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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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Es gibt einen Parallelroboter, der einen Basisteil, einen beweglichen Teil und drei Verbindungsgliedteile, die den Basisteil und die bewegliche Platte koppeln, enthält (siehe zum Beispiel PTL 1).
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Ein Verbindungsgliedteil eines Parallelroboters von PTL 1 ist durch ein sich von dem Basisteil erstreckendes Antriebsverbindungsglied und zwei sich von der beweglichen Platte erstreckende passive Verbindungsglieder gebildet, und diese Verbindungsglieder sind durch ein Kugellager miteinander gekoppelt.
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Ein Hilfsverbindungsglied koppelt die beiden passiven Verbindungsglieder über das Lager, und ein zusätzlicher Aktuator ist an einer Welle befestigt, die sich von einem mittleren Teil des zusätzlichen Verbindungsglieds durch das Lager erstreckt. Eine sich von einer Ausgangswelle des zusätzlichen Aktuators erstreckende mechanische Kraftübertragungseinheit erstreckt sich parallel zu den beiden passiven Verbindungsgliedern und zwischen diesen passiven Verbindungsgliedern. Die mechanische Kraftübertragungseinheit ist über ein Universalgelenk mit einem Wellenteil verbunden, der sich von einer an der beweglichen Platte befestigten mechanischen Posenveränderungseinheit erstreckt.
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[Liste der Anführungen]
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[Patentliteratur]
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[PTL 1] Veröffentlichung des
japanischen Patents Nr. 4653848 -
[Kurzdarstellung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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In PTL 1 ist der zusätzliche Aktuator mit der Welle und dem Hilfsverbindungsglied an dem passiven Verbindungsglied befestigt. Daher wirken die aufgrund der Bewegung des passiven Verbindungsglieds erzeugten Trägheitskräfte des zusätzlichen Aktuators und der mechanischen Kraftübertragungseinheit auf das passive Verbindungsglied. Unterdessen weist das passive Verbindungsglied wünschenswerterweise ein geringes Gewicht auf, um die bewegliche Platte mit hoher Geschwindigkeit zu betätigen.
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[Lösung des Problems]
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Parallelroboter, der mit Folgendem versehen ist: einem Basisteil; einem beweglichen Teil; zwei oder mehr Verbindungsgliedteilen, die den Basisteil und den beweglichen Teil koppeln; und zwei oder mehr Aktuatoren, die an dem Basisteil befestigt sind und die jeweiligen Verbindungsgliedteile antreiben. Jeder der Verbindungsgliedteile enthält ein Antriebsverbindungsglied, das durch jeden der Aktuatoren um eine Achse geschwenkt wird, und zwei passive Verbindungsglieder, die parallel zueinander sind und zwischen dem Antriebsverbindungsglied und dem beweglichen Teil schwenkbar angeordnet sind. Der Parallelroboter ist mit einer zusätzlichen Antriebseinheit versehen, die parallel zu den beiden passiven Verbindungsgliedern mindestens eines der Verbindungsgliedteile und zwischen den passiven Verbindungsgliedern angeordnet ist und eine an dem beweglichen Teil befestigte zusätzliche mechanische Einheit antreibt. Die zusätzliche Antriebseinheit ist mit einem Gelenk, das die zusätzliche Antriebseinheit um mindestens zwei sich gegenseitig schneidende Achsen schwenkbar mit dem Antriebsverbindungsglied koppelt, auf einer die beiden passiven Verbindungsglieder und einen Schwenkmittelpunkt des Antriebsverbindungsglieds koppelnden Geraden an dem Antriebsverbindungsglied befestigt.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht, die einen Parallelroboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [2] 2 ist eine schematische Ansicht, die eine zusätzliche Antriebseinheit und einen Handgelenksmechanismus, die in dem Parallelroboter von 1 vorgesehen sind, zeigt.
- [3] 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für ein Universalgelenk zeigt, das ein Antriebsverbindungsglied und die zusätzliche Antriebseinheit in dem Parallelroboter von 1 koppelt.
