JP2023047743A - パラレルリンク機構およびリンク作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化を図りつつ機構全体の剛性を向上することができる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９は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が３組のリンク機構１４を介して姿勢を変更可能に連結される。各リンク機構１４は、それぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３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１５，１６と、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６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１７とを有する。３組のリンク機構１４につき、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の両端を含む両回転対偶部Ｔ３，Ｔ４に、一方の回転対偶部の回転によって他方の回転対偶部が逆回転となる回転伝達機構４２を備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、医療機器または産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるパラレルリンク機構およびリンク作動装置に関する。

特許文献１では、ベースプレートとトラベリングプレートとを有し、両者の間を複数のリンクで結合し、これらのリンクを協調動作させることによりトラベリングプレートを移動させるパラレルリンク機構によって所定の作業を行う作業装置が提案されている。
特許文献２のパラレルリンク機構では、図１２に示すように、基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組以上のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３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。

特開２０００－９４２４５号公報 特許第６２８９９７３号公報

特許文献１のパラレルリンク機構では、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ためには、リンク長さを長くする必要がある。それにより、機構全体の寸法が大きくなって、装置が大型になってしまうという問題があった。また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。

特許文献２のパラレルリンク機構では、理論上、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６からなる両回転対偶部は、一方の回転対偶部が回転すると、他方の回転対偶部は同じだけ逆回転し、回転が固定されるという拘束条件（中央リンク部材１７の回転拘束条件）が存在する。
実際のパラレルリンク機構は、部材の加工誤差があるうえ軸受の剛性が低い場合がある。これにより、特許文献２の先端側と基端側の球面リンク中心に各回転対偶部の中心軸が一点で交わらず、理論上のパラレルリンク機構とは条件が異なるため、回転拘束条件が必ずしも成立しない。
中央リンク部材の回転拘束条件が成立しないことで、中央リンク部材と端部リンク部材からなる両回転対偶部の回転角度が固定されず、機構全体の剛性が低下する。

本発明の目的は、コンパクト化を図りつつ機構全体の剛性を向上することができる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。

本発明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、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であって、
少なくとも３組のリンク機構につき、前記基端側および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の両端を含む両回転対偶部に、いずれか一方の回転対偶部の回転によって他方の回転対偶部が前記一方の回転対偶部の回転に対し逆回転となる回転伝達機構を備えた。

この構成によると、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブと３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交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に対して先端側のリンクハブを、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構としている。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に対する先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。

前記基端側および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の両端を含む両回転対偶部に、いずれか一方の回転対偶部の回転によって他方の回転対偶部が前記一方の回転対偶部の回転に対し逆回転となる回転伝達機構を備えた。このため、一方の回転対偶部の回転によって他方の回転対偶部の回転量が一意に決まり、パラレルリンク機構の回転拘束条件を満たす。よって、パラレルリンク機構の変形が抑制され、回転拘束条件が成立しない従来技術のパラレルリンク機構よりも機構全体の剛性が向上する。

前記回転伝達機構は、前記一方の回転対偶部に対し、前記他方の回転対偶部を逆回りに且つ同回転量回転させてもよい。この場合、回転伝達機構の設計および構造を簡単化でき製造コストの低減を図ることができる。

前記回転伝達機構として、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の回転軸、および、前記先端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶部の回転軸のそれぞれに、各回転軸回りに回転し互いに噛み合う歯車が設けられていてもよい。この場合、一方の回転対偶部の回転を他方の回転対偶部に正確に伝達することができる。

前記歯車はかさ歯車であってもよい。中央リンク部材と基端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸と、中央リンク部材と先端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸の成す角度γが定められた角度に規定される場合に、かさ歯車により一方の回転対偶部の回転を他方の回転対偶部に精度よく伝達することができる。

