(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手首部およびハンドリング機構部を設けた人間型ロボットのための固定可能な弾性ジョイントであって、前記ロボットの手首部に固定可能な第一の部品(1)および、前記ロボットのハンドリング機構部に固定可能な第二の部品(2)を具え、さらに、
前記二つの部品(1,2)を互いに結合し、これら部品(1,2)を予め定めた間隔で、かつ互いに平行な面上に維持することができる第一の結合手段(14)と、
前記二つの部品(1,2)を互いに結合し、これら部品(1,2)の面に平行な二つの方向での前記部品相互の移動、これら部品相互に垂直な方向に沿った前記部品相互の移動および前記面に垂直な軸線周りの前記部品相互の移動を弾性的に許容し、あるいはこれらの移動を防ぐことができる第二の結合手段(16,33)とを具え、
前記第一および第二の部品(1,2)が、対角線方向延長部(4,5)を有する実質的に正方形の平面形状を有し、
前記第一の結合手段(14)が球状の関節型の接続用ロッド(14)からなり、該接続用ロッドは前記二つの部品(1,2)が属する面に対して垂直に延在し、前記部品(1,2)の対角線方向延長部(4,5)内でこれら部品とヒンジ結合し、
前記第二の結合手段(16,33)が流体機械式シリンダ(16,33)からなり、これらシリンダは前記二つの部品(1,2)が属する面に対して平行に延在し、これら部品(1,2)の隣接する対角線方向延長部(7,12)間に介在することを特徴とする弾性ジョイント。
【請求項２】
前記流体機械式シリンダ(16,33)に高圧の流体を供給することによりこれらシリンダを中央位置に固定し、一方、中圧の流体を供給することによりこれらシリンダを中央位置へと移動させることを特徴とする請求項１記載の弾性ジョイント。
【請求項３】
前記流体機械式シリンダが、前記流体機械式シリンダ(16)の二つの終端ステム(23,24)の一方のステム(24)に固定したスライディングブロック(25)の両側で動作するピストン(29,30)と、前記ピストン(29,30)を固定するために高圧の流体を、また前記スライディングブロック(25)を弾性的に移動できるようにするために中圧の流体をそれぞれ供給するために設けた手段(31,32)とを具えることを特徴とする請求項１記載の弾性ジョイント。
【請求項４】
前記流体機械式シリンダが可撓性の膜(37)およびピストン(39)を具え、これら膜およびピストンが前記流体機械式シリンダ(33)の終端ステム(41,42)を固定するために高圧の流体を、また前記終端ステムが相互に弾性的な移動ができるように中圧の流体を供給されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の弾性ジョイント。
【請求項５】
前記二つの部品(1,2)を任意の相対位置で相互に固定することができる固定手段(17,18,19)を具えることを特徴とする請求項１記載の弾性ジョイント。
【請求項６】
前記固定手段(17,18,19)が、前記二つの部品(1,2)の内の一方の部品(1)に固定した流体機械式シリンダ(17)と、前記二つの部品(1,2)の内の他方の部品(2)に小型の可撓性を有する安定版(19)を介在させて固定したパッド(18) とを具え、該流体機械式シリンダ(17)を伸長させることにより、安定版(19)およびパッド(18)を介して前記二つの部品(1,2)を相互に固定することを特徴とする請求項５記載の弾性ジョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械、特にシート状金属の加工装置、とりわけ曲げ加工装置に用いる人間型ロボットのための固定可能な弾性ジョイントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
「人間型ロボット」と言う用語により、産業機械用ロボットとは人間の腕の全ての動きを実行することができるもの、特に肘および手首の関節の動きを実行することができるものを意味する。
【０００３】
人間型ロボットは、種々の装置、特に加工部品の装置への取り付けおよび取り出しにおける人間の介在を置き換えるために、産業分野で次第に利用されつつある。
【０００４】
こうした利用の一例が、シート状金属の加工、特に曲げ加工であり、その用途はシート状金属の曲げ工程中および、最終的な曲げ加工後の装置からの取り出しに伴う、曲げ加工を行うシート状金属の保持である。
