パラレルリンク型作業装置
【課題】パラレルリンク型作業装置において、可動部に動力を伝達する動力伝達部のリンク等がベースの領域からはみ出ないようにする。
【解決手段】ベース４に扁平な回転型アクチュエータ６を３つ設ける。アクチュエータ６は、その回転出力軸がベース４に対して平行で、ベース４の中央に向き、かつベース４の中央から放射状に並ぶように配置、固定されている。各回転型アクチュエータ６の回転出力軸と可動部５とを平行リンク機構２１で構成される動力伝達部で連結する。３つの回転型アクチュエータ６を駆動して可動部５の位置を制御する。ベース４に設けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７で回転動力伝達手段１５を介して可動部５に設けたエンドエフェクタ２０を回転させる。平行リンク機構２１はベース４の内側領域で移動することから、リンク等がベースの領域からはみ出ることはなく、安全が確保できる。
【解決手段】ベース４に扁平な回転型アクチュエータ６を３つ設ける。アクチュエータ６は、その回転出力軸がベース４に対して平行で、ベース４の中央に向き、かつベース４の中央から放射状に並ぶように配置、固定されている。各回転型アクチュエータ６の回転出力軸と可動部５とを平行リンク機構２１で構成される動力伝達部で連結する。３つの回転型アクチュエータ６を駆動して可動部５の位置を制御する。ベース４に設けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７で回転動力伝達手段１５を介して可動部５に設けたエンドエフェクタ２０を回転させる。平行リンク機構２１はベース４の内側領域で移動することから、リンク等がベースの領域からはみ出ることはなく、安全が確保できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンク型作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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部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作業装置は、種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
回転力を出力する回転型アクチュエータを駆動源として使用するパラレルリンク型作業装置として、例えば、固定部材に正三角形状の各辺にモータの出力軸が沿うように３つのモータを配置し、各モータの出力軸と可動部間を平行リンク機構で連結し、３つのモータを駆動制御することによって、可動部の姿勢（水平姿勢）を保持してその位置を制御できるようにしたパラレルリンク型作業装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
又、２つのモータを対向させて、その出力軸が６角形の基台の辺に平行となるように、６角形の基台の１つ置きの辺に配置し、各モータの出力軸にはリンクが接続され、該リンクの先端にはアームが接続され、アームの先端には１つのブラケット（可動部）が接続され、各モータの回転位置を制御することによってブラケット（可動部）の位置及び姿勢を制御するようにした６自由度のパラレルロボットに関する発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置では、アクチュエータがベースの辺と略平行に配置されている。リンクはベースとなる固定部材の辺に対して略直角方向に揺動するように配置されている。そのため、リンク−ジョイント−ロッド−ジョイントからなる可動部を駆動するための動力伝達部の揺動は、ベース辺に対して直角な面上で行われている。
ところで、可動部の動作範囲を広くするためには、アクチュエータの揺動にともなう動力伝達部の空間的な変位量を大きくする必要があり、そのためには、動力伝達部のリンクやロッドを必要に応じて長くするのが一般的である。
【０００７】
そうすると、動力伝達部の揺動面が固定部材のベース辺と直角であるために、動力伝達部が揺動した際に動力伝達部のリンクやロッドがベースでカバーされる領域より外にはみ出す。しかも、このはみ出し量は一定ではなく変化する。
このことは、人と共存して作業を行うことを想定した小出力の小型パラレルリンク型作業装置においては、接触や巻き込みの危険性のため、大変不都合な問題であった。
【０００８】
回転型アクチュエータを用いたパラレルリンク型作業装置で可動部をある位置に位置決めする場合、動力伝達部のリンクの回転角は１つまたは２つが選択可能であり、動力伝達部のリンクやロッドがベースより外にはみ出す量が少ない回転角を選択して制御するということも想定できるが、これは後述する理由で採用することができない。
【０００９】
図１５は、従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置のアクチュエータと可動部の配置を模式的に示したものである。この図１５において、可動部１００とベース（図示せず）は平行で、かつ可動部１００中心線とベース中心線が一致している状態を示している。又、可動部１００と連結され、図示していないアクチュエータの動力を伝達する動力伝達部のリンク１０１、ロッド１０２は１つしか図示していない。アクチュエータ（図示せず）の出力軸に取り付けられたリンク１０１の他端はジョイントでロッド１０２に接続され、該ロッド１０２の他端が可動部１００にジョイントで接続されている。なお、この図１５に示す状態では、可動部１００面とベース面の距離に拘わらず、可動部１００に接続される全てのロッドが可動部１００に対して同じ角度をなしている。又、図１６は図１５のをリンク１０１の回転平面１０３と垂直な方向から見たときの説明図である。この回転平面１０３は、ベース中心から外方向に放射する方向と平行な面である。
【００１０】
可動部１００がある位置に位置決めされているときに、任意のアクチュエータ及び該アクチュエータに接続された動力伝達部において、図１６に示すように、リンク１０１の回転中心と可動部１００−ロッド１０２間のジョイント中心を結ぶ仮想線に対してロッド１０２が角度θの位相にあったとすると、前記仮想線に対して線対称となる位相がθ’である場合、ロッド１０２が前記仮想線に対してθ’の位相であっても、可動部１００を同一位置に位置決め可能である。
しかし、前記仮想線に対して位相θ’の動力伝達部の状態は、負荷能力の問題で採用されない。それは以下の理由による。
【００１１】
回転型パラレルリンク型作業装置の可動部１００は、複数の動力伝達部（リンク１０１、ロッド１０２等）で空間的に支持されており、可動部１００に作用する力は動力伝達部で負荷される。作用する外力に対して、動力伝達部の負荷能力が大きければ可動部１００は剛に支持され、負荷能力が小さければ可動部１００は柔に支持される。動力伝達部の負荷能力は、可動部１００の面に対する動力伝達部の傾き角度、即ちロッド１０２の両端を結んだ線が可動部１００の面となす角度（図１６のα又はβの角度）により変化する。前記傾き角度が水平に近いほど、外力の水平成分に対する負荷能力が高くなり、垂直成分に対する負荷能力は低くなる。逆に前記傾き角度が垂直に近いほど、外力の垂直成分に対する負荷能力が高くなり、水平成分に対する負荷能力は低くなる。
【００１２】
可動部１００の位置、姿勢によって各動力伝達部の傾き角度は変化する。もし、各動力伝達部の傾き角度がそれぞれ異なっていれば、ある動力伝達部の負荷能力が低下しても残りの動力伝達部で負荷することが可能となるが、前記のように全ての動力伝達部で傾き角度が同一となる場合においては、全ての動力伝達部の負荷能力が同様に変化するので全体の負荷能力が変化することになる。特に各動力伝達部の傾き角度が直角に近づく、即ち各動力伝達部が平行に近づくほど、可動部１００に水平に作用する外力に対して負荷能力が低下するので、水平方向の移動に高加速度を要求される事の多いパラレルリンク型作業装置ではそうなることを避けなければならない。このように、動力伝達部の空間的な姿勢を検討するに当たっては、各動力伝達部の角度が同一になる状態において検討を行い、可動部１００の位置により傾き角度が直角になることがないか検討する必要がある。
【００１３】
図１６に示す位置に可動部１００があるとき、リンク１０１の回転角度は図示のＡ、Ｂの２通りが考えられ、それに応じてロッド１０２の可動部１００に対する角度もαとβの２つが考えられる。ところで、リンク１０１の回転中心位置は可動部１００のロッド接続個所よりも外側（ベース中心から遠ざかる方向）にあるのが一般的であるので、ロッド１０２がベース中心からより内側にくるときのロッド角度βは、ベース中心からより内側にくるときのロッド角度αよりも必ず大きくなる。場合によってはβは直角に近づくため、水平方向の外力に対して不利であるので、アーム角度はＡしか選ぶことができないのである。その結果、ロッド１０２とリンク１０１を接続するジョイント部分が、ベースより外方向にはみ出すことになる。
