JP2000130536A - パラレルリンク機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 剛性が高く十分な回転自由度を備えたパラレ
ルリンク機構を提供すること。 【解決手段】 ツール等のエンドエフェクタやテーブル
を取り付けるための出力フランジ8(装着部)を移動板3上
に回転可能に配備し、出力フランジ8を回転させるため
の駆動装置となるサーボモータ10を移動板3に一体的に
組み込んで配備する。エンドエフェクタを取り付けるた
めの出力フランジ8を直に移動板3上に配備するようにし
たので、移動板3とエンドエフェクタとの間の離間距離
の増長によるパラレルリンク機構の剛性の低下を招くこ
となく、ツール等のエンドエフェクタやテーブルの回転
自由度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パラレルリンク機
構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】固定板と移動板との間を接続する複数の
リンクを協調させて伸縮させることで固定板に対する移
動板の位置および姿勢を変化させるようにしたパラレル
リンク機構が公知である。パラレルリンク機構は、シリ
アル式のリンク機構に比べて剛性が高い、移動板の動作
の高速化が容易である、動作精度が高い、駆動装置の小
型化や省電力化が可能である、全体的な構造が簡略化さ
れる、規格化された同一パーツの使用が可能となるので
設計や製造およびメンテナンス等の手間が簡略化される
等のメリットがあり、各種の工作機械やハンドリングロ
ボット等を始めとする様々な分野の作業装置に利用され
ている。このようなパラレルリンク機構を採用した作業
装置では、移動板の先端に回転工具または溶接ガンやYA
Gレーザー等の各種のツール、および、ワーク載置用の
テーブル等の様々なエンドエフェクタを取り付けて、物
品の加工作業やハンドリング作業を行うのが一般的であ
る。

【０００３】しかし、パラレルリンク機構の構造上、固
定板に対する移動板の姿勢変化のうち、特に、移動板の
回転動作に制限が生じるという点で問題がある。

【０００４】図2はこの種の問題を含んだ従来型のパラ
レルリンク機構100の構成例を示す斜視図である。パラ
レルリンク機構100は、概略において、支持基板となる
固定板2と、エンドエフェクタを取り付けるための移動
板3、および、固定板2と移動板3とを接続するための伸
縮可能な6本のリンク4a〜4f、ならびに、各リンク4a〜4
fを伸縮させるために各リンク4a〜4f毎に設けられた回
転運動を直線運動に変換するための駆動機構5によって
構成される。図2の例では、リンク4a〜4fはスリーブ状
のボールナットの内側にボールネジを螺合してなる直動
機構であって、駆動機構5に取り付けられた駆動源とし
てのサーボモータ5aによって前記ボールネジを回転させ
ることで、その実質的な全長を各々個別に変化させられ
るように構成されている。また、図2に示す例では、固
定板2および移動板3が共に正三角形状に形成されてお
り、固定板2側の三角形の各頂点には、前記駆動機構5を
介してリンク4a〜4fの下端部を支えるための継手6が2個
1組で配備され、また、移動板3側の三角形の各頂点に
は、リンク4a,4b、4c,4d、4e,4fの上端部を2本ずつ集合
させて取り付けるための継手7が1つずつ配備されてい
る。固定板2側の各継手6は2自由度の継手によって構成
され、固定板2に対するリンク4a〜4fの揺動動作を全方
向に向けて許容する。一方、移動板3側の継手7は3自由
度の継手によって構成され、前記と同様、移動板3に対
するリンク4a〜4fの揺動動作を許容すると共に、2本1組
のリンク4a,4b、4c,4d、4e,4fに接続された各々の継手7
自体の移動板3に対する相対的な回転動作を許容するよ
うになっている。つまり、移動板3の面に平行な直交2軸
の各々に対して揺動自在な構造を有するユニット化され
た継手構造を、移動板3の面に直交する軸の周りに回転
自在に取り付け、その下端部に2本1組のリンク4a,4b、4
c,4d、4e,4fの上端部を重合させて枢着した構造であ
る。

