JP6262193B2 - 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高速、高精度で、広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるリンク作動装置に関する。

医療機器や産業機器等の各種作業装置に用いられるパラレルリンク機構が、特許文献１、２に提案されている。

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くという問題がある。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が小さいものに制限されるという問題もある。

特許文献２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を、４節連鎖の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た構成としたことにより、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

しかし、特許文献２のパラレルリンク機構は、姿勢制御用のモータ、減速機構等を設けてリンク作動装置とする場合、パラレルリンク機構の径方向外側にモータと減速機構が配置されるため、径方向に大きくなるという問題がある。また、減速機構やモータがリンク機構と干渉して作動範囲が制限されるという問題もある。

この発明の目的は、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、径方向にコンパクトで、作動範囲を制限させることなく姿勢制御用アクチュエータを設置することができる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、前記各リンク機構は、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し、前記３組以上のリンク機構のうちの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姿勢制御用アクチュエータが設けられている。
このリンク作動装置において、前記基端側の端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部と、この湾曲部の一端に固定され、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材との回転対偶の軸心に位置する回転軸が取り付けられる回転軸取付部とを有し、前記姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を前記基端側の端部リンク部材に伝達する歯車機構の少なくとも一部が、前記湾曲部の前記一端の径方向内側縁および径方向外側縁を前記回転軸取付部の長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間内に配置され、かつ前記回転軸取付部に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によると、各姿勢制御用アクチュエータを回転駆動することで、その回転が歯車機構を介して基端側の端部リンク部材に伝達されて、基端側の端部リンク部材の角度が変わり、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が変更される。基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の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たため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

基端側の端部リンク部材が湾曲部で湾曲しているため、リンク作動装置全体の径方向の長さを短くすることができ、コンパクトな構成を実現できる。また、湾曲部の一端の径方向内側縁および径方向外側縁を回転軸取付部の長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間内に歯車機構の少なくとも一部が配置されているため、回転軸を支持する軸受と歯車機構の少なくとも一部を支持する軸受とを共通にすることができ、これによってより一層コンパクトな構成を実現できる。さらに、前記仮想の２つの平面に挟まれた空間内に歯車機構の少なくとも一部が配置されていることにより、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶部の周りに他の部品が配置されない構造とすることができる。これにより、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との折れ角が大きくなった場合でも中央リンク部材等の部材が歯車機構に干渉し難くなり、広い作動範囲をとることができる。

この発明において、前記回転軸取付部は互いに対向して配置された２つの回転軸取付体に前記回転軸が取り付けられた構成であり、これら２つの回転軸取付体間に、前記歯車機構の前記少なくとも一部が配置されていても良い。
回転軸取付部が互いに対向して配置された２つの回転軸取付体で構成されていると、回転軸取付部が１つの回転軸取付体で構成されている場合と比べて、回転軸取付部の剛性が高い。

この発明において、前記回転軸取付体は、前記湾曲部に対して着脱自在に取り付けられた板状の部材、例えば金属板からなっていると良い。
回転軸取付体が板状の部材であると、板金加工等によって回転軸取付体を安価にかつ量産性良く製作することができる。また、素材となる板材の大きさを変更するだけで、リンク作動装置のサイズの違いに対応することができる。このため、リンク作動装置のサイズの変更を容易に実現できる。

前記２つの回転軸取付体の前記湾曲部に固定される箇所の相互間隔よりも前記回転軸が取り付けられる箇所の相互間隔の方が大きくなるように、前記２つの回転軸取付体の両方または一方が屈曲した形状とされていても良い。
この場合、歯車機構の少なくとも一部を配置するスペースが広がり、組立性が向上する。

この発明において、前記２つの回転軸取付体の並び方向の外側に、前記回転軸の両端を回転自在に支持する軸受が配置されていると良い。
この構成であると、軸受へのモーメント荷重を低減させることができるため、リンク作動装置の剛性を向上させることができる。また、回転軸を支持する軸受と歯車機構の少なくとも一部を支持する軸受とを共通にすることができ、コンパクトな構成を実現できる。

