JP2000210831A

JP2000210831A - パラレル機構

Info

Publication number: JP2000210831A
Application number: JP11014909A
Authority: JP
Inventors: Nagatake Toki; 永偉時
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】省電力、低コストで、バックラッシが低減さ
れ、停電時の位置又は姿勢の変化がないパラレル機構を
提供する。【解決手段】モータ１１５は、一方向に回転駆動す
る。モータ１１５の回転速度は、減速機１２０により減
速され、歯付ベルト１２９により６台の正・反転機構１
４０に伝えられる。正・反転機構１４０では、この一方
向の回転動力を基に、ロータ１９を正転動作、反転動作
又は停止動作させる。ロータ１９には、それぞれアーム
１０５の一端が取り付けられている。このアーム１０５
を制御することで、トラベリングプレート１１３を６自
由度で制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパラレル機構に係わ
り、特に省電力、低コストで、バックラッシが低減さ
れ、停電時の位置又は姿勢の変化がないパラレル機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図７に示すような屈曲型パラレル
機構が知られている。図７において、ベース１０１上に
６台のダイレクトドライブモータ（以下、ＤＤモータと
いう）１０３が固定されている。ＤＤモータ１０３の出
力軸には、それぞれアーム１０５の一端が取り付けられ
ている。

【０００３】アーム１０５の他端には、３自由度ジョイ
ント１０７を介してロッド１０９の一端が取り付けられ
ている。ロッド１０９の他端には、３自由度ジョイント
１１１を介してトラベリングプレート１１３が支持され
ている。このように構成された屈曲型パラレル機構のト
ラベリングプレート１１３は、６つの能動自由度を持
つ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる従来
の屈曲型パラレル機構では、６台のＤＤモータ１０３
と、そのＤＤモータ１０３を制御するための６台のコン
トローラが必要となり、コスト高であった。また、電力
消費も大きかった。

【０００５】更に、ＤＤモータ１０３の動、静剛性は低
いため、パラレル機構全体の動、静剛性が低下するおそ
れがあった更に、停電時には、トラベリングプレート１
１３が自重により停止が維持出来ず、落下するおそれも
あった。

【０００６】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、省電力、低コストで、バックラッシが低
減され、停電時の位置又は姿勢の変化がないパラレル機
構を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、一方
向に回転駆動する回転駆動手段と、該回転駆動手段の一
方向の回転駆動を基にロータの正転、反転、停止のいず
れかの動作を行う６個配設された正・反転機構と、該正
・反転機構のロータの端部に一端を固着されたアーム
と、該アームの他端に固着された自由度３の運動を行う
第１の３自由度ジョイントと、該第１の３自由度ジョイ
ントに一端を固着されたロッドと、該ロッドの他端に固
着された自由度３の運動を行う第２の３自由度ジョイン
トと、該第２の３自由度ジョイントにより支持されたト
ラベリングプレートと、該トラベリングプレートの位置
及び／又は姿勢を制御するため、前記正・反転機構のロ
ータを正転、反転、停止させる制御手段を備えて構成し
た。

【０００８】回転駆動手段は、一方向に回転駆動可能な
すべての手段をいう。例えば、電動機により直接回転駆
動されるものや、離れた位置に備えられた電動機より、
その回転がベルトや歯車等により伝達されるものを含
む。正・反転機構は、６個配設する。そして、回転駆動
手段の一方向の回転駆動を基に、ロータの正転、反転、
停止のいずれかの動作を行う。

【０００９】アームの一端は、正・反転機構のロータの
端部に固着する。第１の３自由度ジョイントは、アーム
の他端に固着されており、自由度３の運動を行う。ロッ
ドの一端は、この第１の３自由度ジョイントに固着す
る。そして、ロッドの他端は、第２の３自由度ジョイン
トに固着する。

【００１０】第２の３自由度ジョイントは、自由度３の
運動を行う。トラベリングプレートは、第２の３自由度
ジョイントにより支持される。制御手段では、トラベリ
ングプレートの位置及び／又は姿勢を制御するため、正
・反転機構のロータを正転、反転、停止させる。

【００１１】以上により、一方向の回転駆動を基にトラ
ベリングプレートの位置及び／又は姿勢を制御可能なた
め、バックラッシを低減出来る。また、正・反転機構の
ロータを停止動作させることで、トラベリングプレート
の位置等を確実に停止出来る。

