CN103659808A

CN103659808A - 并联连杆机器人

Info

Publication number: CN103659808A
Application number: CN201310390325.0A
Authority: CN
Inventors: 永山智昭
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: CN103659808B; DE102013014273B4; US20140060230A1; DE102013014273A1; JP5628873B2; JP2014046399A; US9211647B2

Abstract

本发明提供并联连杆机器人。并联连杆机器人具备：具有多个促动器的基部；能够相对于基部移动的可动部；一端部以能够相对于基部以旋转轴为中心旋转的方式与多个促动器的各个连结，另一端部与可动部连结的多个连杆部；以及安装于基部上，测量连杆部的旋转位置的夹具。基部具有基准平面，连杆部具有相对于旋转轴平行地延伸设置的可动平面，在连杆部旋转到用于进行位置校准的基准位置时，可动平面相对于基准平面的位置关系成为预定的位置关系，夹具具有配置在相对于基准平面的位置关系为已知的测量位置上的测量仪，在连杆部旋转到基准位置时测量仪与可动平面相对，测量基准平面与可动平面之间的距离。

Description

并联连杆机器人

技术领域

本发明涉及容易进行位置校准作业的并联连杆机器人。

背景技术

公知有如下三角型的并联连杆机器人，在基体上配置三个伺服马达，并且在各伺服马达的输出轴上分别连结臂（连杆），通过臂的驱动而使操作头（可动部）在基体下方的三维空间进行位移。在这种并联连杆机器人中，为了担保操作头的位置精度，需要使臂预先移动到预定位置，并且校准伺服马达。在日本专利第4822558号公报（JP4822558B）所记载的并联连杆机器人中，从马达托架突出设置原点销，并且从臂的基端部突出设置基准销，将基准销与原点销抵接的状态作为连杆的原点位置，从而进行位置校准作业。

然而，在JP4822558B所记载的并联连杆机器人中，当通过臂的驱动而使基准销与原点销抵接时，存在误将臂的驱动量设得过大的危险。若将臂的驱动量设得过大，则基准销与原点销之间的抵接力变得过大，导致并联连杆机器人的损伤。

发明内容

根据本发明的一个方式，并联连杆机器人具备：具有多个促动器的基部；能够相对于基部移动的可动部；一端部以能够相对于基部以旋转轴为中心旋转的方式与多个促动器的各个连结，另一端部与可动部连结的多个连杆部；以及安装于基部，测量连杆部的旋转位置的夹具。基部具有基准平面，连杆部具有相对于旋转轴平行地延伸设置的可动平面，在连杆部旋转到用于进行位置校准的基准位置时，可动平面相对于基准平面的位置关系成为预定的位置关系，夹具具有配置在相对于基准平面的位置关系为已知的测量位置上的测量仪，在连杆部旋转到基准位置时测量仪与可动平面相对，测量基准平面与可动平面之间的距离。

附图说明

本发明的目的、特征及优点，通过附图相关的以下实施方式的说明而会变得更加明确。在该附图中：

图1是表示本发明实施方式的并联连杆机器人的概略结构的立体图。

图2是表示图1的驱动连杆的安装部附近的结构的立体图，是表示安装了校准用夹具的状态的图。

图3是表示图1的驱动连杆的安装部附近的结构的立体图，是表示未安装校准用夹具的状态的图。

图4是表示图2的夹具的单体的结构的立体图。

图5是表示构成图4的夹具的支撑部件的结构的立体图。

图6是图5的Ⅵ－Ⅵ线剖视图。

图7是表示图2的夹具的安装状态的立体图。

图8是表示不使用图2的夹具而进行位置校准作业的例子的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图8对本发明的并联连杆机器人的一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式的并联连杆机器人100的概略结构的立体图。如图1所示，并联连杆机器人100具有基部1、可动板2、以及连结基部1与可动板2的三个连杆部3。基部1具有基部板10和三个伺服马达11，该三个伺服马达11固定于基部板10并分别驱动各连杆部3。