【０００５】このような構造を有するパラレルリンク機
構100において、固定板2に対する移動板3の相対的な姿
勢を保持したまま固定板2に対する移動板3の接離動作を
行わせる場合には、単純に、6本のリンク4a〜4fを同期
させて伸縮させればよく、また、固定板2に対する移動
板3の相対的な姿勢を変化させる場合には、2本１組で上
端部を重合させて継手7に枢着されたリンク4a,4b、4c,4
d、4e,4fの各組を、所望する姿勢変化に合わせて各組毎
に協調させて伸縮させることになる。例えば、図2にお
いて固定板2から移動板3を離間させる場合には、6本の
リンク4a〜4fを同時に伸長させ、また、移動板3を手前
に向けて傾斜させる場合には、リンク4c,4dの組および
リンク4e,4fの組を同期させて伸長する一方、リンク4a,
4bの組を短縮させるといった具合である。

【０００６】更に、固定板2に対して移動板3を回転させ
るようにして姿勢変化を行わせる場合には、前述した各
組の中の一方のリンクを伸長させて他方のリンクを短縮
させるといった動作を全てのリンクの組について同期し
て実行させ、移動板3によって相対的な位置関係を規制
された3つの継手7の位置を、移動板3の図心Gを中心とし
て時計方向または反時計方向に同時に移動させ、移動板
3に回転動作を行わせることになる。例えば、移動板3を
G点の周りに時計方向に回転させる場合には、各組の中
の一方のリンク4b,4d,4fを伸長させて他方のリンク4a,4
c,4dを短縮させ、また、これとは逆に移動板3をG点の周
りに反時計方向に回転させる場合には、各組の中の一方
のリンク4a,4c,4dを伸長させて他方のリンク4b,4d,4fを
短縮させる。つまり、2本1組のリンクによって2つの斜
辺4a,4b、4c,4d、4e,4fを形成される3つの三角形を連携
して同時に歪ませることにより、各三角形の頂点に位置
する3つの継手7の位置を時計方向または反時計方向に同
時に移動させ、移動板3に捻りを加えるようにしてG点の
周りに回転させるのである。

【０００７】しかし、このような構造を利用した固定板
2に対する移動板3の回転動作は、図2の構成例の場合で
精々±60°(全体で120°)の範囲に制限されてしまう。
リンク4a〜4fの先端を一斉に時計方向または反時計方向
に揺動させて傾斜させたときに、リンク4a〜4fおよび駆
動機構5やサーボモータ5aの間に相互の干渉が生じるの
がその原因であり、結果的に、固定板2に対する移動板3
の回転自由度は著しく制限されてしまう。

【０００８】このような問題を解消してエンドエフェク
タの十分な回転動作を達成するための手段として、例え
ば、特開平10-29178号に開示される5軸制御式マニプレ
ータのように、回転駆動機構を設けたアームを移動板に
接続してアーム先端でのエンドエフェクタの回転動作の
自由度を向上させたものが提案されているが、移動板と
エンドエフェクタとの中間位置に回転駆動機構を介装さ
せることによって移動板とエンドエフェクタとの間の離
間距離が長くなってしまい、全体的な剛性が低下して十
分な加工精度やハンドリング精度が確保されなくなると
いった弊害が生じる場合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、前記従来技術の欠点を解消し、剛性が高く、しか
も、エンドエフェクタに十分な回転自由度を与えること
のできるパラレルリンク機構を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンドエフェ
クタやテーブルを取り付けるための装着部を移動板上に
回転可能に配備すると共に、移動板に対する装着部の回
転位置を変化させるための駆動装置を前記移動板に一体
的に組み込んだことを特徴とする構成により前記課題を
達成した。ツールやテーブル等のエンドエフェクタを取
り付けるための装着部、および、その回転に必要とされ
る駆動装置を直に移動板上に配備するようにしているの
で、移動板とエンドエフェクタとの間の離間距離の増長
による剛性の低下を招くことなく、エンドエフェクタの
回転自由度を向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図1は、本発明を適用した一実施
形態のパラレルリンク機構1を示す斜視図である。パラ
レルリンク機構1は、固定板2、移動板3、および、固定
板2と移動板3とを接続するための伸縮可能な6本のリン
ク4a〜4f、ならびに、各リンク4a〜4fを伸縮させるため
に設けられた各リンク4a〜4f毎の駆動機構5の駆動源と
してのサーボモータ5a、ツールまたはテーブル等のエン
ドエフェクタを取り付けるために固定板3上に配備され
た装着部8、および、装着部8を回転駆動するための駆動
装置となるサーボモータ10および減速機によって構成さ
れる。固定板2、移動板3、リンク4a〜4f、および、リン
ク4a〜4fを伸縮させるための駆動機構5とサーボモータ5
aの構造に関しては、既に図2で従来の技術として説明し
たパラレルリンク機構100の構造と同様である。

