続されてよい。出力軸３３４は、エンドプレート３２２の開口３２３を通って延びる。ハブ３３６は、出力軸３３４に接続している。この実装では、ハブは出力軸３３４を受けるための内部ボアを有する。出力軸は、従来の手段（例えば、内部ボアに対して垂直な通路に沿ってハブに螺合する六角ネジであって、六角ネジの螺合進退に応じて出力軸との係合及び解除を可能にするもの）によって保持される。ハブ３３６の外周は、ハブの係合によって他の構造の回転を駆動可能にすることを意図する形状構成（feature）を備え、この実装では、多角形（例えば六角形）の外周の一部としての平面である。
【００２５】
モータの出力軸３３４は、クラッチアセンブリ３５０を介して駆動部材３４０に接続している。駆動部材３４０は、第２ハウジング３２０及びベアリング３４１に配置されている。
【００２６】
クラッチアセンブリ３５０は、駆動部材３４０からモータまで伝達可能なトルクの量を制限する非作動クラッチ（non-actuated clutch）である。例えば、クラッチ３５０に印加されるトルクが所定のトルク量を満たすか又は上回るときに、クラッチ３５０はすべる（そして、回転を伝達しない）ように構成されてよい。これにより、工具アームに印加される外力によるモータ３３０へのダメージ（例えば「ツールクラッシュ（tool crash）」）を防止できる。
【００２７】
クラッチアッセンブリ３５０は、駆動部材３４０の円筒部３４２内に収容される。円筒部３４２は、駆動部材３４０がクラッチアセンブリ３５０によって駆動できるように、クラッチアセンブリを係合するのに適した幾何学的な形状構成を含む円筒壁の形状を有する。図示の例では、駆動部材３４０は軸方向に延びる複数のスロット３４３を有し、スロット３４３は、円筒部３４２の一端（開放端）から円筒壁の途中まで延びている。後述するように、これらのスロットは、クラッチアセンブリ３５０の一部を受ける。
【００２８】
クラッチアセンブリ３５０は、付勢要素３５２、第１の複数のクラッチディスク３５４及び第２の複数のクラッチディスク３５６を含む。第１の複数のクラッチディスク３５４及び第２の複数のクラッチディスク３５６は、互いに交互に配置されるように（in an interleaved manner）積層される。付勢要素３５２は、クラッチディスクに圧力を印加するためにクラッチディスク３５４、３５６とエンドプレート３２２との間に配置される。それによって、第１の複数のクラッチディスク３５４及び第２の複数のクラッチディスク３５６との間の摩擦係合を増加させる。クラッチディスク３５４の各々は、ハブ３３６と係合する駆動開口３５５を有する。駆動開口３５５とハブ３３６との係合の結果、クラッチディスク３５４は、モータ３３０の出力軸３３４と一体回転する。ある実装では、クラッチディスク３５４は金属で製作される。他の材料を使用してもよい。クラッチディスク３５６の各々は、複数の係合構造３５７（例えば駆動部材３４０のスロット３４３へ延びるフィンガ）を有する。スロット３４３と係合構造３５７との係合の結果、クラッチディスク３５６は、駆動部材３４０と一体回転する。ある実装では、クラッチディスク３５４は、高摩擦材料（例えば有機材料）で製作される。他の材料を使用してもよい。
【００２９】
通常の予期された運転条件の下では、モータ３３０によってクラッチディスク３５４に印加されるトルクは、クラッチアセンブリ３５０が適応することを意図された閾値トルク値以下にあり、モータの出力軸の回転によってクラッチアセンブリ３５０を介して駆動部材３４０の回転が生じる。しかしながら、駆動部材３４０によってクラッチアセンブリ３５０にトルクが印加される場合には、駆動部材３４０によってクラッチディスク３５６に印加されるトルクが、モータ３３０の出力軸３３４の回転を防止するための所定値を上回ると、クラッチアセンブリ３５０がすべる。この所定値は、付勢要素３５２によってクラッチディスク３５４、３５６に印加される力の量だけでなく、クラッチディスク３５４、３５６のために選択されるサイズ及び材料の関数であり、モータ３３０の特性に基づいて設定される。
【００３０】
駆動部材３４０は、ハウジング３１０へ延びる駆動軸３４４を含む。駆動軸３４４の一端では、駆動軸３４４の外面に係合構造３４５が定められる。本例では、係合構造３４５は、駆動開口３１３の幾何学的構成と相補的な幾何学的構成を備え、駆動部材３４０に対するエンドプレート３１２及びハウジング３１０の運動が抑制されるように、係合構造３４５は駆動開口３１３に配置されている。
【００３１】