- [4] 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen mit der zusätzlichen Antriebseinheit versehenen Verbindungsgliedteil in dem Parallelroboter von 1 zeigt.
- [5] 5 ist eine schematische Ansicht, die den Verbindungsgliedteil und die zusätzliche Antriebseinheit von 4 zeigt.
- [6] 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein passives Verbindungsglied des Verbindungsgliedteils von 5 bezüglich des Antriebsverbindungsglieds geschwenkt ist.
- [7] 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Modifikation in einem Fall zeigt, in dem das Universalgelenk von 5 gegen ein Kugellager ausgetauscht wurde.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Parallelroboter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist der Parallelroboter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Folgendem versehen: einem Basisteil 5, an dem mehrere Aktuatoren, zum Beispiel drei Aktuatoren 2, 3, 4, befestigt sind; drei Verbindungsgliedteilen 6, 7, 8, die mit den Aktuatoren 2, 3 bzw. 4 gekoppelt sind; und einem beweglichen Teil 9, an dem die vorderen Enden der jeweiligen Verbindungsgliedteile 6, 7, 8 befestigt sind. Die Aktuatoren 2, 3, 4 sind zum Beispiel Motoren und Untersetzungsgetriebe, die nicht gezeigt sind.
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Die jeweiligen Verbindungsgliedteile 6, 7, 8 enthalten Antriebsverbindungsglieder 10, 11, 12, die durch die Aktuatoren 2, 3, 4 angetrieben werden, und passive Verbindungsglieder 13, 14, 15, die an die Antriebsverbindungsglieder 10, 11, 12 und den beweglichen Teil 9 verbindenden Stellen angeordnet sind. Jeweils zwei der passiven Verbindungsglieder 13, 14, 15 sind für jedes der Antriebsverbindungsglieder 10, 11, 12 vorgesehen. Jeweils zwei der passiven Verbindungsglieder 13, 14, 15 weisen eine gerade Stangenform auf und sind parallel zueinander angeordnet. Die Verbindung zwischen den Antriebsverbindungsgliedern 10, 11, 12 und den passiven Verbindungsgliedern 13, 14, 15 und die Verbindung zwischen den passiven Verbindungsgliedern 13, 14, 15 und dem beweglichen Teil 9 erfolgt durch Kugellager 16 bzw. 17 zur Bildung von Gelenken.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist der Parallelroboter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner mit einem einachsigen Handgelenksmechanismus (zusätzliche mechanische Einheit) 18 versehen, der an dem beweglichen Teil 9 befestigt ist, und, wie in 3 gezeigt ist, ist eine zusätzliche Antriebseinheit 19 zum Antreiben des Handgelenksmechanismus 18 zwischen den beiden in einem Verbindungsgliedteil 7 vorgesehenen passiven Verbindungsgliedern 14 angeordnet. Die zusätzliche Antriebseinheit 19 enthält einen zusätzlichen Aktuator 20 und eine Antriebswelle 21, die eine Antriebskraft auf den Handgelenksmechanismus 18 überträgt. Der zusätzliche Aktuator 20 ist zum Beispiel ein Motor und ein Untersetzungsgetriebe, die nicht gezeigt sind.
