WO2017051839A1 - 組合せ型リンク作動装置 - Google Patents

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WO2017051839A1
WO2017051839A1 PCT/JP2016/077935 JP2016077935W WO2017051839A1 WO 2017051839 A1 WO2017051839 A1 WO 2017051839A1 JP 2016077935 W JP2016077935 W JP 2016077935W WO 2017051839 A1 WO2017051839 A1 WO 2017051839A1
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link
end side
hub
distal end
sets
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PCT/JP2016/077935
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直哉 小長井
浩 磯部
清悟 坂田
直樹 丸井
賢蔵 野瀬
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Ntn株式会社
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Priority to US15/928,970 priority patent/US10391641B2/en

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    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/02—Manipulators mounted on wheels or on carriages travelling along a guideway
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/0018—Bases fixed on ceiling, i.e. upside down manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/0048—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-rotary-rotary
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/44—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/27—Arm part
    • Y10S901/28—Joint

Definitions

  • This invention relates to a combined link actuating device in which two link actuating devices capable of operating in a wide operating range with high speed and high accuracy are combined.
  • Patent Documents 1, 2, and 3 propose parallel link mechanisms and link actuating devices used for various working devices such as medical equipment and industrial equipment.
  • the parallel link mechanism of Patent Document 1 is relatively simple in configuration, but since the operating angle of each link is small, if the operating range of the traveling plate is set large, the link length becomes long, so that the dimensions of the entire mechanism are reduced. There is a problem that the size of the device increases and the size of the device increases. There is also a problem that the rigidity of the whole mechanism is low and the weight of the tool mounted on the traveling plate, that is, the weight of the traveling plate is limited to a small weight.
  • the link actuating devices of Patent Document 2 and Patent Document 3 are configured such that the distal end side link hub is connected to the proximal end side link hub via three or more sets of four-link chains so that the posture can be changed.
  • the parallel link mechanism it is possible to operate in a wide range of operation with high speed and high accuracy while being compact.
  • FIG. 21 shows an examination example of a combined link actuator in which two link actuators are combined.
  • the combined link actuating device 1 of this examination example works with two end effectors 3 supported by two link work devices 7 so that their postures can be changed with respect to two works 2 placed on the floor surface 4.
  • Each link work device 7 is attached to an XY stage 6 installed on the top plate 5, and can be independently moved in the left-right direction (X-axis direction) and the front-rear direction (Y-axis direction) in the figure.
  • FIG. 21 shows a state where two link actuators 7 are brought closest to each other and work is performed on two workpieces 2 by two end effectors 3.
  • each link mechanism 14 is provided with an attitude control actuator 10 that changes the attitude of the distal end side link hub 13 relative to the proximal end side link hub 12 so as to protrude outwardly from the proximal end side link hub 12. .
  • the attitude control actuator 10 of one link actuator 7 can be changed no matter how the direction of the link actuator 7 around the vertical axis is changed. Protrudes toward the other link actuating device 7. For this reason, if the two link work devices 7 are brought too close together, the posture control actuators 10 of the two link work devices 7 interfere with each other. In order to avoid this, it is necessary to install the workpieces 2 and 2 with a large distance d between the workpieces. As a result, it is necessary to use a large workpiece transfer jig for loading and unloading workpieces, and there is a problem that the entire combined link actuating device increases in the left-right direction.
  • the object of the present invention is to combine two link actuators capable of operating in a wide operating range with high speed and high accuracy, and to operate these two link actuators in close proximity. It is to provide a compact combined link actuator.
  • the combined link actuating device of the present invention is a combination of two link actuating devices, and the link actuating device comprises three sets of links in which the distal end side link hub is arranged in the circumferential direction with respect to the proximal end side link hub.
  • the position of each link mechanism is connected via a mechanism so that the posture can be changed.
  • Each of the link mechanisms has a proximal end and a distal end that are rotatably connected to the proximal link hub and the distal link hub, respectively.
