(57)【要約】【課題】４自由度を拘束できるブレーキ装置を得る。該ブレーキ装置を用いブレーキ装置の数が少ないパラレルリンク型ロボットを得る。【解決手段】拘束対象部材１を球状の中間部材２の中心穴に貫通させる。中間部材２は複数（３つ）に分割されている。中間部材２の外周には、ブレーキ動作部３ａ、３ｂが配設されている。磁気コア４ａ、４ｂに電流が流れると、ブレーキ動作部３ａ、３ｂは中間部材２から離れる（図４(ａ)参照）。拘束対象部材１も回転、軸方向への移動ができる。電流が絶たれた状態では、バネ７により、ブレーキ動作部３ａ、３ｂが中間部材２を圧接し、中間部材２が拘束対象部材１を圧接し、拘束対象部材１は任意の方向への揺動と、軸方向への移動及び軸中心線回りの回転の４自由度が拘束される（図４(ｂ)参照）。パラレルリンクン型ロボットにこのブレーキ装置を用いることで、ブレーキ装置数を減らす。【選択図】図４
2008286363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状の拘束対象部材と中間部材とブレーキ装置の固定部に直接接続されるブレーキ動作部を有し、拘束対象部材と中間部材の界面は略円筒形状であるとともにブレーキ動作部と中間部材の界面は略球面形状に形成され、拘束対象部材と中間部材、または中間部材とブレーキ動作部がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ動作エネルギー源が絶たれたときに分割された要素の１以上がブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにてその相対位置を変化させ、該要素の変位に基づいて他の分割された要素が変位し、拘束対象部材と中間部材、中間部材とブレーキ動作部の間の隙間がそれぞれ無くなるとともに摩擦力を発生する圧力を発生させ、その摩擦力により拘束対象部材とブレーキ動作部の相対運動を減速させて拘束し、拘束対象部材の軸方向への移動と軸中心回りの回転及び任意の方向への傾きの４自由度を拘束する４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項２】
前記中間部材と前記ブレーキ動作部がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにより変位する要素がブレーキ動作部である請求項１に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項３】
前記拘束対象部材と前記中間部材がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにより変位要素が拘束対象部材である請求項１に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項４】
前記中間部材は、複数の要素に分割された方向と直交する方向に溝を備え、該溝に前記複数の要素を束ねるバネ部材が配設されている請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項５】
軸状の拘束対象部材と中間部材とブレーキ装置の固定部に直接接続されるブレーキ動作部を有し、拘束対象部材と中間部材の界面は略円筒形状であるとともにブレーキ動作部と中間部材の界面は略球面形状に形成され、中間部材は複数の要素に分割され、ブレーキ動作エネルギー源が絶たれたとき中間部材はブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにて外側には膨張し、内側には収縮し、拘束対象部材と中間部材、中間部材とブレーキ動作部の間の隙間がそれぞれ無くなるとともに摩擦力を発生する圧力を発生させ、その摩擦力により拘束対象部材とブレーキ動作部の相対運動を減速させて拘束し、拘束対象部材の軸方向への移動と軸中心回りの回転及び任意の方向への傾きの４自由度を拘束する４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項６】
前記エネルギーを蓄える要素がバネ要素であり、ブレーキ動作エネルギーは電気エネルギーである請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項７】
前記エネルギーを蓄える要素がバネ要素であり、ブレーキ動作エネルギーは供給される流体の圧力である請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項８】
前記ブレーキ動作部は反発力を発生するバネ要素と円形の磁気コアからなるソレノイドアクチュエータをもち、ソレノイドアクチュエータの動作方向は拘束対象部材の略軸方向である請求項６に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項９】
前記ブレーキ動作部は反発力を発生するバネ要素と円形の磁気コアからなるソレノイドアクチュエータをもち、ソレノイドアクチュエータの動作方向は拘束対象部材の略半径方向である請求項６に記載の４自由度拘束ブレーキ装置。
【請求項１０】
ベースに３つのアクチュエータが配設され、該３つのアクチュエータとそれぞれ一体的に設けられたリンクを、そのリンクの他端と可動部間を平行リンク機構でそれぞれ接続することにより、該可動部の３次元位置を制御するパラレルリンク型ロボットにおいて、前記ベースに請求項１乃至９の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置を設け、該４自由度拘束ブレーキ装置の拘束対象部材を前記可動部とジョイントで接続したことを特徴とするパラレルリンク型ロボット。
【請求項１１】
ベースに３つのアクチュエータが配設され、該３つのアクチュエータとそれぞれ一体的に設けられたリンクを、そのリンクの他端と可動部間を平行リンク機構でそれぞれ接続することにより、該可動部の３次元位置を制御すると共に、前記可動部にエンドエフェクタが取り付けられる回転軸を備え、該回転軸をジョイント及びロッドを介して回転駆動する回転軸駆動用のアクチュエータを前記ベースに備えたパラレルリンク型ロボットにおいて、
前記ベースに請求項１乃至９の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置を設け、
前記ロッドは前記回転軸駆動用のアクチュエータの出力回転軸と軸方向移動自在で回転力の伝達を受けるよう構成され、該ロッドが前記４自由度拘束ブレーキ装置の拘束対象部材とされていることを特徴とするパラレルリンク型ロボット。
【請求項１２】
前記ベースに取り付けられた前記４自由度拘束ブレーキ装置の上部にスライド付きジンバル機構を配置し、該ジンバル機構のスライド及び揺動が可能な部材に前記回転軸駆動用のアクチュエータを取り付け、前記可動部の移動に応じて傾斜するロッドに対応して前記回転軸駆動用のアクチュエータも傾斜しスライドするようにした請求項１１に記載のパラレルリンク型ロボット。
【請求項１３】
前記ベースに前記回転軸駆動用のアクチュエータを取り付け、該回転軸駆動用のアクチュエータの上部に前記４自由度拘束ブレーキ装置を配置とし、前記回転軸駆動用のアクチュエータの出力回転部は、ダイヤフラムで結合されたスプライン穴を有するシャフトを有し、前記ロッドはスプライン歯を備え、前記シャフトのスプライン穴に前記ロッドが挿入されスプライン結合されている請求項１１に記載のパラレルリンク型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー源が絶たれたときブレーキが作動する負作動型のブレーキ装置であって、４自由度を拘束制動できるブレーキ装置に関する。及び、該４自由度拘束ブレーキ装置を使用したパラレルリンク型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキ装置は、被対称物に対してブレーキ力を作動させて、その被対象物を拘束し、その移動を減速、停止させ、被対象物を固定させるものとして使用される。通常、回転等の１方向に移動している被対象物に対して作動させて、その移動を減速、停止、保持させる用途に使用されている。モータ等の回転型アクチュエータでその可動部が駆動される機械等にあっては、該アクチュエータの出力軸に対してブレーキ力を与えるブレーキ装置を設けて、可動部の減速、停止、保持を図るようにしたものが一般的である。
【０００３】
一方、ベースとなる固定部材に複数のアクチュエータを取り付け、該アクチュエータの出力軸に連結されたリンクをそれぞれ駆動して、各リンクの先端に取り付けた可動部の位置、姿勢を制御するようにしたパラレルリンク型機構部で構成されたパラレルリンク型ロボットや作業装置が種々開発されている。このパラレルリンク型ロボットや作業装置は、構造がシンプルであること、可動部が軽量であるために高加速度を得ることができること、可動部の支持剛性が高いこと、駆動源のモータ等のアクチュエータの動力を効率よく使用することができること、などのメリットがあり各種作業に利用されている。
