JP2003094266A - パラレルロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラレルリンク機構を使用したパラレルリン
クロボットにおいて、トラベリングプレートの振動を抑
制する。 【解決手段】 １対のスライド部材の一方のスライド部
材１４に制動面５１を設け、他方のスライド部材１３に
ブレーキ手段５２を設け、振動検知手段により検知され
た信号によりブレーキ手段５２を作動させ、ブレーキ手
段５２のパッド５５を制動面５１に押圧し、スライド部
材１４，１５の振動を抑制し、連結されたトラベリング
プレートの振動を抑制する。

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
構を用いたパラレルロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術におけるパラレルロボットに
は、例えば特開平８−１５０５２６号公報の第１実施例
に記載されたものが知られている。パラレルロボット
は、ベッド上に設置された門型フレームの天井に支持柱
を介して吊設されている。パラレルロボットのトラベリ
ングプレートにはエンドミルやドリル等の工具が取付け
られており、パラレルロボットを駆動することにより工
具はベッド上に載置された工作物に接近当接し加工を行
う。

【０００３】パラレルロボットは基台と３対のガイドと
３対のスライド部材と駆動装置と３対のロッドとトラベ
リングプレートと制御装置とを備えている。基台には円
周方向の３等分位置に所定角度傾斜して３対のガイドが
固定されている。３対のガイドのそれぞれには３対のス
ライド部材がガイドの長手方向に移動可能なように設け
られている。また、３対のガイドのそれぞれには３対を
構成する６つのスライド部材を別個に独立して移動させ
る駆動装置が設けられている。

【０００４】６つのスライド部材のそれぞれにはロッド
の一端がジョイントを介して連結されている。ロッドの
他端は、ジョイントを介してトラベリングプレートに同
一平面上に取付けられている。トラベリングプレートの
下側にはエンドミルやドリル等の工具を取付ける回転主
軸が設けられている。

【０００５】以上の構成により、制御装置は動作指令を
与えることによって駆動装置を駆動し、スライド部材を
別個に移動させる。６本のロッドはそれぞれ独立して揺
動され、この６本のロッドの揺動の組み合わせによりト
ラベリングプレートは６自由度制御、すなわち位置制御
および姿勢制御される。そして、制御装置は、トラベリ
ングプレートに設けられた回転主軸の回転軸線を所望の
方向に向け、回転主軸を所望の１つの位置から他の位置
に所望の経路で移動させて回転主軸に装着した工具で工
作物の加工を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来技
術のパラレルリンクロボットは、トラベリングプレート
を６自由度（すなわち位置および姿勢）で制御できるの
で、回転主軸に装着した工具、例えばエンドミルを切削
に最適な角度で工作物に当接させて加工できる利点があ
る。また、全ての駆動装置を固定側に配置する構成であ
るので、移動される組付体（トラベリングプレート、回
転主軸と工具を主とした移動部材の組付体）の質量を小
さくすることができ、加速度を高く設定でき、生産性の
向上につながる。

【０００７】しかし、高加速度でトラベリングプレート
を移動させるとトラベリングプレート（回転主軸と工具
とを含む）が振動することがある。振動の形態（運動方
向、大きさ等）はトラベリングプレートの現在の位置、
移動させる方向、現在の姿勢と変化させる姿勢の向きに
より変化する。

【０００８】そして、早送り位置決め時に発生した振動
が継続している状態で加工を行ったり、加工中に振動が
発生すると、例えばエンドミル加工であれば加工面には
うねりが発生し、正常な加工面を得ることができない。
なかでも、トラベリングプレートの振動の運動方向が直
線ではなく回転（以下、回転振動と称す）である場合
に、回転軸から離れたところに位置するエンドミル先端
の変位は拡大される。回転振動は、スライド部材からロ
ッドを介してトラベリングプレートに作用する力のベク
トルが回転モーメントとしてトラベリングプレートに作
用する場合に生ずると考えられる。

