JP2005147333A - リンク作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク機構を適正に作動させ、また、外力に対する出力部材の回避動作や原点復帰動作を容易に実現すること。
【解決手段】入出力側にそれぞれ配された入出力部材４，５に対して回転可能に端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを中央リンク部材１ｂ〜３ｂに対して回転可能に連結した四つの回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃからなるリンク機構１〜３を三組以上有し、各リンク機構１〜３の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａに連結されて前記リンク機構１〜３を作動させるロータリーアクチュエータ３１，３２を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リンク作動装置に関し、例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するロボット関節などのリンク機構に利用されるリンク作動装置に関する。

例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するリンク作動装置として、パラレルリンク機構を具備した作業装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この作業装置は、ベースプレートとトラベリングプレートとの間を接続する複数のリンクを協調させて伸縮させることでベースプレートに対するトラベリングプレートの位置および姿勢を変化させるパラレルリンク機構を具備する。このパラレルリンク機構のトラベリングプレートにツールを取り付け、ワークを保持するテーブルを回転可能に配設することにより、テーブル上のワークに対するツールの位置および姿勢を自由に変えられるようにして、ツールによる三次元空間内での複雑な加工や物品の取り回しを可能にしている。

前記パラレルリンク機構では、可動部分の質量を軽減することができ、また、各リンクの位置決め誤差がその先端部で平均化されるなど、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行する上で大きな特徴を具備している。
特開２０００−９４２４５号公報

しかしながら、前述したパラレルリンク機構では、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定しようとすると、リンク長が長くなることにより、機構全体の寸法が大きくなって装置の大型化を招来するという問題があった。また、機構全体の剛性が低く、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまり、トラベリングプレートにおける可搬重量も小さいものに制限されるという問題もあった。

この問題点を解消するため、本出願人は、コンパクトな構成で、剛性が高く、しかも可搬重量が大きいリンク機構を具備したリンク作動装置を先に提案している（特願２００３−４００８６）。

このリンク作動装置は、入力部材と出力部材のそれぞれに対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結したリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一とした構成を具備し、出力部材の姿勢を制御するアクチュエータを設けたものである。

このリンク作動装置は、端部リンク部材の回転位置を制御するものであるが、その制御方法については開示されておらず、また、入力部材への回転角入力に対して出力部材の姿勢を求めたり、出力部材への姿勢入力に対して入力部材の回転角を求めたりするための制御手段については開示されていなかった。

そこで、本出願人は、前述の提案（特願２００３−４００８６）を前提として、入力部材への回転角入力に対して出力部材の姿勢を求めたり、出力部材への姿勢入力に対して入力部材の回転角を求めたりするための制御手段を開示したリンク作動装置も提案している（特願２００３−２８７９４５）。

しかしながら、前述の二つのリンク作動装置では、リンク機構を作動させて出力部材の姿勢を制御するアクチュエータとしていかなるものが最適であるかが不明であった。また、入力部材と出力部材は一義的に結合されているため、出力部材に何等かの原因により外力が作用し、出力部材を適切な位置で保持することが困難になった場合、アクチュエータに対して何等かの制御を加えることにより、出力部材を適切な位置で保持する必要がある。しかし、外力により出力部材が変位した場合、外力による変位に対する回避動作や、外力がなくなった際に回避前位置に復帰させる原点復帰動作を実現するためには、リンク機構に外力検知装置あるいは位置検知装置などを設置する必要があり、制御系全体が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、リンク機構を適正に作動させ、また、外力に対する出力部材の回避動作や原点復帰動作を容易に実現し得るリンク作動装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入力側の端部リンク部材に連結されて前記リンク機構を作動させるエアシリンダを具備したことを特徴とする。なお、前述のエアシリンダは、入力側の端部リンク部材を回転自在に支承する回転軸に直接的に連結された構造、あるいは、入力側の端部リンク部材に回転伝達部を介して連結された構造とすることが可能である。

