(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】P2024139526
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】リンク機構及びロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 17/00 20060101AFI20241002BHJP
【ＦＩ】
B25J17/00 H
B25J17/00 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023050501
(22)【出願日】2023-03-27
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ
(72)【発明者】
【氏名】杉戸 竜士
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707BS09
3C707CY36
3C707HT02
3C707HT04
3C707HT11
3C707HT12
3C707HT36
(57)【要約】
【課題】リンクに発生するトルクを補償可能であり且つ小型化可能なリンク機構及びロボットを提供する。
【解決手段】実施形態に係るリンク機構は、基部と、第１リンクと、第１部材と、第１補償部と、を備える。第１リンクは、基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられる。第１部材は、第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含む。第１部材は、第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能である。第１方向及び第２方向に平行な面と交差する第３方向における第１部材の少なくとも一部の位置が、第３方向における第１リンクの一部の位置と同じである。第１補償部は、第２部分に連結される。第１補償部は、第２部分に対して第２方向に力を加えることで、第１部材に第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係るリンク機構は、基部と、第１リンクと、第１部材と、第１補償部と、を備える。第１リンクは、基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられる。第１部材は、第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含む。第１部材は、第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能である。第１方向及び第２方向に平行な面と交差する第３方向における第１部材の少なくとも一部の位置が、第３方向における第１リンクの一部の位置と同じである。第１補償部は、第２部分に連結される。第１補償部は、第２部分に対して第２方向に力を加えることで、第１部材に第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基部と、
前記基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられた第１リンクと、
前記第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含み、前記第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能であり、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面と交差する第３方向における少なくとも一部の位置が、前記第３方向における前記第１リンクの一部の位置と同じである、第１部材と、
前記第２部分に連結され、前記第２部分に対して前記第２方向に力を加えることで、前記第１部材に前記第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える第１補償部と、
を備えたリンク機構。
前記基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられた第１リンクと、
前記第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含み、前記第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能であり、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面と交差する第３方向における少なくとも一部の位置が、前記第３方向における前記第１リンクの一部の位置と同じである、第１部材と、
前記第２部分に連結され、前記第２部分に対して前記第２方向に力を加えることで、前記第１部材に前記第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える第１補償部と、
を備えたリンク機構。
【請求項2】
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記基部の前記第３方向における位置と同じである、請求項１記載のリンク機構。
【請求項3】
前記第１リンクと連結された第２リンクをさらに備えた、請求項１記載のリンク機構。
【請求項4】
前記第１リンクと前記第２リンクとを連結し、前記第２リンクの回転に応じて回転する第１回転軸と、
前記基部に対して回転可能な第２回転軸と、
前記第２回転軸の回転を前記第１回転軸に伝達させる伝達部材と、
前記第２リンクの回転時に、前記第２リンクの回転方向と反対方向のトルクを前記第２回転軸に加える第２補償部と、
をさらに備えた、請求項３記載のリンク機構。
前記基部に対して回転可能な第２回転軸と、
前記第２回転軸の回転を前記第１回転軸に伝達させる伝達部材と、
前記第２リンクの回転時に、前記第２リンクの回転方向と反対方向のトルクを前記第２回転軸に加える第２補償部と、
をさらに備えた、請求項３記載のリンク機構。
【請求項5】
前記基部に対して前記第２回転軸で回転可能な第２部材をさらに備え、
前記第２回転軸は、前記第２部材の回転に応じて回転し、
前記第２補償部は、前記第２部材の一部に対して前記第２方向に力を加える、請求項４記載のリンク機構。
前記第２回転軸は、前記第２部材の回転に応じて回転し、
前記第２補償部は、前記第２部材の一部に対して前記第２方向に力を加える、請求項４記載のリンク機構。
【請求項6】
前記第１リンクに取り付けられたエンドエフェクタをさらに備えた、請求項１記載のリンク機構。
【請求項7】
前記第１補償部は、前記第１リンクよりも重い重量物を含む、請求項１記載のリンク機構。
【請求項8】
前記第１補償部は、アクチュエータを含む、請求項１記載のリンク機構。
【請求項9】
前記第１補償部は、前記第２部分に連結された弾性部材を含み、
前記弾性部材は、前記第２部分に対して前記第２方向に弾性力を加える、請求項１記載のリンク機構。
前記弾性部材は、前記第２部分に対して前記第２方向に弾性力を加える、請求項１記載のリンク機構。
【請求項10】
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、請求項１記載のリンク機構。
【請求項11】
前記第１部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、請求項１記載のリンク機構。
【請求項12】
前記基部は、前記第２方向まわりに前記第１リンクを回転可能である、請求項１記載のリンク機構。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか１つに記載のリンク機構と、
マニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが前記第１リンクを含むロボット。
マニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが前記第１リンクを含むロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、リンク機構及びロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
