JP2019536649A - 操作対象物を回動するためのマニピュレータ - Google Patents

Abstract

本発明は、操作対象物を回動するためのマニピュレータ１０であって、マニピュレータ１０はフレームを有し、駆動装置２６によって水平面においてフレームに対して垂直回動軸１１を中心に回動可能な回動基部を備え、回動基部はブーム２０を有し、ブーム２０は、該ブーム２０の自由端に設けられかつ操作対象物に接続するように構成された荷物キャリア１５を備え、荷物キャリア１５は水平面において操作対象物を回動するための回動装置を有し、水平面に形成されかつブーム２０を備えた回動四節リンク機構を構成するために、フレームから回動装置へ延びる制御バー２４が設けられ、回動基部が回動運動する場合、この回動運動に重ねられた荷物キャリア回動運動が制御ギア機構及び制御バー２４を介して作用するように、制御バー２４の一端が荷物キャリア１５の回動装置に連接し、他端が制御ギア機構を介してフレームに連接する、マニピュレータ１０に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、操作対象物を回動するためのマニピュレータに関する。

本発明は、操作対象物を回動するためのマニピュレータであって、前記マニピュレータはフレームを有し、駆動装置によって水平面において前記フレームに対して垂直回動軸を中心に回動可能な回動基部を備え、前記回動基部はブームを有し、前記ブームは、該ブームの自由端に設けられかつ前記操作対象物に接続するように構成された荷物キャリアを備え、前記荷物キャリアは水平面において操作対象物を回動するための回動装置を有し、前記水平面に形成されかつ前記ブームを備えた回動四節リンク機構を構成するために、前記フレームから前記回動装置へ延びる制御バーが設けられ、前記回動基部が回動運動する場合、この回動運動に重ねられた荷物キャリア回動運動が制御ギア機構及び前記制御バーを介して作用するように、前記制御バーの一端が前記荷物キャリアの回動装置に連接し、他端が前記制御ギア機構を介して前記フレームに連接する、マニピュレータに関する。

上述したようなマニピュレータは、特に、溶鉱炉のすぐ近くの湯出し路カバー又は湯出し口穿孔装置の掘削支持具を取り扱うために用いられる。また、溶鉱炉を操作するために必要な湯出し口閉塞機等の他の装置が溶鉱炉のすぐ周囲に配置され、湯出し路の両側にも配置されるため、取り扱い時には特に条件が厳しくなる。例えば、湯出し路カバーは、湯出し路から持ち上げられた後、湯出し路の脇の休止位置に移動させなければならず、湯出し口又は湯出し口閉塞装置等との衝突を避けるために、基部回動運動に重ねられた回動運動をマニピュレータの回動基部が回動している間実行する必要がある。

したがって、上で述べたような取り扱いに用いられるマニピュレータの場合、ブームの自由端に設けられかつ操作対象物と接続されるように設けられた荷物キャリアは、回動基部上に設けられたブームをマニピュレータのフレームに対して回動するマニピュレータの回動基部の回動駆動装置に加えて、別の回動駆動装置を備えなければならない。荷物キャリアに別の回動駆動装置を配置することでブームへの積載荷重が増えるという事実とは別に、特に湯出し路カバーを取り扱う際に用いる場合は、荷物キャリアに設けられた回動駆動装置も特定の熱応力を受けることになる。その理由は、湯出し路カバーが溶鉱炉の湯出し口から吐出される赤熱鋼から放出される熱によって高温になり、熱伝導及び熱放射によってこの高温が湯出し路カバーから更に回動駆動装置に伝わるためである。このように高い熱負荷がかかるため、それに伴う、頻繁に行う必要がある保守作業と、破損が起きた場合には複雑な修繕工事が必要になり、溶鉱炉の円滑な運転が妨げられる。

したがって、本発明の目的は、保守作業をあまり必要としない上述のようなマニピュレータを提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係るマニピュレータは請求項１の特徴を有する。

本発明によると、水平面に形成された回動四節リンク機構を構成するために、フレームから回動装置へ延びる制御バーが設けられ、回動基部が回動運動する場合、この回動運動に重ねられた荷物キャリア回動運動が制御ギア機構及び制御バーを介して作用するように、制御バーの一端が荷物キャリアの回動装置に連接し、他端が制御ギア機構を介してフレームに連接する。

