JP3210525U - 駆動装置、工具ヘッドおよび可撓性の導管をガイドするためのドラグチェーンを備えた多軸ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】対象物表面の妨害のない加工、特にインクジェット印刷ヘッドによる印刷を可能にする多軸ロボットを提供する。【解決手段】多軸ロボット１であって、駆動装置Ａ１−Ａ６と、工具ヘッド２と、ロボットの少なくとも一部に沿って工具ヘッドにまで可撓性の導管４をガイドするためのドラグチェーン３とを備え、ドラグチェーンの、工具ヘッド近傍の端部３ａが、補助システム５により動かされ、補助システムは、端部を動かすための、ロボットの駆動装置Ａ１−Ａ６とは異なる、少なくとも１つの駆動装置６を有しているドラグチェーンの、工具近傍の端部と、加工すべき対象物またはロボットの近傍の別の対象物との衝突が回避される。【選択図】図１

Description

本考案は、請求項１に記載の特徴を備えた、駆動装置と、工具ヘッドと、可撓性の導管をガイドするためのドラグチェーンもしくはケーブルキャリア（Schleppkette）とを備えた多軸ロボットに関する。

本考案は、任意の湾曲を有していてよい対象物表面を加工する技術分野にある。特に本考案は、そのような表面への印刷に関する。

ロボットによりガイドされた工具ヘッド、特にたとえば独国特許出願公開第１０２０１２００６３７１号明細書から公知のようなインクジェット印刷ヘッドを用いた、対象物の任意に湾曲された表面の加工時、特にそのような表面への印刷時には、通常、工具ヘッドに、導管を介してたとえば電気的に供給を行うことが必要である。導管は、動く工具ヘッドに向かってガイドされる。このような導管は、たとえば独国実用新案第２０２０１１００４７８６号明細書に開示されているようなロボットに沿ってガイドされてよく、かつこの場合に、たとえば独国実用新案第２０３０５６７７号明細書に開示されているようなドラグチェーン内に敷設されていてよい。

この場合に、たとえば導管が規定の動きをする時にロボットの周囲に巻き付くことによって、導管がロボットの動きを制限するという問題が生じ得る。他方では、導管が、加工すべき対象物または別の対象物またはロボット自体に衝突し得るという問題も生じ得る。これらの問題は、回避し、または克服するべきである。

独国特許出願公開第１０２４５９８４号明細書は、ドラグチェーンを備えたロボットアームを開示している。ドラグチェーンの、工具近傍の端部は、ロボットアームに、もしくはロボットアームの最後の部材に、保持体を介して取り付けられていて、この最後の部材と一緒に動く、つまり回転され得る。しかし、ロボットアームの最後の部材には、通常、工具ヘッドも取り付けられているので、ドラグチェーンの、工具近傍の端部は常に工具ヘッドと一緒にしか動かされ得ないか、もしくは動かされなければならない。したがって、ドラグチェーンの、工具近傍の端部の軌道は、工具ヘッドの軌道により規定され、ドラグチェーンの、工具近傍の端部の、加工すべき対象物または別の対象物またはロボット自体との衝突が生じ得る。独国特許出願公開第１０２４５９８４号明細書はしたがって上述の問題を解決していない。

独国特許出願公開第１０２００４０２６８１３号明細書は、２つのロボットの使用もしくは２つのロボットの、互いに対して調和された協働作業を開示している。この場合、２つのロボットのうちの一方のロボットは、いわゆるコピーロボットであり、他方のロボットは参照ロボットである。コピーロボットは、参照ロボットの軌道もしくはそのハンドフランジを追従する。このことを達成するためには、手間のかかる測定システムが使用される。独国特許出願公開第１０２００４０２６８１３号明細書は、ドラグチェーンの使用時における衝突回避またはロボットの動きの制限の回避のための解決手段を記載していない。

独国特許出願公開第１０２００６００２６３７号明細書は、ロボットとの結合部におけるいわゆるトロリ（Laufkatze）の使用を開示している。この場合、トロリは単に受動的な、ロボットの引っ張りに従うシステムとして使用されている。独国特許出願公開第１０２００６００２６３７号明細書は、ドラグチェーンの使用時における能動的な衝突回避またはロボットの動きの制限の能動的な回避のための解決手段を記載していない。