水平面と交差する方向に回転可能なリンク機構がある。リンクが鉛直方向に対して傾斜している場合、リンクには、自重によるトルクが発生する。リンクの重さによるトルクを補償可能なリンク機構もある。このリンク機構について、小型化できる技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平５－３３７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、リンクに発生するトルクを補償可能であり且つ小型化可能なリンク機構及びロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係るリンク機構は、基部と、第１リンクと、第１部材と、第１補償部と、を備える。前記第１リンクは、前記基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられる。前記第１部材は、前記第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含む。前記第１部材は、前記第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能である。前記第１方向及び前記第２方向に平行な面と交差する第３方向における前記第１部材の少なくとも一部の位置が、前記第３方向における前記第１リンクの一部の位置と同じである。前記第１補償部は、前記第２部分に連結される。前記第１補償部は、前記第２部分に対して前記第２方向に力を加えることで、前記第１部材に前記第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るリンク機構を示す側面図である。
図１に示すように、第１実施形態に係るリンク機構１００は、基部１、第１リンク１１、第１サブリンク２１、及び第１補償部３１を備える。
図１は、第１実施形態に係るリンク機構を示す側面図である。
図１に示すように、第１実施形態に係るリンク機構１００は、基部１、第１リンク１１、第１サブリンク２１、及び第１補償部３１を備える。
【0009】
基部１は、床面に対して固定される。第１リンク１１は、回転軸１ａを介して基部１に連結される。回転軸１ａの軸方向は、鉛直方向と交差する。第１リンク１１は、基部１に対して、回転軸１ａの軸方向まわりに回転可能である。
【0010】
ここでは、各実施形態の説明のために、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を用いる。回転軸１ａの軸方向をＸ方向（第１方向）とする。水平面と交差する一方向をＺ方向（第２方向）とする。Ｘ－Ｚ面と交差する一方向をＹ方向（第３方向）とする。図示した例では、Ｘ方向及びＹ方向は、水平面に平行であり、互いに直交する。Ｚ方向は、鉛直方向に平行である。
【0011】
リンク機構１００は、エンドエフェクタ４０をさらに備えても良い。エンドエフェクタ４０は、第１リンク１１の連結部１１ａに取り付けられる。連結部１１ａの位置は、回転軸１ａの位置とは異なる。図示した例では、連結部１１ａは、第１リンク１１の一端に位置する。
【0012】
第１サブリンク２１は、第１リンク１１の下方に位置し、第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂを含む。図示した例では、第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂは、それぞれ、第１サブリンク２１の両端に位置する。第１部分２１ａは、回転軸１１ｂを介して第１リンク１１に連結される。回転軸１１ｂの軸方向は、回転軸１ａの軸方向と平行である。回転軸１ａは、連結部１１ａと回転軸１１ｂとの間に位置する。第２部分２１ｂは、Ｚ方向に可動である。
【0013】
例えば、第１サブリンク２１の長さは、第１リンク１１の長さよりも短い。第１サブリンク２１は、第１リンク１１の回転方向とは反対の方向に回転可能である。第２部分２１ｂがＺ方向に移動すると、第１サブリンク２１の全体がＺ方向に移動するとともに、第１サブリンク２１が回転軸１１ｂを中心として回転する。
【0014】
第１補償部３１は、第１リンク１１で発生するトルクを補償するために設けられる。リンク機構１００では、第１補償部３１は、重り３１ａ（重量物）及びガイド３１ｂを含む。重り３１ａは、第１リンク１１で発生するトルクを補償するために、第２部分２１ｂに対してＺ方向に力を加える。重り３１ａは、カウンターウェイトとして機能する。例えば、重り３１ａは、第１リンク１１又はエンドエフェクタ４０よりも重い。より好ましくは、重り３１ａは、第１リンク１１の重さとエンドエフェクタ４０の重さの和よりも重い。
【0015】
第１リンク１１で発生するトルクを補償できれば、重り３１ａの具体的な構成は任意である。重り３１ａのサイズを小さくするためには、重り３１ａに、比重の大きな材料を使用することが好ましい。例えば、重り３１ａは、ステンレスから構成される。重り３１ａを用いることで、ばねなどの弾性部材のみを用いる場合と比べて、第２部分２１ｂにより大きな力を加えることができる。
【0016】
ガイド３１ｂは、Ｚ方向に互いに離れた一対のプーリ３１ｂ１と、それらのプーリ３１ｂ１に掛けられたベルト３１ｂ２と、を含む。プーリ３１ｂ１は、Ｘ方向まわりに回転可能である。ベルト３１ｂ２は、無終端であり、プーリ３１ｂ１同士の間ではＺ方向に延びている。重り３１ａは、プーリ３１ｂ１同士の間において、ベルト３１ｂ２に対して固定される。重り３１ａの移動は、ベルト３１ｂ２が延びるＺ方向にガイドされる。重り３１ａの移動をＺ方向にさらに規制するためのガイド部材がさらに設けられても良い。
【0017】
リンク機構１００は、回転軸１ａを中心として第１リンク１１を回転させるための駆動部５１を備える。例えば、駆動部５１は、一対のプーリ３１ｂ１の一方を、Ｘ方向まわりに回転させる。プーリ３１ｂ１の回転に応じて、ベルト３１ｂ２がＺ方向に動く。ベルト３１ｂ２の動きに応じて、重り３１ａ及び第２部分２１ｂがＺ方向に移動する。第２部分２１ｂがＺ方向に移動すると、第１サブリンク２１がＸ方向まわりに回転しながら、第１部分２１ａ及び回転軸１１ｂも移動する。回転軸１１ｂの移動に応じて、第１リンク１１が、回転軸１ａのまわりを、第１サブリンク２１と反対方向に回転する。
【0018】
又は、駆動部５１は、回転軸１ａを回転させても良い。回転軸１ａの回転に応じて、第１リンク１１が回転する。第１リンク１１の回転に応じて、第１サブリンク２１も回転軸１１ｂのまわりを回転し、第２部分２１ｂ及び重り３１ａがＺ方向に移動する。
【0019】
また、リンク機構１００では、第１サブリンク２１の少なくとも一部のＹ方向における位置は、第１リンク１１の一部のＹ方向における位置と同じである。より具体的な一例として、第２部分２１ｂのＹ方向における位置Ｐ１は、第１リンク１１の一端（連結部１１ａ）のＹ方向における位置Ｐ２と、第１リンク１１の他端（回転軸１１ｂ）のＹ方向における位置Ｐ３と、の間にある。位置Ｐ１は、回転軸１ａのＹ方向における位置と同じである。また、重り３１ａのＹ方向における位置も、回転軸１ａのＹ方向における位置と同じである。
【0020】
図２は、第１実施形態に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
図２に示すように、第１リンク１１及びエンドエフェクタ４０の重さにより、回転軸１ａの周りでは、回転方向ＲＤ１の向きにトルクＴ１が発生する。一方、重り３１ａの重さによって、第２部分２１ｂには、下方に向けて力Ｆ２が加えられる。力Ｆ２が第２部分２１ｂに加わると、回転軸１１ｂには、Ｙ方向に力Ｆ１が加わる。力Ｆ１によって、回転軸１ａの周りにおいて、回転方向ＲＤ２の向きにトルクＴ２が発生する。回転方向ＲＤ２は、回転方向ＲＤ１と反対である。すなわち、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによって発生するトルクＴ１の少なくとも一部が、第１補償部３１によって発生するトルクＴ２により補償される。
