JP6128797B2 - Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator - Google Patents

Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator Download PDF

Info

Publication number
JP6128797B2
JP6128797B2 JP2012236452A JP2012236452A JP6128797B2 JP 6128797 B2 JP6128797 B2 JP 6128797B2 JP 2012236452 A JP2012236452 A JP 2012236452A JP 2012236452 A JP2012236452 A JP 2012236452A JP 6128797 B2 JP6128797 B2 JP 6128797B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
link
end side
hub
angle
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012236452A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013121652A (en
Inventor
曽根　啓助
啓助 曽根
浩 磯部
浩 磯部
山田　裕之
裕之 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2012236452A priority Critical patent/JP6128797B2/en
Application filed by NTN Corp filed Critical NTN Corp
Priority to PCT/JP2012/078017 priority patent/WO2013065675A1/en
Priority to CN201280054040.3A priority patent/CN103906947B/en
Priority to CN201610862291.4A priority patent/CN106863313B/en
Priority to US14/352,005 priority patent/US9316266B2/en
Priority to EP17185740.2A priority patent/EP3276205B1/en
Priority to EP12846455.9A priority patent/EP2775169B1/en
Publication of JP2013121652A publication Critical patent/JP2013121652A/en
Priority to US15/067,680 priority patent/US9976603B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6128797B2 publication Critical patent/JP6128797B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

この発明は、３次元空間において精密で広範な作動範囲の動作を行えるパラレルリンク機構、並びに、このパラレルリンク機構をそれぞれ備え医療機器や産業機器等に用いられる等速自在継手およびリンク作動装置に関する。   The present invention relates to a parallel link mechanism capable of operating in a precise and wide range of operation in a three-dimensional space, and a constant velocity universal joint and a link operating device each including the parallel link mechanism and used in medical equipment, industrial equipment, and the like.

パラレルリンク機構を具備する作業装置の一例が特許文献１に、２軸間で動力伝達を行う等速自在継手の一例が特許文献２に、医療機器や産業機器等に用いられるリンク作動装置の一例が特許文献３にそれぞれ開示されている。   An example of a working device having a parallel link mechanism is disclosed in Patent Document 1, an example of a constant velocity universal joint that transmits power between two axes is disclosed in Patent Document 2, and an example of a link operating device used in medical equipment, industrial equipment, and the like. Are disclosed in Patent Document 3, respectively.

特開２０００−９４２４５号公報JP 2000-94245 A 特開２００２−３４９５９３号公報JP 2002-349593 A 米国特許第５，８９３，２９６号明細書US Pat. No. 5,893,296

特許文献１のパラレルリンク機構は、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するには、リンク長さを長くする必要がある。それにより、機構全体の寸法が大きくなって、装置が大型になってしまうという問題があった。また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。そのため、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の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。これらの理由から、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が要求される医療機器等に用いるのは難しい。   Since the parallel link mechanism of Patent Document 1 has a small operating angle of each link, it is necessary to increase the link length in order to set a large operating range of the traveling plate. Thereby, there existed a problem that the dimension of the whole mechanism became large and an apparatus became large. Further, when the link length is increased, the rigidity of the entire mechanism is reduced. For this reason, there is a problem that the weight of the tool mounted on the traveling plate, that is, the transportable weight of the traveling plate is limited to a small one. For these reasons, it is difficult to use in a medical device or the like that requires a precise and wide range of operation while having a compact configuration.

特許文献２の等速自在継手、および特許文献３のリンク作動装置は、３節連鎖のリンク機構を３組以上設けた構成としたことにより、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲での動力伝達および精密な動作が可能となっている。しかし、上記構成は、リンク機構の回転対偶部が揺動運動するため、作動範囲によって回転対偶部に設けられた軸受の寿命が低下する恐れがある。   The constant velocity universal joint of Patent Document 2 and the link operating device of Patent Document 3 have a configuration in which three or more sets of three-joint link mechanisms are provided. Power transmission and precise operation are possible. However, in the above configuration, since the rotating pair of the link mechanism swings, the life of the bearing provided in the rotating pair may be reduced depending on the operating range.

この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現できるパラレルリンク機構を提供することである。
この発明の他の目的は、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現でき、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角が変わっても、入力軸と出力軸とが等速回転する状態に維持される等速自在継手を提供することである。
この発明の他の目的は、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現でき、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更することができるリンク作動装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a parallel link mechanism that can operate in a precise and wide range of operation while having a compact configuration, and that can extend the life of a bearing provided at a rotating pair. .
Another object of the present invention is to provide a link hub on the base end side that is capable of operating in a precise and wide range of operation and extending the life of a bearing provided in the rotating pair even though it has a compact configuration. It is intended to provide a constant velocity universal joint in which the input shaft and the output shaft are maintained in a state of rotating at a constant speed even if the bending angle between the central axis of the shaft and the central axis of the link hub on the distal end side changes.
Another object of the present invention is to provide a link hub on the base end side that is capable of operating in a precise and wide range of operation and extending the life of a bearing provided in the rotating pair even though it has a compact configuration. A link actuating device that can change the link hub on the distal end side to an arbitrary posture is provided.

この発明のパラレルリンク機構は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなる。前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状である。この発明のパラレルリンク機構は、上記構成において、前記端部リンク部材に対する前記中央リンク部材の揺動範囲は、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との成す角度である折れ角の可能な範囲内における最大値よりも大きく、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記基端側および先端側の端部リンク部材の他端と前記中央リンク部材の両端との回転対偶にそれぞれ軸受を介在させ、これら軸受として、臨界揺動角が、折れ角の前記最大値よりも小さいものを使用したことを特徴とする。なお、上記臨界揺動角は、軸受の実用可能な最小の揺動角であり、軸受諸元等で定まり定格寿命が得られる最小の揺動角を言う。 In the parallel link mechanism of the present invention, the link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms. The end link member on the proximal end side and the distal end side that is rotatably connected to the link hub on the side and the distal end side link hub, and both ends on the other end of the end link member on the proximal end side and the distal end side It consists of a central link member that is rotatably connected to each other. Each of the link mechanisms has a geometric model in which the link mechanism is expressed by a straight line in which the proximal end portion and the distal end portion are symmetrical with respect to the central portion of the central link member. In the parallel link mechanism of the present invention, in the above configuration, the swing range of the central link member with respect to the end link member is between a central axis of the link hub on the proximal end side and a central axis of the link hub on the distal end side. greater than the maximum value within the possible range of bending angle is an angle formed, the said proximal end side link hub turning pair with the one end of the end link members of said proximal side, and the distal end side link hub A bearing is interposed between a rotating pair with one end of the end link member on the distal end side, a rotating pair between the other end of the end link member on the base end side and the distal end side, and both ends of the central link member , respectively. , critical oscillation angle, characterized in that using smaller than the maximum value of the folding Re corner. The above critical swing angle is the minimum practical swing angle of the bearing, and is the minimum swing angle that can be determined by the bearing specifications and the like to obtain the rated life.

この構成によると、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸方向に移動自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角は最大で約±９０°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。   According to this configuration, the proximal-side link hub, the distal-side link hub, and three or more sets of link mechanisms allow the distal-side link hub to move in two orthogonal directions relative to the proximal-side link hub. A two-degree-of-freedom mechanism is configured. In other words, it is a mechanism in which the position of the link hub on the distal end side is freely changeable with two degrees of freedom relative to the link hub on the proximal end side. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub can be widened. For example, the bending angle between the central axis of the proximal-side link hub and the central axis of the distal-side link hub is about ± 90 ° at the maximum, and the turning angle of the distal-side link hub with respect to the proximal-side link hub is set to 0. It can be set in the range of ° to 360 °.

また、上記各回転対偶に軸受を介在させたことにより、各回転対偶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。パラレルリンク機構の構造上、これら各回転対偶部の軸受は揺動運動を行う。その揺動角が小さければ揺動寿命は延びるが、ある程度以下の角度になると、フレッティングを生じて早期に寿命に達する。回転対偶部に設置する軸受として、前記臨界揺動角が、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の最大折れ角よりも小さいものを使用することで、軸受の長寿命化を図ることができる。その根拠を以下に記す。   Further, by interposing the bearings in each of the rotating pairs, it is possible to reduce the rotational resistance by suppressing the frictional resistance at each rotating pair, thereby ensuring smooth power transmission and improving durability. Due to the structure of the parallel link mechanism, the bearings of each of the rotating pairs perform a swinging motion. If the rocking angle is small, the rocking life is extended, but if the angle is below a certain level, fretting occurs and the life is reached early. By using a bearing installed at the rotating pair, the critical swing angle is smaller than the maximum bending angle between the central axis of the link hub on the proximal end side and the central axis of the link hub on the distal end side. Long life can be achieved. The reason is described below.