独国特許出願公開第１０２０１２００６３７１号明細書 独国実用新案第２０２０１１００４７８６号明細書 独国実用新案第２０３０５６７７号明細書 独国特許出願公開第１０２４５９８４号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０２６８１３号明細書 独国特許出願公開第１０２００６００２６３７号明細書

このような背景から、本考案の課題は、先行技術に対して改善された装置を提供することであり、この場合、該装置は、ドラグチェーン内の導管を介して供給が行われる工具ヘッド、特にインクジェット印刷ヘッドを備えたロボットを、加工すべき対象物、別の対象物またはロボットとの、ドラグチェーンの少なくとも工具近傍の端部との衝突および／またはロボットの動きの制限が回避され得るように形成することを可能にする。

この課題の本考案による解決手段は、請求項１に記載の特徴を有するロボットである。

駆動装置と、工具ヘッドと、該ロボットの少なくとも一部に沿って工具ヘッドにまで可撓性の導管をガイドするためのドラグチェーンとを備える本考案に係る多軸ロボットは、ドラグチェーンの、工具ヘッド近傍の端部が、補助システムにより動かされ、該補助システムは、端部を動かすための、ロボットの駆動装置とは異なる、少なくとも１つの駆動装置を有しているロボットである。

本考案による解決手段は、有利な形式で、少なくともドラグチェーンの工具近傍の端部と加工すべき対象物、別の対象物またはロボットとの衝突および／またはロボットの動きの制限を回避することを可能にする。同様に、ケーブル破断等も回避され得る。言い換えると、ロボットの作業スペースは、制限されないか、僅かにしか制限されず、またはむしろ最大化される。このためには、本考案によれば、補助システムが使用される。この補助システムは、駆動装置を有しているという意味で、能動的な補助システムである。有利には、この駆動装置は、ロボットの駆動装置とは関係なしに制御される。制御のためには有利にはコンピュータが使用される。

本考案に係るロボットの有利な態様は、補助システムが、多軸ロボットにおいて動くことが可能に配置されたアームであることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、アームの駆動装置が、センサ信号に基づいて制御されることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、アームが間隔センサを有していて、センサ信号が間隔信号であることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、補助システムの駆動装置が、コンピュータにより生成された軌道プランに基づいて制御され、該軌道プランは、コンピュータにより生成された、工具ヘッドのための軌道プランとは異なっていることにより優れていることができる。補助システムは、ドラグチェーン、特にドラグチェーンの工具近傍の端部を空間内で移動させ、この場合に工具ヘッドの動きを考慮することができ、特に工具ヘッドが規定された間隔で、かつ衝突を回避しながら追従され得るので、両方の軌道プランは、大抵は互いに対して完全には独立していない。しかし、補助システムは、（工具ヘッドのためのロボットの自由度とは）別個の少なくとも１つの動きの自由度を有している。この自由度により、補助システムは有利な形式で、たしかに工具ヘッドを追従するが、しかしこの場合に別個の回避運動を実施することができる。

本考案に係るロボットの有利な態様は、補助システムがトロリであることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、補助システムが別の多軸ロボットであることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、工具ヘッドが、インクジェット印刷ヘッドおよび／またはビームにより印刷されたインクを処理するヘッドであることにより優れていることができる。

本考案に係るロボットの別の有利な態様は、可撓性の導管が、印刷ヘッドを電気的に制御するための少なくとも１つの線路と、印刷ヘッドにインクを圧送するための少なくとも１つの管路を含んでいることにより優れていることができる。

本考案は、ならびに本考案のこのような構造的および／または機能的に有利な態様を以下に添付の図面に関連して種々異なる実施の形態につき詳しく説明する。図面では、互いに相当するエレメントは、それぞれ同一の符号を付与されている。

本考案による装置の有利な実施の形態を示す側面図である。 本考案による装置の別の有利な実施の形態を示す側面図である。 本考案による装置のさらに別の有利な実施の形態を示す側面図である。

図１は、有利には床に位置固定された多軸ロボット１を示しており、該多軸ロボット１は、ロボットのフランジ（図示せず）に取り付けられた工具ヘッド２を備えている。工具ヘッド２は、本実施の形態ではインクジェット印刷ヘッドとして形成されている。工具ヘッド２は、択一的には、ビームにより印刷されたインクを処理するためのヘッドとして、たとえばＵＶ−またはＩＲ−ビームドライヤとして形成されていてもよい。さらに択一的には、工具ヘッド２は、インクジェット印刷ヘッドとビームドライヤとから成る組み合わせであってもよい。最終的に工具ヘッド２は、択一的または付加的には、別の構成要素、たとえば印刷画像を塗布する前に印刷すべき表面をクリーニングするためのプラズマノズルを有していてもよい。

