JP2014061558A - パラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】箱の内部に対してツールをスムーズに進退させることができるパラレルリンクロボットを提供する。
【解決手段】パラレルリンクロボット１は、ベース部３と、ツールＴの着脱が可能となっており、ベース部３に対して移動させられるエンド部４と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構５と、を備えている。各リンク機構５は、ベース部３に配置された駆動モータ６と、駆動モータ６に連結された第１アーム７と、第１連結部において第１アーム７に連結され且つ第２連結部においてエンド部４に連結された第２アーム８と、を有している。第２アーム８のうち少なくとも第２連結部から第１連結部側に延在する部分は、第１連結部と第２連結部とを通る直線に対して内側に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、パラレルリンクロボットに関する。

産業用ロボットとして、ベース部とエンド部との間に３組のリンク機構が並列に掛け渡されたパラレルリンクロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなパラレルリンクロボットにおいては、３組のリンク機構によって、ベース部に対するエンド部の位置及び姿勢が調整され、エンド部に取り付けられたツールによって、作業対象物に所定の作業が施される。

特開２０１１−５６６６１号公報

上述したようなパラレルリンクロボットでは、例えば箱の内部に荷を詰めるために、エンド部に取り付けられたツールを、箱の開口を介して箱の内部に対して進退させる場合がある。このような場合に、箱の開口の広さに比べて箱の深さが相対的に大きくなると、リンク機構が箱と干渉し、箱の内部に対してツールをスムーズに進退させることが困難になる。

そこで、本発明は、箱の内部に対してツールをスムーズに進退させることができるパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。

本発明のパラレルリンクロボットは、ベース部と、ツールの着脱が可能となっており、ベース部に対して移動させられるエンド部と、ベース部とエンド部との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構と、を備え、リンク機構のそれぞれは、ベース部に配置された駆動源と、駆動源に連結された第１アームと、第１連結部において第１アームに連結され且つ第２連結部においてエンド部に連結された第２アームと、を有し、第２アームのうち少なくとも第２連結部から第１連結部側に延在する部分は、第１連結部と第２連結部とを通る直線に対して内側に位置している。

このパラレルリンクロボットでは、第１連結部において第１アームに連結され且つ第２連結部においてエンド部に連結された第２アームのうち、少なくとも第２連結部から第１連結部側に延在する部分が、第１連結部と第２連結部とを通る直線に対して内側に位置している。これにより、エンド部に取り付けられたツールを、箱の開口を介して箱の内部に対して進退させた場合に、第２連結部から第１連結部側に延在する当該部分が当該直線上に位置しているものに比べ、第２連結部から第１連結部側に延在する当該部分が箱と干渉するのを抑制することができる。よって、このパラレルリンクロボットによれば、箱の内部に対してツールをスムーズに進退させることが可能となる。

また、第２アームは、第１連結部と第２連結部とを通る直線に対して内側に凹むように曲がった形状を有していてもよい。この構成によれば、第２アームのうち第１連結部と第２連結部との間の部分が、第１連結部と第２連結部とを通る直線に対して内側に位置することになるので、第２アームが箱と干渉するのをより一層抑制することができ、箱の内部に対してツールをよりスムーズに進退させることが可能となる。

また、第２アームは、リンク機構のそれぞれに１対設けられており、１対の第２アームは、１対の第２アームにおける第１アーム側の基端部間に掛け渡された第１リンク部と、１対の第２アームにおけるエンド部側の先端部間に掛け渡された第２リンク部と、によって、平行四辺形リンクを構成しており、基端部のそれぞれと第１リンク部とを連結する１対の第１連結軸、及び先端部のそれぞれと第２リンク部とを連結する１対の第２連結軸は、１対の第２アームについての１対の第１連結部及び１対の第２連結部を通る平面に垂直な方向に立設されていてもよい。この構成によれば、１対の第２アームのそれぞれが、第１連結部と第２連結部とを通る直線上に位置していなくても、１対の第２アームを平行四辺形リンクとして動作させることができる。

また、側壁によって画定された開口を有する箱の内部に対して、エンド部が開口を介して進退する場合において、エンド部が箱の内部に位置するときの第２連結部から側壁までの距離をＤ１とし、当該第２連結部から開口までの距離をＤ２とすると、第２アームのうち第２連結部から第１連結部側に延在し且つ箱の内部に位置する部分は、当該第２連結部を通り且つ側壁に垂直な方向に対してθ＝ｔａｎ^−１（Ｄ２／Ｄ１）の角度を成す直線に対して内側に位置していてもよい。この構成によれば、エンド部が箱の内部に位置するときの第２連結部から側壁までの距離がＤ１となり、当該第２連結部から開口までの距離がＤ２となる箱において、第２アームが箱と干渉するのを確実に抑制することができ、箱の内部に対してツールをよりスムーズに進退させることが可能となる。

