JP6602620B2 - 組合せ型リンク作動装置 - Google Patents

Description

この発明は、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作を行うことができるリンク作動装置を２つ組み合わせた組合せ型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およびリンク作動装置が、特許文献１、２、３に提案されている。

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や特許文献３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、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パラレルリンク機構を用いたことにより、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。

特開２０００−９４２４５号公報 米国特許第５，８９３，２９６号明細書 特開２０１４−５９２６号公報

上記長所を有する特許文献２、３のリンク作動装置の活用範囲を広げるために、２つのリンク作動装置を他の機構と組み合わせて使用することを検討した。例えば、自動車部品の製造ライン等で、コンベアラインを左右セットで部品が流れてくる状況において、流れてくる部品にグリース塗布、検査、組立て等の作業を行うことを想定した。

図２１は、２つのリンク作動装置を組み合わせた組合せ型リンク作動装置の検討例を示す。この検討の組合せ型リンク作動装置１は、床面４に載置された２つのワーク２に対し、２つのリンク作動装置７にそれぞれ姿勢変更可能に支持された２つのエンドエフェクタ３で作業を行う。各リンク作動装置７は天板５に設置されたＸＹステージ６に取り付けられ、それぞれが独立して図の左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能となっている。図２１は、２つのリンク作動装置７を最接近させて、２つのエンドエフェクタ３によって２つのワーク２に対し作業を行っている状態を示す。

従来のリンク作動装置７は、３組以上のリンク機構１４が円周方向に等配で設けられていた。例えばリンク機構１４の数が３組である場合、図２２に示すように、３組のリンク機構１４の円周方向の離間角δ１，δ２，δ３がすべて１２０°である。各リンク機構１４には、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を変更させる姿勢制御用アクチュエータ１０が、基端側のリンクハブ１２に外向きに突出して設けられている。

上記のように３組のリンク機構１４が等配で配置されていると、リンク作動装置７の鉛直軸回りの向きをどのように変えても、一方のリンク作動装置７の姿勢制御用アクチュエータ１０が他方のリンク作動装置７の側に突出している。このため、２つのリンク作業装置７を接近させ過ぎると、２つのリンク作業装置７の姿勢制御用アクチュエータ１０同士が互いに干渉する。これを避けるため、ワーク間距離ｄを大きく取ってワーク２，２を設置する必要がある。その結果、ワークの搬入・搬出に大きなワーク搬送治具を使用する必要があると共に、組合せ型リンク作動装置の全体が左右方向に大きくなるという課題がある。

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るリンク作動装置を２つ組み合わされ、これら２つリンク作動装置を接近させて作業を行うことができ、全体的にコンパクトな組合せ型リンク作動装置を提供することである。

この発明の組合せ型リンク作動装置は、リンク作動装置を２つ組み合わせてなり、前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、円周方向に並ぶ３組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、各リンク作動装置の前記姿勢制御用アクチュエータは他方のリンク作動装置の側に突出しないよう配置され、前記３組のリンク機構の円周方向の離間角のうちの少なくとも１つの離間角が１２０°を超える値であり、離間角が１２０°を超える２組のリンク機構間の部分が互いに向き合うように前記２つのリンク作動装置が配置され、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の両方または一方は、前記３組のリンク機構の前記端部リンク部材が配列されている平面に垂直な方向から見た形状が、前記離間角が１２０°を超える側が開口したコ字形であることを特徴とする。

前記離間角は、正確には、隣合う２組のリンク機構における一方のリンク機構の、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の回転対偶の中心軸と、他方のリンク機構の、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の回転対偶の中心軸とが成す角度のことである。また、隣合う２組のリンク機構における一方のリンク機構の、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸と、他方のリンク機構の、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸とが成す角度のことである。３組のリンク機構は、各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、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が対称を成す形状である。

