特開 2024-112706 パラレルリンク機構およびリンク作動装置

(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】P2024112706

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】パラレルリンク機構およびリンク作動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 21/54 20060101AFI20240814BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

F16H21/54

B25J11/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017940

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 直彦

【テーマコード（参考）】

3C707

3J062

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707AS35

3C707BT16

3C707HT12

3C707HT22

3C707MT02

3J062AA60

3J062AB03

3J062AB05

3J062AB21

3J062AB28

3J062AC07

3J062AC08

3J062AC09

3J062AC10

3J062BA12

3J062CB04

3J062CB15

3J062CB18

3J062CB28

3J062CB33

(57)【要約】

【課題】姿勢変更を高速に行いつつ、エンドエフェクタを平行移動させることができるパラレルリンク機構およびリンク作動装置を提供する。
【解決手段】パラレルリンクは、球面リンク機構であって、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を、２組以上のリンク機構４を介して姿勢を変更可能に連結する。先端側リンクハブ３と基端側リンクハブ２とが棒状部材２０によって、先端側および基端側の連結部２２，２４を介してそれぞれ動作可能に連結されている。棒状部材２０と基端側の連結部２２が基端側のリンクハブ２に対して回転可能に連結されるとともに、棒状部材２０と先端側の連結部２４が先端側のリンクハブ３に対して回転可能に連結されている。棒状部材２０を回転させる回転駆動源３０が基端側のリンクハブ２に固定され、棒状部材２０の回転を直線運動に変換する変換機構３２が先端側のリンクハブ３に固定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、
前記各リンク機構は、前記基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の端部リンク部材と、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回転可能に連結された中央リンク部材とを有する球面リンク機構を備えたパラレルリンク機構であって、
前記先端側リンクハブと前記基端側のリンクハブとが棒状部材によって、先端側および基端側の連結部を介してそれぞれ動作可能に連結され、
前記棒状部材と前記基端側の連結部が前記基端側のリンクハブに対して回転可能に連結されるとともに、前記棒状部材と前記先端側の連結部が前記先端側のリンクハブに対して回転可能に連結され、
前記棒状部材を回転させる回転駆動源が、前記基端側のリンクハブに固定され、
前記棒状部材の回転を直線運動に変換する変換機構が、前記先端側のリンクハブに固定されているパラレルリンク機構。

【請求項2】

請求項１に記載のパラレルリンク機構において、前記変換機構が、回転摺動部の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材を有しているパラレルリンク機構。

【請求項3】

請求項１または２に記載のパラレルリンク機構において、前記棒状部材、前記基端側および先端側の連結部並びに前記変換機構の回転軸の少なくとも一つが中空であるパラレルリンク機構。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のパラレルリンク機構と、
前記先端側のリンクハブの姿勢を制御する姿勢制御駆動源と、を備えたリンク作動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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パラレルリンク機構およびリンク作動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

先端側のリンクハブと基端側のリンクハブを２系列以上のリンク系によって動作可能に連結したパラレルリンク機構が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のようなパラレルリンク機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを精密で広範囲に回転２自由度で姿勢変更可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－２２４５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなパラレルリンク機構の先端に１自由度の並進運動機構があれば、適用範囲が広がる。このような並進運動機構により、例えば、カメラのピントを合わせたり、ねじを引き抜いたりすることができる。この解決策の１つとして、パラレルリンク機構の先端に駆動源を設置することが考えられる。

【0005】

しかしながら、パラレルリンク機構の先端に駆動源を設置すると、先端の重量が増加する、つまり、慣性モーメントが大きくなる。その結果、先端の可動部が軽量かつコンパクトでなくなるうえに、精密かつ広範囲な動作を実現できなくなる。また、この駆動源の先にエンドエフェクタが取り付けられるので、装置のサイズが更に大きくなり、慣性モーメントも更に増える。

【0006】

本発明の目的は、姿勢変更を高速に行いつつ、エンドエフェクタを平行移動させることができるパラレルリンク機構およびリンク作動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のパラレルリンク機構は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、前記基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の端部リンク部材と、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回転可能に連結された中央リンク部材とを有する球面リンク機構を備えたパラレルリンク機構である。前記先端側リンクハブと前記基端側リンクハブとが棒状部材によって、先端側および基端側の連結部を介してそれぞれ動作可能に連結されている。前記棒状部材と前記基端側の連結部が前記基端側のリンクハブに対して回転可能に連結されるとともに、前記棒状部材と前記先端側の連結部が前記先端側のリンクハブに対して回転可能に連結されている。前記棒状部材を回転させる回転駆動源が前記基端側のリンクハブに固定され、前記棒状部材の回転を直線運動に変換する変換機構が前記先端側のリンクハブに固定されている。

【0008】

この構成によれば、パラレルリンク機構は、回転２自由度以上で動作可能であり、先端側と基端側の球面リンクの中心間の距離が維持される。これにより、リンク全体の剛性が向上するとともに、動きが滑らかになる。また、球面リンクの姿勢に因らず棒状部材が独立して回転する。つまり、リンク機構は、全体で３自由度以上のパラレルリンク機構である。先端の３自由度以上の回転のうち１自由度の回転を変換機構によって直線運動に変換する。これにより、先端側のリンクハブに支持されたエンドエフェクタを平行移動させることができる。

