JP2014061559A - パラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部から離れる側へのツールの到達距離を大きくすることができるパラレルリンクロボットを提供する。
【解決手段】パラレルリンクロボット１は、ベース部３と、ベース部３に対して移動させられるエンド部４と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構５と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された軸ユニット２０と、を備えている。軸ユニット２０は、ベース部３に対して摺動及び回転可能な第１軸部２１と、第１ユニバーサルジョイント２２を介して第１軸部２１に連結され、伸縮可能な第２軸部２３と、第２ユニバーサルジョイント２４を介して第２軸部２３に連結され、エンド部４に対して摺動及び回転可能な、且つツールＴの着脱可能な第３軸部２５と、ベース部３に配置され、第１軸部２１をその軸線方向に移動させるエアシリンダ２６と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、パラレルリンクロボットに関する。

産業用ロボットとして、ベース部とエンド部との間に３組のリンク機構が並列に掛け渡されたパラレルリンクロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなパラレルリンクロボットにおいては、３組のリンク機構によって、ベース部に対するエンド部の位置及び姿勢が調整され、エンド部に取り付けられたツールによって、作業対象物に所定の作業が施される。

特開２０１１−５６６６１号公報

上述したようなパラレルリンクロボットでは、例えば箱の内部に荷を積めるために、エンド部に取り付けられたツールを、箱の開口を介して箱の内部に対して進退させる場合がある。このような場合に、箱の深さが大きくなると、ツールが箱の底部に届かないおそれがある。

そこで、本発明は、ベース部から離れる側へのツールの到達距離を大きくすることができるパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。

本発明のパラレルリンクロボットは、ベース部と、ベース部に対して移動させられるエンド部と、ベース部とエンド部との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構と、ベース部とエンド部との間に掛け渡された軸ユニットと、を備え、軸ユニットは、ベース部に対して摺動及び回転が可能となっている第１軸部と、第１ユニバーサルジョイントを介して第１軸部に連結され、伸縮が可能となっている第２軸部と、第２ユニバーサルジョイントを介して第２軸部に連結され、エンド部に対して摺動及び回転が可能となっていると共に、ツールの着脱が可能となっている第３軸部と、ベース部に配置され、第１軸部の軸線方向に第１軸部を移動させる第１駆動源と、を有する。

このパラレルリンクロボットでは、リンク機構によって、ベース部に対するエンド部の位置及び姿勢が調整される。このとき、第１軸部が、ベース部に対して摺動及び回転が可能となっており、第２軸部が、第１ユニバーサルジョイントを介して第１軸部に連結されて、伸縮が可能となっており、更に、第３軸部が、第２ユニバーサルジョイントを介して第２軸部に連結されて、エンド部に対して摺動及び回転が可能となっているので、リンク機構によるエンド部の移動が軸ユニットによって妨げられることが防止される。そして、ベース部に対するエンド部の位置及び姿勢の調整とは別に、第１駆動源によって軸線方向に第１軸部が移動させられると、第２軸部が移動させられて、エンド部に対して第３軸部が移動させられる。これにより、第３軸部に取り付けられたツールをエンド部から離れる側に移動させることができる。よって、このパラレルリンクロボットによれば、ベース部から離れる側へのツールの到達距離を大きくすることが可能となる。

また、軸ユニットは、ベース部に配置され、第１軸部の軸線回りに第１軸部を回転させる第２駆動源を更に有してもよい。この構成によれば、第２軸部を介して、第３軸部もその軸線回りに回転させられるので、第３軸部に取り付けられたツールの向きを調整することができる。しかも、ツールの向きを調整するための第２駆動源がベース部に配置されているため、例えば第２駆動源がエンド部に配置されたものに比べ、エンド部側の慣性が小さくなり、その結果、エンド部を高速に移動させることができる。

