JP2003311668A - Parallel link manipulator - Google Patents
Parallel link manipulatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エンドエフェクタ
を、特定の平面に対し平行を保つように姿勢を維持して
移動させるマニピュレータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator for moving an end effector while maintaining its posture so as to keep it parallel to a specific plane.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業用ロボット等に利用されるマニピュ
レータは、対象物の移動・検査・処理などを行うエンド
エフェクタの空間位置を、エンドエフェクタに接続した
アーム部を制御することで決定するものである。そし
て、エンドエフェクタを任意の空間位置へ移動できるよ
うにするためには、高い自由度を保有することが必要で
ある。このようなマニピュレータとして、エンドエフェ
クタに対し、アクチュエータを備える直動伸縮型のパラ
レルリンクマニピュレータを６組接続した、いわゆるス
チュワートプラットホーム型マニピュレータ（自由度
６）が知られており、これは工作機械等で実用化されて
いる。2. Description of the Related Art Manipulators used in industrial robots and the like determine the spatial position of an end effector that moves, inspects, or processes an object by controlling an arm connected to the end effector. is there. And, in order to be able to move the end effector to an arbitrary spatial position, it is necessary to have a high degree of freedom. As such a manipulator, a so-called Stewart platform type manipulator (6 degrees of freedom) in which six sets of linear motion telescopic parallel link manipulators having actuators are connected to an end effector is known. It has been put to practical use.
【０００３】しかるにマニピュレータを、ある種の作業
（例えば、物品の箱詰め・整列・仕分け、工作機械のワ
ークの出入、物品の検査など）に使用する場合は、エン
ドエフェクタを空間内で回転させる必要がなく、エンド
エフェクタが特定の平面方向及び高さ方向に移動できれ
ば足りる。すなわち自由度が３であればよい。上記のよ
うな用途に供し得る自由度３のマニピュレータの一例
が、特公平４−４５３１０号公報に記載されている。However, when the manipulator is used for a certain type of work (for example, packing / aligning / sorting articles, loading / unloading workpieces of machine tools, and inspecting articles), it is necessary to rotate the end effector in space. Instead, it is sufficient if the end effector can move in a specific plane direction and height direction. That is, the degree of freedom may be three. An example of a manipulator having three degrees of freedom that can be used for the above-mentioned applications is described in Japanese Patent Publication No. 4-45310.
【０００４】前記従来のマニピュレータの構成原理を図
１０に示す。同マニピュレータ１０は、基準となるベー
ス部１に三組のアーム４が取り付けられ、これら三組の
アーム４の先端でエンドエフェクタ９を支持するという
構造を採っている。各アーム４は、ベース部１から放射
状に三方へほぼ等分の角度間隔を置いて張り出すように
取り付けられ、一端がベース部１に設けた回転軸２に連
結された単リンク部５と、この単リンク部５の他端にも
う一つの回転軸６を介し連結された、二本の同一長さの
棒材より成る平行リンク部７とから成っている。ベース
部１の三つの回転軸２は同一平面内に配置され、この回
転軸２に対しもう一つの回転軸６が平行となるように設
置されている。平行リンク部７は、上端側の回転軸６及
び下端側のエンドエフェクタ９のいずれにも対し、玉型
継手，カルダン型継手，ユニバーサルジョイント等の自
由度が２以上の自在継手８ａ，８ｂで接続されている。
そして、三組のアーム４それぞれにおける平行リンク部
７の先端部とエンドエフェクタ９とを接続している自在
継手８ｂもまた、同一平面（以下「特定平面」と言う）
内に配置される。なおベース部１に設けた回転軸２に
は、これを軸廻りに回転駆動するサーボモータ等の駆動
手段３が接続されている。The construction principle of the conventional manipulator is shown in FIG. The manipulator 10 has a structure in which three sets of arms 4 are attached to a base portion 1 serving as a reference, and the end effector 9 is supported by the tips of the three sets of arms 4. Each arm 4 is mounted so as to radially project from the base portion 1 in three directions at substantially equal angular intervals, and a single link portion 5 having one end connected to the rotary shaft 2 provided on the base portion 1, It is composed of a parallel link portion 7 made of two rod members having the same length and connected to the other end of the single link portion 5 via another rotating shaft 6. The three rotating shafts 2 of the base portion 1 are arranged in the same plane, and the other rotating shaft 6 is installed so as to be parallel to the rotating shaft 2. The parallel link portion 7 is connected to both the rotary shaft 6 on the upper end side and the end effector 9 on the lower end side by universal joints 8a and 8b having two or more degrees of freedom such as a ball joint, a cardan joint, and a universal joint. Has been done.