【0009】

さらに、基端側のリンクハブに回転駆動源が設けられ、先端側のリンクハブに変換機構が設けられている。これにより、先端側の重量が増加するのが抑制され、慣性モーメントが大きくなるのを防ぐことができる。その結果、先端側の構成が軽量かつコンパクトとなり、精密かつ広範囲な動作を実現できる。

【0010】

本発明のパラレルリンク機構において、前記変換機構が、回転摺動部の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材を有していてもよい。摩擦低減部材は、例えば、グリスオイルのような固体・液体潤滑剤である。この構成によれば、変換機構が滑らかに回転するので、回転摺動部の摩耗が減り、変換機構の寿命が延びる。

【0011】

本発明のパラレルリンク機構において、前記棒状部材、前記基端側および先端側の連結部、並びに前記変換機構の回転軸の少なくとも一つが中空であってもよい。この構成によれば、中空部にケーブル等を挿通できるので、外観がよい。

【0012】

本発明のリンク作動装置は、本発明のパラレルリンク機構と、前記先端側のリンクハブの姿勢を制御する姿勢制御駆動源とを備えている。２つ以上のリンク機構を制御することで、基端側リンクハブに対する先端側リンクハブの姿勢が変更可能となる。これにより、軽量かつコンパクトでありながら、精密かつ広範囲の高速動作を実現できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明のパラレルリンク機構におよびリンク作動装置よれば、回転用駆動源が基端側リンクハブに固定され、変換機構が先端側のリンクハブに固定されているので、姿勢変更を高速で行いつつ、エンドエフェクタを平行移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係るリンク作動装置を示す正面図である。

【図2】同リンク作動装置の図１の縦断面図である。

【図3】同リンク作動装置の折れ角が５０°の状態を示す正面図である。

【図4】同リンク作動装置の図３の縦断面図である。

【図5】同リンク作動装置の一つリンク機構を直線で表現した図である。

【図6】同リンク作動装置の各回転対偶部の構成を示す水平断面図である。

【図7】同リンク作動装置の変換機構の正面図である。

【図8】同変換機構の縦断面図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係るリンク作動装置を示す正面図である。

【図10】同リンク作動装置のスライド保持部材を省略した状態を示す斜視図である。

【図11】同リンク作動装置の変換機構を示す平面図である。

【図12】同変換機構を示す水平断面図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係るリンク作動装置を示す正面図である。

【図14】同リンク作動装置を示す斜視図である。

【図15】本発明の第４実施形態に係るリンク作動装置を示す正面図である。

【図16】同リンク作動装置を示す斜視図である。

【図17】同リンク作動装置の変換機構を示す斜視図である。

【図18】同変換機構を示す水平断面図である。

【図19】同変換機構を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１および３は本発明の第１実施形態に係るリンク作動装置を示す正面図で、図２および４は同リンク作動装置の縦断面である。図１および図２は折れ角が０°の状態を示し、図３および図４は折れ角が５０°の状態を示す。図１に示すリンク作動装置１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を２組以上のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結している。本実施形態では、リンク機構４の数は３組である。

【0016】

＜リンク機構＞
各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７を有し、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構である。具体的には、図５に示す基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５が第１回転対偶Ｋ１で連結され、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７が第２回転対偶Ｋ２で連結され、中央リンク部材７と先端側の端部リンク部材６が第３回転対偶Ｋ３で連結され、先端側の端部リンク部材６とが先端側のリンクハブ３第４回転対偶Ｋ４で連結されている。

【0017】

本実施形態では、図１に示す基端側および先端側の端部リンク部材５，６はＬ字状である。各リンク機構４の基端側の端部リンク部材５の一端が、基端側のリンクハブ２に回転自在に連結されている。各基端側の端部リンク部材５は、基端側のリンクハブ２の外周面に円周方向に等間隔に配置されている。同様に、各リンク機構４の先端側の端部リンク部材６の一端が、先端側のリンクハブ３に回転自在に連結されている。各先端側の端部リンク部材６は、先端側のリンクハブ３の外周面に円周方向に等間隔に配置されている。ただし、基端側および先端側の端部リンク部材５，６は円周方向に等間隔に配置されていなくてもよい。中央リンク部材７の両端に、基端側および先端側の端部リンク部材５，６の他端が回転自在に連結されている。

【0018】

３組のリンク機構４における基端側および先端側の端部リンク部材５，６は、球面リンク構造を有している。詳細には、図６に示すように、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク５の第１回転対偶Ｋ１の中心軸ＡＸ１は基端側の球面リンク中心Ｐ１で交差する。同様に、先端側のリンクハブと先端側の端部リンク６の第４回転対偶Ｋ４の中心軸ＡＸ４は先端側の球面リンク中心Ｐ２で交差する。

【0019】

３組のリンク機構４において、本実施形態では、図５に示す基端側の球面リンク中心Ｐ１から基端側の端部リンク５までの距離Ｌ１は同じである。同様に、先端側の球面リンク中心Ｐ２から先端側の端部リンク６までの距離Ｌ２も同じである。ただし、距離Ｌ１，Ｌ２は異なっていてもよい。

