JP2001516653A - 2つの要素を相対移動させるための装置 - Google Patents

2つの要素を相対移動させるための装置

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JP2001516653A
JP2001516653A JP2000511614A JP2000511614A JP2001516653A JP 2001516653 A JP2001516653 A JP 2001516653A JP 2000511614 A JP2000511614 A JP 2000511614A JP 2000511614 A JP2000511614 A JP 2000511614A JP 2001516653 A JP2001516653 A JP 2001516653A
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JP2000511614A
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トーグニー・ブロゴード
ヤン・スメデ
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アーべーべー・アクチボラゲット
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Abstract

(57)【要約】 可動要素(2)をベース要素(1)に対して移動させるロボットは、要素間に連結された少なくとも2つのリンクデバイス(4,5,6)を備える。リンクデバイスは回動可能に連結された少なくとも2つのリンクユニット(7,8;9,10;11,12)と要素の相対位置を変更するためにリンクユニットを旋回させる動力出力機構(13,14,15)を備えている。第1のリンクデバイス(4)は、ヒンジ連結部(16)を介して可動要素(2)に連結され、装置全体を考慮すると、可動要素(2)との間に、少なくとも互いに所定角度をなす2本の現実又は仮想の旋回軸回りの相対的な旋回である2自由度がある。他のリンクデバイス(5)はベース要素(1)にヒンジ連結部(32,33,28)を介して連結され、ロボット全体を考慮すると、ベース要素(1)との間の自由度は、少なくとも現実又は仮想の2本の異なる旋回軸回りの旋回である2自由度である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、2つの要素を相対移動させるための装置であって、これらの要素の
うち、第1の要素がベース要素を構成し、第2の要素が第1の要素に対して移動
する可動要素であり、これらの要素を連結する少なくとも2つのリンクデバイス
を備え、これらのリンクデバイスは、互いに回動可能に連結された少なくとも2
つのリンクユニットと、上記要素の相対位置を変更するためにこれらのリンクユ
ニットを旋回させる動力出力機構とを備え、第1のリンクデバイスは、ヒンジ連
結部を介して上記要素の一方に連結され、装置全体を考慮すると、上記第1のリ
ンクデバイスと上記要素の一方との間に、少なくとも互いに所定角度をなす2本
の現実又は仮想の旋回軸回りの相対的な旋回である2自由度があるものに関する
【0002】 上記2つの要素の相対移動は、上記動力出力機構により所望の方法でこれらの
要素を互いに位置決めすることを目的としている。更に詳しくは、本発明の装置
はマニピュレータ又はロボットを構成することを意図したものである。要素の移
動は、所望の機能を実行するために、機構や作業部材を直接的に又は間接的に搬
送するためのものである。
【0003】 (背景技術) 請求項1の前段に係るロボットが米国特許第4,976,582号に記載され
ている。第2の要素の位置決めのために、この公知のロボットは、第1の要素に
三角形状に配置された3つの動力出力機構を備えている。各動力部材は、相互に
回動可能に連結された2つのリンクユニットをそれぞれ備えるリンク装置を有し
、それ自体の連結部を介して可動である第2の要素に接続されている。第1の要
素にヒンジ接続された第1のリンクユニットの、第の1要素に対する運動の自由
度は1である。一方、第2のリンクユニットは、連結部を介して第1のリンクユ
ニット及び第2要素にそれぞれ連結されており、これらの連結部により装置全体
を考慮すると自由度は2である。
【0004】 この公知のタイプのロボットの欠点は、上記した三角形状の配置のために、比
較的大型となる点にある。さらにまた、この公知のロボットでは、上記第1のリ
ンクユニットが第1の要素から星状に突出しているため、動作範囲及び移動範囲
に関連して所望の柔軟性を有する設計とすることは構造上困難である。
【0005】 (発明の開示) (発明の目的) 本発明の第1の目的は、上記した1つ又は複数の欠点を解消し、又は少なくと
も低減することができるように、導入部で規定された装置を改良する手段を案出
することにある。特に、本発明は、上記本説明の導入部で規定された装置の設計
の柔軟性を高めると共に、当該装置の動作範囲を最大化することを目的としてい
る。本発明の第2の目的は、合理的で単純な方法によるベース要素から可動要素
への運動の伝達を実現する手段を案出することにある。
【0006】 (発明の概要) 本発明の第1の側面に関する限り、上記した目的は、他のリンクデバイスによ
り達成され。この他のリンクデバイスは上記要素の他方にヒンジ連結部を介して
連結され、装置全体を考慮すると、このヒンジ連結部により、上記他のリンクデ
バイスと上記要素の他方との間の運動の自由度は、少なくとも現実又は仮想の2
本の異なる旋回軸回りの旋回である2自由度である。
【0007】 この方法により、作業範囲の設定の柔軟性が高まる。また、上記した手段によ
って、リンクデバイスの一つをヒンジ連結部を介してベース要素に連結し、この
リンクデバイスの運動を少なくとも部分的に少なくとも他のリンクデバイスの運
動に従動させることができるように、装置を構成することが可能となる。この解
決手段は、3本のリンクが機能的に互いに独立している米国特許第4,976,
582号の装置との相違を含んでいる。
【0008】 本発明における多数の有利な改良点は、従属項に規定されている。これらの本
発明における改良点及び利点は、以下のより詳細に説明する。
【0009】 (好適な実施例の詳細な説明) 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 理解を容易にするために、以下の異なる実施例において、同様の又は対応する