この構成によると、３つの離間角のうちの少なくとも１つの離間角が１２０°を超える値であり、離間角が１２０°を超える２組のリンク機構間の部分が互いに向き合うように２つのリンク作動装置が配置することで、２つのリンク作動装置を接近させることができる。このため、例えば先端側のリンクハブに設けたエンドエフェクタで並列に配置された２つ以上のワークに対して作業を行う場合に、ワーク間距離を小さくすることができる。それにより、作業位置にワークを搬入・搬出する際に使用するワーク搬送治具の大きさを小さくできる。また、２つのリンク作業装置の占有スペースが小さくなり、組合せ型リンク作動装置全体がコンパクトになる。

前記リンク作動装置は、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軸回りに回転自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、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の最大値は約±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。

このように、リンク作動装置はコンパクトでありながら作動範囲が広い機構であるため、他の機構を用いて同じようにエンドエフェクタの姿勢を変更する場合と比べて、エンドエフェクタの周囲に姿勢変更用の機構の一部がほとんど存在しないように構成できる。これにより、エンドエフェクタをワークに接近させて作業を行うことができる共に、組合せ型リンク作動装置全体をより一層コンパクトにすることが可能である。

この発明において、前記リンク作動装置が１つ以上の直動アクチュエータに取り付けられていても良い。
この場合、例えば先端側のリンクハブに設けたエンドエフェクタでワークに対して作業を行う場合に、様々な角度からワークに作業をすることができる。２つのリンク作動装置と直動アクチュエータを協調制御することで複雑な作業が可能となる。

この発明において、前記３つの離間角のうちの１つの離間角が１８０°であっても良い。
この場合、２つのリンク作動装置の姿勢制御用アクチュエータ同士の干渉をなくすことができ、２つのリンク作動装置を近接して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と前記基端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸と、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶の中心軸とが成す角度、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶の中心軸と、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸とが成す角度であるアーム角が９０°以下であっても良い。但し、この構成は、リンク機構の各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、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が鏡像対称を成す場合に限られる。
アーム角を９０°以下とすることで、各リンク部材同士の干渉の可能性が低くなり、リンク作動装置の可動範囲が広がる。さらに、リンク部材とリンク部材との間の空間が確保できるため、リンク作動装置の内部に配置したワークの出し入れ、エンドエフェクタの取付け・取出しやメンテナンスが容易となる。

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の両方または一方は、前記３組のリンク機構の前記端部リンク部材が配列されている平面に垂直な方向から見た形状が、前記離間角が１２０°を超える側が開口したコ字形である。
この場合も、リンク作動装置内部に配置したワークの出し入れ、エンドエフェクタの取付け・取出しやメンテナンスが容易となる。

この発明の組合せ型リンク作動装置は、リンク作動装置を２つ組み合わせてなり、前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、円周方向に並ぶ３組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、各リンク作動装置の前記姿勢制御用アクチュエータは他方のリンク作動装置の側に突出しないよう配置され、前記３組のリンク機構の円周方向の離間角のうちの少なくとも１つの離間角が１２０°を超える値であり、離間角が１２０°を超える２組のリンク機構間の部分が互いに向き合うように前記２つのリンク作動装置が配置され、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の両方または一方は、前記３組のリンク機構の前記端部リンク部材が配列されている平面に垂直な方向から見た形状が、前記離間角が１２０°を超える側が開口したコ字形であるため、２つリンク作動装置を接近させて作業を行うことができ、全体的にコンパクトな構成となる。

この発明の一実施形態にかかる組合せ型リンク作動装置の正面図である。 同組合せ型リンク作動装置の平面図である。 同組合せ型リンク作動装置の１つのリンク作動装置の一部の正面図である。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の斜視図である。 同リンク作動装置の中心部から基端側を見た一部破断図である。 同リンク作動装置の中心部から先端側を見た一部破断図である。 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の部分拡大図である。 同組合せ型リンク作動装置の２つのリンク作動装置の基端側のリンクハブ同士が接近した状態の一部破断図である。 同組合せ型リンク作動装置の２つのリンク作動装置の先端側のリンクハブ同士が接近した状態の一部破断図である。 図５、図６に示すものとは構成が異なるリンク作動装置の中心部から基端側を見た一部破断図である。 同リンク作動装置の中心部から先端側を見た一部破断図である。 同組合せ型リンク作動装置の２つのリンク作動装置の基端側のリンクハブ同士が接近した状態の一部破断図である。 同組合せ型リンク作動装置の２つのリンク作動装置の先端側のリンクハブ同士が接近した状態の一部破断図である。 パラレルリンク機構の構成が異なるリンク作動装置の一部の正面図である。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の斜視図である。 同パラレルリンク機構の一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中心部から基端側を見た一部破断図である。 同リンク作動装置の中心部から先端側を見た一部破断図である。 この発明の異なる実施形態にかかる組合せ型リンク作動装置の正面図である。 検討例の組合せ型リンク作動装置の正面図である。 従来のリンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材、姿勢制御用アクチュエータ等の一部を破断して示す図である。

