JPH0947995A

JPH0947995A - パラレルリンクマニピュレータ

Info

Publication number: JPH0947995A
Application number: JP20337695A
Authority: JP
Inventors: Shoji Moriyama; 祥二森山
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】速度、応答性、位置及び姿勢の精度等など制
御性能に優れたパラレルリンクマニピュレータの構造を
提供する。【解決手段】本発明のパラレルリンクマニピュレータ
は、基部１と可動部２とを、ネジリに対して剛性を有す
る伸縮自在な第一のアーム４、及び２本以上の伸縮制御
可能な第二のアーム５を用いて接続したパラレルリンク
マニピュレータであって、基部に基部の基準面とほぼ平
行な面内の移動を制御する直動制御軸３を取付け、この
直動制御軸３に、第一のアーム４の一端をネジリに対し
て剛性を有する自在継手６を介して接続するとともに、
その他端を可動部２に固定し、第二のアーム５の一端
を、可動部上、第一のアーム４との接続部の周囲の離間
した位置に自在継手８を介して接続するとともに、その
他端を基部上、直動制御軸３の周囲に自在継手７を介し
て接続したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工業用ロボット等の
腕部の位置及び姿勢制御に使用されるパラレルリンクマ
ニピュレータの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】パラレルリンクマニピュレータの位置及
び姿勢の制御の機構に関しては、従来から様々な構造が
開発されている。それらの一例として、特公平６−５７
３９４号公報に記載された「アーム装置」の構造を図６
に示す。図中、３１は基部、３２は第一の可動部、３３
は第二の可動部、３４はネジリに対して剛性を有する伸
縮アーム、３５、３６、３７はその他の伸縮アーム、４
０、４１は補助の伸縮アーム、３８、３９は回動自在な
継手を表す。

【０００３】ネジリに対する剛性を有する伸縮アーム３
４の一端は、自在継手３８を介して基部３１に接続さ
れ、この伸縮アーム３４の他端は第一の可動部３２に固
定される。これに加えて、基部３１と第一の可動部３２
とは、両端部に自在継手２５を備えた２本以上の伸縮ア
−ム３５、３６、３７により接続される。更に、第一の
可動部３２には、第二の可動部３３が自在継手３９及び
補助の伸縮アーム４０、４１により接続される。この装
置において、伸縮ア−ム３４、３５、３６、３７により
第一の可動部の位置の制御を行うとともに、補助の伸縮
ア−ム４０、４１を用いて、（第一の可動部に接続され
た）第二の可動部の姿勢の制御を行う。即ち、位置制御
機構と姿勢制御機構とを重畳的に組合わせて、位置及び
姿勢の制御を実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロボット制御において
ロボットの速度、応答性、位置及び姿勢の精度などの制
御性能を向上させるためには、ロボットの腕部先端部分
（上記の可動部）の重量を極力、小さく抑えることが重
要である。上記の従来技術では、第一の可動部の先に、
補助の伸縮ア−ム等の姿勢制御のための機構が搭載され
る構造となっているので、ロボットの腕部先端部分の重
量はかなり大きく、速度、応答性などの性能に限界があ
った。また、位置制御機構と姿勢制御機構とを重畳的に
組合わせているので、位置及び姿勢の精度の誤差が累積
されるため高精度化にも限界があった。

【０００５】本発明の目的は、新たな位置及び姿勢の制
御機構を開発することにより、速度、応答性、位置及び
姿勢の精度などの制御性能に優れたパラレルリンクマニ
ピュレータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題の解決のた
め、本発明のパラレルリンクマニピュレータでは、従来
の二段構造による位置及び姿勢の制御機構に代わって、
一段構造によって位置及び姿勢の制御が可能な構造を採
用する。

【０００７】即ち、本発明のパラレルリンクマニピュレ
ータは、基部と可動部とを、ネジリに対して剛性を有す
る伸縮自在な第一のアーム、及び第一のアームの周囲に
配置された２本以上の伸縮制御可能な第二のアームを用
いて接続したパラレルリンクマニピュレータであって、
基部上に基部の基準面とほぼ平行な面内の移動を制御す
る制御軸を取付け、この制御軸に、前記第一のアームの
一端をネジリに対して剛性を有する自在継手を介して接
続するとともに、その他端を可動部に接続し、前記第二
のアームの一端を、可動部の前記第一のアームとの接続
部の周囲の離間した位置に自在継手を介して接続すると
ともに、その他端を基部に自在継手を介して接続し、前
記制御軸による第一のアームの一端の移動量、及び前記
第二のアームの伸縮量を伸縮量を制御することによっ
て、基部に対する可動部の相対的な位置及び姿勢を制御
するようにしたことを特徴とする。

