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特許7217285多機能プロファイル部材および関節を有するマニピュレータ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-25
(45)【発行日】2023-02-02
(54)【発明の名称】多機能プロファイル部材および関節を有するマニピュレータ
(51)【国際特許分類】
   B25J 9/08 20060101AFI20230126BHJP
【FI】
B25J9/08
【請求項の数】 12
(21)【出願番号】P 2020549006
(86)(22)【出願日】2019-02-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-08-02
(86)【国際出願番号】 EP2019054794
(87)【国際公開番号】W WO2019174912
(87)【国際公開日】2019-09-19
【審査請求日】2021-01-15
(31)【優先権主張番号】202018101463.3
(32)【優先日】2018-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】507336499
【氏名又は名称】イグス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクター ハフトゥング
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100196117
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 利恵
(72)【発明者】
【氏名】マルティン ラーク
(72)【発明者】
【氏名】フェリクス ベルガー
【審査官】松浦 陽
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/153500(WO,A1)
【文献】特表2017-508635(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2016/0346925(US,A1)
【文献】国際公開第2017/138634(WO,A1)
【文献】国際公開第2018/040541(WO,A1)
【文献】特開平04-152090(JP,A)
【文献】中国実用新案第202763836(CN,U)
【文献】特開2002-066965(JP,A)
【文献】特開2002-019395(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B25J 1/00 - 21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
2つの関節(1)間および/または前記関節(1)に割り当てられたモータとマニピュレータの関節との間の支持接続要素として少なくとも1つの多機能プロファイル部材(8)を備えたマニピュレータであって、前記多機能プロファイル部材(8)が、円形の外側輪郭と、第1の受容溝(82)と、第2の受容溝(85)と、内部通路(81)を有し、前記受容溝(82,85)が前記多機能プロファイル部材(8)の長手方向において横方向に延在し、前記多機能プロファイル部材(8)の長手方向に対して横方向外方に開放されるように設計され、少なくとも1つの別の多機能プロファイル部材が設けられ、前記2つの多機能プロファイル部材が、それぞれの断面輪郭に関して、少なくとも部分的に同一構造であり、
前記2つの関節(1)又は1つの前記関節(1)が、それぞれ、回転伝達軸(g)を中心に回転可能であり、それぞれの前記関節(1)のハウジング(3)内に配置される歯車(2)と、前記ハウジング(3)の受容部(31)内に配置される別の伝達要素(4)とを有し、前記歯車(2)及び前記別の伝達要素(4)は、トランスミッションを形成しており、当該トランスミッションは、
(i)前記歯車(2)としてのウォームギア(26)を被駆動側に、前記別の伝達要素(4)としてのウォーム(41)を駆動側に含むウォームトランスミッションであって、前記ウォーム(41)は、前記多機能プロファイル部材の前記内部通路(81)に案内されるように配置された駆動軸(51)上に回転不可能に配置され、前記多機能プロファイル部材は、前記第1の受容溝(82)によって前記ハウジングに回転不可能かつ変位不可能に取り付けられ、前記別の多機能プロファイル部材はシャフトとなるように設計されているウォームトランスミッション
(ii)前記駆動側の前記歯車(2)としてのウォームギアと、前記被駆動側の前記別の伝達要素(4)としてのウォームとを含む逆ウォームトランスミッション(G2)であって、前記ウォームは、前記別の多機能プロファイル部材上に回転不可能に配置されて前記第1の受容溝(82)により固定されており、前記別の多機能プロファイル部材はシャフトとなるように設計されており、前記別の多機能プロファイル部材は、その長手軸周りに回転可能である、逆ウォームトランスミッション(G2)