连杆部3和伺服马达11以基部1的中央的中心点11a为基准每隔120度进行配置，并联连杆机器人100相对于中心点1a呈对称形状。另外，以下为了便于说明，如图所示进行定义上下方向，并且将垂直于上下方向的方向称为水平方向。并且，从轴线L0以放射状延伸的方向称为径向，该轴线L0通过中心点1a并沿上下方向延伸，沿着以轴线L0为中心的圆的圆周的方向称为周向。在可动板2的下部，设有未图示的手端操作装置的安装部件2a。伺服马达11固定在基部板10的上表面上。

各连杆部3分别在上下具有驱动连杆31和一对从动连杆32。驱动连杆31从基部1向径向外侧延伸。驱动连杆31的一端部与伺服马达11的输出轴11a连结，驱动连杆31能够以作为输出轴11a的延长线的轴线L1为中心，在包括轴线L0的铅垂面内旋转（转动）。另外，在伺服马达11的输出轴11a上连结有减速器13（图2），驱动连杆31经由减速器13与伺服马达11的输出轴11a连结，但在图1中省略了减速器13的图示，并图示成驱动连杆31与输出轴11a连结。

在驱动连杆31的另一端部，经由球面轴承分别连结有一对从动连杆32的一端部。一对从动连杆32的另一端部经由球面轴承分别与可动板2连结。由此，能够通过伺服马达11的驱动而使驱动连杆31及从动连杆32在铅垂面内旋转，使可动板2在基部1的下方的三维点空间位移到任意的位置。以上的并联连杆机器人100被称为三角型并联连杆机器人。

各伺服马达11内置有检测伺服马达11的旋转（旋转量）的旋转检测器12（编码器），基于来自旋转检测器12的信号来控制伺服马达11的驱动。旋转检测器12以伺服马达11的原点位置为基准而输出信号，但伴随着作业时间的经过或马达更换等，原点位置产生偏移。在此情况下，为了担保可动板2的位置精度，需要通过位置校准作业来对伺服马达11进行校准。在位置校准作业中，使驱动连杆31旋转（转动）到预先设定的基准位置，根据此时的旋转检测器12的位置信号而特定伺服马达11的原点位置。为了容易且高精度地进行该位置校准作业，在本实施方式中，如下在基部1安装校准用夹具5。

图2、图3是表示驱动连杆31的安装部附近的结构的立体图，尤其图2表示安装了校准用夹具5的状态。另外，在图2、图3中，示出了三个驱动连杆31之中一个驱动连杆31的安装部附近的结构，其它驱动连杆31的安装部附近的结构也与图2、图3相同。图2、图3将图1的结构上下颠倒表示。

如图3所示，驱动连杆31具有：与伺服马达11（严格而言是减速器13）的输出轴11a连结的旋转轴部311；连结一对从动连杆32的连结部313；以及从旋转轴部311延伸至连结部313的杆312。旋转轴部311呈圆柱形状，并从外周面311a的一部分延伸出杆312。旋转轴部311的端面与突出输出轴11a的减速器13的壳体14的端面14a相对，驱动连杆31能够以轴线L1为中心而向图3的箭头R1方向及R2方向旋转。另外，在图2和图3中驱动连杆31的姿态不同，若从图3的姿态使驱动连杆31向R2方向旋转，则成为图2的姿态。

如图3所示，在旋转轴部311的外周面311a，更详细而言与外周面311a相连的杆312的基端部，设有梯形截面的突起部33。在突起部33的表面上，与轴线L1平行地且沿着杆312延伸的方向形成有平面（可动平面34）。

在壳体14的端面14a上，在比输出轴11a（轴线L1）靠下方的位置，设有上下一对的缺口14b，在这些缺口14b之间形成有相对于水平方向稍微倾斜的长方体形状的突起部15。在突起部15的上表面及下表面（严格而言是斜上表面及斜下表面）上，通过缺口14b而形成有相互平行的平面16、17，尤其下侧的平面17成为作为校准位置时的基准的基准平面。基准平面17形成为，当使驱动连杆31旋转到基准位置时，位于与可动平面34相同的平面上（参照图8）。另外，所谓基准位置是位置校准时成为驱动连杆31的基准的位置，在驱动连杆31处于基准位置时，伺服马达11为原点位置。

