JPS6274591A - 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】 本発明は、マニプレータ用の伝動へッｒであって、前後
に配置されかつ斜めの軸線を中心として互いに支承され
た６つの伝動ヘッド誓均部分から成り、互いに同心的に
配置された６つの駆動軸を備えており、ヘッド部分の伝
動系が斜めの軸線に沿ってそのつど駆動しようとするヘ
ッド部分まで導かれていてかつ減速比の高い減速伝動装
置を有しており、斜めの軸線が伝動ヘッドの伸長位置で
伝動ヘッドの縦軸線に対して互いに逆向きに開く鋭角な
角度を成している形式のものに関する。

従来、西独国特許出願公告第２７４５９３２号明細書に
より、マニプレータ用の伝動ヘッドを前後に配置された
２つの構成部分で設計することは公知であり、この場合
両方のヘッド部分は傾斜した１つの面に沿って回動可能
に互いに支承されている。工具保持体は後方のヘッド部
分に駆動軸線と同軸的な軸線に沿って回動可能に配置さ
れている。

伝動ヘッドの伸長された状態の基準位置では、マニプレ
ータの運動の数値制御に困難が生じる。

すなわち、工具のプログラムによって与えられ固有の回
転軸線（第６の軸線）を中心とした回動にとって数値制
御の実行に際し、同心的な駆動軸の軸線（第４の軸線）
を中心として伝動ヘッドを回動させるか若しくは後方の
伝動ヘッド部分だけを回動させるかという問題が残され
ている。このような二義性（曖昧さ）は特に経路制御（
ＣＰ　＝　ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ　ｐａｔｈ　）に際して
ネガチブに作用しかつこれまでもっばらプログラム技術
的若しくは制御技術的なマニプレータによって、それも
不十分にしか克服されない。ＰＴＰ制御（Ｐｏ１ｎｔ　
ｔｏ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）においては、同
軸的な駆動軸に対する工具保持体の回転軸線（第６の軸
線）の同軸的な配置は問題にならない。

西独国特許出願公開第３４２８７４８号明細書にはマニ
プレータのための前後に配置された６つの部分から成る
伝動ヘッドが記載してあり、伝動ヘッドの中央のヘッド
部分が傾斜した２つの回転軸線を有しており、回転軸線
は伝動ヘッドの伸長位置で伝動ヘッドの縦軸線に対して
それぞれ互いに逆の方向に開く鋭角な角度を成している
。ヘッド部分に通じる個々の伝動系の端部には減速比の
高い減速伝動装置が配置されている。

このような構成では、伝動ヘッドはコンパクトな構造で
作動空間を著しく拡大し、従って中央のヘッド部分に対
して後方のヘッド部分を傾斜させた状態で回動できるこ
とに基づき工具の作用範囲が著しく拡大される。しかし
ながら、公知の場合には被駆動軸が１駆動軸に対して同
軸的に位置していないので、数値制御の二義性は避けら
れない。

本発明の課題は、伝動ヘッドの作動範囲及び使用範囲を
拡大し、かつ特に前方のヘッド部分をその軸線を中心と
して回動させることなしに後方のヘッド部分内の工具保
持体の回転を可能にすることである。

前記課題を解決゛するために本発明の手段では、冒頭に
述べた形式の伝動ヘッドから出発して、後方のヘッド部
分内に被駆動軸、後方の％　Ｘ　’Ｘ　３ヘッド部分に
ささえられた減速伝動装置及び回転可能に支承され減速
伝動装置によって、実効されるフランジプレートから成
る駆動ユニットが配置されており、中央のヘッド部分及
び後方のヘッド部分に通じる伝動系がかさ歯車組を介し
て直接結合された中空軸から成っており、この中空軸を
フ−）−／シブレートの駆動のだめに設けられた伝動系
が貫通している。