基端側のリンクハブに対する基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ、基端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、先端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成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度である折れ角をθ、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である旋回角をφとした場合、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０ ・・・（式１）
の関係が成り立つ。式１において、折れ角θの最大値をθｍａｘとして旋回角φを変化させた場合の回転角βｎの変化量から、基端側のリンクハブに対する基端側の端部リンク部材の揺動範囲、および先端側のリンクハブに対する先端側の端部リンク部材の揺動範囲が求められる。求められた揺動範囲はθｍａｘとなる。一方、端部リンク部材に対する中央リンク部材の揺動範囲は、パラレルリンク機構の構造上、θｍａｘよりも大きくなる。そのため、各回転対偶部の軸受について、臨界揺動角ηをθｍａｘ以下に設定しておけば、どの軸受も臨界揺動角η以上で駆動することになり、長寿命化を実現できる。 The angle of rotation of the end link member on the base end side relative to the link hub on the base end side is βn, the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the base end side, and the end on the front end side The angle formed by the connecting end axis of the central link member rotatably connected to the link member is γ, and the circumferential separation of each base end side end link member with respect to the reference base end side end link member The angle is δn, the bending angle, which is the vertical angle that the central axis of the link hub on the distal end side is inclined with respect to the central axis of the link hub on the proximal end side, θ is the distal side with respect to the central axis of the link hub on the proximal end side When the turning angle, which is the horizontal angle at which the center axis of the link hub is inclined, is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0 (Equation 1)
The relationship holds. In Equation 1, the change amount of the rotation angle βn in the case of changing the turning angle φ the maximum bending angle theta as theta max, swing range of the end link member proximal side with respect to link hub proximal And a swing range of the end-side end link member with respect to the front-end side link hub is obtained. The obtained swing range is θ max . On the other hand, the swing range of the central link member with respect to the end link member is larger than θ max due to the structure of the parallel link mechanism. Therefore, if the critical swing angle η is set to θ max or less for the bearings of each rotating pair, each bearing is driven at the critical swing angle η or more, and a long life can be realized.

この発明において、前記臨界揺動角は、定められた作業動作における前記折れ角の最大値よりも小さいのが、より好ましい。上記の「定められた作業動作」とは、このパラレルリンク機構を設置した機器の構成上で必然的に決まる動作、例えば等速自在継手に使用される場合の動作や、このパラレルリンク機構を駆動させるアクチュエータを設けた場合に、そのアクチュエータを制御する制御装置によって定まる作業動作を言う。前記アクチュエータを設ける場合、アクチュエータの動作範囲等の機能上で定まる作業動作も、上記の作業動作に該当する。
臨界揺動角が、定められた作業動作における折れ角の最大値よりも小さい軸受を使用すると、定められた作業動作中にフレッティング等が起きることを防ぐことができ、より一層の長寿命化を実現することが可能となる。 In the present invention, it is more preferable that the critical swing angle is smaller than a maximum value of the bending angle in a predetermined work operation. The above-mentioned “predetermined work operation” is an operation that is inevitably determined by the configuration of the device in which the parallel link mechanism is installed, for example, an operation when used in a constant velocity universal joint, or driving the parallel link mechanism. When an actuator to be operated is provided, it means a work operation determined by a control device that controls the actuator. When the actuator is provided, a work operation determined in terms of functions such as an operation range of the actuator also corresponds to the above-described work operation.
Using a bearing with a critical swing angle smaller than the maximum value of the bending angle in the specified work operation can prevent fretting during the specified work operation, further extending the service life. Can be realized.

前記軸受が深溝玉軸受であり、この深溝玉軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０／（０．５５５・Ｚ・π）［ｄｅｇ］とするのが良い。このように定められた臨界揺動角の値は、実験データから得られる臨界揺動角の最適値とほぼ合致する。   When the bearing is a deep groove ball bearing and the number of rolling elements of the deep groove ball bearing is Z, the critical swing angle is 2 · 180 / (0.555 · Z · π) [deg]. good. The value of the critical oscillation angle determined in this way substantially matches the optimum value of the critical oscillation angle obtained from experimental data.

前記軸受が円筒ころ軸受であり、この円筒ころ軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０／（０．３７・（Ｚ＋０．１）・π）［ｄｅｇ］とするのが良い。このように定められた臨界揺動角の値は、実験データから得られる臨界揺動角の最適値とほぼ合致する。   When the bearing is a cylindrical roller bearing and the number of rolling elements of the cylindrical roller bearing is Z, the critical oscillation angle is 2 · 180 / (0.37 · (Z + 0.1) · π) [deg]. It is good to do. The value of the critical oscillation angle determined in this way substantially matches the optimum value of the critical oscillation angle obtained from experimental data.

前記軸受が針状ころ軸受であり、この針状ころ軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０／（０．５４４・Ｚ・π）［ｄｅｇ］とするのが良い。このように定められた臨界揺動角の値は、実験データから得られる臨界揺動角の最適値とほぼ合致する。   When the bearing is a needle roller bearing and the number of rolling elements of the needle roller bearing is Z, the critical swing angle is 2 · 180 / (0.544 · Z · π) [deg]. Is good. The value of the critical oscillation angle determined in this way substantially matches the optimum value of the critical oscillation angle obtained from experimental data.

この発明の等速自在継手は、上記いずれかのパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブに入力軸を設け、かつ前記先端側のリンクハブに出力軸を設けたことを特徴とする。
パラレルリンク機構の各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であるため、幾何学的対称性から、基端側のリンクハブおよび基端側の端部リンク部材と、先端側のリンクハブおよび先端側の端部リンク部材とが同じに動き、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する。このため、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角が変わっても、入力軸と出力軸とが等速回転する状態に維持される。 A constant velocity universal joint according to the present invention includes any one of the parallel link mechanisms described above, and an input shaft is provided on the base link side link hub of the parallel link mechanism, and an output shaft is provided on the tip end link hub. It is characterized by that.
Each link mechanism of the parallel link mechanism has a geometric model in which the link model is expressed by a straight line, and the base end portion and the tip end portion are symmetrical with respect to the center portion of the center link member. Because of symmetry, the proximal link hub and proximal link member, and the distal link hub and distal link member move in the same way, and the proximal and distal rotation angles are the same. And rotate at a constant speed. For this reason, even if the bending angle of the central axis of the link hub on the proximal end side and the central axis of the link hub on the distal end side changes, the input shaft and the output shaft are maintained in a state of rotating at a constant speed.

この発明のリンク作動装置は、上記いずれかのパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組に、前記基端側の端部リンク部材を回動させて、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させるアクチュエータを設けたことを特徴とする。
３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組について、基端側の端部リンク部材の回転角度が決まれば基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢も決まる。よって、３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組にアクチュエータを設け、これらアクチュエータを適正に制御することで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更することができる。 The link actuating device according to the present invention includes any one of the parallel link mechanisms described above, and rotates the base end side end link member in at least two of the three or more sets of the link mechanisms. And an actuator for changing the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub.
If the rotation angle of the end link member on the base end side is determined for at least two sets of the three or more link mechanisms, the attitude of the link hub on the front end side with respect to the link hub on the base end side is also determined. Therefore, by providing actuators in at least two of the three or more link mechanisms and appropriately controlling these actuators, the distal link hub is changed to an arbitrary posture with respect to the proximal link hub. be able to.

この発明のパラレルリンク機構は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記端部リンク部材に対する前記中央リンク部材の揺動範囲は、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との成す角度である折れ角の可能な範囲内における最大値よりも大きく、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記基端側および先端側の端部リンク部材の他端と前記中央リンク部材の両端との回転対偶にそれぞれ軸受を介在させ、これら軸受として、臨界揺動角が、前記折れ角の前記最大値よりも小さいものを使用したため、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現できる。 In the parallel link mechanism of the present invention, the link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms. The end link member on the proximal end side and the distal end side that is rotatably connected to the link hub on the side and the distal end side link hub, and both ends on the other end of the end link member on the proximal end side and the distal end side Each of the link mechanisms is connected to a central link member, and a geometric model expressing the link mechanism as a straight line includes a proximal end portion and a distal end side portion with respect to a central portion of the central link member. The swing range of the central link member with respect to the end link member is an angle formed by the central axis of the link hub on the base end side and the central axis of the link hub on the distal end side. Break Greater than the maximum value within a possible range, turning pair with the one end of the end link members of said proximal side and the proximal end side link hub, and the distal end side link hub the distal side of the end link A bearing is interposed in a rotational pair between the other end of the end link member on the base end side and the end link member on both ends of the member , and both ends of the central link member. , before due to the use of smaller than the maximum value of Kiori Re corner, yet compact construction, can operate precise and wide operating range, and long life of the bearing provided in the revolute pair section Can be realized.

この発明の等速自在継手は、上記いずれかのパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブに入力軸を設け、かつ前記先端側のリンクハブに出力軸を設けたため、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現でき、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角が変わっても、入力軸と出力軸とが等速回転する状態に維持される。   The constant velocity universal joint of the present invention includes any one of the above-described parallel link mechanisms, and the input shaft is provided on the link hub on the proximal end side of the parallel link mechanism, and the output shaft is provided on the link hub on the distal end side. In spite of its compact configuration, it can operate in a precise and wide range of operation, and can extend the service life of the bearing provided on the rotating mating part. Even if the bend angle of the central axis of the link hub changes, the input shaft and the output shaft are maintained in a state of rotating at a constant speed.

この発明のリンク作動装置は、上記いずれかのパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組に、前記基端側の端部リンク部材を回動させて、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させるアクチュエータを設けたため、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能で、かつ回転対偶部に設けられた軸受の長寿命化を実現でき、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更することができる。   The link actuating device according to the present invention includes any one of the parallel link mechanisms described above, and rotates the base end side end link member in at least two of the three or more sets of the link mechanisms. Since the actuator that changes the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub is provided, it is possible to operate in a precise and wide range of operation while having a compact configuration, and to the rotating mating part. The life of the provided bearing can be increased, and the distal end side link hub can be changed to an arbitrary posture with respect to the proximal end side link hub.