前記各回転軸にそれぞれ設けられる歯車は同一形状の歯車であってもよい。この場合、歯車である部品の兼用化を図り回転伝達機構の製造コストの低減を図ることができる。

前記回転伝達機構として、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の回転軸心を中心軸とする回転軸部材に、索条体の一方端が巻き付けられ、前記先端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶部の回転軸心を中心軸とする回転軸部材に、前記索条体の他方端が前記一方端とは逆回りに巻き付けられ、回転軸部材同士が前記索条体により接続されていてもよい。
前記索条体として、例えば、ワイヤロープ、ベルト、チェーン等が挙げられる。
この構成によると、例えば、既存のパラレルリンク機構に索条体を設けることで、一方の回転対偶部の回転を他方の回転対偶部に正確に伝達することができる。

本発明のリンク作動装置は、本発明の上記いずれかの構成のパラレルリンク機構における前記３組以上のリンク機構のうち２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータを備えた。そのため、本発明のパラレルリンク機構につき前述した各効果が得られる。前記姿勢制御用アクチュエータを備えたため、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を確定することができる。

本発明のパラレルリンク機構およびリンク作動装置によれば、回転伝達機構を備えたため、端部リンク部材と中央リンク部材の両端を含む両回転対偶部の一方の回転によって、他方の回転が一意に決まり、両回転対偶部の角度が固定され、機構全体の剛性が向上する。

本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンク機構の一部を省略した側面図である。 同パラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。 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。 同パラレルリンク機構の斜視図である。 同パラレルリンク機構を別の角度から見た斜視図である。 同パラレルリンク機構の要部を拡大して示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンク機構の要部を拡大して示す部分拡大図である。 同パラレルリンク機構の部分拡大正面図である。 同パラレルリンク機構の部分拡大側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパラレルリンク機構の要部を拡大して示す部分拡大図である。 同パラレルリンク機構の部分拡大正面図である。 同パラレルリンク機構の両回転対偶部を索条体で接続した状態を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るパラレルリンク機構を備えたリンク作動装置の斜視図である。 同リンク作動装置を別の角度から見た斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンク機構を備えたリンク作動装置の２つのリンク機構を省略した簡易モデルの正面図である。 従来例のパラレルリンク機構の正面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る、球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構を図１ないし図５と共に説明する。
図１Ａに示すように、パラレルリンク機構９は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構１４の組数は４組以上であってもよい。なお図１Ａ，図１Ｂでは、１組のリンク機構１４のみが示され、残りの２つのリンク機構が省略されている。

図１Ｂに示すように、各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７を有し、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。

図１Ａに示すように、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６は略Ｌ字形状である。図１Ｂに示す基端側の端部リンク部材１５は、この基端側の端部リンク部材１５の一端が第１の回転軸２２ａ回りに回転可能に基端側のリンクハブ１２に連結されている。先端側の端部リンク部材１６は、この先端側の端部リンク部材１６の一端が第２の回転軸２２ｂ回りに回転可能に先端側のリンクハブ１３に連結されている。

中央リンク部材１７は、この中央リンク部材１７の一端において第３の回転軸２２ｃ回りに回転可能に基端側の端部リンク部材１５の他端に連結されている。これと共に、中央リンク部材１７は、この中央リンク部材１７の他端において第４の回転軸２２ｄ回りに回転可能に先端側の端部リンク部材１６の他端に連結されている。

図１Ａに示す第１の回転軸２２ａは、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との各回転対偶部Ｔ１の中心軸Ｏ１回りの回転軸である。第２の回転軸２２ｂは、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の回転対偶部Ｔ２の中心軸Ｏ２回りの回転軸である。図１Ｂに示す第３の回転軸２２ｃは、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との各回転対偶部Ｔ３の中心軸Ｏ３回りの回転軸（回転軸部材）である。第４の回転軸２２ｄは、先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７との各回転対偶部Ｔ４の中心軸Ｏ４回りの回転軸（回転軸部材）である。