部品には同様の符号を付しているが、実施例毎に特定の文字を符号に追加してい
る。
【0010】 図1に図示するロボットは、2つの要素1,2を相対変位させるためのもので
ある。本実施例では、要素1はベース要素を構成し、要素2はこの要素1に対し
て空間上に位置している。要素2は、図1に示すように直接、又は支持機構を介
して作業部材3を支持している。
【0011】 4、5及び6で概略的に示すリンクデバイスは、それぞれ要素1と要素2の間
に連結されている。各リンクデバイス4、5及び6は、少なくとも2つの互いに
回動可能に連結されたリンクユニットを備えている。リンクデバイス4のリンク
ユニットはそれぞれ7及び8で示されている。リンクデバイス5のリンクユニッ
トはそれぞれ9及び10で示されている。また、リンクデバイス6のリンクユニ
ットはそれぞれ11及び12で示されている。
【0012】 動力出力機構13,14,15は、要素1,2の間の相対位置を変更するため
に、各リンクデバイス4,5,6を旋回運動させる。 第1のリンクデバイス4はヒンジ連結部16を介して要素2に連結されている
。装置全体を考慮すると、この第1のリンクデバイス4と要素2との間には、互
いに所定角度で配置された現実又は仮想の2本の旋回軸に対する相対旋回である
2自由度がある。
【0013】 他のリンクデバイス、例えばリンクデバイス5は、17で概略的に示されるヒ
ンジ連結部を介して要素1に連結されている。デバイス5の全体を考慮すると、
このヒンジ連結部17が、リンクデバイス5と要素1との間に、2つの異なる旋
回軸回りの旋回からなる2自由度を付与している。
【0014】 第1のリンクデバイス、すなわち4で示されたリンクデバイスでは、第1のリ
ンクユニット7が移動機構として機能する。第2のリンクユニット8は、後述す
るように、より複雑なリンク機構として機能する。移動機構7とリンク機構8と
の間には、それらを連結する連結機構18が設けられている。移動機構17は連
結機構18とベース要素1の間を連結するのに対して、リンク機構8は連結機構
18と可動要素2の間を連結する。
【0015】 リンク機構8は、全方向に旋回可能な継手20,21を介して連結機構18及
び可動要素2に連結された、少なくとも2つの第1のリンク19を備えている。
これらのリンク19は、連結機構18及び可動要素21と共に、第1の4リンク
システムFS1を構成する。移動機構7により連結機構18とベース要素1が相
対移動できるようになっている。
【0016】 リンク機構8は、全方向に旋回可能な継手23,24を介して連結機構18及
び可動要素2に連結された、少なくとも1つの第3のリンク22を備えている。
第1及び第3のリンク19,22の継手20,21,23,24は三角形状に配
置されている。すなわち、これらのリンク19,22の継手20,21,23,
24は直線上に配置されていない。
【0017】 第3のリンク22、個々の第1のリンク19、連結機構18及び可動要素2は
、第3のリンクシステムFS3を構成する。
【0018】 リンク19の長さはほぼ等しい。また、リンク19は互いにほぼ平行である。
リンク機構8の第1のリンク19と第3のリンク22は長さがほぼ等しい。また
、第1及び第3のリンク19,22は互いにほぼ平行である。
【0019】 移動機構7は、連結機構18及びベース要素1に対して旋回可能な少なくとも
1つの第2のリンク25を有する第2のリンク機構により構成されている。更に
詳しくは、リンク機構7は少なくとも2つの第2のリンク25,26を備え、こ
れら第2のリンク25,26は連結機構18及びベース要素1と共に第2の4リ
ンクシステムFS2を構成する。リンク25,26は長さがほぼ等しくほぼ平行
である。すなわち、これら第2のリンク25,26、連結機構18及びベース要
素1は平行四辺形を構成している。この平行四辺形は、動力出力機構13により
それ自体の平面内で旋回可能である。この動力出力機構13は、リンク25を2
8で示す軸回り旋回運動させる動力出力部材27を備えている。リンク25が軸
28回りに旋回するとリンク26が軸29回りに旋回し、さらに、軸30,31
によりリンク25,26と連結機構18が相対的に旋回する。この場合、継手2
8〜30の自由度は1のみである。すなわち、この場合、継手28〜30は単な
る旋回運動を行う。
【0020】 リンクデバイス5のリンクユニット9は、第2の4リンクシステムFS2に含
まれるリンクに、旋回軸32を構成する継手33によって旋回可能に接続されて
いる。この継手33は、1自由度の旋回、すなわち上記リンクに対して単なる旋
回のみを行う。よって、このリンクが旋回すると、継手33はリンクと共に移動
する。4リンクシステムFS2が運動すると継手33が移動するように、継手3
3を可動のリンク25,26及び連結機構18により構成される4リンクシステ
ムFS2のリンクにそれぞれ設けてもよい。しかし、図示の例では、継手33は
リンク25に設けられており、さらに詳しくは、リンク25の旋回軸28,30
の間に配置されている。継手33は、リンク25,26をベース要素1に対して
旋回可能に連結する軸28,29から、常に所定距離だけ離れて配置されている
必要がある。継手33の旋回軸32は、4リンクシステムFS2内の旋回軸に対
してほぼ平行である。
【0021】 ヒンジ連結部16は、継手21,24により構成されている。これらの継手2
1,24は、異なる2つの旋回軸に対する旋回である少なくとも2自由度をそれ
ぞれ備えている。継手21,24はボール継手により構成してもよく、この場合
、回転の態様である3自由度となる。また、継手21,24はカルダン継手でも
よい。この点は継手20,23についても同様である。
【0022】 リンクデバイス5は、ベース要素1に対して2自由度で運動可能な第1のリン
クユニット9を備えている。すなわち、リンクデバイス5は別個の軸28,32
に対して旋回可能である。そのため、4リンクシステムFS2の形状が変化する
と、リンクユニット9、従って、リンクデバイス5が従動し、それによってロボ
ットの制御が簡易化されると共に作動領域が拡大する。
【0023】 また、リンクデバイス5は、他のリンクユニット10を備えている。このリン
クユニット10は、ヒンジ連結部34を介して可動要素2に連結されている。装
置全体を考慮すると、このヒンジ連結部34はリンクデバイス5と可動要素2の
間に運動の自由度、すなわち、2つの異なる旋回軸回りの旋回からなる2自由度
