JP6162006B2 - リンク作動装置 - Google Patents

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の精密で広範な作業範囲を必要とするリンク作動装置に関し、特に防塵対策の技術に関する。

作業装置に適用されるパラレルリンク機構およびリンク作動装置が、特許文献１、２にそれぞれ提案されている。

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る。また、リンク長を長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。そのため、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の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。これらの理由から、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作業範囲の動作が要求される医療機器や産業機器等に用いるのは難しい。

特許文献２のリンク作動装置は、３節連鎖のリンク機構を３組以上設けた構成としたことにより、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能である。しかし、このリンク作動装置は、特にモータの回転駆動力を端部リンク部材に伝達する駆動機構部の防塵対策を施すことが難しい。特許文献２には、防塵対策についての記述はない。

この発明の目的は、高速で広い動作範囲の動作を実現でき、かつ安価に製作できて動作を阻害しない防塵対策が施されたリンク作動装置を提供することである。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび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でなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置本体を備える。このリンク作動装置において、密閉空間を形成して内部に前記リンク作動装置本体を収容するカバーを設け、このカバーは、前記リンク作動装置本体の基端側および先端側にそれぞれ膨らむ形状の基端側カバー部材および先端側カバー部材を共通のカバー被取付部材に取り付けてなり、前記先端側カバー部材は、シート状の材料からなり、かつ前記カバー被取付部材に取り付ける取付部を有する基端側の平面部と、前記先端側のリンクハブに取り付ける取付部を有する先端側の平面部と、これら２つの平面部の外周同士をつなぎ合わせる外周部とからなることを特徴とする。前記カバー被取付部材は、例えば基端側のリンクハブに直接または間接的に取り付けられる。

リンク作動装置本体は、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軸方向に移動自在な２自由度機構として構成される。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である。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。例えば、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角は最大で約±９０°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。

基端側カバー部材および先端側カバー部材を共通のカバー被取付部材に取り付けることで密閉空間が形成され、この密閉空間にリンク作動装置本体を配置することによりリンク作動装置本体に対する防塵がなされる。これにより、リンク作動装置を悪環境下で使用した場合でも、リンク作動装置本体等の寿命低下を防ぐことができる。また、カバー内にリンク作動装置本体を収容すると、駆動機構部や軸受部のグリースが外部に飛散することも防止できる。防塵対策として基端側カバー部材および先端側カバー部材を設けるだけであるので、安価に製作することができる。

先端側カバー部材を、基端側および先端側の平面部と、これら２つの平面部の外周同士をつなぎ合わせる外周部とからなる構成としたことにより、先端側カバー部材の内部に広い空間が形成される。リンク作動装置本体は基端側に比べ先端側の動作が大きいが、その動作の大きいリンク作動装置本体の先端側も先端側カバー部材内に収容することができる先端側カバー部材は、シート状の材料からなるため、容易に変形できる。また、先端側カバー部材の先端側取付部を先端側のリンクハブに固定の先端側固定部材に取り付けたため、先端側カバー部材の先端側の平面部が先端側のリンクハブと同じに動く。そのため、リンク作動装置本体が広い作動範囲を持ち、先端側のリンクハブの移動量が大きい場合でも、先端側カバー部材の屈曲抵抗が小さて済む。

この発明において、前記基端側の平面部の外形よりも前記先端側の平面部の外形を小さくすると良い。ここで言う外形は、外周の形状のことである。
基端側の平面部の外形よりも先端側の平面部の外形を小さくすることで、先端側カバー部材の先端側部分の移動量が小さくなる。それにより、リンク作動装置を設置する架台等の、リンク作動装置の周辺にある部材に先端側カバー部材が干渉することを防止できる。

この発明において、前記先端側カバー部の前記２つの平面部は、いずれも外形が正方形であると良い。
平面部が正方形であると、外観が良い。また、正方形の辺の長さと円の直径とが同じである場合、正方形の方が円よりも面積が広いため、平面部が正方形であると、リンク作動装置本体の動作に伴う先端側カバーの変形が、外周部だけでなく平面部でも起き易い。そのため、先端側カバーの屈曲抵抗がより小さくなる。

この発明において、前記先端側カバー部材を構成するシート状の材料は、ターポリンであると良い。
ターポリンは、耐候性や強度に優れ、安価に製作できるため、先端側カバー部材の材料に適する。

この発明において、前記先端側カバー部材の前記２つの平面部は、これら２つの平面部の並び方向を中心軸とする円周方向位相が互いに異なっていても良い。
２つの平面部の円周方向位相を互いに異ならせることで、２つの平面部をつなぎ合わせる外周部が先端側カバー部材の内側に折りたたまれるようになる。それにより、リンク作動装置本体の動作時に、外周部が撓んで先端側のリンクハブに設置した部材と干渉することを防止できる。

