(57)【要約】  ロボットアームの形態をした多軸マニピュレータは、その複数の枢動継ぎ手（１４，１７，１９，２１，２３）の１つ以上に安全ディスク（４１）と安全鍔（４２）とを有する。前記ディスクと鍔は通常の使用において小さなランニング隙間を画定するが、夫々の継ぎ手での回転軸受の過剰な摩耗や破損の際には接触する。検査窓（４８）によって、ランニング隙間をチェックすることが可能であり、前記鍔はキャリパーブレーキを備えて構成されてもよい。
2018512290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部材と、前記入力部材上で回転軸回りに回転可能な出力部材と、前記入力部材と出力部材の間にある１つ以上の回転要素支持軸受とを備えて構成される回転装置であって、前記軸受が使用の際の前記出力部材の軸方向負荷や片持ち負荷に対抗するように構成され、前記入力部材と出力部材の一方が前記回転軸と同軸の円形外周軸を有するリムを含み、前記入力部材と出力部材の他方が、ランニング隙間を伴って前記リムを部分的に覆う安全鍔を含む、回転装置。
【請求項２】
前記安全鍔が前記リムに対し基本的に外側にある、請求項１に記載の回転装置。
【請求項３】
前記安全鍔が前記ランニング隙間を見るための検査開口を含む、請求項２に記載の回転装置。
【請求項４】
前記リムが固定子に取り付け可能なディスクによって画定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項５】
前記安全鍔が複数の円弧形セグメントを備えて構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項６】
前記安全鍔が回転子に直接取り付けられる、請求項５に記載の回転装置。
【請求項７】
前記安全鍔が使用に際して円形に連続している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項８】
前記１つ以上の回転要素支持軸受が前記回転軸に沿って分離する向き合った回転要素軸受を備えて構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項９】
前記ランニング隙間が前記回転軸の方向にて０．５〜２ｍｍの範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転装置を含む多軸マニピュレータであって、前記入力部材に接続した固定子と、前記出力部材に接続した回転子とを有するマニピュレータ。
【請求項１１】
ベース台を有し、前記入力部材が前記出力部材よりもベースに近い、請求項１０に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
３つ以上の非交差の相対な回転軸を備えて構成され、前記回転装置が各回転軸に設けられている、請求項１０又は１１に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
アミューズメントパークの乗り物を備えて構成される、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記マニピュレータがその自由端に椅子を有する、請求項１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
添付図面の図３〜９に関係して基本的に記載された、回転装置及び／又はマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸有効荷重マニピュレータ、例えばコンピュータ制御されたロボットアームのための回転連結装置に関するものである。本発明は、乗客収容医療用途（passenger carrying medical application）において安全重視高架ローディング作業が重要である産業部門において使用され、遊園地或いはアミューズメントパークの乗り物での適用を有する。
【背景技術】
【０００２】
多軸マニピュレータは産業上周知であり、一般的には繰り返し作業を実行するようにプログラム可能である多軸マニピュレータ或いはロボットアームを備えて構成される。そのようなアームは多くの自由度を有し、例えばハンドリング、溶接、塗装等を実行する多くの異なる種類のツールを備え得る。
【０００３】
この種の既知のマニピュレータは通例、電気的、油圧／水圧的又は空圧的に駆動され、コンピュータ制御される。
【０００４】
例えば主たる胴体軸（waist axis）、肘部若しくはリスト部での隣接するマニピュレータ要素は回転軸回りに相対的に可動であり、適切な回転要素軸受が軸方向負荷や片持ち負荷に耐えるために設けられている。そのような負荷はマニピュレータの潜在的なリーチやツールに作用し得る力を考慮すると高い。
【０００５】