本発明は、互いに同心的に配置された３つの駆動軸で伝
動ヘッドの異なる４つの回動運動を、すなわち駆動軸の
軸線を中心とした前方のヘッド部分の回動、前方のヘッ
ド部分に対して傾斜した第１の軸線を中心とした中央の
ヘッド部分の回動、中央のヘッド部分に対して傾斜した
第２の軸線を中心とした後方のヘッド部分の回動及び後
方のヘッド部分内の工具保持体の回動を行うという根本
思想を有している。このために本発明は、傾斜した両方
の軸線に沿って延びる中空軸をかさ歯車組によって互い
に結合しかつ唯一の、駆動モータによって駆動すること
を示している。中空軸が減速伝動装置を介して前方のヘ
ッド部分若しくは後方のヘッド部分にささえられており
、減速伝動装置が同じ大きさの減速比を有し、かつヘッ
ド部分が互いに支承し合っているので、中空軸の回転は
傾斜軸を中心としまた後方のヘッド部分及び中央のヘッ
ド部分の同時であるが逆向きの回動運動を生ぜしめる。

このような中空軸・構造に基づき、伝動糸が内側に位置
する駆動軸から中空軸を通って、後方のヘッド部分内に
支承されかつ工具保持体と結合された被駆動軸まで導か
れる。

西独国特許出願公開第３４３１０３３号明細書により、
伝動ヘッドを６つのヘッド部分から構成しかつ工具保持
体に結合された軸を（伝動ヘッドの伸長位置で）駆動軸
に対して同軸的に支承して駆動することは公知であり、
この場合には中空の軸及びかさ歯車が内室を通してケー
ブル、ホース、導管若しくは類似のものを導くために用
いられる。このような配置では、後方の伝動ヘッドは直
接に駆動されるのではなく、傾斜したかさ歯車歯冠を介
して、前方のヘッド部分に存在する歯冠に連結されてお
り、点状の歯かみ合は中央のヘッド部分の外側に位置し
ている。従って、中央のヘッド部分を回動させると、後
方のヘッド部分が中央のヘッド部分への支承に基づき中
央のヘッド部分の回動に追従しようとする。しかしなが
ら、前方のヘッド部分との点状の歯かみ合があるので、
不動に保持された前方の−、ラド部分の歯冠に沿って後
方のヘッド部分が転動し、これによって後方のヘッド部
分の揺動運動が生じる。これに対して、前方のへ７ド部
分を回動させると、後方のヘッド部分が同時にほぼ同じ
回動角度の不都合な固有の回動運動を生せしめる。固有
の回動運動は、互いに支承し合って互いに影響し合う伝
動部分の相対運動を牛ぜしめる結果になる。さらに、歯
のかみ合部の誤差及び歯かみ合部の遊びは、誤差及び相
対運動の作用を減少させる減速比の高い減速伝動装置が
公知の伝動ヘッドでは被駆動側に設けられていないこと
によってヘッド部分の空間的な配属関係にネガチプな著
しい影響を及ぼす。

これに対して、本発明では内側に位置し油浴式に潤滑さ
れる歯かみ合部及び被、駆動側の減速比の高い減速伝動
装置によるささえを用い、これによって運動の長時間に
わたってコンスタントな高い精度の著しくコンパクトな
構造をもたらすことに基づき著しい改善が得られる。相
対回動運動は減速比でしか有効でなくかつ制御によって
相殺される。

本発明は、西独国特許出願公開第６４２８７４８号明細
書に開示された計算上の二義性の排除が唯一可能な手段
でないことを、特に工具保持体若しくはフランジプレー
トが後方のヘッド部分内に回動可能に支承されかつ、駆
動されることによって、示している。特許請求の範囲の
従属項に本発明の有利な実施態様が記載しである。

次に図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図は、伝動ヘッドの後方のヘン１部分３内に工具保
持体若しくはフランジプレート３８が駆動軸線４に対し
て同軸的に位置する被、駆動軸線４６を中心として回転
可能に支承されて駆動される場合に、数値的な制御に対
する二義性が存在していることを示している。すなわち
、被駆動軸線４６を中心とした工具保持体の回動は駆動
軸線４を中心とした伝動ヘッドの前方のヘッド部分１の
回動によっても可能である。この場合、二義性は前方の
ヘッド部分１が駆動軸線４を中心として回動不能に配置
しであると避けられる。

