JP6684923B2 - プログラミング可能な運動自動装置のための電動継手 - Google Patents

Description

本発明は、互いに相対運動可能な２つのハウジング部材と、駆動モータと、該駆動モータに対して伝動技術的に後置された歯車装置とを有し、プログラミング可能な運動自動装置の互いに相対運動可動な２つの支持体を連結するための電動継手（電動ジョイント）に関する。

下記特許文献１から、プログラミング可能なロボットシステムが既知である。該ロボットシステムは、所定数の個々のアーム部分を備えたロボットを含み、この際、隣接するアーム部分は、それぞれ１つの継手（ジョイント）により互いに連結されている。更に該ロボットシステムは、少なくとも１つの継手内に、制御可能な駆動部と、該駆動部を制御するための制御システムを含んでいる。更に該ロボットシステムは、該ロボットシステムをプログラミングすることのできる利用者インタフェースを有する。前記継手は、ハウジングと、該ハウジング内に配設されたモータを有し、該モータは、ハウジングに対して相対回転するモータ軸を有する。ハウジング内には、更に安全ブレーキが設けられている。該ロボットシステムの継手は、一方の継手部分が極めて大きな容積を必要として太く構成されているのに対し、それぞれ他方の継手部分は極めて小さく構成されていることにより完全に非対称に構成されている。

US 8,614,559 B2 WO 01/38047 A2 EP 0 112 963 A1 WO 2013/138912 A1

ALBU-SCHAEFFER ET AL: "The DLR lightweight robot: design and control concepts for robots in human environments", INDUSTRIAL ROBOT: AN INTERNATIONAL JOURNAL, MCB UNIV. PRESS, BRADFORD, Bd. 34, Nr. 5, January 2007 (2007-01-01), pages 376-385, XP008178983, ISSN: 0143-991X, DOI: 10.1108/01439910710774386

本発明の課題は、冒頭に記載した形式の電動継手を、特に作用する力及び／又はモーメントの支持に関して有利に構成することのできる可能性を提供することである。

前記課題は、歯車装置の一部分がハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置の他の部分が他方のハウジング部材内に配設されていることにより特徴付けられた電動継手により解決される。
即ち本発明の第１の視点により、互いに相対運動可能な２つのハウジング部材と、駆動モータと、該駆動モータに対して伝動技術的に後置された歯車装置とを有し、プログラミング可能な運動自動装置の互いに相対運動可動な２つの支持体を連結するための電動継手であって、歯車装置の一部分がハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置の他の部分が他方のハウジング部材内に配設されていることを特徴とする電動継手が提供される。
より詳しくは、前記第１の視点において、互いに相対運動可能な２つのハウジング部材と、駆動モータと、該駆動モータに対して伝動技術的に後置された歯車装置とを有し、プログラミング可能な運動自動装置の互いに相対運動可動な２つの支持体を連結するための電動継手であって、歯車装置の一部分がハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置の他の残りの部分が他方のハウジング部材内に配設されていることを特徴とする。
更に本発明の第２の視点により、前記電動継手を用いて互いに相対運動可能に連結される２つの支持体を備えたプログラミング可能な運動自動装置が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲において場合により付記される図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）互いに相対運動可能な２つのハウジング部材と、駆動モータと、該駆動モータに対して伝動技術的に後置された歯車装置とを有し、プログラミング可能な運動自動装置の互いに相対運動可動な２つの支持体を連結するための電動継手であって、歯車装置の一部分がハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置の他の部分が他方のハウジング部材内に配設されていること。
（形態２）該電動継手において、該電動継手をロックするように構成されて配設された固定装置が設けられていることが好ましい。
（形態３）該電動継手において、
ａ．固定装置は、直接的に歯車装置構成部材を制動するように構成されて配設されていること、又は、
ｂ．固定装置は、直接的に歯車装置構成部材を制動するように構成されて配設されており、更に固定装置は、歯車装置と同じハウジング部材内か、又は少なくとも歯車装置の直接的に制動すべき構成部材と同じハウジング部材内に配設されていることが好ましい。
（形態４）該電動継手において、
ａ．固定装置は、直接的に駆動モータか又は駆動モータの従動軸を制動するように構成されて配設されていること、又は、
ｂ．固定装置は、直接的に駆動モータか又は駆動モータの従動軸を制動するように構成されて配設されており、更に固定装置は、駆動モータと同じハウジング部材内か、又は駆動モータの従動軸と同じハウジング部材内に配設されていることが好ましい。
（形態５）該電動継手において、歯車装置は、波動歯車装置であることが好ましい。
（形態６）該電動継手において、固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のウェーブジェネレータであること、又は、固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のフレクスプラインであること、又は、固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のサーキュラスプライン又はダイナミックスプラインであることが好ましい。
（形態７）該電動継手において、波動歯車装置は、鍋状歯車装置として構成されていること、又は、波動歯車装置は、環状歯車装置として構成されていることが好ましい。
（形態８）該電動継手において、固定装置は、作動状態において、予め設定された又は予め設定可能な値を超える値で従動側のトルクが発生する場合には、波動歯車装置の従動要素の構成部材の損傷、及び動力伝達経路内に位置する該電動継手の他の構成部材の損傷を回避するために、該固定装置を用いて直接的にロックされた構成部材の運動を許容することが好ましい。
（形態９）該電動継手において、前記予め設定された又は予め設定可能な値は、ロックすべき構成部材において発生してよい最大許容の稼働トルクに対応すること、及び／又は、前記予め設定された値は、該電動継手の損傷、及び／又は歯車装置の損傷が排除されているように選択されていることが好ましい。
（形態１０）該電動継手において、固定装置は、摩擦結合式のブレーキとして構成されているか、又は摩擦結合式のブレーキを有することが好ましい。
（形態１１）該電動継手において、固定装置は、該固定装置を用いて直接的に制動可能な構成部材と摩擦結合式で結合された係止手段を有し、該係止手段は、少なくとも１つの形状係合手段を有し、該形状係合手段は、該固定装置の作動状態において、形状係合式で、ハウジング又はシャーシに対して相対回転不能な対応形状係合手段と協働することが好ましい。
（形態１２）該電動継手において、該電動継手は、固定装置へ接続された又は接続可能な少なくとも１つのエネルギー蓄積器を含んでおり、
ａ．固定装置は、ロック状態からリリース状態へ、又はリリース状態からロック状態へ、少なくとも一回の切替過程をもたらすために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であること、又は、
ｂ．固定装置は、該固定装置をロック状態又はリリース状態に保持するために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であること、又は、
ｃ．エネルギー蓄積器は、機械エネルギーを蓄積するように構成されていること、又は、
ｄ．エネルギー蓄積器は、電気エネルギーを蓄積するように構成されていることが好ましい。
（形態１３）該電動継手において、該電動継手は、エネルギーラインを有し、該エネルギーラインは、外部から供給されるエネルギーを固定装置及び／又は駆動モータの稼働及び／又は制御のために伝送すること、及び、固定装置は、エネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されている場合、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用して切替可能であることが好ましい。
（形態１４）該電動継手において、
ａ．該電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面と、他方の支持体が運動する面が互いに常に平行に配設されているように連結するかたちで構成されていること、又は、
ｂ．該電動継手は、ヒンジ継手として構成されていること、
ｃ．該電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面が、他方の支持体に対して常に直角に配設されているように連結するかたちで構成されていることが好ましい。
（形態１５）前記電動継手を用いて互いに相対運動可能に連結されている２つの支持体を備えたプログラミング可能な運動自動装置。
（形態１６）該運動自動装置において、支持体のうち一方の支持体は、直接的に又は間接的に駆動モータのステータ及び／又は駆動モータの駆動モータハウジングと相対回転不能に結合されていること、及び他方の支持体は、歯車装置の従動要素へ相対回転不能に連結されていることが好ましい。
（形態１７）該運動自動装置において、前記電動継手を用いて可動に連結された２つの支持体は、ロボットアームの一部分であることが好ましい。
（形態１８）該運動自動装置において、前記電動継手は、互いに相対運動可能な２つのハウジング部材を有し、
ａ．支持体のうち一方の支持体は、ハウジング部材のうち一方のハウジング部材と固定結合されており、他方の支持体は、他方のハウジング部材と固定結合されていること、又は、
ｂ．ハウジング部材のうち一方のハウジング部材は、支持体のうち一方の支持体であること、又は、
ｃ．ハウジング部材のうち一方のハウジング部材は、支持体のうち一方の支持体のハウジングの構成要素であり、他方のハウジング部材は、他方の支持体のハウジングの構成要素であることが好ましい。

