(57)【要約】【課題】  エンドエフェクタを目標位置まで移動させつつ目標回転角度位置まで回転する際に、回転時間を増大させることなく、エンドエフェクタが目標位置に到達したときの該エンドエフェクタの回転角度位置精度を向上させることが可能なパラレルメカニズムを提供する。【解決手段】  パラレルメカニズム１は、ベース部２に取り付けられた電動モータ２１の出力軸に一端が接続され、他端がエンドエフェクタ１３に接続され、電動モータ２１の回転駆動力をエンドエフェクタ１３に伝達する旋回軸２５と、電動モータ２１を制御する電子制御装置３０とを備える。電子制御装置３０は、停止状態のエンドエフェクタ１３を目標回転角度位置まで回転する際に、エンドエフェクタ１３を回転加速する際の角加速度の絶対値が、回転減速する際の角加速度の絶対値よりも大きくなるように、かつ、加速時間ｔ１が減速時間ｔ２よりも短くなるように電動モータ２１を制御する。【選択図】  図５
2010188475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンクを介して、ベース部と、エンドエフェクタが回転可能に取り付けられるブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムにおいて、
前記ベース部に取り付けられたモータと、
前記モータの出力軸に一端が接続され、他端が前記エンドエフェクタに接続され、前記モータの回転駆動力を前記エンドエフェクタに伝達する旋回軸と、
前記モータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記モータの角速度がゼロで停止状態にある前記旋回軸を目標回転角度位置まで回転する際に、前記モータの角速度がゼロから最大角速度となるまでに要する回転加速時間が、前記モータの角速度が前記最大角速度からゼロとなるまでに要する回転減速時間よりも短くなるように前記モータを制御することを特徴とするパラレルメカニズム。
【請求項２】
前記制御手段は、停止状態の前記旋回軸を目標回転角度位置まで回転駆動する際に、前記モータの角速度を増大する際の角加速度、及び前記モータの角速度を減少する際の角加速度が定角加速度であり、かつ、加速する際の角加速度の絶対値が、減速する際の角加速度の絶対値よりも大きくなるように前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エンドエフェクタが、停止状態から予め定められた所定の上昇距離以上上方に移動したときに前記モータの回転を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のパラレルメカニズム。
【請求項４】
前記制御手段は、予め定められた所定の下降距離下降する前に前記モータの回転を停止するように前記モータを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパラレルメカニズム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記モータの回転を停止してから前記エンドエフェクタが目標位置で停止するまでの時間が、前記エンドエフェクタが前記所定の下降距離下降して前記目標位置で停止するまでの時間よりも長くなるように前記モータを制御することを特徴とする請求項４に記載のパラレルメカニズム。
【請求項６】
ユーザの操作に基づいて、前記制御手段に対して前記モータの制御データを設定する設定手段をさらに備え、
前記設定手段は、ユーザの操作に基づいて、前記モータの前記回転加速時間、前記回転減速時間、及び前記モータの最大角速度を設定し、
前記制御手段は、前記設定手段により設定された前記回転加速時間、前記回転減速時間、及び前記最大角速度に基づいて、前記モータを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパラレルメカニズム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記旋回軸の回転角度が１８０°以下となるように前記モータを制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパラレルメカニズム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記モータの回転を停止してから、前記エンドエフェクタが目標位置で停止するまでの時間が、所定時間以上となるように前記モータを制御することを特徴とする請求項５に記載のパラレルメカニズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルメカニズムに関し、特に、旋回軸を有するパラレルメカニズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、支持基盤であるベース部とエンドエフェクタ（手先効果器）が取り付けられるブラケットとが複数のリンクにより並列に結合されたパラレルメカニズムが知られている（例えば、特許文献１参照）。パラレルメカニズムでは、例えば複数の電動モータが並列に配置されるとともに、各電動モータに連結された複数のリンクが最終的に一つのブラケット（エンドエフェクタ）を操るように構成されている。また、特許文献１に記載のパラレルメカニズムは、キャリア（ブラケット）上に回転可能に支持された把持器（エンドエフェクタ）と、ベース部に固定されたサーボモータとを連結する入れ子式のリンク機構（旋回軸）を有している。このリンク機構の両端はカルダン継手（自在継手）を介して接続されており、エンドエフェクタの移動に従ってリンク機構が傾いても、電動モータの回転駆動力をエンドエフェクタに伝えてエンドエフェクタが回転できるように構成されている。
