(57)【要約】【課題】分離し難いボールジョイントを備え、軽量でかつ摩耗粉の拡散を防止する。【解決手段】パラレルリンクロボット（１０）は、受動リンク（２２ａ、２３ａ）と駆動リンク（２１ａ）との間および受動リンクと可動部（１２）との間に配置されるボールジョイント（４２ａ〜４２ｄ）を具備し、これらボールジョイントのうちの少なくとも一つは、ボール（４４ａ）と、最大径を含むボールの表面の半分以上を包むハウジング（４３ａ）とを含んでおり、さらに、ボールジョイントのボールの周囲を密閉して被覆する被覆部（４５ａ）を具備する。【選択図】図２
2014046406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎部と、
可動部と、
前記基礎部と前記可動部とを連結していて、前記基礎部に対してそれぞれ１自由度を有する三つのリンク部と、
該リンク部のそれぞれを駆動する三つのアクチュエータと、を具備し、前記リンク部のそれぞれは、前記基礎部に連結された駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部とを連結していて互いに平行な二つの受動リンクとからなっている、パラレルリンクロボットにおいて、
前記受動リンクと前記駆動リンクとの間および前記受動リンクと前記可動部との間に配置されるボールジョイントを具備し、これらボールジョイントのうちの少なくとも一つは、ボールと、最大径を含む前記ボールの表面の半分以上を包むハウジングとを含んでおり、
さらに、前記ボールジョイントの前記ボールの周囲を密閉して被覆する被覆部を具備する、パラレルリンクロボット。
【請求項２】
さらに、前記リンク部のそれぞれの前記二つの受動リンクを互いに連結する細長プレートを具備する、請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールジョイントにより接続されていてエンドエフェクタを三次元的に位置決めするデルタ型パラレルリンク機構を用いたパラレルリンクロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来技術におけるパラレルリンクロボットの斜視図である。図６に示されるように、従来技術のパラレルリンクロボット１００は、基礎部１１０と、可動部１２０と、基礎部１１０および可動部１２０を連結する三つのリンク部２００ａ〜２００ｃと、を主に含んでいる。なお、可動部１２０には、図示しないエンドエフェクトの取付部材１９０が備えられている。
【０００３】
図６から分かるように、リンク部２００ａは、基礎部１１０から延びる駆動リンク２１０ａと、可動部１２０から延びる二つの受動リンク２２０ａ、２３０ａとを含んでいる。また、基礎部１１０は、駆動リンク２１０ａを駆動するアクチュエータ１３０ａを含んでいる。なお、他のリンク部２００ｂ、２００ｃも同様の構成である。これらリンク部２００ａ〜２００ｃのアクチュエータ１３０ａ〜１３０ｃを個別に制御することによって、可動部１２０を３自由度（第一軸から第三軸）で移動させ、所望の位置に位置決めできる。
【０００４】
ところで、駆動リンク２１０ａと受動リンク２２０ａとの間および受動リンク２２０ａと可動部１２０との間は、ボールとカップとからなるボールジョイントにより結合されている。特許文献１においては、ボールジョイントの可動範囲を大きくするために、カップを半球よりも小さくしている。このような場合には、カップはボールから離間する可能性がある。従って、カップがボールから離間するのを避けるために、対向する二つのカップをバネで接続する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２９２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、そのようなバネを設けた場合であっても、バネの力よりも大きい外力が掛かる場合には、ボールジョイントのボールがカップから外れる可能性がある。特に、パラレルリンクロボットが食品、医薬品、化粧品などの分野で使用される場合には、衛生上の問題から、ボールジョイントが分離するのは必ず避ける必要がある。また、同様な理由により、ボールジョイントから発生した摩耗粉が拡散しないようにすることも望まれている。
【０００７】
また、一般的にパラレルリンクロボットには高速に動作することが要求されている。このことを実現するためには、受動リンクおよび可動部を可能な限り軽量にする必要がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、分離し難いボールジョイントを備えると共に、軽量でかつ摩耗粉の拡散を防止することのできるパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、基礎部と、可動部と、前記基礎部と前記可動部とを連結していて、前記基礎部に対してそれぞれ１自由度を有する三つのリンク部と、該リンク部のそれぞれを駆動する三つのアクチュエータと、を具備し、前記リンク部のそれぞれは、前記基礎部に連結された駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部とを連結していて互いに平行な二つの受動リンクとからなっている、パラレルリンクロボットにおいて、前記受動リンクと前記駆動リンクとの間および前記受動リンクと前記可動部との間に配置されるボールジョイントを具備し、これらボールジョイントのうちの少なくとも一つは、ボールと、最大径を含む前記ボールの表面の半分以上を包むハウジングとを含んでおり、さらに、前記ボールジョイントの前記ボールの周囲を密閉して被覆する被覆部を具備する、パラレルリンクロボットが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記リンク部のそれぞれの前記二つの受動リンクを互いに連結する細長プレートを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
