JP7022053B2 - パラレルリンクロボット - Google Patents

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。

基礎部と、可動部と、基礎部および可動プレートを連結する３つのリンク部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１参照。）。
特許文献１のパラレルリンクロボットのリンク部は、基礎部から延びる駆動リンクと可動プレートから延びる２つの受動リンクとからなり、これらは球面軸受により互いに連結されている。

補助リンクが、軸受を介して２つの受動リンクを互いに連結し、補助リンクの中央部分から軸受を介して延びるシャフトに追加アクチュエータが取り付けられている。追加アクチュエータの出力軸から延びる動力伝達機構部が２つの受動リンクの間においてこれら受動リンクに対して平行に延びている。動力伝達機構部は可動プレートに取り付けられた姿勢変更機構部から延びる軸部にユニバーサルジョイントを介して接続されている。

特許４６５３８４８号公報

特許文献１では、追加アクチュエータがシャフトおよび補助リンクによって受動リンクに取り付けられている。したがって、受動リンクの移動に伴う追加アクチュエータおよび動力伝達機構部の慣性力は受動リンクに作用する。その一方で、受動リンクは可動プレートを高速に動作させるために、軽量であることが望ましい。

本発明の一態様は、基礎部と、可動部と、前記基礎部と前記可動部とを連結する２以上のリンク部と、前記基礎部に取り付けられ、各前記リンク部を駆動する２以上のアクチュエータとを備え、各前記リンク部が、各前記アクチュエータによって、それぞれ１つの軸線回りに揺動させられる駆動リンクと、各該駆動リンクと前記可動部との間に揺動可能に配置された互いに平行な２つの受動リンクとを備え、少なくとも１つの前記リンク部の２つの前記受動リンクの間に、該受動リンクに平行に配置され、前記可動部に取り付けられる追加機構部を駆動する追加駆動部を備え、該追加駆動部は、相互に交差する少なくとも２つの軸線回りに揺動可能に連結するジョイントによって、２つの前記受動リンクと前記駆動リンクとの揺動中心点を結ぶ直線上において、前記駆動リンクに直接取り付けられているパラレルリンクロボットである。

本発明の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す全体構成図である。 図１のパラレルリンクロボットに備えられる追加駆動部および手首機構を示す模式図である。 図１のパラレルリンクロボットの駆動リンクと追加駆動部とを連結するユニバーサルジョイントの一例を示す図である。 図１のパラレルリンクロボットの追加駆動部を備えるリンク部を示す模式的な斜視図である。 図４のリンク部および追加駆動部を示す模式図である。 図５のリンク部の受動リンクが駆動リンクに対して揺動した状態を示す模式図である。 図５のユニバーサルジョイントを球面軸受に変更した場合の変形例を示す模式図である。

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、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図１に示すように、複数、例えば３つのアクチュエータ２，３，４が取り付けられた基礎部５と、各アクチュエータ２，３，４にそれぞれ連結する３本のリンク部６，７，８と、各リンク部６，７，８の先端が接続された可動部９とを備えている。アクチュエータ２，３，４は、例えば、図示しないモータおよび減速機である。

各リンク部６，７，８は、アクチュエータ２，３，４によって駆動される駆動リンク１０，１１，１２と、駆動リンク１０，１１，１２と可動部９とを接続する位置に配置された受動リンク１３，１４，１５とを備えている。受動リンク１３，１４，１５は各駆動リンク１０，１１，１２に対して２つ備えられている。２つの受動リンク１３，１４，１５は、それぞれ直棒状であり、相互に平行に配置されている。駆動リンク１０，１１，１２と受動リンク１３，１４，１５との間、受動リンク１３，１４，１５と可動部９との間は、それぞれ球面軸受１６，１７によって接続されることにより関節が構成されている。

また、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図２に示されるように、可動部９に取り付けられた１軸の手首機構（追加機構部）１８を備え、図３に示されるように、１つのリンク部７に備えられた２つの受動リンク１４の間に、手首機構１８を駆動する追加駆動部１９が配置されている。追加駆動部１９は、追加のアクチュエータ２０と、その駆動力を手首機構１８に伝達するドライブシャフト２１とを備えている。追加のアクチュエータ２０は、例えば、図示しないモータおよび減速機である。

