JP2004520952A - モジュール式再構成可能な平行運動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつモジュール式に種々の自由度を有するロボットを再構成し得る平行運動ロボットを製作すること。
【解決手段】少なくとも１つの第１回転関節（８、８１、８２）によりツール（９）に結合される共通頂点に収束する一方の先端および第２回転関節（４、５、４０、５０）により移動手段の制御下で二等辺三角形の面内にある第１リニアガイド（１）に沿って移動されるそれぞれのトロリ（２、３）に結合される各脚部の他方の先端を備えた前記二等辺三角形により位置決めされる少なくとも２つの固定長脚部（６、７、６０、６００、８００）を含む平行運動ロボット。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はモジュール式再構成可能な平行運動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
平行運動ロボットに関して一般に知られている技術のロボットは、軸および／または４節リンクがベースまたはフレームおよび一般にツールが結合されるプラットフォームへ接続されており、この軸はフレームおよびツールに必要な運動に呼応した空間における移動および／または回転を可能にする移動手段によりプラットフォームに平行に結合される。
【０００３】
前記平行運動ロボットのひとつは３つのガイド、即ち、前記ガイドスライドの各々において、トロリへ接続される一方の先端およびプラットフォームへ接続される別の先端を有する固定長脚部から成る連鎖に結合されるトロリスライドから構成されるフレームを含む機構から構成される。３つの脚部はツールが結合される同じプラットフォームにすべて収束する。機構はツールに自由度３を有する運動を与える。
【０００４】
他の前記平行運動ロボットは３つのリニアガイドから構成されるフレームを含む機構から成る、即ち、前記ガイドの各々において、各々１つがカルダン回転継手によりトロリに接続される一方の先端、およびボール継手によりプラットフォームに接続される別の先端を備えた固定長脚部から成る連鎖に結合される２つのトロリが滑動する。６つの脚部はツールが結合される同じプラットフォームにすべて収束する。機構はツールに自由度６を有する運動を与える。
【０００５】
それにもかかわらず、連鎖を１つ以上欠くことにより機構自体が制御できなくなるため、上記機構の構造は自由度が６未満の平行運動機構に変換することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は上述の技術の現状にかんがみ、異なる数の自由度を有するロボットに容易かつモジュール式に再構成される平行運動ロボットを作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、前記目的は、それが、少なくともひとつの第１回転関節によりツールに結合される共通頂点に収束する一方の先端および移動手段の制御下で第２回転関節により二等辺三角形の面にある第１リニアガイドに沿って移動されるそれぞれのトロリに結合される各脚部の他方の先端とを備えた前記二等辺三角形により定められる少なくとも２つの固定長脚部を含むことに特徴付けられる平行運動ロボットにより実現される。
【０００８】
特定された構成は、脚部の一方を受動式４節リンクの形状に作成することによって自由度２を有する平面状構造に原点を与えることができる最小構成である。
【０００９】
他方、この最小構成は自由度３を有する平面状構造を形成するように修正され、４節リンクを有する脚部の他の先端を簡単に電動式にすることができる。
【００１０】
同じ最小構成によっても自由度３を有する空間的構造に原点が与えられ、カルダン回転継手形状の回転関節を作成し、かつ前記共通頂点と別の移動手段の制御下で第１ガイドに対して垂直に第２リニアガイドに沿って滑動する第３トロリ間に前記二等辺三角形のそれに対して垂直な面に延びる第３固定長脚部を追加することができる。
【００１１】
固定長脚部、蝶番付き回転関節、ボールまたはカルダン回転継手および適当な電動機手段などの同等または同様の部品をさらに追加することにより、より高い自由度を有する構造を作成するモジュール式方法で基本ロボットがさらに再構成され得る。
【００１２】
次の詳細説明から、この発明の特徴および利点が明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１〜１２において、この発明による平行運動ロボットの実施可能な構成が示される。
【００１４】
