特許 7140419 ３軸パラレルリニアロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-12

(45)【発行日】2022-09-21

(54)【発明の名称】３軸パラレルリニアロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20220913BHJP

【ＦＩ】

B25J11/00 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021001874

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2021154480

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2021-01-08

(31)【優先権主張番号】109110614

(32)【優先日】2020-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】513079236

【氏名又は名称】ナショナル チェン クン ユニバーシティー

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藍 兆杰

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１２１３５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５６９９６９５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９７６５８２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０６７２９２０２（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】中国特許出願公開第１０５１５０１９９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７１３９１７４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業領域と、
該作業領域の幾何学的中心を通過する中心軸と、
該中心軸を中心に配置された３つのドライバと、
該３つのドライバによって協働駆動され、また幾何学的中心が前記作業領域内に位置しているエンドエフェクタを有する運動機構と、
前記中心軸に対して互いに回転対称であり、なおかつ前記エンドエフェクタに並列連結されている３つのリンク機構アセンブリとを備え、
該リンク機構アセンブリの各々は、前記３つのドライバの各々１つによって駆動され、前記エンドエフェクタは三次元空間内を線形移動するように駆動され、前記リンク機構アセンブリの各々は、
第１の連結ロッド、
第２の連結ロッド、及び
第３の連結ロッド有し、
ここで、各前記リンク機構アセンブリの前記第１の連結ロッドは両端部を有し、前記連結ロッドの該両端部のうちの一方は前記３つのドライバのうちの１つに連結され、また前記両端部のうちの他方は、第１の回転ジョイントによって前記第２の連結ロッドの両端部のうちの一方にピボット連結されており、前記第２の連結ロッドの前記両端部のうちの他方は、第２の回転ジョイントによって前記第３の連結ロッドの両端部のうちの一方にピボット連結されており、前記第３の連結ロッドの前記両端部のうちの他方は、第３の回転ジョイントによって前記エンドエフェクタにピボット連結されており、前記エンドエフェクタにおける前記幾何学的中心の閉運動軌道範囲の交点が生成され、また前記３つのリンク機構アセンブリによって駆動されて、前記作業領域を形成しており、
各前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントと、前記中心軸に垂直な仮想平面Ｐとの間に画定される内角は、鋭角であり、且つ前記第１の回転ジョイント、前記第２の回転ジョイント、及び前記第３の回転ジョイントの回転中心軸は互いに平行であり、
各前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントと前記第２の回転ジョイントとの間に第１の中心距離が画定され、各前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントと前記第３の回転ジョイントとの間に第２の中心距離が画定され、また、前記第１の中心距離は前記第２の中心距離に等しく、
前記３つのドライバの各々は、
スピンドルであって、前記３つのドライバの該スピンドルは前記中心軸に平行であり、また前記中心軸を中心に等角度分布で配置されている、スピンドル、
シャフトを有するサーボモータ、及び
該サーボモータの該シャフト及び前記スピンドルの端部に連結された変速機アセンブリを有し、
各前記リンク機構アセンブリの前記第１の連結ロッドはねじ付きスリーブを有し、
各前記ドライバの前記スピンドルは、応動する前記リンク機構アセンブリの１つにおける前記第１の連結ロッドの前記ねじ付きスリーブに取り付けられ、かつ螺合しており、また、
前記ドライバはそれぞれ、応動する前記リンク機構アセンブリにおける前記第１の連結ロッドを駆動して、対応する前記スピンドルに沿ってこれを線形移動させている、
３軸パラレルリニアロボット。

【請求項2】

各前記ドライバの前記変速機アセンブリは、タイミングプーリ体である、請求項１に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項3】

前記３軸パラレルリニアロボットは基台を備え、
該基台は３つの固定フレーム板を有し、
前記３つのドライバの各々１つが、前記基台の前記３つの固定フレーム板の各々１つの上に配置されている
請求項２に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項4】

