(57)【要約】本発明は、関節を有するロボットアーム（１）に関する。ロボットアーム（１）は、内側保持部材（４）周りに並んで配置された複数の台形短シリンダ（２）を備える。各台形短シリンダ（２）は、内側保持部材（４）回りに回動するように構成されている。内側保持部材（４）は、各台形短シリンダ（２）の回動を制御するための角度制御手段を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節を有するロボットアーム（１）であって、
内側保持部材（４）周りに並んで配置された複数の台形短シリンダ（２）を備え、
各上記台形短シリンダ（２）は、上記内側保持部材（４）回りに回動するように構成され、
上記内側保持部材（４）は、各上記台形短シリンダ（２）の回動を制御可能な角度制御手段を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
請求項１において、
上記内側保持部材（４）は、張力付与手段に接続されたケーブル（６）を有し、
上記ケーブル（６）の張力によって、上記ロボットアーム（１）に圧縮力が作用するように構成されている
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記角度制御手段は、対応する上記台形短シリンダ（２）内に配置されたリングギア（２８）と協働する少なくとも１つの歯車（８６）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項４】
請求項３において、
上記角度制御手段は、上記内側保持部材（４）に連結されたステータ（８１）と、上記歯車（８６）を回転駆動するように構成されたロータ（８２）とを含む少なくとも１つのモータ（８）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項５】
請求項４において、
上記ロータ（８２）は、上記歯車（８６）を回転駆動するように構成されたウォームねじ（８５）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項６】
請求項４において、
上記ロータ（８２）は、上記歯車（８６）を回転駆動するように構成された減速装置に接続されている
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記内側保持部材（４）は、互いに対して関節接続された複数のセグメント（４１）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項８】
請求項７において、
上記内側保持部材（４）は、それぞれが２つの上記セグメント（４１）間に配置されて該セグメント（４１）の互いに対する関節接続を可能とする複数のカルダン継手（４２）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
各上記台形短シリンダ（２）の間に配置され、上記台形短シリンダの互いに対する回動を可能とする軸受手段を備える
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１０】
請求項９において、
上記軸受手段は、少なくとも１つのボール（５）を有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１１】
請求項９において、
上記軸受手段は、少なくとも１つの円柱ローラを有する
ことを特徴とするロボットアーム。
【請求項１２】
請求項２〜１１のいずれか１項において、
上記ケーブル（６）に接続され、該ケーブルに作用する機械的な力を測定するように構成された少なくとも１つの力測定装置を備える
ことを特徴とするロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節を有するロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業ロボットは、多岐にわたる産業上のタスクを迅速かつ正確に実行するべく使用される。
【０００３】
従来より、産業ロボットアームの関節は、互いに対して回動する複数のセグメントを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回動連結部は、それぞれが独立したモータを有する。ほとんどの場合、ロボットアームの回動部のモータは、ロボットアームの外部に配置された電気式または空気圧式の接続によって動力を得る。これらの接続は、ロボットアームの回転を妨げ、容積や外部環境との衝突リスクを増大させる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、容積が低減されかつ広い立体角にわたる移動を実行可能な関節を有するロボットアームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
広い定義によると、本発明は、内側保持部材周りに並んで配置された複数の台形短シリンダを備えたロボットアームに関する。各台形短シリンダは、内側保持部材回りに回動するように構成されている。内側保持部材は、各台形短シリンダの回動を制御可能な角度制御手段を有する。
【０００７】
特に、本明細書では、台形短シリンダという語は、シリンダの回動軸に対して傾斜した少なくとも１つの円形セクションを有するシリンダ部を意味する。