本発明では、入力側の端部リンク部材に連結されて前記リンク機構を作動させるエアシリンダを具備したことにより、リンク機構を作動させる駆動部の軽量化、高速化および高トルク化を図ることが実現容易となる。

また、前述のエアシリンダを使用した場合、入力部材と端部リンク部材間の回転対偶部にダンパ機構を配設すれば、出力部材に何等かの原因により外力が加わってその出力部材が変位した場合でも、制御系の作用を機能させることなく、外力による変位に対する回避動作や、外力がなくなった際に回避前位置に復帰させる原点復帰動作を容易に実現することができる。また、入力部材または出力部材のいずれか一方にトルクセンサを取り付け、センサ取り付け側と反対側から入力されたトルクを検出可能とすれば、その検出値に応じて捩れが発生しないようにエアシリンダを制御することでも、前述の回避動作や原点復帰動作が可能である。

さらに、エアシリンダにエギゾーストバルブを付設し、そのエギゾーストバルブにより出力部材をニュートラル状態に設定し得る構造とすれば、例えば出力部材に磁石やシリンダチャック等を取り付けると、ばら積みワークに対して倣い動作でワークを把持することが可能となる。

入出力間に設けられた三組以上のリンク機構のそれぞれは、幾何学的に同一形状を有し、そのリンク機構を三組以上としたのは、二自由度機構とするためである。ここで、「リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一にする」とは、中央リンク部材の対称面において入力側と出力側に分断した場合に入力側と出力側の幾何学的形状が同一であることを意味する。

各リンク機構は、四つの回転対偶部からなる三節連鎖を構成している。入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材は球面リンク構造で、三組以上のリンク機構における球面リンク中心は一致しており、また、その中心からの距離も同じである。端部リンク部材と中央リンク部材との連結部となる回転対偶軸は、ある交差角をもってもよいし、平行であってもよい。但し、三組以上のリンク機構における中央リンク部材の形状は幾何学的に同一である。

また、本発明は、前述の構成において、二つ以上のリンク機構における入力部材と端部リンク部材間の回転対偶部に、前記端部リンク部材の回転角を測定する回転角検出手段を付設した構造とすることが望ましい。このように入力側の端部リンク部材の回転角を測定する回転角検出手段を設ければ、折れ角θと旋回角φで規定される出力部材の姿勢と入力側の端部リンク部材の回転角βｎとの関係式（γは中央リンク部材の軸角、δは基準となる端部リンク部材に対する各端部リンク部材の円周方向離間角）、
cosθsinβｎ−sinθsin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sinγ＝０
による逆変換を利用して、出力部材の姿勢を制御することができる。

ここで、出力部材の姿勢において、「折れ角θ」とは、入力部材の中心軸に対して出力部材が傾斜した垂直角度で、「旋回角φ」とは、入力部材の中心軸に対して出力部材が傾斜した水平角度を意味する。「回転角βｎ」とは、入力部材に回転自在に連結された端部リンク部材の連結端における回転角を意味する。また、「軸角γ」とは、入力側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、出力側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とがなす角度を意味する。「離間角δ」とは、入力側の基準となる端部リンク部材に対する各端部リンク部材の円周方向位置間隔を規定し、端部リンク部材の入力部材との連結端軸のそれぞれがなす角度を意味する。また、「関係式による逆変換」とは、出力部材の姿勢を規定する目標値を関係式に入力することにより、その姿勢入力に対する入力側の端部リンク部材の回転角を求めることを意味する。

本発明によれば、入力側の端部リンク部材に連結されて前記リンク機構を作動させるエアシリンダを具備したことにより、リンク機構を作動させる駆動部の軽量化、高速化および高トルク化を容易に図ることができ、高性能のリンク作動装置を提供することができる。また、ダンパ機構やトルクセンサを設ければ、出力部材に何等かの原因により外力が加わってその出力部材が変位する必要が生じた場合でも、制御系の作用を機能させることなく、回避動作や原点復帰動作を容易に実現することができる。

