多軸ロボット用の関節構造体およびこのような関節構造体を備えたロボット
【課題】３自由度を有する多関節型ロボットにおいて、小さなイナーシャとなるアーム関節構造を提案すること。
【解決手段】第一軸線Ｚ１および第二軸線Ｚ２に対して垂直な軸線Ｘ１４，Ｘ２４のいずれかを中心にしてプレート１２３，１２４に対して第一連接棒１２１の枢着部を制御している第三電動アクチュエータ２３を備えている関節構造体において、第三アクチュエータ２３が基部１０上に、もしくはアーム１１上に取り付けられている。
【解決手段】第一軸線Ｚ１および第二軸線Ｚ２に対して垂直な軸線Ｘ１４，Ｘ２４のいずれかを中心にしてプレート１２３，１２４に対して第一連接棒１２１の枢着部を制御している第三電動アクチュエータ２３を備えている関節構造体において、第三アクチュエータ２３が基部１０上に、もしくはアーム１１上に取り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体に関しており、さらにこのような関節構造体を備えたロボットにも関する。
【背景技術】
【０００２】
多軸ロボットの分野において、平面に接近した軌道に沿って部品を迅速に扱うことが時には必要である。このことは例えばコンベアベルト上で動いており、かつ部品を把持し、かつ部材を条件づける平面内にその部品を位置決めする際に適用される。スカラータイプのロボットは、水平平面内で動作するのに適している。これらのロボットにとって、垂直平面内で動作を行うことができることも時には必要である。このようなロボットにおいて、垂直動作は工具の近くに、すなわち通常ロボットアームと呼ばれる関節構造の端部に設けられたボールネジ機構によって実現されるのが一般的である。これにより関節構造のためのイナーシャの大量の上昇が得られ、これにより工具が移動できる速度が限定される。したがって、ボールネジ機構の大きさは、一定の使用条件の下で障害となることがある。
【０００３】
特許文献１は、関節構造を開示しており、この関節構造において、前側アームは連接棒間でヒンジ接続された二つの連接棒を有する二つのプレートを備え、平行四辺形構造を形成しており、したがって工具は前側アームに取付けられたアクチュエータを使用して垂直に動かすことができる。モータにより前側アームのイナーシャは増大し、それにより工具を動かすことができる速度は規定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１４６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、３自由度を有し、かつ高速動作に適合するのに十分小さいイナーシャを提供する多軸ロボット用の斬新な関節構造を提案することにより、従来の欠点を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的で、本発明は少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体に関しており、この構造体は、
・固定された基部を備えており、
・第一軸線を中心に前記基部に対してヒンジ接続されたアームを備えており、
・第一軸線に対して平行な第二軸線を中心にして前記アームに対してヒンジ接続された前側アームを備え、この前側アームが変形可能な平行四辺形構造体を形成しており、かつ第一軸線と第二軸線に対して垂直な各軸線を中心にして二つのプレートに対してヒンジ接続された第一連接棒と第二連接棒を備えており、
・第一軸線を中心にして前記前側アームの枢着部を制御している第一電動アクチュエータを備えており、
・第二軸線を中心にして前側アーム枢着部を制御している第二電動アクチュエータを備えており、
そして
・第一軸線および第二軸線に対して垂直な軸線のどれかを中心にしてプレートに対して第一連接棒の枢着を制御している第三電動アクチュエータを備えている。
この構造体は第三アクチュエータが基部上にもしくはアーム上に取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明により、前側アームが第二軸線を中心にして枢着運動を行う際に、第三アクチュエータを動かす必要が無い限り、前側アームのイナーシャは従来技術の装置と比べて著しく減る。これにより、工具を担持する関節構造のための高い動作速度が達せられる。
【０００８】
有利であるが必要不可欠ではない本発明の側面によれば、このような構造は、技術的に可能ないずれかの組合せにおいて取入れられる一つもしくはそれ以上の以下の特徴を採用している。
・第三アクチュエータは回転アクチュエータであり、その出力シャフトは第一軸線に平行な軸線上で調芯されている。
・第三アクチュエータと連接棒の間で動作を伝達するための手段は、少なくとも一つのベルトと９０°角度伝達機構を備えている。角度伝達機構は、はす歯か、曲がり歯かさ歯か、ハイポイドか、あるいはCYLKRO（登録商標）タイプのギア対を備えているかあるいはホイールとウォームネジを有する機構を備えている。
・特定の実施例において第三アクチュエータはアームに取付けられている。
・その他の実施例において、少なくとも第一および第三アクチュエータは基部上に取付けられている。このような状況の下では、第三アクチュエータは回転タイプであるのが有利であり、出力シャフトの回転軸線は第一回転軸線と調芯されている。さらに、第一および第三アクチュエータは回転タイプであり、各々のアクチュエータの出力シャフトの回転軸線は、調芯されている。
・前側アームの二つの連接棒の一つは他の連接棒を取囲む箱を形成する。
・構造体は第一および第二軸線に対して平行な軸線を中心にして工具担持クランプの枢着を制御している第四アクチュエータを備えている。このような状況の下において、第一連接棒は、第三アクチュエータにより生じる動作を伝達するための手段により、第一および第二軸線に対して垂直な軸線の１つを中心にして速く回転し、第二連接棒はプレートに対する連接棒の枢着動作において第一連接棒に追従し、第四アクチュエータはアームにヒンジ接続された前側アームプレートに取付けられており、工具担持クランプは他のプレートにより支持されており、第二連接棒は第四アクチュエータにより生じた動作を工具担持クランプに伝達する。
【０００９】
更に本発明は、上記のような関節構造を備えた多軸ロボットを提供する。このようなロボットは従来技術におけるロボットと比べて高速で作動することができる。さらに、動作の際の質量が小さくなったのでロボットの寿命が延びる。
【００１０】
本発明は良好に理解でき、他の長所は後述する関節構造の四つの実施例に照合して明瞭となり、そのために使用する多軸ロボットは具体例を介して与えられかつ添付の図を参照するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施例による多軸ロボットの関節構造の斜視図である。
【図２】直線的な外形における図１の構造の長手方向断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩで切断した縮尺を拡大した断面図である。
【図４】本発明の第二実施例による構造用の、図１に類似した図である。
【図５】図２に類似しているが図４の構造に関する長手方向断面図である。
【図６】本発明の第三実施例による構造体に関する図１に類似の外観図である。
【図７】図２に類似しているが図６の構造のための長手方向断面図である。
【図８】図６および７の上側アームと前側アームの一部の平面図であり、ＶＩＩ−ＶＩＩ線は図７の断面平面を規定している。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線における拡大断面図である。
【図１０】本発明の第四実施例による構造体のための、図１に類似しておりかつ縮小された図である。
【図１１】図１０の構造体のための図２に類似した長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