この発明の一実施形態にかかるパラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part of parallel link mechanism concerning one Embodiment of this invention. 同パラレルリンク機構の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted one part which shows the different state of the parallel link mechanism. 同パラレルリンク機構を３次元的に表わした斜視図である。It is the perspective view which represented the parallel link mechanism three-dimensionally. 同パラレルリンク機構の一つリンク機構を直線で表現した図である。It is the figure which expressed one link mechanism of the parallel link mechanism with a straight line. 同パラレルリンク機構の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the parallel link mechanism. 端部リンク部材の可動範囲と臨界揺動角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the movable range of an edge part link member, and a critical rocking | fluctuation angle. 中央リンク部材の可動範囲と臨界揺動角との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the movable range of a center link member, and a critical rocking | fluctuation angle. 軸受の臨界揺動角を示す図である。It is a figure which shows the critical rocking | fluctuation angle of a bearing. この発明の異なる実施形態にかかるパラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted some parallel link mechanisms concerning different embodiment of this invention. 同パラレルリンク機構の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the parallel link mechanism. この発明の一実施形態にかかる等速自在継手の一部を省略した正面図である。It is the front view which omitted a part of constant velocity universal joint concerning one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted some link actuating devices concerning one Embodiment of this invention. この発明の異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part of link operating device concerning different embodiment of this invention. 同リンク作動装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the link actuator. 図１４の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG.

この発明にかかるパラレルリンク機構の一実施形態を図１〜図５と共に説明する。図１および図２はそれぞれ異なる状態を示す正面図であり、このパラレルリンク機構１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を３組のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結したものである。図１および図２では、１組のリンク機構４のみが示されている。   An embodiment of a parallel link mechanism according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 and FIG. 2 are front views showing different states. This parallel link mechanism 1 changes the posture of the link hub 3 on the distal end side through three sets of link mechanisms 4 with respect to the link hub 2 on the proximal end side. It is connected as possible. In FIG. 1 and FIG. 2, only one set of link mechanisms 4 is shown.

図３は、パラレルリンク機構１を次元的に表わした斜視図である。各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７で構成され、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材５，６はＬ字状をなし、基端がそれぞれ基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材５，６の先端がそれぞれ回転自在に連結されている。   FIG. 3 is a perspective view dimensionally showing the parallel link mechanism 1. Each link mechanism 4 includes a base end side end link member 5, a front end side end link member 6, and a central link member 7, and forms a three-joint link mechanism including four rotating pairs. The end link members 5 and 6 on the base end side and the front end side are L-shaped, and the base ends are rotatably connected to the link hub 2 on the base end side and the link hub 3 on the front end side, respectively. The central link member 7 is rotatably connected to the distal ends of the end link members 5 and 6 on the proximal end side and the distal end side at both ends.

基端側および先端側の端部リンク部材５，６は球面リンク構造で、３組のリンク機構４における球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図１、図２）は一致しており、また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。   The end link members 5 and 6 on the base end side and the front end side have a spherical link structure, and the spherical link centers PA and PB (FIGS. 1 and 2) in the three sets of link mechanisms 4 coincide with each other, and the spherical surfaces thereof The distances from the link centers PA and PB are the same. The central axis of each rotational pair of the end link members 5 and 6 and the central link member 7 may have a certain crossing angle or may be parallel.

つまり、３組のリンク機構４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材５，６，７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図４は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。   That is, the three sets of link mechanisms 4 have the same geometric shape. The geometrically identical shape is a geometric model in which the link members 5, 6, and 7 are expressed by straight lines, that is, a model that is expressed by each rotation pair and a straight line connecting these rotation pairs. The base end side part and the front end side part with respect to the center part of the are said to have a symmetrical shape. FIG. 4 is a diagram representing a set of link mechanisms 4 by straight lines.

この実施形態のリンク機構４は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。図１は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢとが同一線上にある状態を示し、図２は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構４の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｄは変化しない。   The link mechanism 4 of this embodiment is a rotationally symmetric type, and the positions of the proximal-side link hub 2 and the proximal-side end link member 5, the distal-side link hub 3 and the distal-side end link member 6. The relationship is a position configuration that is rotationally symmetric with respect to the center line C of the central link member 7. 1 shows a state in which the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side are on the same line, and FIG. 2 shows the central axis of the link hub 2 on the proximal end side. A state in which the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side takes a predetermined operating angle with respect to QA is shown. Even if the posture of each link mechanism 4 changes, the distance D between the spherical link centers PA and PB on the proximal end side and the distal end side does not change.

基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４とで、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢの折れ角θの最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の旋回角φを０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３が傾斜した水平角度のことである。   The link hub 2 on the proximal end side, the link hub 3 on the distal end side, and the three link mechanisms 4 allow the distal link hub 3 to move in the two orthogonal directions relative to the link hub 2 on the proximal end side. A degree mechanism is configured. In other words, it is a mechanism that can freely change the posture of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side with two degrees of freedom of rotation. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side can be widened. For example, the maximum value (maximum folding angle) of the bending angle θ between the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side can be set to about ± 90 °. Further, the turning angle φ of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2 can be set in a range of 0 ° to 360 °. The bending angle θ is a vertical angle in which the central axis QB of the distal end side link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 2, and the turning angle φ is the proximal end side link hub. This is a horizontal angle at which the link hub 3 on the distal end side is inclined with respect to the center axis QA.

基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３は、その中心部に貫通孔１０が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。これら基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外周面の円周方向に等間隔の位置に、基端側の端部リンク部材５および先端側の端部リンク部材６がそれぞれ回転自在に連結されている。   The link hub 2 on the base end side and the link hub 3 on the front end side have a donut shape in which a through hole 10 is formed in the center portion along the axial direction and the outer shape is a spherical shape. The proximal end link member 5 and the distal end link member 6 rotate at equal intervals in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the proximal link hub 2 and distal link hub 3 respectively. It is connected freely.

図５は、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部を示す断面図である。基端側のリンクハブ２は、前記軸方向の貫通孔１０と外周側とを連通する半径方向の連通孔１１が円周方向３箇所に形成され、各連通孔１１内に設けた複列の軸受１２により軸部材１３がそれぞれ回転自在に支持されている。軸部材１３の外側端部は基端側のリンクハブ２から突出し、その突出ねじ部１３ａに基端側の端部リンク部材５が結合され、ナット１４によって締付け固定されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the rotation pair of the proximal link hub 2 and the proximal link member 5 and the rotation of the proximal link member 5 and the central link member 7. is there. In the link hub 2 on the base end side, radial communication holes 11 that communicate the axial through hole 10 and the outer peripheral side are formed at three locations in the circumferential direction, and double rows provided in each communication hole 11. The shaft member 13 is rotatably supported by the bearing 12. The outer end of the shaft member 13 protrudes from the link hub 2 on the base end side, and the end link member 5 on the base end side is coupled to the protruding screw portion 13 a and is fastened and fixed by a nut 14.

前記軸受１２は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１１の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部材１３の外周に嵌合している。外輪は止め輪１５によって抜け止めされている。また、内輪と基端側の端部リンク部材５の間には間座１６が介在し、ナット１４の締付力が基端側の端部リンク部材５および間座１６を介して内輪に伝達されて、軸受１２に所定の予圧を付与している。   The bearing 12 is a rolling bearing such as a deep groove ball bearing, for example, and an outer ring (not shown) is fitted to the inner circumference of the communication hole 11, and an inner ring (not shown) is the outer circumference of the shaft member 13. Is fitted. The outer ring is retained by a retaining ring 15. Further, a spacer 16 is interposed between the inner ring and the end link member 5 on the base end side, and the tightening force of the nut 14 is transmitted to the inner ring via the end link member 5 and the spacer 16 on the base end side. Thus, a predetermined preload is applied to the bearing 12.

基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部は、中央リンク部材７の両端に形成された連通孔１８に複列の軸受１９が設けられ、これら軸受１９により、基端側の端部リンク部材５の先端の軸部２０が回転自在に支持されている。軸受１９は、間座２１を介して、ナット２２によって締付け固定されている。   The rotating pair of the end link member 5 and the center link member 7 on the base end side is provided with double row bearings 19 in communication holes 18 formed at both ends of the center link member 7. A shaft portion 20 at the tip of the end link member 5 on the side is rotatably supported. The bearing 19 is fastened and fixed by a nut 22 via a spacer 21.

前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１８の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部２０の外周に嵌合している。外輪は止め輪２３によって抜け止めされている。軸部２０の先端ねじ部２０ａに螺着したナット２２の締付力が間座２１を介して内輪に伝達されて、軸受１９に所定の予圧を付与している。   The bearing 19 is a rolling bearing such as a deep groove ball bearing, for example, and an outer ring (not shown) is fitted to the inner circumference of the communication hole 18, and an inner ring (not shown) is the outer circumference of the shaft portion 20. Is fitted. The outer ring is retained by a retaining ring 23. A tightening force of the nut 22 screwed to the tip screw portion 20a of the shaft portion 20 is transmitted to the inner ring through the spacer 21 to apply a predetermined preload to the bearing 19.

以上、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部について説明したが、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶部、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部も同じ構成である（図示省略）。   As described above, the rotation pair of the proximal link hub 2 and the proximal link member 5 and the rotation link of the proximal link member 5 and the central link member 7 have been described. The rotation pair of the link hub 3 and the end link member 6 on the front end side and the rotation pair of the end link member 6 and the center link member 7 on the front end side have the same configuration (not shown).