【０００３】
このような構成を有するパラレルメカニズムは、シリアルメカニズム等の関節機構と比較して、関節毎に電動モータ等を設ける必要がなく、関節に設けられている電動モータ等を振り回す必要もないため関節機構を軽量に作ることができる。また、パラレルメカニズムでは、すべての電動モータ等の力が一箇所に集約されるため出力を大きくすることができる。さらに、パラレルメカニズムは、三角錐構造を採るため非常に剛性が高い。このように、パラレルメカニズムは、軽量、高出力、高剛性という特徴を有するため、エンドエフェクタを非常に高速で動かすことができる。そのため、パラレルメカニズムは、例えば、袋包装食品や太陽電池セルなどの搬送対象物（ワーク）をつかみに行き、該搬送対象物をエンドエフェクタで把持して所定位置まで搬送するといった動作を高速で繰り返し実行することが求められるパレタイジング作業等の用途に好適に用いられる。ここで、パレタイジング作業では、例えば、向きが一定ではない状態で流れてくる矩形のワークを、向きを揃えて升目状のケースに入れてゆくといった動作が要求される場合がある。このような場合、把持したワークを搬送する途中で旋回軸、エンドエフェクタを回転させ、ワークの向き（回転角度位置）をケースの升目に合わせてケースに載置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上述したように、特許文献１に記載のパラレルメカニズムを構成する旋回軸は、カルダン継手（自在継手）、相互にスライド可能かつ回転不能に構成された入れ子式の軸、及びカルダン継手の各機械要素が直列に接続されて構成されている。旋回軸を回転駆動すると、該旋回軸では、電動モータの回転力により、各機械要素の慣性モーメントとガタに起因する捩れが発生する。上述したように旋回軸は各機械要素が直列に接続されているため、旋回軸の先端に取り付けられているエンドエフェクタにおいては特に捩れ量が大きくなるとともに、電動モータからエンドエフェクタまで回転力が伝わるのに時間遅れが生じる。そのため、電動モータの回転が停止した後、エンドエフェクタでは目標回転角度からのオーバーシュート、及び振動が発生する。特に、ガタに起因する捩れ振動については、減衰がほとんどないため、収束するまでに時間がかかる。また、モータ回転数が一定であっても、自在軸継手の特性として、継手間の従動軸では角速度、角加速度、及びトルク変動が発生するため、継手間の従動軸の慣性モーメントが大きい場合は、エンドエフェクタの振動にも影響を及ぼす。これらの原因により、エンドエフェクタがワークを把持又は載置する際（目標位置に到達したとき）、実際の回転角度位置が目標回転角度位置から外れてしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、エンドエフェクタを目標位置まで移動させつつ目標回転角度位置まで回転する際に、回転時間を増大させることなく、エンドエフェクタが目標位置に到達したときの該エンドエフェクタの回転角度位置精度を向上させることが可能なパラレルメカニズム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】
【０００７】
本発明に係るパラレルメカニズムは、複数のリンクを介して、ベース部と、エンドエフェクタが回転可能に取り付けられるブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムにおいて、ベース部に取り付けられたモータと、モータの出力軸に一端が接続され、他端がエンドエフェクタに接続され、モータの回転駆動力をエンドエフェクタに伝達する旋回軸と、モータを制御する制御手段とを備え、該制御手段が、モータの角速度がゼロで停止状態にある旋回軸を目標回転角度位置まで回転する際に、モータの角速度がゼロから最大角速度となるまでに要する回転加速時間が、モータの角速度が最大角速度からゼロとなるまでに要する回転減速時間よりも短くなるようにモータを制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るパラレルメカニズムによれば、モータ（すなわち旋回軸）の回転減速時間をより長く取ることができるため、旋回軸の捩れ及び振動を低減することができる。一方、加速時間が短縮されるため、旋回軸を目標回転角度位置まで回転するために要する時間の増大を抑制することができる。その結果、モータの回転時間の増大を抑えつつ、エンドエフェクタが目標位置に到達したときの該エンドエフェクタの回転角度位置精度をより向上させることが可能となる。
【０００９】
本発明に係るパラレルメカニズムでは、制御手段が、停止状態の旋回軸を目標回転角度位置まで回転する際に、前記モータの角速度を増大する際の角加速度、及び前記モータの角速度を減少する際の角加速度が定角加速度であり、かつ、加速する際の角加速度の絶対値が、減速する際の角加速度の絶対値よりも大きくなるようにモータを制御することが好ましい。
【００１０】
