(57)【要約】【課題】簡易的且つ安価な構成で、電源停止時など駆動源の駆動が停止された時にアーム４の降下を確実に抑止できると共に、運転時のアーム４の動作精度の向上を可能とする構成を実現する。【解決手段】駆動源としてのモータ５とアーム４とは、複数のギア１２ａ、１２ｂによる減速機１２を介して連結される。また、モータ５とは別に、ワーク支持部としてのハンドチャック６が上昇する方向にアーム４にトルクを付与するトルク付与機構としてのバネ部材８を備える。バネ部材８は、アーム４の可動範囲内で、モータ５による駆動力が作用せず、且つ、ハンドチャック６が最大可搬重量のワーク７を支持している状態で、ハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されている。【選択図】図１
2014124742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
前記支持体に回転自在に支持され、ワークを支持するワーク支持部を有するアームと、
前記アームを回転駆動させる駆動源と、
前記アームと前記駆動源とを連結する、複数のギアによる減速機と、
前記駆動源とは別に、前記ワーク支持部が上昇する方向に前記アームにトルクを付与するトルク付与機構と、を備え、
前記トルク付与機構は、前記アームの可動範囲内で、前記駆動源による駆動力が作用せず、且つ、前記ワーク支持部が最大可搬重量のワークを支持している状態で、前記ワーク支持部が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されている、
ことを特徴とするアーム駆動装置。
【請求項２】
前記駆動源は、回転子が永久磁石から形成されるステッピングモータである、
ことを特徴とする、請求項１に記載のアーム駆動装置。
【請求項３】
前記トルク付与機構は、一端が前記アームに、他端が前記支持体にそれぞれ固定されたバネ部材である、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアーム駆動装置。
【請求項４】
前記トルク付与機構は、前記アームと一体に回転するカムと、前記カムに巻き付けると共に一端を前記カムに固定された巻き付け部材と、一端を巻き付け部材の他端に、他端を前記支持体にそれぞれ固定されたバネ部材と、を有し、
前記カムは、前記アームの位置により変化する前記ワーク支持部が降下することを抑止するために必要なトルクに応じた引っ張り力が前記バネ部材から前記カムに作用するように、前記巻き付け部材が巻き付けられる部分の外形が設定されている、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアーム駆動装置。
【請求項５】
前記トルク付与機構は、前記アームと一体に回転するカムと、前記カムに巻き付けると共に一端を前記カムに固定された巻き付け部材と、巻き付け部材の他端に固定された錘と、を有し、
前記カムは、前記アームの位置により変化する前記ワーク支持部が降下することを抑止するために必要なトルクに応じた引っ張り力が前記錘から前記カムに作用するように、前記巻き付け部材が巻き付けられる部分の外形が設定されている、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアーム駆動装置。
【請求項６】
出力部材を所定の空間内で、複数のアクチュエータにより複数のリンク機構を介して移動させるパラレルリンクロボットにおいて、
前記複数のアクチュエータのうち、前記出力部材を鉛直方向に移動させる駆動源としての鉛直移動アクチュエータと、
前記鉛直移動アクチュエータを支持する支持体と、
鉛直移動アクチュエータにより回転駆動され、前記複数のリンク機構のうち、前記出力部材と前記鉛直移動アクチュエータとの間に設けられたリンク機構と、前記出力部材とを介してワークを支持するワーク支持部を有するアームと、を有するアーム駆動装置を備え、
前記アーム駆動装置が、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載のアーム駆動装置である、
ことを特徴とする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、ワークを支持するアームを駆動するアーム駆動装置に関し、特に、アームを駆動する駆動源の駆動が停止された時にアームのワーク支持部の降下を抑止するアーム駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アームにより支持したワークを上下方向に移動させるロボットで、非常停止や停電によりアームへの駆動が急に絶たれると、アームが傾動して、ワーク支持部がアーム自重やアーム先端に取り付けられたワーク（部品）重量により重力方向に降下する。産業用ロボットでは、一般にアームの鉛直下付近で組立等の作業が行われるため、アームのワーク支持部が予期せず降下すると、ワーク支持部に支持していたワークや組立中の部品、ロボット自体が損傷する可能性がある。これを防ぐためには、電源停止時などにワーク支持部が降下しないようにする必要がある。
【０００３】
このために、ロボットアーム駆動用モータとして電磁ブレーキ付モータを用いて、非励磁作動型電磁ブレーキにより停電時、急停止時におけるアームのワーク支持部の降下を防止する構造が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、アームと、アームを支持する支持体との間にバネを設け、ワークとアームの総重量によって生じる負荷トルクとバネの引っ張り力によるトルクとを同じとし、アームのワーク支持部の降下を防止する構造が提案されている（特許文献２）。また、特許文献２には、アームにラックやギア機構などを組み込んで、アームにより支持したワークの重量に応じて装置が発生するトルクを自動で変える構造についても記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２２９３３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−９８８２１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、特許文献１に記載された構造の場合、アームのワーク支持部の降下防止対策として電磁ブレーキを用いており、電磁ブレーキ自体の設備コストが課題となる。また必要な制動力が大きくなるほど電磁ブレーキ自体が大きくなり、コストがさらに上昇し、装置も大型化する。
【０００７】
また、特許文献２のトルクを切り替える機構を用いた構造の場合、ラックやギア機構を設けるため、機構が高価で大型となる。また、このような機構が組み込まれたアームの自重による負荷が大きくなる。
【０００８】
更に、特許文献２の負荷トルクとバネの引っ張り力によるトルクを同じとした場合、負荷トルクとバネの引っ張り力によるトルクとを釣り合わせるために、バネなどの部品の製造精度や組み付け精度などが要求される。また、仮に、製造誤差などによって、負荷トルクとバネの引っ張り力によるトルクとが釣り合わないと、アームのワーク支持部の降下を確実に防止できない可能性がある。
【０００９】
一方、駆動源は一般に複数のギアを用いた減速機を介してアームに連結されており、噛み合うギア間の隙間（バックラッシュ）が通常運転時のアームの動作精度に影響するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、簡易的且つ安価な構成で、電源停止時など駆動源の駆動が停止された時にアームのワーク支持部の降下を確実に抑止できると共に、運転時のアームの動作精度の向上を可能とする構成を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、支持体と、前記支持体に回転自在に支持され、ワークを支持するワーク支持部を有するアームと、前記アームを回転駆動させる駆動源と、前記アームと前記駆動源とを連結する、複数のギアによる減速機と、前記駆動源とは別に、前記ワーク支持部が上昇する方向に前記アームにトルクを付与するトルク付与機構と、を備え、前記トルク付与機構は、前記アームの可動範囲内で、前記駆動源による駆動力が作用せず、且つ、前記ワーク支持部が最大可搬重量のワークを支持している状態で、前記ワーク支持部が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されている、ことを特徴とするアーム駆動装置にある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トルク付与機構は、アームのワーク支持部が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されていれば良いため、バネなどの部品の製造精度や組み付け精度が要求されない。このため、簡易的且つ安価な構成で、駆動源の駆動が停止された時にアームのワーク支持部の降下を確実に抑止できる。また、トルク付与機構が発生するトルクの方向を、常にアーム降下を抑止する方向に定めることで、アームを回転駆動させる駆動源に取り付けられた減速機のバックラッシュを一方向に片寄せして、取り除く。これにより、アーム回転角の位置決め精度が向上し、またアームのがたつきを防ぐことができる。従って、バックラッシュを除去する他の特別な機構や高価な駆動装置がなくとも、ロボットの作業精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアーム駆動装置を模式的に示す側面図。