  • a central link member having both ends rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side, and two or more sets of the three sets of link mechanisms
  • the link mechanism is provided with an attitude control actuator that arbitrarily changes the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub, of the circumferential distances of the three sets of link mechanisms.
  • At least one spacing angle is a value of greater than 120 °, spacing angles two sets said as part of the inter-linkage facing each other two link actuator exceeding 120 ° are arranged.
  • the separation angle is obtained by determining the center axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member of one of the two adjacent link mechanisms and the other end of the link mechanism. This is the angle formed by the link hub on the base end side of the link mechanism and the central axis of the rotation pair of the end link member on the base end side.
  • the central axis of the rotational pair of the link hub on the distal end side and the end link member on the distal end side of one link mechanism in two adjacent link mechanisms, and the link on the distal end side of the other link mechanism This is the angle formed by the hub and the central axis of the rotational pair of the end link member on the tip side.
  • the geometric model in which each link member is represented by a straight line has a shape in which the proximal end portion and the distal end portion are symmetrical with respect to the central portion of the central link member.
  • two link operations are performed so that at least one of the three separation angles has a value exceeding 120 °, and a portion between the two sets of link mechanisms having the separation angle exceeding 120 ° faces each other. Since the device is arranged, the two link actuating devices can be brought close together. For this reason, for example, when work is performed on two or more workpieces arranged in parallel by an end effector provided on the link hub on the distal end side, the distance between the workpieces can be reduced. Thereby, the magnitude
  • the link actuating device comprises a proximal end side link hub, a distal end side link hub, and three or more sets of link mechanisms, and the distal end side link hub rotates about two orthogonal axes with respect to the proximal end side link hub.
  • a flexible two-degree-of-freedom mechanism is configured. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the operating range of the link hub on the distal end side can be widened.
  • the maximum bending angle between the central axis of the link hub on the proximal end side and the central axis of the link hub on the distal end side is about ⁇ 90 °
  • the swivel angle of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side is It can be set in the range of 0 ° to 360 °.
  • the link actuator is a mechanism that is compact but has a wide operating range. Therefore, compared to the case where the attitude of the end effector is changed in the same manner using another mechanism, the link actuator is used for changing the attitude around the end effector.
  • This mechanism can be configured so that there is almost no part of the mechanism. Thus, the work can be performed with the end effector approaching the workpiece, and the entire combined link actuator can be made more compact.
  • the link actuating device may be attached to one or more linear actuators.
  • the work when the work is performed on the workpiece with the end effector provided on the link hub on the distal end side, the work can be performed from various angles. Complex work is possible by cooperatively controlling the two link actuators and the linear actuator.
  • one of the three separation angles may be 180 °.
  • interference between the posture control actuators of the two link actuators can be eliminated, and the two link actuators can be installed close to each other.
  • the center axis of the rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member, the base end side end link member and the center link member of the rotation pair And the angle formed by the center axis of the rotation pair of the end link member and the center link member on the tip side, and the center axis of the rotation link of the end link member and the center link member of the center link member.
  • a certain arm angle may be 90 degrees or less.
  • this configuration is limited to the case where the geometric model expressing each link member of the link mechanism as a straight line has a mirror image symmetry between the proximal end portion and the distal end portion with respect to the central portion of the central link member.
  • the arm angle By setting the arm angle to 90 ° or less, the possibility of interference between the link members is reduced, and the operating range of the link operating device is expanded. Further, since a space can be secured between the link members, it is easy to put in and take out the work arranged in the link actuating device, and to attach and remove the end effector and to perform maintenance.
  • both or one of the proximal end side link hub and the distal end side link hub has a shape viewed from a direction perpendicular to the plane in which the end link members of the three sets of link mechanisms are arranged.
  • a U-shape having an opening on the side where the separation angle exceeds 120 ° may be used. Also in this case, it is easy to put in and take out the work arranged in the link actuating device, attach and remove the end effector, and perform maintenance.
