(57)【要約】【課題】出力部材１０３の移動位置に拘らず、出力部材１０３の向きを一定に保つことが可能な構造を実現する。【解決手段】第３アーム１１２は、出力軸１０５と交差する第３軸１０６と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第３リンク１１２ａからなる。第３リンク１１２ａの一端は、ジョイント部１１２ｂにより出力部材１０３に対して２自由度で接続する。第３リンク１１２ａの他端は、ジョイント部１１２ｃにより、第３アクチュエータとしての第３モータ１１１の駆動部に傾動不能に、且つ、第３軸１０６と平行に設けられた第３リンク軸１１１ｂに接続する。これにより、第３アーム１１２は、平行リンク機構を構成する。【選択図】図２
2014065123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を有する出力部材と、
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アクチュエータとの間、及び、前記出力部材と前記第２アクチュエータとの間にそれぞれ配設され、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの駆動により前記出力部材を前記出力軸に交差する方向に移動させる第１アーム及び第２アームと、
前記出力部材と前記第３アクチュエータとの間に設けられ、前記第３アクチュエータの駆動により前記出力部材を前記出力軸と略平行な方向に移動させる第３アームと、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位置決め可能であり、
前記第３アームは、前記出力軸と交差する第３軸と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第３リンクからなり、一端が前記出力部材に対して、前記第３軸を中心とする回動、及び、前記第３軸と前記第３アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続され、他端が、前記第３アクチュエータの駆動部に傾動不能に、且つ、前記第３軸と平行に設けられた第３リンク軸に接続されることで平行リンク機構を構成する、
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アームは、前記出力軸と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第１リンクからなり、一端が前記出力部材に対して、前記出力軸に平行な軸を中心とする回動、及び、前記出力軸に平行な軸と前記第１アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続され、他端が、前記第１アクチュエータの駆動部に傾動不能に、且つ、前記出力軸と平行に設けられた第１リンク軸に接続されることで平行リンク機構を構成し、
前記第２アームは、前記出力軸と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第２リンクからなり、一端が前記出力部材に対して、前記出力軸に平行な軸を中心とする回動、及び、前記出力軸に平行な軸と前記第２アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続され、他端が、前記第２アクチュエータの駆動部に傾動不能に、且つ、前記出力軸と平行に設けられた第２リンク軸に接続されることで平行リンク機構を構成する、
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】
前記出力部材に設けられ、前記出力軸の軸線上から外れ、且つ、前記出力軸と平行な第１軸及び第２軸を有し、
前記第１アームは前記第１軸に、前記第２アームは前記第２軸に、それぞれ接続される、
ことを特徴とする、請求項２に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項４】
前記出力部材の前記出力軸から前記出力軸に直交する方向に、且つ、互いに平行に突出する複数の第１突出部と、
前記出力部材の前記出力軸から、前記出力軸に直交し、前記複数の第１突出部とは異なる方向に、且つ、互いに平行に突出する複数の第２突出部と、
前記出力軸と平行な仮想軸上で、前記複数の第１突出部と前記複数の第１リンクとをそれぞれ接続する複数の第１ジョイント部と、
前記出力軸と平行な仮想軸上で、前記複数の第２突出部と前記複数の第２リンクとをそれぞれ接続する複数の第２ジョイント部と、
前記複数の第１リンク同士が前記第１アームの配設方向に相対移動可能に、且つ、前記第１リンクの軸回りの回転を防止するように、前記複数の第１リンクに掛け渡される第１ブリッジ部材と、
前記複数の第２リンク同士が前記第２アームの配設方向に相対移動可能に、且つ、前記第２リンクの軸回りの回転を防止するように、前記複数の第２リンクに掛け渡される第２ブリッジ部材と、を有し、
前記複数の第１ジョイント部及び前記複数の第２ジョイント部は、それぞれ、前記第１突出部又は前記第２突出部に設けられ、外周面が部分球面状に形成されたリングボールと、前記第１リンク又は前記第２リンクの一端に設けられ、前記リングボールに回転自在に外嵌されると共に、前記リングボールの外周面と摺接する内周面が部分球面状に形成されたハウジングホルダとから構成されるロッドエンドベアリングである、
ことを特徴とする、請求項２に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項５】
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、前記出力軸と平行で、且つ、前記出力軸を含む仮想平面の一方側に配置され、
前記複数の第１突出部及び前記複数の第２突出部は、前記仮想平面の他方側に突出する、
ことを特徴とする、請求項４に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項６】
前記複数の第１リンクは、それぞれ、前記第１リンク軸に対して、少なくとも、前記第１リンク軸を中心とする回動、及び、前記第１リンク軸と前記第１アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で第３ジョイント部により接続され、
前記複数の第２リンクは、それぞれ、前記第２リンク軸に対して、少なくとも、前記第２リンク軸を中心とする回動、及び、前記第２リンク軸と前記第２アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で第４ジョイント部により接続される、
ことを特徴とする、請求項４又は５に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項７】
前記第３ジョイント部及び前記第４ジョイント部は、前記第１リンク軸又は前記第２リンク軸に設けられ、外周面が部分球面状に形成されたリングボールと、前記第１リンク又は前記第２リンクの他端に設けられ、前記リングボールに回転自在に外嵌されると共に、前記リングボールの外周面と摺接する内周面が部分球面状に形成されたハウジングホルダとから構成されるロッドエンドベアリングであり、
前記第１ジョイント部の前記リングボールの回転中心の方向と、前記第３ジョイント部の前記リングボールの回転中心の方向とは、前記第１リンクを中心とする回転方向に関して９０度位相が異なり、
前記第２ジョイント部の前記リングボールの回転中心の方向と、前記第４ジョイント部の前記リングボールの回転中心の方向とは、前記第２リンクを中心とする回転方向に関して９０度位相が異なる、
ことを特徴とする、請求項６に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項８】
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アクチュエータは、前記第１アーム、前記第２アーム及び前記第３アームの他端を、それぞれ前記出力軸と略平行な方向に直動させる、直動型のアクチュエータである、
ことを特徴とする請求項２ないし７のうちの何れか１項に記載のパラレルリンクロボット。
【請求項９】
軸方向を鉛直方向とした出力軸を有する出力部材と、前記出力部材の姿勢を複数のアームによって保持する保持手段とを備え、
前記保持手段は、前記出力部材の前記出力軸をその両側から保持する第１アーム及び第２アームと、前記出力部材を鉛直方向上方側から保持する平行リンク機構から形成される第３アームとを有することを特徴とするパラレルリンク構造体。
【請求項１０】
軸方向を鉛直方向とした出力軸の鉛直方向上端が軸方向を水平方向とした第３軸の水平方向中央部に結合されてなる出力部材と、前記出力部材の姿勢を複数のアームによって保持する保持手段とを備え、
