特開2024-34841パラレルリンク機構、リンク作動装置およびその位置決め方法
(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】P2024034841
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】パラレルリンク機構、リンク作動装置およびその位置決め方法
(51)【国際特許分類】
F16H 21/54 20060101AFI20240306BHJP
B25J 9/06 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
F16H21/54
B25J9/06 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022139358
(22)【出願日】2022-09-01
(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】100154771
【弁理士】
【氏名又は名称】中田 健一
(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）】
3C707BS24
3C707HT12
3C707HT20
3J062AA21
3J062AA38
3J062AA60
3J062AB21
3J062AB28
3J062AC07
3J062AC10
3J062BA01
3J062BA11
3J062BA14
3J062BA22
3J062CB04
3J062CB28
3J062CB33
(57)【要約】
【課題】原点位置決め作業を自動化することができるパラレルリンク機構、リンク作動装置およびその位置決め方法を提供する。
【解決手段】パラレルリンク機構９は、先端側のリンクハブ１３と基端側のリンクハブ１２とが棒状部材Ｒｄにより互いに動作可能に連結される。基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転可能に連結される。棒状部材Ｒｄの回転運動を棒状部材Ｒｄに沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構１が設けられ、且つ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３を定められた位置に位置決めする位置決め部材２，２が並進部分に設けられる。各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転駆動源Ｒｓが基端側のリンクハブ１２に設けられている。
【選択図】図３
【解決手段】パラレルリンク機構９は、先端側のリンクハブ１３と基端側のリンクハブ１２とが棒状部材Ｒｄにより互いに動作可能に連結される。基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転可能に連結される。棒状部材Ｒｄの回転運動を棒状部材Ｒｄに沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構１が設けられ、且つ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３を定められた位置に位置決めする位置決め部材２，２が並進部分に設けられる。各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転駆動源Ｒｓが基端側のリンクハブ１２に設けられている。
【選択図】図３
【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が２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であって、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられ、
前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源が前記基端側のリンクハブに設けられているパラレルリンク機構。
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられ、
前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源が前記基端側のリンクハブに設けら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、前記変換機構は、前記棒状部材の外周に設けられたねじ部と、このねじ部に螺合され前記棒状部材の回転により並進運動するナット部である前記並進部分とを有する送りねじ機構であるパラレルリンク機構。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のパラレルリンク機構において、前記変換機構は、前記並進部分の回転止めを行う回転止め部材を有するパラレルリンク機構。
【請求項4】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構における前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータを備えたリンク作動装置。
【請求項5】
基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であり、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられたパラレルリンク機構と、
前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置における原点姿勢を位置決めする位置決め方法であって、
前記姿勢制御用アクチュエータにより前記先端側のリンクハブの姿勢を制御してリンク作動装置を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、
前記棒状部材を回転駆動させる回転過程と、
前記棒状部材の回転により前記並進部分を並進させ、前記位置決め部材により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を定められた位置に拘束する拘束過程と、を有するリンク作動装置の位置決め方法。
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられたパラレルリンク機構と、
前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置における原点姿勢を位置決めする位置決め方法であって、
前記姿勢制御用アクチュエータにより前記先端側のリンクハブの姿勢を制御してリンク作動装置を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、
前記棒状部材を回転駆動させる回転過程と、
