特許 7542446 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(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 20060101AFI20240823BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

F16H21/54

B25J11/00 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021002701

(22)【出願日】2021-01-12

(65)【公開番号】P2022107968

(43)【公開日】2022-07-25

【審査請求日】2023-12-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松澤 英樹

(72)【発明者】

【氏名】野瀬 賢蔵

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１９１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－４００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３３０８３７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ２１／５４

Ｂ２５Ｊ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基端側の基端リンクハブと、
先端側の先端リンクハブと、
前記基端リンクハブと前記先端リンクハブとを連結する少なくとも３つのリンク機構とを備え、
前記少なくとも３つのリンク機構の各々は、
前記基端リンクハブから延びる直動体と、
前記直動体に対して回転可能に連結された回転部材と、
前記先端リンクハブに対して回転可能に連結された端部リンク部材と、
前記端部リンク部材および前記回転部材の各々に対して回転可能に連結された中央リンク部材とを含み、
前記少なくとも３つのリンク機構において、
前記直動体は、前記基端リンクハブの主表面に対して交差する第１方向に移動可能であり、
前記先端リンクハブと前記端部リンク部材との第１回転対偶部の少なくとも３つの第１中心軸および、前記端部リンク部材と前記中央リンク部材との第２回転対偶部の少なくとも３つの第２中心軸は、先端リンクハブ中心点で交わり、
前記中央リンク部材と前記回転部材との第３回転対偶部の少なくとも３つの第３中心軸が前記主表面に対して同一の角度を有するように配置される第１状態において、前記第３回転対偶部の少なくとも３つの前記第３中心軸が基端リンクハブ中心点で交わり、
前記回転部材と前記直動体との第４回転対偶部の少なくとも３つの第４中心軸が、前記第３回転対偶部の少なくとも３つの前記第３中心軸の前記基端リンクハブ中心点に向かうベクトル、および前記直動体の移動可能な前記第１方向に沿う直動軸の各々に直交し、
少なくとも３つの前記直動軸の各々から等しい距離にあり前記直動軸に平行に延びる基端リンクハブ中心軸上に前記基端リンクハブ中心点が配置され、
少なくとも３つの前記直動軸の各々から等しい距離にあり前記直動軸に平行に延びる先端リンクハブ中心軸上に前記先端リンクハブ中心点が配置される、パラレルリンク機構。

【請求項2】

前記第１～第３回転対偶部に転がり軸受を備える、請求項１に記載の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の前記直動体の外部に取り付けられた直動伝達機構をさらに備えるリンク作動装置であり、
前記直動伝達機構は姿勢制御用駆動源である、リンク作動装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載のパラレルリンク機構の前記直動体に取り付けられた直動伝達機構をさらに備えるリンク作動装置であり、
前記直動伝達機構は前記直動体に含まれる、リンク作動装置。

【請求項5】

前記リンク機構および前記直動伝達機構を４つ備える、請求項３または４に記載のリンク作動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パラレルリンク機構およびリンク作動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、医療機器や産業機器などの各種装置に用いられるパラレルリンク機構が知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－９４２４５号公報

【文献】特許６２８９９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。このため、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。

【0005】

特許文献２のリンク作動装置は、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して連結した構成としている。特許文献２のリンク作動装置は、コンパクトでありながら、精密かつ広範な作動範囲の動作が可能である。

【0006】

しかし、特許文献２のリンク作動装置では、３組以上のリンク機構に設けた姿勢制御用の駆動源に対して、先端側のリンクハブが回転２自由度で動作する。そのため、姿勢が変化しても、基端側と先端側との球面リンク中心間の距離は変化しない。つまり特許文献２のリンク作動装置に対して、球面リンク中心間の距離が変化するよう伸縮する方向の自由度を加えるには、リンク作動装置の外側にその全体を伸縮させる機構を必要とする。このためこのようにすれば回転軸の数が過剰に増加してリンク作動装置の構成が複雑となり、リンク作動装置全体が大型になるといった課題があった。

【0007】

本開示は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、装置を複雑化および大型化させることなく、回転中心から一定の半径を有する球面上を先端部材が移動可能であるとともに、基端側と先端側との球面リンク中心間の距離を変更可能な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】

【0008】

本開示に従ったパラレルリンク機構は、基端側の基端リンクハブと、先端側の先端リンクハブと、基端リンクハブと先端リンクハブとを連結する少なくとも３つのリンク機構とを備えている。少なくとも３つのリンク機構の各々は、直動体と、回転部材と、端部リンク部材と、中央リンク部材とを含む。直動体は基端リンクハブから延びる。回転部材は直動体に対して回転可能に連結される。端部リンク部材は先端リンクハブに対して回転可能に連結される。中央リンク部材は端部リンク部材および回転部材の各々に対して回転可能に連結される。少なくとも３つのリンク機構において、直動体は、基端リンクハブの主表面に対して交差する第１方向に移動可能である。先端リンクハブと端部リンク部材との第１回転対偶部の少なくとも３つの第１中心軸および、端部リンク部材と中央リンク部材との第２回転対偶部の少なくとも３つの第２中心軸は、先端リンクハブ中心点で交わる。中央リンク部材と回転部材との第３回転対偶部の少なくとも３つの第３中心軸が主表面に対して同一の角度を有するように配置される第１状態において、第３回転対偶部の少なくとも３つの第３中心軸が基端リンクハブ中心点で交わる。回転部材と直動体との第４回転対偶部の少なくとも３つの第４中心軸が、第３回転対偶部の少なくとも３つの第３中心軸の基端リンクハブ中心点に向かうベクトル、および直動体の移動可能な第１方向に沿う直動軸の各々に直交する。少なくとも３つの直動軸の各々から等しい距離にあり直動軸に平行に延びる基端リンクハブ中心軸上に基端リンクハブ中心点が配置される。少なくとも３つの直動軸の各々から等しい距離にあり直動軸に平行に延びる先端リンクハブ中心軸上に先端リンクハブ中心点が配置される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、装置を複雑化および大型化させることなく、回転中心から一定の半径を有する球面上を先端部材が移動可能であるとともに、基端側と先端側との球面リンク中心間の距離を変更可能なパラレルリンク機構およびリンク作動装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。