解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、ハウジング３１０内に配置される。解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、解除可能なクラッチアセンブリ３６０が第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を抑制する係合位置と、解除可能なクラッチアセンブリ３６０が第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を許す非係合位置との間に移動可能である。解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、解除可能なクラッチアセンブリ３６０を係合位置と非係合位置との間で移動させるように作動可能である。例えば、解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、圧縮空気の供給によって作動可能である空気圧で作動するクラッチであってよく、解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、係合位置の方へ付勢されていて、圧縮空気の供給に応答して非係合位置に移動可能であってよい。
【００３２】
解除可能なクラッチアセンブリは、バックプレート３６２、波形バネのような付勢要素３６４、カラー部３６７を有するプレッシャープレート３６６、第１の複数のクラッチディスク３６８及び第２の複数のクラッチディスク３７０を備える。バックプレート３６２は、駆動軸３４４に嵌める円形の部材である。プレッシャープレート３６６もまた駆動軸３４４に嵌り、バックプレート３６２及びプレッシャープレート３６６の間に位置する付勢要素３６４は、クラッチディスク３６８、３７０の方へプレッシャープレートを付勢して、第２の複数のクラッチディスク３７０に対する第１の複数のクラッチディスク３６８の摩擦係合を生じさせる。第２ハウジング３２０及びクラッチディスク３６８の相対的な回転が抑制されるように、第２ハウジング３２０の係合面３２５がクラッチディスク３６８の各々の内周３６９を受ける。クラッチディスク３７０上のフィンガ３７１のような係合構造及びハウジング３１０の内周上の溝３１１は、互いに係合してハウジング３１０及びクラッチディスク３７０の相対的な回転を防止する。クラッチアセンブリが係合位置にあるとき、付勢要素による圧縮により、クラッチディスク３６８、３７０が摩擦係合する。クラッチディスク３６８、３７０の係合を克服する外力を受けない限り、第１ハウジング３１０に対する第２ハウジング３２０の回転が抑制される。
【００３３】
ジョイント３００が組み込まれる工具アームが使用中である間、例えば上記の移送動作のような動作の繰り返しサイクルの間、解除可能なクラッチアセンブリ３６０は係合位置のままである。第１ジョイント部材に対する第２ジョイント部材の角度位置の調整の前に、解除可能なクラッチアセンブリ３６０は、非係合位置へ移動する。プレッシャープレート３６６によりクラッチディスク３６８、３７０に印加される圧力を解除することによって、解除可能なクラッチアセンブリ３６０が非係合位置へ移動する。図示の例では、カラー部３６７は、第２ハウジング３２０及び駆動軸３４４との間に定められるチャンバ３７２に配置されている。解除可能なクラッチアセンブリを解除するために、例えば外部の加圧空気源に接続している供給口３７３を介して、圧縮空気の供給をチャンバ３７２に導入する。チャンバ３７２の空気圧は、付勢要素３６４の力に抗して、プレッシャープレートをバックプレート３６２の方へ移動する。これにより、モータ３３０が第１ジョイント部材に対する第２ジョイント部材の調整を駆動する際にクラッチディスク３６８がクラッチディスク３７０に対して回転することができるように、クラッチディスク３６８、３７０の摩擦係合が解除される。ジョイント３００が所望の角度形態に至った時点で、チャンバ３７２への圧縮空気の供給を終えて解除可能なクラッチアセンブリ３６０は係合位置へ移動させ、それによって、第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の位置を固定する。
【００３４】
第２ハウジング３２０に対する第１ハウジング３１０の位置を判定するために、ジョイント３００は、アブソリュートエンコーダ３８０を備える。アブソリュートエンコーダ３８０は、データムの較正及びデータムに対する動きの測定のような相対測定技術を使用することなく、一方の構造に対する他方の構造の位置を直接検出するデバイスである。そして、モータ３３０の動作を駆動して第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の所望の角度方位をセットするために、動作コントローラ（図示せず）によって位置を検出してよい。図示の例では、アブソリュートエンコーダは、米国マサチューセッツ州ボストンのＴｅｋｓｃａｎ社製のＦｌｅｘｉＰｏｔ  Ｒｉｎｇのようなフレキシブルポテンショメータである。
【００３５】
他の種類のモータ及び制御ストラテジを使用して、第２ジョイント部材に対して第１ジョイント部材を所望の回転量で駆動するように動作可能であるモータを提供してもよい。
【００３６】