１番目の発明においては、最大径を含むボールの表面の半分以上がハウジングにより包まれており、また、ボールの周囲を密閉して被覆する被覆部が設けられている。このため、ボールとハウジングとの間で摩耗粉が発生しても、外部に拡散するのを防止することができる。さらに、最大径を含むボールの表面の半分以上がハウジングにより包まれているので、外力が加わったときであっても、ボールジョイントが分離するのを防止できる。さらに、バネを使用する必要がないので、パラレルリンクロボットを軽量化することも可能である。
２番目の発明においては、細長プレートによって二つの受動リンクがそれぞれの回転軸回りに回転するのが拘束され、従って、ボールジョイントが分離するのをさらに防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に基づくパラレルリンクロボットの斜視図である。
【図２】駆動リンクと受動リンクとの間の連結部の拡大図である。
【図３】ボールジョイントの断面図である。
【図４】ボールジョイントのハウジングの部分断面図である。
【図５】一対の受動リンクの部分斜視図である。
【図６】従来技術におけるパラレルリンクロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくパラレルリンクロボットの斜視図である。図１においては、パラレルリンクロボット１０は、基礎部１１と、可動部１２と、基礎部１１および可動部１２を連結する三つのリンク部２０ａ〜２０ｃと、を主に含んでいる。可動部１２の下面には図示しないエンドエフェクタが取付けられるものとする。
【００１３】
図１に示されるように、リンク部２０ａは、駆動リンク２１ａと、可動部１２から互いに平行に延びる二つの受動リンク２２ａ、２３ａとからなる。これらは駆動リンク２１ａと受動リンク２２ａ、２３ａとは、ボールジョイント４２ａ、４３ａにより互いに連結されている。また、受動リンク２２ａ、２３ａの先端は他のボールジョイント４２ｃ、４２ｄにより可動部１２に連結されている。また、図面には示さないものの、基礎部１１から延びる駆動リンク２１ａは、駆動リンク２１ａを駆動するアクチュエータ（図示しない）に接続されている。このアクチュエータは基礎部１１上に載置されている。
【００１４】
他のリンク部２０ｂ、２０ｃは、リンク部２０ａと同様の構成であるので詳細な説明を省略する。図から分かるように、本発明のパラレルリンクロボット１０はデルタ型である。そして、リンク部２０ａ〜２０ｃのアクチュエータ１３ａ〜１３ｃを個別に制御するによって、可動部１２に連結された取付部材（図示しない）を３自由度で第一軸から第三軸に関して所望の位置に位置決めできる。
【００１５】
図２は駆動リンクと受動リンクとの間の連結部の拡大図であり、図３はボールジョイントの断面図である。以下、これら図面を参照して、ボールジョイント４２ａについて説明する。なお、他のボールジョイント４２ｂ等についても同様であるので、それらの説明を省略する。
【００１６】
図２および図３から分かるように、ボールジョイント４２ａは、ハウジング４３ａと、ハウジング４３ａ内に収容されるボール４４ａとを含んでいる。図３においては、樹脂またはテフロン（登録商標）などからなるライナ４７ａがボール４４ａとハウジング４３ａとの間に配置されている。さらに、ボール４４ａとハウジング４３ａとの間の界面には潤滑剤も塗布されている。これらライナ４７ａおよび潤滑剤によって、ボール４４ａはハウジング４３ａに対して円滑に回転する。
【００１７】
図３から特に分かるように、ハウジング４３ａはボール４４ａの最大径を含む表面を半分以上包むように構成されている。言い換えれば、ボール４４ａはハウジング４３ａにスナップ留めされている。このため、本発明では、外力が加わったときや、高速動作で関節部に激しい負荷が加わったときであっても、ボール４４ａがハウジング４３ａから容易に離脱することはない。
【００１８】
従って、本発明では、二つの受動リンク２２ａ、２３ａをバネなどにより互いに接続する必要はない。それゆえ、本発明においては、パラレルリンクロボット１０をバネの分だけ軽量化でき、これによってもさらに、可動部１２をより高速で動作させられるのが分かるであろう。
【００１９】
また、図２および図３に示されるように、ハウジング４３ａから露出するボール４４ａの一部分を密閉して被覆する被覆部４５ａが備えられている。被覆部４５ａは、ボールジョイント４２ａの動きに柔軟に追従するために、弾性材料、例えばゴムまたはシリコンから形成されるのが好ましい。
【００２０】
