JP6297622B2 - 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。

そこで、パラレルリンク機構の径方向寸法を小さくするために、基端側の端部リンク部材を湾曲部と回転連結部とで構成し、湾曲部の径方向内側縁および径方向外側縁を回転連結部の長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間内に、姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を基端側の端部リンク部材に伝達する歯車機構の少なくとも一部を配置することが提案されている（特願２０１５−２５０９３９）。しかし、この提案の構成は、減速機構の入力軸と出力軸が交差している場合には適用可能であるが、入力軸と出力軸が同一軸上にある場合には適用できないという問題がある。

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、入力軸と出力軸とが同一軸上にある減速機構を、径方向寸法を大きくすることなく設置可能な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と、この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とが設けられている。
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、前記減速機構は、入力軸と出力軸とが同一軸上にあり、前記一対の回転連結体の間に、前記入力軸および前記出力軸の各軸心を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一致させて配置され、前記減速機構の前記出力軸が、前記一対の回転連結体のうちの一方の回転連結体に固定され、かつ、前記減速機構の前記入力軸が、前記一対の回転連結体のうちの他方の回転連結体に回転自在に支持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、その回転動力が減速機構を介して減速して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。

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。また、減速機構の出力軸を一方の回転連結体に固定し、かつ減速機構の入力軸を他方の回転連結体に回転自在に支持させることにより、一対の回転連結体の間に減速機構を配置することが可能である。これにより、パラレルリンク機構の径方向外側に減速機構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。つまり、入力軸と出力軸とが同一軸上にある減速機構を、径方向寸法を大きくすることなく設置することが可能である。加えて、一対の回転連結体の間に減速機構を配置すれば、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。

この発明において、前記姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と前記減速機構の前記入力軸とが互いに直交するように、前記姿勢制御用アクチュエータが設けられていても良い。この場合、姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と減速機構の入力軸とを、例えば傘歯車等を用いて動力伝達可能に連結する。
これにより、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周りに他の部品が配置されない構造となり、パラレルリンク機構が広い動作範囲をとることができる。

前記姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と前記減速機構の前記入力軸とが互いに直交している場合、前記姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と前記基端側のリンクハブの中心軸とが平行であっても良い。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が基端側の球面リンク中心と称される場合に、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のことである。
この構成であると、姿勢制御用アクチュエータをパラレルリンク機構の中心に近づけて設置することができ、コンパクトな構成を実現できる。

この発明において、前記姿勢制御用アクチュエータの前記回転出力軸と前記減速機構の前記入力軸とが互いに平行となるように、前記姿勢制御用アクチュエータが設けられていても良い。
この構成であると、姿勢制御用アクチュエータをパラレルリンク機構の中心に近づけて設置することができ、コンパクトな構成を実現できる。
この構成である場合、前記姿勢制御用アクチュエータの前記回転出力軸に取り付けられたプーリと、前記減速機構の前記入力軸に取り付けられたプーリとに、動力伝達用のベルトを掛けることにより、姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸から減速機構の入力軸へ動力を伝達することができる。

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と、この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とが設けられ、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、前記減速機構は、入力軸と出力軸とが同一軸上にあり、前記一対の回転連結体の間に、前記入力軸および前記出力軸の各軸心を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一致させて配置され、前記減速機構の前記出力軸が、前記一対の回転連結体のうちの一方の回転連結体に固定され、かつ、前記減速機構の前記入力軸が、前記一対の回転連結体のうちの他方の回転連結体に回転自在に支持されているため、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、入力軸と出力軸とが同一軸上にある減速機構を、径方向寸法を大きくすることなく設置可能である。

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４の一部分の断面図である。 図５のVI−VI断面図である。 図１のVII−VII断面図である。 図７の部分図である。 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。 図１０のXI−XI断面図である。 同リンク作動装置の歯車機構の周辺部の断面図である。 歯車機構の異なる構成を示す断面図である。 この発明のさらに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。 図１４のXV−XV断面図である。 同リンク作動装置の動力伝達機構の周辺部の断面図である。 この発明のさらに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。 図１７のXVIII−XVIII断面図である。 同リンク作動装置の動力伝達機構の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を図１〜図９と共に説明する。
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を作動させる姿勢制御用アクチュエータ５０と、減速機構（図１には図示なし）とで構成される。

