(57)【要約】【課題】移動部としてのアーム１２の位置決め精度を高めることなく、簡単な制御でワーク１の挿入作業を行える構成を実現する。【解決手段】制御装置１４は、アーム１２を、把持部としてのハンド１１に把持されたワーク１を相手部材２に押し付けた状態で、ワーク１の挿入位置としての挿入孔３を含む所定範囲としての探索範囲内で移動させる。接続部としてのバネ部１３は、ハンド１１に把持されたワークが挿入孔３と一致していない状態ではハンド１１をアーム１２に追従して移動させる。一方、バネ部１３は、ハンド１１に把持されたワーク１が挿入孔３と一致した状態では、アーム１２が探索範囲４内でハンド１１に対して相対移動可能とする。【選択図】図１
2015083324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持可能な把持部と、
前記把持部に把持されたワークを相手部材に向けて押し付ける押し付け部と、
前記把持部を移動させる移動部と、
前記移動部を、前記把持部に把持されたワークを相手部材に押し付けた状態で、ワークの挿入位置を含み、前記押し付け部による押し付け方向と直交する仮想平面上の所定範囲内で移動させる制御部と、
前記把持部に把持されたワークが前記挿入位置と一致していない状態では前記把持部を前記移動部に追従して移動させ、前記把持部に把持されたワークが前記挿入位置と一致した状態では、前記移動部が前記所定範囲内で前記把持部に対して相対移動可能に、前記把持部と前記移動部とを接続する接続部と、を備えた、
ことを特徴とするワーク挿入装置。
【請求項２】
前記接続部は、前記把持部と前記移動部との間に設けられた弾性部材であり、前記押し付け部を兼ねる、
ことを特徴とする、請求項１に記載のワーク挿入装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記移動部に所定の動作をさせた後、前記把持部によるワークの把持を解除する、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のワーク挿入装置。
【請求項４】
前記把持部は、把持を解除したワークを相手部材に向けて付勢する付勢手段を有する、
ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載のワーク挿入装置。
【請求項５】
前記把持部を、前記押し付け方向と平行な回転軸を中心に回動させる回動駆動部を有する、
ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載のワーク挿入装置。
【請求項６】
前記把持部の回転軸上に配置され、前記回動駆動部の駆動を増速して前記把持部に伝達する増速手段を有する、
ことを特徴とする、請求項５に記載のワーク挿入装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１項に記載のワーク挿入装置を備えてワークを挿入す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、機械部品の組立作業、特にワークを相手部材の挿入孔に挿入する作業を行うワーク挿入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アーム（移動部）の先端に設けられたハンド（把持部）で把持した例えば棒状のワークを、相手部材の挿入孔に自動で挿入する組立作業ロボット（ワーク挿入装置）がある。このようなロボットは、例えば、ハンドで把持したワークを相手部材に押し付けながら、このワークを挿入する挿入孔（挿入位置）を探索する。この探索方法として、探索範囲内で探索方向を変化させて挿入位置を探索し、ワークを相手部材に押し付ける圧力の変化をセンサで検出することで挿入位置を探索する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、アームの先端に力・モーメントセンサを備え、アーム先端が外力に対して柔軟に動作する制御機構を持ち、探索中の力・モーメントを検出し、そのモーメントを減少させる方向へアームを移動させるロボットも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６７６５１号公報
【特許文献２】特開２００９−６１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１、２に記載された構成の場合、挿入位置を探索するためにセンサを用いているため、センサからデータを取り込み、判定するなどの処理が必要であり、更にデータの変化位置でロボットの動作を止めるなどの複雑な制御が求められる。また、センサにより探索した位置と実際の挿入位置とのズレを極力小さくしなければ、ワークを挿入孔に確実に挿入できないため、アームの位置決め精度を高める必要がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、移動部の位置決め精度を高めることなく、簡単な制御でワークの挿入作業を行え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】
【０００７】
本発明は、ワークを把持可能な把持部と、前記把持部に把持されたワークを相手部材に向けて押し付ける押し付け部と、前記把持部を移動させる移動部と、前記移動部を、前記把持部に把持されたワークを相手部材に押し付けた状態で、ワークの挿入位置を含み、前記押し付け部による押し付け方向と直交する仮想平面上の所定範囲内で移動させる制御部と、前記把持部に把持されたワークが前記挿入位置と一致していない状態では前記把持部を前記移動部に追従して移動させ、前記把持部に把持されたワークが前記挿入位置と一致した状態では、前記移動部が前記所定範囲内で前記把持部に対して相対移動可能に、前記把持部と前記移動部とを接続する接続部と、を備えた、ことを特徴とするワーク挿入装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の場合、ワークが挿入位置と一致していない状態で把持部を移動部に追従して移動させ、一致した状態で移動部が把持部に対して相対移動可能とする接続部を有する。このため、ワークが挿入位置と一致していない状態では、ワークが挿入位置を含む所定範囲内で移動し、この移動中にワークが挿入位置と一致する。このとき、移動部が把持部に対して相対移動可能であるため、ワークが挿入位置と一致してもワークが挿入位置と一致した状態が維持される（位置決めされる）。この結果、移動部の位置決め精度を高めることなく、簡単な制御でワークの挿入作業を行える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るワーク挿入装置の模式図。
【図２】第１の実施形態に係る挿入位置の探索範囲を示す模式図。
【図３】第１の実施形態に係るワークの挿入動作の流れを示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態に係るワークの挿入動作を順に示す模式図。
