JPWO2017072999A1 - パラレルリンクロボットおよび操作装置 - Google Patents

Abstract

シンプルな構造で小型化を実現できるパラレルリンクロボットおよびその操作装置を提供する。
パラレルリンクロボットは、可動部（６０）と、ベース（１１）と、複数の駆動源（１５）と、複数のリンク（１３）と、テンション部材（３０）とを具備する。前記複数の駆動源は、前記ベースに取り付けられている。前記複数のリンクは、前記複数の駆動源にそれぞれ接続されている。前記テンション部材は、曲げテンションを発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されている。

Description

本技術は、パラレルリンクロボットおよびこれを操作する操作装置に関する。

パラレルリンクロボットは、手先となる可動部を非常に軽く構成できること、比較的安価に構成できること、駆動用のモータを根元に集めて配置できるので、モータ自体を動かす必要がないこと等の特徴を有している。そのため、近年では、パラレルリンクロボットは産業用ロボットとして注目を集めている。

特許文献１に記載のパラレルリンクロボットは、一般的にヘキサ型と呼ばれるものである。これは、例えば２本で１組のアームを合計３組持ち、これら３組のアームは、可動プレートの周囲にユニバーサルジョイントを介して接続されている（例えば、特許文献１の段落［００１５］参照。）。

特許文献２に記載のパラレルメカニズムは、プレート状に構成された、駆動側部材および被駆動側部材と、これらの間に接続された複数の弾性ワイヤーと、駆動側部材の姿勢を制御する駆動機構（６つのリニアアクチュエータ）とを備える（例えば、特許文献２の明細書段落［００３０］、［００４３］参照。）。

特開2013-059852号公報 特開2012-96337号公報

これまでの特許文献１、２のようなパラレルリンクは、複雑な構造を有するため、組み立てが容易ではなく、また、大型になりやすいという問題がある。また、複雑な構造ゆえに、高価になりやすい。

本開示の目的は、シンプルな構造で小型化を実現できるパラレルリンクロボットおよびその操作装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術に係るパラレルリンクロボットは、可動部と、ベースと、複数の駆動源と、複数のリンクと、テンション部材とを具備する。
前記複数の駆動源は、前記ベースに取り付けられている。
前記複数のリンクは、前記複数の駆動源にそれぞれ接続されている。
前記テンション部材は、曲げテンションを発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されている。

曲げテンションを発生するように可動部およびリンクの間にテンション部材が接続されているので、１つのテンション部材により１以上のリンク構造（関節構造）を構成することができる。これにより、シンプルな構造で小型化されたパラレルリンクロボットを実現することができる。

前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくとも１つに接続され、かつ、前記可動部に接続されていてもよい。

前記複数のリンクは、一対のリンクが複数設けられて構成された複数対のリンクを含んでいてもよい。前記テンション部材の両端部は、少なくとも前記一対のリンクにそれぞれ接続され、前記テンション部材の中央部は、前記可動部に接続されていてもよい。
これにより、１本のテンション部材というシンプルな構成により、２つのリンクを実現できる。また、小型化および低コスト化を実現できる。

前記ベースは、前記複数の駆動源を収容するように容器状に構成され、前記複数のリンクは、前記ベースの外周部で、前記複数の駆動源が有する動力軸に接続されていてもよい。
これにより、複数の駆動源の配置をできるだけ一か所に集中させることができ、小型化を図り、また、ベース内の駆動源の防塵、防水構造を容易に実現できる。

前記テンション部材は、屈曲により前記曲げテンションを発生する長尺バネであってもよい。
テンション部材が長尺バネであることにより、シンプルな構成でリンクを実現することができ、小型化および低コスト化を実現できる。

前記テンション部材は、コイルバネであってもよい。
これにより、テンション部材の塑性変形が生じにくいため、壊れにくくなる。
この場合、前記パラレルリンクロボットまたは後述する操作装置は、前記コイルバネの変形を検出するセンサをさらに具備してもよい。

前記複数の駆動源は、一対の駆動源が複数設けられて構成された複数対の駆動源を含み、前記ベースは、前記一対の駆動源の動力軸が互いに平行になるように、この一対の駆動源を取り付ける共通の取付面を有していてもよい。
これにより、一対の駆動源の動力軸の平行度を高精度に確保することができる。また、構造がシンプルで組み立てやすく、低コスト化を実現できる。

前記ベースは、前記複数の駆動源が取り付けられる取付面を有し、前記複数の駆動源の動力軸が、それら取付面に垂直に配置されるように、それら駆動源を支持してもよい。
モータをできるだけ外側に寄せて配置することにより、動力軸をできるだけ短くしてその剛性を高めることができる。

前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくも１つを構成する第１の部位と、前記曲げテンションを発生する第２の部位とを含んでいてもよい。この場合、前記第１の部位は、前記複数のリンクをそれぞれ構成するように複数設けられ、前記第２の部位は、前記複数の第１の部位に対応して複数設けられていてもよい。
これにより、部品点数を減らし、簡易な構成でパラレルリンクロボットを実現でき、低コスト化を図ることができる。

前記パラレルリンクロボットは、前記可動部の動きの自由度を制限する制限機構をさらに具備してもよい。
これにより、設計者は、例えば可動部が持つ多数の自由度を、適応的に適切な自由度数に設計できる。

前記制限機構は、前記ベースと前記可動部との間に設けられた、１または複数の自由度の可動域を有するジョイント部を有してもよい。

前記パラレルリンクロボットは、前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する複数のセンサをさらに具備してもよい。

本技術に係る操作装置は、可動部と、ベースと、複数のリンクと、複数のセンサと、テンション部材とを具備する。
前記複数のリンクは、動くことが可能に前記ベースに設けられている。
前記複数のセンサは、前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する。
前記テンション部材は、曲げテンションを発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されている。