【0020】

図１に示す基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７との第２回転対偶Ｋ２の中心軸ＡＸ２と、先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７との第３回転対偶Ｋ３の中心軸ＡＸ３は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。

【0021】

３組のリンク機構４は、それぞれが幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図５に示すように、各リンク部材５，６，７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶Ｋ１～Ｋ４と、これら回転対偶Ｋ１～Ｋ４間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材７の中間点７ａに対する基端側部分ＰＰと先端側部分ＤＰが対称を成す形状であることをいう。ただし、機構的に対称であって、基端側部分ＰＰと先端側部分ＤＰの個々の部品の寸法は異なっていてもよい。

【0022】

詳細には、基端側部分ＰＰは、基端側のリンクハブ２と、基端側の端部リンク部材５と、中央リンク部材７における中間点７ａよりも基端側の部分７ｂとからなる。先端側部分ＤＰは、先端側のリンクハブ３と、先端側の端部リンク部材６と、中央リンク部材７における中間点７ａよりも先端側の部分７ｃからなる。これら基端側部分ＰＰと先端側部分ＤＰが、中央リンク部材７の対称面Ａに対して対称となっている。対称面Ａは、それぞれの中央リンク部材７の中間点７ａとパラレルリンク中心点Ｏを通過する面である。

【0023】

本実施形態のリンク機構４は、鏡像対称タイプで、基端側部分ＰＰと先端側部分ＤＰの位置関係が、中央リンク部材７の対称面Ａに対して鏡像対称となっている。図５は、基端側のリンクハブ２の中心軸Ｂに対して先端側のリンクハブ３の中心軸Ｃが所定の屈曲角をとった状態を示す。

【0024】

基端側のリンクハブ中心軸Ｂは、基端側のリンクハブ２の基端側の球面リンク中心Ｐ１を通ってパラレルリンク中心点Ｏに向かって延びる直線である。同様に、先端側のリンクハブ中心軸Ｃは、先端側のリンクハブ３の先端側の球面リンク中心Ｐ２を通ってパラレルリンク中心点Ｏに向かって延びる直線である。図１に示す基端側リンクハブ中心軸Ｂと先端側リンクハブ中心軸Ｃが一致した状態を基準姿勢とする。

【0025】

パラレルリンク中心点Ｏは、基端側および先端側のリンクハブ中心軸Ｂ，Ｃの交点Ｏであり、基端側および先端側のリンクハブ中心軸Ｂ，Ｃが同一線上に並ぶときの球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２の中点Ｏである。各リンク機構４の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌは常に一定である。

【0026】

基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４により、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が回転２自由度に移動自在な２自由度機構が構成されている。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。

【0027】

例えば、基端側のリンクハブ中心軸Ｂと先端側のリンクハブ中心軸Ｃの折れ角（２×θ）の最大値である最大折れ角を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の旋回角φを０°～３６０°の範囲に設定できる。折れ角（２×θ）は、基端側のリンクハブ２の中心軸Ｂに対して先端側のリンクハブ３の中心軸Ｃが傾斜した垂直角度である。旋回角φは、基端側のリンクハブ中心軸Ｂに対して先端側のリンクハブ中心軸Ｃが傾斜した水平角度である。

【0028】

このリンク作動装置１において、中央リンク部材７の対称面Ａに対して、基端側部分ＰＰと先端側部分ＤＰとの角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動く。

【0029】

このとき、例えば、基端側のリンクハブ２に基端側のリンクハブ中心軸Ｂと同軸に回転軸を設け、先端側のリンクハブ２に先端側のリンクハブ中心軸Ｃと同軸に回転軸を設け、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なる。

【0030】

図１に示すように、基端側の端部リンク部材５に、先端側のリンクハブ３の姿勢を制御する姿勢制御駆動源１０が設けられている。本実施形態では、姿勢制御駆動源１０は、各リンク機構４に設けられているが、リンク機構４の数が３組以上である場合、２組以上のリンク機構４に設ければよい。各姿勢制御駆動源１０を制御して、基端側の端部リンク部材５を回動させることにより、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３を任意の姿勢に変更できる。

【0031】

＜棒状部材および連結部＞
先端側リンクハブ３と基端側リンクハブ２とは、棒状部材２０によって動作可能に連結されている。詳細には、図４に示すように、棒状部材２０は、基端側の連結部２２を介して基端側リンクハブ２に回動自在に連結されるともに、先端側の連結部２４を介して先端側リンクハブ３に回動自在に連結されている。換言すれば、棒状部材２０と基端側の連結部２２が基端側のリンクハブ２に対して回転可能に連結されるとともに、棒状部材２０と先端側の連結部２４が先端側のリンクハブ３に対して回転可能に連結されている。本実施形態の棒状部材２０は剛体であるが、棒状部材２０は、弾性を有していてもよい。

【0032】

本実施形態では、棒状部材２０は、２つの球面リンク中心Ｐ１，Ｐ２を通過している。詳細には、図６に示すように、基端側のリンクハブ２に貫通孔１２が設けられ、この貫通孔１２に環状の基端側の連結部２２が装着され、基端側の連結部２２に棒状部材２０が連結されている。基端側の連結部２２は、円筒形状で、中空孔２２ａを有している。図１に示す基準姿勢のとき、棒状部材２０の中心軸線は基端側のリンクハブ中心軸Ｂと一致する。

