JP3691240B2 - パラレルロボット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、作業対象物のハンドリングや組立などに使用して好適な、３次元空間内で所定の位置、姿勢を決定することが可能なパラレルロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定の空間内で位置、姿勢を決定することが可能なパラレルロボットには、例えば日経メカニカル．１９９５年．４５０号．３０頁に示されるようにリンクが伸縮する伸縮型、リンクが屈曲する屈曲型、リンクが開閉する開閉型などの大きく分類して３種類の機構方式がある。
【０００３】
図８は、特開平３−２９４１９３号公報に示された伸縮型パラレル機構であるスチュワートプラットフォーム方式の従来のパラレルロボットの構成を示す平面図である。図において、１０１はべースプレート、１０２はエンドプレート、１０６は６本の直動式モータを含んだ伸縮可能なリンク、１０３はリンク１０６のべースプレート１０１側とべースプレート１０１を連結させる２自由度を有するジョイント、１０５はリンク１０６のエンドプレート１０２側とエンドプレート１０２を連結させる３自由度を有するジョイントである。
【０００４】
次に動作について説明する。
伸縮可能なリンク１０６の長さを、それぞれ所定の長さに決定することにより、リンク１０６のエンドプレート１０２側の６つの先端位置の組合せにより生成される平面によりエンドプレート１０２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【０００５】
図９は、特開平６−２７００７７号公報に示された屈曲型パラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、２０１はべースプレート、２０２はエンドプレートであり、べースプレート２０１とエンドプレート２０２は６本の連結連鎖で連結されている。２０６は第１リンク、２０７は第２リンク、２０９は第１リンク２０６を回転させる回転式モータ、２０５は第１リンク２０６のエンドプレート２０２側と第２リンク２０７のべースプレート２０１側を連結させる３自由度を有するジョイント、および第２リンク２０７のエンドプレート２０２側とエンドプレート２０２を連結させる３自由度を有するジョイントである。
【０００６】
次に動作について説明する。
べースプレート２０１に取付けられた回転式モータ２０９をそれぞれ所定の角度に停止させることにより、回転式モータ２０９の回転軸に取り付けられた第１リンク２０６のエンドプレート側の先端位置が決定され、第１リンク２０６のエンドプレート２０２側の一端と第２リンク２０７のべースプレート２０１側の一端は３自由度を有するジョイント２０５で連結されていることから、第２リンク２０７他端に半球面状の動作範囲が発生し、これら６つの半球面状の動作範囲の組合せから、エンドプレート２０２の所定の位置、姿勢を３次元空間内で決定することが可能になる。
【０００７】
図１０は、特開平９−１９８４２号公報に示された開閉型パラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、３０１はべースプレート、３０２はエンドプレート、３１０は直動式モータにより動作する移動子、３０６は移動子３１０とエンドプレート３０２を連結する６本のリンク、３０４はべースプレート３０１と前記直動式モータの取付け角度を決定する回転式モータ、３０５は移動子３１０とリンク３０６のべースプレート３０１側の一端とを連結させる３自由度を有したジョイント、およびリンク３０６のエンドプレート３０２側の他端とエンドプレート３０２とを連結させる３自由度を有するジョイントを示している。
【０００８】
次に動作について説明する。
べースプレート３０１へ所定の角度に停止して取付けられた前記直動式モータにより直線的に移動が可能な６個の移動子３１０を所定の位置に停止させることにより、リンク３０６先端に半球面状の動作範囲が発生し、これら６つの半球面状の動作範囲の組合せから、リンク３０６の先端に取付けられたエンドプレート３０２の位置、姿勢を所定の空間内に決定することが可能となる。
【０００９】
図１１は、特開昭６３−１５０１７８号公報に示されたエンドプレートが３本のリンクで連結支持されたパラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、４０１はべースプレート、４０２はエンドプレート、４１３はべースプレート４０１とエンドプレート４０２を連結する６本の連結連鎖、４０６は第１リンク、４０７は第２リンク、４０９ａは直動式モータ、４０９ｂは回転式モータ、４１０は直動式モータ４０９ａにより動作させられる移動子、４０４は移動子４１０に組み込まれた１自由度を有するジョイント、および第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端と第２リンク４０７のべースプレート４０１側の一端を連結させる１自由度を有するジョイント、４０５は第２リンク４０７のエンドプレート４０２側の他端とエンドプレート４０２を連結する３自由度を有するジョイントである。
【００１０】
次に動作について説明する。
直動式モータ４０９ａが動作することにより、移動子４１０と移動子４１０の１自由度を有するジョイント４０４に直動運動が発生し、また、回転式モータ４０９ｂが動作することにより移動子４１０の１自由度のジョイント４０４に回転運動が発生することから、移動子４１０の１自由度ジョイント４０４は直動、回転運動を起こす。前記両方の各モータを所定の位置に停止させることにより、連結されている第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端の位置が決定する。第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端と第２リンク４０７のべースプレート４０１側の一端は１自由度を有するジョイント４０４で回転自在に連結されていることにより、第２リンク４０７のエンドプレート４０２側に円弧状の動作範囲が発生し、３つの各円弧の組合せにより、第２リンク４０７の他端と３自由度を有するジョイント４０５により回転自由に取付けられたエンドプレート４０２の位置、姿勢を所定の空間内に決定することが可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパラレルロボットは以上のように構成されているので、図８、図９および図１０に示す６自由度パラレルロボットでは、べースプレートとエンドプレートを連結させる連結連鎖が少なくとも６本あり、そのためべースプレート上およびエンドプレート上に６個以上のジョイントを配置する必要があり、全体の構造が複雑になり、６自由度パラレルロボット本体を小型化することが困難になるという課題があった
【００１２】
また、６本以上のリンクを必要とすることから、リンク間の干渉の問題から動作範囲が制限され、さらに、図８および図１０に示すパラレルロボットでは直動式モータが使用されていることから構造が複雑になり小型化が困難になるという課題があった。
【００１３】
さらに、図１０に示すパラレルロボットではエンドプレートを３本のリンクで連結支持しているが、図８および図１０に示すパラレルロボットと同様に直動式モータが使用されており、構造が複雑になり小型化が困難であり、直動式モータには一般的にボールねじが使用されていることから、直動式モータの動作速度がボールねじの危険速度に制約され、この結果、パラレルロボットの高速動作が制限されるという課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、構造を単純にして小型化を容易にし、安価に製作することができるパラレルロボットを得ることを目的とする。
【００１５】
また、高速で動作させることが可能なパラレルロボットを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパラレルロボットは、固定する側のべースプレートと、ツールを取り付ける側のエンドプレートと、前記べースプレートと前記エンドプレートを連結し、２自由度で移動・位置決めが可能な第１リンクまたは複数のリンクで構成された第１リンク群、および第２リンクからなる３本の連結連鎖と、前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記エンドプレート側と前記第２リンクの一端とを回転自在に連結した１自由度を有する第１のジョイントと、前記第２リンクの他端を前記エンドプレートに回転自在に連結した３自由度を有する第２のジョイントと、前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記べースプレート側近傍に配置され、前記第１リンクまたは前記第１リンク群を回転駆動する回転式モータとを備えるようにしたものである。
【００１７】
この発明に係るパラレルロボットは、連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに直交した第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを備えるようにしたものである。
