JPH01252379A - ３次元マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンドエフェクタを２次元的または３次元
的に移動させることができる多次元マニピュレータに関
する。

（従来の技術〕 多次元マニピュレータは改に種々のタイプのものが提案
されており、特に産業用ロボットなどの分野では数多く
の技術が利用されている。しかしながら、へＭ度で多次
元位置決めを行なわせようとすると装置の複雑化やコス
トアップは避ＩＪられないものとなっている。このため
、ワーク側をＸ−Ｙテーブルによって移動させてエンド
１フエクタに対する相対的位置決めを行なうことも多い
。

そして、このようなＸ−Ｙテーブルの駆動制御方式とし
ては、たとえば特開昭６２−１７９００４号公報に開示
された方式などがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、Ｘ−Ｙテーブルの駆動制御もまた容易で
はなく、複雑なｉ、＋＋５１Ｉを行なわねばならない。

またＸ−Ｙテーブルはそのサイズがかなり大きく、かさ
ばってしまうという問題らある。このため、コンパクト
で安価であるとともに位置決め精度も＾い多次元マニピ
ュレータの開発が望まれていた。

（発明の目的） この発明は従来技術における上述の課題の解決を意図し
ており、コンパクトかつ安価で、位置決め精澄す高い多
次元マニビル−タを扉供することを１］的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、この弁明の多次元マニビル
−タでは、１次元案内部材十を移動自在な複数の移動体
に複数のアームがそれぞれ回動自在に取付けられ、前記
複数のアームが所定の；や結部位においてｎいに回動自
（１に連ｌＩ′Ｉされてリンク機構が形成されるとと６
に、前記複数の移動体のそれぞれを駆動して前記案内部
材士で独立に移動させる複数の駆動手段が設けられ、か
つ前記リンク機構にエンド１）■フタが連続されている
。

なＪ３、この発明における多次元とは、２次元または３
次元のことを合う。

（作用〕 複数の移動体を同方向に移動さけると、リンク機構は、
その関節角を変化させずに、全体として案内部材が伸び
る方向と同一の方向へ移動する。

これにより、エンドエフェクタは、上記方向と同一の方
向に移動可能である。これに対して、複数の移動体を〃
いに異なる方向に移動させると、リンクｎ構にＪＨノる
関節角が変化する。アームの長さは固定されているため
、これによってエンドエフェクタは、案内部材が伸びる
方向に対して非平行な方向へと移動する。これらの動き
を組合わせることにより、エンドエフェクタを多次元的
に移動させて位置決めすることが可能である。

（実施例） 第１図は、この発明の一実施例である２多次元マニピ〕
レータの一部切欠要部斜視図である。このマニピュレー
タ１は、Ｘ方向に１次元的に伸びる案内部材２をもして
おり、案内部材２は、ｎいに平行な一対のガイドレール
３ａ、３ｂと、ネジ杆４とを協えている。これらのガイ
ドレール３ａ。

３ｂには、一対の移動体５ａ、５ｂ／ｆｉ摺動自在に増
付けられている。移動体５ａ、５ｂはガイドレール３ａ
、３ｂによって支持されるとともに、それらのＸ方向の
移動がガイドレール３ａ、３ｂによってガイドされる。

ｇ動体５　ａ、　５　ｂｋ−ｉ、ｌ、ｔ−タロ　ａ　、
　６　ｂがそれぞれ取付けられている。これら１７）モ
ータ６ａ。

６ｂは、例えばブラシレス型のサーボし一部ぐあり、そ
の内部には、モータのロータと−ｋ　的に形成したボル
ル太ット（図示せず）が内蔵されている。そして、その
ポールナツトはネジ打４と螺合しており、そのボールナ
ラ］へとネジ杆４とによってボールねじが形成されてい
る。このため、図示しないそれぞれの給電線を通じ−Ｃ
モータ５ａ、５ｂに給電し、それによってモータ５ａ、
５ｂに回転力を発生させることにより、移動体５ｒｉ、
５ｂは独立にＸ方向または（−Ｘ）方向に移動する。

