| 【発明の名称】 |
スカラタイプのロボット |
| 【発明者】 |
【氏名】ボリス フリードリッヒ
【氏名】フォルカー ヘンリヒス
【氏名】アンドレアス イェンケ
【氏名】デルフ ロイマン
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| 【要約】 |
【課題】２箇所の間でロボットアームが僅かな力消費で迅速に移動可能である、改善された動特性を有するスカラロボットを提供する。
【解決手段】ロボットアーム（１６）が、このロボットアーム（１６）の旋回軸線（２４）に対し、旋回軸線に近い方のハウジング部分（３８ｃ）と、旋回軸線から遠い方のハウジング部分（３８ｂ）とを有し、少なくとも１つの回路（５８、６２、６６）が配設されているハウジング壁部分（６８、７０、７２）が旋回軸線に近い方のハウジング部分（３８ｃ）に置かれていること。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットコンソール（１２）と、第１旋回軸線（２０）を中心に旋回可能にロボットコンソール（１２）に枢着されている第１ロボットアーム（１４）と、第１旋回軸線（２０）に対して実質的に平行な第２旋回軸線（２４）を中心に旋回可能に第１ロボットアーム（１４）に枢着され且つ少なくとも１つの作動ユニット（２６）を備えた第２ロボットアーム（１６）とを含んでいるスカラロボットであって、
更にこのロボット（１０）が、第１ロボットアーム（１４）と第２ロボットアーム（１６）からのアームユニット（１４、１６）をロボットコンソール（１２）に対して旋回させるための少なくとも１つの第１旋回モータ（９２）と、第２ロボットアーム（１６）を第１ロボットアーム（１４）に対して旋回させるための少なくとも１つの第２旋回モータ（４０）と、作動ユニット（２６）を操作するための少なくとも１つの作動モータ（４２、４４）とを有し、これらのモータ（４０、４２、４４、９２）が、パワー電子装置（５４、５８、６２、６６、８６、９０、９４）を介して制御可能であり、このパワー電子装置が、電気回路として、モータ（４０、４２、４４、９２）の電力供給ための変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）と、これらの変換器回路を稼動するため及びそれによりモータ（４０、４２、４４、９２）を制御するための少なくとも１つの制御回路（５４、９４）とを含んでいて、
変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）と制御回路（５４、９４）からの少なくとも１つの回路が、ロボットアームの少なくとも１つのロボットアーム（１６）にて、このロボットアーム（１６）のハウジング（３８）の、各々この回路に割り当てられている別々の壁部分（６８、７０、７２）に配設されている、
前記スカラロボットにおいて、
ロボットアーム（１６）が、このロボットアーム（１６）の旋回軸線（２４）に対し、旋回軸線に近い方のハウジング部分（３８ｃ）と、旋回軸線から遠い方のハウジング部分（３８ｂ）とを有し、少なくとも１つの回路（５８、６２、６６）が配設されているハウジング壁部分（６８、７０、７２）が旋回軸線に近い方のハウジング部分（３８ｃ）に置かれていることを特徴とするスカラロボット。
【請求項２】
少なくとも１つの回路（５８、６２、６６）が配設されているハウジング壁部分（６８、７０、７２）が、ロボットアーム（１６）の旋回軸線（２４）に対して最短間隔（ａ）を有するハウジング壁部分（６８、７０、７２）であることを特徴とする、請求項１に記載のスカラロボット。
【請求項３】
少なくとも１つのロボットアーム（１６）が、変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）と制御回路（５４、９４）からの複数の電気回路（５４、５８、６２、６６、８６、９０、９４）を含んでいて、これらの回路（５８、６２、６６）にて、各回路が、ロボットアーム（１６）のハウジング（３８）の、この回路に各々割り当てられている別々の壁部分（６８、７０、７２）に配設されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスカラロボット。
【請求項４】
回路（５８、６２、６６）が配設されているハウジング壁部分（６８、７０、７２）が、ロボットアーム（１６）の旋回軸線（２４）に対して最短間隔（ａ）を有するハウジング壁部分（６８、７０、７２）であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のスカラロボット。
【請求項５】
少なくとも１つの回路が変換器回路（５８、６２、６６、９０）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スカラロボット。
【請求項６】
各モータ（４０、４２、４４、９２）には少なくとも１つの変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）が割り当てられていて、割り当てられている変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）が各々のモータ（４０、４２、４４、９２）と同じところのロボットアーム（１６）内に受容されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項７】
電気回路（５８、６２、６６、８６、９０）の少なくとも一部に冷却体（３２、３６、５６、６４）が付設されていて、これらの冷却体が、少なくとも１つのロボットアーム（１４、１６）のハウジング（３４、３８）の外壁部分、好ましくは内壁部分をも形成することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項８】