【図2】実施の形態１に係るリンク作動装置のうち、１組のリンク機構に対応する構成を代表的に示した図である。

【図3】実施の形態１のパラレルリンク機構の先端側の端部リンク部材の１つを抽出して示した模式図である。

【図4】図２中の点線で囲まれた領域ＩＶの概略拡大図である。

【図5】図４で示す領域の概略拡大断面図である。

【図6】図４および図５に示される各軸の配置態様の一例を示す概略図である。

【図7】図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第１の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。

【図8】図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第２の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。

【図9】図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第３の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。

【図10】実施の形態１の直動体の構成を示す概略図である。

【図11】図２の先端リンクハブが基端リンクハブに対して傾斜する態様を示す概略図である。

【図12】実施の形態１のパラレルリンク機構の３つのリンク機構のうちの１つの一部を抽出して直線で表現した模式図である。

【図13】実施の形態２に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。

【図14】実施の形態３に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また説明の便宜上、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。

【0012】

（実施の形態１）
＜リンク作動装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。図１を参照して、本実施の形態に係るリンク作動装置５０は、パラレルリンク機構１と、パラレルリンク機構１の姿勢制御用の姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを備えている。パラレルリンク機構１は、Ｚ方向にたとえば伸縮するように移動（直動）可能な直動体５を備える。第１中心軸１６ａ～１６ｃおよび第２中心軸１７ａ～１７ｃは、先端側の球面リンク中心である先端リンクハブ中心点ＰＢで交わる。第３中心軸１８ａ～１８ｃがＸＹ平面となす角度が等しくなるように配置される第１状態にて、第３中心軸１８ａ～１８ｃが、基端側の球面リンク中心である基端リンクハブ中心点ＰＡで交わる。回転部材８と直動体５との第４中心軸が、第３中心軸１８ａ～１８ｃの基端リンクハブ中心点ＰＡに向かうベクトル、および直動体５の伸縮するように直動（移動）する方向すなわちＺ方向に沿う直動軸１９ａ～１９ｃの各々に直交する。直動軸１９ａ～１９ｃの各々から等しい距離にあり直動軸１９ａ～１９ｃに平行に延びる基端リンクハブ中心軸ＱＡ上に基端リンクハブ中心点ＰＡが配置される。直動軸１９ａ～１９ｃの各々から等しい距離にあり直動軸１９ａ～１９ｃに平行に延びる先端リンクハブ中心軸ＱＢ上に先端リンクハブ中心点ＰＢが配置される。以下、当該パラレルリンク機構１およびリンク作動装置５０について詳細に説明する。

【0013】

パラレルリンク機構１は、基端側の基端リンクハブ２に対し先端側の先端リンクハブ３を３組のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結したものである。なお、リンク機構４の数は、４組以上であっても良い。先端リンクハブ３には、図示されないエンドエフェクタが設置される。図１では３つのリンク機構４は周方向に１２０°ずつ空けて等間隔に設けられているが、このように３つのリンク機構４が周方向に等間隔に設けられなくてもよい。

【0014】

図２は、実施の形態１に係るリンク作動装置のうち、１組のリンク機構に対応する構成を代表的に示した図である。図２では一例として、姿勢制御用駆動源３５ａに繋がる直動体５に連結されたリンク機構４を抽出している。図２を参照して、各リンク機構４は、直動体５と、端部リンク部材６と、中央リンク部材７と、回転部材８とを含んでいる。これらにより、３つのリンク機構４のそれぞれは、４つの回転対偶部からなる４節連鎖となっている。

【0015】

直動体５は、基端リンクハブ２からＺ方向に沿って延びている。より具体的には、基端リンクハブ２は、その主要な面である主表面がたとえばＸＹ平面に沿うように配置可能な平板状の土台１０からなる部材である。基端リンクハブ２には、その平面視における中央の基端リンクハブ中心軸ＱＡを通る（中心とする）ようにエンドエフェクタを貫通させることが可能なたとえば円形の貫通孔が形成されていてもよい。また基端リンクハブ２は、中央の上記貫通孔のたとえば周囲に少なくとも３つの貫通孔ｈを有していてもよい。貫通孔ｈは基端リンクハブ２の主表面と、これに対向する反対側の主表面との間をＺ方向に沿って貫通している。図２においては貫通孔ｈを貫通可能となるように、直動体５が配置されている。このような構成であってもよい。ただし基端リンクハブ２は貫通孔ｈを有さず、たとえば直動体５が基端リンクハブ２の外周の外側に隣接する位置に、Ｚ方向に沿って延びるように配置されてもよい。

【0016】

端部リンク部材６は、一端が先端リンクハブ３に対して回転可能に連結されている。中央リンク部材７は、端部リンク部材６および回転部材８の各々に対して回転可能に連結されている。つまり中央リンク部材７の一端には端部リンク部材６の他端が回転自在に連結されている。中央リンク部材７の他端には回転部材８の一端が回転可能に連結されている。なお回転部材８の他端には直動体５の一端が、直動体５に対して回転部材８が回転可能となるように連結されている。このように以下では各部材の「一端」とは先端リンクハブ３側の端部を意味し、各部材の「他端」とは基端リンクハブ２側の端部を意味する。