このように、パラレルリンクロボットの構成と同様の構成により、その操作装置を実現できる。

前記可動部は、アクチュエータまたはセンサを有してもよい。
これにより操作装置は、アクチュエータにより操作者に触覚または力覚を与えたり、センサにより操作者の操作を検出することができる。

前記ベースに設けられた回路部をさらに具備してもよい。前記テンション部材が有する導電材は、前記回路部と、前記アクチュエータまたはセンサとを導通する導線として機能してもよい。
テンション部材の導電材が導線として機能するので、簡易な構成で操作装置を実現でき、低コスト化を図ることができる。

以上、本技術によれば、シンプルな構造で小型化されたパラレルリンクロボットを実現できる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

図１は、本技術の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す斜視図である。 図２は、図１に示すパラレルリンクロボットを模式的に示す平面図である。 図３は、可動部がｘ方向に沿って並進した状態を示す。 図４は、可動部がｙ方向に沿って並進した状態を示す。 図５は、可動部がｚ方向に沿って並進した状態を示す。 図６は、可動部がｘ軸周りに回転した状態を示す。 図７は、可動部がｙ軸周りに回転した状態を示す。 図８は、可動部がｚ軸周りに回転した状態を示す。 図９は、本技術の第２の実施形態に係るパラレルリンクロボットの要部を示す斜視図である。 図１０は、第３の実施形態に係る装置の構成を示すブロック図である。 図１１Ａは、第４の実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す側面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示したパラレルリンクロボットのテンション部材および回転軸を示す図である。 図１２Ａは、第５の実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す写真である。図１２Ｂは、図１２Ａにおけるジョイント部を主に示す側面図である。 図１３は、本技術の第６の実施形態に係る装置、ここでは操作装置を示す模式図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

１．第１の実施形態

１．１）パラレルリンクロボットの構成

図１は、本技術の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すパラレルリンクロボット１００Ａを模式的に示す平面図である。

パラレルリンクロボット１００Ａは、固定部１０と、板状の可動部６０と、これらを接続するテンション部材３０とを備える。

固定部１０は、ベース１１と、ベース１１に固定された複数のモータ（駆動源）１５と、これらモータ１５の動力軸である回転軸１６にそれぞれ固定されたリンク１３とを有する。

以降では、説明の便宜上、図１、２に示すように、ベース１１と可動部６０とが配列される上下方向をｚ方向とする。また、そのｚ方向に垂直な互いに直交する２軸であって、水平面に含まれる２軸をｘ、ｙ軸とする。ただし、必ずしも、上下方向がｚ軸を向くように、このパラレルリンクロボット１００Ａの姿勢が決まるわけではなく、あらゆる姿勢でパラレルリンクロボット１００Ａを使用可能である。

ベース１１は、容器状（例えば皿状）に構成され、その容器内に複数のモータ１５が配置されている。ベース１１は、120°の角度間隔で設けられた、その外形の一部を形成する３つの辺部１１ａ（図２参照）を有する。１つの辺部１１ａに２つのモータ１５が対応して配置され、３つの辺部１１ａで合計６個のモータ１５が配置されている。モータ１５は、ベース１１の中心からそれぞれ（実質的に）同じ距離の位置に配置されている。

６個のモータ１５が設けられることにより、このパラレルリンクロボット１００Ａは、３軸の並進およびその３軸周りの回転の自由度、つまり合計６自由度の運動自由度を有する。

モータ１５は、ベース１１の外方へ出力された回転軸１６をそれぞれ有する。例えば、回転軸１６の出力方向と、水平面（ｘ−ｙ平面）との間の角度は0°に設定されるが、必ずしも0°でなくてもよい。モータ１５は、その回転軸１６がそれぞれの辺部１１ａに直交する方向に出力されるように、ベース１１に設置されている。しかし、回転軸１６は、各辺部１１ａに直交する形態に限られるわけではなく、その角度は適宜変更可能である。

ベース１１は、容器状でなく、例えばフレームや板など、モータ１５を固定できる形態であればどのような形態であってもよい。あるいは、ベース１１は全周囲を壁に囲まれた密閉型とされていてもよい。

ベース１１の中央には開口１１ｂが設けられている。この開口１１ｂを介して図示しない電気ケーブルが、ベースの外側から各モータ１５へ配線されている。電気ケーブルは、例えばベース１１の下部または外部に設けられた制御部４２（図１０を用いて後に説明）を構成する制御基板、および電源に接続される。電源は、繰り返し充電可能なバッテリであってもよい。このように、開口１１ｂの周囲に複数のモータ１５が配置され、その開口１１ｂに電気ケーブルが通されることにより、固定部１０を小型化でき、パラレルリンクロボット１００Ａの小型化に寄与する。

リンク１３は、ベース１１の外周部で、モータ１５の回転軸１６にそれぞれ接続、固定されている。リンク１３は、モータ１５により、回転軸１６を中心に所定の角度範囲内で、回転可能となっている。テンション部材３０は、屈曲することにより曲げテンションを発生するように、リンク１３と可動部６０との間に接続されている。

テンション部材３０として、例えば長尺バネが用いられる。「長尺バネ」とは、その長手方向には、実質的な弾性変形は発生せず、それを曲げることにより、バネ力（曲げテンション）を発生するバネである。すなわち、曲げテンションとは、テンション部材３０が曲げられることによって発生する復元力である。テンション部材３０は、曲げテンションを発生した状態で、二次曲線（例えば楕円、放物線、双曲線）の形になる。

