(57)【要約】【課題】パラレルリンク機構への積載物重力の補償を、大型化することなく、消電力で行えて、積載重量を増大できるようにする。【解決手段】この重力補償機構付パラレルリンク作動装置は、パラレルリンク機構と、その駆動用のアクチュエータと、重力補償機構６０とを備える。重力補償機構６０は、パラレルリンク機構の基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間に設けられ、先端側のリンクハブの姿勢変更に応じ積載物の重量等の補償力を発生する。重力補償機構６０は、種々の形式が採用できるが、例えば、揺動中心Ｎ回りに互いに揺動が可能に連結された基端側アーム６２および先端側アーム６３を有し、両アーム６２，６３の間にばね部材６４等を用いた補償力発生部７６が設けられる。【選択図】図９
2020128754.tif 000002
【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３組以上のリンクユニットを介して姿勢を変更可能に連結された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変更させるアクチュエータと備え、前記各リンクユニットが、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でなるパラレルリンク作動装置であって、
前記基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間に、前記先端側のリンクハブの姿勢変更に応じ重力に対する補償力を発生する重力補償機構が取付けられた重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、揺動中心回りに正逆に回転する動作である揺動が可能であり、前記パラレルリンク機構におけ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が交差する折れ点に前記揺動中心が位置するように設置され、揺動により揺動角に応じた前記補償力を発生する重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、一端が前記揺動中心で互いに揺動可能に連結されて他端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連結された基端側アームおよび先端側アームと、前記基端側アームと前記先端側アームとに両端がそれぞれ連結された巻きばねとを有する重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項４】
請求項２に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記基端側アームおよび先端側アームは、それぞれ、連結部がこれらアームの長手方向に移動可能でかつアーム軸中心回りに回転可能なように、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前記連結部で連結された重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記基端側アームおよび先端側アームが外周面にスプライン溝を有し、これらスプライン溝にそれぞれ係合するスプライン軸受が設けられ、これらスプライン軸受の外周に回転軸受が設けられ、これら回転軸受の外輪が前記基端側アームおよび先端側アームに取付けられることで、前記長手方向に移動可能でかつ回転可能な連結が行われた重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項６】
請求項１に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、前記パラレルリンク機構の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が交差する折れ点で、任意の揺動方向に揺動可能であり、揺動により前記補償力を発生する重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、一端が前記折れ点でジョイントにより互いに揺動可能に連結されて他端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連結された基端側アームおよび先端側アームと、前記基端側アームおよび前記先端側アームと前記ジョイントの間に介在し、前記基端側アームおよび前記先端側アームを回転自在に支持する回転軸受と、前記基端側アームおよび先端側アームに設けられたスプライン溝に係合するスプライン軸受とを有し、前記スプライン軸受を介して前記基端側アームおよび先端側アームが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連結された重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記ジョイントがユニバーサルジョイントである重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記基端側アームと前記基端側のリンクハブの間、および前記先端側アームと前記先端側のリンクハブとの間にばね部材が設けられ、このばね部材は、前記パラレルリンク機構の姿勢の変化による前記スプライン軸受の移動によって弾性変形させられて前記補償力を発生する重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、中央部材の両端に一対の揺動体が搖動可能に連結され、前記各揺動体の揺動中心点が、前記基端側のリンクハブの動作の中心となる球面リンク中心、および前記先端側のリンクハブの動作の中心となる球面リンク中心にそれぞれ位置するように、前記各揺動体が前記パラレルリンク機構の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連結され、前記各揺動体の揺動に応じて前記補償力を発生する補償力発生部が設けられた重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構は、前記中央部材と前記各揺動体との連結部に、前記補償力発生部がそれぞれ設けられ、これら補償力発生部は、前記揺動に応じてばね部材が弾性変形することで補償力を発生する重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構の前記各揺動体が、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対し、それぞれ回転軸受によって回転可能に連結された重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記パラレルリンク機構が、前記先端側のリンクハブが基端側リンクハブに対して上側に位置する上向き姿勢であり、前記重力補償機構は、真上から揺動した位置にある前記先端側のリンクハブに対して、補償力を真上方向に発生させる重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記パラレルリンク機構が、前記先端側のリンクハブが基端側リンクハブに対して下側に位置する下向き姿勢であり、前記重力補償機構は、真下から揺動した位置にある前記先端側のリンクハブに対して、補償力を最大の揺動角度となる方向に発生させる重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の重力補償機構付パラレルリンク作動装置において、前記重力補償機構に、前記揺動の角度を検出する回転センサが設けられ、検出された揺動角度に応じて前記アクチュエータを駆動させてパラレルリンク機構の姿勢を変更させるコントローラを備える重力補償機構付パラレルリンク作動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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作動装置に、重力補償機構を付加した重力補償機構付パラレルリンク作動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基端側のリンクハブに対して出力部となる先端側のリンクハブを３組以上のリンク機構（リンクユニット）によって姿勢を変更可能に連結し、各リンク機構をそれぞれモータで駆動して前記先端側のリンクハブの姿勢を決めるパラレルリンク作動装置が特許文献１に提案されている。