作業領域と、
該作業領域の幾何学的中心を通過する中心軸と、
該中心軸を中心に配置された３つのドライバと、
該３つのドライバによって協働駆動され、また幾何学的中心が前記作業領域内に位置しているエンドエフェクタを有する運動機構と、
前記中心軸に対して互いに回転対称であり、なおかつ前記エンドエフェクタに並列連結されている３つのリンク機構アセンブリとを備え、
該リンク機構アセンブリの各々は、前記３つのドライバの各々１つによって駆動され、前記エンドエフェクタは三次元空間内を線形移動するように駆動され、前記リンク機構アセンブリの各々は、
第１の連結ロッド、
第２の連結ロッド、及び
第３の連結ロッド有し、
ここで、各前記リンク機構アセンブリの前記第１の連結ロッドは両端部を有し、前記連結ロッドの該両端部のうちの一方は前記３つのドライバのうちの１つに連結され、また前記両端部のうちの他方は、第１の回転ジョイントによって前記第２の連結ロッドの両端部のうちの一方にピボット連結されており、前記第２の連結ロッドの前記両端部のうちの他方は、第２の回転ジョイントによって前記第３の連結ロッドの両端部のうちの一方にピボット連結されており、前記第３の連結ロッドの前記両端部のうちの他方は、第３の回転ジョイントによって前記エンドエフェクタにピボット連結されており、前記エンドエフェクタにおける前記幾何学的中心の閉運動軌道範囲の交点が生成され、また前記３つのリンク機構アセンブリによって駆動されて、前記作業領域を形成しており、
各前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントと、前記中心軸に垂直な仮想平面Ｐとの間に画定される内角は、鋭角であり、且つ前記第１の回転ジョイント、前記第２の回転ジョイント、及び前記第３の回転ジョイントの回転中心軸は互いに平行であり、
各前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントと前記第２の回転ジョイントとの間に第１の中心距離が画定され、各前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントと前記第３の回転ジョイントとの間に第２の中心距離が画定され、また、前記第１の中心距離は前記第２の中心距離に等しく、
前記３つのドライバは固定フレーム上に回転対称に配置されており、
前記中心軸は、前記固定フレームの幾何学的中心を通過しており、
前記３つのドライバの各々は、
前記固定フレームにしっかりと取り付けられ、またシャフトを有するサーボモータ、及び、
両端部を有する駆動アームであって、該両端部のうちの一方は前記サーボモータの前記シャフトにしっかりと連結され、そして前記駆動アームの前記両端部のうちの他方は、応動する前記リンク機構アセンブリの１つの前記第１の連結ロッドに連結されている、駆動アームを有し、また、
各前記ドライバの前記駆動アームが振動して、対応する前記第１の連結ロッドを駆動することにより、前記中心軸に平行な方向に前記第１の連結ロッドを移動させている、
３軸パラレルリニアロボット。

【請求項5】

前記３つのドライバは、前記中心軸に対して回転対称に固定構造物上に配置されており、
前記３つのドライバの各々は、
前記固定構造物にしっかり固定して配置され、かつスピンドルを有するサーボモータ、
両端部を有する駆動アームであって、該両端部のうちの一方は前記サーボモータの前記スピンドルにしっかりと連結され、且つ前記駆動アームの前記両端部のうちの他方は、応動する前記リンク機構アセンブリの前記第１の連結ロッドに回転可能に連結されている、駆動アーム、及び
前記駆動アームと平行であり、両端部を有する補助アームであって、該補助アームの前記両端部のうちの一方は、前記固定構造物に回転可能に連結され、また、前記補助アームの前記両端部のうちの他方は、応動する前記リンク機構アセンブリにおける前記第１の連結ロッドに回転可能に連結されている、補助アームを有し、
ここで、各前記ドライバの前記駆動アーム及び該補助アームは、共に振動するように駆動されて、応動する前記リンク機構アセンブリにおける前記第１の連結ロッドが前記中心軸に平行な方向に移動できるようにしている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項6】

各前記リンク機構アセンブリの前記第２の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第２の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、
各前記リンク機構アセンブリの前記第３の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第３の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、また、
該２つの前記長さのうちの一方はゼロに等しく、また他方の前記長さはゼロに等しくはない、
請求項１から４のいずれか一項に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項7】

各前記リンク機構アセンブリの前記第２の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第２の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、
各前記リンク機構アセンブリの前記第３の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第３の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、また、
該２つの前記長さはゼロに等しくはない、
請求項１から４のいずれか一項に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項8】

各前記リンク機構アセンブリの前記第２の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第２の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、
各前記リンク機構アセンブリの前記第３の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第３の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、また、
該２つの前記長さのうちの一方はゼロに等しく、また他方の前記長さはゼロに等しくはない、
請求項５に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【請求項9】

