JPS6056894A - マニプレ−タ用のロボツトハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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６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６つのハンド部分から成る、マニ
プレータ用のロボットハンドであって、前記駆動軸のう
ち内側の駆動軸の一方が、かさ両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１駆動歯車か、９間軸に同軸的に遊びを有して係合す
るようながさ歯車対によって、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
２７４５９６２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ッ
トノ・ンドの範囲に設けられている。前方の６つの旋回
軸線は、回転フレーム及びジゾアーム乞有するスタンド
に配置されており、該スタンドにロボットハンドが設け
られている。このような旋回軸線の配置の基礎カードイ
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６つの旋回軸線ビ有するロボット
ノ・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
、ロボットハンドにおいて６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
知の駆動によって、手の運動性が模倣され、それによっ
て、腕に８応する前方ケーシン横 グに、ａｍ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、しかも中央クーシング
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ばかさ歯車セットを介し
て横方向に位置する中間軸によって行なわれる。

原理的にはドイツ連邦共和国特許出願公告第２６１９３
６６号明細書にも記載された従来技術において、後方ケ
ーシングがロボントノ・ンドの差込み位置で、著しい中
断のない、鋭角の、將に直角の旋回運動を行なうことが
できなり・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げれ
ばならない。このことによってこのような装置は、工具
を空間的に曲げられた線に沿っ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ｆＩ］国特許出願公開第２９２７
４８５号明糺書並びにドイツ連邦共和国Ｎ 特許出願公告第２７４５９３２号明細書では、ひじが傾
斜する平面に沿って腕に回転可能に案内されることが示
されている。そ、ｔｔに従って、ロボットハンドにおけ
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℃・て、全ての軸ｉ　ｋ
’！　一点で交差されるよ５になっている。このことに
よって、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、球状の区分のロボットハンドによって得
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（でよって、工具乞空間的に曲げ
られた線に沿っ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、ロボッ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ケ生じる。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っ
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、ロボットハンドが同心的な駆動軸の軸線（第４
軸線）を中心にして回転されるか、手首が自分だけでこ
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一つてよってしか、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ッ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号明細書による公知技術から出
発して、本発明の構成では、手首の旋回軸線が、ロボッ
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
軸の軸線かうＮＩＬれた交点を形成しているようにした
。

本発明は、ロボッ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、本発明によるロボッ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
ろんこのことは、工具が駆動軸の軸豚に対して同軸的な
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、ロボッ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って惹
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。

さら開本発明の実施態様において、減速ギヤが被駆動１
４１１１に配置されることにより、ロボットハンドの特
に容積の小さな構成が得られる。さらに、内側の同軸的
な駆動軸の１つが直接ではなく、傾斜する中空軸及び減
速ギヤ乞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Ｚかけずに
、６つの軸Ｎ乞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
えば保穫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、本発明によるロボットハンド
の幾可学的な構造が管状の部分として全く概略的に示さ
れている。従ってロボットハンドは、腕１と、ひじ２と
、手首３と？有している。腕１は、一般的にマニプレー
タのシ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に中心にして
回転可能に支承されている。両方の＠線４．５は交点７
において交差する。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＃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ど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
えはロボットハンド部分１，２．３の間の傾斜面は、ロ
ボットハンドの軸線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１／２ｏｃ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によってマークピンが
象徴的に示されており、該マークピンによって後に述べ
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。個々のロボットハンド部分
Ｌ　２，３の間の旋回可が互いに対称的でありかつ互い
に角度■を成ずと仮定すると、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■だげ傾げられる。

今やロボットハンドを第２図に示す位置で軸１１４Ｙ中
心にして１８０度だけ回転させると、第６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ｍ５，６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。従って
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１四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ットハンドに力えら
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６図の角度位置に相応する
角度位置が得られるが、しかしこのはあい腕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乞旋回軸線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２ｃＸ−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Δ（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］飯によって得ら
れる利点は、ロボットハンド部分１，２．３を互いに相
対的に旋回するばあいの事故の危険が、狭いかつ締め付
は個所ヲシト除することによって著しく減少されること
である。他面で（土木発明の対象が、第１図に示すよう
にロボットハンドを伸ばした位置で工作物乞駆動軸の軸
線４ン中心にして旋回させることにある。この目的のた
めに、ンランジフ０レート１０のみが軸＃４に対して垂
直に手首３に配置さ九ている。駆動祿の＠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、７ランプ
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、本発明によるロボットハンドの構成
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　、１
５’ｒ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ρ・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、適尚な軸受はケ、
介して旋回軸線５に対して垂直な一平面ケ中心に腕１に
おいて案内されている。