少なくとも、少なくとも１つの回路、特に変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）に、冷却体（３２、３６、５６、６４）が付設されていることを特徴とする、請求項７に記載のスカラロボット。
【請求項９】
ロボットアームのハウジングの一部分（旋回モータハウジング部分）が、各々のロボットアーム（１６）内に受容されている少なくとも１つの旋回モータ（４０）のためのハウジングを形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項１０】
少なくとも１つの旋回モータのステータが、好ましくは旋回モータ・ステータに対する旋回モータハウジング部分の焼きばめにより、直接的にロボットアームの旋回モータハウジング部分に装着されていることを特徴とする、請求項９に記載のスカラロボット。
【請求項１１】
ロボットコンソール（１２）と、第１旋回軸線（２０）を中心に旋回可能にロボットコンソール（１２）に枢着されている第１ロボットアーム（１４）と、第１旋回軸線（２０）に対して実質的に平行な第２旋回軸線（２４）を中心に旋回可能に第１ロボットアーム（１４）に枢着され且つ少なくとも１つの作動ユニット（２６）を備えた第２ロボットアーム（１６）とを含んでいるスカラロボットであって、
更にこのロボット（１０）が、第１ロボットアーム（１４）と第２ロボットアーム（１６）からのアームユニット（１４、１６）をロボットコンソール（１２）に対して旋回させるための少なくとも１つの第１旋回モータ（９２）と、第２ロボットアーム（１６）を第１ロボットアーム（１４）に対して旋回させるための少なくとも１つの第２旋回モータ（４０）と、作動ユニット（２６）を操作するための少なくとも１つの作動モータ（４２、４４）とを有し、これらのモータ（４０、４２、４４、９２）が、パワー電子装置（５４、５８、６２、６６、８６、９０、９４）を介して制御可能であり、このパワー電子装置が、電気回路として、モータ（４０、４２、４４、９２）の電力供給ための変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）と、これらの変換器回路を稼動するため及びそれによりモータ（４０、４２、４４、９２）を制御するための少なくとも１つの制御回路（５４、９４）とを含んでいて、
請求項１の特徴部分及び／又は請求項２〜１０の少なくとも１つを場合により取り入れ、このロボット（１０）では、好ましくは、変換器回路（５８、６２、６６、８６、９０）と制御回路（５４、９４）からの少なくとも１つの回路が、ロボットアームの少なくとも１つのロボットアーム（１６）にて、このロボットアーム（１６）のハウジング（３８）の、この回路に割り当てられている壁部分（６８、７０、７２）に配設されていて、
更にこのロボット（１０）では、ロボットアーム（１６）が作動ユニット（２６）の運動駆動部用の２つの作動モータ（４２、４４）を含んでいて、これらの作動モータにて、各作動モータ（４２、４４）が、駆動・縦端部（４２ａ、４４ａ）を有するモータ軸（４２ｂ、４４ｂ）を有し、この駆動・縦端部（４２ａ、４４ａ）から駆動力が引き出し可能である、
前記スカラロボットにおいて、
作動モータ（４２、４４）が、ロボットアーム（１６）内で、実質的に平行なモータ軸（４２ｂ、４４ｂ）を有するが、駆動・縦端部（４２ａ、４４ａ）が正反対方向を指向するような正反対の方向付けで配設されていることを特徴とするスカラロボット。
【請求項１２】
ロボットアーム（１６）が第２ロボットアーム（１６）であり、このロボットアームが、作動ユニット（２６）として、回転軸線（２８ａ）を中心に回転可能であり且つそれには依存せず回転軸線（２８ａ）の方向に移動可能であるロボットスピンドル（２８）を含んでいて、作動モータ（４２、４４）がロボットスピンドル（２８）用の運動駆動部を形成することを特徴とする、請求項１１に記載のスカラロボット。
【請求項１３】
各作動モータ（４２、４４）が、モータ軸縦方向でそのモータ軸（４２ｂ、４４ｂ）の駆動・縦端部（４２ａ、４４ａ）に接続するモータボディを有し、モータ軸縦方向における両方の作動モータ（４２、４４）のモータボディが、両方の駆動・縦端部間（４２ａ、４４ａ）で、モータ軸縦方向に延在する第２ロボットアームの共通の伸張領域内に置かれていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のスカラロボット。
【請求項１４】
第２ロボットアーム（１６）のハウジングの一部分（作動モータハウジング部分）が、少なくとも、作動モータ（４２、４４）の少なくとも１つのためのハウジングを形成することを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項１５】
少なくとも１つの作動モータのステータが、好ましくは作動モータハウジング部分を作動モータ・ステータに対して焼きばめすることにより、直接的に第２ロボットアーム（１６）の作動モータハウジング部分に装着されていることを特徴とする請求項１４に記載のスカラロボット。
【請求項１６】
第１ロボットアーム（１４）と第２ロボットアーム（１６）からのアームユニットをロボットコンソール（１２）に対して旋回させるための少なくとも１つの旋回モータ（９２）がロボットコンソール（１２）内に受容されていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項１７】
第２ロボットアーム（１６）を第１ロボットアーム（１４）に対して旋回させるための少なくとも１つの旋回モータ（４０）が第２ロボットアーム（１６）内に受容されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項１８】
ロボットコンソール（１２）及び第２ロボットアーム（１６）内に、各々のロボットボディ部（１２、１６）内に設けられているモータ（４０、４２、４４、９２）を制御するための各々少なくとも１つの制御回路（５４、９４）が受容されていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のスカラロボット。
