JP2017193035A - Device for moving and positioning of element in space - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an industrial robot for use in an industrial process including a pick-and-place (picking up and placing), which has advantages such as mechanical amplification, stability, load resisting perform, and improved dynamic characteristics.SOLUTION: An industrial robot includes a parallel kinematics mechanism, which provides three degrees of freedom to a ring structure, while keeping the ring structure in an orientation substantially fixed to a reference surface established by a static base plate. A pivot sleeve is suspended in the static base plate, and can pivot on two right angle axes of an intermediate gimbal. A slender bulging rod is attached in the pivot sleeve, and extends from an upper end to a lower end through the pivot sleeve. An end effector is attached to the lower end of the slender bulging rod, and arranged for carrying a work element. The gimbal ring is positioned at the upper end and the lower end of the slender bulging rod, and is interconnected by a control linkage so as to keep the end effector generally in parallel with the ring structure during the movement of the end effector over a three-dimentional work frame.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ロボット技術、より具体的には、機械的増幅、安定性、負荷耐性能力、および改善した動特性という利点を有する、ピックアンドプレイス(持ち上げて置く)操作を含む産業プロセスにおける使用のためのロボットに関する。   The present invention is intended for use in robotic technology, and more particularly in industrial processes, including pick and place operations, having the advantages of mechanical amplification, stability, load-bearing capability, and improved dynamic characteristics. For robots.

産業プロセスの柔軟な自動化のための産業ロボットの使用は、時間のかかる、単調で困難な作業を置き換えるために、ますます一般的になってきている。そのような作業は、例えば、チョコレートまたは類似の壊れ易いもしくは小さな対象物などのような菓子製品をコンベヤベルトから運び、対象物が別個のコンベヤベルト上で動いている場合に高速かつ高精度で、所定位置に、例えば、箱の中に置くことであり得る。小さくて繊細な対象物を高速かつ高精度で効果的に取り扱うことができる能力は、産業プロセスの自動化において大いに求められている。   The use of industrial robots for flexible automation of industrial processes is becoming increasingly common to replace time-consuming, tedious and difficult tasks. Such work is fast and accurate when, for example, a confectionery product such as chocolate or similar fragile or small object is carried from a conveyor belt and the object is moving on a separate conveyor belt, It can be placed in place, for example in a box. The ability to handle small and sensitive objects effectively at high speed and with high accuracy is greatly demanded in the automation of industrial processes.

(パラレルロボットとしても知られる)デルタ型ロボットは、様々な産業において、例えば、食品産業および製薬産業において、用途がある。デルタロボットは、R.Clavelによって1985年に最初に開発され、米国特許第4,976,582号(Clavel)に記載される。デルタロボットは、特に軽量食品の包装についてそれらの価値を証明した。なぜなら、それらは、ピックアンドプレイス適用を実行するために極めて高速度および高精度を可能にするからであり、例えば、コンベヤベルトから製品を持ち上げてそれらをボール箱内に置くために、包装機械産業において効果的に使用され得る。デルタロボットは、典型的には、3自由度(3DoF)を有すると共に、より簡易で、より小型の構造、および好都合な動特性を有するパラレルロボットである。   Delta robots (also known as parallel robots) have applications in various industries, for example in the food and pharmaceutical industries. Delta Robot First developed by Clav in 1985 and described in US Pat. No. 4,976,582 (Clavel). Delta robots have proved their value, especially for lightweight food packaging. Because they allow extremely high speed and high precision to perform pick and place applications, for example, to lift the products from the conveyor belt and place them in a cardboard box Can be used effectively. Delta robots are typically parallel robots that have three degrees of freedom (3 DoF) and have a simpler, smaller structure, and favorable dynamics.

デルタロボットは、パラレルロボットであり、すなわち、それは、複数の運動連鎖、例えば、ベースをエンドエフェクタと接続する中部接合アームから成る。デルタロボットの重要な概念は、エンドエフェクタがその上に取り付けられるプラットフォームの運動を単一の並進、すなわち、回転のないX、Y、またはZ方向における運動のみに制限する、平行四辺形の使用である。ロボットのベースは、作業空間の上方に取り付けられる。複数のアクチュエータ、例えば、3つのモータが、ベースに等距離に取り付けられる。ベースから、3つの中部接合アームが延出する。これらのアームの端部は、小型プラットフォームに接続される。中部接合アームの作動は、プラットフォームをX、Y、またはZ方向に沿って動かす。作動は、減速(直接駆動)を用いてもしくは用いずに、リニアまたは回転アクチュエータで行われ得る。アクチュエータは、ベース内に全て位置するので、中部接合アームは、軽複合材料で製造され得る。この結果として、デルタロボットの動く部分は、小さな慣性を有する。これは、超高速および高加速度を可能にする。全てのアームをエンドエフェクタに共に接続させることは、ロボット剛性を増大させるが、その作業量を減らす。各中部接合アームは、上部アームと、枢動式に連結された下部アームと、から成る。各下部アームは、平行四辺形を形成する2つの平行ロッドで形成される。下部アームは、2つの平行ロッドから成るので、エンドエフェクタは、常に、それの上方に位置するベースプレートに対して平行に動く。これはまた、平行四辺形をベースとする制御、またはパラレル運動学(parallel kinematics)として知られる。少なくとも3組のアームが、3次元を通るエンドエフェクタの概ね並進のみの動きを提供するために必要であることに留意する。   A delta robot is a parallel robot, i.e. it consists of a plurality of kinematic chains, e.g. a middle joint arm connecting a base with an end effector. An important concept for delta robots is the use of a parallelogram that limits the movement of the platform on which the end effector is mounted to a single translation, ie, movement in the X, Y, or Z direction without rotation. is there. The base of the robot is attached above the work space. A plurality of actuators, for example, three motors, are attached to the base at equal distances. From the base, three middle joining arms extend. The ends of these arms are connected to a small platform. Actuation of the middle joining arm moves the platform along the X, Y, or Z direction. Actuation can be performed with linear or rotary actuators with or without deceleration (direct drive). Since the actuators are all located within the base, the middle joining arm can be made of light composite material. As a result of this, the moving part of the delta robot has a small inertia. This allows for ultra high speed and high acceleration. Connecting all the arms together to the end effector increases the robot stiffness but reduces its workload. Each middle joint arm consists of an upper arm and a lower arm pivotally connected. Each lower arm is formed of two parallel rods that form a parallelogram. Since the lower arm consists of two parallel rods, the end effector always moves parallel to the base plate located above it. This is also known as parallelogram-based control, or parallel kinematics. Note that at least three sets of arms are required to provide generally translation-only movement of the end effector through three dimensions.

使用中、デルタロボットは、小さな対象物を迅速にかつ高い精密度で把持して動かすためにコンベヤ型システムの上に吊り下げられ得る。エンドエフェクタは、特定機能またはタスクを実行するために工具または他のデバイスを支持するように配設される。アクチュエータの旋回によって、エンドエフェクタは、X、Y、およびZ軸によって形成された3次元空間において、利用可能な作業空間の任意の所望の位置まで操縦され得る。加えて、デルタロボットのエンドエフェクタは、通常、視覚誘導機能が装備されており、その結果、コンベヤに沿って動く対象物は、持ち上げてボール箱、ケース等の中に置くために特定され得る。   In use, a delta robot can be suspended on a conveyor-type system to grip and move small objects quickly and with high precision. The end effector is arranged to support a tool or other device to perform a specific function or task. By pivoting the actuator, the end effector can be steered to any desired position in the available work space in the three-dimensional space formed by the X, Y, and Z axes. In addition, the end effector of a delta robot is typically equipped with a visual guidance function so that an object moving along the conveyor can be identified for lifting and placing in a cardboard box, case or the like.

