JPS6119397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械、装置、マニプレータ及び類似の
ものの、旋回可能に支承された構成部分のための
遊びなしの旋回駆動装置であつて、ねじり弾性を
有する駆動軸上に、相互に距離を置いた２つの駆
動ピニオンが互いにプレロードをかけられて配置
されており、この各駆動ピニオンにそれぞれ一つ
の減速伝動装置が配属されており、この各減速伝
動装置が、前記駆動軸に対して同軸的に支承され
かつ前記構成部分に結合された被駆動車を有して
いる形式のものに関する。

公知形式のマニプレータにおいては、いわゆる
機械的なハンドが大きな空間範囲内で三次元で可
及的に正確に作動して、予めプログラムされた空
間上の地点で所定の作業を行なうようにすること
が重要である。この場合基礎フレームに、垂直軸
線を中心に回転可能な回転台が配設されており、
この回転台に水平軸線を中心に旋回可能な駆動ア
ームが支承されており、更にこの駆動アーム自体
はやはり水平軸線で支承されているジブを保持し
ており、このジブの端部に、それ自体も多次元的
に回転又は旋回可能である機械的ハンドが配置さ
れている。上記のような構造体によつて、旋回軸
線の最大旋回範囲内のあらゆる空間地点が自動的
に制御され得る。

上記の先行技術においてはマニプレータの総て
の旋回軸にそれぞれ独自の駆動装置が配設されて
いる。そして駆動モータの最適の回転モーメント
を利用するために、適切な伝動装置を用いて駆動
回転数を著しく減速せしめることが必要とされ
る。

この場合、減速伝動装置の個々の駆動車を駆動
すべき部分に、該部分の旋回軸線に関して同軸的
に結合すると有利であることが判明している。

しかしマニプレータは、規定の目標点に向けて
極めて正確に操作され得て初めて実際の使用にお
いて有効なものである。公知の各マニプレータに
おいては、用いられている伝動装置内に設けられ
ている遊びが、ジブの長さ範囲が大きいために著
しく増大されて伝達されてしまいその結果機械的
ハンドがこの伝達比に対応したばらつき範囲内で
目標物に達してしまうので、上記の条件を完全に
は満たし得ていない。特に駆動される部分が回転
振動的に、場合によつてはその旋回位置の死点を
越えてまで運動しなければならないような場合、
上記の操作不正確さは顕著なものとなる。

それ故に本発明の課題は、例えばマニプレータ
においての旋回駆動装置の構造を改良して、通常
的に減速伝動装置内に設けられる遊びが機械的ハ
ンドの作動正確さへ影響を与えないようにするこ
とである。それだけではなく構造上の費用を著し
く上げることなしに、機械的ハンドの一層正確な
目標操作が求められている。この課題はマニプレ
ータの機械部分の運動にのみ制限されるものでは
なく、例えば起重機又は武器技術における場合が
そうであるように、作動される機械部分を目標に
正確に操作することが重要であるような他の機械
の場合にも及んでいる。しかしマニプレータを例
とした場合に本発明の主旨は特に明確に説明され
得るものである。

冒頭に述べた先行技術から出発して本発明の特
徴は、旋回可能又は回転振動的に運動可能な前記
構成部分の駆動において、全体の伝動遊びを除く
ために前記の両被駆動車が、前記駆動軸に所望の
ねじり弾性的なプレロードが形成されるまで緊張
可能であり、しかもその緊張位置で前記の駆動さ
れるべき構成部分に固定又は支持されることであ
る。

本発明によれば伝動系の分岐形成及び該伝動系
内にある遊びが考慮されており、この両方の伝動
系に、駆動される機械部分に相対してかつ向かい
合つてねじり弾性的なプレロードがかけられてい
ることによつて、前記の遊びが除かれ延いては
個々の機械部分の一層正確な運動が可能となつて
いる。被駆動車と作動される機械部分とが固定結
合されていることによつて、この伝動系のねじり
弾性的なプレロードが作動される機械部分で保持
され得る。他方では駆動軸の変形におけるこのプ
レロードによつて、どちらへの回転方向において
も駆動軸の両駆動ピニオンが該駆動ピニオンに所
属する伝動部材に遊びなしに当接せしめられるよ
うになつている。