【０００８】上記のパラレルリンクマニピュレータの機
構において、ロボットの腕部先端部に該当する可動部の
位置及び姿勢の制御は、以下の様に行われる。可動部
の、基部の基準面に対して平行な面内の位置決めは、前
記制御軸を移動制御し、これに前記第二のアームのスロ
ークを追従させるようにその伸縮量を制御することによ
って行われる。基部に対して垂直方向の位置決めは、前
記第二のアームの伸縮量を制御することによって行われ
る。可動部の姿勢制御は、制御軸を移動制御して第一の
アームの角度を変えると共に、この角度の変化に追従さ
せるように前記第二のアームのそれぞれの伸縮量を制御
することによって行われる。なお、実際の制御では、目
標の位置及び姿勢を実現する前記制御軸及び第二のアー
ムの各伸縮量を計算により割り出して、最短経路で目標
状態に到達する様に、各軸の制御を同時に行うこともで
きる。更に、上記の各軸の制御機構の他に、前記基部、
あるいは可動部に回転機構を搭載することにより、上記
機構に回転機能を付け加えることも可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明に基づくパラレルリ
ンクマニピュレータの最小の構成要素による例を示す。
図中、１は基部、２は可動部、３は一軸の直動制御軸、
４はネジリに対して剛性を有する伸縮自在な第一のアー
ム、５は伸縮制御可能な第二のアームを表す、６、７、
８は少なくとも一軸回りの角度変化（紙面に平行な面内
の角度変化）が自在の自在継手を表す。

【００１０】基部１のほぼ中央には一軸の直動制御軸３
が取付けられ、この直動制御軸の可動側には第一のアー
ム４の一端がネジリに対して剛性を有する自在継手６を
介して接続され、第一のアーム４の他端は可動部２のほ
ぼ中央に固定されている。第二のアーム５は２本で構成
され、第二のアーム５の一端と可動部とは、前記第一の
アーム４の接続位置を中間に挟んで互いに離れた位置
に、自在継手８を介して接続されている。第二のアーム
５の他端は基部１上、直動制御軸３の周囲の互いに離れ
た位置に自在継手７を介して接続されている。なお、第
二のアーム５及び自在継手７、８は、ネジリに対して剛
性を有する必要はない。

【００１１】この構成において、直動制御軸３の移動制
御、及び第二のアーム５の伸縮量の制御により可動部２
の、図１において紙面に平行な面内における二次元の位
置決め及び各位置における傾斜（姿勢）が制御される。

【００１２】図２及び図３に本発明に基づく５自由度の
パラレルリンクマニピュレータを示す。図中、１３は二
軸（Ｘ、Ｙ）の直動制御軸、１６はネジリに対して剛性
を有し、二軸（Ｘ、Ｙ）回り角度変化が自在な自在継
手、１７、１８は二軸（Ｘ、Ｙ）回り角度変化が自在な
自在継手を表す。なお、図１と共通な要素については同
一の符号を付してその説明を省略する。

【００１３】基部１のほぼ中央には二軸の直動制御軸１
３が取付けられ、この直動制御軸の可動側には第一のア
ーム４の一端が自在継手１６を介して接続され、第一の
アーム４の他端は可動部２のほぼ中央に固定されてい
る。第二のアーム５は３本で構成され、第二のアーム５
の一端と可動部とは、前記第一のアーム４の接続位置の
周囲を取り囲むように互いに離れた位置に、自在継手１
８を介して接続されている。第二のアーム５の他端は基
部１上、直動制御軸３の周囲の互いに離れた位置に自在
継手１７を介して接続されている。

【００１４】二軸の直動制御軸１３は、図３にその構造
を示すように、基部１１にＸ軸方向の直動制御軸１９、
及びＹ軸方向の直動制御軸２０を組合わせることにより
構成される。

