JP3995449B2

JP3995449B2 - パラレルメカニズム

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Publication number: JP3995449B2
Application number: JP2001344534A
Authority: JP
Inventors: 二郎松山; 孝彦長岡; 昇川口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003148582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベースとエンドエフェクタとの間に、両端部がそれぞれ傾動可能となる態様でこれらベースおよびエンドエフェクタに連結された複数の伸縮リンクを備えて成り、前記伸縮リンクを適宜伸縮させることによって前記ベースに対する前記エンドエフェクタの姿勢および／または位置を変更するようにしたパラレルメカニズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術としては、例えば特開平９−１０５７０６号公報に示されたものがある。この従来技術では、図７に示すように、ベース１とエンドエフェクタである移動テーブル２との間に、伸縮リンクとして６本のシリンダアクチュエータ３を介在させてある。シリンダアクチュエータ３は、それぞれシリンダ本体３ａに対してシリンダロッド３ｂを伸縮作動可能に配設したもので、シリンダ本体３ａ側の端部が球面軸受４を介してベース１の上面に連結してある一方、シリンダロッド３ｂ側の端部が球面軸受４を介して移動テーブル２の下面に連結してある。
【０００３】
上記のように構成したパラレルメカニズムでは、６本のシリンダアクチュエータ３を適宜伸縮させ、それぞれを所定の長さになるように制御すれば、移動テーブル２をベース１に対して所望の位置に所望の姿勢で位置決め配置することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のパラレルメカニズムにあっては、ベース１に対して移動テーブル２を最も近接させた場合にも、これらベース１と移動テーブル２との間にシリンダアクチュエータ３のすべてを収容できるだけのスペース（間隔）を確保しなければならない。このため、移動テーブル２の移動ストロークを大きく設定した場合、つまりシリンダアクチュエータ３として長さの大きなものを適用した場合には、パラレルメカニズムの小型化を図ることが困難となり、逆にパラレルメカニズムを小型化した場合には、移動テーブル２の移動ストロークを十分に確保することが困難になるといった問題を招来することになる。
【０００５】
また、上述したように両端部が球面軸受４によって支持されたシリンダアクチュエータ３にあっては、これを繰り返し伸縮作動させた場合、球面軸受４の中心間を結ぶ軸線回りに回転する虞れがある。通常、シリンダアクチュエータ３には、作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管３ｃが接続してあるため、シリンダアクチュエータ３が球面軸受４の中心間を結ぶ軸線回りに回転した場合、これら配線や配管３ｃに負荷が加わることになる。この結果、配線や配管３ｃが切断する等の事態を招来する、あるいは配線や配管３ｃに加わった負荷がシリンダアクチュエータ３の傾動に対して抵抗を与える、といったパラレルメカニズムの必要な動作に悪影響を及ぼすことに繋がる。さらに、外周部に上述した配線や配管３ｃを接続するための部分が設けてある等、シリンダアクチュエータ３の横断面に突出する部分が存在する場合には、シリンダアクチュエータ３が球面軸受４の中心間を結ぶ軸線回りに回転することによってこれらの相互干渉を招来する虞れもある。
【０００７】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、伸縮リンクに接続した作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管が切断する等の事態、あるいは配線や配管に加わった負荷が伸縮リンクの傾動に対して抵抗を与えるといったパラレルメカニズムの必要な動作に悪影響を及ぼすことをなくすことのできるパラレルメカニズムを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるパラレルメカニズムは、ベースとエンドエフェクタとの間に、それぞれ両端部が互いに