WO2013014720A1 - パラレルリンクロボット - Google Patents

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WO2013014720A1
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actuator
freedom
link
rotation axis
degrees
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PCT/JP2011/066655
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French (fr)
Inventor
山口　剛
Original Assignee
株式会社安川電機
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0063—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having an universal joint at the base

Definitions

  • the present invention relates to a parallel link robot.
  • a parallel link robot having a plurality of degrees of freedom is known as a robot that performs positioning (hereinafter simply referred to as “positioning”) by controlling the position and orientation of an end effector or the like.
  • a parallel link robot As such a parallel link robot, a parallel link robot has been proposed in which the position of the end effector is controlled by a three-degree-of-freedom link mechanism and the attitude of the end effector is controlled by a three-degree-of-freedom rotation mechanism (for example, Patent Documents). 1).
  • This parallel link robot has a total of six degrees of freedom.
  • the disclosed technology has been made in view of the above, and a parallel link robot that can reduce the weight of a drive unit that drives a link mechanism, a rotation mechanism, an end effector, and the like and can effectively use the output of the actuator.
  • the purpose is to provide.
  • the robot disclosed in the present application includes a base portion, a plurality of actuators fixed to the base portion, and one or more interference drive mechanism portions having an output shaft having two or more degrees of freedom, and the interference A link portion that connects the drive mechanism portion and the end effector is provided.
  • the robot disclosed in the present application it is possible to reduce the number of link mechanisms, reduce the weight of the drive unit that drives the link mechanism, the rotation mechanism, the end effector, and the like and effectively use the output of the actuator it can.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a parallel link robot according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the parallel link robot according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram 1 showing the rotation direction of the link.
  • FIG. 3B is a second explanatory diagram showing the rotation direction of the link.
  • FIG. 3C is an explanatory diagram 3 showing the rotation direction of the link.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the interference drive mechanism unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the parallel link robot according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the interference drive mechanism unit according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the parallel link robot 10 according to the first embodiment.
  • the parallel link robot 10 when the degree of freedom of the end effector 500 has six degrees of freedom of position and posture will be described.
  • the parallel link robot 10 includes a base unit 100, three interference driving mechanism units 200, three link units 300, three ball joints 400, and an end effector 500.
  • the base unit 100 is a member for fixing the parallel link robot 10 to an external device or the like.
  • Three interference driving mechanism parts 200 are fixed to the base part 100, and link parts 300 are connected to the output shaft of the interference driving mechanism part 200, respectively.
  • the end effector 500 is connected via a ball joint 400 provided at the tip of the link unit 300.
  • Each of the interference driving mechanism units 200 includes two actuators and is fixed to the base unit 100.
  • Each interference driving mechanism unit 200 has two degrees of freedom (active), and positioning with respect to the two degrees of freedom can be performed by an actuator provided in the interference driving mechanism unit 200.
  • Each link unit 300 has one degree of freedom (passive), and the ball joint 400 has three degrees of freedom (passive). Therefore, the degree of freedom of the tip of the link part 300 has six degrees of freedom.
  • the degree of freedom of the link part 300 is the degree of freedom of the tip of the link part 300 connected to the end effector 500, and ⁇ is all the links connected to the end effector 500.
  • the sum of the calculated values for the part 300 is shown.
  • the end effector 500 has six degrees of freedom.
  • the interference driving mechanism unit 200 performs positioning with respect to two degrees of freedom, the two degrees of freedom are constrained, so the degree of freedom of the end effector 500 is four (6-2). Furthermore, if the other two interference drive mechanisms 200 are positioned, four (2 ⁇ 2) degrees of freedom are constrained. As a result, the degree of freedom of the end effector 500 is 0 (4-4), and positioning with respect to the six degrees of freedom of position and posture is performed.
  • the end effector 500 is a member for performing work by substituting the movements of human hands and fingers.
  • the end effector 500 may be a member that grips a workpiece and transfers it to a predetermined place during a workpiece assembly process, or a member that performs an insertion operation such as a connector pin. There may be.
  • the parallel link robot 10 can effectively use the output of the actuator by operating the interference driving mechanism unit 200 in cooperation with a plurality of actuators.
  • the parallel link robot 10 can reduce the weight of the drive unit such as the link unit 300 and the end effector 500 by fixing all the actuators to the base unit 100.
  • the position and posture of the end effector 500 are controlled by a predetermined control device (not shown).
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the parallel link robot 10 according to the first embodiment.
  • the shapes of the base unit 100 and the end effector 500 included in the parallel link robot 10 are triangular. However, the shape is not limited to this, and as shown in FIG. There may be.
  • the interference driving mechanism unit 200 fixed to the base unit 100 has two degrees of freedom (active). The details of the interference drive mechanism 200 will be described later with reference to FIG.
  • the link unit 300 includes a first link 301 on the interference drive mechanism unit 200 side and a second link 303 on the other side.
  • a bearing 302 is provided between the first link 301 and the second link 303 and has one degree of freedom (passive).
  • FIGS. 3A to 3C are explanatory views 1 to 3 showing the rotation direction of the link.
  • FIGS. 3A to 3C are different from the actual shape of the members, and are shown to clarify the rotation direction.
  • FIG. 3A the rotation direction when the axis of the cylinder is expressed as a link will be described.
