(57)【要約】      （修正有）【課題】スカラー型ロボットにおいて、ネジ機構方式のツール動作軸の長さは、少なくとも、第２軸に沿った必要な変位量、および、ネジシャフトを運搬するロボット本体の鉛直障害物の全長の合計と等しくされており、そのため、上記シャフトの存在により、ロボットアームの鉛直障害物の全長が著しく増加し、これによって、ロボットの使用可能な用途が、無視できないほど制限されている。【解決手段】ツール動作軸を特定する末端部材を、複数の伸縮可能な要素を有し、これらの要素が、当該軸に沿って並進運動するように駆動可能で、障害物を最小限に抑えた状態で利用可能である様に構成した。【選択図】図１
2017030140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に工業的用途で用いられるロボットであって、第１軸を中心とする関節によって互いに接続された、少なくとも１つの第１ロボット本体および１つの第２ロボット本体と、
例えばグリッパなどの動作ユニットが接続される、前記第２ロボット本体上に搭載された末端コネクタ部材であって、前記第２ロボット本体が、前記末端コネクタ部材を移動させるための手段を有し、前記手段が、前記第１軸と並行な前記ロボットの第２軸を中心とした回転運動、および、同じ前記第２軸に沿った並進運動に従って前記末端コネクタ部材を選択的または同時に移動させる末端コネクタ部材と
を備え、
前記第２ロボット本体が、
最小延長状態から最大延長状態へと前記第２軸に沿った長さを変化させることが可能であるように、伸縮構成によって互いに接続されていて、各要素の間にネジ機構が配置されている第１系列の要素と、
伸縮構成によって互いに接続されている第２系列の要素によって構成されるシャフトと
を備え、
前記第２系列の最終要素が、前記第１系列の最終要素に拘束され、前記末端コネクタ部材が前記第１系列または前記第２系列の最終要素によって運搬され、
前記第１系列の第１要素の回転を制御するよう設計された第１モータ、および、前記シャフトの回転を制御するよう設計された第２モータをさらに備えた種類の、
ロボット。
【請求項２】
前記シャフトおよび前記第１系列の前記第１要素が、同じ方向に同じ速度で回転する、前記ロボットの第１動作モードと、
前記第１系列の前記第１要素が、所与の方向へ、指定された速度で回転するが、前記シャフトは回転しない、第２動作モードと、
前記シャフトおよび前記第１系列の前記第１要素が、異なる方向および／または異なる速度で回転する、第３動作モードと
をそれぞれ提供するべく、選択的または同時に前記第１モータおよび前記第２モータを制御するよう構成された制御ユニットを備える、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第１系列の各要素間に配置された前記ネジ機構が、まったく同じ方向のネジ山のねじれを有する、請求項１または請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記シャフトの複数の前記要素が、伸縮可能な方法で互いの内部に搭載され、形状の適合を介して、共に拘束されながら回転する、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のロボット。
【請求項５】
前記第１系列の複数の要素が複数の管状要素であり、前記シャフトが複数の前記要素内に配置され、複数の前記要素に対して同軸である、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記第１系列の複数の前記要素内に、前記動作ユニットの電源供給および制御のうち少なくとも１つのためにチューブおよびケーブルのうち少なくとも１つが配置され、前記チューブおよびケーブルのうち少なくとも１つがらせん構成によって前記シャフトの周囲に配置されている、請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記第１系列の複数の前記要素、および、複数の前記ネジ機構が、前記最小延長状態において、前記第１系列の複数の前記要素を互いにはめ込むように構成された、請求項１から請求項６の何れか一項に記載のロボット。
【請求項８】
前記第１系列が前記最小延長状態にある場合の前記第２ロボット本体の鉛直障害物の全長が、前記第１系列が前記最大延長状態にある場合の鉛直障害物の全長の半分以下である、請求項１から請求項７の何れか一項に記載のロボット。
【請求項９】