安全重視の適用（一例として遊園地或いはアミューズメントパークの機械装置）において多軸マニピュレータを用いることが提案され、この適用においてマニピュレータはツールの代わりに乗客収容モジュール又は一人以上の乗り手のための椅子を搬送する。そのような機械装置は、前もって求められた遊園地乗り物の解決法と比べてはるかに多くのフレキシビリティを提供することができ、更に、規格化されたコンポーネントの使用によって信頼性を高めて他のアミューズメント装置との統合と自動化の程度を著しく強めることができ得る。この種の多軸マニピュレータはまた、画定された包絡面の範囲内で正確に制御され調節可能な位置移動描画を与えるようにプログラム可能であり、乗り物は異なるプログラムを用いることで要求あり次第、変更可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遊園地或いはアミューズメントパークの機械装置のための安全条件は幾らか複雑で、際立って大きなチェレンジを示し、絶対的な先行条件は乗り手がいつでも安全であると理解される。したがって、潜在的な機械装置の故障・機能停止の様式は詳細に考慮されなければならず、また人間が除外される環境において稼働し且つ従来型のドライブラインコンポーネント、軸受及び構造を用いるロボットアームや産業装置にとって必要ないかもしれない程度にまで考慮されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、入力部材、前記入力部材上で回転軸回りに回転可能な出力部材及び前記入力部材と出力部材の間にある１つ以上の回転要素支持軸受を備えて構成される回転装置が提供され、前記軸受は使用の際の前記出力部材の軸方向負荷や片持ち負荷に対抗するように構成され、前記入力部材と出力部材の一方が前記回転軸と同軸の円形外周軸を有するリムを含み、前記入力部材と出力部材の他方が、ランニング隙間を伴って前記リムを部分的に覆う安全鍔を含む。
【０００８】
本発明では、１つ以上の回転要素の構造上の完全な状態が失われる結果として、回転要素軸受が必要な位置と支持を提供しなくなり、リムは安全鍔に接触して、入力部材に対する出力部材の基本的な動きを阻止する。コンポーネントの相対的な動きを検出し、そして例えばマニピュレータへの動力を切断したり、安全なように動力を徐々に減らしたり、或いはマニピュレータを予め決められた停止条件に移したりするのに、既知の種類の他のシステムが用いられ得る。
【０００９】
ランニング隙間／運転隙間は好ましくは、装置のコンポーネントの操作許容範囲や固有の弾性を考慮してできるだけ小さく、回転子がいつでも密接に拘束される。ランニング隙間は一般的に５ｍｍ以下で、０．５〜２．０ｍｍの範囲であり得る。
【００１０】
本発明の実施形態において、リムは入力部材と出力部材の一方に取り付け可能なディスクによって画定される。そのようなディスクは損傷した場合に取り替え可能であり、また必要な場合に改良部品を組み込むことができる。
【００１１】
安全鍔はリムないしディスクの一方の側若しくは両側を部分的に覆い得、円形に連続し得る。一つの実施形態において、例えば半円形要素を備え複数のセグメントに分けられた鍔が設けられる。更にそのような鍔は好ましくは、取り替え可能又は改良部品の組み込み可能であるために入力部材と出力部材の他方に取り付け可能である。
【００１２】
安全鍔は、ランニング隙間を観測し及び／又は測定することができるように窓又は他の開口を含んでいてもよい。
【００１３】
一つの実施形態において、リム若しくはディスク及び／又は鍔は、使用における摩擦接触を視覚的に示すためにウィットネスコーティング（witness coating）を有していてもよい。そのようなコーティングは塗料、めっき又は接着転移材若しくはステッカーを備え得て、熟練でない機械係に初期不良の即時指示を与えるのに役立ち得る。
【００１４】
本発明の実施形態において、入力部材は前記回転軸回りに回転可能なモータと、前記回転軸上の太陽歯車と入力部材に取り付けられ或いは入力部材を備えるリングギアを有した遊星歯車式変速機とを備えて構成され、遊星枠は出力部材に連結される。そのような装置はトルク増大と減速のために設けられ、それは低トルクで高速のモータの使用を可能とする。
【００１５】
リム若しくはディスク及び／又は鍔は高い摩擦係数の制動表面を含み得、通常種類の摩擦ライニングを備えて構成され得る。
【００１６】
実施形態において、鍔は要求に応じてリム若しくはディスクをグリップするため適切な種類のキャリパーブレーキを含み得、そのようなブレーキが出力部材のために通常の動的ブレーキ及び／又は静的ブレーキを与えることができる。これは一次機械ブレーキの形態をしていてもよく、或いは二次リダンダント・安全性監視ブレーキの形態をしていてもよい。
【００１７】
