JP2010247280A

JP2010247280A - Universal robot device

Info

Publication number: JP2010247280A
Application number: JP2009099793A
Authority: JP
Inventors: Bunno Cho; 文農張; Yuji Nakamura; 裕司中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a universal robot device constituting a parallel arm mechanism transmitting a large torque and conveying a heavy article in a wide movable range at high speed high accuracy. <P>SOLUTION: The universal robot device is equipped with: the parallel arm mechanism 100; and a serial arm mechanism 200. The device is constituted such that the serial arm mechanism 200 is provided on a support base of a movable plate 2 provided on the parallel arm mechanism 100. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多自由度ロボット装置に関する。 The present invention relates to a multi-degree-of-freedom robot apparatus.

これまで産業界において、可動範囲が広いと言う特徴を具備するシリアルロボットは多く使用されている。しかし、シリアルロボットにおいて、後段アームの駆動モータが前段アームの駆動モータの負荷になるため、高速度搬送を達成できない問題があった。また、ロボット先端の誤差が各アームの誤差の和となるため、高精度搬送を達成できない問題もあった。
高精度かつ高速搬送を達成するため、従来の多自由度ロボット装置は、すべてのモータが基部に取り付けられるパラレル構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Until now, serial robots having a feature that the movable range is wide have been used in the industry. However, in the serial robot, since the drive motor of the rear arm becomes a load of the drive motor of the front arm, there is a problem that high-speed conveyance cannot be achieved. In addition, since the error at the tip of the robot is the sum of the errors at each arm, there is also a problem that high-precision conveyance cannot be achieved.
In order to achieve high-accuracy and high-speed conveyance, a conventional multi-degree-of-freedom robot apparatus has been proposed with a parallel structure in which all motors are attached to the base (for example, see Patent Document 1).

特表２００３−５２４５３０号公報（第１４−１８頁、図１）Japanese translation of PCT publication No. 2003-524530 (pages 14-18, FIG. 1)

従来の多自由度ロボット装置は、伸縮シャフトが伸縮すると同時にツールを回すトルクを伝達するようになっていて大きいトルクを伝達することができないので、高速に重い対象物を搬送できないという問題があった。また駆動機構がすべてパラレルで構成されるので、可動範囲が狭いというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大きいトルクを伝達できるパラレルアーム機構を構成するとともにシリアルアーム機構と組み合わせ、広い可動範囲で高速高精度に重い物を搬送することができる多自由度ロボット装置を提供することを目的とする。 The conventional multi-degree-of-freedom robot device has a problem that a heavy object cannot be conveyed at a high speed because it cannot transmit a large torque because the telescopic shaft expands and contracts and transmits a torque that rotates the tool. . In addition, since the drive mechanisms are all configured in parallel, there is a problem that the movable range is narrow.
The present invention has been made in view of such problems, and constitutes a parallel arm mechanism capable of transmitting a large torque and is combined with a serial arm mechanism to convey a heavy object at high speed and high accuracy in a wide movable range. An object of the present invention is to provide a multi-degree-of-freedom robot apparatus that can perform such a process.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、パラレルアーム機構と、シリアルアーム機構を備えた多自由度ロボット装置であって、前記パラレルアーム機構に備えられた可動プレートの支持台に前記シリアルアーム機構が備えられ構成されたものである。
請求項２に記載の発明は、パラレルアーム機構と、シリアルアーム機構とを備えた多自由度ロボット装置であって、少なくとも２つのリンク機構を備えた連結支柱と、回転機構を備えた第１電動軸から前記パラレルアーム機構が構成され、可動プレートを動作させるものである。
請求項３に記載の発明は、パラレルアーム機構と、シリアルアーム機構とを備えた多自由度ロボット装置において、前記パラレルアーム機構は、基部と、可動プレートと、前記基部に回転軸が基部平面に平行するように取り付けられた２つ駆動モータと、それぞれ前記２つ駆動モータの可動子と前記可動プレートとを連結する２つ連結支柱と、前記基部に回転軸が基部平面に垂直するように取り付けられた回転モータと、前記回転モータの可動子と前記可動プレートとを連結して前記可動プレートを支持しながら、前記回転モータのトルクを前記シリアルアーム機構に伝達する支持伝動機構と、を備えるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記支持伝動機構は、カップリングと、前記基部に固定された第１支持台と、複数ベアリングと、前記カップリングを介して前記回転モータの回転子に連結されそして前記複数ベアリングを介して前記第１支持台に取り付けられた第１伝動軸と、前記可動プレートに固定された第２支持台と、先端が前記シリアルアーム機構に連結されそして前記複数ベアリングを介して前記第２支持台に取り付けられた第２伝動軸と、前記可動プレートに取り付けられそして前記第１伝動軸と前記第２伝動軸とを連結する複合連結機構と、を備えるものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項２において、前記複合連結機構は、可動部が中空構造を有しそして前記第１伝動軸と一体化連結され固定部が前記可動プレートに取り付けられた球面軸受と、入力部が前記球面軸受の可動部の内部に取り付けられ出力部が前記第２伝動軸と一体化連結されるユニバーサルジョイントと、を備えるものである。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a multi-degree-of-freedom robot device including a parallel arm mechanism and a serial arm mechanism, and the serial arm mechanism is provided on a support base of a movable plate provided in the parallel arm mechanism. It is composed.
The invention according to claim 2 is a multi-degree-of-freedom robot apparatus including a parallel arm mechanism and a serial arm mechanism, and a first electric motor including a connecting column including at least two link mechanisms and a rotating mechanism. The parallel arm mechanism is constituted by a shaft, and the movable plate is operated.
The invention according to claim 3 is a multi-degree-of-freedom robot apparatus including a parallel arm mechanism and a serial arm mechanism, wherein the parallel arm mechanism includes a base, a movable plate, and a rotation axis on the base plane. Two drive motors mounted parallel to each other, two connection struts for connecting the mover and the movable plate of each of the two drive motors, and a rotation axis on the base so that the rotation axis is perpendicular to the base plane And a support transmission mechanism that transmits the torque of the rotary motor to the serial arm mechanism while supporting the movable plate by connecting the movable element of the rotary motor and the movable plate. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the support transmission mechanism includes a coupling, a first support fixed to the base, a plurality of bearings, and the rotation via the coupling. A first transmission shaft connected to the rotor of the motor and attached to the first support base via the plurality of bearings, a second support base fixed to the movable plate, and a tip connected to the serial arm mechanism And a second transmission shaft attached to the second support base via the plurality of bearings, a composite connection mechanism attached to the movable plate and connecting the first transmission shaft and the second transmission shaft; Is provided.
According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, in the composite coupling mechanism, the movable portion has a hollow structure, is integrally connected to the first transmission shaft, and the fixed portion is attached to the movable plate. A spherical bearing, and a universal joint having an input portion attached to the inside of the movable portion of the spherical bearing and an output portion integrally connected to the second transmission shaft.