【００１８】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ本体がべースプレート側に固定され、モータ回転軸が互いに直交している第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、一つの辺が前記べースプレート側に位置し、各リンクがそれぞれ回転自在な２自由度を有するジョイントを介して連結され、前記べースプレート側に位置する前記辺の両端部がそれぞれ前記２自由度を有するジョイントを介して前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結され、前記べースプレート側の辺に対向するエンドプレート側の辺が第２リンクの一端へ１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結された平行四辺形リンクで構成された第１リンク群を備えるようにしたものである。
【００１９】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ本体がべースプレート側に固定された第２の回転式モータと、モータ本体が前記第２の回転式モータのモータ回転軸へ固定された第１の回転式モータと、前記第２の回転式モータのモータ回転軸の回転と、当該第２の回転式モータのモータ回転軸の回転に伴ってモータ本体が回転する前記第１の回転式モータのモータ回転軸の回転とにより、第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させ、第１リンクのベースプレート側の端が前記第１の回転式モータのモータ回転軸側へ連結された構成を備えるようにしたものである。
【００２０】
この発明に係るパラレルロボットは、連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し平面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸により回動自在に前記べースプレートへ取り付けられた第１リンクまたは第１リンク群を備えるようにしたものである。
【００２１】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ回転軸と直交する回転軸に各モータ本体が固定され、モータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、４本のリンクからなる平行四辺形リンクで構成された第１リンク群を、前記第１の回転式モータの回転により前記平行四辺形リンクが形成する平面と平行な方向に変形可能にするための、前記回転軸に連結した回転軸連結ジョイントと、前記４本のリンクが前記平行四辺形リンクを形成する平面と平行な方向に１自由度の回転自由度を有するジョイントを介して連結され、前記平行四辺形リンクのべースプレート側に位置する辺の一端部が、前記１自由度を有するジョイントを介して前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結されるとともに、前記回転軸連結ジョイントを介して前記第１の回転式モータのモータ回転軸へ連結され、前記べースプレート側の一辺と対向するエンドプレート側の辺と第２リンクの一端が１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結された第１リンク群とを備えるようにしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１の第１リンクに平行四辺形リンクを持ったパラレルロボットの構成を示す斜視図、図２は図１における連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図において、１はベースプレート、２はエンドプレート、７は第２リンク（連結連鎖）、１１ａと１１ｂは第１リンク群６を構成しているリンク（連結連鎖）、８ａは第１リンク群６を構成しているリンク（連結連鎖）、図２に示す９ａと９ｂは回転式モータ（第１の回転式モータ，第２の回転式モータ）であり、べースプレート１上に固定されて互いにモータ回転軸が直交するように配置されている。
【００２３】
３はジョイント（２自由度を有するジョイント）であり、図２に示すように回転式モータ９ａと第１リンク群６、回転式モータ９ｂと第１リンク群６、第１リンク群６のリンク１１ａ，１１ｂとリンク８ａをそれぞれＸ軸，Ｙ軸回りに回転自在に連結しており、回転式モータ９ａ、９ｂのモータ回転軸は各ジョイント３の十字片と結合されている。４はリンク８ａと第２リンク７を連結している１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）、５は第２リンク７とエンドプレート２を回転自在に連結している３自由度を有するジョイント（第２のジョイント）である。
【００２４】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは、第１リンク群６である平行四辺形リンクを当該平行四辺形リンクの面内方向（Ｙ軸回り）に動作させ、回転式モータ９ｂは前記平行四辺形リンクの面が倒れる方向（Ｘ軸回り）に動作させる。また、回転式モータ９ａと回転式モータ９ｂは独立して駆動され、所定の回転角度で停止することにより、リンク８ａに取付けられているジョイント４の位置を所定の空間内で決定することができる。リンク８ａと第２リンク７の一端は１自由度を有するジョイント４で回転自在に連結されているため、第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、これら３つの球面の組合せからエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、ベースプレート１にモータ本体が固定された回転式モータ９ａ，９ｂをそれぞれ駆動させることにより、エンドプレート２の位置、姿勢を決定することができるため、構造が単純化されて小型化が容易になり、直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２６】
特に、べースプレート１とエンドプレート２を連結する連結連鎖を３本で構成したことにより、べースプレート１上およびエンドプレート２上のジョイントの個数が半減でき、構造の単純化および小型化が実現でき、また安価に構成できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２７】
さらに、回転式モータ９ａ，９ｂの各モータ回転軸を互いに直交させて第１リンク群６のべースプレート１側に配置し、回転式モータ９ａにより平行四辺形リンクを当該平行四辺形リンクの面内方向に動作させ、また回転式モータ９ｂにより前記平行四辺形リンクの面が倒れる方向に動作させる構成であることから、回転式モータ９ａ，９ｂの質量が第１リンク群６の駆動負荷になることなく第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させることができ、高速動作が可能になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２８】
さらに、平行四辺形リンクを採用したことにより、リンクを動作させる回転式モータ９ａ，９ｂをべースプレート１に固定することができ、回転式モータ９ａ，９ｂの質量が第１リンク群６の駆動負荷とならず、高速動作が可能になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２９】
実施の形態２．
図３は、この実施の形態２のパラレルロボットの構成を示す斜視図であり、図４は図３における連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図３および図４において、図１および図２と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図４において、回転式モータ（第１の回転式モータ）１９ａおよび回転式モータ（第２の回転式モータ）１９ｂは各モータ回転軸が互に直交するように配置されている。また、回転式モータ１９ｂは図３に示すべースプレート１に固定され、回転式モータ１９ａの本体は、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に一端が固定された例えばＬ字形状の取付金具５１の他端へ固定されている。５６は第１リンク（連結連鎖）であり、回転式モータ１９ａのモータ回転軸に、例えば継手５３を介して一端が固定され、回転式モータ１９ｂを介してベースプレート１へ連結されている。５７は第１リンク５６と第２リンク７を回転自在に連結している１自由度を有したジョイント（第１のジョイント）である。
【００３０】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ１９ｂを所定の角度で停止させると、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に連結されている回転式モータ１９ａと第１リンク５６がＸ軸回りの所定の角度へ回転して停止し、第１リンク５６の他端の位置は所定の範囲内で一点に決定される。第１リンク５６の他端と第２リンク７の一端はジョイント５７で回転自在に連結されているため、第２リンク７の他端には円弧状の動作範囲が発生する。