回転駆動装置における伝動遊びを伝達範囲又は
被駆動範囲内での軸のねじり弾性的な変形部分を
介することによつて除くことは既に公知である
（雑誌“Metall”23／1969、12、1289−1295及び
オーストリア特許第189−469号明細書）しかしこ
の公知の構造では上述の課題は解決されておら
ず、何故なら全伝動遊びのほんの１部分だけか
（オーストリア特許第189−469号明細書）又は２
つの伝動系の遊びが相異なつて（前記雑誌
“Metall”）補償されるだけだからである。上記の
公知構造を本発明の旋回駆動装置に適用すること
は不可能であるが、それは必要な減速量も得られ
ずまた駆動及び被駆動軸の同軸性も得られないか
らである。

本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２
項乃至第７項に記載したとおりである。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図には、本発明の構成を有利に適用可能で
ある個々の被駆動部材の軸線の数と位置とを明記
するためにマニプレータが図示されている。

床に固定された基礎フレーム１にはいわゆる回
転台２が垂直な旋回軸線３を中心に旋回可能に支
承されている。この回転台２は駆動モータ４によ
つて旋回軸線３を中心に回転され、この回転方向
は変更可能である。回転台２には駆動アーム５が
旋回軸線６上で回転振動式に旋回するように支承
されており、この駆動アーム５の旋回運動はモー
タ７によつて生ぜしめられる。旋回軸線６は水平
である。駆動アーム５の重量とそれに配設された
部材の重量とは略示されたバランスウエート８に
よつて相殺されている。

駆動アーム５の自由端部にはジブ９が旋回軸線
１０を中心として支承されている。ジブ９の旋回
運動は駆動モータ１１によつて生ぜしめられる。
この旋回アームとしてのジブ９は著しく側方に突
出しており、その自由端部に、任意の形の工具が
備えつけられる所謂マジツクハンド１３が保持さ
れている。例えばこのハンド１３はジブ軸線１２
を中心として往復回転可能に設けられている。第
１図の実施例ではこのハンド１３がコーナ部材１
５と、該コーナ部材に接続された保持アーム１７
と、接続部材１８とを有しており、それによつて
ジブ軸線１２、旋回軸線１６と１９を中心とした
回転運動が行なわれる。

旋回軸線１０の場合で最も明確に例解されるよ
うに、ジブ９の運動を可能ならしめるためにこの
部分に設けられている伝動遊びがハンド１３の範
囲に著しく増大されて伝達され、それによつて公
知マニプレータの機械的な不正確さが生じてしま
う。

上記の伝動遊びを除くことができれば、ハンド
１３の操作正確さはずつと良好になるであろう。
この問題はジブ９においてだけでなく他の多くの
旋回軸線においても同じである。更にこの問題は
マニプレータに限定されるものでもない。例えば
周知のように、ラツクが油圧シリンダによつてピ
ニオンの歯に押付けられているラツク・ピニオン
駆動装置などであり、この場合変速度合いの大き
さは当然限られたものである。続いて、上記の伝
動遊びを取除いて作動される部分のより正確な操
作を可能とするための本発明の実施例を各図面で
示す。

第２図の例には旋回軸線１０を通る断面図が示
され、該旋回軸線１０上にジブ９が支承されてい
る。駆動モータ１１によつて、例えば歯付Ｖベル
ト装置である遊びのない伝動装置２３を介して、
ねじり弾性を有する材料から成る駆動軸２４が駆
動される。駆動軸２４の両端部には駆動ピニオン
２５，２６が設けられており、該駆動ピニオン２
５，２６が駆動軸２４の回転モーメントを分岐さ
せながら減速伝動装置２７，２８（略示されてい
る）を介して被駆動車２９，３０に伝達し、該被
駆動車２９，３０はジブ９に固定結合されてい
る。減速伝動装置２７，２８は例えば遊星歯車装
置やサイクロ伝動装置（転動伝動装置）などの任
意の形式のものでよい。被駆動車２９，３０がジ
ブ９と不動に固く結合されていると、伝動遊びは
完全に作用してしまう。しかし図示の実施例で
は、被駆動車２９，３０の少なくとも１つがジブ
９に対してねじり弾性的に緊張されている。この
目的のために、相応する被駆動車２９，３０をジ
ブ９内に回転可能に配置してかつ回動止め部材を
設け、この回動止め部材によつて伝動装置内の遊
びが除かれ得るようにすると有利である。第２図
の例では、上記の緊張作用を生ぜしめる働きをす
る締付け部材３１が略示されている。この締付け
部材３１は種々異なる形式のものでよい。

