(57)【要約】【課題】エンドエフェクタに把持された物品と固定位置に設けられたワークとを接触させて行う作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく、精度良く行うことができる多関節ロボット、およびその操作方法を提供する。【解決手段】多関節ロボット１は、鉛直方向の軸心Ｃ１回りに回転自在な第一アーム３と、鉛直方向の軸心Ｃ２回りに回転自在な第二アーム４と、エンドエフェクタを鉛直方向の軸心回りに回転および姿勢変更のいずれか一方または両方を可能に支持するエンドエフェクタ作動機構７とを備える。第一アーム用アクチュエータ１１、第二アーム用アクチュエータ１２、およびエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータ１３，３１のうちの少なくとも一つのアクチュエータは、出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備する。【選択図】図１
2019063902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第一アームと、この第一アームを回転させる第一アーム用アクチュエータと、前記第一アームの先端に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第二アームと、この第二アームを回転させる第二アーム用アクチュエータと、前記第二アームの先端に設けられエンドエフェクタを鉛直方向の軸心回りに回転および姿勢変更のいずれか一方または両方を可能に支持するエンドエフェクタ作動機構と、このエンドエフェクタ作動機構を作動させるエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータとを備え、
前記第一アーム用アクチュエータ、前記第二アーム用アクチュエータ、および前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータのうちの少なくとも一つのアクチュエータは、出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備することを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記エンドエフェクタ作動機構は、前記第二アームの先端に設けられた基端側部材に対して先端側部材を姿勢変更させる回転２自由度機構と、この回転２自由度機構の前記先端側部材に設けられてエンドエフェクタを１軸方向に進退させる１軸直動機構とを有し、前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータは前記回転２自由度機構を作動させるものであり、このエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータに前記クラッチ機構が設けられている多関節ロボット。
【請求項３】
請求項２に記載の多関節ロボットにおいて、前記回転２自由度機構は、前記基端側部材である基端側のリンクハブに対し前記先端側部材である先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有するパラレルリンク機構であって、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータが設けられている多関節ロボット。
【請求項４】
前記エンドエフェクタに把持された物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する場合における、請求項２または請求項３に記載の多関節ロボットの操作方法であって、
前記第一アーム、前記第二アーム、および前記エンドエフェクタ作動機構を作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致し、かつ前記物品の先端が前記ワークの穴の入口付近に位置するように位置決めした後、前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータの前記クラッチ機構を遮断した状態で、前記１軸直動機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入する多関節ロボットの操作方法。
【請求項５】
請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記第一アーム、前記第二アーム、および前記エンドエフェクタ作動機構の少なくともいずれか一つを昇降させる昇降機構を有し、前記第一アーム用アクチュエータおよび前記第二アーム用アクチュエータに前記クラッチ機構が設けられている多関節ロボット。
【請求項６】
請求項５に記載の多関節ロボットにおいて、前記エンドエフェクタ作動機構の下方に、前記エンドエフェクタの作業対象となるワークを水平面に沿って一定方向に移動させるワーク搬送装置が設けられた多関節ロボット。
【請求項７】
前記エンドエフェクタに把持された物品を前記ワーク搬送装置で搬送されるワークの上向きの穴に挿入する場合における、請求項６に記載の多関節ロボットの操作方法であって、
前記第一アームおよび前記第二アームを作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致するように位置決めした後、前記第一アーム用アクチュエータおよび前記第二アーム用アクチュエータの各クラッチ機構を遮断した状態で、前記昇降機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入する多関節ロボットの操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種産業分野において物品の加工や移載、組立等に用いられる多関節ロボット、およびその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記多関節ロボットの一種で、水平方向にアームが動作する水平多関節ロボット、いわゆるスカラロボットがある（例えば特許文献１〜３）。他に、複数の回転関節を有し、人の腕に近い動作をするロボットアーム型の多関節ロボットもある（例えば特許文献４、５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１９８３５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８４７２６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０１８８号公報
【特許文献４】特開２００３−３１１６６７号公報
【特許文献５】特開２０１６−２０９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件出願人は、スカラロボットにおいて、図２１に示すように、第一アーム３と第二アーム４とを有し、第二アーム３の先端にパラレルリンク機構５を設けたものを提案している（特願２０１７−６５６０５）。パラレルリンク機構５は、回転機構３１０により軸心Ｏ３回りに回転可能、かつ昇降機構３１１により軸心Ｏ３に沿って昇降可能に設置されている。この提案の構成によると、パラレルリンク機構５に取り付けられたエンドエフェクタ３００を任意の角度に姿勢変更することが可能となり、エンドエフェクタ３００により複雑な作業を行うことができる。
【０００５】
しかし、上記提案の構成では、例えば、図２１に図示するように、エンドエフェクタ３００に把持された物品３０１を固定位置に設けられたワーク３０２の斜めの穴３０２ａに挿入するような作業が難しい。つまり、物品３０１を穴３０２ａに挿入するには、物品３０１の中心軸と穴３０２ａの中心軸とが一致するようにパラレルリンク機構５によりエンドエフェクタ３００の姿勢を保ちながら、エンドエフェクタ３００を物品３０１の中心軸および穴３０２ａの中心軸に沿って斜めに移動させる必要がある。そのためには、第一アーム３、第二アーム４、パラレルリンク機構５、回転機構３１０、および昇降機構３１１の動作を細かく制御しなければならず、制御が非常に難しい。
【０００６】
そこで本件出願人は、上記提案の構成に加えて、パラレルリンク機構５に１軸直動機構を搭載し、この１軸直動機構にエンドエフェクタ３００を取り付けることを試みた。１軸直動機構を設けると、第一アーム３、第二アーム４、パラレルリンク機構５、回転機構３１０、および昇降機構３１１は作動させずに、１軸直動機構でエンドエフェクタ３００を進退させるだけで、物品３０１をワーク３０２の穴３０２ａに挿入することができるため、制御が簡単になる。
【０００７】
前記スカラロボットに使用する１軸直動機構としては、軽量化、簡素化、および低コスト化のために、すべりねじ構造の採用を検討しているが、すべりねじ構造であると、そのすべりねじ部のガタの影響が懸念される。つまり、１軸直動機構による物品３０１の送り方向と、穴３０２ａの向きとにずれが生じることにより、物品３０１が穴３０２ａの内壁に当って、物品３０１を穴３０２ａにスムーズに挿入できない恐れがある。１軸直動機構としてすべりねじ構造を採用するには、上記ガタの影響について対策を講じる必要がある。
【０００８】