【請求項１９】
旋回モータ及び作動モータの少なくとも一部に、機械的なブレーキが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスカラロボット。
【請求項２０】
パワー電子装置が整流器（８６）を含んでいて、この整流器が電源電圧から直流電圧を生成し、更にこの整流器（８６）がロボットコンソール（１２）内に受容されていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のスカラロボット。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明はスカラロボットに関し、このスカラロボットは、ロボットボディ部として、ロボットコンソールと、第１旋回軸線を中心に旋回可能にロボットコンソールに枢着されている第１ロボットアームと、第１旋回軸線に対して実質的に平行な第２旋回軸線を中心に旋回可能に第１ロボットアームに枢着され且つ少なくとも１つの作動ユニットを備えた第２ロボットアームとを含んでいて、この際、更にこのロボットは、第１ロボットアームと第２ロボットアームからのアームユニットをロボットコンソールに対して旋回させるための少なくとも１つの第１旋回モータと、第２ロボットアームを第１ロボットアームに対して旋回させるための少なくとも１つの第２旋回モータと、作動ユニットを操作するための少なくとも１つの作動モータとを有し、これらのモータは、パワー電子装置を介して制御可能であり、このパワー電子装置は、電気回路として、モータの電力供給ための変換器回路と、これらの変換器回路を稼動するため及びそれによりモータを制御するための少なくとも１つの制御回路とを含んでいて、この際、変換器回路と制御回路からの少なくとも１つの回路は、ロボットアームの少なくとも１つロボットアームにて、このロボットアームのハウジングの、この回路に割り当てられている壁部分に配設されている。
【背景技術】
【０００２】
スカラタイプではないがこの種のロボットは特許文献１から知られている。この種のロボットは例えば組立作業を遂行するための組立経路において使用される。
【０００３】
ロボットアーム内に配設されているものではないが回路を有するスカラロボットは特許文献２から知られている。
【０００４】
これらのロボットにおいて、つまり製造装置や組立装置においては、出来るだけコンパクトで出来るだけ高い効率が求められる。このことは、ロボットの機械的な部分にだけ当てはまることではなく、即ち、ロボットボディ部の構造上の形態にだけ当てはまることではなく、ロボットの稼動のために必要な電子装置にも当てはまる。必要な構成空間を減少させるためには、特許文献１に従い、駆動電子装置をロボットアーム内に格納することが提案され、これは、運動精度に影響を及ぼさないためにロボット構造体に対する駆動電子装置の熱影響を出来るだけ小さくするという観点をもってである。
【０００５】
補足として、全システムの分配式駆動部に関連し、特許文献３が挙げられ、この特許文献３は、セルをケーブル敷設するためのケーブルシステムを開示し、この際、セルは中央モジュールと駆動部とを有している。そこで開示されているセルの中央モジュールは、電力線を介して配電網と接続され得て、上位のユニットから情報を取得し得て、これらのユニットに情報を伝達し得る。駆動部は、電気モータと、対応する変換器とを有し、この際、変換器と電気モータは各々構造ユニットを形成する。駆動部と中央モジュールとの間にはスター接続構造体が実現され、即ち、各駆動部は中央モジュールとの接続のために固有の配線を有している。これらの接続線を介して駆動電流と駆動情報が伝達される。
【０００６】
スカラロボットの作動ユニットとしては特許文献４からロボットスピンドルが知られていて、このロボットスピンドルは、その縦軸線を中心に回転可能であり、また縦軸線の回りの回転に依存せず、その縦軸線の方向に移動可能である。
【０００７】
ロボットボディ部の互いのジョイントは、特許文献５から知られているように、周知の方式で所謂「ハーモニック・ドライブ」式伝動装置で実現され得る。これらの伝動装置は高い伝動装置ギヤ比と遊びのないことにより傑出している。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第1170097号明細書
【特許文献２】米国特許第5000653号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第1043643号明細書
【特許文献４】日本特開昭62-49070号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第3522336号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、２箇所の間でロボットアームが僅かな力消費で迅速に移動可能である、改善された動特性を有するスカラロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題は、冒頭に掲げた形式の以下のスカラロボットにより解決される。即ち、このスカラロボットでは、ロボットアームが、このロボットアームの各々の旋回軸線に対し、旋回軸線に近い方のハウジング部分と、旋回軸線から遠い方のハウジング部分とを有し、回路が配設されているハウジング壁部分が旋回軸線に近い方のハウジング部分に置かれている。
【００１１】