この発明の一実施形態に係るリンク作動装置を用いた組合せ型リンク作動装置を図１〜図１０と共に説明する。
図１はこの組合せ型リンク作動装置の正面図、図２はその平面図である。但し、図１と図２とでは組合せ型リンク作動装置の動作状態が異なっている。この組合せ型リンク作動装置１は、２つのワーク２に対して２つのエンドエフェクタ３で作業を行う装置である。２つのワーク２は、水平状の床面４またはコンベア上に、所定のワーク間距離ｄを開けて左右方向（Ｘ軸方向）に並んで載置されている。２つのエンドエフェクタ３は、２つのワーク２の上方に、左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能、かつ姿勢変更可能に設けられ、ワーク２に対して上方から作業を行う。エンドエフェクタ３は、ワーク２に対して非接触で作業を行うもの、例えばグリース塗布機、レーザ検査機、スプレー式塗装機、溶接機等である。

２つのエンドエフェクタ３をそれぞれ個別に左右方向および前後方向に移動させる手段として、天板５に２つのＸＹステージ６が設置されている。ＸＹステージ６は、左右方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸直動アクチュータ６ａと、前後方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸直動アクチュータ６ｂとを組み合わせてなる。そして、２つのＸＹステージ６のそれぞれに、リンク作動装置７が吊り下げ状態で取り付けられている。リンク作動装置７は、エンドエフェクタ３を姿勢変更する手段である。

図３に示すように、リンク作動装置７は、パラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９を作動させる３個の姿勢制御用アクチュエータ１０とで構成される。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、円周方向に並ぶ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。図３では１組のリンク機構１４のみが示されているが、実際には、パラレルリンク機構９の斜視図である図４に示すように、３組のリンク機構１４を有する。

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１５，１６はＬ字状をなし、一端が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に回転自在に連結されている。これら基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端に、中央リンク部材１７の両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９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１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７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３）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１２，１３と端部リンク部材１５，１６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１５，１６と中央リンク部材１７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１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γ（図３）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図５はリンク作動装置の中心部から基端側を見た一部破断図、図６はリンク作動装置の中心部から先端側を見た一部破断図である。これら図５、図６に、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、球面リンク中心ＰＡ（ＰＢ）との関係が示されている。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度であるアーム角αが９０°とされているが、後述するように、アーム角αは９０°以外であっても良い。

また、３組のリンク機構１４は、円周方向に不等配で配置されている。すなわち、各リンク機構１４の円周方向の離間角δ１，δ２，δ３のうち少なくとも１つの離間角δ１は１２０°を超える値とされている。この例の場合、最大の離間角δ１は１８０°で、他の離間角δ２，δ３は共に９０°である。

なお、前記離間角δ１，δ２，δ３は、正確には、隣合う２組のリンク機構１５における一方のリンク機構１５の、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶の中心軸Ｏ１と、他方のリンク機構１５の、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶の中心軸Ｏ１とが成す角度のことである。また、離間角δ１，δ２，δ３は、隣合う２組のリンク機構１５における一方のリンク機構１５の、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の回転対偶の中心軸Ｏ１と、他方のリンク機構１５の、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の回転対偶の中心軸Ｏ１とが成す角度のことである。