【図２】第１の実施形態のアーム駆動装置の主要部を模式的に示す平面図。
【図３】第１の実施形態における、アームの角度に対するハンドチャックの降下を抑制するトルクと、トルク付与機構の発生トルクの関係の一例を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るアーム駆動装置を模式的に示す側面図。
【図５】第２の実施形態における、アームの角度に対するハンドチャックの降下を抑制するトルクと、トルク付与機構の発生トルクの関係の一例を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るアーム駆動装置を模式的に示す側面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るアーム駆動装置を組み込んだパラレルリンクロボットの概略構成斜視図。
【図８】同じく概略構成断面図。
【図９】２自由度のジョイント部の１例を示す拡大斜視図。
【図１０】出力部材側のジョイント部の位置及び構成の別の３例を示す概略構成斜視図。
【図１１】第４の実施形態に係るパラレルリンクロボットの制御系の一部を示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態でステッピングモータに出力される２相励磁方式のパルス信号の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。本実施形態のアーム駆動装置２０は、図１及び図２に示すように、支持体２と、アーム４と、駆動源としてのモータ５と、ギア１２ａとギア１２ｂによる減速機１２と、トルク付与機構としてのバネ部材８とを備える。支持体２は、基台１上に鉛直方向に配置されている。アーム４は、基端部を支持体２に回転軸３を中心に回転自在に支持されている。回転軸３は、減速機１２のギア１２ｂに接続され、略水平方向に配置されている。このため、アーム４は、この回転軸３を中心として略鉛直方向に揺動回転する。このアーム４の先端部には、ワーク（部品）７を把持、保持或いは支持（以下、把持や保持などを含む概念として支持と言う）するワーク支持部としてのハンドチャック６を設けている。ハンドチャック６は、例えばエアーチャックなどのエンドエフェクタを使用する。
【００１５】
また、モータ５は、支持体２に支持されると共に、その出力軸（回転軸）５ａが減速機１２のギア１２ａに接続される。そして、モータ５は、減速機１２を介してアーム４を回転軸３を中心として回転駆動させる。本実施形態では、モータ５を、回転子が永久磁石から形成されるステッピングモータとしている。即ち、モータ５は、回転子が永久磁石から形成され、固定子が巻線から形成される。そして、巻線に所定のパルスで電流を印加することで、回転子を回転させる。通電が遮断されると回転子を形成する永久磁石と固定子との間に作用する磁力によりコギングが発生し、アーム４を通電が遮断された位置で保持する力が発生する。なお、モータ５はその他のアクチュエータとしても良い。
【００１６】
バネ部材８は、一端がアーム４に、他端が支持体２にそれぞれ固定され、モータ５とは別に、ハンドチャック６が上昇する方向にアーム４にトルクを付与する。本実施形態では、バネ部材８の一端がアーム４の中間部に、バネ部材８の他端が支持体２の回転軸３の上方にそれぞれ固定されている。そして、バネ部材８によりアーム４を支持体２側に引っ張る力を付与することで、ハンドチャック６が上昇する方向にアーム４にトルクを付与している。このようなバネ部材８は、例えば、ぜんまいバネやコイルスプリングなどにより構成され、アーム４が可動範囲内で揺動できるように、長さやばね定数などが設定されている。
【００１７】
また、バネ部材８は、上述の条件以外に、アーム４の可動範囲内の全ての位置で、モータ５による駆動力が作用せず、且つ、ハンドチャック６が最大可搬重量のワーク７を支持している状態で、次の条件を満たすように設定されている。即ち、バネ部材８は、ハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように、ばね定数、自然長、取付位置などが設定されている。言い換えれば、最大可搬重量のワーク７を支持している状態のアーム４が、どの傾斜角度であっても、モータ５の動力が遮断された場合に、アーム４のハンドチャック６が降下せずに上昇するようにしている。
【００１８】
ここで、最大可搬重量とは、アーム駆動装置２０により運搬可能なワーク７の最大重量であり、ハンドチャック６の性能やワーク支持時のアーム駆動装置２０の動作速度などを考慮して決められる。また、この最大可搬重量は、ワーク７の重量だけでなく、アーム４に付随する例えばハンドチャック６やその他エンドエフェクタなどの重量も含めた総重量であるとしても良い。
【００１９】
また、バネ部材８は、絶対値が、ハンドチャック６がワーク７を支持していない状態で、モータ５がアーム４のハンドチャック６を下降させる駆動トルクよりも小さいトルクを発生するように設定されている。即ち、バネ部材８により発生させるトルクが大き過ぎると、ワークを支持したり移動させたりするために、モータ５を駆動してアーム４のハンドチャック６を下降させることができない。このため、バネ部材８により発生させるトルクは、このモータ５の駆動トルクよりも小さくなるようにしている。本実施形態では、バネ部材８は、アーム４のハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生すると言う条件を満たす範囲で、できるだけバネ部材８により発生するトルクを小さくするようにしている。これにより、モータ５として出力を小さなものを使用でき、低コスト化及び小型化を図れる。
【００２０】
このような本実施形態のアーム駆動装置２０における、アーム４の姿勢角度θに対する、最大可搬重量のワーク支持時のハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクと、バネ部材８による発生トルクとの関係の一例を図３に示す。図３の三角形で表された点はハンドチャック６の降下を抑止するトルクを、四角形で表された点はバネ部材８による発生トルクを示している。ここで、横軸は水平面に対するアーム４の成す角度（姿勢角度）、縦軸はトルクである。
【００２１】
図３から明らかなように、アーム４の姿勢角度に応じて、最大可搬重量のワーク支持時のハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクが変化し、アーム４の姿勢角度が水平位置に近づくほどこのトルクが大きくなることがわかる。一方、バネ部材８は、アーム４の姿勢角度が鉛直位置から水平位置に近づくほどバネ部材８の伸び量が多くなる。このため、図３に示すように、バネ部材８による発生トルクも、アーム４の姿勢角度が水平位置に近づくほどこのトルクが大きくなる。即ち、アーム４のハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクの変化と、バネ部材８による発生トルクの変化とは同じ傾向を示す。本実施形態では、図３に示すように、アーム４の姿勢角度がどの位置であっても、バネ部材８による発生トルクが、アーム４のハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクよりも大きくなるように、バネ部材８のばね定数などを設定している。
【００２２】
