JPH0530599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、互いに同心的に配置された３つの駆
動軸を有する、互いに前後に配置されていて、し
かも互いに傾斜した軸線を中心にして支承された
３つのヘツド部分から成る、マニプレータ用の伝
動ヘツドであつて、前記駆動軸のうち内側の駆動
軸の一方が、かさ歯車対と、中央ヘツド部分のた
めの旋回軸線を構成する斜めの中間軸とを介して
工具を保持する後方ヘツド部分に結合されてお
り、かつ他方の内側の駆動軸が、中間軸を同心的
に遊びを有して包囲した被駆動側のかさ歯車を備
えたかさ歯車対でもつて中央ヘツド部分と回転接
続的に連結されている形式のものに関する。

従来技術 公知のマニプレータは一般に６つの旋回軸線を
有しており、これらのうち後方の３つの旋回軸線
は伝動ヘツドの範囲に設けられている。前方の３
つの旋回軸線は回転フレームとジブアームとを備
えたスタンドに配置されており、伝動ヘツドは該
スタンドに設けられている。これらの旋回軸線の
配置の基礎は西ドイツ国特許出願公開第2435156
号明細書に示されている。後方の３つの旋回軸線
を備えた伝動ヘツドを駆動するためには、西ドイ
ツ国特許出願公告第2402829号明細書から知られ
るように伝動ヘツドを保持するアーム内に３つの
駆動軸を同心的に配置することが有利であると証
明された。手の運動性がこの公知の伝動装置によ
つて模倣される、すなわち腕に相当する前方ケー
シングには横軸を介して中央のケーシングが支承
されており、この中央のケーシングは手首関節を
有する手に相当し、かつこの中央のケーシングに
手の指に相当する後方のケーシングが旋回可能に
支承されている。後方ケーシングの駆動はかさ歯
車組を介して直角に位置した中間軸を用いて行な
われる。

基本的には西ドイツ国特許出願公告第2619336
号明細書も含まれる従来技術においては、旋回ヘ
ツドが伸びた位置で後方ケーシングは著しい中断
をせずには鋭角の旋回運動、特に直角の旋回運動
を行なうことができないのが欠点である。後方ケ
ーシングを所望の状態へもたらすためには先ず前
方ケーシングを旋回せしめなければならない。し
たがつてこのような装置は工具を三次元曲線に沿
つて中断せずに連続的に案内することができな
い。

そのために西ドイツ国特許出願公開第2927485
号明細書並びに西ドイツ国特許出願公告第
2745932号明細書には、中央ヘツド部分を傾斜平
面に沿つて前方ヘツド部分に回転可能に案内する
ことが記載されている。したがつて伝動ヘツド内
の中間軸は同心的な駆動軸の軸線に対して斜めに
配置される。前方ヘツド部分に対して後方ヘツド
部分を同心的に支承することによつて、後方ヘツ
ド部分の旋回軸線およびこれとともにこの後方ヘ
ツド部分に取付けられる工具は伝動ヘツドの到達
可能な球状区分の点に対して常に直角に位置する
ことができる。その他にこの公知の配置によつて
工具を三次元曲線に沿つて中断せずに連続的に案
内すること、すなわち軌道制御を許すことができ
る。

しかしこの公知技術では伝動ヘツドが伸びた状
態で後方ヘツド部分の旋回軸線は同心的な駆動軸
の軸線に対して同軸的に位置している。この基本
位置はマニプレータを計算で制御する場合に困難
を生ぜしめる。工具をその本来の旋回軸線を中心
にしてプログラムで予め設定して回転せしめるた
めには、計算によつて予め設定して実施するに当
つては次の２通りの可能性が考えられる、すなわ
ち伝動ヘツドを同心的な駆動軸の軸線を中心にし
て回転せしめるのか、またはこの軸線を中心にし
て後方ヘツド部分だけを回転せしめるか、であ
る。このような二義性は従来プログラム技術もし
くは制御技術方式のマニプレータによつてのみ、
しかも不十分に克服されたにすぎない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、マニプレータ用の伝動ヘツド
を、上記の二義性が生じないように構成すること
であり、しかもコンパクトな構成の伝動ヘツドで
著しく拡大された運動範囲が達成されなければな
らない。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は冒
頭に記載の形式の伝動ヘツドにおいて、後方ヘツ
ド部分の旋回軸線が工具取付面に対して90゜以外
の角度（α）を成し、かつ駆動軸の軸線に対して
180゜以外の角度を成して位置しており、かつ中央
ヘツド部分内に後方ヘツド部分を駆動するために
高減速比の減速伝動装置が少なくとも１つ配置さ
れており、かつ後方ヘツド部分の旋回軸線が駆動
軸の軸線上に位置する点で中間軸の軸線と交差し
ていることである。

