JP2001293676A - パラレルリンクロボット - Google Patents

パラレルリンクロボット

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 基台１と、この基台１に装着された３台
の駆動用回転アクチュエータ６ａ〜６ｃ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
２と、各駆動回転アクチュエータ６ａ〜６ｃと可動板２
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５ａ〜５ｃで連結された２本のリンク３
ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃで構成されており、一方のリンク
基端は回転アクチュエータ６ａ〜６ｃにそれぞれ取り付
けられ、他方のリンクの基端は可動板２と円筒対偶７ａ
〜７ｃでそれぞれ連結されているパラレルリンクロボッ
ト。

Description

【発明の詳細な説明】
【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２２
ａ〜２２ｃと駆動用アクチュエータを有するリンク２３
ａ〜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〜２３
ｃの一方の基端はユニバーサルジョイント２５ａ〜２５
ｃ（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２
１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〜２３
ｃ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３０
ａ〜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３
０ａ〜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６３−１５０
１７８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、１
９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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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。
  2. 【請求項２】 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。
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