JPH10124122A - 並列構造型ロボット - Google Patents
並列構造型ロボットInfo
- Publication number
- JPH10124122A JPH10124122A JP27468397A JP27468397A JPH10124122A JP H10124122 A JPH10124122 A JP H10124122A JP 27468397 A JP27468397 A JP 27468397A JP 27468397 A JP27468397 A JP 27468397A JP H10124122 A JPH10124122 A JP H10124122A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- robot
- rod
- articulated
- encoders
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J17/00—Joints
- B25J17/02—Wrist joints
- B25J17/0208—Compliance devices
- B25J17/0216—Compliance devices comprising a stewart mechanism
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 容易な制御を可能にする改良型の並列構造型
ロボットを提供する。 【解決手段】 六本のモータ式アクチュエータによって
連結された、下部テーブルとエフェクタ機構と一体の上
部テーブルを備え、各アクチュエータは、エンコーダを
備えており、さらに、下部テーブルは、五本の連節軸に
沿って下部テーブルと上部テーブルにその端部で連節さ
れている伸縮式ロッドによって、それらの各重心の付近
で上部テーブルに接続され、この伸縮式ロッドは六つの
エンコーダを備えており、さらに、前記ロボットは、上
部プレートの位置設定に基づいてアクチュエータの伸び
率の設定を決定するために逆数学モデルを使用し、前記
ロッドに備えられ六つのエンコーダのデータに基づいて
上部プレートの実際の位置を計算し、必要な位置の補正
を行うために、前記伸縮式ロッドの順数学モデルを使用
する制御システムを有している。
ロボットを提供する。 【解決手段】 六本のモータ式アクチュエータによって
連結された、下部テーブルとエフェクタ機構と一体の上
部テーブルを備え、各アクチュエータは、エンコーダを
備えており、さらに、下部テーブルは、五本の連節軸に
沿って下部テーブルと上部テーブルにその端部で連節さ
れている伸縮式ロッドによって、それらの各重心の付近
で上部テーブルに接続され、この伸縮式ロッドは六つの
エンコーダを備えており、さらに、前記ロボットは、上
部プレートの位置設定に基づいてアクチュエータの伸び
率の設定を決定するために逆数学モデルを使用し、前記
ロッドに備えられ六つのエンコーダのデータに基づいて
上部プレートの実際の位置を計算し、必要な位置の補正
を行うために、前記伸縮式ロッドの順数学モデルを使用
する制御システムを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、並列構造型ロボッ
トに関するものである。
トに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二つの系統のロボットが存在することが
知られている。直列構造型ロボットと並列構造型ロボッ
トである。
知られている。直列構造型ロボットと並列構造型ロボッ
トである。
【０００３】直列構造型ロボットとは、たとえば工具の
ような可動型の端末機構を、直列に次々に配置されてい
る構造エレメントの集合体によって、フレームのような
固定部分に結合しているロボットである。各構造エレメ
ントは、並進や回転のような単純な運動を可能にするリ
ンクによって次のエレメントに結合される。アクチュエ
ータと呼ばれる駆動手段が各リンクを動かす。並進また
は単一軸の周りの単純な回転といった単一運動を行うリ
ンクは、アクチュエータとともに、能動軸と呼ばれるも
のを構成する。端末機構の六種類の自由度を得るために
は最低でも六本の能動軸が必要である。垂直軸ｏｘ、ｏ
ｙ、ｏｚに沿った三種類の並進とこれら三本の軸の周り
の三種類の回転θx、θy、θzの六種類の自由度であ
る。
