(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023125189
(43)【公開日】2023-09-07
(54)【発明の名称】パラレルリンク機構
(51)【国際特許分類】
F16H 21/10 20060101AFI20230831BHJP
B25J 11/00 20060101ALI20230831BHJP
【ＦＩ】
F16H21/10 G
B25J11/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022029159
(22)【出願日】2022-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】515304190
【氏名又は名称】株式会社人機一体
(74)【代理人】
【識別番号】110000475
【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金岡 克弥
(72)【発明者】
【氏名】インジー ザン
【テーマコード（参考）】
3C707
3J062
【Ｆターム（参考）】
3C707AS01
3C707BS10
3C707BS24
3C707HT12
3C707HT20
3C707MT02
3J062AA21
3J062AA38
3J062AB27
3J062BA12
3J062BA35
3J062BA37
3J062CB02
3J062CB33
(57)【要約】
【課題】干渉駆動および重力方向分離減速の両方を実現したパラレルリンク機構を提供する。
【解決手段】パラレルリンク機構１０Ａは、基端部が第２移動体３０に揺動自在に連結された第１パラレルリンク部４７（４０，４１，４２）と、基端部が第１パラレルリンク部４７の先端部に揺動自在に連結された第２パラレルリンク部４８（４２，４３，４４）と、基端部が第１移動体２０に回動自在に連結されるとともに先端部が第２パラレルリンク部４８の中間位置に回動自在に連結された第１アーム部４５と、基端部が第２移動体３０に回動自在に連結されるとともに先端部が第１アーム部４５の中間位置に回動自在に連結された第２アーム部４６ａと、移動体２０，３０を個別に昇降させ得る直動ユニット６０，７０とを備える。第２パラレルリンク部４８は、先端部が手先装置５０に揺動自在に連結されている。
【選択図】図１
【解決手段】パラレルリンク機構１０Ａは、基端部が第２移動体３０に揺動自在に連結された第１パラレルリンク部４７（４０，４１，４２）と、基端部が第１パラレルリンク部４７の先端部に揺動自在に連結された第２パラレルリンク部４８（４２，４３，４４）と、基端部が第１移動体２０に回動自在に連結されるとともに先端部が第２パラレルリンク部４８の中間位置に回動自在に連結された第１アーム部４５と、基端部が第２移動体３０に回動自在に連結されるとともに先端部が第１アーム部４５の中間位置に回動自在に連結された第２アーム部４６ａと、移動体２０，３０を個別に昇降させ得る直動ユニット６０，７０とを備える。第２パラレルリンク部４８は、先端部が手先装置５０に揺動自在に連結されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
同一の仮想直線上に配置された第１移動体および第２移動体と、
第１基端部および第１先端部を有し、前記第１基端部が前記第２移動体に揺動自在に連結された第１パラレルリンク部と、
第２基端部および第２先端部を有し、前記第２基端部が前記第１先端部において前記第１パラレルリンク部に揺動自在に連結された第２パラレルリンク部と、
第３基端部および第３先端部を有し、前記第３基端部が前記第１移動体に回動自在に連結されるとともに、前記第３先端部が前記第２基端部と前記第２先端部との間にある第１中間位置おいて前記第２パラレルリンク部に回動自在に連結された第１アーム部と、
第４基端部および第４先端部を有し、前記第４基端部が前記第２移動体に回動自在に連結されるとともに、前記第４先端部が前記第３基端部と前記第３先端部との間にある第２中間位置において前記第１アーム部に回動自在に連結された第２アーム部と、
前記第１移動体および前記第２移動体を前記仮想直線上において個別に移動させ得る直動手段と、
を備え、
前記第２パラレルリンク部は、前記第２先端部において手先装置に揺動自在に連結されている
ことを特徴とするパラレルリンク機構。
第１基端部および第１先端部を有し、前記第１基端部が前記第２移動体に揺動自在に連結された第１パラレルリンク部と、
第２基端部および第２先端部を有し、前記第２基端部が前記第１先端部において前記第１パラレルリンク部に揺動自在に連結された第２パラレルリンク部と、
第３基端部および第３先端部を有し、前記第３基端部が前記第１移動体に回動自在に連結されるとともに、前記第３先端部が前記第２基端部と前記第２先端部との間にある第１中間位置おいて前記第２パラレルリンク部に回動自在に連結された第１アーム部と、
第４基端部および第４先端部を有し、前記第４基端部が前記第２移動体に回動自在に連結されるとともに、前記第４先端部が前記第３基端部と前記第３先端部との間にある第２中間位置において前記第１アーム部に回動自在に連結された第２アーム部と、
前記第１移動体および前記第２移動体を前記仮想直線上において個別に移動させ得る直動手段と、
を備え、
前記第２パラレルリンク部は、前記第２先端部において手先装置に揺動自在に連結されている
ことを特徴とするパラレルリンク機構。
【請求項2】
前記直動手段は、
前記仮想直線に対して平行な第１ボールネジ軸および第２ボールネジ軸と、
前記第１ボールネジ軸および前記第２ボールネジ軸に一対一で連結された第１回転機および第２回転機と、
を含み、
前記第１ボールネジ軸は、前記第１移動体に螺合し、かつ前記第２移動体に螺合せず、
前記第２ボールネジ軸は、前記第２移動体に螺合し、かつ前記第１移動体に螺合しない
