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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelroboter.
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[Stand der Technik]
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Ein bekannter Parallelroboter in der verwandten Technik enthält Folgendes: eine Basis, in der drei Motoren vorgesehen sind; einen unter der Basis angeordneten beweglichen Teil; und drei Arme, die die Basis und den beweglichen Teil parallel miteinander verbinden und die durch die Motoren angetrieben werden (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2). Jeder Arm enthält ein mit einem Motor verbundenes Antriebsverbindungsglied und zwei das Antriebsverbindungsglied und den beweglichen Teil verbindende parallele angetriebene Verbindungsglieder.
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Der bewegliche Teil enthält einen Ausrichtungsänderungsmechanismus, der die Ausrichtung eines an dem beweglichen Teil befestigten Elements ändert. Ein parallel zu dem angetriebenen Gelenk angeordneter zusätzlicher Aktuator und eine Kraftübertragungswelle, die die Drehantriebskraft von dem zusätzlichen Aktuator zu dem Ausrichtungsänderungsmechanismus überträgt, sind zwischen den beiden angetriebenen Verbindungsgliedern eines oder mehrerer Arme befestigt.
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[Liste der Anführungen]
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[Patentliteratur]
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- [PTL 1] Japanisches Patent Nr. 4653848
- [PTL 2] Japanisches Patent Nr. 5576912
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[Kurzdarstellung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Wenn eine große Kraft zum Ändern der Ausrichtung des an dem beweglichen Teil befestigten Elements erforderlich ist, muss die Größe des zusätzlichen Aktuators und eines Stützglieds für den zusätzlichen Aktuator vergrößert werden. In diesem Fall nimmt auch das Gewicht des zusätzlichen Aktuators, der Kraftübertragungswelle und des Stützglieds zu, was insofern zu einem Nachteil führt, als es erforderlich ist, auch die Steifigkeit des angetriebenen Verbindungsglieds, an dem das Stützglied befestigt ist, zu erhöhen und ferner die Größe des Motors für den Arm, an dem der zusätzliche Aktuator befestigt ist, zu vergrößern.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Parallelroboter bereitzustellen, bei dem die Kraft zum Ändern der Ausrichtung eines an dem beweglichen Teil befestigten Elements erhöht werden kann, ohne die Größe der Einrichtung zu vergrößern.
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[Lösung des Problems]
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Parallelroboter, der Folgendes enthält: eine Basis mit zwei oder mehr Aktuatoren, die an einer äußeren Struktur befestigt ist; einen beweglichen Teil, der sich bezüglich der Basis bewegen kann; zwei oder mehr Verbindungsgliedteile, die mit den Aktuatoren der Basis verbunden sind; einen Ausrichtungsänderungsmechanismus, der die Ausrichtung eines an dem beweglichen Teil befestigten Elements ändert; zwei oder mehr zusätzliche Aktuatoren, die an zwei oder mehr Verbindungsgliedteilen vorgesehen sind, um die Ausrichtung des Elements mit dem gleichen Freiheitsgrad zu ändern; und Kraftübertragungswellen, die eine Drehantriebskraft von den zusätzlichen Aktuatoren zu dem Ausrichtungsänderungsmechanismus übertragen. Die Verbindungsgliedteile enthalten jeweils ein Antriebsverbindungsglied, das mit einem entsprechenden der Aktuatoren verbunden ist und das bezüglich der Basis einen Freiheitsgrad hat, und zwei angetriebene Verbindungsglieder, die parallel zueinander angeordnet sind und das Antriebsverbindungsglied und den beweglichen Teil verbinden. Die zusätzlichen Aktuatoren sind zwischen den angetriebenen Verbindungsgliedern von zwei oder mehr Verbindungsgliedteilen angeordnet. Die Kraftübertragungswellen erstrecken sich von den zusätzlichen Aktuatoren entlang den angetriebenen Verbindungsgliedern und sind mit Universalgelenken mit sich von dem Ausrichtungsänderungsmechanismus erstreckenden Wellen verbunden. Die Universalgelenke befinden sich auf einer Schnittpunkte zwischen den beiden angetriebenen Verbindungsgliedern und dem beweglichen Teil verbindenden Geraden.
