JP2010173019A - パラレルロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ツール姿勢制御用の補助駆動機構を備えたパラレルロボットにおいて、可動部の作動領域が補助駆動機構の構成によって制約される問題を解決する。
【解決手段】手首部駆動機構２０は、第１回転軸４４ａの周りで回転可能な中空の外側ホルダ４４と、第１回転軸に直交する第２回転軸４６ａの周りで回転可能に外側ホルダに内設される中空の中間ホルダ４６と、第２回転軸に直交する第３回転軸４８ａの周りで回転可能に中間ホルダに内設される中空の内側ホルダ４８と、外側ホルダ４４を回転駆動する原動機５２と、第３回転軸に直交する直動軸５４ａに沿って回転拘束状態で直動可能に内側ホルダに受容される棒状の伝動部材５４とを備える。伝動部材５４は、内側ホルダ４８から離隔した一端で自在継手を介して手首部に接続され、外側ホルダ４４の回転を手首部に伝達して、第３回転軸に直交する第４回転軸の周りで手首部を回転運動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、パラレルロボットに関する。

パラレルロボットは、並列配置される複数組のリンク構造により基部（静止節）と可動部（出力節）とを連結してなるいわゆるパラレルメカニズムを、マニピュレータに具備しており、関節ロボット等のシリアルロボットと対比して、高速、高出力、高精度、高剛性等の特性を比較的容易に実現できるものである。特に、可動部が基部に対して３軸並進運動のみを遂行する形式のパラレルロボットにおいて、可動部に設置されるハンド等のツール（エンドエフェクタとも称する）の姿勢を制御するための補助的な駆動機構を、並列リンクを含む可動部駆動機構とは別に装備した構成が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載されるパラレルロボットは、ベース部材と可動部材との間に配置されるパラレルメカニズム形式の可動部材駆動機構（並列リンク及びリンク駆動モータ）とは別に、可動部材に設置される作業部材を回転させるための補助的な駆動機構として、ベース部材に配置されるモータと、モータのトルクを作業部材に伝達する入れ子式の腕とを備えている。また特許文献２には、特許文献１のパラレルロボットに類似したパラレルロボットが記載されている。特許文献２のパラレルロボットにおける補助的な駆動機構を構成する伸縮可能な軸は、外管と内軸とを組み合わせた入れ子式構造を有する。外管内で内軸を直動式に案内する軸受部品として、外管の内側に「筒状のかたいブッシング」が設置されている。

特許文献３に記載されるパラレルロボットは、基本要素と担持要素との間に配置されるパラレルメカニズム形式の担持要素駆動機構（並列リンク及びリンク駆動モータ）とは別に、担持要素に設置される把持要素を回転させるための補助的な駆動機構として、基本要素に配置されるモータと、モータのトルクを把持要素に伝達する可変長さ軸とを備えている。可変長さ軸は、特許文献１及び２に記載される入れ子式構造のものとは異なり、互いに平行にオフセットして隣接配置される一対のバーを備え、それらバーがそれぞれに設けた「滑り軸受要素」の案内の下で平行状態を維持しながら相対的に直線移動する構成を有している。なお特許文献３には、可変長さ軸の個々のバーがカルダン継手を介して基本要素上のモータと把持要素とにそれぞれ連結される構成が明示されている。

このように、パラレルロボットの可動部に設置されるツールの姿勢を制御するための補助駆動機構は、モータのトルクをツールに伝達する伝動部材として、入れ子式構造（特許文献１及び２）や平行直動式構造（特許文献３）の、それ自体が伸縮可能な棒状体を使用している。それにより伝動部材は、パラレルメカニズムによる可動部の３軸並進運動に円滑に追従して伸縮及び揺動し、可動部がその作動領域内の任意の（すなわち指令された）空間位置にあるときに、モータのトルクを可動部上のツールに伝達できるようになっている。

特公平４−４５３１０号公報 特表２００２−５３２２６９号公報 特許第４１０９０６２号公報

上記した従来のパラレルロボットにおいて、ツール姿勢制御用の補助駆動機構が有する伸縮可能な棒状体からなる伝動部材は、基部上のモータと可動部上のツールとのそれぞれに対し、自在継手を介して直接又は間接に接続されている。したがって、伝動部材が伸縮する際に、入れ子式構造や平行直動式構造を成す一対の棒状要素の間の直動軸受部品（特許文献２の「筒状のかたいブッシング」、特許文献３の「滑り軸受要素」）と、個々の棒状要素の末端に設けられる自在継手構成部品との相互干渉により、伝動部材の伸縮ストロークが制限され、結果として、可動部が本来有する作動領域が制約を受ける場合がある。また、一対の棒状要素を組み合わせて構成される伝動部材は、慣性力が大きくなる傾向があるので、伝動部材の慣性力が可動部の運動に影響を及ぼすことが危惧される。慣性力を抑制するべく各棒状要素の径寸法を縮小すると、伝動部材の剛性が低下したり動作精度が劣化したりすることが懸念される。