この場合、旋回軸を目標回転角度位置まで回転する際に、回転減速時の角加速度をより小さくして緩やかに減速させることにより、減速時に作用する加振力が低減されるため、旋回軸の捩れ及び振動を低減することができる。一方、回転加速時の加速度がより大きくされることにより旋回軸が目標回転角度位置まで回転するのに要する時間の増大が抑制される。その結果、回転時間を増大させることなく、エンドエフェクタが目標位置に到達したときの該エンドエフェクタの回転角度位置精度を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、上記制御手段は、エンドエフェクタが、停止状態から予め定められた所定の上昇距離以上上方に移動したときにモータの回転を開始することが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、例えば、エンドエフェクタを回転させる際に、ワークとワークを搬入若しくは搬出するケースの縁部及びその他コンベア周辺の障害物との接触を防止することができる。また、ワークの接触等を防止しつつ、ワークの回転をより早いタイミングで開始することができるため、回転停止後に回転方向の捩れ及び振動を収束させるための時間をより長く確保することが可能となる。
【００１３】
上記制御手段は、予め定められた所定の下降距離下降する前にモータの回転を停止するようにモータを制御することが好ましい。また、上記制御手段は、モータの回転を停止してからエンドエフェクタが目標位置で停止するまでの時間が、エンドエフェクタが所定の下降距離下降して目標位置で停止するまでの時間よりも長くなるようにモータを制御することが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、ワークがケース等に接触することを防止するとともに、モータ停止後にエンドエフェクタの回転方向の捩れ及び振動が収まるのに要する時間を確保することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るパラレルメカニズムは、ユーザの操作に基づいて制御手段に対してモータの制御データを設定する設定手段をさらに備え、該設定手段が、ユーザの操作に基づいて、モータの回転加速時間、回転減速時間、及びモータの最大角速度を設定し、制御手段が、設定手段により設定された回転加速時間、回転減速時間、及び最大角速度に基づいて、モータを制御することが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、モータを適切に制御することができる。また、例えばワーク、エンドエフェクタ、及び適用されるライン等の変更に対して柔軟に対応することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るパラレルメカニズムでは、制御手段が、旋回軸の回転角度が１８０°以下となるようにモータを制御することが好ましい。
【００１８】
例えば、時計回りに１８０°以上回転する必要がある場合には、反時計回りに回転させれば１８０°以下で同じ回転角度位置に位置させることができる。よって、このようにすれば、回転に要する時間を低減し、回転方向の捩れ及び振動の収束時間を増大させることが可能となる。また、エンドエフェクタに接続されているエアチューブや配線などが過大に捩れることを防止できる。
【００１９】
本発明に係るパラレルメカニズムでは、制御手段が、モータの回転を停止してから、エンドエフェクタが目標位置で停止するまでの時間が、所定時間以上となるようにモータを制御することが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、モータの回転停止後に、エンドエフェクタの回転方向の捩れ及び振動が収まるのに要する時間を確実に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、エンドエフェクタを３次元空間における目標位置まで移動させつつ目標回転角度位置まで回転する際に、回転時間を増大させることなく、エンドエフェクタが目標位置に到達したときの該エンドエフェクタの回転角度位置精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係るパラレルメカニズムの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１中の矢印Ａ１方向から見たパラレルメカニズムを示す図である。
【図３】太陽電池のパレタイジング工程の概要を説明するための鳥瞰図である。
【図４】水平方向より見たときのエンドエフェクタの運転パターンを示す図である。
【図５】水平方向の移動距離が４００ｍｍのときの電動モータの速度制御パターン（垂直方向、水平方向、回転方向）の一例を示す図である。
【図６】電動モータの回転方向の速度制御パターンの他の例を示す図である。
【図７】従来の速度制御パターン（垂直方向、水平方向、回転方向）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るパラレルメカニズムの全体構成について説明する。図１は、実施形態に係るパラレルメカニズム１の全体構成を示す斜視図である。また、図２は、図１中の矢印Ａ１方向から見たパラレルメカニズム１を示す図である。
【００２５】
パラレルメカニズム１は、上部にベース部２を有している。パラレルメカニズム１は、ベース部２の下面側に形成された平らな取付面２ａが例えば水平な天井等に固定されることによって支持される。一方、ベース部２の下面側には、３つの支持部材３が設けられている。各支持部材３には、それぞれ電動モータ４が支持されている。電動モータ４は、モータ軸の軸線Ｃ２がベース部２の取付面２ａに対して平行（すなわち水平）となるように支持されている。それぞれの支持部材３は、ベース部２の鉛直方向軸線Ｃ１を中心として等しい角度（１２０度）を開けて配置されており、各電動モータ４もまた、ベース部２の鉛直方向軸線Ｃ１を中心として等しい角度（１２０度）を開けて配置される（図２参照）。