【図５】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、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図６】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７】（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自由度のジョイント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８】第２の実施形態のパラレルリンクロボットを、図６（ａ）とは別の角度からみた斜視図。
【図９】第２の実施形態の第４モータによる回動部の駆動状態の３例を示す、パラレルリンクロボットの一部を省略した平面図。
【図１０】第２の実施形態の出力部材に設けられた増速回転機構周りの構成を、一部を切断して示す斜視図。
【図１１】同じく出力部材に設けられた増速回転機構の断面図。
【図１２】増速回転機構を構成する遊星歯車機構を示す平面図。
【図１３】第２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１４】第２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１５】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１６】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１７】第３の実施形態のパラレルリンクロボットを、図１６（ａ）とは別の角度からみた斜視図。
【図１８】第３の実施形態の第４モータによる回動部の駆動状態の３例を示す、パラレルリンクロボットの一部を省略した平面図。
【図１９】第３の実施形態の出力部材に設けられた増速回転機構周りの構成を、一部を切断して示す斜視図。
【図２０】同じく出力部材に設けられた増速回転機構の断面図。
【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４を用いて説明する。まず、本実施形態のワーク挿入装置（組立作業ロボット）１０の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１１】
［ワーク挿入装置の構成］
本実施形態のワーク挿入装置１０は、図１に示すように、把持部としてのハンド１１と、移動部としてのアーム１２と、押し付け部としてのバネ部１３と、制御部としての制御装置１４とを備える。ハンド１１は、例えば棒状のワーク１を把持可能な把持部であり、ワーク１を把持する方向に移動可能な複数の把持部材としてのフィンガー１１ａを有する。即ち、複数（本実施形態では２本）のフィンガー１１ａは、互いに近接又は離間可能に設けられている。ハンド１１は、一対のフィンガー１１ａが互いに近づくように移動することで、一対のフィンガー１１ａ同士の間でワーク１を挟持（把持）する。一方、この状態から一対のフィンガー１１ａが互いに離れるように移動することで、ワーク１の把持の解除（開放）を行なう。なお、フィンガー１１ａは、３本以上により構成しても良い。
【００１２】
このようなハンド１１は、例えば空気圧、油圧などの流体の圧力により駆動される不図示の駆動機構を有し、この駆動機構により、フィンガー１１ａを上述のように移動させる。なお、駆動機構は、電動モータなどの他のアクチュエータとしても良い。また、このような駆動機構は、後述する制御装置１４から送られる制御命令に従って駆動される。即ち、ハンド１１は、制御装置１４からの指令によりワーク１の把持及び開放を行う。
【００１３】
アーム１２は、ハンド１１を移動させる移動部であり、不図示の電動モータなどの駆動源により駆動される。このようなアーム１２は、ハンド１１に把持したワーク１を、相手部材（被対象物）２に設けられた挿入孔３に挿入（或いは嵌合）する方向及び、この挿入方向に直交する方向に移動可能である。即ち、アーム１２は、ハンド１１に把持したワークを、図２に示すＸ方向及びＹ方向（挿入方向に直交する方向）、Ｚ方向（挿入方向）に移動可能である。本実施形態では、Ｚ方向を鉛直方向、Ｘ、Ｙ方向を水平方向としている。
【００１４】
バネ部１３は、コイルスプリングにより構成され、ハンド１１に把持されたワーク１を相手部材２に向けて押し付ける押し付け部であり、ハンド１１とアーム１２との間に配置される。後述するように、ワーク１の挿入位置（挿入孔３）の探索動作を行うべく、アーム１２を駆動して、ハンド１１に把持したワーク１を相手部材２に押し付ける。このとき、アーム１２とハンド１１との間に設けられたバネ部１３が弾性的に圧縮され、このバネ部１３の弾性復元力によりハンド１１に把持されたワーク１を相手部材２に向けて押し付ける。本実施形態では、このようにバネ部１３によりワーク１を相手部材２に向けて押し付けるため、アーム１２と相手部材２との距離を厳密に規制しなくても、安定して押し付け力を発生させられる。また、これと共に、バネ部１３が緩衝材として作用することで、ワーク１を相手部材２に押し付けた状態で円滑に移動させることができ、且つ、ワーク１が相手部材２に強く当接して傷が生じることを抑制できる。
【００１５】
制御装置１４は、アーム１２の駆動源を制御して、アーム１２を上述のＸ、Ｙ、Ｚの各方向に移動可能である。本実施形態では、後述する探索動作を行う場合に、制御装置１４は、アーム１２を、ハンド１１に把持されたワーク１を相手部材２に押し付けた状態で、所定範囲内で移動させる。所定範囲は、図２に示すように、相手部材２に設けられたワーク１を挿入させる挿入孔３（ワーク１の挿入位置）を含み、バネ部１３による押し付け方向（挿入方向、Ｚ方向）と直交する仮想平面上（ＸＹ平面上）の探索範囲４である。
【００１６】
この探索範囲４は、ワーク１を相手部材２の挿入孔３に挿入させるために予め設定された範囲である。具体的には、この探索範囲４は、相手部材２に対する挿入孔３の位置の誤差及び相手部材２のワーク挿入装置１０への取り付け誤差を考慮して、挿入孔３がワーク挿入装置１０の機械原点に対して存在する範囲内で設定される。また、このような探索範囲４は、後述するアーム１２とハンド１１との相対移動可能な範囲以下に設定される。図２では、挿入孔３の中心（理論的な挿入孔３の位置）より半径ΔＬの円内（即ち、上述の誤差を考慮しても挿入孔３が必ずある範囲）としている。なお、探索範囲４は、任意に設定可能で、範囲の形状も円に限らない。要は、ワーク１の挿入位置がその範囲内に必ずあるように設定されていれば良い。但し、範囲を広くし過ぎると挿入位置の探索に時間がかかると共に、後述するアーム１２とハンド１１との相対移動を許容できる距離を大きくする必要があるため、上述のような誤差を考慮して、できるだけ範囲を絞ることが好ましい。
【００１７】
本実施形態では、制御装置１４が、ワーク１を相手部材２に押し付けた状態で、予め設定されたプログラムされた動作に従ってこの探索範囲４内でアーム１２を移動させる。このアーム１２の移動動作は、例えば、探索範囲４の中心から渦を描くように外側に徐々に向かうようにしても良いし、ＸＹ平面上の所定方向に往復動作させつつこの所定方向と直交する方向に移動させるようにしても良い。また、従来から知られているその他の挿入位置の割り出し動作も適用可能である。
【００１８】
