JP2019119017A

JP2019119017A - パラレルリンクロボット

Info

Publication number: JP2019119017A
Application number: JP2018001060A
Authority: JP
Inventors: 允鋒呉; yun feng Wu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-22
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP6691147B2; US10639788B2; DE102019100211B4; CN110014415A; CN110014415B; US20190210220A1; DE102019100211A1

Abstract

【課題】目印の視認性が良く、エンドエフェクタが手首フランジに取り付けられた状態のまま可動部と手首軸との位相合わせを行う。【解決手段】パラレルリンクロボットは、基礎部と、基礎部の下方に配置された可動部３と、基礎部と可動部３とを並列に連結する複数のアームと、略鉛直方向の回転軸Ａ回りに回転可能に可動部３に支持された手首軸６とを備え、可動部３と手首軸６との回転軸Ａ回りの相対的な位相を示す一対の目印１２Ａ，１２Ｂが、可動部３および手首軸６の上側からまたは横側から見える位置に設けられている。【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ものである。

従来、３つのモータが配置された基礎部と、基礎部の下方に配置された可動部と、基礎部と可動部とを相互に並列に連結しモータによって駆動される３つのアームとを備える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１，２参照。）。可動部には、該可動部に対して鉛直軸回りに回転可能な手首軸が設けられている。手首軸の下端の手首フランジにはハンド等のエンドエフェクタが取り付け可能であり、可動部に対する手首軸の回転によって鉛直軸回りのエンドエフェクタの姿勢を変化させることができる。

一方、回転部材と該回転部材の回転軸との位相合わせ作業を簡単に行うために、回転部材および回転軸のそれぞれに予め設けられたケガキ線のような目印が用いられている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１５−８５４８６号公報特開２００９−２５５１９３号公報特開２０１６−０４８０９３号公報

パラレルリンクロボットにおいて、可動部と手首軸とを相互に位相合わせするための目印が、手首軸の手首フランジと、可動部の手首フランジ側の面とに設けられていることがある。駆動系の部品を交換した場合など、目印に基づいて、可動部と手首軸との相対的な位相が復元される。しかしながら、パラレルリンクロボットの手首フランジは常に下方を向いているため、目印の視認性が悪いという問題がある。さらに、手首フランジに取り付けられているエンドエフェクタによって目印が隠されてしまっている場合には、エンドエフェクタを手首フランジから一度取り外さなければならず、作業工数が増えるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、目印の視認性が良く、エンドエフェクタが手首フランジに取り付けられた状態のまま可動部と手首軸との位相合わせを行う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。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、基礎部と、該基礎部の下方に配置された可動部と、前記基礎部と前記可動部とを並列に連結する複数のアームと、略鉛直方向の回転軸回りに回転可能に前記可動部に支持された手首軸とを備え、前記可動部と前記手首軸との前記回転軸回りの相対的な位相を示す一対の目印が、前記可動部および前記手首軸の上側からまたは横側から見える位置に設けられているパラレルリンクロボットである。

本態様によれば、一対の目印が所定の位置関係となるように可動部に対して手首軸を回転軸回りに回転させることで、可動部と手首軸との相対的な位相を所定の位相に合わせることができる。
この場合に、一対の目印が、可動部および手首軸の上側からまたは横側から見える位置に設けられている。したがって、作業者は、手首軸の下端の手首フランジが下方を向いている通常の状態において、目印を容易に視認することができる。また、このような位置に設けられている目印は、手首フランジに取り付けられたエンドエフェクタによって隠されることがないので、エンドエフェクタが手首フランジに取り付けられた状態のまま可動部と手首軸との位相合わせを行うことができる。

上記態様においては、前記可動部が、前記手首軸を略鉛直方向に貫通させる貫通穴を有し、一方の前記目印が、前記可動部の上端面に設けられ、他方の前記目印が、前記貫通穴の上端から突出する前記手首軸の外周面または上端面に設けられていてもよい。
このように、手首軸の上端部が可動部よりも上方に突出している場合には、目印を手首軸に直接設けることができる。