パラレルリンク機構９は、２つの球面リンク機構９ａ，９ｂを組み合わせた構造である。基端側の第１の球面リンク機構９ａにおいて、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと、第１の回転軸２２ａおよび第３の回転軸２２ｃの各中心軸Ｏ１，Ｏ３は、図１Ａに示す基端側の球面リンク中心ＰＡにおいて交わっている。先端側の第２の球面リンク機構９ｂにおいて、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと、図１Ｂに示す第２の回転軸２２ｂおよび第４の回転軸２２ｄの各中心軸Ｏ２，Ｏ４は、図１Ａに示す先端側の球面リンク中心ＰＢにおいて交わっている。

また、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶部Ｔ１の中心と基端側の球面リンク中心ＰＡ間の距離は同じである。図１Ｂに示す基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部Ｔ３の中心と基端側の球面リンク中心ＰＡ間の距離は同じである。同様に、図１Ａに示す先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６との回転対偶部Ｔ２の中心と先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離は同じである。図１Ｂに示す先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７との回転対偶部Ｔ４の中心と先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離は同じである。この例では、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶部Ｔ３，Ｔ４の第３，第４の回転軸２２ｃ，２２ｄは、ある交差角（「軸角」ともいう）γを持っているが、平行であってもよい。第１の回転軸２２ａと、第３の回転軸２２ｃとが成す角度であるアーム角は、定められた角度に規定されている。

３組のリンク機構１４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２に示すように、各リンク部材１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２と、これら回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材１７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。なお各回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２を、以下の説明において「各回転対偶部Ｔ１等」と言う場合がある。図２は、１組のリンク機構１４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９は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７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。

基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成されている。言い換えると、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構としている。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１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。

基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度を、折れ角θという。この折れ角θの最大値を最大折れ角θ_ｍａｘという。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φを０°～３６０°の範囲に設定できる。旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３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１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図１Ｂは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示し、図２は、中心軸ＱＡに対して中心軸ＱＢが或る作動角（折れ角）をとった状態を示す。基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌは変化しない。

図３に示す３組のリンク機構１４は、円周方向に１２０度等間隔を空けた円周等配に配置されているが、必ずしも円周等配である必要はない。基端側のリンクハブ１２は、平板状の基端部材６と、この基端部材６と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とを有する。図４に示すように、基端部材６は中央部に円形の貫通孔６ａを有し、この貫通孔６ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。

各回転対偶部Ｔ１等に、回転対偶部の回転抵抗手段として図示外の転がり軸受がそれぞれ設けられている。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部Ｔ１では、各回転軸連結部材２１に、前記転がり軸受を介して、第１の回転軸２２ａが回転自在に連結されている。第１の回転軸２２ａに、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結され、これら第１の回転軸２２ａと基端側の端部リンク部材１５とが一体に回転する。

図１Ａに示すように、第１の回転軸２２ａは、軸方向中間部で前記転がり軸受を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。前記転がり軸受は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝に外輪外周面が嵌合状態で設定され固定されている。他の回転対偶部Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４（図１Ｂ）に設けられる転がり軸受の設置方法も略同様である。

図１Ｂのように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材４０と、この先端部材４０の底面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材４１とを有する。各回転軸連結部材４１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材４１には、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する第２の回転軸２２ｂが回転自在に連結されている。前記第２の回転軸２２ｂに先端側の端部リンク部材１６の一端が連結されている。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された第４の回転軸２２ｄが連結されている。

＜回転伝達機構について＞
図３に示す組のリンク機構１４につき、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の両端を含む両回転対偶部Ｔ３，Ｔ４に、回転伝達機構４２を備えている。この回転伝達機構４２は、いずれか一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転によって他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）を、前記一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）に対し逆回転つまり逆回りに且つ同回転量回転させる。

図５に示すように、回転伝達機構４２として、第３の回転軸２２ｃおよび第４の回転軸２２ｄのそれぞれに、各回転軸２２ｃ，２２ｄ回りに回転し互いに噛み合う歯車が設けられている。前記歯車はかさ歯車４３である。互いに噛み合う一対のかさ歯車４３，４３は基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の動作角度に応じて回転する。一方のかさ歯車４３は、基端側の端部リンク部材１５の他端に第３の回転軸２２ｃと共に固定されている。また一方のかさ歯車４３は、中央リンク部材１７の一端に、第３の回転軸２２ｃ回りに回転可能に連結されている。