各前記リンク機構アセンブリの前記第２の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第１の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第２の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、
各前記リンク機構アセンブリの前記第３の連結ロッドは、前記リンク機構アセンブリの前記第２の回転ジョイントに垂直な方向において、前記第３の連結ロッドの前記両端部間に画定される長さを有し、また、
該２つの前記長さはゼロに等しくはない、
請求項５に記載の３軸パラレルリニアロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０２０年３月２７日に出願された台湾特許出願第１０９１１０６１４号の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、３軸リニアロボット、より詳細には、他の自動機械分野のロボット及び装置で広く使用することができる、３軸パラレルリニアロボットに関する。

【背景技術】

【0003】

従来の３軸パラレルリニアロボットについては、特許文献１（空間における要素の運動及び位置決めのための装置）、特許文献２（直交座標系パラレルマニピュレータ）、及び特許文献３（構造調整可能な３自由度パラレル機構）において開示されている。前述の３軸パラレルリニアロボットの説明は、以下のとおりである。

【0004】

一般にデルタロボットと呼ばれる特許文献１の空間における要素の運動及び位置決めのための装置は、エンドエフェクタに共に連結された３つの連結手段を備え、このエンドエフェクタは出力端として使用されている。これら３つの連結手段の各々は、駆動アセンブリによって駆動され、また４本の平行バーと２本の回転ジョイントとによって構成されるため、これによってエンドエフェクタを３軸線形運動（ＸＹＺ）で作動させることができる。

【0005】

特許文献１に開示されているデルタロボットでは、エンドエフェクタを連結するための４本の平行バーと２本の回転ジョイントとで構成された、３つの連結手段の使用を想定しており、三次元空間移動の必要性に基づくと、これら３つの連結手段が長過ぎる状態にある。ある空間では、デルタロボットの全体積がこれら３つの連結手段の全長によって制限されるため、デルタロボットの高さ方向の作動ストロークが短くなり、その結果デルタロボットの適用範囲が制限されることになる。

【0006】

また、前述のデルタロボットでは、連結手段はそれぞれ４本の平行バーと２本の回転ジョイントとで構成されており、ここでは３つ連結手段の各々における４本の平行バーの全長が長い。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った各連結手段の剛性は低く、エンドエフェクタはこれら３つの連結手段によって駆動されることから、エンドエフェクタの移動時に揺動する可能性があり、デルタロボットの安定性に影響を及ぼす。その上、デルタロボットの運動のベクトル解析におけるヤコビ行列は、エンドエフェクタの位置によって著しく変化し得るため、速度と動力伝達との関係性の変動が大きくなり過ぎて、運動制御設計がより困難になる。

【0007】

特許文献２に開示されている直交座標系パラレルマニピュレータは、並列配置された３本のシャフトにそれぞれ連結された３つの連結手段を備える垂直型パラレルロボットであり、これら３つの連結手段はエンドエフェクタに連結されている。３つの連結手段の各々は、順次直列連結された３本の連結ロッドを有し、これら３本の連結ロッドのうちの１本は、３本のシャフトのうちの１本の上で上下に移動することができる。これら３本の連結ロッドのうち隣り合う２本の連結ロッドは、ピボットによって互いに連結されている。３つの連結手段の遠位端にある連結ロッドはエンドエフェクタに連結されており、これら３つの連結手段を別々に駆動することで、エンドエフェクタを駆動して空間内でこれを移動させることができる。

【0008】

垂直型パラレルロボットを使用して、デルタロボットと同様のモーション機能をもたらすことができるが、この垂直型パラレルロボットでは、その連結手段におけるより効果的な機構設計が提案されておらず、連結手段の全長は依然として長過ぎるものであり、その上作動ストロークが短く、動作安定性が十分ではないという課題もある。

【0009】

特許文献３に開示されている構造調整可能な３自由度パラレル機構では、固定台、可動台、及び３つの分岐を想定している。分岐はそれぞれ、調整構成要素、支柱、可動部、回転部、連結ロッド、及び球状部を有する。この調整構成要素は、スライドレール、スライドブロック、嵌合ストリップ、及びねじで構成されている。この調整構成要素のうちスライドレールは固定台上に水平に配置され、スライドブロック下部に形成されたスライド溝と整合している。支柱はスライドブロック上に垂直に配置され、可動部はこの支柱及び回転部に連結され、固定台の上面に垂直な軸を有する。回転部は固定台の上面と平行な軸を有する。連結ロッドは、回転部と球状部との間に連結された端部を有し、球状部によって可動台上に配置されている。

