JPH10180674A

JPH10180674A - パラレルリンクロボットおよびその制御方法

Info

Publication number: JPH10180674A
Application number: JP35737096A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kitano; 斉北野; Tatsuji Kawaguchi; 達治川口; Yoji Urano; 洋二浦野; Hideki Yamashita; 秀樹山下
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP3834117B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脚を構成する部品を削減したパラレルリンクロ
ボットを提供する。【解決手段】ベース２１およびエンドエフェクタ２を、
ベース２１に取り付けた６個のユニバーサルジョイント
２６と、エンドエフェクタ２２に取り付けた６個のユニ
バーサルジョイント２７と、ユニバーサルジョイント２
６，２７間を一対一に結合する伸縮自在な脚２３とで結
合する。各脚２３は、ねじ２５ａとナット２５ｂと、ね
じ２５ａを回転駆動することにより脚２３を伸縮させる
モータ２４とからなる。ナット２５ｂはユニバーサルジ
ョイント２７に対して回転不能に固着されている。した
がって、脚２３が伸縮するのはもちろんのこと、ねじ２
５ａとナット２５ｂとの螺合部分でユニバーサルジョイ
ント２６，２７の相対的な回転が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンドエフェクタ
を６自由度で駆動可能であって、産業用のマニピュレー
タや各種乗物のシミュレータなどに用いられるパラレル
リンクロボットおよびその制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種のパラレルリンクロボッ
トとして各種構成のものが提案されている。一般にパラ
レルリンクロボットは、伸縮駆動される６本の脚を備
え、各脚の一端部がユニバーサルジョイントを介してベ
ースに結合され他端部がユニバーサルジョイントを介し
てエンドエフェクタに結合された構成を有している。ま
た、各脚のいずれか一端部には、ベースまたはエンドエ
フェクタと脚とが脚の長手方向の一つの軸の回りに相対
的に回動可能となるように回転ジョイント（軸受）が挿
入される。

【０００３】たとえば、特開平７−６０６７８号公報に
記載されたものでは、図３０に示すように、ねじ２５ａ
をモータ２４で回動させることによってねじ２５ａに対
してスライダ６１を直進移動させる脚２３を用いるとと
もに、スライダ６１の先端部に回転ジョイント６２を介
してユニバーサルジョイント２７を結合し、またねじ２
５ａの軸受６３にユニバーサルジョイント２６を結合す
ることにより脚２３を構成し、このような脚２３をベー
スとエンドエフェクタとの間に６本配置したものが示さ
れている。脚２３の配置の仕方には各種のものが提案さ
れているが、もっとも単純なものはベースおよびエンド
エフェクタにそれぞれ設定した円周を３等分する位置に
２本ずつの脚２３をそれぞれ結合し、ベースとエンドエ
フェクタとの脚２３の結合点を互いに６０度ずらしたも
のがある。ここに、ベースの１つの結合点に結合される
２本の脚２３は、その結合点から互いに反対回りで６０
度離れたエンドエフェクタの２つの結合点にそれぞれ結
合される。このような構成は上記公報の図７などに示さ
れた周知のものである。

【０００４】ところで、上記公報に記載された脚２３は
一端部に回転ジョイント６２を介してユニバーサルジョ
イント２７を結合し、脚２３の他端部にユニバーサルジ
ョイント２６を結合した構成を有する。また、脚２３を
伸縮させる構成として、上記公報ではねじ２５ａとモー
タ２４とスライダ６１とを用いているが、空気シリン
ダ、油圧シリンダなどに置換可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
脚２３は比較的複雑な構成を有しているものであって、
パラレルリンクロボットではこのような脚２３を６本用
いるから、部品点数が多くなるという問題がある。した
がって、１本の脚２３に関連する部品点数を１つでも削
減することができれば、部品点数の大幅な削減になり、
ひいては小型化、軽量化につながるものである。また、
軽量化すれば高速な動作が期待できる。しかも、脚２
３、回転ジョイント６２、ユニバーサルジョイント２
７，２６は、いずれも相対的に可動な部品を用いている
から、これらの部品を削減することができれば、位置制
御の精度が高くなるとともに、がたや摩擦による騒音の
発生を低減することが可能になる。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、脚を構成する部品点数を削減したパ
ラレルリンクロボットを提供することにあり、さらには
位置および姿勢を精度よく制御することができるパラレ
ルリンクロボットの制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、互い
に離間して配置されるベースおよびエンドエフェクタ
と、ベースに取り付けた６個の第１の自在継手と、エン
ドエフェクタに取り付けた６個の第２の自在継手と、第
１の自在継手と第２の自在継手との間を一対一に結合す
る伸縮自在な脚と、エンドエフェクタの３次元空間での
位置および姿勢を指令値として与えることにより各脚の
長さを制御する制御手段とを備え、脚が、第１の自在継
手と第２の自在継手との一方に結合されたねじと、ねじ
に螺合して他方に結合されたナットと、ねじとナットと
の一方を回転駆動することにより脚を伸縮させるアクチ
ュエータとからなり、ねじとナットとの他方が第１の自
在継手と第２の自在継手といずれかに対して回転不能に
固着されていることを特徴とする。この構成によれば、
ねじとナットとにより脚が伸縮するのはもちろんのこ
と、ねじとナットとの螺合部分で第１の自在継手と第２
の自在継手との相対的な回転が可能になる。つまり、従
来必要であったスライダと回転ジョイントとが不要にな
り、部品点数が削減されて構成が簡単になるのである。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、第１の自在継手および第２の自在継手がユニバーサ
ルジョイントであることを特徴とする。請求項３の発明
は、請求項１または請求項２の発明において、ねじがア
クチュエータにより回転駆動されるものである。請求項
４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、
ナットがアクチュエータにより回転駆動されるものであ
る。

【０００９】請求項２ないし請求項４は望ましい実施態
様である。請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４
の発明において、ナットが合成樹脂製であって、ナット
の温度を検出する温度センサを備え、制御手段がナット
の材料特性に応じて設定されている閾値と温度センサに
よる検出温度とを比較し検出温度が閾値に達すると検出
温度を低減させるようにアクチュエータを制御するもの
である。この構成によれば、ナットを合成樹脂製とした
ことによって金属製のナットを用いる場合に比較して騒
音が低減される。ただし、合成樹脂製のナットではねじ
との摩擦熱で高温になったときに変形ないし破損するお
それがあるから、温度センサを用いてナットの温度を管
理しているのである。これにより、ナットの変形や破損
を防止しながらも騒音の低減を図ることができる。

【００１０】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、検出温度が閾値に達したときに制御手段によりアク
チュエータを減速させるように制御するのである。この
構成によれば、ナットの温度が上昇したときに、アクチ
ュエータを減速させることによって摩擦熱の発生を抑制
するのであり、エンドエフェクタの動きは遅くなるが所
望の位置および姿勢の制御は可能である。

【００１１】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、ねじは往復駆動され、検出温度が閾値に達したとき
にねじの往復駆動の振幅を減少させるようにアクチュエ
ータを制御するのである。この構成によれば、ナットの
温度が上昇したときに、アクチュエータの駆動によるね
じの往復駆動の振幅を低減することによって摩擦熱の発
生を抑制するのであり、エンドエフェクタの位置および
姿勢は変化するが往復駆動の周期は保つことができる。

【００１２】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、各脚にそれぞれ設けられ第１の自在
継手と第２の自在継手との相対的な角度差を検出する角
度差センサと、角度差センサにより検出された角度差に
基づいてねじのピッチに応じた長さを求め、求めた長さ
分だけ指令値に対して各脚の長さを補正するようにアク
チュエータを駆動する補正手段とを付加している。すな
わち、請求項１ないし請求項４に記載の構成では、第１
の自在継手と第２の自在継手との回転が脚の伸縮とは独
立していないものであるから、指令値のみによって脚の
長さを決定すると、第１の自在継手と第２の自在継手と
の相対的な回転に伴う長さ変化によってエンドエフェク
タの位置および姿勢が指令値からずれることになる。そ
こで、請求項８の発明では、第１の自在継手と第２の自
在継手との相対的な角度差を検出し、検出した角度差に
基づいて脚の長さを補正しているのである。この構成に
よって、エンドエフェクタの位置および姿勢を精度よく
制御することができる。

【００１３】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、各脚にそれぞれ設けられ各脚の長さ
を検出する長さセンサと、長さセンサにより検出された
長さ分だけ指令値に対して各脚の長さを補正するように
アクチュエータを駆動する補正手段とを付加している。
この構成では、各脚の長さを実測することによって、指
令値により求められる脚の長さを補正するから、エンド
エフェクタの位置および姿勢を精度よく制御することが
できる。

【００１４】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、エンドエフェクタの位置および姿勢を検出するセ
ンサを備え、制御手段ではセンサにより検出されたエン
ドエフェクタの位置および姿勢が指令値に一致するよう
にアクチュエータをフィードバック制御するのである。
この構成によれば、エンドエフェクタの位置および姿勢
をセンサで検出しているから、指令値との差を容易に知
ることができ、エンドエフェクタの位置および姿勢をフ
ィードバック制御することによってエンドエフェクタの
位置および姿勢を精度よく制御することができる。

【００１５】請求項１１の発明は、請求項２の発明にお
いて、エンドエフェクタの異なる３箇所にユニバーサル
ジョイントを介して結合される３本の脚にそれぞれ脚の
長さを検出する長さセンサを設け、この３本の脚のうち
の２本にベースとの間のユニバーサルジョイントに設け
た２本の軸の回転角度を検出する角度センサを設け、制
御手段では長さセンサと角度センサとの出力に基づいて
検出されるエンドエフェクタの位置および姿勢を指令値
に一致させるようにフィードバック制御するのである。

【００１６】請求項１２の発明は、請求項１０の発明に
おいて、上記センサがエンドエフェクタの異なる３箇所
に設定したマークの３次元位置を検出する３次元位置セ
ンサであることを特徴とする。請求項１３の発明は、請
求項１０の発明において、上記センサがエンドエフェク
タの姿勢を検出するようにエンドエフェクタに取り付け
たジャイロセンサと、１本の脚における長さを検出する
長さセンサと、その脚とベースとの間のユニバーサルジ
ョイントに設けた２本の軸の回転角度を検出する角度セ
ンサとから成ることを特徴とするものである。

