JP2005028467A

JP2005028467A - Parallel robot with four degrees of freedom, and parallel link working machine

Info

Publication number: JP2005028467A
Application number: JP2003193594A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ota; 浩充太田; Tetsuo Teramura; 哲夫寺村; Yasuo Shinno; 康生新野
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP4120501B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a parallel robot with four degrees of freedom, and a parallel link working machine improving controllability and machining accuracy and reducing an angle of inclination of a spindle. <P>SOLUTION: A traveling plate 4 is composed of: a first plate 7; a second plate 8; a first linear motion joint 9 to which the first plate 7 and second plate 8 are connected in a relatively parallel displaceable manner; a first rotary bearing 10 disposed at the first plate 7 rotatably around a Y-axis; a second rotary bearing 11 disposed at the second plate 8 rotatably around the Y-axis; and a second linear motion joint 12 comprising a second fixed shaft 14 fixed to the first rotary bearing 10 and the spindle 5, and a second linear motion wheel 15 fixed to the second rotary bearing 11. The spindle 5 swings around the Y-axis by the relative parallel displacement of the first plate 7 and second plate 8. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４自由度パラレルロボットは、例えば、特開２００１−８８０７２号公報に開示されている。この４自由度パラレルロボットの全体構成図を図９示す。図９に示すように、４自由度パラレルロボットのトラベリングプレート４’は、主要部材５’と、一対の連結部材７’、８’と、主要部材５’の両端に各連結部材７’、８’の中間部を垂直軸回りに回転可能に連結する一対のピボットとから構成されている。
【０００３】
また、パラレルリンク加工機としては、例えば、特開２００２−２６３９７３号公報に開示されている。このパラレルリンク加工機は、６つのアクチュエータと、６つのロッド部材とを有する構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８８０７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２６３９７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−８８０７２号公報に開示された４自由度パラレルロボットは、以下の問題が生じる。まず、主要部材（エンドエフェクタ）５’を回転させた場合には、回転するに従って、連結部材７’、８’間の距離が短くなる。このように主要部材５’の回転角によって連結部材７’、８’間の距離が変化することは、機械特性を大きく変化させることになる。機械特性の大きな変化は制御性に大きな影響を及ぼす。この主要部材５’として加工用工具を装着した主軸を用いた場合には、機械特性の大きな変化は、加工精度に影響を及ぼす。さらに、主要部材５’を大きく回転させた場合には、主要部材５’と連結部材７’、８’とが干渉するおそれがある。そのため、主要部材５’と連結部材７’、８’が干渉しないように、主要部材５’の回転角（傾き角）を制限する必要が生じる。
【０００６】
また、特開２００２−２６３９７８号公報に開示されたパラレルリンク加工機は、主軸（エンドエフェクタ）を傾けるために、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要があるが、この時、トラベリングプレートを傾けることによって機械特性が変化し、制御性や加工精度に影響を与えることになる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、制御性や加工精度をより向上させると共に、エンドエフェクタの傾き角の制限を低減することができる４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
請求項１に係る４自由度パラレルロボットは、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートと、エンドエフェクタとを備える。ここで、アクチュエータは、前記基台に固定された固定部と、該固定部に移動可能に支持された可動部とを有する。ロッド部材は、一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回動可能な第１回転ジョイントを介して連結された部材である。トラベリングプレートは、各前記ロッド部材の他端側に揺動回動可能な第２回転ジョイントを介して連結され、前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なプレートである。なお、直交三軸方向とは、いわゆるＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向である。エンドエフェクタは、前記基台に対して所定一軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持された部分である。ここで、所定一軸回りとは、例えばＸ軸回りや、Ｙ軸回りや、Ｚ軸回り等である。
【０００９】
そして、請求項１に係る４自由度パラレルロボットの特徴的な構成は、トラベリングプレートが、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントと、エンドエフェクタ側直動ジョイントとを備え、前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記エンドエフェクタを前記所定一軸回りに揺動させることである。
【００１０】
ここで、第１プレートは、四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結されたプレートである。第２プレートは、四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結されたプレートである。プレート間直動ジョイントは、前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動可能に連結された直動ジョイントである。エンドエフェクタ側直動ジョイントは、前記エンドエフェクタに固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結されたエンドエフェクタ固定部と、該エンドエフェクタ固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有するジョイントである。
【００１１】
このように構成することにより、トラベリングプレートの第１プレートと第２プレートとを相対的に平行移動させることにより、エンドエフェクタに傾きを持たせることができる。すなわち、第１プレートと第２プレートが相対的に平行移動した場合には、第１回転ベアリング及び第２回転ベアリング及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの作用により、エンドエフェクタが傾くことになる。具体的には、第１プレートと第２プレートが相対的に平行移動することにより、エンドエフェクタ側直動ジョイントのエンドエフェクタ固定部と直動部との位置が変化する。その結果、エンドエフェクタ固定部は第１回転ベアリングの回転軸を中心に回動すると共に、直動部は第２回転ベアリングの回転軸を中心に回動する。このように、エンドエフェクタ固定部と直動部との回動に伴い、エンドエフェクタが揺動することになる。
【００１２】
つまり、エンドエフェクタを揺動させる場合であっても、第１プレートと第２プレートとの間の距離が常に一定に保持される。これにより、以下の効果を奏する。まず、従来の特開２００１−８８０７２号公報に開示された４自由度パラレルロボットは、連結部材間の距離が短くなることにより大きく変化していた機械特性が、本発明によればほとんど変化しない。その結果、制御性をより向上させることができると共に、加工機として使用した場合には加工精度をより向上させることができる。さらに、従来は、連結部材の干渉の問題が生じていたが、本発明によれば第１プレートと第２プレートとが干渉することがない。その結果、干渉によるエンドエフェクタの傾き角（回転角）を制限することがなくなる。
【００１３】
また、請求項２に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、前記トラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能であることを特徴とする。ここで、トラベリングプレートは、全体として平板形状に形成されている。ここで、本発明の４自由度パラレルロボットのトラベリングプレートは、常に一定の方向に維持されている。すなわち、トラベリングプレートの平板方向がＸＹ平面に平行となるように設計した場合には、トラベリングプレートは、常にＸＹ平面に平行な方向に維持されることになる。つまり、例えばトラベリングプレートがＸＹ平面に平行な方向である場合には、トラベリングプレートに略平行な軸回りとは、ＸＹ平面に平行な軸回りということになる。
【００１４】
つまり、第１回転ベアリング、第２回転ベアリング、及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの配設構成によって、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能にすることができる。特に、エンドエフェクタが、トラベリングプレートの略平行であって、第１プレートと第２プレートとが相対的に平行移動する方向に垂直な軸回りに、揺動可能とすることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、前記トラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能であることを特徴とする。ここで、例えばトラベリングプレートがＸＹ平面に平行な方向である場合には、トラベリングプレートに略垂直な軸回りとは、略Ｚ軸回りということになる。つまり、第１回転ベアリング、第２回転ベアリング、及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの配設構成によって、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能にすることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸と前記第２回転ベアリングの回転軸とは略平行であることを特徴とする。これにより、エンドエフェクタを確実に所定一軸回りに揺動させることができる。そして、制御性を確実に向上させることができる。
【００１７】
また、請求項５に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略平行であることを特徴とする。これにより、確実に、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能にすることができる。特に、第１回転ベアリングの回転軸及び第２回転ベアリングの回転軸が、トラベリングプレートに平行であって第１プレートと第２プレートの相対平行移動の方向に垂直な軸方向に平行である場合には、第１プレートと第２プレートとが相対的に平行移動する方向に垂直な軸回りに、エンドエフェクタを確実に揺動可能とすることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略垂直であることを特徴とする。これにより、確実に、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能にすることができる。
【００１９】
また、請求項７に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、加工用工具を備えた主軸であることを特徴とする。これにより、４自由度パラレル加工機として用いることができる。
【００２０】
また、請求項８に係るパラレルリンク加工機は、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートと、主軸と、回転テーブルとを備える。ここで、アクチュエータと、ロッド部材と、トラベリングプレートとは、上述と同様である。主軸は、前記基台に対して第１回転軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持されると共に、第２回転軸回りに回転可能に加工用工具を支持している。回転テーブルは、被加工物を載置すると共に、前記基台に対して第３回転軸回りに回転可能に配設されたテーブルである。この回転テーブルは、例えば、テーブルの垂直軸回りに回転するいわゆる旋回テーブル、テーブルに平行な軸回りに回転するチルトテーブル等である。
【００２１】
そして、請求項８に係るパラレルリンク加工機の特徴的な構成は、トラベリングプレートが、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントと、主軸側直動ジョイントとを備え、前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記主軸を前記第１回転軸回りに揺動させることである。ここで、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントとは、上述と同様である。主軸側直動ジョイントは、前記主軸に固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結された主軸側固定部と、該主軸側固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有する直動ジョイントである。
【００２２】
つまり、上述の４自由度パラレルロボットのエンドエフェクタを主軸とし、回転テーブルを備えるようにしたパラレルリンク加工機である。これにより、上述の４自由度パラレルロボットと同様の効果を奏する。さらに、特開２００２−２６３９７３号公報に開示された従来のパラレルリンク加工機では、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要があった。これに対して、本発明によれば、トラベリングプレートの前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動させることにより主軸を傾けることができる。従って、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要はないので、機械特性が変化したり、制御性や加工精度に影響を与えたりすることはない。
【００２３】
また、請求項９に係るパラレルリンク加工機は、前記第３回転軸が、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの中心位置における前記第２回転軸と一致しないことを特徴とする。例えば、主軸が０度〜９０度の範囲に揺動可能な場合において、その中心位置とは４５度の位置となる。また、主軸が第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの中心位置にある場合とは、第１プレートと第２プレートの相対平行移動する範囲のうちの中間位置に第１プレート及び第２プレートが位置する場合でもある。
