JP2005028467A - ４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御性や加工精度の向上、主軸の傾き角の制限の低減を可能とする４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機を提供する。
【解決手段】トラベリングプレート４は、第１プレート７と、第２プレート８と、第１プレート７と第２プレート８とを相対平行移動可能に連結された第１直動ジョイント９と、第１プレート７に配設されたＹ軸回りに回転可能な第１回転ベアリング１０と、第２プレート８に配設されたＹ軸回りに回転可能な第２回転ベアリング１１と、第１回転ベアリング１０及び主軸５に固定された第２固定軸１４と第２固定軸１４に対して直動可能に配設されると共に第２回転ベアリング１１に固定された第２直動輪１５とからなる第２直動ジョイント１２とから構成される。そして、第１プレート７と第２プレート８とを相対平行移動させることにより、主軸５がＹ軸回りに揺動可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４自由度パラレルロボットは、例えば、特開２００１−８８０７２号公報に開示されている。この４自由度パラレルロボットの全体構成図を図９示す。図９に示すように、４自由度パラレルロボットのトラベリングプレート４’は、主要部材５’と、一対の連結部材７’、８’と、主要部材５’の両端に各連結部材７’、８’の中間部を垂直軸回りに回転可能に連結する一対のピボットとから構成されている。
【０００３】
また、パラレルリンク加工機としては、例えば、特開２００２−２６３９７３号公報に開示されている。このパラレルリンク加工機は、６つのアクチュエータと、６つのロッド部材とを有する構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８８０７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２６３９７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−８８０７２号公報に開示された４自由度パラレルロボットは、以下の問題が生じる。まず、主要部材（エンドエフェクタ）５’を回転させた場合には、回転するに従って、連結部材７’、８’間の距離が短くなる。このように主要部材５’の回転角によって連結部材７’、８’間の距離が変化することは、機械特性を大きく変化させることになる。機械特性の大きな変化は制御性に大きな影響を及ぼす。この主要部材５’として加工用工具を装着した主軸を用いた場合には、機械特性の大きな変化は、加工精度に影響を及ぼす。さらに、主要部材５’を大きく回転させた場合には、主要部材５’と連結部材７’、８’とが干渉するおそれがある。そのため、主要部材５’と連結部材７’、８’が干渉しないように、主要部材５’の回転角（傾き角）を制限する必要が生じる。
【０００６】
また、特開２００２−２６３９７８号公報に開示されたパラレルリンク加工機は、主軸（エンドエフェクタ）を傾けるために、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要があるが、この時、トラベリングプレートを傾けることによって機械特性が変化し、制御性や加工精度に影響を与えることになる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、制御性や加工精度をより向上させると共に、エンドエフェクタの傾き角の制限を低減することができる４自由度パラレルロボット及びパラレルリンク加工機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
請求項１に係る４自由度パラレルロボットは、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートと、エンドエフェクタとを備える。ここで、アクチュエータは、前記基台に固定された固定部と、該固定部に移動可能に支持された可動部とを有する。ロッド部材は、一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回動可能な第１回転ジョイントを介して連結された部材である。トラベリングプレートは、各前記ロッド部材の他端側に揺動回動可能な第２回転ジョイントを介して連結され、前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なプレートである。なお、直交三軸方向とは、いわゆるＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向である。エンドエフェクタは、前記基台に対して所定一軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持された部分である。ここで、所定一軸回りとは、例えばＸ軸回りや、Ｙ軸回りや、Ｚ軸回り等である。
【０００９】
そして、請求項１に係る４自由度パラレルロボットの特徴的な構成は、トラベリングプレートが、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントと、エンドエフェクタ側直動ジョイントとを備え、前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記エンドエフェクタを前記所定一軸回りに揺動させることである。
【００１０】
ここで、第１プレートは、四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結されたプレートである。第２プレートは、四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結されたプレートである。プレート間直動ジョイントは、前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動可能に連結された直動ジョイントである。エンドエフェクタ側直動ジョイントは、前記エンドエフェクタに固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結されたエンドエフェクタ固定部と、該エンドエフェクタ固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有するジョイントである。
【００１１】