【００１７】請求項１１ないし請求項１３の発明は、エ
ンドエフェクタの位置および姿勢を検出するための具体
的構成である。とくに、請求項１３の発明の構成によれ
ば、センサが４個であって比較的少なく、また、センサ
による検出値の処理も比較的簡単である。請求項１４の
発明は、請求項１ないし請求項４記載のパラレルリンク
ロボットにおける各脚の長さを制御するにあたって、エ
ンドエフェクタの位置および姿勢を指示する指令値に基
づいて各脚ごとのねじとナットとの相対的な角度差を演
算により求め、上記角度差に基づいてねじのピッチに応
じた長さを求め、指令値に基づいて求めた各脚の長さを
上記角度差に基づいて求めた長さ分だけ補正した長さに
基づいてアクチュエータを駆動するものである。この方
法によれば、指令値のみに基づいて脚の長さを正確に補
正することができる。

【００１８】請求項１５の発明は、請求項１ないし請求
項４記載のパラレルリンクロボットにおける各脚の長さ
を制御するにあたって、エンドエフェクタの姿勢を指示
する各指令値に各脚ごとのねじとナットとの相対的な角
度差を対応付ける関係をあらかじめ求めておき、指令値
が与えられたときに上記関係を用いて上記角度差を求
め、上記角度差に基づいてねじのピッチに応じた長さを
求め、指令値に基づいて求めた各脚の長さを上記角度差
に基づいて求めた長さ分だけ補正した長さに基づいてア
クチュエータを駆動するものである。この方法によれ
ば、請求項１４の方法に比較するとエンドエフェクタの
位置や姿勢の制御精度は低いが、複雑な演算を必要とし
ないから高速な処理が可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１（ａ）に示すように、ベース２１と
エンドエフェクタ２２とを６本の脚２３を介して結合す
る点は本実施形態のものも従来例のものと同様である
が、ベース２１とエンドエフェクタ２２との間にスライ
ダ６１および回転ジョイント６２を用いていない点で相
違する。

【００２０】すなわち、図１（ｂ）に示すように、脚２
３を、アクチュエータとしてのモータ２４およびねじ２
５ａを取り付けた筒状の第１脚２３ａと、ねじ２５ａに
螺合するナット２５ｂを備えた筒状の第２脚２３ｂとに
より構成してあり、さらにねじ２５ａの長手方向の中心
線上で第１脚２３ａに第１のユニバーサルジョイント２
６を介してベース２１を結合し、同様にねじ２５ａの長
手方向の中心線上で第２脚２３ｂにユニバーサルジョイ
ント２７を介してエンドエフェクタ２２を結合してあ
る。モータ２４はねじ２５ａを回動駆動させ、モータ２
４の出力軸をねじ２５ａに直結してある。ねじ２５ａは
第１脚２３ａに設けた軸受２９により軸支される。

【００２１】ところで、ナット２５ｂとして合成樹脂製
のものを用いると騒音の低減に効果のあることが知られ
ている。しかしながら、ねじ２５ａとナット２５ｂとは
高速で回転するから摩擦熱が多量に発生し、合成樹脂製
のナット２５ｂでは過熱により変形することがある。そ
こで、本実施形態では、図２に示すように、ナット２５
ｂの温度を温度センサ２８により測定し、摩擦熱により
ナット２５ｂの温度が上昇すると、ねじ２５ａの回転速
度を低減させることにより摩擦熱の発生を低減させ、結
果的に過熱によるナット２５ｂの変形を防止することが
できるようにしてある。また、エンドエフェクタ２２を
振動ないし揺動させるように駆動するときには、ねじ２
５ａを往復駆動することになるから、この場合、ナット
２５ｂの温度が上昇したときに往復駆動の振幅を低減さ
せるように制御してもよい。

【００２２】つまり、図３に示すように、モータ２４を
駆動するための指令値を与える制御装置４に対して温度
センサ２８により検出した検出温度を与え、制御装置４
は検出温度に基づいて駆動部４８を介してモータ２４の
回転速度ないし往復動の振幅を制御するのである。制御
手順をまとめると図４に示すようになる。つまり、ナッ
ト２５ｂを形成する合成樹脂の物性に応じて温度センサ
２８による検出温度に閾値を設定しておき（Ｓ１）、駆
動を開始した後に（Ｓ２）、温度センサ２８による検出
温度をサンプリングする（Ｓ３）。検出温度が閾値を越
えたときには（Ｓ４）、モータ２４を段階的に減速し
（Ｓ５）、測定温度が閾値以下になるまでモータ２４の
減速を繰り返す。つまり、モータ２４の駆動速度を定め
られた１段階分減速してナット２５ｂの温度を測定し、
所定時間（ナット２５ｂの周辺部材の熱容量により決ま
る）内にナット２５ｂの温度が低下しなければ、さらに
１段階減速するのである。このようにして減速を続けた
ときにモータ２４の回転速度が所定値以下になればモー
タ２４を停止させる（Ｓ６）。また、ナット２５ｂの温
度が閾値よりも下がれば、モータ２４の駆動速度を元に
戻す。なお、ステップＳ５の減速に代えて往復駆動の振
幅を変化させてもよい。往復駆動は制御装置４において
指令値の時間変化によって指示されるものであり、した
がって、指令値に適宜の倍率を乗算することによって往
復駆動の振幅を変化させることが可能である。

【００２３】ところで、上述した構成では、モータ２４
の回動に伴ってねじ２５ａが回動すると、ナット２５ｂ
がねじ２５ａの長手方向に移動するから、ナット２５ｂ
に結合された第２脚２３ｂが直進移動することになる。
また、第２脚２３ｂはねじ２５ａに対して回動自在であ
るから、ねじ２５ａとナット２５ｂとの螺合部分が従来
構成に用いられていた回転ジョイント６２と同様に機能
することになる。

【００２４】ただし、従来構成ではスライダ６１による
脚２３の直動と回転ジョイント６２による回動との機能
が分離されていたのに対して、上述の構成ではねじ２５
ａとナット２５ｂとの螺合部分が直動と回転とに兼用さ
れているから、ねじ２５ａとナット２５ｂとが相対的に
回動したときに、脚２３の長さが変化することになる。
つまり、ベース２１に対するエンドエフェクタ２２の位
置（６自由度であるから位置を示すパラメータも６個あ
る）を従来構成と同じに設定したときに、従来構成にお
ける各脚２３の長さの制御量に対して本実施形態の脚２
３の長さには補正が必要である。

【００２５】そこで、本実施形態では脚２３の長さを以
下のように制御する。補正量の求め方および補正の仕方
を説明する前に座標系について定義する。この種のパラ
レルリンクロボットの脚２３の長さ（ユニバーサルジョ
イント２６，２７を含む長さ）とエンドエフェクタ２２
の位置（座標系の各軸方向の移動量および各軸回りの回
転量）との関係を考えるときには、図５に示すように、
ベース２１の中心を原点としてベース２１の表面に直交
する方向をｚ_bとするベース座標系Ｏ_b−ｘ_bｙ_bｚ_b
と、エンドエフェクタ２２の中心を原点としてエンドエ
フェクタ２２の表面に直交する方向をＺ_eとするエンド
エフェクタ座標系Ｏ_e−ｘ_eｙ_eｚ_eとを設定する。な
お、以下では座標系の各軸方向の移動量を位置と呼び、
各軸回りの回転量を姿勢と呼ぶことにする。つまり、ベ
ース座標系において、エンドエフェクタ座標系の原点の
位置ベクトルが位置であり、エンドエフェクタ座標系の
各軸の傾きが姿勢ということになる。

【００２６】エンドエフェクタ２２の位置が与えられた
ときに脚２３の長さを求める逆キネマティクス計算は、
日本ロボット学会パラレルメカニズム研究専門委員会報
告書（平成５年１０月）ｐ．８５〜９８などの文献によ
り示されており、ベース座標系におけるｘ_b方向を前後
方向、ｙ_b方向を左右方向、ｚ_b方向を上下方向とすれ
ば、エンドエフェクタ２２の位置（Ｐ_X，Ｐ_Y，Ｐ_Z）
は、ベース座標系におけるエンドエフェクタ座標系の原
点Ｏ_eの位置ベクトルＰ_orgであるから、数１のように
なる。

【００２７】

【数１】

【００２８】また、ｘ_b軸回りの回動であるロールをθ
_X、ｙ_b軸回りの回動であるピッチをθ_Y、ｚ_b軸回り
の回動であるヨーをθ_Zとおけば、各軸回りでの回転変
換をそれぞれ表す行列Ｒ_X（θ_X），Ｒ_Y（θ_Y），Ｒ
_Z（θ_Z）の積を用いることにより、エンドエフェクタ
座標系で表されたベクトルをベース座標系を基準とする
ベクトルに回転変換することができる。つまり、行列Ｒ
_X（θ_X），Ｒ_Y（θ_Y），Ｒ_Z（θ_Z）の積である回
転行列Ｒは、エンドエフェクタ座標系のベース座標系に
対する姿勢を示すのであって、この回転行列Ｒは数２の
ような関係になる。

【００２９】

【数２】

【００３０】位置ベクトルＰ_orgと回転行列Ｒとを用い
れば、エンドエフェクタ座標系で表された位置ベクトル
の成分をベース座標系の位置ベクトルの成分に変換する
ことができる。つまり、図３における位置ベクトルＰ
_oei（ｉ＝１〜６であり、各脚２３を意味する）は、Ｐ_oei＝Ｐ_org＋Ｒ×Ｐ_ei と表すことができる。ここに、位置ベクトルＰ_eiは、エ
ンドエフェクタ２２に対する脚２３（ユニバーサルジョ
イント２７）の結合点Ｅ_i（Ｐ_eiX，Ｐ_eiY，Ｐ_eiZ）
を示し、エンドエフェクタ座標系で数３のように表され
る。

【００３１】

【数３】

【００３２】同様にして、ベース２１に対する脚２３
（ユニバーサルジョイント２６）の結合点Ｂ
_i（Ｐ_biX，Ｐ_biY，Ｐ_biZ）はベース座標系において
数４に示す位置ベクトルＰ_biで示される。