この発明において、前記外周部に蛇腹状に折りたたむ折り目を付けても良い。
外周部に蛇腹状に折りたたむ折り目を付けることにより、外周部が先端側カバー部材の内側に折りたたまれるようになる。それにより、リンク作動装置本体の動作時に、外周部が撓んで先端側のリンクハブに設置した部材と干渉することを防止できる。また、先端側のリンクハブが移動するときに外周部が伸びたり縮んだりして変形するため、先端側カバーの屈曲抵抗が小さくなる。

この発明において、前記カバー被取付部材は、前記基端側のリンクハブおよび前記アクチュエータが固定される円形のベース部材であり、前記基端側カバー部材は円筒部とこの円筒部の一方端側の開口を塞ぐ平面部とを有し、前記ベース部材の外周面に前記基端側カバー部材の前記円筒部の他方端の内周面を嵌合させ、かつ前記ベース部材の先端側の面に前記先端側カバー部材を取り付けると良い。
この構成とすると、基端側カバー部材と先端側カバー部材とで、リンク作動装置本体を収容する密閉空間を容易に形成することができる。また、カバー被取付部材であるベース部材に基端側カバー部材を取り付けた状態であっても、任意の架台にリンク作動装置を設置することができる。

この発明において、前記基端側のリンクハブおよび前記アクチュエータが固定されるベース部材と、このベース部材に対して平行に設置され中央部に貫通孔を持つ円形部材とを有し、この円形部材が前記カバー被取付部材であり、前記基端側カバー部材は、円筒部とこの円筒部の一方端側の開口を塞ぐ平面部とを有し、前記円形部材の外周面に前記基端側カバー部材の前記円筒部の他方端の内周面を嵌合させ、かつ前記円形部材の先端側の面に前記先端側カバー部材を取り付けても良い。
この構成とすると、ベース部材にアクチュエータ等が設置されている場合でも、基端側カバー部材と先端側カバー部材とで、リンク作動装置本体を収容する密閉空間を容易に形成することができる。また、カバー被取付部材である円形部材に基端側カバー部材を取り付けた状態であっても、任意の架台にリンク作動装置を設置することができる。

前記円形部材と前記先端側カバー部材との間に、前記円形部材の貫通孔よりも小径の貫通孔を持つシート状の弾性材からなる干渉防止部材を設けると良い。
干渉防止部材が設けられていると、先端側カバー部材の平面部や外周部が内側に変形した場合に、その変形が一定以上になると、先端側カバー部材の変形部分がシート状の弾性材からなる干渉防止部材に接触する。これにより、先端側カバー部材に損傷を与えることなく、先端側カバー部材の変形を抑制され、先端側カバー部材とリンク作動装置本体とが干渉することを防止できる。

この発明において、前記先端側カバー部材の前記２つの平面部の各取付部は、弾性部材を介して取付対象となる他の部材に固定すると良い。
例えばブーツバンド等を用いて平面部の取付部と取付対象となる他の部材とを面接触で密着させて固定する場合、両者間に弾性部材を介在させることで密着性が増し、防塵性が向上する。また、弾性部材を介することで、取付部と他の部材の嵌合隙間を大きく取ることができるため、組立性が向上する。

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび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でなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置本体を備え、密閉空間を形成して内部に前記リンク作動装置本体を収容するカバーを設け、このカバーは、前記リンク作動装置本体の基端側および先端側にそれぞれ膨らむ形状の基端側カバー部材および先端側カバー部材を共通のカバー被取付部材に取り付けてなり、前記先端側カバー部材は、シート状の材料からなり、かつ前記カバー被取付部材に取り付ける取付部を有する基端側の平面部と、前記先端側のリンクハブに取り付ける取付部を有する先端側の平面部と、これら２つの平面部の外周同士をつなぎ合わせる外周部とからなるため、高速で広い動作範囲の動作を実現でき、かつ安価に製作できて動作を阻害しない防塵対策が施される。

この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図である。 同リンク作動装置のリンク作動装置本体および駆動機構部の正面図である。 同リンク作動装置本体を３次元的に表わした斜視図である。 （Ａ）は同リンク作動装置本体の一状態を示す一部を省略した正面図、（Ｂ）は異なる状態を示す一部を省略した正面図である。 同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 同リンク作動装置の基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部の断面図である。 図６の部分拡大図である。 （Ａ）は同リンク作動装置の先端側カバー部材の正面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はその底面図である。 （Ａ）は異なる先端側カバー部材の正面図、（Ｂ）はその底面図である。 （Ａ）はさらに異なる先端側カバー部材の正面図、（Ｂ）はその底面図である。 この発明の異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図である。 同リンク作動装置の先端側カバー部材の底面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図である。 同リンク作動装置のリンク作動装置本体および駆動機構部の正面図である。 （Ａ）は同リンク作動装置本体の一状態を示す一部を省略した正面図、（Ｂ）は異なる状態を示す一部を省略した正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図、（Ｂ）はそのXVIIIＢ部の拡大図である。 （Ａ）はこの発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を断面で表わした正面図、（Ｂ）はそのXIXＢ部の拡大図である。