ような可動型の端末機構を、直列に次々に配置されてい
る構造エレメントの集合体によって、フレームのような
固定部分に結合しているロボットである。各構造エレメ
ントは、並進や回転のような単純な運動を可能にするリ
ンクによって次のエレメントに結合される。アクチュエ
ータと呼ばれる駆動手段が各リンクを動かす。並進また
は単一軸の周りの単純な回転といった単一運動を行うリ
ンクは、アクチュエータとともに、能動軸と呼ばれるも
のを構成する。端末機構の六種類の自由度を得るために
は最低でも六本の能動軸が必要である。垂直軸ｏｘ、ｏ
ｙ、ｏｚに沿った三種類の並進とこれら三本の軸の周り
の三種類の回転θx、θy、θzの六種類の自由度であ
る。
【０００４】並列構造型ロボットは、六つのアクチュエ
ータによって、端末機構（たとえば上部テーブル）を固
定部分（たとえば下部テーブル）に結合するロボットで
ある。各アクチュエータは、一本のアクチュエータで構
成されており、その一端では玉継手型リンクによって、
もう一端ではカルダン継手型リンクによってこれら二つ
のテーブルに接続されている。六本のアクチュエータは
三角形の配置の位置にあり、各アクチュエータは一本の
能動軸を構成する。
ータによって、端末機構（たとえば上部テーブル）を固
定部分（たとえば下部テーブル）に結合するロボットで
ある。各アクチュエータは、一本のアクチュエータで構
成されており、その一端では玉継手型リンクによって、
もう一端ではカルダン継手型リンクによってこれら二つ
のテーブルに接続されている。六本のアクチュエータは
三角形の配置の位置にあり、各アクチュエータは一本の
能動軸を構成する。
【０００５】直列構造型ロボットに比べると、並列構造
型ロボットはより頑丈で、より精密かつより迅速であ
り、軽量で慣性が小さいにもかかわらず、より大きい負
荷能力を有している。特定の用途においては、その固有
の品質のために並列構造型ロボットが必要になる。しか
しながら、その制御は、直列ロボットよりもはるかに難
しい。
型ロボットはより頑丈で、より精密かつより迅速であ
り、軽量で慣性が小さいにもかかわらず、より大きい負
荷能力を有している。特定の用途においては、その固有
の品質のために並列構造型ロボットが必要になる。しか
しながら、その制御は、直列ロボットよりもはるかに難
しい。
【０００６】実際に、閉ループにおけるロボットの制御
のためには、端末機構がとらなければならない位置を知
ることによって、能動軸に与えなければならない位置を
そこから演繹することができる逆数学モデルを使用する
必要があるが、その一方、閉ループにおける制御を得る
ことができるように位置の補正を行うためには、各軸の
位置を知ることによって、端末機構の位置をそこから演
繹することができる順数学モデルを使用することが必要
となる。ところで、並列ロボットの順数学モデルは非常
に複雑であり、反復法によってしか解を求められない。
その点が、並列ロボットが現在ほとんど使用されていな
い理由である。なぜなら、逆に、直列ロボットははるか
に操作しやすく、その順数学モデルは容易に公式化され
るので、逆モデルはそれほど容易でないとはいえ、それ
でも現在の技術によってきちんと使いこなすことができ
るからである。
のためには、端末機構がとらなければならない位置を知
ることによって、能動軸に与えなければならない位置を
そこから演繹することができる逆数学モデルを使用する
必要があるが、その一方、閉ループにおける制御を得る
ことができるように位置の補正を行うためには、各軸の
位置を知ることによって、端末機構の位置をそこから演
繹することができる順数学モデルを使用することが必要
となる。ところで、並列ロボットの順数学モデルは非常
に複雑であり、反復法によってしか解を求められない。
その点が、並列ロボットが現在ほとんど使用されていな
い理由である。なぜなら、逆に、直列ロボットははるか
に操作しやすく、その順数学モデルは容易に公式化され
るので、逆モデルはそれほど容易でないとはいえ、それ
でも現在の技術によってきちんと使いこなすことができ
るからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、容易な制御
を可能にする改良型の並列構造型ロボットを提案するこ
とにある。
を可能にする改良型の並列構造型ロボットを提案するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このように、本発明は、
