JPH11887A - パラレルリンクマニプレータ - Google Patents

パラレルリンクマニプレータ

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JPH11887A
JPH11887A JP15877097A JP15877097A JPH11887A JP H11887 A JPH11887 A JP H11887A JP 15877097 A JP15877097 A JP 15877097A JP 15877097 A JP15877097 A JP 15877097A JP H11887 A JPH11887 A JP H11887A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
universal joint
link
ball nut
base plate
expansion
Prior art date
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Pending
Application number
JP15877097A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoji Moriyama
祥二 森山
Kouichi Arao
孝一 新生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
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Publication of JPH11887A publication Critical patent/JPH11887A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラレルリンクマニプレータにおいて、各リ
ンクの伸縮に使用されるボールナットの精度を高め、各
リンクの伸縮量の制御精度を高める。 【解決手段】 ベースプレート1とトラベリングプレー
ト2は、センタシャフト3及び3本のリンク4を介して
互いに連結される。センタシャフト3の先端部はトラベ
リングプレート2の中央部に固定され、後端部はベース
プレート1の中央部を、ユニバーサルジョイント5の可
動部に組み込まれたスプライン軸受52を介して貫通し
ている。各リンク4の先端部はユニバーサルジョイント
7を介してトラベリングプレート2の周縁部に接続さ
れ、後端部はユニバーサルジョイント6の可動部に組み
込まれたボールナット62を介してベースプレート1の
周縁部に接続される。各リンク4の伸縮量は、ボールナ
ット62に対する各リンク4の軸方向変位を直接検出す
る変位変換器を用いて検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
腕部装置等で使用されるパラレルリンクマニプレータに
係る。
【0002】
【従来の技術】図4に従来のパラレルリンクマニプレー
タの一例を示す。ベースプレート1の中央部には自在継
手5が配置され、ベースプレート1の周縁部の3箇所に
はそれぞれ自在継手6が配置されている。自在継手5の
可動コア部51の中にはボールスプライン軸受52が組
み込まれ、その中をスプライン軸が形成されたセンタシ
ャフト3の後端部が貫通している。一方、自在継手6の
可動コア部61にはボールナット69が組み込まれてい
る。各リンク4の後端部にはネジが形成され、このネジ
はボールナット69に嵌合している。ボールナット69
はサーボモータ(図示せず)によって駆動され、各リン
ク4はボールナット69の回転に従って伸縮される。
【0003】トラベリングプレート2の中央部にはセン
タシャフト3の先端部が垂直に固定され、トラベリング
プレート2の周縁部の3箇所には自在継手9が配置さ
れ、各自在継手9に各リンク4の先端部がそれぞれ接続
されている。トラベリングプレート2の前面には、工具
などのエンドエフェクタ13が配置され、ワーク14に
対して塗装、溶接あるいは加工などの各種の作業が施さ
れる。
【0004】自在継手5は、センタシャフト3の軸に直
交する二軸回りの傾動が可能なユニバーサルジョイント
であり、センタシャフト3の軸心回りの回転は拘束され
ている。自在継手6は、各リンク4の軸に直交する二軸