(iii)前記歯車(2)としてのスプロケットと、導入位置において前記スプロケットに向かって開放されている前記第2の受容溝(85)中の適所に常に配置される、前記別の伝達要素(4)としての歯付きラック要素(43)とを含むリニアトランスミッション(G3)、
という、(i)~(iii)のいずれの形態とすることも可能である
マニピュレータ。
【請求項2】
少なくとも1つの前記第1の受容溝(82)および/または前記第2の受容溝(85)がそれぞれ、アンダーカット構成である、請求項1に記載のマニピュレータ。
【請求項3】
前記多機能プロファイル部材(8)の長手軸(1)に関して互いに直径方向に配置された2つの第1の受容溝(82)が設けられた、請求項1又は2に記載のマニピュレータ。
【請求項4】
前記多機能プロファイル部材(8)が、測定要素のための第3の受容溝(86)を有する請求項1から3のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項5】
前記第1の受容溝、前記第2の受容溝、及び前記第3の受容溝が、少なくとも実質的に等間隔で周囲に配置された、請求項4に記載のマニピュレータ。
【請求項6】
2つの前記第1の受容溝(82)を結んだ直線と、前記第2の受容溝(85)及び前記第3の受容溝(86)を結んだ直線とが、前記多機能プロファイル部材(8)の前記長手軸(1)に関して相互交差関係で配置されており、それぞれの場合に前記長手軸に関して、2つの前記第1の受容溝の一方が、2つの前記第1の受容溝の他方に対して直径方向に配置され、前記第3の受容溝(86)が、第2の受容溝に対して直径方向に配置された、請求項5に記載のマニピュレータ。
【請求項7】
前記内部通路(81)が、実質的に円形断面である、請求項1から6のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項8】
前記内部通路(81)が、潤滑剤の受容、ラインの通過、および/または材料の節約のための少なくとも1つの側方長手チャンバ(87)を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項9】
前記多機能プロファイル部材がそれぞれ、被駆動側または駆動側で、それぞれと関連付けられた関節(1)に接続された、請求項1から8のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項10】
関連する前記被駆動側および/または前記駆動側における少なくとも1つの関節(1)において、前記2つの多機能プロファイル部材の一方がそれぞれ、前記少なくとも1つの関節(1)に接続された、請求項9に記載のマニピュレータ。
【請求項11】
前記多機能プロファイル部材が、前記回転伝達軸(g)上および/または前記関連する各関節(1)の前記回転伝達軸(g)に対して離隔されるとともに前記別の伝達要素(4)を前記ハウジング(3)中または前記ハウジング(3)上に支持する動作軸(w)上に配置された、請求項1から10のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【請求項12】
前記多機能プロファイル部材が、前記歯車(2)にその端面で係合する、請求項1から11のいずれか一項に記載のマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2つの関節間および/または関節とそれに関連付けられたモータとの間の支持接続要素として少なくとも1つのプロファイル部材を備えたマニピュレータに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に言及される種類のマニピュレータが特許文献1により知られており、接続要素は、中空プロファイル部の形態であるが、マニピュレータの異なる構成に関して、変形の余地はほとんどない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】独国実用新案第202014101342号明細書
【発明の概要】
【0004】
本発明の目的は、一般的に言及される種類のマニピュレータであって、単純な構造を有し、多くの設計オプションを利用可能にする、マニピュレータを提供することである。
【0005】
本発明によれば、上記目的は、独立請求項1、2、および20の特徴によって達成される。また、有利な展開を添付の特許請求の範囲に列挙する。指定の目的は、プロファイル部材が、内部通路および少なくとも1つの側方受容溝を有する多機能プロファイル部材の形態であり、シャフトの形態の少なくとも1つの別の多機能プロファイル部材が設けられ、2つの多機能プロファイル部材が、少なくともそれぞれのプロファイル構成に関して、少なくとも部分的に同一構造である点において、早くも達成される。
【0006】
