JP2023048813A - パラレルリンク機構およびリンク作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化を図りつつ広範な作動範囲を有す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。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１４をなす。パラレルリンク機構９は、基端側または先端側のリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢと、基端側または先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶部の回転軸である中心軸Ｏ２，Ｏ３が一致する場合に特異点が発生する。前記特異点が発生する姿勢にならないように中央リンク部材１７の軸角γを規定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、医療機器、または自動バリ取り機のような産業機器等の高速、高精度、および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。

特許文献１では、ベースプレートとトラベリングプレートとを有し、両者の間を複数のリンクで結合し、これらのリンクを協調動作させることによりトラベリングプレートを移動させるパラレルリンク機構によって所定の作業を行う作業装置が提案されている。
特許文献２では、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能なリンク作動装置が提案されている。

特開２０００－９４２４５号公報 米国特許第５８９３２９６号明細書

特許文献１のパラレルリンク機構では、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定するためには、リンク長さを長くする必要がある。それにより、機構全体の寸法が大きくなって、装置が大型になってしまうという問題があった。また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。そのため、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまり、トラベリングプレートの可搬重量も小さいものに制限されるという問題もあった。

特許文献２に示すパラレルリンク機構およびリンク作動装置の構成では、パラレルリンク機構の特異点が明確になっておらず、３Ｄモデルによる解析または実機による確認を行わないと、パラレルリンク機構およびリンク作動装置の動作範囲内において特異点が存在するか分からなかった。そのため、経験上確立されている以上の可動範囲となる最大折れ角９０°以上の可動範囲を実現できなかった。

本発明の目的は、コンパクト化を図りつつ広範な作動範囲を有す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。

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３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パラレルリンク機構であって、
前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸、または
前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸、
の少なくともいずれか一方が一致する場合に、特異点が発生し、前記中央リンク部材と前記基端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記中央リンク部材と前記先端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸の成す角度を、中央リンク部材の軸角γとし、前記特異点が発生する姿勢にならないように前記中央リンク部材の軸角γを規定する。

前記「特異点」とは、構造的に制御できない姿勢を指す。一般的な垂直多関節ロボットにおける特異点は、複数のアームが一直線状になった姿勢等を指す。

この構成によると、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブと３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを、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に対する先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。

本パラレルリンク機構は、基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸、または前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸、の少なくともいずれか一方が一致する場合に、特異点が発生する。このように特異点が発生する姿勢が明確になるため、前記特異点が発生する姿勢にならないように前記中央リンク部材の軸角γを規定することで、従来技術よりも広範な作動範囲を有するパラレルリンク機構を実現することができる。よって、人の手首のような滑らかに且つ高速にパラレルリンク機構の姿勢を変更することができる。また、特異点が発生する姿勢が明確になるため、パラレルリンク機構の作動範囲に特異点が生じないように自由に設計できるようになる。換言すれば、従来技術よりも設計の自由度を高めたパラレルリンク機構とし得る。

前記基端側のリンクハブの中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸との折れ角の最大値である最大折れ角をθ_ｍａｘとしたとき、（γ／２＋θ_ｍａｘ／２）＜９０の関係式が成立してもよい。この場合、パラレルリンク機構の作動範囲内に特異点が発生せず、作動範囲内では滑らかな動作を実現できる。作動範囲内に特異点がないため、パラレルリンク機構は予期せぬ方向に動作することがなく、動作中に大きな負荷が発生しないため、耐久性も向上する。

前記基端側のリンクハブの中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸との折れ角の最大値である最大折れ角θ_ｍａｘが９０°以上であってもよい。これまで半球面方向に対する作業しかできなかったが、最大折れ角θ_ｍａｘを９０°以上とすることで、作動範囲内に特異点を発生させずに、より広い作動範囲を実現できる。