また、本件出願人は、ベルトコンベアによって搬送されるワークの上向きの穴に物品を挿入する作業を、スカラロボットを用いて行うことを試みている。具体的には、スカラロボットのいずれかの箇所に昇降機構を設け、この昇降機構により物品把持用のエンドエフェクタを下降させて、ベルトコンベア上のワークの穴に物品を挿入させるのである。しかし、ベルトコンベアによる搬送では、搬送時の振動によってワークが動くことがある。ワークが動くと、物品とワークの位置関係にずれが生じ、ワークの穴に物品を挿入させることができなくなる。
【０００９】
特許文献１に、スカラロボットを用いた物品の組立において、スカラロボットが把持した物品をワークに組み込む際のミスを無くすことができるロボット組立装置が提案されている。このロボット組立装置も、上記同様に、スカラロボットが把持したピン（物品）を、各アームを作動させて所定の平面視位置へ移動させた後、アームごとピンを下降させて、作業台上のワークの穴にピンを挿入する。この提案では、作業台を、水平面に沿ってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能としている。これにより、ワークの穴にピンを挿入する際に、ワークの穴とピンとの間にずれが生じている場合、ピンをＺ軸方向に下げて行くに従い、ワークがピンに倣って動くことで位置ずれを吸収することができる。
【００１０】
しかし、上記特許文献１の構成は、ピンに倣って作業台が動くように作業台を支持する機構が必要であるため、装置全体が高価になるという課題がある。
【００１１】
この発明の目的は、エンドエフェクタに把持された物品と固定位置に設けられたワークと接触させて行う作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく、精度良く行うことができる多関節ロボットを提供することである。
この発明の他の目的は、物品をワークの穴に挿入させる作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく行わせることができる上記多関節ロボットの操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の多関節ロボットは、支持体に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第一アームと、この第一アームを回転させる第一アーム用アクチュエータと、前記第一アームの先端に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第二アームと、この第二アームを回転させる第二アーム用アクチュエータと、前記第二アームの先端に設けられエンドエフェクタを鉛直方向の軸心回りに回転および姿勢変更のいずれか一方または両方を可能に支持するエンドエフェクタ作動機構と、このエンドエフェクタ作動機構を作動させるエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータとを備え、
前記第一アーム用アクチュエータ、前記第二アーム用アクチュエータ、および前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータのうちの少なくとも一つのアクチュエータは、出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備することを特徴とする。
【００１３】
この多関節ロボットは、常時は、前記クラッチ機構を接続状態としておく。この状態で、第一アームおよび第二アームを回転させてエンドエフェクタの平面視位置を変更し、かつエンドエフェクタ作動機構を作動させてエンドエフェクタの回転および姿勢変更のいずれか一方または両方を行いつつ、エンドエフェクタにより作業を行う。その際、エンドエフェクタに外力が加わった場合、第一アーム用アクチュエータ、第二アーム用アクチュエータ、およびエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータのうちの少なくとも一つのアクチュエータが具備するクラッチ機構を遮断状態にする。これにより、そのアクチュエータの回転駆動部へ逆入力トルクが伝達されないようなる。このため、クラッチ機構を具備するアクチュエータで動作させる動作対象、つまり第一アーム、第二アーム、およびエンドエフェクタ作動機構のいずれかが自由に動けるようになり、前記動作対象が固定されていることによる弊害を排除できる。
【００１４】
この発明において、前記エンドエフェクタ作動機構は、前記第二アームの先端に設けられた基端側部材に対して先端側部材を姿勢変更させる回転２自由度機構と、この回転２自由度機構の前記先端側部材に設けられてエンドエフェクタを１軸方向に進退させる１軸直動機構とを有し、前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータは前記回転２自由度機構を作動させるものであり、このエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータに前記クラッチ機構が設けられていてもよい。
【００１５】
この構成であると、エンドエフェクタ作動機構として、回転２自由度機構と１軸直動機構とを有するため、回転２自由度機構によりエンドエフェクタの姿勢を任意の角度にした状態で、１軸直動機構によりエンドエフェクタを１軸方向に進退させることができる。これにより、例えば、エンドエフェクタが把持した物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する作業を、１軸直動機構を作動させるだけで行うことができるため、制御が容易である。
【００１６】
エンドエフェクタの姿勢を変更する際には、エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータをクラッチ接続状態にして、回転２自由度機構を作動させる。エンドエフェクタの位置および姿勢が決まり、１軸直動機構を作動させて物品をワークの穴に挿入する際には、エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータをクラッチ遮断状態にして、同アクチュエータの回転駆動部へ逆入力トルクが伝達されないようにする。これにより、回転２自由度機構が、外力に応じて自由に動けるようなる。このため、１軸直動機構の構造上の問題で、物品の移動方向が穴の中心軸の方向に対して少しずれていたとしても、穴の内壁から受ける力に応じて回転２自由度機構が動くことにより前記ずれを吸収して、物品をワークの穴に挿入することができる。
このように１軸直動機構による送り方向の少しのずれを許容することができるため、１軸直動機構として、構造的に送り方向のずれが生じる可能性のある機構、例えばすべりねじ機構を使用することができる。すべりねじ機構は、比較的に軽量かつ簡素な構造であり、低コストで製作することができる。
【００１７】
前記回転２自由度機構は、前記基端側部材である基端側のリンクハブに対し前記先端側部材である先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有するパラレルリンク機構であってもよい。その場合、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータが設けられる。
【００１８】
パラレルリンク機構は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸回りに回転自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。このため、エンドエフェクタを任意の姿勢に変更することができる。また、パラレルリンク機構はコンパクトであるため、第一アームおよび第二アームにかかる負担が小さく、これらアームおよびその支持部の剛性を低く抑えることができる。３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構にエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータが設けられていると、先端側のリンクハブの姿勢を確定することができる。
【００１９】
この発明の第１の多関節ロボットの操作方法は、エンドエフェクタに把持された物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する場合における前記多関節ロボットの操作方法である。具体的には、前記第一アーム、前記第二アーム、および前記エンドエフェクタ作動機構を作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致し、かつ前記物品の先端が前記ワークの穴の入口付近に位置するように位置決めした後、前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータの前記クラッチ機構を遮断した状態で、前記１軸直動機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入する。
【００２０】
この多関節ロボットの操作方法によると、１軸直動機構によりエンドエフェクタを１軸方向に移動させて、エンドエフェクタに把持された物品をワークの穴に挿入する際に、クラッチ機構を遮断状態にして回転２自由度機構が自由に動けるようする。これにより、物品の移動方向が穴の中心軸の方向に対して少しずれていたとしても、穴の内壁から受ける力に応じて回転２自由度機構が動くことにより前記ずれを吸収して、物品をワークの穴に挿入することができる。