符号５，６で傾斜した旋回軸線が示してあり、この旋回
軸線を中心として前方若しくは後方のヘッド部分１，３
に対する中央のヘッド部分２の相対回動運動が行なわれ
る。

第２図は、被駆動軸線４６を駆動軸線４に対して鋭角に
傾けて配置することによって二義性を避ける可能性を示
している。有利には、被駆動軸線４６が運動経過の計算
を容易にするために、傾斜した両方の旋回軸線５，６の
交差点９と交差している。符号３３．３４でフランジプ
レート３８を駆動するためのかさ歯車を概略的に示しで
ある。これによって、被駆動軸線を中心としたフランジ
プレート３８の回動運動を行なう場合、このために前方
のヘッド部分１の駆動が関与しないことは明らかである
。従って、二義性が避けられる。

第６図及び第４図から明らかなように、後方のヘッド部
分３が駆動軸線４に対して所定の角度（２α）に旋面さ
せられており、この場合異なる回転１駆動装置が用いら
れる。第６図では、後方のヘッド部分３が不動の中央の
ヘッド部分２に対して１８０°旋回させられている。第
４図では中央のヘッド部分２が同じ位置を占める後方の
ヘッド部分３と一緒に前方のヘッド部分１に対して１８
０°回動させられている。これによって生じる二義性は
第５図から第１１図の実施例で取除かれる。

第５図の実施例では傾斜した両方の旋回軸線５．６の角
度α１．α２が異なる大きさであり、その結果交点９が
第１図に示す対称位置から側方へずれて位置している。

従って両方のヘッド部分２，３′の同一の回動は互いに
異なる角度位置を生せしめる。

第６図は旋回軸線５が図平面から傾斜しており、傾斜し
た両方の旋回軸線５，６の交点９が因子面内に残ってい
ることを示している。傾斜した回転面は楕円４７によっ
て概略的に示してあり、回転面に沿って両方のヘッド部
分１．２が互いに案内されている。

第７図では、第６図の思想を拡大して両方の旋回軸線５
，６が図平面から外へ傾斜させられている。第５図から
第７図のすべての実施例は第３図及び第４図で生じる二
義性を避けるための可能性を示している。第７図の場合
、傾斜した旋回軸線５，６の交点９は駆動軸線４から離
れて若しくは同じく因子面内に位置している。

自動的な運動制御の計算は、傾斜した旋回軸線５，６の
交点γが駆動軸線４上に位置しかつ被駆動軸線４６’　
、　４６”　、　４６−が交点９′と交差している場合
に極めて容易になる。第８図から第１１図の実施例では
、被駆動軸線は、駆動軸線４に対して同軸的に位置して
交点９′と交差する場合に符号４６′で示してあり（第
８図及び第１０図）、被駆動軸線が駆動軸線４と角度を
成し交差点９′と交差している場合に符号４ぎ′で示し
である（第９図及び第１０図）。

第８図の実施例では、前方及び後方のヘッド部分１，３
の傾斜した旋回軸線５，６が駆動軸線４内で交差するよ
うに側方へずらして支承されている。

第９図の実施例では付加的に駆動軸線４に対する被駆動
軸線４「′の傾斜位置が示してあり、これによって−す
でに述べたように一被駆動軸線の制御の二接性が排除さ
れているう被駆動軸線４「′は旋回軸線６と重ね合せて
、被駆動軸線４６″として示してあシ、これによって−
面では伝動部材、ひいては構造的な費用が削減され、か
つ他面では作動空間が多くの使用例にとって十分に小さ
くなる。不都合な計算上の二接性は旋回軸線６と被駆動
軸線４６″との同軸性によって生ぜず、それというのは
旋回軸線５と６との同時的な伝動結合に際し後者の旋回
軸線が単個軸として機能しないからである。

