JP2001129740A

JP2001129740A - ３自由度位置決め機構

Info

Publication number: JP2001129740A
Application number: JP31605599A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shindo; 崇進藤; Masayuki Hirota; 雅之廣田; Yukihiko Kitano; 幸彦北野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】３自由度を持つとともに高精度位置決めが可
能なものとする。【解決手段】複数の伸縮する駆動リンク部１がエンド
エフェクタ４に連結されたパラレルリンク機構と、エン
ドエフェクタ４の動きに制限を加える拘束リンク部２と
からなる位置決め機構である。拘束リンク部２は駆動リ
ンク部１の伸縮方向であるＺ軸方向の軸回りのエンドエ
フェクタ４の回転の規制部を備えて、Ｚ軸及びＺ軸と直
交するＸ軸回り及びＹ軸回りの３自由度をエンドエフェ
クタ４に与えている。Ｚ軸回りの回転を拘束リンク部２
で抑制しているために、高精度位置決めが可能となると
ともに制御の簡易化も図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパラレルリンク機構
を用いた位置決め機構、殊に３自由度の位置決め機構に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パラレルリンク機構を用いて対象物を動
かすものは、たとえば特開平１０−２１３４０３号公報
や特開平１１−８８７号公報に示されたもののほか、多
くのものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、位置決め機構
として用いることを考えた場合、従来のものは自由度が
高すぎることと多くのジョイント部のがたつきが重なる
ことから、高精度位置決めという点で問題を有してい
た。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところはパラレルリンク機構
を用いた位置決め機構において、３自由度を持つととも
に高精度位置決めが可能な３自由度位置決め機構を提供
するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、複数
の伸縮する駆動リンク部がエンドエフェクタに連結され
たパラレルリンク機構と、エンドエフェクタの動きに制
限を加える拘束リンク部とからなる位置決め機構であっ
て、上記拘束リンク部は駆動リンク部の伸縮方向である
Ｚ軸方向の軸回りのエンドエフェクタの回転の規制部を
備えて、上記Ｚ軸及びＺ軸と直交するＸ軸回り及びＹ軸
回りの３自由度をエンドエフェクタに与えていることに
特徴を有している。

【０００６】位置決め機構の場合、特に不要となるＺ軸
回りの回転を拘束リンク部で抑制しているために、高精
度位置決めが可能となるとともに制御の簡易化も図るこ
とができる。

【０００７】この場合、拘束リンク部もしくは駆動リン
ク部の少なくとも一方にエンドエフェクタに予圧を付与
する予圧機構を設けておくことで、より精度の高い位置
決めが可能となるが、予圧機構としては、エンドエフェ
クタに連結されるシャフトを付勢する圧縮ばねあるいは
引っ張りばねを好適に用いることができるとともに、こ
こにおけるばねは複数本平行に配置しておくのも好まし
い。駆動リンク部もしくは拘束リンク部の少なくとも一
方とエンドエフェクタとの間に配設したたばねを予圧機
構としてもよく、この場合のばねはＺ軸回りにおいて等
角度間隔で３つ以上配設しておくとよい。予圧機構に
は、エンドエフェクタに連結されたシャフトにＺ軸方向
の機械的圧力を加える伸縮機構、たとえばねじ軸とナッ
トやエアシリンダーを用いてもよい。

【０００８】拘束リンク部には、複数本のスライドガイ
ド部でＺ軸方向のスライドガイドがなされたものを好適
に用いることができる。たとえば、少なくとも３本のリ
ニアシャフトをスライドガイド部として備えるととも
に、これらリニアシャフトがエンドエフェクタに連結さ
れるシャフトの回りの円周上に等角度間隔で配置された
ものや、少なくとも３本のリニアシャフトからなるスラ
イドガイド部を二組相互に組み合わされたものを用いる
ことができる。

【０００９】また、拘束リンク部は、Ｘ軸回り及びＹ軸
回りの回転を許す回転部をそのエンドエフェクタ側に備
えたものが好ましい。

【００１０】拘束リンク部のエンドエフェクタに連結さ
れるシャフトにスプラインによる回り止め構造を設ける
ことも好ましい。

【００１１】拘束リンク部におけるエンドエフェクタの
Ｘ軸回り及びＹ軸回りの回転を許す回転部に回転角度セ
ンサをフィードバック制御用に設けたり、拘束リンク部
の長さを検出するセンサをフィードバック制御用に設け
たり、各駆動リンク部の長さを検出するセンサをフィー
ドバック制御用に設けたり、さらにはエンドエフェクタ
上の少なくとも３点の位置の高さを測定するセンサをフ
ィードバック制御用に設けたりするのも位置決め精度の
向上の点で好ましい。

