JP7274846B2

JP7274846B2 - リンク作動装置

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Publication number: JP7274846B2
Application number: JP2018183107A
Authority: JP
Inventors: 賢蔵野瀬; 浩磯部
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020049613A; WO2020067060A1; CN112739506A; EP3858557A1; US20210197362A1; EP3858557A4

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の精密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し、特にその回転対偶部の異常を判定する技術に係る。

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なリンク作動装置として、例えば、特許文献１に示されるようなものが提案されている。同文献１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たパラレルリンク機構と、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姿勢制御用駆動源とを備える。

特開２０００－９４２４５号公報米国特許第５８９３２９６号明細書特許第４４７６６０３号公報特許５７８５０５５号公報

上記構成のリンク作動装置の構成では、組立時に各回転対偶部に設けた軸受間にシムを入れて予圧を付与し、回転対偶部のガタ詰めを行って、位置決め精度や剛性を向上させることができる。また、軸受の組み合わせ（正面合わせ（DB）、背面合わせ（DF）等）により、回転対偶部の剛性を向上させ、装置の位置決め精度や剛性を向上させることができる。
しかし、このような回転対偶部の組立時に、シムの挿入忘れ・重なり、軸受の組み合わせミスなどにより、所望の位置決め精度や剛性を得られない場合がある。また、長期運転に伴う摩耗による位置決め精度や剛性の低下を初期段階で検出することが難しいという場合もある。

また、上記特許文献３の構成のパラレルリンク機構では、先端部材の姿勢によってリンク部分の剛性が変化するため、組立時のミスや長期連続運転による摩耗等の剛性・位置決め精度の低下および原因の検出が難しい。そのため、上記構成のパラレルリンク機構において、出荷時の検査や、連続運転の最中に容易に異常を検出できる構成が望まれている。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、リンク作動装置本体の組立ミスや長期運転による剛性および位置決め精度の低下を、分解せず、また運転を継続しながらでも容易に検知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１２に対して先端側のリンクハブ１３を、リンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結し、前記リンク機構１４の連結を行う部分である回転対偶部３１～３４を備えたパラレルリンク機構１０と、前記リンク機構１４に対して先端側のリンクハブ１３の姿勢を任意に変更する姿勢制御用駆動源１１（１１_１～１１_３）と、この姿勢制御用駆動源１１を制御する制御装置２とを備えたリンク作動装置において、
前記制御装置２は、前記パラレルリンク機構１０および前記姿勢制御用駆動源１１により構成されるリンク作動装置本体１における前記回転対偶部３１～３４の異常に影響される定められた状態値を測定する測定部５と、この測定部５の測定結果から前記リンク作動装置本体１が前記各回転対偶部３１～３４のいずれかに異常があることを判定する判定部６とを有する異常検知手段４を備える。

この構成のリンク作動装置によると、制御装置２は、回転対偶部３１～３４の異常に影響される前記リンク作動装置本体１の何らかの状態値を測定する測定部５と、この測定部５の測定結果から前記リンク作動装置本体１が前記回転対偶部３１～３４のいずれかに異常があることを判定する判定部７とを有する異常検知手段４を有する。このため、リンク作動装置本体１の前記軸受２３やその周辺部分で構成される回転対偶部３１～３４の組立ミスや長期運転による剛性および位置決め精度の低下を、分解せず、また運転を継続しながらでも容易に検知することができる。

この発明において、前記測定部５は、前記リンク作動装置本体１の剛性を測定し、前記判定部６は前記測定部５による測定値から定められた規則に従って前記異常の判定を行うようにしてもよい。
リンク作動装置本体１の剛性は、リンク作動装置本体１の姿勢変化の生じ難さであり、
各回転対偶部３１～３４の剛性である回転し難さが総合的に作用してリンク作動装置本体１の剛性として現れる。
回転対偶部３１～３４の軸受２３の組立ミスや長期運転による摩耗は、リンク作動装置本体１の剛性に大きく影響する。このため、リンク作動装置本体１の剛性を測定し、定められた規則に従って前記異常の判定を行うことで、精度良くリンク作動装置本体１の回転対偶部３１～３４の異常を検知することができる。前記定められた規則は、任意に設定すれば良いが、例えば、設計上で定めた基準値や正常時に収集した測定値から定まる基準値と現在の測定値とを比較し、基準値に対して許容範囲内にある場合に異常であると判定してもよい。許容範囲内にあるかは前記基準値となる閾値を超えるか否かで判断してもよい。また、複数回の測定および比較によって異常か否かの判定を行うようにしてもよい。