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Der zusätzliche Aktuator 20 und die Antriebswelle 21 der zusätzlichen Antriebseinheit 19 sind entlang einer einzigen Achse in Reihe angeordnet. Die Achse der zusätzlichen Antriebseinheit 19 ist parallel zu und zwischen den beiden passiven Verbindungsgliedern 14 angeordnet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die zusätzliche Antriebseinheit 19 einen stangenförmigen Befestigungsteil 22, der sich entlang der Achse von dem Aktuator 20 erstreckt, und der Befestigungsteil 22 ist mit einem Universalgelenk (Gelenk) 23 an dem Ende des Antriebsverbindungsglieds 11 befestigt. Die Antriebswelle 21 der zusätzlichen Antriebseinheit 19 ist durch ein Kugellager 24 mit dem Handgelenksmechanismus 18 verbunden.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist insbesondere der Schwenkmittelpunkt des Universalgelenks 23 an der mittleren Stelle eines Liniensegments angeordnet, das die Schwenkmittelpunkte der beiden Kugellager 16, die die beiden passiven Verbindungsglieder 14 mit dem Antriebsverbindungsglied 11 schwenkbar koppeln, verbindet. Der Schwenkmittelpunkt des Kugellagers 24 zur Verbindung der Antriebswelle 21 mit dem Handgelenksmechanismus 18, der in dem beweglichen Teil 9 vorgesehen ist, ist an der mittleren Stelle eines Liniensegments angeordnet, das die Schwenkmittelpunkte der beiden Kugellager 17, die die beiden passiven Verbindungsglieder 14 mit dem beweglichen Teil 9 schwenkbar koppeln, verbindet.
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Wie in 4 gezeigt ist, gestattet das Universalgelenk 23 das Schwenken des Befestigungsteils 22 bezüglich des Antriebsverbindungsglieds 11 um eine erste Achse (Achse) B, die zu einer Längsachse A des Antriebsverbindungsglieds 11 senkrecht verläuft, und um eine zweite Achse (Achse) C, die durch den Schnittpunkt zwischen der Längsachse A des Antriebsverbindungsglieds 11 und der ersten Achse B und senkrecht zu der ersten Achse B verläuft. Das Universalgelenk 23 sperrt die Drehung des Befestigungsteils 22 um eine dritte Achse, die die Längsachse des Befestigungsteils 22 ist.
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Der Handgelenksmechanismus 18 enthält, wie zum Beispiel in 2 gezeigt ist, ein Handgelenkselement 25, das durch den beweglichen Teil 9 um die vertikale Achse drehbar gestützt wird, und ein Paar Kegelräder 26, 27, die die Drehkraft der Antriebswelle 21 auf das Handgelenkselement 25 übertragen. Der Wellenteil des antriebsseitigen Kegelrads 26 ist mit dem Kugellager 24 an dem vorderen Ende der Antriebswelle 21 befestigt. Das antriebsseitige Kegelrad 27 ist an dem Handgelenkselement 25 fixiert.
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Nachfolgend wird die Wirkung des wie oben konfigurierten Parallelroboters 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Gemäß dem Parallelroboter 1 der vorliegenden Ausführungsform werden die drei Aktuatoren 2, 3, 4, die im Basisteil 5 vorgesehen sind, individuell betrieben, derart, dass, wenn die drei Antriebsverbindungsglieder 10, 11, 12 geschwenkt werden, jeweils zwei der passiven Verbindungsglieder 13, 14, 15, die mit den Antriebsverbindungsgliedern 10, 11 bzw. 12 gekoppelt sind, bezüglich der Antriebsverbindungsglieder 10, 11, 12 geschwenkt werden. Daher ist es möglich, den beweglichen Teil 9 translatorisch zu jeglicher Position in der dreidimensionalen Richtung zu bewegen.
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Durch Betreiben des zusätzlichen Aktuators 20 der in einem Verbindungsgliedteil 7 vorgesehenen zusätzlichen Antriebseinheit 9 kann dem an dem beweglichen Teil 9 befestigten Handgelenksmechanismus 18 über die Antriebswelle 21 Kraft zugeführt werden. Durch die Betätigung des Handgelenksmechanismus 18 ist es möglich, die Pose eines an dem vorderen Ende des Handgelenkselements 25 befestigten Werkzeugs, das nicht gezeigt ist, zu ändern.
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In diesem Fall sind gemäß dem Parallelroboter 1 der vorliegenden Ausführungsform jeweils zwei der passiven Verbindungsglieder 13, 14, 15 der jeweiligen Verbindungsgliedteile 6, 7, 8 durch Kugellager 16, 17 mit den Antriebsverbindungsgliedern 10, 11, 12 verbunden bzw. mit dem beweglichen Teil 9 verbunden und werden somit unabhängig von den Positionen und der Pose der passiven Verbindungsglieder 13, 14, 15 immer parallel gehalten, wie in den 5 und 6 gezeigt ist.