【００１２】駆動リンク部には、ねじ軸と該ねじ軸に螺
合するナットとを伸縮機構として用いることができると
ともに、ねじ軸をその軸回りに回転させるモータにフル
ステップ駆動とハーフステップ駆動との切り換え可能な
ステッピングモータを用いることができる。

【００１３】ねじ軸のリード長さが異なる２つの伸縮機
構を直列につないだものや、直列につないだ２つの伸縮
機構のうちの一方の伸縮機構の回転を他方の伸縮機構に
伝達する回転伝達部を備えたもの、さらには上記回転伝
達部を切り離すクラッチを備えたものも、駆動リンク部
に好適に用いることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図示例の位置決め機構は、ベース
３上に３つの駆動リンク部１，１，１（１つは図示して
いない）と、１つの拘束リンク部２とを介してエンドエ
フェクタ４を配置したもので、中央に位置する拘束リン
ク部２の周囲に３つの駆動リンク部１，１，１を等角度
間隔で配置している。

【００１５】上記の各駆動リンク部１は、ベース３にユ
ニバーサルジョイント３０で連結されたベース板１０
と、このベース板１０から立設した２本のリニアシャフ
ト１１，１１の各上端に固着した固定プレート１２、各
リニアシャフト１１が貫通する可動プレート１３、ベー
ス板１０と固定プレート１２とによって上下端が回転自
在に支持されているねじ軸１４、このねじ軸１４をその
軸回りに回転駆動するモータ１５、可動プレート１３に
固定されて上記ねじ軸１４と螺合するナット１６、可動
プレート１３に下端が固定され、上部が固定プレート１
２を貫通して固定プレート１２の上方に突出するシャフ
ト１７とからなるもので、上記ユニバーサルジョイント
３０は、シャフト１７の直下位置にくるように配設され
ており、またシャフト１７の上端がボールジョイント１
８を介してエンドエフェクタ４の周部に連結されてい
る。

【００１６】駆動リンク部１のモータ１５によるねじ軸
１４の軸回り回転により、ねじ軸１４と螺合するナット
１６が固定されている可動プレート１３は、２本のリニ
アシャフト１１によるガイドを受けつつ上下に移動し、
可動プレート１３に下端が固定されているシャフト１７
の上端に連結されたエンドエフェクタ４を上下させる。

【００１７】一方、拘束リンク部２は、図２及び図３か
ら明らかなように、ベース３から立設した３本のリニア
シャフト２０と、これらリニアシャフト２０の上端が固
定された固定プレート２１、各リニアシャフト２０が貫
通している可動プレート２２、可動プレート２２に下端
が固定されているとともに固定プレート２１を貫通する
シャフト２３とからなり、シャフト２３の上端がユニバ
ーサルジョイント２４を介してエンドエフェクタ４の中
央に連結されている。なお、シャフト２３を中心とする
円周上に３本のリニアシャフト２０が１２０°間隔で配
設されている。また、固定プレート２１と可動プレート
２２間において、シャフト２３の外周には圧縮コイルば
ね２５が配設されており、固定プレート２１に対して可
動プレート２２を下方に向けて付勢している。

【００１８】上記拘束リンク部２を中心に３つの駆動リ
ンク部１，１，１（のシャフト１７）が同一円周上に等
角度間隔で配置された図示の位置決め機構では、エンド
エフェクタ４はその中心がユニバーサルジョイント２４
を介して拘束リンク部２に連結され、該連結点を中心と
する円周上の等角度間隔の３点がボールジョイント１８
を介して駆動リンク部１のシャフト１７に連結されてい
る。このために、３つの駆動リンク部１のシャフト１７
を上下させることにより、エンドエフェクタ４にＺ軸方
向の動きとＸ軸回り（θｘ）の動きとＹ軸回り（θｙ）
の動きとを行わせることができるものである。

【００１９】この時、拘束リンク部２は上述のように３
本のリニアシャフト２０を備えているために、不要な自
由度であるＺ軸回り（θｚ）の動き（捻れ）を抑制する
ことができるとともに横方向の剛性強化を図ることがで
きるものとなっている。

【００２０】特に図示例のものでは、拘束リンク部２の
３本のリニアシャフト２０がシャフト２３を中心として
等角度間隔で配置されているために、等方性の剛性を持
たせることができるものとなっており、高精度位置決め
が可能となっている。