六本のモータ式アクチュエータによって連結された、下
部テーブルとエフェクタ機構と一体の上部テーブルとを
備える並列構造型ロボットを対象としており、アクチュ
エータは、三角形の配置の位置にあり、各アクチュエー
タは、少なくとも五本の連節軸に沿って、一方では下部
テーブルに、もう一方では上部テーブルに連節されてい
る。そのうちの三本の連節軸は一端に、少なくとも二本
の軸は他端にあり、各アクチュエータは、その伸び率を
測定するエンコーダを備えており、さらに、下部テーブ
ルは、五本の連節軸に沿って、下部テーブル及び上部テ
ーブルにその端部で連節されている伸縮式ロッドによっ
て、各重心の付近で、上部テーブルに接続されている。
これらの連節軸のうち二本は一方の端部に、三本はもう
一方の端部にあり、この伸縮式ロッドは六つのエンコー
ダを備えている。そのうちの一つはロッドの伸び率用で
あり、二つはカルダン継手型の二軸連節用であり、残り
の三つは、玉継手型の三軸連節用である。また、前記ロ
ボットは、上部プレートの位置設定に基づいてアクチュ
エータの伸び率の設定を決定するためにロボットの逆数
学モデルを使用し、前記ロッドに備えられた六つのエン
コーダのデータに基づいて上部プレートの実際の位置を
計算し、この実際の位置から必要な位置の補正を行うた
めに、非モータ式の受動直列ロボットの役割を果たす連
節された前記伸縮式ロッドの順数学モデルを使用する制
御システムを有する。
六本のモータ式アクチュエータによって連結された、下
部テーブルとエフェクタ機構と一体の上部テーブルとを
備える並列構造型ロボットを対象としており、アクチュ
エータは、三角形の配置の位置にあり、各アクチュエー
タは、少なくとも五本の連節軸に沿って、一方では下部
テーブルに、もう一方では上部テーブルに連節されてい
る。そのうちの三本の連節軸は一端に、少なくとも二本
の軸は他端にあり、各アクチュエータは、その伸び率を
測定するエンコーダを備えており、さらに、下部テーブ
ルは、五本の連節軸に沿って、下部テーブル及び上部テ
ーブルにその端部で連節されている伸縮式ロッドによっ
て、各重心の付近で、上部テーブルに接続されている。
これらの連節軸のうち二本は一方の端部に、三本はもう
一方の端部にあり、この伸縮式ロッドは六つのエンコー
ダを備えている。そのうちの一つはロッドの伸び率用で
あり、二つはカルダン継手型の二軸連節用であり、残り
の三つは、玉継手型の三軸連節用である。また、前記ロ
ボットは、上部プレートの位置設定に基づいてアクチュ
エータの伸び率の設定を決定するためにロボットの逆数
学モデルを使用し、前記ロッドに備えられた六つのエン
コーダのデータに基づいて上部プレートの実際の位置を
計算し、この実際の位置から必要な位置の補正を行うた
めに、非モータ式の受動直列ロボットの役割を果たす連
節された前記伸縮式ロッドの順数学モデルを使用する制
御システムを有する。
【０００９】次に、添付の図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１から図３を参照すると、本発
明による並列構造型ロボットが示されているが、このロ
ボットは、台座または固定機構を構成する下部テーブル
１と、端末機構を構成する、あるいはいずれかのエフェ
クタ端末機構に連結された可動型上部テーブル２を備え
ている。これら二つの下部テーブル１と上部テーブル２
は、参照番号３から８の六本のモータ式アクチュエータ
によって連結されている。これら六本のアクチュエータ
は、安定した頑丈な集合体を得るために三角形の配置に
されたシステムを実現するように位置決めされる。
明による並列構造型ロボットが示されているが、このロ
ボットは、台座または固定機構を構成する下部テーブル
１と、端末機構を構成する、あるいはいずれかのエフェ
クタ端末機構に連結された可動型上部テーブル２を備え
ている。これら二つの下部テーブル１と上部テーブル２
は、参照番号３から８の六本のモータ式アクチュエータ
によって連結されている。これら六本のアクチュエータ
は、安定した頑丈な集合体を得るために三角形の配置に
されたシステムを実現するように位置決めされる。
【００１１】各アクチュエータは、カルダン継手式装置
９つまり二軸連節型装置を用いて下部テーブル１に、玉
継手式装置１０つまり三軸連節型装置によって、上部テ
ーブル２に連節されている。