【００３１】
また、回転式モータ１９ａが所定の角度回転すると継手５３を介して連結されている第１リングがＹ軸回りの前記所定の角度へ回転し、前記所定の角度に応じて前記第２リンク７の他端も回転し、第２リンク７の他端には回転式モータ１９ａの回転により円弧状の動作範囲が発生する。
そして、回転式モータ１９ａ，１９ｂの回転により第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。
【００３２】
べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの球面状の動作範囲の組合せから所定の範囲内でエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００３３】
以上のように、この実施の形態２によれば、回転式モータ１９ａ，１９ｂをそれぞれ駆動させることにより、前記実施の形態１と同様にエンドプレート２の位置、姿勢を決定することができる。この場合、回転式モータ１９ａ，１９ｂそれぞれの円弧状の動作範囲が、第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させるため、前記実施の形態１に比べてリンクの構造が単純化されて小型化が容易になり、ジョイントの個数も大幅に低減することが可能となり、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００３４】
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００３５】
実施の形態３．
図５は、この実施の形態３のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。全体の構成は図３と同様である。図５において図４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態３では、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸はＺ軸と平行に位置している。回転式モータ１９ａと回転式モータ１９ｂは、互いのモータ回転軸がＹ−Ｚ平面上で直交するように配置され、回転式モータ１９ｂはべースプレート１に固定されている。また、回転式モータ１９ａは回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に一端が取付けられた例えばＬ字形状の取付金具５１の他端へ固定されている。そして、モータ１９ａのモータ回転軸は継手５３を介して、第１リンクのベースプレート側の端と連結されている。
【００３６】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ１９ｂを所定の角度で停止させると、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に連結されている回転式モータ１９ａと第１リンク５６は所定の角度へ回転して停止する。
【００３７】
第１リンク５６の他端と第２リンク７の一端はジョイント５７で回転自在に連結されているため、第１リンク５６と第２リンク７とが直線上にあれば第２リンク７の他端は回転するだけであるが、第１リンク５６と第２リンク７とがジョイント５７で屈曲して角度を有していれば、第２リンク７の他端には円弧状の動作範囲が発生する。
【００３８】
また、回転式モータ１９ａが所定の角度回転すると、前記所定の角度に応じて前記第２リンク７の他端も回転し、第２リンク７の他端には回転式モータ１９ａの回転により円弧状の動作範囲が発生する。
そして、回転式モータ１９ａ，１９ｂの回転により第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。
べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの球面状の動作範囲の組合せから所定の範囲内でエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態３によれば、回転式モータ１９ａ，１９ｂをそれぞれ駆動させることにより、前記実施の形態２と同様にエンドプレート２の位置、姿勢を決定することができる。この場合、回転式モータ１９ａ，１９ｂそれぞれの円弧状の動作範囲が、第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させるため、前記実施の形態２と同様にリンクの構造が単純化されて小型化が容易になり、ジョイントの個数も大幅に低減することが可能となり、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４０】
実施の形態４．
図６は、この実施の形態４のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図６において、６２はエンドプレート、６３は２自由度を有したジョイント、５７は１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）、６４は同じく１自由度を有するジョイント、６８ａと６８ｂと７１ａと７１ｂは第１リンク群（連結連鎖）を形成しているリンクである。７２は図示していないべースプレートへ回転自在に支持されており、回転式モータ（第１の回転式モータ）６９ａ，回転式モータ（第２の回転式モータ）６９ｂのモータ回転軸と直交する回転軸であり、ジョイント６３の一方の十字片へ固定されている。回転式モータ６９ａ，６９ｂ本体は回転軸７２へ固定され、回転軸７２が回転すれば回転軸７２と一体的に回転する。回転式モータ６９ｂのモータ回転軸はリンク６８ａの一端が固定された１自由度を有するジョイント６４に取り付けられている。この回転式モータ６９ｂのモータ回転軸が取り付けられている１自由度を有するジョイント６４は、ジョイント６３の他方の十字片係合部材へ固定されている。回転式モータ６９ａのモータ回転軸は、ジョイント６３の前記他方の十字片係合部材へ固定されている。８７は第２リンク（連結連鎖）、８５はエンドプレート６２と第２リンク８７を回転自在に連結する３自由度を有するジョイントである。
【００４１】
次に動作について説明する。
回転式モータ６９ａを所定の角度に停止させると第１リンク群を構成しているリンク７１ａの先端位置が所定の範囲内で決定する。回転式モータ６９ｂを所定の角度に停止させるとリンク６８ａの先端位置が決定し、リンク６８ａとリンク７１ｂは１自由度を有するジョイント６４により連結されているため、リンク７１ｂのＺ軸方向の位置が決定される。リンク７１ｂとリンク６８ｂも１自由度を有するジョイント６４により連結されているため、リンク７１ｂの姿勢とリンク６８ｂの姿勢を決定することができる。第２リンク８７はリンク６８ｂと１自由度を有するジョイント５７により連結されていることより、第２リンク８７の先端には平面状の動作範囲が発生する。
べースプレートとエンドプレート６２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの平面の組合せからエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定することが可能になる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態４によれば、回転式モータ６９ａを回転させることでＹ軸回りの円弧状の動作範囲が発生する。また、回転式モータ６９ｂを回転させることで、前記回転式モータ６９ａによるＹ軸回りの円弧状の動作に対しＺ軸方向への動きを付加することができ、また、回転軸７２による各連結連鎖の第１リンク群の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンク群が各連結連鎖の回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置が決定され、べースプレートとエンドプレート６２を連結している３本の連結連鎖によりエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定でき、直動式モータを用いないので製作コストが安価になり、また、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４３】
実施の形態５．
