JP4468056B2

JP4468056B2 - リンク作動装置

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Publication number: JP4468056B2
Application number: JP2004121059A
Authority: JP
Inventors: 浩磯部; 啓助曽根
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: JP2005297170A

Description

本発明は、リンク作動装置に関し、例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するロボット関節などのリンク機構に利用されるリンク作動装置に関する。

例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するリンク作動装置として、パラレルリンク機構を具備した作業装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この作業装置は、ベースプレートとトラベリングプレートとの間を接続する複数のリンクを協調させて伸縮させることでベースプレートに対するトラベリングプレートの位置および姿勢を変化させるパラレルリンク機構を具備する。このパラレルリンク機構のトラベリングプレートにツールを取り付け、ワークを保持するテーブルを回転可能に配設することにより、テーブル上のワークに対するツールの位置および姿勢を自由に変えられるようにして、ツールによる三次元空間内での複雑な加工や物品の取り回しを可能にしている。

前記パラレルリンク機構では、可動部分の質量を軽減することができ、また、各リンクの位置決め誤差がその先端部で平均化されるなど、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行する上で大きな特徴を具備している。
特開２０００−９４２４５号公報

しかしながら、前述した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しようとすると、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来するという問題があった。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も小さいものに制限されるという問題もあった。

この問題点を解消するため、本出願人は、コンパクトな構成で、剛性が高く、しかも可搬重量が大きいリンク機構を具備したリンク作動装置を先に提案している（特願２００３−４００８６）。

このリンク作動装置は、入力部材と出力部材のそれぞれに設けたリンクハブに対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結したリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一とした構成を具備するものである。各リンク機構は、四つの回転対偶部からなる三節連鎖を構成している。

このリンク作動装置では、リンクハブに軸受外輪を内包すると共に軸受内輪を端部リンク部材と結合させることにより、リンクハブ内に軸受構造を埋設したものであり、リンク機構の内部空間に回転伝達部を配設し、その回転伝達部を介して端部リンク部材の姿勢を制御するアクチュエータを設けたものであり、入力側リンクハブを固定し、回転伝達部を駆動することにより出力側リンクハブを二自由度で動作させるようにしたものである。

このリンク作動装置では、リンク機構を構成する各部品同士が干渉することなく、そのリンク機構を広範囲で動作させるためには、リンク機構を構成する各部品の形状を工夫する必要がある。また、それら各部品は、リンク機構の組立性や加工性を考慮した形状とする必要もある。

そこで、本発明は前述の課題を改善するために提案されたもので、その目的とするところは、リンク機構を構成する各部品の形状を規定することにより、リンク機構の動作時に各部品同士が干渉することを未然に防止し得るリンク作動装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、前記リンク機構の動作時における他の構成部品との干渉を防止する形状を有することを特徴とする。

ここで、入出力間に設けられた三組以上のリンク機構のそれぞれは、幾何学的に同一形状を有し、そのリンク機構を三組以上としたのは、二自由度機構とするためである。ここで、「リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一にする」とは、中央リンク部材の対称面において入力側と出力側に分断した場合に入力側と出力側の幾何学的形状が同一であることを意味する。

また、各リンク機構は、四つの回転対偶部からなる三節連鎖を構成している。入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材は球面リンク構造で、三組以上のリンク機構における球面リンク中心は一致しており、また、その中心からの距離も同じである。端部リンク部材と中央リンク部材との連結部となる回転対偶部の軸は、ある交差角をもってもよいし、平行であってもよい。但し、三組以上のリンク機構における中央リンク部材の形状は幾何学的に同一である。

前述の構成におけるリンク機構の構成部品を、前記リンク機構の動作時における他の構成部品との干渉を防止する形状とする手段として、入力部材あるいは出力部材のリンク側外周縁部に、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面との干渉を防止するための面取り部を形成する手段が可能である。この面取り部は、リンク機構の最大折れ角をθmax、中央リンク部材の軸角をγとした場合、その面取り角度ＦがＦ＝(θmax−γ)／２の条件を満足するテーパ面を有する。

