(57)【要約】【課題】簡単な構成で出力部材１０２の回転を行えるパラレルリンクロボットを実現する。【解決手段】モータ１１０の駆動により生じる回転は、第１直交軸回転伝動機構１１４、第２直交軸回転伝動機構１１１を介して出力部材１０２に伝達される。等速伝達機構は第３の直交軸回転伝動機構と、第４の直交軸回転伝動機構を有していてもよい。第３の直交軸回転伝動機構と第４の直交軸回転伝動機構は共通回転軸により結合されており、該共通回転軸は平行リンクのリンク部材として機能してもよい。【選択図】図１
2017042830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のｚ軸と略平行な回転軸線を有する出力部材と、
前記出力部材の移動及び回転を行う第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、第３アクチュエータ、及び、第４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設けられ、前記出力部材の回転軸線を前記ｚ軸に対し略平行に保持しつつ、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ｚ軸に交差する方向に移動させる平行リンクである第１リンク機構及び平行リンクである第２リンク機構と、
前記出力部材と前記第３アクチュエータとの間を連結するリンク部材を有し、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ｚ軸に概ね平行な方向に移動させる第３リンク機構と、
前記第４アクチュエータの駆動により生じる回転運動を軸線が略直交する第１の回転軸の回転運動に変換する第１の直交軸回転伝動機構と、前記第１の回転軸に略平行な第２の回転軸の回転運動を軸線が略直交する前記出力部材の回転軸の回転運動に変換する第２の直交軸回転伝動機構と、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを略平行に保ちながら該第１の回転軸と第２の回転軸の間で回転の方向と速度を等しく保ちながら回転運動を伝達する等速伝達機構と、
を備え、
前記等速伝達機構の部材は、前記第１リンク機構または第２リンク機構の部材を兼用しており、
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、ｘｙｚ空間内で前記出力部材を位置決め可能であり、
前記出力部材の位置決め位置に拘らず、前記第４アクチュエータの駆動による回転を前記第１の直交軸回転伝動機構、前記第２の直交軸回転伝動機構及び前記等速伝達機構を介して前記出力部材に伝達可能である、
ことを特徴とするパラレルリンクロボット。
【請求項２】
前記等速伝達機構は第３の直交軸回転伝動機構と、第４の直交軸回転伝動機構を有する、
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】
前記第３の直交軸回転伝動機構と前記第４の直交軸回転伝動機構は共通回転軸により結合されており、該共通回転軸は平行リンクのリンク部材として機能する、
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】
前記等速伝達機構は２つのプーリーと該２つのプーリーに掛け渡されたベルトを有する、
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５】
前記２つのプーリーの回転軸間の距離を維持するための軸支持部材を有し、該軸支持部材は平行リンクのリンク部材として機能する、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアクチュエータとリンク機構とを組み合わせて構成され、物品の加工や組み立て等の作業に用いるパラレルリンクロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
パラレルリンクロボットとして、例えば、図６に示すような構造が知られている（特許文献１参照）。図６のパラレルリンクロボット１は、３組の平行リンク機構２と、３個のモータ３と、工具などが装着される出力部材４とを有する。そして、３個のモータ３の回転駆動によりそれぞれ平行リンク機構２を介して、出力部材４の鉛直方向及び水平方向の移動を行えるようにしている。また、伝動部材５を不図示のモータで回転駆動することにより、出力部材４を回転させられるようにしている。この伝動部材５は、出力部材４の鉛直方向及び水平方向の移動に追従しつつ、回転伝達が行えるように支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７３０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に記載された構造の場合、出力部材４を回転させるために、平行リンク機構以外の場所に伝動部材５を設ける必要があり、構造が複雑になることが避けられない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で出力部材の回転を行える構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のパラレルリンクロボットは、所定のｚ軸と略平行な回転軸線を有する出力部材と、前記出力部材の移動及び回転を行う第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、第３アクチュエータ、及び、第４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