JP2020060253A - パラレルリンク機構およびリンク作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定された回転中心から一定の半径を有する球面上を先端部材が移動可能であるとともに、当該先端部材の回転半径を回転移動とは独立して制御可能なパラレルリンク機構およびリンク作動装置を提供する。【解決手段】パラレルリンク機構１０は、基端部材１と、３つ以上のリンク機構１１とを備える。３つ以上のリンク機構１１は、基端部材１と先端部材８とを接続するように構成される。３つ以上のリンク機構１１において、第１回転対偶部の第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、第２回転対偶部の第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃとは球面リンク中心点３０で交わる。３つ以上のリンク機構１１のそれぞれにおける第５回転対偶部の第５中心軸は重なるとともに、球面リンク中心点３０と交わる。【選択図】図１

Description

この発明は、パラレルリンク機構およびリンク作動装置に関する。

従来、医療機器や産業機器などの各種装置に用いられるパラレルリンク機構が知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

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。このため、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。

特許文献２のパラレルリンク機構は、基端部材としての基端側のリンクハブと先端部材としての先端側のリンクハブとを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して連結した構成としている。特許文献２のパラレルリンク機構では、基端部材に対し先端部材の姿勢が変更可能になっている。特許文献２のパラレルリンク機構は、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、先端部材の位置により当該先端部材の移動経路の回転半径が変化するとともに、当該先端部材の回転移動における回転中心の位置を固定できない。すなわち、基端部材から見て、先端部材は固定された回転中心から一定の半径を有する球面上を移動できないため、先端部材の動作をイメージしにくいという課題があった。さらに、先端部材は基端部材に対して回転２自由度で動作するため、先端部材の回転移動と独立して当該先端部材の回転半径を制御することができないという課題もあった。

この発明の目的は、固定された回転中心から一定の半径を有する球面上を先端部材が移動可能であるとともに、当該先端部材の回転半径を回転移動とは独立して制御可能なパラレルリンク機構およびリンク作動装置を提供することである。

本開示に従ったパラレルリンク機構は、基端部材と、３つ以上のリンク機構とを備える。３つ以上のリンク機構は、基端部材と先端部材とを接続するように構成される。３つ以上のリンク機構は、先端部材の基端部材に対する姿勢を変更可能である。３つ以上のリンク機構のそれぞれは、第１〜第４リンク部材を含む。第１リンク部材は、基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続される。第２リンク部材は、第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続される。第３リンク部材は、第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続される。第４リンク部材は、第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続される。第４リンク部材は、さらに、先端部材に第５回転対偶部において回転可能に接続されるように構成される。３つ以上のリンク機構において、第１回転対偶部の第１中心軸と、第２回転対偶部の第２中心軸とは球面リンク中心点で交わる。３つ以上のリンク機構のそれぞれにおける第５回転対偶部の第５中心軸は重なるとともに、前記球面リンク中心点と交わる。

本開示に従ったリンク作動装置は、上記パラレルリンク機構と、姿勢制御用駆動源とを備える。姿勢制御用駆動源は、３つ以上のリンク機構のうち少なくとも３つのリンク機構に設置され、基端部材に対する先端部材の姿勢を任意に変更する。

上記によれば、固定された回転中心から一定の半径を有する球面上を先端部材が移動可能であるとともに、当該先端部材の回転半径を回転移動とは独立して制御可能なパラレルリンク機構およびリンク作動装置が得られる。

実施の形態１に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。 図１に示したパラレルリンク機構の正面模式図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。 図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。 図１に示したパラレルリンク機構において先端部材の姿勢を変更した状態を示す斜視模式図である。 実施の形態２に係るパラレルリンク機構の断面模式図である。 図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。 実施の形態３に係るリンク作動装置の斜視模式図である。 図８に示したリンク作動装置の断面模式図である。 実施の形態４に係るリンク作動装置を示す斜視模式図である。 実施の形態５に係るリンク作動装置を示す斜視模式図である。 実施の形態６に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。 図１２に示したパラレルリンク機構の断面模式図である。 実施の形態７に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
＜パラレルリンク機構の構成＞
図１は、本発明の施の形態１に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。図２は、図１に示したパラレルリンク機構の正面模式図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。