また、制御装置１４は、上述のプログラムに従ってアーム１２に所定の動作をさせた後、ハンド１１によるワーク１の把持を解除する。ハンド１１は、把持を解除したワーク１を相手部材２に向けて付勢する付勢手段としての付勢バネ１５を有する。本実施形態では、付勢バネ１５は、コイルスプリングにより構成しているが、ゴムなどの他の弾性部材としても良い。何れにしても、付勢バネ１５は、ハンド１１のフィンガー１１ａ同士の間に設けられ、ハンド１１がワーク１を把持した状態でワーク１とハンド１１との間で弾性的に圧縮される。そして、ハンド１１がワーク１の把持を解除した場合に、弾性的に復元してワーク１を相手部材２に向けて付勢する。
【００１９】
また、本実施形態の場合、ハンド１１とアーム１２とを接続部としてのバネ部１３により接続している。即ち、バネ部１３は、接続部と押し付け部とを兼ねる。このようなバネ部１３は、このようなバネ部１３は、コイルスプリング以外に、例えばゴムなどの他の弾性部材により構成しても良いが、少なくとも次のような条件を満たすように、長さやばね定数が設定されている。
【００２０】
まず、ハンド１１に把持されたワーク１が挿入位置（挿入孔３）と一致していない状態ではハンド１１をアーム１２に追従して移動させられる。且つ、ハンド１１に把持されたワーク１が挿入位置と一致した状態では、アーム１２が探索範囲４内（所定範囲内）でハンド１１に対して相対移動可能とする。なお、バネ部１３によりアーム１２とハンド１１との相対移動を許容できる距離は、少なくとも相手部材２に設けられた挿入孔３の中心から探索範囲内の最も離れた位置までの距離とする。本実施形態では、上述の半径ΔＬ分相対移動可能に、バネ部１３を設定する。また、バネ部１３は、アーム１２がハンド１１に対してＸＹ平面上の全方向に移動可能に設定される。
【００２１】
［ワークの挿入動作］
次に、上述したワーク挿入装置１０を用いたワーク１の挿入動作について、図３及び図４を用いて説明する。まず、挿入作業が開始されると（Ｓ１）、制御装置１４が、ハンド１１にワーク１を把持させる。このとき、ハンド１１に設けられた付勢バネ１５をワーク１とハンド１１との間で弾性的に圧縮させた状態で、ワーク１を把持する。そして、ワーク１の挿入位置を探索すべく、図４（ａ）に示すように、制御装置１４が、ハンド１１に把持されたワーク１が上述の探索範囲４内に位置するようにアーム１２を相手部材２上に移動させる（Ｓ２）。
【００２２】
次いで、制御装置１４によりアーム１２を下降させて、ワーク１を相手部材２の探索範囲４内の位置に押し付ける。このとき、アーム１２とハンド１１との間に設けられたバネ部１３が弾性的に圧縮し、ハンド１１を介してワーク１が相手部材２に向けて押し付けられる（Ｓ３）。この状態で、図４（ｂ）に示すように、制御装置１４が、アーム１２を探索範囲４内で移動（探索動作を実行）させる（Ｓ４）。このとき、ハンド１１は、アーム１２とバネ部１３により接続されているため、アーム１２に追従して移動する。
【００２３】
そして、この移動動作を規定回数繰り返す（Ｓ５）。この移動動作が行われている際に、ワーク１が挿入孔３を通り、ワーク１が挿入孔３と一致する。このとき、アーム１２とハンド１１との間に設けられたバネ部１３のコンプライアンス機能により、ワーク１の端部が挿入孔３に一致し易い。なお、一般的に嵌合部品の場合には、ワーク１の直径に対して挿入孔３の直径は僅かに大きく設定され、挿入孔３の入口やワーク１の端面には、面取りなどの案内部が形成され、ワーク１が挿入孔３に入り易いようにしてある。何れにしても、ワーク１の端部が挿入孔３と一致（ワークが挿入位置と一致）した場合、ワーク１はバネ部１３により相手部材２に押し付けられているため、この押し付け力によりワーク１が挿入孔３に少し挿入される。
【００２４】
このようにワーク１が挿入孔３に少し挿入された時点で、上述の規定回数の動作が終了していない場合、アーム１２は引き続き移動動作を行う。一方、挿入孔３に一部が挿入されたワーク１を把持するハンド１１は、挿入孔３とワーク１との係合による負荷で、その位置に留まろうとする。このとき、ワーク１を把持するハンド１１とアーム１２とは、上述のように相対移動可能にバネ部１３により接続されているため、図４（ｃ）に示すように、アーム１２がハンド１１に対して相対移動する。そして、ワーク１が挿入孔３と一致した状態が維持される（位置決めされる）。言い換えれば、アーム１２が移動しているにも拘らず、ハンド１１をその位置に留まらせて、ワーク１の挿入位置との一致状態を維持できる。
【００２５】
次いで、上述の規定回数の動作（所定の動作）が終了すると、制御装置１４が、図４（ｄ）に示すように、ハンド１１によるワーク１の把持を解除する（Ｓ６）。このとき、ハンド１１に設けられた付勢バネ１５により、ワーク１の挿入孔３への挿入が補助（アシスト）され、ワーク１が挿入孔３に挿入される。なお、ワーク１の形状、質量などによって、必ずしもこのアシストが必要としないのであれば、付勢バネ１５を省略しても良い。ハンド１１を開放した後は、図４（ｅ）に示すように、制御装置１４がアーム１２を上昇させ（Ｓ７）、挿入作業を終了する（Ｓ８）。
【００２６】
本実施形態の場合、上述したように、ワーク１が挿入位置と一致していない状態でハンド１１をアーム１２に追従して移動させ、一致した状態でアーム１２がハンド１１に対して相対移動可能とするバネ部１３を有する。このため、上述したように、ワーク１が挿入位置と一致していない状態では、ワーク１が挿入位置を含む所定範囲内で移動し、この移動中にワーク１が挿入位置と一致する。即ち、ワーク１の端部が挿入孔３と一致する。このとき、アーム１２がハンド１１に対して相対移動可能であるため、ワーク１の端部が挿入孔３と一致してもワーク１が挿入孔３と一致した状態が維持される（位置決めされる）。
【００２７】
このように、本実施形態では、挿入位置の割り出し後のワーク１の位置は、アーム１２の位置精度に依存しないので、アーム１２の位置決め精度を高める必要がない。また、センサによって位置補正を行う必要もないので、簡単な制御でワーク１の挿入作業を行える。更に、挿入位置を探索するのに、圧力センサ、力・モーメントセンサなどの特別なセンサを使う必要がない。このため、ワーク挿入装置１０のコストダウンも図れる。
【００２８】
なお、上述の説明では、押し付け部と接続部とをバネ部１３で兼用したが、別々の構成としても良い。例えば、アーム１２にワーク１を相手部材２に向けて押し付ける押し付け部を設け、アーム１２とハンド１１との間には、押し付け部としての機能はないが、接続部としての機能を有する部材を設けるようにしても良い。具体的には、アーム１２の駆動部とアーム１２のハンド１１を支持する部分との間に付勢バネなどの押し付け部材を設ける。一方、アーム１２のハンド１１を支持する部分とハンド１１との間に、接続部としての条件を満たすようなある程度の剛性と弾性を有する、例えば、ワイヤ、ゴム、或いは、金属や樹脂などの棒材などの弾性部材を設ける。
【００２９】
また、この場合、アーム１２を相手部材２に向けて移動させる駆動源により押し付け部を構成しても良いし、アーム１２とハンド１１との間に設ける接続部は、弾性部材でなくても良く、例えば、次のような噛み合い機構としても良い。即ち、噛み合い機構は、ワーク１が相手部材２に押し付けられ、挿入位置と一致していない場合には噛み合って、ハンド１１をアーム１２に追従して移動可能とする。一方、噛み合い機構は、ワーク１が挿入位置と一致して、ハンド１１がアーム１２から相手部材２側に少し離れた場合に噛み合いが解除され、ハンド１１とアーム１２とが相対移動可能とする。
【００３０】
