JP7089852B2 - リンク作動装置 - Google Patents

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の高速、高精度で、広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるリンク作動装置に関する。

医療機器や産業機器等の各種作業装置に用いられるパラレルリンク機構が、特許文献１、２に提案されている。

特開２０００－９４２４５号公報 米国特許第５，８９３，２９６号明細書

特許文献１のパラレルリンク機構は、構成が比較的簡単であるが、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くという問題がある。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が小さいものに制限されるという問題もある。

特許文献２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、４節連鎖の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た構成としたことにより、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

しかし、特許文献２のパラレルリンク機構は、姿勢制御用のモータ、減速機構等を設けてリンク作動装置とする場合、パラレルリンク機構の径方向外側にモータと減速機構が配置されるため、径方向に大きくなるという問題がある。また、減速機構やモータがリンク機構と干渉して作動範囲が制限されるという問題もある。

この発明の目的は、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、径方向寸法がコンパクトで、姿勢制御用アクチュエータの配置の設計自由度が高いリンク作動装置を提供することである。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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前記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を有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、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任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられている。
このリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブは、前記各リンク機構を支持する基端部材を有し、前記基端部材に対して、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回転対偶の中心軸と、前記姿勢制御用アクチュエータの出力軸とが互いに反対側に配置されていることを特徴とする。

この構成によると、各姿勢制御用アクチュエータを回転駆動すると、その回転動力が基端側の端部リンク部材に伝達される。それにより、基端側の端部リンク部材の角度が変わり、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が変更される。基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の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てパラレルリンク機構を構成したため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

この構成は、基端部材に対して、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸と、姿勢制御用アクチュエータの出力軸とが互いに反対側に配置されているため、姿勢制御用アクチュエータやこの姿勢制御用アクチュエータに付随する部品が、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の回転対偶部の周辺に配置されない。このため、姿勢制御用アクチュエータとパラレルリンク機構とが干渉し難く、パラレルリンク機構が、径方向寸法がコンパクトでありながら、広い動作範囲をとることができる。また、姿勢制御用アクチュエータを前記位置に配置したことにより、基端部材における各リンク機構がある側と反対側の面にはパラレルリンク機構の構成部品が存在せず、姿勢制御用アクチュエータの配置の設計自由度が高い。

この発明において、前記基端側のリンクハブは、前記基端部材から先端側に突出して設けられ前記各基端側の端部リンク部材をそれぞれ回転自在に支持する複数の回転支持部材を有し、前記姿勢制御用アクチュエータの前記出力軸が、前記基端部材における前記複数の回転支持部材の並び面と平行であってもよい。
この場合、姿勢制御用アクチュエータの出力軸を、全体的に基端部材に接近して設けることができる。これにより、リンク作動装置全体の基端側のリンクハブの中心軸に沿う方向の寸法をコンパクトにできる。
なお、基端側のリンクハブの中心軸は、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各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を基端側の球面リンク中心を称する場合に、この基端側の球面リンク中心を通り、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各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。

この発明において、前記基端側のリンクハブは、前記基端部材から先端側に突出して設けられ前記各基端側の端部リンク部材をそれぞれ回転自在に支持する複数の回転支持部材を有し、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回転対偶の中心軸が、前記基端部材における前記複数の回転支持部材の並び面と平行であってもよい。
この場合、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸を、全体的に基端部材に接近して設けることができる。これにより、リンク作動装置全体の基端側のリンクハブの中心軸に沿う方向の寸法をコンパクトにできる。

この発明において、前記基端部材は、前記複数の回転支持部材の並びの中央部に貫通孔を有していてもよい。
貫通孔を有すると、貫通孔に配線等を通して設けることができ、配線等の取り回しが容易である。

この発明において、前記姿勢制御用アクチュエータが、その出力軸を基準にして内向きに配置されていてもよい。
この構成であると、姿勢制御用アクチュエータが配置されている部分の径方向寸法が小さくなり、コンパクトな構成を実現できる。また、姿勢制御用アクチュエータを基端側のリンクハブの中心軸に沿う方向に配置する構成に比べて、基端側のリンクハブの中心軸に沿う方向の寸法がコンパクトになる。