独自の一発明思想により、また特に以下で説明する構成又は従属請求項に記載された構成の１つ又は複数との組み合わせにおいて、選択的には、駆動モータがハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置が他方のハウジング部材内に配設されていることをも提案することができる。

本発明は、ハウジング部材（２つのハウジング部材）が、対称にか及び／又は同じ構造で及び／又は同じ大きさで構成されることが可能であるという優れた利点を有する。特に、継手部材（複数）のうち一方の継手部材が、駆動モータの全要素も、歯車装置と固定装置の全要素も受容しなくてはならないことを理由に当該継手部材が特に太く構成するということは、要求されない。ハウジング部材（複数）が同じ構造である一実施形態は、比較的低コストで製造可能であり、それは、同じ製造工具を用いて両方のハウジング部材を製造することが可能であり、それにより様々な製造工具は不必要なためである。

本発明の格別優れた利点は、支持体（２つの支持体）の縦中軸線が運動する面が、互いに比較的僅かな間隔を有することが可能であるということにある。このことは、稼働時に少なくとも支持体のうち一方の支持体に対して作用する捩りモーメントが比較的僅かであるという更なる優れた利点を有する。従って支持体は、より細く及び／又は構成空間を節約するように寸法決定されることが可能である。

特に本発明は、電動継手を駆動部構成部材及び歯車装置構成部材の配置構成に関してよりフレキシブルに且つ特に特定用途で有利に構成することを可能とする。特に例えばヒンジ継手としての一実施形態では、支持体（２つの支持体）の縦中軸線が運動する面の間の中間空間から外に所定の構成部材を移すことが可能とされ、それによりそれらの面は、既述したように、互いに比較的僅かな間隔を有することが可能である。ヒンジ継手（ないし関節 Gelenk）としては、特に専ら所定の自由度での回転運動を可能とする継手として理解される。

特殊な一実施形態において、電動継手は、固定装置（Feststellvorrichtung）を有し、該固定装置は、電動継手をロック（制止）するように構成されて配設される。固定装置は、特に電動継手を緊急の場合か又は修理を実施するために固定停止するために用いることができる。特に固定装置は、有利には、電動継手を用いて連結された支持体を継続稼働時に互いに先ず制動し、それからロックするように構成されていることが可能である。