このパラレルリンク作動装置の剛性確保の構成として、特許文献２が提案さている。
さらに、ロボット開発において、重力の影響を無くす方法として、非特許文献１には、固定された支点を中心に揺動するリンクの反対側にカウンターウェイトを設ける方式とスプリング力でバランスを取る方式との二つの方式が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４４６２７号公報
【特許文献２】特許第５６７５２５８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】武井直行著、「省エネ・安全のための重力補償機構」、日本ロボット学会、２０１１年７月、Vol.29  ・6 、pp.508−511
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるパラレルリンク機構は、先端側リンクハブにエンドエフェクタ等の積載物を積載して姿勢変更させると、個々のリンク機構であるリンクユニットの形状が変化し、負荷バランスが崩れる。そのため、負荷が大きくなったパラレルリンク機構の剛性確保が難しくなる。このため、先端側リンクハブの積載物が目的位置に行かなかったり、その姿勢を保持できないと言う問題が発生する。確実に目的位置に移動させ、また静止姿勢を保持するためには、大きな駆動力と大型化が必要になる。
【０００６】
これを解消するため、特許文献２にパラレルリンク機構の静止方法が示されている。この方法では先端側リンクハブと基端側リンクハブ間に構造物を設け、この構造物で各リンクハブに力を発生させて静止させる。この案では、前記力を発生させるための制御装置が必要になると言う課題があり、また構造物間に力を発せさせるため、パラレルリンク機構を駆動する以外にエネルギーが必要になり、省エネルギー化ができない。
【０００７】
非特許文献１には、重量を補償する各種の方法が示されている。しかし、特許文献２の段落〔００３２〕〜〔００３４〕にも示されているように、パラレルリンク機構は、基端側リンクハブの動作の球面中心と先端側リンクハブの動作の球面中心間の距離が、出力部材の傾きでは変わらないが、基端側リンクハブに対して先端側リンクハブが搖動（傾斜）する中心である折れ点と先端側リンクハブおよび基端側リンクハブとの各距離は、先端側リンクバブの傾きで変化する。このため、非特許文献１のスプリングバランス方式では、折れ点が変化するパラレルリンク機構には応用できない。
【０００８】
このように、パラレルリンク機構は、折れ曲がりなどの動きで、パラレルリンク機構を構成する各リンクユニットの姿勢変化により、各リンクユニットの積載物重量の負荷率が変化するため、各リンクユニットが、これらのリンクユニットに均等に付加された場合に支持できる積載重量以下に制限される。
パラレルリンク機構の積載重量を大きくするためには、駆動力の増大と剛性確保が必要であり、このためには駆動モータの大型化や、リンク部材の形状を大きくして剛性を強化する等の必要がある。そのため、パラレルリンク機構が大型化し、消費電力が増加すると言う問題がある。
【０００９】
この発明は、パラレルリンク機構の動きに追従して、パラレルリンク機構への積載物重力を補償するものであり、大型化することなく、消電力で積載重量を増大することができる重力補償機構付パラレルリンク作動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の重力補償機構付パラレルリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンクユニットを介して姿勢を変更可能に連結された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変更させるアクチュエータと備え、前記各リンクユニットが、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でなるパラレルリンク作動装置であって、
前記基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間に、前記先端側のリンクハブの姿勢変更に応じ重力に対する補償力を発生する重力補償機構が取付けられている。
【００１１】
前記従来のパラレルリンク機構は、先端側リンクハブの姿勢を変えたときに、個々のリンクユニットの姿勢が変化することによって、先端側リンクハブの積載物の重量により生じる個々のリンクユニット間の負荷のバランスが崩れる。このバランスの崩れにより個々のリンクユニットに作用する最大の負荷で制限されて、パラレルリンク機構の全体として先端側リンクハブの積載重量が限られる。
これ対して、この発明は、重力補償機構が取付けられていて、先端側リンクハブの姿勢変更に応じ補償力を発生するため、先端側リンクハブの積載物の重量が補償され、個々のリンクユニッの負荷が軽減されて、前記積載物の重量制限範囲を広くすることが可能となる。
また、重力補償機構の補償力により、パラレルリンク機構への積載重量の負荷が軽減されるため、駆動モータ等の前記アクチュエータの大型化が防げ、また供給電力を省電力化できる。
前記重力補償機構は、パラレルリンク機構の内部に配置できて、パラレルリンク機構自体が大きくなることが防止される。
このように、大型化することなく、消電力で積載重量を増大することができる。
【００１２】
この発明において、前記重力補償機構は、揺動中心回りに正逆に回転する動作である揺動が可能であり、前記パラレルリンク機構におけ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が交差する折れ点に前記揺動中心が位置するように設置され、揺動により揺動角に応じた前記補償力を発生するようにしてもよい。
このように、パラレルリンク機構の折れ点に合わせて重力補償機構が揺動するように構成することで、パラレルリンク機構の動作に円滑に追随して補償力が適切に得られる重力補償機構となる。
なお、前記「折れ点に前記揺動中心が位置する」とは、前記折れ点を搖動中心となる直線が通ることを意味する。この場合に、前記重力補償機構における、前記パラレルリンク機構の両リンクハブの離間方向に延びる中心線が前記折れ点を通ることが望ましい。
【００１３】
この構成の場合に、前記重力補償機構は、一端が前記揺動中心で互いに揺動可能に連結されて他端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連結された基端側アームおよび先端側アームと、前記基端側アームと前記先端側アームとに両端がそれぞれ連結された巻きばねとを有するようにしてもよい。
巻きばねを用いることで、基端側アームと先端側アーム間の揺動角の変化を弾性復元力として蓄えることが容易に行え、コンパクトな構成で、大きく安定した補償力を得ることができる。
【００１４】
前記基端側アームおよび先端側アームは、それぞれ、連結部がこれらアームの長手方向に移動可能でかつアーム軸中心回りに回転可能なように、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前記連結部で連結されていてもよい。
例えば、基端側アームおよび先端側アームが外周面にスプライン溝を有し、これらスプライン溝にそれぞれ係合するスプライン軸受が設けられ、これらスプライン軸受の外周に回転軸受が設けられ、これら回転軸受の外輪が前記基端側アームおよび先端側アームに取付けられることで、前記長手方向に移動可能でかつ回転可能な連結を行なう。
パラレルリンク機構が、先端側リンクハブが傾いた揺動状態で、旋回や基端回転を行う場合でも、パラレルリンク機構への重力補償機構の連結部を回転可能に連結することで、重力補償機構はパラレルリンク機構の動きを吸収し、パラレルリンク機構は重力補償機構に制限されずに動作ができ、さらに重力補償機構によりパラレルリンク機構へ補償力を作用させることが出来る。
【００１５】
上向きのパラレルリンク機構に重力補償機構を取付ける場合につき具体例で説明する。
