DE102010007631B4

DE102010007631B4 - Parallelroboter mit einem Handgelenkabschnitt mit drei Freiheitsgraden

Info

Publication number: DE102010007631B4
Application number: DE102010007631.7A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kinoshita; Hikaru Yamashiro
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: DE102010007631A1; CN101804631B; JP2010184328A; DE102010007631A8; JP4659098B2; US8109173B2; CN101804631A; US20100206120A1

Abstract

Parallelroboter, der einen Antriebsmechanismus für einen bewegbaren Abschnitt aufweist, der eine Parallelmechanismuskonfiguration hat, um es dem bewegbaren Abschnitt zu ermöglichen, eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich eines Basisabschnitts auszuführen, und einen Antriebsmechanismus für den Handgelenkabschnitt, um es dem Handgelenkabschnitt zu ermöglichen, eine die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen bezüglich des bewegbaren Abschnitts auszuführen. Der Handgelenkabschnitt weist ein erstes Rotationselement auf, das am bewegbaren Abschnitt gelagert und um eine vierte Rotationsachse drehbar ist, die sich von den Achsen der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts unterscheidet, ein zweites Rotationselement, das mit dem ersten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur vierten Rotationsachse verlaufende fünfte Rotationsachse drehbar ist, und ein drittes Rotationselement, das mit dem zweiten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur fünften Rotationsachse verlaufende sechste Rotationsachse drehbar ist. Das dritte Rotationselement ist mit einer Anbaufläche ausgeführt, an der ein Werkzeug angebracht ist. Die Anbaufläche ist bezüglich der sechsten Rotationsachse unter einem vorgegebenen Winkel geneigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelroboter, der einen Handgelenkabschnitt mit drei Freiheitsgraden hat.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Verschiedene Typen Parallelroboter, bei denen eine Mehrzahl Aktoren (z. B. Servomotoren) an einem stationären Element, das als Basisabschnitt fungiert, angebaut sind und mit den Abtriebsteilen der Aktoren verbundene Gestänge, werden jeweils so angetrieben, dass Position und Ausrichtung eines bewegbaren Abschnitts, der am distalen Ende jedes Gestänges angebracht ist, gesteuert werden, sind im Stand der Technik bekannt. Ein Parallelroboter hat eine Konfiguration, bei der der Basisabschnitt mit einer Mehrzahl zusammengebauter parallel angeordneter Gestängestrukturen verbunden ist, verfügt dadurch über Eigenschaften wie hohe Genauigkeit, hohe Steifigkeit, hohe Geschwindigkeit, hohe Leistung, etc. Aufgrund dieser Eigenschaften kann ein Parallelroboter als Roboter für hochschnelle Handhabung oder Montage eingesetzt werden.
11 zeigt einen Parallelroboter, der in der japanischen Auslegeschrift (kokai) Nr. H04-45310 ( JPH04-45310B2 ) beschrieben ist. Der dargestellte Parallelroboter hat eine als Delta-Typ bezeichnete Konfiguration und umfasst ein einzelnes Basiselement 200 sowie ein einzelnes bewegbares Element 208.
Das Basiselement 200 ist mit drei Rotationsaktoren 213 ausgerüstet. Jeder der Rotationsaktoren 213 umfasst einen einzelnen stationären Abschnitt 203, der integral mit dem Basiselement 200 ausgebildet ist. Die rotierenden Wellen 202 der drei Rotationsaktoren 213 sind in ein und derselben Ebene angeordnet. Jedes der drei Antriebsgestänge 204 ist fest mit einem Ende 215 an jeder rotierenden Welle 202 angebracht. Das andere Ende 216 jedes Antriebsgestänges 204 ist mit zwei angetriebenen Gestängen 205a, 205b über zwei Kardanartige Doppelgelenke 206a, 206b verbunden.
Die zwei angetriebenen Gestänge 205a, 205b in jeder zusammengebauten Gestängestruktur sind mit dem bewegbaren Element über zwei Kardan-artige Doppelgelenke 207a, 207b verbunden. Als Ergebnis kann die Bewegung des bewegbaren Elements 208 gesteuert werden, während der Betrieb der Antriebsgestänge 204 derart gesteuert wird, dass es dem bewegbaren Element 208 ermöglicht wird, eine Translationsbewegung entlang drei Achsen auszuführen. Ein Arbeitselement (im Folgenden als Werkzeug bezeichnet) wie eine Hand etc. kann am bewegbaren Element 208 angebracht werden.
Eine die Ausrichtung ändernde Achse (im Folgenden als vierte Achse bezeichnet) 200A zum Ändern der Ausrichtung des Werkzeugs wie der Hand 209 etc. ist im bewegbaren Element 208 so angeordnet, dass sie orthogonal zur Hauptoberfläche des bewegbaren Elements 208 verläuft. Das Werkzeug wie die Hand 209 etc. wird über einen Teleskoparm 214 von einem am Basiselement 200 angebauten Rotationsmotor 211 rotatorisch angetrieben. Die drei Aktoren 213 und der Rotationsmotor 211 werden von der Steuervorrichtung 212 gesteuert.
Der in der JPH04-45310B2 offenbarte Parallelroboter ist mit einer die Ausrichtung ändernden Achse 200A ausgeführt, die als vierte Achse bezeichnet wird, um die Ausrichtung des Werkzeugs wie die Hand 209 etc., das am bewegbaren Element 208 angebracht ist, zu ändern. Es ist jedoch schwierig, ein Werkstück mit nur einer einzigen die Ausrichtung ändernden Achse (d. h. die vierte Achse) an einer geneigten Oberfläche anzubringen.
Weiterhin wird in der DE 10 2004 033 329 A1 ein Applikationsroboter zur Applizierung eines Beschichtungsmittels auf ein Applikationsobjekt, insbesondere zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosserieteilen, mit einem Endeffektor zur Führung eines Applikationswerkzeuges und einer Parallelkinematik zur mechanischen Führung des Endeffektors mit dem Applikationswerkzeug offenbart.
