JP6289973B2 - パラレルリンク機構およびリンク作動装置 - 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パラレルリンク機構および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、部品構成が複雑であり、組立性が悪いという問題がある。また、剛性や強度を確保するために、各部品が複雑な形状をしており、量産性が悪く、製作コストが高いという問題もある。さらに、部品の共通化が難しく、サイズ等の仕様変更が変わるとほとんどの部品を新たに製作する必要がある。

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、組立てや仕様変更が容易であり、安価で高剛性の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、２自由度の角度を制御することが可能で、かつ広範な作動範囲の動作を精度良く行うことができ、低コストで製作できるリンク作動装置を提供することである。

前提構成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を備え、前記端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部材と、この湾曲部材の一端または両端に固定され、前記中央リンク部材または前記リンクハブに直接または軸受を介して回転可能に連結される回転軸を支持する回転軸支持部材とを有することを特徴とする。

この明細書において、「基端側」および「先端側」とは、以下の意味で用いられる。すなわち、リンクハブと端部リンク部材の各回転対偶、および、端部リンク部材と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リンクハブの「球面リンク中心」と称し、この球面リンク中心を通り前記リンクハブと端部リンク部材の回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を「リンクハブの中心軸」と称する場合、それぞれのリンクハブから基端側および先端側の各リンクハブの中心軸が交差する交点から見て基端側の球面リンク中心方向を基端側、先端側の球面リンク中心方向を先端側としている。

この構成によれば、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軸周りに回転自在な２自由度機構が構成される。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、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最大折れ角は約±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。

端部リンク部材を湾曲部材と回転軸支持部材の２種類の部材に分割したことで、各部材を単純な形状とすることができる。それにより、加工費を抑制でき、量産性が向上する。また、組立時に、端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部、あるいは端部リンク部材とリンクハブの回転対偶部を構成する部品、例えば軸受やスペーサ等を一方向から回転軸に挿入することができるようになり、組立性が向上する。

この発明において、前記回転軸支持部材は、厚さが一定の板状の部材、例えば金属板に、前記回転軸、またはこの回転軸および前記軸受が挿通される貫通孔を設けたものであると良い。
単純な形状である厚さが一定の板状の部材を用いることで、安価で量産性に優れた回転軸支持部材となる。特に、回転軸支持部材を金属板とすると、加工が容易である。

この発明における第１の発明のパラレルリンク機構は、前記前提構成において、前記回転軸支持部材は、前記湾曲部材に対して位置決めピンにより位置決めした状態で固定したものである。
位置決めピンを用いることで、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、湾曲部材と回転軸支持部材の位置関係の精度が向上するため、パラレルリンク機構のスムーズな動作を実現できる。

この発明における第２の発明のパラレルリンク機構は、前記前提構成において、前記端部リンク部材は２つ以上の前記回転軸支持部材を有し、これら２つ以上の回転軸支持部材により前記回転軸の両端を支持する。この場合、前記２つ以上の回転軸支持部材は、互いに同一の形状とすると良い。
２つ以上の回転軸支持部材で回転軸の両端を支持することで、回転対偶部のモーメント荷重に対する剛性が高くなり、パラレルリンク機構全体の剛性が向上する。２つ以上の回転軸支持部材が同一形状であると、部品の共通化を図れ、安価で量産性が良くなる。

この発明において、前記端部リンク部材は、両端にそれぞれ２つ以上の前記回転軸支持部材を有し、一方端の２つ以上の回転軸支持部材により、前記中央リンク部材に対して回転可能に連結される前記回転軸の両端を支持し、かつ他方端の２つ以上の回転軸支持部材により、前記リンクハブに対して回転可能に連結される前記回転軸の両端を支持しても良い。
この構成であると、パラレルリンク機構の仕様を変更しても部品を共通化することができる。例えば、パラレルリンク機構のサイズを変更する場合、湾曲部材の形状のみを変更して、回転軸支持部材や回転軸は共通のものを使用することができる。また、端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部、および端部リンク部材とリンクハブの回転対偶部に用いる軸受のサイズを変更する場合、回転軸支持部材や回転軸の形状を変更し、湾曲部材は共通のもの使用することができる。

この発明のリンク作動装置は、前記パラレルリンク機構における前記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する姿勢変更用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２組以上のリンク機構に姿勢変更用アクチュエータを設ければ、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確定することができる。これにより、２自由度の角度を制御することが可能なリンク作動装置を低コストで実現できる。