なお、各［−タロａ、６ｂ内には、０−タ回転角検知の
ためのロータリエンコーダを設６）でおくことができる
。

移動体５ａ、５ｂには、クロス［１−ラベアリングなど
で形成された回ｌ）Ｊ機構７ａ、７ｂによって、アーム
８ａ、８ｂがそれぞれＸ−Ｙ平面内で回動自在に支持さ
れている。このため、アーム８ａ。

８ｂは、Ｘ−Ｙ平面内で旋回可能である。アーム８ａ、
８ｂのそれぞれの艮ざは互いに異なっていでもよいが、
この実施例では同一の長さしく第１図中には図示ぜず。

）とされている。

アーム８ａ、８ｂのそれぞれの他端は、クロスローラベ
アリングなどで形成された回動機構９を介して、互いに
Ｘ−Ｙ面内で回動自在に連結されでいる。したがって、
アーム８ａ、８ｂは、それらの端部を連結部位とするリ
ンク機構１０を形成している。また、この連結部位の下
方において、■アーチャックによって構成されたエンド
エフェクタ１１が一方のアーム８ｂの端部に取付けられ
ている。この■アーチャックは、エアーホース１２を介
して供給されるエアーによっＣ開閉づる。

次に、このマニピュレーターの基本的１作について説明
する。ここでは、第１図の機構を模式化してＸ−Ｙ平面
図として示した第２図を参照する。

ただし、第２図にＪノいては、案内部材２上の移動体５
ａ、５ｂの基準位置として、ｘ＝ｘ、ｘ。

をそれぞれ想定している。

まず、移動体５ａ、５ｂをともにＸ方向にｔ、ｓ＋　−
槌だけ移動させた場合にはくｉ１２図（ａ））、リンク
機構１０の関節角θは不変のままで、リンク機構１０が
全体としてＸ方向へ並進移動する（破線）。

このため、エンドエフェクタ１１のＹ座標Ｙｏは不変の
ままで、そのＸ座標が（＋）側に変化り−る。

逆に、移動体５ａ、５ｂを（−Ｘ）方向に同一・ωだけ
移動させると、ＹＪｌ！標Ｙ。を不変に保ったままで、
エンドエフェクタ１１は（−Ｘ）側に移動する（第２図
（ａ）の実線）。

一方、移動体５ａ、５ｂをｎいに逆方向に同一量だけ移
動させると（第２図（ｂ））、リンク機構１０のＸ方向
重心位置はそのままで、その関節角０が変化する。この
ため、移動体５ａ、５ｂがｎいに近づくような移動を行
なわせれば、破線で示すようにエンドエフェクタ１１の
Ｙ座標が増大し、また、移動体５ａ、５ｂが互いに遠ざ
かる方向に移ｆｉｊを行なわせれば、実線で示すように
エンドエフェクタ１１のＹ座標が減少する。これらにお
いて、エンドエフェクタ１１のＸ座標Ｘｏは不変である
。

これらのことから、移動体５ａ、５ｂのそれぞれの移動
方向と移動間とを制御することにより、エンドエフェク
タ１１は直角二次元Ｘ−Ｙ平面内で任意に動き得ること
がわかる。その可ｉｌＪ範囲は、第２図（Ｃ）に破線で
囲んで示す矩形領域へであって、この矩形領域Ａの上辺
および下辺の長さは主として案内部材２の長さによって
規定され、左辺および右辺の長さは主としてアームＱａ
、Ｑｂの良さＬによって規定される。

エンドエフェクタ１１を領域Ａ内の任意の点（Ｘ、Ｙ）
に位置決めする際に、移動体５ａ。

Ｃ ５ｂをどの位置まで移動ざμればよいかは、簡単な幾何
学的計篩で求めることができる。理解を容易にする目的
で移動体５ａ、５ｂ自身の大きさを無視する近似を行な
った場合を考える。この場合には、第２図（ｃ）に示す
ように、点（Ｘ、Ｙｏ）を中心とし、アーム８ａ、８ｂ
の長ざＬを半径とする円Ｃを想定し、この円Ｃが、案内
部材２を表現する線分オと交わる２点のＸ座ａＸ、Ｘ２
を求メル。そして、このＸ座標Ｘ、、Ｘ２の位置まで、
移動体５ａ、５ｂをそれぞれ移動させればよい。移動体
５ａ、５ｂ自体の大きさを考慮した場合への拡張も容易
である。このため、マニピュレータ１をυＩｔｌｌｌす
るコントローラ（図示せず）を設けたときに、そのコン
トローラにお番プる制御シーケンスも比較的命中となる
。