直交する３軸回りに回転可能な３自由度を有する球面軸受を介してこれらベースおよびエンドエフェクタに連結される複数の伸縮リンクを備えて成り、前記伸縮リンクを適宜伸縮させることによって前記ベースに対する前記エンドエフェクタの姿勢および／または位置を変更するようにしたパラレルメカニズムにおいて、前記伸縮リンクと前記ベースおよび前記エンドエフェクタの少なくとも一方との間に、両端部の球中心間を結ぶ軸線回りに対する前記伸縮リンクの相対回転のみを規制する一方、前記伸縮リンクの前記ベースおよび前記エンドエフェクタに対する揺動を許容する回転規制手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、回転規制手段の作用により、ベースおよびエンドエフェクタに対する揺動を許容した状態で両端部の球中心間を結ぶ軸線回りに対する伸縮リンクの相対回転のみを規制することができる。
【００１２】
つぎの発明にかかるパラレルメカニズムは、上記の発明において、前記伸縮リンクの作動軸心が、両端部の球中心間を結ぶ軸線から逸脱し、かつ前記ベースおよび前記エンドエフェクタの少なくとも一方の外方域を通過するように、当該伸縮リンクを配置したことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、ベースに対してエンドエフェクタを近接させた場合に、これらベースとエンドエフェクタとの間に伸縮リンクのすべてを収容するためのスペースを確保する必要がない。
【００１４】
つぎの発明にかかるパラレルメカニズムは、上記の発明において、前記回転規制手段が、前記球中心間を結ぶ軸線回りの前記伸縮リンクの回転に対する捩れ剛性が、前記エンドエフェクタの姿勢および／または位置を変更する際の前記伸縮リンクの傾動に対する捩れ剛性、もしくは曲げ剛性よりも大きくなるように構成した弾性部材を備えたものであることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、弾性部材の剛性に関する異方性により、ベースおよびエンドエフェクタに対する傾動を許容した状態でこれらベースおよびエンドエフェクタと伸縮リンクとの、両端部の球中心間を結ぶ軸線回りの相対回転を規制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるパラレルメカニズムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１であるパラレルメカニズムの要部を示す断面図、図２は、図１に示したパラレルメカニズムの全体を示す斜視図である。ここで例示するパラレルメカニズムは、例えば産業用ロボットや工作機械の分野、あるいは計測や測定の分野で用いられるもので、ベース１０とエンドエフェクタである移動テーブル２０との間に、伸縮リンクとして複数、本実施の形態１では６本のシリンダアクチュエータ３０を介在させてある。
【００１８】
ベース１０および移動テーブル２０は、それぞれ円形の板状部材である。本実施の形態１では、ベース１０として移動テーブル２０よりも直径の大きなものを適用している。
【００１９】
シリンダアクチュエータ３０は、シリンダ本体３１に対してシリンダロッド３２を伸縮作動可能に設けたもので、各シリンダ本体３１のほぼ中央となる部分に支承ブラケット４０を備えている。支承ブラケット４０は、シリンダ本体３１の径外方向に延在する態様で該シリンダ本体３１に固着してある。なお、図には明示していないものの、シリンダ本体３１の外周部に部分的に突出する部分、例えばシリンダアクチュエータ３０に作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管を接続するための部分、あるいは変位計や荷重計といった各種センサが存在する場合には、これらの部分の突出方向とは相反する方向に向けて上述した支承ブラケット４０を延在させることが好ましい。
【００２０】
上記のような構成を有したシリンダアクチュエータ３０は、シリンダロッド３２の先端部が球面軸受５０を介して移動テーブル２０の下面に連結してある一方、支承ブラケット４０の突出端部が球面軸受５０を介してベース１０の上面に連結してあり、これら移動テーブル２０およびベース１０に対して、各球面軸受５０の球中心回りに任意の方向に傾動することが可能である。球面軸受５０は、それぞれハウジング５１の中心孔５１ａに軸受球体５２を転動可能に支承したもので、ハウジング５１を介してベース１０、並びに移動テーブル２０に固着してある一方、軸受球体５２から延在する連設ロッド５２ａを介して上述したシリンダロッド３２の先端部、並びに支承ブラケット４０の突出端部に連結してある。