本発明の目的は、可動部に設置されるツールの姿勢を制御するための補助駆動機構を備えたパラレルロボットにおいて、パラレルメカニズムにより規定される可動部の本来の作動領域が補助駆動機構の構成によって制約を受ける問題を解決でき、しかも補助駆動機構の剛性及び動作精度を向上させることができるパラレルロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、基部と、基部に対して移動可能な可動部と、基部と可動部との間に設置され、可動部を基部に対して３軸並進運動させるパラレルメカニズム形式の可動部駆動機構と、可動部に回転可能に設置される手首部と、手首部を可動部に対して回転運動させる手首部駆動機構とを具備するパラレルロボットにおいて、手首部駆動機構は、第１回転軸を中心として回転可能に基部に接続される中空の外側ホルダと、第１回転軸に直交する第２回転軸を中心として回転可能に外側ホルダに内設される中空の中間ホルダと、第２回転軸に直交する第３回転軸を中心として回転可能に中間ホルダに内設される中空の内側ホルダと、外側ホルダを第１回転軸の周りで回転駆動する原動機と、第３回転軸に直交する直動軸に沿って回転拘束状態で直動可能に内側ホルダに受容されるとともに、内側ホルダから離隔した一端で自在継手を介して手首部に接続される棒状の伝動部材とを具備し、伝動部材が、第１回転軸を中心とする外側ホルダの回転を手首部に伝達して、第３回転軸に直交する第４回転軸の周りで手首部を回転運動させること、を特徴とするパラレルロボットを提供する。

上記パラレルロボットは、手首部が、第４回転軸を中心として回転可能に可動部に支持される回転部材を備え、この回転部材に、ツールを取り付けるための取付面が設けられる構成とすることができる。

上記パラレルロボットは、互いに独立して動作可能な３個の手首部駆動機構を具備し、それら３個の手首部駆動機構のそれぞれの第１回転軸が、互いに平行に配置され、手首部は、第４回転軸を中心として回転可能に可動部に支持される第１回転部材と、第４回転軸に直交する第５回転軸を中心として回転可能に第１回転部材に接続される第２回転部材と、第５回転軸に直交する第６回転軸を中心として回転可能に第２回転部材に接続される第３回転部材とを備え、第３回転部材に、ツールを取り付けるための取付面が設けられ、第１の手首部駆動機構は、第１の自在継手を介して第１回転部材に接続される第１の伝動部材を備え、第１の伝動部材が、第１の原動機により回転駆動される第１の外側ホルダの回転を第１回転部材に伝達して、第１回転部材を第４回転軸の周りで回転運動させ、第２の手首部駆動機構は、第２の自在継手を介して第２回転部材に接続される第２の伝動部材を備え、第２の伝動部材が、第２の原動機により回転駆動される第２の外側ホルダの回転を第２回転部材に伝達して、第２回転部材を第５回転軸の周りで回転運動させ、第３の手首部駆動機構は、第３の自在継手を介して第３回転部材に接続される第３の伝動部材を備え、第３の伝動部材が、第３の原動機により回転駆動される第３の外側ホルダの回転を第３回転部材に伝達して、第３回転部材を第６回転軸の周りで回転運動させる構成とすることができる。

上記パラレルロボットは、可動部駆動機構が、パラレルメカニズムを構成する３組のリンク構造を備え、それら３組のリンク構造が、中心角１２０度ずつ離れた固定位置で基部に接続され、可動部駆動機構が動作する間、第４回転軸が常に第１回転軸に対して平行に配置される構成とすることができる。

上記パラレルロボットは、内側ホルダと伝動部材との間にボールスプライン装置が設けられる構成とすることができる。

上記パラレルロボットは、外側ホルダが基部に担持され、原動機が外側ホルダに隣接して、外側ホルダよりも可動部から離れる方向へ突出しないように基部に担持される構成とすることができる。

