JP4958069B2 - 搬送ロボット及び３自由度パラレルリンク機構 - Google Patents

Description

本発明は、物品搬送具を移動させる搬送ロボットおよび３自由度パラレルリンク機構に関する。

従来、工場等では、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれるコンピュータ制御によって無人で自動走行する台車を使用することにより、各種工程間の部品・半完成品・完成品等の搬送・供給を自動化している。ＡＧＶは通常、上部に搬送台を持ち、搬送する物品をその搬送台に載せて移動することにより物品の搬送を行なう。

近年、工場等では多品種少量・変量生産の傾向が進み、１ラインの中でも搬送する物量や品種が１日の内で大きく変動する。このような現場でのＡＧＶの利用には以下のような欠点がある。
・物量に合わせて搬送台や装置サイズを変更することができないため、少量搬送が多く発生した場合でも、最大時を考慮した装置をそのまま利用することとなり、スペース・エネルギーともに効率が悪い。
・積載可能な物品サイズが搬送台サイズ以下に限定されるため、品種変更等に対して搬送できない事態が発生する。
・物量に合わせるためにはサイズの異なる複数種のＡＧＶをもつ必要があり、この場合でも稼動率の点から同様に効率が悪い。

また近年の製品サイクルの短期間化からくる頻繁なライン変更などに対して、ＡＧＶは人とは異なる方法で搬送することから以下のような欠点がある。
・専用スペースをとるため、ライン変更、トラブル発生時などで装置が停止した場合に、その場所がデッドスペースになる。
・搬送台と一体化しているため、臨機応変に人手で代替することも困難である。

以上のような非効率な点が多いことから、多品種・変量を扱うラインの多くでは、工程間の部品・半完成品・完成品の搬送・供給は、人手により行われている。

一方、上述したＡＧＶに対して、移動・積載機能を分離した従来技術がある。
その一つとして、移動ロボットによりトレーラのように台車を牽引して移動する牽引方式がある。通常、移動ロボットは、真横への移動ができない非ホロノミック型であるため、台車を目的の場所に正確に停止さるためには、目的の場所の近傍で押し動作により台車を移動させることが有効である。しかしながら、牽引方式で押し動作を行なった場合、ジャックナイフ現象と呼ばれる、被牽引車（台車）が牽引車（移動ロボット）の内側に入り込んで牽引車の位置を制御できない状態が発生する。これらを制御する研究例もあるが制御は困難で実用化例はほぼ皆無である。

また、他の例として、下記特許文献１では、２本の腕と２本の脚をもつ人間型ロボットに台車の移動を行なわせる技術を提案している。この人間型ロボットを利用すれば、台車に対して押し動作を行なった場合でも、ジャックナイフ現象を発生させることなく台車を移動させることが可能である。しかしながら、ロボットと台車との相対位置及び姿勢（６自由度）を決定する上で、２本の腕（通常各６自由度=１２自由度）は冗長系あり、動作に必要な位置・姿勢・力等から腕操作を決定する方法が煩雑となる。