前記姿勢制御用アクチュエータが、その出力軸を基準にして内向きに配置されている場合、前記姿勢制御用アクチュエータの前記出力軸が、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各回転対偶の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸とが成す平面に対して、平行にオフセットして配置されていてもよい。
姿勢制御用アクチュエータをオフセットして配置することで、各姿勢制御用アクチュエータが互いに干渉することを避けることができる。また、姿勢制御用アクチュエータが配置されている部分の径方向の中心部に、配線等を通すための空間を広くとることができる。

この発明において、前記基端側の端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部と、この湾曲部の一端に設けられ互いに間隔を開けて並ぶ一対の回転連結体からなる回転連結部とを有し、これら一対の回転連結体の間に、前記姿勢制御用アクチュエータの回転動力を減速して前記基端側の端部リンク部材に伝達する減速機構が配置されていてもよい。
この場合、基端側の端部リンク部材が湾曲部で湾曲しているため、リンク作動装置全体の径方向寸法を小さくすることができ、コンパクトな構成を実現できる。また、一対の回転連結体の間に減速機構を配置することにより、減速機構を径方向外側に張り出さずに設置することができ、より一層コンパクトな構成を実現できる。加えて、一対の回転連結体の間に減速機構を配置すると、減速機構が一対の回転連結体を連結する構造となり、剛性を向上させるうえで有利である。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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前記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を有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、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任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブは、前記各リンク機構を支持する基端部材を有し、前記基端部材に対して、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回転対偶の中心軸と、前記姿勢制御用アクチュエータの出力軸とが互いに反対側に配置されているため、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、径方向寸法がコンパクトで、姿勢制御用アクチュエータの配置の設計自由度が高い。

この発明の第１の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。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の一状態を示す図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態を示す図である。 図１のIV－IV断面図である。 図１のＶ－Ｖ断面図である。 図１のVI－VI断面図である。 図１のVII－VII断面図である。 図１のVIII－VIII断面図である。 同パラレルリンク機構の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 この発明の第２の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。 図１０のXI－XI断面図である。 この発明の第３の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。 図１２のXIII－XIII断面図である。 図１２のXIV－XIV断面図である。 図１２のXV－XV断面図である。 この発明の第４の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。 図１６のXVII－XVII断面図である。 図１６のXVIII－XVIII断面図である。 この発明の第５の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。 図１９のXX－XX断面図である。 図２０の一部の断面図である。 図１９のXXII－XXII断面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１～図９は第１の実施形態を示す。図１はリンク作動装置の一部を省略した正面図である。このリンク作動装置は、パラレルリンク機構１と、このパラレルリンク機構１を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ５０とを備える。図１に示すリンク作動装置は、ベース板１００に設置した複数の支柱１０１の上端に、パラレルリンク機構１が縦向きに支持されている。

図２はパラレルリンク機構１の一状態を示す図、図３は同パラレルリンク機構１の異なる状態を示す図である。図２、図３は、図１とは反対方向から見た状態を示している。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では、１組のリンク機構４のみが示されている。リンク機構４の数は、４組以上であってもよい。
なお、図２、図３はパラレルリンク機構１の基本構成を示しており、姿勢制御用アクチュエータ５０等を取り付けてリンク作動装置として構成する場合、パラレルリンク機構１の一部が図とは異なる構成となる。

図１～図３において、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４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、一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の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。

パラレルリンク機構１は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶、および端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図１）で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心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γ（図１）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図１のIV－IV断面図である図４に、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材７と基端側の端部リンク部材５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が基端側の球面リンク中心ＰＡである。
また、図１のVII－VII断面図である図７に、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材７と先端側の端部リンク部材６の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、先端側の球面リンク中心ＰＢとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が先端側の球面リンク中心ＰＢである。
図４、図７の例では、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、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Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。

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、図９のように、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９は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構１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。各中央リンク部材７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。

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軸周りに回転自在な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、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図４、図７）と直角に交わる直線をリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、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（図９）の最大値を約±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（図９）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の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。

基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢変更は、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の交点Ｏを回転中心として行われる。図２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が同一線上にある状態を示し、図３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が或る作動角をとった状態を示す。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Ｌ（図９）は変化しない。

各リンク機構４が次の各条件を満たす場合、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。よって、パラレルリンク機構１は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件１：各リンク機構４におけるリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：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い。
条件４：中央リンク部材７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：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との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。