【0017】

以上より、先端リンクハブ３と基端リンクハブ２との間では、先端リンクハブ３側（Ｚ方向の上側）から基端リンクハブ２側（Ｚ方向の下側）へ、端部リンク部材６、中央リンク部材７、回転部材８、直動体５の順に並ぶように各部材が連結されている。

【0018】

図１、図２に示すように、先端リンクハブ３は、平板状の先端部材２０と、先端部材２０に円周方向に等間隔に配置された３個の回転軸連結部材２１とで構成される。各回転軸連結部材２１は、軸心が先端リンクハブ中心軸ＱＢと交差する回転軸体２２が回転自在に連結されている。このリンクハブ３の回転軸体２２に、端部リンク部材６の一端が連結される。端部リンク部材６の他端には、中央リンク部材７の一端に回転自在に連結された回転軸体２５が連結される。また中央リンク部材７の他端には、回転部材８の一端に回転可能に連結された回転軸体１５が連結される。

【0019】

図１においては基端リンクハブ２の土台１０、および先端リンクハブ３の先端部材２０は八角形の平板形状であるがこれに限らず、たとえばこれらは六角形の平板形状であってもよい。

【0020】

回転部材８と中央リンク部材７との回転対偶の中心軸Ｏ２（Ａ）と、端部リンク部材６と中央リンク部材７との回転対偶の中心軸Ｏ２（Ｂ）とは、点Ａにおいて交差角γで交差する。

【0021】

図３は、実施の形態１のパラレルリンク機構の先端側の端部リンク部材の１つを抽出して示した模式図である。図３には、図１の姿勢のパラレルリンク機構の３つの端部リンク部材６のうちの１つ、およびこれに連結された回転軸体２２，２５が示されている。なお３つの端部リンク部材６のうち、図３では一例として、姿勢制御用駆動源３５ａに繋がる直動体５に連結された端部リンク部材６を抽出し示されている。

【0022】

図１および図３を参照して、端部リンク部材６は、Ｌ字形状を有する。端部リンク部材６は、１つの湾曲部材３０と、この湾曲部材３０の両端の外径側の側面と内径側の側面にそれぞれ固定された計４つの回転軸支持部材３１とで構成される。本実施例において、端部リンク部材６は、Ｌ字形状を有しているが必ずしもＬ字である必要はない。湾曲部材３０は、平面視にて湾曲するように延びるような外観態様を有する部材である。これにより端部リンク部材６の全体が湾曲するように延びている。一方、回転軸支持部材３１は直線状（板状）に延びる部材である。

【0023】

回転軸支持部材３１は、湾曲部材３０の一端と他端とに隣接する領域において、部分的に湾曲部材３０と重なっている。この重なった領域において、湾曲部材３０および回転軸支持部材３１の双方を一続きに、図３の外側から内側まで貫通するように、位置決めピン１１ｂが配置されている。湾曲部材３０および回転軸支持部材３１には図３の外側から内側まで貫通する貫通孔が形成され、当該貫通孔内に位置決めピン１１ｂが配置可能とされる。位置決めピン１１ｂは湾曲部材３０の一端と他端のそれぞれに隣接する領域に１対ずつ、湾曲部材３０の延びる方向に間隔をあけて配置されている。１対の位置決めピン１１ｂに挟まれた領域に、たとえば１対のボルト１１ａが配置されている。１対のボルト１１ａは、そのうち一方は頭部が図３の湾曲部材３０の外側を向き、他方は頭部が図３の湾曲部材３０の内側を向くように、言い換えればそれぞれの頭部が互いに反対側を向くように配置されることが好ましい。これら１対のボルト１１ａが全体として１対の位置決めピン１１ｂに挟まれた領域を貫通するように配置されている。なおそれぞれのボルト１１ａの頭部は１対の互いに対向する回転軸支持部材３１に挟まれた領域の外側に配置される。なお１対のボルト１１ａのそれぞれは湾曲部材３０および回転軸支持部材３１に形成され図３の外側から内側まで貫通する貫通孔内に配置可能とされる。位置決めピン１１ｂおよびボルト１１ａにより、湾曲部材３０の延びる方向の一方側および他方側に１対ずつの回転軸支持部材３１が固定される。こうして湾曲部材３０と合計４つの回転軸支持部材３１とが互いに固定された構成の図３の端部リンク部材６が形成されている。

【0024】

また１対の回転軸支持部材３１のそれぞれには上記貫通孔の他に、その延びる方向についての湾曲部材３０と重なる領域の外側に、他の貫通孔が形成されている。

【0025】

湾曲部材３０の延びる方向の一方の回転軸支持部材３１にある上記他の貫通孔と、これに連結される回転軸連結部材２１に形成される貫通孔とは、同心円状に並ぶように配置される。回転軸連結部材２１に形成される貫通孔には転がり軸受２６の外輪が嵌められている。また回転軸支持部材３１の上記他の貫通孔の内部および転がり軸受２６の内輪には回転軸体２２（の一部である小径部２２ｂ）が挿通されている。回転軸体２２は、大径部２２ａと、小径部２２ｂとにより構成されており、小径部２２ｂの雄ねじがナット２２ｃの雌ねじと嵌合する。これにより回転軸体２２は、先端リンクハブ３の回転軸連結部材２１と、端部リンク部材６の回転軸支持部材３１とを相対的に回転可能な状態で連結する。回転軸体２２と転がり軸受２６と、当該回転軸体２２および転がり軸受２６が挿入された回転軸連結部材２１と、上記他の貫通孔が形成された回転軸支持部材３１の部分とにより、第１回転対偶部Ｒ１が構成される。