  • FIG. 7 is a partially cutaway view of the base end side as viewed from the center of a link actuator having a different configuration from that shown in FIGS. 5 and 6. It is the partially broken view which looked at the front end side from the center part of the link actuating device.
  • FIG. 1 is a front view of the combined link actuating device
  • FIG. 2 is a plan view thereof.
  • FIG. 1 and FIG. 2 differ in the operating state of the combined link actuator.
  • the combined link actuating device 1 is a device that performs work on two workpieces 2 with two end effectors 3.
  • the two workpieces 2 are placed side by side in the left-right direction (X-axis direction) with a predetermined distance d between the workpieces on a horizontal floor surface 4 or a conveyor.
  • the two end effectors 3 are provided above the two workpieces 2 so as to be movable in the left-right direction (X-axis direction) and the front-rear direction (Y-axis direction) and changeable in posture. I do.
  • the end effector 3 is a device that performs work in a non-contact manner with respect to the workpiece 2, such as a grease application machine, a laser inspection machine, a spray coating machine, or a welding machine.
  • Two XY stages 6 are installed on the top plate 5 as means for moving the two end effectors 3 individually in the left-right direction (X-axis direction) and the front-rear direction (Y-axis direction).
  • the XY stage 6 is a combination of an X-axis linear motion actuator 6a that moves in the left-right direction (X-axis direction) and a Y-axis linear motion actuator 6b that moves in the front-rear direction (Y-axis direction).
  • a link operating device 7 is attached to each of the two XY stages 6 in a suspended state.
  • the link actuating device 7 is means for changing the posture of the end effector 3.
  • the link actuating device 7 includes a parallel link mechanism 9 and three attitude control actuators 10 that actuate the parallel link mechanism 9.
  • the parallel link mechanism 9 is configured such that a distal end side link hub 13 is connected to a proximal end side link hub 12 via three sets of link mechanisms 14 arranged in the circumferential direction so that the posture can be changed.
  • FIG. 4 which is a perspective view of the parallel link mechanism 9, three sets of link mechanisms 14 are provided.
  • Each link mechanism 14 includes a base end side end link member 15, a front end side end link member 16, and a central link member 17, and forms a four-joint link mechanism including four rotating pairs.
  • the end link members 15 and 16 on the proximal end side and the distal end side are L-shaped, and one ends thereof are rotatably connected to the link hub 12 on the proximal end side and the link hub 13 on the distal end side, respectively.
  • Both ends of the central link member 17 are rotatably connected to the other ends of the end link members 15 and 16 on the proximal end side and the distal end side.
  • the parallel link mechanism 9 has a structure in which two spherical link mechanisms are combined, and each rotation pair of the link hubs 12 and 13 and the end link members 15 and 16, and the end link members 15 and 16 and the central link member 17.
  • the center axis of each of the rotation pairs intersects at the spherical link centers PA and PB (FIG. 3) on the proximal end side and the distal end side. Further, on the proximal end side and the distal end side, the distances from the rotation pairs of the link hubs 12 and 13 and the end link members 15 and 16 and the respective spherical link centers PA and PB are the same.
  • the distances from the rotary pairs of 16 and the central link member 17 and the spherical link centers PA and PB are also the same.
  • the central axis of each rotational pair of the end link members 15 and 16 and the central link member 17 may have a certain crossing angle ⁇ (FIG. 3) or may be parallel.
  • FIG. 5 is a partially broken view of the link actuating device as viewed from the base end side
  • FIG. 6 is a partially broken view of the link actuating device as viewed from the distal end side.
  • the central axis O1 of each rotation pair of the link hub 12 (13) and the end link member 15 (16) and each rotation pair of the end link member 15 (16) and the center link member 17 are shown.
  • the relationship between the center axis O2 of the lens and the spherical link center PA (PB) is shown.
  • the center axis O1 of each rotation pair of the link hub 12 (13) and the end link member 15 (16), and each rotation of the end link member 15 (16) and the center link member 17 are illustrated.
