WO2022176819A1

WO2022176819A1 - パラレルリンクロボットおよびロボットシステム

Info

Publication number: WO2022176819A1
Application number: PCT/JP2022/005775
Authority: WO
Inventors: ヒョンチョルソク
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-08-25
Also published as: JPWO2022176819A1; US20240009865A1; TW202235233A; DE112022000385T5; CN116887958A

Abstract

基礎部と、基礎部の下方に配置される可動部（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、可動部（３）を上下方向に延びる軸線（Ａ）に沿って貫通し、可動部（３）に対して軸線（Ａ）回りに回転駆動される手首軸（５）とを備え、可動部（３）の上面（３ａ）または上面（３ａ）に露出する手首軸（５）の上部の一方に、位置決め治具（１０）を着脱可能に取り付ける治具取付部が設けられ、可動部（３）または手首軸（５）の他方に、治具取付部に取り付けられた位置決め治具（１０）を接触させる被接触面（５１）が設けられ、または、被接触面（５１）を備える被接触部材を着脱可能に取り付け可能であり、治具取付部に取り付けられた位置決め治具（１０）を被接触面（５１）に接触させた状態で、可動部（３）に対する手首軸（５）の軸線（Ａ）回りの所定の位相を位置決め治具（１０）により検出可能であるパラレルリンクロボットである。

Description

パラレルリンクロボットおよびロボットシステム

　本開示は、パラレルリンクロボットおよびロボットシステムに関するものである。

　可動部の上面および可動部に鉛直軸線回りに回転可能に支持された手首軸の外周面に一対の目印が設けられた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。）。可動部と手首軸との位相合わせは、作業者が、可動部に対して手首軸を回転させ、一対の目印が一致したことを目視によって確認することにより行われる。可動部の上方における位相合わせを可能とすることにより、手首軸の下部の手首フランジに取り付けたハンド等を取り外す必要がなく、位相合わせを容易に行うことができる。

特開２０１９－１１９０１７号公報

　一対の目印の一致を作業者が目視によって確認する作業は誤差が大きい。
　したがって、手首軸に取り付けたハンド等を取り外すことなく、可動部と手首軸とを精度良く、かつ、容易に位相合わせすることが望まれている。

　本開示の一態様は、基礎部と、該基礎部の下方に配置される可動部と、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、前記可動部を上下方向に延びる軸線に沿って貫通し、前記可動部に対して前記軸線回りに回転駆動される手首軸とを備え、前記可動部の上面または該上面に露出する前記手首軸の上部の一方に、位置決め治具を着脱可能に取り付ける治具取付部が設けられ、前記可動部または前記手首軸の他方に、前記治具取付部に取り付けられた前記位置決め治具を接触させる被接触面が設けられ、または、該被接触面を備える被接触部材を着脱可能に取り付け可能であり、前記治具取付部に取り付けられた前記位置決め治具を前記被接触面に接触させた状態で、前記可動部に対する前記手首軸の前記軸線回りの所定の位相を前記位置決め治具により検出可能であるパラレルリンクロボットである。

本開示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位置決め治具が取り付けられた本開示のロボットシステムを示す可動部材の平面図である。図１の可動部材および手首軸部材を示す斜視図である。図２のロボットシステムの位置決め治具の一例を示す斜視図である。図２のロボットシステムの第１の変形例において、パラレルリンクロボットの可動部材へのブラケットの取付方法を示す分解斜視図である。図２のロボットシステムの第２の変形例における可動部材の平面図である。図２のロボットシステムの第３の変形例における可動部材の平面図である。図２のロボットシステムの第４の変形例における可動部材の部分的な斜視図である。

　本開示の一実施形態に係るパラレルリンクロボット１およびロボットシステム１００について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るロボットシステム１００は、図１および図２に示されるように、パラレルリンクロボット１と、パラレルリンクロボット１に着脱可能に取り付けられる位置決め治具１０とを備えている。

　パラレルリンクロボット１は、図１に示されるように、基礎部２と、基礎部２の下方に配置された平坦な上面を有する可動部材（可動部）３と、基礎部２と可動部材３とを並列に連結する３本のアーム４とを備えている。また、パラレルリンクロボット１は、可動部材３の中心を鉛直方向に貫通する回転軸線（軸線）Ａ回りに回転可能に可動部材３に支持された手首軸部材（手首軸）５を備えている。

　基礎部２は、上方に配置される天井あるいは架台等の外部構造物（図示略）に固定されるハウジング２１に固定され、３本のアーム４をそれぞれ駆動する３つのアーム用アクチュエータ２２を備えている。３つのアーム用アクチュエータ２２は、基礎部２の中心を通る鉛直軸線Ｂ回りの周方向に等間隔をあけて配置されている。