多機能プロファイル部材の使用によって、一方では、以下により詳しく説明する通り、所与の各タスクに対して低コストで適応可能なマニピュレータのさまざまな構成を容易に展開可能である。他方では、構成および組み立ての簡素化により、特許請求の範囲に係る2つの多機能プロファイル部材は、少なくともそれぞれのプロファイル構成に関して同一構造である。このプロファイル構成に関する構造の同一性は、2つの多機能プロファイル部材の絶対的サイズとは関連せず、断面形状または断面輪郭とのみ関連する。構造の同一性は、2つの多機能プロファイル部材が少なくとも類似しており、好ましくは、それぞれの断面に関して同一であることを意味する。ただし、両者は、適合すなわち同等ともなり得る。また、多機能プロファイル部材は、モータと関節との間にも設けられるため、関節に対する熱的影響が少なくとも最小限に抑えられる。さらに、モータは、関節に対するカウンターウェイトを構成し得る。さらに、モータは、如何なる種類も可能であり、個別の利用に適するという要件のみを満たし得る。必要なラインの数が少ないため、とりわけ好都合なことに、使用するモータとしては、ブラシレスDCモータが可能である。
【0007】
目的を達成する代替方法においては、プロファイル部材が、内部通路および側方受容溝を有する多機能プロファイル部材の形態であり、歯付きラックの形態の少なくとも1つの別の多機能プロファイル部材が設けられ、2つの多機能プロファイル部材が、少なくともそれぞれの断面構成に関して同一構造であることが提案される。上述の変動性が歯のプロファイルによって拡張される。
【0008】
マニピュレータの別の構成において、別の多機能プロファイル部材は、マニピュレータの2つの関節間、関節と作業ヘッドとの間、または関節とモータとの間の支持接続要素の形態も可能である。このため、マニピュレータの安定性および動作剛性にも寄与し得る。多機能プロファイル部材は一般的に、マニピュレータの2つの関節間、関節と作業ヘッドとの間、または関節とモータとの間の支持接続要素の形態が可能である。
【0009】
有利となる簡単な様態において、多機能プロファイル部材はそれぞれ、少なくとも基本形状が円形の外側輪郭を有し得る。少なくとも基本形状が円形の多機能プロファイル部材の外側プロファイルによれば、多機能プロファイル部材を簡単な様態で回転可能に取り付けることによって、たとえばトルク伝達に使用可能となる。また、たとえば別の伝達要素として、締め付け嵌合等による簡単な様態においては、基本形状が円形の少なくとも1つの外側プロファイルにより、必要に応じて平歯車等のギア要素を取り付け可能である。また、支持および補強接続要素としての使用の他、歯付きラックの形態も可能である事実から、多機能プロファイル部材の複数の使用オプションが明らかとなるであろう。
【0010】
側方受容溝は、各多機能プロファイル部材の長手方向に対して横方向外方に開放可能であるのが好都合である。このように、外部からアクセス可能なため、特に組み立ておよび解体が容易となる。
【0011】
マニピュレータの別の構成において、側方受容溝は、等間隔の関係で周方向に配置される。この間隔は、周方向において、少なくとも実質的に同一とすることができる。多機能プロファイル部材上では、その外周中心を基準点として開始することにより、周方向において少なくとも実質的に等間隔で、周方向に隣り合う外側溝を配置可能である。外側溝は、それぞれの意図する使用目的に応じて、異なる構成が可能である。
【0012】
一例として、多機能プロファイル部材のハウジングへの固定および/もしくは付加的な構成要素の固定を行う第1の受容溝を構成する受容溝、ハウジングおよび/もしくは歯車に対して別の伝達要素を位置決めする第2の受容溝の形態の受容溝、ならびに/または測定要素のための第3の受容溝を構成する受容溝を設けることができる。
【0013】
たとえば、多機能プロファイル部材のハウジングへの固定または他の機器の多機能プロファイル部材への固定のため、第2の受容溝および/または第3の受容溝は、アンダーカット構成にすることができる。特に、好ましくは断面プロファイルが相互に適合する2つの第1の受容溝を設けることができる。特に、第1の受容溝は、多機能プロファイル部材の長手方向に関して、第2の受容溝に対して直径方向に配置可能である。
【0014】
受容溝は、周方向で互いに等間隔とすることができる。第1の受容溝が2つ存在する場合すなわち合計4つの受容溝が存在する場合、これらの受容溝は、長手軸に関して互いに交差関係で配置可能である。特に、それぞれの場合に長手軸に関して、第3の受容溝を第4の受容溝に対して直径方向に配置可能である。
【0015】
マニピュレータの有利な展開において、多機能プロファイル部材の内部通路は、実質的に円形断面とすることができる。これにより、有利な機械的力関係においては、円形断面のシャフトが通路に保護された状態で、シャフトの係合が可能となる。また、所与の間隔、好ましくはスリップの大きさのオーダで配置されたシャフトが通路中で自由に回転し得るように、シャフトの直径を内部通路の直径未満にすることができる。
【0016】
内部通路は、潤滑剤の受容、ラインの通過、および/または材料の節約のための少なくとも1つの側方長手チャンバをさらに有し得る。
【0017】
マニピュレータの別の仕様においては、関節の被駆動側および駆動側において、各多機能プロファイル部材を関節に動作接続可能である。これは、2つの多機能プロファイル部材が関節に関して異なる機能を実行し得ることを意味する。
