JPH0583354B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、互いに同軸的に配置された３つの駆
動軸を有する互いに前後に配置されていてかつ互
いに傾斜する軸線を中心に支承された３つのハン
ド部分から成る、マニプレータ用のロボツトハン
ドであつて、前記駆動軸のうち内側の駆動軸の一
方が、かさ歯車対及びひじのための旋回軸線を形
成する中間軸を介して、工具を支持する手首と結
合されており、さらに内側の駆動軸の他方が、そ
の駆動歯車が中間軸に同軸的に遊びを有して係合
するようなかさ歯車対によつて、ひじと回転不能
に連結されている形式のもの（ドイツ連邦共和国
特許出願公告第2745932号明細書）に関する。

従来の技術 一般的に周知のマニプレータは６つの旋回軸線
を有しており、該旋回軸線のうち３つの後方の旋
回軸線がロボツトハンド範囲に設けられている。
前方の３つの旋回軸線は、回転フレーム及びジブ
アームを有するスタンドに配置されており、該ス
タンドにロボツトハンドが設けられている。この
ような旋回軸線の配置の基礎がドイツ連邦共和国
特許出願公開第2435156号明細書に示されている。
後半の３つの旋回軸線を有するロボツトハンドを
駆動するために、ドイツ連邦共和国特許出願公告
第2402829号明細書により公知であるように、ロ
ボツトハンドにおいて３つの駆動軸を支持するア
ームを同心的に配置することが有利である。この
ような公知の駆動によつて、手の運動性が模倣さ
れ、それによつて、腕に相応する前方ケーシング
に、横軸を介して、手首関節を有する手に相応す
る中央ケーシングが支承されており、しかも中央
ケーシングに、指に相応する後方ケーシングが旋
回可能に支承されている。後方ケーシングの駆動
はかさ歯車セツトを介して横方向に位置する中間
軸によつて行なわれる。

原理的にはドイツ連邦共和国特許出願公告第
2619336号明細書にも記載された従来技術におい
て、後方ケーシングがロボツトハンドの差込み位
置で、著しい中断のない、鋭角の、特に直角の旋
回運動を行なうことができないと言う欠点が認め
られる。手首が所望の位置にもたらされる前に、
むしろまず腕が旋回運動しなければならない。こ
のことによつてこのような装置は、工具を空間的
に曲げたれた線に沿つて中断なしにかつ連続的に
案内することができない。

それ故にドイツ連邦共和国特許出願公開第
2927485号明細書並びにドイツ連邦共和国特許出
願公告第2745932号明細書では、ひじが傾斜する
平面に沿つて腕に回転可能に案内されることが示
されている。それに従つて、ロボツトハンドにお
ける中間軸が、同心的な駆動軸の軸線に対して傾
斜して、並びに手首の旋回軸線に対して傾斜して
配置されている。もちろん両方の従来技術におい
て、全ての軸線は一点で交差されるようになつて
いる。このことによつて、手首ひいては手首にヒ
ンジ結合された工具の旋回軸線が常に、球状の区
分のロボツトハンドによつて得られる点に対して
直角に位置することができる。さらにこのような
公知の配置によつて、工具を空間的に曲げられた
線に沿つて中断なしにかつ連続的に案内する、要
するに軌道制御を許容することができる。

しかし全ての公知の技術のばあいに、手首の旋
回軸線（第６軸線）は、ロボツトハンドを伸ばし
た位置で同心的な駆動軸の軸線に対して同軸的に
設けられている。このような基本位置は、マニプ
レータの計算により制御される運動のばあいに困
難を生じる。つまり、工具の固有の旋回軸線（第
６軸線）を中心にしたプログラムによつて与えら
れる工具の回転は計算により与えられる実施にお
いて、ロボツトハンドが同心的な駆動軸の軸線
（第４軸線）の中心にして回転されるか、手首が
自分だけでのこの軸線を中心にして回動されるか
どうかの２通りが考えられる。従来は、このよう
なあいまいさはプログラム技術もしくは制御技術
のマニプレータによつてしか、もちろん不十分に
しか克服されない。

発明の課題 本発明の課題は、前述のあいまいさを生じない
ようなマニプレータのためのロボツトハンドを構
成することである。

課題を解決するための手段 前述の課題を解決するために、ドイツ連邦共和
国特許出願公告第2745932号明細書により公知技
術から出発して、本発明の構成では、手首の旋回
軸線が、ロボツトハンド部分を伸ばした位置で同
心的な駆動軸の軸線に対して鋭角を成していてか
つ中間軸の軸線とで、駆動軸の軸線から離れた交
点を形成しているようにした。