前記重力補償機構は、揺動可能に取付けた上アームである先端側アームと下アームである基端側アームとの２つのアームを持ち、両アーム相互の連結部に、揺動角に応じた補償力を発生する補償力発生部を設け、最大揺動角になった時に最大補償力を発生するように構成する。この重力補償機構は、前記先端側アームと基端側アームの軸中心がパラレルリンク機構の各球面リンク中心を通り各リンクハブに垂直となり、さらに摺動と回転が可能に取付ける。
この状態で、先端側リンクハブが真上を向いた時（先端側リンクハブと基端側リンクハブが平行の状態）に、重力補償機構の上アームである先端側アームと下アームである基端側アームの揺動中心は、パラレルリンク機構の折れ点と同じ位置にする。
これにより、パラレルリンク機構のアクチュエータとなるモータを駆動して、先端側リンクハブの揺動に応じて折れ点の位置が変化すると、これに応じて先端側リンクハブと下アームである基端側アームとが互いに摺動する。このようにパラレルリンク機構の連結部が摺動することで、パラレルリンク機構の折れ点の位置の変化を吸収し、パラレルリンク機構の動きに影響を及ぼすことなく重力補償機構も揺動する。
この時、重力補償機構の揺動で補償力が発生し、上アームである先端側アームから先端側リンクハブに揺動方向と逆の補償力が作用する。これにより、先端側リンクハブの積載物の重量が補償され、この補償によって積載物重量に対するパラレルリンク機構の負荷が軽減される。
【００１６】
下向きのパラレルリンク機構に重力補償機構を取付ける場合も、上向きのパラレルリンク機構に重力補償機構を設けた構造と同じ構造にする。
下向きのパラレルリンク機構と上向きのパラレルリンク機構の重力補償機構の違いは、補償力の発生方向である、上向きパラレルリンク機構の重力補償機構の補償力は最大揺動位置が一番大きくその力の向きは、最大揺動位置から真上方向に発生する。
これに対して、下向きのパラレルリンク機構の場合は、補償力は真下の位置に先端側アームが来た場合で、その力の向きは真下から最大揺動位置方へ向く点が、上向きパラレルリンク機構の場合と異なる。
【００１７】
この発明において、前記重力補償機構は、前記パラレルリンク機構の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が交差する折れ点で、任意の揺動方向に揺動可能であり、揺動により前記補償力を発生する発生するように構成されていてもよい。すなわち、ピボット状に搖動可能であってもよい。
この構成の場合、重力補償機構がパラレルリンク機構の折れ点を中心として任意方向に揺動可能なため、パラレルリンク機構の任意方向の揺動による姿勢変化に、円滑に対応できる。
なおこの構成の場合、前記重力補償機構は、パラレルリンク機構の任意の旋回方向（旋回角度を言う）における搖動中心（直線）が無数交差する搖動中心点で任意方向にピボット状に搖動可能であり、前記搖動中心点が前記折れ点に位置するように、パラレルリンク機構に組み込まれる。
【００１８】
前記任意方向に揺動可能な前記重力補償機構は、一端が前記折れ点でジョイントにより互いに揺動可能に連結されて他端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連結された基端側アームおよび先端側アームと、前記基端側アームおよび前記先端側アームと前記ジョイントの間に介在し、前記基端側アームおよび前記先端側アームを回転自在に支持する回転軸受と、前記基端側アームおよび先端側アームに設けられたスプライン溝に係合するスプライン軸受とを有し、前記スプライン軸受を介して前記基端側アームおよび先端側アームが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連結されていてもよい。前記ジョイントは、例えばユニバーサルジョイントとされる。
このように重力補償機構が、パラレルリンク機構の折れ点で任意方向に揺動可能なジョイントを有し、互いに揺動可能な各アームがスプライン軸受と回転軸受とを介してパラレルリンク機構の各リンクハブに連結されていると、パラレルリンク機構の任意方向への揺動に、より一層円滑に対応できる。
【００１９】
前記重力補償機構が、前記ジョイントを有する構成において、前記基端側アームと前記基端側のリンクハブの間、および前記先端側アームと前記先端側のリンクハブとの間にばね部材が設けられ、このばね部材は、前記パラレルリンク機構の姿勢の変化による前記スプライン軸受の移動によって弾性変形させられて前記補償力を発生する構成であってもよい。
この構成の場合、パラレルリンク機構が揺動すると、パラレルリンク機構の各リンクハブと重力補償機構の各アームとの間に設けらればね部材が、相対的に軸方向移動する力でばね力を発生し、このばね力が前記補償力としてパラレルリンク機構に作用する。
【００２０】
この発明において、前記重力補償機構は、中央部材の両端に一対の揺動体が搖動可能に連結され、前記各揺動体の揺動中心点が、前記基端側のリンクハブの動作の中心となる球面リンク中心、および前記先端側のリンクハブの動作の中心となる球面リンク中心にそれぞれ位置するように、前記各揺動体が前記パラレルリンク機構の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連結され、前記各揺動体の揺動に応じて前記補償力を発生する補償力発生部が設けられていてもよい。
この構成の場合、パラレルリンク機構の先端側リンクハブが基端側リンクハブに対して姿勢変更すると、前記重力補償機構は、中央部材の両端の揺動体がパラレルリンク機構の各球面中心で揺動してパラレルリンク機構の動きに追従する。このとき、補償力発生部は揺動体の揺動に応じた補償力が先端側リンクハブの揺動方向と逆方向に発生し、先端側リンクハブの積載物の重量を軽減して、パラレルリンク機構への積載物重量の負荷を軽減する。
なお、前記両搖動体の搖動中心となる直線は、互いに平行であることが望ましい。
【００２１】
この構成の場合に、前記重力補償機構は、前記中央部材と前記各揺動体との連結部に、前記補償力発生部がそれぞれ設けられ、これら補償力発生部は、前記揺動に応じてばね部材が弾性変形することで補償力を発生するようにしてもよい。
この構成の場合、ばね部材が弾性変形することで補償力を発生するため、別途に駆動源を設けることなく、パラレルリンク機構の積載物の重力を補償することができる。
【００２２】
また、この構成の場合に、前記重力補償機構の前記各揺動体が、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対し、それぞれ回転軸受によって回転可能に連結されていてもよい。
先端リンクハブの揺動方向が旋回方向につき狙い方向と異なる場合には、先端側リンクハブを旋回させて向きを修正する。この時、重力補償機構は、パラレルリンク機構の旋回に伴い、基端側リンクハブの取付け部の軸受が回転して、パラレルリンク機構の旋回運動に追従する。
また、パラレルリンク機構の旋回動作で、先端リンクハブの積載物の姿勢が狙いの姿勢と異なる場合には、基部リンクハブを回転させることで先端リンクハブが等速回転して、積載物の姿勢を狙いの姿勢に修正する。この時も重力補償機構と先端リンクハブ及び基部リンクハブの取付け部の軸受が回転することで、パラレルリンク機構動きに重力補償機構の影響はない。
なお、この旋回及び回転時でも重力補償機構は揺動姿勢を保持しているため、補償力は常に発生しパラレルリンク機構の積載物の重量を軽減する。
このように重力補償機構の各揺動体とパラレルリンク機構の各ハブリンクとの連結が回転可能になされていると、パラレルリンク機構の動作を阻害することなく各揺動体が自由に揺動できる。
【００２３】
前記パラレルリンク機構は、先端側リンクハブが上向きとなる使用形態と、下向きとなる使用形態とを２通りの使用形成を取り得る。
前記重力補償機構は、上向きのパラレルリンク機構に設置する場合と下向きに設置する場合とで、同じ構成とされていてもよい。ただし、上向きのパラレルリンク機構用の重力補償機構と、下向きのパラレルリンク機構用の重力補償機構とでは、最大の補償力を発生する方向を異ならせる。
【００２４】
前記パラレルリンク機構が、前記先端側のリンクハブが基端側リンクハブに対して上側に位置する上向き姿勢である場合、前記重力補償機構は、真上から揺動した位置にある前記先端側のリンクハブに対して、補償力を真上方向に発生させるようにする。
前記パラレルリンク機構が、前記先端側のリンクハブが基端側リンクハブに対して下側に位置する下向き姿勢である場合は、前記重力補償機構は、真下から揺動した位置にある前記先端側のリンクハブに対して、補償力を最大の揺動角度となる方向に発生させるようにする。