更に、上述の説明では、棒状のワークを相手部材の挿入孔に挿入させる場合について説明したが、ワークの形状は棒状に限らず、また、ワークを挿入する部分も、円形の孔以外に、矩形の孔や溝形状など他の形状であっても良い。要は、ワークと相手部材とが挿入或いは嵌合関係にある場合で、相手部材に押し付けられたワークが挿入位置と一致した際に、ワークが相手部材側に移動することで挿入或いは嵌合が行われるものであれば、本発明を適用可能である。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図５ないし図１４を用いて説明する。本実施形態は、上述の第１の実施形態で説明したワーク挿入装置１０をパラレルリンクロボットに適用したものである。なお、以下の説明では、詳細な図示及び説明を省略するが、出力部材１０３が上述の第１の実施形態で説明した把持部や接続部などの構成を備えるものである。即ち、後述する、出力部材１０３のエンドエフェクタ１０４が把持部としてのハンド１１に相当し、複数のアーム１０９、１１０、１１２が移動部としてのアーム１２に相当する。そして、出力部材１０３にエンドエフェクタ１０４と複数のアーム１０９、１１０、１１２とを接続する、不図示の接続部を設けている。また、このような複数のアーム１０９、１１０、１１２を駆動する複数のモータ１０７、１０８、１１１と、エンドエフェクタ１０４とは、上述の第１の実施形態で説明した不図示の制御装置１４の指令により動作する。
【００３２】
また、ワークの断面形状及びワークを挿入する部分の形状が円形でない場合、例えば、矩形、楕円形、多角形などの場合、ワークの断面形状と挿入する部分の形状を整合させなければ、ワークを挿入する部分に挿入できない。このため、本実施形態では、ワークを把持するエンドエフェクタ１０４を回動可能として、ワークの断面形状と挿入する部分の形状を整合可能としている。例えば、ワークの挿入のための探索動作の前に、ユーザがワークの断面形状と挿入する部分の形状を整合させるように、エンドエフェクタ１０４の回動角度を調整する。そして、この角度を保持しまま探索動作を開始する。或いは、探索動作時にエンドエフェクタ１０４の回動角度を随時変更して、探索動作中に、ワークの断面形状と挿入する部分の形状とを整合させると共に、ワークの位置を挿入する部分に一致させる。以下、このような構成を実現するための具体的な構成について、詳細に説明する。
【００３３】
図５及び図６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、１１３と、複数のアーム１０９、１１０、１１２、１１９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、第４モータ１１３は第４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、１１９は第４アームに、それぞれ相当する。
【００３４】
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、１１３を支持する。複数のモータ１０７、１０８、１１１、１１３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、第４モータ１１３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。
【００３５】
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を支持する出力軸としての第１軸（第１軸部）１０５が同軸上に設けられている。第１軸１０５には、第１軸１０５と交差する第２軸（第２軸部）１０６が固定されている。本実施形態では、第２軸１０６は、鉛直板１０２と略平行に配置されると共に第１軸１０５に直交する。また、第１軸１０５は略鉛直方向に、第２軸１０６は略水平方向に、それぞれ配置される。また、第１軸１０５の鉛直方向上端が第２軸１０６の水平方向中央部に結合されている。
【００３６】
［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５ないし図７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、第１軸１０５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を第１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。
【００３７】
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を第１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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、第１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、第１軸１０５と略平行に配置される。
【００４０】
第１アーム１０９は、第１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、第１軸１０５を中心とする回動、及び、第１軸１０５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。
【００４１】
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を支持する第１軸１０５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。
【００４２】
即ち、２本の第１リンク１０９ａは、両端を第１軸１０５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１０５、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。これにより、エンドエフェクタ１０４を支持する第１軸１０５と、傾動不能に設けられた第１リンク軸１０７ｂとは、常に平行が保たれる。そして、第１回転アーム１０７ａ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。
【００４３】
第２アーム１１０は、第１軸１０５に対する第１アーム１０９の一対の接続部分（ジョイント部１０９ｂ）の間に対応して接続される、少なくとも１本の第２リンク１１０ａからなる。本実施形態では、１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、１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、第１軸１０５を中心とする回動、及び、第１軸１０５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。
【００４４】
具体的には、１本の第２リンク１１０ａは、一端はエンドエフェクタ１０４を支持する第１軸１０５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、１本の第２リンク１１０ａは、両端を第１軸１０５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。これにより、第２アーム１１０は、リンク機構を構成している。