ことを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンク機構。
前記仮想直線に対して平行な第１ボールネジ軸および第２ボールネジ軸と、
前記第１ボールネジ軸および前記第２ボールネジ軸に一対一で連結された第１回転機および第２回転機と、
を含み、
前記第１ボールネジ軸は、前記第１移動体に螺合し、かつ前記第２移動体に螺合せず、
前記第２ボールネジ軸は、前記第２移動体に螺合し、かつ前記第１移動体に螺合しない
ことを特徴とする請求項１に記載のパラレルリンク機構。
【請求項3】
床面に設置される基部と、
前記基部から鉛直上方に延びた、前記直動手段を含む支柱部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のパラレルリンク機構。
前記基部から鉛直上方に延びた、前記直動手段を含む支柱部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のパラレルリンク機構。
【請求項4】
前記基部は、前記支柱部に連結された第３回転機を含む
ことを特徴とする請求項３に記載のパラレルリンク機構。
ことを特徴とする請求項３に記載のパラレルリンク機構。
【請求項5】
前記第１移動体の変位にかかわらず該第１移動体に対して一定の鉛直上方の力を加える第１定荷重バネと、
前記第２移動体の変位にかかわらず該第２移動体に対して一定の鉛直上方の力を加える第２定荷重バネと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のパラレルリンク機構。
前記第２移動体の変位にかかわらず該第２移動体に対して一定の鉛直上方の力を加える第２定荷重バネと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のパラレルリンク機構。
【請求項6】
前記第１パラレルリンク部は、一端が前記第２移動体に回動自在に連結された第１リンク部材と、一端が前記第２移動体に回動自在に連結された第２リンク部材と、前記第１リンク部材の他端および前記第２リンク部材の他端に接続された第３リンク部材とを含み、
前記第２パラレルリンク部は、一端が前記第１リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が前記手先装置に回動自在に連結された第４リンク部材と、一端が前記第２リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が前記手先装置に回動自在に連結された第５リンク部材とを含み、
前記第１リンク部材、前記第２リンク部材および前記第１アーム部が互いに平行をなし、
前記第４リンク部材、前記第５リンク部材および前記第２アーム部が互いに平行をなし、
前記第３リンク部材、前記第２移動体上の２つの回動軸を結ぶ直線および前記手先装置上の２つの回動軸を結ぶ直線が互いに平行をなし、
前記第４基端部および前記第４先端部の間の距離と、前記第３基端部および前記第２中間位置の間の距離とが等しく、
前記第５リンク部材および前記手先装置の連結点と前記第２中間位置とが、前記仮想直線に直交する同一の面内にある
ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のパラレルリンク機構。
前記第２パラレルリンク部は、一端が前記第１リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が前記手先装置に回動自在に連結された第４リンク部材と、一端が前記第２リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が前記手先装置に回動自在に連結された第５リンク部材とを含み、
前記第１リンク部材、前記第２リンク部材および前記第１アーム部が互いに平行をなし、
前記第４リンク部材、前記第５リンク部材および前記第２アーム部が互いに平行をなし、
前記第３リンク部材、前記第２移動体上の２つの回動軸を結ぶ直線および前記手先装置上の２つの回動軸を結ぶ直線が互いに平行をなし、
前記第４基端部および前記第４先端部の間の距離と、前記第３基端部および前記第２中間位置の間の距離とが等しく、
前記第５リンク部材および前記手先装置の連結点と前記第２中間位置とが、前記仮想直線に直交する同一の面内にある
ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のパラレルリンク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種作業を行う作業アームとして使用可能なパラレルリンク機構に関する。
【背景技術】
【0002】
作業アームとして使用可能な従来のリンク機構のひとつとして、図６に示すリンク機構１００がある（特許文献１参照）。このリンク機構１００は、本出願人が提案したもので、重力方向に延びた同一の仮想直線上に配置された移動体１１０，１２０，１３０と、第１基端部１１１ａが移動体１１０に回動自在に連結された第１アーム部１１１，１１１と、第２基端部１２１ａが移動体１２０に回動自在に連結された第２アーム部１２１，１２１と、第３基端部１３１ａが移動体１３０に回動自在に連結されるとともに、第３先端部１３１ｂが第２基端部１２１ａおよび第２先端部１２１ｂの間において第２アーム部１２１に回動自在に連結された第３アーム部１３１，１３１と、第１先端部１１１ｂおよび第２先端部１２１ｂの両方に回動自在に連結された作業装置１４０と、移動体１１０，１２０，１３０を上記仮想直線上において個別に移動させ得る回転機１５０，１５１，１５２とを備えている。参照符号Ｗを付したものは作業対象物である。
【0003】