以上のように、この実施例のマニピュレータ１では、移
動体５ａ、５ｂを１次元的に４）進駆紡させる機構のみ
でエンドエフェクタ１１を２次元的に移動させることが
できるため、機構的にコンバクＩ・となる。また精ＶＮ
位置決めに必曹とされる高価なボールねじなどの数も少
なくてすむため、比較的安価にマニピユレータ１を構成
することができる。特に、モータ６ａ、６ｂとしてプツ
ト組込型の一体化七一部を使うことで、この効果はさら
に高まっている。さらに、機構的に筒中であることから
、各部の変形や可動部のガタなどに起因する位置決め誤
差も少なく、高精度の位置決めがｉｉｌ能となる。

と′ころで、この発明は３次元マニピュレータにも適用
できる。たとえば、第３Ａ図に示すように豆いに平行に
配置された案内部材２ａ〜２Ｃを設ける。そして、移動
体５Ａ〜５Ｃをこれらの案内部Ｕ２ａ〜２Ｃにそれぞれ
摺動自在に取付け、アーム８Ａ〜８０によってり、ンク
機構１０ａを形成する。このようにすれば、エンドエフ
ェクタ１１は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直角座標系で規定される３次
元空間内で移動可能である。案内部材２ａ〜２Ｃのうら
の任意の２つは互いに兼用されていてｂよい。

ただし、このような３次元マニピュレータの場合には、
各可動部を、所定の立体角内で回動自在に構成する。ま
た、エンドエフェクタ１１　Ｇ、ｌ常に所定の方向（た
とえば下方）を向くようにしておく。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の構成を具体化した一例を示す模
式機構図である。この例では、アーム８Ａ〜８Ｃのそれ
ぞれを平行リンク機構によって形成している。エンドエ
フェクタ１１の軸１１２１をアーム８Ａの垂直辺８８に
固定することにより、■ノドエフェクタ１１は常に下方
を向いている。

７−ム８Ａのみを平行リンク構成としてもよい。

また、上配実席例では、移動体５ａ、５ｂに取付１Ｊた
［−夕６ａ、６ｂでポールナツトを回転させているが、
各移動体５ｊｌ、５ｂごとにネジ）１を設けるときには
、案内部材側にモータを設け（、それらのネジ社を回転
させてｂよい。もつとも、上記実施例の方が機構的に最
も簡単であり、ネジ社を兼用することが望ましい。

この５を明の多次元マニピル−夕は、従来Ｘ〜Ｙテーブ
ルを用いて位置決めを行なっていた分野のほか、種々の
ハンドリングシステムや加ニジステｌいなどにも利用付
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、１次元的移動
機構を用いて多次元の位置決めが可能となり、機構的に
コンパクトかつ安１ｌｌｌｉぐ、高精瓜位置決めにも適
した多次元マニピュレータを青ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の一部切欠飲部斜視図、 第２図は、実施例の肋作原叩を示す平面模式図、第３Ａ
図は変形例の説明図、 第３８図は第３Ａ図のマニビル−タを具体化した一例を
示す模式機構図である。 １・・・２次元マニピュレータ、 ２・・・案内部材、　　　　５ａ、５ｂ・・・移動体、
６ａ、６ｂ−・・モータ、　８ａ、８ｂ−７−ム、１０
・・・リンク機構、 １１・・・エンド■ノＩクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１次元案内部材上を移動自在な複数の移動体に複
   数のアームがそれぞれ回動自在に取付けられ、前記複数
   のアームが所定の連結部位において互いに回動自在に連
   結されてリンク機構が形成されるとともに、 前記複数の移動体のそれぞれを駆動して前記案内部材上
   で独立に移動させる複数の駆動手段が設けられ、かつ 前記リンク機構にエンドエフェクタが連続されているこ
   とを特徴とする多次元マニピュレータ。