CN103987497A - 平行连杆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供能提高刚性且能实现小型化的平行连杆机器人。在具备基座(1)、可动部(2)、连结基座(1)与可动部(2)的多个连杆部(5)、驱动多个连杆部(5)的多个致动器(6)的平行连杆机器人中，多个致动器(6)分别是能绕规定轴线(A1)旋转地支承于基座(1)且具有主体部(8)及相对于主体部(8)进行直线运动的轴部(7)的直动致动器(6)，多个连杆部5分别具备驱动连杆(3)和连结驱动连杆(3)与可动部(2)的从动连杆(4)，所述驱动连杆(3)能绕规定轴线(A2)旋转地支承于基座(1)且与直动致动器(6)连结。通过直动致动器(6)进行伸缩，从而驱动连杆(3)相对于基座(1)绕驱动连杆(3)的规定轴线(A2)旋转。

Description

平行连杆机器人

技术领域

本发明涉及在基座与可动部之间排列多个连杆部、并用多个致动器驱动多个连杆部而使可动部移动的平行连杆机器人。

背景技术

平行连杆机器人中，在基座与可动部之间排列多个连杆部。通过用多个致动器驱动多个连杆部而使可动部的位置或位置及姿势发生变化。平行连杆机器人的种类有伸缩型的平行连杆机器人、旋转型的平行连杆机器人及直动型的平行连杆机器人。

伸缩型的平行连杆机器人是最早被提出来的，用于飞机的模拟装置、游戏设施等。伸缩型的平行连杆机器人通过在基座与可动部之间排列6根伸缩连杆而成。通过使伸缩连杆的连杆长度发生变化，能使可动部沿X、Y、Z轴这三轴方向进行平移运动，且能使可动部的姿势绕X、Y、Z轴这三轴旋转(参照专利文献1)。

旋转型的平行连杆机器人使用旋转致动器作为驱动源。作为旋转型的平行连杆机器人的典型的例子，公知有下述的平行连杆机器人：将基座形成为三角形，在基座的三角形的各边以使马达的输出轴与各边平行的方式安装三个马达，在各马达的输出轴一体地结合绕输出轴旋转的细长的臂，用连杆将各臂的前端与可动部之间进行连结(参照专利文献2)。通过驱动与三个马达的输出轴结合的三个臂旋转，来使可动部相对于基座沿X、Y、Z轴这三轴方向平移运动。需要说明的是，通过使马达、臂及连杆的个数为6个，不仅能使可动部沿X、Y、Z轴这三轴方向平移运动，而且能使可动部的姿势绕X、Y、Z轴这三轴旋转。

直动型的平行连杆机器人使用直动致动器作为驱动源。作为直动型的致动器的典型的例子，公知有下述的致动器：在基座上具有规定角度地呈放射状固定6根导轨，在各导轨上安装能直线运动地由滚珠丝杠驱动的滑动台，用杆将各导轨的滑动台与可动部连结(参照专利文献3)。通过使6根导轨的滑动台直线运动，能使可动部相对于基座沿X、Y、Z轴这三轴方向平移运动，且能使可动部的姿势绕X、Y、Z轴这三轴发生变化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-130534号公报

专利文献2：日本特表昭63-501860号公报

专利文献3：日本特开平11-104987号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，上述的伸缩型的平行连杆机器人、旋转型的平行连杆机器人及直动型的平行连杆机器人存在以下的优点及缺点。

在伸缩型的平行连杆机器人中，基座与可动部之间的所有的伸缩连杆是并列的，因此，能进行高输出，具有平行连杆机器人的刚性较高这样的优点。但是，存在可动部的可动范围较小这样的缺点。

在旋转型的平行连杆机器人中，与马达的输出轴结合的臂及连杆使可动部移动，因此，具有能扩大可动部的可动范围这样的优点。但是，在对可动部作用有外力时，存在马达能承受的力小、平行连杆机器人的刚性低这样的缺点。若为了提高平行连杆机器人的刚性而使马达大型化，则会招致平行连杆机器人的大型化。

在直动型的致动器中，具有能高精度地对可动部进行定位这样的优点。但是，由于作用于可动部的外力全都作用于直动致动器，因此，直动致动器需要较大的刚性，存在招致直动致动器大型化、进而平行连杆机器人大型化这样的缺点。另外，还存在为了确保刚性而需要直线导轨这样的缺点。

