JP4964190B2 - パラレルメカニズム - Google Patents

Description

本発明は、パラレルメカニズムに関し、特に、エンドエフェクタを備えたパラレルメカニズムに関する。

従来から、支持基盤であるベース部とエンドエフェクタ（手先効果器）が取り付けられるブラケットとが複数のリンク（アーム）により並列に結合されたパラレルメカニズムが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。パラレルメカニズムでは、複数の電動モータが並列に配置されるとともに、各電動モータに連結された複数のリンクが最終的に一つのエンドエフェクタ（ブラケット）を操るように構成されている。

このような構成を有するパラレルメカニズムは、シリアルメカニズム等の関節機構と比較して、関節毎に電動モータ等を設ける必要がなく、関節に設けられている電動モータ等を振り回す必要もないため関節機構を軽量に作ることができる。また、パラレルメカニズムでは、すべての電動モータ等の力が一箇所に集約されるため出力を大きくすることができる。さらに、パラレルメカニズムは、三角錐構造を採るため非常に剛性が高い。このように、パラレルメカニズムは、軽量、高出力、高剛性という特徴を有するため、エンドエフェクタを非常に高速で動かすことができる。そのため、パラレルメカニズムは、例えば、搬送対象物をつかみに行き、該搬送対象物をエンドエフェクタで把持して所定位置まで搬送するといった動作を高速で繰り返し実行することが求められるパレタイジング作業等の用途に好適に用いられる。
特開平６−２７００７７号公報 特開２００１−２７７１６４号公報 特表２００５−５２８９９３号公報

パラレルメカニズムでは、その構造から、高速動作が可能となる一方、動作範囲（作業エリア）が制限を受ける。すなわち、エンドエフェクタのポイントでは、高さが低い円筒状の動作範囲となる。一方、実際のパレタイジング作業では、例えば、深い箱の中から搬送対象物を取り出すことや、深い箱の中に搬送対象物を入れることが求められる場合があるが、従来のパラレルメカニズムでは、このような場合に、高さ（昇降）方向の動作範囲が不足することがあった。ここで、動作範囲を拡大するために、パラレルメカニズムのサイズを大きくすると、リンク（アーム）長が長くなり、リンクに対する負荷が増大するため、パラレルメカニズムの動作速度が低下する。そのため、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタの動作範囲、特に昇降方向の動作範囲を拡大したいという要望があった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能なパラレルメカニズムを提供することを目的とする。

本発明に係るパラレルメカニズムは、複数のリンクを介してベース部とブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムにおいて、ベース部に取り付けられたモータに一端が接続され、他端がブラケットに回転可能に支持され、モータによって回転駆動される伸縮自在の旋回軸と、旋回軸の他端に取り付けられ、旋回軸の回転運動をベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換する変換手段と、変換手段の先端部に取り付けられるエンドエフェクタとを備え、ブラケットの下面がベース部の取付面と平行になるように保持されることを特徴とする。

本発明に係るパラレルメカニズムによれば、旋回軸を回転駆動することにより、エンドエフェクタをベース部の取付面（及びブラケットの下面）に対して垂直な方向（例えばベース部が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）へ直線的に動かすことができる。そのため、リンク長を増大することなく、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することができる。また、エンドエフェクタの直線運動は、モータと、旋回軸と、変換手段とによって実現されるため、パラレルメカニズムを構成する複数のリンクとは別個にエンドエフェクタを動かすことができる。その結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能となる。

本発明に係るパラレルメカニズムでは、変換手段が、旋回軸の他端に取り付けられたウォームと、ウォームと噛合する一対のウォームホイールと、一対のウォームホイールそれぞれの軸部に連結され、一対のウォームホイールの回転運動をベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換する閉リンクとを有し、エンドエフェクタが、閉リンクの先端部に取り付けられていることが好ましい。

この場合、旋回軸が回転駆動されるとウォームを介してウォームホイールが回される。ウォームホイールの回転運動は、閉リンクによって直線運動に変換される。ここで、閉リンクの先端部にはエンドエフェクタが取り付けられているため、旋回軸を回転駆動することにより、エンドエフェクタをベース部の取付面に対して垂直な方向（例えばベース部が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能となる。

本発明に係るパラレルメカニズムでは、変換手段が、旋回軸の他端に取り付けられ、旋回軸の回転運動を伝達する伝達手段と、伝達手段により伝達される回転運動をベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換するボールスクリューとを有し、エンドエフェクタが、ボールスクリューの先端部に取り付けられていることが好ましい。

この場合、旋回軸の回転運動が、伝達手段によってボールスクリューに伝達され、ボールスクリューによって直線運動に変換される。ここで、ボールスクリューの先端部にはエンドエフェクタが取り付けられているため、旋回軸を回転駆動することにより、エンドエフェクタをベース部の取付面に対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能となる。

本発明に係るパラレルメカニズムでは、変換手段が、旋回軸の他端に取り付けられ、旋回軸の回転運動をベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換するリードスクリューであり、エンドエフェクタが、リードスクリューの先端部に取り付けられていることが好ましい。

この場合、旋回軸の回転運動が、リードスクリューによって直線運動に変換される。ここで、リードスクリューの先端部にはエンドエフェクタが取り付けられているため、旋回軸を回転駆動することにより、エンドエフェクタをベース部の取付面に対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能となる。

本発明によれば、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタの動作範囲を拡大することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を併せて用いて、第１実施形態に係るパラレルメカニズムの全体構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るパラレルメカニズム１の全体構成を示す斜視図である。また、図２は、図１中の矢印Ａ１方向から見たパラレルメカニズム１を示す図である。

パラレルメカニズム１は、上部にベース部２を有している。パラレルメカニズム１は、ベース部２の下面側に形成された平らな取付面２ａが例えば水平な天井等に固定されることによって支持される。一方、ベース部２の下面側には、３つの支持部材３が設けられている。各支持部材３には、それぞれ電動モータ４が支持されている。電動モータ４は、モータ軸の軸線Ｃ２がベース部２の取付面２ａに対して平行（すなわち水平）となるように支持されている。それぞれの支持部材３は、ベース部２の鉛直方向軸線Ｃ１を中心として等しい角度（１２０度）を開けて配置されており、各電動モータ４もまた、ベース部２の鉛直方向軸線Ｃ１を中心として等しい角度（１２０度）を開けて配置される（図２参照）。

各電動モータ４の出力軸には、軸線Ｃ２に対して同軸に略六角柱形状のアーム支持部材５が固定されている。アーム支持部材５は、電動モータ４が駆動されることにより軸線Ｃ２を中心として回転する。なお、各電動モータ４は、モータドライバを含む電子制御装置（図示省略）に接続されており、電動モータ４の出力軸の回転がこの電子制御装置によって制御される。

パラレルメカニズム１は、３本のアーム本体６を有しており、各アーム本体６は、第１アーム７及び第２アーム８を含んで構成される。第１アーム７は、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。第１アーム７の基端部は、アーム支持部材５の側面に取り付けられている。第１アーム７は、その軸線が上述した軸線Ｃ２と直交するように固定される。

第１アーム７の遊端部には、第２アーム８の基端部が連結され、第２アーム８が、第１アーム７の遊端部を中心として揺動できるように構成されている。第２アーム８は、一対の長尺のロッド９，９を含んで構成されており、一対のロッド９，９は、その長手方向において互いに平行となるように配置されている。ロッド９も、例えばカーボンファイバー等で形成された長尺の中空円筒部材である。各ロッド９の基端部は、第１アーム７の遊端部に、一対のボールジョイント１０，１０によって連結されている。なお、各ロッド９の基端部における各ボールジョイント１０，１０間を結ぶ軸線Ｃ３が、電動モータ４の軸線Ｃ２に対して平行となるため、第２アーム８は軸線Ｃ３を中心として揺動する。また、第２アーム８の基端部において一方のロッド９と他方のロッド９とが連結部材１１で互いに連結されており、第２アーム８の遊端部において一方のロッド９と他方のロッド９とが連結部材１２で互いに連結されている。連結部材１１と連結部材１２とは、異なる構造であっても構わないが同一構造であることが低コストの観点から好ましい。いずれの連結部材１１，１２も、各ロッド９が自身の長手方向に平行な軸線まわりに回転することを防止する機能を有する。

また、パラレルメカニズム１は、後述する旋回軸２０の端部を回転可能に保持するためのブラケット１４を有している。ブラケット１４は、略正三角形状をした板状部材である。このブラケット１４は、３本のアーム本体６によって、ブラケット１４の下面１４ａがベース部２の取付面２ａと平行（すなわち水平）になるように保持される。

ブラケット１４の各辺には取付片１５が形成されている。各取付片１５がそれぞれのアーム本体６の遊端部（第２アーム８を構成する一対のロッド９，９の遊端部）に連結されることで、ブラケット１４は、各アーム本体６に対して、各アーム本体６の遊端部を中心として揺動する。詳しくは、ブラケット１４の各取付片１５の各端部が、対応する各ロッド９，９の遊端部に各ボールジョイント１６，１６によって連結される。なお、一対のボールジョイント１６，１６を結ぶ軸線Ｃ４（図２参照）も、電動モータ４の軸線Ｃ２に対して平行となる。このため、ブラケット１４は、水平な軸線Ｃ４を中心として各アーム本体６に対して揺動することができる。そして、略正三角形状のブラケット１４のすべての辺において、水平な軸線Ｃ４を中心として揺動できるように、ブラケット１４が３本のアーム本体６によって支持されている。

第１アーム７と第２アーム８との連結部における一対のボールジョイント１０，１０間の距離と、第２アーム８の各ロッド９とブラケット１４との連結部における一対のボールジョイント１６，１６間の距離とは等しく設定されている。そのため、上述したように、第２アームを構成する一対のロッド９は、その長手方向の全長において互いに平行に配置される。軸線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のいずれもが、ベース部２の取付面２ａに平行であるから、第１アーム７、第２アーム８及びブラケット１４がそれぞれ軸線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を中心にどのように揺動したとしても、ブラケット１４の下面１４ａとベース部２の取付面２ａとの平行関係が維持される。

そして、電子制御装置からの指令に応じて、各電動モータ４の出力軸に固定されたアーム支持部材５の回転位置が制御されることで、各第１アーム７の遊端部の位置が制御される。この制御された各第１アーム７の遊端部の位置に、各第２アーム８の遊端部の位置が追従し、その結果、ブラケット１４の下面１４ａの位置が決まる。このとき、上述したように、ブラケット１４は、水平姿勢を維持したまま移動する。

また、パラレルメカニズム１は、その中央に旋回軸２０と、この旋回軸２０を回転するための電動モータ２１とを有している。電動モータ２１は、その出力軸をブラケット１４側に向けた状態でベース部２に固定されている。旋回軸２０の一端は、自在継手（以下「ユニバーサルジョイント」という）２２を介して電動モータ２１の出力軸に連結されている。一方、旋回軸２０の他端は、ユニバーサルジョイント２３を介して後述するエンドエフェクタ駆動機構３０に連結されている。旋回軸２０は、ロッド２０ａとシリンダ２０ｂとにより実現され、伸縮自在に構成されている。旋回軸２０の両端部にユニバーサルジョイント２２，２３が採用されているため、ブラケット１４が３つの電動モータ４の駆動により上下、前後左右の所定の位置に移動したとしても、旋回軸２０は、その所定位置に追従して移動することができる。なお、電動モータ２１も、上述した電子制御装置に接続されており、電動モータ２１の出力軸の回転がこの電子制御装置により制御されることにより、旋回軸２０の回転位置が制御される。

続いて、図３を用いて、旋回軸２０の他端に取り付けられているエンドエフェクタ駆動機構３０の構造について説明する。ここで、図３は、パラレルメカニズム１に用いられるエンドエフェクタ駆動機構３０を示す図である。

エンドエフェクタ駆動機構３０は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、旋回軸２０の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向（例えばベース部２が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）への直線運動に変換し、該方向へエンドエフェクタ１３を駆動する機構である。すなわち、エンドエフェクタ駆動機構３０は、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。

エンドエフェクタ駆動機構３０は、旋回軸２０の回転運動の方向を変換するウォームギヤシステム４０と、該ウォームギヤシステム４０によって方向が変換された回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向への直線運動に変換する閉リンク４４とを有している。

ウォームギヤシステム４０は、旋回軸２０の他端に連結されたウォーム（スクリュー）４１と、該ウォーム４１の両側に配設され、該ウォーム４１と噛合する一対のウォームホイール（ギヤ）４２，４３とを含んでいる。なお、本実施形態では、一対のウォームホイール４２とウォームホイール４３とは、それぞれの回転軸が同一の平面に含まれ、かつ、該平面が、ベース部２の取付面２a（ブラケット１４の下面１４ａ）と平行となるとともに、ウォーム４１の回転軸と直交するように配設されている。

閉リンク４４は、ウォームホイール４２の回転軸に一端が固定された第１リンク４５と、ウォームホイール４３の回転軸に一端が固定された第２リンク４６と、一端が第１リンク４５の他端と揺動可能に連結された第３リンク４７と、一端が第２リンク４６の他端と揺動可能に連結されるとともに、他端が第３リンク４７の他端と揺動可能に連結された第４リンク４８とを含んでいる。なお、本実施形態では、第１リンク４５、第２リンク４６、第３リンク４７、及び第４リンク４８は、各リンク４５〜４８の軸線が、一対のウォームホイール４２，４３の回転軸と直交する平面と平行となるように配置されている。また、第３リンク４７と第４リンク４８との結合部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。エンドエフェクタ１３としては、例えば搬送対象物を真空吸着するバキュームパッド、及び搬送対象物をエアの圧力で把持するエアチャック等が好適に用いられる。

以上の構成において、旋回軸２０が回転駆動された場合、旋回軸２０の先端部に連結されているウォーム４１が一体となって回転することにより、該ウォーム４１と噛合している一対のウォームホイール４２，４３が回転する。そして、ウォームホイール４２，４３の回転に伴って、閉リンク４４の先端部、すなわち第３リンク４７と第４リンク４８との連結部が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向に直線運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が昇降動作を行う。

より具体的には、本実施形態では、旋回軸２０側から見てウォーム４１が右回転すると、図面の表面側から見てウォームホイール４２が右回転するとともに、ウォームホイール４３が左回転し、閉リンク４４が縮むように駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３が、ブラケット１４に近づく方向（ベース部２が水平に取り付けられている場合には、上昇する方向）に直線移動する。逆に、ウォーム４１が左回転すると、ウォームホイール４２が左回転するとともに、ウォームホイール４３が右回転し、閉リンク４４が伸びるように駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３が、ブラケット１４から離れる方向（ベース部２が水平に取り付けられている場合には、降下する方向）に直線移動する。

本実施形態によれば、旋回軸２０が回転駆動されるとウォーム４１を介して一対のウォームホイール４２，４３が回される。ウォームホイール４２，４３の回転運動は、閉リンク４４によって直線運動に変換される。ここで、閉リンク４４の先端部にはエンドエフェクタ１３が取り付けられているため、旋回軸２０を回転駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、リンク長を増大することなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。また、本実施形態では、エンドエフェクタ１３の直線運動が、電動モータ２１と、旋回軸２０と、エンドエフェクタ駆動機構３０とによって実現されるため、パラレルメカニズム１を構成する複数のアーム本体６とは別個にエンドエフェクタ１３を動かすことができる。以上の結果、パラレルメカニズム１の動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の鉛直方向の動作範囲を拡大することが可能となる。

（第２実施形態）
続いて、図４を参照しつつ、第２実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構について説明する。図４は、第２実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３１を示す図である。

第２実施形態に係るパラレルメカニズムは、エンドエフェクタ駆動機構３０に代えてエンドエフェクタ駆動機構３１が用いられている点で、上述した第１実施形態と異なっている。その他の構成については、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

エンドエフェクタ駆動機構３１は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、旋回軸２０の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向（例えばベース部２が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）への直線運動に変換し、該方向へエンドエフェクタ１３を駆動する機構である。すなわち、エンドエフェクタ駆動機構３１も、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。

エンドエフェクタ駆動機構３１は、旋回軸２０の回転運動を伝達する伝達機構５０と、該伝達機構５０によって伝達された回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向への直線運動に変換するボールスクリュー（ボールねじ）５３とを有している。

伝達機構５０は、旋回軸２０の他端に連結されたプーリ５１と、該プーリ５１とボールスクリュー５３を構成するナット５４とに掛けられ、プーリ５１とナット５４との間で駆動力を伝達するベルト５２とを含んでいる。すなわち、伝達機構５０は、特許請求の範囲に記載の伝達手段として機能する。なお、駆動力を伝達する部材は、ベルトに限られることなく、例えばギヤ等を用いることもできる。

ボールスクリュー５３は、ボール循環機能を有し、回転可能かつ軸線方向に移動不能にブラケット１４に取り付けられたナット５４と、該ナット５４を貫通し、かつスプライン溝や直線ガイドなどによって軸まわりに回転不能にナット５４の同軸上に取り付けられたスクリュー５５とを含んでいる。ここで、プーリ５１、ナット５４、及びスクリュー５５は、それぞれの軸線がベース部２の取付面２a（ブラケットの下面１４a）と直交するように設けられる。スクリュー５５の先端部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。

以上の構成において、旋回軸２０が回転駆動された場合、旋回軸２０の先端部に連結されているプーリ５１が一体となって回転する。プーリ５１の回転運動はベルト５２によってボールスクリュー５３を構成するナット５４に伝達され、該ナット５４が回転する。ここで、ナット５４は軸線方向に移動できないようにブラケット１４に取り付けられており、かつスクリュー５５が軸まわりに回転不能に連結されているため、ナット５４が回転することによって、スクリュー５５が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向に直線運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が昇降動作を行う。

本実施形態によれば、旋回軸２０の回転運動が、ベルト５２によってボールスクリュー５３に伝達され、ボールスクリュー５３によって直線運動に変換される。ここで、ボールスクリュー５３の先端部にはエンドエフェクタ１３が取り付けられているため、旋回軸２０を回転駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。また、本実施形態では、エンドエフェクタ１３の直線運動が、電動モータ２１と、旋回軸２０と、エンドエフェクタ駆動機構３１とによって実現されるため、パラレルメカニズムを構成する複数のアーム本体６とは別個にエンドエフェクタ１３を動かすことができる。以上の結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。

（第３実施形態）
続いて、図５を参照しつつ、第３実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構について説明する。図５は、第３実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３２を示す図である。

第３実施形態に係るパラレルメカニズムは、エンドエフェクタ駆動機構３０に代えてエンドエフェクタ駆動機構３２が用いられている点で、上述した第１実施形態と異なっている。その他の構成については、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

エンドエフェクタ駆動機構３２は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、旋回軸２０の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向（例えばベース部２が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）への直線運動に変換し、該方向へエンドエフェクタ１３を駆動する機構である。すなわち、エンドエフェクタ駆動機構３２も、特許請求の範囲に記載の変換手段として機能する。

エンドエフェクタ駆動機構３２は、旋回軸２０の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向への直線運動に変換するリードスクリュー６０を有している。リードスクリュー６０は、回転不能かつ軸線方向に移動不能にブラケット１４に取り付けられたナット６１と、該ナット６１と同軸上に該ナット６１を貫通するように配設されるスクリュー６２とを含んでいる。スクリュー６２の一端は、ユニバーサルジョイント２３を介して旋回軸２０に連結されている。また、スクリュー６２の他端の先端部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。ここで、ナット６１及びスクリュー６２は、それぞれの軸線がベース部２の取付面２a（ブラケットの下面１４a）と直交するように設けられる。

以上の構成において、旋回軸２０が回転駆動された場合、旋回軸２０の先端部に連結されているスクリュー６２が一体となって回転する。ここで、ナット６１は回転不能かつ軸線方向に移動不能にブラケット１４に取り付けられているため、スクリュー６２が回転することによって、スクリュー６２が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向に直線運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が昇降動作を行う。

本実施形態によれば、旋回軸２０の回転運動が、リードスクリュー６０によって直線運動に変換される。ここで、リードスクリュー６０の先端部にはエンドエフェクタ１３が取り付けられているため、旋回軸２０を回転駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。また、本実施形態では、エンドエフェクタ１３の直線運動が、電動モータ２１と、旋回軸２０と、エンドエフェクタ駆動機構３２とによって実現されるため、パラレルメカニズムを構成する複数のアーム本体６とは別個にエンドエフェクタ１３を動かすことができる。以上の結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。

（第４実施形態）
続いて、図６を参照しつつ、第４実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３３の構造について説明する。ここで、図６は、第４実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３３を示す図である。

第４実施形態に係るパラレルメカニズムは、旋回軸２０に加えて旋回軸２４を有している点、及び、エンドエフェクタ駆動機構３０に代えてエンドエフェクタ駆動機構３３が用いられている点で、上述した第１実施形態と異なっている。その他の構成については、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。また、旋回軸２４の構成は、上述した旋回軸２０の構成と同一であるので、ここでは説明を省略する。

エンドエフェクタ駆動機構３３は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、一対の旋回軸２０，２４の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な平面内での運動に変換し、該平面内でエンドエフェクタ１３を動かす機構である。

エンドエフェクタ駆動機構３３は、一対の旋回軸２０，２４の回転運動の方向を変換する一対の傘歯車７０，７１と、該一対の傘歯車それぞれの出力軸に連結され、各傘歯車７０，７１によって方向が変換された回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な平面運動に変換する閉リンク７２とを有している。

傘歯車７０の入力軸は、旋回軸２０の他端に連結されている。また、傘歯車７１の入力軸は、旋回軸２４の他端に連結されている。なお、本実施形態では、一対の傘歯車７０，７１は、それぞれの出力軸が同一の平面に含まれ、かつ、該平面が、ベース部２の取付面２a（ブラケット１４の下面１４ａ）と平行となるとともに、それぞれの入力軸と直交するように配設されている。

閉リンク７２は、傘歯車７０の出力軸に一端が固定された第５リンク７３と、傘歯車７１の出力軸に一端が固定された第６リンク７４と、一端が第５リンク７３の他端と揺動可能に連結された第７リンク７５と、一端が第６リンク７４の他端と揺動可能に連結されるとともに、他端が第７リンク７５の他端と揺動可能に連結された第８リンク７６とを含んでいる。なお、本実施形態では、第５リンク７３、第６リンク７４、第７リンク７５、及び第８リンク７６は、各リンク７３〜７６の軸線が、一対の傘歯車７０，７１の出力軸と直交する平面と平行となるように配置されている。また、第７リンク７５と第８リンク７６との結合部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。

以上の構成において、一対の旋回軸２０，２４が回転駆動された場合、一対の傘歯車７０，７１が回転する。そして、傘歯車７０，７１の回転に伴って、閉リンク７２の先端部、すなわち第７リンク７５と第８リンク７６との連結部が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な平面内で運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が鉛直方向を含む平面内で移動する。

より具体的には、本実施形態では、旋回軸２０，２４側から見て、傘歯車７０の入力軸が右回転するとともに、傘歯車７１の入力軸が左回転すると、図面の表面側から見て、傘歯車７０の出力軸が右回転するとともに、傘歯車７１の出力軸が左回転し、閉リンク７２が縮むように駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３が、ブラケット１４に近づく方向（ベース部２が水平に取り付けられている場合には、上昇する方向）に直線移動する。一方、傘歯車７０の入力軸が左回転するとともに、傘歯車７１の入力軸が右回転すると、傘歯車７０の出力軸が左回転するとともに、傘歯車７１の出力軸が右回転し、閉リンク７２が伸びるように駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３が、ブラケット１４から離れる方向（ベース部２が水平に取り付けられている場合には、降下する方向）に直線移動する。

また、旋回軸２０，２４側から見て、傘歯車７０の入力軸及び傘歯車７１の入力軸が共に右回転すると、図面の表面側から見て、傘歯車７０の出力軸及び傘歯車７１の出力軸が共に右回転し、閉リンク７２が左方向及び左斜め上方向に駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３は左方向及び左斜め上方向に動く。一方、傘歯車７０の入力軸及び傘歯車７１の入力軸が共に左回転すると、傘歯車７０の出力軸及び傘歯車７１の出力軸が共に左回転し、閉リンク７２が右方向及び右斜め上方向に駆動される。そのため、エンドエフェクタ１３は右方向及び右斜め上方向に動く。さらに、いずれか一方の旋回軸２０，２４（傘歯車７０，７１）のみを回転駆動したり、それぞれの旋回軸２０，２４（傘歯車７０，７１）の回転速度を異ならせることにより、ベース部２の取付面２aに対して垂直な平面内でエンドエフェクタ１３が任意の位置に動く。

本実施形態によれば、一対の旋回軸２０，２４が回転駆動されると一対の傘歯車７０，７１が回転する。一対の傘歯車７０，７１それぞれの回転運動は、閉リンク７２によって、ベース部２の取付面２aに対して垂直な平面運動に変換される。ここで、閉リンク７２の先端部にはエンドエフェクタ１３が取り付けられているため、一対の旋回軸２０，２４を回転駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な平面内で動かすことができる。そのため、リンク長を増大することなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することができる。また、エンドエフェクタ１３の動きは、一対の電動モータ２１と、一対の旋回軸２０，２４と、エンドエフェクタ駆動機構３３とによって実現されるため、パラレルメカニズムを構成する複数のアーム本体６とは別個にエンドエフェクタ１３を動かすことができる。以上の結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。

（第５実施形態）
続いて、図７を参照しつつ、第５実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構について説明する。図７は、第５実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３４を示す図である。

第５実施形態に係るパラレルメカニズムは、旋回軸を有しない点、及び、エンドエフェクタ駆動機構３０に代えてエンドエフェクタ駆動機構３４が用いられている点で、上述した第１実施形態と異なっている。その他の構成については、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

エンドエフェクタ駆動機構３４は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、電動モータ８０の回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向（例えばベース部２が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）への直線運動に変換し、該方向へエンドエフェクタ１３を駆動する機構である。

エンドエフェクタ駆動機構３４は、ブラケット１４に取り付けられた電動モータ８０と、該電動モータ８０の回転運動を伝達する伝達機構８１と、該伝達機構８１によって伝達された回転運動をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向への直線運動に変換するボールスクリュー（ボールねじ）８４とを有している。

伝達機構８１は、電動モータ８０の駆動軸に連結されたプーリ８２と、該プーリ８２とボールスクリュー８４を構成するナット８５とに掛けられ、プーリ８２とナット８５との間で駆動力を伝達するベルト８３とを含んでいる。すなわち、伝達機構８１は、特許請求の範囲に記載の伝達手段として機能する。なお、駆動力を伝達する部材は、ベルトに限られることなく、例えばギヤ等を用いることもできる。

ボールスクリュー８４は、ボール循環機能を有し、回転可能かつ軸線方向に移動不能にブラケット１４に取り付けられたナット８５と、該ナット８５を貫通し、かつスプライン溝や直線ガイドなどによって軸まわりに回転不能にナット８５の同軸上に取り付けられたスクリュー８６とを含んでいる。ここで、プーリ８２、ナット８５、及びスクリュー８６は、それぞれの軸線がベース部２の取付面２a（ブラケットの下面１４a）と直交するように設けられる。スクリュー８６の先端部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。

以上の構成において、電動モータ８０が駆動された場合、電動モータ８０の駆動軸に連結されているプーリ８２が一体となって回転する。プーリ８２の回転運動はベルト８３によってボールスクリュー８４を構成するナット８５に伝達され、該ナット８５が回転する。ここで、ナット８５は軸線方向に移動できないようにブラケット１４に取り付けられており、かつスクリュー８６が軸まわりに回転不能に連結されているため、ナット８５が回転することによって、スクリュー８６が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向に直線運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が昇降動作を行う。

本実施形態によれば、電動モータ８０の回転運動が、ベルト８３によってボールスクリュー８４に伝達され、ボールスクリュー８４によって直線運動に変換される。ここで、ボールスクリュー８４の先端部にはエンドエフェクタ１３が取り付けられているため、電動モータ８０を駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。また、本実施形態では、エンドエフェクタ１３の直線運動が、電動モータ８０と、エンドエフェクタ駆動機構３４とによって実現されるため、パラレルメカニズムを構成する複数のアーム本体６とは別個にエンドエフェクタ１３を動かすことができる。以上の結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。

（第６実施形態）
続いて、図８を参照しつつ、第６実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構について説明する。図８は、第６実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構３５を示す図である。

第６実施形態に係るパラレルメカニズムは、旋回軸２０を有しない点、及び、エンドエフェクタ駆動機構３０に代えてエンドエフェクタ駆動機構３５が用いられている点で、上述した第１実施形態と異なっている。その他の構成については、上述した第１実施形態と同一又は同様であるので、ここでは説明を省略する。

エンドエフェクタ駆動機構３５は、その先端部にエンドエフェクタ１３が取り付けられており、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向（例えばベース部２が水平に取り付けられている場合には、鉛直方向）へ伸縮し、該方向へエンドエフェクタ１３を駆動する機構である。

エンドエフェクタ駆動機構３５は、直線的に伸縮するロッド９１を含むリニアアクチュエータ９０を有している。リニアアクチュエータ９０は、ロッド９１の軸線がベース部２の取付面２a（ブラケットの下面１４a）と直交するように、ブラケット１４に取り付けられる。ロッド９１の先端部には、エンドエフェクタ１３が取り付けられている。なお、リニアアクチュエータ９０としては、例えば、電磁式又はエア式のもの等が好適に用いられる。

以上の構成において、リニアアクチュエータ９０が駆動された場合、ロッド９１が、ベース部２の取付面２aに対して垂直な方向に直線運動を行う。その結果、例えば、ベース部２が水平に取り付けられている場合には、エンドエフェクタ１３が昇降動作を行う。

本実施形態によれば、ブラケット１４に取り付けられたリニアアクチュエータ９０を駆動することにより、エンドエフェクタ１３をベース部２の取付面２aに対して垂直な方向へ動かすことができる。そのため、リンク長を増大することなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することができる。また、リニアアクチュエータ９０は、パラレルメカニズムを構成する複数のアーム本体６とは別個に動作させることができる。その結果、パラレルメカニズムの動作速度を低下させることなく、エンドエフェクタ１３の動作範囲を拡大することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上述した第１実施形態では、旋回軸２０の回転運動の方向を変換するためにウォームギヤシステム４０を用いたが、該ウォームギヤシステム４０に代えて、図９に示されるように、傘歯車９２，９３を用いる構成としてもよい。また、上述した第４実施形態では、傘歯車７０及び傘歯車７１それぞれの出力軸が互いに並行となる構成としたが、図１０に示されるように、傘歯車７０及び傘歯車７１それぞれの出力軸が同一直線上にある構成としてもよい。

第１実施形態に係るパラレルメカニズムの全体構成を示す斜視図である。 図１中の矢印Ａ１方向から見たパラレルメカニズムを示す図である。 第１実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第２実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第３実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第４実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第５実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第６実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構を示す図である。 第１実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構の変形例を示す図である。 第４実施形態に係るパラレルメカニズムに用いられるエンドエフェクタ駆動機構の変形例を示す図である。

符号の説明

１ パラレルメカニズム
２ ベース部
３ 支持部材
４，２１ 電動モータ
５ アーム支持部材
６ アーム本体
７ 第１アーム
８ 第２アーム
９ ロッド
１０，１６ ボールジョイント
１１，１２ 連結部材
１３ エンドエフェクタ
１４ ブラケット
１５ 取付片
２０，２４ 旋回軸
２２，２３ ユニバーサルジョイント
３０，３１，３２，３３，３４，３５ エンドエフェクタ駆動機構
４０ ウォームギヤシステム
４１ ウォーム
４２，４３ ウォームホイール
４４ 閉リンク
５０ 伝達機構
５３ ボールスクリュー
６０ リードスクリュー
７０，７１ 傘歯車
７２ 閉リンク
８０ 電動モータ
８１ 伝達機構
８４ ボールスクリュー
９０ リニアアクチュエータ

Claims (4)

1. 複数のリンクを介してベース部とブラケットとが並列に連結されたパラレルメカニズムにおいて、
   前記ベース部に取り付けられたモータに一端が接続され、他端が前記ブラケットに回転可能に支持され、前記モータによって回転駆動される伸縮自在の旋回軸と、
   前記旋回軸の他端に取り付けられ、前記旋回軸の回転運動を前記ベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換する変換手段と、
   前記変換手段の先端部に取り付けられるエンドエフェクタと、を備え、
   前記ブラケットの下面が前記ベース部の取付面と平行になるように保持されることを特徴とするパラレルメカニズム。
2. 前記変換手段は、前記旋回軸の他端に取り付けられたウォームと、前記ウォームと噛合する一対のウォームホイールと、前記一対のウォームホイールそれぞれの軸部に連結され、前記一対のウォームホイールの回転運動を前記ベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換する閉リンクと、を有し、
   前記エンドエフェクタは、前記閉リンクの先端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。
3. 前記変換手段は、前記旋回軸の他端に取り付けられ、前記旋回軸の回転運動を伝達する伝達手段と、前記伝達手段により伝達される回転運動を前記ベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換するボールスクリューと、を有し、
   前記エンドエフェクタは、前記ボールスクリューの先端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。
4. 前記変換手段は、前記旋回軸の他端に取り付けられ、前記旋回軸の回転運動を前記ベース部の取付面に対して垂直な方向への直線運動に変換するリードスクリューであり、
   前記エンドエフェクタは、前記リードスクリューの先端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。

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