【００１２】また、本発明は、一方向に回転駆動する回
転駆動手段と、該回転駆動手段の一方向の回転駆動を基
にロータの正転、反転、停止のいずれかの動作を行う３
個配設された正・反転機構と、該正・反転機構のロータ
の端部に一端を固着されたアームと、該アームの他端に
支持され、自由度１の回転運動を行う第１の１軸回転ジ
ョイントと、該第１の１軸回転ジョイントの両側端にそ
れぞれ１個ずつ連結され、自由度３の運動を行う第１の
３自由度ジョイントと、該第１の３自由度ジョイントの
それぞれに一端を支持された２本のロッドと、該ロッド
の他端にそれぞれ１個ずつ固着された自由度３の運動を
行う第２の３自由度ジョイントと、該第２の３自由度ジ
ョイントと両側端が連結され、自由度１の回転運動を行
う第２の１軸回転ジョイントと、該第２の１軸回転ジョ
イントにより支持されたトラベリングプレートと、該ト
ラベリングプレートの位置及び／又は姿勢を制御するた
め、前記正・反転機構のロータを正転、反転、停止させ
る制御手段とを備えて構成した。

【００１３】本発明では、正・反転機構は３個配設す
る。アームの他端には、自由度１の回転運動を行う第１
の１軸回転ジョイントが支持されている。この第１の１
軸回転ジョイントの両側端に、第１の３自由度ジョイン
トをそれぞれ１個ずつ連結する。第１の３自由度ジョイ
ントは、自由度３の運動を行う。

【００１４】２本のロッドは、第１の３自由度ジョイン
トのそれぞれに一端が支持される。第２の３自由度ジョ
イントは２つ用意され、ロッドの他端にそれぞれ固着さ
れる。第２の３自由度ジョイントも自由度３の運動を行
う。第２の１軸回転ジョイントは、この第２の３自由度
ジョイントと両側端が連結され、自由度１の回転運動を
行う。

【００１５】トラベリングプレートは、この第２の１軸
回転ジョイントにより支持される。制御手段は、トラベ
リングプレートの位置及び／又は姿勢を制御するため、
正・反転機構のロータを正転、反転、停止させる。この
ロータを制御することにより、トラベリングプレートの
位置等は各ロッドを介して間接的に制御される。

【００１６】以上により、正・反転機構の個数が少な
く、また正・反転機構に対する回転駆動が少なくてすむ
分回転駆動手段も簡素に構成出来る。バックラッシを低
減出来、また、トラベリングプレートの位置等を確実に
停止出来る点は、請求項１記載の発明と同様である。

【００１７】更に、本発明は、前記回転駆動手段は、少
なくとも一つのモータと、該モータの出力軸に固着され
た第１の歯車に対し１又は複数個の第２の歯車が歯合さ
れた減速部又は該減速部が複数段連設された連設減速部
を有する減速機と、該減速機で減速された所定段目の歯
車の軸動力を前記正・反転機構に伝達する軸動力伝達部
とを備えて構成した。

【００１８】回転駆動手段は、モータ、減速機及び軸動
力伝達部を備える。モータは、１台のみですべての正・
反転機構に動力を伝達してもよいが、複数台で担当する
正・反転機構を分けてもよい。また、モータ１台で一台
の正・反転機構を回転駆動してもよい。

【００１９】減速機は、このモータの出力軸に固着され
た第１の歯車に対し、１又は複数個の第２の歯車が１段
だけ歯合された減速部を用いてもよいし、また、このよ
うに組み合わせた１段の減速部を複数段連設して用いて
もよい。軸動力伝達部は、この減速機で減速された所定
段目の歯車の軸動力を正・反転機構に伝達する。軸動力
伝達部を設けることで、モータと各正・反転機構が離隔
している場合でも動力伝達が可能となる。

【００２０】この減速機からの動力は、最終段目からの
伝達を理想とする。但し、所定段目からも動力の伝達が
可能となるよう配慮しておけば、正・反転機構に伝える
回転速度と回転動力を段階的に変更することも可能とな
る。以上により、モータの台数を制限し、低コスト、省
電力でありながら、バックラッシが無く、停電時にもト
ラベリングプレートが落下等することはない。

【００２１】更に、本発明は、前記軸動力伝達部は、前
記所定段目の歯車と軸を同一に取り付けられた歯車又は
プーリからなる原車と、該原車に一方を掛けられたベル
トと、該ベルトの他方が掛けられ、前記正・反転機構に
回転動力を伝達する歯車又はプーリからなる従車とを備
えて構成した。

【００２２】ベルトは、Ｖベルト等でもよいが、動力伝
達の精度を上げるため歯付ベルトとするのが望ましい。
ベルト掛けすることで、モータと各正・反転機構が離隔
している場合でも正確に動力伝達を行える。