本发明是为了解决上述以往的平行连杆机器人的缺点而做成的，其目的在于提供能提高刚性、且能实现小型化的平行连杆机器人。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一方案的平行连杆机器人具备基座、可动部、连结所述基座与所述可动部的多个连杆部、驱动所述多个连杆部的多个致动器，所述多个致动器分别是能绕规定轴线旋转地支承于所述基座且具有主体部及相对于所述主体部进行直线运动的轴部的直动致动器，所述多个连杆部分别具备驱动连杆和连结所述驱动连杆与所述可动部的从动连杆，所述驱动连杆能绕规定轴线旋转地支承于所述基座且与所述直动致动器连结，通过所述直动致动器进行伸缩，从而所述驱动连杆相对于所述基座绕所述驱动连杆的所述规定轴线旋转。

发明效果

根据本发明的一技术方案，直动致动器及驱动连杆能绕规定轴线旋转地支承于基座，通过使直动致动器伸缩，从而驱动连杆绕规定轴线旋转。因此，作用于可动部的外力转换为直动致动器的中心线方向的力而作用于直动致动器。直动致动器能耐受作用于可动部的较大的外力，因此平行连杆机器人的刚性提高。另外，驱动连杆能绕规定轴线旋转地支承于基座，因此，施加于可动部的外力的一部分能由基座承受。与施加于可动部的外力的一部分由基座承受相应地，作用于直动致动器的外力减少，能实现直动致动器的小型化，进而实现作为平行连杆机器人整体的小型化。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的平行连杆机器人的立体图。

图2是上述平行连杆机器人的俯视图。

图3是上述平行连杆机器人的侧视图。

图4是上述平行连杆机器人的侧视图(使可动部沿水平方向平移运动的状态)。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的一实施方式的平行连杆机器人。图1表示实施方式的平行连杆机器人的立体图，图2表示俯视图，图3表示侧视图。

如图1所示，本实施方式的平行连杆机器人具备基座1、可动部2、连结基座1与可动部2的三个连杆部5、驱动三个连杆部5的三个直动致动器6。可动部2具有3个自由度。基座1能收容于平行连杆机器人的未图示的壳体。通过使三个直动致动器6动作，从而可动部2沿X、Y、Z方向与基座1平行地进行平移运动。平移运动是指固定于可动部2的假想的所有线相对于其本来的方向保持平行的可动部2的动作。需要说明的是，如后所述，通过使直动致动器6及连杆部5的个数为6个，也能使可动部2具有6个自由度。在可动部2的下表面安装有进行规定作业的末端执行器(未图示)。通过使末端执行器为把持部、工具等，能进行例如电子部件向基板的安装、机械部件的组装、机械部件的加工、制品的输送·装箱等各种作业。

基座1例如形成为平面六边形的板状。在基座1上呈放射状且沿周向隔开120度的均等间隔地配置三个直动致动器6。三个直动致动器6的中心线以中心角120度在基座1的中心交叉(参照图2)。各直动致动器6绕作为规定轴线的旋转轴9a、9b的轴线能旋转地支承于基座1上。在基座1上，与各直动致动器6对应地结合有平行的一对支承板11a、11b。直动致动器6的旋转轴9a、9b借助轴承能旋转地支承于一对支承板11a、11b。三个直动致动器6的三个轴线A1存在于与基座1的上表面平行的同一平面内。从上方观察平行连杆机器人，直动致动器6的旋转轴9a、9b的轴线A1与直动致动器6的中心线C1正交(参照图2)。从基座1的三边呈悬臂状突出有连杆支承梁1a。在连杆支承梁1a的前端能旋转地支承有连杆部5的驱动连杆3。在连杆支承梁1a的前端结合有旋转轴13。旋转轴13从连杆支承梁1a的前端部向左右沿水平方向突出。驱动连杆3绕作为规定轴线的旋转轴13的轴线A2旋转。从上方观察平行连杆机器人，旋转轴13的轴线A2与直动致动器6的中心线C1正交(参照图2)。

如图1所示，各直动致动器6具备大致长方体的主体部8和相对于主体部8沿中心线方向进行直线运动的轴部7。在主体部8的侧面结合有上述旋转轴9a、9b。在主体部8的内部装入有与形成于轴部7的外周面的螺纹槽螺合的滚珠丝杠螺母及作为驱动滚珠丝杠螺母绕轴部7的中心线旋转的马达的例如步进马达。步进马达是具有与赋予的脉冲数成比例地以规定角度旋转的功能的马达。步进马达使滚珠丝杠螺母旋转时，轴部7沿中心线方向进行直线运动。步进马达与对轴部7的直线运动量进行控制的致动器连接。在轴部7的前端安装有用于保持与驱动连杆3连结的直动致动器6的连结轴15的保持架7a。三个直动致动器6的结构相同，因此，标注同一符号而省略其说明。