このギア機構を介して、本発明に従って構成されたマニピュレータは、荷物キャリアをフレームに対する回動基部の回動運動と連動して回動運動可能にする。そのため、回動基部を回動するために設けられた駆動装置を荷物キャリアを回動するためにも用いることができ、制御ギア機構によって、荷物キャリアの回動運動を回動駆動装置の回動運動の前、後、又は反対方向に確実に生じさせることができる。それによって、荷物キャリア及び荷物キャリアに接続した操作対象物を回動基部とは異なる回動位置に設けることができる。制御ギア機構によって、荷物キャリアに接続された操作対象物の回動位置の制御が可能になる。例えば、この制御によって、衝突領域において水平面でほぼ平坦に延びる操作対象物の角を回動基部の回動動作に反して回動することにより、又はその角を、操作対象物が衝突することなく対象物を通過できるように高速で回動することにより、湯出し口閉塞装置又は湯出し口穿孔装置等の回動路における領域に配置された物体と操作対象物が衝突することを防止できる。

したがって、上述した制御ギア機構を用いることによって、回動方向だけでなく、荷物キャリアの回動速度及びそれに接続された湯出し路カバーの回動速度も、制御ギア機構によって設定されかつ回動動作を回動駆動装置の回動動作に追従させる機能によって設定することができる。

好ましい実施形態では、制御ギア機構はフレームに形成されかつ回動基部に形成された制御レバーと連動するガイドを有し、この制御レバーは制御バーをガイドに連接する。これにより、制御作用が制御ギア機構によって荷物キャリアに与えられるだけでなく、制御レバーによって更に制御力が確実に伝達される。

上に述べたガイドが制御屈曲部を規定し、制御レバーの制御ヘッドが制御屈曲部に沿ってガイドされる場合、制御屈曲部をそれぞれ規定することによって、荷物キャリアの回動動作を現場での特定の衝突条件に容易に合わせることができる。

好ましくは、制御屈曲部は、アダプタである制御ヘッドを係合するガイド溝である。これにより、制御屈曲部を強固で機械的に容易に実現できるように設計することができる。

好ましくは、ガイドはフレームに接続された制御板である。これにより、制御板を変更するだけで、特に制御ギア機構を現場での特定の衝突条件に容易に合わせることができる。

好ましくは、制御レバーは、ガイドのガイド面と平行な回動面において制御レバーを回動搭載するための回動基部に固定されたレバー軸を有するレバー揺動体であり、制御レバーの第１のレバーアームは、一端が制御ヘッドを介してガイドと係合する制御レバーアームを構成し、第２のレバーアームは、回動四節リンク機構の駆動部材を構成する駆動レバーアームである。

レバー軸が回動基部上のブームの上方に設けられ、平行なブームの縦軸と交差する場合、水平面に規定された回動四節リンク機構は、制御レバーのレバー軸及びブームの回動軸の位置とは関係なく実現され、レバー軸とブームの回動軸との位置は回動基部上で互いに異なる。

好ましくは、制御ギア機構は回動基部に接続された回動支持体と、フレームに接続されたガイドと、レバー軸を介して回動支持体に接続された制御レバーとを有する。これにより、制御ギア機構を特にコンパクトに設計できる。

湯出し路カバーの取り扱いに特に適したマニピュレータの特に好ましい実施形態において、垂直面に形成された連接昇降平行四辺形部を有する昇降リンク機構を構成するために、ブームが回動軸を介して回動基部に連接され、回動軸を介して回動基部に連接された荷役アームと平行に設けられ、ブームと荷役アームとは、回動基部と反対側で荷物キャリアを介して互いに連接されている。

回動四節リンク機構を連接回動平行四辺形部として構成するために、ブームは制御バーと平行に設けられることが好ましい。それにより、特に摩耗が少ない運動が可能になる。

好ましくは、ブームの回動軸は、制御レバーのレバー軸と共に回動支持体に設けられている。

特に好ましい実施形態では、駆動装置は、昇降リンク機構と荷物キャリアの回動装置との両方を回動するように構成される。

駆動装置はガイド、特に制御板であるガイドに設けられている場合、回動軸への駆動力の伝達と制御レバーへの駆動力の伝達との両方を最短距離で行うことができ、それによって、パワートレイン等の使用を避けることができる。