特開２００６−１７５５６７号公報

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、多品種少量・変量生産される物品の搬送に柔軟に対応することができ、トラブル発生時における対応が容易であり、押し動作により物品搬送具（手押し台車等）を移動させる場合でもジャックナイフ現象を発生させることが無く、動作時の位置・姿勢・力の制御が比較的容易な搬送ロボットを提供することを課題とする。また、本発明は、上記の搬送ロボットに好適な３自由度パラレルリンク機構を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の搬送ロボットおよび３自由度パラレルリンク機構は、以下の手段を採用する。
（１）本発明は、物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、移動を行なうロボット本体と、基端部が前記移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態により前記ロボット本体に対する前記出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、前記出力部材と前記物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、前記パラレルリンク機構と前記物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、連結機構により物品搬送具と連結し、連結機構に連結されたパラレルリンク機構により物品搬送具との相対位置及び姿勢を制御しながら、ロボット本体を移動させることにより、物品搬送具を移動させることができる。このように、従来のＡＧＶと異なり、ロボットと一体化した専用搬送台による搬送ではなく、移動機能と物品積載機能を分離した搬送態様としたので、物品積載機能を果たす物品搬送具に関しては、人と共通のもの（手押し台車、カート等）を使用することができる。したがって、従来のＡＧＶと異なり、物量・品種に応じて、適したサイズの物品搬送具に容易に変更することができるとともに、物量に応じた複数種類のサイズの搬送ロボットを用意する必要が無く、スペース・エネルギーともに効率が良い。
また、搬送台と一体化されていないことから、従来のＡＧＶと比較して小型・軽量化が可能であるため、搬送ロボットに異常事態が生じ、稼動不能に陥った場合でも、搬送ライン上から容易に撤去することができる。また、物品搬送具は人と共通のものを使用できるので、稼動不能に陥った搬送ロボットに代わって、搬送作業を人が引き継ぐことができる。
また、連結機構によってパラレルリンク機構と物品搬送具の相対位置及び姿勢が固定され、かつパラレルリンク機構によって上記の相対位置及び姿勢を制御しながら物品搬送具を移動させるので、押し動作により物品搬送具を移動させる場合でも、ジャックナイフ現象を生じることがない。したがって、真横への移動ができない非ホロノミック型のロボットでも、目的の移動場所の近傍で押し動作により物品搬送具を移動させることにより、目的の場所に正確に物品搬送具を停止させることができる。
また、ロボット本体に対する物品搬送具の相対位置及び姿勢を制御する機構として、パラレルリンク機構を採用しているので、平面上の相対位置及び姿勢を制御する場合は３自由でよく、空間上の相対位置及び姿勢を制御する場合でも６自由度でよいので、人の腕とほぼ同様の動きをする２本の腕（１２自由度）と比較して、動作に必要な位置・姿勢・力等の制御が容易になる。

（２）また、上記の搬送ロボットにおいて、前記パラレルリンク機構は、前記ロボット本体と前記出力部材との間に並列接続された第１リンク、第２リンク及び第３リンクを有し、該第１リンク、第２リンク及び第３リンクの駆動状態により、前記ロボット本体に対する前記出力部材の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構であり、前記第１リンク及び前記第３リンクの各々は、一端が前記ロボット本体に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が前記出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、前記第２リンクは、一端が前記ロボット本体に鉛直方向を向く基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が前記出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって前記ロボット本体に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ前記第１リンク及び前記第３リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものである。

上記構成によれば、第１リンク、第２リンク及び第３リンクをそれぞれ独立して駆動させることにより、出力部材の位置及び姿勢を平面３自由度（水平面上での進行方向ｘ、水平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、水平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができるので、ロボット本体に対する物品搬送具の水平面上の相対位置及び姿勢を制御することができる。

（３）また、上記の搬送ロボットにおいて、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする２本のアームからなり、該２本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により前記両端間の距離が変化するものである。

上記構成によれば、各リンクが関節を持つので、両端間の距離が変化する範囲（伸縮範囲）が広く取りやすくなり、パラレルリンク機構の可動範囲を広く設定することができる。したがって、移動ロボットに対する物品搬送具の相対位置及び姿勢の制御範囲を広くすることができる。

（４）また、上記の搬送ロボットにおいて、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクの離間方向の中間位置に前記第２リンクが位置するように配置されており、前記第１リンク及び前記第３リンクは、それぞれ、２本のアームが互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結しており、前記第２リンクの２本のアームは、互いに水平軸心を中心に回転可能に連結している。

上記構成によれば、能動的に伸縮する第１リンクと第３リンクが、第２リンクを挟む形で配置されるので、第１リンクと第２リンクのいずれか一方に荷重が偏ることがない。また、第２リンクが屈曲するときは、関節部分が上方又は下方に凸となるように屈曲し、第１リンクと第３リンクが屈曲するときは、関節部分が水平方向に移動して左右いずれかの方向に凸となるように屈曲するので、互いに機械的に干渉しにくい。なお、第１リンクと第２リンクが屈曲するときに互いの関節の距離が広がる方向に凸形状となるように構成すれば、第１リンクと第３リンクの配置間隔が狭い場合でも、互いの機械的干渉を防止することができる。

