JP2011518052A - 空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置 - Google Patents

Abstract

空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置において、それぞれ１つのモータ／変速機ユニット（１６）に結合された、モータ／変速機軸線（ｓ）を中心として旋回可能な少なくとも３つの操作アーム（１８）が設けられており、各操作アーム（１８）の自由端が、結合ロッド（３６，３８）を介して支持エレメント（２６）に枢着結合されており、該支持エレメント（２６）が、真空ホース（５４，５４ａ，５４ｂ）を介して真空源に接続可能な少なくとも１つの把持手段（５０）を有しており、該把持手段（５０）が、対象物を吸引して把持するための吸込み開口（５２）を有しており、前記真空ホース（５４，５４ａ，５４ｂ）が、前記支持エレメント（２６）から前記モータ／変速機ユニット（１６）のうちの１つのモータ／変速機ユニット（１６）のモータ／変速機軸線（ｓ）にまで案内されていて、実質的にモータ／変速機軸線（ｓ）に配置されかつ前記モータ／変速機軸線（ｓ）を中心として回動可能なホースジョイント（６０）を介して、真空源に接続可能である。

Description

本発明は、空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置であって、それぞれ１つのモータ／変速機ユニットに結合された、モータ／変速機軸線を中心として旋回可能な少なくとも３つの操作アームが設けられており、各操作アームの自由端が、結合ロッドを介して支持エレメントに枢着結合されており、支持エレメントが、真空ホースを介して真空源に接続可能な少なくとも１つの把持手段を有しており、該把持手段が、対象物を吸引して把持するための吸込み開口を有している形式のものに関する。空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置は、業界では、平行運動機構（Parallelkinematik）を備えたロボットと呼ばれ、「デルタ・ロボット」という名称でも知られている装置である。

背景技術
把持工具から真空供給部へのホース案内は、デルタ・ロボットでは、従来、複数の結合ロッドと、自由に懸吊された（freihaengend.）約１５００ｍｍの長さのホース部分とを介して行われている。この自己支持力のないホースは、一方では自己支持性をもって空間内に懸吊するために安定性を必要とし、他方ではロボットの極端な運動を保証するためにフレキシブル性を必要とする。このホースは、捩れ負荷をも屈曲負荷をも受けて、揺動を開始する恐れがある。ロボットとホースとが、互いに逆の方向に運動すると、衝撃が生じ得る。この衝撃は、ロボットの精度を損なうだけでなく、ホースも著しく負荷する。この理由から、ホースは高い摩耗にさらされており、それゆえに、すでに短い時間ののちに交換されなければならない。

発明の開示
本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式の、空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置に用いられるホース案内を改良して、自己支持性のホースを有する従来技術から公知のホース案内に比べて少ない摩耗発生率しか有しないホース案内を備えた装置を提供することである。

この課題を解決するために、本発明による構成では、真空ホースが、支持エレメントからモータ／変速機ユニットのうちの１つのモータ／変速機ユニットのモータ／変速機軸線にまで案内されて、実質的にモータ／変速機軸線に配置されかつ当該モータ／変速機軸線を中心として回動可能なホースジョイントを介して、真空源に結合可能であるようにした。

ホースの捩れは、回動可能な連結部材により解消される。デルタ・ロボットは、操作アームのモータ／変速機軸線において純粋な回転運動しか有しないので、この連結部材は、１つの操作アーム駆動装置の回転軸線に置かれる。したがって、ホースは、操作アームと結合ロッドとの間の角運動と、支持エレメントの角運動とを補償できればよい。このことは、ホースにおいて小さな曲げモーメントしか引き起こさない。したがって、ホースは、操作アームと結合ロッドとに密接して案内され得る。

操作アームが運動するので、ホースは、さらにモータ軸線の方向にずらされる。操作アームの端部において、ホースは、「ホースジョイント」の回動可能な部分を形成するアングル部材を備えている。この場合、回転軸線は、ほぼ操作アームのモータ／変速機軸線に位置している、つまり回転軸線とモータ／変速機軸線とは互いにほぼ整合している。