特に好ましい実施形態では、制御屈曲部は、回動基部の垂直回動軸からの距離が駆動部材と水平な連接平行四辺形部の固定部材との間の平行四辺形の角度を規定する複数の制御点の順序を規定するように設計され、固定部材が、レバー軸から荷物キャリアの回動軸の距離で規定される。

図１は、マニピュレータを示す等角図である。 図２は、マニピュレータの荷物キャリアを示す拡大図である。 図３は、マニピュレータの側面図である。 図４は、第１の回動位置にある図３に示すマニピュレータの平面図である。 図５は、第２の回動位置にある図３に示すマニピュレータの平面図である。 図６は、図４に示す第１の回動位置に配置されたマニピュレータの制御ギア機構の拡大図である。 図７は、図５における第２の回動位置にあるマニピュレータの制御ギア機構の拡大図である。 図８は、図３におけるマニピュレータの制御ギア機構の拡大図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照にして更に詳しく説明する。

図３は、図１に等角で示すマニピュレータ１０の側面図である。マニピュレータ１０は、フレーム１２において垂直回動軸１１に対して回動するように設けられた回動基部１３を有している。回動基部１３には、湯出し路カバー１６に接続するように自由端に荷物キャリア１５を有する昇降リンク機構１４が設けられている。ここで、湯出し路カバー１６は操作対象物の例として図示されている。

昇降リンク機構１４は、垂直面において回動可能で回動軸１８を介して回動基部１３に連接した荷役アーム１９を有する連接昇降平行四辺形部１７と、荷役アーム１９と平行に、回動軸２１を介して回動基部１３にも連接されたブーム２０とを備えている。回動基部１３の反対側の端部では、荷役アーム１９とブーム２０とはそれぞれ回動軸２２及び２３を介して荷物キャリア１５に連接され、それにより、図３に示す回動軸１８及び２１、２１及び２３、２３及び２２、並びに２２及び１８とそれぞれ交差する補助線で示す連接昇降平行四辺形部１７を形成している。この連接昇降平行四辺形部１７によって、荷物キャリア１５に接続された湯出し路カバー１６を昇降するための垂直面における回動運動が可能になり、荷物キャリア１５は、連接昇降平行四辺形部１７の「固定部材」と平行に整列して移動し、固定部材は、回動軸１８と回動軸２１との間で回動基部１３によって規定される。それにより、湯出し路カバー１６は昇降動作中に水平整列状態に保たれる。

昇降動作を行うために、図１及び図３に示す昇降シリンダ３９を、回動基部１３と荷役アーム１９との間に設ける。

図４及び図５において、マニピュレータ１０は二つの異なる回動位置の間に示されている。図４は、回動基部１３に接続された昇降リンク機構１４が搭載板４１と実質的に平行に並んでいる第１の回動位置を示し、搭載板４１はこの場合、紙面方向と一致する平行回動面においてフレーム１２の後ろ側に形成されている。

この場合、連接昇降平行四辺形部１７のブーム２０と平行に配置された制御バー２４に作用する制御ギア機構４２を更に詳細に図示するために、図４及び図５において、制御板２５はマニピュレータ１０内で透明に図示されている。フレーム１２の一部又はそれに恒久的に接続されている制御板２５上に、回動基部１３の回動駆動するための駆動装置２６が設けられている。

図４及び図５から分かるように、湯出し路カバー１６を取り扱うためのマニピュレータの図示される好ましい実施形態の場合、ブーム２０及び制御バー２４は、水平面に配置されかつ連接回動平行四辺形部２８として構成された回動四節リンク機構の平行連接部材を構成し、連接回動平行四辺形部２８の他の平行連接部材は、制御レバー３０の駆動レバーアーム２９と荷物キャリア１５の回動装置３２の回動アーム３１とによって構成される。