【００２４】
つまり、この中心位置における主軸に取り付けられた加工用工具の回転軸である第２回転軸と、回転テーブルの回転軸である第３回転軸とが一致しないようにしている。これにより、中心位置における第２回転軸と第３回転軸とが一致する場合に比べて、加工可能な領域をより拡張することができる。
【００２５】
また、請求項１０に係るパラレルリンク加工機は、前記第３回転軸が、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの揺動限界位置における前記第２回転軸と一致することを特徴とする。例えば、主軸が０度〜９０度の範囲に揺動可能な場合には、回転テーブルの回転軸は０度若しくは９０度の軸と一致させることになる。これにより、加工可能な領域を最も拡張することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
（パラレルリンク加工機の構成）
第１実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図を図１に示す。図１に示すように、パラレルリンク加工機１は、基台（図示せず）と、四組のアクチュエータ２と、四組のロッド部材３と、トラベリングプレート４と、主軸（エンドエフェクタ）５と、旋回テーブル６とを有する。ここで、基台と、アクチュエータ２と、ロッド部材３と、トラベリングプレート４と、主軸５とは、４自由度パラレルロボット１３を構成する。
【００２８】
基台は、ベッド及び外郭を形成するフレームである。アクチュエータ２は、リニアモータからなり、２本のレール（固定部）２１と、４つの移動子（可動部）２２とから構成されている。各レール２１は、Ｘ軸方向に平行に延在して基台の上部側に固定され、交互に着磁されている。移動子２１は、レール２１の下方側にレール部２１に沿って移動可能に配設され、内部には電磁コイルを有している。なお、移動子２２は四つ存在しており、各レール２１には、２つの移動子２２が取り付けられている。すなわち、一つのアクチュエータ２とは、一つのレール２１と一つの移動子２２とを意味する。そして、各アクチュエータ２は、制御装置（図示せず）によってそれぞれ独立して制御される。
【００２９】
ロッド部材３は、一対のロッド３１と、ボールジョイント（第１回転ジョイント）３２と、ユニバーサルジョイント（第２回転ジョイント）３３とから構成されている。この一対のロッド３１の一端側は、ボールジョイント３３を介して揺動回転自在にアクチュエータ２の一の移動子（可動部）２２に連結されている。そして、他の一対のロッド３１の一端側も、同様に、他の移動子２２にそれぞれ連結されている。一方、各ロッド３１の他端側は、ユニバーサルジョイント３３を介して揺動回転自在にトラベリングプレート４に連結されている。このように連結された一対のロッド３１は、それぞれ平行となるように配設されている。
【００３０】
トラベリングプレート４は、図１に加えて、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、トラベリングプレート４の上面方向から見た部分平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の側面図である。図１及び図２に示すように、トラベリングプレート４は、第１プレート７と、第２プレート８と、第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）９と、第１回転ベアリング１０と、第２回転ベアリング１１と、第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１２とから構成されている。なお、トラベリングプレート４は、後述する構成により、基台に対して直交三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能とされている。
【００３１】
第１プレート７は、略二等辺三角形の板状に形成されており、ほぼ中央に略二等辺三角形形状の貫通孔７１が形成されている。そして、第１プレート７の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの二組のロッド部材３が、第１プレート７に連結されている。なお、第１プレート７は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。
【００３２】
第２プレート８は、略二等辺三角形の板状に形成されており、第１プレート７の外形と同一形状である。さらに、上面側のほぼ中央には、後述する第２回転ベアリング１１を枢支するベアリング支持台８１が形成されている。そして、第２プレート８の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの第１プレート７に連結されていない二組のロッド部材３が、第２プレート８に連結されている。なお、第２プレート８は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。さらに、第２プレート８は、略二等辺三角形の底辺を形成する面が、第１プレート７の略二等辺三角形の底辺を形成する面に対向するように配設されている。
【００３３】
第１直動ジョイント９は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、第１固定レール９１と第１直動部９２とから構成されているリニアガイドである。この第１直動ジョイント９は、第１プレート７と第２プレート８の間に配設されている。具体的には、第１固定レール９１は、第２プレート８の二等辺三角形の底辺の長さとほぼ同等の長さからなるレールであって、第２プレート８の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。すなわち、第１固定レール９１は、図１のＸ軸方向に平行に延在している。第１直動部９２は、第１固定レール９１に沿って直動する部材であって、第１プレート７の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。すなわち、第１直動ジョイント９により、第１プレート７と第２プレート８が相対的にＸ軸方向に平行移動が可能となる。
【００３４】
第１回転ベアリング１０は、第１プレート７の貫通孔７１が形成された部分であって、第１プレート７のほぼ中央に配設されている。具体的には、第１回転ベアリング１０の外輪側が第１プレート７に固定され、第１回転ベアリング１０の内輪側が後述する第２直動ジョイント１２の第２固定軸１４に固定されている。この第１回転ベアリング１０の回転軸は、図１のＹ軸方向に平行としている。すなわち、第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）は、トラベリングプレート４と平行であって、第１直動ジョイント９の第１固定レール９１の延在方向と垂直な方向となる。なお、トラベリングプレート４と平行とは、第１プレート７及び第２プレート８と平行となる。
【００３５】
第２回転ベアリング１１は、第２プレート８の上面側に配設されている。具体的には、第２回転ベアリング１１の外輪側が第２プレート８の上面に形成されたベアリング支持台８１の内部に固定され、第２回転ベアリング１１の内輪側が後述する第２直動ジョイント１２の第２直動輪１５に固定されている。この第２回転ベアリング１１の回転軸は、第１回転ベアリング１０の回転軸に平行な軸としている。すなわち、第２回転ベアリング１１の回転軸は、図１のＹ軸方向に平行としている。
【００３６】
第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１２は、第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）１４と第２直動輪（直動部）１５とから構成されている。第２固定軸１４は、主軸５の外周全体を囲む略円筒形状からなり、主軸５の外周に固定されている。この第２固定軸１４は、第１回転ベアリング１０の内輪側に固定されている。すなわち、第２固定軸１４は、第１プレート７に対して第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動可能となる。第２直動輪１５は、略円筒形状に形成されており、第２固定軸１４の外周側を直動可能に配設されている。すなわち、第２直動輪１５は、第２固定軸１４に対して第２固定軸１４の軸方向に移動可能となる。そして、この第２直動輪１５は、第２回転ベアリング１１の内輪側に固定されている。すなわち、第２直動輪１５は、第２プレート８に対して第２回転ベアリング１１の回転軸回りに揺動可能となる。
【００３７】
主軸５は、略円柱形状に形成されており、先端側にはエンドミル等の加工用工具を主軸中心軸（第２回転軸）回り回転可能に支持している。この主軸５は、第２直動ジョイント１２の第２固定軸１４の内周側に固定されている。すなわち、主軸５は、第２固定軸１４と一体となって、第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動動作する。なお、主軸５の主軸中心軸回りの回転制御、すなわち加工用工具の回転制御は、制御装置（図示せず）により行う。
【００３８】
旋回テーブル６は、被加工物を載置するテーブルであって、基台に対して回転可能に配設されている。具体的には、パラレルリンク加工機１のうちの下方側であって、上述の４自由度パラレルロボットを構成する主軸５の下方側に配設される。そして、この旋回テーブル６は、パラレルリンク加工機１が設置される地面に対して垂直軸（第３回転軸）回りに回動可能に配設されている。そして、旋回テーブル６の回転軸（第３回転軸）は、パラレルリンク加工機１の基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）に平行としている。ここで、基準状態についての詳細は、後述する。なお、旋回テーブル６の回転制御は、制御装置（図示せず）により行う。
【００３９】
（パラレルリンク加工機の動作）
次に、第１実施形態におけるパラレルリンク加工機１の動作について説明する。まず、パラレルリンク加工機１の基準状態について説明する。基準状態とは、アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態であって、かつ、旋回テーブル６が回転位置０度の位置にある状態である。アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態とは、４つの移動子２２がレール２１のほぼ中央付近に位置すると共に、４つの移動子２２により形成される形状が長方形となる位置である。この場合は、トラベリングプレート４は、４つの移動子２２により形成される長方形形状の中心の下方側に位置することになる。
【００４０】
そして、基準状態におけるトラベリングプレート４のうち第１プレート７と第２プレート８とは、それぞれの略二等辺三角形形状の底辺を形成する面が全て対向している状態、すなわち、第１プレート７及び第２プレート８が相対的にずれていない状態となる。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８により形成される形状は、ほぼ四角形形状となる。そして、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向に一致している。
【００４１】
次に、上記の基準状態からトラベリングプレート４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１０、第２回転ベアリング１１、及び第２直動ジョイント１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向に一致した状態で移動する。なお、トラベリングプレート４は常にＸＹ平面に平行に維持された状態で移動する。
【００４２】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図１及び図３を参照して説明する。ここで、図３は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート７と第２プレート８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図１において、第１プレート７が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート８が図１の左方向（−Ｘ軸方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート７及び第２プレート８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１０及び第２固定軸１４が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２回転ベアリング１１及び第２直動輪１５が左方向（−Ｘ軸方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１０及び第２回転ベアリング１１は、図１及び図３においてＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１５は、第２固定軸１４の上方側に移動しようとする。その結果、主軸５は、図１及び図３におけるＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００４３】
一方、図１及び図３において、第１プレート７が左方向（−Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート８が図１の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動した場合には、主軸５は、図１及び図３におけるＹ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００４４】
つまり、図３に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＺ軸方向を中心として、Ｙ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｙ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｙ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００４５】
（第１実施形態の変形態様）
次に、第１実施形態の変形態様におけるパラレルリンク加工機１の全体構成図を図４に示す。図４に示すように、パラレルリンク加工機１は、４自由度パラレルロボット１３と、旋回テーブル６とから構成される。ここで、４自由度パラレルロボット１３を構成する各構成部品及び旋回テーブル６は、上述したとおりである。ここで、上記実施形態と相違する点は、４自由度パラレルロボット１３が、上記実施形態に対して傾斜させて基台に取り付けられている点である。以下、上記実施形態と相違する部分についてのみ詳細に説明する。
【００４６】
アクチュエータ２の２本のレール２１は、それぞれ、Ｘ軸に対してＹ軸回りに角度（傾斜角度）ψだけ旋回させた状態で基台に固定されている。従って、各レール２１に直動可能に取付けられている移動子２２は、Ｘ軸に対してＹ軸周りに傾斜角度ψだけ傾いた方向に直動する。さらに、トラベリングプレート４は、ＸＹ平面に対してＹ軸周りに傾斜角度ψだけ傾いた方向となる。また、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）は、Ｚ軸方向から傾斜角度ψだけ傾いた方向となる。
【００４７】
ここで、旋回テーブル６は、上記実施形態と同様に、Ｚ軸回りに回転可能となる。従って、旋回テーブルの回転軸（第３回転軸）と、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）とは、平行ではなく角度ψだけ傾斜している。
【００４８】
このように構成されたパラレルリンク加工機１の動作について、上記実施形態と相違する部分についてのみ説明する。まず、基準状態からトラベリングプレート４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１０、第２回転ベアリング１１、及び第２直動ジョイント１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向からＹ軸回りに角度ψだけ傾いた状態で移動する。なお、トラベリングプレート４は常にＸＹ平面に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた平面に平行な状態に維持されて移動する。