設けられ、前記出力部材の回転軸線を前記ｚ軸に対し略平行に保持しつつ、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ｚ軸に交差する方向に移動させる平行リンクである第１リンク機構及び平行リンクである第２リンク機構と、前記出力部材と前記第３アクチュエータとの間を連結するリンク部材を有し、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ｚ軸に概ね平行な方向に移動させる第３リンク機構と、前記第４アクチュエータの駆動により生じる回転運動を軸線が略直交する第１の回転軸の回転運動に変換する第１の直交軸回転伝動機構と、前記第１の回転軸に略平行な第２の回転軸の回転運動を軸線が略直交する前記出力部材の回転軸の回転運動に変換する第２の直交軸回転伝動機構と、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを略平行に保ちながら該第１の回転軸と第２の回転軸の間で回転の方向と速度を等しく保ちながら回転運動を伝達する等速伝達機構と、を備え、前記等速伝達機構の部材は、前記第１リンク機構または第２リンク機構の部材を兼用しており、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、ｘｙｚ空間内で前記出力部材を位置決め可能であり、前記出力部材の位置決め位置に拘らず、前記第４アクチュエータの駆動による回転を前記第１の直交軸回転伝動機構、前記第２の直交軸回転伝動機構及び前記等速伝達機構を介して前記出力部材に伝達可能である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、平行リンク機構を構成する部材を利用して、第４アクチュエータにより出力部材を回転させることができるため、出力部材を回転させるための回転伝動機構を平行リンク機構に無関係の場所に設けることはない。このため、簡単な構成の回転伝動機構で出力部材の回転を行える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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を示す概略構成斜視図。
【図２】直交軸回転伝動機構の模式図。
【図３】２自由度のジョイントの１例を示す拡大斜視図。
【図４】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を示す概略構成斜視図。
【図５】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を示す概略構成斜視図。
【図６】従来構造の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１に示すように、パラレルリンクロボット１００は、出力部材１０２と、複数のモータ１０４、１０５、１０８、１１０と、複数のリンク機構１０６、１０７、１０９と、を有する。第１モータ１０４は第１アクチュエータに、第２モータ１０５は第２アクチュエータに、第３モータ１０８は第３アクチュエータに、第４モータ１１０は第４アクチュエータに、それぞれ相当する。また、１０６は第１リンク機構に、１０７は第２リンク機構に、１０９は第３リンク機構に、それぞれ相当する。
【００１０】
第１モータ１０４、第２モータ１０５、第３モータ１０８、第４モータ１１０はそれぞれ所定の位置への固定のために、不図示のベース部材に直接又は取付部材などを介して取付けられている。
【００１１】
出力部材１０２は、ワークの移動や加工などを行う工具を取り付けるものである。このような出力部材１０２は、ｚ軸方向に略平行に配置された出力軸１０３の先端部（下端部）に、２つの回転軸を略直交する状態に保持しつつ当該回転軸間に回転駆動力を伝達する直交軸回転伝動機構１１１を介して結合されている。なお、出力軸１０３には、リンク機構１０６、１０７、１０９のリンク部材が後述のジョイント部を介して結合されている。直交軸回転伝動機構１１１の２つの回転軸は１１１ａ、１１１ｂであり、出力部材１０２は、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ｂに取付けられているために回転可能である。言い換えれば、出力部材１０２は、回転軸線がｚ軸と略平行である。本実施形態では、ｚ軸方向を鉛直方向としている。直交軸回転伝動機構１１１は回転軸１１１ａが上方から見たときに、リンク機構１０７の後述するリンク部材１０７ａに対して略直角になるように、また、回転軸１１１ｂの軸線が出力軸１０３の軸線と略一致するように、出力軸１０３に固定されている。出力軸１０３に対して出力部材１０２は回転自在に支持されていることになる。
【００１２】
なお、出力軸１０３は軸状の形態を有することが好適であるが、実際に軸状の形態を有さなくても良い。後述するように、平行リンク等のリンク部材が結合されるジョイント部（連結部）が略直線上に並べられれば良く、本発明の出力軸はこのような場合も含むものとする。
【００１３】
[第１モータ及び第２モータ］  第１モータ１０４及び第２モータ１０５は、それぞれが出力部材１０２を概ねｘｙ平面に沿って（水平方向に）移動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。なお、厳密に言えば第３モータ１０８を停止している場合は、第１モータ１０４及び第２モータ１０５によって出力部材１０２は仮想的な球面上を移動することになる。このような第１モータ１０４及び第２モータ１０５は、回転軸線がｚ軸方向（鉛直方向）に対して略平行になるように配置されている。そして、第１モータ１０４の回転軸に第１アーム１０４ａを、第２モータ１０５の回転軸に第２アーム１０５ａをそれぞれ固定している。これら第１アーム１０４ａ及び第２アーム１０５ａは、ｘｙ平面（水平面）に略平行に配置される。したがって、第１アーム１０４ａは第１モータ１０４の駆動により、第２アーム１０５ａは第２モータ１０５の駆動により、それぞれ略水平方向に揺動する。