前記軸角γが９０°以下であってもよい。この場合、最大折れ角θ_ｍａｘが９０°以上とすることができる。

本発明のリンク作動装置は、本発明の上記いずれかの構成のパラレルリンク機構における前記３組以上のリンク機構のうち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。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。また、特異点を回避するように動作パターンを生成する必要がなく、熟練の作業者でなくても、容易にティーチング作業等を実施できる。

前記軸角γおよび前記パラレルリンク機構の最大折れ角θ_ｍａｘの値に応じて、前記姿勢制御用アクチュエータの回転角を制限する回転角制限手段を備えてもよい。この場合、容易に特異点を回避することができる。

本発明のパラレルリンク機構およびリンク作動装置によれば、特異点が発生する姿勢を明確にすることで、従来技術よりも広範な作動範囲を有するパラレルリンク機構を実現することができる。また基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構としているため、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。

本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。 図１のIIA－IIA線の一部断面図である。 図２ＡのIIB部の部分拡大図である。 同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。 同パラレルリンク機構の異なる姿勢を示す正面図である。 同パラレルリンク機構の特異点となる姿勢を示す正面図である。 同パラレルリンク機構の特異点となる姿勢を示す３Ｄモデルの斜視図である。 本発明の実施形態に係るリンク作動装置の斜視図である。 同リンク作動装置の２つのリンク機構を省略した簡易モデルの正面図である。 図８のIXA－IXA線の一部断面図である。 図９ＡのIXB部の部分拡大図である。 同リンク作動装置の最大折れ角等を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンク機構の一部を省略した正面図である。 同パラレルリンク機構の特異点となる姿勢を示す正面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンク機構を図１ないし図６と共に説明する。
図１に示すように、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４組以上であってもよい。なお図１では、１組のリンク機構１４のみが示され、残りの２つのリンク機構が省略されている。

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。
基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６はＬ字形状（図２Ａ）であり、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転可能に連結されている。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転可能に連結されている。

パラレルリンク機構９は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造である。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶部、および基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の各回転対偶部の中心軸が、基端側の球面リンク中心ＰＡで交差している。同様に、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の各回転対偶部、および先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の各回転対偶部の中心軸が、先端側の球面リンク中心ＰＢで交差している。

また、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶部の中心と基端側の球面リンク中心ＰＡ間の距離は同じである。基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との回転対偶部の中心と基端側の球面リンク中心ＰＡ間の距離は同じである。同様に、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６との回転対偶部の中心と先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離は同じである。先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７との回転対偶部の中心と先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離は同じである。このパラレルリンク機構９では、中央リンク部材１７の軸角γが６０°に規定されている。前記軸角とは、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５との回転対偶部の中心軸と、中央リンク部材１７と先端側の端部リンク部材１６との回転対偶部の中心軸の成す角度である。

図２Ａに、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、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ２が示されている。図３に示す先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ３は、図２Ｂに拡大して示す回転対偶部Ｔ２と同様の形状である。図３に示す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Ｔ４は、図２Ｂに拡大して示す回転対偶部Ｔ１と同様の形状である。

また、図２Ａに示すように、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の中心軸Ｏ１と、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Ｔ２の中心軸Ｏ２とが成す角度（アーム角）αが例えば９０°となっている。但し、前記角度αは９０°以外であってもよい。

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３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，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、これら回転対偶部Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４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，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４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３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。

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。

ここで、基端側および先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図２Ａ）と直角に交わる直線を基端側および先端側のリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとする。この場合に、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θ_ｍａｘという。本実施形態のパラレルリンク機構９では、最大折れ角θ_ｍａｘを後述するように９０°以上にしている。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。

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１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３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。

図１に示すように、パラレルリンク機構９の原点姿勢（折れ角θ＝９０°）では、基端側の端部リンク部材１５に対する、後述する基端部材６の成す角度はγ／２となる。折れ角θが大きくなるにつれて、基端部材６に対する基端側の端部リンク部材１５の成す角度は大きくなり、図４に示すように、最大で（γ／２＋θ／２）となる。パラレルリンク機構９の最大折れ角をθ_ｍａｘとした場合、基端部材６に対する基端側の端部リンク部材１５の成す角度は、（γ／２±θ_ｍａｘ／２）となる。