　各アーム４は、一端がいずれかのアーム用アクチュエータ２２の回転駆動軸に固定された駆動リンク４１と、駆動リンク４１の他端に球面軸受６１によって一端が接続された２本の平行な受動リンク４２とを備えている。また、３本のアーム４のうちの１本には、手首用アクチュエータ７０が取り付けられている。手首用アクチュエータ７０と後述する手首軸部材５を回転させるギヤ７１とは、ユニバーサルジョイント７２を介在させてドライブシャフト７３によって接続されている。

　可動部材３は、図１から図３に示されるように、回転軸線Ａに沿って延びる中空部３ｈを有する環状に形成されている。また、可動部材３には、球面軸受６２によって各アーム４の各受動リンク４２の他端が接続されている。これにより、基礎部２に配置された３つのアーム用アクチュエータ２２が同期して制御されることによって、可動部材３は水平姿勢を保ったまま３次元的に移動させられる。

　可動部材３の上面３ａには、図３に示されるように、回転軸線Ａに直交する平面に沿って延びる取付座面（治具取付部）３０が設けられている。取付座面３０には、回転軸線Ａに平行に延びる２つのネジ孔３１および２つのピン孔３２が設けられている。

　手首軸部材５は、中空部３ｈ内に配置され、手首用アクチュエータ７０からドライブシャフト７３，ユニバーサルジョイント７２およびギヤ７１を経由して伝達された駆動力により、可動部材３に対して回転軸線Ａ回りに回転させられる。手首軸部材５は、可動部材３を回転軸線Ａに沿う方向に貫通して、上端を可動部材３の上方に、下端を可動部材３の下方に露出させている。

　可動部材３の上方に露出する手首軸部材５の上端には、円筒状の上端部の周方向の一部を上方に突出させた凸部５０が設けられている。凸部５０の周方向の一端側には、回転軸線Ａを含む平面に沿って配置される被接触面５１が設けられている。
　手首軸部材５の下端には、ハンド等のツール（図示略）が取り付けられるフランジ５２が設けられている。手首軸部材５は、回転軸線Ａに沿って貫通する中央孔５ｈを備えている。中央孔５ｈを経由して、図示しないチューブあるいはケーブル等の線条体を基礎部２側からツールまで導くことができる。

　位置決め治具１０は、図２から図４に示されるように、可動部材３の取付座面３０に取り付けられるブラケット１１と、ブラケット１１に位置決め状態に固定されるダイヤルゲージ（検出器）１５とを備えている。
　ブラケット１１は、取付座面３０に密着させられる平板状の取付部１２と、取付部１２に接続されダイヤルゲージ１５を取り付ける平板状の壁部１３とを備えている。

　取付部１２には、板厚方向に貫通する２つの貫通孔１２ａおよび２つのピン孔１２ｂが設けられている。また、壁部１３には、板厚方向に貫通しダイヤルゲージ１５のステム１５ａを貫通させる貫通孔１３ａと、壁部１３の外部から貫通孔１３ａの内面に貫通し押しネジ１３ｂが締結されるネジ孔（図示略）とが設けられている。

　ダイヤルゲージ１５は、壁部１３の貫通孔１３ａを貫通したステム１５ａをネジ孔に締結された押しネジ１３ｂによって押すことにより、ステム１５ａの長手軸を壁部１３の基準面１３ｃに直交する方向に配置して壁部１３に固定される。この状態で、ステム１５ａの先端に位置する測定子１５ｂの壁部１３からの突出量が所定量となったときに、ダイヤルゲージ１５の読みがゼロ点となるように調整される。

　位置決め治具１０を可動部材３に取り付けるには、ダイヤルゲージ１５を取り付けたブラケット１１の取付部１２を取付座面３０に密着させ、２本のピン（図示略）を取付部１２のピン孔１２ｂおよび取付座面３０のピン孔３２にそれぞれ嵌合させる。そして、取付部１２の２つの貫通孔１２ａを貫通させた２本のボルト（図示略）を取付座面３０のネジ孔３１に締結することにより、ブラケット１１が取付座面３０に位置決め状態に固定される。

　この状態で、壁部１３の基準面１３ｃは、可動部材３に対する手首軸部材５の回転軸線Ａ回りの位相が所定の位相に合わせられたときの被接触面５１に対して、所定の間隔をあけて平行となる位置に配置される。そして、この状態で、ダイヤルゲージ１５のステム１５ａの先端側に配置される測定子１５ｂは、被接触面５１の回転軸線Ａ回りの回転軌道上に配置される。