【0026】

湾曲部材３０の延びる方向の他方の回転軸支持部材３１にある上記他の貫通孔と、これに連結される中央リンク部材７に形成される貫通孔とは、同心円状に並ぶように配置される。中央リンク部材７に形成される貫通孔には転がり軸受２７の外輪が嵌められている。また回転軸支持部材３１の上記他の貫通孔の内部および転がり軸受２７の内輪には回転軸体２５（の一部である小径部２５ｂ）が挿通されている。回転軸体２５は、大径部２５ａと、小径部２５ｂとにより構成されており、小径部２５ｂの雄ねじがナット２５ｃの雌ねじと嵌合する。これにより回転軸体２５は、中央リンク部材７と、端部リンク部材６の回転軸支持部材３１とを相対的に回転可能な状態で連結する。回転軸体２５と転がり軸受２７と、当該回転軸体２５および転がり軸受２７が挿入された中央リンク部材７と、上記他の貫通孔が形成された回転軸支持部材３１の部分とにより、第２回転対偶部Ｒ２が構成される。

【0027】

なお回転軸支持部材３１と回転軸連結部材２１との間、および回転軸支持部材３１と中央リンク部材７との間には、スペーサＳが配置されてもよい。

【0028】

図４は、図２中の点線で囲まれた領域ＩＶの概略拡大図である。図５は、図４で示す領域の概略拡大断面図である。図４および図５を参照して、回転部材８は、湾曲部材３０および中央リンク部材７と同様の連結用の部材である。ただし回転部材８は、中央リンク部材７よりも、その延びる方向に沿う長さが短いことが好ましい。言い換えれば、回転部材８は、端部リンク部材６の一部（または中央リンク部材７の一部）と同様であるとみなされる。これにより回転部材８の占有するスペースを小さくできる。

【0029】

回転部材８の一端に隣接する領域には、その延びる方向に交差するように貫通孔が形成されている。また中央リンク部材７の他端に隣接する領域にも、回転部材８の上記貫通孔と同じ方向に沿って延びる貫通孔が形成されている。ただし中央リンク部材７の貫通孔は回転部材８の貫通孔よりも外径が大きい。中央リンク部材７に形成される貫通孔には転がり軸受２８の外輪が嵌められている。また回転部材８の上記貫通孔の内部および転がり軸受２８の内輪には回転軸体１５（の一部である小径部１５ｂ）が挿通されている。回転軸体１５は、大径部１５ａと、小径部１５ｂとにより構成されており、小径部１５ｂの雄ねじがナット１５ｃの雌ねじと嵌合する。これにより回転軸体１５は、中央リンク部材７と、回転部材８とを相対的に回転可能な状態で連結する。回転軸体１５と転がり軸受２８と、これらが挿入された貫通孔と、これらを貫通する貫通孔が形成された中央リンク部材７および回転部材８の部分とにより、第３回転対偶部Ｒ３が構成される。

【0030】

回転部材８の他端に隣接する領域には他の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、回転部材８の一端に隣接する領域の上記貫通孔に交差するように形成されている。また直動体５（特に後述する最も断面の径が小さい直動体部５１）の一端に隣接する領域にも、回転部材８の他端の上記貫通孔と同じ方向に沿って延びる貫通孔が形成されている。これら２つの貫通孔の内部には１つの回転軸体１２が挿通されている。回転軸体１２はその外壁が各貫通孔の内壁に対向しながら滑るように配置されている。これにより回転軸体１２は、回転部材８を直動体５に対して相対的に回転可能な状態で連結する。たとえば回転部材８を回転させ、回転軸体１５のＺ方向に対する傾斜角度を変更できる。ただし回転部材８の貫通孔には他の回転対偶部と同様に転がり軸受が挿入され、当該転がり軸受により回転部材８が直動体５に対して回転可能であってもよい。また回転部材８の貫通孔には滑り軸受が設けられ、当該滑り軸受により回転部材８が直動体５に対して回転可能であってもよい。

【0031】

回転軸体１２とこれが挿入された貫通孔と、当該貫通孔が形成された直動体５の部分および回転部材８とにより、第４回転対偶部Ｒ４が構成される。以上のように、３つのリンク機構４のそれぞれは、４つの回転対偶部（第１回転対偶部Ｒ１、第２回転対偶部Ｒ２、第３回転対偶部Ｒ３および第４回転対偶部Ｒ４）を有している。以上のように各回転対偶部には、転がり軸受または滑り軸受などの回転抵抗低減手段が設けられている。

【0032】

図６は、図４および図５に示される各軸の配置態様の一例を示す概略図である。図６を参照して、第４回転対偶部Ｒ４の回転軸体１２の延びる方向に沿う軸としての第４中心軸２０ａは、第３回転対偶部Ｒ３の回転軸体１５の小径部１５ｂの延びる方向に沿う軸としての第３中心軸１８ａの基端リンクハブ中心点ＰＡ（図１、図２参照）に向かうベクトルに直交することができる。また第４中心軸２０ａは、直動体５（直動体部５１）の伸縮するように移動可能なＺ方向に沿う直動軸１９ａに直交することができる。図６では、第４中心軸２０ａはたとえばＹ方向に沿い、第３中心軸１８ａは基端リンクハブ中心点ＰＡに向かう図中矢印で示すベクトルがたとえばＸ方向よりもＺ方向下向きに傾斜している。ただし第３中心軸１８ａの延びる方向は基端リンクハブ中心点ＰＡの位置に応じて変化する。図６では一例として、３つのリンク機構４のうち姿勢制御用駆動源３５ａに繋がるリンク機構４の各軸について示している。しかしこれに限らず、姿勢制御用駆動源３５ｂ，３５ｃに繋がるリンク機構４の各軸についても上記と同様である。