図７は、この実施の形態５のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図７において図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図７において、回転軸９２は図示していないべースプレートへ回転自在に取り付けられており、第１リンク９６を回転式モータ６９ａ，６９ｂのモータ回転軸と直交する方向へ回転自在にする回転軸、９４はタイミングベルト、９５ａは回転式モータ６９ａのモータ回転軸に固定されたプーリである。９６は第１リンク（連結連鎖）、９７は第１リンク９６のエンドプレート６２側と第２リンク８７の一端とを回転自在に連結した１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）である。回転式モータ６９ａ，６９ｂ本体は回転軸９２に固定されており、回転軸９２の回転に伴って一体的に回転する。また、回転式モータ６９ａ，６９ｂは、第１リンク９６に対しそれぞれのモータ回転軸が直交するように配置されており、回転式モータ６９ｂのモータ回転軸はジョイント６３の十字片係合部材を介して第１リンク９６に取り付けられており第１リンク９６を回転させることができる。プーリ９５ａは、タイミングベルト９４を介してプーリ９５ｂを回転させる。プーリ９５ｂはジョイント９７を介して第２リンク８７と連結されているため、第２リンク８７を回転させることができる。
【００４４】
次に動作について説明する。
回転式モータ６９ｂを所定の位置に停止させると、回転式モータ６９ｂのモータ回転軸と連結されている第１リンク９６が所定の位置に決定される。同様に回転式モータ６９ａを所定の位置に停止させると、プーリ９５ａとタイミングベルト９４とプーリ９５ｂを介して第２リンク８７が所定の位置に決定される。第１リンク９６と第２リンク８７の先端には、べースプレート上に回転自在に取り付けられた回転軸９２を中心に平面状の動作範囲が発生する。
べースプレートとエンドプレート６２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの円弧の組合せからエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定することが可能になる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態５によれば、回転式モータ６９ａの回転により第２リンク８７先端にはＸ軸回りの円弧状の動作範囲が発生する。また、前記回転式モータ６９ａの回転による円弧状の動作範囲に加えて、回転式モータ６９ｂの回転によりＹ−Ｚ平面上に平面状の動作範囲を発生させることができる。また、回転軸９２による各連結連鎖の第１リンク９６の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンクが各連結連鎖の回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置を決定することができる。また、リンクの構造がタイミングベルトを用いることで単純化されていることから小型化および軽量化が実現でき、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、べースプレートとエンドプレートを連結する連結連鎖を３本で構成するため、特に前記エンドプレート上のジョイントの個数を３個で構成でき、構造の単純化および小型化が容易になり、安価に構成できる効果がある。
【００４７】
また、平行四辺形リンクを採用し、当該平行四辺形リンクのベースプレート側の辺の両端を、モータ回転軸が互に直交する各回転式モータでそれぞれ駆動し、リンクを動作させる構成であることから、回転式モータをべースプレートに固定することができ、回転式モータの質量が第１リンク群の駆動負荷にならず、高速動作が実現できる効果がある。
【００４８】
また、モータ本体がべースプレート側に固定された第２の回転式モータのモータ回転軸の回転と、モータ本体が前記第２の回転式モータのモータ回転軸へ固定された第１の回転式モータのモータ回転軸の回転とにより、第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させるように構成したので、リンク構造の単純化および小型化が容易になり、安価に構成できる効果がある。
【００４９】
また、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し円弧状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを連結連鎖毎に設け、前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸により第１リンクまたは第１リンク群が回動自在に前記べースプレートへ取り付けられた構成を備えたので、前記回転軸による各連結連鎖の第１リンクまたは第１リンク群の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンクまたは第１リンク群が回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置が決定されるため、構造の単純化および小型化が容易になり、高速動作が可能で安価に構成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の平行四辺形リンクを採用したパラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の平行四辺形リンクを採用したパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態２のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態３のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態４のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態５のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図８】 従来の伸縮型の６自由度パラレルロボットの構成を示す平面図である。
【図９】 従来の屈曲型の６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図１０】 従来の開閉型の６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図１１】 従来のべースプレートとエンドプレートを３本のリンクで連結支持した６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベースプレート、２，６２ エンドプレート、３ ジョイント（２自由度を有するジョイント）、４，５７，９７ ジョイント（第１のジョイント）、５ジョイント（第２のジョイント）、６ 第１リンク群、７，８７ 第２リンク（連結連鎖）、８ａ，１１ａ，１１ｂ リンク（連結連鎖）、９ａ，９ｂ 回転式モータ（第１の回転式モータ，第２の回転式モータ）、１９ａ，６９ａ 回転式モータ（第１の回転式モータ）、１９ｂ，６９ｂ 回転式モータ（第２の回転式モータ）、５６，９６ 第１リンク（連結連鎖）、６３ ジョイント、６４ ジョイント（１自由度を有するジョイント）、６８ａ，６８ｂ，７１ａ，７１ｂリンク（第１リンク群，連結連鎖）、７２，９２ 回転軸。
【発明の属する技術分野】
この発明は、作業対象物のハンドリングや組立などに使用して好適な、３次元空間内で所定の位置、姿勢を決定することが可能なパラレルロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定の空間内で位置、姿勢を決定することが可能なパラレルロボットには、例えば日経メカニカル．１９９５年．４５０号．３０頁に示されるようにリンクが伸縮する伸縮型、リンクが屈曲する屈曲型、リンクが開閉する開閉型などの大きく分類して３種類の機構方式がある。
【０００３】
図８は、特開平３−２９４１９３号公報に示された伸縮型パラレル機構であるスチュワートプラットフォーム方式の従来のパラレルロボットの構成を示す平面図である。図において、１０１はべースプレート、１０２はエンドプレート、１０６は６本の直動式モータを含んだ伸縮可能なリンク、１０３はリンク１０６のべースプレート１０１側とべースプレート１０１を連結させる２自由度を有するジョイント、１０５はリンク１０６のエンドプレート１０２側とエンドプレート１０２を連結させる３自由度を有するジョイントである。
【０００４】
次に動作について説明する。
伸縮可能なリンク１０６の長さを、それぞれ所定の長さに決定することにより、リンク１０６のエンドプレート１０２側の６つの先端位置の組合せにより生成される平面によりエンドプレート１０２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【０００５】
図９は、特開平６−２７００７７号公報に示された屈曲型パラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、２０１はべースプレート、２０２はエンドプレートであり、べースプレート２０１とエンドプレート２０２は６本の連結連鎖で連結されている。２０６は第１リンク、２０７は第２リンク、２０９は第１リンク２０６を回転させる回転式モータ、２０５は第１リンク２０６のエンドプレート２０２側と第２リンク２０７のべースプレート２０１側を連結させる３自由度を有するジョイント、および第２リンク２０７のエンドプレート２０２側とエンドプレート２０２を連結させる３自由度を有するジョイントである。