【０００４】
パラレルリンク型ロボットや作業装置の代表的な形態として、ａ．アクチュエータと可動部間を２つの平行するリンクで平行四辺形を構成した平行リンク機構で連結し、可動部の姿勢は固定で、位置のみ変化させるようにした３自由度のタイプ、ｂ．「ａ」の３自由度のパラレルリンク型ロボットの可動部上に固定された回転軸を１軸追加し４自由度としたタイプ（特許文献１参照）、ｃ．可動部の位置と姿勢を変化させる６自由度のタイプ（特許文献２、３参照）がある。また、パラレルリンク機構の可動部にシリアルリンク機構を搭載したハイブリッドタイプと呼ばれる形態も公知である（特許文献４参照）。
【０００５】
上述した「ａ」、「ｂ」のタイプのパラレルリンク型ロボットの構造はシンプルなため、安価に作ることができ、また保守性にも優れる反面、自由度が３または４なのでアプリケーションは限定され、主にピックアンドプレースのような搬送用途に用いられる。「ｃ」のタイプのパラレルリンク型ロボットは６自由度を有しており、可動部の位置と共に姿勢も変化させることができるが、姿勢の変化量はあまり大きくない。主にマシニングセンタなどの工作機械やフライトシミュレータ等に用いられている。
【０００６】
又、ワークに対して加工を行う作業機にパラレルリンク型機構部を適用したものにおいて、パラレルリンク型機構部の可動部にツールを取り付け、鉛直軸回りに回転すると共に水平軸回りに回転するテーブルにワークを取り付け、パラレルリンク型機構部の姿勢の変化量が小さいことを、テーブルの回転によって補うようにした発明も知られている（特許文献５参照）。
【０００７】
図１８は、上述した「ｂ」のタイプの４自由度を有するパラレルリンク型ロボット１００の一例である。パラレルリンク型ロボット１００は、３つの位置制御用アクチュエータ１０４と１つのエンドエフェクタ用の回転型アクチュエータ１０５の、合計４つのアクチュエータを備えている。パラレルリンク型ロボット１００のベース１０３は、一端が基台１０１に固定された複数の支柱１０２により支持されている。各位置制御用アクチュエータ１０４はベース１０３から垂下したそれぞれのアクチュエータ固定部材１０８に垂直に固定されており、該位置制御用アクチュエータ１０４は、ベースの中心から等距離で等角度間隔毎に配置されている。
【０００８】
可動部１１０は、各位置制御用アクチュエータ１０４とそれぞれの出力シャフト１０９と共に回転するリンク１１２と、そのリンク１１２とジョイント１１３を介してそれぞれの平行リンク機構１１１を介して連結されている。平行リンク機構１１１は、それぞれのリンク１１２にユニバーサルジョイント等のジョイント１１３を介して一端が連結された２本のロッド１１４と、さらに、該２本のロッド１１４の他端とジョイント１１３に連結された可動部１１０で構成され、２本のロッド１１４は平行に配置されている。
【０００９】
各位置制御用アクチュエータ１０４の出力シャフト１０９と共に回転するリンク１１２に設けられた２個のジョイント１１３は、出力シャフト１０９と平行であるようにそれぞれのロッド１１４と接続される。３つの位置制御用アクチュエータ１０４の回転位置を制御することによって、各位置制御用アクチュエータ１０４の出力シャフト１０９に結合された各リンク１１２と、ジョイント１１３、ロッド１１４からなる平行リンク機構１１１により、可動部１１０は常にベース１０３に対して水平を保って、その位置が制御されることになる。
【００１０】
ベース１０３の中心部には、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５が取り付けられている。エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５の出力軸にはジョイント１１８を介して伝達シャフト１１７が接続され、伝達シャフト１１７の他端は、ジョイント１１８を介して可動部１１０上に設けられた回転機構１１５の回転軸１１６に接続されている。回転軸１１６の他端には可動部１１０の反対面側（伝達シャフト１１７が取り付けられる面とは反対側の面）に突出するようにエンドエフェクタ１１９が接続されており、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５の動力を伝達シャフト１１７を介してエンドエフェクタ１１９に伝達し該エンドエフェクタ１１９を回転させその姿勢を制御するように構成されている。伝達シャフト１１７は、スプライン継手等で構成された伸縮自在なシャフトであり、伝達シャフト１１７の両端に取り付けられているジョイント１１８には、例えばユニバーサルジョイント等の２自由度のジョイントで構成されている。
【００１１】
又、位置制御用アクチュエータ１０４の出力シャフト１０９及びエンドエフェクタ用アクチュエータ１０５の出力シャフトには、それぞれブレーキ装置１０６を備えている。このブレーキ装置１０６は、エネルギー源（これらアクチュエータが電気モータであるときは電源）が絶たれたときブレーキを作動させる負動作型のブレーキ装置である。
【００１２】
各位置制御用アクチュエータ１０４を駆動することによって、平行リンク機構１１１を介して、可動部１１０をその姿勢を変えずに保持したまま、３次元空間上の位置（直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）を制御する。又、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５を駆動し伝達シャフト１１７を介して回転軸１１６の回転位置を制御して、エンドエフェクタ１１９の姿勢を制御することによって、各種作業を実施する。又、該パラレルロボットの動作を停止する、非制御時には、ロボット１００へのエネルギー供給が絶たれて各ブレーキ装置１０６へのエネルギー供給が絶たれることにより、各ブレーキ装置１０６のブレーキが作動し、各アクチュエータ１０４、１０５の出力軸をロックし、回転移動を停止し、固定することから、可動部１１０は、その位置を保持した状態で停止することになる。
【００１３】
図１８に示したパラレルリンク型ロボットの例は、４自由度を有する上述した「ｂ」タイプのパラレルリンク型ロボットの例であるが、３自由度の上述した「ａ」タイプのパラレルリンク型ロボットロボットは、図１８において、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５を有さず、回転軸１１６の回転位置の制御は行わず、可動部１１０の位置のみを制御できるようにしたものである。
【００１４】
以上のように、ブレーキ装置は１自由度を拘束するものが一般的であることから、パラレルリンク型ロボットの可動部のように３自由度を有する被対象物に対しても、被対象物（可動部）を駆動するアクチュエータの出力軸にブレーキを作動させ、被対象物（可動部）を保持するようにしている。なお、ブレーキ装置ではないがカメラ用雲台において、カメラ台の回転と揺動の３自由度をロックするようにした技術は知られている。
【００１５】
【特許文献１】特表昭６３−５０１８６０号公報
【特許文献２】特開平６−２７００７７号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７８８号公報
【特許文献４】特開平７−１４８６７９号公報
【特許文献５】特開２０００−９４２４５号公報
【特許文献６】特許第３２１２５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、パラレルリンク型ロボットにおいては、ロボット手先位置の可動部を複数のアクチュエータで駆動するものであり、該可動部を駆動するアクチュエータには、非制御時において可動部の重力が作用する。この重力の作用で、又は何らかの外乱で可動部が移動することを防止するために、各アクチュエータ毎にブレーキ装置を設けて可動部の移動を防止している。このパラレルリンク型ロボットでは、各アクチュエータの出力位置がロボット手先位置の可動部の位置に直接影響を与える。いずれかのアクチュエータのブレーキが故障すると、この可動部の位置を保持できなくなる可能性が生じる。例えば図１８に示した例で、３つの位置制御用アクチュエータ１０４のそれぞれに設けられたブレーキ装置１０６のいずれか１つが故障したとき、残る２つのアクチュエータのブレーキ装置１０６によって、可動部１１０の位置を保持することになるが、これでは十分に可動部１１０の位置を保持することが難しいという問題がある。
【００１７】
又、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５に設けられた、ブレーキ装置１０６が故障したときも、エンドエフェクタの回転位置を保持することができず、ロボットの手先の姿勢の１つである回転方向の位置が保持できなくなる。  