この発明にかかるリンク作動装置の一実施形態を図１〜図８と共に説明する。
図１に示すように、このリンク作動装置５１は、リンク作動装置本体１と、このリンク作動本体１を架台５２に支持させる支持機構５３と、前記リンク作動本体１を作動させる複数のアクチュエータ５４と、それぞれで前記リンク作動本体１が収容される密閉空間５６を形成するカバー５７とを備える。カバー５７は、基端側カバー部材５８および先端側カバー部材５９からなる。

前記架台５２は、内部にリンク作動装置本体１が配置される貫通孔５２ａを有する。前記支持機構５３は、円形部材６０と、複数本の支柱６１と、円形のベース部材６２とで構成される。円形部材６０は、架台５２の貫通孔５２ａに対し同心かつ小径で内部にリンク作動装置本体１が配置される貫通孔６０ａを有し、架台５２の上面にボルト６３で結合される。複数本の支柱６１は、円形部材６０の上面に例えば円周方向等配で設けられる。図の例では、支柱６１の下端に設けた雄ねじ部６１ａを円形部材６０にねじ込んで、支柱６１を円形部材６０に固定しているが、他の方法で固定してもよい。支柱６１の位置は、ベース部材６２に取り付けられる部品（図示せず）が配置されていない位置とするのが良い。ベース部材６２は、各支柱６１の上端にボルト６４で固定され、下面中央部にリンク作動装置本体１が吊り下げ状態で設置される。

図２は、リンク作動装置本体１および駆動機構部の正面図である。リンク作動装置本体１は、前記ベース部材６２にスペーサ６５を介して基端側のリンクハブ２が固定され、この基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を３組のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結したものである。ベース部材６２には、後記大歯車７７が嵌り込む開口６２ａが形成されている。なお、図１、図２では、３組のリンク機構４のうち１組のリンク機構４のみが図示されている。図１と図２とで異なるリンク機構４を図示しているため、それぞれのリンク機構４の向きが互いに逆になっている。

図３は、リンク作動装置本体１を三次元的に表わした斜視図である。各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材５，６はＬ字状をなし、一方端が基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材５，６の他方端がそれぞれ回転自在に連結されている。基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３は六角柱状で、外周面を構成する６つの側面２ａ，３ａのうちの１つ置きに離れた各３つの側面２ａ，３ａに、基端側および先端側の端部リンク部材５，６がそれぞれ回転自在に連結されている。

３組のリンク機構４の各基端側および先端側の端部リンク部材５，６は、球面リンク構造と呼ばれる構造であって、それぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図４に図示）は一致しており、また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γをもっていてもよいし、平行であってもよい。

３組のリンク機構４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材５，６，７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材７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。図５は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。

この実施形態のリンク機構４は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７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。図４（Ａ）は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢとが同一線上にある状態を示し、図４（Ｂ）は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構４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ｄは変化しない。

基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４とで、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が直交２軸方向に移動自在な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２に対して先端側のリンクハブ３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動き、また基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ、および中央リンク部材７の中心線Ｃの交点Ｐを中心として、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３が姿勢を変更する。

上記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２に対する先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢの折れ角θ（図３）の最大値を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の旋回角φ（図３）を０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。

図６は基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部の断面図、図７はその部分拡大図である。なお、図６、図７では、１組のリンク機構４の基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部のみが図示されている。

図７の部分拡大図に示すように、基端側のリンクハブ２の側面２ａから軸部材３５が突出し、この軸部材３５に２つの軸受１２の内輪（図示せず）が外嵌し、基端側の端部リンク部材５の基端側のリンクハブ側の端部に軸受１２の外輪（図示せず）が内嵌している。つまり、内輪は基端側のリンクハブ２に固定され、外輪が基端側の端部リンク部材５と共に回転する構造である。軸受１２は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット３７による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受１２としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶部も、同様の構造である。

また、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部も、２つの軸受２４を介して互いに回転自在に連結されている。すなわち、基端側の端部リンク部材５に軸受２４の外輪（図示せず）が内嵌し、中央リンク部材７の軸部７ａに軸受２４の内輪（図示せず）が外嵌している。軸受２４は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット４７による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受２４としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部も、同様の構造である。

この実施形態の場合、図６に示すように、リンク作動装置本体１を作動させる前記アクチュエータ５４が、３組のリンク機構４のすべてに設けられている。但し、３組のリンク機構４のうちの少なくとも２組にアクチュエータ５４を設ければ、リンク作動装置本体１の動作を規定することができる。各アクチュエータ５４は、制御装置６７により制御される。制御装置６７は、例えば図２のように、リンク作動装置５１を操作する操作具（図示せず）を有するコントローラ６８に設けられるが、制御装置６７はコントローラ６８と別に設けてもよい。