スカラロボットのハウジング壁部分に配設される少なくとも１つの回路を旋回軸線に近い方のハウジング部分に本発明に従って配設することにより、該当するロボットアームの質量慣性モーメントが減少され得る。それによりアームが、予め定められている駆動力でより迅速に加速され、従ってより迅速に移動され得る。他言すると、その加速のためには、より大きな質量慣性モーメントと、同じ加速度とを有するロボットアームの場合よりも少ない駆動力で充分である。同時に、ロボットアームの少なくとも１つに、少なくとも１つの回路を、この回路に割り当てられている、ロボットアームのハウジングの壁部分に前記のように配設することにより、スカラロボットがコンパクトに特により小さなスイッチキャビネットと共に実施され得る。スカラロボットのハウジングは、ハウジング壁に少なくとも１つの回路を配設することにより、この少なくとも１つの回路の冷却に寄与する。
【００１２】
ハウジング壁部分に少なくとも１つの回路を前記のように配設することで、少なくとも１つの回路が配設されているハウジング壁部分が、ロボットアームの旋回軸線に対して最短間隔を有するハウジング壁部分である場合に、最低限の質量慣性モーメントが維持され得る。
【００１３】
通常、本発明に従うスカラロボットの少なくとも１つのロボットアーム内には複数の電気回路が受容されている。これらの電気回路の効果的な冷却を同時に可能としバランスのとれた質量配分を可能とするためには、これらの回路の少なくとも一部、好ましくは全ての回路にて、各回路が、ロボットアームのハウジングの、この回路に各々割り当てられている別の壁部分に配設されていると有利である。
【００１４】
更にロボットアームは、このロボットアーム内に受容されている多数の電気回路を有し得る。ロボットアームの旋回軸線に対する出来るだけ小さな質量慣性モーメントの理由から、パワー電子装置の電気回路が配設されているハウジング壁部分が旋回軸線に近い方のハウジング部分に置かれていると有利である。この種のロボットアームは、同じモータ出力で、より小さなその質量慣性モーメントに基づき、より迅速に回転加速され得る。
【００１５】
質量慣性モーメントを減少させるために、有利には、パワー電子装置の電気回路が配設されているハウジング壁部分が、該当するロボットアームの旋回軸線に対して最短間隔を有するハウジング壁部分である。特に有利には、これらのハウジング壁部分が、回路の装着を容易化するために、望ましくは冷却体により平坦に形成され得る。
【００１６】
ロボットアーム内のモータを駆動するために必要とされる電流を変換することに基づき、中でも変換器回路は大質量を有する。それにより、出来るだけ小さな質量慣性モーメントという観点で、旋回軸線の近くに設けられている少なくとも１つの回路が変換器回路であると有利である。
【００１７】
本発明の更なる構成に従い、パワー電子装置の全ての変換器回路と制御回路は、ロボットボディ部内、即ちロボットアーム及びロボットコンソール内に受容され得て、このことは、スカラロボットを稼動するために必要なスイッチキャビネットの更なる縮小を可能とし、例えばロボットアームの交換時、又は一般的にスカラロボットの組立時における組立手間を減少させる。
【００１８】
ロボットボディ部にパワー電子装置の電気回路を分配して配設することは、特にケーブル敷設手間を増加させ、このことは、ロボット組立時又はロボット稼動時の潜在的な誤り源となり得る。パワー電子装置の回路と各々のモータとの間で敷設すべきケーブル敷設を出来るだけ容易に維持するために、スカラロボットは、各モータには少なくとも１つの変換器回路が割り当てられていて、割り当てられている回路が各々のモータと同じところのロボットボディ部内、特にロボットアーム内に受容されているように構成され得る。
【００１９】
このことは、本発明の有利な構成に従い、ケーブル敷設手間を軽減するために、制御回路も、これらの制御回路により制御させるモータ又は場合によってはこれらの制御回路により制御される多数のモータの１つと同じところのロボットボディ部内、特にロボットアーム内に受容されていることを排除させることではない。つまり往々にして１つの制御回路には多数のモータが割り当てられているが、スカラロボットでは、１つの制御回路に異なるロボットボディ部内のモータが割り当てられていないように設計が成され得る。
【００２０】
ロボットアーム内に電気回路を受容することはこれらの回路の適切な冷却の問題を更に投げかける。効果的な冷却は以下のことにより行われる。即ち、選択的に又は追加的に電気回路の少なくとも一部に冷却体が付設されていて、これらの冷却体が、ロボットアームのハウジングの外壁部分、好ましくは内壁部分をも形成することによってである。これらの冷却体には例えば周知の方式でリブが設けられ得る、及び／又は、これらの冷却体は例えばアルミニウムのような特に高い熱伝導率を有する材料から製造され得る。
【００２１】
ロボット稼動時のロボットアームの迅速な運動により、ロボットアームのハウジングの外壁部分を形成する冷却体の回りを常に空気流が流れ、このことはより良い冷却を達成させる。確かに、外壁部分を形成するために冷却体を外方からロボットアームのハウジング上に装着することで充分であり得るが、効果的な冷却の観点では、冷却体がロボットアームのハウジングの開口部上又は開口部内に取り付けられていると有利であり、それにより冷却体は内壁部分をも形成する。この場合、この種の冷却体に付設されている電気回路は冷却体と直接的な熱伝達接触状態にあり、それにより熱が可能なかぎりロボットアームの内部空間から外部環境へと放出され得る。電気回路から冷却体に対して出来るだけ良好な熱伝達を保証するために回路は機械的に冷却体に固定され得る。
【００２２】
この種のパワー電子装置において大半の熱は変換器回路により発生され、それ故、冷却体を少なくとも１つの変換器回路に付設させることは有利である。当然のことであるが、好ましい実施形態の構成において、少なくとも１つの制御回路にも冷却体が付設され得る。
【００２３】
回路に限らずロボットボディ部内に受容されているモータも熱を発生し、この熱は外部環境へ排出されなくてはならない。上記のように、ロボットボディ部のハウジングがロボットボディ部・内部空間からの熱の排出に寄与する。それにより、ロボットボディ部の内部空間、特にロボットアームの内部空間から熱を排出するためには、ロボットボディ部のハウジングの一部分（旋回モータハウジング部分）が、各々のロボットボディ部内に受容されている少なくとも１つの旋回モータのためのハウジングを形成すると有利である。この場合、熱は、旋回モータから、通常は金属性のハウジングに導入され、そこから外部環境へと放出され得る。