【0018】
マニピュレータの一展開において、関節はそれぞれ、モータを備えたモータ駆動部および伝達装置を有し得る。伝達装置は、回転伝達軸の周りで回転可能な歯車および別の伝達要素を有し得る。歯車は、たとえば別の伝達要素が歯車の外周に係合することによって、別の伝達要素に動作接続可能である。別の伝達要素について、伝達装置は、回転伝達軸に対して離隔されるとともに別の伝達要素をハウジング中またはハウジング上に取り付け配置する動作軸を有し得る。
【0019】
多機能プロファイル部材は、回転伝達軸に配置可能である。また、多機能プロファイル部材は、関連する各関節の動作軸に配置可能である。特に、多機能プロファイル部材は、歯車にその端部で係合可能である。この代替または追加として、多機能プロファイル部材は、動作軸に対して接線方向に配置することも可能であるし、別の伝達部材との関連で端部に配置することも可能である。
【0020】
特に、伝達装置は、ウォームトランスミッションの形態が可能である。このため、別の伝達要素は、ウォームの形態が可能であり、動作軸は、ウォームの駆動軸の形態が可能である。駆動軸は、駆動端に結合されたモータ軸の軸方向延長部を構成可能である。ウォームは、動作軸上で回転不可能に配置可能である。また、動作軸は、好ましくは受容部上または受容部中のウォームの両側で、軸方向に回転可能に取り付け可能である。駆動軸は、多機能プロファイル部材中にガイドされるように配置可能である。ウォーム駆動の場合は、ハウジング上および/またはハウジング中でこれに対して、中空プロファイル部材を回転不可能かつ変位不可能に配置可能である。このため、ハウジングからの好適な突起が1つまたは複数の第1の受容溝中に係合可能であり、この場合、そのプロファイルは、それぞれに関連する受容溝のアンダーカット構成に対して適応されるのが好都合である。駆動軸上でのウォームの軸方向変位不可能性を向上させるため、多機能プロファイル部材は、ウォームの領域において2つの部分に分割可能であり、これらの部分はそれぞれ、特に駆動軸に対して設けられた取り付け手段により、ウォーム側の端部がウォームに関してガイドされる状態で配置される。これら2つの部分は、ウォームおよび駆動軸延長部の軸方向範囲にわたって、互いに離隔して配置可能である。
【0021】
マニピュレータの一展開において、伝達装置は、駆動側に歯車を備え、被駆動側に別の伝達要素を備えた逆ウォームトランスミッションの形態が可能である。特に、多機能プロファイル部材が動作軸を構成するものと考えられる。ウォームギアは、中空プロファイル部材上で回転不可能に配置可能である。一方、中空プロファイル部材は、受容部上または受容部中に回転可能に取り付け可能である。これにより、駆動軸の形態の多機能プロファイル部材の他、別の伝達要素の駆動軸として通路中に延びた別の駆動軸を提供することも可能になる。中空プロファイル部材にトルクを伝達することなく、関節の通過または経由後に中空プロファイル部材を通じて駆動軸をガイドすることにより、たとえばトルクを隣り合う関節に送り込むことができる。歯車は、外周の雄ねじを有し、別の伝達構成要素は、この雄ねじに適応された平歯構成を有し得る。多機能プロファイル部材は、モータ軸の延長部として配置可能である。また、モータ軸への結合により、その端部で回転不可能に接続可能である。
【0022】
マニピュレータの別の有利な実施形態において、伝達装置は、リニアトランスミッションの形態が可能である。特に、歯車は、スプロケットの形態が可能であり、別の伝達要素は、線形要素、特に歯付きラック要素の形態が可能である。歯付きラック要素は一方で、動作軸も構成可能であり、受容部上で線形変位可能に配置可能である。有利な展開において、線形要素、特に歯付きラック要素は、導入位置で歯車に向かって開放された中空プロファイル部材の第の受容溝に固定可能である。線形要素は常に、受容溝中の適所に配置されるのが好ましい。第2の受容溝は、動作軸に対して直径方向に反対の関係である中空プロファイル部材の外側に配置されるのが好ましい。
【0023】
考え得る変形の数をさらに増やすことによって、関節全体および/または伝達構成要素はそれぞれ、モジュール構造になると考えられる。また、マニピュレータは、モジュール構造が可能である。したがって、マニピュレータ、特にその構成要素(関節、伝達装置、多機能プロファイル部材、およびモータ等)は、モジュール構造のため、広範な変形を伴うモジュール構造の原理に従って容易に組み立て可能である。
【0024】
また、特許請求の範囲に係る発明の主題は、マニピュレータに適した多機能プロファイル部材でもあり、その最も単純な構成において、少なくとも1つの内部通路と、基本形状が円形の外側輪郭と、多機能プロファイル部材の長手方向に対して横方向外方に開放された側方受容溝とを有する。
【0025】
有利な実施形態において、多機能プロファイル部材は、好適な特徴として上述した特徴のうちの1つまたは複数を(任意の組み合わせで)有する。
【0026】