図６において、アクチュエータ５４はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機７１付きのサーボモータであって、モータ固定部材７２によりベース部材６２に固定されている。アクチュエータ５４の回転は、前記減速機７１と歯車式の減速部７３を介して基端側の端部リンク部材５へ伝達される。減速機７１と歯車式の減速部７３とで減速機構７０を構成する。

歯車式の減速部７３は、アクチュエータ５４の出力軸５４ａにカップリング７５を介して回転伝達可能に連結された小歯車７６と、基端側の端部リンク部材５に固定され前記小歯車７６と噛み合う大歯車７７とで構成されている。図示例では、小歯車７６および大歯車７７は平歯車であり、大歯車７７は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車７７は小歯車７６よりもピッチ円半径が大きく、アクチュエータ５４の出力軸５４ａの回転が基端側の端部リンク部材５へ、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶中心軸Ｏ１回りの回転に減速して伝達される。その減速比は１０以上とされている。この例では、減速部７３に平歯車を使用しているが、その他の機構、例えばかさ歯車やウォーム機構等を使用してもよい。

大歯車７７のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としてある。前記アーム長Ｌは、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｏ１の軸方向中心点Ｐ１から、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶中心軸Ｏ２の軸方向中心点Ｐ２を基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｏ１に直交してその軸方向中心点Ｐ１を通る平面に投影した点Ｐ３までの距離である。この実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上である。そのため、高い減速比を得るのに有利である。

小歯車７６は、大歯車７７と噛み合う歯部７６ａの両側に突出する軸部７６ｂを有し、これら両軸部７６ｂが、ベース部材６２に設置の回転支持部材７９に設けられた２つの軸受８０によりそれぞれ回転自在に支持されている。軸受８０は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。２つの軸受８０の各外輪（図示せず）間にはシム（図示せず）を設け、軸部７６ｂに螺合したナット８１を締め付けることにより、軸受８０に予圧を付与する構成としてある。軸受８０の外輪は、回転支持部材７９に圧入されている。

この実施形態の場合、大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５と別部材であり、基端側の端部リンク部材５に対してボルト等の結合具８２により着脱可能に取付けられている。大歯車７７は基端側の端部リンク部材５と一体であってもよい。

アクチュエータ５４の回転軸心Ｏ３および小歯車７６の回転軸心Ｏ４は同軸上に位置する。これら回転軸心Ｏ３，Ｏ４は、基端側のリンクハブ２４と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｏ１と平行で、かつベース部材６２からの高さが同じとされている。

このリンク作動装置５１は、３組のリンク機構４のすべてにアクチュエータ５４および減速機構７０を設けたことで、リンク作動装置本体１や減速機構７０のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ３の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置本体１の高剛性化を実現できる。

また、歯車式の減速部７３は、小歯車７６と大歯車７７の組合せからなり、１０以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ３の位置決め分解能が向上する。また、低出力のアクチュエータ５４を使用することができる。この実施形態では減速機７１付きのアクチュエータ５４を使用しているが、歯車式の減速部７３の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ５４を使用することも可能となり、アクチュエータ５４を小型化できる。

大歯車７７のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の曲げモーメントが小さくなる。そのため、リンク作動装置本体１の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材５の軽量化を図れる。例えば、基端側の端部リンク部材５をステンレス鋼（ＳＵＳ）からアルミに変更できる。また、大歯車７７のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車７７の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置本体１の剛性が高くなる。
また、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長の１／２以上であると、大歯車７７が、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶に設置する軸受１２の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車７７の歯部と軸受１２との間にスペースができ、大歯車７７の設置が容易である。

特にこの実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上であるため、大歯車７７のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用・効果がより一層顕著に現れる。加えて、小歯車７６をリンク機構４よりも外径側に設置することが可能となる。その結果、小歯車７６の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。また、小歯車７６と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置本体１の可動範囲が広くなる。

小歯車７６および大歯車７７は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。小歯車７６は軸方向両側で軸受８０により支持されているため、小歯車７６の支持剛性が高い。それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置本体１の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、アクチュエータ５４の回転軸心Ｏ３、小歯車７６の回転軸心Ｏ４、および基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶中心軸Ｏ１が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。

大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５に対して着脱自在であるため、歯車式の減速部７３の減速比や、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置５１の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置５１を、大歯車７７を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。また、メンテナンス性が良い。例えば、歯車式の減速部７３に障害が生じた場合に、同減速部７３のみを交換するだけで対処可能である。