前記のように剛性を測定して異常の判定を行う場合に、前記測定部５は、前記リンク作動装置本体１の固有振動数を測定し、固有振動数から前記剛性を推定するようにしてもよい。
リンク作動装置本体１の剛性は固有振動数に関係し、固有振動数が低くなるに従って剛性が低下する。このため、リンク作動装置本体１の固有振動数の測定値を用いることで、リンク作動装置本体１の異常の判定を行うことができる。剛性の測定値を用いる場合、組立直後の動作試験による検査や動作中の測定で確認することができ、そのため、動作不良等の不良品の出荷を防ぐことができる。

また、前記のように剛性を測定して異常の判定を行う場合に、前記測定部５は、前記姿勢制御用駆動源１１のトルクを測定し、この測定されたトルクから前記リンク作動装置本体１の剛性を推定するようにしてもよい。
回転対偶部３１～３４の剛性、つまり回り難さは、姿勢制御用駆動源１１のトルクとして現れる。そのため、姿勢制御用駆動源１１のトルクを測定し、この測定されたトルクから前記リンク作動装置本体１の剛性を推定することができる。これにより、組立ミスを検知することができ、確認作業を簡略化できる。また、組立直後の動作試験による検査や動作中の測定で確認することができるため、動作不良等の不良品の出荷を防ぐことができる。

この発明において、前記判定部６は、前記リンク作動装置本体１の前記各回転対偶部３１～３４が正常であるときにおける、前記リンク作動装置本体１の複数種類の姿勢における前記状態値をそれぞれ記憶する記憶部７を有し、前記判定部６は、前記複数種類の姿勢における前記記憶された前記状態値から定まる値と前記測定部５で測定された状態値とを比較して前記異常の判定を行うようにしてもよい。
正常時における状態値を記憶しておき、その記憶された状態値、あるいはこの状態値から定まる値と現在の測定値とを比較することで、異常の有無を適切に判定することができる。また、リンク作動装置本体１の姿勢によって、回転対偶部３１～３４に作用する負荷が大きく異なるため、姿勢によっては、回転対偶部３１～３４の軸受２３の剛性等の状態値に異常が現れない場合がある。このため、複数種類の姿勢における異常の判定を行うことで、組立ミスなどの初期不良だけでなく摩耗等による長期使用時の変動も精度良く検知することができる。また、異常が生じている回転対偶部３１～３４を特定することが可能になる場合もある。

この発明において、前記リンク作動装置本体１が、異常判定のための定められた姿勢となるように、前記姿勢制御用駆動源１１を駆動する異常判定用動作指令部３ｃが前記制御装置２に設けられていてもよい。
前記異常判定用動作指令部３ｃの指令によって、リンク作動装置の組み立て後や、毎回の運転開始前等に、異常判定のための動作を行わせることによって、組立ミスなどの初期不良だけでなく摩耗等による長期使用時の変動も確実に良く検知することができる。

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て先端側のリンクハブを、リンク機構を介して姿勢変更可能に連結し、前記リンク機構の連結を行う部分である回転対偶部を備えたパラレルリンク機構と、前記リンク機構に対して先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更する姿勢制御用駆動源と、この姿勢制御用駆動源を制御する制御装置とを備えたリンク作動装置において、前記制御装置は、前記パラレルリンク機構および前記姿勢制御用駆動源により構成されるリンク作動装置本体における前記回転対偶部の異常に影響される定められた状態値を測定する測定部と、この測定部の測定結果から前記リンク作動装置本体が前記各回転対偶部のいずれかに異常があることを判定する判定部とを有する異常検知手段を備えるため、パラレルリンク機構の組立ミスや長期運転による剛性および位置決め精度の低下を、分解せず、また運転を継続しながらでも容易に検知することができる。