上記態様においては、前記基礎部と前記可動部との間に上下方向に配置され、長手軸回りの回転によって前記手首軸を前記回転軸回りに回転駆動するドライブシャフトを備え、前記可動部が、前記ドライブシャフトの下端部を前記長手軸回りに回転可能に支持するシャフトケーシングを備え、一方の前記目印が、前記シャフトケーシングの上端面に設けられ、他方の前記目印が、前記ドライブシャフトの外周面に設けられていてもよい。
ドライブシャフトが設けられている場合には、ドライブシャフトの回転に同期して手首軸が回転するので、ドライブシャフトの目印と可動部のシャフトケーシングの目印との位置関係に基づいて手首軸と可動部との相対的な位相合わせを行うことができる。

本発明によれば、目印の視認性が良く、エンドエフェクタが手首フランジに取り付けられた状態のまま可動部と手首軸との位相合わせを行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す斜視図である。図１のパラレルリンクロボットにおける可動部および手首軸を斜め上方から見た斜視図である。一対の目印の位置の変形例を示す図であり、可動部および手首軸を斜め上方から見た斜視図である。一対の目印の位置の他の変形例を示す図であり、可動部およびドライブシャフトを斜め上方から見た斜視図である。一対の目印の位置の他の変形例を示す図であり、可動部およびドライブシャフトを斜め上方から見た斜視図である。一対の目印の位置の従来例を示す図であり、可動部および手首軸を斜め下方から見た斜視図である。一対の目印の位置の他の従来例を示す図であり、可動部および手首軸を斜め下方から見た斜視図である。

本発明の一実施形態に係るパラレルリンクロボット１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図１に示されるように、ハウジング８内に収納された基礎部２と、基礎部２の下方に配置された可動部３と、基礎部２と可動部３とを並列に連結する３本のアーム４と、基礎部２に配置され３本のアーム４をそれぞれ駆動する３つのアクチュエータ５と、略鉛直方向の回転軸Ａ回りに回転可能に可動部３に支持された手首軸６と、手首軸６を回転駆動するドライブシャフト７とを備えている。

基礎部２は、略水平に配置された板状の部材からなり、基礎部２上に３つのアクチュエータ５が配置されている。
３本のアーム４は、基礎部２の中心の鉛直軸線回りの周方向に等間隔を空けて配置されている。各アーム４は、駆動リンク４ａと、相互に平行な一対の受動リンク４ｂとを備えている。駆動リンク４ａの上端部は、アクチュエータ５と接続されている。一対の受動リンク４ｂの各々の上端部と駆動リンク４ａの下端部は、ボールジョイント９によって揺動自在に接続され、一対の受動リンク４ｂの各々の下端部と可動部３は、ボールジョイント９によって揺動自在に接続されている。

各アクチュエータ５は、サーボモータおよび減速機を有し、駆動リンク４ａを水平な軸線回りにそれぞれ揺動させる。３つのアクチュエータ５は、基礎部２に対する可動部３の姿勢を一定に保ったまま可動部３を並進移動させるように、３本の駆動リンク４ａを揺動させる。

ドライブシャフト７は、一対の受動リンク４ｂの間に配置され、受動リンク４ｂと平行に上下方向に延びている。ドライブシャフト７の長手方向の途中位置には、ユニバーサルジョイント１０が設けられている。ドライブシャフト７は、アーム４に固定された手首用アクチュエータ１１が発生する駆動力によって、その長手軸Ｂ回りに回転する。

可動部３は、略水平に配置された環状の可動プレート３ａと、可動プレート３ａの内側に固定され手首軸６を支持する筒状の手首ケーシング３ｂと、手首ケーシング３ｂと一体に形成されドライブシャフト７の下端部を支持するシャフトケーシング３ｃとを備えている。

手首ケーシング３ｂは、略鉛直方向に貫通する貫通穴を有している。手首軸６は、貫通穴内を略鉛直方向に貫通し、手首軸６の上端部および下端部が手首ケーシング３ｂの上端面および下端面からそれぞれ突出している。手首軸６の下端部には、ハンド等のエンドエフェクタ（不図示）が所定の姿勢で取り付けられる手首フランジ６ａが設けられている。手首ケーシング３ｂは、図示しないベアリングを介して、手首軸６を該手首軸６の中心軸である回転軸Ａ回りに回転可能に支持している。