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組以上であっても良い。
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および減速機構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Ｄ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、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組の回転支持部材１１とで構成される。３組の回転支持部材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。各組の回転支持部材１１は、径方向の外側に位置するアクチュエータ支持部材１１ａと、内側に位置する減速機構支持部材１１ｂとからなる。アクチュエータ支持部材１１ａおよび減速機構支持部材１１ｂは、互いに一定の間隔を開けて並んでいる。

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る。また、回転支持部材１１のアクチュエータ支持部材１１ａに姿勢制御用アクチュエータ５０（図１、図４）が支持され、かつ減速機構支持部材１１ｂに減速機構５１（図４）が支持される。回転支持部材１１と基端側の端部リンク部材５との連結構造、並びに回転支持部材１１への姿勢制御用アクチュエータ５０および減速機構５１の支持構造については、後で説明する。

図４の一部分の断面図である図５に示すように、基端側の端部リンク部材５の他端には、回転軸１５が取り付けられている。この回転軸１５は、中央リンク部材７の一端に２個の軸受１６を介して回転自在に支持されている。回転軸１５を用いる代わりに、回転軸１５を中央リンク部材７の一端に回転自在に接触させることで、回転軸１５を回転自在に支持しても良い。

前記軸受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。この軸受１６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。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。この例のように軸受１６を用いる代わりに、回転軸１５を中央リンク部材７に回転自在に接触させることで、回転軸１５を回転自在に支持しても良い。

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。図３、図７に図示されているように、先端側のリンクハブ３は、３組の回転支持部材２１の内側に円形の貫通孔２０ａを有する。各回転支持部材２１に、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ（図１）と交差する回転軸２２が軸受２３を介してそれぞれ回転自在に支持されている。回転軸２２は、先端側の端部リンク部材６の一端に取り付けられている。

先端側の端部リンク部材６の他端には、回転軸２５が取り付けられている。この回転軸２５は、中央リンク部材７の他端に２個の軸受２６を介して回転自在に支持されている。回転軸２５を用いる代わりに、回転軸２５を中央リンク部材７の他端に回転自在に接触させることで、回転軸２５を回転自在に支持しても良い。

次に、図４の一部分の断面図である図５、および図７の部分図である図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、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。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を回転連結体３１ａ，３１ｂ（図５）は、後で説明するように屈曲形状であり、他の回転連結体３１ａ，３１ｂは平板状である。各回転連結体３１ａ，３１ｂには、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とが設けられている。また、基端側の端部リンク部材５のリンクハブ側の回転連結部３１Ａ以外の回転連結部３１Ａ，３１Ｂに用いられる回転連結体３１ａ，３１ｂには、前記回転軸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が、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。外側の回転連結体３１ａは、回転支持部材１１のアクチュエータ支持部材１１ａの内側に配置される。内側の回転連結体３１ｂは、回転支持部材１１の減速機構支持部材１１ｂの内側に配置される。そして、回転支持部材１１に、基端側の端部リンク部材５の回転連結部３１Ａが、姿勢制御用アクチュエータ５０および減速機構５１と共に組み付けられる。具体的には、次のように組み付けられる。

回転支持部材１１のアクチュエータ支持部材１１ａの外側面に、姿勢制御用アクチュエータ５０が固定される。姿勢制御用アクチュエータ５０は、例えば回転モータである。姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａは、アクチュエータ支持部材１１ａと外側の回転連結体３１ａを貫通して、回転連結体３１ａよりも内側に延びている。回転出力軸５０ａは、回転連結体３１ａに設けられた軸受６１により回転自在に支持されている。

