JP2022154177A - 球面リンク機構及び球面リンク作動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きな折れ角を実現する際にカバーに破損が生じることを抑制可能な球面リンク機構を提供する。【解決手段】本発明の球面リンク機構は、基端リンクハブと、先端リンクハブと、複数のリンクと、カバーとを備える。複数のリンクの各々は、第1端部リンク部材及び第2端部リンク部材と、中間リンク部材とを有する。第1端部リンク部材は、第1端部リンク部材の一方端において、第1回転軸回りに回転可能に基端リンクハブに連結されている。第2端部リンク部材は、第2端部リンク部材の一方端において、第2回転軸回りに回転可能に先端リンクハブに連結されている。中間リンク部材は、中間リンク部材の一方端において第3回転軸回りに回転可能に第1端部リンク部材の他方端に連結されているとともに、中間リンク部材の他方端において第4回転軸回りに回転可能に第2端部リンク部材の他方端に連結されている。【選択図】図3
Description
本発明は、球面リンク機構及び球面リンク作動装置に関する。
特開2014-119069号公報(特許文献1)には、球面リンク機構が記載されている。特許文献1に記載の球面リンク機構は、基端リンクハブと、先端リンクハブと、複数のリンクとを有している。
複数のリンクの各々は、第1端部リンク部材及び第2端部リンク部材と、中間リンク部材とを有している。第1端部リンク部材は、第1端部リンク部材の一方端において、基端リンクハブに第1回転軸回りに回転可能に連結されている。第2端部リンク部材は、第2端部リンク部材の一方端において、先端リンクハブに第2回転軸回りに回転可能に連結されている。中間リンク部材は、中間リンクハブの一方端において第3回転軸周りに回転可能に第1端部リンク部材の他方端に連結されているとともに、中間リンクハブの他方端において第4回転軸周りに回転可能に第2端部リンク部材の他方端に連結されている。
基端リンクハブの中心軸線、第1回転軸及び第3回転軸は、第1回転リンク中心点で交わっている。基端リンクハブは、第1回転リンク中心点を中心とする球面上を移動する。先端リンクハブの中心軸線、第2回転軸及び第4回転軸は、第2回転リンク中心点で交わっている。先端リンクハブは、第2回転リンク中心点を中心とする球面上を移動する。すなわち、特許文献1に記載の球面リンク機構は、2つの球面リンクが組み合わされた構造になっている。
特許文献1に記載の球面リンク機構に埃、水滴、油滴、摩耗粉等が付着することを防止するためには、特許文献1に記載の球面リンク機構にカバーを取り付けることが有効であると考えられる。カバーは、例えば、一方端において基端リンクハブに取り付けられるとともに他方端において先端リンクハブに取り付けられることにより、その内部空間に複数のリンクが収納される。
特許文献1に記載の球面リンク機構は、90°の折れ角を実現することができる。しかしながら、カバーの素材にゴム、樹脂材料等を用いた上で上記の可動範囲を実現しようとすると、カバーが破損してしまうことがある。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、大きな折れ角を実現する際にカバーに破損が生じることを抑制可能な球面リンク機構及び球面リンク作動装置を提供するものである。
本発明の球面リンク機構は、基端リンクハブと、先端リンクハブと、複数のリンクと、カバーとを備える。複数のリンクの各々は、第1端部リンク部材及び第2端部リンク部材と、中間リンク部材とを有する。第1端部リンク部材は、第1端部リンク部材の一方端において、第1回転軸回りに回転可能に基端リンクハブに連結されている。第2端部リンク部材は、第2端部リンク部材の一方端において、第2回転軸回りに回転可能に先端リンクハブに連結されている。中間リンク部材は、中間リンク部材の一方端において第3回転軸回りに回転可能に第1端部リンク部材の他方端に連結されているとともに、中間リンク部材の他方端において第4回転軸回りに回転可能に第2端部リンク部材の他方端に連結されている。基端リンクハブの中心軸線である第1中心軸線、第1回転軸及び第3回転軸は、第1球面リンク中心点で交わる。先端リンクハブの中心軸線である第2中心軸線、第2回転軸及び第4回転軸は、第2球面リンク中心点で交わる。基端リンクハブは、第1球面リンク中心点を中心とする第1移動球面上を移動する。先端リンクハブは、第2球面リンク中心点を中心とする第2移動球面上を移動する。カバーは、カバー中継部材と、基端側カバー及び先端側カバーとを有する。カバー中継部材は、第1移動球面及び第2移動球面が交わる中間平面に交わるように複数のリンクの外側に配置されておいる。基端側カバーの一方端及び他方端は、それぞれ、基端リンクハブ及びカバー中継部材に取り付けられている。先端側カバーの一方端及び他方端は、それぞれ、先端リンクハブ及びカバー中継部材に取り付けられている。カバーの内部空間には、複数のリンクが配置されている。
