JP2013076427A - リンク作動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リンク作動装置1は、入出力側にそれぞれ配されたリンクハブ2,3と、二組のリンク機構4A,4Bとを有する。リンク機構4A,4Bは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、リンクハブ2,3に対して回転可能に端部リンク5,6を連結し、入力側および出力側の端部リンク5,6を中央リンク7に対して回転可能に連結してなる。リンク機構4A,4Bは、それぞれのリンクハブ2,3と端部リンク5,6の各回転対偶軸O1A,O1B,O2A,O2Bが同一平面上にあって、かつ互いに交差する位置関係である。二組のリンク機構4A,4Bの少なくとも一組に、入力側の端部リンク5と出力側の端部リンク6とを互いに連動して回転変位させる連動手段9を設ける。
【選択図】 図1
Description
この2自由度機構は、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、入力側のリンクハブの中心軸と出力側のリンクハブの中心軸の最大折れ角を90°以上とすることが可能であり、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの旋回角を0°〜360°の範囲に設定できる。上記中心軸は、入力側と出力側のリンクハブが互いに平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ軸を指す。
この場合、入力側のリングハブに対して出力側のリンクハブの姿勢を変更するとき、常に、入力側および出力側のリンクハブの各中心の中間点に位置し前記各中心を結ぶ直線に対して垂直な平面と、中央リンクと端部リンクの二つの回転対偶の並び方向に対して垂直な横断面とが一致する。これにより、入力側と出力側が前記横断面に対して対称に動くことで、入力側の変位に対して出力側も同じ変位となり、変動した変位とならないため、操作性が良い。
この場合、連動手段の設けられていないリンク機構が、連動手段の設けられているリンク機構と同じ運動をする。そのため、連動手段による回転角等の制御が容易になる。また、二組のリンク機構の形状が同じであると、部品の種類を減らすことができ、低コスト化を実現できる。
この場合、入力側の端部リンクと出力側の端部リンクの可動範囲が、周方向範囲で同じになるので、入力側のリンクハブと出力側のリンクハブとの間の空間において、端部リンクおよび中央リンクが侵入しない領域が広くなる。この各リンクが侵入しない領域から、前記空間に物品を入れることが可能となる。また、この領域では、各リンク作動装置に他の物品を接近させてもよいため、本装置をロボット、産業機械等に取付けたときにコンパクトとなる。
さらに、中央リンクと二つの端部リンクの組立て体を入力側と出力側のリンクハブに組み付ける際に、取付け部の回転対偶軸が入力側と出力側で周方向位置が一致しているため、前記組立て体を一方向から組み付けることができ、組立て性が向上する。
この場合、一方のリンク機構のリンクハブと端部リンクの回転対偶部が、他方のリンク機構の端部リンクと中央リンクの回転対偶部に干渉することを防げる。このことから、前記干渉を避けるために、端部リンクと中央リンクの回転対偶部を外径方向に張り出して設ける必要がなくなり、外径寸法が小さいコンパクトな構成にできる。
このように上記転がり軸受をリンクハブ内に収容された状態で設けると、リンクハブと端部リンクの回転対偶部が簡素化される。それにより、前記回転対偶部を、外径側に張り出さずにコンパクト化できる。
リンクハブが上記中空部を有すると、この中空部にエアチューブ、電気配線等のケーブル類を通して設けることができ、ケーブル類が各リンクやリンク作動装置以外の器物と接触しにくくできる。また、中空部とリンクハブの外部とを連通する開口部が設けられていると、中空部にケーブル類を通すときに、ケーブル類が機器に繋がった状態でも中空部に入れることができ、作業性が良い。
連動手段が複数の歯車の噛み合いによるものであると、入力側の端部リンクおよび出力側の端部リンクの回転変位に滑り等による誤差が生じないため、精度良く連動させることができる。
上記箇所にアクチュエータを設けることにより、二組のリンク機構の動作を制御して、入力側のリンクハブに対する出力側のリンクハブの姿勢を任意に変更できる。アクチュエータを静止側、例えば入力側のリンクハブと端部リンクの回転対偶の回転角を変更するように設けた場合には、可動側、例えば出力側のリンクハブの負荷重量を軽減できて、出力側のリンクハブの可搬重量が増す。また、リンク作動装置を作動させるときの慣性力が減るため、出力側のリンクハブの姿勢制御が容易となる。
図1および図2はこの発明の一実施形態にかかるリンク作動装置をそれぞれ異なる角度から見た斜視図、図3は同リンク作動装置を展開した状態の一部破断展開図である。図1ないし図3に示すように、このリンク作動装置1は、入力側および出力側のリンクハブ2,3を有し、これらリンクハブ2,3を二組のリンク機構4A,4Bで連結したものである。リンク機構4A,4Bは、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構であり、入力側のリンクハブ2に一端が回転自在に連結された入力側の端部リンク5と、出力側のリンクハブ3に一端が回転自在に連結された出力側の端部リンク6と、これら端部リンク5,6の他端に両端がそれぞれ回転自在に連結された中央リンク7とで構成される。