９つまり二軸連節型装置を用いて下部テーブル１に、玉
継手式装置１０つまり三軸連節型装置によって、上部テ
ーブル２に連節されている。
【００１２】各アクチュエータ３から８はモータ付きで
あり、すなわち、歯車モータ１１を備えている。各アク
チュエータにはまた、その伸び率を測定するためにエン
コーダが備えられている。このエンコーダは、各アクチ
ュエータの歯車付電動装置内に位置し、図には示されて
いない。
あり、すなわち、歯車モータ１１を備えている。各アク
チュエータにはまた、その伸び率を測定するためにエン
コーダが備えられている。このエンコーダは、各アクチ
ュエータの歯車付電動装置内に位置し、図には示されて
いない。
【００１３】本発明によれば、下部テーブル１と上部テ
ーブル２はさらに、玉継手型連節、つまり三軸型連節に
よってテーブル１にその下端で連節されている伸縮式ロ
ッドによって、それらの重心付近で接続されており、二
つのエンコーダ１４と１５を備えるカルダン継手１３
と、一つのエンコーダ１７を備えるベアリング１６を有
する。ロッドは、二つのエンコーダ１９と２０を備える
カルダン継手１８を有する二軸連節によって、その上端
でテーブル２に連節されている。エンコーダ２１は、伸
縮式ロッドの伸び率を測定することができる。この伸縮
式ロッド１２は受動的でありモータ付きでなく、また、
受動（モータ付きでない）直列構造ロボットの役割を果
たすロッドの順数学モデルを使用することによって、伸
縮式ロッド１２に接続された六つのエンコーダ、つまり
角度エンコーダ１４、１５、１７、１９、２０と伸び率
測定エンコーダ２１のデータに基づいて、上部テーブル
２に連結されたエフェクタの実際の正確な位置を知るた
めにのみ使用される。
ーブル２はさらに、玉継手型連節、つまり三軸型連節に
よってテーブル１にその下端で連節されている伸縮式ロ
ッドによって、それらの重心付近で接続されており、二
つのエンコーダ１４と１５を備えるカルダン継手１３
と、一つのエンコーダ１７を備えるベアリング１６を有
する。ロッドは、二つのエンコーダ１９と２０を備える
カルダン継手１８を有する二軸連節によって、その上端
でテーブル２に連節されている。エンコーダ２１は、伸
縮式ロッドの伸び率を測定することができる。この伸縮
式ロッド１２は受動的でありモータ付きでなく、また、
受動（モータ付きでない）直列構造ロボットの役割を果
たすロッドの順数学モデルを使用することによって、伸
縮式ロッド１２に接続された六つのエンコーダ、つまり
角度エンコーダ１４、１５、１７、１９、２０と伸び率
測定エンコーダ２１のデータに基づいて、上部テーブル
２に連結されたエフェクタの実際の正確な位置を知るた
めにのみ使用される。
【００１４】もちろん、伸縮式ロッド１２の二つの部分
２２と２３は、互いに回転できないように固定される。
２２と２３は、互いに回転できないように固定される。
【００１５】図４はロボットの制御システムのフローチ
ャートを示している。
ャートを示している。
【００１６】参照番号２３は、上部テーブル２に連結さ
れたエフェクタ機構の位置の設定を示している。この設
定には、並列構造型ロボットの逆数学モデルを実行する
計算機２４に送られる六つのパラメータが含まれる。こ
のモデルに基づいて、２５では、六本のアクチュエータ
３から８の長さの設定を作成し、この設定はロボットの
アクチュエータの駆動部２６に送られる。参照番号２７
は、六つのエンコーダ１４、１５、１７、１９、２０、
２１によって得られる伸縮式ロッド１２の六本の受動軸
の位置の測定を表わしており、その測定値によって、２
８で、順数学モデルを作成することができ、そのモデル
から２９で表わされるエフェクタ機構の実際の位置を得
ることができる。さらにこの位置に基づいて、３０で
は、２４に送られた位置の補正計算が行われる。
れたエフェクタ機構の位置の設定を示している。この設
定には、並列構造型ロボットの逆数学モデルを実行する
計算機２４に送られる六つのパラメータが含まれる。こ
のモデルに基づいて、２５では、六本のアクチュエータ
３から８の長さの設定を作成し、この設定はロボットの
アクチュエータの駆動部２６に送られる。参照番号２７
は、六つのエンコーダ１４、１５、１７、１９、２０、
２１によって得られる伸縮式ロッド１２の六本の受動軸
の位置の測定を表わしており、その測定値によって、２
８で、順数学モデルを作成することができ、そのモデル
から２９で表わされるエフェクタ機構の実際の位置を得