この発明において、前記歯車機構は、前記姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を減速して前記基端側の端部リンク部材に伝達する減速機構であっても良い。
歯車機構が減速機構であると、姿勢制御用アクチュエータに付属して設けられる減速機構を無くすか、または小型のものにすることができるため、リンク作動装置全体をコンパクトな構成にすることができる。

この発明において、前記歯車機構を収容するギヤボックスを有し、このギヤボックスは前記基端側のリンクハブに固定され、前記ギヤボックスに軸受を介して前記回転軸が回転自在に支持されており、前記歯車機構の駆動側歯車が前記姿勢制御用アクチュエータに連結されたギヤボックス入力軸に取り付けられ、かつ前記歯車機構の従動側歯車が前記回転軸に取り付けられていても良い。
これにより、歯車機構、回転軸、および軸受がギヤボックス内にまとめて配置された構成とすることができ、歯車機構等の組込みが容易となる。また、歯車機構がギヤボックス内に配置されていると、安全性の向上、グリースの飛散防止、歯車機構への異物混入防止等を実現できる。

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、前記各リンク機構は、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し、前記３組以上のリンク機構のうちの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姿勢制御用アクチュエータが設けられ、前記基端側の端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部と、この湾曲部の一端に固定され、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材との回転対偶の軸心に位置する回転軸が取り付けられる回転軸取付部とを有し、前記姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を前記基端側の端部リンク部材に伝達する歯車機構の少なくとも一部が、前記湾曲部の前記一端の径方向内側縁および径方向外側縁を前記回転軸取付部の長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間内に配置され、かつ前記回転軸取付部に取り付けられているため、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができ、径方向にコンパクトで、作動範囲を制限させることなく姿勢制御用アクチュエータを設置することができる。

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省略した正面図である。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の一状態を示す図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態を示す図である。 図１のIV−IV断面図である。 図４の部分図である。 図１のVI−VI断面図である。 図６の部分図である。 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。 図５に示すものとは構成が異なる基端側の端部リンク部材の断面図である。 さらに構成が異なる基端側の端部リンク部材の断面図である。 図５に示すものとは構成が異なる基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶部の断面図である。 さらに構成が異なる基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶部の断面図である。 さらに構成が異なる基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶部の断面図である。 （Ａ）はギヤボックスの平面図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）は図１４（Ｂ）のXVＡ−XVＡ断面図、（Ｂ）は図１４（Ａ）のXVＢ−XVＢ断面図である。 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省略した正面図である。 図１６のXVII−XVII断面図である。

この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置を図１〜図８と共に説明する。
図１はリンク作動装置の一部を省略した正面図である。このリンク作動装置は、パラレルリンク機構１と、このパラレルリンク機構１を作動させる姿勢制御用アクチュエータ５０と、これらパラレルリンク機構１および姿勢制御用アクチュエータ５０を支持する土台６０とを備える。

図２、図３はパラレルリンク機構の一状態を示す図、および異なる状態を示す図である。パラレルリンク機構１は、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。なお、図１では、１組のリンク機構４のみが示されている。リンク機構４の数は、４組以上であっても良い。

図１〜図３において、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、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３に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の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。

パラレルリンク機構１は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶、および端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図１）で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心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（図１）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図１のIV−IV断面図である図４に、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。また、図１のVI−VI断面図である図６に、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、球面リンク中心ＰＢとの関係が示されている。図の例では、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、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Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であっても良い。

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、図８にように、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８は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構１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。各中央リンク部材７の中央部は、共通の軌道円Ｄ上に位置している。

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、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、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図４、図６）と直角に交わる直線をリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、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８）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８）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。