【００４９】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図４及び図５を参照して説明する。ここで、図５は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート７と第２プレート８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図４において、第１プレート７が右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２プレート８が図４の左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート７及び第２プレート８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１０及び第２固定軸１４が右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２回転ベアリング１１及び第２直動輪１５が左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１０及び第２回転ベアリング１１は、図４及び図５においてＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１５は、第２固定軸の上方側に移動しようとする。その結果、主軸５は、図４及び図５におけるＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００５０】
一方、図４及び図５において、第１プレート７が左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２プレート８が図４の右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動した場合には、主軸５は、図４及び図５におけるＹ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００５１】
つまり、図５に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＺ軸方向から角度ψだけ旋回させた方向を中心として、Ｙ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｙ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｙ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００５２】
そして、主軸５は実際には角度２θだけ遥動可能であるが、旋回テーブル６がＺ軸回りに回転するので、主軸５は実質的にＺ軸回りに角度２（θ＋ψ）だけ遥動可能となる。すなわち、上記実施形態に対して、傾斜角度ψの２倍である角度２ψだけ遥動可能範囲が拡張される。
【００５３】
なお、傾斜角度ψと基準状態からの遥動角度θとを一致させた場合には、主軸５は実質的にＺ軸回りに角度４θだけ遥動可能となる。この場合に、主軸中心軸方向とＺ軸方向とを一致させることができ、かつ、最も主軸５の遥動可能範囲を拡張できる。ここで、傾斜角度ψと基準状態からの遥動角度θとが一致する場合とは、主軸５が実際に遥動可能な範囲のうち遥動限界位置の一方側における主軸中心軸（第２回転軸）と一致する場合となる。すなわち、主軸５の遥動限界位置の一方側における主軸中心軸（第２回転軸）と傾斜角度ψとを一致させた場合が、主軸５の実質的な遥動可能範囲を最も拡張できる。
【００５４】
（第２実施形態）
（パラレルリンク加工機の構成）
次に、第２実施形態におけるパラレルリンク加工機について説明する。まず、このパラレルリンク加工機の全体構成図を図６に示す。図６に示すように、パラレルリンク加工機１０１は、基台（図示せず）と、四組のアクチュエータ２と、四組のロッド部材３と、トラベリングプレート１０４と、主軸（エンドエフェクタ）５と、旋回テーブル６とを有する。ここで、基台と、アクチュエータ２と、ロッド部材３と、トラベリングプレート１０４と、主軸５とは、４自由度パラレルロボット１１３を構成する。なお、第１実施形態と同一の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
トラベリングプレート１０４は、第１プレート１０７と、第２プレート１０８と、第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）１０９と、第１回転ベアリング１１０と、第２回転ベアリング１１１と、第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１１２とから構成されている。なお、トラベリングプレート１０４は、上記第１実施形態に示したように、基台に対して直交三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能とされている。
【００５６】
第１プレート７は、略二等辺三角形の板状に形成されている。そして、第１プレート１０７の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの二組のロッド部材３が、第１プレート１０７に連結されている。なお、第１プレート１０７は、パラレルリンク加工機１０１の設置面に平行となるように配設されている。
【００５７】
第２プレート１０８は、略二等辺三角形の板状に形成されており、第１プレート１０７の外形と同一形状である。そして、第２プレート８の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの第１プレート１０７に連結されていない二組のロッド部材３が、第２プレート１０８に連結されている。なお、第２プレート１０８は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。さらに、第２プレート１０８は、略二等辺三角形の底辺を形成する面が、第１プレート１０７の略二等辺三角形の底辺を形成する面に対向するように配設されている。
【００５８】
第１直動ジョイント１０９は、第１実施形態における第１直動ジョイント９と同様である。この第１直動ジョイント１０９は、第１固定レール１９１と第１直動部１９２とから構成されているリニアガイドである。そして、第１直動ジョイント１０９は、第１プレート１０７と第２プレート１０８の間に配設されている。具体的には、第１固定レール１９１は、第２プレート１０８の二等辺三角形の底辺の長さとほぼ同等の長さからなるレールであって、第２プレート１０８の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。第１直動部１９２は、第１固定レール１９１に沿って直動する部材であって、第１プレート１０７の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。
【００５９】
第１回転ベアリング１１０は、第１プレート１０７のほぼ中央に配設されている。具体的には、第１回転ベアリング１１０の外輪側が第１プレート１０７に固定され、第１回転ベアリング１１０の内輪側が後述する第２直動ジョイント１１２の第２固定軸１１４に固定されている。この第１回転ベアリング１１０の回転軸は、図６のＺ軸方向に平行としている。すなわち、第１回転ベアリング１１０の回転軸（第１回転軸）は、トラベリングプレート１０４と垂直であって、第１直動ジョイント１０９の第１固定レール１９１の延在方向と垂直な方向となる。なお、トラベリングプレート１０４と平行とは、第１プレート１０７及び第２プレート１０８と平行となる。
【００６０】
第２回転ベアリング１１１は、第２プレート１０８のほぼ中央に配設されている。具体的には、第２回転ベアリング１１１の外輪側が第２プレート１０８に固定され、第２回転ベアリング１１１の内輪側が後述する第２直動ジョイント１１２の第２直動輪１１５に固定されている。この第２回転ベアリング１１１の回転軸は、第１回転ベアリング１１０の回転軸に平行な軸としている。すなわち、第２回転ベアリング１１１の回転軸は、図６のＺ軸方向に平行としている。
【００６１】
第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１１２は、第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）１１４と第２直動輪（直動部）１１５とから構成されている。第２固定軸１１４は、主軸５の外周全体を囲む略円筒形状からなり、主軸５の外周に固定されている。この第２固定軸１１４は、第１回転ベアリング１１０の内輪側に固定されている。すなわち、第２固定軸１１４は、第１プレート１０７に対して第１回転ベアリング１１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動可能となる。第２直動輪１１５は、略円筒形状に形成されており、第２固定軸１１４の外周側を直動可能に配設されている。すなわち、第２直動輪１１５は、第２固定軸１１４に対して第２固定軸１１４の軸方向に移動可能となる。そして、この第２直動輪１１５は、第２回転ベアリング１１１の内輪側に固定されている。すなわち、第２直動輪１１５は、第２プレート１０８に対して第２回転ベアリング１１１の回転軸回りに揺動可能となる。
【００６２】
旋回テーブル６は、被加工物を載置するテーブルであって、基台に対して回転可能に配設されている。具体的には、パラレルリンク加工機１０１のうちの下方側であって、上述の４自由度パラレルロボット１１３を構成する主軸５の下方側かつＹ軸正方向側に配設される。そして、この旋回テーブル６は、パラレルリンク加工機１０１が設置される地面に対して垂直軸（第３回転軸）回りに回動可能に配設されている。そして、旋回テーブル６の回転軸（第３回転軸）は、パラレルリンク加工機１０１の基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）に垂直としている。ここで、基準状態についての詳細は、後述する。
【００６３】
（パラレルリンク加工機の動作）
次に、第２実施形態におけるパラレルリンク加工機１０１の動作について説明する。まず、パラレルリンク加工機１０１の基準状態について説明する。基準状態とは、アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態であって、かつ、旋回テーブル６が回転位置０度の位置にある状態である。アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態とは、４つの移動子２２がレール２１のほぼ中央付近に位置すると共に、４つの移動子２２により形成される形状が長方形となる位置である。この場合は、トラベリングプレート１０４は、４つの移動子２２により形成される長方形形状の中心の下方側に位置することになる。
【００６４】
そして、基準状態におけるトラベリングプレート１０４のうち第１プレート１０７と第２プレート１０８とは、それぞれの略二等辺三角形形状の底辺を形成する面が全て対向している状態、すなわち、第１プレート１０７及び第２プレート１０８が相対的にずれていない状態となる。この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８により形成される形状は、ほぼ四角形形状となる。そして、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＹ軸方向に一致している。
【００６５】
次に、上記の基準状態からトラベリングプレート１０４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート１０４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１１０、第２回転ベアリング１１１、及び第２直動ジョイント１１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＹ軸方向に一致した状態で移動する。なお、トラベリングプレート１０４は常にＸＹ平面に平行に維持された状態で移動する。
【００６６】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図６及び図７を参照して説明する。ここで、図７は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート１０７と第２プレート１０８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図６において、第１プレート１０７が図６の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート１０８が図６の左方向（−Ｘ軸方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート１０７及び第２プレート１０８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１１０及び第２固定軸１１４が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２回転ベアリング１１１及び第２直動輪１１５が左方向（−Ｘ軸方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１１０及び第２回転ベアリング１１１は、図６及び図７においてＺ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１１５は、第２固定軸１１４のうち主軸５の加工用工具から遠ざかる方向に移動しようとする。その結果、主軸５は、図６及び図７におけるＺ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００６７】
一方、図６及び図７において、第１プレート１０７が図６の左方向（−Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート１０８が図６の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動した場合には、主軸５は、図６及び図７におけるＺ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００６８】
つまり、図７に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＹ軸方向を中心として、Ｚ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｚ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｚ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００６９】
なお、第１実施形態の変形態様を第２実施形態に同様に適用することができる。また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、回転テーブルとして旋回テーブル６を用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、図８に示すようなチルトテーブルを用いてもよい。チルトテーブルを用いた場合には、チルトテーブルの支持台が基台に固定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図２】トラベリングプレートの部分図である。
【図３】第１実施形態における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図４】第１実施形態の変形態様におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図５】変形態様における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図６】第２実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図７】第２実施形態における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図８】チルトテーブルを示す図である。
【図９】従来の４自由度パラレルロボットを示す図である。
【符号の説明】
１、１０１・・・パラレルリンク加工機
２・・・アクチュエータ