【０００８】
台形短シリンダの回動によると、ロボットアームが、空間内で複雑な軌道を描くことや広い立体角をカバーすることが可能となる。また、台形短シリンダに対応する角度制御手段によると、ロボットアームが正確な移動を実行することが可能となる。さらに、有利には、内側保持部材および角度制御手段は、短シリンダ内に配置されている。よって、本発明に係るロボットアームは、低減された容積を有し、また広い立体角にわたる移動を実行することができる。
【０００９】
内側保持部材は、張力付与手段に接続されたケーブルを有していてもよい。ケーブルの張力によって、ロボットアームに圧縮力を作用させることができる。
【００１０】
よって、ケーブルによると、例えば荷物の輸送に際して、複数の台形短シリンダを接触した状態で保持するために、ロボットアームにプレストレスを与えることができる。
【００１１】
角度制御手段は、対応する台形短シリンダ内に配置されたリングギアと協働する少なくとも１つの歯車を有していてもよい。
【００１２】
歯車およびリングギアを使用することで、各台形短シリンダの回動を正確に制御することができる。
【００１３】
角度制御手段は、内側保持部材に連結されたステータと、歯車を回転駆動するように構成されたロータとを含む少なくとも１つのモータを有していてもよい。
【００１４】
有利には、内側保持部材にモータのステータを接続することにより、当該モータの接続がロボットアームの内部を通ることが可能となる。この技術的構成によると、ロボットアームの容積を低減することができ、またロボットアームは外部の接続によって妨げられることなく動くことができる。
【００１５】
特定の構成によると、ロータは、歯車を回転駆動するように構成されたウォームねじを有していてもよい。
【００１６】
ウォームねじによると、対応する台形短シリンダを正確に回転駆動することができる。また、ウォームねじと歯車との間の接続における不可逆性によって、ロボットアームを位置固定することができる。したがって、この構成によると、ロボットアームの安全性を高めることができる。
【００１７】
別の実施形態によると、ロータは、歯車を回転駆動するように構成された減速装置に接続されていてもよい。
【００１８】
内側保持部材は、互いに対して関節接続された複数のセグメントを有していてもよい。
【００１９】
さらに、内側保持部材は、それぞれが２つのセグメントの間に配置されてセグメントの互いに対する関節接続を可能とする複数のカルダン継手を有していてもよい。
【００２０】
ロボットアームは、各台形短シリンダの間に配置され、台形短シリンダの互いに対する回動を可能とする軸受手段を備えていてもよい。
【００２１】
特定の構成によると、軸受手段は、少なくとも１つのボールを有していてもよい。
【００２２】
特定の構成によると、軸受手段は、少なくとも１つの円柱ローラを有していてもよい。
【００２３】
ロボットアームは、ケーブルに接続されて当該ケーブルに作用する機械的な力を測定するように構成された少なくとも１つの力測定装置を備えていてもよい。
【００２４】
力測定装置によると、ロボットアームの駆動を最適化してその安全性を高めることができる。
【００２５】
特定の構成によると、歯車およびリングギアは、それぞれがストレート歯を有していてもよい。
【００２６】
特定の構成によると、歯車およびリングギアは、それぞれが円錐状の歯を有していてもよい。
【００２７】
特定の構成によると、ロボットアームは、偶数個の短シリンダを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明に係るロボットアームの正面図である。
【図２】図２は、本発明に係るロボットアームを斜めから見た部分断面図である。
【図３】図３は、本発明に係るロボットアームの正面断面図である。
【図４】図４は、本発明に係るロボットアームが曲がった状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
より理解が深まるよう、本発明に係るロボットアームの実施形態を非限定的な例によって示す添付図面を参照して本発明について説明する。
【００３０】
本発明は、図１〜図４に示す関節を有するロボットアーム１に関する。
【００３１】
ロボットアーム１は、内側保持部材４周りに並んで配置された複数の台形短シリンダ２を基本的に備える。ここで示す実施形態によると、ロボットアーム１は、偶数個の台形短シリンダ２を備える。各台形短シリンダ２は、内側保持部材４回りに回動するように構成されている。内側保持部材４は、台形短シリンダ２の回転を制御可能とする角度制御手段を有する。
【００３２】
各台形短シリンダ２は、壁部２２によって一体的に接続された２つの円形セクション２１を有する。
【００３３】
壁部２２は、小丈部２３および大丈部２４を有する。大丈部２４は、小丈部２３の側面よりも大きな側面を有する。
【００３４】
また、ここで示す実施形態によると、台形短シリンダ２は、矩形台形輪郭を有する。よって、各台形短シリンダ２の２つの円形セクション２１の一方は、壁部２２に対して実質的に垂直である。
【００３５】
ここで示す実施形態によると、台形短シリンダ２は、対をなして配置されており、それらの対応する壁部２２に対して実質的に垂直な円形セクション２１は、互いに近接配置されている。
【００３６】
各台形短シリンダ２は、当該台形短シリンダ２の内部に、壁部２２に対して配置されたリングギア２８を有する。