本発明に係るリンク作動装置の実施形態を以下に詳述する。

図１に示す実施形態のリンク作動装置は、例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するロボット関節などのリンク機構などに利用される三組のリンク機構１〜３を具備し、これら三組のリンク機構１〜３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。

図１に示すように、各リンク機構１〜３は、円盤状の入力部材４に回動自在に連結された入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと、円盤状の出力部材５に回動自在に連結された出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃと、両端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃのそれぞれに回動自在に連結されて両端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを互いに連結する中央リンク部材１ｂ〜３ｂとで構成され、四つの回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃからなる三節連鎖構造をなす。

端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃは球面リンク構造で、三組のリンク機構１〜３における球面リンク中心は一致しており、また、その中心からの距離も同じである。端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの回転対偶部６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂の連結軸は、ある交差角をもってもよいし、平行であってもよい。ただし、三組のリンク機構１〜３における中央リンク部材１ｂ〜３ｂの形状は幾何学的に同一である。

図２は、前述のリンク作動装置における入力部材４と入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａを示す。円盤状をなす入力部材４の上面には、各リンク機構１〜３について一対の支持部材１１ａ〜１３ａが設置されている。この一対の支持部材１１ａ〜１３ａには軸受１７ａ〜１９ａが取り付けられており、この二つの軸受１７ａ〜１９ａ間に回転自在に支承された回転軸１４ａ〜１６ａに、Ｌ字状をなす端部リンク部材１ａ〜３ａの一方のアーム端部が一対の支持部材１１ａ〜１３ａ間に挿入配置されて連結されている。この支持部材１１ａ〜１３ａは、入力部材４に対してねじ等により着脱自在な構造となっているが、入力部材４と一体的に形成することも可能である。

なお、端部リンク部材１ａ〜３ａのアーム端部は、止めねじにより回転軸１４ａ〜１６ａに固定されている。また、回転軸１４ａ〜１６ａの端部は、ナット２０ａ〜２２ａによる締付けでもって間座などを介在させることにより軸受１７ａ〜１９ａに所定の予圧量を付与して調整可能となっている。

支持部材１１ａ〜１３ａの円周方向位置は等間隔でなくてもよいが、入力部材４と出力部材５では同じ円周方向の位置関係とする必要がある。この入力部材４と出力部材５は、三組のリンク機構１〜３で共有され、各支持部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃに端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃが連結される。支持部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃが取り付けられる入力部材４および出力部材５は、図では円盤状の部材を示しているが、支持部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの取り付けスペースを確保することができるのであれば、どのような形状であってもよい。また、配線などを通す必要があれば、貫通孔を形成することも可能である。

出力部材５と出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃとの連結部分である回転対偶部６ｃ〜８ｃは、前述の入力部材４と入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａとの回転対偶部６ａ〜８ａと同一構造であるため、重複説明は省略する。

入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの一方の端部との回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁では、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの他方のアーム端部は、ほぼＬ字状をなす中央リンク部材１ｂ〜３ｂの一方の端部に連結されている。この中央リンク部材１ｂ〜３ｂの一方の端部には、一対の支持部材１１ｂ₁〜１３ｂ₁が設けられている。この一対の支持部材１１ｂ₁〜１３ｂ₁には軸受（図示せず）が取り付けられており、この二つの軸受間に回転自在に支承された回転軸１４ｂ₁〜１６ｂ₁に、Ｌ字状をなす端部リンク部材１ａ〜３ａの他方のアーム端部が一対の支持部材１１ｂ₁〜１３ｂ₁間に挿入配置されて連結されている。この支持部材１１ｂ₁〜１３ｂ₁は、中央リンク部材１ｂ〜３ｂに対してねじ等により着脱自在な構造あるいは一体構造のいずれであってもよい。