３・・・ロッド部材
４、１０４・・・トラベリングプレート
５・・・主軸（エンドエフェクタ）
６・・・旋回テーブル（回転テーブル）
７、１０７・・・第１プレート
８、１０８・・・第２プレート
９、１０９・・・第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）
１０、１１０・・・第１回転ベアリング
１１、１１１・・・第２回転ベアリング
１２、１１２・・・第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）
１３、１１３・・・４自由度パラレルロボット
１４、１１４・・・第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）
１５、１１５・・・第２直動輪（直動部）
２１・・・レール（固定部）
２２・・・移動子（可動部）
３１・・・ロッド
３２・・・ボールジョイント（第１回転ジョイント）
３３・・・ユニバーサルジョイント（第２回転ジョイント）
７１・・・貫通孔
８１・・・ベアリング支持台
９１、１９１・・・第１固定レール
９２、１９２・・・第１直動部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a 4-DOF parallel robot and a parallel link processing machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a 4-degree-of-freedom parallel robot is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-88072. FIG. 9 shows an overall configuration diagram of this four-degree-of-freedom parallel robot. As shown in FIG. 9, the traveling plate 4 ′ of the four-degree-of-freedom parallel robot has a main member 5 ′, a pair of connecting members 7 ′ and 8 ′, and connecting members 7 ′ and 8 at both ends of the main member 5 ′. It consists of a pair of pivots that connect the middle part of 'to be rotatable about a vertical axis.
[0003]
Moreover, as a parallel link processing machine, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-263974, for example. This parallel link processing machine is configured to include six actuators and six rod members.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-88072 A
[Patent Document 2]
JP 2002-263974 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the four-degree-of-freedom parallel robot disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-88072 has the following problems. First, when the main member (end effector) 5 ′ is rotated, the distance between the connecting members 7 ′ and 8 ′ becomes shorter as the main member (end effector) 5 ′ is rotated. Thus, the change in the distance between the connecting members 7 'and 8' depending on the rotation angle of the main member 5 'greatly changes the mechanical characteristics. A large change in mechanical properties has a great influence on controllability. When the main shaft on which a machining tool is mounted is used as the main member 5 ', a large change in mechanical characteristics affects the machining accuracy. Furthermore, when the main member 5 ′ is rotated largely, the main member 5 ′ and the connecting members 7 ′ and 8 ′ may interfere with each other. Therefore, it is necessary to limit the rotation angle (tilt angle) of the main member 5 ′ so that the main member 5 ′ and the connecting members 7 ′ and 8 ′ do not interfere with each other.
[0006]
Further, in the parallel link processing machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263978, in order to tilt the main shaft (end effector), it is necessary to tilt the traveling plate corresponding to the tilt of the main shaft. At this time, the traveling plate By tilting, the mechanical characteristics change, which affects controllability and machining accuracy.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and further improves the controllability and machining accuracy, and can reduce the limit of the tilt angle of the end effector and the parallel link and the parallel link. It aims at providing a processing machine.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A four-degree-of-freedom parallel robot according to a first aspect includes a base, four actuators, four sets of rod members, a traveling plate, and an end effector. Here, the actuator has a fixed part fixed to the base and a movable part supported movably on the fixed part. The rod member is a member having one end connected to the movable portion of each actuator via a first rotary joint that can swing and rotate. The traveling plate is a plate that is connected to the other end of each of the rod members via a second rotary joint that can swing and rotate, and is movable in three orthogonal directions with respect to the base. The orthogonal three-axis directions are so-called X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. The end effector is a portion supported by the traveling plate so as to be swingable about a predetermined axis with respect to the base. Here, the predetermined one axis includes, for example, the X axis, the Y axis, the Z axis, and the like.
[0009]
The characteristic configuration of the four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1 is that the traveling plate includes a first plate, a second plate, a plate-to-plate linear motion joint, and an end effector-side linear motion joint, The end effector is swung around the predetermined axis by the relative translation of the first plate and the second plate.
[0010]
Here, the first plate is a plate in which the other end side of the two sets of the rod members among the four sets of the rod members is connected via the second rotary joint. The second plate is a plate in which the other two ends of the other two sets of the rod members among the four sets of the rod members are connected via the second rotary joint. The inter-plate linear motion joint is a linear motion joint in which the first plate and the second plate are coupled so as to be capable of relative translation. The end effector-side linear motion joint is fixed to the end effector and connected to the first plate via a first rotational bearing, and the end effector-side linear motion joint rotates secondly so as to be linearly movable with respect to the end effector fixing portion. And a linear motion part connected to the second plate via a bearing.
[0011]
With such a configuration, the end effector can be inclined by relatively translating the first plate and the second plate of the traveling plate. That is, when the first plate and the second plate are relatively translated, the end effector is tilted by the action of the first rotation bearing, the second rotation bearing, and the end effector side linear motion joint. Specifically, when the first plate and the second plate are relatively translated, the positions of the end effector fixing portion and the linear motion portion of the end effector side linear motion joint change. As a result, the end effector fixing portion rotates about the rotation axis of the first rotation bearing, and the linear movement portion rotates about the rotation axis of the second rotation bearing. As described above, the end effector swings with the rotation of the end effector fixing portion and the linear motion portion.
[0012]
That is, even when the end effector is swung, the distance between the first plate and the second plate is always kept constant. Thereby, the following effects are produced. First, the conventional 4-degree-of-freedom parallel robot disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-88072 hardly changes according to the present invention in mechanical characteristics that have changed greatly as the distance between connecting members becomes shorter. As a result, the controllability can be further improved, and the processing accuracy can be further improved when used as a processing machine. Further, conventionally, there has been a problem of interference of the connecting member, but according to the present invention, the first plate and the second plate do not interfere with each other. As a result, the tilt angle (rotation angle) of the end effector due to interference is not limited.