このリンク機構１００では、３つの回転機１５０，１５１，１５２が発生する力の和が作業対象物Ｗを持ち上げる力となる。言い換えると、このリンク機構１００では、３つの回転機１５０，１５１，１５２が発生する力を余すことなく利用して作業対象物Ｗを持ち上げることができる。一方、このリンク機構１００では、水平方向（Ｘ方向）の減速比を重力方向（Ｚ方向）の減速比とは独立に調節することができなかった。
【0004】
つまり、この従来のリンク機構１００は、「干渉駆動（Coupled Drive）」は実現できているが、「重力方向分離減速（Gravitationally Decoupled Reduction, ＧＤＲ）」は実現できていなかった。なお、干渉駆動については非特許文献１に解説がある。また、重力方向分離減速（ＧＤＲ）は、非特許文献１にて解説されている「重力方向分離駆動（Gravitationally Decoupled Actuation, ＧＤＡ）」に類似の概念であり、本出願人が本明細書にて初めて定義するものである。ＧＤＡが重力方向と非重力方向で駆動アクチュエータを分離することを意味する概念であるのに対し、ＧＤＲは重力方向と非重力方向で減速比を分離する（互いに独立に設計できる）ことを意味する。この定義によると、ＧＤＲはＧＤＡの必要条件である。また、同一の重力方向と非重力方向で干渉駆動を使いながらＧＤＡを実現することは定義上両立しないのに対し、同一の重力方向と非重力方向で干渉駆動を使いながらＧＤＲを実現することは定義としては必ずしも矛盾しない。すなわち、干渉駆動およびＧＤＲは、両立する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１０９２５３号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】広瀬茂男，“ロボットの小形軽量化”，精密工学会誌，精密工学会，１９９４年，第６０巻，第７号，ｐ．９１３－９１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、干渉駆動および重力方向分離減速の両方を実現したパラレルリンク機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係るパラレルリンク機構は、同一の仮想直線上に配置された第１移動体および第２移動体と、第１基端部および第１先端部を有し、第１基端部が第２移動体に揺動自在に連結された第１パラレルリンク部と、第２基端部および第２先端部を有し、第２基端部が第１先端部において第１パラレルリンク部に揺動自在に連結された第２パラレルリンク部と、第３基端部および第３先端部を有し、第３基端部が第１移動体に回動自在に連結されるとともに、第３先端部が第２基端部と第２先端部との間にある第１中間位置おいて第２パラレルリンク部に回動自在に連結された第１アーム部と、第４基端部および第４先端部を有し、第４基端部が第２移動体に回動自在に連結されるとともに、第４先端部が第３基端部と第３先端部との間にある第２中間位置において第１アーム部に回動自在に連結された第２アーム部と、第１移動体および第２移動体を上記仮想直線上において個別に移動させ得る直動手段とを備え、第２パラレルリンク部は、第２先端部において手先装置に揺動自在に連結されている、ことを特徴とする。
【0009】
上記パラレルリンク機構は、例えば、直動手段が、上記仮想直線に対して平行な第１ボールネジ軸および第２ボールネジ軸と、第１ボールネジ軸および第２ボールネジ軸に一対一で連結された第１回転機および第２回転機とを含み、第１ボールネジ軸が、第１移動体に螺合し、かつ第２移動体に螺合せず、第２ボールネジ軸が、第２移動体に螺合し、かつ第１移動体に螺合しない、との構成をとることができる。
【0010】
上記パラレルリンク機構は、床面に設置される基部と、基部から鉛直上方に延びた、上記直動手段を含む支柱部とをさらに備えていてもよい。
【0011】
上記パラレルリンク機構は、基部が、支柱部に連結された第３回転機を含んでいることが好ましい。
【0012】
上記パラレルリンク機構は、第１移動体の変位にかかわらず該第１移動体に対して一定の鉛直上方の力を加える第１定荷重バネと、第２移動体の変位にかかわらず該第２移動体に対して一定の鉛直上方の力を加える第２定荷重バネとをさらに備えていることが好ましい。
【0013】
上記パラレルリンク機構は、第１パラレルリンク部が、一端が第２移動体に回動自在に連結された第１リンク部材と、一端が第２移動体に回動自在に連結された第２リンク部材と、第１リンク部材の他端および第２リンク部材の他端に接続された第３リンク部材とを含み、第２パラレルリンク部が、一端が第１リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が手先装置に回動自在に連結された第４リンク部材と、一端が第２リンク部材の他端に回動自在に連結されるとともに他端が手先装置に回動自在に連結された第５リンク部材とを含み、第１リンク部材、第２リンク部材および第１アーム部が互いに平行をなし、第４リンク部材、第５リンク部材および第２アーム部が互いに平行をなし、第３リンク部材、第２移動体上の２つの回動軸を結ぶ直線および手先装置上の２つの回動軸を結ぶ直線が互いに平行をなし、第４基端部および第４先端部の間の距離と、第３基端部および第２中間位置の間の距離とが等しく、第５リンク部材および手先装置の連結点と第２中間位置とが上記仮想直線に直交する同一の面内にある、との構成を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、干渉駆動および重力方向分離減速の両方を実現したパラレルリンク機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構を示す斜視図である。
【図2】本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構の、手先装置をＺ方向に移動させる動作を示す模式的な側面図である。