回転支持部材１１の減速機構支持部材１１ｂの外側面に、減速機構５１が固定される。減速機構５１は、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。この実施形態の場合、減速機構５１の入力軸５１ａは姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａと同一軸である。入力軸５１ａおよび出力軸５１ｂは、軸受６２，６３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とアクチュエータ支持部材１１ａとの間には、スペーサ６４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６５が固定され、このフランジ６５の外周に円筒状部材６６が固定されている。円筒状部材６６は、減速機構支持部材１１ｂの内径孔６７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６８によって、内側の回転連結体３１ｂに結合されている。

この実施形態の場合、減速機構５１は遊星歯車機構とされる。図５のVI−VI断面図である図６に示すように、遊星歯車機構からなる減速機構５１は、太陽歯車７０と、複数の遊星歯車７１と、キャリア７２と、内歯歯車７３とを有する。例えば、太陽歯車７０を入力軸５１ａに結合し、キャリア７２を出力軸５１ｂに結合することで、入力軸５１ａの回転が同方向回転で減速して出力軸５１ｂに出力される。

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間に、前記回転支持部材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、次のように連結する。

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。

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、その回転が減速機構５１を介して減速して、基端側の端部リンク部材５のリンクハブ側の回転連結部３１Ａにおける内側の回転連結体３１ｂに伝達される。これにより、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良い。

基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部に関しては、以下の作用・効果がある。
減速機構５１の出力軸５１ｂを内側の回転連結体３１ｂに固定し、かつ減速機構５１の入力軸５１ａを外側の回転連結体３１ａに回転自在に支持させることにより、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に減速機構５１を配置することが可能である。これにより、パラレルリンク機構１の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。つまり、入力軸５１ａと出力軸５１ｂとが同一軸上にある減速機構５１を、径方向寸法を大きくすることなく設置することが可能である。加えて、一対の回転連結体３１ａ，３１ｂの間に減速機構５１を配置すれば、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、剛性を向上させる上で有利である。

図１０〜図１２はこの発明の異なる実施形態を示す。このリンク作動装置は、図１、図４、図５に示す前記実施形態に対して、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、前記実施形態は、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａが減速機構５１の入力軸５１ａと同軸であるのに対し、この実施形態では、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａと減速機構５１の入力軸５１ａとが別軸で、互いに対して直交した配置となっている。

図１０に示すように、この実施形態のリンク作動装置は、ベース板８０に設けられた複数の支柱８１の上端に基端部材１０が支持されている。図１２に示すように、姿勢制御用アクチュエータ５０は基端部材１０の底面に固定して設けられ、その回転出力軸５０ａが基端部材１０の開口１０ａを貫通して上方に突出している。上下方向の回転出力軸５０ａは、歯車機構８２を介して、減速機構５１の水平方向の入力軸５１ａと連結されている。歯車機構８２は、回転出力軸５０ａに取り付けられた駆動側の傘歯車８３と、入力軸５１ａに取り付けられた従動側の傘歯車８４とでなる。

このように姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａと減速機構５１の入力軸５１ａとが互いに直交するように姿勢制御用アクチュエータ５０が設けられていると、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の周りに他の部品が配置されない構造となり、パラレルリンク機構１が広い動作範囲をとることができる。
他は、前記実施形態と同じである。

図１２に示す歯車機構８２は、駆動側の傘歯車８３の内側に従動側の傘歯車８４が位置する構成であるが、図１３に示す歯車機構８２のように、駆動側の傘歯車８３の外側に従動側の傘歯車８４が位置する構成としても良い。図１３の構成は、図１２の構成よりも、姿勢制御用アクチュエータ５０を径方向の中心側に配置することができ、パラレルリンク機構１をコンパクトにできる。

図１４〜図１６はこの発明のさらに異なる実施形態を示す。このリンク作動装置は、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａが減速機構５１の入力軸５１ａと平行になるように、姿勢制御用アクチュエータ５０が配置されている。回転出力軸５０ａから入力軸５１ａへは、ベルト式の動力伝達機構９１によって回転が伝達される。