  • the link When written in this way, it indicates that the link has a degree of freedom to rotate around the axis of the cylinder. Specifically, it indicates that the link has a degree of freedom to rotate in the direction of the arrow a or the direction of the arrow b.
  • the link a and the link b have a degree of freedom to rotate so as to draw an arc with the axis of the cylinder as the center O and the links a and b as the radii. It shows having.
  • the link a and the link b can be rotated in the directions c and d, respectively.
  • the link is rotated or rotated in the rotation direction described above.
  • the end effector 500 is connected by three ball links 400 provided at the tips of the second links 303 and the second links 303, and each ball joint 400 has three degrees of freedom (passive).
  • the tip of the second link 303 that is, the tip of the link part 300 has six degrees of freedom.
  • the tip of the link part 300 has a total of six degrees of freedom, two for the interference drive mechanism part 200, one for the bearing 302, and three for the ball joint 400.
  • the end effector 500 has six degrees of freedom.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the interference driving mechanism unit 200 according to the first embodiment.
  • the interference drive mechanism 200 includes a housing 201, a first actuator 202, a second actuator 203, a first bevel gear 204, a second bevel gear 205, and a bevel gear holding.
  • a tool 206, a third bevel gear 207, an output shaft 208, and bearings 209, 210, and 211 are provided.
  • a housing 201 is fixed to the base unit 100, and a first actuator 202 and a second actuator 203 are fixed to the housing 201.
  • the rotation axis X of the first actuator 202 and the rotation axis X of the second actuator 203 are fixed on the same axis.
  • the parallel link robot 10 can reduce the weight of the drive unit and can increase the operation speed of the parallel link robot 10.
  • the first bevel gear 204 is fixed to the rotation axis X of the first actuator 202, and the second bevel gear is set to face the first bevel gear 204 on the rotation axis X of the second actuator 203. 205 is fixed.
  • the housing 201 is provided with a bevel gear holder 206 having one degree of freedom by bearings 209 and 210, and the bevel gear holder 206 can rotate around the rotation axis X.
  • the bevel gear holder 206 is provided with an output shaft 208 having one degree of freedom by a bearing 211, and the output shaft 208 can rotate around a rotation axis Y perpendicular to the rotation axis X.
  • a third bevel gear 207 is fixed to the output shaft 208, and the third bevel gear 207 meshes with the first bevel gear 204 and the second bevel gear 205.
  • the 1st link 301 with which the link part 300 is provided is fixed to the output shaft 208 (refer FIG. 2).
  • the housing 201 is provided with the bevel gear holder 206 having one degree of freedom, and the bevel gear holder 206 is provided with the output shaft 208 having one degree of freedom. ing. Therefore, the output shaft 208 provided in the interference drive mechanism 200 has two degrees of freedom.
  • the third bevel gear 207 that meshes with the two bevel gears rotates around the rotation axis Y. I can't. However, the third bevel gear 207 rotates around the axes of the bearings 209 and 210, that is, around the rotation axis X.
  • the interference drive mechanism 200 can rotate the third bevel gear 207 by a predetermined amount according to the amount by which the first bevel gear 204 and the second bevel gear 205 are rotated.
  • the interference drive mechanism 200 can rotate the third bevel gear 207 by a predetermined amount according to the amount by which the first bevel gear 204 and the second bevel gear 205 are rotated.
  • two degrees of freedom can be constrained by operating a combination of operations of rotating the first bevel gear 204 and the second bevel gear 205 in the same direction or in the reverse direction.
  • the output shaft 208 is positioned with respect to the degrees of freedom around the rotation axis X and the rotation axis Y by such an operation.
  • the end effector is positioned by restricting the six degrees of freedom by cooperating all the actuators provided in the parallel link robot simultaneously or two at a time.
  • the parallel link robot according to the first embodiment can reduce the number of link portions and can effectively use the output of the actuator.
  • the parallel link robot according to the first embodiment can reduce the weight of the drive portions such as the link portion and the end effector.
  • the drive unit such as the link unit or the end effector need not be provided with an actuator, and the drive unit can be reduced in size. Moreover, mutual interference between links can be suppressed by reducing the number of link portions. Therefore, the parallel link robot according to the first embodiment can expand the movable range.
  • the parallel link robot coordinates a plurality of actuators and performs positioning with respect to the degrees of freedom around the rotation axis X and the rotation axis Y by the three bevel gears provided in the interference drive mechanism. It was possible.
  • an interference driving mechanism having a different configuration from that of the interference driving mechanism unit may be provided. Therefore, in a second embodiment described below, a case where the parallel link robot is provided with an interference driving mechanism different from the interference driving mechanism unit 200 will be described.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the parallel link robot 10 ′ according to the second embodiment. 5 corresponds to the configuration example of the parallel link robot 10 according to the first embodiment shown in FIG. Moreover, it is the same as that of FIG. 2 except that the interference drive mechanism 200 'is different. Therefore, the description common to both is omitted here.
  • the interference drive mechanism 200 ′ has one degree of freedom to rotate about a predetermined rotation axis, and one rotation about an axis orthogonal to the rotation axis. Has freedom.
  • the interference drive mechanism 200 ′ is different from the interference drive mechanism 200 shown in FIG. 2 in that the interference drive mechanism 200 ′ rotates around an axis orthogonal to the first link 301.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the interference drive mechanism 200 ′ according to the second embodiment.
  • the interference drive mechanism 200 ′ includes a first actuator 231, a second actuator 232, a first bearing 239, a second bearing 241, and an output shaft 238.