【００２１】
また、上記パラレルメカニズムには、ベース１０と各シリンダアクチュエータ３０との間に回転規制手段６０を設けてある。回転規制手段６０は、図３に示すように、蛇腹状部材６１、固定端部材６２および可動端部材６３を備えて構成してある。
【００２２】
蛇腹状部材６１は、ステンレス鋼板等の金属薄板によって円筒の蛇腹状に成形したもので、図３（ａ）に示すＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに容易に曲げ変形することが可能である一方、Ｚ−Ｚ軸回りの回転（捩り）についてはほとんど不可能である。具体的には、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ剛性に対して、Ｚ−Ｚ軸回りの捩り剛性が十分大きく（好ましくは１０倍以上）なるように蛇腹状部材６１を構成してある。
【００２３】
固定端部材６２および可動端部材６３は、それぞれ中心孔６２ａ，６３ａを有した円板状部材であり、比較的厚板の金属によって構成してある。固定端部材６２は、その上部表面を介して蛇腹状部材６１の下端部に固着してあるとともに、その中心孔６２ａに球面軸受５０を挿通させた状態でその下部表面を介してベース１０の上面に固着してある。可動端部材６３は、その下部表面を介して蛇腹状部材６１の上端部に固着してあるとともに、中心孔６３ａを介して球面軸受５０の連設ロッド５２ａに固着してある。
【００２４】
図１に明示するように、回転規制手段６０を設ける場合には、シリンダアクチュエータ３０の支承ブラケット４０がベース１０の径方向に沿って延在し、シリンダアクチュエータ３０の作動軸心Ａ−Ａがベース１０の外方域を通過するように、それぞれの向きを設定する。
【００２５】
上記のように構成したパラレルメカニズムでは、６本のシリンダアクチュエータ３０を適宜伸縮させ、それぞれを所定の長さになるように制御すれば、移動テーブル２０をベース１０に対して所望の位置に所望の姿勢で位置決め配置することが可能になる。
【００２６】
上述した移動テーブル２０を移動させる動作の間、それぞれのシリンダアクチュエータ３０は、ベース１０および移動テーブル２０との間に介在させた球面軸受５０の作用により、個々の伸縮状態に応じてこれらベース１０や移動テーブル２０に対して適宜傾動することになる。このため、シリンダアクチュエータ３０の傾動に伴って上述した回転規制手段６０の蛇腹状部材６１には、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ変形が招来されるようになる。しかしながら、上記パラレルメカニズムによれば、上述したように、蛇腹状部材６１としてＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに容易に曲げ変形することが可能なものを適用しているため、当該蛇腹状部材６１がシリンダアクチュエータ３０の傾動を妨げたり、抵抗となったりする虞れはない。
【００２７】
しかも、回転規制手段６０の蛇腹状部材６１は、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ剛性に対して、Ｚ−Ｚ軸回りの捩り剛性が十分大きくなるように構成してあるため、シリンダアクチュエータ３０を繰り返し伸縮作動させた場合にも、当該シリンダアクチュエータ３０が、両端部に設けた球面軸受５０の軸受球中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する事態を有効に防止することが可能となる。この結果、シリンダアクチュエータ３０に接続した作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管が切断する等の事態、あるいは配線や配管に加わった負荷がシリンダアクチュエータ３０の傾動に対して抵抗を与える、といったパラレルメカニズムの必要な動作に悪影響を及ぼす虞れがなくなる。さらに、外周部に上述した配線や配管を接続するための部分が設けてある等、シリンダアクチュエータ３０の横断面に突出する部分が存在する場合であっても、当該突出した部分が相互に干渉する事態を招来する虞れもない。
【００２８】