このように構成することにより、トラベリングプレートの第１プレートと第２プレートとを相対的に平行移動させることにより、エンドエフェクタに傾きを持たせることができる。すなわち、第１プレートと第２プレートが相対的に平行移動した場合には、第１回転ベアリング及び第２回転ベアリング及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの作用により、エンドエフェクタが傾くことになる。具体的には、第１プレートと第２プレートが相対的に平行移動することにより、エンドエフェクタ側直動ジョイントのエンドエフェクタ固定部と直動部との位置が変化する。その結果、エンドエフェクタ固定部は第１回転ベアリングの回転軸を中心に回動すると共に、直動部は第２回転ベアリングの回転軸を中心に回動する。このように、エンドエフェクタ固定部と直動部との回動に伴い、エンドエフェクタが揺動することになる。
【００１２】
つまり、エンドエフェクタを揺動させる場合であっても、第１プレートと第２プレートとの間の距離が常に一定に保持される。これにより、以下の効果を奏する。まず、従来の特開２００１−８８０７２号公報に開示された４自由度パラレルロボットは、連結部材間の距離が短くなることにより大きく変化していた機械特性が、本発明によればほとんど変化しない。その結果、制御性をより向上させることができると共に、加工機として使用した場合には加工精度をより向上させることができる。さらに、従来は、連結部材の干渉の問題が生じていたが、本発明によれば第１プレートと第２プレートとが干渉することがない。その結果、干渉によるエンドエフェクタの傾き角（回転角）を制限することがなくなる。
【００１３】
また、請求項２に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、前記トラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能であることを特徴とする。ここで、トラベリングプレートは、全体として平板形状に形成されている。ここで、本発明の４自由度パラレルロボットのトラベリングプレートは、常に一定の方向に維持されている。すなわち、トラベリングプレートの平板方向がＸＹ平面に平行となるように設計した場合には、トラベリングプレートは、常にＸＹ平面に平行な方向に維持されることになる。つまり、例えばトラベリングプレートがＸＹ平面に平行な方向である場合には、トラベリングプレートに略平行な軸回りとは、ＸＹ平面に平行な軸回りということになる。
【００１４】
つまり、第１回転ベアリング、第２回転ベアリング、及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの配設構成によって、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能にすることができる。特に、エンドエフェクタが、トラベリングプレートの略平行であって、第１プレートと第２プレートとが相対的に平行移動する方向に垂直な軸回りに、揺動可能とすることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、前記トラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能であることを特徴とする。ここで、例えばトラベリングプレートがＸＹ平面に平行な方向である場合には、トラベリングプレートに略垂直な軸回りとは、略Ｚ軸回りということになる。つまり、第１回転ベアリング、第２回転ベアリング、及びエンドエフェクタ側直動ジョイントの配設構成によって、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能にすることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸と前記第２回転ベアリングの回転軸とは略平行であることを特徴とする。これにより、エンドエフェクタを確実に所定一軸回りに揺動させることができる。そして、制御性を確実に向上させることができる。
【００１７】
また、請求項５に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略平行であることを特徴とする。これにより、確実に、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能にすることができる。特に、第１回転ベアリングの回転軸及び第２回転ベアリングの回転軸が、トラベリングプレートに平行であって第１プレートと第２プレートの相対平行移動の方向に垂直な軸方向に平行である場合には、第１プレートと第２プレートとが相対的に平行移動する方向に垂直な軸回りに、エンドエフェクタを確実に揺動可能とすることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る４自由度パラレルロボットは、前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略垂直であることを特徴とする。これにより、確実に、エンドエフェクタをトラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能にすることができる。
【００１９】
また、請求項７に係る４自由度パラレルロボットは、前記エンドエフェクタが、加工用工具を備えた主軸であることを特徴とする。これにより、４自由度パラレル加工機として用いることができる。
【００２０】
また、請求項８に係るパラレルリンク加工機は、基台と、四つのアクチュエータと、四組のロッド部材と、トラベリングプレートと、主軸と、回転テーブルとを備える。ここで、アクチュエータと、ロッド部材と、トラベリングプレートとは、上述と同様である。主軸は、前記基台に対して第１回転軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持されると共に、第２回転軸回りに回転可能に加工用工具を支持している。回転テーブルは、被加工物を載置すると共に、前記基台に対して第３回転軸回りに回転可能に配設されたテーブルである。この回転テーブルは、例えば、テーブルの垂直軸回りに回転するいわゆる旋回テーブル、テーブルに平行な軸回りに回転するチルトテーブル等である。
【００２１】
そして、請求項８に係るパラレルリンク加工機の特徴的な構成は、トラベリングプレートが、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントと、主軸側直動ジョイントとを備え、前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記主軸を前記第１回転軸回りに揺動させることである。ここで、第１プレートと、第２プレートと、プレート間直動ジョイントとは、上述と同様である。主軸側直動ジョイントは、前記主軸に固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結された主軸側固定部と、該主軸側固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有する直動ジョイントである。