前記第１ロボット本体および前記第２ロボット本体の間に、前記第１ロボット本体および第２ロボット本体を横切る複数のケーブルおよびチューブのうち少なくとも１つの通路として用いる中央開口部を含むベアリング部材が配置されている、請求項１から請求項８の何れか一項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
第１軸を中心とした関節により接続している、少なくとも１つの第１ロボット本体、および、１つの第２ロボット本体と、
例えば、グリッパなど、動作ユニットが接続される、当該第２ロボット本体に搭載された、末端コネクタ部材と、
当該第１軸と並行な、当該ロボットの第２軸を中心とした回転運動によって、また、同じ当該第２軸に沿った並進運動によって、選択的に、または同時に当該末端部を移動させるように構成されている、当該末端部を移動させるための手段と、
を備える種類のロボット、特に工業的用途のロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
前述の種類のロボットは、例えば、米国特許出願第２００５／００８７０３４ Ａ１号で説明されている。
【発明の概要】
【０００３】
上で参照されている種類のロボットは既に、ＳＣＡＲＡ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ）という頭字語で公知であり、非常に高速の回転運動による、水平面上での側方変位を可能にするという特徴を有する。この理由により、この種のロボットは、ピックアンドプレースのような種類の用途に広く用いられている。この用途において、ロボットは、これに連携する動作ユニットを介して、単純に第１ステーションから複数の製品を拾い上げ、近くに配置された第２ステーションに置くという動作を連続して行う。鉛直方向に沿って発生する前述の並進運動は、異なるステーションにおいて、動作ユニットが、動作ユニットの下降および上昇の運動によって、製品を拾い上げ、離すために用いられる。
【０００４】
前述の公知の解決策において、１つの同じ軸を中心とした回転運動、および、当該軸に沿った並進運動によってコネクタ部材を制御するよう設計された手段は、ネジシャフトを有し、それに対して、当該コネクタ部材、および、当該シャフトと係合する雌ネジアセンブリが拘束される。第１モータはシャフトと連携し、一方、第２モータは雌ネジアセンブリと連携し、これらのモータの１つ、または両方の作動によって、シャフトの回転、および／または、シャフトの上昇または下降が生じる。
【０００５】
この公知の解決策において、前述のネジシャフトの長さは、少なくとも、第２軸に沿った必要な変位量、および、ネジシャフトを運搬するロボット本体の鉛直障害物の全長の合計と等しい必要がある。
【０００６】
そのため、上記シャフトの存在により、ロボットアームの鉛直障害物の全長が著しく増加し、これによって、ロボットの使用可能な用途が、無視できないほど制限される。
【０００７】
本発明の目的は、当該上記の公知の解決策の欠点を克服することである。
【０００８】
この目的は、後の複数の請求項に記載されている特性を示すロボットによって実現される。
【０００９】
特許請求の範囲は、本発明に関して、本明細書において提供される技術的教示の不可分な部分を形成する。
【００１０】
以下に本発明を、あくまで非制限的な例として添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に記載されるロボットの実施形態の概略図である。
【図２Ａ】ある構成による図１のロボットの末端部分の概略図である。
【図２Ｂ】別の構成による図１のロボットの末端部分の概略図である。
【図３Ａ】ある動作状態における、図２Ａおよび図２Ｂの末端部分を示す。
【図３Ｂ】別の動作状態における、図２Ａおよび図２Ｂの末端部分を示す。
【図３Ｃ】さらに別の動作状態における、図２Ａおよび図２Ｂの末端部分を示す。
【図４】本明細書に記載されているロボットのさらなる実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下の説明において、実施形態の理解を深めることを目的として、各種の具体的な詳細が図示されている。実施形態は、１つまたはそれより多くの具体的な詳細が無い状態で、または、他の方法、部品、もしくは材料などと共に実施され得る。他の場合において、実施形態の様々な態様が不明瞭とならないよう、公知の構造、材料、または動作については詳細に図示または記載していない。
【００１３】
本記載の引例は、便宜上提示されており、実施形態の保護範囲を規定するものではない。
【００１４】