[0013]
The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 2 is characterized in that the end effector can swing around an axis substantially parallel to the traveling plate. Here, the traveling plate is formed in a flat plate shape as a whole. Here, the traveling plate of the four-degree-of-freedom parallel robot of the present invention is always maintained in a certain direction. In other words, when the traveling plate is designed so that the flat plate direction is parallel to the XY plane, the traveling plate is always maintained in a direction parallel to the XY plane. That is, for example, when the traveling plate is in a direction parallel to the XY plane, the rotation around the axis substantially parallel to the traveling plate means the rotation around the axis parallel to the XY plane.
[0014]
That is, the end effector can be swung around an axis substantially parallel to the traveling plate by the arrangement configuration of the first rotation bearing, the second rotation bearing, and the end effector side linear motion joint. In particular, the end effector can swing about an axis that is substantially parallel to the traveling plate and that is perpendicular to the direction in which the first plate and the second plate move relatively in parallel.
[0015]
The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 3 is characterized in that the end effector can swing about an axis substantially perpendicular to the traveling plate. Here, for example, when the traveling plate is in the direction parallel to the XY plane, the axis substantially perpendicular to the traveling plate is substantially the Z axis. That is, the end effector can be swingable about an axis substantially perpendicular to the traveling plate by the arrangement configuration of the first rotation bearing, the second rotation bearing, and the end effector side linear motion joint.
[0016]
In a four-degree-of-freedom parallel robot according to a fourth aspect of the present invention, the rotation axis of the first rotation bearing and the rotation axis of the second rotation bearing are substantially parallel. As a result, the end effector can be reliably swung around a predetermined axis. And controllability can be improved reliably.
[0017]
The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 5 is characterized in that a rotation axis of the first rotation bearing and a rotation axis of the second rotation bearing are substantially parallel to the traveling plate. Thereby, it is possible to reliably swing the end effector about an axis substantially parallel to the traveling plate. In particular, when the rotation axis of the first rotation bearing and the rotation axis of the second rotation bearing are parallel to the traveling plate and parallel to the axial direction perpendicular to the direction of relative translation of the first plate and the second plate. The end effector can be reliably rocked about an axis perpendicular to the direction in which the first plate and the second plate move relatively in parallel.
[0018]
The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 6 is characterized in that the rotation axis of the first rotation bearing and the rotation axis of the second rotation bearing are substantially perpendicular to the traveling plate. Thereby, it is possible to reliably swing the end effector about an axis substantially perpendicular to the traveling plate.
[0019]
Further, the four-degree-of-freedom parallel robot according to a seventh aspect is characterized in that the end effector is a main shaft provided with a machining tool. Thereby, it can be used as a 4-degree-of-freedom parallel processing machine.
[0020]
A parallel link processing machine according to an eighth aspect includes a base, four actuators, four sets of rod members, a traveling plate, a main shaft, and a rotary table. Here, the actuator, the rod member, and the traveling plate are the same as described above. The main shaft is supported by the traveling plate so as to be swingable around the first rotation axis with respect to the base, and supports a machining tool so as to be rotatable around the second rotation axis. The rotary table is a table on which a workpiece is placed and which is disposed so as to be rotatable around a third rotation axis with respect to the base. This rotary table is, for example, a so-called turning table that rotates around the vertical axis of the table, a tilt table that rotates around an axis parallel to the table, or the like.
[0021]
A characteristic configuration of the parallel link processing machine according to claim 8 is that the traveling plate includes a first plate, a second plate, an inter-plate linear motion joint, and a main shaft side linear motion joint, One plate and the second plate are moved relative to each other to cause the main shaft to swing around the first rotation axis. Here, the first plate, the second plate, and the inter-plate linear motion joint are the same as described above. The main shaft side linear motion joint includes a main shaft side fixing portion fixed to the main shaft and connected to the first plate via a first rotation bearing, and a second rotation bearing that is linearly movable with respect to the main shaft side fixing portion. A linear motion joint having a linear motion portion connected to the second plate.
[0022]
In other words, the parallel link processing machine has a rotary table with the end effector of the four-degree-of-freedom parallel robot as a main axis. Thereby, there exists an effect similar to the above-mentioned 4 degree-of-freedom parallel robot. Furthermore, in the conventional parallel link processing machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263974, it is necessary to incline the traveling plate corresponding to the inclination of the main shaft. On the other hand, according to the present invention, the main axis can be tilted by relatively translating the first plate and the second plate of the traveling plate. Therefore, it is not necessary to incline the traveling plate in accordance with the inclination of the main shaft, so that the mechanical characteristics do not change and the controllability and machining accuracy are not affected.
[0023]
Further, in the parallel link processing machine according to claim 9, the third rotation shaft does not coincide with the second rotation shaft at a center position in a range in which the main shaft can swing around the first rotation shaft. It is characterized by. For example, when the main shaft can swing within a range of 0 degrees to 90 degrees, the center position is a position of 45 degrees. Further, the case where the main shaft is at the center position in the range in which the main shaft can swing around the first rotation axis means that the first plate and the second plate are positioned at an intermediate position in the range in which the first plate and the second plate move relative to each other. It is also the case where two plates are located.
[0024]
That is, the second rotation axis that is the rotation axis of the machining tool attached to the main shaft at the center position is not matched with the third rotation axis that is the rotation axis of the rotary table. Thereby, the processable area | region can be expanded more compared with the case where the 2nd rotating shaft in a center position and a 3rd rotating shaft correspond.
[0025]
Further, in the parallel link processing machine according to claim 10, the third rotating shaft coincides with the second rotating shaft at a swing limit position in a range in which the main shaft can swing around the first rotating shaft. It is characterized by doing. For example, when the main shaft can swing within a range of 0 degrees to 90 degrees, the rotation axis of the rotary table coincides with an axis of 0 degrees or 90 degrees. Thereby, the processable area can be expanded most.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.
[0027]
(First embodiment)
(Configuration of parallel link processing machine)
The whole block diagram of the parallel link processing machine in 1st Embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, a parallel link processing machine 1 includes a base (not shown), four sets of actuators 2, four sets of rod members 3, a traveling plate 4, and a main shaft (end effector) 5. And a turning table 6. Here, the base, the actuator 2, the rod member 3, the traveling plate 4, and the main shaft 5 constitute a 4-DOF parallel robot 13.
[0028]
The base is a frame that forms a bed and an outer shell. The actuator 2 includes a linear motor, and includes two rails (fixed portions) 21 and four movable elements (movable portions) 22. Each rail 21 extends parallel to the X-axis direction, is fixed to the upper side of the base, and is alternately magnetized. The mover 21 is disposed below the rail 21 so as to be movable along the rail portion 21 and has an electromagnetic coil therein. There are four movable elements 22, and two movable elements 22 are attached to each rail 21. That is, one actuator 2 means one rail 21 and one moving element 22. Each actuator 2 is independently controlled by a control device (not shown).
[0029]
The rod member 3 includes a pair of rods 31, a ball joint (first rotation joint) 32, and a universal joint (second rotation joint) 33. One end side of the pair of rods 31 is connected to one moving element (movable part) 22 of the actuator 2 through a ball joint 33 so as to be swingable and rotatable. Similarly, one end side of the other pair of rods 31 is also connected to the other moving element 22. On the other hand, the other end side of each rod 31 is connected to the traveling plate 4 via a universal joint 33 so as to be swingable and rotatable. The pair of rods 31 connected in this way are arranged so as to be parallel to each other.
[0030]
The traveling plate 4 will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG. FIG. 2A is a partial plan view of the traveling plate 4 viewed from the upper surface direction. FIG. 2B is a side view of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the traveling plate 4 includes a first plate 7, a second plate 8, a first linear motion joint (inter-plate linear motion joint) 9, a first rotary bearing 10, A two-rotating bearing 11 and a second linear motion joint (end effector side linear motion joint, main shaft side linear motion joint) 12 are configured. In addition, the traveling plate 4 can be moved in three orthogonal directions (X, Y, and Z axis directions) with respect to the base by a configuration described later.
[0031]
The first plate 7 is formed in a substantially isosceles triangular plate shape, and a substantially isosceles triangular through-hole 71 is formed substantially at the center. And the universal joint 33 of the rod member 3 is connected with the surface which forms the isosceles side of the 1st plate 7, respectively. That is, two sets of rod members 3 out of the four sets of rod members 3 are connected to the first plate 7. The first plate 7 is arranged so as to be parallel to the installation surface of the parallel link processing machine 1.
[0032]
The second plate 8 is formed in a substantially isosceles triangular plate shape and has the same shape as the outer shape of the first plate 7. Furthermore, a bearing support base 81 that pivotally supports a second rotary bearing 11 to be described later is formed substantially at the center on the upper surface side. And the universal joint 33 of the rod member 3 is connected with the surface which forms the isosceles side of the 2nd plate 8, respectively. That is, two sets of rod members 3 that are not connected to the first plate 7 among the four sets of rod members 3 are connected to the second plate 8. The second plate 8 is disposed so as to be parallel to the installation surface of the parallel link processing machine 1. Further, the second plate 8 is disposed so that the surface forming the base of the approximately isosceles triangle faces the surface forming the base of the approximately isosceles triangle of the first plate 7.
