JP2014050898A

JP2014050898A - パラレルリンクロボットの線条体処理構造

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Publication number: JP2014050898A
Application number: JP2012195221A
Authority: JP
Inventors: Hyunchul Souk; ヒョンチョルソク
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20
Also published as: US20140069222A1; CN103659801B; CN103659801A; DE102013014399A1; US9694493B2

Abstract

【課題】パラレルリンクロボットにおいて、線条体を好適に引き回すことができる線条体処理構造の提供。
【解決手段】パラレルリンクロボット２の受動リンク部２０ｃには、第１の追加アクチュエータ１４が設けられる。線条体１６は、基礎部１０の略円形の底面に形成された開口部１８から引き出され、所定の遊びを持たせた後、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に交差する方向に延びた状態で受動リンク部２０ｃに向かい、第１の追加アクチュエータ１４に接続される。ここで交差する方向とは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に対して７０〜１１０度の角度、好ましくは８０〜１００度の角度、さらに好ましくは略９０度の角度となる方向である。
【選択図】図１

Description

本発明は、パラレルリンクロボットにおいて使用される、ケーブルやエアチューブ等からなる線条体の処理構造に関する。

エンドエフェクタを備えた可動部を３次元的に位置決めする手段として、デルタ型パラレルリンク機構を用いたパラレルリンクロボットが知られている。例えば図６は、従来技術におけるパラレルリンクロボットの斜視図である。図６に示されるように、従来技術のパラレルリンクロボット１００は、基礎部１１０と、可動部１２０と、基礎部１１０及び可動部１２０を連結する３つのリンク部２００ａ〜２００ｃと備え、可動部１２０には、図示しないエンドエフェクタの取付部材１９０が備えられている。

またリンク部２００ａは、基礎部１１０から延びる駆動リンク２１０ａと、可動部１２０から延びる２つの受動リンク２２０ａ、２３０ａとからなり、これらは球面軸受により互いに連結されている。また、基礎部１１０は、駆動リンク２１０ａを駆動するアクチュエータ１３０ａを有する。なお、他のリンク部２００ｂ、２００ｃも同様の構成である。これらリンク部２００ａ〜２００ｃのアクチュエータ１３０ａ〜１３０ｃを個別に制御することによって、可動プレート１２０を３自由度（第１軸〜第３軸）で移動させ、所望の位置に位置決めできる。

上述のように従来のデルタ型パラレルリンクロボットは、基礎部、可動部、並びにそれらを連結する駆動リンク及び受動リンクから構成されている。駆動リンク及び受動リンクは３組設けられ、これらを個々に制御することにより、可動部をＸＹＺの３自由度で移動させることができる。

ここで、図６のパラレルリンクロボットにおいて、エンドエフェクタが取り付けられる取付部材１９０の姿勢を変更する姿勢変更機構を設け、該姿勢変更機構の駆動用のアクチュエータをさらに追加する場合がある。例えば特許文献１の図２には、２つの受動リンクの間に追加のアクチュエータを配置した構成が記載されている。

追加のアクチュエータを利用する場合、そのためのケーブルやエアチューブ等の線条体を基礎部から配線して繋ぐ必要があるため、該線条体を、ロボットの動作を阻害しないように引き回す必要が生じる。例えば特許文献２の図１には、配線配管類１１を自在継手５に設けたクランプ部材で保持し、さらにボールネジ４に設けたクランプ部材１９を介して主軸頭２の継手２０に接続する構成が記載されている。さらに特許文献２の図４には、配線配管類１１を、天井部７を貫通するクランプ部材３１から、クランプ部材３２を介して主軸頭２に接続する構成が記載されている。

特開２０１１−０８８２６２号公報特開２００４−２２３６３５号公報

特許文献２の図１では、パラレルリンク機構の外側に線条体が張り出しており、これにより当該機構の実質的な占有領域が広くなる。従って周辺物と線条体が干渉し、さらには線条体の破損に至る虞がある。また特許文献２の図４では、線条体はパラレルリンク機構の内側の領域に収まるものと解されるが、その図５に示すように、リンク機構が大きく動作した場合には線条体に過剰なストレスがかかる虞がある。

そこで本発明は、パラレルリンクロボットにおいて、線条体を好適に引き回すことができる線条体処理構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、基礎部と、前記基礎部の下方に設けられた可動部と、前記基礎部と前記可動部とを連結していて、前記基礎部に対してそれぞれ１自由度を有する３つのリンク部とを具備するパラレルリンクロボットにおける線条体処理構造であって、前記リンク部のそれぞれは、前記基礎部に連結された駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部を連結する互いに平行な一対の受動リンクからなる受動リンク部とを具備し、前記基礎部の底面に形成された開口部から下方に引き出された線条体が、前記一対の受動リンクの一方の中心軸線と他方の中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち前記開口部が存在する空間内を延びて、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で前記１つの受動リンク部の側面上の部位に達することを特徴とする、線条体処理構造を提供する。