【図3】本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構の、手先装置をＸ方向に移動させる動作を示す模式的な側面図である。
【図4】（Ａ）は本発明の第２実施例に係るパラレルリンク機構を示す模式的な側面図、（Ｂ）は本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構を示す模式的な側面図、（Ｃ）は本発明の第３実施例に係るパラレルリンク機構を示す模式的な側面図である。
【図5】本発明の第４実施例に係るパラレルリンク機構の、手先装置をＸ方向に移動させる動作を示す模式的な側面図である。
【図6】従来のリンク機構を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るパラレルリンク機構の実施例について説明する。なお、以下では作業アームとして使用する場合について説明するが、本発明に係るパラレルリンク機構は、他のロボットの一部として使用することもできる。
【0017】
［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａを示す。パラレルリンク機構１０Ａは、その可動範囲内で任意の手先装置５０をＸＹＺ空間の任意の位置に移動させることができるもので、同図に示すように、床面に設置される基部９０と、支柱部８０と、２つの移動体２０，３０と、７つのリンク部材４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６ａとを備えている。なお、本実施例では、床面は水平なＸＹ平面に対して平行であり、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向は重力方向（鉛直方向）であるものとする。
図１に、本発明の第１実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａを示す。パラレルリンク機構１０Ａは、その可動範囲内で任意の手先装置５０をＸＹＺ空間の任意の位置に移動させることができるもので、同図に示すように、床面に設置される基部９０と、支柱部８０と、２つの移動体２０，３０と、７つのリンク部材４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６ａとを備えている。なお、本実施例では、床面は水平なＸＹ平面に対して平行であり、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向は重力方向（鉛直方向）であるものとする。
【0018】
支柱部８０は、基部９０から＋Ｚ方向に延びている。支柱部８０は、底部８１と、底部８１から＋Ｚ方向に離間した天井部８２と、底部８１と天井部８２とを繋ぐ後壁８３および側壁８４，８５と、第１直動ユニット６０と、第２直動ユニット７０とを含んでいる。２つの側壁８４，８５は、直動ユニット６０，７０を挟み込むようにＹ方向に離間している。直動ユニット６０，７０同士も、Ｙ方向に離間している。
【0019】
支柱部８０は、底部８１においてＺ軸まわりに回動自在に基部９０に連結されている。以下の説明では、支柱部８０が基部９０に対して回動すると、これに連動してＸ軸およびＹ軸の向きも変わるものとする。言い換えると、７つのリンク部材４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６ａからなるリンク機構は、支柱部８０から常に＋Ｘ方向に延びているものとする。
【0020】
第１直動ユニット６０は、Ｚ方向に延びた第１ボールネジ軸６１と、第１ボールネジ軸６１の下端に連結された第１減速機６２と、第１減速機６２に連結された出力軸を有する第１回転機６３とを含んでいる。つまり、第１回転機６３の出力軸は、第１減速機６２を介して第１ボールネジ軸６１に連結されている。このため、第１回転機６３の出力軸が回転すると、その回転の方向に対応した方向に第１ボールネジ軸６１も回転する。このとき、第１ボールネジ軸６１および第１回転機６３の出力軸の回転数は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0021】
第２直動ユニット７０は、第１直動ユニット６０と同様の構成を有している。すなわち、第２直動ユニット７０は、Ｚ方向に延びた第２ボールネジ軸７１と、第２ボールネジ軸７１の下端に連結された第２減速機７２と、第２減速機７２に連結された出力軸を有する第２回転機７３とを含んでいる。つまり、第２回転機７３の出力軸は、第２減速機７２を介して第２ボールネジ軸７１に連結されている。このため、第２回転機７３の出力軸が回転すると、その回転の方向に対応した方向に第２ボールネジ軸７１も回転する。このとき、第２ボールネジ軸７１および第２回転機７３の出力軸の回転数は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0022】
第１移動体２０は、第１直動ユニット６０の第１ボールネジ軸６１に螺合している。このため、第１ボールネジ軸６１が回転すると、その回転数に対応した速度で、その回転の方向に対応した方向（＋Ｚ方向／－Ｚ方向）に第１移動体２０は移動する。一方、第１移動体２０は、第２直動ユニット７０の第２ボールネジ軸７１には螺合していない。このため、第２ボールネジ軸７１の回転は第１移動体２０に影響を及ぼさない。
【0023】
第２移動体３０は、第１移動体２０の上方において、第２直動ユニット７０の第２ボールネジ軸７１に螺合している。このため、第２ボールネジ軸７１が回転すると、その回転数に対応した速度で、その回転の方向に対応した方向（＋Ｚ方向／－Ｚ方向）に第２移動体３０は移動する。一方、第２移動体３０は、第１直動ユニット６０の第１ボールネジ軸６１には螺合していない。このため、第１ボールネジ軸６１の回転は第２移動体３０に影響を及ぼさない。