【００２１】また、エンドエフェクタ４にθｘ及びθｙ
の動きを許すためのユニバーサルジョイント２４は、ベ
ース３と拘束リンク部２との間（図４(a)参照）にでは
なく、図４(b)に示すように、拘束リンク部２とエンド
エフェクタ４との間に配置しているために、角度誤差γ
によるところのエンドエフェクタ４の位置誤差Ｄを小さ
くすることができるものとなっている。

【００２２】さらに、シャフト２３の回りに配した圧縮
コイルばね２５は、図５に示すように、可動プレート２
２とシャフト２３とを押し下げる方向に働くために、ユ
ニバーサルジョイント２４やボールジョイント１８にお
ける遊びに基づくがたつきを防ぐ予圧ＰＰをエンドエフ
ェクタ４にかける。

【００２３】Ｚ軸回り（θｚ）の動き（捻れ）の抑制の
点では、図６に示すように、シャフト２３と固定プレー
ト２１とのスライド係合部をボールスプライン７０のよ
うな回り止め機能付きのものとするとよい。シャフト２
３は３本のリニアシャフト２０でスライドガイドされた
可動プレート２２に固定されているために、Ｚ軸回りθ
ｚの回転をすることはないが、スライドガイド部のクリ
アランスやシャフト２３の軸回り方向の捻れに起因する
Ｚ軸回りθｚの微小な動きを抑制することができるため
に、さらに精度が向上する。

【００２４】上記予圧ＰＰの付与は、図７に示すよう
に、ベース１と可動プレート２２との間に引っ張りコイ
ルばね２６を懸架することで行ってもよい。また、圧縮
コイルばね２５を用いて予圧をかける場合、リニアシャ
フト２０も利用して複数本のばねを配設するようにして
もよい。図８は３本のリニアシャフト２０とシャフト２
３の各外周に圧縮コイルばね２５を配置して、総計４本
の圧縮コイルばね２５で予圧をかけている場合を示して
いる。もちろん、３本のリニアシャフト３０の各外周で
可動プレート２２とベース１との間に引っ張りばね２６
を取り付けるようにしてもよい。

【００２５】図９に示すように、固定プレート２１とエ
ンドエフェクタ４との間に３本以上の引っ張りコイルば
ね２６を等角度間隔で取り付けることで予圧をかけるよ
うにすることもできる。この場合、エンドエフェクタ４
側の引っ張りコイルばね２６の連結点を固定プレート２
１側の引っ張りコイルばね２６の連結点を外周側に位置
させることで、垂直方向の安定した予圧をかけることが
できる。予圧方向が逆となるが、上記引っ張りコイルば
ね２６を圧縮コイルばね２５に置き換えた構成としても
よい。図１０はこの場合の例を示している。

【００２６】上記のようなばねを用いた予圧構造は、エ
ンドエフェクタ４（あるいは可動プレート２２）のＺ方
向位置によってばね力が変わるために予圧値も変化して
しまうが、次のような予圧構造を採用すれば予圧値を常
に一定に保つことができる。すなわち、図１１に示すも
のでは、固定プレート２１とベース３とに両端を固定し
たねじ軸６０に、いずれかのリニアシャフト２０を利用
して上下にスライド自在に保持した予圧プレート６１に
設けたナット（図示せず）を螺合させるとともに該ナッ
トを回転させるロータリーアクチュエータ（モータ）６
２を設けている。駆動リンク部１を伸縮させる際には、
ロータリーアクチュエータ６２をサーボフリーの状態と
して（あるいは駆動リンク部１の伸縮に同期した駆動を
行って）可動プレート２２とともに予圧プレート６１も
上下動させるが、位置決めが完了した時点でロータリー
アクチュエータ６２を予圧プレート６２が下方へ動く方
向に若干回転させることで、予圧をかける。

【００２７】図１２に示すように、可動プレート２２と
ベース３との間にエアシリンダー６４を取り付けて、駆
動リンク部１の作動で可動プレート２１が上下する間は
エアシリンダー６４を自由に伸縮させ、位置決め完了後
にエアシリンダー６４を縮める方向に作動させることで
予圧をかけるようにしてもよい。また、固定プレート２
１と可動プレート２２との間にシャフト２３と平行にエ
アシリンダー６４を取り付けて、駆動リンク部１の作動
で可動プレート２１が上下する間はエアシリンダー６４
を自由に伸縮させ、位置決め完了後にエアシリンダー６
４に伸張する方向にエアを加えて予圧をかけるようにす
ることもできる。