このような本実施形態の場合、モータ５を駆動することで、アーム４を上昇或いは下降させる。そして、ハンドチャック６によりワーク７を支持したり、支持したワークを移動させたりする。この際、モータ５の駆動トルクとバネ部材８による発生トルクとの関係が上述のように設定されているため、バネ部材８による発生トルクに拘らず、モータ５によりアーム４を移動できる。また、ばねの引張力により、ギア１２ａとギア１２ｂ間の噛み合い時の隙間を常に一方向に片寄せできる。即ち、減速機１２におけるバックラッシュを除去することができ、ロボット作動時のアーム回転の位置決め精度が向上する。
【００２３】
一方、非常停止や停電などによりモータ５の駆動が停止された場合、アーム４のハンドチャック６が降下する傾向となる。但し、本実施形態の場合、このときにハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されたバネ部材８を有する。このため、アーム４がバネ部材８による発生トルクによりハンドチャック６が上昇する方向に傾動し、モータ５の駆動が停止されたにも拘らず、ハンドチャック６が降下することを抑止できる。また、このとき、モータ５が回転子が永久磁石により構成されるステッピングモータであるため、コギングによりハンドチャック６が急上昇することを抑制できる。即ち、モータ５への通電が遮断された場合でも、回転子を構成する永久磁石と固定子との間に作用する磁力によりコギングが発生して、アーム４を通電が遮断された位置で保持する力が発生する。このため、バネ部材８による発生トルクが大きくても、ハンドチャック６が急上昇することを抑制できる。
【００２４】
特に本実施形態の場合、バネ部材８は、ハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクよりも大きいトルクを発生するように設定されていれば良いため、バネ部材８などの部品の製造精度や組み付け精度が要求されない。例えば、アーム４のハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクと、バネ部材８による発生トルクとを釣り合わせようとした場合、部品の製造精度や組み付け精度が要求される。これに対して本実施形態では、バネ部材８による発生トルクをある程度余裕をもって設定できるため、高い精度が要求されない。
【００２５】
また、本実施形態の場合、電磁ブレーキやラックやギア機構などを設けることなく、簡易的な構成で停電時などにアーム４のハンドチャック６の降下を防止できるため、装置の大型化やコストアップを低減できる。以上より、本実施形態によれば、簡易的且つ安価な構成で、モータ５の駆動が停止された時にハンドチャック６の降下を確実に抑止できると共に、モータ５作動時のアーム回転の位置決め精度を向上できる。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。なお、本実施形態は、ハンドチャック６が上昇する方向にアーム４にトルクを付与するトルク付与機構２１の構成が、上述の第１の実施形態と異なる。その他の点については、上述の第１の実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して、説明を省略或いは簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００２７】
本実施形態のアーム駆動装置２０ａは、底板１ａに鉛直方向に配置されるように固定された側板１ｂにアーム支持体２ａ、バネ支持体２ｂが固定されている。アーム支持体２ａには、アーム４が回転軸３を中心とした回転自在に支持されており、アーム４はモータ５によって減速機１２を介して回転軸３回りに回転する。アーム４の先端にはワーク７を支持するためのハンドチャック６が設けられ、他端にはカム９が固定されている。カム９は、回転中心（回転軸３）から外周面までの距離が位相によって異なる外形を有し、アーム４と一体に回転軸３回りに回転する。
【００２８】
カム９には、巻き付け部材としてのワイヤ１０が巻き付けられると共に、ワイヤ１０の一端が固定されている。ワイヤ１０の他端には、ぜんまいバネやコイルスプリングなどのバネ部材８の一端が固定されている。バネ部材８の他端は、バネ支持体２ｂに固定されている。本実施形態では、これらカム９、ワイヤ１０、バネ部材８でトルク付与機構２１を形成している。なお、巻き付け部材は、ワイヤ以外に線材、帯材など、カム９に巻き付けられ、バネ部材８による引っ張り力をカム９に伝達できるものであれば、他の部材であっても良い。
【００２９】
また、カム９は、アーム４の位置（姿勢角度）により変化するハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクに応じた引っ張り力が、バネ部材８からカム９に作用するように、ワイヤ１０が巻き付けられる部分の外形が設定されている。即ち、カム９は、アーム４と一体に回転するため、アーム４の姿勢角度によってワイヤ１０の巻き付き角（巻き付き量）も変化し、ワイヤ１０に接続されたバネ部材８の弾性変形量も変化してバネ部材８による引っ張り力も変化する。ここで、カム９は、回転中心から外周面までの距離が位相によって異なる外形を有するため、バネ部材８の弾性変形に基づく引っ張り力は、カム９の位相（回転角度）に応じた変化となる。また、ワイヤ１０のカム９に対する巻き付き角が変化することで、バネ部材８の引っ張り力がカム９に作用する点とカム９の回転中心との距離も変化するため、バネ部材８の引っ張り力により回転軸３回りに作用するトルクも変化する。
【００３０】
そこで、本実施形態では、カム９の外形を、アーム４の姿勢角度により変化するハンドチャック６が降下することを抑止するために必要なトルクに応じた引っ張り力が、バネ部材８からカム９に作用するように設定している。即ち、上述のアーム４の姿勢角度に応じたカム９に位相により変化するバネ部材８に引っ張り力及びこの引っ張り力により回転軸３回りに作用するトルクを考慮して、カム９の外形を設定する。そして、バネ部材８により回転軸３回りに作用するトルクが、アーム４の動作範囲内の全ての姿勢角度において、最大可搬重量のワーク７を支持している時のハンドチャック６の降下を抑止するために必要なトルクよりも大きくなるようにしている。
【００３１】
例えば、カム９の外形を設計する際は、まず、ハンドチャック６を降下させるトルクの曲線や配置可能なカム９の大きさから、ハンドチャック６の降下を抑止するトルクの最大値を得られる荷重を発生できるバネ部材８を選定する。本実施形態の構成では、アーム４が水平面と成す角度が小さくなるほどバネ部材８は伸び、引っ張り力が大きくなることを考慮し、アーム４の回転角に対して必要な外形を持つカム９を設定する。そして、バネ部材８による発生トルクを、ハンドチャック６の降下を抑止するトルクの曲線により近づけるように、バネ部材８のばね定数や固定位置、カム９のアーム４の姿勢角度に対する位相などを調整する。なお、このような本実施形態のトルク付与機構２１は、絶対値が、アーム４がワーク７を支持していない状態で、モータ５がハンドチャック６を下降させる駆動トルクよりも小さいトルクを発生するように設定されている。
【００３２】
また詳細を考慮すれば、回転によるカム９の外周面と回転中心との距離の変化によりバネ部材８にカム９に対する角度は変化する。但し、バネ部材８がバネ支持体２ｂに固定された点が、張力が作用する点から十分に離れるようにバネ支持体２ｂの固定位置を調整すれば、バネ部材８のカム９に対する角度の変化が微小であるとして無視できる。
【００３３】
このような本実施形態のアーム駆動装置２０ａにおける、アーム４の姿勢角度θに対する、最大可搬重量のワーク支持時のハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクと、トルク付与機構２１による発生トルクとの関係の一例を図５に示す。なお、ハンドチャック６の降下を抑止するトルクは図３に示したハンドチャック６の降下を抑止するトルクに等しいとする。また、このトルクを示す三角形の点は、図３と逆にして示す。本実施形態の場合、第１の実施形態に比べ、カム９の外形を自由に設計できることで発生トルクのより細かな調整が可能であり、トルク付与機構２１による発生トルクの曲線を、ハンドチャック６を降下させるトルクの曲線に近づけることができる。この結果、モータ５として駆動トルクを必要以上に確保する必要がなく、モータ５の小型化及び低コスト化を図れる。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図６を用いて説明する。なお、本実施形態のアーム駆動装置２０ｂは、バネ部材８の代わりに錘１１を用いた点で、上述の第２の実施形態と異なる。その他の点については、上述の第２の実施形態と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して、説明を省略或いは簡略にし、以下、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３５】