図２に示すように、第１リンク１１及びエンドエフェクタ４０の重さにより、回転軸１ａの周りでは、回転方向ＲＤ１の向きにトルクＴ１が発生する。一方、重り３１ａの重さによって、第２部分２１ｂには、下方に向けて力Ｆ２が加えられる。力Ｆ２が第２部分２１ｂに加わると、回転軸１１ｂには、Ｙ方向に力Ｆ１が加わる。力Ｆ１によって、回転軸１ａの周りにおいて、回転方向ＲＤ２の向きにトルクＴ２が発生する。回転方向ＲＤ２は、回転方向ＲＤ１と反対である。すなわち、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによって発生するトルクＴ１の少なくとも一部が、第１補償部３１によって発生するトルクＴ２により補償される。
【0021】
図３は、参考例に係るリンク機構を示す側面図である。
図３に示すリンク機構１００ｒは、基部１、第１リンク１１、カウンターウェイト３０、及びエンドエフェクタ４０を備える。カウンターウェイト３０及びエンドエフェクタ４０は、第１リンク１１の両端にそれぞれ設けられる。カウンターウェイト３０は、回転軸１ａの周りにおいて、第１リンク１１及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクと反対方向のトルクを発生させる。
図３に示すリンク機構１００ｒは、基部１、第１リンク１１、カウンターウェイト３０、及びエンドエフェクタ４０を備える。カウンターウェイト３０及びエンドエフェクタ４０は、第１リンク１１の両端にそれぞれ設けられる。カウンターウェイト３０は、回転軸１ａの周りにおいて、第１リンク１１及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクと反対方向のトルクを発生させる。
【0022】
第１実施形態の利点を説明する。
第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクは、補償されることが好ましい。トルクの少なくとも一部が補償されることで、駆動部５１の出力を小さくできる。これにより、駆動部５１の小型化、リンク機構１００の安全性向上などが可能となる。
第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクは、補償されることが好ましい。トルクの少なくとも一部が補償されることで、駆動部５１の出力を小さくできる。これにより、駆動部５１の小型化、リンク機構１００の安全性向上などが可能となる。
【0023】
参考例に係るリンク機構１００ｒによれば、カウンターウェイト３０により、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクを補償できる。しかし、リンク機構１００ｒでは、カウンターウェイト３０が、基部１に対してエンドエフェクタ４０と反対側に大きく突き出る。このため、リンク機構１００ｒの設置には、大きなスペースが必要となる。また、リンク機構１００ｒにおいて、カウンターウェイト３０を重くすることで、カウンターウェイト３０の突き出し量を小さくできる。しかし、重量の大きいカウンターウェイト３０が、第１リンク１１とともに動くため、危険となりうる。
【0024】
第１実施形態に係るリンク機構１００では、第１リンク１１に第１サブリンク２１が連結され、第１補償部３１は第１サブリンク２１に取り付けられる。第１補償部３１は、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクを補償するように、第１サブリンク２１の第２部分２１ｂに対して力を加える。第１補償部３１により、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクの少なくとも一部を補償できる。
【0025】
また、第１補償部３１は、第１サブリンク２１に取り付けられ、第２部分２１ｂに対してＺ方向に力を加える。そして、第１サブリンク２１の少なくとも一部のＸ方向における位置は、第１リンク１１の一部のＸ方向における位置と同じである。このため、第１サブリンク２１及び第１補償部３１は、基部１に対してエンドエフェクタ４０と反対側に大きく突き出ることは無い。例えば、カウンターウェイト３０と重り３１ａが同じ重さである場合に、リンク機構１００における第１サブリンク２１の突き出し量は、リンク機構１００ｒにおけるカウンターウェイト３０の突き出し量よりも小さい。
【0026】
第１実施形態によれば、リンク機構１００ｒに比べて、リンク機構１００を小型化できる。例えば、リンク機構１００のＹ方向におけるサイズを、リンク機構１００ｒのＹ方向におけるサイズよりも小さくできる。また、第１実施形態によれば、リンク機構１００ｒに比べて、より安全なリンク機構１００を実現できる。
【0027】
以下で、リンク機構１００のより好ましい具体例について説明する。
【0028】
図４は、第１実施形態に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
図４に示すように、回転軸１ａから連結部１１ａまでの長さを「Ｌ１」とする。回転軸１ａから回転軸１１ｂまでの長さ、及び第１サブリンク２１の長さを「Ｌ２」とする。長さＬ２は、長さＬ１よりも短い。連結部１１ａに加わる重さを「ｍ１」とする。ｍ１は、エンドエフェクタ４０の重さを含む。第１リンク１１の水平面に対する角度及び第１サブリンク２１の水平面に対する角度を「θ」とする。重力加速度を「ｇ」とする。
図４に示すように、回転軸１ａから連結部１１ａまでの長さを「Ｌ１」とする。回転軸１ａから回転軸１１ｂまでの長さ、及び第１サブリンク２１の長さを「Ｌ２」とする。長さＬ２は、長さＬ１よりも短い。連結部１１ａに加わる重さを「ｍ１」とする。ｍ１は、エンドエフェクタ４０の重さを含む。第１リンク１１の水平面に対する角度及び第１サブリンク２１の水平面に対する角度を「θ」とする。重力加速度を「ｇ」とする。
【0029】
この場合、連結部１１ａには、下方に向けて力ｍ１ｇが働く。力ｍ１ｇによって第１リンク１１に生じるトルクＴ１は、以下の数式１で表される。
Ｔ１＝ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ （１）
Ｔ１＝ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ （１）
【0030】
一方、重り３１ａによって第２部分２１ｂに加わる力Ｆ２と、回転軸１１ｂに加わる力Ｆ１と、の関係は、以下の数式２で表される。
Ｆ２＝（１／２）×Ｆ１ｔａｎθ （２）
Ｆ２＝（１／２）×Ｆ１ｔａｎθ （２）
【0031】
第１リンク１１が水平面に対して傾斜している（θ≠０である）場合、数式２は、以下の数式３に変形できる。
Ｆ１＝２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ） （３）
Ｆ１＝２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ） （３）
【0032】
力Ｆ１による第１リンク１１の回転軸１１ｂへのトルクＴ２は、以下の数式４で表される。
Ｔ２＝Ｆ１Ｌ２／ｓｉｎθ （４）
Ｔ２＝Ｆ１Ｌ２／ｓｉｎθ （４）
【0033】
トルクＴ２は、トルクＴ１と等しいことが最も好ましい。トルクＴ１とトルクＴ２が等しい場合、重さｍ１によるトルクＴ１が、重り３１ａに起因するトルクＴ２によって完全に補償される。以下の数式５が満たされる場合、トルクＴ１とトルクＴ２が等しい。
ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ＝Ｆ１Ｌ２ｓｉｎθ （５）
ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ＝Ｆ１Ｌ２ｓｉｎθ （５）
【0034】
数式５は、以下の数式６～８に順次変形できる。
ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ＝２Ｌ２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）×ｓｉｎθ （６）
ｍ１ｇＬ１＝２Ｌ２Ｆ２ （７）
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （８）
ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ＝２Ｌ２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ）×ｓｉｎθ （６）
ｍ１ｇＬ１＝２Ｌ２Ｆ２ （７）
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （８）
【0035】
重り３１ａによる重さを「Ｍ１」とする。力Ｆ２は、Ｍ１ｇで表される。重さＭ１が以下の数式９を満たす場合、重さｍ１によるトルクＴ１が完全に補償される。
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （９）
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （９）
【0036】
数式９によれば、長さＬ２が短い場合でも、重り３１ａを重くすることで、トルクＴ１が完全に補償される。換言すると、重り３１ａを重くすることで、エンドエフェクタ４０と反対側における第１リンク１１及び第１サブリンク２１の突き出しを小さくでき、リンク機構１００を小型化できる。
【0037】
また、数式９には、角度θが含まれていない。第１リンク１１の水平面に対する傾きと第１サブリンク２１の水平面に対する傾きを等しくすることで、角度θに拘わらず、重り３１ａにより、トルクＴ１が完全に補償される。角度θに応じて、駆動部５１の出力を調整する必要がない。このため、リンク機構１００をより容易に制御できる。
【0038】
以降では、第１実施形態に係るリンク機構１００と同様の利点を有する変形例を説明する。各変形例に係るリンク機構の構成は、リンク機構１００の構成を基本とし、リンク機構の一部が、リンク機構１００に対して、追加または変更されている。各変形例の説明において、第１実施形態に係るリンク機構１００と共通する構造の説明については、適宜省略する。
【0039】
（第１変形例）
図５は、第１実施形態の第１変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図５に示すリンク機構１１０は、回転軸１ｂ及び駆動部５０をさらに備える点でリンク機構１００と異なる。駆動部５０は、Ｚ方向に沿う回転軸１ｂを回転させる。回転軸１ｂの回転に応じて、基部１、第１リンク１１、第１サブリンク２１等がＺ方向まわりに回転する。ここでは、Ｚ方向周りの回転を「旋回」と言う。リンク機構１１０は、回転軸１ｂにより旋回可能である。連結部１１ａ又はエンドエフェクタ４０は、回転軸１ａと回転軸１ｂにより、２自由度を有する。
図５は、第１実施形態の第１変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図５に示すリンク機構１１０は、回転軸１ｂ及び駆動部５０をさらに備える点でリンク機構１００と異なる。駆動部５０は、Ｚ方向に沿う回転軸１ｂを回転させる。回転軸１ｂの回転に応じて、基部１、第１リンク１１、第１サブリンク２１等がＺ方向まわりに回転する。ここでは、Ｚ方向周りの回転を「旋回」と言う。リンク機構１１０は、回転軸１ｂにより旋回可能である。連結部１１ａ又はエンドエフェクタ４０は、回転軸１ａと回転軸１ｂにより、２自由度を有する。
【0040】
リンク機構１１０の旋回時、Ｚ方向まわりに慣性力が発生する。回転軸１ｂから離れた位置での重さがより重いほど、慣性力はより大きくなる。慣性力が大きくなると、回転軸１ｂを停止させるために必要な駆動部５０の出力も大きくなる。このため、駆動部５０が大型化する。又は、リンク機構１１０の安全性が低下しうる。
【0041】
図３に示すリンク機構１００ｒに回転軸１ｂ及び駆動部５０を設ける場合、カウンターウェイト３０が基部１から離れているため、旋回時により大きな慣性力が発生する。これに対して、リンク機構１１０では、図５に示すように、重り３１ａのＹ方向における位置Ｐ１は、第１リンク１１の一端のＹ方向における位置Ｐ２と、第１リンク１１の他端のＹ方向における位置Ｐ３と、の間にある。重り３１ａは、基部１に近接して設けられる。例えば、重り３１ａのＹ方向における位置は、基部１のＹ方向における位置と同じである。このため、リンク機構１１０における重り３１ａと基部１との間の距離は、リンク機構１００ｒにおけるカウンターウェイト３０と基部１との間の距離よりも短い。
【0042】
重り３１ａと基部１との距離が短いため、リンク機構１１０では、旋回時の慣性力を低減できる。第１変形例によれば、旋回によって連結部１１ａの自由度を増やした場合でも、旋回時の慣性力を低減できる。これにより、駆動部５０を小型化でき、リンク機構１１０の安全性を向上させることが可能である。
【0043】
（第２変形例）
図６は、第１実施形態の第２変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図６に示した第２変形例に係るリンク機構１２０は、リンク機構１００と比べて、第１補償部３１の構造が異なる。リンク機構１２０では、第１補償部３１は、重り３１ａ及び駆動部３１ｃを含む。駆動部３１ｃは、第２部分２１ｂに連結され、第２部分２１ｂをＺ方向に動かす。駆動部３１ｃは、重り３１ａを介して第２部分２１ｂと連結されても良い。駆動部３１ｃは、例えば、電動リニアアクチュエータである。
図６は、第１実施形態の第２変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図６に示した第２変形例に係るリンク機構１２０は、リンク機構１００と比べて、第１補償部３１の構造が異なる。リンク機構１２０では、第１補償部３１は、重り３１ａ及び駆動部３１ｃを含む。駆動部３１ｃは、第２部分２１ｂに連結され、第２部分２１ｂをＺ方向に動かす。駆動部３１ｃは、重り３１ａを介して第２部分２１ｂと連結されても良い。駆動部３１ｃは、例えば、電動リニアアクチュエータである。
【0044】
駆動部３１ｃが第２部分２１ｂをＺ方向に沿って移動させることで、第１リンク１１を回転させることも可能である。すなわち、駆動部３１ｃは、リンク機構１００における駆動部５１としての機能も備える。
【0045】
物体を把持可能なエンドエフェクタ４０が設けられても良い。エンドエフェクタ４０が物体を把持した状態では、物体の重さの分、第１リンク１１に発生するトルクが増大する。物体の把持に応じて駆動部３１ｃが第２部分２１ｂに力を加えることで、物体の重さによって第１リンク１１に発生するトルクを補償できる。
【0046】
ここで、把持した物体の重さを「ｍ２」とする。この場合、図４に示した第２部分２１ｂに加えられる力Ｆ２が、以下の数式１０を満たす場合、第１リンク１１に発生するトルクＴ１を完全に補償できる。
Ｆ２＝（ｍ１＋ｍ２）ｇＬ１／２Ｌ２ （１０）
Ｆ２＝（ｍ１＋ｍ２）ｇＬ１／２Ｌ２ （１０）
【0047】
数式９と数式１０の比較から、数式１０で表される力Ｆ２は、「ｍ２ｇＬ１／２Ｌ２」増加していることがわかる。重り３１ａの重さが数式９を満たす場合、駆動部３１ｃが、第２部分２１ｂに対して「ｍ２ｇＬ１／２Ｌ２」の力を加えることで、第１リンク１１に発生するトルクＴ１を完全に補償できる。
【0048】
また、「ｍ２ｇＬ１／２Ｌ２」には、角度θが含まれていない。すなわち、重さｍ２によるトルクを補償するために必要な駆動部３１ｃの出力は、角度θに依存しない。第２変形例によれば、角度θに応じた駆動部３１ｃの複雑な制御が不要であり、重さｍ２によるトルクを容易に補償できる。
【0049】
（第３変形例）
図７は、第１実施形態の第３変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図７に示した第３変形例に係るリンク機構１３０では、リンク機構１２０と比べて、第１補償部３１が、弾性部材３１ｄをさらに含む。弾性部材３１ｄの一端は、基部１に対して固定される。弾性部材３１ｄの他端は、基部１に対して固定される。弾性部材３１ｄは、基部１と第２部分２１ｂとの間に連結される。弾性部材３１ｄは、重り３１ａを介して第２部分２１ｂと連結されても良い。図示した例では、弾性部材３１ｄは、定荷重ばねである。弾性部材３１ｄは、十分な長さの板ばねであり、基部１に固定されたドラムに巻き付けられている。