上記の球面リンク機構では、カバー中継部材が、複数のリンクのうちの1つの中間リンク部材と一体化されていてもよい。
上記の球面リンク機構では、カバー中継部材が、第1球面リンク中心点及び第2球面リンク中心点を通る第5回転軸回りに回転可能に複数のリンクのうちの少なくとも1つの中間リンク部材に連結されていてもよい。
上記の球面リンク機構では、複数のリンクに、第1リンクと、複数の第2リンクとが含まれていてもよい。カバー中継部材は、第1リンクの中間リンク部材と一体化されていてもよい。カバー中継部材は、第1球面リンク中心点及び第2球面リンク中心点を通る第5回転軸回りに回転可能に複数の第2リンクのうちの少なくとも1つの中間リンク部材に連結されていてもよい。
本発明の球面リンク作動装置は、上記の球面リンク機構と、少なくとも2つの駆動源とを備える。少なくとも2つの駆動源の各々は、複数のリンクの各々の第1端部リンク部材を第1回転軸回りに回転させる。
本発明の球面リンク機構及び球面リンク作動装置によると、大きな折れ角を実現する際にカバーに破損が生じることを抑制可能である。
以下に、本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100」とする)を説明する。
第1実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100」とする)を説明する。
<球面リンク機構100の構成>
図1は、カバー40を省略した球面リンク機構100の斜視図である。図1に示されるように、球面リンク機構100は、基端リンクハブ10と、先端リンクハブ20と、複数のリンク30とを有している。図示されていないが、例えば先端リンクハブ20には、エンドエフェクタが取り付けられる。
図1は、カバー40を省略した球面リンク機構100の斜視図である。図1に示されるように、球面リンク機構100は、基端リンクハブ10と、先端リンクハブ20と、複数のリンク30とを有している。図示されていないが、例えば先端リンクハブ20には、エンドエフェクタが取り付けられる。
複数のリンク30の各々は、基端リンクハブ10及び先端リンクハブ20に接続されている。複数のリンク30の各々は、第1端部リンク部材31と、第2端部リンク部材32と、中間リンク部材33とを有している。複数のリンク30の数は、例えば3つである。但し、複数のリンク30の数は、これに限られない。複数のリンク30の数は、4以上であってもよい。複数のリンク30は、例えば、互いに等間隔で配置されている。なお、基端リンクハブ10の形状及び先端リンクハブ20の形状は、例えば、同一である。
第1端部リンク部材31は、第1端部リンク部材31の一方端において、第1回転軸回りに回転可能に基端リンクハブ10に連結されている。第2端部リンク部材32は、第2回転軸回りに回転可能に先端リンクハブ20に連結されている。中間リンク部材33は、中間リンク部材33の一方端において、第3回転軸回りに回転可能に第1端部リンク部材31の他方端に連結されている。中間リンク部材33は、第4回転軸回りに回転可能に第2端部リンク部材32の他方端に連結されている。
基端リンクハブ10の中心軸線を第1中心軸線とし、先端リンクハブ20の中心軸線を第2中心軸線とする。第1中心軸線、第1回転軸及び第3回転軸は、1点で交わる。この1点を、第1球面リンク中心点とする。第2中心軸線、第2回転軸及び第4回転軸は、第1球面リンク中心点とは別の1点で交わる。この別の1点を、第2球面リンク中心点とする。
基端リンクハブ10は、第1球面リンク中心点を中心とする球面(第1移動球面)上を移動する。先端リンクハブ20は、第2球面リンク中心点を中心とする球面(第2移動球面)上を移動する。すなわち、球面リンク機構100は、2つの球面リンクが組み合わされた構造を有している。
第1移動球面と第2移動球面とが交わる平面を、中間平面IP(図3参照)とする。球面リンク機構100に含まれる2つの球面リンクは、中間平面IPに関して対称に動く。第1中心軸線と第2中心軸線とがなす角度を、折れ角とする。先端リンクハブ20は、基端リンクハブ10に対して0°以上90°以下の折れ角をなすように移動する。
図2は、球面リンク機構100の正面図である。図3は、図2のIII-IIIにおける断面図である。図4は、図2のIV-IVにおける断面図である。図2、図3及び図4に示されるように、球面リンク機構100は、カバー40を有している。カバー40は、カバー中継部材41と、基端側カバー42と、先端側カバー43とを有している。なお、基端側カバー42の形状及び先端側カバー43の形状は、例えば、同一になっている。
基端側カバー42及び先端側カバー43は、可撓性のある材料により形成されている。基端側カバー42及び先端側カバー43は、例えば、ゴム、樹脂材料により形成されている。但し、基端側カバー42及び先端側カバー43は、その他の材料により形成されていてもよい。