さらに、上記パラレルメカニズムによれば、各シリンダアクチュエータ３０の作動軸心Ａ−Ａが、両端の傾動中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂから逸脱し、かつベース１０の外方域を通過するようにそれぞれのシリンダアクチュエータ３０を配置している。従って、ベース１０と移動テーブル２０との間にシリンダアクチュエータ３０のすべてを収容するためのスペースを確保する必要がない。この結果、例えば図１中の二点鎖線で示すように、移動テーブル２０の移動ストロークを十分に確保すべくシリンダアクチュエータ３０として長さの大きなものを適用した場合にも、該シリンダアクチュエータ３０の長さに比べて移動テーブル２０をベース１０に十分に近接することができるようになり、その小型化を図る上できわめて有利となる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態１では、ベース１０と移動テーブル２０との間にシリンダアクチュエータ３０から成る伸縮リンクを介在させるようにしているが、伸縮リンクとしては必ずしもシリンダアクチュエータ３０である必要はなく、伸縮が可能なものであれば、例えばモータによって回転駆動するボールネジを利用したものを適用しても構わない。また、ベース１０と移動テーブル２０との間に６本の伸縮リンクを介在させるようにしているが、３本であっても構わない。さらに、ベース１０およびエンドエフェクタに対して伸縮リンクを傾動させるための手段として球面軸受５０を例示しているが、ユニバーサルジョイント等、ベース１０およびエンドエフェクタとの間を傾動可能に連結できるものであれば、その他の手段を適用しても構わない。但し、ユニバーサルジョイントを適用した場合には、その構造上、伸縮リンクが両端の傾動中心を結ぶ軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する事態が発生しない。従って、この場合には、上述した回転規制手段６０を設けるに及ばない。また、上述した実施の形態１では、伸縮リンクの作動軸心がベースの外方域のみを通過するように該伸縮リンクを配置するようにしているが、エンドエフェクタの外方域のみを通過するようにしてもよいし、ベースおよびエンドエフェクタ双方の外方域を通過するように伸縮リンクを配置するようにしても構わない。
【００３０】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、ベースと伸縮リンクとの間に回転規制手段を設けるようにしている。これに対して実施の形態２は、エンドエフェクタである移動テーブルと伸縮リンクとの間に回転規制手段を設けるようにしたものである。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態２であるパラレルメカニズムを示した斜視図である。ここで例示するパラレルメカニズムも、産業用ロボットや工作機械の分野、あるいは計測や測定の分野で用いられるもので、ベース１０′とエンドエフェクタである移動テーブル２０との間に、伸縮リンクとして６本のシリンダアクチュエータ３０を介在させてある。
【００３２】
移動テーブル２０は、図１および図２に示した実施の形態１と同様に、円形の板状部材である。これに対してベース１０′は、比較的厚板で周面１０ａがテーパ状の円錐台状を成す部材である。
【００３３】
シリンダアクチュエータ３０は、シリンダ本体３１に対してシリンダロッド３２を伸縮作動可能に設けたもので、各シリンダ本体３１のほぼ中央となる部分に支承ブロック４１を備えている。支承ブロック４１は、中心孔４１ａを有した直方状を成すもので、該中心孔４１ａにシリンダ本体３１を嵌合させた状態で該シリンダ本体３１に固着してある。
【００３４】
上記のような構成を有したシリンダアクチュエータ３０は、シリンダロッド３２の先端部が球面軸受５０を介して移動テーブル２０の下面に連結してある一方、支承ブロック４１の一側面が球面軸受５０を介してベース１０′の周面１０ａに連結してあり、これら移動テーブル２０およびベース１０′に対して、各球面軸受５０の軸受球中心回りに任意の方向に傾動することが可能である。球面軸受５０は、それぞれハウジング５１の中心孔５１ａに軸受球体５２を転動可能に支承したもので、ハウジング５１を介してベース１０′、並びに移動テーブル２０に固着してある一方、軸受球体５２から延在する連設ロッド５２ａを介して上述したシリンダロッド３２の先端部、並びに支承ブロック４１の一側面に連結してある。
【００３５】
