JP2003175485A - トルクを伝達する装置 - Google Patents

トルクを伝達する装置

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JP2003175485A JP2002270403A JP2002270403A JP2003175485A JP 2003175485 A JP2003175485 A JP 2003175485A JP 2002270403 A JP2002270403 A JP 2002270403A JP 2002270403 A JP2002270403 A JP 2002270403A JP 2003175485 A JP2003175485 A JP 2003175485A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 デルタ原理により作動するデルタロボットの
可動担持要素を回転させる第４軸において、可動担持要
素に正確にトルク伝達し、軽量、簡単構造で高い曲げ強
度を有し、容易に洗浄することができる第４軸を提供す
る。 【解決手段】 第４軸８は第一バー８２および第二バー
８３を有し、これらは滑り軸受８４，８５内を互いに平
行に移動することができる。これらは、入力トルクを導
入しおよび出力トルクを導出する関節ヘッド８０，８１
に連結されている。ここで、第一および第二バーは、入
力トルクが出力トルクの方向に対し平行するがオフセッ
トされた方向へ進行するよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、トルクを伝達する装置に関す
る。本装置は、殊に、デルタ原理で作動するロボットの
可変長さ第四軸として好適である。
【０００２】
【従来の技術】国際公開第００／３５６４０号パンフレ
ット（特許文献１）、欧州特許出願公開第１，１２９，
８２９号明細書（特許文献２）および欧州特許出願公開
第０，２５０，４７０号明細書（特許文献３）には、こ
の種の装置が開示されている。後者は、いわゆる、デル
タ原理で作動するロボットに使用される。このデルタロ
ボットは、物体を三次元内で正確に且つ案内状に移動す
るのに適する。ロボットは基本要素および可動担持要素
を有し、担持要素上に、それぞれの適用領域に適用され
る把持要素が配置されている。三つのモータ駆動の可動
制御アームと一つのモータ駆動の入れ子式軸とが、それ
らの対向端縁部上で、基本要素と担持要素とに連結され
ている。制御アームは、担持要素を移動すると共にその
重量の大部分を支持する。この入れ子式軸は、第四軸と
も称せられて、把持手段に連結される。前記第四軸の作
用で、把持手段は軸回りを回転することができる。この
ように第四軸は、トルクおよび回転角度を、モータから
把持手段へ伝達する装置として作用する。この伝達は、
極めて正確に行われ、しかも三次元内で達成されなけれ
ばならない。このため第四軸は、二つのチューブを互い
に同芯的に配置したテレスコープとして設計されてい
る。チューブを互いに移動することにより、基本要素お
よび担持要素間の間隔を変動することができる。一般
に、このテレスコープの変位速度は１０ｍ／ｓ程度であ
る。
【０００３】国際公開第９９／６７０６６号パンフレッ
ト（特許文献４）にも、可変長さのアームを有するロボ
ットが開示され、これは、それにも係わらず二つの軸回
りを旋回することができる。アームは、軸受内に回転的
に固定された状態で移動することができる。
【０００４】更に、欧州特許出願公開第０，０４６，５
３１号明細書（特許文献５）には、入れ子式レールが開
示され、これは三つの部分から構成されている。二つの
外側レールは、ローラを介して互いに同期され、ローラ
は、内側レールに対し非移動状態で装着されている。ロ
ーラは、外側レールの一つに直接対接し、その走行面を
介して別の外側レールに作用する。三つのレールは並列
して配置されることができる。
【０００５】従来技術に係わるこれらの入れ子式軸また
はレールは、これらが、いわゆる洗い流し設計にしか好
適には適合されない欠点を有する。これらの設計は、個
々の部品を分解することなくできるだけ容易に洗浄され
なければならない。この要求は、この種のロボットが食
品分野または清潔が必須である別の分野に使用される場
合に、殊に充足されなければならない。しかしながら、
同芯的可動チューブは完全には洗浄不可能である。
【０００６】国際公開０１／６０５７１号パンフレット
（特許文献６）には、入れ子式第四軸を有するデルタロ
ボットが開示され、容易に洗浄されるよう意図されてい
る。入れ子式アームは複数のチューブからなり、互いに
平行に配置されてその両端部を一つの共通プレート内に
装着されている。各場合に、この一つのプレートは、滑
り動作でこれを貫通するチューブからなる別の入れ子式
アームを有する。従って、入力トルクの方向は出力トル
クの方向と同一である。この装置は、比較的複雑な構造
からなり従って重くなる欠点を有する。しかも、この多
数のバーは洗浄を一層困難にする。
【０００７】
【発明の説明】従って本発明の目的は、洗浄性を改善し
