JP2018089769A - 産業用ロボット及びパラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】可動部の回転駆動機構部が２つの回転自由度を備え、かつ各駆動機構部を独立に駆動することが可能で、煩雑な同期制御を必要としない安価なパラレルリンクロボットを提供する。
【解決手段】第１可動部と第２可動部の駆動伝達手段を、出力軸と同軸上に配設するとともに、第２可動部の駆動伝達手段の一部にクラッチ手段を備えることを特徴とする。さらに、第２可動部の駆動伝達手段において、クラッチ手段の下流側にセルフロック機構を有するウォームギアを備え、第２可動部は、第１可動部にトルクリミッタを介して回転自在に支持することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットに関し、特に、パラレルリンクロボットにおける先端可動部の回転駆動機構に関するものである。

産業用ロボットの１種であるパラレルリンクロボットは、本体基礎部となる固定部に複数のアクチュエータを取付け、該アクチュエータの出力部に連結されたリンクアームをそれぞれ駆動して各リンクの先端に形成された可動部の位置を制御するものであり、可動部を高速かつ高精度に位置決めすることが可能である。また、可動部に回転駆動機構を設け、可動部に装着されたエンドエフェクタの位置および姿勢を制御するようにしたものもある。

特許文献１には、図１０に示されるパラレルリンクロボットが開示されている。図１０に示されるパラレルリンクロボットは、デルタ型と呼ばれる構造を採用しており、固定部材である基部プレート１０１と可動部である可動プレート１０２を備えている。基部プレート１０１には、３つのモータ１０３が固定され、各モータの回転駆動軸には駆動アーム１０４と平行リンク１０５からなる制御アーム１０６が連結されている。３組の制御アーム１０６は、可動プレート１０２に接続されている。可動プレート１０２には、エンドエフェクタが装着される。これによりエンドエフェクタは、同一の向きを保ったまま３軸並
進運動を行うことが可能である。

可動プレート１０２には、エンドエフェクタを可動プレート１０２に対して垂直な軸線回りに回転駆動させることが可能なモータ１０７が搭載されている。

また特許文献２には、図１０と同様なデルタ型のアーム構造において、回転の自由度を増加させたパラレルリンクロボットが開示されている。図１１は、このパラレルリンクロボットの可動部に設けられた３自由度を有する回転駆動機構部である。回転駆動機構部を駆動する３つのモータは、本体固定部に配置され、３本の駆動シャフトを介して、回転駆動機構部に設けられた３つの入力軸をそれぞれ回転駆動する。３つの入力軸には、各々ギア４−１、５−１、６−１が固定されており、この３つのギアとそれぞれ噛み合い連結するギア列により駆動が伝達される。ギア４−１と、これと連結するギア４−２により駆動
が伝達されて第１回転部材３０６が回転する。ギア５−１と、これと連結するギア５−２、５−３、５−４により駆動が伝達されて第２回転部材３０８が回転する。ギア６−１と、これと連結するギア６−２、６−３、６−４、６−５、６−６により駆動が伝達されて第３回転部材３１０が回転する。

特開２０１０−２４７３２４号公報 特許第４６５９０９８号公報

特許文献１のパラレルリンクロボットでは、可動部に駆動モータを備えることにより、回転駆動機構としては簡単な構造となるが、可動部の重量が増加し、慣性モーメントが大きくなる。その為、ロボットの運動性能が低下してしまう。一方、小型軽量の駆動モータでは、回転駆動部の十分なパワーや速度を得ることが困難である。また、回転の自由度を増やすために複数の駆動モータを搭載することは、さらなる重量の増加となる。

特許文献２のパラレルリンクロボットでは、可動部の回転駆動機構を駆動する３つのモータは固定部側に配設されているが、第１回転部材３０６、第２回転部材３０８、第３回転部材３１０が各々ギアで連結されている為、例えば１つのモータで第１回転部材３０６のみを軸線３０６ａの周りに回転させた場合、この軸線上にあるギア５−３とギア６−３がそれぞれギア５−４とギア６−４と噛み合っているので、ギア５−４とギア６−４がそれぞれ軸線３０６ａの周りに公転しながら回転する。これにより、第２回転部材３０８、第３回転部材３１０がそれぞれ連動して回転するので、この回転をキャンセルする方向に他の２つのモータを駆動させる必要がある。従って、３つのモータの回転量を常に同期させて駆動するため、制御が複雑になる。また、回転駆動機構部が３つの回転自由度を備えているためより複雑な作業に対応することは可能であるが、特異点（可動部の位置決めを行う場合に、演算上の解が一義的に決められない状態）が発生する問題があり、一般的な作業に関しては、２つの回転自由度を備えていれば十分である。
なお、上述した説明では、パラレルリンクロボットを例に挙げたが、上述した課題については、他の組立ロボットや溶接ロボット、加工用ロボットなどの産業用ロボットでも同様に発生するおそれがある。

本発は、ロボットの運動性能を低下させることなく、多種多様な可動が可能な産業用ロボット及びパラレルリンクロボットを提供するものである。なお、パラレルリンクロボットにおいては、ロボットの運動性能を低下させることなく、また各駆動部を独立に駆動することが可能で、煩雑な同期制御を必要としない、可動部の回転駆動機構部が２つの回転自由度を備えたものを提供する。