本発明によれば、箱の内部に対してツールをスムーズに進退させることができるパラレルリンクロボットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態のパラレルリンクロボットが適用されたパラレルリンクロボットシステムの平面図である。 本発明の一実施形態のパラレルリンクロボットの側面図である。 図２のパラレルリンクロボットの下面図である。 図２のパラレルリンクロボットの第２アームの斜視図である。 図２のパラレルリンクロボットの概念図である。 本発明の一実施形態のパラレルリンクロボットの第２アームの変形例の斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、パラレルリンクロボット１は、コンベア５１によって搬送されてくる作業対象物Ｓ（例えば、パッケージされた商品等）をチャックし、コンベア５２上に載置された箱Ｃの内部に作業対象物Ｓを詰めていく産業用ロボットである。コンベア５１上には、パラレルリンクロボット１の上流側に位置するようにカメラ５３が設置されている。パラレルリンクロボット１が備えるコントローラ２は、カメラ５３によって撮像された作業対象物Ｓの画像に基づいて、当該作業対象物Ｓの状態情報（位置、向き、種類等）を取得し、パラレルリンクロボット１の動作を制御する。パラレルリンクロボット１によって所定数の作業対象物Ｓが箱Ｃに詰められると、コンベア５２は、当該箱Ｃを搬出する。本実施形態では、パラレルリンクロボット１、コンベア５１，５２及びカメラ５３によってパラレルリンクロボットシステム１０が構成されている。

図２及び図３に示されるように、パラレルリンクロボット１は、コンベア５１の上方における所定の位置に固定されたベース部３と、ベース部３に対して移動させられるエンド部４と、ベース部３とエンド部４との間に掛け渡された３組のリンク機構５と、を備えている。パラレルリンクロボット１は、３自由度のパラレルメカニズムを採用しており、３組のリンク機構５は、エンド部４を所定の姿勢（本実施形態では、水平）に維持させつつ、ベース部３に対してエンド部４を３軸並進運動させる。エンド部４は、ツールチェンジャ等の構成を有しており、作業対象物Ｓに種々の作業を施すために種々のツールＴの着脱が可能となっている。本実施形態では、作業対象物Ｓを吸引チャックするためのツールＴがエンド部４に取り付けられている。

各リンク機構５は、ベース部３に配置された駆動モータ（駆動源）６と、駆動モータ６に連結された第１アーム７と、第１アーム７に連結され且つエンド部４に連結された１対の第２アーム８と、を有している。各リンク機構５において、駆動モータ６は、ベース部３に設けられたブラケット３ａに固定されている。第１アーム７におけるベース部３側の基端部７ａは、駆動モータ６の回転軸６ａに固定されている。これにより、第１アーム７は、駆動モータ６によって揺動させられる。なお、各駆動モータ６の回転軸６ａの中心線は、同一平面Ｐ１（本実施形態では、水平面）上に位置しており、互いに交差する位置関係を有している。

各リンク機構５において、第１アーム７における第２アーム８側の先端部７ｂは、１対の第２アーム８における第１アーム７側の基端部８ａ，８ａ間に位置しており、各第２アーム８の基端部８ａは、ボールジョイント９ａを介して第１アーム７の先端部７ｂに両側から連結されている。一方、エンド部４の一部は、１対の第２アーム８におけるエンド部４側の先端部８ｂ，８ｂ間に位置しており、各第２アーム８の先端部８ｂは、ボールジョイント９ｂを介してエンド部４の当該一部に両側から連結されている。更に、１対の第２アーム８は、基端部８ａ，８ａ間に掛け渡された第１リンク部１１と、先端部８ｂ，８ｂ間に掛け渡された第２リンク部１２と、によって、平行四辺形リンクを構成している。

図４に示されるように、第１リンク部１１は、一方の基端部８ａに第１連結軸１３を介して回転自在に連結されたリンク部材１１ａと、他方の基端部８ａに第１連結軸１３を介して回転自在に連結されたリンク部材１１ｂと、を有している。リンク部材１１ａとリンク部材１１ｂとは、第１リンク部１１の長さが伸縮可能となるように連結されており、リンク部材１１ａに内蔵された付勢部材１７（例えば、圧縮コイルばね等）によって、第１リンク部１１の長さが縮められる方向に付勢されている。同様に、第２リンク部１２は、一方の先端部８ｂに第２連結軸１４を介して回転自在に連結されたリンク部材１２ａと、他方の先端部８ｂに第２連結軸１４を介して回転自在に連結されたリンク部材１２ｂと、を有している。リンク部材１２ａとリンク部材１２ｂとは、第２リンク部１２の長さが伸縮可能となるように連結されており、リンク部材１２ａに内蔵された付勢部材１７によって、第２リンク部１２の長さが縮められる方向に付勢されている。