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Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, die zusätzlichen Aktuatoren bis zu der Anzahl der Verbindungsgliedteile hinzuzufügen, wodurch der Freiheitsgrad des Parallelroboters erhöht wird. Durch Betätigen der zusätzlichen Aktuatoren ist es möglich, die durch die zusätzlichen Aktuatoren erzeugte Drehantriebskraft durch die Kraftübertragungswellen auf den beweglichen Teil zu übertragen und somit die Ausrichtung des an dem beweglichen Teil befestigten Elements zu ändern.
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Da die zusätzlichen Aktuatoren zwischen den angetriebenen Verbindungsgliedern der zwei oder mehr Verbindungsgliedteile angeordnet sind und die zusätzlichen Aktuatoren die Ausrichtung des beweglichen Teils mit dem gleichen Freiheitsgrad ändern, ist es, selbst wenn eine große Last an den beweglichen Teil angelegt wird, in diesem Fall möglich, zu bewirken, dass die mehreren zusätzlichen Aktuatoren die Drehantriebskraft für den Antrieb des beweglichen Teils teilen. Selbst wenn der bewegliche Teil eine große Kraft erfordert, kann insbesondere die Kraft zum Ändern der Ausrichtung des an dem beweglichen Teil befestigten Elements erhöht werden, ohne die Größe der zusätzlichen Aktuatoren, der angetriebenen Verbindungsglieder, der Antriebsverbindungsglieder und der auf der Basis vorgesehenen Aktuatoren zu vergrößern.
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Bei diesem Aspekt kann der Ausrichtungsänderungsmechanismus ein erstes Zahnrad, das an dem Element des beweglichen Teils fixiert ist, und zwei oder mehr zweite Zahnräder, die mit dem ersten Zahnrad kämmen, enthalten. Die Wellen können an den zweiten Zahnrädern fixiert sein.
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Bei dieser Konfiguration wird die Drehantriebskraft von den zusätzlichen Aktuatoren durch die Kraftübertragungswellen mit den Universalgelenken auf die Wellen des Ausrichtungsänderungsmechanismus übertragen und wird dann durch das erste Zahnrad, mit dem zwei oder mehr an den zwei oder mehr Wellen fixierte zweite Zahnräder gleichzeitig kämmen, auf das Element des beweglichen Teils übertragen und somit ist es möglich, die Ausrichtung des Elements zu ändern.
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Bei diesem Aspekt können die angetriebenen Verbindungsglieder der zwei oder mehr Verbindungsgliedteile so angeordnet sein, dass sie sich in Richtungen von dem Antriebsverbindungsglied zu dem beweglichen Teil erstrecken, die näher beieinanderliegen, und das erste Zahnrad und die zweiten Zahnräder können Kegelräder sein.
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Bei dieser Konfiguration ist es möglich, die Drehantriebskraft durch Kämmen zwischen den Kegelrädern von den Kraftübertragungswellen, die entlang den angetriebenen Verbindungsgliedern in einer Richtung geneigt angeordnet sind, leicht auf den beweglichen Teil zu übertragen, um somit eine große bewegliche Fläche des beweglichen Teils zu gewährleisten.
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[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung bietet insofern einen Vorteil, als es möglich ist, die Kraft zum Ändern der Ausrichtung eines an dem beweglichen Teil befestigten Elements zu erhöhen, ohne die Größe der Einrichtung zu vergrößern.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Parallelroboters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [2] 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hilfsverbindungsglieds und eines zusätzlichen Aktuators des Parallelroboters in 1.
- [3] 3 zeigt schematisch einen Zustand von angetriebenen Verbindungsgliedern und des Hilfsverbindungsglieds in einem Zustand, in dem ein beweglicher Teil des Parallelroboters in 1 direkt unter einer Basis angeordnet ist.