【００２１】
この発明において、前記第一アーム、前記第二アーム、および前記エンドエフェクタ作動機構の少なくともいずれか一つを昇降させる昇降機構を有し、前記第一アーム用アクチュエータおよび前記第二アーム用アクチュエータに前記クラッチ機構が設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によると、第一アームおよび第二アームを回転させてエンドエフェクタの平面視位置を決め、昇降機構によりエンドエフェクタを昇降させて作業を行う。第一アームおよび第二アームを回転作動させてエンドエフェクタの平面視位置を決めるときには、第一アーム用アクチュエータおよび第二アーム用アクチュエータの各クラッチ機構を接続状態とする。
例えば、エンドエフェクタが把持した物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する作業の場合、昇降機構によりエンドエフェクタを昇降させるとき、第一アーム用アクチュエータおよび第二アーム用アクチュエータの各クラッチ機構を遮断状態にして、アクチュエータの回転駆動部へ逆入力トルクが伝達されないようにする。これにより、第一アームおよび第二アームが自由に動けるようなる。このため、何らかの理由で物品の中心軸と穴の中心軸の平面視位置とが少しずれていたとしても、穴の内壁から受ける力に応じて第一アームおよび第二アームが動くことにより前記ずれを吸収して、物品をワークの穴に挿入することができる。
【００２３】
前記エンドエフェクタ作動機構の下方に、前記エンドエフェクタの作業対象となるワークを水平面に沿って一定方向に移動させるワーク搬送装置が設けられていてもよい。
ワーク搬送装置が設けられていると、ワークを作業位置まで効率良く送ることができるので、作業能率が向上する。前述のように、ワークの位置が作業位置から多少ずれていても、そのずれを吸収して作業を行うことができるため、ワーク搬送装置として、搬送精度がさほど要求されない比較的安価な装置、例えばベルトコンベア装置を使用することができる。
【００２４】
この発明の第２の多関節ロボットの操作方法は、エンドエフェクタに把持された物品を前記ワーク搬送装置で搬送されるワークの上向きの穴に挿入する場合における前記多関節ロボットの操作方法である。具体的には、前記第一アームおよび前記第二アームを作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致するように位置決めした後、前記第一アーム用アクチュエータおよび前記第二アーム用アクチュエータの各クラッチ機構を遮断した状態で、前記昇降機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入する。
【００２５】
この多関節ロボットの操作方法によると、昇降機構によりエンドエフェクタを下向きに移動させて、エンドエフェクタに把持された物品をワークの穴に挿入する際に、クラッチ機構を遮断状態にして第一アームおよび第二アームが自由に動けるようにする。これにより、物品の中心軸と穴の中心軸の方向とが少しずれていたとしても、穴の内壁からの受ける力に応じて第一アームおよび第二アームが動くことにより前記ずれを吸収して、物品をワークの穴に挿入することができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の多関節ロボットは、支持体に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第一アームと、この第一アームを回転させる第一アーム用アクチュエータと、前記第一アームの先端に設けられ鉛直方向の軸心回りに回転自在な第二アームと、この第二アームを回転させる第二アーム用アクチュエータと、前記第二アームの先端に設けられエンドエフェクタを鉛直方向の軸心回りに回転および姿勢変更のいずれか一方または両方を可能に支持するエンドエフェクタ作動機構と、このエンドエフェクタ作動機構を作動させるエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータとを備え、前記第一アーム用アクチュエータ、前記第二アーム用アクチュエータ、および前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータのうちの少なくとも一つのアクチュエータは、出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備するため、エンドエフェクタに把持された物品と固定位置に設けられたワークとを接触させて行う作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく、精度良く行うことができる。
【００２７】
この発明の第１の多関節ロボットの操作方法は、エンドエフェクタに把持された物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する場合における前記多関節ロボットの操作方法であって、前記第一アーム、前記第二アーム、および前記エンドエフェクタ作動機構を作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致し、かつ前記物品の先端が前記ワークの穴の入口付近に位置するように位置決めした後、前記エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータの前記クラッチ機構を遮断した状態で、前記１軸直動機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入することにより、物品をワークの穴に挿入させる作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく行わせることができる。
【００２８】
この発明の第２の多関節ロボットの操作方法は、エンドエフェクタに把持された物品を前記ワーク搬送装置で搬送されるワークの上向きの穴に挿入する場合における前記多関節ロボットの操作方法であって、前記第一アームおよび前記第二アームを作動させて、前記物品の中心軸が前記ワークの穴の中心軸と一致するように位置決めした後、前記第一アーム用アクチュエータおよび前記第二アーム用アクチュエータの各クラッチ機構を遮断した状態で、前記昇降機構を作動させて前記物品を前記ワークの穴に挿入することにより、物品をワークの穴に挿入させる作業を、物品とワークとの位置ずれの影響を受けることなく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成図である。
【図２】同多関節ロボットの平面図である。
【図３】同多関節ロボットのパラレルリンク機構と姿勢制御用アクチュエータの一部を省略して示す正面図である。
【図４】同パラレルリンク機構の一状態を示す正面図である。
【図５】同パラレルリンク機構の異なる状態を示す正面図である。
【図６】図３のVI−ＰＡ−VI断面図である。
【図７】同パラレルリンク機構の１つのリンク機構を直線で表現した図である。
【図８】（Ａ）は同多関節ロボットの姿勢制御用アクチュエータの主要部を断面で示す図、（Ｂ）はその部分拡大図、（Ｃ）は異なる状態の部分拡大図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】同多関節ロボットの１軸直動機構の断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】同１軸直動機構の右側面図である。
【図１３】（Ａ）同多関節ロボットの使用状態を示す概略構成図、（Ｂ）は同多関節ロボットの異なる状態を示す部分図である。
【図１４】この発明の第１の実施形態にかかる多関節ロボットの変形例の概略構成図である。
【図１５】この発明の第１の実施形態にかかる多関節ロボットの異なる変形例の概略構成図である。
【図１６】同多関節ロボットのパラレルリンク機構と姿勢制御用アクチュエータの一部を省略して示す正面図である。
【図１７】（Ａ）は図１６のXVII−ＰＡ−XVII断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図１８】（Ａ）はこの発明の第２の実施形態にかかる多関節ロボットの平面図、（Ｂ）はその正面図である。
【図１９】（Ａ）は同多関節ロボットの異なる状態を示す平面図、（Ｂ）はその正面図である。
【図２０】（Ａ）は同多関節ロボットのさらに異なる状態を示す平面図、（Ｂ）はその正面図である。
【図２１】提案の多関節ロボットの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面と共にこの発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態にかかる多関節ロボットの概略構成を示す図、図２はその平面図である。この多関節ロボット１は、天井面に固定の支持体２に設けられ鉛直方向の軸心Ｃ１回りに回転自在に支持された第一アーム３と、この第一アーム３の先端に鉛直方向の軸心Ｃ２回りに回転自在に支持された第二アーム４と、この第二アーム４の先端に鉛直方向の軸心Ｃ３回りに回転自在に支持されたパラレルリンク機構５と、このパラレルリンク機構５に搭載された１軸直動機構６とを備える。パラレルリンク機構５は、回転２自由度機構の一形態である。パラレルリンク機構５と１軸直動機構６とで、エンドエフェクタ作動機構７を構成する。