前記棒状部材の回転により前記並進部分を並進させ、前記位置決め部材により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を定められた位置に拘束する拘束過程と、を有するリンク作動装置の位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、医療機器または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、リンク作動装置およびその位置決め方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パラレルリンク機構を備えたリンク作動装置が提案されている（特許文献１）。この図２０に示すリンク作動装置５０は精密且つ高速な位置決めができることが利点である。リンク作動装置５０は、先端側のリンクハブ５１の位置等を検出するためにエンコーダ等のセンサー類を備えており、初期位置の設定のために原点位置決めをリンク作動装置５０の立ち上げ時に行う。前記原点位置とは、原則として、折れ角θが０度で且つ旋回角φが０度のリンク作動装置５０の姿勢（原点姿勢）である。折れ角θは、基端側のリンクハブ５２の中心軸ＱＡに対する先端側のリンクハブ５１の中心軸ＱＢの傾斜角度であり、旋回角φは、基端側のリンクハブ５２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ５１の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度である。
【0003】
図２１に示すように、リンク作動装置５０を精度よく位置決めするためには、定期的に原点位置決めを行うとよい。リンク作動装置５０の原点位置決め作業を行う場合、パラレルリンク機構の特に先端側および基端側のリンクハブ５１，５２を原点位置決め部材５３によって物理的に原点姿勢に固定する必要がある。
【0004】
但し、パラレルリンク機構の動作中に原点位置決め部材５３が動作を阻害しないように、原点位置決め時以外はパラレルリンク機構から原点位置決め部材５３を抜去する。この原点位置決め部材５３の挿通、抜去は手動で行う。特に、先端側のリンクハブ５１と基端側のリンクハブ５２の位置を固定するため、原点位置決め部材５３は先端側のリンクハブ５１を貫通し基端側のリンクハブ５２まで挿通されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３－９６５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
リンク作動装置５０の原点位置決めは、手動で、パラレルリンク機構に原点位置決め部材５３を挿通しなければならない。前提としてリンク作動装置５０の原点位置決め作業は必須である。
しかし、原点位置決め作業を行うとき一時的にリンク作動装置５０の動作範囲に作業者が入る必要がある。また原点位置決め部材５３を挿通および抜去する作業、パラレルリンク機構の動作中に原点位置決め部材５３を干渉しない場所に退避させる作業等は自動化できない作業であった。その他、リンク作動装置の構成によっては原点位置決め作業を容易に実施できない場合がある。例えば、先端側のリンクハブ５１にエンドエフェクタを取り付けたとき、原点位置決め部材５３が挿通できない構成の場合、原点位置決め作業を行う度にエンドエフェクタを取り外して先端側のリンクハブ５１に原点位置決め部材５３を挿通させる必要がある。
しかし、原点位置決め作業を行うとき一時的にリンク作動装置５０の動作範囲に作業者が入る必要がある。また原点位置決め部材５３を挿通および抜去する作業、パラレルリンク機構の動作中に原点位置決め部材５３を干渉しない場所に退避させる作業等は自動化できない作業であった。その他、リンク作動装置の構成によっては原点位置決め作業を容易に実施できない場合がある。例えば、先端側のリンクハブ５１にエンドエフェクタを取り付けたとき、原点位置決め部材５３が挿通できない構成の場合、原点位置決め作業を行う度にエンドエフェクタを取り外して先端側のリンクハブ５１に原点位置決め部材５３を挿通させる必要がある。
【0007】
本発明の目的は、原点位置決め作業を自動化することができるパラレルリンク機構、リンク作動装置およびその位置決め方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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が２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であって、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられ、
前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源が前記基端側のリンクハブに設けられている。
前記定められた位置は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられ、
前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源が前記基端側のリンクハブに設けられている。
前記定められた位置は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
【0009】
この構成によると、基端側および先端側のリンクハブに対して、棒状部材および各連結部が回転可能に連結され、棒状部材の回転運動を並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられている。原点位置決め作業を行うとき、回転駆動源により各連結部と共に棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させることで並進部分が棒状部材に沿って並進する。これにより並進部分に設けられた位置決め部材が、対応するリンクハブに近接する方向に並進する。最終的に位置決め部材が基端側および先端側のリンクハブを位置決めすることで原点位置決め作業の自動化を図れる。その後、回転駆動源を前記回転方向とは逆向きに回転駆動させることで、位置決め部材を、対応するリンクハブに対して離隔つまり退避させ、これによりパラレルリンク機構を任意の姿勢に動作させることが可能となる。
【0010】
前記変換機構は、前記棒状部材の外周に設けられたねじ部と、このねじ部に螺合され前記棒状部材の回転により並進運動するナット部である前記並進部分とを有する送りねじ機構であってもよい。この場合、並進部分を棒状部材の長手方向中間付近に設けることができるため、リンク作動装置の構成によらず位置決め部材を、対応するリンクハブに対して近接・離隔することができる。例えば、先端側のリンクハブにエンドエフェクタを取り付けた場合等においても、エンドエフェクタに干渉することなく位置決め部材を自由に並進させることができる。したがって、適用可能なリンク作動装置の汎用性を高めることができる。
【0011】
前記変換機構は、前記並進部分の回転止めを行う回転止め部材を有してもよい。この場合、棒状部材の回転に伴って並進部分が回転することを防止し、位置決め部材を精度よく位置決めすることが可能となる。前記回転止め部材の固定部は、例えば、１個の中央リンク部材に連結される。
【0012】
本発明のリンク作動装置は、本発明のいずれかのパラレルリンク機構における前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータを備えている。そのため、本発明のパラレルリンク機構につき前述した各効果が得られる。前記姿勢制御用アクチュエータを備えたため、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を確定することができる。したがって、姿勢制御用アクチュエータによりパラレルリンク機構を原点姿勢に近い姿勢に制御した後、回転駆動源により棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させることで、円滑に原点位置決め作業を行うことが可能となる。