これにより、パラレルリンク機構が上向き姿勢である場合と下向き姿勢である場合とのいずれにおいても、パラレルリンク機構の揺動時に、積載物を搭載した先端側リンクハブの重力を補償して、パラレルリンク機構への積載物重量の負荷を軽減できる。
【００２５】
この発明において、前記揺動の角度を検出する回転センサが設けられ、検出された揺動角度に応じて前記アクチュエータを駆動させてパラレルリンク機構の姿勢を変更させるコントローラを備えていてもよい。
この構成の場合、回転センサおよびコントローラが必要となるが、積載物の重力に対してより一層の適切な補償が行える。
【００２６】
なお、この発明において、前記パラレルリンク機構の前記各リンクの関節を中空軸にし、さらに前記リンクに穴を設け、この穴へケーブルを通して配線することで、前記パラレルリンク機構の前記先端側リンクハブに取付られたエンドエフェクタの配線を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
この発明の重力補償機構付パラレルリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンクユニットを介して姿勢を変更可能に連結された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変更させるアクチュエータと備え、前記各リンクユニットが、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でなるパラレルリンク作動装置であって、前記基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間に、前記先端側のリンクハブの姿勢変更に応じ重力に対する補償力を発生する重力補償機構が取付けられたため、パラレルリンク機構の動きに追従して、パラレルリンク機構への積載物重力を補償でき、大型化することなく、消電力で積載重量を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る上向きの重力補償機構付パラレルリンク作動装置の正面図である。
【図２】同パラレルリンク作動装置の一つのリンクユニットとアクチュエータを示す斜視図である。
【図３】同パラレルリンク作動装置の重力補償機構未設置状態における斜視図である。
【図４】同パラレルリンク作動装置の正面図である。
【図５】同パラレルリンク作動装置の図４と異なる姿勢の正面図である。
【図６】同パラレルリンク作動装置の一部を示す正面図である。
【図７】同パラレルリンク作動装置の破断平面図である。
【図８】同パラレルリンク作動装置におけるパラレルリンク機構を直線で示すモデルである。
【図９】同重力補償機構付パラレルリンク作動装置における重力補償機構の破断正面図である。
【図１０】同重力補償機構の破断側面図である。
【図１１】（Ａ）は同重力補償機構の下半部を示す分解破断正面図、（Ｂ）は同重力補償機構の下半部における下側取付部材の平面図である。
【図１２】（Ａ）は同重力補償機構の上半部を示す分解破断正面図、（Ｂ）は同重力補償機構の上半部における上側取付部材の平面図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は同重力補償機構の補償力付与部の部品図、（Ｄ），（Ｅ）は同図（Ａ），（Ｃ）に示す部品の裏面図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は重力補償機構付パラレルリンク作動装置の揺動、旋回、基端回転の動作状態をそれぞれ示す動作説明図である。
【図１５】同重力補償機構の下向き用とした変形例の破断正面図である。
【図１６】同変形例に係る重力補償機構の破断側面図である。
【図１７】（Ａ）は同変形例に係る重力補償機構の上半部を示す分解破断正面図、（Ｂ）はその上半部における上側取付部材の平面図である。
【図１８】（Ａ）は同変形例に係る重力補償機構の下半部を示す分解破断正面図、（Ｂ）はその下半部における下側取付部材の平面図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は同変形例に係る重力補償機構の補償力付与部の部品図、（Ｄ），（Ｅ）は同図（Ａ），（Ｃ）に示す部品の裏面図である。
【図２０】同変形例に係る重力補償機構の補償部の組み立て過程を示す破断正面図である。
【図２１】同変形例に係る重力補償機構の補償部の組み立て過程における他の状態を示す破断側面図である。
【図２２】この発明の他の実施形態に係る上向きの重力補償機構付パラレルリンク作動装置の破断正面図である。
【図２３】その重力補償機構の破断正面図である。
【図２４】同重力補償機構の分解状態の破断正面図である。
【図２５】（Ａ）〜（Ｃ）は同重力補償機構付パラレルリンク作動装置の揺動、旋回、基端回転の動作状態をそれぞれ示す動作説明図である。
【図２６】（Ａ）は同重力補償機構の変形例の部分破断正面図、（Ｂ）は同変形例の重力補償機構をパラレルリンク機構と共に示す部分破断正面図である。
【図２７】同重力補償機構の下向き用とした変形例の部分破断正面図である。
【図２８】同重力補償機構を装備した下向きのパラレルリンク作動装置の揺動、旋回、基端回転の動作状態をそれぞれ示す動作説明図である。
【図２９】この発明のさらに他の実施形態に係る上向きの重力補償機構付パラレルリンク作動装置の一部破断正面図である。
【図３０】同パラレルリンク作動装置における重力補償機構の破断側面図である。
【図３１】同重力補償機構の破断正面図である。
【図３２】同重力補償機構の補償力発生部の分解斜視図である。
【図３３】（Ａ）〜（Ｂ）は重力補償機構付パラレルリンク作動装置の揺動、旋回、基端回転の動作状態をそれぞれ示す動作説明図である。
【図３４】さらに他の実施形態に係る下向きの重力補償機構付パラレルリンク作動装置の一部破断正面図である。
【図３５】同重力補償機構の分解斜視図である。
【図３６】（Ａ）〜（Ｂ）は同重力補償機構付パラレルリンク作動装置の揺動、旋回、基端回転の動作状態をそれぞれ示す動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１の実施形態の重力補償機構付パラレルリンク作動装置の上向きの例＞
この重力補償機構付パラレルリンク作動装置は、パラレルリンク機構１０と、その姿勢変更のための駆動用のアクチュエータ１１と、重力補償機構６０とによって構成され、コントローラ２によってアクチュエータ１１を制御することで、パラレルリンク機構１０の姿勢が制御される。
【００３０】
＜パラレルリンク機構１０＞
パラレルリンク機構１０は、図３に示すように、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組のリンクユニット１４を介して姿勢変更可能に連結してなる。リンクユニット１４の数は、４組以上であってもよい。
【００３１】
各リンクユニット１４は、その一つを図６に示すように、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で構成され、４つの回転対偶部３１〜３４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字状をなし、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に回転自在に連結されている。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自在に連結されている。
【００３２】
パラレルリンク機構１０は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶部３１，３２、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶部３３，３４の中心軸Ｏ１，Ｏ２（図７）が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図６、図８) で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶部３１，３２とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶３３，３４とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶部３３，３４の中心軸は、ある交差角γ（図６）を持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００３３】