また、軸ユニットは、第２軸部の伸縮をロックする第１ロック機構と、第３軸部の摺動及び回転をロックする第２ロック機構と、を更に有してもよい。このとき、パラレルリンクロボットは、リンク機構及び軸ユニットの動作を制御するコントローラを更に備え、コントローラは、リンク機構を動作させてベース部に対してエンド部を移動させる際には、第１ロック機構によるロックを解除すると共に第２ロック機構によるロックを掛け、軸ユニットを動作させてエンド部に対して第３軸部を移動させる際には、第１ロック機構によるロックを掛けると共に第２ロック機構によるロックを解除してもよい。この構成によれば、リンク機構を動作させてベース部に対してエンド部を移動させる際には、第３軸部の摺動及び回転がロックされるので、エンド部に対して第３軸部が不意に移動するのを防止することができる。更に、軸ユニットを動作させてエンド部に対して第３軸部を移動させる際には、第２軸部の伸縮がロックされるので、第１軸部及び第２軸部を介して、第３軸部を精度良く移動させることができる。

本発明によれば、ベース部から離れる側へのツールの到達距離を大きくすることができるパラレルリンクロボットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態のパラレルリンクロボットが適用されたパラレルリンクロボットシステムの平面図である。 本発明の一実施形態のパラレルリンクロボットの側面図である。 図２のパラレルリンクロボットの下面図である。 図２のパラレルリンクロボットの概念図である。 図２のパラレルリンクロボットの概念図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、パラレルリンクロボット１は、コンベア５１によって搬送されてくる作業対象物Ｓ（例えば、パッケージされた商品等）をチャックし、コンベア５２上に載置された箱Ｃの内部に作業対象物Ｓを詰めていく産業用ロボットである。コンベア５１上には、パラレルリンクロボット１の上流側に位置するようにカメラ５３が設置されている。パラレルリンクロボット１が備えるコントローラ２は、カメラ５３によって撮像された作業対象物Ｓの画像に基づいて、当該作業対象物Ｓの状態情報（位置、向き、種類等）を取得し、パラレルリンクロボット１の動作を制御する。パラレルリンクロボット１によって所定数の作業対象物Ｓが箱Ｃに詰められると、コンベア５２は、当該箱Ｃを搬出する。本実施形態では、パラレルリンクロボット１、コンベア５１，５２及びカメラ５３によってパラレルリンクロボットシステム１０が構成されている。

図２及び図３に示されるように、パラレルリンクロボット１は、コンベア５１の上方における所定の位置に固定されたベース部３と、ベース部３に対して移動させられるエンド部４と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された３組のリンク機構５と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された軸ユニット２０と、を備えている。パラレルリンクロボット１は、３自由度のパラレルメカニズムを採用しており、３組のリンク機構５は、エンド部４を所定の姿勢（本実施形態では、水平）に維持させつつ、ベース部３に対してエンド部４を３軸並進運動させる。軸ユニット２０の先端部２０ａは、ツールチェンジャ等の構成を有しており、作業対象物Ｓに種々の作業を施すために種々のツールＴの着脱が可能となっている。本実施形態では、作業対象物Ｓを吸引チャックするためのツールＴが軸ユニット２０の先端部２０ａに取り付けられている。

各リンク機構５は、ベース部３に配置された駆動モータ６と、駆動モータ６に連結された第１アーム７と、第１アーム７に連結され且つエンド部４に連結された１対の第２アーム８と、を有している。各リンク機構５において、駆動モータ６は、ベース部３に設けられたブラケット３ａに固定されている。第１アーム７におけるベース部３側の基端部７ａは、駆動モータ６の回転軸６ａに固定されている。これにより、第１アーム７は、駆動モータ６によって揺動させられる。なお、各駆動モータ６の回転軸６ａの中心線は、同一平面Ｐ１（本実施形態では、水平面）上に位置しており、互いに交差する位置関係を有している。