【００２２】
つまり、上述の４自由度パラレルロボットのエンドエフェクタを主軸とし、回転テーブルを備えるようにしたパラレルリンク加工機である。これにより、上述の４自由度パラレルロボットと同様の効果を奏する。さらに、特開２００２−２６３９７３号公報に開示された従来のパラレルリンク加工機では、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要があった。これに対して、本発明によれば、トラベリングプレートの前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動させることにより主軸を傾けることができる。従って、トラベリングプレートを主軸の傾きに対応して傾ける必要はないので、機械特性が変化したり、制御性や加工精度に影響を与えたりすることはない。
【００２３】
また、請求項９に係るパラレルリンク加工機は、前記第３回転軸が、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの中心位置における前記第２回転軸と一致しないことを特徴とする。例えば、主軸が０度〜９０度の範囲に揺動可能な場合において、その中心位置とは４５度の位置となる。また、主軸が第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの中心位置にある場合とは、第１プレートと第２プレートの相対平行移動する範囲のうちの中間位置に第１プレート及び第２プレートが位置する場合でもある。
【００２４】
つまり、この中心位置における主軸に取り付けられた加工用工具の回転軸である第２回転軸と、回転テーブルの回転軸である第３回転軸とが一致しないようにしている。これにより、中心位置における第２回転軸と第３回転軸とが一致する場合に比べて、加工可能な領域をより拡張することができる。
【００２５】
また、請求項１０に係るパラレルリンク加工機は、前記第３回転軸が、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの揺動限界位置における前記第２回転軸と一致することを特徴とする。例えば、主軸が０度〜９０度の範囲に揺動可能な場合には、回転テーブルの回転軸は０度若しくは９０度の軸と一致させることになる。これにより、加工可能な領域を最も拡張することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
（パラレルリンク加工機の構成）
第１実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図を図１に示す。図１に示すように、パラレルリンク加工機１は、基台（図示せず）と、四組のアクチュエータ２と、四組のロッド部材３と、トラベリングプレート４と、主軸（エンドエフェクタ）５と、旋回テーブル６とを有する。ここで、基台と、アクチュエータ２と、ロッド部材３と、トラベリングプレート４と、主軸５とは、４自由度パラレルロボット１３を構成する。
【００２８】
基台は、ベッド及び外郭を形成するフレームである。アクチュエータ２は、リニアモータからなり、２本のレール（固定部）２１と、４つの移動子（可動部）２２とから構成されている。各レール２１は、Ｘ軸方向に平行に延在して基台の上部側に固定され、交互に着磁されている。移動子２１は、レール２１の下方側にレール部２１に沿って移動可能に配設され、内部には電磁コイルを有している。なお、移動子２２は四つ存在しており、各レール２１には、２つの移動子２２が取り付けられている。すなわち、一つのアクチュエータ２とは、一つのレール２１と一つの移動子２２とを意味する。そして、各アクチュエータ２は、制御装置（図示せず）によってそれぞれ独立して制御される。
【００２９】
ロッド部材３は、一対のロッド３１と、ボールジョイント（第１回転ジョイント）３２と、ユニバーサルジョイント（第２回転ジョイント）３３とから構成されている。この一対のロッド３１の一端側は、ボールジョイント３３を介して揺動回転自在にアクチュエータ２の一の移動子（可動部）２２に連結されている。そして、他の一対のロッド３１の一端側も、同様に、他の移動子２２にそれぞれ連結されている。一方、各ロッド３１の他端側は、ユニバーサルジョイント３３を介して揺動回転自在にトラベリングプレート４に連結されている。このように連結された一対のロッド３１は、それぞれ平行となるように配設されている。
【００３０】
トラベリングプレート４は、図１に加えて、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、トラベリングプレート４の上面方向から見た部分平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の側面図である。図１及び図２に示すように、トラベリングプレート４は、第１プレート７と、第２プレート８と、第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）９と、第１回転ベアリング１０と、第２回転ベアリング１１と、第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１２とから構成されている。なお、トラベリングプレート４は、後述する構成により、基台に対して直交三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能とされている。
【００３１】
第１プレート７は、略二等辺三角形の板状に形成されており、ほぼ中央に略二等辺三角形形状の貫通孔７１が形成されている。そして、第１プレート７の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの二組のロッド部材３が、第１プレート７に連結されている。なお、第１プレート７は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。
【００３２】
第２プレート８は、略二等辺三角形の板状に形成されており、第１プレート７の外形と同一形状である。さらに、上面側のほぼ中央には、後述する第２回転ベアリング１１を枢支するベアリング支持台８１が形成されている。そして、第２プレート８の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの第１プレート７に連結されていない二組のロッド部材３が、第２プレート８に連結されている。なお、第２プレート８は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。さらに、第２プレート８は、略二等辺三角形の底辺を形成する面が、第１プレート７の略二等辺三角形の底辺を形成する面に対向するように配設されている。