図７はリンク作動装置の破断平面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶部３１の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶部３３の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７との各回転対偶部３３，３４の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。
【００３４】
図８は、一組のリンクユニット１４を直線で表現した図である。３組のリンクユニット１４は、如何なる姿勢においても幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図８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３１〜３４と、これら回転対偶部３１〜３４間を結ぶ直線とで表現したモデルが、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。この実施形態のパラレルリンク機構１０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。各中央リンク部材１７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。
【００３５】
基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンクユニット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軸回りに回転自在な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。
【００３６】
例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１（図７）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、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との折れ角θ（図８）の最大値を約±９０°とすることができる。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。折れ角θ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が傾斜した垂直角度のことであり、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。
【００３７】
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との交点である折れ点Ｏを回転中心として行われる。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が同一線上にある原点姿勢（図４）では、先端側のリンクハブ１３は真下を向く。図３，図５は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図８）に対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが或る作動角をとった状態を示す。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。
【００３８】
各リンクユニット１４が次の各条件を満たす場合、幾何学的対称性から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とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構１０は、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して機能する。
条件１：各リンクユニット１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶部３１，３２の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶部３３，３４の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
【００３９】
図４に示すように、基端側のリンクハブ１２は、基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転支持部材２１とで構成される。３個の回転支持部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。各回転支持部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２に、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。
【００４０】
先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材５０と、この先端部材５０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転支持部材５１とで構成される。各回転支持部材５１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５２が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸５２に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。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５５が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸５２および中央リンク部材１７の回転軸５５も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転支持部材５１および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００４１】
＜回転対偶部３１（リンクハブ１２と端部リンク部材１５の間）＞
図７に基端側の各端部リンク部材１５の断面と、各アクチュエータ１１と、基端側のリンクハブ１２の関係を示す。
基端側のリンクハブ１２は、各端部リンク部材１５を支持するための３個の回転軸支持部材２１が、基端部材２０の上面に突出して設けられている。この回転軸支持部材２１に回転軸２２が、軸受を介して回転自在に支持され、回転軸２２に端部リンク部材１５の一端が固定されている。この基端側のリンクハブ１２とリンクハブ１２との軸受による連結部分を、回転対偶部３１と称す。
【００４２】
図４において、先端側の端部リンクハブ１３と端部リンク部材１６との連結は、基端側のリンクハブ１２と端部リンク部材１５との上記回転対偶部３１と同様な構成の回転対偶部３２で連結されている。
【００４３】
＜回転対偶部３３（端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の間）＞
図７に示すように、基端側の端部リンク部材１５の他端には、二叉状となった一対の分岐片が設けられ、両分岐片の間に、中央リンク部材１７の端部が介在する。この中央リンク部材１７の端部に、基端側のリンクハブ１２との回転対偶部３１と同様に、軸受並べて設けられて、その外輪が中央リンク部材１７に嵌合状態に固定され、内輪に回転軸３５が嵌合している。前記軸受予圧が与えられている。なお、この部分の回転軸３５は、回転の支持を行う軸であって、回転は行わないが、回転する構成としてもよい。
【００４４】
先端側の端部リンク部材１６（図４参照）と中央リンク部材１７との回転対偶部３４は、図７と共に説明した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３３と同様な構成で連結されている。