【００２６】
各電動モータ４の出力軸には、軸線Ｃ２に対して同軸に略六角柱形状のアーム支持部材５が固定されている。アーム支持部材５は、電動モータ４が駆動されることにより軸線Ｃ２を中心として回転する。なお、各電動モータ４は、モータドライバを含む電子制御装置３０に接続されており、電動モータ４の出力軸の回転がこの電子制御装置３０によって制御される。
【００２７】
パラレルメカニズム１は、３本のアーム本体６を有しており、各アーム本体６は、第１アーム７及び第２アーム８を含んで構成される。第１アーム７は、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。第１アーム７の基端部は、アーム支持部材５の側面に取り付けられている。第１アーム７は、その軸線が上述した軸線Ｃ２と直交するように固定される。
【００２８】
第１アーム７の遊端部には、第２アーム８の基端部が連結され、第２アーム８が、第１アーム７の遊端部を中心として揺動できるように構成されている。第２アーム８は、一対の長尺のロッド９，９を含んで構成されており、一対のロッド９，９は、その長手方向において互いに平行となるように配置されている。ロッド９も、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。各ロッド９の基端部は、第１アーム７の遊端部に、一対のボールジョイント１０，１０によって連結されている。なお、各ロッド９の基端部における各ボールジョイント１０，１０間を結ぶ軸線Ｃ３が、電動モータ４の軸線Ｃ２に対して平行となるため、第２アーム８は軸線Ｃ３を中心として揺動する。
【００２９】
また、第２アーム８の基端部において一方のロッド９と他方のロッド９とが連結部材１１で互いに連結されており、第２アーム８の遊端部において一方のロッド９と他方のロッド９とが連結部材１２で互いに連結されている。連結部材１１、及び連結部材１２は、例えば、付勢部材としての引張コイルバネを有しており、一対のロッド９，９を互いに引き合う方向に付勢する。なお、連結部材１１と連結部材１２とは、異なる構造であっても構わないが同一構造であることが低コストの観点から好ましい。いずれの連結部材１１，１２も、各ロッド９が自身の長手方向に平行な軸線まわりに回転することを防止する機能を有する。
【００３０】
また、パラレルメカニズム１は、エンドエフェクタ１３を回動可能に取り付けるためのブラケット１４を有している。ブラケット１４は、略正三角形状をした板状部材である。このブラケット１４は、３本のアーム本体６によって、ブラケット１４のエンドエフェクタ１３の取付面１４ａ（図１におけるブラケット１４の下面）がベース部２の取付面２ａと平行（すなわち水平）になるように保持される。
【００３１】
ブラケット１４の各辺には取付片１５が形成されている。各取付片１５がそれぞれのアーム本体６の遊端部（第２アーム８を構成する一対のロッド９，９の遊端部）に連結されることで、ブラケット１４は、各アーム本体６に対して、各アーム本体６の遊端部を中心として揺動する。詳しくは、ブラケット１４の各取付片１５の各端部が、対応する各ロッド９，９の遊端部に各ボールジョイント１６，１６によって連結される。なお、一対のボールジョイント１６，１６を結ぶ軸線Ｃ４（図２参照）も、電動モータ４の軸線Ｃ２に対して平行となる。このため、ブラケット１４は、水平な軸線Ｃ４を中心として各アーム本体６に対して揺動することができる。そして、略正三角形状のブラケット１４のすべての辺において、水平な軸線Ｃ４を中心として揺動できるように、ブラケット１４が３本のアーム本体６によって支持されている。
【００３２】
第１アーム７と第２アーム８との連結部における一対のボールジョイント１０，１０間の距離と、第２アーム８の各ロッド９とブラケット１４との連結部における一対のボールジョイント１６，１６間の距離とは等しく設定されている。そのため、上述したように、第２アームを構成する一対のロッド９は、その長手方向の全長において互いに平行に配置される。軸線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のいずれもが、ベース部２の取付面２ａに平行であるから、第１アーム７、第２アーム８及びブラケット１４がそれぞれ軸線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を中心にどのように揺動したとしても、ブラケット１４のエンドエフェクタ１３の取付面１４ａとベース部２の取付面２ａとの平行関係が維持される。
【００３３】
そして、電子制御装置３０からの指令に応じて、各電動モータ４の出力軸に固定されたアーム支持部材５の回転位置が制御されることで、各第１アーム７の遊端部の位置が制御される。この制御された各第１アーム７の遊端部の位置に、各第２アーム８の遊端部の位置が追従し、その結果、ブラケット１４のエンドエフェクタ１３の取付面１４ａの位置が決まる。このとき、上述したように、ブラケット１４は、水平姿勢を維持したまま移動する。
【００３４】