本願第２の発明は、第１の発明において、前記パラレルリンクロボットは、前記１つの受動リンク部の一対の受動リンクの間に設けられた第１の追加アクチュエータをさらに有し、前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で前記第１の追加アクチュエータに接続される、線条体処理構造を提供する。

本願第３の発明は、第１の発明において、前記パラレルリンクロボットは、前記可動部の上に配置された第２の追加アクチュエータをさらに有し、前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の側面上の部位に設けられたクランプ部材に、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で向かって保持され、前記１つの受動リンク部の長手方向に沿って延び、前記第２の追加アクチュエータに接続される、線条体処理構造を提供する。

本願第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記パラレルリンクロボットは、前記可動部に取付けられたエンドエフェクタをさらに有し、前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の側面上の部位に設けられたクランプ部材に、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で向かって保持され、前記１つの受動リンク部の長手方向に沿って延び、前記エンドエフェクタに接続される、線条体処理構造を提供する。

本発明に係る線条体処理構造によれば、パラレルリンクロボットの追加のアクチュエータやエンドエフェクタに接続される配線・配管等線条体を、リンクの可動領域内に収めることができる。またこのような処理構造により、可動部やリンク等の移動体の動きに応じて線条体を、過度な応力を与えずに追従させつつ、ロボットの占有領域も最小化することが可能になる。さらに、ロボット動作時における周辺物との干渉やそれに伴う線条体の損傷も防止することができ、長寿命化が図れる。

本発明の第１の実施形態に係る線条体処理構造の基本構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る線条体処理構造の基本構成を示す図である。本発明における線条体処理構造を模式的に示す図である。本発明における線条体処理構造の応用例を示す図である。本発明における線条体処理構造の他の応用例を示す図である。従来技術におけるパラレルリンクロボットの斜視図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る線条体処理構造を有するデルタ型パラレルリンクロボットの概略構成を示す図である。パラレルリンクロボット２は、基礎部１０と、基礎部１０の下方に設けられた可動部１２と、基礎部１０及び可動部１２を連結するとともに、基礎部１２に対してそれぞれ１自由度を有する３つのリンク部２０ａ〜２０ｃとを備え、可動部１２には、エンドエフェクタのための取付部材１９が備えられている。

またリンク部２０ａは、基礎部１０から延びる駆動リンク２１ａと、可動部１２から互いに平行に延びる一対の（図示例では２つの）受動リンク２２ａ、２３ａとからなり、これらは球面軸受により互いに連結されている。また、基礎部１０は、駆動リンク２１ａを駆動する、図６のアクチュエータ１３０ａと同様のアクチュエータ（図示せず）を有する。なお、他のリンク部２０ｂ、２０ｃも同様の構成である。これらリンク部２０ａ〜２０ｃのアクチュエータ（図示せず）を個別に制御することによって、可動部１２を３自由度（第１軸〜第３軸）で移動させ、所望の位置に位置決めできる。このようにパラレルリンクロボット２は、基礎部１０、可動部１２、並びにそれらを連結する駆動リンク２１ａ〜２１ｃ及び受動リンク部２０ａ〜２０ｃから構成されている。駆動リンク及び受動リンクは３組設けられ、これらを個々に制御することにより、可動部をＸＹＺの３自由度で移動させることができる。

ここで図１に示すように、可動部１２の姿勢を変更できる（例えば回転）ように、第１の追加アクチュエータ１４が設けられる。第１の追加アクチュエータは、３つの受動リンク部のうちの１つ（ここでは受動リンク部２０ｃ）の側面上に設けられ、好ましくは、受動リンク部２０ｃの２つの受動リンク２２ｃと２３ｃとの間であって、受動リンク部２０ｃの長手方向の中央よりも上方寄り（基礎部１０側）に配置される。第１の追加アクチュエータ１４からは、動力伝達軸１５（後述する図４参照）が受動リンク２２ｃ、２３ｃと略平行に延び、可動部１２に接続される。