（５）また、上記の搬送ロボットにおいて、前記第１リンクは、前記ロボット本体との連結点の位置に固定された第１駆動モータと、該第１駆動モータの回転運動を当該第１リンクの屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構とを有し、前記第２リンクは、前記ロボット本体との連結点の位置に固定され前記ロボット本体に対する当該第２リンクの前記基準軸心を中心とした向きを変化させる第２駆動モータを有し、前記第３リンクは、前記ロボット本体との連結点の位置に固定された第３駆動モータと、該第３駆動モータの回転運動を当該第３リンクの屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構とを有する。

上記構成によれば、各リンクを駆動する各駆動モータが、各リンクとロボット本体との連結点の位置に設置されているので、各リンクに作用するモーメントを小さくすることができる。また、各駆動モータを上記の位置に設置することで、搬送ロボット全体の重心をロボット本体側に設定しやすくなるので、安定して移動及び停止を行なうことができる。

（６）また、上記の搬送ロボットにおいて、前記第１リンク用動力変換機構及び前記第３リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される。

上記構成によれば、各動力変換機構が平行リンク機構により構成されるので、簡単な構成で確実に、駆動モータの回転運動をリンクの屈伸運動に変換することができる。

（７）また、本発明は、ベース部材と、該ベース部材に基端部が連結されそれぞれ独立に駆動可能な第１リンク、第２リンク、及び第３リンクと、該第１リンク、第２リンク、及び第３リンクの先端に連結された出力部材とを備え、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクの駆動状態により、前記ベース部材に対する前記出力部材の所定平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構であって、前記第１リンク及び前記第３リンクの各々は、一端が前記ベース部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結され、他端が前記出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、前記第２リンクは、一端が前記ベース部材に前記所定平面に対して垂直な基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が前記出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって前記ベース部材に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ前記第１リンク及び前記第３リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものである、ことを特徴とする。

上記構成によれば、第１リンク、第２リンク及び第３リンクをそれぞれ独立して駆動させることにより、出力部材の位置及び姿勢を３自由度（所定平面上での進行方向ｘ、所定平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、所定平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができる。したがって、上記の搬送ロボット用のパラレルリンク機構として好適である。
また、出力部材に、目的に応じた種々のツール（物品把持具、加工ツールなど）を搭載することにより、物品搬送装置の搬送機構や加工装置の位置決め機構等にも適用することができる。

（８）また、上記の３自由度パラレルリンク機構において、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする２本のアームからなり、該２本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により前記両端間の距離が変化するものである。

上記構成によれば、各リンクが関節を持つので、両端間の距離が変化する範囲（伸縮範囲）が広く取りやすくなり、パラレルリンク機構の可動範囲を広く設定することができる。

（９）また、上記の３自由度パラレルリンク機構において、前記第１リンク、第２リンク及び第３リンクは、前記第１リンクと前記第３リンクの離間方向の中間位置に前記第２リンクが位置するように配置されており、前記第１リンク及び前記第３リンクは、それぞれ、２本のアームが互いに前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結しており、前記第２リンクの２本のアームは、互いに前記所定平面に平行な軸心を中心に回転可能に連結している。

上記構成によれば、能動的に伸縮する第１リンクと第３リンクが、第２リンクを挟む形で配置されるので、第１リンクと第２リンクのいずれか一方に荷重が偏ることがない。また、第２リンクが屈曲するときは、関節部分が所定平面に垂直な方向に凸となるように屈曲し、第１リンクと第３リンクが屈曲するときは、関節部分が所定平面に平行に移動して屈曲するので、互いに機械的に干渉しにくい。なお、第１リンクと第２リンクが屈曲するときに互いの関節の距離が広がる方向に凸形状となるように構成すれば、第１リンクと第３リンクの配置間隔が狭い場合でも、互いの機械的干渉を防止することができる。

（１０）また、上記の３自由度パラレルリンク機構において、前記第１リンクは、前記ベース部材との連結点の位置に固定された第１駆動モータと、該第１駆動モータの回転運動を当該第１リンクの屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構とを有し、前記第２リンクは、前記ベース部材との連結点の位置に固定され前記ベース部材に対する当該第２リンクの前記基準軸心を中心とする向きを変化させる第２駆動モータを有し、前記第３リンクは、前記ベース部材との連結点の位置に固定された第３駆動モータと、該第３駆動モータの回転運動を当該第３リンクの屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構とを有する。