図６、図７、及び図８の組み合わせから明らかなように、特に、制御レバー３０が回動基部１３上に配置されかつ永久的に接続された回動支持体３３上のレバー軸３４で回動するように設けられ、制御レバー３０の第１のレバーアームが駆動レバーアームを構成し、制御レバー３０の第２のレバーアームがその自由端において制御板２５の裏側に形成されたガイド溝２７に係合するアダプタ３６を有する制御レバーアーム３５を構成するように、制御レバー３０がレバー揺動体を構成している。図８に示すように、特に、回動支持体３３に形成された制御レバーのレバー軸３４は、レバー軸３４の中心線４０がブーム２０の縦軸３７と交差するようにブーム２０の上方に形成されている。したがって、水平面に配置された連接回動平行四辺形部２８の固定部材は、レバー軸３４と、荷物キャリア１５の回動装置３２の垂直回動軸１１との間に運動学的に形成される。

図７及び図８の組み合わせから明らかなように、特に、制御ギア機構４２は、代替の構成要素として、回動基部１３に強固に接続し、それにより回動基部１３とともに回動可能な回動支持体３３と、フレーム１２又はフレーム１２と共に回動するように配置された制御板２５上に設けられたガイド溝２７として形成されたガイドと、レバー軸３４を介して回動支持体３３に連接された制御レバー３０とを有する。図７に示すように、制御バー２４は、スイベル管継手３８を介して駆動レバーアーム２９に接続し、ここでは円形の頭部を有するものとして形成されている。それにより、昇降リンク機構１４の昇降運動、すなわち垂直面における連接昇降平行四辺形部１７の回動、はスイベル管継手３８で抑制されない。実際、湯出し路カバー１６の回動に対応する回動支持体３３の回動装置３２の回動は、連接回動平行四辺形部２８が水平面に配置された場合にのみ生じると想定される。

図４及び図５から最も理解されうるように、荷物キャリア１５の回動装置３２の回動アーム３１を回動するために、制御レバー３０の第１のレバーアームによって構成された駆動レバーアーム２９をブーム２０と平行に動く制御バー２４を介して回動装置３２の回動アーム３１に作用させる。駆動部材（駆動レバーアーム）２９の回動動作は、レバー軸３４に対して制御レバー３０の制御レバーアーム３５を回動することにより行われる。制御レバーアーム３５の回動動作は、回動基部１３がガイド溝２７内で垂直回動軸１１に対して回動している間にガイド溝２７内においてアダプタ３６を相対運動させることで行われる。したがって、回動基部１３の回動動作によって駆動される制御ギア機構２３は、荷物キャリア１５の回動装置３２に接続された湯出し路カバー１６の、昇降リンク機構１４に対する相対回動に作用し、それによって、水平面における荷物キャリア１５の回動装置３２の回動が水平面において回動基部１３に接続された昇降リンク機構１４の回動運動に重ねられ、連接回動平行四辺形部２８の駆動部材を構成する駆動レバーアーム２９と荷役アーム１９との間の平行四辺形の角度αは、アダプタ３６と垂直回動軸１１との距離によって決まる。

ガイド溝２７は、図示された本実施形態において円の中心が垂直回動軸１１からずれた部分的な円形をしているが、ガイド溝２７又は手元で用いられる場合はガイド溝として構成される制御ギア機構４２の制御屈曲部は、複数の異なる曲率半径を有する不規則なパターンを有する場合があり、このパターンは、昇降リンク機構１４に対する荷物キャリア１５の好ましい運動に応じて規定できる。荷物キャリア１５はまた、互い連続した反対方向の回動運動も行うこともできる。

Claims (14)