In der EP 1854 591 wird eine Parallelverschiebungs-Vorrichtung gezeigt, bei der ein Teleskopantrieb zum Antrieb eines Greifers vorgesehen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Parallelroboter bereitzustellen, der eine flexiblere und schnellere Veränderung der Ausrichtung eines angebrachten Werkzeugs und/oder Werkstücks ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt als einen Aspekt einen Parallelroboter mit einer größeren Anzahl Freiheitsgraden bereit, der das Auftreten eines ungewöhnlichen Zustands, in dem eine Roboterbewegung zum Anordnen eines an einem bewegbaren Abschnitt angebrachten Werkzeugs an einer Zielposition und -ausrichtung nicht eindeutig programmiert werden können.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch Bereitstellen eines Parallelroboters gelöst, der gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung folgendes aufweist: einen Basisabschnitt; einen bewegbaren Abschnitt, der bezüglich des Basisabschnitts bewegbar ist; einen Antriebsmechanismus für den bewegbaren Abschnitt, der eine Parallelmechanismuskonfiguration aufweist und zwischen dem Basisabschnitt und dem bewegbaren Abschnitt vorgesehen ist, wobei der Antriebsmechanismus für den bewegbaren Abschnitt derart arbeitet, dass er eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich des Basisabschnitts ausführen kann; einen Handgelenkabschnitt, der im bewegbaren Abschnitt derart vorgesehen ist, dass die Ausrichtung des Handgelenkabschnitts verändert werden kann; und drei Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt, die derart arbeiten, dass der Handgelenkabschnitt eine die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen bezüglich des bewegbaren Abschnitts ausführen kann. Der Handgelenkabschnitt umfasst ein erstes Rotationselement, das an dem bewegbaren Abschnitt gelagert und um eine vierte Rotationsachse drehbar ist, die sich von den Achsen der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts unterscheidet; ein zweites Rotationselement, das mit dem ersten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur vierten Rotationsachse verlaufende fünfte Rotationsachse drehbar ist; und ein drittes Rotationselement, das mit dem zweiten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur fünften Rotationsachse verlaufende sechste Rotationsachse drehbar ist; wobei das dritte Rotationselement mit einer Anbaufläche ausgeführt ist, an der ein Werkzeug angebracht ist; und wobei die Anbaufläche bezüglich der sechsten Rotationsachse unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, und wobei die drei Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei jeder der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt folgendes aufweist: einen hohlen äußeren Halter, der mit dem Basisabschnitt verbunden und um eine erste Rotationsachse drehbar ist; einen hohlen mittleren Halter, der innerhalb des äußeren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur ersten Rotationsachse verlaufende zweite Rotationsachse drehbar ist; einen hohlen inneren Halter, der innerhalb des mittleren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur zweiten Rotationsachse verlaufende dritte Rotationsachse drehbar ist; einen Servomotor, der den äußeren Halter zur Drehung um die erste Rotationsachse antreibt; und ein stabförmiges Übertragungselement, das im inneren Halter aufgenommen und linear in einem drehfesten Zustand entlang einer orthogonal zur dritten Rotationsachse verlaufenden Linearbewegungsachse bewegbar ist, wobei das stabförmige Übertragungselement an einem Ende im Abstand zum inneren Halter über ein Übertragungsgelenk mit dem Handgelenkabschnitt verbunden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Parallelroboters mit einem Handgelenkabschnitt mit drei Freiheitsgraden;
2 eine schematische senkrechte Schnittansicht durch einen Teil des Parallelroboters von 1;
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines bewegbaren Abschnitts und des Handgelenkabschnitts des Parallelroboters von 1;
4 eine Vorderansicht des Handgelenkabschnitts des Parallelroboters von 1;
5 eine Vorderansicht des Handgelenkabschnitts eines Parallelroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine perspektivische Ansicht eines Parallelroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A, 7B Darstellungen des Zustands, in dem eine Hand am Handgelenkabschnitt von 5 angebracht ist;
8A, 8B Darstellungen der Struktur des Handgelenkabschnitts von 5, wobei 8B eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 8A ist;
9A, 9B vergrößerte perspektivische Ansichten eines Hauptabschnitts eines Antriebsmechanismus für den Handgelenkabschnitt des Parallelroboters von 6, wobei 9A eine senkrechte Schnittansicht einer Halterbaugruppe und 9B eine andere senkrechte Schnittansicht der Halterbaugruppe ist;
10 eine vergrößerte Ansicht des Hauptabschnitts des Antriebsmechanismus für den Handgelenkabschnitt von 9A; und
11 eine schematische perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Parallelroboters.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
Nunmehr sei auf die Zeichnungen verwiesen, von denen die 1 bis 4 eine Konfiguration eines Parallelroboter RR mit einem Handgelenkabschnitt mit drei Freiheitsgraden schematisch darstellen, der in einer früheren Anmeldung als der vorliegenden beschrieben ist. Der Parallelroboter PR umfasst einen Basisabschnitt 12; einen bewegbaren Abschnitt 100, der sich bezüglich des Basisabschnitts 12 bewegen kann; einen Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt, der eine Parallelmechanismuskonfiguration aufweist und zwischen dem Basisabschnitt 12 und dem bewegbaren Abschnitt 100 vorgesehen ist, wobei der Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt derart arbeitet, dass der bewegbare Abschnitt 100 eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich des Basisabschnitts 12 ausführen kann; einen Handgelenkabschnitt 102, der im bewegbaren Abschnitt 100 derart vorgesehen ist, dass die Ausrichtung des Handgelenkabschnitts verändert werden kann; und drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt 102', die derart arbeiten, dass der Handgelenkabschnitt 102' eine die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen bezüglich des bewegbaren Abschnitts 100 ausführen kann. Der Parallelroboter PR ist so konfiguriert, dass der bewegbare Abschnitt 100 nur die Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich das Basisabschnitts 12 ausführt (mit anderen Worten, der Parallelroboter PR ist mit einem Parallelmechanismus mit drei Freiheitsgraden ausgeführt).
Der Basisabschnitt 12 ist aus einer plattenartigen Struktur gebildet, die auf einer seitlich und waagrecht überstehenden Weise auf der Oberseite einer bogenförmigen senkrechten Wand 22 auf einer Anbaufläche für den Parallelroboter PR fest angebaut ist. Der Basisabschnitt 12 ist als ein stationäres Element zum Tragen mehrerer Komponenten des Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt und für den nachstehend beschriebenen Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt konfiguriert. Eine Abdeckung 24 ist sicher und abnehmbar auf der Oberseite des Basisabschnitts 12 angebracht, um die Antriebsmotoren, die Kraftübertragungsmechanismen etc. abzudecken.
Der Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt umfasst drei zusammengebaute Gestängestrukturen 26, die parallel zueinander angeordnet sind, und drei Servomotoren 28 (in 2 ist nur ein Motor dargestellt) für den Antrieb der jeweiligen zusammengebauten Gestängestrukturen 26. Jede zusammengebaute Gestängestruktur 26 enthält ein Antriebsgestänge 30, das mit dem Basisabschnitt 12 und dem Abtriebsteil eines entsprechenden Servomotors 28 über eine Mehrzahl Drehkörperpaare (oder Gelenkverbindungen) und ein Hilfsgestänge gelenkig verbunden ist, und ein paralleles Paar angetriebener Gestänge 32, das über ein Drehkörperpaar gelenkig mit dem distalen Ende des Antriebsgestänges 30 verbunden ist. Die parallelen angetriebenen Gestänge 32 sind an ihren distalen Enden über ein Drehkörperpaar gelenkig mit dem bewegbaren Abschnitt 100 verbunden. Genauer gesagt sind Übertragungsgelenke (von denen jedes z. B. einen Satz Drehkörperpaare enthält) zwischen dem Antriebsgestänge 30 und den angetriebenen Gestängen 32 sowie zwischen den angetriebenen Gestängen 32 und dem bewegbaren Abschnitt 100 vorgesehen.
Das Antriebsgestänge 30 wird vom Servomotor 28 derart angetrieben, dass es in einer virtuellen Ebene, die senkrecht zum Basisabschnitt 12 liegt, variabel schwingt. Die parallelen angetriebenen Gestänge 32 werden beim Mitschwingen mit dem Antriebsgestänge 30 ausgelenkt. Bei dieser Verbindung sind die angetriebenen Gestänge 32 einer zusammengebauten Gestängestruktur 26 mit den angetriebenen Gestängen 32 der anderen zwei zusammengebauten Gestängestrukturen über den bewegbaren Abschnitt 100 verbunden, so dass die jeweiligen parallelen angetriebenen Gestänge 32 der drei zusammengebauten Gestängestrukturen 26 je nach dem Schwingmodus der drei Antriebsgestänge 30 variabel und passiv schwingen.
Die drei zusammengebauten Gestängestrukturen 26 haben eine Konfiguration, bei der die jeweiligen Antriebsgestänge 30 mit dem Basisabschnitt 12 an drei festen um einen Mittenwinkel von jeweils 120° am Basisabschnitt 12 voneinander beabstandeten Positionen verbunden und die jeweiligen angetriebenen Gestänge 32 mit dem bewegbaren Abschnitt 100 an drei festen um einen Mittenwinkel von jeweils 120° am bewegbaren Abschnitt 100 voneinander beabstandeten Positionen verbunden sind. Als Ergebnis führt der bewegbare Abschnitt 100 als Reaktion auf den Betrieb des Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt nur die Translationsbewegung entlang drei Achsen relativ zum Basisabschnitt 12 aus.
Drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt sind jeweils für drei Steuerachsen bereitgestellt, um dem Handgelenkabschnitt 102' die die Ausrichtung ändernde Bewegung zu ermöglichen (in 2 ist nur ein Antriebsmechanismus für den Handgelenkabschnitt dargestellt). Jeder der Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt ist als Hilfsantriebsmechanismus zum Steuern der Ausrichtung des Werkzeugs wie eine Hand etc. konfiguriert, das am Handgelenkabschnitt 102' befestigt und am bewegbaren Abschnitt 100 installiert ist. Der Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt umfasst eine Halterbaugruppe 50, die durch Zusammenbauen dreier hohlzylindrischer Halter 44, 46 und 48 auf eine solche Weise gebildet wird, dass sie relativ zueinander in einer dreifach ineinander gesteckten Struktur drehbar sind, sowie einen Servomotor (nicht dargestellt), der den äußeren Halter 44 der Halterbaugruppe 50 rotatorisch antreibt, und ein stabförmiges Übertragungselement 54, das linear bewegbar im inneren Halter 48 der Halterbaugruppe 50 aufgenommen ist. Der Basisabschnitt 12 hat einen hohlzylindrischen Sitzabschnitt 56, der derart ausgebildet ist, dass er in Richtung der Abdeckung 24 hervorsteht. Der äußere Halter 44 der Halterbaugruppe 50 ist über eine Rotationslagereinheit am Sitzabschnitt 56 angebracht.
Die 3 und 4 zeigen den bewegbaren Abschnitt 100 und den Handgelenkabschnitt 102' des Parallelroboters PR. Der bewegbare Abschnitt 100 besteht aus einem zylindrischen Teil mit einem Hohlraumteil (nicht dargestellt) und ist an drei Positionen an seinem Außenumfang mit Verbindungsteilen 104 versehen, mit denen die angetriebenen Parallelgestänge 32 der drei zusammengebauten Gestängestrukturen 26 des Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt jeweils verbunden sind. Rotationslagereinheiten und Kraftübertragungsmechanismen (nicht dargestellt) sind im Hohlraumteil des bewegbaren Abschnitts 100 untergebracht. Der Handgelenkabschnitt 102' ist drehbar auf der Unterseite (in der Zeichnung) des bewegbaren Abschnitts 100 gelagert.
Der Handgelenkabschnitt 102' umfasst ein erstes Rotationselement 106, das am bewegbaren Abschnitt 100 gelagert und um eine vierte Rotationsachse 106a drehbar ist, die sich von den Steuerachsen der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts unterscheidet, ein zweites Rotationselement 108, das mit dem ersten Rotationselement 106 verbunden und um eine orthogonal zur vierten Rotationsachse 106a verlaufende fünfte Rotationsachse 108a drehbar ist, und ein drittes Rotationselement 110, das mit dem zweiten Rotationselement 108 verbunden und um eine orthogonal zur fünften Rotationsachse 108a verlaufende sechste Rotationsachse 110a drehbar ist. Das dritte Rotationselement 110 ist mit einer Anbaufläche 112 ausgeführt, an der ein Werkzeug oder ein End Effector wie eine Hand etc. (nicht dargestellt) angebracht ist. Die Anbaufläche 112 ist eine im Wesentlichen ebene Fläche, die orthogonal zur sechsten Rotationsachse 110a verläuft.
Ein erster der drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt, der dem Handgelenkabschnitt 102' die die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen ermöglicht, umfasst ein erstes Übertragungselement 54-1, das mit dem ersten Rotationselement 106 über ein erstes Übertragungsgelenk 80-1 und Kraftübertragungselemente wie Rädertriebe (nicht dargestellt) verbunden ist Das erste Übertragungselement 54-1 hat die Aufgabe, die Rotation eines ersten äußeren Halters 44, der von einem ersten Servomotor rotatorisch angetrieben wird, an das erste Rotationselement 106 zu übertragen und es dem ersten Rotationselement 106 zu ermöglichen, eine Rotationsbewegung um die vierte Rotationsachse 106a auszuführen.
Ein zweiter der drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt umfasst ein zweites Übertragungselement 54-2, das mit dem zweiten Rotationselement 108 über ein zweites Übertragungsgelenk 80-2 und Kraftübertragungselemente wie Rädertriebe (nicht dargestellt) verbunden ist. Das zweite Übertragungselement 54-2 hat die Aufgabe, die Rotation eines zweiten äußeren Halters 44, der von einem zweiten Servomotor rotatorisch angetrieben wird, an das zweite Rotationselement 108 zu übertragen und es dem zweiten Rotationselement 108 zu ermöglichen, eine Rotationsbewegung um die fünfte Rotationsachse 108a auszuführen.
Ein dritter der drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt umfasst ein drittes Übertragungselement 54-3, das mit dem dritten Rotationselement 110 über ein drittes Übertragungsgelenk 80-3 und Kraftübertragungselemente wie Rädertriebe (nicht dargestellt) verbunden ist. Das dritte Übertragungselement 54-3 hat die Aufgabe, die Rotation eines dritten äußeren Halters 44, der von einem dritten Servomotor rotatorisch angetrieben wird, an das dritte Rotationselement 110 zu übertragen und es dem dritten Rotationselement 110 zu ermöglichen, eine Rotationsbewegung um die sechste Rotationsachse 110a auszuführen.
Beim Parallelroboter PR, der den Handgelenkabschnitt 102' mit drei Freiheitsgraden aufweist, kann ein an der Anbaufläche 112 des Handgelenkabschnitts 102' angebrachtes Werkzeug (nicht dargestellt) die Translationsbewegung entlang drei Achsen und die Rotationsbewegung entlang drei Achsen auf eine geeignet kombinierte Weise ausführen. Als Ergebnis kann der Parallelroboter PR verschiedene Aufgaben ausführen, wie etwa das Anbringen eines Werkstücks auf einer geneigten Oberfläche.
Bei dem in den 3 und 4 dargestellten Parallelroboter PR wird der Handgelenkabschnitt 102' relativ häufig gesteuert, um ihn in einer Ausrichtung anzuordnen, in der der vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 108a parallel zueinander liegen (ein Fall, in dem der Parallelroboter PR auf dem Boden steht, die Ausrichtung, in der sowohl die vierte Rotationsachse 106a als auch die sechste Rotationsachse 108a senkrecht zur Bodenfläche verlaufen und die Anbaufläche 112 bezüglich der Bodenfläche waagrecht ist), um eine Aufgabe derart auszuführen, dass z. B. die an der Anbaufläche 112 der Handgelenkabschnitts 102' angebrachte Hand zum Greifen eines auf einer Palette oder einer Fördereinrichtung befindlichen Werkstücks oder zum Freigeben desselben betätigt wird. In dem Zustand, in dem die vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 110a im Handgelenkabschnitt 102' parallel zueinander liegen, wird die Rotationsposition der Anbaufläche 112 bezüglich des bewegbaren Abschnitts 100 durch die Kombination der Rotationsposition der vierten Rotationsachse 106a und der Rotationsposition der sechsten Rotationsachse 110a bestimmt, während andererseits die Rotationsausrichtung der Anbauoberfläche 112 bezüglich des bewegbaren Abschnitts 100 ungeachtet der Rotationspositionen der vierten Rotationsachse 106a und der sechsten Rotationsachse 110a konstant gehalten wird (ein Fall, in dem der Parallelroboter PR auf dem Boden steht, wobei die Anbaufläche 112 bezüglich der Bodenfläche waagrecht ausgerichtet ist). Ein solcher Zustand wird deshalb als ungewöhnlich betrachtet (im Folgenden als Ausnahmefall bezeichnet), in dem eine Roboterbewegung (d. h. eine Lösung zum Bestimmen der Position und Ausrichtung eines Roboters) zum Anordnen eines am bewegbaren Abschnitt 100 angebrachten Werkzeugs in einer Zielposition und -ausrichtung nicht eindeutig programmiert oder bestimmt werden kann.
