(57)【要約】【解決手段】  パラレルリンクロボット１は、ベース部材２に設けられてサーボモータＭによって揺動する駆動アーム３と、当該駆動アーム３に連結された受動アーム４と、これらを屈曲させる複数の関節部Ｊによって構成されるリンク機構Ｌを複数備え、各組のリンク機構Ｌの先端を一つの可動先端部５に連結した構成を有している。  上記リンク機構Ｌを構成する関節部Ｊを、表面または裏面の方向に撓む平板状のばね部材Ｓによって構成するとともに、  上記関節部Ｊのうち少なくとも一つの関節部Ｊ（Ａ）を、当該関節部Ｊ（Ａ）の屈曲方向と異なる方向に撓むように設けた複数のばね部材Ｓによって構成した。【効果】  駆動アームと受動アームとが伸展した状態におけるリンク機構の剛性を高め、可動先端部を正確に位置決めさせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材に設けられて駆動手段によって揺動する駆動アームと、当該駆動アームに連結された受動アームと、これらの間に設けられた関節部によって構成されるリンク機構を複数備え、各リンク機構の先端を一つの可動先端部に連結させたパラレルリンクロボットにおいて、
上記リンク機構を構成する関節部を、表面または裏面の方向に撓む平板状のばね部材によって構成するとともに、
上記関節部のうち少なくとも一つの関節部を、当該関節部の屈曲方向と異なる方向に撓むように設けた複数のばね部材によって構成したことを特徴とするパラレルリンクロボット。
【請求項２】
駆動アームと受動アームとの間に位置する関節部を、
当該駆動アームの先端および受動アームの先端に設けられて、当該駆動アームと受動アームとの屈曲方向に対して略直交する方向に撓むように設けられた直交ばね部材と、
当該直交ばね部材の間に、上記駆動アームと受動アームとの屈曲方向および、上記直交ばね部材の撓み方向に対してそれぞれ所定角度傾斜して設けられた斜交ばね部材とによって構成したことを特徴とする請求項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】
本発明はパラレルリンクロボットに関し、詳しくは駆動アームと受動アームと複数の関節部とによって構成されるリンク機構を複数備えたパラレルリンクロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上方に設けたベース部材に設けられて駆動手段によって揺動する駆動アームと、当該駆動アームに連結された受動アームと、これらを屈曲させる複数の関節部によって構成されるリンク機構を複数備え、各リンク機構の受動アームの先端を一つの可動先端部に連結させた天吊り式のパラレルリンクロボットが知られている（特許文献１〜３）。
また、上記パラレルリンクロボットのリンク機構を構成する関節部に、金属の弾性変形を利用して撓むばね部材を採用したパラレルリンクロボットも知られている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５９０９８号公報
【特許文献２】特許第５４０８２１１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３０２４２号公報
【特許文献４】特開２０１３−５２４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記特許文献１〜３に記載された天吊り式のパラレルリンクロボットの関節部に、特許文献４に記載されたばね部材を適用した場合、可動先端部を下降させることで駆動アームと受動アームとが略直線状近くまで伸展した状態では、リンク機構の横方向への剛性が低下し、可動先端部を高速に移動させた場合にこれを正確に位置させることができなくなるため、可動範囲や動作速度が制限されるという問題がある。
このような問題に鑑み、関節部にばね部材を適用した場合であっても、駆動アームと受動アームとが伸展した状態におけるリンク機構の剛性を高くして、可動先端部の位置決め精度を向上させることが可能なパラレルリンクロボットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明にかかるパラレルリンクロボットは、ベース部材に設けられて駆動手段によって揺動する駆動アームと、当該駆動アームに連結された受動アームと、これらの間に設けられた関節部によって構成されるリンク機構を複数備え、各リンク機構の先端を一つの可動先端部に連結させたパラレルリンクロボットにおいて、