次に、前記カバー５７について説明する。
図１において、基端側カバー部材５８は、円筒部５８ａとこの円筒部５８ａの基端側（上端側）の開口を塞ぐ平面部５８ｂとからなり、基端側に膨らむ袋形状である。基端側カバー部材５８は、前記円筒部５８ａの下端内周面を支持機構５３の円形部材６０の外周面に嵌合させて、円形部材６０に取り付けられる。すなわち、この実施形態の場合、円形部材６０がカバー被取付部材である。基端側カバー部材５８の円筒部５８ａと平面部５８ｂは、例えばボルトまたは接着剤等により結合されている。円筒部５８ａおよび平面部５８ｂを一体に成型しても構わない。基端側カバー部材５８の材料としては、軽量な樹脂等が良い。基端側カバー部材５８の円筒部５８ａと円形部材６０との嵌合部にＯリング（図示せず）を介在させると、密閉性が高くなる。

図８に示すように、先端側カバー部材５９は、定常状態で互いに平行な基端側および先端側の平面部５９ａ，５９ｂと、これら２つの平面部５９ａ，５９ｂの外周同士をつなぎ合わせる外周部５９ｃとからなる。基端側の平面部５９ａの中央部には円形の開口５９ａａが設けられおり、先端側カバー部材５９は先端側に膨らむ袋形状である。先端側の平面部５９ｂの中央部にも円形の開口５９ｂａが設けられているが、先端側カバー部材５９の取付状態では、前記開口５９ｂａは後記先端側固定部材９１によって塞がれる。

基端側の平面部５９ａの開口５９ａａの内周縁には、円筒状の基端側取付部５９ａｂが設けられている。この基端側取付部５９ａｂを、図１のように、円形部材６０の下面に貫通孔６０ａの内周に沿って設けられた円環状の基端側固定部材９０の外周に嵌合させることで、カバー被取付部材である円形部材６０に先端側カバー部材５９の基端が取り付けられる。基端側取付部５９ａｂは、例えば、基端側固定部材９０にブーツバンド（図示せず）で固定される。なお、基端側固定部材９０は、ボルト（図示せず）等により円形部材６０に固定されている。

また、図８に示すように、先端側の平面部５９ｂの開口５９ｂａの内周縁には、円筒状の先端側取付部５９ｂｂが設けられている。この先端側取付部５９ｂｂを、図１のように、先端側のリンクハブ３の先端面に固定された円形の先端側固定部材９１の外周に嵌合させることで、先端側のリンクハブ３に先端側カバー部材５９の先端が取り付けられる。先端側取付部５９ｂｂは、例えば、先端側固定部材９１にブーツバンド（図示せず）で固定される。なお、先端側固定部材９１は、ボルト（図示せず）等により先端側のリンクハブ３に固定されている。

先端側カバー部材５９は、例えば厚さ０．０１〜２．０ｍｍ程度のシート状の材料からなる。シート状の材料としては、例えばテントに使用され耐候性や強度に優れ、比較的安価なターポリンが適する。ターポリンは、ポリエステル系の繊維に塩化ビニール等の合成樹脂をコーティングしたものである。他に、ゴム等を使用しても良い。

この実施形態の場合、基端側および先端側の平面部５９ａ，５９ｂはいずれも外形が正方形であって、基端側の平面部５９ａよりも先端側の平面部５９ｂの方が外形を小さくしてある。よって、外周部５９ｃは、４面の台形状面５９ｃａからなる。外周部５９ｃは、１枚のシート状材料からなっていてもよく、または複数枚のシート状材料を組み合せたものであっても良い。例えば、４枚の台形のシート状材料をつなぎ合わせたものとする。平面部５９ａ，５９ｂと外周部５９ｃとは、縫合、接着剤、圧着等により接合する。

このように、カバー５７の基端側カバー部材５８および先端側カバー部材５９を共通のカバー被取付部材である円形部材６０に取り付けることで密閉空間５６が形成され、この密閉空間５６にリンク作動装置本体１を配置することによりリンク作動装置本体１に対する防塵がなされる。これにより、リンク作動装置５１を悪環境下で使用した場合でも、リンク作動装置本体１等の寿命低下を防ぐことができる。また、カバー５７内にリンク作動装置本体１を収容すると、リンク作動装置本体１の駆動機構部や軸受部のグリースが外部に飛散することも防止できる。防塵対策として基端側カバー部材５８および先端側カバー部材５９を設けるだけであるので、安価に製作することができる。

先端側カバー部材５９を、基端側および先端側の平面部５９ａ，５９ｂと、これら２つの平面部５９ａ，５９ｂの外周同士をつなぎ合わせる外周部５９ｃとからなる構成としたことにより、先端側カバー部材５９の内部に広い空間が形成される。リンク作動装置本体１は、基端側に比べて先端側の動作が大きいが、その動作の大きいリンク作動装置本体１の先端側も先端側カバー部材５９内に収容することができる。

リンク作動装置本体１の作動による先端側のリンクハブ３の位置および姿勢の変化に対して、先端側カバー部材５９は、主に外周部５９ｃが変形することで対応する。例えば、先端側のリンクハブ３が傾斜した場合は、外周部５９ｃの４面の台形状面５９ｃａがそれぞれ異なる変形をすることで対応する。