  • the arm angle ⁇ which is an angle formed with the paired central axis O2
  • the arm angle ⁇ may be other than 90 ° as described later.
  • the three sets of link mechanisms 14 are arranged unevenly in the circumferential direction. That is, at least one separation angle ⁇ 1 out of the circumferential separation angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 of each link mechanism 14 is set to a value exceeding 120 °.
  • the maximum separation angle ⁇ 1 is 180 °
  • the other separation angles ⁇ 2 and ⁇ 3 are both 90 °.
  • the separation angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 are accurately determined between the link hub 12 on the base end side and the end link member 15 on the base end side of one of the two link mechanisms 15 adjacent to each other. This is the angle formed by the central axis O1 of the rotational pair and the central axis O1 of the rotational pair of the other link mechanism 15 on the base end side link hub 12 and the base end side end link member 15. Further, the separation angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 correspond to the central axis O1 of the rotational pair of the distal end side link hub 13 and the distal end side end link member 16 of one link mechanism 15 in the two adjacent link mechanisms 15. This is the angle formed by the link hub 13 on the distal end side of the other link mechanism 15 and the central axis O1 of the rotational pair of the end link member 16 on the distal end side.
  • the three sets of link mechanisms 14 have the same geometric shape. Further, as shown in FIG. 7, a geometric model in which each link member 15, 16, and 17 is expressed by a straight line, that is, a model expressed by each rotation pair and a straight line connecting these rotation pairs is a central link member 17. The base end side part and the front end side part with respect to the center part of the shape are symmetrical. FIG. 7 is a diagram in which a set of link mechanisms 14 is expressed by a straight line.
  • the parallel link mechanism 9 is a mirror image type, and the positional relationship between the link hub 12 on the proximal end side and the end link member 15 on the proximal end side, the link hub 13 on the distal end side, and the end link member 16 on the distal end side. The position of the mirror is symmetrical with respect to the center line C of the central link member 17.
  • the central portion of each central link member 17 is located on a common orbit circle D.
  • the link hub 12 on the proximal end side, the link hub 13 on the distal end side, and three sets of link mechanisms 14 allow the distal end link hub 13 to rotate about two orthogonal axes with respect to the link hub 12 on the proximal end side.
  • a degree mechanism is configured. In other words, it is a mechanism that can freely change the posture of the link hub 13 on the distal end side with respect to the link hub 12 on the proximal end side with two degrees of freedom of rotation. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the operating range of the link hub 13 on the distal end side relative to the link hub 12 on the proximal end side can be widened.
  • a straight line that passes through the spherical link centers PA and PB and intersects with the central axis O1 (FIGS. 5 and 6) of each link pair of the link hubs 12 and 13 and the end link members 15 and 16 at right angles is linked hubs 13 and 13.
  • Center axes QA and QB the maximum value of the bending angle ⁇ (FIG. 7) between the center axis QA of the link hub 12 on the proximal end side and the center axis QB of the link hub 13 on the distal end side is about ⁇ 90 °. can do.
  • the turning angle ⁇ (FIG.
  • the bending angle ⁇ is a vertical angle in which the central axis QB of the distal end side link hub 13 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 12, and the turning angle ⁇ is the proximal end side link hub. This is a horizontal angle at which the center axis QB of the link hub 13 on the distal end side is inclined with respect to the 12 center axes QA.
  • the posture change of the link hub 13 on the distal end side with respect to the link hub 12 on the proximal end side is performed with the intersection O between the center axis QA of the link hub 12 on the proximal end side and the center axis QB of the link hub 13 on the distal end side as a rotation center.
  • Is called. 3 and 4 show a state where the central axis QA of the link hub 12 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 13 on the distal end side are on the same line.