この発明の第１の実施形態に係るリンク作動装置におけるリンク作動装置本体の斜視図に制御装置のブロック図を組み合わせた説明図である。同リンク作動装置本体の図１と異なる姿勢の斜視図である。同リンク作動装置本体の正面図である。同リンク作動装置本体の図３と異なる姿勢の正面図である。同リンク作動装置本体の一部を示す正面図である。同リンク作動装置本体の破断平面図である。図６のVIII部を拡大して示す拡大破断平面図である。図７の一部をさらに拡大して示す拡大断面図である。同リンク作動装置本体のパラレルリンク機構を直線で示すモデル図である。同リンク作動装置における異常検知の一例を示す流れ図である。同リンク作動装置における異常検知の他の例を示す流れ図である。同リンク作動装置における異常検知のさらに他の例を示す流れ図である。同リンク作動装置における異常検知のさらに他の例を示す流れ図である。同リンク作動装置本体の組み立てミスの一例を示す破断平面図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。
このリンク作動装置は、パラレルリンク機構１０およびその姿勢制御用駆動源１１（１１_１，１１_２，１１_３）により構成されるリンク作動装置本体１と、このリンク作動装置本体１を制御する制御装置２とを備える。

＜パラレルリンク機構１０＞
パラレルリンク機構１０は、図３，４に示すように、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を、３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結してなる。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。

各リンク機構１４は、その一つを図５に示すように、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つの回転対偶部３１～３４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。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６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１０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の各回転対偶部３１，３２、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶部３３，３４の中心軸Ｏ１，Ｏ２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５) 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の各回転対偶部３１，３２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３３，３４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との各回転対偶部３３，３４の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。

図６はリンク作動装置の破断平面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶部３１の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶部３３の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７との各回転対偶部３３，３４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°以外であってもよい。

３組のリンク機構１４は、如何なる姿勢においても幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図９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部３１～３４と、これら回転対偶部３１～３４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ことを言う。図９は、一組のリンク機構１４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１０は回転対称タイプで、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の各回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１（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。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が同一線上にある原点位置の状態（図３）では、先端側のリンクハブ１３は真下を向く。図１，図３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９）は変化しない。

各リンク機構１４が次の各条件を満たす場合、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とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構１０は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件１：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との回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶部３３，３４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で交差する。
条件３：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い。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。

図３に示すように、基端側のリンクハブ１２は、基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転支持部材２１とで構成される。３個の回転支持部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。各回転支持部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。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。

先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材５０と、この先端部材５０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転支持部材５１とで構成される。各回転支持部材５１は、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する回転軸５２が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸５２に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された回転軸５５が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸５２および中央リンク部材１７の回転軸５５も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転支持部材５１および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。

＜回転対偶部３１（リンクハブ１２と端部リンク部材１５の間）＞
図６に基端側の各端部リンク部材１５の断面と、各姿勢制御用駆動源１１と、基端側のリンクハブ１２の関係を示す。図７にその一部の拡大断面図を示し、図８にさらにその一部を拡大した断面図を示す。
基端側のリンクハブ１２は、各端部リンク部材１５を支持するための３個の回転軸支持部材２１が、基端部材２０の上面に突出して設けられている。この回転軸支持部材２１に回転軸２２が、図７、図８のように２個複列に並べた軸受２３，２３を介して回転自在に支持され、回転軸２２に端部リンク部材１５の一端が固定されている。この基端側のリンクハブ１２とリンクハブ１２との軸受２３，２３による連結部分を、回転対偶部３１と称す。