【0033】

図７は、図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第１の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。図８は、図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第２の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。図９は、図１のリンク作動装置において、直動体が基端リンクハブの上方に第３の寸法分だけ突起した状態を示す概略図である。図７～図９を参照して、直動体５の長さは、第４回転対偶部Ｒ４から基端リンクハブ２の上側の主表面までのＺ方向の距離として定義することができる。この直動体５の長さは、第４回転対偶部Ｒ４と基端リンクハブ２との間において直動体５のどの部分がどの長さだけ露出しているか、その程度に応じて任意に調整できる。直動体５のうち、姿勢制御用駆動源３５ａに繋がる直動体５ａの露出する長さは、アクチュエータとしての姿勢制御用駆動源３５ａにより制御される。同様に、姿勢制御用駆動源３５ｂに繋がる直動体５ｂの露出する長さは、アクチュエータとしての姿勢制御用駆動源３５ｂにより制御される。姿勢制御用駆動源３５ｃに繋がる直動体５ｃの露出する長さは、アクチュエータとしての姿勢制御用駆動源３５ｃにより制御される。図７～図９に示すように、１つのパラレルリンク機構１に含まれる直動体５ａ，５ｂ，５ｃの露出長さを各々異なるようにすることもできる。たとえば図７～図９では３つの直動体のうち直動体５ｃが最も露出部が長く、直動体５ｂが露出部の長さが中間であり、直動体５ａが最も露出部が短い。以下では代表として露出部が中間の長さの直動体５ｂの長さをＨ１～Ｈ３として用いながら図７～図９の説明がなされる。

【0034】

図７では直動体５ｂは、直動体５の一部である長さＨ１だけ、基端リンクハブ２と回転部材８との間にて露出している。図８での直動体５ｂは長さＨ２だけ、図９での直動体５ｂは長さＨ３だけ、基端リンクハブ２と回転部材８との間にて露出している。これらの長さの大小関係はＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３である。

【0035】

図１０は、実施の形態１の直動体の構成を示す概略図である。なお図１０の直動体５の構成は、直動体５ａ，５ｂ，５ｃのすべてに共通である。図１０を参照して、Ｚ軸に延びる直動体５は、直動体部５１と、直動体部５２と、直動体部５３とを有している。直動体５の延びるＺ方向に交差する断面において、直動体部５１の外側にこれを囲むように直動体部５２が配置されている。また直動体部５２の外側にこれを囲むように直動体部５３が配置されている。したがって直動体部５１よりも直動体部５２の方が外径が大きく、直動体部５２よりも直動体部５３の方が外径が大きい。少なくとも直動体部５２および直動体部５３は、直動体部５１などを収納可能な筒状（円筒状）を有している。

【0036】

直動体部５１は一端に隣接する領域が第４回転対偶部Ｒ４として回転部材８と連結されるため、少なくとも直動体部５１の一端を含む一部は常時、基端リンクハブ２の上方に露出する。たとえば直動体部５１の一部である長さＨ１だけ露出している状態が図７であり、直動体部５１の全部および直動体部５２の一部が、合計で図７よりも長いＨ２だけ露出している状態が図８であり、直動体部５１，５２の全部および直動体部５３の一部が、合計で図８よりも長いＨ３だけ露出している状態が図９である場合が考えられる。このようにして直動体５は、基端リンクハブ２の主表面に対して交差するＺ方向に（沿って）アンテナのように伸縮する。このため直動体５は少なくともその一端である、直動体部５１のＺ方向上側の端部などがＺ方向に移動可能である。

【0037】

直動体５ａは、その断面の中心の軸としての、Ｚ方向に沿う直動軸１９ａ，１９ｂ，１９ｃ（図１参照）が、第４回転対偶部Ｒ４から姿勢制御用駆動源３５ａ内まで延びている。したがって直動体５ａのうち基端リンクハブ２の上側に露出する部分以外の部分は、たとえば姿勢制御用駆動源３５ａを示す図７などの直方体状部材の内部に収納されてもよい。すなわちこの場合、直動体５の外部にこれを伸縮するように移動（直動）させる直動伝達機構が取り付けられている。直動伝達機構はたとえば姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃのアクチュエータである。アクチュエータはたとえば図１における姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃの内部に収納されている。本実施の形態では、姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃの直方体状部材は、Ｚ方向に長く延びる（すなわち縦長となる）ように配置されている。これにより姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃは、リンク作動装置５０全体をＺ方向上側から平面視したときに、直動体５（直動体５ａ～５ｃ）と重なるように配置されている。

【0038】

直動体５の伸縮するように行なわれる移動（直動）は、たとえばリニアスライダ、ボールねじ、油圧シリンダ、およびエアシリンダのいずれかの部材により可能である。つまり上記いずれかの部材により多段伸縮機構（直動体部５１～５３）を有する直動体５が直動体部５１～５３を適宜露出することにより、直動体５が伸縮し、直動体５の一端などがＺ方向に移動（直動）できる。あるいは直動体５は、周囲に減速機を有するモータに接続された態様であってもよい。この場合、たとえばモータの減速された回転トルクが直動体５においてＺ方向の移動量に変換される構成であってもよい。

【0039】

再度図１、図２、図７～図９を参照して、本実施の形態の３つのリンク機構４の各々において、先端リンクハブ３と端部リンク部材６との第１回転対偶部Ｒ１の回転中心としての第１中心軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃを考える。第１中心軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各々は姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃに繋がるリンク機構４のものである。第１中心軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは回転軸体２２の中心軸である。