Im Gegensatz dazu ist bei einem in 5 dargestellten Handgelenkabschnitt 102, bei dem es sich um eine Komponente eines Parallelroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt, ein drittes Rotationselement 110 mit einer Anbaufläche 114 bereitgestellt, die bezüglich einer sechsten Rotationsachse 110a unter einem vorgegebenen Winkel wie dargestellt geneigt ist (in der Zeichnung definiert eine axiale Linie 112a, die orthogonal zur Anbaufläche 114 verläuft, einen vorgegebenen Winkel α bezüglich der sechsten Rotationsachse 110a). Gemäß der obigen Konfiguration ist die Anbaufläche 114 bezüglich der Rotationsachsen 106a, 110a wie dargestellt ein dem Zustand geneigt, in dem die vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 110a parallel zueinander liegen (d. h. in einem Ausnahmefall). Wenn andererseits die Anbaufläche 114 mit der obigen relativ häufigen Ausrichtung angeordnet ist (der Fall, in dem der Parallelroboter auf dem Boden steht, wobei die Anbaufläche 112 bezüglich der Bodenfläche waagrecht ausgerichtet ist), kann das Auftreten einer Situation (oder eines Ausnahmefalls) vermieden werden, in dem die vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 110a parallel zueinander angeordnet sind, wie später beschrieben wird. In diesem Zusammenhang beträgt der dargestellte vorgegebene Winkel α vorzugsweise z. B. mindestens 30° und höchstens 60° in einem Fall, in dem z. B. eine Hand 122 (7A) an der Anbaufläche 114 angebracht ist und zur Ausführung von Aufgaben betätigt wird.
Wie oben beschrieben ist es dank der einfachen Konfiguration, bei der das dritte Rotationselement 110 mit der bezüglich der sechsten Rotationsachse 110a unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Anbaufläche 114 versehen ist, möglich, den Zustand zu verhindern, in dem der Handgelenkabschnitt 102 den Ausnahmefall erreicht, in dem die Anbaufläche 114 in der relativ häufigen Ausrichtung angeordnet ist (der Fall, in dem der Parallelroboter auf dem Boden steht, wobei die Anbaufläche 112 bezüglich der Bodenfläche waagrecht ausgerichtet ist). Folglich ist es möglich, den Handgelenkabschnitt 102 zu verwirklichen, der eine kostengünstige und kompakte Struktur und Steuerachsen aufweist, deren jeweilige Operationen gut nachvollziehbar sind. Es ist deshalb möglich, die Einsatzfähigkeit des Parallelroboters deutlich zu verbessern. Ferner müssen für das Werkzeug wie die Hand keine Maßnahmen zum Vermeiden des Ausnahmefalls getroffen werden, wie etwa die Bereitstellung des Werkzeugs mit einem vorgegebenen Neigungswinkel. Damit lässt sich das Werkzeug auf einfache und kostengünstige Weise herstellen.
6 ist eine schematische Darstellung der Gesamtkonfiguration eines Parallelroboters 10 mit dem Handgelenkabschnitt 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Parallelroboter 10 weist eine Konfiguration auf, die mit der des in den 1 bis 4 dargestellten Parallelroboters PR mit Ausnahme des Handgelenkabschnitts 102 im Wesentlichen identisch ist, so dass einander entsprechende Komponenten mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Beim Parallelroboter 10 kann eine Hand 122 (siehe 7A und 7B) zum Ausführen von Aufgaben wie Greifen und Umsetzen eines Werkstücks (nicht dargestellt) an der Anbaufläche 114 des Handgelenkabschnitts 102 angebracht sein. In diesem Fall ist ein in der Hand 122 vorgesehenes Befestigungsteil 120 an der Anbaufläche 114 angebracht.
Wenn z. B. bei einer Systemkonfiguration, bei der der Parallelroboter 10 auf dem Boden steht, ein auf einer Oberfläche einer Palette oder einer Fördereinrichtung, die parallel zur Bodenfläche verlauft, liegendes Werkstück gegriffen werden soll, geschieht dies im Allgemeinen dadurch, dass eine Fingerspitze der Hand 122 unmittelbar darunter ausgerichtet wird. Beim Parallelroboter 10 mit dem Handgelenkabschnitt 102 wird zum waagrechten Anordnen der Anbaufläche 114 bezüglich der Bodenfläche und damit zum Ausrichten der Fingerspitze der Hand 122 unmittelbar darunter eine Operation ausgeführt, bei der ausgehend von dem Zustand, in dem die vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 110a parallel zueinander liegen (5), eine fünfte Rotationsachse 108a um einen vorgegebenen Winkel gedreht (7A und 7B) wird. Als Ergebnis sind in dem Zustand, in dem die Fingerspitze der Hand 122 unmittelbar darunter ausgerichtet ist, die vierte Rotationsachse 106a und die sechste Rotationsachse 110a nicht parallel zueinander, und es ist dadurch möglich, den Zustand zu vermeiden, in dem der Handgelenksabschnitt 102 in den Ausnahmefall gerät Nunmehr sei anhand der 8A und 8B die Struktur des Handgelenkabschnitts 102 genauer beschrieben. Wie bereits unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, wird eine Antriebskraft zum rotatorischen Antreiben des Handgelenkabschnitts 102 von den Servomotoren 52 von drei voneinander unabhängigen Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt über Übertragungselemente 541, 542, 54-3 des jeweiligen Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt an den Handgelenkabschnitt 102 übertragen. Der Handgelenkabschnitt 102 weist drei Eingangswellenelemente 101, die über Rotationslagereinheiten drehbar am zylindrischen bewegbaren Abschnitt 100 gelagert sind. Alle Eingangswellenelemente 101 sind so ausgeführt, dass sie um axiale Linien parallel zur vierten Rotationsachse 106a rotieren. Die Antriebskraft für die Rotation des Handgelenkabschnitts 102 wird von den Übertragungselementen 54-1, 54-2, 54-3 der drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt an die drei Eingangswellenelemente 101 über Übertragungsgelenke 80-1, 80-2 bzw. 80-3 übertragen.
Zahnräder 41, 5-1, 6-1 sind jeweils an den distalen Enden der Eingangswellenelemente 101 befestigt (die Zahnräder 5-1 und 6-1 sind nicht dargestellt). Ein hohlrohrförmiges erstes angetriebenes Zahnrad 4-2 ist an einem ersten Rotationselement 106 befestigt. Das erste angetriebene Zahnrad 4-2 (und damit das erste Rotationselement 106) ist mit einem ersten der Eingangswellenelemente 101 gekoppelt oder verzahnt und am bewegbaren Abschnitt 100 über eine Rotationslagereinheit drehbar gelagert. Das Zahnrad 4-1 steht mit dem ersten angetriebenen Zahnrades 4-2 in Eingriff und dadurch wird eine rotatorische Antriebskraft, die auf das Zahnrad 4-1 des ersten Eingangswellenelements 101 übertragen wird, ihrerseits zum ersten angetriebenen Zahnrad 4-2 übertragen, so dass sich das erste Rotationselement 106 um die vierte Rotationsachse 106a dreht.