The universal joints 8b that connect the end portions of the parallel link portions 7 and the end effectors 9 in each of the three arms 4 are also in the same plane (hereinafter referred to as "specific plane").
Placed inside. A drive means 3 such as a servomotor for rotating the rotary shaft 2 provided on the base portion 1 around the shaft is connected to the rotary shaft 2.
【０００５】前記構成のマニピュレータ１０は、アーム
４における単リンク部５が、ベース部１の回転軸２の軸
廻りに回転軸２と一体的に回動自在であり、単リンク部
５と平行リンク部７とは、回転軸６の軸廻りに回動して
両者のなす角度を変更可能であり、さらに平行リンク部
７は、上端の回転軸６及び下端のエンドエフェクタ９に
対し、自在継手８を中心として回動自在である。従っ
て、駆動手段３で、ベース部１の三つの回転軸２をそれ
ぞれ回転駆動することにより、三つのアーム４それぞれ
の姿勢を制御して、エンドエフェクタ９を所望する位置
へ移動させることが可能である。ところで平行リンク部
７の機構上の特性により、これがどのような姿勢を採っ
たとしても、上端側の回転軸６に対する下端側の自在継
手８ｂの平行関係は常に維持される。それ故、三組のア
ーム４の先端部に支持されるエンドエフェクタ９は、ア
ーム４の姿勢変更によって位置変更がなされる際、前記
特定平面に対し常に平行な姿勢に維持されることとな
る。すなわち当該マニピュレータ１０は、エンドエフェ
クタ４を、特定平面に対し平行な状態を常に保ったま
ま、任意の位置へ移動させることが可能である。In the manipulator 10 having the above-described structure, the single link portion 5 of the arm 4 is rotatable integrally with the rotary shaft 2 around the rotary shaft 2 of the base portion 1 and is parallel to the single link portion 5. The part 7 can be rotated around the axis of the rotary shaft 6 to change the angle between them, and the parallel link part 7 can be connected to the rotary shaft 6 at the upper end and the end effector 9 at the lower end by a universal joint 8. It is rotatable about. Therefore, by driving the three rotating shafts 2 of the base portion 1 by the driving means 3, it is possible to control the posture of each of the three arms 4 and move the end effector 9 to a desired position. is there. By the way, due to the mechanical characteristics of the parallel link portion 7, the parallel relationship of the universal joint 8b on the lower end side with respect to the rotating shaft 6 on the upper end side is always maintained, no matter what posture it takes. Therefore, the end effectors 9 supported by the tips of the three arms 4 are always maintained in a posture parallel to the specific plane when the position is changed by changing the posture of the arms 4. That is, the manipulator 10 can move the end effector 4 to an arbitrary position while always keeping the state parallel to the specific plane.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記従来のマニピュレ
ータ１０は、アーム４全体の荷重を、基端側における回
転軸２で支えると共に、この回転軸２を回転駆動して、
アーム４の姿勢制御を行う機構のため、アーム４を構成
している単リンク部５及び平行リンク部７に作用する荷
重負担が大きいという問題があった。例えばエンドエフ
ェクタ４に適当な作業用装置を装着して、物品の移載作
業を行う場合を想定する。物品移載のため駆動手段３で
回転軸２を回転駆動すると、エンドエフェクタ４が把持
した物品の荷重が作用した状態で、各アーム４の姿勢変
更を行うから、各単リンク部５及び平行リンク部７のリ
ンク部材には大きな曲げモーメントが作用することとな
る。その結果、リンク部材に撓み等の変形が発生し、物
品移載時の位置精度が悪くなる。また、リンク部材の耐
用時間が短い。そして、これらの欠点は、作業対象とす
る物品の荷重が大きくなるほど顕著になるため、従来
は、重い物品の効率的で正確な移載作業が困難であっ
た。In the conventional manipulator 10, the load of the entire arm 4 is supported by the rotary shaft 2 on the base end side, and the rotary shaft 2 is rotationally driven.
Since the mechanism for controlling the attitude of the arm 4 is used, there is a problem that the load acting on the single link part 5 and the parallel link part 7 forming the arm 4 is large. For example, assume a case where an appropriate work device is attached to the end effector 4 to transfer an article. When the rotating shaft 2 is rotationally driven by the drive means 3 for transferring the article, the posture of each arm 4 is changed while the load of the article gripped by the end effector 4 is applied. A large bending moment acts on the link member of the portion 7. As a result, deformation such as bending occurs in the link member, and the positional accuracy during transfer of the article deteriorates. Further, the service life of the link member is short. Since these drawbacks become more remarkable as the load of the article to be worked increases, it has been conventionally difficult to efficiently and accurately transfer heavy articles.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明に係るパラレルリ
ンクマニピュレータは、前記従来の問題点を解決するた
めに創案したものであって、その特徴とするところは、
エンドエフェクタの姿勢を特定の平面に対し常に平行を
保つように構成された補助機構を有するマニピュレータ
において、基部側が支持されると共に先端側がエンドエ
フェクタに自由度２以上の揺動軸受で接続された駆動軸
と、この駆動軸を基部側の支持点に対し進退させる駆動
源とから成る直動型駆動手段を少なくとも３組以上設け
たことにある。A parallel link manipulator according to the present invention was devised in order to solve the above-mentioned conventional problems, and its characteristic features are as follows.
