JP4235931B2 - パラレルリンクロボット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工業用ロボット等の位置制御用３次元運動機構として用いられるロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３次元運動機構として用いられる従来のパラレルリンクロボットは、例えば図４、図５に示すようなものである。
図４に示されるパラレルリンクロボットは、基台２０、可動板２１、伸縮可能な直動対偶２２ａ〜２２ｃと駆動用アクチュエータを有するリンク２３ａ〜２３ｃが３組、伸縮可能なリンク２４で構成される。駆動用アクチュエータを有するリンク２３ａ〜２３ｃの一方の基端はユニバーサルジョイント２５ａ〜２５ｃ（２自由度回転対偶）により基台２０と連結されており、他方の基端は球対偶２６ａ〜２６ｃにより可動板２１と連結されている。伸縮可能なリンク２４の一方の基端はユニバーサルジョイント２７により基台２０と連結され、他方の基端は可動板２１に固定されている。
以上の構成により、リンク２３ａ〜２３ｃに配置されたアクチュエータのそれぞれに、図示しない制御装置により動作指令値を与えることによって、各リンク２３ａ〜２３ｃをそれぞれ伸縮させ、可動板２１を３次元的に位置制御することができる。可動板２１はユニバーサルジョイント２７において連結されているため、位置が変化すると姿勢も変化する。
【０００３】
また、図５に示されるパラレルリンクロボットは、基台２８、可動板２９、平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃとリンク３１ａ〜３１ｃからなるアームが３組、基台２８に装着された３台の駆動用回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃで構成される。平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃとリンク３１ａ〜３１ｃは回転対偶３２で連結されている。リンク３１ａ〜３１ｃの一方の基端は駆動用回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃに取り付けられ、平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃの一方の基端は可動板２９と回転対偶３３ａ〜３３ｃで連結されている。
以上の構成により、回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃのそれぞれに、図示しない制御装置により動作指令値を与えることによって、各リンク３１ａ〜３１ｃをそれぞれ揺動させ、可動板２９を３次元的に位置制御することができる。可動板２９は常に水平姿勢を保持する。
さらに、特開昭６３−１５０１７８号公報には、基台と可動板との間に、それぞれが２本のリンクをヒンジジョイント（回転対偶）で連結したアームを３組配置し、一方のリンクの端部と可動板とをボール−ソケット接合部で結合し、他方のリンクの端部を前記基台に取り付けた直動シリンダーと回転式アクチュエータとで直動及び回転可能に構成したマニピュレータが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような従来の技術では、可動板が移動したときに同時に姿勢も変化するため、各アクチュエータの変位量から可動板の位置、姿勢を算出する順運動学計算、可動板の位置、姿勢から各アクチュエータの変位量を算出する逆運動学計算が複雑になる。また姿勢を固定するために駆動リンクの他に、伸縮リンクを付加しなければならず、そのため部品数が多くなるといった問題もある。
また、図５に示すような従来の技術では、可動板は姿勢を常に水平方向に保持したまま移動するため、前記の順運動学計算、逆運動学計算は比較的容易であるが、平行四辺形リンクを用いているため、リンク、対偶等を構成する部品数が多くなるといった問題がある。
さらに、特開昭６３−１５０１７８号公報に開示されたマニピュレータでは、直動シリンダーと回転式アクチュエータの二つの駆動手段を各アームについて設置しなければならず、部品点数が多くなると共に、制御も複雑になるという問題があった。
そこで、本発明は運動学計算を容易に行うことができ、部品数の少ない、コンパクトで軽量な３次元運動機構のパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するため、本発明のパラレルリンクロボットは、基台と、この基台に装着された３台の駆動用回転アクチュエータと、ハンド、マニピュレータ等のエンドエフェクタを取り付ける可動板と、前記各駆動回転アクチュエータと前記可動板とを連結する２本１組のアーム３組とにより構成されたパラレルリンクロボットにおいて、前記２本１組のアームは、回転対偶で連結された２本のリンクで構成されており、一方のリンク基端は前記回転アクチュエータにそれぞれ取り付けられ、他方のリンクの基端は前記可動板と円筒対偶でそれぞれ連結されている構成とした。