【０００６】
次に動作について説明する。
べースプレート２０１に取付けられた回転式モータ２０９をそれぞれ所定の角度に停止させることにより、回転式モータ２０９の回転軸に取り付けられた第１リンク２０６のエンドプレート側の先端位置が決定され、第１リンク２０６のエンドプレート２０２側の一端と第２リンク２０７のべースプレート２０１側の一端は３自由度を有するジョイント２０５で連結されていることから、第２リンク２０７他端に半球面状の動作範囲が発生し、これら６つの半球面状の動作範囲の組合せから、エンドプレート２０２の所定の位置、姿勢を３次元空間内で決定することが可能になる。
【０００７】
図１０は、特開平９−１９８４２号公報に示された開閉型パラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、３０１はべースプレート、３０２はエンドプレート、３１０は直動式モータにより動作する移動子、３０６は移動子３１０とエンドプレート３０２を連結する６本のリンク、３０４はべースプレート３０１と前記直動式モータの取付け角度を決定する回転式モータ、３０５は移動子３１０とリンク３０６のべースプレート３０１側の一端とを連結させる３自由度を有したジョイント、およびリンク３０６のエンドプレート３０２側の他端とエンドプレート３０２とを連結させる３自由度を有するジョイントを示している。
【０００８】
次に動作について説明する。
べースプレート３０１へ所定の角度に停止して取付けられた前記直動式モータにより直線的に移動が可能な６個の移動子３１０を所定の位置に停止させることにより、リンク３０６先端に半球面状の動作範囲が発生し、これら６つの半球面状の動作範囲の組合せから、リンク３０６の先端に取付けられたエンドプレート３０２の位置、姿勢を所定の空間内に決定することが可能となる。
【０００９】
図１１は、特開昭６３−１５０１７８号公報に示されたエンドプレートが３本のリンクで連結支持されたパラレル機構方式の従来のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。図において、４０１はべースプレート、４０２はエンドプレート、４１３はべースプレート４０１とエンドプレート４０２を連結する６本の連結連鎖、４０６は第１リンク、４０７は第２リンク、４０９ａは直動式モータ、４０９ｂは回転式モータ、４１０は直動式モータ４０９ａにより動作させられる移動子、４０４は移動子４１０に組み込まれた１自由度を有するジョイント、および第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端と第２リンク４０７のべースプレート４０１側の一端を連結させる１自由度を有するジョイント、４０５は第２リンク４０７のエンドプレート４０２側の他端とエンドプレート４０２を連結する３自由度を有するジョイントである。
【００１０】
次に動作について説明する。
直動式モータ４０９ａが動作することにより、移動子４１０と移動子４１０の１自由度を有するジョイント４０４に直動運動が発生し、また、回転式モータ４０９ｂが動作することにより移動子４１０の１自由度のジョイント４０４に回転運動が発生することから、移動子４１０の１自由度ジョイント４０４は直動、回転運動を起こす。前記両方の各モータを所定の位置に停止させることにより、連結されている第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端の位置が決定する。第１リンク４０６のエンドプレート４０２側の一端と第２リンク４０７のべースプレート４０１側の一端は１自由度を有するジョイント４０４で回転自在に連結されていることにより、第２リンク４０７のエンドプレート４０２側に円弧状の動作範囲が発生し、３つの各円弧の組合せにより、第２リンク４０７の他端と３自由度を有するジョイント４０５により回転自由に取付けられたエンドプレート４０２の位置、姿勢を所定の空間内に決定することが可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパラレルロボットは以上のように構成されているので、図８、図９および図１０に示す６自由度パラレルロボットでは、べースプレートとエンドプレートを連結させる連結連鎖が少なくとも６本あり、そのためべースプレート上およびエンドプレート上に６個以上のジョイントを配置する必要があり、全体の構造が複雑になり、６自由度パラレルロボット本体を小型化することが困難になるという課題があった
【００１２】
また、６本以上のリンクを必要とすることから、リンク間の干渉の問題から動作範囲が制限され、さらに、図８および図１０に示すパラレルロボットでは直動式モータが使用されていることから構造が複雑になり小型化が困難になるという課題があった。
【００１３】
さらに、図１０に示すパラレルロボットではエンドプレートを３本のリンクで連結支持しているが、図８および図１０に示すパラレルロボットと同様に直動式モータが使用されており、構造が複雑になり小型化が困難であり、直動式モータには一般的にボールねじが使用されていることから、直動式モータの動作速度がボールねじの危険速度に制約され、この結果、パラレルロボットの高速動作が制限されるという課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、構造を単純にして小型化を容易にし、安価に製作することができるパラレルロボットを得ることを目的とする。
【００１５】
また、高速で動作させることが可能なパラレルロボットを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るパラレルロボットは、固定する側のべースプレートと、ツールを取り付ける側のエンドプレートと、前記べースプレートと前記エンドプレートを連結し、２自由度で移動・位置決めが可能な第１リンクまたは複数のリンクで構成された第１リンク群、および第２リンクからなる３本の連結連鎖と、前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記エンドプレート側と前記第２リンクの一端とを回転自在に連結した１自由度を有する第１のジョイントと、前記第２リンクの他端を前記エンドプレートに回転自在に連結した３自由度を有する第２のジョイントと、前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記べースプレート側近傍に配置され、前記第１リンクまたは前記第１リンク群を回転駆動する回転式モータとを備えるようにしたものである。
【００１７】
この発明に係るパラレルロボットは、連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに直交した第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを備えるようにしたものである。
【００１８】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ本体がべースプレート側に固定され、モータ回転軸が互いに直交している第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、一つの辺が前記べースプレート側に位置し、各リンクがそれぞれ回転自在な２自由度を有するジョイントを介して連結され、前記べースプレート側に位置する前記辺の両端部がそれぞれ前記２自由度を有するジョイントを介して前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結され、前記べースプレート側の辺に対向するエンドプレート側の辺が第２リンクの一端へ１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結された平行四辺形リンクで構成された第１リンク群を備えるようにしたものである。
【００１９】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ本体がべースプレート側に固定された第２の回転式モータと、モータ本体が前記第２の回転式モータのモータ回転軸へ固定された第１の回転式モータと、前記第２の回転式モータのモータ回転軸の回転と、当該第２の回転式モータのモータ回転軸の回転に伴ってモータ本体が回転する前記第１の回転式モータのモータ回転軸の回転とにより、第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させ、第１リンクのベースプレート側の端が前記第１の回転式モータのモータ回転軸側へ連結された構成を備えるようにしたものである。
【００２０】
この発明に係るパラレルロボットは、連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し平面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸により回動自在に前記べースプレートへ取り付けられた第１リンクまたは第１リンク群を備えるようにしたものである。
【００２１】