図７は、第１実施形態の第３変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図７に示した第３変形例に係るリンク機構１３０では、リンク機構１２０と比べて、第１補償部３１が、弾性部材３１ｄをさらに含む。弾性部材３１ｄの一端は、基部１に対して固定される。弾性部材３１ｄの他端は、基部１に対して固定される。弾性部材３１ｄは、基部１と第２部分２１ｂとの間に連結される。弾性部材３１ｄは、重り３１ａを介して第２部分２１ｂと連結されても良い。図示した例では、弾性部材３１ｄは、定荷重ばねである。弾性部材３１ｄは、十分な長さの板ばねであり、基部１に固定されたドラムに巻き付けられている。
【0050】
弾性部材３１ｄは、自然長よりも長い状態にある。弾性部材３１ｄは、第２部分２１ｂに対してＺ方向に沿った弾性力を加える。図示した例では、第１補償部３１は、第２部分２１ｂを下方に向けて引っ張る。弾性部材３１ｄの弾性力は、第１サブリンク２１及び回転軸１１ｂを介して第１リンク１１へ伝わり、第１リンク１１にトルクを発生させる。弾性部材３１ｄによるトルクは、第１リンク１１及びエンドエフェクタ４０の重さによって回転軸１ａの周りで発生するトルクの一部を補償する。
【0051】
弾性部材３１ｄによって第２部分２１ｂに力が加えられることで、第１補償部３１によって補償できるトルクを大きくできる。又は、駆動部３１ｃの出力を小さくし、駆動部３１ｃを小型化できる。弾性部材３１ｄは、定荷重ばねであることが好ましい。弾性部材３１ｄが定荷重ばねであると、弾性部材３１ｄによる弾性力が、第２部分２１ｂのＺ方向における位置に拘わらず一定となる。弾性部材３１ｄによる弾性力が第２部分２１ｂのＺ方向における位置に応じて変化する場合と比べて、第１リンク１１の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクを補償するために必要な駆動部３１ｃの出力の計算が容易になる。補償するためのトルクが小さくて良い場合は、重り３１ａを省略することも可能である。
【0052】
（第４変形例）
図８は、第１実施形態の第４変形例に係るリンク機構を示す斜視図である。図９及び図１０は、第１実施形態の第４変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
第４変形例に係るリンク機構１４０は、図８～図１０に示すように、リンク機構１００と比べて、第２リンク１２、第２サブリンク２２（第２部材）、および第２補償部３２をさらに含む。
図８は、第１実施形態の第４変形例に係るリンク機構を示す斜視図である。図９及び図１０は、第１実施形態の第４変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
第４変形例に係るリンク機構１４０は、図８～図１０に示すように、リンク機構１００と比べて、第２リンク１２、第２サブリンク２２（第２部材）、および第２補償部３２をさらに含む。
【0053】
第１リンク１１は、連結部１１ａに代えて、回転軸１１ｃを含む。回転軸１１ｃの軸方向は、回転軸１ａの軸方向と平行である。第２リンク１２は、第１リンク１１の回転軸１１ｃに連結されている。第２リンク１２は、第１リンク１１に対して、回転軸１１ｃを中心として回転可能である。例えば、第２リンク１２の水平面に対する角度は、第１リンク１１の水平面に対する角度と異なりうる。回転軸１１ｃは、第２リンク１２の回転に応じて回転する。
【0054】
エンドエフェクタ４０は、第２リンク１２の連結部１２ａに連結されている。連結部１２ａは、回転軸１１ｃから離れた位置に設けられる。例えば、回転軸１１ｃ及び連結部１２ａは、それぞれ第２リンク１２の両端に位置する。
【0055】
第１補償部３１は、第１リンク１１、第２リンク１２、及びエンドエフェクタ４０の重さによって第１リンク１１に発生するトルクを補償する。図９に示すように、第１補償部３１は、重り３１ａ、プーリ３１ｂ１、ベルト３１ｂ２、駆動部３１ｃ、及び弾性部材３１ｄを含む。すなわち、リンク機構１４０における第１補償部３１の構造は、重り３１ａが設けられていない点を除き、リンク機構１３０における第１補償部３１の構造と実質的に同じである。
【0056】
第２補償部３２は、第２リンク１２及びエンドエフェクタ４０の重さによって第２リンク１２に発生するトルクを補償する。図１０に示すように、第２補償部３２は、ガイド３２ｂ、駆動部３２ｃ、弾性部材３２ｄ、及び伝達部材３２ｅを含む。
【0057】
ガイド３２ｂは、Ｚ方向に離れた一対のプーリ３２ｂ１と、それらのプーリ３２ｂ１に掛けられたベルト３２ｂ２と、を含む。プーリ３２ｂ１は、Ｘ方向まわりに回転可能である。ベルト３２ｂ２は、無終端であり、プーリ３２ｂ１同士の間ではＺ方向に延びている。
【0058】
第２サブリンク２２は、第２補償部３２により発生する力を回転軸１１ｃに伝えるために設けられる。第２サブリンク２２は、第１リンク１１よりも下方に位置し、直列に連結されたリンク２２ａ及びリンク２２ｂを含む。リンク２２ｂの回転時、リンク２２ａは、リンク２２ｂとは反対方向に回転可能である。図示した例では、リンク２２ａの長さは、リンク２２ｂの長さと同じである。また、リンク２２ａの水平面に対する角度は、リンク２２ｂの水平面に対する角度と同じである。
【0059】
リンク２２ａの一端は、回転軸１ｃで基部１と連結されている。回転軸１ｃの軸方向は、回転軸１１ｃの軸方向と平行である。リンク２２ａは、回転軸１ｃにより、基部１に対してＸ軸方向まわりに回転可能である。また、回転軸１ｃは、リンク２２ａの回転に応じて回転する。
【0060】
回転軸１ｃ及び回転軸１１ｃには、伝達部材３２ｅが掛けられる。伝達部材３２ｅにより、回転軸１ｃの回転の力は、回転軸１１ｃに伝達される。例えば、回転軸１ｃと回転軸１１ｃは、同じ回転速度で回転する。伝達部材３２ｅは、無終端ベルトである。伝達部材３２ｅは、無終端チェーン等であっても良い。
【0061】
リンク２２ｂの一端は、リンク２２ａの他端に回転可能に連結される。リンク２２ｂの他端には、駆動部３２ｃが取り付けられる。駆動部３２ｃは、リンク２２ｂの他端に対してＺ方向に力を加える。駆動部３１ｃ及び駆動部３２ｃは、例えば、電動のリニアガイドである。
【0062】
また、リンク２２ｂの他端は、プーリ３２ｂ１同士の間においてベルト３２ｂ２に固定される。これにより、リンク２２ｂの他端の移動がＺ方向にガイドされる。弾性部材３２ｄは、ベルト３２ｂ２に弾性力を加える。弾性力は、後述するトルクＴ４が増大するように、駆動部３２ｃによる力と同じ方向に加えられる。
【0063】
図１１は、第１実施形態の第４変形例に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
第２リンク１２の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによって、回転軸１１ｃには、回転方向ＲＤ３に向けたトルクが加えられる。駆動部３２ｃは、リンク２２ｂの他端に対して上方に力Ｆ４を加える。リンク２２ｂを介して、リンク２２ａの他端には、水平方向に向けた力Ｆ３が加えられる。力Ｆ３によって、リンク２２ａに対して、回転方向ＲＤ４にトルクＴ４が発生する。リンク２２ａに発生したトルクＴ４は、回転軸１ｃ及び伝達部材３２ｅを介して、回転軸１１ｃに伝達される。
第２リンク１２の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによって、回転軸１１ｃには、回転方向ＲＤ３に向けたトルクが加えられる。駆動部３２ｃは、リンク２２ｂの他端に対して上方に力Ｆ４を加える。リンク２２ｂを介して、リンク２２ａの他端には、水平方向に向けた力Ｆ３が加えられる。力Ｆ３によって、リンク２２ａに対して、回転方向ＲＤ４にトルクＴ４が発生する。リンク２２ａに発生したトルクＴ４は、回転軸１ｃ及び伝達部材３２ｅを介して、回転軸１１ｃに伝達される。
【0064】
回転方向ＲＤ４は、回転方向ＲＤ３と反対方向である。このため、第２リンク１２の重さ及びエンドエフェクタ４０の重さによるトルクＴ３の少なくとも一部は、駆動部３２ｃの動作に起因するトルクＴ４によって補償される。また、駆動部３２ｃの動作により、第２リンク１２を回転させることも可能である。
【0065】
第４変形例によれば、第１リンク１１に発生するトルクだけでなく、第２リンク１２に発生するトルクも補償できる。これにより、第２リンク１２の回転に必要な出力をより小さくでき、リンク機構１４０の安全性を高めることができる。