ることができる。さらにこの位置に基づいて、３０で
は、２４に送られた位置の補正計算が行われる。
【００１７】受動軸（伸縮式ロッド１２）の位置の測定
に基づいてこの位置補正が行われるおかげで、軸が受動
的でモータ付きでないために、この軸の位置の測定に対
して、内部加熱による温度の影響が及ぶこともなけれ
ば、ロボットによって支えられる負荷によるたわみなど
の機械的影響も及ぶことがない。
に基づいてこの位置補正が行われるおかげで、軸が受動
的でモータ付きでないために、この軸の位置の測定に対
して、内部加熱による温度の影響が及ぶこともなけれ
ば、ロボットによって支えられる負荷によるたわみなど
の機械的影響も及ぶことがない。
【００１８】このフローチャートにはまた、３８で、場
合によっては３１で表わされる緊急停止を制御するため
に許可される位置領域の限界とエフェクタ機構の位置を
比較することが含まれている。
合によっては３１で表わされる緊急停止を制御するため
に許可される位置領域の限界とエフェクタ機構の位置を
比較することが含まれている。
【００１９】ロボットはまた、運動の停止を制御するた
めの行程終了３２を備えている。エフェクタ機構の実際
の位置は、オペレータの情報機構３３に向かって送られ
る。さらに、制御はまた、必要な場合には、３５で表わ
される出力を反復の出発点とみなして並列ロボットの順
数学モデル３４を使用することによって、あるいはロボ
ットの六本のアクチュエータの位置の測定値３６を使用
することによって、エフェクタ位置の計算の冗長度を有
することもできる。３７において、情報機構３３に送ら
れるエフェクタ機構の位置が得られる。
めの行程終了３２を備えている。エフェクタ機構の実際
の位置は、オペレータの情報機構３３に向かって送られ
る。さらに、制御はまた、必要な場合には、３５で表わ
される出力を反復の出発点とみなして並列ロボットの順
数学モデル３４を使用することによって、あるいはロボ
ットの六本のアクチュエータの位置の測定値３６を使用
することによって、エフェクタ位置の計算の冗長度を有
することもできる。３７において、情報機構３３に送ら
れるエフェクタ機構の位置が得られる。
【図１】本発明による並列構造型ロボットの立面図であ
る。
る。
【図２】空間的には同じ方向とはいえ、高位置における
上部テーブルをともなう図１の右側から（矢印ＩＩに従
って）見た図である。
上部テーブルをともなう図１の右側から（矢印ＩＩに従
って）見た図である。
【図３】連節された伸縮式ロッドを示す図１と図２の詳
細図である。
細図である。
【図４】ロボットの制御システムのフローチャートであ
る。
る。
１ 下部テーブル ２ 上部テーブル ３、４、５、６、７、８ モータ式アクチュエータ １２ 伸縮式ロッド １４、１５、１７ 玉継手 １９、２０ カルダン継手 ２１ ロッドの伸び率用 ２３ 位置設定 ２４ 計算機 ２５ 長さの設定 ２７ エンコーダのデータ ２８ 順数学モデル ２９ 実際の位置 ３０ 位置の補正
Claims (2)
- 【請求項１】 六本のモータ式アクチュエータ（３から
８）によって連結された、下部テーブル（１）とエフェ
クタ機構と一体の上部テーブル（２）とを備える並列構
造型ロボットであって、前記アクチュエータは、三角形
の配置の位置にあり、各アクチュエータは、少なくとも
五本の連節軸に沿って、一方では前記下部テーブルに、
もう一方では前記上部テーブルに連節され、そのうちの
三本の軸は一端（１０）に、少なくとも二本は他端
（９）にあり、各アクチュエータはその伸び率を測定す
るエンコーダを備えており、さらに、前記下部テーブル
（１）は、五本の連節軸に沿って前記下部テーブルと前
記上部テーブルにその端部で連節されている伸縮式ロッ
ド（１２）によって、それらの各重心の付近で前記上部
テーブル（２）に接続され、これら五本の連節軸のうち
二本は一方の端部（１８）に、三本は他方の端部（１
３、１６）にあり、前記伸縮式ロッドは六つのエンコー
ダを備えており、そのうちの一つ（２１）は前記ロッド
の伸び率用であり、二つ（１９、２０）はカルダン継手
型の二軸連節用であり、残る三つ（１４、１５、１７）
は玉継手型の三軸連節用であり、さらに、上部プレート
の位置設定（２３）に基づいてアクチュエータの伸び率
の設定（２５）を決定するために前記ロボットの逆数学
モデル（２４）を使用し、前記ロッドに備えられた六つ