【００２８】エアシリンダー６４がツインロッドタイプ
や回り止め付きのロッド６５を備えたものである場合に
は、図１３に示すように、固定プレート２１を支持して
いる支柱２０’の途中に固定したプレート２９（もしく
はベース３）にエアシリンダー６４を固定してもよい。
この場合も、駆動リンク部１の作動でエンドエフェクタ
ー４が上下する間はエアシリンダー６４を自由に伸縮さ
せ、位置決め完了後にエアシリンダー６４を縮める方向
に作動させて予圧をかける予圧構造は拘束リンク部２に
ではなく、各駆動リンク部１に設けてもよく、さらには
駆動リンク部１と拘束リンク部２の両方に設けてもよ
い。駆動リンク部１に設ける予圧構造は、上記拘束リン
ク部２において用いた構成をそのまま採用することがで
き、図１４は固定プレート１２と可動プレート１３との
間に圧縮コイルばね２５を配置したものを、図１５はベ
ース３と可動プレート１３との間に引っ張りコイルばね
２６を懸架したものを、図１６は２本のリニアシャフト
１１とシャフト１７とに圧縮コイルばね２５を配置した
ものを示しており、さらに図１７はねじ軸６０と予圧プ
レート６１とを用いた予圧構造を駆動リンク部１に適用
したものを、図１８はエアシリンダー６４を用いた予圧
構造を駆動リンク部１に適用した場合を示している。ま
た、図１９は固定プレート１２とエンドエフェクタ４と
の間に引っ張りコイルばね２６を配置したものを示して
いる。

【００２９】図２０及び図２１に拘束リンク部２の他例
を示す。これはベース３から立設した３本のリニアシャ
フト２０と、これらリニアシャフト２０の上端が固定さ
れた固定プレート２１、各リニアシャフト２０が貫通し
ている可動プレート２２、可動プレート２２に下端が固
定されているとともに固定プレート２１を貫通する３本
のリニアシャフト２７、これらリニアシャフト２７の上
端が固定された第２可動プレート２８とからなり、第２
可動プレート２８がユニバーサルジョイント２４を介し
てエンドエフェクタ４の中央に連結されている。３本の
リニアシャフト２０が同一円周上に１２０°間隔で配設
されているとともに、３本のリニアシャフト２７が同一
円周上に１２０°間隔で配設されて、リニアシャフト２
０，２０間にリニアシャフト２７が位置する本例のもの
では、Ｚ軸回りθｚについての回り止め効果が更に高く
なるとともに剛性も高いものとなり、位置決め精度が向
上する。なお、本例における拘束リンク部２にも予圧構
造を採用するのが好ましく、この場合の予圧構造として
は、前述のものを採用することができる。

【００３０】拘束リンク部２とエンドエフェクタ４の中
央とを連結しているユニバーサルジョイント２４の直交
する２つの回転軸に図２２に示すように夫々回転角度セ
ンサ６６，６６を取り付ければ、エンドエフェクタ４の
姿勢情報を取り出すことができるために、該姿勢情報の
フィードバックによって位置決め精度を高めることがで
きる。

【００３１】図２３に示すように、回転角度センサ６６
に加えて、拘束リンク部２の長さ情報を出力する変位セ
ンサ６７を設ければ、エンドエフェクタ４の姿勢とＺ方
向位置とをフィードバックさせて位置決め精度の向上を
図ることができる。なお、変位センサ６７として、図示
例ではセンサヘッドを可動プレート２２に取り付けた光
学式のリニアエンコーダを用いている。ちなみに、変位
センサ６７によるところのユニバーサルジョイント２４
の軸の高さ出力をＬ、上記軸からエンドエフェクタ４上
面までの距離をｄ、ＸＺ平面内の回転角度センサ６６の
出力をθとすると、エンドエフェクタ４の上面中心部の
高さｚとＸ方向位置ｘとはｘ＝ｄsinθ ｚ＝Ｌ＋ｄcosθ で算出することができる。

【００３２】図２４に示すように、各駆動リンク部１に
その長さを測定するための変位センサ６８を設けて、駆
動リンク部１への長さ情報のフィードバックをかけるこ
とでも高精度な位置決め制御を行うことができる。