本発明は、ロボツトハンドの旋回軸線（第４〜
第６軸線）が共通の点で交差される従来の技術と
は相違している。つまり、本発明によるロボツト
ハンドの伸ばした位置で、手首の軸線（第６軸
線）が、同心的な駆動軸の軸線に対して角度位置
を成して設けられている。それ故に、両方の軸線
は何かある運動のさいに互いに同心的な位置に来
ることはない。それ故に、個々の駆動軸線の計算
して制御される運動のさいにあいまいさは生じな
い。もちろんのことは、工具が駆動軸の軸線に対
して同軸的な軸線を中心にして回転されることは
避けられない。つまりこれは手首のフランジ面が
駆動軸の軸線に対して特に直角に配置されること
ができるからである。それ故に、前述の運動は、
ロボツトハンドを伸ばした位置で、同心的な駆動
軸の軸線を中心にした腕の回転運動によつて惹起
される。しかし本発明はさらに、フランジ面を別
の平面に配置することもできる。

さらに本発明の実施態様において、減速ギヤが
被駆動側に配置されることにより、ロボツトハン
ドの特に容積の小さな構成が得られる。さらに、
内側の同軸的に駆動軸の１つが直接ではなく、傾
斜する中空軸及び減速ギヤを介してひじに伝動的
に作用するばあいに有利である。

さらに本発明の実施態様により、著しい費用を
かけずに、６つの軸線を有するマニプレータを５
つの軸線の制御に切り換え、かつそれ故に５つの
駆動モータだけを使用することができる。このよ
うなマニプレータは、規定の目的のために、たと
えば保護ガス溶接に使用される。

第１実施例 第１図に示す実施例では、本発明によるロボツ
トハンドの幾可学的に構造が管状の部分として全
く概略的に示されている。従つてロボツトハンド
は、腕１と、ひじ２と、手首３とを有している。
腕１は、一般的にマニプレータのジブの縦軸線に
相応する軸線４を中心に回転可能である。この腕
１に、ひじ２が旋回軸線５を中心にして回転可能
に支承されている。両方の軸線４，５は交点７に
おいて交差される。ひじ２に、さらに手首３が旋
回軸線６を中心にして回転可能に支承されてい
る。この旋回軸線６は交点８において軸線４と交
差する。しかも旋回軸線５，６の交点９が軸線４
から半径方向で間隔を置いて設けられている。旋
回軸線５，６は互いに鈍角を成しており、その結
果、腕１とひじ２との分割面もしくはひじ２と手
首３との分割面は互いに鋭角を成している。有利
にはこの角度は、対称になるように選ばれてい
る。たとえばロボツトハンド部分１，２，３の間
の傾斜面は、ロボツトハンドの軸線４に対して角
度∝を成している。

さらに対称のために、旋回軸線５，６が軸線４
に対して角度1/2∝を成すと仮定されており、こ
の結果、傾斜する旋回軸線５，６は互いに鈍角２
∝を成す。

手首３には、図示されない工具、たとえば溶接
工具を固定するためのフランジ面１２を有するフ
ランジプレート１０が設けられている。符号１１
によつてマークピンが象徴的に示されており、該
マークピンによつて後に述べる旋回可能性に関連
する工具の位置が認められる。

第２図の実施例において、第１の単純な旋回状
態が示されており、これによれば手首３が旋回軸
線６を中心にして180度だけ回転される。個々の
ロボツトハンド部分１，２，３の間の旋回面が互
いに対称的でありかつ互いに角度∝を成すと仮定
すると、手首３はその旋回軸線６を中心にして、
しかも180度だけ回転され、この手首３は角度∝
だけ傾けられる。

今やロボツトハンドを第２図に示す位置で軸線
４を中心にして180度だけ回転させると、第３図
に示すように、手首３は第２図における位置に対
して鏡像対称的な位置を示す。旋回軸線５，６の
位置から、旋回軸線６が軸線４に対して同軸的に
位置していないことが判り、これはどんなばあい
にも旋回軸線５，６の交点９が軸線４を中心にし
て円軌道上で運動されるからである。従つて軸線
位置のあいまいさが排除される。それ故に、従来
技術のばあいに行なわれるようなプログラム技術
的又は制御技術的なマニプレータは必要ない。

