JP2018194056A - Link operation device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a link actuating device used for equipment requiring a wide operating range with high speed and high accuracy, such as medical equipment and industrial equipment.
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。
The parallel link mechanism of
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。
The parallel link mechanism of
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。
However, when the parallel link mechanism of
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。 An object of the present invention is to provide a link actuating device that can operate in a wide operating range at high speed and with high accuracy, has a compact radial dimension, and has a high degree of freedom in design of an arrangement of an attitude control actuator. It is.
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。
In the link actuating device according to the present invention, a distal end side link hub is connected to a proximal end side link hub through three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed, and each of the link mechanisms is connected to the proximal end side. The link hub and the distal end side link hub have one end rotatably connected to the proximal end side and the distal end side end link member, and both ends at the other end of the proximal end side and the distal end side end link member. A central link member rotatably connected to each other, and the two or more sets of the three or more sets of link mechanisms have a posture of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side. An attitude control actuator that is arbitrarily changed is provided.
In this link actuating device, the base end side link hub has base end members that support the link mechanisms, and the base end side link hub and the base end side link hub are in relation to the base end member. The center axis of the rotational pair of the end link member and the output shaft of the attitude control actuator are arranged on opposite sides.
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。 According to this configuration, when each attitude control actuator is rotationally driven, the rotational power is transmitted to the end link member on the base end side. Thereby, the angle of the end link member on the base end side is changed, and the attitude of the link hub on the front end side with respect to the link hub on the base end side is changed. The parallel link mechanism is configured by connecting the link hub on the distal end side to the link hub on the base end side through three or more sets of four-link chains so that the posture can be changed. High accuracy and wide range of operation is possible.
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。 In this configuration, the center axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member and the output shaft of the attitude control actuator are arranged opposite to each other with respect to the base end member. Therefore, the attitude control actuator and the components associated with the attitude control actuator are not arranged around the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member. For this reason, the attitude control actuator and the parallel link mechanism are unlikely to interfere with each other, and the parallel link mechanism can take a wide operating range while having a compact radial dimension. In addition, since the posture control actuator is arranged at the above position, there is no component of the parallel link mechanism on the surface of the base member opposite to the side where each link mechanism is located, and the posture control actuator is arranged. High design freedom.
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。
In this invention, the base end side link hub has a plurality of rotation support members that protrude from the base end member toward the front end side and rotatably support the base end side end link members. The output shaft of the attitude control actuator may be parallel to an arrangement surface of the plurality of rotation support members in the base end member.
In this case, the output shaft of the attitude control actuator can be provided close to the base end member as a whole. Thereby, the dimension of the direction along the central axis of the link hub of the base end side of the whole link actuator can be made compact.
The central axis of the link hub on the base end side is the central axis of each rotation pair of the link hub on the base end side and the end link member on the base end side, and the end link member on the base end side and the When the central axis of each rotation pair of the central link member intersects with the spherical link center on the base end side, the base link side hub and the base end pass through this spherical link center on the base end side. It refers to a straight line that intersects the central axis of each rotation pair of the side end link member at a right angle.
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。
In this invention, the base end side link hub has a plurality of rotation support members that protrude from the base end member toward the front end side and rotatably support the base end side end link members. The central axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member may be parallel to the arrangement surface of the plurality of rotation support members in the base end member.
In this case, the central axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member can be provided close to the base end member as a whole. Thereby, the dimension of the direction along the central axis of the link hub of the base end side of the whole link actuator can be made compact.
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。
In this invention, the base end member may have a through hole in a central portion of the row of the plurality of rotation support members.
When the through-hole is provided, the through-hole can be provided through the wiring or the like, and the wiring or the like can be easily handled.
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。
In the present invention, the attitude control actuator may be disposed inward with reference to the output shaft.
With this configuration, the radial dimension of the portion where the attitude control actuator is disposed is reduced, and a compact configuration can be realized. In addition, the size in the direction along the central axis of the link hub on the base end side is compact as compared with the configuration in which the attitude control actuator is arranged in the direction along the central axis of the link hub on the base end side.
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。
When the posture control actuator is disposed inward with respect to the output shaft, the output shaft of the posture control actuator is connected to the proximal end side link hub and the proximal end side link. You may arrange | position offset in parallel with respect to the plane which the center axis | shaft of each rotation pair of a member and the center axis | shaft of the said link end side link hub comprise.
By arranging the posture control actuators offset, it is possible to avoid the posture control actuators from interfering with each other. In addition, a space for wiring and the like can be widened in the central portion in the radial direction of the portion where the attitude control actuator is disposed.
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。
In the present invention, the proximal-side end link member includes a curved portion that is curved at an arbitrary angle, and a rotational coupling portion that is provided at one end of the curved portion and includes a pair of rotationally coupled bodies arranged at intervals. A reduction mechanism that decelerates the rotational power of the attitude control actuator and transmits it to the base end side end link member may be disposed between the pair of rotary coupling bodies.
In this case, since the end link member on the base end side is curved at the bending portion, the radial dimension of the entire link operating device can be reduced, and a compact configuration can be realized. Further, by disposing the speed reduction mechanism between the pair of rotating coupling bodies, the speed reduction mechanism can be installed without projecting radially outward, and a more compact configuration can be realized. In addition, when the speed reduction mechanism is disposed between the pair of rotation coupling bodies, the speed reduction mechanism is connected to the pair of rotation coupling bodies, which is advantageous in improving the rigidity.