基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢変更は、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の交点Ｏを回転中心として行われる。図２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が同一線上にある状態を示し、図３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が或る作動角をとった状態を示す。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（図８）は変化しない。

このパラレルリンク機構１において、各リンク機構４におけるリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの長さが互いに等しく、かつ各リンク機構４のリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の回転対偶の中心軸Ｏ１、および、端部リンク部材５，６と中央リンク７の回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢと交差し、かつ基端側の端部リンク部材５と先端側の端部リンク部材６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材７についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材７の対称面に対して、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、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とは同じに動く。

図４に示すように、基端側のリンクハブ２は、中央部に円形の貫通孔１０ａを有する平板状の基端部材１０と、この基端部材１０の貫通孔１０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の回転支持部材１１とで構成される。貫通孔１０ａの中心は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ上に位置する。各回転支持部材１１は互いに貫通孔１０ａの径方向に離間した一対の回転支持体１１ａを有し、これら一対の回転支持体１１ａに、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ（図１）と交差する回転軸１２の両端が軸受１３を介してそれぞれ回転自在に支持されている。回転軸１２は、基端側の端部リンク部材５の一端に取り付けられている。基端側の端部リンク部材５の一端は、一対の回転支持体１１ａ間に位置する。

前記軸受１３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。この軸受１３は、回転支持体１１ａに圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。この例のように軸受１３を用いる代わりに、回転軸１２を回転支持体１１ａに回転自在に接触させることで、回転軸１２を回転自在に支持しても良い。

基端側の端部リンク部材５の他端には、回転軸１５が取り付けられている。この回転軸１５は、中央リンク部材７の一端に２個の軸受１６を介して回転自在に支持されている。回転軸１５を用いる代わりに、回転軸１５を中央リンク部材７の一端に回転自在に接触させることで、回転軸１５を回転自在に支持しても良い。

図６に示すように、先端側のリンクハブ３は、中央部に円形の貫通孔２０ａを有する平板状の先端部材２０と、この先端部材２０の貫通孔２０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の回転支持部材２１とで構成される。貫通孔２０ａの中心は、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転支持部材２１に、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ（図１）と交差する回転軸２２が軸受２３を介してそれぞれ回転自在に支持されている。回転軸２２は、先端側の端部リンク部材６の一端が取り付けられている。

先端側の端部リンク部材６の他端には、回転軸２５が取り付けられている。この回転軸２５は、中央リンク部材７の他端に２個の軸受２６を介して回転自在に支持されている。回転軸２５を用いる代わりに、回転軸２５を中央リンク部材７の他端に回転自在に接触させることで、回転軸２５を回転自在に支持しても良い。

図４の部分である図５、および図６の部分図である図７と共に、端部リンク部材５，６の構成について説明する。基端側および先端側の端部リンク部材５，６は一部を除いて同じ構成であるので、ここでは代表して基端側の端部リンク部材５について説明し、先端側の端部リンク６については対応する箇所の符号を括弧内に記す。基端側および先端側の端部リンク部材５，６で構成が異なる箇所については、随時説明する。

図５（図７）に示すように、端部リンク部材５（６）は、１つの湾曲部３０と、この湾曲部３０の両端にそれぞれ固定されたリンクハブ側および中央リンク側の回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂとで構成される。この実施形態では、各回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂは、湾曲部３０の端部の外径側の面および内径側の面にそれぞれ固定された２つの回転軸取付体３１ａからなる。

湾曲部３０は、例えば金属材料の鋳造品であり、所定の角度α（この例では９０°）に湾曲した形状をしている。湾曲角度αは任意に決めることができる。湾曲部３０の両端には、外径側の面と内径側の面間を貫通する１つのボルト用ねじ孔３２と、このボルト用ねじ孔３２の両側に位置する２つの位置決め孔３３とがそれぞれ設けられている。