固定装置は、特に直接的に歯車装置構成部材を制動するように構成されて配設されていることが可能である。このことは、支持体の精密な制動とロックが可能であるという格別優れた利点を有し、この際、互いに相対運動する支持体（複数）の運動エネルギーと、回転する歯車装置構成部材の回転エネルギーは、直接的に且つ特に駆動モータの従動軸を除き、例えばシャーシ（台座部）又はハウジングへ導かれることが可能である。駆動モータの従動軸は、このようにして、制動過程において少なくとも部分的にこれに関する力作用及び／又はトルク作用から切り離されており、従ってより肉薄且つより軽量で特に構成空間を節約するように構成されることが可能である。特にそのような一実施形態において、固定装置は、有利には、歯車装置と同じハウジング部材内か、又は少なくとも歯車装置の制動すべき部分と同じハウジング部材内に配設されていることが可能である。しかしまた固定装置が他方のハウジング部材内に配設され、例えば係止ピンのような係止手段が、ロック位置においてのみ、直接的にロックすべき歯車装置構成部材が設けられたハウジング部材内へ突出することも可能である。

他の一実施形態において、固定装置は、直接的に駆動モータか又は駆動モータの従動軸を制動するように構成されて配設されている。特にそのような一実施形態において、固定装置は、有利には、駆動モータと同じハウジング部材内か、又は駆動モータの従動軸と同じハウジング部材内に配設されることが可能である。しかしまた固定装置が他方のハウジング部材内に配設され、例えば係止ピンのような係止手段が、ロック位置においてのみ、駆動モータないし駆動モータの従動軸が設けられたハウジング部材内へ突出することも可能である。

格別優れた有利な一実施形態において、歯車装置は、波動歯車装置（Spannungswellengetriebe, strain wave gearing, ハーモニックドライブ（登録商標）：本願において「波動歯車装置」と称する）として構成されている。そのような一実施形態は、可動な複数の支持体の特に精密な互いの調節が可能とされているという格別優れた利点を有する。この際、有利には、波動歯車装置は、遊びがなく、それにより駆動モータにより発生されたトルクが、特に方向転換の際にも、支持体の対応の相対運動へ直接的に伝達可能であるということが利用される。代替的に歯車装置は、例えば、遊星歯車装置として又はサイクロイド歯車装置として構成されていることも可能である。

固定装置を用いて制動可能な歯車装置構成部材は、例えば波動歯車装置のウェーブジェネレータとしてよい。選択的には、より低速で回転する歯車装置構成部材を制動してロックすることも可能である。固定装置を用いて制動可能な歯車装置構成部材が波動歯車装置のフレクスプライン、サーキュラスプライン、又はダイナミックスプラインであるという一実施形態は、特に有利である。そのような一実施形態において、発生する力とモーメントは、極めて短い経路で且つ伝動技術的に前置された構成部材の負荷が極めて僅かな状態で、ハウジング又はシャーシ（台座部）へ導かれることが可能である。

波動歯車装置は、環状歯車装置（リング状歯車装置）又は鍋状歯車装置（ポット状歯車装置）として構成されていることが可能である。環状歯車装置として構成された波動歯車装置は、サーキュラスプラインか又はダイナミックスプラインを歯車装置従動部として設計し、直接的に又は間接的に支持体のうち１つの支持体と相対回転不能に結合することが可能である。鍋状歯車装置として構成された波動歯車装置は、特にフレキシブル鍋状部材（Flextopf）が歯車装置従動部として機能し、直接的に又は間接的に支持体のうち１つの支持体と相対回転不能に結合されているかたちで実現されていることが可能である。

格別優れた有利な一実施形態において、固定装置は、作動状態（固定装置の作動状態）において、予め設定された又は予め設定可能な値を超える値で従動側のトルクが発生する場合には、波動歯車装置の従動要素の構成部材の損傷、及び動力伝達経路内に位置する電動継手の他の構成部材の損傷を回避するために、固定装置を用いてロックされた歯車装置構成部材の運動を許容する。例えば、有利には、所定の係止リングが、過負荷の発生時に、特に所定の摩擦力に打ち勝って、ロックすべき構成部材に対して相対回転可能であることを提案することができる。

前記予め設定された値は、好ましくは、ロックすべき構成部材において発生してよい最大許容の稼働トルクに対応する。前記予め設定された値は、安全緩衝域（Sicherheitspolster）を実現するために、特にその値よりも小さくすることもできる。特に前記予め設定された値は、好ましくは、電動継手の損傷、及び／又は歯車装置の損傷が排除されるように選択される。

そのような一実施形態は、従動要素へ、又は動力伝達経路内に位置する他の構成部材へ作用するピークトルク（最大トルク）を、電動継手の損傷という事態になることなく抑えることができるという格別優れた利点を有する。この種のピークトルクは、外部の力が電動継手を用いて連結された支持体へ作用する場合に、特に固定装置の作動状態において生じることがある。このようにして有利には、上記のピークトルクに対処可能であるために電動継手を予め過大寸法にする必要なく、特に波動歯車装置の歯車装置構成部材を予め過大寸法にする必要なく、電動継手の損傷、特に電動継手の波動歯車装置の損傷を回避することが可能である。それにより電動継手、特にその波動歯車装置は、有利には、そのコンポーネントの寿命が同じ場合には、コンパクトで小型で且つ構成空間を節約するように構成可能である。