本発明の他の詳細および利点については、添付の図面を参照することによって、好適な一実施形態の説明による保護の範囲に対する制限なく、以下に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1A】関節を備えたマニピュレータの一部としての関節の一実施形態を示した図である。
図1B】関節を備えたマニピュレータの一部としての関節の一実施形態を示した図である。
図1C】関節を備えたマニピュレータの一部としての関節の一実施形態を示した図である。
図2】別の関節を備えたマニピュレータの別の実施形態の長手方向断面図である。
図3A図2の関節に対する協働伝達部の側面図である。
図3B図2の関節に対する協働伝達部の側面図である。
図4A】別の関節を備えたマニピュレータの別の実施形態の長手方向断面図である。
図4B】別の関節を備えたマニピュレータの別の実施形態の長手方向断面図である。
図5A】マニピュレータ用の多機能プロファイル部材を示した図である。
図5B】マニピュレータ用の多機能プロファイル部材を示した図である。
図6】測定要素を付加的に配置した多機能プロファイル部材の斜視図である。
図7】多機能プロファイル部材に配置する歯付きプロファイル部の斜視図である。
図8】多機能プロファイル部材に配置するセンサ構成の斜視図である。
図9】一体的に結合された3つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態の長手方向断面図である。
図10A】一体的に結合された3つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態を示した図である。
図10B】一体的に結合された3つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態を示した図である。
図11】一体的に結合された6つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態を示した側面図である。
図12A】一体的に結合された5つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態を示した図である。
図12B】一体的に結合された6つの関節を備えたマニピュレータの別の実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図1図12は、関節1を備えたマニピュレータMの各実施形態のさまざまな図、断面図、および個々の図を示している。特に図1Cおよび図9に見られるように、関節1はそれぞれ、回転伝達軸gの周りで回転可能な歯車2を有する。特に図9に見られるように、歯車2は、関節1のハウジング3中の軸受7におけるアダプタ22によって、両側で回転可能に取り付けられている。2つのアダプタ22はそれぞれ、歯車2の端面21から離れたそれぞれの側部23において、回転伝達軸gを中心とし、雌ねじ25を有する開口24を有する。ハウジング3は、別の伝達要素4を受容する受容部31を有する。
【0029】
別の伝達要素4は、動作軸w上で回転伝達軸gの横方向(ここでは、垂直方向)に配置されている。動作軸wは、回転伝達軸gに対して間隔方向aに離隔された状態で位置決めされている。回転伝達軸g、間隔方向a、および動作軸wは、互いに垂直に配置されている。伝達要素4は、歯車2の外周に動作接続されている。歯車2および別の伝達要素4は、関節1に送り込まれるモータトルクを伝達する伝達装置Gを構成する。モータ5は、関連する各関節1に対して離隔された状態で配置されている。
【0030】
図1および図10を参照すると、関節1の伝達装置Gは、ウォームギア26の形態の被駆動側の歯車2およびウォーム41の形態の駆動側の別の伝達要素4を備えたウォームトランスミッションG1として構成されている。ここで、動作軸wは、モータ5によって直接駆動される駆動軸51である。ウォーム41は、駆動軸51上で締め付け嵌合にて配置されている。図1Cに見られるように、駆動軸51は、多機能プロファイル部材8の中心の内部通路81に保護およびガイドされた状態で配置されている。内部通路81は、その基本形状が実質的に円形の断面である。ここでは、内部通路81中への側方開放によって、たとえば潤滑剤の受容、ラインの通過、および/または材料の節約のための2つの長手チャンバ87が内部通路81に関して側方に存在する。長手チャンバ87は、多機能プロファイル部材8の全長にわたって延びている。長手チャンバ87は、それぞれの断面に関して、内部通路81を拡大する。長手チャンバ87は、第2の受容溝85と第3の受容溝86との間の接続ラインに関して、鏡像対称関係にて設計および配置されている。
【0031】
多機能プロファイル部材8は、受容部に固定接続されている。多機能プロファイル部材8は、関節1とモータ5との間の支持接続要素として配置されている。関節1の本実施形態において、中空プロファイル部材8は、保護、ガイド、および補強として機能し、特に、モータ5と関節1との間のマニピュレータMの部分の使用剛性に関する補強として機能する。駆動軸51はさらに、受容部31における各軸受7により、ウォーム41の両側で動作軸wに対して軸方向に回転可能に取り付けられている。