【0013】
本発明のリンク作動装置の位置決め方法は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが２組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構が、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する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構であり、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられたパラレルリンク機構と、
前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置における原点姿勢を位置決めする位置決め方法であって、
前記姿勢制御用アクチュエータにより前記先端側のリンクハブの姿勢を制御してリンク作動装置を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、
前記棒状部材を回転駆動させる回転過程と、
前記棒状部材の回転により前記並進部分を並進させ、前記位置決め部材により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を定められた位置に拘束する拘束過程と、を有する。
前記定められた位置は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられ、且つ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を定められた位置に位置決めする位置決め部材が前記並進部分に設けられたパラレルリンク機構と、
前記２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置における原点姿勢を位置決めする位置決め方法であって、
前記姿勢制御用アクチュエータにより前記先端側のリンクハブの姿勢を制御してリンク作動装置を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、
前記棒状部材を回転駆動させる回転過程と、
前記棒状部材の回転により前記並進部分を並進させ、前記位置決め部材により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を定められた位置に拘束する拘束過程と、を有する。
前記定められた位置は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
【0014】
前記準備過程において、姿勢制御用アクチュエータにより先端側のリンクハブの姿勢を制御してリンク作動装置を原点姿勢に近い姿勢に設定する。次に回転過程にて、棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させる。その後、拘束過程において、棒状部材の回転により並進部分を棒状部材に沿って並進させ、これにより並進部分に設けられた位置決め部材を、対応するリンクハブに近接する方向に並進させる。最終的に位置決め部材が基端側および先端側のリンクハブを位置決めすることで原点位置決め作業の自動化を図れる。
【発明の効果】
【0015】
本発明のパラレルリンク機構によると、原点位置決め作業を行うとき、回転駆動源により各連結部と共に棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させることで並進部分が棒状部材に沿って並進する。これにより並進部分に設けられた位置決め部材が、対応するリンクハブに近接する方向に並進する。最終的に位置決め部材が基端側および先端側のリンクハブを位置決めすることで原点位置決め作業の自動化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１の実施形態に係るリンク作動装置の斜視図である。
【図2】同リンク作動装置の正面図である。
【図3】同リンク作動装置の非拘束時の縦断面図である。
【図4】同リンク作動装置の平面図である。
【図5】同リンク作動装置の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6】同パラレルリンク機構の変換機構の斜視図である。
【図7】同リンク作動装置の拘束時の斜視図である。
【図8A】同リンク作動装置の拘束時の正面図である。
【図8B】同リンク作動装置の拘束時の側面図である。
【図9】同リンク作動装置の拘束時の縦断面図である。
【図10】同パラレルリンク機構の変換機構を部分的に変更した形態の斜視図である。
【図11】本発明の第２の実施形態に係るリンク作動装置の斜視図である。
【図12A】同リンク作動装置の正面図である。
【図12B】同リンク作動装置の側面図である。
【図13】同リンク作動装置の非拘束時の縦断面図である。
【図14】同リンク作動装置の平面図である。
【図15A】同リンク作動装置のパラレルリンク機構の変換機構の斜視図である。
【図15B】同変換機構を別の方向から見た斜視図である。
【図16】同リンク作動装置の拘束時の斜視図である。
【図17A】同リンク作動装置の拘束時の正面図である。
【図17B】同リンク作動装置の拘束時の側面図である。
【図18】同リンク作動装置の拘束時の縦断面図である。
【図19A】同パラレルリンク機構の拘束時の変換機構の斜視図である。
【図19B】同変換機構を部分的に変更した形態の斜視図である。
【図20】従来例のリンク作動装置のリンク機構本体の斜視図である。
【図21】同リンク作動装置の原点位置決め作業を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係るパラレルリンク機構およびこのパラレルリンク機構を備えたリンク作動装置を図１ないし図９と共に説明する。以下の説明は、リンク作動装置の位置決め方法についての説明も含む。
＜リンク作動装置の概略構造＞
図１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の姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータ１０と、制御装置Ｃｕとを備える。リンク作動装置７は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。リンク作動装置７は、後述する先端側のリンクハブ１３に取り付けられたエンドエフェクタ（図示せず）を、図示外のワークに対し位置決めして作業を行う。制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０および後述する回転駆動源Ｒｓに電気的に接続され、これら姿勢制御用アクチュエータ１０および回転駆動源Ｒｓは、制御装置Ｃｕにより同期制御される。
本発明の実施形態に係るパラレルリンク機構およびこのパラレルリンク機構を備えたリンク作動装置を図１ないし図９と共に説明する。以下の説明は、リンク作動装置の位置決め方法についての説明も含む。
＜リンク作動装置の概略構造＞