【００２３】更に、本発明は、前記ベルトの途中を押接
することで該ベルトの張力を調節するアイドラプーリを
備えて構成した。

【００２４】更に、本発明は、前記正・反転機構は、外
筒と、前記回転駆動手段により回転駆動され、前記外筒
の所定位置に軸受により支持された駆動用傘歯車と、該
駆動用傘歯車と歯合し正転される正転用傘歯車と、該正
転用傘歯車と前記駆動用傘歯車の中心よりみて対称に配
設され、前記駆動用傘歯車と歯合し反転される反転用傘
歯車と、該反転用傘歯車の中心及び前記正転用傘歯車の
中心を貫通するロータと、該ロータに対し前記正転用傘
歯車を回動自在に支持するため、該正転用傘歯車と前記
ロータの間に配設された正転用軸受と、該ロータに対し
前記反転用傘歯車を回動自在に支持するため、該反転用
傘歯車と前記ロータの間に配設された反転用軸受と、前
記正転用傘歯車及び前記反転用傘歯車の間に配設され、
中央を前記ロータに固定された回転伝達用ディスクと、
該回転伝達用ディスクの少なくとも一箇所に固定され、
前記正転用傘歯車の所定面に対し押圧若しくは吸着させ
ることで、前記正転用傘歯車の回転力を前記回転伝達用
ディスクに伝達する正転力伝達手段と、前記回転伝達用
ディスクの少なくとも一箇所に固定され、前記反転用傘
歯車の所定面を押圧若しくは吸着させることで、前記反
転用傘歯車の回転力を前記回転伝達用ディスクに伝達す
る反転力伝達手段と、前記ロータに固定されたロータ回
転停止用ディスクと、前記外筒の少なくとも一箇所に固
定され、該ロータ回転停止用ディスクの所定面を押圧若
しくは吸着させることで、該ロータ回転停止用ディスク
を停止させるロータ回転停止手段と、前記ロータを前記
外筒の所定位置に回動自在に支持するロータ軸受とを備
えて構成した。

【００２５】駆動用傘歯車は、外筒の所定位置に軸受に
より支持する。そして、この駆動用傘歯車は回転駆動手
段により回転駆動される。正転用傘歯車は、駆動用傘歯
車と歯合し正転される。反転用傘歯車は、正転用傘歯車
と駆動用傘歯車の中心よりみて対称に配設する。そし
て、駆動用傘歯車と歯合し反転される。

【００２６】ロータは、反転用傘歯車の中心及び正転用
傘歯車の中心を貫通する。ロータに対し正転用傘歯車を
回動自在に支持するため、正転用傘歯車とロータの間に
正転用軸受を配設する。また、同様に、ロータに対し反
転用傘歯車を回動自在に支持するため、反転用傘歯車と
ロータの間に反転用軸受を配設する。

【００２７】回転伝達用ディスクは、正転用傘歯車及び
反転用傘歯車の間に配設され、その中央はロータに固定
する。正転力伝達手段は、回転伝達用ディスクの少なく
とも一箇所に固定する。但し、正転力伝達手段は、制御
バランスを取るため複数個を均等に配設するのが望まし
い。

【００２８】そして、正転力伝達手段が、この正転用傘
歯車の所定面に対し押圧若しくは吸着させることで、正
転用傘歯車の回転力を回転伝達用ディスクに伝達する。
押圧としたのは、正転力伝達手段として例えば圧電素子
を考慮したからであり、また吸着としたのは、例えば電
磁クラッチを考慮したからである。

【００２９】一方、反転力伝達手段も、回転伝達用ディ
スクの少なくとも一箇所に固定する。但し、制御バラン
スを取るため複数個を均等に配設するのが望ましいの
は、正転力伝達手段と同様である。そして、反転力伝達
手段が、この反転用傘歯車の所定面を押圧若しくは吸着
させることで、反転用傘歯車の回転力を回転伝達用ディ
スクに伝達する。

【００３０】また、ロータ回転停止用ディスクが、ロー
タに固定されている。ロータ回転停止手段は、外筒の少
なくとも一箇所に固定する。但し、制御バランスを取る
ため複数個を均等に配設するのが望ましいのは、正転力
伝達手段等と同様である。

【００３１】そして、ロータ回転停止手段が、このロー
タ回転停止用ディスクの所定面を押圧若しくは吸着させ
ることで、ロータ回転停止用ディスクを停止させる。ロ
ータ軸受は、ロータを外筒の所定位置に回動自在に支持
する。以上により、一方向の回転を基に正転、反転、停
止を可能としたことで、剛性が高く、バックラッシを低
減させたパラレル機構を実現出来る。

【００３２】更に、本発明は、前記制御手段は、前記ト
ラベリングプレートの目標位置及び／又は姿勢を制御す
るため前記各アームの目標回転角度を指令する目標回転
角度指令手段と、前記正・反転機構のロータに、該ロー
タの回転角度を検出するため配設されたエンコーダと、
該エンコーダからの検出信号と前記目標回転角度指令手
段で指令された前記各アームの目標回転角度との回転角
度差を算出する回転角度差算出手段と、該回転角度差算
出手段で算出された回転角度差を補償する補償手段と、
前記回転角度差と０との比較結果に基づき前記正転力伝
達手段、前記反転力伝達手段又は前記ロータ回転停止手
段のいずれかを選択する判定手段とを備え、該判定手段
で選択された前記正転力伝達手段、前記反転力伝達手段
又は前記ロータ回転停止手段は、前記補償手段で補償さ
れた出力信号に基づき制御されることを特徴とする。