  • a housing (not shown) is fixed to the base unit 100, and a first actuator 231 and a second actuator 232 are fixed to the housing.
  • the rotation axis of the first actuator 231 and the rotation axis of the second actuator 232 are fixed on the same axis.
  • a first bearing 239 is fixed to one of the rotation axes of the first actuator 231 (here, the negative direction of the Z-axis), and the first bearing 239 can rotate around the rotation axis of the first actuator 231. It is.
  • crank A third crank 240 that is bent from the rotation shaft of the first bearing 239 to the output shaft 238 is fixed to the first bearing 239, and the link portion of the bent portion of the third crank 240 is the rotation of the first bearing 239. Rotate around an axis.
  • crank-shaped connecting member is referred to as “crank”.
  • first actuator 231, the second actuator 232, the first bearing 239 and the third crank 240 are included on the same plane (hereinafter referred to as “first plane”).
  • second plane the output shaft 238 of the interference drive mechanism 200 ′ is included on a plane parallel to the first plane (hereinafter referred to as “second plane”).
  • first plane and the second plane are XZ planes.
  • the third crank 240 is provided with a second bearing 241 that rotates about an axis perpendicular to the first plane, and the second bearing 241 is further provided with a fourth crank 242 as another connecting member. ing.
  • crank 242 rotates about the axis of the second bearing 241.
  • the fourth crank 242 is bent from the first plane to the second plane, and the output shaft 238 included on the second plane is connected to the fourth crank 242.
  • a first crank 233 is fixed to the other rotation axis of the first actuator 231 (the positive direction of the Z-axis), and the first crank 233 is bent from the first plane to the second plane.
  • the ball joint 235 included on the second plane is connected.
  • the ball joint 235 is connected to the link 234, and the link 234 is connected to the second crank 237 by the ball joint 236. Note that each of the ball joint 235 and the ball joint 236 has three degrees of freedom.
  • the second crank 237 is bent toward the output shaft 238 (here, the negative direction of the Z axis) on the second plane, and the output shaft 238 is connected.
  • the second crank 237 has a shape bent toward the output shaft 238 side, but may be configured by a connecting member having a shape in which the second crank 237 is bent toward the output shaft 238 side.
  • a fifth crank 244, ball joints 246, 247, a link 245, and a sixth crank 248 are connected to the rotation axis (the negative direction of the Z axis) of the second actuator 232.
  • the sixth crank 248 is connected to the output shaft 238 on the second plane.
  • the output shaft 238 can rotate around the rotation axis of the first bearing 239 and has one degree of freedom.
  • first plane including the first actuator 231 and the second actuator 232 and the second plane including the output shaft 238 are connected by the first crank 233 and the fifth crank 244.
  • the link 234 and the link 245 are opposite to each other (the positive direction of the X axis and the X axis). Reciprocate in the negative direction).
  • the output shaft 238 can rotate around the rotation axis of the second bearing 241 and has one degree of freedom. As described above, the output shaft 238 has two degrees of freedom in the rotation direction of the first bearing 239 and the rotation direction of the second bearing 241.
  • the interference drive mechanism 200 operates by combining the operations of rotating the first actuator 231 and the second actuator 232 in the same direction or in the opposite direction.
  • the output shaft 238 can be positioned with respect to two degrees of freedom, and the interference drive mechanism 200 'can constrain the two degrees of freedom.
  • the rotation axis of the first actuator 231 and the rotation axis of the second actuator 232 provided in the interference drive mechanism 200 ' are fixed on the same axis.
  • the rotation axis of the first actuator 231 and the rotation axis of the second actuator 232 are not necessarily on the same axis.
  • the end effector is positioned by coordinating the actuators provided in the parallel link robot and restraining the six degrees of freedom.
  • the parallel link robot according to the second embodiment can effectively use the output of the actuator as in the first embodiment.
  • the parallel link robot according to the second embodiment can reduce the weight of the drive unit such as the link unit and the end effector. Furthermore, deterioration of the member due to backlash or the like can be prevented.
  • the tip of the link portion has been described as having six degrees of freedom.
  • one of the three interference drive mechanisms provided in the parallel link robot shown in each of the above-described embodiments has one degree of freedom by one actuator, and is configured by a link part having four degrees of freedom.
  • a link robot may be used.
  • the degree of freedom of the tip of the link portion is 5, and the end effector has 5 degrees of freedom from the above-described equation (1).
  • a link in which the end effector includes an interference driving mechanism having two degrees of freedom and a link having four degrees of freedom, an interference driving mechanism having one degree of freedom, and a link having five degrees of freedom It is good also as a structure connected by the link comprised by the link comprised by a part, the interference drive mechanism part which has three degrees of freedom, and the link part which has three degrees of freedom.
  • the member having three degrees of freedom provided at the tip of the link portion is a ball joint.
  • the present invention is not limited to this.
  • the combination of members having degrees of freedom and the direction of the rotation shaft provided in the interference drive mechanism shown in the above-described embodiments are not limited to this, and other configurations may be adopted.