３組のリンク機構１４は、幾何学的に同一形状をなす。また、図７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。図７は、一組のリンク機構１４を直線で表現した図である。このパラレルリンク機構９は鏡像対称タイプで、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に対して鏡像対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材１７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軸回りに回転自在な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。

例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図５、図６）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、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との折れ角θ（図７）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１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φ（図７）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のことであり、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３、図４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（図３、図７）は変化しない。

このパラレルリンク機構９において、各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６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１４のリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の回転対偶の中心軸Ｏ１、および、端部リンク部材１５，１６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１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材１７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１７の中心線Ｃに対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６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とが同じに動く。

図４、図５に示すように、基端側のリンクハブ１２は、コ字形の板材からなる基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。３個の回転軸連結部材２１は、コ字形の基端部材２０における中央部と両端部にそれぞれ設けられている。そして、各回転軸連結部材２１に回転軸２２が回転自在に支持され、この回転軸２２に基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。回転軸２２の軸心は、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶の中心軸Ｏ１と一致する。基端部材２０は、中央凹部２０ａの開口側が１８０°の離間角δ１の側となる。

また、図４、図６に示すように、先端側のリンクハブ１３は、コ字形の板材からなる先端部材４３と、この先端部材４３と一体に設けられた３個の回転軸連結部材４４とで構成される。３個の回転軸連結部材４４は、コ字形の先端部材４４における中央部と両端部にそれぞれ設けられている。そして、各回転軸連結部材４４に回転軸４５が回転自在に支持され、この回転軸４５に先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。回転軸４５の軸心は、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の回転対偶の中心軸Ｏ１と一致する。先端部材４３は、中央凹部４３ａの開口側が１８０°の離間角δ１の側となる。

図５の部分拡大図である図８と共に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の連結構造、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の連結構造、および姿勢制御用アクチュエータ１０の取付構造を説明する。

前記回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３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。軸受２３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。これらの軸受２３は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、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。

回転軸２２は、大径部２２ａで後記減速機構５２の出力軸５２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構５２の出力軸５２ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。

基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３２ｂで２個の軸受３６を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、外側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。

姿勢制御用アクチュエータ１０は減速機構５２を備えたモータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材２０の下面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。各姿勢制御用アクチュエータ１０は、３組のリンク機構１４に対して外向きに配置されている。姿勢制御用アクチュエータ１０と減速機構５２は一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が基端部材２０に固定されている。この例では、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が設けられているが、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。

減速機構５２はフランジ出力であって、大径の出力軸５２ａを有する。出力軸５２ａの先端面は、出力軸５２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面５４となっている。出力軸５２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部の前記回転軸２２の大径部２２ａが、減速機構５２の出力軸５２ａに設けられた内径溝５７に嵌っている。

先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の連結構造、および先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の連結構造は、前述の基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の連結構造、および基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の連結構造と同じであるので、説明を省略する。

上記構成である２つのリンク作動装置７は、基端側のリンクハブ１２をＸＹステージ６に固定して、先端側のリンクハブ１３が下向きとなる姿勢で取り付けられる。その際、図２に示すように、２つのリンク作動装置７のそれぞれの基端部材２０の開口部２０ａが互いに向き合うようにする。つまり、離間角δ１が１８０°である２組のリンク機構１４間の部分が互いに向き合うように、２つのリンク作動装置７が配置される。

図１において、エンドエフェクタ３は、その上下中央部をコ字形の先端部材４３の凹部に嵌め込んだ状態で、先端側のリンクハブ１３に取り付けられる。例えば、エンドエフェクタ３がグリース塗布機である場合、グリースノズルを下向きにして取り付けられる。

この組合せ型リンク作動装置１は、２つリンク作動装置７をＸＹステージ６によってそれぞれ左右方向および前後方向に移動させると共に、各リンク作動装置７でエンドエフェクタ３の姿勢を変更しながら、エンドエフェクタ３でワーク２に対して作業を行う。図１のように、２つのワーク２に対して２つのエンドエフェクタ３でそれぞれ作業を行ってもよく、また１つのワーク２に対して２つのエンドエフェクタ３で同時に作業を行ってもよい。図１の例ではワーク２の数が２つであるが、ワーク２を３つ以上配置しても良い。