本発明は、可動部を有する１つの出力部材と、前記出力部材の駆動力を発生する複数のアクチュエータと、前記出力部材及び前記複数のアクチュエータの間を連結するアーム部材と、前記複数のアクチュエータを制御する制御手段と、を備え、前記可動部は、第１軸回りに回動させる第１可動部と、前記可動部を前記第１軸に直交する第２軸回りに回動させる第２可動部とを有し、前記複数のアクチュエータは、前記第１可動部の回転動力を発生する第１駆動源と、前記第２可動部の回転動力を発生する第２駆動源とを含み、
前記制御手段は、前記第１駆動源の駆動力を前記第１可動部に伝達する第１駆動伝達系統と、前記第２駆動源の駆動力を前記第２可動部に伝達する第２駆動伝達系統とを切り替える駆動切替部を制御することを特徴とする産業用ロボットにある。
また、本発明は、可動部を有する１つの出力部材と、前記出力部材の駆動力を発生する複数のアクチュエータと、前記出力部材及び前記複数のアクチュエータの間を連結するリンク部材と、を備え、前記出力部材は、前記可動部を第１軸回りに回動させる第１可動部と、前記可動部を前記第１軸に直交する第２軸回りに回動させる第２可動部とを有し、
前記複数のアクチュエータは、前記第１可動部の回転動力を発生する第１駆動源と、前記第２可動部の回転動力を発生する第２駆動源とを含み、前記出力部材には、前記第１駆動源の駆動力を前記第１可動部に伝達する第１駆動伝達系統と、前記第２駆動源の駆動力を前記第２可動部に伝達する第２駆動伝達系統とを切り替える駆動切替部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクロボットにある。
さらに、本発明は、固定部に支持された第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び第３アクチュエータと、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アクチュエータにそれぞれリンク接続され、所定の空間内で位置決め可能な出力軸を有する可動部と、前記可動部に駆動伝達手段を介して接続され、前記出力軸と同軸の第４軸線回りに回転可能な第１可動部と、前記第１可動部に駆動伝達手段を介して接続され、
前記第４軸線に直交する第５軸線回りに回転可能な第２可動部と、前記固定部に支持され、前記第１可動部を前記第４軸線回りに回転駆動させる第４アクチュエータと、前記固定部に支持され、前記第２可動部を前記第５軸線回りに回転駆動させる第５アクチュエータとを備えたパラレルリンクロボットにおいて、前記第１可動部と前記第２可動部の駆動伝達手段は、前記出力軸と同軸上に配設されるとともに、前記第２可動部の駆動伝達手段の一部にクラッチを備えたことを特徴とするパラレルリンクロボットにある。

さらに、前記第２可動部の駆動伝達手段において、前記クラッチの下流側にセルフロック機構を有するウォームギアを備えたことを特徴とする。

また、前記第２可動部は、前記第１可動部にトルクリミッタを介して回転可能に支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、ロボットの運動性能を低下させることなく、多種多様な可動が可能な産業用ロボット及びパラレルリンクロボットを実現できる。また、パラレルリンクロボットにおいて可動部の回転駆動機構部を駆動するためのモータを本体の固定部に配設すれば、可動部を軽量化することができるので、ロボットの運動性能を低下させることがない。
また、可動部において第１可動部と第２可動部をそれぞれ独立に駆動するようにすれば、煩雑な同期制御を必要としない。さらに、第１可動部と第２可動部とを独立制御するためにクラッチ等の駆動切替部を設ければ、駆動遮断状態においても第２可動部の位置を保持することが可能であり、位置決め精度を確保することが出来る。

本発明に係るパラレルリンクロボットの概略構成を示す説明図であって、（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図。 パラレルリンクロボットの可動部の回転駆動機構における第４軸線回りの駆動手段を示す斜視図。 パラレルリンクロボットの可動部の回転駆動機構における第５軸線回りの駆動手段を示す斜視図。 第１軸線Ａ回りの駆動手段と動作を説明する平面図。 本発明の第１実施形態に係る回転駆動機構部の構成を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る回転駆動機構部の上面概略図。 本発明の第１実施形態に係る回転駆動機構部の周辺構造を示す要部拡大断面図。 本発明に係るパラレルリンクロボットの駆動部の概略構成を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に係る回転駆動機構部の構成を示す断面図。 従来の可動部にモータを搭載したパラレルリンクロボットの概略構成図。 従来の可動部に３自由度を備えた回転駆動機構の概略構成図。 本発明の第３実施形態に係る回転駆動機構部の構成を示す斜視図 本発明の第３実施形態に係る第１軸線Ａ回りの駆動手段と動作を説明する平面図。 本発明の第３実施形態に係る駆動部まわりの部分拡大斜視図。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る可動部の回転駆動機構を備えたパラレルリンクロボットの概略構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

図１において、パラレルリンクロボット１は、固定部材としての筐体部２と、後述する３組のリンク構造部と、これらリンク構造部が接続された出力軸３と、回転駆動機構部４を含む可動部５が設けられた１つの出力部材Ｘより構成される。可動部５には、エンドエフェクタであるチャック６が接続されている。また、筐体部２の鉛直方向下方には、筐体部２を支持するスタンド７が配置されている。

筐体部２は箱体形状であり、筐体部２の側面部の左右対称位置には、第１アクチュエータ８および第２アクチュエータ９が、上面部には第３アクチュエータ１０がそれぞれ取付部材を介して固定されている。これら第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ９、及び第３アクチュエータ１０のそれぞれは、詳細は後述するが、出力部材Ｘを所定の空間内で移動させるための駆動源である。

（パラレルリンク構成）
第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ９、第３アクチュエータ１０の回転軸には、それぞれ第１回転アーム１１、第２回転アーム１２、第３回転アーム１３が連結されている。回転アーム１１、１２、１３のそれぞれ先端に固定されたジョイント軸１１ａ、１２ａ、１３ａには、それぞれジョイント部材１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを介して、一対の平行リンクからなる第１リンク１４、第２リンク１５、第３リンク１６（これらを総してリンク部材ともいう）が連結され、さらに各リンク部材の他端は出力軸８にジョイント部材１４ａ、１５ａ、１６ａを介して，それぞれ接続されている。

箱体形状の筐体部２を囲うように配置された３つのアクチュエータは、第１アクチュエータ８および第２アクチュエータ９が、回転軸が鉛直方向となるように、また第３アクチュエータ１０が、回転軸が水平方向となるように支持されている。

出力軸３には、中心軸線上から斜め前方に向かって水平方向に突出した突起軸が設けられ、ジョイント部材１４ａ、１５ａを介して、第１リンク１４および第２リンク１５が、それぞれ左右両側から当該出力軸３を挟み込むように連結されている。