本パラレルリンク機構９は、図５に示すように、基端側または先端側のリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢと、基端側または先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶部の回転軸である中心軸Ｏ２，Ｏ３が一致する姿勢で特異点を有する。前記特異点とは、構造的に制御できない姿勢を指し、一般的な垂直多関節ロボットでは複数のアームが一直線状になった姿勢等を指す。本パラレルリンク機構９では、図６等に示す特異点になると構造上制御できなくなり、例えば、特異点に到達後に元の位置に戻そうとすると、先端側のリンクハブ１３または基端側のリンクハブ１２が反対方向に動いて、パラレルリンク機構９の対称性が崩れてしまう場合がある。

そこで、本パラレルリンク機構９では、図５等に示す特異点が発生する姿勢にならないように中央リンク部材１７の軸角γを規定する。
本パラレルリンク機構９が特異点に到達する姿勢は、基端部材６（または後述の先端部材４０）に対して、複数のリンク機構１４のうち１つのリンク機構１４の基端側の端部リンク部材１５（または先端側の端部リンク部材１６）が９０°になる位置、つまり、基端側のリンクハブ１２（または先端側のリンクハブ１３）の中心軸ＱＡ（ＱＢ）と、基端側の端部リンク部材１５（または先端側の端部リンク部材１６）と中央リンク部材１７との回転対偶部の回転軸である中心軸Ｏ２（Ｏ３）が一致する姿勢である。

このため、（γ／２±θ_ｍａｘ／２）が９０°未満となるように、軸角γおよび最大折れ角θ_ｍａｘを決定すればよい。つまり、式（１）を満たすパラレルリンク機構９であれば、特異点を持たない。この場合、パラレルリンク機構９の作動範囲内に特異点が発生せず、作動範囲内では滑らかな動作を実現できる。作動範囲内に特異点がないため、パラレルリンク機構９は予期せぬ方向に動作することがなく、動作中に大きな負荷が発生しないため、耐久性も向上する。
（γ／２±θ_ｍａｘ／２）＜９０ …式（１）
設計上では、１０％以上の安全率をみて軸角γおよび最大折れ角θ_ｍａｘを決定するのがよく、式（２）を満たすパラレルリンク機構９とするのがよい。式（２）のＬ１は安全率である。この安全率Ｌ１は、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により定められる。
（γ／２±θ_ｍａｘ／２）×Ｌ１＜９０ …式（２）

本実施形態では、γ＝６０°のため、最大折れ角θ_ｍａｘを１２０°未満とすれば特異点が発生せず、これまでのパラレルリンク機構とは異なり、最大折れ角θ_ｍａｘが９０°以上を実現できる。設計上では、安全率をみて、最大折れ角θ_ｍａｘを１０３．６°以下とするのがよい。

図１に示すように、基端側のリンクハブ１２は、平板状の基端部材６と、この基端部材６と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１（図２Ａ）とを有する。図２Ａに示す基端部材６は中央部に円形の貫通孔６ａを有し、この貫通孔６ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔６ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図１）上に位置する。

各回転対偶部Ｔ１等に軸受２３がそれぞれ設けられている。図２Ｂに示すように、基端側のリンクハブ１２（図２Ａ）と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部Ｔ１では、各回転軸連結部材２１に軸受２３を介して、回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２の軸心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図１）と交差する。回転軸２２に、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結されている。

回転軸２２は、軸方向中間の小径部で２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。前記２個の軸受２３は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝に外輪外周面が嵌合状態で設定され固定されている。他の回転対偶部Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４（図３）に設けられる軸受の種類および設置方法も略同様である。