また、上記パラレルメカニズムには、移動テーブル２０と各シリンダアクチュエータ３０との間に回転規制手段６０を設けてある。回転規制手段６０は、図３に示したものと同様に、蛇腹状部材６１、固定端部材６２および可動端部材６３を備えて構成したもので、固定端部材６２がその中心孔６２ａに球面軸受５０を挿通させた状態で移動テーブル２０の下面に固着してある一方、可動端部材６３がその中心孔６３ａを介して球面軸受５０の連設ロッド５２ａに固着してある。回転規制手段６０の蛇腹状部材６１が、図３（ａ）に示すＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに容易に曲げ変形することが可能である一方、Ｚ−Ｚ軸回りの回転（捩り）についてはほとんど不可能であるのも実施の形態１と同様である。
【００３６】
上記のように構成したパラレルメカニズムにおいても、６本のシリンダアクチュエータ３０を適宜伸縮させ、それぞれを所定の長さになるように制御すれば、移動テーブル２０をベース１０′に対して所望の位置に所望の姿勢で位置決め配置することが可能になる。
【００３７】
上述した移動テーブル２０を移動させる動作の間、それぞれのシリンダアクチュエータ３０は、ベース１０′および移動テーブル２０との間に介在させた球面軸受５０の作用により、個々の伸縮状態に応じてこれらベース１０′や移動テーブル２０に対して適宜傾動することになる。このため、シリンダアクチュエータ３０の傾動に伴って上述した回転規制手段６０の蛇腹状部材６１には、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ変形が招来されるようになる。しかしながら、上記パラレルメカニズムによれば、蛇腹状部材６１としてＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに容易に曲げ変形することが可能なものを適用しているため、当該蛇腹状部材６１がシリンダアクチュエータ３０の傾動を妨げたり、抵抗となったりする虞れはない。
【００３８】
しかも、回転規制手段６０の蛇腹状部材６１は、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ剛性に対して、Ｚ−Ｚ軸回りの捩り剛性が十分に大きいため、シリンダアクチュエータ３０を繰り返し伸縮作動させた場合にも、当該シリンダアクチュエータ３０が、両端部に設けた球面軸受５０の軸受球中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する事態を有効に防止することが可能となる。この結果、シリンダアクチュエータ３０に接続した作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管が切断する等の事態、あるいは配線や配管に加わった負荷がシリンダアクチュエータ３０の傾動に対して抵抗を与える、といったパラレルメカニズムの必要な動作に悪影響を及ぼす虞れがなくなる。さらに、外周部に上述した配線や配管を接続するための部分が設けてある等、シリンダアクチュエータ３０の横断面に突出する部分が存在する場合であっても、当該突出した部分が相互に干渉する事態を招来する虞れもない。
【００３９】
さらに、上記パラレルメカニズムによれば、各シリンダアクチュエータ３０の作動軸心Ａ−Ａが、両端の傾動中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂから逸脱し、かつベース１０′の外方域を通過するようにそれぞれのシリンダアクチュエータ３０を配置するようにしている。従って、ベース１０′と移動テーブル２０との間にシリンダアクチュエータ３０のすべてを収容するためのスペースを確保する必要がない。このため、移動テーブル２０の移動ストロークを十分に確保すべくシリンダアクチュエータ３０として長さの大きなものを適用した場合にも、該シリンダアクチュエータ３０の長さに比べて移動テーブル２０をベース１０′に十分に近接することができるようになり、その小型化を図る上できわめて有利となる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態２では、ベース１０′と移動テーブル２０との間にシリンダアクチュエータ３０から成る伸縮リンクを介在させるようにしているが、伸縮リンクとしては必ずしもシリンダアクチュエータ３０である必要はなく、伸縮が可能なものであれば、例えばモータによって回転駆動するボールネジを利用したものを適用しても構わない。また、ベース１０′と移動テーブル２０との間に６本の伸縮リンクを介在させるようにしているが、３本であっても構わない。さらに、上述した実施の形態２では、伸縮リンクの作動軸心がベースの外方域のみを通過するように該伸縮リンクを配置するようにしているが、エンドエフェクタの外方域のみを通過するようにしてもよいし、ベースおよびエンドエフェクタ双方の外方域を通過するように伸縮リンクを配置するようにしても構わない。