固定装置は、有利には、摩擦結合式のブレーキとして構成されているか、又は少なくとも１つの摩擦結合式のブレーキを有することが可能である。それにより、より簡単に且つより信頼性をもって、ロックされた歯車装置構成部材を停止状態に保持することが可能であるが、この際、特に高いトルクが発生する場合、特に予め設定された値を超えるトルクが発生する場合には、摩擦結合式のブレーキのスリップが行われ、それによりロックされた歯車装置構成部材、及び動力伝達経路内に位置する他の構成部材は、損傷から守られ続ける。

例えば、固定装置は、ディスクブレーキを有することが可能である。有利な一実施形態において、ディスクブレーキは、制動ディスクを有し、該制動ディスクは、制動すべき歯車装置構成部材と相対回転不能に結合されている。それに加え、制動力発生器が設けられていることが可能であり、該制動力発生器は、制動ディスクへ作用し、そして直接的に又は間接的に、ハウジングにおいて支持されるか、又は波動歯車装置のシャーシ（台座部）及び／又は電動継手のシャーシにおいて支持される。制動ディスクは、有利には、制動すべき歯車装置構成部材と結合された連動体（連行部材 Mitnehmer）上において、相対回転不能であるが軸方向に摺動可能に備えられていることが可能である。

制動力発生器は、例えば、制動力発生器が固定装置の作動状態において摩擦要素を軸方向又は半径方向で制動ディスクに対して押し付けるように構成されていることが可能である。特にこの際、制動力発生器は、少なくとも１つの磁石、特に永久磁石及び／又は電磁石、及び／又は少なくとも１つのバネ要素を有することが可能である。

特殊な一実施形態では、固定装置を解除するために、特に電気的に起動可能な解除装置が設けられている。例えば、解除装置は、特に制動力発生器の復元力に反して摩擦要素を制動ディスクから離すことのできる電磁石を有することが可能である。

格別優れた有利な一実施形態において、固定装置は、係止手段を有し、該係止手段は、摩擦結合式で、制動すべき歯車装置構成部材と結合されている。係止手段は、好ましくは形状係合手段を有し、該形状係合手段は、固定装置の作動状態において、形状係合式で、電動継手のハウジング又はシャーシ、特に電動継手の波動歯車装置のハウジング又はシャーシに対して相対回転不能な対向形状係合手段と協働する。係止手段は、例えば、リングとして構成されていることが可能であり、該リングは、形状係合手段として少なくとも１つの穴を有し、該穴内へ、例えば繰り出し可能な係止ピンの形式の対向形状係合手段が係合可能である。好ましくは、係止手段は、複数の形状係合手段、例えば複数の穴を有することが可能であり、それにより制動すべき歯車装置構成部材の様々な回転位置において対向係止手段の係合が可能とされている。

係止手段は、有利には、例えばリングとして、制動すべき歯車装置構成部材に対して同軸に配設されていることが可能である。

一方の係止手段と、他方の制動すべき歯車装置構成部材との間の摩擦力を発生させるため又は増加させるために、有利には、予緊張手段を設けることが可能である。例えば、予緊張手段は、予緊張手段が係止手段を、特に軸方向において、制動すべき歯車装置構成部材に対して押し付けるように構成されていることが可能である。特に有利には、予緊張手段は、例えば、磁石及び／又はバネの、復元力に反して作用することを提案することができる。

また代替的に、例えば、係止手段は、予緊張手段を介し、摩擦結合式で、制動すべき歯車装置構成部材と結合されており、そして予緊張手段は、一方では、係止手段において支持され、他方では、制動すべき歯車装置構成部材において支持されている。予緊張手段は、例えば、少なくとも１つの予緊張された又は予緊張可能なバネ要素を含むことが可能である。

特に予緊張手段は、有利には、調節可能な予緊張手段として構成されていることが可能である。この際、例えば、締付ネジを設けることが可能であり、該締付ネジを用い、バネの予緊張状態を調節することができる。

特に予緊張手段は、少なくとも１つのバネ要素を有することが可能であり、この際、摩擦力の少なくとも一部分は、予緊張されたバネ要素の復元力によりもたらされる。

予緊張手段は、例えば、皿バネを有することが可能である。格別優れた有利な一実施形態において、予緊張手段は、波形の及び／又は弾性的な及び／又は円筒形状に曲げられた帯材（バンド部材 Band）、特に金属帯材を有する。前記帯材は、特に一方の係止手段と、他方の制動すべき歯車装置構成部材との間で半径方向に配設されていることが可能である。予め設定されたトルクの値が超過されない限り、予緊張された帯材は、摩擦結合式で、一方の係止手段と、他方の制動すべき歯車装置構成部材との間で相対回転不能の結合を確立する。予め設定されたトルクの値が超過される場合には、係止手段は、摩擦力に打ち勝って、制動すべき歯車装置構成部材に対して相対回転可能である。類似して予緊張手段は、代替的に、予緊張されたスリット付きのリングとして構成されて配設されていることも可能である。

既述したように、有利には、対応形状係合手段は、特に長手伸長方向に沿って半径方向又は軸方向で可動な係止ピンを有し、その自由端部が、固定装置の作動状態において形状係合手段の切欠穴へ係合することを提案することができる。

本発明による電動継手を用いて互いに相対運動可能に連結されている２つの支持体を備えたプログラミング可能な運動自動装置は、特に有利である。この際、特に有利には、（２つの）支持体のうち一方の支持体が直接的に又は間接的に駆動モータのステータ及び／又は駆動モータの駆動モータハウジングと相対回転不能に結合されており、（２つの）支持体のうち他方の支持体が波動歯車装置の従動要素へ相対回転不能に連結されていることを提案することができる。電動継手を用いて可動に連結された２つの支持体は、例えば、ロボットアームの一部分とすることができる。