  • the end link member 15 on the base end side and the end link member 16 on the front end side are equal in geometrical shape and intersect with the spherical link centers PA and PB on the side and the front end side, and the center link member 17 is also based on
  • the angular position relationship between the center link member 17 and the end link members 15 and 16 is based on the center line C of the center link member 17. If it is made the same in the side and the front end side, the link hub 12 on the base end side and the end link member 15 on the base end side, the link hub 13 on the front end side, and the end link member on the front end side due to geometric symmetry 16 operates in the same way.
  • the link hub 12 on the base end side includes a base end member 20 made of a U-shaped plate material and three rotary shaft connecting members 21 provided integrally with the base end member 20. It consists of.
  • the three rotary shaft connecting members 21 are provided at the center and both ends of the U-shaped base end member 20, respectively.
  • the rotating shaft 22 is rotatably supported by each rotating shaft connecting member 21, and one end of the proximal end side end link member 15 is connected to the rotating shaft 22.
  • the axis of the rotary shaft 22 coincides with the central axis O1 of the rotational pair of the link hub 12 on the base end side and the end link member 15 on the base end side.
  • the opening side of the central recess 20a is the side of the separation angle ⁇ 1 of 180 °.
  • the link hub 13 on the distal end side includes a distal end member 43 made of a U-shaped plate material, and three rotary shaft coupling members 44 provided integrally with the distal end member 43. Consists of.
  • the three rotary shaft connecting members 44 are provided at the center and both ends of the U-shaped tip member 44, respectively.
  • the rotary shaft 45 is rotatably supported by each rotary shaft connecting member 44, and one end of the end link member 16 on the distal end side is connected to the rotary shaft 45.
  • the axis of the rotation shaft 45 coincides with the central axis O1 of the rotation pair of the link hub 13 on the distal end side and the end link member 16 on the distal end side.
  • the opening side of the central recess 43a is on the side of the separation angle ⁇ 1 of 180 °.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG.
  • the mounting structure of the attitude control actuator 10 will be described.
  • the rotary shaft 22 has a large-diameter portion 22a, a small-diameter portion 22b, and a male screw portion 22c.
  • the small-diameter portion 22b is rotatably supported by the rotary shaft connecting member 21 via two bearings 23.
  • the bearing 23 is a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing. These bearings 23 are installed in an inner diameter groove 24 provided in the rotary shaft connecting member 21 in a fitted state, and are fixed by a method such as press-fitting, adhesion, or caulking. The same applies to the types and installation methods of the bearings provided in other rotating pairs.
  • the rotary shaft 22 is coaxially disposed on the output shaft 52a of the deceleration mechanism 52 described later at the large diameter portion 22a.
  • the arrangement structure will be described later.
  • one end of an end link member 15 on the base end side is connected to the rotation shaft 22 so as to rotate integrally with the rotation shaft 22. That is, the rotary shaft connecting member 21 is disposed in a notch 25 formed at one end of the end-side end link member 15, and the small-diameter portion 22 b of the rotary shaft 22 is connected to the base-side end link member 15.
  • the base end side end link member 15 and the output shaft 52a of the speed reduction mechanism 52 are fixed by a bolt 29 via a spacer 28 fitted to the outer periphery of the large diameter portion 22a of the rotary shaft 22, and the outer rotation A nut 30 is screwed onto a male screw portion 22 c of the rotating shaft 22 protruding from the shaft support portion 27.
  • Spacers 31 and 32 are interposed between the inner ring of the bearing 23 and the pair of rotating shaft support portions 26 and 27, and a preload is applied to the bearing 23 when the nut 30 is screwed.
  • the other end of the end link member 15 on the base end side is connected to a rotating shaft 35 that is rotatably connected to one end of the central link member 17. Similar to the rotation shaft 22 of the link hub 12, the rotation shaft 35 of the central link member 17 has a large diameter portion 35a, a small diameter portion 35b, and a male screw portion 35c, and the small diameter portion 32b via two bearings 36.