【００４１】
実施の形態３．
上述した実施の形態１および２では、回転規制手段としていずれも蛇腹状部材を備えた回転規制手段を例示している。これに対して実施の形態３では、ジンバル状の板バネ部材を備えた回転規制手段を示している。
【００４２】
図５は、本発明の実施の形態３である回転規制手段を示したもので、（ａ）はその外観斜視図、（ｂ）は板バネ部材の平面図、（ｃ）は回転規制手段の断面図である。以下、この図５を参照しながら実施の形態３である回転規制部材について説明する。なお、以下においては便宜上、実施の形態１のように、ベース１０と伸縮リンクとの間に介在させることを前提として回転規制手段の説明を行うが、実施の形態２のように、エンドエフェクタである移動テーブルと伸縮リンクとの間に介在させることももちろん可能である。
【００４３】
図５（ａ）乃至図５（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態３の回転規制手段１６０は、固定端部材１６２、可動端部材１６３および板バネ部材１６１を備えて構成したものである。
【００４４】
固定端部材１６２は、球面軸受５０のハウジング５１を囲繞するに十分な内径を有した円筒状を成すものである。固定端部材１６２の長さは、ベース１０に設けた球面軸受５０において軸受球体５２の中心高さに合致するように構成してある。この固定端部材１６２は、その下端面を介してベース１０の上面に固着してある。
【００４５】
可動端部材１６３は、球面軸受５０のハウジング５１よりも太径で、固定端部材１６２よりも細径の円筒状を成すもので、その上端部が中心孔１６３ａを有した天壁によって閉塞してある。この可動端部材１６３は、天壁の中心孔１６３ａを介して球面軸受５０の連設ロッド５２ａに固着してある。
【００４６】
板バネ部材１６１は、任意の弾性材料から成る薄板、例えば金属の薄板によって成形したもので、中心孔１６１ａを有した円板状を成している。この板バネ部材１６１は、その外径が上述した固定端部材１６２の外径に合致する一方、中心孔１６１ａの内径が上述した可動端部材１６３の内径と合致するように構成してある。
【００４７】
また、上記板バネ部材１６１には、中心孔１６１ａの外周となる位置に一対の内周溝１６１ｂを設けてあるとともに、該内周溝１６１ｂのさらに外周となる位置に一対の外周溝１６１ｃを設けてある。これら内周溝１６１ｂおよび外周溝１６１ｃは、それぞれほぼ半円弧状を成す狭幅の溝であり、それぞれが板バネ部材１６１の中心と同心の円を描くように設けてある。これら一対の内周溝１６１ｂと一対の外周溝１６１ｃとは、一対の内周溝１６１ｂの相互間に構成される一対の内周側連結部１６１ｄと、一対の外周溝１６１ｃの相互間に構成される一対の外周側連結部１６１ｅとが、板バネ部材１６１の中心に対して９０°ずれるように両者の位置を設定してある。
【００４８】
この板バネ部材１６１は、その外周部の下面を介して固定端部材１６２の上端面に固着してある一方、その内周部の上面を介して可動端部材１６３の下端面に固着してある。
【００４９】
上記のように構成した回転規制手段１６０によれば、上述した板バネ部材１６１において内周溝１６１ｂよりも内方側に位置する円環部分（以下、単に内方円環部分１６１ｆという）が、外周溝１６１ｃよりも外方側に位置する円環部分（以下、単に外方円環部分１６１ｇという）に対して任意の方向に傾動可能である。つまり、外方円環部分１６１ｇに対して内方円環部分１６１ｆは、一対の内周側連結部１６１ｄを介してＸ−Ｘ軸回りに弾性的に傾動可能であるとともに、一対の外周側連結部１６１ｅを介してＹ−Ｙ軸回りに弾性的に傾動可能である。従って、この内方円環部分１６１ｆに可動端部材１６３および連設ロッド５２ａを介して固着したシリンダアクチュエータ３０は、外方円環部分１６１ｇに固定端部材１６２を介して固着したベース１０に対して容易に傾動することが可能であり、上述した板バネ部材１６１がシリンダアクチュエータ３０の傾動を妨げたり、抵抗となったりする虞れはない。
【００５０】