- [4] 4 zeigt schematisch einen Zustand des angetriebenen Verbindungsglieds und des Hilfsverbindungsglieds in einem Zustand, in dem sich der bewegliche Teil in 3 in der Horizontalrichtung bewegt hat.
- [5] 5 zeigt schematisch die Struktur einer Handgelenkwelle des Parallelroboters in 1.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Nachfolgend wird ein Parallelroboter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Parallelroboter 1 gemäß dieser Ausführungsform Folgendes: eine Basis 2, die in dem Gehäuse 9 untergebracht ist; einen scheibenförmigen beweglichen Teil 3, der unter der Basis 2 angeordnet ist; drei Arme (Verbindungsgliedteile) 4, die die Basis 2 und den beweglichen Teil 3 parallel verbinden; drei Aktuatoren 5, die in der Basis 2 vorgesehen sind und die drei Arme 4 jeweils antreiben; eine Handgelenkwelle 6, die an dem beweglichen Teil 3 vorgesehen ist; zusätzliche Aktuatoren 7 zum Antrieb der Handgelenkwelle 6; und Antriebswellen (Kraftübertragungswellen) 8.
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Das Gehäuse 9 und die Basis 2 sind (in Draufsicht) kreisförmige Glieder, die an einer äußeren Struktur (nicht gezeigt) fixiert sind, welche über dem Parallelroboter 1 angeordnet ist und an der die drei Aktuatoren 5 zum Antrieb der drei Arme 4 fixiert sind. Die drei Aktuatoren 5 enthalten jeweils einen Servomotor und ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt), sind in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung um die mittlere Achse der Basis 2 angeordnet und weisen horizontale Drehantriebswellen auf, die so angeordnet sind, dass sie sich in tangential zu einem Kreis um die mittlere Achse der Basis 2 verlaufenden Richtungen erstrecken.
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Die Arme 4 weisen jeweils ein Antriebsverbindungsglied 41, das an einem Ende an der Drehantriebswelle des entsprechenden Aktuators 5 befestigt ist, und zwei parallele angetriebene Verbindungsglieder 42, die das andere Ende des Antriebsverbindungsglieds 41 und den beweglichen Teil 3 verbinden, auf. Das Antriebsverbindungsglied 41 und die angetriebenen Verbindungsglieder 42 sind durch Kugellager 43 miteinander verbunden, und die angetriebenen Verbindungsglieder 42 und der bewegliche Teil 3 sind durch Kugellager 44 miteinander verbunden.
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Die vier Kugellager 43 und 44, die an beiden Enden der beiden angetriebenen Verbindungsglieder 42 jedes Arms 4 angeordnet sind, sind so angeordnet, dass die rechteckige Form mit den Kugellagern 43 und 44 an den Ecken ein Parallelogramm bildet.
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Bei dieser Konfiguration sind die drei Arme 4 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung um die mittlere Achse der Basis 2 angeordnet. Durch unabhängiges Steuern der drei Aktuatoren 5 ist es möglich, den beweglichen Teil 3 in dreidimensionalen Richtungen, die zwei Horizontalrichtungen und eine Vertikalrichtung beinhalten, in eine gewünschte Position translatorisch zu verschieben und zu positionieren, während er horizontal gehalten wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die zusätzlichen Aktuatoren 7 bei dieser Ausführungsform an zwei Armen 4 vorgesehen.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind die beiden angetriebenen Verbindungsglieder 42 jedes Arms 4 durch Hilfsverbindungsglieder 45, die in einer Zwischenposition in der Längsrichtung der angetriebenen Verbindungsglieder 42 vorgesehen sind, miteinander verbunden. Beide Enden der Hilfsverbindungsglieder 45 sind mit Lagern 46 so mit den angetriebenen Verbindungsgliedern 42 verbunden, dass sie um senkrecht zu einer Ebene verlaufende Achsen, die die Längsachsen der beiden angetriebenen Verbindungsglieder 42 beinhalten, drehbar sind.
