(57)【要約】【課題】電磁ブレーキを設けることなく、アクチュエータとしての第３モータ１０８への通電が遮断された場合でも、出力部材１０２が急激に落下することを防止できる構造を実現する。【解決手段】第１アクチュエータとしての第１モータ１０４と、第２アクチュエータとしての第２モータ１０５と、第３アクチュエータとしての第３モータ１０８とのうち、出力部材１０２を鉛直方向に移動させるアクチュエータとしての第３モータ１０８を、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とする。これにより、第３モータ１０８への通電が遮断されても、コギングにより出力部材１０２が急激に落下することを防止できる。【選択図】図１
2014065125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力部材と、
固定部材に支持された第１アクチュエータ、第２アクチュエータ及び第３アクチュエータと、
前記出力部材と、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記第３アクチュエータとの間にそれぞれ設けられた複数のリンク機構と、を備え、
前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記第３アクチュエータの駆動により、所定の空間内で前記出力部材を移動させ、
前記第１アクチュエータと、前記第２アクチュエータと、前記第３アクチュエータとのうち、前記出力部材を鉛直方向に移動かつ保持させるアクチュエータを、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た、
ことを特徴とするパラレルリンクロボット。
【請求項２】
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記出力部材を主として水平方向に移動させるアクチュエータであり、
前記第３アクチュエータは、前記出力部材を主として鉛直方向に移動させるアクチュエータであり、
少なくとも前記第３アクチュエータを、回転子が永久磁石により形成されるステッピングモータとした、
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。
【請求項３】
前記出力部材を駆動する全てのアクチュエータを、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た、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項４】
前記出力部材に設けられた回動部と、
前記固定部材に支持された第４アクチュエータと、
前記回動部と前記第４アクチュエータとの間に設けられ、前記第４アクチュエータの駆動により前記回動部を回動させる伝達部材と、を有し、
前記第４アクチュエータを、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た、
ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項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、複数のアクチュエータとリンク機構とを組み合わせて構成され、物品の加工や組み立て等の作業に用いるパラレルリンクロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
パラレルリンクロボットとして、例えば、図７に示すような構造が知られている（特許文献１参照）。図７のパラレルリンクロボット１は、３組の平行リンク機構２と、３個のサーボモータ３と、工具等が装着される出力部材４とを有する。そして、３個のサーボモータ３でそれぞれ平行リンク機構２を介して、出力部材４の鉛直方向及び水平方向の並進運動を行えるようにしている。また、伝動部材５をサーボモータ６により回転駆動することにより、出力部材４を回転運動させられるようにしている。この伝動部材５は、出力部材４の並進運動に追従しつつ、回転伝達が行えるように支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５９８８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１に記載された構造のように、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、サーボモータへの通電を遮断すると、出力部材が重力により落下してしまう場合がある。即ち、サーボモータとして、回転子にも固定子にも永久磁石を使用していない、例えば誘導電動機を使用した場合、サーボモータへの通電が遮断されると、出力部材を支えるための負荷がなくなって、出力部材が急激に落下してしまう。そして、出力部材が急激に落下した場合には、出力部材により保持したワークがステージなどに衝突して破損してしまう可能性がある。このようなアクチュエータへの通電が遮断されることによる出力部材の落下を防止するために、電磁ブレーキなどのブレーキ装置を設けることが考えられるが、モータにブレーキ装置を設けるとコストが高くなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、電磁ブレーキを設けることなく、アクチュエータへの通電が遮断された場合でも、出力部材が急激に落下することを防止できる構造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】
【０００６】
本発明は、出力部材と、固定部材に支持された第１アクチュエータ、第２アクチュエータ及び第３アクチュエータと、前記出力部材と、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記第３アクチュエータとの間にそれぞれ設けられた複数のリンク機構と、を備え、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記第３アクチュエータの駆動により、所定の空間内で前記出力部材を移動させ、前記第１アクチュエータと、前記第２アクチュエータと、前記第３アクチュエータとのうち、前記出力部材を鉛直方向に移動かつ保持させるアクチュエータを、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た、ことを特徴とするパラレルリンクロボットにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、出力部材を鉛直方向に移動かつ保持させるアクチュエータを、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ため、アクチュエータへの通電が遮断されても、コギングにより出力部材の落下を抑制できる。即ち、アクチュエータ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、少なくとも出力部材が落下する速度を遅くできる。この結果、電磁ブレーキを設けることなく、出力部材が急激に落下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るパラレルリンクロボットの概略構成斜視図。
【図２】同じく概略構成断面図。
【図３】２自由度のジョイント部の１例を示す拡大斜視図。
【図４】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５】本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６】本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。
【図７】従来構造の１例を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について、図１ないし図６を用いて説明する。図１及び図２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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
出力部材１０２は、ワークの移動や加工等を行う工具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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