回りの傾動が可能なユニバーサルジョイントであり、各
リンク4の軸心回りの回転は拘束されている。自在継手
9は、各リンク4の軸に直交する二軸回りの傾動及び各
リンク4の軸心回りの回転が可能な3自由度の自在継手
である。
【0005】以上の様な構成を備えたパラレルリンクマ
ニプレータにおいて、ボールナット69を駆動して各リ
ンク4をそれぞれ独立に伸縮させることにより、トラベ
リングプレート2の三次元位置が制御される。このと
き、トラベリングプレート2の姿勢は、センタシャフト
3によって拘束され、自在継手5の揺動中心を中心とす
る同心球面に対して平行な状態が常に維持される。な
お、通常、各リンク4の伸縮量はボールナットの回転角
度から換算され、ボールナットの回転角度はエンコーダ
によって検出される。
【0006】(従来の装置の問題点)イ. ボールナッ
ト69で駆動される各リンク4の回転を拘束するため
に、ボールナット69と各リンク4の嵌合部にボールス
プラインが必要となるが、ボールナット69とボールス
プラインとを共存させるためには、ボールナット69と
してリードが大きいものを採用せざるを得ず、精度及び
剛性が劣る。
【0007】ロ. トラベリングプレート2の三次元位
置及び姿勢の変化に伴って、各リンク4に捩り方向の力
が作用しない様に、トラベリンブプレート2と各リンク
4との間を連結する自在継手9として、3自由度の自在
継手、例えば球面軸受が必要となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
従来のパラレルリンクマニプレータの問題点を解決する
ために成されたものであり、本発明の目的は、パラレル
リンクマニプレータにおいて、ボールスプラインが無い
タイプのボールナットの使用を可能にすることによりボ
ールナットのリードについての制約を軽減し、それによ
って各リンクの伸縮量の精度を高めるとともにボールナ
ットと各リンクの嵌合部の剛性を高めることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のパラレルリンク
マニプレータは、中央部に二軸回りの傾動が可能な第一
の自在継手を備えるとともに、周縁部の3箇所に二軸回
りの傾動が可能な第二の自在継手を備えたベースプレー
トと、周縁部の3箇所に二軸回りの傾動が可能な第三の
自在継手を備え、ベースプレートに対向して配置された
トラベリングプレートと、前記第一の自在継手の可動コ
ア部に組み込まれたスプライン軸受と、前記第二の自在
継手の可動コア部に組み込まれたボールナットと、先端
部がトラベリンブプレートの中央部に固定され、後端部
が、前記スプライン軸受及び前記第一の自在継手を介し
て、軸回りの回転が拘束されるとともに軸方向の摺動が
可能な状態でベースプレートに支持されたセンタシャフ
トと、先端部が前記第三の自在継手を介してトラベリン
グプレートに接続され、後端部が前記ボールナットに嵌
合する3本のリンクと、前記各リンクの伸縮量を検出す
る伸縮量検出手段とを備え、前記各リンクの伸縮量をそ
れぞれ独立に制御することによって、ベースプレートに
対するトラベリングプレートの三次元位置を制御するパ
ラレルリンクマニプレータにおいて、前記第三の自在継
手は、前記リンクの軸回りの回転を拘束する2自由度の
自在継手であり、前記伸縮量検出手段は、前記ボールナ
ットに対する前記リンクの軸方向変位を直接検出する変
位変換器であることを特徴とする。
【0010】本発明のパラレルリンクマニプレータによ
れば、各リンクの伸縮量を、各ボールナットに対する各
リンクの軸方向変位を直接検出する変位変換器を用いて
検出しているので、トラベリングプレートの三次元位置
及び姿勢の変化に伴い、第三の自在継手によって軸回り
の回転が拘束された各リンクとボールナットとの間に相
対的な回転が発生しても、各リンクの伸縮量を正確に検
出することができる。従って、ボールナットとして、ボ
ールスプラインが無くリードが小さいタイプのものを採
用するとともに、前記第三の自在継手として、ユニバー
サルジョイントの様な2自由度の自在継手を採用するこ
とが可能になる。以上の結果、各リンクの伸縮量制御の
精度を高めるとともに、ボールナットと各リンクの嵌合
部の剛性を高めることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1から図3に本発明のパラレル