各リンク機構５において、第１アーム７における第２アーム８側の先端部７ｂは、１対の第２アーム８における第１アーム７側の基端部８ａ，８ａ間に位置しており、各第２アーム８の基端部８ａは、ボールジョイント９ａを介して第１アーム７の先端部７ｂに両側から連結されている。一方、エンド部４の一部は、１対の第２アーム８におけるエンド部４側の先端部８ｂ，８ｂ間に位置しており、各第２アーム８の先端部８ｂは、ボールジョイント９ｂを介してエンド部４の当該一部に両側から連結されている。更に、１対の第２アーム８は、基端部８ａ，８ａ間に掛け渡された第１リンク部１１と、先端部８ｂ，８ｂ間に掛け渡された第２リンク部１２と、によって、平行四辺形リンクを構成している。

軸ユニット２０は、第１軸部２１と、第１ユニバーサルジョイント２２を介して第１軸部２１に連結された第２軸部２３と、第２ユニバーサルジョイント２４を介して第２軸部２３に連結された第３軸部２５と、を有している。第１軸部２１は、すべり軸受等によって支持されることで、ベース部３に対して摺動及び回転が可能となっている。第２軸部２３は、外筒２３ａ、及び摺動可能となるように外筒２３ａに支持されたスプライン軸２３ｂを有しており、伸縮が可能となっている。第３軸部２５は、すべり軸受等によって支持されることで、エンド部４に対して摺動及び回転が可能となっている。第３軸部２５の先端部は、ツールチェンジャ等の構成を有する軸ユニット２０の先端部２０ａに相当しており、これにより、第３軸部２５は、ツールＴの着脱が可能となっている。

軸ユニット２０は、第１軸部２１の軸線方向に第１軸部２１を移動させるエアシリンダ（第１駆動源）２６と、第１軸部２１の軸線回りに第１軸部２１を回転させる駆動モータ（第２駆動源）２７と、第２軸部２３の伸縮をロックする第１ロック機構２８と、第３軸部２５の摺動及び回転をロックする第２ロック機構２９と、を更に有している。エアシリンダ２６及び駆動モータ２７は、ベース部３に配置されている。第１ロック機構２８は、第２軸部２３の外筒２３ａ内に配置されており、第２ロック機構２９は、エンド部４に配置されている。

コントローラ２は、リンク機構５を動作させてベース部３に対してエンド部４を移動させる際には、第１ロック機構２８によるロックを解除すると共に第２ロック機構２９によるロックを掛ける。これにより、第１軸部２１及び第３軸部２５に対する第２軸部２３の角度、及び第２軸部の伸縮は、自由に変化し得る状態となる。したがって、３組のリンク機構５は、エンド部４を所定の姿勢に維持させつつ、ベース部３に対してエンド部４を３軸並進運動させ、例えば、図１に示されるように、コンベア５１上でチャックした作業対象物Ｓをコンベア５２上の箱Ｃの上方に移動させることができる。

また、コントローラ２は、軸ユニット２０を動作させてエンド部４に対して第３軸部２５を移動させる際には、第１ロック機構２８によるロックを掛けると共に第２ロック機構２９によるロックを解除する。これにより、第１軸部２１及び第３軸部２５に対する第２軸部２３の角度、及び第２軸部の伸縮は、保持された状態となる。したがって、軸ユニット２０は、駆動モータ２７を動作させて、第１軸部２１をその軸線回りに回転させることで、第３軸部２５をその軸線回りに回転させ、例えば、図４に示されるように、チャックした作業対象物Ｓの向きを変えるために当該作業対象物Ｓを回転させることができる。更に、軸ユニット２０は、エアシリンダ２６を動作させて、第１軸部２１をその軸線方向に移動させることで、第３軸部２５をその軸線方向に移動させ、例えば、図５に示されるように、チャックした作業対象物Ｓを箱Ｃ内に配置するために当該作業対象物Ｓを下降させることができる。

以上説明したように、パラレルリンクロボット１では、リンク機構５によって、ベース部３に対するエンド部４の位置及び姿勢が調整される。このとき、上述したように、リンク機構５によるエンド部４の移動が軸ユニット２０によって妨げられることが防止される。そして、ベース部３に対するエンド部４の位置及び姿勢の調整とは別に、上述したように、エアシリンダ２６によってエンド部４に対して第３軸部２５が移動させられる。これにより、第３軸部２５に取り付けられたツールＴをエンド部４から離れる側に移動させることができる。よって、パラレルリンクロボット１によれば、ベース部３から離れる側（本実施形態では、下側）へのツールＴの到達距離を大きくすることが可能となる。