のエンコーダのデータ（２７）に基づいて上部プレート
の実際の位置（２９）を計算し、この実際の位置に基づ
いて必要な位置の補正（３０）を行うために、非モータ
式の受動ロボットの役割を果たす連節された前記伸縮式
ロッド（１２）の順数学モデル（２８）を使用する制御
システムを有するロボット。 - 【請求項２】 前記制御システムがさらに、前記エフェ
クタ機構の位置をエフェクタ機構の許可されている位置
領域の限界と比較する手段（３８）を備えており、前記
比較する手段の出力が緊急停止制御手段（３１）に接続
されていることを特徴とする請求項１に記載のロボッ
ト。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9612185A FR2754205A1 (fr) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | Robot a structure parallele |
| FR9612185 | 1996-10-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10124122A true JPH10124122A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=9496413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27468397A Pending JPH10124122A (ja) | 1996-10-07 | 1997-10-07 | 並列構造型ロボット |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0834383A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10124122A (ja) |
| FR (1) | FR2754205A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104626110A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-05-20 | 中国矿业大学 | 一种电驱动高刚度六自由度并联平台 |
| CN105666133A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-15 | 宜兴市融兴铸造有限公司 | 飞机部件并联定位器 |
| CN107717499A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-02-23 | 广西大学 | 一种六自由度自重构变胞式并联机床 |
Families Citing this family (21)
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|---|---|---|---|---|
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| FR2779086B1 (fr) * | 1998-04-27 | 2000-06-30 | Const Mecaniques Des Vosges Ma | Systeme compensateur pour hexapode |
| DE19944457C1 (de) * | 1999-09-16 | 2001-05-17 | Urs Universal Robot Systems Gm | Präzisionsroboter mit paralleler Kinematik |
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| CZ304634B6 (cs) * | 2012-11-16 | 2014-08-13 | ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ | Zařízení pro měření polohy koncového efektoru, zvláště manipulátoru nebo obráběcího stroje |
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