【００３３】

【数４】

【００３４】上述のように、位置ベクトルＰ_orgと回転
行列Ｒと位置ベクトルＰ_biと位置ベクトルＰ_eiとがわか
れば、ベース２１およびエンドエフェクタ２２と脚２３
との各結合点Ｂ_i，Ｅ_i間を結ぶベクトルＰ_liは、Ｐ_li＝Ｐ_oei−Ｐ_bi＝Ｐ_org＋Ｒ×Ｐ_ei−Ｐ_bi という関係になる。脚の長さｌ_iは、上記ベクトルＰ_li
の大きさであり、脚の向きは上記ベクトルＰ_liの単位ベ
クトルＺ_iで表すことができる。つまり、ｌ_i＝｜Ｐ_li｜、Ｚ_i＝Ｐ_li／ｌ_i になる。位置ベクトルＰ_bi，Ｐ_eiは既知であり、エンド
エフェクタ２２の位置および姿勢を指示することによっ
て、位置ベクトルＰ_orgと回転行列Ｒとが決定されるか
ら、上述の演算によって脚の長さｌ_i、つまり脚２３の
長さを求めることができる。制御装置４では、エンドエ
フェクタ２２の位置および姿勢を指定する指令値が与え
られると、上述のような逆キネマティクス計算を行な
い、脚２３の長さを求めてモータ２４を駆動する。

【００３５】なお、これらの演算は制御手段および補正
手段に兼用される後述の制御装置４により行なわれる。
ここまで説明した手順は従来より採用されているもので
あるが、本実施形態では、上述のように、エンドエフェ
クタ２２の移動によって２個のユニバーサルジョイント
２６，２７が相対的に回転し、その回転に伴って脚２３
の長さに変化が生じるから、上述のようにして求めた脚
２３の長さを補正する必要がある。そこで、脚２３の長
さの補正量を以下のようにして算出し、算出した補正量
を上述のようにして求めた脚２３の長さに対して加算な
いし減算することによって、脚２３の長さを補正するの
である。

【００３６】いま、１本の脚２３に着目し、この脚２３
について図６に示すように、ベース２１とユニバーサル
ジョイント２６との結合点Ｂ₁を原点とするベース側座
標系Ｂ₁を設定するとともに、エンドエフェクタ２２と
ユニバーサルジョイント２７との結合点Ｅ₁を原点とす
るエンドエフェクタ側座標系Ｅ₁を設定する。ベース側
座標系Ｂ₁で脚伸縮方向の単位ベクトルＺ_B1を表すと、
数５のようになる。

【００３７】

【数５】

【００３８】また、ユニバーサルジョイント２６が各軸
の回りにそれぞれθ₀，θ₁だけ回転したときの、第１
脚２３ａ側の点αに関する回転行列α₀₁は、数６で表さ
れる。

【００３９】

【数６】

【００４０】ここにおいて、回転行列α₀₁のＺ軸成分は
脚２３の伸縮方向のベクトルＺ_B1であるから、Ｘ_b＝Ｓθ₁ Ｙ_b＝−Ｓθ₀Ｃθ₁ Ｚ_b＝Ｃθ₀Ｃθ₁ になる。これらの関係式に基づいて、Ｓθ₀，Ｃθ₀，
Ｃθ₁をＸ_b，Ｙ_b，Ｚ_bを用いて表すと、数７のよう
になる。

【００４１】

【数７】

【００４２】すなわち、回転行列α₀₁は、数８のように
表される。

【００４３】

【数８】

【００４４】一方、エンドエフェクタ側座標系Ｅ₁にお
ける脚２３の長手方向のベクトルＺ_E1は、数９のように
表される。

【００４５】

【数９】

【００４６】第２脚２３ｂ側の点βについて点αと同様
に回転行列β₀₁を求めると、数１０のようになる。

【００４７】

【数１０】

【００４８】点αは第１脚２３ａ側にあり点βは第２脚
２３ｂ側にあるから、点αと点βとのベクトルを回転行
列α₀₁，β₀₁をベース座標系に変換し、Ｚ方向に直交す
る平面内での回転角度を求める。具体的には、次式のよ
うに、Ｙ方向ベクトル（またはＸ方向ベクトル）Ｙα，
Ｙβの内積によって角度差φを求めることができる。 cosφ＝Ｙα・Ｙβ ただし、ベクトルＹα，Ｙβは単位ベクトルである。

【００４９】以上のようにして、各脚２３が指令値に基
づいて制御された場合のベース側座標系Ｂ₁に対するエ
ンドエフェクタ側座標系Ｅ₁の角度差φを求めることが
できる。ここで、エンドエフェクタ側座標系Ｅ₁がベー
ス側座標系Ｂ₁に対して時計回りであるときには、脚２
３が所望値よりも短縮されることになるから、指令値に
より求められた脚２３の長さＬ₁に対して角度差φに相
当する長さ分（ねじ２５ａのピッチにより決まる）を補
正量Ｌ（φ）として加算する。つまり、元の指令値を補
正した指令値Ａ₁として、Ａ₁＝Ｌ₁＋Ｌ（φ）を採用する。同様に、エンドエフェクタ側座標系Ｅ₁が
ベース側座標系Ｂ₁に対して反時計回りであるときに
は、脚２３が所望値よりも伸長されることになるから、
指令値により決まる脚の長さＬ₁から補正量Ｌ（φ）を
減算し、補正後の指令値Ａ₁として、Ａ₁＝Ｌ₁−Ｌ（φ）を採用する。

【００５０】以上説明したように、ねじ２５ａとナット
２５ｂとの回転によって脚の伸縮量に補正が必要になる
が、上述のような演算を行なって指令値を補正すること
により、エンドエフェクタ２２の位置および姿勢を精度
よく制御することが可能になるのである。（実施形態２）本実施形態では、図７に示すように、脚
２３を伸縮させるためにねじ２５ａではなくナット２５
ｂをモータ２４により回動させる構成としてある。つま
り、ねじ２５ａの一端部にユニバーサルジョイント２６
を結合し、ユニバーサルジョイント２７に結合された筒
状の第２脚２３ｂ内にプーリ３０を軸受２９により軸支
し、このプーリ３０に固着したナット２５ｂにねじ２５
ａを螺合させてある。また、プーリ３０にベルト３１を
介してモータ２４の回転力を伝達するようにしてある。

【００５１】この構成ではモータ２４の回転に伴ってナ
ット２５ｂが回転するとねじ２５ａが第２脚２３ｂに対
して進退し脚２３の長さが変化する。また、実施形態１
と同様に、ねじ２５ａとナット２５ｂとの螺合部分が従
来構成における回転ジョイント６２の機能を兼ねること
になる。（実施形態３）実施形態１では、エンドエフェクタ２２
の位置および姿勢に関する指令値のすべてのパラメータ
を用いて脚２３の長さの補正量を求めたが、パラメータ
が多いものであるから演算が複雑になっている。そこ
で、本実施形態では簡易な演算ながら比較的高い精度で
補正量を求める例を示す。

【００５２】上述した実施形態から明らかなように、各
脚２３について脚２３の長手方向の回りでのベース側座
標系Ｂ₁とエンドエフェクタ側座標系Ｅ₁との角度差φ
を求めることができれば、脚２３の長さに関する補正量
Ｌ（φ）を得ることができる。そこで、本実施形態で
は、角度差φを求めるために指令値のうちロールθ_X、
ピッチθ_Y、ヨーθ_Zに着目し、（θ_X，θ_Y，θ_Z）
と角度差φとの関係を求めるのである。実際には、各脚
２３について、ロールθ_X、ピッチθ_Y、ヨーθ_Zのそ
れぞれの指令値ごとにねじ２５ａとナット２５ｂとの角
度変化φ_Xi，φ_Yi，φ_Zi（ｉは各脚を意味し、ｉ＝１〜
６である）の関係を求めておく。この関係は、複数点に
ついてテーブル化しておきテーブルにない値については
補間演算を行なって角度変化φ_Xi，φ_Yi，φ_Ziを求め
る。あるいは、上記関係を近似するような適宜の曲面を
回帰演算等によって求め、この曲面を表す関数を用いて
角度変化φ_Xi，φ_Yi，φ_Ziを演算する。

【００５３】後者のように関数を設定した場合には、エ
ンドエフェクタ２２の指令値であるロールθ_X、ピッチ
θ_Y、ヨーθ_Zから以下の手順で角度差φを求めること
になる。いま、各関数を φ_Xi＝ｆ_Xi（θ_X） φ_Yi＝ｆ_Yi（θ_Y） φ_Zi＝ｆ_Zi（θ_Z）とおけば、指令値が（θ_X，θ_Y，θ_Z）の組み合わせ
であるときには、一つの脚に関する角度差φ_iは、 φ_i＝φ_Xi＋φ_Yi＋φ_Zi＝ｆ_Xi（θ_X）＋ｆ_Yi（θ_Y）
＋ｆ_Zi（θ_Z）になる。角度差φ_iを求めた後の処理は実施形態１と同
様であって、脚２３の長さに関する補正量Ｌ（φ_i）を
求め、指令値から逆キネマティクス計算により求めた脚
２３の長さＬ₁に対して補正量Ｌ（φ_i）を加減算し、
補正後の指令値Ａ₁を求めればよい。すなわち、Ａ₁＝Ｌ₁±Ｌ（φ_i）を実際の指令値として与える。

【００５４】このように、指令値であるロールθ_X、ピ
ッチθ_Y、ヨーθ_Zに対して角度変化φ_Xi，φ_Yi，φ_Zi
を関数化ないしテーブル化して対応付けているから、指
令値に基づいて各脚の長さの補正量Ｌ（φ_i）をただち
に求めることができるのであって、指令値ごとに実施形
態１のような複雑な演算を繰り返す場合に比較して演算
量を大幅に低減することができ、結果的に高速な処理が
可能になる。