Innerhalb des ersten angetriebenen Zahnrades 4-2 des ersten Rotationselements 106 sind zwei hohlrohrförmige Zahnräder 5-2, 5-3 über Rotationslagereinheiten drehbar gelagert Die Zahnräder 5-2, 5-3 sind integral aneinander befestigt, so dass zwischen ihnen eine Antriebskraft übertragen werden kann, und bilden dadurch ein erstes Zwischenzahnrad. Ein hohlrohrförmiges zweite angetriebenes Zahnrad 5-4 ist an einem zweiten Rotationselement 108 befestigt Das zweite angetriebene Zahnrad 5-4 (und damit das zweite Rotationselement 108) ist mit einem zweiten der Eingangswellenelemente 101 über das erste Zwischenzahnrad (d. h. Zahnräder 5-2, 5-3) gekoppelt oder verzahnt und am ersten Rotationselement 106 über eine Rotationslagereinheit drehbar gelagert Eine rotatorische Antriebskraft, die auf das Zahnrad 5-1 (nicht dargestellt) des zweiten Eingangswellenelements 101 übertragen wird, wird ihrerseits zum zweiten angetriebenen Zahnrad 5-4 über das erste Zwischenzahnrad (d. h. Zahnräder 5-2, 5-3) übertragen, so dass sich das zweite Rotationselement 108 um die fünfte Rotationsachse 108a dreht.
Innerhalb des ersten Zwischenzahnrades (d. h. Zahnräder 5-2, 5-3) ist ein zweites Zwischenzahnrad 6-3, das einen Wellenteil mit einem am Ende des Wellenteils befestigten Zahnrad 6-2 umfasst, über eine Rotationslagereinheit drehbar gelagert. Innerhalb des zweiten angetriebenen Zahnrades 5-4 ist ein drittes Zwischenzahnrad 6-4, das einen Wellenteil mit einem am Ende des Wellenteils befestigten Zahnrad 6-5 umfasst, über eine Rotationslagereinheit drehbar gelagert. Ein drittes angetriebenes Zahnrad 6-6 ist am dritten Rotationselement 110 befestigt. Das dritte angetriebene Zahnrad 6-6 (und damit das dritte Rotationselement 110) ist über das zweite Zwischenzahnrad 6-3 und das dritte Zwischenzahnrad 6-4 mit einem der Eingangswellenelemente 101 gekoppelt oder verzahnt. Das dritte Rotationselement 110 und das dritte angetriebene Zahnrad 6-6 sind über eine Rotationslagereinheit am zweiten Rotationselement 108 drehbar gelagert. Eine rotatorische Antriebskraft, die auf das Zahnrad 6-1 (nicht dargestellt) des dritten Eingangswellenelements 101 übertragen wird, wird ihrerseits zum dritten angetriebenen Zahnrad 6-6 über das Zahnrad 6-2 und das zweite Zwischenzahnrad 6-3 sowie über das Zahnrad 6-5 und das dritte Zwischenzahnrad 6-4 übertragen, so dass sich das dritte Rotationselement 110 um die sechste Rotationsachse 110a dreht. In diesem Zusammenhang können Mittel zum Befestigen der Zahnräder aneinander in geeigneter Weise aus verschiedenen Befestigungsmitteln wie Schrauben, Keile, Kleber etc. gewählt wenden, vorausgesetzt, solche Befestigungsmittel können die Antriebskraft zwischen den gegenseitig befestigten Komponenten übertragen.
Die 9A bis 10 zeigen einen Hauptabschnitt des Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt. Der Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt ist als Antriebsmechanismus zum Steuern der Ausrichtung des Werkzeugs wie der Hand (7A und 7B) konfiguriert, das am Handgelenkabschnitt 102 angebracht ist, der am bewegbaren Abschnitt 100 angebaut ist. Der Parallelroboter 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt ausgerüstet, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Der Basisabschnitt 12 hat drei Sitzabschnitte 56, von denen jeder wie in 2 dargestellt konfiguriert ist, und die an geeigneten Positionen um die allgemeine Mitte der drei zusammengebauten Gestängestrukturen 26 ausgebildet sind. Die äußeren Halter 44 der jeweiligen Halterbaugruppen 50 sind am jeweiligen Sitzabschnitt 56 angebracht. Als Ergebnis sind die drei Antriebsmechanismen 20 für den Handgelenkabschnitt derart konfiguriert, dass die ersten Rotationsachsen 44a der jeweiligen Halterbaugruppen 50 parallel zueinander angeordnet sind.
Jeder Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt umfasst eine Halterbaugruppe 50, die durch Zusammenbauen dreier hohlzylindrischer Halter 44, 46 und 48 auf eine relativ zueinander drehbare Weise zu einer dreifach ineinander gesteckten Struktur gebildet wird, einen einen äußeren Halter 44 der Halterbaugruppe rotatorisch antreibenden Servomotor 52 und ein stabförmiges Übertragungselement 54, das linear bewegbar in einem inneren Halter der Halterbaugruppe 50 aufgenommen ist.
Der äußere Halter 44 der Halterbaugruppe 50 ist über eine Rotationslagereinheit 58 am Sitzabschnitt 56 befestigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Innenring der Rotationslagereinheit 58 an einer axialen Endzone (in der Zeichnung Zone am unteren Ende) der Außenumfangsoberfläche des äußeren Halters 44 befestigt, der Außenring der Rotationslagereinheit 58 ist an der Innenumfangsoberfläche eines hohlzylindrischen Anbauelements 60 befestigt, und das Anbauelement 60 ist an einem axialen Ende (in der Zeichnung am oberen Ende) des Sitzabschnitts 56 befestigt (10). In diesem Zustand ist der äußere Halter 44 mit dem Basisabschnitt 12 verbunden und um eine erste Rotationsachse 44a drehbar, die senkrecht zum Basisabschnitt 12 verläuft (d. h. bezüglich der Anbaufläche für den Parallelroboter 10), wobei der Innenraum des äußeren Halters 44 koaxial und in Verbindung mit dem Innenraum des Sitzabschnitts 56 angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform fällt die erste Rotationsachse 44a mit der geometrischen Mittellinie des zylindrischen äußeren Halters 44 zusammen. Der Außenring der Rotationslagereinheit 58 kann direkt am Sitzabschnitt 56 ohne Verwendung des Anbauelements 60 befestigt sein.
Wie in 9A dargestellt hat der mittlere Halter 46 der Halterbaugruppe 50 eine Außenumfangsoberfläche, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Innenumfangsoberfläche des äußeren Halters 44, und ein Paar Spindeln 62, die axial nach außen ragen und an vorgegebenen einander gegenüberliegenden Positionen, die voneinander um einen Mittenwinkel von 180° beabstandet sind, an der Außenumfangsoberfläche des mittleren Halters 46 ausgebildet sind. Die Spindeln 62 sind so angeordnet, dass ihre geometrischen Mittellinien zusammenfallen und orthogonal zur geometrischen Mittellinie des mittleren Halters 46 verlaufen. Andererseits ist der äußere Halter 44 mit einem Paar Spindelbohrungen 64 versehen, die ihn radial durchdringen und an vorgegebenen einander gegenüberliegenden Positionen, die voneinander um einen Mittenwinkel von 180° beabstandet sind, auf der Innenumfangsoberfläche des äußeren Halters 44 ausgebildet sind. Die Spindelbohrungen 64 sind so angeordnet, dass ihre geometrischen Mittellinien zusammenfallen und orthogonal zur geometrischen Mittellinie des äußeren Halters 44 verlaufen.
Der mittlere Halter 46 ist am äußeren Halter 44 über ein Paar Rotationslagereinheiten 66 angebracht, die jeweils in den Spindelbohrungen 64 angeordnet sind, wobei die Spindeln 62 des mittleren Halters 46 jeweils in die entsprechende Spindelbohrung 64 des äußeren Halters 44 eingesetzt sind. Genauer gesagt ist der Innenring jeder Rotationslagereinheit 66 an der Außenumfangsoberfläche jeder Spindel 62 des mittleren Halters 46 und der Außenring jeder Rotationslagereinheit 66 an der Innenumfangsoberfläche jeder Spindelbohrung 64 des äußeren Halters 44 befestigt. In diesem Zustand befindet sich der mittlere Halter 46 innerhalb des äußeren Halters 44 und ist um eine zweite Rotationsachse 46a drehbar, die sowohl zur geometrischen Mittellinie des mittleren Halters 46 als auch zur ersten Rotationsachse 44a orthogonal verläuft.
