JP2011230241A - パラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】一般に、ロボットの駆動源であるモータの取り付け方法として、モータフランジ面をプレートに固定し、このプレートを、ロボット本体に結合する構造を採用することが多い。パラレルリンクロボットにおいても、この構成が一般的である。しかしながら、従来の技術では、高速動作時の振動等の影響で、モータの主軸がぶれ、取り付け面とモータの相対位置がずれることにより、ロボットの位置決め精度が低下するという課題がある。
【解決手段】本発明のパラレルリンクロボットのモータ取付け方法は、対向するモータを取り付ける部材を有し、これを一体のブロック構造とするものである。これにより、従来の課題を解決し、少なくとも対向する２つのモータ主軸の中心軸を一致させ、高速動作時におけるロボットの位置決め精度低下を軽減する方法および装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用途を主とするロボットの機構に関するものである。中でも、ロボットを固定する固定側プレートと、エンドエフェクタなどの作用部材が取り付けられる可動側プレートとの間を、複数のアームで連結した構造を持つパラレルリンクロボットに関するものである。

パラレルリンクロボットは、ロボットを固定する固定プレート、エンドエフェクタなどの作用部材が取り付けられる可動プレート、これらの間を連結するアーム及びロッドで構成される。アームは、固定プレートに対して、固有の１軸周りに固有の面内を旋回するよう取り付けられている。ロッドの両端は、ボールジョイントなど空間内を自由旋回する軸受で結合されており、各々のアーム、ロッドは、可動プレートで結合・拘束されながら、空間内で位置・姿勢を変えることができる。アーム回転位置をモータなどの駆動源で制御することによって、可動プレートの位置や姿勢を制御することができる。

パラレルリンクロボットとして、６軸のモータを独立制御することによって、可動プレート面を６自由度制御する方式などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図５は、特許文献１のパラレルリンクロボットの概略斜視図である。図５において、パラレルリンクロボット１は、固定プレート２と可動プレート３とをアーム４およびロッド７で結合しており、このアーム４およびロッド７の位置や姿勢を制御して、可動プレート３の自動動作を制御する。

アーム４は、モータ５の主軸に接続されており、モータ５は、そのフランジ面をプレート６に固定し、このプレート６を、固定プレート２に結合する構造を採用することが多い。特許文献１に示すパラレルリンクロボットにおいても、この構成である。

特開平６−２７００７７号公報

しかしながら前記従来の構成では、高速動作時の振動等の影響でモータの主軸がぶれ、取り付け面とモータの相対位置がずれることにより、パラレルリンクロボットの位置決め精度が低下するという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決し、少なくとも対向する２つのモータ主軸の中心軸を一致させ、高速動作時におけるパラレルリンクロボットの位置決め精度低下を軽減するものである。

上記目的を達成するために、本発明のパラレルリンクロボットは、可動プレートと固定プレートとを３組６本のアームで連結したパラレルリンクロボットであって、１組２本の前記アームをそれぞれ駆動させる２つのモータのモータ軸を、それぞれベアリングを介してブロックで保持し、前記モータ軸が同一軸となるよう構成したことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、高速動作時の振動等の影響でモータの主軸がぶれ、取り付け面とモータの相対位置がずれることによって発生するパラレルリンクロボットの位置決め精度の低下の影響を軽減し、少なくとも対向する２つのモータ主軸の中心軸を一致させ、高速動作時におけるロボットの位置決め精度を確保することが可能である。

本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの概略斜視図 本実施の形態１の対向するモータを取り付けるブロック構造の概略斜視図 （ａ）本実施の形態１のアーム間隔が広い場合のブロックの断面図、（ｂ）本実施の形態１のアーム間隔が狭い場合のブロックの断面図 （ａ）本実施の形態１のアーム間隔が広い場合の可動プレートの回転動作モデル図、（ｂ）本実施の形態１のアーム間隔が狭い場合の可動プレートの回転動作モデル図 特許文献１のパラレルリンクロボットの概略斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜説明を省略する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの概略斜視図を図１に示す。パラレルリンクロボット１１は、固定プレート２と可動プレート３とをブロック１２を介してアーム４およびロッド７で結合しており、このアーム４およびロッド７の位置や姿勢を制御して、可動プレート３の自動動作を制御する。ブロック１２は、２つ以上のボルト等で固定プレート２に固定されている。