【００２４】
構成上、旋回モータ用のハウジングとして、ロボットボディ部のハウジング部分、特にロボットアームのハウジング部分を形成することは、簡単な方式で以下のことにより実現され得る。即ち、少なくとも１つの旋回モータのステータが、好ましくは旋回モータ・ステータに対する旋回モータハウジング部分の焼きばめにより、直接的にロボットボディ部の旋回モータハウジング部分に装着されていることによってである。ロボットボディ部の旋回モータハウジング部分内に旋回モータを前記のように組み立てることは、確かにより高い組立手間を必要とし、その理由は、冷間時のモータ或いはそのステータが加熱されたハウジングに組み込まれる以前に先ずハウジングが加熱されなくてはならず、それによりステータは冷却後にハウジング内で嵌め合い状態になるためである。しかしながらこの短所には、より良い冷却効果により、充分すぎるほどの埋め合わせが成される。
【００２５】
旋回モータに対するロボットボディ部のハウジングのこの種の焼きばめは、今まで専門家たちの間では実施不能とされていて、その理由は、モータの傾き又はハウジングの管理不能の歪みが懸念されていたためである。それに加え、モータにおける孔は、モータをハウジングに固定するためにハウジングを焼きばめする際の歪みを考慮し、極めて正確に製造されなくてはならない。専門家たちの間にあるこの先入観は、本出願の基礎を成す発明の発明者により克服された。
【００２６】
本発明に従う課題、即ち、コンパクトな寸法と改善された動特性とを有するスカラロボットを提供するという課題は、ロボット内に存在する機械系（メカニズム）に関する本発明の他の観点に従い、以下のスカラロボットによっても解決される。即ち、このスカラロボットでは、ロボットアームが作動ユニットの運動駆動部用の２つの作動モータを含んでいて、これらの作動モータにて、各作動モータは、駆動・縦端部を有するモータ軸を有し、この駆動・縦端部から駆動力が引き出し可能(abgreifbar)であり、この際、それらの作動モータは、ロボットアーム内で、実質的に平行なモータ軸を有するが、駆動・縦端部が正反対方向を指向するような正反対の方向付けで配設されている。ロボットアーム内の作動モータを前記のように方向付けることにより、偏向装置を設けることが回避され得て、この偏向装置は、今まで、駆動モータから作動ユニットへ駆動力を伝達するために例えばベルト又は歯付きベルトのような力伝達装置を偏向するために必要とされた。この偏向装置を排除することにより、ロボットアームの質量、従って質量慣性モーメントが減少される。このモータ配置構成の長所は、以下、有利な実施形態に基づいてより正確に説明され、その実施形態ではロボットアームが前記の第２ロボットアームであり、このロボットアームが、作動ユニットとして、回転軸線を中心に回転可能であり且つそれには依存せず回転軸線の方向に移動可能であるロボットスピンドルを含んでいる。
【００２７】
実質的に１８０°ずらされて第２ロボットアーム内に組み込まれている作動モータを前記のように配設することにより、ロボットスピンドルをその回転軸線を中心に回転させるための駆動部の各々の駆動引出箇所、及び、ロボットスピンドルを回転軸線の方向に移動させるための駆動部の各々の駆動引出箇所が正にその回転軸線方向で互いに間隔をおいて配設され得て、ロボットアームの寸法が回転軸線の方向に増加される必要はない。このことは、両方の作動モータがそのような方式で作動モータのモータ軸の方向において第２ロボットアームの共通の伸張部分を有するということによる。つまり、ベルト伝動装置のベルト、好ましくは歯付きベルトは、通常、駆動力を作動モータの駆動端部からロボットスピンドルの各々の駆動部へ伝達するものであり、各々、実質的に１つの面内に延在する。それらのベルト面が互いに間隔をおいて配設されているので、両方のベルトはそれらの配置構成において妨害されることはない。上記のようにずらされていない同様の配置構成の作動モータでは、これらの作動モータは、それらのモータ軸の縦方向に対して直角に、より大きな間隔をもって配設される必要があり、このことはロボットアームの質量慣性モーメントを増大させ、又は、これらの作動モータは、それらのモータ軸の縦方向においてずらされて配設される必要があり、このことはロボットアームの構成高を増加させ、又は、これらの作動モータは、偏向装置により互いに通過するように運転され、このことはロボットアームの質量、従って質量慣性モーメントを増加させる。
【００２８】
各作動モータが、モータ軸縦方向でそのモータ軸の駆動・縦端部に接続するモータボディを有すると有利であり、この際、モータ軸縦方向における両方の作動モータのモータボディは、両方の駆動・縦端部間で、モータ軸縦方向に延在する第２ロボットアームの共通の伸張領域内に置かれている。その際、作動モータがモータ軸縦方向で各々他の作動モータを超えて延び出ることなく、各駆動端部には作動モータの駆動・縦端部からロボットスピンドルの駆動部に力伝達するための力伝達装置が配設され得る。それにより第２ロボットアームの構成高の増加が完全に回避される。
【００２９】
両方の駆動モータが異なる長さのモータボディを有する場合、より短いモータボディを、そのモータボディがモータ軸縦方向で長い方のモータボディを越えないように配設することはコンパクトな構成方式にとって有利である。
【００３０】
作動モータに対しては、第２ロボットアームのハウジングを通じた熱排出に関し、旋回モータに関して一般的に述べた上記のことが当てはまる。それにより作動モータと第２ロボットアームの効果的な冷却にとって、第２ロボットアームのハウジングの一部分（作動モータハウジング部分）が、作動モータの少なくとも１つのためのハウジングを形成すると全体的に有利である。
【００３１】