且つ最高の力フラックス(force flux)および高レベルの
剛性を有するトルク伝達装置、殊にデルタロボットを提
供することにある。
【０００８】この目的は、特許請求の範囲の請求項１の
特徴を有する装置によって達成される。
【０００９】本発明に係わる装置は、少なくとも二つの
バーからなり、これらは、滑り軸受内を案内状態で互い
に平行移動することができると共に、入力トルクを導入
しおよび出力トルクを導出する関節ヘッドに連結されて
いる。ここでこれらのバーは、入力トルクが出力トルク
の方向に対し平行するがオフセットされた方向へ進行す
るよう構成されている。
【００１０】これは、バーの平行するがオフセットされ
た配置を許容し、しかもこの場合その長さは変更するこ
とができる。この平行するがオフセットされた配置は、
バーを洗い流し原則で、すなわち、分解することなく完
全に洗浄することを容易に可能とする。
【００１１】更に、この平行するがオフセットされた配
置は、比較的短い滑り軸受を使用することを可能とす
る。このことは、デッドスペース、すなわち直接的には
アクセスできず従って洗浄が困難な領域を最小にする。
【００１２】また、この平行するがオフセットされた配
置は、バーを真っ直ぐな形状にすることを可能とし、こ
の結果その表面は容易に洗浄することができる。
【００１３】通常の態様では、装置は二つのバー、二つ
の滑り軸受要素および二つの関節ヘッドを有する。この
少数の部品は洗浄を容易にする。しかもこの場合は更
に、重量が軽減されて、殊にロボットの性能に有効な効
果がもたらされる。また更に、生産コストが、殊に若し
バーおよび滑り軸受要素がそれぞれの場合に同一設計で
あると、最小化される。
【００１４】若しバーが回転的に固定された状態で装着
されると、入力トルクは軸受要素に対し単なる捩りとし
て伝達される。高比率の捩りを有する曲げ捩りは中央部
分に発生する。出力トルクの領域には、捩りのみが存在
する。このように、本発明に係わる装置はバーの曲げ応
力を減少させる。チューブおよびバーは、捩りに関する
よりは曲げに関して常に弱いので、力フラックスが最適
化される。装置は高い剛性値を有する。
【００１５】更に有利な態様が、従属特許請求の範囲か
ら得られる。
【００１６】この装置は、序文で説明したデルタロボッ
トに対する第四軸として好適である。しかしながら、ト
ルクが正確に伝達されなければならない他の適用分野が
可能である。
【００１７】
【発明の実施方法】次に、本発明の要旨を添付図面に示
す好適実施例を参照しながら以下説明する。
【００１８】図１に、デルタロボットを示す。これは、
本発明に従って変更した第四軸を除き、序文で説明した
デルタロボットに対応する。従って以下、ただ簡単に説
明する。
【００１９】ロボットはプレート状の基本要素１を有
し、この上に三つの軸２が回転可能に装着されている。
軸２はサーボモータ２０で駆動され、これはそれぞれア
ングル伝達機２１に連結されている。サーボモータ２０
は共通の監視および制御ユニット２２に接続される。
【００２０】軸２は、共通の平面内に配列されて三角形
を形成する。各軸２上に制御アーム３が固定され、これ
は軸２と共に移動することができる。各制御アーム３は
自由端縁部３０を有し、これは連結要素４に関節状に連
結されている。この目的のため、自由端縁部３０はこれ
を貫通する頂部横断ロッド４０を有し、このロッドはこ
こに固定的に保持されている。頂部横断ロッド４０は、
頂部関節ヘッド４３を介して二つの連結ロッド４１に連
結されている。連結ロッド４１は、底部関節ヘッド４４
を介して底部横断ロッド４２の両端縁部に装着されてい
る。この底部横断ロッド４２は、その両端縁部を担持要
素５内に貫通して、これに固定状態で配置されている。
【００２１】担持要素５はこのように三つの制御アーム
３手段で支持され、従って三次元内を移動することがで
きる。担持要素５はプレート状設計からなる。その中央
部の下側に、把持要素６が配置されている。把持要素６
の形式は、使用領域に依存される。ロボットは、この把
持要素６手段を介して製品を把持し且つこれを所望位置
へ移送する。図示実施例では、この把持要素は吸着カッ
プである。
【００２２】この図示実施例では、把持要素６が空気吸
引装置７を規定している。担持要素５上に連結リング７
０が配置され、これが一方では吸着キャップに他方では
ホース７１に連結されている。ホース７１はバルブ７２
および真空ポンプ７３に連結されている。
【００２３】デルタロボットは可変長さの第四軸８を有
する。この第四軸８がトルクを伝達する装置を形成し、
基本要素１領域内の入力トルクを稼働担持要素５領域内
の出力トルクに変換する。
【００２４】第四軸８は、基本要素１と担持要素５の間
に配置されて、基本要素１内の開口部を貫通する。この
軸は、その一端縁部を底部関節部、この場合はカルダン
接手８０を介して把持要素６に連結されている。この軸
はまた、その第二端縁部を頂部関節部、この場合は同じ
くカルダン接手８１を介してサーボモータ９のシャフト
に連結されている。そして、このサーボモータ９にアン
グル伝達機１０が設けられている。第四軸８は、既に序
文で説明したように、把持要素６を三次元内で回転する