【００５５】（実施形態４）上述の各実施形態では、指
令値に基づいて脚２３の長さの補正量を求めるものであ
ったが、本実施形態では、図８に示すように、ユニバー
サルジョイント２６とベース２１との結合点と、ユニバ
ーサルジョイント２７とエンドエフェクタ２２との結合
点との角度差φ_iを角度差センサ３２を用いて測定し、
角度差センサ３２での測定結果に基づいて補正量を求め
ている。

【００５６】すなわち、実施形態１に示した脚２３であ
れば、図８（ａ）のように、第２脚２３ｂからねじ２５
ａに沿って第１脚２３ａ側に延長したポール３３を設
け、ねじ２５ａの周方向におけるポール３３の位置を検
出することができる角度差センサ３２を第１脚２３ａに
設けているのである。この種の角度差センサ３２として
は、ポール３３の移動量を検出する差動トランスや、ポ
ール３３との距離を検出する近接センサなどを用いるこ
とができる。エンドエフェクタ２２を駆動したときに第
１脚２３ａに対する第２脚２３ｂの回転が角度差センサ
３２によって検出されたときには、角度差センサ３２の
出力値に基づいてその回転角度（つまり角度差φ_i）を
求め、求めた角度差φ_iから脚２３の長さの補正量Ｌ
（φ_i）を求めるのである。ここで、上述した実施形態
では指令値を与えた時点で補正量を発生させることがで
きるが、本実施形態では指令値に対する応答に対して補
正量を求めることになる。ただし、本実施形態では角度
差φ_iを求める演算が実質的に不要であるから、脚２３
の長さの補正を迅速に行なうことができる。なお、角度
差センサ３２およびポール３３はすべての脚２３に設け
る。

【００５７】図８（ａ）には実施形態１の脚２３を例示
したが、図８（ｂ）のように、実施形態２の脚２３にも
同様の構成を適用することが可能である。この場合、第
２脚２３ｂにポール３３を設け、角度差センサ３２をユ
ニバーサルジョイント２６に固定する。（実施形態５）本実施形態は、図９に示すように、脚２
３の長さを検出する長さセンサとしての距離センサ３４
を設けたものである。距離センサ３４は、実施形態１に
示した脚２３であれば、図９（ａ）のように第１脚２３
ａに設け、第２脚２３ｂの所定箇所までの距離を求める
ことになる。この種の距離センサ３４としては、半導体
レーザのような光ビームを照射する光源と、光ビームに
よって対象物の表面に形成される光スポットをレンズを
通して結像させた受光スポットの位置を検出するＰＳＤ
のような位置検出素子とを備えるものが知られている。
つまり、対象物までの距離が変化すれば、位置検出素子
の受光面の上での受光スポットの位置が変化するから、
位置検出素子の出力に基づいて受光スポットの位置を検
出し、三角測量法の原理を適用して対象物までの距離を
求めるものである。

【００５８】この種の距離センサ３４を用いると、脚２
３の長さの変化を直接検出することができるから、指令
値により与えた脚２３の長さと距離センサ３４により検
出した脚２３の長さとの誤差をただちに求めることがで
き、この誤差を減少させる向きに脚２３の長さを調節す
れば、エンドエフェクタ２２の位置および姿勢を補正す
ることができる。つまり、指令値による脚２３の長さを
ｌ_iとし、距離センサ３４により測定した脚２３の長さ
をｌ_rとすると、誤差Δｌは、 Δｌ＝ｌ_i−ｌ_r であって、エンドエフェクタ２２の位置および姿勢を制
御するための補正後の指令値Ａ_iは、Ａ_i＝ｌ_i＋Δｌになる。

【００５９】図９（ａ）には実施形態１の脚２３を例示
したが、図９（ｂ）のように、実施形態２の脚２３にも
同様の構成を適用することが可能である。つまり、ユニ
バーサルジョイント２６にセンサ２３を固定する。な
お、距離センサ３４は、上述のものに限定されるもので
はなく、他の周知の距離センサを用いることが可能であ
る。たとえば非接触形のものとしては超音波を用いるも
のが知られており、超音波を送波しその反射波を受波す
るまでの時間を計測することにより距離を求めるものも
用いることが可能である。あるいはまた、ダイヤルゲー
ジ型の接触式センサであって、触針に連動するリニアエ
ンコーダを内蔵することにより触針の進退量をデジタル
値として出力することができるいわゆるデジタルゲージ
を距離センサ３４に用いることも可能である。この場
合、デジタルゲージの本体を第１脚２３ａないしユニバ
ーサルジョイント２６と第２脚２３ｂとの一方に取り付
け、他方に触針を当接させればよい。

【００６０】（実施形態６）上述した各実施形態は脚２
３の長さを求めるものであったが、本実施形態はエンド
エフェクタ２２の位置および姿勢を検出し、検出値を指
令値に近付けるようにフィードバック制御するものであ
る。エンドエフェクタ２２の位置および姿勢を検出する
センサとしては、図１０に示すように脚２３の長さを測
定するための距離センサ３４と、ベース２１に対する脚
２３の傾きを検出する角度センサ３５ａ，３５ｂとを用
いる。距離センサ３４は６本の脚のうちの３本に設けら
れ、また、角度センサ３５ａ，３５ｂは距離センサ３４
を設けた３本の脚のうちの２本に設けられる。距離セン
サ３４を設ける３本の脚はエンドエフェクタ２２との結
合点が互いに異なる３本を選択する。角度センサ３５
ａ，３５ｂは、ユニバーサルジョイント２６の２本の軸
回りの回転角度をそれぞれ検出するものであり、１つの
ユニバーサルジョイント２６に対して２個設けられ、合
計４個の角度センサ３５ａ，３５ｂが設けられる。距離
センサ３４は実施形態５と同様のものを用いることがで
き、角度センサ３５ａ，３５ｂにはロータリエンコーダ
を用いる。距離センサ３４および角度センサ３５ａ，３
５ｂにより得られるデータを総合すればエンドエフェク
タ２２の位置および姿勢を知ることができる。

【００６１】上述のようにして得られたエンドエフェク
タ２２の位置および姿勢の検出値は、図１１に示すよう
に、指令値とともに制御装置４の演算部４０に入力さ
れ、検出値が指令値に近付くように制御量が求められ
る。制御量は各脚２３の長さで与えられ、アクチュエー
タ制御部４７において各モータ２４の回転量が求めら
れ、この回転量に従って駆動部４８を介してモータ２４
が駆動される。このようなフィードバック制御を行なう
ことによって、エンドエフェクタ２２の位置および姿勢
は指令値に一致するように制御されることになる。つま
り、ユニバーサルジョイント２６，２７の相対的な回転
に伴う脚２３の長さの変化にかかわりなく、エンドエフ
ェクタ２２を指令値に一致させるように制御することが
できる。

【００６２】演算部４０において脚２３の長さを求める
演算は、実際には一定時間毎に行なわれるものであっ
て、以下のような演算を行なうことによって、時刻ｔに
おける指令値および検出値と次の時刻（ｔ＋１）におけ
る指令値とに基づいて次の時刻（ｔ＋１）における制御
量を求めることになる。いま、時刻ｔにおける指令値がＰ_t＝（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t，θ_xt，θ_yt，θ_zt）時刻（ｔ＋１）における指令値がＰ_(t+1)＝（ｘ_(t+1)，ｙ_(t+1)，ｚ_{(t+ 1)}，
θ_x(t+1)，θ_y(t+1)，θ_z(t+1)）であるものとし、時刻ｔにおける検出値がＲ_t＝（ｘ_Rt，ｙ_Rt，ｚ_Rt，θ_xRt，θ_yRt，θ_zRt）であるものとする。このとき、時刻（ｔ＋１）のエンド
エフェクタ２２の位置および姿勢Ｅ_(t+1)＝（ｘ_E(t+1)，ｙ_E(t+1)，ｚ_{E(t+ 1)}，θ
_xE(t+1)，θ_yE(t+1)，θ_zE(t+1)）は数１１のようになる。

【００６３】

【数１１】

【００６４】数１１に示す関係で求めた時刻（ｔ＋１）
の位置および姿勢に基づいて逆キネマティクス計算を行
ない、時刻（ｔ＋１）における各脚２３の長さを決定す
るのである。このような処理を繰り返すことによって、
エンドエフェクタ２２の位置および姿勢を指令値に一致
させることが可能になる。（実施形態７）本実施形態は、実施形態６と同様にエン
ドエフェクタ２２の位置および姿勢を検出してフィード
バック制御するものであるが、エンドエフェクタ２２の
位置および姿勢を検出するセンサとしては、図１２に示
すように、２台のイメージセンサ３６ａ，３６ｂを備え
る３次元位置センサを用いる。イメージセンサ３６ａ，
３６ｂは、ＴＶカメラを用いることができ、ＣＣＤ撮像
素子のような撮像素子と撮像素子の受光面に対象物の像
を結像させる光学系とを備える。このようなイメージセ
ンサ３６ａ，３６ｂをベース２１の定位置に配置し、エ
ンドエフェクタ２２の上の異なる３箇所に設けたマーク
３７を各イメージセンサ３６ａ，３６ｂでそれぞれ撮像
する。また、各イメージセンサ３６ａ，３６ｂの光軸は
平行に設定してある。

【００６５】このようにして両イメージセンサ３６ａ，
３６ｂで得られた同じマーク３７の像を比較すれば、両
イメージセンサ３６ａ、３６ｂの位置関係とマーク３７
の像の位置とに基づいてベース２１に設定した座標系に
おけるマーク３７の３次元の位置を知ることができる。
この種の３次元位置センサは周知のものである。上述の
ようにして、２台のイメージセンサ３６ａ，３６ｂを用
いた３次元位置センサによりエンドエフェクタ２２の３
箇所の位置を検出するから、３次元位置センサで得られ
た情報に基づいてエンドエフェクタ２２の位置および姿
勢を知ることができる。

【００６６】ここにおいて、２台のイメージセンサ３６
ａ，３６ｂでは３個のマーク３７をそれぞれ対応付ける
（つまり、同じマーク３７同士かどうかを識別する）必
要があるが、本実施形態の目的では各イメージセンサ３
６ａ，３６ｂの受光面での各マーク３７の移動範囲はほ
ぼ決まっているから、イメージセンサ３６ａ，３６ｂの
受光面の領域ごとにマーク３７を対応付けるようにすれ
ばよい。また、場合によっては各マーク３７を異なる色
に設定しておき、イメージセンサ３６ａ，３６ｂとして
カラー画像を撮像可能なものを用いて、色別にマーク３
７を識別するようにしてもよい。他の構成および動作は
実施形態６と同様である。