比較的大きな距離、すなわち、コンベヤベルトの幅にわたる高速運動は、いくつかのアームの高速運動を要求する。これは、実際には、ロボットアームが低質量慣性を有する場合にのみ可能であり、それは、デルタロボットの場合において、軽量材料の使用によって実現され、その結果、デルタロボットの質量慣性が最小限にされる。しかしながら、デルタロボットの構造における軽量材料の使用は、デルタロボットが受け得る負荷をかなり制限し、それは、デルタロボットが、軽い把持具で軽い対象物を把持するためにのみ使用され得ることを意味する。この理由のために、その有用性および実際の用途が限定される。より強固な部分および構成要素の使用は、より重い対象物を把持するための機能を提供するであろうが、そのような利益は、高質量慣性に起因する速度の低減を犠牲にして生じる。また、デルタロボットの構築に使用される軽量材料は、強固性が低い傾向があり、連続的な生産サイクルタイム、例えば、24時間のサイクルタイムを提供することができない。また、多くの軽量材料は、他の種類の産業用機械に利用されるより強固な部分および構成要素のような少ない保守ならびに頻繁ではない修理という利益をもたらすことができない。   High speed movement over a relatively large distance, ie the width of the conveyor belt, requires high speed movement of several arms. This is actually possible only if the robot arm has a low mass inertia, which is achieved in the case of a delta robot by the use of lightweight materials, so that the mass inertia of the delta robot is minimized. Is done. However, the use of lightweight materials in the structure of a delta robot significantly limits the load that the delta robot can receive, which means that the delta robot can only be used to grip a light object with a light gripper. . For this reason, its usefulness and practical applications are limited. The use of stronger parts and components will provide the ability to grip heavier objects, but such benefits come at the expense of speed reduction due to high mass inertia. Also, the lightweight materials used in the construction of delta robots tend to be less robust and cannot provide a continuous production cycle time, for example a 24-hour cycle time. Also, many lightweight materials cannot provide the benefit of less maintenance and less frequent repairs, such as the stronger parts and components utilized in other types of industrial machines.

一般に、食料品産業においてまたは製薬用途において、デルタロボットの構成要素を容易に清掃できることが重要である。例えば、デルタロボットは、運ばれている生の鶏の部分などのような食料品に近接して位置する多くの部分、例えば、アームを含み得る。操作の間、これらの部分は、鶏の部分から遮蔽されることができず、デルタロボットの洗い流しおよび掃除を時間のかかるものかつ費用のかかる作業にさせる。部分および構成要素が、そのような洗い流しおよび掃除の要求を減らすか排除するように、持ち上げられて置かれる食品または他の材料から遮蔽され得る、産業ロボットを提供することは、当分野内における改良になるであろう。   In general, it is important that the components of the delta robot can be easily cleaned in the food industry or in pharmaceutical applications. For example, a delta robot may include a number of parts, such as arms, located in close proximity to food items such as the part of a raw chicken being carried. During operation, these parts cannot be shielded from the chicken parts, making delta robots flushing and cleaning a time-consuming and expensive task. It is an improvement within the art to provide an industrial robot in which parts and components can be shielded from food or other materials placed elevated so as to reduce or eliminate such flushing and cleaning requirements. It will be.

また、多くの産業プロセスにおいて、例えば、ピックアンドプレイス操作などにおいて、ロボットが、全方向における広い可動域を提示することが重要である。その全般的な設計が原因で、伝統的なデルタロボットのエンドエフェクタは、エンドエフェクタが運動の何の機械的拡張の利益も享受しないという点で、限定された可動域を有する。更に、Z軸方向における広い可動域は、コンベヤベルトから製品を持ち上げて、それらを輸送のために深いボール箱またはケースの中に置くために不可欠である。それらがそれらの可動域を通って動く際に、側方に延出するデルタロボットの枢動可能なアームの設計の結果として、側方に延出するアームは、ボール箱またはケースの中へのそのような深さまでの製品の配置の妨げになることが多い。また、デルタロボットを用いて、Z軸方向における可動域の漸次的増加を得るために、アームの長さをかなり増やす必要があり、それは、重量を追加し、生産サイクルタイムを減らす。   Also, in many industrial processes, for example, in pick and place operations, it is important that the robot presents a wide range of motion in all directions. Due to its overall design, the traditional delta robot end effector has a limited range of motion in that the end effector does not benefit from any mechanical expansion of motion. Furthermore, a wide range of motion in the Z-axis direction is essential for lifting products from the conveyor belt and placing them in a deep cardboard box or case for transport. As a result of the design of the pivotable arm of the delta robot that extends laterally as they move through their range of motion, the laterally extending arm is moved into the cardboard box or case. Often this hinders product placement to such depths. Also, to obtain a gradual increase in range of motion in the Z-axis direction using a delta robot, the arm length needs to be increased significantly, which adds weight and reduces production cycle time.

上述の理由のために、当分野内において改善の余地がある。   For the reasons described above, there is room for improvement within the field.

産業ロボットは、リング構造を、静止ベースプレートによって確立された基準面に対して実質的に固定された向きに維持しながら、3自由度をリング構造に提供する、パラレル運動学機構を含む。枢動スリーブが、静止ベースプレート内で吊り下げられ、中間ジンバルの2つの直角軸上で枢動し得る。細長い張り出し棒が、枢動スリーブ内に取り付けられ、上部端から枢動スリーブを通って下部端まで延出する。エンドエフェクタが、細長い張り出し棒の下部端に取り付けられ、作業要素を運ぶために配設される。ジンバルリングが、細長い張り出し棒の上部端と下部端に位置し、エンドエフェクタを、3次元作業枠にわたるエンドエフェクタの運動の間にリング構造に対して略平行に維持するように、制御リンケージによって相互接続される。   The industrial robot includes a parallel kinematic mechanism that provides the ring structure with three degrees of freedom while maintaining the ring structure in a substantially fixed orientation relative to a reference plane established by a stationary base plate. A pivot sleeve can be suspended in the stationary base plate and pivoted on two perpendicular axes of the intermediate gimbal. An elongated overhanging rod is mounted within the pivot sleeve and extends from the upper end through the pivot sleeve to the lower end. An end effector is attached to the lower end of the elongated overhang and is arranged to carry the working element. The gimbal rings are located at the upper and lower ends of the elongated overhanging bar and are interconnected by the control linkage so that the end effector is maintained substantially parallel to the ring structure during the movement of the end effector across the three-dimensional work frame. Connected.

図1は、透視線で例示されたコンベヤの上に位置する本発明の産業ロボットの実施形態の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of an industrial robot of the present invention located on a conveyor exemplified by perspective lines. 図2は、下げられた位置にある張り出し棒を例示する本発明の産業ロボットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the industrial robot of the present invention illustrating the overhanging bar in the lowered position. 図3は、関節接合された位置にある張り出し棒を例示する本発明の産業ロボットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the industrial robot of the present invention illustrating the overhanging rod in the articulated position. 図4は、本発明の産業ロボットの好適な実施形態の頂部部分の拡大斜視図である。FIG. 4 is an enlarged perspective view of the top portion of the preferred embodiment of the industrial robot of the present invention. 図5は、図4の5−5線に沿って取られた拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 図6は、図1の6−6線に沿って取られた拡大断面図である。6 is an enlarged sectional view taken along line 6-6 of FIG. 図7は、別の関節接合された位置にある本発明の産業ロボットの好適な実施形態の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a preferred embodiment of the industrial robot of the present invention in another articulated position. 図8は、エンドエフェクタを固定された向きに保持する内部リンケージを例示する概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the internal linkage that holds the end effector in a fixed orientation. 図9は、図1の9−9線に沿って取られた拡大断面図である。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG. 図10は、本発明の産業ロボットの好適な実施形態のエンドエフェクタ部分の拡大斜視図である。FIG. 10 is an enlarged perspective view of an end effector portion of a preferred embodiment of the industrial robot of the present invention. 図11は、ロボットが関節接合された位置にあるときの本発明の産業ロボットの好適な実施形態のエンドエフェクタ部分の拡大斜視図である。FIG. 11 is an enlarged perspective view of the end effector portion of the preferred embodiment of the industrial robot of the present invention when the robot is in the articulated position.