この発明に係るパラレルロボットは、モータ回転軸と直交する回転軸に各モータ本体が固定され、モータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータと、４本のリンクからなる平行四辺形リンクで構成された第１リンク群を、前記第１の回転式モータの回転により前記平行四辺形リンクが形成する平面と平行な方向に変形可能にするための、前記回転軸に連結した回転軸連結ジョイントと、前記４本のリンクが前記平行四辺形リンクを形成する平面と平行な方向に１自由度の回転自由度を有するジョイントを介して連結され、前記平行四辺形リンクのべースプレート側に位置する辺の一端部が、前記１自由度を有するジョイントを介して前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結されるとともに、前記回転軸連結ジョイントを介して前記第１の回転式モータのモータ回転軸へ連結され、前記べースプレート側の一辺と対向するエンドプレート側の辺と第２リンクの一端が１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結された第１リンク群とを備えるようにしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１の第１リンクに平行四辺形リンクを持ったパラレルロボットの構成を示す斜視図、図２は図１における連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図において、１はベースプレート、２はエンドプレート、７は第２リンク（連結連鎖）、１１ａと１１ｂは第１リンク群６を構成しているリンク（連結連鎖）、８ａは第１リンク群６を構成しているリンク（連結連鎖）、図２に示す９ａと９ｂは回転式モータ（第１の回転式モータ，第２の回転式モータ）であり、べースプレート１上に固定されて互いにモータ回転軸が直交するように配置されている。
【００２３】
３はジョイント（２自由度を有するジョイント）であり、図２に示すように回転式モータ９ａと第１リンク群６、回転式モータ９ｂと第１リンク群６、第１リンク群６のリンク１１ａ，１１ｂとリンク８ａをそれぞれＸ軸，Ｙ軸回りに回転自在に連結しており、回転式モータ９ａ、９ｂのモータ回転軸は各ジョイント３の十字片と結合されている。４はリンク８ａと第２リンク７を連結している１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）、５は第２リンク７とエンドプレート２を回転自在に連結している３自由度を有するジョイント（第２のジョイント）である。
【００２４】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ９ａは、第１リンク群６である平行四辺形リンクを当該平行四辺形リンクの面内方向（Ｙ軸回り）に動作させ、回転式モータ９ｂは前記平行四辺形リンクの面が倒れる方向（Ｘ軸回り）に動作させる。また、回転式モータ９ａと回転式モータ９ｂは独立して駆動され、所定の回転角度で停止することにより、リンク８ａに取付けられているジョイント４の位置を所定の空間内で決定することができる。リンク８ａと第２リンク７の一端は１自由度を有するジョイント４で回転自在に連結されているため、第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、これら３つの球面の組合せからエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、ベースプレート１にモータ本体が固定された回転式モータ９ａ，９ｂをそれぞれ駆動させることにより、エンドプレート２の位置、姿勢を決定することができるため、構造が単純化されて小型化が容易になり、直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２６】
特に、べースプレート１とエンドプレート２を連結する連結連鎖を３本で構成したことにより、べースプレート１上およびエンドプレート２上のジョイントの個数が半減でき、構造の単純化および小型化が実現でき、また安価に構成できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２７】
さらに、回転式モータ９ａ，９ｂの各モータ回転軸を互いに直交させて第１リンク群６のべースプレート１側に配置し、回転式モータ９ａにより平行四辺形リンクを当該平行四辺形リンクの面内方向に動作させ、また回転式モータ９ｂにより前記平行四辺形リンクの面が倒れる方向に動作させる構成であることから、回転式モータ９ａ，９ｂの質量が第１リンク群６の駆動負荷になることなく第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させることができ、高速動作が可能になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２８】
さらに、平行四辺形リンクを採用したことにより、リンクを動作させる回転式モータ９ａ，９ｂをべースプレート１に固定することができ、回転式モータ９ａ，９ｂの質量が第１リンク群６の駆動負荷とならず、高速動作が可能になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００２９】
実施の形態２．
図３は、この実施の形態２のパラレルロボットの構成を示す斜視図であり、図４は図３における連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図３および図４において、図１および図２と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図４において、回転式モータ（第１の回転式モータ）１９ａおよび回転式モータ（第２の回転式モータ）１９ｂは各モータ回転軸が互に直交するように配置されている。また、回転式モータ１９ｂは図３に示すべースプレート１に固定され、回転式モータ１９ａの本体は、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に一端が固定された例えばＬ字形状の取付金具５１の他端へ固定されている。５６は第１リンク（連結連鎖）であり、回転式モータ１９ａのモータ回転軸に、例えば継手５３を介して一端が固定され、回転式モータ１９ｂを介してベースプレート１へ連結されている。５７は第１リンク５６と第２リンク７を回転自在に連結している１自由度を有したジョイント（第１のジョイント）である。
【００３０】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ１９ｂを所定の角度で停止させると、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に連結されている回転式モータ１９ａと第１リンク５６がＸ軸回りの所定の角度へ回転して停止し、第１リンク５６の他端の位置は所定の範囲内で一点に決定される。第１リンク５６の他端と第２リンク７の一端はジョイント５７で回転自在に連結されているため、第２リンク７の他端には円弧状の動作範囲が発生する。
【００３１】
また、回転式モータ１９ａが所定の角度回転すると継手５３を介して連結されている第１リングがＹ軸回りの前記所定の角度へ回転し、前記所定の角度に応じて前記第２リンク７の他端も回転し、第２リンク７の他端には回転式モータ１９ａの回転により円弧状の動作範囲が発生する。
そして、回転式モータ１９ａ，１９ｂの回転により第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。
【００３２】
べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの球面状の動作範囲の組合せから所定の範囲内でエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００３３】
以上のように、この実施の形態２によれば、回転式モータ１９ａ，１９ｂをそれぞれ駆動させることにより、前記実施の形態１と同様にエンドプレート２の位置、姿勢を決定することができる。この場合、回転式モータ１９ａ，１９ｂそれぞれの円弧状の動作範囲が、第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させるため、前記実施の形態１に比べてリンクの構造が単純化されて小型化が容易になり、ジョイントの個数も大幅に低減することが可能となり、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００３４】
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００３５】
実施の形態３．
図５は、この実施の形態３のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。全体の構成は図３と同様である。図５において図４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態３では、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸はＺ軸と平行に位置している。回転式モータ１９ａと回転式モータ１９ｂは、互いのモータ回転軸がＹ−Ｚ平面上で直交するように配置され、回転式モータ１９ｂはべースプレート１に固定されている。また、回転式モータ１９ａは回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に一端が取付けられた例えばＬ字形状の取付金具５１の他端へ固定されている。そして、モータ１９ａのモータ回転軸は継手５３を介して、第１リンクのベースプレート側の端と連結されている。