【0066】
（第５変形例）
図１２は、第１実施形態の第５変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図１２に示したリンク機構１５０は、平行リンク１０をさらに備える点で、リンク機構１００と異なる。平行リンク１０は、第１リンク１１と平行に延びている。
図１２は、第１実施形態の第５変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図１２に示したリンク機構１５０は、平行リンク１０をさらに備える点で、リンク機構１００と異なる。平行リンク１０は、第１リンク１１と平行に延びている。
【0067】
平行リンク１０は、回転軸１ｄを介して基部１に連結される。回転軸１ｄの軸方向は、回転軸１ａの軸方向に平行である。平行リンク１０は、基部１に対して、回転軸１ｄの軸方向まわりに回転可能である。また、平行リンク１０は、第１リンク１１と同期して回転可能である。
【0068】
エンドエフェクタ４０は、平行リンク１０の連結部１０ａ及び第１リンク１１の連結部１１ａに回転可能に連結される。図示した例では、回転軸１ｄ及び連結部１０ａは、平行リンク１０の両端にそれぞれ位置する。エンドエフェクタ４０は、ガイド４０ａ及び荷台４０ｂを含む。ガイド４０ａは、Ｙ方向に沿って延びている。荷台４０ｂは、ガイド４０ａに沿ってＹ方向に摺動可能である。荷台４０ｂの上には、物体を載置可能である。
【0069】
平行リンク１０及び第１リンク１１には、平行リンク１０、第１リンク１１、及びエンドエフェクタ４０の重さｍ１によるトルクＴ１が発生する。第１リンク１１には、リンク機構１００と同様に、第１サブリンク２１を介して第１補償部３１が取り付けられる。第１補償部３１によって第１リンク１１に発生するトルクＴ２が、トルクＴ１の少なくとも一部を補償する。
【0070】
リンク機構１５０のように、第１リンク１１と平行な別のリンクが設けられる場合でも、第１補償部３１を設けることで、第１リンク１１に発生するトルクを補償できる。また、トルクＴ１の補償に必要な第２部分２１ｂへの力Ｆ２は、以下の数式１１によって表される。数式１１において、長さＬ１、長さＬ２、角度θなどの定義は、図４に示す例と同じである。
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （１１）
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （１１）
【0071】
重り３１ａによる重さＭ１が以下の数式１２を満たす場合、重さｍ１よるトルクＴ１が完全に補償される。このため、重さＭ１は数式１２を満たすことが好ましい。
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （１２）
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （１２）
【0072】
（第６変形例）
図１３及び図１４は、第１実施形態の第６変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図１３に示した第６変形例に係るリンク機構１６０は、リンク機構１００と比べて、中間リンク２０をさらに備える。中間リンク２０は、第１リンク１１と第１サブリンク２１との間に連結される。
図１３及び図１４は、第１実施形態の第６変形例に係るリンク機構を示す側面図である。
図１３に示した第６変形例に係るリンク機構１６０は、リンク機構１００と比べて、中間リンク２０をさらに備える。中間リンク２０は、第１リンク１１と第１サブリンク２１との間に連結される。
【0073】
中間リンク２０は、基部１に対して回転可能に、回転軸１ｅに連結される。回転軸１ｅの軸方向は、回転軸１ａの軸方向と平行である。また、回転軸１ｅは、基部１に対してＺ方向に摺動可能である。中間リンク２０の両端は、それぞれ、第１リンク１１の回転軸１１ｂ及び第１サブリンク２１の第１部分２１ａに回転可能に連結される。回転軸１ｅは、回転軸１１ｂと第１部分２１ａとの間に位置する。
【0074】
図１４に示すように、回転軸１ａから連結部１１ａまでの長さを「Ｌ１」とする。回転軸１ａから回転軸１１ｂまでの長さ、第１サブリンク２１の長さを「Ｌ２」とする。中間リンク２０の長さを２Ｌ２とする。回転軸１ｅは、回転軸１１ｂと第１部分２１ａとの間の中心に位置する。連結部１１ａに加わる重さを「ｍ１」とする。第１リンク１１、中間リンク２０、及び第１サブリンク２１のそれぞれの水平面に対する角度を「θ」とする。この場合、重り３１ａによる第２部分２１ｂへの力Ｆ２が、以下の数式１３を満たす場合、連結部１１ａに加わる力ｍ１ｇが、完全に補償される。
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／４Ｌ２ （１３）
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／４Ｌ２ （１３）
【0075】
数式１３を数式８と比較すると、力ｍ１ｇの完全な補償に必要な力Ｆ２が、半分になっていることが分かる。第６変形例によれば、中間リンク２０を設け、回転軸１ａから重り３１ａまでのリンクの長さを増やすことで、完全な補償に必要な力Ｆ２を小さくできる。例えば、重り３１ａを小さくできる。又は、長さＬ２を短くし、リンク機構１６０をより小型化できる。
【0076】
（第２実施形態）
図１５は、第２実施形態に係るリンク機構を示す側面図である。
第２実施形態に係るリンク機構２００は、基部１と、第１リンク１１と、第１サブリンク２１（第１部材）と、第１補償部３１と、エンドエフェクタ４０と、を備える。
図１５は、第２実施形態に係るリンク機構を示す側面図である。
第２実施形態に係るリンク機構２００は、基部１と、第１リンク１１と、第１サブリンク２１（第１部材）と、第１補償部３１と、エンドエフェクタ４０と、を備える。
【0077】
第１リンク１１は、回転軸１ａを介して基部１に連結される。リンク機構２００では、回転軸１ａは、第１リンク１１の一端に位置する。エンドエフェクタ４０は、第１リンク１１他端の連結部１１ａに取り付けられる。第１サブリンク２１は、第１リンク１１の一部及び回転軸１ａよりも上方に位置する。第１サブリンク２１の第１部分２１ａは、回転軸１１ｂを介して第１リンク１１に連結される。回転軸１１ｂは、回転軸１ａと連結部１１ａとの間に位置する。
【0078】
第１補償部３１は、重り３１ａ及びガイド３１ｂを含む。ガイド３１ｂは、プーリ３１ｂ１及びベルト３１ｂ２を含む。第２部分２１ｂは、連結部材２１ｃを介して、ベルト３１ｂ２に固定されている。重り３１ａも、ベルト３１ｂ２に固定される。第２部分２１ｂと重り３１ａは、プーリ３１ｂ１に対して互いに反対側に位置する。重り３１ａによりベルト３１ｂ２の一部が下方に引っ張られると、ベルト３１ｂ２に加えられた力は、プーリ３１ｂ１を介して、第２部分２１ｂを上方に向けて引っ張る。
【0079】
駆動部５１は、一対のプーリ３１ｂ１の一方を回転させる。プーリ３１ｂ１の回転に応じて、ベルト３１ｂ２がＺ方向に動く。第２部分２１ｂがベルト３１ｂ２の動きに応じて、Ｚ方向に移動する。第２部分２１ｂがＺ方向に移動すると、第１サブリンク２１が回転しながら、第１部分２１ａ及び回転軸１１ｂも移動する。回転軸１１ｂの移動に応じて、第１リンク１１が回転する。
【0080】
リンク機構２００においても、第２サブリンク２２の少なくとも一部のＹ方向における位置は、第１リンク１１の一部のＹ方向における位置と同じである。例えば、第１部分２１ａのＹ方向における位置Ｐ４は、第１リンク１１の連結部１１ａのＹ方向における位置Ｐ５と、回転軸１ａのＹ方向における位置Ｐ６と、の間にある。このため、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、リンク機構２００を小型化できる。
【0081】
図１６は、第２実施形態に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