モータ等の回転型アクチュエータを、その回転出力軸が正三角形等のベースの辺に沿って配設されたものでは、上述したように、動力伝達部のアクチュエータの回転出力軸に取り付けられたリンク１０１は、ベースの辺を回転中心軸として該辺に直交する面１０３上で回転することになるから、必ず、リンク１０１とロッド１０２の接続点が、ベースよりはみ出して移動することになり、リンク１０１、ロッド１０２と人体や衣服を巻き込む等の恐れがあり、安全性に問題がある。この点を解決するには、リンク１０１とロッド１０２の接続点が最大はみ出す位置まで、ベースをカバーするような部材を配設することが、想定できるが、この対処法では小型のパラレルリンク型作業装置という目的からして不都合である。
以上の問題に鑑み、本発明では動力伝達部がベースからはみ出してしまう問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願請求項１に係る発明は、ベースと、可動部と、前記ベースの所定の位置に固定される３つの回転型アクチュエータと、該３つの回転型アクチュエータによって前記可動部の位置が制御されるように前記各回転型アクチュエータの回転出力軸と前記可動部を平行リンク機構で構成される動力伝達部で連結し、
前記ベースに取り付けられた少なくとも一つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータと、前記可動部に設けられ、エンドエフェクタの姿勢を制御する少なくとも一つの回転軸を有する回転機構と、前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータの回転動力を前記回転機構の回転軸に伝達する少なくとも一つの回転動力伝達手段とを備え、３つの回転型アクチュエータにより前記可動部の位置が制御されると共に前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータによりエンドエフェクタの姿勢が制御されるパラレルリンク型作業装置であって、
前記回転型アクチュエータは、扁平な形状を有するアクチュエータで構成され、前記回転出力軸の中心線はベースに対して平行で、かつベースの中央から放射状に並び、前記回転出力軸が前記ベース中央に向くように所定の位置に配置、固定されているものである。
請求項２係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記回転出力軸の中心線がベースの中央から等間隔に放射状に並ぶように所定の位置に配置、固定したものとした。又、請求項３に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記ベースから垂下したアクチュエータ取付部材に取り付けられているものとした。請求項４に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記ベースから上方に立設されたアクチュエータ取付部材に取り付けられているものとした。又、請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、アクチュエータ取付部材間を連接するカバーを設けた。請求項６に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、減速器を使用しているものとした。
【発明の効果】
【００１５】
動力伝達部の揺動をベース辺に対して平行にし、動力伝達部の揺動領域をベースがカバーする領域内とすることができ、作業者や周囲の配置物に対して動力伝達部が接触したり、巻き込みを起こすことを防止できる。また、扁平な形状のアクチュエータを使用しているため、外形の大型化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に関連するパラレルリンク型作業装置の参考例の概要図である。図２は、図１の構成のパラレルリンク型作業装置を斜め上方から見たときの説明図であって、アクチュエータの配置を示すために、ベースとアクチュエータ固定部材は図示していない。
図３はエンドエフェクタの駆動系の説明図である。
この参考例は、６つの回転型アクチュエータ６を使用して可動部５の位置と姿勢を任意に決めることができ、かつ、可動部５上に固定した回転軸１７をベース４に固定した１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を使用して連続回転させることができるようにした６自由度パラレルリンク型作業装置である。
【００１７】
パラレルリンク型作業装置１のベース４は、基台３に固定された複数の支柱８により支持されている。該ベース４は、この参考例では六角形状に形成され、各辺から垂下したアクチュエータ取付部材９を有し、該アクチュエータ取付部材９に可動部５の位置、姿勢を制御するための位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６がそれぞれ取り付けられている。さらに、ベース４には１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７（このアクチュエータも位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６と同様に回転型で構成されている）が取り付けられている。
アクチュエータ６は可動部５の位置及び姿勢を制御するための回転型アクチュエータであり、該回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２にはリンク１１が固定されており、回転出力軸１２と一体的に回転することができるようになっている。
【００１８】
可動部５の位置と姿勢を制御するための回転型アクチュエータ６は、六角形のベース４の各辺に対してその回転出力軸１２が垂直で、ベース４の中心に対して等間隔で放射状で、しかも、ベース４の中心に向かう向きに配置されている。回転型アクチュエータ６と可動部５は動力伝達部で接続されている。この動力伝達部は、回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２に固定されたリンク１１と該リンク１１とジョイント１３を介してその一端が接続されたロッド１０と、該ロッド１０の他端で可動部５と接続するジョイント１４で構成されている。
【００１９】
ベース４の中心部に取り付けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７の回転出力軸には図３に示すように、ジョイント１９を介して回転動力伝達手段１５が接続され、該回転動力伝達手段１５の他端にはジョイント１８を介して回転機構１６が接続され、該回転機構１６の回転軸１７には可動部５の反対側に突出するようにエンドエフェクタ２０が取り付けられるようになっている。回転動力伝達手段１５は、この参考例ではスプライン穴を有するシャフト１５ａと該スプライン穴と係合するスプライン歯を有するシャフト１５ｂで構成されるスプライン継手で構成された伸縮自在なシャフトで構成されている。
【００２０】
又、ロッド１０の両端に設けられたジョイント１３、１４は、一方のジョイントの自由度が２自由度であれば、他方のジョイントは３自由度の合計５自由度を構成している。さらに、回転動力伝達手段１５の両端に設けられたジョイント１８、１９は、２自由度のジョイントで構成されている。
各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６を駆動することによって、リンク１１、ジョイント１３、ロッド１０、ジョイント１４を介して、可動部５の３次元空間上の位置（直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）及び姿勢を制御する。又、エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を駆動しジョイント１９、回転動力伝達手段１５、ジョイント１８を介して回転機構１６の回転軸１７の回転位置を制御して、エンドエフェクタ２０の回転位置を制御することによって、各種作業を実施する。可動部５の位置や姿勢が変化しても、ベース４上に設けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７の回転出力軸と可動部５上の回転機構１６とを連結する回転動力伝達手段１５は伸縮し、かつ、回転動力伝達手段１５と可動部５の連結、及び回転動力伝達手段１５とアクチュエータ７の回転出力軸との連結が２自由度のジョイント１８、１９で連結されているから、可動部５の位置、姿勢を変えても、エンドエフェクタ２０の回転位置をアクチュエータ７で制御できるものである。しかも、このアクチュエータ７は、可動部５に搭載せず、ベース４に設けられているから、可動部５を軽量に構成することができるものである。
【００２１】
上述したように、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６は、その回転出力軸１２がベース４の中心に向かように放射状にベース４に固定されており、該回転出力軸１２に固定されたリンク１１は、該回転出力軸１２の中心線に対して垂直な面上を回転する。
すなわち、この参考例では、六角形のベース４の各辺から垂下したアクチュエータ取付部材９に各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６が取り付けられ、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２はベース４の中心に向かうように六角形の各辺に対してそれぞれ垂直に配置されているから、該回転出力軸１２に固着されたリンク１１は六角形のそれぞれの辺と平行な面上を回転する。