リンク作動装置７でエンドエフェクタ３の姿勢変更を高速・高精度で行えるため、高速・高精度の作業が可能である。また、ＸＹステージ６でリンク作動装置７の位置を変え、かつリンク作動装置７でエンドエフェクタ３の姿勢を変更することにより、ワーク２の様々な面に様々な角度から作業を行うことができる。２つのリンク作動装置７と２つのＸＹステージ６を協調制御することで複雑な作業が可能となる。

２つのリンク作動装置７は、離間角δ１が１８０°である２組のリンク機構１４間の部分が互いに向き合うように配置されているため、２つのリンク作動装置７を互いに接近させることができる。具体的には、図９、図１０に示すように、２つのリンク作動装置７の基端側のリンクハブ１２同士、および先端側のリンクハブ１３同士を互いに接近させることができる。このため、図１のように先端側のリンクハブ１３に設けたエンドエフェクタ３で、並列に配置された２つ以上のワーク２に対して作業を行う場合に、ワーク間距離ｄを小さくすることができる。図２１に示す提案例の組合せ型リンク作動装置１と比較して、ワーク間距離ｄを小さくできることが分かる。ワーク間距離ｄが小さいと、作業位置にワーク２を搬入・搬出する際に使用するワーク搬送治具の大きさを小さくできる。また、２つのリンク作業装置７の占有スペースが小さくなり、組合せ型リンク作動装置１全体がコンパクトになる。

リンク作動装置７は、前述したように、コンパクトでありながら作動範囲が広い機構であるため、他の機構を用いて同じようにエンドエフェクタの姿勢を変更する場合と比べて、エンドエフェクタ３の周囲に姿勢変更用の機構の一部がほとんど存在しないように構成できる。これにより、エンドエフェクタ３をワーク２に接近させて作業を行うことができる共に、組合せ型リンク作動装置１の全体をより一層コンパクトにすることが可能である。

また、基端側のリンクハブ１２の基端部材２０の形状が、１８０°である離間角δ１の側が開口するコ字形であるため、リンク作動装置７の内部に配置したワーク２の出し入れ、エンドエフェクタ３の取付け・取出しやメンテナンスが容易である。

図１１、図１２は、基端側の端部リンク部材１５および先端側の端部リンク部材１６のアーム角αを９０°以下とした例を示す。図の例の場合、アーム角αが４５°である。このようにアーム角を９０°以下とすると、各リンク部材１５，１６，１７同士の干渉の可能性が低くなり、リンク作動装置７の可動範囲が広がる。さらに、リンク部材１５，１６，１７間の空間が確保できるため、リンク作動装置７の内部に配置したワーク２の出し入れ、エンドエフェクタ３の取付け・取出しやメンテナンスが容易となる。

また、アーム角を９０°以下とすると、アーム角αが９０°である場合（図９、図１０参照）よりも、図１３、図１４に示すように、２つのリンク作動装置７の基端側のリンクハブ１２同士、および先端側のリンクハブ１３同士を互いに接近させることができる。このため、前記ワーク搬送治具をより一層小さくできると共に、組合せ型リンク作動装置１の全体をより一層コンパクトにすることが可能である。

上記実施形態のリンク作動装置７は、パラレルリンク機構９が鏡像対称タイプであるが、図１５〜図１９に示すリンク作動装置７のように、パラレルリンク機構９Ａが回転対称タイプであっても良い。パラレルリンク機構９が鏡像対称タイプであるリンク作動装置７と、パラレルリンク機構９Ａが回転対称タイプであるリンク作動装置７とで構成が同じ箇所については、説明を省略し同一符号を付している。

回転対称タイプのパラレルリンク機構９Ａは、図１６の斜視図、および図１７のリンク機構を直線で表現した図に示すように、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（図１７）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１７の中央部は、共通の軌道円Ｄ上に位置している。