【００３３】目標回転角度指令手段は、トラベリングプ
レートの目標位置及び／又は姿勢を制御するため、各ア
ームの目標回転角度を指令する。正・反転機構のロータ
の所定箇所に、ロータの回転角度を検出するエンコーダ
を配設する。回転角度差算出手段は、エンコーダからの
検出信号を基に、ロータの目標回転角度との回転角度差
を算出する。

【００３４】補償手段では、この回転角度差算出手段で
算出された回転角度差を補償する。判定手段では、回転
角度差と０との比較結果に基づき、正転力伝達手段、反
転力伝達手段又はロータ回転停止手段のいずれかを選択
する。そして、判定手段で選択された正転力伝達手段、
反転力伝達手段又はロータ回転停止手段のいずれかは、
補償手段で補償された出力信号に基づき制御される。

【００３５】以上により、ロータの回転角度のフィード
バックを行いつつ、回転角度を目標回転角度に精度良く
位置合わせし、また停止させることが出来る。従って、
トラベリングプレートの目標位置等の調整が正確に行え
る。

【００３６】各アームの目標回転角度は、トラベリング
プレートの目標位置等から予め演算済のものをデータと
して記憶保存し、そのデータを目標回転角度指令値とし
て用いるようにしてもよいが、更に、本発明は、前記目
標回転角度指令手段は、前記トラベリングプレートの目
標位置及び／又は姿勢を設定する目標位置等設定手段
と、該目標位置等設定手段で設定された目標位置及び／
又は姿勢から逆運動学に基づき前記各アームの目標回転
角度を演算により算出する逆運動学演算手段とを備えて
構成することも可能である。

【００３７】目標位置等設定手段では、トラベリングプ
レートの目標位置及び／又は姿勢を設定する。逆運動学
演算手段では、目標位置等設定手段で設定された目標位
置及び／又は姿勢から逆運動学に基づき、各アームの目
標回転角度を演算により算出する。以上により、トラベ
リングプレートの目標位置や姿勢が変更可能となる等、
自由度の高い制御を行える。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に、本発明の第１実施形態の全
体構成図を示す。尚、図７と同一要素のものについては
同一符号を付して説明は省略する。図１において、モー
タ１１５は、ベース１０１の中央下部に１つ設けられ、
一方向に回転駆動されるようになっている。モータ１１
５の回転速度は、減速機１２０により減速されるように
なっている。

【００３９】図２に動力伝達機構の構成図を示す。図２
において、減速機１２０の中央には、モータ１１５の回
転軸に取り付けられた歯車１１９と歯合するように、３
つの歯車１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃが取り付けられ
ている。この１段目の歯車１１９と３つの歯車１２１
Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃとは、減速部に相当する。

【００４０】また、歯車１２１Ａは、歯車１２３Ａ、１
２３Ｂと歯合している。同様に、歯車１２１Ｂは、歯車
１２３Ｃ、１２３Ｄと歯合し、歯車１２１Ｃは、歯車１
２３Ｅ、１２３Ｆと歯合している。この２段目の歯車１
２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃと歯車１２３Ａ、１２３
Ｂ、１２３Ｃ、１２３Ｄ、１２３Ｅ、１２３Ｆとは、連
設減速部に相当する。

【００４１】これらの歯車はケース１２５に納められて
いる。そして、歯車１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ、１
２３Ｄ、１２３Ｅ、１２３Ｆは、回転軸をケース１２５
の外部に出し、それぞれ歯車１２７Ａ、１２７Ｂ、１２
７Ｃ、１２７Ｄ、１２７Ｅ、１２７Ｆと軸を共通にして
いる。歯車１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ、１２７Ｄ、
１２７Ｅ、１２７Ｆは原車に相当する。

【００４２】歯車１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ、１２
７Ｄ、１２７Ｅ、１２７Ｆには、それぞれ歯付ベルト１
２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄ、１２９Ｅ、１
２９Ｆの一方が掛けられている。歯付ベルト１２９Ａ、
１２９Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄ、１２９Ｅ、１２９Ｆの
他方は、それぞれ正・反転機構１４０Ａ、１４０Ｂ、１
４０Ｃ、１４０Ｄ、１４０Ｅ、１４０Ｆの下部に配設さ
れた歯車３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆに掛けら
れている。歯車３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆは
従車に相当する。

【００４３】歯付ベルト１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９
Ｃ、１２９Ｄ、１２９Ｅ、１２９Ｆの途中には、ベルト
の張力を調節するためアイドラプーリ１３１Ａ、１３１
Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ、１３１Ｅ、１３１Ｆが備えら
れている。モータ１１５、歯車１１９、歯車１２１、歯
車１２３、ケース１２５、歯車１２７、歯付ベルト１２
９、アイドラプーリ１３１、歯車３は、回転駆動手段に
相当する。また、歯車１２７、歯付ベルト１２９、アイ
ドラプーリ１３１、歯車３は、軸動力伝達部に相当す
る。