具体的には、基端側の端部リンク部材１５の一端には、二叉状となった一対の分岐片１５ａ，１５ｂが設けられ、両分岐片１５ａ，１５ｂの間に回転軸支持部材２１と軸受２３，２３が介在する。回転軸２２の大径部の外周に嵌合状態に固定された外周嵌合部材２４の片面が、片方の分岐片１５ｂの外側面に接触し、内側から挿入されたボルト等の固着部材２５により、分岐片１５ｂが外周嵌合部材２４に固定されている。
前記軸受２３，２３は、アンギュラ玉軸受等の転がり軸受であり、両軸受２３，２３の外輪（図示せず）の間にシム３０(図８参照)が介在する。また、両軸受２３，２３の内輪(図示せず)に前記回転軸２２の細軸部が挿通され、内輪と両分岐片１５ａ，１５ｂとの間に、リング状のスペーサ２９，２９が介在する。また、この状態で、細軸部の先端に設けられた雄ねじ部２２ａに螺合するナット２７(図７参照)を締め付けることにより、両分岐片１５ａ，１５ｂと、軸受２３，２３の内輪と、前記スペーサ２９，２９とが締め付けられ、軸受２３，２３に予圧が与えられている。

図３において、先端側の端部リンクハブ１３と端部リンク部材１６との連結は、基端側のリンクハブ１２と端部リンク部材１５との上記回転対偶部３１と同様な構成の回転対偶部３２で連結されている。

＜回転対偶部３３（端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の間）＞
基端側の端部リンク部材１５の他端には、図７に示すように、二叉状となった一対の分岐片１５ｃ，１５ｄが設けられ、両分岐片１５ｃ，１５ｄの間に、中央リンク部材１７の端部が介在する。この中央リンク部材１７の端部に、基端側のリンクハブ１２との回転対偶部３１と同様に、アンギュラ玉軸受等の転がり軸受からなる軸受２３，２３が二列に並べて設けられて、その外輪が中央リンク部材１７に嵌合状態に固定され、内輪に回転軸３５が嵌合している。前記リンクハブ１２への連結と同様に、両軸受２３，２３の外輪間にはシムが介在する。また、軸受２３，２３の並びの両側には、内輪に接するスペーサが配置される。回転軸３５は、雄ねじ部および頭部を有するボルトであり、ナット２８の螺合により、前記一対の分岐片１５ｃ，１５ｄが、２列の軸受２３，２３、前記シム及びスペーサと共に締め付けられ、軸受２３，２３に予圧が与えられている。なお、この部分の回転軸３５は、回転の支持を行う軸であって、回転は行わないが、回転する構成としてもよい。

先端側の端部リンク部材１６（図３参照）と中央リンク部材１７との回転対偶部３４は、図７と共に説明した基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部３３と同様な構成で連結されている。

＜姿勢制御用駆動源１１＞
姿勢制御用駆動源１１は、図３のように、減速機構６２を備えたロータリアクチュエータであり、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。姿勢制御用駆動源１１と減速機構６２は一体に設けられ、駆動源取り付け部材６３により減速機構６２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の全てに姿勢制御用駆動源１１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組に姿勢制御用駆動源１１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。

パラレルリンク機構１０は、各姿勢制御用駆動源１１を回転駆動することで姿勢の変更を行う。詳しくは、姿勢制御用駆動源１１を回転駆動すると、その回転が減速機構６２を介して減速して回転軸２２に伝達される。それにより、基端側のリンクハブ１２に対する基端側の端部リンク部材１５の角度が変わり、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。

＜エンドエフェクタ（図示せず）＞
図１において、先端側リンクハブ１２には、作業の対象物（図示せず）に対して作業を行うエンドエフェクタ（図示せず）が取付けられ、このリンク作動装置とエンドエフェクタとで作業装置を構成する。エンドエフェクタは、例えば、塗布ノズル、エアーノズル、溶接トーチ、カメラ、把持機構等とされる。