カバー中継部材41は、環状(リング状)である。カバー中継部材41は、円環状であることが好ましい。カバー中継部材41は、複数のリンク30の外側に配置されている。カバー中継部材41は、中間平面IPに交わるように配置されている。
カバー中継部材41は、例えば、第1環状部材41aと、第2環状部材41bとにより構成されている。第2環状部材41bは、第2環状部材41bの内周面が第1環状部材41aの外周面に対向するように配置されている。すなわち、第2環状部材41bは、第1環状部材41aの外側に配置されている。
基端側カバー42は、内部中空の筒状である。基端側カバー42の一方端は、基端リンクハブ10に取り付けられている。基端側カバー42の他方端は、カバー中継部材41に取り付けられている。より具体的には、基端側カバー42の他方端は、第1環状部材41aの外周面と第2環状部材41bの内周面とにより挟み込まれている。
先端側カバー43は、内部中空の筒状である。先端側カバー43の一方端は、先端リンクハブ20に取り付けられている。先端側カバー43の他方端は、カバー中継部材41に取り付けられている。より具体的には、先端側カバー43の他方端は、第1環状部材41aの外周面と第2環状部材41bの内周面とにより挟み込まれている。
カバー40の内部空間には、複数のリンク30が配置されている。カバー40の内部空間には、基端リンクハブ10の一部又は全部が配置されているとともに、先端リンクハブ20の一部又は全部が配置されていてもよい。これにより、球面リンク機構100の内部に埃、水滴、油滴、摩耗粉等が付着することが防止されている。
<球面リンク機構100の効果>
球面リンク機構100は、基端リンクハブ10と先端リンクハブ20とが中間平面IPに関して対称な位置にあるように動作する。また、球面リンク機構100では、カバー中継部材41が中間平面IPと交わる位置に配置されているため、球面リンク機構100が動作している際、基端側カバー42及び先端側カバー43も、中間平面IPに関して対称に変形することになる。そのため、折れ角が大きい場合(例えば、折れ角が90°になる場合)であっても、カバー40全体としての変形は、基端側カバー42及び先端側カバー43に均等に分散される。そのため、球面リンク機構100によると、大きい折れ角を実現する際に基端側カバー42及び先端側カバー43に破損が生じることが抑制される。
球面リンク機構100は、基端リンクハブ10と先端リンクハブ20とが中間平面IPに関して対称な位置にあるように動作する。また、球面リンク機構100では、カバー中継部材41が中間平面IPと交わる位置に配置されているため、球面リンク機構100が動作している際、基端側カバー42及び先端側カバー43も、中間平面IPに関して対称に変形することになる。そのため、折れ角が大きい場合(例えば、折れ角が90°になる場合)であっても、カバー40全体としての変形は、基端側カバー42及び先端側カバー43に均等に分散される。そのため、球面リンク機構100によると、大きい折れ角を実現する際に基端側カバー42及び先端側カバー43に破損が生じることが抑制される。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100A」とする)を説明する。ここでは、球面リンク機構100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
第2実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100A」とする)を説明する。ここでは、球面リンク機構100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
図5は、球面リンク機構100Aの正面図である。図6は、図5のVI-VIにおける断面図である。図5及び図6に示されるように、球面リンク機構100Aでは、カバー中継部材41が複数のリンク30のうちの1つの中間リンク部材33と一体化されている。
球面リンク機構100では、カバー中継部材41が複数のリンク30のいずれにも取り付けられていないため、カバー40に外力が加わることにより、カバー40の全体が変形して複数のリンク30に接触することがある。
他方で、球面リンク機構100Aでは、カバー中継部材41が複数のリンク30のうちの1つの中間リンク部材33と一体化されているため、カバー40に外力が加わったとしても、中間リンク部材33が当該外力を支持するためカバー40の全体が変形してしまうことが抑制される。
(第3実施形態)
第3実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100B」とする)を説明する。ここでは、球面リンク機構100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