Wie in 9B dargestellt hat der innere Halter 48 der Halterbaugruppe 50 eine Außenumfangsoberfläche, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Innenumfangsoberfläche des mittleren Halters 46, und ein Paar Spindeln 68, die radial nach außen ragen und an vorgegebenen einander gegenüberliegenden Positionen, die voneinander um einen Mittenwinkel von 180° beabstandet sind, an der Außenumfangsoberfläche des inneren Halters 48 ausgebildet sind. Die Spindeln 68 sind so angeordnet, dass ihre geometrischen Mittellinien zusammenfallen und orthogonal zur geometrischen Mittellinie des inneren Halters 48 verlaufen. Andererseits ist der mittlere Halter 46 mit einem Paar Spindelbohrungen 70 versehen, die ihn radial durchdringen und an vorgegebenen einander gegenüberliegenden Positionen, die voneinander um einen Mittenwinkel von 180° und vom Spindelpaar 68 um einen Mittenwinkel von 90° beabstandet sind, ausgeführt Die Spindelbohrungen 70 sind so angeordnet, dass ihre geometrischen Mittellinien zusammenfallen und orthogonal zur geometrischen Mittellinie des mittleren Halters 46 verlaufen.
Der innere Halter 48 ist am mittleren Halter 46 über ein Paar Rotationslagereinheiten 72 angebracht, die jeweils in den Spindelbohrungen 70 angeordnet sind, wobei die Spindeln 68 des inneren Halters 48 in die jeweilige Spindelbohrung 70 des mittleren Halters 46 eingesetzt sind. Genauer gesagt ist der Innenring jeder Rotationslagereinheit 72 an der Außenumfangsoberfläche jeder Spindel 68 des inneren Halters 48 und der Außenring jeder Rotationslagereinheit 72 an der Innenumfangsoberfläche jeder Spindelbohrung 70 des mittleren Halters 46 befestigt. In diesem Zustand befindet sich der innere Halter 48 innerhalb des mittleren Halters 46 und ist um eine dritte Rotationsachse 48a drehbar, die sowohl zur geometrischen Mittellinie des inneren Halters 48 als auch zur zweiten Rotationsachse 46a orthogonal verläuft.
Ein Zahnrad 74 als Kraftübertragungselement ist am anderen axialen Ende (in der Zeichnung am oberen Ende) der Außenumfangsoberfläche des äußeren Halters 44 befestigt Eine Abtriebswelle 76 des Servomotors 52 kämmt mit dem Zahnrad 74 (10). Der Servomotor 52 treibt den äußeren Halter 44 über das Zahnrad 74 rotatorisch an, so dass er sich um die erste Rotationsachse 44a dreht. Anstelle des Zahnrades 74 können alternativ Riemen und eine Riemenscheibe als Kraftübertragungselement verwendet werden.
Das Übertragungselement 54 ist ein monolithisches oder einteiliges stabförmiges Element mit einer Außenumfangsoberfläche, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Innenumfangsoberfläche des inneren Halters 48 der Halterbaugruppe 50, und über ein Linearlagerelement 78 innerhalb des inneren Halters 48 am inneren Halter 48 angebracht. In diesem Zustand wird das Übertragungselement 54 im inneren Halter 48 aufgenommen und ist linear über die gesamte Länge des Übertragungselements 54 in einem drehfesten Zustand entlang der Linearbewegungsachse 54a parallel zu den geometrischen Mittellinien sowohl des Übertragungselements 54 als auch des inneren Halters 48 und senkrecht zur dritten Rotationsachse 48a bewegbar. Bei der dargestellten Ausführungsform fällt die Linearbewegungsachse 54a mit den geometrischen Mittellinien sowohl des Übertragungselements 54 als auch des inneren Halters 48 zusammen.
Zur Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit bei der Ausrichtung des Werkzeugs ist es erforderlich, dass das Linearlagerelement 78, das das Übertragungselement 54 im drehfesten Zustand führt, die Abtriebsleistung des Servomotors 52 bei möglichst geringem Leistungsverlust an das Übertragungselement 54 übertragen kann. Unter diesem Gesichtspunkt kann eine Keilmutter einer Kugelführungseinheit vorzugsweise als das Linearlagerelement 78 verwendet werden. In diesem Fall hat das Übertragungselement 54 die Konfiguration einer Keilwelle der Kugelführungseinheit. Die Kugelführungseinheit ist im Stand der Technik bekannt und wird deshalb hierin nicht ausführlich beschrieben.
Die Halterbaugruppe 50 fungiert als Übertragungsgelenk, das zwischen dem Übertragungselement 54 und dem Basisabschnitt 12 oder der Abtriebswelle 76 des Servomotors 52 angeordnet ist und eine spezielle Konfiguration hat, die eine Relativbewegung entlang der geometrischen Mittellinie (oder der Linearbewegungsachse 54a) des Übertragungselements 54 ermöglicht. Im Einzelnen ist der äußere Halter 44 eine antriebsseitige Komponente und der innere Halter 48 eine abtriebsseitige Komponente des Spezial-Übertragungsgelenks. Deshalb kann das Übertragungselement 54 entweder in einer Lagebeziehung, in der die Linearbewegungsachse 54a parallel zur ersten Rotationsachse 44a des äußeren Halters 44 liegt, oder in einer Lagebeziehung, in der die Linearbewegungsachse 54a schräg zur ersten Rotationsachse 44a verläuft, zusammen oder integral mit dem inneren Halter 48 synchron mit der Rotation des vom Servomotor 52 angetriebenen äußeren Halters 44 um die Linearbewegungsachse 54a rotieren.
Für die Halterbaugruppe 50 wird der zulässige Neigungswinkel des Übertragungselements 54 relativ zum äußeren Halter 44 (d. h. der Linearbewegungsachse 54a relativ zur ersten Rotationsachse 44a) durch die relative Lagebeziehung und die maßliche Beziehung zwischen dem äußeren 44, dem mittleren 46 und dem inneren Halter 48 bestimmt. Bei der typischen Arbeit des Parallelroboters 10 (z. B. Handhabungsarbeit) ist es wünschenswert, dass das Übertragungselement 54 im Bereich von ca. 0 bis 40° geneigt werden kann. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, kann die Halterbaugruppe 50 durch Zusammenbauen dreier hohlzylindrischer Halter 44, 46, 48 zu einer dreifach ineinander gesteckten Struktur auf eine solche Weise gebildet werden, dass der mittlere Halter 46 und der innere Halter 48 nicht wesentlich aus dem äußeren Halter 44 nach außen hervorstehen. Es ist deshalb möglich, die Gesamtabmessungen der Halterbaugruppe 50 problemlos zu verringern, ohne die erforderliche Funktionalität des Übertragungsgelenks zu beeinträchtigen.
Wie anhand von 3 beschrieben ist das Übertragungselement 54 (54-1, 54-2, 54-3) an einem Ende (in der Zeichnung am unteren Ende) im Abstand zum inneren Halter 48 der Halterbaugruppe 50 über ein Übertragungsgelenk 80 (80-1), 80-2 und 80-3) mit einem typischen Aufbau schwenkbar mit dem Handgelenkabschnitt 102 verbunden. Bei dieser Konfiguration arbeitet das Übertragungselement 54 zur ruckfreien Übertragung der Rotation des äußeren Halters 44 um die erste Rotationsachse 44a der Halterbaugruppe 50 an den Handgelenkabschnitt 102 und um es dem Handgelenkabschnitt 102 zu ermöglichen, eine Rotationsbewegung um die orthogonal zur dritten Rotationsachse 48a verlaufende vierte Rotationsachse 106a der Halterbaugruppe 50 auszuführen.