【0032】
中空プロファイル部材8自体は、受容部31に対して回転不可能かつ変位不可能に配置されている。このため、中空プロファイル部材8の両側23には、中空プロファイル部材8を回転不可能に取り付ける受容部31上のアンカー突起が係合する第1の受容溝82またはアンダーカット構成が設けられている。
【0033】
ウォームギア26のウォーム41中への係合のため、中空プロファイル部材8は、2つの部分すなわち第1の部分83および第2の部分84を有する。2つの部分83、84は、中空プロファイル部材8およびウォーム41の軸方向範囲を支持する2つの軸受7で、動作軸wに対して軸方向に駆動軸51の範囲全体にわたって、互いに離隔して配置されている。2つの部分83、84はそれぞれ、関連する軸受7において端部でウォーム41に向かって、すなわち、それぞれの場合に設定ユニットからウォーム41、前軸受73、および後軸受74への方向に対して、端部と係合し、ウォーム41から離れた他端により受容部31でそれぞれが支持されている。
【0034】
図1Cで右側に配置された第2の部分84は、締め付け要素65により支持されている。作動位置においては、第2の部分84に対して半径方向外方に摩擦係止関係にて周方向に進む。締め付け要素65はさらに、受容部31上でねじ込み可能に配置されている。締め付け要素は、このような設計のため、受容部31での前進ねじ込みにより、これに対応して増大する半径方向の摩擦力を第2の部分84に周方向に及ぼし、この用途においては、第2の部分84との摩擦係合を生じる。これにより、多機能プロファイル部材8は、ここでは締め付け要素65およびその固定のためのキャリアとして機能する。
【0035】
図1Cで左側に配置された第1の部分83は、ウォームギア26とウォーム41との間の動作接続における動作軸の軸方向の遊びを調整する設定ユニット67に対して、その支持端が力伝達関係の状態で進む。設定ユニット67は、遊びの調整のため、設定ユニット67からウォーム41への方向の軸方向に、前軸受73に対して中空プロファイル部材8の第1の部分83を押圧する調整機器671を有し、次に調整機器671は遊びが存在しない限りウォーム41に対し押圧され得る。このように、多機能プロファイル部材は一方において、設定ユニット67の一部として用いられるようにも機能する。
【0036】
図2は、マニピュレータMの一部として関節1を示した回転伝達軸gに関する断面図である。ここで、伝達装置Gは、逆ウォームトランスミッションG2の形態である。ここでは、ウォームトランスミッションG1とは逆に、駆動側では歯車2によってトルクが送り込まれ、被駆動側では別の伝達要素4によってトルクが動作軸wに送り出される。この逆構成に対応して、図3Aおよび図3Bに見られるように、歯車2は、外周の雄ねじ27を有し、別の伝達要素4は、平歯構成42を有する。このように被駆動側の多機能プロファイル部材8は、動作軸wを構成する。平歯車28は、中空プロファイル部材8上に固定配置されている。このため、別の伝達要素4の平歯車28には、アンカー要素45が設けられており、摩擦係止関係および/または能動係止関係にて、多機能プロファイル部材8のアンダーカット構成の第1の受容溝82中に係合する。したがって、ここでは、多機能プロファイル部材8が第2の伝達要素4のキャリアとして機能する。別の伝達要素4が多機能プロファイル部材8に回転不可能に搭載されることにより、多機能プロファイル部材8は、その使用可能性の拡張として、別の伝達要素4のトルクを受けるとともに伝達する限りにおいて、シャフトになる。ここで、多機能プロファイル部材8は、2つの軸方向に相互離隔した締め付け要素65によってハウジング3に回転可能に取り付けられている。多機能プロファイル部材8は、その回転可能な取り付けのため、基本形状が円形の外側プロファイルを有する。図2は、たとえば2つの関節1、より具体的には、図2の左側の関節1の別の伝達要素4および/または図2の右側の関節1の歯車2に対して、多機能プロファイル部材8をその端部でトルク伝達関係にて接続する可能性を図式的に示している。
【0037】
関節の本実施形態において、逆ウォームトランスミッションG2の構成に前述の内部通路81は不要である。これにより、たとえばトルクを離れた関節1に伝達する別の駆動軸51なく、ラインのような他の構成要素または図2に例示するような関節1のための別の駆動軸51を保護状態で中空プロファイル部材8に通過させるオプションを利用可能となる。
【0038】
図4Aおよび図4Bはそれぞれ、ここでは伝達装置GがリニアトランスミッションG3の形態である限りにおいて、関節1の別の実施形態を示している。リニアトランスミッションG3を提供するため、歯車2は、平歯車28の形態であり、別の伝達要素4は、歯付きラック要素43の形態である。導入位置の歯付きラック要素43は、多機能プロファイル部材8の第2の受容溝85に固定された状態で配置されている。したがって、多機能プロファイル部材8は、別の使用可能性において、リニアトランスミッションG3の線形構成要素になる。また、多機能プロファイル部材8は、動作軸wとして機能する。