このように、各リンク機構４における４つの回転対偶部、つまり、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶部、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７と回転対偶部、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部に、軸受１２，１９を設けた構造とすることにより、各回転対偶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。   As described above, the four rotation pairs of each link mechanism 4, that is, the rotation pairs of the proximal end side link hub 2 and the proximal end link member 5, the distal link hub 3 and the distal end Bearings 12 are provided on the rotating pair of the link member 6, the end link member 5 and the central link member 7 on the base end side, and the rotating pair of the link member 6 on the proximal end. , 19 can be used to reduce the frictional resistance by reducing the frictional resistance at each rotational pair, so that smooth power transmission can be ensured and the durability can be improved.

この軸受１２，１９を設けた構造では、軸受１２，１９に予圧を付与することにより、ラジアル隙間とスラスト隙間をなくし、回転対偶のがたつきを抑えることができ、基端側のリンクハブ２側と先端側のリンクハブ３側間の回転位相差がなくなり等速性を維持できると共に振動や異音の発生を抑制できる。特に、前記軸受１２，１９の軸受隙間を負すきまとすることにより、入出力間に生じるバックラッシュを少なくすることができる。   In the structure in which the bearings 12 and 19 are provided, by applying a preload to the bearings 12 and 19, the radial gap and the thrust gap can be eliminated, and shakiness of the rotation pair can be suppressed. The rotational phase difference between the link hub 3 side on the side and the distal end side is eliminated, and the constant velocity can be maintained and the occurrence of vibration and abnormal noise can be suppressed. In particular, by setting the bearing clearance between the bearings 12 and 19 to be a negative clearance, backlash generated between input and output can be reduced.

軸受１２を基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３に埋設状態で設けたことにより、パラレルリンク機構１全体の外形を大きくすることなく、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外形を拡大することができる。そのため、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３を他の部材に取付けるための取付スペースの確保が容易である。   By providing the bearing 12 embedded in the base end side link hub 2 and the front end side link hub 3, the base end side link hub 2 and the front end side link hub 2 are not enlarged without increasing the overall shape of the parallel link mechanism 1. The outer shape of the link hub 3 can be enlarged. Therefore, it is easy to secure a mounting space for mounting the proximal-side link hub 2 and the distal-side link hub 3 to other members.

パラレルリンク機構１の構造上、各回転対偶部の軸受１２，１９は揺動運動を行う。その揺動角が小さければ揺動寿命は延びるが、ある程度以下の角度になると、フレッティングを生じて早期に寿命に達する。そこで、各回転対偶部に設置する軸受１２，１９の長寿命化を図るために、図６および図７に示すように、これら軸受１２，１９として、軸受の実用可能な最小の揺動角である臨界揺動角ηが、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢの折れ角θの最大値（最大折れ角）θｍａｘよりも小さいものを使用している。この最大折れ角θｍａｘは、パラレルリンク機構１の構造上で可能な範囲内における折れ角θの最大値であり、より好ましくは、定められた作業動作における折れ角θの最大値である。その根拠を以下に記す。 Due to the structure of the parallel link mechanism 1, the bearings 12, 19 of each rotary pair perform a swinging motion. If the rocking angle is small, the rocking life is extended, but if the angle is below a certain level, fretting occurs and the life is reached early. Therefore, in order to extend the service life of the bearings 12 and 19 installed in each rotating pair, as shown in FIGS. 6 and 7, these bearings 12 and 19 have the minimum practical swing angle of the bearings. A certain critical swing angle η is smaller than the maximum value (maximum folding angle) θ max of the bending angle θ of the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side. doing. The maximum bending angle θ max is a maximum value of the bending angle θ within a possible range on the structure of the parallel link mechanism 1, and more preferably the maximum value of the bending angle θ in a predetermined work operation. The reason is described below.

基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の回転角をβｎ、基端側の端部リンク部材５に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸と、先端側の端部リンク部材６に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材５に対する各基端側の端部リンク部材５の円周方向の離間角をδｎ、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度である折れ角をθ、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度である旋回角をφとした場合、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０ ・・・（式１）
の関係が成り立つ。式１において、最大折れ角をθｍａｘとして旋回角φを変化させた場合の回転角βｎの変化量から、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の揺動範囲、および先端側のリンクハブ３に対する先端側の端部リンク部材６の揺動範囲が求められる。求められた揺動範囲はθｍａｘとなる（図６）。一方、端部リンク部材５，６に対する中央リンク部材７の揺動範囲は、構造計算式の開示は省略するが、パラレルリンク機構１の構造上、θｍａｘよりも大きくなる（図７）。そのため、各回転対偶部の軸受１２，１９について、臨界揺動角ηをθｍａｘ以下に設定しておけば、どの軸受１２，１９も臨界揺動角η以上で駆動することになり、長寿命化を実現できる。
臨界揺動角ηが、定められた作業動作における折れ角の最大値よりも小さい軸受１２，１９を使用する場合は、定められた作業動作中にフレッティング等が起きることを防ぐことができ、より一層の長寿命化を実現することが可能となる。 The rotation angle of the base end side end link member 5 with respect to the base end side link hub 2 is βn, the connecting end shaft of the central link member 7 rotatably connected to the base end side end link member 5, and the tip The angle formed by the connecting end shaft of the central link member 7 rotatably connected to the side end link member 6 is γ, and each base end link relative to the base end link member 5 serving as a reference The separation angle in the circumferential direction of the member 5 is δn, the bending angle that is the vertical angle at which the central axis QB of the distal link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal link hub 2 is θ, and the proximal end When the turning angle, which is a horizontal angle at which the central axis QB of the distal side link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the side link hub 2, is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0 (Equation 1)
The relationship holds. In Formula 1, from the amount of change of the rotation angle βn when the turning angle φ is changed with the maximum bending angle θ max , the swing range of the end link member 5 on the base end side with respect to the link hub 2 on the base end side, Further, the swing range of the end-side end link member 6 with respect to the front-end side link hub 3 is obtained. The obtained swing range is θ max (FIG. 6). On the other hand, the swing range of the central link member 7 with respect to the end link members 5 and 6 is larger than θ max due to the structure of the parallel link mechanism 1 although the disclosure of the structural calculation formula is omitted (FIG. 7). Therefore, if the critical oscillation angle η is set to θ max or less for the bearings 12 and 19 of each rotating pair, each bearing 12 and 19 is driven at the critical oscillation angle η or more, and a long life is achieved. Can be realized.
When using the bearings 12 and 19 whose critical swing angle η is smaller than the maximum value of the bending angle in the determined work operation, fretting or the like can be prevented from occurring during the determined work operation. It is possible to achieve a longer life.

臨界揺動角ηについて、補足的に説明する。軸受の揺動角が非常に小さい場合は、軌道輪と転動体との接触面に油膜が形成され難く、フレッティング（微動摩耗）を生じることがある。内輪揺動の場合の臨界揺動角ηは式２で表される。
η≧（３６０／Ｚ）・｛ｄｐ／（ｄｐ−Ｄｐ・cosα）｝・・・（式２）
Ｚ：転動体（１列）の数
ｄｐ：転動体のピッチ円直径
Ｄｐ：転動体の直径
α：接触角
なお、外輪揺動の場合は、右辺分母が（ｄｐ＋Ｄｐ・cosα）となる。 The critical oscillation angle η will be supplementarily described. When the swing angle of the bearing is very small, it is difficult to form an oil film on the contact surface between the race and the rolling element, which may cause fretting (fine motion wear). The critical rocking angle η in the case of inner ring rocking is expressed by Equation 2.
η ≧ (360 / Z) · {d p / (d p −D p · cos α)} (Expression 2)
Z: Number of rolling elements (one row) d p : Pitch circle diameter D p of rolling elements α: Contact angle α: Contact angle In the case of outer ring oscillation, the right side denominator is (d p + D p · cos α) It becomes.

具体的には、図８のように軸受１２（１９）が深溝玉軸受である場合は、この深溝玉軸受の転動体１２ａ（１９ａ）の個数をＺとしたとき、臨界揺動角ηを２・１８０／（０．５５５・Ｚ・π）［ｄｅｇ］とする。軸受１２（１９）が円筒ころ軸受である場合は（図示せず）、この円筒ころ軸受の転動体の個数をＺとしたとき、臨界揺動角ηを２・１８０／（０．３７・（Ｚ＋０．１）・π）［ｄｅｇ］とする。また、軸受１２（１９）が針状ころ軸受である場合は（図示せず）、この針状ころ軸受の転動体の個数をＺとしたとき、臨界揺動角ηを２・１８０／（０．５４４・Ｚ・π）［ｄｅｇ］とする。このように定められた臨界揺動角の値は、実験データから得られる臨界揺動角ηの最適値とほぼ合致する。   Specifically, when the bearing 12 (19) is a deep groove ball bearing as shown in FIG. 8, when the number of rolling elements 12a (19a) of the deep groove ball bearing is Z, the critical oscillation angle η is 2 180 / (0.555 · Z · π) [deg]. When the bearing 12 (19) is a cylindrical roller bearing (not shown), when the number of rolling elements of the cylindrical roller bearing is Z, the critical oscillation angle η is 2 · 180 / (0.37 · ( Z + 0.1) · π) [deg]. When the bearing 12 (19) is a needle roller bearing (not shown), when the number of rolling elements of the needle roller bearing is Z, the critical oscillation angle η is 2.180 / (0 .544 · Z · π) [deg]. The value of the critical oscillation angle determined in this way substantially matches the optimum value of the critical oscillation angle η obtained from experimental data.