第８図及び第９図は駆動軸線４、旋回軸線５．６、被駆
動軸線４６．４６”、４ｆＩ′７＞；伝動ヘッドの伸長
位置で因子面内に位置しているところから出発している
。第８図の場合、第６図及び第４図で述べた二接性はま
だ排除されていない。しかしながら第６図及び第７図か
ら明らかなように、この二接性は旋回軸線５，６を因子
面から外へ傾斜させることによって取除かれる。

軸線（４、５、６、４６′、　４６”、　４６″′）の
交点９′の同軸的な位置と関連した手段が第１０図及び
第１１図の実施例で示しである。第１０図及び第１１図
は第７図に対する変化実施の側面図及び平面図であり、
個々のヘッド部分１，２゜３は、因子面から後方及び前
方に突出する傾斜した旋回軸線５，６を支承するための
側方へっば出しされたケー／ング部分を有しており、傾
斜した旋回軸線５，６の交点９′が因子面内に位置して
いてかつ駆動軸線４及び被駆動軸線４６′。

４「′の共通の終点である。さらに、被駆動軸線４「′
が傾斜して配置されており、その結果被駆動軸線は駆動
軸線４に対して同列を成さず因子面内に位置しており、
従って、計算上の二接性は生じない。

軸線（４、５、６、４６’　、　４６”　、　４６”）
の第８図から第１１図に示した交点９′は本発明に基づ
き球継手若しくはカルダン継手４９の中心点であシ、球
継手若しくはカルダン継手を介して駆動軸線４が被駆動
軸線４６’　、　４　Ｅｒ’　、　４６”に空間的に運
動可能に結合されている。球継手若しくはカルダン継手
４９は概略的に示しである。

第１２図から第１４図にはフランジプレート３８を駆動
するための構造的な実施例が第１図から出発して示して
あり、この場合第１２図では被、駆動軸線４６が、駆動
軸線４に対して同軸的に、第１３図では平行に配置され
ている。第１４図には第８図及び第９図の構造的な実施
例が示しである。旋回軸線５，６の交点γは駆動軸線４
及び被駆動軸線４６’　、　４　Ｅｒ′、　４６”ノ共
通の終点である。被、駆動軸線４σ／　、　４６／／／
内に位置する被駆動軸３５の傾斜した配置は、おもに経
路制御可能なマニプレータにおいて計算上の二接性を避
けるために有利である。実施例では内側の駆動軸１３が
かさ歯車１４．１５を介して中空軸１６に結合されてお
り、中空軸は減い 速装置１７を介して中央のヘッド部分２に結合２・され
ている。中央のヘッド部分２はかさ歯車装置（１４，１
５）を介して旋回軸線５を中心として回動させられる。

中央のヘッド部分は前方のヘッド部分１の適当な支承部
４０を介して旋回軸線５に対して垂直な面の回りに案内
されている。

外側の駆動軸２６は減速伝動装置２７を介して直接に前
方のヘッド部分１に作用しており、この伝動ヘッド部分
はジブアーム２８に対して同軸的に配置され、このジブ
アームに回動可能に支承されている。すべての減速伝動
装置１７゜２５，２７．３６は被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な、
従って小さな伝動ヘッド構造が得られる。

減速伝動装置１７，２５，２７，３６は強い減速のため
に設けられている。傾斜した第２の旋回軸線６に沿って
中空軸３２が配置され、中空軸３２はかさ歯車４４．４
５を介して、中空軸３２自体の前方に位置する中空軸１
６に結合されている。中空軸１６は、前方のヘッド部分
１にささえられた減速比の大きな減速伝動装置１７を介
して傾斜した旋回軸線５を中心として中央のヘッド部分
を駆動する。別の中空軸３２は減速比の大きな減速伝動
装置２５を介して中央のヘッド部分２にささえられ、傾
斜した第２の旋回軸線６を中心として後方のヘッド部分
３を駆動する。両方の減速伝動装置１７．２５は減速を
同じ大きさにしてあって、有利には互いに鏡面対称的に
組込まれ、その結果互いに支承されたヘッド部分２，３
が中空軸１６．３２の回転に際して互いに同時にではあ
るが互いに逆向きの回動運動を行う。