【0040】

また端部リンク部材６と中央リンク部材７との第２回転対偶部Ｒ２の回転中心としての第２中心軸１７ａ，１７ｂ，１７ｃを考える。第２中心軸１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各々は姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃに繋がるリンク機構４のものである。第２中心軸１７ａ，１７ｂ，１７ｃは回転軸体２５の中心軸である。このとき３つの第１中心軸１６ａ～１６ｃおよび３つの第２中心軸１７ａ～１７ｃは先端リンクハブ中心点ＰＢで交わっている。

【0041】

３つのリンク機構４の各々において、中央リンク部材７と回転部材８との第３回転対偶部Ｒ３の回転中心としての第３中心軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃを考える。第３中心軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃの各々は姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃに繋がるリンク機構４のものである。第３中心軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃは回転軸体１５の中心軸である。第３中心軸１８ａ～１８ｃが基端リンクハブ２の主表面に沿う平面に対して同一の角度αを有するように配置される第１状態を考える。この第１状態において、第３回転対偶部Ｒ３の３つの第３中心軸１８ａ～１８ｃが基端リンクハブ中心点ＰＡで交わる。

【0042】

なお第１状態は、図２における第３中心軸１８ａのＸＹ平面に対する角度αが、図２に示されない第３中心軸１８ｂのＸＹ平面に対する角度、および図２に示されない第３中心軸１８ｃのＸＹ平面に対する角度に等しい状態である。言い換えれば第１状態は、図１に示す３つの第３中心軸１８ａ～１８ｃのそれぞれがＸＹ平面となす角度αがすべてほぼ等しい状態である。なおここでの角度αが等しい（主表面に沿う平面に対して同一の角度αを有する）とは、全く誤差のない場合に限らず、±０．１°程度以内の誤差を有する場合を含むものとする。

【0043】

図１においては、基端リンクハブ２の主表面と先端リンクハブ３の主表面とが互いに（ほぼ）平行となる（沿う）ように対向している第２状態である。直動体５ａ，５ｂ，５ｃの各々の直動軸１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、すべてＺ方向に沿うように延びている。このため直動軸１９ａ～１９ｃは互いに平行である。特に第２状態においては、直動軸１９ａ，１９ｂ，１９ｃの各々からの距離が等しい位置に、基端リンクハブ中心軸ＱＡおよび先端リンクハブ中心軸ＱＢが配置されている。具体的には、少なくとも第２状態において、先端リンクハブ中心軸ＱＢは先端リンクハブ３の中心を通り、直動軸１９ａ～１９ｃに平行に（Ｚ方向に）延びている。また基端リンクハブ中心軸ＱＡは基端リンクハブ２の中心を通り、直動軸１９ａ～１９ｃに平行に（Ｚ方向に）延びている。図１の第２状態では、基端リンクハブ中心軸ＱＡ上に基端リンクハブ中心点ＰＡが配置され、先端リンクハブ中心軸ＱＢ上に先端リンクハブ中心点ＰＢが配置される。

【0044】

＜パラレルリンク機構の動作＞
図１１は、図２の先端リンクハブが基端リンクハブに対して傾斜する態様を示す概略図である。図１１を参照して、本実施の形態のリンク作動装置５０（パラレルリンク機構１）は、基端リンクハブ２に対する先端リンクハブ３の姿勢が変更されている。すなわち図１１においては上記図１の第２状態とは異なり、基端リンクハブ２の主表面と先端リンクハブ３の主表面とが互いに平行とはなっていない。図１１においては先端リンクハブ中心軸ＱＢが基端リンクハブ中心軸ＱＡに対して角度を有するように傾斜している。このことは図７～図９においても同様である。図７～図９では１つのパラレルリンク機構１に含まれる直動体５ａ，５ｂ，５ｃの露出長さを各々異なるようにしているためである。つまり図７～図９では、露出長さの短い直動体５ａの真上で、露出長さの長い直動体５ｃの真上よりも下側に配置されるように、先端リンクハブ３が水平面に対して傾斜した姿勢となっている。このように直動体５ａ～５ｃの各々の露出長さを調整することにより、先端リンクハブ３の姿勢を変更できる。

【0045】

先端リンクハブ中心軸ＱＢの基端リンクハブ中心軸ＱＡに対する方向を任意に変更することにより、基端リンクハブ２に対する先端リンクハブ３の姿勢を任意に変更できる。先端リンクハブ３の姿勢の変更は、姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃが各リンク機構４のたとえば直動軸１９ａ，１９ｂ，１９ｃ周りの回転角度を変更することによってもなされる。先端リンクハブ３の姿勢を変更することによって、先端リンクハブ３に設置された図示されないエンドエフェクタの２自由度の角度を制御できる。

【0046】

図１２は、実施の形態１のパラレルリンク機構の３つのリンク機構のうちの１つの一部を抽出して直線で表現した模式図である。図１２においては、先端リンクハブ３と、リンク機構４の一部である端部リンク部材６および中央リンク部材７とを示している。図１２および図２を参照して、基端リンクハブ２の基端リンクハブ中心軸ＱＡと先端リンクハブ３の先端リンクハブ中心軸ＱＢとの折れ角θの最大値を約±９０°とすることができる。また、基端リンクハブ２に対する先端リンクハブ３の旋回角φを０°～３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端リンクハブ中心軸ＱＡおよび先端リンクハブ中心軸ＱＢを含む垂直面において基端リンクハブ中心軸ＱＡに対して先端リンクハブ中心軸ＱＢが傾斜した角度のことであり、旋回角φは、基準位置に対して先端リンクハブ中心軸ＱＢの水平面への投影直線がなす角度のことである。また図１２に示されないが、直動体５ａ～５ｃがＺ軸に沿う方向に伸縮移動することにより、基端リンクハブ２と先端リンクハブ３とのＺ方向の距離ｒを任意に変更できる。