【００６７】（実施形態８）本実施形態は、図１３に示
すように、エンドエフェクタ２２の姿勢（ロール、ピッ
チ、ヨー）を検出するセンサとしてジャイロセンサ３８
を用いている。ジャイロセンサ３８は、ジャイロを内蔵
しジャイロに対するエンドエフェクタ２２の傾斜角度を
検出するものである。また、エンドエフェクタ２２の位
置を検出するセンサとしては、図１０に示した実施形態
６と同様に、脚２３に取り付けた距離センサ３４と角度
センサ３５ａ，３５ｂとを用いる。ただし、距離センサ
３４および角度センサ３５ａ，３５ｂは１本の脚２３に
のみ設ける。つまり、４個のセンサによってエンドエフ
ェクタ２２の位置および姿勢を検出するものであり、セ
ンサの個数を少なくすることができる。また、実施形態
７のような画像処理を伴わないからセンサの出力処理も
簡単である。他の構成および動作は実施形態６と同様で
ある。

【００６８】（応用例１）上述したパラレルリンクロボ
ット２の応用例として、運動機能賦活装置を例示する。
この装置は、図１４に示すように、鞍形の座席１１を有
する馬形の乗り物１を備え、この乗り物１を駆動手段と
してのパラレルリンクロボット２により移動させるよう
に構成されている。また、乗り物１の前方には表示手段
として大型のディスプレイ装置３が配置される。パラレ
ルリンクロボット２の動作制御およびディスプレイ装置
３の表示制御は後述する制御手段である制御装置４によ
り行なわれる。

【００６９】ディスプレイ装置３は、３管投影式のテレ
ビジョンモニタを用いている。画面の大きさおよび乗り
物１からの距離は、乗り物１に乗った被訓練者がディス
プレイ装置３に表示された画面の内容を現実の空間に近
い感覚で認識できる程度に設計される。つまり、後述す
るようにディスプレイ装置３には主として地上の風景が
表示されるのであり、その風景が現実的な大きさで認識
できる程度に、ディスプレイ装置３の画面の大きさや、
ディスプレイ装置３と乗り物１との距離が設定されるの
である。このことにより、乗り物１に乗った被訓練者は
ディスプレイ装置３の画面に表示された画像による臨場
感を得ることができる。なお、ディスプレイ装置３の画
面に表示する画像は、実写のほかアニメーション（手描
きやコンピュータグラフィックスによる）でもよい。

【００７０】以下の説明を容易にするために、乗り物１
を中心とする座標系を導入する。すなわち、乗り物１の
前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向を
Ｚ軸方向とし、原点をパラレルリンクロボット２のベー
ス２１の中心とする右手系の直交座標系を設定する。ま
た、ディスプレイ装置３の画面はＹＺ平面に平行である
ものとする。しかして、パラレルリンクロボット２のエ
ンドエフェクタ２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向
の３方向に平行移動が可能であるとともに、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の各軸回りに回転移動が可能であることにな
る。Ｘ軸回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッ
チ、Ｚ軸回りの回転をヨーと呼ぶ。この座標系は上述し
たパラレルリンクロボット２におけるベース座標系に相
当する。

【００７１】制御装置４はコンピュータ装置を用いて構
成されたものであり、図１５に示すように、ディスプレ
イ装置３の画面に表示する画像情報を格納した媒体４１
の読出装置４２を制御する。この種の媒体４１としては
ビデオテープを用いてもよいが、ランダムアクセスが可
能なものを用いることが望ましい。つまり、映像情報は
現状の技術では、ビデオＣＤ、レーザディスク、ＣＤ−
ＲＯＭ、ハードディスクから選択される媒体４１を用い
て記録される。また、近く実用化されるＤＶＤ（デジタ
ルビデオディスク）を用いることも可能と考えられる。

【００７２】制御装置４は、キーボードやマウスなどか
らなるデータ入力部４３によりメモリよりなるデータ記
憶部４４にあらかじめ書き込まれた制御情報と、上述し
た媒体４１に映像情報とともに書き込んである進路情報
とに基づいてパラレルリンクロボット２を制御する。デ
ータ入力部４３としては、馬の適宜箇所にマークを取り
付けるとともにマークの位置を撮像した画像を解析する
ものを用いてもよい。進路情報は、ディスプレイ装置３
に表示される進路（道の場合が多いが、必ずしも道では
なくてもよい）におけるＹ軸回りの傾き（つまり上り坂
や下り坂の角度）、Ｚ軸回りの角度変化（つまり進路の
左右の曲がり角度）に関する情報であって、制御情報に
よってパラレルリンクロボットの基本的な動作を決める
とともに、進路情報によって制御情報を補正することに
よってディスプレイ装置３の画面に表示される画像と乗
り物１の動作による体感とをほぼ一致させることができ
るのである。ここで、進路情報にはＸ軸回りの傾き（つ
まり進路の左右の傾斜の角度）を含んでいないが、一般
的な道ではこの情報を省略しても差支えがないからであ
り、この情報を省略することで進路情報の作成作業が軽
減されることになる。ただし、より現実に近いシミュレ
ーションを行なう場合にはこの情報も含めてよい。

【００７３】上述のように、媒体４１には映像情報と進
路情報とが含まれているから、読出装置４２により読み
出した映像情報と進路情報とを分離することが必要であ
る。そこで、映像制御部４５では映像情報と進路情報と
を分離し、映像情報をディスプレイ装置３に与えて画面
に表示させるのである。また、映像制御部４５は制御情
報と進路情報とに基づいてディスプレイ装置３の画面で
の映像のコマ送りの速さ（つまり媒体４１からの映像情
報および進路情報の読出の速さ）を制御する機能も備え
る。制御情報は演算部４０において映像制御部４５で分
離された進路情報に基づいて補正され、補正結果は映像
制御部４５に返されてディスプレイ装置３に表示される
映像のコマ送りの速さが制御される。また、演算部４０
は補正結果をパラレルリンクロボット２の各脚２３の長
さに変換する演算（逆運動学計算）を行ない、次に各リ
ンクの第１の自在継手（ユニバーサルジョイント２６）
と第２の自在継手（ユニバーサルジョイント２７）との
相対的な角度変化による脚２３の長さの補正計算を行な
い、演算結果をアクチュエータ制御部４７に与える。ア
クチュエータ制御部４７では演算部４０で求めた各脚２
３の長さに応じたアクチュエータ２３ｃの動作量を求
め、この動作量に従って駆動部４８を介してアクチュエ
ータ２３ｃを駆動する。駆動部４８はアクチュエータ制
御部４７で求めた動作量に基づいてアクチュエータ２３
ｃへの通電を制御する。

【００７４】ところで、データ記憶部４４に格納される
制御情報は、表１のように、乗り物１に関して、Ｘ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i（ｉは
整数）と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転角度
（ロール、ピッチ、ヨー）θ_Xi，θ_Yi，θ_Zi（ｉは整
数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである。
この制御情報は、馬上での振動を模擬したデータであ
り、常足、速歩、駆歩（目的によっては襲歩や荒馬の動
作を含む）などにおける一連の振動パターンが格納され
ている。たとえば、常足であれば馬の４節の動きを一連
の振動パターンとし、この振動パターンを一定時間間隔
で区切るとともに、各区切りごとに上記６つ組を設定す
ることになる。

【００７５】

【表１】

【００７６】ところで、一連の振動パターンにおける最
初の６つ組と最後の６つ組とは同内容に設定してある。
また、互いに異なる振動パターンにおいても、最初の６
つ組と最後の６つ組とは同内容に設定してある。このこ
とによって、振動パターンを途中で切り換える場合で
も、一連の振動パターンの終了時点で次の一連の振動パ
ターンに移行させれば、違和感なく異なる振動パターン
に移行させることができるのである。振動パターンの選
択は、施療パターン設定部４６において行なう。施療パ
ターン設定部４６は、振動パターンの順序と繰り返しの
時間（回数でもよい）とを設定するものであり、キーボ
ードやマウスのような入力装置から入力したデータを用
いて表２のようなタイムテーブルとして記憶する。入力
装置はデータ入力部４６と共用することも可能である。

【００７７】

【表２】

【００７８】いま、施療パターン設定部４６が、振動パ
ターンとしてＡ，Ｂ，Ｃの３種類を選択し、Ａ，Ｂ，Ｃ
の順でそれぞれ継続時間を２分、５分、３分に設定して
いるものとする。この場合、乗り物１を駆動する施療パ
ターンは図１６のようになる。このように、基本的な振
動パターンの順序や継続時間を様々に組み合わせること
によって、いろいろな施療パターンを設定することがで
きる。その結果、施療パターンが単調になって被訓練者
が飽きたり、被訓練者が施療パターンを学習し慣れによ
って訓練の効果が低減したりするのを防止することがで
きる。慣れによる訓練効果の低減というのは、被訓練者
が惰性で訓練を続けることによって、意欲が減退したり
身体の応答に緊張感がなくなるという意味である。施療
パターンが単調になるのを防止するために、タイムテー
ブルにおける振動パターンの選択、振動パターンの順
序、継続時間の少なくとも一つの要素を不規則に変化さ
せるように、乱数を発生させその乱数に基づいてこれら
の要素を決定してもよい。

