JP2002011680A - パラレルメカニズムロボットアーム - Google Patents
パラレルメカニズムロボットアームInfo
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- JP2002011680A JP2002011680A JP2000195416A JP2000195416A JP2002011680A JP 2002011680 A JP2002011680 A JP 2002011680A JP 2000195416 A JP2000195416 A JP 2000195416A JP 2000195416 A JP2000195416 A JP 2000195416A JP 2002011680 A JP2002011680 A JP 2002011680A
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- Japan
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- movable member
- parallel mechanism
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- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【課題】パラレルメカニズムの長所である剛性を保ちつ
つ、動作領域が小さいという欠点を解消し、動作領域を
広くとれる６自由度のロボットアーム機構を提供する。 【解決手段】今までのパラレルメカニズムは、可動部材
を複数の連結棒で支え、その連結棒を伸縮させたり、連
結棒の一端をベース部材に対して移動させるものであ
る。本発明も連結棒の一端を移動させるものであるが、
移動の方向を同一にすることにより、その方向へは理論
上無限に移動が可能となる原理により、動作範囲を長く
とることができる。また、平板状のベース部材の同一平
面上にアクチュエータを配置することで、ベース部材か
ら見てアクチュエータが存在する方向には障害物がなく
なり、この方向へも動作領域を広くとることが可能とな
る。
つ、動作領域が小さいという欠点を解消し、動作領域を
広くとれる６自由度のロボットアーム機構を提供する。 【解決手段】今までのパラレルメカニズムは、可動部材
を複数の連結棒で支え、その連結棒を伸縮させたり、連
結棒の一端をベース部材に対して移動させるものであ
る。本発明も連結棒の一端を移動させるものであるが、
移動の方向を同一にすることにより、その方向へは理論
上無限に移動が可能となる原理により、動作範囲を長く
とることができる。また、平板状のベース部材の同一平
面上にアクチュエータを配置することで、ベース部材か
ら見てアクチュエータが存在する方向には障害物がなく
なり、この方向へも動作領域を広くとることが可能とな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、ロボットアーム
の機構に関する。
の機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のロボットアームの機構としては垂
直多関節や水平多関節が有名であるが、これらは可動部
材を一方向から支えるため、剛性が低くなる。これを補
うためロボットアームが大型化し、質量の増大により動
作速度が低下するという欠点があった。
直多関節や水平多関節が有名であるが、これらは可動部
材を一方向から支えるため、剛性が低くなる。これを補
うためロボットアームが大型化し、質量の増大により動
作速度が低下するという欠点があった。
【０００３】一方、近年登場したパラレルメカニズム
は、可動部材を複数の支点で支えるため剛性が高いとい
う長所を持つ。しかし反面、動作領域がロボットアーム
筐体と比べて小さいという欠点もある。
は、可動部材を複数の支点で支えるため剛性が高いとい
う長所を持つ。しかし反面、動作領域がロボットアーム
筐体と比べて小さいという欠点もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パラレルメカニズムの
長所である剛性を保ちつつ、動作領域が小さいという欠
点を解消し、動作領域を広くとれる６自由度のロボット
アーム機構を提供する。
長所である剛性を保ちつつ、動作領域が小さいという欠
点を解消し、動作領域を広くとれる６自由度のロボット
アーム機構を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】今までのパラレルメカニ
ズムは、可動部材を複数の連結棒で支え、その連結棒を
伸縮させたり、連結棒の一端をベース部材に対して移動
させるものである。本発明も連結棒の一端を移動させる
ものであるが、移動の方向を同一にすることにより、そ
の方向へは理論上無限に移動が可能となる原理により、
動作範囲を長くとることができる。
ズムは、可動部材を複数の連結棒で支え、その連結棒を
伸縮させたり、連結棒の一端をベース部材に対して移動
させるものである。本発明も連結棒の一端を移動させる
ものであるが、移動の方向を同一にすることにより、そ
の方向へは理論上無限に移動が可能となる原理により、
動作範囲を長くとることができる。
【０００６】また、平板状のベース部材の同一平面上に
直線移動機構５を配置することで、ベース部材から見て
直線移動機構５が存在する方向には障害物がなくなり、
この方向へも動作領域を広くとることが可能となる。
直線移動機構５を配置することで、ベース部材から見て
直線移動機構５が存在する方向には障害物がなくなり、