【0047】

４節連鎖となるように繋がれた基端リンクハブ２および先端リンクハブ３と、３組のリンク機構４とによって、基端リンクハブ２に対し先端リンクハブ３が直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成される。２自由度機構は、言い換えると、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３の姿勢を、２自由度で自在に変更可能な機構である。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。

【0048】

＜作用効果＞
本開示に従ったパラレルリンク機構１は、基端側の基端リンクハブ２と、先端側の先端リンクハブ３と、基端リンクハブ２と先端リンクハブ３とを連結する少なくとも３つのリンク機構４とを備えている。少なくとも３つのリンク機構４の各々は、直動体５と、回転部材８と、端部リンク部材６と、中央リンク部材７とを含む。直動体５は基端リンクハブ２から延びる。回転部材８は直動体５に対して回転可能に連結される。端部リンク部材６は先端リンクハブ３に対して回転可能に連結される。中央リンク部材７は端部リンク部材６および回転部材８の各々に対して回転可能に連結される。少なくとも３つのリンク機構４において、直動体５は、基端リンクハブ２の主表面に対して交差する第１方向（Ｚ方向）に移動可能である。先端リンクハブ３と端部リンク部材６との第１回転対偶部Ｒ１の少なくとも３つの第１中心軸１６ａ～１６ｃおよび、端部リンク部材６と中央リンク部材７との第２回転対偶部Ｒ２の少なくとも３つの第２中心軸１７ａ～１７ｃは、先端リンクハブ中心点ＰＢで交わる。中央リンク部材７と回転部材８との第３回転対偶部Ｒ３の少なくとも３つの第３中心軸１８ａ～１８ｃが主表面に対して同一の角度を有するように配置される第１状態において、第３回転対偶部Ｒ３の少なくとも３つの第３中心軸１８ａ～１８ｃが基端リンクハブ中心点ＰＡで交わる。回転部材８と直動体５との第４回転対偶部Ｒ４の少なくとも３つの第４中心軸２０ａ（～２０ｃ）が、第３回転対偶部Ｒ３の少なくとも３つの第３中心軸１８ａ～１８ｃの基端リンクハブ中心点ＰＡに向かうベクトル、および直動体５の移動可能な第１方向（Ｚ方向）に沿う直動軸１９ａ～１９ｃの各々に直交する（図６）。少なくとも３つの直動軸１９ａ～１９ｃの各々から等しい距離にあり直動軸１９ａ～１９ｃに平行に延びる基端リンクハブ中心軸ＱＡ上に基端リンクハブ中心点ＰＡが配置される。少なくとも３つの直動軸１９ａ～１９ｃの各々から等しい距離にあり直動軸１９ａ～１９ｃに平行に延びる先端リンクハブ中心軸ＱＢ上に先端リンクハブ中心点ＰＢが配置される。

【0049】

第１回転対偶部Ｒ１から第４回転対偶部Ｒ４まで４つの回転対偶部を有し（４節連鎖）、基端リンクハブ２と先端リンクハブ３とを連結するリンク機構４を３つ以上有する。これにより、基端リンクハブ中心軸ＱＡと先端リンクハブ中心軸ＱＢとの交点ＰＣを回転中心として、基端リンクハブ中心軸ＱＡに対する先端リンクハブ中心軸ＱＢの姿勢を図１２の折れ角θと旋回角φとの回転２自由度で調整できる。このため基端リンクハブ２に対する先端リンクハブ３の姿勢を折れ角θと旋回角φとの回転２自由度で変更できる。また３つの直動体５ａ～５ｃをいずれも同じ長さ分だけ伸縮するようにＺ方向に移動させ、基端リンクハブ中心点ＰＡを第１方向に沿って移動させることで、基端リンクハブ中心点ＰＡと先端リンクハブ中心点ＰＢとの距離を変更できる。このため基端リンクハブ２と先端リンクハブ３との距離を変更できる。さらに３つの直動体５ａ～５ｃの長さを個別に調整することによっても、基端リンクハブ２に対する先端リンクハブ３の姿勢を折れ角θと旋回角φとの回転２自由度で変更できる。

【0050】

以上の基端リンクハブ２に対して先端リンクハブ３が回転２自由度および伸縮方向１自由度で移動可能な構成は、上記のように第１中心軸１６ａ～１６ｃ、第２中心軸１７ａ～１７ｃ、第３中心軸１８ａ～１８ｃ、直動軸１９ａ～１９ｃおよび第４中心軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃが交差することにより可能となる。

【0051】

以上より、本実施の形態によれば、装置全体の構成を複雑にしたり、装置全体を大型化させる必要はない。つまり比較的コンパクトなサイズを維持しつつ、回転中心としての交点ＰＣから一定の半径を有する球面上を先端リンクハブ３が移動可能であるとともに、基端リンクハブ２と先端リンクハブ３との距離を変更可能なパラレルリンク機構１が得られる。

【0052】

上記パラレルリンク機構１において、第１～第３回転対偶部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に転がり軸受を備えてもよい。このようにすれば、回転対偶部の摩擦を低減できる。