前記円筒対偶は、前記可動体に回転自由に支持された直動案内軸とその直動案内軸に対して直動連結された直動体とによって構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。このパラレルリンクロボットは基台１、可動板２、２本のリンク３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃからなるアーム３組で構成し、図に示すように３組のアームは１２０°等配とする。リンク３ａ〜３ｃとリンク４ａ〜４ｃは回転軸受で支持された回転対偶５ａ〜５ｃで連結する。リンク３ａ〜３ｃの他方の基端は回転アクチュエータ６ａ〜６ｃに接続される。リンク４ａ〜４ｃの他方の基端は可動板２と円筒対偶７ａ〜７ｃにより連結される。
円筒対偶７の実施例を図２に示す。ボールスプライン軸１２とスプライン外筒１０によって構成される直動対偶において、スプライン外筒１０は、ボールスプライン軸１３に対して回転は拘束されているが、ボールスプライン軸１３の長さ方向に自在に摺動するように取り付けられ、リンク４はキー１１及びハウジング９により、スプライン外筒１０に固定されている。ボールスプライン軸１２は軸受１４ａ〜１４ｂによりハウジング１３ａ，１３ｂに対して回転自由に支持されており、軸受１４ａ〜１４ｂはハウジング１３ａ，１３ｂ、止め輪１６ａ，１６ｂで固定され、ハウジング１３ａ，１３ｂは可動板２に固定される。
【０００７】
以上の構成により、基台１上に配置された３つの回転アクチュエータ６ａ〜６ｃのそれぞれに、図示しない制御装置より動作指令値を与えることによって、各リンク３ａ〜３ｃを回転軸まわりに揺動させ、３本のリンク３ａ〜３ｃの揺動を組み合わせることにより、リンク４ａ〜４ｃと円筒対偶７ａ〜７ｃで連結された可動板２を３次元的に位置制御することができる。このとき各対偶５ａ〜５ｃ，７ａ〜７ｃの拘束によって、可動板２は常に水平姿勢を保持する。
また、本発明のパラレルリンクロボットの可動板２上に３自由度のシリアルマニピュレータを搭載することにより６自由度を有するロボットマニピュレータを構築することができる。
【０００８】
実施例を図３に示す。図において前記のパラレルリンクロボットの可動板２に図の１７、１８、１９に示すそれぞれ直交するアームを持つ３自由度マニピュレータを設置している。パラレルリンクロボットを位置制御、３自由度マニピュレータを姿勢制御することにより、６自由度の動作が可能となる。
本発明のパラレルリンクロボットでは、３組のアームによって可動板は常に水平姿勢を保持する。そのため、姿勢角は常に０であり、姿勢角の計算を省略できる。位置、姿勢が未知の場合、計算に必要な変数は６個であるが、位置のみが未知の場合、変数は３個となり、運動学の計算時間が大幅に短縮できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のパラレルリンクロボットは、計６本のリンクと回転対偶、３つの円筒対偶、アクチュエータで構成することができ、少ない要素で軽量で高速な動作が可能であり、且つ可動板の姿勢が常に水平方向を保っているため、順運動学、逆運動学において姿勢に関する計算が省略でき、運動学計算が容易である。また、円筒対偶を可動体に回転自由に支持された直動案内軸とその直動案内軸に対して直動連結された直動体とによって構成することによって、コンパクトで簡単な構造のパラレルリンクロボットを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【図２】 図１に示すパラレルリンクロボットの円筒対偶の実施例を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す斜視図である。
【図４】 従来のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【図５】 従来のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 基台
２ 可動板
３ａ〜３ｃ，４，４ａ〜４ｃ リンク
５ａ〜５ｃ 回転対偶
６ａ〜６ｃ アクチュエータ
７，７ａ〜７ｃ 円筒対偶
９，１３ａ，１３ｂ ハウジング
１０ スプライン外筒（直動案内軸）
１１ キー
１２ スプライン軸（直動体）
１４ａ，１４ｂ 軸受
１６ａ，１６ｂ 止め輪
１７，１８，１９ アーム
【発明の属する技術分野】
本発明は工業用ロボット等の位置制御用３次元運動機構として用いられるロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３次元運動機構として用いられる従来のパラレルリンクロボットは、例えば図４、図５に示すようなものである。
図４に示されるパラレルリンクロボットは、基台２０、可動板２１、伸縮可能な直動対偶２２ａ〜２２ｃと駆動用アクチュエータを有するリンク２３ａ〜２３ｃが３組、伸縮可能なリンク２４で構成される。駆動用アクチュエータを有するリンク２３ａ〜２３ｃの一方の基端はユニバーサルジョイント２５ａ〜２５ｃ（２自由度回転対偶）により基台２０と連結されており、他方の基端は球対偶２６ａ〜２６ｃにより可動板２１と連結されている。伸縮可能なリンク２４の一方の基端はユニバーサルジョイント２７により基台２０と連結され、他方の基端は可動板２１に固定されている。
以上の構成により、リンク２３ａ〜２３ｃに配置されたアクチュエータのそれぞれに、図示しない制御装置により動作指令値を与えることによって、各リンク２３ａ〜２３ｃをそれぞれ伸縮させ、可動板２１を３次元的に位置制御することができる。可動板２１はユニバーサルジョイント２７において連結されているため、位置が変化すると姿勢も変化する。