他の干渉防止手段として、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の内側端面と入出力側回転対偶部の軸中心との距離をＳ、前記端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面と中央リンク側回転対偶部の軸線との距離をＢとした場合、端部リンク部材が入出力部材に最接近する回転角度Ｅ＝(θmax−γ)／２に基づいて、入出力部材の形状を、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面との干渉を防止するための外形寸法Ｑが、Ｑ≦[Ｓ−Ｂtan(Ｅ)]・cos(Ｅ)の条件を満足するように規定した構成が可能である。

他の干渉防止手段として、端部リンク部材の入出力側回転対偶部の外径面との干渉を防止するためのスペーサを入出力部材に付設した構成が可能である。この場合、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外側端面と入出力側回転対偶部の軸中心との距離をＲ、前記スペーサとの接合面から端部リンク部材の入出力側回転対偶部の軸中心までの距離をＤとした場合、前記スペーサの厚みＧを、Ｇ≧[Ｒ・sin(Ｅ)＋Ｂ・cos(Ｅ)]−Ｄの条件を満足するように規定することが望ましい。

他の干渉防止手段として、端部リンク部材は彎曲したアーム形状を有し、その彎曲部の外側エッジ部に、同一リンク内における入出力側端部リンク部材同士の干渉を防止するための面取り部を形成した構成が可能である。

また、入力側端部リンクの中央リンク側回転対偶部と出力側端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外側端面に、両端部リンク部材の回転対偶部同士の干渉を防止する面取り部を形成した構成が可能である。この面取り部は、中央リンク部材の軸角をγとした場合、その面取り角度ＨがＨ＝γ／２の条件を満足するテーパ面を有する。

他の干渉防止手段として、端部リンク部材を両端支持する回転対偶部を有する中央リンク部材を、その中央リンク部材に対する端部リンク部材の回転範囲に合わせて部分的に除肉し、前記中央リンク部材と端部リンク部材の干渉を防止する除肉部を形成した構成が可能である。この除肉部は、中央リンク部材に端部リンク部材が折り畳まれた時に両部材がなす最小角度Ｔminのテーパ面を持つ。この場合、最小角度Ｔminは、リンク機構の最大折れ角θmaxと中央リンク部材の軸角γより、Ｔmin＝sin^-1([tan(γ/２)/tan((θmax＋γ)/２)]^0.5)から求められる。また、中央リンク部材に対する端部リンク部材の回転範囲Ｔは、Ｔ＝２×(９０−Ｔmin)で求められる。

以上のように、本発明に係るリンク作動装置では、入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、前記リンク機構の動作時における他の構成部品との干渉を防止する形状を有することにより、リンク機構の各構成部品が干渉することを未然に防止することができると共にリンク機構のコンパクト化も確保することができる。

また、本発明は、入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、その構成部品の加工または組み立てに最適な平坦部を有することを特徴とする。

つまり、前記端部リンク部材は彎曲したアーム形状を有し、そのアーム先端に位置する中央リンク側回転対偶部の連結部の内側に、前記平坦部をテーパ状に形成した構成、あるいは、平坦部が、入力部材あるいは出力部材の外径面で、端部リンク部材との回転対偶部間に位置する部位に形成され、対向する端部リンク部材との回転対偶部の軸に対して垂直平面となる構成とすることが可能である。

以上のように、本発明に係るリンク作動装置では、入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、その構成部品の加工または組み立てに最適な平坦部を有することにより、リンク機構の構成部品における加工性および組立性の向上が図れる。

本発明によれば、入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、前記リンク機構の動作時における他の構成部品との干渉を防止する形状を有することにより、リンク機構の各構成部品が干渉することを未然に防止することができると共にリンク機構のコンパクト化も確保することができる。

また、入出力部材、端部リンク部材あるいは中央リンク部材からなるリンク機構の各構成部品のうち、少なくともいずれか一つの構成部品は、その構成部品の加工または組み立てに最適な平坦部を有することにより、リンク機構の構成部品における加工性および組立性の向上が図れる。