真空ホースが、結合ロッドと操作アームとに沿って案内されていて、取付けエレメントを用いて着脱可能に位置固定されていると有利である。

操作アームの取付けエレメントが、振動減衰式にかつ遊びを補償するように組み付けられていると有利である。

回転可能なホースジョイントを迅速にかつ工具を用いずに取り外すことができるように、ホースジョイントがクイッククロージャ、特にバルクヘッドユニオン（Schottverschraubung）またはバヨネットクロージャを備えていると有利である。

本発明によるホース案内は、支持されていないホースを備える従来の手段に比べて、以下の利点を有している；
・清掃のためのホースの迅速な取外し、
・捩れの解消により、ホースにかかる負荷がより小さく、より軟らかいホースを使用することができ、寿命が延びる、
・ホース案内がより良好に制御されることによる、より高い安全性、
・ロボットへの妨害力が少ないことによる、より高い精度、
・ホースの揺動が回避される。

本発明の別の利点、特徴、詳細は、以下の、有利な実施例の詳細な説明および図面につき明らかになる。

デルタ・ロボットの斜視図である。 本発明によるホース案内のためのエレメントを備えたデルタ・ロボットの斜視図である。 図２に示したデルタ・ロボットにおけるホース敷設の原理を示す図である。 図２に示したホース枢着配置を拡大図で示す斜視図である。 図２に示したホース枢着配置を拡大図で示す斜視図である。 図２に示したホース枢着配置を拡大図で示す斜視図である。 図２に示した結合アームにおけるホース固定部を拡大図で示す斜視図である。

図１に図示されたデルタ・ロボット１０は、水平方向の組付け平面を有するベースエレメント１２と、それぞれ１つのモータ／変速機ユニット１６を収容するための、ベースエレメント１２から突出した３つの保持部１４とを有している。各モータ／変速機ユニット１６の、モータ／変速機軸線ｓを規定するそれぞれ１つの変速機シャフトには、このモータ／変速機軸線ｓを中心として旋回可能な操作アーム１８が装着されている。３つのモータ／変速機軸線ｓは、ベースエレメント１２の組付け平面に対して平行な同一平面に位置しており、これら３つのモータ／変速機軸線ｓの交点は１つの正三角形の頂点を形成している。各操作アーム１８の自由端には、モータ／変速機軸線ｓに対して平行に位置する第１のジョイント軸線ｍを規定する第１のジョイントロッド２０が取り付けられている。各第１のジョイントロッド２０は、その両方の端部に、それぞれ１つの第１のボールジョイント２４のそれぞれ１つの第１のジョイント部材２２を有している。対になって配置された第１のジョイント部材２２は、それぞれ１つの垂直方向平面に関して互いに鏡像対称的に配置されている。この場合、これらの３つの垂直方向平面は、３つのモータ／変速機ユニット１８を配置するための１つの対称軸線を形成する共通の１つの垂直方向軸線において互いに交差し、かつ互いにそれぞれ１２０°の角度を成している。

実質的に１つの正三角形を形成する側縁部２８を備えたプレートとして形成された支持エレメント２６（工具支持体またはプラットホームとも呼ばれる）は、これら３つの側縁部２８のそれぞれに、第２のジョイント軸線ｎを規定する第２のジョイントロッド３０を備えている。各第２のジョイントロッド３０は、その両方の端部に、それぞれ１つの第２のボールジョイント３４のそれぞれ１つの第１のジョイント部材３２を有している。各第２のジョイントロッド３０の、対になって配置された第１のジョイント部材３２は、支持エレメント２６を特徴付ける仮想正三角形の角二等分線に関して互いに鏡像対称的に配置されている。

各操作アーム１８の自由端に設けられた第１のジョイント部材２２の間の間隔は、支持エレメント２６の側縁部２８に設けられた第１のジョイント部材３２間の間隔と同じである。