実施態様 特許請求の範囲第２項に記載された本発明の実
施態様によれば、中間軸の軸線と被駆動軸の軸線
とは駆動軸の軸線上に位置する点で交わつてい
る。この手段では軌道制御の基礎である計算が余
り煩雑にならないという利点が得られる。もちろ
んこれによつて工具取付面のセンタリング軸線は
駆動軸線に対してずらされる。それにもかかわら
ず工具を駆動軸に対して同軸的に位置させるため
には（これは若干の作業過程に関しては運動技術
的に有利であると思われる）工具を工具取付面に
沿つて半径方向に移動可能に、かつ固定可能に案
内する手段を講じることができる。

実施例 第１図から第５図はヨーロツパ特許出願第
84108585.5号明細書に記載されている。

第１図には伝動ヘツドの幾何的配置が著しく省
略されて象徴的に示されている。第１図によれば
伝動ヘツドは前方ヘツド部分１、中央ヘツド部分
２、後方ヘツド部分３から成る。前方ヘツド部分
１は軸線４を中心にして回転可能であり、軸線４
は一般にマニプレータのジブアームの縦軸線と一
致する。前方ヘツド部分１には旋回軸線５を中心
にして回転可能に中央ヘツド部分２が支承されて
いる。２つの軸線４，５は交点７で交わつてい
る。更に中央ヘツド部分２には後方ヘツド部分３
が旋回軸線６を中心にして回転可能に支承されて
いる。旋回軸線６は軸線４と交点８で交わつてい
る。しかし旋回軸線５，６の交点９は軸線４から
半径方向に距離を置いて位置している。旋回軸線
５，６は互いに鈍角を成していて、その結果ヘツ
ド部分１と２間の分離面とヘツド部分２と３間の
分離面とは互いに鋭角を成している。対称が得ら
れるように上記の分離面相互間の角度を選択する
と有利である。例えば各ヘツド部分１，２，３間
の２つの斜めの分離面が互いに伝動ヘツドの軸線
４に対して反対方向に同角度で傾斜している。も
ちろん本発明では旋回軸線５，６間の角度は鈍角
βに限定されない。ヘツド部分１，２，３におけ
る分離面相互の成す角度がより大きいことが望ま
しいときには、それだけ角度βを小さく（直角以
下も可）選択すればよい。

更に対称を得るには、旋回軸線５と６が軸線４
に対して同角度αを成すようにする。

後方ヘツド部分３には工具、例えば溶接工具
（図示せず）を固定するための工具取付面１２を
備えた工具取付プレート１０が設けられている。
後述する旋回可能性に応じた工具の位置を認める
ことができるようにマークピン１１を象徴として
示されている。

第２図には第１の単純な旋回状態が示されてお
り、これによれば後方ヘツド部分３が旋回軸線６
を中心にして180゜回転せしめられている。各ヘツ
ド部分１，２，３間の旋回平面が互いに対称であ
り、かつ軸線４に対して角度90゜−αを成してい
ると仮定するならば旋回軸線６を中心にして、し
かも180゜だけ後方ヘツド部分３を回転させると、
後方ヘツド部分３は軸線４に対して角度2α傾斜
する。

第２図に示された位置にある伝動ヘツドを軸線
４を中心にして180゜回転させると、第３図に示さ
れているように、後方ヘツド部分３は第２図に示
された位置に対して鏡像的な位置を取る。旋回軸
線５，６の位置からみて、旋回軸線６が軸線４と
同軸的な位置に来ることはない、それというのも
いずれの場合にも旋回軸線５，６の交点９は軸線
４を中心にした円周軌道上を移動するからであ
る。したがつて軸線位置の二義性は回避される。
これによれば公知技術の場合のようにプログラム
技術または制御技術方式のマニプレータは必要な
い。