【００２２】
そのため、リンク１１とロッド１０との接続点であるジョイント１３がベース４より外にはみ出す可能性がある場合は、リンク１１が水平（六角形のベース４のリンク１１を駆動する回転型アクチュエータ６を取り付けた辺と平行）となったときであり、この状態でリンク１１とロッド１０との接続点がベース４からはみ出さないように六角形ベース４の辺の長さを決定すればよい。この場合、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２を六角形ベース４の辺の中間点に配置しておけば、六角形ベース４の辺の長さはリンク１１の長さの２倍程度で良いものであり、ベース４自体が格別大きなものにはならない。従来のベースの辺に対して直交する方向に揺動するパラレルリンク型作業装置の場合と比較すると、従来のものは、リンクの回転面がベースの辺に対して直交する面であるから、必ずリンクとロッドの接続点がベース領域からはみ出ることになる。しかし、本参考例では、上述したように、リンク１１がベース４でカバーされた領域からはみ出ることがないから、このリンク１１，ロッド１０の移動により、人体や衣服を巻き込む恐れが少なくなり、安全性を向上させることができる。
【００２３】
可動部の位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の種類は特に指定されないが、外径が大きく全長が短い外形を有する扁平なアクチュエータを用いる。すなわち、その回転出力軸方向の長さよりも、該軸方向と直交する方向の長さの方が長い扁平なアクチュエータで構成するもので、このアクチュエータをモータで構成する場合、例えば、電磁式アクチュエータや、特開２００５−２７８３３１号公報に記載されたような多数の電極を有するロータとステータを多数積層してなる回転型静電式アクチュエータ等を用いればよい。
なお、エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７も可動部の位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６と同様に扁平なアクチュエータで構成してもよいものであり、この参考例では、同じアクチュエータを使用した例を示している。又、これらの回転型アクチュエータ６、７は、内部に減速器を備えるものを使用してもよいものである。
なお、上述した参考例では、可動部５がベース４に対して下方にある例が示されているが、安全性に影響がない限り、これを回転または倒置して配置しても何ら問題ない。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図であり、図５はベース、支柱、基台を取り除き、図４において斜め上方から見た説明図である。なお、図４、図５において、参考例の要素と同等の要素に対しては同一の符号を付している。
この第１の実施形態は、３つの位置制御用の回転型アクチュエータ６を使用して、可動部５の姿勢をベース４に対して保持したまま、３方向（３次元空間上の直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）に移動することができ、また、可動部５上に固定した回転機構１６の回転軸１７をベース４に固定した１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を使用して回転させることによって、該回転軸１７に取り付けられたエンドエフェクタの回転、その回転位置を制御できるものであり、４自由度を有するパラレルリンク型作業装置である。
【００２５】
可動部５上の回転軸１７を回転するためのアクチュエータ７を除き、可動部５の位置を制御するための回転型アクチュエータ６は、六角形ベース４の１つ飛びの３辺に対してその回転出力軸が垂直であると同時に前記出力軸の中心線はベース４に対して平行であり、ベース４の中心に向けて等間隔で放射状に配置されている。
位置制御用の３つの回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２には、それぞれ平行リンク機構２１で構成される動力伝達部を介して可動部５と連接されている。すなわち、回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２には、リンク２２が固定されており、回転出力軸１２と一体的に回転することができるようになっている。また、リンク２２にはジョイント２４、２４を介して２本のロッド２３、２３が接続され、２本のロッド２３，２３の他端はジョイント２５、２５を介して可動部５に接続されている。リンク２２→ロッド２３→可動部５→ロッド２３は平行四辺形の各辺に相当するように設計、配置されており、これにより平行リンク機構２１が形成されている。可動部５には、３つの平行リンク機構２１が接続されることになるため、その姿勢が固定される。この実施形態では、リンク２２とロッド２３の接続部、ロッド２３と可動部５の接続部をベース４に対して平行にしているため、可動部５は常にベース４に対して水平の姿勢を保つことができる。
【００２６】
可動部５上に設けられた回転機構１６の回転軸１７に取り付けられるエンドエフェクタ２０を駆動する手段は、参考例と同じであり、ベース４上に固定したアクチュエータ７によりジョイント１９、回転動力伝達手段１５、ジョイント１８、回転機構１６の回転軸１７を介してエンドエフェクタ２０を駆動制御する。
回転動力伝達手段１５の両端のジョイント１８、１９はユニバーサルジョイントなどの２自由度のジョイントで、また、回転動力伝達手段１５はスプライン継手などの回転を伝え、伸縮自在の要素を使用することにより、可動部５が移動しても回転を伝達することが可能である。
【００２７】
また、この第１の実施形態においても、可動部５がベース４に対して下方にある例を示されているが、安全性に問題がない限り、これを回転または倒置して配置しても何ら問題ない。
そして、この第１の実施形態においても、参考例と同様に扁平な回転型アクチュエータ６、７を用い、かつ、可動部５の位置制御用の回転型アクチュエータ６を、その回転出力軸１２をベース４に対して平行で、ベース４の中心に向けて放射状に、等間隔にベース４に配置とする。これによって、該回転出力軸１２に取り付けられる平行リンク機構２１のリンク２２が回転出力軸１２の中心線に対して垂直な面上を回転するので、リンク２２とロッド２３との接続点がベースよりはみ出ることはなく、該パラレルリンク型作業装置が動作中に、人体や衣服等の巻き込みを極力回避でき、安全性を向上させることができるものである。
【００２８】
図６、図７は、本発明に関連する別の参考例の概要説明図である。この別の参考例と第１の実施形態と相違する点は、可動部５の位置制御用の回転型アクチュエータ６が第１の実施形態とは逆向きにベース４に取り付けられ、かつカバー２６が設けられている点であり、他の構成は第１の実施形態と同じである。図６は、この別の参考例のパラレルリンク型作業装置２ａの側面図であり、図７は、図６において可動部側から見上げた図である。
【００２９】
この別の参考例は、可動部５の位置を制御する３つの回転型アクチュエータ６が、その回転出力軸をベース４の中心から外の方向に向くように放射状に六角形状のベース４から、１つ飛びの辺に沿って垂下するアクチュエータ取付部材９に取り付けられている。
そして、回転型アクチュエータ６が取り付けられた六角形状のベース４の辺には、平行リンク機構２１のリンクの運動領域を覆うようにベース４から垂下するカバー２６が取り付けられている。これによって、平行リンク機構２１のリンク２２及びリンク２２とロッド２３との接続点は、カバー２６によって覆われ、露出部分が少なくなることから、人体や衣服が、平行リンク機構２１の運動によって、巻き込まれることを防止し、安全性を高めている。
なお、他の構成、及びパラレルリンク型作業装置の動作は第１の実施形態と同じである。
【００３０】
図８は、図４，図５に示した本発明の第１の実施形態の変形例の第２の実施形態のパラレルリンク型作業装置２ｂの概要図である。第１の実施形態と相違する点は、位置制御用の回転型アクチュエータ６を取り付けるアクチュエータ取付部材９ａがベースから上方に立設されていること、及び平行リンク機構２１のロッド２３を通すための開口部２９がベース４に設けられている点であり、他は第１の実施形態と同じ構成である。この配置にすることで、作業空間とパラレルリンク機構の空間を分離することができる。又、パラレルリンク型作業装置としての動作は第１の実施形態と同じである。この第２の実施形態においても、平行リンク機構２１の回転型アクチュエータ６の回転出力軸に取り付けられるリンク２２がベース４からはみ出ることはなく、第１の実施形態と同様に安全性を向上させることができるものである。
【００３１】