次に、同様の数字がいくつかの図面全体を通して同様の構成要素を表わす図面をより詳細に参照にすると、数字20によって広く指定される本発明の産業ロボットの実施形態が、図1〜7に示される。この用途において、ロボット20が、コンベヤベルト24の近接に位置して示され、また、この用途において、(向きが揃ったまたは向きが揃っていない)対象物をベルト24から持ち上げ、それらを輸送のためにトレイの上にまたはボール箱(図示しない)の中に置く。この高速ピックアンドプレイス用途における産業ロボット20の使用は、単なる例となるものであり、本発明のロボット20は、例えばアセンブリなどの他の高速用途、ならびに製薬および医療用途のために利用され得ることを理解されたい。図1〜7に最も良く示されるように、産業ロボット20は、ベースプレート28を生産設備内の適切な表面(図示しない)に取り付けるために、例えば、ボルト締めするために、複数の貫通孔32を含む静止ベースプレート28を含む。   Referring now more particularly to the drawings in which like numerals represent like components throughout the several views, an embodiment of the industrial robot of the present invention broadly designated by the numeral 20 is shown in FIGS. Indicated. In this application, the robot 20 is shown in close proximity to the conveyor belt 24, and in this application, objects (either oriented or not oriented) are lifted from the belt 24 and transported. Place it on a tray or in a cardboard box (not shown). The use of the industrial robot 20 in this high speed pick and place application is merely an example, and the robot 20 of the present invention can be utilized for other high speed applications such as assembly, as well as pharmaceutical and medical applications. I want you to understand. As best shown in FIGS. 1-7, the industrial robot 20 has a plurality of through holes 32 for attaching, for example, bolting, the base plate 28 to a suitable surface (not shown) within the production facility. A stationary base plate 28 is included.

図1、5および6に最も良く示されるように、ベースプレート28は、概ね矩形形状であり、中心開口部36を含み、その開口部を通って張り出し棒40が延出する。パラレル運動学的構造は、中心開口部36を取り囲むベースプレート28に取り付けられる。パラレル運動学的構造は、ベースプレート28に取り付けられたアクチュエータ44と、そのアクチュエータ44から上側に延出する制御アーム48と、を含む。制御アーム48は、上部外部リング52の運動を単一の並進、すなわち、回転なしのX、Y、またはZ方向における運動のみに制限する平行四辺形形状リンク76を含む。パラレル運動学的構造は、デルタロボットに造りが類似し得る。しかしながら、発明は、他の造りのパラレル運動学的構造を意図する。   As best shown in FIGS. 1, 5 and 6, the base plate 28 is generally rectangular in shape and includes a central opening 36 through which an overhang bar 40 extends. The parallel kinematic structure is attached to a base plate 28 that surrounds the central opening 36. The parallel kinematic structure includes an actuator 44 attached to the base plate 28 and a control arm 48 extending upward from the actuator 44. The control arm 48 includes a parallelogram shaped link 76 that restricts the movement of the upper outer ring 52 to only a single translation, ie, movement in the X, Y, or Z direction without rotation. A parallel kinematic structure can be similar in structure to a delta robot. However, the invention contemplates other forms of parallel kinematic structures.

図6に最も良く示されるように、ベースプレート28は、それにボルト締めされたまたは溶接された複数の直立フランジ56a、56b、および56cを含み、それらのフランジは、中心開口部36の上に位置する溶接された補強区分64a、64b、および64cを有する三角形状構造60を共に形成する。三角形構造60から径方向に延出するものは、複数の取り付けフランジ68であり、それらのフランジは、任意の適切な手段、例えば、溶接によってベースプレート28に連結される。複数のアクチュエータ44は、取り付けフランジ68に取り付けられ、取り付けフランジ68は、任意の適切な金物類、例えば、ボルトを利用する。各アクチュエータ44は、それにつなげられた制御アーム48のための駆動源として機能する。図1に最も良く示されるように、各制御アーム48は、平行四辺形リンク76に枢動可能につなげられた駆動リンク72を含む。特に、各アクチュエータ44は、クランクに接続された駆動リンク72の位置を変えるために回転されるクランクを含む。この回転によって、駆動リンク72の先端72aが、上側に動き、ベースプレート28に位置する複数のT字形状の隙間開口部80のうちの1つを通って下側に動くことができる。以下の記載において、「駆動リンク72が上側に回転する」は、先端72aが上側に動くように駆動リンク72が回転することを示し、「駆動リンク72が下側に回転する」は、先端72aが下側に動くように駆動リンク72が回転することを示す。   As best shown in FIG. 6, the base plate 28 includes a plurality of upstanding flanges 56 a, 56 b, and 56 c that are bolted or welded thereto, which are located above the central opening 36. Together, a triangular structure 60 having welded reinforcement sections 64a, 64b, and 64c is formed. Extending radially from the triangular structure 60 are a plurality of mounting flanges 68 that are connected to the base plate 28 by any suitable means, such as welding. The plurality of actuators 44 are attached to a mounting flange 68 that utilizes any suitable hardware, such as bolts. Each actuator 44 functions as a drive source for a control arm 48 connected thereto. As best shown in FIG. 1, each control arm 48 includes a drive link 72 pivotally connected to a parallelogram link 76. In particular, each actuator 44 includes a crank that is rotated to change the position of the drive link 72 connected to the crank. This rotation allows the distal end 72 a of the drive link 72 to move upward and move downward through one of the plurality of T-shaped gap openings 80 located in the base plate 28. In the following description, “the drive link 72 rotates upward” means that the drive link 72 rotates so that the tip 72a moves upward, and “the drive link 72 rotates downward” means “the tip 72a. It shows that the drive link 72 rotates so that can move downward.