先端側カバー部材５９は、シート状の材料からなるため、容易に変形できる。また、先端側カバー部材５９の先端側取付部５９ｂｂを先端側のリンクハブ３に固定の先端側固定部材９１に取り付けたため、先端側カバー部材５９の先端側の平面部５９ｂが先端側のリンクハブ３と同じに動く。そのため、リンク作動装置本体１が広い作動範囲を持ち、先端側のリンクハブ３の移動量が大きい場合でも、先端側カバー部材５９の屈曲抵抗が小さて済む。

先端側カバー部材５９は、基端側の平面部５９ａの外形よりも先端側の平面部５９ｂの外形を小さくしてあるため、先端側カバー部材５９の先端側部分の移動量が比較的小さい。それにより、リンク作動装置５１を設置する架台５２等の、リンク作動装置５１の周辺にある部材に先端側カバー部材５９が干渉することを防止できる。

また、この実施形態のように、基端側および先端側の平面部５９ａ，５９ｂの外形を正方形とすると、外観がすっきりとして見栄えが良い。また、正方形の辺の長さと円の直径とが同じである場合、正方形の方が円よりも面積が広いため、平面部５９ａ，５９ｂが正方形であると、リンク作動装置本体１の動作に伴う先端側カバー５９の変形が、外周部５９ｃだけでなく平面部５９ａ，５９ｂでも起き易い。そのため、先端側カバー５９の屈曲抵抗がより小さくなる。

上記実施形態では、先端側カバー部材５９の２つの平面部５９ａ，５９ｂが正方形であるが、正方形以外であっても良い。平面部５９ａ，５９ｂを、例えば図９に示すように六角形としても良く、また図１０のように円形としても良い。さらに、これら以外の形状であっても良い。いずれの場合も、先端側のリンクハブ３の位置および姿勢の変化に対応して変形することができる。

図１１、図１２は、先端側カバー部材５９の基端側および先端側の２つの平面部５９ａ，５９ｂの位相を互いにずらして設置した実施形態を示す。ここで言う位相は、２つの平面部５９ａ，５９ｂの並び方向を中心軸とする円周方向位相である。この例では、基端側の平面部５９ａに対して先端側の平面部５９ｂが、時計回りに４５°だけ位相がずれている。位相のずれは４５°に限定されるものではなく、それ以外であっても良い。

このように、２つの平面部５９ａ，５９ｂの位相をずらせることで、図１２に示すように、基端側の平面部５９ａと先端側の平面部５９ｂの角部同士を直線で結ぶ部分が折り目９２となって、外周部５９ｃの一部が内側に折りたたまれる。そのため、図１の実施形態のように外周部５９ｃの上下中央部が垂れることがなく、先端側のリンクハブ３（図示せず）に搭載した部品（図示せず）と先端側カバー部材５９の外周部５９ｃが干渉することを防止できる。この例の場合、前記部品は、先端側固定部材９１の下面に取り付けられる。また、リンク作動装置本体１の動作に応じて外周部５９ｃの折りたたまれた部分が滑るように変形するため、先端側カバー部材５９の屈曲抵抗が小さい。

図の例では、基端側の平面部５９ａと先端側の平面部５９ｂの角部同士を直線で結ぶ部分が外周部５９ｃの折り目９２となっているが、これ以外の部分が折り目となっても良い。また、外周部５９ｃは、折り目を付けられた１枚のシート状材料（図示せず）からなっていても良く、または複数のシート状材料（図示せず）をつなぎ合わせ、そのつなぎ合わせ部分を折り目としても良い。

図１３は、先端側カバー部材５９の外周部５９ｃに蛇腹状に折りたたむ折り目９２を付けた実施形態を示す。図の例は、２つの平面部５９ａ，５９ｂが円形であるが、２つの平面部５９ａ，５９ｂが多角形であっても良い。多角形である場合、２つの平面部５９ａ，５９ｂの円周方向位相が互いに同じにするのが良い。先端側カバー部材５９は、シート状のゴム材を一体成型して製作する。または、複数のシート材を折り目部でつなぎ合わせて製作する。前記折り目９２は、単に折る位置を示す目印ではなく、折りぐせを有するものである。

このように、先端側カバー部材５９の外周部５９ｃに蛇腹状に折りたたむ折り目９２を付けることにより、外周部５９ｃが先端側カバー部材５９の内側に折りたたまれるようになる。それにより、リンク作動装置本体１の動作時に、外周部５９ｃが撓んで先端側のリンクハブ３に設置した部材と干渉することを防止できる。また、先端側のリンクハブ３が移動するときに外周部５９ｃが伸びたり縮んだりして変形するため、屈曲抵抗が小さくなる。