また、出力軸３の鉛直方向上端部には、出力軸３と直交する支持軸３ａが装着固定されており、この支持軸３ａの両端には、ジョイント部材１５ａを介して、第３リンク１６が斜め上方から連結されている。

第１リンク１４および第２リンク１５の２組の平行リンクにより、第１回転アーム１１、第２回転アーム１２がどの位置に回転しても、出力軸３の姿勢（傾き）が一定（略鉛直方向）に保持される。また、第３リンク１６の平行リンクにより、第３回転アーム１３がどの位置に回転しても、出力軸３の軸回りの回転が拘束され、向きが一定に保持される。

本発明の一実施形態におけるパラレルリンクロボットにおいては、ジョイント部材１４ａ、１４ｂおよびジョイント部材１５ａ、１５ｂは回転に対して３自由度を有するボールジョイント、ジョイント部材１６ａ、１６ｂは回転に対して２自由度を有するユニバーサルジョイントを使用している。

これらのジョイント部材は、いずれも２自由度を有していれば機能的に問題ないが、ボールジョイントを使用することでジョイント部材自体をコンパクトにすることが可能である。但し、この場合には、平行リンク機構のねじれを防止するために、第１リンク１４および第２リンク１５の軸周りの回転を規制する規制部材（連結部材）としてのブリッジ部材１７、１８が必要となる。

ブリッジ部材１７、１８は、２本のリンク軸の両端寄りに、それぞれ２本のリンク軸に掛け渡されるように配置される。このようなブリッジ部材１７、１８は、それぞれ、第１リンク１４および第２リンク１５に直交する軸を有し、この軸にそれぞれ回動自在に支持される。これにより、２本のリンク軸が平行状態を維持したまま相対移動が可能であり、各リンクの軸回りの自由度を拘束することができる。

第１アクチュエータ８による第１回転アーム１１の駆動と、第２アクチュエータ９による第２回転アーム１２の駆動を行うことで、出力軸３は略水平方向に移動する。また、第３アクチュエータ１０により第３回転アーム１３を駆動することで、出力軸３を上下方向に移動させると、第１リンク１４と第２リンク１５は水平からずれて傾斜する。

このため、出力軸３の３次元空間内（所定の空間内）の位置は、第１リンク１４と第２リンク１５の傾斜量を考慮して、第１、第２、第３回転アームの駆動量から幾何学的に算出することが可能である。

また、逆運動学の計算により、出力軸３の空間位置座標から第１、第２、第３アクチュエータ８、９、１０の駆動量を算出することが可能である。従って、第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ９、第３アクチュエータ１０の回転量をそれぞれ同期させて制御することにより、出力軸３を含む可動部５は固定部材である筐体部２に対して、３軸並進運動を行うことが可能である。

（可動部の回転駆動）
次に、可動部５の回転駆動機構部４について説明する。図１において、回転駆動機構部４は、出力軸３の軸回りに回転することで、詳細は後述するが、エンドエフェクタであるチャック６の向きと姿勢（角度）を変更も可能となる。

図２は、回転駆動機構部４を駆動して、可動部５を出力軸３の回転軸と同軸の第１軸線Ａ（第１軸）の回りに回転させるための駆動手段の主要部を示すものである。ここで、本実施形態においては、回転駆動機構部４を駆動して、可動部５を第１軸線Ａの周りに回転させるための駆動力を第４アクチュエータ（第１駆動源）１９により発生させている。この第４アクチュエータ１９は、上述した第１乃至第３アクチュエータ８、９、１０と異なり、回転駆動機構部４での駆動に対して作用する駆動源となる。具体的には、第４アクチュエータ１９は、第２アクチュエータ９の回転軸と同軸上に対向する向きでロボット本体の固定部材側に不図示の取付部材を介して固定されている。第４アクチュエータ１９の回転軸にはプーリ２０が軸支固定されている。

また、第２アクチュエータ９の回転軸に固定された第２回転アーム１２のジョイント軸１２ａには、プーリ２１が回転自在に軸支されている。プーリ２０とプーリ２１の歯数及びピッチ径は同一であり、２つのプーリ間にはタイミングベルト２２が張架されている。プーリ２１には、リンクプレート２３が連結されている。

一方、回転駆動機構部４においては、出力軸３と平行で斜め前方にオフセットした第２リンク１５の２つのジョイント部材１５ａの仮想的な中心軸を支点として揺動可能な第４入力リンク２４が接続されている。

このような第４入力リンク２４の一端に連結される第４リンク２５は、他端をリンクプレート２３にジョイント部材２５ａを介して接続されている。このため、プーリ２１が回転すると、その動力はリングプレート２３を介して第４リンク２５に伝達されるため、当該第３リンク２５の一端にジョイント部２５ｂを通じて接続された第４入力リンク２４が水平方向に可動する。このとき、第４リンク２５は、第２リンク１２５と平行リンクを形成するように構成される。ジョイント部材２５ａ、２５ｂは、３自由度を有するボールジョイントまたは２自由度を有するユニバーサルジョイントのどちらでも良い。

図４（ａ）において、第４アクチュエータ１９を矢印Ｃ方向に回動させると、プーリ２０、２１とタイミングベルト２２によりリンクプレート２３が矢印Ｄ方向に回動する。リンクプレート２３と連結した第４リンク２５により、第４入力リンク２４が矢印Ｅ方向に回動する。

第４リンク２５の長さを第２リンク１５の長さと一致させ、かつリンクプレート１２３と第４入力リンク２４の長さを一致させることにより、平行リンク機構が形成され、図４（ｂ）に示すようにリンクプレート２３の回動角度と第４入力リンク２４の回動角度は常に一致する。