このことは、構造上、上記のように、少なくとも１つの作動モータのステータが直接的に第２ロボットアームの作動モータハウジング部分に装着されていることにより実現され得て、好ましくは作動モータハウジング部分を作動モータ・ステータに対して焼きばめすることによってである。
【００３２】
本発明に従うスカラロボットの有利な実施形態に応じ、第１ロボットアームは受動的なロボットアームであり、即ち第１ロボットアームは駆動部を含まず、それに対し、第２ロボットアームは能動的なロボットアームとして形成されている。それに対応し、この実施形態では、第１ロボットアームと第２ロボットアームからのアームユニットをロボットコンソールに対して旋回させるための少なくとも１つの旋回モータがロボットコンソール内に受容されている。更に第２ロボットアームを第１ロボットアームに対して旋回させるための少なくとも１つの旋回モータは第２ロボットアーム内に受容されている。それにより第１ロボットアームは極めて簡単に構成され得る。
【００３３】
更に、有利な実施形態では、モータの設けられている各ロボットボディ部のために固有の制御回路が設けられていて、この制御回路が各々のロボットボディ部内に受容されている。それによりロボットの稼動準備を確立するためのワイヤ敷設（ワイヤリング）及びケーブル敷設（ケーブリング）の手間が減少され得る。
【００３４】
更に稼動安全性を向上させるために旋回モータ及び作動モータの少なくとも一部には機械的なブレーキが設けられ得る。この種のブレーキによりモータは非通電状態において機械的に停止され得る。従ってこの種の機械的なブレーキにより、スイッチオフされた旋回モータにおいて互いのロボットボディ部の方向付けの変更を防止するような、安全性の観点が実現される。
【００３５】
最後に、有利な実施形態に従う本発明に従うコンパクトなスカラロボットではパワー電子装置の整流器（順変換器）がロボットコンソール内に受容されている。この整流器は電源電圧から直流電圧を生成し、この直流電圧は、ロボット、特に変換器回路にて必要とされる。このことは、ロボット外には、特記すべき電力が変換されることのない電子装置だけがあるということを導く。それにより、本発明に従うスカラロボット外に残る電子装置のための冷却手間は少なくて済み、このことは、ロボット外に要求されるスイッチキャビネットの多大なサイズ減少を可能にする。ロボットコンソール、即ち動かされないロボットボディ部内に整流器を受容することにより、コンパクトな構成を保ちつつ同時にロボットの可動部の質量は増加されない。
【００３６】
スカラロボット内に使用されるモータは電気モータ（電動機）である。好ましくは交流稼動式モータが使用され、それ故、上記の変換器としてはインバータ（逆変換器）が挙げられる。しかしながらこのことは、直流モータ及びそれに対応する整流器（順変換器）が使用されることを排除するわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に添付の図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１には本発明に従うスカラロボット（スカラ：SCARA: Selective Compliance Assembly Robot Arm）が全体として符号１０で示されている。このスカラロボット１０は、ロボットボディ部として、ロボットコンソール１２と、受動的な第１ロボットアーム１４と、能動的な第２ロボットアーム１６とを含んでいる。
【００３９】
ロボットコンソール１２は、サポート１８に取り付けられていて、このサポート１８において位置固定式で保持されている。サポート１８は台座上又は可動車両上に固定され得る。第１ロボットアーム１４はロボットコンソール１２において第１旋回軸線２０を中心に旋回可能即ち回動可能にこのロボットコンソール１２の下側に固定されている。更に第２ロボットアーム１６は第１ロボットアーム１４において第２旋回軸線２４を中心に旋回可能にこの第１ロボットアーム１４に固定されている。それらの旋回軸線２０及び２４は実質的に互いに平行である。
【００４０】
第２ロボットアーム１６はその旋回軸線から遠い方の縦端部において作動ユニット２６を有する。この作動ユニット２６はロボットスピンドル２８を含んでいて、このロボットスピンドル２８は、その縦方向に関し、再び旋回軸線２０及び２４に対して実質的に平行に配設されている。ロボットスピンドル２８は、その縦方向、即ち双方向矢印Ｖの方向で移動可能であり、またそれに依存せずその縦軸線２８ａを中心に回転可能である。
【００４１】
第１ロボットアーム１４はモータを一切含んでいないので受動的なロボットアームである。第１ロボットアーム１４と第２ロボットアーム１６から成る構成グループをロボットコンソール１２に対して旋回運動させるための旋回モータはロボットコンソール１２内に受容されている。第２ロボットアーム１６を第１ロボットアーム１４に対して旋回させるための旋回モータは第２ロボットアーム１６内に受容されている。接続ケーブル３０はロボットコンソール１２と第２ロボットアーム１６を両方のロボットボディ部間でエネルギー（電流）及び情報を伝達させるために接続する。
【００４２】
ロボットコンソール１２においてその上側にはリブ３２ａを有する冷却体３２が外方から見てとれる。冷却体３２はロボットコンソール１２のハウジング３４の壁３４ａの一部を形成する。このために冷却体３２は壁３４ａの切欠き開口部内に嵌め込まれている。冷却体３２は、変換器、正確にはインバータ（逆変換器）と接続されていて、その冷却のために用いられる。このインバータは図１では見ることができない。
【００４３】
リブ３６ａを有する冷却体３６が同様に第２ロボットアーム１６のハウジング３８の壁部分３８ａの切欠き内に嵌め込まれていて、それにより冷却体３６はハウジング３８のハウジング壁の一部を形成する。この冷却体３６にも、変換器、正確にはインバータ（逆変換器）が付設されていて、このインバータも図１では見ることができない。
【００４４】