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。 In the link actuating device according to the present invention, a distal end side link hub is connected to a proximal end side link hub through three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed, and each of the link mechanisms is connected to the proximal end side. The link hub and the distal end side link hub have one end rotatably connected to the proximal end side and the distal end side end link member, and both ends at the other end of the proximal end side and the distal end side end link member. A central link member rotatably connected to each other, and the two or more sets of the three or more sets of link mechanisms have a posture of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side. In the link actuating device provided with the posture control actuator to be arbitrarily changed, the link hub on the base end side includes base end members that support the link mechanisms, and the base end member is connected to the base end member. end Because the central axis of the rotational pair of the link hub and the end link member on the base end side and the output shaft of the attitude control actuator are arranged on opposite sides, high speed, high accuracy and wide range of operation A range of operations can be performed, the radial dimension is compact, and the degree of freedom in design of the position control actuator arrangement is high.
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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 9 show a first embodiment. FIG. 1 is a front view in which a part of the link operating device is omitted. The link actuating device includes a
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。
FIG. 2 is a diagram showing one state of the
2 and 3 show the basic configuration of the
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。
1 to 3, each
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。
The
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。
4, which is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1, shows a central axis O1 of each rotation pair of the
FIG. 7, which is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. The relationship between the center axis O2 of each rotation pair of the
In the example of FIGS. 4 and 7, the central axis O1 of each rotation pair of the
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。
The three sets of
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。
With the
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。
For example, a straight line that passes through the spherical link centers PA and PB and intersects the
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。
The posture change of the
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。
When each
Condition 1: The angle and length of the central axis O1 of the rotational pair of the
Condition 2: The central axis O1 of the rotational pair of the
Condition 3: The geometric shapes of the proximal end side
Condition 4: The geometric shapes of the proximal end portion and the distal end portion of the
Condition 5: With respect to the symmetry plane of the
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。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
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。
As shown in FIG. 4, the center of the circumference where the three
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。
As shown in FIG. 5 which is a VV sectional view of FIG. 1, one end of an
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。
Further, the other end of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 7, the
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。
As shown in FIG. 8 which is a VIII-VIII sectional view of FIG. 1, one end of an
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。
Further, the other end of the end-side
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。
Next, the configuration of the
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。
As shown in FIG. 5 (FIG. 8), the end link member 5 (6) is composed of one bending
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。
The
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。
The
If a plate-like member having a simple shape and a constant thickness is used as the material of the
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。
When fixing the bending
By using the
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。
As shown in FIG. 5, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 8, the
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。
The rotating
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。
As shown in FIG. 5 (FIG. 8), the
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。
The rotating shaft 15 (25) has a
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。
6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. An
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。
The
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。
This link actuating device operates the
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。
Since the
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。
Further, when the
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。
This link actuating device is configured such that the proximal end
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。
Since the
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。
Since the through-
[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。
[Second Embodiment]
10 and 11 show a second embodiment of the present invention. In this link actuating device, a
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。
Thus, even when the
[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。
[Third Embodiment]
12 to 15 show a third embodiment of the present invention. This link actuating device differs from the first embodiment in the arrangement of each
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。
Specifically, an
Others are the same as the first embodiment.
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。
If each
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。
Even if the
[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。
[Fourth Embodiment]
16 to 18 show a fourth embodiment of the present invention. In this link actuating device, the
Others are the same as the third embodiment.
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。
By arranging the
[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。
[Fifth Embodiment]
19 to 22 show a fifth embodiment of the present invention. In this link operating device, the position of the
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。
The pair of
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。
The
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。
An
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。
A flange 75 is fixed to the tip of the
Others are the same as the fourth embodiment.
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。
Thus, by arranging the
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。 As mentioned above, although the form for implementing this invention based on the Example was demonstrated, embodiment disclosed here is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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リンク作動装置。 The link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side through three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed, and each link mechanism includes the link hub on the proximal end side and the link hub on the distal end side. 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. A posture control actuator that has two or more link mechanisms out of the three or more link mechanisms and arbitrarily changes the posture of the distal link hub with respect to the proximal link hub. In the link actuating device provided with
The link hub on the base end side has a base end member that supports the link mechanisms,
With respect to the base end member, a central axis of a rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member and an output shaft of the attitude control actuator are arranged on opposite sides. A link actuating device characterized in that:
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。 2. The link actuating device according to claim 1, wherein the base-side link hub is provided so as to protrude from the base end member toward the front end side and rotatably supports the base end-side end link members. A rotation support member of
The link actuating device, wherein the output shaft of the attitude control actuator is parallel to an arrangement surface of the plurality of rotation support members in the base end member.
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。 6. The link actuating device according to claim 5, wherein a central axis of each rotation pair of said proximal end side link hub and said proximal end side end link member, and said proximal end side end link member and said central link. The point at which the central axis of each rotation pair of the member intersects is referred to as the spherical link center on the base end side, passes through the center of the spherical link on the base end side, and the link hub on the base end side and the end link on the base end side When a straight line that intersects with the central axis of each rotating pair of members at right angles is referred to as the central axis of the link hub on the base end side,
The output shaft of the attitude control actuator is a plane formed by the central axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member, and the central axis of the base end side link hub In contrast, a link actuating device arranged offset in parallel.
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