【００４４】次に、正・反転機構１４０の詳細構成図を
図３に示す。図３において、歯付ベルト１２９により一
方向の回転力が伝達され、歯車３が回転駆動されるよう
になっている。歯車３の中心には、駆動用傘歯車５の軸
７が固定されている。軸７は、ボールベアリング９によ
り垂直に支持されている。

【００４５】このボールベアリング９は、駆動用傘歯車
外装蓋１１の内側に埋め込まれている。駆動用傘歯車外
装蓋１１の底部で軸７と接する部分には、防塵及び油漏
れのためシール１３が配設されている。駆動用傘歯車外
装蓋１１は、外筒１０の底部に配設された駆動用傘歯車
装着用開口部１２に装着されるようになっている。

【００４６】正転用傘歯車１５は、駆動用傘歯車５と歯
合し、一方向に回転（正転）されるようになっている。
一方、反転用傘歯車１７は、正転用傘歯車１５と駆動用
傘歯車５の中心よりみて対称に配設され、駆動用傘歯車
５と歯合し、一方向に回転（反転）されるようになって
いる。ロータ１９が、この反転用傘歯車１７の中心及び
正転用傘歯車１５の中心を貫通するようになっている。

【００４７】ロータ１９に対し正転用傘歯車１５を回動
自在に支持するため、ボールベアリング２１が、正転用
傘歯車１５とロータ１９の間に配設されている。また、
同様に、ロータ１９に対し反転用傘歯車１７を回動自在
に支持するため、ボールベアリング２３が、反転用傘歯
車１７とロータ１９の間に配設されている。

【００４８】正転用傘歯車１５をスラスト方向に支持す
るため、正転用傘歯車１５の左右側部には、ボールベア
リング２５ａ、２５ｂが配設されている。また、同様
に、反転用傘歯車１７をスラスト方向に支持するため、
反転用傘歯車１７の左右側部には、ボールベアリング２
７ａ、２７ｂが配設されている。

【００４９】ボールベアリング２５ｂとボールベアリン
グ２７ｂの間には、金属ディスク２９が、その中央をロ
ータ１９に固定されている。この金属ディスク２９に
は、均等に３つの圧電素子３１が、金属ディスク２９に
予め穿設された通孔３３ａを、反転用傘歯車１７側から
通して固定されている。圧電素子３１は正転力伝達手段
に相当する。圧電素子３１は伸長されることにより、正
転用傘歯車１５の右端平面を押圧するようになってい
る。

【００５０】一方、同じこの金属ディスク２９には、均
等に３つの圧電素子３５が、金属ディスク２９に予め穿
設された通孔３３ｂを、正転用傘歯車１５側から通して
固定されている。圧電素子３５は反転力伝達手段に相当
する。圧電素子３５は伸長されることにより、反転用傘
歯車１７の左端平面を押圧するようになっている。ブラ
シ４１は、制御線５３により、制御手段に相当する図示
しない制御回路と接続されている。

【００５１】ボールベアリング２７ａの右方には、ロー
タ回転停止用ディスクに相当する金属ディスク５９がそ
の中央をロータ１９に固定されている。外筒１０の右端
にはロータ装着用開口部６０が配設されている。そし
て、このロータ装着用開口部６０には、側板６５が装着
されるようになっている。

【００５２】側板６５には、周状に均等に３つの圧電素
子６１が、側板６５に予め穿設された通孔６３を、挿通
して固定されている。圧電素子６１はロータ回転停止手
段に相当する。圧電素子６１は伸長されることにより、
金属ディスク５９の右端平面を押圧するようになってい
る。圧電素子６１の各端子は制御線７１により、制御回
路と接続されている。

【００５３】側板６５とロータ１９間には、円錐台軸受
６７が配設されている。そして、ロータ１９の右端に
は、アーム１０５が取り付けられている。また、側板６
５には、金属ディスク５９の右端平面に予め印された位
置を検知するため、近接センサ７３が配設されている。

【００５４】ロータ１９の左方は、ボールベアリング７
５により軸支持されている。ロータ１９の左端で外筒１
０の外部には、ロータ１９の回転角度を検出するためエ
ンコーダ７７が取り付けられている。エンコーダ７７で
検出された信号は、制御線７９により制御回路へと送ら
れている。駆動用傘歯車外装蓋１１及び外筒１０の底部
は、ベース１０１に固定されている。

【００５５】次に、本発明の第１実施形態の動作を説明
する。モータ１１５は、一方向に回転駆動する。モータ
１１５の回転速度は、減速機１２０により減速される。
即ち、歯車１１９の動力は、１段目の３つの歯車１２１
Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃに伝えられる。

【００５６】更に、この歯車１２１の動力は、２段目の
６つの歯車１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ、１２３Ｄ、
１２３Ｅ、１２３Ｆに伝えられる。この減速機１２０に
より減速された動力は、歯付ベルト１２９Ａ、１２９
Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄ、１２９Ｅ、１２９Ｆを介して
各歯車３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆに伝えられ
る。