図９は、上述した第２の実施形態を変更した第３の実施形態の要部概要図である。この第３の実施形態は、第２の実施形態にさらに、カバー９ｂを付加したものであり、他は第２の実施形態と同じである。この第３の実施形態では、ベース４から立設されたアクチュエータ取付部材９ａ間を連接するようにした板部材からなるカバー９ｂが設けられることによって、六角形のベース４の各辺をアクチュエータ取付部材９ａとカバー９ｂでとりかこみ、平行リンク機構２１のリンク２２の揺動領域が露出しないように覆って安全性を確保したものである。さらに、このアクチュエータ取付部材９ａとカバー９ｂで囲まれた領域の天井部を蓋する蓋部を設けてこの領域（リンク２２の揺動領域）を封鎖空間としてより安全性を図ってもよい。なお、他の構成、及びパラレルリンク型作業装置としての作用、動作は第２の実施形態と同じである。
【００３２】
図１０は、本発明の別の参考例の概要図である。又、図１１はこの参考例における位置制御用の回転型アクチュエータ６と可動部５との連結関係を説明する説明図である。
この参考例は、図８に示した第２の実施形態の変形であり、第２の実施形態におけるベース４から立設された３つのアクチュエータ取付部材９ａが所定角度傾けられており、このアクチュエータ取付部材９ａに取り付けられる位置制御用の回転型アクチュエータ６も所定角度傾けて固定されたパラレルリンク型作業装置２ｄとなっている点で相違している。なお、図１０ではアクチュエータ取付部材９ａは図示していない。
【００３３】
図１１に示すように、位置制御用の回転型アクチュエータ６が水平面（ベース４の面又は基台３の面）に対して所定角度α傾けられていることから、平行リンク機構２１を形成する２つのロッド２３は所定角度α傾けてリンク２２及び可動部５にジョイント２４、２５で連結されている。
以上の点が第２の実施形態と相違するものであり、他は第２の実施形態と同じである。
このように、平行リンク機構を維持するようにロッド２３の接続個所に角度をつけることができれば、各平行リンク機構間で干渉が起こらない限り、また安全性に影響がない限り位置制御用の回転型アクチュエータ６を傾ける方向に特に制約はない。
【００３４】
図１２は本発明の応用例の概要図である。又、図１３はこの応用例において、位置が制御される第１の可動部５’と、それを制御する３つの回転型アクチュエータ６と、第１の可動部５’の位置を制御する平行リンク機構２１と基台３のみを図示したものである。さらに、図１４は、この応用例において、その姿勢が制御される第２の可動部５”と、それを制御する３つの回転型アクチュエータ６と、支持ポスト３１と第２の可動部５”の姿勢を制御する姿勢制御用ロッドと基台３のみを図示したものである。
【００３５】
この応用例のパラレルリンク型作業装置３０は、位置が制御される第１の可動部５’と姿勢が制御される第２の可動部５”の、２つの可動部を有する６自由度のパラレルリンク型作業装置である。第１の可動部５’は３つの平行リンク機構２１によって一定の姿勢に拘束されており、３つの回転型アクチュエータ６によって位置のみを制御される。すなわち、この第１の可動部５’の位置を制御する機構は、前述した図４，図５に示した第１の実施形態と同じ構成であり、第１の実施形態における可動部５がこの応用例の第１の可動部５’である。
この第１の可動部５’を駆動する機構は、前述した第１の実施形態と同じであることから、詳細な説明は省略する。
【００３６】
一方、第２の可動部５”は基台３に設けられた支持ポスト３１に球面ジョイント３２を介して接続されており、その位置は拘束されている。３つの回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２にはリンク１１が固定されており、該リンク１１とロッド１０の一端がジョイント１３を介して接続され、ロッド１０の他端はジョイント１４を介して第２の可動部５”に接続されており、３つの回転型アクチュエータ６の動力を姿勢制御用のロッド１０により伝達することで、３軸まわりの回転を行い、第２の可動部５”の姿勢を変化させることができる。すなわち、第２の可動部５”を駆動する機構は、図１〜図３で説明した参考例において、３つのアクチュエータを削除し、３つの回転型アクチュエータ６で第２の可動部５”を駆動するようにしたこと、及び第２の可動部５”が支持ポスト３１に球面ジョイント３２を介して姿勢変化が可能に取り付けられている点で参考例と相違するものである。他の構成は参考例と同じである。
【００３７】
第１の実施形態と同様に第１の可動部５’に設けられた回転機構１６の回転軸にエンドエフェクタ２０を取り付け、かつ第２の可動部５”上にも、第１の可動部５’上のエンドエフェクタ２０と対向する向きにエンドエフェクタ３３を固定し、２つの板間の位置関係を変化させることで組立作業等を行うようにしたものである。
上述した各実施形態では、可動部５に設けた回転機構１６に１つの回転軸１７を有し、該回転軸１７を駆動するエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７及び回転動力伝達手段１５をそれぞれ１つ設けた例を示したが、回転機構１６に１以上の回転軸１７を設けるような場合には、その回転軸の数に合わせて、各回転軸を駆動するエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ及び該アクチュエータの回転力をそれぞれの回転軸に伝達する回転動力伝達手段をそれぞれ設けるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に関連するパラレルリンク型作業装置の参考例の概要図である。
【図２】同参考例のパラレルリンク型作業装置を斜め上方から見たときの説明図である。
【図３】同参考例におけるエンドエフェクタの駆動系の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図である。
【図５】同第１の実施形態において、ベース、支柱、基台を取り除き斜め上方から見たときの説明図である。
【図６】本発明に関連する別の参考例の概要説明図である。
【図７】同別の参考例の図６において可動部側から見上げた図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の要部概要図である。
【図１０】本発明の関連するさらに別の参考例の要部概要図である。
【図１１】同参考例における位置制御用の回転型アクチュエータと可動部との連結関係を説明する説明図である。
【図１２】本発明の応用例の概要図である。
【図１３】同応用例における位置制御板の駆動系の説明図である。
【図１４】同応用例における姿勢制御板の駆動系の説明図である。
【図１５】従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置のアクチュエータと可動部の配置を模式的に示した説明図である。
【図１６】図１５に示す従来のパラレルリンク型作業装置のリンクの回転平面と垂直な方向から見たときの説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２、２ａ〜２ｄ パラレルリンク型作業装置
３ 基台
４ ベース
５ 可動部
６、７ アクチュエータ
８ 支柱
９ アクチュエータ取付部材
１０ ロッド
１１ リンク
１２ 回転出力軸
１３、１４、１８、１９、２４、２５ ジョイント
１５ 回転動力伝達手段
１６ 回転機構
１７ 回転軸
２０、３３ エンドエフェクタ
２１ 平行リンク機構
２２ リンク
２３ ロッド
３１ 支持ポスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンク型作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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部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作業装置は、種々の形態のものが開発されている。
【０００３】
回転力を出力する回転型アクチュエータを駆動源として使用するパラレルリンク型作業装置として、例えば、固定部材に正三角形状の各辺にモータの出力軸が沿うように３つのモータを配置し、各モータの出力軸と可動部間を平行リンク機構で連結し、３つのモータを駆動制御することによって、可動部の姿勢（水平姿勢）を保持してその位置を制御できるようにしたパラレルリンク型作業装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
又、２つのモータを対向させて、その出力軸が６角形の基台の辺に平行となるように、６角形の基台の１つ置きの辺に配置し、各モータの出力軸にはリンクが接続され、該リンクの先端にはアームが接続され、アームの先端には１つのブラケット（可動部）が接続され、各モータの回転位置を制御することによってブラケット（可動部）の位置及び姿勢を制御するようにした６自由度のパラレルロボットに関する発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置では、アクチュエータがベースの辺と略平行に配置されている。リンクはベースとなる固定部材の辺に対して略直角方向に揺動するように配置されている。そのため、リンク−ジョイント−ロッド−ジョイントからなる可動部を駆動するための動力伝達部の揺動は、ベース辺に対して直角な面上で行われている。
ところで、可動部の動作範囲を広くするためには、アクチュエータの揺動にともなう動力伝達部の空間的な変位量を大きくする必要があり、そのためには、動力伝達部のリンクやロッドを必要に応じて長くするのが一般的である。