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Abstract

　リンク機構、回転機構およびエンドエフェクタ等を駆動させる駆動部を軽量化するとともにアクチュエータの出力を有効に利用することができるパラレルリンクロボットを提供することを課題としている。この課題を解決するために、パラレルリンクロボットは、基台部と、基台部に固定される複数のアクチュエータを有し、出力軸が２つ以上の自由度を有する１つ以上の干渉駆動機構部と、干渉駆動機構部とエンドエフェクタとを接続するリンク部とを有する。

Description

パラレルリンクロボット
　本発明は、パラレルリンクロボットに関する。
　従来、エンドエフェクタ等の位置および姿勢を制御して位置決め(以下、単に「位置決め」と記載する)を行うロボットとして、複数の自由度を有するパラレルリンクロボットが知られている。
　かかるパラレルリンクロボットとして、３自由度のリンク機構によってエンドエフェクタの位置を制御し、また、３自由度の回転機構によってエンドエフェクタの姿勢を制御するパラレルリンクロボットが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このパラレルリンクロボットは、合計で６つの自由度を有する。
特開２０１０－１８４３２８号公報
　しかしながら、上記した従来のロボットは、位置を制御するリンク機構を駆動させるアクチュエータ群と姿勢を制御する回転機構を駆動させるアクチュエータ群とが別々に動作するため、アクチュエータの出力を有効に利用することができないという問題があった。
　また、上記した従来のロボットは、アクチュエータによって駆動する回転機構が先端のエンドエフェクタに備えてあるため、エンドエフェクタの重量が重くなり、動作の速度が遅くなってしまうこともある。
　開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、リンク機構、回転機構およびエンドエフェクタ等を駆動させる駆動部を軽量化するとともにアクチュエータの出力を有効に利用することができるパラレルリンクロボットを提供することを目的とする。
　本願の開示するロボットは、基台部と、前記基台部に固定される複数のアクチュエータを有し、出力軸が２つ以上の自由度を有する１つ以上の干渉駆動機構部と、前記干渉駆動機構部とエンドエフェクタとを接続するリンク部とを備えることを特徴とする。
　本願の開示するロボットの一つの態様によれば、リンク機構の数を削減し、リンク機構、回転機構およびエンドエフェクタ等を駆動させる駆動部を軽量化するとともにアクチュエータの出力を有効に利用することができる。
図１は、実施例１に係るパラレルリンクロボットの一例を示す斜視図である。 図２は、実施例１に係るパラレルリンクロボットの模式図である。 図３Ａは、リンクの回転方向を示す説明図その１である。 図３Ｂは、リンクの回転方向を示す説明図その２である。 図３Ｃは、リンクの回転方向を示す説明図その３である。 図４は、実施例１に係る干渉駆動機構部の模式図である。 図５は、実施例２に係るパラレルリンクロボットの模式図である。 図６は、実施例２に係る干渉駆動機構部の模式図である。
　以下に添付図面を参照して、本願の開示するパラレルリンクロボットのいくつかの実施例を詳細に説明する。ただし、これらの各実施例における例示で本発明が限定されるものではない。
　まず、実施例１に係るパラレルリンクロボット１０の外観について図１を用いて説明する。図１は、実施例１に係るパラレルリンクロボット１０の一例を示す斜視図である。なお、ここでは、エンドエフェクタ５００の自由度が位置および姿勢の６つの自由度を有する場合のパラレルリンクロボット１０について説明する。
　図１に示すように、パラレルリンクロボット１０は、基台部１００と、３つの干渉駆動機構部２００と、３つのリンク部３００と、３つのボールジョイント４００と、エンドエフェクタ５００とを備える。
　基台部１００は、パラレルリンクロボット１０を外部の装置等に固定するための部材である。基台部１００には、３つの干渉駆動機構部２００が固定されており、干渉駆動機構部２００の出力軸には、リンク部３００がそれぞれ接続されている。
　リンク部３００の先端に備えるボールジョイント４００を介してエンドエフェクタ５００が接続されている。干渉駆動機構部２００は、それぞれ２つのアクチュエータを備えており、基台部１００に固定される。
　各干渉駆動機構部２００は、２つの自由度（能動）を有し、干渉駆動機構部２００に備えるアクチュエータによって２つの自由度に対する位置決めを行うことができる。また、各リンク部３００は、１つの自由度（受動）を有し、ボールジョイント４００は３つの自由度（受動）を有する。したがって、リンク部３００の先端の自由度は、いずれも６つの自由度を有することとなる。
　また、エンドエフェクタ５００の自由度は、パラレルリンクロボット１０の場合、式（１）のようになる。
　　［式１］　自由度＝６－Σ（６－リンク部３００の自由度）　…（１）
　なお、式（１）において、リンク部３００の自由度とは、エンドエフェクタ５００と接続されているリンク部３００の先端の自由度であり、Σは、エンドエフェクタ５００と接続されているすべてのリンク部３００についての算出値の和であることを示す。
　これにより、エンドエフェクタ５００に接続されている３つのリンク部３００の先端は、いずれも６つの自由度を有することから、エンドエフェクタ５００は、６つの自由度を有することとなる。