図１～図４に示すように、基端側のリンクハブ２は、各リンク機構４を支持する平板状の基端部材１０と、この基端部材１０における円周上に等配で設けられた３個の回転支持部材１１とで構成される。図の例では、平板状の基端部材１０が上下の面が水平になるように設けられ、この基端部材１０の上面から各回転支持部材１１が上方に突出している。図１に示すように、前記支柱１０１の上端を基端部材１０の底面に連結することで、ベース部材１００にパラレルリンク機構１が支持される。なお、基端部材１０は平板状でなくてもよい。

図４に示すように、３個の回転支持部材１１が配置される円周の中心は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ上に位置する。基端部材１０には、各回転支持部材１１の並びの中央部に貫通孔１０ａが形成されている。この貫通孔１０ａの中心も、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ上に位置する。

図１のＶ－Ｖ断面図である図５に示すように、各回転支持部材１１には、基端側の端部リンク部材５の一端が回転自在に連結されている。具体的には、回転支持部材１１に２個の軸受１３を介して回転軸１２が回転自在に支持され、この回転軸１２に基端側の端部リンク部材５の一端が連結されている。

また、基端側の端部リンク部材５の他端は、中央リンク部材７の一端に連結されている。具体的には、中央リンク部材７に２個の軸受１６を介して回転軸１５が回転自在に支持され、この回転軸１５に基端側の端部リンク部材５の他端が連結されている。

前記軸受１３，１６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。これらの軸受１３，１６は、回転支持部材１１または中央リンク部材７に圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。この例のように軸受１３，１６を用いる代わりに、回転軸１２，１５を回転支持部材１１または中央リンク部材７に回転自在に接触させることで、回転軸１２，１５を回転自在に支持してもよい。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。

図１～図３、および図７に示すように、先端側のリンクハブ３は、平板状の先端部材２０と、この先端部材２０における円周上に等配で設けられた３個の回転支持部材２１とで構成される。３個の回転支持部材２１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ上に位置する。なお、先端部材２０は平板状でなくてもよい。

図１のVIII－VIII断面図である図８に示すように、各回転支持部材２１には、先端側の端部リンク部材６の一端が回転自在に連結されている。具体的には、回転支持部材２１に２個の軸受２３を介して回転軸２２が回転自在に支持され、この回転軸２２に先端側の端部リンク部材６の一端が連結されている。

また、先端側の端部リンク部材６の他端は、中央リンク部材７の他端に連結されている。具体的には、中央リンク部材７に２個の軸受２６を介して回転軸２５が回転自在に支持され、この回転軸２５の先端側の端部リンク部材６の他端が連結されている。

次に、図５および図８と共に、端部リンク部材５，６の構成について説明する。基端側および先端側の端部リンク部材５，６は一部を除いて同じ構成であるので、ここでは代表して基端側の端部リンク部材５について説明し、先端側の端部リンク６については対応する箇所の符号を括弧内に記す。基端側および先端側の端部リンク部材５，６で構成が異なる箇所については、随時説明する。

図５（図８）に示すように、端部リンク部材５（６）は、１つの湾曲部３０と、この湾曲部３０の両端にそれぞれ位置するリンクハブ側および中央リンク側の各回転連結部３１Ａ，３１Ｂとで構成される。この実施形態では、各回転連結部３１Ａ，３１Ｂは、湾曲部３０の端部の外側面および内側面にそれぞれ固定された一対の回転連結体３１ａ，３１ｂからなる。

湾曲部３０は、例えば金属材料の鋳造品であり、所定の角度α（図４、図７参照；この例では９０°）に湾曲した形状をしている。湾曲角度αは任意に決めることができる。湾曲部３０の両端には、外側面と内側面間を貫通する１つのボルト用ねじ孔３２と、このボルト用ねじ孔３２の両側に位置する２つの位置決め孔３３とがそれぞれ設けられている。

回転連結部３１Ａ，３１Ｂの回転連結体３１ａ，３１ｂは、金属板等の厚さが一定の板状の部材に対して板金加工等の加工をすることで所定の形状に作られる。回転連結体３１ａ，３１ｂの形状は例えば細長い直線状で、湾曲部３０の前記ボルト用ねじ孔３２に対応する１つのボルト挿通孔３４と、湾曲部３０の前記位置決め孔３３に対応する２つの位置決め孔３５と、前記回転軸１２，１５，２２，２５のいずれかが挿通される貫通孔３６が設けられている。
回転連結体３１ａ，３１ｂの素材として、単純な形状であり厚さが一定の板状の部材を用いると、安価に製作することができ、かつ量産性に優れる。特に、素材を金属板とすると、輪郭形状や前記各孔３４，３５，３６の加工が容易である。