を付与している。なお、ヒンジ連結部34は、2自由度又は3自由度を有するボ
ール継手、カルダン継手等からなる継手35により構成される。この例では、リ
ンクユニット10は2つのリンク36からなる。これらのリンク36は継手35
により可動要素2に連結され、継手37によりリンクユニット9に接続されてい
る。この例では、リンク9は単一のリンクにより構成されている。このリンク9
の継手33から離れた一端は、連結部を介してリンクユニット10に接続されて
おり、装置の組み立て状態から明らかなように、現実又は仮想の2つの異なる軸
線回りの旋回である少なくとも2自由度が付与されている。継手37は例えばボ
ール継手又はカルダン継手により構成することができる。他端がリンク9に対し
て1自由度で回転可能に連結された横材38に対してリンク36が連結される場
合には、継手37はリンク9に対する横材38の回転軸に対して所定角度をなす
軸回りの旋回である1自由度を有する簡易な継手であってもよい。
【0024】 リンク36はほぼ平行で長さがほぼ等しく、第4の4リンクシステムFS4を
構成している。以上の説明から明らかなように、この例におけるリンク9はリン
ク25,26に対して平行に旋回する。よって、リンクデバイス4,5は、全作
動領域において、可動要素2を同一の向き、すなわち連結機構18に対して平行
な姿勢に保持することができる。
【0025】 リンク9を旋回させるために、動力出力機構14の動力出力部材39が伝動機
構40を介してリンク9に動力を出力する。この伝動機構40は、ベース要素1
上の動力出力部材39からリンクデバイス5のリンク9へ延びている。更に詳し
くは、本実施例における伝動機構40は、2つの切換部材42,43に掛け渡さ
れた可撓性を有する摩擦力伝達要素41を備えている。このうち第1の切換部材
42は、回転手段である動力出力部材39の出力軸に接続され、この出力軸に対
して回転しないようになっている。また、第2の切換部材43は、リンク9に連
結され、このリンク9に対して回転しないようになっている。よって、回転手段
39を逆転駆動することにより、リンク9をリンク25に対して所望方向に旋回
させることができる。
【0026】 図1に示す本実施例では、他のリンクデバイス6は第2の要素2をY方向、す
なわち4リンクシステムFS2の旋回面に対してほぼ直交する方向に移動させる
機能のみを有する。
【0027】 図2に示す変形例は、リンク9aが伝動機構40aによりリンク25aに対し
て旋回するようになっている点が、図1とは相違している。この伝動機構40a
は、可撓性を有する摩擦力伝達要素を採用せず、互いに連接された2本のリンク
44を備えている。これらのリンク44の一方は、回転手段39の回転子に連結
され、回転手段に対して回転しないようになっている。他方のリンク44は、リ
ンク9aに旋回可能に連結されている。図1及び図2のいずれにおいても、回転
手段39の出力軸は動力出力部材13の旋回軸28と同軸であることが好ましい
。あるいは、リンク9aがベース要素1aに対して2自由度で可動となるように
、リンク9aをリンク25aに対して回動可能に連結してもよい。
【0028】 図3の変形例では、動力出力部材39bは、ベース要素1bに固定された固定
部と、リンク9bに固定された可動部とを備え、可動部は1自由度でベース要素
1bに対して運動するようにしている。その結果、リンクデバイス5bのリンク
9bはベース要素1bに対して、2自由度で運動するのではなく、単一の自由度
で運動する。動力出力部材39bはその可動部にリンク9bが固定された回転手
段であるので、上記1自由度は旋回運動からなる。
【0029】 図1の実施例では、回転手段である動力出力機構15は、ベース要素1に対し
て固定された固定子と、単一のリンクからなるリンクユニット11に固定された
回転子とを備えている。そのため、リンクデバイス6のリンクユニット11は、
単なる旋回運動である1自由度で、ベース要素1に対して可動である。
【0030】 図1のリンクユニット12も同様に単一のリンクからなる。リンクユニット1
2の両端は、それぞれヒンジ連結部45,46によりリンクユニット11及び可
動要素2に対して固定されている。これらヒンジ連結部45,46は互いに所定
角度をなす軸回りの旋回である少なくとも2自由度を付与する。継手45,46
がボール継手又はカルダン継手であれば、継手45,46でリンクユニット12
を取り外すことができ、ボール継手の場合には回転が追加されるので3自由度と
なる。
【0031】 図3の変形例では、リンク11bとリンク12bはヒンジ継手47により互い
に連結されており、これらのリンク間には旋回からなる1自由度がある。一方、
リンク11bは、先行する実施例と異なり、48で概略的に示されるヒンジ連結
部により、ベース要素1bに対して2自由度で運動可能である。リンク12bは
継手46bにより可動要素2bに接続されており、3自由度を有している。すな
わち、2自由度は互いに所定角度で配置された旋回軸回りの旋回であり、残りの
1自由度はリンク12bの長手方向軸線回りの回転である。
【0032】 図4は、ヒンジ連結部48を上方から詳細に示しており、リンク11bはアン
ギュラ・ギアに含まれる歯車49に固定されている。リンク11bはベース要素
1bに対して第1の軸線50回りに旋回可能に支持されている。歯車49は第2
の歯車51よりも大きい。この第2の歯車51は動力出力機構15bの回転子に
接続されており、この回転子に対して回転しないようになっている。回転手段を
構成する動力出力機構は、ベース要素1bに連結された固定子と、歯車51に連
結された回転子とを備えている。この回転子は出力軸として機能する。リンク1
1bはベース要素1bに対して第2の軸線52回りに旋回可能に連結されている
。この第2の軸線52は上記第1の軸線50に対して所定角度、具体的にはほぼ
直角に延びている。この軸線52回りの旋回は、回転手段15bの出力軸に回転
可能に支持されたヨーク53によるものであり、このヨーク53はリンク11b
が旋回する軸を支持している。
【0033】 図3及び図4の実施例では、可動要素2bがリンクデバイス5bによりX方向
に移動すると、軸線52回りの回転によりリンクデバイス6bも傾斜し、この移
動に従動するという利点がある。そのため、リンクデバイス6bは、可動要素2
bに作用する力を制御するのに適した方向を常に向くことになる。
【0034】 図5から図7は、図3におけるリンクデバイス6bに対応するリンクデバイス
6cを示している。上記の実施例と同様に、このリンクデバイス6cはリンク1