図面に関しては、図面中において、本明細書に記載されるロボットの実施形態が示されているが、ロボットは全体として、参照番号１０で指定されている。また、この種類のロボットは、ＳＣＡＲＡという頭字語で定義されている。
【００１５】
ロボット１０は、それぞれが相互に平行である複数の軸Ｘｉを中心とした関節により接続している、本体２ｉの系列を備えている。図示されている実施例では、当該本体は全部で３個あり、参照符号２１、２２、２３で指定されている。この本体系列の２つの関節軸は、代わりに参照符号Ｘ１およびＸ２で指定されている。
【００１６】
各回転軸を中心として、異なる複数の本体を駆動し回転させる手段は、当技術分野において公知である任意の構成を示し得るため、本明細書では詳細に説明しない。これに関連して、図１は実施例として、各回転軸について、前述の軸を中心に回転できる本体の回転を制御するよう設計されたモータおよびギアから構成される組み合わせを図示する。
【００１７】
一方、先行技術から公知であるように、前述の系列の第１本体２１は、スライド（図示せず）上に順番に搭載される。スライドは通常、鉛直または水平方向に移動可能であるが、他の方向へも明確に移動し得る。また、何れにしても、本明細書に記載されたロボットの実施形態として、代わりに本体が固定構造物に搭載されるものも想定可能である。
【００１８】
本体系列の末端本体２３は、例えばグリッパ部材などの動作ユニット（図示せず）が接続されることになる、末端コネクタ部材４を運搬する。具体的には、本体２３は、末端コネクタ部材４に対し、軸Ｉを中心とした回転運動、さらに、同じ軸に沿った並進運動を付与するように設計されている手段を含む。軸Ｉは他の複数の軸Ｘｉと並行であり、ロボットの動作軸を定義する。ピックアンドプレースのような種類の用途の場合、ロボットは、一方では製品を拾い上げてから置くために、並進運動を介して動作し、他方、製品を置く場合に、製品を指定された位置へ向けるために、回転運動を介して動作する。
【００１９】
あるいは、本体２３は、本体２３自体の軸Ｘｉおよび本体２２の軸Ｘｉを中心とした回転を介して、また、本体２ｉ系列を運搬し得るスライドの運動を介して、空間中を移動し得る。
【００２０】
本明細書に記載のロボットは、末端本体２３が、伸縮構成によって接続されている管状要素６ｉの系列を有し、当該系列の各要素間にネジ機構１１が配置され、当該ネジ機構１１が当該系列の連続する２つの要素間での相対的な回転を、１つの要素の他の要素に対する同時並進運動へと変換するように設計されていることを特徴とする。図示された実施例において、当該要素は全部で３つあり、参照符号６１、６２、６３によって、図の中で指定されている。様々な実施形態において、当該ネジ機構は、ネジ山のねじれ方向がまったく同じである。様々な好ましい実施形態において、当該ネジ機構は、ボールネジシステムによって構成される。このシステムは、示されている目的に適した、当技術分野で既に公知である、いかなる種類であっても良いことに留意すべきである。
【００２１】
当該系列の第１要素６１は、特化した専用のモータ１２によって、軸Ｉを中心に回転するよう駆動される。当該系列の最終要素６３には、コネクタ部材４が搭載されている。
【００２２】
末端本体２３はさらに、伸縮構成によっても接続される要素８ｉの系列によって順番に構成されるシャフト８を有する。この系列は、好ましくは、管状要素６ｉの系列と同数であるが、何れにしても、要素の数がそれより多い実施形態を想定することは可能である。当該系列の要素は、参照符号８１、８２、８３で指定されている。これらの要素は、相互に形状が適合している結果、共に拘束しながら回転する。このような種類の適合性は、要素の内側および／または外側表面に形成された、適切で相補的な溝形状によって実現され得る。
【００２３】
最終要素８３は、管状要素系列の最終要素６３に拘束される。具体的には、回転運動および並進運動の両方において、要素８３は要素６３に追随するよう、または追随されるように固定される。代わりに第１要素８１は、末端本体２３上の位置で固定され、特化した専用のモータ１４によって、回転するように駆動される。
【００２４】
様々な実施形態において、図示されているもののように、好ましくは、モータ１２はモータ減速機であり、それに対し第１管状要素６１は、モータ減速機１２の出力シャフトに連結したギア１６により、運動できるように接続し、モータ減速機１２は、管状要素６１に対して固定されたギア１８と直接かみ合う。さらに、好ましくは、モータ１４はモータ減速機であり、それに対しシャフト８は、ベルト２２により、運動できるように接続し、ベルト２２は、要素８１に対して固定された車輪２４を、モータ減速機１４の出力シャフトに連結された車輪２６に接続する。上述の２つの機構は逆にしても良いことに留意すべきである。つまり、ベルト付きのチェーンを要素６１に連携させ、他のチェーンをシャフト８に連携させることも可能である。