湾曲部３０と回転連結体３１ａ，３１ｂとの固定に際しては、湾曲部３０の位置決め孔３３と、外側および内側の各回転連結体３１ａ，３１ｂの位置決め孔３５とに位置決めピン３７を挿通して位置決めする。その状態で、外側と内側からそれぞれボルト３８を各回転連結体３１ａ，３１ｂのボルト挿通孔３４に挿通し、そのボルト３８のねじ部を湾曲部３０のボルト用ねじ孔３２に螺合させる。つまり、外側および内側の回転連結体３１ａ，３１ｂは、共通の位置決めピン３７で位置決めされた状態で、互いに異なるボルト３８によりそれぞれ個別に湾曲部３０に固定される。
このように位置決めピン３７を用いることで、組立てが容易となり、作業者による組立て精度のばらつきが少なくなる。また、湾曲部３０と回転連結体３１ａ，３１ｂの位置関係の精度が向上するため、パラレルリンク機構１のスムーズな動作を実現できる。

図５に示すように、基端側の端部リンク部材５におけるリンクハブ側の回転連結部３１Ａは、外側および内側の一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に、回転支持部材１１が配置される。そして、前記回転軸１２を介して、端部リンク部材５と回転支持部材１１とが互いに回転自在に連結される。具体的には、次のように連結される。

回転軸１２は、外径端に後述するタイミングプーリ５５を取り付けるプーリ取付部１２ａを有し、内径端に雄ねじ部１２ｂを有する。この回転軸１２を雄ねじ部１２ｂの側から、外側の回転連結体３１ａ、スペーサ４５、２つの軸受１３の内輪、スペーサ４６、および内側の回転連結体３１ｂの各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部１２ｂにナット４７を螺着する。これにより、タイミングプーリ５５とナット４７とで、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂ、２つの軸受１３の内輪、および２つのスペーサ４５，４６を挟み付けることで、軸受１３に予圧を付与した状態で、端部リンク部材６と回転支持部材２１とを互いに回転自在に連結する。但し、タイミングプーリ５５は、外側の回転連結体３１ａに対して回転自在とされている。

図８に示すように、先端側の端部リンク部材６におけるリンクハブ側の回転連結部３１Ａは、外側および内側の一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に、回転支持部材２１が配置される。そして、前記回転軸２２を介して、端部リンク部材６と回転支持部材２１とが互いに回転自在に連結される。具体的には、次のように連結される。

回転軸２２は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部２２ａを有し、内径端に雄ねじ部２２ｂを有する。この回転軸２２を雄ねじ部２２ｂの側から、外側の回転連結体３１ａ、スペーサ４５、２つの軸受２３の内輪、スペーサ４６、および内側の回転連結体３１ｂの各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部２２ｂにナット４７を螺着する。これにより、回転軸２２の頭部２２ａとナット４７とで、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂ、２つの軸受２３の内輪、および２つのスペーサ４５，４６を挟み付けることで、軸受２３に予圧を付与した状態で、端部リンク部材６と回転支持部材２１とを互いに回転自在に連結する。

図５（図８）に示すように、端部リンク部材５（６）における中央リンク側の回転連結部３１Ｂは、外側および内側の一対の回転連結体３１ａ，３１ｂ間に、中央リンク部材７の一端（他端）が配置される。そして、前記回転軸１５（２５）を介して、端部リンク部材５（６）と中央リンク部材７とが互いに回転自在に連結される。具体的には、次のように連結する。

回転軸１５（２５）は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部１５ａ（２５ａ）を有し、内径端に雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）を有する。この回転軸１５（２５）を雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）の側から、外側の回転連結体３１ａ、スペーサ４５、２つの軸受１６（２６）の内輪、スペーサ４６、および内側の回転連結体３１ｂの各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）にナット４７を螺着する。これにより、回転軸１５（２５）の頭部１５ａ（２５ａ）とナット４７とで、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂ、２つの軸受１６（２６）の内輪、および２つのスペーサ４５，４６を挟み付けることで、軸受１６（２６）に予圧を付与した状態で、端部リンク部材５（６）と中央リンク部材７とを互いに回転自在に連結する。