＜制御装置２、図１＞
制御装置２は、主に姿勢制御用駆動源１１（１１_１～１１_３）を制御することでパラレルリンク機構１の姿勢を制御する装置であって、コンピュータおよびこれに実行されるプログラム、並びに電子回路等からなる。
制御装置２は、前記姿勢の制御を行う制御手段３と、異常検知を行う異常検知手段４とを備える。

＜制御手段３＞
制御手段３は、制御プログラムを解読して実行する制御部３ａと、通常動作指令部３ｂと異常判定用動作指令部３ｃとを備える。通常動作指令部３ｂは、リンク作動装置本体１に作業等のための姿勢制御を行わせる制御プログラムからなる。異常判定用動作指令部３ｃはリンク作動装置本体１に異常検知のための姿勢制御を行わせる制御プログラムからなる。

＜異常検知手段４＞
異常検知手段４は、リンク作動装置本体１の回転対偶部３１～３４の異常、例えば軸受２３やその周辺のシム３０やスペーサ２９の組み込みミス、摩耗等の異常の検知する手段であり、測定部５および判定部６を有する。この例では、異常検知手段４はさらにデータ収集部８を有する。
測定部５は、リンク作動装置本体１における前記回転対偶部３１～３４の軸受２３の異常に影響される何らかの状態値、例えばリンク作動装置本体１の剛性を測定する手段である。
判定部６は、測定部５の測定結果からリンク作動装置本体１の回転対偶部３１～３４のいずれかに異常があることを判定する手段であり、測定部５による測定値から定められた規則に従って異常の判定を行う。

＜測定部５＞
測定部５は、この実施形態では、リンク作動装置本体１の固有振動数を測定し、固有振動数からリンク作動装置本体１の剛性を推定する手段とされ、リンク作動装置本体１の基端側のリンクハブ１２に設置された加速度ピックアップ等の振動計からなるセンサ５ａと、制御装置２を構成するコンピュータ内に設けられた剛性推定手段５ｂとで構成される。
測定部５は、この他に、姿勢制御用駆動源１１のトルクを測定し、この測定されたトルクからリンク作動装置本体１の剛性を推定する構成であってもよい。この場合、前記トルクを測定する手段として、例えば姿勢制御用駆動源１１に流れる電流を検出する電流計（図示せず）が用いられ、剛性推定手段５ｂは、検出された電流からリンク作動装置本体１の剛性する推定する構成とされる。

＜判定部６、記憶部７、データ収集部８＞
判定部６は、判定の基準となる状態値（例えば、基準となる剛性）を基準値として記憶部７に記憶しておき、前記基準値と測定部５で測定された状態値とを比較して異常の判定を行う。この場合に、記憶部７にはリンク作動装置本体１の複数種類の姿勢における前記基準値をそれぞれ記憶する。
記憶部７に記憶する前記基準値は、設計やシミュレーションにより定めた値であってもよく、またリンク作動装置本体１の各回転対偶部３１～３４が正常であるときにおける、リンク作動装置本体１の前記剛性または振動数等の状態値であってもよい。
データ収集部８は、リンク作動装置本体１の各回転対偶部３１～３４が正常であるときにおけるリンク作動装置本体１の複数種類の姿勢における前記状態値を、それぞれ記憶部７に記憶させる。

異常判定用動作指令部３ｃは、リンク作動装置本体１が、異常判定のための定められた各姿勢となるように、姿勢制御用駆動源１１を駆動する指令を行う手段であり、前述のように、制御部３ａにより実行される制御プログラムからなる。

＜リンク作動装置本体１の動作＞
この実施形態のリンク作動装置本体１は、回転２自由度のパラレルリンク機構１０で構成されており、特徴として、パラレルリンク機構１０の姿勢によって各系のリンク機構１４およびリンク作動装置本体１の剛性が変化するということが挙げられる。
リンク作動装置本体１のパラレルリンク機構１０に異常が起きた場合、各系のリンク機構１４系の剛性や回転対偶部３１～３４の剛性（換言すれば「抵抗」）が変化する。各系のリンク機構１４や回転対偶部３１～３４の剛性が変化すると、リンク作動装置本体１の固有振動の変化や各姿勢制御用駆動源１１のトルクの変化が起こる。