上記リンク作動装置において、前記姿勢変更用アクチュエータは、出力軸にこの出力軸の中心線と直交するフランジ面を有するロータリアクチュエータであり、前記基端側の端部リンク部材は、前記基端側のリンクハブに回転自在に連結される回転軸を支持する前記回転軸支持部材を有し、前記姿勢変更用アクチュエータの前記フランジ面に前記回転軸支持部材を結合しても良い。
この構成によると、パラレルリンク機構に直接、姿勢変更用アクチュエータを設置できるため、駆動機構部が簡素な構造となり、安価なリンク作動装置を実現できる。

また、上記リンク作動装置において、前記姿勢変更用アクチュエータは減速機構を備えたロータリアクチュエータであり、前記減速機構の出力軸はこの出力軸の中心線と直交するフランジ面を有し、前記基端側の端部リンク部材は、前記基端側のリンクハブに回転自在に連結される回転軸を支持する前記回転軸支持部材を有し、前記姿勢変更用アクチュエータの前記フランジ面に前記回転軸支持部材を結合しても良い。
この構成によると、減速機構を備えたロータリアクチュエータを用いることで許容負荷を向上できる。また、慣性モーメント比を低減できるため、高速動作を実現できる。

この発明における第１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を備え、前記端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部材と、この湾曲部材の一端または両端に固定され、前記中央リンク部材または前記リンクハブに直接または軸受を介して回転可能に連結される回転軸を支持する回転軸支持部材とを有し、前記回転軸支持部材は、前記湾曲部材に対して位置決めピンにより位置決めした状態で固定したため、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、組立てや仕様変更が容易であり、安価で高剛性である。
この発明における第２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を備え、前記端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部材と、この湾曲部材の一端または両端に固定され、前記中央リンク部材または前記リンクハブに直接または軸受を介して回転可能に連結される回転軸を支持する回転軸支持部材とを有し、前記端部リンク部材は２つ以上の前記回転軸支持部材を有し、これら２つ以上の回転軸支持部材により前記回転軸の両端を支持するため、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、組立てや仕様変更が容易であり、安価で高剛性である。

この発明のリンク作動装置は、前記パラレルリンク機構における前記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する姿勢変更用アクチュエータを設けたため、２自由度の角度を制御することが可能で、かつ広範な作動範囲の動作を精度良く行うことができ、低コストで製作できる。

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状態の正面図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態の正面図である。 同パラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。 同パラレルリンク機構の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材等の断面図である。 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。 同パラレルリンク機構の１つの基端側の端部リンク部材およびその両端周辺部の断面図である。 同端部リンク部材の回転軸支持部材の正面図である。 異なる端部リンク部材およびその両端周辺部の断面図である。 さらに異なる端部リンク部材およびその両端周辺部の断面図である。 さらに異なる端部リンク部材およびその両端周辺部の断面図である。 この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の使用状態を示す正面図である。 同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基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材等の断面図である。 同リンク作動装置の端部リンク部材の回転軸支持部材の正面図である。 異なるリンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材等の断面図である。

この発明の一実施形態に係るパラレルリンク機構を図１〜図７と共に説明する。
図１、図２はこのパラレルリンク機構の互いに異なる状態を示す正面図、図３は同パラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。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３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組以上であっても良い。

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３）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３）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図４は基端側のリンクハブ２、基端側の端部リンク部材等の断面図であって、同図に、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、球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。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の形状ならびに位置関係も図４と同様である（図示せず）。図の例では、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°以外であっても良い。

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５にように、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５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。

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）と直角に交わる直線をリンクハブ２，３の中心軸（以下、「リンクハブ中心軸」とする）ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ中心軸ＱＢの折れ角θ（図５）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５）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中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ中心軸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中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ中心軸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中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ中心軸ＱＢの交点Ｏを回転中心として行われる。図１は、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ中心軸ＱＢ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中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ中心軸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Ｄ（図５）は変化しない。

このパラレルリンク機構１において、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の回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの長さが互いに等しく、かつ各リンク機構４のリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６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７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と交差し、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についても基端側の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。

図１〜図４に示すように、基端側のリンクハブ２は、中央部に円形の貫通孔１０ａ（図４）を有する平板状の土台１０と、この土台１０の貫通孔１０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材１１とで構成される。貫通孔１０ａの中心は、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材１１には、軸心がリンクハブ中心軸ＱＡと交差する回転軸１２が回転自在に連結されている。この回転軸１２に、基端側の端部リンク部材５の一端が連結される。