図６は、図１のVI－VI断面図である。基端部材１０の底面の外周縁から下向きに突出してアクチュエータ支持部材５２が設けられ、このアクチュエータ支持部材５２の外側面に、前記姿勢制御用アクチュエータ５０およびこれに付属の減速機構５１が取り付けられている。具体的には、減速機構５１の部分で、姿勢制御用アクチュエータ５０および付属の減速機構５１がアクチュエータ支持部材５２に取り付けられている。

姿勢制御用アクチュエータ５０は回転モータであって、その出力軸５０ａが、アクチュエータ支持部材５２を貫通してアクチュエータ支持部材５２の内側まで水平に延びている。そして、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａから前記回転軸１２へ、ベルト式の動力伝達機構５３によって回転が伝達される。ベルト式の動力伝達機構５３は、出力軸５０ａに取り付けられた駆動側のタイミングプーリ５４と、回転軸１２のプーリ取付部１２ａに取り付けられた従動側のタイミングプーリ５５と、両タイミングプーリ５４，５５に掛けられたタイミングベルト５６とで構成される。タイミングベルト５６は、基端部材１０に開けられた開口１０ｂに通されている。

このリンク作動装置は、各姿勢制御用アクチュエータ５０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、姿勢制御用アクチュエータ５０を回転駆動すると、その回転動力が減速機構５１によって減速され、その減速された回転動力が、動力伝達機構５３を介して回転軸１２に伝達される。それにより、基端側の端部リンク部材５の角度が変わり、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が変更される。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、４節連鎖の３組のリンク機構４を介して姿勢を変更可能に連結した構成であるたため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

端部リンク部材５，６が湾曲部３０で湾曲しているため、リンク作動装置全体の径方向の寸法を小さくすることができ、コンパクトな構成を実現できる。端部リンク部材５，６の回転連結部３１Ａ，３１Ｂはいずれも一対の回転連結体３１ａ，３１ｂからなる。回転連結体３１ａ，３１ｂは、湾曲部３０に対して着脱自在に取り付けられた金属板からなっているため、板金加工によって回転連結体３１ａ，３１ｂを安価にかつ量産性良く製作することができる。素材となる金属板の大きさを変更するだけで、リンク作動装置のサイズの違いに回転連結体３１ａ，３１ｂを対応させることができる。このため、リンク作動装置のサイズの変更を容易に実現できる。

また、端部リンク部材５，６を湾曲部３０および回転連結部３１Ａ，３１Ｂの２種類の部位に分割すると、各部位を単純な形状とすることが可能となり、加工費を抑制でき、量産性が向上する。回転連結部３１Ａ，３１Ｂの回転連結体３１ａ，３１ｂを互いに同一の形状とすると、部品の共通化を図れ、安価で量産性が良い。ただし、回転連結体３１ａ，３１ｂが用いられる箇所や求められる強度に応じて、回転連結体３１ａ，３１ｂの厚さや形状を異ならせてもよい。

このリンク作動装置は、基端部材１０に対して、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部の中心軸Ｏ１と、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａとが互いに反対側に配置されている。これにより、姿勢制御用アクチュエータ５０やこの姿勢制御用アクチュエータ５０に付随する部品が、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部の周辺に配置されない構成とされる。このため、姿勢制御用アクチュエータ５０とパラレルリンク機構１とが干渉し難く、パラレルリンク機構１が、径方向寸法がコンパクトでありながら、広い動作範囲をとることができる。また、姿勢制御用アクチュエータ５０を前記位置に配置したことにより、基端部材１０における各リンク機構４がある側と反対側の面にはパラレルリンク機構１の構成部品が存在しないため、姿勢制御用アクチュエータ５０の配置の設計自由度が高い。

基端部材１０が平板状であるため、基端部材１０における基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに沿う方向の寸法を大きくすることなく、基端部材１０に複数の回転支持部材１１を設けることができる。また、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａが基端部材１０と平行であるため、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａを全体的に基端部材１０に接近して設けることができる。さらに、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部の中心軸Ｏ１が基端部材１０と平行であるため、前記中心軸Ｏ１を全体的に基端部材１０に接近して設けることができる。これらのことから、リンク作動装置全体の基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに沿う方向の寸法をコンパクトにできる。

基端部材１０における複数の回転支持部材１１の並びの中央部に貫通孔１０ａが設けられているため、この貫通孔１０ａに配線等を通して設けることができ、配線等の取り回しが容易である。