【０００３】
また、図５に示されるパラレルリンクロボットは、基台２８、可動板２９、平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃとリンク３１ａ〜３１ｃからなるアームが３組、基台２８に装着された３台の駆動用回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃで構成される。平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃとリンク３１ａ〜３１ｃは回転対偶３２で連結されている。リンク３１ａ〜３１ｃの一方の基端は駆動用回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃに取り付けられ、平行四辺形リンク３０ａ〜３０ｃの一方の基端は可動板２９と回転対偶３３ａ〜３３ｃで連結されている。
以上の構成により、回転アクチュエータ３４ａ〜３４ｃのそれぞれに、図示しない制御装置により動作指令値を与えることによって、各リンク３１ａ〜３１ｃをそれぞれ揺動させ、可動板２９を３次元的に位置制御することができる。可動板２９は常に水平姿勢を保持する。
さらに、特開昭６３−１５０１７８号公報には、基台と可動板との間に、それぞれが２本のリンクをヒンジジョイント（回転対偶）で連結したアームを３組配置し、一方のリンクの端部と可動板とをボール−ソケット接合部で結合し、他方のリンクの端部を前記基台に取り付けた直動シリンダーと回転式アクチュエータとで直動及び回転可能に構成したマニピュレータが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような従来の技術では、可動板が移動したときに同時に姿勢も変化するため、各アクチュエータの変位量から可動板の位置、姿勢を算出する順運動学計算、可動板の位置、姿勢から各アクチュエータの変位量を算出する逆運動学計算が複雑になる。また姿勢を固定するために駆動リンクの他に、伸縮リンクを付加しなければならず、そのため部品数が多くなるといった問題もある。
また、図５に示すような従来の技術では、可動板は姿勢を常に水平方向に保持したまま移動するため、前記の順運動学計算、逆運動学計算は比較的容易であるが、平行四辺形リンクを用いているため、リンク、対偶等を構成する部品数が多くなるといった問題がある。
さらに、特開昭６３−１５０１７８号公報に開示されたマニピュレータでは、直動シリンダーと回転式アクチュエータの二つの駆動手段を各アームについて設置しなければならず、部品点数が多くなると共に、制御も複雑になるという問題があった。
そこで、本発明は運動学計算を容易に行うことができ、部品数の少ない、コンパクトで軽量な３次元運動機構のパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するため、本発明のパラレルリンクロボットは、基台と、この基台に装着された３台の駆動用回転アクチュエータと、ハンド、マニピュレータ等のエンドエフェクタを取り付ける可動板と、前記各駆動回転アクチュエータと前記可動板とを連結する２本１組のアーム３組とにより構成されたパラレルリンクロボットにおいて、前記２本１組のアームは、回転対偶で連結された２本のリンクで構成されており、一方のリンク基端は前記回転アクチュエータにそれぞれ取り付けられ、他方のリンクの基端は前記可動板と円筒対偶でそれぞれ連結されている構成とした。
前記円筒対偶は、前記可動体に回転自由に支持された直動案内軸とその直動案内軸に対して直動連結された直動体とによって構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。このパラレルリンクロボットは基台１、可動板２、２本のリンク３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃからなるアーム３組で構成し、図に示すように３組のアームは１２０°等配とする。リンク３ａ〜３ｃとリンク４ａ〜４ｃは回転軸受で支持された回転対偶５ａ〜５ｃで連結する。リンク３ａ〜３ｃの他方の基端は回転アクチュエータ６ａ〜６ｃに接続される。リンク４ａ〜４ｃの他方の基端は可動板２と円筒対偶７ａ〜７ｃにより連結される。
円筒対偶７の実施例を図２に示す。ボールスプライン軸１２とスプライン外筒１０によって構成される直動対偶において、スプライン外筒１０は、ボールスプライン軸１３に対して回転は拘束されているが、ボールスプライン軸１３の長さ方向に自在に摺動するように取り付けられ、リンク４はキー１１及びハウジング９により、スプライン外筒１０に固定されている。ボールスプライン軸１２は軸受１４ａ〜１４ｂによりハウジング１３ａ，１３ｂに対して回転自由に支持されており、軸受１４ａ〜１４ｂはハウジング１３ａ，１３ｂ、止め輪１６ａ，１６ｂで固定され、ハウジング１３ａ，１３ｂは可動板２に固定される。
【０００７】
以上の構成により、基台１上に配置された３つの回転アクチュエータ６ａ〜６ｃのそれぞれに、図示しない制御装置より動作指令値を与えることによって、各リンク３ａ〜３ｃを回転軸まわりに揺動させ、３本のリンク３ａ〜３ｃの揺動を組み合わせることにより、リンク４ａ〜４ｃと円筒対偶７ａ〜７ｃで連結された可動板２を３次元的に位置制御することができる。このとき各対偶５ａ〜５ｃ，７ａ〜７ｃの拘束によって、可動板２は常に水平姿勢を保持する。
