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MECHANICAL STRUCTURE EQUIPPED WITH DRIVE UNIT

Patent code P110005733
File No. S2010-0429-N0
Posted date Sep 5, 2011
Application number P2010-032989
Publication number P2011-167790A
Patent number P5467349
Date of filing Feb 17, 2010
Date of publication of application Sep 1, 2011
Date of registration Feb 7, 2014
Inventor
  • (In Japanese)小森 雅晴
  • (In Japanese)松田 吉平
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title MECHANICAL STRUCTURE EQUIPPED WITH DRIVE UNIT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical structure equipped with drive units that obtains a wide movement region and is easy to utilize a drive source effectively.
SOLUTION: At least three drive units 50x, 52x, and 54x can carry out active movements in one or two directions along the reference plane. The total number of freedom degree of the drive units 50x, 52x, and 54x which carry out the active movements is 4 or more. The drive units 50x, 52x, and 54x are respectively fixed to movable portions 30y, 32y, and 34y of a base member 20 or support members 30, 32, and 34, and move and rotate a moving body 11. At least one of the drive units 50x, 52x, and 54x is fixed to the movable portions 30y, 32y, or 34y of the support members 30, 32, or 34 and carries out the active movement along the reference plane so that the drive units 50x, 52x, or 54x can move along the virtual lines 30z, 32z, or 34z fixed to guide portions 30x, 32x, or 34x of the support member 30, 32, or 34.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)



物の移動や組立等、製造現場等において複雑な多自由度の位置・姿勢の変化動作を要求される場所には、産業用ロボットが用いられている。産業用ロボットでは、一般に、シリアルメカニズムと呼ばれる機構が用いられている。シリアルメカニズムとは、本体基礎部から被動部材(ロボット先端部)までが複数のリンクで直列に結合されている構造のことである。リンクの結合部に回転角度を調節できる部材(回転モータ)や、伸縮を調節できる部材(直動アクチュエータ)を用いることで、被動部材の位置や姿勢を変化させることができる。





例えば、図44の斜視図に示すような産業用ロボットでは、図45の概略図に模式的に示すように、本体基礎部520から、2つの回転モータ561,562、1つの直動アクチュエータ551を介し、被動部材540に連結されている(例えば、非特許文献1、特許文献1~4参照)。





また、同様に多自由度の位置・姿勢を実現するロボットとして、パラレルメカニズムと呼ばれる機構が用いられている例もある。パラレルメカニズムとは、本体基礎部から被動部材までが複数のリンクで並列に結合されている構造のことである。パラレルメカニズムの代表例として、スチュワートプラットフォームと呼ばれる機構がある。図46の概略図に模式的に示すように、この機構は基礎となる本体基礎部620と、被動部材640と、それらをリンク結合する6つの直動アクチュエータ651,652,653,654,655,656とを備える。直動アクチュエータ651,652,653,654,655,656は、駆動することで長さを自在に調節でき、これらの長さを変えることで、被動部材に3自由度の位置変化と3自由度の姿勢変化の6自由度の変化を与えることができる(例えば、非特許文献1、特許文献5参照)。





また、ロボットの移動領域(ロボットの被動部材が届く範囲)を大きくするため、床面上を移動可能な移動装置の上にロボットを設置する方法が提案されている。この方法であれば、移動装置が移動可能な範囲内であればロボットを移動させることができるので、ロボットの移動領域を広くすることが可能である(例えば、特許文献1、2参照)。

Field of industrial application (In Japanese)



本発明は、駆動ユニットを備えた機械構造に関し、詳しくは、駆動ユニットの駆動により、床などの基準面に沿って移動、回転が可能な機械構造に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基礎部材と、前記基礎部材に固定された1つの案内部及び該案内部に固定された1つの仮想線に沿って受動移動が可能である可動部を含む、少なくとも1つの支持部材とを有する移動体と、
前記基礎部材又は前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも3つの駆動ユニットと、
を備え、
前記駆動ユニットのうち少なくとも1つが、前記支持部材の前記可動部に固定され、
前記駆動ユニットは、
基準面に沿って1方向に能動移動が可能かつ前記1方向と異なる他の1方向に受動移動が可能であり、かつ、前記駆動ユニットの、前記基礎部材に固定される部分又は前記支持部材の前記可動部に固定される部分を、前記基準面の法線に平行な線を回転の中心軸として前記基準面に対して受動回転させることが可能である、能動自由度の数が1である、1能動1受動駆動ユニット、又は、
前記基準面に沿って互いに異なる2方向に能動移動が可能であり、かつ、前記駆動ユニットの、前記基礎部材に固定される部分又は前記支持部材の前記可動部に固定される部分を、前記基準面の法線に平行な線を回転の中心軸として前記基準面に対して受動回転させることが可能である、前記能動自由度の数が2である、2能動駆動ユニットであり、
前記駆動ユニットの前記能動自由度の合計の数は、4以上であり、
前記支持部材の1つの前記可動部に固定される前記駆動ユニットは1つのみであり、
前記駆動ユニットの能動移動により、前記移動体を前記基準面に沿って移動及び回転させることができ、
前記支持部材の前記可動部に固定された前記駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であることを特徴とする、駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項2】
 