【００２５】
一般的に、モータ１２および１４を要素６１および８１に接続することを可能にするべく、これら２つの機構を組み合わせることにより、空間の活用を最適化でき、従って、末端本体２３自体の全体寸法を制限できることに留意すべきである。何れにしても、特定の用途の要件に従って、他の複数の種類の機構も提供することは明らかに可能である。
【００２６】
様々な実施形態において、図示されているもののように、ロボット１０はさらに、ロボットの各種モータの駆動を制御するよう構成された、制御ユニット１００を備える。
【００２７】
ロボットの動作に関連して、管状要素６ｉの系列は、モータ１２の作動によって、２つの末端状態の間で移動させられ得る。第１の状態は、各種要素が互いの内部に配置される、最小延長状態であり（図２Ｂ）、他方の状態は、各要素を運搬する要素に対して各要素が最大限に引き伸ばされた状態に到達する、最大延長状態である（図２Ａ）。最終要素６３における相互の拘束の結果、シャフト８の要素８ｉも、軸Ｉに沿ったこの並進運動に追随する。これに関連して、図３Ａは、モータ１２による作動のみの結果、要素６ｉが軸Ｉに沿って並進運動する、ロボットの動作状態を正確に図示している。
【００２８】
一方、軸Ｉを中心とした、要素６３の回転運動は、シャフト８によってもたらされ、モータ１４によって駆動される。この回転自体は、要素６３および要素６２の間の相対的な回転を、上述の軸に沿った、２つの要素の同時の相対的運動へと変換するという意味で役割を果たすネジ機構の存在の結果、軸Ｉに沿った要素６２に対する要素６３自体の変位を誘導するためのものであることが理解されるであろう。
【００２９】
これを考慮して、要素６３自体の回転を可能にし、上記軸方向運動の開始を防止するべく、制御ユニット１００は、モータ１２を介して、管状要素６１と同時に回転し、シャフト８と同じ方向および同じ速度で回転する配置を想定している。その結果、全ての要素６ｉは、軸Ｉを中心として固定されながら回転させられ、これにより、ネジ機構を始動させ得る、要素６ｉ間の如何なる相対的な回転も抑えることができる。この動作状態は図３Ｂに図示されている。
【００３０】
代わりに要素６３が回転運動と並進運動を同時に行う必要がある場合、制御ユニットは一方で、要素６３の所望の回転をもたらすべく、モータ１２を駆動し、同時に、管状要素６１、６２および６３の組み合わせを軸方向へ所望により変位させるべく、モータ１４を駆動して、適切に分化された、要素６３に対する運動に従って管状要素６１を回転させるよう配置する。この動作状態は図３Ｃに図示されている。
【００３１】
前述の事項を考慮して、ロボットの制御ユニットは、以下をそれぞれ提供するべく、第１モータ１２および第２モータ１４を選択的に、または同時に制御するよう構成されている。―シャフト８および要素６１が同じ方向、および同じ速度で回転する、第１動作モード。―要素６１が、指定された方向、および、指定された速度で回転し、一方、シャフト８は回転しない、第２動作モード。―シャフト８および要素６１が、異なる方向、および／または、異なる速度で回転する、第３動作モード。
【００３２】
様々な好ましい実施形態において、図示されたもののように、要素６ｉの系列の最小延長状態では、要素６ｉはそれらを運搬する末端本体２３の構造物の全長以内にほとんど収まる形で配置される。特に好ましい各種の実施形態において、要素６ｉの系列が、最小延長状態である場合に、本体２３の鉛直障害物の全長は、当該系列が最大延長状態である場合の鉛直障害物の全長の半分以下である。
【００３３】
そして、最小延長状態を示す、図２Ｂに関しては、本明細書に記載のロボットがとり得るこの状態のおかげで、操作のために利用可能な、とりわけ鉛直方向の空間が、特に重大な態様を構成する用途でも、ロボットがいかなる問題もなく動作できることは明らかであるように見える。これに関連して、本明細書に記載のロボットは特に、複数のロボットが提供され、重複する作業空間で同時に動作する用途、あるいは、ロボットが、例えば２つの異なる作業場を分ける分割パネルによって画定された、特に高さが低く、限られている通路を通過する必要がある用途で用いられ得る。
【００３４】
最後に、管状要素６ｉの伸縮可能な系列はまた、ロボットが運搬する動作ユニットに接続され得る、電力供給および／または制御用のケーブルおよび／またはチューブの格納に、好都合に使用され得ることに留意すべきである。