1c,12cを備えている。このリンクデバイス6cに沿って、54で概略的に
示す伝動機構が設けられている。この伝動機構54はベース要素1cに配置され
た動力出力部材55と可動要素2cに配置された作業部材3cとの間で駆動力を
伝達する。更に詳しくは、伝動機構54は、作業部材3cを例えばそれ自体の軸
線回りに回転させる。伝動機構54は摩擦力伝達要素56,57を備え、これら
の摩擦力伝達要素56,57はリンク11c,12cの回動可能な連結部47c
と、リンク11c,12cの連結部47cと反対側の端部とに配置された切換部
材58,59,60間に掛け渡されている。切換部材59はアンギュラ・ギア6
1を介して動力出力部材55の出力軸62に連結されている。この出力軸62の
外側には管状出力軸63が配置され、この管状出力軸63には歯車64,65が
固定されている。歯車64は、回転手段である動力出力部材15cの出力軸に取
付けられた歯車66に係合している。歯車65は他の歯車67と共にアンギュラ
・ギアを構成している。この歯車67はリンク11cに連結されており、リンク
11cに対して相対回転しないようになっている。回転手段15cが作動すると
、管状出力軸63が歯車66,64により駆動軸62の周囲で回転する。そして
、管状出力軸63は歯車65を介して、リンク11cに固定された歯車67を軸
68回りに回転させる。この軸68は出力軸62及び管状出力軸63に平行な軸
回りに回転可能に支持されたアタッチメント69内に配置されている。すなわち
、この軸68はアタッチメント69により管状出力軸63の付近に回転可能に支
持されている。そのため、リンク11cはベース要素1cに対して軸68及びこ
の軸68に対して垂直であって軸62と同軸の軸線回り旋回する。よって、この
実施例ではリンク11cの自由度は2である。
【0035】 リンク12cの可動要素2cに最も近接している端部には、歯車70が駆動部
材60に連結されており、この歯車70は駆動部材60に対して回転しないよう
になっている。歯車70は他の歯車71に係合しており、歯車70,71はアン
ギュラ・ギアを構成している。歯車71は出力軸72に固定されており、この出
力軸72にはもう一つの歯車73が固定されている。この歯車73は他の歯車7
4に係合しており、歯車73,74はアンギュラ・ギアを構成している。歯車7
4は作業部材3cに連結されており、歯車74はこの作業部材3cに対して回転
しないようになっている。
【0036】 図7に示すように、ヨーク状のアタッチメント75が駆動軸76の支持部材と
して機能し、この駆動軸76回りにリンク12cが可動要素2cに対して旋回す
る。このアタッチメント75は、駆動軸76に対して所定角度で、好ましくは駆
動軸76に対してほぼ直角に延びる軸回りに旋回可能である。本実施例では、こ
の軸は歯車71,73を支持する出力軸72である。よって、リンク12cと可
動要素2cの間の自由度は2であり、この2自由度は互いに所定角度をなす2つ
の軸回りでのリンク12cの可動要素2cに対する旋回からなる。回転手段55
が作動すると、出力軸62と、この出力軸62に取付けられたアンギュラ・ギア
61を構成する歯車77が回転し、その結果、切換部材59に固定された歯車7
8が回転する。これによって、摩擦力伝達要素56が駆動され、切換部材58が
回転する。この切換部材58には、摩擦力伝達部材57が係合しているため、切
換部材60及びこの切換部材60に固定された歯車70が回転する。この回転は
、歯車70,71からなるアンギュラ・ギア及び歯車73,74からなるアンギ
ュラ・ギアにより、作業部材3cの回転に変換される。
【0037】 図5から図7に示す実施例には、作業部材3c及びリンクデバイス6を旋回さ
せるための動力出力部材55c,15cがともにベース要素1c上に配置されて
いるため、質量慣性が最低限に抑制されるという利点がある。
【0038】 図8に示す変形例では、リンクデバイス5dは図3に示す実施例と同様のリン
ク9dを備えている。このリンク9dは、動力出力部材39dにより1自由度で
駆動される。すなわちリンク9dは旋回運動のみを行う。動力出力部材15dは
、リンクデバイス6dのリンク11dを出力軸77回りに旋回運動させる。リン
ク11dの動力出力部材15dに対する運動の自由度は1である。しかしながら
、この例における動力出力部材15dのベースは、リンクデバイス15dに含ま
れる動力出力部材39dの出力軸に連結されており、この動力出力部材39dの
出力軸により回転運動するようになっている。動力出力部材39dの出力軸は、
駆動軸77に対してほぼ直角に延びている。よって、リンク11dはベース要素
1dに対して可動であり、自由度は2である。すなわちリンク11dは互いに傾
斜した2つの軸線回りに旋回運動する。そのため、動力出力部材39dによりリ
ンク9dが旋回すると、動力出力部材15d及びリンク11dが従動する。リン
ク11dとリンク12dの間の継手45d及びリンク12dと可動要素2dの間
の継手46dは、互いに所定角度で配置された軸線回りの旋回である少なくとも
2自由度を有している。図8の実施例では、作動要素3dを回転させるために、
リンク11d,12dに沿って延びる伝動機構を合理的に設けることができる。
この伝動機構は例えば駆動軸とカルダン継手を備える。
【0039】 図9は、図8の実施例の変形例を示している。この変形例では、動力出力部材
15e,39eをベース要素1eに配置することができるため、質量慣性を最低
限に抑制することができる。更に詳しくは、動力出力部材39eの出力は、動力
出力部材39eの出力軸に取付けた歯車78及びこの歯車78が係合する駆動軸
80に固定された歯車79を介して、出力軸80に固定されたリンク9eに伝達
される。この出力軸80は管状出力軸であり出力軸81が挿入されている。この
出力軸81は動力出力部材15eに連結されている。駆動軸81には歯車82が
連結されており、この歯車82は駆動軸81に対して回転しないようになってい
る。また、この歯車82はリンク11eに固定された他の歯車83と共に、リン
ク11eを出力軸68e回りに旋回させるためのアンギュラ・ギアを構成する。
この出力軸68eはアタッチメント84に支持されている。このアタッチメント
84は、管状出力軸80に対して回転不可に連結されており、動力出力手段39
eにより管状出力軸80と共に出力軸81回りに回転する。図8の実施例と同様
に、リンク11eはリンク9eの旋回に従動する。
【0040】 図10に示す変形例は、動力出力部材39hがベース要素1hに対して固定さ