図９および図１０は、この発明のパラレルリンク機構の異なる実施形態を示す。このパラレルリンク機構１は、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３に対して端部リンク部材５，６をそれぞれ回転自在に支持する軸受１２（図１０）を外輪回転タイプとしたものである。基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部を例にとって説明すると、図１０に示すように、基端側のリンクハブ２の円周方向の３箇所に軸部２５が形成され、この軸部２５の外周に複列で設けた軸受１２の内輪（図示せず）が嵌合し、基端側の端部リンク部材５に形成された連通孔２６の内周に軸受１２の外輪（図示せず）が嵌合している。軸部２５の先端ねじ部２５ａに螺着したナット２７による締付けにより、間座２８を介して軸受１２に所定の予圧量が付与されている。先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶部も、上記同様の構造である。   9 and 10 show different embodiments of the parallel link mechanism of the present invention. In this parallel link mechanism 1, the bearing 12 (FIG. 10) that rotatably supports the end link members 5 and 6 with respect to the base end side link hub 2 and the front end side link hub 3 is an outer ring rotating type. Is. An example of the rotating pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 will be described as shown in FIG. The inner ring (not shown) of the bearing 12 provided in a double row is fitted to the outer periphery of the shaft part 25, and the inner part of the communication hole 26 formed in the end link member 5 on the proximal end side is formed. An outer ring (not shown) of the bearing 12 is fitted around the circumference. A predetermined amount of preload is applied to the bearing 12 through the spacer 28 by tightening with the nut 27 screwed to the tip screw portion 25 a of the shaft portion 25. The rotating pair of the distal end side link hub 3 and the distal end side end link member 6 also has the same structure as described above.

また、図例では、基端側の端部リンク部材５に対して中央リンク部材７を支持する軸受１９は、基端側の端部リンク部材５の先端に形成された連通孔３０の内周に外輪（図示せず）が嵌合し、中央リンク部材７と一体の軸部３１の外周に内輪（図示せず）が嵌合している。軸部３１の先端ねじ部３１ａに螺着したナット３２による締付けにより、間座３３を介して軸受１９に所定の予圧量が付与されている。先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部も、上記同様の構造である。
このパラレルリンク機構１も、前記実施形態と同様に、軸受１２，１９として、臨界揺動角ηが最大折れ角θｍａｘよりも小さいものを使用している。 In the illustrated example, the bearing 19 that supports the central link member 7 with respect to the end link member 5 on the base end side is the inner periphery of the communication hole 30 formed at the tip of the end link member 5 on the base end side. An outer ring (not shown) is fitted to the inner ring, and an inner ring (not shown) is fitted to the outer periphery of the shaft portion 31 integral with the central link member 7. A predetermined amount of preload is applied to the bearing 19 through the spacer 33 by tightening with the nut 32 screwed to the tip threaded portion 31 a of the shaft portion 31. The rotating pair of the end link member 6 and the center link member 7 on the front end side has the same structure as described above.
In the parallel link mechanism 1 as well, the bearings 12 and 19 having a critical swing angle η smaller than the maximum bending angle θ max are used, as in the above embodiment.

図１１は、この発明のパラレルリンク機構を用いた等速自在継手を示す。この等速自在継手４１は、図１ないし図５に示すパラレルリンク機構１の基端側のリンクハブ２に、取付板４２を介して入力軸４３を取付け、かつ先端側のリンクハブ３に、取付板４４を介して出力軸４５を取付けたものである。入力軸４３および出力軸４５の軸心は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡおよび基端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢとそれぞれ一致している。   FIG. 11 shows a constant velocity universal joint using the parallel link mechanism of the present invention. This constant velocity universal joint 41 has an input shaft 43 attached to the link hub 2 on the proximal end side of the parallel link mechanism 1 shown in FIGS. The output shaft 45 is attached via the attachment plate 44. The axes of the input shaft 43 and the output shaft 45 coincide with the center axis QA of the link hub 2 on the base end side and the center axis QB of the link hub 3 on the base end side, respectively.

パラレルリンク機構１において、基端側および出力側のリンクハブ２，３の軸部材１３（図５）の角度、および長さが等しく、かつ基端側の端部リンク部材５と先端側の端部リンク部材６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材７についても基端側と先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材７の対称面に対して、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動く。この例のように、基端側と先端側のリンクハブ２，３にそれぞれ中心軸ＱＡ，ＱＢと同軸に入力軸４３および出力軸４５を設け、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、入力軸４３と出力軸４５は同じ回転角になって等速で回転する。この等速回転するときの中央リンク部材７の対称面を等速二等分面という。   In the parallel link mechanism 1, the angles and lengths of the shaft members 13 (FIG. 5) of the link hubs 2 and 3 on the base end side and the output side are equal, and the end link member 5 on the base end side and the end on the front end side are the same. When the geometrical shape of the central link member 6 is the same and the central link member 7 has the same shape on the proximal end side and the distal end side, the central link member 7 and the end portion with respect to the symmetry plane of the central link member 7 If the angular positional relationship with the link members 5 and 6 is the same between the proximal end side and the distal end side, the proximal end side link hub 2 and the proximal end side end link member 5 are The side link hub 3 and the distal end side end link member 6 move in the same manner. As in this example, the input shaft 43 and the output shaft 45 are provided coaxially with the central axes QA and QB on the link hubs 2 and 3 on the proximal end side and the distal end side, respectively, and the rotation is transmitted from the proximal end side to the distal end side. The input shaft 43 and the output shaft 45 have the same rotation angle and rotate at a constant speed. The plane of symmetry of the central link member 7 when rotating at a constant speed is referred to as a uniform speed bisector.

このため、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３を共有する同じ幾何学形状のリンク機構４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４が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材７が等速二等分面上のみの動きに限定される。これにより、基端側と先端側とが任意の作動角をとっても、入力軸４３と出力軸４５とが等速回転する。   Therefore, by arranging a plurality of link mechanisms 4 having the same geometric shape sharing the base side link hub 2 and the tip side link hub 3 on the circumference, the plurality of link mechanisms 4 can move without contradiction. The central link member 7 is limited to movement only on the equal speed bisector. Thereby, even if the base end side and the front end side have arbitrary operating angles, the input shaft 43 and the output shaft 45 rotate at a constant speed.

図１２は、この発明のパラレルリンク機構を用いたリンク作動装置を示す。このリンク作動装置５１は、図１ないし図５に示すパラレルリンク機構１と、このパラレルリンク機構１を支持する基台５２と、パラレルリンク機構１を作動させる２つ以上のリンク用駆動源５３と、これらリンク用駆動源５３を操作するコントローラ５４とを備える。   FIG. 12 shows a link actuating device using the parallel link mechanism of the present invention. The link operating device 51 includes a parallel link mechanism 1 shown in FIGS. 1 to 5, a base 52 that supports the parallel link mechanism 1, and two or more link drive sources 53 that operate the parallel link mechanism 1. And a controller 54 for operating these link drive sources 53.

基台５２は縦長の部材であって、その上面にパラレルリンク機構１の基端側のリンクハブ２が固定されている。基台５２の上部の外周にはつば状の駆動源取付台５５が設けられ、この駆動源取付台５５に前記リンク用駆動源５３が垂下状態で取付けられている。リンク用駆動源５３の数は、例えば２個である。リンク用駆動源５３はロータリアクチュエータからなり、その出力軸に取付けたかさ歯車５６と基端側のリンクハブ２の軸部材１３（図５）に取付けた扇形のかさ歯車５７とが噛み合っている。   The base 52 is a vertically long member, and the link hub 2 on the base end side of the parallel link mechanism 1 is fixed to the upper surface thereof. A collar-shaped drive source mounting base 55 is provided on the outer periphery of the upper part of the base 52, and the link driving source 53 is mounted in a suspended state on the drive source mounting base 55. The number of link drive sources 53 is two, for example. The link drive source 53 is composed of a rotary actuator, and a bevel gear 56 attached to the output shaft of the link drive source 53 and a fan-shaped bevel gear 57 attached to the shaft member 13 (FIG. 5) of the link hub 2 on the proximal end side are engaged with each other.

このリンク作動装置５１は、コントローラ５４を操作してリンク用駆動源５３を回転駆動することで、パラレルリンク機構１を作動させる。詳しくは、リンク用駆動源５３が回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車５６，５７を介して軸部材１３に伝達されて、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の角度が変更する。それにより、先端側のリンクハブ３の位置および姿勢が定まる。リンク用駆動源５３を設けるリンク機構４の数を２組以上としたのは、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の位置および姿勢を確定するのに必要なためである。３組すべてのリンク機構４にリンク用駆動源５３を設けてもよい。   The link actuating device 51 operates the parallel link mechanism 1 by operating the controller 54 to rotationally drive the link drive source 53. Specifically, when the link drive source 53 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the shaft member 13 via a pair of bevel gears 56 and 57, and the proximal end side link member with respect to the proximal end side link hub 2. The angle of 5 changes. Thereby, the position and posture of the link hub 3 on the distal end side are determined. The reason why the number of the link mechanisms 4 provided with the link driving sources 53 is two or more is that it is necessary to determine the position and posture of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2. The link drive source 53 may be provided in all three sets of link mechanisms 4.