【００３１】
第一アーム３は、支持体２の内部に設置された第一アーム用アクチュエータ１１により軸心Ｃ１回りに回転させられる。第二アーム４は、第一アーム３の先端上面部に設置された第二アーム用アクチュエータ１２により軸心Ｃ２回りに回転させられる。これら第一アーム用アクチュエータ１１および第二アーム用アクチュエータ１２は、減速機付きのロータリアクチュエータである。
【００３２】
パラレルリンク機構５は、パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３によって軸心Ｃ３回りに回転させられ、かつ姿勢制御用アクチュエータ３１によって作動させられる。これらパラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３および姿勢制御用アクチュエータ３１は、請求項で言う「エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータ」に相当し、いずれも出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備する。
【００３３】
＜パラレルリンク機構＞
図３は、パラレルリンク機構５および姿勢制御用アクチュエータ３１を示す正面図である。これらパラレルリンク機構５と姿勢制御用アクチュエータ３１とでリンク作動装置３０を構成する。また、図４および図５は、パラレルリンク機構５だけを取り出して表わした図であり、互いに異なる状態を示している。なお、図３〜図５では、図１に示す設置状態と上下反転して示されている。
【００３４】
パラレルリンク機構５は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３を３組のリンク機構３４を介して姿勢変更可能に連結してなる。基端側のリンクハブ３２は請求項で言う「基端側部材」に相当し、先端側のリンクハブ３３は「先端側部材」に相当する。なお、図３では、１組のリンク機構３４のみが示されている。リンク機構３４の数は、４組以上であってもよい。
【００３５】
各リンク機構３４は、基端側の端部リンク部材３５、先端側の端部リンク部材３６、および中央リンク部材３７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ３２および先端側のリンクハブ３３に回転自在に連結されている。中央リンク部材３７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００３６】
パラレルリンク機構５は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６の各回転対偶、および端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図３）で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γ（図３）を持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００３７】
図６は図３のVI−ＰＡ−VI断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材３７と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６の形状ならびに位置関係も図６と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ３２（３３）と端部リンク部材３５（３６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材３５（３６）と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材３５（３６）と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。
【００３８】
３組のリンク機構３４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図７に示すように、各リンク部材３５，３６，３７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材３７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図７は、一組のリンク機構３４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構５は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ３２および基端側の端部リンク部材３５と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６との位置関係が、中央リンク部材３７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。
【００３９】
基端側のリンクハブ３２と先端側のリンクハブ３３と３組のリンク機構３４とで、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が直交２軸回りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ３２に対して先端側のリンクハブ３３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の可動範囲を広くとれる。
【００４０】
例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図６）と直角に交わる直線をリンクハブ３２，３３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図７）の最大値を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の旋回角φ（図７）を０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。
【００４１】
基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図４は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示し、図５は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが或る作動角をとった状態を示す。姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌ（図７）は変化しない。
【００４２】
各リンク機構３４が次の各条件を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ３２および基端側の端部リンク部材３５と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構５は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件１：各リンク機構３４におけるリンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：基端側の端部リンク部材３５と先端側の端部リンク部材３６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材３７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材３７の対称面に対して、中央リンク部材３７と端部リンク部材３５，３６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
【００４３】
図３〜図５に示すように、基端側のリンクハブ３２は、基端部材４０と、この基端部材４０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材４１とで構成される。基端部材４０は中央部に円形の貫通孔４０ａ（図３）を有し、この貫通孔４０ａの周囲に３個の回転軸連結部材４１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔４０ａの中心は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材４１には、軸心が基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと交差する回転軸４２（図４、図５）が回転自在に連結されている。この回転軸４２に、基端側の端部リンク部材３５の一端が連結される。
【００４４】
図６に示すように、前記回転軸４２は、２個の軸受４３を介して回転軸連結部材４１に回転自在に支持されている。軸受４３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受４３は、回転軸連結部材４１に設けられた内径孔４４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