【００３５】
様々な好ましい実施形態において、前述のケーブルおよびチューブは、シャフト８周囲にらせん構成に従って巻きつけられる。この配置によって、ケーブルおよびチューブは、完全性を維持するべく、ねじれて周囲の部品に対するそれらの滑りを制限してしまう如何なる危険性もなく、周囲の部品に対するそれらの滑りを抑えながら、部材４が運搬する動作ユニットの軸方向変位および回転に追随可能となる。
【００３６】
様々な実施形態において、図４で図示されているものように、末端本体２３を除く、関節連結されている系列の全ての本体２ｉは、端部４０を有する。端部４０は枝分かれ構成を含み、そこに系列の次の本体２ｉ＋１が関節により搭載されている。この枝分かれ部は、ベアリング部材の介在によって本体と係合する２つの反対方向のアーム４２および４４を含む。様々な実施形態において、図示されているもののように、枝分かれ部４０の２つのアームの１つは、本体２ｉ＋１を駆動して回転させるための手段の一部を少なくとも収容し、一方、反対のアームは、動作ユニットの電源供給／制御用のケーブルおよびチューブ、および／または、下流の系列の本体を作動させるための手段として用いられる可能性のある配線の通過を可能にするよう設計された中央開口部を含むベアリング部材を収容する。特に、図４に図示されている実施形態に関して、本体２１のアーム４１は、本体２２に搭載されたモータ減速機４６の固定子部を収容し、一方、後者のアーム４１は、ベルト伝動を介してモータ５２に接続されている減速機４８を収容している。本体２１および２２のアーム４２には、代わりに、前述の装置および／または配線の通過を可能にするための中央開口部を含む２つのベアリング５４が収容されている。
【００３７】
前述の特性のおかげで、本明細書に記載のロボットにおいて、動作ユニットに通じているチューブおよび／またはケーブルは、各種関節連結型本体の作動手段に通じる配線と同様に、系列の第１本体から末端本体まで、外に現れることなく、完全にロボットのアームの内部を通過する。これにより、一方では、ケーブルおよびチューブ自体の保護を保障できるという利点があり、他方では、ケーブルおよびチューブが、ロボットの作業場に存在する他の要素と絡まり、その結果、ロボットの自由な運動を妨げる可能性を防ぐという利点が生じる。
【００３８】
同じ利点は、図１−３で図示された実施形態においても実現可能であり、本明細書に記載のロボットの他の実施形態においても同様に実現され得ることは留意すべきである。
【００３９】
一般的には上記のように、この目的のため、ロボットはロボット本体の関節の各種軸上において、前述のケーブルおよび／またはチューブの通過を可能にするよう設計されている中央開口部を含むベアリング部材を想定している。
【００４０】
当然、本発明の権利を侵害することなく、構造の詳細および実施形態は、非限定的な単なる実施例を用いて本明細書で図示されたものに関して、付属の請求項で定義されている本発明の範囲を逸脱することなく、大きく異なっている場合がある。
【００４１】
これに関連して、本明細書に記載のロボットは、ＳＣＡＲＡロボットの典型的な構成と異なる構成を示すこともあり得ることに留意すべきである。例えば、関節ロボット、または人間型ロボットの典型的な構成を示し得る。この場合、ロボットの本体は、具体的な用途の要件に応じて、空間中で様々な方向を向いている軸を中心として、互いに対して関節連結し、同様に、末端本体の動作軸Ｉは、ロボットの他の１つまたは複数の軸に対して様々な方向を向き得る。これらの態様とは異なっていても、ロボットは、前に言及し後の請求項でも想起されることになる全ての特性を、何れにしても示し続ける。
【００４２】
好ましい実施形態において、当該関節連結ロボットは、手首が中空である種類のものであり得る。この場合、手首を通る、電源供給および／または制御用のチューブおよび／またはケーブルは、手首の構造物の外部に現れることなく、上述の管状要素６ｉ内部の空間に直接到達する。
【図１】
2017030140.tif 000003
【図２Ａ】
2017030140.tif 000004
【図２Ｂ】
2017030140.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2017030140.tif 000007
【図３Ｃ】
2017030140.tif 000008
【図４】
2017030140.tif 000009
【外国語明細書】
2017030140000001.pdf