【0024】
移動体２０，３０は、同一の仮想直線上に配置されているといえる。また、ボールネジ軸６１，７１は、この仮想直線に平行であるといえる。
【0025】
第１リンク部材４０は、基端部（＝支柱部８０側の端部。以下同様）および先端部（＝手先装置５０側の端部。以下同様）を有している。第１リンク部材４０の基端部は、第２移動体３０にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。
【0026】
第２リンク部材４１は、基端部および先端部を有している。第２リンク部材４１の基端部は、第２移動体３０および第１リンク部材４０の連結点よりも所定距離だけ下方において、第２移動体３０にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。第２リンク部材４１の長さは、第１リンク部材４０の長さに等しい。
【0027】
第３リンク部材４２は、上端部および下端部を有している。第３リンク部材４２の上端部は、第１リンク部材４０の先端部にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。また、第３リンク部材４２の下端部は、第２リンク部材４１の先端部にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。第１リンク部材４０および第３リンク部材４２の連結点と第２リンク部材４１および第３リンク部材４２の連結点との間の距離は、第１リンク部材４０および第２移動体３０の連結点と第２リンク部材４１および第２移動体３０の連結点との間の距離（以下、距離Ｚ１とする）に等しい。
【0028】
第４リンク部材４３は、基端部および先端部を有している。第４リンク部材４３の基端部は、第１リンク部材４０の先端部および第３リンク部材４２の上端部の両方にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。また、第４リンク部材４３の先端部は、手先装置５０にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。
【0029】
第５リンク部材４４は、基端部および先端部を有している。第５リンク部材４４の基端部は、第２リンク部材４１の先端部および第３リンク部材４２の下端部の両方にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。また、第５リンク部材４４の先端部は、第４リンク部材４３および手先装置５０の連結点よりも距離Ｚ１だけ下方において、手先装置５０にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。第５リンク部材４４の長さは、第４リンク部材４３の長さに等しい。
【0030】
第１リンク部材４０、第２リンク部材４１および第３リンク部材４２は、本発明の「第１パラレルリンク部」４７に相当する。第１パラレルリンク部４７は、基端部および先端部を有し、基端部において第２移動体３０に揺動自在に連結されているといえる。
【0031】
第３リンク部材４２、第４リンク部材４３および第５リンク部材４４は、本発明の「第２パラレルリンク部」４８に相当する。第２パラレルリンク部４８は、基端部および先端部を有し、基端部において第１パラレルリンク部４７の先端部に揺動自在に連結され、先端部において手先装置５０に揺動自在に連結されているといえる。
【0032】
第６リンク部材４５は、基端部および先端部を有している。第６リンク部材４５の基端部は、第１移動体２０にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。また、第６リンク部材４５の先端部は、第１中間位置４４ａ（図２等参照）において第５リンク部材４４にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。第６リンク部材４５の先端部は、第２パラレルリンク部４８の中間位置に回動自在に連結されているともいえる。
【0033】
第７リンク部材４６ａは、基端部および先端部を有している。第７リンク部材４６ａの基端部は、第２移動体３０および第２リンク部材４１の基端部の両方にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。また、第７リンク部材４６ａの先端部は、第２中間位置４５ａ（図２等参照）において第６リンク部材４５にＹ軸まわりに回動自在に連結されている。
【0034】
本実施例では、第１リンク部材４０、第２リンク部材４１および第６リンク部材４５が互いに平行をなし、第４リンク部材４３、第５リンク部材４４および第７リンク部材４６ａが互いに平行をなし、第３リンク部材４２、第２移動体３０上の２つの回動軸を結ぶ直線および手先装置５０上の２つの回動軸を結ぶ直線が互いに平行をなし、第７リンク部材４６ａおよび第２移動体３０の連結点と第２中間位置４５ａとの間の距離と、第６リンク部材４５および第１移動体２０の連結点と第２中間位置４５ａとの間の距離とが等しく（つまり、これら２つの連結点と第２中間位置４５ａとが二等辺三角形をなし）、さらに第５リンク部材４４および手先装置５０の連結点のＺ方向位置（高さ）と第２中間位置４５ａのＺ方向位置（高さ）とが同一である。第５リンク部材４４および手先装置５０の連結点と第２中間位置４５ａとは、Ｚ方向に直交する同一の面内（ＸＹ平面内）にあるともいえる。
【0035】
第６リンク部材４５は、本発明の「第１アーム部」に相当する。また、第７リンク部材４６ａは、本発明の「第２アーム部」に相当する。
【0036】
次に、直動ユニット６０，７０による移動体２０，３０の移動速度と手先装置５０の移動速度との関係について検討する。