本発明に係るパラレルロボットは、ツール姿勢制御用の補助駆動機構である手首部駆動機構として、相互に直交する第１〜第３回転軸の周りで回転可能な３個のホルダを３重の入れ子式に組み合わせてなるホルダ組立体により、原動機と伝動部材とを自在継手式に相互接続するとともに、ホルダ組立体の従動側構成部品である内側ホルダに対して、伝動部材が回転拘束状態で直動する構成を採用することで、可動部及び手首部がその作動領域内の任意の空間位置にあるときに、原動機のトルクを手首部に伝達して手首部を回転させるようにしている。したがって、本発明のパラレルロボットでは、伝動部材の直動軸受部品である内側ホルダが、伝動部材の一方の自在継手であるホルダ組立体に構造的に一体化されているから、伝動部材の直動ストロークを、一対の自在継手同士（すなわちホルダ組立体と一端の自在継手と）が干渉するに至る伝動部材の実質的全長に渡る範囲に確保できる。その結果、本発明によれば、パラレルメカニズム形式の可動部駆動機構により規定される可動部及び手首部の本来の作動領域を、手首部駆動機構の構成によって制限することなく、可動部及び手首部がそのような作動領域内のいかなる空間位置にあるときにも、原動機のトルクを手首部に確実に伝達してツール姿勢を制御することが可能になる。さらに、本発明のパラレルロボットでは、自在継手機能を有するホルダ組立体に対して伝動部材の全体が直動する構成としたから、伝動部材を一体物の単一の棒状要素から作製できる。その結果、本発明によれば、伝動部材の慣性力が可動部の運動に影響を及ぼす危惧を排除しつつ、伝動部材の剛性を十分に確保して、手首部駆動機構の動作精度を向上させることが可能になる。

手首部が、第４回転軸の周りで回転可能な回転部材を備え、この回転部材にツール取付面が設けられる構成では、簡易な構成によりツールの１軸姿勢制御を実行することができる。

他方、手首部を、相互に直交する第４〜第６回転軸の周りで回転可能な第１〜第３回転部材から構成するとともに、それら第１〜第３回転部材を、互いに独立して動作可能な第１〜第３の手首部駆動機構によって駆動するようにした場合には、３自由度の手首部を駆動する３個の手首部駆動機構と３自由度の可動部駆動機構との動作により、手首部に装着したツールに３軸並進運動と３軸回転運動とを適宜組み合わせて遂行させることができる。

可動部駆動機構が３組のリンク構造を備え、可動部駆動機構が動作する間、第４回転軸が常に第１回転軸に対して平行に配置される構成では、基部に対する伝動部材の傾斜角度によらず、外側ホルダの角速度と手首部の角速度とが互いに一致し、ツール姿勢を比較的容易に高精度制御できる。

内側ホルダと伝動部材との間にボールスプライン装置が設けられる構成では、原動機の出力を伝動部材に可及的に損失無く伝えることができ、以ってツール姿勢制御の精度を向上させることができる。

原動機が外側ホルダよりも可動部から離れる方向へ突出しないように基部に担持される構成では、伝動部材が可動部及び手首部の３軸並進運動に追従して動作する間の、原動機と伝動部材との相互干渉を回避することができる。

本発明の一実施形態によるパラレルロボットの斜視図である。 図１のパラレルロボットの縦断面図である。 図１のパラレルロボットの可動部及び手首部を示す拡大断面図である。 図１のパラレルロボットの手首部駆動機構の要部拡大断面図で、（ａ）ホルダ組立体を示す縦断面図、及び（ｂ）ホルダ組立体を示す他の縦断面図である。 図１のパラレルロボットの手首部駆動機構の要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態によるパラレルロボットの可動部及び手首部を示す拡大斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１及び図２は、本発明の一実施形態によるパラレルロボット１０を示す。パラレルロボット１０は、並列配置される３組のリンク構造により基部と可動部とを連結してなるいわゆるパラレルメカニズムを、マニピュレータに具備しており、後述するように、可動部が基部に対して３軸並進運動のみを遂行する（つまり３自由度のパラレルメカニズムを具備する）構成を有するものである。しかし本発明はこれに限定されず、可動部が基部に対し３軸並進運動に加えて１〜３軸の回転運動を遂行可能な４自由度以上のパラレルメカニズムを具備する構成にも適用できる。

パラレルロボット１０は、基部１２と、基部１２に対して移動可能な可動部１４と、基部１２と可動部１４との間に設置され、可動部１４を基部１２に対して３軸並進運動させるパラレルメカニズム形式の可動部駆動機構１６と、可動部１４に回転可能に設置される手首部１８と、手首部１８を可動部１４に対して回転運動させる手首部駆動機構２０とを具備する。

基部１２は、パラレルロボット１０の設置面に据え置かれる円弧壁状のスタンド２２の上端に、側方へ水平に張り出すように固定して設けられる板状構造体から構成される。基部１２は、後述する可動部駆動機構１６及び手首部駆動機構２０の構成要素群を担持する静止部材であって、駆動用のモータや動力伝達機構等を覆うカバー２４が、基部１２の上側に固定して取り付けられる。

可動部駆動機構１６は、互いに並列に配置される３組のリンク構造２６と、それらリンク構造２６を個別に駆動する３個の原動機（サーボモータ）２８（図２に１個のみ示す）とを備える。各組のリンク構造２６は、複数の回転対偶及び補助リンクを介して基部１２及び対応の原動機２８の出力部に関節接続される駆動リンク３０と、回転対偶を介して駆動リンク３０の末端に関節接続される一対の平行従動リンク３２とを備える。平行従動リンク３２はその末端で、回転対偶を介して可動部１４に関節接続される。