回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂの回転軸取付体３１ａは、金属板等の厚さが一定の板状の部材に対して板金加工等の加工をすることで所定の形状に作られる。回転軸取付体３１ａの形状は例えば細長い直線状で、湾曲部３０の前記ボルト用ねじ孔３２に対応する１つのボルト挿通孔３４と、湾曲部３０の前記位置決め孔３３に対応する２つの位置決め孔３５と、前記回転軸１２，１５，２２，２５のいずれかが挿通される貫通孔３６とが設けられている。
回転軸取付体３１ａの素材として、単純な形状であり厚さが一定の板状の部材を用いると、安価に製作することができ、かつ量産性に優れる。特に、素材を金属板とすると、輪郭形状や前記各孔３４，３５，３６の加工が容易である。

湾曲部３０と回転軸取付体３１ａとの固定に際しては、湾曲部３０の位置決め孔３３と、外径側および内径側の各回転軸取付体３１ａの位置決め孔３５とに位置決めピン３７を挿通して位置決めする。その状態で、外径側と内径側からそれぞれボルト３８を各回転軸取付体３１ａのボルト挿通孔３４に挿通し、そのボルト３８のねじ部を湾曲部３０のボルト用ねじ孔３２に螺合させる。つまり、外径側および内径側の回転軸取付体３１ａは、共通の位置決めピン３７で位置決めされた状態で、互いに異なるボルト３８によりそれぞれ個別に湾曲部３０に固定される。
このように位置決めピン３７を用いることで、組立てが容易となり、作業者による組立て精度のばらつきが少なくなる。また、湾曲部３０と回転軸取付体３１ａの位置関係の精度が向上するため、パラレルリンク機構１のスムーズな動作を実現できる。

基端側の端部リンク部材５におけるリンクハブ側の回転軸取付部３１Ａの場合、図５に示すように、外径側および内径側の２つの回転軸取付体３１ａ間の空間に、後述する歯車機構５２（図１）の一部である傘歯車５４が配置され、かつ回転軸取付体３１ａの径方向外側に前記回転支持部材１１の一対の回転支持体１１ａが配置される。この実施形態の場合、前記外径側および内径側の２つの回転軸取付体３１ａ間の空間は、言い換えると、湾曲部３０の一端の径方向内側縁および径方向外側縁を回転軸取付部３１Ａの長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間Ｓである。そして、前記回転軸１２を介して、端部リンク部材５と回転支持部材１１とが互いに回転自在に連結されると共に、端部リンク部材５と傘歯車５４とが互いに一体回転するように連結される。具体的には、次のように連結されている。

回転軸１２は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部１２ａを有し、内径端に雄ねじ部１２ｂを有する。この回転軸１２を雄ねじ部１２ｂの側から、外径側の軸受１３の内輪、スペーサ４０、外径側の回転軸取付体３１ａ、傘歯車５４、スペーサ４１、内径側の回転軸取付体３１ａ、スペーサ４２、内径側の軸受１３の内輪、およびスペーサ４３の各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部１２ｂにナット４４を螺着する。これにより、回転軸１２の頭部１２ａとナット４４とで、２つの軸受１３の内輪、２つの回転軸取付体３１ａ、１つの傘歯車５４、および４つのスペーサ４０，４１，４２，４３を挟み付けることで、軸受１３に予圧を付与した状態で、端部リンク部材５、回転支持部材１１、および傘歯車５４を前記のように連結する。

先端側の端部リンク部材６におけるリンクハブ側の回転軸取付部３１Ａの場合、図７に示すように、外径側および内径側の２つの回転軸取付体３１ａ間に、前記回転支持部材２１が配置される。そして、前記回転軸２２を介して、端部リンク部材６と回転支持部材２１とが互いに回転自在に連結される。具体的には、次のように連結する。