【0033】

図６では、基端側のリンクハブ２、その貫通孔１２および基端側の連結部２２について示されているが、先端側のリンクハブ３、その貫通孔１４および先端側の連結部２４も同じ構成である。

【0034】

本実施形態では、基端側および先端側の連結部２２，２４として、等速ジョイント（例えば、ツェッパ形等速ジョイント）が用いられている。図４に示すように、基端側および先端側の連結部２２，２４は、外方部材２２ｂ，２４ｂと、内方部材２２ｃ，２４ｃとを有している。各外方部材２２ｂ，２４ｂは、基端側および先端側のリンクハブ２，３に対して基端側および先端側のリンクハブの中心軸Ｂ，Ｃ回りに回転する。内方部材２２ｃ，２４ｃは、外方部材２２ｂ，２４ｂに対して各球面リンク中心Ｐ１、Ｐ２を中心に回転２自由度で姿勢変化可能に連結され、外方部材２２ｂ，２４ｂの基端側および先端側リンクハブの中心軸Ｂ、Ｃ周りの回転を棒状部材２０に伝達する。

【0035】

ただし、連結部２２，２４は、等速ジョイントに限定されず、例えば、カルダンジョイントのようなユニバーサルジョイントであってもよい。また、本実施形態では、棒状部材２０の基端側および先端側の両端部が連結部２２，２４により動作可能に連結されているが、一方の端部のみを連結部２２，２４により動作可能に連結してもよい。

【0036】

図１に示すように、基端側のリンクハブ２に回転駆動源３０が固定されている。回転駆動源３０は、棒状部材２０を回転駆動させる。本実施形態では、回転駆動源３０は、連結部２２，２４ごと棒状部材２０を回転させる。このように、回転駆動源３０が連結部２２，２４ごと棒状部材２０を回転させることで、先端側リンクハブ３に回転運動が伝達される。棒状部材２０の回転運動は、パラレルリンク機構４の姿勢制御とは独立しており、パラレルリンク機構４の任意の姿勢で独立して回転できる。

【0037】

＜変換機構＞
一方、先端側のリンクハブ３に変換機構３２が固定されている。変換機構３２は、棒状部材２０の回転を直線運動に変換する。詳細には、変換機構３２は、先端側のリンクハブ３に伝達された先端側のリンクハブ中心軸線Ｃを中心とする回転運動を、先端側のリンクハブ中心軸線Ｃに沿った直線運動に変換する。変換機構３２の直線運動は、棒状部材２０の回転運動によって制御される。このように、棒状部材２０の回転運動を直線運動に変換するので、変換機構３２の直線運動もパラレルリンク機構４の姿勢制御とは独立している。

【0038】

以下に、本実施形態の変換機構３２を説明する。図７は変換機構３２の正面図で、図８は変換機構３２の縦断面図である。変換機構３２は、ねじ部材３４と、スライド部材４０とを有している。ねじ部材３４は、先端側の連結部２４に連結され、先端側の連結部２４の回転運動を直線運動に変換する。詳細には、先端側の連結部２４における先端側のリンクハブ中心軸Ｃ回りの回転運動を、先端側のリンクハブ中心軸Ｃに沿った直線運動に変換する。

【0039】

本実施形態では、変換機構３２のねじ部材３４は、台形ねじ３５で構成されている。ただし、ねじ部材３４は、台形ねじに限定されず、例えば、ボールねじ、滑りねじ等であってもよい。詳細には、ねじ部材３４は、台形ねじ３５が固定された台座部３６と、台座部３６を先端側の連結部２４の外方部材２４ｂに固定する柱部３８とを有している。本実施形態では、ねじ部材３４は、周方向に離間した３つの柱部３８を有している。ただし、柱部３８の数はこれに限定されない。これにより、先端側の連結部２４の外方部材２４ｂが回転すると、ねじ部材３４も回転する。

【0040】

＜スライド部材＞
スライド部材４０は、先端側のリンクハブ３に対して相対移動可能に連結されている。詳細には、スライド部材４０は、先端側のリンクハブ３に対して先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向に相対移動可能である。スライド部材４０に、エンドエフェクタ２５が配置されている。エンドエフェクタ２５は、スライド部材４０に着脱自在に取り付けられてもよく、あるいはスライド部材４０自体がエンドエフェクタの機能を備えてもよい。

【0041】

スライド部材４０は、環状のナット部４２と、柱部４４とを有している。ナット部４２は、その中空孔に雌ねじ４２ａを有し、ねじ部材３４の台形ねじ３５と螺合している。ナット部４２は、柱部４４を介して先端側のリンクハブ３に相対移動可能に支持されている。本実施形態では、３本の柱部４４が周方向に並んで配置され、先端側のリンクハブ３に先端側のリンクハブ中心軸Ｃの方向に移動自在に挿通されている。これにより、スライド部材４０は、先端側のリンクハブ３に対してリンクハブ中心軸Ｃの方向に直線運動できるが、回転運動はできない。