パラレルリンク機構１を作動させるためのリンク用駆動源５３の回転駆動は、コントローラ５４に設けた操作具（図示せず）により手動で行なってもよく、またはコントローラ５４に設けた設定器（図示せず）によって定められた設定量となるように、制御手段５８により自動制御で行ってもよい。制御手段５８は、コントローラ５４内に設けてもよく、またはコントローラ５４の外部に設けてもよい。   The rotation drive of the link drive source 53 for operating the parallel link mechanism 1 may be manually performed by an operating tool (not shown) provided in the controller 54 or a setting device (not shown) provided in the controller 54. The control means 58 may perform automatic control so that the set amount determined by The control means 58 may be provided in the controller 54 or may be provided outside the controller 54.

自動制御で行う場合、設定器により設定された先端側のリンクハブ３の姿勢に応じて、基端側の端部リンク部材５の回転角βｎの制御目標値を計算する。上記回転角βｎは、リンク用駆動源５３の動作位置を意味する。回転角βｎの計算は、前記式１を逆変換することで行われる。逆変換とは、折れ角θ（図３）および回転角φ（図３）から基端側の端部リンク部材５の回転角βｎを算出する変換のことである。   When performing automatic control, the control target value of the rotation angle βn of the end link member 5 on the proximal end side is calculated according to the attitude of the link hub 3 on the distal end side set by the setting device. The rotation angle βn means the operating position of the link drive source 53. The calculation of the rotation angle βn is performed by inversely transforming the equation 1. The inverse transformation is a transformation for calculating the rotation angle βn of the end link member 5 on the proximal end side from the bending angle θ (FIG. 3) and the rotation angle φ (FIG. 3).

回転角βｎの制御目標値を計算したなら、２つのリンク用駆動源５３を、前記回転角βｎが制御目標値となるように、先端側のリンクハブ３の姿勢を検出する姿勢検出手段５９の信号を利用してフィードバック制御する。姿勢検出手段５９は、例えば図示のように、基端側の端部リンク部材５の回転角βｎ（図３におけるβ１，β２）を検出する。折れ角θおよび回転角φと、回転角βｎとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。   When the control target value of the rotation angle βn is calculated, the two link drive sources 53 are used to detect the posture of the link hub 3 on the distal end side so that the rotation angle βn becomes the control target value. Feedback control is performed using signals. The posture detection means 59 detects the rotation angle βn (β1, β2 in FIG. 3) of the proximal end side end link member 5 as shown in the figure, for example. The bending angle θ, the rotation angle φ, and the rotation angle βn are mutually related, and the other value can be derived from one value.

このように、２つのリンク用駆動源５３の回転駆動を制御することにより、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の位置および姿勢が決定される。３組あるリンク機構４のうち２組のリンク機構４だけにリンク用駆動源５３を設けたため、２つのリンク用駆動源５３だけを制御すればよい。３組すべてのリンク機構４にリンク用駆動源５３を設けた場合と比べて、リンク用駆動源５３のスムーズな動作が可能になり、動作速度が速い。   In this way, by controlling the rotational drive of the two link drive sources 53, the position and posture of the distal link hub 3 with respect to the proximal link hub 2 are determined. Since the link drive source 53 is provided only in two sets of the link mechanisms 4 out of the three sets of link mechanisms 4, only the two link drive sources 53 need be controlled. Compared with the case where the link drive source 53 is provided in all three link mechanisms 4, the link drive source 53 can operate smoothly and the operation speed is high.

図１３ないし図１５は、この発明のパラレルリンク機構を用いた異なるリンク作動装置を示す。図１３において、このリンク作動装置６１は、図９ないし図１０に示すパラレルリンク機構１を介して、基台６２に対して、各種器具等が取付けられる先端取付部材６３を姿勢変更可能に連結したものである。基台６２と、パラレルリンク機構１の基端側のリンクハブ２との間にはスペーサ６４を介在させてある。   13 to 15 show different link actuating devices using the parallel link mechanism of the present invention. In FIG. 13, this link actuating device 61 is connected to a base 62 through a parallel link mechanism 1 shown in FIG. 9 to FIG. Is. A spacer 64 is interposed between the base 62 and the link hub 2 on the base end side of the parallel link mechanism 1.

図１４およびその部分拡大図である図１５に示すように、パラレルリンク機構１の３組のリンク機構４のうちの少なくとも２組に、基端側の端部リンク部材５を回動させて基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３の姿勢を任意に変更させるアクチュエータ７０と、このアクチュエータ７０の動作量を基端側の端部リンク部材５に減速して伝達する減速機構７１とが設けられている。図示例では、３組のリンク機構４のすべてに、アクチュエータ７０および減速機構７１が設けられている。   As shown in FIG. 14 and FIG. 15 which is a partially enlarged view thereof, at least two sets of the three sets of link mechanisms 4 of the parallel link mechanism 1 are rotated so that the base end side end link members 5 are rotated. An actuator 70 that arbitrarily changes the attitude of the distal end side link hub 3 with respect to the end side link hub 2, and a speed reduction mechanism that decelerates and transmits the operation amount of the actuator 70 to the proximal end side end link member 5. 71 is provided. In the illustrated example, an actuator 70 and a speed reduction mechanism 71 are provided in all of the three sets of link mechanisms 4.

アクチュエータ７０はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機７０ａ付きのサーボモータであって、モータ固定部材７２により基台６２に固定されている。減速機構７１は、アクチュエータ７０の減速機７０ａと、歯車式の減速部７３とでなる。   The actuator 70 is a rotary actuator, more specifically a servo motor with a speed reducer 70 a, and is fixed to the base 62 by a motor fixing member 72. The speed reduction mechanism 71 includes a speed reducer 70 a of the actuator 70 and a gear type speed reduction unit 73.

歯車式の減速部７３は、アクチュエータ７０の出力軸７０ｂにカップリング７５を介して回転伝達可能に連結された小歯車７６と、基端側の端部リンク部材５に固定され前記小歯車７６と噛み合う大歯車７７とで構成されている。図示例では、小歯車７６および大歯車７７は平歯車であり、大歯車７７は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車７７は小歯車７６よりもピッチ円半径が大きく、アクチュエータ７０の出力軸７０ｂの回転が基端側の端部リンク部材５へ、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の回転軸Ｏ１回りの回転に減速して伝達される。その減速比は１０以上とされている。   The gear type reduction unit 73 is connected to the output shaft 70 b of the actuator 70 through a coupling 75 so as to be able to transmit rotation, and is fixed to the end link member 5 on the proximal end side and is connected to the small gear 76. It is comprised with the large gear 77 which meshes | engages. In the illustrated example, the small gear 76 and the large gear 77 are spur gears, and the large gear 77 is a sector gear in which teeth are formed only on a sector-shaped peripheral surface. The large gear 77 has a larger pitch circle radius than the small gear 76, and the rotation of the output shaft 70 b of the actuator 70 is transferred to the end link member 5 on the base end side, and the link hub 2 on the base end side and the end link on the base end side. It is decelerated and transmitted to the rotation around the rotation axis O1 of the rotation pair with the member 5. The reduction ratio is 10 or more.

大歯車７７のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としてある。前記アーム長Ｌは、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の中心軸Ｏ１の軸方向中心点Ｐ１から、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７との回転対偶の中心軸Ｏ２の軸方向中心点Ｐ２を基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶軸Ｏ１に直交してその軸方向中心点Ｐ１を通る平面に投影した点Ｐ３までの距離である。この実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上である。そのため、高い減速比を得るのに有利である。   The pitch circle radius of the large gear 77 is set to ½ or more of the arm length L of the end link member 5 on the base end side. The arm length L is determined from the axial center point P1 of the central axis O1 of the rotational pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 to the base end side end link member 5 and the center. An axial center point P1 of the axial center point P2 of the center axis O2 of the rotational pair with the link member 7 is orthogonal to the rotational pair axis O1 of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5. The distance to the point P3 projected on the plane passing through. In the case of this embodiment, the pitch circle radius of the large gear 77 is not less than the arm length L. Therefore, it is advantageous to obtain a high reduction ratio.

小歯車７６は、大歯車７７と噛み合う歯部７６ａの両側に突出する軸部７６ｂを有し、これら両軸部７６ｂが、基台６２に設置された回転支持部材７９に設けられた複列の軸受８０によりそれぞれ回転自在に支持されている。軸受８０は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。複列の軸受８０の各外輪（図示せず）間にはシム（図示せず）を設け、軸部７６ｂに螺合したナット８１を締め付けることにより、軸受８０に予圧を付与する構成としてある。軸受８０の外輪は、回転支持部材７９に圧入されている。   The small gear 76 has shaft portions 76 b projecting on both sides of a tooth portion 76 a meshing with the large gear 77, and both the shaft portions 76 b are arranged in a double row provided on a rotation support member 79 installed on the base 62. The bearings 80 are rotatably supported. The bearing 80 is a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing. In addition to arranging ball bearings in double rows as in the illustrated example, roller bearings or sliding bearings may be used. A shim (not shown) is provided between the outer rings (not shown) of the double row bearings 80, and a preload is applied to the bearings 80 by tightening nuts 81 screwed into the shaft portions 76b. The outer ring of the bearing 80 is press-fitted into the rotation support member 79.

この実施形態の場合、大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５と別部材であり、基端側の端部リンク部材５に対してボルト等の結合具８２により着脱可能に取付けられている。大歯車７７は基端側の端部リンク部材５と一体であってもよい。   In the case of this embodiment, the large gear 77 is a member separate from the end link member 5 on the base end side, and is detachably attached to the end link member 5 on the base end side by a coupler 82 such as a bolt. ing. The large gear 77 may be integrated with the end link member 5 on the base end side.