シャフトケーシング３ｃは、図示しないベアリングを介して、ドライブシャフト７の下端部を長手軸Ｂ回りに回転可能に支持している。可動部３の内部には、ドライブシャフト７の下端部の回転を手首軸６に伝達して手首軸６を回転させるギヤ（図示略）が配置されている。ドライブシャフト７の回転によって手首軸６が可動部３に対して回転軸Ａ回りに回転することで、手首フランジ６ａおよび該手首フランジ６ａに取り付けられているエンドエフェクタの回転軸Ａ回りの姿勢が変化するようになっている。

可動部３および手首軸６には、図２および図３に示されるように、可動部３に対する手首軸６の回転軸Ａ回りの位相（回転角度）を示す一対の目印１２Ａ，１２Ｂが設けられている。目印１２Ａ，１２Ｂは、例えば、手首軸６および手首ケーシング３ｂの表面に形成されたケガキ線、または、手首軸６および手首ケーシング３ｂの表面に貼り付けられたシールである。

目印１２Ａ，１２Ｂは、可動部３および手首軸６の上側または横側から見える位置に設けられている。具体的には、図２の例において、一方の目印１２Ａは、手首ケーシング３ｂの上端面に設けられ、他方の目印１２Ｂは、手首ケーシング３ｂの上端面から突出する手首軸６の上端部の外周面に設けられている。図３の例において、一方の目印１２Ａは、手首ケーシング３ｂの上端面に設けられ、他方の目印１２Ｂは、手首軸６の上端面に設けられている。他方の目印１２Ｂは、手首軸６の外周面および上端面の両方に設けられていてもよい。

一対の目印１２Ａ，１２Ｂは、可動部３に対する手首軸６の回転軸Ａ回りの位相が所定の位相（例えば、０°）であるときに回転軸Ａに直交する方向に一列に並んで相互に隣り合うように、回転軸Ａ回りの周方向の１箇所にそれぞれ設けられている。したがって、作業者は、回転軸Ａ回りの周方向における目印１２Ａと目印１２Ｂとの位置関係に基づいて、可動部３に対する手首軸６の回転軸Ａ回りの位相を認識することができる。

次に、一対の目印１２Ａ，１２Ｂに基づく可動部３と手首軸６との相対位相合わせについて説明する。
例えば、アクチュエータ１１のモータを別のモータに交換した後、別のモータの回転角度と可動部３に対する手首軸６の位相との関係が変化し得るので、モータの交換前のモータの回転角度と手首軸６の位相との関係を復元する作業が行われる。復元作業において、作業者は、可動部３に対して手首軸６を回転軸Ａ回りに回転させ、一対の目印１２Ａ，１２Ｂが相互に隣り合うように可動部３に対して手首軸６を位相合わせする。次に、作業者は、パラレルリンクロボット１を制御する制御装置（図示略）に対して、位相合わせ後の手首軸６の位相を所定の位相（例えば、０°）として設定する。これにより、制御装置は、モータの交換前に使用していた動作プログラムをそのまま使用してアクチュエータ１１を制御することができる。

この場合に、パラレルリンクロボット１は、壁等に囲まれた空間内に配置されていたりコンベヤの真上に配置されていたりすることが多く、さらに、手首フランジ６ａは常に下を向いている。したがって、図６および図７に示されるように目印１４Ａ，１４Ｂが手首軸６の下端部および手首ケーシング３ｂの下端面に設けられている場合、作業者は、可動部３および手首軸６を下側から仰ぎ見ながら限られた作業空間内で手首軸６の位相合わせ作業を行わなければならない。このような作業は行いづらく、作業の効率が悪い。そのため、作業時間が長くなるという不都合がある。さらに、手首フランジ６ａに取り付けられているエンドエフェクタによって目印１４Ａ，１４Ｂが隠されてしまっているときには、作業者は、エンドエフェクタを手首フランジ６ａから取り外さなければならず、作業工数および作業時間が増大する。