【００１２】但し、図1に示す実施形態においては、装
着部8に取り付けられたエンドエフェクタを移動板3と独
立してサーボモータ10で減速機を介して回転駆動すよう
になっているため、エンドエフェクタを回転させるため
に移動板3自体を固定板2に対して回転させる必要は必ず
しもない。従って、リンク4a〜4fの上端部を移動板3に
取り付けるための継手11は、図2の従来例に示されるよ
うな3自由度の継手ではなく、2自由度の継手として構成
している。つまり、移動板3の面に平行な直交2軸の各々
に対して揺動自在な構造を有するユニット化された継手
構造を移動板3の下面に直に固設し(図2の従来例では回
転可能とされている)、その下端部に2本1組のリンク4a,
4b、4c,4d、4e,4fの上端部を重合させて揺動自在に枢着
した構造である。

【００１３】固定板2に対する移動板3の相対的な姿勢を
保持したまま固定板2に対する移動板3の接離動作を行わ
せる場合には、従来と同様に6本のリンク4a〜4fを単純
に同期させて伸縮させればよく、また、固定板2に対す
る移動板3の相対的な姿勢を変化させる場合には、2本で
１つの組を形成する各リンク、つまり、上端部を重合し
て継手7に枢着されたリンク4a,4b、4c,4d、4e,4fの各々
を所望する姿勢変化に合わせて各組毎に協調させて伸縮
させればよい。この点も従来技術の項で述べた図2のパ
ラレルリンク機構100の操作と同様である。

【００１４】ツール等のエンドエフェクタやテーブルを
取り付けるための装着部は、減速機の出力軸に設けられ
た出力フランジ8に穿設された孔によって形成され、出
力フランジ8の内部には、ツールとなる回転工具、例え
ば、バリ取り用のルータやドリル等の軸部を喰わえるた
めのチャックが設けられ、出力フランジ8の孔に通され
たツールの軸部をこのチャックに喰わえて回転させるよ
うになっている。また、サーボモータ10自体は、移動板
3に設けられた孔の裏側からボルト等の固定手段を用い
て移動板3に一体的に固定されている。

【００１５】YAGレーザーやスポット溶接機等のユニッ
ト化されたエンドエフェクタ、または、ワーク載置用の
テーブル等を出力フランジ8に取り付ける場合には、YAG
レーザーやスポット溶接機等のケーシングの底面または
ワーク載置用のテーブルの下面にそのケーシングと一体
にシャフトを固設し、このシャフトを介してツール等の
エンドエフェクタやテーブルを出力フランジ8の孔に突
入させて取り付けるようにする。出力フランジ8に取り
付けられたツールやテーブルは減速機を介してサーボモ
ータ10によって回転駆動されるので、その回転角度には
全く制限がない。従って、出力フランジ8にドリル等の
回転工具を取り付けた場合には、これを連続的に一方向
に回転させて穴開け作業等を行うことができ、また、ツ
ールの正逆回転を必要とするタッピング作業等も、サー
ボモータ10による自由な正逆回転によって確実に実施す
ることができる。また、出力フランジ8にスポット溶接
機等のエンドエフェクタを取り付ければ、複雑な形状を
有するワークに対する溶接作業、例えば、自動車のホイ
ルハウスの内側等のスポット溶接をも容易に実施するこ
とができ、更に、ワーク載置用のテーブルを出力フラン
ジ8に取り付けて物品のハンドリング作業を行うような
場合には、サーボモータ10による正確な位置決め精度で
物品の取り回しを行うことができる。