本実施形態のトルク付与機構２１ａは、アーム４と一体に回転するカム９と、カム９に巻き付けると共に一端をカム９に固定された巻き付け部材としてのワイヤ１０と、ワイヤ１０の他端に固定された錘１１とを有する。そして、カム９は、アーム４の位置（姿勢角度）により変化するアーム４が降下することを抑止するために必要なトルクに応じた引っ張り力が錘１１からカム９に作用するように、ワイヤ１０が巻き付けられる部分の外形が設定されている。
【００３６】
このような本実施形態の場合、バネ部材８の代わりに錘１１を用いているため、アーム４の回転角によらず荷重は一定であり、発生トルクはアーム４の回転中心（回転軸３）から張力作用点までの距離、即ちカム９の外形のみにより決まる。したがって、本実施形態の場合、アーム４の或る角度における発生トルクと、その角度のカム９の位相での回転中心から張力作用点までの距離が比例関係となる。よって、アーム４の姿勢角度における、ハンドチャック６の降下を抑止するのに必要なトルクと錘１１による荷重から、必要なカム９の形状は容易に設定できる。その他の構成及び作用は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００３７】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図７ないし図１２を用いて説明する。なお、本実施形態は、上述の第１ないし第３の実施形態のアーム駆動装置２０、２０ａ、２０ｂの何れかをパラレルリンクロボット１００に適用したものである。したがって、アーム駆動装置の詳しい図示及び説明は省略し、以下、パラレルリンクロボット１００について説明する。
【００３８】
図７及び図８に示すように、パラレルリンクロボット１００は、ケース１０１と、出力部材１０２と、複数のモータ１０４、１０５、１０８、１１０と、複数のリンク機構１０６、１０７、１０９、１１２と、を有する。第１モータ１０４は第１アクチュエータに、第２モータ１０５は第２アクチュエータに、第３モータ１０８は第３アクチュエータに、第４モータ１１０は第４アクチュエータに、それぞれ相当する。また、１０６は第１リンク機構に、１０７は第２リンク機構に、１０９は第３リンク機構に、１１２は第４リンク機構に、それぞれ相当する。
【００３９】
ケース１０１内には、第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８、第４モータ１１０を、それぞれの可動部が出力部材側に突出しないように収納する。ケース１０１はベース部材（固定部材）を兼ねており、複数のモータ１０４、１０５、１０８、１１０が、ケース１０１内のそれぞれの所定の位置に直接又は取付部材等を介して固定されている。本実施形態では、ケース１０１が駆動源としての第３モータ１０８を支持する支持体に相当する。
【００４０】
また、各モータの駆動力は後述するリンク機構１０６、１０７、１０９、１１２を介して出力部材１０２に伝達するようにして、各モータにより駆動されて各リンク機構を駆動する可動部がケース１０１内に収まるようにしている。更に、ケース１０１の複数個所に開口部１０１ａを設け、開口部１０１ａを介して、各モータにより各リンク機構をそれぞれ駆動可能としている。なお、ケース１０１は一体の構成でなくてもよく、複数の筐体を連結させた構成でもよい。
【００４１】
出力部材１０２は、ワークの移動や加工等を行うエンドエフェクタを取り付けるものである。このような出力部材１０２は、ｚ軸方向に略平行に配置された出力軸１０３の先端部（下端部）に結合されている。後述するように、出力部材１０２は、出力軸１０３を回転軸として回転可能である。言い換えれば、出力部材１０２は、回転軸がｚ軸と略平行である。本実施形態では、ｚ軸方向を鉛直方向としている。なお、出力軸１０３は軸状の形態を有することが好適であるが、実際に軸状の形態を有さなくてもよい。
【００４２】
第１モータ１０４及び第２モータ１０５は、それぞれが出力部材１０２を概ねｘｙ平面に沿って（主として水平方向に）移動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。なお、厳密に言えば第３モータ１０８を停止している場合は、第１モータ１０４及び第２モータ１０５によって出力部材１０２は仮想的な球面上を移動することになる。このような第１モータ１０４及び第２モータ１０５は、回転軸の方向がｚ軸方向（鉛直方向）に略平行に配置されている。そして、第１モータ１０４の回転軸に第１アーム１０４ａを、第２モータ１０５の回転軸に第２アーム１０５ａをそれぞれ固定している。これら第１アーム１０４ａ及び第２アーム１０５ａは、ｘｙ平面（水平面）に略平行に配置される。したがって、第１アーム１０４ａは第１モータ１０４の駆動により、第２アーム１０５ａは第２モータ１０５により、それぞれ略水平方向に揺動する。
【００４３】
第３モータ１０８は、出力部材１０２を概ねｚ軸方向（主として鉛直方向）に移動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。このような第３モータ１０８は、回転軸の方向がｚ軸と直交する直交軸（水平軸）と略平行となるように配置されている。そして、第３モータ１０８の回転軸に、回動腕部である第３アーム１０８ａを固定している。この第３アーム１０８ａは、第３モータ１０８の回転軸に直交する平面（水平面に略直交する平面）上に配置される。したがって、第３アーム１０８ａは第３モータ１０８の駆動により、第３モータ１０８の回転軸を中心として、この回転軸に直交する平面に沿って揺動し、第３アーム１０８ａの先端部に結合された後述の第３リンク機構１０９を介して、出力部材１０２を概ねｚ軸方向に移動することができる。厳密に言えば、第１モータ１０４と第２モータ１０５を停止している場合は、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２は仮想的な円弧上を移動することになる。
【００４４】
本実施形態では、第３モータ１０８が鉛直移動アクチュエータに相当し、第３モータ１０８は、内部に、図２に示したような複数のギアによる減速機を有している。即ち、第３モータ１０８の出力軸と第３アーム１０８ａとを減速機を介して連結している。また、第３アーム１０８ａが、出力部材１０２と鉛直移動アクチュエータ（第３モータ１０８）との間に設けられたリンク機構（第３リンク機構１０９）と、出力部材１０２とを介してワークを支持するワーク支持部（エンドエフェクタ）を有するアームに相当する。そして、第３モータ１０８と、ケース１０１と、第３アーム１０８ａとを有する構成が、上述のアーム駆動装置２０、２０ａ、２０ｂの何れかに相当する。即ち、この構成に、第１の実施形態のバネ部材８、第２、第３の実施形態のトルク付与機構２１、２１ａの何れかを加えることで、上述のアーム駆動装置２０、２０ａ、２０ｂの何れかを形成するようにしている。
【００４５】
第４モータ１１０は、出力部材１０２をｚ軸回り（鉛直軸回り）に回動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。このような第４モータは、回転軸の方向がｚ軸方向（鉛直方向）に略平行となるように配置されている。そして、第４モータ１１０の回転軸に第４アーム１１０ａを固定している。この第４アーム１１０ａは、ｘｙ平面（水平面）に略平行に配置される。したがって、第４アーム１１０ａは第４モータ１１０の駆動により略水平方向に揺動する。
【００４６】
第１リンク機構１０６及び第２リンク機構１０７は、出力軸１０３と第１モータ１０４の第１アーム１０４ａとの間、及び、出力軸１０３と第２モータ１０５の第２アーム１０５ａとの間に、それぞれ設けられている。そして、後述するように出力部材１０２の出力軸（回転軸）１０３をｚ軸に略平行に保つように保持しつつ、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動により出力部材１０２をｚ軸に交差する方向に移動可能としている。
【００４７】
出力軸１０３とｚ軸との略平行を保つために、第１リンク機構１０６は、第１軸１０４ｂと、出力軸１０３と、複数の第１リンク部材である２本の第１リンクバー１０６ａとを有する。また、第２リンク機構１０７は、第２軸１０５ｂと、出力軸１０３と、複数の第２リンク部材である２本の第２リンクバー１０７ａとを有する。なお、第１リンクバー１０６ａと第２リンクバー１０７ａとは、それぞれ３本以上としてもよい。