更に、上述したように、駆動モータ２７によって第３軸部２５がその軸線回りに回転させられる。これにより、第３軸部２５に取り付けられたツールＴの向きや、ツールＴにチャックされた作業対象物Ｓの向きを調整することができる。

また、パラレルリンクロボット１では、ツールＴや作業対象物Ｓの荷重が軸ユニット２０に作用することになり、加えて、エアシリンダ２６及び駆動モータ２７がベース部３に配置されている。したがって、エンド部４側の慣性を小さくすることができ、その結果、エンド部４を高速に移動させることが可能となる。

また、リンク機構５を動作させてベース部３に対してエンド部４を移動させる際には、第３軸部２５の摺動及び回転がロックされるので、エンド部４に対して第３軸部２５が不意に移動するのを防止することができる。更に、軸ユニット２０を動作させてエンド部４に対して第３軸部２５を移動させる際には、第２軸部２３の伸縮がロックされるので、第１軸部２１及び第２軸部２３を介して、第３軸部２５を精度良く移動させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、パラレルリンクロボット１は、３組のリンク機構５を備えるものに限定されず、４組以上のリンク機構５を備えていてもよい。リンク機構５の駆動源は、駆動モータ６に限定されず、他のアクチュエータであってもよい。また、第１軸部２１をその軸線方向に移動させる駆動源は、エアシリンダ２６に限定されず、他のアクチュエータであってもよい。更に、第１軸部２１をその軸線回りに回転させる駆動源は、駆動モータ２７に限定されず、他のアクチュエータであってもよい。

１…パラレルリンクロボット、２…コントローラ、３…ベース部、４…エンド部、５…リンク機構、２０…軸ユニット、２１…第１軸部、２２…第１ユニバーサルジョイント、２３…第２軸部、２４…第２ユニバーサルジョイント、２５…第３軸部、２６…エアシリンダ（第１駆動源）、２７…駆動モータ（第２駆動源）、２８…第１ロック機構、２９…第２ロック機構。

Claims (4)

1. ベース部と、
   前記ベース部に対して移動させられるエンド部と、
   前記ベース部と前記エンド部との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構と、
   前記ベース部と前記エンド部との間に掛け渡された軸ユニットと、を備え、
   前記軸ユニットは、
   前記ベース部に対して摺動及び回転が可能となっている第１軸部と、
   第１ユニバーサルジョイントを介して前記第１軸部に連結され、伸縮が可能となっている第２軸部と、
   第２ユニバーサルジョイントを介して前記第２軸部に連結され、前記エンド部に対して摺動及び回転が可能となっていると共に、ツールの着脱が可能となっている第３軸部と、
   前記ベース部に配置され、前記第１軸部の軸線方向に前記第１軸部を移動させる第１駆動源と、を有する、パラレルリンクロボット。
2. 前記軸ユニットは、
   前記ベース部に配置され、前記第１軸部の軸線回りに前記第１軸部を回転させる第２駆動源を更に有する、請求項１記載のパラレルリンクロボット。
3. 前記軸ユニットは、
   前記第２軸部の伸縮をロックする第１ロック機構と、
   前記第３軸部の摺動及び回転をロックする第２ロック機構と、を更に有する、請求項１又は２記載のパラレルリンクロボット。
4. 前記リンク機構及び前記軸ユニットの動作を制御するコントローラを更に備え、
   前記コントローラは、
   前記リンク機構を動作させて前記ベース部に対して前記エンド部を移動させる際には、前記第１ロック機構によるロックを解除すると共に前記第２ロック機構によるロックを掛け、
   前記軸ユニットを動作させて前記エンド部に対して前記第３軸部を移動させる際には、前記第１ロック機構によるロックを掛けると共に前記第２ロック機構によるロックを解除する、請求項３記載のパラレルリンクロボット。

Images