【００１４】
これら第１アーム１０４ａ及び第２アーム１０５ａのそれぞれの駆動量（回転量）は、制御部Ｃにより制御される。制御部Ｃは、ＣＰＵやハードウエア回路又はそれらの組合せからなる。
【００１５】
［第３モータ］  第３モータ１０８は、出力部材１０２を概ねｚ軸方向に移動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。このような第３モータ１０８は、回転軸の方向がｚ軸と直交する直交軸（水平軸）と略平行となるように配置されている。そして、第３モータ１０８の回転軸に、回動腕部である第３アーム１０８ａを固定している。この第３アーム１０８ａは、第３モータ１０８の回転軸に直交する平面（水平面に略直交する平面）上に配置される。したがって、第３アーム１０８ａは第３モータ１０８の駆動により、第３モータ１０８の回転軸を中心として、この回転軸に直交する平面に沿って揺動し、第３ア
ーム１０８ａの先端部に結合された後述の第３リンク機構１０９を介して、出力部材１０２を概ねｚ軸方向に移動することができる。厳密に言えば、第１モータ１０４と第２モータ１０５を停止している場合は、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２は仮想的な円弧上を移動することになる。なお、第３モータ１０８を駆動方向がｚ軸に略平行なリニアアクチュエータに変更してもよい。第３アーム１０８ａの駆動量（回転軸１０８ａの回転量）は制御部Ｃにより制御される。
【００１６】
上述の第１モータ、第２モータ、第３モータとしては、サーボモータ、ステッピングモータ、超音波モータ等の電動アクチュエータ以外に、油圧などの他の動力により駆動されるものでも良い。
【００１７】
［第４アクチュエータ］
第４アクチュエータである第４モータ１１０は、出力部材１０２をｚ軸回り（鉛直軸回り）に回動させるための駆動源となる回転型アクチュエータの一例である。このような第４モータ１１０は、回転軸１１０ａの回転軸線を第２モータ１０５の回転軸線に略一致させるべく、回転軸１１０ａがｚ軸方向（鉛直方向）に対して略平行となるように不図示のベース部材等に直接又は取付部材などを介して取付けられている。モータ１１０の駆動量（回転軸１１０ａの回転量）は制御部Ｃにより制御される。
【００１８】
［第１リンク機構及び第２リンク機構］
第１リンク機構１０６及び第２リンク機構１０７は、出力軸１０３と第１モータ１０４の第１アーム１０４ａとの間、及び、出力軸１０３と第２モータ１０５の第２アーム１０５ａとの間に、それぞれ設けられている。そして、後述するように出力部材１０２の出力軸（回転軸）１０３をｚ軸に略平行に保つように保持しつつ、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動により出力部材１０２をｚ軸に交差する方向に移動可能としている。
【００１９】
出力軸１０３とｚ軸との略平行を保つために、平行リンク機構の一例である第１リンク機構１０６は、第１軸１０４ｂと、出力軸１０３と、複数の第１リンク部材である２本の第１リンクバー１０６ａとを有する。第１リンクバー１０６ａは３本以上としても良い。
【００２０】
第１リンクバー１０６ａは一端を２自由度以上のジョイント１０６ｂで出力軸１０３に接続され、他端を１自由度のジョイント１０６ｃで第１軸１０４ｂに接続されている。
【００２１】
ジョイント１０６ｂとしては、図３に示すような２自由度のジョイントを使用することが好適である。
【００２２】
第１リンクバー１０６ａの２本の実効長（両端のジョイント１０６ｂ、１０６ｃの回転中心間の距離は等しく、２つのジョイント１０６ｂ間の距離は２つのジョイント１０６ｃ間の距離に等しくなっているため、２本の第１リンクバー１０６ａの平行を保つ平行リンクとなっている。ジョイント１０６ｃを１自由度としたのは、平行四辺形のねじれを防止するためである。このため、出力部材１０２の位置に拘らず、第１軸１０４ｂと出力軸１０３との平行、２本の第１リンクバー１０６ａの平行がそれぞれ保持される。なお、第１リンクバー１０６ａは、２本以上としてもよい。
【００２３】
また、平行リンク機構の一例である第２リンク機構１０７は、第２軸１０５ｂと、出力軸１０３と、第２リンク部材である１本の第２リンクバー１０７ａを有する。また、第２リンク機構１０７は直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ａと、直交軸回転伝動機構１１２の回転軸１１２ａと、直交軸回転伝動機構１１３の回転軸１１３ａと、を有している。なお、直交軸回転伝動機構１１２の回転軸１１２ａの実効長（直交軸回転伝動機構１１２の軸線の交点から直交軸回転伝動機構１１３の軸線の交点までの距離）は第２リンクバー１０７ａの実効長（両端のジョイント１０７ｂ、１０７ｃの回転中心間の距離）に等しくしている。
【００２４】
また、回転軸１１１ａの実効長と回転軸１１３ａの実効長を等しくしている。また、ジョイント１０７ｂの回転中心から直交軸回転伝動機構１１１の軸線の交点までの距離を、ジョイント１０７ｃの回転中心から後述する直交軸回転伝動機構１１４の軸線の交点までの距離とを等しくしている。
【００２５】