［第２の実施形態］
図１０、図１１はこの発明の第２の実施形態を示す。このリンク作動装置は、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａから回転軸１２へ回転を伝達する動力伝達機構６１が歯車列で構成されている。すなわち、動力伝達機構６１は、出力軸５０ａに取り付けられた駆動歯車６２と、アクチュエータ支持部材５２に回転自在に支持されたカウンタ歯車６３と、回転軸１２に取り付けられた従動歯車６４とで構成される。カウンタ歯車６３および従動歯車６４は、その一部が基端部材１０に開けられた開口１０ｂに配置されている。図の例では、各歯車６２，６３，６４がいずれも平歯車であるが、平歯車以外の歯車で歯車列を構成してもよい。他は、第１の実施形態と同じである。

このように動力伝達機構６１が歯車式である場合も、ベルト式の場合と同様の作用および効果が得られる。図の動力伝達機構６１は歯車の数が３枚であるが、３枚以外であってもよい。また、図の動力伝達機構６１は、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａから回転軸１２へ回転が同方向に伝達されるが、逆方向に伝達してもよい。

［第３の実施形態］
図１２～図１５はこの発明の第３の実施形態を示す。このリンク作動装置は、第１の実施形態と比べて、各姿勢制御用アクチュエータ５０の配置が異なっている。すなわち、第１の実施形態では、各姿勢制御用アクチュエータ５０が出力軸５０ａを基準にして外向きに配置されているのに対し、第３の実施形態は、各姿勢制御用アクチュエータ５０が出力軸５０ａを基準にして内向きに配置されている。

詳しくは、基端部材１０の底面の外周縁よりも少し内径側の位置にアクチュエータ支持部材５２が設けられ、このアクチュエータ支持部材５２の内側面に、姿勢制御用アクチュエータ５０および減速機構５１が取り付けられている。姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａは外径側に延びている。基端部材１０の底面の外周縁にはアクチュエータ回転支持部材６６が設けられ、このアクチュエータ回転支持部材６６に軸受６７を介して出力軸５０ａが回転自在に支持されている。
他は、第１の実施形態と同じである。

このように各姿勢制御用アクチュエータ５０を内向きに配置すると、姿勢制御用アクチュエータ５０が配置されている部分の径方向寸法が小さくなり、コンパクトな構成を実現できる。具体的には、各姿勢制御用アクチュエータ５０を基端部材１０の下方の範囲内に収めて、基端部材１０よりも外径側に張り出さないようにすることができる。

なお、姿勢制御用アクチュエータ５０を基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに沿って縦向きに配置しても、径方向寸法をコンパクトにすることが可能であるが、この配置は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに沿う縦方向の寸法が大きくなる。これに対し、第３の実施形態の配置は、径方向の寸法および縦方向の寸法の両方をコンパクトにすることができる。

［第４の実施形態］
図１６～図１８はこの発明の第４の実施形態を示す。このリンク作動装置は、第３の実施形態に対して、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａが、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶の中心軸Ｏ１と、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡとが成す平面に対して、平行にオフセットして配置されている。
他は、第３の実施形態と同じである。

このように姿勢制御用アクチュエータ５０をオフセットして配置することで、姿勢制御用アクチュエータ５０が出力軸５０ａの軸心方向に長くても、各姿勢制御用アクチュエータ５０が互いに干渉することを避けることができる。また、姿勢制御用アクチュエータ５０が配置されている部分の径方向の中心部に、配線等を通すための空間６８を広くとることができる。それに伴い、基端部材１０の貫通孔１０ａも大きくしてある。

［第５の実施形態］
図１９～図２２はこの発明の第５の実施形態を示す。このリンク作動装置は、第４の実施形態と比べて減速機構５１の位置が異なっている。すなわち、第４の実施形態では、姿勢制御用アクチュエータ５０と減速機構５１とが一体に組み合わされた減速機付きの姿勢制御用アクチュエータが使用されているが、第５の実施形態のリンク作動装置は、図２１に示すように、減速機構５１が、基端側の端部リンク部材５における回転連結部３１Ａの一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に配置されている。

一対の回転連結体３１ａ，３１ｂは、曲げ加工により屈曲形状とされていて、湾曲部３０に固定される部分の相互間隔よりも回転支持部材１１に連結される部分の相互間隔の方が広くなっている。そして、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂ間における相互間隔の広い部分に、減速機構５１が配置されている。減速機構５１は、回転支持部材１１に固定される。