駆動リンク３０は、原動機２８により駆動されて、基部１２に対し鉛直な仮想平面に沿って多彩に揺動する。従動リンク３２は、駆動リンク３０の揺動に伴い、同じ仮想平面上で変位する。このとき、１組のリンク構造２６の従動リンク３２は、可動部１４を介して他の２組のリンク構造の従動リンク３２に連結されているので、３組のリンク構造２６の従動リンク３２は、３つの駆動リンク３０の揺動態様に応じて従動式に多彩に揺動する。

３組のリンク構造２６は、それぞれの駆動リンク３０が、基部１２上で互いに中心角１２０度ずつ離れた３箇所の固定位置で、基部１２に接続されるとともに、それぞれの従動リンク３２が、可動部１４上で互いに中心角１２０度ずつ離れた３箇所の固定位置で、可動部１４に接続される。その結果、可動部駆動機構１６の動作により、可動部１４は基部１２に対して３軸並進運動のみを遂行する。

図３に示すように、可動部１４は、中心に貫通穴３４を有する円板状部材からなり、その外周の３箇所に、従動リンク３２を接続する接続部３６が形成される。可動部１４の貫通穴３４には回転軸受装置３８が設置され、手首部１８が回転軸受装置３８に装着されて貫通穴３４内に回転可能に支持される（手首部１８の回転中心軸線を、第４回転軸１８ａと称する。）。手首部１８は、第４回転軸１８ａを中心として回転可能に可動部１４に支持される回転部材４０を備える。回転部材４０には、その円筒状外周面に回転軸受装置３８の内輪が固定され、その軸線方向一端（図で下端）に、図示しないハンド等のツール（エンドエフェクタ）を取り付けるための取付面４２が設けられる。回転部材４０の軸線方向他端（図で上端）には、後述する手首部駆動機構２０の伝動部材を手首部１８に接続する自在継手の従動側構成部品が固定的に取り付けられる。

手首部駆動機構２０は、手首部１８（回転部材４０）に取り付けて可動部１４に設置されるツール（図示せず）の姿勢を制御するための補助的な駆動機構であって、図２〜図５に示すように、３個の中空円筒状のホルダ４４、４６、４８を互いに回転可能に、かつ３重の入れ子式に組み合わせて構成されるホルダ組立体５０と、ホルダ組立体５０の外側ホルダ４４を回転駆動する原動機（サーボモータ）５２（図５）と、ホルダ組立体５０の内側ホルダ４８に直線移動（すなわち直動）可能に受容される棒状の伝動部材５４とを備える。

基部１２には、３組のリンク構造２６の略中心位置に、カバー２４側に突出する中空円筒状の座部５６が形成され、ホルダ組立体５０の外側ホルダ４４が、回転軸受装置５８を介して座部５６に取り付けられる。図示実施形態では、回転軸受装置５８の内輪が外側ホルダ４４の外周面の軸線方向一端（図で下端）領域に固定される一方、回転軸受装置５８の外輪が中空円筒状の取付部材６０の内周面に固定され、取付部材６０が座部５６の軸線方向一端（図で上端）に固定される（図５）。この状態で、外側ホルダ４４は、その内部空間を座部５６の内部空間に同心状に連接配置して、基部１２に対し（したがってパラレルロボット１０の設置面に対し）鉛直に延びる第１回転軸４４ａを中心として回転可能に基部１２に接続される。図示実施形態では、第１回転軸４４ａは、円筒状の外側ホルダ４４の幾何学的中心軸線に合致する。なお、取付部材６０を用いることなく、回転軸受装置５８の外輪を座部５６に直接固定することもできる。

図４（ａ）に示すように、ホルダ組立体５０の中間ホルダ４６は、外側ホルダ４４の内周面よりも径寸法の小さい外周面を有し、この外周面の互いに１８０度反対側の所定箇所に、径方向外方へ突出する一対の支軸６２が形成される。それら支軸６２は、それぞれの幾何学的中心軸線を互いに一致させるとともに中間ホルダ４６の幾何学的中心軸線に直交させて配置される。他方、外側ホルダ４４には、内周面の互いに１８０度反対側の所定箇所に、径方向へ貫通する一対の軸穴６４が形成される。それら軸穴６４は、それぞれの幾何学的中心軸線を互いに一致させるとともに外側ホルダ４４の幾何学的中心軸線に直交させて配置される。

中間ホルダ４６は、個々の支軸６２を外側ホルダ４４の対応の軸穴６４に挿入して、それら軸穴６４に設置される一対の回転軸受装置６６を介して外側ホルダ４４に取り付けられる。詳細には、各回転軸受装置６６の内輪が中間ホルダ４６の各支軸６２の外周面に固定される一方、各回転軸受装置６６の外輪が外側ホルダ４４の各軸穴６４の内周面に固定される。この状態で、中間ホルダ４６は、それ自体の幾何学的中心軸線及び第１回転軸４４ａの双方に直交する第２回転軸４６ａを中心として回転可能に、外側ホルダ４４に内設される。