【００３７】
ここで示す実施形態によると、リングギア２８は、ストレート歯を有する。
【００３８】
各台形短シリンダ２は、例えば、射出および機械加工された金属で作られていてもよい。
【００３９】
また、図２および図３に示すように、ロボットアーム１の各端部には、端部短シリンダ３が配置されている。端部短シリンダ３は、４つのリブ２６を介して外壁３２に接続された中央ハブ２５を有する。中央ハブ２５は、ボア２７を有する。中央ハブ２５は、続けて設けられるワッシャ６３およびナット６２のためのストッパとして機能するように構成された実質的に平坦な第１端部を有する。中央ハブの第２端部は、内側保持部材４と共にカルダン継手４２を形成するための十字継手を受けるように構成されたヨークを有する。
【００４０】
使用時には、端部短シリンダ３の一方に、工具、例えば、クランプ、溶接、機械加工、または切断装置が設けられていてもよい。
【００４１】
図２および図３に示すように、各円形セクション２１は、溝２９を有していてもよい。
【００４２】
ここで示す例によると、溝２９は、ボール５を収容するように設計されている。しかしながら、別の実施形態によると、溝２９は、例えば、ローラを収容するものであってもよい。
【００４３】
図２および図３に示すように、各ボール５は、２つの溝２９の間の境界部において、２つの台形短シリンダ２の間の軸受を規定している。換言すれば、ボール５は、台形短シリンダ２が互いに対して回動するのを可能としている。
【００４４】
また、ロボットアーム１は、図２および図３に示すように、内側保持部材４を備える。
【００４５】
ここで示す実施形態によると、内側保持部材４は、カルダン継手４２によって対をなして接続された複数のセグメント４１を有する。
【００４６】
また、内側保持部材４の各端部は、カルダン継手４２を介して、対応する端部短シリンダ３の中央ハブ２５に連結されている。
【００４７】
図２および図３に示すように、内側保持部材４と端部短シリンダ３のボア２７とをケーブル６が通っている。
【００４８】
ここで示す実施形態によると、ケーブル６は、例えば、鋼でできていてもよい。また、ケーブル６は、所定の機械的な力が作用すると折れ曲がるように寸法設定されていてもよい。
【００４９】
また、図３に示すように、ケーブル６の２つの端部の各々には、ボア２７内に配置されたテンション筒６１が設けられている。テンション筒６１は、中央ハブ２５の第１端部に当接して配置されたワッシャ６３およびナット６２に対応している。後述するように、ナット６２およびテンション筒６１は、ケーブル６の張力を調節することを可能とする。
【００５０】
ケーブル６には、力測定装置（図示せず）が接続されている。
【００５１】
図２および図３に示すように、角度制御手段は、特にモータ８を有する。
【００５２】
各モータ８のステータ８１は、内側保持部材４のいずれかのセグメント４１に固定されている。
【００５３】
ここで示す実施形態によると、各モータ８１のロータ８２は、ウォームねじ８５に連結されている。ウォームねじ８５は、歯車８６を回転駆動するように構成されている。歯車８６は、対応する台形短シリンダ２の回動を制御するために、当該台形短シリンダ２のリングギア２８に噛み合っている。
【００５４】
ここで示す実施形態によると、歯車８６は、２つの部分を有する。第１部分は、リングギア２８と噛み合うように設計されたストレート歯を有し、第２部分は、ウォームねじ８５と噛み合うように設計された斜歯を有する。
【００５５】
図１〜図４によると、ロボットアーム１の動作を確認することができる。
【００５６】
使用時、例えば重たい荷物を運ぶときには、ケーブル６の張力が、ロボットアーム１にプレストレスを与えるために調節され、台形短シリンダ２が互いに接触した状態にされる。
【００５７】
ここでの説明は、ロボットアーム１が図１に示す実質的に直線状の位置にある状態から始めるものとする。
【００５８】
実質的に直線状の位置では、複数の台形短シリンダは、各台形短シリンダ２の小丈部２３が隣の台形短シリンダ２の大丈部２４と近接するように向けられる。
【００５９】
モータ８を起動すると、対応する台形短シリンダ２が回動する。特に有利な態様では、ウォームねじ８５と、歯車８６と、リングギア２８との間における接続によって、各台形短シリンダ２の回動を正確に制御することができる。また、ウォームねじ８５と歯車８６との間の接続によると、各台形短シリンダ２の位置固定が実現される。
【００６０】
モータ８によると、台形短シリンダ２の回動を独立制御することが可能となり、それによりロボットアーム１は広い立体角をカバーできる。よって、ロボットアーム１が図１に示す実質的に直線状の位置から図４に示す実質的に曲がった位置に推移するためには、いくつかの台形短シリンダ２の回動を要する。図４に示す位置では、複数の台形短シリンダ２は、隣り合う台形短シリンダ２の小丈部２３が互いに近接するように向けられている。
【００６１】
以上のように、本発明は、容積が低減されかつ広い立体角にわたる移動を実行可能なロボットアーム１を提供する。
【００６２】
もちろん、本発明は、上述した単一の実施形態に限定されず、これとは逆に全ての実施形態を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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