本実施形態によれば、目印１２Ａ，１２Ｂが、可動部３および手首軸６の上側からまたは横側から見える位置に設けられているので、作業者は、手首軸６の位相合わせ作業を容易に行うことができる。また、エンドエフェクタによって目印１２Ａ，１２Ｂが隠されることがないので、手首フランジ６ａにエンドエフェクタが取り付けられた状態のまま位相合わせ作業を行うことができる。これにより、位相合わせの作業時間を短縮することができるという利点がある。

本実施形態においては、一対の目印１２Ａ，１２Ｂが、手首軸６および手首ケーシング３ｂに設けられていることとしたが、これに代えて、またはこれに加えて、図４に示されるように、一対の目印１３Ａ，１３Ｂが、ドライブシャフト７およびシャフトケーシング３ｃに設けられていてもよい。
具体的には、図４の例において、一方の目印１３Ａは、シャフトケーシング３ｃの上端面に設けられ、他方の目印１３Ｂは、シャフトケーシング３ｃの外側に位置するドライブシャフト７の外周面に設けられている。

ドライブシャフト７の長手軸Ｂ回りの回転と同期して手首軸６が回転軸Ａ回りに回転する。したがって、シャフトケーシング３ｃに対してドライブシャフト７を位相合わせすることによっても、可動部３に対して手首軸６を位相合わせすることがきる。

また、手首軸６の１回転に対してドライブシャフト７は複数回転するので、図２および図３の目印１２Ａ，１２Ｂと比較して、目印１３Ａ，１３Ｂに基づいてより高い精度で可動部３に対する手首軸６の位相合わせを行うことができる。したがって、目印１２Ａ，１２Ｂと、目印１３Ａ，１３Ｂの両方が設けられている場合には、目印１２Ａ，１２Ｂに基づいて手首軸６の大まかな位相合わせを行った後に、目印１３Ａ，１３Ｂに基づいて手首軸６の精密な位相合わせを行ってもよい。

図５に示されるように、ドライブシャフト７のユニバーサルジョイント１０が、シャフトケーシング３ｃの上端面の近傍に位置している場合には、ドライブシャフト７のシャフト本体の外周面ではなく、ユニバーサルジョイント１０の部品のうち、シャフトケーシング３ｃによって支持されているシャフト本体の下端部に固定される部品１０ａに目印１３Ｂが設けられていてもよい。

１パラレルリンクロボット
２基礎部
３可動部
３ａ可動プレート
３ｂ手首ケーシング
３ｃシャフトケーシング
４アーム
４ａ駆動リンク
４ｂ受動リンク
５アクチュエータ
６手首軸
６ａ手首フランジ
７ドライブシャフト
９ボールジョイント
１０ユニバーサルジョイント
１１手首用アクチュエータ
１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ目印
Ａ回転軸
Ｂ長手軸

Claims

基礎部と、
該基礎部の下方に配置された可動部と、
前記基礎部と前記可動部とを並列に連結する複数のアームと、
略鉛直方向の回転軸回りに回転可能に前記可動部に支持された手首軸とを備え、
前記可動部と前記手首軸との前記回転軸回りの相対的な位相を示す一対の目印が、前記可動部および前記手首軸の上側からまたは横側から見える位置に設けられているパラレルリンクロボット。
前記可動部が、前記手首軸を略鉛直方向に貫通させる貫通穴を有し、
一方の前記目印が、前記可動部の上端面に設けられ、
他方の前記目印が、前記貫通穴の上端から突出する前記手首軸の外周面または上端面に設けられている請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
前記基礎部と前記可動部との間に上下方向に配置され、長手軸回りの回転によって前記手首軸を前記回転軸回りに回転駆動するドライブシャフトを備え、
前記可動部が、前記ドライブシャフトの下端部を前記長手軸回りに回転可能に支持するシャフトケーシングを備え、
一方の前記目印が、前記シャフトケーシングの上端面に設けられ、
他方の前記目印が、前記ドライブシャフトの外周面に設けられている請求項１または請求項２に記載のパラレルリンクロボット。