ジョイント１０７ｂ、１０７ｃは１自由度のジョイントであり、上方から見たときの第２リンクバー１０７ａと回転軸１１３ａとの間の角度を直角に保ち、また、上方から見たときの第２リンクバー１０７ａと回転軸１１１ａとの間の角度を直角に保つ働きがある。その働きにより、回転軸１１２ａと第２リンクバー１０７ａは平行に保たれるので、擬似的な平行リンクと見なすことができる。このため、出力部材１０２の位置に拘らず、第２軸１０５ｂと出力軸１０３との平行、２本の第２リンクバー１０７ａの平行がそれぞれ保持される。
【００２６】
第１軸１０４ｂは、出力軸１０３と平行に配置され、第１モータ１０４の駆動によりｘｙ平面に沿って移動させられる。第１軸１０４ｂの中間部は、軸受１０４ｃを介して第１アーム１０４ａに軸回転自在に支持されるとともに、ｚ軸に対して略平行を保つように支持されている。
【００２７】
第２軸１０５ｂは、出力軸１０３と平行に配置され、第２モータ１０５の駆動によりｘｙ平面に沿って移動させられる。第２軸１０５ｂの中間部は、軸受１０５ｃを介して第２アーム１０５ａに軸回転自在に支持されるとともに、ｚ軸に対して略平行を保つように支持されている。
【００２８】
第２軸１０５ｂの下端部には、２つの回転軸を略直交する状態に保持しつつ当該回転軸間に回転駆動力を伝達する直交軸回転伝動機構１１４が固定されている。直交軸回転伝動機構１１４の２つの回転軸は１１４ａと前述の１１３ａである。直交軸回転伝動機構１１４の回転軸１１４ａは第４モータ１１０の回転軸１１０ａに、プーリ１１５、１１６とタイミングベルト１１７を介して接続されているために、制御部Ｃにより第４モータ１１０を制御すれば回転量を制御可能である。なお、１１８はプーリ１１５、１１６の間の軸間間隔を第２アーム１０５ａの実効長に略等しく保つための、両端に軸受を有する軸支持部材である。直交軸回転伝動機構１１４は回転軸１１３ａが上方から見たときに、リンク機構１０７のリンク部材１０７ａに対して略直角になるように、また、回転軸１１４ａの軸線が第２軸１０５ｂの軸線と略一致するように、第２軸１０５ｂに固定されている。
【００２９】
直交軸回転伝動機構１１４の２つの回転軸は１１４ａと１１３ａであり、直交軸回転伝動機構１１２の２つの回転軸は１１２ａと１１１ａであり、直交軸回転伝動機構１１１の２つの回転軸は１１１ａと１１ｂであり、それぞれについて、２つの回転軸を外側から見たとき、２つの回転軸の回転方向が逆になるように回転を等速伝達する構造になっている。直交軸回転伝動機構１１１、１１２、１１４は図２の（ａ）の模式図に示すような傘歯ギヤ及び回転軸の軸線が略直交するよう回転軸を支持する不図示の軸受により実現することが好適である。また、クラウンギヤを使用するか、３個以上のギヤを組み合わせて実現してもよく、スプリング等を伝導部材に使用した機構であってもよい。
【００３０】
直交軸回転伝動機構１１３の２つの回転軸は１１３ａと１１２ａであり、外側から見たときにこれら２つの回転軸の回転方向が同一になるように回転を等速伝達する構造になっている。直交軸回転伝動機構１１３は図２の（ｂ）の模式図に示すような傘歯ギヤ及び回転軸の軸線が略直交するよう回転軸を支持する不図示の軸受により実現することが好適である。また、クラウンギヤを使用するか、３個以上のギヤを組み合わせて実現してもよい。
【００３１】
上述のように、第１モータ１０４と出力軸１０３との間、及び、第２モータ１０５と出力軸１０３との間に、それぞれ平行リンク機構を設けている。そして、これら２個のモータにより出力軸１０３に連結した出力部材１０２をｚ軸に交差する方向（即ち、概ね水平方向）に移動可能としている。即ち、制御部Ｃが第３モータの回転位置を固定したまま、第１モータ及び第２モータを、回転させる。これにより出力部材１０２のｚ軸方向の位置は概ね変化しない一方で、出力部材１０２が概ね水平方向に移動させられる。
【００３２】
［第３リンク機構］
第３リンク機構１０９は、出力部材１０２と第３モータ１０８の第３アーム１０８ａとの間に設けられ、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２を概ねｚ軸方向に移動可能としている。このような第３リンク機構１０９は、モータ１１０の回転軸１１０ａに連結されたリンク部材である第３リンクバー１０９ａと、出力軸１０３とにより構成される。
【００３３】
第３リンクバー１０９ａは、１本のみにより構成され、一端部を出力軸１０３の上端部に少なくとも２自由度のジョイントであるジョイント１０９ｂにより連結している。ジョイント１０９ｂとしては、図３に示すような２自由度のジョイントを使用することが好適である。一方、他端部を第３モータ１０８の第３アームに３自由度のジョイントであるジョイント１０９ｃにより連結している。
【００３４】
［出力部材の上下移動］
制御部Ｃにより第３モータ１０８を駆動すると、第３アーム１０８ａが回動し、第３アーム１０８ａの先端に第３リンクバー１０９ａを介して接続された出力部材１０２が概ね鉛直方向に移動する。厳密には、第１モータ１０４の第１アーム１０４ａ及び第２モータ１０５の第２アーム１０５ａを固定のまま、第３モータ１０８の第３アーム１０８ａのみ駆動すると出力部材１０２は仮想的な円弧上を移動する。
【００３５】
したがって、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動による出力部材１０２のｚ軸に交差する方向への移動をさせるとともに、モータ１０８を駆動すれば出力部材１０２をｚ軸方向へも移動することができる。これにより、ｘｙｚ空間内で出力部材１０２を位置決め可能である。言い換えれば、第１モータ１０４及び第２モータ１０５の駆動による出力部材１０２の概ね水平方向への移動と共に、第３モータ１０８の駆動による概ねｚ軸方向への移動を併用すれば、所定の範囲内の所望の位置に出力部材１０２を移動することができる。