上記のような締付け部材の１変化例が第３図に
示されており、それによれば個々の被駆動車２
９，３０のボス３２の端面に横溝３３が設けられ
ており、該横溝３３内に錠止部材３４が係合して
おり、該錠止部材の両端はボス３２から突出して
いる。この錠止部材３４の突出した端部に対して
締付けねじ３６が位置決めされており、該締付け
ねじ３６はねじ山付スリーブ３５を介してジブ９
に支持されかつ対応ナツト３７によつて所定の調
整位置に保たれている。締付けねじ３６を適当に
ねじしめすることによつて個々の被駆動車２９，
３０のボス３２を、第２図の伝動系内にある遊び
が除かれるまでそのボス３２の軸線を中心に回動
させることが可能である。ボス３２が回動するこ
とによつて、第２図の駆動軸２４にねじり弾性的
な負荷がかかる。この結果、駆動軸２４の上に配
設された両方の駆動ピニオン２５，２６が減速伝
動装置２７，２８の、該ピニオンと相関関係にあ
る部材に同じ程度で接触せしめられ、こうしてジ
ブ９が軸線１０を中心にして遊びなしに旋回する
ことが可能となる。

上記の締付け部材は異ならせて形成されていて
もよいことは明白であり、故に本発明は図示の実
施例に限定されるものではない。

上記の支承及び伝動形式は本発明によるマニプ
レータの全ての軸に適用可能であり、また第１図
の駆動モータ２０，２１，２２によつて駆動され
ている各部分を有する機械的なハンド１３の小さ
な各軸にも適用可能である。

支承形式に関しては、被駆動車２９，３０が一
方ではその緊張作用によつてジブ９の孔内に案内
されており他方では適当な支承部材を介して駆動
アーム５に支承されているので、前記被駆動車２
９，３０が極めて安価に二重の機能を引き受けて
いることは有意義である。従つてジブ９が、該ジ
ブを実際に保持している駆動アーム５に高価な支
承部材によつて直接案内されている必要はなくな
る。

第１図の旋回軸線１０に関しての第２図及び第
３図による構成が、第１図の旋回軸線３の支承に
関してそのまま適用はできないことは明らかであ
る。このため第４図には第１図の下側部分にほぼ
対応した変化実施例が示されている。この例では
基礎フレーム１内で回転台２の垂直な軸線３が両
方向旋回可能に案内されている。回転台２は駆動
モータ２によつて、やはり歯付Ｖベルト装置とし
て構成可能な遊びのない伝動装置４０を介して駆
動される。

基礎フレーム１内に支承されている部分は例え
ば、軸受３８に回転可能に案内されているフラン
ジ３９である。このフランジ３９に回転台２又は
他の機械部分が固定的に結合されている。フラン
ジ３９は第４図の例ではフオーク状に構成されて
おり、それによつて屈曲ウエブ４４が形成され、
このウエブ４４を介して被駆動車４３，４３ａが
相対して緊張されている。屈曲ウエブ４４とフラ
ンジ３９との側方に減速伝動装置４２，４２ａと
それに付属した被駆動車４３，４３ａとが設置さ
れている。ねじり弾性的な締付け部材は錠止部材
３４として示されている。重要な点は、一方の伝
動系が他方の伝動系に対してねじり弾性的に緊張
されており、この緊張部材がフランジ３９に支持
されており、それによつて駆動系４，４０，４１
と駆動系４３，３９との間で遊びが生じないこと
が保証されている点である。

この変化形に基づいて、ある減速伝動装置が被
駆動部分に対して遊びを伴わないように保証し、
延いては例えばその被駆動部分の位置が不安定だ
つたり中立的だつたりする場合でもその作動を十
分に正確なものにすることを目的として多様な構
造上の実施態様が可能である。