【００４５】
回転軸４２には、この回転軸４２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材３５の一端と、後記軸直交型減速機７７の一構成要素である扇形のかさ歯車４５とが結合されている。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の一端に切欠き部４６が形成されており、この切欠き部４６の両側部分である内外の回転軸支持部４７，４８間に回転軸連結部材４１が配置される。かさ歯車４５は、内側の回転軸支持部４７の内側面に当接して配置される。そして、回転軸４２を内側から、かさ歯車４５に形成された貫通孔、内側の回転軸支持部４７に形成された貫通孔、軸受４３の内輪、外側の回転軸支持部４８に形成された貫通孔の順に挿通し、回転軸４２の頭部４２ａと回転軸４２のねじ部４２ｂに螺着したナット５０とで、かさ歯車４５、内外の回転軸支持部４７，４８、および軸受４３の内輪をそれぞれ挟み込んでこれらを互いに結合する。内外の回転軸支持部４７，４８と軸受４３との間にスペーサ５１，５２が介在させてあり、ナット５０の螺着時に軸受４３に予圧を付与する構成である。
【００４６】
基端側の端部リンク部材３５の他端には、回転軸５５が結合される。回転軸５５は、２個の軸受５３を介して中央リンク部材３７の一端に回転自在に連結されている。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の他端に切欠き部５６が形成されており、この切欠き部５６の両側部分である内外の回転軸支持部５７，５８間に中央リンク部材３７の一端が配置される。そして、回転軸５５を外側から、外側の回転軸支持部５８に形成された貫通孔、軸受５３の内輪、内側の回転軸支持部５７に形成された貫通孔の順に挿通し、回転軸５５の頭部５５ａと回転軸５５のねじ部５５ｂに螺着したナット６０とで、内外の回転軸支持部５７，５８、および軸受５３の内輪をそれぞれ挟み込んでこれらを互いに結合する。内外の回転軸支持部５７，５８と軸受５３との間にスペーサ６１，６２が介在させてあり、ナット６０の螺着時に軸受５３に予圧を付与する構成である。
【００４７】
図４、図５に示すように、先端側のリンクハブ３３は、先端部材７０と、この先端部材７０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材７１とで構成される。各回転軸連結部材７１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材７１には、軸心が先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと交差する回転軸７３が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ３３の回転軸７３に、先端側の端部リンク部材３６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材３６の他端には、中央リンク部材３７の他端に回転自在に連結された回転軸７５が連結される。先端側のリンクハブ３３の回転軸７３および中央リンク部材３７の回転軸７５は、それぞれ前記回転軸４２，５５と同様に、２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材７１および中央リンク部材３７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００４８】
図３に示すように、パラレルリンク機構５を作動させる姿勢制御用アクチュエータ３１は、前記基端部材４０に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ３１の出力軸３１ａは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと平行である。姿勢制御用アクチュエータ３１の数は、リンク機構３４と同数の３個である。
なお、この例では、リンク機構３４と同数の姿勢制御用アクチュエータ３１が設けられているが、３組のリンク機構３４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ３１が設けられていれば、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢を確定することができる。
【００４９】
姿勢制御用アクチュエータ３１の出力軸３１ａに取り付けたかさ歯車７６と基端側のリンクハブ３２の前記回転軸４２に取り付けられた前記扇形のかさ歯車４５とが噛み合っている。これら一対のかさ歯車７６，４５は、入力側軸と出力側軸とが互いに直交した軸直交型減速機７７を構成する。図６に示すように、姿勢制御用アクチュエータ３１および軸直交型減速機７７は、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５との回転対偶部よりも内径側に配置されている。
【００５０】
各姿勢制御用アクチュエータ３１を回転駆動することで、パラレルリンク機構５が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ３１を回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車７６，４５からなる軸直交型減速機７７を介して回転軸４２に伝達されて、基端側のリンクハブ３２に対する基端側の端部リンク部材３５の角度が変更する。それにより、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢が決まる。ここでは、軸直交型減速機７７が一対のかさ歯車７６，４５からなるが、その他に、ウォームギヤとピニオンギヤを用いた機構、ハイポイドギヤ（商標名）を用いた機構等であってもよい。
【００５１】
＜エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータ＞
パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３および姿勢制御用アクチュエータ３１として使用されるエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータについて、図８、図９と共に詳しく説明する。
図８に示すように、エンドエフェクタ作動機構用アクチュエータは、回転駆動部である駆動モータ１５０を有し、この駆動モータ１５０のモータ軸１５１に、キー１５２により筒状の入力軸１５３が連結されている。そして、入力軸１５３の先端に、軸受１５４を介して出力軸１５５が回転自在に支持されている。出力軸１５５は、円板状の端面部材１５５ａと、その背面に固定された背面側部材１５５ｂとからなる。出力軸１５５の背面側部材１５５ｂは、クロスローラ軸受１５６の内輪に結合されている。クロスローラ軸受１５６は、駆動モータ１５０のハウジングに外輪を固定して設けられている。
【００５２】
入力軸１５３から出力軸１５５への動力伝達経路には、クラッチ機構２３０および減速機構１６０が設けられている。
【００５３】
クラッチ機構２３０は、ブレーキ板２３１と、ブレーキ板２３１の外側面と軸方向で対向するアーマチェア２３２と、ブレーキ板２３１の内側面と軸方向で対向する摩擦板２３３と、アーマチェア２３２をブレーキ板２３１に押し付ける複数のブレーキばね２３４と、コイル２３５ａに通電することでアーマチェア２３２をブレーキばね２３４の弾力に抗してブレーキ板２３１から離反させる電磁石２３５とを備えた無励磁型電磁ブレーキである。
【００５４】
ブレーキ板２３１は、連結部材１６４の外周に回転不能に嵌め込まれている。連結部材１６４は、軸受１６５を介して入力軸１５１に回転自在に支持された部材である。摩擦板２３３と電磁石２３５とは、両者間に介在するスペーサ２３６によって所定の間隔が開けられている。
【００５５】
電磁石２３５のコイル２３５ａに通電されていないときには、図８（Ｂ）のように、ブレーキばね２３４がアーマチェア２３２をブレーキ板２３１に押し付けることにより、アーマチェア２３２に押されたブレーキ板２３１が摩擦板２３３に押し付けられる。電磁石２３５のコイル２３５ａに通電すると、図８（Ｃ）のように、電磁石２３５がアーマチェア２３２を吸引してブレーキばね２３４の弾力に抗して軸方向に移動させ、ブレーキ板２３１から離反させる。
【００５６】
上記構成であるクラッチ機構２３０は、コイル２３５ａに非通電であるときは、ブレーキ板２３１とこれに連結された連結部材１６４をロックして、回転不能に拘束する。すなわち、クラッチ接続状態となる。コイル２３５ａに通電すると、ブレーキ板２３１および連結部材１６４のロックを解除して、回転自在にする。すなわち、クラッチ遮断状態となる。
【００５７】
減速機構１６０は、楕円と真円の差動を利用した波動歯車機構からなる。具体的には、減速機構１６０は、入力軸１５１と回転伝達可能に連結されるウェイブジェネレータ（波動発生器）１６１と、このウェイブジェネレータ１６１の径方向外側に配されるサーキュラースプライン（剛性内歯歯車）１６２と、これらウェイブジェネレータ１６１およびサーキュラースプライン１６２の間に円筒部が挟まれるフレックススプライン（可撓性外歯歯車）１６３とからなる。
【００５８】