追加駆動部１９の追加のアクチュエータ２０とドライブシャフト２１とは、単一の軸線に沿って直列に配置されている。追加駆動部１９の軸線は、２つの受動リンク１４の間に平行に配置されている。
本実施形態においては、追加駆動部１９は、アクチュエータ２０から軸線に沿って延びる棒状の取付部２２を備え、該取付部２２は、ユニバーサルジョイント（ジョイント）２３によって駆動リンク１１の端部に取り付けられている。追加駆動部１９のドライブシャフト２１は、球面軸受２４によって手首機構１８に接続されている。

さらに具体的には、図４に示されるように、２つの受動リンク１４を駆動リンク１１に揺動可能に連結する２つの球面軸受１６の揺動中心点を結ぶ線分の中央位置にユニバーサルジョイント２３の揺動中心点が配置されている。また、ドライブシャフト２１を可動部９に設けられた手首機構１８に接続する球面軸受２４の揺動中心点は、２つの受動リンク１４を可動部９に揺動可能に連結する２つの球面軸受１７の揺動中心点を結ぶ線分の中央位置に配置されている。

ユニバーサルジョイント２３は、図４に示されるように、駆動リンク１１の長手軸Ａに直交する第１軸線（軸線）Ｂ回りおよび、駆動リンク１１の長手軸Ａと第１軸線Ｂとの交差点を通過し第１軸線Ｂに直交する第２軸線（軸線）Ｃ回りの駆動リンク１１に対する取付部２２の揺動を許容している。ユニバーサルジョイント２３は取付部２２の長手軸である第３軸線回りの回転については係止している。

手首機構１８は、例えば、図２に示されるように、鉛直軸線回りに回転可能に可動部９に支持された手首要素２５と、ドライブシャフト２１の回転力を手首要素２５に伝達する一対のベベルギヤ２６，２７とを備えている。駆動側のベベルギヤ２６の軸部は球面軸受２４によってドライブシャフト２１の先端に取り付けられている。また、従動側のベベルギヤ２７は手首要素２５に固定されている。

このように構成された本実施形態に係るパラレルリンクロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、基礎部５に設けられた３つのアクチュエータ２，３，４を個別に作動させることにより、３つの駆動リンク１０，１１，１２を揺動させると、各駆動リンク１０，１１，１２に連結された２つの受動リンク１３，１４，１５が駆動リンク１０，１１，１２に対して揺動する。これにより、可動部９を３次元方向の任意の位置に並進移動させることができる。

また、１つのリンク部７に備えられた追加駆動部１９の追加のアクチュエータ２０を作動させることにより、ドライブシャフト２１を経由して、可動部９に取り付けられた手首機構１８に動力を供給することができる。手首機構１８の作動により手首要素２５先端に取り付けた図示しないツールの姿勢を変更することができる。

この場合において、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、各リンク部６，７，８の２つの受動リンク１３，１４，１５は、駆動リンク１０，１１，１２との間および可動部９との間が、それぞれ球面軸受１６，１７によって接続されているので、図５および図６に示されるように、受動リンク１３，１４，１５の位置および姿勢にかかわらず、常に平行に維持される。

また、追加駆動部１９も、一端の取付部２２がユニバーサルジョイント２３によって駆動リンク１１に接続され、他端のドライブシャフト２１が球面軸受１７によって手首機構１８に接続されている。これにより、追加駆動部１９は、図５および図６に示されるように、受動リンク１４の移動とともに移動し、受動リンク１４の位置および姿勢にかかわらず、受動リンク１４と平行な状態が維持される。

そして、追加駆動部１９がユニバーサルジョイント２３によって駆動リンク１１に連結されているので、追加駆動部１９の移動に伴う慣性力は駆動リンク１１によって支持される。駆動リンク１１は、受動リンク１４よりも移動量が少なく移動速度が小さいので、受動リンク１４よりも大重量に構成することができ、それによって受動リンク１４よりも高剛性に構成することができる。

したがって、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、受動リンク１４の動作とともに高速に大きく移動する追加駆動部１９の慣性力を、高剛性の駆動リンク１１によって、より確実に支持することができる。これにより、追加駆動部１９の慣性力が受動リンク１４に作用することを防止して、受動リンク１４の軽量化を図ることができるという利点がある。

また、ユニバーサルジョイント２３は、上述したように、第１軸線Ｂ回りおよび第２軸線Ｃ回りの駆動リンク１１に対する取付部２２の揺動を許容し、取付部２２の長手軸回りの回転については係止している。その結果、ユニバーサルジョイント２３が、特別な回り止め機構を設けることなく、追加駆動部１９自体の回転を係止することができる。回り止め機構を設けないので、パラレルリンクロボット１を簡易な構造にすることができ、かつ、軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、パラレルリンクロボット１として、３つのリンク部６，７，８を有する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、２以上の任意の数のリンク部を有するパラレルリンクロボット１に適用してもよい。追加機構部としては、手首機構１８の他、任意のツールを採用してもよい。