【0042】

スライド部材４０は、先端側のリンクハブ３に対してリンクハブ中心軸Ｃの方向に直線運動可能で、回転運動不能に支持されていればよく、スライド部材４０の先端側のリンクハブ３に対する支持構造は、本実施形態の構造に限定されない。

【0043】

このように、変換機構３２の回転運動部分であるねじ部材３４が先端側の連結部２４に連結され、直線運動部分であるスライド部材４０が先端側のリンクハブ３に連結されている。つまり、先端側の連結部２４に連結されたねじ部材３４の台形ねじ３５が回転し、先端側のリンクハブ３に連結されたスライド部材４０のナット部４２が先端側のリンクハブ中心軸Ｃと平行に移動する。このように、本実施形態では、ねじ部材３４の台形ねじ３５が変換機構３２の回転軸を構成する。

【0044】

本実施形態の変換機構３２は、その回転摺動部４５の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材５０を有している。摩擦低減部材５０は、例えば、回転摺動部４５に設けられるグリスオイルのような固体・液体潤滑剤である。摩擦低減部材５０により、回転摺動部４５の摩耗が低減し寿命が延びるうえに、回転摺動部４５のガタが減り位置精度がよくなる。ただし、摩擦低減部材５０はなくてもよい。

【0045】

本実施形態では、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および変換機構３２の回転軸（台形ねじ３５）が中空となっている。つまり、図１に示すように、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および台形ねじ３５は、中空孔２０ａ、２２ａ、２４ａ、３５ａを有している。これらの中空孔２０ａ、２２ａ、２４ａ、３５ａに、エンドエフェクタ２５のケーブル（図示せず）を配線することができる。なお、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および変換機構３２の回転軸（台形ねじ３５）のすべての中空である必要はなく、少なくとも一つが中空であってもよく、すべてが中空でなくてもよい。

【0046】

＜リンク作動装置の動作＞
つぎに、本実施形態のリンク作動装置１の動作を説明する。姿勢制御駆動源１０によりリンク機構４を制御することで、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が回転２自由度で変化する。さらに、リンク機構４の姿勢に因らず、棒状部材２０がこれとは独立して基端側および先端側の連結部２２、２４を介して回転する。したがって、リンク作動装置１は、リンク機構４の回転２自由度と、棒状部材２０の回転１自由度の回転３自由度で動作する。

【0047】

棒状部材２０は、回転駆動源３０により基端側および先端側の連結部２２，２４とともに回転する。先端側のリンクハブ３に変換機構３２が取り付けられているので、回転駆動源３０による回転運動が直線運動に変換され、エンドエフェクタ２５は先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向に移動可能である。このように、回転３自由度と直線１自由度の動作により、幅広い用途にリンク作動装置１を適用できる。例えば、リンク作動装置１をカメラのピントを合わせたり、ねじを引き抜いたりする用途に用いることができる。

【0048】

上記構成によれば、リンク機構４は、回転２自由度以上で動作可能であり、先端側と基端側の球面リンク２，３の中心点間の距離が維持される。これにより、リンク全体の剛性が向上するとともに、動きが滑らかになる。また、球面リンク４の姿勢に因らず棒状部材２０が独立して回転する。つまり、リンク機構４は、全体で３自由度以上のパラレルリンク機構を構成している。先端の３自由度以上の回転のうち１自由度の回転が、変換機構３２によって直線運動に変換されている。これにより、先端側のリンクハブ３に支持されたエンドエフェクタ２５を平行移動（直線運動）させることができる。

【0049】

さらに、基端側のリンクハブ２に回転駆動源３０が設けられ、先端側のリンクハブ３に変換機構３２が設けられている。これにより、先端側の重量が増加するのが抑制され、慣性モーメントが大きくなるのを防ぐことができる。その結果、先端側の構成が軽量かつコンパクトとなり、精密かつ広範囲な動作を実現できる。

【0050】

図８に示すように、変換機構３２が、回転摺動部４５の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材５０を有している。これにより、変換機構３２が滑らかに回転するので、回転摺動部４５の摩耗が減り、変換機構３２の寿命が延びる。

【0051】

図２に示すように、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および台形ねじ３５は、中空孔２０ａ、２２ａ、２４ａ、３５ａを有している。これらの中空孔２０ａ、２２ａ、２４ａ、３５ａに、例えば、エンドエフェクタ２５のケーブル等を挿通できるので、配線がコンパクトになるうえに、機構がケーブル等を挟みにくくなり、外観もよい。

【0052】

以下に、本発明の他の実施形態に係るリンク作動装置を説明する。他の実施形態の説明において、第１実施形態と共通の構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0053】

［第２実施形態］
図９～１２は、本発明の第２実施形態に係るリンク作動装置１Ａを示す。第１実施形態のリンク作動装置１の変換機構３２は送りねじ機構であるのに対し、第２実施形態のリンク作動装置１Ａの変換機構３２Ａはラック・アンド・ピニオンである点で両者は相違している。以下に、第２実施形態の変換機構３２Ａの詳細を説明する。

【0054】

＜変換機構＞
図９において、第２実施形態の変換機構３２Ａは、先端側のリンクハブ中心Ｃ回りの回転運動を先端側のリンクハブ中心Ｃに直交する方向の直線運動に変換する。詳細には、図１０に示す変換機構３２Ａは、先端側の連結部２４に連結された駆動ギヤ５２と、駆動ギヤ５２と噛合うピニオンギヤ５４と、ピニオンギヤ５４と噛合うラックギヤ５６とを有している。本実施形態では、駆動ギヤ５２およびピニオンギヤ５４は平歯車である。