Insbesondere kann beim Parallelroboter 10 das Übertragungselement 54 der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts 100 und des Handgelenkabschnitts 102 aufgrund des Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt mit der Parallelmechanismuskonfiguration ruckfrei folgen und sich somit entlang der Linearbewegungsachse 54a bezüglich der Halterbaugruppe 50 als Übertragungsgelenk, das zwischen dem Übertragungselement 54 und dem Basisabschnitt 12 oder der Abtriebswelle 76 der Antriebsmaschine angeordnet ist, passiv bewegen. Als Ergebnis kann das Drehmoment des Servomotors 52 zuverlässig an den Handgelenkabschnitt 102 übertragen werden, wenn sich der bewegbare Abschnitt 100 und der Handgelenkabschnitt 102 in einer gewünschten (oder befehlsgesteuerten) räumlichen Position im Arbeitsraum befinden.
Bei dieser Verbindung treibt der Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt den bewegbaren Abschnitt 100 derart an, dass der bewegbare Abschnitt 100 nur eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich des Basisabschnitts 12 ausführt. Deshalb ist die vierte Rotationsachse 106a des Handgelenkabschnitts 102 während des Betriebs des Antriebsmechanismus 16 für den bewegbaren Abschnitt stets parallel zur ersten Rotationsachse 44a der Halterbaugruppe 50 angeordnet. Als Ergebnis entspricht die Winkelgeschwindigkeit des äußeren Halters 44 ungeachtet des Neigungswinkels des Übertragungselements 54 bezüglich des Basisabschnitts 12 der Winkelgeschwindigkeit des Eingangswellenelements 101.
Wenn bei der oben beschriebenen Konfiguration das Übertragungselement 54 der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts 100 und des Handgelenkabschnitts 102 folgt, hat das Übertragungselement 54 die Neigung, aus dem äußeren Halter 44 der auf dem Basisabschnitt 12 getragenen Halterbaugruppe 50 unter verschiedenen Winkeln und mit verschiedener Länge nach oben herauszuragen. Um eine gegenseitige Störung zwischen dem Servomotor 52 und dem Übertragungselement 54 zu verhindern, ist es deshalb vorteilhaft, wenn der Servomotor 52 des Antriebsmechanismus 20 für den Handgelenkabschnitt auf dem Basisabschnitt 12 an einer Position neben dem äußeren Halter 44 getragen wird, so dass sie nicht über den äußeren Halter 44 hinaus in einer Richtung (in der Zeichnung nach oben) vom bewegbaren Abschnitt 100 weg hervorragt (10).
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, hat der Parallelroboter 10 gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Konfiguration, bei der die Anzahl der Freiheitsgrade bezüglich der die Ausrichtung ändernden Achsen des Handgelenkabschnitts 102 auf drei Grade erhöht wird, so dass verschiedene Aufgaben zum Anbringen eines Werkstücks auf einer geneigten Oberfläche ausgeführt werden können. Ferner kann der Parallelroboter 10 das Auftreten eines außergewöhnlichen Zustands (oder eines Ausnahmefalls) verhindern, bei dem eine Roboterbewegung zum Anordnen eines am Handgelenkabschnitt 102 (oder am bewegbaren Abschnitt 100) angebrachten Werkzeugs in einer Zielposition und -ausrichtung selbst dann nicht eindeutig programmiert oder bestimmt werden kann, wenn sich die Anbaufläche 114 des Handgelenkabschnitt 102 in einer relativ häufig eingenommenen Ausrichtung befindet (ein Fall, in dem der Parallelroboter 10 auf dem Boden steht, wobei die Anbaufläche 114 bezüglich der Bodenfläche waagrecht ausgerichtet ist).

Claims

Parallelroboter (10), aufweisend: einen Basisabschnitt (12); einen bewegbaren Abschnitt (100), der bezüglich des Basisabschnitts bewegbar ist; einen Antriebsmechanismus (16) für den bewegbaren Abschnitt, der eine Parallelmechanismuskonfiguration aufweist und zwischen dem Basisabschnitt und dem bewegbaren Abschnitt vorgesehen ist, wobei der Antriebsmechanismus für den bewegbaren Abschnitt derart arbeitet, dass er eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich des Basisabschnitts ausführen kann; einen Handgelenkabschnitt (102), der im bewegbaren Abschnitt derart vorgesehen ist, dass die Ausrichtung des Handgelenkabschnitts verändert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass drei Antriebsmechanismen (20) für den Handgelenkabschnitt vorgesehen sind, die derart arbeiten, dass der Handgelenkabschnitt eine die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen bezüglich des bewegbaren Abschnitts ausführen kann, wobei der Handgelenkabschnitt aufweist: ein erstes Rotationselement (106), das an dem bewegbaren Abschnitt gelagert und um eine vierte Rotationsachse (106a) drehbar ist, die sich von den Achsen der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts unterscheidet; ein zweites Rotationselement (108), das mit dem ersten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur vierten Rotationsachse verlaufende fünfte Rotationsachse (108a) drehbar ist; und ein drittes Rotationselement (110), das mit dem zweiten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur fünften Rotationsachse verlaufende sechste Rotationsachse (110a) drehbar ist; wobei das dritte Rotationselement mit einer Anbaufläche (114) ausgeführt ist, an der ein Werkzeug angebracht ist; und wobei die Anbaufläche bezüglich der sechsten Rotationsachse unter einem vorgegebenen Winkel geneigt ist, und wobei die drei Antriebsmechanismen (20) für den Handgelenkabschnitt unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei jeder der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt aufweist: einen hohlen äußeren Halter (44), der mit dem Basisabschnitt verbunden und um eine erste Rotationsachse (44a) drehbar ist; einen hohlen mittleren Halter (46), der innerhalb des äußeren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur ersten Rotationsachse (44a) verlaufende zweite Rotationsachse (46a) drehbar ist; einen hohlen inneren Halter (48), der innerhalb des mittleren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur zweiten Rotationsachse (46a) verlaufende dritte Rotationsachse (48a) drehbar ist; einen Servomotor (52), der den äußeren Halter zur Drehung um die erste Rotationsachse (44a) antreibt; und ein stabförmiges Übertragungselement (54), das im inneren Halter aufgenommen und linear in einem drehfesten Zustand entlang einer orthogonal zur dritten Rotationsachse (48a) verlaufenden Linearbewegungsachse (54a) bewegbar ist, wobei das stabförmige Übertragungselement an einem Ende im Abstand zum inneren Halter über ein Übertragungsgelenk (80) mit dem Handgelenkabschnitt verbunden ist.
Parallelroboter nach Anspruch 1, bei dem ein erster der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein erstes Übertragungselement (54-1) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein erstes Übertragungsgelenk (80-1) mit dem ersten Rotationselement verbunden ist, wobei das erste Übertragungselement derart arbeitet, dass es eine Rotation eines ersten äußeren Halters, der von einem ersten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das erste Rotationselement überträgt und es dem ersten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die orthogonal zur dritten Rotationsachse verlaufende vierte Rotationsachse auszuführen; wobei ein zweiter der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein zweites Übertragungselement (54-2) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein zweites Übertragungsgelenk (80-2) mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist, wobei das zweite Übertragungselement derart arbeitet, dass es eine Rotation eines zweiten äußeren Halters, der von einem zweiten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das zweite Rotationselement überträgt und es dem zweiten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die fünfte Rotationsachse auszuführen; und wobei ein dritter der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein drittes Übertragungselement (54-3) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein drittes Übertragungsgelenk (80-3) mit dem dritten Rotationselement verbunden ist, wobei das dritte Übertragungselement derart arbeitet, dass es die Rotation eines dritten äußeren Halters, der von einem dritten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das dritte Rotationselement überträgt und es dem dritten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die sechste Rotationsachse auszuführen.