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Die zusätzlichen Aktuatoren 7 sind jeweils mit einem Lager 47 mit den mittleren Abschnitten der Hilfsverbindungsglieder 45 in der Längsrichtung verbunden, derart, dass sie um eine parallel zu den Achsen der Lager 46 an beiden Enden der Hilfsverbindungsglieder 45 verlaufende Achse drehbar sind. Der zusätzliche Aktuator 7 enthält ferner einen Motor und ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt) und weist eine Ausgangswelle auf, die um eine parallel zu der Längsrichtung der angetriebenen Verbindungsglieder 42 laufende Achse drehbar ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist die Antriebswelle 8 an einem Ende an der Ausgangswelle des zusätzlichen Aktuators 7 fixiert und erstreckt sich so zwischen den beiden angetriebenen Verbindungsgliedern 42, dass sie parallel zu den angetriebenen Verbindungsgliedern 42 ist.
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Wie in den 3 bis 5 gezeigt ist, ist das andere Ende der Antriebswelle 8 mit einem Universalgelenk 48 mit einer Welle 62a eines Ausrichtungsänderungsmechanismus 62 (unten beschrieben) verbunden. Es ist wünschenswert, dass sich der Mittelpunkt des Universalgelenks 48 auf einer die Mittelpunkte der beiden Kugellager 44, die die beiden angetriebenen Verbindungsglieder 42 und den beweglichen Teil 3 verbinden, verbindenden Geraden befindet.
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Die 3 und 4 zeigen die Funktionsweise der angetriebenen Verbindungsglieder 42, der Hilfsverbindungsglieder 45, der zusätzlichen Aktuatoren 7 und der Antriebswellen 8, wenn der bewegliche Teil 3 in einer Horizontalrichtung bewegt wird. 3 zeigt einen Zustand, in dem die mittlere Achse des beweglichen Teils 3 und die mittlere Achse der Basis 2 miteinander fluchten, und 4 zeigt einen Zustand, in dem der bewegliche Teil 3 aus einem Zustand in 3 in einer Horizontalrichtung bewegt ist.
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Unabhängig von der Position des beweglichen Teils 3 werden die angetriebenen Verbindungsglieder 42, der zusätzliche Aktuator 7 und Drehantriebswelle 8 parallel zueinander gehalten.
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Die Handgelenkwelle 6 enthält ein scheibenförmiges Befestigungsglied (-element) 61, das durch den beweglichen Teil 3 so gestützt wird, dass es um die mittlere Achse des beweglichen Teils 3 drehbar ist, und den Ausrichtungsänderungsmechanismus 62, der das Befestigungsglied 61 in eine Drehung um die mittlere Achse versetzt.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der Ausrichtungsänderungsmechanismus 62 in dem beweglichen Teil 3 untergebracht und ist an dem Befestigungsglied 61 fixiert. Der Ausrichtungsänderungsmechanismus 62 weist ein erstes Zahnrad 63, das ein Kegelrad ist, welches so gestützt wird, dass es um die mittlere Achse des Befestigungsglieds 61 bezüglich des beweglichen Teils 3 drehbar ist, und zwei zweite Zahnräder 64, die mit dem ersten Zahnrad 63 kämmende Kegelräder sind, auf.
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Wellenteile 62a der beiden zweiten Zahnräder 64 ragen durch den beweglichen Teil 3 schräg nach oben und sind, wie oben beschrieben wurde, mit den Universalgelenken 48 mit den anderen Enden der Antriebswellen 8 verbunden.