回転対称タイプのパラレルリンク機構９Ａも、鏡像対称タイプのパラレルリンク機構９と同様に、幾何学的対称性から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とが同じに動く。但し、回転対称タイプのパラレルリンク機構９は、３組のリンク機構１４が互いに干渉せずに動作するためには、図の例のように端部リンク部材１５，１６のアーム角α（図１８，１９）が９０°であるか、または９０°に近い値であるという制限がある。

また、回転対称タイプのパラレルリンク機構９Ａは、基端側と先端側とで円周方向の位相が１８０°ずれているため、基端部材２０および先端部材４３の両方をコ字形としても、基端部材２０の開口側と先端部材４３の開口側とが反対位置になる（図１６参照）。このため、先端部材４３をコ字形としても、あまり効果が期待できない。そこで、図１９の例の先端部材４３は、中央に貫通孔４３ｂを有するロ字形としている。

図２０は異なる実施形態を示す。この組合せ型リンク作動装置１は、床面４またはコンベアに設置されたＸＹステージ６の上に２つのワーク２が載置され、天板５に２つのリンク作動装置７が位置固定で設けられている。リンク作動装置７は、基端側のリンクハブ１２が天板５に支持部材５ａを介して固定され、先端側のリンクハブ１３にエンドエフェクタ３が取り付けられる。この場合も、離間角δ１が１８０°である２組のリンク機構１４間の部分が互いに向き合うように、２つのリンク作動装置７が配置される。

この組合せ型リンク作動装置１は、２つワーク２をＸＹステージ６によってそれぞれ左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動させると共に、各リンク作動装置７でエンドエフェクタ３の姿勢を変更しながら、エンドエフェクタ３によってワーク２に対して上方から作業を行う。この構成も、図１の構成と同じ作用・効果が得られる。

なお、ワーク２をＸ軸直動アクチュータ（図示せず)によって左右方向（Ｘ軸方向）させ、かつ各リンク作動装置７をＹ軸直動アクチュータ（図示せず)によって前後方向（Ｙ軸方向）に移動させる構成としてもよい。また、ワーク２をＹ軸直動アクチュータ（図示せず)によって前後方向（Ｙ軸方向）させ、かつ各リンク作動装置７をＸ軸直動アクチュータ（図示せず)によって左右方向（Ｘ軸方向）に移動させる構成としてもよい。

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…組合せ型リンク作動装置
２…ワーク
３…エンドエフェクタ
６…ＸＹステージ
６ａ…Ｘ軸直動アクチュエータ
６ｂ…Ｙ軸直動アクチュエータ
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
２０…基端部材（基端側のリンクハブ）
４３…先端部材（先端側のリンクハブ）
Ｏ１…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の中心軸
（先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸）
Ｏ２…基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶の中心軸
（先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶の中心軸
α…アーム角
δ１，δ２，δ３…離間角

Claims (4)

1. リンク作動装置を２つ組み合わせた組合せ型リンク作動装置であって、
   前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、円周方向に並ぶ３組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、各リンク作動装置の前記姿勢制御用アクチュエータは他方のリンク作動装置の側に突出しないよう配置され、
   前記３組のリンク機構の円周方向の離間角のうちの少なくとも１つの離間角が１２０°を超える値であり、離間角が１２０°を超える２組のリンク機構間の部分が互いに向き合うように前記２つのリンク作動装置が配置され、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の両方または一方は、前記３組のリンク機構の前記端部リンク部材が配列されている平面に垂直な方向から見た形状が、前記離間角が１２０°を超える側が開口したコ字形であることを特徴とする組合せ型リンク作動装置。
2. 請求項１に記載の組合せ型リンク作動装置において、前記リンク作動装置が１つ以上の直動アクチュエータに取り付けられている組合せ型リンク作動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の組合せ型リンク作動装置において、前記３つの離間角のうちの１つの離間角が１８０°である組合せ型リンク作動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の組合せ型リンク作動装置において、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の回転対偶の中心軸と、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶の中心軸とが成す角度、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶の中心軸と、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸とが成す角度であるアーム角が９０°以下である組合せ型リンク作動装置。

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