図１〜図４に示したパラレルリンク機構１０は、基端部材１と、先端部材８と、３つのリンク機構１１とを備える。基端部材１は平面形状が円形状の板状体である。なお、基端部材１の形状は任意の形状とすることができる。たとえば基端部材１の平面形状を四角形状、三角形状などの多角形状、あるいは楕円形状、半円形状などとしてもよい。また、リンク機構１１の数は３以上であればよく、たとえば４または５としてもよい。

３つのリンク機構１１は、先端部材８の基端部材１に対する姿勢を変更可能な状態で、基端部材１と先端部材８とを接続する。３つのリンク機構１１のそれぞれは、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃ、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃ、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃおよび第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃを含む。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは、基端部材１に第１回転対偶部において回転可能に接続される。具体的には、基端部材１の外周部に基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃが設置されている。基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ基端部材１の表面に固定されたベース部２１と、当該ベース部２１から外周側に突出するように形成された軸部２２とを含む。当該軸部２２は第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの貫通孔４３に挿入されている。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの貫通孔４３から突出した軸部２２の先端部には固定部材の一例であるナット３ａ、３ｂ、３ｃが固定されている。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは軸部２２を中心に回転可能になっている。軸部２２と当該軸部２２が挿入された貫通孔４３が形成された第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの部分とにより第１回転対偶部が構成される。

第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは円弧状にのびる棒状の部材である。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの一方端部に上記貫通孔４３が形成されている。図３に示すように、基端部材１の表面に垂直な方向から見た平面視において、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの内周側表面は曲面状になっている。上記平面視における当該内周側表面の曲率半径は、基端部材１の外周の曲率半径より小さい。なお、上記内周側表面の曲率半径は、基端部材１の外周の曲率半径と同じでもよく、当該外周の曲率半径より大きくてもよい。また、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの形状は円弧状以外の形状でもよい。たとえば、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの形状は直線状に延びる棒状であってもよいし、屈曲部を含む棒状であってもよい。図３に示すように、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは基端部材１の外周より外側に配置されている。

第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃにおいて貫通孔４３が形成された一方端部と反対側に位置する他方端部４１には、軸部４２が形成されている。軸部４２は基端部材１の外周から外側に向けて延びるように形成されている。軸部４２は第１リンク部材４ａ，４ｂ，４ｃの基端部材１に面する内周側側面と反対側の外周側側面に形成されている。軸部４２は第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの貫通孔６３に挿入されている。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの貫通孔６３から突出した軸部４２の先端部には固定部材の一例であるナット５ａ、５ｂ、５ｃが固定されている。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは軸部４２を中心に回転可能になっている。軸部４２と当該軸部４２が挿入された貫通孔６３が形成されている第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの部分とにより第２回転対偶部が構成される。つまり、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃに第２回転対偶部において回転可能に接続される。

基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃにおける軸部２２の中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃは第１回転対偶部の中心軸に相当する。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの他方端部４１における軸部４２の中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃは第２回転対偶部の中心軸に相当する。図１および図３に示すように、上記軸部２２の中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと軸部４２の中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃとは球面リンク中心点３０において交差する。この交差は必要条件であり、球面リンク中心点３０に、上記第１回転対偶部の中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと第２回転対偶部の中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃが交差するならば、第１および第２回転対偶部の配置は任意に変更可能である。

第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは直線状に延びる棒状の部材である。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの一方端部に上記貫通孔６３が形成されている。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの形状は直線状に延びる棒状以外の任意の形状としてもよい。たとえば、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃを円弧状に延びる棒状体などとしてもよい。図１および図３に示すように、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃが基端部材１の表面に沿って延びるように配置された状態で、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは基端部材１の外周より外側に配置される。なお、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは基端部材１の外周と重なる位置に配置されてもよく、基端部材１の外周より内側に配置されてもよい。