　ここで、干渉駆動機構部２００が、２つの自由度に対して位置決めを行った場合、２つの自由度を拘束するので、エンドエフェクタ５００の自由度は、４つ（６－２）となる。さらに、他の２つの干渉駆動機構部２００でも、位置決めを行ったならば、４つ（２つ×２）の自由度を拘束することとなる。その結果、エンドエフェクタ５００の自由度は、０（４－４）となり、位置および姿勢の６つの自由度に対する位置決めが行われる。
　なお、エンドエフェクタ５００は、人間の手や指の動作を代替して作業を行うための部材である。たとえば、産業用ロボットであれば、エンドエフェクタ５００は、ワークの組み立て工程の際、ワークを把持し所定の場所へ移載する部材であってもよいし、コネクタピン等の挿入動作をする部材であってもよい。
　実施例１に係るパラレルリンクロボット１０は、複数のアクチュエータを協調させて干渉駆動機構部２００を動作させることによってアクチュエータの出力を有効に利用することができる。
　また、実施例１に係るパラレルリンクロボット１０は、すべてのアクチュエータを基台部１００に固定させることによってリンク部３００やエンドエフェクタ５００等の駆動部の重量を軽量化することができる。
　なお、干渉駆動機構部２００およびアクチュエータの詳細については、図２および図４を用いて後述する。また、図１に示すパラレルリンクロボット１０は、図示しない所定の制御装置によってエンドエフェクタ５００の位置および姿勢の制御が行われる。
　つぎに、パラレルリンクロボット１０の構成の詳細について図２を用いて説明する。図２は、実施例１に係るパラレルリンクロボット１０の模式図である。なお、図２に示すように、パラレルリンクロボット１０が備える基台部１００およびエンドエフェクタ５００の形状を三角形としたが、これに限定されるものではなく、図１に示したように、円形であってもよい。
　基台部１００に固定された干渉駆動機構部２００は、２つの自由度（能動）を有する。なお、干渉駆動機構部２００の詳細については、図４を用いて後述する。
　リンク部３００は、干渉駆動機構部２００側に第１リンク３０１を備え、他方側に第２リンク３０３を備える。また、第１リンク３０１と第２リンク３０３との間には、ベアリング３０２が設けられ、１つの自由度（受動）を有する。
　なお、ここで、図２の干渉駆動機構部２００およびベアリング３０２の回転方向について、図３Ａ～図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ～図３Ｃは、リンクの回転方向を示す説明図その１～その３である。
　なお、図３Ａ～図３Ｃに示した部材は、実際の部材の形状とは異なるものであり、回転方向を明確にするために表記したものである。まず、図３Ａに示すように、円柱の軸がリンクであるように表記された場合の回転方向について説明する。
　このように表記された場合、リンクは、円柱の軸まわりに回転する自由度を有することを示す。具体的には、リンクは、矢印ａの方向または矢印ｂの方向へ回転する自由度を有することを示す。
　つづいて、図３Ｂに示すように、リンクａ、ｂが円柱の側面から突出しており、円柱の軸と垂直に交わるように表記された場合の回転方向について図３Ｃを用いて説明する。
　このように表記された場合、図３Ｃに示したように、リンクａおよびリンクｂは、円柱の軸を中心Ｏとして、各リンクａ、ｂを半径として円弧を描くように回動する自由度を有することを示す。
　具体的には、リンクａおよびリンクｂは、それぞれｃおよびｄの方向へ回動可能であることを示す。以下、図３Ａおよび図３Ｂに示したような部材によって表記される場合には、上述した回転方向へリンクが回転または回動するものとする。
　図２に戻りパラレルリンクロボット１０の構成についての説明を続ける。エンドエフェクタ５００は、３つの第２リンク３０３と第２リンク３０３の先端に備えるボールジョイント４００によって接続されており、ボールジョイント４００は、それぞれ３つの自由度（受動）を有する。
　このように、第２リンク３０３の先端、すなわち、リンク部３００の先端は、６つの自由度を有する。具体的には、リンク部３００の先端は、干渉駆動機構部２００に２つ、ベアリング３０２に１つ、および、ボールジョイント４００に３つの合計６つの自由度を有する。このように、エンドエフェクタ５００に接続されている３つのリンク部３００の先端は、いずれも６つの自由度を有することから、エンドエフェクタ５００の自由度は、６つの自由度を有する。
　つぎに、２つの自由度（能動）を有する干渉駆動機構部２００の詳細について図４を用いて説明する。図４は、実施例１に係る干渉駆動機構部２００の模式図である。
　図４に示すように、干渉駆動機構部２００は、ハウジング２０１と、第１アクチュエータ２０２と、第２アクチュエータ２０３と、第１傘歯歯車２０４と、第２傘歯歯車２０５と、傘歯歯車保持具２０６と、第３傘歯歯車２０７と、出力軸２０８と、ベアリング２０９、２１０、２１１とを備える。
　基台部１００には、ハウジング２０１が固定されており、ハウジング２０１には、第１アクチュエータ２０２および第２アクチュエータ２０３が固定されている。なお、第１アクチュエータ２０２の回転軸Ｘと第２アクチュエータ２０３の回転軸Ｘとは同一軸上に固定されている。
　なお、このように、第１アクチュエータ２０２と第２アクチュエータ２０３とを基台部１００に固定させることによってリンク部３００やエンドエフェクタ５００等の駆動部にアクチュエータを備える必要がない。したがって、パラレルリンクロボット１０は、駆動部を軽量化することができるとともに、パラレルリンクロボット１０の動作速度を速くすることができる。