【0010】

構造調整可能な３自由度パラレル機構を使用して、デルタロボットと同様のモーション機能をもたらすことができるが、この構造調整可能な３自由度パラレル機構では、その連結手段におけるより効果的な機構設計が提案されておらず、可動台と支柱との間で回転部及び球状部に連結された３つの分岐のうちの連結ロッドは、一直線に延在しなければならず、これによって可動台に連結された連結ロッドの長さが長くなり過ぎて、この構造調整可能な３自由度パラレル機構の全高が増大する可能性がある。
その上、可動台と入力駆動端との距離が長く、また構造調整可能な３自由度パラレル機構自体にも、作動ストロークが短く、なおかつ動作安定性が十分ではないという課題がある。

【0011】

また、別のパラレルロボットが特許文献４（平面パラレル機構制御装置及びダブル５ロッド駆動方式）に開示されている。この平面パラレル機構制御装置は、平面パラレル機構本体と制御部とを備える。この平面パラレル機構本体は、可動台、パッシブ運動用チェーン、及び２つの平面５バー機構を有する。これら２つの平面５バー機構の各々は、２台のダイレクトドライブ回転機、２本の駆動シャフト、及び２本のフォロアシャフトを有する。パッシブ運動用チェーンは、ベアリングアセンブリ及び２本の従動シャフトを有する。制御部は、可動台に配置された３軸加速度センサとダイレクトドライブ回転機とに電気的に連結されている。２つの平面状の５バー機構はアクティブ運動用チェーンとして使用され、またダイレクトドライブ回転機によって作動する。

【0012】

平面パラレル機構制御装置の平面パラレル機構本体は、可動台を駆動して移動させるように制御され得るが、パッシブ運動は２つの平面状の５バー機構と組み合わされ、また、駆動シャフト及び従動シャフトのピボット軸は、２台のダイレクトドライブ回転機の軸と平行になっている。その場合、この可動台を、水平方向に沿って平面上を移動するように駆動することができるのみとなり、三次元空間内を移動するように駆動することはできないため、このことが、平面パラレル機構制御装置の適用範囲を限定してしまう恐れがある。加えて、平面パラレル機構本体は５本の運動用チェーンを使用する必要があり、この平面パラレル機構本体の全体構造は複雑となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】米国特許第４９７６５８２号明細書

【文献】米国特許６７２９２０２号明細書

【文献】中国特許第１０５１５０１９９号明細書

【文献】中国特許第１０７１３９１７４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

これらの欠点を克服するために、本発明は、前述の課題を軽減する３軸パラレルリニアロボットを提供しようとするものである。

【0015】

本発明の主な目的は、他の自動機械分野のロボット及び装置で広く使用することができる、３軸パラレルリニアロボットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明による３軸パラレルリニアロボットは、中心軸を中心に配置された３つのドライバと、運動機構とを備える。この運動機構は、エンドエフェクタに並列連結された３つのリンク機構アセンブリを有する。エンドエフェクタが三次元空間内を線形移動できるようにするために、これら３つのリンク機構アセンブリはそれぞれ、３つのドライバによって線形駆動又は回転駆動される。リンク機構アセンブリはそれぞれ、３本の連結ロッド及び３本の回転ジョイントを有する。それぞれの回転ジョイントと、中心軸に垂直な仮想平面との間に画定される内角は、鋭角である。第１の回転ジョイントと第２の回転ジョイントとの間の第１の中心距離は、第２の回転ジョイントと第３の回転ジョイントとの間の第２の中心距離に等しい。作動ストロークを増加させ、また本３軸パラレルリニアロボットの動作安定性を向上させるために、運動機構の全高を低減している。

【0017】

本発明の他の目的、利点及び新規の特徴は、添付の図面と併せて解釈される場合、以下の詳細な説明を参照することによってより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第１の実施形態を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１の３軸パラレルリニアロボットの基台の固定フレーム板を取り外した状態を示す斜視図である。