【００４５】
＜アクチュエータ１１＞
アクチュエータ１１は、図４のように、減速機構６２を備えた駆動モータ等の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２０の下面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用駆動源１１と減速機構６２は一体に設けられ、駆動源取り付け部材６３により減速機構６２が基端部材２０に固定されている。この例では、３組のリンクユニット１４の全てにアクチュエータ１１が設けられているが、３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組にアクチュエータ１１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の姿勢を確定することができる。
【００４６】
パラレルリンク機構１０は、各アクチュエータ１１を回転駆動することで姿勢の変更を行う。詳しくは、アクチュエータ１１を回転駆動すると、その回転が減速機構６２を介して減速して回転軸２２に伝達される。それにより、基端側のリンクハブ１２に対する基端側の端部リンク部材１５の角度が変わり、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が変更される。
【００４７】
＜エンドエフェクタ８８＞
図１，図３において、先端側リンクハブ１２には、作業の対象物（図示せず）に対して作業を行うエンドエフェクタ８８（図２）が取付けられる。エンドエフェクタ８８は、例えば、塗布ノズル、エアーノズル、溶接トーチ、カメラ、把持機構等とされる。
【００４８】
＜重力補償機構６０＞
重力補償機構６０は、基端側リンクハブ１２と先端側リンクハブ１３との間に設けられて、先端側リンクハブ１３の姿勢変更に対して補償力を発生する機構である。
この実施形態では、図９、図１０等に示すように、重力補償機構６０は、互いに一端が揺動中心Ｎで折れ曲がり可能に連結された基端側アーム６２および先端側アーム６３と、補償力発生源であるばね部材６４を有する補償力発生部７６とで主に構成される。基端側アーム６２および先端側アーム６３は、他端がそれぞれ、パラレルリンク機構１０の基端側リンクハブ１２および先端側リンクハブ１３に連結され、揺動中心Ｎがパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏと一致するように設置される。
この実施形態の重力補償機構６０は、上向き姿勢（先端側リンクハブ６３が基端側リンクハブ６２に対して上側に位置する姿勢）のパラレルリンク機構１０に用いられる例であり、前記基端側アーム６２は「下アーム」、先端側アーム６３は「上アーム」と称する場合がある。
【００４９】
ばね部材６４は、揺動中心Ｎと同心に配置された均等型の渦巻きばね等の巻きばねであり、両端が基端側アーム６２および先端側アーム６３に、後述のように他の部材を介して間接的に係合し、基端側アーム６２と先端側アーム６３とが揺動中心Ｎで回りに互いに折れ曲がるように搖動すると、曲げ角に応じた弾性復元力であるばね力を発生する。このばね力がパラレルリンク機構１０の姿勢変更に対する補償力として作用する。均等型の巻きばねは、負荷が作用しない自然状態で各周回部分が等間隔で離れているばねである。
【００５０】
重力補償機構６０の基端側アーム６２および先端側アーム６３と、パラレルリンク機構１０における基端側リンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３との連結は、連結部が、基端側アーム６２および先端側アーム６３の長手方向に移動可能でかつアーム中心軸回りに回転可能なように行われる。この長手方向移動および回転可能な連結は、スプライン結合と軸受とにより、次のように行われる。
【００５１】
図９に示すように、基端側アーム６２および先端側アーム６３の外周面にスプライン溝６５Ａ，６５Ｂが設けられ、これらスプライン溝６５Ａ，６５Ｂに沿って基端側アーム６２および先端側アーム６３の長手方向に移動自在にスプライン軸受６６Ａ，６６Ｂが設けられている。スプライン軸受６６Ａ，６５Ｂは、ボールプスプライン型であっても、摺動スプライン型であってもよい。これらスプライン軸受６６Ａ，６６Ｂの外周に転がり軸受からなる回転軸受６７Ａ，６７Ｂが設けられ、各回転軸受６７Ａ，７Ｂの外輪が、それぞれ基端側ハブ取付部材６８Ａおよび先端側ハブ取付部材６８Ｂを介して基端側アーム６２および先端側アーム６３に固定状態に取付けられる。基端側ハブ取付部材６８Ａおよび先端側ハブ取付部材６８Ｂは、重力補償機構６０のパラレルリンク機構１０に対する連結部となる。
基端側アーム６２の前記回転軸受６７Ａには、その内輪と外輪間の回転角度を検出する回転センサ７０が取付けられている。
【００５２】
詳しくは、各スプライン軸受６６Ａ，６６Ｂの外周に座部材７１Ａ，７１Ｂ（図１１，図１２）が嵌合状態に固定され、この座部材７１Ａ，７１Ｂの外周に形成された段付き円筒面における小径部分に前記回転軸受６７Ａ，６７Ｂの内輪が嵌合する。各回転軸受６７Ａ，６７Ｂの内輪は、一方の側面が座部材７１Ａ，７１Ｂの段差面に係合し、他方の側面が座部材７１Ａ，７１Ｂの外周の止め輪溝に係合する止め輪７５Ａ，７５Ｂに係合することで、軸方向に固定されている。
下アームとなる基端側アーム６２の外周の座部材７１Ａの外周には、回転軸受６７Ａの内輪と軸方向に重なって前記回転センサ７０（図９、図１０）が設置けられている。
【００５３】
基端側アーム６２の下端外周には止め輪溝が形成されてばね受けとなる止め輪７３Ａが取付けられ、止め輪７３Ａとスプライン軸受６６Ａとの間で基端側アーム６２の外周に設けられた戻しばね７２Ａによって、スプライン軸受６６Ａが上側つまり揺動中心Ｎ側に付勢されている。
【００５４】
上アームである先端側アーム６３の下端外周には止め輪溝が形成されて止め輪８６が取付けられ、スプライン軸受６６Ｂを当接させることでその下方への移動範囲を規制している。先端側アーム６３の上端外周には止め輪溝が形成されてばね受けとなる止め輪７３Ｂが取付けられ、止め輪７３Ｂとスプライン軸受６６Ｂとの間で先端側アーム６３の外周に設けられた戻しばね７２Ｂによって、スプライン軸受６６Ｂが下側つまり揺動中心Ｎ側に付勢されている。  前記各戻しばね７２Ａ，７２Ｂにはコイルばね等が用いられる。
【００５５】
＜補償力発生部７６＞
補償力発生部７６を、組み立て状態を示す図１０と、分解状態を示す図１１、図１２と、部品図である図１３とで説明する。
補償力発生部７６は、浅い円筒状とされて中心部に揺動軸挿通孔７８（図１３）を有するばねハウジング７７（図１０参照）と、前記揺動軸挿通孔７８に挿通される揺動軸８０を有しばねハウジング７７の開口を閉じる蓋部材７９と、ばねハウジング７８内に収納される均等型の渦巻きばね等の巻ばねからなる前記ばね部材６４とを有する。揺動軸８０の軸心が前記揺動中心Ｎとなる。蓋部材７９は、裏面（内面）の外周に、ばねハウジング７７の円筒部７７ｂの先端が嵌まる段差状の肩部７９ａ（図１３（Ｅ））を有しており、ばねハウジング７７に対して回転可能に組付けられる。ばね部材６４は、中心側端および外径側間の折曲部分からなる係合部６４ａ，６４ｂが、揺動軸８０およびばねハウジング７７にそれぞれ設けられた係止孔８０ａ，７７ａに係止される。
【００５６】
補償力発生部７６の両面には、図１０〜図１２に示すように、下側取付部材８１Ａおよび上側取付部材８１Ｂが重ねられ、ビス８２，８３によって取付けられる。下側取付部材８１Ａおよび上側取付部材８１Ｂは、折曲片状の軸取付部８１Ａａ，８１Ｂａを有し、これら軸取付部８１Ａａ，８１Ｂａが，基端側アーム６２および先端側アーム６３の端面にビス８４Ａ，８４Ｂによって取付けられる。上側の軸取付部８１Ｂａを取付けるビス８４Ｂの頭部にはばね座金８５（図１２参照）を介在させてもよい。
【００５７】
＜重力補償機構６０のパラレルリンク機構１０への取付＞
上向きのパラレルリンク機構１０に重力補償機構６０を設置する方法を、図１と共に説明する。