【0039】
第2の受容溝85は、導入位置で歯車2に向かって開放され、歯付きラック要素43および平歯車28をねじ係合させる。歯付きラック要素43は、中空プロファイル部材に回転不可能かつ変位不可能に搭載されており、導入位置において、アンダーカット構成に適応されたフット44により第の受容溝85中に係合する。また、歯付きラック要素43の両側には、中空プロファイル部材8上で締め付け嵌合にて配置され、歯付きラック要素43が軸方向に進む対象となる締め付け要素65が設けられている。このように、歯付きラック要素43は、第2の受容溝85において軸方向に変位不可能に保持されている。
【0040】
図2に見られるように、多機能プロファイル部材8により取り付けられた締め付け要素65はそれぞれ、2つの同軸スリーブすなわち相互に対向する円錐ねじによってねじ係合した半径方向内側スリーブ651および半径方向外側スリーブ652を有する。ウォームトランスミッションG1の場合のように、多機能プロファイル部材8がハウジング3に対して固定保持される場合は、前進ねじ込みによる組み立てを目的として、多機能プロファイル部材に対する摩擦係止係合が発生するまで、外側スリーブ652により内側スリーブ651が押圧される。逆トランスミッションG2の場合のように回転軸受手段が必要な場合またはリニアトランスミッションG3の場合のように多機能プロファイル部材8の線形変位可能性が必要な場合は、好ましくは自己係止動作により隣接状態となるまで、2つのスリーブ651、652自体をねじ込み可能である。図2に見られるように、この隣接は、半径方向突起72を有し、変位不可能かつ回転不可能な関係にて多機能プロファイル部材8の半径方向内方に係合する外周締め付けリング71によって実現可能である。
【0041】
図5Aおよび図5Bは、多機能プロファイル部材8の斜視図および断面図である。多機能プロファイル部材8はそれぞれ、その上述した部分83、84と同様に、一体として構成されている。これらは、好ましくは押し出しプロファイルのバーから、それぞれ必要な長さを与えるように切断可能である。多機能プロファイル部材という用語は、所与の断面プロファイル構成のバーのみを意味する。多機能プロファイル部材という用語には、その上に配置された考え得る構成要素も機器も含まない。
【0042】
図5Aおよび図5Bは、受容溝の上述の配置および構成を明らかに示している。図7は、フット44が関連する第2の受容溝85のアンダーカット構成に適応された歯付きラック要素43のみを示している。図6に示すように、第3の受容溝86には、歯付きラック要素43の変位移動を測定するため、ここでは磁気ストリップMaの形態の線形測定要素が配置されている。磁気ストリップの磁界の変化により生成される移動測定信号を受信して処理する機器である好適なセンサ手段Rを図8に示す。これは、半殻形状であり、動作軸wを中心として受容部31に固定されている。
【0043】
図9図12は、マニピュレータMのさまざまな構成を示しており、この場合は、最大6つの関節1の一体的な機能的動作接続によって、マニピュレータMを構成する。これらは、一例として関節1を一体的に組み合わせるための考え得るオプションである。マニピュレータMとしては、特に関節アームロボットが可能である。マニピュレータMは、理想的には6軸マニピュレータMの形態である。
【0044】
図6図12においては、共通伝達軸Gに対して同軸に、平行離隔関係にて最大5つの関節1が配置されている。これらは、接続機器9によって互いに平行離隔関係にて保持されている。図9に示すように、3つの関節1を有するグループが共通回転伝達軸g上に配置されており、図9の左側の関節1がウォームトランスミッションG1を有し、その他2つの関節1がそれぞれリニアトランスミッションG3を有する。ウォームトランスミッションG1を有する関節1によって、隣り合う関節1の歯車2にトルクが送り込まれる。トルクを伝達するリニアトランスミッションG3を間に挟んだその他2つの関節1の間に多機能プロファイル部材8が配置されている。多機能プロファイル部材8は、各接続取り付け具53によって、2つの関節1の端部の歯車2に回転不可能かつ変位不可能に接続されている。したがって、この場合、多機能プロファイル部材8は、リニアトランスミッションG3を有する2つの関節1間のトルク伝達軸として機能する。
【0045】
図10Aおよび図10Bはそれぞれ、動作軸wに関して連続的に配置され、それぞれが同一構造のウォームトランスミッションG1を有する3つの関節1を備えたマニピュレータMの別の実施形態を示している。関節1は、多機能プロファイル部材8の個々の第2の部分84によって、互いに離隔して保持されている。図1の実施形態と同様に、端部が多機能プロファイル部材8の第1の部分84として終端し、3つのすべての関節1のウォームトランスミッションG1を駆動する共通駆動軸51がこれら第2の部分84を通過している。
【0046】