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Zwei Motoren, die die beiden zusätzlichen Aktuatoren 7 zum Antrieb der beiden mit dem einzelnen ersten Zahnrad 63 kämmenden zweiten Zahnräder 64 bilden, werden durch den gleichen Drehmomentbefehl angetrieben. Insbesondere werden die beiden zusätzlichen Aktuatoren 7 basierend auf einem einzigen Drehmomentbefehl zusammen gesteuert. Bei dieser Konfiguration kämmen die beiden zweiten Zahnräder 64 beide zuverlässig und gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad 63, und die beiden Aktuatoren 7 teilen sich zuverlässig das Antriebsdrehmoment des ersten Zahnrads 63.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des so konfigurierten Parallelroboters 1 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
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Bei dem Parallelroboter 1 gemäß dieser Ausführungsform werden die drei Antriebsverbindungsglieder 41 mit einem Freiheitsgrad um die Drehantriebswellen der entsprechenden Aktuatoren 5 geschwenkt, wenn die drei auf der an der externen Struktur fixierten Basis 2 vorgesehenen Aktuatoren 5 angetrieben werden.
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Wenn die Antriebsverbindungsglieder 41 mittels einer unabhängigen Steuerung geschwenkt werden, werden die beiden mit den Kugellagern 43 mit dem Ende jedes Antriebsverbindungsglieds 41 verbundenen angetriebenen Verbindungsglieder 42 auf eine angetriebene Weise zwischen den Antriebsverbindungsgliedern 41 und dem beweglichen Teil 3 geschwenkt, während sie in einer parallelen Beziehung gehalten werden. Infolgedessen wird der bewegliche Teil 3 in zwei Horizontalrichtungen und einer Vertikalrichtung, das heißt mit drei Freiheitsgraden, geschwenkt und wird in einer gewünschten Position positioniert.
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Wenn die beiden zusätzlichen Aktuatoren 7 mittels einer Tandemsteuerung gleichzeitig betätigt werden, kämmen die beiden zweiten Zahnräder 64, die mit den Universalgelenken 48 mit den Antriebswellen 8 der beiden zusätzlichen Aktuatoren 7 verbunden sind, gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad 63 und übertragen Kraft, wobei sie das Befestigungsglied 61 um die vertikale Achse bezüglich des beweglichen Teils 3 drehen. Infolgedessen ist es möglich, die Ausrichtung eines an dem Befestigungsglied 61 befestigten Werkzeugs (nicht gezeigt) um die vertikale Achse zu ändern, wobei der positionierte bewegliche Teil 3 unverändert bleibt.
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Da die Kraft zum Drehen des Befestigungsglieds 61 nicht durch einen einzelnen zusätzlichen Aktuator 7, sondern durch zwei zusätzliche Aktuatoren 7 gemeinsam ausgegeben wird, ist es in diesem Fall möglich, die Kraft zu erhöhen, während eine Vergrößerung der Größe der zusätzlichen Aktuatoren 7 vermieden wird, was von Vorteil ist.
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Da die Größe der zusätzlichen Aktuatoren 7 nicht vergrößert werden muss, besteht insbesondere nicht das Erfordernis, die Steifigkeit der Hilfsverbindungsglieder 45 und der angetriebenen Verbindungsglieder 42, an denen die zusätzlichen Aktuatoren 7 befestigt sind, zu erhöhen. Es besteht insofern ein Vorteil, als es auch möglich ist, eine Vergrößerung der Größe der Antriebsverbindungsglieder 41, mit denen die angetriebenen Verbindungsglieder 42 verbunden sind, und der Aktuatoren 5 zum Zuführen von Kraft zu den Antriebsverbindungsgliedern 41 zu verhindern.
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Wenn die Größe des zusätzlichen Aktuators 7 eines Arms 4 vergrößert wird, wird der Gewichtsausgleich zwischen den drei Armen 4 schlechter, was in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des beweglichen Teils 3 potenziell zu einem Verlust von Beschleunigungs-/Verzögerungsleistung führt. Da das Gewicht der zusätzlichen Aktuatoren 7 jedoch von den beiden Armen 4 geteilt wird, tritt solch eine Beeinträchtigung nicht auf, was auch von Vorteil ist.