第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃにおいて貫通孔６３が形成された一方端部と反対側に位置する他方端部には、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部を受け入れる凹部が形成されている。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの他方端部には、凹部に面する位置に貫通孔が形成されている。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部にも貫通孔が形成されている。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの他方端部における貫通孔と、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部における貫通孔７３とは直線状に並ぶように配置される。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの他方端部における貫通孔と、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部における貫通孔７３とには連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃが挿入されている。連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃは第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃと第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃとを相対的に回転可能な状態で連結する。連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃはたとえばボルトおよびナットである。連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃと第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの他方端部と第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部とにより第３回転対偶部が構成される。つまり、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃと第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃとは第３回転対偶部において回転可能に接続される。

連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃは第３回転対偶部における中心軸に相当する。中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれぞれ中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃと直交する方向に延びる。

第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃは直線状に延びる棒状の部材である。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部に上記貫通孔７３が形成されている。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの形状は直線状に延びる棒状以外の任意の形状としてもよい。たとえば、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃを円弧状に延びる棒状体などとしてもよい。

第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃにおいて貫通孔７３が形成された一方端部と反対側に位置する他方端部には、貫通孔７４が形成されている。第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃには、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの他方端部を受け入れる凹部が形成されている。第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの上記凹部に面する壁部８３には、凹部に繋がる貫通孔が形成されている。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの他方端部における貫通孔７４と、第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの壁部８３に形成された貫通孔とは直線状に並ぶように配置される。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの他方端部における貫通孔７４と、第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの壁部８３における貫通孔とには連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃが挿入されている。連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃは第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃと第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃとを相対的に回転可能な状態で連結する。連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃはたとえばボルトおよびナットである。連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃと第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの他方端部と第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの壁部８３とにより第４回転対偶部が構成される。つまり、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃと第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃとは第４回転対偶部において回転可能に接続される。

連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃの中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃは第４回転対偶部における中心軸に相当する。中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃはそれぞれ中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃと平行な方向に延びる。

第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれ壁部８３に接続されたベース部８１ａ〜８１ｃを含む。ベース部８１ａ〜８１ｃの平面形状は円形状である。ベース部８１ａの中央には図４に示すように中心軸８２が設けられている。第４リンク部材８ｂのベース部８１ｂはベース部８１ａに重なるように配置される。ベース部８１ｂの中央には貫通孔が形成されている。第４リンク部材８ｃのベース部８１ｃはベース部８１ｂ上に重なるように配置されている。ベース部８１ｃの中央には貫通孔が形成されている。ベース部８１ｂ、８１ｃは、それぞれの貫通孔に中心軸８２が挿入された状態で、ベース部８１ａ上に積層されている。中心軸８２の先端部には固定部材としてのナット９が設置されている。第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃは、中心軸８２を中心とした互いに独立に回転可能になっている。図１〜図４に示したパラレルリンク機構１０では、積層配置された第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの中心軸８２またはベース部８１ａ〜８１ｃを先端部材８とみることができる。なお、先端部材として、別の部材を中心軸８２またはベース部８１ａ〜８１ｃのいずれかと接続してもよい。上記のような構成において、ベース部８１ａ〜８１ｃと中心軸８２とナット９とから第５回転対偶部が構成される。図１からわかるように、３つのリンク機構１１の第５回転対偶部の第５中心軸１９は重なるように配置される。つまり、複数のリンク機構１１の第５回転対偶部は１カ所に重なるように配置されている。なお、中心軸８２としてはベース８１ａと別部材であるボルトなどを用いてもよい。この場合、ベース部８１ａの中央部に当該ボルトを挿入する貫通孔が形成される。

第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃにおいては、第４回転対偶部の第４中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、第５回転対偶部の第５中心軸１９とがねじれた配置になっている。より具体的には、第４回転対偶部の第４中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、第５回転対偶部の第５中心軸１９とは互いに直交する方向に延びている。

図１および図３に示すように、第１回転対偶部の第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、第２回転対偶部の第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃとは球面リンク中心点３０で交わる。また、図４に示すように、リンク機構１１のそれぞれにおける第５回転対偶部の第５中心軸１９は重なるとともに、球面リンク中心点３０と交わる。なお、上記の関係を満たせば各対偶部の配置は任意に設定できる。