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Ferner ist der Befestigungsteil 22 an einem Ende der zusätzlichen Antriebseinheit 19 durch das Universalgelenk 23 mit dem Antriebsverbindungsglied 11 verbunden, und die Antriebswelle 21 an dem anderen Ende ist durch das Kugellager 17 mit dem Handgelenksmechanismus 18 verbunden. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, bewegt sich somit die zusätzliche Antriebseinheit 19 mit der Bewegung des passiven Verbindungsglieds 14 und wird unabhängig von der Position und Pose des passiven Verbindungsglieds 14 parallel zu dem passiven Verbindungsglied 14 gehalten.
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Bei durch das Universalgelenk 23 mit dem Antriebsverbindungsglied 11 gekoppelter zusätzlicher Antriebseinheit 19 wird eine aufgrund der Bewegung der zusätzlichen Antriebseinheit 19 erzeugte Trägheitskraft durch das Antriebsverbindungsglied 11 unterstützt. Das Ausmaß und die Geschwindigkeit einer Bewegung des Antriebsverbindungsglieds 11 sind geringer als jene des passiven Verbindungsglieds 14, so dass das Antriebsverbindungsglied 11 mit einem größeren Gewicht als das passive Verbindungsglied 14 konfiguriert sein kann und somit mit einer höheren Steifigkeit als das passive Verbindungsglied 14 konfiguriert sein kann.
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Gemäß dem Parallelroboter 1 der vorliegenden Ausführungsform kann daher die Trägheitskraft der zusätzlichen Antriebseinheit 19, die sich mit der Betätigung des passiven Verbindungsglieds 14 mit hoher Geschwindigkeit stark bewegt, durch das eine höhere Steifigkeit aufweisende Antriebsverbindungsglied 11 zuverlässiger unterstützt werden. Somit besteht ein Vorteil darin, dass verhindert wird, dass die Trägheitskraft der zusätzlichen Antriebseinheit 19 auf das passive Verbindungsglied 14 wirkt, so dass das passive Verbindungsglied 14 mit einem geringen Gewicht hergestellt werden kann.
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Wie oben beschrieben wurde, gestattet das Universalgelenk 23 ferner das Schwenken des Befestigungsteils 22 bezüglich des Antriebsverbindungsglieds 11 um die erste Achse B und um die zweite Achse C und sperrt die Drehung des Befestigungsteils 22 um die Längsachse des Befestigungsteils 22. Infolgedessen kann das Universalgelenk 23 die Drehung der zusätzlichen Antriebseinheit 19 selbst ohne Vorsehen eines speziellen Arretierungsmechanismus sperren. Da kein Arretierungsmechanismus vorgesehen ist, ist es möglich, den Parallelroboter 1 in einer einfachen Struktur auszubilden und den Parallelroboter 1 mit einem geringen Gewicht herzustellen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Fall dargestellt worden, in dem der Parallelroboter 1 die drei Verbindungsgliedteile 6, 7, 8 enthält, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern kann auf einen Parallelroboter 1 angewandt werden, der eine beliebige Anzahl von Verbindungsgliedteilen (mehr als einen) enthält. Als die zusätzliche mechanische Einheit kann zusätzlich zu dem Handgelenksmechanismus 18 jegliches Werkzeug eingesetzt werden.