【００４８】
第１軸１０４ｂは、出力軸１０３と平行に配置され、第１モータ１０４の駆動によりｘｙ平面に沿って移動させられる。また、第２軸１０５ｂは、出力軸１０３と平行に配置され、第２モータ１０５の駆動によりｘｙ平面に沿って移動させられる。このために、第１軸１０４ｂの中間部は、軸受１０４ｃを介して第１アーム１０４ａに、第２軸１０５ｂの中間部は、軸受１０５ｃを介して第２アーム１０５ａに、それぞれ接続されている。また第１軸１０４ｂは第１アーム１０４ａに、第２軸１０５ｂは第２アーム１０５ａに、それぞれｚ軸に対して略平行を保つように支持されている。
【００４９】
なお、第１軸１０４ｂ、第２軸１０５ｂは軸状の形態を有することが好適であるが、実際に軸状の形態を有さなくてもよく、平行リンクのリンク部材であるリンクバーが結合されるジョイントをｚ軸（鉛直線）に略平行な直線上に並べてあればよい。また、第１軸１０４ｂ、第２軸１０５ｂはそれぞれ第１モータ１０４の回転軸、第２モータ１０５の回転軸に対して略平行であることが好ましい。
【００５０】
第１リンク機構１０６の２本の第１リンクバー１０６ａは、同じ長さを有し、互いに平行に配置された状態で、第１軸１０４ｂと出力軸１０３とを接続する。本実施形態では、第１軸１０４ｂ、出力部材１０２に固定の出力軸１０３、２本の第１リンクバー１０６ａで平行リンク機構を構成している。このため、出力部材１０２の位置に拘らず、第１軸１０４ｂと出力軸１０３との平行、２本の第１リンクバー１０６ａの平行がそれぞれ保持される。
【００５１】
第２リンク機構１０７の２本の第２リンクバー１０７ａは、同じ長さを有し、互いに平行に配置された状態で、第２軸１０５ｂと出力軸１０３とを接続する。本実施形態では、第２軸１０５ｂ、出力部材１０２に固定の出力軸１０３、２本の第２リンクバー１０７ａで平行リンク機構を構成している。このため、出力部材１０２の位置に拘らず、第２軸１０５ｂと出力軸１０３との平行、２本の第２リンクバー１０７ａの平行がそれぞれ保持される。
【００５２】
また、出力部材１０２がｘ、ｙ、ｚ軸の何れの方向にも移動できるように、第１リンク機構１０６及び第２リンク機構１０７の各ジョイント部を構成している。まず、第１リンク機構１０６は、出力軸１０３と２本の第１リンクバー１０６ａの一端部とを、複数の（２個の）第１出力側ジョイント部１０６ｂによりそれぞれ連結している。また、第１軸１０４ｂと２本の第１リンクバー１０６ａの他端部とを、複数の（２個の）第１駆動側ジョイント部１０６ｃによりそれぞれ連結している。
【００５３】
第２リンク機構１０７は、出力軸１０３と２本の第２リンクバー１０７ａの一端部とを、複数の（２個の）第２出力側ジョイント部１０７ｂによりそれぞれ連結している。また、第２軸１０５ｂと２本の第２リンクバー１０７ａの他端部とを、複数の（２個の）第２駆動側ジョイント部１０７ｃによりそれぞれ連結している。
【００５４】
２個の第１出力側ジョイント部１０６ｂは、少なくとも、出力軸１０３に対して第１リンクバー１０６ａを、出力軸回りの回動、及び、出力軸及び第１リンクバー１０６ａの配設方向に直交する直交軸を中心として回動自在である。２個の第２出力側ジョイント部１０７ｂは、少なくとも、出力軸１０３に対する第２リンクバー１０７ａの、出力軸回りの回動、及び、出力軸及び第２リンクバー１０７ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動を可能とする。即ち、第１出力側ジョイント部１０６ｂ及び第２出力側ジョイント部１０７ｂは、少なくとも２自由度を有する。
【００５５】
２個の第１駆動側ジョイント部１０６ｃは、少なくとも、第１軸１０４ｂに対して第１リンクバー１０６ａを、第１軸１０４ｂ及び第１リンクバー１０６ａの配設方向に直交する直交軸を中心として回動自在である。２個の第２駆動側ジョイント部１０７ｃは、少なくとも、第２軸１０５ｂに対する第２リンクバー１０７ａの、第２軸１０５ｂ及び第２リンクバー１０７ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動を可能とする。即ち、第１駆動側ジョイント部１０６ｃ及び第２駆動側ジョイント部１０７ｃは、少なくとも１自由度を有する。
【００５６】
なお、第１軸１０４ｂが第１アーム１０４ａに軸受１０４ｃを介して支持されているため、第１軸１０４ｂ自体が第１アーム１０４ａに対して回転する。また、第２軸１０５ｂが第２アーム１０５ａに軸受１０５ｃを介して支持されているため、第２軸１０５ｂ自体が第２アーム１０５ａに対して回転する。
【００５７】
上述のように、第１モータ１０４と出力部材１０２との間、及び、第２モータ１０５と出力部材１０２との間に、それぞれ平行リンク機構を設け、これら２個のモータにより出力部材１０２を出力軸に交差する方向に移動させている。このとき、第１軸１０４ｂ及び第２軸１０５ｂはｚ軸方向に対して略平行を保ちながら移動される。このため、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動により、出力部材１０２の回転軸（出力軸１０３）のｚ軸方向（鉛直方向）に対する略平行の姿勢を保ちながら、この出力部材１０２を出力軸に交差する概ね水平の方向に移動させることができる。
【００５８】
また、出力軸１０３側の２個の第１出力側ジョイント部１０６ｂと、出力軸１０３側の２個の第２出力側ジョイント部１０７ｂとが、ｚ軸と略平行な同一軸上、即ち出力軸１０３上に配置されている。これにより、第１モータ１０４の制御による出力軸１０３の位置と、第２モータ１０５による出力軸１０３の位置とが必ず一致するため、両モータの制御量の差により生じる出力軸１０３の位置決め誤差を低減できる。なお、複数の第１出力側ジョイント部１０６ｂを結ぶ直線と、複数の第２出力側ジョイント部１０７ｂを結ぶ直線とを実質的に一致させていればよく、構造上の要求からわずかにずらして配置してもよい。
【００５９】
更に、２個の第１出力側ジョイント部１０６ｂを結ぶ線分の中点と、２個の第２出力側ジョイント部１０７ｂを結ぶ線分の中点とが略一致するように、２本の第１リンクバー１０６ａ及び２本の第２リンクバー１０７ａをそれぞれ配置している。図示の例では、２個の第２出力側ジョイント部１０７ｂの間に２個の第１出力側ジョイント部１０６ｂを配置している。そして、隣接する第１出力側ジョイント部１０６ｂと第２出力側ジョイント部１０７ｂの上側の一対の間隔と下側の一対の間隔とを、互いに同じとしている。
【００６０】
これにより、第１モータ１０４の駆動により出力軸１０３を移動させる力と、第２モータの駆動により出力軸１０３を移動させる力とを釣り合わせ易くできる。即ち、出力軸１０３を２個のモータにより出力軸１０３に交差する方向に移動させても、出力軸１０３にバランス良く力を作用させることができる。この結果、出力軸１０３の移動の際に出力軸１０３に傾くような力が作用せず、位置決め精度を向上させられる。
【００６１】
第３リンク機構１０９は、出力部材１０２の出力軸１０３と第３モータ１０８の第３アーム１０８ａとの間に設けられ、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２を概ねｚ軸方向に移動可能としている。このような第３リンク機構１０９は、第３リンク部材である第３リンクバー１０９ａを有する。
【００６２】
第３リンクバー１０９ａは、一端部を出力軸１０３の上端部に第３出力側ジョイント部１０９ｂにより連結され、他端部を第３アーム１０８ａの先端部に第３駆動側ジョイント部１０９ｃにより連結されている。このうちの第３出力側ジョイント部１０９ｂは、少なくとも、出力軸１０３に対する第３リンクバー１０９ａの、出力軸１０３回りの回動、及び、出力軸及び第３リンクバー１０９ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動を可能とする。即ち、第３出力側ジョイント部１０９ｂは、少なくとも２自由度を有する。
【００６３】
一方、第３駆動側ジョイント部１０９ｃは、第３アーム１０８ａに対して第３リンクバー１０９ａを、少なくとも次の２つの自由度を有するように連結する。即ち、第３アーム１０８ａの配設方向回りの回動と、第３アーム１０８ａの配設方向及び第３リンクバー１０９ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動と、を可能とする。第３アーム１０８ａの回動中心軸は、第３モータ１０８の回転軸である。