＜パラレルリンク機構の動作＞
図５は、図１に示したパラレルリンク機構において先端部材の姿勢を変更した状態を示す斜視模式図である。図５に示すように、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの第１回転対偶部における第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃまわりの回転角度をそれぞれ変更することにより、先端部材８の位置を任意に変更することができる。図５では、第１リンク部材４ｂの第１中心軸１５ｂまわりの回転角度を相対的に大きくすることで、先端部材８において第４リンク部材８ｂ側が上方に持上げられるとともに、先端部材中心３１から見て第４リンク部材８ｂが位置する側と反対側に先端部材８全体が移動している。

図１〜図５に示したパラレルリンク機構１０では、上述のような構成とすることにより、球面リンク中心点３０を中心とした球面上を先端部材８が動作する。すなわち、先端部材８の姿勢は、図５に示すように球面リンク中心点３０を原点とした３次元の極座標（ｒ，θ，φ）で表すことができる。ここでいう折れ角θとは、先端部材中心３１から垂直方向に降ろした線が、基端部材１と第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの接続部である第１回転対偶部の第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃを含む平面と交わる点と球面リンク中心点３０とを通る直線と、先端部材中心軸である第５中心軸１９とが成す角度である。旋回角φとは、先端部材中心３１から垂直方向に降ろした線が、第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃを含む平面と交わる点と球面リンク中心点３０とを通る直線と、第１のリンク機構１１に第１回転対偶部の第１中心軸１５ａとが成す角度である。また、中心間距離ｒとは、球面リンク中心点３０と先端部材中心３１との距離である。

＜作用効果＞
本開示に従ったパラレルリンク機構１０は、基端部材１と、３つ以上のリンク機構１１とを備える。３つ以上のリンク機構１１は、基端部材１と先端部材８とを接続するように構成される。３つ以上のリンク機構１１は、先端部材８の基端部材１に対する姿勢を変更可能である。３つ以上のリンク機構１１のそれぞれは、第１〜第４リンク部材を含む。第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは、基端部材１に第１回転対偶部において回転可能に接続される。第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃは、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃに第２回転対偶部において回転可能に接続される。第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃは、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃに第３回転対偶部において回転可能に接続される。第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃは、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃに第４回転対偶部において回転可能に接続される。第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃは、さらに、先端部材８に第５回転対偶部において回転可能に接続されるように構成される。３つ以上のリンク機構１１において、第１回転対偶部の第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、第２回転対偶部の第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃとは球面リンク中心点３０で交わる。３つ以上のリンク機構１１のそれぞれにおける第５回転対偶部の第５中心軸１９は重なるとともに、球面リンク中心点３０と交わる。

このようにすれば、３つ以上のリンク機構１１のそれぞれが第１〜第５回転対偶部を有する５節連鎖構造となっているので、基端部材１に対して先端部材８を、球面リンク中心点３０を中心とした回転２自由度と、第５中心軸１９に沿った方向の１自由度という合計３自由度で移動させることができる。このため、基端部材１に対して先端部材８を、上記球面リンク中心点３０を中心とした球面に沿って移動させることができるとともに、当該球面に沿った移動とは独立して第５中心軸１９に沿った方向にも移動させることができる。この結果、先端部材８を上記球面に沿って移動させるとともに、先端部材８が沿って移動する球面の半径を調整できるので、先端部材８が一定半径の球面に沿ってしか移動できない場合よりも先端部材８の可動範囲を大きくできる。なお、ここで第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃが、先端部材８に第５回転対偶部において回転可能に接続されるように構成される、とは、第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃにおいて別部材としての先端部材を接続可能な部分が存在していることを意味し、第４リンク部材８ａ、８ｂ、８ｃの一部が先端部材として機能する場合も含む。

上記パラレルリンク機構１０において、第３回転対偶部の第３中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび第４回転対偶部の第４中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、互いに平行に延びるとともに、第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃと交差する方向に延びてもよい。この場合、リンク機構１１を構成する第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃにおける第３回転対偶部の第３中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび第４回転対偶部の第４中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃが互いに平行となっているので、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの構成を簡略化できる。

上記パラレルリンク機構１０において、第３中心軸１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび第４中心軸１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃと直交する方向に延びてもよい。この場合、パラレルリンク機構１０の製造時に、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃと第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの接続工程および第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃと第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃとの接続工程における組立作業の作業性を良好にすることができる。