さらに第１図の本発明の配置により、従来技術
の運動可能性を越える別の運動可能性がロボツト
ハンドに与えられる。第４図に示すように、ひじ
２を旋回軸線５を中心にして旋回させるさいに、
第３図の角度位置に相応する角度位置が得られる
が、しかしこのばあい腕１は回転されていない。
第４図に示されたこのような位置で、手首３を旋
回軸線６を中心にして回転させると、腕１に対す
る手首３の旋回角度が２∝になる。この位置で軸
線４を中心にして腕１を回転させると、象徴的に
示されたマークピン１１のための最大の運動範囲
が得られる。

このような運動範囲は、最後に述べた従来技術
の運動範囲より大きい。さらに本発明による配置
によつて得られる利点は、ロボツトハンド部分
１，２，３は互いに相対的に旋回するばあいの事
故の危険が、狭いかつ締め付け個所を排除するこ
とによつて著しく減少されることである。他面で
は本発明の対象が、第１図に示すようにロボツト
ハンドを伸ばした位置で工作物を駆動軸の軸線４
を中心にして旋回させることにある。この目的の
ために、フランジプレート１０のみが軸線４に対
して垂直に手首３に配置されている。駆動線の軸
線４に対するマークピン１１の同軸性を望まない
とすれば、フランジプレート１０の位置を別の角
度で選ぶことは自由である。

第６図の実施例は、本発明によるロボツトハン
ドの構成を第１図による伸ばした位置で示す。こ
れによれば、内側の駆動軸１３がかさ歯車１４，
１５を介して中空軸１６と結合されており、該中
空軸は減速ギヤ１７を介してひじ２と回動不能に
結合されている。ひじ２はかさ歯車１４，１５を
介して旋回軸線５を中心にして回転される。ひじ
２は、適当な軸受けを介して旋回軸線５に対して
垂直な一平面を中心に腕１において案内されてい
る。

中央の駆動軸１８がかさ歯車１９，２０を介し
て中間軸２１に作用し、該中間軸２１は旋回軸線
５と一致する。中間軸２１の端部には、被駆動軸
２４を駆動するためのかさ歯車２２，２３が設け
られており、前記被駆動軸は手首３に設けられて
いて、手首自体はひじ２に対して相対的に回転可
能に支承されており、しかも旋回軸線６を中心に
して回転される。このばあいも被駆動軸２４と手
首３との間に減速ギヤ２５が設けられている。

外側の駆動軸２６が減速ギヤ２７を介して直接
腕１に作用し、該腕はジブアーム２８に対して同
軸的に配置されていてかつこれに回転可能に支承
されている。

従つて全ての減速ギヤ１７，２５，２７は被駆
動側に配置されており、このことによつて著しい
遊びなしに、スペース的にコンパクトになりかつ
このことによつて小型に構成されるロボツトハン
ド−構造になる。

第６図による配置の変化実施例が第７図に示さ
れており、このばあいひじ２と手首３とが同じ駆
動軸１３によつて駆動されるばあいに、１つの駆
動モータを省略することができる。さらにかさ歯
車１４が中空軸１６を駆動し、該中空軸はかさ歯
車２２，２３を介して被駆動軸２４に作用する。
かさ歯車２２，２３の伝達比は１：１であり、減
速ギヤ１７，２５の減速比は同じ大きさに選ばれ
る。

その結果、駆動系１４，１６，２２，２３，２
４，２５によつて相応する回転方向を与えるばあ
いに、手首３はひじ２に対して逆向きに回転す
る。このことによつて、たとえ１つの駆動モータ
が使用されないとしても、第５図から判るような
重なりが生じる。このような配置は、たとえば保
護ガス−溶接作業にとつて十分でありかつ有利で
ある。

手首３をひじ２と同じ回転方向で運動させる
と、駆動系１４，１６，２２，２３，２４，２５
において相応する回転方向が、たとえば中間歯車
によつ与えられる。しかしこのような実施例は、
プログラマーのための運動経過の見通しが少ない
にもかかわらず同じ重なりを与える。しかも中間
範囲において第１の可能性に対して変化された手
首３の方向づけは、空間的な事情に関連して、熟
練のプログラマーのばあいに利点を堤する。