１つの基端側の端部リンク部材５およびその両端周辺部を取り出した図６に示すように、前記回転軸１２は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部１２ａを有し、内径端に雄ねじ部１２ｂを有する。図の例では、２個の軸受１３を介して回転軸１２が回転軸連結部材１１に連結されているが、回転軸１２を回転軸連結部材１１に回転自在に接触させて連結しても良い。軸受１３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。また、軸受１３は、回転軸連結部材１１に設けられた内径溝１４に埋包した状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。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。

基端側の端部リンク部材５の他端には、中央リンク部材７の一端に回転自在に連結された回転軸１５が連結される。この中央リンク部材７の回転軸１５も、リンクハブ２の回転軸１２と同様に、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部１５ａを有し、内径端に雄ねじ部１５ｂを有する。また、図の例では、２個の軸受１６を介して中央リンク部材７に連結されているが、回転軸１５を中央リンク部材１５に回転自在に接触させて連結しても良い。

図１〜図３に示すように、先端側のリンクハブ３は、中央部に円形の貫通孔２０ａ（図２）を有する平板状の先端部材２０と、この先端部材２０の貫通孔２０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。貫通孔２０ａの中心は、先端側のリンクハブ中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材２１は、軸心がリンクハブ中心軸ＱＢと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。このリンクハブ３の回転軸２２に、先端側の端部リンク部材６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材６の他端には、中央リンク部材７の他端に回転自在に連結された回転軸２５が連結される。リンクハブ３の回転軸２２および中央リンク部材７の回転軸２５も、前記回転軸１２，１５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材２１および中央リンク部材７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている

次に、図６および図７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について説明する。
図６に示すように、端部リンク部材５は、１つの湾曲部材３０と、この湾曲部材３０の両端の外径側の側面と内径側の側面にそれぞれ固定された計４つの回転軸支持部材３１とで構成される。４つの回転軸支持部材３１は同一形状である。

湾曲部材３０は、例えば金属材料の鋳造品であり、所定の角度α（この例では９０°）に湾曲した形状をしている。湾曲部材３０の両端には、外径側の側面と内径側の側面間に貫通する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。

回転軸支持部材３１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。回転軸支持部材３１の形状は、例えば図７に示すように、細長い直線状で、その長手方向の一端が角形に形成され、他端が半円形に形成されている。角形である一端に、湾曲部材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、湾曲部材３０の前記位置決め孔３３に対応する２つの位置決め孔３５とがそれぞれ設けられ、半円形である他端に、前記回転軸１２，１５，２２，２５が挿入される貫通孔３６が設けられている。
回転軸支持部材３１の素材として、単純な形状である厚さが一定の板状の部材を用いることで、安価で量産性に優れた回転軸支持部材３１となる。特に、素材を金属板とすると、輪郭形状や各孔３４，３５，３６の加工が容易である。

湾曲部材３０と回転軸支持部材３１の固定は、湾曲部材３０の位置決め孔３３と、外径側および内径側の各回転軸支持部材３１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した状態で、外径側と内径側からそれぞれボルト３８を各回転軸支持部材３１のボルト挿通孔３４に挿通し、そのボルト３８のねじ部を湾曲部材３０のボルト用ねじ孔３２に螺合させることで行う。つまり、外径側および内径側の回転軸支持部材３１は、それぞれ個別に、ボルト３８により互いに向かい合うように湾曲部材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、湾曲部材３０と回転軸支持部材３１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。

外径側および内径側の２つの回転軸支持部材３１における半円形の他端間には、リンクハブ２の回転軸連結部材１１（中央リンク部材７）の一端が配置される。回転軸連結部材１１（中央リンク部材７）の回転軸１２（１５）は、回転軸支持部材３１の貫通孔３６、軸受１３（１６）の内輪、およびこの内輪と回転軸支持部材３１の間に介在させたスペーサ４０，４１の孔に挿通される。そして、回転軸１２（１５）の雄ねじ部１２ｂ（１５ｂ）にナット４２を螺着し、回転軸１２（１５）の頭部１２ａ（１５ａ）と前記ナット４２とで外径側、内径側の両回転軸支持部材３１、軸受１３（１６）の内輪、およびスペーサ４０，４１を挟み付けることで、軸受１３（１６）に予圧を付与した状態で、回転軸１２（１５）に端部リンク部材５を連結する。
このように、外径側と内径側の２つの回転軸支持部材３１で回転軸１２（１５）の両端を支持することで、回転対偶部のモーメント荷重に対する剛性が高くなり、パラレルリンク機構１全体の剛性が向上する。