[0033]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the first linear motion joint 9 is a linear guide including a first fixed rail 91 and a first linear motion portion 92. The first linear motion joint 9 is disposed between the first plate 7 and the second plate 8. Specifically, the first fixed rail 91 is a rail having a length substantially equal to the length of the base of the isosceles triangle of the second plate 8, and forms the base of the isosceles triangle of the second plate 8. It is fixed to the surface. That is, the first fixed rail 91 extends in parallel with the X-axis direction of FIG. The first linear motion part 92 is a member that linearly moves along the first fixed rail 91, and is fixed to a surface that forms the base of the isosceles triangle of the first plate 7. In other words, the first linear joint 9 enables the first plate 7 and the second plate 8 to relatively translate in the X-axis direction.
[0034]
The first rotary bearing 10 is a portion where the through hole 71 of the first plate 7 is formed, and is disposed at substantially the center of the first plate 7. Specifically, the outer ring side of the first rotary bearing 10 is fixed to the first plate 7, and the inner ring side of the first rotary bearing 10 is fixed to a second fixed shaft 14 of a second linear motion joint 12 described later. The rotation axis of the first rotation bearing 10 is parallel to the Y-axis direction of FIG. That is, the rotation axis (first rotation axis) of the first rotation bearing 10 is parallel to the traveling plate 4 and is perpendicular to the extending direction of the first fixed rail 91 of the first linear motion joint 9. The parallel to the traveling plate 4 is parallel to the first plate 7 and the second plate 8.
[0035]
The second rotary bearing 11 is disposed on the upper surface side of the second plate 8. Specifically, the outer ring side of the second rotary bearing 11 is fixed inside a bearing support base 81 formed on the upper surface of the second plate 8, and the inner ring side of the second rotary bearing 11 is the second linear motion joint 12 described later. It is fixed to the second linear motion wheel 15. The rotation axis of the second rotation bearing 11 is an axis parallel to the rotation axis of the first rotation bearing 10. That is, the rotation axis of the second rotation bearing 11 is parallel to the Y-axis direction of FIG.
[0036]
The second linear motion joint (end effector side linear motion joint, main shaft side linear motion joint) 12 includes a second fixed shaft (end effector fixing portion, main shaft side fixed motion portion) 14 and a second linear motion wheel (linear motion portion) 15. It is composed of The second fixed shaft 14 has a substantially cylindrical shape surrounding the entire outer periphery of the main shaft 5, and is fixed to the outer periphery of the main shaft 5. The second fixed shaft 14 is fixed to the inner ring side of the first rotary bearing 10. That is, the second fixed shaft 14 can swing around the rotation axis (first rotation axis) of the first rotation bearing 10 with respect to the first plate 7. The second linearly moving wheel 15 is formed in a substantially cylindrical shape, and is arranged on the outer peripheral side of the second fixed shaft 14 so as to be linearly movable. That is, the second linearly moving wheel 15 can move in the axial direction of the second fixed shaft 14 with respect to the second fixed shaft 14. The second linear motion wheel 15 is fixed to the inner ring side of the second rotation bearing 11. That is, the second linear motion wheel 15 can swing around the rotation axis of the second rotary bearing 11 with respect to the second plate 8.
[0037]
The main shaft 5 is formed in a substantially cylindrical shape, and a processing tool such as an end mill is supported on the tip side so as to be rotatable about a main shaft central axis (second rotation axis). The main shaft 5 is fixed to the inner peripheral side of the second fixed shaft 14 of the second linear motion joint 12. That is, the main shaft 5 is integrated with the second fixed shaft 14 and swings around the rotation shaft (first rotation shaft) of the first rotation bearing 10. Note that the rotation control of the spindle 5 around the spindle center axis, that is, the rotation control of the machining tool is performed by a control device (not shown).
[0038]
The turning table 6 is a table on which a workpiece is placed, and is disposed so as to be rotatable with respect to a base. Specifically, it is disposed on the lower side of the parallel link processing machine 1 and on the lower side of the main shaft 5 constituting the above-described four-degree-of-freedom parallel robot. The turning table 6 is disposed so as to be rotatable about a vertical axis (third rotation axis) with respect to the ground on which the parallel link processing machine 1 is installed. The rotation axis (third rotation axis) of the turning table 6 is parallel to the main axis central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state of the parallel link processing machine 1. Details of the reference state will be described later. The rotation control of the turning table 6 is performed by a control device (not shown).
[0039]
(Operation of parallel link processing machine)
Next, the operation of the parallel link processing machine 1 in the first embodiment will be described. First, the reference state of the parallel link processing machine 1 will be described. The reference state is a state in which the four moving elements 22 of the actuator 2 are at the reference position and the turning table 6 is at the rotational position 0 degree. The state in which the four moving elements 22 of the actuator 2 are at the reference position is a position where the four moving elements 22 are located in the vicinity of the center of the rail 21 and the shape formed by the four moving elements 22 is a rectangle. is there. In this case, the traveling plate 4 is located below the center of the rectangular shape formed by the four moving elements 22.
[0040]
The first plate 7 and the second plate 8 of the traveling plate 4 in the reference state are in a state in which the surfaces forming the bases of the respective substantially isosceles triangles face each other, that is, the first plate 7 and The second plate 8 is not relatively displaced. In this case, the shape formed by the first plate 7 and the second plate 8 is a substantially square shape. The main shaft 5 has a main axis central axis (second rotation axis) direction coincident with the Z-axis direction.
[0041]
Next, an operation in the case where the traveling plate 4 is moved only in the orthogonal triaxial direction (XYZ axial direction) from the above-described reference state will be described. In this case, the four moving elements 22 are moved to the respective positions on the rail 21 so that the traveling plate 4 moves while keeping the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 constant. In this case, since the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 are always constant, the first rotary bearing 10, the second rotary bearing 11, and the second linear motion joint 12 do not operate at all. That is, the main shaft 5 moves in a state where the main shaft central axis (second rotation axis) direction coincides with the Z-axis direction. The traveling plate 4 always moves in a state of being maintained parallel to the XY plane.
[0042]
Next, the operation of rotating the main shaft 5 around the second rotation axis will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a diagram for explaining the rotation operation of the main shaft 5. In this case, the four moving elements 22 are moved so that the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 are moved. For example, in FIG. 1, when the first plate 7 is moved in the right direction (+ X axis direction) and the second plate 8 is moved in the left direction (−X axis direction) in FIG. 1, the operation is as follows. To do. First, when the first plate 7 and the second plate 8 perform the relative movement as described above, the first rotary bearing 10 and the second fixed shaft 14 move rightward (+ X axis direction), and the second rotary bearing 11 and the second linear motion wheel 15 are about to move in the left direction (−X axis direction). With this operation, the first rotation bearing 10 and the second rotation bearing 11 try to rotate counterclockwise around the Y axis (first rotation axis) in FIGS. 1 and 3. Furthermore, the second linear motion wheel 15 tends to move to the upper side of the second fixed shaft 14. As a result, the main shaft 5 rotates counterclockwise around the Y axis (first rotation axis) in FIGS. 1 and 3.
[0043]
On the other hand, in FIGS. 1 and 3, when the first plate 7 moves in the left direction (−X axis direction) and the second plate 8 moves in the right direction (+ X axis direction) in FIG. Rotates clockwise around the Y axis (first rotation axis) in FIGS. 1 and 3.
[0044]
That is, as shown in FIG. 3, the main shaft 5 is angled counterclockwise around the Y axis (can be swung) around the Z axis direction that is the main shaft central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state. It is possible to rotate only by (angle) θ, and it is possible to rotate by angle (swingable angle) θ clockwise around the Y axis. That is, the main shaft 5 can swing within a range of an angle 2θ around the Y axis.
[0045]
(Modification of the first embodiment)
Next, FIG. 4 shows an overall configuration diagram of the parallel link processing machine 1 according to a modification of the first embodiment. As shown in FIG. 4, the parallel link processing machine 1 includes a 4-degree-of-freedom parallel robot 13 and a turning table 6. Here, each component and the turntable 6 that constitute the 4-degree-of-freedom parallel robot 13 are as described above. Here, the difference from the above-described embodiment is that the four-degree-of-freedom parallel robot 13 is attached to the base while being inclined with respect to the above-described embodiment. Hereinafter, only portions different from the above embodiment will be described in detail.
[0046]
The two rails 21 of the actuator 2 are respectively fixed to the base in a state where they are turned by an angle (inclination angle) ψ about the Y axis with respect to the X axis. Accordingly, the movable element 22 attached to each rail 21 so as to be linearly movable moves linearly in a direction inclined by an inclination angle ψ around the Y axis with respect to the X axis. Further, the traveling plate 4 is inclined by an inclination angle ψ about the Y axis with respect to the XY plane. In addition, the main axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state is a direction inclined by an inclination angle ψ from the Z-axis direction.
[0047]
Here, the turning table 6 can rotate around the Z-axis as in the above-described embodiment. Accordingly, the rotation axis (third rotation axis) of the turning table and the main axis central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state are not parallel but inclined by an angle ψ.