上記パラレルリンク機構１０において、基端部材１を先端部材８側から平面視したときに、第２回転対偶部は基端部材１の外周より外側に位置してもよい。この場合、基端部材１の外周より第２回転対偶部が内側に位置する場合より、第２回転対偶部の可動域に対する基端部材１の影響を小さくできる。たとえば、基端部材１において先端部材８側の第１表面に沿った横方向から見たときに、第２回転対偶部の可動域を、基端部材１における第１表面と反対側の第２表面側にまで広げることができる。このとき、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃも基端部材１の外周より外側に配置されていることが好ましい。

（実施の形態２）
＜パラレルリンク機構の構成＞
図６は、実施の形態２に係るパラレルリンク機構の断面模式図である。図７は、図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。なお、図６は図３に対応し、図７は図４に対応する。

図６および図７に示すパラレルリンク機構は、基本的には図１〜図５に示したパラレルリンク機構１０と同様の構成を備えるが、第１〜第５回転対偶部のそれぞれに回転抵抗低減手段としての軸受２５〜２９が設置されている点が図１〜図５に示したパラレルリンク機構と異なっている。なお、図６および図７では、すべての回転対偶部に軸受２５〜２９を設置しているが、第１〜第５回転対偶部のすくなくともいずれか１つにおいて軸受を設置するようにしてもよい。

具体的には、図６に示すように、第１回転対偶部では、基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃの軸部２２と第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの間に軸受２５が配置されている。軸受２５としては、たとえば玉軸受などの任意の構成の転がり軸受を用いることができる。たとえば、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃ側に軸受２５の外輪を固定してもよい。また、軸部２２に接続された軸受２５の内輪は、ナット３ａ、３ｂ、３ｃとベース部２１との間で挟まれた状態で固定されてもよい。

第２回転対偶部では、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの軸部４２と第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃとの間に軸受２６が配置されている。たとえば、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃ側に軸受２６の外輪を固定してもよい。また、軸部４２に接続された軸受２６の内輪は、ナット５ａ、５ｂ、５ｃと第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの間で挟まれた状態で固定されてもよい。

第３回転対偶部では、連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（図２参照）と第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃ（図２参照）との間に図７に示すように軸受２７が配置されている。たとえば、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃ側に軸受２７の外輪を固定してもよい。軸受２７の外輪を第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃに固定する方法は任意の方法を用いることができる。たとえば、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃに外輪を挿入するための穴を形成し、当該穴に外輪を圧入することで外輪を穴に固定してもよい。また、連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃへの軸受２７の内輪の固定方法は任意の方法を用いることができる。たとえば、連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして、全ねじなどの棒状体と、当該棒状体の両端に配置された一組のワッシャおよび一組のナットとを用いる場合を考える。この場合、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの一方端部における貫通孔と、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃの一方端部における貫通孔の内部に配置された軸受２７の内輪の開口部とを通るように、棒状体が配置されている。当該棒状体の両端にワッシャおよびナットを配置する。ナットを締め付けることにより、第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃの一方端部およびワッシャを軸受２７の内輪に押圧して当該内輪へ予圧を付与する。この結果、軸受２７の内輪が連結部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃを介して第２リンク部材６ａ、６ｂ、６ｃに固定される。

第４回転対偶部では、連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（図２参照）と第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃ（図２参照）との間に図７に示すように軸受２８が配置されている。たとえば、第３リンク部材７ａ、７ｂ、７ｃ側に軸受２８の外輪を固定してもよい。また、連結部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃへの軸受２８の内輪の固定方法は任意の方法を用いることができるが、第３回転対偶部における軸受２７の内輪の固定方法と同様の方法を用いてもよい。

第５回転対偶部では、中心軸８２とベース部材８１ｂ、８１ｃとの間に軸受２９が配置されている。たとえば、ベース部材８１ｂ、８１ｃ側に軸受２９の外輪を固定してもよい。また、中心軸８２に接続された軸受２６の内輪は、ナット９とベース部材８１ａとの間で挟まれた状態で固定されてもよい。なお、図６および図７では回転抵抗低減手段として軸受２５〜２９を用いたが、回転抵抗を低減できれば軸受とは異なる部材を適用してもよい。