第５図には第２図の例に対する変化形が示され
ており、この場合伝動装置２３が伝動系２５，２
７と伝動系２６，２８との間のねじり弾性的な駆
動軸２４の幾可学的な中央に作用せしめられ、そ
れによつて伝動装置２３が駆動軸２４の中立的な
区分範囲を駆動せしめるので駆動軸２４のねじり
作用は全く損なわれないが損なわれても僅かであ
り、有利である。しかしこの場合も駆動軸２４の
ばね弾性的な長さ部分は同一に保たれている。こ
の場合の幾何学的な中央部分とは、一方のねじれ
プレロードが、反対方向へ向けられた他方のねじ
れプレロードに移行する個所を意味する。設定寸
法の違いによつては、本発明で定義されている幾
何学的中央が、図面上で両方の伝動系の間に示さ
れている中央と一致していなくてもよい。

ある一方の回転方向において駆動モーメントが
駆動軸２４の一方の半部のプレロードに重畳す
る。この回転モーメントの伝達に関与していない
方の別の半部はこれと反対に、遊びを防ぐ程度の
残余プレロードを保持しながら１部分弛緩され、
これによつて摩擦が減少される。回転方向が変向
されるとこのプレロードのかかつた駆動軸２４が
遊び補償作用を保ちながらまずその当初のプレロ
ード状態に戻り、続いてこの回転方向変向による
反対方向へのプレロードの重畳作用が始まる。上
記の方法によつて両回転方向で同一のねじり応力
又は重畳作用が得られる。この結果回転方向変向
の際の個有振動や振動特性に種々の違いが生じる
ことはなくなる。

第６図には、駆動装置（伝動装置４０）が伝動
系４２，４２ａの外側に位置していても、ねじり
弾性的な駆動軸装置４１の幾何学的な中央に作用
を加え得る例が示されている。この場合駆動軸装
置４１は数部分から形成されている。即ちこの駆
動軸４１の片側は中空軸４５として形成されてお
り、この中空軸４５を通つて、幾何学的中央範囲
内でスプライン結合部４７を介して中空軸４５と
結合されている駆動軸４６が係合している。駆動
軸４６の更に延びる軸部分５１の端部は同様にス
プライン結合部５２を介して伝動系４２の駆動ピ
ニオン５３と結合されている。中空軸４５と駆動
ピニオン５４とで１つの構成ユニツトを形成して
いてもよい。この構成で重要なのは、中空軸４５
と軸部分５１とのねじり弾性をほぼ同じ大きさに
することであり、それは計算可能な横断面の形成
によつて容易に可能である。軸受５５は主に駆動
軸４６上に支承されながら作用し、中空軸４５が
駆動軸４６に対して相対的なねじり弾性的変形を
行なうことを可能ならしめている。

第７図は第２図の例の更に別の変化例で、駆動
装置（伝動装置２３）は同様に伝動系２５，２７
又は２６，２８の外側に位置している。駆動軸２
４はほぼ同じ長さの２つの中空軸５６，５７に分
けられている。駆動軸５８が一方に延びており伝
動系２５，２７と伝動系２６，２８との幾何学的
な中央まで達しており、そこでスプライン結合部
５９を介して中空軸５６，５７の両方の内側端部
を結合している。軸受６０は第６図の軸受５５と
同じ機能を有している。駆動ピニオン２５，２６
はそれに所属する中空軸５６，５７と共に１つの
構成ユニツトを形成してもよい。この場合も重要
な点は中空軸５６，５７のねじり弾性を同じ大き
さにすることである。