更に第１図の配置は従来技術の伝動ヘツドの運
動可能性を越える運動可能性を与える。第４図に
は中央ヘツド部分２を旋回軸線５を中心にして旋
回させたときに第３図に等しい角度位置が得られ
ることが示されている、ただしこの場合には前方
ヘツド部分１は回転せしめられていない。後方ヘ
ツド部分３を第４図に示された位置から旋回軸線
６を中心にして回転させると、前方ヘツド部分１
に対する後方ヘツド部分３の旋回角度は4αとな
る。この位置から前方ヘツド部分１を軸線４を中
心にして回転させると、マークピン１１に関して
最大の運動範囲から得られる（第５図）。

この運動範囲は本発明に一番近い従来技術の運
動範囲よりも大きい。更に本発明による配置の利
点は、ヘツド部分１，２，３を互いに相対的に旋
回させるときの事故の危険を、狭い箇所、締付箇
所を除くことによつて著しく減少させ得ることで
ある。他方で本発明の対象は、第１図に示されて
いるように伝動ヘツドの伸びた位置で工具を駆動
軸の軸線４を中心にして旋回せしめることができ
る。そのためには単に工具取付プレート１０を軸
線４に対して直角に後方ヘツド部分３に設ければ
よい。マークピン１１が駆動軸の軸線４と同軸線
上にあることが望ましくない場合には、軸線４に
対する工具取付プレート１０の角度位置を直角以
外に選択することが許される。

第６図には本発明による伝動ヘツドの構造的な
構成が伝動ヘツドの各部分が伸びた状態で示され
ている。内側の駆動軸１３がかさ歯車１４，１５
を介して中空軸１６と結合されており、中空軸１
６は減速伝動装置１７を介して中央ヘツド部分２
と回転接続的に結合されている。中央ヘツド部分
２はかさ歯車装置１４，１５を介して旋回軸線５
を中心にして回転させられる。中央ヘツド部分２
は前方ヘツド部分１に適切に支承されることによ
つて旋回軸線５に対して直角な平面で案内されて
いる。

中央の駆動軸１８はかさ歯車１９，２０を介し
て中間軸２１に作用する。中間軸２１の軸線は旋
回軸線５と一致する。中間軸２１の端部には被駆
動軸２４を駆動するためにかさ歯車２２，２３が
設けられている。かさ歯車２２，２３は後方ヘツ
ド部分３内に存在しており、後方ヘツド部分３は
中央ヘツド部分２に対して旋回軸線６を中心にし
て相対回転可能に支承されている。被駆動軸２４
と後方ヘツド部分３との間にも減速伝動装置２５
が設けられている。

外側の駆動軸２６は減速伝動装置２７を介して
直接ヘツド部分１に作用する。前方ヘツド部分１
はジブアーム２８に対して同軸的に配置され、か
つジブアーム２８に回転可能に支承されている。

したがつてすべての減速伝動装置１７，２５，
２７は被駆動側に配置されており、これによつて
遊びのない空間的にコンパクトで、したがつて小
形の伝動ヘツド構造が得られる。減速伝動装置１
７，２５，２７は高減速するために設けられてい
る。

第６図に示された本発明の実施例では、中間軸
２１の旋回軸線５と被駆動軸２４の旋回軸線６と
の交点９′が駆動軸１３，１８，２６の共通の軸
線４上に位置している。そのためには例えば前方
ヘツド部分１がフランジ部分３０，３１に分割さ
れている。フランジ部分３０はジブアーム２８に
回転可能に支承されており、かつフランジ部分３
１は中央ヘツド部分２のための軸受を保持してい
る。フランジ部分３１が側方にずれているために
旋回軸線５の軸線４に対する位置もずれて、旋回
軸線５と６の交点９′が軸線４上にある。

本実施例では工具取付面１２は軸線４に対して
垂直な平面内に位置している。工具を軸線４に対
して同軸的に回転させたい場合には工具を工具取
付面１２上を半径方向に移動させて工具が軸線４
と同軸的に位置するようにすればよい。この場合
には中間軸２１と被駆動軸２４の駆動は遮断され
る。