しかも、ブレーキ装置１０６がアクチュエータの数だけ必要となる。図１８に示したパラレルリンク型ロボットの場合４つのアクチュエータを有し、それぞれブレーキ装置を備える必要がある。  
ブレーキ装置の数が増加すれば、その分故障等のトラブルの発生が多くなり、装置の稼動効率が低下する。
【００１８】
そこで、本発明は、上述した問題を改善するために、４自由度を拘束できるブレーキ装置を提供することを目的とし、かつ、この４自由度を拘束できるブレーキ装置を用いて上述した問題点を改善したパラレルリンク型ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願請求項１〜請求項９に係る発明は、４自由度拘束ブレーキ装置に係わる発明であり、請求項１に係る発明は、軸状の拘束対象部材と中間部材とブレーキ装置の固定部に直接接続されるブレーキ動作部を有し、拘束対象部材と中間部材の界面は略円筒形状であるとともにブレーキ動作部と中間部材の界面は略球面形状に形成され、拘束対象部材と中間部材、または中間部材とブレーキ動作部がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ動作エネルギー源が絶たれたときに分割された要素の１以上がブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにてその相対位置を変化させ、該要素の変位に基づいて他の分割された要素が変位し、拘束対象部材と中間部材、中間部材とブレーキ動作部の間の隙間がそれぞれ無くなるとともに摩擦力を発生する圧力を発生させ、その摩擦力により拘束対象部材とブレーキ動作部の相対運動を減速させて拘束し、拘束対象部材の軸方向への移動と軸中心回りの回転及び任意の方向への傾きの４自由度を拘束する４自由度拘束ブレーキ装置である。
【００２０】
請求項２に係る発明は、前記中間部材と前記ブレーキ動作部がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにより変位する要素をブレーキ動作部としたものであり、請求項３に係る発明は、前記拘束対象部材と中間部材がそれぞれ複数の要素に分割され、ブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにより変位要素を拘束対象部材としたものである。さらに、請求項４に係る発明は、前記中間部材を、複数の要素に分割した方向と直交する方向に溝を設け、該溝に前記複数の要素を束ねるバネ部材を配設したものである。
【００２１】
請求項５に係る発明は、軸状の拘束対象部材と中間部材とブレーキ装置の固定部に直接接続されるブレーキ動作部を有し、拘束対象部材と中間部材の界面は略円筒形状であるとともにブレーキ動作部と中間部材の界面は略球面形状に形成され、中間部材は複数の要素に分割され、ブレーキ動作エネルギー源が絶たれたとき中間部材はブレーキ装置に蓄えられたエネルギーにて外側には膨張し、内側には収縮し、拘束対象部材と中間部材、中間部材とブレーキ動作部の間の隙間がそれぞれ無くなるとともに摩擦力を発生する圧力を発生させ、その摩擦力により拘束対象部材とブレーキ動作部の相対運動を減速させて拘束し、拘束対象部材の軸方向への移動と軸中心回りの回転及び任意の方向への傾きの４自由度を拘束する４自由度拘束ブレーキ装置である。
【００２２】
又、請求項６に係る発明は、上述した各発明において、前記エネルギーを蓄える要素をバネ要素とし、ブレーキ動作エネルギーを電気エネルギーとした。請求項７に係る発明は、前記請求項１〜４に係る発明において、前記エネルギーを蓄える要素をバネ要素とし、ブレーキ動作エネルギーを供給される流体の圧力としたものである。又、請求項８に係る発明は、請求項６に係る発明において、前記ブレーキ動作部は反発力を発生するバネ要素と円形の磁気コアからなるソレノイドアクチュエータをもち、ソレノイドアクチュエータの動作方向が拘束対象部材の略軸方向であるものとし、請求項９に係る発明は、拘束対象部材の略半径方向であるものとした。
【００２３】
請求項１０〜請求項１３に係る発明は、上述した４自由度拘束ブレーキ装置を用いたパラレルリンク型ロボットに係る発明である。請求項１０に係る発明は、ベースに３つのアクチュエータが配設され、該３つのアクチュエータと可動部間を平行リンク機構でそれぞれ接続することにより、該可動部の３次元位置を制御するパラレルリンク型ロボットにおいて、前記ベースに請求項１乃至９の内いずれか１項に記載の発明の４自由度拘束ブレーキ装置を設け、該４自由度拘束ブレーキ装置の拘束対象部材を前記可動部とジョイントで接続したことを特徴とするパラレルリンク型ロボットである。
【００２４】
又、請求項１１に係る発明は、ベースに３つのアクチュエータが配設され、該３つのアクチュエータと可動部間を平行リンク機構でそれぞれ接続することにより、該可動部の３次元位置を制御すると共に、前記可動部にエンドエフェクタが取り付けられる回転軸を備え、該回転軸をジョイント及びロッドを介して回転駆動する回転軸駆動用のアクチュエータを前記ベースに備えたパラレルリンク型ロボットにおいて、前記ベースに請求項１乃至９の内いずれか１項に記載の４自由度拘束ブレーキ装置を設け、前記ロッドは前記回転軸駆動用のアクチュエータの出力回転軸と軸方向移動自在で回転力の伝達を受けるよう構成され、該ロッドが前記４自由度拘束ブレーキ装置の拘束対象部材とされていることを特徴とするパラレルリンク型ロボットである。
【００２５】
そして、この請求項１１に係る発明において、請求項１２に係る発明は、前記ベースに取り付けられた前記４自由度拘束ブレーキ装置の上部にスライド付きジンバル機構を配置し、該ジンバル機構のスライド及び揺動が可能な部材に前記回転軸駆動用のアクチュエータを取り付け、前記可動部の移動に応じて傾斜するロッドに対応して前記回転軸駆動用のアクチュエータも傾斜しスライドするようにした。又、請求項１３に係る発明は、前記ベースに前記回転軸駆動用のアクチュエータを取り付け、該回転軸駆動用のアクチュエータの上部に前記４自由度拘束ブレーキ装置を配置とし、前記回転軸駆動用のアクチュエータの出力回転部は、ダイヤフラムで結合されたスプライン穴を有するシャフトを有し、前記ロッドはスプライン歯を備え、前記シャフトのスプライン穴に前記ロッドが挿入されスプライン結合して構成した。
【発明の効果】
【００２６】
軸状の拘束対象部材の軸方向への移動、軸方向回りの回転及び揺動の４自由度を拘束できるものであるから、機械や装置において、４自由度を有する可動部の移動を１つのブレーキ装置で拘束できる。これにより、１自由度しか拘束できない従来のブレーキ装置に比べ、機械や装置からブレーキ装置の数を減らすことができる。ブレーキ装置の数が減ることにより、その分故障率を減らすことができ、機械や装置の稼動効率を上げることができる。
【００２７】
又、この４自由度拘束ブレーキ装置を用いたパラレルリンク型ロボットにおいても、従来アクチュエータ毎に設けていたブレーキ装置を減らし１台ですみ、その分、機械や装置の故障率を低下させることができる。又、４自由度拘束ブレーキ装置でパラレルリンク型ロボットの可動部を拘束している状態では、可動部の位置を保持したまま、可動部を駆動するアクチュエータや可動部とアクチュエータを結合するリンク機構等の交換や保守を行うことができる。そして、その後、ロボットを復旧するときには、ロボットプログラムの再原点復帰作業やキャリブレーション作業を行う必要がなく、作業効率をよくするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。図１（ｃ）は、該実施形態の正面図、図１（ｂ）は、図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂの断面図である。  
本発明の４自由度拘束ブレーキ装置は、軸状の拘束対象部材１の４自由度を拘束するもので、この第１実施形態では略球状の中間部材２、第１、第２のブレーキ動作部３ａ、３ｂ、第１，第２のブレーキ動作部３ａ、３ｂをそれぞれ作動させる磁気コア４ａ、４ｂと予圧用のバネ７で構成される磁気ソレノイド、該磁気コア４ａ、４ｂのコイル５に電力を供給するためのコネクタ８、スリーブ９、ガイドピン１０等で構成されている。磁気コア４ａ、４ｂには、図１（ｂ）に示すように、複数の予圧用のバネ７が挿入される複数のバネ穴１１（６箇所）、ガイド穴１２（３箇所）が設けられている。なお、図１（ｂ）では、中間部材２、第１，第２のブレーキ動作部３ａ、３ｂを取り除いた状態を示している。
【００２９】
図２は、中間部材２の説明図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）正面図である。中間部材２は外形が略球形状であり、重力が作用する方向に複数に分割されている。この実施形態では、２ａ、２ｂ、２ｃに３分割されており、該中間部材２の中央には分割方向に略円筒形状の穴２ｄが形成されており、該穴２ｄに軸状の拘束対象部材１が挿入されるもので、この拘束対象部材１と中間部材２の界面は略円筒形状となっている。又、中間部材２の外形は略球状に形成され、該中間部材２の球状面に対してブレーキ動作部３ａ、３ｂに設けられた摩擦部材１３が対向し、中間部材２とブレーキ動作部３ａ、３ｂの界面は略球面形状となっている。  