【００５７】この回転駆動により、駆動用傘歯車５は、
一方向に回転する。そして、この回転は、正転用傘歯車
１５と反転用傘歯車１７に伝えられる。正転用傘歯車１
５と反転用傘歯車１７とは、互いに反対方向に回転す
る。このとき、ボールベアリング２１、２３の存在によ
り、ロータ１９は静止した状態である。

【００５８】ロータ１９の静止状態は、圧電素子６１が
金属ディスク５９を押圧することで維持されている。圧
電素子６１は、制御回路からの通電が無いときに伸長し
て押圧動作をする。このように、非通電時に伸長するこ
ととしたのは、省電力及びフェールセーフのためであ
る。

【００５９】次に、ロータ１９を正転させたいとき、制
御回路よりブラシ４１を介して圧電素子３１に通電し、
圧電素子３１を伸長させ、正転用傘歯車１５の右端平面
を押圧する。このとき、同時に制御回路より圧電素子６
１にも通電し、圧電素子６１を短縮させる。また、圧電
素子３５には通電せずに、圧電素子３５を短縮させる。
これにより、ロータ１９は正転動作を行い、アーム１０
５は正回転する。

【００６０】一方、逆にロータ１９を反転させたいと
き、制御回路よりブラシ４１を介して圧電素子３５に通
電し、圧電素子３５を伸長させ、反転用傘歯車１７の左
端平面を押圧する。このとき、同時に制御回路より圧電
素子６１にも通電し、圧電素子６１を短縮させる。ま
た、圧電素子３１も短縮させる必要がある。これによ
り、ロータ１９は反転動作を行い、アーム１０５は反回
転する。

【００６１】また、図４に示すように、エンコーダ７７
を用いれば、トラベリングプレート１１３の位置と姿勢
をフィードバック制御により行うことが出来る。図４に
おいて、トラベリングプレート１１３の目標位置と姿勢
を制御回路に入力する。

【００６２】入力された目標位置と姿勢に基づき、逆運
動学計算によりアーム１０５Ａ〜１０５Ｆの各目標角度
θ_ａ０〜θ_ｆ０が演算される。演算された目標角度θ
_ａ０〜θ_ｆ０は、エンコーダ７７ａ〜７７ｆで検出され
た回転角度θ_ａ〜θ_ｆと加算器８１ａ〜８１ｆで回
転角度差が算出される。

【００６３】その加算器８１ａ〜８１ｆで算出した回転
角度差を基に、補償器８３ａ〜８３ｆでＰＩＤ等の補償
や波形成形等を行い、回転角度差の大きさに従い正転動
作、反転動作又は停止動作させる。例えば、回転角度差
が正のとき正転動作を選択し、圧電素子３１に通電し、
圧電素子３１を伸長させることでアーム１０５を正回転
させる。

【００６４】予め、限界角度や限界回転数が存在する場
合には、金属ディスク５９の右端平面に予め位置を印し
ておく。そして、その位置を近接センサ７３が検知した
とき、圧電素子６１を非通電として押圧動作をさせてロ
ータ１９を停止させる。なお、押圧を行うのに圧電素子
を用いるとして説明したが、圧電素子に代えて電磁クラ
ッチを使用して所定面を吸着させるようにしてもよい。

【００６５】以上により、１台のモータを使用して、ト
ラベリングプレート１１３の位置と姿勢を精度良く制御
可能である。このため、モータ数を減少出来、低コスト
かつ省電力である。また、一方向の回転を利用している
ため、バックラッシも低減され、動剛性と静剛性とも向
上させることが出来る。非通電時又は停電時には、アー
ム１０５は常にブレーキを掛けられた状態であり、その
場の位置と姿勢を高精度にかつ剛性を高く保つことが出
来る。

【００６６】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本発明の第２実施形態の全体構成図を図５に示
す。尚、図７と同一要素のものについては同一符号を付
して説明は省略する。図５において、正・反転機構１４
０は、３台ベース１０１上に配設されている。

【００６７】アーム１０５の他端には、自由度１の回転
運動を行う第１の１軸回転ジョイントに相当する１軸回
転ジョイント２０１が支持されている。この１軸回転ジ
ョイント２０１の両側端に、第１の３自由度ジョイント
に相当する３自由度ジョイント２０３Ａ、２０３Ｂをそ
れぞれ１個ずつ連結する。３自由度ジョイント２０３
Ａ、２０３Ｂは、自由度３の運動を行う。

【００６８】２本のロッド２０５Ａ、２０５Ｂは、３自
由度ジョイント２０３Ａ、２０３Ｂのそれぞれに一端が
支持される。ロッド２０５Ａ、２０５Ｂの他端には、そ
れぞれ第２の３自由度ジョイントに相当する３自由度ジ
ョイント２０７Ａ、２０７Ｂが固着される。