図９に示すように、ウェイブジェネレータ１６１は、径方向断面が楕円形のカム１６１ａの外周にボールベアリング１６１ｂの内輪を嵌合固定したもので、入力軸１５１の大径部に回転伝達可能に連結されている。
【００５９】
サーキュラースプライン１６２は、内周に歯が設けられた円環状の部品であり、図８に示すように、前記連結部材１６４に結合されている。前述のように、連結部材１６４はブレーキ板２３１に対して回転不能であるため、サーキュラースプライン１６２は、連結部材１６４を介してブレーキ板２３１に相対回転不能に連結されている。
【００６０】
フレックススプライン１６３は、金属弾性体で形成され、円筒部の外周にサーキュラースプライン１６２の内周の歯と噛み合う歯が設けられた薄肉カップ状の部品である。フレックススプライン１６３は、その蓋部で出力軸１５３の背面側部材１５５ｂに固定されている。
【００６１】
クラッチ機構２３０および減速機構１６０は、以下のように動作する。
クラッチ機構２３０のコイル２３５ａに通電されておらずクラッチ接続状態のとき、すなわち減速機構１６０のサーキュラースプライン１６２が回転不能に拘束された状態のときに、駆動モータ１５０から入力軸１５１に入力トルクが加えられると、まず、入力軸１５１と一体にウェイブジェネレータ１６１のボールベアリング１６１ｂの内輪が回転する。すると、ボールベアリング１６１ｂの外輪に円筒部の内周を押圧されたフレックススプライン１６３１が、弾性変形してサーキュラースプライン１６２との噛合位置を変えていく。これにより、フレックススプライン１６３がサーキュラースプライン１６２との歯数の差分だけ回転し、その回転が出力軸１５３に伝達される。
【００６２】
一方、クラッチ機構２３０のコイル２３５ａに通電されたクラッチ遮断状態のとき、すなわち減速機構１６０のサーキュラースプライン１６２が回転自在に解放された状態のときに、外部から出力軸１５３に逆入力トルクが加えられると、まず、出力軸１５３と一体にフレックススプライン１６３が回転する。すると、サーキュラースプライン１６２はフレックススプライン１６３と一体に（フレックススプライン１６３との噛合位置を変えることなく）回転する。このとき、フレックススプライン１６３とその内周に嵌め込まれたウェイブジェネレータ１６１のボールベアリング１６１ｂの外輪は、停止しているボールベアリング１６１ｂの内輪の外形に沿うように弾性変形しながら回転するので、入力軸１５１には回転が伝達されない。そして、サーキュラースプライン１６２を回転自在に解放すれば、逆入力トルクに対しては、入力軸１５１を増速させる動作を行わなくなって、サーキュラースプライン１６２を回転不能に拘束している場合に比べて回転トルクが大幅に低減されるので、出力側から出力軸１５３を容易に回転させることができる。
【００６３】
したがって、通常運転時（電磁石２３５のコイル２３５ａに非通電の状態）は減速機構１６０によって高い減速率が得られる。また、駆動モータ１５０を停止中、電磁石２３５のコイル２３５ａに通電すると、出力軸１５３に逆入力トルクが加えられた場合、その逆入力トルクの大きさに応じて、エンドエフェクタ動作機構であるパラレルリンク機構５が動作する。すなわち、パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３がクラッチ遮断状態となることでパラレルリンク機構５が軸心Ｃ３回りに回転自在となり、また姿勢制御用アクチュエータ３１がクラッチ遮断状態となることで先端側のリンクハブ３３が自由に姿勢変更可能となる。
【００６４】
駆動モータ１５０の外側面には、駆動モータ１５０の回転速度を検出する入力側エンコーダ１７０が取り付けられている。また、出力軸１５５の背面側部材１５５ｂの外周に嵌合固定されたエンコーダディスク１７１ａと、クロスローラ軸受１５６の外輪の外側面に固定された検出部１７１ｂとで、出力側エンコーダ（アブソリュートエンコーダ）１７１を構成している。
【００６５】
このように入力側エンコーダ１７０および出力側エンコーダ１７１を設けることにより、出力側から出力軸１５５を回転させた後も、出力軸１５５の回転方向位置を正確に検出することができる。それにより、次回に駆動モータ１５０を回転駆動するときに、出力軸１５５を精度良く位置決めすることが可能である。
【００６６】
エンドエフェクタ動作用アクチュエータはフランジ部１５８の貫通孔１５８ａに挿通したボルトにより、外部部材に固定される。パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３の場合、外部部材が第二アーム４（図１）であり、出力軸１５５の端面部材１５５ａにパラレルリンク機構５の基端部材４０（図３）が固定される。また、姿勢制御用アクチュエータ３１の場合、外部部材が基端部材４０であり、出力軸１５５の端面部材１５５ａにかさ歯車７６（図３）が取り付けられる。この場合、出力軸１５５が、姿勢制御用アクチュエータ３１の出力軸３１ａである。
【００６７】
＜１軸直動機構＞
図１において、前記１軸直動機構６は、パラレルリンク機構５の先端側のリンクハブ３３に、直動方向が先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと一致するように取り付けられている。１軸直動機構６としては、例えばすべりねじ構造のものが使用される。
【００６８】
図１０〜図１２にすべりねじ構造からなる１軸直動機構の一例を示す。図１０は１軸直動機構の断面図、図１１は図１０のXI−XI断面図、図１２は同１軸直動機構の右側面図である。なお、図１０は図１１のＸ−Ｏ４−Ｘ断面を示している。
【００６９】
この１軸直動機構６は、中空モータ１０１の回転を直線運動に変換して、スライド軸１０２を軸方向に進退させる。１軸直動機構６は、前記中空モータ１０１、ナット１０３、前記スライド軸１０２、一対の係止体１０４，１０５、および回転検出手段１０６を備える。
【００７０】
中空モータ１０１は、固定子１１０と、コイル１１１と、永久磁石１１２と、回転子となる中空軸１１３とで構成される。コイル１１１への通電は、図示しない制御装置により制御される。
【００７１】
固定子１１０は、この１軸直動機構６のハウジングをなすものであり、軸方向中央部の固定子本体１１４と、この固定子本体１１４の一方の端面に固定されたフランジ形成部材１１５と、固定子本体１１４およびフランジ形成部材１１５の端面にそれぞれ固定された一対の蓋１１６，１１７との組合せからなる。フランジ形成部材１１５および蓋１１６は固定ボルト１１８によって固定子本体１１４に固定され、蓋１１７は固定ボルト１１９によって固定子本体１１４に固定されている。
【００７２】
フランジ形成部材１１５は外周にフランジ部１１５ａを有し、このフランジ部１１５ａに、１軸直動機構６を他の機器に取り付けるための貫通孔１２０が設けられている。
また、蓋１１６，１１７の内周部は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２１，１２２とされている。これらラジアル軸受部１２１，１２２は、樹脂でできている。
【００７３】
中空モータ１０１は、前記固定子本体１１４の内周に前記コイル１１１が配置され、このコイル１１１の内周に対向して前記永久磁石１１２が配置されている。永久磁石１１２は、前記中空軸１１３の外周面に固定されている。中空軸１１３の両端部は、フランジ形成部材１１５および固定子本体１１４にそれぞれ設置された一対の転がり軸受１２３，１２４によって回転自在に支持されている。
【００７４】
ナット１０３は、中空軸１１３の内径部に固定されている。ナット１０３の軸方向一端側（図１０の左側）には雌ねじ１２５が形成され、軸方向他端側（図１０の右側）は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２６とされている。例えば、ナット１０３は樹脂製とされ、インサート成形により金属製の中空軸１１３と一体化されている。ナット１０３の外周面に設けられた凸部１０３ａが中空軸１１３の内周面に食い込んだ形状とされており、ナット１０３と中空軸１１３とが強固に一体化されている。
【００７５】
ナット１０３、および蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２に用いる樹脂材としては、スライド軸１０２との優れた摺動性を有し、かつスライド軸１０２を構成する金属よりも硬度が低いことが求められる。このような要求を満たす樹脂材としては、例えばフッ素系樹脂組成物や超高分子量ポリエチレン樹脂組成物等が挙げられる。
【００７６】
フッ素系樹脂組成物は、フッ素系樹脂を主成分とする。フッ素系樹脂としては、ポリテトラルオロエチレン樹脂（略称ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（略称ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（略称ＰＦＥ）、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、ポリクロロトリフルエチレン樹脂、エチレン‐クロロフルオロエチレン共重合体樹脂等が挙げられる。これらは、それぞれ単独もしくは、上記フッ素系樹脂のモノマーの例えば１：１０から１０：１の重合割合で、２種以上の共重合体や３元共重合体等からなる樹脂であってもよい。
【００７７】