ロボット１は、複数のロボット軸線を有しており、図示された例では、Ａ１からＡ６までの６つのロボット軸線を有している。この場合、各ロボット軸線には、別個の駆動装置が対応配置されている。このようなロボットは、通常、回転ジョイントロボットまたは産業ロボットと呼ばれ、空間内もしくは加工すべき対象物に関連して工具ヘッドの自由な位置決めおよび配向を可能にする。

ロボット１の前端部に設けられた工具ヘッド２へは、可撓性の導管４を介して供給が行われ得る。この可撓性の導管４は、同様に可撓性であるドラグチェーン３（別名：エネルギ案内チェーンまたはエナジーチェーン）を通じてガイドされる。ドラグチェーンは、外側でロボット１に沿ってガイドされている。導管４は、インクジェット印刷ヘッドの例では、印刷ヘッドを電気的に制御するための少なくとも１つの線路（ケーブル）と、印刷ヘッドへインクを圧送するための少なくとも１つの導管（チューブ）である。導管もドラグチェーンも、空間におけるロボットの動きに追従することができるように、可撓性に形成されている。ドラグチェーンは、工具ヘッド近傍の端部３ａを有している。この端部３ａから導管４はさらに工具ヘッドへとガイドされている。さらに、ドラグチェーンは、緊締システム３ｂ（ニューマチックシリンダと、該ニューマチックシリンダ上に配置されたローラ。このローラを介してドラグチェーンがガイドされる。）によりロボットにおいて収容されていてよく、これにより、ロボットが動く時に、必要となる張力下で保持され得る。上述のドラグチェーンの代わりに、別の適したあらゆるケーブルガイドも使用され得る。この場合、「適した」とは、導管が確実かつ正確にロボットと共に動かされ、かつ導管の損傷が効果的に阻止されることを意味している。

ドラグチェーンの端部３ａは、補助システム５に配置されている。この場合、補助システム５は、やはりロボット１に配置されている。この場合、補助システム５は、ドラグチェーンの工具近傍の端部３ａの、制御された能動的な動きを可能にするように形成されている。この動きは、軸線Ａ１〜Ａ６もしくは所属する駆動装置の動きに依存し、したがって補助システム５は、固有の駆動装置６を有している。したがって駆動装置６は、ロボットに設けられた駆動装置Ａ１〜Ａ６とは異なっている。有利には、駆動装置６は、回転駆動装置である。

補助システム５は、図１において、付加的に別個に、上から見た平面図で示されている。補助システム５が、本実施の形態ではアーム５ａを有していて、該アーム５ａは、ロボット１において回転可能に配置されており、駆動装置６により回転運動を実施することができることが判る。この形式により本考案によれば、ドラグチェーン３の端部３ａを、ロボット１に対して相対的に、ひいては工具ヘッド２に対して相対的に動かすことが可能にされる。本考案により規定された動きは、図示の実施の形態では、有利には円形運動であるか、または少なくとも円形区分状での運動であるか、もしくは０°〜３６０°の角度領域での運動である。駆動装置６のための回転軸線は、この場合、有利には回転軸線Ａ６と一致しているか、または少なくとも回転軸線Ａ６に対して平行に配置されている。

例において示されているように対象物が任意の湾曲された表面を備える対象物である限り、予め規定された作業間隔で対象物Ｏの表面に沿ってロボット１もしくはロボット１に配置された工具ヘッド２を動かす場合、工具ヘッド２は、空間において種々異なる位置決めおよび配向を占めることが必要となる。本考案による装置は、したがって、ロボット１の他にコンピュータ７も有している。コンピュータ７は、ロボット１に必要な制御信号または制御データを供給する。ロボット１は、工具ヘッド２のために予定された軌道を走行するためにこの制御信号または制御データを必要とする。この場合、ドラグチェーン３が、ロボット１が動いているときにロボット１に巻き付くか、または工具近傍の端部３ａが対象物Ｏの表面の区分に衝突することが発生することがあり、このことは欠点であり得る。ロボット１の動きの制限も生じ得る。しかし、本考案によれば、このような状況は回避される。コンピュータ７は、ロボット１を制御するだけではなく、補助システム５も制御する。これにより、補助システム５が補償運動を実施することが可能となる。この補償運動は、ドラグチェーン３が不都合にロボット１に巻き付くか、またはドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａが衝突位置に到達するか、またはその他の不都合な制限が生じることを回避する。コンピュータ７は、工具ヘッド２を対象物の表面に沿った予定された軌道上でガイドするために十分なデータを有している。このデータから、補助システム５もしくは該補助システム５の駆動装置６の制御のために使用される信号もしくはデータが導出され得る。