図７〜図８は、第２実施例による自動位置決め可能ジョイント７００を示す。自動位置決め可能ジョイント７００は、図２に示す自動工具アーム１４０の第１ジョイント２４０及び／又は第２ジョイント２５０として利用できる。ジョイント７００は、第２ジョイント部材に対して回転可能である第１ジョイント部材を含む。ジョイント７００はジョイント３００と類似しており、本明細書で特記しない限りジョイント３００に関する説明はジョイント７００にも適用される。
【００３７】
ジョイント７００の第１ジョイント部材は、エンドプレート７１２及び一体型工具アーム部７１４を有する第１ハウジング７１０を備える。ジョイント７００の第２ジョイント部材は、エンドプレート７２２及び一体型工具アーム部７２４を有する第２ハウジング７２０を含む。モータハウジング７３２及び駆動軸７３４を有するモータ７３０は、エンドプレート７１２を介してジョイント７００に接続可能である。駆動軸７３４は、ピニオン７３６を介してギヤトレーン７４８を駆動する。ギヤトレーン７４８は、速度を低減して、モータ７３０によって供給される回転力のトルクを増加させる。ギヤトレーン７４８は、ギア・キャリア７４６を回転させる。図示の例では、ギヤトレーン７４８は、プラネタリギヤトレーンである。他のタイプのギヤトレーンを使用してもよい。あるいは、モータ３３０について述べたように、内部減速機構を有するモータを使用することを選んでギヤトレーン７４８を省略してもよい。
【００３８】
駆動部材７４０及びクラッチアッセンブリ７５０は、駆動部材３４０及びクラッチアセンブリ３５０について上記したとおりであり、クラッチアセンブリ７５０は、所定レベル以下のトルクをモータと駆動部材７４０との間で伝えている。クラッチアセンブリは、付勢要素７５２及びクラッチディスク７５４、７５６を含む。クラッチアセンブリ７５０は、ギア・キャリア７４６を介してモータ７３０から回転力を受けて、ギア・キャリア７４６は、所定トルクレベル以下でクラッチアセンブリ７５０及び駆動部材７４０と一体回転する。クラッチアッセンブリ７５０がギア・キャリア７４６及びリテーナリング７４７との間に捕捉されてクラッチアセンブリ７５０のディスクを圧縮するように、リテーナリング７４７がクラッチアセンブリ７５０をギア・キャリア７４６上に保持する。ベアリング７４１は、第２ハウジング７２０に対する駆動部材７４０の回転を容易にする。駆動軸７４４は、第１ハウジング７１０を通って延びて、留め具７４５によって第１ハウジング７１０に固定される。駆動軸の内部通気道は、ポート７７３に通って第１ジョイント部材へ圧縮空気を供給する。ベアリング７６６は、第２ハウジング７２０に対する第１ハウジング７１０の回転を容易にする。
【００３９】
解除可能なクラッチアセンブリ７６０は、構造構成が異なること以外、図３〜図６の解除可能なクラッチアセンブリ３６０と同様に機能するように、係合位置及び非係合位置との間に移動可能である。解除可能なクラッチアセンブリ７６０は、駆動部材７４０のシャフト部分に嵌るカラー７６２を含む。カラー７６２は、くさび面７６４を含む。複数のＪ形レバー７６５は、ピンによって第２ハウジング７２０に枢着され、Ｊ形レバーの各々は、カラー７６２に係合する第１端部と、第１の複数のクラッチディスク７６８及び第２の複数のクラッチディスク７７０に圧力を印加する第２端部とを有する。第１及び第２の複数のクラッチディスクは、係合すると第２ジョイント部材に対する第１ジョイント部材の回転を抑制する。ポート７７３からの第２ハウジングの空気圧により、カラー７６２が下方に押されてＪ形レバー７６５が枢動してクラッチに係合し、クラッチディスク７６８、７７０に圧力を生じる。そして、解除可能なクラッチアセンブリ７６０を係合位置に位置させる。第２ハウジング７２０内部の空気圧を解放すると、カラー７６２は上方へ摺動する。その結果、くさび面７６４はもはやＪ形レバー７６５の枢動を妨げない。そして、Ｊ形レバー７６５は、枢動してクラッチディスク７６８、７７０への圧力を解放し、解除可能なクラッチアセンブリ７６０を解放位置に位置づける。これにより第１ジョイント部材と第２ジョイント部材との相対的な回転がもはや抑制されなくなる。
【００４０】
自動位置決め可能ジョイント７００は、エンドプレート７１２及び第２ハウジング７２０の間に位置するアブソリュートエンコーダ７８０を含む。アブソリュートエンコーダ７８０は、アブソリュートエンコーダ３８０と同様に機能する。
【００４１】
本発明は、ある実施形態に関連して説明されているが、本発明は、説明された実施形態に限られるものではなく、むしろそれとは反対に、添付の特許請求の精神及び範囲に含まれる様々な変形及び均等な構成を網羅することを意図することを理解するべきであり、その範囲は、法律により許される変更態様及び均等な構造の全てを含むべく、最も幅広い解釈を与えられるものである。
【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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【図１０】
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