図１および図２に示す実施形態のリンク作動装置は、例えば、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するロボット関節などのリンク機構などに利用される三組のリンク機構１〜３を具備する。これら三組のリンク機構１〜３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。
図１に示す実施形態のリンク機構１〜３は回転対称タイプで、入力部材４および入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力部材５および出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃの位置関係が、中央リンク部材１ｂ〜３ｂの中心線に対して互いに回転対称となる位置構成になっている。

図１および図２に示すように、各リンク機構１〜３は、入力部材４に回動自在に連結された入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと、出力部材５に回動自在に連結された出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃと、両端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃのそれぞれに回動自在に連結されて両端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを互いに連結する中央リンク部材１ｂ〜３ｂとで構成され、四つの回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃからなる三節連鎖構造をなす。

なお、図１および図２のリンク機構１〜３における各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃは軸受構造を内蔵している。これにより、その連結部分での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。その軸受構造としては、二個のラジアル玉軸受、アンギュラ玉軸受、ローラ軸受、すべり軸受、もしくは一個の複列アンギュラ玉軸受などを使用することが可能である。

端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃは球面リンク構造で、三組のリンク機構１〜３における球面リンク中心は一致しており、また、その中心からの距離も同じである。端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの二つの回転対偶部６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂の各軸は、ある交差角をもってもよいし、平行であってもよい。ただし、三組のリンク機構１〜３における中央リンク部材１ｂ〜３ｂの形状は幾何学的に同一である。

リンク機構１〜３において、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材１ｂ〜３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材１ｂ〜３ｂの対称面に対して中央リンク部材１ｂ〜３ｂと入出力部材４，５と連結される端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材４および入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力部材５および出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃは同じに動き、入力側と出力側は同じ回転角になって等速回転することになる。この等速回転するときの中央リンク部材１ｂ〜３ｂの対称面を等速二等分面という。

このため、入出力部材４，５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１〜３を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構１〜３が矛盾無く動ける位置として中央リンク部材１ｂ〜３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。

この実施形態のリンク作動装置は、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａに、モータ等のアクチュエータを連結し、そのアクチュエータにより、端部リンク部材１ａ〜３ａの回転角位置を制御することで、出力部材５に取り付けられた、例えばロボットの腕（図示せず）などの可動部位の姿勢を制御する。

図１に示すリンク機構１〜３の基本的構成は、本出願人が先に提案した特願２００３−４００８６に開示したものと同一であり、入出力部材４，５は、中心軸に貫通孔が形成され、外形を球面状としたドーナツ形状をなすリンクハブである。このリンク機構１〜３の各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃは、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを片持ちで支持した構造を具備する。

一方、図２に示すリンク機構１〜３の基本構成は、本出願人が先に提案した特願２００３−３８８３０７に開示したものと同一であり、入出力部材４，５は、円盤状をなす。このリンク機構１〜３の各回転対偶部６ａ〜８ａ，６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂，６ｃ〜８ｃは、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを両端支持する構造を具備する。

図３および図４は、図２に示す実施形態のリンク作動装置において、入力側端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの連結部分である回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌが他の構成部品と干渉することを防止する手段を講じた二例を示す。なお、この例では、入力側端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁について説明するが、出力側端部リンク部材１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂についても同様に適用できるのは勿論である。

図３に示す実施形態では、端部リンク部材１ａ〜３ａの先端にある回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と入力部材４との干渉防止手段として、その端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁が入力部材４に最も接近した場合に、その回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と入力部材４との間に隙間Ｃが形成されるように入力部材４の外周縁部を面取りする。この面取り部３１は、入力部材４の外周縁部について、端部リンク部材１ａ〜３ａが延びる方向と対応した箇所のみに形成すればよいが、その入力部材４の外周縁部の全周に亘って形成してもよい。面取り部３１の角度Ｆは、端部リンク部材１ａ〜３ａが入力部材４に最も接近した時に端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌが入力部材４の上面となす角度Ｍと一致させる。