他方のかさ歯車４３は、先端側の端部リンク部材１６の他端に第４の回転軸２２ｄと共に固定されている。また他方のかさ歯車４３は、中央リンク部材１７の他端に、第４の回転軸２２ｄ回りに回転可能に連結されている。本実施形態における一方のかさ歯車４３と他方のかさ歯車４３は、同一形状の歯車である。これら一対のかさ歯車４３，４３は、第３の回転軸２２ｃと第４の回転軸２２ｄとの交点Ｐｘ付近に近接して配置される。

＜作用効果＞
以上説明した図３のパラレルリンク機構９によると、基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組以上のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３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１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構としている。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１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。

両回転対偶部Ｔ３，Ｔ４に、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転によって他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）を逆回転させる回転伝達機構４２を備えたため、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転によって他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）の回転量が一意に決まり、パラレルリンク機構９の回転拘束条件を満たす。よって、パラレルリンク機構９のねじれ等の変形が抑制され、回転拘束条件が成立しない従来技術のパラレルリンク機構よりも機構全体の剛性が向上する。

回転伝達機構４２は、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）に対し、他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）を逆回りに且つ同回転量回転させるため、回転伝達機構４２の設計および構造を簡単化でき、さらに、パラレルリンク機構全体の製造コストの低減を図ることができる。例えば、パラレルリンク機構９の構成部品の加工精度が低い場合、または各回転対偶部Ｔ１等に設けられる転がり軸受の剛性が低い場合等であっても、回転伝達機構４２によりパラレルリンク機構９の回転拘束条件を満たすようになるため、製造コストの低減を図れる。

回転伝達機構４２として、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部Ｔ３の第３の回転軸２２ｃ、および、先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７との回転対偶部Ｔ４の第４の回転軸２２ｄのそれぞれに、各回転軸２２ｃ，２２ｄ回りに回転し互いに噛み合う歯車であるかさ歯車４３が設けられている。このため、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転を他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）に正確に伝達することができる。各回転軸２２ｃ，２２ｄにそれぞれ設けられるかさ歯車４３は同一形状であるため、部品の兼用化を図り回転伝達機構４２の製造コストの低減を図ることができる。一対のかさ歯車４３，４３は、第３の回転軸２２ｃと第４の回転軸２２ｄとの交点Ｐｘ（図５）付近に近接して配置されるため、かさ歯車４３，４３自体を小型化でき、よってパラレルリンク機構９のコンパクト化に寄与し得る。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

［第２の実施形態：図６Ａ～図６Ｃ］
図６Ａに示すように、回転伝達機構４２として、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６に、かさ歯車部４３Ａ，４３Ａを一体化した構成としてもよい。つまり基端側の端部リンク部材１５の他端に、セクタギヤとなる一方のかさ歯車部４３Ａが一体に設けられ、先端側の端部リンク部材１６の他端に、セクタギヤとなる他方のかさ歯車部４３Ａが一体に設けられ、これら一対のかさ歯車部４３Ａ，４３Ａが図６Ｂのように互いに噛み合う。

図６Ｃに示すように、一対のかさ歯車部４３Ａ，４３Ａは、少なくとも基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の動作範囲の角度分形成され、互いに噛み合う。かさ歯車部４３Ａ，４３Ａは、第３，第４の回転軸２２ｃ，２２ｃ回りに回転可能に設けられる。また図６Ｂに示すように、一対のかさ歯車部４３Ａ，４３Ａはパラレルリンク機構９の内部空間側に設けられる。その他前述の実施形態と同様の構成となっている。