なお、端部リンク部材１ａ〜３ａのアーム端部は、止めねじにより回転軸１４ｂ₁〜１６ｂ₁に固定されている。また、回転軸１４ｂ₁〜１６ｂ₁の端部は、ナットによる締付けでもって間座などを介在させることにより軸受に所定の予圧量を付与して調整可能となっている。

出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃの他方のアーム端部と中央リンク部材１ｂ〜３ｂの他方の端部との連結部分である回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂は、前述の入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの他方のアーム端部と中央リンク部材１ｂ〜３ｂの一方の端部との回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と同一構造であるため、重複説明は省略する。

前記リンク機構１〜３において、入出力側の回転軸１４ａ〜１６ａ、１４ｃ〜１６ｃの角度、長さおよび端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材１ｂ〜３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材１ｂ〜３ｂの対称面に対して中央リンク部材１ｂ〜３ｂと入出力部材４，５と連結される端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材４および入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力部材５および出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃは同じに動き、入力側と出力側は同じ回転角になって等速回転することになる。この等速回転するときの中央リンク部材１ｂ〜３ｂの対称面を等速二等分面という。

このため、入出力部材４，５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１〜３を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構１〜３が矛盾無く動ける位置として中央リンク部材１ｂ〜３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。

各リンク機構１〜３における四つの回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃ、つまり、入力部材４と端部リンク部材１ａ〜３ａの連結部分と、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの連結部分、中央リンク部材１ｂ〜３ｂと出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃとの連結部分、出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃと出力部材５との連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。さらに、リンク機構１〜３の各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃを両端支持するように前記各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃに軸受を配置していることから、軸受剛性の向上が図れる。また、回転対偶部以外の部分で部品同士の着脱が可能となるので、組立性の向上が図れる。なお、この実施形態では、リンク機構１〜３の各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃを両端支持する構造としているが、片持ち支持する構造であってもよい。

この実施形態のリンク作動装置は、入力側の端部リンク部材１ａ，３ａのアーム端部と連結された回転軸１４ａ，１６ａに、エアシリンダの一種であり、直動運動を回転運動に変換するロータリーアクチュエータ３１，３２の出力軸を同軸的に連結した構造を具備する。このロータリーアクチュエータ３１，３２により、端部リンク部材１ａ〜３ａの回転角位置を制御することで、出力部材５に取り付けられた、例えばロボットの腕（図示せず）などの可動部位の姿勢を制御する。

前述のロータリーアクチュエータ３１，３２は、その駆動形態に合わせて揺動範囲（９０°、１８０°、２７０°等）を設定することができてリミッタ機能を具備するもので、前述の実施形態の場合、ロータリーアクチュエータ３１，３２による駆動部位が入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａであってその揺動範囲が９０°であるため、揺動範囲が９０°に設定されたロータリーアクチュエータ３１，３２を使用すればよい。

なお、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転角位置を制御するロータリーアクチュエータ３１，３２は、前述の実施形態のように回転対偶部６ａ，８ａの回転軸１４ａ，１６ａに直接的に連結された構造であるが、これに限らず、図示しないが入力側の端部リンク部材１ａ，３ａと入力部材４との回転対偶部６ａ，８ａに回転伝達部を設け、その回転伝達部を介してロータリーアクチュエータを連結した構造も可能である。

例えば、回転対偶部６ａ，８ａの回転軸１４ａ，１６ａの端部に釣鐘形の歯車を同軸的に装着し、その歯車と噛合する傘歯車をロータリーアクチュエータの出力軸に同軸的に装着した構成とすることも可能である。この場合、前述の回転対偶部６ａ，８ａの回転軸１４ａ，１６ａとロータリーアクチュエータの出力軸の両軸方向は直交する位置関係となるため、ロータリーアクチュエータは、入力部材４の下部に配置してハウジングに収納し、入力部材４に形成した貫通孔を介して前述の二つの歯車からなる回転伝達部と連結した構造とすることが望ましい。