また、図４（ｃ）に示すように、プーリ２０とプーリ２１の歯数及びピッチ径を同一としているので、図４（ｂ）の状態で第１アクチュエータ８および第２アクチュエータ９を駆動し、第１回転アーム１１および第２回転アーム１２を回動させて可動部５の位置を移動させても、第４アクチュエータ１９を駆動させずに保持すれば、リンクプレート２３の角度は一定に保持される。従って、第２リンク１５と第４リンク２５との平行リンク機構により、第４入力リンク２４の角度もまた一定に保持される。

第４入力リンク２４の回転角度を制御することによって、後述する回転駆動機構部４における第１軸線Ａ回りの回転制御を行うことが可能である。しかも、第２軸線Ｂ回りの回転量は第４アクチュエータ１９の駆動量によって一意的に定まり、第１乃至３アクチュエータ８、９、１０の駆動量に影響を受けることはない。すなわち、本実施形態では、回転駆動機構４の駆動について第１乃至３アクチュエータ８、９、１０の駆動とは独立した制御が可能である。

図３は、回転駆動機構部４を駆動して、可動部５を第２軸線Ｂの回りに回転するための駆動手段の主要部を示すものである。ここで、本実施形態においては、回転駆動機構部４を駆動して、可動部５を第２軸線Ｂの周りに回転させるための駆動力を第５アクチュエータ（第２駆動源）２６により発生させている。この第５アクチュエータ２６は、上述した第１乃至第３アクチュエータ８、９、１０と異なり、回転駆動機構部４での駆動に対して作用する駆動源となる。具体的には、第５アクチュエータ２６は、第１アクチュエータ８の回転軸と同軸上に対向する向きでロボット本体の固定部材側に不図示の取付部材を介して固定されている。第５アクチュエータ２６の回転軸にはプーリ２７が軸支固定されている。

また、第１アクチュエータ８の回転軸に固定された第１回転アーム１１のジョイント軸１１ａには、プーリ２８が回転自在に軸支されている。プーリ２７とプーリ２８の歯数及びピッチ径は同一であり、２つのプーリ間にはタイミングベルト２９が張架されている。プーリ２８には、リンクプレート３０が連結されている。

回転駆動機構部４において、出力軸３と平行で斜め前方にオフセットした第１リンク１４の２つのジョイント部材１４ａの仮想的な中心軸を支点として揺動可能な第５入力リンク３１が設けられている。第５リンク３２は、一端をリンクプレート３０にジョイント部材３２ａを介して接続し、他端を第５入力リンク３１にジョイント部材３２ｂを介して接続することで第１リンク１４と平行リンクを形成するように構成する。

同様に、第５入力リンク３１の回転角度を制御することによって、後述する回転駆動機構部４における第１軸と直交する第２軸線Ｂ回りの回転制御を行うことが可能である。しかも、第２軸線Ｂ回りの回転量は第５アクチュエータ２６の駆動量によって一意的に定まり、第１乃至３アクチュエータ８、９、１０の駆動量に影響を受けることはない。すなわち、本実施形態では、回転駆動機構４の駆動について第１乃至３アクチュエータ８、９、１０の駆動とは独立した制御が可能である。

次に、図５及び図６を参照して、回転駆動機構部４の構成について詳細に説明する。平行リンク機構による、第４入力リンク２４および第５入力リンク３１の回転動作においては、各リンク部材と出力軸３との干渉が発生するため、回動角度が制限され可動部の十分な回転量を得ることは困難である。この為、回転駆動機構部４では、第４入力リンク２４又は第５入力リンク３１の回転角度をそれぞれギアによる駆動伝達手段を用いて増速することにより、回転角度を拡大して第１軸線Ａ回りの回転駆動と第２軸線Ｂ回りの回転駆動を行う。

図５及び図６において、出力軸３には、これと同軸上にハウジングケース３３が装着固定されている。第４入力リンク２４および第５入力リンク３１には、それぞれ揺動支点軸２４ａ、３１ａが連結されており、ハウジングケース３３に、それぞれ軸受３４を介して回転自在に支持されている。

さらに、揺動支点軸２４ａ、３１ａには、各々ギア３５、ギア３６が軸支固定されている。ギア３５は、ギア３７と噛み合い、ギア３７にはキャリアプレート３８が一体で形成されている。キャリアプレート３８には、同一円周上に等分配置された複数のギア軸３９が固定され、各軸には同一の遊星ギア４０が回転自在に軸支されている。

ギア３７は、軸受４１を介して駆動軸（第５軸駆動軸）４２に回転自在に軸支されている。遊星ギア４０の外側には、これと噛合うリング状の内歯車４３がハウジングケース３３に固定されている。遊星ギア４０の内側には、これと噛合う太陽ギア４４が設けられている。

太陽ギア４４は、軸受４５を介して駆動軸４２の軸上に回転自在に軸支され、下端にはボックス形状の第１可動部４６が一体で形成されている。第１可動部４６は、軸受４７を介してハウジングプレート４８に回転自在に支持され、ハウジングプレート４８はハウジングケース３３に固定されている。

一方、ギア３６は、ハウジングケース３３内に回転自在に軸支されたギア４９と噛み合い、ギア４９は、駆動軸４２の軸上に固定されたギア５０と噛み合っている。駆動軸４２は、出力軸３と同軸上に軸受５１を介してハウジングケース３３に回転自在に軸支され、スラスト方向はＥリング５２によって規制されている。

駆動軸４２の下端には、クラッチ手段としての電磁クラッチ５３が接続されており、電磁クラッチ５３にはクラッチギア５４が連結されている。電磁クラッチ５３は、内部のコイルに電流をＯＮ、ＯＦＦさせることにより、駆動軸４２の回転駆動力をクラッチギア５４に伝達、解除することが可能である。

クラッチギア５４は、ギア５５と噛み合っている。ギア５５は、第１可動部４６内に２つの軸受５６を介して回転自在に支持されたギア軸５７に固定されている。また、ギア軸５７には、ウォームギア５８が固定されている。第２可動部５９は、回転軸６０を備え、第１可動部４６に回転自在に軸支されており、ウォームギア５８は回転軸６０の軸上に固定されたウォームホィール６１と噛み合っている。第２可動部５９には、エンドエフェクタ取付用の装着部５９ａが設けられており、チャック６が装着されている。