長尺バネの形態は、棒状のバネや板バネ等の形態を含む。長尺バネの形態は、その長手方向に垂直な断面形状が、円形に近いほど棒状のバネに近くなり、扁平に近いほど板バネに近くなる。つまり、本技術において、棒状バネと、板バネを区別することは重要でない。長尺バネの材料は、金属、樹脂、ゴム等、何でもよい。

本実施形態では、テンション部材３０は金属製のワイヤで構成される。テンション部材３０の一端部が１つのリンク１３に接続され、その他端部は別のリンク１３に接続されている。テンション部材３０の中央部は可動部６０に接続されている。１本のテンション部材３０が、曲げられるように、２つのリンク１３および可動部６０に接続されることで、テンション部材３０が曲げテンションを発生する。

１本のテンション部材３０が接続される２つのリンク１３が一対のリンクを構成する。したがって、合計６個のリンク１３は、複数対のリンクとして３対のリンクを構成する。一対のリンクは、異なる辺部１１ａにそれぞれ設けられた隣り合う２つのリンク１３である。また、モータ１５も、複数対のリンクに対応して、複数対のモータ（本実施形態では３対のモータ）として構成されるように、一対のリンク１３、１３に、一対のモータ１５、１５がそれぞれ接続されている。
一対のリンクは、同じ辺部１１ａに設けられた隣り合う２つのリンク１３であってもよい。この場合、その一対のリンクにそれぞれ接続されたモータの回転軸同士が接近して配置され、それら回転軸より辺部１１ａに沿って外側の位置で、リンクにテンション部材が固定される。

なお、１つのテンション部材３０の半分（１つのテンション部材３０のうち、１つのリンク１３と可動部６０との間の部分）と、当該１つのリンク１３との組合せを、以降の説明では「リンク構造」と呼ぶ場合がある。

ベース１１は、辺部１１ａに沿う取付面１１ｃ（図１参照）を有し、一対のモータ１５、１５の回転軸１６、１６が互いに平行になるように、この取付面１１ｃに当該一対のモータ１５、１５が取り付けられている。このように、共通の１つの取付面１１ｃに、一対のモータ１５、１５が取り付けられることにより、その回転軸１６、１６の平行度を高精度に確保することができる。また、構造がシンプルで組み立てやすく、低コスト化を実現できる。

また、一対のモータ１５、１５の回転軸１６、１６は、取付面１１ｃに垂直に配置されている。この場合、モータをできるだけ外側に寄せて配置することにより、動力軸をできるだけ短くしてその剛性を高めることができる。また、可動部６０の面積を、回転軸１６の長さによって（リンク１３の配置によって）適宜設計することができる。特に、可動部６０がステージとして利用される場合、ステージの面積を適宜設計でき、メリットが大きい。

図１に示すように、可動部６０の原点位置で、各テンション部材３０の曲げテンションがバランスするように、可動部６０、テンション部材３０およびリンク１３が、ベース１１に対して設けられている。可動部６０の原点位置では、図１に示すように、可動部６０の、３軸に沿う変位がすべて0であり、かつ、その３軸の周りの回転角度がすべて0°である。原点位置では、リンク１３は、例えばその長手方向が水平面（ｘ−ｙ平面）に平行になるような姿勢をとる。このように可動部６０が原点位置にある状態でのリンク１３の回転角度を0°とする。

リンク１３の作用端部には穴１３ａが設けられ、これらの穴１３ａにテンション部材３０の端部が嵌め込まれて接続されている。リンク１３とテンション部材３０とは、固定されることが好ましい。その固定方法は、嵌合、接着剤、溶着、ネジ止め等が挙げられる。しかし、それらは必ずしも固定される形態に限られない。例えばテンション部材３０が、リンク１３の穴（底がある穴）１３ａ内で回転、つまり、当該穴１３ａ内でテンション部材の長手方向軸周りで、テンション部材３０が自転できるような構造であってもよい。

図２に示すように、可動部６０には、水平方向に貫通する貫通穴６２ａを有する取付部６２が120°の角度間隔で設けられている。テンション部材３０は、貫通穴６２ａ内で固定されることが好ましい。固定方法は、嵌合、接着材、溶着、ネジ止め等が挙げられる。ネジ止めの場合、取付部６２の外周部に設けられたネジ穴６２ｂ（図１参照）から貫通穴６２ａに直交する方向に、図示しないネジが挿入されて、テンション部材３０が固定される。

上記同様に、可動部６０とテンション部材３０とは必ずしも固定される形態に限られない。例えばテンション部材３０が、貫通穴６２ａ内で回転、つまり、テンション部材の長手方向軸周りでテンション部材３０が自転できるような構造であってもよい。

１．２）パラレルリンクロボットの動作の例

図３は、可動部６０がｘ方向に沿って並進した状態を示す。図４は、可動部６０がｙ方向に沿って並進した状態を示す。図５は、可動部６０がｚ方向に沿って並進した状態を示す。これらの図は、可動部６０がそれぞれ任意の変位量で並進した状態を示している。

図６は、可動部６０がｘ軸周りに回転した状態を示す。図７は、可動部６０がｙ軸周りに回転した状態を示す。図８は、可動部６０がｚ軸周りに回転した状態を示す。これらの図は、可動部６０がそれぞれ任意の回転角度で回転した状態を示している。

図３〜８に示すように、テンション部材３０は回転関節を有していないため、変形することにより、その関節の機能を発揮している。

各リンク１３の回転角度が独立して任意に制御されることにより、可動部６０の各軸方向に沿う並進およびそれらの軸周りの回転が可能となる。例えば、このような動作を可能にするためには、各モータ１５の回転角度（各リンク１３の回転角度）の組み合せと、可動部６０の位置とを関連付けるルックアップテーブルを、図示しない制御部４２が記憶しておけばよい。