＜異常判定の動作＞
前記のように、制御装置２はリンク作動装置本体１の異常を検知する異常検知部４を有している。異常検知部４は、リンク作動装置本体１の剛性を測定する測定部５と、それらの値が正常か異常かを判定する判定部６とで構成されている。
判定の際、正常時の状態値である固有振動またはトルクを基準値として記憶する記憶部７を判定部６が有しているため、様々な姿勢における測定値を記憶部７の前記基準値となるデータと比較することで異常を検知することができる。リンク作動装置本体１の剛性は、固有振動数または姿勢制御用駆動源１１のトルクによって推定することができる。例えば、剛性が大きくなると、固有振動の振幅および振動数が増大し、駆動トルクも大きくなる。そのため、リンク作動装置本体１に取付けた振動を拾うためのセンサ５ａ（例えば加速度ピックアップ）を取り付けて固有振動を測定するか、または姿勢制御用駆動源１１のモータ駆動電流から固有振動やトルクを測定することで、リンク作動装置本体１の剛性を推定することができる。

図１におけるセンサ５ａは基端側のリンクハブに取付けているが、振動が大きくなる先端側のリンクハブに取付けても良い。図３のリンク作動装置の先端側のリンクハブ１３の姿勢では３つのリンク機構１４がほぼ等しい値の荷重を支えているが、図４のように先端側のリンクハブ１３の姿勢を変更した場合、３つのリンク機構１４で支える荷重および慣性モーメントが不等分になることから、リンク作動装置本体１の全体の剛性が変化する。そのため、各姿勢における剛性値をあらかじめ保存する必要がある。

この実施形態のリンク作動装置は、リンク作動装置本体１の姿勢によって剛性が変化するため、様々な姿勢での正常なデータを保持しておく。ここで言うデータとは、前記基準値、またはこの基準値を導出する値であり、固有振動およびトルクから推定された剛性を示している。正常なデータは過去の検査またはシミュレーションモデルから導出されるものであり、正常なデータに基づいて、異常判定の基準値とする閾値を決定し、記憶部７に記憶しておく。

異常検知手段４による異常検知は、組立後の検査工程、通常の動作である連続運転時、および連続運転開始前の確認過程で行う。
図１０は組立後の検査工程のフローチャートの一例、図１１は組立後の検査工程のフローチャートの別の例、図１２は連続運転開始前の確認過程時のフローチャートの一例、図１３は連続運転時のフローチャートの別の例をそれぞれ示す。

＜組立後の検査工程、図１０のフローチャート＞
リンク作動装置の組立後の検査工程では、ある姿勢でのリンク作動装置本体１の状態値のデータを測定部５によって測定する（ステップＱ１）。判定部６は、そのデータを記憶部７に保持された閾値と比較する（ステップＱ２）。比較の結果、正常であるとされた場合（ステップＱ３：Ｙｅｓ）、異常検知手段４のデータ収集部８は、前記の測定したある姿勢でのデータを記憶部７に保存し（ステップＱ４）、正常なデータとして次回以降の組立後の検査工程での検査に使用させるようにし、かつそのリンク作動装置に固有のデータとして連続運転時の異常判定に使用させるようにする。

判定部６により異常であるとされた場合（ステップＱ３：Ｎｏ）、異常である旨の判定結果を示す警告を表示する（ステップＱ５）。この表示は、制御装置２に設けられた液晶表示装置（図示せず）などに行う。
上記警告が行われた場合、作業者、またはこのリンク作動装置と組み合わせた被作業体による取扱品（図示せず）は、ＮＧ品（不良品）として再検査や部品交換、または廃棄等の処理を行う。

＜組立後の検査工程、図１１のフローチャート＞
図１０の組立後の一連の検査工程は、単一の姿勢におけるデータ測定・正常異常の判断を繰り返して行っているが、図１１の例のように、各姿勢のデータの測定をあらかじめ行った後（ステップＲ１）、まとめて正常異常の判断（ステップＲ２、Ｒ３）を行っても良い。その場合、各指姿勢でのデータの保存（ステップＲ４）および警告の表示（ステップＲ５）もまとめて行う。