　第１アクチュエータ２０２の回転軸Ｘには、第１傘歯歯車２０４が固定されており、第２アクチュエータ２０３の回転軸Ｘには、第１傘歯歯車２０４と対面するように第２傘歯歯車２０５が固定されている。
　また、ハウジング２０１には、ベアリング２０９、２１０によって１つの自由度を有する傘歯歯車保持具２０６が設けられており、かかる傘歯歯車保持具２０６は、回転軸Ｘまわりに回転可能である。
　傘歯歯車保持具２０６には、ベアリング２１１によって１つの自由度を有する出力軸２０８が設けられており、かかる出力軸２０８は、回転軸Ｘに垂直な回転軸Ｙまわりに回転可能である。
　また、出力軸２０８には、第３傘歯歯車２０７が固定されており、かかる第３傘歯歯車２０７は、第１傘歯歯車２０４および第２傘歯歯車２０５と歯合する。なお、出力軸２０８には、リンク部３００が備える第１リンク３０１が固定される（図２参照）。
　このように、ハウジング２０１には、１つの自由度を有する傘歯歯車保持具２０６が設けられており、さらに、傘歯歯車保持具２０６には、１つの自由度を有する出力軸２０８が設けられている。したがって、干渉駆動機構部２００に備える出力軸２０８は、２つの自由度を有する。
　ここで、上記した構成の干渉駆動機構部２００が行う動作について説明する。まず、第１アクチュエータ２０２および第２アクチュエータ２０３によって第１傘歯歯車２０４および第２傘歯歯車２０５を同方向かつ同量回転させた場合について説明する。
　この場合、第１傘歯歯車２０４と第２傘歯歯車２０５とは対面しているため、かかる２つの傘歯歯車と歯合する第３傘歯歯車２０７は、回転軸Ｙまわりに回転することができない。しかし、第３傘歯歯車２０７は、ベアリング２０９、２１０の軸を中心として、すなわち、回転軸Ｘを中心として回動する。なお、干渉駆動機構部２００は、第１傘歯歯車２０４および第２傘歯歯車２０５を回転させる量に応じて第３傘歯歯車２０７を所定量回動させることができる。
　一方、第１アクチュエータ２０２と第２アクチュエータ２０３とによって第１傘歯歯車２０４と第２傘歯歯車２０５とを逆方向かつ同量回転させた場合には、第３傘歯歯車２０７は、ベアリング２１１の軸まわり、すなわち、回転軸Ｙまわりに回転する。なお、ここでも、干渉駆動機構部２００は、第１傘歯歯車２０４および第２傘歯歯車２０５を回転させる量に応じて第３傘歯歯車２０７を所定量回転させることができる。
　さらに、干渉駆動機構部２００では、第１傘歯歯車２０４および第２傘歯歯車２０５を同方向または逆方向へ回転させる動作を組み合わせて動作させることによって２つの自由度を拘束することができる。具体的には、このような動作によって出力軸２０８は、回転軸Ｘおよび回転軸Ｙの２軸まわりの自由度に対する位置決めを行う。
　ここで、３つすべての干渉駆動機構部２００で位置決めが行われると、合計６つの自由度を拘束することとなり、６つの自由度を有するリンク部３００の先端側に備えるエンドエフェクタ５００は、位置および姿勢の位置決めを行うことができる。
　上述してきたように、本実施例１では、パラレルリンクロボットに備えるすべてのアクチュエータを同時に、または、２つずつ協調させて６つの自由度を拘束させることによってエンドエフェクタの位置決めを行うこととした。これにより、本実施例１に係るパラレルリンクロボットは、リンク部の本数を削減することができるとともに、アクチュエータの出力を有効に利用することができる。
　また、リンク部の本数を削減し、各アクチュエータを基台部に固定させることによって本実施例１に係るパラレルリンクロボットは、リンク部やエンドエフェクタ等の駆動部を軽量化することができる。
　さらに、リンク部やエンドエフェクタ等の駆動部にアクチュエータを備えなくてもよく、駆動部を小型化することができる。また、リンク部の本数を削減したことでリンク同士の相互干渉を抑止できる。したがって、本実施例１に係るパラレルリンクロボットは、可動範囲を拡大することができる。
　ところで、上述した実施例１に係るパラレルリンクロボットは、複数のアクチュエータを協調させ、干渉駆動機構部に備える３つの傘歯歯車によって回転軸Ｘおよび回転軸Ｙの２軸まわりの自由度に対する位置決めを可能とした。
　しかし、かかる干渉駆動機構部とは異なる構成の干渉駆動機構を設けることとしてもよい。そこで、以下に示す実施例２では、パラレルリンクロボットが干渉駆動機構部２００とは異なる干渉駆動機構を設ける場合について説明する。
　図５は、実施例２に係るパラレルリンクロボット１０’の模式図である。なお、図５は、図２に示した実施例１に係るパラレルリンクロボット１０の構成例と対応している。また、干渉駆動機構部２００’が異なる点以外は、図２と同様である。したがって、ここでは、両者に共通する説明については省略することとする。
　図５に示すように、干渉駆動機構部２００’は、所定の回転軸を中心として回動する１つの自由度を有し、かつ、かかる回転軸と直行する軸を中心として回動する１つの自由度を有する。なお、干渉駆動機構部２００’は、第１リンク３０１と直行する軸を中心として回動する点が図２に示した干渉駆動機構部２００とは異なる。
　つぎに、２つの自由度を有する干渉駆動機構部２００’の詳細について図６を用いて説明する。図６は、実施例２に係る干渉駆動機構部２００’の模式図である。なお、以下では同図右に示すような座標軸を適宜用いて説明を行うこととする。
　図６に示すように、干渉駆動機構部２００’は、第１アクチュエータ２３１と、第２アクチュエータ２３２と、第１ベアリング２３９と、第２ベアリング２４１と、出力軸２３８とを備える。
　基台部１００には、ハウジング（図示せず）が固定されており、ハウジングには、第１アクチュエータ２３１および第２アクチュエータ２３２が固定されている。なお、第１アクチュエータ２３１の回転軸と第２アクチュエータ２３２の回転軸とは同一軸上に固定されている。