【図3】図３は、図１の３軸パラレルリニアロボットの側面図である。

【図4】図４は、図１の３軸パラレルリニアロボットの上面図である。

【図5】図５は、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第２の実施形態を示す斜視図である。

【図6】図６は、図５の３軸パラレルリニアロボットの側面図である。

【図7】図７は、図５の３軸パラレルリニアロボットの上面図である。

【図8】図８は、図５の３軸パラレルリニアロボットの運動機構の動作上面図である。

【図9】図９は、図１の３軸パラレルリニアロボットの運動機構のリンク機構アセンブリ及びエンドエフェクタの動作側面図である。

【図10】図１０は、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第３の実施形態を示す斜視図である。

【図11】図１１は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの別の斜視図である。

【図12】図１２は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの上面図である。

【図13】図１３は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの底面図である。

【図14】図１４は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの側面図である。

【図15】図１５は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの拡大斜視図である。

【図16】図１６は、図１０の３軸パラレルリニアロボットの別の拡大斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１、図５、及び図１０を参照すると、本発明による３軸パラレルリニアロボットは３つの実施形態を有し、また３軸パラレルリニアロボットは、作業領域Ｗと、この作業領域Ｗの幾何学的中心を通過する中心軸Ｏと、３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、運動機構２とを備える。

【0020】

図１、図５、及び図１０を参照すると、３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは３軸パラレルリニアロボットの中心軸Ｏを中心に配置され、駆動力を線形入力又は回転入力している。これら３つのドライバの構造及び種類は、本発明の３つの実施形態で提示することができる。

【0021】

図１、図３、及び図４を参照すると、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第１の実施形態では、３つのドライバ１Ａの各々は、スピンドル１０Ａ、サーボモータ１１Ａ、及び変速機アセンブリ１２Ａを有する。図８及び図９をさらに参照すると、３つのドライバ１Ａのスピンドル１０Ａは中心軸Ｏに平行であり、また中心軸Ｏを中心に等角度分布で配置されている。つまり、スピンドル１０Ａはそれぞれ、中心軸Ｏに対して距離ｒｐ（ｒｐ≠０）を有する。サーボモータ１１Ａはスピンドル１０Ａの側部に配置され、かつシャフトを有する。変速機アセンブリ１２Ａは、サーボモータ１１Ａのシャフト及びスピンドル１０Ａの端部に連結され、スピンドル１０Ａを介して運動機構２に連結されている。３つのドライバ１Ａは駆動力を線形入力することにより、運動機構２を共に駆動して、これを線形移動させている。変速機アセンブリ１２Ａは、タイミングプーリ体、ギヤ体又は他の同等の変速機アセンブリから選択することができる。

【0022】

図１、図３、及び図４を参照すると、本３軸パラレルリニアロボットの第１の実施形態では、本３軸パラレルリニアロボットは基台１３Ａをさらに備え、そしてこの基台１３Ａは３つの固定フレーム板１３１Ａを有する。３つのドライバ１Ａの各々１つが、基台１３Ａの３つの固定フレーム板１３１Ａの各々１つの固定フレーム板１３１Ａ上に配置されている。

【0023】

図５～図７を参照すると、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第２の実施形態では、３つのドライバ１Ｂが固定フレーム１０Ｂ上に回転対称に配置されている。中心軸Ｏは、固定フレーム１０Ｂの幾何学的中心を通過している。３つのドライバ１Ｂの各々は、サーボモータ１１Ｂ及び駆動アーム１２Ｂを有する。サーボモータ１１Ｂは固定フレーム１０Ｂにしっかりと取り付けられ、またシャフト１１１Ｂを有する。駆動アーム１２Ｂは両端部を有し、これら両端部のうちの一方はサーボモータ１１Ｂのシャフト１１１Ｂにしっかりと連結され、そして駆動アーム１２Ｂの両端部のうちの他方は運動機構２に連結されている。３つのドライバ１Ｂは駆動力を回転入力することにより、運動機構２を共に駆動して、これを線形運動で移動させている。

【0024】

図１０～図１６を参照すると、本発明による３軸パラレルリニアロボットの第３の実施形態では、３つのドライバ１Ｃは、中心軸Ｏに対して回転対称に固定構造物１３Ｃ上に配置されている。この固定構造物１３Ｃは単一の構成要素であってもよいし、あるいは３つの固定マウント１３１Ｃを有していてもよく、そしてこれら３つのドライバ１Ｃの各々１つが、３つの固定マウント１３１Ｃのそれぞれ１つずつに配置される。