図11のマニピュレータMの実施形態においては、機能的関係の観点から、関節1を第1のグループU1および第2のグループU2に分割可能であり、図11の上部に配置された第2のグループU2は、図9を参照して説明済みである。第2のグループU2は、基部Bに固定されている。第1のグループU1の2つの外側関節1はそれぞれ、歯付きラック要素43が組み込まれた多機能プロファイル部材8によって、図11の上部に配置されたモータ5に接続されており、各多機能プロファイル部材8を通過する駆動軸51(ここでは不可視)によって、それぞれと関連する外側関節1にトルクが伝達される。リニアトランスミッションG3を有する2つの関節1によって、歯付きラック要素43が組み込まれたそれぞれと関連する多機能プロファイル部材8は、線形に変位する。これら2つの関節1の歯車2がここでは駆動軸部54によって回転不可能に一体接続されていることから、これら2つの関連する多機能プロファイル部材8は、互いに同期して変位する。また、第1のグループU1の中心に配置された関節1には、リニアトランスミッションG3(ここでは不可視)が備えられており、これによって、関節1を通過する多機能プロファイル部材8は線形に変位する。
【0047】
図12Aおよび図12Bはそれぞれ、ここでは5つの関節1および6つの関節1を備えたマニピュレータMの別の実施形態の断面図および基部Bに対する下面図である。図12Bに示す底面図において、多機能プロファイル部材8に嵌入された歯付きラック要素43は、関連する各関節1の歯車2側に対向するため、隠れた状態である。また、関節1は、2つのグループU2、U3に分割可能である。両グループU2、U3の関節1は、回転伝達軸g上に同軸配置されている。
【0048】
ここでは、左側のグループが言及済みの第2のグループU2である。中空プロファイル部材8にそれぞれ取り付けられた歯付きラック要素43は、互いに平行に保持された状態で同期して線形に変位することから、図12に示すように、横方向バー99による一体的な固定接続によって安定化可能である。
【0049】
図12の右側のグループU3に含まれる図12の右側の関節1において、多機能プロファイル部材8は、ここでは上部に配置された関連するモータ5を別の個々の関節1に接続している。この場合、図12Aにおいて破線で示すように、モータ5により駆動される駆動軸51は、多機能プロファイル部材8において、図12Aの右側の関節1を通過するものと考えられる。駆動軸51は、関節1に設けられた接続取り付け具53を通過し、下方に配置された個々の関節1の歯車に対してトルク伝達関係にて接続される。個々の関節1は、ここでは隠れた状態であるものの、歯付きラック要素43を備えて接続された多機能プロファイル部材8が間接的に向かうリニアトランスミッション(G3)を有する。
【0050】
第3のグループU3に含まれる図12Aの右側の関節1は、逆ウォームトランスミッションG2を有する。図2および図3に関して説明した通り、逆ウォームトランスミッションG2の場合、別の伝達要素4は、駆動出力側に配置され、ここでは駆動入力側にある歯車2により駆動され、ここでは多機能プロファイル部材8上に回転不可能に搭載されることで、同様に駆動される。このように、多機能プロファイル部材8は一方で、シャフトとしても機能する。多機能プロファイル部材8は、ここでは右側にあるモータ5の(逆ウォームトランスミッションG2により伝達された)トルクを受け、接続取り付け具53によって、下方に配置された個々の関節1のハウジング3に送り込むため、関節1が多機能プロファイル部材8の周りで回転する。図12の左側の関節1は、下方に向かうモータ5によって駆動されるウォームトランスミッションG1を有する。これが第3のグループU3の右側の関節1のハウジング3にトルクを送り込むため、モータ5が接続された右側の関節1はこのようにして、回転伝達軸gの周りで回転する。
【符号の説明】
【0051】
1 関節
2 歯車
21 端部
22 アダプタ
23 側部
24 開口
25 雌ねじ
26 ウォームギア
27 雄ねじ
28 平歯車
29 外部歯構成
3 ハウジング
31 受容部
4 別の伝達要素
41 ウォーム
42 平歯構成
43 歯付きラック要素
44 フット
45 アンカー要素
5 モータ
51 駆動軸
52 モータ軸
53 接続取り付け具
54 駆動軸部
65 締め付け要素
651 内側スリーブ
652 外側スリーブ
67 設定ユニット
671 調整機器
7 軸受
71 締め付けリング
72 突起
73 前軸受
74 後軸受
8 中空プロファイル部材
81 内部通路
82 第1の受容溝
83 第1の部分
84 第2の部分
85 第2の受容溝
86 第3の受容溝
87 長手チャンバ
9 接続機器
99 横方向バー
a 間隔方向
g 回転伝達軸
w 動作軸
B 基部
G 伝達装置
G1 ウォームトランスミッション
G2 逆ウォームトランスミッション
G3 リニアトランスミッション
M マニピュレータ
Ma 磁気ストリップ
R センサ手段
S 傾斜面
U1 第1のグループ
U2 第2のグループ
U3 第3のグループ
V 接続機器
図1A
図1B
図1C
図2
図3A
図3B
図4A
図4B
図5A
図5B
図6
図7
図8
図9
図10A
図10B
図11
図12A
図12B