1. 操作対象物を回動するためのマニピュレータ（１０）において、
   前記マニピュレータ（１０）はフレーム（１２）を有し、駆動装置（２６）によって水平面において前記フレーム（１２）に対して垂直回動軸（１１）を中心に回動可能な回動基部（１３）を備え、
   前記回動基部（１３）はブーム（２０）を有し、
   前記ブーム（２０）は、該ブーム（２０）の自由端に設けられかつ前記操作対象物に接続するように構成された荷物キャリア（１５）を備え、
   前記荷物キャリア（１５）は水平面において操作対象物を回動するための回動装置（３２）を有するマニピュレータ（１０）であって、
   前記水平面に形成されかつ前記ブーム（２０）を備えた回動四節リンク機構を構成するために、前記フレーム（１２）から前記回動装置（３２）へ延びる制御バー（２４）が設けられ、
   前記回動基部（１３）が回動運動する場合、この回動運動に重ねられた荷物キャリア回動運動が制御ギア機構（４２）及び前記制御バー（２４）を介して作用するように、前記制御バー（２４）の一端が前記荷物キャリア（１５）の回動装置（３２）に連接し、他端が前記制御ギア機構（４２）を介して前記フレーム（１２）に連接する
   ことを特徴とするマニピュレータ。
2. 請求項１に記載のマニピュレータにおいて、
   前記制御ギア機構（４２）は前記フレーム（１２）に形成されたガイドを有し、
   前記ガイドは、前記回動基部（１３）に設けられかつ前記制御バー（２４）を前記ガイドへ連接する制御レバー（３０）と連動する
   ことを特徴とするマニピュレータ。
3. 請求項２に記載のマニピュレータにおいて、
   前記ガイドは制御屈曲部を規定し、前記制御レバー（３０）の制御ヘッドが前記制御屈曲部に沿ってガイドされる
   ことを特徴とするマニピュレータ。
4. 請求項３に記載のマニピュレータにおいて、
   前記制御屈曲部は、アダプタ（３６）である前記制御ヘッドを係合するガイド溝（２７）である
   ことを特徴とするマニピュレータ。
5. 請求項２から４のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
   前記ガイドは、前記フレーム（１２）に接続された制御板（２５）である
   ことを特徴とするマニピュレータ。
6. 請求項２から５のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
   前記制御レバー（３０）は、前記ガイドのガイド面と平行な回動面において前記制御レバー（３０）を回動搭載するための前記回動基部（１３）に固定されたレバー軸（３４）を有するレバー揺動体を構成し、
   前記制御レバーの第１のレバーアームは、一端が制御ヘッドを介して前記ガイドと係合する制御レバーアーム（３５）を構成し、
   駆動レバーアーム（２９）としての第２のレバーアームは前記回動四節リンク機構の駆動部材を構成する
   ことを特徴とするマニピュレータ。
7. 請求項６に記載のマニピュレータにおいて、
   前記レバー軸（３４）は、前記回動基部（１３）上の前記ブーム（２０）の上方に設けられ、前記ブーム（２０）の縦軸（３７）と交差する
   ことを特徴とするマニピュレータ。
8. 請求項２から７のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
   前記制御ギア機構（４２）は、
   前記回動基部（１３）に接続された回動支持体（３３）と、
   前記フレーム（１２）に接続された前記ガイドと、
   レバー軸（３４）を介して前記回動支持体（３３）に接続された前記制御レバー（３０）とを備える
   ことを特徴とするマニピュレータ。
9. 請求項２から８のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
   垂直面に形成された連接昇降平行四辺形部（１７）を有する昇降リンク機構（１４）を構成するために、
   前記ブーム（２０）は、回動軸（２１）を介して前記回動基部（１３）に連接され、かつ回動軸（１８）を介して前記回動基部（１３）に連接された荷役アーム（１９）と平行に設けられ、
   前記ブーム（２０）と前記荷役アーム（１９）とは、前記回動基部（１３）と反対側で前記荷物キャリア（１５）を介して互いに連接されている
   ことを特徴とするマニピュレータ。
10. 請求項９に記載のマニピュレータにおいて、
    前記回動四節リンク機構を連接回動平行四辺形部（２８）として実現するために、前記ブーム（２０）は前記制御バー（２４）と平行に設けられている
    ことを特徴とするマニピュレータ。
11. 請求項９又は１０に記載のマニピュレータにおいて、
    前記ブーム（２０）の回動軸（２１）は、制御レバー（３０）のレバー軸（３４）と共に回動支持体（３３）に設けられている
    ことを特徴とするマニピュレータ。
12. 請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
    前記駆動装置（２６）は、前記昇降リンク機構（１４）と前記荷物キャリア（１５）の回動装置（３２）との両方を回動するように構成されている
    ことを特徴とするマニピュレータ。
13. 請求項１２に記載のマニピュレータにおいて、
    前記駆動装置（２６）は前記ガイドに設けられている
    ことを特徴とするマニピュレータ。
14. 請求項３から１３のうちのいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
    前記制御屈曲部は、前記回動基部（１３）の垂直回動軸（１１）からの距離ａが駆動部材と連接回動平行四辺形部（２８）の固定部材との間の平行四辺形の角度αを規定する複数の制御点の順序を規定する
    ことを特徴とするマニピュレータ。