特殊な一実施形態において、電動継手は、固定装置へ接続された又は接続可能な少なくとも１つのエネルギー蓄積器を含んでいる。このことは、固定装置が、ロック状態（制止状態）からリリース状態（解放状態）へ、又はリリース状態からロック状態へ、少なくとも一回の切替過程をもたらすために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であり、又は、固定装置が、該固定装置をロック状態又はリリース状態に保持するために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であるという優れた利点を有する。エネルギー蓄積器は、機械エネルギーを蓄積するように構成されていることが可能である。それ故、エネルギー蓄積器は、例えばバネを含むことが可能である。代替的に又は追加的に、エネルギー蓄積器は、電気エネルギーを蓄積するように構成されていることを提案することもできる。例えば、エネルギー蓄積器は、蓄電池を含むことが可能である。特にまた２つ以上のエネルギー蓄積器や、特に異なるタイプの２つ以上のエネルギー蓄積器を設けることも可能である。

そのような一実施形態は、電動継手が、例えば外部からエネルギー（供給）ラインを介して成されるエネルギー供給が遮断された場合のように、故障が発生した後にも、要求に応じ且つ特に自動的にも、ロック（制止）又はリリース（解放）され得るという格別優れた利点を有する。例えばそのような一実施形態は、固定装置が、特に自動的に、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用してリリース状態からロック状態へ切り替えられることにより、電動継手へと延びるケーブルの１つ又は複数が切断した場合に、電動継手を用いて連結された支持体の制御されない非所望の運動を防止することを可能にする。他の一実施形態では、固定装置を、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを用い、故障の場合にはその時の状態に保持することも可能である。

エネルギー蓄積器は、電気エネルギーを蓄積するように構成されていることが可能である。例えば、エネルギー蓄積器は、蓄電池として、又はバッテリーとして、又はコンデンサとして構成されていることが可能である。特殊な一実施形態では、電子的な制御装置が設けられており、該制御装置は、固定装置を、必要な場合に、電気エネルギーを蓄積するように構成されたエネルギー蓄積器からの電気エネルギーを用いて付勢する。そのために制御装置は、少なくとも１つのスイッチを含むことが可能であり、この際、該スイッチを閉じることによりエネルギー蓄積器と固定装置の間の電気接続が確立可能である。

特殊な一実施形態において、エネルギー蓄積器は、エネルギーを機械的に蓄積するように構成されている。例えば、エネルギー蓄積器は、緊張エネルギーの形式のエネルギーを蓄積するために、少なくとも１つのバネを有することが可能である。該バネは、特に、エネルギーラインを介して稼働され且つ例えば往復式ソレノイドとすることのできる切替装置を用いて固定装置を切り替える際に該バネが緊張されるように接続されることが可能である。特に、更に追加的なエネルギー蓄積器、特に電気エネルギーを蓄積するための追加的なエネルギー蓄積器を設けることが可能であり、その蓄積されたエネルギーを用い、特に往復式ソレノイドである切替装置が、エネルギーラインが遮断した場合に少なくとも一回の切替過程のために稼働可能である。

エネルギーを機械的に蓄積するように構成されたエネルギー蓄積器を用いる一実施形態においても、有利には、機械的に及び／又は電子的に作動する制御装置を設けることが可能であり、該制御装置は、固定装置を、必要な場合に、蓄積されたエネルギーを使用して切り替える。

好ましくは、制御装置は、エネルギー蓄積器からのエネルギーを用いて稼働されるか又は稼働可能である。そのような一実施形態は、制御装置が、故障の場合にも、即ち特にエネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されている場合にも、更に作動し、切替過程を行うことができるという優れた利点を有する。代替的にこの目的のためには、制御装置を稼働するために更なるエネルギー蓄積器を設けることも可能である。

特殊な一実施形態において、固定装置は、エネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されている場合、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用して切り替えられることが可能である。例えば、エネルギー供給の遮断は、電動継手への１つ又は複数の給電ケーブルの切断により生じる可能性がある。

特に有利には、制御装置は、固定装置及び／又は駆動モータに対するエネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されると直ちに、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用して自動的に固定装置をリリース状態からロック状態へ切り替えることを提案することができる。特にまた制御装置は、固定装置及び／又は駆動モータに対するエネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されると直ちに、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用して自動的に固定装置をロック状態からリリース状態へ切り替えることも可能である。

特にまた、故障の場合には、時間的に間隔を置いて複数回の切替過程を行うことも可能である。例えば、電動継手は、電動継手を用いて連結された支持体の制御されない及び／又は非所望の運動を防止するために、特に自動的に、先ずはロックされること、そして時間的にその後、例えば修理過程のために、蓄積されたエネルギーを使用してリリース状態への更なる切り替えが行われることを提案することができる。

特殊な一実施形態において、固定装置は、その都度選択された切替状態を、電力供給が欠如又は切断されている場合にも信頼性をもって保持し続けるように構成されている。例えば固定装置は、そのために永久磁石装置を有し、該永久磁石装置は、リリース位置からロッキング位置へ切り替えられた切替過程の後には、ロッキング構成部材をロッキング位置に保持し、ロッキング位置からリリース位置へ切り替えられた切替過程の後には、ロッキング構成部材をリリース位置に保持し、この際、切替装置は、切替過程時には、永久磁石装置により発生された磁場に対して切替磁場（切替時に必要な磁場）を重ね合わせる。