本発明による構成可能性は上述の各実施例が全
てでは当然ない。例えば個々の旋回軸用に、その
都度の構造に有利な駆動装置ユニツトを使用する
ことによつて各バリエーシヨンを互いに組み合わ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の複数の実施例を示すものであつ
て、第１図はマニプレータの側面図、第２図は第
１図の矢印Ａ方向で見たマニプレータのヒンジ部
分の断面図、第３図は第２図の−線に沿つた
横断面図、第４図は本発明の旋回駆動装置の１変
化実施例を備えたマニプレータの基礎フレームの
垂直方向断面図、第５図は第２図による駆動装置
の変化実施例、第６図は第４図に対する変化形で
のねじり弾性的な駆動軸の断面図、第７図は第２
図に対する変化形でのねじり弾性的な駆動軸の断
面図である。 １……基礎フレーム、２……回転台、３……垂
直な旋回軸線、４，７，１１，２０，２１，２２
……駆動モータ、５……駆動アーム、６，１０，
１６，１９……旋回軸線、８……バランスウエー
ト、９……ジブ、１２……ジブ軸線、１３……ハ
ンド、１５……コーナ部材、１７……保持アー
ム、１８……接続部材、２３，４０……伝動装
置、２４，４６，５８……駆動軸、２５，２６，
５３，５４……駆動ピニオン、２７，２８，４
２，４２ａ……減速伝動装置、２９，３０，４
３，４３ａ……被駆動車、３１……締付け部材、
３２……ボス、３３……横溝、３４……錠止部
材、３５……ねじ山付スリーブ、３６……締付け
ねじ、３７……対応ナツト、３８，５５，６０…
…軸受、３９……フランジ、４１……駆動軸装
置、４４……屈曲ウエブ、４５，５６，５７……
中空軸、４７，５２，５９……スプライン結合
部、５１……軸部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機械、装置、マニプレータ及び類似のもの
   の、旋回可能に支承された構成部分のための遊び
   なしの旋回駆動装置であつて、ねじり弾性を有す
   る駆動軸２４，４１上に、相互に距離を置いた２
   つの駆動ピニオン２５，２６が互いにプレロード
   をかけられて配置されており、この各駆動ピニオ
   ン２５，２６にそれぞれ１つの減速伝動装置２
   ７，２８が配属されており、この各減速伝動装置
   ２７，２８が、前記駆動軸２４，４１に対して同
   軸的に支承されかつ前記構成部分に結合された被
   駆動車２９，３０を有している形式のものにおい
   て、旋回可能又は回転振動的に運動可能な前記構
   成部分の駆動において、全体の伝動遊びを除くた
   めに前記の両被駆動車２９，３０が、前記駆動軸
   ２４に所望のねじり弾性的なプレロードが形成さ
   れるまで緊張可能であり、しかもその緊張位置で
   前記の駆動されるべき構成部分９に固定又は支持
   されることを特徴とする、旋回可能に支承された
   機械部分用の旋回駆動装置。 ２ 個々の被駆動車２９，３０が、駆動されるべ
   き機械部分９内に回転可能に配置されておりか
   つ、当該機械部分９に支持された締付け部材３１
   によつて該部分９に対して回動不能に負荷され得
   る、特許請求の範囲第１項記載の旋回駆動装置。 ３ 被駆動車２９，３０のボス３２内に、該被駆
   動車２９，３０の軸線１０に対して直角にかつ距
   離を置いて延びる溝３３が設けられており、この
   溝３３内に、両側で突出した錠止部材３４が係合
   しており、該錠止部材３４の両端範囲に対して２
   つの締付け調整ねじ３６が作用している、特許請
   求の範囲第２項記載の旋回駆動装置。 ４ 駆動部材が直接に又は伝動装置２３を介し
   て、両方の伝動系２５，２７又は２６，２８の間
   のねじり弾性的な駆動軸２４の幾可学的な中央に
   作用する、特許請求の範囲第１項記載の旋回駆動
   装置。 ５ 駆動軸２４，４１が幾何学的な中央の範囲内
   で分割して形成されており、この分割部分がこの
   範囲内で互いに回動不能に接続されている、特許
   請求の範囲第４項記載の旋回駆動装置。 ６ 駆動軸４１の少なくとも片側が中空軸４５と
   して形成されており、幾何学的な中央の範囲内で
   該中空軸４５と回動不能に結合されている駆動軸
   ４６が当該中空軸４５を貫通している、特許請求
   の範囲第５項記載の旋回駆動装置。 ７ 駆動軸２４，４１の両方の部分４５，５１，
   ５６，５７が、同一のねじり弾性を形成するよう
   に規定された横断面形状を有している、特許請求
   の範囲第５項記載の旋回駆動装置。