アーム４は、モータ１９の主軸に接続されており、モータ１９は、そのフランジ面１３をプレートなどを介して固定プレート２に結合する構造を採用することが多い。可動プレート３が、空間内で位置及び姿勢を自由に定義できるためには、６つの自由度（可動軸）が必要である。本実施の形態１のパラレルリンクロボット１１は、アーム４およびモータ５を６組用い、それらの回転位置を独立に制御することによって、可動プレート３の位置及び姿勢を自在に設定する構造である。

アーム４は、１軸周りに固有の面内を旋回するよう取り付けられている。ロッド７の両端は、ボールジョイントなど空間内を自由旋回する軸受で結合されており、各々のアーム４、ロッド７は、可動プレート３で結合、拘束されながら、空間内で位置や姿勢を変えることができる。アーム４の回転位置をモータ１９などの駆動源で制御することによって、可動プレート３の位置や姿勢を制御することができる。

６本のアーム４は、平行な２本を一組として、３組を円周方向に１２０度均等割で配置することが、制御演算上では好ましい。

だが、これらのアーム４は、それぞれが独立に動作できる必要があるため、一組２台のモータ１９のモータ軸１９ａを、相互に結合することは出来ない。また、これら６組のアーム４、ロッド７の先端は、同一の可動プレート３に結合されているため、モータ軸１９ａ中心からアーム４、ロッド７を経た可動プレート３までの距離が、それぞれ等しい長さでないと、可動プレート３の位置や姿勢を、目標位置に制御できないという不具合を生じうる。したがって、１組２台のモータ１９のモータ軸１９ａの中心を一致させることが、きわめて重要である。

図２は、対向するモータ１９を取り付けるブロック構造の概略構成図である。１２はブロック本体、１３はモータ１９を取り付けるフランジ面であり、それぞれ対向するフランジ面１３は機械加工で平行度を確保している。１４はモータ１９を取り付けるネジ穴である。ブロック１２内部の形状を示すため、断面１５におけるブロック１２の断面図を、図３（ａ），（ｂ）に示す。なお、図３（ａ），（ｂ）は、左右対称な図なので、符号は片側の構成だけに付している。

図３（ａ）は、アーム間隔が広い場合のブロック１２の断面図で、図３（ｂ）は、アーム間隔が狭い場合のブロック１２の断面図である。

ブロック１２内に加工された貫通穴１６の中心付近には、対向する２つのモータ１９のモータ軸１９ａの端部をそれぞれ保持するベアリング１７が設けられている。２つのベアリング１７の間には、モータ１９のモータ軸１９ａの端部が相互に干渉しないよう、スペーサ１８によってそれらに隙間を設けている。

ブロック１２に対して、左右両側からモータ１９のモータ軸１９ａを挿入し、ベアリング１７で受け、ネジ穴１４を用いてボルト等でモータ１９をブロック１２に固定する。

２つのベアリング１７は、同一の貫通穴を基準に半径方向の位置が決まるため、双方の中心は一致する。これに伴い、対向するモータ軸１９ａ先端部を、ベアリング１７に挿入することで、中央のブロック近傍でその中心も一致する。

また、モータ１９は、ネジ穴１４を通して固定されるため、フランジ面１３に押し当てられることになり、モータ１９双方の平行度が確保される。したがって、対向するモータ５を固定した時点で、それらの中心軸は、同一直線上にあり、双方の軸中心に、軸ずれのない取り付けが可能となる。

４は、モータ軸１９ａに取り付けられる、パラレルリンクロボット１１のアームである。アーム４は、２つのモータ１９それぞれに対して１つずつ取り付けられ、独立に回転位置を制御することが可能である。