＜作用効果＞
上記パラレルリンク機構において、第１〜第５回転対偶部の少なくともいずれか１つは軸受２５〜２９を含んでいてもよい。この場合、軸受２５〜２９が設置された回転対偶部の動作を滑らかにすることができ、先端部材８の位置決め精度を向上させることができる。また、当該軸受２５〜２９を設置することにより、軸受が設置された回転対偶部の摩擦トルクを低減することで当該回転対偶部での発熱を抑制でき、結果的に当該回転対偶部の寿命を延ばすことができる。さらに、軸受２５〜２９を設置することにより、当該軸受２５〜２９を用いない場合より回転対偶部の動作時のガタツキを抑制できる。

（実施の形態３）
＜リンク作動装置の構成＞
図８は、実施の形態３に係るリンク作動装置の斜視模式図である。図９は、図８に示したリンク作動装置の断面模式図である。なお、図８は図１に対応し、図９は図３に対応する。

図８および図９に示したリンク作動装置は、図１〜図５に示したパラレルリンク機構１０と、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃとを備える。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、３つのリンク機構１１のすべてに設置されている。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃまわりの回転角度を変更することにより、基端部材１に対する先端部材８の姿勢を任意に変更する。

図８および図９に示すように、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、それぞれ固定部３６ａ、３６ｂ、３６ｃに固定されることで基端部材１に接続されている。固定部３６ａ、３６ｂ、３６ｃは基端部材１の表面における外周部に設置されている。固定部３６ａ、３６ｂ、３６ｃの形状は任意の形状とできるが、たとえば板状である。

姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは電動モータなど回転駆動力を発生させることができれば任意の構成を採用できる。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃはそれぞれ回転可能な回転軸３７を含む。回転軸３７が第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの貫通孔４３に挿入されナット３ａ、３ｂ、３ｃにより固定されている。つまり回転軸３７に第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃが固定されている。回転軸３７の回転により第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃは第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃ周りに回転する。ここで、第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、図９に示すように回転軸３７の中心軸である。

姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと重なる位置に配置している。また、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、基端部材１の先端部材８側の表面側であって、基端部材１の外周より外側に突出した状態で配置されている。

このような構成により、先端部材８の基端部材１に対する姿勢を各リンク機構１１（図１参照）の状態によって一意に決定できる。すなわち、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの基端部材１に対する姿勢、あるいは第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃまわりの第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃの回転角度、を制御することで、先端部材８の姿勢を制御することができる。

なお、リンク作動装置においてリンク機構１１（図１参照）が３つ以上設置されている場合、当該３つ以上のリンク機構１１のうち少なくとも３つのリンク機構に姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃを設置すればよい。

＜作用効果＞
本開示に従ったリンク作動装置は、上記パラレルリンク機構１０と、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃとを備える。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、３つ以上のリンク機構１１のうち少なくとも３つのリンク機構１１に設置され、基端部材１に対する先端部材８の姿勢を任意に変更する。

この場合、少なくとも３つの姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃがリンク機構１１を個別に制御することで、先端部材８を広範囲かつ精密に動作させることができる。また、上記のようなパラレルリンク機構１０を用いることで、軽量かつコンパクトなリンク作動装置を実現できる。

（実施の形態４）
＜リンク作動装置の構成＞
図１０は、実施の形態４に係るリンク作動装置を示す斜視模式図である。図１０に示したリンク作動装置は、基本的には図８および図９に示したリンク差動装置と同様の構成を備えるが、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃの配置が図８および図９に示したリンク作動装置と異なっている。図１０に示したリンク作動装置では、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基端部材１の先端部材８側の表面上であって、基端部材１の外周より内側に配置されている。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃを固定する固定部３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃより内周側において基端部材１に固定されている。固定部３６ａ、３６ｂ、３６ｃの内周側に、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが配置されている。

＜作用効果＞
このような構成により、図８および図９に示したリンク作動装置と同様の効果を得ることができる。さらに、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基端部材１の外周より内側に配置されているので、図８および図９に示したリンク作動装置より装置の専有面積を小さくできる。