図1に最も良く示されるように、各駆動リンク72の先端76には、貫通孔が設けられており、平坦端を有する回転可能な旋回ロッド78がその貫通孔の中に位置する。各駆動リンク72は、対応する平行四辺形リンク76に枢動式に接続され、例えば、ボルト締めされ、その平行四辺形リンクは、駆動リンクによってリンク式に駆動される。次に、図1および4を参照にすると、各平行四辺形リンク76が、駆動リンク72と上部外部リング52との間で互いに略鉛直におよび平行に延出する2つの棒形状部材88を含む。図4に最も良く示されるように、上部外部リング52は、複数の筐体96を含み、各筐体96は、旋回ロッド78をその中に収容するように提供され、旋回ロッド78は、その中に回転可能に取り付けられた平坦端を含む。筐体96、例えば、3つの筐体が、コネクタ要素100を通してボルト締めまたは他の適切な手段によって互いに接続される。共に、筐体96およびコネクタ区分100は、上部外部リング52を形成し、その上部外部リングは、概ね六角形状である。櫂形状コネクタ104は、任意の適切な手段、例えば、ボルト締めによって、各棒形状部材88の上部端および下部端に締結される。各棒部材88の両端に締結された櫂形状コネクタを用いて、それらの上部端には、棒部材88が、各筐体96内に位置する旋回ロッド78に締結され得、例えば、ボルト締めされ得る。それらの下部端には、棒部材88が、各駆動リンク72の先端76に位置する旋回ロッド78に締結され得、例えば、ボルト締めされ得る。共に、略平行な棒部材88および略平行な旋回ロッド78は、平行四辺形リンク76の平行四辺形形状を形成する。平行四辺形リンク76の少なくとも2つの上部端を上部外部リング52に接続することによって、上部外部リング52の運動が、単一の並進運動(3自由度のみを有する運動、X、Y、またはZ方向における並進)に制限される。このようにして、上部外部リング52は、制御アーム48の動きが何であろうとも、固定された向きのままである。複数の制御アーム48は、ベースプレート28に対しておよび互いに対して完全に持ち上げられた位置と完全に下げられた位置との間の異なる位置において動くことができ、上部外部リング52を実質的に固定された向きに維持しながら、上部外部リング52を3次元空間内での異なる高さ位置および水平位置まで動かす。   As best shown in FIG. 1, the distal end 76 of each drive link 72 is provided with a through hole in which a rotatable swivel rod 78 having a flat end is located. Each drive link 72 is pivotally connected to a corresponding parallelogram link 76, for example, bolted, and the parallelogram link is driven in a link manner by the drive link. 1 and 4, each parallelogram link 76 includes two bar-shaped members 88 that extend generally vertically and parallel to each other between the drive link 72 and the upper outer ring 52. . As best shown in FIG. 4, the upper outer ring 52 includes a plurality of housings 96, each housing 96 being provided to receive a swivel rod 78 therein, the swivel rod 78 having its Includes a flat end rotatably mounted therein. Housing 96, eg, three housings, are connected to each other by bolting or other suitable means through connector element 100. Together, the housing 96 and the connector section 100 form an upper outer ring 52 that is generally hexagonal in shape. The hook-shaped connector 104 is fastened to the upper and lower ends of each bar-shaped member 88 by any suitable means, such as bolting. Using hook-shaped connectors fastened to both ends of each bar member 88, at their upper ends, bar members 88 can be fastened to swivel rods 78 located within each housing 96, for example, bolted obtain. At their lower ends, rod members 88 can be fastened to swivel rods 78 located at the distal ends 76 of each drive link 72 and can be bolted, for example. Together, the substantially parallel bar member 88 and the substantially parallel swivel rod 78 form the parallelogram shape of the parallelogram link 76. By connecting at least two upper ends of the parallelogram link 76 to the upper outer ring 52, the movement of the upper outer ring 52 is converted into a single translational movement (movement with only three degrees of freedom, X, Y, or Z Translation in direction). In this way, the upper outer ring 52 remains in a fixed orientation no matter what the control arm 48 moves. The plurality of control arms 48 can move in different positions relative to the base plate 28 and relative to each other between a fully raised position and a fully lowered position, substantially fixing the upper outer ring 52. The upper outer ring 52 is moved to different height and horizontal positions in three-dimensional space while maintaining the oriented orientation.

次に、図4、5および8を参照にすると、上部外部リング52が、上部外部リングの周辺の両端上に位置する2つの車軸区分108および112を含む。車軸108および112は、図4における任意の適切な手段、例えば、ボルト108aによって上部外部リング52に連結される。車軸区分108および112は、同軸であり、第1の上部軸110を形成するように上部外部リング52の周辺から内側に延出する。図4および5に最も良く示されるように、車軸108は、筐体42内のスロット42aを通過する。上部ジンバルリング116は、これらの車軸区分108および112上に回転可能に取り付けられる。図5に示されるように、上部ジンバルリング116は、八角形状であるが、他の形状が、発明の範囲内で利用され得る。同様に、上部ジンバルリング116が、上部ジンバルリングの外周の両端上に位置する2つの車軸区分120および124を含む。車軸区分120および124は、第2の上部軸122に沿ってあり、上部ジンバルリング116の周辺から内側に延出する。上部ジンバルリング116の車軸区分は、上部外部リング52の車軸区分108および112に対して90度に配向される。その上部端では、張り出し棒40が、(図4および5に最も良く示される)八角形状筐体42を含む。張り出し棒40のこの筐体42が、上部ジンバルリング116の車軸区分120および124上に取り付けられる。このようにして、張り出し棒40の運動は、X、Y、およびZ方向における上部外部リング52の並進運動と独立したままとなる。   4, 5 and 8, the upper outer ring 52 includes two axle sections 108 and 112 located on opposite ends of the periphery of the upper outer ring. The axles 108 and 112 are connected to the upper outer ring 52 by any suitable means in FIG. 4, for example, bolts 108a. The axle sections 108 and 112 are coaxial and extend inwardly from the periphery of the upper outer ring 52 to form a first upper shaft 110. As best shown in FIGS. 4 and 5, the axle 108 passes through a slot 42 a in the housing 42. Upper gimbal ring 116 is rotatably mounted on these axle sections 108 and 112. As shown in FIG. 5, the upper gimbal ring 116 is octagonal, although other shapes may be utilized within the scope of the invention. Similarly, the upper gimbal ring 116 includes two axle sections 120 and 124 located on both ends of the outer periphery of the upper gimbal ring. The axle sections 120 and 124 are along the second upper shaft 122 and extend inwardly from the periphery of the upper gimbal ring 116. The axle section of the upper gimbal ring 116 is oriented 90 degrees with respect to the axle sections 108 and 112 of the upper outer ring 52. At its upper end, the overhang bar 40 includes an octagonal housing 42 (best shown in FIGS. 4 and 5). This housing 42 of the overhang bar 40 is mounted on the axle sections 120 and 124 of the upper gimbal ring 116. In this way, the motion of the overhang bar 40 remains independent of the translational motion of the upper outer ring 52 in the X, Y, and Z directions.

図1および4に最も良く示されるように、アクチュエータ44は、筐体42の上方の張り出し棒40に連結される。筐体42の底部で連結された、張り出し棒40が、上部ジンバルリング116の下側におよび下方に延出する概ね円筒状部分126を含む。その後、円筒状部分126が、ベースプレート28における中心開口部36を通って、エンドエフェクタ128が位置する遠位端40bまで延出する。図6に最も良く示されるように、回転シャフト132は、エンドエフェクタ128に取り付けられた工具(図示しない)で筐体42の上方に連結されたアクチュエータ44を接続するように、張り出し棒40内に中心的に延出する。回転シャフト132は、無制限の回転能力をエンドエフェクタ128に取り付けられた工具(図示しない)に提供する。   As best shown in FIGS. 1 and 4, the actuator 44 is coupled to an overhanging bar 40 above the housing 42. An overhang bar 40 connected at the bottom of the housing 42 includes a generally cylindrical portion 126 that extends below and below the upper gimbal ring 116. The cylindrical portion 126 then extends through the central opening 36 in the base plate 28 to the distal end 40b where the end effector 128 is located. As best shown in FIG. 6, the rotating shaft 132 is within the overhanging bar 40 to connect the actuator 44 coupled above the housing 42 with a tool (not shown) attached to the end effector 128. Extends centrally. The rotating shaft 132 provides unlimited rotational capability to a tool (not shown) attached to the end effector 128.