図１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の姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータ１０と、制御装置Ｃｕとを備える。リンク作動装置７は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。リンク作動装置７は、後述する先端側のリンクハブ１３に取り付けられたエンドエフェクタ（図示せず）を、図示外のワークに対し位置決めして作業を行う。制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０および後述する回転駆動源Ｒｓに電気的に接続され、これら姿勢制御用アクチュエータ１０および回転駆動源Ｒｓは、制御装置Ｃｕにより同期制御される。
【0018】
＜パラレルリンク機構＞
図２に示すように、パラレルリンク機構９は、後述する変換機構１、位置決め部材２、および回転駆動源Ｒｓを備える。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。リンク機構１４の組数は２組であってもよく４組以上であってもよい。パラレルリンク機構９は市場において独立して取引可能に構成されている。
図２に示すように、パラレルリンク機構９は、後述する変換機構１、位置決め部材２、および回転駆動源Ｒｓを備える。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。リンク機構１４の組数は２組であってもよく４組以上であってもよい。パラレルリンク機構９は市場において独立して取引可能に構成されている。
【0019】
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を有し、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側の端部リンク部材１５は、この基端側の端部リンク部材１５の一端が第１の回転軸２２ａ回りに回転可能に基端側のリンクハブ１２に連結されている。先端側の端部リンク部材１６は、この先端側の端部リンク部材１６の一端が第２の回転軸２２ｂ回りに回転可能に先端側のリンクハブ１３に連結されている。
【0020】
中央リンク部材１７は、この中央リンク部材１７の一端において第３の回転軸２２ｃ回りに回転可能に基端側の端部リンク部材１５の他端に連結されている。これと共に、中央リンク部材１７は、この中央リンク部材１７の他端において第４の回転軸２２ｄ回りに回転可能に先端側の端部リンク部材１６の他端に連結されている。
【0021】
第１の回転軸２２ａは、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との各回転対偶部Ｔ１（図５）の中心軸回りの回転軸である。第２の回転軸２２ｂは、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の回転対偶部Ｔ２（図５）の中心軸回りの回転軸である。第３の回転軸２２ｃは、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との各回転対偶部Ｔ３（図５）の中心軸回りの回転軸である。第４の回転軸２２ｄは、先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７との各回転対偶部Ｔ４（図５）の中心軸回りの回転軸である。
【0022】
パラレルリンク機構９は、２つの球面リンク機構９ａ，９ｂを組み合わせた構造である。基端側の第１の球面リンク機構９ａにおいて、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）と、第１の回転軸２２ａおよび第３の回転軸２２ｃの各中心軸は、基端側の球面リンク中心ＰＡ（図５）において交わっている。先端側の第２の球面リンク機構９ｂにおいて、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ（図５）と、第２の回転軸２２ｂおよび第４の回転軸２２ｄの各中心軸は、先端側の球面リンク中心ＰＢ（図５）において交わっている。
【0023】
３組のリンク機構１４は、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１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２と、これら回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材１７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。なお各回転対偶部Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ２を、以下の説明において「各回転対偶部Ｔ１等」と言う場合がある。図５は、１組のリンク機構１４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構９は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。実施の形態１及び２では中心線Cに対して鏡面対称になる位置構成になっている。
【0024】
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軸周りに回転自在な２自由度機構が構成されている。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としている。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１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。
【0025】
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を、折れ角θという。この折れ角θの最大値を最大折れ角θｍａｘという。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φを０°～３６０°の範囲に設定できる。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。
【0026】
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２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し、図５は、中心軸ＱＡに対して中心軸ＱＢが或る作動角（折れ角）をとった状態を示す。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は変化しない。
【0027】
図４に示す３組のリンク機構１４は、円周方向に１２０度間隔を空けた円周等配に配置されているが、必ずしも円周等配である必要はない。図１に示す基端側のリンクハブ１２は、例えば平面視で六角形状の基端支持部材１２ａと、基端支持部材１２ａの上部に固定された基端部材本体１２ｂとを有する。基端部材本体１２ｂは、基端支持部材１２ａに同心に配置された六角筒形状でその中央部に、後述する連結部３を回転自在に支持する円形の孔が形成されている。基端部材本体１２ｂの平面視における孔の中心は、基端側の球面リンク中心ＰＡ（図５）に一致する。基端支持部材１２ａの外周部には、軸方向一方に突出する３個のフランジ１２ａａが円周等配で基端支持部材１２ａと一体に配置されている。
【0028】
各回転対偶部Ｔ１（図５）等に、回転対偶部の回転抵抗低減手段として図示外の軸受がそれぞれ設けられている。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Ｔ１（図５）においては、各フランジ１２ａａに前記軸受等を介して、第１の回転軸２２ａが回転自在に連結されている。第１の回転軸２２ａに、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結され、これら第１の回転軸２２ａと基端側の端部リンク部材１５とが一体に回転する。