両方の可能性を利用しようとすると、ひじ２と
手首３との間の変速装置の配置が必要であり、こ
の変速装置は、工作機械のばあいに一般的である
ようなクラツチによつてひじ２及び手首３の回転
運動と同じ向きに又は逆の向きにスイツチを入れ
て行なう。

結局、適当な切換えによつてひじ２と手首３と
が互いに回転不能に保持されることによつて、ひ
じ２及び手首３はクラツチによつて保持ブレーキ
と結合され、このことによつて運動は従来技術に
よつても可能である。

発明の効果 本発明によつて得られる利点は、手首の軸線と
駆動軸の軸線とが、何かある運動のさいに互いに
同心的な位置に来ることはないので、個々の駆動
軸線の計算して制御される運動のさいにあいまい
さが生じないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボツトハンドを伸ばした位置を象徴
的に示す側面図、第２図は手首を角度位置で示す
第１図によるロボツトハンドの側面図、第３図は
ロボツトハンドを180度回動して示す第２図によ
るロボツトハンドの側面図、第４図はひじを角度
位置で示す第１図によるロボツトハンドの側面
図、第５図はひじ及び手首を旋回位置で示す第１
図によるロボツトハンドの側面図、第６図は第１
図に相応する配置のロボツトハンドの概略的縦断
面図、第７図はロボツトハンドの変化実施例を示
す縦断面図である。 １……腕、２……ひじ、３……手首、４……軸
線、５，６……旋回軸線、７，８，９……交点、
１０……フランジプレート、１１……マークピ
ン、１２……フランジ面、１３……駆動軸、１
４，１５……かさ歯車、１６……中空軸、１７…
…減速ギヤ、１８……駆動軸、１９，２０……か
さ歯車、２１……中間軸、２２，２３……かさ歯
車、２４……被駆動軸、２５……減速ギヤ、２６
……駆動軸、２７……減速ギヤ、２８……ジブア
ーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに同心的に配置された３つの駆動軸を有
   する互いに前後に配置されていてかつ互いに傾斜
   する軸線を中心に支承された３つのハンド部分か
   ら成る、マニプレータ用のロボツトハンドであつ
   て、前記駆動軸のうち内側の駆動軸の一方が、か
   さ歯車対及びひじのための旋回軸線を形成する傾
   斜する中間軸を介して、工具を支持する手首と結
   合されており、さらに内側の駆動軸の他方が、そ
   の駆動歯車が中間軸に同心的に遊びを有して係合
   するようなかさ歯車対によつて、ひじと回転不能
   に連結されている形式のものにおいて、手首３の
   旋回軸線６が、ロボツトハンド部分１，２，３を
   伸ばした位置で同心的な駆動軸１３，１８，２６
   の軸線４に対して鋭角（1/2∝）を成していてか
   つ中間軸２１の軸線５とで、駆動軸１３，１８，
   ２６の軸線４から離れた交点９を形成しているこ
   とを特徴とするマニプレータ用のロボツトハン
   ド。 ２ 同心的な駆動軸の内側駆動軸１３が、ひじ２
   と回転不能に連結されている特許請求の範囲第１
   項記載のロボツトハンド。 ３ ひじ２が、中間軸２１の周りに遊びを有して
   係合する中空軸１６によつて、ひじ２に支持され
   る減速ギヤ１７を介して駆動軸１３と結合されて
   いる特許請求の範囲第２項記載のロボツトハン
   ド。 ４ 工具のための手首３のフランジ面１２が、手
   首の旋回軸線６に対して鋭角（1/2∝）を成して、
   かつ駆動軸１３，１８，２６の軸線４に対して直
   角に配置されている特許請求の範囲第１項から第
   ３項までのいずれか１項記載のロボツトハンド。 ５ ひじ２の旋回軸線５と手首３の旋回軸線６と
   が互いに鋭角（２∝）を形成している特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の
   ロボツトハンド。 ６ ひじ２及び手首３が共通の駆動軸１３によつ
   て駆動される特許請求の範囲第１項から第５項ま
   でのいずれか１項記載のロボツトハンド。 ７ 手首３がひじ２に対して反対向きに駆動され
   る特許請求の範囲第６項記載のロボツトハンド。 ８ ひじ２と手首３との駆動系の間に、切換え可
   能な変速ギヤが配置されている特許請求の範囲第
   ６項又は第７項記載のロボツトハンド。 ９ ひじ２と手首３との間に保持ブレーキを有す
   る切換えクラツチが配置されている特許請求の範
   囲第６項記載のロボツトハンド。