【0037】
本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａでは、上記の関係を次式のように簡潔に表現することができる。
ここで、
ｖｘは、手先装置５０のＸ方向の移動速度［ｍ／ｓ］
ｖｚは、手先装置５０のＺ方向の移動速度［ｍ／ｓ］
ドットｄ１は、第１直動ユニット６０による第１移動体２０の移動速度［ｍ／ｓ］
ドットｄ２は、第２直動ユニット７０による第２移動体３０の移動速度［ｍ／ｓ］
である。
【数1】
ｖｘは、手先装置５０のＸ方向の移動速度［ｍ／ｓ］
ｖｚは、手先装置５０のＺ方向の移動速度［ｍ／ｓ］
ドットｄ１は、第１直動ユニット６０による第１移動体２０の移動速度［ｍ／ｓ］
ドットｄ２は、第２直動ユニット７０による第２移動体３０の移動速度［ｍ／ｓ］
である。
【0038】
（１）式は、第１移動体２０および第２移動体３０の移動速度の差（＝ドットｄ１－ドットｄ２）によって手先装置５０のＸ方向の移動速度ｖｘが決まり、第１移動体２０および第２移動体３０の移動速度の和（＝ドットｄ１＋ドットｄ２）によって手先装置５０のＺ方向の移動速度ｖｚが決まることを示している。つまり、本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａは、いわゆる差動機構となっている。
【0039】
Ｘ方向の減速比となる係数Jｘは、次式のように、第１移動体２０と第２移動体３０の距離（＝ｄ１－ｄ２）の関数として表現することができる。
ここで、
ｄ１は、第１直動ユニット６０による第１移動体２０の変位［ｍ］
ｄ２は、第２直動ユニット７０による第２移動体３０の変位［ｍ］
である。
Ｘ方向の減速比Jｘは、リンク長等の機構のパラメータを変更することによって広い範囲で自在に調節することができる。
【数2】
ｄ１は、第１直動ユニット６０による第１移動体２０の変位［ｍ］
ｄ２は、第２直動ユニット７０による第２移動体３０の変位［ｍ］
である。
Ｘ方向の減速比Jｘは、リンク長等の機構のパラメータを変更することによって広い範囲で自在に調節することができる。
【0040】
一方、図１に示した構成では、Ｚ方向の減速比となる係数Jｚは１／２（定数）となる。つまり、本実施例では、移動体２０，３０の平均速度が手先装置５０のＺ方向の移動速度ｖｚとなる。
【0041】
このように、本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａによれば、重力方向であるＺ方向の減速比となる係数Jｚとは独立に、非重力方向であるＸ方向の減速比となる係数Jｘを設計することができる。つまり、本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａによれば、重力方向分離減速（ＧＤＲ）を実現することができる。
【0042】
次に、直動ユニット６０，７０の駆動力と手先装置５０の並進力との関係について検討する。
【0043】
本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａでは、（１）式の関係から仮想仕事の原理を用いると、上記の関係を次式のように表現することができる。
そして、これを解くと、次式が得られる。
ここで、
ｆｘは、手先装置５０のＸ方向の並進力［Ｎ］
ｆｚは、手先装置５０のＺ方向の並進力［Ｎ］
ｆ１は、第１直動ユニット６０の駆動力［Ｎ］
ｆ２は、第２直動ユニット７０の駆動力［Ｎ］
である。
【数3】
【数4】
ｆｘは、手先装置５０のＸ方向の並進力［Ｎ］
ｆｚは、手先装置５０のＺ方向の並進力［Ｎ］
ｆ１は、第１直動ユニット６０の駆動力［Ｎ］
ｆ２は、第２直動ユニット７０の駆動力［Ｎ］
である。
【0044】
（４）式は、第１直動ユニット６０および第２直動ユニット７０の駆動力の差（＝ｆ１－ｆ２）によって手先装置５０のＸ方向の並進力ｆｘが決まり、第１直動ユニット６０および第２直動ユニット７０の駆動力の和（＝ｆ１＋ｆ２）によって手先装置５０のＺ方向の並進力ｆｚが決まることを示している。
【0045】
【0046】
（５）式は、２つの直動ユニット６０，７０の駆動力ｆ１，ｆ２の和がそのまま手先装置５０のＺ方向の並進力ｆｚとなることを示している。言い換えると、この式は、本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａによって、干渉駆動が実現されることを示している。
【0047】
続いて、本実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａの動作について説明する。
【0048】
図２に示すように、第１直動ユニット６０および第２直動ユニット７０を作動させて第１移動体２０および第２移動体３０を同じ量だけ＋Ｚ方向に移動（上昇）させると、手先装置５０も同じ量だけ上昇する（同図（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）参照）。反対に、第１直動ユニット６０および第２直動ユニット７０を作動させて第１移動体２０および第２移動体３０を同じ量だけ－Ｚ方向に移動（下降）させると、手先装置５０も同じ量だけ下降する（同図（Ｃ）→（Ｂ）→（Ａ）参照）。いずれの場合においても、手先装置５０はＸ方向には一切移動しない。
【0049】
図３に示すように、第２直動ユニット７０を作動させて第２移動体３０を下降させながら第１直動ユニット６０を作動させて第１移動体２０を同じ量だけ上昇させると、手先装置５０は＋Ｘ方向に移動する（遠ざかる）（同図（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）参照）。反対に、第２直動ユニット７０を作動させて第２移動体３０を上昇させながら第１直動ユニット６０を作動させて第１移動体２０を同じ量だけ下降させると、手先装置５０は－Ｘ方向に移動する（近づく）（同図（Ｃ）→（Ｂ）→（Ａ）参照）。いずれの場合においても、手先装置５０はＺ方向には一切移動しない。