２１は、アーム４が回転するために設けられた、ブロック１２の切り欠きである。切り欠き２１の幅方向（モータ軸５ａ芯方向）に、アーム４の取り付け位置を移動、調整することができる。図３（ａ），（ｂ）における横方向の切り欠き２１の幅Ｌ１が大きいほど、アーム４の取り付け位置に自由度が増す。アーム４の取り付け位置は、基本的に、ブロック１２中心から等距離の位置に取り付け、左右対称な構成とする。アーム４間の距離Ｌ２は、ロッド７を介して取り付けられる可動プレート３の駆動トルクと回転速度に影響を与える。

図４（ａ），（ｂ）は、アーム４間の距離が、可動プレート３の駆動トルクと回転速度に影響を与えることを説明するための可動プレート３の回転動作モデル図である。

図４（ａ）は、アーム間隔およびロッド間隔が広い場合を示しており、可動プレート３とそれに結合する１組２本のロッド７を示す模式図である。同様に、図４（ｂ）は、アーム間隔およびロッド間隔が狭い場合を示す。これらは、それぞれ図３（ａ）と図３（ｂ）に対応している。

図４（ａ）及び（ｂ）において、図中の矢印２２ａ，２２ｂのようにロッド７に逆方向の力が加わると、可動プレート３は回転力を受ける。

ここで、ロッド７の間隔を前述のアーム間隔Ｌ２と同様とする。図４（ａ）のようにロッド７の間隔Ｌ２が大きいと、可動プレート３を回転するトルクが大きくなり、回転角度が相対的に小さくなる。

逆に、図４（ｂ）のようにロッド７の間隔Ｌ２が小さいと、可動プレート３を回転するトルクが小さくなり、回転角度が相対的に大きくなる。

ここで、図３（ａ）および（ｂ）に示す、ブロック１２の切り欠き２１の幅Ｌ１が大きいほど、アーム４の取り付け位置、すなわちアーム４の間隔Ｌ２に自由度が増す。例えば、アーム４の間隔Ｌ２を、最小４０ｍｍから最大１２０ｍｍまで可変とするブロック１２を用いれば、可動プレート３の回転トルクおよび回転角度を、それぞれ３倍のレンジで最適なトレードオフ条件に設定することが可能となる。

このように、本発明によって、モータ１９をブロック１２へ取り付けると同時に、対向する２つのモータ軸１９ａ同士の平行度および軸中心を一致できる。そのため、フランジ面１３とモータ１９の相対位置がずれることがなく、高速動作時におけるパラレルリンクロボット１１の位置決め精度が低下するという課題を、容易かつ高精度な取り付けにて実現できる。

また、アーム４の取り付け間隔に自由度があるため、可動プレート３の回転トルクおよび回転角度という、相反する条件を最適化することが可能となる。また、２つのモータ１９を１つのブロックで取り付けられるため、部材コストも低減可能となる。

本発明は、パラレルリンクロボットにおいて高速動作時におけるロボットの位置決め精度を確保することが可能であり、このようなパラレルリンクロボットに有用である。

１、１１ パラレルリンクロボット
２ 固定プレート
３ 可動プレート
４ アーム
５、１９ モータ
７ ロッド
１２ ブロック
１３ フランジ面
１４ ネジ穴
１５ 断面
１６ 貫通穴
１７ ベアリング
１８ スペーサ
１９ａ モータ軸
２１ 切り欠き

Claims (4)

1. 可動プレートと固定プレートとを３組６本のアームで連結したパラレルリンクロボットであって、
   １組２本の前記アームをそれぞれ駆動させる２つのモータのモータ軸を、それぞれベアリングを介してブロックで保持し、前記モータ軸が同一軸となるよう構成したこと
   を特徴とするパラレルリンクロボット。
2. １組２本の前記アームを駆動させるモータのモータ軸をそれぞれ保持するベアリング間に、スペーサを設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のパラレルリンクロボット。
3. 前記ブロックが有する２つの切り欠きに前記アームがそれぞれ配置され、２つの前記切り欠き間に位置するブロック近傍に前記モータ軸の先端が配置されたこと
   を特徴とする請求項１または２記載のパラレルリンクロボット。
4. 前記ブロックが有する２つの切り欠き内を前記アームが移動することで１組２本の前記アーム間の間隔が可変であること
   を特徴とする請求項３記載のパラレルリンクロボット。

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