図３はブレーキ動作部３ａ、３ｂの説明図であり、図３では図１におけるブレーキ動作部３ｂの例を示している。図３（ａ）は、ブレーキ動作部の正面図（図１（ａ）の上方から見た図）、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）の下側から見た図である。  
ブレーキ動作部３ａ、３ｂは、摩擦部材１３が設けられ中間部材２の球面と対向する円弧状部分と、該円弧状部分から延びる磁気コア４ａ、４ｂの磁気が作用する鍔状部で形成されている。鍔状部には、回転を拘束するための複数（３箇所）の回転拘束ノッチ１４が形成されている。
【００３０】
２つのブレーキ動作部３ａ、３ｂの回転を拘束するための回転拘束ノッチ１４を合わせ、該回転拘束ノッチ１４にスリーブ９を装着し、このブレーキ動作部３ａ、３ｂの上に磁気コア４ａ、４ｂを配設し、ガイドピン１０をガイド穴１２を介してスリーブ９の穴に嵌合して固定する。スリーブ９は２つ（上下）の磁気コア４ａ、４ｂに挟まれて保持され、このスリーブ９によって、２つ（上下）の磁気コア４ａ、４ｂの間隔が正しく位置決めされる。そして、磁気コア４ａ、４ｂのバネ穴１１に予圧用のバネ７を装着し、ブレーキ固定部６を磁気コア４ａ、４ｂの外周に配置し、この磁気コア４ａ、４ｂと予圧用のバネ７によって、ソレノイドアクチュエータを構成しており、予圧用のバネ７がブレーキ動作部３ａ、３ｂとブレーキ固定部６で圧縮され、反発力が発生するように装着し、ブレーキ固定部６を締め付け固定することによってこの４自由度拘束ブレーキ装置が得られる。そして、中間部材２の円筒状穴に拘束対象部材１を挿入し、この拘束対象部材１をこのブレーキ装置によって拘束するものである。
【００３１】
図１（ａ）の状態は、磁気コア４ａ、４ｂのコイル５への電力の供給が絶たれ、ブレーキが作動した状態を示している。又、図４はこのブレーキ装置の動作状態を説明する説明図であり、図４（ａ）、図４（ｃ）は、ブレーキ装置へ電力が供給されて、ブレーキが作動していない状態を示し、図４（ｂ）は、ブレーキが作動している状態を示している。なお、図４（ｂ）、図４（ｃ）は拘束対象部材１が傾斜しているときの状態を示している。
【００３２】
ブレーキ装置への電力供給が絶たれた状態では、ブレーキ動作部３ａ、３ｂには予圧用のバネ７の反発力が作用して図１（ａ）、図４（ｂ）に示すように、２つのブレーキ動作部３ａ、３ｂの鍔部が若干の隙間を残して接近する。その結果、ブレーキ動作部３ａ、３ｂの摩擦部材１３が、中間部材２の球面形状面に押圧され、中間部材２の分割された３つの部材はその中心方向に移動し、拘束対象部材１をこの中間部材２で拘束することになる。すなわち、ブレーキ動作部３ａ、３ｂで中間部材２を拘束とし、中間部材２で拘束対象部材１を拘束することになるから、中間部材２と拘束対象部材１は一体のものとなる。その結果、中間部材２は、直交する３つの軸（例えば直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸）回りの回転が拘束され（３自由度の拘束）、かつ、中間部材２によって軸状の拘束対象部材１の軸方向の移動が拘束される（１自由度の拘束）ことになるから、拘束対象部材１は、直交する３軸回りの回転（各任意の方向への揺動と軸中心回りの回転）と、軸方向の移動が拘束されることになり４自由度が拘束されることになる。なお、中間部材２は拘束対象部材１を拘束するものであることから、中間部材２に設けられた穴の面、すなわち拘束対象部材１を拘束する面はブレーキ効果を高めるための表面処理や摩擦材料を張り付けておくことが望ましい。又、中間部材２がブレーキ動作部３ａ、３ｂで締め付けられ、ブレーキが作動するときでも、中間部材２を複数（３つ）の要素（２ａ、２ｂ、２ｃ）に分割した分割隙間が残るように設計しておく。ブレーキ動作部３ａ、３ｂに設けられた摩擦部材１３が摩耗で消耗しても、分割された中間部材が互いに突き当たってブレーキ不良が生じないようにするためである。
【００３３】
一方、ブレーキ装置のコイル５への電力が供給されたときには、磁気コア４ａ、４ｂがブレーキ動作部３ａ、３ｂをバネ７の力に抗して引き付けることから、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すように、２つのブレーキ動作部は引き離され、上側のブレーキ動作部３ａはスリーブ９にガイドされて上側に移動し、下側のブレーキ動作部３ｂはスリーブ９にガイドされて下側に移動し、この位置が保持されることから、ブレーキ動作部３ａ、３ｂの摩擦部材１３は中間部材２の略球面形状面への押圧力はほとんど作用しなくなる。これによって、中間部材２は自由に回転が可能となり、かつ、中間部材２が拘束対象部材１を締め付ける力もほとんどなくなることから、拘束対象部材１は軸方向への移動も可能となる。すなわち、拘束対象部材１は、その揺動、回転及び軸方向への移動が可能となり、拘束対象部材１の４自由度が確保されることになる。
【００３４】
なお、図４（ｂ）は、拘束対象部材１が傾いた状態で、ブレーキ装置への電力供給が停止され、ブレーキが作動して拘束対象部材１の４自由度を拘束している状態を示しているものであり、拘束対象部材１が傾いている状態でも、ブレーキが作動したときは、その状態を保持することになる。又、図４（ｃ）は、拘束対象部材１が傾いた状態で、ブレーキ装置へ電力が供給され、ブレーキが作動していない状態を示す図である。なお、ブレーキが作動していない状態では、中間部材２は、重力の影響で落下し、下側のブレーキ動作部３に接することになるが、中間部材２の質量は小さく、この接触に伴う摩擦抵抗はブレーキ力に比べ小さいものである。
【００３５】
図５は、本発明の第２の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。  
図５（ａ）は、図１（ｂ）と同じように該ブレーキ装置の中央断面図である。又、図５（ｂ）は、ブレーキ動作部の平面図、５（ｃ）、図５（ｄ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図で、図５（ｃ）は電力が遮断されブレーキが作動している状態を示す図、図５（ｄ）は、電力が供給され、ブレーキが作動していない状態を示す図である。なお、第１の実施形態と同じ部材は、同一の符号を付している。
【００３６】
この第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、スリーブ９’が第１の実施形態と比べその長さが短いこと、及びブレーキ動作部３ａ、３ｂに回転拘束ノッチ１４と回転拘束ピン穴１５が交互に設けられている点である。そして、上下の２つのブレーキ動作部３ａ、３ｂは、一方のブレーキ動作部３ａ（３ｂ）の回転拘束ノッチ１４に他方のブレーキ動作部３ｂ（３ａ）の回転拘束ピン穴１５が対応するように配設され、回転拘束ノッチ１４にスリーブ９’が挿入され、該スリーブ９’と回転拘束ピン穴１５にガイドピン１０が挿入されて固定される。スリーブ９’の一端は該スリーブ９’を挿入した側の磁気コア４ａ、４ｂによって支えられる。他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００３７】
図５（ｄ）は、磁気コア４ａ、４ｂのコイル５に電力が供給されブレーキ動作部３ａ、３ｂが磁気コア４ａ、４ｂで吸引されて、中間部材２、拘束対象部材１の拘束を解いた状態である。この状態から、磁気コア４ａ、４ｂのコイル５への電力の供給が絶たれたとき、ブレーキ動作部３ａ、３ｂは、バネ７の反発力で互いにその鍔部が近づくように付勢され、上側のブレーキ動作部３ａは下に、下側のブレーキ動作部３ｂは上に移動する。例えば、図５（ｃ）に示すように、上側のブレーキ動作部３ａが下に移動したとき、下側の側のブレーキ動作部３ｂの回転拘束ノッチ１４に装着されたスリーブ９’の端部に当接することによって、それ以上の下方向への移動はできない。同様に、下側のブレーキ動作部３ｂが上方向に移動したとき、上側の側のブレーキ動作部３ａの回転拘束ノッチ１４に装着されたスリーブ９’の端部に当接することによって、それ以上の上方向への移動はできない。これによって、バネの反発力で移動する上下のブレーキ動作部３ａ、３ｂは、上下間の略中央位置に移動することになり、拘束対象部材１の位置精度を向上させる。
【００３８】
図６は、本発明の第３の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。この第３の実施形態と第１，第２の実施形態と相違する点は、駆動エネルギーが電気の代わりに圧力媒体を用いた圧力媒体式ブレーキ装置である点である。図６（ｃ）は、第１の実施形態の図１（ｂ）と同じように、ブレーキ装置の中央断面図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）は、図６（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。なお、第１、第２の実施形態と同等の部材には同一の符号を付している。