これにより、第２アーム８やエンド部４に想定外の外力が作用すると、付勢部材１７による付勢力に抗して第１リンク部１１が伸び、ボールジョイント９ａを介した第２アーム８の基端部８ａと第１アーム７の先端部７ｂとの連結が解除されたり、付勢部材１７による付勢力に抗して第２リンク部１２が伸び、ボールジョイント９ａを介した第２アーム８の基端部８ａと第１アーム７の先端部７ｂとの連結が解除されたりする。したがって、第２アーム８やエンド部４に想定外の外力が作用した際にパラレルリンクロボット１が損傷するのを防止することができる。

第２アーム８は、第１連結部１５と第２連結部１６とを通る直線Ｌ１に対して内側（矢印Ａ側：パラレルリンクロボット１の中心部側、リンク機構５によって包囲される空間の中心部側）に凹むように湾曲している。これにより、第２アーム８のうち第１連結部１５と第２連結部１６との間の部分８ｃは、直線Ｌ１に対して内側に位置している。第１連結部１５は、第２アーム８と第１アーム７との連結部であり、第２連結部１６は、第２アーム８とエンド部４との連結部である。なお、第２アーム８においては、基端部８ａ及び先端部８ｂは金属により形成されており、基端部８ａと先端部８ｂとを結ぶ中間部は炭素繊維強化プラスチックにより形成されている。

また、１対の第２アーム８において、各基端部８ａと第１リンク部１１とを連結する１対の第１連結軸１３は、１対の第１連結部１５及び１対の第２連結部１６を通る平面Ｐ２に垂直な方向に立設されている。同様に、各先端部８ｂと第２リンク部１２とを連結する１対の第２連結軸１４は、当該平面Ｐ２に垂直な方向に立設されている。

更に、図５に示されるように、パラレルリンクロボット１は、側壁Ｃ１によって画定された開口Ｃ２を有する箱Ｃの内部に対して、当該開口Ｃ２を介してエンド部４を進退させる。この場合、エンド部４が箱Ｃの内部に位置するときの第２連結部１６から側壁Ｃ１までの距離をＤ１とし、当該第２連結部１６から開口Ｃ２までの距離をＤ２とすると、第２アーム８のうち第２連結部１６から第１連結部１５側に延在し且つ箱Ｃの内部に位置する部分は、当該第２連結部１６を通り且つ側壁Ｃ１に垂直な方向に対してθ＝ｔａｎ^−１（Ｄ２／Ｄ１）の角度を成す直線Ｌ２（側壁Ｃ１と開口Ｃ２との交線と交差する直線）に対して内側に位置するようになっている。

以上説明したように、パラレルリンクロボット１では、第１連結部１５において第１アーム７に連結され且つ第２連結部１６においてエンド部４に連結された第２アーム８が、第１連結部１５と第２連結部１６とを通る直線Ｌ１に対して内側に凹むように湾曲しており、第２アーム８のうち第１連結部１５と第２連結部１６との間の部分８ｃが、直線Ｌ１に対して内側に位置している。これにより、エンド部４に取り付けられたツールＴを、箱Ｃの開口Ｃ２を介して箱Ｃの内部に対して進退させた場合に、当該部分８ｃが直線Ｌ１上に位置しているものに比べ、第２アーム８が箱Ｃと干渉するのを抑制することができる。よって、パラレルリンクロボット１によれば、箱Ｃの内部に対してツールＴをスムーズに進退させることが可能となる。

また、第２アーム８は、各リンク機構５に１対設けられており、１対の第２アーム８は、１対の第２アーム８の基端部８ａ，８ａ間に掛け渡された第１リンク部１１と、１対の第２アーム８の先端部８ｂ，８ｂ間に掛け渡された第２リンク部１２と、によって、平行四辺形リンクを構成している。そして、１対の第２アーム８において、各基端部８ａと第１リンク部１１とを連結する１対の第１連結軸１３、及び各先端部８ｂと第２リンク部１２とを連結する１対の第２連結軸１４は、１対の第１連結部１５及び１対の第２連結部１６を通る平面Ｐ２に垂直な方向に立設されている。これにより、１対の第２アーム８のそれぞれが、第１連結部１５と第２連結部１６とを通る直線Ｌ１上に位置していなくても、１対の第２アーム８を平行四辺形リンクとして動作させることができる。