如图2所示，在校准位置时，在壳体14的突起部15上安装校准用夹具5。夹具5具有千分表51，通过使千分表51的前端部与驱动连杆31的可动平面34抵接，在目视此时的指示值的同时，将驱动连杆31的旋转位置调整到基准位置。

图4是表示夹具5单体的结构的立体图。另外，以下为了便于说明，将如图所示相互正交的方向定义为X方向、Y方向、Z方向，按照该定义说明夹具5的结构。

如图4所示，夹具5具有：安装在壳体14的突起部15上的框部件52；以及安装在框部件52上并支撑千分表51的支撑部件53。框部件52具有沿X方向延伸的细长的纵板部521、和从纵板部521的X方向两端部沿Y方向延伸的一对细长的横板部522、523，整体呈“コ”字形状。一方的横板部522是插入到壳体14的上侧的缺口14b（图7）中的部件，Y方向长度比另一方的横板部523短。在横板部523上，向X方向开设有一对螺纹孔524，螺栓55与各螺纹孔524螺纹配合。在纵板部522上，开设有沿X方向细长的长孔525，一对带凸缘的螺栓56贯通长孔525。

图5是表示支撑部件53的结构的立体图。支撑部件53具有沿XY方向延伸的矩形的平板部531、和从平板部531的X方向端部沿YZ方向延伸的矩形的平板部532，整体呈L字形状。另外，平板部532并不是完整的矩形，而在其Y方向端部设有缺口533，严格而言为L字形状。

在平板部532的中央部开设有贯通孔536，千分表51的圆筒部511贯通该贯通孔536。在平板部531的缺口533侧的Y方向端面，设有与带凸缘的螺栓56螺纹配合的一对螺纹孔534。平板部531与平板部532交叉的平板部531的X方向端面，成为螺栓55的前端部抵接的抵接面535。在平板部532上，以覆盖贯通孔536的方式在区域54a安装仪表固定部件54。

仪表固定部件54具有相互平行的一对薄板部541、542、和连接薄板部541、542之间的薄板部543，整体呈“コ”字形状。仪表固定部件54以利用一对薄板部541、542夹着薄板部543的方式从缺口533侧向Y方向安装。在各薄板部541、542上，在YZ方向的相同位置上开设有贯通孔544，千分表51的圆筒部511贯通该贯通孔544。在薄板部543的中央部设有螺纹孔545，仪表固定用螺栓57与螺纹孔545螺纹配合。

千分表51具有从圆筒部511突出的可动部512。可动部512能够相对于圆筒部511进行升降，通过可动部512的升降而使刻度513的指示值发生变化。图6是表示千分表51的安装状态的图5的Ⅵ－Ⅵ线剖视图。在安装千分表51时，在将仪表固定部件54安装于平板部532的区域54a上的状态下，将圆筒部511插入到贯通孔536、544中。为了使该插入容易，贯通孔536、544的直径比千分表51的圆筒部511的外径大。

然后，紧固仪表固定用螺栓57，使螺栓57的前端部与平板部532的缺口533侧的端面537抵接。由此，如图6所示，仪表固定部件54沿Y方向（图中的Y1方向）移动，圆筒部511被仪表固定部件54的贯通孔544的内周面推压而使得千分表也向Y1方向移动。当圆筒部511与平板部532的贯通孔536的内周面抵接后，则圆筒部511的移动被阻止。由此，圆筒部511被夹在贯通孔536的Y方向一端侧的内周面与贯通孔536的Y方向另一端侧的内周面之间，千分表51被固定在支撑部件53上。