【００３９】
２つ（上下）のブレーキ動作部３ａ、３ｂの鍔部間に、ブラダ１６が配設されている。このブラダ１６が配設された部分に対応して球状の中間部材２を取り巻くようにリング１７が配設されている。このリング１７は、中間部材２を押圧するものではなく、ブラダ１７が膨張したとき、ブラダの中間部材２への方向への拡大を阻止しするものである。ブラダ１６には、圧力媒体供給チューブ１８が接続されている。ブレーキ固定部６にはガイドピン１０を挿入するガイド穴１９が複数設けられており、該ガイド穴１９にガイドピン１０が挿入され該ガイドピン１０でガイドされた、ブレーキ動作部３ａ、３ｂが図６（ａ）において上下方向移動可能となっている。又、２つ（上下）のブレーキ動作部３ａ、３ｂの鍔部分とブレーキ固定部６の間には、予圧バネ用穴２０で位置決めされて圧縮されたバネ７が複数装着されている。
【００４０】
圧力媒体がブラダ１６に供給されていない状態では、図６（ａ）に示すように、ブレーキ動作部３ａ、３ｂが予圧用のバネ７の反発力によって押圧され、上側のブレーキ動作部３ａは下方に移動し、下側のブレーキ動作部３ｂは、上側に移動して、ブラダ１６を圧縮、縮小させ、各ブレーキ動作部３ａ、３ｂの摩擦部材１３によって中間部材２を押圧し、該中間部材２を圧縮して拘束し、かつ、中間部材２が拘束対象部材１を押圧して拘束する。これによって、第１，第２の実施形態と同様に、中間部材２の直交する３軸の回りの回転を拘束し、拘束対象部材１の軸方向への移動を拘束する。これによって拘束対象部材１の４自由度を拘束する。
【００４１】
一方、ブラダ１６に圧力媒体が供給されると、図６（ｂ）に示すようにブラダ１６は膨張する。このとき、リング１７によって、中間部材２の方向へはその膨張が規制されることから、ブラダ１６は、上下のブレーキ動作部３ａ、３ｂへの方向に膨張し、上側のブレーキ動作部３ａを上に、下側のブレーキ動作部３ｂを下側に移動させる。その結果、２つ（上下）のブレーキ動作部３ａ、３ｂの摩擦部材１３は、中間部材２を押圧しなくなることから、中間部材２は、自由に回転可能となり、かつ、中間部材２は拘束対象部材１を押圧しなくなることから、拘束対象部材１は軸方向への移動が可能となる。これによって、拘束対象部材１は、直交する３軸回りの回転（揺動と軸中心の回転）と軸方向への移動が自由となる。  
この圧力媒体式ブレーキは、一般に大きなブレーキ力を発生させることができ、又、圧力が失われるとブレーキ力が作動するのでフェィルセーフ性に優れている。
【００４２】
図７は、本発明の第４の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。  
この第４の実施形態は、上述した第１〜第３の実施形態と比較し、ブレーキ動作部の移動方向が異なる。又、複数（３つ）に分割された中間部材２を束ねるバネ部材を設けている点で異なる。図７（ａ）、図７（ｂ）は、ブレーキ装置を拘束対象部材１の軸方向に切断した断面図で、図７（ａ）は、ブレーキが作動している状態を示す図であり、図７（ｂ）は、ブレーキ非動作状態の図である。又、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図てある。  
この第４の実施形態では、球状の中間部材２の半径方向に移動する４つのブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄが球状の中間部材２を囲むように配置され、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄは磁気コア２２ａ〜２２ｄによって駆動される。又、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄとブレーキ固定部６間には、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄを中間部材２に押し付けるように反発力を発生する圧縮されたバネ７が配設されている。又、３つに分割された球状の中間部材２は、その分割方向とは直交する方向に溝２３が設けられ、該溝２３には、バネ部材２４が挿入され３つに分割された中間部材２を束ねている。このバネ部材２４による３つに分割された中間部材２を束ねる力は弱く、この束ねる力で中間部材２が拘束対象部材１を圧迫し、拘束対象部材１の軸移動の阻害になるほどの力を発生しない程度のものとしている。
【００４３】
磁気コア２２ａ〜２２ｄのコイル５への電力供給が絶たれた状態では、図７（ａ）に示すように、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄはバネ７によって付勢されて中間部材２の方向（該中間部材の半径方向）に移動し、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄの摩擦部材１３によって、中間部材２を押圧し該中間部材２を圧縮し拘束する。また、中間部材が圧縮されることによって、該中間部材２が拘束対象部材１を押圧して該拘束対象部材１の軸方向の移動を拘束している。よって、拘束対象部材１は、その揺動、及び軸方向への移動ができない。
【００４４】
磁気コア２２ａ〜２２ｄのコイル５への電力が供給されると、磁気コア２２ａ〜２２ｄがバネ７の力に抗してブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄを引き付け、中間部材２から離れるようにブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄを半径方向に移動させ、図７（ｂ）に示す状態とすることから、ブレーキ動作部２１ａ〜２１ｄの摩擦部材１３は中間部材２の球状面から離れ、押圧しなくなることから、中間部材２の拘束が解かれるから、これに伴って、拘束対象部材１の中間部材２による拘束も解かれるので、中間部材２は、直交する３軸方向の各軸回りの回転が可能となり、拘束対象部材１は軸方向への移動及び任意方向への移動が可能となる。
【００４５】
なお、分割された中間部材２束ねるための溝２３やバネ部材２４の構成は、上述した第１〜３の実施形態及び後述する中間部材２を分割して複数の要素にする他の実施形態にも適用できるものである。
【００４６】
図８は、本発明の第５の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。  
この第５の実施形態は、上述した第４の実施形態と比較し、中間部材２を押圧するブレーキ動作部が１方向にしか設けられていない点で相違するものである。図８（ａ）、図８（ｃ）は、ブレーキ装置を拘束対象部材１の軸方向に切断した断面図で、図８（ａ）は、ブレーキが作動している状態を示す図であり、図８（ｃ）は、ブレーキ非動作状態の図である。又、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、第５の実施形態と同じ要素は同一符号を付している。  
この第５の実施形態では、球状の中間部材２の一方の側に中間部材２に対向する面が中間部材２の球状面に沿うような形状し、その面に摩擦部材１３が設けられたブレーキ固定部２５が配設されている。このブレーキ固定部２５が配設された反対側には電磁ソレノイド装置が配置されている。すなわち、磁気コア２２で駆動され球状の中間部材２の半径方向に移動するブレーキ動作部２１が設けられブレーキ固定部６とブレーキ動作部２１との間には、ブレーキ動作部２１を中間部材２の方向に押圧する圧縮されたバネ７が複数配設されている。
【００４７】
磁気コア２２のコイル５への電力の供給が絶たれた状態では、図８（ａ）に示すようにバネ７でブレーキ動作部２１が中間部材２の方向に押圧され移動し、ブレーキ動作部２１に設けた摩擦部材１３が、中間部材２の球状面を押圧すると共に、ブレーキ固定部２５の摩擦部材１３が中間部材２の球状面を押圧することによって、中間部材２を拘束する。
中間部材２がブレーキ動作部２１、ブレーキ固定部２５で押圧されることによって、該中間部材２が拘束対象部材１を押圧して拘束する。これによって、拘束対象部材１の任意の方向の揺動と軸方向の移動と軸中心回りの回転が拘束され４自由度が拘束されることになる。
【００４８】
一方、磁気コア２２のコイル５に電力が供給されると、ブレーキ動作部２１が磁気コア２２で吸引されることから、ブレーキ動作部２１の中間部材２への押圧が解かれる。この押圧が解かれることにより、中間部材２及び拘束対象部材１が押圧方向とは逆方向に僅か移動し、ブレーキ固定部２５と中間部材２の接触力が小さくなり、中間部材２の回転、拘束対象部材１の軸方向への移動が可能となる。
【００４９】