図１〜３で見てわかる構造体１は、電気制御ユニット、ケーブルの束、および／または圧力のかかった状態でガスを供給するための導管の束、そして図を見やすくするために図示していない他の装備品も備えた多軸ロボットの一部を形成している。同様に、これらの部材は他の実施例のロボット用には示していない。
【００１３】
構造体１は様々な位置に工具２を移動させるためにあり、この工具は図１においてのみ一点鎖線で概略的に示してあり、工具は水平面内において延びているだけでなく、この水平面に対して垂直にも延びている軌道に沿って動く。実施例において工具２は担持工具であてもよい。
【００１４】
構造体１は基部１０を備えており、この基部は構造体１が取付けられている構内に対して固定されている。この基部は垂直軸線Ｚ１を中心にしてアーム１１をヒンジ接続するためのＵ字形金具を形成している。
【００１５】
基部１０には第一アクチュエータ２１が取付けられており、この第一アクチュエータは
軸線Ｚ１上で一直線になっている出口シャフト２１１を備えた回転式電気ギアモータにより構成されており、かつアーム１９と回転するように固定されている。第一アクチュエータ２１は軸線Ｚ１を中心に回転するアーム１１を駆動する。
【００１６】
アーム１１は前側アーム１２を支持しており、この前側アームは軸線Ｚ１に対して平行な、従って図示した実施例では垂直な軸線Ｚ２を中心にしてアーム１１に対してヒンジ接続されている。
【００１７】
前側アーム１２はメイン連接棒と１２１と呼ばれる第一連接棒と、第二あるいは従動連接棒１２２と呼ばれる第二連接棒を備えており、これらの連接棒は前側アーム１１の一部を形成しているプレート１２３から互いに平行に延びており、かつ基部１０から最も遠くにあるアーム１１の端部１１１に取付けられている。さらに前側アーム１２は第二プレート１２４を備えており、この第二プレートはそれを介して工具２を取付けることができる工具担持クランプ１３を支持している。第二プレート１２４は収容円筒体を形成しており、この収容円筒体において、工具担持クランプ１３は軸線Ｚ１およびＺ２に平行な軸線Ｚ３を中心に枢着するように取付けられており、かつ工具担持クランプ１３の中心軸線を構成している。
【００１８】
Ｘ１３とＸ２３は各々、プレート１２３に対して連接棒１２１および１２２のヒンジ軸を特定するために使用されている。Ｘ１４とＸ２４は各々、プレート１２４に対する連接棒１２１および１２２のヒンジ軸である。軸線Ｘ１３，Ｘ２３，Ｘ１４，Ｘ２４は、軸線Ｚ１とＺ２に対して垂直であり、かつ図２の平面では変形可能な平行四辺形を規定している。従って、連接棒１２１と１２２およびプレート１２３と１２４は、ヒンジ接続されたもしくは変形可能な平行四辺形の形状の前側アーム構造体を形成しており、故に図２の両端矢印Ｆ１で示したようにクランプ１３の高さは変化することができる一方で、クランプ１３の中央軸線Ｚ３の向きは一定に保たれる。
【００１９】
プレート１２３は軸線Ｚ２を中心に回るための自由度を備えたアーム１１の端部１１１に取付けられている。構造体１が組立てられた状態であると、プレート１２３は軸線Ｚ３を中心とした管状である。プレート１２３は栽頭円錐形部１２７により互いに接続されている、直径が異なる二つの部分１２５と１２６を備えている。
【００２０】
端部１１１に向かって、アーム１１は軸線Ｚ２を中心にしたスリーブ１１２を形成している。プレート１２３の部分１２５は、スリーブ１１２の部分の周囲に配置されており、軸受１４１と１４２は、前記プレートの部分と前記スリーブの間に挿入されており、それによりプレート１２３はスリーブ１２２と軸線Ｚ２を中心に回転することができる。
【００２１】
さらにプーリ１５の中心棒１５１はスリーブ１１２の内側に配置されており、かつ軸線Ｚ２上に並べられており、二つのボール軸受１４３と１４４は、前記中心棒と前記スリーブの間に挿入されている。
【００２２】
第二アクチュエータ２２はプレート１０に配置されている。第二アクチュエータ２２の出口シャフト２２１は、水平軸線Ｚ２２に沿って延びており、かつ挿入された球軸受１４５を備えた基部１０上で自由に回転するように取付けられているプーリ１６２の有歯環状部分１６１と係合する歯車形状端部を有している。出口シャフト２２１とプーリ１６２は協働して９０°の伝達機構を形成している。プーリ１６２の回転軸線Ｚ１６２は図示した実施例では軸線Ｚ１に一致している。
【００２３】
プーリ１６２はベルト１６３を駆動して回動させ、このベルトはプレート１２３の部分１２５の一部の周囲を通過する。従って、アクチュエータ２２により発生し、かつ部材２２１，１６１，１６２および１６３を介して伝達される推進力によって、軸線Ｚ２を中心にプレート１２３を回転させることができる。言い換えれば、アクチュエータ２２は軸線Ｚ２を中心に前側アーム１２の旋回を制御する。
【００２４】
第三アクチュエータ２３はアーム１１に取付けられており、第三アクチュエータの出口シャフト２３１はプーリ１５の頭部の周囲を通過するベルト１６４を駆動する。プーリヘッド１１５から間隔をおいたその端部において、中心棒１５１は連接棒１２１に固定された有歯領域１２８と係合する歯車１５３を担持している。部材１５３と１２８により歯車対は、９０°の角度伝達部を構成しており、この角度伝達により軸線軸線Ｚ２を中心にしたプーリ１５の回転運動を、軸線Ｘ１３を中心にした連接棒１２１の旋回運動に変換することができる。
【００２５】
部分１５８と１２８の間で形成されている歯車部分は、ＣＹＬＫＲＯ（登録商標）の名称で知られたタイプであり、このＣＹＬＫＲＯはインボリュート歯切り部と補足的歯を備えたホイール部分を有する通常の歯車で構成されている。このような歯車対は、回転軸線Ｚ２に沿った歯車１５３の位置が正確に設定される必要が無いので、調節するのに容易である長所を備えている。別のタイプの９０°歯車対が中心棒１５１と連接棒１２１の間に使用されていてもよい。
【００２６】
バネ１７１はプレート１２３の部分１２６の取付けられており、かつ主連接棒１２１に固定された留め釘（peg）を支承しており、この留め釘には復元力Ｅ１が作用しており、これによりプレート１２４は上がり易くなる。従って、バネ１７１は図２の上向き方向でのプレート１２４の運動を助けるための手段としてみなすことができる。軸線Ｚ１とＺ２が垂直であると図示したように、バネ１７１は工具２の重量を相殺するための手段を構成している。
【００２７】
図３でさらに明瞭にわかるように、軸線Ｘ１３に沿って延びている軸１８１は、プレート１２３に対して連接棒１２１をヒンジ接続している手段を構成している。バネ１７１は軸１８１の周囲に取付けられている。軸線Ｘ２３に沿って延びている留め釘１８２と１８３は、プレート１２３に対して連接棒１２２をヒンジ接続するための手段を構成している。同じタイプの軸が、連接部１２１および１２２とプレート１２４の間のヒンジを構成するために使用されている。
【００２８】
連接棒１２１は図２で明らかに見てとれるほぼ垂直なウェブを備えている。連接棒１２２は図１と３で見て取れる二つの垂直壁１２２Ａと１２２Ｂを備えかつ軸線Ｘ２３を中心にして連接棒１２２を枢着する機能として変化し、かつ図２において明白な向きの壁１２２Ｃと１２２Ｄを備えた長方形横断面の箱型梁部材の形状をしている。
【００２９】
第三アクチュエータ２３は、図２の両向き矢印Ｆ１とＦ２で示したように、その重さが前側アーム１２とクランプ１３の動きを妨げないように、アーム１１により支持された重さを有する電動ギアモータであり、これは工具２のための高い移動速度を達するためには特に有利である。
【００３０】
アクチュエータ２１，２２および２３の出力シャフト２１１，２２１および２３１の軸線Ｚ２１，Ｚ２２およびＺ２３は、軸線Ｚ１とＺ２に対して垂直でありかつ平行である。軸線Ｚ１とＺ２１は一致している。
【００３１】
アクチュエータ２３と連接棒１２１の間の関係から、プーリ１６２と９０°動力伝達装置を用いることにより、クランプ１３を垂直に動かす場合に、前側アーム１２を駆動するための低イナーシャを提供する低重量材料を使用することができる。出力シャフト２３１と連接棒１２１の間の減速比は３０〜１００である。