図２は第２ロボットアーム１６の斜視図であり、これは第２ロボットアーム１６の下側斜め後方からの観察位置によるものである。ここでハウジング３８は第２ロボットアーム１６の内部構造をより良く認識するために取り除かれている。
【００４５】
図２では旋回モータ４０が見てとれ、そのモータ軸４０ａは第２旋回軸線２４に沿って配設されている。更に図２は第１作動モータ４２と第２作動モータ４４とを示している。これらの作動モータ４２及び４４は実質的に平行且つ並列に設けられているが１８０°ずらされて第２ロボットアーム１６内に受容されている。このことは次のことを意味する。即ち、スピンドルを昇降させるための駆動力は第１作動モータ４２の駆動・縦端部４２ａから引き出されるものであり、この駆動・縦端部４２ａが第２ロボットアーム１６の上端部近傍に配設されていて、それに対し、第２作動モータ４４の駆動・縦端部４４ａは第２ロボットアーム１６の下端部近傍に配設されているということである。第２作動モータ４４の駆動・縦端部４４ａからは歯付きベルト４６がベルト締め器４８を介して減速輪５０へと案内されていて、この減速輪５０は歯付きベルト４６の速度を減速させる。減速輪５０からは他の歯付きベルト５２が駆動ユニット５３へと案内されていて、この駆動ユニット５３を介し、ロボットスピンドル２８がその縦軸線２８ａを中心に回転駆動され得る。このモータ配置構成によりベルト・偏向装置が排除され、それによりロボットアームの質量慣性モーメントに対する質量が減少され得る。
【００４６】
第２ロボットアーム１６の上端部には制御回路５４が配設されていて、この制御回路５４はモータ４０、４２、４４の稼動を制御する。第２ロボットアーム１６において作動ユニット２６から遠い方の端部には他の冷却体５６が設けられている。その構造において冷却体３２及び３６と同一である冷却体５６には、変換器５８、正確にはインバータ（逆変換器）が固定されている。また冷却体５６も、第２ロボットアーム１６のハウジング３８の壁３８ａにおける切欠き開口部に嵌め込まれている。
【００４７】
歯付きベルト４７は、駆動・縦端部４２ａから出発し、ロボットスピンドル２８の昇降駆動部４９の回りに案内されていて、この昇降駆動部４９によりロボットスピンドル２８が双方向矢印Ｖの方向で昇降可能である。
【００４８】
図２では第２ロボットアーム１６のハウジング３８を取り除いたことにより外見上浮遊しているように示されているリング６０は、ハウジング３８を通じるロボットスピンドル２８の通過部を密閉するための密閉手段を固定するために用いられる。
【００４９】
それに加え、図２では、変換器６２の一部が見てとれ、この変換器６２は図１に示されている冷却体３６と接続状態にある。
【００５０】
図３は第２ロボットアーム１６の俯瞰図を示し、ここでもカバーは取り外されていて、それによりロボットアーム１６の内部構造が見てとれる。
【００５１】
図３から分かるように、第３冷却体６４がハウジング３８においてこのハウジング３８の切欠き開口部内に受容されていて、それによりこの第３冷却体６４はハウジング壁部の一部を形成している。冷却体６４には第３変換器６６が付設されている。つまり例えば、変換器６２が作動モータ４４に、変換器５８が旋回モータ４０に、変換器６６が作動モータ４２に割り当てられ得る。それら全ての変換器とモータは、図２で示されている制御回路５４により制御される。上位構成グループからの第２ロボットアーム１６の電力供給と情報供給は、図１で見ることのできる接続ケーブル３０を用いてロボットコンソール２０を介して行われる。
【００５２】
更に図３では、ハウジング３８が、旋回軸線２４に近い方のハウジング部分３８ｃと、旋回軸線２４から遠い方のハウジング部分３８ｂとを有することが見てとれる。旋回軸線２４から遠い方のハウジング部分３８ｂ内には作動ユニット２６が配設されていて、それに対し、旋回軸線２４に近い方のハウジング部分３８ｃ内には、旋回モータ４０と、対応する冷却体３６、５６、６４を有する変換器５８、６２、６６とが配設されている。
【００５３】
より正確には旋回軸線２４に近い方のハウジング部分３８ｃは３つの平坦なハウジング部分６８、７０、７２を有し、これらのハウジング部分は、旋回軸線２４に対して平行に配設されていて、この旋回軸線２４に対して最短間隔を有している。例えば旋回軸線２４からハウジング部分７０までの間隔ａが記入されている。対応する冷却体３６、５６、６４を有する変換器５８、６２、６６を、旋回軸線２４に最も近いハウジング部分６８、７０、７２に配設することは、第２ロボットアーム１６が、旋回軸線２４を中心にした回転に関し、出来るだけ小さな質量慣性モーメントを有するという長所をもっている。それに加え、ハウジング部分６８、７０、７２の平坦形成は、変換器と冷却体の装着を容易にする。補助的に作動モータ４２及び４４も出来るだけ旋回モータ４０の近くに配設されている。
【００５４】
更に、作動モータ４２及び４４とロボットスピンドル２８との間に記憶ユニット７３が設けられていることが見てとれ、この記憶ユニット７３内には例えばタイプやアーム寸法や較正データなどのようなロボット特有の特徴が記憶されていて、それにより非図示のスイッチキャビネット内のユニバーサル制御装置がスカラロボットを認識し、修理時にはスカラロボットの新較正を伴うことなく交換され得る。
【００５５】
更にこの記憶ユニット７３には作動機具が接続可能であり、この作動機具は、使用者によりそのために設けられているロボットスピンドル２８の縦端部に装着される。記憶ユニット７３をそのような作動機具と接続するために多数のデジタル形式並びにアナログ形式の入出力部が設けられている。オプションとしてフィールドバス・コネクタも設けられ得る。
【００５６】
更に図３では、冷却体３６、５６、６４がハウジング３８の切欠き開口部７４、７６、７８を覆い、従ってそれ自体がハウジング３８の一部を形成していることが見てとれる。また歯付ベルト４７の締め器８０が設けられていることも付言すべきである。
【００５７】