これら、ｘ並進，ｙ並進，ｚ並進、ｘ軸周りの回転、ｙ軸周りの回転、およびｚ軸周りの回転の各動作のうち、少なくとも２つを組み合せることにより、少なくともその組み合わせの２自由度の動きが可能となる。

１．３）パラレルリンクロボットの利点

このようなパラレルリンクロボット１００Ａは、リンク１３およびテンション部材３０で、モータ１５とが接続される構成を有する。具体的には、１つのテンション部材３０の半分（１つのリンク１３と可動部６０との間の部分）と、当該１つのリンク１３との組合せにより、１つのリンク構造（関節構造）を構成することができる。すなわち、一対のリンクと１つのテンション部材３０だけで、２つのリンク構造を構成することができる。したがって、非常にシンプルな構造で、リンク構造を実現することができる。また、リンク構造がシンプルであるので、部品点数を削減でき、シンプルな構造で小型化されたパラレルリンクロボット１００Ａを実現できる。また、シンプルな構造により、低コスト化を図ることができる。これにより、製品の大量生産も容易になる。

パラレルリンクロボット１００Ａの小型化を実現できることにより、運搬コストを低減できる。例えば、パラレルリンクロボット１００Ａを宇宙空間で組み立てて使用する場合、組み立てが容易であること、部品の運搬コストを低減できるなど、大きな利点がある。

また、パラレルリンクロボット１００Ａが小型化されることにより、可動部の移動の分解能も高くすることができる。

テンション部材３０が長尺バネであることにより、組み立て時に、長尺バネを曲げてリンク１３および可動部６０に取り付けるだけで、予めテンションを長尺バネに付与させることができる。すなわち、容易にテンション部材３０にテンションを発生させることができる。

また、テンション部材３０が長尺バネであるため、その強度（剛性）や長さを簡単に変更可能である。したがって、用途に応じて、リンク構造の機械的特性の調整が容易である。そのテンション部材の強度は、その本数、材料、断面径などによって調整可能である。

リンク構造が非常に軽量であるため、非常に小さいイナーシャを持つパラレルリンクロボット１００Ａを実現できる。

モータ１５は、ベース１１内に収容されるように配置され、ベース１１の外周部でリンク１３が回転軸１６に接続される。これにより、モータ１５の配置をできるだけ一か所に集中させることができ、固定部１０の小型化を図ることができる。また、これにより、固定部１０の防塵、防水構造を容易に実現できる。すなわち、パラレルリンクロボット１００Ａに、防塵、防水機能を容易に付加することができる。

固定部１０以外の部材である、テンション部材３０および可動部６０を容易に交換できるので、清潔性が要求される環境で、このパラレルリンクロボット１００Ａを使用しやすくなる。

潤滑剤がモータ１５内にしか存在しないため、ベース１１を筐体状にすることで、汚れの飛散がない。

パラレルリンクロボット１００Ａの動作時に、可動部６０に過剰な負荷がかかった場合、テンション部材３０の曲げテンション（バネ力）を利用して、クッションの機能を各リンク構造に発揮させることができる。これにより、固定部１０へのダメージを低減でき、宇宙空間や海中等の極限環境において、固定部１０を安全に維持することができる。またこれにより、作業者は、周囲に対して安全に作業を行うことができる。

パラレルリンクロボット１００Ａの動作時に、テンション部材３０のクッション機能を利用することにより、可動部６０を高精度に位置決めする必要がない場面にも、このパラレルリンクロボット１００Ａを使用可能である。例えば、可動部６０に、特定の部品を保持する保持部が設けられる場合に、可動部６０が移動して、その部品を、テーパ状を内面を持つ穴に嵌め込む場合を想定する。この場合、テンション部材３０の曲げテンションがクッションの機能を発揮するので、可動部６０が高精度な位置決めをしなくても、ある程度の簡易な位置決めをすれば、その部品をテーパ状の内面に沿って、部品をその穴に嵌め込むことができる。

１．４）パラレルリンクロボットの用途の例

例えば、スマートフォン等の電子機器の製造工程における自動検査工程において、現在では、高価なロボットアームで角度を変えながら、カメラを用いて、その電子機器の外観検査を行っている。上記ロボットアームに代えて、本技術に係るパラレルリンクロボット１００Ａを用いることができる。この場合、カメラは、電子機器の全体を含む視野で当該電子機器を撮影する。その撮影画像が、パラレルリンクロボット１００Ａの制御部４２にフィードバックされることにより、パラレルリンクロボット１００Ａは、可動部６０の位置決めの制御を適切に行うことができる。

パラレルリンクロボット１００Ａを安価に量産できる。したがって、後で図１０を用いて説明するように、子供が（操作装置２００を介して）パラレルリンクロボット１００Ａを操作したり、子供へ反応を返したりするような家庭用ガジェットとして、これを使用可能である。

あるいは、このパラレルリンクロボット１００Ａを、商品や製品を展示する展示台として使用することができる。例えば展示会場で、パラレルリンクロボット１００Ａが、その客が商品や製品を見やすくなるように可動部６０を動かす、という動作を実現できる。この場合、後で図１０を用いて説明するように、客が操作装置２００を用いてパラレルリンクロボット１００Ａを操作する構成であってもよい。

その他、このパラレルリンクロボット１００Ａは、医療用マニピュレータ、カメラのフォーカス操作、あるいは、作業台として使用され得る。

２．第２の実施形態

図９は、本技術の第２の実施形態に係るパラレルリンクロボットの要部を示す斜視図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ａが含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ｂは、３つのリンク構造２０を有する。１つのリンク構造２０は、リンク２３と、曲げテンションを発生するようにリンク２３および可動部６０の間に接続されたテンション部材３０とで構成される。１つのリンク２３に１つのテンション部材３０が接続されている。リンク２３の作用端には、ループするようにテンション部材３０の両端部が接続され、テンション部材３０の中央部には、可動部６０が接続されている。