図４（ｂ）に示すように、ホルダ組立体５０の内側ホルダ４８は、中間ホルダ４６の内周面よりも径寸法の小さい外周面を有し、この外周面の互いに１８０度反対側の所定箇所に、径方向外方へ突出する一対の支軸６８が形成される。それら支軸６８は、それぞれの幾何学的中心軸線を互いに一致させるとともに内側ホルダ４８の幾何学的中心軸線に直交させて配置される。他方、中間ホルダ４６には、一対の支軸６２から中心角９０度ずれた位置で互いに１８０度反対側の所定箇所に、径方向へ貫通する一対の軸穴７０が形成される。それら軸穴７０は、それぞれの幾何学的中心軸線を互いに一致させるとともに中間ホルダ４６の幾何学的中心軸線に直交させて配置される。

内側ホルダ４８は、個々の支軸６８を中間ホルダ４６の対応の軸穴７０に挿入して、それら軸穴７０に設置される一対の回転軸受装置７２を介して中間ホルダ４６に取り付けられる。詳細には、各回転軸受装置７２の内輪が内側ホルダ４８の各支軸６８の外周面に固定される一方、各回転軸受装置７２の外輪が中間ホルダ４６の各軸穴７０の内周面に固定される。この状態で、内側ホルダ４８は、それ自体の幾何学的中心軸線及び第２回転軸４６ａの双方に直交する第３回転軸４８ａを中心として回転可能に、中間ホルダ４６に内設される。

外側ホルダ４４には、その外周面の軸線方向他端（図で上端）に、動力伝達要素としてのギア７４が固定され、原動機（サーボモータ）５２の出力軸７６がギア７４に連結される（図５）。原動機５２は、ギア７４を介して、外側ホルダ４４を第１回転軸４４ａの周りで回転駆動する。なお、ギア７４の代わりに、ベルト及びプーリを動力伝達要素として使用することもできる。

伝動部材５４は、ホルダ組立体５０の内側ホルダ４８の内周面よりも径寸法の小さい外周面を有する一体物の棒状要素であり、内側ホルダ４８の内部に設置される直動軸受部材７８を介して内側ホルダ４８に取り付けられる。この状態で、伝動部材５４は、それ自体及び内側ホルダ４８の幾何学的中心軸線の双方に平行で第３回転軸４８ａに直交する直動軸５４ａに沿って、全長に渡り回転拘束状態で直動可能に内側ホルダ４８に受容される。図示実施形態では、直動軸５４ａは、伝動部材５４及び内側ホルダ４８の幾何学的中心軸線に合致する。

伝動部材５４を回転拘束状態で案内する直動軸受部材７８は、原動機５２の出力を伝動部材５４に可及的に損失無く伝えることが、ツール姿勢制御の精度を向上させる観点で要求される。このような直動軸受部材７８として、ボールスプライン装置のスプラインナットを好適に使用できる。この場合、伝動部材５４は、ボールスプライン装置のスプラインシャフトの構造を有する。ボールスプライン装置の詳細については、公知であるから省略する。

ホルダ組立体５０は、基部１２及び原動機５２の出力軸７６と伝動部材５４との間で、伝動部材５４の幾何学的中心軸線（直動軸５４ａ）の方向へ相対移動可能な特殊構造の自在継手として機能する。つまり、外側ホルダ４４が自在継手の原動側構成部品であり、内側ホルダ４８が自在継手の従動側構成部品である。したがって伝動部材５４は、その直動軸５４ａが外側ホルダ４４の第１回転軸４４ａに対し平行及び斜交するいずれの位置関係においても、原動機５２により駆動される外側ホルダ４４の回転に同期して、直動軸５４ａを中心に内側ホルダ４８と一体的に回転する。

ホルダ組立体５０において、外側ホルダ４４に対する伝動部材５４（つまり第１回転軸４４ａに対する直動軸５４ａ）の許容傾斜角度は、外側ホルダ４４、中間ホルダ４６及び内側ホルダ４８の相対的な位置及び寸法関係によって決まる。パラレルロボット１０による一般的な作業（例えばハンドリング作業）では、０度〜４０度程度の範囲で伝動部材５４が傾斜できることが望ましい。なお、３個の中空円筒状のホルダ４４、４６、４８を３重の入れ子式に組み合わせて構成されるホルダ組立体５０は、図示のように、中間ホルダ４６及び内側ホルダ４８を外側ホルダ４４の外方へ実質的に突出しないように構成できるので、要求される自在継手能力を損なうことなくホルダ組立体５０の全体寸法を比較的容易に縮小することができる。