また、入力側の回転対偶部６ａ〜８ａにおいて、端部リンク部材１ａ〜３ａを支承する回転軸１４ａ〜１６ａに回転角度センサ（図示せず）を設けるようにしてもよい。このようにすれば、アクチュエータにサーボ機構を取り付けなくてもよくなり、アクチュエータのコンパクト化が図れ、また、電源投入時の原点出しも不要となる。このように回転角度センサを設けることにより、図３に示すように折れ角θと旋回角φで規定される出力部材５の姿勢と入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転角βｎとの関係式（γは中央リンク部材１ｂ〜３ｂの軸角、δは基準となる端部リンク部材に対する各端部リンク部材の円周方向離間角）、
cosθsinβｎ−sinθsin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sinγ＝０
による逆変換を利用して出力部材５の姿勢を制御することができる。

すなわち、出力部材５の姿勢は、二自由度（折れ角θと旋回角φ）で規定することができ、出力部材５の姿勢（折れ角θと旋回角φ）と入力側の端部リンク部材の回転角βｎとの関係を以下の式で規定することができる。

なお、下記の関係式におけるパラメータθは、入力部材４に対して出力部材５が垂直方向に傾斜した角度、パラメータφは、入力部材４に対して出力部材５が０°から水平方向に傾斜した角度、パラメータβ₁，β₂（リンク機構が三組であるため、そのうちの二つのパラメータで規定可能である）は、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａにおける回転角、パラメータγは、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａに連結された中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と、出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃに連結された中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂とがなす角度である。この関係式は、リンク機構１〜３が三組で、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの円周方向位置が等間隔の場合である。
cosθsinβ₁−sinθsinφcosβ₁＋sinγ＝０
cosθsinβ₂−sinθsin（φ＋１２０°）cosβ₂＋sinγ＝０
cosθsinβ₃−sinθsin（φ＋２４０°）cosβ₃＋sinγ＝０

これら二つ以上の方程式を解くことにより、前記関係式の逆変換でもって出力部材５の姿勢を制御することができる。つまり、出力部材５の姿勢制御は、所定の姿勢を規定する目標値を関係式に入力することにより、その姿勢入力に対する入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転角を求めることで実現できる。

このリンク作動装置において、入力部材４とその入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａ間の回転対偶部６ａ〜８ａにダンパ機構を配設する。例えば、図４に示すように回転対偶部６ａの回転軸１４ａの内側軸端と端部リンク部材１ａとの間にダンパ機構４１を介設する。このようにダンパ機構４１を設ければ、出力部材５に何等かの原因により外力が加わってその出力部材５が変位した場合でも、制御系の作用を機能させることなく、外力による変位に対する回避動作や、外力がなくなった際に回避前位置に復帰させる原点復帰動作を容易に実現することができる。

なお、図４では、回転対偶部６ａの回転軸１４ａの支持部材１１ａ間にダンパ機構４１を設けた場合を示しているが、前述の支持部材１１ａの内側に位置するロータリーアクチュエータ３１の出力軸にダンパ機構を設けるようにしてもよい。

前述のダンパ機構４１としては、図５（ａ）（ｂ）に示す概略構成のように、例えば入力側の回転対偶部６ａの回転軸１４ａを、相互に自由回転可能な二軸１４ａ₁，１４ａ₂に分割し、両者の対向端部に断面Ｃ字状の弾性部材４４を嵌合させた構造のものが可能である。この弾性部材４４の開口スリット部には、二軸１４ａ₁，１４ａ₂の対向端部外周に形成された突起４２，４３が嵌入されており、この突起４２，４３により二軸１４ａ₁，１４ａ₂が回転方向に規制された状態となっている。