【００１６】そして、これらのツール等のエンドエフェ
クタやテーブルを取り付ける出力フランジ8は、移動板3
の面と略同一平面上に位置することになるので、エンド
エフェクタと移動板3との中間位置に回転用の駆動機構
を別途に設けてエンドエフェクタの回転自由度を確保す
るようにした従来装置、例えば、特開平10-29178号に示
される5軸制御式マニプレータのようなものとは相違
し、エンドエフェクタと移動板3との間の離間距離が増
大することはなく、離間距離の増大による剛性の低下に
起因して生じていた加工精度の劣化やハンドリング精度
の低下といった問題が解消される。

【００１７】つまり、出力フランジ8に取り付けられた
ツール等のエンドエフェクタやテーブルの運動の自由度
は全体として6であり、固定板2をX-Y平面としてこれに
直交する軸をZ軸として空間を表現した場合、X軸および
Y軸に対するエンドエフェクタの平行移動とX軸およびY
軸の周りのエンドエフェクタの回転移動、および、Z軸
方向に対するエンドエフェクタの平行移動を合わせた5
つの自由度が前述した6本のリンク4a〜4fの伸縮動作に
よって達成され(この点は図2の従来例と同様)、残る1自
由度、要するに、6番目の自由度であるZ軸の周りのエン
ドエフェクタの回転がサーボモータ10による出力フラン
ジ8の回転動作によって達成されることになる。

【００１８】以上、一実施形態として、出力フランジ8
のみを移動板3に対して回転させることによってツール
やテーブル等のエンドエフェクタの回転自由度を向上さ
せるようにした例について述べたが、図2に示されるよ
うな従来型のパラレルリンク機構100、つまり、固定板2
に対する移動板3の回転がある程度許容される従来型の
パラレルリンク機構100に対しても、図1に示したような
出力フランジ8とサーボモータ10等の駆動装置の構造を
そのまま適用してツール等のエンドエフェクタやテーブ
ルの回転自由度を増大させることができる。このように
して構成されたパラレルリンク機構における出力フラン
ジ8の回転動作は、固定板2に対する移動板3の回転動作
と重複する冗長自由度として利用されることになる。こ
の場合、X軸およびY軸ならびにZ軸に対する平行移動と
これら各軸周りの回転移動の6つの自由度の全てを6本の
リンク4a〜4fの伸縮動作によって或る程度は賄うことが
できるが(この点は図2の従来例と同様)、従来の技術の
項でも述べた通り、リンク4a〜4fの伸縮動作だけではZ
軸周りのエンドエフェクタの最終的な回転自由度が±60
°程度の範囲に制限されることになるので、サーボモー
タ10による出力フランジ8の回転動作をZ軸周りのエンド
エフェクタの回転領域の拡大のために冗長して利用する
ことになる。

【００１９】なお、出力フランジ8やサーボモータ10は
必ずしも図1のように移動板3の中央部に設ける必要はな
く、移動板3の中央部から外側にオフセットして設ける
ようにしてもよい。