回転軸２２は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部２２ａを有し、内径端に雄ねじ部２２ｂを有する。この回転軸２２を雄ねじ部２２ｂの側から、外径側の回転軸取付体３１ａ、スペーサ４５、２つの軸受２３の内輪、スペーサ４６、および内径側の回転軸取付体３１ａの各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部２２ｂにナット４７を螺着する。これにより、回転軸２２の頭部２２ａとナット４７とで、２つの回転軸取付体３１ａ、２つの軸受２３の内輪、および２つのスペーサ４５，４６を挟み付けることで、軸受２３に予圧を付与した状態で、端部リンク部材６と回転支持部材２１とを互いに回転自在に連結する。

端部リンク部材５（６）における中央リンク側の回転軸取付部３１Ｂの場合、図５（図７）に示すように、外径側および内径側の２つの回転軸取付体３１ａ間に、中央リンク部材７の一端（他端）が配置される。そして、前記回転軸１５（２５）を介して、端部リンク部材５（６）と中央リンク部材７とが互いに回転自在に連結される。具体的には、次のように連結する。

回転軸１５（２５）は、外径端に他の部分よりも径が大きい頭部１５ａ（２５ａ）を有し、内径端に雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）を有する。この回転軸１５（２５）を雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）の側から、外径側の回転軸取付体３１ａ、スペーサ４５、２つの軸受１６（２６）の内輪、スペーサ４６、および内径側の回転軸取付体３１ａの各貫通孔に順に挿通し、雄ねじ部１５ｂ（２５ｂ）にナット４７を螺着する。これにより、回転軸１５（２５）の頭部１５ａ（２５ａ）とナット４７とで、２つの回転軸取付体３１ａ、２つの軸受１６（２６）の内輪、および２つのスペーサ４５，４６を挟み付けることで、軸受１６（２６）に予圧を付与した状態で、端部リンク部材５（６）と回転支持部材１１（２１）とを互いに回転自在に連結する。

図１において、前記土台６０は、床面に設置されるベース板６１から複数の支柱６２が上向きに設けられており、これら複数の支柱６２の上端にパラレルリンク機構１の基端部材１０が支持されている。また、複数の支柱６２の上部に板状のモータ取付部材６３が水平に設けられ、このモータ取付部材６３に前記姿勢制御用アクチュエータ５０が吊り下げ状態で取り付けられている。図の例では、姿勢制御用アクチュエータ５０の個数がパラレルリンク機構１のリンク機構４と同数の３個であるが、３組のリンク機構４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ５０が設けられていれば、パラレルリンク機構１を作動させることができる。

姿勢制御用アクチュエータ５０は回転モータであって、付属の減速機構５１を備えている。この減速機構５１から出力軸５１ａが上向きに突出している。また、上記付属の減速機構５１とは別に、減速機構として機能する歯車機構５２が設けられている。この歯車機構５２は、減速機構５１の出力軸５１ａに取り付けられた駆動側の傘歯車５３と、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部の回転軸１２に取り付けられた従動側の傘歯車５４とでなる。

このリンク作動装置は、各姿勢制御用アクチュエータ５０を回転駆動することで、パラレルリンク機構１を作動させる。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ５０を回転駆動すると、その回転が減速機構５１および歯車機構５２を介して減速して回転軸１２に伝達されて、基端側の端部リンク部材５が角度を変えることで、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が変更される。パラレルリンク機構１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を、４節連鎖の３組のリンク機構４を介して姿勢を変更可能に連結した構成であるたため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。
歯車機構５２が減速機構として機能するため、姿勢制御用アクチュエータ５０に付属の減速機構５１を無くすか、または小型のものにすることも可能である。

端部リンク部材５，６が湾曲部３０で湾曲しているため、リンク作動装置全体の径方向の長さを短くすることができ、コンパクトな構成を実現できる。端部リンク部材５，６の回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂはいずれも２つの回転軸取付体３１ａからなる。回転軸取付体３１ａは、湾曲部３０に対して着脱自在に取り付けられた金属板からなっているため、板金加工によって回転軸取付体３１ａを安価にかつ量産性良く製作することができる。素材となる金属板の大きさを変更するだけで、リンク作動装置のサイズの違いに回転軸取付体３１ａを対応させることができる。このため、リンク作動装置のサイズの変更を容易に実現できる。