上記構成において、チャック６を第１軸線Ａ回りに回転させる場合には、上述したように、第４アクチュエータ１９により第４入力リンク２４を回転させると、ギア３５が回転する。これと連結するギア３７により一体となったキャリアプレート３８が回転し、内歯車４３は固定されているため、複数の遊星ギア４０が公転しながら自転することで太陽ギア４４が回転し、第１可動部４６を回転駆動させる。

本実施形態では、遊星ギア機構による駆動伝達手段を用いて増速比を４に設定することで、±４５°程度の第４リンク２４の回転角度に対して、チャック６の回転角度を±１８０°程度に拡大することが可能である。即ち、正面を基準にして左右にそれぞれ１８０°回転させることができる。

第１可動部４６が回転すると、回転軸上のクラッチギア５４とギア５５が噛み合っているため、ギア５５がクラッチギア５４の回りを公転することで回転（自転）する。これにより、ギア軸５７に連結するウォームギア５８とウォームホィール６１に駆動が伝達し、第２可動部５９が連動して回転軸６０（第２軸線Ｂ）の回りに回転する。

そこで本実施形態においては、電磁クラッチ５３の接続を解除（励磁ＯＦＦ）することで、クラッチギア５４が空転し、第１可動部４６の回転による駆動がギア５５に伝達されないようにすることで、第１可動部４６のみを回転駆動させることが可能である。

次に、チャック６を第２軸線Ｂ回りに回転させる場合には、同様に、第５アクチュエータ２６により第５入力リンク３１を回転させると、ギア３６が回転する。これと連結する
ギア４９とギア５０によって、駆動軸４２が回転駆動する。電磁クラッチ５３は接続状態（励磁ＯＮ）とすることで、詳細は後述するが、クラッチギア５４に駆動が伝達し、ギア５５およびウォームギア５８とウォームホィール６１によって、第２可動部５９が回転軸６０（第２軸線Ｂ）の回りに回転駆動される。

また、本実施形態では、ギア３６からウォームホィール６１までのギアによる駆動伝達手段の総合的な増速比を２に設定することで、±４５°程度の第５リンク３１の回転角度に対して、チャック６の回転角度を±９０°程度に拡大することが可能である。即ち、鉛直方向を基準にして、それぞれの方向に９０°回転させることができる。

（駆動切替え構造）
ここで、図７を参照して、上述した電磁クラッチ５３による駆動伝達の切替えについて詳細に説明する。図７は、クラッチ手段である電磁クラッチ５３の構成を示す断面図である。図７に示すように、電磁クラッチ５３は、電磁コイル５３１を内蔵したヨーク５３２と、電磁コイル５３１内に回転自在に挿通された回転軸５３３と、回転軸５３３と一体に回転可能に当該回転軸５３３に固定されたロータ５３４と、ロータ５３４を挟んで電磁コイル５３１と反対側に、回転軸５３３上に回転自在に外挿されたクラッチギア５４と、クラッチギア５４に板バネ部材５３５を介して固定されたアーマチュア５３６とを備えている。また、回転軸５３３および第５軸駆動軸４２には、それぞれキー溝が形成されており、これらのキー溝に合わせてキー５３７が嵌合して装着され、回転軸５３３と第５軸駆動軸４２は一体で回転する。ヨーク５３２には、回転止め部材５３２ａが設けられており、第５軸回転部材４６にビス５３８で回転不能に固定されている。

上記構成において、図７（ａ）に示すように、電磁コイル５３１への非通電（励磁ＯＦＦ）時には、クラッチギア５４およびアーマチュア５３６は、回転軸５３３上で空転している。このため、回転軸５３３の回転は、クラッチギア５４に伝達されない。

次に、図７（ｂ）に示すように、電磁コイル５３１へ通電（励磁ＯＮ）されると、アーマチュア５３６が板バネ部材５３５の弾性力に抗して電磁コイル５３１側に吸引されてロータ５３４に当接し、回転軸５３３の回転がクラッチギア５４に伝達される。電磁コイル５３１が再び非通電（励磁ＯＦＦ）状態になると、アーマチュア５３６に対する電磁コイル５３１の吸引力が失せるため、板バネ部材５３５の付勢力によりアーマチュア５３６はクラッチギア５４側に移動して元の位置に戻る。

このように、上述したクラッチ手段である電磁クラッチ５３は、第１駆動源となる第４アクチュエータ１９の駆動力を第１可動部４６の第１軸線Ａ回りの回転動力として伝達する第１駆動伝達系統と、第２駆動源となる第５アクチュエータ２６の駆動力を第２可動部５９の第２軸線Ｂ回りの回転動力として伝達する第２駆動伝達系統とを切り替えるための駆動切替部として機能する。

つまり、詳細は後述するが、所定の空間内での可動部の位置を移動させながら、上述した電磁クラッチ５３の切り替え制御によって、第１軸線Ａ及び第２軸線Ｂの回りで可動部５の姿勢を適宜変更することができる。

また、本実施形態において、電磁クラッチ５３は、出力部材が有する第１可動部４６内に設けられている。すなわち、この電磁クラッチ５３は、ＯＦＦ状態（図７（ａ））のとき、第１可動部４６と共に第１軸線Ａの回りを回動することになる。また、このような電磁クラッチ５３をＯＮ状態（図７（ｂ））とすれば、第２可動部５９への駆動伝達が行われ、第２可動部５９の回転駆動が可能となる。したがって、電磁クラッチ５３を第１可動部４６内、すなわち、可動部５を有する出力部材内に設けることで、出力部材を所定の空間内へ移動するための駆動系と切り離して、独立した可動部の駆動が可能となるだけでな
く、大掛かりな切替機構が不要となるため、全体として小型化に極めて有利である。