【００３３】図２５に示すように、エンドエフェクタ４
の３点の高さを例えば光学的距離センサであるセンサ６
９で測定して、上記３カ所の位置情報を基にある測定点
から他の測定点へのベクトルＡ，Ｂを算出し、さらに両
ベクトルＡ，Ｂからエンドエフェクタ４表面の上記ある
点での法線ベクトルＮ（Ｎ＝（Ａ×Ｂ）／（｜Ａ×Ｂ
｜））を求めることによって、エンドエフェクタ４の姿
勢を判別してもよく、この姿勢情報をフィードバックし
て駆動リンク部１を作動させることで、エンドエフェク
タ４の位置決め精度を高めることができる。

【００３４】駆動リンク部１の伸縮動作の駆動源である
モータ１５には、フルステップとハーフステップとを切
り換えて駆動することができるステッピングモータを好
適に用いることができる。たとえば、フルステップ時に
１回転５００パルスのステッピングモータを使用する場
合、駆動リンク部１の指令長に対して所定のオフセット
値まではフルステップで駆動し、その後は１回転１００
０パルスのハーフステップに切り換えて駆動するのであ
る。粗動と精動とをコントローラＣだけで切り換えるこ
とができるために、位置決め制御のスピード向上と精度
向上の両立を簡便に図ることができる。なお、図２６に
おいて、白抜き矢印はフルステップ時を、網線入り矢印
はハーフステップ時を示している。

【００３５】粗動と精動とは機械的に行わせてもよい。
図２７にこの場合の一例を示す。ベース板１０に設けた
モータ１５で回転させるねじ軸１４のほかに、該ねじ軸
１４と螺合するナット１６を備えている可動プレート１
３に設けたモータ１５ａで回転させるねじ軸１４ａを設
けて、可動プレート１３で一端を支持している該ねじ軸
１４ａに螺合するナット１６ａを備えた第２可動プレー
ト１９を設けて、エンドエフェクタ４は第２可動プレー
ト１９にボールジョイント１８を介して連結している。
ここで、ねじ軸１４とナット１６とにはリード長が大の
ものを用いて粗動用とし、ねじ軸１４ａとナット１６ａ
とにはリード長が小のものを用いて精動用としている。
図中７１，７２はモータ１５，１５ａの回転をねじ軸１
４，１４ａに伝えるためのギア列である。

【００３６】図２８はモータ１５だけで駆動するもの
の、粗動と精動とを機械的に変更することができるもの
を示しており、ベース板１０に設けたモータ１５で回転
させるねじ軸１４に螺合するナット１６を備えてモータ
１５の回転で上下動を行う可動プレート１３には、エン
ドエフェクタ４にボールジョイント１８を介して連結さ
れたねじ軸１４ｂ（軸回りの回転は不能としてある）に
螺合するナット１６ｂを軸回り回転自在に設けてあり、
さらにねじ軸１４と共に回転すると同時に可動プレート
１３とともに上下動を行うギア８１と、ナット１６ｂに
クラッチ８０を介して連結されたギア８２とを設けて、
ギア８１とギア８２とが常時噛み合うようにしてある。

【００３７】今、クラッチ８０でナット１６ｂとギア８
２とを連結した状態でモータ１５を駆動すれば、ベース
板１０に対して可動プレート１３はねじ軸１４のリード
に応じた上下動を行う。また、ねじ軸１４の回転は、ギ
ア８１，８２とクラッチ８０とを介してナット１６ｂを
回転させるために、可動プレート１３に対してねじ軸１
４ｂ及びエンドエフェクタ４はねじ軸１４ｂのリードに
応じた上下動を行う。つまり、ねじ軸１４のリード長と
ねじ軸１４ｂのリード長とが同じであれば、エンドエフ
ェクタ４は、ベース板１０から見れば、可動プレート１
３の移動距離の倍の距離を移動する。クラッチ８０によ
るナット１６ｂとギア８２との連結を解除しておけば、
モータ１５を回転させても、ナット１６ｂが回転するこ
とはなく、このために、エンドエフェクタ４は可動プレ
ート１３の移動距離と同じ距離だけ移動することにな
る。従って、指令値の所定量Δｄだけ手前まで、クラッ
チ８０をオンとしておくことで、エンドエフェクタ４を
粗動させ、所定量Δｄに達すればクラッチ８０をオフと
することで、エンドエフェクタ４を精動させることがで
きる。なお、ねじ軸１４のリード長とねじ軸１４ｂのリ
ード長とが同じである必要はなく、異なる値を持つもの
であってもよいほか、ねじ軸１４ｂのリード長を小さく
すると同時に、クラッチ８０の接続時にベース３から可
動プレート１３が遠ざかる方向にねじ軸１４を駆動する
時、可動プレート１３にエンドエフェクタ４が接近する
方向にねじ軸１４ｂが回転するようにして、差動による
精動を得るようにしてもよい（この場合、クラッチ８０
のオフ時が粗動となる）。