このダンパ機構４１では、一方の軸１４ａ₁または１４ａ₂に外力が作用しても、弾性部材４４が変形することにより、二軸１４ａ₁，１４ａ₂の回転角の相互差を許容できる構造となっている。また、外力が作用しなくなった場合、前述の弾性部材４４の復元力を用いることにより原点復帰動作が可能な構造となっている。

なお、前述したようにダンパ機構を設ける代わりに、入力部材４と入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａ間の回転対偶部６ａ〜８ａにトルクセンサを取り付け、センサ取り付け側と反対側から入力されたトルクを検出可能とすれば、その検出値に応じて捩れが発生しないようにロータリーアクチュエータ３１，３２を制御することで、前述の回避動作や原点復帰動作が可能である。

また、このリンク作動装置では、ロータリーアクチュエータ３１，３２にエギゾーストバルブを付設し、そのエギゾーストバルブにより出力部材５をニュートラル状態に設定し得る構造とすれば、例えば産業用ロボットのような取り出し装置の先端にリンク機構１〜３を取り付け、出力部材５に磁石やシリンダチャック等を取り付けると、ばら積みワークに対して倣い動作でワークを把持することが可能となる。

本発明の実施形態で、三組のリンク機構を具備したリンク作動装置を示す斜視図である。 図１のリンク作動装置で、入力部材と入力側の端部リンク部材との回転対偶部を示す断面図である。 本発明の実施形態で、三組のリンク機構において、出力部材の姿勢と入力側の端部リンク部材の回転角の関係を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態で、ダンパ機構を設けた入力側の回転対偶部を示す拡大断面図である。 図４のダンパ機構の概略構成で、（ａ）は回転対偶部の回転軸を分割した二軸を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の二軸に弾性部材を嵌合させた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１〜３ リンク機構
１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃ 端部リンク部材
１ｂ〜３ｂ 中央リンク部材
４ 入力部材
５ 出力部材
６ａ〜８ａ 回転対偶部
６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂ 回転対偶部
６ｃ〜８ｃ 回転対偶部
１４ａ〜１６ａ 回転軸
３１，３２ エアシリンダ（ロータリーアクチュエータ）
４１ ダンパ機構
θ 折れ角
φ 旋回角
βｎ 回転角

Claims (8)

1. 入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入力側の端部リンク部材に連結されて前記リンク機構を作動させるエアシリンダを具備したことを特徴とするリンク作動装置。
2. 前記エアシリンダは、入力側の端部リンク部材を回転自在に支承する回転軸に直接的に連結されている請求項１に記載のリンク作動装置。
3. 前記エアシリンダは、入力側の端部リンク部材に回転伝達部を介して連結されている請求項１に記載のリンク作動装置。
4. 前記入力部材と端部リンク部材間の回転対偶部にダンパ機構を配設した請求項１〜３のいずれか一項に記載のリンク作動装置。
5. 前記入力部材または出力部材のいずれか一方にトルクセンサを取り付け、センサ取り付け側と反対側から入力されたトルクを検出可能とした請求項１〜３のいずれか一項に記載のリンク作動装置。
6. 前記エアシリンダにエギゾーストバルブを付設し、そのエギゾーストバルブにより出力部材をニュートラル状態に設定し得る請求項１〜５のいずれか一項に記載のリンク作動装置。
7. 二つ以上のリンク機構における前記入力部材と端部リンク部材間の回転対偶部に、前記端部リンク部材の回転角を測定する回転角検出手段を付設した請求項１〜６のいずれか一項に記載のリンク作動装置。
8. 前記出力部材の姿勢を、折れ角θと旋回角φで規定される出力部材の姿勢と入力側の端部リンク部材の回転角βｎとの関係式（γは中央リンク部材の軸角、δは基準となる端部リンク部材に対する各端部リンク部材の円周方向離間角）、
   cosθsinβｎ−sinθsin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sinγ＝０
   による逆変換でもって制御可能とした請求項７に記載のリンク作動装置。