ここで、中央リンク部材１ｂ〜３ｂと端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁が軸受構造であるため、その組立性や加工性を考慮すると、回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌと端部リンク部材１ａ〜３ａの軸線Ｋを平行とすることが好ましい。なお、端部リンク部材１ａ〜３ａの軸線Ｋとは、入力部材４と端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａの軸と、中央リンク部材１ｂ〜３ｂと端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の軸からなる平面を端部リンク部材１ａ〜３ａの中心面とし、回転対偶部６ａ〜８ａの軸の垂直平面となる端部リンク部材１ａ〜３ａの平面と前述の中心面との交線を意味する。

このように回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌと端部リンク部材１ａ〜３ａの軸線Ｋが平行であれば、端部リンク部材１ａ〜３ａが入力部材４に最も接近した時、端部リンク部材１ａ〜３ａの軸線Ｋが入力部材４の上面となす角度Ｅと、回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌが入力部材４の上面となす角度Ｍとが一致する。この時、角度Ｅは、リンク機構１〜３の最大折れ角θmaxと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの軸角γより容易に求めることができ、Ｅ＝(θmax−γ)／２となる。従って、面取り部３１の角度Ｆを、Ｆ＝(θmax−γ)／２とすればよい。

回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌと入力部材４の間に隙間Ｃを形成して端部リンク部材１ａ〜３ａが入力部材４と干渉しないように、入力部材４の外周縁部に面取り部３１を形成するため、入力部材４の外周縁部に形成された面取り部３１のテーパ面が点Ｊを通るように設計すればよい。この点Ｊは、端部リンク部材１ａ〜３ａの軸線Ｋと回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌとの距離Ｂと隙間Ｃから容易に求めることができる。ここで、入力部材４の上面から点Ｊまでの距離をＰ、入力部材４と端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａの軸中心Ｏから入力部材４の上面までの距離をＤとすると、Ｐ＝Ｄ−(Ｂ＋Ｃ)／cos(Ｅ)となる。

図４の実施形態では、端部リンク部材１ａ〜３ａの先端にある回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と入力部材４との干渉防止手段として、入力部材４の大きさ、つまり、入力部材４と端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａの軸中心Ｏからその端部リンク部材１ａ〜３ａが延びる方向に沿って入力部材４の外周端面までの寸法Ｑを規定する。この実施形態における入力部材４は円盤状をなすため、入力部材４の半径Ｑを規定することになる。入力部材４と端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ａ〜８ａの軸中心Ｏから、中央リンク部材１ｂ〜３ｂと端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の内側端面３４までの距離をＳとすると、入力部材４の半径Ｑは、Ｑ≦[Ｓ−Ｂ・tan(Ｅ)]・cos(Ｅ)とすればよい。
この実施形態では、入力部材４は円盤状としているが、多角形（例えば三角形）形状とし、その端面と軸中心Ｏの距離Ｑとしても構わない。また、干渉部分に切り欠きを設け、切り欠きの端縁と軸中心の距離をＱとしても構わない。

図５は、図１に示す実施形態のリンク作動装置において、入力側端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの連結部分である回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外径面Ｌが他の構成部品と干渉することを防止する手段を講じた一例を示す。なお、この例でも、入力側端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁について説明するが、出力側端部リンク部材１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂についても同様に適用できるのは勿論である。

この図５に示す実施形態では、端部リンク部材１ａ〜３ａの先端にある回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と入力部材４の取り付け部材３２との干渉防止手段として、外形を球面状としたドーナツ形状をなすリンクハブである入力部材４とその入力部材４の取り付け部材３２との間にスペーサ３３を介設している。この入力部材４は、外形を球面状としたドーナツ形状を有することから、端部リンク部材１ａ〜３ａと干渉しないようになっているが、その入力部材４の取り付け部材３２との干渉を防止するためにスペーサ３３を設置する。