第3実施形態に係る球面リンク機構(以下においては、「球面リンク機構100B」とする)を説明する。ここでは、球面リンク機構100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
図7は、球面リンク機構100Bの正面図である。図8は、図7のVIII-VIIIにおける断面図である。図9は、図8の領域IXにおける拡大図である。図7~図9に示されるように、球面リンク機構100Bでは、第1環状部材41aの内周面に、溝41aaが形成されている。第1環状部材41aの内周面は、溝41aaにおいて、第1環状部材41aの外周面側に向かって窪んでいる。溝41aaは、第1環状部材41aの周方向に延在している。
複数のリンク30の各々の中間リンク部材33は、突起部33aを有している。突起部33aは、溝41aaに挿入されている。これにより、カバー中継部材41は、第5回転軸回りに回転可能に複数のリンク30の各々の中間リンク部材33に連結されている。
第5回転軸は、第1球面リンク中心点及び第2球面リンク中心点を通っている。すなわち、第5回転軸は、中間平面IPの中心を通り、かつ中間平面IPに直交している。そのため、カバー中継部材41が第5回転軸回りに回転可能に複数のリンク30の各々の中間リンク部材33に連結されても、球面リンク機構100Bの動作は変化しない。
なお、カバー中継部材41は、複数のリンク30の全ての中間リンク部材33に第5回転軸回りに回転可能に連結されていなくてもよい。複数のリンク30のうちの1つを、第1リンクとする。複数のリンク30のうちの第1リンク以外のものを、複数の第2リンクとする。球面リンク機構100Bでは、第1リンクの中間リンク部材33がカバー中継部材41と一体化されていてもよく、カバー中継部材41が複数の第2リンクのうちの少なくとも1つに第5回転軸回りに回転可能に連結されていてもよい。
球面リンク機構100では、複数のリンク30の各々の中間リンク部材33が相互に連結されていないため、球面リンク機構100全体の剛性には改善の余地がある。他方で、球面リンク機構100Bでは、カバー中継部材41が複数のリンク30の各々の中間リンク部材33に連結されているため、複数のリンク30に加わる荷重がカバー中継部材41にも分散されることになり、球面リンク機構100B全体の剛性が改善される。
(第4実施形態)
第4実施形態に係る球面リンク作動装置(以下においては、「球面リンク作動装置200」とする)を説明する。
第4実施形態に係る球面リンク作動装置(以下においては、「球面リンク作動装置200」とする)を説明する。
図10は、球面リンク作動装置200の正面図である。図11は、図10のXI-XIにおける断面図である。図10及び図11に示されるように、球面リンク作動装置200は、球面リンク機構100Bと、複数の駆動源110とを有している。
なお、球面リンク作動装置200では、球面リンク機構100Bに代えて、球面リンク機構100又は球面リンク機構100Aが用いられてもよい。球面リンク作動装置200では、基端リンクハブ10の形状及び先端リンクハブ20の形状が同一ではなく(基端リンクハブ10が先端リンクハブ20よりも大きく)、基端側カバー42の形状及び先端側カバー43の形状が同一ではない。
複数の駆動源110の数は、例えば、複数のリンク30の数に等しい。但し、複数の駆動源110の数は、少なくとも2つ以上であればよい。複数の駆動源110の各々は、複数のリンク30の各々の第1端部リンク部材31を第1中心軸回りに回転させる。複数の駆動源110の各々の駆動は、独立して行われる。これにより、先端リンクハブ20の基端リンクハブ10に対する位置及び姿勢が、決定されることになる。
基端リンクハブ10は、内面と、外面とを有している。基端リンクハブ10の内面は、カバー40の内部空間側を向いている面である。基端リンクハブ10の外面は、基端リンクハブ10の内面の反対面である。基端リンクハブ10には、複数の貫通穴10aが形成されている。複数の貫通穴10aの各々は、基端リンクハブ10を貫通し、カバー40の内部空間に連通している。
複数の駆動源110の各々は、本体部110aと、回転軸110bとを有している。本体部110aは、基端リンクハブ10の外面に取り付けられている。回転軸110bの中心軸は、第1回転軸の方向に直交している。本体部110aは、回転軸110bを回転軸110bの中心軸回りに回転させる。複数の駆動源110の各々の回転軸110bは、複数の貫通穴10aの各々に挿入されている。
球面リンク作動装置200は、複数のはす歯歯車機構120をさらに有している。複数のはす歯歯車機構120の各々は、カバー40の内部空間に配置されている。
複数のはす歯歯車機構120の各々は、第1はす歯歯車121と、第2はす歯歯車122とを有している。第1はす歯歯車121は複数のリンク30の各々の第1端部リンク部材31の一方端に取り付けられており、第2はす歯歯車122は複数の駆動源110の各々の回転軸110bに取り付けられている。第1はす歯歯車121は、第1端部リンク部材31とともに、第1回転軸回りに回転する。第2はす歯歯車122は、回転軸110bとともに回転する。第1はす歯歯車121は、第2はす歯歯車122に噛み合っている。