上記構成によれば、各リンクを駆動する各駆動モータが、各リンクとベース部材との連結点の位置に設置されているので、各リンクに作用するモーメントを小さくすることができる。

（１１）また、上記の３自由度パラレルリンク機構において、前記第１リンク用動力変換機構及び前記第３リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される。

上記構成によれば、各動力変換機構が平行リンク機構により構成されるので、簡単な構成で確実に、駆動モータの回転運動をリンクの屈伸運動に変換することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の搬送ロボットによれば、多品種少量・変量生産される物品の搬送に柔軟に対応することができ、トラブル発生時における対応が容易であり、押し動作により対象物を移動させる場合でもジャックナイフ現象を発生させることが無く、動作時の位置・姿勢・力の制御を容易にすることができる。また、本発明の３自由度パラレルリンク機構は、上記の搬送ロボットに好適である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は本発明の実施形態にかかる搬送ロボット１０の斜視図であり、図２は工場内における搬送ロボット１０の搬送作業の様子を示す図である。
図１に示すように、この搬送ロボット１０は、物品搬送具１を移動させるためのロボットである。物品７は、本実施形態では部品・半完成品・完成品等であるが、とくに限定されるものではない。物品搬送具１は、物品７を載せて外力を受けて移動するものである。したがって、物品搬送具１としては、例えば図１に示す手押し台車、カート等、人が物品７の搬送を行なうために使用するものであってよい。なお、以下では、説明の便宜上、“手押し台車”に対しても参照符号「１」を使用する。
搬送ロボット１０は、移動を行なうロボット本体１２と、ロボット本体１２に連結されたパラレルリンク機構２０と、パラレルリンク機構２０と物品搬送具１とを連結するための連結機構４０とを備えている。

ロボット本体１２の胴体部１３の下部の左右両側には、駆動モータ（図示せず）によって駆動される一対の駆動輪１４が設けられている。一対の駆動輪１４は、互いの回転軸心が一致し、それぞれ独立して駆動される。また、ロボット本体１２の下部の前後には自在キャスター１５が設けられている（より詳細には、図３参照）。上記構成により、ロボット本体１２は、前後進と左右旋回が可能となっている。

また、ロボット本体１２には、上述した駆動輪１４を駆動するための駆動モータ、パラレルリンク機構２０及び連結機構４０の駆動を制御する制御部、障害物等を検知するセンサ１７、上位コントローラとの通信を行なう通信装置、これらの駆動に必要な電力を供給するバッテリー等が搭載されており、上位コントローラからの指令を受けて、搬送作業に必要な動作を行なう。

パラレルリンク機構２０は、基端部がロボット本体１２に連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、複数のリンクの先端に連結された出力部材２４とを有し、複数のリンクの駆動状態によりロボット本体１２に対する出力部材２４の相対的な位置及び姿勢が定まるものである。
本実施形態において、パラレルリンク機構２０は、ロボット本体１２と出力部材２４との間に並列接続された第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３を有しており、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の駆動状態により、ロボット本体１２に対する出力部材２４の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構２０として構成されている。

なお、パラレルリンク機構２０は、複数のリンクの駆動状態により、ロボット本体１２に対する出力部材２４の空間上の相対位置及び姿勢が定まるものであってもよい。この場合のパラレルリンク機構２０は、特に限定されないが、例えば、スチュアートプラットフォームと呼ばれる６自由度パラレルリンク機構として構成されてもよい。

連結機構４０は、パラレルリンク機構２０の出力部材２４に連結され、出力部材２４と物品搬送具１との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構２０と物品搬送具１との連結及び切離しを行う機能を有する。
本実施形態において連結機構４０は、手押し台車１に設けられた把持部２を把持することにより手押し台車１と連結する把持機構４１が左右方向に２つ設けられて構成されている。
なお、ロボット本体１２に対する上記のパラレルリンク機構２０の設置位置は、連結機構４０が物品搬送台車の把持部２を把持し、連結できる高さに設定されている。