【００３２】
これに類似して、プーリ１６２と１５およびベルト１６３による関係から、軽量材料により、軸線Ｚ２を中心に枢着した状態で前側アーム１２を駆動するための、使用されるべき低イナーシャを提供することができる。
【００３３】
第四アクチュエータ２４はプレート１２４に取付けられており、その出力シャフト２４はクランプ１３の有歯環状面１３１と係合する歯車を形成しており、それによってクランプ１３とこのクランプが担持する工具２を、軸線Ｚ３を中心にして回転駆動することができる。
【００３４】
カバー１９１と１９２が取付けられており、一方はアクチュエータ２１と２２を保護するために基部１０に、他方はベルト１６４とプーリ１５の頭部１５２を保護するためにアーム１５に取付けられている。
【００３５】
図４〜１１に示したような本発明の第二〜第四実施例において、第一実施例の部材と類似した部材は同じ符号が与えられている。
【００３６】
第二実施例において、関節構造１は基部１０、アーム１１および前側アーム１２を備えており、前側アームそれ自体は主たる第一連接棒１２１、第二連接棒１２２および変形可能な平行四辺形構造を形成している二つのプレート１２３と１２４により構成されている。二つのアクチュエータ２１と２２は、アーム１１が垂直軸線Ｚ１を中心に枢着するように、かつ前側アーム１２が軸線Ｚ１に対して平行な垂直軸線Ｚ２を中心に枢着するように、各々基部１０に取付けられている。
【００３７】
この目的で、アクチュエータ２１の出力シャフト２１１はアーム１１に係合しているが、アクチュエータ２２の出力シャフト２２１は歯車の形状をしており、かつプーリ１６２の有歯部分１６１と係合している。従って部材２２１と１６２は９０°の伝達機構組立を形成しており、プーリ１６２は駆動されて軸線Ｚ１と調整して軸線Ｚ１６２を中心にして回転する。このプーリはそれ自体、前側アーム１２のプレート１２３の回転を駆動するベルト１６３を駆動しており、このプレートは前側アームをアーム１１の端部１１１に固定する。
【００３８】
第三アクチュエータ２３は基部１０に取付けられており、かつ第一実施例におけるように、両方向矢印Ｆ１で示したようにプレート１２４を垂直に動かすための前側アーム１２のその動作を駆動するのに役立つ。
【００３９】
第三アクチュエータ２３はプーリ１６２の中央に取付けられており、このプーリは玉軸受１４５を介して基部１０のより支持されている。第三アクチュエータ２３は基部１０に対して固定状態で取付けられており、これは第三アクチュエータとプーリ１６２の間の半径方向の間隙により可能となっている。
【００４０】
第三アクチュエータ２３の出力シャフト２３１は第一実施例のように、プーリ１５の頭部１５２を取囲むベルト１６４に係合する。このプーリ頭部１５２は端部軸受でもって棒体１５１に固定されており、ウォームネジ１５４はメイン連接棒１２１に固定された扇形歯車１２９に係合している。
【００４１】
前述のように、符号Ｘ１３、Ｘ１４、Ｘ２３およびＸ２４はプレート１２３と１２４に対して連接棒１２１と１２２のヒンジ軸線を示している。軸線Ｘ１３、Ｘ１４、Ｘ２３およびＸ２４は、軸線Ｚ１およびＺ２に対して垂直である。
【００４２】
第三アクチュエータ２３は基部１０により支持されているので、そのイナーシャは軸線Ｚ１を中心にしたアーム１１と１２により構成された組立体の動きを低下させない。
【００４３】
出力シャフト２３１の中心軸線Ｚ２３は出力シャフト２１１の中心軸線Ｚ２１と調芯されており、この軸線は軸線Ｚ１に一致する。このような配列により構造体１は極めてコンパクトになる一方、アーム１１と前側アーム１２は迅速かつ正確に駆動することができる。特に軸線Ｚ２３、Ｚ１６２およびＺ１が一致している事実により、軸線Ｚ２３、Ｚ１６２およびＺ２の間の間隔が一定であることが保証され、それによりベルト１６３と１６４の張力は確実に一定となる。
【００４４】
第一実施例のように、プレート１２４は第四アクチュエータ２４を担持している。その出力シャフト２４１は、軸線Ｚ１とＺ２に対して平行な軸線Ｚ３を中心にしたクランプ１３の回転を駆動するために、クランプ１３の歯部１３１の環状セットと係合している。
【００４５】
図６〜９に示したような第三実施例に関して、記述は第二実施例に対する相違点のみに関する。前側アーム１２は副次的な第二連接棒１２２を備えたハウジングの形状の主たる第一連接棒１２１により構成されている。第一連接棒１２１はプレート１２３の一部を形成しているスリーブ２２１を中心とした玉軸受１４６を介してヒンジ接続されている。この第一連接棒１２１はシャフト２２２に固定されており、このシャフトから第一実施例と同じタイプの扇形歯輪１２８が延びており、第一実施例と同タイプのようにして歯車１５３に係合しており、それにより第一連接棒１２１は、アーム１１に対して前側アーム１２の垂直なヒンジ軸線Ｚ２に垂直な軸線Ｘ１３を中心に回転するために駆動することができる。
【００４６】
補助プレート２２３と２２４は主たる第一連接棒１２１に形成されたスロット２２５を通過するペグ２２６を介してプレート１２３と１２４に対して各々固定されている。補助プレート２２３と２２４は、軸線Ｘ２３とＸ２４を中心に第二連接棒１２２のヒンジを支持する。従って軸線Ｘ１３とＸ２３は、プレート１２４を基準とした軸線Ｘ１４とＸ２４のようにプレート１２３を基準にして互いに固定されたままである。
【００４７】
第一連接棒１２１が第二連接棒１２２を取囲んでいる事実は、前側アーム１２のサイズ全体に影響を与えることなく、安全に関して明らかな長所を提供する。
【００４８】
第四アクチュエータ２４は、出力シャフト２４１の回転軸線Ｚ２４を備えたプレート１２４により支持されており、この回転軸線は前側アーム１２とアーム１１の間のヒンジ軸線Ｚ２に対して、かつ工具担持クランプの回転軸線Ｚ３に対して平行である。出力シャフト２４１はベルト１６５により工具担持クランプ１３に接続している。
【００４９】
第四実施例の記述は第二実施例に対する相違点のみに関する。
【００５０】
この実施例において、構造体１の終端部分のイナーシャ、すなわちクランプ１３を担持している部分は、さらに第四アクチュエータ２４が前側アーム１２のプレート１２３に取付けられている事実により低減され、それにより前側アームはアーム１１に接続している。
【００５１】
主たる第一連接棒１２１は、第二および第三アクチュエータにより各々駆動されるベルト１６３と１６４により、かつ歯車１５３と扇形歯車１２８を備えたかさ歯車による角度伝達機構により、第二実施例と似た方法でプレート１２３に対してかつ軸線Ｘ１３を中心にして回転させるために駆動される。
【００５２】
アクチュエータ２４の出力シャフト２４１は、二次的なあるいは補助的な第二連接棒１２２第一端部１２２Ｅに（図示していない）スパイダを介して接続した二叉状部材に係合している。第二連接棒の第二端部１２２Ｆ、すなわち第一端部から離れた端部は、（図示していない）別のスパイダを介して歯車２４４に固定された第二二叉状部材２４３に接続しており、この第二二叉状部材は前側アーム１２とアーム１１の間のヒンジ軸線Ｚ２に対して平行な垂直軸線Ｚ３を中心にしてクランプを回転駆動するために、クランプ１３の有歯面１３１に係合する。
【００５３】
二叉状部材２４２および２４３と連接棒１２２の間の接続部内のスパイダにより、軸線Ｘ２３とＸ２４を規定することができる。軸線Ｘ１３とＸ１４は上記実施例におけるようにシャフトもしくは留め釘により規定されている。
【００５４】
この実施例において、第二連接棒１２２は二つの機能を果たす。二つの機能とは、前側アームを構成している変形可能な平行四辺形の第二連接棒を構成することと、第四アクチュエータ２４から工具担持クランプ１３まで矢印Ｆ３で示した回転運動を伝達することである。
【００５５】
部材１２２，２４２および２４３の間の接続部は、カルダン継手対とみなしてもよい。
【００５６】