本発明の実施形態は、本発明に係る回転継ぎ手を、旋回可能な各ジョイントに有した多軸マニピュレータを備えて構成される。そのようなマニピュレータは、第１回転連結部のための垂直軸を画定するベースプレートと、第１回転継ぎ手から延在しその自由端で第２回転連結部のための水平軸を画定する第１アームと、第２回転継ぎ手から延在しその自由端で第３回転連結部のための水平軸を画定する第２アームと、第３回転継ぎ手に取り付けられた椅子とを含む。
【００１８】
各回転継ぎ手で、夫々の入力部材が椅子よりもベースプレートに近い固定子であり得ると考えられることが想定されるが、１つの位置で若しくは全ての位置で逆のことが可能でもあり得る。ベースプレートは大まかに直立した回転軸を有するターンテーブルの形態をした第１回転継ぎ手を備え得る。
【００１９】
本発明の実施形態は、多軸マニピュレータの自由端が１人以上の乗り手のための椅子を備えるアミューズメントパーク或いは遊園地の乗り物を備えて構成される。
【００２０】
本発明の他のアスペクトは本明細書に添えられた特許請求の範囲に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】遊園地の乗り物に適合した代表的な多軸マニピュレータの斜視図である。
【図２】図１のマニピュレータの平面図である。
【図３】本発明の実施形態を具体化する多軸マニピュレータの一方の側からの分解組立図である。
【図４】図３に対応し、他の側からの分解組立図である。
【図５】本発明の実施形態を具体化するモータとターンテーブルのアセンブリの斜視的な側面図である。
【図６】図５に対応し、一端からの斜視図である。
【図７】図５、図６のアセンブリの分解組立図である。
【図８】図５に対応し、本発明の安全鍔・ディスクを部分断面で示す。
【図９】図８の断面部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の特徴は付帯する図面において単に一例として示された本発明の実施形態の以下の記載から明らかとなろう。
【００２３】
図１と図２は、遊園地の乗り物に適合しコンピュータ制御のロボットアームの自由端に２人用椅子１１を有した既知の種類の多軸マニピュレータ１０を示す。
【００２４】
マニピュレータ１０は、車輪のある車両や恒久基礎のような基体（図示せず）に据え付けられたベースリング１２を備えて構成されている。ベースシリンダ１３が垂直軸Ａ−Ａ回りに回転可能なターンテーブルの形態をした回転継ぎ手１４を有する。
【００２５】
ターンテーブル１４は自由端に水平軸Ｂ−Ｂを画定する上方に曲がった短アーム１５を有し、その回りに第２アーム１６が回転継ぎ手１７を介して旋回可能である。
【００２６】
第２アーム１６は自由端で水平軸Ｃ−Ｃを画定し、その回りに第３アーム１８が回転継ぎ手１９を介して旋回可能である。
【００２７】
第３アーム１８は回転継ぎ手２１を有し、これを介して第４アーム２２が軸Ｄ回りに回転可能である。第４アーム２２は自由端で旋回軸Ｅ−Ｅを画定し、その回りに椅子１１が回転継ぎ手２３を介して旋回可能である。
【００２８】
描写するように、椅子は２人を収容し、適切な肩越し拘束機構２４を有する。椅子はマニピュレータの負荷能力に応じて３人以上の乗客に適合させることができる。
【００２９】
図１、図２のマニピュレータは５自由度を有し、アームのリーチによって画定される包絡面の範囲内で刺激的な高速乗り物を与えるようにプログラムされ得る。各継ぎ手１４，１７，１９，２１，２３は通常、既知のタイプの回転要素軸受アセンブリ、例えば用いられることを予想される軸方向負荷や片持ち負荷を支えるのに適切な対向接触式の玉軸受若しくはアンギュラ軸受を備えて構成される。
【００３０】
図３から図９は本発明の実施形態を示す。図３、図４のマニピュレータは図１、図２に示したものと同じ一般的な種類のものであり、継ぎ手２１、アーム２２、継ぎ手２３及びシート１１を省略し、即座の参考のために他のコンポーネントには同じ参照番号を与えて済ませている。回転継ぎ手１４は共軸モータ３０を介して回転可能であり、ターンテーブルアーム１５は枢動軸線「Ｂ」に夫々穴３１ａ，３１ｂを有した平行アーム１５ａ，１５ｂによって構成されている。
【００３１】
本発明は継ぎ手１７に関連して示され、固定子３２と回転子３３を備えて構成されている。
【００３２】
固定子３２はねじ部品のリングを介してターンテーブルアーム１５ａに接続されたケーシング／環３５を有した遊星歯車式変速機３４から成る。可逆モータ３６がケーシング３５に連結され、遊星歯車式変速機３４の太陽歯車に連結した回転可能なアーマチュア３７を有する。
【００３３】
遊星歯車式変速機３４の出力は、夫々円形配列のねじ部品を介して駆動プレート３９と第２アーム１６に回転可能に連結した遊星枠３８を介する。第２アームは回転子を備えて構成され、回転子が限定された弓状範囲のみを介して動き得るような空間的制約や操作的制約に従う。
【００３４】
そのような配置構成において、アーマチュア３７の前後回転によってアーム１６は双方向に相対的な枢動運動／ピボット動作を行う。