また、パラレルメカニズム１は、その中央にベース部２から下方に延びる旋回軸ロッド２０と、この旋回軸ロッド２０を回転するための電動モータ２１とを有する。電動モータ２１は、その軸出力を鉛直下方に向けた状態でベース部２に固定されている。旋回軸ロッド２０の一端部は、自在継手（以下「ユニバーサルジョイント」という）２２、及び、複数のギヤの組み合わせにより構成された減速機２４を介して電動モータ２１の出力軸に連結されている。なお、本実施形態では減速機２４の減速比を５とした。一方、旋回軸ロッド２０の他端部は、ユニバーサルジョイント２３を介してエンドエフェクタ１３に接続されている。さらに、エンドエフェクタ１３及びユニバーサルジョイント２３の下方接続部は、その中心軸が鉛直方向となるようにベアリング等を介してブラケット１４に回転自在に固定されている。旋回軸ロッド２０は、ロッド２０ａとシリンダ２０ｂとにより実現され、伸縮自在に構成されている。ここで、旋回軸ロッド２０はボールスプラインであり、ロッド２０ａの回転をシリンダ２０ｂに伝達することが可能である。また、旋回軸ロッド２０の両端部にユニバーサルジョイント２２，２３が採用されているため、ブラケット１４が３つの電動モータ４の駆動により上下、前後左右の所定の位置に移動したとしても、旋回軸ロッド２０は、その所定位置に追従して移動することができる。なお、以下、旋回軸ロッド２０、及びユニバーサルジョイント２２，２３を含む構成を旋回軸２５という。
【００３５】
すなわち、電動モータ２１とエンドエフェクタ１３との間では、減速機２４、ユニバーサルジョイント２２、旋回軸ロッド２０（ロッド２０ａ，シリンダ２０ｂ）、ユニバーサルジョイント２３の機械要素が直列に接続されており、電動モータ２１の回転駆動力は、直列に接続されたこれらの機械要素を介して、エンドエフェクタ１３に伝達される。電動モータ２１は、電子制御装置３０に接続されており、電動モータ２１の回転がこの電子制御装置３０により制御されることにより、エンドエフェクタ１３の回転角度位置が制御される。なお、本実施形態では、後述するようにワークとして太陽電池ウェハーを想定していることから、エンドエフェクタ１３として、エアを小孔から急速に噴出することで生じる負圧により吸着力を発生し、ワークを非接触に近い形で把持することができる所謂ベルヌイチャックを用いた。なお、ワークが、非接触で把持する必要のない、例えば袋包装食品である場合には、エンドエフェクタ１３としてエアを吸い込むことで生じる負圧によりワークを吸着する吸着パッドを用いてもよい。
【００３６】
上述したように、電子制御装置３０は、３つの電動モータ４を制御することによってアーム本体６を駆動し、エンドエフェクタ１３を目標位置まで動かす。また、電子制御装置３０は、電動モータ２１を制御することによって旋回軸ロッド２０を駆動し、エンドエフェクタ１３を目標回転角度位置まで回転する。すなわち、電子制御装置３０は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。電子制御装置３０としては、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、又は専用の制御用コンピュータ等が好適に用いられる。電子制御装置３０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。
【００３７】
また、電子制御装置３０には、オペレータによる操作入力を受け付ける設定手段としての入力装置３１が接続されている。なお、入力装置３１としては、例えば、タッチパネルディスプレイ、又は、液晶ディスプレイとキーボード等が好適に用いられる。オペレータは、入力装置３１を用いて、電動モータ４，２１の制御データを設定することができる。ここで、設定される電動モータ２１の制御データとしては、例えば、把持したワークを搬送するときの電動モータ２１の最高回転速度（最大角速度）を定める搬送回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）、ワークを取りに行くときの電動モータ２１の最高回転速度（最大角速度）を定める戻り回転速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）、電動モータ２１の回転速度（角速度）を増大する時間を定める回転加速時間（ｍｓｅｃ）、及び、電動モータ２１の回転速度（角速度）を減少する時間を定める回転減速時間（ｍｓｅｃ）等が挙げられる。電子制御装置３０は、設定された制御データを用いてＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、電動モータ４及び電動モータ２１を駆動して、エンドエフェクタ１３の３次元空間における位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転角度（θ）を制御する。
【００３８】
次に、図３〜５を用いて、パラレルメカニズム１の動作について説明する。ここでは、太陽電池用ウェハー又は太陽電池セルのパレタイジング工程において、エンドエフェクタ１３が、太陽電池ウェハーを把持した後に、該太陽電池ウェハーの回転角度位置を合わせつつ、所定位置（ケース）まで搬送する場合を例にして説明する。なお、太陽電池ウェハーをつかみに行くときの動作は、以下に説明する動作と動作方向が逆になること以外は同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。なお、図３は、太陽電池のパレタイジング工程の概要を説明するための鳥瞰図である。図４は、水平方向より見たときのエンドエフェクタ１３の運転パターンを示す図である。図５は、エンドエフェクタ１３の水平方向の移動距離が４００ｍｍの場合の、電動モータ４，２１の水平（ｘ，ｙ）方向、垂直（ｚ）方向、及び回転（θ）方向の速度制御パターンの一例を示す図である。