【００３６】
また、前述のように、第１モータ１０４と出力部材１０２の出力軸１０３との間、及び、第２モータ１０５と出力軸１０３との間に、それぞれ平行リンク機構を設けている。このため、出力部材１０２の水平方向及び鉛直方向の任意の移動に拘らず、出力軸１０３を鉛直方向に対し略平行な状態に維持できる。
【００３７】
また、第３モータ１０８の駆動により、出力部材１０２を上下方向に移動すると、第１リンクバー１０６ａと第２リンクバー１０７ａの水平からの傾斜の角度が変化する。このため、出力部材１０２の３次元空間内の移動位置は、第１、第２、第３各リンクバー１０６ａ、１０７ａ、１０９ａの傾斜を考慮して、第１、第２、第３各モータ１０４、１０５、１０８の駆動量から幾何学的に算出できる。ここで、モータの駆動量は、アームの回動量に相当する。
【００３８】
以上のような構成において、第４モータ１１０の駆動により出力部材１０２の回転を制御可能なことを説明する。直交軸回転伝動機構１１４の回転軸１１４ａを第４モータ１１０によりプーリー１１５、１１６、タイミングベルト１１７を介して回転させる場合に、プーリー１１５、１１６の寸法は同一であるので、第４モータ１１０の回転軸１１０ａの駆動量（回転角度）と回転軸１１４ａの駆動量（回転角度）は同一となる。図示の矢印の方向に第４モータ１１０を例えば１８０度回転させると、直交軸回転伝動機構１１３の回転軸１１３ａは図示の矢印の方向に１８０度回転する。また、直交軸回転伝動機構１１２の回転軸１１２ａは図示の矢印の方向に１８０度回転する。また、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ａは図示の矢印の方向に１８０度回転する。その結果、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ｂに固定された出力部材１０２は図示の矢印の方向に１８０度回転する。このように、第４モータ１１０の駆動量と出力部材１０２の回転角度は一致する。また、回転方向も一致する。
【００３９】
次に第４モータ１１０を静止させたまま、第１モータ１０４、第２モータ１０５の駆動量を変化させた場合の挙動について説明する。例えば、第１モータ１０４、第２モータ１０５の駆動により、上方から見て第２リンクバー１０７ａとＸ軸の成す角度が６０度から４０度に減少した場合は、第２軸１０５ｂに固定された直交軸回転伝動機構１１４は上方から見て２０度時計回りに回転することになる。プーリー１１６は第４モータ１１０を静止させているため回転しない。すなわち、直交軸回転伝動機構１１４の回転軸１１４ａは直交軸回転伝動機構１１４に対して相対的に図示の矢印の方向に２０度回転したことになる。そのため、直交軸回転伝動機構１１３の回転軸１１３ａは図示の矢印の方向に２０度回転し、直交軸回転伝動機構１１２の回転軸１１２ａは図示の矢印の方向に２０度回転し、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ａは図示の矢印の方向に２０度回転することになる。その結果、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ｂに固定された出力部材１０２は直交軸回転伝動機構１１１に対して相対的に反時計方向に２０度回転することになる。一方で、直交軸回転伝動機構１１１は出力軸１０３に固定されているため、上方から見て２０度時計回りに回転することになる。このようにして、出力部材１０２の直交軸回転伝動機構１１１に対する反時計方向への２０度の相対回転が起っているにもかかわらず、出力部材１０２の回転は打ち消される。上方から見て第２リンクバー１０７ａとＸ軸の成す角度が６０度から４０度に減少した場合について説明したが、増加する場合でも打ち消されること、任意の角度について打ち消されることは自明であり、概ね水平方向に任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないといえる。
【００４０】
次に第４モータ１１０を静止させたまま、第３モータ１０８の駆動量を変化させた場合の挙動について説明する。例えば、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２が持ち上がり、第２リンクバー１０７ａが図示の水平状態から１０度傾斜する状態に変化した場合は直交軸回転伝動機構１１３も１０度傾斜することになり、回転軸１１３ａは静止しているにもかかわらず直交軸回転伝動機構１１３に対して相対的に図示の矢印の方向に１０度回転したことになる。そのため、直交軸回転伝動機構１１２に対して回転軸１１２ａは図示の矢印の方向に１０度回転することになる。その結果、直交軸回転伝動機構１１１の回転軸１１１ａは直交軸回転伝動機構１１２に対して相対的に図示の矢印の方向に１０度回転する。ところで、直交軸回転伝動機構１１２は直交軸回転伝動機構１１３と同様に１０度傾斜しているため、回転軸１１１ａの１０度の相対的な回転は打ち消されるので、出力部材１０２は回転しない。第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２が持ち上がる場合について説明したが、出力部材１０２が下降する場合でも打ち消されること、任意の角度について打ち消されることは自明であり、概ね鉛直方向に任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないといえる。
【００４１】