そのような固定装置は、該固定装置が電力供給に依存しないで双安定性であるという利点を有し、それは、調節された切替状態（ロッキング位置又はリリース位置）が、永久磁石装置により、ロッキング構成部材がそれぞれ他方の切替状態へ切り替えられるまで確実に維持されるためである。

特殊な一実施形態において、電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面と、他方の支持体が運動する面が互いに常に平行に配設されているように連結するかたちで構成されている。

他の一実施形態において、電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面が、他方の支持体に対して常に直角に配設されているように連結するかたちで構成されている。

特に電動継手は、ヒンジ継手として構成されていることが可能である。

本発明による電動継手を用いて互いに相対運動可能に連結されている２つの支持体を備えたプログラミング可能な運動自動装置は、特に有利である。この際、特に有利には、支持体のうち一方の支持体が直接的に又は間接的に駆動モータのステータ及び／又は駆動モータの駆動モータハウジングと相対回転不能に結合されており、支持体のうち他方の支持体が波動歯車装置の従動要素へ相対回転不能に連結されていることを提案することができる。電動継手を用いて可動に連結された２つの支持体は、例えば、ロボットアームの一部分とすることができる。

添付の図面に本発明の例示の対象が模式的に図示されており、以下、これらの図面に基づきそれらの対象について説明する。また同じ要素又は同様に作用する要素には、異なる実施例においても基本的に同じ符号が付けられている。

互いに相対運動可能な２つの支持体を連結するための一電動継手の第１実施例を示す図である。 互いに相対運動可能な２つの支持体を連結するための一電動継手の第２実施例を示す図である。 互いに相対運動可能な２つの支持体を連結するための（電動継手の）第３実施例を示す図である。 互いに相対運動可能な２つの支持体を連結するための一電動継手の第４実施例を示す図である。 互いに相対運動可能な２つの支持体を連結するための一電動継手の第５実施例を示す図である。

図１は、プログラミング可能な一運動自動装置（Bewegungsautomaten）の第１支持体２を第２支持体３と関節式で連結するための電動継手（電動ジョイント）１の第１実施例を示している。電動継手１は、従動軸（モータ出力軸）５を有する駆動モータ４と、駆動モータ４に対して伝動技術的に後置された歯車装置（ないし伝動装置 Getriebe）６を含んでいる。歯車装置６は、波動歯車装置（Spannungswellengetriebe, strain wave gearing）として構成されている。

電動継手１は、第１ハウジング部材２４と第２ハウジング部材２２を有する。第１ハウジング部材２４は、第１支持体２と固定的に結合されており、それに対して第２ハウジング部材２２は、第２支持体３と固定的に結合されている。また代替的に、第１支持体のハウジングが追加的に第１ハウジング部材としても機能し、及び／又は、第２支持体のハウジングが追加的に第２ハウジング部材としても機能することも可能である。この第１実施例において、駆動モータ４は、第１ハウジング部材２４内に配設されており、それに対して歯車装置６と固定装置１６は、第２ハウジング部材２２内に配設されている。

歯車装置６は、駆動モータ４の従動軸５と相対回転不能に結合された駆動要素７、即ちウェーブジェネレータを有する。該ウェーブジェネレータは、半径方向に可撓（弾性変形可能）な転動ベアリング８を用い、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９内に備えられており、ブッシュ部材９は、歯車装置６の中間要素１０を構成している。駆動要素７は、楕円形に構成されており、自身の楕円形の形状を、半径方向に可撓な転動ベアリング８を介し、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９へ伝達し、ブッシュ部材９は、楕円形の長軸に沿った互いに対峙する側面において、剛体で内歯付きの第１支持リング１１と噛合係合状態にある。第１支持リング１１は、第２ハウジング部材２２を介して第２支持体３と相対回転不能に結合されている。第１支持リング１１は、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９と特に同じ歯数をもつことができる。

更に歯車装置６は、剛体で内歯付きの第２支持リング１２を有し、第２支持リング１２は、同様に、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９と噛合係合状態にある。第２支持リング１２は、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９よりも多くの歯数を有し、それにより駆動要素７の回転時には、半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９に対して第２支持リング１２の相対回転が自動的に行われる。

第２支持リング１２は、第１ハウジング部材２４を介し、可動の第１支持体２と相対回転不能に結合されている。

駆動モータ４は、ステータ１３とロータ１４を含んでいる。ロータ１４は、従動軸５と相対回転不能に結合されている。駆動モータハウジング１５は、第１ハウジング部材２４内で相対回転不能に固定されている。ステータ１３は、駆動モータハウジング１５内に定置で配設されている。

駆動モータ４を用いて駆動要素７を回転させることが可能であり、この回転は、第１支持体２と結合された第２支持リング１２の相対回転をもたらし、それにより第１支持体２と第２支持体３は、互いに相対運動する。

電動継手１は、更に固定装置（Feststellvorrichtung）１６を有し、固定装置１６は、電動継手１を例えば緊急の場合及び／又は修理の場合に固定停止するように構成されて配設されている。この第１実施例では、ホルダ２３を用いて第２ハウジング部材２２と相対回転不能に結合された固定装置１６が、中間要素１０として機能する半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９へ作用する。この作用は、軸方向に可動な係止ピン１８が、係止リング２１として構成され且つ半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材９と摩擦結合式で結合された係止手段２０における切欠穴１９内へ係合するかたちで実現されている。固定装置１６を解除するためには、係止ピン１８の自由端部が軸方向において切欠穴１９から退出するように動かされる。係止手段２０は、その外周部に分配された複数の切欠穴１９を有し、それにより様々な回転位置で係止ピン１８の係合が可能とされている。