基端側の端部リンク部材１５の一端に切欠き部２５が形成され、この切欠き部２５の両側部分が内外一対の回転軸支持部２７，２６を構成している。これら一対の回転軸支持部２７，２６に貫通孔がそれぞれ形成されている。回転軸連結部材２１が切欠き部２５内に配置され、回転軸２２の前記小径部が前記貫通孔および軸受２３の内輪内周面に挿通されている。回転軸２２の軸方向先端に形成された雄ねじ部は、内側の回転軸支持部２７よりも内側（図２Ｂ下側）に突出している。前記雄ねじ部にナットＮｔが螺着されている。内側の回転軸支持部２７と、この回転軸支持部２７に対向する内輪端面との間に、スペーサＳｐが介在されると共に、外側の回転軸支持部２６と、この回転軸支持部２６に対向する内輪端面との間に、スペーサＳｐが介在されている。したがって、前記ナットＮｔの螺着時に軸受２３に予圧が付与される。

基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ２には、中央リンク部材１７の一端に軸受２３を介して、回転軸２２が連結されている。すなわち基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸２２が連結されている。この回転軸２２は、小径部で２個の軸受２３を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。基端側の端部リンク部材１５の他端に切欠き部３７が形成され、この切欠き部３７の両側部分が内外一対の回転軸支持部３９，３８を構成している。これら一対の回転軸支持部３９，３８に貫通孔がそれぞれ形成されている。

切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端が配置され、前記小径部が前記貫通孔および軸受２３の内輪内周面に挿通されている。さらに回転軸２２の雄ねじ部にナットＮｔが螺着されている。軸受２３の内輪端面と一対の回転軸支持部３９，３８との間に、スペーサＳｐ，Ｓｐが介在されており、前記ナットＮｔの螺着時に軸受２３に予圧が付与される。

図１に示すように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材４０と、この先端部材４０の底面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材４１とを有する。各回転軸連結部材４１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材４１には、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。前記回転軸２２に先端側の端部リンク部材１６の一端が連結されている。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回転軸２２が連結されている。

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Ｔ４（図３）には、各回転軸連結部材４１に設けられた２個の軸受を介して、回転軸２２が回転自在に連結されている。先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の回転対偶部Ｔ３（図３）には、中央リンク部材１７の他端に設けられた２個の軸受を介して回転軸２２が回転自在に連結されている。

＜作用効果＞
以上説明したパラレルリンク機構９によると、基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組以上のリンク機構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。

図５に示すように、本パラレルリンク機構９は、基端側のリンクハブ１２（または先端側のリンクハブ１３）の中心軸ＱＡ（ＱＢ）と、基端側の端部リンク部材１５（または先端側の端部リンク部材１６）と中央リンク部材１７との回転対偶部の回転軸である中心軸Ｏ２（Ｏ３）が一致する場合に、特異点が発生する。このように特異点が発生する姿勢が明確になるため、前記特異点が発生する姿勢にならないように中央リンク部材１７の軸角γを規定することで、従来技術よりも広範な作動範囲を有するパラレルリンク機構９を実現することができる。よって、人の手首のような滑らかに且つ高速にパラレルリンク機構９の姿勢を変更することができる。また、特異点が発生する姿勢が明確になるため、パラレルリンク機構９の作動範囲に特異点が生じないように自由に設計できるようになる。換言すれば、従来技術よりも設計の自由度を高めたパラレルリンク機構９とし得る。

＜リンク作動装置：図７～図９Ｂ＞
図７に示すように、本発明の実施形態に係るリンク作動装置７は、前述の第１の実施形態に係るパラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９の先端側のリンクハブ１３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、各姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動する制御を行う図９Ａの制御部Ｃｕとを備える。リンク作動装置７は、前述のパラレルリンク機構９に代えて、後述する第２の実施形態のパラレルリンク機構９Ａ（図１１）を適用してもよい。

＜姿勢制御用アクチュエータ＞
この例では、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が設けられている。各姿勢制御用アクチュエータ１０は、図９Ｂに示す減速機構５２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材６（図８）の表面に回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１０は減速機構５２と一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が基端部材６（図８）に固定されている。なお、図９Ａ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、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３（図８）の姿勢を確定することができる。