れた固定部を備え、リンクデバイス6hは動力出力部材39hに対して直接連結
されていない点が図8と相違している。リンクデバイス6hを動力出力部材39
hに連結する代わりに、動力出力部材15hの基部は、ベース要素1hに対して
出力軸92回りに回転可能に支持されている。動力出力部材15hの可動部はリ
ンク11hに固定されている。従って、リンク11hは動力出力部材15hの固
定部に対して旋回のみが可能であり自由度は1であるが、動力出力部材15hは
ベース要素1hに対して旋回可能でありさらに1自由度がある。詳しくは、動力
出力部材15hのベース部は、リンク11hの旋回軸に対して所定角度をなして
延びる軸回りに回転する。よって、リンク11hのベース要素1hに対する自由
度は2である。動力出力部材39hによりリンクデバイス5hが旋回すると、動
力出力部材15hのベース部が出力軸92回りに回転し、リンクデバイス6hが
従動する。このリンクデバイス5h,6hの相互作用は、連結リンク93により
生じる。この連結リンク93とリンクデバイス5h,6hは、互いに所定角度を
有する軸回りの旋回である少なくとも2自由度を有するヒンジにより連結されて
いる。この実施例の他の部分は上記した実施例と同様である。
【0041】 図11は図10の実施例の変形例を示している。この変形例は、4リンクシス
テムFS2がベース要素1iに対して軸94回りに旋回可能である点が図10と
相違する。また、4リンクシステムFS2と連結機構18iも軸95回りに回転
可能である。軸94,95は互いにほぼ平行である。連結機構18iのベース要
素1iに対する向きを維持するために、ベース要素1iと連結機構18iの間に
他のリンク96が設けられている。リンク96は、4リンクシステムFS2と共
に別の4リンクシステムを構成する。この4リンクシステムにより、リンクシス
テムFS2が旋回しても、ベース要素1iに対する連結機構18iの向きは維持
される。このリンク96とベース要素1i及び連結機構18iとは、自由度が少
なくとも2である継手により接続する必要がある。既述の実施例と異なり、動力
出力部材15iは直接ベース要素1iに配置されているため、リンク11iは旋
回のみからなる1自由度でベース要素1iに対して可動である。また、図11の
実施例では、既述の実施例における単独のリンク9が4リンクシステムを構成す
るリンクユニット9iに置換されている。この4リンクシステムは、この4リン
クシステムが形状を変更することができる面に対してほぼ垂直な旋回面内で、動
力出力部材39iによってベース要素1iに対して旋回する。また、この4リン
クシステムは、別の4リンクシステムを構成するリンクユニット10iに接続さ
れている。この例では、リンクデバイス6iのリンク11iと連結機構18及び
4リンクシステム9iとの間には、それぞれリンク97,98が設けられている
。これらのリンク97,98を設けているため、動力出力部材15iによりリン
ク11iが旋回すると、連結機構18i及び4リンクシステム9iが従動する。
【0042】 図12に示す変形例は、全体的には図10に示す実施例と同様である。しかし
ながら、リンク93jがリンク9jとリンク11jの間にそれぞれ連結され、動
力出力部材15jがベース要素1jに設けられている。動力出力部材15jの可
動部99はリンク11jに対して旋回可能に接続されている。しかしながら、こ
の可動部99の旋回方向はリンク11jと同方向であるため、動力出力部材39
jによりリンク9jが旋回すると、リンク11jは可動部99の旋回軸とほぼ平
行な旋回運動によりリンク9jの旋回に従動する。一方、動力出力部材15jが
作動すると、その可動部99が回転してリンク11jに力が作用し、リンク11
jは可動部99の回転に従動する。このように、リンク11jとベース要素1j
間の運動の自由度は2であり、互いに所定角度をなす2つの旋回軸回りの回転が
ある。
【0043】 図13の変形例は、4リンクシステムFS2と他のリンク96が他のリンクデ
バイス100により高さ方向に作動する点で、図11のものと相違している。こ
のリンクデバイス100は、動力出力部材101と連結機構18kの間の動力仲
介媒体として機能する。リンクデバイス100は、この例では旋回のみからなる
1自由度で、ベース要素1kに対して可動である。また、リンクデバイス100
は符号10で示したものと同様の4リンクシステム103により連結機構18k
に接続されている。4リンクシステム103は、ベース要素1kと連結機構18
kとの連結部を構成するリンクに係合していてもよい。連結機構18kとリンク
デバイス6kのリンク11kとの間に、リンク11kの旋回運動に連結機構18
kを連動させるための連結部材104を設けており、リンク11kが旋回すると
連結機構18kが移動する。
【0044】 図14の変形例は、リンク191,221がそれぞれスリーブ105,106
に対して単一の軸回りの旋回である1自由度を有する継手により接続されている
点を除いて、既述の実施例とほぼ対応している。これらのスリーブ105,10
6は、それぞれ出力軸107,108回りに回転可能に支持されている。出力軸
108は、作業部材31が配置される可動部材1lの一部を構成している。この
可動部材1lは出力軸107に回転可能に支持されている。リンクデバイス6l
は、既述の実施例の場合とほぼ同様に出力軸107に対して力を伝達する。この
図14の例は、リンクとロボットの他の構成とのヒンジ連結が可能である限り、
種々の変形が可能であることを詳細に示す目的で例示したに過ぎない。従って、
本願は添付の請求の範囲が規定するところによってのみ限定される。
【0045】 図15に示す変形例は、図1におけるリンクデバイス5,6が単一のリンクバ
デバイス5mで置換されている点で、図1に示す実施例と相違する。このリンク
デバイス5mは、第1のリンクユニット10mと共に、単一の軸線回りの旋回で
ある1自由度のみを有する連結部109により可動要素2mに連結されている。
この例では、リンクユニット10mは1つのリンクのみからなるが、必要であれ
ば、安定性を向上するために2以上のリンクを平行に配置してもよい。
【0046】 また、リンクデバイス5mは、例えば互いに所定角度をなして配置される2つ
の軸線回りの旋回である2自由度でリンクユニット10mに連結されるリンク9
mを備えている。この2自由度はカルダン継手等により得られるが、図15に示
すように横材38mが単なる回転である1自由度でリンク10mに対して可動で