In a manipulator having an auxiliary mechanism configured to keep the posture of the end effector always parallel to a specific plane, a drive in which a base side is supported and a tip side is connected to the end effector by a rocking bearing having two or more degrees of freedom. There is provided at least three sets of direct-acting drive means including a shaft and a drive source for moving the drive shaft forward and backward with respect to the support point on the base side.
【０００８】かかる構成のマニピュレータは、エンドエ
フェクタの姿勢を特定平面に対し平行を保つように規制
する補助機構とは別に、エンドエフェクタの位置制御を
行う直動型駆動手段を独立させて設け、この直動型駆動
手段に対する荷重が、駆動軸の軸方向に作用するように
構成したので、エンドエフェクタが重量物を対象とする
作業を行う場合でも、駆動手段の駆動軸が荷重によって
撓んだり変形したりするおそれがなくなる。依って、エ
ンドエフェクタの位置制御の精度が向上する。なお、エ
ンドエフェクタを平面内の任意の位置へ移動させるに
は、直動型起動手段を３組以上とすることが必要であ
る。In the manipulator having such a structure, in addition to the auxiliary mechanism for restricting the posture of the end effector so as to keep the posture parallel to the specific plane, the direct-acting drive means for controlling the position of the end effector is independently provided. Since the load on the direct-acting drive means is configured to act in the axial direction of the drive shaft, even when the end effector performs work on heavy objects, the drive shaft of the drive means is bent or deformed by the load. There is no fear of doing it. Therefore, the accuracy of position control of the end effector is improved. In addition, in order to move the end effector to an arbitrary position in the plane, it is necessary to use three or more sets of direct-acting type activation means.
【０００９】なお、エンドエフェクタの姿勢を特定の平
面に対して常に平行に保つための補助機構については、
ベース部に設けた１自由度の回転軸に一端を取り付けた
第一リンク部と、第一リンク部の他端とエンドエフェク
タとにそれぞれ両端を２自由度以上の揺動軸受で接続し
た互いに平行な二本以上のリンク部材より構成される第
二リンク部とから成るアームを、少なくとも二組以上設
けたものとすることができる。Regarding the auxiliary mechanism for keeping the attitude of the end effector always parallel to a specific plane,
A first link part, one end of which is attached to a rotary shaft having one degree of freedom provided on a base part, and the other end of the first link part and the end effector, both ends of which are connected by rocking bearings having two or more degrees of freedom It is possible to provide at least two or more sets of arms each including a second link portion configured by two or more link members.
【００１０】また直動型駆動手段については、ベース部
に自由度２以上の揺動軸受でナット部材を取り付け、こ
のナット部材を駆動軸表面に形成したねじ部に螺合さ
せ、駆動源で、前記駆動軸又はナット部材を回転駆動す
ることにより、この駆動軸をナット部材に対し進退させ
るように構成することが考えられる。As for the direct drive type driving means, a nut member is attached to the base portion by a rocking bearing having two or more degrees of freedom, and the nut member is screwed into a screw portion formed on the surface of the drive shaft, and a drive source is used. It is conceivable that the drive shaft or the nut member is rotationally driven to move the drive shaft forward and backward with respect to the nut member.
【００１１】あるいは直動型駆動手段を、両端がそれぞ
れ自由度２以上の揺動軸受でエンドエフェクタ及びベー
ス部に接続された、流体圧によって伸縮されるシリンダ
機構によって構成することも可能である。Alternatively, the direct-acting type drive means may be constituted by a cylinder mechanism which is expanded and contracted by fluid pressure and has both ends connected to the end effector and the base portion by rocking bearings each having two or more degrees of freedom.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るパラレルリ
ンクマニピュレータＭの構成原理を示すものである。基
準となるベース部１１に、エンドエフェクタ１９の姿勢
を平行に保つための補助機構として、三組のアーム１４
が取り付けられ、これら三組のアーム１４の先端でエン
ドエフェクタ１９が支持されている。各アーム１４は、
ベース部１１から放射状に三方へほぼ等分の角度間隔を
置いて張り出すように取り付けられ、一端がベース部１
１に設けた回転軸１２に接続された単リンクより成る第
一リンク部１５と、この第一リンク部１５の他端にもう
一つの回転軸１６を介し接続された、二本の同一長さの
棒材で構成した平行リンクより成る第二リンク部１７と
から成っている。ベース部１１の三つの回転軸１２は、
同一平面内に、互いに平行とならないように配置され
る。そして、この回転軸１２それぞれに対し、もう一つ
の回転軸１６が各平行となるように配置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the principle of construction of a parallel link manipulator M according to the present invention. As the auxiliary mechanism for keeping the posture of the end effector 19 parallel to the base portion 11 serving as a reference, three sets of arms 14 are provided.