  • the central link member 17 is rotatably supported at one end. That is, one end of the central link member 17 is disposed in a notch 37 formed at the other end of the end link member 15 on the base end side, and the small diameter portion 35b of the rotating shaft 35 is connected to the end link on the base end side.
  • the other end of the member 15 is inserted through through holes formed in a pair of inner and outer rotary shaft support portions 38 and 39 which are both side portions of the notch 37 and an inner ring of the bearing 36.
  • a nut 40 is screwed onto a male screw portion 35 c of the rotating shaft 35 protruding from the outer rotating shaft support portion 39.
  • Spacers 41 and 42 are interposed between the inner ring of the bearing 36 and the pair of rotating shaft support portions 38 and 39, and a preload is applied to the bearing 36 when the nut 40 is screwed.
  • the attitude control actuator 10 is a motor having a speed reduction mechanism 52, and is installed on the lower surface of the base end member 20 of the link hub 12 on the base end side so as to be coaxial with the rotary shaft 22, as shown in FIG. Yes.
  • Each attitude control actuator 10 is disposed outward with respect to the three sets of link mechanisms 14.
  • the attitude control actuator 10 and the speed reduction mechanism 52 are provided integrally, and the speed reduction mechanism 52 is fixed to the base end member 20 by a motor fixing member 53.
  • the posture control actuators 10 are provided in all of the three sets of link mechanisms 14, but if the posture control actuators 10 are provided in at least two of the three sets of link mechanisms 14, the base end side The posture of the link hub 13 on the distal end side with respect to the link hub 12 can be determined.
  • the deceleration mechanism 52 is a flange output and has a large-diameter output shaft 52a.
  • the front end surface of the output shaft 52a is a flat flange surface 54 orthogonal to the center line of the output shaft 52a.
  • the output shaft 52 a is connected to the rotary shaft support portion 26 of the end link member 15 on the base end side by the bolt 29 via the spacer 28.
  • the large-diameter portion 22a of the rotating shaft 22 of the rotating pair of the proximal-side link hub 12 and the proximal-side end link member 15 is fitted into an inner diameter groove 57 provided on the output shaft 52a of the speed reduction mechanism 52. Yes.
  • the connecting structure of the distal end side link hub 13 and the distal end side end link member 16 and the connecting structure of the distal end side end link member 16 and the central link member 17 are the above-mentioned proximal end side link hub 12 and proximal end. Since it is the same as the connection structure of the end link member 15 on the side and the connection structure of the end link member 15 and the central link member 17 on the base end side, description thereof will be omitted.
  • the two link actuating devices 7 having the above-described configuration are attached in such a posture that the proximal-side link hub 12 is fixed to the XY stage 6 and the distal-end side link hub 13 is directed downward.
  • the opening part 20a of each base end member 20 of the two link actuators 7 is made to face each other. That is, the two link actuating devices 7 are arranged so that the portions between the two sets of link mechanisms 14 having the separation angle ⁇ 1 of 180 ° face each other.
  • the end effector 3 shown in FIG. 1 is attached to the link hub 13 on the distal end side in a state in which the upper and lower center portions thereof are fitted in the recesses 43a (FIG. 6) of the U-shaped distal end member 43.
  • the end effector 3 is a grease applicator, it is attached with the grease nozzle facing downward.
  • the combined link actuator 1 moves the two link actuators 7 in the left-right direction (X-axis direction) and the front-rear direction (Y-axis direction) by the XY stage 6, and the end effector 3 in each link actuator 7.
  • the end effector 3 works on the workpiece 2 while changing the posture. As shown in FIG. 1, two end effectors 3 may perform work on two workpieces 2, and two end effectors 3 may work simultaneously on one workpiece 2. In the example of FIG. 1, the number of workpieces 2 is two, but three or more workpieces 2 may be arranged.
  • the link actuator 7 can change the posture of the end effector 3 with high speed and high accuracy, high speed and high accuracy work is possible. Further, by changing the position of the link operating device 7 with the XY stage 6 and changing the posture of the end effector 3 with the link operating device 7, it is possible to work on various surfaces of the workpiece 2 from various angles. Complex control is possible by cooperatively controlling the two link actuators 7 and the two XY stages 6.