【００６４】
なお、図７及び図８に丸印で示した２自由度のジョイント部１０６ｂ、１０７ｂ、１０９ｂ等としては、例えば図９に例示する構造のジョイントを適用できる。図９のジョイントでは、矢印Ａに示す支持軸の周りに１回転以上回転する自由度と、この支持軸に垂直な軸を回転軸として矢印Ｂに示す所定の角度範囲内で回動する自由度を有する。後述する他の２自由度のジョイントも、この図９に例示する構造を有するものが好適である。これらのジョイントは、少なくともこの２自由度を有していれば機能的に問題ないが、ボールジョイントやロッドエンドジョイント等の３自由度を有するジョイントを使用しても良い。この場合には、平行リンク機構のねじれを防止するために、アームの軸周りの回転を規制する規制部材が必要となるが、ジョイント自体をコンパクトにすることが可能である。
【００６５】
第３駆動側ジョイント部１０９ｃとしては、例えば上述の２自由度のジョイントに第３リンクバー１０９ａの配設方向回りの回転の自由度を加え３自由度としたものが好適である。
【００６６】
第３モータ１０８を駆動すると、第３アーム１０８ａの先端が水平面に略直交する平面に沿って揺動し（第３アーム１０８ａの運動により）、この第３アーム１０８ａの先端に第３リンクバー１０９ａを介して接続された出力部材１０２が概ね鉛直方向に移動する。厳密には第３アーム１０８ａのみ駆動すると出力部材１０２は仮想的な円弧上を移動する。第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動による、出力軸１０３に交差する概ね水平の方向への出力軸１０３の移動とともに、第３モータ１０８を駆動すれば、出力軸１０３の水平方向と鉛直方向への移動が可能となる。したがって、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動による出力部材１０２のｚ軸に交差する方向への移動に対応させて、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２をｚ軸に概ね平行な方向へ移動させることにより、ｘｙｚ空間内（所定の空間内）で出力部材１０２を位置決め可能である。
【００６７】
また、前述のように、第１モータ１０４と出力部材１０２との間、及び、第２モータ１０５と出力部材１０２との間に、それぞれ平行リンク機構を設けている。このため、出力部材１０２の水平方向及び鉛直方向の移動に拘らず、出力軸１０３を鉛直方向と略平行な状態に維持できる。
【００６８】
また、第３モータ１０８の駆動により、出力軸１０３を鉛直上下方向に移動すると、第１リンクバー１０６ａと第２リンクバー１０７ａは水平から傾斜する。このため、出力軸１０３の３次元空間内の移動位置は、第１リンクバー１０６ａ、第２リンクバー１０７ａ、第３リンクバー１０９ａの傾斜を考慮して、第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量（回転角度）から幾何学的に算出する。
【００６９】
なお、第１、第２モータ１０４、１０５の駆動量から概略の位置を算出し、それを第３モータ１０８の駆動量に応じて補正することで、出力軸１０３のｘｙｚ空間内の正確な移動位置を算出するようにしてもよい。また、算出値を予め数値テーブルに格納しておき、目標とする移動位置に基づいて第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量をこの数値テーブルから求めることが好適である。また、移動位置から第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量を逆算する算出式を用いてもよい。以上のようにして出力軸１０３の移動位置と第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量を関係付けることで、出力軸１０３に固定の出力部材１０２の３次元位置の位置決めが可能となる。
【００７０】
また、第３リンクバー１０９ａの出力軸１０３側の第３出力側ジョイント部１０９ｂは、上述のように出力軸１０３の上端部に設けられている。したがって、この第３出力側ジョイント部１０９ｂと、２個の第１出力側ジョイント部１０６ｂ及び２個の第２出力側ジョイント部１０７ｂとが、ｚ軸と略平行な同一軸上（出力軸１０３上）に配置される。これにより、第１モータ１０４によって出力軸１０３に対して力を作用させる位置と、第２モータ１０５によって出力軸１０３に対して力を作用させる位置と、第３モータ１０８によって出力軸１０３に対して力を作用させる位置とが上方から見ていつでも一致する。このため、３つのモータを協働させて行う出力軸１０３の位置決めの誤差を低減できる。なお、第３リンクバー１０９ａの第３出力側ジョイント部１０９ｂを設ける位置は、出力軸１０３の上端部とすることが他のリンクバーとの干渉を防止するために好適であるが、これに限定するものではない。例えば、第３リンクバー１０９ａの第３出力側ジョイント部１０９ｂを設ける位置を、出力軸１０３の中央付近にしてもよい。このようにすれば、他のリンクバーから作用する力と第３リンクバー１０９ａから作用する力とのバランスが良好になり、出力軸１０３の傾きを防止できる。
【００７１】
また、第２モータ１０５により水平方向に移動させられる第２軸１０５ｂの下端部に、軸受１０５ｄを介して回転部材であるリンクアーム１０５ｅを回転自在に支持している。また、第４モータ１１０の駆動をリンクアーム１０５ｅに伝達する伝達部材としての回転伝達手段１１１を有する。
【００７２】
回転伝達手段１１１は、第４モータ１１０の第４アーム１１０ａとリンクアーム１０５ｅとの間にリンクバー１１１ａを設けてなる。リンクバー１１１ａの一端部は、出力側ジョイント部１１１ｂによりリンクアーム１０５ｅに連結され、リンクバー１１１ａの他端部は、駆動側ジョイント部１１１ｃにより第４アーム１１０ａの先端部に連結されている。
【００７３】
回転伝達手段１１１は、第４モータ１１０の第４アーム１１０ａとリンクアーム１０５ｅとの間にリンクバー１１１ａを設けてなる。リンクバー１１１ａの一端部は、出力側ジョイント部１１１ｂによりリンクアーム１０５ｅに連結され、リンクバー１１１ａの他端部は、駆動側ジョイント部１１１ｃにより第４アーム１１０ａの先端部に連結されている。
【００７４】
出力側ジョイント部１１１ｂは、少なくとも、リンクアーム１０５ｅに対してリンクバー１１１ａを、ｚ軸に略平行な軸回りに回動可能とする自由度を有している。また、駆動側ジョイント部１１１ｃは、少なくとも、第４アーム１１０ａに対してリンクバー１１１ａを、ｚ軸に略平行な軸回りに回動可能とする自由度を有している。即ち、何れのジョイント部１１１ｂ、１１１ｃは、少なくとも１自由度を有するものであればよい。
【００７５】
なお、回転伝達手段１１１は、上述のようなリンク機構以外の構成としてもよい。例えば、第４モータ１１０の第４アーム１１０ａの代わりにこの第４アーム１１０ａと同じ半径のプーリを設ける。一方、第２軸１０５ｂのリンクアーム１０５ｅの代わりにこのリンクアーム１０５ｅと同じ半径のプーリを設ける。そして、これら両プーリにベルトを掛け渡し、ベルトにより第４モータ１１０の回転を伝達する。
【００７６】
第４リンク機構１１２は、出力部材１０２の出力軸１０３と回転部材の駆動側腕部でもあるリンクアーム１０５ｅとの間に配置される。そして、出力部材１０２を鉛直軸回り（回転軸回り）に回転可能としている。なお、本実施形態では、出力部材１０２が回動部である。但し、出力部材１０２に別途、第４モータ１１０の駆動により回動する回動部を設けても良い。このような第４リンク機構１１２は、出力軸１０３に設けられた出力側腕部である出力軸アーム１０３ａと、リンクアーム１０５ｅとの間に、第４リンク部材である第４リンクバー１１２ａを設けてなる。
【００７７】
出力軸アーム１０３ａは、出力軸１０３の下端寄りで出力部材１０２の上側に隣接する位置から水平方向に突出するように形成されている。また、出力軸アーム１０３ａの水平方向の長さとリンクアーム１０５ｅの水平方向の長さを同じとしている。第４リンクバー１１２ａの一端部は、第４出力側ジョイント部１１２ｂにより出力軸アーム１０３ｅに連結され、第４リンクバー１１２ａの他端部は、第４駆動側ジョイント部１１２ｃによりリンクアーム１０５ｅに連結されている。
【００７８】