よう作用する。
【００２５】本発明に係わる第四軸８は、図２乃至図４
により正確に示されている。これは、複数の、この場合
は二つのバー８２，８３を有する。このバー８２，８３
は、滑り軸受８３，８４に案内されて互いに平行に移動
することができる。ここでこのバー８２，８３は、頂部
関節ヘッド８１を介して導入されるトルクが、底部関節
ヘッド８０を介して導出されるトルクに対し、平行する
がオフセットされた方向へ進行するよう構成されてい
る。
【００２６】このことは、この図示実施例において、滑
り軸受８４，８５が回転的に固定された設計であり、こ
の結果導入トルクが、第一頂部バー８２から滑り軸受８
４，８５を介して第二底部バー８３へ伝達されることで
達成されている。
【００２７】滑り軸受は、複数の、この場合は二つの滑
り軸受要素８４，８５からなる。各滑り軸受要素８４，
８５は、貫通開口部８６と対応開口部８７を有する。各
貫通開口部８６は、それぞれの場合に、二つのバー８
２，８３の中の一つを貫通させる。例えば、第一バー８
２は第一滑り軸受要素８４の貫通開口部８６を貫通し、
一方、第二バー８３は第二滑り軸受要素８５のそれを貫
通する。他方のバーの端縁部は、それぞれの場合に、回
転的に固定され且つ移動不能な状態で対応開口部８７内
に保持され、すなわち、第一バー８２の端縁部が第二滑
り軸受要素８５の対応開口部８７内に配置されている。
ここで固定は、例えば、第一ねじ８８手段で行われる。
この構成によって、バー８２，８３が、図２および図３
に示すように、関連滑り軸受要素８４，８５内を移動す
ることが可能となる。
【００２８】カルダン接手８０，８１の部分をバー８
２，８３の端縁部に回転的に固定された状態で装着する
ことにより、頂部および底部関節部が形成される。これ
もまた、第二ねじ手段で好適に行われる。
【００２９】ここに示す実施例で，バー８２，８３はチ
ューブとして設計されている。これらは殊にアルミニウ
ムまたは繊維強化プラスチックから製造する。炭素繊維
強化ブラスチックは殊に好適である。繊維強化プラスチ
ックを使用すると装置の比剛性が増大される。
【００３０】回転的に固定された装着を確保するため、
バー８２，８３は非円形断面を有する。断面は少なくと
も一つの外向き突出部８２′，８３′を有し、その基本
形状は、図４（ａ）に示すように、円形であることがで
きる。しかしながら、これは、この突出部８２′，８
３′に加えて、図４（ｂ）に示すように、好適には卵形
の基本形状であることもできる。好適には二つの突出部
８２′，８３′を設け、これらを互いに斜め対向して配
置すると共に、その各々を、楔形の形状でバー８２，８
３の少なくとも略全長に亘って延在する。しかしながら
また、複数の突出部を、円周上に円形対称的に分布する
よう配置することも可能である。
【００３１】バー８２，８３および滑り軸受要素８４，
８５、およびこの場合は更にカルダン接手８０，８１
も、好適には同一構造からなり、この結果、全く対称的
な構成が達成される。しかしながら、異なる要素を使用
することも可能である。殊に、バー８２，８３は異なる
長さであって良い。
【００３２】滑り軸受要素８４，８５は、角柱状で、従
って比較的短かな設計である。好適には、その全体長
さ、すなわち、これによって形成される軸受の長さに対
応する長さは、これを貫通するバー８２，８３の直径に
少なくとも略等しい。またこの場合、バー８２，８３は
比較的小さな間隔で互いに離間されている。好適には、
後者はバー８２，８３の断面に少なくとも略等しい。
【００３３】本発明に係わる装置は、正確なトルク伝達
を許容し、しかも簡単な構造で高い曲げ強度および比較
的軽い重量を有し、更に洗い流しで容易に洗浄すること
ができる。
【００３４】
【特許文献１】国際公開第００／３５６４０号パンフレ
ット
【特許文献２】欧州特許出願公開第１，１２９，８２９
号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０，２５０，４７０
号明細書
【特許文献４】国際公開第９９／６７０６６号パンフレ
ット
【特許文献５】欧州特許出願公開第０，０４６，５３１
号明細書
【特許文献６】国際公開第０１／６０５７１号パンフレ
ット
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる装置を有するデルタロボットの
斜視図である。
【図２】本発明に係わる装置の完全伸長状態における斜
視図である。
【図３】図２に示す装置の収縮状態における説明図であ
る。
【図４】（ａ）は円形バーの断面図であり、（ｂ）は卵
形バーの断面図である。
【符号の説明】