Are attached, and the end effector 19 is supported by the tips of these three sets of arms 14. Each arm 14
It is attached so as to radially project from the base portion 11 in three directions at substantially equal angular intervals, and one end of the base portion 1 is attached.
The first link portion 15 formed of a single link that is connected to the rotating shaft 12 provided on the first unit, and the two same lengths that are connected to the other end of the first link unit 15 through another rotating shaft 16. And a second link portion 17 formed of a parallel link made of a rod material. The three rotary shafts 12 of the base portion 11 are
They are arranged in the same plane so as not to be parallel to each other. Further, another rotating shaft 16 is arranged in parallel with each of the rotating shafts 12.
【００１３】第二リンク部１７は、上端側の回転軸１６
及び下端側のエンドエフェクタ１９の両方に対し、自由
度が２以上の揺動軸受、例えば玉型継手，カルダン型継
手，ユニバーサルジョイント等の自在継手１８ａ，１８
ｂで接続される。そして、三組のアーム１４それぞれに
おける第二リンク部１７の下端部とエンドエフェクタ１
９とを接続している自在継手１８ｂもまた、同一平面
（以下「特定平面」と言う）内に配置される。The second link portion 17 has a rotating shaft 16 on the upper end side.
And the end effector 19 on the lower end side have swinging bearings with two or more degrees of freedom, for example, universal joints 18a, 18 such as a ball joint, a cardan joint, a universal joint, and the like.
Connected at b. Then, the lower end portion of the second link portion 17 and the end effector 1 in each of the three sets of arms 14 are
The universal joint 18b connecting 9 and 9 is also arranged in the same plane (hereinafter referred to as "specific plane").
【００１４】本発明のパラレルリンクマニピュレータＭ
は、前記エンドエフェクタ１９の位置変更をする少なく
とも３組以上の直動型駆動手段１３を、前記アーム１４
とは独立させて設けたところに特色を有している。この
直動型駆動手段１３は、先端側が前記エンドエフェクタ
１９に自由度２以上の揺動軸受で接続され、且つ、基部
側の支持点に対し進退可能になされた駆動軸１３ａと、
この駆動軸１３ａを進退駆動する駆動源（図示せず）と
から成る。駆動軸１３ａを進退可能に支持する手段とし
ては、例えば、ナット部材１３ｂを設けて、駆動軸１３
ａの表面に形成したねじ部を上記ナット部材１３ｂに螺
合させると共に、駆動軸１３ａを軸廻りに回転駆動する
サーボモータ等の駆動モータを設ける構成（図７参照）
が考えられる。この場合、各ナット部材１３ｂは、ベー
ス部１１上またはベース部１１と平行な平面内に位置
し、且つ、ベース部１１またはベース部１１と平行な平
面内で少なくとも二方向に回動自在、すなわち自由度２
以上とされる。The parallel link manipulator M of the present invention
Includes at least three sets of direct-acting drive means 13 for changing the position of the end effector 19, and the arm 14
It has a feature in that it is provided separately from. The direct drive device 13 has a tip end side connected to the end effector 19 by a rocking bearing having two or more degrees of freedom, and a drive shaft 13a capable of advancing and retracting with respect to a support point on the base side.
And a drive source (not shown) for driving the drive shaft 13a back and forth. As a means for supporting the drive shaft 13a so as to be able to move forward and backward, for example, a nut member 13b is provided, and the drive shaft 13 is provided.
A configuration in which a screw motor formed on the surface of a is screwed into the nut member 13b, and a drive motor such as a servo motor that rotationally drives the drive shaft 13a around the shaft is provided (see FIG. 7).
Can be considered. In this case, each nut member 13b is located on the base portion 11 or in a plane parallel to the base portion 11, and is rotatable in at least two directions in the base portion 11 or a plane parallel to the base portion 11, that is, 2 degrees of freedom
That is all.