図１４〜図１６は、前記各実施形態とはカバー被取付部材が異なる実施形態を示す。図１４に示すように、このリンク作動装置５１は、リンク作動本体１を架台５２に支持させる支持機構５３が、架台５２に直接に固定されたベース部材６２のみからなり、このベース部材６２の下面中央部にリンク作動装置本体１が吊り下げ状態で設置される。ベース部材６２は、架台５２の上面にボルト６３で結合される。このリンク作動装置５１の場合、前記ベース部材６２が、基端側および先端側のカバー部材５８，５９が取り付けられるカバー被取付部材となっている。

基端側カバー部材５８は、図１のものと同じ構成であり、円筒部５８ａの下端内周面をカバー被取付部材であるベース部材６２の外周面に嵌合させて、ベース部材６２に取り付けられる。先端側カバー部材５９は、図１、図８のものと同じ構成であり、基端側の平面部５９ａに設けられた基端側取付部５９ａｂを、ベース部材６２の下面に設けられた円環状の基端側固定部材９０の外周に嵌合させることで、ベース部材６２に先端側カバー部材５９の基端が取り付けられる。また、先端側の平面部５９ｂに設けられた先端側取付部５９ｂｂを、先端側のリンクハブ３の先端面に固定された円形の先端側固定部材９１の外周に嵌合させることで、先端側のリンクハブ３に先端側カバー部材５９の先端が取り付けられる。基端側取付部５９ａｂおよび先端側取付部材５９ｂｂは、例えば、基端側固定部材９０および先端側固定部材９１にそれぞれブーツバンド（図示せず）で固定される。
先端側カバー部材５９として、図９、図１０に示すものを用いても良く、また図１１、図１３のように、先端側カバー部材５９を設置しても良い。

上記のように、リンク作動装置本体１が設置されるベース部材６２に基端側および先端側のカバー部材５８，５９を取り付けることが可能であるのは、前記各実施形態と違って、ベース部材６２の先端側の面にアクチュエータ５４等の駆動機構部の部材がほとんど設けられていないからである。これは、リンク作動装置本体１およびこのリンク作動装置本体１を駆動する駆動機構部の構成が、前記各実施形態のものと異なることによる。

このリンク作動装置５１のリンク作動装置本体１が前記各実施形態と異なる点は、図１５に示すように、リンクハブ２，３に対して軸部材１０１が回転自在に支持され、この軸部材１０１に端部リンク部材５，６が一体回転するように取り付けられていることである。他は、細部の構造や形状の違いを除けば、前記各実施形態と同じである。したがって、図１６（Ａ），（Ｂ）のように、リンク作動装置本体１が各実施形態と同様に動作し、各リンク機構４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ｄは変化しない。

図１５に示すように、このリンク作動装置５１の駆動機構部は、リンク機構４と同数のアクチュエータ５４が、ベース部材６２の上面に垂直に起立させた状態で設置されている。アクチュエータ５４はロータリアクチュエータからなり、その出力軸（図示せず）がベース部材６２を貫通して下方に突出している。出力軸の先端にかさ歯車１０２が取り付けられ、このかさ歯車１０２に、基端側のリンクハブ２の軸部材１０１に取り付けられた扇形のかさ歯車１０３が噛み合っている。アクチュエータ５４を回転させると、その回転が一対のかさ歯車１０２，１０３を介して軸部材１０１に伝達されて、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の角度が変わる。各アクチュエータ５４は、制御装置６７により制御される。

図１７は、リンク作動装置本体１を設置するベース部材６２がカバー被取付部材である構成において、リンク作動装置本体１を上向きに設置した実施形態を示す。このリンク作動装置５１は、架台５２に複数の支柱６１を設け、この支柱６１でベース部材６２を支持し、このベース部材６２の上面中央部にリンク作動装置本体１を上向きに設置している。アクチュエータ５４はベース部材６２の下面に吊り下げ状態で設置される。この場合、ベース部材６２の下側の空間の下方が架台５２によって塞がれているため、基端側カバー部材５８は、平面部は無く、円筒部５８ａのみからなる。また、先端側カバー部材５９は、自重で変形するのを避けるため、外周部５９ｃが撓みの少ない形状とされている。

図１７はベース部材６２がカバー被取付部材である例を示すが、図１に示すリンク作動装置５１等のようにベース部材６２とは別の部材、例えば円形部材６０がカバー被取付部材である構成についても、リンク作動装置本体１を上向きに設置することができる。また、図１１、図１３のように先端側カバー部材５９を設置した構成についても、リンク作動装置本体１を上向きに設置することができる。

図１８（Ａ）のリンク作動装置５１は、同図（Ｂ）に示すように、図１の実施形態に対して、円形部材６０と基端側固定部材９０との間に、中央部に円形部材６０の貫通孔６０ａよりも小径の貫通孔９３ａを有するシート状の干渉防止部材９３を介在させてある。干渉防止部材９３は、厚さ１〜５ｍｍ程度の弾性体からなる。他は、図１の実施形態と同じである。