【0025】

３つのドライバ１Ｃの各々は、サーボモータ１１Ｃ、駆動アーム１２Ｃ、及び補助アーム１４Ｃを有する。サーボモータ１１Ｃは３つの固定マウント１３１Ｃのうちの１つに配置され、またシャフト１１１Ｃを有する。駆動アーム１２Ｃは両端部を有し、これら両端部のうちの一方はサーボモータ１１Ｃのシャフト１１１Ｃにしっかりと連結され、そして駆動アーム１２Ｃの両端部のうちの他方は運動機構２に連結されている。補助アーム１４Ｃは駆動アーム１２Ｃと平行であり、また両端部を有し、これら両端部のうち一方は固定構造物１３Ｃに回転可能に連結され、これら両端部のうちの他方は運動機構２に連結されている。３つのドライバ１Ｃは駆動力を回転入力することにより、運動機構２を共に駆動して、これを線形運動で移動させており、また、駆動アーム１２Ｃと補助アーム１４Ｃとで構成されたパラレルリンク体は、これら３つのドライバ１Ｃが共に連動することにより、運動機構２の線形運動の安定性を向上させることができる。

【0026】

図１～図４、図５～図７、及び図１０～図１１を参照すると、運動機構２は３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃによって協働駆動され、またエンドエフェクタ２０及び３つのリンク機構アセンブリ３０を有する。運動機構２０の幾何学的中心Ｃは、本３軸パラレルリニアロボットの作業領域Ｗ内に位置し、また３つのリンク機構アセンブリ３０は中心軸Ｏに対して互いに回転対称であり、なおかつエンドエフェクタ２０に並列連結されている。これらリンク機構アセンブリ３０の各々は、３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれ１つによって駆動され、その結果、エンドエフェクタ２０は三次元空間内を線形移動するように駆動され得る。

【0027】

図１～図４、図５～図７、及び図１０～図１１、さらに図８及び図９を参照すると、運動機構２における３つのリンク機構アセンブリ３０の各々は、第１の連結ロッド３１、第２の連結ロッド３２、及び第３の連結ロッド３３を有する。第１の連結ロッド３１は両端部を有し、これら両端部のうちの一方は対応するドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃに連結され、またこれら両端部のうちの他方は、第１の回転ジョイント３４によって第２の連結ロッド３２の両端部のうちの一方にピボット連結されている。第２の連結ロッド３２の両端部のうちの他方は、第２の回転ジョイント３５によって第３の連結ロッド３３の両端部のうちの一方にピボット連結されている。第３の連結ロッド３３の両端部のうちの他方は、第３の回転ジョイント３６によってエンドエフェクタ２０にピボット連結されている。第１の回転ジョイント３４、第２の回転ジョイント３５、及び第３の回転ジョイント３６は全て、ベアリングなどの単一の回転中心軸の回転部分である。また、第１の回転ジョイント３４、第２の回転ジョイント３５、及び第３の回転ジョイント３６の回転中心軸は互いに平行である。エンドエフェクタ２０における幾何学的中心Ｃの閉運動軌道範囲の交点が生成され、また３つのリンク機構アセンブリ３０によって駆動されて、作業領域Ｗを形成する。

【0028】

図８及び図９を参照すると、第１の回転ジョイント３４と、中心軸Ｏに垂直な仮想平面Ｐとの間に画定される内角βは、鋭角である。第１の回転ジョイント３４は、中心軸Ｏを通過するｙ軸法線に対する距離ｄ１、中心軸Ｏを通過するｘ軸法線に対する距離ｄ２、第１の回転ジョイント３４と第２の回転ジョイント３５との間に画定される第１の中心距離ｄ３、及び第２の回転ジョイント３５と第３の回転ジョイント３６との間に画定される第２の中心距離ｄ４を有する。第１の中心距離ｄ３は第２の中心距離ｄ４に等しい。

【0029】

さらに、図９を参照すると、各リンク機構アセンブリ３０の第２の連結ロッド３２は、リンク機構アセンブリ３０の第１の回転ジョイント３４に垂直な方向において、第２の連結ロッド３２の両端部間に画定される長さＬ１を有する。各リンク機構アセンブリ３０の第３の連結ロッド３３は、リンク機構アセンブリ３０の第２の回転ジョイント３５に垂直な方向において、第３の連結ロッド３３の両端部間に画定される長さＬ２を有する。これら２つの当該長さＬ１、Ｌ２のうちの一方はゼロに等しくてもよく、且つ当該長さＬ１、Ｌ２のうち他方はゼロに等しくなくてもよい。さらに、これら２つの当該長さＬ１、Ｌ２はゼロに等しくなくてもよい。