実際の動作では、出力部材１０２の水平方向移動と鉛直方向移動は同時に発生するが、このような場合でも第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないことは自明である。また、任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０の駆動量と出力部材１０２の回転角度は一致することになる。
【００４２】
したがって、本発明によれば、出力部材１０２の位置決め位置に拘らず、モータ１１０の回転を直交軸回転伝動機構を介して出力部材１０２に伝達可能である。即ち、モータ１１０を回転させると４個の直交軸回転伝動機構を介して出力部材１０２に伝達されるため、モータ１１０の駆動量を制御することにより出力部材１０２の回転を制御可能である。しかも、出力部材１０２の回動量は第４アクチュエータであるモータ１１０の駆動量により一意に決まり、第１、第２、第３各リニアアクチュエータ１０４、１０５、１０８の駆動量に影響を受けることなく、制御を簡単に行える。
【００４３】
また、モータ１１０を保持励磁や電磁ブレーキ等により停止し、回転軸１１０ａの回転角度を固定しておけば、出力軸１０３及び出力部材１０２をｘｙｚ空間内で任意の位置に移動しても、出力軸１０３の回転角度が保持されたままとなる。即ち、出力部材１０２の回転角度が維持される。
【００４４】
本実施形態によれば、第２リンク機構１０９を構成する回転軸１１２ａを介して、モータ１１０により出力部材１０２を回転させることができるため、出力部材１０２を回転させるための伝動部材をリンク機構から独立した位置に設ける必要はない。このため、簡単な構成で出力部材の回転を行え、機構をシンプルに構成することができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。本実施形態は、上述の第１の実施形態に対し、直交軸回転伝動機構１１２と直交軸回転伝動機構１１３による回転の伝達をプーリー２個とタイミングベルトによる回転の伝達に置き換えたものである。図４において、図示を省略した部分は第１の実施形態と同一の構成であり、同等の動作をするようになっているものとする。
【００４６】
図４において、出力軸１０２には直交軸回転伝動機構４０１が取付けられている。直交軸回転伝動機構４０１の一方の回転軸４０１ａにはプーリー４０２が取付けられている。また、他方の回転軸４０１ｂには出力部材１０２が取付けられている。
【００４７】
第２軸１０５ｂには直交軸回転伝動機構４０３が取付けられている。直交軸回転伝動機構４０３の一方の回転軸４０３ａにはプーリー１１６が取付けられている。また、他方の回転軸４０３ｂにはプーリー４０４が取付けられている。
【００４８】
プーリー４０４とプーリー４０２の間にはタイミングベルト４０５が掛け渡されている。４０６はプーリー４０４とプーリー４０２の軸間距離を第２リンクバー１０７ａの実効長に等しく保つための、両端に軸受を有する軸支持部材である。軸支持部材４０６の一方の端部には軸受を２つ設けてあるので、軸支持部材４０６と。回転軸４０１ａの直交の精度を向上させることができる。軸支持部材４０６の他方の端部にも同様に軸受を２つ設けることが好適である。
【００４９】
第１の実施形態において回転軸１１２ａと第２リンクバー１０７ａは平行に保たれ擬似的な平行リンクと見なすことができたのと同様に、本実施形態においても、軸支持部材４０６と第２リンクバー１０７ａは平行に保たれるので擬似的な平行リンクと見なすことができる。
【００５０】
以上のような構成において、第４モータ１１０の駆動により出力部材１０２の回転を制御可能なことを説明する。
【００５１】
第１の実施形態と同様に、直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ａを第４モータ１１０により２つのプーリーとタイミングベルトを介して回転させる場合に、第４モータ１１０の駆動量（回転角度）と回転軸４０３ａの駆動量（回転角度）は同一となる。図示の矢印の方向に第４モータ１１０を駆動して、直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ａを、例えば図示の矢印の方向に１８０度回転させると、直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ｂに取付けられたプーリー４０４は図示の矢印の方向に１８０度回転する。また、タイミングベルト４０５に駆動されプーリー４０２及び直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ａは図示の矢印の方向に１８０度回転する。その結果、直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ｂに固定された出力部材１０２は図示の矢印の方向に１８０度回転する。このように、第４モータ１１０の駆動量と出力部材１０２の回転角度は一致する。また、回転方向も一致する。
【００５２】
次に第４モータ１１０を静止させたまま、第１モータ１０４、第２モータ１０５の駆動量を変化させた場合の挙動について説明する。例えば、第１モータ１０４、第２モータ１０５の駆動により、上方から見て第２リンクバー１０７ａとＸ軸の成す角度が６０度から４０度に減少した場合は、第２軸１０５ｂに固定された直交軸回転伝動機構４０３は上方から見て２０度時計回りに回転することになる。プーリー１１６は第４モータ１１０を静止させているため回転しない。すなわち、直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ａは直交軸回転伝動機構４０３に対して相対的に、図示の矢印の方向に２０度回転したことになる。そのため、直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ｂに取付けられたプーリー４０４は図示の矢印の方向に２０度回転する。