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、組立て手順を説明する。
まず、外径側の回転軸支持部材３１を、湾曲部材３０に対して位置決めピン３７で位置決めして、ボルト３８で固定する。次に、この固定された外径側の回転軸支持部材３１の貫通孔３６に回転軸１２を外径側から挿通し、回転軸１２に対して内径側からスペーサ４０、回転軸連結部材１１に設置された軸受１３の内輪、スペーサ４１を順に嵌めた後、回転軸１２を内径側の回転軸支持部材３１の貫通孔３６に挿通する。次に、内径側の回転軸支持部材３１を、湾曲部材３０に対して位置決めピン３７で位置決めして、ボルト３８で固定する。最後に、回転軸１２の雄ねじ部１２ｂにナット４２を螺着させ、このナット４２を所定のトルクで締め付けて固定する。

このように、リンクハブ２と端部リンク部材５の回転対偶部を構成する部品である軸受１３およびスペーサ４０，４１を一方向から回転軸１２に挿入できるため、組立性が良好である。軸受１３およびスペーサ４０，４１を回転軸１２に挿入する方向を内径側からとしたのは、外径側からとすると、回転軸１２に対して端部リンク部材５（片方の回転軸支持部材３１が湾曲部材３０に固定されていない状態のもの）を前記回転対偶部に対して内径側に位置させて軸受１３等の挿入作業を行わなくてはならず、端部リンク部材５が他のリンク機構４と干渉する恐れがあるからである。

上記回転対偶部の組立て方法は、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部に限らず、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、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部についても同じである。このような組立て方法が可能であるのは、端部リンク部材５，６を湾曲部材３０と回転軸支持部材３１の２種類の部材に分割したことによる。

また、端部リンク部材５，６を湾曲部材３０と回転軸支持部材３１の２種類の部材に分割すると、各部材３０，３１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。さらに、この例のように、１つの端部リンク部材５，６につき４個の回転軸支持部材３１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、回転軸支持部材３１が用いられる箇所や求められる強度に応じて、各回転軸支持部材３１の厚さや形状を異ならせても良い。

この実施形態のように、端部リンク部材５，６を、１つの湾曲部材３０と、この湾曲部材３０の両端の外径側の側面と内径側の側面にそれぞれ固定された計４つの回転軸支持部材３１とで構成すると、パラレルリンク機構１の仕様を変更しても部品を共通化することができる。例えば、パラレルリンク機構１のサイズを変更する場合、湾曲部材３０の形状のみを変更して、回転軸支持部材３１や回転軸１２，１５，２２，２５は共通のものを使用することができる。また、端部リンク部材５，６とリンクハブ２，３の回転対偶部およびリンク部材５，６と中央リンク部材７の回転対偶部に用いる軸受１３，１６のサイズを変更する場合、回転軸支持部材３１や回転軸１２，１５，２２，２５の形状を変更し、湾曲部材３０は共通のもの使用することができる。

この実施形態では、湾曲部材３０と回転軸支持部材３１の固定を、湾曲部材３０に設けたボルト用ねじ孔３２にボルト３８を螺着して行っているが、他の方法で固定しても良い。例えば、湾曲部材３０にきり孔を設け、このきり孔にボルトを挿通すると共にボルトにナットを螺着して、湾曲部材３０と回転軸支持部材３１をボルトの頭部とナットで挟んで固定しても良い。あるいは、溶接等による固定であっても良い。

端部リンク部材５，６の他の構成について説明する。以下の例では、基端側の端部リンク部材５を示すが、先端側の端部リンク部材６も同じ構成である。
図８の端部リンク部材５は、外径側の回転軸支持部材３１は位置決めピン３７により位置決めするが、内径側の回転軸支持部材３１は位置決めピン３７による位置決めは行わない構成である。外径側および内径側の回転軸支持部材３１のいずれか一方を位置決めすれば、通常に要求される組立て精度を得ることができる。この構成であると、図６の構成と比較して組立て性が向上する。

図９の端部リンク部材５は、図８の構成をさらに変更して、湾曲部材３０の両端における外径側の側面のみに回転軸支持部材３１を固定した構成である。図８の構成における内径側の回転支持部材３１の代わりに、湾曲部材３０に回転軸支持部３０ａが設けてある。回転軸支持部３０ａには、回転軸支持部材３１の貫通孔３６に相当する貫通孔３６Ａが設けられている。