中央の駆動軸１８がかき歯車１９．２０ｖ介して中間４
々１ｊ２１に作用し、該中間軸２１は旋回軸線５と一致
１−ろ。中間軸２１の端部には、被、駆動軸２４を駆動
するためのかさ係１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に対して相対的に口伝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ど手首３との間に減速ギヤ２５が設げられてい
る。

外側の、＊、＜動軸２６が減速ギヤ２γを介して直接腕
１に作用し、該軛はジブアーム２８に対して同軸的に配
置さノｔていてかつこｉｃに回転可能に支承さノｔてい
る。

従って全ての減速ギヤ１７，２５．２７は被駆動側に配
置さ机ており、このことてよっ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って小型
に構成されるロボットハンド−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
、このばあいびじ２と手首３とが同じ、駆動軸１３によ
って駆動さ、？するばあいに、１つの駆動モータ・ど省
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。かき歯車２２．２３の伝達比は１
：１であり、減速ギヤｊ７．２５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゜２４．２５
によっ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。このことによって、
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、
たとえは保獲ガスー溶接作業にとっ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．ン３，２４．２５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−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？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、空間的な兜情に関連して、熟練
のプログラマ−のはあいに第１」点？提する。

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りラッチによっ
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
きにスイッチを入れ６行なう。

結局、過当な切換えによってひじ２と手首３とが互いに
回転不能に保持されること如よって、ひじ２及び手首３
はフランチによって保持ブレーキと結合され、このこと
によって運動は従来抜術（（よっても可能である。

発明の効果 本発明によって得られる利点は、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
れる運動のさいにといまいさが生じないことである。

４　図面の１ン４」単な説明 第１図はロボットハンドを伸ばした位置を象徴的に示′
１−側面図、第２図は手首を角度位置で示す第１図によ
るロボットハンドの側面図、第６図はロボット〕・ンド
ン１８０度回動して示す第２図例ろロボントノ・ンドの
側面図、第４図はひじを角度位置で示す第１１凶による
ロボットノ・ンドの側面図、第５図はひじ及び手首な旋
回位置で示す第１図によるロボソトノ・ンドの側面図、
第６図は第１図に相応する配置のロボットハンドの概略
的縦断面図、第７図はロボッ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・フランジル
−ト、１１・・マークビン、１２・フランジ面、１３・
・駆動軸、１４．１５・・かさ歯車、１６・中空軸、１
７・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。

コーひし゛ ３−　杯 ４を一奉改 ６−１贅同輻媒 ｔ−交瓦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　互いに同心的に配置された６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６つの／・ンド部分から成る、マニプ
   レータ用のロボット・・ンドであって、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、工具ン支
   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
   合するようながさ歯車対によって、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、ロボソＩ・ハンド部分（１，２，３）乞伸
   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（”／２　ｃ＜　）　ｙｘ成して
   いてかつ中間軸（２１）の軸線（５）とで、駆動軸（１
   ３゜１８．２６）の軸線（４）から離れた交点（９）？
   ：影形成ていること乞特徴とするマニプレータ用のロボ
   ットハンド。 ２、同心的な駆動軸の内側駆動軸（１３）カ＼、ひじ（
   ２）と回転不能に連結されて℃・る特許請求の範囲第１
   項記載のロボットノ・ンド。 ６、　ひじ（２）が、中間軸（２，、、ｊ　）の周りＩ
   Ｃ遊びを有して係合する中空軸（１６）によって、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、！ｔてし・る特許請求の範囲第２項記
   載のロボット・・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（’／２　”　）を
   成して、かつ駆動軸（１３，１８，２６）の軸線（４）
   に対して直角に自装置されている特許請求の範囲第１項
   力・ら第６項までのいずれか１項記載のロボットノ・ン
   ド。 ５、ひじ（２）の旋回軸線（５）と千−酢（３）の旋回
   軸線（６）とが互（・に鈍角（２ｏＣ）’と形成してい
   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
   記載のロボットノ・ンド。 ６、　ひじ（２）及び手首（３）が共通の駆動軸Ｃ１３
   ）Ｋよっ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項記載のロボットハンド。 Ｚ　手首（３）がひしく２）に対して反対向きに駆動さ
   れろ特許請求の範囲第６項記載のロボットハンド。 ８、　ひじ（２）と手首（３）との駆動系の間に、切換
   え可能な変速ギヤ力様装置されている特許請求の範囲第
   ６項又は第７項記載のロボットハンド。 ９、　ひじ（２）と手首（３）との間に保持ブレーキ乞
   有する切換えクラッチが配置されている特許請求の範囲
   第６項記載のロボントノ・ンド。