【００１５】自在継手１６及び第一のアーム４により、
基部１に対する可動部２のネジレが拘束されているの
で、可動部２は第一のアーム４を中心とする回転方向に
は所定の位置関係を保ち、二軸の直動制御軸１３、及び
第二のアーム５の各ストロークを制御することにより、
基部１の基準面に平行な面内（Ｘ、Ｙ）及び同基準面に
垂直方向（Ｚ）の３自由度の位置制御が可能になると共
に、二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）回りの回転（傾斜）が制御さ
れ、２自由度の姿勢制御が可能になる。なお、位置制御
と姿勢制御とを同時に動作させることも可能である。

【００１６】図４に本発明に基づく５自由度のパラレル
リンクマニピュレータの他の例を示す。図中、２１は旋
回軸を表し、その他の要素は図２と共通である。この例
は、図２に示した二軸の直動制御軸１３の代わりに、直
動制御軸１９を旋回軸２１により所望の角度に旋回させ
るようにした局座標式の二軸（２次元）制御式としたも
のである。

【００１７】図５に本発明に基づく６自由度のパラレル
リンクマニピュレータの一例を示す。図中、２２は旋回
軸を表し、その他の要素は図２と共通である。この例で
は、可動部２に旋回軸２２を取り付けて、可動部２の基
準面に平行な面内の回転動作を可能にすることによっ
て、６自由度の動作を実現している。なお、この旋回軸
２２の代りに、基部１を旋回させるようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明のパラレルリンクマニピュレータ
は、基部と可動部とを、ネジリに対して剛性を有する伸
縮自在な第一のアーム、及び２本以上の伸縮制御可能な
第二のアームを用いて接続して、第一のアームと基部と
の接続部には、基部の基準面とほぼ平行な面内の移動を
制御する制御軸を配し、その周囲に姿勢制御用の第二の
アームを配置しているので、一段構造によって位置及び
姿勢の制御が可能な機構となっている。

【００１９】このため、ロボットの腕部先端部分に該当
する可動部の重量が軽減されて、速度、応答性が改善さ
れる。更に、従来の二段構造に起因する誤差の累積がな
くなった結果、位置及び姿勢制御の高精度化も達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくパラレルリンクマニピュレータ
の最小の構成要素による例を示す側面図。

【図２】本発明に基づく５自由度のパラレルリンクマニ
ピュレータの一例を示す見取り図。

【図３】二軸の直動制御軸の構造を示す見取り図。

【図４】本発明に基づく５自由度のパラレルリンクマニ
ピュレータの他の例を示す見取り図。

【図５】本発明に基づく６自由度のパラレルリンクマニ
ピュレータの一例を示す見取り図。

【図６】従来の「アーム装置」の構造の一例を示す見取
り図。

【符号の説明】１・・・基部、２・・・可動部、３・・・一軸の直動制
御軸、４・・・第一のアーム、５・・・第二のアーム、
６、７、８・・・一軸回りの角度変化が自在の自在継
手、１３・・・二軸の直動制御軸、１６・・・自在継
手、１７、１８・・・自在継手、１９、２０・・・直動
制御軸、２１、２２・・・旋回軸、３１・・・基部、３
２・・・第一の可動部、３３・・・第二の可動部、３
４、３５、３６、３７・・・伸縮アーム、３８、３９・
・・自在継手、４０、４１・・・補助の伸縮アーム、４
２・・・工具。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基部と可動部とを、ネジリに対して剛性
を有する伸縮自在な第一のアーム、及び第一のアームの
周囲に配置された２本以上の伸縮制御可能な第二のアー
ムを用いて接続したパラレルリンクマニピュレータであ
って、基部上に基部の基準面とほぼ平行な面内の移動を制御す
る制御軸を取付け、この制御軸に、前記第一のアームの一端をネジリに対し
て剛性を有する自在継手を介して接続するとともに、そ
の他端を可動部に接続し、前記第二のアームの一端を、可動部の前記第一のアーム
との接続部の周囲の離間した位置に自在継手を介して接
続するとともに、その他端を基部に自在継手を介して接
続し、前記制御軸による第一のアームの一端の移動量、
及び前記第二のアームの伸縮量を伸縮量を制御すること
によって、基部に対する可動部の相対的な位置及び姿勢
を制御するようにしたことを特徴とするパラレルリンク
マニピュレータ。