【０００９】本発明者はかかる問題を解決すべく研究し
た結果、トラベリングプレートに生じた回転振動はジョ
イントとロッドを介してスライド部材に伝達され、スラ
イド部材の移動方向にスライド部材を振動させることに
着目した。そして、１対のスライド部材の一方のスライ
ド部材と他方のスライド部材の振動の位相が互いに逆の
ときに、トラベリングプレートの回転振動は大きくなる
ことを見出した。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、トラベリングプレートの回転振動
を抑制することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項１に記載の発明のパラレルロボットは、基
台の円周方向の３等分位置に３対のガイドを固定し、３
対のガイドのそれぞれに３対のスライド部材をガイドの
長手方向に移動可能なように設け、３対のガイドに３対
を構成する６つのスライド部材を別個に独立して移動さ
せる駆動装置を設け、６つのスライド部材のそれぞれに
ロッドの一端をジョイントを介し連結し、ロッドの他端
をジョイントを介しトラベリングプレートに同一平面上
に取付ける。そして、３対のスライド部材のうち少なく
とも１対のスライド部材の両スライド部材間の相対移動
を選択的に許容または拘束するブレーキ手段を備える。

【００１２】請求項２に係る発明のパラレルロボット
は、スライド部材の振動を検知する検知手段をさらに有
し、検知手段により振動が検知された場合に検知手段に
より振動が検知された場合にブレーキ手段を作動させて
両スライド部材間の相対移動を拘束するようにする。

【００１３】

【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明においては、トラベリングプレートに発生した
回転振動はジョイントを介してロッドに伝達され、さら
にジョイントを介してスライド部材に伝達される。スラ
イド部材は、ガイドの長手方向に移動可能に案内されて
いるため、伝達された振動により長手方向に振動させら
れる。

【００１４】この長手方向の振動の位相が１対のスライ
ド部材の一方のスライド部材と他方のスライド部材とで
互いに逆の場合に、制御手段はブレーキ手段を作動させ
る。ブレーキ手段の摺接面は制動面に適切な荷重でもっ
て押圧または吸引され、互いの面に摩擦力を発生させ
る。この摩擦力は、お互いの長手方向の振動を互いに打
消し合う方向に働く。この結果、スライド部材の振動は
抑制され、ロッドを介して連結されたトラベリングプレ
ートの振動も抑制される。

【００１５】上記のように構成した請求項２に係る発明
においては、スライド部材の振動を検知する検知手段を
さらに有しており、検知手段により振動が検知された場
合にブレーキ手段を作動させる。これにより、振動が発
生した時に自動的に振動を抑制することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明における第１の実施の形態
の一例を図１〜図７に従って説明する。以下、工作機械
として利用された場合として説明するが、パラレルロボ
ットの利用分野は工作機械に限られるものではない。図
１に示すように、外部に固定された支持柱Ｐを介しパラ
レルロボットＰＲが吊設されている。パラレルロボット
ＰＲのトラベリングプレート２にはエンドミルやドリル
等の工具Ｔが取付けられている。

【００１７】パラレルロボットＰＲは、基台１と３対の
ガイド６，７と３対のスライド部材１３，１４と駆動装
置（図では６つ）１５，１６と６つのロッド４，５と制
動面５１（図では３つ）とブレーキ手段５２（図では３
つ）と制御手段６１とを備える。

【００１８】２本１対のガイド６，７は、六角形状部材
である基台１の一つ置きの辺部に設けられ、次のように
構成されている。基台１の辺部に１２０度円周等配で、
外開きの所定の傾斜角をもって放射状に長手方向に案内
溝が形成された案内枠８，９が平行１対となって設けら
れている。

【００１９】図２に示すように案内枠８，９の案内溝に
は、溝に沿って滑動自在の夫々のスライド部材１３，１
４が取り付けられている。案内枠８，９には、案内枠
８，９の基端部・先端部に亘る送りねじ１１，１２が回
転自在に架設されている。また、スライド部材１３，１
４は各送りねじ１１，１２に螺合し、各送りねじ１１，
１２は案内枠８，９の先端部に設けられたサーボモータ
１５，１６の出力軸に結合されている。サーボモータ１
５，１６には、それぞれの回転を検出するエンコーダ１
５ａ，１６ａが設けられている。

【００２０】図３に示すように、２本１対のロッド４，
５の夫々は、第１ロッド部２１、第２ロッド部２２及び
第３ロッド部２３並びに第１ロッド部２１・第２ロッド
部２２間を固定的に連結するフランジ継手２４及び第２
ロッド部２２・第３ロッド部２３間をＬ１軸線回りに回
転自在に連結する回転軸継手２５とから構成されてい
る。