リンクマニプレータの構成を示す。図中、1はベースプ
レート、2はトラベリングプレート、3はセンタシャフ
ト、4はリンク、5はユニバーサルジョイント(第一の
自在継手)、6はユニバーサルジョイント(第二の自在
継手)、7はユニバーサルジョイント(第三の自在継
手)、51はユニバーサルジョイント5の可動コア部、
52はスプライン軸受、61はユニバーサルジョイント
6の可動コア部、62はボールナット、13は工具等の
エンドエフェクタ、14はワーク、21は変位変換器の
リニアスケール部、22は変位変換器のスケールスライ
ダ部を表す。
【0012】図1は、本発明のパラレルリンクマニプレ
ータの概略構成図である。ベースプレート1は、装置の
天井側に配置され、周囲からサポートフレーム12によ
って支持されている。底面11とベースプレート1との
間に挟まれた空間が作業領域となる。ワーク14は装置
の底面8側に固定され、この装置によって塗装、溶接あ
るいは加工などの各種の作業が施される。
【0013】ベースプレート1の中央部にはユニバーサ
ルジョイント5が配置され、ベースプレート1の周縁部
には、円周上の互いに120度離れた位置に3個のユニ
バーサルジョイント6が配置されている。ユニバーサル
ジョイント5の可動コア部51の中にはボールスプライ
ン軸受52が組み込まれ、その中をスプライン軸が形成
されたセンタシャフト3の後端部が貫通している。一
方、ユニバーサルジョイント6の可動コア部61にはボ
ールナット62が組み込まれている。各リンク4の後端
部にはネジが形成され、このネジはボールナット62に
嵌合している。ボールナット62はサーボモータ63
(図2)によって駆動され、各リンク4はボールナット
62の回転に従って伸縮される。
【0014】トラベリングプレート2の中央部にはセン
タシャフト3の先端部が垂直に固定され、トラベリング
プレート2の周縁部には、円周上の互いに120度離れ
た位置に3個のユニバーサルジョイント7が配置され、
各ユニバーサルジョイント7に各リンク4の先端部がそ
れぞれ接続されている。
【0015】ユニバーサルジョイント5は、センタシャ
フト3の軸に直交する二軸回りの傾動が可能であり、セ
ンタシャフト3の軸心回りの回転は拘束されている。ユ
ニバーサルジョイント6は、各リンク4の軸に直交する
二軸回りの傾動が可能であり、各リンク4の軸心回りの
回転は拘束されている。同様に、ユニバーサルジョイン
ト7は、各リンク4の軸に直交する二軸回りの傾動が可
能であり、各リンク4の軸心回りの回転は拘束されてい
る。
【0016】以上の様な構成を備えたパラレルリンクマ
ニプレータにおいて、ボールナット62を駆動して各リ
ンク4をそれぞれ独立に伸縮させることにより、トラベ
リングプレート2の三次元位置が制御される。このと
き、トラベリングプレート2の姿勢は、センタシャフト
3によって拘束され、ユニバーサルジョイント5の揺動
中心を中心とする同心球面に対して平行な状態が常に維
持される。
【0017】図2は、図1に示したパラレルリンクマニ
プレータにおいて、各リンク4の後端部とベースプレー
ト1の連結部の構造を示す詳細図である。ユニバーサル
ジョイント6の可動コア部61の内部には、ボールナッ
ト62が回転自在に収容され、このボールナット62に
リンク3の後端部に形成されたネジ部が嵌合している。
ボールナット62は可動コア部61で支持されたサーボ
モータ63により駆動される。更に、可動コア部61に
は、変位変換器のリニアスケール部21及びコロガリガ
イド23が固定され、これらはリンク4の軸方向に対し
て平行に配置されている。一方、リンク4の後端部に
は、ブラケット24がリンク4の軸回りの回転が可能な
状態で支持され、ブラケット24には変位変換器のスケ
ールスライダ部22が取り付けられている。スケールス
ライダ部22は、コロガリガイド23によってガイドさ
れ、リニアスケール部21に沿って移動する。
【0018】図3は、図1に示したパラレルリンクマニ
プレータにおいて、各リンク4の先端部とトラベリング
プレート2の連結部の構造を示す詳細図である。ユニバ
ーサルジョイント7は、各リンク4の軸方向に対して直
交する2軸回りの傾動が可能であり、トラベリングプレ
ート2に対する各リンク4の軸回りの回転は拘束され
る。