第１の追加アクチュエータ１４には、該アクチュエータを駆動するための電源ケーブルやチューブ等の、一定の可撓性を有する線条体１６が接続される。線条体１６は、基礎部１０の略円形の底面（下面）に形成された開口部１８から引き出され、所定の遊びを有しつつ、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間内を延びて、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に交差する方向に延びた状態で受動リンク部２０ｃに向かい、第１の追加アクチュエータ１４に接続される。ここで交差する方向とは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に対して７０〜１１０度の角度、好ましくは８０〜１００度の角度、さらに好ましくは略９０度の角度となる方向である。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る線条体処理構造を有するデルタ型パラレルリンクロボットの概略構成を示す図である。なお第２の実施形態では、後述する追加のアクチュエータと線条体の処置構造以外は第１の実施形態と同様でよいので、同一の機能を有する部材には第１の実施形態と同様の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に示す第２の実施形態では、図１に示した第１の追加アクチュエータ１４の代わりに、可動部の姿勢を変更できる手段として第２の追加アクチュエータ２４が、可動部１２の上部に配置されている。また第２の追加アクチュエータを駆動するための電源ケーブルやチューブ等の、一定の可撓性を有する線条体２６は、基礎部１０の下面に形成された開口部１８から引き出され、所定の遊びを有しつつ、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間内を延びて、受動リンク部２０ｃの側面上の部位、好ましくは受動リンク部２０ｃの長手方向の中央よりも上方寄り（基礎部１０側）の部位に配置されたクランプ部材２８に一旦保持され、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に沿って延び、第２の追加アクチュエータ２４に接続される。また線条体２６は、クランプ部材２８に保持されるまでは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に交差する方向に延びた状態で受動リンク部２０ｃに向かう。ここで交差する方向とは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に対して７０〜１１０度の角度、好ましくは８０〜１００度の角度、さらに好ましくは略９０度の角度となる方向である。

またクランプ部材２８としては、線条体２６を固定式に保持するタイプのものでもよいが、例えば線条体２６の外径よりいくらか大きい内径を備えたリング状部材のような、該リング内での線条体２６の自由な捩れ及び長手方向の摺動を許容するような部材でもよい。後述するクランプ部材３２、３４についても同様である。さらに、いずれの実施形態についても、開口部１８において、線条体２６を固定式に保持するタイプのクランプ部材、或いは自由な捩れ及び長手方向の摺動を許容するような部材を設けてもよい。

図３は、図１及び図２に示した実施形態を模式的に示す図である。図３に示すように、基礎部１０の下方に設けた開口部１８から引き出された線条体１６（２６）は、所定の遊びを有しつつ、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間内を延びて、１つの受動リンク部（ここでは２０ｃ）の側面上の部位、好ましくは受動リンク部２０ｃの長手方向中央より上方寄り（基礎部１０又は駆動リンク２１ｃ寄り）の部位に向け、かつ受動リンク部２０ｃの長手方向に交差する方向に延びる。このような線条体の取り回しにより、線条体は、可動部１２やリンク機構の動作に過度な応力を受けることなく追従できるようになる。また線条体はリンクの可動範囲を越えて張り出すことがないので、ロボットの占有領域を最小化して周囲との干渉を避けることができる。また線条体をこのように配置すると、リンク機構が可動範囲内で動作しても、線条体が１つの受動リンク部に向かう方向は大きく変化しない。但し基礎部１０の底面における開口部１８の位置は、線条体をなるべく短くするために、各駆動リンクが基礎部に連結される部位を通る円が画定する領域よりも内側でありかつ、該底面の中央よりも、線条体が向かう受動リンク部寄りであることが好ましい。

図４は、本発明の応用例を示す図であり、第１の実施形態で説明したように線条体１６が第１の追加アクチュエータ１４に接続されることに加え、取付部材１９に取付けたエンドエフェクタ３０にも接続されている。具体的には、線条体１６は、第１のアクチュエータ１４のためのケーブル等を含む線条体１６ａと、エンドエフェクタ３０のためのエアチューブ等を含む線条体１６ｂとから構成され、線条体１６ａは図１にて説明したように第１の追加アクチュエータ１４に接続される。一方、線条体１６ｂは、受動リンク２０ｃに達するまでは線条体１６ａと同様に引き回され、受動リンク部２０ｃの長手方向の中央よりも上方寄り（基礎部１０側）の部位に配置されたクランプ部材３２に一旦保持され、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に沿って延び、エンドエフェクタ３０に接続される。

図４においても、線条体１６ａ及び１６ｂは、開口部１８から引き出され、所定の遊びを有しつつ、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間内を延びて、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に交差する方向に延びた状態で受動リンク部２０ｃに向かう。ここで交差する方向とは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に対して７０〜１１０度の角度、好ましくは８０〜１００度の角度、さらに好ましくは略９０度の角度となる方向である。従って図４のような形態でも、線条体１６ａ及び１６ｂはいずれも、可動部やリンク機構の動作に好適に追従することができる。