図９は、本発明の第６の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。  
この第６の実施形態は、中間部材の中心部に挿通される拘束対象部材が膨張することによってブレーキが作動するようにしたものである。この第６の実施形態では、中間部材は第１〜第５の実施形態と同様に分割されているものである。さらに、この第６の実施形態では、拘束対象部材のシャフト１’が軸方向に複数（図９では２つ）に分割され、かつ中空とされ、該中空のシャフト１’内には、作動媒体２８が封入され、さらに、該作動媒体２８を加熱する熱媒体２９が配設されている。  
図９では図示していないが、このシャフト１’が第１〜第５の実施形態における中間部材２と同じ形態の中間部材２の中央部の穴に挿入されている。さらに、この分割され、外周面が略球状の中間部材２を取り囲むように固定部と一体のブレーキ動作部が配置されている。このブレーキ動作部は、第１〜第５の実施形態のように、移動するものではなく固定部に固定されているものである。
【００５０】
作動媒体としては、エネルギー（電流）が投入されたとき、作動媒体２８の体積が縮小し、エネルギー（電流）の供給が絶たれたとき、作動媒体２８の体積が膨張するものを選ぶ、この実施形態では、このブレーキ装置が氷点下温度の下で使用される場合の例を示しており、作動媒体２８としては、水を主体とした作動媒体を用い、熱媒体２９としては絶縁された電熱線を用いる。  
熱媒体２９の電熱線への電流を絶つと、作動媒体２８は水系であるため、周囲環境の温度が氷点下であることから冷却されて固化し、膨張する。そのため、図９（ｂ）に示すように、拘束対象部材のシャフト１’は半径方向に移動し、中間部材を押圧し、この境界での相対移動ができなくなる。又、中間部材も押圧されることによって膨張し、該中間部材を取り囲むブレーキ動作部に圧接され、中間部材もこの境界での相対移動ができなくなる。よって、拘束対象部材のシャフト１’中間部材、ブレーキ動作部は一体となって、相対移動ができなくなるから、拘束対象部材のシャフト１’の４自由度は拘束されることになる。
【００５１】
一方、熱媒体２９の電熱線へ電流を流すと、固化された作動媒体２８は溶融されて縮小し、図９（ａ）に示すように、拘束対象部材のシャフト１’は半径方向に縮小することから、拘束対象部材のシャフト１’は、中間部材を押圧しなくなり、ほとんど非接触の状態となる。その結果、中間部材も収縮し、該中間部材を取り囲むブレーキ動作部との接触圧が小さくなり、この境界での接触も小さいものとなり、中間部材は直交する３軸回りに回転可能となり、かつ、拘束対象部材のシャフト１’は中間部材に対して軸方向に移動可能となる。これにより、拘束対象部材のシャフト１’は任意の方向への揺動と軸方向への移動が可能となり４自由度の動作が可能となる。
【００５２】
なお、作動媒体２８として流動パラフィン等の常温で液体の材料を用い、熱媒体２９としては不凍液又はさらに固化温度が低いシリコン油などを用いてもよい。この場合、ペルチェ素子等の冷却機構と、熱媒体を循環させる機構と拘束対象部材１’に熱媒体を循環させるホース等の図示しない付帯設備を必要とする。
【００５３】
図１０は、本発明の第７の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。  
この第７の実施形態では、上述した各実施形態と同じように中間部材２が３つ（２ａ、２ｂ、２ｃ）に分割されている。又、この分割された各中間部材は、外側中間部材と内側中間部材に分割され、さらに、外側中間部材は上述した分割方向と直交する方向に２分割されている。これにより、外側中間部材２ａ−１ａ、２ａ−１ｂ、２ｂ−１ａ（図示せず）、２ｂ−１ｂ（図示せず）、２ｃ−１ａ、２ｃ−１ｂの６つの要素に分割されている。又、内側中間部材は２ａ−２、２ｂ−２（図示せず）、２ｃ−２の３つの要素に分割されている。
【００５４】
各外側中間部材２ａ−１ａ、２ａ−１ｂ、２ｂ−１ａ、２ｂ−１ｂ、２ｃ−１ａ、２ｃ−１ｂには、ソレノイド３０を備え、かつ、外側中間部材２ａと内側中間部材２ｂ間には、反発力を発生させる圧縮されたバネ３１が配設され、これにより電磁アクチュエータを備える中間部材２が構成されている。又、該中間部材２の外周には、第１〜第５の実施形態のようにブレーキ動作部が配設されているが、このブレーキ動作部は、第６の実施形態と同じように固定部と一体化され、固定されているものである。
【００５５】
各電磁アクチュエータのソレノイド３０への励磁電流を遮断すると、バネ３１により内側中間部材２ａ−２〜２ｃ−２は、球状の中間部材２の中心方向に押圧されて、その中心部を貫通する拘束対象部材１をその摩擦部材１３が施された部分で押圧し摩擦力を発生させて拘束する。又、各外側中間部材２ａ−１〜２ｃ−１はバネ３１で押されて中間部材２の外径は拡大し、各外側中間部材２ａ−１〜２ｃ−１は固定されたブレーキ動作部材（図示せず）に押圧され、摩擦力が発生し、中間部材２の移動を拘束する。これによって、拘束対象部材１の軸方向への移動及び傾き移動は拘束され、位置姿勢が保持されることになる。
【００５６】
一方、各電磁アクチュエータのソレノイド３０に励磁電流が供給されると、中間部材２の外側及び内側部材は互いに引き付け合い、中間部材２の外径は縮小し、内径は拡大する。その結果、拘束対象部材１と中間部材２との接触摩擦が無くなり（又は小さくなり）、ブレーキ動作部と中間部材２の接触も無くなる（又は小さくなる）ことから、中間部材は直交する３軸回りの回転が自由となり、かつ拘束対象部材１の中間部材に対する軸方向への相対移動が可能となり、拘束対象部材１の任意の方向への揺動と軸方向への移動、軸心回りの回転の４自由度が自由となる。なお、この第７実施形態においても、第４の実施形態と同様に、分割された中間部材の要素を束ねるためのバネ部材を設けてもよい。この場合、例えば、図１０において、外側中間部材を上下に分割した分割位置より上下方向にオフセットした位置に溝をそれぞれ設け、該バネ部材を該溝に装着して、上側の外側中間部材２ａ−１ａ、２ｂ−１ａ、２ｃ−１ａ及び下側の外側中間部材２ａ−１ｂ、２ｂ−１ｂ、２ｃ−１ｂをそれぞれ束ねるようにしてもよいものである。
【００５７】
以上のように、本発明の各実施形態では、軸状の拘束対象部材１の任意の方向への傾斜（揺動）と、軸心回りの回転、軸方向への移動の４自由度に対して同時にブレーキを作用させることができ、４自由度を１つのブレーキ装置で一度に拘束できるものである。
【００５８】
この４自由度を拘束することができることを利用し、この４自由度拘束ブレーキ装置を用いたパラレルリンク型ロボットの第１の実施形態を図１１に示す。  
この図１１に示すパラレルリンク型ロボットは、図１８に示した従来のパラレルリンク型ロボットにおいて、エンドエフェクタ用アクチュエータ１０５を備えないタイプのもので、可動部をその姿勢を保持したまま位置が制御される、パラレルリンク型ロボットに４自由度拘束ブレーキ装置を適用した例である。
【００５９】
パラレルリンク型ロボット５０は、３つの位置制御用アクチュエータ５４を備えている（図１８に示した従来のパラレルリンク型ロボットにおける位置制御用アクチュエータにはブレーキ装置を備えているが、本発明のパラレルリンク型ロボットの実施形態では、ブレーキ装置を備えていない）。パラレルリンク型ロボット５０のベース５３は、一端が基台５１に固定された複数の支柱５２により支持されている。各位置制御用アクチュエータ５４はベース５３から垂下したそれぞれのアクチュエータ固定部５６に固定されており、該位置制御用アクチュエータ５４は、ベース５３の中心から等距離で等角度間隔毎に配置されている。
【００６０】
可動部５７は、各位置制御用アクチュエータ５４とそれぞれの平行リンク機構５８を介して連結されている。平行リンク機構５８は、位置制御用アクチュエータ５４の出力回転軸に固定され該出力回転軸と共に回転するリンク５９と、該リンク５９にユニバーサルジョイント等のジョイント６０を介して一端が連結された２本のロッド６１と、さらに、該２本のロッド６１の他端とジョイント６０で連結された可動部５７で構成され、２本のロッド６１は平行に配置されている。
【００６１】
３つの位置制御用アクチュエータ５４の回転位置を制御することによって、各位置制御用アクチュエータ５４の出力回転軸に結合された各平行リンク機構５８により、可動部５７は常にベース５３に対してその姿勢（この例では水平な姿勢）を保って、その位置が制御されることになる。
【００６２】
ベース５３の中心部には、４自由度拘束ブレーキ装置５５が取り付けられている。この４自由度拘束ブレーキ装置５５は上述した第１〜第７の実施形態に示すいずれのものでもよい。
【００６３】
可動部５７には、２自由度以上のジョイント６２を介してブレーキロッド６３が連結されており、このブレーキロッド６３が４自由度拘束ブレーキ装置５５の拘束対象部材を構成する。  