工具取付面１２が軸線４に対して垂直な平面内
に位置している前提の下で、工具取付面１２に結
合された工具を軸線４と同軸的に（または軸線４
と軸線平行に）運動させることが可能となり、こ
のことは各構成部材が直角座標に沿つて運動可能
に案内され、かつ本発明による構成の伝動ヘツド
を保持したマニプレータについては特に重要であ
る。

発明の効果 本発明による伝動ヘツドの構成によれば後方ヘ
ツド部分を中央ヘツド部分に対して相対的に斜め
に回転させることが可能であるために工具の著し
く拡大された作業範囲が達成される。しかも被駆
動軸は駆動軸と同一軸線上にないために計算によ
つて制御するに当つて二義性が排除される。

本発明の構成によつて、伝動ヘツドを特に小形
に構成するための前提が得られる、それというの
も減速伝動装置を被駆動側に、しかも中央ヘツド
部分内に配置することができるからである。これ
によつて中央ヘツド部分の寸法は駆動軸線の方向
に必然的に拡大するが、それにもかかわらず伝動
ヘツド部分の著しく拡大された運動範囲が得ら
れ、この運動範囲は後方ヘツド部分の工具取付面
を伝動ヘツドの伸びた位置から90゜を著しく上回
り、しかも180゜に至る角度範囲で運動させること
を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に属する伝動ヘツドの伸びた
状態を象徴的に示した側面図、第２図は第１図に
よる伝動ヘツドで後方ヘツド部分が角度位置にあ
る状態の側面図、第３図は第２図の伝動ヘツドを
180゜回転させた状態の側面図、第４図は第１図の
伝動ヘツドで中央ヘツド部分が旋回位置にある状
態の側面図、第５図は第１図の伝動ヘツドで中央
ヘツド部分と後方ヘツド部分が旋回せしめられた
状態の側面図、第６図は本発明による伝動ヘツド
の１実施例の縦断面図である。 １……前方ヘツド部分、２……中央ヘツド部
分、３……後方ヘツド部分、４……軸線、５，６
……旋回軸線、７，８，９，９′……交点、１０
……工具取付プレート、１１……マークピン、１
２……工具取付面、１３，１８，２６……駆動
軸、１４，１５，１９，２０，２２，２３……か
さ歯車、１７，２５，２７……減速伝動装置、１
６……中空軸、２１……中間軸、２４……被駆動
軸、２８……ジブアーム、３０，３１……フラン
ジ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに同心的に配置された３つの駆動軸を有
   する、互いに前後に配置されていて、しかも互い
   に傾斜した軸線を中心にして支承された３つのヘ
   ツド部分から成る、マニプレータ用の伝動ヘツド
   であつて、前記駆動軸のうち内側の駆動軸の一方
   が、かさ歯車対と、中央ヘツド部分のための旋回
   軸線を構成する斜めの中間軸とを介して工具を保
   持する後方ヘツド部分に結合されており、かつ他
   方の内側の駆動軸が、中間軸を同心的に遊びを有
   して包囲した被駆動軸のかさ歯車を備えたかさ歯
   車対でもつて中央ヘツド部分と回転接続的に連結
   されている形式のものにおいて、後方ヘツド部分
   ３の旋回軸線６が工具取付面１２に対して90゜以
   外の角度（α）をなし、かつ駆動軸の軸線４に対
   して180゜以外の角度を成して位置しており、かつ
   中央ヘツド部分２内に後方ヘツド部分３を駆動す
   るための高減速比の減速伝動装置２５が少なくと
   も１つ配置されており、かつ後方ヘツド部分３の
   旋回軸線６が駆動軸１３，１８，２６の軸線４上
   に位置する点９′で中間軸２１の軸線５と交差し
   ていることを特徴とする、マニプレータ用の伝動
   ヘツド。 ２ 前方ヘツド部分１が側方にずらされていて、
   しかも互いに結合された２つのフランジ部分３
   ０，３１から成つており、そのために中間軸２１
   の旋回軸線５と被駆動軸２４の旋回軸線６が駆動
   軸１３，１８，２６の軸線４からずらされてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の伝動ヘツド。