また、側壁Ｃ１によって画定された開口Ｃ２を有する箱Ｃの内部に対して、エンド部４が当該開口Ｃ２を介して進退する場合において、エンド部４が箱Ｃの内部に位置するときの第２連結部１６から側壁Ｃ１までの距離をＤ１とし、当該第２連結部１６から開口Ｃ２までの距離をＤ２とすると、第２アーム８のうち第２連結部１６から第１連結部１５側に延在し且つ箱Ｃの内部に位置する部分は、当該第２連結部１６を通り且つ側壁Ｃ１に垂直な方向に対してθ＝ｔａｎ^−１（Ｄ２／Ｄ１）の角度を成す直線Ｌ２に対して内側に位置している。これにより、エンド部４が箱Ｃの内部に位置するときの第２連結部１６から側壁Ｃ１までの距離がＤ１となり、当該第２連結部１６から開口Ｃ２までの距離がＤ２となる箱Ｃにおいて、第２アーム８が箱Ｃと干渉するのを確実に抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第２アーム８のうち第１連結部１５と第２連結部１６との間の部分８ｃが、第１連結部１５と第２連結部１６とを通る直線Ｌ１に対して内側に位置していたが、第２アーム８のうち少なくとも第２連結部１６から第１連結部１５側に延在する部分が直線Ｌ１に対して内側に位置していればよい。

また、上記実施形態では、第２アーム８が直線Ｌ１に対して内側に凹むように湾曲していたが、これに限定されない。変形例として、図６に示されるように、第２アーム８は、直線Ｌ１に対して内側に凹むように屈曲していてもよい。この例では、基端部８ａ及び先端部８ｂのそれぞれに、炭素繊維強化プラスチックによりパイプ状に形成された直線状の部材８ｅが接続されており、互いに交差する位置関係を有する直線状の部材８ｅ，８ｅ同士が、金属により形成された継手８ｄによって連結されている。つまり、第２アーム８が直線Ｌ１に対して内側に凹むように曲がった形状を有していれば、第２アーム８のうち第１連結部１５と第２連結部１６との間の部分８ｃが、直線Ｌ１に対して内側に位置することになる。

また、パラレルリンクロボット１は、３組のリンク機構５を備えるものに限定されず、４組以上のリンク機構５を備えていてもよい。また、リンク機構５の駆動源は、駆動モータ６に限定されず、他のアクチュエータであってもよい。

１…パラレルリンクロボット、３…ベース部、４…エンド部、５…リンク機構、６…駆動モータ（駆動源）、７…第１アーム、８…第２アーム、８ａ…基端部、８ｂ…先端部、１１…第１リンク部、１２…第２リンク部、１３…第１連結軸、１４…第２連結軸、１５…第１連結部、１６…第２連結部。

Claims (4)

1. ベース部と、
   ツールの着脱が可能となっており、前記ベース部に対して移動させられるエンド部と、
   前記ベース部と前記エンド部との間に掛け渡された少なくとも３組のリンク機構と、を備え、
   前記リンク機構のそれぞれは、
   前記ベース部に配置された駆動源と、
   前記駆動源に連結された第１アームと、
   第１連結部において前記第１アームに連結され且つ第２連結部において前記エンド部に連結された第２アームと、を有し、
   前記第２アームのうち少なくとも前記第２連結部から前記第１連結部側に延在する部分は、前記第１連結部と前記第２連結部とを通る直線に対して内側に位置している、パラレルリンクロボット。
2. 前記第２アームは、前記第１連結部と前記第２連結部とを通る前記直線に対して内側に凹むように曲がった形状を有している、請求項１記載のパラレルリンクロボット。
3. 前記第２アームは、前記リンク機構のそれぞれに１対設けられており、
   １対の前記第２アームは、１対の前記第２アームにおける前記第１アーム側の基端部間に掛け渡された第１リンク部と、１対の前記第２アームにおける前記エンド部側の先端部間に掛け渡された第２リンク部と、によって、平行四辺形リンクを構成しており、
   前記基端部のそれぞれと前記第１リンク部とを連結する１対の第１連結軸、及び前記先端部のそれぞれと前記第２リンク部とを連結する１対の第２連結軸は、１対の前記第２アームについての１対の前記第１連結部及び１対の前記第２連結部を通る平面に垂直な方向に立設されている、請求項１又は２記載のパラレルリンクロボット。
4. 側壁によって画定された開口を有する箱の内部に対して、前記エンド部が前記開口を介して進退する場合において、前記エンド部が前記箱の前記内部に位置するときの前記第２連結部から前記側壁までの距離をＤ１とし、当該第２連結部から前記開口までの距離をＤ２とすると、前記第２アームのうち前記第２連結部から前記第１連結部側に延在し且つ前記箱の前記内部に位置する部分は、当該第２連結部を通り且つ前記側壁に垂直な方向に対してθ＝ｔａｎ^−１（Ｄ２／Ｄ１）の角度を成す直線に対して内側に位置している、請求項１〜３のいずれか一項記載のパラレルリンクロボット。

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