前記保持手段は、前記出力部材の前記出力軸をその両側から保持する第１アーム及び第２アームと、前記出力部材を鉛直方向上方側から保持する第３アームとを有し、
前記第３アームは、平行リンク機構から形成され、前記第３軸の前記出力軸が接合された部分から水平方向の対称位置で前記平行リンク機構を形成する一対のリンクが接続されて前記出力部材を鉛直方向上方側から保持したことを特徴とするパラレルリンク構造体。
【請求項１１】
前記出力軸と平行で且つ前記出力軸を含む仮想平面の一方面側から前記出力軸に向かって延設された前記第１アーム及び前記第２アームが、前記出力部材の前記仮想平面よりも他方面側に接続されている、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のパラレルリンク構造体。
【請求項１２】
前記出力軸は、前記第１アーム及び前記第２アームの先端部の間に配置され、前記出力軸の径方向一側面部において前記出力軸の径方向両側から接続されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のパラレルリンク構造体。
【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、物品の加工や組立等の作業に用いられ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は、基礎部となる固定部材に支持された複数のアクチュエータと出力部材との間に、それぞれアームとしてのリンク機構を設けている。そして、複数のアクチュエータをそれぞれ駆動して、各リンクの先端に接続された出力部材及び出力部材に装着されたエンドエフェクタの位置、姿勢を制御する。
【０００３】
例えば、駆動機構（アクチュエータ）により駆動される３本のアームを構成するリンクを、それぞれ３自由度を有するジョイント装置を用いてマニピュレータ（出力部材）に連結した構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９０１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された構造の場合、マニピュレータが出力軸周りの回転に対して拘束されていないため、マニピュレータに取り付けられるエンドエフェクタの向きが移動位置によって変わってしまう。即ち、３本のアームが３自由度を有するジョイント装置でマニピュレータに連結されるため、マニピュレータの回転は拘束されない。このため、３本のアームを用いてマニピュレータを移動させた場合に、移動の前後でマニピュレータの回転角度（向き）が変わってしまう。このように移動位置によってマニピュレータの向きが変わってしまうと、ロボットの作業として、ワークの搬送や位置決めを行い難い。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、出力部材の移動位置に拘らず、出力部材の向きを一定に保つことが可能な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】
【０００７】
本発明は、出力軸を有する出力部材と、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アクチュエータとの間、及び、前記出力部材と前記第２アクチュエータとの間にそれぞれ配設され、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの駆動により前記出力部材を前記出力軸に交差する方向に移動させる第１アーム及び第２アームと、前記出力部材と前記第３アクチュエータとの間に設けられ、前記第３アクチュエータの駆動により前記出力部材を前記出力軸と略平行な方向に移動させる第３アームと、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位置決め可能であり、前記第３アームは、前記出力軸と交差する第３軸と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第３リンクからなり、一端が前記出力部材に対して、前記第３軸を中心とする回動、及び、前記第３軸と前記第３アームの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続され、他端が、前記第３アクチュエータの駆動部に傾動不能に、且つ、前記第３軸と平行に設けられた第３リンク軸に接続されることで平行リンク機構を構成する、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】
【０００８】
本発明によれば、出力部材の移動位置に拘らず、出力部材の向きを一定に保つことができる。即ち、第３アームが、出力軸と交差する第３軸と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第３リンクからなり、一端が出力部材に対して２自由度を有する状態で接続され、他端が傾動不能に設けられた第３リンク軸に接続されることで平行リンク機構を構成する。このため、出力部材の移動位置に拘らず、出力部材の出力軸を回転軸とした向きが、傾動不能に設けられた第３リンク軸と平行に保持される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクロボットの概略構成を示す、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図２】同じくパラレルリンクロボットの概略構成を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は出力部材周りの構成の拡大斜視図。
【図３】（ａ）は２自由度のジョイント部の１例を拡大斜視図、（ｂ）は３自由度のジョイン部を使用した構成で、２本のリンクにブリッジ部材を掛け渡した状態を示す模式図。
【図４】第１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５】第１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。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクロボットの概略構成を示す斜視図。
【図７】同じくパラレルリンクロボットの概略構成を示す、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。
【図８】ロッドエンドベアリングの構成を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図９】ロッドエンドベアリングの傾斜角度の制限を説明するための断面図。
【図１０】第２の実施形態の出力部材周りの構成を拡大して示す斜視図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るパラレルリンクロボットの概略構成を示す、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図１２】第３の実施形態で出力部材を移動した状態の２例を示すパラレルリンクロボットの斜視図。
【図１３】第３の実施形態のパラレルリンクロボットの一部を切断して示す平面図。
【図１４】第３の実施形態の出力部材周りの構成を拡大して示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜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５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、固定部材としてのベース部材１００Ａと、出力部材１０３と、複数のモータ１０７、１０８、１１１と、複数のアーム１０９、１１０、１１２と、を有する。第１モータ１０７は第１アクチュエータに、第２モータ１０８は第２アクチュエータに、第３モータ１１１は第３アクチュエータに、それぞれ相当する。また、１０９は第１アームに、１１０は第２アームに、１１２は第３アームに、それぞれ相当する。
【００１１】
ベース部材１００Ａは、略水平方向に配置された水平板１０１と、水平板１０１から略鉛直方向に設けられた鉛直板１０２とから構成され、上述の複数のモータ１０７、１０８、１１１を支持する。複数のモータ１０７、１０８、１１１は、それぞれ鉛直板１０２の所定位置に固定されている。本実施形態では、鉛直板１０２の幅方向中央の鉛直方向上側に第３モータ１１１を、鉛直板１０２の鉛直方向中間部で、幅方向中央を挟んだ両側に、それぞれ第１モータ１０７、第２モータ１０８を配置している。水平板１０１上には、ワークなどが配置される。
【００１２】