あり、この横材38mをリンクユニット9mに含まれる2つのリンク110に対
して単なる旋回である1自由度を有する継手111により連結してもよい。これ
らのリンク110の旋回は、横材38mがリンク10mに対して旋回する軸線に
対して所定角度をなしている。
【0047】 また、これらのリンク110は2自由度でベース要素1mに連結されている。
さらに詳しくは、この例では、横材112はベース要素1mに対して1自由度で
ベース要素1mに接続されており、リンク110は単なる旋回である1自由度で
横材112にヒンジ連結されている。リンク110は、ベース要素1mに対する
横材112の回転軸に対して所定角度をなして配置された軸回りに横材112に
対して旋回する。
【0048】 図15の実施例では、リンク110、横材38m,112から構成される平行
四辺形が回転に対して剛体的である。すなわち、この平行四辺形に含まれる横材
112,38mは平行状態を維持する。可動要素2mと横材38mとの間に設け
られたリンク110は、可動要素2mを安定させるために、単なる旋回である1
自由度を有している。
【0049】 さらにまた、4リンクシステムFS2は回転に対して剛体的でなければならな
い。すなわち、4リンクシステムFS2は、同一平面内でその形態が変化するよ
うにしなければならない。
【0050】 4リンクシステムFS2を駆動するために、既述のものと同様の動力出力部材
13mが設けられている。リンクデバイス5mによる所望の制御を行うために、
この動力出力部材39mが横材112を旋回させ、リンク110をベース要素1
mに対して旋回させる。一方、他の動力出力部材15mは横材112の回転軸に
対してほぼ平行な平面内で横材112に対してリンク110を旋回させる。動力
出力部材39mはベース要素1mに接続された固定部と、横材112に接続され
た可動部とを備えている。また、動力出力部材15mは固定部が横材112に固
定され、可動部がリンク110に連結されている。言い換えれば、リンク110
kは動力出力部材39m,15mにより互いに垂直な平面内で作動する。
【0051】 上記した全ての実施例に共通するが、ロボットの動力出力部材を制御し、第2
の要素2又はこれらに直接又は間接的に連結された部材を所望の経路で移動させ
るために、コンピュータ等からなる好適な制御ユニットが使用される。
【0052】 (変更の可能性) 本発明は上記した実施例に限定されないことは明らかである。すなわち、請求
項1から導かれる発明の概念から離れることなく、状況に応じて実施例の細部を
構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るロボットの概略斜視図である。
【図2】 他の実施例を示す図1と同様の概略斜視図である。
【図3】 設計を変更した他の例を示す概略斜視図である。
【図4】 図3の実施例におけるリンクデバイスを旋回させるためのデバイ
スの設計を詳細を示す図である。
【図5】 2つの要素の間に延びるリンクデバイスに組み込まれた可動要素
上の作業部材を回転させるための伝動機構を示す部分断面側面図である。
【図6】 図5のVI−VI断面での詳細を示す図である。
【図7】 図5のVII−VII線での断面図である。
【図8】 ロボットの基本設計を変更した他の例を示す図である。
【図9】 図8に図示された駆動機構の変形例である駆動機構を示す図であ
る。
【図10】 ロボットの他の変形例を示す斜視図である。
【図11】 図10に示す変形例よりも多少複雑なロボットの実施例を示す
図10と同様の斜視図である。
【図12】 他の設計変更例を示す斜視図である。
【図13】 ロボットの他の変形例を示す斜視図である。
【図14】 リンクデバイスの可動要素への連結の他の設計を示す図である
【図15】 リンクデバイスが2つのみである本発明に係る実施例を示す斜
視図である。
【符号の説明】
1,2 要素 3 作業部材 4,5,6 リンクデバイス 7,8,9,10,11,12 リンクユニット 13,14,15 動力出力機構 16,17 ヒンジ連結部 18 連結機構 9,19,22,25,36,44 リンク 20,21,23,24,35,37 継手 27,39 動力出力部材 38,112 横材 40,54 伝動機構 41,56,57 摩擦力伝達要素 42,43,58,59,60 切換部材 44,45,47,48 ヒンジ連結部 49,51,64,65,70,71,73 歯車 53 ヨーク 60 駆動部材 61 アンギュラ・ギア 69,75 アタッチメント FS1,FS2,FS3 4リンクシステム
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年3月13日(2000.3.13)
【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】

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの要素(1,2)を相対移動させるための装置であって
    、 これらの要素のうち、第1の要素がベース要素を構成し、第2の要素が第1の
    要素に対して移動する可動要素であり、 これらの要素を連結する少なくとも2つのリンクデバイス(4,5,6)を備
    え、 これらのリンクデバイスは、互いに回動可能に連結された少なくとも2つのリ
    ンクユニットと、上記要素の相対位置を変更するためにこれらのリンクユニット
    に旋回運動を伝達する動力出力機構(13,14,15)とを備え、 第1のリンクデバイス(4,5又は6)は、ヒンジ連結部を介して上記要素(
    1,2)の一方に連結され、装置全体を考慮すると、上記第1のリンクデバイス
    と上記要素の一方との間に、少なくとも互いに所定角度をなす2本の現実の又は
    仮想の旋回軸回りの相対的な旋回である2自由度があるものにおいて、 他のリンクデバイス(4,5又は6)は上記要素(1,2)の他方にヒンジ連
    結部を介して連結され、装置全体を考慮すると、このヒンジ連結部により、上記
    他のリンクデバイスと上記要素の他方との間の運動の自由度は、少なくとも現実
    又は仮想の2本の異なる旋回軸回りの旋回である2自由度であることを特徴とす
    る2つの要素を相対移動させるための装置。
  2. 【請求項2】 上記第1のリンクデバイス(4)は、リンク機構(8)と、
    移動機構(7)と、リンク機構と移動機構を相互連結する連結機構(18)とを