図１６に示すように、回転軸１ａから連結部１１ａまでの長さを「Ｌ１」とする。回転軸１ａから回転軸１１ｂまでの長さ、及び第１サブリンク２１の長さを「Ｌ２」とする。連結部１１ａに加わる重さを「ｍ１」とする。ｍ１は、エンドエフェクタ４０の重さを含む。第１リンク１１の水平面に対する角度及び第１サブリンク２１の水平面に対する角度を「θ」とする。
図１６に示すように、回転軸１ａから連結部１１ａまでの長さを「Ｌ１」とする。回転軸１ａから回転軸１１ｂまでの長さ、及び第１サブリンク２１の長さを「Ｌ２」とする。連結部１１ａに加わる重さを「ｍ１」とする。ｍ１は、エンドエフェクタ４０の重さを含む。第１リンク１１の水平面に対する角度及び第１サブリンク２１の水平面に対する角度を「θ」とする。
【0082】
この場合、重さｍ１よって第１リンク１１に発生するトルクＴ１は、前述の数式１で表される。
Ｔ１＝ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ （１）
Ｔ１＝ｍ１ｇＬ１ｃｏｓθ （１）
【0083】
重り３１ａによって第２部分２１ｂに加わる力Ｆ２と、回転軸１１ｂに加わる力Ｆ１と、の関係は、前述の数式３で表される。
Ｆ１＝２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ） （３）
Ｆ１＝２Ｆ２（ｃｏｓθ／ｓｉｎθ） （３）
【0084】
力Ｆ１による第１リンク１１へのトルクＴ２は、前述の数式４で表される。
Ｔ２＝Ｆ１Ｌ２／ｓｉｎθ （４）
Ｔ２＝Ｆ１Ｌ２／ｓｉｎθ （４）
【0085】
前述の数式８及び９が満たされる場合、トルクＴ１とトルクＴ２が等しくなり、重さｍ１によるトルクが完全に補償される。
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （８）
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （９）
Ｆ２＝ｍ１ｇＬ１／２Ｌ２ （８）
Ｍ１＝ｍ１Ｌ１／２Ｌ２ （９）
【0086】
第２実施形態に係るリンク機構２００によれば、第１実施形態に係るリンク機構１００と同様に、第１リンク１１の重さ及び４０の重さによるトルクを補償できる。
【0087】
また、第２実施形態によれば、基部１に対してエンドエフェクタ４０と反対側への第１リンク１１及び第１サブリンク２１の突き出し量を小さくできる。例えば図１５に示すように、基部１に対して、エンドエフェクタ４０と反対側へ、いずれのリンクも突き出ていない構成を実現することも可能である。第２実施形態によれば、第１実施形態と比べて、基部１に対してエンドエフェクタ４０と反対側の空間における安全性を、より高めることができる。
【0088】
（第１変形例）
図１７は、第２実施形態の第１変形例に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
図１７に示した第１変形例に係るリンク機構２１０は、第１補償部３１の構造について、リンク機構２００と差異を有する。リンク機構２１０における第１補償部３１は、ガイド３１ｂに代えて、ガイド３１ｅ、プーリ３１ｆ、及びロープ３１ｇを含む。
図１７は、第２実施形態の第１変形例に係るリンク機構の一部を示す側面図である。
図１７に示した第１変形例に係るリンク機構２１０は、第１補償部３１の構造について、リンク機構２００と差異を有する。リンク機構２１０における第１補償部３１は、ガイド３１ｂに代えて、ガイド３１ｅ、プーリ３１ｆ、及びロープ３１ｇを含む。
【0089】
ガイド３１ｅは、Ｚ方向に延びる一対のバー３１ｅ１と、摺動部材３１ｅ２と、を含む。バー３１ｅ１は、Ｙ方向において互いに離れている。摺動部材３１ｅ２は、第２部分２１ｂに取り付けられ、バー３１ｅ１同士の間をＺ方向に摺動可能である。ガイド３１ｅにより、第２部分２１ｂの移動がＺ方向にガイドされる。
【0090】
プーリ３１ｆは、第２部分２１ｂ及び重り３１ａよりも上方に位置する。ロープ３１ｇは、プーリ３１ｆに掛けられている。重り３１ａは、ロープ３１ｇの一端に取り付けられる。第２部分２１ｂは、ロープ３１ｇの他端に取り付けられる。重り３１ａによりロープ３１ｇが下方に引っ張られると、第２部分２１ｂには上方に向けた力が加えられる。
【0091】
駆動部５１は、プーリ３１ｆを回転させる。又は、駆動部５１は、回転軸１ａを回転させても良い。駆動部５１によるプーリ３１ｆ又は回転軸１ａの回転により、第１リンク１１が回転する。
【0092】
第１変形例に係るリンク機構２００によれば、リンク機構２００と同様に、第１リンク１１の重さ及び４０の重さによるトルクを補償できる。また、前述の数式８及び９が満たされる場合、重さｍ１によるトルクが完全に補償される。
【0093】
以上で説明した各実施形態は、適宜組み合わせ可能である。例えば、リンク機構１２０～１６０、２００、又は２１０は、リンク機構１１０のように旋回可能であっても良い。リンク機構２００又は２１０の第１補償部３１が、リンク機構１３０のように、駆動部３１ｃ又は弾性部材３１ｄを含んでも良い。
【0094】
（実施例）
図１８及び図１９は、実施例を示す側面図である。
上述した各実施形態に係るリンク機構は、図１８に示すように、踏切の遮断器３００に適用できる。図１８に示す例では、リンク機構１００が用いられている。第１リンク１１は、踏切内への進入を妨げる遮断棒として用いられている。
図１８及び図１９は、実施例を示す側面図である。
上述した各実施形態に係るリンク機構は、図１８に示すように、踏切の遮断器３００に適用できる。図１８に示す例では、リンク機構１００が用いられている。第１リンク１１は、踏切内への進入を妨げる遮断棒として用いられている。
【0095】
一般に遮断棒は長く、第１リンク１１が水平に倒された場合に、第１リンク１１の重さにより大きなトルクが発生する。各実施形態に係るリンク機構であれば、第１リンク１１に発生する大きなトルクを効果的に補償できる。例えば、第１リンク１１の重さにより発生するトルクを、第１リンク１１の角度に依らず完全に補償できる。
【0096】
屈曲可能な遮断棒を備える遮断器には、リンク機構１４０がより好適である。リンク機構１４０であれば、互いに異なる角度で傾斜するそれぞれの遮断棒のトルクを、第１補償部３１及び第２補償部３２により補償できる。
【0097】
各実施形態に係るリンク機構は、図１９に示すように、産業用のロボット３１０に適用できる。図１９に示す例では、垂直多関節ロボットにリンク機構１１０が用いられている。リンク機構１１０は、第１リンク１１に加えて、第２リンク１２及び第３リンク１３をさらに備える。第１リンク１１～第３リンク１３は、マニピュレータとして機能する。エンドエフェクタ４０は、物体を把持可能な把持機構を備える。
【0098】
各実施形態に係るリンク機構によれば、図３に示すリンク機構１００ｒに比べて、旋回時の慣性力を低減できる。このため、各実施形態に係るリンク機構は、旋回可能なロボットに好適である。
【0099】
図１９に示すリンク機構１１０は、リンク機構１４０のように、第２リンク１２で発生するトルクを補償するための第２補償部３２をさらに備えても良い。第３リンク１３で発生するトルクを補償するためのさらに別の補償部を備えても良い。
【0100】
ロボット３１０に実施形態を適用する場合、第１実施形態がより好ましい。第１実施形態に係るリンク機構では、主に、基部１の下側に第１補償部３１を設けるスペースが必要となる。第２実施形態に係るリンク機構では、主に、基部１の上側に第１補償部３１を設けるスペースが必要となる。ロボット３１０については、一般的に、基部１の上側にスペースを設けるよりも、基部１の下側にスペースを設ける方が容易である。
【0101】
エンドエフェクタ４０は、図１９に示す例に限らない。エンドエフェクタ４０は、多肢機構による把持以外に、吸着又はジャミングにより物体を把持可能であっても良い。エンドエフェクタ４０は、把持のほか、溶接、検査、塗装、加工（切削、研磨等）、又は樹脂成型などを実行可能であっても良い。
【0102】
本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
（構成１）
基部と、
前記基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられた第１リンクと、