【０００５】
こうした事に利用されるロボットには、このロボットは本質的に、プログラミング段階で予め設定される精密な移動を行うものであり、一方、曲げ加工のために供給されるシート状金属の一部が、曲げ加工の形式やシート状金属自体の性質および厚さによってその移動が変化するという事実による問題がある。
【０００６】
したがって、ロボットの手首とハンドリング機構部または手との間に、コマンドによって固定可能な弾性ジョイントを介在させる必要があることが提唱されており、この弾性ジョイントは曲げ加工工程においてシート状金属を穏やかにかつ柔軟に移動させることができ、その一方で、同時に、シート状金属の取り付けおよび取り出し工程においては精密な移動を維持するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術の観点より、本発明の目的は、上述した用途に特に適した固定可能な弾性ジョイントを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明による弾性ジョイントは、ロボットの手首部に固定可能な第一の部品および、前記ロボットのハンドリング機構部に固定可能な第二の部品を具え、さらに、
前記二つの部品を互いに結合し、これら部品を予め定めた間隔で、かつ互いに平行な面上に維持することができる第一の結合手段と、
前記二つの部品を互いに結合し、これら部品の面に平行な二つの方向での前記部品相互の移動、これら部品相互に垂直な方向に沿った前記部品相互の移動および前記面に垂直な軸線周りの前記部品相互の移動を弾性的に許容し、あるいはこれらの移動を防ぐことができる第二の結合手段とを具え、
前記第一および第二の部品が、対角線方向延長部を有する実質的に正方形の平面形状を有し、
前記第一の結合手段が球状の関節型の接続用ロッドからなり、該接続用ロッドは前記二つの部品が属する面に対して垂直に延在し、前記部品の対角線方向延長部内でこれら部品とヒンジ結合し、
前記第二の結合手段が流体機械式シリンダからなり、これらシリンダは前記二つの部品が属する面に対して平行に延在し、これら部品の隣接する対角線方向延長部間に介在することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、二つの部品は、曲げ加工工程におけるシート状金属の穏やかな移動のために要求される、同一平面上での位置ならびに相互の間隔を維持しつつ相互に弾性的に移動することができるようになる。また同時に、シート状金属の取り付けおよび取り出し工程において必要とされる、固定位置での相互の固定をも可能とする。
【００１０】
加えて、本発明に係るジョイントにおいては、二つの部品を任意の相対位置で相互に固定することができる固定手段を設けることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらおよび他の特徴は、添付図面中に非限定的な例として図示された実施形態の、以下の詳細な記載より明らかになるであろう。
【００１２】
図1〜9に示す固定可能な弾性ジョイントは、人間型ロボットの手首部に固定するために用途付けられ、それゆえジョイントの固定要素とも呼ばれる、ほぼ正方形の平面形状を有する（図3参照）第一の部品1および、ディスク3を通してロボットのハンドリング機構部に固定するために用途付けられ、それゆえジョイントの移動要素とも呼ばれる、ほぼ正方形の平面形状を有する（図1および図2参照）第二の部品2を具える。
【００１３】
固定部1には二対の対角線方向延長部4，5が設けられ、これらの対は対向する頂点部分に形成されている。対角線方向延長部4は中央に対角線方向の溝6を有し、また延長部4の端部には、対角線方向と交差する方向にアーチ状をなす追加の延長部7をも有し、延長部7には長手方向の終端溝8を設けている。対角線方向延長部5もまた中間に対角線方向の溝を有するフォーク形状を有する。
【００１４】
移動部2はほぼ対称形状を有して固定部1に対して90°回転させたものとなっており、固定部1と同様に対向する頂点部分に形成した二対の対角線方向延長部9，10を有する。対角線方向延長部9は中央に対角線方向の溝11を有し、また延長部9の端部には、対角線方向と交差する方向にアーチ状をなす追加の延長部12をも有し、延長部12には長手方向の終端溝13を設けている。対角線方向延長部10もまた中間に対角線方向の溝を有するフォーク形状を有する。
【００１５】