【００３８】図２９は、上記図２６に示した構成からク
ラッチ８０を無くして、ギア８２とナット１６ｂとを一
体化したものを示している。この場合、可動プレート１
３の上下移動量の倍の上下移動をエンドエフェクタ４に
行わせることができるために、粗動と精動との切り換え
といったことはできないが、エンドエフェクタ４の上下
ストロークが大である駆動リンク部１をコンパクトに構
成することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明においては、複数の
伸縮する駆動リンク部がエンドエフェクタに連結された
パラレルリンク機構と、エンドエフェクタの動きに制限
を加える拘束リンク部とからなり、拘束リンク部は駆動
リンク部の伸縮方向であるＺ軸方向の軸回りのエンドエ
フェクタの回転の規制部を備えて、上記Ｚ軸及びＺ軸と
直交するＸ軸回り及びＹ軸回りの３自由度をエンドエフ
ェクタに与えていることから、位置決め機構として不要
なＺ軸回りの回転を拘束リンク部で抑制しているため
に、横方向剛性の強化を容易に行えることもあって、高
精度位置決めが可能となるとともに制御の簡易化も図る
ことができるものである。

【００４０】この場合、拘束リンク部もしくは駆動リン
ク部の少なくとも一方にエンドエフェクタに予圧を付与
する予圧機構を設けておくことで、がたつきの影響を避
けてより精度の高い位置決めが可能となる。

【００４１】この時の、予圧機構としては、エンドエフ
ェクタに連結されるシャフトを付勢する圧縮ばねあるい
は引っ張りばねを用いることが構造的に簡単ですむ。ま
た、ここにおけるばねは複数本平行に配置しておくと、
ばね力がかかる部分について圧力の均等化を図ることが
できる。

【００４２】駆動リンク部もしくは拘束リンク部の少な
くとも一方とエンドエフェクタとの間に配設したたばね
を予圧機構としても、予圧機構の簡略化を図ることがで
き、この場合のばねはＺ軸回りにおいて等角度間隔で３
つ以上配設しておくと、エンドエフェクタに常に垂直の
予圧を変えることができる。

【００４３】予圧機構に、エンドエフェクタに連結され
たシャフトにＺ軸方向の機械的圧力を加える伸縮機構を
用いた時には、エンドエフェクタの位置や姿勢によって
変化してしまうことがない値の予圧をかけることができ
る。

【００４４】拘束リンク部には、複数本のスライドガイ
ド部でＺ軸方向のスライドガイドがなされたものを好適
に用いることができる。たとえば、少なくとも３本のリ
ニアシャフトをスライドガイド部として備えるととも
に、これらリニアシャフトがエンドエフェクタに連結さ
れるシャフトの回りの円周上に等角度間隔で配置された
ものや、少なくとも３本のリニアシャフトからなるスラ
イドガイド部を二組相互に組み合わされたものを用いる
ことができる。いずれにしても、荷重に対する等方性を
確保することができる上に剛性の向上、Ｚ軸回りの確実
な回転抑制を行うことができて、位置決め精度の向上を
図ることができる。

【００４５】また、拘束リンク部は、Ｘ軸回り及びＹ軸
回りの回転を許す回転部をそのエンドエフェクタ側に備
えたものとすることで、エンドエフェクタの位置推定が
容易となるとともに位置決め誤差を小さくすることがで
きる。

【００４６】拘束リンク部のエンドエフェクタに連結さ
れるシャフトにスプラインによる回り止め構造を設ける
ことも、Ｚ軸回りの回転抑制を強化することができる。

【００４７】拘束リンク部におけるエンドエフェクタの
Ｘ軸回り及びＹ軸回りの回転を許す回転部に回転角度セ
ンサをフィードバック制御用に設けたり、拘束リンク部
の長さを検出するセンサをフィードバック制御用に設け
たり、各駆動リンク部の長さを検出するセンサをフィー
ドバック制御用に設けたり、さらにはエンドエフェクタ
上の少なくとも３点の位置の高さを測定するセンサをフ
ィードバック制御用に設けたりすると、位置決め精度を
向上させることができる。