ロボット５０を動作させるときには、４自由度拘束ブレーキ装置５５にもエネルギーが供給され、ブレーキ装置５５の拘束対象部材としてのブレーキロッド６３は、前述したように、自由に軸方向に移動することも任意の方向に揺動することもできる。この状態で、各位置制御用アクチュエータ５４を駆動することによって、平行リンク機構５８を介して、可動部５７をその姿勢を変えずに保持したまま、３次元空間上の位置（直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）を制御し、可動部５７に取り付けられたエンドエフェクタ６４等の手先位置を制御し、各種作業を実施する。
【００６４】
該パラレルリンク型ロボット５０の動作を停止する、非制御時には、ブレーキ装置５５へのエネルギー供給が絶たれる。これによって、４自由度拘束ブレーキ装置の各実施形態で説明したように、ブレーキが作動し、中間部材２が、拘束対象部材のブレーキロッド６３を拘束し、かつ中間部材２はブレーキ動作部材によってその回転が拘束されることになるから、拘束対象部材のブレーキロッド６３は、その軸方向への移動も、傾き角度を変更することもできなく、ブレーキが作動したとき（エネルギーの供給が停止したとき）の状態を保持する。すなわち、可動部５７はその位置、すなわちロボットの手先位置を１つのブレーキ装置５５で保持することになる。
【００６５】
以上のように、従来のパラレルリンク型ロボットでは、アクチュエータの数だけブレーキ装置を必要としたが、本実施形態では、４自由度拘束ブレーキ装置５５の１つだけで、ロボット手先位置（可動部の位置）を保持できるので、ロボットの非制御時に、４自由度拘束ブレーキ装置５５でブレーキロッド６３を拘束しておけば、アクチュエータ５４や平行リンク機構５８のリンク５９やロッド６１、ジョイント６０等の部品交換を行っても、ロボットの手先位置には影響をなく、変化しないから、その後復旧するとき、ロボットプログラムの再原点復帰作業やキャリブレーション作業が不要となるという効果がある。
【００６６】
図１２は、４自由度拘束ブレーキ装置を用いたパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態である。この実施形態と図１１に示した第１の実施形態との相違する点は、可動部に回転軸を備え、該回転軸にエンドエフェクタを取り付けて、該エンドエフェクタの回転位置を制御できるようにした４自由度のパラレルリンク型ロボットの例である。すなわち、図１８に示した従来の４自由度のパラレルリンク型ロボットに４自由度拘束ブレーキ装置を適用したものである。なお、図１１に示した第１の実施形態と同じ部材は同一の符号を付している。
【００６７】
このパラレルリンク型ロボット７０の可動部５７には、回転軸７２が設けられており、該回転軸７２には、エンドエフェクタ７６が取り付けられる。回転軸７２はジョイント７７を介してブレーキロッド７１が接続されている。ベース５３の中央部には、４自由度拘束ブレーキ装置５５が配設され、該４自由度拘束ブレーキ装置５５には、ブレーキロッド７１が挿通され、このブレーキロッド７１が４自由度拘束ブレーキ装置５５の拘束対象部材とされる。さらに、４自由度拘束ブレーキ装置５５の上方位置にはスライド機構付きジンバル機構７３が配設され、該ジンバル機構７３のモータ取り付け面には回転軸７２を駆動し、エンドエフェクタ７６の姿勢を制御するエンドエフェクタ用のモータ７４が取り付けられ、該モータ７４のロータ軸とブレーキロッド７１は、軸方向移動自在で回転力の伝達が可能に構成されており、この実施形態ではスプライン結合されている。
【００６８】
該モータ７４のロータ軸はブレーキロッド７１のスプライン歯と係合するスプライン溝を内周面に備え、貫通するスプライン穴を有する軸で構成されており、ブレーキロッド７１の外周にはスプライン歯が設けられている。これによってロータ軸とブレーキロッド７１はスプライン結合で連結されている。なお、符号７５は、該モータ７４に設けられた、位置、速度を検出するためのエンコーダである。又、他の構成は図１１に示した第１の実施形態のパラレルリンク型ロボットの構成と同じである。
【００６９】
図１３は、ジンバル機構７３の説明図である。図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は側面図、図１３（ｃ）は背面図（図１３（ｂ）において右から見た図）、図１３（ｄ）は動作状態説明図である。
【００７０】
モータ７４を取り付けるモータ取り付け面を有するモータ取付部材７３ａは、第１の軸７３ｂに固定されている。第１の軸７３ｂはその両端部でそれぞれ第１の軸取付部材７３ｄに軸方向にスライド可能で回転可能に軸支されている。第２の軸７３ｃは２つに分断されそれぞれベース５３に取り付けられる固定部材７３ｅにスライド及び回転可能にそれぞれ軸支されている。第２の軸７３ｃのモータ取付部材７３ａ側の端部は、第２の軸取付部材７３ｆに固定されている。さらに、第２の軸取付部材７３ｆは屈曲した連結部材７３ｇの一端が固定され、その他端は第１の軸取付部材７３ｄは固定されている。
【００７１】
そのため、モータ取付部材７３ａは、直交する第１の軸７３ｂの軸方向、第２の軸７３ｃの軸方向にスライドが可能であると共に、第１の軸７３ｂの回り、第２の軸７３ｃの回りにも回転し揺動できるものとなっている。図１３（ｃ）は、モータ取付部材７３ａが、第１、第２の軸の中間位置にあるときの状態を示し、図１３（ｄ）は、第１の軸方向の左右方向において左にスライドし、かつ、第２の軸方向の上下方向において、下方向にスライドした状態を示している。
【００７２】
又、図１４は、パラレルリンク型ロボット７０のベース５３に取り付けたジンバル機構７３のモータ取付部材７３ａの取付面にモータ７４を取り付けた状態での、モータ７４の第１の軸７３ｂ方向への傾き（第２の軸７３ｃ回りの回転）を説明する図である。  
３つの位置制御用アクチュエータ５４を駆動して、可動部５７を移動させると、該可動部５７とジョイント７７で連結されたブレーキロッド７１は、スプライン結合されたモータ７４のロータ軸に対してその軸方向に相対移動し、図１２において、上下動すると共に傾く。このブレーキロッド７１の傾きは、ブレーキ装置５５の球状の中間部材２の中心を支点として傾く。図１４（ａ）は、ブレーキロッド７１が傾かず垂直な状態を示している。一方、図１４（ｂ）は、ブレーキロッド７１がジンバル機構７３の第１の軸７３ｂ方向に傾いた状態（第２の軸７３ｃの回りに回転し傾いた状態）を示しており、ブレーキロッド７１がブレーキ装置５５の中間部材２の中心を支点として傾くことにより、モータ取付部材７３ａも傾き、モータ７４も傾く。さらに、図１４（ａ）に示すように、ブレーキロッド７１が傾いていない状態では、ブレーキ装置５５の球状の中間部材２の中心と、ジンバル機構７３のモータ取付部材７３ａのロータ軸であるブレーキロッド７１を通す貫通穴の第１の軸方向での位置は同じであるが、ブレーキロッド７１は、可動部５７の移動によって、ブレーキ装置５５の球状の中間部材２の中心を支点として傾くものであるから、その傾き分モータ取付部材７３ａの前記貫通穴の部分も移動することになり、図１４（ｂ）に示すように、第１の軸方向に傾いたとき、モータ取付部材７３ａも第１の軸方向にスライドすることになる。
【００７３】
図１５は、ブレーキロッド７１がジンバル機構７３第２の軸方向に傾いたとの説明図である。図１５（ａ）は、傾きがなく、ブレーキロッド７１が垂直な状態を示している。図１５（ｂ）は、ブレーキロッド７１がジンバル機構７３の第２の軸７３ｃ方向に傾いた状態を示し、モータ取付部材７３ａは第１の軸７３ｂ回りに回転し傾き及びモータ７４も同様に傾く。又、モータ取付部材７３ａ及びモータ７４は図１５（ａ）の状態と比較し、傾いた方向の第２の軸方向にスライドする。
【００７４】
このパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態においても、各アクチュエータ毎にブレーキ装置を設ける必要がなく、各アクチュエータ５４の動力を切断する前に、４自由度拘束ブレーキ装置５５のブレーキを作動させれば、各アクチュエータ５４の動力を絶っても、１つの４自由度拘束ブレーキ装置５５だけで、ロボットの手先位置（可動部の位置）が保持される。さらに、ブレーキロッド７１の中心軸回りの回転も拘束されるものであるから、エンドエフェクタ７６の回転位置も保持されることになる。
【００７５】
ブレーキ装置が１台で済み、ブレーキ装置の数が少なくなる分、その故障率も低下するから、ロボットの運転効率を向上させることができる。又、ロボットの非制御時で４自由度拘束ブレーキ装置５５のブレーキを作用させている状態で、アクチュエータや平行リンク機構のリンクやロッド等の主要部品の交換を行っても、ロボット手先位置（可動部の位置）は保持されるので、その後、ロボットを復旧させるとき、ロボットプログラムの再原点復帰作業やキャリブレーション作業を必要とせず、作業効率をよくするものである。
【００７６】