【００４５】
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２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２軸１０６と略平行に配置される。
【００４６】
第３アーム１１２は、第２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２軸１０６を中心とする回動、及び、第２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。
【００４７】
具体的には、２本の第３リンク１１２ａは、それぞれ、一端は第２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２軸１０６の第１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。
【００４８】
即ち、２本の第３リンク１１２ａは、両端を第２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２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２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の第１軸１０５の軸周りの回転が拘束され、向きが一定に保たれる。
【００４９】
図５、図６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７（ａ）に例示する構造のものが好適である。図７（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７（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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についても同様である。
【００５２】
なお、本実施形態では、第１軸１０５と第２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。
【００５３】
このように、本実施形態では、第１アーム１０９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。
【００５４】
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。
【００５５】
［出力部材の向き変更］
次に、出力部材１０３の向き（エンドエフェクタ１０４の回動角度）変更のための構成について、図５、図８及び図９を用いて説明する。これは、出力部材１０３に装着されたエンドエフェクタ１０４の傾き（略鉛直）を保持したまま、第１軸１０５の軸周りの回転角度の制御を行うものである。
【００５６】
図５、図８、図９において、第４アクチュエータとしての第４モータ１１３は、回転型アクチュエータの一例である。第４モータ１１３は、回転軸が、第２モータ１０８の回転軸と同軸に位置するように配置されている。本実施形態では、第４モータ１１３を第２モータ１０８の鉛直方向下側に配置している。
【００５７】
第４モータ１１３の回転軸には、プーリ１１４が軸支固定されている。一方、第２モータ１０８の回転軸に軸支された第２回転アーム１０８ａの先端に設けられた第２リンク軸１０８ｂには、プーリ１１５が回転自在に軸支されている。プーリ１１４とプーリ１１５の歯数及び径は同一であり、２つのプーリ間にはタイミングベルト１１６が張架されている。また、プーリ１１５には、リンクプレート１１７がプーリ１１５と共に回転するように連結されている。
【００５８】
また、出力部材１０３には、第１軸１０５を回転軸とする回動部１０３ａ（図１０）が設けられている。この回転軸が、エンドエフェクタ１０４に把持されたワークを相手部材に押し付ける押し付け方向に平行な回転軸である。回動部１０３ａと第４モータ１１３との間には、第４モータの駆動により回動部１０３ａを回動させる伝達部材としての第４アーム１１９が配設されている。これら回動部１０３ａから第４モータ１１３までの構成が、エンドエフェクタ１０４を上述の回転軸を中心に回動させる回動駆動部に相当する。更に、回動部１０３ａには、後述する増速回転機構３００を介してリンクプレート１１８が連結されている。
【００５９】
第４アーム１１９は、第２リンク１１０ａと平行に配置される少なくとも１本の第４リンク１１９ａからなる。本実施形態では、１本の第４リンク１１９ａにより第４アーム１１９を構成している。このような第４アーム１１９は、一端が回動部１０３ａに連結されるリンクプレート１１８に対して、少なくとも、第１軸１０５と平行な軸を中心とする回動、及び、第１軸１０５に平行な軸と第４アーム１１９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リンク軸１０８ｂを中心として回動する駆動回動部としてのリンクプレート１１７の、第２リンク軸上から外れた位置で接続される。
【００６０】
具体的には、１本の第４リンク１１９ａは、一端をリンクプレート１１８の先端に２自由度のジョイント部１１９ｂで接続し、他端をリンクプレート１１７の先端に２自由度のジョイント部１１９ｃで接続している。ここで、ジョイント部１１９ｃは、第２リンク軸１０８ｂに平行な軸を中心とする回動、及び、第２リンク軸１０８ｂに平行な軸と第４リンク１１９ａ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。
【００６１】
ジョイント部１１９ｂ、１１９ｃは、前述の図７に示す構造のものと同様であり、少なくとも２自由度を有すれば良い。また、ジョイント部１１９ｂ、１１９ｃとして、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。
【００６２】
また、第４リンク１１９ａの一端が接続される回動部側の位置（ジョイント部１１９ｂ）と第１軸１０５との距離と、第４リンク１１９ａの他端が接続される駆動回動部側の位置（ジョイント部１１９ｃ）と第２リンク軸１０８ｂとの距離とを同じとしている。本実施形態では、リンクプレート１１７とリンクプレート１１８として、同じ形状、同じ大きさのものを使用し、それぞれの回転中心とジョイント部との長さを互いに一致させている。また、第２リンク１１０ａと第４リンク１１９ａとの長さを同じとしている。そして、第４リンク１１９ａと第２リンク１１０ａとで平行リンク機構を構成するようにしている。これにより、第４アーム１１９は、出力部材１０３の位置及び回動部１０３ａの回動状態に拘らず、第２アーム１１０との平行状態が維持されるように配置される。
【００６３】
次に、第４モータ１１３の駆動により回動部１０３ａを回動させる場合の動作について、図９を用いて説明する。図９（ａ）において、第４モータ１１３を矢印α方向に回動させると、プーリ１１４、１１５とタイミングベルト１１６によりリンクプレート１１７が矢印β方向に回動する。そして、リンクプレート１１７と連結した第４アーム１１９により、リンクプレート１１８が矢印γ方向に回動する。第４アーム１１９を構成する第４リンク１１９ａと第２アーム１１０を構成する第２リンク１１０ａとが平行リンク機構を構成するため、図９（ｂ）に示すようにリンクプレート１１７の回動角度とリンクプレート１１８の回動角度は一致する。