各操作アーム１８には、支持エレメント２６の１つの側縁部２８が対応配置されている。同一に形成されたそれぞれ１対の結合ロッド３６，３８（平行四辺形ロッドとも呼ばれる）は、その端部に、それぞれ１つの第２のジョイント部材４０，４２を備えた端部片３９を有している。各第２のジョイント部材４０，４２は、操作アーム１８の自由端に設けられた第１のジョイント部材２２もしくは支持エレメント２６の側縁部２８に設けられた第１のジョイント部材３２と共に、相応する第１もしくは第２のボールジョイント２４，３４を形成している。

第１のボールジョイント２４および第２のボールジョイント３４に対して短い間隔を置いて、両結合ロッド３６，３８は、ジョイント軸線ｍ、ｎに対してほぼ平行に位置するプリロードエレメント４８を介して互いに結合されている。

操作アーム１８の自由端に設けられた第１のジョイント部材２２もしくは支持エレメント２６の側縁部２８に設けられた第１のジョイント部材３２は、ジョイントボールとして形成されており、結合ロッド３６，３８の端部片３９に設けられた第２のジョイント部材４０，４２は、ジョイントソケット（Gelenkpfannen）として形成されている。

同じ長さの両結合ロッド３６，３８は、やはり同じ長さの両ジョイントロッド２０，３０と共に、１つの平行四辺形リンク機構４４を形成している。この平行四辺形リンク機構４４は、平行四辺形の各頂点に、それぞれ１つのボールジョイント２４，３４を有している。操作アーム１８を、それぞれ１つの平行四辺形リンク機構４４を介して支持エレメント２６に結合させることによって、３つの全ての空間次元における軸線を中心とした支持エレメント２６の回転が阻止される。したがって、支持エレメント２６は、操作アーム１８の運動に反応して当該支持エレメント２６自体に対して平行にしか運動することができない。これにより、操作アーム１８の、そのモータ／変速機軸線ｓを中心とする、制御された旋回運動が、支持エレメント２６の線形運動に変換される。

支持エレメント２６は、トルクの伝達のためにテレスコープ式もしくは入れ子式に長さ調節可能な中央のシャフト４６を介して、ベースエレメント１２に結合されている。この中央のシャフト４６は、カルダンジョイント（自在継手）を介して、支持エレメント２６に取り付けられている。この中央のシャフト４６の、支持エレメント２６とは反対の側の端部は、サーボモータ（図示せず）の駆動軸に結合されている。この中央のシャフト４６を介して、３次元空間における支持エレメント２６の回転を発生させることができる。

図３から判るように、支持エレメント２６には下方に突出した把持エレメント５０が組み付けられている。この把持エレメント５０は、対象物を吸引して把持するための吸込み開口５２を有している。把持エレメント５０には、吸込み開口５２を真空源（図示せず）に接続する真空ホース５４、５４ａ、５４ｂが着脱可能に取り付けられている。これらの真空ホース５４、５４ａ、５４ｂは、１つの結合ロッド３６に沿って上方に向かって案内されていて、この結合ロッド３６においてホースホルダ６６内に着脱可能に位置固定されている。このホースホルダ６６は付加的にニューマチックホース５５を収容するために形成されていてよい。

従来技術によるホース案内では、真空ホース５４、５４ａ、５４ｂは、結合ロッド３６の上端部において、自由に懸吊した約５０ｃｍの長さのホース部分を介して、真空源（図示せず）に接続されている。

図２〜図７に示したように、真空ホース５４、５４ａ、５４ｂは、本発明によるホース案内では、結合ロッド３６の上端部から操作アーム１８に沿って、モータ／変速機軸線ｓにまで案内されていて、アングル部材５６に移行している。このアングル部材５６の自由端は、モータ／変速機軸線ｓに位置しており、ホースジョイント６０の回転可能なジョイント部材５７として、連結・支承部材５８内に挿入可能である。この連結・支承部材５８は、ロボット１０のベースエレメント１２に、クイッククロージャ（迅速継手）を介して着脱可能に取り付けられている。定位置に配置されたこの連結・支承部材５８は、連結片６２を介して当該連結・支承部材５８に解離可能に結合可能な別のホース部分５４ｂを介して、真空源（図示せず）に結合されている。

