JPS6144592A - マニプレ−タ用の伝動ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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６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６つのヘッド部分から
成る、マニプレータ用の伝動ヘッドであって、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
ッ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ッド部分鬼に結合されてお
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
対でもって中央ヘッ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５つの旋回軸線は伝動へノドの
範囲に設けられている。前方の６つの旋回＠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、伝動ヘッ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２
４３５１５６号明細書に示されている。

後方の６つの旋回軸線を備えた伝動ヘッドを駆動するた
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ッドを保持するアーム内
に６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って
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一　シングが支承されており、こ
の中央のケーン、ごン、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顔公告 第２６１９３３６号明細書も含まれる従来技術において
は、旋回ヘッ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、特に直角の旋回連動を
行なうことができないのが欠点でちる。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。したがってこのような装
置は工具を三次元曲線に沿って中断せずば連続的に案内
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、中央ヘッド部分を傾
斜平面に沿って前方ヘッド部分に回転可能に案内するこ
とが記載されている。

したがって伝動ヘッ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。前方ヘッド部分に対して
後方ヘッド部分を同心的に支承することによって、後方
ヘッド部分の旋回軸線およびこれとともにこの後方ヘッ
ド部分に取付けられる工具は伝動ヘッドの到達可能な球
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って工具を三次元曲線に清
っ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ッドが伸びた状態で後方
ヘッ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、計算によって予め設定して実施す
るに当っては次の２通りの可能性が考えられる、すなわ
ち伝動ヘッドを同心的な駆動軸の軸線を中心にして回転
せし・め、るりか、またはこの軸線を中心にして後方ヘ
ッ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
プレータによってのみ、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ッドを、上記
の二義性が生じないように構成することでちり、しかも
コンパクトな構成の伝動ごラ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
の形式の伝動ヘッドにおいて、後方ヘッド部分の旋回軸
線が工具収付面に対して９０°以外の角度（α）を成し
、かつ駆動軸の軸線に対して１８００以外の角度を成し
て位置しており、かつ中央ヘッド部分内に後方ヘッド部
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つ配置されていることである。

実施態様 特許請求の範囲第２項および第３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っている。この手
段では軌道制御の基礎でろる計算が余り煩雑にならない
という利点が・得られる。もちろんこれによって工具取
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
に漕っ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図はヨーロッパ特許出願第８４１０８５
８５．５号明細書に記載されている。

第１図には伝動ヘッドの幾何的配置が著しく契 省略　て＃！漱的に示されている。第１図によれば伝動
ヘッドは前方ヘッド部分１、中央ヘッド部分２、後方ヘ
ッド部分３から成ム前方ヘッド部分１は軸線４を中心に
して回転可能であり、軸線７１一般にマニプレータのジ
ブアームの縦軸線と一致する。前方ヘッド部分１には旋
回軸線５を中心にして回転可能に中央ヘッド部分２が支
承されている。２つの軸線４，５は交点γで交わってい
る。更に中央ヘッド部分２には後方ヘッド部分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で交わっている。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
、その結果ヘラ１Ｓ部分１と２間の分離面とヘラｌ−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離 分へ面相瓦間の角度を選択すると有利である。

例えば各ヘッド部分１．２．３間の２つの斜めの分離面
が互いに伝動ヘッドの軸線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。ヘッド部分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。

後方ヘッド部分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が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
によれば後方ヘッド部分−３が旋回軸線６を中心にして
１８０°回転せしめられている。

各ヘッド部分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
°だけ後劣ヘッド部分３を回転させると、後方ヘッド部
分３は軸線４に対して角度２α頌斜する。

第２図に示された位置にある伝動ヘッドな軸線４を中心
にして１８０°回転させると、第６図に示されているよ
うに、後方ヘッド部分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。したがっ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だは
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ッドの運動可能性
を越える運動可能性を与える。第４図には中央ヘッド部
分２を旋回軸線５を中心にして旋回させたときに第６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ッド部分１は回転せしめられてい
ない。後方ヘッド部分３を第４図に示された位置から旋
回軸ａ６を中心托して回転させると、前方ヘッド部分１
に対する後方ヘッド部分３の旋回角度は４αとなる。こ
の位置から前方ヘッド部分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が得
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ミヘッＰ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って著しく
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ッ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ッド部分３に設ければよい。マーク
ビン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Ｖ　−ト
１００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ッドの構造的な構成が伝
動ヘッ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１６は減速伝動装置１７を介し
て中央ヘッド部分２と回転接続的に結合されている。中
央ヘッド部分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。中央ヘッド部分２
は前方ヘッド部分１に適切に支承されることによって旋
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
めにがさ歯車２２゜２３が設けられている。かさ歯車２
２．２３は後方ヘッド部分３内に存在しており、後方ヘ
ッド部分３は中央ヘッド部分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と後方ヘッド部分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を介して直接ヘソ
ｒ部分１に作用する。前方ヘッド部分１はジブアーム２
８に対して同軸的罠配置され、かつジブアーム２８に回
転可能に支承されている。

したがってすべての減速伝動装置１７　、２５゜２７は
抜駆゛動側に配置されており、これによって遊びのない
空間的にコンパクトで、したがって小形の伝動ヘッド構
造が得られる。減速伝動装置１γ、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ッド部分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７ラ
ンク部分３１は中央ヘッド部分２のための軸受を保持し
ている。７ランク部分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ス
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
標に清って運動可能に案内され、かつ本発明による構成
の伝動ヘッ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ラげの構成によれば後方ヘッド部分
を中央ヘッ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って制御するに当って二義性が排除
される。

本発明の構成に工って、伝動へツＶ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
香被駆動側に、しかも中央ヘッド部分内に配置すること
ができるからである。これによって中央ヘッド部分の寸
法は駆動軸線の方向に必然的に拡大するが、それにもか
かわらず伝動ヘッ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ッド部分の工具取付面を
伝動ヘッドの伸びた位置から９０°を著しく上回す、シ
かも１８００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ッドの伸びた状態を象
徴的に示した側面図、第２図は第１図による伝動ヘッド
で後方ヘッド部分が角度位置にちる状態の側面図、第６
図は第２図の伝動ヘッドを１８０°回転させた状態の側
面図、第４図は第１図の伝動ヘッドで中央ヘッド部分が
旋回位置にある状態の側面図、第５図は第１図の伝動ヘ
ッドで中央ヘッド部分と後方ヘッ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ッドの
１実施例の縦断面図である。 １・・・前方ヘッド部分、２・・・中央ヘッド部分、３
・・・後方ヘッド部分、４・・・軸線、５．６・・・旋
回軸線、γ、　８　、９　、９’・・・交点、１０・・
・工具取付プレート、１１・・・マークビン、１２・・
・工具取付面、１３．１８．２６・・・駆動軸、１４　
、１５　、１９゜２０．２２．２３・・・かさ歯車、１
７　、２５　、２７・・・減速伝動装置、１６・・・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５つのヘッド部分から成る、
   マニプレータ用の伝動ヘッドであつて、前記駆動軸のう
   ち内側の駆動軸の一方が、かさ歯車対と、中央ヘッド部
   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ッド部分に結合されており、かつ
   他方の内側の枢動軸が、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
   て中央ヘッ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、後方ヘッド部分（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）を成し、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、かつ中央ヘッド部分（２）内に後方ヘ
   ッド部分（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つ配置されていることを特徴と
   する、マニプレータ用の伝動ヘッド。 ２、後方ヘッド部分（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、特許
   請求の範囲第１項記載の伝動ヘッド。 ３、前方ヘッド部分（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（３０、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２項記載の伝動ヘッド。