【００３３】
第１直動ジョイント９は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、第１固定レール９１と第１直動部９２とから構成されているリニアガイドである。この第１直動ジョイント９は、第１プレート７と第２プレート８の間に配設されている。具体的には、第１固定レール９１は、第２プレート８の二等辺三角形の底辺の長さとほぼ同等の長さからなるレールであって、第２プレート８の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。すなわち、第１固定レール９１は、図１のＸ軸方向に平行に延在している。第１直動部９２は、第１固定レール９１に沿って直動する部材であって、第１プレート７の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。すなわち、第１直動ジョイント９により、第１プレート７と第２プレート８が相対的にＸ軸方向に平行移動が可能となる。
【００３４】
第１回転ベアリング１０は、第１プレート７の貫通孔７１が形成された部分であって、第１プレート７のほぼ中央に配設されている。具体的には、第１回転ベアリング１０の外輪側が第１プレート７に固定され、第１回転ベアリング１０の内輪側が後述する第２直動ジョイント１２の第２固定軸１４に固定されている。この第１回転ベアリング１０の回転軸は、図１のＹ軸方向に平行としている。すなわち、第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）は、トラベリングプレート４と平行であって、第１直動ジョイント９の第１固定レール９１の延在方向と垂直な方向となる。なお、トラベリングプレート４と平行とは、第１プレート７及び第２プレート８と平行となる。
【００３５】
第２回転ベアリング１１は、第２プレート８の上面側に配設されている。具体的には、第２回転ベアリング１１の外輪側が第２プレート８の上面に形成されたベアリング支持台８１の内部に固定され、第２回転ベアリング１１の内輪側が後述する第２直動ジョイント１２の第２直動輪１５に固定されている。この第２回転ベアリング１１の回転軸は、第１回転ベアリング１０の回転軸に平行な軸としている。すなわち、第２回転ベアリング１１の回転軸は、図１のＹ軸方向に平行としている。
【００３６】
第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１２は、第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）１４と第２直動輪（直動部）１５とから構成されている。第２固定軸１４は、主軸５の外周全体を囲む略円筒形状からなり、主軸５の外周に固定されている。この第２固定軸１４は、第１回転ベアリング１０の内輪側に固定されている。すなわち、第２固定軸１４は、第１プレート７に対して第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動可能となる。第２直動輪１５は、略円筒形状に形成されており、第２固定軸１４の外周側を直動可能に配設されている。すなわち、第２直動輪１５は、第２固定軸１４に対して第２固定軸１４の軸方向に移動可能となる。そして、この第２直動輪１５は、第２回転ベアリング１１の内輪側に固定されている。すなわち、第２直動輪１５は、第２プレート８に対して第２回転ベアリング１１の回転軸回りに揺動可能となる。
【００３７】
主軸５は、略円柱形状に形成されており、先端側にはエンドミル等の加工用工具を主軸中心軸（第２回転軸）回り回転可能に支持している。この主軸５は、第２直動ジョイント１２の第２固定軸１４の内周側に固定されている。すなわち、主軸５は、第２固定軸１４と一体となって、第１回転ベアリング１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動動作する。なお、主軸５の主軸中心軸回りの回転制御、すなわち加工用工具の回転制御は、制御装置（図示せず）により行う。
【００３８】
旋回テーブル６は、被加工物を載置するテーブルであって、基台に対して回転可能に配設されている。具体的には、パラレルリンク加工機１のうちの下方側であって、上述の４自由度パラレルロボットを構成する主軸５の下方側に配設される。そして、この旋回テーブル６は、パラレルリンク加工機１が設置される地面に対して垂直軸（第３回転軸）回りに回動可能に配設されている。そして、旋回テーブル６の回転軸（第３回転軸）は、パラレルリンク加工機１の基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）に平行としている。ここで、基準状態についての詳細は、後述する。なお、旋回テーブル６の回転制御は、制御装置（図示せず）により行う。
【００３９】
（パラレルリンク加工機の動作）
次に、第１実施形態におけるパラレルリンク加工機１の動作について説明する。まず、パラレルリンク加工機１の基準状態について説明する。基準状態とは、アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態であって、かつ、旋回テーブル６が回転位置０度の位置にある状態である。アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態とは、４つの移動子２２がレール２１のほぼ中央付近に位置すると共に、４つの移動子２２により形成される形状が長方形となる位置である。この場合は、トラベリングプレート４は、４つの移動子２２により形成される長方形形状の中心の下方側に位置することになる。
【００４０】
そして、基準状態におけるトラベリングプレート４のうち第１プレート７と第２プレート８とは、それぞれの略二等辺三角形形状の底辺を形成する面が全て対向している状態、すなわち、第１プレート７及び第２プレート８が相対的にずれていない状態となる。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８により形成される形状は、ほぼ四角形形状となる。そして、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向に一致している。
【００４１】
次に、上記の基準状態からトラベリングプレート４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１０、第２回転ベアリング１１、及び第２直動ジョイント１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向に一致した状態で移動する。なお、トラベリングプレート４は常にＸＹ平面に平行に維持された状態で移動する。