本発明によると、大きいトルクを伝達できる複合連結機構をもつパラレルアーム機構が構成されたため、高精度に重い物を搬送することができる。また、パラレルアーム機構と組み合わせることができ、広い範囲の搬送も実現することが可能となる。 According to the present invention, since the parallel arm mechanism having the composite coupling mechanism capable of transmitting a large torque is configured, a heavy object can be conveyed with high accuracy. Further, it can be combined with a parallel arm mechanism, and a wide range of conveyance can be realized.

本発明の第１実施例を示す多自由度ロボット装置の斜視図The perspective view of the multi-degree-of-freedom robot apparatus which shows 1st Example of this invention. 本発明のパラレルアーム機構の斜視図The perspective view of the parallel arm mechanism of this invention 本発明の複合連結機構の断面図Sectional view of the composite coupling mechanism of the present invention

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１実施例を示す多自由度ロボット装置の斜視図である。図において、パラレルアーム機構１００は多自由度ロボットの底部にはいちされている。また、シリアルアーム機構２００はパラレルアーム機構１００の先端に繋ぎツール７を移動させる。
図２は、本発明のパラレルアーム機構１００の斜視図である。図において、支持伝動機構１５は、カップリング１３と、ベアリング１４と、第１支持台９と、第１伝動軸１１と、次に説明する複合連結機構８と、第２支持台１０と、第２伝動軸１２とで構成され、可動プレート２を支えると同時に回転モータ４の駆動トルクを第２伝動軸１２の先端に伝達する。
図３は本発明の複合連結機構８の断面図である。図において、球面軸受の固定部８０１は可動プレート２に取り付けられる。球面軸受の可動部８０２は第１伝動軸１１と一体化連結され、中空構造になっている。ユニバーサルジョイント８０３は入力部が球面軸受の可動部８０２の内部に取り付けられ、出力部が第２伝動軸１２と一体化連結されるように構成されている。ただし、ユニバーサルジョイント８０３の中心点と球面軸受の中心点とを一致させる。尚、ユニバーサルジョイント８０３は、本実施例ではカンタルジョイントを例に説明する。 FIG. 1 is a perspective view of a multi-degree-of-freedom robot apparatus showing a first embodiment of the present invention. In the figure, the parallel arm mechanism 100 is provided at the bottom of the multi-degree-of-freedom robot. Further, the serial arm mechanism 200 moves the connecting tool 7 to the tip of the parallel arm mechanism 100.
FIG. 2 is a perspective view of the parallel arm mechanism 100 of the present invention. In the figure, the support transmission mechanism 15 includes a coupling 13, a bearing 14, a first support base 9, a first transmission shaft 11, a composite connection mechanism 8 described below, a second support base 10, The transmission shaft 12 is configured to support the movable plate 2 and simultaneously transmit the driving torque of the rotary motor 4 to the tip of the second transmission shaft 12.
FIG. 3 is a sectional view of the composite coupling mechanism 8 of the present invention. In the drawing, the fixed portion 801 of the spherical bearing is attached to the movable plate 2. The movable portion 802 of the spherical bearing is integrally connected to the first transmission shaft 11 and has a hollow structure. The universal joint 803 is configured such that the input portion is attached to the inside of the movable portion 802 of the spherical bearing, and the output portion is integrally connected to the second transmission shaft 12. However, the center point of the universal joint 803 is matched with the center point of the spherical bearing. In this embodiment, the universal joint 803 will be described using a Kanthal joint as an example.