上記の搬送ロボット１０によれば、連結機構４０により物品搬送具１と連結し、連結機構４０に連結されたパラレルリンク機構２０により物品搬送具１との相対位置及び姿勢を制御しながら、ロボット本体１２を移動させることにより、図２に示すように、物品搬送具１を移動させることができ、これにより物品７を搬送することができる。なお、搬送ロボット１０は、引き動作によっても物品搬送具１を移動させることが可能である。

このように、従来のＡＧＶと異なり、ロボットと一体化した専用搬送台による搬送ではなく、移動機能と物品積載機能を分離した搬送態様としたので、物品積載機能を果たす物品搬送具１に関しては、図２に示すように、人８と共通のもの（手押し台車１、カート等）を使用することができる。したがって、従来のＡＧＶと異なり、物量・品種に応じて、適したサイズの物品搬送具１に容易に変更することができるとともに、物量に応じた複数種類のサイズの搬送ロボット１０を用意する必要が無く、スペース・エネルギーともに効率が良い。

また、この搬送ロボット１０は、搬送台と一体化されていないことから、従来のＡＧＶと比較して小型・軽量化が可能であるため、搬送ロボット１０に異常事態が生じ、稼動不能に陥った場合でも、搬送ライン上から容易に撤去することができる。また、物品搬送具１は人８と共用のものを使用できるので、稼動不能に陥った搬送ロボット１０に代わって、搬送作業を人８が引き継ぐことができる。

また、連結機構４０によって、パラレルリンク機構２０と物品搬送具１の相対位置及び姿勢が固定されるので、押し動作により物品搬送具１を移動させる場合でも、ジャックナイフ現象を生じることがない。したがって、真横への移動ができない非ホロノミック型の搬送ロボット１０でも、目的の移動場所の近傍で押し動作により物品搬送具１を移動させることにより、目的の場所に正確に物品搬送具１を停止させることができる。

また、ロボット本体１２に対する物品搬送具１の相対位置及び姿勢を制御する機構として、パラレルリンク機構２０を採用しているので、平面上の相対位置及び姿勢を制御する場合は本実施形態のように３自由でよく、空間上の相対位置及び姿勢を制御する場合でも６自由度でよいので、人の腕とほぼ同様の動きをする２本の腕（１２自由度）と比較して、動作に必要な位置・姿勢・力等の制御が容易になる。

以下、本発明の搬送ロボット１０の構成をより詳細に説明する。図３は、搬送ロボット１０及び手押し台車１の模式図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図３（Ａ）及び（Ｂ）において、紙面の左右方向が搬送ロボット１０の前後方向である。図３に示すように、手押し台車１は、物品７を載せる荷台３と、荷台３の下面前方の左右両側に設けられた一対の自在キャスター５と、荷台３の下面後方の左右両側に設けられた一対の固定キャスター６と、荷台３の上面後方位置から上方に延びる支持部材４と、支持部材４の上端で支持された把持部２とから構成されている。

上述したように、パラレルリンク機構２０は、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３と、各リンクの先端に連結された出力部材２４を有している。
第１リンク２１及び第３リンク２３の各々は、一端がロボット本体１２に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材２４に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化する。
第２リンク２２は、一端がロボット本体１２に鉛直方向を向く軸心（以下、この軸心を「基準軸心ａ」という）を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材２４に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とする向きが変化する。また、第２リンク２２は、第１リンク２１及び第３リンク２３の駆動に従動して両端間の距離が変化する。

上記構成によれば、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３をそれぞれ独立して駆動させることにより、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度（水平面上での進行方向ｘ、水平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、水平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができるので、ロボット本体１２に対する物品搬送具１の水平面上の相対位置及び姿勢を制御することができる。

図４は、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の３種の構成例Ａ、Ｂ、Ｃを模式的に示した図である。
図４において、各図は、紙面左右方向に３列、上下に２段の枠内に示されており、左右方向の各列に分かれて各構成例Ａ、Ｂ、Ｃが示されている。また、各列において、上段は平面視での模式図、下段は側面視での模式図である。側面視での模式図では、枠内の上側が第１リンク２１（又は第３リンク２３）を示し、下側が第２リンク２２を示している。
なお、図１〜図３では、上記の構成例Ｃを採用した搬送ロボット１０を示している。