此时，调整千分表51的X方向的安装位置，使得千分表51的可动部512的前端从平板部531的沿YZ方向延伸的端面538（称为接触端面）沿X方向突出预定量△d（例如3mm）。而且，为了容易调整千分表51的X方向的位置，例如也可以在圆筒部511上设置台阶部，通过使该台阶部与仪表固定部件54的薄板部541的表面抵接，对千分表51进行定位。也可以在粗略地确定千分表51的位置之后，实际测量千分表51的前端面距离接触端面538的位置，并将该实测值设定为预定量△d。预定量△d小于千分表51的满刻度，例如为满刻度的50%左右。

接着，对使用校准用夹具5的位置校准作业的步骤进行说明。在进行位置校准作业时，首先，通过驱动连杆31的旋转，如图3所示，使驱动连杆31的突起部33退避到壳体14的突起部15的上方。然后，如上所述在将千分表51定位并安装于支撑部件53上之后，在壳体14的突起部15上安装夹具5。图7是表示夹具5的安装状态的立体图。而且，在图7中，与图2不同，省略了驱动连杆31的图示。

在安装夹具5时，首先，利用带凸缘的螺栓56将支撑部件53临时固定在框部件52上。即，在使得带凸缘的螺栓56能够沿着长孔525移动的状态下，在框部件52上安装支撑部件53。在该状态下，将支撑部件53的平板部532朝向驱动连杆31侧，在上侧的缺口14b中插入框部件52的横板部522，使横板部522的内侧端面与突起部15的平面16抵接。然后，紧固螺栓55，缩小横板部522与支撑部件53的接触端面538之间的间隔，使接触端面538与突起部15的基准平面17抵接。

由此，通过螺栓55的轴力而使突起部15夹在框部件52（横板部522）与支撑部件53（平板部531）之间。之后，紧固带凸缘的螺栓56，将支撑部件53固定于框部件52上。通过以上步骤，完成夹具5的安装。在安装了夹具5的状态下，千分表51的前端部（可动部512的前端）朝向旋转轴部311的外周面311a。此时，由于壳体14的基准平面17与夹具5的接触面538位于同一平面上，因此千分表51的前端部从基准平面17仅突出预定量△d。另外，将此时的千分表51的位置称为测量位置。

在该状态下，使驱动连杆31向图3的R2方向逐渐旋转。通过驱动连杆31的旋转，突起部33的可动平面34接近千分表51。如图2所示，若可动平面34接触千分表51的前端部，则通过可动平面34压入可动部512，千分表51的刻度513的指示值发生变化。在目视刻度513的同时将驱动连杆31向R2方向旋转，若指示值成为预定值△d，则停止驱动连杆31的旋转。

若使驱动连杆31向R2方向过度旋转，指示值超过预定值△d，则使驱动连杆31向反方向（图3的R1方向）旋转，使指示值与预定值△d一致。由于千分表51的压入量有富余，因此即使在使驱动连杆31向R2方向过度旋转的情况下，也能够防止夹具5的损伤。指示值根据基准平面17与可动平面34之间的距离而发生变化，在指示值成为预定值△d的状态下，基准平面17与可动平面34位于两者之间的距离为0的同一平面上，驱动连杆31处于基准位置。

此时，操作员通过开关操作等，将驱动连杆31处于基准位置的情况指示给控制电路（未图示）。由此，控制电路读取从旋转检测器12输出的位置信号，特定伺服马达11的原点位置。以上的位置校准作业例如对所有的伺服马达11进行。若位置校准作业结束，则松开螺栓55、56，从壳体14拆卸夹具5。

以上对使用夹具5的位置校准作业进行了说明，但不使用夹具5也能够进行位置校准作业。图8是说明不使用夹具5而进行的位置校准作业的图。在此情况下，在以目视确认基准平面17与可动平面34的位置关系的同时，使驱动连杆31旋转，如图8所示使得基准平面17与可动平面34位于同一平面上。然后，根据基准平面17与可动平面34处于同一平面上时即、使驱动连杆31移动到基准位置时的从旋转检测器12输出的位置信号，特定伺服马达11的原点位置。