（実施の形態５）
＜リンク作動装置の構成＞
図１１は、実施の形態５に係るリンク作動装置を示す斜視模式図である。図１１に示したリンク作動装置は、基本的には図１０に示したリンク差動装置と同様の構成を備えるが、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃの配置および姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃと第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの接続部の構成が図１０に示したリンク作動装置と異なっている。図１１に示したリンク作動装置では、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基端部材１の裏面側に配置されている。つまり、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃは基端部材１において先端部材８に面する表面と反対側の裏面に接続されている。基端部材１の裏面に対する姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃの固定方法は基本的に図１０に示したリンク作動装置と同様である。姿勢制御用駆動源３５ａを例として説明すれば、当該姿勢制御用駆動源３５ａは基端部材１の裏面に固定された固定部３６ａに接続されている。姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃの回転軸３７には歯車３８が固定されている。歯車３８とかみ合うように歯車３９が設置されている。歯車３９は基端部材１の表面側において、基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃの軸部２２に回転可能に設置されている。そして、歯車３９は第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃに固定されている。このようにすれば、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃの回転軸３７が回転することで、歯車３８、３９を介し第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃを第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃ周りに回転させることができる。

＜作用効果＞
このような構成により、図８および図９に示したリンク作動装置と同様の効果を得ることができる。さらに、姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基端部材１の裏面側に配置されているので、当該姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃがリンク機構１１（図１参照）の動作の妨げになることを防止できる。また、平面視において姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃが基端部材１と重なる位置に配置されているので、図８および図９に示したリンク作動装置より装置の専有面積を小さくできる。

（実施の形態６）
＜パラレルリンク機構の構成＞
図１２は、実施の形態６に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。図１３は、図１２に示したパラレルリンク機構の断面模式図である。なお、図１２は図１に対応し、図１３は図３に対応する。図１２および図１３に示したパラレルリンク機構は、基本的には図１〜図５に示したパラレルリンク機構と同様の構成を備えるが、図１３に示すように基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃから球面リンク中心点までの距離Ｌ１〜Ｌ３が互いに異なっている。具体的には、基端接続部２ａから球面リンク中心点３０までの距離Ｌ１が最も小さい。基端接続部２ｂから球面リンク中心点３０までの距離Ｌ２は上記距離Ｌ１より大きい。基端接続部２ｃから球面リンク中心点３０までの距離Ｌ３は上記距離Ｌ１より大きく、距離Ｌ２より小さい。図１３に示す平面視において、第１リンク部材４ａは基端部材１の表面と重なる位置に配置されている。他の第１リンク部材４ｂは基端部材１の表面における外周より外側に配置されている。他の第１リンク部材４ｃは、平面視において外周部が基端部材１の表面の外周部とほぼ重なるように配置されている。

＜作用効果＞
このように基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃから球面リンク中心点までの距離Ｌ１〜Ｌ３が異なっていても、図１〜図５に示したパラレルリンク機構と同様の効果を得ることができる。すなわち、第１回転対偶部の第１中心軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、第２回転対偶部の第２中心軸１６ａ、１６ｂ、１６ｃとが球面リンク中心点３０で交わり、かつ、３つのリンク機構１１（図１参照）のそれぞれにおける第５回転対偶部の第５中心軸１９（図２参照）が重なるとともに、球面リンク中心点３０と交わるという条件を満足すれば、図１〜図５に示したパラレルリンク機構と同様に、基端部材１に対して先端部材８を、上記球面リンク中心点３０を中心とした球面に沿って移動させることができるとともに、当該球面に沿った移動とは独立して第５中心軸１９に沿った方向にも移動させることができる。

（実施の形態７）
＜パラレルリンク機構の構成＞
図１４は、実施の形態７に係るパラレルリンク機構の構成を示す斜視模式図である。図１４に示したパラレルリンク機構は、基本的には図１〜図５に示したパラレルリンク機構と同様の構成を備えるが、基端部材１の構成および基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃと第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃとの相対的な配置が異なっている。図１４に示すパラレルリンク機構１０では、基端部材１には開口部４５が形成されている。基端部材１を先端部材８側から平面視したときに、第１回転対偶部および第２回転対偶部は開口部４５の内部に位置している。また、基端接続部２ａ、２ｂ、２ｃは、基端部材１に接続されるとともに、第１リンク部材４ａ、４ｂ、４ｃより外周側に配置されている。