＜制御部＞
図９Ａに示す制御部Ｃｕが、各姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動する制御を行うことで、その回転が図９Ｂに示す減速機構５２を介して減速して基端側の端部リンク部材１５に伝達される。それにより図１０に示すように、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の先端部材４０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。

回転角制限手段である制御部Ｃｕ（図９Ａ）は、軸角γ（図８）およびパラレルリンク機構９の最大折れ角θ_ｍａｘの値に応じて、図９Ａに示すように、それぞれの姿勢制御用アクチュエータ１０の回転角β１，β２，β３を制限するソフトリミット機能を有する。この場合、制御部Ｃｕのプログラム等により容易に特異点を回避することができ、例えば、姿勢制御用アクチュエータ１０に機械的なブレーキ機構等を設けて特異点を回避するよりも、コスト低減を図れるうえ、リンク作動装置７のコンパクト化を図ることができる。

＜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。

［第２の実施形態：図１１～図１２］
図１１に示すように、軸角γが９０°のパラレルリンク機構９Ａであってもよい。このパラレルリンク機構９の場合、図１２に示すように、折れ角θ＝９０°で特異点があり、前述の第１の実施形態と比べて作動範囲が狭くなる。つまり、軸角γが小さいほど、パラレルリンク機構の作動範囲は大きくなり、軸角γを９０°以下に設定すれば、最大折れ角θ_ｍａｘが９０°以上のパラレルリンク機構を実現できる。

姿勢制御用アクチュエータ１０は、ブレーキ付きのものを使用してもよい。

参考提案例として、特異点に到達する前に、中央リンク部材、基端側または先端側の端部リンク部材、先端部材、基端部材等を他部品と干渉させ、干渉により特異点に到達しないようにすることも可能である。
この参考提案例に係るパラレルリンク機構は、以下のように記載される。
基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３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パラレルリンク機構であって、
前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸、または
前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸、
の少なくともいずれか一方が一致する場合に、特異点が発生し、前記特異点が発生する姿勢にならないように、前記中央リンク部材、前記基端側または先端側の端部リンク部材、前記先端側のリンクハブ、および前記基端側のリンクハブの少なくともいずれか１つを他部品と干渉させるパラレルリンク機構。

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。

７…リンク作動装置、９，９Ａ…パラレルリンク機構、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、Ｃｕ…制御部（回転角制限手段）

Claims (6)

1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３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パラレルリンク機構であって、
   前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記基端側のリンクハブの中心軸、または
   前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸、
   の少なくともいずれか一方が一致する場合に、特異点が発生し、前記中央リンク部材と前記基端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸と、前記中央リンク部材と前記先端側の端部リンク部材との回転対偶部の中心軸の成す角度を、中央リンク部材の軸角γとし、前記特異点が発生する姿勢にならないように前記中央リンク部材の軸角γを規定するパラレルリンク機構。
2. 請求項１に記載のパラレルリンク機構において、前記基端側のリンクハブの中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸との折れ角の最大値である最大折れ角をθ_ｍａｘとしたとき、（γ／２＋θ_ｍａｘ／２）＜９０の関係式が成立するパラレルリンク機構。
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、前記基端側のリンクハブの中心軸と、前記先端側のリンクハブの中心軸との折れ角の最大値である最大折れ角θ_ｍａｘが９０°以上であるパラレルリンク機構。
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いて、前記軸角γが９０°以下であるパラレルリンク機構。
5. 請求項１ないし請求項４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３組以上のリンク機構のうち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。
6. 請求項５に記載のリンク作動装置において、前記軸角γおよび前記パラレルリンク機構の最大折れ角θ_ｍａｘの値に応じて、前記姿勢制御用アクチュエータの回転角を制限する回転角制限手段を備えたリンク作動装置。

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