伝動部材５４は、ホルダ組立体５０の内側ホルダ４８から離隔した一端（図で下端）で、一般的構造の自在継手８０を介して、手首部１８（回転部材４０）に揺動可能に接続される（図３）。このような構成により、伝動部材５４は、ホルダ組立体５０の第１回転軸４４ａを中心とする外側ホルダ４４の回転を手首部１８（回転部材４０）に円滑に伝達して、ホルダ組立体５０の第３回転軸４８ａに直交する第４回転軸１８ａの周りで手首部１８（回転部材４０）を回転運動させる。手首部１８（回転部材４０）は、回転軸受装置３８により可動部１４に装着されるものであるから、簡易な構成によりツール（図示せず）の１軸姿勢制御を実行することができる。

特にパラレルロボット１０では、伝動部材５４が、パラレルメカニズム形式の可動部駆動機構１６による可動部１４及び手首部１８の３軸並進運動に円滑に追従して、基部１２及び原動機出力軸７６と伝動部材５４との間の自在継手であるホルダ組立体５０に対し、直動軸５４ａの方向へ受動的に移動することができる。それにより、可動部１４及び手首部１８がその作動領域内の任意の（すなわち指令された）空間位置にあるときに、原動機５２のトルクが手首部１８上のツール（図示せず）に確実に伝達される。ここで、前述したように可動部駆動機構１６は、可動部１４を基部１２に対して３軸並進運動のみを遂行するように駆動するから、可動部駆動機構１６が動作する間、手首部１８の第４回転軸１８ａは常に、ホルダ組立体５０の第１回転軸４４ａに対して平行に配置される。その結果、基部１２に対する伝動部材５４の傾斜角度によらず、外側ホルダ４４の角速度と手首部１８（回転部材４０）の角速度とが互いに一致し、ツール姿勢の比較的容易な高精度制御が可能になる。

上記構成では、伝動部材５４は、可動部１４及び手首部１８の３軸並進運動に追従して、基部１２に担持されるホルダ組立体５０の外側ホルダ４４の上方へ、多様な角度で多様な長さに渡り延出する。したがって、手首部駆動機構２０の原動機５２は、外側ホルダ４４に隣接した位置で、外側ホルダ４４よりも可動部１４から離れる方向（図で上方）へは突出しないように基部１２に担持されることが、原動機５２と伝動部材５４との相互干渉を回避する観点で有利である（図５）。

上記したように、本発明のパラレルロボット１０は、ツール姿勢制御用の補助駆動機構である手首部駆動機構２０として、相互に直交する軸４４ａ、４６ａ、４８ａの周りで回転可能な３個のホルダ４４、４６、４８を３重の入れ子式に組み合わせてなるホルダ組立体５０により、原動機５２と伝動部材５４とを自在継手式に相互接続するとともに、ホルダ組立体５０の従動側構成部品である内側ホルダ４８に対して、伝動部材５４が回転拘束状態で受動式に直動する構成を採用することで、可動部１４及び手首部１８がその作動領域内の任意の空間位置にあるときに、原動機５２のトルクを手首部１８に伝達してツール姿勢を制御できるようにしている。したがって、従来のパラレルロボットにおいて、ツール姿勢制御用の補助駆動機構に採用した入れ子式構造や平行直動式構造の一対の棒状要素からなる伝動部材が、個々の棒状部材に装備される一対の自在継手の構成部品と、それら自在継手とは別部品としての直動軸受部品との相互干渉によって、伸縮ストロークに制約を受ける場合があったのに対し、本発明のパラレルロボット１０では、伝動部材５４の直動軸受部品である内側ホルダ４８が、伝動部材５４の一方の自在継手であるホルダ組立体５０に構造的に一体化されているから、伝動部材５４の直動ストロークを、一対の自在継手同士（すなわちホルダ組立体５０と自在継手８０と）が干渉するに至る伝動部材５４の実質的全長に渡る範囲に確保できる。その結果、パラレルロボット１０によれば、パラレルメカニズム形式の可動部駆動機構１６により規定される可動部１４及び手首部１８の本来の作動領域を、手首部駆動機構２０の構成によって制限することなく、可動部１４及び手首部１８がそのような作動領域内のいかなる空間位置にあるときにも、原動機５２のトルクを手首部１８に確実に伝達してツール姿勢を制御することが可能になる。