【0050】
もちろん、手先装置５０をＸ方向に移動させるときに、第１移動体２０および第２移動体３０を同じ量だけ反対方向に移動させることは必須ではない。例えば、第２移動体３０を固定したまま第１移動体２０を上昇させることによって手先装置５０を遠ざけてもよい。この場合、手先装置５０は＋Ｚ方向にも移動する。あるいは、第２移動体３０を固定したまま第１移動体２０を下降させることによって手先装置５０を近づけてもよい。この場合、手先装置５０は－Ｚ方向にも移動する。
【0051】
以上のように、第１実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａによれば、重力方向分離減速（ＧＤＲ）および干渉駆動の両方を、同一の重力方向（Ｚ方向）と非重力方向（Ｘ方向）で同時に実現することができる。この他、パラレルリンク機構１０Ａによれば、（１）パンタグラフ構造を採用したことにより従来の機構１００よりも手先装置５０の可動範囲（特にＸ方向の可動範囲）を広くとることができる、（２）パラレルリンク構造を採用したことにより従来の機構１００よりも全体として外力に対して強い、との作用効果も得られる。
【0052】
［第２実施例］
図４（Ａ）に示すように、本発明の第２実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｂは、第７リンク部材４６ａの代わりにこれよりも短い第７リンク部材４６ｂを備えている点、第１中間位置４４ａよりも基端部に近い位置（第１中間位置４４ｂ）において第６リンク部材４５を第５リンク部材４４に連結した点、および第２中間位置４５ａよりも基端部に近い位置（第２中間位置４５ｂ）において第７リンク部材４６ｂを第６リンク部材４５に連結した点においてパラレルリンク機構１０Ａ（同図（Ｂ）参照）と相違している。
図４（Ａ）に示すように、本発明の第２実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｂは、第７リンク部材４６ａの代わりにこれよりも短い第７リンク部材４６ｂを備えている点、第１中間位置４４ａよりも基端部に近い位置（第１中間位置４４ｂ）において第６リンク部材４５を第５リンク部材４４に連結した点、および第２中間位置４５ａよりも基端部に近い位置（第２中間位置４５ｂ）において第７リンク部材４６ｂを第６リンク部材４５に連結した点においてパラレルリンク機構１０Ａ（同図（Ｂ）参照）と相違している。
【0053】
この構成によれば、Ｘ方向の減速比が小さくなり、より高速に手先装置５０をＸ方向に移動させることができるようになる。その一方で、手先装置５０のＸ方向の並進力は低下する。
【0054】
［第３実施例］
図４（Ｃ）に示すように、本発明の第３実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｃは、第７リンク部材４６ａの代わりにこれよりも長い第７リンク部材４６ｃを備えている点、第１中間位置４４ａよりも先端部に近い位置（第１中間位置４４ｃ）において第６リンク部材４５を第５リンク部材４４に連結した点、および第２中間位置４５ａよりも先端部に近い位置（第２中間位置４５ｃ）において第７リンク部材４６ｃを第６リンク部材４５に連結した点においてパラレルリンク機構１０Ａ（同図（Ｂ）参照）と相違している。
図４（Ｃ）に示すように、本発明の第３実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｃは、第７リンク部材４６ａの代わりにこれよりも長い第７リンク部材４６ｃを備えている点、第１中間位置４４ａよりも先端部に近い位置（第１中間位置４４ｃ）において第６リンク部材４５を第５リンク部材４４に連結した点、および第２中間位置４５ａよりも先端部に近い位置（第２中間位置４５ｃ）において第７リンク部材４６ｃを第６リンク部材４５に連結した点においてパラレルリンク機構１０Ａ（同図（Ｂ）参照）と相違している。
【0055】
この構成によれば、Ｘ方向の減速比が大きくなり、手先装置５０のＸ方向の並進力を増大させることができる。その一方で、手先装置５０のＸ方向における移動速度は低下する。
【0056】
［第４実施例］
図５に示すように、本発明の第４実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｄは、第１実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａを上限反転したような構成を有している。この構成によっても、第１実施例と同様の効果が得られる。
図５に示すように、本発明の第４実施例に係るパラレルリンク機構１０Ｄは、第１実施例に係るパラレルリンク機構１０Ａを上限反転したような構成を有している。この構成によっても、第１実施例と同様の効果が得られる。
【0057】
［変形例］
以上、本発明に係るパラレルリンク機構の第１～第４実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。
以上、本発明に係るパラレルリンク機構の第１～第４実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれらに限定されるものではない。
【0058】
例えば、本発明に係るパラレルリンク機構は、重力補償手段をさらに備えていてもよい。手先装置５０のペイロードをｍ［ｋｇ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］とすると、ペイロードにかかる重力はｆｘ＝０、ｆｚ＝－ｍｇとなり、これらを（３）式に代入することにより次式が得られる。