前述の配置形式に基づき中空軸１６．３２を通して駆動
系を導くことができ、駆動系は中央の、駆動軸１８から
出発しかつ、内側に位置する中間軸２１，２４及びかさ
歯車組２２．２３；３３．３４を介して被駆動軸３５に
作用するようになっており、被、駆動軸は減速比の高い
減速伝動装置３６を介して後方のヘッド部分３に支持さ
れている。これによってフランジプレート３８が、駆動
され、フランジプレートは支承部３７を介して後方のヘ
ッド部分３に案内されていて工具保持体を受容している
。

後方のヘッド部分３は支承部３９を介して中央のヘッド
部分２に回動可能に案内され、中央のヘッド部分は支承
部４０を介して前方のヘッド１に回動可能に案内されて
いる。中間軸２４は被駆動側で支承部４１を介して後方
のヘッド部分３に案内され、駆動側で支承部４３を介し
て中空軸３２に案内されており、中空軸自体は支承部４
２を介して中央のヘッド部分２に支承されている。

第１２図では傾斜した旋回軸線５，６の交点９は駆動軸
線４から離して設けられている。しかしながら、交点９
は第１６図に示すように駆動軸線４内に位置していてよ
い。この場合、フランジ部分３０．３１を備えた中間部
分２９が使用される。

前述の構成に基づき、被駆動軸３５が駆動軸線４に対し
て平行に側へずらされている。これは例えばＦＴＰ制御
のために避けたい場合には、後方のヘッド部分に被駆動
軸３５を支承するだめのずれ戻し機構４８を設け、ずれ
戻し機構がずれを取除き、伝動ヘッド＜１．２．３）の
伸長位置で被駆動軸３５を駆動軸線４に対して同心的に
位置させる。第１４図は計算上の二股性を避けるだめの
、経路制御式のマニプレータの実施例を示しており、こ
の場合被駆動軸線４「の傾斜位置が優先されている。被
１…動軸線４６′（第１４図）は被駆動軸３５のずれ戻
し機構４８によって生ぜしめられる。