  • the two link actuators 7 are arranged so that the portions between the two sets of link mechanisms 14 having the separation angle ⁇ 1 of 180 ° face each other, the two link actuators 7 can be brought close to each other. Specifically, as shown in FIGS. 9 and 10, the proximal link hubs 12 and the distal link hubs 13 of the two link actuators 7 can be brought closer to each other. For this reason, when work is performed on two or more workpieces 2 arranged in parallel with the end effector 3 provided on the link hub 13 on the distal end side as shown in FIG. Can do. It can be seen that the inter-workpiece distance d can be reduced compared to the combined link actuating device 1 of the study example shown in FIG.
  • the inter-work distance d When the inter-work distance d is small, the size of the work transport jig used when the work 2 is carried in and out of the work position can be reduced. In addition, the space occupied by the two link work devices 7 is reduced, and the combined link operating device 1 as a whole becomes compact.
  • the link operating device 7 is a mechanism that is compact but has a wide operating range. Therefore, the link operating device 7 is arranged around the end effector 3 as compared with the case where the posture of the end effector is changed in the same manner using another mechanism. It is possible to configure so that almost no part of the posture changing mechanism exists. Accordingly, the work can be performed with the end effector 3 approaching the work 2, and the entire combined link actuator 1 can be made more compact.
  • the shape of the base end member 20 of the link hub 12 on the base end side is a U-shape that opens on the side of the separation angle ⁇ 1 of 180 °, the work 2 disposed in and out of the link actuating device 7 can be inserted and removed. Attachment / removal and maintenance of the effector 3 are easy.
  • 11 and 12 show an example in which the arm angle ⁇ of the end-side end link member 15 and the front-end end link member 16 is 90 ° or less.
  • the arm angle ⁇ is 45 °.
  • the possibility of interference between the link members 15, 16, and 17 is reduced, and the operating range of the link operating device 7 is expanded.
  • the work 2 disposed inside the link actuating device 7 can be taken in and out, and the end effector 3 can be easily attached and taken out and maintained.
  • the arm angle is 90 ° or less
  • the base ends of the two link operating devices 7 as shown in FIGS. 13 and 14 rather than the case where the arm angle ⁇ is 90 ° (see FIGS. 9 and 10).
  • the link hubs 12 on the side and the link hubs 13 on the tip side can be brought close to each other. For this reason, it is possible to further reduce the workpiece conveying jig and to make the entire combined link actuator 1 more compact.
  • the parallel link mechanism 9 is a mirror image symmetric type, but the parallel link mechanism 9A may be a rotationally symmetric type like the link actuating device 7 shown in FIGS. .
  • the description is omitted and the same reference numerals are given.
  • the rotationally symmetric type parallel link mechanism 9A includes a base end side link hub 12 and a base end side end link member 15 as shown in a perspective view of FIG. 16 and a straight line representation of the link mechanism of FIG.
  • the positional relationship between the link hub 13 on the distal end side and the end link member 16 on the distal end side is a rotationally symmetric configuration with respect to the center line C (FIG. 17) of the central link member 17.
  • the central portion of each central link member 17 is located on a common orbit circle D.
  • the rotationally symmetric type parallel link mechanism 9 ⁇ / b> A also has a proximal end side link hub 12 and a proximal end side end link member 15, and a distal end side link member 15 in view of geometric symmetry.
  • the link hub 13 and the end-side end link member 16 move in the same manner.
  • the arm angles ⁇ (see FIG. 18) of the end link members 15 and 16 are illustrated. , 19) is 90 ° or close to 90 °.
  • the rotationally symmetric type parallel link mechanism 9A has a phase shift of 180 ° between the proximal end side and the distal end side, so that both the proximal end member 20 and the distal end member 43 are U-shaped.