【００３９】
まず、図３を参照しつつ、太陽電池ウェハーのパレタイジング工程の概要について説明する。この工程では、第１コンベア１００、及び第２コンベア１０１が互いに並行して配置されるとともに、これら２本のコンベアの上方にパラレルメカニズム１が設置されている。第１コンベア１００及び第２コンベア１０１それぞれは、図面右側から左側へ所定の速度で移動している。第１コンベア１００には太陽電池ウェハー（以下「ワーク」ともいう）１３０が乗って流れている。ここで、太陽電池ウェハー１３０は、例えば、縦１５６×横１５６×厚さ０．２ｍｍの矩形の薄板である。一方、第２コンベア１０１には太陽電池ウェハー１３０が揃えて入れられるケース１３１が乗って流れている。ここで、ケース１３１は、例えば、その内側が３×６の升目状に仕切られたものであり、パラレルメカニズム１により、第１コンベア１００上の太陽電池ウェハー１３０がケース１３１の各升目に移載される。
【００４０】
パラレルメカニズム１は、アーム本体６を駆動してエンドエフェクタ１３を動かし、太陽電池ウェハー１３０をつかみに行き、該太陽電池ウェハー１３０をエンドエフェクタ１３で把持してはケース１３１まで搬送するといった動作を繰り返し実行する。また、パラレルメカニズム１は、向きが一定ではない状態で流れてくる矩形の太陽電池ウェハー１３０の向きを、該太陽電池ウェハー１３０を把持して搬送するときにエンドエフェクタ１３を回転させてケース１３１の升目に合わせ、ケース１３１の升目に入れる。
【００４１】
より詳細に説明すると、第１コンベア１００には、第１コンベア１００の移動量を検出する第１エンコーダ１１０が取り付けられている。第１エンコーダ１１０は、検出された第１コンベア１００の移動量を電子制御装置３０に出力する。一方、第２コンベア１０１には、第２コンベア１０１の移動量を検出する第２エンコーダ１１１が取り付けられている。第２エンコーダ１１１は、検出された第２コンベア１０１の移動量を電子制御装置３０に出力する。また、第１コンベア１００の上方には、例えばＣＣＤカメラ等の撮像装置１２０が取り付けられている。撮像装置１２０は、流れてくる太陽電池ウェハー１３０を撮像して、太陽電池ウェハー１３０の重心位置と向き（角度）θ１を求め、電子制御装置３０に出力する。さらに、第２コンベア１０１には、ケース１３１の先端部を検出する光学センサ１２１が取り付けられている。光学センサ１２１は、検出信号を電子制御装置３０に出力する。
【００４２】
電子制御装置３０は、太陽電池ウェハー１３０の重心位置と第１コンベア１００の移動量とに基づいて太陽電池ウェハー１３０の位置を演算する。また、電子制御装置３０は、ケース１３１の先端部の検出信号と第２コンベア１０１の移動量とに基づいてケース１３１の位置を演算する。電子制御装置３０は、求められた太陽電池ウェハー１３０の位置とケース１３１の位置とに基づいて、各電動モータ４を回転してアーム本体６を駆動して太陽電池ウェハー１３０をケース１３１に搬送する。また、太陽電池ウェハー１３０を搬送しているときに、電子制御装置３０は、求められた太陽電池ウェハー１３０の向きθに基づいて、電動モータ２１を回転して旋回軸（すなわちエンドエフェクタ１３）を回転し、太陽電池ウェハー１３０の向きをケース１３１の升目に合わせる。以上の動作が繰り返して実行されることにより、第１コンベア１００の上を流れる太陽電池ウェハー１３０が、第２コンベア１０１の上を流れるケース１３１に揃えて入れられる。
【００４３】
続いて、電動モータ４，２１の制御方法、すなわちエンドエフェクタ１３の３次元空間位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転角度位置（θ）の制御方法について説明する。図４中、Ａ点は初期停止位置（ワーク把持位置）であり、Ｆ点はケース１３１の目的の升目の位置（すなわち、把持したワーク１３０を搬送するときの目標位置）に相当する。Ａ点で一時停止し、ワーク１３０を把持したエンドエフェクタ１３が、Ｆ点までワーク１３０を搬送する場合、まず、Ａ点からＢ点まで、エンドエフェクタ１３が水平位置を変えずに鉛直上方に持ち上げられる（図５上段の垂直方向の速度制御パターン参照）。なお、この区間は、鉛直上方（ｚ方向）のみへの移動であるので、図５中段に示される水平方向（ｘ，ｙ方向）の速度制御パターンにおける速度はゼロになっている。次に、Ｂ点からＣ点まで、エンドエフェクタ１３が水平方向に加速されながら上方向かつ水平方向に動かされる。
【００４４】
次に、Ｃ点からＤ点まで、エンドエフェクタ１３が一定の速度（４ｍ／ｓｅｃ）で水平方向に動かされる。ここで、Ｃ点〜Ｄ点を移動する間、ｚ方向への移動はゼロとなっている。そして、Ｄ点からＥ点（目標位置の鉛直上方の位置）まで、エンドエフェクタ１３が水平方向に減速されながら水平方向かつ下方向に動かされる。その後、Ｅ点からＦ点まで、エンドエフェクタ１３が水平位置を変えずに鉛直下方に下ろされる。なお、この区間も、下方向（ｚ方向）のみへの移動であるので、図５に示される水平方向（ｘ，ｙ方向）の速度制御パターンにおける速度はゼロになっている。このようにエンドエフェクタ１３をＡ点からＦ点まで動かす場合、電子制御装置３０は、予め記憶されている、駆動開始からの経過時間とエンドエフェクタ１３の垂直方向及び水平方向の目標速度との関係を定めた速度制御パターン（図５の上段、中段参照）に基づいて、３つの電動モータ４を制御する。
【００４５】