この発明の第１実施形態によるロボットが図１に示される。前記ロボットはガイド１が装着される固定フレームを含み、ガイド上をそれら２つの固定長脚部６および７のそれぞれの先端へ接続する回転関節４および５が搭載される２つのトロリ２および３が滑動する。脚部６および７は支持具であるプラットフォーム９に別の蝶番付き回転関節８により、共通結合頂点に収束するそれらの他の先端を備えた二等辺三角形に位置決めされる。トロリ２および３は例えば、ローラまたはボール式再循環案内により作成される。図１のそれはこの発明によるロボットの最小基本構成を表す。
【００１５】
第１実施形態に対する第１変形による平行運動ロボットが図１ａに図式的に示される。脚部６を４節リンク６０の形状に作成しているため前記ロボットは図１のロボットとは区別される。例えば、前記４節リンク６０は８つの蝶番付き回転関節（上方に４個および下方に４個）が装着される４つの固定長ロッドを含むことができ、あるいはまた、４つの蝶番付き回転関節（上方に２個および下方に２個）が設けられる２つの固定長ロッドを含んでもよい。ツールの移動が図１に示したｘ−軸に沿ってかつｙ−軸に沿っていずれも可能であるため、前記実施形態のロボットには２つの自由度がある。
【００１６】
この発明の第１実施形態に対する第２変形による平行運動ロボットが図１ｂに図式的に示される。４節リンク６０をトロリ２に結合する蝶番付き回転関節に電動機が設けられｘ−およびｙ−軸に対して垂直のｚ−軸周りのプラットフォーム９の回転を可能にし、これによって図１ａのロボットと比較して自由度を追加するため、前記ロボットは図１ａのロボットとは区別される。
【００１７】
この発明の第２実施形態による平行運動ロボットが図２および３に図式的に示される。それが２つの脚部６および７およびガイド１により形成される二等辺三角形のそれに対する垂直面に延びる第３固定長脚部１０を含むため、ロボットは図１のロボットとは区別される。実際は、前記脚部１０が回転カルダン回転継手１３により脚部６および７の共通頂点へかつ第１ガイド１に対して垂直な第２ガイド１１に結合される第３トロリ１２へ接続される。２つのトロリ２および３はカルダン回転継手４０および５０により二等辺三角形に位置決めされる２つの脚部６および７の２つの上方先端にも結合される。脚部６および７は共通頂点に収束し、２つのカルダン回転継手８１および８２により移動プラットフォーム９へ接続される。脚部１０の他の先端は順に移動プラットフォーム９へ接続される別のカルダン回転継手１４へ接続される。
【００１８】
ガイド１１はガイド１と比較してより低い位置に位置決めされてロボットの動作を最適化する。トロリは例えば、ホイールまたはボール再循環案内から作成され、かつ起動装置はリニアモータまたはボール再循環ねじにより作成される。カルダン継手１４に一体化されるツールは前面または側面に取付けられる。前記実施形態のロボットには３つの自由度があり、実際には、２つの脚部６および７の運動によりｘ−軸（１°の自由度）によるかつｙ−軸（２°の自由度）による移動が可能になる場合、第３脚部１０の挿入によりｚ−軸（３°の自由度）による移動が可能になる。
【００１９】
この発明の第３実施形態による自由度４を有する平行運動ロボットが図４および５に図式的に示される。自由度３を有する図２のロボットを基準として、カルダン回転継手１３に結合される回転電動機２００を追加することにより、ｚ−軸（４°の自由度）の周りの回転が得られる。
【００２０】
この発明の第４実施形態による自由度５を有する平行運動ロボットが図６および７に図式的に示される。自由度４を有する継手４０および５０（図中、継手５０）、および回転運動を２つの脚部６および７の相手側へ伝達する伝動軸２０２を有する図４のロボットにおいて、ｘ−軸の周りの２つの脚部６および７の同時回転（５°の自由度）が得られる。電動機２１は２つのトロリ２および３の一方と一体であるか、または接地されることが好ましい。
【００２１】
この発明の第５実施形態による自由度６を有する平行運動ロボットが図８および９に図式的に示される。自由度４を有する図４のロボットにおいて、カルダン回転継手４０に結合される回転電動機３００およびカルダン回転継手５０に結合される回転電動機３０１を追加することにより、ｘ−軸（５°の自由度）およびｙ−軸（６°の自由度）の周りの独立回転が得られる。
【００２２】
この発明の第６実施形態による自由度７を有する平行運動ロボットが図１０および１１に図式的に示される。自由度６を有する図８のロボットにおいて、ガイド１が互いにかつガイド１１に平行な２つの案内４０３および４０４上を滑動する２つのトロリ４０１および４０２に結合される。前記解決策により案内４０３および４０４の距離によってのみ決定されるｙ−軸に沿ったワーク量が得られるようになる。前記解決策はこの発明により先に説明したロボット変形すべてに対しても行なわれる。