また、追加駆動部１９が１つのリンク部７に設けられた場合を例示したが、これに代えて、２以上、あるいは、リンク部６，７，８と同じ数だけ追加駆動部１９を有するパラレルリンクロボット１を採用してもよい。これにより、より自由度の高い追加機構部１８を駆動することができる。

また、本実施形態においては、追加駆動部１９をユニバーサルジョイント２３によって駆動リンク１１に接続したが、これに代えて、球面軸受（ジョイント）２８によって接続してもよい。球面軸受２８は、通常、駆動リンク１１に対する取付部２２の第１軸線Ｂ回りおよび第２軸線Ｃ回りの揺動に加えて、第１軸線Ｂおよび第２軸線Ｃに直交する第３軸線回りの回転も許容する。このため、この場合には、追加駆動部１９の第３軸線回りの回り止め機構２９を設ける必要がある。

回り止め機構２９としては、図７に示されるように、リンク部７の２つの受動リンク１４の間に掛け渡され、軸受３１によって揺動可能に取り付けられた棒状の補助リンク３０を採用し、補助リンク３０の長手方向の途中位置において、取付部２２を軸受３１によって揺動可能に取り付けたものを採用することができる。これにより、追加駆動部１９の第３軸線回りの回転が制限され、モータの回転をドライブシャフト２１および球面軸受２４によって正しく手首機構１８に伝達することができる。

上記補助リンク３０によれば、２つの受動リンク１４どうしが連結されるので、各受動リンク１４自体の長手軸回りの回転を係止することにも兼用することができる。
これに代えて、受動リンク１４自体の回り止め機構２９と、追加駆動部１９の回り止め機構とを別個に設けてもよい。

また、追加駆動部１９の回り止め機構２９としては、一方の受動リンク１４と取付部２２とに掛け渡されて軸受３１によって連結される補助リンク３０を採用してもよい。
また、他の任意の方式の回り止め機構２９を採用してもよい。

また、本実施形態においては、ユニバーサルジョイント２３の揺動中心点が２つの受動リンク１４と駆動リンク１１との揺動中心点を結ぶ線分の中央位置に配置されていることとしたが、これに代えて、上記直線上に配置されていれば、中央からずれていてもよい。

１ パラレルリンクロボット
２，３，４ アクチュエータ
５ 基礎部
６，７，８ リンク部
９ 可動部
１０，１１，１２ 駆動リンク
１３，１４，１５ 受動リンク
１８ 手首機構（追加機構部）
１９ 追加駆動部
２３ ユニバーサルジョイント（ジョイント）
２８ 球面軸受（ジョイント）
２９ 回り止め機構
３０ 補助リンク
Ｂ 第１軸線（軸線）
Ｃ 第２軸線（軸線）

Claims (4)

1. 基礎部と、
   可動部と、
   前記基礎部と前記可動部とを連結する２以上のリンク部と、
   前記基礎部に取り付けられ、各前記リンク部を駆動する２以上のアクチュエータとを備え、
   各前記リンク部が、各前記アクチュエータによって、それぞれ１つの軸線回りに揺動させられる駆動リンクと、各該駆動リンクと前記可動部との間に揺動可能に配置された互いに平行な２つの受動リンクとを備え、
   少なくとも１つの前記リンク部の２つの前記受動リンクの間に、該受動リンクに平行に配置され、前記可動部に取り付けられる追加機構部を駆動する追加駆動部を備え、
   該追加駆動部は、相互に交差する少なくとも２つの軸線回りに揺動可能に連結するジョイントによって、２つの前記受動リンクと前記駆動リンクとの揺動中心点を結ぶ直線上において、前記駆動リンクに直接取り付けられているパラレルリンクロボット。
2. 前記ジョイントがユニバーサルジョイントである請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
3. 前記ジョイントが球面軸受であり、
   前記追加駆動部の前記受動リンクに平行な軸線回りの回転を係止する回り止め機構を備える請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
4. 前記回り止め機構が、２つの前記受動リンクを含む平面に直交する軸線回りに前記追加駆動部および少なくとも一方の前記受動リンクにそれぞれ揺動可能に取り付けられた補助リンクを備える請求項３に記載のパラレルリンクロボット。

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