１ 基本要素 ２ 軸 ２０ サーボモータ ２１ アングル伝達機 ２２ 監視および制御ユニット ３ 制御アーム ３０ 自由端縁部 ４ 連結要素 ４０ 頂部横断ロッド ４１ 連結ロッド ４２ 底部横断ロッド ４３ 頂部関節ヘッド ４４ 底部関節ヘッド ５ 担持要素 ６ 把持要素 ７ 空気吸引装置 ７０ 連結リング ７１ ホース ７２ バルブ ７３ 真空ポンプ ８ 可変長さ第四軸 ８０ 底部カルダン接手 ８１ 頂部カルダン接手 ８２ 第一バー ８２′ 第一楔形 ８３ 第二バー ８３′ 第二楔形 ８４ 第一滑り軸受 ８５ 第二滑り軸受 ８６ 貫通開口部 ８７ 対応開口部 ８８ 第一ねじ ８９ 第二ねじ ９ サーボモータ １０ アングル伝達機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 21/54 Ｆ１６Ｈ 21/54 Ｆターム(参考） 3C007 BS24 CU02 CU08 CY00 FS01 HS27 HT11 HT17 3J011 AA02 BA02 CA04 CA06 KA02 KA07 MA01 3J033 AA01 AB01 AB04 BA02 BA07 BC10 GA01 GA12 3J062 AA38 AB28 AC10 BA16 BA22 CB03 CB18

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トルクを伝達する可変長さの装置であっ
    て、 第一バー（８２）および第二バー（８３）を有し、 滑り軸受（８４，８５）を有し、この中を、第一および
    第二バー（８２，８３）が案内された状態で互いに平行
    に移動することができ、および入力トルクを導入しおよ
    び出力トルクを導出する関節ヘッド（８０，８１）を有
    し、第一関節ヘッド（８０）が第一バー（８２）に連結
    されおよび第二関節ヘッド（８１）が第二バー（８３）
    に連結されている装置において、 第一および第二バー（８２，８３）は、入力トルクが出
    力トルクの方向に対し平行するがオフセットされた方向
    へ進行するよう構成されていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 滑り軸受（８４，８５）は回転的に固定
    された設計であり、および入力トルクは第一バー（８
    ２）から滑り軸受（８４，８５）を介して第二バー（８
    ３）へ伝達されることができることを特徴とする請求項
    １記載の装置。
  3. 【請求項３】 滑り軸受は二つの滑り軸受要素（８４，
    ８５）を有し、各滑り軸受要素（８４，８５）は貫通開
    口部（８６）と対応開口部（８７）を有し、貫通開口部
    （８６）は二つのバー（８２，８３）の中の一つを通過
    させおよび対応開口部（８７）は他のバー（８２，８
    ３）に適応することを特徴とする請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 バー（８２，８３）の端縁部は、対応開
    口部（８７）内に、回転的に固定された状態で保持され
    ることを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 バー（８２，８３）は非円形断面を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 バー（８２，８３）の断面は卵形または
    円形形状であり、少なくとも一つの外向き突出部（８
    ２′，８３′）を有することを特徴とする請求項５記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 二つの斜め対向の突出部（８２′，８
    ３′）を設け、その各々を、楔形の形状でバー（８２，
    ８３）の少なくとも略全長に亘って延在することを特徴
    とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 滑り軸受要素（８４，８５）は、これを
    貫通するバー（８２，８３）の直径に少なくとも略相当
    する長さの軸受を有することを特徴とする請求項１記載
    の装置。
  9. 【請求項９】 二つのバー（８２，８３）は、一つのバ
    ー（８２，８３）の直径に略相当する間隔で互いに離間
    することを特徴とする請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 第一および第二バー（８２，８３）
    は、少なくともその長さを除き、同一設計であり、およ
    び滑り軸受要素（８４，８５）は同一設計であることを
    特徴とする請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】 物体を三次元内で移動するデルタロボ
    ットであって、 基本要素（１）を有し、 可動担持要素（５）を有し、この上に把持要素（６）が
    配置され、 複数のモータ駆動の可動制御アーム（３）を有し、およ
    び可変長さ軸（８）を有し、 制御アーム（３）および可変長さ軸（８）が、対向端縁
    部を介して、基本要素（１）および担持要素（５）に連
    結され、および可変長さ軸（８）がトルクを伝達する装
    置を形成するデルタロボットにおいて、 装置が、請求項１乃至１０の中の一つの特徴に従って設
    計されていることを特徴とするデルタロボット。
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