ここで、中間リンク部材１ｂ〜３ｂと端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の内側端面３４から、入力部材４と端部リンク部材６ａ〜８ａの軸中心Ｏまでの距離をＳとすると、スペーサ３３の厚みＧは、Ｇ≧[Ｒ・sin(Ｅ)＋Ｂ・cos(Ｅ)]−Ｄとすればよい。また、スペーサ３３の径寸法については、端部リンク部材１ａ〜３ａと干渉しないように設定すればよく、例えば図示のごとく、入力部材４の下端最小径寸法と合致させればよい。

図６〜図１０は、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと他の構成部品との干渉を防止する手段を講じた例を示し、以下に各実施形態を説明する。各実施形態では、図１に示すリンク作動装置に適用した場合について説明するが、図２に示すリンク作動装置にも適用可能であることは勿論である。

図６は、図１のリンク機構を鏡像対称タイプとし、そのリンク機構が高折れ角（例えば９０°）をとった状態を示す。鏡像対称タイプのリンク機構１〜３は、入力部材４および入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力部材５および出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃの位置関係が、中央リンク部材１ｂ〜３ｂの中心線に対して互いに鏡像対称となる位置構成になっている。
この実施形態では、入出力側の端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃが略Ｌ字状をなすアーム形状であり、その先端に中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの回転対偶部６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂を有する。このようにリンク機構１〜３が高折れ角をとった場合、同一リンク内の入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃが相互に接近するため（図中Ａ部分）、この中央リンク部材１ｂ〜３ｂを長くすれば、この部分での干渉を防止することができるが、機構全体の高さが大きくなってしまう。

そこで、同一リンク内の入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃとの干渉を防止する手段として、入出力側の端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃのアーム彎曲部となる部位の両側縁部を面取りする。このように面取り部３５を形成したことにより、中央リンク部材１ｂ〜３ｂをより一層短くすることができるため、リンク機構全体のコンパクト化を実現できる。この面取り部３５は、図７に示すようにアームの全体に亘って形成したり、図８に示すようにアーム彎曲部となる必要な部位のみに形成してもよい。

また、図９に示す実施形態では、中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁を有する入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａについて、その回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁が設けられたアーム先端の連結部の内側に平坦部３６を形成する。このような平坦部３６を形成すれば、端部リンク部材１ａ〜３ａのアーム先端が入力部材４と干渉することを未然に防止することができる。なお、中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂を有する出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃについても同様に、アーム先端の連結部の内側に平坦部３６を形成することが望ましい。

このように回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁が設けられたアーム先端の連結部の内側に平坦部３６を形成しておけば、例えば、リンク機構１〜３の組み立て時、その回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁に軸受を圧入するに際して、図１０に示すような治具３７を用いることにより、アーム先端の連結部内側の平坦部３６で端部リンク部材１ａ〜３ａがしっかりと固定されるため、回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁への軸受圧入が容易に行える。

図１１は、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と、出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂とが干渉することを防止する手段を講じた一例を示す。この回転対偶部同士の干渉防止手段として、中央リンク部材１ｂ〜３ｂを長くすればよいが、その場合、リンク機構全体が大きくなってしまう。

そこで、図１１に示す実施形態では、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁の外側端面と、出力側の端部リンク部材１ｃ〜３ｃの回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂の外側端面を面取りする。このように回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂に面取り部３８を形成したことにより、中央リンク部材１ｂ〜３ｂを短くできるため、リンク機構の全体をより一層コンパクト化することができる。この場合、両面取り部３８のテーパ面同士が平行となるように、面取り角度Ｈを、Ｈ＝γ／２とすることが有効である。

なお、この面取り部３８は、回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂の外側端面の全周に亘って形成してもよいが、リンク機構がとり得る最大折れ角θmaxにより、中央リンク部材１ｂ〜３ｂに対する端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの回転範囲が規制されるため、回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁と回転対偶部６ｂ₂〜８ｂ₂の外側端面の全周のうち、必要な領域のみに形成してもよい。

図１２〜図１４は、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの干渉を防止する手段を講じた一例を示し、以下にその実施形態を説明する。実施形態では、図２に示すリンク作動装置に適用した場合について説明する。