次に、図1、5、6、および8を参照にすると、ベースプレート28の中心開口部36は、その中における張り出し棒40の枢動運動のための中部枢動点として機能する。具体的には、車軸区分136が、直立フランジ56cの長さに沿ってほぼ中間に設けられ、対向する車軸区分140が、ボルト締めされた補強区分64cの長さに沿ってほぼ中間に設けられる。対向する車軸区分136および140は、任意の適切な金物類、例えば、ボルト142を利用して、直立フランジ56cにおよび連結された補強区分64cに固定され得る。車軸区分136および140は、第1の中心軸138(図8)を形成するように同軸である。車軸区分は、それらのそれぞれの取り付け表面から内側に延出する。中央ジンバルリング144は、取り付け孔(図示しない)が設けられており、それがベースプレート28の中心開口部36内で車軸区分136および140上に回転可能に取り付けられることを可能にする。中心開口部36は、その中における中央ジンバルリング144の回転運動を許容するほど十分に大きい。このようにして、中央ジンバルリング144は、車軸区分136および140によって形成された第1の中心軸138を中心に自由に回転できる。同様に、中央ジンバルリング144は、類似の様態でそれに取り付けられた車軸区分148および152が設けられている。車軸区分148および152は、任意の適切な金物類を使用して中央ジンバルリング144に取り付けられ、中央ジンバルリング144の周辺の両側上に位置し、かつ内側に延出する。車軸区分148および152は、車軸区分136および140に対して90度に配向され、第1の中心軸138に直角である第2の中心軸150(図8)を定義する。第1および第2の中心軸の交差点が、中部枢動点156(図8)を定義する。枢動スリーブ160は、中央ジンバルリング144の車軸区分148および152に取り付けられ、中央ジンバルリング144を通って延出する。このようにして、中部枢動点156が、枢動スリーブ160内に中心的に位置し、枢動スリーブ160が中部枢動点156を中心に任意の方向に枢動することを可能にする。図6に最も良く示されるように、張り出し棒40が、枢動スリーブ160を通って延出する。このようにして、張り出し棒40は、ベースプレート28の中心開口部36内において全方向に中部枢動点156を中心に枢動することができる。加えて、張り出し棒40は、完全に持ち上げられた位置から完全に下げられた位置までの制御アーム48の運動に基づいて、枢動スリーブ160内で上下に自由に摺動することができる。   Referring now to FIGS. 1, 5, 6, and 8, the central opening 36 of the base plate 28 serves as the middle pivot point for the pivoting movement of the overhang bar 40 therein. Specifically, the axle section 136 is provided approximately midway along the length of the upstanding flange 56c, and the opposing axle section 140 is provided approximately midway along the length of the bolted reinforcement section 64c. . Opposing axle sections 136 and 140 may be secured to upstanding flange 56c and to connected reinforcement section 64c using any suitable hardware, e.g., bolt 142. The axle sections 136 and 140 are coaxial so as to form a first central axis 138 (FIG. 8). Axle segments extend inwardly from their respective mounting surfaces. The central gimbal ring 144 is provided with a mounting hole (not shown) that allows it to be rotatably mounted on the axle sections 136 and 140 within the central opening 36 of the base plate 28. The central opening 36 is large enough to allow rotational movement of the central gimbal ring 144 therein. In this manner, the central gimbal ring 144 is free to rotate about the first central axis 138 formed by the axle sections 136 and 140. Similarly, the central gimbal ring 144 is provided with axle sections 148 and 152 attached thereto in a similar manner. The axle sections 148 and 152 are attached to the central gimbal ring 144 using any suitable hardware, located on both sides of the periphery of the central gimbal ring 144, and extend inward. The axle sections 148 and 152 define a second central axis 150 (FIG. 8) that is oriented at 90 degrees with respect to the axle sections 136 and 140 and is perpendicular to the first central axis 138. The intersection of the first and second central axes defines the middle pivot point 156 (FIG. 8). The pivot sleeve 160 is attached to the axle sections 148 and 152 of the central gimbal ring 144 and extends through the central gimbal ring 144. In this way, the middle pivot point 156 is centrally located within the pivot sleeve 160, allowing the pivot sleeve 160 to pivot in any direction about the middle pivot point 156. As best shown in FIG. 6, the overhang bar 40 extends through the pivot sleeve 160. In this way, the overhang bar 40 can pivot about the middle pivot point 156 in all directions within the central opening 36 of the base plate 28. In addition, the overhang bar 40 can freely slide up and down within the pivot sleeve 160 based on the movement of the control arm 48 from a fully lifted position to a fully lowered position.

次に、図2、3、および7を参照にすると、本発明の産業ロボット20は、張り出し棒40の遠位端40bに位置するエンドエフェクタ128が、164で示される円錐台によって定義された可動域内を縦横に動き得るように、直交X、Y、およびZ方向を包含する可動域を有する。次に、図2を参照にすると、産業ロボット20が、その中に例示され、各制御アーム48が、その完全に下げられた位置にあり、それ故、エンドエフェクタ128を可動域164内のZ方向におけるその最も低い位置まで下げさせる。特に、T字形状隙間開口部80は、駆動リンク72がその中に入ることを許容するようにベースプレート28上に設けられ、それ故、さもなければ隙間開口部80の不在下で可能であろうZ方向におけるより低い位置までの制御アームの運動を可能にする。次に、図3および7を参照にすると、制御アーム48を、完全に持ち上げられた位置と完全に下げられた位置との間で互いに対して異なる位置まで動かすことによって、張り出し棒40は、利用可能な可動域164内の任意の所望の関節接合された位置まで3次元空間において操縦され得、例えば、枢動され得る。図3および7に例示されるように、各制御アーム48は、平行四辺形リンクから成るので、上部外部リング52は、その下に位置するベースプレート28に対して実質的に固定された向きに常に動く。これはまた、平行四辺形をベースとする制御、またはパラレル運動学として知られる。3つの制御アーム48は、概ね並進のみの動きを、3次元を通して上部外部リング52に提供する。また、図1、3、および7には、3次元空間における上部外部リング52の位置に関わらず、工具(図示しない)が取り付けられたエンドエフェクタ128がまた、3次元を通して並進のみの動きを呈することになり、かつ上部外部リング52に略平行のままになることが示される。エンドエフェクタのそのような並進のみの運動は、上述した用途における産業ロボット20の使用、例えば、持ち上げて置くこと等に重要である。   2, 3, and 7, the industrial robot 20 of the present invention has an end effector 128 located at the distal end 40 b of the overhang bar 40, which is movable as defined by a truncated cone 164. It has a movable range including orthogonal X, Y, and Z directions so that it can move vertically and horizontally in the region. Referring now to FIG. 2, the industrial robot 20 is illustrated therein and each control arm 48 is in its fully lowered position, and therefore the end effector 128 is moved to the Z in the range of motion 164. Lower it to its lowest position in the direction. In particular, a T-shaped gap opening 80 is provided on the base plate 28 to allow the drive link 72 to enter it, and therefore would otherwise be possible in the absence of the gap opening 80. Allows movement of the control arm to a lower position in the Z direction. Referring now to FIGS. 3 and 7, the overhang bar 40 can be utilized by moving the control arm 48 to a different position relative to each other between a fully raised position and a fully lowered position. It can be steered in three-dimensional space to any desired articulated position within possible range of motion 164, for example, pivoted. As illustrated in FIGS. 3 and 7, each control arm 48 comprises a parallelogram link so that the upper outer ring 52 is always in a substantially fixed orientation relative to the underlying base plate 28. Move. This is also known as parallelogram-based control, or parallel kinematics. The three control arms 48 provide generally translation-only movement to the upper outer ring 52 through three dimensions. Also, in FIGS. 1, 3 and 7, regardless of the position of the upper outer ring 52 in three-dimensional space, the end effector 128 to which a tool (not shown) is attached also exhibits translation-only movement through three dimensions. And is shown to remain substantially parallel to the upper outer ring 52. Such translation-only movement of the end effector is important for the use of the industrial robot 20 in the above-described applications, such as lifting and placing.