【００４２】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図１及び図３を参照して説明する。ここで、図３は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート７と第２プレート８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図１において、第１プレート７が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート８が図１の左方向（−Ｘ軸方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート７及び第２プレート８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１０及び第２固定軸１４が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２回転ベアリング１１及び第２直動輪１５が左方向（−Ｘ軸方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１０及び第２回転ベアリング１１は、図１及び図３においてＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１５は、第２固定軸１４の上方側に移動しようとする。その結果、主軸５は、図１及び図３におけるＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００４３】
一方、図１及び図３において、第１プレート７が左方向（−Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート８が図１の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動した場合には、主軸５は、図１及び図３におけるＹ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００４４】
つまり、図３に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＺ軸方向を中心として、Ｙ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｙ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｙ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００４５】
（第１実施形態の変形態様）
次に、第１実施形態の変形態様におけるパラレルリンク加工機１の全体構成図を図４に示す。図４に示すように、パラレルリンク加工機１は、４自由度パラレルロボット１３と、旋回テーブル６とから構成される。ここで、４自由度パラレルロボット１３を構成する各構成部品及び旋回テーブル６は、上述したとおりである。ここで、上記実施形態と相違する点は、４自由度パラレルロボット１３が、上記実施形態に対して傾斜させて基台に取り付けられている点である。以下、上記実施形態と相違する部分についてのみ詳細に説明する。
【００４６】
アクチュエータ２の２本のレール２１は、それぞれ、Ｘ軸に対してＹ軸回りに角度（傾斜角度）ψだけ旋回させた状態で基台に固定されている。従って、各レール２１に直動可能に取付けられている移動子２２は、Ｘ軸に対してＹ軸周りに傾斜角度ψだけ傾いた方向に直動する。さらに、トラベリングプレート４は、ＸＹ平面に対してＹ軸周りに傾斜角度ψだけ傾いた方向となる。また、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）は、Ｚ軸方向から傾斜角度ψだけ傾いた方向となる。
【００４７】
ここで、旋回テーブル６は、上記実施形態と同様に、Ｚ軸回りに回転可能となる。従って、旋回テーブルの回転軸（第３回転軸）と、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）とは、平行ではなく角度ψだけ傾斜している。
【００４８】
このように構成されたパラレルリンク加工機１の動作について、上記実施形態と相違する部分についてのみ説明する。まず、基準状態からトラベリングプレート４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート７及び第２プレート８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１０、第２回転ベアリング１１、及び第２直動ジョイント１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＺ軸方向からＹ軸回りに角度ψだけ傾いた状態で移動する。なお、トラベリングプレート４は常にＸＹ平面に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた平面に平行な状態に維持されて移動する。
【００４９】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図４及び図５を参照して説明する。ここで、図５は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート７と第２プレート８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図４において、第１プレート７が右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２プレート８が図４の左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート７及び第２プレート８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１０及び第２固定軸１４が右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２回転ベアリング１１及び第２直動輪１５が左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１０及び第２回転ベアリング１１は、図４及び図５においてＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１５は、第２固定軸の上方側に移動しようとする。その結果、主軸５は、図４及び図５におけるＹ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００５０】