重力補償機構６０の上アームである先端側アーム６３の軸中心とパラレルリンク機構１０の上側の球面リンク中心ＰＢを含む中心軸ＯＢ（図８）とを同軸に組み込み、下アームである基端側アーム６の軸中心とパラレルリンク機構１０の下側の球面リンク中心ＰＡを含む中心軸ＱＡとを同軸に組み込む。具体的には、先端側リンクハブ１３の球面リンク中心ＰＢを通り、先端側リンクハブ１３に対して先端側アーム６２が垂直になるように、先端側ハブ取付部材６８Ｂ（図９参照）を先端側リンクハブ６３へ取付ける。これと同様に、基端側リンクハブ１２に基端側ハブ取付部材６８Ａにより、基端側アーム６３を取付ける。
このとき、先端側リンクハブ１３が真上を向いた状態（図４に示すように先端側リンクハブ１３と基端側リンクハブ１２が平行な状態（原点姿勢））で、重力補償機構６０の揺動中心Ｎとパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏを一致させるために、重力補償機構６０の図１、図１０に示す連結点中心間距離Ｘ（基端側ハブ取付部材６８Ａの軸方向を向く取付面６８Ａａと揺動中心Ｎとの距離）を、パラレルリンク機構１０の折れ点球面中心間距離（Ｌ／２）と取付位置離間距離Ｙ（図１）の合計（Ｌ／２＋Ｙ）と一致させる。折れ点球面中心間距離（Ｌ／２）は、両球面中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌの１／２である。取付位置離間距離Ｙは、前記取付面６８Ａａが折れ点Ｏから軸方向に離れる距離である。
この場合、基端側ハブ取付部材６８Ａとスプライン軸受６８Ａで基端側アーム６２を位置決めして前記連結点中心間距離Ｘを調整する。
なお、図９に示す戻しばね７２Ａ，７２Ｂを、基端側アーム６２および先端側アーム６３へ設けても良い。
【００５８】
先端側リンクハブ１３に積載するエンドエフェクタ８８（図２）を駆動させるためのケーブル８９は、先端側リンクハブ１３に設けた貫通穴を通し、各リンク部材１５〜１７の関節軸を中空にして、その中空穴を通して配線して、先端側リンクハブ１３から基部側リンクハブ１２側へ配線する。
基端側アーム６２の回転軸受６７Ａには前記のように回転センサ７０を設けるが、この回転センサ７０の原点を重力補償機構６０がＮを中心に傾いて補償力を発生する位置に合わせる。
【００５９】
＜動作および作用の説明＞
重力補償機構６０を設けた上向きのパラレルリンク機構１０の揺動、旋回、および基端回転の３通りの動作について図１４（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれに示す。
前記「揺動」は、図８の旋回角φを維持したままで折れ点Ｏ回りの折れ角θを変更させる動作、つまり先端側リンクハブ１３を傾ける動作を言う。
前記「旋回」は、折れ角θを維持したままで旋回角φを変更させる動作を言う。換言すれば、先端側リンクハブ１３の傾きを維持したままで、先端側リンクハブ１３の方向を変化させる動作を言う。
前記「基端回転」は、基端側リンクハブ１２を搭載した回転台９０により、パラレルリンク機構１０の基端側リンクハブ１２を、その中心軸回りに回転させる動作を言う。
【００６０】
＜揺動（図１４（Ａ））について＞
図１４（Ａ）において、先端側リンクハブ１３を揺動させる場合には、コントローラ２（図１）の制御により、先ず、重力補償機構６０の基端側アーム６２の回転軸受６７Ａに設けられた回転センサ７０で重力補償機構６０が揺動して補償力が発生する位置を検出後に先端リングハブ１３を、各リンクユニット１４のアクチュエータ１１となる駆動モータを駆動して、先端リングハブ１３を揺動する。次に、回転体９０を回転させて先端リングハブ１３を目的の方向に向ける。又は、この逆の方法でも良い。
先端側リンクハブ１３が揺動すると、先端リンクハブ１３の積載物（エンドエフェクタ８８等) の重量がパラレルリンク機構１０の各リンクユニット１４に負荷される。一方、この揺動により、重力補償機構６０の補償力発生部７６のばね部材６４である均等型巻ばねが巻かれることで、その反発力が補償力として発生し、重力補償機構６０の先端側アーム６３からスプライン軸受６６Ｂ→回転軸受６７Ｂ→先端側ハブ取付部材６８Ｂを介して先端側リンクハブ１３に伝達され、先端側リンクハブ１２の積載物の重量を補償する。
【００６１】
パラレルリンク機構１０が揺動したときの各リンクハブ１２，１３の折れ点Ｏからの伸びは、重力補償機構６０の各アーム６２，６３に設けたスプライン軸受６６Ａ，６６Ｂが摺動して吸収する。
また、先端側アーム６３と基端側アーム６２に戻しばね７２Ｂ，７２Ａを設けることで、先端側リンクハブ１３の傾き後、元の姿勢に戻るときのパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏの位置に対して、重力補償機構６０の揺動中心Ｎの追従がスムーズになる。
【００６２】
＜旋回（図１４（Ｂ））＞について
旋回は、前記「揺動」の動作で巻きばねからなるばね部材６４の巻き方向に先端側リンクハブ１３を傾けた後、各アクチュエータ１１を駆動して、先端側リンクハブ１３を回転させる。重力補償機構６０の下アームである基端側アーム６２は、先端側リンクハブ１３に対して回転する。
【００６３】
具体的に説明すると、揺動について前述したように、パラレルリンク機構１０を重力補償機構６０が補償力を発せさせる姿勢で揺動させた時に、先端リンクハブ１２の旋回角方向が目的姿勢の旋回角方向と異なる場合には、各リンクユニット１４のアクチュエータ１１を駆動して目的姿勢となる旋回角方向へ旋回させる。
先端側リンクハブ１３の旋回に伴い、揺動した重力補償機構６０は、基端側アーム６２を中心に回転する。この回転は、基端側アーム１２の基端側ハブ取付部材６８Ａに設けた回転軸受６７Ａで行われ、回転することで重力補償機構６０の姿勢を保持する。この時、重力補償機構６０は折れ角θを維持しているため、補償力も発生している。
【００６４】
＜基端回転（図１４（Ｃ））＞について
先端側リンクハブ１３を回転させる場合は、先ず重力補償機構６０の巻きばねからなるばね部材６４が巻き方向になるように先端側リンクハブ１３を傾け、次に目的の旋回角方向に先端側リンクハブ１３を旋回させる。その後、基端側リンクハブ１２を回転させると、先端側リンクハブ１３は、目的の旋回角方向に回転する。
【００６５】
具体的に説明すると、前記「旋回」の後、先端リンクハブ１３の積載物の姿勢が目的の旋回角方向と異なる場合、基端側リンクハブ１２を回転台９０によって回転させる（この状態は図示していない) 。この基端側リンクハブ１２の回転が、パラレルリンク機構１０のリンクユニット１４を介して先端側リンクハブ１３へ等速で伝達されて、積載物の姿勢を目的の旋回角方向に向けられる。この時、各リンクハブ１２，１３の回転は、重力補償機構６０の各アーム６２，６３の取付け部に設けた回転軸受６７Ａ，６７Ｂが回転することで、重力補償機構６０は揺動状態を保ち、補償力を発生している。
【００６６】
＜作用効果＞
この構成の重力補償機構付パラレルリンク作動装置によると、前記のように、パラレルリンク機構１０が揺動状態となりリンクユニット１４のバランスが崩れ、先端側リンクハブ１３の積載物重の影響が生じる時に、この重量を重力補償機構６０が補償する。これにより、パラレルリンク機構１０への積載物重量の影響を減少させて、アクチュエータ１１の駆動モータ出力を低減でき、そのためアクチュエータ１１の駆動モータ等を小型化してコンパクト化と省エネルギー化ができる。
パラレルリンク機構１０に組込む重力補償機構６０は、パラレルリンク機構１０の内部に取付けるため、パラレルリンク機構１０が大型化することはない。
前記重力補償機構６０は、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１３と基端側リンクハブ１２に取付ける際に、スプライン軸受６６Ａ，６６Ｂと回転軸受６７Ａ，６７Ｂを介して取付けるため、パラレルリンク機構１０が揺動・旋回・基端回転しても、重力補償機構６０の各アーム６２，６３が摺動および回転を行い調整する。このようにパラレルリンク機構１０の動きに追従して重力補償機構６０も作動するため、パラレルリンク機構１０に重力補償機構６０を組込んでもパラレルリンク機構６０はスムーズな動作が可能になる。
パラレルリンク機構１０のケーブル８９の配線は、各リンクユニット１４の関節部の中心軸を中空化し、この穴を通して配線するため、リンクユニット１４の各リンク部材１５〜１７の動きの影響をケーブル８９が受けにくくなり、パラレルリンク機構１０の動きの邪魔にならず、配線が可能になる。
【００６７】
＜下向きのパラレルリンク機構１０用の重力補償機構６０′の例＞