また、図２に示される被覆部４５ａは略円錐形である。これに対し、図３に示される被覆部４５ａは波状に弛みを付けられている。このような形状は、被覆部４５ａの追従性および柔軟性を向上させられるのが分かるであろう。
【００２１】
さらに、図３から分かるように、駆動リンク２１ａとは反対側に位置するボール４４ａの一部分は、ハウジング４３ａから露出している。本発明では、ボール４４ａのこの露出部分を蓋部４６ａにより閉鎖している。蓋部４６ａは、被覆部４５ａと同様な材料から形成されていてもよく、また、硬質材料から形成されていてもよい。
【００２２】
このように、本発明ではボール４４ａとハウジング４３ａとの間の係合部分が被覆部４５ａまたは被覆部４５ａおよび蓋部４６ａの両方により被覆されている。従って、ボールジョイント４２ａから発生した摩耗粉は被覆部４５ａおよび蓋部４６ａにより形成される空間から拡散することはない。従って、本発明のパラレルリンクロボット１０が食品、医薬品、化粧品などの分野で使用される場合に特に有利である。
【００２３】
ところで、図１から分かるように、受動リンク２３ａの両端には、ボールジョイント４２ａ、４２ｃが配置されている。これらボールジョイント４２ａ、４２ｃの間の中心距離は、ロボット座標の歪みを小さくするために、所望の値に正確に合致させる必要がある。図３においては、ハウジング４３ａは局所的に延びる延長部を含んでおり、延長部にはネジ山部４８ａが形成されている。
【００２４】
そして、ボールジョイントのハウジングの部分断面図である図４においては、ハウジング４３ａのネジ山部４８ａには、受動リンク２３ａの一端に形成されたネジ山部が係合される。なお、受動リンク２３ａの他端にも同様なネジ山部が形成されている。これら受動リンク２３ａのネジ山部は、受動リンク２３ａの軸方向においてハウジング４３ａのネジ山部４８ａよりも長く形成されている。受動リンク２３ａは、例えばカーボン製の軽量パイプの両端にネジ部材を取付けることにより作成してもよい。また、アルミニウムまたは樹脂から受動リンク２３ａを作成してもよい。
【００２５】
本発明では、二つのボールジョイント４２ａ、４２ｃの間の中心距離を受動リンク２３ａの両端のネジ込み量によって調節している。所望の距離が得られるまで受動リンク２３ａをネジ込むと、図２および図４に示されるように、ナット４９ａを受動リンク２３ａの残りのネジ山部に螺合させてハウジング４３ａに隣接して固定する。これにより、受動リンク２３ａをハウジング４３ａに締結でき、二つのボールジョイント４２ａ、４２ｃの間の中心距離を固定することができる。従って、パラレルリンクロボット１０を正確な動作させられる。
【００２６】
図５は一対の受動リンクの部分斜視図である。図２および図５に示されるように、ボルトで固定されたスペーサ５２ａ、５２ｂによって二つの細長プレート５１ａ、５１ｂが一体的にされている。これにより、二つの細長プレート５１ａ、５１ｂは互いに平行に配置される。そして、二つの細長プレート５１ａ、５１ｂが、一対の受動リンク２２ａ、２３ａの間に配置されている。
【００２７】
さらに、これら二つの細長プレート５１ａ、５１ｂは回転軸５３回りに回動可能に受動リンク２２ａ、２３ａに連結されている。細長プレート５１ａ、５１ｂを受動リンク２２ａ、２３ａに対して円滑に回動させるために、回転軸５３には、滑り軸受または玉軸受が配置されていてもよい。
【００２８】
図５から分かるように、二つの細長プレート５１ａ、５１ｂは、可動部からできるだけ離れた、駆動リンク２１ａと二つの受動リンク２２ａ、２３ａとの間の連結部の近傍において、二つの受動リンク２２ａ、２３ａに連結されている。その理由は、実際に移動させられる可動部１２側の重量を小さくするためである。
【００２９】
これら細長プレート５１ａ、５１ｂは、二つの受動リンク２２ａ、２３ａがそれぞれのロッド長手方向に沿った軸回りに回転するのを拘束すると同時に受動リンク２２ａ、２３ａの距離を一定に保つ役目を果たす。従って、細長プレート５１ａ、５２ａによって、被覆部４５ａの変形に伴う負担を軽減するとともに、ボールジョイント４２ａがハウジング４３ａとボール４４ａとに分離するのをさらに防止できる。
【００３０】
さらに、図５に示されるように、二つの細長プレート５１ａ、５１ｂには、軸方向に延びる複数の細長開口部５５が形成されている。これら細長開口部５５によって、細長プレート５１ａ、５１ｂをさらに軽量化することができる。その結果、可動部１２をより高速で動作させられるのが分かるであろう。
【符号の説明】
【００３１】
１０    パラレルリンクロボット
１１    基礎部
１２    可動部
２０ａ〜２０ｃ    リンク部
２１ａ    駆動リンク
２２ａ、２３ａ    受動リンク
４２ａ〜４２ｄ    ボールジョイント
４３ａ    ハウジング
４４ａ    ボール
４５ａ    被覆部
４６ａ    蓋部
４７ａ    ライナ
４８ａ    ネジ山部
４９ａ    ナット
５１ａ、５１ｂ    細長プレート
５２ａ、５２ｂ    スペーサ
５３    回転軸
５５    細長開口部
【図１】
2014046406.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014046406.tif 000007
【図６】
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