次に、図8を参照にすると、本発明の産業ロボット20の一部分の簡易描写が示される。その簡易描写は、適用可能な場合、同様の構成要素を表現する同様の数字を含む。この時点において、図8における多くの構成要素の外観は、それらが、単に簡易的かつ具象的であるという点で、他の図面とは異なり得ることに言及することが重要である。図8は、エンドエフェクタ128が3次元を通した並進のみの動きを呈し、かつ張り出し棒40の枢動運動に関わらず上部外部リング52に略平行のままである様態を例示するために提供される。   Referring now to FIG. 8, a simplified depiction of a portion of the industrial robot 20 of the present invention is shown. The simplified depiction includes similar numbers representing similar components where applicable. At this point, it is important to note that the appearance of many of the components in FIG. 8 may differ from the other drawings in that they are merely simple and concrete. FIG. 8 is provided to illustrate the manner in which the end effector 128 exhibits translation-only motion through three dimensions and remains substantially parallel to the upper outer ring 52 regardless of the pivoting motion of the overhanging bar 40. The

図8に示されるように、かつ他の図面に関して前述したように、張り出し棒40の上部端は、上部ジンバルリング116の対向する車軸区分120および124上に回転可能に取り付けられる。上部ジンバルリング116は、上部外部リング52の対向する車軸区分108および112上に回転可能に取り付けられ、それらの車軸区分は、第1の上部軸110を形成する。上部ジンバルリング116の対向する車軸区分120および124が、上部外部リング52の対向する車軸区分108および112に対して90度に配向され、第2の上部軸122を形成する。このようにして、張り出し棒40の運動は、X、Y、およびZ方向における上部外部リング52の並進運動と独立したままとなる。円筒状張り出し棒40は、枢動スリーブ160の下側におよび枢動スリーブ160を通って延出する。前述したように、枢動スリーブ160は、中央ジンバルリング144の対向する車軸区分148および152上に回転可能に取り付けられる。中央ジンバルリング144は、対向する車軸区分136および140(図8に示されない)に回転可能に取り付けられ、それらの車軸区分は、60で表わされた構造に取り付けられる。第1および第2の中心軸が、図8において、それぞれ、138および150で定義される。その後、張り出し棒40は、エンドエフェクタ128が位置するその遠位端40bまで延出する。   As shown in FIG. 8 and as described above with respect to other figures, the upper end of the overhang bar 40 is rotatably mounted on opposing axle sections 120 and 124 of the upper gimbal ring 116. Upper gimbal ring 116 is rotatably mounted on opposing axle sections 108 and 112 of upper outer ring 52, which axle sections form a first upper shaft 110. Opposing axle sections 120 and 124 of the upper gimbal ring 116 are oriented 90 degrees with respect to opposing axle sections 108 and 112 of the upper outer ring 52 to form a second upper shaft 122. In this way, the motion of the overhang bar 40 remains independent of the translational motion of the upper outer ring 52 in the X, Y, and Z directions. The cylindrical overhanging rod 40 extends below and through the pivot sleeve 160. As previously described, the pivot sleeve 160 is rotatably mounted on the opposing axle sections 148 and 152 of the central gimbal ring 144. The central gimbal ring 144 is rotatably mounted on opposing axle sections 136 and 140 (not shown in FIG. 8), which are mounted on the structure designated 60. First and second central axes are defined at 138 and 150, respectively, in FIG. Thereafter, the overhang bar 40 extends to its distal end 40b where the end effector 128 is located.

図8を再び参照すると、下部ジンバルリング172は、張り出し棒の遠位端40bに回転可能に取り付けられる。特に、下部ジンバルリング172は、張り出し棒40の遠位端40bに位置する開口部を通って延出する対向する車軸区分176および180を含む。エンドエフェクタ128は、下部ジンバルリング172に回転可能に取り付けられる。特に、エンドエフェクタ128は、第1の下部軸190を定義する対向する車軸区分188および192を含む。車軸区分188および192は、下部ジンバルリング172における開口部を通過するように配設され、エンドエフェクタ128が、下部ジンバルリング172の対向した車軸区分176および180によって定義された第2の下部軸177に略直角である第1の下部軸190を中心に回転することを可能にする。下部ジンバルリング172は、第1の下部軸190上にある連結点と共に、円弧状にほぼ90度延出する円弧状アーム208を含む。また、エンドエフェクタ128は、円弧状にほぼ90度延出する円弧状アーム204を含み、かつ第2の下部軸177にある連結点を含む。   Referring again to FIG. 8, the lower gimbal ring 172 is rotatably attached to the distal end 40b of the overhang bar. In particular, the lower gimbal ring 172 includes opposing axle sections 176 and 180 that extend through an opening located at the distal end 40b of the overhang bar 40. The end effector 128 is rotatably attached to the lower gimbal ring 172. In particular, end effector 128 includes opposing axle sections 188 and 192 that define a first lower shaft 190. The axle sections 188 and 192 are arranged to pass through openings in the lower gimbal ring 172, and the end effector 128 is a second lower shaft 177 defined by the opposed axle sections 176 and 180 of the lower gimbal ring 172. It is possible to rotate around a first lower shaft 190 that is substantially perpendicular to the first axis. The lower gimbal ring 172 includes an arcuate arm 208 that extends approximately 90 degrees in an arc with a connection point on the first lower shaft 190. Further, the end effector 128 includes an arc-shaped arm 204 that extends approximately 90 degrees in an arc shape, and includes a connection point on the second lower shaft 177.

同様に、上部外部リング52は、第2の上部軸122にある連結点まで延出する円弧状アーム196が設けられており、上部ジンバルリング116は、第1の上部軸110にある連結点まで延出する円弧状アーム200が設けられている。第1の剛体接続ロッド212は、その上部端で円弧状アーム196の連結点に接続し、その下部端で円弧状アーム204の連結点と接続する。第2の剛体接続ロッド216は、その上部端で円弧状アーム200の連結点に接続し、その下部端で円弧状アーム208と接続する。剛体接続ロッド212および216は、長さがほぼ等しい。共に、上部外部リング52および上部ジンバルリング116の円弧状アームへのそれらの接続を通して、接続ロッド212および216は、エンドエフェクタ128の動きを、3次元を通した並進のみの動きに限定するのに役立つ。このようにして、エンドエフェクタ128は、そのエンドエフェクタ128が張り出し棒に接続されるその張り出し棒40の枢動式の動きに関わらず、上部外部リング52に略平行のままとなる。   Similarly, the upper outer ring 52 is provided with an arc-shaped arm 196 extending to a connection point on the second upper shaft 122, and the upper gimbal ring 116 is connected to the connection point on the first upper shaft 110. An extending arc-shaped arm 200 is provided. The first rigid connecting rod 212 is connected to the connection point of the arc-shaped arm 196 at the upper end thereof, and is connected to the connection point of the arc-shaped arm 204 at the lower end thereof. The second rigid body connecting rod 216 is connected to the connection point of the arc-shaped arm 200 at the upper end and connected to the arc-shaped arm 208 at the lower end. The rigid connecting rods 212 and 216 are approximately equal in length. Together, through their connection to the arcuate arms of the upper outer ring 52 and upper gimbal ring 116, the connecting rods 212 and 216 limit the movement of the end effector 128 to translation-only movement through three dimensions. Useful. In this manner, the end effector 128 remains substantially parallel to the upper outer ring 52 regardless of the pivoting movement of the overhang bar 40 to which the end effector 128 is connected to the overhang bar.