【００７９】乱数によって施療パターンを設定するに
は、次のような手順で処理すればよい。すなわち、施療
パターン設定部４６では乱数を発生させるとともに、デ
ータ記憶部４４に格納された振動パターンの個数分の除
数で乱数を除算する。たとえば、５種類の振動パターン
がデータ記憶部４４に格納されているとすれば、５を除
数とし乱数を被除数として除算し、その剰余を各振動パ
ターンに対応付けるのである。さらに具体的に説明すれ
ば、振動パターンがＡ〜Ｅの５種類であるとすれば、剰
余が０のときに振動パターンＡを選択し、剰余が１のと
きには振動パターンＢを選択するというようにして、適
宜個数の乱数列に振動パターンを対応付けることができ
るのである。なお、乱数を０〜４の範囲で発生させるよ
うにすれば除算は不要である。また、振動パターンだけ
ではなく、継続時間についても同様にすればよく、たと
えば２分、４分、６分、８分、１０分の５種類の継続時
間をあらかじめ用意しておき、除数を５として乱数を除
算し、剰余が０なら２分、１なら４分というように、乱
数列に合わせて継続時間を設定することができる。この
ように、適宜個数の乱数列を生成すれば、施療パターン
を容易に設定することができる。乱数列は施療パターン
設定部４６において発生させるのではなく、乱数表を用
いて人が入力してもよい。

【００８０】施療パターンにはラベルを付けて、ラベル
による施療パターンの選択を可能にしてある。ラベルと
しては、被訓練者の名前や被訓練者ごとに作成したカル
テの番号などを用いる。このように施療パターンにラベ
ル付けをしておけば、２度目からはラベルの指定のみで
被訓練者にてきした施療パターンを選択することがで
き、被訓練者に適していない誤った施療パターンを設定
する可能性が低減するのである。

【００８１】上述のようにして施療パターンが設定され
ると、パラレルリンクロボット２を制御して乗り物１を
駆動することが可能であるが、乗り物１の駆動を開始し
たときや駆動を停止したときに、その変化が急であると
被訓練者がその変化に対応することができず、乗り物１
からずれたり落ちたりすることも考えられる。そこで、
施療パターンの開始部分と終了部分とでは、徐々に加減
速するように制御するのが望ましい。このような動作を
実現するために、施療パターンには１以下の係数を乗じ
るようにし、施療パターンの開始部分と終了部分とでは
時間経過に伴って係数を変化させる。いま、施療パター
ンが図１７（ａ）に示す形であるとすれば、図１７
（ｂ）のように最初の１個の振動パターンに０から１に
向かって徐々に増加する係数を乗じ、最後の１個の振動
パターンに１から０に向かって徐々に減少する係数を乗
じるのである。施療パターンの他の部分では係数は１に
なる。施療パターンにこのような加工を施すことによっ
て、図１７（ｃ）のように開始部分と終了部分の動きが
時間経過に伴って増減するような施療パターンを得るこ
とができる。つまり、乗り物１の急激な加減速を防止す
ることができ、安全に訓練することができる。なお、施
療パターンの開始部分と終了部分との係数は、図１７
（ｂ）に実線で示すように時間経過に伴って直線的に変
化させたり、一点鎖線で示すように時間経過に伴って適
宜の曲線に沿って変化させたりすればよい。

【００８２】上述した動作は基本的な施療パターンの設
定であるが、上述したように、乗り物１の位置を制御す
るに際して、施療パターンはディスプレイ装置３に表示
される画像に対応付けて演算部４０で補正される。つま
り、媒体４１にはディスプレイ装置３に画像を表示する
ための映像情報に対応付けて進路情報が格納されてお
り、演算部４０では進路情報（Ｙ軸回りとＺ軸回りの角
度）を施療パターン（制御情報）のＹ軸回りとＺ軸回り
との各角度にそれぞれ加算することにより、制御情報を
補正するのである。

【００８３】さらに具体的に説明すると、媒体４１に格
納された進路情報は、ディスプレイ装置３に表示される
画像内での進行方向についてＹ軸回りの角度φ_YiとＺ軸
回りの角度φ_Ziとからなり、これらを施療パターンに加
算することによって乗り物１のＹ軸回りおよびＺ軸回り
の角度Θ_Yi，Θ_Ziを決定することができる。すなわち、
制御情報のうちピッチとヨーとがそれぞれθ_Yi，θ_Ziで
あるとすると、以下のような補正がなされる。 Θ_Yi＝θ_Yi＋φ_Yi Θ_Zi＝θ_Zi＋φ_Zi したがって、制御情報が表１のように設定されていると
すると、演算部４０で補正された乗り物１の位置は表３
のように表されることになる。

【００８４】

【表３】

【００８５】さらに、演算部４０では表３の各時刻のデ
ータに逆運動学計算を施すことによってパラレルリンク
ロボット２の各脚２３の長さＬ_ijに変換するのであっ
て、表４のように、一定時間間隔での６本の脚（表４で
は脚１〜６で表してある）２３の長さＬ_ijが求められ
る。

【００８６】

【表４】

【００８７】したがって、パラレルリンクロボット２の
各脚２３の長さＬ_ijを図１８のように時間とともに変化
させる経路追従制御が可能になる。なお、図１８では脚
２３の長さＬ_ijについて初期長を基準長さとして表して
ある。以上説明したように、乗り物１の基本的な振動パ
ターンをデータ記憶部４６に複数種類格納しておき、こ
れらの振動パターンを適宜に組み合わせた施療パターン
を生成するとともに、ディスプレイ装置３に表示される
画像の映像情報とともに媒体４１に格納されている進路
情報を用いて施療パターンを補正するから、ディスプレ
イ装置３に表示される画像の変化に合致するように乗り
物１を駆動する（つまり、上り下りや左右の曲がりを模
擬する）ことが可能になるのである。

【００８８】また、施療パターンは複数の振動パターン
を各種に組み合わせて生成されるから、比較的少数の振
動パターンを用いながらも複雑な施療パターンを生成す
ることができ、単調な施療パターンの繰り返しによる被
訓練者の慣れを防止することが可能である。しかも、施
療パターンは基本的な振動パターンの組み合わせである
から経済的に生成することができる。

【００８９】（応用例２）応用例１では、データ記憶部
４４に格納する制御情報（振動パターン）を一定時間間
隔の位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i・角度θ_Xi，θ_Yi，θ_Ziのデ
ータからなる６つ組としていたが、本応用例は表５に示
すように、速度Ｖ_Xi，Ｖ_Yi，Ｖ_Zi・角速度ω_Xi，ω_Yi，
ω_Ziの６つ組としてある。

【００９０】

【表５】

【００９１】パラレルリンクロボット２を駆動するに
は、位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i・角度θ_Xi，θ_Yi，θ_Ziのデ
ータを用いる必要があるから、演算部４０では、速度Ｖ
_Xi，Ｖ_Yi，Ｖ_Zi・角速度ω_Xi，ω_Yi，ω_Ziのデータに数
１２を適用して位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i・角度θ_Xi，
θ_Yi，θ_Ziのデータ形で変換するのである。このよう
に、速度Ｖ_Xi，Ｖ_Yi，Ｖ_Zi・角速度ω_Xi，ω_Yi，ω_Ziの
データを用いると、速度変化つまり加速度感の設定が容
易になる。他の構成および動作は応用例１と同様であ
る。

【００９２】

【数１２】

【００９３】（応用例３）本応用例は、表６に示すよう
に、施療パターンとして振動パターンの順序と継続時間
とのほかに、速度の情報も設定してある。表６では各振
動パターンごとに速度を設定してあるが、同じ振動パタ
ーンで速度を別に設定してもよい。表６に示した施療パ
ターンは図１９（ａ）のようになる。

【００９４】

【表６】

【００９５】施療パターンの速度情報は、演算部４０に
おいてパラレルリンクロボット２に与えるデータの時間
間隔の制御に用いられる。つまり、応用例１では一定時
間間隔でパラレルリンクロボット２を制御しているが、
本応用例では速度情報に応じて時間間隔を変化させるの
である。また、この速度情報は映像制御部４５に与えら
れることによって、ディスプレイ装置３の画面表示の送
り速度を制御する。つまり、速度が速くなれば適宜にコ
マを飛ばし、速度が遅くなれば同じコマを必要回数だけ
繰り返して表示するのである。このような制御によっ
て、ディスプレイ装置３の画面表示の送り速度が図１９
（ｂ）のように変化することになる。他の構成および動
作は応用例１と同様である。

【００９６】（応用例４）本応用例は、図２０に示すよ
うに、被訓練者の訓練状態を検出するための訓練状態検
出手段としてセンサ５１およびセンサ信号判定部５２を
付加したものである。センサ５１としては、被訓練者の
生理情報を検出する脈拍検出装置や血圧検出装置、ある
いは被訓練者の動きを検出する加速度センサ５３などを
用いることができる。

【００９７】脈拍検出装置や血圧検出装置は訓練中の生
理情報を検出する必要があるから、脈拍検出装置として
は、被訓練者の耳たぶに光電センサを取り付けて血流の
変化を検出するものや、被訓練者の胸部にベルト状の電
極を取り付けて心電を検出するものを用いる。血圧検出
装置は、指や手首に取り付ける形式のものを用いるのが
望ましい。なお、これらの生理情報は目安として検出す
ればよいから、たとえば１分毎などに生理情報を検出す
ることができるものでよい。

【００９８】一方、加速度センサ５３は、図２１に示す
ように、帽子状の装着具５４を備え、装着具５４に対し
て前後方向と左右方向との加速度を検出することができ
るものを用いる。このような加速度センサ５３を訓練中
の被訓練者に被せることによって、被訓練者の頭部の動
きを検出することが可能になる。つまり、加速度センサ
５３により検出される加速度が大きいということは、被
訓練者が乗り物１の動きに追随して身体を動かすことが
できないと判断することができる。

【００９９】しかして、センサ５１により検出される脈
拍、血圧、加速度のいずれも所定値より大きくなれば、
被訓練者の生理機能や運動機能が訓練に追随できないこ
とを意味するから、図２２に示すように、センサ５１の
種類に応じて被訓練者ごとの閾値ＴＨを設定しておき、
センサ５１の出力が閾値ＴＨを越えると乗り物１の動き
を減速し、その後は閾値ＴＨを下回ると加速し、閾値Ｔ
Ｈを上回ると減速するという動作を繰り返すことによっ
て、閾値ＴＨ付近に保つようにする。このような被訓練
者の状態の管理によって被訓練者が無理をすることな
く、また逆に軽過ぎる負荷になることもなく訓練を継続
することができるのであって、安全かつ効果的な訓練が
可能になる。また、あらかじめ設定した施療時間が経過
すれば、乗り物１の動きを停止させればよい。さらに、
乗り物１の動きを加減速するだけではなく、乗り物１の
傾き角度も増減させることによって乗り物１の振幅を増
減させれば一層安全に訓練することができる。