【００３６】
次に動作について説明する。
べースプレート１に固定されている回転式モータ１９ｂを所定の角度で停止させると、回転式モータ１９ｂのモータ回転軸に連結されている回転式モータ１９ａと第１リンク５６は所定の角度へ回転して停止する。
【００３７】
第１リンク５６の他端と第２リンク７の一端はジョイント５７で回転自在に連結されているため、第１リンク５６と第２リンク７とが直線上にあれば第２リンク７の他端は回転するだけであるが、第１リンク５６と第２リンク７とがジョイント５７で屈曲して角度を有していれば、第２リンク７の他端には円弧状の動作範囲が発生する。
【００３８】
また、回転式モータ１９ａが所定の角度回転すると、前記所定の角度に応じて前記第２リンク７の他端も回転し、第２リンク７の他端には回転式モータ１９ａの回転により円弧状の動作範囲が発生する。
そして、回転式モータ１９ａ，１９ｂの回転により第２リンク７の他端には球面状の動作範囲が発生する。
べースプレート１とエンドプレート２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの球面状の動作範囲の組合せから所定の範囲内でエンドプレート２の位置、姿勢を決定することが可能になる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態３によれば、回転式モータ１９ａ，１９ｂをそれぞれ駆動させることにより、前記実施の形態２と同様にエンドプレート２の位置、姿勢を決定することができる。この場合、回転式モータ１９ａ，１９ｂそれぞれの円弧状の動作範囲が、第２リンク７の他端に球面状の動作範囲を発生させるため、前記実施の形態２と同様にリンクの構造が単純化されて小型化が容易になり、ジョイントの個数も大幅に低減することが可能となり、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４０】
実施の形態４．
図６は、この実施の形態４のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図６において、６２はエンドプレート、６３は２自由度を有したジョイント、５７は１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）、６４は同じく１自由度を有するジョイント、６８ａと６８ｂと７１ａと７１ｂは第１リンク群（連結連鎖）を形成しているリンクである。７２は図示していないべースプレートへ回転自在に支持されており、回転式モータ（第１の回転式モータ）６９ａ，回転式モータ（第２の回転式モータ）６９ｂのモータ回転軸と直交する回転軸であり、ジョイント６３の一方の十字片へ固定されている。回転式モータ６９ａ，６９ｂ本体は回転軸７２へ固定され、回転軸７２が回転すれば回転軸７２と一体的に回転する。回転式モータ６９ｂのモータ回転軸はリンク６８ａの一端が固定された１自由度を有するジョイント６４に取り付けられている。この回転式モータ６９ｂのモータ回転軸が取り付けられている１自由度を有するジョイント６４は、ジョイント６３の他方の十字片係合部材へ固定されている。回転式モータ６９ａのモータ回転軸は、ジョイント６３の前記他方の十字片係合部材へ固定されている。８７は第２リンク（連結連鎖）、８５はエンドプレート６２と第２リンク８７を回転自在に連結する３自由度を有するジョイントである。
【００４１】
次に動作について説明する。
回転式モータ６９ａを所定の角度に停止させると第１リンク群を構成しているリンク７１ａの先端位置が所定の範囲内で決定する。回転式モータ６９ｂを所定の角度に停止させるとリンク６８ａの先端位置が決定し、リンク６８ａとリンク７１ｂは１自由度を有するジョイント６４により連結されているため、リンク７１ｂのＺ軸方向の位置が決定される。リンク７１ｂとリンク６８ｂも１自由度を有するジョイント６４により連結されているため、リンク７１ｂの姿勢とリンク６８ｂの姿勢を決定することができる。第２リンク８７はリンク６８ｂと１自由度を有するジョイント５７により連結されていることより、第２リンク８７の先端には平面状の動作範囲が発生する。
べースプレートとエンドプレート６２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの平面の組合せからエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定することが可能になる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態４によれば、回転式モータ６９ａを回転させることでＹ軸回りの円弧状の動作範囲が発生する。また、回転式モータ６９ｂを回転させることで、前記回転式モータ６９ａによるＹ軸回りの円弧状の動作に対しＺ軸方向への動きを付加することができ、また、回転軸７２による各連結連鎖の第１リンク群の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンク群が各連結連鎖の回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置が決定され、べースプレートとエンドプレート６２を連結している３本の連結連鎖によりエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定でき、直動式モータを用いないので製作コストが安価になり、また、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４３】
実施の形態５．
図７は、この実施の形態５のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。図７において図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図７において、回転軸９２は図示していないべースプレートへ回転自在に取り付けられており、第１リンク９６を回転式モータ６９ａ，６９ｂのモータ回転軸と直交する方向へ回転自在にする回転軸、９４はタイミングベルト、９５ａは回転式モータ６９ａのモータ回転軸に固定されたプーリである。９６は第１リンク（連結連鎖）、９７は第１リンク９６のエンドプレート６２側と第２リンク８７の一端とを回転自在に連結した１自由度を有するジョイント（第１のジョイント）である。回転式モータ６９ａ，６９ｂ本体は回転軸９２に固定されており、回転軸９２の回転に伴って一体的に回転する。また、回転式モータ６９ａ，６９ｂは、第１リンク９６に対しそれぞれのモータ回転軸が直交するように配置されており、回転式モータ６９ｂのモータ回転軸はジョイント６３の十字片係合部材を介して第１リンク９６に取り付けられており第１リンク９６を回転させることができる。プーリ９５ａは、タイミングベルト９４を介してプーリ９５ｂを回転させる。プーリ９５ｂはジョイント９７を介して第２リンク８７と連結されているため、第２リンク８７を回転させることができる。
【００４４】
次に動作について説明する。
回転式モータ６９ｂを所定の位置に停止させると、回転式モータ６９ｂのモータ回転軸と連結されている第１リンク９６が所定の位置に決定される。同様に回転式モータ６９ａを所定の位置に停止させると、プーリ９５ａとタイミングベルト９４とプーリ９５ｂを介して第２リンク８７が所定の位置に決定される。第１リンク９６と第２リンク８７の先端には、べースプレート上に回転自在に取り付けられた回転軸９２を中心に平面状の動作範囲が発生する。
べースプレートとエンドプレート６２を連結している連結連鎖は３本存在するため、３つの円弧の組合せからエンドプレート６２の位置、姿勢を所定の範囲内に決定することが可能になる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態５によれば、回転式モータ６９ａの回転により第２リンク８７先端にはＸ軸回りの円弧状の動作範囲が発生する。また、前記回転式モータ６９ａの回転による円弧状の動作範囲に加えて、回転式モータ６９ｂの回転によりＹ−Ｚ平面上に平面状の動作範囲を発生させることができる。また、回転軸９２による各連結連鎖の第１リンク９６の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンクが各連結連鎖の回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置を決定することができる。また、リンクの構造がタイミングベルトを用いることで単純化されていることから小型化および軽量化が実現でき、また直動式モータを用いないので製作コストも安価になるパラレルロボットが得られる効果がある。