【００２１】ロッド４，５の夫々の上端部、即ち第１ロ
ッド部２１の上端部は、スライド部材１３，１４に第１
連結部２６を介して直交２軸線回りに回転自在に結合さ
れている。ロッド４，５の夫々の下端部、即ち第３ロッ
ド部２３の下端部は、三角形状板材であるトラベリング
プレート２の辺部に適宜の間隔をあけた２点の結合点で
第２連結部２７を介して直交２軸線回り回転自在に結合
されている。そこで、ロッド４，５は、第１連結部２６
を支点としてスライド部材１３，１４に対し、第２連結
部２７を支点としてトラベリングプレート２に対して夫
々３次元的な方向に揺動することができる。

【００２２】制御装置６１は図１に示すように、中央処
理装置（ＣＰＵ）６２を中核としメモリ６３を持つプロ
グラマブルな数値制御装置である。ＣＰＵ６２はインタ
ーフェイス６４を介して駆動ユニット（ＤＵ）１６５，
１６６にサーボモータ１５，１６の回転量目標値を出力
し、これにもとづいて各駆動ユニット（ＤＵ）１６５，
１６６はサーボモータ１５，１６を回転駆動するように
なっている。各サーボモータ１５，１６の回転はエンコ
ーダ１５ａ，１６ａにより検出されて各駆動ユニット
（ＤＵ）１６５，１６６にフィードバックされるように
なっている。ＣＰＵ６２には、インターフェイス６６を
介して入出力装置６７が、インターフェース６４を介し
てシーケンサ６９が接続されている。

【００２３】メモリ６３には振動検知手段としての振動
検出プログラム７０等が記憶されている。振動検出プロ
グラム７０は、回転量目標値とエンコーダ１５ａ，１６
ａにて検出される回転量現在値との差（位置偏差）から
振動数を計測する公知のものであり説明は省略する。

【００２４】次にトラベリングプレート２に生じる回転
振動の抑制手段を図２により説明する。ブレーキ手段は
主にシリンダ５２と制動面５１とから構成される。

【００２５】平行にならんだスライド部材１３，１４の
一方のスライド部材１３の他方のスライド部材１４側の
側面に、シリンダ５２が図示しないボルトにより固定さ
れている。シリンダ５２は他方のスライド部材１４に向
かって前後進可能なピストンロッド５３を有している。
ピストンロッド５３の前進方向の先端面には円盤状のブ
レーキパッド５５が固着されている。

【００２６】ブレーキパッド５５の固着面の反対側は、
制動面（後述する）に摺接する摺接面となっており、摺
接時のかじりを防ぎ適切な摩擦力が発生する材質、例え
ば強化繊維入りのベークライト樹脂が使用されている。
他方のスライド部材１４の一方のスライド部材１３側の
側面にはブレーキパッド５５の摺接面が摺接可能な制動
面５１が形成されている。制動面５１の材質は鋳鉄を使
用するが、ブレーキパッド５５の摺接面と接触したとき
に適切な摩擦力が発生するものであれば他の金属でもよ
い。

【００２７】上記のように構成された本実施の形態のパ
ラレルリンクロボットＰＲは、次のように作用する。原
位置では全てのスライド部材１３，１４はスライド原位
置に位置し、ジョイント２６，２７とロッド４，５にて
連結されたトラベリングプレート２の位置は移動範囲の
最上部となっている。シリンダ５２のピストンロッド５
３は後退しており、ブレーキパッド５５の摺接面と制動
面５１の間には隙間が形成されている（以下、ブレーキ
ＯＦＦの状態と記載）。

【００２８】工作物が図示しないベッドに取付けられ、
加工に必要な工具Ｔ、例えばエンドミル９０がトラベリ
ングプレート２の回転主軸９１に取付けられる。制御装
置６１は各々のサーボモータ１５，１６を駆動させて、
スライド部材１３，１４を各々所要ストロークだけ前進
させる。スライド部材１３，１４の前進に伴い、ロッド
により接続されたトラベリングプレートは傾きを変えら
れ、エンドミル９０の回転軸線は所望の方向に向けられ
る。そして、同時にエンドミル９０を加工開始位置に急
速位置決めして、図示しない電動機によりエンドミルが
装着された回転主軸９１を回転させ、エンドミル９０を
所望の経路で移動させて図示しない工作物の加工を行
う。