【0029】
図４に示すように、先端側のリンクハブ１３は、基端部材本体１２ｂ（図１）と同様の六角筒形状でその中央部に、後述する連結部４を回転自在に支持する円形の孔１３ａが形成されている。先端側のリンクハブ１３の平面視における孔１３ａの中心は、先端側の球面リンク中心ＰＢに一致する。先端側のリンクハブ１３の外周面には、径方向外方に突出する３個の第２の回転軸２２ｂが円周等配で支持されている。各第２の回転軸２２ｂの軸心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する。第２の回転軸２２ｂに、先端側の端部リンク部材１６の一端が回転自在に連結されている。図２のように、先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された第４の回転軸２２ｄが連結されている。
【0030】
＜棒状部材および連結部＞
図３は、図４のIII-III線断面図である。図３に示すように、先端側のリンクハブ１３と基端側のリンクハブ１２とは、棒状部材Ｒｄにより互いに動作可能に連結されている。棒状部材Ｒｄは、少なくとも基端側の第１の球面リンク機構９ａにおける球面リンク中心ＰＡ（図５）と、先端側の第２の球面リンク機構９ｂにおける球面リンク中心ＰＢ（図５）とを通過する部材である。棒状部材Ｒｄと基端側および先端側のリンクハブ１２，１３とをそれぞれ連結する基端側および先端側の連結部３，４が設けられている。基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転可能に連結されている。換言すれば、棒状部材Ｒｄ、基端側および先端側の連結部３，４は、リンクハブ１２，１３に対し独立して回転可能である。以下の説明において、棒状部材Ｒｄ、基端側および先端側の連結部３，４を、「棒状部材等」という場合がある。
図３は、図４のIII-III線断面図である。図３に示すように、先端側のリンクハブ１３と基端側のリンクハブ１２とは、棒状部材Ｒｄにより互いに動作可能に連結されている。棒状部材Ｒｄは、少なくとも基端側の第１の球面リンク機構９ａにおける球面リンク中心ＰＡ（図５）と、先端側の第２の球面リンク機構９ｂにおける球面リンク中心ＰＢ（図５）とを通過する部材である。棒状部材Ｒｄと基端側および先端側のリンクハブ１２，１３とをそれぞれ連結する基端側および先端側の連結部３，４が設けられている。基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転可能に連結されている。換言すれば、棒状部材Ｒｄ、基端側および先端側の連結部３，４は、リンクハブ１２，１３に対し独立して回転可能である。以下の説明において、棒状部材Ｒｄ、基端側および先端側の連結部３，４を、「棒状部材等」という場合がある。
【0031】
棒状部材Ｒｄは、軸部材５ａと、この軸部材５ａの長手方向中間部に嵌合固定される円筒部材５ｂとを有する。軸部材５ａの長手方向一端部が基端側のリンクハブ１２に連結され、軸部材５ａの長手方向他端部が先端側のリンクハブ１３に連結されている。
【0032】
図１に示すように、基端側および先端側の連結部３，４としては、それぞれボールを備えたツェッパ形等速ジョイント等の等速ジョイントが適用されている。等速ジョイントが適用される各連結部３，４は、図３に示す内外輪ＩＲ，ＯＲと、内外輪ＩＲ，ＯＲ間に介在する複数のボールＢｄ（図４）と、これらボールＢｄ（図４）を保持する図示外の保持器とを備える。基端部材本体１２ｂ（図１）の孔に、図示外のすべり軸受等を介して、基端側の連結部３の外輪ＯＲが回転自在に支持されている。前記基端側の連結部３の内輪ＩＲは、基端側のリンクハブ１２に対して、図５に示す基端側の球面リンク中心ＰＡを起点に折れ角θ、旋回角φをそれぞれ角度変位可能で図３に示す棒状部材Ｒｄの中心軸回りの３自由度に回転する。
【0033】
図４のように、先端側のリンクハブ１３の孔１３ａに、図示外のすべり軸受等を介して、先端側の連結部４の外輪ＯＲが回転自在に支持されている。前記先端側の連結部４の内輪ＩＲは、先端側のリンクハブ１３に対して、先端側の球面リンク中心ＰＢを起点に、基端側同様、３自由度に回転する。なお図３の連結部３，４は、等速ジョイントに限定されるものではなく、例えば、カルダンジョイント等のユニバーサルジョイント等の連結構造を適用し得る。
【0034】
＜変換機構、位置決め部材等について＞
図６に示すように、変換機構１は、棒状部材Ｒｄの回転運動をこの棒状部材Ｒｄの長手方向に沿った２つの円環状の並進部分２３，２３の並進運動に変換する、回転‐並進変換機構である。変換機構１は、棒状部材Ｒｄの長手方向中間付近に配置される。並進部分２３，２３には、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３（図３）を定められた位置に位置決めする位置決め部材２，２が設けられている。変換機構１は、ねじ部２５ａ，２５ｂ、および、ナット部である並進部分２３，２３を有する送りねじ機構Ｆｓと、各並進部分２３の回転止めを行う回転止め部材２６とを有する。
図６に示すように、変換機構１は、棒状部材Ｒｄの回転運動をこの棒状部材Ｒｄの長手方向に沿った２つの円環状の並進部分２３，２３の並進運動に変換する、回転‐並進変換機構である。変換機構１は、棒状部材Ｒｄの長手方向中間付近に配置される。並進部分２３，２３には、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３（図３）を定められた位置に位置決めする位置決め部材２，２が設けられている。変換機構１は、ねじ部２５ａ，２５ｂ、および、ナット部である並進部分２３，２３を有する送りねじ機構Ｆｓと、各並進部分２３の回転止めを行う回転止め部材２６とを有する。
【0035】
ねじ部２５ａ，２５ｂは、図３に示す棒状部材Ｒｄにおける円筒部材５ｂの外周に設けられている。図６のねじ部２５ａ，２５ｂは、この例では台形ねじが適用されているが、滑りねじまたはボールねじを適用することも可能である。ねじ部２５ａ，２５ｂは、ねじの巻き方向を長手方向中間部を境に先端側と基端側とで逆方向に設定し、これら基端側および先端側のねじ部２５ａ，２５ｂを同一ピッチに設定している。並進部分２３，２３は基端側および先端側のねじ部２５ａ，２５ｂに螺合され棒状部材Ｒｄの回転により並進運動する。よって、棒状部材２５ａ，２５ｂの回転に対して２つの並進部分２３，２３は逆方向に等しい距離を併進する。
【0036】
各位置決め部材２は、各並進部分２３の外周面から放射状に複数（この例では６本）突出し、且つ対応するリンクハブ側に向けて屈曲して所定距離延びる熊手状の挿通部２ａを備える。図１に示すように、基端部材本体１２ｂ、先端側のリンクハブ１３には、対応する位置決め部材２（図６）の挿通部２ａ（図６）を挿入・離脱可能な複数（この例では６箇所）の位置決め用孔ｈａが円周等配に形成されている。なお位置決め用孔ｈａは６箇所でなくてもよいが、リンク機構１４（図２）の組数に合わせてバランスのとれた数および配置がよい。位置決め用孔ｈａの数は、例えば、３、６または４箇所が望ましい。
【0037】