【0053】

本開示に従ったリンク作動装置５０は、上記パラレルリンク機構１の上記直動体５の外部に取り付けられた直動伝達機構をさらに備える。当該直動伝達機構は姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃである。アクチュエータなどの駆動源を外付けすることにより、当該駆動力を利用した直動体５のＺ方向の移動が容易となる。

【0054】

（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。図１３を参照して、本実施の形態に係るリンク作動装置５０は、基本的に図１の実施の形態１のリンク作動装置５０と同様の構成を有する。ただし本実施の形態では、姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃの直方体状部材は、直動体５ａ～５ｃとＸＹ平面に沿う方向において並ぶように、配置されている。つまり直動体５ａと並ぶように姿勢制御用駆動源３５ａが、直動体５ｂと並ぶように姿勢制御用駆動源３５ｂが、直動体５ｃと並ぶように姿勢制御用駆動源３５ｃが、それぞれ配置される。姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃの直方体状部材は、ＸＹ平面上に長く延びるように（すなわち横長となる）ように配置されている。

【0055】

本実施の形態でも実施の形態１と同様に、直動体５ａ～５ｃはＺ方向に移動（直動）する。ただし本実施の形態では、直動体５を移動させる直動伝達機構が、直動体５自身に含まれている。すなわち直動体５自体が直動伝達機構の少なくとも一部である。具体的には、たとえばＺ方向に延びる直動体５は、たとえばラックアンドピニオンのラックである。直動体５としてのラックの歯と、姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃ内から延びる回転軸３６に取り付けられたラックアンドピニオンに含まれるピニオンの歯とが、互いに噛み合いながらピニオンが回転する。これにより、ラックとしての直動体５がＺ方向に移動する。このようにして直動体５の一端が上下方向に移動する。ただしこのような機構に限らず、本実施の形態の直動体５も、実施の形態１の直動体５と同様に直動体部５１～５３からなる多段伸縮機構（図１０参照）であってもよい。また本実施の形態の直動体５も、実施の形態１と同様に、リニアスライダ、ボールねじ、油圧シリンダ、およびエアシリンダのいずれかにより駆動してもよい。

【0056】

本開示に従ったリンク作動装置５０は、上記パラレルリンク機構１の上記直動体５の外部に取り付けられた直動伝達機構をさらに備える。当該直動伝達機構は直動体５ａ～５ｃに含まれる。アクチュエータなどの駆動源を直動体５そのものに含ませる（直動体５そのものがアクチュエータなどの駆動源の少なくとも一部である）ことにより、当該駆動力を利用した直動体５の構成が単純となる。

【0057】

（実施の形態３）
図１４は、実施の形態３に係るリンク作動装置の、基端リンクハブが水平である状態における正面図である。図１４を参照して、本実施の形態に係るリンク作動装置５０は、基本的に図１の実施の形態１のリンク作動装置５０と同様の構成を有する。ただし本実施の形態では、４組のリンク機構４を有している。これに伴い図１４では、４つの直動体５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを備え、４つの直動伝達機構としての姿勢制御用駆動源３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを備えている。ただし本実施の形態では、４つのリンク機構４および４つの直動体５ａ～５ｄを有しても、３つの姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｃのみを有し、姿勢制御用駆動源３５ｄを有さない構成であってもよい。また図１４での直動伝達機構は実施の形態１と同様の姿勢制御用駆動源３５ａ～３５ｄであるが、これに限らず実施の形態２と同様の直動体５自身に含まれるラックアンドピニオンのラックなどであってもよい。なお５本以上のリンク機構４および直動体５を有し、それらすべてに直動伝達機構が備えられてもよい。あるいは５本以上のリンク機構４および直動体５のうち３本のみに直動伝達機構が備えられてもよい。

【0058】

本開示に従ったリンク作動装置５０は、リンク機構４および直動伝達機構を４つ備える。このようにすれば、たとえば当該４つの直動伝達機構を同期制御することにより、リンク機構４が３つの場合に比べて装置全体の剛性を高めることができる。また４つ目のリンク機構４は、先端リンクハブ３の姿勢を変更する駆動用に限らず、たとえば当該姿勢の制御の安定性を高めるために、パラレルリンク機構１の全体に予圧を印加する用途で設けることができる。

【0059】

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

【0060】

今回開示された実施の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と考えられるべきである。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】

【0061】

１ パラレルリンク機構、２ 基端リンクハブ、３ 先端リンクハブ、４ リンク機構、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 直動体、６ 端部リンク部材、７ 中央リンク部材、８ 回転部材、１０ 土台、１１ａ ボルト、１１ｂ 位置決めピン、１２，１５，２２，２５ 回転軸体、１５ａ，２２ａ，２５ａ 大径部、１５ｂ，２２ｂ，２５ｂ 小径部、１５ｃ，２２ｃ，２５ｃ ナット、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 第１中心軸、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 第２中心軸、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 第３中心軸、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 直動軸、２０ 先端部材、２０ａ 第４中心軸、２１ 回転軸連結部材、２２ａ，２５ａ 大径部、２２ｂ，２５ｂ 小径部、２２ｃ，２５ｃ ナット、２６，２７，２８ 転がり軸受、３０ 湾曲部材、３１ 回転軸支持部材、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ 姿勢制御用駆動源、５０ リンク作動装置、５１，５２，５３ 直動体部、ｈ 貫通孔、ＰＡ 基端リンクハブ中心点、ＰＢ 先端リンクハブ中心点、ＰＣ 交点、ＱＡ 基端リンクハブ中心軸、ＱＢ 先端リンクハブ中心軸、Ｒ１ 第１回転対偶部、Ｒ２ 第２回転対偶部、Ｒ３ 第３回転対偶部、Ｒ４ 第４回転対偶部、Ｓ スペーサ。

【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】