この構成の場合、回転対偶部の組立てを以下のように行う。まず、回転軸支持部材３１の貫通孔３６に回転軸１２を外径側から挿通し、回転軸１２に対して内径側からスペーサ４０、回転軸連結部材１１に設置された軸受１３の内輪、スペーサ４１を順に嵌める。次に、回転軸支持部３０ａの貫通孔３６Ａに回転軸１２を挿通しながら、回転軸支持部材３１を湾曲部材３０に対して位置決めピン３７で位置決めし、ボルト３８で回転軸支持部材３１を湾曲部材３０に固定する。最後に、回転軸１２の雄ねじ部１２ｂにナット４２を螺着させ、このナット４２を所定のトルクで締め付けて固定する。
図９の例とは逆に、湾曲部材３０の両端における外径側に回転軸支持部３０ａを設け、内径側の側面に回転軸支持部材３１を固定した構成としても良い。

図１０の端部リンク部材５は、図８の例に対して、端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部の構成を変更してある。端部リンク部材５は、湾曲部材３０と、この湾曲部材３０のリンクハブ側の端部に固定された２つの回転軸支持部材３１とで構成される。図８の例が中央リンク部材７に軸受１６が埋包されているのに対し、この例は、端部リンク部材５に設けた内径溝４４に軸受１６が埋包されている。中央リンク部材７に設けた回転軸部１５Ａに対してスペーサ４０、軸受１６の内輪、スペーサ４１を嵌め、回転軸部１５Ａの雄ねじ部１５Ａａにナット４２を螺着させて固定している。前記回転軸部１５Ａは、中央リンク部材７と別体の回転軸としても良い。リンクハブ２と端部リンク部材５の回転対偶部を、上記同様の構成としても良い。

図１１〜図１４は、この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置を示す。このリンク作動装置５０は、図１〜図７のパラレルリンク機構１を用いたものであり、図１１〜図１３に示すように、３組のリンク機構４のそれぞれに、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を任意に変更する姿勢変更用アクチュエータ５１を設けてある。各姿勢変更用アクチュエータ５１は、減速機構５２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ２の土台１０の上面に、回転軸１２と同軸上に設置されている。姿勢変更用アクチュエータ５１と減速機構５２は一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が土台１０に固定されている。なお、３組のリンク機構４のうち少なくとも２組に姿勢変更用アクチュエータ５１を設ければ、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を確定することができる。

図１３において、減速機構５２はフランジ出力であって、大径の出力軸５２ａを有する。出力軸５２ａの先端面は、出力軸５２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面５４となっている。出力軸５２ａは、スペーサ５５を介して、基端側の端部リンク部材５の外径側の回転軸支持部材３１にボルト５６で接続されている。リンクハブ２と端部リンク部材５の回転対偶部の回転軸１２は大径部１２ａと小径部１２ｂとからなり、小径部１２ｂが前記軸受１３の内輪に挿通され、大径部１２ａは減速機構５２の出力軸５２ａに設けられた内径溝５７に嵌っている。

端部リンク部材５は、図６の示すものと同様に、１つの湾曲部材３０と、この湾曲部材３０の両端の外径側の側面と内径側の側面にそれぞれ固定された計４つの回転軸支持部材３１とで構成される。４つの回転軸支持部材３１は同一形状ではなく、基端側のリンクハブ２との回転対偶部に設けられる外径側の回転軸支持部材３１Ａは、減速機構５２の前記フランジ面５４と前記スペーサ５５を介して結合されるフランジ取付面５８を有する。フランジ取付面５８は、図１４に示すように、出力軸５２ａのフランジ面５４に対応する円形であり、中心部に回転軸１２が挿通される貫通孔３６が設けられ、この貫通孔３６の周囲に、前記ボルト５６が挿通される複数のボルト挿通孔５９が円周方向に等配で設けられている。

このリンク作動装置５０は、例えば図１１に示すように、先端側のリンクハブ３にエンドエフェクタ６１を設置して使用される。姿勢変更用アクチュエータ５１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の姿勢を変更することで、エンドエフェクタ６１の２自由度の角度を制御することができる。姿勢変更用アクチュエータ５１として、減速機構５２を備えたロータリアクチュエータを用いたため許容負荷を向上できる。また、慣性モーメント比を低減できるため、高速動作を実現できる。