図５は、本発明の他の応用例を示す図であり、第２の実施形態で説明したように線条体２６が第２の追加アクチュエータ２４に接続されることに加え、取付部材１９に取付けたエンドエフェクタ３０にも接続されている。具体的には、線条体２６は、第２のアクチュエータ２４のためのケーブル等を含む線条体２６ａと、エンドエフェクタ３０のためのエアチューブ等を含む線条体２６ｂとから構成され、線条体２６ａは受動リンク部２０ｃの側面上の部位、好ましくは受動リンク部２０ｃの長手方向の中央よりも上方寄り（基礎部１０側）の部位に配置されたクランプ部材３４に一旦保持され、第２の追加アクチュエータ２４に接続される。一方、線条体２６ｂも、受動リンク２０ｃに達するまでは線条体１６ａと同様に引き回され、クランプ部材３４に一旦保持され、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に沿って延び、エンドエフェクタ３０に接続される。

図５においても、線条体２６ａ及び２６ｂは、開口部１８から引き出され、所定の遊びを有しつつ、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間内を延びて、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に交差する方向に延びた状態で受動リンク部２０ｃに向かう。ここで交差する方向とは、受動リンク２２ｃ、２３ｃの長手方向に対して７０〜１１０度の角度、好ましくは８０〜１００度の角度、さらに好ましくは略９０度の角度となる方向である。従って図５のような形態でも、線条体２６ａ及び２６ｂはいずれも、可動部やリンク機構の動作に好適に追従することができる。

なお図示はしていないが、追加のアクチュエータを設けず、エンドエフェクタに接続される線条体のみを設けた形態も可能である。当該形態は、図４において第１の追加アクチュエータ１４及び線条体１６ａを削除した形態、又は図５において第２の追加アクチュエータ２４及び線条体２６ａを削除した形態に相当する。

上述の実施形態では、線条体が開口部１８から引き出されて１つの受動リンク部の側面上の部位に至るまでに延びる空間を、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち開口部１８が存在する空間として説明したが、他の空間を利用してもよい。例えば、受動リンク２２ａの中心軸線と受動リンク２３ａの中心軸線とを含む平面と、受動リンク２２ｂの中心軸線と受動リンク２３ｂの中心軸線とを含む平面と、受動リンク２２ｃの中心軸線と受動リンク２３ｃの中心軸線とを含む平面の３つの平面で画定され、開口部１８を含む空間を利用してもよい。或いは、ロボットを上方からみたときに最も外側に張り出す点（実施形態では、駆動リンクと受動リンクを接続するジョイント）を側面上に含み、鉛直方向に延びる円筒の内側に画定される空間を利用してもよいし、円形の基礎部の中心を通る鉛直軸回りにロボットを回転させたときに駆動リンク及び受動リンクによって画定される掃引空間を利用してもよい。

２パラレルリンクロボット
１０基礎部
１２可動部
１４第１の追加アクチュエータ
１６、２６線条体
１８開口部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ受動リンク部
２２ａ、２３ａ、２２ｂ、２３ｂ、２２ｃ、２３ｃ受動リンク
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ駆動リンク
２４第２の追加アクチュエータ
２８、３２、３４クランプ部材
３０エンドエフェクタ

Claims

基礎部と、
前記基礎部の下方に設けられた可動部と、
前記基礎部と前記可動部とを連結していて、前記基礎部に対してそれぞれ１自由度を有する３つのリンク部とを具備するパラレルリンクロボットにおける線条体処理構造であって、
前記リンク部のそれぞれは、前記基礎部に連結された駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部を連結する互いに平行な一対の受動リンクからなる受動リンク部とを具備し、
前記基礎部の底面に形成された開口部から下方に引き出された線条体が、前記一対の受動リンクの一方の中心軸線と他方の中心軸線とを含む平面で画定される２つの空間のうち前記開口部が存在する空間内を延びて、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で前記１つの受動リンク部の側面上の部位に達することを特徴とする、線条体処理構造。
前記パラレルリンクロボットは、前記１つの受動リンク部の一対の受動リンクの間に設けられた第１の追加アクチュエータをさらに有し、
前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で前記第１の追加アクチュエータに接続される、請求項１に記載の線条体処理構造。
前記パラレルリンクロボットは、前記可動部の上に配置された第２の追加アクチュエータをさらに有し、
前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の側面上の部位に設けられたクランプ部材に、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で向かって保持され、前記１つの受動リンク部の長手方向に沿って延び、前記第２の追加アクチュエータに接続される、請求項１に記載の線条体処理構造。
前記パラレルリンクロボットは、前記可動部に取付けられたエンドエフェクタをさらに有し、
前記基礎部の底面に形成された開口部から引き出された前記線条体は、前記１つの受動リンク部の側面上の部位に設けられたクランプ部材に、前記１つの受動リンク部の長手方向に対して７０〜１１０度の角度をなす方向に延びた状態で向かって保持され、前記１つの受動リンク部の長手方向に沿って延び、前記エンドエフェクタに接続される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の線条体処理構造。