【０１００】乗り物１の動きの加減速には、図２２
（ｂ）に示すように、演算部４０から出力される一定時
間間隔のデータにおける時間間隔ΔＴを増減させればよ
く、乗り物１の傾き角度を増減させるには、演算部４０
から出力される角度に１以下の係数を乗じるとともに時
間経過に伴ってこの係数を増減させればよい。上記動作
をまとめると、図２３のようになる。すなわち、制御装
置４は、センサ５１の出力に対する閾値ＴＨを設定した
後に（Ｓ１）、乗り物１の駆動を開始させる（Ｓ２）。
次に、センサ５１の出力をセンサ信号判定部５２に取り
込み、センサ５１の出力値が閾値ＴＨを上回ったか否か
を判定する（Ｓ４）。閾値ＴＨを一旦越えると、乗り物
１の動きを減速するとともに、傾き角度を減少させるよ
うに制御し（Ｓ５）、センサ５１の出力をセンサ信号判
定部５２に再び取り込み、センサ５１の出力値が閾値Ｔ
Ｈを下回ったか否かを判定する（Ｓ７）。ステップＳ７
において依然としてセンサ５１の出力値が閾値ＴＨを上
回っているときには、乗り物１の動きを減速し、傾き角
度を減少させる制御を続ける。閾値ＴＨを下回った場合
には、乗り物１の動きを加速するとともに、傾き角度を
増大させるように制御する（Ｓ８）。その後、センサ５
１の出力をセンサ信号判定部５２に取り込み、センサ５
１の出力値が閾値ＴＨを上回ったか否かを判定する（Ｓ
１０）。ステップＳ１０において依然としてセンサ５１
の出力値が閾値ＴＨを下回っているときには、乗り物１
の動きを加速し、傾き角度を増加させる制御を続ける。
閾値ＴＨを越えた場合には、ステップＳ５に戻り、乗り
物１の動きを減速するとともに、傾き角度を減少させ
る。このようにステップＳ５〜Ｓ１０の処理を、所定の
施療時間が終了するまで（Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９）繰り返し
て、センサ５１の出力値が閾値ＴＨ付近に保たれるよう
に制御する。施療時間が終了すれば乗り物１を停止させ
る。なお、別に上限の閾値を設定し、上限の閾値を越え
た場合にはただちに乗り物１を停止方向に制御するよう
にしてもよい。他の構成および動作は応用例１と同様で
ある。

【０１０１】（応用例５）上述の各応用例では、乗り物
１の動きやディスプレイ装置３の表示に関する情報があ
らかじめ与えられており、被訓練者が訓練中に操作する
ことはできないものであった。本応用例では、乗り物１
の動きおよびディスプレイ装置３の表示の速度が被訓練
者により可変である例を示す。つまり、図２４に示すよ
うに、演算部４０に対して外部指令入力部４９から速度
の指示を与えるようにしてある。外部指令入力部４９
は、図２５に示すように、乗り物１に付加した加速指示
手段としてのアクセル１２および減速指示手段としての
ブレーキ１３よりなる。

【０１０２】アクセル１２は、図２６に示すように、乗
り物の胴の下部の両側面に取り付けられており、アクセ
ル１２に作用する圧力を検出するように構成されてい
る。つまり、アクセル１２は、図２７に示すように、ゴ
ムのような弾性体よりなる受圧板１２ａに、光ファイバ
１２ｂを蛇行させて形成した圧力センサ１２ｃを重ね合
わせたものであり、圧力センサ１２ｃに圧力が作用する
と光ファイバ１２ｂが変形するようにしてある。光ファ
イバ１２ｂの一端には発光素子が設けられ他端には受光
素子が設けられている。しかして、圧力センサ１２ｃに
圧力が作用すると光ファイバ１２ｂの変形によって受光
量が減少するから、受光素子での受光光量に基づいてア
クセル１２に作用する圧力を検出することができる。こ
こで、外部指令入力部４９は、アクセル１２に作用する
圧力が所定値以上で所定時間以上継続したときに速度の
増加が指示されたと認識する。

【０１０３】一方、ブレーキ１３は、図２８に示すよう
に、馬銜環１３ａを介して手綱１３ｂを取り付けている
馬銜バー１３ｃと、馬銜バー１３ｃの各端部との距離を
検出する距離センサ１３ｄとにより構成されている。距
離センサ１３ｄは、光ビームを投光し受光スポットの像
の位置に基づいて三角測量を行なう光学式のもの、高周
波電磁界を形成し金属の接近によるインピーダンス（渦
電流）の変化を検出する高周波電磁界式のもの、あるい
は周囲の静電容量の変化を検出する静電容量式のものの
うちいずれを用いてもよいが、ここでは乗り物１が振動
するから、振動による誤差が生じにくくかつ比較的入手
しやすい高周波電磁界式のものを用いるのが望ましい。
また、馬銜バー１３ｃには金属板よりなるターゲット１
３ｅを取り付けておき、周囲環境の変化による誤差が生
じにくいようにしてある。また、馬銜バー１３ｃは中央
部が乗り物１に固定され、かつ固定部位の両側に弾性を
有したばね部１３ｆを有しているのであって、ターゲッ
ト１３ｅはばね部１３ｆよりも端部側に固着される。外
部指令入力部４９は、手綱１３ｂを引いて馬銜バー１３
ｃの両端部が同時に距離センサ１３ｄに近づけられ、そ
の距離がともに所定値以下になったときに速度の減少が
指示されたと認識する。

【０１０４】速度の増加ないし減少が指示されると、演
算部４０ではパラレルリンクロボット２を制御する時間
間隔ΔＴを変化させ、またディスプレイ装置３に表示す
る画像の送り速度を調節する。これらの速度の制御は応
用例４と同様である。つまり、図２９に示すように、ア
クセル１２により速度増が指示されると（同図（ａ））
時間間隔ΔＴを短くし（同図（ｃ）（ｄ））、ブレーキ
１３により速度減が指示されると（同図（ｂ））時間間
隔ΔＴを長くする（同図（ｃ）（ｄ））。他の構成およ
び動作は応用例１と同様である。

【０１０５】

【発明の効果】請求項１の発明は、互いに離間して配置
されるベースおよびエンドエフェクタと、ベースに取り
付けた６個の第１の自在継手と、エンドエフェクタに取
り付けた６個の第２の自在継手と、第１の自在継手と第
２の自在継手との間を一対一に結合する伸縮自在な脚
と、エンドエフェクタの３次元空間での位置および姿勢
を指令値として与えることにより各脚の長さを制御する
制御手段とを備え、脚が、第１の自在継手と第２の自在
継手との一方に結合されたねじと、ねじに螺合して他方
に結合されたナットと、ねじとナットとの一方を回転駆
動することにより脚を伸縮させるアクチュエータとから
なり、ねじとナットとの他方が第１の自在継手と第２の
自在継手といずれかに対して回転不能に固着されている
ものであり、ねじとナットとにより脚が伸縮するのはも
ちろんのこと、ねじとナットとの螺合部分で第１の自在
継手と第２の自在継手との相対的な回転が可能になるの
であって、従来必要であったスライダと回転ジョイント
とが不要になり、部品点数が削減されて構成が簡単にな
るという利点がある。

【０１０６】請求項５の発明のように、ナットが合成樹
脂製であって、ナットの温度を検出する温度センサを備
え、制御手段がナットの材料特性に応じて設定されてい
る閾値と温度センサによる検出温度とを比較し検出温度
が閾値に達すると検出温度を低減させるようにアクチュ
エータを制御するものは、ナットを合成樹脂製としたこ
とによって金属製のナットを用いる場合に比較して騒音
が低減されるという利点がある。また、合成樹脂製のナ
ットはねじとの摩擦熱で高温になったときに変形ないし
破損するおそれがあるが、温度センサを用いてナットの
温度を管理しているので、ナットの変形や破損を防止し
ながらも騒音の低減を図ることができるという利点があ
る。

【０１０７】請求項６の発明のように、検出温度が閾値
に達したときに制御手段によりアクチュエータを減速さ
せるように制御するものでは、ナットの温度が上昇した
ときに、アクチュエータを減速させることによって摩擦
熱の発生を抑制することができる。請求項７の発明のよ
うに、ねじが往復駆動され、検出温度が閾値に達したと
きにねじの往復駆動の振幅を減少させるようにアクチュ
エータを制御するものでは、ナットの温度が上昇したと
きに、アクチュエータの駆動によるねじの往復駆動の振
幅を低減することによって摩擦熱の発生を抑制すること
ができる。

【０１０８】請求項８の発明のように、各脚にそれぞれ
設けられ第１の自在継手と第２の自在継手との相対的な
角度差を検出する角度差センサと、角度差センサにより
検出された角度差に基づいてねじのピッチに応じた長さ
を求め、求めた長さ分だけ指令値に対して各脚の長さを
補正するようにアクチュエータを駆動する補正手段とを
付加したものでは、第１の自在継手と第２の自在継手と
の相対的な角度差を検出し、検出した角度差に基づいて
脚の長さを補正しているので、エンドエフェクタの位置
および姿勢を精度よく制御することができるという利点
がある。

【０１０９】請求項９の発明のように、各脚にそれぞれ
設けられ各脚の長さを検出する長さセンサと、長さセン
サにより検出された長さ分だけ指令値に対して各脚の長
さを補正するようにアクチュエータを駆動する補正手段
とを付加したものでは、各脚の長さを実測することによ
って、指令値により求められる脚の長さを補正するか
ら、エンドエフェクタの位置および姿勢を精度よく制御
することができるという利点がある。

【０１１０】請求項１０の発明のように、エンドエフェ
クタの位置および姿勢を検出するセンサを備え、制御手
段ではセンサにより検出されたエンドエフェクタの位置
および姿勢が指令値に一致するようにアクチュエータを
フィードバック制御するものでは、エンドエフェクタの
位置および姿勢をセンサで検出しているから、指令値と
の差を容易に知ることができ、エンドエフェクタの位置
および姿勢をフィードバック制御することによってエン
ドエフェクタの位置および姿勢を精度よく制御すること
ができるという利点がある。