【００１５】図２に示す如く、前記パラレルリンクマニ
ピュレータＭのアーム１４は、第一リンク部１５が、ベ
ース部１１の回転軸１２の軸廻りに回動自在であり、第
一リンク部１５と第二リンク部１７とは、回転軸１６の
軸廻りに回動して両者のなす角度を変更可能であり、さ
らに第二リンク部１７は、上端の回転軸１６及び下端の
エンドエフェクタ１９それぞれに対し、揺動軸受（自在
継手）１８ａ，１８ｂを中心として回動自在に構成され
ている。従って、直動型駆動手段１３における三つの駆
動軸１３ａをそれぞれ進退駆動することにより、エンド
エフェクタ１９を所望位置へ移動させることが可能とな
っている。そして、この位置変更の際、平行リンク部１
７の機構上の特性により、上端側の回転軸１６に対する
下端側の自在継手１８ｂの平行関係が常に維持されるか
ら、三組のアーム１４先端部に支持されるエンドエフェ
クタ１９は、アーム１４の姿勢に関わらず、特定平面に
対し常に平行な姿勢に維持される。すなわちエンドエフ
ェクタ１９は、特定平面に対し常に平行な状態を保った
まま、任意の位置へ移動する。As shown in FIG. 2, in the arm 14 of the parallel link manipulator M, the first link portion 15 is rotatable about the rotation shaft 12 of the base portion 11, and the first link portion 15 and the first link portion 15 are rotatable. The second link portion 17 can be rotated about the axis of the rotary shaft 16 to change the angle formed by the two, and the second link portion 17 is further provided with respect to the rotary shaft 16 at the upper end and the end effector 19 at the lower end. The rocking bearings (universal joints) 18a and 18b are rotatable about the center. Therefore, the end effector 19 can be moved to a desired position by driving the three drive shafts 13a of the direct drive device 13 back and forth. And, at the time of this position change, the parallel link part 1
Due to the mechanical characteristics of No. 7, the parallel relationship of the universal joint 18b on the lower end side with respect to the rotary shaft 16 on the upper end side is always maintained. Regardless of the posture, the posture is always maintained parallel to the specific plane. That is, the end effector 19 moves to an arbitrary position while always maintaining a state parallel to the specific plane.
【００１６】本発明では、エンドエフェクタ１９が作業
を行う際に付与される荷重は、直動型駆動手段１３にお
ける駆動軸１３ａの軸方向に作用するよう構成されてい
る。それ故、駆動軸１３ａを進退させてエンドエフェク
タ１９の位置変更を行うに際し、駆動軸１３ａが撓んだ
り変形したりするおそれがない。従って、エンドエフェ
クタ１９が重量物を取り扱う場合でも、精度の高い位置
制御が可能である。In the present invention, the load applied when the end effector 19 performs work is configured to act in the axial direction of the drive shaft 13a in the direct drive device 13. Therefore, when the drive shaft 13a is moved back and forth to change the position of the end effector 19, there is no possibility that the drive shaft 13a is bent or deformed. Therefore, even when the end effector 19 handles a heavy object, highly accurate position control is possible.
【００１７】なお、エンドエフェクタ１９の動きを規制
するアーム１４は、安定性を考慮すると、３組以上設け
ることが望ましいが、２組のアーム１４だけでも、エン
ドエフェクタ９の姿勢を特定平面に対し平行に維持する
ことは可能である。It should be noted that it is desirable to provide three or more sets of arms 14 for restricting the movement of the end effector 19 in consideration of stability, but even with only two sets of arms 14, the posture of the end effector 9 with respect to a specific plane. It is possible to keep them parallel.
【００１８】直動型駆動手段１３における駆動軸１３ａ
を進退させる手段としては、駆動軸１３ａを軸廻りに回
転させないように保持すると共に、ナット部材１３ｂを
回転駆動させる機構も可能である。あるいは、直動型起
動手段を、油圧，水圧又は空気圧等の流体圧で伸縮駆動
されるシリンダ機構によって構成することにより、駆動
軸を支持点に対し進退させる構成も考えられる。The drive shaft 13a in the direct drive type drive means 13
As a means for moving back and forth, a mechanism for holding the drive shaft 13a so as not to rotate around the shaft and rotating the nut member 13b is also possible. Alternatively, a configuration may be considered in which the direct-acting type starting means is configured by a cylinder mechanism that is driven to expand and contract by a fluid pressure such as hydraulic pressure, water pressure, or air pressure, so that the drive shaft advances and retracts with respect to the support point.