被動部材と、
前記被動部材と、前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体とを接続し、前記結合体の、前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿った運動及び/又は力を入力とし、出力として運動及び/又は力を前記被動部材に伝達する伝達要素と、
をさらに備え、
前記被動部材は、前記移動体とともに前記基準面に沿って移動及び回転することが可能であり、
前記結合体に含まれる前記駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動する及び/又は力を発生すると、前記結合体に接続された前記伝達要素を介して、前記基礎部材に対する前記被動部材の位置及び/又は姿勢を変化させる及び/又は前記被動部材に力及び/又はトルクを発生させることを特徴とする、請求項1に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項3】
 
1つの前記結合体と当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも2つ備え、前記各組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されたことを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項4】
 
1つの前記結合体と1つの前記被動部材と当該結合体と当該被動部材に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも2つ備え、前記各組の前記被動部材は直列に結合されることを特徴とする、
請求項2又は3に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項5】
 
前記伝達要素は、前記被動部材と、前記結合体との間に構成されたリンク機構であることを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項6】
 
前記伝達要素のうち少なくとも1つは、前記被動部材と、前記結合体との間に接続されたリンクを1つだけ含むことを特徴とする、請求項2乃至5のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項7】
 
前記伝達要素は、回転ジョイントを介して、前記被動部材と、前記結合体とに、それぞれ接続されたリンクを含むことを特徴とする、請求項2乃至6のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項8】
 
前記伝達要素は、
前記結合体の、前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿った移動及び/又は力を、当該移動及び/又は力の方向とは異なる方向の移動及び/又は力に変換する変換要素を含むことを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項9】
 
前記伝達要素は、
前記結合体の、前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿った移動及び/又は力を、回転運動及び/又はトルクに変換する変換要素を含むことを特徴とする、請求項2乃至4のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項10】
 
前記伝達要素は、ねじ機構と、ラック・ピニオン機構と、ワイヤ機構とのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項8又は9に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項11】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基礎部材に対する移動と回転の6自由度のうち少なくとも1自由度の移動又は回転を許容し、かつ、少なくとも他の1自由度の移動又は回転を拘束する支持柱を備えたことを特徴とする、請求項2乃至10のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項12】
 
前記支持柱は、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転を拘束することを特徴とする、請求項11に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項13】
 
前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線が前記基準面に平行であることを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項14】
 
前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線が直線であることを特徴とする、請求項1乃至13のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項15】
 
前記駆動ユニットが固定された前記可動部を有する少なくとも3つの前記支持部材の前記案内部に固定されたそれぞれ1つの前記仮想線であって、前記駆動ユニットが固定された前記可動部が当該仮想線に沿って移動が可能である、前記仮想線が、放射状かつ略等角度間隔に配置されたことを特徴とする、請求項14に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項16】
 
1つの仮想円の円周上に等間隔に配置された仮想点又はその近傍領域に、それぞれ、前記駆動ユニットを配置できることを特徴とする、請求項1乃至15のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項17】
 
前記基礎部材に固定された前記駆動ユニットが、1つの仮想円の円周上に等間隔に配置された仮想点又はその近傍領域にそれぞれ配置されていることを特徴とする、請求項1乃至16のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項18】
 
前記駆動ユニットの前記能動自由度の合計の数が少なくとも6であり、
前記支持部材の前記可動部にそれぞれ固定された少なくとも3つの前記駆動ユニットを備え、
当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であることを特徴とする、請求項1乃至17のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項19】
 
前記移動体は、少なくとも3つの前記支持部材を有し、
別々の前記支持部材の前記可動部にそれぞれ固定された少なくとも3つの前記2能動駆動ユニットを備えたことを特徴とする、請求項1乃至18のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項20】
 