そうでなければ、第三および第四実施例は第二実施例と同じ様式で作動する。特に三つのアクチュエータ２１，２２および２３は、基部１０に取付けられており、垂直軸線Ｚ１を中心にアーム１１を駆動し、かつ垂直軸線Ｚ２を中心にしてさらに軸線Ｘ１３とＸ２３を中心に垂直方向に枢着した状態で前側アーム１２を駆動する。前側アーム１２は変形可能な平行四辺形構造を提供する。アクチュエータ２２の出力シャフト２２１に取付けられた歯車と、部分１６２の有歯部分１６１と、ベルト１６３および１６４は、各々軸線Ｚ２を中心に第二アクチュエータからプレート１２３まで、かつ９０°角度伝達機構１５３／１２８を介して第三アクチュエータ２１３第一連接棒１２１まで回転運動を伝達する働きをする。
【００５７】
記載された実施例において、アクチュエータ２１〜２４は回転電動ギアモータにより形成されている。本発明の目的として、ギアモータは独自のギア部材に必ずしも取付けられておらず、この場合ギアモータは１に等しい減速比を示す。
【００５８】
実施例全てにおいて、アクチュエータ２３が主として軸線Ｘ１３を中心にした枢着を制御するのに役立つという意味では中心である。この枢着により第二連接棒１２２の枢着は減り、したがってこの動作のための従動部を構成する。したがって、高さ方向での前側アーム１２の枢着は、第一連接棒１２１に関してはプーリ１５を介してアクチュエータ２３により直接制御されており、第二連接棒１２２に関しては連接棒１２１とプレート１２３および１２４を介して間接的に制御されている。
【００５９】
図示してはいないが実施例すべてに当てはまる本発明の変形において、第二アクチュエータ２２は、プーリ１６２の回転軸に対して平行な出力シャフトの回転軸と共に基部に取付けられていてもよい。ベルトは前記アクチュエータと前記プーリの間の動作を伝達するために使用されている。このような状況下で、第二アクチュエータ２２は二本のベルトと中間プーリを用いて軸線Ｚ２を中心とした前側アーム１２の回転を制御する。
【００６０】
上記の実施例の技術的特徴は、本発明の範囲内において互いに組合せられてもよい。
【００６１】
本発明の範囲内において、前側アームのメイン連接棒１２１のを駆動するのに使用される角度伝達機構は、はす歯か、曲がり歯かさ歯か、ハイポイドか、あるいはCYLKROタイプのギア対を備えている。ハイポイドギア対において、歯車と有歯輪の回転軸は交差しない。先に述べたようにウォーム歯車機構を使うことも可能である。
【００６２】
検討中の実施例が何であろうと、本発明の構造により、ロボットの全体サイズ、すなわちロボットの動作部分によりえがかれる包絡線は垂直方向では小さくなることができる一方で、振幅が有義である水平および垂直方向の動作が可能になる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体に関しており、さらにこのような関節構造体を備えたロボットにも関する。
【背景技術】
【０００２】
多軸ロボットの分野において、平面に接近した軌道に沿って部品を迅速に扱うことが時には必要である。このことは例えばコンベアベルト上で動いており、かつ部品を把持し、かつ部材を条件づける平面内にその部品を位置決めする際に適用される。スカラータイプのロボットは、水平平面内で動作するのに適している。これらのロボットにとって、垂直平面内で動作を行うことができることも時には必要である。このようなロボットにおいて、垂直動作は工具の近くに、すなわち通常ロボットアームと呼ばれる関節構造の端部に設けられたボールネジ機構によって実現されるのが一般的である。これにより関節構造のためのイナーシャの大量の上昇が得られ、これにより工具が移動できる速度が限定される。したがって、ボールネジ機構の大きさは、一定の使用条件の下で障害となることがある。
【０００３】
特許文献１は、関節構造を開示しており、この関節構造において、前側アームは連接棒間でヒンジ接続された二つの連接棒を有する二つのプレートを備え、平行四辺形構造を形成しており、したがって工具は前側アームに取付けられたアクチュエータを使用して垂直に動かすことができる。モータにより前側アームのイナーシャは増大し、それにより工具を動かすことができる速度は規定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１４６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、３自由度を有し、かつ高速動作に適合するのに十分小さいイナーシャを提供する多軸ロボット用の斬新な関節構造を提案することにより、従来の欠点を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的で、本発明は少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体に関しており、この構造体は、
・固定された基部を備えており、
・第一軸線を中心に前記基部に対してヒンジ接続されたアームを備えており、
・第一軸線に対して平行な第二軸線を中心にして前記アームに対してヒンジ接続された前側アームを備え、この前側アームが変形可能な平行四辺形構造体を形成しており、かつ第一軸線と第二軸線に対して垂直な各軸線を中心にして二つのプレートに対してヒンジ接続された第一連接棒と第二連接棒を備えており、
・第一軸線を中心にして前記前側アームの枢着部を制御している第一電動アクチュエータを備えており、
・第二軸線を中心にして前側アーム枢着部を制御している第二電動アクチュエータを備えており、
そして
・第一軸線および第二軸線に対して垂直な軸線のどれかを中心にしてプレートに対して第一連接棒の枢着を制御している第三電動アクチュエータを備えている。
この構造体は第三アクチュエータが基部上にもしくはアーム上に取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明により、前側アームが第二軸線を中心にして枢着運動を行う際に、第三アクチュエータを動かす必要が無い限り、前側アームのイナーシャは従来技術の装置と比べて著しく減る。これにより、工具を担持する関節構造のための高い動作速度が達せられる。
【０００８】
有利であるが必要不可欠ではない本発明の側面によれば、このような構造は、技術的に可能ないずれかの組合せにおいて取入れられる一つもしくはそれ以上の以下の特徴を採用している。
・第三アクチュエータは回転アクチュエータであり、その出力シャフトは第一軸線に平行な軸線上で調芯されている。
・第三アクチュエータと連接棒の間で動作を伝達するための手段は、少なくとも一つのベルトと９０°角度伝達機構を備えている。角度伝達機構は、はす歯か、曲がり歯かさ歯か、ハイポイドか、あるいはCYLKRO（登録商標）タイプのギア対を備えているかあるいはホイールとウォームネジを有する機構を備えている。
・特定の実施例において第三アクチュエータはアームに取付けられている。
・その他の実施例において、少なくとも第一および第三アクチュエータは基部上に取付けられている。このような状況の下では、第三アクチュエータは回転タイプであるのが有利であり、出力シャフトの回転軸線は第一回転軸線と調芯されている。さらに、第一および第三アクチュエータは回転タイプであり、各々のアクチュエータの出力シャフトの回転軸線は、調芯されている。
・前側アームの二つの連接棒の一つは他の連接棒を取囲む箱を形成する。
・構造体は第一および第二軸線に対して平行な軸線を中心にして工具担持クランプの枢着を制御している第四アクチュエータを備えている。このような状況の下において、第一連接棒は、第三アクチュエータにより生じる動作を伝達するための手段により、第一および第二軸線に対して垂直な軸線の１つを中心にして速く回転し、第二連接棒はプレートに対する連接棒の枢着動作において第一連接棒に追従し、第四アクチュエータはアームにヒンジ接続された前側アームプレートに取付けられており、工具担持クランプは他のプレートにより支持されており、第二連接棒は第四アクチュエータにより生じた動作を工具担持クランプに伝達する。
