JP5798006B2 - リンク作動装置 - Google Patents
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Description
このように入力側と出力側の球面リンク機構に加えて、入力側と出力側の端部リンク間に連動手段を設けたことにより、二組のリンク機構に関して、それぞれのリンク機構で、中央リンクの中央部に対して入力側と出力側のリンクハブ、入力側と出力側の端部リンク、および中央リンクの位置が同時に決まる。このため、二つのアクチュエータを中央リンクの中央部に対して対称な位置に配置しても1自由度の位置制御にしかならず、1自由度がフリーのままとなる。従って、2自由度の位置制御をするには、中央リンクの中央部に対して対称でない位置にアクチュエータを配置する必要がある。
この2自由度機構は、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブの中心軸と出力側のリンクハブの中心軸の最大折れ角を90°以上とすることが可能であり、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの旋回角を0°〜360°の範囲に設定できる。上記中心軸は、入力側と出力側のリンクハブが互いに平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ軸を指す。
これら二つ以上のアクチュエータは二組のリンク機構のうちの一組に設けられているため、このアクチュエータが設けられたリンク機構の側に、アクチュエータやその周辺部品が偏って集まっている。よって、このリンク作動装置を、物の拘束、支持、案内等に用いる場合、例えば人の関節部回りに装着する場合、アクチュエータが設けられたリンク機構の側が身体等の被拘束物等から離れて位置するように装着すれば、リンク機構等と患者の身体等の被拘束物等との接触を回避できる。
また、リンク機構の数が二組であるため、入側のリンクハブに対して出力側のリンクハブが可能な範囲内でどのような姿勢にあるときでも、二組のリンク機構のどの部位も位置しない周方向の範囲を比較的広くとることができ、リンク機構と身体との接触も防ぎやすい。
この場合、入力側の端部リンクと出力側の端部リンクの可動範囲が、周方向範囲で同じになるので、入力側のリンクハブと出力側のリンクハブとの間の空間において、端部リンクおよび中央リンクが侵入しない領域が広くなる。この各リンクが侵入しない領域から、前記空間に物品を入れることが可能となる。また、この領域では、各リンク作動装置に他の物品を接近させてもよいため、本装置をロボット、産業機械等に取付けたときにコンパクトとなる。
さらに、中央リンクと二つの端部リンクの組立て体を入力側と出力側のリンクハブに組み付ける際に、取付け部の回転対偶軸が入力側と出力側で周方向位置が一致しているため、前記組立て体を一方向から組み付けることができ、組立て性が向上する。
このように二つのアクチュータを設けることで、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を回転方向が2自由度で任意に変更できる。
このように二つのアクチュータを設けても、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を回転方向が2自由度で任意に変更できる。リンクハブと中央リンクとの相対距離を変更させるアクチュエータが直動アクチュエータである場合、リンクハブ、端部リンク、中央リンク、および直動アクチュエータで閉じられたリンク構成となり、リンク機構に作用する荷重を直動アクチュエータで受けるため、リンク作動装置の剛性が向上する。
このように二つのアクチュータを設けても、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を回転方向が2自由度で任意に変更できる。入力側および出力側の端部リンク間の相対距離を変更させるアクチュエータが直動アクチュエータである場合、入力側の端部リンク、中央リンク、出力側の端部リンク、および直動アクチュエータで閉じられたリンク構成となり、リンク機構に作用する荷重を直動アクチュエータで受けるため、リンク作動装置の剛性が向上する。
なお、図4の状態では、二組のリンク機構4A,4Bが、入力側および出力側の球面リンク中心P1,P2を通り、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)の回転対偶軸O1A,O1B(O2A,O2B)の軸間角度を二等分する縦断面F4に対して互いに鏡像対称となる位置に配置されている。
この実施形態の場合、連動手段9は、入力側の端部リンク5および出力側の端部リンク6に対してそれぞれ回転自在な一対のかさ歯車10,11を互いに噛み合わせた構成である。一対のかさ歯車10,11は同諸元のものであり、入力側の端部リンク5と出力側の端部リンク6が、互いの回転方向が反対で、かつ回転変位角度が同じになるように連動する。このように、連動手段9が複数のかさ歯車10,11等の歯車の噛み合いによるものであると、入力側の端部リンク5および出力側の端部リンク6の回転変位に滑り等による誤差が生じないため、精度良く連動させることができ、またコンパクトである。
2…入力側のリンクハブ(リンク機構構成部材)
3…出力側のリンクハブ(リンク機構構成部材)
4A,4B…リンク機構
5…入力側の端部リンク(リンク機構構成部材)
6…出力側の端部リンク(リンク機構構成部材)
7…中央リンク(リンク機構構成部材)
9…連動手段
23,24,25,40…アクチュエータ
O1A,O1B…入力側のリンクハブと入力側の端部リンクの回転対偶軸
O2A,O2B…出力側のリンクハブと出力側の端部リンクの回転対偶軸
Claims (5)
- 入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有するリンク作動装置において、
前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、これら二組のリンク機構は、入力側および出力側のいずれについても、それぞれの前記リンクハブと前記端部リンクの各回転対偶軸が同一平面上にあって、かつ互いに交差する位置関係であり、二組のリンク機構のうちの一組に、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクとを互いに連動して回転変位させる連動手段を設けると共に、二組のリンク機構のうちの一組に、前記回転対偶の回転角を任意に変更可能か、または、前記各リンクまたは前記リンクハブである複数のリンク機構構成部材のうちの二つのリンク機構構成部材間の相対距離を変更させる二つ以上のアクチュエータを設けたことを特徴とするリンク作動装置。 - 請求項1において、前記二組の各リンク機構は、これらリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンクの中央部に対する入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称を成す形状であるリンク作動装置。
- 請求項1または請求項2において、前記二つ以上のアクチュエータとして、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶の回転角を変更させるアクチュエータと、前記端部リンクと前記中央リンクの回転対偶の回転角を変更させるアクチュエータとを設けたリンク作動装置。
- 請求項1または請求項2において、前記二つ以上のアクチュエータとして、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶の回転角を変更させるアクチュエータと、前記リンクハブと前記中央リンクとの相対距離を変更させるアクチュエータとを設けたリンク作動装置。
- 請求項1または請求項2において、前記二つ以上のアクチュエータとして、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶の回転角を変更させるアクチュエータと、前記入力側および出力側の端部リンク間の相対距離を変更させるアクチュエータとを設けたリンク作動装置。
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