【００２９】加工が完了すると制御装置６１は、エンド
ミル９０が装着された回転主軸９１の回転を停止させサ
ーボモータ１５，１６を駆動しトラベリングプレート２
を原位置に戻す。加工が完了した工作物はベッドから取
外される。

【００３０】次に、本実施の形態のパラレルリンクロボ
ットＰＲの振動抑制機能について、図４〜図７に従って
説明する。機械の運転が開始され、サイクルのスタート
信号が与えられると、例えば所定のインターバル毎に図
４のルーチンが実行される。ステップＳ１０１では、振
動検出プログラム７０を実行させスライド部材１３，１
４の振動の振幅・位相を測定する。スライド部材１３，
１４の振動の振幅・位相はエンコーダ１５ａ，１５ｂの
位置偏差を測定することにより行う。測定結果の例とし
て、図５には振動が発生しない状態を示し、図６には振
動が発生した状態を示す。図５（ａ）はエンコーダ１５
ａの位置偏差を示し、図５（ｂ）はエンコーダ１６ａの
位置偏差を示す。図５（ａ）（ｂ）中の突出した位置偏
差Ａ，Ｃは起動時、位置偏差Ｂ，Ｄは停止時に生じたも
ので、スライド部材１３，１４等に起因するサーボ系の
追従遅れによるものである。この後、位置偏差はほとん
どゼロとなり、位置偏差ゼロの状態が継続する。これに
よりスライド部材１３，１４に振動は発生していないと
判断される。

【００３１】図６（ａ）はエンコーダ１５ａの位置偏差
を示し、図６（ｂ）はエンコーダ１６ａの位置偏差を示
す。図（ａ）のＡ１は指令値に対しスライド部材の追従
が遅れ、マイナス方向の位置偏差としてあらわれてい
る。この後、位置偏差はゼロに戻り今度はプラス方向に
オーバーシュートしている（Ａ２）。そして位置偏差
は、さらにゼロに戻り今度は再度マイナス方向にオーバ
シュート（Ａ３）し、これが周期的に繰り返されてい
る。

【００３２】この位置偏差の周期的な変動の振動数を検
知することにより、振動が発生していると判断する。Ｂ
１，Ｂ２…は停止時を示す。これも加速時と同様プラス
方向とマイナス方向に位置偏差が周期的に変動してい
る。図６（ｂ）は図６（ａ）と振動数が同じであるが、
振動の位相がπラジアンずれている。つまり振動の位相
が互いに逆である。

【００３３】ステップＳ１０２では、測定した振幅を予
め設定しておいた振幅閾値と比較し、振幅閾値未満であ
ればステップＳ１０５に移りブレーキをＯＦＦの状態に
維持する。振幅閾値以上であれば、ステップＳ１０３に
移る。ステップＳ１０３では、測定した位相差がπラジ
アンであるか否か判定する。ＮＯであればステップＳ１
０５に移りブレーキをＯＦＦの状態に維持する。

【００３４】ＹＥＳ、つまり位相差がπラジアン（逆位
相）であればステップＳ１０４に移り、図示しないソレ
ノイドバルブを切替えて、圧縮空気をシリンダ５２へ供
給する。ピストンロッド５３は前進させられ、ブレーキ
パッド５５の摺接面をスライド部材１４の制動面５１に
押圧させる（ブレーキＯＮの状態）。摺接面は制動面５
１に所望の荷重でもって押圧されて、互いの面に生じた
摩擦力によりスライド部材１３，１４の振動は打消し合
う。ブレーキ手段を作動させたときのエンコーダ１５
ａ，１６ａの位置偏差は図７に示すようになり、周期的
振動が生じていないことを示している。

【００３５】このように、スライド部材１３，１４のス
ライド部材１３，１４の移動方向の振動が抑制されるの
でロッド４，５を介して連結されたトラベリングプレー
ト２の回転振動も抑制される。そして、回転主軸９１に
装着したエンドミル９０も振動することは無く、加工面
にうねり等が生ずることは無く、正常な加工面が得られ
る。