そのため、複数の駆動源110の各々の回転軸110bが回転することにより、複数のリンク30の各々の第1端部リンク部材31が第1回転軸回りに回転し、先端リンクハブ20の基端リンクハブ10に対する位置及び姿勢が変更される。
球面リンク作動装置200では、複数の駆動源110を取り付けるために、カバー-40(基端側カバー42及び先端側カバー43)に回転軸110bを通すための穴を形成する必要がなくなる。そのため、球面リンク作動装置200によると、カバー40の内部空間に埃、水滴、油滴、摩耗粉等がカバー40に形成された穴を通って侵入することが抑制されている。
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上記の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
上記の実施形態は、球面リンク機構及び球面リンク機構を有する球面リンク作動装置に特に有利に適用される。
10 基端リンクハブ、10a 貫通穴、20 先端リンクハブ、30 リンク、31 第1端部リンク部材、32 第2端部リンク部材、33 中間リンク部材、33a 突起部、40 カバー、41 カバー中継部材、41a 第1環状部材、41aa 溝、41b 第2環状部材、42 基端側カバー、43 先端側カバー、100,100A,100B 球面リンク機構、110 駆動源、110a 本体部、110b 回転軸、120 はす歯歯車機構、121 第1はす歯歯車、122 第2はす歯歯車、200 球面リンク作動装置、IP 中間平面。
Claims (5)
- 基端リンクハブと、
先端リンクハブと、複数のリンクと、
カバーとを備え、
前記複数のリンクの各々は、第1端部リンク部材及び第2端部リンク部材と、中間リンク部材とを有し、
前記第1端部リンク部材は、前記第1端部リンク部材の一方端において、第1回転軸回りに回転可能に前記基端リンクハブに連結されており、
前記第2端部リンク部材は、前記第2端部リンク部材の一方端において、第2回転軸回りに回転可能に前記先端リンクハブに連結されており、
前記中間リンク部材は、前記中間リンク部材の一方端において第3回転軸回りに回転可能に前記第1端部リンク部材の他方端に連結されているとともに、前記中間リンク部材の他方端において第4回転軸回りに回転可能に前記第2端部リンク部材の他方端に連結されており、
前記基端リンクハブの中心軸線である第1中心軸線、前記第1回転軸及び前記第3回転軸は、第1球面リンク中心点で交わり、
前記先端リンクハブの中心軸線である第2中心軸線、前記第2回転軸及び前記第4回転軸は、第2球面リンク中心点で交わり、
前記基端リンクハブは、前記第1球面リンク中心点を中心とする第1移動球面上を移動し、
前記先端リンクハブは、前記第2球面リンク中心点を中心とする第2移動球面上を移動し、
前記カバーは、カバー中継部材と、基端側カバー及び先端側カバーとを有し、
前記カバー中継部材は、前記第1移動球面及び前記第2移動球面が交わる中間平面に交わるように前記複数のリンクの外側に配置されており、
前記基端側カバーの一方端及び他方端は、それぞれ、前記基端リンクハブ及び前記カバー中継部材に取り付けられており、
前記先端側カバーの一方端及び他方端は、それぞれ、前記先端リンクハブ及び前記カバー中継部材に取り付けられており、
前記カバーの内部空間には、前記複数のリンクが配置されている、球面リンク機構。 - 前記カバー中継部材は、前記複数のリンクのうちの1つの前記中間リンク部材と一体化されている、請求項1に記載の球面リンク機構。
- 前記カバー中継部材は、前記第1球面リンク中心点及び前記第2球面リンク中心点を通る第5回転軸回りに回転可能に前記複数のリンクのうちの少なくとも1つの前記中間リンク部材に連結されている、請求項1に記載の球面リンク機構。
- 前記複数のリンクには、第1リンクと、複数の第2リンクとが含まれており、
前記カバー中継部材は、前記第1リンクの前記中間リンク部材と一体化されているとともに、前記第1球面リンク中心点及び前記第2球面リンク中心点を通る第5回転軸回りに回転可能に前記複数の第2リンクのうちの少なくとも1つの前記中間リンク部材に連結されている、請求項1に記載の球面リンク機構。 - 請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の前記球面リンク機構と、
少なくとも2つの駆動源とを備え、
前記少なくとも2つの駆動源の各々は、前記複数のリンクの各々の前記第1端部リンク部材を前記第1回転軸回りに回転させる、球面リンク作動装置。
Priority Applications (2)
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