一方、図４及び図５において、第１プレート７が左方向（−Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動し、第２プレート８が図４の右方向（＋Ｘ軸方向に対してＹ軸回りに角度ψだけ傾いた方向）に移動した場合には、主軸５は、図４及び図５におけるＹ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００５１】
つまり、図５に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＺ軸方向から角度ψだけ旋回させた方向を中心として、Ｙ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｙ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｙ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００５２】
そして、主軸５は実際には角度２θだけ遥動可能であるが、旋回テーブル６がＺ軸回りに回転するので、主軸５は実質的にＺ軸回りに角度２（θ＋ψ）だけ遥動可能となる。すなわち、上記実施形態に対して、傾斜角度ψの２倍である角度２ψだけ遥動可能範囲が拡張される。
【００５３】
なお、傾斜角度ψと基準状態からの遥動角度θとを一致させた場合には、主軸５は実質的にＺ軸回りに角度４θだけ遥動可能となる。この場合に、主軸中心軸方向とＺ軸方向とを一致させることができ、かつ、最も主軸５の遥動可能範囲を拡張できる。ここで、傾斜角度ψと基準状態からの遥動角度θとが一致する場合とは、主軸５が実際に遥動可能な範囲のうち遥動限界位置の一方側における主軸中心軸（第２回転軸）と一致する場合となる。すなわち、主軸５の遥動限界位置の一方側における主軸中心軸（第２回転軸）と傾斜角度ψとを一致させた場合が、主軸５の実質的な遥動可能範囲を最も拡張できる。
【００５４】
（第２実施形態）
（パラレルリンク加工機の構成）
次に、第２実施形態におけるパラレルリンク加工機について説明する。まず、このパラレルリンク加工機の全体構成図を図６に示す。図６に示すように、パラレルリンク加工機１０１は、基台（図示せず）と、四組のアクチュエータ２と、四組のロッド部材３と、トラベリングプレート１０４と、主軸（エンドエフェクタ）５と、旋回テーブル６とを有する。ここで、基台と、アクチュエータ２と、ロッド部材３と、トラベリングプレート１０４と、主軸５とは、４自由度パラレルロボット１１３を構成する。なお、第１実施形態と同一の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
トラベリングプレート１０４は、第１プレート１０７と、第２プレート１０８と、第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）１０９と、第１回転ベアリング１１０と、第２回転ベアリング１１１と、第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１１２とから構成されている。なお、トラベリングプレート１０４は、上記第１実施形態に示したように、基台に対して直交三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）に移動可能とされている。
【００５６】
第１プレート７は、略二等辺三角形の板状に形成されている。そして、第１プレート１０７の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの二組のロッド部材３が、第１プレート１０７に連結されている。なお、第１プレート１０７は、パラレルリンク加工機１０１の設置面に平行となるように配設されている。
【００５７】
第２プレート１０８は、略二等辺三角形の板状に形成されており、第１プレート１０７の外形と同一形状である。そして、第２プレート８の二等辺を形成する面には、それぞれ、ロッド部材３のユニバーサルジョイント３３が連結されている。すなわち、四組のロッド部材３のうちの第１プレート１０７に連結されていない二組のロッド部材３が、第２プレート１０８に連結されている。なお、第２プレート１０８は、パラレルリンク加工機１の設置面に平行となるように配設されている。さらに、第２プレート１０８は、略二等辺三角形の底辺を形成する面が、第１プレート１０７の略二等辺三角形の底辺を形成する面に対向するように配設されている。
【００５８】
第１直動ジョイント１０９は、第１実施形態における第１直動ジョイント９と同様である。この第１直動ジョイント１０９は、第１固定レール１９１と第１直動部１９２とから構成されているリニアガイドである。そして、第１直動ジョイント１０９は、第１プレート１０７と第２プレート１０８の間に配設されている。具体的には、第１固定レール１９１は、第２プレート１０８の二等辺三角形の底辺の長さとほぼ同等の長さからなるレールであって、第２プレート１０８の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。第１直動部１９２は、第１固定レール１９１に沿って直動する部材であって、第１プレート１０７の二等辺三角形の底辺を形成する面に固定されている。
【００５９】
第１回転ベアリング１１０は、第１プレート１０７のほぼ中央に配設されている。具体的には、第１回転ベアリング１１０の外輪側が第１プレート１０７に固定され、第１回転ベアリング１１０の内輪側が後述する第２直動ジョイント１１２の第２固定軸１１４に固定されている。この第１回転ベアリング１１０の回転軸は、図６のＺ軸方向に平行としている。すなわち、第１回転ベアリング１１０の回転軸（第１回転軸）は、トラベリングプレート１０４と垂直であって、第１直動ジョイント１０９の第１固定レール１９１の延在方向と垂直な方向となる。なお、トラベリングプレート１０４と平行とは、第１プレート１０７及び第２プレート１０８と平行となる。
【００６０】
第２回転ベアリング１１１は、第２プレート１０８のほぼ中央に配設されている。具体的には、第２回転ベアリング１１１の外輪側が第２プレート１０８に固定され、第２回転ベアリング１１１の内輪側が後述する第２直動ジョイント１１２の第２直動輪１１５に固定されている。この第２回転ベアリング１１１の回転軸は、第１回転ベアリング１１０の回転軸に平行な軸としている。すなわち、第２回転ベアリング１１１の回転軸は、図６のＺ軸方向に平行としている。
【００６１】