リンク２３の作用端部の反対側の端部には、図示しないモータの回転軸が固定されている。回転軸は、それぞれ一平面内に含まれるように設定される。３つのモータがそれぞれ独立して、各リンク２３を、所定の回転角度範囲内で駆動するようになっている。モータは、図示しないベースに取り付けられる。

このような構成により、パラレルリンクロボット１００Ｂは、可動部６０を、上記一平面内で並進させることが可能となり、つまり一平面内の３自由度の運動（並進）自由度を有する。

３．第３の実施形態

次に、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る装置の構成を示すブロック図である。この装置は、パラレルリンクロボット１００Ｃと、これを操作する操作装置２００とを備える。パラレルリックロボット１００Ｃは、上記第１の実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ａに受信部４４が加えられた装置である。このパラレルリンクロボット１００Ｃに代えて、第２の実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ｂに受信部４４が加えられた装置を用いてもよい。

受信部４４は、操作装置２００の送信部４６から送信されたユーザにより入力された操作信号を受信し、これを制御部４２に出力する機能を有する。制御部４２は、各モータ１５のドライバを含み、可動部６０を動かすための制御信号を生成して、その制御信号を各ドライバに出力する機能を有する。

操作装置２００は、操作部１２０、テンション部材３０、リンク２３、センサ２５、インターフェース部４８、および送信部４６を備える。操作部１２０、テンション部材３０、およびリンク２３は、パラレルリンクロボット１００Ｃ（１００Ａ）の可動部６０、テンション部材３０、およびリンク２３と、それぞれ実質的に同じ構成である。

操作部１２０は、ユーザが操作可能な部材として、例えばスティック等の把持部を有していれば、操作がしやすくなる。

センサ２５は、例えばリンク２３の回転の角度変位を検出するロータリエンコーダ、ポテンショメータ等が用いられる。後述するように、リンク２３がリニアな動きをするデバイスの場合、センサ２５としては、そのリニアな変位を検出するセンサが用いられる。

インターフェース部４８は、センサ２５から送られるそれぞれの検出信号を、送信部４６へ出力するインターフェース機能を有する。

送信部４６は、検出信号（ユーザの操作信号）を、パラレルリンクロボット１００Ｃの受信部４４へ送信する機能を有する。送信部４６および受信部４４は、有線または無線で接続される。その通信手段は、例えば公知のあらゆる手段を採用することができる。

このようなシステムを、例えば玩具やゲーム機などに適用可能である。ゲーム用途に限られず、ユーザが操作装置２００を操作して、パラレルリンクロボット１００Ｃ（の可動部６０）を動かす、という、本システムの技術を適用できる対象であれば、適用対象は何でもよい。

この第３の実施形態に係る、パラレルリンクロボット１００Ｃおよび操作装置２００を備えるシステムを、例えばバイラテラル制御に応用することができる。バイラテラル制御とは、主に、第１装置（例えば主装置）と第２装置（例えば従装置）の間で行われる力触覚フィードバック制御を意味する。つまりバイラテラル制御は、例えばユーザ（操作者）が第１装置に入力した力に応じた力を、第２装置が外部に出力する制御だけでなく、第２装置が受けた力を、第１装置にフィードバックする制御を含む。第３の実施形態では、第１装置が操作装置２００に相当し、第２装置がパラレルリンクロボット１００Ｃに相当する。

例えば、バイラテラル制御は、操作装置２００によって遠隔操作されるロボットやドローンに適用される。パラレルリンクロボット１００Ｃがそれらロボットやドローンとして利用される。この場合、バイラテラル制御を、ハンドアイ（hand-eye）システムに適用することもできる。

あるいは、第３の実施形態で実現されるバイラテラル制御のシステムを、例えばＶＲ（Virtual Reality）に適用することができる。ＶＲとしては、例えばゲームや操作シミュレーション等が挙げられる。

４．第４の実施形態

図１１Ａは、第４の実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す側面図である。このパラレルリンクロボット１００Ｄのテンション部材３２は、上記第１の実施形態におけるリンク１３の機能を持つ。テンション部材３２は、リンクを構成する第１の部位３２ａと、曲げテンションを発生する第２の部位３２ｂとを含む。

図１１Ｂに示すように、駆動源であるモータ１５の回転軸１６に、テンション部材３２であるワイヤの両端がそれぞれ直接接続されている。例えば回転軸１６には、径方向に貫通する貫通穴１６ａが設けられ、その貫通穴１６ａにワイヤの端部が挿通されている。貫通穴１６ａ内で、ワイヤの端部が回転軸１６の先端から挿入されたネジ１７によって押し付けられることで、ワイヤがこの回転軸１６に固定される。なお、モータ１５には減速機が設けられていてもよい。

第１の部位３２ａと第２の部位３２ｂとの間に「曲げ癖」がつけられて、テンション部材３２はその形状を保っている。

以上のような構成により、部品点数を減らし、簡易な構成でパラレルリンクロボット１００Ｄを実現でき、低コスト化を図ることができる。

５．第５の実施形態

図１２Ａは、第５の実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す写真である。このパラレルリンクロボット１００Ｅは、可動部６０の動きの自由度を制限する制限機構９０を備える。制限機構９０は、例えば、ベース１１と可動部６０との間に設けられた、これらを連結するジョイント部９２を有する。

ベース１１には、例えば上から見て等角度間隔（120°）で３つのモータ１５が搭載され、これらのモータ１５に３つのリンク１３がそれぞれ接続されている。そして、３つのリンク１３と、３本のテンション部材３０がそれぞれ接続されている。