図２は、プログラミング可能な運動自動装置の第１支持体２を第２支持体３と関節式で連結するための電動継手１の第２実施例を示している。この第２実施例では、駆動モータ４と、歯車装置６の一部分とが、第１ハウジング部材２４内に配設され、それに対して歯車装置６の他の部分と、固定装置１６が、第２ハウジング部材２２内に配設されている。

この第２実施例では、第１支持体２のハウジングが追加的に第１ハウジング部材２４としても機能し、及び／又は、第２支持体３のハウジングが追加的に第２ハウジング部材２２としても機能している。

図３は、プログラミング可能な運動自動装置の第１支持体２を第２支持体３と関節式で連結するための電動継手１の第３実施例を示している。この第３実施例では、歯車装置６の一部分が、第１ハウジング部材２４内に配設され、それに対して駆動モータ４と、歯車装置６の他の部分と、固定装置１６とが、第２ハウジング部材２２内に配設されている。

図４は、プログラミング可能な運動自動装置の第１支持体２を第２支持体３と関節式で連結するための電動継手１の第４実施例を示している。この第４実施例では、歯車装置６の一部分と、固定装置１６とが、第１ハウジング部材２４内に配設され、それに対して駆動モータ４と、歯車装置６の他の部分が、第２ハウジング部材２２内に配設されている。

この第４実施例では、第１支持体２のハウジングが追加的に第１ハウジング部材２４としても機能し、及び／又は、第２支持体３のハウジングが追加的に第２ハウジング部材２２としても機能している。

また固定装置１６の上記の実施形態に対して代替的に、半径方向に可動な係止ピン１８が、第２支持リング１２と摩擦結合式で結合された係止手段２０の切欠穴１９へ係合することを提案することもできるであろう。そのような実施形態において、固定装置１６を解除するには、係止ピン１８が、例えば磁力により、半径方向で外方へ動かされ、それにより係止ピン１８の自由端部と切欠穴１９が係合状態から外されることになる。

固定装置１６は、特に図１〜図３に示された（ホルダ２３を用いた）実施形態の変形形態として、例えば、第２ハウジング部材２２内に相対回転不能に配設され、第２支持体３に対して相対回転不能に配設されていることが可能であろう。従って制動過程時に発生する制動モーメントは、直接的に第２ハウジング部材２２へ導かれ、歯車装置６のその他の構成部材に負荷をもたらすことはない。特に駆動モータ４の従動軸５は、制動過程時には、制動によりもたらされるトルクから切り離されている。

ここでも係止手段２０は、その外周部に分配されて複数の切欠穴１９を有することが可能であろう。それにより第２支持リング１２の様々な回転位置において係止ピン１８の係合が可能とされる。

図５は、プログラミング可能な運動自動装置の第１支持体２を第２支持体３と関節式で連結するための電動継手１の第５実施例を示している。この第５実施例では、駆動モータ４が、第１ハウジング部材２４内に配設され、それに対して歯車装置６と固定装置１６とが、第２ハウジング部材２２内に配設されている。第１支持リング１１は、第２ハウジング部材２２を介して第２支持体３と固定的に結合されており、それに対して第２支持リング１２は、第１ハウジング部材２４を介して第１支持体２と固定的に結合されている。

この第５実施例では、ホルダ２３を用いて第２ハウジング部材２２と相対回転不能に結合された固定装置１６が、駆動要素７へ作用し、即ちウェーブジェネレータへ作用する。この作用は、軸方向に可動な係止ピン１８が、係止リング２１として構成され且つ駆動要素７と例えば摩擦結合式で結合された係止手段２０における切欠穴１９内へ係合するかたちで実現されている。固定装置１６を解除するためには、係止ピン１８の自由端部が軸方向において切欠穴１９から退出するように動かされる。

１ 電動継手（電動ジョイント）
２ 第１支持体
３ 第２支持体
４ 駆動モータ
５ 従動軸（駆動モータの出力軸）
６ 歯車装置
７ 駆動要素
８ 半径方向に可撓な転動ベアリング
９ 半径方向に可撓で外歯付きのブッシュ部材
１０ 中間要素
１１ 第１支持リング
１２ 第２支持リング
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ 駆動モータハウジング
１６ 固定装置
１７ 従動要素
１８ 係止ピン
１９ 切欠穴
２０ 係止手段
２１ 係止リング
２２ 第２ハウジング部材
２３ ホルダ
２４ 第１ハウジング部材

Claims (18)