また、このような電磁クラッチ５３の設置場所については、第５アクチュエータ（第２駆動源）２６から第２可動部５９の駆動伝達系統の中のどの位置に配置しても、機能上は成立するが、本実施形態のように、第１可動部４６と第２可動部５９の連結部分に配置することにより、クラッチによる駆動遮断時の駆動伝達部材の空転トルクを最小にすることが可能で、可動部５を効率的に回転駆動させることができる。

特に、本実施形態のように、電磁クラッチ５３を、第１可動部４６の回転軸である第１軸線Ａと同軸上に配置することにより、電磁クラッチ５３の重量による回転イナーシャを低減することができる。また、可動部５内に、第２可動部５９を回転駆動するための専用の駆動源を備えた場合と比較して、小型軽量化と高出力化を図ることができる。

（パラレルリンクロボット制御）
図８は、本発明に係るパラレルリンクロボットの駆動部のブロック図である。可動部の３軸並進運動を行うための、第１アクチュエータ８、第２アクチュエータ９、第３アクチュエータ１０のそれぞれの回転移動量は制御部６６により制御される。

制御部６６は、ＣＰＵやハードウエア回路又はそれらの組合せからなる。同様に、可動部の第１軸線Ａ回りの回転駆動を行う第４アクチュエータ１９、第２軸線Ｂ回りの回転駆動を行う第５アクチュエータ２６の回転移動量の制御および第１軸線Ａと第２軸線Ｂ回りの回転駆動の切り替えを行うための電磁クラッチ５３は制御部６６により制御される。

具体的には、制御部６６は、各アクチュエータのエンコーダの出力信号により、それぞれの軸の回転量を求め、各回転量の関係などから可動部の位置を算出するか、ルックアップテーブル等により求める。また、制御部６６は、電磁クラッチ５３の接続状態（ＯＮ/ＯＦＦ）を制御し、指令値に応じて各回転部材の回転量を制御する。

本実施形態においては、第２可動部５９の駆動伝達手段において、駆動の連結、解除を行う電磁クラッチ５３の駆動伝達方向下流側にセルフロック機構を備えたウォームギア５８とウォームホィール６１による駆動伝達手段を用いることで、電磁クラッチ５３をＯＦＦとし、駆動を遮断した状態でも第２可動部５９の回転位置を保持することが可能である。

これにより、高価な電磁ブレーキ等の保持手段を必要とせず、第１可動部４６の回転動作中やロボットの電源を切った状態でもエンドエフェクタの姿勢を維持することができるので、可動部の干渉や落下を防止し、位置決め精度や使い勝手を向上させることができる。

そして、このような制御部６６は、例えば、本実施形態では、次のような制御を行う。
具体的には、電磁クラッチ（駆動切替部）５３による第１駆動伝達系統への切替えにより可動部５を第１軸線Ａ回りに回動させる場合には、第５アクチュエータ（第２駆動源）２６を駆動停止した状態で第４アクチュエータ（第１駆動源）１９を駆動制御する。また、制御部６６は、電磁クラッチ５３による第２駆動伝達系統への切替えにより可動部５を第２軸線Ｂ回りに回動させる場合には、第４アクチュエータ１９を駆動停止した状態で第５アクチュエータ２６を駆動制御する。

これにより、本実施形態のパラレルリンクロボットでは、制御部６６によって第１乃至第３アクチュエータ８、９、１０を駆動制御して所定の空間内における出力部材（可動部５）の位置決めを行うと共に、これら第１乃至第３アクチュエータ８、９、１０とは独立して第４アクチュエータ１９及び第５アクチュエータ２６を駆動制御して可動部５の回転を制御するようにしたので、出力部材の移動と可動部の回転を同時に制御することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態において、上述した第１の実施形態に対する主要な相違点は、第２可動部の駆動伝達手段にベベルギアを使用し、かつ第２可動部を、第１可動部にトルクリミッタを介して回転可能に支持したものである。前記第１の実施形態と共通する構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。

図８において、前記第１の実施形態と同様に、駆動軸４２の下端には、電磁クラッチ５３が接続されており、電磁クラッチ５３にはベベルギア６２が連結されている。ベベルギア６２は、軸角９０°で交差する他方のベベルギア６３と噛み合っている。

ベベルギア６３は、第２軸線Ｂと同軸に配置された第２可動部５９の回転軸６４に固定され、回転軸６４は第２可動部５９に連結固定されている。第２可動部５９は、回転軸６４上に設けられたトルクリミッタ６５を介して、第１可動部４６に回転自在に支持されている。また、前記実施例と同様に、ギア３６からベベルギア６３までのギアによる駆動伝達手段の総合的な増速比を２に設定している。

上記構成において、チャック６を第１軸線Ａ回りに回転させる場合には、前記第１の実施形態と同様に、電磁クラッチ５３の接続を解除（励磁ＯＦＦ）することで、ベベルギア６２が空転し、第１可動部４６の回転による駆動がベベルギア６３に伝達されないようにすることで、第１可動部４６のみを回転駆動させることが可能である。

チャック６を第２軸線Ｂ回りに回転させる場合には、電磁クラッチ５３を接続状態（励磁ＯＮ）とすることで、ベベルギア６２に駆動が伝達し、ベベルギア６３が回転することにより、回転軸６４とともに第２可動部５９が回転する。

本実施形態においては、トルクリミッタ６５により、電磁クラッチ５３をＯＦＦとし、駆動を遮断した状態でも第２可動部５９の回転位置を保持することが可能である。トルクリミッタ６５の回転トルクは、第５アクチュエータ２６によるチャック６を含めた第２可動部５９の回転駆動トルクよりも小さく、チャック６を含めた第２可動部５９の自重による回転トルクよりも大きく設定すればよい。

前記第１の実施形態と比較して、より簡単で低コストな方法で、第２可動部５９の回転位置を保持することが可能である。

本発明の各実施形態においては、第４アクチュエータ１９を第２アクチュエータ９の回転軸と同軸上に、第５アクチュエータ２６を第１アクチュエータ８の回転軸と同軸上に配設したが、各アクチュエータおよびアームとリンクが筐体部２の中心に対して左右対称の位置に配設されているので、第４アクチュエータ１９を第１アクチュエータ８の回転軸と同軸上に、第５アクチュエータ２６を第２アクチュエータ９の回転軸と同軸上に配設して、第４入力リンク２４および第５入力リンク３１の配置構成を入れ替えてもよい。