＜作用効果＞
上記のような構成により、上記平面視において第２回転対偶部と重なる位置に基端部材１が存在しない。このため、基端部材１において先端部材８側の第１表面に沿った横方向から見たときに、第２回転対偶部の可動域を、基端部材１における第１表面と反対側の第２表面側（裏面側）にまで広げることができる。この結果、先端部材８を球面リンク中心点３０に近い位置にまで移動させることができる。

なお、上述した各実施の形態におけるパラレルリンク機構に対して、図８〜図１１のいずれかに示した姿勢制御用駆動源３５ａ、３５ｂ、３５ｃを適用してリンク作動装置を構成してもよい。また、各実施の形態においてリンク機構１１の数が３の場合を示しているが、リンク機構１１の数は４以上の任意の数、たとえば５、６、８などであってもよい。

今回開示された各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と考えられるべきである。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を意図される。

１ 基端部材、２ａ，２ｂ，２ｃ 基端接続部、３ａ，３ｂ，３ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ，９ ナット、４ａ，４ｂ，４ｃ 第１リンク部材、６ａ，６ｂ，６ｃ 第２リンク部材、７ａ，７ｂ，７ｃ 第３リンク部材、８ 先端部材、８ａ，８ｂ，８ｃ 第４リンク部材、１０ パラレルリンク機構、１１ リンク機構、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 連結部材、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 第１中心軸、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 第２中心軸、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 第３中心軸、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 第４中心軸、１９ 第５中心軸、２１ ベース部、２２，４２ 軸部、２５，２６，２７，２８，２９ 軸受、３０ 球面リンク中心点、３１ 先端部材中心、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 姿勢制御用駆動源、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 固定部、３７ 回転軸、３８，３９ 歯車、４１ 他方端部、４３，６３，７３，７４ 貫通孔、４５ 開口部、８１ａ，８１ｂ，８１ｃ ベース部材、８２ 中心軸、８３ 壁部。

Claims (7)

1. 基端部材と、
   ３つ以上のリンク機構とを備え、
   前記３つ以上のリンク機構は、前記基端部材と先端部材とを接続するように構成され、
   前記３つ以上のリンク機構は、前記先端部材の前記基端部材に対する姿勢を変更可能であり、
   前記３つ以上のリンク機構のそれぞれは、
   前記基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続された第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続された第２リンク部材と、
   前記第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続された第３リンク部材と、
   前記第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続された第４リンク部材とを含み、
   前記第４リンク部材は、前記先端部材に第５回転対偶部において回転可能に接続されるように構成され、
   前記３つ以上のリンク機構において、前記第１回転対偶部の第１中心軸と、前記第２回転対偶部の第２中心軸とは球面リンク中心点で交わり、
   前記３つ以上のリンク機構のそれぞれにおける前記第５回転対偶部の第５中心軸は重なるとともに、前記球面リンク中心点と交わる、パラレルリンク機構。
2. 前記第３回転対偶部の第３中心軸および前記第４回転対偶部の第４中心軸は、互いに平行に延びるとともに、前記第２中心軸と交差する方向に延びる、請求項１に記載のパラレルリンク機構。
3. 前記第３中心軸および前記第４中心軸は、前記第２中心軸と直交する方向に延びる、請求項２に記載のパラレルリンク機構。
4. 前記第１〜第５回転対偶部の少なくともいずれか１つは軸受を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構。
5. 前記基端部材を前記先端部材側から平面視したときに、前記第２回転対偶部は前記基端部材の外周より外側に位置する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構。
6. 前記基端部材には開口部が形成され、
   前記基端部材を前記先端部材側から平面視したときに、前記第２回転対偶部は前記開口部の内部に位置する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構と、
   前記３つ以上のリンク機構のうち少なくとも３つのリンク機構に設置され、前記基端部材に対する前記先端部材の姿勢を任意に変更する姿勢制御用駆動源とを備える、リンク作動装置。

Images