【０００９】
更に本発明は、上記のような関節構造を備えた多軸ロボットを提供する。このようなロボットは従来技術におけるロボットと比べて高速で作動することができる。さらに、動作の際の質量が小さくなったのでロボットの寿命が延びる。
【００１０】
本発明は良好に理解でき、他の長所は後述する関節構造の四つの実施例に照合して明瞭となり、そのために使用する多軸ロボットは具体例を介して与えられかつ添付の図を参照するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施例による多軸ロボットの関節構造の斜視図である。
【図２】直線的な外形における図１の構造の長手方向断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩで切断した縮尺を拡大した断面図である。
【図４】本発明の第二実施例による構造用の、図１に類似した図である。
【図５】図２に類似しているが図４の構造に関する長手方向断面図である。
【図６】本発明の第三実施例による構造体に関する図１に類似の外観図である。
【図７】図２に類似しているが図６の構造のための長手方向断面図である。
【図８】図６および７の上側アームと前側アームの一部の平面図であり、ＶＩＩ−ＶＩＩ線は図７の断面平面を規定している。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線における拡大断面図である。
【図１０】本発明の第四実施例による構造体のための、図１に類似しておりかつ縮小された図である。
【図１１】図１０の構造体のための図２に類似した長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
図１〜３で見てわかる構造体１は、電気制御ユニット、ケーブルの束、および／または圧力のかかった状態でガスを供給するための導管の束、そして図を見やすくするために図示していない他の装備品も備えた多軸ロボットの一部を形成している。同様に、これらの部材は他の実施例のロボット用には示していない。
【００１３】
構造体１は様々な位置に工具２を移動させるためにあり、この工具は図１においてのみ一点鎖線で概略的に示してあり、工具は水平面内において延びているだけでなく、この水平面に対して垂直にも延びている軌道に沿って動く。実施例において工具２は担持工具であてもよい。
【００１４】
構造体１は基部１０を備えており、この基部は構造体１が取付けられている構内に対して固定されている。この基部は垂直軸線Ｚ１を中心にしてアーム１１をヒンジ接続するためのＵ字形金具を形成している。
【００１５】
基部１０には第一アクチュエータ２１が取付けられており、この第一アクチュエータは
軸線Ｚ１上で一直線になっている出口シャフト２１１を備えた回転式電気ギアモータにより構成されており、かつアーム１９と回転するように固定されている。第一アクチュエータ２１は軸線Ｚ１を中心に回転するアーム１１を駆動する。
【００１６】
アーム１１は前側アーム１２を支持しており、この前側アームは軸線Ｚ１に対して平行な、従って図示した実施例では垂直な軸線Ｚ２を中心にしてアーム１１に対してヒンジ接続されている。
【００１７】
前側アーム１２はメイン連接棒と１２１と呼ばれる第一連接棒と、第二あるいは従動連接棒１２２と呼ばれる第二連接棒を備えており、これらの連接棒は前側アーム１１の一部を形成しているプレート１２３から互いに平行に延びており、かつ基部１０から最も遠くにあるアーム１１の端部１１１に取付けられている。さらに前側アーム１２は第二プレート１２４を備えており、この第二プレートはそれを介して工具２を取付けることができる工具担持クランプ１３を支持している。第二プレート１２４は収容円筒体を形成しており、この収容円筒体において、工具担持クランプ１３は軸線Ｚ１およびＺ２に平行な軸線Ｚ３を中心に枢着するように取付けられており、かつ工具担持クランプ１３の中心軸線を構成している。
【００１８】
Ｘ１３とＸ２３は各々、プレート１２３に対して連接棒１２１および１２２のヒンジ軸を特定するために使用されている。Ｘ１４とＸ２４は各々、プレート１２４に対する連接棒１２１および１２２のヒンジ軸である。軸線Ｘ１３，Ｘ２３，Ｘ１４，Ｘ２４は、軸線Ｚ１とＺ２に対して垂直であり、かつ図２の平面では変形可能な平行四辺形を規定している。従って、連接棒１２１と１２２およびプレート１２３と１２４は、ヒンジ接続されたもしくは変形可能な平行四辺形の形状の前側アーム構造体を形成しており、故に図２の両端矢印Ｆ１で示したようにクランプ１３の高さは変化することができる一方で、クランプ１３の中央軸線Ｚ３の向きは一定に保たれる。
【００１９】
プレート１２３は軸線Ｚ２を中心に回るための自由度を備えたアーム１１の端部１１１に取付けられている。構造体１が組立てられた状態であると、プレート１２３は軸線Ｚ３を中心とした管状である。プレート１２３は栽頭円錐形部１２７により互いに接続されている、直径が異なる二つの部分１２５と１２６を備えている。
【００２０】
端部１１１に向かって、アーム１１は軸線Ｚ２を中心にしたスリーブ１１２を形成している。プレート１２３の部分１２５は、スリーブ１１２の部分の周囲に配置されており、軸受１４１と１４２は、前記プレートの部分と前記スリーブの間に挿入されており、それによりプレート１２３はスリーブ１２２と軸線Ｚ２を中心に回転することができる。
【００２１】
さらにプーリ１５の中心棒１５１はスリーブ１１２の内側に配置されており、かつ軸線Ｚ２上に並べられており、二つのボール軸受１４３と１４４は、前記中心棒と前記スリーブの間に挿入されている。
【００２２】
第二アクチュエータ２２はプレート１０に配置されている。第二アクチュエータ２２の出口シャフト２２１は、水平軸線Ｚ２２に沿って延びており、かつ挿入された球軸受１４５を備えた基部１０上で自由に回転するように取付けられているプーリ１６２の有歯環状部分１６１と係合する歯車形状端部を有している。出口シャフト２２１とプーリ１６２は協働して９０°の伝達機構を形成している。プーリ１６２の回転軸線Ｚ１６２は図示した実施例では軸線Ｚ１に一致している。
【００２３】
プーリ１６２はベルト１６３を駆動して回動させ、このベルトはプレート１２３の部分１２５の一部の周囲を通過する。従って、アクチュエータ２２により発生し、かつ部材２２１，１６１，１６２および１６３を介して伝達される推進力によって、軸線Ｚ２を中心にプレート１２３を回転させることができる。言い換えれば、アクチュエータ２２は軸線Ｚ２を中心に前側アーム１２の旋回を制御する。
【００２４】
第三アクチュエータ２３はアーム１１に取付けられており、第三アクチュエータの出口シャフト２３１はプーリ１５の頭部の周囲を通過するベルト１６４を駆動する。プーリヘッド１１５から間隔をおいたその端部において、中心棒１５１は連接棒１２１に固定された有歯領域１２８と係合する歯車１５３を担持している。部材１５３と１２８により歯車対は、９０°の角度伝達部を構成しており、この角度伝達により軸線軸線Ｚ２を中心にしたプーリ１５の回転運動を、軸線Ｘ１３を中心にした連接棒１２１の旋回運動に変換することができる。
【００２５】
部分１５８と１２８の間で形成されている歯車部分は、ＣＹＬＫＲＯ（登録商標）の名称で知られたタイプであり、このＣＹＬＫＲＯはインボリュート歯切り部と補足的歯を備えたホイール部分を有する通常の歯車で構成されている。このような歯車対は、回転軸線Ｚ２に沿った歯車１５３の位置が正確に設定される必要が無いので、調節するのに容易である長所を備えている。別のタイプの９０°歯車対が中心棒１５１と連接棒１２１の間に使用されていてもよい。
【００２６】
バネ１７１はプレート１２３の部分１２６の取付けられており、かつ主連接棒１２１に固定された留め釘（peg）を支承しており、この留め釘には復元力Ｅ１が作用しており、これによりプレート１２４は上がり易くなる。従って、バネ１７１は図２の上向き方向でのプレート１２４の運動を助けるための手段としてみなすことができる。軸線Ｚ１とＺ２が垂直であると図示したように、バネ１７１は工具２の重量を相殺するための手段を構成している。