前記移動体は、少なくとも3つの前記支持部材を有し、
少なくとも6つの前記1能動1受動駆動ユニットを備え、
前記1能動1受動駆動ユニットのうち少なくとも3つが、それぞれ、別々の前記支持部材の前記可動部に固定され、当該1能動1受動駆動ユニットは、当該1能動1受動駆動ユニットの前記基準面に沿った能動移動により、当該1能動1受動駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動し、
前記1能動1受動駆動ユニットのうち他の少なくとも3つが、前記基礎部材に固定されたことを特徴とする、請求項1乃至18のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項21】
 
前記支持部材はリニアガイドであることを特徴とする、請求項1乃至20のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項22】
 
前記駆動ユニットは、
回転駆動されると前記基準面に沿って1方向に能動移動し、かつ該1方向と異なる他の1方向に前記基準面に沿って能動移動又は受動移動が可能である車輪を有することを特徴とする、請求項1乃至21のいずれか一つに記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項23】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基礎部材に対する相対傾き運動と、前記被動部材の前記基準面に対して接離する方向の前記基礎部材に対する相対移動とを許容し、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転を拘束する支持柱をさらに備え、
前記駆動ユニットは、別々の前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも3つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも3つ備え、前記各組の前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材は互いに異なり、前記各組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記各組の前記伝達要素は、それぞれ、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記各組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転2自由度又は回転3自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項24】
 
前記駆動ユニットは、別々の前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも3つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも3つ備え、前記各組の前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材は互いに異なり、前記各組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記各組の前記伝達要素は、それぞれ、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記各組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転1自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項25】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基礎部材に対する1方向の相対傾き運動と、前記被動部材の前記基準面に対して接離する方向の前記基礎部材に対する相対移動とを許容し、前記被動部材の前記基礎部材に対する前記1方向とは異なる他の1方向の相対傾き運動と、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転とを拘束する支持柱をさらに備え、
前記駆動ユニットは、別々の前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも2つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも2つ備え、前記各組の前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材は互いに異なり、前記各組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記各組の前記伝達要素は、それぞれ、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記各組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転2自由度又は回転3自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項26】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基礎部材に対する相対傾き運動を許容し、前記被動部材の前記基準面に対して接離する方向の前記基礎部材に対する相対移動と、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転とを拘束する支持柱をさらに備え、
前記駆動ユニットは、別々の前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも2つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも2つ備え、前記各組の前記結合体に含まれる前記可動部を有する前記支持部材は互いに異なり、前記各組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記各組の前記伝達要素は、それぞれ、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記各組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転2自由度又は回転3自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項27】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基準面に対して接離する方向の前記基礎部材に対する相対移動を許容し、前記被動部材の前記基礎部材に対する相対傾き運動と、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転とを拘束する支持柱をさらに備え、
前記駆動ユニットは、前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも1つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも1つ備え、前記少なくとも1つの組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記少なくとも1つの組の前記伝達要素は、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記少なくとも1つの組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転2自由度又は回転3自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。

【請求項28】
 
前記基礎部材に固定され、前記被動部材を支持し、前記被動部材の前記基礎部材に対する1方向の相対傾き運動を許容し、前記被動部材の前記基礎部材に対する前記1方向とは異なる他の1方向の相対傾き運動と、前記被動部材の前記基準面に対して接離する方向の前記基礎部材に対する相対移動と、前記被動部材の前記基準面に沿う方向の前記基礎部材に対する相対移動及び相対回転とを拘束する支持柱をさらに備え、
前記駆動ユニットは、前記支持部材の前記可動部に固定された少なくとも1つの前記駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットは、前記基準面に沿って能動移動することにより、当該駆動ユニットが固定された前記可動部を有する前記支持部材の前記案内部に固定された前記仮想線に沿って移動が可能であり、
前記駆動ユニットと当該駆動ユニットが固定された前記支持部材の前記可動部とが結合された結合体の1つと当該結合体に接続された前記伝達要素とからなる組を少なくとも1つ備え、前記少なくとも1つの組の前記伝達要素は1つの前記被動部材に接続されており、
前記少なくとも1つの組の前記伝達要素は、
1つのリンクと、
前記リンクの一端と前記被動部材とを接続する被動側ジョイントと、
前記リンクの他端と、前記少なくとも1つの組の前記結合体とを接続する駆動側ジョイントと、
を含み、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか一方は、回転3自由度を有し、
前記被動側ジョイントと前記駆動側ジョイントとのいずれか他方は、回転2自由度又は回転3自由度を有することを特徴とする、請求項2に記載の駆動ユニットを備えた機械構造。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010032989thum.jpg
State of application right Registered
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