＜連続動作前の確認工程での異常判定、図１２のフローチャート＞
リンク作動装置に通常の運転である連続動作を行う場合は、その前に、リンク作動装置に、異常判定のための確認過程となる動作を、異常判定用動作指令部３ｃの指令によって行わせる。この確認過程の動作は、連続運転の動作と同じであっても、確認専用の動作であってもよい。
この確認過程時では、動作中の各姿勢でのデータを一定期間ごと、または一定動作ステプごとに、測定部６によって測定し（ステップＳ１）、検査工程時に記憶部７に保持されたデータから導出された閾値と比較を行う（ステップＳ２）。比較の結果、異常と判定されたならば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、リンク作動装置を停止し警告を表示する（ステップＳ４）。前記の各姿勢での測定（ステップ１）は、一定期間ごとに行う代わりに、定められた姿勢となる毎に行うようにしてもよい。
組立後の検査時と、確認過程時や連続動作時とでは、閾値に違う値を用いてもよい。蓄積された正常時データとそのリンク作動装置に固有の初期データの双方に、正常時データを用いても構わない。

＜連続動作時の異常判定、図１３のフローチャート＞
連続動作時では、確認過程時と同様に、各姿勢でのデータを一定期間、または一定動作ステップごとに測定部６によって測定し（ステップＴ１）、検査工程時に記憶部７に保持されたデータから導出された閾値と比較を行う（ステップＴ２）。比較の結果、異常と判定されたならば（ステップＴ３：Ｙｅｓ）、リンク作動装置を停止し警告を表示する（ステップＴ４）。
前記一定期間は、例えば１時間毎であってもよい。また、前記一定動作ステップは、１ステップ毎であっても、複数の動作ステップ毎であってもよい。ここで言う動作ステップは、リンク作動装置の姿勢変更の単位となる動作である。

＜組立ミスが起きた状態の具体例：図１４＞
図１４は、上記実施形態において、駆動源取り付け部材６３および回転支持部材２１の取り付け角度が変わった組立ミスが起きた時の構成を示す。
この実施形態のリンク作動装置では、各基端側の端部リンク部材１５と回転支持部材２１との回転対偶部３１の中心軸Ｏ１と、各基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部３３の中心軸Ｏ２とが、全て基端側のリンクハブ１２の中心で交わるように配置される。
組み立てミスの例として、駆動源取り付け部材および回転支持部材２１の取り付け角度が変わってしまい、各基端側の端部リンク部材１５と回転支持部材２１との回転対偶部３１の中心軸Ｏ１と、各基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部３３の中心軸Ｏ２とが、基端側のリンクハブ１２の中心で交わらなくなるということがある。

図１４の状態で姿勢制御用駆動源１１を制御し、先端側のリンクハブ１３の姿勢を制御しようとした場合、機構のズレから正常に動作しないため、リンク作動装置の固有振動および姿勢制御用駆動源１１のトルクが正常のものとは異なる。この固有振動もしくはトルクを測定することで組立ミスを検知することができる。

また、この実施形態で示しているリンク作動装置は、回転トルク軽減手段として回転対偶部３１～３４に軸受２３を配置している。また、軸受２３を複列配置とし、軸受外輪間の距離をかせぐために、図８のようにシム３０を挟んでおり、軸受２３の内輪を基端側の端部リンク部材１５およびスペーサ２９を介してボルトおよびナットで予圧を付与することで剛性を向上させている。