1. 互いに相対運動可能な２つのハウジング部材と、駆動モータと、該駆動モータに対して伝動技術的に後置された歯車装置とを有し、プログラミング可能な運動自動装置の互いに相対運動可動な２つの支持体を連結するための電動継手であって、
   歯車装置の一部分がハウジング部材のうち一方のハウジング部材内に配設され、歯車装置の他の残りの部分が他方のハウジング部材内に配設されていること
   を特徴とする電動継手。
2. 該電動継手をロックするように構成されて配設された固定装置が設けられていること
   を特徴とする、請求項１に記載の電動継手。
3. ａ．固定装置は、直接的に歯車装置構成部材を制動するように構成されて配設されていること、又は、
   ｂ．固定装置は、直接的に歯車装置構成部材を制動するように構成されて配設されており、更に固定装置は、歯車装置と同じハウジング部材内か、又は少なくとも歯車装置の直接的に制動すべき構成部材と同じハウジング部材内に配設されていること
   を特徴とする、請求項２に記載の電動継手。
4. ａ．固定装置は、直接的に駆動モータか又は駆動モータの従動軸を制動するように構成されて配設されていること、又は、
   ｂ．固定装置は、直接的に駆動モータか又は駆動モータの従動軸を制動するように構成されて配設されており、更に固定装置は、駆動モータと同じハウジング部材内か、又は駆動モータの従動軸と同じハウジング部材内に配設されていること
   を特徴とする、請求項２に記載の電動継手。
5. 歯車装置は、波動歯車装置であること
   を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動継手。
6. 固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のウェーブジェネレータであること、又は、
   固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のフレクスプラインであること、又は、
   固定装置を用いて制動可能でロック可能な歯車装置構成部材は、波動歯車装置のサーキュラスプライン又はダイナミックスプラインであること
   を特徴とする、請求項５に記載の電動継手。
7. 波動歯車装置は、鍋状歯車装置として構成されていること、又は、
   波動歯車装置は、環状歯車装置として構成されていること
   を特徴とする、請求項５又は６に記載の電動継手。
8. 固定装置は、作動状態において、予め設定された又は予め設定可能な値を超える値で従動側のトルクが発生する場合には、波動歯車装置の従動要素の構成部材の損傷、及び動力伝達経路内に位置する該電動継手の他の構成部材の損傷を回避するために、該固定装置を用いて直接的にロックされた構成部材の運動を許容すること
   を特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の電動継手。
9. 前記予め設定された又は予め設定可能な値は、ロックすべき構成部材において発生してよい最大許容の稼働トルクに対応すること、及び／又は、
   前記予め設定された値は、該電動継手の損傷、及び／又は歯車装置の損傷が排除されているように選択されていること
   を特徴とする、請求項８に記載の電動継手。
10. 固定装置は、摩擦結合式のブレーキとして構成されているか、又は摩擦結合式のブレーキを有すること
    を特徴とする、請求項２〜９のいずれか一項に記載の電動継手。
11. 固定装置は、該固定装置を用いて直接的に制動可能な構成部材と摩擦結合式で結合された係止手段を有し、該係止手段は、少なくとも１つの形状係合手段を有し、該形状係合手段は、該固定装置の作動状態において、形状係合式で、ハウジング又はシャーシに対して相対回転不能な対応形状係合手段と協働すること
    を特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の電動継手。
12. 該電動継手は、固定装置へ接続された又は接続可能な少なくとも１つのエネルギー蓄積器を含んでおり、
    ａ．固定装置は、ロック状態からリリース状態へ、又はリリース状態からロック状態へ、少なくとも一回の切替過程をもたらすために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であること、又は、
    ｂ．固定装置は、該固定装置をロック状態又はリリース状態に保持するために、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーの少なくとも一部分を用いて付勢可能であること、又は、
    ｃ．エネルギー蓄積器は、機械エネルギーを蓄積するように構成されていること、又は、
    ｄ．エネルギー蓄積器は、電気エネルギーを蓄積するように構成されていること
    を特徴とする、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の電動継手。
13. 該電動継手は、エネルギーラインを有し、該エネルギーラインは、外部から供給されるエネルギーを固定装置及び／又は駆動モータの稼働及び／又は制御のために伝送すること、及び、
    固定装置は、エネルギーラインを介したエネルギー供給が遮断されている場合、エネルギー蓄積器内に蓄積されたエネルギーを使用して切替可能であること
    を特徴とする、請求項１２に記載の電動継手。
14. ａ．該電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面と、他方の支持体が運動する面が互いに常に平行に配設されているように連結するかたちで構成されていること、又は、
    ｂ．該電動継手は、ヒンジ継手として構成されていること、
    ｃ．該電動継手は、２つの支持体を、これらの支持体のうち一方の支持体が運動する面が、他方の支持体に対して常に直角に配設されているように連結するかたちで構成されていること
    を特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電動継手。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電動継手を用いて互いに相対運動可能に連結されている２つの支持体を備えたプログラミング可能な運動自動装置。
16. 支持体のうち一方の支持体は、直接的に又は間接的に駆動モータのステータ及び／又は駆動モータの駆動モータハウジングと相対回転不能に結合されていること、及び他方の支持体は、歯車装置の従動要素へ相対回転不能に連結されていること
    を特徴とする、請求項１５に記載のプログラミング可能な運動自動装置。
17. 前記電動継手を用いて可動に連結された２つの支持体は、ロボットアームの一部分であること
    を特徴とする、請求項１５又は１６に記載のプログラミング可能な運動自動装置。
18. 前記電動継手は、互いに相対運動可能な２つのハウジング部材を有し、
    ａ．支持体のうち一方の支持体は、ハウジング部材のうち一方のハウジング部材と固定結合されており、他方の支持体は、他方のハウジング部材と固定結合されていること、又は、
    ｂ．ハウジング部材のうち一方のハウジング部材は、支持体のうち一方の支持体であること、又は、
    ｃ．ハウジング部材のうち一方のハウジング部材は、支持体のうち一方の支持体のハウジングの構成要素であり、他方のハウジング部材は、他方の支持体のハウジングの構成要素であること
    を特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載のプログラミング可能な運動自動装置。

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