【００２７】
図３でさらに明瞭にわかるように、軸線Ｘ１３に沿って延びている軸１８１は、プレート１２３に対して連接棒１２１をヒンジ接続している手段を構成している。バネ１７１は軸１８１の周囲に取付けられている。軸線Ｘ２３に沿って延びている留め釘１８２と１８３は、プレート１２３に対して連接棒１２２をヒンジ接続するための手段を構成している。同じタイプの軸が、連接部１２１および１２２とプレート１２４の間のヒンジを構成するために使用されている。
【００２８】
連接棒１２１は図２で明らかに見てとれるほぼ垂直なウェブを備えている。連接棒１２２は図１と３で見て取れる二つの垂直壁１２２Ａと１２２Ｂを備えかつ軸線Ｘ２３を中心にして連接棒１２２を枢着する機能として変化し、かつ図２において明白な向きの壁１２２Ｃと１２２Ｄを備えた長方形横断面の箱型梁部材の形状をしている。
【００２９】
第三アクチュエータ２３は、図２の両向き矢印Ｆ１とＦ２で示したように、その重さが前側アーム１２とクランプ１３の動きを妨げないように、アーム１１により支持された重さを有する電動ギアモータであり、これは工具２のための高い移動速度を達するためには特に有利である。
【００３０】
アクチュエータ２１，２２および２３の出力シャフト２１１，２２１および２３１の軸線Ｚ２１，Ｚ２２およびＺ２３は、軸線Ｚ１とＺ２に対して垂直でありかつ平行である。軸線Ｚ１とＺ２１は一致している。
【００３１】
アクチュエータ２３と連接棒１２１の間の関係から、プーリ１６２と９０°動力伝達装置を用いることにより、クランプ１３を垂直に動かす場合に、前側アーム１２を駆動するための低イナーシャを提供する低重量材料を使用することができる。出力シャフト２３１と連接棒１２１の間の減速比は３０〜１００である。
【００３２】
これに類似して、プーリ１６２と１５およびベルト１６３による関係から、軽量材料により、軸線Ｚ２を中心に枢着した状態で前側アーム１２を駆動するための、使用されるべき低イナーシャを提供することができる。
【００３３】
第四アクチュエータ２４はプレート１２４に取付けられており、その出力シャフト２４はクランプ１３の有歯環状面１３１と係合する歯車を形成しており、それによってクランプ１３とこのクランプが担持する工具２を、軸線Ｚ３を中心にして回転駆動することができる。
【００３４】
カバー１９１と１９２が取付けられており、一方はアクチュエータ２１と２２を保護するために基部１０に、他方はベルト１６４とプーリ１５の頭部１５２を保護するためにアーム１５に取付けられている。
【００３５】
図４〜１１に示したような本発明の第二〜第四実施例において、第一実施例の部材と類似した部材は同じ符号が与えられている。
【００３６】
第二実施例において、関節構造１は基部１０、アーム１１および前側アーム１２を備えており、前側アームそれ自体は主たる第一連接棒１２１、第二連接棒１２２および変形可能な平行四辺形構造を形成している二つのプレート１２３と１２４により構成されている。二つのアクチュエータ２１と２２は、アーム１１が垂直軸線Ｚ１を中心に枢着するように、かつ前側アーム１２が軸線Ｚ１に対して平行な垂直軸線Ｚ２を中心に枢着するように、各々基部１０に取付けられている。
【００３７】
この目的で、アクチュエータ２１の出力シャフト２１１はアーム１１に係合しているが、アクチュエータ２２の出力シャフト２２１は歯車の形状をしており、かつプーリ１６２の有歯部分１６１と係合している。従って部材２２１と１６２は９０°の伝達機構組立を形成しており、プーリ１６２は駆動されて軸線Ｚ１と調整して軸線Ｚ１６２を中心にして回転する。このプーリはそれ自体、前側アーム１２のプレート１２３の回転を駆動するベルト１６３を駆動しており、このプレートは前側アームをアーム１１の端部１１１に固定する。
【００３８】
第三アクチュエータ２３は基部１０に取付けられており、かつ第一実施例におけるように、両方向矢印Ｆ１で示したようにプレート１２４を垂直に動かすための前側アーム１２のその動作を駆動するのに役立つ。
【００３９】
第三アクチュエータ２３はプーリ１６２の中央に取付けられており、このプーリは玉軸受１４５を介して基部１０のより支持されている。第三アクチュエータ２３は基部１０に対して固定状態で取付けられており、これは第三アクチュエータとプーリ１６２の間の半径方向の間隙により可能となっている。
【００４０】
第三アクチュエータ２３の出力シャフト２３１は第一実施例のように、プーリ１５の頭部１５２を取囲むベルト１６４に係合する。このプーリ頭部１５２は端部軸受でもって棒体１５１に固定されており、ウォームネジ１５４はメイン連接棒１２１に固定された扇形歯車１２９に係合している。
【００４１】
前述のように、符号Ｘ１３、Ｘ１４、Ｘ２３およびＸ２４はプレート１２３と１２４に対して連接棒１２１と１２２のヒンジ軸線を示している。軸線Ｘ１３、Ｘ１４、Ｘ２３およびＸ２４は、軸線Ｚ１およびＺ２に対して垂直である。
【００４２】
第三アクチュエータ２３は基部１０により支持されているので、そのイナーシャは軸線Ｚ１を中心にしたアーム１１と１２により構成された組立体の動きを低下させない。
【００４３】
出力シャフト２３１の中心軸線Ｚ２３は出力シャフト２１１の中心軸線Ｚ２１と調芯されており、この軸線は軸線Ｚ１に一致する。このような配列により構造体１は極めてコンパクトになる一方、アーム１１と前側アーム１２は迅速かつ正確に駆動することができる。特に軸線Ｚ２３、Ｚ１６２およびＺ１が一致している事実により、軸線Ｚ２３、Ｚ１６２およびＺ２の間の間隔が一定であることが保証され、それによりベルト１６３と１６４の張力は確実に一定となる。
【００４４】
第一実施例のように、プレート１２４は第四アクチュエータ２４を担持している。その出力シャフト２４１は、軸線Ｚ１とＺ２に対して平行な軸線Ｚ３を中心にしたクランプ１３の回転を駆動するために、クランプ１３の歯部１３１の環状セットと係合している。
【００４５】
図６〜９に示したような第三実施例に関して、記述は第二実施例に対する相違点のみに関する。前側アーム１２は副次的な第二連接棒１２２を備えたハウジングの形状の主たる第一連接棒１２１により構成されている。第一連接棒１２１はプレート１２３の一部を形成しているスリーブ２２１を中心とした玉軸受１４６を介してヒンジ接続されている。この第一連接棒１２１はシャフト２２２に固定されており、このシャフトから第一実施例と同じタイプの扇形歯輪１２８が延びており、第一実施例と同タイプのようにして歯車１５３に係合しており、それにより第一連接棒１２１は、アーム１１に対して前側アーム１２の垂直なヒンジ軸線Ｚ２に垂直な軸線Ｘ１３を中心に回転するために駆動することができる。
【００４６】
補助プレート２２３と２２４は主たる第一連接棒１２１に形成されたスロット２２５を通過するペグ２２６を介してプレート１２３と１２４に対して各々固定されている。補助プレート２２３と２２４は、軸線Ｘ２３とＸ２４を中心に第二連接棒１２２のヒンジを支持する。従って軸線Ｘ１３とＸ２３は、プレート１２４を基準とした軸線Ｘ１４とＸ２４のようにプレート１２３を基準にして互いに固定されたままである。
【００４７】
第一連接棒１２１が第二連接棒１２２を取囲んでいる事実は、前側アーム１２のサイズ全体に影響を与えることなく、安全に関して明らかな長所を提供する。
【００４８】
第四アクチュエータ２４は、出力シャフト２４１の回転軸線Ｚ２４を備えたプレート１２４により支持されており、この回転軸線は前側アーム１２とアーム１１の間のヒンジ軸線Ｚ２に対して、かつ工具担持クランプの回転軸線Ｚ３に対して平行である。出力シャフト２４１はベルト１６５により工具担持クランプ１３に接続している。
【００４９】
第四実施例の記述は第二実施例に対する相違点のみに関する。
【００５０】