なお、上述の説明では、第１、第２、第３、第４アクチュエータは、それぞれ電動の回転型アクチュエータ（モータ）としたが、例えば直線方向に駆動力を変換する機構を追加し、リニア（直動）アクチュエータとしてもよい。この場合、第１、第２、第４アクチュエータは、アクチュエータの駆動により直線方向に移動する移動子が、ｘｙ平面（水平面）に略平行に移動するようにする。また、第３アクチュエータは、移動子がｚ軸方向（鉛直方向）に略平行に移動するようにする。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、回動腕部（可動部材）である第３アーム１０８ａと、第３リンク部材である第３リンクバー１０９ａと、出力軸１０３とにより構成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、図１及び図２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３に例示する構造のジョイントを適用できる。図３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３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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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４（ａ）、図４（ｂ）のように変更してもよい。図４（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４（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４（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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
［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。
【００６３】
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５及び図６を用いて説明する。図５において、１１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。１２は、ステッピングモータ１１に動作指令を出力する制御装置であり、モータドライバ１３を介してステッピングモータ１１に接続される。モータドライバ１３は、ステッピングモータ１１を駆動するためのパワートランジスタ１５と、制御装置１２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１４とから構成されている。
【００６４】
ステッピングモータ１１は、制御装置１２からの指令に応じて図６に示すパルス信号ｐ１〜ｐ４が信号出力ポート１４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１５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１１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。
【００６５】
図１及び図２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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
前述の図７に示した特許文献１に記載された構造の場合、出力部材４の位置を保持しつつ姿勢を変える場合には、サーボモータ３の回転量を０とし、サーボモータ６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、サーボモータ３の回転量下降時にハンチングが発生する。このため、サーボモータ３の振動的回転が出力部材４に伝達するという不都合があった。
【００７０】
即ち、出力部材４の位置を保持しつつ姿勢を変えると、出力部材４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。
【００７１】
また、出力部材４の姿勢を保持しつつ位置を移動させる場合には、サーボモータ６の回転量を０とする。この場合にサーボモータ６の回転量下降時にハンチングが発生すると、サーボモータ６の振動的回転が出力部材４に伝達するという不都合があった。
【００７２】
即ち、出力部材４の姿勢を保持しつつ位置を移動させると、出力部材４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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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第３モータ１０８を、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としている。このため、第３モータ１０８への通電が遮断されても、コギングにより出力部材１０２の落下を抑制できる。即ち、第３モータ１０８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、少なくとも出力部材１０２が落下する速度を遅くできる、或いは、落下を防止できる。この結果、電磁ブレーキを設けることなく、出力部材１０２が急激に落下することを防止でき、出力部材１０２に保持されたワークなどがステージなどに衝突して破損することを防止できる。本実施形態では、このように電磁ブレーキを設ける必要がなく、また、安価なステッピングモータを使用しているため、パラレルリンクロボットの低コスト化を図れる。
【００７７】
なお、本実施形態の場合、出力部材１０２を駆動する全てのモータをステッピングモータとしているが、通電が遮断された場合の出力部材１０２の落下を抑制するためには、少なくとも第３モータ１０８がステッピングモータであれば良い。また、各モータの配置等を変更し、複数のモータにより出力部材を鉛直方向に移動させる場合には、これら複数のモータをステッピングモータとする。要は、駆動を停止することで出力部材の鉛直方向の移動を支えられるモータをステッピングモータとする。
【符号の説明】
【００７８】
１      パラレルリンクロボット
２      平行リンク機構
３      サーボモータ
４      出力部材
５      伝動部材
６      サーボモータ
１１      ステッピングモータ
１２      制御装置
１３      モータドライバ
１４      信号出力ポート
１５      パワートランジスタ
１００      パラレルリンクロボット
１０１      ケース
１０２      出力部材
１０３      出力軸
１０３ａ      出力軸アーム（出力側腕部）
１０３ｂ      クランク部（出力側腕部）
１０４      第１モータ（第１アクチュエータ）
１０４ｂ      第１軸
１０５      第２モータ（第２アクチュエータ）
１０５ｂ      第２軸
１０５ｅ      リンクアーム（回転部材、駆動側腕部）
１０６      第１リンク機構
１０６ａ      第１リンクバー（第１リンク部材）
１０６ｂ      第１出力側ジョイント部
１０６ｃ      第１駆動側ジョイント部
１０７      第２リンク機構
１０７ａ      第２リンクバー（第２リンク部材）
１０７ｂ      第２出力側ジョイント部
１０７ｃ      第２駆動側ジョイント部
１０８      第３モータ（第３アクチュエータ）
１０９      第３リンク機構
１０９ａ      第３リンクバー（第３リンク部材）
１０９ｂ      第３出力側ジョイント部
１０９ｃ      第３駆動側ジョイント部
１１０      第４モータ（第４アクチュエータ）
１１１      回転伝達手段
１１２      第４リンク機構
１１２ａ      第４リンクバー（第４リンク部材）
１１２ｂ      第４出力側ジョイント部
１１２ｃ      第４駆動側ジョイント部
【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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