【００４８】駆動リンク部には、ねじ軸と該ねじ軸に螺
合するナットとを伸縮機構として用いることができると
ともに、ねじ軸をその軸回りに回転させるモータにフル
ステップ駆動とハーフステップ駆動との切り換え可能な
ステッピングモータを用いると、粗動と精動とを行うこ
とができるために、位置決め精度を犠牲にすることなく
位置決めスピードを向上させることができる。

【００４９】ねじ軸のリード長さが異なる２つの伸縮機
構を直列につないでも、粗動と精動とを行うことができ
るために、位置決め精度を犠牲にすることなく位置決め
スピードを向上させることができる。

【００５０】また、直列につないだ２つの伸縮機構のう
ちの一方の伸縮機構の回転を他方の伸縮機構に伝達する
回転伝達部を備えたものとすると、伸縮ストロークの大
きなものをコンパクトに構成することができる。

【００５１】さらには上記回転伝達部を切り離すクラッ
チを備えたものでは、コンパクト化に加えて、粗動と精
動とによる位置決め精度を犠牲にすることなく位置決め
スピードの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の破断斜視図であ
る。

【図２】同上の拘束リンク部の斜視図である。

【図３】同上の拘束リンク部の斜視図である。

【図４】同上の拘束リンク部のユニバーサルジョイント
との位置関係による動作の違いを示すもので、(a)(b)は
共に概略図である。

【図５】同上の予圧構造を示す概略図である。

【図６】他例における拘束リンクのシャフト構造を示す
水平断面図である。

【図７】予圧構造の他例を示す概略図である。

【図８】予圧構造のさらに他例を示す拘束リンク部の斜
視図である。

【図９】予圧構造の別の例を示すもので、(a)は拘束リ
ンク部の斜視図、(b)は概略図、(c)はベクトル図であ
る。

【図１０】予圧構造のさらに別の例を示すもので、(a)
は拘束リンク部の斜視図、(b)は概略図、(c)はベクトル
図である。

【図１１】予圧構造の他例を示す拘束リンク部の概略図
である。

【図１２】予圧構造のさらに他例を示す拘束リンク部の
斜視図である。

【図１３】予圧構造の別の例を示す拘束リンク部の斜視
図である。

【図１４】駆動リンク部に予圧構造を設けた例の斜視図
である。

【図１５】駆動リンク部に他の予圧構造を設けた例の斜
視図である。

【図１６】駆動リンク部にさらに他の予圧構造を設けた
例の斜視図である。

【図１７】駆動リンク部に別の予圧構造を設けた例の斜
視図である。

【図１８】駆動リンク部にさらに別の予圧構造を設けた
例の斜視図である。

【図１９】駆動リンク部に他の予圧構造を設けた例の斜
視図である。

【図２０】拘束リンク部の他例の斜視図である。

【図２１】拘束リンク部の他例の斜視図である。

【図２２】拘束リンク部のユニバーサルジョイントに回
転角度センサを設けたフィードバック制御の一例の斜視
図である。

【図２３】同上の制御のための構成の他例を示してお
り、(a)は斜視図、(b)は説明図である。

【図２４】同上の制御のための構成のさらに他例の斜視
図である。

【図２５】同上の制御のための構成の別の例を斜視図で
ある。

【図２６】駆動リンク部の他例の概略図である。

【図２７】駆動リンク部のさらに他例の概略図である。

【図２８】駆動リンク部の別の例を示しており、(a)は
概略図、(b)は動作説明図である。

【図２９】駆動リンク部のさらに別の例の概略図であ
る。

【符号の説明】

１駆動リンク部２拘束リンク部４エンドエフェクタ

フロントページの続き (72)発明者北野幸彦大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2F078 CA10 CB05 CB12 CB18 CC03 3C048 BC01 DD09 DD26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の伸縮する駆動リンク部がエンドエ
フェクタに連結されたパラレルリンク機構と、エンドエ
フェクタの動きに制限を加える拘束リンク部とからなる
位置決め機構であって、上記拘束リンク部は駆動リンク
部の伸縮方向であるＺ軸方向の軸回りのエンドエフェク
タの回転の規制部を備えて、上記Ｚ軸及びＺ軸と直交す
るＸ軸回り及びＹ軸回りの３自由度をエンドエフェクタ