  • the opening side of the end member 20 and the opening side of the tip member 43 are in opposite positions (see FIG. 16). For this reason, even if the tip member 43 is U-shaped, the effect cannot be expected so much. Therefore, as illustrated in FIG. 19, the tip member 43 has a square shape having a through hole 43b in the center.
  • FIG. 20 shows a second embodiment.
  • two works 2 are placed on an XY stage 6 installed on a floor surface 4 or a conveyor, and two link actuators 7 are fixedly provided on a top plate 5.
  • the base end side link hub 12 is fixed to the top plate 5 via a support member 5 a, and the end effector 3 is attached to the front end side link hub 13.
  • the two link actuating devices 7 are arranged so that the portions between the two sets of link mechanisms 14 having the separation angle ⁇ 1 of 180 ° face each other.
  • the combined link actuator 1 moves two workpieces 2 in the left-right direction (X-axis direction) and the front-rear direction (Y-axis direction) by the XY stage 6, and the posture of the end effector 3 by each link actuator 7.
  • the work is performed on the workpiece 2 from above by the end effector 3 while changing the above.
  • This configuration also provides the same operation and effect as the configuration of the first embodiment shown in FIG.
  • the workpiece 2 is moved in the left-right direction (X-axis direction) by an X-axis linear actuator (not shown), and each link actuator 7 is moved in the front-rear direction (Y-axis direction) by a Y-axis linear actuator (not shown). It is good also as a structure moved to. Further, the workpiece 2 is moved in the front-rear direction (Y-axis direction) by a Y-axis linear actuator (not shown), and each link actuator 7 is moved in the left-right direction (X-axis direction) by an X-axis linear actuator (not shown). It is good also as a structure moved to.

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Abstract

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。組合せ型リンク作動装置(1)は、リンク作動装置(7)を２つ組み合わせてなる。リンク作動装置(7)は、基端側のリンクハブ(12)に対し先端側のリンクハブ(13)が、円周方向に並ぶ３組のリンク機構(14)を介して姿勢を変更可能に連結され、３組のリンク機構(14)のうちの２組以上のリンク機構(14)に、基端側のリンクハブ(12)に対する先端側のリンクハブ(13)の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ(10)が設けられている。３組のリンク機構(14)の円周方向の離間角(δ1，δ2，δ3)のうちの少なくとも１つの離間角(δ1)が１２０°を超える値である。離間角(δ1)が１２０°を超える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)が配置されている。

Description

組合せ型リンク作動装置 関連出願
　本出願は、２０１５年９月２４日出願の特願２０１５－１８６６５９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　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
　前記利点を有する特許文献２、３のリンク作動装置の作動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。この検討例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つのリンク作業装置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。各リンク作業装置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。
　上述したように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つ組み合わせ、これら２つの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、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ている。
　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されているので、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作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。この構成によると、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、リンク作動装置の作動範囲が広がる。さらに、リンク部材とリンク部材との間に空間を確保できるため、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。
　この発明において、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っても良い。この場合も、リンク作動装置内部に配置されるワークの出し入れ、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。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１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。 この発明の第２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。
　この発明の第１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（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）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。図４に示すように、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。これらの図の例では、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の作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についても基端側と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とが同じように動作する。
　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、図５に示すように、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、図６に示すように、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、図５に示すように、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。
　前記構成である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に示すエンドエフェクタ３は、その上下中央部をコ字形の先端部材４３の凹部４３ａ（図６）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（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に示す検討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。
　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。これらの図の例の場合、アーム角αが４５°である。このようにアーム角α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の作動範囲が広がる。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。
　前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、説明を省略し同一の符号を付している
　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に例示したように、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。
　この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　図２０は第２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に示す第１実施形態の構成と同じ作用・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。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、この明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
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
７…リンク作動装置
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 (5)

  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、
    　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てい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。
  5. 　請求項１ないし請求項４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組合せ型リンク作動装置。
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