スライド軸１０２は、ハウジングをなす固定子１１０よりも軸方向に長い軸であって、外周の軸方向両端間にわたって雄ねじ１２７が形成されている。この雄ねじ１２７は、ナット１０３の雌ねじ１２５に螺合している。
【００７８】
また、スライド軸１０２の外周には、軸方向両端間に軸方向に延びる回り止め溝１２８が形成されている。つまり、雄ねじ１２７と回り止め溝１２８は軸方向の同じ箇所に形成されており、雄ねじ１２７の周方向の一部分が回り止め溝１２８によって切り欠かれた状態となっている。図の例では、回り止め溝１２８の数が一つであるが、円周方向に分散して複数あってもよい。
【００７９】
係止体１０４，１０５は、それぞれ固定ボルト１３０，１３０により蓋１１６，１１７に固定され、その先端がスライド軸１０２の回り止め溝１２８内に挿入されている。これにより、スライド軸１０２が回り止めされる。回り止め溝１２８と係止体１０４，１０５とで、前記回り止め機構を構成する。回り止め機構は、他の構成であってもよい。例えば、回り止め溝１２８内をボールが転動する構成としてもよい。
【００８０】
回転検出手段１０６は、中空軸１１３に設けられた磁気エンコーダ１３１と、固定子本体１１４に設けられた磁気センサ１３２とからなり、これら磁気エンコーダ１３１および磁気センサ１３２が互いに軸方向に対向している。磁気センサ１３２は、前記制御装置に接続されている。
【００８１】
この１軸直動機構６は上記構成であって、次のように動作する。
制御装置（図示せず）の制御により、コイル１１１が通電されると、中空モータ１０１の中空軸１１３が回転し、この中空軸１１３に設けられたナット１０３が回転する。このナット１０３に螺合したスライド軸１０２も回転しようとするが、スライド軸１０２は、回り止め溝１２８に係合した係止体１０４，１０５により回り止めされているため回転できずに、軸方向に進退する。中空軸１１３の回転は回転検出手段１０６に検出され、その検出信号が制御装置に送られる。
【００８２】
スライド軸１０２の雄ねじ１２７と回り止め溝１２８とが軸方向の同じ箇所に形成されているため、スライド軸１０２の軸方向長さを長くすることなく、十分な長さのストロークを得ることができる。また、固定子１１０の蓋１１６，１１７およびナット１０３にラジアル軸受部１２１，１２２，１２６が設けられているため、スライド軸１０２を支持するための軸受を別途に設ける必要がなく、その分だけ１軸直動機構６を軸方向にコンパクトに構成できる。
【００８３】
ナット１０３のラジアル軸受部１２６だけでも、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持することができるが、固定子１１０にもラジアル軸受部１２１，１２２を設けることで、スライド軸１０２の支持が安定する。追加のラジアル軸受部１２１，１２２を固定子１１０に設けることにより、１軸直動機構６の軸方向長さを変えることなく、スライド軸１０２の支持の安定化を図れる。
【００８４】
ナット１０３が樹脂製であるため、スライド軸１０２に対する摺動性が良い。具体的には、ナット１０３の雌ねじ１２５とスライド軸１０２の雄ねじ１２７との摺動性が良く、かつナット１０３のラジアル軸受部１２６とスライド軸１０２の外周面（雄ねじ１２７のねじ山）との摺動性が良い。同様に、蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２も樹脂製であるため、これらラジアル軸受部１２１，１２２とスライド軸１０２の外周面との摺動性も良い。このため、上記各摺動部に潤滑材を供給しなくてもよく、１軸直動機構６の全体構成を簡略にすることができる。
【００８５】
さらに、スライド軸１０２の回り止めをする二つの係止体１０４，１０５が、固定子における１１０における軸方向両端にそれぞれ設けられている。このように、軸方向に離れた複数の係止体１０４，１０５でスライド軸１０２の回り止めをすることにより、ナット１０３の回転方向が反転するときなどにガタが生じ難く、安定した動作を行うことができる。
【００８６】
スライド軸１０２の一端には、エンドエフェクタ取付部材１４０が設けられる。エンドエフェクタ取付部材１４０は、エンドエフェクタ取付用のねじ孔１４１を有し、固定ボルト１４２によってスライド軸１０２に固定される。また、スライド軸１０２の他端には、抜け止め用部材１４２が固定ボルト１４３によって固定されている。
【００８７】
この１軸直動機構６は、フランジ部１１５ａの貫通孔１２０に挿通したボルトによって、パラレルリンク機構５の先端部材７０に固定される。そして、エンドエフェクタ取付部材１４０に、作業内容に応じたエンドエフェクタが取り付けられる。
【００８８】
＜操作方法＞
次に、この多関節ロボット１の操作方法を、エンドエフェクタに把持された物品を固定位置に設けられたワークの穴に挿入する場合を例にとって説明する。図１３（Ａ），（Ｂ）は、エンドエフェクタ取付部材１４０に物品把持用のエンドエフェクタ３００を取り付け、このエンドエフェクタ３００で円柱状の物品３０１を把持し、その物品３０１を斜め姿勢で設置されたワーク３０２の円筒状の穴３０２ａに挿入する作業を示している。穴３０２ａの内径は、物品３０１の外径よりも少しだけ大きい。
【００８９】
この場合の多関節ロボット１の操作方法としては、まず図１３（Ａ）のように、第一アーム３および第二アーム４を回転させてエンドエフェクタ３００の平面視位置を決めるとともに、パラレルリンク機構５を作動させてエンドエフェクタ３００の姿勢を決める。エンドエフェクタ３００の姿勢は、軸心Ｃ３回りの回転位置と、先端側のリンクハブ３３の姿勢とによって決められる。具体的には、物品３０１の先端をワーク３０２の穴３０２ａの出口付近に位置させ、かつ多関節ロボット１の制御上で計算によって求められる物品３０１の中心軸を実際の穴３０２ａの中心軸に一致させる。パラレルリンク機構５によりエンドエフェクタ３００の姿勢を決めるとき、パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３および姿勢制御用アクチュエータ３１はクラッチ接続状態になっている。
【００９０】
エンドエフェクタ３００の位置および姿勢が決まると、図１３（Ｂ）のように、１軸直動機構６によりエンドエフェクタ３００を移動させて、物品３０１をワーク３０２の穴３０２ａに挿入する。その際、パラレルリンク機構回転用アクチュエータ１３および姿勢制御用アクチュエータ３１をクラッチ遮断状態にして、これらアクチュエータ１３，３１の駆動モータ１５０へ逆入力トルクが伝達されないようにする。これにより、パラレルリンク機構５が、外力に応じて自由に動けるようなる。このため、１軸直動機構６の構造上の問題で、物品３０１の中心軸Ｄ１が穴３０２ａの中心軸Ｄ２に対して少しずれていたとしても、穴３０２ａの内壁から受ける力に応じてパラレルリンク機構５が動くことにより前記ずれを吸収して、物品３０１をワーク３０２の穴３０２ａに挿入することができる。
【００９１】
このように、この多関節ロボット１は、パラレルリンク機構５によりエンドエフェクタ３００の姿勢を決めた状態で、１軸直動機構６によりエンドエフェクタ３００を１軸方向に進退させるため、エンドエフェクタ３００が把持した物品３０１を固定位置に設けられたワーク３０２の穴３０２ａに挿入するという難しい作業を、１軸直動機構６を作動させるだけで行うことでき、制御が容易である。
【００９２】
また、１軸直動機構６による送り方向の少しのずれを許容することができる。このため、１軸直動機構６として、この実施形態のように、構造的に送り方向のずれが生じる可能性があるすべりねじ機構を使用することができる。すべりねじ機構は、比較的に軽量かつ簡素な構造であり、低コストで製作することができる。
【００９３】
［第１の実施形態の変形例１］
図１４は、前記実施形態に対して、第一アーム３を昇降させる昇降機構８が設けられた多関節ロボット１を示す。昇降機構８は、天井面に支持体１８０を固定し、この支持体１８０に直動アクチュエータ１８１をその進退方向が鉛直方向となるように設け、この直動アクチュエータ１８１に昇降部材１８２を固定してある。そして、昇降部材１８２に、第一アーム３が鉛直方向の軸心Ｃ１回りに回転自在に支持されている。第一アーム回転用アクチュエータ１１は、昇降部材１８２の内部に設けられている。
なお、昇降機構８は、カバー１８３によって覆われている。カバー１８３は、天井面に固定された固定部１８３ａと、前記昇降部材１８２に取り付けられ固定部材１８３に対して上下に摺動する昇降部１８３ｂとからなる。
【００９４】
このように昇降機構８を設けると、エンドエフェクタの上下位置を任意に変えることができるため、多関節ロボット１の作業用途が広がる。他は、前記実施形態と同じである。
【００９５】
［第１の実施形態の変形例２］
図１５は、前記実施形態とはリンク作動装置３０の構成が異なる多関節ロボット１を示す。以下、前記実施形態と構成が異なる箇所についてのみ説明し、構成が同じ箇所については、図面に前記実施形態と同一符号を付して表し、その説明を省略する。
【００９６】
図１６はパラレルリンク機構と姿勢制御用アクチュエータの一部を省略して示す正面図である。この実施形態のリンク作動装置３０も、前記実施形態と同様に、パラレルリンク機構５と姿勢制御用アクチュエータ３１とからなる。また、パラレルリンク機構５は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が３組のリンク機構３４を介して姿勢変更可能に連結されている。この実施形態のリンク作動装置３０が前記実施形態と異なる点は、後述するように、各姿勢制御用アクチュエータ３１が、その出力軸３１ａを基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の回転対偶部の回転軸２２と軸心を一致させて配置されていることである。