【００２３】
この発明の第６実施形態に対する変形による平行運動ロボットが図１２に図式的に示される。自由度６を有する図８のロボットにおいて、ガイド１の代わりに、参照符合５０５に蝶番止めされた２つの半ガイド５０１および５０２および参照符合５１０および５１１の固定フレームに蝶番止めされたそれらのうちの各々のひとつから成り、トロリ２および３のうちのひとつが各半ガイド上を滑動するガイド５００が使用される。空気圧または油圧式駆動装置５０６が蝶番５０５へ接続され、蝶番により２つの半ガイド５０１および５０２およびそれらに結合される部品が下降または上昇される。前記解決策により非補間自由度の追加が可能になり、かつこの発明による先に説明したロボットの変形すべてに対して前記解決策が実行される。
【００２４】
ロボットの先に説明した変形すべてに対する共通解決策は４節リンク同様のロボットの脚部を作成することである。前記４節リンクの第１実施形態が図１３または１４に見られる。４節リンク６００は４つのカルダン回転継手６１０、６１１により下方および上方セグメントに接続される２つのロッド６０１および６０２を含む。
【００２５】
４節リンクの第２実施形態が図１５または１６に見られる。
平行四辺形８００は８つのカルダン回転継手により下方および上方四辺形８１０および８１１に接続される４つのロッド８０１〜８０４を含む。図１５および１６において、各平行四辺形８００には選択付属品としてプラットフォーム９に結合する中央軸７００の回転に用いる別の電動機Ｍが設けられる。４節リンクのこのような変形は少なくともひとつの脚部に動力が備えられるロボットの変形において使用される。この場合、結合される電動機を備えた脚部が図１５および１６の平行四辺形８００の変形と交換される。
【００２６】
固定フレームに結合するただひとつのガイド１の代わりに、たとえそれが図面に示されていないとしても、トロリ２または３の一方が結合される各々に平行な２つのガイドを使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図１ａ】本発明の第１実施形態の第１変形による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図１ｂ】本発明の第１実施形態の第２変形による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図２】本発明の第２実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図３】図２のロボットの側面概略図であり、
【図４】本発明の第３実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図５】図４のロボットの側面概略図であり、
【図６】本発明の第４実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図７】図６のロボットの側面概略図であり、
【図８】本発明の第５実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図９】図８のロボットの側面概略図であり、
【図１０】本発明の第６実施形態による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図１１】図１０のロボットの側面概略図であり、
【図１２】上記実施形態の変形による平行運動ロボットの正面概略図であり、
【図１３】上記実施形態において使用可能な第１の４節リンクの側面概略図であり、
【図１４】図１３の４節リンクの正面概略図であり、
【図１５】上記実施形態において使用可能な第２の４節リンクの側面概略図であり、
【図１６】図１５の４節リンクの正面概略図である添付図面における非制限実施例として図示されるその実施形態である。
【符号の説明】
【００２８】
１：第１（リニア）ガイド
２，３，１２，４０１，４０２：トロリ
４，５，４０，５０：第２回転関節
６，７，６０，６００，８００：（固定長）脚部
１０：（第３）脚部
１１：第２（リニア）ガイド
１３，１４：回転関節
２００，２０１，３００，３０１：電動機
２０２：運動伝達手段
４０３，４０４：ガイド
５０１，５０２：半ガイド
６０１，６０２，８０１，８０２，８０３，８０４：ロッド

Claims (16)