さらに、従来のパラレルロボットが、一対の棒状要素を組み合わせて構成される伝動部材の慣性力に起因する諸問題を有していたのに対し、本発明のパラレルロボット１０では、自在継手機能を有するホルダ組立体５０に対して伝動部材５４の全体が直動する構成としたから、伝動部材５４を一体物の単一の棒状要素から作製できる。その結果、パラレルロボット１０によれば、伝動部材５４の慣性力が可動部１４の運動に影響を及ぼす危惧を排除しつつ、伝動部材５４の剛性を十分に確保して、手首部駆動機構２０の動作精度を向上させることが可能になる。しかも、３個のホルダ４４、４６、４８を３重の入れ子式に組み合わせてなるホルダ組立体５０は、一般的構成の自在継手（例えば自在継手８０）に比べてトルク伝達部分の剛性を容易に高めることができるから、手首部駆動機構２０の剛性及び動作精度を一層効果的に向上させることができる。

図６は、本発明の他の実施形態によるパラレルロボットの、可動部１００及び手首部１０２を示す。この実施形態によるパラレルロボットは、可動部１００及び手首部１０２の構成以外は、前述したパラレルロボット１０と実質的同一の構成を有するものであって、それら実質的同一の構成については、図示省略する一方、共通の参照符号を用いて説明する。

図示実施形態によるパラレルロボットは、互いに独立して動作可能な３個の手首部駆動機構２０（ホルダ組立体５０、原動機５２、伝動部材５４を含む。）を備える。基部１２には、図２に示す座部５６と同様の３個の座部５６が、３組のリンク構造２６の略中心を囲む適当な位置に形成され、個々のホルダ組立体５０の外側ホルダ４４が対応の座部５６に取り付けられる。それにより、３個の手首部駆動機構２０は、それぞれのホルダ組立体５０の第１回転軸４４ａを互いに平行に配置して構成される。

可動部１００は、図示しない空洞部を有する円筒状部材からなり、その外周の３箇所に、可動部駆動機構１６の３組のリンク構造２６の従動リンク３２を接続する接続部１０４が形成される。可動部１００の空洞部には、図示しない回転軸受装置や動力伝達機構が収容され、可動部１００の図で下側に、手首部１０２が回転可能に支持される。

手首部１０２は、第４回転軸１０６ａを中心として回転可能に可動部１００に接続される第１回転部材１０６と、第４回転軸１０６ａに直交する第５回転軸１０８ａを中心として回転可能に第１回転部材１０６に接続される第２回転部材１０８と、第５回転軸１０８ａに直交する第６回転軸１１０ａを中心として回転可能に第２回転部材１０８に接続される第３回転部材１１０とを備える。そして第３回転部材１１０に、ツール（図示せず）を取り付けるための取付面１１２が設けられる。

３個の手首部駆動機構２０のうち、第１の手首部駆動機構２０は、第１の自在継手８０−１及び図示しない歯車列等の動力伝達要素を介して第１回転部材１０６に接続される第１の伝動部材５４−１を備える。第１の伝動部材５４−１は、第１の原動機５２により回転駆動される第１の外側ホルダ４４の回転を第１回転部材１０６に伝達して、第１回転部材１０６を第４回転軸１０６ａの周りで回転運動させる。このような第１の手首部駆動機構２０の動作態様は、前述したパラレルロボット１０の手首部駆動機構２０の動作態様と実質的に同一である。

３個の手首部駆動機構２０のうち、第２の手首部駆動機構２０は、第２の自在継手８０−２及び図示しない歯車列等の動力伝達要素を介して第２回転部材１０８に接続される第２の伝動部材５４−２を備える。第２の伝動部材５４−２は、第２の原動機５２により回転駆動される第２の外側ホルダ４４の回転を第２回転部材１０８に伝達して、第２回転部材１０８を第５回転軸１０８ａの周りで回転運動させる。このような第２の手首部駆動機構２０の動作態様は、前述したパラレルロボット１０の手首部駆動機構２０の動作態様に加えて、手首部１０２に内蔵される動力伝達要素による回転軸の９０度転換動作をさらに遂行するものである。

３個の手首部駆動機構２０のうち、第３の手首部駆動機構２０は、第３の自在継手８０−３及び図示しない歯車列等の動力伝達要素を介して第３回転部材１１０に接続される第３の伝動部材５４−３を備える。第３の伝動部材５４−３は、第３の原動機５２により回転駆動される第３の外側ホルダ４４の回転を第３回転部材１１０に伝達して、第３回転部材１１０を第６回転軸１１０ａの周りで回転運動させる。このような第３の手首部駆動機構２０の動作態様は、前述したパラレルロボット１０の手首部駆動機構２０の動作態様に加えて、手首部１０２に内蔵される動力伝達要素による回転軸の正逆９０度ずつの転換動作をさらに遂行するものである。

上記構成を有するパラレルロボットにおいても、前述したパラレルロボット１０と同等の効果が奏される。さらに、上記パラレルロボットは、３自由度の手首部１０２と、そのような手首部１０２を駆動する３個の手首部駆動機構２０とを備えているので、それら手首部駆動機構２０と前述した３自由度の可動部駆動機構１６との動作により、手首部１０２に装着したツール（図示せず）に３軸並進運動と３軸回転運動とを適宜組み合わせて遂行させることができる。