【０００７】
そうすると、動力伝達部の揺動面が固定部材のベース辺と直角であるために、動力伝達部が揺動した際に動力伝達部のリンクやロッドがベースでカバーされる領域より外にはみ出す。しかも、このはみ出し量は一定ではなく変化する。
このことは、人と共存して作業を行うことを想定した小出力の小型パラレルリンク型作業装置においては、接触や巻き込みの危険性のため、大変不都合な問題であった。
【０００８】
回転型アクチュエータを用いたパラレルリンク型作業装置で可動部をある位置に位置決めする場合、動力伝達部のリンクの回転角は１つまたは２つが選択可能であり、動力伝達部のリンクやロッドがベースより外にはみ出す量が少ない回転角を選択して制御するということも想定できるが、これは後述する理由で採用することができない。
【０００９】
図１５は、従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置のアクチュエータと可動部の配置を模式的に示したものである。この図１５において、可動部１００とベース（図示せず）は平行で、かつ可動部１００中心線とベース中心線が一致している状態を示している。又、可動部１００と連結され、図示していないアクチュエータの動力を伝達する動力伝達部のリンク１０１、ロッド１０２は１つしか図示していない。アクチュエータ（図示せず）の出力軸に取り付けられたリンク１０１の他端はジョイントでロッド１０２に接続され、該ロッド１０２の他端が可動部１００にジョイントで接続されている。なお、この図１５に示す状態では、可動部１００面とベース面の距離に拘わらず、可動部１００に接続される全てのロッドが可動部１００に対して同じ角度をなしている。又、図１６は図１５のをリンク１０１の回転平面１０３と垂直な方向から見たときの説明図である。この回転平面１０３は、ベース中心から外方向に放射する方向と平行な面である。
【００１０】
可動部１００がある位置に位置決めされているときに、任意のアクチュエータ及び該アクチュエータに接続された動力伝達部において、図１６に示すように、リンク１０１の回転中心と可動部１００−ロッド１０２間のジョイント中心を結ぶ仮想線に対してロッド１０２が角度θの位相にあったとすると、前記仮想線に対して線対称となる位相がθ’である場合、ロッド１０２が前記仮想線に対してθ’の位相であっても、可動部１００を同一位置に位置決め可能である。
しかし、前記仮想線に対して位相θ’の動力伝達部の状態は、負荷能力の問題で採用されない。それは以下の理由による。
【００１１】
回転型パラレルリンク型作業装置の可動部１００は、複数の動力伝達部（リンク１０１、ロッド１０２等）で空間的に支持されており、可動部１００に作用する力は動力伝達部で負荷される。作用する外力に対して、動力伝達部の負荷能力が大きければ可動部１００は剛に支持され、負荷能力が小さければ可動部１００は柔に支持される。動力伝達部の負荷能力は、可動部１００の面に対する動力伝達部の傾き角度、即ちロッド１０２の両端を結んだ線が可動部１００の面となす角度（図１６のα又はβの角度）により変化する。前記傾き角度が水平に近いほど、外力の水平成分に対する負荷能力が高くなり、垂直成分に対する負荷能力は低くなる。逆に前記傾き角度が垂直に近いほど、外力の垂直成分に対する負荷能力が高くなり、水平成分に対する負荷能力は低くなる。
【００１２】
可動部１００の位置、姿勢によって各動力伝達部の傾き角度は変化する。もし、各動力伝達部の傾き角度がそれぞれ異なっていれば、ある動力伝達部の負荷能力が低下しても残りの動力伝達部で負荷することが可能となるが、前記のように全ての動力伝達部で傾き角度が同一となる場合においては、全ての動力伝達部の負荷能力が同様に変化するので全体の負荷能力が変化することになる。特に各動力伝達部の傾き角度が直角に近づく、即ち各動力伝達部が平行に近づくほど、可動部１００に水平に作用する外力に対して負荷能力が低下するので、水平方向の移動に高加速度を要求される事の多いパラレルリンク型作業装置ではそうなることを避けなければならない。このように、動力伝達部の空間的な姿勢を検討するに当たっては、各動力伝達部の角度が同一になる状態において検討を行い、可動部１００の位置により傾き角度が直角になることがないか検討する必要がある。
【００１３】
図１６に示す位置に可動部１００があるとき、リンク１０１の回転角度は図示のＡ、Ｂの２通りが考えられ、それに応じてロッド１０２の可動部１００に対する角度もαとβの２つが考えられる。ところで、リンク１０１の回転中心位置は可動部１００のロッド接続個所よりも外側（ベース中心から遠ざかる方向）にあるのが一般的であるので、ロッド１０２がベース中心からより内側にくるときのロッド角度βは、ベース中心からより内側にくるときのロッド角度αよりも必ず大きくなる。場合によってはβは直角に近づくため、水平方向の外力に対して不利であるので、アーム角度はＡしか選ぶことができないのである。その結果、ロッド１０２とリンク１０１を接続するジョイント部分が、ベースより外方向にはみ出すことになる。
モータ等の回転型アクチュエータを、その回転出力軸が正三角形等のベースの辺に沿って配設されたものでは、上述したように、動力伝達部のアクチュエータの回転出力軸に取り付けられたリンク１０１は、ベースの辺を回転中心軸として該辺に直交する面１０３上で回転することになるから、必ず、リンク１０１とロッド１０２の接続点が、ベースよりはみ出して移動することになり、リンク１０１、ロッド１０２と人体や衣服を巻き込む等の恐れがあり、安全性に問題がある。この点を解決するには、リンク１０１とロッド１０２の接続点が最大はみ出す位置まで、ベースをカバーするような部材を配設することが、想定できるが、この対処法では小型のパラレルリンク型作業装置という目的からして不都合である。
以上の問題に鑑み、本発明では動力伝達部がベースからはみ出してしまう問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願請求項１に係る発明は、ベースと、可動部と、前記ベースの所定の位置に固定される３つの回転型アクチュエータと、該３つの回転型アクチュエータによって前記可動部の位置が制御されるように前記各回転型アクチュエータの回転出力軸と前記可動部を平行リンク機構で構成される動力伝達部で連結し、
前記ベースに取り付けられた少なくとも一つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータと、前記可動部に設けられ、エンドエフェクタの姿勢を制御する少なくとも一つの回転軸を有する回転機構と、前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータの回転動力を前記回転機構の回転軸に伝達する少なくとも一つの回転動力伝達手段とを備え、３つの回転型アクチュエータにより前記可動部の位置が制御されると共に前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータによりエンドエフェクタの姿勢が制御されるパラレルリンク型作業装置であって、
前記回転型アクチュエータは、扁平な形状を有するアクチュエータで構成され、前記回転出力軸の中心線はベースに対して平行で、かつベースの中央から放射状に並び、前記回転出力軸が前記ベース中央に向くように所定の位置に配置、固定されているものである。
請求項２係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記回転出力軸の中心線がベースの中央から等間隔に放射状に並ぶように所定の位置に配置、固定したものとした。又、請求項３に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記ベースから垂下したアクチュエータ取付部材に取り付けられているものとした。請求項４に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、前記ベースから上方に立設されたアクチュエータ取付部材に取り付けられているものとした。又、請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、アクチュエータ取付部材間を連接するカバーを設けた。請求項６に係る発明は、前記回転型アクチュエータを、減速器を使用しているものとした。
【発明の効果】
【００１５】
動力伝達部の揺動をベース辺に対して平行にし、動力伝達部の揺動領域をベースがカバーする領域内とすることができ、作業者や周囲の配置物に対して動力伝達部が接触したり、巻き込みを起こすことを防止できる。また、扁平な形状のアクチュエータを使用しているため、外形の大型化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に関連するパラレルリンク型作業装置の参考例の概要図である。図２は、図１の構成のパラレルリンク型作業装置を斜め上方から見たときの説明図であって、アクチュエータの配置を示すために、ベースとアクチュエータ固定部材は図示していない。
図３はエンドエフェクタの駆動系の説明図である。