【０１１１】エンドエフェクタの位置および姿勢は、請
求項１１の発明のように、エンドエフェクタの異なる３
箇所にユニバーサルジョイントを介して結合される３本
の脚にそれぞれ脚の長さを検出する長さセンサを設け、
この３本の脚のうちの２本にベースとの間のユニバーサ
ルジョイントに設けた２本の軸の回転角度を検出する角
度センサを設けることにより検出することができる。

【０１１２】あるいはまた、エンドエフェクタの位置お
よび姿勢の検出に、請求項１２の発明のように、エンド
エフェクタの異なる３箇所に設定したマークの３次元位
置を検出する３次元位置センサを用いたり、エンドエフ
ェクタの姿勢を検出するようにエンドエフェクタに取り
付けたジャイロセンサと、１本の脚における長さを検出
する長さセンサと、その脚とベースとの間のユニバーサ
ルジョイントに設けた２本の軸の回転角度を検出する角
度センサとを用いたりすることができる。とくに、請求
項１３の発明の構成によれば、センサが４個であって比
較的少なく、また、センサによる検出値の処理も比較的
簡単である。

【０１１３】請求項１４の発明のように、請求項１ない
し請求項４記載のパラレルリンクロボットにおける各脚
の長さを制御するにあたって、エンドエフェクタの位置
および姿勢を指示する指令値に基づいて各脚ごとのねじ
とナットとの相対的な角度差を演算により求め、上記角
度差に基づいてねじのピッチに応じた長さを求め、指令
値に基づいて求めた各脚の長さを上記角度差に基づいて
求めた長さ分だけ補正した長さに基づいてアクチュエー
タを駆動すれば、指令値のみに基づいて脚の長さを正確
に補正することができるという利点がある。

【０１１４】請求項１５の発明のように、請求項１ない
し請求項４記載のパラレルリンクロボットにおける各脚
の長さを制御するにあたって、エンドエフェクタの姿勢
を指示する各指令値に各脚ごとのねじとナットとの相対
的な角度差を対応付ける関係をあらかじめ求めておき、
指令値が与えられたときに上記関係を用いて上記角度差
を求め、上記角度差に基づいてねじのピッチに応じた長
さを求め、指令値に基づいて求めた各脚の長さを上記角
度差に基づいて求めた長さ分だけ補正した長さに基づい
てアクチュエータを駆動すれば、請求項１４の方法に比
較するとエンドエフェクタの位置や姿勢の制御精度は低
いが、複雑な演算を必要としないから高速な処理が可能
になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示し、（ａ）は概略斜視
図、（ｂ）は要部断面図である。

【図２】同上の要部斜視図である。

【図３】同上における要部回路のブロック図である。

【図４】同上における要部回路の動作説明図である。

【図５】同上における動作原理の説明図である。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】本発明の実施形態２の要部断面図である。

【図８】本発明の実施形態４を示し、（ａ）は実施形態
１に対応する要部斜視図、（ｂ）は実施形態２に対応す
る要部斜視図である。

【図９】本発明の実施形態５を示し、（ａ）は実施形態
１に対応する要部斜視図、（ｂ）は実施形態２に対応す
る要部斜視図である。

【図１０】本発明の実施形態６を示す要部斜視図であ
る。

【図１１】同上の要部回路のブロック図である。

【図１２】本発明の実施形態７を示す概略斜視図であ
る。

【図１３】本発明の実施形態８を示す概略斜視図であ
る。

【図１４】応用例１を示す斜視図である。

【図１５】同上のブロック図である。

【図１６】同上の施療パターンの一例を示す動作説明図
である。

【図１７】同上の動作説明図である。

【図１８】同上の動作説明図である。

【図１９】本発明の応用例３を示す動作説明図である。

【図２０】本発明の応用例４を示すブロック図である。

【図２１】同上に用いる加速度センサを示す斜視図であ
る。

【図２２】同上の動作説明図である。

【図２３】同上の動作説明図である。

【図２４】本発明の応用例５を示すブロック図である。

【図２５】同上に用いる乗り物の側面図である。

【図２６】同上に用いる乗り物の正面図である。

【図２７】同上に用いるアクセルを示し、（ａ）は正面
図、（ｂ）は側面図である。

【図２８】同上に用いるブレーキの概略構成図である。

【図２９】同上の動作説明図である。

【図３０】従来例を示す要部側面図である。

【符号の説明】

４制御装置２１ベース２２エンドエフェクタ２３脚２４モータ２５ａねじ２５ｂナット２６ユニバーサルジョイント２７ユニバーサルジョイント２８温度センサ３２角度差センサ３４距離センサ３５ａ，３５ｂ角度センサ３６ａ，３６ｂイメージセンサ３７マーク３８ジャイロセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下秀樹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに離間して配置されるベースおよび
エンドエフェクタと、ベースに取り付けた６個の第１の
自在継手と、エンドエフェクタに取り付けた６個の第２
の自在継手と、第１の自在継手と第２の自在継手との間
を一対一に結合する伸縮自在な脚と、エンドエフェクタ
の３次元空間での位置および姿勢を指令値として与える
ことにより各脚の長さを制御する制御手段とを備え、脚
は、第１の自在継手と第２の自在継手との一方に結合さ
れたねじと、ねじに螺合して他方に結合されたナット
と、ねじとナットとの一方を回転駆動することにより脚
を伸縮させるアクチュエータとからなり、ねじとナット
との他方は第１の自在継手と第２の自在継手といずれか
に対して回転不能に固着されていることを特徴とするパ
ラレルリンクロボット。
【請求項２】第１の自在継手および第２の自在継手は
ユニバーサルジョイントであることを特徴とする請求項
１記載のパラレルリンクロボット。
【請求項３】ねじがアクチュエータにより回転駆動さ
れることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパ
ラレルリンクロボット。
【請求項４】ナットがアクチュエータにより回転駆動
されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
パラレルリンクロボット。
【請求項５】ナットは合成樹脂製であって、ナットの
温度を検出する温度センサを備え、制御手段はナットの
材料特性に応じて設定されている閾値と温度センサによ
る検出温度とを比較し検出温度が閾値に達すると検出温
度を低減させるようにアクチュエータを制御することを
特徴とする請求項１ないし請求項４記載のパラレルリン
クロボット。
【請求項６】制御手段は検出温度が閾値に達したとき
にアクチュエータを減速させるように制御することを特
徴とする請求項５記載のパラレルリンクロボット。
【請求項７】ねじは往復駆動され、制御手段は検出温
度が閾値に達したときにねじの往復駆動の振幅を減少さ
せるようにアクチュエータを制御することを特徴とする
請求項５記載のパラレルリンクロボット。
【請求項８】各脚にそれぞれ設けられ第１の自在継手
と第２の自在継手との相対的な角度差を検出する角度差
センサと、角度差センサにより検出された角度差に基づ
いてねじのピッチに応じた長さを求め、求めた長さ分だ
け指令値に対して各脚の長さを補正するようにアクチュ
エータを駆動する補正手段とを付加したことを特徴とす
る請求項１ないし請求項４記載のパラレルリンクロボッ
ト。
【請求項９】各脚にそれぞれ設けられ各脚の長さを検
出する長さセンサと、長さセンサにより検出された長さ
分だけ指令値に対して各脚の長さを補正するようにアク
チュエータを駆動する補正手段とを付加したことを特徴
とする請求項１ないし請求項４記載のパラレルリンクロ
ボット。
【請求項１０】エンドエフェクタの位置および姿勢を
検出するセンサを備え、制御手段はセンサにより検出さ
れたエンドエフェクタの位置および姿勢が指令値に一致
するようにアクチュエータをフィードバック制御するこ
とを特徴とする請求項１記載のパラレルリンクロボッ
ト。
【請求項１１】エンドエフェクタの異なる３箇所にユ
ニバーサルジョイントを介して結合される３本の脚にそ
れぞれ脚の長さを検出する長さセンサを設け、この３本
の脚のうちの２本にはベースとの間のユニバーサルジョ
イントに設けた２本の軸の回転角度を検出する角度セン
サを設け、制御手段は長さセンサと角度センサとの出力
に基づいて検出されるエンドエフェクタの位置および姿
勢を指令値に一致させるようにフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項２記載のパラレルリンクロボッ
ト。
【請求項１２】上記センサはエンドエフェクタの異な
る３箇所に設定したマークの３次元位置を検出する３次
元位置センサであることを特徴とする請求項１０記載の
パラレルリンクロボット。
【請求項１３】上記センサはエンドエフェクタの姿勢
を検出するようにエンドエフェクタに取り付けたジャイ
ロセンサと、１本の脚における長さを検出する長さセン
サと、その脚とベースとの間のユニバーサルジョイント
に設けた２本の軸の回転角度を検出する角度センサとか
ら成ることを特徴とする請求項１０記載のパラレルリン
クロボット。
【請求項１４】請求項１ないし請求項４記載のパラレ
ルリンクロボットにおける各脚の長さを制御するにあた
って、エンドエフェクタの位置および姿勢を指示する指
令値に基づいて各脚ごとのねじとナットとの相対的な角
度差を演算により求め、上記角度差に基づいてねじのピ
ッチに応じた長さを求め、指令値に基づいて求めた各脚
の長さを上記角度差に基づいて求めた長さ分だけ補正し
た長さに基づいてアクチュエータを駆動することを特徴
とするパラレルリンクロボットの制御方法。
【請求項１５】請求項１ないし請求項４記載のパラレ
ルリンクロボットにおける各脚の長さを制御するにあた
って、エンドエフェクタの姿勢を指示する各指令値に各
脚ごとのねじとナットとの相対的な角度差を対応付ける
関係をあらかじめ求めておき、指令値が与えられたとき
に上記関係を用いて上記角度差を求め、上記角度差に基
づいてねじのピッチに応じた長さを求め、指令値に基づ
いて求めた各脚の長さを上記角度差に基づいて求めた長
さ分だけ補正した長さに基づいてアクチュエータを駆動
することを特徴とするパラレルリンクロボットの制御方
法。