出力部材１０３は、ワークの把持や移動を行うロボットハンド等のエンドエフェクタ１０４を装着するためのマニピュレータである。出力部材１０３には、後述する複数のアームを構成するリンク機構が結合され、エンドエフェクタ１０４を支持する出力軸（出力軸部）１０５が同軸上に設けられている。
【００１３】
出力軸１０５には、連結部材１３１がノックピンなどで固定され、更に連結部材１３１には、出力軸１０５の軸線上から外れ、且つ、出力軸１０５と平行な第１軸（第１軸部）１３２及び第２軸１３３（第２軸部）がノックピンなどで固定されている。これにより、出力軸１０５と第１軸１３２及び第２軸１３３は、それぞれ所定の間隔（オフセット）を置いて常に平行が確保されている。第１軸１３２及び第２軸１３３の出力軸１０５からのオフセット量（それぞれの軸間距離）は、互いに同じとしている。言い換えれば、第１軸１３２と第２軸１３３とは、出力軸１０５を中心として対称に配置されている。
【００１４】
また、連結部材１３１には、出力軸１０５と交差する第３軸（第３軸部）１０６がノックピンなどで固定さている。本実施形態では、第３軸１０６は、鉛直板１０２と略平行に配置されると共に出力軸１０５に直交する。また、出力軸１０５、第１軸１３２及び第２軸１３３は略鉛直方向に、第３軸１０６は略水平方向に、それぞれ配置される。また、出力軸１０５の鉛直方向上端が、連結部材１３１を介して第３軸１０６の水平方向中央部に結合されている。出力軸１０５と第３軸１０６は直接結合されていても良い。なお、出力軸１０５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、連結部材１３１と一体となった形状としても良い。
【００１５】
［出力部材の位置決め］
まず、パラレルリンクロボット１００による出力部材１０３の位置決めの構成について、図１ないし図３を用いて説明する。第１アーム１０９及び第２アーム１１０は、出力部材１０３と第１モータ１０７との間、及び、出力部材１０３と第２モータ１０８との間にそれぞれ配設される。第１アーム１０９及び第２アーム１１０は、出力部材１０３をその両側から保持する。そして、第１モータ１０７及び第２モータ１０８の駆動により出力部材１０３を出力軸１０５に交差する方向（略水平方向）に移動させる。なお、厳密に言えば第３モータ１１１を停止している場合は、第１モータ１０７及び第２モータ１０８によって出力部材１０３は仮想的な球面上を移動することになる。
【００１６】
第３アーム１１２は、出力部材１０３と第３モータ１１１との間に設けられている。第３アーム１１２は、出力部材１０３を鉛直方向上方側から保持する。そして、第３モータ１１１の駆動により出力部材１０３を出力軸１０５と略平行な方向に移動させる。厳密に言えば、第１モータ１０７と第２モータ１０８を停止している場合は、第３モータ１１１の駆動により出力部材１０３は仮想的な円弧上を移動することになる。そして、第１モータ１０７、第２モータ１０８及び第３モータ１１１の駆動により、所定の空間内で出力部材１０３を位置決め可能としている。これら第１アーム１０９、第２アーム１１０及び第３アーム１１２は、出力部材１０３の姿勢を保持する保持手段を構成する。また、このような保持手段及び出力部材１０３とでパラレルリンク構造体を構成する。以下、より具体的に説明する。
【００１７】
第１アクチュエータとしての第１モータ１０７は、第１回転アーム１０７ａを略水平方向に回動させて第１リンク軸１０７ｂを位置決めする回転型アクチュエータである。第２アクチュエータとしての第２モータ１０８は、第２回転アーム１０８ａを略水平方向に回動させて第２リンク軸１０８ｂを位置決めする回転型アクチュエータである。本実施形態では、第１回転アーム１０７ａの長さと第２回転アーム１０８ａの長さとを同じとしている。また、第１回転アーム１０７ａと第２回転アーム１０８ａとの出力軸１０５と平行な方向に関する位置も同じとしている。
【００１８】
第１リンク軸１０７ｂ、第２リンク軸１０８ｂは、それぞれ第１モータ１０７の回転軸、第２モータ１０８の回転軸に略平行となるように、且つ、傾動不能に、第１回転アーム１０７ａ及び第２回転アーム１０８ａの先端に設けられている。本実施形態では、第１モータ１０７及び第２モータ１０８の回転軸は、出力軸１０５と略平行に配置されているため、第１リンク軸１０７ｂ及び第２リンク軸１０８ｂも、出力軸１０５と略平行に配置される。
【００１９】
第１アーム１０９は、出力軸１０５と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第１リンク１０９ａからなる。本実施形態では、同じ長さの２本の第１リンク１０９ａにより第１アーム１０９を構成している。このような第１アーム１０９は、一端が出力部材１０３に対して、出力軸１０５に平行な軸（第１軸１３２）を中心とする回動、及び、第１軸１３２と第１アーム１０９の配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続される。また、他端が、第１モータ１０７の駆動部としての第１回転アーム１０７ａに傾動不能に設けられた第１リンク軸１０７ｂに接続される。これにより、第１アーム１０９は、平行リンク機構を構成している。
【００２０】
具体的には、２本の第１リンク１０９ａは、それぞれ、一端はエンドエフェクタ１０４を支持する出力軸１０５に平行な第１軸１３２に２自由度のジョイント部１０９ｂで接続され、他端は第１リンク軸１０７ｂに２自由度のジョイント部１０９ｃで接続されている。ここで、ジョイント部１０９ｃは、第１リンク軸１０７ｂを中心とする回動、及び、第１リンク軸１０７ｂと第１リンク１０９ａの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能である。即ち、２本の第１リンク１０９ａは、両端を第１軸１３２上と第１リンク軸１０７ｂ上に、それぞれ２自由度で接続している。そして、第１軸１３２、第１リンク軸１０７ｂ、２本の第１リンク１０９ａで平行リンク機構を構成している。
【００２１】
第２アーム１１０は、出力軸１０５と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第２リンク１１０ａからなる。本実施形態では、同じ長さの２本の第２リンク１１０ａにより第２アーム１１０を構成している。また、２本の第２リンク１１０ａの長さは、第１アーム１０９の２本の第１リンク１０９ａの長さと同じとしている。このような第２アーム１１０は、一端が出力部材１０３に対して、出力軸１０５に平行な軸（第２軸１３３）を中心とする回動、及び、第２軸１３３と第２アーム１１０の配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続される。また、他端が、第２モータ１０８の駆動部としての第２回転アーム１０８ａに傾動不能に設けられた第２リンク軸１０８ｂに接続される。
【００２２】
具体的には、２本の第２リンク１１０ａは、それぞれ、一端はエンドエフェクタ１０４を支持する出力軸１０５に平行な第２軸１３３に２自由度のジョイント部１１０ｂで接続され、他端は第２リンク軸１０８ｂに２自由度のジョイント部１１０ｃで接続されている。ここで、ジョイント部１１０ｃは、第２リンク軸１０８ｂを中心とする回動、及び、第２リンク軸１０８ｂと第２リンク１１０ａの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能である。即ち、２本の第２リンク１１０ａは、両端を第２軸１３３上と第２リンク軸１０８ｂ上に、それぞれ２自由度で接続している。そして、第２軸１３３、第２リンク軸１０８ｂ、２本の第２リンク１１０ａで平行リンク機構を構成している。また、２本の第２リンク１１０ａを第２軸１３３に接続するジョイント部１１０ｂは、第１アーム１０９の２本の第１リンク１０９ａを第１軸１３２に接続するジョイント部１０９ｂと、出力軸１０５と平行な方向に関して同じ位置に配置している。
【００２３】
このように構成することで、エンドエフェクタ１０４を支持する出力軸１０５と、傾動不能に設けられた第１リンク軸１０７ｂ及び第２リンク軸１０８ｂとは、常に平行が保たれる。そして、第１回転アーム１０７ａ及び第２回転アーム１０８ａがどの位置に回動しても、エンドエフェクタ１０４の姿勢（傾き）が一定（略鉛直方向）に保持される。
【００２４】
第３アクチュエータとしての第３モータ１１１は、第３回転アーム１１１ａを略垂直方向に回動させて第３リンク軸１１１ｂを位置決めする回転型アクチュエータである。第３リンク軸１１１ｂは、第３モータ１１１の回転軸に略平行となるように、且つ、傾動不能に、第３回転アーム１１１ａの先端に設けられている。本実施形態では、第３モータ１１１の回転軸は、第３軸１０６と略平行に配置されているため、第３リンク軸１１１ｂも、第３軸１０６と略平行に配置される。
【００２５】