この参考例は、６つの回転型アクチュエータ６を使用して可動部５の位置と姿勢を任意に決めることができ、かつ、可動部５上に固定した回転軸１７をベース４に固定した１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を使用して連続回転させることができるようにした６自由度パラレルリンク型作業装置である。
【００１７】
パラレルリンク型作業装置１のベース４は、基台３に固定された複数の支柱８により支持されている。該ベース４は、この参考例では六角形状に形成され、各辺から垂下したアクチュエータ取付部材９を有し、該アクチュエータ取付部材９に可動部５の位置、姿勢を制御するための位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６がそれぞれ取り付けられている。さらに、ベース４には１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７（このアクチュエータも位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６と同様に回転型で構成されている）が取り付けられている。
アクチュエータ６は可動部５の位置及び姿勢を制御するための回転型アクチュエータであり、該回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２にはリンク１１が固定されており、回転出力軸１２と一体的に回転することができるようになっている。
【００１８】
可動部５の位置と姿勢を制御するための回転型アクチュエータ６は、六角形のベース４の各辺に対してその回転出力軸１２が垂直で、ベース４の中心に対して等間隔で放射状で、しかも、ベース４の中心に向かう向きに配置されている。回転型アクチュエータ６と可動部５は動力伝達部で接続されている。この動力伝達部は、回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２に固定されたリンク１１と該リンク１１とジョイント１３を介してその一端が接続されたロッド１０と、該ロッド１０の他端で可動部５と接続するジョイント１４で構成されている。
【００１９】
ベース４の中心部に取り付けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７の回転出力軸には図３に示すように、ジョイント１９を介して回転動力伝達手段１５が接続され、該回転動力伝達手段１５の他端にはジョイント１８を介して回転機構１６が接続され、該回転機構１６の回転軸１７には可動部５の反対側に突出するようにエンドエフェクタ２０が取り付けられるようになっている。回転動力伝達手段１５は、この参考例ではスプライン穴を有するシャフト１５ａと該スプライン穴と係合するスプライン歯を有するシャフト１５ｂで構成されるスプライン継手で構成された伸縮自在なシャフトで構成されている。
【００２０】
又、ロッド１０の両端に設けられたジョイント１３、１４は、一方のジョイントの自由度が２自由度であれば、他方のジョイントは３自由度の合計５自由度を構成している。さらに、回転動力伝達手段１５の両端に設けられたジョイント１８、１９は、２自由度のジョイントで構成されている。
各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６を駆動することによって、リンク１１、ジョイント１３、ロッド１０、ジョイント１４を介して、可動部５の３次元空間上の位置（直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）及び姿勢を制御する。又、エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を駆動しジョイント１９、回転動力伝達手段１５、ジョイント１８を介して回転機構１６の回転軸１７の回転位置を制御して、エンドエフェクタ２０の回転位置を制御することによって、各種作業を実施する。可動部５の位置や姿勢が変化しても、ベース４上に設けられたエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７の回転出力軸と可動部５上の回転機構１６とを連結する回転動力伝達手段１５は伸縮し、かつ、回転動力伝達手段１５と可動部５の連結、及び回転動力伝達手段１５とアクチュエータ７の回転出力軸との連結が２自由度のジョイント１８、１９で連結されているから、可動部５の位置、姿勢を変えても、エンドエフェクタ２０の回転位置をアクチュエータ７で制御できるものである。しかも、このアクチュエータ７は、可動部５に搭載せず、ベース４に設けられているから、可動部５を軽量に構成することができるものである。
【００２１】
上述したように、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６は、その回転出力軸１２がベース４の中心に向かように放射状にベース４に固定されており、該回転出力軸１２に固定されたリンク１１は、該回転出力軸１２の中心線に対して垂直な面上を回転する。
すなわち、この参考例では、六角形のベース４の各辺から垂下したアクチュエータ取付部材９に各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６が取り付けられ、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２はベース４の中心に向かうように六角形の各辺に対してそれぞれ垂直に配置されているから、該回転出力軸１２に固着されたリンク１１は六角形のそれぞれの辺と平行な面上を回転する。
【００２２】
そのため、リンク１１とロッド１０との接続点であるジョイント１３がベース４より外にはみ出す可能性がある場合は、リンク１１が水平（六角形のベース４のリンク１１を駆動する回転型アクチュエータ６を取り付けた辺と平行）となったときであり、この状態でリンク１１とロッド１０との接続点がベース４からはみ出さないように六角形ベース４の辺の長さを決定すればよい。この場合、各位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２を六角形ベース４の辺の中間点に配置しておけば、六角形ベース４の辺の長さはリンク１１の長さの２倍程度で良いものであり、ベース４自体が格別大きなものにはならない。従来のベースの辺に対して直交する方向に揺動するパラレルリンク型作業装置の場合と比較すると、従来のものは、リンクの回転面がベースの辺に対して直交する面であるから、必ずリンクとロッドの接続点がベース領域からはみ出ることになる。しかし、本参考例では、上述したように、リンク１１がベース４でカバーされた領域からはみ出ることがないから、このリンク１１，ロッド１０の移動により、人体や衣服を巻き込む恐れが少なくなり、安全性を向上させることができる。
【００２３】
可動部の位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６の種類は特に指定されないが、外径が大きく全長が短い外形を有する扁平なアクチュエータを用いる。すなわち、その回転出力軸方向の長さよりも、該軸方向と直交する方向の長さの方が長い扁平なアクチュエータで構成するもので、このアクチュエータをモータで構成する場合、例えば、電磁式アクチュエータや、特開２００５−２７８３３１号公報に記載されたような多数の電極を有するロータとステータを多数積層してなる回転型静電式アクチュエータ等を用いればよい。
なお、エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７も可動部の位置・姿勢制御用の回転型アクチュエータ６と同様に扁平なアクチュエータで構成してもよいものであり、この参考例では、同じアクチュエータを使用した例を示している。又、これらの回転型アクチュエータ６、７は、内部に減速器を備えるものを使用してもよいものである。
なお、上述した参考例では、可動部５がベース４に対して下方にある例が示されているが、安全性に影響がない限り、これを回転または倒置して配置しても何ら問題ない。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図であり、図５はベース、支柱、基台を取り除き、図４において斜め上方から見た説明図である。なお、図４、図５において、参考例の要素と同等の要素に対しては同一の符号を付している。
この第１の実施形態は、３つの位置制御用の回転型アクチュエータ６を使用して、可動部５の姿勢をベース４に対して保持したまま、３方向（３次元空間上の直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）に移動することができ、また、可動部５上に固定した回転機構１６の回転軸１７をベース４に固定した１つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７を使用して回転させることによって、該回転軸１７に取り付けられたエンドエフェクタの回転、その回転位置を制御できるものであり、４自由度を有するパラレルリンク型作業装置である。
【００２５】
可動部５上の回転軸１７を回転するためのアクチュエータ７を除き、可動部５の位置を制御するための回転型アクチュエータ６は、六角形ベース４の１つ飛びの３辺に対してその回転出力軸が垂直であると同時に前記出力軸の中心線はベース４に対して平行であり、ベース４の中心に向けて等間隔で放射状に配置されている。