に与えていることを特徴とする３自由度位置決め機構。
【請求項２】拘束リンク部もしくは駆動リンク部の少
なくとも一方にエンドエフェクタに予圧を付与する予圧
機構を設けていることを特徴とする請求項１記載の３自
由度位置決め機構。
【請求項３】拘束リンク部は、複数本のスライドガイ
ド部でＺ軸方向のスライドガイドがなされたものである
ことを特徴とする請求項１または２記載の３自由度位置
決め機構。
【請求項４】拘束リンク部は、少なくとも３本のリニ
アシャフトをスライドガイド部として備えるとともに、
これらリニアシャフトがエンドエフェクタに連結される
シャフトの回りの円周上に等角度間隔で配置されたもの
であることを特徴とする請求項３記載の３自由度位置決
め機構。
【請求項５】拘束リンク部は、少なくとも３本のリニ
アシャフトからなるスライドガイド部を二組相互に組み
合わされたものであることを特徴とする請求項３記載の
３自由度位置決め機構。
【請求項６】拘束リンク部は、そのエンドエフェクタ
側にＸ軸回り及びＹ軸回りの回転を許す回転部を備えて
いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記
載の３自由度位置決め機構。
【請求項７】拘束リンク部のエンドエフェクタに連結
されるシャフトはスプラインによる回り止め構造を備え
ていることを特徴とする請求項３または４記載の３自由
度位置決め機構。
【請求項８】予圧機構は、エンドエフェクタに連結さ
れるシャフトを付勢する圧縮ばねであることを特徴とす
る請求項２記載の３自由度位置決め機構。
【請求項９】予圧機構はエンドエフェクタに連結され
るシャフトを付勢する引っ張りばねであることを特徴と
する請求項２記載の３自由度位置決め機構。
【請求項１０】ばねは複数本平行に配置されているこ
とを特徴とする請求項８または９記載の３自由度位置決
め機構。
【請求項１１】予圧機構は、駆動リンク部もしくは拘
束リンク部の少なくとも一方とエンドエフェクタとの間
に配設されたばねであることを特徴とする請求項２記載
の３自由度位置決め機構。
【請求項１２】ばねはＺ軸回りにおいて等角度間隔で
３つ以上配設されていることを特徴とする請求項１１記
載の３自由度位置決め機構。
【請求項１３】予圧機構は、エンドエフェクタに連結
されたシャフトにＺ軸方向の機械的圧力を加える伸縮機
構であることを特徴とする請求項２記載の３自由度位置
決め機構。
【請求項１４】拘束リンク部におけるエンドエフェク
タのＸ軸回り及びＹ軸回りの回転を許す回転部には回転
角度センサをフィードバック制御用に備えていることを
特徴とする請求項１記載の３自由度位置決め機構。
【請求項１５】拘束リンク部の長さを検出するセンサ
をフィードバック制御用に備えていることを特徴とする
請求項１４記載の３自由度位置決め機構。
【請求項１６】各駆動リンク部の長さを検出するセン
サをフィードバック制御用に備えていることを特徴とす
る請求項１記載の３自由度位置決め機構。
【請求項１７】エンドエフェクタ上の少なくとも３点
の位置の高さを測定するセンサをフィードバック制御用
に備えていることを特徴とする請求項１記載の３自由度
位置決め機構。
【請求項１８】駆動リンク部は、ねじ軸と該ねじ軸に
螺合するナットとを伸縮機構として備えたものであると
ともに、ねじ軸をその軸回りに回転させるモータがフル
ステップ駆動とハーフステップ駆動との切り換え可能な
ステッピングモータであることを特徴とする請求項１記
載の３自由度位置決め機構。
【請求項１９】駆動リンク部は、ねじ軸と該ねじ軸に
螺合するナットとを伸縮機構として備えたものであると
ともに、ねじ軸のリード長さが異なる２つの伸縮機構を
直列につないだものであることを特徴とする請求項１記
載の３自由度位置決め機構。
【請求項２０】駆動リンク部は、ねじ軸と該ねじ軸に
螺合するナットとを伸縮機構として備えたものであると
ともに、直列につないだ２つの伸縮機構のうちの一方の
伸縮機構の回転を他方の伸縮機構に伝達する回転伝達部
を備えていることを特徴とする請求項１記載の３自由度
位置決め機構。
【請求項２１】駆動リンク部は、ねじ軸と該ねじ軸に
螺合するナットとを伸縮機構として備えたものであると
ともに、直列につないだ２つの伸縮機構のうちの一方の
回転を他方の伸縮機構に伝達する回転伝達部と、この回
転伝達部を切り離すクラッチとを備えていることを特徴
とする請求項１記載の３自由度位置決め機構。