【００５３】
また、タイミングベルト４０５に駆動されプーリー４０２及び直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ａは図示の矢印の方向に２０度回転することになる。
【００５４】
その結果、直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ｂに固定された出力部材１０２は直交軸回転伝動機構４０１に対して相対的に反時計方向に２０度回転することになる。
【００５５】
一方で、直交軸回転伝動機構４０１は出力軸１０３に固定されているため、上方から見て第２リンクバー１０７ａとＸ軸の成す角度が６０度から４０度に減少した際に、直交軸回転伝動機構４０１も上方から見て２０度時計回りに回転することになる。このようにして、出力部材１０２の直交軸回転伝動機構４０１に対する反時計方向への２０度の相対回転が起っているにもかかわらず、出力部材１０２の回転は打ち消される。上方から見て第２リンクバー１０７ａとＸ軸の成す角度が６０度から４０度に減少した場合について説明したが、増加する場合でも打ち消されること、任意の角度について打ち消されることは自明であり、概ね水平方向に任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないといえる。
【００５６】
次に第４モータ１１０を静止させたまま、第３モータ１０８の駆動量を変化させた場合の挙動について説明する。例えば、第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２が持ち上がり、第２リンクバー１０７ａが図示の水平状態から１０度傾斜する状態に変化した場合は、回転軸４０３ｂ及びこれに固定されたプーリー４０４が静止しているため、タイミングベルト４０５を介してプーリー４０２及び直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ａも回転しない状態に保たれる。
【００５７】
この結果、直交軸回転伝動機構４０１の回転軸４０１ｂも回転しないため、出力部材１０２は回転しない。第３モータ１０８の駆動により出力部材１０２が持ち上がる場合について説明したが、出力部材１０２が下降する場合でも出力部材１０２は回転しないこと、任意の角度についても出力部材１０２は回転しないことは自明であり、概ね鉛直方向に任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないといえる。
【００５８】
実際の動作では、出力部材１０２の水平方向移動と鉛直方向移動は同時に発生するが、このような場合でも第４モータ１１０を静止させておけば出力部材１０２は回転しないことは自明である。また、任意の位置に出力部材１０２を移動しても、第４モータ１１０の駆動量と出力部材１０２の回転角度は一致することになる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態の上述の第２の実施形態に対する主要な相違点は、第１、第２、第３アクチュエータをリニアアクチュエータに変更したことである。以下、詳細に説明する。
【００６０】
パラレルリンクロボット５００は、出力部材５０２と、複数のリニアアクチュエータ５０４、５０５、５０８と、モータ５１０と、複数のリンク機構５０６、５０７、５０９と、を有する。第１リニアアクチュエータ５０４は第１アクチュエータに、第２リニアアクチュエータ５０５は第２アクチュエータに、第３リニアアクチュエータ５０８は第３アクチュエータに、第４モータ５１０は第４アクチュエータに、それぞれ相当する。また、５０６は第１リンク機構に、５０７は第２リンク機構に、５０９は第３リンク機構に、それぞれ相当する。リニアアクチュエータとしてはリニアモータ、リニアステッピングモータのほか、油圧や空気圧等を動力としたものでもよく、回転型モータの動力をボールネジ等により直進動力に変換したものでもよい。
【００６１】
第１リニアアクチュエータ５０４、第２リニアアクチュエータ５０５、第３リニアアクチュエータ５０８は、不図示のベース部材のそれぞれ所定の位置に直接又は取付部材などを介して固定されている。
【００６２】
また、第１リニアアクチュエータ５０４、第２リニアアクチュエータ５０５、第３リニアアクチュエータ５０８の駆動力は、リンク機構５０６、５０７、５０９を介して出力部材５０２に伝達するようにしている。
【００６３】
出力部材５０２は、ワークの移動や加工などを行う工具を取り付けるものである。このような出力部材５０２は、ｚ軸方向に略平行に配置された出力軸５０３の先端部（下端部）に結合されている。出力部材５０２は、出力軸５０３に取付けられた後述の直交軸回転伝動機構４０１の回転軸に取付けられているため回転可能である。この回転軸の軸線は出力軸５０３と同軸である。言い換えれば、出力部材５０２は、回転軸線がｚ軸と略平行である。本実施形態では、ｚ軸方向を鉛直方向としている。
【００６４】
［第１リンク機構及び第２リンク機構］
第１リンク機構５０６及び第２リンク機構５０７は、出力軸５０３と第１リニアアクチュエータ５０４の移動子５０４ａに支持された第１軸５０４ｂとの間、及び、出力軸５０３と第２リニアアクチュエータ５０５の移動子５０５ａに支持された第２軸５０５ｂとの間に、それぞれ設けられている平行リンク機構である。そして、第１の実施形態と同様に、出力軸（回転軸）５０３をｚ軸に略平行に保つように保持しつつ、第１リニアアクチュエータ５０４及び第２リニアアクチュエータ５０５の駆動により出力部材５０２をｚ軸に交差する方向に移動可能である。