また、直動式モータを用いない構成であることから、高速動作を容易かつ安全に実現できるパラレルロボットが得られる効果がある。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、べースプレートとエンドプレートを連結する連結連鎖を３本で構成するため、特に前記エンドプレート上のジョイントの個数を３個で構成でき、構造の単純化および小型化が容易になり、安価に構成できる効果がある。
【００４７】
また、平行四辺形リンクを採用し、当該平行四辺形リンクのベースプレート側の辺の両端を、モータ回転軸が互に直交する各回転式モータでそれぞれ駆動し、リンクを動作させる構成であることから、回転式モータをべースプレートに固定することができ、回転式モータの質量が第１リンク群の駆動負荷にならず、高速動作が実現できる効果がある。
【００４８】
また、モータ本体がべースプレート側に固定された第２の回転式モータのモータ回転軸の回転と、モータ本体が前記第２の回転式モータのモータ回転軸へ固定された第１の回転式モータのモータ回転軸の回転とにより、第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させるように構成したので、リンク構造の単純化および小型化が容易になり、安価に構成できる効果がある。
【００４９】
また、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し円弧状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを連結連鎖毎に設け、前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸により第１リンクまたは第１リンク群が回動自在に前記べースプレートへ取り付けられた構成を備えたので、前記回転軸による各連結連鎖の第１リンクまたは第１リンク群の回動は、３本ある連結連鎖における各連結連鎖の第１リンクまたは第１リンク群が回転式モータにより駆動されたときの体勢に応じて自動的に行われ回動位置が決定されるため、構造の単純化および小型化が容易になり、高速動作が可能で安価に構成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の平行四辺形リンクを採用したパラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の平行四辺形リンクを採用したパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のパラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態２のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態３のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態４のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図７】 この発明の実施の形態５のパラレルロボットにおける連結連鎖の１組を模式的に表現した斜視図である。
【図８】 従来の伸縮型の６自由度パラレルロボットの構成を示す平面図である。
【図９】 従来の屈曲型の６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図１０】 従来の開閉型の６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【図１１】 従来のべースプレートとエンドプレートを３本のリンクで連結支持した６自由度パラレルロボットの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ベースプレート、２，６２ エンドプレート、３ ジョイント（２自由度を有するジョイント）、４，５７，９７ ジョイント（第１のジョイント）、５ジョイント（第２のジョイント）、６ 第１リンク群、７，８７ 第２リンク（連結連鎖）、８ａ，１１ａ，１１ｂ リンク（連結連鎖）、９ａ，９ｂ 回転式モータ（第１の回転式モータ，第２の回転式モータ）、１９ａ，６９ａ 回転式モータ（第１の回転式モータ）、１９ｂ，６９ｂ 回転式モータ（第２の回転式モータ）、５６，９６ 第１リンク（連結連鎖）、６３ ジョイント、６４ ジョイント（１自由度を有するジョイント）、６８ａ，６８ｂ，７１ａ，７１ｂリンク（第１リンク群，連結連鎖）、７２，９２ 回転軸。
Claims (6)
- 固定する側のべースプレートと、
ツールを取り付ける側のエンドプレートと、
前記べースプレートと前記エンドプレートを連結し、２自由度で移動・位置決めが可能な第１リンクまたは複数のリンクで構成された第１リンク群、および第２リンクからなる３本の連結連鎖と、
前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記エンドプレート側と前記第２リンクの一端とを回転自在に連結した１自由度を有する第１のジョイントと、
前記第２リンクの他端を前記エンドプレートに回転自在に連結した３自由度を有する第２のジョイントと、
前記第１リンクまたは前記第１リンク群の前記べースプレート側近傍に配置され、前記第１リンクまたは前記第１リンク群を回転駆動する回転式モータとを備えたパラレルロボット。 - 回転式モータは、
連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに直交した第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを備えていることを特徴とする請求項１記載のパラレルロボット。 - 第１の回転式モータおよび第２の回転式モータのモータ本体はべースプレート側に固定されており、
第１リンク群は、
一つの辺が前記べースプレート側に位置し、各リンクがそれぞれ回転自在な２自由度を有するジョイントを介して連結され、前記べースプレート側に位置する前記辺の両端部がそれぞれ前記２自由度を有するジョイントを介して前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結され、前記べースプレート側の辺に対向するエンドプレート側の辺が第２リンクの一端へ１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結された平行四辺形リンクで構成されていることを特徴とする請求項２記載のパラレルロボット。 - 第２の回転式モータのモータ本体はべースプレート側に固定されており、
第１の回転式モータのモータ本体は前記第２の回転式モータのモータ回転軸へ固定されており、
前記第２の回転式モータのモータ回転軸の回転と、当該第２の回転式モータのモータ回転軸の回転に伴ってモータ本体が回転する前記第１の回転式モータのモータ回転軸の回転とにより、第２リンクの他端に対し球面状の動作範囲を発生させ、第１リンクのベースプレート側の端は、前記第１の回転式モータのモータ回転軸側へ連結されていることを特徴とする請求項２記載のパラレルロボット。 - 回転式モータは、
連結連鎖毎に設けられ、エンドプレートに連結した各第２リンクの他端に対し平面状の動作範囲を発生させる、第１リンクまたは第１リンク群のべースプレート側近傍に配置されてモータ回転軸が互いに平行な第１の回転式モータおよび第２の回転式モータを備え、
第１リンクまたは第１リンク群は、
前記第１の回転式モータおよび前記第２の回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸により回動自在に前記べースプレートへ取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のパラレルロボット。 - 第１の回転式モータおよび第２の回転式モータの各モータ本体は、当該各回転式モータのモータ回転軸と直交する回転軸に固定されており、４本のリンクからなる平行四辺形リンクで構成された第１リンク群を、前記第１の回転式モータの回転により前記平行四辺形リンクが形成する平面と平行な方向に変形可能にするための、前記回転軸に連結した回転軸連結ジョイントを有し、
前記第１リンク群は、
前記４本のリンクが前記平行四辺形リンクを形成する平面と平行な方向に１自由度の回転自由度を有するジョイントを介して連結され、前記平行四辺形リンクのべースプレート側に位置する辺の一端部が、前記１自由度を有するジョイントを介して前記第２の回転式モータのモータ回転軸に連結されるとともに、前記回転軸連結ジョイントを介して前記第１の回転式モータのモータ回転軸へ連結され、前記べースプレート側の一辺と対向するエンドプレート側の辺と第２リンクの一端が１自由度を有する第１のジョイントを介して回転自在に連結されていることを特徴とする請求項５記載のパラレルロボット。
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- 1998-03-12 JP JP06178898A patent/JP3691240B2/ja not_active Expired - Fee Related
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