このような構成において、中央リンク部材１７に軸受２３を配置する際に、軸受２３，２３間にシム３０を入れ忘れて配置するか、もしくは軸受２３，２３間にシム３０を２枚以上挟んで配置するといった組立ミスが起こることが考えられる。このようなシム３０の配置違いは、寸法差が生じることによって基端側の端部リンク部材１５に余計な力が加わってしまい変形してしまうことがあり、また回転対偶部３１～３４の剛性の変化等によって精度、寿命の低下および振動を引き起こすことがある。シム抜けは剛性の低下から精度低下および振動を引き起こし、シムの重複は面圧の増大から寿命の低下を引き起こす。
シム配置間違いは、リンク作動装置の組立終了後に確認することが従来は困難であった。例えば、目視確認のために分解の必要があり、分解に手間がかかる。また非破壊での分解が不可能である。しかし、この実施形態のように固有振動数やトルクを用いることで、非破壊かつ簡易に検知することができる。

この実施形態によると、このように、リンク作動装置の固有振動および姿勢制御用駆動源のトルクから異常を検知することで、リンク作動装置の組立ミスや長期運転による剛性および位置決め精度の低下を、分解せず、また運転を継続しながらでも容易に検知することができる。
なお、異常検知手段４は、固有振動数とトルクの両方を用いて異常の検知を行うようにしてもよい。

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…リンク作動装置本体、
２…制御装置、
３…制御手段、
３ａ…制御部、
３ｂ…通常動作指令部、
３ｃ…異常判定用動作指令部、
４…異常検知手段、
５…測定部、
６…判定部、
７…記憶部、
８…データ収集部、
１０…パラレルリンク機構、
１１，１１_１，１１_２，１１_３…姿勢制御用駆動源、
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、
２３…軸受、
２９…スペーサ、
３０…シム、
３１～３４…回転対偶部

Claims

基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを、リンク機構を介して姿勢変更可能に連結し、前記リンク機構の連結を行う部分である回転対偶部を備えたパラレルリンク機構と、前記リンク機構に対して先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更する姿勢制御用駆動源と、この姿勢制御用駆動源を制御する制御装置とを備えたリンク作動装置において、
前記制御装置は、前記パラレルリンク機構および前記姿勢制御用駆動源により構成されるリンク作動装置本体における前記パラレルリンク機構の姿勢変化の生じ難さである剛性を推定する測定部と、この測定部で推定された剛性から前記リンク作動装置本体における前記各回転対偶部のいずれかに異常があることを判定する判定部とを有する異常検知手段を備え、
前記判定部は、判定の基準となる剛性を基準値として記憶部に記憶しておき、前記基準値と前記測定部で推定された剛性とを比較して前記異常の判定を行い、
前記測定部は、前記リンク作動装置本体の固有振動数を測定し、固有振動数から前記剛性を推定するリンク作動装置。
基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを、リンク機構を介して姿勢変更可能に連結し、前記リンク機構の連結を行う部分である回転対偶部を備えたパラレルリンク機構と、前記リンク機構に対して先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更する姿勢制御用駆動源と、この姿勢制御用駆動源を制御する制御装置とを備えたリンク作動装置において、
前記制御装置は、前記パラレルリンク機構および前記姿勢制御用駆動源により構成されるリンク作動装置本体における前記パラレルリンク機構の姿勢変化の生じ難さである剛性を推定する測定部と、この測定部で推定された剛性から前記リンク作動装置本体における前記各回転対偶部のいずれかに異常があることを判定する判定部とを有する異常検知手段を備え、
前記測定部は、前記姿勢制御用駆動源のトルクを測定し、この測定されたトルクから前記リンク作動装置本体の前記剛性を推定し、
前記判定部は、前記リンク作動装置本体の前記各回転対偶部が正常であるときにおける、前記リンク作動装置本体の複数種類の姿勢における前記剛性をそれぞれ記憶する記憶部を有し、前記判定部は、前記複数種類の姿勢における前記記憶された前記剛性と前記測定部で推定された剛性とを比較して前記異常の判定を行うリンク作動装置。
請求項１または２に記載のリンク作動装置において、前記リンク作動装置本体が異常判定のための定められた姿勢となるように、前記姿勢制御用駆動源を駆動する異常判定用動作指令部が前記制御装置に設けられたリンク作動装置。