このため、手先装置５０のペイロードの半分に相当する＋Ｚ方向の力をハードウェア的またはソフトウェア的に各直動ユニット６０，７０または各移動体２０，３０に加えれば、パラレルリンク機構の姿勢に関わらず重力を相殺することができる。言い換えると、重力補償を行うことができる。なお、ハードウェア的に重力補償を行う場合は、例えば、支柱部８０の天井部８２と第１移動体２０との間、および支柱部８０の天井部８２と第２移動体３０との間のそれぞれに出力がｍｇ／２である定荷重バネ（ツールバランサ、コンストン等）を設ければよい。
【数6】
【0059】
なお、第７リンク部材４６ａ（４６ｂ，４６ｃ）および第２移動体３０の連結点と第２中間位置４５ａ（４５ｂ，４５ｃ）との間の距離と、第６リンク部材４５および第１移動体２０の連結点と第２中間位置４５ａ（４５ｂ，４５ｃ）との間の距離が等しくない場合は、係数Jｚが１／２とは異なる値となるので、第１直動ユニット６０（第１移動体２０）に加えるべき力および第２直動ユニット７０（第２移動体３０）に加えるべき力は、１：１ではなくなる。
【0060】
基部９０は、その出力軸が支柱部８０の底部８１に連結された第３回転機（図１では図示を省略）をさらに備えていてもよい。この構成によれば、Ｚ軸まわりの支柱部８０の回転が可能となり、手先装置５０の可動範囲が広がる。
【0061】
第１～第４実施例では、Ｘ方向およびＹ方向を水平方向、Ｚ方向を重力方向としたが、これには限定されず、例えば、Ｘ方向またはＹ方向を重力方向としてもよい。
【0062】
なおここまで、直動手段が、仮想直線に対して平行な第１ボールネジ軸および第２ボールネジ軸によって構成されるとしてきたが、ボールネジに限定されるものではなく、滑りネジ、ラックとピニオン、ライナーユニット、あるいはリニアシャフトモータのような他の直動手段によって構成されていてもよい。摩擦が少なく伝達効率の良いボールネジでなく、あえて摩擦が大きく伝達効率の悪い滑りネジを選択する場合、直動アクチュエータがいわゆるセルフロック機能を持つことになり、能動的に駆動力を加えない限り逆駆動しなくなる。ただし、重量物搬送の場合はセルフロック機能が有利であることが多いので、その場合は滑りネジを選択することもできる。
【0063】
同様のロック機能は、もちろんボールネジ等の直動手段と、ボールネジ等の直動手段を回転駆動させるモータに（電磁）ブレーキ等を取り付ける構成によっても実現される。この場合、ブレーキ等を余分に取り付ける必要があるが、例えば伝達効率の良いボールネジを使いつつ、出力軸のロック機能をも獲得できることになる。
【符号の説明】
【0064】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ パラレルリンク機構
２０ 第１移動体
３０ 第２移動体
４０ 第１リンク部材
４１ 第２リンク部材
４２ 第３リンク部材
４３ 第４リンク部材
４４ 第５リンク部材
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 第１中間位置
４５ 第６リンク部材（第１アーム部）
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 第２中間位置
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 第７リンク部材（第２アーム部）
４７ 第１パラレルリンク部
４８ 第２パラレルリンク部
５０ 手先装置
６０ 第１直動ユニット
６１ 第１ボールネジ軸
６２ 第１減速機
６３ 第１回転機
７０ 第２直動ユニット
７１ 第２ボールネジ軸
７２ 第２減速機
７３ 第２回転機
８０ 支柱部
８１ 底部
８２ 天井部
８３ 後壁
８４ 側壁
８５ 側壁
９０ 基部
２０ 第１移動体
３０ 第２移動体
４０ 第１リンク部材
４１ 第２リンク部材
４２ 第３リンク部材
４３ 第４リンク部材
４４ 第５リンク部材
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 第１中間位置
４５ 第６リンク部材（第１アーム部）
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 第２中間位置
４６ａ，４６ｂ，４６ｃ 第７リンク部材（第２アーム部）
４７ 第１パラレルリンク部
４８ 第２パラレルリンク部
５０ 手先装置
６０ 第１直動ユニット
６１ 第１ボールネジ軸
６２ 第１減速機
６３ 第１回転機
７０ 第２直動ユニット
７１ 第２ボールネジ軸
７２ 第２減速機
７３ 第２回転機
８０ 支柱部
８１ 底部
８２ 天井部
８３ 後壁
８４ 側壁
８５ 側壁
９０ 基部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-02-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0058】
例えば、本発明に係るパラレルリンク機構は、重力補償手段をさらに備えていてもよい。手先装置５０のペイロードをｍ［ｋｇ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］とすると、ペイロードにかかる重力はｆｘ＝０、ｆｚ＝－ｍｇとなり、これらを（３）式に代入することにより次式が得られる。
このため、手先装置５０のペイロードの半分に相当する＋Ｚ方向の力をハードウェア的またはソフトウェア的に各直動ユニット６０，７０または各移動体２０，３０に加えれば、パラレルリンク機構の姿勢に関わらず重力を相殺することができる。言い換えると、重力補償を行うことができる。なお、ハードウェア的に重力補償を行う場合は、例えば、支柱部８０の天井部８２と第１移動体２０との間、および支柱部８０の天井部８２と第２移動体３０との間のそれぞれに出力がｍｇ／２である定荷重バネ（ツールバランサ、コンストン等）を設ければよい。
【数6】