しかも、回転規制手段１６０の板バネ部材１６１は、内方円環部分１６１ｆが外方円環部分１６１ｇに対してＺ−Ｚ軸回りに容易に回転できる構成にない。つまり、回転規制手段１６０の板バネ部材１６１は、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの捩り剛性に対して、Ｚ−Ｚ軸回りの捩り剛性が十分に大きく（好ましくは１０倍以上）、当該Ｚ−Ｚ軸回りにはほとんど捩れ変形することはない。従って、シリンダアクチュエータ３０を繰り返し伸縮作動させた場合にも、当該シリンダアクチュエータ３０が、両端部に設けた球面軸受５０の軸受球中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する事態を有効に防止することが可能となる。
【００５１】
実施の形態４．
上述した実施の形態１および２では、回転規制手段としていずれも蛇腹状部材を備えた回転規制手段を例示している。これに対して実施の形態４では、コイルスプリングを備えた回転規制手段を示している。
【００５２】
図６は、本発明の実施の形態４である回転規制手段を示したもので、（ａ）はその外観斜視図、（ｂ）は回転規制手段の断面図である。以下、この図６を参照しながら実施の形態４である回転規制部材について説明する。なお、以下においては便宜上、実施の形態１のように、ベース１０と伸縮リンクとの間に介在させることを前提として回転規制手段の説明を行うが、実施の形態２のように、エンドエフェクタである移動テーブルと伸縮リンクとの間に介在させることももちろん可能である。
【００５３】
図６（ａ）乃至図６（ｃ）からも明らかなように、上記回転規制手段２６０は、コイルスプリング２６１、固定端部材２６２および可動端部材２６３を備えて構成したものである。
【００５４】
コイルスプリング２６１は、金属線材を螺旋状に巻回することによって構成したもので、図６（ａ）に示すＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに容易に曲げ変形することが可能である一方、Ｚ−Ｚ軸回りの回転（捩り）についてはほとんど不可能である。具体的には、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの曲げ剛性に対して、Ｚ−Ｚ軸回りの捩り剛性が十分に大きく（好ましくは１０倍以上）なるように構成してある。
【００５５】
固定端部材２６２および可動端部材２６３は、それぞれ中心孔２６２ａ，２６３ａを有した円板状部材であり、比較的厚板の金属によって構成してある。固定端部材２６２は、その上部表面を介してコイルスプリング２６１の下端部に固着してあるとともに、その中心孔２６２ａに球面軸受５０を挿通させた状態でその下部表面を介してベース１０の上面に固着してある。可動端部材２６３は、その下部表面を介してコイルスプリング２６１の上端部に固着してあるとともに、中心孔２６３ａを介して球面軸受５０の連設ロッド５２ａに固着してある。
【００５６】
上記のように構成した回転規制手段２６０によれば、上述したコイルスプリング２６１が適宜弾性変形することにより、固定端部材２６２に対して可動端部材２６３が、コイルスプリング２６１の軸心Ｚ−Ｚ軸に直交したＸ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りに変位可能である。従って、この可動端部材２６３に連設ロッド５２ａを介して固着したシリンダアクチュエータ３０は、固定端部材２６２を介して固着したベース１０に対して容易に傾動することが可能であり、上述したコイルスプリング２６１がシリンダアクチュエータ３０の傾動を妨げたり、抵抗となったりする虞れはない。
【００５７】
しかも、回転規制手段２６０のコイルスプリング２６１は、その軸心であるＺ−Ｚ軸回りの捩り剛性が、Ｘ−Ｘ軸およびＹ−Ｙ軸回りの捩り剛性に対して十分に大きくなるように設定したものである。従って、シリンダアクチュエータ３０を繰り返し伸縮作動させた場合にも、当該シリンダアクチュエータ３０が、両端部に設けた球面軸受５０の軸受球中心間を結ぶ軸線Ｂ−Ｂ回りに回転する事態を有効に防止することが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ベースとエンドエフェクタとの間に伸縮リンクのすべてを収容するためのスペースを確保する必要がないため、エンドエフェクタの移動ストロークを十分に確保すべく伸縮リンクとして長さの大きなものを適用した場合であっても、ベースに対してエンドエフェクタを十分に近接させることができ、その小型化を図る上できわめて有利となる。
【００５９】