例えば、図8に最も良く示されるように、張り出し棒40の下部端が軸177に沿って右に揺れる際、張り出し棒の下部端40bは、上部外部リング52に平行な面の外に枢動することになる。しかしながら、エンドエフェクタ128は、下部ジンバルリング172に枢動式に取り付けられ、剛体接続ロッド212を通して上部外部リング52に接続されるので、エンドエフェクタ128は、この運動を通して上部外部リング52に平行のままとなる。   For example, as best shown in FIG. 8, when the lower end of the overhang bar 40 swings to the right along the axis 177, the lower end 40b of the overhang bar pivots out of a plane parallel to the upper outer ring 52. Will do. However, since the end effector 128 is pivotally attached to the lower gimbal ring 172 and connected to the upper outer ring 52 through the rigid connecting rod 212, the end effector 128 remains parallel to the upper outer ring 52 through this movement. It becomes.

上部円弧状アーム196および200を形成する実際の構成要素は、図5において見ることができる。円弧状アーム196は、90度より小さな角度で曲がるように示され、円弧状アーム200は、2つの45度の曲がりを含むように示される。図5に最も良く示されるように、剛体接続ロッド212の先端が、上部円弧状アーム196に接続された鐙状部214内に収容される。剛体接続ロッド216の先端は、中心開口部を含む円形目穴(図示しない)を含み得、その中心開口部を通って、上部円弧状アーム200は、これらの構成要素を接続するように延出し得る。   The actual components that form the upper arcuate arms 196 and 200 can be seen in FIG. Arcuate arm 196 is shown to bend at an angle less than 90 degrees, and arcuate arm 200 is shown to include two 45 degree bends. As best shown in FIG. 5, the distal end of the rigid connecting rod 212 is housed within a collar 214 connected to the upper arcuate arm 196. The distal end of the rigid connecting rod 216 may include a circular eye hole (not shown) that includes a central opening through which the upper arcuate arm 200 extends to connect these components. obtain.

次に、図9〜11を参照にすると、エンドエフェクタ128の操作に関連する実際の構成要素が例示される。特に、エンドエフェクタ128は、張り出し棒の遠位端40b(図1)で連結する筐体184を含む。下部ジンバルリング172は、概ね八角形状である外部表面を有する。下部ジンバルリング172は、外側に延出する対向する車軸区分176および180を含む。下部ジンバルリング172は、筐体184において開口部(図示しない)を通って延出する車軸区分176および180によって筐体184内に回転可能に取り付けられるように示される。対向する車軸区分176および180は、第2の下部軸177を定義する。エンドエフェクタ128は、中心車軸区分186がその中に配置される円筒状管128aを含む。中心車軸区分186は、ボルトプレート186bを通って延出する任意の適切な手段、例えば、ボルト186aによって下部ジンバルリング172内に取り付けられる。中心車軸区分186は、下部ジンバルリング172に関して非回転性であり得るが、円筒状管128a、それ故、エンドエフェクタは、中心車軸区分186を中心に回転可能である。中心車軸区分186は、第2の下部軸177に略直角である第1の下部軸190を定義する。   9-11, actual components associated with the operation of the end effector 128 are illustrated. In particular, the end effector 128 includes a housing 184 that connects at the distal end 40b (FIG. 1) of the overhang bar. Lower gimbal ring 172 has an outer surface that is generally octagonal in shape. Lower gimbal ring 172 includes opposing axle sections 176 and 180 that extend outward. Lower gimbal ring 172 is shown rotatably mounted in housing 184 by axle sections 176 and 180 extending through an opening (not shown) in housing 184. Opposing axle sections 176 and 180 define a second lower shaft 177. End effector 128 includes a cylindrical tube 128a in which a central axle section 186 is disposed. The central axle section 186 is mounted in the lower gimbal ring 172 by any suitable means that extends through the bolt plate 186b, for example, the bolt 186a. The central axle section 186 may be non-rotatable with respect to the lower gimbal ring 172, but the cylindrical tube 128a, and therefore the end effector, is rotatable about the central axle section 186. The central axle section 186 defines a first lower shaft 190 that is substantially perpendicular to the second lower shaft 177.

図10に最も良く示されるように、2つの離れたL字形状ブラケット224が、2つの場所において、エンドエフェクタ128に連結され、例えば、ボルト締めされて示される。L字形状ブラケットは、中心車軸区分186の下に延出し、四角形状レセプタクル220に連結されて示される。剛体接続ロッド212が、レセプタクル220内に回転可能に取り付けられると共にレセプタクル220を通って延出するピン225によってその中に保持され、離れたL字形状ブラケット224は、レセプタクル220の両側上に位置して示される。同様に、台形ヘッド216aを含む剛体接続ロッド216が、車軸区分186の上に回転可能に取り付けられて示される。前述したように、その上部端で、接続ロッド212が、上部外部リング52に接続され、その上部端で、接続ロッド216が、上部ジンバルリング116に接続される。図10および図11を比較するときに最も良く示されるように、張り出し棒40が関節接合する際、接続ロッド212が回転することになる。上部外部リング52へのその接続によって、接続ロッド212は、上部外部リング52に略平行にエンドエフェクタ128を維持するようにエンドエフェクタ128を、車軸区分186を中心に回転させることになる。   As best shown in FIG. 10, two spaced L-shaped brackets 224 are shown coupled to the end effector 128 at two locations, eg, bolted. An L-shaped bracket is shown extending below the central axle section 186 and connected to a rectangular receptacle 220. A rigid connecting rod 212 is rotatably mounted within the receptacle 220 and held therein by pins 225 extending through the receptacle 220, and the spaced L-shaped brackets 224 are located on both sides of the receptacle 220. Shown. Similarly, a rigid connecting rod 216 including a trapezoidal head 216a is shown rotatably mounted on the axle section 186. As described above, at its upper end, the connecting rod 212 is connected to the upper outer ring 52, and at its upper end, the connecting rod 216 is connected to the upper gimbal ring 116. As best shown when comparing FIGS. 10 and 11, the connecting rod 212 will rotate as the overhang bar 40 articulates. Its connection to the upper outer ring 52 causes the connecting rod 212 to rotate the end effector 128 about the axle section 186 to maintain the end effector 128 substantially parallel to the upper outer ring 52.

Claims (20)