アクチュエータ７０の回転軸心Ｏ３および小歯車７６の回転軸心Ｏ４は同軸上に位置する。これら回転軸心Ｏ３，Ｏ４は、基端側のリンクハブ２４と基端側の端部リンク部材５の回転対偶軸Ｏ１と平行で、かつ基台６２からの高さが同じとされている。   The rotation axis O3 of the actuator 70 and the rotation axis O4 of the small gear 76 are located on the same axis. The rotation axes O3 and O4 are parallel to the rotation pair axis O1 of the base end side link hub 24 and the base end side end link member 5 and have the same height from the base 62.

図１４に示すように、各アクチュエータ７０は制御装置９０で制御される。制御装置９０は、コンピュータによる数値制御式のものであり、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を設定する姿勢設定手段９１と、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を検出する姿勢検出手段９２とからの信号に基づき、各アクチュエータ８０に出力指令を与える。姿勢設定手段９１は、例えば折れ角θ（図３を参考）および旋回角φ（図３を参考）を規定することで、先端側のリンクハブ３の姿勢を設定する。姿勢検出手段９２は、例えばエンコーダ（図示せず）等により基端側の端部リンク部材５の回転角βｎ（図３におけるβ１，β２）を検出する。あるいはアクチュエータ７０のエンコーダ（図示せず）を先端側のリンクハブ３の姿勢検出に用いても良い。折れ角θおよび旋回角φと、各回転角βｎとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。   As shown in FIG. 14, each actuator 70 is controlled by a control device 90. The control device 90 is of a numerical control type by a computer, and includes a posture setting means 91 for setting the posture of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2 and the distal end side with respect to the proximal end side link hub 2. An output command is given to each actuator 80 based on a signal from the posture detecting means 92 for detecting the posture of the link hub 3. The posture setting means 91 sets the posture of the link hub 3 on the distal end side by defining, for example, a bending angle θ (see FIG. 3) and a turning angle φ (see FIG. 3). The posture detecting means 92 detects the rotation angle βn (β1, β2 in FIG. 3) of the end link member 5 on the base end side, for example, with an encoder (not shown) or the like. Or you may use the encoder (not shown) of the actuator 70 for the attitude | position detection of the link hub 3 of the front end side. The bending angle θ, the turning angle φ, and each rotation angle βn are mutually related, and the other value can be derived from one value.

基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を姿勢変更する場合、姿勢設定手段９１により設定された先端側のリンクハブ３の姿勢に応じて、基端側の端部リンク部材５の回転角βｎの制御目標値を計算する。上記回転角βｎは、アクチュエータ７０の動作位置を意味する。回転角βｎの計算は、前記式１を逆変換することで行われる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから基端側の端部リンク部材５の回転角βｎを算出する変換のことである。   When changing the posture of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2, the proximal end side end link member 5 is changed according to the posture of the distal end side link hub 3 set by the posture setting means 91. The control target value of the rotation angle βn is calculated. The rotation angle βn means the operating position of the actuator 70. The calculation of the rotation angle βn is performed by inversely transforming the equation 1. Inverse conversion is conversion for calculating the rotation angle βn of the end link member 5 on the base end side from the bending angle θ and the turning angle φ.

回転角βｎの制御目標値を計算したなら、姿勢検出手段９２の信号を利用したフィードバック制御により、実際の回転角βｎが制御目標値となるように各アクチュエータ７０の出力を制御する。それにより、すべてのリンク機構４の基端側の端部リンク部材５が定められた回転角βｎだけ回転し、先端側のリンクハブ２が姿勢設定手段９１により設定された姿勢に変更される。   When the control target value of the rotation angle βn is calculated, the output of each actuator 70 is controlled by feedback control using the signal of the posture detection means 92 so that the actual rotation angle βn becomes the control target value. As a result, the end link members 5 on the base end side of all the link mechanisms 4 are rotated by the determined rotation angle βn, and the link hub 2 on the front end side is changed to the posture set by the posture setting means 91.

このリンク作動装置６１は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれるため、先端取付部材６４に取付けられる医療用器具等の操作性が良い。３組のリンク機構４のすべてにアクチュエータ７０および減速機構７１を設けたことにより、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３がどのような姿勢をとっていてもバランス良く駆動できる。つまり、駆動力のバランスが良い。これにより、各アクチュエータ７０を小型化できる。また、３組のリンク機構４のすべてにアクチュエータ７０および減速機構７１を設けることで、パラレルリンク機構１や減速機構７１のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ３の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置６１自体の高剛性化を実現できる。   Since the link actuating device 61 is compact, the movable range of the link hub 3 on the distal end side can be widened with respect to the link hub 2 on the proximal end side, so that the operability of a medical instrument or the like attached to the distal end attachment member 64 is improved. Is good. By providing the actuator 70 and the speed reduction mechanism 71 in all of the three sets of link mechanisms 4, it is possible to drive in a balanced manner regardless of the attitude of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side. it can. That is, the driving force balance is good. Thereby, each actuator 70 can be reduced in size. Further, by providing the actuator 70 and the speed reduction mechanism 71 in all of the three sets of link mechanisms 4, it becomes possible to control the backlash of the parallel link mechanism 1 and the speed reduction mechanism 71, and the link hub 3 on the distal end side can be controlled. The positioning accuracy can be improved and the link actuator 61 itself can be made highly rigid.

減速機構７１の歯車式の減速部７３は、小歯車７６と大歯車７７の組合せからなり、１０以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ３の位置決め分解能が向上する。また、低出力のアクチュエータ７０を使用することができる。この実施形態では減速機７０ａ付きのアクチュエータ７０を使用しているが、歯車式の減速部７３の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ７０を使用することも可能となり、アクチュエータ７０を小型化できる。   The gear type reduction unit 73 of the reduction mechanism 71 is a combination of a small gear 76 and a large gear 77, and a high reduction ratio of 10 or more can be obtained. If the reduction ratio is high, the positioning resolution of the encoder or the like is increased, so that the positioning resolution of the link hub 3 on the distal end side is improved. Also, a low output actuator 70 can be used. In this embodiment, the actuator 70 with the reduction gear 70a is used. However, if the reduction ratio of the gear-type reduction gear 73 is high, the actuator 70 without the reduction gear can be used, and the actuator 70 can be downsized. it can.

大歯車７７のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の曲げモーメントが小さくなる。そのため、リンク作動装置６１全体の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材５の軽量化を図れる。例えば、基端側の端部リンク部材５をステンレス鋼（ＳＵＳ）からアルミに変更できる。また、大歯車７７のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車７７の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置６１全体の剛性が高くなる。
また、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長の１／２以上であると、大歯車７７が、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部に設置する軸受１２の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車７７の歯部と軸受１２との間にスペースができ、大歯車７７の設置が容易である。 By setting the pitch circle radius of the large gear 77 to ½ or more of the arm length L of the end link member 5 on the base end side, the bending moment of the end link member 5 on the base end side due to the tip load is reduced. . Therefore, it is not necessary to increase the rigidity of the entire link operating device 61 more than necessary, and the weight of the end link member 5 on the base end side can be reduced. For example, the end link member 5 on the base end side can be changed from stainless steel (SUS) to aluminum. Further, since the pitch circle radius of the large gear 77 is relatively large, the surface pressure of the tooth portion of the large gear 77 is reduced, and the rigidity of the entire link actuator 61 is increased.
Further, when the pitch circle radius of the large gear 77 is equal to or greater than ½ of the arm length, the large gear 77 is installed at the rotating pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5. Since the diameter of the bearing 12 is sufficiently larger than the outer diameter of the bearing 12, a space is created between the toothed portion of the large gear 77 and the bearing 12, and the large gear 77 can be easily installed.

特にこの実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上であるため、大歯車７７のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用・効果がより一層顕著に現れる。加えて、小歯車７６をリンク機構４よりも外径側に設置することが可能となる。その結果、小歯車７６の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。また、小歯車７６と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置６１の可動範囲が広くなる。   In particular, in the case of this embodiment, the pitch circle radius of the large gear 77 is equal to or greater than the arm length L. Therefore, the pitch circle radius of the large gear 77 is further increased, and the above-described action and effect appear more remarkably. In addition, the small gear 76 can be installed on the outer diameter side of the link mechanism 4. As a result, an installation space for the small gear 76 can be easily secured, and the degree of freedom in design increases. Further, interference between the small gear 76 and other members is less likely to occur, and the movable range of the link actuator 61 is widened.

小歯車７６および大歯車７７は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。小歯車７６は軸方向両側で軸受８０により支持されているため、小歯車７６の支持剛性が高い。それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置６１の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、アクチュエータ７０の回転軸心Ｏ３、小歯車７６の回転軸心Ｏ４、および基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の中心軸Ｏ１が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。   Since the small gear 76 and the large gear 77 are spur gears, they are easy to manufacture and have high rotation transmission efficiency. Since the small gear 76 is supported by the bearings 80 on both sides in the axial direction, the support rigidity of the small gear 76 is high. As a result, the angle holding rigidity of the end link member 5 on the proximal end side due to the distal end load is increased, and the rigidity and positioning accuracy of the link actuator 61 are improved. Further, the rotational axis O3 of the actuator 70, the rotational axis O4 of the small gear 76, and the central axis O1 of the rotational pair of the base-side link hub 2 and the base-side end link member 5 are on the same plane. Therefore, the overall balance is good and the assemblability is good.