【００１９】[0019]
【実施例】図３は、本発明に係るパラレルリンクマニピ
ュレータＭの一実施例を示すものである。本例のパラレ
ルリンクマニピュレータＭは、基盤Ｇに立設した縦フレ
ームＨにより、板状のベース部１１が当該基盤Ｇ上に支
持され、このベース部１１に３組のアーム１４と、３組
の直動型駆動手段１３とを配設し、各アーム１４及び直
動型駆動手段１３の下端部で、エンドエフェクタ１９を
支持する。FIG. 3 shows an embodiment of a parallel link manipulator M according to the present invention. In the parallel link manipulator M of this example, a plate-shaped base 11 is supported on the base G by a vertical frame H provided upright on the base G, and the base 11 has three sets of arms 14 and three sets. The direct drive unit 13 is provided, and the end effector 19 is supported by the lower ends of the arms 14 and the direct drive unit 13.
【００２０】３組のアーム１４はそれぞれ、ベース部１
１から放射状に三方へほぼ等分の角度間隔を置いて張り
出すように取り付けられ、ベース部１１に配置した回転
軸１２の軸廻りに回動する第一リンク部１５、この第一
リンク部１５の他端にもう一つの回転軸１６を介し連結
された二本の同一長さの平行な棒材で構成した第二リン
ク部１７とから成る。各アーム１４において、ベース部
１１の回転軸１２に対し、もう一つの回転軸１６はそれ
ぞれ互いに平行である。第二リンク部１７は、上端側の
回転軸１６及び下端側のエンドエフェクタ１９両方に対
し、自由度が２以上の揺動軸受、例えば玉型継手，カル
ダン型継手，ユニバーサルジョイント等の自在継手１８
ａ，１８ｂで接続されている。Each of the three sets of arms 14 has a base portion 1
The first link portion 15, which is attached so as to project radially from 1 in three directions at substantially equal angular intervals and rotates around the axis of the rotary shaft 12 arranged in the base portion 11, the first link portion 15 And a second link portion 17 composed of two parallel rod members having the same length and connected to the other end of the rod via another rotating shaft 16. In each arm 14, the other rotating shaft 16 is parallel to the rotating shaft 12 of the base portion 11. The second link portion 17 is a swinging bearing having two or more degrees of freedom, for both the upper end side rotary shaft 16 and the lower end side end effector 19, for example, a universal joint 18 such as a ball joint, a cardan joint or a universal joint.
They are connected by a and 18b.
【００２１】前記エンドエフェクタ１９の位置変更をす
る３組の直動型駆動手段１３は、下端部をエンドエフェ
クタ１９に自由度２以上の揺動軸受１３ｃで接続した駆
動軸１３ａの途中部分を、ベース部１１に配設したナッ
ト部材１３ｂにより支持するという構成を採用してい
る。図４の如く、ベース部１１に形成した開口部１１ａ
内にホルダー２０を軸２２で回動自在に取り付け、この
ホルダー２０内に、ナット部材１３ｂを、当該ホルダー
２０の軸２２とは直角な方向の軸２１で回動自在に取り
付けた。これにより、図５及び図６に示すように、この
ナット部材１３ｂは、ベース部１１に対し二方向に回動
自在となっている。また図７のように、駆動軸１３ａの
表面適所にはねじ部が形成され、このねじ部を上記ナッ
ト部材１３ｂに螺合させると共に、駆動軸１３ａを軸廻
りに回転駆動するサーボモータ等の駆動源Ｒを設ける。
従って、駆動軸１３ａの回転量を駆動源Ｒで制御するこ
とにより、ナット部材１３ｂに対する駆動軸１３ａの進
退量を調節し、エンドエフェクタ１９の位置制御を実行
できる。The three sets of direct-acting type drive means 13 for changing the position of the end effector 19 have a lower end connected to the end effector 19 by a swing bearing 13c having two or more degrees of freedom. A configuration is adopted in which it is supported by a nut member 13b arranged on the base portion 11. As shown in FIG. 4, the opening 11a formed in the base portion 11
The holder 20 was rotatably mounted inside by a shaft 22, and the nut member 13b was rotatably mounted inside the holder 20 by a shaft 21 in a direction perpendicular to the shaft 22 of the holder 20. As a result, as shown in FIGS. 5 and 6, the nut member 13b is rotatable in two directions with respect to the base portion 11. Further, as shown in FIG. 7, a threaded portion is formed at an appropriate position on the surface of the drive shaft 13a, and the threaded portion is screwed into the nut member 13b, and at the same time, the drive shaft 13a is driven to rotate around a shaft such as a servomotor. A source R is provided.
Therefore, by controlling the rotation amount of the drive shaft 13a by the drive source R, the amount of advance / retreat of the drive shaft 13a with respect to the nut member 13b can be adjusted, and the position control of the end effector 19 can be executed.