図１２は、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃを両端支持する回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₂を有する中間リンク部材１ｂ〜３ｂの形状を示す。図１３に示すように端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂとが折り畳まれるように接近した状態となった時、その両部材がなす最小角度Ｔmin、つまり、二つの回転対偶部６ｂ₁〜８ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₂を結ぶ中央リンク部材１ｂ〜３ｂの軸線に対して端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃがなす最小角度は、リンク機構がとり得る最大折れ角θmaxと中央リンク部材１ｂ〜３ｂの軸角γより求めることができる。つまり、Ｔmin＝sin^-1([tan(γ/２)/tan((θmax＋γ)/２)]^0.5)となる。

ここで、中央リンク部材１ｂ〜３ｂに対する端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの回転範囲Ｔは、Ｔ＝２×(９０−Ｔmin)となるため、中央リンク部材１ｂ〜３ｂを端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃの回転範囲Ｔ分だけ除肉する（図１２中のＸは、除肉部を示す）。このように中央リンク部材１ｂ〜３ｂを除肉すれば、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂとの干渉を防止することができると共に、その中央リンク部材１ｂ〜３ｂが強度的にも優れた構造となり得る。また、図１４に示すように中央リンク部材１ｂ〜３ｂの除肉部Ｘの端面３９が非除肉部の端面４０となす角度Ｉは、端部リンク部材１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃと中央リンク部材１ｂ〜３ｂが折り畳まれる最小角度Ｔminを、Ｔmin＝Ｉとなるようにすれば有効である。

図１５〜図１７は、リンク機構の組立性および加工性を考慮した入力部材４の形状の一例を示し、以下にその実施形態を説明する。実施形態では、図１に示すリンク作動装置に適用した場合について説明する。なお、出力部材５についても同様に適用可能であることは勿論である。

図１５に示す実施形態では、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａとの回転対偶部６ａ〜８ａの軸４３を一体に設けた入力部材４について、その回転対偶部６ａ〜８ａの軸４３を加工するに際しては、この入力部材４を安定した姿勢に保持するため、また、その軸４３に軸受を容易に組み込むために平坦部４１を設けている。このように入力部材４の軸４３間に位置する外周面に平坦部４１を形成したことにより、その軸４３の加工および軸受の組み込みが容易となる。

また、図１６および図１７に示す実施形態では、入力側の端部リンク部材１ａ〜３ａとの回転対偶部６ａ〜８ａの軸を別体で取り付ける入力部材４について、その回転対偶部６ａ〜８ａの軸を装着するための貫通孔等の取り付け部４４間に位置する外周面に平坦部４２を形成する。この平坦部４２は、対向する端部リンク部材との回転対偶部６ａ〜８ａの軸に対して垂直平面となるように形成すればよい。このように平坦部４２を形成したことにより、入力部材４に貫通孔等の取り付け部４４を加工するに際して、この入力部材４を安定した姿勢に保持することができ、また、その貫通孔等の取り付け部４４に軸を装着する組み込みが容易となる。

本発明の実施形態で、三組のリンク機構を具備した片持ち支持タイプであり、回転対称となるリンク作動装置を示す斜視図である。本発明の実施形態で、三組のリンク機構を具備した両端支持タイプのリンク作動装置を示す斜視図である。図２に示す実施形態のリンク作動装置において、入力側端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部が入力部材と干渉することを防止する手段を講じた一例を示す概略構成図である。図２に示す実施形態のリンク作動装置において、入力側端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部が入力部材と干渉することを防止する手段を講じた他例を示す概略構成図である。図１に示す実施形態のリンク作動装置において、入力側端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部が入力部材の取り付け部材と干渉することを防止する手段を講じた一例を示す概略構成図である。図１に示す実施形態の鏡像対称となるリンク作動装置が高折れ角をとった状態を示す斜視図である。端部リンク部材同士が干渉することを防止する手段を講じた一例を示す端部リンク部材の斜視図である。端部リンク部材同士が干渉することを防止する手段を講じた他例を示す端部リンク部材の正面図である。端部リンク部材のアーム先端が入力部材と干渉することを未然に防止する手段を講じた一例を示す断面図である。端部リンク部材の回転対偶部に軸受を圧入する際に、端部リンク部材を治具に固定した状態を示す説明図である。入力側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部と、出力側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部とが干渉することを防止する手段を講じた一例を示す概略構成図である。端部リンク部材と中央リンク部材との干渉を防止する手段を講じた一例を示す中央リンク部材の斜視図である。中央リンク部材に対する端部リンク部材の回転範囲を説明するための正面図である。図１２の中央リンク部材を示す正面図である。リンク機構の組立性および加工性を考慮した入力部材の形状の一例を示す平面図である。リンク機構の組立性および加工性を考慮した入力部材の形状の他例を示す正面図である。図１６の平面図である。