この方向へも動作領域を広くとることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】 以下、本発明を添付図面に示す
実施形態に基づき詳しく説明する。なお、図１は本実施
形態の全体斜視図、図２は１組の回転部７と連結棒９の
配置図である。
実施形態に基づき詳しく説明する。なお、図１は本実施
形態の全体斜視図、図２は１組の回転部７と連結棒９の
配置図である。
【０００８】直線移動機構５は、モータ１０の回転によ
りボールネジ１２を回転させ、移動部４に取りつけられ
たナット１３の中でボールネジ１２が回転することによ
り、移動部４が直線的に運動するものとする。
りボールネジ１２を回転させ、移動部４に取りつけられ
たナット１３の中でボールネジ１２が回転することによ
り、移動部４が直線的に運動するものとする。
【０００９】回転機構８はモータ１１により回転部７を
固定部６に対して回転するものとする。
固定部６に対して回転するものとする。
【００１０】各要素の配置を次ぎに示す。図１におい
て、１つの直線移動機構５の固定部３をベース部材１の
ベース面上に固定する。他の２つの直線移動機構５をベ
ース面上に先に置かれた直線移動機構５の左右にこれと
平行に等間隔で配置し、その固定部３をベース部材１の
ベース面上に固定する。
て、１つの直線移動機構５の固定部３をベース部材１の
ベース面上に固定する。他の２つの直線移動機構５をベ
ース面上に先に置かれた直線移動機構５の左右にこれと
平行に等間隔で配置し、その固定部３をベース部材１の
ベース面上に固定する。
【００１１】３つの直線移動機構５の移動部４に回転機
構の固定部６を固定する。この際、回転機構８の回転軸
はベース面に垂直な方向とする。
構の固定部６を固定する。この際、回転機構８の回転軸
はベース面に垂直な方向とする。
【００１２】１つの回転部７の回転軸に対称な２点をと
る。この２点に２つのジョイント１４の回転中心を合わ
せる。このジョイント１４を回転部７と連結棒９に連結
する。残り２つの回転部についても同様とする。
る。この２点に２つのジョイント１４の回転中心を合わ
せる。このジョイント１４を回転部７と連結棒９に連結
する。残り２つの回転部についても同様とする。
【００１３】可動部材２の同一面上に６つの点をとり、
２点づつ３つの組に分ける。それぞれの組の点の間の距
離は、先の回転部７の２点間の距離と等しくする。１組
の２点にジョイント１５の回転中心を合わせる。このジ
ョイント１５を先の連結棒９の他端と可動部材２に連結
する。
２点づつ３つの組に分ける。それぞれの組の点の間の距
離は、先の回転部７の２点間の距離と等しくする。１組
の２点にジョイント１５の回転中心を合わせる。このジ
ョイント１５を先の連結棒９の他端と可動部材２に連結
する。
【００１４】次ぎに、目的とする可動部材２の空間位置
と姿勢が決定している時、３つの直線移動機構５の移動
量と３つの回転機構８の回転量を求める方法について、
詳細を以下に記す。
と姿勢が決定している時、３つの直線移動機構５の移動
量と３つの回転機構８の回転量を求める方法について、
詳細を以下に記す。
【００１５】図２に１組の回転部７と連結棒９の配置を
示す。点ＡとＣはジョイント１４の回転中心、点ＤとＦ
はジョイント１５の回転中心である。点Ｂは点ＡとＣの
中点、点Ｅは点ＤとＦの中点である。
示す。点ＡとＣはジョイント１４の回転中心、点ＤとＦ
はジョイント１５の回転中心である。点Ｂは点ＡとＣの
中点、点Ｅは点ＤとＦの中点である。
【００１６】点ＤとＥとＦは可動部材２の位置と姿勢が
決まれば、その座標が決定する。回転部７は、直線移動
機構５と回転機構８により２つの自由度をもっている。
連結棒が連結されると、点Ａと点Ｄの長さおよび点Ｃと
点Ｆの長さが固定されるので、２自由度を失い、回転部
７は固定される。他の２つの回転部７についても同様で
ある。具体的には以下のとおりである。
決まれば、その座標が決定する。回転部７は、直線移動
機構５と回転機構８により２つの自由度をもっている。
連結棒が連結されると、点Ａと点Ｄの長さおよび点Ｃと
点Ｆの長さが固定されるので、２自由度を失い、回転部
７は固定される。他の２つの回転部７についても同様で
ある。具体的には以下のとおりである。
【００１７】まず、ベース部材１のベース面上の直線移
動機構５の移動方向をＹ軸とする。ベース面上のＹ軸と
垂直な方向をＸ軸とする。原点は任意とする。ベース面
に垂直な方向をＺ軸とする。点Ａと点Ｄの長さおよび点
Ｃと点Ｆの長さを定数Ｌとする。点Ａと点Ｂの長さを定
数ｈとする。点Ｅから点ＤへのベクトルをＵとする。点
Ｂから点ＡへのベクトルをＷとする。点Ｂから点Ｅへの
ベクトルをＭとする。原点から点Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆへ
のベクトルをＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆとする。任意のベクト
ルＫのＸ軸成分をＫｘ、Ｙ軸成分をＫｙ、Ｚ軸成分をＫ
ｚと表す。
動機構５の移動方向をＹ軸とする。ベース面上のＹ軸と
垂直な方向をＸ軸とする。原点は任意とする。ベース面
に垂直な方向をＺ軸とする。点Ａと点Ｄの長さおよび点
Ｃと点Ｆの長さを定数Ｌとする。点Ａと点Ｂの長さを定
数ｈとする。点Ｅから点ＤへのベクトルをＵとする。点
Ｂから点ＡへのベクトルをＷとする。点Ｂから点Ｅへの
ベクトルをＭとする。原点から点Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆへ
のベクトルをＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆとする。任意のベクト