第４出力側ジョイント部１１２ｂは、少なくとも、出力軸アーム１０３ａに対する第４リンクバー１１２ａの、ｚ軸に略平行な軸回りの回動、及び、ｚ軸に略平行な軸及び第４リンクバー１１２ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動を可能とする自由度を有している。また、第４駆動側ジョイント部１１２ｃは、少なくとも、リンクアーム１０５ｅに対する第４リンクバー１１２ａの、ｚ軸に略平行な軸回りの回動、及び、ｚ軸に略平行な軸及び第４リンクバー１１２ａの配設方向に直交する直交軸を中心とした回動を可能とする自由度を有している。即ち、第４出力側ジョイント部１１２ｂ及び第４駆動側ジョイント部１１２ｃは、少なくとも２自由度を有する。
【００７９】
第４モータ１１０が第４アーム１１０ａを駆動すると、回転伝達手段１１１により回転伝達されてリンクアーム１０５ｅが第２軸１０５ｂ回りに回転する。すると、第４リンク機構１１２により出力軸アーム１０３ａに対してこのリンクアーム１０５ｅに追従して回転させる力が作用する。このとき、出力軸１０３に接続される各ジョイント部１０６ｂ、１０７ｂ、１０９ｂは、それぞれ出力軸１０３回りの自由度を有するため、出力軸１０３の回転は許容されている。したがって、上述のように出力軸アーム１０３ａに回転させようとする力が作用すると、出力軸１０３及び出力部材１０２が出力軸１０３回りに回転する。
【００８０】
また、上述のように、出力軸アーム１０３ａ、リンクアーム１０５ｅ、第４リンクバー１１２ａ、第２リンクバー１０７ａで平行リンク機構を構成しているため、出力軸アーム１０３ａの回転角度はリンクアーム１０５ｅの回転角度と一致する。注目すべき点は、出力軸１０３がｘｙｚ空間内で移動しても、この回転角度は一致することである。
【００８１】
更に、上述のようにリンクバー１１１ａ、第２アーム１０５ａ、第４アーム１１０ａ、リンクアーム１０５ｅで簡略化された平行リンク機構を構成している。このため、第２アーム１０５ａの回動角度に拘らず、第４アーム１１０ａとリンクアーム１０５ｅとの回動角度が一致する。言い換えれば、第２軸１０５ｂの移動に拘らず、この回転角度は一致する。
【００８２】
したがって、第４モータ１１０を保持励磁等により停止し、第４アーム１１０ａ及びリンクアーム１０５ｅの回転角度を固定しておけば、出力部材１０２のｘｙｚ空間内での移動に拘らず、出力軸アーム１０３ａの回転角度が保持されたままとなる。即ち、出力部材１０２の回転角度が維持される。
【００８３】
一方、第４モータ１１０を回転させるとリンクアーム１０５ｅは回転伝達手段１１１により第４モータ１１０と同期して回転する。出力軸アーム１０３ａの回転角度は第４アーム１１０ａの回転角度と一致するため、第４モータ１１０の駆動量を制御することにより出力部材１０２の回転を制御可能である。しかも、出力部材１０２の回動量は第４モータ１１０の駆動量により一意に決まり、第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量に影響を受けることなく、制御を簡単に行える。
【００８４】
なお、２本の第１リンクバー１０６ａの配置間隔を２本の第２リンクバー１０７ａの配置間隔よりも狭くしている。そして、出力軸１０３に対する２本の第１リンクバー１０６ａの接続位置を、同じく２本の第２リンクバー１０７ａの２つの接続位置に挟まれた位置に配置している。このことで、出力軸１０３に対して水平方向に掛かる力のバランスが良好となるので、出力軸１０３の傾きを防止でき好適である。なお、２本の第１リンクバー１０６ａの配置間隔を２本の第２リンクバー１０７ａの配置間隔よりも広くして、出力軸１０３に対する２本の第２リンクバー１０７ａの接続位置を、２本の第１リンクバー１０６ａの２つの接続位置に挟まれた位置に配置してもよく、同様に好適である。
【００８５】
しかし、２本の第１リンクバー１０６ａの幅を２本の第２リンクバー１０７ａの幅と等しくし、出力軸１０３に対する接続位置を例えば図１０（ａ）、図１０（ｂ）のように変更してもよい。図１０（ａ）では、第１リンクバー１０６ａと第２リンクバー１０７ａを出力軸１０３に対して交互に接続している。また、図１０（ｂ）では、２本の第１リンクバー１０６ａに対して２本の第２リンクバー１０７ａを軸方向にずらして接続している。また、図１０（ｃ）では、出力軸１０３に出力側腕部に相当するクランク部１０３ｂを設け、クランク部１０３ｂに第４リンクバー１１２ａを接続した変形例である。即ち、出力軸アーム１０３ａに代えて、出力軸１０３の一部を水平方向に突出するように折り曲げ形成したクランク部１０３ｂを設けている。このようにクランク部１０３ｂとすることで、出力軸１０３の回転角度の範囲を広げることが可能となる。
【００８６】
また、第４モータ１１０を、他のモータの位置に無関係な位置に配置し、２本のリンクバーによる平行リンク機構を２組用いるか又は、平行リンク機構とベルト式の回転伝達機構の組合せによる回転伝達機構を用いる構成とすることも可能である。この場合は回転伝達機構と第２軸１０５ｂ等との連結は行わない。
【００８７】
出力部材１０２の、出力軸に交差する方向の移動を第１モータ１０４及び第２モータ１０５により、概ね鉛直方向の移動を第３モータ１０８により、回動を第４モータ１１０により、それぞれ制御するため、制御を簡単に行える。即ち、位置決めの目標位置に対して第１、第２、第３の各モータの駆動量（制御量）は互いに関係があるものの、それぞれ制御する方向（移動方向）が出力軸に交差する概ね水平方向か、概ね鉛直方向かに決まっているため、それぞれの駆動量の算出を簡単に行える。また、第４モータに関しては第１、第２、第３の各モータの駆動量に無関係に駆動量を簡単に決定できる。
【００８８】
また、出力軸１０３の軸線上に各リンクバーから接続されるジョイント部を配列したので、リンクバーからの力が作用する作用点は出力軸１０３の軸線方向から見たときに一致する。このため、出力軸１０３の位置決めに対して作用点のずれによる偏差を生じることがない。従って、位置決め誤差の少ないパラレルリンクロボットが提供できるとともに、位置決め位置に対して各アクチュエータの駆動量の算出が容易となる。
【００８９】
上述の説明では、姿勢変更アクチュエータたる第４アクチュエータ及び姿勢変更に係る伝動部材たる回転伝達手段と第４リンク機構の組み合わせにより、並進運動と回転運動が互いに干渉しない出力部材の回動を実現しているが、姿勢変更に係る伝動部材は、リンクやベルト等の部材の組み合わせのみに限らず、例えば等速自在継手と可変長さ軸等の部材の組み合わせでも構わない、また姿勢変更アクチュエータ及び伝動部材による出力部材の姿勢変更は出力部材の回動のみに限らず、鉛直方向に対して傾斜させることであっても構わない。
【００９０】
［ステッピングモータ］
本実施形態の場合、上述の第１モータ１０４（第１アクチュエータ）、第２モータ１０５（第２アクチュエータ）、第３モータ１０８（第３アクチュエータ）、第４モータ１１０（第４アクチュエータ）をステッピングモータとしている。即ち、出力部材１０２を駆動する全てのアクチュエータを、ステッピングモータとしている。本実施形態のステッピングモータは、回転子が永久磁石から形成され、固定子が巻線から形成される。そして、巻線に所定のパルスで電流を印加することで、回転子を回転させる。通電が遮断されると回転子を形成する永久磁石と固定子との間に作用する磁力によりコギングが発生し、出力部材１０２を通電が遮断された位置で保持する力が発生する。
【００９１】
このような本実施形態のステッピングモータについて、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１において、３１は、パラレルリンクロボットの出力部材１０２を駆動するためのステッピングモータであり、第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８、第４モータ１１０に相当する。３２は、ステッピングモータ３１に動作指令を出力する制御装置であり、モータドライバ３３を介してステッピングモータ３１に接続される。モータドライバ３３は、ステッピングモータ３１を駆動するためのパワートランジスタ３５と、制御装置３２からの指令を受けて所定のタイミングでパルス信号を出力する信号出力ポート３４とから構成されている。
【００９２】
ステッピングモータ３１は、制御装置３２からの指令に応じて図１２に示すパルス信号ｐ１〜ｐ４が信号出力ポート３４から出力されると、パルス信号ｐ１〜ｐ４を受けたパワートランジスタ３５により、ステップ角を単位として回転駆動される。このように駆動されるステッピングモータ３１は、回転量下降時にハンチングせず、停止時に高保持トルクで位置を保つことができる。
【００９３】