前記第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含み、前記第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能であり、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面と交差する第３方向における少なくとも一部の位置が、前記第３方向における前記第１リンクの一部の位置と同じである、第１部材と、
前記第２部分に連結され、前記第２部分に対して前記第２方向に力を加えることで、前記第１部材に前記第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える第１補償部と、
を備えたリンク機構。
（構成２）
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記基部の前記第３方向における位置と同じである、構成１記載のリンク機構。
（構成３）
前記第１リンクと連結された第２リンクをさらに備えた、構成１又は２に記載のリンク機構。
（構成４）
前記第１リンクと前記第２リンクとを連結し、前記第２リンクの回転に応じて回転する第１回転軸と、
前記基部に対して回転可能な第２回転軸と、
前記第２回転軸の回転を前記第１回転軸に伝達させる伝達部材と、
前記第２リンクの回転時に、前記第２リンクの回転方向と反対方向のトルクを前記第２回転軸に加える第２補償部と、
をさらに備えた、構成３記載のリンク機構。
（構成５）
前記基部に対して前記第２回転軸で回転可能な第２部材をさらに備え、
前記第２回転軸は、前記第２部材の回転に応じて回転し、
前記第２補償部は、前記第２部材の一部に対して前記第２方向に力を加える、構成４記載のリンク機構。
（構成６）
前記第１リンクに取り付けられたエンドエフェクタをさらに備えた、構成１又は２に記載のリンク機構。
（構成７）
前記第１補償部は、前記第１リンクよりも重い重量物を含む、構成１～６のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成８）
前記第１補償部は、アクチュエータを含む、構成１～７のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成９）
前記第１補償部は、前記第２部分に連結された弾性部材を含み、
前記弾性部材は、前記第２部分に対して前記第２方向に弾性力を加える、構成１～８のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１０）
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、構成１～９のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１１）
前記第１部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、構成１～９のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１２）
前記基部は、前記第２方向まわりに前記第１リンクを回転可能である、構成１～１１のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１３）
構成１～１２のいずれか１つに記載のリンク機構と、
マニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが前記第１リンクを含むロボット。
（構成１）
基部と、
前記基部に対して、鉛直方向と交差する第１方向まわりに回転可能に取り付けられた第１リンクと、
前記第１リンクに回転可能に連結された第１部分と、水平面と交差する第２方向に沿って可動な第２部分と、を含み、前記第１リンクの回転方向と反対の方向に回転可能であり、前記第１方向及び前記第２方向に平行な面と交差する第３方向における少なくとも一部の位置が、前記第３方向における前記第１リンクの一部の位置と同じである、第１部材と、
前記第２部分に連結され、前記第２部分に対して前記第２方向に力を加えることで、前記第１部材に前記第１リンクの回転方向と反対方向のトルクを加える第１補償部と、
を備えたリンク機構。
（構成２）
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記基部の前記第３方向における位置と同じである、構成１記載のリンク機構。
（構成３）
前記第１リンクと連結された第２リンクをさらに備えた、構成１又は２に記載のリンク機構。
（構成４）
前記第１リンクと前記第２リンクとを連結し、前記第２リンクの回転に応じて回転する第１回転軸と、
前記基部に対して回転可能な第２回転軸と、
前記第２回転軸の回転を前記第１回転軸に伝達させる伝達部材と、
前記第２リンクの回転時に、前記第２リンクの回転方向と反対方向のトルクを前記第２回転軸に加える第２補償部と、
をさらに備えた、構成３記載のリンク機構。
（構成５）
前記基部に対して前記第２回転軸で回転可能な第２部材をさらに備え、
前記第２回転軸は、前記第２部材の回転に応じて回転し、
前記第２補償部は、前記第２部材の一部に対して前記第２方向に力を加える、構成４記載のリンク機構。
（構成６）
前記第１リンクに取り付けられたエンドエフェクタをさらに備えた、構成１又は２に記載のリンク機構。
（構成７）
前記第１補償部は、前記第１リンクよりも重い重量物を含む、構成１～６のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成８）
前記第１補償部は、アクチュエータを含む、構成１～７のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成９）
前記第１補償部は、前記第２部分に連結された弾性部材を含み、
前記弾性部材は、前記第２部分に対して前記第２方向に弾性力を加える、構成１～８のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１０）
前記第２部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、構成１～９のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１１）
前記第１部分の前記第３方向における位置は、前記第１リンクの一端の前記第３方向における位置と、前記第１リンクの他端の前記第３方向における位置と、の間にある、構成１～９のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１２）
前記基部は、前記第２方向まわりに前記第１リンクを回転可能である、構成１～１１のいずれか１つに記載のリンク機構。
（構成１３）
構成１～１２のいずれか１つに記載のリンク機構と、
マニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが前記第１リンクを含むロボット。
【0103】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0104】
１：基部、 １ａ～１ｅ：回転軸、 １０：平行リンク、 １０ａ：連結部、 １１：第１リンク、 １１ａ：連結部、 １１ｂ，１１ｃ：回転軸、 １２：第２リンク、 １２ａ：連結部、 １３：第３リンク、 ２０：中間リンク、 ２１：第１サブリンク、 ２１ａ：第１部分、 ２１ｂ：第２部分、 ２１ｃ：連結部材、 ２２：第２サブリンク、 ２２ａ，２２ｂ：リンク、 ３０：カウンターウェイト、 ３１：第１補償部、 ３１ａ：重り、 ３１ｂ：ガイド、 ３１ｂ１：プーリ、 ３１ｂ２：ベルト、 ３１ｃ：駆動部、 ３１ｄ：弾性部材、 ３１ｅ：ガイド、 ３１ｅ１：バー、 ３１ｅ２：摺動部材、 ３１ｆ：プーリ、 ３１ｇ：ロープ、 ３２：第２補償部、 ３２ｂ：ガイド、 ３２ｂ１：プーリ、 ３２ｂ２：ベルト、 ３２ｃ：駆動部、 ３２ｄ：弾性部材、 ３２ｅ：伝達部材、 ４０：エンドエフェクタ、 ４０ａ：ガイド、 ４０ｂ：荷台、 ５０，５１：駆動部、 １００，１００ｒ，１１０～１６０，２００，２１０：リンク機構、 ３００：遮断器、 ３１０：ロボット
【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】