【００２０】また、出力フランジ8やサーボモータ10の
回転軸が移動板3の面に対して平行になるようにして移
動板3にサーボモータ10を取り付けたり、または、出力
フランジ8やサーボモータ10の回転軸が移動板3の面に対
してある程度の角度を持つようにして移動板3にサーボ
モータ10を取り付けるようにすることもできる。その場
合、ツール等のエンドエフェクタやテーブルを取り付け
る出力フランジ8の回転動作は、固定板2に対する移動板
3の回転動作と重複しない別の自由度を持った新たな回
転軸として利用できるので、この第7番目の軸により、
各種のツール等のエンドエフェクタやテーブルの回転可
能領域を一層拡張することができる。つまり、図2に示
した従来例のようにリンク4a〜4fの伸縮動作のみで固定
板2に対する移動板3の姿勢変化を行わせる場合では、前
述した固定板2に対する移動板3の回転動作の場合と同
様、リンク4a〜4fおよび駆動機構5やサーボモータ5aの
相互干渉の問題により、固定板2に対する移動板3の姿勢
変化、つまり、固定板2をX-Y平面としたときのエンドエ
フェクタの揺動動作にも制限が生じるが、出力フランジ
8やサーボモータ10の回転軸を移動板3の面に対して平行
あるいはそれに近い角度で取り付けることにより、出力
フランジ8に取り付けられた各種ツールやテーブル等の
エンドエフェクタが、固定板2を基準とするX-Y平面に平
行な軸の周りにも自由に回転することができるようにな
り、ツール等のエンドエフェクタやテーブルの回転可能
領域が全体的に拡張されるということである。

【００２１】以上、エンドエフェクタを取り付ける出力
フランジ8を回転させるための駆動装置としてサーボモ
ータを利用した場合の実施形態について説明したが、サ
ーボモータの他にも、フィードバック系を備えない通常
のモータ、または、ロータリシリンダ等を初めとする各
種の公知の機械要素を利用してエンドエフェクタを回転
させるための駆動装置とすることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、高精度な加工や物品の
ハンドリング作業に耐える十分な剛性を有し、しかも、
様々な姿勢変化を必要とする複雑な加工や物品のハンド
リング作業に対処してエンドエフェクタを自由に回転さ
せることのできるパラレルリンク機構が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施形態のパラレルリンク
機構を示す斜視図である。

【図２】従来型のパラレルリンク機構の構成例を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１ パラレルリンク機構 ２ 固定板 ３ 移動板 ４ａ〜４ｆ リンク ５ 駆動機構 ５ａ サーボモータ ６ 継手(2自由度の継手) ７ 継手(3自由度の継手) ８ 出力フランジ(装着部) １０ サーボモータ(駆動装置) １１ 継手(2自由度の継手) １００ パラレルリンク機構

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月３１日（１９９９．８．３
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンドエフェ
クタ又はテーブルを取り付けるための装着部を移動部材
に回転可能に配備すると共に、移動部材に対する装着部
の回転位置を制御するためのサーボモータを移動部材に
設けたことを特徴とする構成により前記課題を解決し
た。ツールやテーブル等のエンドエフェクタを取り付け
るための装着部、および、その回転に必要とされるサー
ボモータを移動部材上に配備するようにしているので、
移動部材とエンドエフェクタとの間の離間距離の増長に
よる剛性の低下を招くこともなく、エンドエフェクタの
回転自由度を向上させることができる。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１１月５日（１９９９．１１．
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンドエフェ
クタ又はテーブルを取り付けるための装着部を１つの軸
回りに回転可能に前記移動部材に配備すると共に、移動
部材に対する装着部の回転位置を制御するためのサーボ
モータを移動部材に設けたことを特徴とする構成により
前記課題を解決した。ツールやテーブル等のエンドエフ
ェクタを取り付けるための装着部、および、その回転に
必要とされるサーボモータを移動部材上に配備するよう
にしているので、移動部材とエンドエフェクタとの間の
離間距離の増長による剛性の低下を招くこともなく、エ
ンドエフェクタの回転自由度を向上させることができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 邦保 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 安部 健一郎 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 CE05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定板と移動板との間を接続する複数の
   リンクを協調させて伸縮することによって固定板に対す
   る移動板の位置および姿勢を変化させるようにしたパラ
   レルリンク機構において、エンドエフェクタやテーブル
   を取り付けるための装着部を前記移動板上に回転可能に
   配備すると共に、移動板に対する装着部の回転位置を変
   化させるための駆動装置を前記移動板に一体的に組み込
   んだことを特徴とするパラレルリンク機構。