第３アーム１１２は、第３軸１０６と平行な方向に離間して互いに平行に配設される複数の第３リンク１１２ａからなる。本実施形態では、同じ長さの２本の第３リンク１１２ａにより第３アーム１１２を構成している。このような第３アーム１１２は、一端が出力部材１０３に対して、第３軸１０６を中心とする回動、及び、第３軸１０６と第３アーム１１２の配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能な２自由度を有する状態で接続される。また、他端が第３モータ１１１の駆動部としての第３回転アーム１１１ａに傾動不能に設けられた第３リンク軸１１１ｂに接続される。これにより、第３アーム１１２は、平行リンク機構を構成している。
【００２６】
具体的には、２本の第３リンク１１２ａは、それぞれ、一端は第３軸１０６に２自由度のジョイント部１１２ｂで接続され、他端は第３リンク軸１１１ｂに２自由度のジョイント部１１２ｃで接続されている。ここで、ジョイント部１１２ｃは、第３リンク軸１１１ｂを中心とする回動、及び、第３リンク軸１１１ｂと第３リンク１１２ａの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能である。また、第３アーム１１２の一対の第３リンク１１２ａは、第３軸１０６の出力軸１０５が接合された部分から水平方向の対称位置で接続されている。
【００２７】
即ち、２本の第３リンク１１２ａは、両端を第３軸１０６上と第３リンク軸１１１ｂ上に、それぞれ２自由度で接続している。そして、第３軸１０６、第３リンク軸１１１ｂ、２本の第３リンク１１２ａで平行リンク機構を構成している。これにより、エンドエフェクタ１０４を支持する第３軸１０６と、傾動不能に設けられた第３リンク軸１１１ｂとは、常に平行が保たれる。そして、第３回転アーム１１１ａがどの位置に回動しても、エンドエフェクタ１０４の出力軸１０５の軸周りの回転が拘束され、向きが一定に保たれる。
【００２８】
図１、図２に円形のジョイントとして図示されている２自由度のジョイント部１０９ｂ、１０９ｃ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１２ｂ、１１２ｃは、図３（ａ）に例示する構造のものが好適である。図３（ａ）のジョイント部では、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。これらのジョイント部は、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。これにより、ジョイント部自体をコンパクトにすることが可能である。但し、この場合には、図３（ｂ）に示すように、平行リンク機構のねじれを防止するために、リンクの軸周りの回転を規制する規制部材としてのブリッジ部材２０１、２０２が必要となる。
【００２９】
ブリッジ部材２０１、２０２は、２本のリンク２０３、２０４の両端寄りに、それぞれ２本のリンク２０３、２０４に掛け渡されるように配置される。このようなブリッジ部材２０１、２０２は、それぞれ、リンク２０３、２０４に直交する軸を有し、この軸にリンク２０３、２０４をそれぞれ回転自在に支持することで、リンク２０３、２０４と接続される。これにより、リンクの軸回りの回転を防止すると共に、２本のリンク同士が配設方向に相対移動可能としている。そして、２本のリンクが３自由度のジョイント部で接続されても、リンクの軸回りの自由度を拘束して、結果的に、２本のリンクにより構成されるアームを２自由度で接続することができる。なお、２本のリンク同士が配設方向に相対移動可能としているため、２本のリンクが平行状態を維持したまま、２本のリンクが接続される軸とリンクの配設方向とに直交する軸を中心とする回動が可能である。
【００３０】
例えば、第３アーム１１２を構成する２本の第３リンク１１２ａを、それぞれが、出力部材１０３に対して、上述の２自由度に加えて第３リンク１１２ａの軸回りの回動が可能な３自由度を有する状態で接続する。この場合、２本の第３リンク１１２ａ同士が第３アーム１１２の配設方向に相対移動可能に、且つ、それぞれの第３リンクの軸回りの回転を不能に、２本の第３リンクにブリッジ部材２０１、２０２を掛け渡す。これにより、第３アーム１１２が出力部材１０３や第３リンク軸１１１ｂに対して２自由度で接続される。第１アーム１０９及び第２アーム１１０についても同様である。
【００３１】
なお、本実施形態では、出力軸１０５と第３軸１０６との成す角度が９０度で互いに直交するように設けられているが、立体的に直交するようにしても良いし、９０度に限らず所定の角度を成すように配置しても良い。
【００３２】
このように、本実施形態では、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の形成する平行リンク機構と、第３アーム１１２の形成する平行リンク機構とによって、出力部材１０３に装着されたエンドエフェクタ１０４は一定の姿勢（傾き）と向きとの両方を保つように支持される。
【００３３】
このように構成される本実施形態の場合、第１モータ１０７による第１回転アーム１０７ａの駆動と、第２モータ１０８による第２回転アーム１０８ａの駆動とを行うことで、出力部材１０３は略水平方向に移動する。また、第３モータ１１１により第３回転アーム１１１ａを駆動することで、出力部材１０３を上下方向に移動させると、第１アーム１０９と第２アーム１１０は水平からずれる。このため、出力部材１０３の３次元空間内（所定の空間内）の位置は、第１アーム１０９と第２アーム１１０の傾斜を考慮して、第１、第２、第３回転アームの駆動量から幾何学的に算出することが可能である。また、逆運動学の計算により、出力部材１０３の空間位置座標から第１、第２、第３モータの駆動量を算出することが可能である。
【００３４】
［ステッピングモータ］
また、本実施形態の場合、上述の第１モータ１０７（第１アクチュエータ）、第２モータ１０８（第２アクチュエータ）、第３モータ１１１（第３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１０３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。
【００３５】
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４及び図５を用いて説明する。図４において、１１は、パラレルリンクロボットの出力部材１０３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１０７、第２モータ１０８、第３モータ１１１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。
【００３６】
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５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。
【００３７】
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１０３を並進運動させるために、第１モータ１０７、第２モータ１０８、第３モータ１１１の回転量を協調させて制御すれば良い。
【００３８】
例えば、出力部材１０３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１０７、１０８、１１１を必要量駆動させると、第１、第２、第３アーム１０９、１１０、１１２は協調して出力部材１０３の位置を移動させる。出力部材１０３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１０７、１０８、１１１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１０７、第２モータ１０８、第３モータ１１１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１０７、１０８、１１１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。
【００３９】
このように、本実施形態の場合、出力部材１０３を駆動する第１モータ１０７、第２モータ１０８、第３モータ１１１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１０３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。
【００４０】
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。
【００４１】