また、本発明のパラレルリンクロボットの可動板２上に３自由度のシリアルマニピュレータを搭載することにより６自由度を有するロボットマニピュレータを構築することができる。
【０００８】
実施例を図３に示す。図において前記のパラレルリンクロボットの可動板２に図の１７、１８、１９に示すそれぞれ直交するアームを持つ３自由度マニピュレータを設置している。パラレルリンクロボットを位置制御、３自由度マニピュレータを姿勢制御することにより、６自由度の動作が可能となる。
本発明のパラレルリンクロボットでは、３組のアームによって可動板は常に水平姿勢を保持する。そのため、姿勢角は常に０であり、姿勢角の計算を省略できる。位置、姿勢が未知の場合、計算に必要な変数は６個であるが、位置のみが未知の場合、変数は３個となり、運動学の計算時間が大幅に短縮できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のパラレルリンクロボットは、計６本のリンクと回転対偶、３つの円筒対偶、アクチュエータで構成することができ、少ない要素で軽量で高速な動作が可能であり、且つ可動板の姿勢が常に水平方向を保っているため、順運動学、逆運動学において姿勢に関する計算が省略でき、運動学計算が容易である。また、円筒対偶を可動体に回転自由に支持された直動案内軸とその直動案内軸に対して直動連結された直動体とによって構成することによって、コンパクトで簡単な構造のパラレルリンクロボットを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【図２】 図１に示すパラレルリンクロボットの円筒対偶の実施例を示す断面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す斜視図である。
【図４】 従来のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【図５】 従来のパラレルリンクロボットを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 基台
２ 可動板
３ａ〜３ｃ，４，４ａ〜４ｃ リンク
５ａ〜５ｃ 回転対偶
６ａ〜６ｃ アクチュエータ
７，７ａ〜７ｃ 円筒対偶
９，１３ａ，１３ｂ ハウジング
１０ スプライン外筒（直動案内軸）
１１ キー
１２ スプライン軸（直動体）
１４ａ，１４ｂ 軸受
１６ａ，１６ｂ 止め輪
１７，１８，１９ アーム
Claims (2)
- 基台と、この基台に装着された３台の駆動用回転アクチュエータと、ハンド、マニピュレータ等のエンドエフェクタを取り付ける可動板と、前記各駆動回転アクチュエータと前記可動板とを連結する２本１組のアーム３組とにより構成されたパラレルリンクロボットにおいて、
前記２本１組のアームは、回転対偶で連結された２本のリンクで構成されており、一方のリンク基端は前記回転アクチュエータにそれぞれ取り付けられ、他方のリンクの基端は前記可動板と円筒対偶でそれぞれ連結されていることを特徴とするパラレルリンクロボット。 - 前記円筒対偶を、前記可動体に回転自由に支持された直動案内軸とその直動案内軸に対して直動連結された直動体とによって構成した請求項１記載のパラレルリンクロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000114308A JP4235931B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | パラレルリンクロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000114308A JP4235931B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | パラレルリンクロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001293676A JP2001293676A (ja) | 2001-10-23 |
| JP4235931B2 true JP4235931B2 (ja) | 2009-03-11 |
Family
ID=18626133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000114308A Expired - Fee Related JP4235931B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | パラレルリンクロボット |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4235931B2 (ja) |
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- 2000-04-14 JP JP2000114308A patent/JP4235931B2/ja not_active Expired - Fee Related
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