二つの部品1，2は、小さな接続用ロッド14によって予め設定した間隔で互いに平行になるように保たれており、この接続用ロッド14は球状の関節部を有して二つの部品1，2が位置する平面と直角に延在する。接続用ロッド14は二つの終端ヘッド15を有し、その一方は固定部1のフォーク形状の対角線方向延長部5内でヒンジ結合し、他方は移動部2の対角線方向延長部9の中央溝11内でヒンジ結合し（図4参照）、あるいは逆に、一方が固定部1の対角線方向延長部4の中央溝6内でヒンジ結合し、他方が移動部2のフォーク形状の対角線方向延長部10内でヒンジ結合する（図5参照）。
【００１６】
二つの部品1，2はさらに、移動部2が固定部1に対して、これら二つの部品が位置する平面と平行な方向および垂直な方向に相互に、また、これら二つの部品が位置する平面に垂直な回転軸線周りに弾性的に移動することを許容する、あるいは逆にこれを防止するようにさらに結合する。これは、固定部1のアーチ状延長部7およびこれと対応する移動部のアーチ状延長部12との間に、およびこれらとは逆に、それぞれ二つの部品1，2に平行に延在する空気圧シリンダ16によって得られる（図1〜図3および図6参照）。後により良く理解されるように、シリンダ16は、中圧あるいは高圧の空気を供給することのいずれかによって弾性結合または強固な結合の二つの機能を有する。
【００１７】
さらに、本発明によれば、二つの部品1，2を任意の相対位置で相互に固定することが可能であり、これは、こうした目的のための、固定部1に取り付けた空気圧シリンダ17および、移動部2に取り付けたパッド18ならびに固定部1にさらに取り付けた、シリンダ17とパッド18の間に介在する可撓性の安定板19を用いることにより可能となる（図7〜図9参照）。
【００１８】
これにより、シリンダ16に中圧の空気を導入し、シリンダ17を静止状態に維持することにより二つの部品1，2を固定した間隔で平行な状態に維持する一方で移動部2および、それによるロボットのハンドリング機構部を動かすことが可能となり、二つの平行な方向への弾性的な移動および固定部1および、それによるロボットの手首部に対する回転が、シート状金属の曲げ加工中における、このシート状金属の移動に穏やかに追随するために要求されるものとして可能となる。
【００１９】
これに代わってシリンダ16に高圧の空気を導入することにより、シート状金属の効率的な取り付けおよび取り外し操作を精密に行うために要求されるものとして、シリンダ自体が二つの部品1，2が相互に固定され、それによってハンドリング機構部がロボットの手首部に対して固定される。
【００２０】
固定部1のシリンダ17に高圧の空気を導入することにより、予め到達している相対位置における二つの部品1，2相互の固定が可能となる。シリンダ17の伸長は、安定板19の移動部2のパッド18に対する曲げと、それに続く摩擦によるこれらの相互移動の固定を生じさせるものとなる。安定板19の使用は強固でクリアランスの無い固定を可能とする。
【００２１】
図10におけるシリンダ16の一例は、上述した図1〜図6に示すジョイントに使用可能である。
【００２２】
シリンダ16は円筒形のケーシング20を具え、ケーシング20は、これにねじ止めした二つのリング状ナット21，22によって端部が閉鎖されており、ナット21は固定ステム23を取り付けるためのものであり、一方ナット22は軸線方向にスライドする移動ステム24を取り付けるためのものである。ステム24の内側端部に対してスライディングブロック25が取り付けられており、このスライディングブロック25はケーシング20の内側チャンバー中央の狭小部26にスライド可能に収容される。同チャンバーの拡大した端部27，28内部には二つのピストン29，30もまたスライド可能に収容されており、これらピストンは入口31，32それぞれを通して供給される空気圧の作用によって移動する。
【００２３】
高圧の空気を供給した場合、二つのピストン29，30は、一方が他方に向かって、ケーシング20中央の狭小部26に突き当たるまで移動し、それによってスライディングブロック25の移動が停止する。移動ステム24はそれによって固定ステム23に対して固定されることとなる。
【００２４】
これに代わって中圧の空気を供給した場合には、移動するスライディングブロック25は供給した圧力に比例した強さで二つのピストン29，30の間を後退する。移動ステム24に加わる強さの機能としての中央部からの弾性的なずれがそれゆえ可能となる。弾性の度合いは空気の供給圧力に依存し、この圧力は弁を制御ソフトウェアで適切に調整することにより可能である。