本実施形態の場合、出力部材１０３を鉛直方向に移動させる第３モータ１１１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１１１への通電が遮断されても、コギングにより出力部材１０３の落下を抑制できる。即ち、第３モータ１１１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１０３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１０３が急激に落下することを防止でき、出力部材１０３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。
【００４２】
なお、本実施形態の場合、出力部材１０３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１０３の落下を抑制するためには、少なくとも第３モータ１１１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。
【００４３】
このように構成される本実施形態の場合、上述したように、出力部材１０３の移動位置に拘らず、出力部材１０３の姿勢と向きを一定に保つことができる。言い換えれば、上述の構成で出力部材１０３の位置決め制御を行うことで、出力部材１０３に装着されたエンドエフェクタ１０４の姿勢（傾き）と向きを保持したまま、エンドエフェクタ１０４を移動させることができる。
【００４４】
また、本実施形態の場合、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の形成する２つの平行リンク機構を出力軸１０５の軸線上から外れた位置で出力部材１０３に接続するため、出力部材１０３のコンパクト化を図れる。特に本実施形態では、２本の第１リンク１０９ａを第１軸１３２に接続するジョイント部１０９ｂと、２本の第２リンク１１０ａを第２軸１３３に接続するジョイント部１１０ｂとは、出力軸１０５と平行な方向に関して同じ位置に配置されている。このため、出力軸１０５と平行な方向の寸法をより短くでき、出力部材１０３のコンパクト化を図れる。
【００４５】
即ち、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の形成する２つの平行リンク機構を出力軸１０５の軸線上で接続した場合、それぞれのジョイント部を軸方向にずらす必要があるため、出力軸１０５が長くなってしまう。この結果、出力部材１０３に装着されるエンドエフェクタも含めてロボット本体が大型化してしまい、エンドエフェクタによるロボットの作業性も低下する。
【００４６】
これに対して本実施形態の場合、第１アーム１０９及び第２アーム１１０を出力軸１０５の軸線上から外れた第１軸１３２及び第２軸１３３にそれぞれ接続するため、出力部材１０３のコンパクト化を図れる。そして、ロボットの作業性を向上させ、コンパクトなパラレルリンクロボットを提供することができる。
【００４７】
更に本実施形態の場合、第１軸１３２と第２軸１３３とを出力軸１０５を中心として対称に配置し、第１回転アーム１０７ａの長さと第２回転アーム１０８ａの長さとを同じとし、２本の第２リンク１１０ａの長さと第１アーム１０９の２本の第１リンク１０９ａの長さとを同じとしている。このため、第１モータ１０７及び第２モータ１０８から出力部材１０３にバランス良く駆動を伝達でき、位置決め精度をより向上させられる。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図６ないし図１０を用いて説明する。なお、上述の第１の実施形態との相違は、各アーム１０９、１１０、１１２と出力部材１０３とのジョイント部の構成にある。このため、第１の実施形態と共通する構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４９】
出力部材１０３には、エンドエフェクタを支持する出力軸１０５ａが同軸上に設けられている。出力部材１０３の出力軸１０５ａの所定位置には、それぞれ、複数の第１突出部としてのジョイント軸１３４、１３５、複数の第２突出部としてのジョイント軸１３６、１３７が、圧入などにより装着固定されている。なお、ジョイント軸１３４、１３５、１３６、１３７は、出力軸１０５ａと一体に形成しても良い。
【００５０】
２本の第１突出部としてのジョイント軸１３４、１３５は、出力軸１０５ａから出力軸１０５ａに直交する方向に、且つ、互いに平行に突出するように設けられている。ジョイント軸１３４、１３５は、同じ長さで、同じ方向に突出形成している。２本の第２突出部としてのジョイント軸１３６、１３７は、出力軸１０５ａから、出力軸１０５ａに直交し、ジョイント軸１３４、１３５とは異なる方向に、且つ、互いに平行に突出するように設けられている。ジョイント軸１３６、１３７は、同じ長さで、同じ方向に突出形成している。また、ジョイント軸１３４、１３５とジョイント軸１３６、１３７とは、互いに同じ長さで、且つ、出力軸１０５ａの軸方向に関して同じ位置に、出力軸１０５ａの軸周りの位相が９０°互いにずれた位置に配置されている。
【００５１】
また、本実施形態の場合、出力軸１０５ａと平行で且つ出力軸１０５ａを含む仮想平面αの一方面側（図７（ｂ）の上側）に、第１アクチュエータとしての第１モータ１０７、第２アクチュエータとしての第２モータ１０８及び第３アクチュエータとしての第３モータ１１１が、配置されている。一方、ジョイント軸１３４、１３５、１３６、１３７は、仮想平面αの他方面側（図７（ｂ）の下側）に突出する。
【００５２】
第１アーム１０９は、平行リンク機構を形成する２本の第１リンク１０９ａからなり、一端はジョイント軸１３４、１３５にジョイント部１０９Ｂを介して接続され、他端は第１リンク軸１０７ｂにジョイント部１０９Ｃを介して接続されている。即ち、第１アーム１０９は、仮想平面αの一方面側から出力軸１０５ａに向かって延設され、出力部材１０３の出力軸１０５の仮想平面αよりも他方面側に突出した突出部としてのジョイント軸１３４、１３５に接続されている。複数の第１ジョイント部としての２個のジョイント部１０９Ｂは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上（仮想軸β上）で、ジョイント軸１３４、１３５と２本の第１リンク１０９ａとをそれぞれ接続する。
【００５３】
第２アーム１１０は、平行リンク機構を形成する２本の第２リンク１１０ａからなり、一端はジョイント軸１３６、１３７にジョイント部１１０Ｂを介して接続され、他端は第２リンク軸１０８ｂにジョイント部１１０Ｃを介して接続されている。即ち、第２アーム１１０は、仮想平面αの一方面側から出力軸１０５ａに向かって延設され、出力部材１０３の出力軸１０５ａの仮想平面αよりも他方面側に突出した突出部としてのジョイント軸１３６、１３７に接続されている。即ち、出力軸１０５ａは、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の先端部の間に隙間をもって配置され、前記出力軸の径方向一側面部において出力軸１０５ａの径方向両側から接続されている。言い換えれば、出力軸１０５ａの径方向一方面側から他方面側の一端面（図７（ｂ）の下側）に向かって第１アーム１０９と第２アーム１１０が延設されている。複数の第２ジョイント部としての２個のジョイント部１１０Ｂは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上（仮想軸γ上）で、ジョイント軸１３６、１３７と２本の第２リンク１１０ａとをそれぞれ接続する。
【００５４】
また、第１アーム１０９を構成する２本の第１リンク１０９ａと、第２アーム１１０を構成する２本の第２リンク１１０ａとには、それぞれ、前述の図３（ｂ）と同様に、ブリッジ部材２０１ａ、２０２ａ、２０１ｂ、２０２ｂを設けている。即ち、第１ブリッジ部材としてのブリッジ部材２０１ａ、２０２ａは、２本の第１リンク同士が第１アーム１０９の配設方向に相対移動可能に、且つ、第１リンク１０９ａの軸回りの回転を防止するように、２本の第１リンク１０９ａに掛け渡される。また、第２ブリッジ部材としてのブリッジ部材２０１ｂ、２０２ｂは、２本の第２リンク同士が第２アーム１１０の配設方向に相対移動可能に、且つ、第２リンク１１０ａの軸回りの回転を防止するように、２本の第２リンク１１０ａに掛け渡される。
【００５５】
また、本実施形態の場合、出力軸１０５ａの上端部に、出力軸１０５ａと直交する第３軸に相当するジョイント軸１３８、１３９が、出力軸１０５ａと一体に形成されている。なお、別の部材としてのジョイント軸１３８、１３９を出力軸１０５ａに圧入などにより装着固定しても良い。ジョイント軸１３８、１３９は、出力軸１０５ａの上端部から互いに逆方向に、且つ、同軸上に突出形成されており、第１の実施形態の第３軸に相当する。
【００５６】