Parallelroboter nach Anspruch 2, bei dem der Handgelenkabschnitt drei Eingangswellenelemente (101) aufweist, die drehbar an dem bewegbaren Abschnitt gelagert sind; ein hohlrohrförmiges erstes angetriebenes Zahnrad (4-2), das mit einem ersten der Eingangswellenelemente gekoppelt und am ersten Rotationselement befestigt ist; ein hohlrohrförmiges erstes Zwischenzahnrad (5-2, 5-3), das drehbar im Innern des ersten angetriebenen Zahnrades gelagert ist; ein hohlrohrförmiges zweites angetriebenes Zahnrad (5-4), das mit einem zweiten der Eingangswellenelemente über das erste Zwischenzahnrad gekoppelt und am zweiten Rotationselement befestigt ist; ein zweites Zwischenzahnrad (6-3), das drehbar innerhalb des ersten Zwischenzahnrades gelagert ist; ein drittes Zwischenzahnrad (6-4), das drehbar im Innern des zweiten angetriebenen Zahnrades gelagert ist; und ein drittes angetriebenes Zahnrad (6-6), das mit einem dritten der Eingangswellenelemente über das zweite Zwischenzahnrad gekoppelt und am dritten Rotationselement befestigt ist; und bei dem eine Antriebskraft zum rotatorischen Antreiben des Handgelenkabschnitts jeweils vom ersten bis dritten Übertragungselement über das erste bis dritte Übertragungsgelenk übertragen wird.
Parallelroboter (10), aufweisend: einen Basisabschnitt (12); einen bewegbaren Abschnitt (100), der bezüglich des Basisabschnitts bewegbar ist; einen Antriebsmechanismus (16) für den bewegbaren Abschnitt, der eine Parallelmechanismuskonfiguration aufweist und zwischen dem Basisabschnitt und dem bewegbaren Abschnitt vorgesehen ist, wobei der Antriebsmechanismus für den bewegbaren Abschnitt derart arbeitet, dass er eine Translationsbewegung entlang drei Achsen bezüglich des Basisabschnitts ausführen kann; einen Handgelenkabschnitt (102), der im bewegbaren Abschnitt derart vorgesehen ist, dass die Ausrichtung des Handgelenkabschnitts verändert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass drei Antriebsmechanismen (20) für den Handgelenkabschnitt vorgesehen sind, die derart arbeiten, dass der Handgelenkabschnitt eine die Ausrichtung ändernde Bewegung entlang drei Achsen bezüglich des bewegbaren Abschnitts ausführen kann, wobei der Handgelenkabschnitt aufweist: ein erstes Rotationselement (106), das an dem bewegbaren Abschnitt gelagert und um eine vierte Rotationsachse (106a) drehbar ist, die sich von den Achsen der Translationsbewegung entlang drei Achsen des bewegbaren Abschnitts unterscheidet; ein zweites Rotationselement (108), das mit dem ersten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur vierten Rotationsachse verlaufende fünfte Rotationsachse (108a) drehbar ist; ein drittes Rotationselement (110), das mit dem zweiten Rotationselement verbunden und um eine orthogonal zur fünften Rotationsachse verlaufende sechste Rotationsachse (110a) drehbar ist und wobei die drei Antriebsmechanismen (20) für den Handgelenkabschnitt unabhängig voneinander betreibbar sind, wobei jeder der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt aufweist: einen hohlen äußeren Halter (44), der mit dem Basisabschnitt verbunden und um eine erste Rotationsachse (44a) drehbar ist; einen hohlen mittleren Halter (46), der innerhalb des äußeren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur ersten Rotationsachse (44a) verlaufende zweite Rotationsachse (46a) drehbar ist; einen hohlen inneren Halter (48), der innerhalb des mittleren Halters angeordnet und um eine orthogonal zur zweiten Rotationsachse (46a) verlaufende dritte Rotationsachse (48a) drehbar ist; einen Servomotor (52), der den äußeren Halter zur Drehung um die erste Rotationsachse (44a) antreibt; und ein stabförmiges Übertragungselement (54), das im inneren Halter aufgenommen und linear in einem drehfesten Zustand entlang einer orthogonal zur dritten Rotationsachse (48a) verlaufenden Linearbewegungsachse (54a) bewegbar ist, wobei das stabförmige Übertragungselement an einem Ende im Abstand zum inneren Halter über ein Übertragungsgelenk (80) mit dem Handgelenkabschnitt verbunden ist.
Parallelroboter nach Anspruch 4, bei dem ein erster der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein erstes Übertragungselement (54-1) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein erstes Übertragungsgelenk (80-1) mit dem ersten Rotationselement verbunden ist, wobei das erste Übertragungselement derart arbeitet, dass es eine Rotation eines ersten äußeren Halters, der von einem ersten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das erste Rotationselement überträgt und es dem ersten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die orthogonal zur dritten Rotationsachse verlaufende vierte Rotationsachse auszuführen; wobei ein zweiter der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein zweites Übertragungselement (54-2) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein zweites Übertragungsgelenk (80-2) mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist, wobei das zweite Übertragungselement derart arbeitet, dass es eine Rotation eines zweiten äußeren Halters, der von einem zweiten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das zweite Rotationselement überträgt und es dem zweiten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die fünfte Rotationsachse auszuführen; und wobei ein dritter der Antriebsmechanismen für den Handgelenkabschnitt ein drittes Übertragungselement (54-3) als das stabförmige Übertragungselement aufweist, das über ein drittes Übertragungsgelenk (80-3) mit dem dritten Rotationselement verbunden ist, wobei das dritte Übertragungselement derart arbeitet, dass es die Rotation eines dritten äußeren Halters, der von einem dritten Servomotor rotierend angetrieben wird, an das dritte Rotationselement überträgt und es dem dritten Rotationselement ermöglicht, eine Rotationsbewegung um die sechste Rotationsachse auszuführen.
Parallelroboter nach Anspruch 5, bei dem der Handgelenkabschnitt drei Eingangswellenelemente (101) aufweist, die drehbar an dem bewegbaren Abschnitt gelagert sind; ein hohlrohrförmiges erstes angetriebenes Zahnrad (4-2), das mit einem ersten der Eingangswellenelemente gekoppelt und am ersten Rotationselement befestigt ist; ein hohlrohrförmiges erstes Zwischenzahnrad (5-2, 5-3), das drehbar im Innern des ersten angetriebenen Zahnrades gelagert ist; ein hohlrohrförmiges zweites angetriebenes Zahnrad (5-4), das mit einem zweiten der Eingangswellenelemente über das erste Zwischenzahnrad gekoppelt und am zweiten Rotationselement befestigt ist; ein zweites Zwischenzahnrad (6-3), das drehbar innerhalb des ersten Zwischenzahnrades gelagert ist; ein drittes Zwischenzahnrad (6-4), das drehbar im Innern des zweiten angetriebenen Zahnrades gelagert ist; und ein drittes angetriebenes Zahnrad (6-6), das mit einem dritten der Eingangswellenelemente über das zweite Zwischenzahnrad gekoppelt und am dritten Rotationselement befestigt ist; und bei dem eine Antriebskraft zum rotatorischen Antreiben des Handgelenkabschnitts jeweils vom ersten bis dritten Übertragungselement über das erste bis dritte Übertragungsgelenk übertragen wird.