図１２Ｂは、図１２Ａにおけるジョイント部９２を主に示す側面図である。ジョイント部は、例えばボールジョイントにより構成され、上部に設けられたボール９３が、可動部６０に回転可能に接続されている。ジョイント部９２の下部は、ベース１１から上方に突出するように設けられた支持部１９に支持されている。

このように可動部６０の動きの自由度を制限する制限機構９０により、設計者は、可動部６０が持つ多数の自由度を、適応的に適切な自由度数に設計できる。

特に、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ｅによれば、可動部６０が、ｘ、ｙ、ｚ軸の３軸の周りの回転することが可能となる。これにより、簡易な構成および低コストで３軸回転自由度を持つパラレルリンクを実現できる。

また、可動部６０がジョイント部９２によりベース１１に接続されているので、可動部６０の動きが安定する。

ジョイント部９２は、必ずしもボールジョイントでなくてもよく、３軸自由度を実現する構成であれば、他の３軸ジョイントであってもよい。あるいは、ジョイント部９２は、３軸自由度の可動域を有するのではなく、モータ１５の数に応じて、２以下の自由度の可動域を有していてもよい。

制限機構９０は、ジョイント部９２の代わりに、例えばバネであってもよい。バネとしては、コイルバネ、板バネなどが用いられる。

上記第５の実施形態に係るパラレルリンクロボット１００Ｅの技術は、第３の実施形態（図１０）で示したように、操作装置にも適用可能である。

６．第６の実施形態

図１３は、本技術の第６の実施形態に係る装置、ここでは操作装置を示す模式図である。この操作装置２００Ａの可動部６５は、第３の実施形態で説明したように、操作者がこの操作装置を操作しやすくするための把持部（または摘まみ部）６４を備えている。

把持部６４内には、例えばアクチュエータ７５が設けられている。アクチュエータ７５は複数設けられていてもよい。アクチュエータ７５は、力覚あるいは触覚を操作者に提示する。アクチュエータ７５としては、例えばボイスコイルモータ、圧電デバイス、または振動モータなどが利用される。

このように構成された操作装置２００Ａは、アクチュエータ７５により操作者の手指に触覚または力覚を与えることができる。

操作装置２００Ａのベース１１内には、例えば回路基板（回路部）７７が設けられている。回路基板７７には図示しない電源回路が搭載されている。または、図示しない別の基板に搭載された電源回路が、この回路基板７７に接続されている。回路基板７７から、例えば、電力や制御信号がアクチュエータ７５に送られる。

本実施形態では、アクチュエータ７５へ電気配線７８の一部に、テンション部材３５が利用されてもよい。すなわち、テンション部材３５を構成する主な材料である導電材は、アクチュエータ７５と回路基板７７とを接続する電気配線７８の一部の導線として機能する。テンション部材３５は、絶縁体で導線を被覆して構成されていてもよい。

このような構成によれば、簡易な構成で操作装置を実現でき、低コスト化を図ることができる。

アクチュエータ７５に代えて、あるいは、アクチュエータ７５に加えて、図示しないセンサが可動部６５に設けられていてもよい。センサは複数あってもよい。センサは、可動部６５の動きを検出するセンサ２５（図１０参照）の検出対象とは異なる対象を検出する。

上記の場合、センサは、例えば操作者が把持部６４を握ったことを検出する機能を有していてもよい。その場合、センサとしては、圧力センサ、温度センサ、接触センサ、力覚センサ、測距センサ等が用いられる。

あるいは、センサは、センサ２５では検出できない動き、例えば可動部の加速度、角速度を検出するセンサであってもよい。

なお、この第６の実施形態では、テンション部材３５が主にワイヤで構成されていたが、後述するように、ワイヤの代わりにコイルバネが用いられてもよい。

７．他の種々の実施形態

本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

上記実施形態では、６自由度、３自由度の運動自由度を例に挙げたが、本技術は、少なくとも２自由度の運動自由度を有するパラレルリンク構造に適用可能である。

上記実施形態では、テンション部材として長尺バネが用いられた。しかし、これに限られず、テンション部材が、その長手方向にも実質的に伸縮してバネ力を発生する機能を有していてもよい。この場合、テンション部材としては、例えばゴムやコイルバネが用いられる。コイルバネが用いられることにより、テンション部材の塑性変形が生じにくいため、壊れにくくなる。特に、操作装置２００（図１０）、２００Ａ（図１３参照）にコイルバネが利用されることにより、耐久性が向上し、操作装置が操作者により操作されても壊れにくい、というメリットがある。
コイルバネが使用される場合、パラレルリンクロボットまたは操作装置は、前記コイルバネの変形を検出するセンサをさらに具備してもよい。変形とは、圧縮、伸長、屈曲などである。例えば、センサは、コイルバネに電気的に接続され、コイルバネの変形により発生する渦電流を検出することで、センサまたはコンピュータは、コイルバネの変形の度合い（圧縮度、伸長度、屈曲度）を演算することができる。これにより、センサまたはコンピュータは、例えば操作装置に入力される操作部の動き（操作量）を演算することができる。コイルバネに限られず、他のテンション部材でも同様にこのセンサにより渦電流が検出されることにより、その変形が検出されてもよい。

可動部６０は板状の形態を有していたが、どのような形状であってもよい。その形状は、ｚ軸方向で見て、左右対称または３方向（120°ごとの放射方向）で同一形状であることが、構造設計上、制御演算上では好ましい。

モータは、減速機能を有していてもよい。減速機能は、ギヤやワイヤによる減速構造により実現可能である。ワイヤ減速構造を用いることで、バックドライバビリティを高めることができる。