    備え、 上記移動機構は上記連結機構と上記一方の要素(1)との間に設けられ、 上記リンク機構(8)は上記連結機構(18)と上記他方の要素(2)との間
    に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 上記リンク機構(8)は、上記連結機構と上記他方の要素に
    対して全方向に旋回可能となるように継手によって連結される、少なくとも2本
    の第1のリンク(19)を備え、 上記第1のリンクは、上記連結機構と上記他方の要素と共に、少なくとも1つ
    の第1の4リンクシステム(FS1)を構成し、 上記移動機構は、上記連結機構と上記他方の要素とが相対運動するように構成
    されていることを特徴とする請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 上記動力出力機構(13,15,39)は、上記2つの要素
    の相対位置を変更するように、上記リンク機構及び移動機構を駆動する機構を備
    えることを特徴とする請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 上記リンク機構(8)は、上記連結機構と上記他方の要素に
    対して全方向に旋回可能となるように継手によって連結された少なくとも1本の
    第3のリンク(22)を備え、上記第1及び第3のリンクの継手(20,21,
    23,24)は三角形状に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の装
    置。
  6. 【請求項6】 上記第3のリンク(22)と、上記各第1のリンク(19)
    と、上記連結機構(18)と、上記他方の要素(2)とが第3の4リンクシステ
    ム(FS3)を構成することを特徴とする請求項5に記載の装置。
  7. 【請求項7】 上記リンク機構が備える第1のリンク(19)は長さがほぼ
    等しいことを特徴とする請求項3又は請求項6に記載の装置。
  8. 【請求項8】 上記リンク機構が備える複数の第1のリンク(19)はほぼ
    平行であることを特徴とする請求項3又は請求項6に記載の装置。
  9. 【請求項9】 上記移動機構(7)は、上記連結機構と上記一方の要素に対
    して旋回可能な少なくとも1本の第2のリンク(25,26)を有する第2のリ
    ンク機構からなることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれか1項に記載
    の装置。
  10. 【請求項10】 上記第2のリンク機構(7)が備える少なくとも2本のリ
    ンク(25,26)は、上記連結機構(18)と上記一方の要素(1)と共に第
    2の4リンクシステム(FS2)を構成することを特徴とする請求項9に記載の
    装置。
  11. 【請求項11】 上記第2のリンク機構(7)が備える第2のリンク(25
    ,26)は長さがほぼ等しいことを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 上記第2のリンク機構(7)が備える第2のリンク(25
    ,26)はほぼ平行であることを特徴とする請求項11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 上記第1のリンク機構が備える第1及び第3のリンク(1
    9,22)は長さがほぼ等しいことを特徴とする請求項3又は請求項6に記載の
    装置。
  14. 【請求項14】 上記第1のリンク機構が備える第1及び第3のリンク(1
    9,22)はほぼ平行であることを特徴とする請求項13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 上記他のリンクデバイス(5又は6)は、連結手段(33
    ,33a,80,84,93,97,98,93j,104,113)により、
    それ以外のリンクデバイス(4又は5)にそれぞれ連結され、対応する動力出力
    機構(15及び13)により上記他のリンクデバイス(5又は6)が運動すると
    上記それ以外のリンクデバイスが従動するようにしていることを特徴とする上記
    請求項のいずれか1項に記載の装置。
  16. 【請求項16】 上記他のリンクデバイス(5又は6)は、それぞれ上記そ
    れ以外のリンクデバイス(4又は5)に含まれる可動部(25,9d,9e,5
    h,9i,9j,18k)にヒンジ連結されていることを特徴とする請求項15
    に記載の装置。
  17. 【請求項17】 上記可動部は旋回可能であることを特徴とする請求項16
    に記載の装置。
  18. 【請求項18】 上記他のリンクデバイス(5)の動力出力機構(14)は
    、上記可動部(25)に対して他のリンクデバイス(5)に含まれるリンクユニ
    ット(9)を旋回させることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の装
    置。
  19. 【請求項19】 上記他のリンクデバイス(5)の一端が、上記第2の4リ
    ンクシステムに含まれる可動リンク(25)に旋回可能に連結されていることを
    特徴とする請求項10から請求項12のいずれか1項に記載の装置。
  20. 【請求項20】 上記他のリンクデバイス(5)は、上記第2の4リンクシ
    ステムの可動リンク(25)に対して、この可動リンク(25)の上記一方の要
    素に対する旋回軸(28)に対してほぼ平行な旋回軸(32)回りに旋回可能に
    連結されていることを特徴とする請求項19に記載の装置。
  21. 【請求項21】 上記他のリンクデバイス(5)は、上記第2の4リンクシ
    ステムのリンク(25)に旋回可能に連結された少なくとも1本の第1のリンク
    (9)と、第2の要素(2)に旋回可能に連結された少なくとも1本の第2のリ
    ンク(36)とを備えることを特徴とする請求項17に記載の装置。
  22. 【請求項22】 上記第2のリンクデバイス(5)の第1のリンク(9)を
    上記第2の4リンクシステム(FS2)のリンク(25)に対して旋回させる動
    力出力機構(39)は、上記第2の4リンクシステムのリンク(25)が旋回可
    能に連結されている一方の要素(1)に配置された動力出力部材(39)を備え
    ることを特徴とする請求項21に記載の装置。