【００３５】
本発明は安全ディスク４１と安全鍔４２を備えて構成される。安全ディスク４１はターンテーブルアーム１５ｂに接続し駆動接続部を変速機３４から第２アーム１６まで取り囲む環を備え、描写のように円形配列のねじ部品によって接続されている。
【００３６】
安全ディスク４１は実質的に一定の径と幅の円形周辺リム４３を有する。
【００３７】
安全鍔４２は、弓状溝４４によってリム４３を実質的に取り囲み取り巻いている複数の半円形要素を備えて構成され（図５，７）、該半円形要素は円形配列のねじ部品によって駆動プレート３９に接続され、それと共に旋回可能である。付加的に安全鍔４２は、使用に際してアーム１６に作用する重力トルクに抗して駆動プレート３９にトルクを働かせる釣り合い支柱４５のために通常の取り付け位置を提供する。
【００３８】
安全鍔４２は半径方向と軸線方向の小さなランニング隙間４６，４７を有してリム４３を取り巻き、接触せずに相対的な枢動運動を可能とする。ターンテーブルアーム１５ａ，１５ｂに対するアーム１６のための通常の軸受配置構成は、正常な操作において隙間４６，４７を維持するのに、頼られる。しかしながら、この軸受配置構成はルーチンの摩損や壊滅的な機械停止のために機能しなくなり、アーム１６の相対的なチッピングがリム４３と安全鍔４２の間の接触によって直ちに阻まれ、それゆえターンテーブルからアーム１６が分離することが妨げられる。
【００３９】
リム４３と鍔４２が接触することによって摩擦が増大し、更に制御プログラムの位置及びスピードの要件を満たすべくモータから追加の駆動トルクを必要とする。そのような追加的なトルクはモータの従来型オーバートルクセンサによって検出可能であり、マニピュレータを安全に停止させるように制御システムによって用いられる。例えば位置センサ或いは音響センサによる接触を検出する他の手段も同様に使用可能である。
【００４０】
接触の追加摩擦によってまた相対運動のスピードが減少すると理解され、これはリム４３と溝４４の一方又は両方に高摩擦の表面又はコーティングをもたらすことによって強められ得る。
【００４１】
鍔４２の一方のセグメント又は両方のセグメントが点検窓４８を備えていてもよく、それで隙間４７が従来のフィーラゲージ若しくは「オーケー／ダメ（go/no go）」ゲージを用いることによってチェックされ得、この手段によって軸受の進行する劣化が周期的に評価され、プログラムされたメンテナンススケジュールが生み出され得る。
【００４２】
リム４３及び／又は溝４４がまた塗料のようなコーティングを与えられていてもよく、それでごく僅かな接触に関してウィットネスマーク（witness mark）が生み出される。そのようなマークはマニピュレータが停止している際に容易に観察され得、熟練でない機械係にメンテナンス及び／又は調整が必要であることを知らせることができる。
【００４３】
本発明の安全リムと安全鍔は、所望されるならば、回転子と固定子のコンポーネントの分離のリスクを除去するために、継ぎ手１４，１７，１９，２１，２３の各々に適用され得る。リムと鍔は別個のコンポーネントとして製造される必要はないが、使用に際して接続される他のコンポーネントと一体的に合体され得ると理解される。しかしながら、個々のコンポーネントは現存するマニピュレータに対する修理、取り替え及び修復を容易にする。
【００４４】
更なる代替において、鍔が機能的に固定子の部分であり、リムが機能的に回転子の部分であり得ると理解される。例えば図７の配置構造において、遊星枠３８はディスク４１に接続され得、そして駆動プレート３９に接続され得る一方、安全鍔４２はターンテーブルアーム１５に固定可能である。この場合、釣り合い錘の支柱がアーム１６に直接接続されることとなる。
【００４５】
或る状況においては、安全鍔を安全ディスクの範囲内で半径方向に保つことも望ましく、その場合、ディスクはアセンブリの目的のために複数のセグメントによって構成され得る。代わりに、安全鍔が突き出た円形リムを有し、そのようなリムをおおって係合するように安全ディスクが周囲溝を有するように、オスメスの要素を入れ替えることができる。
【００４６】
メス型の安全要素、即ち、溝４４を包含するコンポーネントはまた、オス型の要素（リム４３）をグリップするキャリパーブレーキを備えて構成されてもよい。様々な適切なキャリパーブレーキが妥当し、回転子要素（例えばアーム１６）を停止させるべく動的に作用しても、静的にパーキングブレーキとして作用してもよい。
【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】
2018512290.tif 000009
【図８】
2018512290.tif 000010
【図９】
2018512290.tif 000011
【国際調査報告】
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