符号の説明

１〜３リンク機構
１ａ〜３ａ，１ｃ〜３ｃ端部リンク部材
１ｂ〜３ｂ中央リンク部材
４入力部材
５出力部材
６ａ〜８ａ回転対偶部
６ｂ₁，６ｂ₂〜８ｂ₁，８ｂ₂ 回転対偶部
６ｃ〜８ｃ回転対偶部
９ａ，９ｂ軸受
３１面取り部
３３スペーサ
３５面取り部
３６平坦部
４１平坦部
４２平坦部
Ｘ除肉部

Claims

入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入力部材あるいは出力部材のリンク側外周縁部に、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面との干渉を防止するための面取り部を形成し、前記面取り部は、リンク機構の最大折れ角をθmax、中央リンク部材の軸角をγとした場合、その面取り角度ＦがＦ＝(θmax−γ)／２の条件を満足するテーパ面を有することを特徴とするリンク作動装置。
入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の内側端面と入出力側回転対偶部の軸中心との距離をＳ、前記端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面と中央リンク側回転対偶部の軸線との距離をＢとした場合、端部リンク部材が入出力部材に最接近する回転角度Ｅ＝(θmax−γ)／２に基づいて、入出力部材の形状を、端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面との干渉を防止するための外形寸法Ｑが、Ｑ≦[Ｓ−Ｂtan(Ｅ)]・cos(Ｅ)の条件を満足するように規定したことを特徴とするリンク作動装置。
入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外径面との干渉を防止するためのスペーサを入出力部材に付設し、前記端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外側端面と入出力側回転対偶部の軸中心との距離をＲ、前記スペーサとの接合面から端部リンク部材の入出力側回転対偶部の軸中心までの距離をＤとした場合、前記スペーサの厚みＧを、Ｇ≧[Ｒ・sin(Ｅ)＋Ｂ・cos(Ｅ)]−Ｄの条件を満足するように規定したことを特徴とするリンク作動装置。
入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記入力側端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部と出力側端部リンク部材の中央リンク側回転対偶部の外側端面に、両端部リンク部材の回転対偶部同士の干渉を防止する面取り部を形成し、前記面取り部は、中央リンク部材の軸角をγとした場合、その面取り角度ＨがＨ＝γ／２の条件を満足するテーパ面を有することを特徴とするリンク作動装置。
入出力側にそれぞれ配された入出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結した四つの回転対偶部からなるリンク機構を三組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたリンク作動装置において、前記端部リンク部材を両端支持する回転対偶部を有する中央リンク部材を、その中央リンク部材に対する端部リンク部材の回転範囲Ｔ＝２×(９０−Ｔmin)に合わせて部分的に除肉し、前記中央リンク部材と端部リンク部材の干渉を防止する除肉部を形成し、前記除肉部は、中央リンク部材に端部リンク部材が折り畳まれた時に両部材がなす最小角度Ｔminのテーパ面を持ち、前記最小角度Ｔminは、リンク機構の最大折れ角θmaxと中央リンク部材の軸角γより、Ｔmin＝sin ^-1 ([tan(γ/２)/tan((θmax＋γ)/２)] ^0.5 )から求められることを特徴とするリンク作動装置。