【００６５】
第１リンク機構５０６及び第２リンク機構５０７は、第２の実施形態と同等であるので、説明は省略する。
【００６６】
［出力部材の出力軸に交差する方向への移動］
上述のように、第１リニアアクチュエータ５０４と出力部材５０２との間、及び、第２リニアアクチュエータ５０５と出力部材５０２との間に、それぞれ平行リンク機構を設け、これら２個のリニアアクチュエータにより出力部材５０２をｚ軸に交差する方向に移動させるときは、第１軸５０４ｂ及び第２軸５０５ｂはｚ軸方向に対して略平行を保ちながら移動される。このため、第１リニアアクチュエータ５０４及び第２リニアアクチュエータ５０５の駆動により、出力部材５０２の回転軸（出力軸５０３）のｚ軸方向（鉛直方向）に対する略平行の姿勢を保ちながら、この出力部材５０２を出力軸に交差する概ね水平の方向に移動させることができる。
【００６７】
［第３リンク機構］
第３リンク機構５０９は、出力部材５０２の出力軸５０３と第３リニアアクチュエータ５０８の第３移動子５０８ａに取付けられた第３軸５０８ｂとの間に設けられ、第３リニアアクチュエータ５０８の駆動により出力部材５０２を概ねｚ軸方向に移動可能としている。このような第３リンク機構５０９は、第３軸５０８ｂと、第３リンク部材である第３リンクバー５０９ａと、出力軸５０３とにより構成される。
【００６８】
第３リンクバー５０９ａは、一端部を出力軸５０３の上端部に２自由度のジョイント５０９ｂにより連結されている。また、他端部を第３軸５０８ｂの先端部に２自由度のジョイント５０９ｃにより連結されている。これら２自由度のジョイント５０９ｃ、５０９ｂは、図３に示すジョイントが好適である。
【００６９】
［出力部材の上下移動］
第３リニアアクチュエータ５０８を駆動すると、第３移動子５０８ａの上下運動により、第３軸５０８ｂの先端に第３リンクバー５０９ａを介して接続された出力軸５０３及び出力部材５０２が概ね鉛直方向に移動する。厳密には第３リニアアクチュエータ５０８のみ駆動すると出力部材５０２は仮想的な円弧上を移動する。第１リニアアクチュエータ５０４及び第２リニアアクチュエータ５０５の駆動による、概ね水平の方向への出力軸５０３の移動とともに、第３リニアアクチュエータ５０８を駆動すれば、出力軸５０３の水平方向と鉛直方向への移動が可能となる。したがって、第１、第２リニアアクチュエータ５０４、５０５の駆動による出力部材５０２の水平方向への移動に対応させて、第３リニアアクチュエータ５０８の駆動により出力部材５０２を概ね鉛直方向へ移動させることにより、ｘｙｚ空間内で出力部材５０２を所定の範囲内の所望の位置に位置決め可能である。
【００７０】
［回転伝達機構］
第４アクチュエータであるモータ５１０は第２リニアアクチュエータ５０５の移動子５０５ａに取付けられているとともに、その回転軸は第２軸５０５ｂに取付けられた直交軸回転伝動機構４０３の回転軸４０３ａに直結されており、モータ５１０を例えば３０度駆動することにより、プーリー４０４、タイミングベルト４０５、プーリー４０２、直交軸回転伝動機構４０１を介して出力部材５０３を３０度回転させることが可能なことは、第２の実施形態で説明したとおりである。角度を３０度以外に変えても同様である。
【００７１】
また、第４アクチュエータであるモータ５１０を回転停止状態にしている場合に、他のアクチュエータを駆動して出力部材５０３を任意の位置に移動しても、出力部材５０３を回転しない状態に保つことが可能なことは、第２の実施形態で説明したように自明である。
【００７２】
本実施形態によれば、第１、第２、第３リニアアクチュエータ５０４、５０５、５０８の直進運動を制御することにより、出力部材５０２のｘｙｚ空間内での位置決めを行える。また、モータ５１０の回転を制御することで出力部材２０２の回転を、擬似的な平行リンクである第２リンク５０９を形成する部材である軸支持部材４０６に取付けたプーリー、ベルト機構を介して行える。このため、第２の実施形態と同様にシンプルな構造のパラレルリンクロボットが実現できる。
【００７３】
なお、本実施形態のプーリー４０２、４０４、タイミングベルト４０５を、第１の実施形態で説明した直交軸回転伝動機構１１２、１１３で置き換えてもよく、同等の作用効果が得られる。
【００７４】
各実施形態で説明した任意の構成要素を、他の実施形態に組み合わせることも可能であり本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１００、５００      パラレルリンクロボット
１０２、５０２      出力軸
１０３、５０３      出力部材
１０４      第１モータ（第１アクチュエータ）
１０５      第２モータ（第２アクチュエータ）
１０６、５０６      第１リンク機構
１０７、５０７      第２リンク機構
１０８      第３モータ（第３アクチュエータ）
１０９、５０９      第３リンク機構
１１０      第４モータ（第４アクチュエータ）
５１０      モータ（第４アクチュエータ）
１１１、１１２、１１３、１１４  直交軸回転伝動機構
１１５、１１６、４０２、４０４  プーリー
１１７、４０５  タイミングベルト
４０１、４０３  直交軸回転伝動機構
Ｃ      制御部
【図１】
2017042830.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017042830.tif 000007
【図６】
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