a.中心開口部を有する静止ベースプレートと、
b.細長い張り出し棒を受け入れるように配設されたリング構造と、
c.前記静止ベースプレートと前記リング構造との間に配設されたパラレル運動学的構造であって、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造の運動を3次元で提供する、パラレル運動学的構造と、
d.前記リング構造内に取り付けられると共に第1の軸を中心に枢動可能な上部ジンバルリングと、
e.前記リング構造内に取り付けられた上部端を備えると共に第2の軸を中心に枢動可能な前記細長い張り出し棒であって、前記第2の軸が、前記第1の軸に略直角であり、前記細長い張り出し棒が、前記静止ベースプレートの前記中心開口部を通って下部端部分まで延出する長さを有する、前記細長い張り出し棒と、
f.前記細長い張り出し棒の前記下部端部分内に取り付けられると共に第3の軸を中心に枢動可能な下部ジンバルリングと、
g.前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに接続して、前記張り出し棒の枢動運動の間に前記下部ジンバルを前記上部ジンバルに略平行に維持する、第1の制御リンケージと、
h.工具を運ぶためにおよび3次元可動域内の異なる位置に動くために配設されたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタが、前記下部ジンバルリングに取り付けられると共に第4の軸を中心に枢動可能であり、前記第4の軸が、前記第3の軸に略直角である、エンドエフェクタと、
i.前記エンドエフェクタを前記リング構造に接続して、前記3次元可動域内の前記エンドエフェクタの前記位置に関わらず、前記エンドエフェクタを前記リング構造に略平行に維持する、第2の制御リンケージと、を備える、産業ロボット。
a. A stationary base plate having a central opening;
b. A ring structure arranged to receive an elongated overhang bar;
c. A parallel kinematic structure disposed between the stationary base plate and the ring structure to provide movement of the ring structure in three dimensions while maintaining the ring structure substantially parallel to the stationary base plate. Parallel kinematic structure,
d. An upper gimbal ring mounted within the ring structure and pivotable about a first axis;
e. The elongated extension bar having an upper end mounted in the ring structure and pivotable about a second axis, the second axis being substantially perpendicular to the first axis; The elongate extender bar having a length that extends through the central opening of the stationary base plate to a lower end portion; and
f. A lower gimbal ring mounted within the lower end portion of the elongate extension rod and pivotable about a third axis;
g. A first control linkage connecting the lower gimbal to the upper gimbal to maintain the lower gimbal substantially parallel to the upper gimbal during pivoting movement of the overhanging bar;
h. An end effector arranged to carry a tool and move to a different position within a three-dimensional range of motion, the end effector being attached to the lower gimbal ring and pivotable about a fourth axis An end effector, wherein the fourth axis is substantially perpendicular to the third axis;
i. A second control linkage connecting the end effector to the ring structure to maintain the end effector substantially parallel to the ring structure regardless of the position of the end effector within the three-dimensional range of motion; Equipped with industrial robots.
前記パラレル運動学的構造が、
a.前記静止ベースプレートの上に締結されると共に前記中心開口部を中心にして配設された複数のアクチュエータと、
b.前記静止ベースプレートに対してかつ互いに対して異なる位置で可動である、複数の制御アームであって、各々が、そのそれぞれのアクチュエータに回転可能に結合された駆動リンク、および一端で前記駆動リンクに回転可能に結合され、反対端で前記リング構造に回転可能に結合された被駆動リンクを有し、前記複数のアームが、前記リング構造を前記静止ベースプレートに略平行に維持しながら、前記リング構造を異なる高さ位置および水平位置まで動かすように配設される、複数の制御アームと、を備える、請求項1に記載の産業ロボット。
The parallel kinematic structure is
a. A plurality of actuators fastened on the stationary base plate and disposed around the central opening;
b. A plurality of control arms movable relative to the stationary base plate and at different positions relative to each other, each driving link rotatably coupled to its respective actuator and rotating to the driving link at one end Having a driven link that is operatively coupled and rotatably coupled to the ring structure at opposite ends, the plurality of arms maintaining the ring structure substantially parallel to the stationary base plate, The industrial robot according to claim 1, comprising a plurality of control arms arranged to move to different height positions and horizontal positions.
前記パラレル運動学的構造が、デルタロボットを含む、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 2, wherein the parallel kinematic structure comprises a delta robot. 前記被駆動リンクが、平行四辺形リンケージを形成する2つの離間した平行アーム区分を備える、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 2, wherein the driven link comprises two spaced parallel arm sections that form a parallelogram linkage. 前記3次元可動域が、円錐台の形状にある、請求項1に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 1, wherein the three-dimensional range of motion is in the shape of a truncated cone. 前記エンドエフェクタに取り付けられた工具を更に備える、請求項1に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 1, further comprising a tool attached to the end effector. 前記工具が、吸引先端部、空気動力式把持具、電気把持具、および強制空気先端部からなる群から選択される、請求項6に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 6, wherein the tool is selected from the group consisting of a suction tip, an air powered gripper, an electrical gripper, and a forced air tip. 前記複数のアクチュエータのそれぞれが、回転サーボモータ、リニアモータ、ステッピングモータ、電気モータ、液圧シリンダ、および空気圧シリンダからなる群から選択される、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 2, wherein each of the plurality of actuators is selected from the group consisting of a rotary servo motor, a linear motor, a stepping motor, an electric motor, a hydraulic cylinder, and a pneumatic cylinder. 前記静止ベースプレートの前記中心開口部内に取り付けられると共に第5の軸を中心に枢動可能な中央ジンバルリングを更に備える、請求項1に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 1, further comprising a central gimbal ring mounted within the central opening of the stationary base plate and pivotable about a fifth axis. 前記中央ジンバルリング内に取り付けられると共に第6の軸を中心に枢動可能なスリーブを更に備え、前記第6の軸が、前記第5の軸に略直角であり、前記スリーブが、その中での前記細長い張り出し棒の摺動式運動を許容するように配設される、請求項9に記載の産業ロボット。   A sleeve mounted within the central gimbal ring and pivotable about a sixth axis, the sixth axis being substantially perpendicular to the fifth axis, wherein the sleeve is disposed therein; The industrial robot of claim 9, wherein the industrial robot is arranged to allow sliding movement of the elongated bar. 前記上部ジンバルリングが、前記第2の軸に沿う点から前記第1の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記下部ジンバルリングが、前記第3の軸に沿う点から前記第4の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記第1の制御リンケージが、前記円弧状アームの前記自由端に接続される、請求項1に記載の産業ロボット。   The upper gimbal ring further comprises an arcuate arm extending from a point along the second axis to a free end located at a point along the first axis, and the lower gimbal ring is connected to the third axis An arcuate arm extending from a point along the arc to a free end located at the point along the fourth axis, the first control linkage being connected to the free end of the arcuate arm. Item 2. The industrial robot according to Item 1. 前記上部リング構造が、前記第1の軸に沿う点から前記第2の軸に沿う点に位置する自由端まで延出する円弧状アームを更に備え、前記エンドエフェクタが、前記第4の軸に沿う点から前記第3の軸に沿う点に位置する自由端まで円弧状に延出する円弧状アームを更に備え、前記第2の制御リンケージが、前記円弧状アームの前記自由端に接続される、請求項11に記載の産業ロボット。   The upper ring structure further includes an arc-shaped arm extending from a point along the first axis to a free end located at a point along the second axis, and the end effector is connected to the fourth axis. An arcuate arm extending in an arc from a point along the axis to a free end located at the point along the third axis, wherein the second control linkage is connected to the free end of the arcuate arm The industrial robot according to claim 11. 前記細長い張り出し棒が、前記上部ジンバルリング内に取り付けられる、請求項1に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 1, wherein the elongated bar is mounted in the upper gimbal ring. 前記第1の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第2の制御リンケージが、ある長さを有する不撓性ロッドを備え、前記第1および第2の制御リンケージの前記長さが、ほぼ等しい、請求項1に記載の産業ロボット。   The first control linkage comprises an inflexible rod having a length, the second control linkage comprises an inflexible rod having a length, and the lengths of the first and second control linkages The industrial robot according to claim 1, wherein the lengths are substantially equal. 前記張り出し棒が、略円筒状である部分を含む、請求項1に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 1, wherein the overhang bar includes a portion that is substantially cylindrical. 前記複数のアクチュエータが、少なくとも3つの駆動部を備える、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 2, wherein the plurality of actuators include at least three driving units. 前記複数のアクチュエータが、所定の円弧を通って旋回させられる、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 2, wherein the plurality of actuators are turned through a predetermined arc. 前記静止ベースプレートが、各制御アームに対応する切欠き部を含み、各前記切欠き部が、前記制御アームが完全に下げられた位置まで移動するときに、各前記制御アームと関連付けられた駆動リンクのそれを通る通過を許容する、請求項17に記載の産業ロボット。 The stationary base plate includes a notch corresponding to each control arm, and the notch is associated with each control arm when the notch moves to a position where the control arm is fully lowered. The industrial robot according to claim 17, wherein the industrial robot is allowed to pass therethrough. 前記エンドエフェクタが、360度にわたって無制限の回転運動を提供する、請求項6に記載の産業ロボット。   The industrial robot of claim 6, wherein the end effector provides unlimited rotational motion over 360 degrees. 前記被駆動リンクが、平行棒形状部材を含む平行四辺形リンクを構成する、請求項2に記載の産業ロボット。   The industrial robot according to claim 2, wherein the driven link constitutes a parallelogram link including a parallel bar-shaped member.
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