この実施例において、構造体１の終端部分のイナーシャ、すなわちクランプ１３を担持している部分は、さらに第四アクチュエータ２４が前側アーム１２のプレート１２３に取付けられている事実により低減され、それにより前側アームはアーム１１に接続している。
【００５１】
主たる第一連接棒１２１は、第二および第三アクチュエータにより各々駆動されるベルト１６３と１６４により、かつ歯車１５３と扇形歯車１２８を備えたかさ歯車による角度伝達機構により、第二実施例と似た方法でプレート１２３に対してかつ軸線Ｘ１３を中心にして回転させるために駆動される。
【００５２】
アクチュエータ２４の出力シャフト２４１は、二次的なあるいは補助的な第二連接棒１２２第一端部１２２Ｅに（図示していない）スパイダを介して接続した二叉状部材に係合している。第二連接棒の第二端部１２２Ｆ、すなわち第一端部から離れた端部は、（図示していない）別のスパイダを介して歯車２４４に固定された第二二叉状部材２４３に接続しており、この第二二叉状部材は前側アーム１２とアーム１１の間のヒンジ軸線Ｚ２に対して平行な垂直軸線Ｚ３を中心にしてクランプを回転駆動するために、クランプ１３の有歯面１３１に係合する。
【００５３】
二叉状部材２４２および２４３と連接棒１２２の間の接続部内のスパイダにより、軸線Ｘ２３とＸ２４を規定することができる。軸線Ｘ１３とＸ１４は上記実施例におけるようにシャフトもしくは留め釘により規定されている。
【００５４】
この実施例において、第二連接棒１２２は二つの機能を果たす。二つの機能とは、前側アームを構成している変形可能な平行四辺形の第二連接棒を構成することと、第四アクチュエータ２４から工具担持クランプ１３まで矢印Ｆ３で示した回転運動を伝達することである。
【００５５】
部材１２２，２４２および２４３の間の接続部は、カルダン継手対とみなしてもよい。
【００５６】
そうでなければ、第三および第四実施例は第二実施例と同じ様式で作動する。特に三つのアクチュエータ２１，２２および２３は、基部１０に取付けられており、垂直軸線Ｚ１を中心にアーム１１を駆動し、かつ垂直軸線Ｚ２を中心にしてさらに軸線Ｘ１３とＸ２３を中心に垂直方向に枢着した状態で前側アーム１２を駆動する。前側アーム１２は変形可能な平行四辺形構造を提供する。アクチュエータ２２の出力シャフト２２１に取付けられた歯車と、部分１６２の有歯部分１６１と、ベルト１６３および１６４は、各々軸線Ｚ２を中心に第二アクチュエータからプレート１２３まで、かつ９０°角度伝達機構１５３／１２８を介して第三アクチュエータ２１３第一連接棒１２１まで回転運動を伝達する働きをする。
【００５７】
記載された実施例において、アクチュエータ２１〜２４は回転電動ギアモータにより形成されている。本発明の目的として、ギアモータは独自のギア部材に必ずしも取付けられておらず、この場合ギアモータは１に等しい減速比を示す。
【００５８】
実施例全てにおいて、アクチュエータ２３が主として軸線Ｘ１３を中心にした枢着を制御するのに役立つという意味では中心である。この枢着により第二連接棒１２２の枢着は減り、したがってこの動作のための従動部を構成する。したがって、高さ方向での前側アーム１２の枢着は、第一連接棒１２１に関してはプーリ１５を介してアクチュエータ２３により直接制御されており、第二連接棒１２２に関しては連接棒１２１とプレート１２３および１２４を介して間接的に制御されている。
【００５９】
図示してはいないが実施例すべてに当てはまる本発明の変形において、第二アクチュエータ２２は、プーリ１６２の回転軸に対して平行な出力シャフトの回転軸と共に基部に取付けられていてもよい。ベルトは前記アクチュエータと前記プーリの間の動作を伝達するために使用されている。このような状況下で、第二アクチュエータ２２は二本のベルトと中間プーリを用いて軸線Ｚ２を中心とした前側アーム１２の回転を制御する。
【００６０】
上記の実施例の技術的特徴は、本発明の範囲内において互いに組合せられてもよい。
【００６１】
本発明の範囲内において、前側アームのメイン連接棒１２１のを駆動するのに使用される角度伝達機構は、はす歯か、曲がり歯かさ歯か、ハイポイドか、あるいはCYLKROタイプのギア対を備えている。ハイポイドギア対において、歯車と有歯輪の回転軸は交差しない。先に述べたようにウォーム歯車機構を使うことも可能である。
【００６２】
検討中の実施例が何であろうと、本発明の構造により、ロボットの全体サイズ、すなわちロボットの動作部分によりえがかれる包絡線は垂直方向では小さくなることができる一方で、振幅が有義である水平および垂直方向の動作が可能になる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体であって、この構造体が、
・固定された基部（１０）を備えており、
・第一軸線（Ｚ１）を中心に前記基部に対してヒンジ接続されたアーム（１１）を備えており、
・第一軸線に対して平行な第二軸線（Ｚ２）を中心にして前記アームに対してヒンジ接続された前側アーム（１２）を備え、この前側アームが変形可能な平行四辺形構造体を形成しており、かつ第一軸線と第二軸線に対して垂直な各軸線（Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ２３，Ｘ２４）を中心にして二つのプレート（１２３，１２４）に対してヒンジ接続された第一連接棒（１２１）と第二連接棒（１２２）を備えており、
・第一軸線（Ｚ１）を中心にして前記前側アーム（１１）の枢着部を制御している第一電動アクチュエータ（２１）を備えており、
・第二軸線（Ｚ２）を中心にして前側アーム（１２）枢着部を制御している第二電動アクチュエータ（２２）を備えており、
そして
・第一軸線および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して垂直な軸線（Ｘ１４，Ｘ２４）のいずれかを中心にしてプレート（１２３，１２４）に対して第一連接棒（１２１）の枢着部を制御している第三電動アクチュエータ（２３）を備えている関節構造体において、
第三アクチュエータ（２３）が基部（１０）上にもしくはアーム（１１）上に取り付けられていることを特徴とする関節構造体。
【請求項２】
第三電動アクチュエータ（２３）が回転アクチュエータであり、その出力シャフト（２３１）が前記第一軸線（Ｚ１）に対して平行な軸線（Ｚ２３）上で調芯されていることを特徴とする請求項１記載の関節構造体。
【請求項３】
第三電動アクチュエータ（２３）と両連接棒の間で動作を伝達するための手段が、少なくとも１つのベルト（１６４）と９０°角度伝達機構（１５３／１２８，１５４／１２９）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の関節構造体。
【請求項４】
角度伝達機構が、はす歯、曲がり歯かさ歯、ハイポイド、あるいはCYLKROタイプのギア対（１５３／１２８）を備えているか、もしくはホイールとウォームネジを有する機構（１５４／１２９）を備えていることを特徴とする請求項３記載の関節構造体。
【請求項５】
前記第三電動アクチュエータ（２３）がアーム（１１）上に取付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項６】
少なくとも第一電動アクチュエータおよび第三電動アクチュエータ（２１，２３）が基部（１０）上に取付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項７】
前記第三電動アクチュエータ（２３）が回転タイプであり、その出力シャフト（２３１）の回転軸線（Ｚ２３）が前記第一軸線（Ｚ１）と調芯されていることを特徴とする請求項６記載の関節構造体。
【請求項８】
第一電動アクチュエータおよび第三電動アクチュエータ（２１，２３）が回転タイプであり、前記両アクチュエータの各出力シャフト（２１１，２３１）の回転軸線（Ｚ２１，Ｚ２３）が調芯されていることを特徴とする請求項６または７に記載の関節構造体。
【請求項９】