【0030】

図１～図４を参照すると、３軸パラレルリニアロボットの第１の実施形態では、ドライバ１Ａがそれぞれスピンドル１０Ａ、シャフト１１１Ａを有するサーボモータ１１Ａ、及び変速機アセンブリ１２Ａを有する場合、第１の連結ロッド３１はそれぞれねじ付きスリーブを有し、また対応するスピンドル１０Ａは、対応するスピンドル１０Ａの外面上に形成されたねじ山によって、第１の連結ロッド３１のねじ付きスリーブに取り付けられ、かつ螺合する。ドライバ１Ａはそれぞれ、応動する第１の連結ロッド３１を駆動して、対応するスピンドル１０Ａに沿って線形移動させることができる。

【0031】

図５～図７を参照すると、３軸パラレルリニアロボットの第２の実施形態では、３つのドライバ１Ｂが回転対称に固定フレーム１０Ｂ上に配置されており、ドライバ１Ｂはそれぞれ、シャフト１１１Ｂを有するサーボモータ１１Ｂ及び駆動アーム１２Ｂを有する。駆動アーム１２Ｂの両端部のうちの一方はシャフト１１１Ｂにしっかりと連結され、また駆動アーム１２Ｂの両端部のうちの他方は応動する第１の連結ロッド３１に連結されている。各ドライバ１Ｂの駆動アーム１２Ｂが振動して、対応する第１の連結ロッド３１を駆動することにより、中心軸Ｏに平行な方向にこれを移動させることができる。

【0032】

図１０～図１６を参照すると、３軸パラレルリニアロボットの第３の実施形態では、３つのドライバ１Ｃが回転対称に固定構造物１３Ｃ上に配置されている場合、ドライバ１Ｃはそれぞれ、シャフト１１１Ｃを有するサーボモータ１１Ｃ、駆動アーム１２Ｃ、及び補助アーム１４Ｃを有する。サーボモータ１１Ｃは、固定構造物１３Ｃの３つの固定マウント１３１Ｃのうちの１つにしっかり固定して配置され、駆動アーム１２Ｃの両端部のうちの一方は、応動する第１の連結ロッド３１に回転可能に連結され、補助アーム１４Ｃは駆動アーム１２Ｃと平行であり、補助アーム１４Ｃの両端部のうちの一方は、固定構造物１３Ｃにおいて対応する固定マウント１３１Ｃに回転可能に連結され、また、補助アーム１４Ｃの両端部のうちの他方は、対応する第１の連結ロッド３１に回転可能に連結されている。各ドライバ１Ｃの駆動アーム１２Ｃ及び補助アーム１４Ｃは、共に振動するように駆動されて、対応する第１の連結ロッド３１が中心軸Ｏに平行な方向に移動できるようにしている。

【0033】

３軸パラレルリニアロボットの第３の実施形態では、駆動アーム１２Ｃは、ベアリング１２１Ｃによって対応する第１の連結ロッド３１に連結され、且つ補助アーム１４Ｃは、ベアリング１４１Ｃによって、固定構造物１３Ｃにおいて対応する固定マウント１３１Ｃに回転可能に連結され、かつベアリング１４１Ｃによって、対応する第１の連結ロッド３１に回転可能に連結されている。駆動アーム１２Ｃと補助アーム１４Ｃとによって形成されたパラレルリンク機構アセンブリを使用すると、ベアリング１２１Ｃ、１４１Ｃの寸法公差によってベアリング１２１Ｃ、１４１Ｃの内側の構成要素間に間隙が生じた場合でも、補助アーム１４Ｃが依然として駆動アーム１２Ｃを補助することができ、このことにより、ドライバ１Ｃによって駆動される運動機構２の線形運動の安定性を維持することができる。

【0034】

図３～図４、図６～図７、図１０～図１１、及び図８～図９を参照すると、本発明による３軸パラレルリニアロボットの運動に関して、３軸パラレルリニアロボットでは、ベクトル制御解析としてヤコビ行列を使用することができ、次いで３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃを制御して、図１に示す第１の実施形態の線形入力で駆動するか、又は図５及び図１０に示す第２の並びに第３の実施形態の回転入力で駆動している。次いで、運動機構２の３つのリンク機構アセンブリ３０は、エンドエフェクタ２０を共に駆動して、三次元空間内でこれを線形移動させることができる。ヤコビ行列は従来技術に属しているため、ここではこれについて繰り返さないものとする。