【００２２】図８に例示するように、エンドエフェクタ
１９に対しては、３組のアーム１４における第二リンク
部１７の下端部、及び、直動型駆動手段１３のおける駆
動軸１３ａの下端部が、自在継手１８ｂ，１３ｃによ
り、自由度２以上で接続されている。この自在継手１８
ｂ，１３ｃは、同一平面内に配置される。As shown in FIG. 8, with respect to the end effector 19, the lower end of the second link portion 17 of the three sets of arms 14 and the lower end of the drive shaft 13a of the direct drive mechanism 13 are provided. Are connected with universal joints 18b and 13c with two or more degrees of freedom. This universal joint 18
b and 13c are arranged in the same plane.
【００２３】第二リンク部１７の下端部をエンドエフェ
クタ１９に対し自由度２で接続する揺動軸受の異なる例
としては、図９に示すような構造も考えられる。すなわ
ち、エンドエフェクタ１９にピンＰ２でジョイントＱを
回動自在に取り付け、このジョイントＱに、上記ピンＰ
２に対し直交する方向のピンＰ１で、第二リンク部１７
の下端部を回動自在に取り付ける。これにより、第二リ
ンク部１７は、エンドエフェクタ１９に対し異なる２方
向に回動自在すなわち自由度２となる。As a different example of the rocking bearing in which the lower end portion of the second link portion 17 is connected to the end effector 19 with two degrees of freedom, a structure as shown in FIG. 9 can be considered. That is, the joint Q is rotatably attached to the end effector 19 with the pin P2, and the pin P is attached to the joint Q.
With the pin P1 in the direction orthogonal to 2, the second link portion 17
Attach the lower end of the rotatably. As a result, the second link portion 17 is rotatable with respect to the end effector 19 in two different directions, that is, has two degrees of freedom.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明に係るパラレルリンクマニピュレ
ータは、エンドエフェクタの姿勢を特定平面に対し平行
を保つように規制するアームとは別に、エンドエフェク
タの位置制御を行う直動型駆動手段を独立させて設け、
エンドエフェクタに付加される荷重が、この直動型駆動
手段の駆動軸の軸方向に作用するよう構成したので、エ
ンドエフェクタが重量物を対象とする作業を行う場合で
も、駆動手段の駆動軸が荷重によって撓んだり変形した
りするおそれがなくなる。依って、エンドエフェクタの
位置制御の精度が向上する。また、耐用時間の延長を図
ることができる。In the parallel link manipulator according to the present invention, in addition to the arm for regulating the posture of the end effector so as to keep the posture parallel to the specific plane, the direct-acting drive means for controlling the position of the end effector is independent. Provided,
Since the load applied to the end effector is configured to act in the axial direction of the drive shaft of the direct drive type drive means, even when the end effector performs work on heavy objects, the drive shaft of the drive means is There is no risk of bending or deforming under load. Therefore, the accuracy of position control of the end effector is improved. In addition, the service life can be extended.
【図１】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
の構成原理を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration principle of a parallel link manipulator according to the present invention.
【図２】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
に使用するアームの一構成例を示すものであって、図
（Ａ）は正面図、図（Ｂ）は側面図である。2A and 2B show one configuration example of an arm used for a parallel link manipulator according to the present invention, FIG. 2A being a front view and FIG. 2B being a side view.
【図３】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
の一実施例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a parallel link manipulator according to the present invention.
【図４】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
に使用する直動型駆動手段の一例に関するものであっ
て、ナット部材の取付構造を示す平面断面図である。FIG. 4 is a plan cross-sectional view showing an example of a direct-acting drive unit used in a parallel link manipulator according to the present invention, showing a nut member mounting structure.
【図５】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
に使用する直動型駆動手段の一例に関するものであっ
て、図４の（ａ）−（ａ）線における側面断面図であ
る。5 is a side sectional view taken along the line (a)-(a) of FIG. 4, which relates to an example of a direct-acting drive unit used in the parallel link manipulator according to the present invention.
【図６】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
に使用する直動型駆動手段の一例に関するものであっ
て、図４の（ｂ）−（ｂ）線における側面断面図であ
る。FIG. 6 is a side cross-sectional view taken along the line (b)-(b) of FIG. 4, which relates to an example of the direct-acting drive means used in the parallel link manipulator according to the present invention.
【図７】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
に使用する直動型駆動手段の一例に関するものであっ
て、駆動軸とナット部材との螺合関係を示す正面断面図
である。FIG. 7 is a front cross-sectional view showing an example of a direct-acting drive unit used in a parallel link manipulator according to the present invention, showing a screwing relationship between a drive shaft and a nut member.