在基座1上呈放射状且沿周向隔开120度的均等间隔地配置有三个连杆部5。三个连杆部5的驱动连杆3的中心线C2与三个直动致动器6的中心线C1配置于同一直线上(参照图2)。

如图1所示，各连杆部5具备与直动致动器6连结的驱动连杆3和连结驱动连杆3与可动部2的从动连杆4。驱动连杆3的连杆长度比从动连杆4的连杆长度短。驱动连杆3具备彼此分离的一对分离连杆3a、3b。从动连杆4具备连杆长度相等的平行的一对平行连杆4a、4b。在各分离连杆3a、3b连结有各平行连杆4a、4b。

以利用一对分离连杆3a、3b夹持基座1的连杆支承梁1a的方式将一对分离连杆的一方3a能旋转地支承于从连杆支承梁1a向左右突出的旋转轴的一方9a，将一对分离连杆的另一方3b能旋转地支承于从连杆支承梁1a向左右突出的旋转轴的另一方9b。如图3所示，从平行连杆机器人的侧方观察，分离连杆3a、3b形成为L字形，具有短边侧的一片3a1、3b1和与该一片3a1、3b1正交的长边侧的一片3a2、3b2(参照图3)。在分离连杆3a、3b的短边侧的一片3a1、3b1能旋转地连结有直动致动器6的轴部7。在分离连杆3a，3b的长边侧的一片3a2、3b2能旋转地连结有平行连杆4a、4b。

如图1所示，在分离连杆3a、3b经由轴承插入有旋转轴13。分离连杆3a、3b仅能绕旋转轴13的轴线A2旋转，在相对于基座1垂直的假想平面内摆动。另外，在分离连杆3a、3b经由轴承插入有直动致动器6的连结轴15。一对分离连杆3a、3b能同步地在相对于基座1垂直的假想平面内摆动。

在分离连杆3a、3b经由作为球窝接头的球面轴承21a、21b能旋转地连结有平行连杆4a、4b。球面轴承具有三个自由度，平行连杆4a、4b能相对于分离连杆3a、3b绕X、Y、Z轴旋转。需要说明的是，也可以代替球面轴承而使用万向型接头。

在平行连杆4a，4b的下端部经由作为接头的球面轴承22a、22b连结有可动部2。球面轴承22a、22b具有三个自由度，平行连杆4a、4b能相对于可动部2绕X、Y、Z轴旋转。也可以代替球面轴承22a、22b而使用万向型接头。一对平行连杆4a、4b与三角形的可动部2的一边连结。一对平行连杆4a、4b的长度彼此相等，由一对平行连杆4a、4b、球面轴承21a、21b及球面轴承22a、22b形成平行四边形。即使可动部2移动也能维持平行四边形，因此，可动部2相对于基座1沿X、Y、Z轴方向进行平移运动。

当使直动致动器6伸缩(即使轴部7往复运动)、利用轴部7推拉驱动连杆3时，驱动连杆3绕旋转轴13旋转。当驱动连杆3绕旋转轴13旋转时，经由从动连杆4与驱动连杆3连结的可动部2相对于基座1沿X、Y、Z轴方向进行平移运动。图4表示使图3的可动部沿水平方向移动的状态。

对三个直动致动器6的步进马达进行控制的致动器分类为一个主致动器和两个从动致动器。上位控制器仅向主致动器发送指令。主致动器接收从上位控制器发送来的指令并向从动致动器发送。从动致动器接收从主致动器发送来的指令。主致动器及从动致动器执行指令，实现三个步进马达之间的同步控制。需要说明的是，也可以不进行主从控制，从上位控制器向三个致动器发送指令。

在可动部2，根据需要设有使末端执行器的姿势变化的姿势控制机构。姿势控制机构例如具备使末端执行器绕X、Y、Z轴的至少一个旋转的旋转单元，例如使由把持单元构成的末端执行器的姿势发生变化。对旋转单元、把持单元进行控制的致动器期望搭载于可动部2。若将来自上位控制器的指令经由无线通信向致动器通信，则不需要向可动部2上的致动器进行配线。