この構成のリンク作動装置５０は、姿勢変更用アクチュエータ５１をロータリアクチュエータとし、この姿勢変更用アクチュエータ５１の減速機構５２の出力軸５２ａをフランジ出力タイプとしたことにより、パラレルリンク機構１に直接、姿勢変更用アクチュエータ５１を設置することができる。そのため、駆動機構部が簡素な構造となり、安価なリンク作動装置５０を実現できる。図１５のように、減速機構を設けずに、姿勢変更用アクチュエータ５１の出力軸５１ａをフランジ出力タイプとしても良い。その場合、姿勢変更用アクチュエータ５１の出力軸５１ａの先端面が、回転軸支持部材３１Ａのフランジ取付面５８と結合されるフランジ面５４となる。

また、図１１〜図１４の実施形態は、スぺーサ５５を介して回転軸支持部材３１Ａに減速機構５２を取り付けているが、パラレルリンク機構１と姿勢変更用アクチュエータ５１の干渉等の問題がなければ、回転支持部材３１Ａに減速機構５２を直接設置しても構わない。さらに、キー出力タイプの姿勢変更用アクチュエータ５１または減速機構５２を用い、カップリング（図示せず）により姿勢変更用アクチュエータ５１または減速機構５２の出力軸と回転軸１２を連結しても良い。

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
１２，１５，２２，２５…回転軸
１３，１６…軸受
３０…湾曲部材
３１…回転軸支持部材
３６…貫通孔
３７…位置決めピン
５０…リンク作動装置
５１…姿勢変更用アクチュエータ
５１ａ…出力軸
５２…減速機構
５２ａ…出力軸
５４…フランジ面

Claims (9)

1. 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を備え、
   前記端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部材と、この湾曲部材の一端または両端に固定され、前記中央リンク部材または前記リンクハブに直接または軸受を介して回転可能に連結される回転軸を支持する回転軸支持部材とを有し、
   前記回転軸支持部材は、前記湾曲部材に対して位置決めピンにより位置決めした状態で固定したことを特徴とするパラレルリンク機構。
2. 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を備え、
   前記端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部材と、この湾曲部材の一端または両端に固定され、前記中央リンク部材または前記リンクハブに直接または軸受を介して回転可能に連結される回転軸を支持する回転軸支持部材とを有し、前記端部リンク部材は２つ以上の前記回転軸支持部材を有し、これら２つ以上の回転軸支持部材により前記回転軸の両端を支持するパラレルリンク機構。
3. 請求項２に記載のリンク作動装置において、前記２つ以上の回転軸支持部材は、互いに同一の形状であるパラレルリンク機構。
4. 請求項２または請求項３に記載のパラレルリンク機構において、前記端部リンク部材は、両端にそれぞれ２つ以上の前記回転軸支持部材を有し、一方端の２つ以上の回転軸支持部材により、前記中央リンク部材に対して回転可能に連結される前記回転軸の両端を支持し、かつ他方端の２つ以上の回転軸支持部材により、前記リンクハブに対して回転可能に連結される前記回転軸の両端を支持するパラレルリンク機構。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構において、前記回転軸支持部材は、厚さが一定の板状の部材に、前記回転軸、またはこの回転軸および前記軸受が挿通される貫通孔を設けたものであるパラレルリンク機構。
6. 請求項５に記載のパラレルリンク機構において、前記厚さが一定の板状の部材は金属板であるパラレルリンク機構。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構において、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する姿勢変更用アクチュエータを設けたリンク作動装置。
8. 請求項７に記載のリンク作動装置において、前記姿勢変更用アクチュエータは、出力軸にこの出力軸の中心線と直交するフランジ面を有するロータリアクチュエータであり、前記基端側の端部リンク部材は、前記基端側のリンクハブに回転自在に連結される回転軸を支持する前記回転軸支持部材を有し、前記姿勢変更用アクチュエータの前記フランジ面に前記回転軸支持部材を結合したリンク作動装置。
9. 請求項７に記載のリンク作動装置において、前記姿勢変更用アクチュエータは減速機構を備えたロータリアクチュエータであり、前記減速機構の出力軸はこの出力軸の中心線と直交するフランジ面を有し、前記基端側の端部リンク部材は、前記基端側のリンクハブに回転自在に連結される回転軸を支持する前記回転軸支持部材を有し、前記姿勢変更用アクチュエータの前記フランジ面に前記回転軸支持部材を結合したリンク作動装置。

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