ルＫのＸ軸成分をＫｘ、Ｙ軸成分をＫｙ、Ｚ軸成分をＫ
ｚと表す。
【００１８】 点Ａと点Ｄの長さ＝Ｌから 絶対値｜（Ｅ＋Ｕ）―（Ｂ＋Ｗ）｜＝Ｌ よって 絶対値｜（Ｅ−Ｂ）＋（Ｕ―Ｗ）｜＝Ｌ よって 絶対値｜Ｍ＋Ｎ｜＝Ｌ よって （Ｍｘ＋Ｎｘ）2＋（Ｍｙ＋Ｎｙ）2＋（Ｍｚ＋Ｎｚ）2＝Ｌ2・・・
【００１９】 点Ｃと点Ｆの長さ＝Ｌから 絶対値｜（Ｅ―Ｕ）―（Ｂ―Ｗ）｜＝Ｌ よって 絶対値｜（Ｅ−Ｂ）―（Ｕ―Ｗ）｜＝Ｌ よって 絶対値｜Ｍ−Ｎ｜＝Ｌ よって （Ｍｘ―Ｎｘ）2＋（Ｍｙ―Ｎｙ）2＋（Ｍｚ―Ｎｚ）2＝Ｌ2・・・
【００２０】 式＋から Ｍｘ2＋Ｍｙ2＋Ｍｚ2＋Ｎｘ2＋Ｎｙ2＋Ｎｚ2＝Ｌ2・・・ 式―から Ｍｘ＊Ｎｘ＋Ｍｙ＊Ｎｙ＋Ｍｚ＊Ｎｚ＝０ ・・・ Ｗはベース面に平行であるので、 Ｗｚ＝０から Ｎｚ＝Ｕｚ−Ｗｚ＝Ｕｚ・・・ ＵとＷの絶対値が等しいことから、 Ｕｘ2＋Ｕｙ2＋Ｕｚ2＝Ｗｘ2＋Ｗｙ2＋Ｗｚ2＝ｈ2 ・・・
【００２１】式において、ＵｘとＵｙとＵｚと
ＭｘとＭｚは既知の値であるので、未定の変数はＭｙと
ＮｘとＮｙとＮｚの４変数である。式の４連立
方程式からこれらが求まり、Ｍｙから直線移動機構５の
移動量が、ＮｘとＮｙから回転機構８の回転量が求めら
れる。
ＭｘとＭｚは既知の値であるので、未定の変数はＭｙと
ＮｘとＮｙとＮｚの４変数である。式の４連立
方程式からこれらが求まり、Ｍｙから直線移動機構５の
移動量が、ＮｘとＮｙから回転機構８の回転量が求めら
れる。
【００２２】以上のとおり、可動部材２の位置と姿勢が
定まっている時、該当する直線移動機構５の移動量と回
転機構８の回転量を求めることができる。他の直線移動
機構５と回転機構８についても同様であり、可動部材２
の位置と姿勢が定まっている時、３つの直線移動機構５
の移動量と３つの回転機構８の回転量とを求めることが
できる。
定まっている時、該当する直線移動機構５の移動量と回
転機構８の回転量を求めることができる。他の直線移動
機構５と回転機構８についても同様であり、可動部材２
の位置と姿勢が定まっている時、３つの直線移動機構５
の移動量と３つの回転機構８の回転量とを求めることが
できる。
【００２３】本発明の実施形態は概ね上記のとおりであ
るが、本発明はこの実施形態に限定されるものではな
く、「特許請求の範囲」の記載内で種種の変更が可能で
ある。
るが、本発明はこの実施形態に限定されるものではな
く、「特許請求の範囲」の記載内で種種の変更が可能で
ある。
【００２４】
【発明の効果】 本発明により、動作範囲が広くとれる
小型のロボットアームが実現する。これにより、ワーク
の搬送、組立て、溶接等の加工を行うロボットを小型化
することが可能となる。
小型のロボットアームが実現する。これにより、ワーク
の搬送、組立て、溶接等の加工を行うロボットを小型化
することが可能となる。
【図１】請求項目１による装置の実施形態の斜視図であ
る。
る。
【図２】請求項目１による装置における１組の回転部７
と連結棒９の配置図である。
と連結棒９の配置図である。
１ ベース部材 ２ 可動部材 ３ 固定部 ４ 移動部 ５ 直線移動機構 ６ 固定部 ７ 回転部 ８ 回転機構 ９ 連結棒 １０ モータ １１ モータ １２ ボールネジ １３ ナット １４ ジョイント １５ ジョイント Ａ ジョイント１４の回転中心 Ｂ 点Ａと点Ｃの中点 Ｃ ジョイント１４の回転中心 Ｄ ジョイント１５の回転中心 Ｅ 点Ｄと点Ｆの中点 Ｆ ジョイント１５の回転中心
Claims (2)
- 【請求項１】１つの平板状のベース部材１と；１つの可
動部材２と；ベース部材１の同一面上に静止して取りつ
けられた固定部３と、固定部３に対してモータ１０によ
り直線的に運動する移動部４とからなる、３つの直線移
動機構５と；移動部４に静止して取りつけられた固定部
６と、固定部６に対してモータ１１により回転運動する
回転部７とからなる、３つの回転機構８と；３つの回転
部７のそれぞれ２点を回転中心として回転部７と連結棒
９を連結する６つのジョイント１４と；６つの連結棒９
と；可動部材２のそれぞれ６点を回転中心として可動部
材２と連結棒９を連結する６つのジョイント１５；によ
り構成され、 ３つの直線移動機構５の移動量と３つの回転機構８の回
転量により可動部材２の空間的位置と空間的姿勢を決定
できる範囲を直線移動機構５の運動方向に長くとれると
ともに、ベース部材１から見て直線移動機構５が存在す
る方向へも動作領域を広くとることが可能となることを
特徴とした装置。 - 【請求項２】少なくとも１つのモータ１０または少なく
とも１つのモータ１１を省き、可動部材２の空間的位置
と空間的姿勢を決定できる範囲を限定した請求の範囲第
１項に記載の装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195416A JP2002011680A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | パラレルメカニズムロボットアーム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195416A JP2002011680A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | パラレルメカニズムロボットアーム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002011680A true JP2002011680A (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=18694080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000195416A Pending JP2002011680A (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | パラレルメカニズムロボットアーム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002011680A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102357879A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-02-22 | 北京华巍中兴电气有限公司 | 八自由度混联式自动焊接机器人 |