[0048]
The operation of the parallel link processing machine 1 configured as described above will be described only for parts different from the above embodiment. First, the operation in the case where the traveling plate 4 is moved only in the orthogonal three-axis direction (XYZ-axis direction) from the reference state will be described. In this case, the four moving elements 22 are moved to the respective positions on the rail 21 so that the traveling plate 4 moves while keeping the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 constant. In this case, since the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 are always constant, the first rotary bearing 10, the second rotary bearing 11, and the second linear motion joint 12 do not operate at all. That is, the main shaft 5 moves in a state in which the direction of the main shaft central axis (second rotation axis) is inclined by the angle ψ around the Y axis from the Z axis direction. The traveling plate 4 always moves while being maintained parallel to a plane inclined by an angle ψ about the Y axis with respect to the XY plane.
[0049]
Next, the operation of rotating the main shaft 5 around the second rotation axis will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 is a diagram for explaining the rotation operation of the main shaft 5. In this case, the four moving elements 22 are moved so that the relative positions of the first plate 7 and the second plate 8 are moved. For example, in FIG. 4, the first plate 7 moves in the right direction (direction inclined by an angle ψ about the Y axis with respect to the + X axis direction), and the second plate 8 moves in the left direction (−X axis direction in FIG. 4). In the case of moving in the direction inclined by an angle ψ about the Y axis, the operation is as follows. First, when the first plate 7 and the second plate 8 perform the relative movement as described above, the first rotary bearing 10 and the second fixed shaft 14 are moved in the right direction (the angle ψ about the Y axis with respect to the + X axis direction). The second rotary bearing 11 and the second linear motion wheel 15 try to move in the left direction (the direction inclined by the angle ψ about the Y axis with respect to the −X axis direction). With this operation, the first rotary bearing 10 and the second rotary bearing 11 try to rotate counterclockwise around the Y axis (first rotary axis) in FIGS. 4 and 5. Furthermore, the second linear motion wheel 15 tends to move to the upper side of the second fixed shaft. As a result, the main shaft 5 rotates counterclockwise around the Y axis (first rotation axis) in FIGS. 4 and 5.
[0050]
On the other hand, in FIGS. 4 and 5, the first plate 7 moves to the left (the direction inclined by the angle ψ about the Y axis with respect to the −X axis direction), and the second plate 8 moves to the right in FIG. When moving in the direction tilted by an angle ψ about the Y axis with respect to the + X axis direction), the main shaft 5 rotates clockwise around the Y axis (first rotation axis) in FIGS.
[0051]
That is, as shown in FIG. 5, the main shaft 5 has a reaction around the Y axis centered on a direction swung by an angle ψ from the Z axis direction that is the main shaft central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state. It is possible to rotate clockwise by an angle (a swingable angle) θ and to rotate clockwise by an angle (a swingable angle) θ around the Y axis. That is, the main shaft 5 can swing within a range of an angle 2θ around the Y axis.
[0052]
The main shaft 5 can actually be swung by an angle 2θ. However, since the turning table 6 rotates about the Z axis, the main shaft 5 can be swung substantially by an angle 2 (θ + ψ) about the Z axis. Become. That is, with respect to the above-described embodiment, the swingable range is expanded by an angle 2ψ that is twice the tilt angle ψ.
[0053]
When the tilt angle ψ and the swing angle θ from the reference state are matched, the main shaft 5 can swing substantially by an angle 4θ around the Z axis. In this case, the central axis direction of the main shaft and the Z-axis direction can be made coincident with each other, and the farthest possible range of the main shaft 5 can be expanded. Here, the case where the tilt angle ψ and the swing angle θ from the reference state coincide with each other means that the spindle center axis (second rotation) on one side of the swing limit position in the range in which the spindle 5 can actually swing. Axis). That is, when the main shaft central axis (second rotation axis) on one side of the swing limit position of the main shaft 5 and the inclination angle ψ coincide with each other, the substantial swingable range of the main shaft 5 can be expanded most.
[0054]
(Second Embodiment)
(Configuration of parallel link processing machine)
Next, the parallel link processing machine in 2nd Embodiment is demonstrated. First, an overall configuration diagram of this parallel link processing machine is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the parallel link processing machine 101 includes a base (not shown), four sets of actuators 2, four sets of rod members 3, a traveling plate 104, a main shaft (end effector) 5, and the like. And a turning table 6. Here, the base, the actuator 2, the rod member 3, the traveling plate 104, and the main shaft 5 constitute a 4-DOF parallel robot 113. In addition, the same structure as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
[0055]
The traveling plate 104 includes a first plate 107, a second plate 108, a first linear motion joint (inter-plate linear motion joint) 109, a first rotational bearing 110, a second rotational bearing 111, and a second linear motion. A joint (end effector side linear motion joint, main shaft side linear motion joint) 112. As shown in the first embodiment, the traveling plate 104 is movable in three orthogonal axes (X, Y, and Z axis directions) with respect to the base.
[0056]
The first plate 7 is formed in a substantially isosceles triangular plate shape. And the universal joint 33 of the rod member 3 is connected with the surface which forms the isosceles side of the 1st plate 107, respectively. That is, two sets of rod members 3 out of the four sets of rod members 3 are connected to the first plate 107. The first plate 107 is disposed so as to be parallel to the installation surface of the parallel link processing machine 101.
[0057]
The second plate 108 is formed in a substantially isosceles triangular plate shape and has the same shape as the outer shape of the first plate 107. And the universal joint 33 of the rod member 3 is connected with the surface which forms the isosceles side of the 2nd plate 8, respectively. That is, two sets of rod members 3 that are not connected to the first plate 107 among the four sets of rod members 3 are connected to the second plate 108. The second plate 108 is disposed so as to be parallel to the installation surface of the parallel link processing machine 1. Further, the second plate 108 is disposed so that the surface forming the base of the approximately isosceles triangle faces the surface forming the base of the approximately isosceles triangle of the first plate 107.
[0058]
The first linear motion joint 109 is the same as the first linear motion joint 9 in the first embodiment. The first linear motion joint 109 is a linear guide that includes a first fixed rail 191 and a first linear motion portion 192. The first linear motion joint 109 is disposed between the first plate 107 and the second plate 108. Specifically, the first fixed rail 191 is a rail having a length substantially equal to the length of the base of the isosceles triangle of the second plate 108, and forms the base of the isosceles triangle of the second plate 108. It is fixed to the surface. The first linear motion portion 192 is a member that linearly moves along the first fixed rail 191, and is fixed to a surface of the first plate 107 that forms the base of an isosceles triangle.
[0059]
The first rotary bearing 110 is disposed at substantially the center of the first plate 107. Specifically, the outer ring side of the first rotary bearing 110 is fixed to the first plate 107, and the inner ring side of the first rotary bearing 110 is fixed to a second fixed shaft 114 of the second linear motion joint 112 described later. The rotation axis of the first rotation bearing 110 is parallel to the Z-axis direction in FIG. That is, the rotation axis (first rotation axis) of the first rotation bearing 110 is perpendicular to the traveling plate 104 and is perpendicular to the extending direction of the first fixed rail 191 of the first linear motion joint 109. The parallel to the traveling plate 104 is parallel to the first plate 107 and the second plate 108.
[0060]
The second rotary bearing 111 is disposed at the approximate center of the second plate 108. Specifically, the outer ring side of the second rotary bearing 111 is fixed to the second plate 108, and the inner ring side of the second rotary bearing 111 is fixed to a second linear moving wheel 115 of a second linear motion joint 112 described later. The rotation axis of the second rotation bearing 111 is an axis parallel to the rotation axis of the first rotation bearing 110. That is, the rotation axis of the second rotation bearing 111 is parallel to the Z-axis direction of FIG.
[0061]
The second linear motion joint (end effector side linear motion joint, main shaft side linear motion joint) 112 includes a second fixed shaft (end effector fixing portion, main shaft side fixed motion portion) 114 and a second linear motion wheel (linear motion portion) 115. It is composed of The second fixed shaft 114 has a substantially cylindrical shape surrounding the entire outer periphery of the main shaft 5, and is fixed to the outer periphery of the main shaft 5. The second fixed shaft 114 is fixed to the inner ring side of the first rotary bearing 110. That is, the second fixed shaft 114 can swing around the rotation axis (first rotation axis) of the first rotation bearing 110 with respect to the first plate 107. The second linearly moving wheel 115 is formed in a substantially cylindrical shape, and is arranged on the outer peripheral side of the second fixed shaft 114 so as to be linearly movable. That is, the second linearly moving wheel 115 is movable in the axial direction of the second fixed shaft 114 with respect to the second fixed shaft 114. The second linear motion wheel 115 is fixed to the inner ring side of the second rotation bearing 111. That is, the second linearly moving wheel 115 can swing around the rotation axis of the second rotary bearing 111 with respect to the second plate 108.
[0062]
The turning table 6 is a table on which a workpiece is placed, and is disposed so as to be rotatable with respect to a base. Specifically, it is disposed on the lower side of the parallel link processing machine 101, on the lower side of the main shaft 5 constituting the above-described four-degree-of-freedom parallel robot 113 and on the Y-axis positive direction side. The turning table 6 is disposed so as to be rotatable about a vertical axis (third rotation axis) with respect to the ground on which the parallel link processing machine 101 is installed. The rotation axis (third rotation axis) of the turning table 6 is perpendicular to the central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state of the parallel link processing machine 101. Details of the reference state will be described later.