次に動作原理について図１から図３を用いて説明する。
第１伝動軸１１は、一端がカップリング１３を介して基部１に垂直に取り付けられた回転モータ４の回転子と連結され、他方端はベアリング１４を介して基部１に固定された第１支持台９に取り付けられたため、回転モータ４の回転子と一緒に回転運動する。
また、固定部が可動プレート２に取り付けられた球面軸受８０１の可動部と第１伝動軸１１と一体化連結されたため、可動プレート２は球面軸受８０１の中心点ｏを中心に回転する。よって、２つ駆動モータ３を回転させることによって２つ連結支柱５を介して可動プレート２を点ｏを中心に回転させることができる。
一方、第２伝動軸１２は、球面軸受８０１の可動部に取り付けられたユニバーサルジョイント８０３の出力部と連結され、また、ベアリング１４を介して可動プレート２に固定された第２支持台１０に取り付けられたため、可動プレート２と一緒に中心点ｏを中心に揺動しながら第１伝動軸１１と球面軸受８０１の可動部とユニバーサルジョイント８０３を通して回転モータ４の回転トルクを受けて軸中心に回転運動もする。従って、第２伝動軸１２の先端は点ｏを中心に球面３自由度運動することができる。
また、第２伝動軸１２の先端にシリアルアーム機構を連結することにより、４自由度以上の多自由度ロボットを構成することができる。 Next, the operation principle will be described with reference to FIGS.
The first transmission shaft 11 is connected to the rotor of the rotary motor 4 attached at one end vertically to the base 1 via a coupling 13, and the other end is fixed to the base 1 via a bearing 14. Since it is attached to the base 9, it rotates together with the rotor of the rotary motor 4.
Further, since the fixed portion is integrally connected to the movable portion of the spherical bearing 801 attached to the movable plate 2 and the first transmission shaft 11, the movable plate 2 rotates around the center point o of the spherical bearing 801. Therefore, by rotating the two drive motors 3, the movable plate 2 can be rotated around the point o via the two connecting columns 5.
On the other hand, the second transmission shaft 12 is connected to the output portion of the universal joint 803 attached to the movable portion of the spherical bearing 801, and is attached to the second support base 10 fixed to the movable plate 2 via the bearing 14. Therefore, while rotating around the center point o together with the movable plate 2, it receives rotational torque from the rotary motor 4 through the first transmission shaft 11, the movable portion of the spherical bearing 801, and the universal joint 803, and rotates around the axis. I also do. Therefore, the tip of the second transmission shaft 12 can move with three degrees of freedom on the spherical surface around the point o.
Further, by connecting a serial arm mechanism to the tip of the second transmission shaft 12, a multi-degree-of-freedom robot having four or more degrees of freedom can be configured.

このように、伸縮シャフトと較べ、ユニバーサルジョイントの方が大きいトルクを伝達でき、そして、パラレルアーム機構とシリアルアーム機構とを組み合わせることによって、広い範囲で高速度高精度に重い物を搬送することができる。
また、パラレルアーム機構の先端が一定の球面上運動するので、逆運動学問題を解くことが簡単になり、高速な制御を実現することが可能となる。 In this way, the universal joint can transmit a larger torque than the telescopic shaft, and by combining the parallel arm mechanism and the serial arm mechanism, a heavy object can be conveyed at high speed and high accuracy in a wide range. it can.
Further, since the tip of the parallel arm mechanism moves on a certain spherical surface, it becomes easy to solve the inverse kinematics problem, and high-speed control can be realized.