図４は、第２ロボットアーム１６をハウジング３８のない状態で斜め上方から見た図であり、作動モータ４２及び４４が実質的に正確に並置されていること、即ち作動モータ４２及び４４がそれらの平行なモータ軸４２ｂ及び４４ｂの伸張方向において実質的に第２ロボットアーム１６の同じ構成領域を占めていることを示している。それにより作動モータ４２及び４４のいずれもモータ軸４２ｂ及び４４ｂの縦方向において他方のモータに比べて突出することはなく、このことはモータの縦方向における第２ロボットアーム１６の構成高を僅かなものとする。更にベルト伝動装置は互いに邪魔し合うことはないので、従来の装置と比べ、ベルト・偏向装置が排除され得る。それによりロボットアームの質量と質量慣性モーメントが減少される。
【００５８】
補足として指摘すべきこととして、第２ロボットアーム１６内の全ての回転部の軸線、即ちモータ４０、４２、４４の軸、減速ディスク５０、ロボットスピンドル２８、更にはベルト締め器４８及び８０、並びにこれらに装着されている回転部は、実質的に互いに平行に指向されていることが挙げられる。
【００５９】
冷却体６４と変換器６６は図４では描かれていない。
【００６０】
図５ではスカラロボット１０の回路が簡素化されて描かれている。ロボットコンソール１２内へは交流電圧供給線８２と制御線８４とが案内されている。交流電圧供給線８２は整流器（順変換器）８６へと導かれ、この整流器８６は直流電圧を生成し、この直流電圧は、直流電圧線８８を介し、第２ロボットアーム１６内のインバータ（逆変換器）５８、６２、６６、並びに第１ロボットアーム内のインバータ（逆変換器）９０へと供給される。インバータ９０は第１旋回モータ９２用の交流電圧を提供する。第２ロボットアーム１６内の残りのインバータ５８、６２、６６はモータ４０、４２、４４と既述したように接続されている。
【００６１】
制御線８４は、ロボットコンソール１２用の制御回路９４と、第２ロボットアーム１６内の制御回路５４と接続されている。制御回路９４及び５４は制御接続線９６を介して接続されていて、それに加え、制御回路９４及び５４は、各々、それらに割り当てられているロボットボディ部内に受容されているインバータと接続されている。また制御回路９４は他の制御接続線９８を介して整流器８６とその制御のために接続されている。整流器８６並びにインバータ５８、６２、６６、９０を制御することにより、モータ９２、４０、４２、４４が適切に駆動され得る。
【００６２】
補足として、第２ロボットアーム１６の旋回モータ４０には、その第１ロボットアーム１４側の端部にてハーモニック・ドライブ・伝動装置１００が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に従うスカラロボットの斜視外観図である。
【図２】図１のスカラロボットの第２ロボットアームの斜視図であり、ここではロボットアームのハウジングが取り外されている。
【図３】図２の第２ロボットアームの俯瞰図であり、ここではロボットアームのカバーが取り外されている。
【図４】ハウジングの取り外されている第２ロボットアームの他の斜視図である。
【図５】本発明に従うスカラロボットの駆動部のケーブル敷設を示すための概要配線図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ スカラロボット
１２ ロボットコンソール
１４ 第１ロボットアーム
１６ 第２ロボットアーム
１８ サポート
２０ 第１旋回軸線
２４ 第２旋回軸線
２６ 作動ユニット
２８ ロボットスピンドル
２８ａ 縦軸線
３０ 接続ケーブル
３２ 冷却体
３２ａ リブ
３４ ハウジング
３４ａ 壁
３６ 冷却体
３６ａ リブ
３８ ハウジング
３８ａ 壁部分
３８ｂ ハウジング部分
３８ｃ ハウジング部分
４０ 旋回モータ
４０ａ モータ軸
４２ 第１作動モータ
４２ａ 駆動・縦端部
４２ｂ モータ軸
４４ 第２作動モータ
４４ａ 駆動・縦端部
４４ｂ モータ軸
４６ 歯付きベルト
４７ 歯付きベルト
４８ ベルト締め器
４９ 昇降駆動部
５０ 減速輪
５２ 歯付きベルト
５３ 駆動ユニット
５４ 制御回路
５６ 冷却体
５８ 変換器
６０ リング
６２ 変換器
６４ 冷却体
６６ 変換器
６８ ハウジング部分
７０ ハウジング部分
７２ ハウジング部分
７３ 記憶ユニット
７４ 切欠き開口部
７６ 切欠き開口部
７８ 切欠き開口部
８０ 締め器
８２ 交流電圧供給線
８４ 制御線
８６ 整流器
８８ 直流電圧線
９０ インバータ
９２ 第１旋回モータ
９４ 制御回路
９６ 制御接続線
９８ 制御接続線
１００ ハーモニック・ドライブ・伝動装置
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０２４２５８４６
【氏名又は名称】ボッシュ レックスロート アクチエンゲゼルシャフト
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| 【出願日】 |
平成１６年１０月２１日（２００４．１０．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１８６７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 アキラ
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| 【公開番号】 |
特開２００５−１２５４８９（Ｐ２００５−１２５４８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年５月１９日（２００５．５．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２００４−３０６８５６（Ｐ２００４−３０６８５６） |
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