位置制御用の３つの回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２には、それぞれ平行リンク機構２１で構成される動力伝達部を介して可動部５と連接されている。すなわち、回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２には、リンク２２が固定されており、回転出力軸１２と一体的に回転することができるようになっている。また、リンク２２にはジョイント２４、２４を介して２本のロッド２３、２３が接続され、２本のロッド２３，２３の他端はジョイント２５、２５を介して可動部５に接続されている。リンク２２→ロッド２３→可動部５→ロッド２３は平行四辺形の各辺に相当するように設計、配置されており、これにより平行リンク機構２１が形成されている。可動部５には、３つの平行リンク機構２１が接続されることになるため、その姿勢が固定される。この実施形態では、リンク２２とロッド２３の接続部、ロッド２３と可動部５の接続部をベース４に対して平行にしているため、可動部５は常にベース４に対して水平の姿勢を保つことができる。
【００２６】
可動部５上に設けられた回転機構１６の回転軸１７に取り付けられるエンドエフェクタ２０を駆動する手段は、参考例と同じであり、ベース４上に固定したアクチュエータ７によりジョイント１９、回転動力伝達手段１５、ジョイント１８、回転機構１６の回転軸１７を介してエンドエフェクタ２０を駆動制御する。
回転動力伝達手段１５の両端のジョイント１８、１９はユニバーサルジョイントなどの２自由度のジョイントで、また、回転動力伝達手段１５はスプライン継手などの回転を伝え、伸縮自在の要素を使用することにより、可動部５が移動しても回転を伝達することが可能である。
【００２７】
また、この第１の実施形態においても、可動部５がベース４に対して下方にある例を示されているが、安全性に問題がない限り、これを回転または倒置して配置しても何ら問題ない。
そして、この第１の実施形態においても、参考例と同様に扁平な回転型アクチュエータ６、７を用い、かつ、可動部５の位置制御用の回転型アクチュエータ６を、その回転出力軸１２をベース４に対して平行で、ベース４の中心に向けて放射状に、等間隔にベース４に配置とする。これによって、該回転出力軸１２に取り付けられる平行リンク機構２１のリンク２２が回転出力軸１２の中心線に対して垂直な面上を回転するので、リンク２２とロッド２３との接続点がベースよりはみ出ることはなく、該パラレルリンク型作業装置が動作中に、人体や衣服等の巻き込みを極力回避でき、安全性を向上させることができるものである。
【００２８】
図６、図７は、本発明に関連する別の参考例の概要説明図である。この別の参考例と第１の実施形態と相違する点は、可動部５の位置制御用の回転型アクチュエータ６が第１の実施形態とは逆向きにベース４に取り付けられ、かつカバー２６が設けられている点であり、他の構成は第１の実施形態と同じである。図６は、この別の参考例のパラレルリンク型作業装置２ａの側面図であり、図７は、図６において可動部側から見上げた図である。
【００２９】
この別の参考例は、可動部５の位置を制御する３つの回転型アクチュエータ６が、その回転出力軸をベース４の中心から外の方向に向くように放射状に六角形状のベース４から、１つ飛びの辺に沿って垂下するアクチュエータ取付部材９に取り付けられている。
そして、回転型アクチュエータ６が取り付けられた六角形状のベース４の辺には、平行リンク機構２１のリンクの運動領域を覆うようにベース４から垂下するカバー２６が取り付けられている。これによって、平行リンク機構２１のリンク２２及びリンク２２とロッド２３との接続点は、カバー２６によって覆われ、露出部分が少なくなることから、人体や衣服が、平行リンク機構２１の運動によって、巻き込まれることを防止し、安全性を高めている。
なお、他の構成、及びパラレルリンク型作業装置の動作は第１の実施形態と同じである。
【００３０】
図８は、図４，図５に示した本発明の第１の実施形態の変形例の第２の実施形態のパラレルリンク型作業装置２ｂの概要図である。第１の実施形態と相違する点は、位置制御用の回転型アクチュエータ６を取り付けるアクチュエータ取付部材９ａがベースから上方に立設されていること、及び平行リンク機構２１のロッド２３を通すための開口部２９がベース４に設けられている点であり、他は第１の実施形態と同じ構成である。この配置にすることで、作業空間とパラレルリンク機構の空間を分離することができる。又、パラレルリンク型作業装置としての動作は第１の実施形態と同じである。この第２の実施形態においても、平行リンク機構２１の回転型アクチュエータ６の回転出力軸に取り付けられるリンク２２がベース４からはみ出ることはなく、第１の実施形態と同様に安全性を向上させることができるものである。
【００３１】
図９は、上述した第２の実施形態を変更した第３の実施形態の要部概要図である。この第３の実施形態は、第２の実施形態にさらに、カバー９ｂを付加したものであり、他は第２の実施形態と同じである。この第３の実施形態では、ベース４から立設されたアクチュエータ取付部材９ａ間を連接するようにした板部材からなるカバー９ｂが設けられることによって、六角形のベース４の各辺をアクチュエータ取付部材９ａとカバー９ｂでとりかこみ、平行リンク機構２１のリンク２２の揺動領域が露出しないように覆って安全性を確保したものである。さらに、このアクチュエータ取付部材９ａとカバー９ｂで囲まれた領域の天井部を蓋する蓋部を設けてこの領域（リンク２２の揺動領域）を封鎖空間としてより安全性を図ってもよい。なお、他の構成、及びパラレルリンク型作業装置としての作用、動作は第２の実施形態と同じである。
【００３２】
図１０は、本発明の別の参考例の概要図である。又、図１１はこの参考例における位置制御用の回転型アクチュエータ６と可動部５との連結関係を説明する説明図である。
この参考例は、図８に示した第２の実施形態の変形であり、第２の実施形態におけるベース４から立設された３つのアクチュエータ取付部材９ａが所定角度傾けられており、このアクチュエータ取付部材９ａに取り付けられる位置制御用の回転型アクチュエータ６も所定角度傾けて固定されたパラレルリンク型作業装置２ｄとなっている点で相違している。なお、図１０ではアクチュエータ取付部材９ａは図示していない。
【００３３】
図１１に示すように、位置制御用の回転型アクチュエータ６が水平面（ベース４の面又は基台３の面）に対して所定角度α傾けられていることから、平行リンク機構２１を形成する２つのロッド２３は所定角度α傾けてリンク２２及び可動部５にジョイント２４、２５で連結されている。
以上の点が第２の実施形態と相違するものであり、他は第２の実施形態と同じである。
このように、平行リンク機構を維持するようにロッド２３の接続個所に角度をつけることができれば、各平行リンク機構間で干渉が起こらない限り、また安全性に影響がない限り位置制御用の回転型アクチュエータ６を傾ける方向に特に制約はない。
【００３４】
図１２は本発明の応用例の概要図である。又、図１３はこの応用例において、位置が制御される第１の可動部５’と、それを制御する３つの回転型アクチュエータ６と、第１の可動部５’の位置を制御する平行リンク機構２１と基台３のみを図示したものである。さらに、図１４は、この応用例において、その姿勢が制御される第２の可動部５”と、それを制御する３つの回転型アクチュエータ６と、支持ポスト３１と第２の可動部５”の姿勢を制御する姿勢制御用ロッドと基台３のみを図示したものである。
【００３５】
この応用例のパラレルリンク型作業装置３０は、位置が制御される第１の可動部５’と姿勢が制御される第２の可動部５”の、２つの可動部を有する６自由度のパラレルリンク型作業装置である。第１の可動部５’は３つの平行リンク機構２１によって一定の姿勢に拘束されており、３つの回転型アクチュエータ６によって位置のみを制御される。すなわち、この第１の可動部５’の位置を制御する機構は、前述した図４，図５に示した第１の実施形態と同じ構成であり、第１の実施形態における可動部５がこの応用例の第１の可動部５’である。
この第１の可動部５’を駆動する機構は、前述した第１の実施形態と同じであることから、詳細な説明は省略する。
【００３６】
一方、第２の可動部５”は基台３に設けられた支持ポスト３１に球面ジョイント３２を介して接続されており、その位置は拘束されている。３つの回転型アクチュエータ６の回転出力軸１２にはリンク１１が固定されており、該リンク１１とロッド１０の一端がジョイント１３を介して接続され、ロッド１０の他端はジョイント１４を介して第２の可動部５”に接続されており、３つの回転型アクチュエータ６の動力を姿勢制御用のロッド１０により伝達することで、３軸まわりの回転を行い、第２の可動部５”の姿勢を変化させることができる。すなわち、第２の可動部５”を駆動する機構は、図１〜図３で説明した参考例において、３つのアクチュエータを削除し、３つの回転型アクチュエータ６で第２の可動部５”を駆動するようにしたこと、及び第２の可動部５”が支持ポスト３１に球面ジョイント３２を介して姿勢変化が可能に取り付けられている点で参考例と相違するものである。他の構成は参考例と同じである。
【００３７】