【0035】

上記の説明によれば、本発明の３軸パラレルリニアロボットは、少なくとも以下の利点及び効果を有する。

【0036】

第一に、運動機構の全高を低減し、作動ストロークを増加させている。
本発明の３軸パラレルリニアロボットでは、３つのリンク機構アセンブリ３０を含む運動機構２を使用しており、これらリンク機構アセンブリ３０はそれぞれ、第１の連結ロッド３１、第２の連結ロッド３２、第３の連結ロッド３３、第１の連結ロッド３１及び第２の連結ロッド３２に連結された第１の回転ジョイント３４、第２の連結ロッド３２及び第３の連結ロッド３３に連結された第２の回転ジョイント３５、並びに第３の連結ロッド３３及びエンドエフェクタ２０に連結された第３の回転ジョイント３６を有する。第１の連結ロッド３１、第２の連結ロッド３２、及び第３の連結ロッド３３は、順次直列連結されている。回転ジョイント３４、３５、３６の各々は、単一の回転中心軸の回転部分であり、また回転ジョイント３４、３５、３６の各々と、中心軸Ｏに垂直な仮想平面Ｐとの間に画定される内角は、鋭角である。第１の回転ジョイント３４、第２の回転ジョイント３５、及び第３の回転ジョイント３６の回転中心軸は、互いに平行である。第１の回転ジョイント３４と第２の回転ジョイント３５との間に画定される第１の中心距離ｄ３は、第２の回転ジョイント３５と第３の回転ジョイント３６との間に画定される第２の中心距離ｄ４に等しい。上記の特徴及び構造関係によれば、本発明の運動機構２の全体構造を平坦化して、運動機構２の全高を低減し、なおかつ作動ストロークを増加させることができる。エンドエフェクタ２０と同じ作業領域Ｗの条件下で、本発明の３軸パラレルリニアロボットの全高は、従来のデルタロボットの全高の約半分未満であり、なおかつ従来の垂直型パラレルロボットの全高未満であり、このことにより、本発明の３軸パラレルリニアロボットは、省スペースで大規模な作動ストロークを実現することができる。

【0037】

第二に、速度と動力伝達との関係性が一定である。
本発明の上記の特徴及び構造関係によれば、３軸パラレルリニアロボットでは、ベクトル制御解析としてヤコビ行列を使用しており、３つのドライバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを線形入力型又は回転入力型から選択して、運動機構２を駆動することができ、これにより、ヤコビ行列を特定の定数値（線形入力型）にするか、又はこの特定の定数値に近似させることができる（回転入力型）。その結果、３軸パラレルリニアロボットのエンドエフェクタ２０の速度と動力伝達との関係性を一定にすることができ、本発明の３軸パラレルリニアロボットの運動制御設計が容易になる。

【0038】

第三に、出力速度を上昇させている。
本発明の３軸パラレルリニアロボットの運動機構２を平坦化して、その全高を低くしたために、駆動入力端からエンドエフェクタ２０までの距離が比較的短く、また、速度と動力伝達との関係性が一定になっているので、同じ入力速度の条件下では、本発明の３軸パラレルリニアロボットの出力速度はより速く、当該速度は従来のデルタロボットの出力速度の約２倍である。

【0039】

第四に、運動安定性を向上させている。
本発明の３軸パラレルリニアロボットの運動機構２におけるリンク機構アセンブリ３０の連結ロッド３１、３２、３３の数は少なく、また３軸パラレルリニアロボットでは、ピボット構成要素として回転ジョイント３４、３５、３６を使用している。その結果、３軸パラレルリニアロボットの全体的な剛性と耐摩耗性とが向上し、また、本３軸パラレルリニアロボットの構成要素間の間隙が小さくなる。また、本３軸パラレルリニアロボットの運動安定性を効果的に向上させることができるように、運動機構２の平坦化した構造は、本発明の３軸パラレルリニアロボットの全高を低くする。

【0040】

本発明の多くの特徴及び利点を、本発明の構造及び特徴の詳細と共に前述の説明に記載しているが、本開示は例示にすぎない。特に部品の形状、サイズ、及び配置の点でこれらの詳細に変更を加えることは、添付の特許請求の範囲で表現される用語の広い一般的意味によって示される本発明の原理の全範囲内で可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】