【００６４】
また、図９（ｃ）に示すように、プーリ１１４とプーリ１１５の歯数及び径を同一としているので、第２モータ１０８を駆動し、第２回転アーム１０８ａがどの位置に回動しても、第４モータ１１３を駆動させずに保持すれば、リンクプレート１１７の角度は一定に保持される。従って、第２アーム１１０と第４アーム１１９との平行リンク機構により、リンクプレート１１８の角度もまた一定に保持される。
【００６５】
［増速回転機構］
次に、第１軸上（エンドエフェクタ１０４の回転軸上）に配置され、第４アーム１１９の回動（回転駆動部の駆動）を増速して回動部１０３ａに伝達する増速手段としての増速回転機構３００について、図１０ないし図１２を用いて説明する。まず、リンクプレート１１８の回動軸を、エンドエフェクタ１０４を支持する第１軸１０５に直接又は間接的に連結することによって、エンドエフェクタ１０４の回転制御を行うことが可能である。しかも、エンドエフェクタ１０４の回転量は第４モータ１１３の駆動量によって一意的に定まり、第１乃至第３モータの駆動量に影響を受けることはない。
【００６６】
しかしながら、平行リンク機構によるエンドエフェクタ１０４の回転制御においては、リンクプレート１１８が回動することにより、第４アーム１１９がエンドエフェクタ１０４に干渉する為、回動角度が制限され十分な回転量を得ることは困難である。
【００６７】
このため、本実施形態では、リンクプレート１１８に連結する回動部１０３ａに増速回転機構３００を設けて、エンドエフェクタ１０４の回動角度を増大させるようにしている。増速回転機構３００は、回動部１０３ａの回転軸上、即ち、第１軸１０５と同軸上に配置され、伝達部材としての第４アーム１１９の回動を増速して回動部１０３ａに伝達する。本実施形態の増速回転機構３００は、遊星歯車機構により構成している。
【００６８】
即ち、増速回転機構３００は、図１２に示すように、太陽歯車３０１と、内歯車３０２と、複数の遊星歯車３０３と、キャリア３０４とから構成される。太陽歯車３０１及び内歯車３０２は、回動部１０３ａの回転軸上にそれぞれ配置されている。複数の遊星歯車３０３は、太陽歯車３０１と内歯車３０２との間に配置され、太陽歯車３０１及び内歯車３０２と噛合する。キャリア３０４は、複数の遊星歯車３０３を回転可能に保持する。そして、太陽歯車３０１を回動部１０３ａに接続され、内歯車３０２とキャリア３０４とのうちの何れか一方が第４アーム１１９に接続され、他方が出力部材１０３の第１軸（出力軸）１０５に固定される。
【００６９】
なお、増速回転機構３００は、内歯車３０２が回動部１０３ａに接続され、キャリア３０４が第４アーム１１９に接続され、太陽歯車３０１が出力部材に固定されるようにしても良い。何れの構造であっても、第４アーム１１９による入力が、遊星歯車機構により増速されて回動部１０３ａに出力される。本実施形態では、太陽歯車３０１を回動部１０３ａに接続され、キャリア３０４が第４アーム１１９に接続され、内歯車３０２が第１軸（出力軸）１０５に固定される。図１０及び図１１を用いて具体的に説明する。
【００７０】
第４アーム１１９にジョイント部１１９ｂを介して連結されたリンクプレート１１８は、キャリア３０４が一体に形成され、キャリア３０４には、同一円周上に等分配置された３つのギア軸３０５が固定されている。そして、各ギア軸３０５には、それぞれ同一の遊星歯車３０３が回転自在に軸支されている。
【００７１】
複数の遊星歯車３０３の外側には、これと噛合うリング状の内歯車３０２がケース３０６に固定され、ケース３０６は出力部材１０３の第１軸１０５にセットビス３０７で固定されている。
【００７２】
一方、複数の遊星歯車３０３の内側には、これと噛合う太陽歯車３０１が設けられている。太陽歯車３０１は、図１１に示すように、軸受３０８ａと軸受３０８ｂによって第１軸１０５と同軸上にこの第１軸１０５に対して回転自在に支持されている。また、第１軸１０５の下端部に設けられたＥリング３０９により、軸受３０８ｂを介して太陽歯車３０１が第１軸１０５から軸方向に抜けることを防止している。
【００７３】
太陽歯車３０１の下端には回動部１０３ａが一体に形成されており、回動部１０３ａには、エンドエフェクタ１０４の装着部３１０が形成されている。装着部３１０は、エンドエフェクタ１０４の精確な位置決めを行うための嵌合部３１０ａ、切欠溝３１０ｂ及びビス固定用のタップ穴３１０ｃを有している。
【００７４】
第４アーム１１９が接続されるリンクプレート１１８は、内歯車３０２及び太陽歯車３０１と同軸に配置されたホルダ３１１にビス３１２で固定されている。ホルダ３１１は、スペーサ３１３により所定間隔で配置された２つの軸受３１４によって、太陽歯車３０１のスリーブ部分３０１ａに回転自在に軸支されている。
【００７５】
このような構成において、リンクプレート１１８が回動すると、３つの遊星歯車３０３が公転しながら自転して、太陽歯車３０１を回転させる。本実施形態では、太陽歯車３０１の歯数Ｚａ＝１８、遊星歯車３０３の歯数Ｚｂ＝１８、内歯車３０２の歯数Ｚｃ＝５４とし、内歯車３０２を固定、遊星歯車のキャリア３０４を入力、太陽歯車３０１を出力とする構成としている。このため、遊星歯車機構の増速比は、
（Ｚａ＋Ｚｃ）／Ｚａ＝（１８＋５４）／１８＝４
となる。
【００７６】
この結果、第４アーム１１９によるリンクプレート１１８の回動角度が４倍に増大されて、エンドエフェクタ１０４が回動する。したがって、エンドエフェクタ１０４がどの位置にあっても、第４アーム１１９がエンドエフェクタ１０４に干渉することなく、エンドエフェクタ１０４の１回転以上の回動動作を得ることが可能である。しかも、エンドエフェクタ１０４の回転量及び回転速度は、第４モータ１１３の回転駆動量及び駆動速度に常に比例するので、精確な回転制御が可能である。
【００７７】
なお、上述のように、内歯車３０２を固定、キャリア３０４を入力、太陽歯車３０１を出力とすることで、最も高い増速比を得られる利点がある。但し、部品の配置や構成上の都合により、キャリア３０４を固定、内歯車３０２を入力、太陽歯車３０１を出力とする構成としてもよい。この場合の遊星歯車機構の増速比は、
−Ｚｃ／Ｚａ＝−５４／１８＝−３
となり、第４アーム１１９によるリンクプレート１１８の回動角度が３倍に増大されて、エンドエフェクタ１０４が回動する。但し、入力に対する出力の回転方向は反転する。
【００７８】
また、太陽歯車３０１を固定、キャリア３０４を入力、内歯車３０２を出力とする構成としても良い。この場合の遊星歯車機構の増速比は、
（Ｚａ＋Ｚｃ）／Ｚｃ＝（１８＋５４）／５４＝１．３３・・・
となり、第４アーム１１９によるリンクプレート１１８の回動角度が約１．３倍に増大されて、エンドエフェクタ１０４が回動する。この場合、増速比が小さいため、エンドエフェクタ１０４の回動角度を少し増速させたいような構成に用いることが好ましい。
【００７９】
なお、上述の説明では、第４アーム１１９を第２アーム１１０と常に平行となるように設けたが、第１アーム１０９と常に平行となるように設けても良い。その場合には、第４モータ１１３の回転軸は、第１モータ１０７の回転軸と同軸の位置に配置し、同様のプーリとタイミングベルトによる回転伝達機構を採用することが可能である。
【００８０】