簡単な例でこのことを明らかにする。たとえばロボット１が、ドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａの動きにより、対象物Ｏの表面の突出した区分と衝突する場合、コンピュータ７は、補助システム５がほぼ反対方向に向けられた動きを実施するように、補助システム５を制御し、これにより、工具近傍の端部３ａが、衝突位置に達することはない。コンピュータ７に設けられたソフトフェアは、このためには有利には対象物Ｏもしくは対象物Ｏの表面に関するデータ、および場合によっては別の対象物もしくは別の対象物の空間におけるその形状、位置および姿勢のデータも有している。別の対象物とは、ロボット自体であるとも解釈され得る。

軸線Ａ１〜Ａ６もしくは該軸線Ａ１〜Ａ６のそれぞれの位置を検出し、それに関するデータをコンピュータ７に伝達することが規定されていてもよい。コンピュータ７は、次いでロボット１の位置に基づいて補助システム５のための制御信号または制御データを導出することができる。制御信号または制御データは、補助システムおよびドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａの必要となる回避運動のために役立つ。

択一的には、ロボット１の制御のために予め予定された運動軌道を使用することが規定されていてもよい。これによりこの運動軌道を起点として、補助システム５の付加的な動きを計算し、最終的に導入することができる。この場合、予め、適切に段階付けられたヒューリスティックまたは重み関数が使用され得る。

択一的または付加的に、補助システム５が、空間におけるアーム５ａもしくはアーム５ａの、ロボット１から離れた端部と、対象物Ｏの表面または別の対象物との間隔を測定し、最小間隔を下回りそうな場合に信号を駆動装置６へと発するセンサ８、有利には間隔センサおよび特に有利には超音波センサを有していることが規定されていてもよい。駆動装置６は、したがってアームの補償運動を引き起こすことができる。補償運動は、最小間隔が少なくとも維持されるように役立つ。これによって、衝突は有利な形式でかつ効果的に回避され得る。

図２には同様に対象物Ｏの表面を加工するための工具ヘッド２を備えたロボット１の側面図を示している。ドラグチェーン３の、工具近傍の端部３ａは、やはりアーム５ａに取り付けられている。アーム５ａは、図１の実施の形態に示されているように、別個の駆動装置を用いて可動であってよい。アームが不動にロボットに配置されていることが規定されていてもよい。

ドラグチェーン３が、ロボット１が動く時にロボット１に巻き付くか、または空間におけるその他の対象物に衝突することを回避するために、補助システム５が設けられている。この補助システム５は、主にトロリ５ｂである。このトロリ５ｂは、有利にはロボット１の上方に配置されていて、場合によっては天井の近傍に配置されている。トロリ５ｂは、ドラグチェーン３の、互いに対して垂直な２つの方向への動きを可能にする。このためには、トロリ５ｂは駆動装置６ａおよび６ｂ、有利にはサーボモータを装備している。対象物Ｏを加工するための空間においてロボット１が動く時に、コンピュータ７を介してロボット１だけではなくトロリ５ｂも制御され、この場合に、ドラグチェーン３が不都合な位置、配向および特に衝突位置を占めることはない。したがって、トロリ５ｂは、単にロボット１もしくはドラグチェーン３の引っ張り力を介してのみ追従ガイドされるのではない、コンピュータ制御された能動的な補助システムを形成する。

本考案の別の実施の形態が、図３に図示された側面図に示されている。図１および図２において既に説明された、対象物Ｏの表面を加工するためのロボット１の他に、補助システム５が設けられている。この補助システム５は、本実施の形態では、第２の多軸ロボット５ｃとして形成されている。この第２の多軸ロボット５ｃは、有利には壁に位置固定されている。しかしロボット５ｃは、工具ヘッドを支持しておらず、その前端部もしくはそのハンドにおいて、ドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａが取り付けられている。この場合、ロボット５ｃには、ロボット１におけるよりも小さな精度要求（製造、制御、運動）が課されていてよい。