図４に示すように、構成例Ａ〜Ｃでは、いずれも、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３は、第１リンク２１と第３リンク２３の離間方向の中間位置に第２リンク２２が位置するように配置されている。以下、各構成例ごとに構成を説明する。

［構成例Ａ］
構成例Ａでは、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３は、いずれも直線的に伸縮するように構成されており、第１リンク２１及び第３リンク２３は、伸縮駆動アクチュエータにより構成されている。伸縮駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧シリンダ装置、空圧シリンダ装置等を使用することができる。第２リンク２２は、直線的に伸縮自在であるが、その伸縮は受動的であり、第１リンク２１と第２リンク２２の駆動に従動して伸縮する。また第２リンク２２は、ロボット本体１２との連結点の位置に固定された第２駆動モータ３３を有し、この第２駆動モータ３３の駆動により、ロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とした向きが変化するようになっている。

上記の構成例Ａによれば、第１リンク２１と第３リンク２３の伸縮駆動により出力部材２４に並進運動を与え、第２リンク２２の旋回駆動により出力部材２４に旋回運動を与えることができるので、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度（水平面上での進行方向ｘ、水平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、水平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができる。

［構成例Ｂ］
構成例Ｂでは、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の各々は、両端間の途中部位（この例では中間点）を連結点とする２本のアーム２６，２７からなり、２本のアーム２６，２７の連結点を関節２９，３０，３１として屈伸運動し、この屈伸運動により両端間の距離が変化する。
第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれの関節２９，３１の位置に第１駆動モータ３２、第３駆動モータ３４を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、図４に示すように、第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれ、２本のアーム２６，２７が互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結している。

第２リンク２２は、２本のアーム２６，２７が互いに水平軸心を中心に回転可能に連結しており、屈伸運動によって伸縮自在であるが、その伸縮は受動的であり、第１リンク２１と第２リンク２２の駆動に従動して伸縮する。
また第２リンク２２は、ロボット本体１２との連結点の位置に固定された第２駆動モータ３３を有し、この第２駆動モータ３３の駆動により、ロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とした向きが変化するようになっている。

上記の構成例Ｂによれば、構成例Ａと同様に、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度で制御することができる。また、各リンクが関節を持つので、構成例Ａと比べて、両端間の距離が変化する範囲（伸縮範囲）を拡大することができる。したがって、パラレルリンク機構２０の可動範囲を拡大することができる。
また、能動的に伸縮する第１リンクと第３リンクが、第２リンクを挟む形で配置されるので、第１リンクと第２リンクのいずれか一方に荷重が偏ることがない。また、第２リンクが屈曲するときは、関節部分が上方又は下方に凸となるように屈曲し、第１リンクと第３リンクが屈曲するときは、関節部分が水平方向に移動して左右いずれかの方向に凸となるように屈曲するので、互いに機械的に干渉しにくい。
第１リンクと第３リンクが屈曲する方向は、特に限定されず、互いに逆方向あるいは互いの関節２９，３１の距離が縮まる方向であってもよいが、図４に示すように、互いの関節２９，３１の距離が広がる方向であるのがこのましい。この構成により、各リンクが屈曲するときに、第１リンク２１と第３リンク２３が左右両側に広がるので、各リンク相互間の機械的干渉を防止することができる。

［構成例Ｃ］
構成例Ｃは、構成例Ｂと共通する点が多いので、以下では構成例Ｂとの相違点を中心に説明する。
構成例ＢとＣでは、まず、第１駆動モータ３２と第３駆動モータ３４の設置位置が異なる。構成例Ｃでは、第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれ、ロボット本体１２との連結点の位置に第１駆動モータ３２、第３駆動モータ３４を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、構成例Ｃでは、第１リンク２１は、第１駆動モータ３２の回転運動を第１リンク２１の屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構３６ａを有し、第３リンク２３は、第３駆動モータ３４の回転運動を第３リンク２３の屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構３６ｂを有する。