この構成によると、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６に、かさ歯車部４３Ａ，４３Ａを一体化した構成としたため、前述の実施形態よりもパラレルリンク機構全体の部品点数を低減することができる。これによりパラレルリンク機構９の構造を簡単化しコスト低減を図ることができる。各端部リンク部材１５，１６に、かさ歯車部４３Ａ，４３Ａを一体化したため、機構全体の剛性の向上に寄与し得る。一対のかさ歯車部４３Ａ，４３Ａはパラレルリンク機構９の内部空間側に設けられるため、前述の実施形態よりもコンパクト化を図ることができる。なお、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６に、かさ歯車部４３Ａ，４３Ａを溶接またはボルト等で固定してもよい。

［第３の実施形態：図７Ａ～図８］
図７Ａに示すように、第３の回転軸（回転軸部材）２２ｃに、索条体であるワイヤロープ４４の一方端が巻き付けられ、第４の回転軸（回転軸部材）２２ｄに、前記ワイヤロープ４４の他方端が巻き付けられ、図７Ｂに示すように、第３，第４の回転軸２２ｃ，２２ｄ同士が前記ワイヤロープ４４により接続されていてもよい。具体的には、ワイヤロープ４４の一方側端部は、第３の回転軸２２ｃに溶接等で固定され、少なくとも中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ４の動作範囲以上にわたって第３の回転軸２２ｃの周上にワイヤロープ４４の一方端を巻き付けた状態で搭載される。

ワイヤロープ４４の他方側端部は、第４の回転軸２２ｄに溶接等で固定され、少なくとも中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ３の動作範囲以上にわたって第４の回転軸２２ｄの周上にワイヤロープ４４の他方端を巻き付けた状態で搭載される。中央リンク部材１７の動作範囲は、球面リンク機構の設計によって決定される。図８においては、ワイヤロープ４４が中央リンク部材の両回転対偶部Ｔ３，Ｔ４の動作角度δ分だけ各回転軸２２ｃ，２２ｄに巻き付けられている。
ワイヤロープ４４を巻き付ける方向について、第３の回転軸２２ｃの巻回方向Ｒ１に対して、第４の回転軸２２ｄの巻回方向Ｒ２は逆方向となるようにする。またワイヤロープ４４の巻取り量と引出し量を同一にするため、ワイヤロープ４４を巻き付ける軸部分は各回転軸２２ｃ，２２ｄで同一の直径となるようにしている。
この構成によると、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転によって一方の回転軸２２ｃ（２２ｄ）が回転することで前記一方の回転軸２２ｃ（２２ｄ）の周上に沿ってワイヤロープ４４が動作角度分巻き付けられるかまたは引き出される。ワイヤロープ４４は、第３，第４の回転軸２２ｃ，２２ｄに逆方向に巻回されているため、前記のように一方の回転軸２２ｃ（２２ｄ）の周上に沿って、ワイヤロープ４４の一部が例えば巻き付けられると、ワイヤロープ４４の張力によって他方の回転軸２２ｄ（２２ｃ）に一方の回転軸２２ｃ（２２ｄ）とは逆向きの回転力を与える。したがって、例えば、既存のパラレルリンク機構に索条体であるワイヤロープ４４を設けることで、一方の回転対偶部の回転を他方の回転対偶部に正確に伝達することができる。

図７Ａに示すように、回転伝達機構４２は、ワイヤロープ４４を各回転軸２２ｃ，２２ｄの各回転軸心に対してそれぞれ垂直に巻き付けるためのガイド４５を有してもよい。このガイド４５は、中央リンク部材１７に設けられる。このガイド４５は、例えば、中央リンク部材１７の両側部に固定されるガイド固定部４５ａ，４５ａと、これらガイド固定部４５ａ，４５ａの先端部分に渡って架設されたガイド本体部４５ｂとで凹形状に形成される。

ガイド本体部４５ｂのうち、中央リンク部材１７に対向する長手方向中間部に、ワイヤロープ４４を接触させつつ図７Ｂのように案内することで、ワイヤロープ４４が前述のように垂直に巻き付けられる。ガイド４５は、ワイヤロープ４４との接触部に、摩擦抵抗を低減するための回転構造（図示せず）を備えてもよい。この回転構造を備えた場合、回転伝達機構４２の耐久性を高め、メンテナンス期間を延ばすことができる。ワイヤロープ４４の張力を調整する張力調整機構（図示せず）を備えてもよい。この張力調整機構を備えた場合、長期間に渡って、一方の回転対偶部Ｔ３（Ｔ４）の回転を他方の回転対偶部Ｔ４（Ｔ３）に正確に伝達し得る。