第３アーム１１２は、平行リンク機構を形成する２本の第３リンク１１２ａからなり、一端はジョイント軸１３８、１３９にジョイント部１１２Ｂを介して接続され、他端は第３リンク軸１１１ｂにジョイント部１１２Ｃを介して接続されている。また、第３アーム１１２を構成する２本の第３リンク１１２ａについても、第１アーム１０９及び第２アーム１１０と同様に、ブリッジ部材２０１ｃ、２０２ｃを設けている。即ち、ブリッジ部材２０１ｃ、２０２ｃは、２本の第３リンク１１２ａ同士が第３アーム１１２の配設方向に相対移動可能に、且つ、第３リンク１１２ａの軸回りの回転を防止するように、２本の第３リンク１１２ａに掛け渡される。
【００５７】
上述の各ジョイント部は、それぞれ、図８及び図９に示すように、３自由度を有する、ロッドエンドベアリング２１０により構成される。ロッドエンドベアリング２１０は、各ジョイント軸を通すために穴を開けたリングボール２１１とハウジングホルダ２１２を球面で接触させた構造となっている。
【００５８】
即ち、リングボール２１１は、外周面が部分球面上に形成され、ハウジングホルダ２１２は、リングボール２１１に回転自在に外嵌されると共に、リングボール２１１の外周面と摺接する内周面が部分球面状に形成されている。ハウジングホルダ２１２には、ネジ部２１２ａが形成されていて、各アームの各リンクの先端に設けたネジ孔に螺合されることで、ハウジングホルダ２１２が各リンクに固定される。このようなロッドエンドベアリング２１０は、構造上、図９に示すように、リングボール２１１に挿入した軸２１３（各ジョイント軸に相当）とハウジングホルダ２１２とが干渉することにより傾斜角度θの制限が存在する。
【００５９】
各ジョイント部について、図６、図７及び図１０を用いて説明する。複数の第１ジョイント部としてのジョイント部１０９Ｂは、リングボール２１１を、それぞれ、ジョイント軸１３４、１３５の先端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第１リンク１０９ａの一端に固定している。このジョイント部１０９Ｂにより、各第１リンク１０９ａは、出力軸１０５ａに平行な軸としての仮想軸βを中心とする回動、仮想軸βと第１アーム１０９の配設方向とに直交する軸（ジョイント軸１３４、１３５）を中心とする回動、及び、第１リンク１０９ａの軸回りの回動の３自由度で出力軸１０５ａに接続される。
【００６０】
第３ジョイント部としてのジョイント部１０９Ｃは、リングボール２１１を、それぞれ、第１リンク軸１０７ｂの両端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第１リンク１０９ａの他端に固定している。このジョイント部１０９Ｃにより、各第１リンク１０９ａは、第１リンク軸１０７ｂを中心とする回動、第１リンク軸１０７ｂと第１アーム１０９の配設方向とに直交する軸を中心とする回動、及び、第１リンク１０９ａの軸回りの回動の３自由度で第１リンク軸１０７ｂに接続される。
【００６１】
但し、上述したように、２本の第１リンク１０９ａには、ブリッジ部材２０１ａ、２０２ａが掛け渡されている。このため、２本の第１リンク１０９ａからなる第１アーム１０９は、出力軸１０５ａに対して、仮想軸βを中心とする回動及びジョイント軸１３４、１３５を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。また、第１アーム１０９は、第１リンク軸１０７ｂに対して、第１リンク軸１０７ｂを中心とする回動及び第１リンク軸１０７ｂと第１アーム１０９の配設方向とに直交する軸を中心とする回動を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。
【００６２】
複数の第２ジョイント部としてのジョイント部１１０Ｂは、リングボール２１１を、それぞれ、ジョイント軸１３６、１３７の先端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第２リンク１１０ａの一端に固定している。このジョイント部１１０Ｂにより、各第２リンク１１０ａは、出力軸１０５ａに平行な軸としての仮想軸γを中心とする回動、仮想軸γと第２アーム１１０の配設方向とに直交する軸（ジョイント軸１３６、１３７）を中心とする回動、及び、第２リンク１１０ａの軸回りの回動の３自由度で出力軸１０５ａに接続される。
【００６３】
第４ジョイント部としてのジョイント部１１０Ｃは、リングボール２１１を、それぞれ、第２リンク軸１０８ｂの両端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第２リンク１１０ａの他端に固定している。このジョイント部１１０Ｃにより、各第２リンク１１０ａは、第２リンク軸１０８ｂを中心とする回動、第２リンク軸１０８ｂと第２アーム１０９の配設方向とに直交する軸を中心とする回動、及び、第２リンク１１０ａの軸回りの回動の３自由度で第２リンク軸１０８ｂに接続される。
【００６４】
但し、上述したように、２本の第２リンク１１０ａには、ブリッジ部材２０１ｂ、２０２ｂが掛け渡されている。このため、２本の第２リンク１１０ａからなる第２アーム１１０は、出力軸１０５ａに対して、仮想軸γを中心とする回動及びジョイント軸１３６、１３７を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。また、第２アーム１１０は、第２リンク軸１０８ｂに対して、第２リンク軸１０８ｂを中心とする回動及び第２リンク軸１０８ｂと第２アーム１１０の配設方向とに直交する軸を中心とする回動を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。
【００６５】
ジョイント部１１２Ｂは、リングボール２１１を、それぞれ、ジョイント軸１３８、１３９の先端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第３リンク１１２ａの一端に固定している。このジョイント部１１２Ｂにより、各第３リンク１１２ａは、出力軸１０５ａに直交する軸（ジョイント軸１３８、１３９）を中心とする回動、ジョイント軸１３８、１３９と第３アーム１１０の配設方向とに直交する軸を中心とする回動、及び、第３リンク１１２ａの軸回りの回動の３自由度で出力軸１０５ａに接続される。
【００６６】
ジョイント部１１２Ｃは、リングボール２１１を、それぞれ、第３リンク軸１１１ｂの両端に外嵌固定すると共に、ハウジングホルダ２１２を第３リンク１１２ａの他端に固定している。このジョイント部１１２Ｃにより、各第３リンク１１２ａは、第３リンク軸１１１ｂを中心とする回動、第３リンク軸１１１ｂと第３アーム１１２の配設方向とに直交する軸を中心とする回動、及び、第３リンク１１２ａの軸回りの回動の３自由度で第３リンク軸１１１ｂに接続される。
【００６７】
但し、上述したように、２本の第３リンク１１２ａには、ブリッジ部材２０１ｃ、２０２ｃが掛け渡されている。このため、２本の第３リンク１１２ａからなる第３アーム１１２は、出力軸１０５ａに対して、ジョイント軸１３８、１３９を中心とする回動及びジョイント軸１３８、１３９と第３アーム１１０の配設方向とに直交する軸を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。また、第３アーム１１２は、第３リンク軸１１１ｂに対して、第３リンク軸１１１ｂを中心とする回動及び第３リンク軸１１１ｂと第３アーム１１２の配設方向とに直交する軸を中心とする回動を中心とする回動の２自由度で接続されることになる。
【００６８】
ところで、このような各ジョイント部を構成するロッドエンドベアリング２１０は、図９に示したように、傾斜角度θの制限が存在する。したがって、この傾斜角度θの制限内でマニピュレータが必要な可動範囲を移動することができるようにジョイント部（ロッドエンドベアリング）の構成配置を考慮する必要がある。
【００６９】
このため、第１アーム１０９の２本の平行リンクにおいて、ジョイント軸１３４、１３５に接続するジョイント部（ロッドエンドベアリング）１０９Ｂは、第１リンク軸１０７ｂに接続するジョイント部（ロッドエンドベアリング）１０９Ｂに対して、ハウジングホルダの位相角度を９０度相違させて取り付けている。第２アーム１１０についても同様である。
【００７０】
即ち、ジョイント部１０９Ｂのリングボール２１１の回転中心の方向（ジョイント軸１３４、１３５の軸方向）と、ジョイント部１０９Ｃのリングボール２１１の回転中心の方向（第１リンク軸１０７ｂの軸方向）とは、第１リンク１０９ａを中心とする回転方向に関して９０度位相が異なる。また、ジョイント部１１０Ｂのリングボール２１１の回転中心の方向（ジョイント軸１３６、１３７の軸方向）と、ジョイント部１１０Ｃのリングボール２１１の回転中心の方向（第２リンク軸１０８ｂの軸方向）とは、第２リンク１１０ａを中心とする回転方向に関して９０度位相が異なる。これにより、ロッドエンドベアリングの角度制限による影響を極力排し、エンドエフェクタの鉛直方向及び水平方向で、より広い移動範囲を得ることが可能である。