【００２５】
本実施形態においては、同じピストン29，30が、それゆえ同じピストンに供給される空気圧に対して固定ピストンおよび弾性ピストンとして動作する。
【００２６】
図10に示すシリンダ16に代わり、図11〜図15に示す空気圧シリンダ33を使用することが可能である。
【００２７】
この場合、スペーサ35を介在させた二対の平行六面体形のブロック34は、それぞれ内部にシリンダ36を規定し（その内の一つを図13に示す）、シリンダ36は可撓性の膜37で閉鎖され、膜37の端部は、それぞれの膜を拘束する小板38によって硬化している。これら膜型シリンダは固定ステム41およびこれらシリンダ上で動作する小ピストン39に取り付けられ、小ピストン39は移動ステム42に取り付けられ、固定ステム41に取り付けたシリンダ40内をスライドする。シリンダ36には入口43を通して高圧空気を供給し、一方シリンダ40には入口44を通して中圧の空気を供給する。二つの円筒形の小さい棒45が、固定ステム41に対する移動ステム42の移動を駆動する。
【００２８】
高圧の空気をシリンダ36へ供給するとき、膜37はシリンダ33の二つのステムの中央位置での固定をもたらす。その代わりに中圧の空気をシリンダ40へ供給するとき、二つのステム41，42は、その一方が他方に対して、供給圧力に依存するある程度の弾性で移動可能であり、しかしながら、これらは中央位置へ再度移動しようとする。
【００２９】
明らかに、本実施形態においては、固定ピストン37は弾性ピストン39とは区別されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る人間型ロボットのために固定可能な弾性ジョイントの斜視図である。
【図２】  図１の前記ジョイントの上面図である。
【図３】  図１の前記ジョイントの底面図である。
【図４】  図２の前記ジョイントのIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】  図２の前記ジョイントのＶ-Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】  前記ジョイントの正面図である。
【図７】  図６に類似した正面図であるが、ジョイント内部を示すために周縁部の部品を取り除いて示すものである。
【図８】  図７に示すユニットを二つの部品に分割した際の一方の部品を示すものである。
【図９】  図７に示すユニットを二つの部品に分割した際のもう一方の部品を、図８に対して反転させて示すものである。
【図１０】  本発明に係るジョイントの二つの平行な部品を弾性移動および固定するために利用可能な空気圧シリンダの第一の例を示す軸方向断面図である。
【図１１】  本発明に係るジョイントの二つの平行な部品を弾性移動および固定するために利用可能な空気圧シリンダの第二の例を示す斜視図である。
【図１２】  図11のシリンダの正面図である。
【図１３】  同シリンダの図12のXIII-XIII線に沿った断面図である。
【図１４】  同シリンダの側面図である。
【図１５】  同シリンダの図14のXV-XV線に沿った断面図である。
【符号の説明】
1  ジョイントの固定部
2  ジョイントの移動部
3  ディスク
4，5  固定部1の対角線方向延長部
6  延長部4の溝
7  延長部4のアーチ状の追加延長部
8  追加延長部7の終端溝
9，10  移動部2の対角線方向延長部
11  延長部9の溝
12  延長部9のアーチ状の追加延長部
13  追加延長部12の終端溝
14  接続用ロッド
15  ロッド14の終端ヘッド
16，17，33，36  空気圧シリンダ
18  パッド
19  安定板
20  シリンダ16のケーシング
21，22  リング状ナット
23，41  固定ステム
24，42  移動ステム
25  スライディングブロック
26  ケーシング20中央の狭小部
27，28  ケーシング20の端部
29，30  ピストン
31，32  ピストン29，30の空気取り入れ口
34  平行六面体形のブロック
35  スペーサ
37  可撓性の膜
38  小板
39  小ピストン
40  シリンダ
45  小さい棒
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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