上記リンク機構を構成する関節部を、表面または裏面の方向に撓む平板状のばね部材によって構成するとともに、
上記関節部のうち少なくとも一つの関節部を、当該関節部の屈曲方向と異なる方向に撓むように設けた複数のばね部材によって構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、リンク機構を構成する関節部のうち、少なくともいずれか一つの関節部を、当該関節部の屈曲方向と異なる方向に撓むように設けた複数のばね部材によって構成することで、特に駆動アームと受動アームとが伸展した状態におけるリンク機構の剛性を高くすることができる。
このため、駆動アームと受動アームとが伸展した状態において、駆動アームと受動アームとを高速に移動させた場合であっても、可動先端部の位置決め精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例にかかるパラレルリンクロボットの斜視図
【図２】関節部に用いるばね部材の斜視図
【図３】リンク機構における所要の関節部を示す斜視図
【図４】パラレルリンクロボットの姿勢を示す図
【図５】リンク機構の剛性についての実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１はパラレルリンクロボット１の斜視図を示しており、上方に配置されたプレート状のベース部材２に設けられて、駆動手段によって回動されて揺動する駆動アーム３と、当該駆動アーム３に関節部Ｊを介して連結された受動アーム４とによって構成される複数組のリンク機構Ｌと、各組のリンク機構Ｌの先端に連結された一つの可動先端部５とを備えており、本実施例のパラレルリンクロボット１は各リンク機構Ｌが吊り下げられた天吊り式となっている。
本実施例のパラレルリンクロボット１は２組の相対するリンク機構Ｌを備えており、上記可動先端部５は水平な図示Ｘ方向と垂直なＺ方向とによって形成された、上記プレート状のベース部材２と平行なＸ−Ｚ平面内を移動するようになっている。
なお、このＸ−Ｚ平面に直交するＹ方向において、ベース部材２におけるリンク機構Ｌを設けた側を前方側、その反対側を後方側とし、上記駆動アーム３を駆動する駆動手段はベース部材２の後方側に設けられている。
【０００９】
上記リンク機構Ｌを構成する駆動アーム３は、上記ベース部材２に設けられるとともに駆動手段としてのサーボモータＭによって揺動するようになっており、上記受動アーム４は上記駆動アーム３に関節部Ｊを介して連結され、これら駆動アーム３と受動アーム４とはＸ−Ｚ平面内で屈曲するようになっている。
そして上記受動アーム４の先端部は関節部Ｊを介して上記可動先端部５に連結されており、当該関節部ＪもＸ−Ｚ平面内で屈曲するようになっている。
以上のことから、本実施例のリンク機構Ｌでは、上記駆動アーム３がＸ−Ｚ平面内で揺動し、これに伴って受動アーム４が上記可動先端部５をＸ−Ｚ平面内を移動させるようになっている。
【００１０】
そして上記可動先端部５には上記リンク機構Ｌが２組相対して連結され、当該可動先端部５には図示しないがワークを保持する吸着ヘッド等が装着される取付け部５ａが形成されている。
そして上記可動先端部５の両端には、上記受動アーム４が上記関節部Ｊを介して連結される連結部５ｂが設けられており、この連結部５ｂも上記リンク機構Ｌの構成要素となっている。
上記２組のリンク機構Ｌは同一のＸ−Ｚ平面内に設けられており、このため両リンク機構Ｌの上記駆動アーム３が揺動すると、これに伴ってリンク機構Ｌが変形し、受動アーム４の先端に連結された可動先端部５がＸ−Ｚ平面内で移動するようになっている。
なお、２組のリンク機構Ｌにおいて、駆動アーム３を互いに逆方向に揺動させると、上記可動先端部５は上下Ｚ方向に移動し、互いに同方向に揺動させると、上記可動先端部５を左右Ｘ方向に移動させることができる。
【００１１】