【００６９】３自由度ジョイント２０７Ａ、２０７Ｂも
自由度３の運動を行う。第２の１軸回転ジョイントに相
当する１軸回転ジョイント２０９は、この３自由度ジョ
イント２０７Ａ、２０７Ｂと両側端が連結され、自由度
１の回転運動を行う。トラベリングプレート１１３は、
この１軸回転ジョイント２０９により支持される。

【００７０】図６に動力伝達機構の別構成図を示す。図
６において、減速機２２０の中央には、モータ１１５の
回転軸に取り付けられた歯車１１９と歯合するように、
３つの歯車２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃが取り付けら
れている。これらの歯車はケース２２５に納められてい
る。そして、歯車２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃは、回
転軸をケース２２５の外部に出し、それぞれ歯車２２７
Ａ、２２７Ｂ、２２７Ｃと軸を共通にしている。

【００７１】次に、本発明の第２実施形態の動作を説明
する。正・反転機構１４０は３台ベース１０１上に配設
する。減速機２２０は、歯車１１９と３つの歯車２２１
Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃとの歯合により１段の減速を行
う。３つの歯車２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃの動力
は、歯付ベルト１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃにより歯
車３Ａ、３Ｂ、３Ｃに伝えられる。この点で、１台のモ
ータ１１５により６つの歯車３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、
３Ｅ、３Ｆを回転駆動していた第１実施形態の減速機１
２０とは相違する。

【００７２】正・反転機構１４０のアーム１０５を制御
回路により正転動作、反転動作又は停止動作させる点
は、第１実施形態と同様である。１軸回転ジョイント２
０１、３自由度ジョイント２０３Ａ、２０３Ｂ及び１軸
回転ジョイント２０９、３自由度ジョイント２０７Ａ、
２０７Ｂの組み合わせにより、トラベリングプレート１
１３は、第１実施形態と同様に６つの能動自由度をもつ
制御が可能となる。

【００７３】以上により、第１実施形態と比べ減速機の
構成が簡素で、正・反転機構１４０及び歯付ベルトの数
も少ないが、トラベリングプレートに関し、第１実施形
態と同様の制御が行える。このため、より一層の低コス
ト、省電力が可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
方向の回転駆動手段と、ロータの正転、反転、停止が可
能な正・反転機構を備えてパラレル機構を構成したの
で、バックラッシが低減され、停電時の位置又は姿勢の
変化がない。また、制限された個数のモータで減速機を
介して正・反転機構を駆動すれば、省電力、低コストに
パラレル機構を構成出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の全体構成図