また、第１可動部４６の回転駆動に、遊星ギア機構を用いて増速回転を行い、駆動伝達を行っているが、通常のギアトレインにより増速を行い、駆動伝達を行ってもよい。さらに、ギアに限らず、タイミングベルトとプーリや摩擦伝動機構による駆動伝達手段を用いてもよい。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態の上述した第１および第２の実施形態に対する主要な相違点は、リンクプレート２３およびリンクプレート３０をそれぞれ回転駆動するため、第４アクチュエータおよび第５アクチュエータにそれぞれ連結されたプーリとタイミングベルトによる駆動伝達手段をリンク機構による駆動伝達手段に置き換えたものである。

本発明の第３の実施形態について、図１２、図１３、図１４を用いて説明する。前記第１および第２の実施形態と共通する構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。なお、第１および第２の実施形態と同様に第４リンク２５は、第２リンク１５と平行リンク機構を形成するように構成され第５リンク３２は、第１リンク１４と平行リンク機構を形成するように構成される。

図１２において、第４アクチュエータ１９の回転軸にはリンク部材７１が軸支固定されている。また、第２アクチュエータ９の回転軸に固定された第２回転アーム１２のジョイント軸１２ａには、リンクプレート７２が回転自在に軸支されている。このリンクプレート７２には、第４リンク２５がジョイント部材２５ａを介して接続され、さらに同じリンクプレート７２のプレート面に垂直にリンク軸７３が固定されている。リンク軸７３には、リンク部材７４の一端が枢支され、リンク部材７４の他端はリンク部材７１の先端に固定されたリンク軸７１ａに枢支されている。

第４アクチュエータ１９の回転軸と、第２回転アーム１２のジョイント軸１２ａは、それぞれベアリング７５ａ、７５ｂを介して、リンク部材７６によって連結支持されている。リンクプレート７２におけるリンク軸７３の位置は、リンク部材７４とリンク部材７６が同じリンク長で、かつ平行となる位置に設定されている。従って、第４アクチュエータ１９の回転軸とリンクプレート７２のリンク軸７３とは、リンク部材７４とリンク部材７６による平行リンク機構によって連結されている。

第５アクチュエータ２６側に関しても、第４アクチュエータ１９側と対称配置となり、同様のリンク機構によって構成されるため、説明は省略する。

図１３（ａ）において、第４アクチュエータ１９を矢印Ｃ方向に回動させると、リンク部材７１とリンク部材７４によりリンクプレート７２が第２回転アーム１２のジョイント軸１２ａ回りに矢印Ｄ方向に回動する。リンクプレート７２と連結した第４リンク２５により、第４入力リンク２４が矢印Ｅ方向に回動する。

第４リンク２５の長さを第２リンク１５の長さと一致させ、かつリンクプレート７２における第４リンク２５のジョイント部材２５ａの位置を第４入力リンク２４のリンク長と一致させることにより、平行リンク機構が形成され、図１３（ｂ）に示すようにリンクプレート７２の回動角度と第４入力リンク２４の回動角度は常に一致する。

また、図１３（ｃ）に示すように、リンクプレート７２は２組の平行リンク機構に連結されているため、図１３（ｂ）の状態で第１アクチュエータ８および第２アクチュエータ９を駆動し、第１回転アーム１１および第２回転アーム１２を回動させて可動部５の位置を移動させても、第４アクチュエータ１９を駆動させずに保持すれば、リンク部材７６は第２回転アーム１２とともに回転するが、リンク部材７１の回転位置は変化しないので、リンクプレート７２の角度は一定に保持される。従って、第２リンク１５と第４リンク２５との平行リンク機構により、第４入力リンク２４の角度もまた一定に保持される。

第４アクチュエータ１９を駆動して、リンク部材７１を回転させれば、第１回転アーム１１および第２回転アーム１２の回動位置即ち可動部５の位置に関係なく、第４入力リンク２４の回転角度を制御することが可能である。

同様の構成により、第５アクチュエータ２６を駆動して、第５入力リンク３１の回転角度を制御することが可能である。

本実施形態においては、プーリとタイミングベルトを使用せずに、リンク機構によりリンクプレート７２を駆動することで、タイミングベルトのテンションに起因する回転精度の誤差や、回転方向の違いによる回転誤差を排除することが可能で、メカ的な回転精度を向上させることができる。また、コストダウン効果もある。

さらに、本実施形態において、図１４に示すように、リンク部材７４とリンク部材７６を同一平面上ではなく、リンク部材７１を挟んで高さ方向にずらして配置することによりリンク部材７４とリンク部材７６の干渉を防止することができるので、リンク部材７１の回転可動範囲をより広く設定することが可能である。

以上、本発明を各実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、第１〜第５アクチュエータ８、９、１０、１９、２６により全体の駆動制御を行う構造について例示して説明したが、本発明は勿論これに限定されず、第１〜第３アクチュエータによりパラレルリンクロボットにおける出力部材の移動及び位置決めを制御するようにし、出力部材における可動部の回転を制御すべく、第１〜第３アクチュエータのいずれか１つのアクチュエータの駆動力をクラッチ等で可動部の駆動に伝達できるようにしてもよい。これによれば、アクチュ
エータの駆動を効率的に活用できるため、簡単な構成で各種の駆動制御が実現できる。また、第１、２の実施形態に対して第３の実施形態を組み合わせて、第４アクチュエータ１９、第５アクチュエータ２６の少なくとも一方のプーリとタイミングベルトを平行リンク機構とすることでもタイミングベルトのテンションに起因する回転精度の誤差等を低減する効果があり、特に、ウォームギアを介しているため、反力の大きな第５アクチュエータ２６とリンクプレートとを連結する機構を平行リンク機構とすることによって、タイミングベルトのテンションに起因する回転精度の誤差を低減することができる。

上述した実施形態では、主にパラレルリンクロボットを例に挙げて説明したが、本発明は勿論これに限定されず、例えば、他の組立ロボットや溶接ロボット、塗装用ロボット、加工用ロボットなどの産業用ロボットにも適用可能であり、このよう産業用ロボットに本発明を適用しても、上述した実施形態と実質的に同様の作用効果を奏する。

１ パラレルリンクロボット
２ 筐体部
３ 出力軸
４ 回転駆動機構部
５ 可動部
６ チャック
８ 第１アクチュエータ
９ 第２アクチュエータ
１０ 第３アクチュエータ
１９ 第４アクチュエータ
２４ 第４入力リンク
２５ 第４リンク
２６ 第５アクチュエータ
３１ 第５入力リンク
３２ 第５リンク
４６ 第１可動部
５３ 電磁クラッチ（クラッチ手段）
５４ クラッチギア
５８ ウォームギア
５９ 第２可動部
６１ ウォームホィール
６２、６３ ベベルギア
６５ トルクリミッタ
６６ 制御部
７１ リンク部材
７２ リンクプレート
７４ リンク部材
７６ リンク部材
Ａ 第１軸線
Ｂ 第２軸線

Claims (10)

1. 可動部を有する１つの出力部材と、
   前記出力部材の駆動力を発生する複数のアクチュエータと、
   前記出力部材及び前記複数のアクチュエータの間を連結するアーム部材と、
   前記複数のアクチュエータを制御する制御手段と、を備え、
   前記可動部は、第１軸回りに回動させる第１可動部と、前記可動部を前記第１軸に直交する第２軸回りに回動させる第２可動部とを有し、
   前記複数のアクチュエータは、前記第１可動部の回転動力を発生する第１駆動源と、前記第２可動部の回転動力を発生する第２駆動源とを含み、
   前記制御手段は、前記第１駆動源の駆動力を前記第１可動部に伝達する第１駆動伝達系統と、前記第２駆動源の駆動力を前記第２可動部に伝達する第２駆動伝達系統とを切り替える駆動切替部を制御することを特徴とする産業用ロボット。
2. 可動部を有する１つの出力部材と、
   前記出力部材の駆動力を発生する複数のアクチュエータと、
   前記出力部材及び前記複数のアクチュエータの間を連結するリンク部材と、を備え、
   前記出力部材は、前記可動部を第１軸回りに回動させる第１可動部と、前記可動部を前記第１軸に直交する第２軸回りに回動させる第２可動部とを有し、
   前記複数のアクチュエータは、前記第１可動部の回転動力を発生する第１駆動源と、前記第２可動部の回転動力を発生する第２駆動源とを含み、
   前記出力部材には、前記第１駆動源の駆動力を前記第１可動部に伝達する第１駆動伝達系統と、前記第２駆動源の駆動力を前記第２可動部に伝達する第２駆動伝達系統とを切り替える駆動切替部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクロボット。
3. 前記第１駆動源及び前記第２駆動源の駆動を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記駆動切替部による前記第１駆動伝達系統への切替えにより前記可動部を前記第１軸回りに回動させる場合には、前記第２駆動源を駆動停止した状態で前記第１駆動源を駆動制御し、前記駆動切替部による前記第２駆動伝達系統への切替えにより前記可動部を前記第２軸回りに回動させる場合には、前記第１駆動源を駆動停止した状態で前記第２駆動源を駆動制御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。
4. 前記複数のアクチュエータは、
   前記出力部材を前記所定の空間内で移動させるための第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び第３アクチュエータと、
   前記可動部を前記第１軸回りに回動させるための前記第１駆動源である第４アクチュエータと、
   前記可動部を前記第２軸回りに回動させるための前記第２駆動源である第５アクチュエータと、
   を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のパラレルリンクロボット。
5. 固定部に支持された第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び第３アクチュエータと、
   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アクチュエータにそれぞれリンク部材によって接続され、所定の空間内で位置決め可能な出力軸を有する可動部と、
   前記可動部に駆動伝達手段を介して接続され、前記出力軸と同軸の第４軸線回りに回転可能な第１可動部と、
   前記第１可動部に駆動伝達手段を介して接続され、前記第４軸線に直交する第５軸線回りに回転可能な第２可動部と、
   前記固定部に支持され、前記第１可動部を前記第４軸線回りに回転駆動させる第４アクチュエータと、
   前記固定部に支持され、前記第２可動部を前記第５軸線回りに回転駆動させる第５アクチュエータと、
   前記第１可動部及び前記第５回転部材を駆動する駆動伝達手段と、
   を備え、
   前記第１可動部駆動伝達手段は、前記出力軸と同軸上に配設されるとともに、前記第２可動部の駆動伝達手段の一部にクラッチ手段を備えたことを特徴とするパラレルリンクロボット。
6. 前記第２可動部の駆動伝達手段において、前記クラッチ手段の下流側にセルフロック機構を有するウォームギアを備えたことを特徴とする請求項５に記載のパラレルリンクロボット。
7. 前記第２可動部は、前記第１可動部にトルクリミッタを介して回転可能に支持されていることを特徴とする請求項５に記載のパラレルリンクロボット。
8. 前記第４アクチュエータの回転軸は、前記第１アクチュエータまたは前記第２アクチュエータのいずれか一方の回転軸と同軸上に配置され、前記第５アクチュエータの回転軸は、前記第１アクチュエータまたは前記第２アクチュエータのいずれか一方の回転軸と同軸上に配置されたことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のパラレルリンクロボット。
9. 前記第２駆動伝達系統は、
   前記第２駆動源の回転軸に連結された平行リンク機構を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパラレルリンクロボット。
10. 前記第１駆動伝達系統は、
    前記第１駆動源の回転軸に連結された平行リンク機構を有することを特徴とする請求項９に記載のパラレルリンクロボット。
    
    

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