１０ パラレルロボット
１２ 基部
１４、１００ 可動部
１６ 可動部駆動機構
１８、１０２ 手首部
１８ａ 第４回転軸
２０ 手首部駆動機構
２６ リンク構造
３０ 駆動リンク
３２ 従動リンク
４０ 回転部材
４２、１１２ 取付面
４４ 外側ホルダ
４４ａ 第１回転軸
４６ 中間ホルダ
４６ａ 第２回転軸
４８ 内側ホルダ
４８ａ 第３回転軸
５０ ホルダ組立体
５２ 原動機
５４ 伝動部材
５４ａ 直動軸
７８ 直動軸受部材
８０ 自在継手
１０６ 第１回転部材
１０６ａ 第４回転軸
１０８ 第２回転部材
１０８ａ 第５回転軸
１１０ 第３回転部材
１１０ａ 第６回転軸

Claims (6)

1. 基部と、該基部に対して移動可能な可動部と、該基部と該可動部との間に設置され、該可動部を該基部に対して３軸並進運動させるパラレルメカニズム形式の可動部駆動機構と、該可動部に回転可能に設置される手首部と、該手首部を該可動部に対して回転運動させる手首部駆動機構とを具備するパラレルロボットにおいて、
   前記手首部駆動機構は、
   第１回転軸を中心として回転可能に前記基部に接続される中空の外側ホルダと、
   該第１回転軸に直交する第２回転軸を中心として回転可能に該外側ホルダに内設される中空の中間ホルダと、
   該第２回転軸に直交する第３回転軸を中心として回転可能に該中間ホルダに内設される中空の内側ホルダと、
   該外側ホルダを該第１回転軸の周りで回転駆動する原動機と、
   該第３回転軸に直交する直動軸に沿って回転拘束状態で直動可能に該内側ホルダに受容されるとともに、該内側ホルダから離隔した一端で自在継手を介して前記手首部に接続される棒状の伝動部材とを具備し、
   該伝動部材が、該第１回転軸を中心とする該外側ホルダの回転を前記手首部に伝達して、該第３回転軸に直交する第４回転軸の周りで前記手首部を回転運動させること、
   を特徴とするパラレルロボット。
2. 前記手首部は、前記第４回転軸を中心として回転可能に前記可動部に支持される回転部材を備え、該回転部材に、ツールを取り付けるための取付面が設けられる、請求項１に記載のパラレルロボット。
3. 互いに独立して動作可能な３個の前記手首部駆動機構を具備し、該３個の前記手首部駆動機構のそれぞれの前記第１回転軸が、互いに平行に配置され、
   前記手首部は、前記第４回転軸を中心として回転可能に前記可動部に支持される第１回転部材と、前記第４回転軸に直交する第５回転軸を中心として回転可能に該第１回転部材に接続される第２回転部材と、該第５回転軸に直交する第６回転軸を中心として回転可能に該第２回転部材に接続される第３回転部材とを備え、該第３回転部材に、ツールを取り付けるための取付面が設けられ、
   第１の前記手首部駆動機構は、第１の前記自在継手を介して該第１回転部材に接続される第１の前記伝動部材を備え、該第１の前記伝動部材が、第１の前記原動機により回転駆動される第１の前記外側ホルダの回転を該第１回転部材に伝達して、該第１回転部材を前記第４回転軸の周りで回転運動させ、
   第２の前記手首部駆動機構は、第２の前記自在継手を介して該第２回転部材に接続される第２の前記伝動部材を備え、該第２の前記伝動部材が、第２の前記原動機により回転駆動される第２の前記外側ホルダの回転を該第２回転部材に伝達して、該第２回転部材を該第５回転軸の周りで回転運動させ、
   第３の前記手首部駆動機構は、第３の前記自在継手を介して該第３回転部材に接続される第３の前記伝動部材を備え、該第３の前記伝動部材が、第３の前記原動機により回転駆動される第３の前記外側ホルダの回転を該第３回転部材に伝達して、該第３回転部材を該第６回転軸の周りで回転運動させる、
   請求項１に記載のパラレルロボット。
4. 前記可動部駆動機構は、パラレルメカニズムを構成する３組のリンク構造を備え、該３組のリンク構造が、中心角１２０度ずつ離れた固定位置で前記基部に接続され、前記可動部駆動機構が動作する間、前記第４回転軸が常に前記第１回転軸に対して平行に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のパラレルロボット。
5. 前記内側ホルダと前記伝動部材との間にボールスプライン装置が設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のパラレルロボット。
6. 前記外側ホルダが前記基部に担持され、前記原動機が前記外側ホルダに隣接して、前記外側ホルダよりも前記可動部から離れる方向へ突出しないように前記基部に担持される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパラレルロボット。

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