　第１アクチュエータ２３１の回転軸の一方（ここでは、Ｚ軸の負方向）には、第１ベアリング２３９が固定されており、かかる第１ベアリング２３９は、第１アクチュエータ２３１の回転軸まわりに回転可能である。
　第１ベアリング２３９には、かかる第１ベアリング２３９の回転軸から出力軸２３８へ屈曲した第３クランク２４０が固定されており、第３クランク２４０の屈曲先のリンク部分は、第１ベアリング２３９の回転軸を中心として回動する。なお、以下では、クランク状の連結部材を「クランク」と記載する。
　ここで、第１アクチュエータ２３１、第２アクチュエータ２３２、第１ベアリング２３９および第３クランク２４０は、同一平面(以下、「第１平面」と記載する)上に含まれる。また、干渉駆動機構部２００’の出力軸２３８は、第１平面に平行な平面(以下、「第２平面」と記載する)上に含まれる。なお、ここでは、第１平面および第２平面はＸＺ平面とする。
　第３クランク２４０には、第１平面に垂直な軸まわりに回転する第２ベアリング２４１が設けられており、第２ベアリング２４１には、さらに、別の連結部材として、第４クランク２４２が設けられている。
　なお、第３クランク２４０および第４クランク２４２は、第２ベアリング２４１の軸を中心として回動する。また、第４クランク２４２は、第１平面から第２平面の方向へ屈曲しており、第２平面上に含まれる出力軸２３８が連結されている。
　第１アクチュエータ２３１の回転軸の他方（Ｚ軸の正方向）には、第１クランク２３３が固定されており、かかる第１クランク２３３は、第１平面から第２平面の方向へ屈曲しており、第２平面上に含まれるボールジョイント２３５が連結される。
　ボールジョイント２３５は、リンク２３４が連結されており、リンク２３４は、ボールジョイント２３６によって第２クランク２３７が連結されている。なお、ボールジョイント２３５およびボールジョイント２３６は、それぞれ３つの自由度を有する。
　第２クランク２３７は、第２平面上で、出力軸２３８側（ここでは、Ｚ軸の負方向）へ屈曲し、出力軸２３８が連結されている。なお、ここでは、第２クランク２３７は、出力軸２３８側へ屈曲させる形状としたが、第２クランク２３７を出力軸２３８側へ湾曲させた形状の連結部材によって構成されてもよい。
　一方、第２アクチュエータ２３２の回転軸（Ｚ軸の負方向）には、第５クランク２４４と、ボールジョイント２４６、２４７と、リンク２４５と、第６クランク２４８とが連結されている。また、第６クランク２４８は、第２平面上で、出力軸２３８が連結されている。
　なお、これらの構成は、第１アクチュエータ２３１側と対称な構成であるので、説明を省略することとする。また、出力軸２３８には、リンク部３００が備える第１リンク３０１が固定される（図５参照）。
　ここで、上記した構成の干渉駆動機構部２００’が行う動作について説明する。まず、第１アクチュエータ２３１および第２アクチュエータ２３２を同方向かつ同量回転させた場合について説明する。
　この場合、出力軸２３８は、第１ベアリング２３９の回転軸を中心として回動することができ、１つの自由度を有することとなる。
　つづいて、第１アクチュエータ２３１および第２アクチュエータ２３２を互いに逆方向かつ同量回転させた場合について説明する。この場合、第１アクチュエータ２３１または第２アクチュエータ２３２の回転軸を中心として第１クランク２３３の屈曲部分と第５クランク２４４の屈曲部分とが互いに逆方向へ回動する。
　ここで、第１アクチュエータ２３１および第２アクチュエータ２３２を含む第１平面と、出力軸２３８を含む第２平面とが、第１クランク２３３および第５クランク２４４によって接続されている。
　このため、第１クランク２３３の屈曲部分と第５クランク２４４の屈曲部分とが互いに逆方向へ回動するのにともないリンク２３４とリンク２４５とが互いに逆向き（Ｘ軸の正方向およびＸ軸の負方向）の往復運動をする。
　これにより、出力軸２３８は、第２ベアリング２４１の回転軸を中心として回動することができ、１つの自由度を有することとなる。このように、出力軸２３８は、第１ベアリング２３９の回転方向と第２ベアリング２４１の回転方向とへの２つの自由度を有する。
　さらに、干渉駆動機構部２００’では、第１アクチュエータ２３１および第２アクチュエータ２３２を同方向または逆方向へ回転させる動作を組み合わせて動作させる。これにより、出力軸２３８は、２つの自由度に対する位置決めを行うことができ、干渉駆動機構部２００’は、２つの自由度を拘束することができる。
　ここで、３つすべての干渉駆動機構部２００’において、それぞれ位置決めが行われると、合計６つの自由度を拘束することとなり、６つの自由度を有するエンドエフェクタ５００は、位置および姿勢の位置決めを行うことができる。
　なお、ここでは、干渉駆動機構部２００’に備える第１アクチュエータ２３１の回転軸と第２アクチュエータ２３２の回転軸とは同一軸上に固定されていることとした。しかし、上述した動作が可能な範囲であれば、第１アクチュエータ２３１の回転軸と第２アクチュエータ２３２の回転軸とは必ずしも同一軸上である必要はない。
　上述してきたように、実施例１と同様に、本実施例２でもパラレルリンクロボットに備えるアクチュエータを協調させて６つの自由度を拘束することによってエンドエフェクタの位置決めを行うこととした。