第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）１１２は、第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）１１４と第２直動輪（直動部）１１５とから構成されている。第２固定軸１１４は、主軸５の外周全体を囲む略円筒形状からなり、主軸５の外周に固定されている。この第２固定軸１１４は、第１回転ベアリング１１０の内輪側に固定されている。すなわち、第２固定軸１１４は、第１プレート１０７に対して第１回転ベアリング１１０の回転軸（第１回転軸）回りに揺動可能となる。第２直動輪１１５は、略円筒形状に形成されており、第２固定軸１１４の外周側を直動可能に配設されている。すなわち、第２直動輪１１５は、第２固定軸１１４に対して第２固定軸１１４の軸方向に移動可能となる。そして、この第２直動輪１１５は、第２回転ベアリング１１１の内輪側に固定されている。すなわち、第２直動輪１１５は、第２プレート１０８に対して第２回転ベアリング１１１の回転軸回りに揺動可能となる。
【００６２】
旋回テーブル６は、被加工物を載置するテーブルであって、基台に対して回転可能に配設されている。具体的には、パラレルリンク加工機１０１のうちの下方側であって、上述の４自由度パラレルロボット１１３を構成する主軸５の下方側かつＹ軸正方向側に配設される。そして、この旋回テーブル６は、パラレルリンク加工機１０１が設置される地面に対して垂直軸（第３回転軸）回りに回動可能に配設されている。そして、旋回テーブル６の回転軸（第３回転軸）は、パラレルリンク加工機１０１の基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）に垂直としている。ここで、基準状態についての詳細は、後述する。
【００６３】
（パラレルリンク加工機の動作）
次に、第２実施形態におけるパラレルリンク加工機１０１の動作について説明する。まず、パラレルリンク加工機１０１の基準状態について説明する。基準状態とは、アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態であって、かつ、旋回テーブル６が回転位置０度の位置にある状態である。アクチュエータ２の４つの移動子２２が基準位置にある状態とは、４つの移動子２２がレール２１のほぼ中央付近に位置すると共に、４つの移動子２２により形成される形状が長方形となる位置である。この場合は、トラベリングプレート１０４は、４つの移動子２２により形成される長方形形状の中心の下方側に位置することになる。
【００６４】
そして、基準状態におけるトラベリングプレート１０４のうち第１プレート１０７と第２プレート１０８とは、それぞれの略二等辺三角形形状の底辺を形成する面が全て対向している状態、すなわち、第１プレート１０７及び第２プレート１０８が相対的にずれていない状態となる。この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８により形成される形状は、ほぼ四角形形状となる。そして、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＹ軸方向に一致している。
【００６５】
次に、上記の基準状態からトラベリングプレート１０４を直交三軸方向（ＸＹＺ軸方向）にのみ移動させる場合における動作について説明する。この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８の相対位置を一定に維持しながら、トラベリングプレート１０４が移動するように、４つの移動子２２をレール２１上のそれぞれの位置に移動させる。そして、この場合は、第１プレート１０７及び第２プレート１０８の相対位置が常に一定であるので、第１回転ベアリング１１０、第２回転ベアリング１１１、及び第２直動ジョイント１１２は、全く動作しない。つまり、主軸５は、主軸中心軸（第２回転軸）方向がＹ軸方向に一致した状態で移動する。なお、トラベリングプレート１０４は常にＸＹ平面に平行に維持された状態で移動する。
【００６６】
次に、主軸５を第２回転軸回りに回転させる動作について図６及び図７を参照して説明する。ここで、図７は、主軸５の回転動作を説明する図である。この場合は、第１プレート１０７と第２プレート１０８との相対位置を移動させるように、４つの移動子２２を移動させる。例えば、図６において、第１プレート１０７が図６の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート１０８が図６の左方向（−Ｘ軸方向）に移動した場合については、以下のように動作する。まず、第１プレート１０７及び第２プレート１０８が上記のような相対動作をすることにより、第１回転ベアリング１１０及び第２固定軸１１４が右方向（＋Ｘ軸方向）に移動し、第２回転ベアリング１１１及び第２直動輪１１５が左方向（−Ｘ軸方向）に移動しようとする。この動作に伴い、第１回転ベアリング１１０及び第２回転ベアリング１１１は、図６及び図７においてＺ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転しようとする。さらに、第２直動輪１１５は、第２固定軸１１４のうち主軸５の加工用工具から遠ざかる方向に移動しようとする。その結果、主軸５は、図６及び図７におけるＺ軸（第１回転軸）回りの時計回りに回転する。
【００６７】
一方、図６及び図７において、第１プレート１０７が図６の左方向（−Ｘ軸方向）に移動し、第２プレート１０８が図６の右方向（＋Ｘ軸方向）に移動した場合には、主軸５は、図６及び図７におけるＺ軸（第１回転軸）回りの反時計回りに回転する。
【００６８】
つまり、図７に示すように、主軸５は、基準状態における主軸５の主軸中心軸（第２回転軸）であるＹ軸方向を中心として、Ｚ軸回りの時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となり、かつ、Ｚ軸回りの反時計回りに角度（遥動可能角度）θだけ回転可能となる。すなわち、主軸５は、Ｚ軸回りに角度２θの範囲を揺動可能となる。
【００６９】
なお、第１実施形態の変形態様を第２実施形態に同様に適用することができる。また、上記第１実施形態及び第２実施形態においては、回転テーブルとして旋回テーブル６を用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、図８に示すようなチルトテーブルを用いてもよい。チルトテーブルを用いた場合には、チルトテーブルの支持台が基台に固定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図２】トラベリングプレートの部分図である。
【図３】第１実施形態における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図４】第１実施形態の変形態様におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図５】変形態様における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図６】第２実施形態におけるパラレルリンク加工機の全体構成図である。