【0055】

駆動ギヤ５２が先端側の連結部２４と一体に回転し、ピニオンギヤ５４が駆動ギヤ５２に連動して回転する。さらに、ピニオンギヤ５４の回転力により、ラックギヤ５４が直線運動（水平運動）する。

【0056】

本実施形態の変換機構３２Ａは、一対のラックギヤ、すなわち２つのラックギヤ５６，５６を有しており、２つのラックギヤ５６，５６が平行でかつ逆方向に直線運動する。各ラックギヤ５６は、係合突起５６ａを有している。係合突起５６ａは、移動方向に直交する方向、図１０では上方に突出している。本実施形態では、ラックギヤ５６はスライド部材５８と一体化されており、スライド保持部材６０を介して先端側のリンクハブ３に直線運動可能に保持されている。図１０は、スライド保持部材６０が省略されている。

【0057】

図１２に示すように、スライド保持部材６０は、第１軸挿通孔６０ａと、第２軸挿通孔６０ｂとを有している。第１軸挿通孔６０ａに、駆動ギヤ５２の歯車軸体５２ａが回転自在に支持されている。歯車軸体５２ａは、図９に示す柱部５２ｂを介して先端側の連結部２４の外方部材２４ｂに固定されている。本実施形態では、周方向に離間した３つの柱部５２ｂが設けられている。ただし、柱部５２ｂの数はこれに限定されない。これにより、先端側の連結部２４の外方部材２４ｂが回転すると、駆動ギヤ５２も回転する。

【0058】

図１２に示す第２軸挿通孔６０ｂに、ピニオンギヤ５４の歯車軸体５４ａが回転自在に支持されている。歯車軸体５４ａは、図９に示す先端側のリンクハブ３に回転可能に支持されている。これにより、駆動ギヤ５２が回転すると、ピニオンギヤ５４も回転する。

【0059】

このように、先端側の連結部２４とピニオンギヤ５４との間に駆動ギヤ５２を配置することで、駆動ギヤ５２とピニオンギヤ５４との間でギヤ比を変更できる。また、駆動ギヤ５２を配置することで、直線運動に変換する回転運動として時計回りと半時計回りのどちらも利用できる。

【0060】

本実施形態では、１つのピニオンギヤ５４から軸体５４ａを挟んで逆方向の直線運動を取り出し、等しく開閉する機構が得られる。これに代えて、２つのピニオンギヤ５４を設けたり、駆動ギヤから直接、直線運動を取り出したりすることで、同方向かつ速度の異なる直線運動を得ることもできる。

【0061】

また、先端側の連結部２４とピニオンギヤ５４との間に駆動ギヤ５２を配置することで、ピニオンギヤ５４の軸体５４ａを先端側のリンク中心軸Ｃから離れた位置に配置できる。本実施形態では、平歯車からなる駆動ギヤ５２によりピニオンギヤ５４の軸体５４ａを先端側のリンク中心軸Ｃから離れた位置に配置しているが、平歯車に代えて、例えば、ベルトとプーリ、あるいはチェーンとスプロケットを用いてもよい。

【0062】

図１２に示すように、スライド保持部材６０は、２つのスライド溝６０ｃ、６０ｃを有している。スライド溝６０ｃは、先端側のリンク中心軸Ｃに直交する平面上に配置され、２つのスライド溝６０ｃ、６０ｃは平行に延びている。各スライド溝６０ｃに、ラックギヤ５６の係合突起５６ａが係合する。つまり、係合突起５６ａがスライド溝６０ｃに案内されて、ラックギヤ５６がスライド保持部材６０のスライド溝６０ｃに沿って移動する。このように、スライド保持部材６０によってラックギヤ５６の直線運動可能な範囲が制限される。

【0063】

上述のように、本実施形態では、先端側のリンクハブ３、変換機構３２Ａ、スライド部材５８およびスライド保持部材６０により、エンドエフェクタ２５Ａが構成されている。詳細には、本実施形態のエンドエフェクタ２５Ａは、２つのスライド部材５８が１つのピニオンギヤ５４（平歯車）によって逆方向にスライドすることで等しく開閉し、ワークを把持する機能を備える。

【0064】

第２実施形態の変換機構３２Ａも、第１実施形態と同様に、回転摺動部４５の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材５０を有していてもよい。また、第１実施形態と同様に、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および駆動ギヤ５２の歯車軸体５２ａの少なくとも一つが、中空孔を有していてもよい。

【0065】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果、すなわち、姿勢変更を高速に行いつつ、エンドエフェクタ２５Ａを平行移動させることができる効果を得ることができる。

【0066】

［第３実施形態］
図１３および図１４は、本発明の第３実施形態に係るリンク作動装置１Ｂを示す。第３実施形態のリンク作動装置１Ｂも、変換機構３２Ｂの構成が第１および第２実施形態と異なる。第３実施形態のリンク作動装置１Ｂの変換機構３２Ｂは、傘歯車６２、６４，６６と、プーリ６８，７０と、ベルト７２，７４とからなる。以下に、変換機構３２Ｂを詳細に説明する。