したがって、ホースジョイント６０は、ロボット１０のベースエレメント１２に位置固定された組付けプレート５９にクイッククロージャによって取り付けられた、位置固定の連結・支承部材５８と、操作アーム１８に通じた可動のアングル部材５６とから成っている。

ホースジョイント６０全体は、図２に示したように、矢印方向Ａに取り外され得る。ホースはクリック式に取り外され、これにより交換されるかもしくは清掃され得る。このことは真空ホース５４にもニューマチックホース５５にも云える。

アングル部材５６は、緩衝ゴムを介して操作アーム１８に軽度に可動に取り付けられた連結部材６４内にスナップイン式に着脱可能に係止されている。この連結部材６４は、まずは必要となるトルクを操作アーム１８からホースジョイント６０とホース５４，５４ａとへ伝達するが、しかしそれと同時にホースジョイント６０の回転軸線と、操作アーム１８のモータ／変速機軸線ｓとの間の位置および整合における小さな軸線誤差を補償することができる。さらに、この連結部材６４は、振動減衰作用を有している。連結部材６４は付加的にニューマチックホース５５を収容するために形成されていてよい。

回転可能なジョイント部材５７は、バルクヘッドユニオン６１またはバヨネットクロージャを用いて連結・支承部５８に結合可能であり、簡単に取り外され得る。このためには、ホース５４、５４ａが、アングル部材５６と共にスナップ式結合部から引き出されて、ホースジョイントは後方に向かって回転させられるので、バルクヘッドユニオン６１がジョイントを解放する。

さらに、全てのホースがクリックシステムを介して交換され得る。

この構成は、ワイプ・ウォッシュダウン構造（"Wipe"- und "Waschdown"- Konstruktion）として形成されている。流体技術的に、この構造は空気流中に機械的な構成部分が存在しないので、最適なクリーニングが確保されるように開発されている。

真空ホース５４に沿って、たとえば弁の操作のために、付加的なニューマチックホース５５が案内されていてよい。このニューマチックホース５５は小さな直径しか有しておらず、かつ高いフレキシブル性を有しているので、このニューマチックホースを回転ジョイントにより分割することは必要ではない。むしろこれらのホースは、相応して十分に長い、支持されていないホース部分による欠点なしに、操作アーム上に案内され得る。

Claims (4)

1. 空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置であって、それぞれ１つのモータ／変速機ユニット（１６）に結合された、モータ／変速機軸線（ｓ）を中心として旋回可能な少なくとも３つの操作アーム（１８）が設けられており、各操作アーム（１８）の自由端が、結合ロッド（３６，３８）を介して支持エレメント（２６）に枢着結合されており、該支持エレメント（２６）が、真空ホース（５４，５４ａ，５４ｂ）を介して真空源に接続可能な少なくとも１つの把持手段（５０）を有しており、該把持手段（５０）が、対象物を吸引して把持するための吸込み開口（５２）を有している形式のものにおいて、前記真空ホース（５４，５４ａ，５４ｂ）が、前記支持エレメント（２６）から前記モータ／変速機ユニット（１６）のうちの１つのモータ／変速機ユニット（１６）のモータ／変速機軸線（ｓ）にまで案内されていて、実質的にモータ／変速機軸線（ｓ）に配置されかつ前記モータ／変速機軸線（ｓ）を中心として回動可能なホースジョイント（６０）を介して、真空源に接続可能であることを特徴とする、空間内で対象物を運動させかつ位置決めするための装置。
2. 前記真空ホース（５４，５４ａ，５４ｂ）が、前記結合ロッド（３６，３８）と前記操作アーム（１８）とに沿って案内されていて、取付けエレメント（６６，６４）を用いて着脱可能に位置固定されている、請求項１記載の装置。
3. 前記取付けエレメント（６４）が、前記操作アーム（１８）に、振動減衰式にかつ遊びを補償するように組み付けられている、請求項２記載の装置。
4. 回転可能なホースジョイント（６０）が、クイッククロージャ（６１）、特にバルクヘッドユニオンまたはバヨネットクロージャを備えている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。

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