一方、エンドエフェクタ１３が、ワーク把持位置から５０ｍｍ上方に位置するＢ点よりも上に上昇したとき、すなわちエンドエフェクタ１３を回転させたとしてもワーク１３０が周囲と接触しない所定の安全高さ（特許請求の範囲に記載の所定の上昇距離に相当）を越えたときから、電動モータ２１が駆動され、旋回軸２５（すなわちエンドエフェクタ１３）の回転が開始される（図５下段の回転方向の速度制御パターン参照）。例えば、旋回軸２５を１８０°回転する場合には、図５下段の実線で示される回転方向の速度制御パターンに従い、電動モータ２１をｔ１（ｍｓｅｃ）で停止状態から６００（ｒｐｍ、減速機２４の軸回転数、以下同様）まで等角加速度で回転加速した後、ｔ２（ｍｓｅｃ）間で６００（ｒｐｍ）から０（ｒｐｍ）まで等角加速度で回転減速させる。なお、その際に、上述した安全高さ（特許請求の範囲に記載の所定の下降距離（下降した位置から目標位置までの距離）に相当、なお、上昇時の安全高さと下降時の安全高さとは異なっていてもよい）よりも高い位置で電動モータ２１の回転を停止し、電動モータ２１の回転停止後、エンドエフェクタ１３が下降してＦ点（目標位置）で停止するまでｔ３（ｍｓｅｃ）の時間を確保する。
【００４６】
回転加速時間ｔ１よりも回転減速時間ｔ２を長く取り、回転加速時の角加速度の絶対値よりも回転減速時の角加速度の絶対値が小さくなるように制御することにより、回転減速時の旋回軸２５の捩れ及び振動が低減される。さらに、電動モータ２１の回転を停止してから電動モータ４の回転を停止するまでの間に振動収束時間ｔ３を確保することにより、旋回軸２５の捩れ及び振動が充分低減される。なお、例えば、旋回軸２５を４５°回転する場合には、図５下段の破線で示される回転方向の速度制御パターンに従って電動モータ２１が駆動される。すなわち、回転加速時の角加速度及び回転減速時の角加速度それぞれは旋回軸２５を１８０°回転する場合と同一の角加速度で、回転加速時間がｔ１’に、また回転減速時間がｔ２’に短縮され、十分な振動収束時間ｔ３’が確保される。このように、電子制御装置３０は、駆動開始からの経過時間とエンドエフェクタ１３の回転方向の目標角速度との関係を定めた速度制御パターン（図５の下段参照）に基づいて、電動モータ２１を制御する。以下、回転方向の速度制御パターンの設定方法について、より具体的に説明する。
【００４７】
まず、電子制御装置３０では、オペレータにより入力装置３１から入力された搬送回転速度、回転加速時間、及び回転減速時間に基づいて、回転加速時の角加速度、及び回転減速時の角加速度が求められる。ここで、加速時の角加速度を所定の範囲内で可能な限り大きくする一方、減速時の角加速度を小さくすることが好ましい。角加速度の最大値は、旋回軸と手先で把持するワークの慣性モーメント、及びモータの能力（トルク等）を考慮して作業者又は設計者によって決定される。次に、電子制御装置３０では、撮像装置１２０から太陽電池ウェハー１３０の向き（角度）θ１が読み込まれる。ここで、太陽電池ウェハー１３０の向きθ１は、上述したように、撮像装置１２０で撮像された撮像画像に対して画像処理等を施すことによって取得することができる。続いて、電子制御装置３０では、予め設定された回転加速時の角加速度及び回転減速時の角加速度と太陽電池ウェハー１３０の向きθ１とに基づいて、太陽電池ウェハー１３０の向き（角度）を−θ１だけ回転させるために必要とされる回転加速時間ｔ１、回転減速時間ｔ２が算出され、回転方向の速度制御パターンが設定される。具体的には、図５の下段の三角形の面積が太陽電池ウェハー１３０の回転量−θ１に相当するので、回転加速時の等角加速度、回転減速時の等角加速度が定まれば、回転加速時間ｔ１、回転減速時間ｔ２が定まる。なお、旋回軸２５の回転角度の最大値は１８０°である。
【００４８】
ここで、回転方向の速度制御パターンは、図５の下段に示されているように、回転加速領域、及び回転減速領域を含み、エンドエフェクタ１３の角速度を加速する際の加速度が、減速する際の減速度よりも大きくなるように設定される。また、回転方向速度制御パターンは、エンドエフェクタ１３の角速度を加速する回転加速時間ｔ１が、減速する回転減速時間ｔ２よりも短くなるように設定される。また、電動モータ２１の回転を停止してからエンドエフェクタ１３が目標位置（Ｆ点）で停止するまでの時間ｔ３が、エンドエフェクタ１３が上述した安全高さから下降して目標位置で停止するまでの時間ｔ４よりも長くなるように設定される。
【００４９】
回転方向の速度制御パターンが設定された後、電子制御装置３０では、設定された回転方向の速度制御パターンに基づいて、制御周期毎にエンドエフェクタ１３の目標回転角度位置が求められる。続いて、得られた目標回転角度位置に応じて電動モータ２１の目標駆動位置が求められる。そして、制御周期毎に、電動モータ２１に対して現在位置から目標駆動位置に移動するように駆動電流が供給され、電動モータ２１が駆動される。そして、電動モータ２１が駆動されることにより、旋回軸２５が駆動され、エンドエフェクタ１３が角度θだけ回転される。
【００５０】
本実施形態によれば、例えば、図７の下段に示される従来の回転方向の速度制御パターンのように、電動モータ２１の加速時間ｔ１”と減速時間ｔ２”とが等しく、かつ、加速時の角加速度と減速時の角加速度とが等しい場合と比較して、加速時間ｔ１がより短くされるとともに、減速時間ｔ２がより長くされる。また、加速時の角加速度の絶対値がより大きくされるとともに、減速時の角加速度の絶対値がより小さくされる。そのため、回転停止直前の慣性力が小さくなり、エンドエフェクタ１３の回転振動を低減することができる。一方、加速時間がより短縮されるため、旋回軸２５を目標回転角度位置まで回転するまでに要するトータルの時間の増大を抑制することができる。その結果、ワークの搬送・回転時間を増大させることなく、エンドエフェクタ１３が目標位置に到達したときのエンドエフェクタ１３の回転角度位置精度をより向上させることが可能となる。