図１６は、４自由度拘束ブレーキ装置５５を適用したパラレルリンク型ロボットの第３の実施形態の概要図である。この第３の実施形態で用いる４自由度拘束ブレーキ装置５５は、上述した第１〜第７の実施形態のいずれかの４自由度拘束ブレーキ装置５５でよいものである。
この第３のパラレルリンク型ロボット８０の実施形態と第２のパラレルリンク型ロボット７０の実施形態との差異は、エンドエフェクタが取り付けられる可動部に設けられた回転軸を駆動するアクチュエータの構成及び該アクチュエータと可動部とを連結するロッドの構造が相違すること、又、回転軸駆動用のアクチュエータと４自由度拘束ブレーキ装置５５の配設位置が相違する点である。他は第２のパラレルリンク型ロボットの実施形態と同じである。
【００７７】
図１７は、この第３のパラレルリンク型ロボット８０の実施形態における可動部５７に設けた回転軸７２を駆動する駆動用のアクチュエータと、該アクチュエータと可動部とを連結するロッドの説明図である。  
この回転軸駆動用のアクチュエータはモータ８１で構成され、該モータ８１のステータ８２はパラレルリンク型ロボットのベース５３に固定される。該モータ８１のロータ８３内部にダイヤフラム８４が設けられ、該ダイヤフラム８４には、スプライン機構を構成するスプライン溝が形成された穴を有するスプライン穴用シャフト８５が取り付けられており、該スプライン穴用シャフト８５のスプライン穴にはブレーキロッド８６が挿入され、該ブレーキロッド８６はスプライン穴用シャフト８５に対して相対的に移動する範囲の長さに亘ってスプライン歯が形成され、スプライン穴用シャフト８５の溝とスプライン歯は係合している。モータ８１が駆動されると、ロータ８３の回転はダイヤフラム８４を介して、スプライン穴用シャフト８５を回転させ、該スプライン穴用シャフト８５とスプライン結合されているブレーキロッド８６は回転することになる。又、ブレーキロッド８６はスプライン穴用シャフト８５に対して軸方向にも移動可能である。  
さらに、４自由度拘束ブレーキ装置５５とステータ８２上部の間にはスライドプレート８７が設けられ、ブレーキロッド８６は、モータ８１のステータ８２の上部に設けられた４自由度拘束ブレーキ装置５５の中間部材２の中心部の穴を貫通している。また、ブレーキロッド８６は、前述したパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態と同様に、可動部５７に設けられた回転軸７２とカルダン型ユニバーサルジョイント又は球面ジョイント等のジョイント７７を介して連結され、該ブレーキロッド８６の回転を回転軸７２に伝達し、該回転軸７２取り付けられるエンドエフェクタ７６の姿勢（回転位置）を制御する。
【００７８】
各位置制御用アクチュエータ５４を駆動し、可動部５７の位置（ロボット手先位置）を制御する。該可動部５７の移動位置に応じて、ブレーキロッド８６は、モータ８１のロータ８３とはスプライン穴用シャフト８５、ダイヤフラム８４を介して結合されているものであるから、傾斜が可能であり、このダイヤフラム８４の中心位置を支点として傾斜する。この傾き分、下部にスライドプレート８７ａを持つ４自由度拘束ブレーキ装置５５とステータ８２上部のスライドプレート８７ｂに対して平行に移動するが、ダイヤフラム８４の中心位置は変化しない。
又、該ブレーキロッド８６は、スプライン穴用シャフト８５に対して軸方向に移動する。すなわち、ブレーキロッド８６は図１６において、可動部５７の位置に応じて上下動すると共に傾斜する。そして、モータ８１を駆動することにより、ロータ８３の回転をスプライン穴用シャフト８５を介してブレーキロッド８６を回転させ、可動部５７の回転軸７２を回転させてエンドエフェクタ７６の回転位置を制御する。
【００７９】
ロボット８０を停止させるときは、各位置制御用アクチュエータ５４へのエネルギー供給を停止する前に、４自由度拘束ブレーキ装置５５へのエネルギー供給を停止させて該４自由度拘束ブレーキ装置５５のブレーキを作動させて、中間部材２及びブレーキロッド８６を拘束し、その後、各位置制御用アクチュエータ５４へのエネルギー供給を停止する。  中間部材２及びブレーキロッド８６が拘束され、またブレーキロッド８６がダイヤフラム８４の中心位置を支点としていることから、ブレーキロッド８６は、軸方向への移動、回転、傾き角度を変えることもできない。その結果、可動部５７の位置、エンドエフェクタの位置、すなわち、ロボット手先位置が変化することはなく、かつエンドエフェクタの姿勢も変化しない。
【００８０】
このパラレルリンク型ロボット８０の第３の実施形態においても、ブレーキ装置が１つでよく、その数を少なくすることができ、かつ、ブレーキ装置がブレーキを作用させているときには、可動部の位置（ロボット先端位置）を保持できるから、各位置制御用のアクチュエータ５４や平行リンク機構５８等の部品の交換を行っても、その後のロボット復旧時に、ロボットプログラムの再原点復帰作業やキャリブレーション作業を行う必要がなく、作業効率をよくするものである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の４自由度拘束ブレーキ装置は、上述したように、パラレルリンク型ロボットのブレーキ装置として使用することに適しているが、これ以外にも、３軸回りの回転及び軸方向の移動を拘束する必要がある機構や装置にも、この４自由度拘束ブレーキ装置は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図２】同第１の実施形態における中間部材の説明図である。
【図３】同第１の実施形態におけるブレーキ動作部の説明図である。
【図４】同第１の実施形態におけるブレーキ装置の動作状態の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態の４自由度拘束ブレーキ装置の説明図である。
【図１１】本発明の４自由度拘束ブレーキ装置を使用するパラレルリンク型ロボットの本発明の第１の実施形態の説明図である。
【図１２】本発明の４自由度拘束ブレーキ装置を使用するパラレルリンク型ロボットの本発明の第２の実施形態の説明図である。
【図１３】本発明のパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態におけるジンバル機構の説明図である。
【図１４】本発明のパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態におけるジンバル機構の第１の軸方向への傾きを説明する説明図である。
【図１５】本発明のパラレルリンク型ロボットの第２の実施形態におけるジンバル機構の第２の軸方向への傾きを説明する説明図である。
【図１６】本発明の４自由度拘束ブレーキ装置を使用するパラレルリンク型ロボットの本発明の第３の実施形態の説明図である。
【図１７】本発明のパラレルリンク型ロボットの第３の実施形態における回転軸駆動用のアクチュエータと、該アクチュエータと可動部とを連結するロッドの説明図である。
【図１８】従来のパラレルリンク型ロボットの一例の概要図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  拘束対象部材
２  中間部材
３ａ、３ｂ  ブレーキ動作部
４ａ、４ｂ  磁気コア
５  コイル
６  ブレーキ固定部
７  バネ
８  コネクタ
９  スリーブ
１０  ガイドピン
１１  バネ穴
１２  ガイド穴
１３  摩擦部材
１４  回転拘束ノッチ
１５  回転拘束ピン穴
１６  ブラダ
１７  リング
１８  圧力媒体供給チューブ
１９  ガイド穴
２０  予圧バネ用穴
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  ブレーキ動作部
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  磁気コア
２３  溝
２４  バネ部材
２５  ブレーキ固定部
２８  作動媒体
２９  熱媒体
３０  ソレノイド
３１  バネ
５０、７０、８０  パラレルリンク型ロボット
５１  基台
５３  ベース
５４  位置制御用アクチュエータ
５５  ４自由度拘束ブレーキ装置
５７  可動部
５８  平行リンク機構
６２、７７  ジョイント
６３  ブレーキロッド
６４  エンドエフェクタ
７１  ブレーキロッド
７２  回転軸
７３  ジンバル機構
７４  モータ
７６  エンドエフェクタ
８１  モータ
８２  ステータ
８３  ロータ
８４  ダイヤフラム
８５  スプライン穴用シャフト
８６  ブレーキロッド
８７  スライドプレート
【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】
2008286363.tif 000017
【図１６】
2008286363.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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