構成例Ｃにおいて、第１リンク用動力変換機構３６ａと第３リンク用動力変換機構３６ｂは、平行リンク機構で構成されている。各平行リンク機構は、各駆動モータ３２，３４の出力軸に連結された駆動アーム３７と、出力部材２４側のアーム２６に連結された従動アーム３８と、一端が駆動アーム３７に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され他端が従動アーム３８に鉛直軸心を中心に連結された中間アーム３９とから構成されている。駆動アーム３７と従動アーム３８の長さは同じであり、中間アーム３９の長さは、ロボット本体１２側のアーム２６の長さと同じである。
構成例Ｃの他の部分の構成は、構成例Ｂと同じである。

上記の構成例Ｃによれば、上記の構成例Ｂの効果に加え、以下の効果が得られる。
各リンク２１，２２，２３を駆動する各駆動モータ３２，３３，３４がロボット本体１２との連結点の位置に設けられているので、各リンク２１，２２，２３に作用するモーメントを小さくすることができる。
また、各駆動モータ３２，３３，３４を上記の位置に設置することで、搬送ロボット１０全体の重心をロボット本体１２側に設定しやすくなるので、搬送ロボット１０が安定して移動及び停止を行なうことができる。
各動力変換機構３６ａ，３６ｂが平行リンク機構により構成されるので、簡単な構成で確実に、各駆動モータ３２，３４の回転運動を各リンク２１，２３の屈伸運動に変換することができる。

なお、第１リンク用動力変換機構３６ａと第３リンク用動力変換機構３６ｂは、上述した平行リンク機構に限られず、例えばベルト伝動機構やチェーン伝動機構などの他の機構を用いたものであってもよい。

図５は、搬送ロボット１０が手押し台車１を旋回移動させている様子を示す模式的平面図である。
図５に示すように、ロボット本体１２の駆動輪１４，１４間の回転軸心の中点ｂが描く旋回軌道と、手押し台車１の固定キャスター６，６間の回転軸心の中点ｃが描く旋回軌道とが、同一半径及び同一中心の円となるように、パラレルリンク機構２０によりロボット本体１２と手押し台車１の相対位置及び姿勢を制御しながら、旋回するのが好ましい。このような条件で旋回することにより、搬送ロボット１０と手押し台車１が同一の旋回軌道を描いてスムーズに旋回することができる。

また、上述した３自由度パラレルリンク機構２０は、本発明の搬送ロボット１０のみならず、他の用途にも用いることができる。たとえば、図６に示すように、ロボット本体１２に代えて、各リンク２１，２２，２３の基端部をベース部材４３に連結するとともに、出力部材２４に、目的に応じた種々のツール４４（物品把持具、加工ツールなど）を取り付けることにより、物品搬送装置の搬送機構や加工装置の位置決め機構として用いることができる。
なお、この場合、相対位置及び姿勢の制御がなされる平面は、水平面に限られず、他の平面、例えば、水平面に垂直な平面であってもよい。

上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施形態にかかる搬送ロボットの斜視図である。 工場内における搬送ロボットの搬送作業の様子を示す図である。 搬送ロボット及び手押し台車の模式図である。 第１リンク、第２リンク及び第３リンクの構成例Ａ、Ｂ、Ｃを模式的に示した図である。 搬送ロボットが手押し台車を旋回移動させている様子を示す模式的平面図である。 本発明の実施形態にかかる３自由度パラレルリンク機構の別の用途について説明する図である。

符号の説明

１ 物品搬送具（手押し台車）
２ 把持部
３ 荷台
４ 支持部材
５ 自在キャスター
６ 固定キャスター
７ 物品
８ 人
１０ 搬送ロボット
１２ ロボット本体
１３ 胴体部
１４ 駆動輪
１５ 自在キャスター
１７ センサ
２０ パラレルリンク機構
２１ 第１リンク
２２ 第２リンク
２３ 第３リンク
２４ 出力部材
２６，２７ アーム
２９，３０，３１ 関節
３２ 第１駆動モータ
３３ 第２駆動モータ
３４ 第３駆動モータ
３６ａ 第１リンク用動力変換機構
３６ｂ 第３リンク用動力変換機構
３７ 駆動アーム
３８ 従動アーム
３９ 中間アーム
４０ 連結機構
４１ 把持機構
４３ ベース部材
４４ ツール

Claims (7)