在此情况下，由于基准平面17形成于壳体14的驱动连杆31侧的端部，并且基准平面17与可动平面34沿着旋转轴L1方向排列配置，因此能够容易地判断基准平面17与可动平面34是否处于同一平面上。另外，也能够以横跨基准平面17与可动平面34的方式在平面17、34上放上平板状的仪表，比较仪表与各平面17、34之间的间隙，从而判断平面17、34是否处于同一平面上。

根据本实施方式，能够得到如下作用效果。

（1）本实施方式的并联连杆机器人100具备：具有三个伺服马达11的基部1；能够相对于基部1移动的可动板2；一端部分别以能够相对于基部1以旋转轴L1为中心旋转的方式与各伺服马达11连结，另一端部与可动板2连结的三个连杆部3；以及安装于基部1上，测量连杆部3（驱动连杆31）的旋转位置的位置校准用夹具5。而且，基部1具有基准平面17，连杆部3具有在旋转到用于进行位置校准的基准位置上时相对于基准平面17处于同一平面上的可动平面34，夹具5具有在连杆部3旋转到基准位置时与可动平面34相对的千分表51，在利用千分表51测量基准平面17与可动平面34之间的距离的同时，使驱动连杆31旋转到两平面17、34处于同一平面上的基准位置。由此，当使驱动连杆31旋转到基准位置时，即使驱动连杆31的旋转量过大，只要将千分表51压入多一些（但是在满刻度以下）即可。从而，能够防止夹具5等的损伤，能够容易进行位置校准作业。即，允许驱动连杆31超过基准位置地旋转，所以在进行位置校准作业时能够加大驱动连杆31向R2方向的转速，位置校准作业的效率提高。

（2）在夹具5上安装千分表51，并将千分表51配置为，在驱动连杆31旋转到基准位置时，千分表51的前端部与可动平面34抵接而使千分表51被压入预定量△d。由此，能够在观察千分表51的刻度513的同时使驱动连杆31高精度地旋转到基准位置，能够高精度地进行位置校准作业。而且，通过使用千分表51，能够以廉价的结构进行位置校准作业。

（3）将基准平面17和可动平面34形成为，在驱动连杆31旋转到基准位置时，基准平面17和可动平面34彼此位于同一平面上。由此，即使在没有夹具5的情况下，也能够容易地使驱动连杆31移动到基准位置上，能够进行不使用夹具5的位置校准作业。

（4）使支撑千分表51的支撑部件53的接触平面538与基准平面17抵接，将夹具5安装在突起部15上。由此，千分表51前端部从接触平面538的突出量△d与从基准平面17的突出量△d相等，能够容易地调整千分表51相对于基准平面17的位置。

（5）通过螺栓55、56的紧固而用框部件52和支撑部件53的端面夹入突起部15，并将夹具5可装卸地安装在突起部15上。从而，通过在位置校准作业时以外从突起部15拆卸夹具5，从而能够防止夹具5妨碍并联连杆机器人100的动作，与并联连杆机器人100的动作范围无关，能够自由地设定夹具5的安装位置。例如，能够在并联连杆机器人100的通常动作范围内，设定驱动连杆31的基准位置。由此，在对于所有驱动连杆31安装夹具5之后，能够使所有驱动连杆31同时移动到基准位置。从而，能够一次性进行所有伺服马达11的位置校准，位置校准作业变得更加容易。

（6）由于用框部件52和支撑部件53夹入突起部15，并将夹具5安装在壳体14上，因此无需在壳体14上加工夹具安装用的螺栓孔，夹具5的安装变得容易。

变形例

在本实施方式中，虽然将具有千分表51的夹具5安装在壳体14上，利用千分表51测量连杆部3（驱动连杆31）的旋转位置，使驱动连杆31旋转到位置校准作业时的基准位置，但测量驱动连杆31的旋转位置的夹具5的结构不限于此。例如，也可以代替千分表51而设置激光测距仪作为测量仪，利用激光测距仪测量基准平面17与可动平面34之间的距离。即，只要具有如下测量仪，则夹具的结构可以是任意结构，上述测量仪在驱动连杆31旋转到基准位置时与可动平面34相对，测量基准平面17与可动平面34之间的距离。在上述实施方式中，在夹具5的安装状态下，使千分表51的前端部从基准平面17突出预定量△d，但只要配置在相对于基准平面17的位置关系为已知的测量位置，则测量仪的配置不限于上述配置。