【００９７】
図１７（Ａ）は図１６のXVII−ＰＡ−XVII断面図、図１７（Ｂ）はその部分拡大図である。基端側のリンクハブ３２の各回転軸連結部材２１に回転軸２２が回転自在に支持され、この回転軸２２に基端側の端部リンク部材３５の一端が連結されている。この実施形態の回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。軸受２３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受２３は、回転軸連結部２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定されている。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
【００９８】
回転軸２２は、大径部２２ａで姿勢制御用アクチュエータ３１の出力軸３１ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材３５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材３５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材３５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材３５と姿勢制御用アクチュエータ３１の出力軸３１ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット８０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ８１，８２を介在させてあり、ナット８０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。
【００９９】
姿勢制御用アクチュエータ３１は、前記回転軸２２と同軸上に設置され、モータ固定部材８３により基端側のリンクハブ３２の基端部材２０の上面に固定されている。この姿勢制御用アクチュエータ３１も、前記同様に、図８に示す構成のエンドエフェクタ動作機構用アクチュエータである。
【０１００】
図１７（Ｂ）において、出力軸３１ａの先端面は、出力軸３１ａの中心線と直交する平面状のフランジ面８４となっている。出力軸３１ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材３５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。前記回転軸２２の大径部２２ａが、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の回転対偶部を構成し、この大径部２２ａが、出力軸３１ａに設けられた内径溝８７に嵌っている。
【０１０１】
この実施形態のリンク作動装置３０を用いた場合も、前記実施形態のリンク作動装置３０を用いた場合と同様の作用・効果が得られる。
また、エンドエフェクタ作動機構としては、エンドエフェクタの姿勢を変更することが可能であれば、パラレルリンク機構５以外の回転２自由度機構を採用してもよい。
【０１０２】
［第２の実施形態］
図１８は第２の実施形態にかかる多関節ロボットの平面図と正面図である。この多関節ロボット２０１は、地面に固定の支持体２０２に設けられた昇降機構２０８と、この昇降機構２０８に支持され鉛直方向の軸心Ｃ１回りに回転自在に支持された第一アーム２０３と、この第一アーム２０３の先端に鉛直方向の軸心Ｃ２回りに回転自在に支持された第二アーム２０４と、この第二アーム２０４の先端に設けられ鉛直方向の軸心Ｃ３回りにエンドエフェクタを回転させるエンドエフェクタ作動機構としてのエンドエフェクタ回転機構２０５とを備える。エンドエフェクタ回転機構２０５から下方に延びる回転軸の先端に、物品把持用のエンドエフェクタ３００が取り付けられている。
【０１０３】
第一アーム２０３は、支持体２０２の内部に設置された第一アーム用アクチュエータ２１１により軸心Ｃ１回りに回転させられる。第二アーム２０４は、第一アーム２０３の先端上面部に設置された第二アーム用アクチュエータ２１２により軸心Ｃ２回りに回転させられる。これら第一アーム用アクチュエータ２１１および第二アーム用アクチュエータ２１２は、第１の実施形態におけるエンドエフェクタ作動機構用アクチュエータと同様の図８、図９に示す構成のものであり、出力側に加えられた逆入力トルクの回転駆動部への伝達を遮断可能なクラッチ機構を具備する。
【０１０４】
エンドエフェクタ回転機構２０５の下方には、ワーク３０２を水平面に沿って一定方向に移動させるワーク搬送装置２２０が設けられている。ワーク搬送装置２２０は、例えばベルトコンベア装置である。ワーク搬送装置２２０には、所定の間隔でワーク載せ台２２１が設けられ、このワーク載せ台２２１に載せられたワーク３０２を搬送する。ワーク３０２は、複数本の位置決めピン２２２によりワーク載せ台２２１の上に位置決めされる。
【０１０５】
＜操作方法＞
この多関節ロボット１の操作方法を、図１９、図２０に示すように、エンドエフェクタ３００に把持された物品３０１をワーク搬送装置２２０で搬送されるワーク３０２の上向きの穴３０２ａに挿入する場合を例にとって説明する。物品３０１は円柱状で、ワーク３０２の穴３０２ａは、内径が物品３０１の外径よりも少しだけ大きい円筒状である。
【０１０６】
作業時には、第一アーム２０３および第二アーム２０４を回転作動させて、エンドエフェクタ３００を所定の作業位置の上方で待機させる。その際、エンドエフェクタ３００に把持されたが物品３０１の中心軸が、所定の作業位置Ｐにあるワーク３０２の穴３０２ａの中心軸と一致するように位置決めする。第一アーム２０３および第二アーム２０４によりエンドエフェクタ３００の平面視位置を決めるとき、第一アーム回転用アクチュエータ２１１および第二アーム回転用アクチュエータ２１２はクラッチ接続状態になっている。
【０１０７】
その後、図１９のように、ワーク３０２が作業位置まで搬送されてくると、そこで搬送を停止する。次いで、第一アーム用アクチュエータ２１１および第二アーム用アクチュエータ２１２をクラッチ遮断状態してから、昇降機構２０８を作動させて、第一アーム２０３および第二アーム２０４ごとエンドエフェクタ３００を下降させ、物品３０１をワーク３０２の穴３０２ａに挿入する。
【０１０８】
前述したように、物品３０１の中心軸がワーク３０２の穴３０２ａの中心軸と一致するように位置決めされているが、実際には、図１９に図示されているように、ワーク搬送装置２２０の振動等により物品３０１とワーク３０２の穴３０２ａの位置がずれる場合がある。しかし、第一アーム用アクチュエータ２１１および第二アーム用アクチュエータ２１２がクラッチ遮断状態であり、第一アーム２０３および第二アーム２０４が自由に動ける。このため、物品３０１の中心軸と穴３０２ａの中心軸とが少しずれていたとしても、図２０のように、穴３０２ａの内壁からの受ける力に応じて第一アーム２１１および第二アーム２１２が動くことにより前記ずれを吸収して、物品３０１をワーク３０２の穴３０２ａに挿入することができる。
【０１０９】
このように、ワーク３０２の位置が作業位置から多少ずれていても、そのずれを吸収して作業を行うことができる。このため、ワーク搬送装置２２０として、ワーク３０２の位置に対してさほど精度が要求されない比較的安価の装置、例えばベルトコンベア装置を使用することができる。
【０１１０】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１１】
１…多関節ロボット
３…第一アーム
４…第二アーム
５…パラレルリンク機構（回転２自由度機構）
６…１軸直動機構
７…エンドエフェクタ動作機構
１１…第一アーム回転用アクチュエータ
１２…第二アーム回転用アクチュエータ
１３…パラレルリンク機構回転用アクチュエータ（エンドエフェクタ動作機構用アクチュエータ）
３１…姿勢制御用アクチュエータ（エンドエフェクタ動作機構用アクチュエータ）
３２…基端側のリンクハブ
３３…先端側のリンクハブ
３４…リンク機構
３５…基端側の端部リンク部材
３６…先端側の端部リンク部材
３７…中央リンク部材
１５０…駆動モータ（回転駆動部）
２０３…第一アーム
２０４…第二アーム
２０８…昇降機構
２１１…第一アーム回転用アクチュエータ
２１２…第二アーム回転用アクチュエータ
２３０…クラッチ機構
３００…エンドエフェクタ
３０１…物品
３０２…ワーク
３０２ａ…穴
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…鉛直方向の軸心
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2019063902.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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