前側アーム（１２）の二つの連接棒（１２１，１２２）の一つ（１２１）が他の連接棒（１２２）を取囲む箱を形成していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項１０】
構造体が第一および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して平行な軸線（Ｚ３）を中心にして工具担持体クランプ（１３）の枢着部を制御している第四アクチュエータ（２４）を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項１１】
前記第一連接棒（１２１）が前記第三アクチュエータ（２３）により生じる動作を伝達するための手段（１２８）により、第一軸線および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して垂直な軸線（Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ２３，Ｘ２４）の１つ（Ｘ１３）を中心にして回転が速いこと、
前記第二連接棒（１２２）が前記プレート（１２３，１２４）に対して連接棒の枢着動作（Ｆ１）において前記第一連接棒に追従すること、
前記第四アクチュエータ（２４）が前記アーム（１１）にヒンジ接続された前側アームのプレート（１２３）上に取付けられていること、
前記工具担持体クランプ（１３）が他のプレート（１２４）により支持されていること、および
前記第二連接棒（１２２）が前記第四アクチュエータ（２４）により生じる動作（Ｆ３）を前記工具担持体クランプ（１３）に伝達していることを特徴とする請求項１０記載の関節構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の関節構造体（１）を備えていることを特徴とする多軸ロボット。
【請求項１】
少なくとも３自由度を有する多軸ロボット用の関節構造体であって、この構造体が、
・固定された基部（１０）を備えており、
・第一軸線（Ｚ１）を中心に前記基部に対してヒンジ接続されたアーム（１１）を備えており、
・第一軸線に対して平行な第二軸線（Ｚ２）を中心にして前記アームに対してヒンジ接続された前側アーム（１２）を備え、この前側アームが変形可能な平行四辺形構造体を形成しており、かつ第一軸線と第二軸線に対して垂直な各軸線（Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ２３，Ｘ２４）を中心にして二つのプレート（１２３，１２４）に対してヒンジ接続された第一連接棒（１２１）と第二連接棒（１２２）を備えており、
・第一軸線（Ｚ１）を中心にして前記前側アーム（１１）の枢着部を制御している第一電動アクチュエータ（２１）を備えており、
・第二軸線（Ｚ２）を中心にして前側アーム（１２）枢着部を制御している第二電動アクチュエータ（２２）を備えており、
そして
・第一軸線および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して垂直な軸線（Ｘ１４，Ｘ２４）のいずれかを中心にしてプレート（１２３，１２４）に対して第一連接棒（１２１）の枢着部を制御している第三電動アクチュエータ（２３）を備えている関節構造体において、
第三アクチュエータ（２３）が基部（１０）上にもしくはアーム（１１）上に取り付けられていることを特徴とする関節構造体。
【請求項２】
第三電動アクチュエータ（２３）が回転アクチュエータであり、その出力シャフト（２３１）が前記第一軸線（Ｚ１）に対して平行な軸線（Ｚ２３）上で調芯されていることを特徴とする請求項１記載の関節構造体。
【請求項３】
第三電動アクチュエータ（２３）と両連接棒の間で動作を伝達するための手段が、少なくとも１つのベルト（１６４）と９０°角度伝達機構（１５３／１２８，１５４／１２９）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の関節構造体。
【請求項４】
角度伝達機構が、はす歯、曲がり歯かさ歯、ハイポイド、あるいはCYLKROタイプのギア対（１５３／１２８）を備えているか、もしくはホイールとウォームネジを有する機構（１５４／１２９）を備えていることを特徴とする請求項３記載の関節構造体。
【請求項５】
前記第三電動アクチュエータ（２３）がアーム（１１）上に取付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項６】
少なくとも第一電動アクチュエータおよび第三電動アクチュエータ（２１，２３）が基部（１０）上に取付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項７】
前記第三電動アクチュエータ（２３）が回転タイプであり、その出力シャフト（２３１）の回転軸線（Ｚ２３）が前記第一軸線（Ｚ１）と調芯されていることを特徴とする請求項６記載の関節構造体。
【請求項８】
第一電動アクチュエータおよび第三電動アクチュエータ（２１，２３）が回転タイプであり、前記両アクチュエータの各出力シャフト（２１１，２３１）の回転軸線（Ｚ２１，Ｚ２３）が調芯されていることを特徴とする請求項６または７に記載の関節構造体。
【請求項９】
前側アーム（１２）の二つの連接棒（１２１，１２２）の一つ（１２１）が他の連接棒（１２２）を取囲む箱を形成していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項１０】
構造体が第一および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して平行な軸線（Ｚ３）を中心にして工具担持体クランプ（１３）の枢着部を制御している第四アクチュエータ（２４）を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の関節構造体。
【請求項１１】
前記第一連接棒（１２１）が前記第三アクチュエータ（２３）により生じる動作を伝達するための手段（１２８）により、第一軸線および第二軸線（Ｚ１，Ｚ２）に対して垂直な軸線（Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ２３，Ｘ２４）の１つ（Ｘ１３）を中心にして回転が速いこと、
前記第二連接棒（１２２）が前記プレート（１２３，１２４）に対して連接棒の枢着動作（Ｆ１）において前記第一連接棒に追従すること、
前記第四アクチュエータ（２４）が前記アーム（１１）にヒンジ接続された前側アームのプレート（１２３）上に取付けられていること、
前記工具担持体クランプ（１３）が他のプレート（１２４）により支持されていること、および
前記第二連接棒（１２２）が前記第四アクチュエータ（２４）により生じる動作（Ｆ３）を前記工具担持体クランプ（１３）に伝達していることを特徴とする請求項１０記載の関節構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の関節構造体（１）を備えていることを特徴とする多軸ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１１５７７６（Ｐ２０１０−１１５７７６Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２３８１２２（Ｐ２００９−２３８１２２）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５９１０２３５７２）シュトイブリー・ファベルゲ (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３８１２２（Ｐ２００９−２３８１２２）
【出願日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【出願人】（５９１０２３５７２）シュトイブリー・ファベルゲ (31)
【Ｆターム（参考）】
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