また、端部リンク部材５，６を湾曲部３０および回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂの２種類の部位に分割すると、各部位を単純な形状とすることが可能となり、加工費を抑制でき、量産性が向上する。回転軸取付部３１Ａ，３１Ｂの各回転軸取付体３１ａを互いに同一の形状とすると、部品の共通化を図れ、安価で量産性が良い。

ただし、回転軸取付体３１ａが用いられる箇所や求められる強度に応じて、各回転軸取付体３１ａの厚さや形状を異ならせても良い。この実施形態の場合、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部に使用される回転軸取付体３１ａは、２つの回転軸取付体３１ａの間に前記傘歯車５４が配置されることから、他の箇所に使用される回転軸取付体３１ａと比べて、貫通孔３６から先の部分が長手方向に長くの延びた形状とされている。

基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部に関しては、以下の作用・効果を有する。
２つの回転軸取付体３１ａ間に歯車機構５２の一部である傘歯車５４が配置されていることにより、回転軸１２を支持する軸受１３と傘歯車５４を支持する軸受１３とを共通にすることができ、これによってより一層コンパクトな構成を実現できる。

また、２つの回転軸取付体３１ａ間に歯車機構５２の少なくとも一部が配置されていると、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部の周りに部品が配置されない構造とすることができる。これにより、前記折れ角θが大きくなった場合でも中央リンク部材７等の部材が歯車機構５２に干渉し難くなり、広い作動範囲をとることができる。

さらに、２つの回転軸取付体３１ａの並び方向の外側に、回転軸１２の両端を回転自在に支持する軸受１３が配置されていることにより、軸受１３へのモーメント荷重を低減させることができ、リンク作動装置の剛性を向上させることができる。また、この配置であると、回転軸１２を支持する軸受１３と傘歯車５４を支持する軸受１３とを共通にすることがより一層容易である。

図９は、図５に示すものとは構成が異なる基端側の端部リンク部材を示す。この基端側の端部リンク部材５は、回転軸取付部３１の２つの回転軸取付体３１ａ，３１ａ´のうちの片方（この例では内径側）の回転軸取付体３１ａ´が湾曲部３０と一体に形成されている。回転軸取付体３１ａ´には、回転軸１２が挿通される貫通孔３６が設けられている。また、湾曲部３０には、別体の回転軸取付体３１ａが取り付けられる面（この例では外径面）にだけ一方塞がりの位置決め孔３３´が設けられており、この位置決め孔３３´に位置決めピン３７´が差し込まれて回転軸取付体３１ａが位置決めされる。この構成であると、湾曲部３０に対して１つの回転軸取付体３１ａだけを取り付ければよいので、組立性が向上する。

また、図１０に示すように、回転軸取付部３１の２つの回転軸取付体３１ａ´，３１ａ´の両方が湾曲部３０と一体に形成されていてもよい。この場合、湾曲部３０に回転軸取付体３１ａ´を取り付ける作業が不要となるので、組立性がより一層向上する。
上記図９、図１０の構成は、先端側の端部リンク部材６にも適用できる。

図１１は、図５に示すものとは構成が異なる基端側の端部リンク部材のリンクハブ側の回転軸取付部を示す。この回転軸取付部３１Ａは、曲げ加工により屈曲形状とされた回転軸取付体３１ａを用いることで、２つの回転軸取付体３１ａにおける湾曲部３０に固定される箇所の相互間隔よりも回転軸１２が取り付けられる箇所の相互間隔の方を大きくしてある。これにより、前記傘歯車５４を配置するスペースが広がり、組立性が向上する。このように屈曲形状とされた回転軸取付体３１ａを用いる場合でも、傘歯車５４の少なくとも一部が、湾曲部３０の一端の径方向内側縁および径方向外側縁を回転軸取付部３１Ａの長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間Ｓに位置している。図１１の例では、２つの回転軸取付体３１ａがいずれも屈曲形状であるが、片方の回転軸取付体３１ａだけを屈曲形状としても良い。