上記実施形態では、駆動源として、回転軸１６を動力軸とするモータ１５が用いられたが、これに代えて、ボイスコイルモータや流体圧シリンダ等のリニアアクチュエータが用いられてもよい。図１０に示したリンク１３も同様に、リニアな動きをするものが用いられてもよい。

モータ１５の配置は、上記実施形態のように水平面に沿って２次元内で配置されるのではなく、ｚ方向も加えて３次元内で配置されていてもよい。しかし、モータの配置は、ｚ軸方向で見て、左右対称または３方向（120°ごとの放射方向）で同一形状であることが、構造設計上、制御演算上では好ましい。

上記実施形態では、ベース１１の外部に制御基板等が設けられる形態を説明した。しかし、ベース１１内（例えば筐体内）にこれら制御基板等が配置されていてもよい。

第３の実施形態（図１０参照）において、パラレルリンクロボット１００Ｃは、リンク１３にそれぞれ接続されたセンサ（例えばロータリエンコーダやポテンショメータなど）を備えていてもよい。すなわち、パラレルリンクロボット１００Ｃは、操作装置としての機能も有していてもよい。操作装置２００も同様に、リンク２３にそれぞれ接続された駆動源としてのモータを備えていてもよい。

例えば図１０に示した操作装置２００において、例えば複数のセンサ２５を搭載した基板を小さく設計し、操作装置をできるだけ小さく設計してもよい。また、この場合、操作者は手や複数本の指でこの操作装置を把持し、例えば指１本（例えば親指等）で可動部（操作部）１２０を操作できるように、操作装置の可動部が摘まみ部やリング（指を通すリング）を備えていてもよい。

上記各実施形態では、モータ１５の回転軸１６が外方へ出力するように、モータ１５がベース１１に配置されていた。しかし逆に、モータ１５の回転軸１６が内方（ｚ軸方向で見てベースの中心に向かって）出力するように、モータ１５が配置されていてもよい。
この場合、ベースの形状や大きさの設計は適宜変更される。このような構成によれば、回転軸１６に接続されるリンクがモータの内側に配置されて邪魔にならない。また、テンション部材の長さを短くでき、装置全体の高さを低くすることができる。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
可動部と、
ベースと、
前記ベースに取り付けられた複数の駆動源と、
前記複数の駆動源にそれぞれ接続された複数のリンクと、
曲げテンションを発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されたテンション部材と
を具備するパラレルリンクロボット。
（２）
前記（１）に記載のパラレルリンクロボットであって、
前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくとも１つに接続され、かつ、前記可動部に接続されている
パラレルリンクロボット。
（３）
前記（２）に記載のパラレルリンクロボットであって、
前記複数のリンクは、一対のリンクが複数設けられて構成された複数対のリンクを含み、
前記テンション部材の両端部は、少なくとも前記一対のリンクにそれぞれ接続され、前記テンション部材の中央部は、前記可動部に接続されている
パラレルリンクロボット。
（４）
前記（１）から（３）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記ベースは、前記複数の駆動源を収容するように容器状に構成され、
前記複数のリンクは、前記ベースの外周部で、前記複数の駆動源が有する動力軸に接続されている
パラレルリンクロボット。
（５）
前記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記テンション部材は、屈曲により前記曲げテンションを発生する長尺バネである
パラレルリンクロボット。
（６）
前記（１）から（４）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記テンション部材は、コイルバネである
パラレルリンクロボット。
（７）
前記（１）から（５）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記複数の駆動源は、一対の駆動源が複数設けられて構成された複数対の駆動源を含み、
前記ベースは、前記一対の駆動源の動力軸が互いに平行になるように、この一対の駆動源を取り付ける共通の取付面を有する
パラレルリンクロボット。
（８）
前記（１）から（５）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記ベースは、前記複数の駆動源が取り付けられる取付面を有し、前記複数の駆動源の動力軸が、それら取付面に垂直に配置されるように、それら駆動源を支持する
パラレルリンクロボット。
（９）
前記（１）に記載のパラレルリンクロボットであって、
前記テンション部材は、
前記複数のリンクのうち少なくも１つを構成する第１の部位と、
前記曲げテンションを発生する第２の部位とを含む
パラレルリンクロボット。
（１０）
前記（１）から（９）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記可動部の動きの自由度を制限する制限機構
をさらに具備するパラレルリンクロボット。
（１１）
前記（１０）に記載のパラレルリンクロボットであって、
前記制限機構は、前記ベースと前記可動部との間に設けられた、１または複数の自由度の可動域を有するジョイント部を有する
パラレルリンクロボット。
（１２）
前記（１）から（７）のうちいずれか１つに記載のパラレルリンクロボットであって、
前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する複数のセンサ
をさらに具備するパラレルリンクロボット。
（１３）
可動部と、
ベースと、
動くことが可能に前記ベースに設けられた複数のリンクと、
前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する複数のセンサと、
曲げテンションを発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されたテンション部材と
を具備する操作装置。
（１４）
前記（９）に記載の操作装置であって、
前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくとも１つに接続され、かつ、前記可動部に接続されている
操作装置。
（１５）
前記（１０）に記載の操作装置であって、
前記複数のリンクは、一対のリンクが複数設けられて構成された複数対のリンクを含み、
前記テンション部材の両端部は、少なくとも前記一対のリンクにそれぞれ接続され、前記テンション部材の中央部は、前記可動部に接続されている
操作装置。
（１６）
前記（９）から（１１）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記テンション部材は、屈曲により前記曲げテンションを発生する長尺バネである
操作装置。
（１７）
前記（１３）から（１５）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記テンション部材は、コイルバネである
操作装置。
（１８）
前記（１３）から（１７）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記可動部の動きの自由度を制限する制限機構
をさらに具備する操作装置。
（１９）
前記（１８）に記載の操作装置であって、
前記制限機構は、前記ベースと前記可動部との間に設けられた、１または複数の自由度の可動域を有するジョイント部を有する
操作装置。
（２０）
前記（１３）から（１９）のうちいずれか１つに記載の操作装置であって、
前記可動部は、アクチュエータまたはセンサを有する
操作装置。
（２１）
前記（２０）に記載の操作装置であって、
前記ベースに設けられた回路部をさらに具備し、
前記テンション部材が有する導電材は、前記回路部と、前記アクチュエータまたはセンサとを導通する導線として機能する
操作装置。
（２２）
前記（１）から（１２）のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
前記テンション部材の変形を検出するセンサをさらに具備する
パラレルリンクロボット。
（２３）
前記（１３）から（２１）のうちいずれか１項に記載の操作装置であって、
前記テンション部材の変形を検出するセンサをさらに具備する
操作装置。