つぎの発明によれば、回転規制手段の作用により、ベースおよびエンドエフェクタに対する傾動を許容した状態で両端部の球中心間を結ぶ軸線回りの伸縮リンクとの相対回転を規制することができるため、伸縮リンクを繰り返し伸縮作動させた場合にも、該伸縮リンクに接続した作動信号を与えるための配線や作動圧力を供給するための配管が切断する等の事態、あるいは配線や配管に加わった負荷が伸縮リンクの傾動に対して抵抗を与える、といったパラレルメカニズムの必要な動作に悪影響を及ぼす虞れがなくなる。さらに、外周部に上述した配線や配管を接続するための部分が設けてある等、伸縮リンクの横断面に突出する部分が存在する場合であっても、当該突出した部分が相互に干渉する事態を招来する虞れもない。
【００６０】
つぎの発明によれば、ベースに対してエンドエフェクタを近接させた場合に、これらベースとエンドエフェクタとの間に伸縮リンクのすべてを収容するためのスペースを確保する必要がないため、伸縮リンクを繰り返し伸縮作動させた場合にも、パラレルリンクの必要な動作に悪影響を及ぼす事態を招来する虞れがなく、しかもエンドエフェクタの移動ストロークを十分に確保すべく伸縮リンクとして長さの大きなものを適用した場合にも小型化を図ることが可能になる。
【００６１】
つぎの発明によれば、弾性部材の剛性に関する異方性により、ベースおよびエンドエフェクタに対する傾動を許容した状態でこれらベースおよびエンドエフェクタと伸縮リンクとの、両端部の球中心間を結ぶ軸線回りの相対回転を規制することができるため、上述した作用効果を有するパラレルメカニズムを容易に具現化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるパラレルメカニズムの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示したパラレルメカニズムの全体を示す斜視図である。
【図３】図１に示したパラレルメカニズムで適用する回転規制手段を示したもので、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面側面図である。
【図４】本発明の実施の形態２であるパラレルメカニズムの全体を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３であるパラレルメカニズムの回転規制手段を示したもので、（ａ）はその外観斜視図、（ｂ）は板バネ部材の平面図、（ｃ）は回転規制手段の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４であるパラレルメカニズムの回転規制手段を示したもので、（ａ）はその外観斜視図、（ｂ）は回転規制手段の断面図である。
【図７】従来のパラレルメカニズムを概念的に示した斜視図である。
【符号の説明】
１０，１０′ ベース、１０ａ周面、２０移動テーブル、３０シリンダアクチュエータ、３１シリンダ本体、３２シリンダロッド、４０支承ブラケット、４１支承ブロック、４１ａ中心孔、５０球面軸受、５１ハウジング、５１ａ中心孔、５２軸受球体、５２ａ連設ロッド、６０回転規制手段、６１蛇腹状部材、６２固定端部材、６２ａ中心孔、６３可動端部材、６３ａ中心孔、１６０回転規制手段、１６１板バネ部材、１６１ａ中心孔、１６１ｂ内周溝、１６１ｃ外周溝、１６１ｄ内周側連結部、１６１ｅ外周側連結部、１６１ｆ内方円環部分、１６１ｇ外方円環部分、１６２固定端部材、１６３可動端部材、１６３ａ中心孔、２６０回転規制手段、２６１コイルスプリング、２６２固定端部材、２６２ａ中心孔、２６３可動端部材、２６３ａ中心孔。

Claims

ベースとエンドエフェクタとの間に、それぞれ両端部が互いに直交する３軸回りに回転可能な３自由度を有する球面軸受を介してこれらベースおよびエンドエフェクタに連結される複数の伸縮リンクを備えて成り、前記伸縮リンクを適宜伸縮させることによって前記ベースに対する前記エンドエフェクタの姿勢および／または位置を変更するようにしたパラレルメカニズムにおいて、
前記伸縮リンクと前記ベースおよび前記エンドエフェクタの少なくとも一方との間に、両端部の球中心間を結ぶ軸線回りに対する前記伸縮リンクの相対回転のみを規制する一方、前記伸縮リンクの前記ベースおよび前記エンドエフェクタに対する揺動を許容する回転規制手段を設けたことを特徴とするパラレルメカニズム。
前記伸縮リンクの作動軸心が、両端部の球中心間を結ぶ軸線から逸脱し、かつ前記ベースおよび前記エンドエフェクタの少なくとも一方の外方域を通過するように、当該伸縮リンクを配置したことを特徴とする請求項１に記載のパラレルメカニズム。