【0019】
【発明の効果】本発明のパラレルリンクマニプレータに
よれば、トラベリングプレートの三次元位置及び姿勢の
変化に伴い、各リンクとボールナットとの間に相対的な
回転が発生しても、各リンクの伸縮量を正確に検出する
ことができる。従って、ボールナットとして、ボールス
プラインが無くリードが小さいタイプのものを採用する
ことが可能になる。また、これとともに、各リンクの先
端部とトラベリングプレートの連結部に、ユニバーサル
ジョイントの様な2自由度の自在継手を採用することが
可能になる。その結果、各リンクの伸縮量制御の精度を
高めるとともに、ボールナットと各リンクの嵌合部の剛
性を高めることができる。更に、第三の自在継手の構造
を従来と比較して簡素化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパラレルリンクマニプレータの概略構
成を示す図、(a)は平面図、(b)は正面図を表す。
【図2】本発明のパラレルリンクマニプレータにおいて
リンクの後端部とベースプレートの連結部の構造を示す
詳細図、(a)はリンクの軸方向の断面図、(b)は
(a)図のA−A部の断面図を表す。
【図3】本発明のパラレルリンクマニプレータにおい
て、リンクの先端部とトラベリングプレートの連結部の
構造を示す詳細図、(a)はセンタシャフトの軸に垂直
な断面の断面図、(b)はセンタシャフトの軸方向の断
面図を表す。
【図4】従来のパラレルリンクマニプレータの概略構成
を示す図、(a)は平面図、(b)は正面図を表す。
【符号の説明】
1・・・ベースプレート、 2・・・トラベリングプレート、 3・・・センタシャフト、 4・・・リンク、 5・・・ユニバーサルジョイント(第一の自在継手)、 6・・・ユニバーサルジョイント(第二の自在継手)、 7・・・ユニバーサルジョイント(第三の自在継手)、 9・・・3自由度の自在継手(球面軸受)、 11・・・底面、 12・・・サポートフレーム、 13・・・エンドエフェクタ、 14・・・ワーク、 21・・・変位変換器のリニアスケール部、 22・・・変位変換器のスケールスライダ部、 23・・・コロガリガイド、 24・・・ブラケット、 51・・・可動コア部、 52・・・ボールスプライン軸受、 61・・・可動コア部、 62・・・ボールナット(ボールスプライン無し)、 69・・・ボールナット(ボールスプライン付)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中央部に二軸回りの傾動が可能な第一の
    自在継手を備えるとともに、周縁部の3箇所に二軸回り
    の傾動が可能な第二の自在継手を備えたベースプレート
    と、 周縁部の3箇所に二軸回りの傾動が可能な第三の自在継
    手を備え、ベースプレートに対向して配置されたトラベ
    リングプレートと、 前記第一の自在継手の可動コア部に組み込まれたスプラ
    イン軸受と、 前記第二の自在継手の可動コア部に組み込まれたボール
    ナットと、 先端部がトラベリンブプレートの中央部に固定され、後
    端部が、前記スプライン軸受及び前記第一の自在継手を
    介して、軸回りの回転が拘束されるとともに軸方向の摺
    動が可能な状態でベースプレートに支持されたセンタシ
    ャフトと、 先端部が前記第三の自在継手を介してトラベリングプレ
    ートに接続され、後端部が前記ボールナットに嵌合する
    3本のリンクと、 前記各リンクの伸縮量を検出する伸縮量検出手段とを備
    え、 前記各リンクの伸縮量をそれぞれ独立に制御することに
    よって、ベースプレートに対するトラベリングプレート
    の三次元位置を制御するパラレルリンクマニプレータに
    おいて、 前記第三の自在継手は、前記リンクの軸回りの回転を拘
    束する2自由度の自在継手であり、 前記伸縮量検出手段は、前記ボールナットに対する前記
    リンクの軸方向変位を直接検出する変位変換器であるこ
    とを特徴とするパラレルリンクマニプレータ。
JP15877097A 1997-06-16 1997-06-16 パラレルリンクマニプレータ Pending JPH11887A (ja)

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