このように干渉防止部材９３が設けられていると、先端側カバー部材５９の先端側の平面部５９ｂや外周部５９ｃが内側に変形した場合に、その変形が一定以上になると、先端側カバー部材５９の変形部分が干渉防止部材９３に接触する。これにより、先端側カバー部材５９に損傷を与えることなく、先端側カバー部材５９の変形を抑制される。このため、先端側カバー部材５９とリンク作動装置本体１とが干渉することを防止できる。

図１９（Ａ）のリンク作動装置５１は、同図（Ｂ）に示すように、図１の実施形態に対して、先端側固定部材９１の外周部に弾性部材９４が設けられている。このため、先端側カバー部材５９の先端側取付部５９ｂｂが、弾性部材９４を介して先端側固定部材９１に取り付けられる。図示の例では設けられていないが、基端側固定部材９０の外周部にも、弾性部材（図示せず）を設けてもよい。他は、図１の実施形態と同じである。

先に説明したように、先端側カバー部材５９の先端側取付部５９ｂｂは、先端側固定部材９１の外周に嵌合させ、その周囲からブーツバンド（図示せず）で締め付けることにより固定される。先端側固定部材９１の外周部に弾性部材９４が設けられていると、先端側固定部材９１と先端側取付部５９ｂｂの密着性が増し、防塵性が向上する。また、弾性部材９４を介することで、先端側固定部材９１と先端側取付部５９ｂｂの嵌合隙間を大きく取ることができるため、組立性が向上する。基端側固定部材９０の外周部に弾性部材（図示せず）を設けた場合も、同様の効果が得られる。

１…リンク作動装置本体
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
５…基端側の端部リンク部材
６…先端側の端部リンク部材
７…中央リンク部材
５１…リンク作動装置
５２…架台
５４…アクチュエータ
５６…密閉空間
５７…カバー
５８…基端側カバー部材
５８ａ…円筒部
５８ｂ…平面部
５９…先端側カバー部材
５９ａ…基端側の平面部
５９ａｂ…基端側取付部
５９ｂ…先端側の平面部
５９ｂｂ…先端側取付部
５９ｃ…外周部
６０…円形部材（カバー被取付部材）
６０ａ…貫通孔
６２…ベース部材（カバー被取付部材）
９０…基端側固定部材
９１…先端側固定部材
９２…折り目
９３…干渉防止部材
９３ａ…貫通孔
９４…弾性部材

Claims (9)

1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび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でなり、
   前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置本体を備え、
   密閉空間を形成して内部に前記リンク作動装置本体を収容するカバーを設け、
   このカバーは、前記リンク作動装置本体の基端側および先端側にそれぞれ膨らむ形状の基端側カバー部材および先端側カバー部材を共通のカバー被取付部材に取り付けてなり、
   前記先端側カバー部材は、シート状の材料からなり、かつ前記カバー被取付部材に取り付ける取付部を有する基端側の平面部と、前記先端側のリンクハブに取り付ける取付部を有する先端側の平面部と、これら２つの平面部の外周同士をつなぎ合わせる外周部とからなることを特徴とするリンク作動装置。
2. 請求項１に記載のリンク作動装置において、前記基端側の平面部の外形よりも前記先端側の平面部の外形を小さくしたリンク作動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のリンク作動装置において、前記先端側カバー部の前記２つの平面部は、いずれも外形が正方形であるリンク作動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記先端側カバー部材の前記２つの平面部は、これら２つの平面部の並び方向を中心軸とする円周方向位相が互いに異なるリンク作動装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記外周部に蛇腹状に折りたたむ折り目を付けたリンク作動装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記カバー被取付部材は、前記基端側のリンクハブおよび前記アクチュエータが固定される円形のベース部材であり、前記基端側カバー部材は、円筒部とこの円筒部の一方端側の開口を塞ぐ平面部とを有し、前記ベース部材の外周面に前記基端側カバー部材の前記円筒部の他方端の内周面を嵌合させ、かつ前記ベース部材の先端側の面に前記先端側カバー部材を取り付けたリンク作動装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブおよび前記アクチュエータが固定されるベース部材と、このベース部材に対して平行に設置され中央部に貫通孔を持つ円形部材とを有し、この円形部材が前記カバー被取付部材であり、前記基端側カバー部材は、円筒部とこの円筒部の一方端側の開口を塞ぐ平面部とを有し、前記円形部材の外周面に前記基端側カバー部材の前記円筒部の他方端の内周面を嵌合させ、かつ前記円形部材の先端側の面に前記先端側カバー部材を取り付けたリンク作動装置。
8. 請求項７に記載のリンク作動装置において、前記円形部材と前記先端側カバー部材との間に、前記円形部材の貫通孔よりも小径の貫通孔を持つシート状の弾性材からなる干渉防止部材を設けたリンク作動装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記先端側カバー部材の前記２つの平面部の各取付部は、弾性部材を介して取付対象となる他の部材に固定されるリンク作動装置。

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