【0067】

＜変換機構＞
第３実施形態の変換機構３２Ｂでは、先端側の連結部２４の先端側のリンクハブ中心軸Ｃ回りの回転運動が、傘歯車６２、６４，６６によって回転方向が変換され、ベルト７２，７４から直線運動が取り出されている。

【0068】

本実施形態では、１つの入力傘歯車６２と、これに噛合う２つの出力傘歯車６４，６６の３つの傘歯車が設けられている。出力傘歯車は１つでもよく、３つ以上でもよい。これら傘歯車６２、６４，６６が、ステージ６９を介して先端側のリンクハブ３に支持されている。ステージ６９は、平板からなる本体部６９ａを有し、本体部６９ａが複数の柱部６９ｂにより先端側のリンクハブ３に固定されている。本実施形態では、周方向に離間した３つの柱部６９ｂが設けられている。ただし、柱部６９ｂの構造は、本実施形態の構造に限定されない。

【0069】

本体部６９ａは、その中心部に貫通孔６９ｃを有しており、この貫通孔６９ｃに入力傘歯車６２が回転自在に支持されている。入力傘歯車６２は、柱部６２ａを介して先端側の連結部２４の外方部材２４ｂに固定されている。本実施形態では、周方向に離間した３つの柱部６２ａが設けられている。ただし、柱部６２ａの数はこれに限定されない。これにより、先端側の連結部２４の外方部材２４ｂが回転すると、入力傘歯車６２も回転する。

【0070】

ステージ６９は、本体部６９ａに連接する取付部６９ｄ，６９ｄを有している。取付部６９ｄ，６９ｄは、板金を折り曲げることで形成され、本体部６９ａから先端側のリンクハブ中心軸Ｃに沿う方向に先端側のリンクハブ３と反対側に延びている。

【0071】

各取付部６９ｄは挿通孔６９ｅを有しており、この挿通孔６９ｅに出力傘歯車６４，６６が回転自在に支持されている。出力傘歯車６４，６６の回転軸心ＡＸ５，６は、先端側のリンクハブ中心軸Ｃと直交する方向に延びている。本実施形態では、２つの出力傘歯車６４，６６は、その回転軸心ＡＸ５，ＡＸ６が一致するように配置されている。ただし、２つの出力傘歯車６４，６６の配置はこれに限定されない。これにより、入力傘歯車６２が先端側のリンクハブ中心軸Ｃ回りに回転すると、２つの出力傘歯車６４，６６が回転軸心ＡＸ５，ＡＸ６回りに回転する。

【0072】

各出力傘歯車６４，６６が歯車軸体６４ａ，６６ａに、プーリ６８，７０が連結されている。各プーリ６８，７０は、先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向に離間して一対設けられている。一対のプーリ６８，６８にベルト７２が掛け渡され、一対のプーリ７０，７０にベルト７４が掛け渡されている。ベルト７２，７４は、タイミングベルトであってもよく、チェーンであってもよい。タイミングベルトを用いると、プーリとの滑り損失が減少する。

【0073】

各ベルト７２，７４に、エンドエフェクタ２５Ｂが取り付けられている。エンドエフェクタ２５Ｂは、ベルト７２，７４に直接取り付けられてもよく、ステーのような中間部材を介してベルト７２，７４に取り付けられてもよい。これにより、入力傘歯車６２に連動して出力傘歯車６４，６６が回転すると、傘歯車６４，６６につながった駆動側プーリ６８ａ，７０ａから被駆動側プーリ６８ｂ，７０ｂにベルト７２，７４で回転が伝達され、ベルト７２，７４に取り付けられたエンドエフェクタ２５Ｂが直線運動する。

【0074】

第３実施形態によれば、無限回転するベルト７２，７４に取り付けられたエンドエフェクタ２５Ｂが取り付けられているので、直線運動と回転運動の両方を利用できる。また、被駆動側プーリ６８ｂ，７０ｂの配置によって、回転運動および直進運動の方向の自由度が高い。具体的には、ベルト７２，７４を利用した直線運動の方向は、入力傘歯車６２から放射状に配置できる。さらに、ベルト７２，７４またはエンドエフェクタ２５Ｂの直線運動を補助するガイド、レール等を設けてもよい。

【0075】

第３実施形態の変換機構３２Ｂも、第１実施形態と同様に、回転摺動部４５の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材５０を有していてもよい。また、第１実施形態と同様に、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および入力傘歯車６２の歯車軸体６２ａの少なくとも一つが、中空孔を有していてもよい。

【0076】

第３実施形態においても、第１および第２実施形態と同様の効果、すなわち、姿勢変更を高速に行いつつ、エンドエフェクタ２５Ｂを平行移動させることができる効果を得ることができる。