【図７】第２実施形態における主軸の遥動動作を説明する図である。
【図８】チルトテーブルを示す図である。
【図９】従来の４自由度パラレルロボットを示す図である。
【符号の説明】
１、１０１ ・・・ パラレルリンク加工機
２ ・・・ アクチュエータ
３ ・・・ ロッド部材
４、１０４ ・・・ トラベリングプレート
５ ・・・ 主軸（エンドエフェクタ）
６ ・・・ 旋回テーブル（回転テーブル）
７、１０７ ・・・ 第１プレート
８、１０８ ・・・ 第２プレート
９、１０９ ・・・ 第１直動ジョイント（プレート間直動ジョイント）
１０、１１０ ・・・ 第１回転ベアリング
１１、１１１ ・・・ 第２回転ベアリング
１２、１１２ ・・・ 第２直動ジョイント（エンドエフェクタ側直動ジョイント、主軸側直動ジョイント）
１３、１１３ ・・・ ４自由度パラレルロボット
１４、１１４ ・・・ 第２固定軸（エンドエフェクタ固定部、主軸側固定部）
１５、１１５ ・・・ 第２直動輪（直動部）
２１ ・・・ レール（固定部）
２２ ・・・ 移動子（可動部）
３１ ・・・ ロッド
３２ ・・・ ボールジョイント（第１回転ジョイント）
３３ ・・・ ユニバーサルジョイント（第２回転ジョイント）
７１ ・・・ 貫通孔
８１ ・・・ ベアリング支持台
９１、１９１ ・・・ 第１固定レール
９２、１９２ ・・・ 第１直動部

Claims (10)

1. 基台と、
   前記基台に固定された固定部と該固定部に移動可能に支持された可動部とを有する四つのアクチュエータと、
   一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回動可能な第１回転ジョイントを介して連結された四組のロッド部材と、
   各前記ロッド部材の他端側に揺動回動可能な第２回転ジョイントを介して連結され前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なトラベリングプレートと、
   前記基台に対して所定一軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持されたエンドエフェクタと、
   を備えた４自由度パラレルロボットにおいて、
   前記トラベリングプレートは、
   四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結された第１プレートと、
   四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結された第２プレートと、
   前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動可能に連結されたプレート間直動ジョイントと、
   前記エンドエフェクタに固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結されたエンドエフェクタ固定部と該エンドエフェクタ固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有するエンドエフェクタ側直動ジョイントとを備え、
   前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記エンドエフェクタを前記所定一軸回りに揺動させることを特徴とする４自由度パラレルロボット。
2. 前記エンドエフェクタは、前記トラベリングプレートに略平行な軸回りに揺動可能であることを特徴とする請求項１記載の４自由度パラレルロボット。
3. 前記エンドエフェクタは、前記トラベリングプレートに略垂直な軸回りに揺動可能であることを特徴とする請求項１記載の４自由度パラレルロボット。
4. 前記第１回転ベアリングの回転軸と前記第２回転ベアリングの回転軸とは略平行であることを特徴とする請求項１記載の４自由度パラレルロボット。
5. 前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略平行であることを特徴とする請求項４記載の４自由度パラレルロボット。
6. 前記第１回転ベアリングの回転軸及び前記第２回転ベアリングの回転軸は、前記トラベリングプレートに略垂直であることを特徴とする請求項４記載の四自由度パラレルロボット。
7. 前記エンドエフェクタは、加工用工具を備えた主軸であることを特徴とする請求項１記載の４自由度パラレルロボット。
8. 基台と、
   前記基台に固定された固定部と該固定部に移動可能に支持された可動部とを有する四つのアクチュエータと、
   一端側が各前記アクチュエータの前記可動部に揺動回動可能な第１回転ジョイントを介して連結された四組のロッド部材と、
   各前記ロッド部材の他端側に揺動回動可能な第２回転ジョイントを介して連結され前記基台に対して直交三軸方向に移動可能なトラベリングプレートと、
   前記基台に対して第１回転軸回りに揺動可能に前記トラベリングプレートに支持されると共に第２回転軸回りに回転可能に加工用工具を支持した主軸と、
   被加工物を載置すると共に前記基台に対して第３回転軸回りに回転可能に配設された回転テーブルと、
   を備えたパラレルリンク加工機において、
   前記トラベリングプレートは、
   四組の前記ロッド部材のうち二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結された第１プレートと、
   四組の前記ロッド部材のうち他の二組の前記ロッド部材の他端側が前記第２回転ジョイントを介して連結された第２プレートと、
   前記第１プレートと前記第２プレートとを相対平行移動可能に連結されたプレート間直動ジョイントと、
   前記主軸に固定され第１回転ベアリングを介して前記第１プレートに連結された主軸側固定部と該主軸側固定部に対して直動可能に第２回転ベアリングを介して前記第２プレートに連結された直動部とを有する主軸側直動ジョイントとを備え、
   前記第１プレートと前記第２プレートとが相対平行移動することにより前記主軸を前記第１回転軸回りに揺動させることを特徴とするパラレルリンク加工機。
9. 前記第３回転軸は、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの中心位置における前記第２回転軸と一致しないことを特徴とする請求項８記載のパラレルリンク加工機。
10. 前記第３回転軸は、前記主軸が前記第１回転軸回りに揺動可能な範囲のうちの揺動限界位置における前記第２回転軸と一致することを特徴とする請求項９記載のパラレルリンク加工機。

Images