【００３６】本発明における第２の実施の形態の例を図
８に従って説明する。これは、第１の実施の形態とブレ
ーキ手段の構成が相違するものであり、この相違部分の
みを説明する。ブレーキ手段は主にシリンダ１５２とア
ングル部材１５０とから構成されている。

【００３７】平行にならんだスライド部材１３，１４の
一方のスライド部材１３の側面には、シリンダ１５２が
図示しないボルトにより固定されている。シリンダ１５
２はシリンダ本体１５３と２つのピストン１５５とを備
えている。

【００３８】シリンダ本体１５３の断面はコの字形であ
り、２つの対向する部分にはそれぞれピストン１５５が
互いに対向して同軸的に配設されている。ピストン１５
５は図示しない圧油を供給することにより前後進可能と
なっており、ピストン１５５の先端部にはアングル部材
１５０の一方の板状部と摺接する摺接面が形成されてい
る。

【００３９】アングル部材１５０の一方の板状部はシリ
ンダ本体１５３の開口部分の２つの内側面に互いに隙間
を空けた位置にあり、ピストン１５５の摺接面が摺接す
るような制動面を両面に形成している。他方の板状部は
スライド部材１４の側面にスライド部材１３，１４の移
動方向に延設固定されている。

【００４０】ブレーキ手段をＯＮさせると、２つのピス
トン１５５が互いに前進してアングル部材１５０の一方
の板状部を両側から挟持する。２つのピストン１５５の
作用力は互い対向し相等しいので、アングル部材１５０
を変位させる外力としては働かない。したがってブレー
キ手段をＯＮさせても、スライド部材１３，１４を相対
変位させず、スライド部材１３，１４の位置決め精度を
低下させることはない。

【００４１】また、第１と第２の実施の形態ではブレー
キ手段としてシリンダを使用したが、これにかえて電磁
石を使用し制動面に摺接面を吸着させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるパラレルロ
ボットを利用した機械の斜視図である。

【図２】図１のＨ視図である。

【図３】図１のロッド部の詳細図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態における振動抑制機
能を説明するフローチャートである。

【図５】本発明の第１の実施の形態におけるスライド部
材が振動しない状態のエンコーダの位置偏差を表したグ
ラフである。

【図６】本発明の第１の実施の形態におけるスライド部
材が振動した時のエンコーダの位置偏差を表したグラフ
である。

【図７】本発明の第１の実施の形態におけるブレーキ手
段を作動させたときのエンコーダの位置偏差を表したグ
ラフである。

【図８】本発明の第２の実施の形態におけるブレーキ手
段を示す図である。

【符号の説明】

１：基台、２：トラベリングプレート、４，５：ロッ
ド、６，７：ガイド、１３，１４：スライド部材、１
５，１６：駆動装置、５１：制動面、５２：ブレーキ手
段（シリンダ）、６１：制御手段、ＰＲ：パラレルロボ
ット、Ｔ：工具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、各々が対をなして円周方向の３
   等分位置で前記基台に固定された３対のガイドと、前記
   ３対のガイドのそれぞれに設けられ前記ガイドの長手方
   向に移動可能な３対のスライド部材と、前記３対を構成
   する６つのスライド部材を別個に独立して移動させる駆
   動装置と、前記６つのスライド部材のそれぞれに一端が
   ジョイントを介し連結された６本のロッドと、前記６本
   のロッドのそれぞれの他端がジョイントを介し同一平面
   上に取付けられたトラベリングプレートとを備えたパラ
   レルロボットにおいて、前記３対のスライド部材のうち
   少なくとも１対のスライド部材の両スライド部材間の相
   対移動を選択的に許容または拘束するブレーキ手段を備
   えたことを特徴とするパラレルロボット。
2. 【請求項２】 請求項１のパラレルロボットにおいて、
   前記６つのスライド部材のうち少なくとも１つのスライ
   ド部材の振動を検知する検知手段をさらに有し、前記検
   知手段により振動が検知された場合に前記ブレーキ手段
   を作動させて両スライド部材間の相対移動を拘束するよ
   うにしたことを特徴とするパラレルロボット。