図７及び図８を参照しつつ、より具体的に説明する。パラレルリンクロボット１００は、出力部材１０２を並進運動させるために、第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８の回転量を協調させて制御すればよく、第４モータ１１０の回転量は出力部材１０２の位置の決定に作用しない。即ち、第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８が位置決定のためのアクチュエータ、第４モータ１１０が姿勢変更のためのアクチュエータであり、出力部材の並進運動と回転運動は互いに干渉しない。
【００９４】
例えば、出力部材１０２の位置を現在位置Ｘｎから目標位置Ｘｎ＋１に移動させる作業の場合、第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８を必要量駆動させると、第１、第２、第３リンク機構１０６、１０７、１０９は協調して出力部材１０２の位置を移動させる。出力部材１０２の位置が目標位置Ｘｎ＋１に到達すると同時に第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量は０とならなければ作業は遂行できない。したがって、第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８をステッピングモータとすることで、回転量下降時にハンチングせず、第１、第２、第３モータ１０４、１０５、１０８の駆動量に影響を受けずに、出力部材の位置を要求に即して静定させることができる。よってパラレルリンクロボットにおいて出力部材の位置を保持しつつ姿勢を変える微小な動作を含む、精密な作業の信頼性を高める効果がある。
【００９５】
また、パラレルリンクロボット１００は、出力部材１０２を回転運動させるために、第４モータ１１０の回転量を制御すればよく、第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８の回転量は出力部材１０２の姿勢の変更に作用しない。例えば、出力部材１０２の姿勢を現在姿勢Ｒｎから目標姿勢Ｒｎ＋１に変更する作業の場合、第４モータ１１０を必要量駆動させると、第４リンク機構１１２は出力部材１０２の姿勢を変更する。出力部材１０２の姿勢が目標姿勢Ｒｎ＋１に到達すると同時に第４モータ１１０の駆動量は０とならなければ作業は遂行できない。したがって、第４モータ１１０をステッピングモータとすることで、回転量下降時にハンチングせず、第４モータ１１０の駆動量に影響を受けずに、出力部材１０２の姿勢を要求に即して静定させることができる。よってパラレルリンクロボットにおいて出力部材の姿勢を保持しつつ位置を移動させる微小な動作を含む、精密な作業の信頼性を高める効果がある。
【００９６】
このような効果について、より詳細に説明する。物品の加工や組み立て等の用途に用いるロボットの場合、ロボットにより加工や組み付け等の作業が施されるワークは、出力部材に取り付けるフィンガーやドリル等の工具を介して出力部材の状態の影響を受ける。このため、出力部材の並進運動に関する位置や回転運動に関する姿勢（傾きと向き）を要求に即して静定させることが重要となる。特に、位置を保持しつつ姿勢を変える動き（工具やワークの傾きや向きを変える、回転運動のみ動き）や、姿勢を保持しつつ位置を移動させる動き（並進運動のみの動き）が重要となる。
【００９７】
例えば、出力部材を駆動するアクチュエータをサーボモータとした場合、出力部材の位置を保持しつつ姿勢を変える場合には、出力部材を移動させるサーボモータの回転量を０とし、出力部材の姿勢を変えるサーボモータのみを回転させる。応答性を優先して制御ゲインを設定すると、出力部材を移動させるサーボモータの回転量下降時にハンチングが発生する。このため、このサーボモータの振動的回転が出力部材に伝達するという不都合があった。
【００９８】
即ち、出力部材の位置を保持しつつ姿勢を変えると、出力部材の振動により例えば出力部材に取り付ける工具が振動して、工具先端の位置が静定しない可能性がある。特に、曲面研磨等を行う場合、ごく僅かな研磨除去量の変動が品質に影響を与えてしまう。
【００９９】
また、出力部材の姿勢を保持しつつ位置を移動させる場合には、出力部材の姿勢を変えるサーボモータの回転量を０とする。この場合にこのサーボモータの回転量下降時にハンチングが発生すると、このサーボモータの振動的回転が出力部材に伝達するという不都合があった。
【０１００】
即ち、出力部材の姿勢を保持しつつ位置を移動させると、出力部材の振動的回転により例えばフィンガーで把持したワークが振動して、ワークの向きが静定しない可能性がある。特に、精密なはめあい等を行う場合、ごく僅かなワーク端部の振動が作業の難度に影響を与えてしまう。このように従来のパラレルリンクロボットでは構成するアクチュエータがサーボモータであるがゆえに回転量下降時にハンチングを生じ、出力部材の位置や姿勢を要求に即して静定させることは困難であった。
【０１０１】
これに対して本実施形態の場合、上述のように、出力部材を駆動する第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８、第４モータ１１０をステッピングモータとしている。ステッピングモータは、回転量下降時にハンチングせず、停止時に高保持トルクで位置を保つことができる。このため、モータの駆動量に影響を受けずに、出力部材１０２の位置や姿勢を要求に即して静定させることができ、位置を保持しつつ姿勢を変える微小な動作及び姿勢を保持しつつ位置を移動させる微小な動作を含む、精密な作業の信頼性を高めたパラレルリンクロボットを提供することができる。
【０１０２】
なお、上述の説明では、パラレルリンクロボットの制御系は、オープンループ制御として説明したが、セミクローズド又はクローズドループ制御として、更に適宜組み合わせて実現してもよい。また、パルス信号は２相励磁方式に限定されない。
【０１０３】
また、上述の説明では、姿勢変更のためのアクチュエータは第４アクチュエータのみであるが、より多数のアクチュエータを第４アクチュエータと並列に備え、出力部材に更に複雑な姿勢変更を遂行させても良い。なお、アクチュエータの配置は出力部材の移動領域に対して水平方向に外れた位置に配置する形態のみに限らず、例えば出力部材の鉛直方向上側に一円周を等分割する位置に配置する形態でも構わない。その場合は上述の説明での鉛直や水平等の方向に係る示唆は適宜変更される。更に出力部材の姿勢変更のためのアクチュエータは第１、第２、第３リンク機構に搭載されていてもよい。
【０１０４】
このように構成される本実施形態の場合、出力部材１０２を鉛直方向に移動させるアーク駆動装置を、上述の第１ないし第３の実施形態のアーム駆動装置２０、２０ａ、２０ｂの何れかとしている。このため、第１ないし第３の実施形態と同様に、簡易的且つ安価な構成で、停電時などモータの駆動が停止された時に、第３アーム１０８ａが有するワーク支持部の降下を確実に抑止できると共に、モータ作動時の第３アーム１０８ａの回転の位置決め精度を向上できる。
【符号の説明】
【０１０５】
１    基台
１ａ  底板
１ｂ  側板
２    支持体
２ａ  アーム支持体
２ｂ  バネ支持体
３    回転軸
４    アーム
５    モータ（駆動源）
５ａ  出力軸
６    ハンドチャック（ワーク支持部）
７    ワーク
８    バネ部材（トルク付与機構）
９    カム
１０    ワイヤ（巻き付け部材）
１１    錘
１２    減速機
１２ａ  ギア（駆動源側）
１２ｂ  ギア（アーム側）
２０、２０ａ、２０ｂ    アーム駆動装置
２１、２１ａ    トルク付与機構
１０１    ケース（支持体）
１０８    第３モータ（第３アクチュエータ、駆動源）
１０８ａ  第３アーム（アーム）
【図１】
2014124742.tif 000003
【図２】
2014124742.tif 000004
【図３】
2014124742.tif 000005
【図４】
2014124742.tif 000006
【図５】
2014124742.tif 000007
【図６】
2014124742.tif 000008
【図７】
2014124742.tif 000009
【図８】
2014124742.tif 000010
【図９】
2014124742.tif 000011
【図１０】
2014124742.tif 000012
【図１１】
2014124742.tif 000013
【図１２】
2014124742.tif 000014