図６に示すように、回転止め部材２６は、１つの中央リンク部材１７に一体化されリンク中央側に向けて突出する回転止め支持部２６ａと、この回転止め支持部２６ａの先端部分から基端側および先端側にそれぞれ延びるガイド部２６ｂ，２６ｂとを有する。回転止め支持部２６ａの先端部には、棒状部材Ｒｄを回転可能に支持する支持孔が形成されている。回転止め支持部２６ａの基端部が中央リンク部材１７に固定され一体化されている。基端側および先端側のガイド部２６ｂ，２６ｂには、対応する位置決め部材２における複数の挿通部２ａのうち、いずれか１つの挿通部２ａを併進方向に沿って案内する長孔形状のガイド孔２６ｂａが形成されている。
【0038】
したがって、棒状部材Ｒｄの一方向の回転により２つの並進部分２３，２３が逆方向に並進し、位置決め部材２の各挿通部２ａが、図７のように、基端部材本体１２ｂ、先端側のリンクハブ１３の位置決め用孔ｈａにそれぞれ挿入することで、図８Ａのように、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３を定められた位置に同時に拘束する。この状態において棒状部材Ｒｄを他方向に回転することで、位置決め部材２の各挿通部２ａが位置決め用孔ｈａから離脱し得る。
【0039】
＜回転駆動源＞
図３に示すように、基端側のリンクハブ１２には、各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転駆動源Ｒｓが設けられている。この回転駆動源Ｒｓは、基端側のリンクハブ１２の中心軸回りに、棒状部材Ｒｄの基端側の連結部３を回転させる原点位置決め用の駆動源である。回転駆動源Ｒｓは、制御装置Ｃｕ（図１）により制御可能に構成されている。回転駆動源Ｒｓは、例えば、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータ等であり、回転駆動源Ｒｓの駆動本体が基端支持部材１２ａの下部に固定されている。回転駆動源Ｒｓの回転出力部は、基端側のリンクハブ１２の中心軸と同軸に配置されると共に、前記連結部３の外輪ＯＲに連結されている。よって、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結される。
図３に示すように、基端側のリンクハブ１２には、各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転駆動源Ｒｓが設けられている。この回転駆動源Ｒｓは、基端側のリンクハブ１２の中心軸回りに、棒状部材Ｒｄの基端側の連結部３を回転させる原点位置決め用の駆動源である。回転駆動源Ｒｓは、制御装置Ｃｕ（図１）により制御可能に構成されている。回転駆動源Ｒｓは、例えば、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータ等であり、回転駆動源Ｒｓの駆動本体が基端支持部材１２ａの下部に固定されている。回転駆動源Ｒｓの回転出力部は、基端側のリンクハブ１２の中心軸と同軸に配置されると共に、前記連結部３の外輪ＯＲに連結されている。よって、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材Ｒｄおよび各連結部３，４が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結される。
【0040】
＜姿勢制御用アクチュエータ＞
図４に示すように、リンク作動装置７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を備える。姿勢制御用アクチュエータ１０は、図１に示す制御装置Ｃｕにより制御可能である。各姿勢制御用アクチュエータ１０は、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータであり、基端支持部材１２ａのフランジ１２ａａに第１の回転軸２２ａと同軸上に設置されている。図４に示す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、図１に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の姿勢を確定することができる。
図４に示すように、リンク作動装置７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を備える。姿勢制御用アクチュエータ１０は、図１に示す制御装置Ｃｕにより制御可能である。各姿勢制御用アクチュエータ１０は、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータであり、基端支持部材１２ａのフランジ１２ａａに第１の回転軸２２ａと同軸上に設置されている。図４に示す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、図１に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の姿勢を確定することができる。
【0041】
リンク作動装置７は、各姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動することで、パラレルリンク機構９が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動すると、その回転が前記減速機構を介して減速して第１の回転軸２２ａに伝達される。それにより基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が任意に変更される。先端側のリンクハブ１３には、図示外のエンドエフェクタが取り付けられている。前記エンドエフェクタは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、画像処理機器等が挙げられる。
【0042】
＜制御系について＞
図１に示す制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０および回転駆動源Ｒｓをそれぞれ制御する。制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０を制御することで、リンク作動装置７の折れ角θ（図５）および旋回角φ（図５）を制御する。さらに制御装置Ｃｕは、回転駆動源Ｒｓを制御することで、前記折れ角θ＝０度、旋回角φ＝０度となる原点位置決め作業を行う。制御装置Ｃｕは、例えば、姿勢制御用アクチュエータ１０の動作量等を原点位置としてメモリＭｒに書き換え可能に記録する。
図１に示す制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０および回転駆動源Ｒｓをそれぞれ制御する。制御装置Ｃｕは、姿勢制御用アクチュエータ１０を制御することで、リンク作動装置７の折れ角θ（図５）および旋回角φ（図５）を制御する。さらに制御装置Ｃｕは、回転駆動源Ｒｓを制御することで、前記折れ角θ＝０度、旋回角φ＝０度となる原点位置決め作業を行う。制御装置Ｃｕは、例えば、姿勢制御用アクチュエータ１０の動作量等を原点位置としてメモリＭｒに書き換え可能に記録する。
【0043】
＜原点位置決めの手順＞
リンク作動装置７における原点姿勢を位置決めする位置決め方法は、姿勢制御用アクチュエータ１０により先端側のリンクハブ１３の姿勢を制御してリンク作動装置７を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、図３に示す棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転過程と、棒状部材Ｒｄの回転により図２に示す並進部分２３，２３を並進させ、位置決め部材２，２により基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３を定められた位置に拘束する拘束過程と、予圧付与過程と、原点位置設定過程と、を有する。各過程は前記制御装置Ｃｕ（図１）により実行される。