【００７１】
なお、ジョイント部１１２Ｂのリングボール２１１の回転中心の方向（ジョイント軸１３８、１３９の軸方向）と、ジョイント部１１２Ｃのリングボール２１１の回転中心の方向（第３リンク軸１１１ｂの軸方向）とは、第３リンク１１２ａと直交する方向に互いに平行としている。但し、これらの方向を、第３リンク１１２ａを中心とする回転方向に関して９０度位相が異ならせても良い。
【００７２】
このように構成される本実施形態の場合、上述の第１の実施形態と同様に、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の形成する２つの平行リンク機構と、第３アーム１１２の形成する平行リンク機構とによって、出力部材１０３に装着されるエンドエフェクタは一定の姿勢（傾きと向きの両方）を保つように支持される。
【００７３】
また、各ジョイント部をロッドエンドベアリングとしているため、ジョイント部の小型化を図れる。この結果、出力部材１０３をよりコンパクトに構成でき、ロボットの作業性を向上させ、コンパクトなパラレルリンクロボットを提供することができる。
【００７４】
更に、本実施形態の場合、第１モータ１０７、第２モータ１０８及び第３モータ１１１を、仮想平面αの一方側（図７（ｂ）の上側）に配置すると共に、ジョイント軸１３４、１３５、１３６、１３７を、仮想平面αの他方側（図７（ｂ）の下側）に突出させている。そして、第１アーム１０９及び第２アーム１１０を仮想平面αの一方側から出力軸１０５ａに向かって配置し、出力軸１０５ａの仮想平面の他方側に突出したジョイント軸１３４、１３５、１３６、１３７に接続している。このため、第１アーム１０９と第２アーム１１０とのなす角度を大きくして出力部材１０３を支持でき、出力部材１０３及びエンドエフェクタの支持の安定性を向上させられる。具体的には、出力部材１０３が第１モータ１０７及び第２モータ１０８から遠い位置に移動しても、第１アーム１０９と第２アーム１１０とのなす角度を大きくでき、安定して出力部材１０３及びエンドエフェクタを支持することができる。即ち、ジョイント軸１３４〜１３７を仮想平面αに対して各モータ１０７、１０８と同じ側に配置した場合（第１アーム１０９及び第２アーム１１０を出力軸１０５ａの仮想平面αの一方側で接続した場合）、出力部材１０３が第１モータ１０７及び第２モータ１０８から遠い位置に移動すると、第１アーム１０９と第２アーム１１０とのなす角度が狭くなってしまう。第１アーム１０９と第２アーム１１０とのなす角度が狭くなると出力部材１０３が不安定になり易い。このため、本実施形態では、ジョイント軸１３４〜１３７を仮想平面αに対して各モータ１０７、１０８と反対側に配置して、出力部材１０３を安定して支持するようにしている。
【００７５】
なお、第３モータ１１１に関しては、仮想平面αに対してジョイント軸１３４〜１３７と同じ側に設けても良いが、装置全体のコンパクト化を図る上では、第３モータ１１１は、第１モータ１０７及び第２モータ１０８と同じ側に設けることが好ましい。また、第３アーム１１２の２本の平行リンクにおけるジョイント部１１２Ｂ、１１２Ｃは、ロッドエンドベアリングではなく、図３に示した２自由度のジョイントでも良い。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。
【００７６】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図１１ないし図１４を用いて説明する。なお、上述の第２の実施形態との相違は、第１、第２、第３アクチュエータをそれぞれ直動型のリニアアクチュエータに変更した点と、第１アーム１０９及び第２アーム１１０のアクチュエータ側のジョイント部の構成を変更した点にある。このため、第２の実施形態と共通する構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略又は簡略にし、以下、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７７】
第１アクチュエータ及び第２アクチュエータである第１リニアアクチュエータ１４１及び第２リニアアクチュエータ１４２は、それぞれが出力部材１０３を所定の空間内で移動させるための駆動源となる直動型のアクチュエータの一例である。これら第１リニアアクチュエータ１４１及び第２リニアアクチュエータ１４２は、それぞれレール（固定子）１４１ａ、１４２ａを出力軸１０５ａと略平行な方向（鉛直方向）に配置している。レール１４１ａ、１４２ａは、図１１に示すように、それぞれベース部材１００Ａの鉛直板１０２の鉛直方向中間部ないし下端寄りに固定されている。そして、図１２に示すように、第１リニアアクチュエータ１４１のレール１４１ａに駆動部としての第１移動子１４１ｂを、第２リニアアクチュエータ１４２のレール１４２ａに駆動部としての第２移動子１４２ｂを、それぞれレールに沿って移動自在に配置している。
【００７８】
第１移動子１４１ｂ、第２移動子１４２ｂには、それぞれアーム支持部材１４３、１４４が固定されている。第１アーム支持部材１４３及び第２アーム支持部材１４４には、図１３に示すように、それぞれジョイント軸１４５、１４６及びジョイント軸１４７、１４８が圧入などにより装着固定されている。即ち、ジョイント軸１４５、１４６は、第１アーム支持部材１４３を介して駆動部としての第１移動子１４１ｂに設けられ、ジョイント軸１４７、１４８は、第２アーム支持部材１４４を介して駆動部としての第２移動子１４２ｂに設けられている。ジョイント軸１４５とジョイント軸１４６、及び、ジョイント軸１４７とジョイント軸１４８は、それぞれ平行に設けられている。また、ジョイント軸１４５、１４６は、同じ長さで、ジョイント軸１３４、１３５と平行に突出形成され、ジョイント軸１４７、１４８は、同じ長さで、ジョイント軸１３６、１３７と平行に突出形成されている。
【００７９】
出力部材１０３には、図１４に示すように、エンドエフェクタ１０４を支持する出力軸１０５ａが同軸上に設けられている。出力部材１０３の出力軸１０５ａの所定位置には、上述の第２の実施形態と同様に、それぞれ、複数の第１突出部としてのジョイント軸１３４、１３５、複数の第２突出部としてのジョイント軸１３６、１３７が、圧入などにより装着固定されている。
【００８０】
第１アーム１０９は、平行リンク機構を形成する２本の第１リンク１０９ａからなり、一端はジョイント軸１３４、１３５にジョイント部１０９Ｂを介して接続され、他端は第１アーム支持部材１４３のジョイント軸１４５、１４６にジョイント部１０９Ｃを介して接続されている。複数の第１ジョイント部としての２個のジョイント部１０９Ｂは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上で、ジョイント軸１３４、１３５と２本の第１リンク１０９ａとをそれぞれ接続する。複数の第３ジョイント部としての２個のジョイント部１０９Ｃは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上で、ジョイント軸１４５、１４６と２本の第１リンク１０９ａとをそれぞれ接続する。本実施形態では、２個のジョイント部１０９Ｃが配置される仮想軸が、第１リンク軸に相当する。
【００８１】
第２アーム１１０は、平行リンク機構を形成する２本の第２リンク１１０ａからなり、一端はジョイント軸１３６、１３７にジョイント部１１０Ｂを介して接続され、他端は第２アーム支持部材１４４のジョイント軸１４７、１４８にジョイント部１１０Ｃを介して接続されている。複数の第２ジョイント部としての２個のジョイント部１１０Ｂは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上で、ジョイント軸１３６、１３７と２本の第２リンク１１０ａとをそれぞれ接続する。複数の第４ジョイント部としての２個のジョイント部１１０Ｃは、出力軸１０５ａと平行な仮想軸上で、ジョイント軸１４７、１４８と２本の第２リンク１１０ａとをそれぞれ接続する。本実施形態では、２個のジョイント部１１０Ｃが配置される仮想軸が、第２リンク軸に相当する。
【００８２】
第３アクチュエータである第３リニアアクチュエータ１４９は、出力部材１０３を所定の空間内の概ね出力軸１０５ａと略平行な方向に移動させるための駆動源となる直動型アクチュエータの一例である。この第３リニアアクチュエータ１４９も、第１リニアアクチュエータ１４１及び第２リニアアクチュエータ１４２と同様に、レール（固定子）１４９ａを出力軸１０５ａと略平行な方向（鉛直方向）に配置している。レール１４９ａは、鉛直板１０２の鉛直方向中間部ないし上端寄りで、水平方向に関してレール１４１ａとレール１４２ａとの間に固定されている。そして、第３リニアアクチュエータ１４９のレール１４９ａに駆動部としての第３移動子１４９ｂをレールに沿って移動自在に配置している。