1. 少なくとも１つの第１回転関節（８、８１、８２）によりツール（９）に結合される共通頂点に収束する一方の先端部と第２回転関節（４、５、４０、５０）により移動手段の制御下で二等辺三角形の面内の第１リニアガイド（１）に沿って移動されるそれぞれのトロリ（２、３）に結合される各脚部の他方の先端部とを備えた前記二等辺三角形により位置決めされる少なくとも２つの固定長脚部（６、７、６０、６００、８００）を含むことを特徴とする平行運動ロボット。
2. 前記第１リニアガイド（１）が、各々にトロリ（２、３）が結合される互いに平行な第１および第２半ガイドから構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 第２回転関節（４、５）が蝶番付き回転関節であり、かつ少なくとも第１継手（８）は蝶番付き回転関節であることを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記第１蝶番付き回転関節（４、５）に前記２つの脚部（７、６０）の一方（６０）の回転のため電動機が設けられることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
5. 前記電動機に結合される前記脚部（６０）は４節リンク（６０）であり、一方で、他の脚部（７）がロッドであることを特徴とする請求項４に記載のロボット。
6. 二等辺三角形に位置決めされる前記２つの脚部（６、７、６００、８００）の共通頂点に結合される先端部および別の回転関節（１３）により別の移動手段により第１ガイド（１）に対して垂直な第２リニアガイド（１１）上を移動される別のトロリ（１２）に結合される他の先端部を有する第３脚部（１０）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
7. 前記少なくとも１つの第１回転関節（８１、８２）がカルダン式の２つの第１回転関節（８１、８２）を含み、かつ二等辺三角形に位置決めされる前記脚部（６、７）の第２回転関節（４０、５０）がカルダン式であり、前記第３脚部（１０）がカルダン式の回転関節（１４）により前記２つの脚部（６、７）の共通頂点に結合され、かつさらにトロリ（１２）を接続するその回転関節（１３）がカルダン式であることを特徴とする請求項６に記載のロボット。
8. 前記第３脚部（１０）およびそれぞれのトロリ（１２）に結合されるカルダン継手（１３）に脚部（１０）の回転のため電動機（２００）が設けられることを特徴とする請求項７に記載のロボット。
9. 二等辺三角形の２つの脚部（６、７）の一方（７）に結合される第１カルダン継手（５０）に前記一方（７）の回転のため電動機（２０１）が設けられ、二等辺三角形に位置決めされる２つの脚部（６、７）の同時回転を可能にするように前記電動機（２０１）が前記２つの脚部（６、７）の他方（６）へ接続される運動伝達手段（２０２）に結合されることを特徴とする請求項８に記載のロボット。
10. 二等辺三角形に位置決めされる２つの脚部（６、７）に結合される第１カルダン継手（４０、５０）に各脚部（６、７）の回転のため電動機（３００、３０１）がともに設けられることを特徴とする請求項８に記載のロボット。
11. 前記第１ガイド（１）が第１ガイド（１）の移動を可能にするように移動手段の制御下で前記第１ガイド（１）に対して垂直な別のガイド（４０３、４０４）に沿って移動される他のトロリ（４０１、４０２）に結合されることを特徴とする請求項１０に記載のロボット。
12. 前記第１ガイド（１）が互いに蝶番止めされた２つのリニア半ガイド（５０１、５０２）を含み、前記各半ガイド（５０１、５０２）が蝶番付き回転関節（５１０、５１１）により固定フレームへ接続され、前記ロボットが２つの半ガイド（５０１、５０２）の接続の蝶番（５０５）へ接続される２つの半ガイド（５０１、５０２）を下降かつ上昇させるシステム（５０６）を含むことを特徴とする先行請求項のいずれかに記載のロボット。
13. 前記３つの脚部（６、７、１０）がロッドであることを特徴とする、請求項６に記載のロボット。
14. 前記３つの脚部の少なくとも１つ（８００）が４節リンクであり、前記４節リンク（８００）が下方四辺形（８１０）および上方四辺形（８１１）を備えた８つのカルダン回転継手により接続される４つのロッド（８０１〜８０４）を含むことを特徴とする請求項６に記載のロボット。
15. 前記４節リンク（８００）が前記軸（７００）の回転のため電動機（Ｍ）に結合される中央軸（７００）を含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
16. 前記３つの脚部の少なくとも１つ（６００）が４節リンクであり、前記４節リンク（６００）が４つのカルダン回転継手により上方セグメント（６１０）および下方セグメント（６１１）へ接続される２つのロッド（６０１〜６０２）を含むことを特徴とする請求項６に記載のロボット。