そして、本実施例のパラレルリンクロボット１におけるリンク機構Ｌを構成する関節部Ｊは弾性変形部材により構成され、具体的には、図２に示す平板状で表面または裏面が湾曲するように撓むばね部材Ｓによって構成されている。
上記ばね部材Ｓは特許文献４に記載された互違溝付きばね８となっており、金属製であるとともに、直方体の表側および裏側に直線状の溝８ａを平行に複数形成した構成を有し、この溝８ａを形成した部分が湾曲して、両端に形成された取付け部８ｂ、８ｂが表側または裏側に向けて撓む性質を有している。
このようなばね部材Ｓをリンク機構Ｌの関節部Ｊに採用することで、上記関節部Ｊにおいて部材同士の摺動が生じず粉塵等が発生しないことから、上記パラレルリンクロボット１をクリーンルームなどの清浄空間において使用することが可能となる。また洗浄や滅菌も容易であることから、無菌環境に設置することも可能である。
【００１２】
本実施例において、駆動アーム３と受動アーム４との間の関節部Ｊ（Ａ）および受動アーム４と可動先端部５との連結部５ｂとの間の関節部Ｊ（Ｓ）には、上記ばね部材Ｓが関節部Ｊの屈曲方向に撓むように、すなわちＸ−Ｚ平面内で撓むように設けられている。
このうち駆動アーム３と受動アーム４との間の関節部Ｊ（Ａ）には、図３に示すように、それぞれ駆動アーム３および受動アーム４の先端から側方（前後Ｙ方向）に突出させた取付け部１０、１０に、ブラケット１１、１１を介してばね部材Ｓが設けられている。
これらＸ−Ｚ平面内で撓むように設けられたばね部材Ｓを有する駆動アーム３と受動アーム４と、ならびに受動アーム４と可動先端部５とは、互いに捻じれることなくＸ−Ｚ平面内で屈曲および伸展が可能となっている。
【００１３】
これに対して、駆動アーム３と受動アーム４との間の関節部Ｊ（Ａ）には、さらに当該関節部Ｊ（Ａ）の屈曲方向と異なる方向に撓むように複数のばね部材Ｓが設けられている。
図３に示すように、当該関節部Ｊ（Ａ）は、異なる４箇所に配置されたばね部材Ｓによって構成されており、このうち一箇所は上記取付け部１０、１０の間に設けられた、Ｘ−Ｚ平面内で撓むばね部材Ｓとなっている。
そして、駆動アーム３と受動アーム４の各先端に設けられた２箇所の直交ばね部材Ｓａ、Ｓａと、これら直交ばね部材Ｓａ、Ｓａの間に設けられた斜交ばね部材Ｓｂとによって構成されている。
これら直交ばね部材Ｓａ、Ｓａおよび斜交ばね部材Ｓｂを設けることにより、リンク機構Ｌを伸展させた際の剛性の低下を防止するようになっている。
上記直交ばね部材Ｓａはそれぞれ駆動アーム３と受動アーム４の先端にＸ−Ｚ平面と略平行に設けられ、Ｘ−Ｚ平面に対して直交するＹ方向に撓むようになっている。
上記斜交ばね部材Ｓｂは上記２つの直交ばね部材Ｓａの間に一対のブラケット９、９を介して設けられており、上記駆動アーム３と受動アーム４との屈曲方向（Ｘ方向）および、上記直交ばね部材Ｓａの撓み方向（Ｙ方向）に対してそれぞれ所定角度（例えば約４５°）傾斜した方向に撓むようになっている。
そしてパラレルリンクロボット１が待機状態にあり、上記直交ばね部材Ｓａおよび斜交ばね部材Ｓｂが湾曲しない自然状態にある場合、上記直交ばね部材Ｓａは同一のＸ−Ｚ平面内に位置し、これに対し上記斜交ばね部材Ｓｂは当該Ｘ−Ｚ平面からＹ方向前方側に、Ｘ−Ｚ平面や直交ばね部材Ｓａに対して所定角度傾斜させて設けられている。
【００１４】
図４は本実施例のパラレルリンクロボット１を簡略化した図であり、図４（ｂ）は関節部Ｊ（Ａ）、Ｊ（Ｓ）を構成するばね部材Ｓが撓んでいない待機状態を示し、これに対し図４（ａ）は上記待機状態よりも駆動アーム３および受動アーム４が屈曲して可動先端部５が上昇した状態を、図４（ｃ）は待機状態よりも駆動アーム３および受動アーム４が伸展して可動先端部５が下降した状態をそれぞれ示している。
【００１５】
仮に、上記パラレルリンクロボット１の関節部Ｊ（Ａ）を、直交ばね部材Ｓａと斜交ばね部材Ｓｂとを備えない、関節部Ｊ（Ｓ）と同様の構成とした場合について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）のように、駆動アーム３および受動アーム４が屈曲した状態では、リンク機構Ｌの剛性は維持されているが、図４（ｃ）のように、駆動アーム３および受動アーム４が略直線状近くまで伸展した状態では、リンク機構Ｌの横方向（Ｘ方向）の剛性が低下し、可動先端部５を正確に位置決めさせることができなくなる。