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Ferner ist der Fall dargestellt worden, in dem die zusätzliche Antriebseinheit 19 in einem Verbindungsgliedteil 7 vorgesehen ist, aber stattdessen kann ein Parallelroboter 1 mit zwei oder mehr zusätzlichen Antriebseinheiten 19 oder zusätzlichen Antriebseinheiten 19 in der gleichen Anzahl wie die Verbindungsgliedteile 6, 7, 8 eingesetzt werden. Daher ist es möglich, die zusätzliche mechanische Einheit 18 mit größerer Flexibilität anzutreiben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die zusätzliche Antriebseinheit 19 durch das Universalgelenk 23 mit dem Antriebsverbindungsglied 11 verbunden worden, aber stattdessen kann die zusätzliche Antriebseinheit 19 durch ein Kugellager (Gelenk) 28 verbunden werden. Das Kugellager 28 gestattet in der Regel die Drehung des Befestigungsteils 22 um die senkrecht zu der ersten Achse B verlaufende dritte Achse und die zweite Achse C zusätzlich zu dem Schwenken des Befestigungsteils 22 um die erste Achse B und um die zweite Achse C bezüglich des Antriebsverbindungsglieds 11. Daher ist es in diesem Fall erforderlich, einen Arretierungsmechanismus 29 für die zusätzliche Antriebseinheit 10 um die dritte Achse bereitzustellen.
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Wie in 7 gezeigt ist, ist es möglich, als Arretierungsmechanismus 29 einen Mechanismus einzusetzen, der durch Einsetzen eines stangenförmigen Hilfsverbindungsglieds 30, das sich zwischen den beiden passiven Verbindungsgliedern 14 des Verbindungsgliedteils 7 erstreckt und mit den Lagern 31 schwenkbar daran befestigt ist, und schwenkbares Befestigen des Befestigungsteils 22 an dem Hilfsverbindungsglied 30 an seiner longitudinalen mittleren Stelle mit den Lagern 31 gebildet wird. Dadurch wird die Drehung der zusätzlichen Antriebseinheit 10 um die dritte Achse eingeschränkt und die ordnungsgemäße Übertragung der Drehung des Motors auf den Handgelenksmechanismus 18 durch die Antriebswelle 21 und das Kugellager 24 ermöglicht.
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Da die beiden passiven Verbindungsglieder 14 durch das Hilfsverbindungsglied 30 miteinander gekoppelt sind, ist es auch möglich, die Drehung um die Längsachse jedes passiven Verbindungsglieds 14 selbst zu sperren.
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Stattdessen kann der Arretierungsmechanismus 29 für das passive Verbindungsglied 14 selbst getrennt von dem Arretierungsmechanismus für die zusätzliche Antriebseinheit 19 vorgesehen werden.
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Als Arretierungsmechanismus 29 für die zusätzliche Antriebseinheit 19 kann ein Hilfsverbindungsglied 30, das sich zwischen einem der passiven Verbindungsglieder 14 und dem Befestigungsteil 22 erstreckt und durch das Lager 31 gekoppelt ist, eingesetzt werden.
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Darüber hinaus kann ein Arretierungsmechanismus 29 irgendeines anderen Verfahrens eingesetzt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist angenommen worden, dass der Schwenkmittelpunkt des Universalgelenks 23 an der mittleren Stelle des die Schwenkmittelpunkte der beiden passiven Verbindungsglieder 14 und des Antriebsverbindungsglieds 11 verbindenden Liniensegments angeordnet ist, aber stattdessen kann der Schwenkmittelpunkt des Universalgelenks 23 von der Mitte versetzt sein, solange er auf der obigen Geraden angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parallelroboter
- 2, 3, 4
- Aktuator
- 5
- Basisteil
- 6, 7, 8
- Verbindungsgliedteil
- 9
- beweglicher Teil
- 10, 11, 12
- Antriebsverbindungsglied
- 13, 14, 15
- passives Verbindungsglied
- 18
- Handgelenksmechanismus (zusätzliche mechanische Einheit)
- 19
- zusätzliche Antriebseinheit
- 23
- Universalgelenk (Gelenk)
- 28
- Kugellager (Gelenk)
- 29
- Arretierungsmechanismus
- 30
- Hilfsverbindungsglied
- B
- erste Achse (Achse)
- C
- zweite Achse (Achse)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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