根据本实施方式的平行连杆机器人，起到以下的效果。

如图1所示，将直动致动器6及驱动连杆3能绕旋转轴9a、9b、13旋转地支承于基座1，通过使直动致动器6伸缩，能使驱动连杆3绕旋转轴13旋转。因此，作用于可动部2的外力转换为直动致动器6的中心线方向的力而作用于直动致动器6。在直动致动器6装入有减速比较高的滚珠丝杠，因此，直动致动器6能耐受作用于可动部2的较大的外力。因此，平行连杆机器人的刚性提高。另外，驱动连杆3能绕旋转轴13旋转地支承于基座1，因此，能利用基座1承受施加于可动部2的外力的一部分。与施加于可动部2的外力的一部分由基座1承受相应地，作用于直动致动器6的外力减少，能实现直动致动器6的小型化，进而实现作为平行连杆机器人整体的小型化。

如图2所示，三个直动致动器6的中心线C1在基座1上呈放射状且沿周向隔开均等间隔地配置，且三个驱动连杆3各自的中心线C2与三个直动致动器6各自的中心线C1配置于同一直线上，因此，能防止对直动致动器6作用有不合理的力。

如图3所示，从驱动连杆3的旋转轴13到直动致动器6的连结轴15的长度比从旋转轴13到从动连杆4的球面轴承21a、21b的长度短，因此，即使直动致动器6的行程较小，也能扩宽从动连杆4的移动量、即可动部2的可动范围。

如图1所示，通过将驱动连杆3由绕旋转轴13同步地旋转的一对分离连杆3a、3b构成，从而容易在驱动连杆3上经由球面轴承21a、21b连结一对平行连杆4a、4b。

需要说明的是，本发明不限于体现为上述实施方式的平行连杆机器人，能在不改变本发明的主旨的范围内变更为各种各样的实施方式。

例如，在上述实施方式中，在基座上设置三个直动致动器及三个连杆部，使可动部沿3轴平移运动，但也可以在基座上设置六个直动致动器及三个连杆部，使可动部沿3轴平移运动且使可动部绕3轴旋转。

在上述实施方式中，驱动连杆由彼此分离的一对分离连杆构成，但也可以利用连结棒等使一对分离连杆结合。

本说明书基于2011年12月7日申请的日本特愿2011-267888。其内容全部包含在此。

符号说明

1…基座，2…可动部，3…驱动连杆，3a，3b…分离连杆，4…从动连杆，4a，4b…平行连杆，5…连杆部，6…直动致动器，7…轴部，8…主体部，9a，9b…旋转轴，13…旋转轴，15…连结轴，A1…直动致动器的轴线，A2…驱动连杆的轴线，C1…直动致动器的中心线，C2…驱动连杆的中心线。

Claims (4)

1.一种平行连杆机器人，其具备基座、可动部、连结所述基座与所述可动部的多个连杆部、驱动所述多个连杆部的多个致动器，

所述多个致动器分别是能绕规定轴线旋转地支承于所述基座且具有主体部及相对于所述主体部进行直线运动的轴部的直动致动器，

所述多个连杆部分别具备驱动连杆和连结所述驱动连杆与所述可动部的从动连杆，所述驱动连杆能绕规定轴线旋转地支承于所述基座且与所述直动致动器连结，

通过所述直动致动器进行伸缩，从而所述驱动连杆相对于所述基座绕所述驱动连杆的所述规定轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的平行连杆机器人，其特征在于，

从所述驱动连杆的所述规定轴线到所述直动致动器与所述驱动连杆的连结位置的长度比从所述驱动连杆的所述规定轴线到所述驱动连杆与所述从动连杆的连结位置的长度短。

3.根据权利要求1或2所述的平行连杆机器人，其特征在于，

所述多个直动致动器以中心线呈放射状且沿周向隔开均等间隔地配置于所述基座，

所述多个驱动连杆各自的中心线与所述多个直动致动器各自的中心线配置于同一直线上。

4.根据权利要求3所述的平行连杆机器人，其特征在于，

在所述基座上排列有三个直动致动器及三个连杆部，

所述三个连杆部各自的驱动连杆具有一对分离连杆，所述一对分离连杆以相对于所述基座绕所述驱动连杆的所述规定轴线同步旋转的方式经由旋转轴能旋转地连结于所述直动致动器，

所述三个连杆部各自的所述从动连杆具备连杆长度相等的一对平行连杆，

各平行连杆的一端经由接头与各分离连杆连结，各平行连杆的另一端经由接头与所述可动部连结。