リンク作動装置７における原点姿勢を位置決めする位置決め方法は、姿勢制御用アクチュエータ１０により先端側のリンクハブ１３の姿勢を制御してリンク作動装置７を原点姿勢に近い姿勢に設定する準備過程と、図３に示す棒状部材Ｒｄを回転駆動させる回転過程と、棒状部材Ｒｄの回転により図２に示す並進部分２３，２３を並進させ、位置決め部材２，２により基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３を定められた位置に拘束する拘束過程と、予圧付与過程と、原点位置設定過程と、を有する。各過程は前記制御装置Ｃｕ（図１）により実行される。
【0044】
具体的には、次の手順（１）～（６）に従えば、リンク作動装置７が稼働できる状態から自動で原点位置決め作業を行える。前記「稼働できる状態」とは、各位置決め部材２の挿通部２ａ（図６）が、対応するリンクハブ１２，１３の位置決め用孔ｈａ（図１）に挿入されておらず、姿勢制御用アクチュエータ１０によりリンク作動装置７が姿勢を変更でき、回転駆動源Ｒｓにより棒状部材等が回転できる状態を指す。
【0045】
（１）図３のように、姿勢制御用アクチュエータ１０によりリンク作動装置７が原点姿勢に近い姿勢をとる（準備過程）。
（２）回転駆動源Ｒｓにより棒状部材等が回転する（回転過程）。
（３）棒状部材等の回転運動が変換機構１によって図２の並進部分２３，２３の並進運動に変換され、図８Ａおよび図８Ｂのように、位置決め部材２，２が、パラレルリンク機構９の中央部から基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に向かって並進する（拘束過程）。
（４）図９のように、各位置決め部材２の挿通部２ａが、対応するリンクハブ１２，１３の位置決め用孔ｈａに挿入され、図７のようにリンク作動装置７の姿勢が拘束される（拘束過程）。
（２）回転駆動源Ｒｓにより棒状部材等が回転する（回転過程）。
（３）棒状部材等の回転運動が変換機構１によって図２の並進部分２３，２３の並進運動に変換され、図８Ａおよび図８Ｂのように、位置決め部材２，２が、パラレルリンク機構９の中央部から基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に向かって並進する（拘束過程）。
（４）図９のように、各位置決め部材２の挿通部２ａが、対応するリンクハブ１２，１３の位置決め用孔ｈａに挿入され、図７のようにリンク作動装置７の姿勢が拘束される（拘束過程）。
【0046】
（５）前記姿勢を拘束した状態でパラレルリンク機構９にトルクを加えることでリンク作動装置７に予圧を付与する（予圧付与過程）。この予圧付与過程では、例えば、姿勢制御用アクチュエータ１０により、前記姿勢にあるリンク作動装置７に対して、各回転対偶部Ｔ１（図５）等および機構部等に生じるガタを片側方向に寄せようとする力である予圧を付与する。
（６）リンク作動装置７に前記予圧が付与された状態で、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６、中央リンク部材１７の位置関係、姿勢制御用アクチュエータ１０の動作量、および加わったトルクの少なくともいずれか１つを出力し、原点位置として記録する（原点位置設定過程）。
その後（４）→（３）→（２）→（１）の順にリンク作動装置７を動作させ、図１のようにリンク作動装置７の姿勢の拘束を解く。
（６）リンク作動装置７に前記予圧が付与された状態で、基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６、中央リンク部材１７の位置関係、姿勢制御用アクチュエータ１０の動作量、および加わったトルクの少なくともいずれか１つを出力し、原点位置として記録する（原点位置設定過程）。
その後（４）→（３）→（２）→（１）の順にリンク作動装置７を動作させ、図１のようにリンク作動装置７の姿勢の拘束を解く。
【0047】
＜作用効果＞
以上説明したパラレルリンク機構９によると、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材等が回転可能に連結され、図６のように棒状部材Ｒｄの回転運動を併進部分２３，２３の並進運動を変換する変換機構１が設けられている。原点位置決め作業を行うとき、図３の回転駆動源Ｒｓにより各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを所定の回転方向に回転駆動させることで図６の並進部分２３，２３が棒状部材Ｒｄに沿って並進する。これにより並進部分２３，２３に設けられた位置決め部材２，２が、対応するリンクハブに近接する方向に並進する。最終的に位置決め部材２，２が図３に示す基端側および先端側のリンクハブ１２，１３を位置決めすることで原点位置決め作業の自動化を図れる。その後、回転駆動源Ｒｓを前記回転方向とは逆向きに回転駆動させることで、位置決め部材２，２を、対応するリンクハブ１２，１３に対して離隔つまり退避させ、これによりパラレルリンク機構９を任意の姿勢に動作させることが可能となる。
以上説明したパラレルリンク機構９によると、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３に対して、棒状部材等が回転可能に連結され、図６のように棒状部材Ｒｄの回転運動を併進部分２３，２３の並進運動を変換する変換機構１が設けられている。原点位置決め作業を行うとき、図３の回転駆動源Ｒｓにより各連結部３，４と共に棒状部材Ｒｄを所定の回転方向に回転駆動させることで図６の並進部分２３，２３が棒状部材Ｒｄに沿って並進する。これにより並進部分２３，２３に設けられた位置決め部材２，２が、対応するリンクハブに近接する方向に並進する。最終的に位置決め部材２，２が図３に示す基端側および先端側のリンクハブ１２，１３を位置決めすることで原点位置決め作業の自動化を図れる。その後、回転駆動源Ｒｓを前記回転方向とは逆向きに回転駆動させることで、位置決め部材２，２を、対応するリンクハブ１２，１３に対して離隔つまり退避させ、これによりパラレルリンク機構９を任意の姿勢に動作させることが可能となる。
【0048】
図６に示す変換機構１は、棒状部材Ｒｄの外周に設けられたねじ部２５ａ，２５ｂと、このねじ部２５ａ，２５ｂに螺合され棒状部材Ｒｄの回転により並進運動するナット部である並進部分２３，２３と、を有する送りねじ機構Ｆｓである。この場合、並進部分２３，２３を棒状部材Ｒｄの長手方向中間付近に設けることができるため、図３のように、リンク作動装置７の構成によらず位置決め部材２，２を、対応するリンクハブ１２，１３に対して近接・離隔することができる。例えば、先端側のリンクハブ１３にエンドエフェクタを取り付けた場合等においても、エンドエフェクタに干渉することなく位置決め部材２，２を自由に並進させることができる。したがって、適用可能なリンク作動装置７の汎用性を高めることができる。
【0049】
図６のように変換機構１は、並進部分２３，２３の回転止めを行う回転止め部材２６を有する。このため、棒状部材Ｒｄの回転に伴って並進部分２３，２３が回転することを防止し、位置決め部材２，２を精度よく位置決めすることが可能となる。
【0050】