第１の実施形態と同様に第１の可動部５’に設けられた回転機構１６の回転軸にエンドエフェクタ２０を取り付け、かつ第２の可動部５”上にも、第１の可動部５’上のエンドエフェクタ２０と対向する向きにエンドエフェクタ３３を固定し、２つの板間の位置関係を変化させることで組立作業等を行うようにしたものである。
上述した各実施形態では、可動部５に設けた回転機構１６に１つの回転軸１７を有し、該回転軸１７を駆動するエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ７及び回転動力伝達手段１５をそれぞれ１つ設けた例を示したが、回転機構１６に１以上の回転軸１７を設けるような場合には、その回転軸の数に合わせて、各回転軸を駆動するエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータ及び該アクチュエータの回転力をそれぞれの回転軸に伝達する回転動力伝達手段をそれぞれ設けるようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に関連するパラレルリンク型作業装置の参考例の概要図である。
【図２】同参考例のパラレルリンク型作業装置を斜め上方から見たときの説明図である。
【図３】同参考例におけるエンドエフェクタの駆動系の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図である。
【図５】同第１の実施形態において、ベース、支柱、基台を取り除き斜め上方から見たときの説明図である。
【図６】本発明に関連する別の参考例の概要説明図である。
【図７】同別の参考例の図６において可動部側から見上げた図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のパラレルリンク型作業装置の概要図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の要部概要図である。
【図１０】本発明の関連するさらに別の参考例の要部概要図である。
【図１１】同参考例における位置制御用の回転型アクチュエータと可動部との連結関係を説明する説明図である。
【図１２】本発明の応用例の概要図である。
【図１３】同応用例における位置制御板の駆動系の説明図である。
【図１４】同応用例における姿勢制御板の駆動系の説明図である。
【図１５】従来の回転型アクチュエータを使用したパラレルリンク型作業装置のアクチュエータと可動部の配置を模式的に示した説明図である。
【図１６】図１５に示す従来のパラレルリンク型作業装置のリンクの回転平面と垂直な方向から見たときの説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２、２ａ〜２ｄ パラレルリンク型作業装置
３ 基台
４ ベース
５ 可動部
６、７ アクチュエータ
８ 支柱
９ アクチュエータ取付部材
１０ ロッド
１１ リンク
１２ 回転出力軸
１３、１４、１８、１９、２４、２５ ジョイント
１５ 回転動力伝達手段
１６ 回転機構
１７ 回転軸
２０、３３ エンドエフェクタ
２１ 平行リンク機構
２２ リンク
２３ ロッド
３１ 支持ポスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、可動部と、前記ベースの所定の位置に固定される３つの回転型アクチュエータと、該３つの回転型アクチュエータによって前記可動部の位置が制御されるように前記各回転型アクチュエータの回転出力軸と前記可動部を平行リンク機構で構成される動力伝達部で連結し、
前記ベースに取り付けられた少なくとも一つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータと、前記可動部に設けられ、エンドエフェクタの姿勢を制御する少なくとも一つの回転軸を有する回転機構と、前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータの回転動力を前記回転機構の回転軸に伝達する少なくとも一つの回転動力伝達手段とを備え、３つの回転型アクチュエータにより前記可動部の位置が制御されると共に前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータによりエンドエフェクタの姿勢が制御されるパラレルリンク型作業装置であって、
前記回転型アクチュエータは、扁平な形状を有するアクチュエータで構成され、前記回転出力軸の中心線はベースに対して平行で、かつベースの中央から放射状に並び、前記回転出力軸が前記ベース中央に向くように所定の位置に配置、固定されていることを特徴とするパラレルリンク型作業装置。
【請求項２】
前記回転型アクチュエータは、前記回転出力軸の中心線がベースの中央から等間隔に放射状に並ぶように所定の位置に配置、固定されていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項３】
前記回転型アクチュエータは、前記ベースから垂下したアクチュエータ取付部材に取り付けられている請求項１又は請求項２に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項４】
前記回転型アクチュエータは、前記ベースから上方に立設されたアクチュエータ取付部材に取り付けられている請求項１又は請求項２に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項５】
アクチュエータ取付部材間を連接したカバーが設けられている請求項４に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項６】
前記回転型アクチュエータは、減速器を使用している請求項１乃至５の内いずれか１項に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項１】
ベースと、可動部と、前記ベースの所定の位置に固定される３つの回転型アクチュエータと、該３つの回転型アクチュエータによって前記可動部の位置が制御されるように前記各回転型アクチュエータの回転出力軸と前記可動部を平行リンク機構で構成される動力伝達部で連結し、
前記ベースに取り付けられた少なくとも一つのエンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータと、前記可動部に設けられ、エンドエフェクタの姿勢を制御する少なくとも一つの回転軸を有する回転機構と、前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータの回転動力を前記回転機構の回転軸に伝達する少なくとも一つの回転動力伝達手段とを備え、３つの回転型アクチュエータにより前記可動部の位置が制御されると共に前記エンドエフェクタ姿勢制御用のアクチュエータによりエンドエフェクタの姿勢が制御されるパラレルリンク型作業装置であって、
前記回転型アクチュエータは、扁平な形状を有するアクチュエータで構成され、前記回転出力軸の中心線はベースに対して平行で、かつベースの中央から放射状に並び、前記回転出力軸が前記ベース中央に向くように所定の位置に配置、固定されていることを特徴とするパラレルリンク型作業装置。
【請求項２】
前記回転型アクチュエータは、前記回転出力軸の中心線がベースの中央から等間隔に放射状に並ぶように所定の位置に配置、固定されていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項３】
前記回転型アクチュエータは、前記ベースから垂下したアクチュエータ取付部材に取り付けられている請求項１又は請求項２に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項４】
前記回転型アクチュエータは、前記ベースから上方に立設されたアクチュエータ取付部材に取り付けられている請求項１又は請求項２に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項５】
アクチュエータ取付部材間を連接したカバーが設けられている請求項４に記載のパラレルリンク型作業装置。
【請求項６】
前記回転型アクチュエータは、減速器を使用している請求項１乃至５の内いずれか１項に記載のパラレルリンク型作業装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−４５７３９（Ｐ２００９−４５７３９Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５７４３８（Ｐ２００８−２５７４３８）
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【分割の表示】特願２００７−１０８７２７（Ｐ２００７−１０８７２７）の分割
【原出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【分割の表示】特願２００７−１０８７２７（Ｐ２００７−１０８７２７）の分割
【原出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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