減速機構５１は、例えば遊星歯車機構からなり、入力軸５１ａと出力軸５１ｂとが同一軸上にある形態である。入力軸５１ａおよび出力軸５１ｂは、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶の中心軸Ｏ１と同一軸上にある。入力軸５１ａおよび出力軸５１ｂは、軸受７２，７３によって、それぞれ減速機構５１のハウジングに回転自在に支持されている。

減速機構５１の入力軸５１ａは、外側の回転連結体３１ａを貫通して外側に突出しており、その先端に、前記ベルト式の動力伝達機構５３の従動側のタイミングプーリ５５が回転自在に取り付けられる。入力軸５１ａは、軸受７１によって外側の回転連結体３１ａに回転自在に支持されている。減速機構５１のハウジングと外側の回転連結体３１ａとの間には、スペーサ７４が介在している。

減速機構５１の出力軸５１ｂの先端にフランジ７５が固定され、このフランジ７５の外周に円筒状部材７６が固定されている。円筒状部材７６は、回転支持部材１１の内径孔７７を貫通して内側へ延びており、その先端面が複数のボルト７８によって、内側の回転連結体３１ｂに結合されている。
他は、第４の実施形態と同じである。

このように、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に減速機構５１を配置することにより、径方向外側に減速機構５１を張り出さずに設置することができ、より一層コンパクトな構成を実現できる。加えて、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に減速機構５１を配置すると、減速機構５１が一対の回転連結体３１ａ，３１ｂを連結する構造となり、剛性を向上させるうえで有利である。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

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
１０…基端部材
１０ａ…貫通孔
１１…回転支持部材
３０…湾曲部
３１Ａ，３１Ｂ…回転連結部
３１ａ，３１ｂ…回転連結体
５０…姿勢制御用アクチュエータ
５０ａ…出力軸
５１…減速機構
Ｏ１…基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸
ＰＡ…基端側の球面リンク中心
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸

Claims (8)

1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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前記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を有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、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任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置において、
   前記基端側のリンクハブは、前記各リンク機構を支持する基端部材を有し、
   前記基端部材に対して、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回転対偶の中心軸と、前記姿勢制御用アクチュエータの出力軸の全体とが互いに反対側に配置されていることを特徴とするリンク作動装置。
2. 請求項１に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブは、前記基端部材から先端側に突出して設けられ前記各基端側の端部リンク部材をそれぞれ回転自在に支持する複数の回転支持部材を有し、
   前記姿勢制御用アクチュエータの前記出力軸は、前記基端部材における前記複数の回転支持部材の並び面と平行であるリンク作動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブは、前記基端部材から先端側に突出して設けられ前記各基端側の端部リンク部材をそれぞれ回転自在に支持する複数の回転支持部材を有し、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回転対偶の中心軸は、前記基端部材における前記複数の回転支持部材の並び面と平行であるリンク作動装置。
4. 請求項２または請求項２を引用する請求項３に記載のリンク作動装置において、前記基端部材は、前記複数の回転支持部材の並びの中央部に貫通孔を有するリンク作動装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータが、その出力軸を基準にして、前記基端側のリンクハブの中心軸を中心とする径方向の内側に配置されているリンク作動装置。
6. 請求項５に記載のリンク作動装置において、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各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を基端側の球面リンク中心と称し、この基端側の球面リンク中心を通り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各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を基端側のリンクハブの中心軸と称する場合、
   前記姿勢制御用アクチュエータの前記出力軸が、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回転対偶の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸とが成す平面に対して、平行にオフセットして配置されているリンク作動装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータの前記出力軸から前記基端側の端部リンク部材の回転軸へ動力を伝達する動力伝達機構が、前記基端部材に形成された開口に通されているリンク作動装置。
8. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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前記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を有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、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任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置において、
   前記基端側のリンクハブは、前記各リンク機構を支持する基端部材を有し、
   前記基端部材に対して、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回転対偶の中心軸と、前記姿勢制御用アクチュエータの出力軸とが互いに反対側に配置されており、
   前記基端側の端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部と、この湾曲部の一端に設けられ互いに間隔を開けて並ぶ一対の回転連結体からなる回転連結部とを有し、これら一対の回転連結体の間に、前記姿勢制御用アクチュエータの回転動力を減速して前記基端側の端部リンク部材に伝達する減速機構が配置されているリンク作動装置。

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