【図２】動力伝達機構の構成図

【図３】正・反転機構の詳細構成図

【図４】トラベリングプレートの位置と姿勢制御の一
例

【図５】本発明の第２実施形態の全体構成図

【図６】動力伝達機構の別構成図

【図７】従来の屈曲型パラレル機構の一例

【符号の説明】

３歯車５駆動用傘歯車９、２１、２３、２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂ、７
５ボールベアリング１０外筒１２駆動用傘歯車装着用開口部１５正転用傘歯車１７反転用傘歯車１９ロータ２９金属ディスク３１、３５、６１圧電素子５７ブラシ装着用開口部５９金属ディスク６０ロータ装着用開口部６５側板７３近接センサ７７エンコーダ８１加算器８３補償器１０１ベース１０５アーム１０７３自由度ジョイント１０９ロッド１１１自由度ジョイント１１３トラベリングプレート１１５モータ１１９、１２１、１２３、１２７、２２１、２２７歯
車１２０、２２０減速機１２９歯付ベルト１３１アイドラプーリ１４０正・反転機構２０１、２０９１軸回転ジョイント２０３、２０７３自由度ジョイント２０５ロッド２２０減速機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向に回転駆動する回転駆動手段と、
該回転駆動手段の一方向の回転駆動を基にロータの正
転、反転、停止のいずれかの動作を行う６個配設された
正・反転機構と、該正・反転機構のロータの端部に一端
を固着されたアームと、該アームの他端に固着された自
由度３の運動を行う第１の３自由度ジョイントと、該第
１の３自由度ジョイントに一端を固着されたロッドと、
該ロッドの他端に固着された自由度３の運動を行う第２
の３自由度ジョイントと、該第２の３自由度ジョイント
により支持されたトラベリングプレートと、該トラベリ
ングプレートの位置及び／又は姿勢を制御するため、前
記正・反転機構のロータを正転、反転、停止させる制御
手段とを備えたことを特徴とするパラレル機構。
【請求項２】一方向に回転駆動する回転駆動手段と、
該回転駆動手段の一方向の回転駆動を基にロータの正
転、反転、停止のいずれかの動作を行う３個配設された
正・反転機構と、該正・反転機構のロータの端部に一端
を固着されたアームと、該アームの他端に支持され、自
由度１の回転運動を行う第１の１軸回転ジョイントと、
該第１の１軸回転ジョイントの両側端にそれぞれ１個ず
つ連結され、自由度３の運動を行う第１の３自由度ジョ
イントと、該第１の３自由度ジョイントのそれぞれに一
端を支持された２本のロッドと、該ロッドの他端にそれ
ぞれ１個ずつ固着された自由度３の運動を行う第２の３
自由度ジョイントと、該第２の３自由度ジョイントと両
側端が連結され、自由度１の回転運動を行う第２の１軸
回転ジョイントと、該第２の１軸回転ジョイントにより
支持されたトラベリングプレートと、該トラベリングプ
レートの位置及び／又は姿勢を制御するため、前記正・
反転機構のロータを正転、反転、停止させる制御手段と
を備えたことを特徴とするパラレル機構。
【請求項３】前記回転駆動手段は、少なくとも一つの
モータと、該モータの出力軸に固着された第１の歯車に
対し１又は複数個の第２の歯車が歯合された減速部又は
該減速部が複数段連設された連設減速部を有する減速機
と、該減速機で減速された所定段目の歯車の軸動力を前
記正・反転機構に伝達する軸動力伝達部とを備えたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２記載のパラレル機
構。
【請求項４】前記軸動力伝達部は、前記所定段目の歯
車と軸を同一に取り付けられた歯車又はプーリからなる
原車と、該原車に一方を掛けられたベルトと、該ベルト
の他方が掛けられ、前記正・反転機構に回転動力を伝達
する歯車又はプーリからなる従車とを備えたことを特徴
とする請求項３記載のパラレル機構。
【請求項５】前記ベルトの途中を押接することで該ベ
ルトの張力を調節するアイドラプーリを備えたことを特
徴とする請求項４記載のパラレル機構。
【請求項６】前記正・反転機構は、外筒と、前記回転
駆動手段により回転駆動され、前記外筒の所定位置に軸
受により支持された駆動用傘歯車と、該駆動用傘歯車と
歯合し正転される正転用傘歯車と、該正転用傘歯車と前
記駆動用傘歯車の中心よりみて対称に配設され、前記駆
動用傘歯車と歯合し反転される反転用傘歯車と、該反転
用傘歯車の中心及び前記正転用傘歯車の中心を貫通する
ロータと、該ロータに対し前記正転用傘歯車を回動自在
に支持するため、該正転用傘歯車と前記ロータの間に配
設された正転用軸受と、該ロータに対し前記反転用傘歯
車を回動自在に支持するため、該反転用傘歯車と前記ロ
ータの間に配設された反転用軸受と、前記正転用傘歯車
及び前記反転用傘歯車の間に配設され、中央を前記ロー
タに固定された回転伝達用ディスクと、該回転伝達用デ
ィスクの少なくとも一箇所に固定され、前記正転用傘歯
車の所定面に対し押圧若しくは吸着させることで、前記
正転用傘歯車の回転力を前記回転伝達用ディスクに伝達
する正転力伝達手段と、前記回転伝達用ディスクの少な
くとも一箇所に固定され、前記反転用傘歯車の所定面を
押圧若しくは吸着させることで、前記反転用傘歯車の回
転力を前記回転伝達用ディスクに伝達する反転力伝達手
段と、前記ロータに固定されたロータ回転停止用ディス
クと、前記外筒の少なくとも一箇所に固定され、該ロー
タ回転停止用ディスクの所定面を押圧若しくは吸着させ
ることで、該ロータ回転停止用ディスクを停止させるロ
ータ回転停止手段と、前記ロータを前記外筒の所定位置
に回動自在に支持するロータ軸受とを備えたことを特徴
とする請求項１、２、３、４又は５記載のパラレル機
構。
【請求項７】前記制御手段は、前記トラベリングプレ
ートの目標位置及び／又は姿勢を制御するため前記各ア
ームの目標回転角度を指令する目標回転角度指令手段
と、前記正・反転機構のロータに、該ロータの回転角度
を検出するため配設されたエンコーダと、該エンコーダ
からの検出信号と前記目標回転角度指令手段で指令され
た前記各アームの目標回転角度との回転角度差を算出す
る回転角度差算出手段と、該回転角度差算出手段で算出
された回転角度差を補償する補償手段と、前記回転角度
差と０との比較結果に基づき前記正転力伝達手段、前記
反転力伝達手段又は前記ロータ回転停止手段のいずれか
を選択する判定手段とを備え、該判定手段で選択された
前記正転力伝達手段、前記反転力伝達手段又は前記ロー
タ回転停止手段は、前記補償手段で補償された出力信号
に基づき制御されることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５又は６記載のパラレル機構。
【請求項８】前記目標回転角度指令手段は、前記トラ
ベリングプレートの目標位置及び／又は姿勢を設定する
目標位置等設定手段と、該目標位置等設定手段で設定さ
れた目標位置及び／又は姿勢から逆運動学に基づき前記
各アームの目標回転角度を演算により算出する逆運動学
演算手段とを備えたことを特徴とする請求項７記載のパ
ラレル機構。