　これにより、本実施例２に係るパラレルリンクロボットは、実施例１と同様に、アクチュエータの出力を有効に利用することができる。また、実施例１と同様に、各アクチュエータを基台部に固定させることによって本実施例２に係るパラレルリンクロボットは、リンク部やエンドエフェクタ等の駆動部を軽量化することができる。さらに、バックラッシュ等による部材の劣化を防止することもできる。
　なお、上述した各実施例では、リンク部の先端は、それぞれ６つの自由度を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、上述した各実施例で示したパラレルリンクロボットに備える３つの干渉駆動機構部の１つが、１つのアクチュエータによって１つの自由度を有し、４つの自由度を有するリンク部で構成されるパラレルリンクロボットであってもよい。なお、このような構成のパラレルリンクロボットにおいて、かかるリンク部の先端の自由度が５となり、エンドエフェクタは、上述した式（１）より５つの自由度を有することとなる。
　また、上述した各実施例では、３つの干渉駆動機構部が、それぞれ２つの自由度を拘束する場合について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、エンドエフェクタが、２つの自由度を有する干渉駆動機構部と４つの自由度を有するリンク部で構成されるリンクと、１つの自由度を有する干渉駆動機構部と５つの自由度を有するリンク部で構成されるリンクと、３つの自由度を有する干渉駆動機構部と３つの自由度を有するリンク部で構成されるリンクとによって接続される構成としてもよい。
　また、上述した各実施例では、リンク部の先端に備え、３つの自由度を有する部材をボールジョイントとしたが、これに限定されるものではなく、たとえば、３つのベアリングを組み合わせた構成の部材であってもよい。また、上述した各実施例で示した干渉駆動機構部に備える自由度を有する部材の組み合わせや回転軸の向きについても、これに限定されるものではなく、他の構成としてもよい。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施の形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　　１０　パラレルリンクロボット
　１００　基台部
　２００　干渉駆動機構部
　２００’　干渉駆動機構部
　２０１　ハウジング
　２０２　第１アクチュエータ
　２０３　第２アクチュエータ
　２０４　第１傘歯歯車
　２０５　第２傘歯歯車
　２０６　傘歯歯車保持具
　２０７　第３傘歯歯車
　２０８　出力軸
　２０９　ベアリング
　２１０　ベアリング
　２１１　ベアリング
　２３１　第１アクチュエータ
　２３２　第２アクチュエータ
　２３３　第１クランク
　２３４　リンク
　２３５　ボールジョイント
　２３６　ボールジョイント
　２３７　第２クランク
　２３８　出力軸
　２３９　第１ベアリング
　２４０　第３クランク
　２４１　第２ベアリング
　２４２　第４クランク
　２４４　第５クランク
　２４５　リンク
　２４６　ボールジョイント
　２４７　ボールジョイント
　２４８　第６クランク
　３００　リンク部
　３０１　第１リンク
　３０２　ベアリング
　３０３　第２リンク
　４００　ボールジョイント
　５００　エンドエフェクタ

Claims (5)

  1. 　基台部と、
    　前記基台部に固定される複数のアクチュエータを有し、出力軸が２つ以上の自由度を有する１つ以上の干渉駆動機構部と、
    　前記干渉駆動機構部とエンドエフェクタとを接続するリンク部と
    　を備えることを特徴とするパラレルリンクロボット。
  2. 　前記干渉駆動機構部は、
    　第１のアクチュエータの回転軸に固定される第１の傘歯歯車と、
    　前記第１のアクチュエータの回転軸と同一軸上に固定される第２のアクチュエータの回転軸に前記第１の傘歯歯車と対面するように固定される第２の傘歯歯車と、
    　前記第１のアクチュエータの回転軸に垂直な前記出力軸に固定されており、前記第１の傘歯歯車および前記第２の傘歯歯車と歯合する第３の傘歯歯車と
    　を有し、
    　前記出力軸は、
    　前記第１のアクチュエータの回転軸まわりに回転可能な部材で支持されること
    　を特徴とする請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
  3. 　前記干渉駆動機構部は、
    　第１のアクチュエータの回転軸と、当該回転軸と同一軸上に固定される第２のアクチュエータの回転軸と、前記第１のアクチュエータの回転軸に垂直で当該回転軸と交差しない前記出力軸とを連結する連結部材
    　を有し、
    　前記連結部材は、
    　前記基台部に固定されており、前記第１のアクチュエータの回転軸まわりの回転と、当該回転軸および前記出力軸の双方に垂直な軸まわりの回転とが許容されること
    　を特徴とする請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
  4. 　２つの自由度を有する３つの前記干渉駆動機構部と、
    　前記干渉駆動機構部それぞれに接続される４つの自由度を有する前記リンク部と
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
  5. 　前記リンク部と前記エンドエフェクタとはボールジョイントによって接続されることを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
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