【図８】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
におけるエンドエフェクタの一構成例を示す平面図であ
る。FIG. 8 is a plan view showing a configuration example of an end effector in the parallel link manipulator according to the present invention.
【図９】 本発明に係るパラレルリンクマニピュレータ
におけるエンドエフェクタの異なる構成例を示す平面図
である。FIG. 9 is a plan view showing a different configuration example of the end effector in the parallel link manipulator according to the present invention.
【図１０】 従来のマニピュレータの構成原理を示す斜
視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a configuration principle of a conventional manipulator.
Ｍ…パラレルリンクマニピュレータ １１…ベース部
１２…回転軸 １３…直動型駆動手段 １３ａ…駆動軸
１３ｂ…ナット部材 １３ｃ…自在継手 １４…アー
ム １５…第一リンク部 １６…回転軸 １７…第二リ
ンク部 １８ａ…自在継手 １８ｂ…自在継手 １９…
エンドエフェクタM ... Parallel link manipulator 11 ... Base part
12 ... Rotating shaft 13 ... Direct-acting type drive means 13a ... Drive shaft 13b ... Nut member 13c ... Universal joint 14 ... Arm 15 ... First link part 16 ... Rotating shaft 17 ... Second link part 18a ... Universal joint 18b ... Universal joint 19 ...
End effector
Claims (4)
対し常に平行を保つように構成された補助機構を有する
マニピュレータにおいて、基部側が支持されると共に先
端側がエンドエフェクタに自由度２以上の揺動軸受で接
続された駆動軸と、この駆動軸を基部側の支持点に対し
進退させる駆動源とから成る直動型駆動手段を少なくと
も３組以上設けたことを特徴とするパラレルリンクマニ
ピュレータ。1. A manipulator having an auxiliary mechanism configured to keep the posture of an end effector always parallel to a specific plane, in which a base side is supported and a tip side is an oscillating bearing having two or more degrees of freedom for the end effector. A parallel link manipulator, characterized in that at least three sets of direct-acting drive means, each of which comprises a drive shaft connected to each other and a drive source for advancing and retracting the drive shaft with respect to a support point on the base side, are provided.
対して常に平行に保つための補助機構は、ベース部に設
けられた１自由度の回転軸に一端が取り付けられた第一
リンク部と、第一リンク部の他端とエンドエフェクタと
にそれぞれ両端が２自由度以上の揺動軸受で接続された
互いに平行な二本以上のリンク部材より構成される第二
リンク部とから成るアームを、少なくとも二組以上設け
たものである請求項１に記載のパラレルリンクマニピュ
レータ。2. An auxiliary mechanism for keeping the attitude of the end effector always parallel to a specific plane includes a first link portion having one end attached to a rotary shaft of one degree of freedom provided in a base portion, An arm composed of a second link portion composed of two or more parallel link members, both ends of which are connected to the other end of the first link portion and the end effector by rocking bearings having two or more degrees of freedom, The parallel link manipulator according to claim 1, wherein at least two sets are provided.
以上の揺動軸受でナット部材を取り付け、このナット部
材を駆動軸表面に形成したねじ部に螺合させ、前記駆動
源で、前記駆動軸又はナット部材を回転駆動することに
より、この駆動軸をナット部材に対し進退させるように
構成したものである請求項１又は２に記載のパラレルリ
ンクマニピュレータ。3. The linear drive means has two degrees of freedom in the base portion.
A nut member is attached by the above rocking bearing, the nut member is screwed into a screw portion formed on the surface of the drive shaft, and the drive shaft or the nut member is rotationally driven by the drive source, so that the drive shaft is rotated. The parallel link manipulator according to claim 1 or 2, wherein the parallel link manipulator is configured to advance and retract with respect to the nut member.
度２以上の揺動軸受でエンドエフェクタ及びベース部に
接続された、流体圧によって伸縮駆動されるシリンダ機
構によって構成したものである請求項１又は２に記載の
パラレルリンクマニピュレータ。4. The direct-acting drive means is constituted by a cylinder mechanism that is expanded and contracted by fluid pressure and has both ends connected to the end effector and the base by swing bearings each having two or more degrees of freedom. The parallel link manipulator according to Item 1 or 2.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002117308A JP2003311668A (en) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | Parallel link manipulator |
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| US10/418,144 US6841964B2 (en) | 2002-04-19 | 2003-04-18 | Parallel link manipulator and its control device |
| CN03110623A CN1451896A (en) | 2002-04-19 | 2003-04-21 | Parallel connection operator and control method thereof |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002117308A JP2003311668A (en) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | Parallel link manipulator |
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-
2002
- 2002-04-19 JP JP2002117308A patent/JP2003311668A/en active Pending
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Effective date: 20050621 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |