JP5958543B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関する。

例えば産業ロボットなどのロボットでは、高速性、高精度、高い自由度、広い可動範囲などが求められる。
例えば高速な箱詰め作業などには、高速性の面で優れているパラレルリンクロボットが用いられている。
近年、パラレルリンクロボットの先端に３自由度の姿勢変更機構を設けたものが開発され、例えば組立作業などに利用されている。

特開平１０−１４６７８９号公報 特開平１０−２１３４０３号公報 特開平１１−７７５７７号公報 特開２０１１−２３０２４１号公報 特開２０１０−１８４３２８号公報 特開平１−３１０８８１号公報

しかしながら、上述のパラレルリンクロボットは、姿勢変更の範囲が狭く、また、垂直方向の可動範囲も狭い。
また、パラレルリンクロボットは可搬重量が小さいので、上述のパラレルリンクロボットの先端に３自由度の姿勢変更機構を設けたものは、剛性が低い。このため、ロボットの動作精度が要求される作業、例えば部品を凹部にはめ込むような作業で、部品の位置がずれて凹部へのはめ込みに失敗してしまう場合がある。

そこで、可動範囲が広く、かつ、剛性が高いロボットを実現したい。

本ロボットは、ツール軸と、ツール軸の一の部分に取り付けられ、ツール軸を傾斜自在に支持する第１支持機構と、ツール軸の他の部分に取り付けられ、ツール軸を傾斜自在に支持する第２支持機構と、第１支持機構を第１平面内で移動させる第１面内移動機構と、第２支持機構を第２平面内で移動させる第２面内移動機構と、第１面内移動機構及び第２面内移動機構を制御することによってツール軸の面内位置及び傾斜角度を制御する制御部とを備え、第１面内移動機構が、第１支持機構を第１平面内で平行移動させる第１平行移動機構であるか、又は、第２面内移動機構が、第２支持機構を第２平面内で平行移動させる第２平行移動機構であり、第１面内移動機構が第１平行移動機構である場合、第１平行移動機構は、第１平面に沿う一の方向に延びる第１レールと、第１レールに沿って平行移動する第１テーブルと、第１テーブルを駆動する第１テーブル駆動部と、第１テーブル上に設けられ、第１平面に沿う一の方向に直交する他の方向に延びる第２レールと、第２レールに沿って平行移動する第２テーブルと、第２テーブルを駆動する第２テーブル駆動部とを備え、第２テーブル上に第１支持機構を備え、第２面内移動機構が第２平行移動機構である場合、第２平行移動機構は、第２平面に沿う一の方向に延びる第３レールと、第３レールに沿って平行移動する第３テーブルと、第３テーブルを駆動する第３テーブル駆動部と、第３テーブル上に設けられ、第２平面に沿う一の方向に直交する他の方向に延びる第４レールと、第４レールに沿って平行移動する第４テーブルと、第４テーブルを駆動する第４テーブル駆動部とを備え、第４テーブル上に第２支持機構を備え、第１支持機構又は第２支持機構は、ツール軸を軸方向移動自在に支持することを要件とする。

したがって、本ロボットによれば、可動範囲が広く、かつ、剛性が高いロボットを実現することができるという利点がある。

本実施形態にかかるロボットの構成及び動作を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかるロボットの構成及び動作を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかるロボットを構成する支持機構及び面内移動機構の構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかるロボットの具体的な構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかるロボットの具体的な構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかるロボットの具体的な構成例における構成及び動作を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかるロボットの具体的な構成例における構成及び動作を説明するための模式的断面図である。 本実施形態の第１変形例にかかるロボットの構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態の第１変形例にかかるロボットの他の構成例を示す模式的断面図である。 本実施形態の第２変形例にかかるロボットの構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態の第２変形例にかかるロボットを構成する支持機構の構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態の第２変形例にかかるロボットの構成及び動作を説明するための模式的断面図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるロボットについて、図１〜図７を参照しながら説明する。
本実施形態にかかるロボットは、産業ロボットであって、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話などの比較的小型の部品を備えるものの組み立て作業、特に動作精度が要求される作業に用いて好適のロボットである。

本実施形態のロボットは、図１に示すように、ツール軸１と、第１支持機構２と、第２支持機構３と、第１面内移動機構４と、第２面内移動機構５と、制御部６とを備える。
ここで、ツール軸１は、その先端１Ａに各種のツールやテーブルなどが取り付けられる軸である。例えば、ツール軸１の先端１Ａには、エアチャック等のエンドエフェクタ、ワークを保持するテーブルなどが取り付けられる。

第１支持機構２は、ツール軸１の一の部分に取り付けられ、ツール軸１を傾斜自在（傾斜自由）に支持するものである。つまり、第１支持機構２は、ツール軸１（ここではツール軸１の中心軸）に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸周り（Ｘ軸周り及びＹ軸周り；図３中、符号Ｘ、Ｙで示す回転方向）にツール軸１を回転自在（回転自由）に支持するものである。なお、ここでは、第１支持機構２は、下方に位置する支持機構であるため、下側支持機構又は下段支持機構ともいう。

ここでは、第１支持機構２は、ツール軸１に沿う方向の軸に直交する２軸周りにツール軸１を回転自在に支持する自在継手である。
この自在継手２は、図３に示すように、ツール軸１を挿入しうる穴を有する内側ホルダ１０Ａと、内側ホルダ１０Ａの周囲を囲むリング状の外側ホルダ１０Ｂとを備える。そして、内側ホルダ１０Ａは、外側ホルダ１０Ｂの内側にベアリング１０Ｃを介して回転自在に支持されている。つまり、内側ホルダ１０Ａは、２つの回転軸１０Ｄを備え、これらの回転軸１０Ｄがそれぞれ外側ホルダ１０Ｂに装着されているベアリング１０Ｃに挿入されて、外側ホルダ１０Ｂの内側にベアリング１０Ｃを介して回転自在に支持されている。ここでは、内側ホルダ１０Ａは、外側ホルダ１０ＢにＸ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、内側ホルダ１０Ａを介して、Ｘ軸周りに回転自在に支持されていることになる。また、外側ホルダ１０Ｂは、後述の第１面内移動機構４を構成する第２テーブル上に固定された２つの固定部材１０Ｅにベアリング１０Ｆを介して回転自在に支持されている。つまり、外側ホルダ１０Ｂは、２つの回転軸１０Ｇを備え、これらの回転軸１０Ｇがそれぞれ固定部材１０Ｅに装着されているベアリング１０Ｆに挿入されて、固定部材１０Ｅにベアリング１０Ｆを介して回転自在に支持されている。ここでは、外側ホルダ１０Ｂは、固定部材１０ＥにＹ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、内側ホルダ１０Ａ及び外側ホルダ１０Ｂを介して、Ｙ軸周りに回転自在に支持されていることになる。

第２支持機構３は、図１に示すように、ツール軸１の他の部分に取り付けられ、ツール軸１を傾斜自在及びスライド自在（スライド自由；軸方向移動自在、軸方向移動自由）に支持するものである。つまり、第２支持機構３は、ツール軸１に沿う方向の軸に直交する２軸周りにツール軸１を回転自在に支持し、ツール軸１をその軸方向（ここではツール軸の中心軸の軸方向）へスライド自在に支持するものである。なお、ここでは、第２支持機構３は、上方に位置する支持機構であるため、上側支持機構又は上段支持機構ともいう。

ここでは、第２支持機構３は、ツール軸１に沿う方向の軸に直交する２軸周りにツール軸１を回転自在に支持し、ツール軸１を軸方向へスライド可能なスライダ１０Ｈを備える自在継手である。ここで、スライダ１０Ｈとしては、例えばツール軸１を回転自在、かつ、軸方向にスライド自在に支持しうる円筒スライダを用いれば良い。
この自在継手３は、上述の自在継手２と同様に、ツール軸１を挿入しうる穴を有する内側ホルダ１０Ａ′と、内側ホルダ１０Ａ′の周囲を囲むリング状の外側ホルダ１０Ｂ′とを備える。また、内側ホルダ１０Ａ′の穴にスライダ１０Ｈ（ここでは円筒スライダ）が装着されている。そして、内側ホルダ１０Ａ′は、外側ホルダ１０Ｂ′の内側にベアリング１０Ｃ′を介して回転自在に支持されている。つまり、内側ホルダ１０Ａ′は、２つの回転軸１０Ｄ′を備え、これらの回転軸１０Ｄ′がそれぞれ外側ホルダ１０Ｂ′に装着されているベアリング１０Ｃ′に挿入されて、外側ホルダ１０Ｂ′の内側にベアリング１０Ｃ′を介して回転自在に支持されている。ここでは、内側ホルダ１０Ａ′は、外側ホルダ１０Ｂ′にＸ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、内側ホルダ１０Ａ′を介して、Ｘ軸周りに回転自在に支持されていることになる。また、外側ホルダ１０Ｂ′は、後述の第２面内移動機構５を構成するテーブル１１Ｅ′上に固定された固定部材１０Ｅ′にベアリング１０Ｆ′を介して回転自在に支持されている。つまり、外側ホルダ１０Ｂ′は、２つの回転軸１０Ｇ′を備え、これらの回転軸１０Ｇ′がそれぞれ固定部材１０Ｅ′に装着されているベアリング１０Ｆ′に挿入されて、固定部材１０Ｅ′にベアリング１０Ｆ′を介して回転自在に支持されている。ここでは、外側ホルダ１０Ｂ′は、固定部材１０Ｅ′にＹ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、内側ホルダ１０Ａ′及び外側ホルダ１０Ｂ′を介して、Ｙ軸周りに回転自在に支持されていることになる。

このように、ツール軸１は、間隔をあけて設けられた第１支持機構２と第２支持機構３とによって２点で支持されている。このため、ツール軸１を安定して支持することができる。また、ツール軸１の先端１Ａは、ツール軸１に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向へ動かないように拘束される。つまり、ツール軸１の先端に荷重がかかった場合であっても、ツール軸１の先端１ＡはＸ軸方向及びＹ軸方向へ動かないように拘束される。このため、ツール軸１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して非常に剛性が高い。つまり、ツール軸１の剛性を高くすることができる。このように、従来のパラレルリンクロボットと比較して、剛性が高く、可搬重量も大きいロボットを実現することができる。例えば、ツール軸１の先端１Ａ（作用点）に荷重をかけた場合、ツール軸先端の変位（変形量）は、従来のパラレルリンクロボットと比較して約１／１０〜１／２０程度となる。つまり、ツール軸１の剛性は約１０〜２０倍程度になる。このため、安定した作業が可能となる。例えば、ロボットの動作精度が要求される作業、例えば部品を凹部にはめ込むような作業を失敗することなく、確実に行なうことが可能となる。

第１面内移動機構４は、第１支持機構２を第１平面内で移動させるものである。このため、第１支持機構２は、第１平面内で移動可能になっている。
ここでは、第１面内移動機構４は、第１支持機構２を第１平面内で平行移動（直線移動）させる第１平行移動機構４Ｘである。
この第１平行移動機構４Ｘは、図３に示すように、第１レール１１Ａと、第１テーブル１１Ｂと、第１テーブル駆動部１１Ｃと、第２レール１１Ｄと、第２テーブル１１Ｅと、第２テーブル駆動部１１Ｆとを備える。なお、テーブルを可動テーブルともいう。また、レールをリニアレールともいう。

ここで、第１レール１１Ａは、第１平面に沿う一の方向に延びている。ここでは、第１平面に沿う一の方向は、Ｙ軸方向である。なお、第１レール１１Ａは、例えば地面又は作業台のような箇所に固定される。
第１テーブル１１Ｂは、第１レール１１Ａに沿って平行移動するようになっている。ここでは、第１テーブル１１Ｂは、第１リニアガイド１１Ｇを介して、第１レール１１Ａ上に移動可能に取り付けられている。

第１テーブル駆動部１１Ｃは、第１テーブル１１Ｂを駆動するものである。ここでは、第１テーブル駆動部１１Ｃは、第１テーブル１１Ｂに取り付けられた第１テーブル用ボールねじ１１ＣＡと、第１テーブル用ボールねじ１１ＣＡを駆動する第１テーブル用モータ１１ＣＢとを備える。この場合、第１テーブル用ボールねじ１１ＣＡ及び第１テーブル用モータ１１ＣＢによって、第１テーブル１１Ｂの移動量を変えることができる。なお、第１テーブル用ボールねじ１１ＣＡを、第１テーブル用Ｙ軸ボールねじ又は第１Ｙ軸ボールねじともいう。

第２レール１１Ｄは、第１テーブル１１Ｂ上に設けられており、第１平面に沿う一の方向に直交する他の方向に延びている。ここでは、第１平面に沿う一の方向に直交する他の方向は、Ｘ軸方向である。
第２テーブル１１Ｅは、第２レール１１Ｄに沿って平行移動するようになっている。ここでは、第２テーブル１１Ｅは、第２リニアガイド１１Ｈを介して、第２レール１１Ｄ上に移動可能に取り付けられている。

第２テーブル駆動部１１Ｆは、第２テーブル１１Ｅを駆動するものである。ここでは、第２テーブル駆動部１１Ｆは、第２テーブル１１Ｅに取り付けられた第２テーブル用ボールねじ１１ＦＡと、第２テーブル用ボールねじ１１ＦＡを駆動する第２テーブル用モータ１１ＦＢとを備える。この場合、第２テーブル用ボールねじ１１ＦＡ及び第２テーブル用モータ１１ＦＢによって、第２テーブル１１Ｅの移動量を変えることができる。なお、第２テーブル用ボールねじ１１ＦＡを、第２テーブル用Ｘ軸ボールねじ又は第１Ｘ軸ボールねじともいう。

そして、第２テーブル１１Ｅ上に第１支持機構２が設けられている。ここでは、第２テーブル１１Ｅの表面上に、第１支持機構２としての自在継手が固定されている。
なお、このように、第１平行移動機構４Ｘ上に第１支持機構２を設けたものを、第１ステージ１７という。
第２面内移動機構５は、図１に示すように、第２支持機構３を第２平面内で移動させるものである。つまり、第２面内移動機構５は、第１平面の上方に位置し、第１平面と平行な第２平面内で、第２支持機構３を移動させるものである。このため、第２支持機構３は、第２平面内で移動可能になっている。

ここでは、第２面内移動機構５は、第２支持機構３を第２平面内で平行移動（直線移動）させる第２平行移動機構５Ｘである。
この第２平行移動機構５Ｘは、上述の第１平行移動機構４Ｘと同様に、第３レール１１Ａ′と、第３テーブル１１Ｂ′と、第３テーブル駆動部１１Ｃ′と、第４レール１１Ｄ′と、第４テーブル１１Ｅ′と、第４テーブル駆動部１１Ｆ′とを備える。

ここで、第３レール１１Ａ′は、第２平面に沿う一の方向に延びている。ここでは、第２平面に沿う一の方向は、Ｙ軸方向である。なお、第３レール１１Ａ′は、例えば地面又は作業台のような箇所に固定される。
第３テーブル１１Ｂ′は、第３レール１１Ａ′に沿って平行移動するようになっている。ここでは、第３テーブル１１Ｂ′は、第３リニアガイド１１Ｇ′を介して、第３レール１１Ａ′上に移動可能に取り付けられている。

第３テーブル駆動部１１Ｃ′は、第３テーブル１１Ｂ′を駆動するものである。ここでは、第３テーブル駆動部１１Ｃ′は、第３テーブル１１Ｂ′に取り付けられた第３テーブル用ボールねじ１１ＣＡ′と、第３テーブル用ボールねじ１１ＣＡ′を駆動する第３テーブル用モータ１１ＣＢ′とを備える。この場合、第３テーブル用ボールねじ１１ＣＡ′及び第３テーブル用モータ１１ＣＢ′によって、第３テーブル１１Ｂ′の移動量を変えることができる。なお、第３テーブル用ボールねじ１１ＣＡ′を、第３テーブル用Ｙ軸ボールねじ又は第２Ｙ軸ボールねじともいう。

第４レール１１Ｄ′は、第３テーブル１１Ｂ′上に設けられており、第２平面に沿う一の方向に直交する他の方向に延びている。ここでは、第２平面に沿う一の方向に直交する他の方向は、Ｘ軸方向である。
第４テーブル１１Ｅ′は、第４レール１１Ｄ′に沿って平行移動するようになっている。ここでは、第４テーブル１１Ｅ′は、第４リニアガイド１１Ｈ′を介して、第４レール１１Ｄ′上に移動可能に取り付けられている。

第４テーブル駆動部１１Ｆ′は、第４テーブル１１Ｅ′を駆動するものである。ここでは、第４テーブル駆動部１１Ｆ′は、第４テーブル１１Ｅ′に取り付けられた第４テーブル用ボールねじ１１ＦＡ′と、第４テーブル用ボールねじ１１ＦＡ′を駆動する第４テーブル用モータ１１ＦＢ′とを備える。この場合、第４テーブル用ボールねじ１１ＦＡ′及び第４テーブル用モータ１１ＦＢ′によって、第４テーブル１１Ｅ′の移動量を変えることができる。なお、第４テーブル用ボールねじ１１ＦＡ′を、第４テーブル用Ｘ軸ボールねじ又は第２Ｘ軸ボールねじともいう。

そして、第４テーブル１１Ｅ′上に第２支持機構３が設けられている。ここでは、第４テーブル１１Ｅ′の表面上に、第２支持機構３としての自在継手が固定されている。
なお、このように、第２平行移動機構５Ｘ上に第２支持機構３を設けたものを、第２ステージ１８という。
このように、本実施形態では、第１支持機構２を移動させる第１平面と、第２支持機構３を移動させる第２平面とは、上下に位置し、互いに平行になっている。つまり、第１支持機構２と第２支持機構３は、上下に位置し、平行移動するようになっている。そして、第１支持機構２と第２支持機構３によってツール軸１が支持されているため、ツール軸１も平行移動することになる。つまり、ツール軸１は、互いに直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動可能になっている。ここでは、第１支持機構２を移動させる第１面内移動機構４と、第２支持機構３を移動させる第２面内移動機構５とが、上下に位置し、平行に設けられている。つまり、第１レール１１Ａと第３レール１１Ａ′は、上下に位置し、平行に設けられている。そして、第１テーブル１１Ｂと第３テーブル１１Ｂ′は、上下に位置し、平行移動するようになっている。また、第２レール１１Ｄと第４レール１１Ｄ′は、上下に位置し、平行に設けられている。そして、第２テーブル１１Ｅと第４テーブル１１Ｅ′は、上下に位置し、平行移動するようになっている。このため、第１ステージ１７と、第２ステージ１８とは、上下に位置し、平行に設けられていることになる。このように、２つのステージ１７、１８を平行に設けた構造を有するロボットを、パラレルステージ型ロボットともいう。このようにステージ１７、１８を上下２段とし、これらのステージ１７、１８に備えられる支持機構２、３（ここでは自在継手）でツール軸１を２点支持することで、ツール軸１の面内移動だけでなく、ツール軸１を傾けて姿勢変更することもできるようにしている。

なお、本実施形態では、第１ステージ１７と第２ステージ１８とを平行に設けているが、これに限られるものではない。例えば、作業エリアなどの条件等によって平行に設置できない場合などには、第１ステージ１７と第２ステージ１８とを平行に設けなくても良い。この場合、上述のように、第２支持機構３を、ツール軸１をスライド自在に支持するようにしているため、第１支持機構２と第２支持機構３との間の距離、即ち、ツール軸１に沿う方向の距離が変動しても、これを吸収することができる。但し、本実施形態のように、第１ステージ１７と第２ステージ１８とは平行に設けるのが好ましい。第１ステージ１７と第２ステージ１８とが平行に設けられていれば、全移動範囲で第１支持機構２と第２支持機構３との間の相対的な距離とツール軸１の姿勢変更との関係が同じになるため、制御が複雑になるのを防ぐことができるからである。

制御部６は、第１面内移動機構４及び第２面内移動機構５を制御するものである。つまり、制御部６は、第１面内移動機構４及び第２面内移動機構５を制御することによってツール軸１の面内位置（ここではツール軸先端の面内位置）及び傾斜角度を制御するものである。本実施形態では、制御部６は、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′を制御するようになっている。この制御部６は、例えばＣＰＵ、メモリ、記憶装置等を備えるコンピュータ（コントローラ）である。なお、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′の回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′を制御するようにすれば良い。

本実施形態では、上述のように、ツール軸１は、第１支持機構２と第２支持機構３とによって２点で支持されている。また、第１支持機構２は、第１面内移動機構４によって第１平面内で移動可能となっている。また、第２支持機構３は、第２面内移動機構５によって第２平面内で移動可能となっている。そして、制御部６が、第１面内移動機構４を制御することによって第１平面内で第１支持機構２を移動させるようになっている。また、制御部６が、第２面内移動機構５を制御することによって第２平面内で第２支持機構３を移動させるようになっている。

この場合、図２に示すように、第１面内移動機構４及び第２面内移動機構５を制御することによってツール軸１を支持している第１支持機構２及び第２支持機構３を同期して同方向へ移動させることで、ツール軸１を平行移動させることができ、これにより、ツール軸１の面内位置を制御することができる。つまり、第１支持機構２の第１平面内での移動量、即ち、Ｘ軸方向への移動量及びＹ軸方向への移動量と、第２支持機構３の第２平面内での移動量、即ち、Ｘ軸方向への移動量及びＹ軸方向への移動量とが同一になり、かつ、第１支持機構２及び第２支持機構３の移動方向が同方向になるように制御する。これにより、ツール軸１の傾斜角度を変えずにツール軸１を平行移動させることができ、ツール軸１の面内位置を制御することができる。なお、ツール軸１の面内位置を制御することは、互いに直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）のツール軸１の位置を制御することである。

また、第１面内移動機構４及び第２面内移動機構５を制御することによってツール軸１を支持している第１支持機構２及び第２支持機構３を別々に同方向へ移動させることで、ツール軸１を平行移動させると同時に第１支持機構２と第２支持機構３の位置をずらしてツール軸１を傾斜させることができ、ツール軸１の面内位置及び傾斜角度を制御することができる。つまり、第１支持機構２の第１平面内での移動量と、第２支持機構３の第２平面内での移動量とが異なり、かつ、第１支持機構２及び第２支持機構３の移動方向が同一になるように制御する。これにより、ツール軸１を平行移動させると同時に第１支持機構２と第２支持機構３の位置をずらしてツール軸１を傾斜させることができ、ツール軸１の面内位置及び傾斜角度を制御することができる。

また、例えば図１に示すように、第１面内移動機構４及び第２面内移動機構５を制御することによってツール軸１を支持している第１支持機構２及び第２支持機構３の少なくとも一方を移動させることで、第１支持機構２と第２支持機構３の位置をずらしてツール軸１を傾斜させることができる。例えば、第１支持機構２に対して、その上方に位置する第２支持機構３を右方向へ移動させれば、ツール軸１は右方向へ傾斜することになる。逆に、第１支持機構２に対して、その上方に位置する第２支持機構３を左方向へ移動させれば、ツール軸１は左方向へ傾斜することになる。同様に、第１支持機構２に対して、その上方に位置する第２支持機構３を前方向へ移動させれば、ツール軸１は前方向へ傾斜することになる。逆に、第１支持機構２に対して、その上方に位置する第２支持機構３を後方向へ移動させれば、ツール軸１は後方向へ傾斜することになる。なお、ツール軸１の傾斜が大きくなるにしたがって、第１支持機構２と第２支持機構３との間の距離が長くなるため、上述のように、第２支持機構３を、ツール軸１をスライド自在に支持するものとしている。また、第１支持機構２のみを移動させても良いし、第２支持機構３のみを移動させても良いし、第１支持機構２及び第２支持機構３を、異なる方向（逆方向を含む）へ移動させても良い。

この場合、第１平面及び第２平面に平行な方向における第１支持機構２と第２支持機構３との相対的な距離（面内方向距離；図１中、符号Ａで示す）に応じて、ツール軸１の傾斜角度（図１中、符号θで示す）が変わることになる。このため、第１平面及び第２平面に平行な方向における第１支持機構２と第２支持機構３との相対的な距離を制御することで、ツール軸１の傾斜角度を制御することができる。なお、ツール軸１の傾斜角度を制御することは、ツール軸１に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸周り（Ｘ軸周り及びＹ軸周り）のツール軸１の回転角度を制御することである。

また、この場合、第１支持機構２及び第２支持機構３の移動量及び移動方向の設定によって、ツール軸１の傾斜角度のみを制御することもできるし、ツール軸１の傾斜角度の制御に加え、ツール軸１の面内位置の制御を行なうこともできる。
このように、第１支持機構２と第２支持機構３との相対的な位置関係が変わらないように制御することでツール軸１の面内位置制御を行なうことができる一方、第１支持機構２と第２支持機構３との相対的な位置関係が変わるように制御することで、ツール軸１の傾斜角度制御（姿勢制御；姿勢変更制御）を行なうことができる。このため、従来のパラレルリンクロボットと比較して、水平方向の可動範囲が広く、また、姿勢変更の範囲も広い。

ところで、本実施形態における具体的な構成例では、図４に示すように、さらに、ツール軸１を回転させるツール軸回転駆動部８を備える。つまり、ツール軸１をその中心軸周り（図４中、符号θ_Ｚで示す方向）に回転させるツール軸回転駆動部８を備える。ここでは、ツール軸回転駆動部８は、ツール軸１の端部に取り付けられたツール軸用モータ８Ａを備える。つまり、ツール軸１は、ツール軸用モータ８Ａによってダイレクト駆動されるようになっている。そして、このツール軸用モータ８Ａは、第１支持機構２に取り付けられている。ここでは、ツール軸用モータ８Ａは、第１支持機構２としての自在継手を構成する内側ホルダ１０Ａに取り付けられている。このため、ツール軸１は、その端部が、ツール軸用モータ８Ａを介して、第１支持機構２に取り付けられていることになる。そして、ツール軸１の端部は、ツール軸用モータ８Ａによって回転させられるため、第１支持機構２に回転自在に支持されていることになる。この場合、第２支持機構３は、ツール軸１を回転自在に支持するようにする。例えば、上述のように、第２支持機構３を、ツール軸１を回転自在、かつ、軸方向にスライド自在に支持しうるスライダ１０Ｈを備えるものとすれば良い。例えば、寿命等を考慮すると、スライダ１０Ｈには、回転運動と直線運動の両方に対応しているものとして、日本ベアリング株式会社のストロークブッシュやスライドロータリーブッシュを用いるのが好ましい。このように、第１支持機構２及び第２支持機構３は、ツール軸１を回転自在に支持するようにする。また、制御部６は、ツール軸回転駆動部８、即ち、ツール軸用モータ８Ａも制御するようになっている。つまり、制御部６は、ツール軸回転駆動部８を制御することによってツール軸１の回転も制御するようになっている。なお、ツール軸用モータ８Ａの回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、ツール軸用モータ８Ａを制御するようにすれば良い。

また、本実施形態における具体的な構成例では、さらに、ツール軸１を軸方向（図４中、符号Ｚで示す方向）へ移動させる軸方向移動機構９を備える。ここでは、軸方向は、Ｚ軸方向である。つまり、軸方向は、第１平面及び第２平面に交差する方向、例えば、第１平面及び第２平面に直交する方向である。これにより、ツール軸１は、互いに直交する３軸方向に移動可能となる。また、軸方向移動機構９は、図４、図５に示すように、第１支持機構２又は第２支持機構３を、第１支持機構２と第２支持機構３が離接する方向へ移動させるガイド９Ａと、ガイド９Ａを駆動するガイド駆動部９Ｂとを備える。ここでは、ガイド９Ａは、第１支持機構２を第２支持機構３に対して離接する方向へ移動させるようになっている。また、ガイド９Ａは、第１支持機構２を構成する固定部材１０Ｅに取り付けられている。つまり、固定部材１０Ｅは、第１面内移動機構４を構成する第２テーブル１１Ｅ上に固定されておらず、ガイド９Ａに取り付けられている。なお、ガイド９Ａをリニアガイドともいう。ここでは、ガイド駆動部９Ｂは、ガイド９Ａに取り付けられたガイド用ボールねじ９ＢＡと、ガイド用ボールねじ９ＢＡを駆動するガイド用モータ９ＢＢとを備える。なお、ガイド用ボールねじ９ＢＡを、ガイド用Ｚ軸ボールねじ又はＺ軸ボールねじともいう。この場合、ガイド用ボールねじ９ＢＡ及びガイド用モータ９ＢＢによって、ガイド９Ａの移動量、即ち、ツール軸１の軸方向への移動量を変えることができる。そして、制御部６は、軸方向移動機構９、具体的には、ガイド用モータ９ＢＢを制御するようになっている。つまり、制御部６は、軸方向移動機構９を制御することによってツール軸１の軸方向位置を制御するようになっている。このため、従来のパラレルリンクロボットと比較して、垂直方向の可動範囲が広い。このように、ツール軸１を軸方向へ移動させるために第１支持機構２を第２支持機構３に対して離接する方向へ移動させる構成、即ち、第１支持機構２が上下動する構成を採用すると、ツール軸１の傾斜角度は、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離に依存することになる。つまり、ツール軸１の傾斜角度θは、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚと、第１支持機構２と第２支持機構３との間の面内方向の距離（相対的な距離）Ａとによって規定される［θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ａ）］。例えば、図６に示すように、ＹＺ平面におけるツール軸１の傾斜角度θｘは、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚと、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＹ軸方向の距離Ｙ、即ち、Ｙ軸方向への第１支持機構２の移動量Ｙ１とＹ軸方向への第２支持機構３の移動量Ｙ２との差ΔＹ＝Ｙ２−Ｙ１とによって規定される［θｘ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｙ）；θｘ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／（Ｙ２−Ｙ１））］。また、例えば、図７に示すように、ＸＺ平面におけるツール軸の傾斜角度θｙは、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚと、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＸ軸方向の距離Ｘ、即ち、Ｘ軸方向への第１支持機構２の移動量Ｘ１とＸ軸方向への第２支持機構３の移動量Ｘ２との差ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１とによって規定される［θｙ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ｘ）；θｙ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／（Ｘ２−Ｘ１））］。このため、ツール軸１の姿勢制御において、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚを考慮することが必要になる。なお、ガイド用モータ９ＢＢの回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、ガイド用モータ９ＢＢを制御するようにすれば良い。

このように、本実施形態のロボットでは、ツール軸１は、互いに直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へ移動しうる２自由度、ツール軸１に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸周り（Ｘ軸周り及びＹ軸周り）に回転（傾斜）しうる２自由度、中心軸周りに回転しうる１自由度、軸方向へ移動しうる１自由度という、合計６自由度がある。つまり、小型で、剛性が高く、可動範囲が広く、自由度の高いロボットを実現することができる。これに対し、従来のパラレルリンクロボットにおいて、自由度を高くしようとすると、剛性が低くなってしまう。

なお、本実施形態の具体的な構成例（図４参照）では、上述のように、ツール軸１を回転させるツール軸回転駆動部８、及び、ツール軸１を軸方向へ移動させる軸方向移動機構９を備えるものとしているが、これらのいずれか一方又は両方を備えないものとしても良い。また、本実施形態では、第１支持機構２を、ツール軸１を傾斜自在に支持するものとし、第２支持機構３を、ツール軸１を傾斜自在及びスライド自在に支持するものとしているが、これに限られるものではなく、第１支持機構２を、ツール軸１を傾斜自在及びスライド自在に支持するものとし、第２支持機構３を、ツール軸１を傾斜自在に支持するものとしても良い。つまり、第１支持機構２又は第２支持機構３が、ツール軸１をスライド自在（軸方向移動自在）に支持するようになっていれば良い。具体的には、第１支持機構２又は第２支持機構３が、ツール軸１を軸方向へスライド可能なスライダを備える自在継手であれば良い。また、本実施形態の具体的な構成例（図４参照）では、ツール軸１を回転させるツール軸回転駆動部８を第１支持機構２に取り付け、また、ツール軸１を軸方向へ移動させる軸方向移動機構９を第１支持機構２に取り付けているが、これに限られるものではない。例えば、ツール軸回転駆動部８を第２支持機構３に取り付け、また、軸方向移動機構９を第２支持機構３に取り付けるようにしても良い。この場合、ツール軸回転駆動部８を、逆向きにして、第２支持機構３に取り付け、また、軸方向移動機構９を、逆向きにして、第２支持機構３に取り付ければ良い。また、この場合、第１支持機構２を、ツール軸１を傾斜自在及びスライド自在に支持するものとし、第２支持機構３を、ツール軸１を傾斜自在に支持するものとするのが好ましい。そして、この場合、ツール軸１の先端１Ａは、下方に位置することになる。また、例えば、ツール軸回転駆動部８を第１支持機構２に取り付け、軸方向移動機構９を第２支持機構３に取り付けるようにしても良いし、ツール軸回転駆動部８を第２支持機構３に取り付け、軸方向移動機構９を第１支持機構２に取り付けるようにしても良い。また、本実施形態のロボットは、上下逆向きにして用いても良いし、横方向へ向くようにして用いても良い。

したがって、本実施形態にかかるロボットによれば、可動範囲が広く、かつ、剛性が高いロボットを実現することができるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、第２面内移動機構５を、第２支持機構３を第２平面内で平行移動させる第２平行移動機構５Ｘとしているが、これに限られるものではなく、例えば、図８に示すように、第２面内移動機構５を、第２支持機構３を第２平面内で回転移動させる第２回転移動機構５Ｙとしても良い。なお、その他の構成は、上述の実施形態のものと同様である。また、これを第１変形例という。

この場合、第２回転移動機構５Ｙは、第３アーム１２Ａと、第３アーム駆動部１２Ｂと、第４アーム１２Ｃと、第４アーム駆動部１２Ｄとを備えるものとすれば良い。ここで、第３アーム１２Ａは、一方の端部を回転中心として第２平面に沿う方向へ回転するようになっている。また、第３アーム駆動部１２Ｂは、第３アーム１２Ａを駆動するものである。例えば、第３アーム駆動部１２Ｂは、第３アーム１２Ａの一方の端部に取り付けられた第３アーム用モータ１２ＢＡを備えるものとすれば良い。また、第４アーム１２Ｃは、第３アーム１２Ａの他方の端部が一方の端部に取り付けられ、その一方の端部を回転中心として第２平面に沿う方向へ回転するようになっている。また、第４アーム駆動部１２Ｄは、第４アーム１２Ｃを駆動するものである。例えば、第４アーム駆動部１２Ｄは、第４アーム１２Ｃの一方の端部に取り付けられた第４アーム用モータ１２ＤＡを備えるものとすれば良い。なお、このような構造を有するものを、スカラーロボット又は水平多関節ロボットともいう。そして、第４アーム１２Ｃの他方の端部に第２支持機構３を設ければ良い。

ここでは、固定台１２Ｅに第３アーム用モータ１２ＢＡが取り付けられており、この第３アーム用モータ１２ＢＡの回転軸に第３アーム１２Ａの一方の端部が取り付けられており、第３アーム用モータ１２ＢＡによって第３アーム１２Ａが回転駆動されるようになっている。なお、第３アーム１２Ａの回転中心（回転軸；図８中、符号Ａで示す）は、第３アーム用モータ１２ＢＡの回転軸の中心であるが、第３アーム用モータ１２ＢＡは第３アーム１２Ａの一方の端部に取り付けられているため、第３アーム１２Ａは、一方の端部を回転中心として回転（旋回）することになる。また、第３アーム１２Ａの他方の端部に第４アーム用モータ１２ＤＡが取り付けられており、この第４アーム用モータ１２ＤＡの回転軸に第４アーム１２Ｃの一方の端部が取り付けられており、第４アーム用モータ１２ＤＡによって第４アーム１２Ｃが回転駆動されるようになっている。なお、第４アーム１２Ｃの回転中心（回転軸；図８中、符号Ｂで示す）は、第４アーム用モータ１２ＤＡの回転軸の中心であるが、第４アーム用モータ１２ＤＡは第４アーム１２Ｃの一方の端部に取り付けられているため、第４アーム１２Ｃは、一方の端部を回転中心として回転（旋回）することになる。また、第４アーム１２Ｃの他方の端部には、ツール軸１が傾斜することができる大きさの開口部１２ＣＡが設けられており、この開口部１２ＣＡの上方に第２支持機構３が設けられている。そして、ツール軸１は、開口部１２ＣＡを介して第２支持機構３に取り付けられている。この場合、第３アーム１２Ａ及び第４アーム１２Ｃの２つのアームが回転することによって、第２支持機構３を第２平面内で回転移動させることができる。

この場合、制御部６は、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第３アーム用モータ１２ＢＡ、第４アーム用モータ１２ＤＡを制御することになる。つまり、制御部６は、第１平行移動機構（第１面内移動機構）４Ｘ及び第２回転移動機構（第２面内移動機構）５Ｙを制御することによって、ツール軸１の面内位置及び傾斜角度を制御することになる。なお、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第３アーム用モータ１２ＢＡ、第４アーム用モータ１２ＤＡの回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、第１テーブル用モータ１１ＣＢ、第２テーブル用モータ１１ＦＢ、第３アーム用モータ１２ＢＡ、第４アーム用モータ１２ＤＡを制御するようにすれば良い。

なお、第２回転移動機構５Ｙの構成は、これに限られるものではなく、後述の第１回転移動機構４Ｙと同様に、ボールねじスプライン軸、ボールねじナット及びボールスプラインナットを含むボールねじスプラインを備えるスカラーロボットを、第２回転移動機構として用いても良い（例えば図９参照）。この場合、第２支持機構３として用いる自在継手として、屈折によって回転速度が変化しない等速ジョイントを用いるのが好ましい。また、スライダ１０Ｈは第１支持機構２に設ければ良い。

同様に、上述の実施形態では、第１面内移動機構４を、第１支持機構２を第１平面内で平行移動させる第１平行移動機構４Ｘとしているが、これに限られるものではなく、例えば、第１面内移動機構４を、第１支持機構２を第１平面内で回転移動させる第１回転移動機構としても良い。
この場合、第１回転移動機構は、第１アームと、第１アーム駆動部と、第２アームと、第２アーム駆動部とを備えるものとすれば良い。ここで、第１アームは、一方の端部を回転中心として第１平面に沿う方向へ回転するようになっている。また、第１アーム駆動部は、第１アームを駆動するものである。例えば、第１アーム駆動部は、第１アームの一方の端部に取り付けられた第１アーム用モータを備えるものとすれば良い。また、第２アームは、第１アームの他方の端部が一方の端部に取り付けられ、その一方の端部を回転中心として第１平面に沿う方向へ回転するようになっている。また、第２アーム駆動部は、第２アームを駆動するものである。例えば、第２アーム駆動部は、第２アームの一方の端部に取り付けられた第２アーム用モータを備えるものとすれば良い。なお、このような構造を有するものを、スカラーロボット又は水平多関節ロボットともいう。そして、第２アームの他方の端部に第１支持機構２を設ければ良い。

ここでは、固定台に第１アーム用モータが取り付けられており、この第１アーム用モータの回転軸に第１アームの一方の端部が取り付けられており、第１アーム用モータによって第１アームが回転駆動されるようになっている。なお、第１アームの回転中心は、第１アーム用モータの回転軸の中心であるが、第１アーム用モータは第１アームの一方の端部に取り付けられているため、第１アームは、一方の端部を回転中心として回転（旋回）することになる。また、第１アームの他方の端部に第２アーム用モータが取り付けられており、この第２アーム用モータの回転軸に第２アームの一方の端部が取り付けられており、第２アーム用モータによって第２アームが回転駆動されるようになっている。なお、第２アームの回転中心は、第２アーム用モータの回転軸の中心であるが、第２アーム用モータは第２アームの一方の端部に取り付けられているため、第２アームは、一方の端部を回転中心として回転（旋回）することになる。また、第２アームの他方の端部には、ツール軸１が傾斜することができる大きさの開口部が設けられており、この開口部の上方に第１支持機構２が設けられている。そして、ツール軸１は、開口部を介して第１支持機構２に取り付けられている。この場合、第１アーム及び第２アームの２つのアームが回転することによって、第１支持機構２を第１平面内で回転移動させることができる。

なお、第１回転移動機構の構成は、これに限られるものではなく、例えば図９に示すように、第１アーム１３と、第２アーム１４と、ボールねじスプライン軸１５Ａ、ボールねじナット１５Ｂ及びボールスプラインナット１５Ｃを含むボールねじスプライン１５とを備えるスカラーロボット１６を、第１回転移動機構４Ｙとして用いても良い。この場合、第１支持機構２として用いる自在継手として、屈折によって回転速度が変化しない等速ジョイント２Ｘを用いるのが好ましい。この場合、第１アーム１３は、一方の端部を回転中心として第１平面に沿う方向へ回転するようになっている。このため、第１アーム１３を駆動する第１アーム駆動部（ここでは第１アーム用モータ）を備える。なお、図９中、符号Ａは、第１アーム１３の回転軸（回転中心）を示している。第２アーム１４は、第１アーム１３の他方の端部が一方の端部に取り付けられ、一方の端部を回転中心として第１平面に沿う方向へ回転するようになっている。このため、第２アーム１４を駆動する第２アーム駆動部（ここでは第２アーム用モータ）を備える。なお、図９中、符号Ｂは、第２アーム１４の回転軸（回転中心）を示している。そして、制御部６は、第１回転移動機構４Ｙ（第１面内移動機構４）及び第２平行移動機構５Ｘ（第２面内移動機構５）を制御することによって、ツール軸１の面内位置及び傾斜角度を制御するようになっている。また、ボールねじスプライン１５は、第２アーム１４の他方の端部に取り付けられている。また、このボールねじスプライン１５を構成するボールねじスプライン軸１５Ａの端部に、第１支持機構２としての等速ジョイント２Ｘを介して、ツール軸１が連結されている。つまり、第１支持機構２としての等速ジョイント２Ｘは、ボールねじスプライン軸１５Ａの端部をツール軸１の端部に連結している。また、第２アーム１４は、ボールねじナット１５Ｂを駆動するボールねじナット駆動部と、ボールスプラインナット１５Ｃを駆動するボールスプラインナット駆動部とを備える。ここでは、ボールねじナット駆動部は、ボールねじナット１５Ｂに取り付けられたボールねじナット用モータを備える。また、ボールスプラインナット駆動部は、ボールスプラインナット１５Ｃに取り付けられたボールスプラインナット用モータを備える。そして、制御部６は、ボールねじナット駆動部（ここではボールねじナット用モータ）及びボールスプラインナット駆動部（ここではボールスプラインナット用モータ）を制御することによってツール軸１の回転及び軸方向位置を制御するようになっている。この場合、制御部６は、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′、第１アーム用モータ、第２アーム用モータ、ボールねじナット用モータ、ボールスプラインナット用モータを制御することになる。なお、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′、第１アーム用モータ、第２アーム用モータ、ボールねじナット用モータ、ボールスプラインナット用モータの回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、第３テーブル用モータ１１ＣＢ′、第４テーブル用モータ１１ＦＢ′、第１アーム用モータ、第２アーム用モータ、ボールねじナット用モータ、ボールスプラインナット用モータを制御するようにすれば良い。

要するに、上述の実施形態のように、第１面内移動機構４として第１平行移動機構４Ｘを用い、第２面内移動機構５として第２平行移動機構を用いても良いし、この変形例のように、第１面内移動機構４として第１回転移動機構を用い、第２面内移動機構５として第２平行移動機構を用いても良いし、また、第１面内移動機構４として第１平行移動機構を用い、第２面内移動機構５として第２回転移動機構を用いても良いし、また、第１面内移動機構４として第１回転移動機構を用い、第２面内移動機構５として第２回転移動機構を用いても良い。

また、上述の実施形態では、ツール軸１を回転させるツール軸回転駆動部８、及び、ツール軸１を軸方向へ移動させる軸方向移動機構９を備えるものとし、制御部６が、ツール軸回転駆動部８を制御することによってツール軸１の回転を制御するとともに、軸方向移動機構９を制御することによってツール軸１の軸方向位置を制御するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば図１０に示すように、ボールねじスプライン軸１Ｘ、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１を含むボールねじスプライン２４を用いても良い。なお、その他の構成は、上述の実施形態のものと同様である。また、これを第２変形例という。

つまり、例えば、ツール軸１を、ボールねじスプライン軸１Ｘとし、第１支持機構２を、ボールねじスプライン軸１Ｘに係合（螺合；嵌合）したボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方と、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方を駆動する第１ナット駆動部２２とを備えるものとし、第２支持機構３を、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方と、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方を駆動する第２ナット駆動部２３とを備えるものとしても良い。この場合、第１ナット駆動部２２は、例えば、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方に取り付けられた第１ナット用モータ２２Ａを備えるようにすれば良い。また、第２ナット駆動部２３は、例えば、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方に取り付けられた第２ナット用モータ２３Ａを備えるようにすれば良い。そして、制御部６は、第１ナット駆動部２２（ここでは第１ナット用モータ２２Ａ）及び第２ナット駆動部２３（ここでは第２ナット用モータ２３Ａ）を制御するようにすれば良い。つまり、制御部６は、第１ナット駆動部２２及び第２ナット駆動部２３を制御することによってツール軸１の回転及び軸方向位置を制御するようにすれば良い。なお、第１ナット用モータ２２Ａ、第２ナット用モータ２３Ａの回転軸の回転角を検知しうるエンコーダを設けておき、エンコーダからの情報に基づいて、制御部６が、第１ナット用モータ２２Ａ、第２ナット用モータ２３Ａを制御するようにすれば良い。

なお、ボールねじスプライン軸１Ｘとしては、螺旋状と軸方向の２種類の溝が掘ってあるオーバーラップタイプと、ボールねじ軸とスプライン軸を単純に接合した接合タイプとがあるが、いずれのタイプを用いても良い。オーバーラップタイプは高価であるが、ストロークが長く、機能的に有利である。一方、接合タイプは安価である。
また、ボールねじスプライン２４を用いる場合、上述の実施形態のように、ツール軸１を軸方向へ移動させるために、第１支持機構２を第２支持機構３に対して離接する方向へ移動させることがない。つまり、ボールねじスプライン２４を用いる場合、第１支持機構２を第２支持機構３に対して離接する方向へ移動させずに、即ち、例えば図１２に示すように、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘを２点支持する第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚを変えずに、ツール軸１を軸方向へ移動させることができる。このため、上述のように、ボールスプラインナット２１及びボールねじナット２０の一方を第１支持機構２に設け、他方を第２支持機構３に設け、第１ステージ１７と第２ステージ１８とを平行に設けることで、全移動範囲で第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚが一定になる。この場合、ツール軸１の傾斜角度θは、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離Ｚと、第１支持機構２と第２支持機構３との間の面内方向の距離（相対的な距離）Ａとによって規定される［θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｚ／Ａ）］。これにより、ツール軸１の姿勢制御が容易となる。つまり、どの位置であっても同じ条件でツール軸１を傾けることができ、計算も容易である。これに対し、上述の実施形態のように、ツール軸１を軸方向へ移動させるために第１支持機構２を第２支持機構３に対して離接する方向へ移動させる構成、即ち、第１支持機構２が上下動する構成を採用すると、ツール軸１の傾斜角度は、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離に依存することになる。このため、ツール軸１の姿勢制御において、第１支持機構２と第２支持機構３との間のＺ軸方向の距離を考慮することが必要になる。

ここでは、図１１に示すように、第１ナット駆動部２２としての第１ナット用モータ２２Ａとして第１中空モータ２５を用い、この第１中空モータ２５が第１支持機構２としての自在継手に取り付けられている。具体的には、第１支持機構２としての自在継手を構成する外側ホルダ１０Ｂの内側に、内側ホルダ１０Ａに代えて、第１中空モータ２５がベアリング２６を介して回転自在に支持されている。ここでは、第１中空モータ２５は、外側ホルダ１０ＢにＸ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、第１中空モータ２５を介して、Ｘ軸周りに回転自在に支持されていることになる。また、ツール軸１は、外側ホルダ１０Ｂ及び第１中空モータ２５を介して、Ｙ軸周りに回転自在に支持されていることになる。このように構成される第１支持機構２としての自在継手も、上述の実施形態の場合と同様に、ツール軸１に沿う方向の軸に直交する２軸周りにツール軸１を回転自在に支持する自在継手である。

また、ここでは、第１中空モータ２５の回転部２５Ａの外周にセットカラー２７が締め付けられており、このセットカラー２７にボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方がねじ２８によって取り付けられている。このようにして、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方が、第１中空モータ２５を介して、第１支持機構２としての自在継手に取り付けられており、第１中空モータ２５によって回転駆動されるようになっている。そして、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方は、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘに係合（螺合又は嵌合）している。このように、ツール軸１の一の部分に、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方及びセットカラー２７を介して、第１中空モータ２５及び外側ホルダ１０Ｂを備える第１支持機構２が取り付けられており、この第１支持機構２はツール軸１を傾斜自在及び軸方向移動自在に支持している。この第１支持機構２は、ツール軸１に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸周り（Ｘ軸周り及びＹ軸周り）にツール軸１を回転自在に支持している。

同様に、第２ナット駆動部２３としての第２ナット用モータ２３Ａとして第２中空モータを用い、この第２中空モータが第２支持機構３としての自在継手に取り付けられている。具体的には、第２支持機構３としての自在継手を構成する外側ホルダ１０Ｂ′の内側に、内側ホルダ１０Ａ′に代えて、第２中空モータがベアリングを介して回転自在に支持されている。ここでは、第２中空モータは、外側ホルダ１０Ｂ′にＸ軸周りに回転自在に支持されている。このため、ツール軸１は、第２中空モータを介して、Ｘ軸周りに回転自在に支持されていることになる。また、ツール軸１は、外側ホルダ１０Ｂ′及び第２中空モータを介して、Ｙ軸周りに回転自在に支持されていることになる。このように構成される第２支持機構３としての自在継手も、上述の実施形態の場合と同様に、ツール軸１に沿う方向の軸に直交する２軸周りにツール軸を回転自在に支持する自在継手である。

また、ここでは、第２中空モータの回転部の外周にセットカラーが締め付けられており、このセットカラーにボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方がねじ止めされている。このようにして、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方が、第２中空モータを介して、第２支持機構３としての自在継手に取り付けられており、第２中空モータによって回転駆動されるようになっている。そして、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方は、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘに係合（螺合又は嵌合）している。このように、ツール軸１の他の部分に、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の他方及びセットカラーを介して、第２中空モータ及び外側ホルダ１０Ｂ′を備える第２支持機構３が取り付けられており、この第２支持機構３はツール軸１を傾斜自在及び軸方向移動自在に支持している。この第２支持機構３は、ツール軸１に沿う方向の軸（Ｚ軸）に直交する２軸周り（Ｘ軸周り及びＹ軸周り）にツール軸１を回転自在に支持している。

また、図１０に示すように、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘは、第１中空モータ２５及び第２中空モータを貫通しており、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方及び他方を組み合わせて回転させることで、回転及び軸方向移動（上下動）が可能になっている。そして、制御部６が、第１ナット駆動部２２としての第１ナット用モータ２２Ａ及び第２ナット駆動部２３としての第２ナット用モータ２３Ａを制御することによって、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘの回転及び軸方向位置を制御するようになっている。ここでは、制御部６が、第１ナット用モータ２２Ａを制御することによって、ボールねじナット２０及びボールスプラインナット２１の一方が回転駆動され、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘの回転及び軸方向位置を制御するようになっている。例えば、制御部６が、第１ナット用モータ２２Ａ又は第２ナット用モータ２３Ａを作動させて、ボールスプラインナット２１を回転させずに、ボールねじナット２０を回転させることで、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘの軸方向位置を制御することができる。この場合、ボールスプラインナット２１は回り止め機構となる。また、例えば、制御部６が、第１ナット用モータ２２Ａ又は第２ナット用モータ２３Ａを作動させて、ボールねじナット２０を回転させずに、ボールスプラインナット２１を回転させることで、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘの回転を制御することができる。

なお、ボールスプラインナット２１は回転方向だけを拘束しているため、ボールねじナット２０が固定されている場合、ボールスプラインナット２１がボールねじスプライン軸１Ｘの軸方向へ動いても、ボールねじスプライン軸１Ｘは軸方向へ移動することもないし、回転することもない。逆に、ボールスプラインナット２１が固定されている場合、ボールねじナット２０がボールねじスプライン軸１Ｘの軸方向へ動くと、ボールねじスプライン軸１Ｘはボールねじナット２０に同期して動く。このように、ボールねじスプライン軸１Ｘの軸方向位置（上下方向位置）は、ボールねじナット２０の動きによって決まり、ボールスプラインナット２１の動きは影響しない。このため、上述の実施形態のロボットのように２つの支持機構（自在継手）２、３の距離が変わる場合にも、ボールねじスプライン２４を用いることができる。つまり、ボールスプラインナット２１とボールねじナット２０をそれぞれ支持機構（自在継手）２、３に取り付けることで、ツール軸１としてのボールねじスプライン軸１Ｘの軸方向移動と回転を実現することができる。また、上述のように、ボールスプラインナット２１及びボールねじナット２０の一方を第１支持機構２に設け、他方を第２支持機構３に設ければ良く、これらのナット２０、２１は２つの支持機構２、３のどちらの側に設けても良い。但し、ボールねじナット２０側が基準となるので、ボールねじナット２０を設ける方の支持機構（自在継手）２、３を頑丈にするのが好ましい。

なお、ここでは、上述の実施形態の変形例として、第１回転移動機構又は第２回転移動機構を用いる場合（第１変形例）、及び、ボールねじスプラインを用いる場合（第２変形例）を別個に説明しているが、これらを組み合わせることもできる。

１ ツール軸
１Ａ ツール軸の先端
１Ｘ ボールねじスプライン軸
２ 第１支持機構（自在継手）
２Ｘ 等速ジョイント（自在継手）
３ 第２支持機構
４ 第１面内移動機構
４Ｘ 第１平行移動機構
４Ｙ 第１回転移動機構
５ 第２面内移動機構
５Ｘ 第２平行移動機構
５Ｙ 第２回転移動機構
６ 制御部
８ ツール軸回転駆動部
８Ａ ツール軸用モータ
９ 軸方向移動機構
９Ａ ガイド
９Ｂ ガイド駆動部
９ＢＡ ガイド用ボールねじ
９ＢＢ ガイド用モータ
１０Ａ、１０Ａ′ 内側ホルダ
１０Ｂ、１０Ｂ′ 外側ホルダ
１０Ｃ、１０Ｃ′ ベアリング
１０Ｄ、１０Ｄ′ 回転軸
１０Ｅ、１０Ｅ′ 固定部材
１０Ｆ、１０Ｆ′ ベアリング
１０Ｇ、１０Ｇ′ 回転軸
１０Ｈ スライダ
１１Ａ 第１レール
１１Ａ′ 第３レール
１１Ｂ 第１テーブル
１１Ｂ′ 第３テーブル
１１Ｃ 第１テーブル駆動部
１１Ｃ′ 第３テーブル駆動部
１１ＣＡ 第１テーブル用ボールねじ
１１ＣＡ′ 第３テーブル用ボールねじ
１１ＣＢ 第１テーブル用モータ
１１ＣＢ′ 第３テーブル用モータ
１１Ｄ 第２レール
１１Ｄ′ 第４レール
１１Ｅ 第２テーブル
１１Ｅ′ 第４テーブル
１１Ｆ 第２テーブル駆動部
１１Ｆ′ 第４テーブル駆動部
１１ＦＡ 第２テーブル用ボールねじ
１１ＦＡ′ 第４テーブル用ボールねじ
１１ＦＢ 第２テーブル用モータ
１１ＦＢ′ 第４テーブル用モータ
１１Ｇ 第１リニアガイド
１１Ｇ′ 第３リニアガイド
１１Ｈ 第２リニアガイド
１１Ｈ′ 第４リニアガイド
１２Ａ 第３アーム
１２Ｂ 第３アーム駆動部
１２ＢＡ 第３アーム用モータ
１２Ｃ 第４アーム
１２Ｄ 第４アーム駆動部
１２ＤＡ 第４アーム用モータ
１２Ｅ 固定台
１３ 第１アーム
１４ 第２アーム
１５ ボールねじスプライン
１５Ａ ボールねじスプライン軸
１５Ｂ ボールねじナット
１５Ｃ ボールスプラインナット
１６ スカラーロボット
１７ 第１ステージ
１８ 第２ステージ
２０ ボールねじナット
２１ ボールスプラインナット
２２ 第１ナット駆動部
２２Ａ 第１ナット用モータ
２３ 第２ナット駆動部
２３Ａ 第２ナット用モータ
２４ ボールねじスプライン
２５ 第１中空モータ
２５Ａ 回転部
２６ ベアリング
２７ セットカラー
２８ ねじ

Claims (12)

1. ツール軸と、
   前記ツール軸の一の部分に取り付けられ、前記ツール軸を傾斜自在に支持する第１支持機構と、
   前記ツール軸の他の部分に取り付けられ、前記ツール軸を傾斜自在に支持する第２支持機構と、
   前記第１支持機構を第１平面内で移動させる第１面内移動機構と、
   前記第２支持機構を第２平面内で移動させる第２面内移動機構と、
   前記第１面内移動機構及び前記第２面内移動機構を制御することによって前記ツール軸の面内位置及び傾斜角度を制御する制御部とを備え、
   前記第１面内移動機構が、前記第１支持機構を前記第１平面内で平行移動させる第１平行移動機構であるか、又は、前記第２面内移動機構が、前記第２支持機構を前記第２平面内で平行移動させる第２平行移動機構であり、
   前記第１面内移動機構が前記第１平行移動機構である場合、前記第１平行移動機構は、前記第１平面に沿う一の方向に延びる第１レールと、前記第１レールに沿って平行移動する第１テーブルと、前記第１テーブルを駆動する第１テーブル駆動部と、前記第１テーブル上に設けられ、前記第１平面に沿う前記一の方向に直交する他の方向に延びる第２レールと、前記第２レールに沿って平行移動する第２テーブルと、前記第２テーブルを駆動する第２テーブル駆動部とを備え、前記第２テーブル上に前記第１支持機構を備え、
   前記第２面内移動機構が前記第２平行移動機構である場合、前記第２平行移動機構は、前記第２平面に沿う一の方向に延びる第３レールと、前記第３レールに沿って平行移動する第３テーブルと、前記第３テーブルを駆動する第３テーブル駆動部と、前記第３テーブル上に設けられ、前記第２平面に沿う前記一の方向に直交する他の方向に延びる第４レールと、前記第４レールに沿って平行移動する第４テーブルと、前記第４テーブルを駆動する第４テーブル駆動部とを備え、前記第４テーブル上に前記第２支持機構を備え、
   前記第１支持機構又は前記第２支持機構は、前記ツール軸を軸方向移動自在に支持することを特徴とするロボット。
2. 前記第１平面と前記第２平面とは、互いに平行になっていることを特徴とする、請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１支持機構は、前記ツール軸に沿う方向の軸に直交する２軸周りに前記ツール軸を回転自在に支持する自在継手であり、
   前記第２支持機構は、前記ツール軸に沿う方向の軸に直交する２軸周りに前記ツール軸を回転自在に支持する自在継手であり、
   前記第１支持機構又は前記第２支持機構は、前記ツール軸を軸方向へスライド可能なスライダを備える自在継手であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロボット。
4. 前記第１面内移動機構が、前記第１平行移動機構であり、
   前記第２面内移動機構が、前記第２平行移動機構であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記第２面内移動機構が、前記第２平行移動機構であり、
   前記第１面内移動機構が、前記第１支持機構を前記第１平面内で回転移動させる第１回転移動機構であり、前記第１回転移動機構は、一方の端部を回転中心として前記第１平面に沿う方向へ回転する第１アームと、前記第１アームを駆動する第１アーム駆動部と、前記第１アームの他方の端部が一方の端部に取り付けられ、前記一方の端部を回転中心として前記第１平面に沿う方向へ回転する第２アームと、前記第２アームを駆動する第２アーム駆動部とを備え、前記第２アームの他方の端部に前記第１支持機構を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記第１面内移動機構が、前記第１平行移動機構であり、
   前記第２面内移動機構が、前記第２支持機構を前記第２平面内で回転移動させる第２回転移動機構であり、前記第２回転移動機構は、一方の端部を回転中心として前記第２平面に沿う方向へ回転する第３アームと、前記第３アームを駆動する第３アーム駆動部と、前記第３アームの他方の端部が一方の端部に取り付けられ、前記一方の端部を回転中心として前記第２平面に沿う方向へ回転する第４アームと、前記第４アームを駆動する第４アーム駆動部とを備え、前記第４アームの他方の端部に前記第２支持機構を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記ツール軸を回転させるツール軸回転駆動部を備え、
   前記第１支持機構及び前記第２支持機構は、前記ツール軸を回転自在に支持し、
   前記制御部は、前記ツール軸回転駆動部を制御することによって前記ツール軸の回転を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記ツール軸を軸方向へ移動させる軸方向移動機構を備え、
   前記制御部は、前記軸方向移動機構を制御することによって前記ツール軸の軸方向位置を制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記軸方向移動機構は、前記第１支持機構又は前記第２支持機構を、前記第１支持機構と前記第２支持機構が離接する方向へ移動させるガイドと、前記ガイドを駆動するガイド駆動部とを備えることを特徴とする、請求項８に記載のロボット。
10. 前記第２アームは、他方の端部にボールねじスプライン軸、ボールねじナット及びボールスプラインナットを含むボールねじスプラインを備え、さらに、前記ボールねじナットを駆動するボールねじナット駆動部と、前記ボールスプラインナットを駆動するボールスプラインナット駆動部とを備え、
    前記第１支持機構は、前記ボールねじスプライン軸の端部を前記ツール軸の端部に連結する等速ジョイントであり、
    前記制御部は、前記ボールねじナット駆動部及び前記ボールスプラインナット駆動部を制御することによって前記ツール軸の回転及び軸方向位置を制御することを特徴とする、請求項６に記載のロボット。
11. 前記ツール軸は、ボールねじスプライン軸であり、
    前記第１支持機構は、前記ボールねじスプライン軸に係合したボールねじナット及びボールスプラインナットの一方と、前記ボールねじナット及び前記ボールスプラインナットの一方を駆動する第１ナット駆動部とを備え、
    前記第２支持機構は、前記ボールねじナット及び前記ボールスプラインナットの他方と、前記ボールねじナット及び前記ボールスプラインナットの他方を駆動する第２ナット駆動部とを備え、
    前記制御部は、前記第１ナット駆動部及び前記第２ナット駆動部を制御することによって前記ツール軸の回転及び軸方向位置を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボット。
12. 前記ツール軸の先端に荷重がかかった場合に前記ツール軸の先端の前記ツール軸に沿う方向の軸に直交する２軸方向への動きが拘束されるように、前記ツール軸が前記第１支持機構及び前記第２支持機構によって支持されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のロボット。

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