なお、図3の状態では、二組のリンク機構4A,4Bが、入力側および出力側の球面リンク中心P1,P2を通り、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)の回転対偶軸O1A,O1B(O2A,O2B)の軸間角度を二等分する縦断面F4に対して互いに鏡像対称となる位置に配置されている。
さらに、中央リンク7と二つの端部リンク5,6の組立て体を入力側と出力側のリンクハブ2,3に組み付ける際に、取付け部(図示せず)の回転対偶軸が入力側と出力側で周方向位置が一致しているため、前記組立て体を一方向から組み付けることができるため、組立て性が向上する。
また、図示例のように、アクチュエータ23A,23Bが、静止側である入力側のリンクハブ2と入力側の端部リンク5の回転対偶の回転角を変更するように設けられていると、可動側である出力側のリンクハブ3の負荷重量を軽減できて、出力側のリンクハブ3の可搬重量が増す。さらに、リンク作動装置1を作動させるときの慣性力が減るため、出力側のリンクハブ3の姿勢制御が容易となる。
2…入力側のリンクハブ
3…出力側のリンクハブ
4…リンク機構
5…入力側の端部リンク
6…出力側の端部リンク
7…中央リンク
9…連動手段
10,11…かさ歯車
13…軸受内包部
14…転がり軸受
14a…外輪
20…中空部
21…開口部
23A,23B…アクチュエータ
O1A,O1B…入力側のリンクハブと入力側の端部リンクの回転対偶軸
O2A,O2B…出力側のリンクハブと出力側の端部リンクの回転対偶軸
O3…入力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
O4…出力側の端部リンクと中央リンクの回転対偶軸
P1…入力側の球面リンク中心
P2…出力側の球面リンク中心
Claims (9)
- 入出力側にそれぞれ配されたリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、入力側および出力側の端部リンクを中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記入力側の端部リンク、中央リンク、および出力側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を有するリンク作動装置において、
前記四つの回転対偶からなる三節連鎖のリンク機構を二組有し、これら二組のリンク機構は、入力側および出力側のいずれについても、それぞれの前記リンクハブと前記端部リンクの各回転対偶軸が同一平面上にあって、かつ互いに交差する位置関係であり、二組のリンク機構のうちの少なくとも一組に、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクとを互いに連動して回転変位させる連動手段を設けたことを特徴とするリンク作動装置。 - 請求項1において、前記連動手段は、前記入力側の端部リンクと前記出力側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させるリンク作動装置。
- 請求項1または請求項2において、前記二組のリンク機構は、これらリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが互いに同じ形状であるリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記二組の各リンク機構は、これらリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンクの中央部に対する入力側部分と出力側部分とが互いに鏡像対称を成す形状であるリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記二組のリンク機構の前記リンクハブと前記端部リンクの各回転対偶軸が成す角度が180°よりも大きい側に、それぞれのリンク機構の前記中央リンクを位置させたリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記リンクハブに対して前記端部リンクを回転自在に支持する転がり軸受を有し、この転がり軸受の外輪を内包した軸受内包部を前記リンクハブに設けたリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記入力側および出力側のリンクハブは、入力側と出力側のリンクハブが互いに平行である状態での、それぞれのリンクハブ内における二つの端部リンクとの回転対偶軸の交点であるリンクハブ中心を結ぶ軸線に平行な方向に貫通した中空部を有し、この中空部は、前記各回転対偶軸間に設けた開口部を介してリンクハブの外部と連通した形状であって、入力側および出力側のリンクハブのいずれについても、前記開口部が前記各回転対偶軸に対して同じ側に位置するリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記連動手段は、前記入力側の端部リンクに設けた歯車と前記出力側に設けた歯車の噛み合いにより、両端部リンクを互いに連動して回転変位させるものであるリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記二組のリンク機構のそれぞれに、各リンク機構における四つの回転対偶のうちの一つの回転対偶の回転角を任意に変更可能なアクチュエータを設けたリンク作動装置。
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