図１２は、歯車機構がウォームギヤからなる場合の回転軸取付部を示す。ウォームギヤからなる歯車機構５２は、減速機構５１の出力軸５１ａ（図１参照）に取り付けられたウォーム５５と、基端側のリンクハブ２（図１参照）と基端側の端部リンク部材５との回転対偶部の回転軸１２に取り付けられたウォームホイール５６とで構成される。姿勢制御用アクチュエータ５０（図１参照）の回転が、ウォーム５５およびウォームホイール５６を介して回転軸１２に伝達されて、基端側の端部リンク部材５を動作させる。この場合も、図５に示す構成と同様の作用・効果が得られる。

歯車機構５２に使用される軸直交型歯車としては、図５に示す傘歯車や、図１２に示すウォームギヤの他に、ハイポイドギヤ、ねじ歯車等が挙げられる。

図１３は、図５の実施形態に対して基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶部の構成を変更した実施形態を示す。この実施形態では、歯車機構５２を収容するギヤボックス７０を有する。ギヤボックス７０は、基端側のリンクハブ（図示せず）に固定されている。ギヤボックス７０は図５の実施形態における回転支持部材１１に相当する。よって、正確には、基端部材（図示せず）とギヤボックス７０とで基端側のリンクハブが構成される。

図１４に示すように、ギヤボックス７０の底面からギヤボックス入力軸７１が突出し、対向する２つの側面からギヤボックス出力軸７２の両端が突出している。ギヤボックス入力軸７１は、減速機構５１の出力軸５１ａ（図１参照）であるか、またはこの出力軸５１ａに連結された軸である。ギヤボックス出力軸７２は、基端側のリンクハブ２（図１参照）と基端側の端部リンク部材５（図１参照）との回転対偶部の回転軸であって、図５の実施形態における回転軸１２に相当する。

図１５の断面図に示すように、歯車機構５２は、ウォーム５５およびウォームホイール５６で構成されている。駆動側歯車であるウォーム５５は前記ギヤボックス入力軸７１に取り付けられ、従動側歯車であるウォームホイール５６は前記ギヤボックス出力軸７２に取り付けられている。ギヤボックス出力軸７２は、ギヤボックス７０に２つの軸受７３を介して回転自在に支持されている。ウォームホイール５６は、湾曲部３０の一端の径方向内側縁および径方向外側縁を回転軸取付部３１Ａの長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間Ｓ（図１３）に位置している。

この構成であると、歯車機構５２、ギヤボックス出力軸７２である回転軸、および軸受７３がギヤボックス７０内にまとめて配置された構成となり、歯車機構５２等の組込みが容易となる。また、歯車機構５２がギヤボックス７０内に配置されていると、安全性の向上、グリースの飛散防止、歯車機構５２への異物混入防止等を実現できる。

図５、図９、図１０、図１１、図１２、および図１３の各実施形態は、基端側の端部リンク部材５の回転軸取付部３１Ａが、互いに対向して配置された２つの回転軸取付体３１ａ（または３１ａ´）に回転軸１２，７２が取り付けられた構成であり、これら２つの回転軸取付体３１ａ間に、歯車機構５２（図１、図１２、図１３）の一部である傘歯車５４またはウォームホイール５６が配置されている。このように回転軸取付部３１Ａが互いに対向して配置された２つの回転軸取付体３１ａ（または３１ａ´）で構成されていると、回転軸取付部３１Ａが１つの回転軸取付体で構成されている場合（図示せず）と比べて、回転軸取付部３１Ａの剛性が高い。