また、上述の説明では、エンドエフェクタ１０４を支持する第１軸１０５の軸周りの回転角度を制御する構成としたが、第１軸１０５と所定の角度を成す第２軸１０６の軸周りの回転角度を制御する構成としても良い。その場合には、第４アーム１１９を第３アーム１１２と常に平行となるように設け、第４モータ１１３の回転軸は、第３モータ１１１の回転軸と同軸の位置に配置し、同様のプーリとタイミングベルトによる回転伝達機構を採用することが可能である。
【００８１】
更に、上述の説明では、第４モータ１１３の駆動を回動部１０３ａに伝達する伝達部材を第４アーム１１９としたが、伝達部材の構成は、これに限らない。例えば、第４モータ１１３の回転軸上に固定された回転部材と回動部１０３ａとをワイヤにより接続して、回転を伝達するようにしても良い。
【００８２】
［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）、第４モータ１１３（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、回転子が永久磁石により構成され、固定子が巻線により構成される。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。
【００８３】
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１３及び図１４を用いて説明する。図１３において、１００１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、第４モータ１１３に相当する。１００２は、ステッピングモータ１００１に動作指令を出力する制御装置であり、モータドライバ１００３を介してステッピングモータ１００１に接続される。モータドライバ１００３は、ステッピングモータ１００１を駆動するためのパワートランジスタ１００５と、制御装置１００２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１００４とから構成されている。
【００８４】
ステッピングモータ１００１は、制御装置１００２からの指令に応じて図１４に示すパルス信号ｐ１〜ｐ４が信号出力ポート１００４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１００５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１００１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。
【００８５】
図５及び図６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よく、第４モータ１１３の回転量は出力部材１０３の位置の決定に作用しない。即ち、第１、第２、第３モータ１０７、１０８、１１１が位置決定のためのアクチュエータ、第４モータ１１３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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、パラレルリンクロボット１００は、出力部材１０３を回転運動させるために、第４モータ１１３の回転量を制御すればよく、第１モータ１０７、第２モータ１０８、第３モータ１１１の回転量は出力部材１０３の姿勢の変更に作用しない。例えば、出力部材１０３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１１３を必要量駆動させると、第４アーム１１９は出力部材１０３の姿勢を変更する。出力部材１０３の姿勢が目標姿勢Ｒｎ＋１に到達すると同時に第４モータ１１３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１１３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１１３の駆動量に影響を受けずに、出力部材１０３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。
【００８８】
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、第４モータ１１３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。
【００８９】
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。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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。例えば、特許第４９０１０５７号公報には、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）に連結した構造が記載されている。この構造の場合、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。
【００９３】
これに対して本実施形態では、上述のように構成することで、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。そして、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。また、ワークを挿入する部分の探索動作を行う際に、エンドエフェクタ１０４を随時回動させる場合でも、エンドエフェクタ１０４の向きを、例えば、予め設定されたプログラム通りの向きに正確に変更できる。
【００９４】
また、出力部材１０３の姿勢と向きが第１アーム１０９及び第３アーム１１０により保持されるため、第２アーム１１０は、少なくとも１本の第２リンク１１０ａを備えていれば良く、本実施形態では、第２アーム１１０を１本の第２リンク１１０ａにより構成しているため、装置の小型化及び低コスト化を図れる。
【００９５】
更に、本実施形態の場合、出力部材１０３に回動部１０３ａを設け、回動部１０３ａを回動させることで、エンドエフェクタ１０４の回転を制御するようにしている。このため、第３アーム１１２が接続される第１軸１０５を回転させる必要がなく、第３アーム１１２と第１軸１０５との接続部を簡単な構成にできる。この結果、出力部材１０３の可動範囲が大きく制限されることなく、簡単な構成でエンドエフェクタ１０４の向きの変更を行うことができ、装置の低コストも図れる。また、増速回転機構３００を用いることでワーク１が挿入位置と一致していない状態が発生する可能性を低減することができる。
【００９６】
例えば、前述した特許文献１には、３本のアームのうちの１本のアームを構成するリンクを、ユニバーサル／カルダンジョイントによりマニピュレータに連結した構造も記載されている。このように１本のアームを構成するリンクを、ユニバーサル／カルダンジョイントによりマニピュレータに連結した構造の場合、このアームを軸回転させることにより、マニピュレータ及びこれに装着するエンドエフェクタの回転を制御できる。
【００９７】