  23. 【請求項23】 上記動力出力部材(39)の出力は、上記第2の4リンク
    システムのリンク(25)に沿って延びる動力伝達部材(41)を備える伝動機
    構(40)を介して、上記他のリンクデバイスの第1のリンクに伝達されること
    を特徴とする請求項22に記載の装置。
  24. 【請求項24】 上記動力出力部材(39a)の出力は、少なくとも2本の
    回動可能に接続されたリンク(44)を備えるリンクアームシステム(40a)
    を介して、上記他のリンクデバイスの第1のリンク(25a)に伝達されること
    を特徴とする請求項22に記載の装置。
  25. 【請求項25】 上記他のリンクデバイス(4,5,6)は上記要素の両方
    に対してヒンジ連結部を介して連結され、装置全体を考慮すると、他のリンクデ
    バイス(4,5,6)と各要素との間で2自由度の相対運動が可能であることを
    特徴とする請求項1に記載の装置。
  26. 【請求項26】 上記他のリンクデバイス(6b)に含まれるリンク(11
    b,12b)は、これらのリンク間の旋回である1自由度の運動を可能とするヒ
    ンジ連結部(47)により互いにヒンジ連結されていることを特徴とする請求項
    25に記載の装置。
  27. 【請求項27】 上記他のリンクデバイス(6b,6c)を上記要素に対し
    て旋回させる動力出力機構(15,6,15c)は、上記一方の要素に配置され
    た回転手段である動力出力部材(15b,15c)を備え、この動力出力部材(
    15b,15c)は、第2のリンクデバイスの一方のリンク(11b,11c)
    に固定された歯車(49,67)を備えるアンギュラ・ギア(49,51;65
    ,67)により、駆動力をその一方のリンク(11b,11c)に対して出力可
    能であり、この一方のリンク(11b,11c)は上記回転手段の回転軸に対し
    てほぼ平行な軸回りに旋回自在であることを特徴とする請求項25又は請求項2
    6に記載の装置。
  28. 【請求項28】 上記一方の要素に配置された動力出力部材(55)と第2
    の要素に配置された作業部材(3c)との間の駆動力伝達のための伝動機構が、
    上記他のリンクデバイス(6c)に沿って設けられていることを特徴とする請求
    項25から請求項27のいずれか1項に記載の装置。
  29. 【請求項29】 上記伝動機構は、他のリンクデバイスの回動自在な連結部
    と、この連結部から離反した少なくとも1本のリンクの端部とに回転可能に設け
    られた切換部材(59,58,60)に掛け渡された摩擦力伝達要素(56,5
    7)を備え、 上記他のリンクデバイスに含まれるリンクの互いに離反した両端の少なくとも
    一方に配置された切換部材は、アンギュラ・ギアにより、上記動力出力部材又は
    作業部材(3c)に駆動可能に連結されていることを特徴とする請求項28に記
    載の装置。
  30. 【請求項30】 上記切換部材の1つ(59)を回転させる動力出力部材(
    55)は、この切換部材(59)に連結された歯車(78)に係合する歯車(7
    7)が取付けられた出力軸(62)を備える回転手段(55)により構成され、 上記出力軸の外側に管状出力軸(63)が配置され、この管状出力軸(63)
    は、上記第2のリンクデバイスを旋回させるための動力出力部材(15c)と、
    この動力出力部材(15c)に隣接する他のリンクデバイスのリンク(11c)
    に固定された歯車(67)とを係合する歯車(65)とからなる駆動手段を備え
    、これら2つの歯車(65,67)が上記アンギュラ・ギアを構成することを特
    徴とする請求項29に記載の装置。
  31. 【請求項31】 上記動力伝達部材(40)は少なくとも1つの可撓性摩擦
    力伝達要素(41)と、この可撓性摩擦力伝達要素(41)が掛け渡される切換
    部材(42,43)とを備え、 上記動力出力部材(39)は上記切換部材の一方を回転させ、第2の切換部材
    (43)は上記他のリンクデバイス(5)の第2のリンク(9)に固定されてい
    ることを特徴とする請求項23に記載の装置。
  32. 【請求項32】 上記他のリンクデバイス(4,5,6)は、上記第1の要
    素に対する運動が2自由度となるように第1の要素に対して連結されていること
    を特徴とする上記請求項のいずれか1項に記載の装置。
  33. 【請求項33】 2つの他のリンクデバイス(5d,6d)があり、 これのリンクデバイスはそれぞれ動力出力機構により駆動可能な第1のリンク
    を備え、 上記他のリンクデバイスの一方(6d)の可動リンク(11d)は、リンクデ
    バイスの他方(5d)の第1の可動リンク(9d)の1自由度の運動に従動する
    ように構成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか1項に記載の装置
  34. 【請求項34】 上記移動機構(FS2,96)は、2自由度を有する連結
    部により上記ベース要素に連結されていることを特徴とする請求項2に記載の装
    置。
  35. 【請求項35】 上記第1の4リンクシステム(FS1)は、その旋回面に
    対してほぼ平行な軸(94)回りにベース要素に回転可能に接続され、 移動機構の他のリンク(96)は、連結機構(18i)の平行制御を行う他の
    4リンクシステムを構成することを特徴とする請求項3又は請求項34に記載の
    装置。
  36. 【請求項36】 上記他のリンクデバイス(5m)の第1のリンクユニット
    (9m)は、2自由度を有する連結部によりベース要素(1m)に連結され、第
    2のリンクユニット(10m)は1自由度のみを有する連結部(10g)により
    可動要素(2m)に連結され、これらの2つのリンクユニット(9m,10m)
    は2自由度を有する連結部により相互連結されていることを特徴とする請求項1
    から請求項4のいずれか1項に記載の装置。
  37. 【請求項37】 工業用ロボットであり、上記第2の要素(2)は直接的又
    は間接的に少なくとも1つの作業部材(3)を支持することを特徴とする上記請
    求項のいずれか1項に記載の装置。
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