すなわち、図５のグラフは、可動先端部５を横方向（Ｘ方向）に移動させた場合における、当該可動先端部５からの反力の変化を表したものであり、横軸がＸ方向の変位量、縦軸が反力となっている。
また図５（ａ）は関節部Ｊ（Ａ）に上記直交ばね部材Ｓａおよび斜交ばね部材Ｓｂを備えていない場合、図５（ｂ）はこれらを備えている場合の結果を表している。
図５（ａ）において、Ｓ（ｂ）は図４（ｂ）の待機状態を、Ｓ（ｃ）は図４（ｃ）の可動先端部を下降させた状態を示しており、アーム３と受動アーム４とが伸展すると、可動先端部５からの反力が小さくなっていることが理解できる。
これは、待機状態におけるリンク機構Ｌの剛性に対し、アーム３と受動アーム４とが伸展した状態におけるリンク機構Ｌの剛性が低下していることを示している。
【００１６】
そこで本実施例では、上記リンク機構Ｌにおける駆動アーム３と受動アーム４との間に、上記直交ばね部材Ｓａと斜交ばね部材Ｓｂとを備えた関節部Ｊ（Ａ）を設けたものである。
図５（ｂ）において、Ａ（ｂ）は図４（ｂ）の待機状態を、Ａ（ｃ）は図４（ｃ）の可動先端部を下降させた状態を示しており、アーム３と受動アーム４とが伸展すると、可動先端部５からの反力が大きくなっていることが理解できる。
これは、待機状態におけるリンク機構Ｌの剛性に対し、アーム３と受動アーム４とが伸展した状態におけるリンク機構Ｌの剛性が大きく増加していることを示している。
【００１７】
図４（ａ）のように、図４（ｂ）の待機状態から駆動アーム３および受動アーム４がさらに屈曲する場合には、図３において上記斜交ばね部材Ｓｂは両端部の一対のブラケット９、９が閉じるように撓み、
上記直交ばね部材Ｓａは駆動アーム３および受動アーム４の屈曲方向であるＸ−Ｚ平面に直交したＹ方向前方側に撓む。
その結果、斜交ばね部材Ｓｂは、その表面および裏面がＸ−Ｙ平面との直交面に近づき、関節部Ｊ（Ａ）をＸ−Ｙ平面で屈曲させるためのモーメントが小さくなる。
これに対して図４（ｃ）のように、図４（ｂ）の待機状態から駆動アーム３および受動アーム４が伸展する場合には、図３において上記斜交ばね部材Ｓｂは両端部の一対のブラケット９、９が開くように撓み、一方上記直交ばね部材ＳａはＸ−Ｚ平面に直交したＹ方向後方側に撓むため、斜交ばね部材Ｓｂは、その表面および裏面がＸ−Ｙ平面との平行面に接近してゆき、関節部Ｊ（Ａ）をＸ−Ｙ平面で屈曲させるためのモーメントが大きくなる。
このように、駆動アーム３と受動アーム４とが伸展するにつれて、リンク機構Ｌの剛性を増大させることができるため、可動先端部５を横方向（Ｘ方向）に高速に移動させながら、これを正確に位置決めさせることが可能となる。
【００１８】
なお、上記実施例ではリンク機構Ｌを２組備えた、可動先端部５を上記Ｘ−Ｚ平面内で移動させるパラレルリンクロボット１について説明したが、駆動アーム３と受動アーム４とが一定の方向に屈曲する関節部Ｊ（Ａ）を有するリンク機構Ｌであれば、３組以上のリンク機構Ｌを備えたパラレルリンクロボット１にも適用することができる。
また上記実施例ではリンク機構Ｌにおける第１駆動アーム３ａと第１受動アーム４ａとの関節部Ｊ（Ａ）を、上記異なる方向に撓む複数のばね部材Ｓから構成しているが、当該関節部Ｊ（Ａ）の構成をリンク機構Ｌを構成するその他の関節部Ｊ（Ｓ）に採用してもよい。
さらに、上記関節部Ｊ（Ａ）については、必要に応じて異なる方向に撓む複数のばね部材Ｓの数を増減することも可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  パラレルリンクロボット            ３  駆動アーム
４  受動アーム                        ５  可動先端部
Ｊ  関節部                            Ｌ  リンク機構
Ｓ  ばね部材                          Ｓａ  直交ばね部材
Ｓｂ  斜交ばね部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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