　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およびロボットシステム１００の作用について以下に説明する。
　パラレルリンクロボット１の可動部材３と手首軸部材５との回転軸線Ａ回りの位相合わせを行う場合には、可動部材３の上面３ａに設けられた取付座面３０に位置決め治具１０を２本のピンとボルトとによって取り付ける。

　２本のピンによって、ダイヤルゲージ１５の取付座面３０に沿う方向の位置が一義的に決定される。すなわち、ダイヤルゲージ１５のステム１５ａの長手軸が、手首軸部材５に設けられた凸部５０の回転軌道上に、その回転軌道の接線に沿って配置される。

　この状態で、可動部材３に対して手首軸部材５を回転軸線Ａ回りに回転させ、凸部５０に設けられた被接触面５１をダイヤルゲージ１５の測定子１５ｂに接触させる。そして、ダイヤルゲージ１５の読みがゼロ点となった位置で手首軸部材５の回転を停止することにより、可動部材３に対する手首軸部材５の位相を所定の位相に精度よく合わせることができる。

　そして、この状態で、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、可動部材３に対する手首軸部材５の回転軸線Ａ回りの位相を０°に設定することにより、可動部材３と手首軸部材５との位相合わせが完了する。
　この場合において、本実施形態によれば、可動部材３の上面３ａに固定した位置決め治具１０によって、可動部材３と手首軸部材５との位相合わせを実施することができる。したがって、作業者は、フランジ５２に取り付けられたツールを取り外す必要がなく、位相合わせを容易に行うことができるとともに、位置決め治具１０を用いて精度よく行うことができるという利点がある。

　なお、本実施形態においては、取付座面３０に対して位置決め治具１０を２本のボルトで固定したが、１本のボルトで固定してもよい。
　また、本実施形態においては、取付座面３０に対する位置決め治具１０の位置決めには２本のピンを用いた。これに代えて、ブラケット１１を取付座面３０に沿う方向の１方向に突き当てる１つの突き当て面と１本のピンまたは、取付座面３０に沿う方向の２方向に突き当てる２つの突き当て面によって位置決めしてもよい。

　また、本実施形態においては、取付座面３０を回転軸線Ａに直交する平面に沿って配置したが、これに代えて、図５に示されるように、回転軸線Ａを含む平面に平行な取付座面３０を採用してもよい。この場合、ブラケット１１は、単純な平板状に構成することができ、かつ位置決め用のピンあるいは突き当て面をなくすことができる。

　また、本実施形態においては、ダイヤルゲージ１５を備える位置決め治具１０を例示したが、これに代えて、図６に示されるように、被接触面５１に直接突き当てられるブロック２０によって位置決め治具１０を構成してもよい。
　ブロック２０は、ブロック２０を可動部材３の上面３ａの取付座面３０に位置決め状態に固定するための取付部２０ａを備えている。また、ブロック２０は、取付座面３０に固定された状態で、可動部材３に対して手首軸部材５が回転軸線Ａ回りの所定の位相に配置されたときに、被接触面５１と突き当たる突き当て面（突き当て部材）２０ｂを備えている。

　ブロック２０を取付座面３０に位置決め状態に固定した状態で、手首軸部材５を可動部材３に対して回転軸線Ａ回りに回転させることにより、被接触面５１をブロック２０の突き当て面２０ｂに近接させる。そして、突き当て面２０ｂが被接触面５１に突き当たった時点で、手首軸部材５が可動部材３に対して所定の位相に位相合わせされる。作業者は、被接触面５１と突き当て面２０ｂとの接触により、位相合わせが行われたことを直感的に確認することができる。

　図６には、Ｌ字状に形成されたブロック２０を例示したが、これに限定されるものではなく、ブロック２０は、上記と同様の取付部２０ａおよび突き当て面２０ｂを備えていれば、任意の形状でよい。

　また、本実施形態においては、手首軸部材５の上端から上方に突き出した凸部５０に被接触面５１を設けた。これに代えて、図７に示されるように、手首軸部材５の上端に、着脱可能にかつ位置決め状態に取り付けられる被接触部材５５に、被接触面５１を設けてもよい。被接触部材５５としては、手首軸部材５の上端の外周面よりも径方向外方に向かって片持ち梁状に突出する形状を有していてもよい。

　これにより、位置決め治具１０のダイヤルゲージ１５あるいは突き当て面２０ｂを、手首軸部材５の外面よりも径方向外方に離れた位置において被接触面５１に接触させることができる。被接触面５１と位置決め治具１０との接触位置を回転軸線Ａから遠ざけることにより、回転角度に対する被接触面５１の移動量を増大させることができ、位相合わせの精度を向上することができる。