但し、このようにアームをユニバーサル／カルダンジョイントによりマニピュレータに連結した場合、マニピュレータの回転を制御するために、このユニバーサル／カルダンジョイントを介して行うことになる。このため、このアームの駆動機構が非常に複雑となりコストアップの要因となる。また、ユニバーサル／カルダンジョイントは、作動角度の制限が存在するので、マニピュレータの制御可能な位置範囲（可動範囲）が大きく制限されてしまう。
【００９８】
これに対して本実施形態の場合、第３アーム１１２と出力部材１０３の第１軸１０５との接続部に、ユニバーサル／カルダンジョイントを使用することなく、エンドエフェクタ１０４の回転を制御している。このため、簡単な構成で出力部材１０３の回動部１０３ａの回転制御を行え、エンドエフェクタの向きの変更を行うことが可能である。
【００９９】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図１５ないし図２０を用いて説明する。なお、上述の第３の実施形態との相違は、第１アーム１０９の２本の第１リンク１０９ａを出力部材１０３の第１軸１０５と平行に配設された第３軸（第３軸部）４００に連結した点と、第２アーム１１０を２本の第２リンク１１０ａとした点である。このため、第３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３の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１００】
第１軸１０５には、図１５及び図１６に示すように、連結部材４０１がノックピン等で固定され、更に連結部材４０１には、第１軸上から外れ、且つ、第１軸１０５と平行な第３軸４００がノックピンなどで固定されている。これにより、第１軸１０５と第３軸４００は、所定の間隔（オフセット）を置いて常に平行が保たれている。
【０１０１】
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、一端は第３軸４００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。
【０１０２】
第２アーム１１０は、平行リンク機構を形成する同じ長さの２本の第２リンク１１０ａからなり、一端は第１軸１０５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。なお、このような第２アーム１１０についても、ジョイント部１１０ｂ、１１０ｃを３自由度としても良い。この場合には、前述の図７（ｂ）に示したように、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を配置する。
【０１０３】
第１アーム１０９と第２アーム１１０の平行リンクにより、エンドエフェクタ１０４を支持する第１軸１０５は、第１リンク軸１０７ｂ及び第２リンク軸１０８ｂと常に平行が保たれる。これにより、第１回転アーム１０７ａ及び第２回転アーム１０８ａがそれぞれ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）に保たれる。本実施形態の場合、上述の第１の実施形態の構成と比較して、より安定して姿勢（傾き）を一定（略鉛直）に保つことが可能である。
【０１０４】
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、出力部に装着されるエンドエフェクタ１０４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。
【０１０５】
また、本実施形態の場合、上述の第１の実施形態と比較して、第１モータ１０７のベース部材１００Ａに対する固定位置を、第１軸１０５と第３軸４００との軸間距離（オフセット値）と同じ方向に同じ距離にオフセットさせている。このように第１モータ１０７の位置をオフセットすることによって、第１回転アーム１０７ａ及び第１アーム１０９の長さや第１モータ１０７の回転制御量を変えることなく、上述の第１の実施形態の構成と同じ条件でエンドエフェクタ１０４の移動制御を行うことができる。
【０１０６】
また、エンドエフェクタ１０４の装着中心軸である第１軸１０５の軸周りの回転角度制御機構に関しても、図１７及び図１８に示すように、第１の実施形態と同様である。本実施形態においても、第４アーム１１９を第２アーム１１０と常に平行となるように設けられており、第１の実施形態と同様にエンドエフェクタ１０４の回転量は第４モータ１１３の駆動量によって一意的に定まり、第１乃至第３モータの駆動量に影響を受けることはない。更に、本実施形態の場合も、図１９及び図２０に示すように、第１の実施形態と同様の増速回転機構３００を設けている。
【０１０７】
このように構成される本実施形態の場合、第１アーム１０９の出力部材１０３に接続する位置を、第２アーム１１０が接続される第１軸１０５に対してオフセットしているため、第１軸１０５の長さを短くできる。即ち、第１の実施形態のように、第１アーム１０９及び第２アーム１１０を第１軸１０５に接続する必要がないため、第１軸１０５をその分短くできる。この結果、出力部材１０３のコンパクト化を図れる。
【０１０８】
なお、本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、第２アーム１１０を１本の第１リンク１１０ａにより構成しても良い。また、第１アーム１０９を出力部材１０３に対してオフセットする構成として、上述の第３軸４００を設ける以外に、例えば、第１軸１０５に突起部を設け、その突起部に第１アーム１０９を接続するようにしても良い。この場合、第１アーム１０９は、第１軸１０５と平行な、上述の第３軸４００に相当する仮想軸上で突起部に接続する。その他の構成及び作用は、上述の第３の実施形態と同様である。
【０１０９】
＜他の実施形態＞
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良い。
【符号の説明】
【０１１０】
１  ワーク
２  相手部材
３  挿入孔（挿入位置）
４  探索範囲（所定範囲）
１０  ワーク挿入装置
１１  ハンド（把持部）
１２  アーム（移動部）
１３  バネ部（押し付け部、接続部）
１４  制御装置（制御部）
１５  付勢バネ（付勢手段）
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（把持部）
１０９  第１アーム（移動部）
１１０  第２アーム（移動部）
１１２  第３アーム（移動部）
１１３  第４モータ（回転駆動部）
１０３ａ  回動部（回転駆動部）
３００  増速回転機構（増速手段）
【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】
2015083324.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2015083324.tif 000014
【図１３】
2015083324.tif 000015
【図１４】
2015083324.tif 000016
【図１５】
2015083324.tif 000017
【図１６】
2015083324.tif 000018
【図１７】
2015083324.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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