詳しくは、図１４の全体図に示すように、ベース板８０に設けられた複数の支柱８１の上端に基端部材１０が支持されている。そして、図１４のXVI−XVI断面図である図１６に示すように、基端部材１０の底面に固定されたアクチュエータ支持部材９０に、回転出力軸５０ａが水平となる姿勢で姿勢制御用アクチュエータ５０が設けられている。前記動力伝達機構９１は、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａに取り付けられた駆動側のタイミングプーリ９２と、減速機構５１の入力軸５１ａに取り付けられた従動側のタイミングプーリ９３と、両タイミングプーリ９２，９３に掛けられたタイミングベルト９４とで構成される。タイミングベルト９４は、基端部材１０の開口１０ａを通っている。

基端部材１０の底面に回転出力軸支持部材９５が垂下姿勢で設けられ、この回転出力軸支持部材９５に設けられた軸受９６によって姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａが回転自在に支持されている。軸受９６は、軸受９６の内輪（図示せず）と駆動側のタイミングプーリ９２との間に介在するスペーサ９７と、回転出力軸５０ａの先端ねじ部に螺着させたナット９８とによって、軸方向に位置決めされている。

このように姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａと減速機構５１の入力軸５１ａとが互いに平行になるように姿勢制御用アクチュエータ５０が設けられていても、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の周りに他の部品が配置されない構造となり、パラレルリンク機構１が広い動作範囲をとることができる。なお、動力伝達機構９１は必ずしもタイミングベルト９４を用いた構成でなくても良い。
他は、前記実施形態と同じである。

図１７〜図１９はこの発明のさらに異なる実施形態を示す。このリンク作動装置も、図１４〜図１６の実施形態と同様に、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａが減速機構５１の入力軸５１ａと平行になるように、姿勢制御用アクチュエータ５０が配置されている。図１４〜図１６の実施形態と異なる点は、回転出力軸５０ａから入力軸５１ａへ、歯車式の動力伝達機構１０１によって回転が伝達されることである。

姿勢制御用アクチュエータ５０は、図１４〜図１６の実施形態と同様に、アクチュエータ支持部材９０に、回転出力軸５０ａが水平となる姿勢で姿勢制御用アクチュエータ５０が設けられている。歯車式の動力伝達機構１０１は、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａに取り付けられた駆動歯車１０２と、基端部材１０の開口１０ａ内に設けられたカウンタ歯車１０３と、減速機構５１の入力軸５１ａに取り付けられた従動歯車１０４とで構成される。各歯車１０２，１０３，１０４はいずれも平歯車である。

このように動力伝達機構１０１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１０１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１０１は、姿勢制御用アクチュエータ５０の回転出力軸５０ａから減速機構５１の入力軸５１ａへ回転が同方向に伝達されるが、逆方向に伝達しても良い。
他は、前記実施形態と同じである。

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
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…回転出力軸
５１…減速機構
５１ａ…入力軸
５１ｂ…出力軸
９２，９３…タイミングプーリ
９４…タイミングベルト
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 (5)

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と、この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とが設けられたリンク作動装置において、
   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、
   前記減速機構は、入力軸と出力軸とが同一軸上にあり、前記一対の回転連結体の間に、前記入力軸および前記出力軸の各軸心を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一致させて配置され、
   前記減速機構の前記出力軸が、前記一対の回転連結体のうちの一方の回転連結体に固定され、かつ、前記減速機構の前記入力軸が、前記一対の回転連結体のうちの他方の回転連結体に回転自在に支持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、前記姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と前記減速機構の前記入力軸とが互いに直交するように、前記姿勢制御用アクチュエータが設けられているリンク作動装置。
3. 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が基端側の球面リンク中心と称され、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が基端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
   前記姿勢制御用アクチュエータの回転出力軸と前記基端側のリンクハブの中心軸とが平行であるリンク作動装置。
4. 請求項１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回転出力軸と前記減速機構の前記入力軸とが互いに平行となるように、前記姿勢制御用アクチュエータが設けられているリンク作動装置。
5. 請求項４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回転出力軸に取り付けられたプーリと、前記減速機構の前記入力軸に取り付けられたプーリとに、動力伝達用のベルトが掛けられているリンク作動装置。

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