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Bei dieser Ausführungsform sind die zusätzlichen Aktuatoren 7, die ein relativ großes Gewicht haben, an nahe den Antriebsverbindungsgliedern 41 gelegenen Stellen der angetriebenen Verbindungsglieder 42 angeordnet, und die Kraft wird durch die relativ leichten Antriebswellen 8 übertragen. Somit wird die Beschleunigungs-/Verzögerungsleistung des beweglichen Teils 3 nicht beeinträchtigt.
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Da die Kegelräder als das erste Zahnrad 63 und die zweiten Zahnräder 64 verwendet werden, ist es bei dieser Ausführungsform leicht, die Wellen 62a der beiden zweiten Zahnräder 64 in voneinander weg zu der Oberseite verlaufenden Richtungen zu kippen. Dies erleichtert die Verbindung zwischen den zweiten Zahnrädern 64 und den Antriebswellen 8, die in näher beieinander liegenden Richtungen zu den distalen Enden geneigt sind und entlang den angetriebenen Verbindungsgliedern 42 vorgesehen sind, mit den Universalgelenken 48, was insofern zu einem Vorteil führt, als es möglich ist, ein weites Einsatzgebiet des beweglichen Teils 3 zu gewährleisten.
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Obgleich bei dieser Ausführungsform ein Beispiel für einen Delta-Parallelroboter 1 mit drei Armen 4 beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung stattdessen auf eine andere Art von Parallelroboter mit zwei oder mehr Armen 4 angewandt werden.
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Obgleich ein beispielhafter Fall, in dem die zusätzlichen Aktuatoren 7 an zwei Armen 4 der drei Arme 4 befestigt sind, beschrieben wurde, ist es stattdessen auch möglich, die zusätzlichen Aktuatoren 7 an allen drei Armen 4 zu befestigen und zu gestatten, dass drei zweite Zahnräder 64 gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad 63 kämmen.
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Obgleich ein beispielhafter Fall, in dem die Handgelenkwelle 6 die Ausrichtung des Befestigungsglieds 61 um die vertikale Achse mittels zweier zusätzlicher Aktuatoren 7 ändert, beschrieben wurde, kann die Erfindung stattdessen auf den Fall angewandt werden, dass die Handgelenkwelle 6 die Ausrichtung des Befestigungsglieds 61 um die horizontale Achse ändert. Obgleich ein beispielhafter Fall, in dem die Handgelenkwelle 6 einen Freiheitsgrad hat, beschrieben wurde, kann die Erfindung stattdessen auf den Fall angewandt werden, dass die Handgelenkwelle 6 zwei Freiheitsgrade hat, und eine Änderung der Ausrichtung des Befestigungsglieds 61 entweder mit einem Freiheitsgrad oder zwei Freiheitsgraden kann durch die beiden zusätzlichen Aktuatoren 7 durchgeführt werden.
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Obgleich der oben als ein Beispiel beschriebene Ausrichtungsänderungsmechanismus 62 eine Struktur aufweist, in der das erste Zahnrad 63 mit den zweiten Zahnrädern 64 kämmt, ist die Struktur nicht darauf beschränkt, und es kann ein anderer Mechanismus verwendet werden. Das erste Zahnrad 63 und die zweiten Zahnräder 64 müssen nicht zwangsweise Kegelräder sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parallelroboter
- 2
- Basis
- 3
- beweglicher Teil
- 4
- Arm (Verbindungsgliedteil)
- 5
- Aktuator
- 7
- zusätzlicher Aktuator
- 8
- Antriebswelle (Kraftübertragungswelle)
- 41
- Antriebsverbindungsglied
- 42
- angetriebenes Verbindungsglied
- 48
- Universalgelenk
- 62
- Ausrichtungsänderungsmechanismus
- 62a
- erstes Zahnrad
- 64
- zweites Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4653848 [0003]
- JP 5576912 [0003]