　また、この場合においては、手首軸部材５の上端に取り付けられた部材を被接触部材５５とし、可動部材３の上面３ａに取り付けられた部材を位置決め治具１０としたが、被接触部材５５と位置決め治具１０との機能を入れ替えてもよい。すなわち、手首軸部材５の上端に取り付けられた径方向外方に向かって片持ち梁状に突出した形状の部材を位置決め治具１０とし、可動部材３の上面に取り付けられた部材を被接触部材５５としてもよい。この場合、位置決め治具１０を取り付けるための取付座面３０は、手首軸部材５の上面に配置される。

　また、図８に示されるように、手首軸部材５の外周面（壁部）５６の径方向外方に微小隙間をあけて隣接する壁部３６を可動部材３に設け、手首軸部材５および壁部３６に、径方向に貫通し所定の位相において同軸に配置されるピン孔５７，３７をそれぞれ設けてもよい。そして、位置決め治具１０として、ピン孔５７，３７に軸方向に移動可能に嵌合するピンを採用してもよい。

　この場合には、例えば、壁部３６のピン孔３７に位置決め治具１０を嵌合させておき、手首軸部材５を可動部材３に対して回転させ、手首軸部材５のピン孔５７にも位置決め治具１０が嵌合できた時点で、手首軸部材５と可動部材３とを所定の位相に合わせられる。そして、この場合には、手首軸部材５のピン孔５７の内周面が、位置決め治具１０であるピンを接触させる被接触面として機能する。
　作業者は、両ピン孔３７，５７に位置決め治具１０が同時に嵌合された時点で位相合わせが完了したことを容易に確認することができる。

　壁部３６は回転軸線Ａ回りの周方向の一部に設けられていてもよいし、全周にわたって設けられていてもよい。また、図３と同様に、可動部材３に設けた取付座面３０にピン孔を有する壁部３６を構成するブラケット１１を位置決め状態に取り付けることにしてもよい。

　１　パラレルリンクロボット
　１０　位置決め治具
　１５　ダイヤルゲージ（検出器）
　１００　ロボットシステム
　２　基礎部
　２０ｂ　突き当て面（突き当て部材）
　３　可動部材（可動部）
　３ａ　上面
　３０　取付座面（治具取付部）
　３６　壁部
　３７　ピン孔
　４　アーム
　５　手首軸部材（手首軸）
　５１　被接触面
　５５　被接触部材
　５６　外周面（壁部）
　５７　ピン孔
　Ａ　回転軸線（軸線）

Claims

　基礎部と、
　該基礎部の下方に配置される可動部と、
　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、
　前記可動部を上下方向に延びる軸線に沿って貫通し、前記可動部に対して前記軸線回りに回転駆動される手首軸とを備え、
　前記可動部の上面または該上面に露出する前記手首軸の上部の一方に、位置決め治具を着脱可能に取り付ける治具取付部が設けられ、
　前記可動部または前記手首軸の他方に、前記治具取付部に取り付けられた前記位置決め治具を接触させる被接触面が設けられ、または、該被接触面を備える被接触部材を着脱可能に取り付け可能であり、
　前記治具取付部に取り付けられた前記位置決め治具を前記被接触面に接触させた状態で、前記可動部に対する前記手首軸の前記軸線回りの所定の位相を前記位置決め治具により検出可能であるパラレルリンクロボット。
　前記可動部および前記手首軸に、それぞれ、径方向に微小隙間をあけて隣接する一対の壁部が設けられ、
　各該壁部に、前記手首軸が前記可動部に対して前記軸線回りの所定の位相に配置されたときに同軸に配置され、前記位置決め治具を構成するピンを一方から他方へ貫通可能に嵌合させるピン孔がそれぞれ設けられ、
　一方の前記ピン孔が、前記治具取付部を構成し、
　他方の前記ピン孔の内周面が、前記被接触面を構成する請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
　請求項１に記載のパラレルリンクロボットと、
　前記治具取付部に取り付けられる前記位置決め治具とを備えるロボットシステム。
　前記位置決め治具が、前記治具取付部に取り付けられ、接触により前記被接触面の位置を検出可能な検出器を備える請求項３に記載のロボットシステム。
　前記位置決め治具が、前記治具取付部に取り付けられ、前記手首軸が前記可動部に対して前記軸線回りの所定の位相に配置されたときに、前記被接触面に突き当てられる突き当て部材を備える請求項３に記載のロボットシステム。