１基部
２可動プレート
３駆動モータ
４回転モータ
５連結支柱
６伸縮シャフト
７ツール
８複合連結機構
９第１支持台
１０第２支持台
１１第１伝動軸
１２第２伝動軸
１３カップリング
１４ベアリング
１５支持伝動機構
１００パラレルアーム機構
２００シリアルアーム機構
８０１球面軸受の固定部
８０２球面軸受の可動部
８０３ユニバーサルジョイント DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base part 2 Movable plate 3 Drive motor 4 Rotation motor 5 Connection support | pillar 6 Telescopic shaft 7 Tool 8 Composite connection mechanism 9 1st support stand 10 2nd support stand 11 1st transmission shaft 12 2nd transmission shaft 13 Coupling 14 Bearing 15 Support Transmission mechanism 100 Parallel arm mechanism 200 Serial arm mechanism 801 Spherical bearing fixed portion 802 Spherical bearing movable portion 803 Universal joint

Claims

パラレルアーム機構と、シリアルアーム機構を備えた多自由度ロボット装置であって、前記パラレルアーム機構に備えられた可動プレートの支持台に前記シリアルアーム機構が備えられ構成されたことを特徴とする多自由度ロボット装置。 A multi-degree-of-freedom robot apparatus provided with a parallel arm mechanism and a serial arm mechanism, wherein the serial arm mechanism is provided on a movable plate support base provided in the parallel arm mechanism. Freedom robotic device.

パラレルアーム機構と、シリアルアーム機構とを備えた多自由度ロボット装置であって、
少なくとも２つのリンク機構を備えた連結支柱と、回転機構を備えた第１電動軸から前記パラレルアーム機構が構成され、可動プレートを動作させることを特徴とする多自由度ロボット。 A multi-degree-of-freedom robot device including a parallel arm mechanism and a serial arm mechanism,
A multi-degree-of-freedom robot characterized in that the parallel arm mechanism is composed of a connecting column having at least two link mechanisms and a first electric shaft having a rotation mechanism, and moves a movable plate.

前記パラレルアーム機構は、基部と、可動プレートと、前記基部に回転軸が基部平面に平行するように取り付けられた２つ駆動モータと、それぞれ前記２つ駆動モータの可動子と前記可動プレートとを連結する２つ連結支柱と、前記基部に回転軸が基部平面に垂直するように取り付けられた回転モータと、前記回転モータの可動子と前記可動プレートとを連結して前記可動プレートを支持しながら、前記回転モータのトルクを前記シリアルアーム機構に伝達する支持伝動機構と、を備えることを特徴とする多自由度ロボット装置。 The parallel arm mechanism includes a base, a movable plate, two drive motors attached to the base so that a rotation axis is parallel to a base plane, a movable element of the two drive motors, and the movable plate, respectively. Two connecting struts to be connected, a rotary motor attached to the base so that a rotation axis is perpendicular to the base plane, and a movable element of the rotary motor and the movable plate are connected to support the movable plate. A multi-degree-of-freedom robot apparatus comprising: a support transmission mechanism that transmits torque of the rotary motor to the serial arm mechanism.

前記支持伝動機構は、カップリングと、前記基部に固定された第１支持台と、複数ベアリングと、前記カップリングを介して前記回転モータの回転子に連結されそして前記複数ベアリングを介して前記第１支持台に取り付けられた第１伝動軸と、前記可動プレートに固定された第２支持台と、先端が前記シリアルアーム機構に連結されそして前記複数ベアリングを介して前記第２支持台に取り付けられた第２伝動軸と、前記可動プレートに取り付けられそして前記第１伝動軸と前記第２伝動軸とを連結する複合連結機構と、を備えることを特徴とする請求項２記載の多自由度ロボット装置。 The support transmission mechanism is coupled to a rotor of the rotary motor through the coupling, a first support fixed to the base, a plurality of bearings, the coupling, and the first through the plurality of bearings. A first transmission shaft attached to one support base, a second support base fixed to the movable plate, a tip connected to the serial arm mechanism, and attached to the second support base via the plurality of bearings The multi-degree-of-freedom robot according to claim 2, further comprising: a second transmission shaft; and a composite connection mechanism that is attached to the movable plate and connects the first transmission shaft and the second transmission shaft. apparatus.

前記複合連結機構は、可動部が中空構造を有しそして前記第１伝動軸と一体化連結され固定部が前記可動プレートに取り付けられた球面軸受と、入力部が前記球面軸受の可動部の内部に取り付けられ出力部が前記第２伝動軸と一体化連結されるユニバーサルジョイントと、を備えることを特徴とする請求項２記載の多自由度ロボット装置。 The composite coupling mechanism includes a spherical bearing in which a movable portion has a hollow structure and is integrally coupled to the first transmission shaft and a fixed portion is attached to the movable plate, and an input portion is an interior of the movable portion of the spherical bearing. The multi-degree-of-freedom robot apparatus according to claim 2, further comprising: a universal joint that is attached to the output unit and has an output unit integrally connected to the second transmission shaft.