1. 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、
   移動を行なうロボット本体と、
   基端部が移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態によりロボット本体に対する出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、
   該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、出力部材と物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構と物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備え、
   パラレルリンク機構は、ロボット本体と出力部材との間に並列接続された第１リンク、第２リンク及び第３リンクを有し、該第１リンク、第２リンク及び第３リンクの駆動状態により、ロボット本体に対する出力部材の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構であり、
   第１リンク及び第３リンクの各々は、一端がロボット本体に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
   第２リンクは、一端がロボット本体に鉛直方向を向く基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第１リンク及び第３リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
   第１リンク及び第３リンクは、直線的に伸縮する伸縮駆動アクチュエータにより構成され、
   第２リンクは、受動的に直線的に伸縮自在であり、ロボット本体との連結点の位置に固定された第２駆動モータを有し、この第２駆動モータの駆動により、ロボット本体に対する基準軸心を中心とした向きが変化するようになっている、ことを特徴とする搬送ロボット。
2. 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、
   移動を行なうロボット本体と、
   基端部が移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態によりロボット本体に対する出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、
   該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、出力部材と物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構と物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備え、
   パラレルリンク機構は、ロボット本体と出力部材との間に並列接続された第１リンク、第２リンク及び第３リンクを有し、該第１リンク、第２リンク及び第３リンクの駆動状態により、ロボット本体に対する出力部材の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構であり、
   第１リンク及び第３リンクの各々は、一端がロボット本体に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
   第２リンクは、一端がロボット本体に鉛直方向を向く基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体に対する基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第１リンク及び第３リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
   第１リンク、第２リンク及び第３リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする２本のアームからなり、該２本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により両端間の距離が変化するものであり、
   第１リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定された第１駆動モータと、該第１駆動モータの回転運動を当該第１リンクの屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構とを有し、
   第２リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定されロボット本体に対する当該第２リンクの前記基準軸心を中心とした向きを変化させる第２駆動モータを有し、
   第３リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定された第３駆動モータと、該第３駆動モータの回転運動を当該第３リンクの屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構とを有する搬送ロボット。
3. 第１リンク、第２リンク及び第３リンクは、第１リンクと第３リンクの離間方向の中間位置に第２リンクが位置するように配置されており、
   第１リンク及び第３リンクは、それぞれ、２本のアームが互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結しており、
   第２リンクの２本のアームは、互いに水平軸心を中心に回転可能に連結している、請求項２記載の搬送ロボット。
4. 第１リンク用動力変換機構及び第３リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される請求項２記載の搬送ロボット。
5. ベース部材と、該ベース部材に基端部が連結されそれぞれ独立に駆動可能な第１リンク、第２リンク、及び第３リンクと、該第１リンク、第２リンク、及び第３リンクの先端に連結された出力部材とを備え、第１リンク、第２リンク及び第３リンクの駆動状態により、ベース部材に対する出力部材の所定平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構であって、
   第１リンク及び第３リンクの各々は、一端がベース部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
   第２リンクは、一端がベース部材に前記所定平面に対して垂直な基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってベース部材に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第１リンク及び第３リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
   第１リンク、第２リンク及び第３リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする２本のアームからなり、該２本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により前記両端間の距離が変化するものであり、
   第１リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定された第１駆動モータと、該第１駆動モータの回転運動を当該第１リンクの屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構とを有し、
   第２リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定されベース部材に対する当該第２リンクの前記基準軸心を中心とする向きを変化させる第２駆動モータを有し、
   第３リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定された第３駆動モータと、該第３駆動モータの回転運動を当該第３リンクの屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構とを有する３自由度パラレルリンク機構。
6. 第１リンク、第２リンク及び第３リンクは、第１リンクと第３リンクの離間方向の中間位置に第２リンクが位置するように配置されており、
   第１リンク及び第３リンクは、それぞれ、２本のアームが互いに前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結しており、
   第２リンクの２本のアームは、互いに前記所定平面に平行な軸心を中心に回転可能に連結している、請求項５記載の３自由度パラレルリンク機構。
7. 第１リンク用動力変換機構及び第３リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される請求項５記載の３自由度パラレルリンク機構。
   

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