しかし、湾曲部３０の一端の径方向内側縁および径方向外側縁を回転軸取付部３１Ａの長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間Ｓ内に歯車機構５２の少なくとも一部を配置することが可能であり、かつ回転軸取付部３１Ａの剛性を求められる値以上に確保することが可能であれば、回転軸取付部３１Ａが１つの回転軸取付体３１ａで構成されていても良い。

図１６は異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図、図１７は図１６のXVII−XVII断面図である。このリンク作動装置は、姿勢制御用アクチュエータ５０の出力軸５０ａが横向きとなるように、姿勢制御用アクチュエータ５０がモータ取付部材６３に取り付けられている。そして、横向きの出力軸５０ａから回転軸１２へ、３個の平歯車７５，７６，７７を介して回転が伝達される。これら３個の平歯車７５，７６，７７で歯車機構５２を構成し、この歯車機構５２は減速機構として機能する。

姿勢制御用アクチュエータ５０を、回転軸１２と同軸上に配置するのではなく、回転軸１２の下方に配置することにより、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７との回転対偶部の周りに他の部品が存在しない構成とすることができる。それにより、基端側の端部リンク部材５の作動角度を大きくとることができ、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢変更可能範囲が大きくなる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の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。

１…パラレルリンク機構
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
１２，１５，２２，２５…回転軸
１３，１６…軸受
３０…湾曲部
３１Ａ，３１Ｂ…回転軸取付部
３１ａ…回転軸取付体
５０…姿勢制御用アクチュエータ
５２…歯車機構
５３…傘歯車
５４…傘歯車（歯車機構の一部）
５５…ウォーム（駆動側歯車）
５６…ウォームホイール（従動側歯車）
７０…ギヤボックス
７１…ギヤボックス入力軸
７３…軸受
Ｓ…空間

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、前記各リンク機構は、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し、前記３組以上のリンク機構のうちの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姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置において、
   前記基端側の端部リンク部材は、任意の角度に湾曲した湾曲部と、この湾曲部の一端に固定され、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材との回転対偶の軸心に位置する回転軸が取り付けられる回転軸取付部とを有し、前記姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を前記基端側の端部リンク部材に伝達する歯車機構の少なくとも一部が、前記湾曲部の前記一端の径方向内側縁および径方向外側縁を前記回転軸取付部の長さ方向に延長して得られる仮想の２つの平面に挟まれた空間内に配置され、かつ前記回転軸取付部に取り付けられてい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、前記回転軸取付部は互いに対向して配置された２つの回転軸取付体に前記回転軸が取り付けられた構成であり、これら２つの回転軸取付体間に、前記歯車機構の前記少なくとも一部が配置されているリンク作動装置。
3. 請求項２に記載のリンク作動装置において、前記回転軸取付体は、前記湾曲部に対して着脱自在に取り付けられた板状の部材からなるリンク作動装置。
4. 請求項３に記載のリンク作動装置において、前記２つの回転軸取付体の前記湾曲部に固定される箇所の相互間隔よりも前記回転軸が取り付けられる箇所の相互間隔の方が大きくなるように、前記２つの回転軸取付体の両方または一方が屈曲した形状とされているリンク作動装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記２つの回転軸取付体の並び方向の外側に、前記回転軸の両端を回転自在に支持する軸受が配置されているリンク作動装置。
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、前記歯車機構は、前記姿勢制御用アクチュエータによる回転運動を減速して前記基端側の端部リンク部材に伝達する減速機構であるリンク作動装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記歯車機構を収容するギヤボックスを有し、このギヤボックスは前記基端側のリンクハブに固定され、前記ギヤボックスに軸受を介して前記回転軸が回転自在に支持されており、前記歯車機構の駆動側歯車が前記姿勢制御用アクチュエータに連結されたギヤボックス入力軸に取り付けられ、かつ前記歯車機構の従動側歯車が前記回転軸に取り付けられているリンク作動装置。

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