１１…ベース
１３、２３…リンク
１５…モータ
２５…センサ
３０、３２、３５…テンション部材
３２ａ…第１の部位
３２ｂ…第２の部位
６０、６５…可動部
７５…アクチュエータ
７７…回路基板
９０…制限機構
９２…ジョイント部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…パラレルリンクロボット
２００、２００Ａ…操作装置

Claims (21)

1. 可動部と、
   ベースと、
   前記ベースに取り付けられた複数の駆動源と、
   前記複数の駆動源にそれぞれ接続された複数のリンクと、
   曲げテンションが発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されたテンション部材と
   を具備するパラレルリンクロボット。
2. 請求項１に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくとも１つに接続され、かつ、前記可動部に接続されている
   パラレルリンクロボット。
3. 請求項２に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記複数のリンクは、一対のリンクが複数設けられて構成された複数対のリンクを含み、
   前記テンション部材の両端部は、少なくとも前記一対のリンクにそれぞれ接続され、前記テンション部材の中央部は、前記可動部に接続されている
   パラレルリンクロボット。
4. 請求項１に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記ベースは、前記複数の駆動源を収容するように容器状に構成され、
   前記複数のリンクは、前記ベースの外周部で、前記複数の駆動源が有する動力軸に接続されている
   パラレルリンクロボット。
5. 請求項１に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記テンション部材は、屈曲により前記曲げテンションを発生する長尺バネである
   パラレルリンクロボット。
6. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記テンション部材は、コイルバネである
   パラレルリンクロボット。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記複数の駆動源は、一対の駆動源が複数設けられて構成された複数対の駆動源を含み、
   前記ベースは、前記一対の駆動源の動力軸が互いに平行になるように、この一対の駆動源を取り付ける共通の取付面を有する
   パラレルリンクロボット。
8. 請求項１から７のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記ベースは、前記複数の駆動源が取り付けられる取付面を有し、前記複数の駆動源の動力軸が、それら取付面に垂直に配置されるように、それら駆動源を支持する
   パラレルリンクロボット。
9. 請求項１に記載のパラレルリンクロボットであって、
   前記テンション部材は、
   前記複数のリンクのうち少なくも１つを構成する第１の部位と、
   前記曲げテンションを発生する第２の部位とを含む
   パラレルリンクロボット。
10. 請求項１から９のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
    前記可動部の動きの自由度を制限する制限機構
    をさらに具備するパラレルリンクロボット。
11. 請求項１０に記載のパラレルリンクロボットであって、
    前記制限機構は、前記ベースと前記可動部との間に設けられた、１または複数の自由度の可動域を有するジョイント部を有する
    パラレルリンクロボット。
12. 請求項１から１１のうちいずれか１項に記載のパラレルリンクロボットであって、
    前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する複数のセンサ
    をさらに具備するパラレルリンクロボット。
13. 可動部と、
    ベースと、
    動くことが可能に前記ベースに設けられた複数のリンクと、
    前記複数のリンクの動きをそれぞれ検出する複数のセンサと、
    曲げテンションが発生するように、前記可動部と、前記複数のリンクのうち少なくとも１つのリンクとの間に接続されたテンション部材と
    を具備する操作装置。
14. 請求項１３に記載の操作装置であって、
    前記テンション部材は、前記複数のリンクのうち少なくとも１つに接続され、かつ、前記可動部に接続されている
    操作装置。
15. 請求項１４に記載の操作装置であって、
    前記複数のリンクは、一対のリンクが複数設けられて構成された複数対のリンクを含み、
    前記テンション部材の両端部は、少なくとも前記一対のリンクにそれぞれ接続され、前記テンション部材の中央部は、前記可動部に接続されている
    操作装置。
16. 請求項１３から１５のうちいずれか１項に記載の操作装置であって、
    前記テンション部材は、屈曲により前記曲げテンションを発生する長尺バネである
    操作装置。
17. 請求項１３から１５のうちいずれか１項に記載の操作装置であって、
    前記テンション部材は、コイルバネである
    操作装置。
18. 請求項１３から１７のうちいずれか１項に記載の操作装置であって、
    前記可動部の動きの自由度を制限する制限機構
    をさらに具備する操作装置。
19. 請求項１８に記載の操作装置であって、
    前記制限機構は、前記ベースと前記可動部との間に設けられた、１または複数の自由度の可動域を有するジョイント部を有する
    操作装置。
20. 請求項１３から１９のうちいずれか１項に記載の操作装置であって、
    前記可動部は、アクチュエータまたはセンサを有する
    操作装置。
21. 請求項２０に記載の操作装置であって、
    前記ベースに設けられた回路部をさらに具備し、
    前記テンション部材が有する導電材は、前記回路部と、前記アクチュエータまたはセンサとを導通する導線として機能する
    操作装置。