| CN102975201A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-03-20 | 天津理工大学 | 一种空间面对称型三自由度并联机构 |
| JP2013052499A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | デルタ型パラレルロボット |
| CN103552089A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种串并联球关节装置 |
| CN103737576A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-23 | 北京邮电大学 | 六自由度力反馈手控器 |
| CN103895006A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-07-02 | 南京理工大学 | 平面三自由度并联机构 |
| JP2016209973A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 株式会社京都製作所 | 移送装置 |
| CN107327669A (zh) * | 2016-05-01 | 2017-11-07 | 西北农林科技大学 | 一种差动式全平面移动桁架 |
| CN110170984A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-27 | 霸州市华硕汽车零部件有限公司 | 一种并联加工平台机器人 |
| CN116275762A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-06-23 | 常州碳科智能装备有限公司 | 基于并联机构的焊接机器人 |
-
2000
- 2000-06-29 JP JP2000195416A patent/JP2002011680A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102357879A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-02-22 | 北京华巍中兴电气有限公司 | 八自由度混联式自动焊接机器人 |
| JP2013052499A (ja) * | 2011-09-06 | 2013-03-21 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | デルタ型パラレルロボット |
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| CN103552089A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种串并联球关节装置 |
| CN103737576A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-23 | 北京邮电大学 | 六自由度力反馈手控器 |
| CN103895006B (zh) * | 2014-04-14 | 2015-12-30 | 南京理工大学 | 平面三自由度并联机构 |
| CN103895006A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-07-02 | 南京理工大学 | 平面三自由度并联机构 |
| JP2016209973A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 株式会社京都製作所 | 移送装置 |
| CN107327669A (zh) * | 2016-05-01 | 2017-11-07 | 西北农林科技大学 | 一种差动式全平面移动桁架 |
| CN107327669B (zh) * | 2016-05-01 | 2019-03-19 | 西北农林科技大学 | 一种差动式全平面移动桁架 |
| CN110170984A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-27 | 霸州市华硕汽车零部件有限公司 | 一种并联加工平台机器人 |
| CN116275762A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-06-23 | 常州碳科智能装备有限公司 | 基于并联机构的焊接机器人 |
| CN116275762B (zh) * | 2023-05-19 | 2023-08-11 | 常州碳科智能装备有限公司 | 基于并联机构的焊接机器人 |
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