在上述实施方式中，虽然在可动连杆31上设置突起部33，并在突起部33的表面上形成可动平面34，但只要可动平面34相对于旋转轴L1平行地延伸设置，并在可动连杆31旋转到基准位置时可动平面34相对于基准平面17处于预定的位置关系，则可动平面34的结构可以是任意结构。从而，也可以将可动平面34形成为，在进行位置校准作业时可动平面34位于与基准平面17不同的平面上。例如，在基准位置，可动平面34也可以位于从基准平面17向上方或下方距离预定量的位置。在上述实施方式中，虽然在壳体14的突起部15上形成基准平面17，并使用该基准平面17在突起部15上安装夹具5，但夹具安装部的结构不限于上述结构。也可以将夹具安装部设在基部板10上，而不是设在壳体14上。在上述实施方式中，虽然将基准平面17形成为与驱动连杆31的轴线L1平行地延伸，但也可以相对于轴线L1倾斜地形成。在上述实施方式中，虽然利用支撑千分表51的支撑部件53和包围支撑部件53的一部分的框部件52夹入壳体14的突起部15，使支撑部件53的接触平面538与基准平面17接触并将夹具5安装在突起部15上，但支撑测量仪的支撑部的结构不限于上述结构。

在上述实施方式中，作为驱动连杆部3的促动器而使用了伺服马达11，但也可以使用其它促动器。虽然设置三个具有驱动连杆31和一对从动连杆32的连杆部3来构成并联连杆机器人100，但只要是多个连杆部3的一端部以相对于基部1能够以旋转轴L1为中心旋转的方式与多个促动器的各个分别连结，另一端部与可动板2连结，则多个连杆部3的结构不限于上述结构。作为可动部的可动板2的结构也不限于上述结构。在上述实施方式中，虽然利用螺栓55、56将夹具5可装卸地安装在基部1上，但只要是夹具5安装在不妨碍机器人100的通常动作的位置（通常动作的范围外）上，则也可以将夹具5固定安装在基部1上。另外，也可以任意组合上述实施方式与变形例的一个或多个。

根据本发明，即使在使连杆部旋转到用于进行位置校准的基准位置时连杆部的驱动量过大的情况下，也能够防止构成并联连杆机器人的各部分的损伤。

以上结合优选实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应该明白，不脱离权利要求书的公开范围而能够进行各种修正及变更。

Claims

1.一种并联连杆机器人，其特征在于，具备：

具有多个促动器（11）的基部（1）；

能够相对于上述基部（1）移动的可动部（2）；

一端部以能够相对于上述基部以旋转轴（L1）为中心旋转的方式与上述多个促动器的各个连结，另一端部与上述可动部连结的多个连杆部（3）；以及

安装于上述基部，测量上述连杆部的旋转位置的夹具（5），

上述基部具有基准平面（17），

上述连杆部具有相对于上述旋转轴平行地延伸设置的可动平面（34），在上述连杆部旋转到用于进行位置校准的基准位置时，上述可动平面相对于上述基准平面的位置关系成为预定的位置关系，

上述夹具具有配置在相对于上述基准平面的位置关系为已知的测量位置上的测量仪（51），在上述连杆部旋转到上述基准位置时上述测量仪与上述可动平面相对，测量上述基准平面与上述可动平面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的并联连杆机器人，其特征在于，

上述测量仪为千分表（51），配置为在上述连杆部旋转到上述基准位置时，上述千分表的前端部与上述可动平面抵接而压入预定量（△d）。

3.根据权利要求1或2所述的并联连杆机器人，其特征在于，

上述基准平面和上述可动平面形成为，在上述连杆部旋转到上述基准位置时彼此位于同一平面上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的并联连杆机器人，其特征在于，

上述夹具具有与上述基准平面接触并可装卸地安装，支撑上述测量仪的支撑部（53）。