図１の制御装置Ｃｕは、リンク作動装置７に予圧が付与された状態で、例えば、姿勢制御用アクチュエータ１０の動作量等を出力し、原点位置としてメモリＭｒに記録する。このため、制御装置Ｃｕは、記録された原点位置に基づいて定期的に原点位置決めを行うことで、リンク作動装置７のガタの影響を排除して各姿勢制御用アクチュエータ１０を制御することができるようになる。したがって、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変形精度を高めることができる。
【0051】
［変更形態］
前記パラレルリンク機構９により、図２に示す基端側の球面リンク機構９ａと先端側の球面リンク機構９ｂは鏡面対称に理論上保たれる。したがって、原点を位置決めするのは、先端側の球面リンク機構９ｂ、基端側の球面リンク機構９ａのいずれか一方でもよい。この場合、並進部分２３および位置決め部材２をそれぞれ１つに低減することができるため、全体構造が簡単化し製造コストの低減を図れる。
前記パラレルリンク機構９により、図２に示す基端側の球面リンク機構９ａと先端側の球面リンク機構９ｂは鏡面対称に理論上保たれる。したがって、原点を位置決めするのは、先端側の球面リンク機構９ｂ、基端側の球面リンク機構９ａのいずれか一方でもよい。この場合、並進部分２３および位置決め部材２をそれぞれ１つに低減することができるため、全体構造が簡単化し製造コストの低減を図れる。
【0052】
基端側の球面リンク機構９ａに負荷がかかることが多いため、例えば、図１０のように、原点を位置決めする位置決め部材２を先端側にのみ配置してもよい。この場合、図示しないが、棒状部材Ｒｄのうち基端側の部分を先端側の部分よりも大径に設計することも可能である。これにより基端側の球面リンク機構９ａ（図３参照）の剛性を高め、位置決め精度の向上を図れる。
【0053】
ねじ部２５ａ，２５ｂ、位置決め部材２の挿通部２ａ、位置決め用孔ｈａ（図９）、回転止め部材２６のガイド部２６ｂおよび支持孔等の摺動部の少なくともいずれか１つに摩擦低減部材を設けてもよい。摩擦低減部材としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等公知の表面処理部材を適用し得る。摺動部に摩擦低減部材を使用すると、摺動部の摩耗が低減し寿命が延びるうえ、ガタが減り位置精度の向上を図れる。
図９に示す棒状部材Ｒｄおよび連結部３，４は中空になっていてもよい。この場合、棒状部材Ｒｄおよび連結部３，４の内部に、エンドエフェクタのケーブルを通すことができる。
図９に示す棒状部材Ｒｄおよび連結部３，４は中空になっていてもよい。この場合、棒状部材Ｒｄおよび連結部３，４の内部に、エンドエフェクタのケーブルを通すことができる。
【0054】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。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。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各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。
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。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。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各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。
【0055】
［第２の実施形態：図１１～図１９Ａ］
図１１に示すように、位置決め部材は、各円環状の並進部分２３の軸方向外側端面に設けられた円板状のパッド２Ａであってもよい。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、このパッド２Ａは、対応するリンクハブ側に向かうに従って径方向外方に拡径するテーパ形状の金属製である。図１３は、図１４のXIII-XIII線断面図である。図１３のように、パッド２Ａは、対応するリンクハブに対向する平坦面２Ａａが最大となるように形成されている。
図１１に示すように、位置決め部材は、各円環状の並進部分２３の軸方向外側端面に設けられた円板状のパッド２Ａであってもよい。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、このパッド２Ａは、対応するリンクハブ側に向かうに従って径方向外方に拡径するテーパ形状の金属製である。図１３は、図１４のXIII-XIII線断面図である。図１３のように、パッド２Ａは、対応するリンクハブに対向する平坦面２Ａａが最大となるように形成されている。
【0056】
図１５Ａおよび図１５Ｂのように、パッド２Ａの前記平坦面２Ａａは、棒状部材Ｒｄの中心軸に対して垂直な平面となるように形成されている。回転止め部材２６における基端側および先端側のガイド部２６ｂ，２６ｂは、棒状部材Ｒｄの中心軸に平行で所定距離延びるロッドから成る。各パッド２Ａの円周方向の一部には、前記ロッドに案内される貫通孔状のガイド孔２Ａｂが形成されている。パッド２Ａは、摩擦材等から成る金属製であってもよい。
【0057】
この構成によると、図１６のように各並進部分２３を並進させ、図１７Ａおよび図１７Ｂのように、位置決め部材であるパッド２Ａの平坦面２Ａａを対応するリンクハブ１２，１３に押し当てることで、図１８のようにパラレルリンク機構９を原点姿勢に拘束する。この場合、第１の実施形態のような位置決め部材とリンクハブ間の挿通がないため、姿勢制御用アクチュエータ１０の位置合わせが原点位置からずれていても、パッド２Ａの押圧力により原点位置にパラレルリンク機構９を矯正し、拘束することができる。したがって原点位置決め作業の自動化を図れる。その他第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。図１９Ａに示す回転止め部材２６の前記ロッドは、棒状部材Ｒｄの中心軸に対して傾いていてもよい。
【0058】
［変更形態］
図１２Ａのパラレルリンク機構９により、基端側の球面リンク機構９ａと先端側の球面リンク機構９ｂは鏡面対称に理論上保たれる。したがって、図１９Ｂに示すように、位置決め部材であるパッド２Ａを先端側にのみ配置してもよい。その他、図示しないが、パッド２Ａを基端側にのみ配置してもよい。これらの場合、並進部分２３および位置決め部材をそれぞれ１つに低減することができるため、全体構造が簡単化し製造コストの低減を図れる。
図１２Ａのパラレルリンク機構９により、基端側の球面リンク機構９ａと先端側の球面リンク機構９ｂは鏡面対称に理論上保たれる。したがって、図１９Ｂに示すように、位置決め部材であるパッド２Ａを先端側にのみ配置してもよい。その他、図示しないが、パッド２Ａを基端側にのみ配置してもよい。これらの場合、並進部分２３および位置決め部材をそれぞれ１つに低減することができるため、全体構造が簡単化し製造コストの低減を図れる。
【0059】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0060】
１…変換機構、２…位置決め部材、２Ａ…パッド（位置決め部材）、３，４…連結部、７…リンク作動装置、９…パラレルリンク機構、９ａ，９ｂ…球面リンク機構、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、２３…並進部分、２５ａ，２５ｂ…ねじ部、２６…回転止め部材、Ｆｓ…送りねじ機構、Ｒｄ…棒状部材、Ｒｓ…回転駆動源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21】