コンピュータ７は、この例では、ロボット１およびロボット５ｃを制御し、この場合に、ドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａが対象物Ｏの表面または別の対象物およびロボット１にも衝突しないように役立つ。ロボット５ｃの制御を介して、ドラグチェーンが不都合にロボット１に巻き付くか、またはロボット１の動きの自由度を極めて制限することも回避されることが可能である。

本考案に対して択一的な技術的な解決手段は、以下の通りである。ドラグチェーン３の工具近傍の端部３ａを保持するための補助システム５の代わりに、ロープ、たとえば被覆されていない鋼ケーブルまたは類似のエレメント（一般的に引っ張り手段、たとえばロープ、ベルト、チェーン）が設けられる。このロープは、（有利にはセンタリングされて）ドラグチェーンの工具近傍の端部に、かつ工具ヘッド２または工具ヘッド２のフランジに、またはロボットのフランジに取り付けられ、これにより、緊締システム３ｂに結合されて、ドラグチェーンの工具近傍の端部と工具ヘッドとの規定された離間のために役立つ。同時にロープは、その可撓性に基づいて工具ヘッドのほぼ任意の動きを可能にする。ロボットもしくは工具ヘッドの軌道プラン時に、ロープ端部がヘッドに追従し、これによりドラグチェーンの工具近傍の端部もヘッドに追従することが既に考慮される。この解決手段で有利なのは、可撓性のロープにより、ロボットの動きを著しく制限する妨害輪郭が形成されないことである。同時にロープは導管４の十分な引っ張り負荷軽減のために働く。

１ 多軸ロボット
２ 工具ヘッド、特にインクジェット印刷ヘッド
３ ドラグチェーン
３ａ ドラグチェーンの、工具近傍の端部
３ｂ 緊締システム
４ 導管
５ 補助システム
５ａ アーム
５ｂ トロリ
５ｃ 多軸ロボット
６ 駆動装置
６ａ，６ｂ 駆動装置
６ｃ 駆動装置
７ コンピュータ
８ センサ
Ａ１−Ａ６ ロボット軸線および対応する駆動装置
Ｏ 対象物

Claims (9)

1. 多軸ロボットであって、
   駆動装置（Ａ１−Ａ６）と、
   工具ヘッド（２）と、
   前記ロボットの少なくとも一部に沿って前記工具ヘッド（２）にまで可撓性の導管（４）をガイドするためのドラグチェーン（３）と、
   を備え、
   前記ドラグチェーン（３）の、工具ヘッド近傍の端部（３ａ）は、補助システム（５）により動かされ、該補助システム（５）は、前記端部を動かすための、前記ロボット（１）の前記駆動装置（Ａ１−Ａ６）とは異なる、少なくとも１つの駆動装置（６）を有していることを特徴とする、多軸ロボット。
2. 前記補助システム（５）は、前記多軸ロボットに動くことが可能に配置されたアーム（５ａ）である、請求項１記載の多軸ロボット。
3. 前記アーム（５ａ）の前記駆動装置（６）は、センサ信号に基づいて制御される、請求項２記載の多軸ロボット。
4. 前記アーム（５ａ）は、間隔センサ（８）を有しており、前記センサ信号は、間隔信号である、請求項３記載の多軸ロボット。
5. 前記補助システム（５）の前記駆動装置（６）は、コンピュータ（７）により生成された軌道プランに基づいて制御され、該軌道プランは、前記コンピュータ（７）により生成された、前記工具ヘッド（２）のための軌道プランとは異なっている、請求項１記載の多軸ロボット。
6. 前記補助システム（５）が、トロリ（５ｂ）である、請求項５記載の多軸ロボット。
7. 前記補助システム（５）が、別の多軸ロボット（５ｃ）である、請求項５記載の多軸ロボット。
8. 前記工具ヘッド（２）が、インクジェット印刷ヘッド（２）および／またはビームによって印刷されたインクを処理するためのヘッド（２）である、請求項１から７までのいずれか１項記載の多軸ロボット。
9. 前記可撓性の導管（４）が、前記印刷ヘッド（２）を電気的に制御するための少なくとも１つの線路（４）と、前記印刷ヘッド（２）にインクを圧送するための少なくとも１つの管路（４）を含んでいる、請求項１から８までのいずれか１項記載の多軸ロボット。

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