[0063]
(Operation of parallel link processing machine)
Next, the operation of the parallel link processing machine 101 in the second embodiment will be described. First, the reference state of the parallel link processing machine 101 will be described. The reference state is a state in which the four moving elements 22 of the actuator 2 are at the reference position and the turning table 6 is at the rotational position 0 degree. The state in which the four moving elements 22 of the actuator 2 are at the reference position is a position where the four moving elements 22 are located in the vicinity of the center of the rail 21 and the shape formed by the four moving elements 22 is a rectangle. is there. In this case, the traveling plate 104 is positioned below the center of the rectangular shape formed by the four moving elements 22.
[0064]
In the traveling plate 104 in the reference state, the first plate 107 and the second plate 108 are in a state where the surfaces forming the bases of the respective substantially isosceles triangles face each other, that is, the first plate 107 and The second plate 108 is not relatively displaced. In this case, the shape formed by the first plate 107 and the second plate 108 is a substantially rectangular shape. The main shaft 5 has the main shaft central axis (second rotation axis) direction aligned with the Y-axis direction.
[0065]
Next, the operation in the case where the traveling plate 104 is moved only in the orthogonal triaxial direction (XYZ axial direction) from the above-described reference state will be described. In this case, the four moving elements 22 are moved to the respective positions on the rail 21 so that the traveling plate 104 moves while keeping the relative positions of the first plate 107 and the second plate 108 constant. In this case, since the relative positions of the first plate 107 and the second plate 108 are always constant, the first rotary bearing 110, the second rotary bearing 111, and the second linear motion joint 112 do not operate at all. That is, the main shaft 5 moves in a state where the main shaft central axis (second rotation axis) direction coincides with the Y-axis direction. Note that the traveling plate 104 always moves in a state of being maintained parallel to the XY plane.
[0066]
Next, the operation of rotating the main shaft 5 around the second rotation axis will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 is a diagram for explaining the rotation operation of the main shaft 5. In this case, the four moving elements 22 are moved so that the relative positions of the first plate 107 and the second plate 108 are moved. For example, in FIG. 6, when the first plate 107 moves in the right direction (+ X axis direction) in FIG. 6 and the second plate 108 moves in the left direction (−X axis direction) in FIG. To work. First, when the first plate 107 and the second plate 108 perform the relative movement as described above, the first rotary bearing 110 and the second fixed shaft 114 move in the right direction (+ X axis direction), and the second rotary bearing. 111 and the second linear motion wheel 115 try to move in the left direction (−X axis direction). With this operation, the first rotation bearing 110 and the second rotation bearing 111 try to rotate clockwise around the Z axis (first rotation axis) in FIGS. 6 and 7. Further, the second linearly moving wheel 115 tends to move in a direction away from the machining tool of the main shaft 5 of the second fixed shaft 114. As a result, the main shaft 5 rotates in the clockwise direction around the Z axis (first rotation axis) in FIGS.
[0067]
On the other hand, in FIGS. 6 and 7, when the first plate 107 moves in the left direction (−X axis direction) in FIG. 6 and the second plate 108 moves in the right direction (+ X axis direction) in FIG. The main shaft 5 rotates counterclockwise around the Z axis (first rotation axis) in FIGS. 6 and 7.
[0068]
That is, as shown in FIG. 7, the main shaft 5 has a clockwise angle around the Z axis (a swingable angle) about the Y axis direction that is the main shaft central axis (second rotation axis) of the main shaft 5 in the reference state. ) It can be rotated by θ, and can be rotated by an angle (swingable angle) θ counterclockwise around the Z axis. That is, the main shaft 5 can swing within a range of an angle 2θ around the Z axis.
[0069]
In addition, the deformation | transformation aspect of 1st Embodiment is applicable similarly to 2nd Embodiment. Moreover, in the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although demonstrated using the turning table 6 as a rotary table, it is not restricted to this. For example, a tilt table as shown in FIG. 8 may be used. When the tilt table is used, the support table for the tilt table is fixed to the base.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a parallel link processing machine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partial view of a traveling plate.
FIG. 3 is a diagram illustrating a swinging operation of a main shaft in the first embodiment.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a parallel link processing machine according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a swinging operation of a main shaft in a modified mode.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a parallel link processing machine according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a swinging operation of a main shaft in a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a tilt table.
FIG. 9 is a diagram showing a conventional four-degree-of-freedom parallel robot.
[Explanation of symbols]
1, 101 ... Parallel link processing machine
2 ... Actuator
3 ... Rod member
4, 104 ... Traveling plate
5 ... Spindle (end effector)
6 ... Turning table (rotary table)
7, 107 ... 1st plate
8, 108 ... second plate
9, 109 ... 1st linear motion joint (linear motion joint between plates)
10, 110 ... first rotating bearing
11, 111 ... 2nd rotation bearing
12, 112 ... 2nd linear motion joint (end effector side linear motion joint, main shaft side linear motion joint)
13, 113 ... 4-DOF parallel robot
14, 114 ... second fixed shaft (end effector fixed portion, main shaft side fixed portion)
15, 115 ... 2nd linear motion wheel (linear motion part)
21 ... Rail (fixed part)
22 ... Mover (movable part)
31 ・・・ Rod
32 ... Ball joint (first rotary joint)
33 ... Universal joint (second rotary joint)
71 ・・・ Through hole
81 ... Bearing support
91, 191 ... 1st fixed rail
92, 192 ... 1st linear motion part

Claims

The base,
Four actuators having a fixed portion fixed to the base and a movable portion movably supported by the fixed portion;
Four sets of rod members, one end of which is connected to the movable part of each actuator via a first rotary joint that can swing and rotate;
A traveling plate connected to the other end of each of the rod members via a second rotary joint capable of swinging and rotating, and movable in three orthogonal directions with respect to the base;
An end effector supported by the traveling plate so as to be swingable about a predetermined axis with respect to the base;
In a 4-DOF parallel robot with
The traveling plate is
A first plate in which the other end side of the two sets of rod members among the four sets of rod members is connected via the second rotary joint;
A second plate in which the other ends of the other two sets of the rod members among the four sets of rod members are connected via the second rotary joint;
A plate-to-plate linear motion joint connected to the first plate and the second plate so as to be capable of relative translation;
An end effector fixing portion fixed to the end effector and connected to the first plate via a first rotary bearing, and a second rotary bearing capable of linearly moving with respect to the end effector fixing portion. An end effector-side linear motion joint having a linear motion portion connected thereto,
The four-degree-of-freedom parallel robot characterized in that the end effector is swung around the predetermined axis by the relative translation of the first plate and the second plate.

The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein the end effector is swingable about an axis substantially parallel to the traveling plate.

The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein the end effector is swingable about an axis substantially perpendicular to the traveling plate.

The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein a rotation axis of the first rotation bearing and a rotation axis of the second rotation bearing are substantially parallel.

5. The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 4, wherein a rotation axis of the first rotation bearing and a rotation axis of the second rotation bearing are substantially parallel to the traveling plate.

5. The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 4, wherein a rotation axis of the first rotation bearing and a rotation axis of the second rotation bearing are substantially perpendicular to the traveling plate.

The four-degree-of-freedom parallel robot according to claim 1, wherein the end effector is a spindle provided with a machining tool.

The base,
Four actuators having a fixed portion fixed to the base and a movable portion movably supported by the fixed portion;
Four sets of rod members, one end of which is connected to the movable part of each actuator via a first rotary joint that can swing and rotate;
A traveling plate connected to the other end of each of the rod members via a second rotary joint capable of swinging and rotating, and movable in three orthogonal directions with respect to the base;
A spindle that is supported by the traveling plate so as to be swingable around a first rotation axis with respect to the base, and that supports a machining tool so as to be rotatable around a second rotation axis;
A turntable on which a workpiece is placed and which is arranged to be rotatable around a third rotation axis with respect to the base;
In parallel link processing machine equipped with
The traveling plate is
A first plate in which the other end side of the two sets of rod members among the four sets of rod members is connected via the second rotary joint;
A second plate in which the other ends of the other two sets of the rod members among the four sets of rod members are connected via the second rotary joint;
A plate-to-plate linear motion joint connected to the first plate and the second plate so as to be capable of relative translation;
A main shaft side fixing portion fixed to the main shaft and connected to the first plate via a first rotation bearing, and connected to the second plate via a second rotation bearing so as to be linearly movable with respect to the main shaft side fixing portion. A main shaft side linear motion joint having a linear motion portion formed,
The parallel link processing machine characterized in that the main shaft is swung around the first rotation axis by the relative translation of the first plate and the second plate.

9. The parallel link processing machine according to claim 8, wherein the third rotating shaft does not coincide with the second rotating shaft at a central position in a range in which the main shaft can swing around the first rotating shaft. .

10. The parallel link according to claim 9, wherein the third rotation axis coincides with the second rotation axis at a swing limit position in a range in which the main shaft can swing around the first rotation axis. Processing machine.