【0077】

［第４実施形態］
図１５～１９は、本発明の第４実施形態に係るリンク作動装置１Ｃを示す。図１５および図１６はそれぞれ、第４実施形態のリンク作動装置１Ｃの正面図および斜視図である。図１７は第４実施形態の変換機構３２Ｃの斜視図で、図１８は同変換機構３２Ｃの水平断面図で、図１９は同変換機構３２Ｃの縦断面図である。第４実施形態のリンク作動装置１Ｃも、変換機構３２Ｃの構成が第１～第３実施形態と異なる。第４実施形態のリンク作動装置１Ｃの変換機構３２Ｃは、太陽歯車７６と、遊星歯車７８と、ウォームギヤ８０とからなる。以下に、変換機構３２Ｃを詳細に説明する。

【0078】

＜変換機構＞
第４実施形態の変換機構３２Ｃでは、先端側の連結部２４の先端側のリンクハブ中心軸Ｃ回りの回転運動が、太陽歯車７６の外周部の３つの遊星歯車７８と、これに連結されたウォームギヤ８０により直線運動に変換されている。本実施形態では、太陽歯車７６および遊星歯車７８は、平歯車である。ウォームギヤ８０は、ねじ歯車８２と、これに噛合う雌ねじ８４とを有している。

【0079】

太陽歯車７６は、柱部７６ａを介して先端側の連結部２４の外方部材２４ｂに固定されている。本実施形態では、周方向に離間した３つの柱部７６ａが設けられている。ただし、柱部７６ａの構造は、本実施形態の構造に限定されない。これにより、先端側の連結部２４の外方部材２４ｂが回転すると、太陽歯車７６も回転する。

【0080】

３つの遊星歯車７８，７８，７８は、太陽歯車７６の外周に周方向に等間隔で離間して配置されており、太陽歯車７６に噛合っている。各遊星歯車７８の歯車軸体７８ａは、先端側のリンクハブ３に回転自在に支持されている。これにより、太陽歯車７６が先端側のリンクハブ中心軸Ｃ回りに回転すると、３つの遊星歯車７８，７８，７８が連動して回転する。

【0081】

各遊星歯車７８の歯車軸体７８ａに、ウォームギヤ８０のねじ歯車８２が連結されている。ねじ歯車８２は、ボールねじからなり、先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向に延びている。各ねじ歯車８２に、雌ねじ８４が噛合っている。

【0082】

本実施形態では、単一のスライド部材８６に、内側に雌ねじ８４を有する３つの貫通孔が形成されている。詳細には、スライド部材８６は、先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向から見て三角形状であり、三角形の３つの角部に貫通孔が形成され、各貫通孔に雌ねじ８４が形成されている。この３つの雌ねじ８４に、ねじ歯車８２が噛合っている。これにより、太陽歯車７６に連動して３つの遊星歯車７８が回転すると、遊星歯車７８に連結されたねじ歯車８２が回転して、スライド部材８６が直線運動する。

【0083】

スライド部材８６に、エンドエフェクタ２５Ｃが取り付けられている。本実施形態では、スライド部材８６は、その中心部に貫通孔８６ａを有し、貫通孔８６ａに先端回転部材８８が回転自在に支持されている。この先端回転部材８８に、エンドエフェクタ２５Ｃが着脱自在に取り付けられている。エンドエフェクタ２５Ｃは、スライド部材８６に直接取り付けられてもよい。

【0084】

図１５に示すように、本実施形態では、先端回転部材８８の回転軸心ＡＸ７は先端側のリンク中心軸Ｃと一致している。図１９に示すように、先端回転部材８８の回転軸体８８ａは、太陽歯車７６の回転軸体７６ｂに連結されている。これにより、エンドエフェクタ２５Ｃは、先端側のリンク中心軸Ｃ方向に直線運動するとともに、先端側のリンク中心軸Ｃ回りに回転運動する。

【0085】

第４実施形態によれば、スライド部材８６が、３つのウォームギヤ８０で３点支持されるので、スライド部材８６およびこれに取り付けられたエンドエフェクタ２５Ｃの支持が安定する。また、先端側のリンクハブ中心軸Ｃ方向に直線運動可能なスライド部材８６と、このスライド部材８６に対して回転可能な先端回転部材８８を設けることで、エンドエフェクタ２５Ｃの回転運動と直線運動を同時に実現できる。

【0086】

第４実施形態の変換機構３２Ｃも、第１実施形態と同様に、回転摺動部４５の回転摩擦抵抗を低減する摩擦低減部材５０を有していてもよい。また、第１実施形態と同様に、棒状部材２０、基端側の連結部２２、先端側の連結部２４および太陽歯車７６の歯車軸体７６ａの少なくとも一つが、中空孔を有していてもよい。

【0087】

第４実施形態においても、第１～第３実施形態と同様の効果、すなわち、姿勢変更を高速に行いつつ、エンドエフェクタ２５Ｃを平行移動させることができる効果を得ることができる。

【0088】

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態のリンク作動装置１は、各リンク機構４が鏡像対称タイプであるが、各リンク機構４が点対称タイプであってもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0089】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ リンク作動装置
２ 基端側のリンクハブ
３ 先端側のリンクハブ
４ リンク機構（パラレルリンク機構、球面リンク機構）
５ 基端側の端部リンク部材
６ 先端側の端部リンク部材
７ 中央リンク部材
１０ 姿勢制御駆動源
２０ 棒状部材
２２ 基端側の連結部
２４ 先端側の連結部
３０ 回転駆動源
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ 変換機構
４５ 回転摺動部
５０ 摩擦低減部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】