駆動軸線４に対する被駆動軸線４６”の傾斜は第１４図
に示すように下方に向けられるだけでなく、上方にも向
けられる。例えば因子面内への若しくは因子面から外側
への三次元の傾斜位置も本発明の課題の解決のだめに用
いられてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は伝動ヘッドの伸長位置での概略側面図、第２図
は傾斜して配置した被駆動軸を備えた実施例の伸長位置
での概略側面図、第６図及び第４図は実施例の旋回位置
での概略側面図、第５図、第６図、第７図、第８図、第
９図、第１０図及び第１１図は特別な形式で配置され傾
斜した軸線を有する異なる実施例の概略図、第１２図、
第１３図及び第１４図は異なる実施例の縦断面図である
。 １．２及び３・・・ヘッド部分、４・・・駆動軸線、５
及び６・・・旋回軸線、９及び９′・・・交点、１３・
・・駆動軸、１４及び１５・・・かさ歯車、１６・・・
中空軸、１７・・・減速伝動装置、１８・・・駆動軸、
１９及び２０・・・かさ歯車、２１・・・中間軸、２２
及び２３・・・かさ歯車、２４・・・中間軸、２５・・
・減速伝動装置、２６・・・駆動軸、２７・・・減速伝
動装置、２８・・・ジブアーム、２９・・・中間部分、
３０及び３１・・・フランジ部分、３２・・・中空軸、
３３及び３４・・・かさ歯車、３５・・・被駆動軸、３
６・・・減速伝動装置、３７・・・支承部、３８・・・
フランジプレート、３９〜４３・・・支承部、４４及び
４５・・・かさ歯車、４６，４６′、４Ｅｒ’及び４６
″・・・被、駆動軸、４７・・・楕円、４８・・・ずれ
戻し機構、４９・・・カルダン継手 １・２・３　’−ｉ゛ｙゝ狗　　　　　　　　　　　も
１図３３）伝動系 第１０図 １，２．３：　　ヘッド部分 ３８：　フランシブレト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マニプレータ用の伝動ヘッドであつて、前後に配置
   されかつ斜めの軸線を中心として互いに支承された３つ
   のヘッド部分から成り、互いに同心的に配置された３つ
   の駆動軸を備えており、ヘッド部分の伝動系が斜めの軸
   線に沿つてそのつど駆動しようとするヘッド部分まで導
   かれていてかつ減速比の高い減速伝動装置を有しており
   、斜めの軸線が伝動ヘッドの伸長位置で伝動ヘッドの縦
   軸線に対して互いに逆向きに開く鋭角な角度を成してい
   る形式のものにおいて、後方のヘッド部分（３）内に被
   駆動軸（３５）、後方のヘッド部分 （３）にささえられた減速伝動装置（３６）及び回転可
   能に支承され減速伝動装置によつて駆動されるフランジ
   プレート（３８）から成る駆動ユニットが配置されてお
   り、中央のヘッド部分（２）及び後方のヘッド部分（３
   ）に通じる伝動系がかさ歯車組（４４、４５）を介して
   直接結合された中空軸（１６、３２）から成つており、
   この中空軸をフランジプレート（３８）の駆動のために
   設けられた伝動系（２１、２２、２３、２４、３３、３
   ４、３５）が貫通し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、２つのヘッド部分、有利には中央のヘッド部分（２
   ）及び後方のヘッド部分（３）が３つの駆動軸（１３、
   １８、２６）のうちの１つに連結されている特許請求の
   範囲第１項記載の伝動ヘッド。 ３、ヘッド部分（２、３）の連結がヘッド部分に支承さ
   れた若しくはささえられた減速伝動装置（１７、２５）
   を介して行われており、減速伝動装置が両方の中空軸（
   １６、３２）に結合されている特許請求の範囲第２項記
   載の伝動ヘッド。 ４、両方の中空軸（１６、３２）が中央のヘッド部分（
   ２）内に支承されかつ減速比の高い減速伝動装置（１７
   、２５）を介して前方のヘッド部分（１）若しくは中央
   のヘッド部分（２）にささえられている特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいずれか１項記載の伝動ヘッド
   。 ５、計算上の二義性を避けるために被駆動軸（３５）の
   被駆動軸線（４６″）が、駆動軸線（４）に対して傾斜
   して配置されている特許請求の範囲第１項から第４項ま
   でのいずれか１項記載の伝動ヘッド。 ６、計算上の二義性を避けるために中央のヘッド部分（
   ２）の両方の斜めの軸線の傾斜の角度（α＿１、α＿２
   ）が互いに異なる大きさである特許請求の範囲第１項か
   ら第５項までのいずれも１項記載の伝動ヘッド。 ７、被駆動軸（３５）を傾斜して配置した場合、被駆動
   軸の軸線（４６″）が中央のヘッド部分（２）の両方の
   斜めの軸線（５、６）の交点（９′）を通つて延びてい
   る特許請求の範囲第６項記載の伝動ヘッド。 ８、計算上の二義性を避けるために中央のヘッド部分（
   ２）の少なくとも一方の斜めの軸線（５、６）が図平面
   に対して傾斜した面に配置されている特許請求の範囲第
   １項から第７項までのいずれか１項記載の伝動ヘッド。 ９、中央のヘッド部分（２）の両方の斜めの軸線（５、
   ６）の、図平面に対して傾斜した位置で、斜めの軸線の
   交点（９′）が図平面に位置している特許請求の範囲第
   ８項記載の伝動ヘッド。 １０、斜めの軸線（５、６）と駆動軸線（４）と被駆動
   軸線（４６′、４６″）との交点（９′）が駆動軸線（
   ４）及び被駆動軸線（４６′、４６″）を結合する球継
   手若しくはカルダン継手（４９）の中心点として設けら
   れている特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれ
   か１項記載の伝動ヘッド。