【００５１】
本実施形態によれば、電動モータ２１の回転開始タイミングを、エンドエフェクタ１３が所定の安全高さを越えた直後とすることで、例えば、エンドエフェクタ１３を回転させる際に、ワークとケース縁部との接触を防止することができる。また、電動モータ２１の回転停止からエンドエフェクタ１３が目標位置に到達するまでの時間ｔ３をより長く確保できる。すなわち、回転停止後に回転方向の捩れ及び振動を収束させるための時間をより長く確保することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、電動モータ２１の回転を停止してからエンドエフェクタ１３が目標位置で停止するまでの時間ｔ３が、エンドエフェクタ１３が安全高さから下降して目標位置で停止するまでの時間ｔ４よりも長くなるように制御される。そのため、ワークの接触等を防止するとともに、電動モータ２１の回転停止からエンドエフェクタ１３の回転方向の捩れ及び振動が収まるのに要する時間を確保することが可能となる。
【００５３】
本実施形態によれば、ユーザの操作に基づいて、モータの回転加速時間、回転減速時間、及びモータの最大角速度が設定され、電子制御装置３０が、設定された回転加速時間、回転減速時間、及び最大角速度に基づいて、電動モータ２１を制御する。よって、電動モータ２１を適切に制御することができる。また、例えばワーク、エンドエフェクタ１３、及び適用されるライン等の変更に対して柔軟に対応することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、電子制御装置３０が、旋回軸２５の回転角度が１８０°以下となるように電動モータ２１を制御する。ここで、例えば、時計回りに１８０°以上回転する必要がある場合には、反時計回りに回転させれば１８０°以下で同じ回転角度位置に回転させることができる。よって、本実施形態によれば、回転に要する時間を低減し、捩れ及び振動の収束時間を増大させることが可能となる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、回転方向の速度制御パターンは、加速時の角加速度（絶対値）＞減速時の角加速度（絶対値）、かつ、加速時間＜減速時間となるように設定されていればよく、その形状は、図５の下段に示された形状には限定されない。ここで、回転方向の速度制御パターンの他の例を図６に示す。図６に示されるように、回転方向の速度制御パターンは、加速領域と定速領域との間の変曲点を無くし、各領域間を滑らかに繋ぐような形状としてもよい。また、加速領域中及び／又は減速領域中の直線部分を無くし、Ｓ字カーブ又は同様のなだらかなパターンとして回転開始時、停止時及び加速から減速に切り替わる時の角速度変動を小さくしてもよい。
【００５６】
上記実施形態では、電動モータ２１の加速時間ｔ１及び減速時間ｔ２が優先的に設定されたが、加速時間ｔ１及び所定の停止時間（振動収束時間）ｔ３を確保した残りの時間を減速時間ｔ２として設定してもよい。このようにすれば、エンドエフェクタ１３の回転方向の捩れ及び振動が収まるのに要する時間を確実に確保することができる。一方、減速時間ｔ２を長く取れば、振動収束に要する時間をより短くできるため、減速時の角加速度と振動収束で要する時間との相関をテーブルとして予め電子制御装置３０のメモリに記憶させておき、加速時間ｔ１の確保と、安全高さ以上で回転を開始・終了することを条件に、減速時の速度パターンを適切に設定する構成としてもよい。
【００５７】
上記実施形態では、パラレルメカニズム１を太陽電池ウェハー１３０のパレタイジング工程に適用した場合を例として説明したが、本発明に係るパラレルメカニズム１の適用範囲は、太陽電池ウェハー１３０のパレタイジング工程には限られない。例えば、コンベア上を流れる袋包装食品を段ボールケース内に移載する工程においても、本発明は好適に用いられる。また、パレタイジング工程のコンベアの構成等は、上記実施形態に限られるものではなく、コンベア１００，１０１が上下に交差して走行するレイアウトであっても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１  パラレルメカニズム
２  ベース部
３  支持部材
４  電動モータ
５  アーム支持部材
６  アーム本体
７  第１アーム
８  第２アーム
９  ロッド
１０，１６  ボールジョイント
１１，１２  連結部材
１３  エンドエフェクタ
１４  ブラケット
１５  取付片
２０  旋回軸ロッド
２１  電動モータ
２２，２３  ユニバーサルジョイント
２４  減速機
２５  旋回軸
３０  電子制御装置
３１  入力装置
【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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【図６】
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【図７】
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