【００８３】
第３移動子１４９ｂには、第３アーム支持部材１５０が固定されている。第３アーム支持部材１５０は、図１３に示すように、ジョイント軸１５１がノックピンなどで固定されている。即ち、ジョイント軸１５１は、第３アーム支持部材１５０を介して駆動部としての第３移動子１４９ｂに設けられている。ジョイント軸１３８、１３９は、出力軸１０５ａの上端部から互いに逆方向に、且つ、同軸上に突出形成されており、第１の実施形態の第３軸に相当する。また、ジョイント軸１５１は、ジョイント軸１３８、１３９と平行に配設されている。
【００８４】
また、図１４に示すように、出力軸１０５ａの上端部に、出力軸１０５ａと直交する方向に配設されたジョイント軸１３８、１３９が、出力軸１０５ａと一体に形成されている。本実施形態では、ジョイント軸１３８、１３９は、出力軸１０５ａと同一の平面上から外れた位置に配置している。具体的には、ジョイント軸１３８、１３９と出力軸１０５ａとを、前後（図１１（ｂ）の左右方向）にオフセットした２つの平面で（ねじれの位置で）、立体的に直交する構成としている。
【００８５】
第３アーム１１２は、平行リンク機構を形成する２本の第３リンク１１２ａからなり、一端はジョイント軸１３８、１３９にジョイント部１１２Ｂを介して接続され、他端は第３アーム支持部材１５０のジョイント軸１５１にジョイント部１１２Ｃを介して接続されている。２個のジョイント部１１２Ｂは、出力軸１０５ａと直交する第３軸上で、ジョイント軸１３８、１３９と２本の第３リンク１１２ａとをそれぞれ接続する。２個のジョイント部１１２Ｃは、第３軸と平行なジョイント軸１５１の両端と２本の第３リンク１１２ａとをそれぞれ接続する。本実施形態では、２個のジョイント部１１２Ｃが配置されるジョイント軸１５１が、第３リンク軸に相当する。
【００８６】
また、本実施形態の場合も、図示は省略するが、第１アーム１０９を構成する２本の第１リンク１０９ａと、第２アーム１１０を構成する２本の第２リンク１１０ａとに、第３アーム１１２を構成する２本の第３リンク１１２ａとは、それぞれ、前述の図３（ｂ）と同様に、ブリッジ部材を設けている。
【００８７】
また、本実施形態の場合も、上述の各ジョイント部は、第２の実施形態と同様に、それぞれ、３自由度を有するロッドエンドベアリング２１０により構成される。但し、２本の第１リンク１０９ａ及び２本の第２リンク１１０ａの他端を、それぞれジョイント軸１４５、１４６及びジョイント軸１４７、１４８に接続する、ジョイント部１０９Ｃ及びジョイント部１１０Ｃのハウジングホルダの位相角度を、第２の実施形態と異ならせている。
【００８８】
即ち、ジョイント部１０９Ｃのリングボールの回転中心の方向は、２本の第１リンク１０９ａの一端をジョイント軸１３４、１３５に接続するジョイント部１０９Ｂのリングボールの回転中心の方向とは、出力軸１０５ａと直交する方向に互いに平行としている。同様に、ジョイント部１１０Ｃのリングボール２１１の回転中心の方向は、２本の第２リンク１１０ａの一端をジョイント軸１３６、１３７に接続するジョイント部１１０Ｂのリングボールの回転中心の方向とは、出力軸１０５ａと直交する方向に互いに平行としている。
【００８９】
このように、第１アーム１０９及び第２アーム１１０の形成する２つの平行リンク機構と、第３アーム１１２の形成する平行リンク機構とによって、出力部材１０３に装着されるエンドエフェクタは一定の姿勢（傾き）と向きの両方を保つように支持される。第１、第２、第３リニアアクチュエータ１４１、１４２、１４９により、第１、第２、第３アーム支持部材１４３、１４４、１５０がそれぞれ鉛直方向のどの位置に移動しても、この姿勢は維持される。
【００９０】
図１２は、第１、第２、第３リニアアクチュエータ１４１、１４２、１４９を駆動して、第１、第２、第３アーム支持部材１４３、１４４、１５０を移動することで、出力部材１０３を同一の平面内で所定の方向に移動させた状態を示すものである。出力部材１０３の２次元平面内の位置は、各アームの長さと傾斜を考慮して、第１、第２、第３アーム支持部材の移動量から幾何学的に算出することが可能である。また、逆運動学の計算により、出力部材１０３の平面位置中心座標から第１、第２、第３アーム支持部材１４３、１４４、１５０の移動量及び第１、第２、第３アクチュエータの駆動量を算出することが可能である。
【００９１】
更に、出力部材１０３の鉛直方向の移動に関しては、第１、第２、第３アーム支持部材１４３、１４４、１５０をそれぞれ同一の量だけ移動させることで容易に行うことができる。以上により、出力部材１０３の３次元空間内の移動位置を制御することが可能である。
【００９２】
このように構成される本実施形態では、第１、第２、第３リニアアクチュエータは、移動子の移動ガイド部材を備えたボールねじと、このボールねじを回転させる回転型モータとを備えた、モータの回転運動を直線運動に変換する直動機構である。但し、直動機構としては、これに限らずベルトやワイヤーによる直動機構やリニアモータ等のアクチュエータを使用しても良い。
【００９３】
また、本実施形態では、各ジョイント部を３自由度を有するロッドエンドベアリングとしたが、これらのジョイント部は、少なくとも２自由度を有していれば機能的に問題はなく、図３に示したような２自由度を有する構造のジョイントでも良い。
【００９４】
また、本実施形態では、出力軸１０５ａに直交するジョイント軸１３８、１３９を同一の平面上ではなく、前後にオフセットした２つの平面で立体的に直交する構成としているため、出力軸１０５ａと第３アーム１１２との干渉を極力防止することが可能である。その他の構造及び作用は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００９５】
＜他の実施形態＞
なお、上述の各実施形態は、適宜組み合わせて実施可能である。例えば、第１の実施形態で、各モータを第３の実施形態のようなリニアアクチュエータとしても良い。
【符号の説明】
【００９６】
１００  パラレルリンクロボット
１０３  出力部材（マニピュレータ）
１０４  エンドエフェクタ
１０５、１０５ａ  出力軸
１０６  第３軸
１０７  第１モータ（第１アクチュエータ）
１０７ａ  第１回転アーム（駆動部）
１０７ｂ  第１リンク軸
１０８  第２モータ（第２アクチュエータ）
１０８ａ  第２回転アーム（駆動部）
１０８ｂ  第２リンク軸
１０９  第１アーム
１０９ａ  第１リンク
１０９ｂ、１０９ｃ  ジョイント部
１０９Ｂ  ジョイント部（第１ジョイント部）
１０９Ｃ  ジョイント部（第３ジョイント部）
１１０  第２アーム
１１０ａ  第２リンク
１１０ｂ、１１０ｃ  ジョイント部
１１０Ｂ  ジョイント部（第２ジョイント部）
１１０Ｃ  ジョイント部（第４ジョイント部）
１１１  第３モータ（第３アクチュエータ）
１１１ａ  第３回転アーム（駆動部）
１１１ｂ  第３リンク軸
１１２  第３アーム
１１２ａ  第３リンク
１１２ｂ、１１２ｃ、１１２Ｂ、１１２Ｃ  ジョイント部
１３１  連結部材
１３２  第１軸
１３３  第２軸
１３４、１３５  ジョイント軸（第１突出部）
１３６、１３７  ジョイント軸（第２突出部）
１３８、１３９  ジョイント軸（第３軸）
１４１  第１リニアアクチュエータ（第１アクチュエータ）
１４１ｂ  第１移動子（駆動部）
１４２  第２リニアアクチュエータ（第２アクチュエータ）
１４２ｂ  第２移動子（駆動部）
１４９  第３リニアアクチュエータ（第３アクチュエータ）
１４９ｂ  第２移動子（駆動部）
１５１  ジョイント軸（第３リンク軸）
２０１ａ、２０２ａ  ブリッジ部材（第１ブリッジ部材）
２０１ｂ、２０２ｂ  ブリッジ部材（第２ブリッジ部材）
２０１ｃ、２０２ｃ  ブリッジ部材
２１０  ロッドエンドベアリング
２１１  リングボール
２１２  ハウジングホルダ
【図１】
2014065123.tif 000003
【図２】
2014065123.tif 000004
【図３】
2014065123.tif 000005
【図４】
2014065123.tif 000006
【図５】
2014065123.tif 000007
【図６】
2014065123.tif 000008
【図７】
2014065123.tif 000009
【図８】
2014065123.tif 000010
【図９】
2014065123.tif 000011
【図１０】
2014065123.tif 000012
【図１１】
2014065123.tif 000013
【図１２】
2014065123.tif 000014
【図１３】
2014065123.tif 000015
【図１４】
2014065123.tif 000016