大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５に対して着脱自在であるため、歯車式の減速部７３の減速比や、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置６１の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置６１を、大歯車７７を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。また、メンテナンス性が良い。例えば、歯車式の減速部７３に障害が生じた場合に、同減速部７３のみを交換するだけで対処可能である。   Since the large gear 77 is detachable with respect to the end link member 5 on the base end side, the reduction ratio of the gear-type reduction portion 73 and the operation of the link hub 3 on the front end side with respect to the link hub 2 on the base end side. It becomes easy to change the specifications such as the range, and the mass productivity of the link actuating device 61 is improved. In other words, the same link actuating device 61 can be applied to various uses by simply changing the large gear 77. Also, maintainability is good. For example, when a failure occurs in the gear-type reduction unit 73, it is possible to deal with it by replacing only the reduction unit 73.

１…パラレルリンク機構
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
５…基端側の端部リンク部材
６…先端側の端部リンク部材
７…中央リンク部材
１２，１９…軸受
１２ａ，１９ａ…転動体
４１…等速自在継手
４３…入力軸
４５…出力軸
５１，６１…リンク作動装置
５３，７０…アクチュエータ
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Parallel link mechanism 2 ... Base end side link hub 3 ... Front end side link hub 4 ... Link mechanism 5 ... Base end side end link member 6 ... Front end side end link member 7 ... Central link member 12, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Bearing 12a, 19a ... Rolling body 41 ... Constant velocity universal joint 43 ... Input shaft 45 ... Output shaft 51, 61 ... Link actuator 53, 70 ... Actuator QA ... Center axis QB of base end side link hub ... Tip side Link hub center axis

Claims (7)

基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であるパラレルリンク機構において、
前記端部リンク部材に対する前記中央リンク部材の揺動範囲は、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との成す角度である折れ角の可能な範囲内における最大値よりも大きく、
前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の一端との回転対偶、前記基端側および先端側の端部リンク部材の他端と前記中央リンク部材の両端との回転対偶にそれぞれ軸受を介在させ、これら軸受として、臨界揺動角が、前記折れ角の前記最大値よりも小さいものを使用したことを特徴とするパラレルリンク機構。 The distal end side link hub is connected to the proximal end side link hub via three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed. End link members on the base end side and the tip end side, one end of which is rotatably connected to the link hub, and a center on which both ends are rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side, respectively. Each link mechanism is a parallel model in which the geometric model expressing the link mechanism as a straight line has a shape in which the proximal end portion and the distal end portion are symmetrical with respect to the central portion of the central link member. In the link mechanism,
A swing range of the central link member with respect to the end link member is within a possible range of a bending angle that is an angle formed by a central axis of the link hub on the proximal end side and a central axis of the link hub on the distal end side. Greater than the maximum value,
Rotating pair between the base-side link hub and one end of the base-side end link member, Rotating pair between the tip-side link hub and one end of the tip-side end link member, the base-side and by interposing a bearing respectively turning pair of the other end of the distal side end link member and both ends of the intermediate link member, as these bearings, the critical oscillation angle is smaller than the maximum value of the folding Re corner Parallel link mechanism characterized by the use of things. 請求項１において、前記臨界揺動角は、定められた作業動作における前記折れ角の最大値よりも小さいパラレルリンク機構。   2. The parallel link mechanism according to claim 1, wherein the critical swing angle is smaller than a maximum value of the bending angle in a predetermined work operation. 請求項１または請求項２において、前記軸受は深溝玉軸受であり、この深溝玉軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０/（０．５５５・Ｚ・π）［ｄｅｇ］としたパラレルリンク機構。   In claim 1 or 2, the bearing is a deep groove ball bearing, and when the number of rolling elements of the deep groove ball bearing is Z, the critical swing angle is 2 · 180 / (0.555 · Z · π) [deg] is a parallel link mechanism. 請求項１または請求項２において、前記軸受は円筒ころ軸受であり、この円筒ころ軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０/（０．３７・（Ｚ＋０．１）・π）［ｄｅｇ］としたパラレルリンク機構。   In Claim 1 or Claim 2, the said bearing is a cylindrical roller bearing, and when the number of rolling elements of this cylindrical roller bearing is set to Z, the said critical rocking angle is 2 * 180 / (0.37 * (Z + 0). .1) · π) [deg] parallel link mechanism. 請求項１または請求項２において、前記軸受は針状ころ軸受であり、この針状ころ軸受の転動体の個数をＺとした場合、前記臨界揺動角を２・１８０/（０．５４４・Ｚ・π）［ｄｅｇ］としたパラレルリンク機構。   3. The bearing according to claim 1, wherein the bearing is a needle roller bearing, and when the number of rolling elements of the needle roller bearing is Z, the critical swing angle is 2 · 180 / (0.544 · A parallel link mechanism with Z · π) [deg]. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブに入力軸を設け、かつ前記先端側のリンクハブに出力軸を設けたことを特徴とする等速自在継手。   A parallel link mechanism according to any one of claims 1 to 5, further comprising: an input shaft provided on the link hub on the proximal end side of the parallel link mechanism; and an output shaft provided on the link hub on the distal end side. A constant velocity universal joint characterized by being provided. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構の３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組に、前記基端側の端部リンク部材を回動させて、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させる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。   The parallel link mechanism according to any one of claims 1 to 5 is provided, and at least two sets of three or more sets of link mechanisms of the parallel link mechanism are provided with the end link member on the base end side. A link actuating device comprising an actuator that is rotated to change a posture of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub.
JP2012236452A 2011-11-04 2012-10-26 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator Active JP6128797B2 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012236452A JP6128797B2 (en) 2011-11-07 2012-10-26 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
CN201280054040.3A CN103906947B (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel linkage, constant velocity cardan joint and link actuation device
CN201610862291.4A CN106863313B (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel linkage, constant velocity cardan joint and link actuation device
US14/352,005 US9316266B2 (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
PCT/JP2012/078017 WO2013065675A1 (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
EP17185740.2A EP3276205B1 (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
EP12846455.9A EP2775169B1 (en) 2011-11-04 2012-10-30 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
US15/067,680 US9976603B2 (en) 2011-11-04 2016-03-11 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011243462 2011-11-07
JP2011243462 2011-11-07
JP2012236452A JP6128797B2 (en) 2011-11-07 2012-10-26 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017015428A Division JP6282764B2 (en) 2011-11-07 2017-01-31 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013121652A JP2013121652A (en) 2013-06-20
JP6128797B2 true JP6128797B2 (en) 2017-05-17

Family

ID=48773945

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012236452A Active JP6128797B2 (en) 2011-11-04 2012-10-26 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
JP2017015428A Active JP6282764B2 (en) 2011-11-07 2017-01-31 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017015428A Active JP6282764B2 (en) 2011-11-07 2017-01-31 Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6128797B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6602620B2 (en) 2015-09-24 2019-11-06 Ｎｔｎ株式会社 Combined link actuator
JP6472854B1 (en) * 2017-09-11 2019-02-20 Ntn株式会社 Work equipment
JP6517292B2 (en) * 2017-09-21 2019-05-22 Ntn株式会社 Control device of link operating device
JP7220555B2 (en) * 2018-12-07 2023-02-10 Ntn株式会社 Parallel link mechanism and link actuator
JP2020091014A (en) * 2018-12-07 2020-06-11 Ntn株式会社 Link operation device and original position decision method of link operation device
JP2023037511A (en) * 2021-09-03 2023-03-15 Ntn株式会社 Parallel link mechanism and link operation device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5970276A (en) * 1982-10-14 1984-04-20 本田技研工業株式会社 Steering gear for handle of motorcycle
JPH09287570A (en) * 1996-04-19 1997-11-04 Anest Iwata Corp Connecting rod small end part of oilfree two-stage reciprocating compressor
JPH10286792A (en) * 1997-04-12 1998-10-27 Hitachi Seiki Co Ltd Positioning device having leg composed of parallel link and machine tool
JP2000252696A (en) * 1999-03-04 2000-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electronic component mounter
JP2002349593A (en) * 2001-05-31 2002-12-04 Ntn Corp Constant velocity universal joint
JP2004261886A (en) * 2003-02-18 2004-09-24 Ntn Corp Link operating device
JP2005299828A (en) * 2004-04-13 2005-10-27 Ntn Corp Link operating device
JP4805301B2 (en) * 2008-04-10 2011-11-02 村田機械株式会社 Parallel mechanism
JP5434483B2 (en) * 2009-11-02 2014-03-05 日本精工株式会社 Robot arm

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017110815A (en) 2017-06-22
JP2013121652A (en) 2013-06-20
JP6282764B2 (en) 2018-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5785055B2 (en) Link actuator
JP6282764B2 (en) Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
JP5951224B2 (en) Method for initial setting of origin position of link actuator and link actuator
WO2013065675A1 (en) Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
JP6324033B2 (en) Link actuator
WO2013042577A1 (en) Link actuating device
JP5675258B2 (en) Link actuator
JP5864322B2 (en) Method for controlling link operating device and control device therefor
WO2014156784A1 (en) Linking apparatus control device
JP5911697B2 (en) Parallel link mechanism, constant velocity universal joint, and link actuator
JP2019211048A (en) Link actuation device
JP6029969B2 (en) Link actuator
JP6133162B2 (en) Link actuator
JP6396078B2 (en) Parallel link mechanism and link actuator
JP6352054B2 (en) Parallel link mechanism and link actuator
JP6585763B2 (en) Link actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160930

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20161101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6128797

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250