＜その他の実施形態＞
リンク機構１４の組数が４組以上である場合、少なくとも３組のリンク機構について、基端側および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の両端を含む両回転対偶部に、回転伝達機構を備えればよい。
回転伝達機構４２として、互いに噛み合う一対の歯車は、非同一形状であってもよい。
回転伝達機構４２は、互いに噛み合う平行２軸の歯車であってもよい。
索条体として、ベルト、チェーン等を適用することも可能である。

＜リンク作動装置：図９～図１０＞
図９に示すように、本発明の実施形態に係るリンク作動装置７は、前述の第３の実施形態に係るパラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９の先端側のリンクハブ１３の姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータ１０とを備える。リンク作動装置７は、前述のパラレルリンク機構９に代えて、図１１に示す第１の実施形態のパラレルリンク機構９または第２の実施形態のパラレルリンク機構９（図６Ｂ）を適用してもよい。

＜姿勢制御用アクチュエータ＞
図１０の例では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ１０が設けられている。各姿勢制御用アクチュエータ１０は、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材６の表面に第１の回転軸２２ａと同軸上に設置されている。図１０に示す３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ１０を設ければ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。

リンク作動装置７は、各姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動することで、パラレルリンク機構９が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動すると、その回転が前記減速機構を介して減速して第１の回転軸２２ａに伝達される。それにより基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が任意に変更される。先端側のリンクハブ１３の先端部材４０には、図示外のエンドエフェクタが取り付けられている。前記エンドエフェクタは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、画像処理機器等が挙げられる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施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。

７…リンク作動装置、９…パラレルリンク機構、９ａ，９ｂ…球面リンク機構、１０…姿勢制御用アクチュエータ、１２…基端側のリンクハブ、１３…先端側のリンクハブ、１４…リンク機構、１５…基端側の端部リンク部材、１６…先端側の端部リンク部材、１７…中央リンク部材、２２ｃ…第３の回転軸、２２ｄ…第４の回転軸、４２…回転伝達機構、４３…かさ歯車（歯車）、４３Ａ…かさ歯車部（歯車）、４４…ワイヤロープ（索条体）

Claims (7)

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、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であって、
   少なくとも３組のリンク機構につき、前記基端側および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の両端を含む両回転対偶部に、いずれか一方の回転対偶部の回転によって他方の回転対偶部が前記一方の回転対偶部の回転に対し逆回転となる回転伝達機構を備えたパラレルリンク機構。
2. 請求項１に記載のパラレルリンク機構において、前記回転伝達機構は、前記一方の回転対偶部に対し、前記他方の回転対偶部を逆回りに且つ同回転量回転させるパラレルリンク機構。
3. 請求項１または請求項２に記載のパラレルリンク機構において、前記回転伝達機構として、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の回転軸、および、前記先端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶部の回転軸のそれぞれに、各回転軸回りに回転し互いに噛み合う歯車が設けられているパラレルリンク機構。
4. 請求項３に記載のパラレルリンク機構において、前記歯車はかさ歯車であるパラレルリンク機構。
5. 請求項３または請求項４に記載のパラレルリンク機構において、前記各回転軸にそれぞれ設けられる歯車は同一形状の歯車であるパラレルリンク機構。
6. 請求項１または請求項２に記載のパラレルリンク機構において、前記回転伝達機構として、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の回転軸心を中心軸とする回転軸部材に、索条体の一方端が巻き付けられ、前記先端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶部の回転軸心を中心軸とする回転軸部材に、前記索条体の他方端が前記一方端とは逆回りに巻き付けられ、回転軸部材同士が前記索条体により接続されているパラレルリンク機構。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構における前記３組以上のリンク機構のうち２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータを備えたリンク作動装置。

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