下向き姿勢のパラレルリンク機構１０に用いる重力補償機構６０′の例を、図１５ないし図２１と共に説明する。この重力補償機構６０′は、図９〜図１４と共に説明した上向き姿勢のパラレルリンク機構１０用の重力補償機構６０とは上下逆の設置状態になるが、特に説明する事項の他は同一であるので、対応部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
上向き姿勢用の重力補償機構６０と異なる点は、補償力発生部７６の補償力の発生方向が異なる点である。上向きの前記重力補償機構６０は、先端側リンクハブ１３に掛かる補償力が揺動位置から真上方向に発生するのに対して、下向きの重力補償機構６０Ａは真下方向から揺動側に発生する。このため、下向きのパラレルリンク機構１０に取付ける重力補償機構６０′の補償力発生部７６′には、ばね部材６４′として接触型巻ばねを用い、図１５に示す様にばね部材６４′である接触型巻ばねを巻いて、先端側アーム６３が真下を向いた時（先端側リンクハブ１３と基端側リンクハブ１２とが平行な状態）、最大の補償力を発生する点で、上向きのパラレルリンク機構１０用の重力補償機構６０と異なっている。
【００６９】
ばね部材６４′である補償力発生用の接触型巻ばねを巻く場合は、重力補償機構６０′を組立て、最後に補償力発生部７６′と下側取付部材となる先端側ハブ取付部材６８Ｂを重力補償機構６０′の蓋部材７０にねじ止めする前に、図２１のように搖動軸８０の端面の工具係合穴９３に嵌まる六角軸等の工具９２を用いて補償力発生部７６′のばね部材６４′を、このばね部６４′の各周回部分の間隔が広がるように巻く。巻き終えた後に、下側取付部材となる先端側ハブ取付部材６８Ｂをビス８３でねじ止めして完成させる。図２０のように、先端側アーム６３の巻方向Ｓと反対側となる反力方向Ｒに補償力が発生する。
【００７０】
パラレルリンク機構１０を動かす時には、上向きのパラレルリンク機構１０の場合と同様に、重力補償機構６０′の基端側アーム６２の回転軸受７０に設けられた回転センサ７０で、補償力が発生する方向へ先ず揺動させて、その後、旋回、基端回転により、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１３の搭載物を目的の方向へ向ける。
【００７１】
＜重力補償機構１６０が任意方向に揺動可能な実施形態（上向き）＞
この発明のさらに他の実施形態を図２２〜図２５と共に説明する。この実施形態の重力補償機構付パラレルリンク作動装置は、上向き姿勢のパラレルリンク機構１０に、図２３に示す重力補償機構１６０が設置されており、重力補償機構１６０の構成が異なる他は、図１〜図１４に示した第１の実施形態と同様である。
図２２において、重力補償機構１６０は、パラレルリンク機構の折れ点Ｏに揺動中心点Ｎ′が位置して、この揺動中心点Ｎ′で任意の揺動方向に揺動可能であり、揺動により前記補償力を発生する。折れ点Ｏは、図８と共に前述したように、基端側リンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとが交差する点である。
なおこの構成の場合、前記重力補償機構１６０は、パラレルリンク機構１０の任意の旋回方向における搖動中心（直線）が無数交差する搖動中心点Ｎ′で任意方向にピボット状に搖動可能であり、前記搖動中心点Ｎ′が前記折れ点Ｏに位置するように、パラレルリンク機構１０に組み込まれる。
【００７２】
＜重力補償機構１６０の具体的構成＞
図２３に示すように、重力補償機構１６０は、下アームである基端側アーム１６５Ａと上アームである先端側アーム１６５Ｂとの２つのアームを持ち、両アーム１６５Ａ，１６５Ｂの一端は、任意の方向に揺動可能なジョイント１２１により連結する。このジョイント１２１と各アーム１６５Ａ，アーム１６５Ｂの間に回転軸受１６７Ａ，１６７Ｂを組み込み、各アーム１６５Ａ，１６５Ｂとジョイント１２１とは回転可能にする。重力補償機構１６０の各アーム１６５Ａ，１６５Ｂの他端は、スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂを介してパラレルリンク機構１０の基端側のリンクハブ１２（図２２参照）および先端側のリンクハブ１３に連結される。また、各アーム１６５Ａ，１６５Ｂには、それぞれ補償力発生部１７６Ａ，１７６Ｂを構成する補償力発生用のばね部材１６４Ａ，１６４Ｂが設けられる。
【００７３】
ジョイント１２１はユニバーサルジョイントであり、図２４に示すように、一対のジョイント部材１２２，１２３と、中間部材１２４とを有する。中間部材１２４は、片方のジョイント部材１２２に対して第１の連結軸１２５で回転可能に連結され、もう片方のジョイント部材１２３に対しては、前記第１の連結軸１２５と直交する方向に延びる第２の連結軸１２６で回転可能に連結される。このようにジョイント１２１は、一対のジョイント部材１２２，１２３が直交する２本の連結軸１２５，１２６を介して連結されることで、
両連結軸１２５，１２６の軸心の交点となる搖動中心点Ｎ′回りに、任意方向に揺動可能とされている。
【００７４】
ジョイント１２１の各ジョイント部材１２２，１２３に前記回転軸受１６７Ａ，１６７Ｂの外輪が固定され、各回転軸受１６７Ａ，１６７Ｂの内輪に、前記基端側アーム１６２および先端側アーム１６３が嵌合状態に固定される。
基端側アーム１６２および先端側アーム１６３は、外周面にスプライン溝１６５Ａ，１６５Ｂを有し、これらスプライン溝１６５Ａ，１６５Ｂに係合して前記スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂが、各アーム１６２，１６３に対して軸方向移動可能に設置される。
【００７５】
前記各スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂの外周に、基端側ハブ取付部材１６８Ａ，１６８Ｂが、それぞれ座部材１７１Ａ，１７１Ｂを介して取付けられる。座部材１７１Ａ，１７１Ｂは、スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂの外周に嵌合して固定される筒状の部材である。これら座部材１７１Ａ，１７１Ｂの外周面に設けられた上下２か所の止め輪溝に係合する一対の止め輪１７２，１７３で挟み付けるように、前記各スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂが座部材１７１Ａ，１７１Ｂに取付けられる。なお、前記スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂは、ボールスプライン型軸受であっても摺動型スプライン軸受であってもよい。
【００７６】
前記償力発生用の各ばね部材１６４Ａ，１６４Ｂは、一端側が大径となる台形の均等巻きばねであり、基端側アーム１６２および先端側アーム１６３の他端に取付けらればね座１７４Ａ，１７４Ｂに小径側端が係合し、大径側端が各スプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂに接してこれらスプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂを揺動中心点Ｎ′側に付勢する。
上側アームとなる先端側アーム１６３には、スプライン軸受１６６Ｂの揺動中心点Ｎ′側への移動範囲を規制する止め輪１７５が設けられている。
【００７７】
このようにばね部材１６４Ａ，１６４Ｂでスプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂを揺動中心点Ｎ′側へ付勢することにより、パラレルリンク機構１０が揺動すると、重力補償機構１６０の基端側アーム１６２および先端側アーム１６３に対して各基端側リンクハブ１２および先端側リンクハブ１３が摺動し、これによりばね部材１６４Ａ，１６４Ｂが縮み、摺動方向と逆向きのばね力を発生する。このばね力が補償力としてパラレルリンク機構１０に作用する。
前記ばね部材１６４Ａ，１６４Ｂには台形形のばねを使用しているため、自然長における軸方向寸法を短くすることが可能となる。
【００７８】
なお、図２６に示すように、ばね部材１６４Ａ，１６４Ｂの別の例として、先端側リンクハブ１３（図２２）の内側に密着型の巻ばね１６４Ａ′等を設け、先端側リンクハブ１３と上アームである先端側アーム１６３に設けたばね座１７４Ｂを前記密着型の巻ばね１６４Ｂ′のフック部ａ，ｂで取付けてもよい。基端側リンクハブ１２（図２２）と下アームである基端側アーム１６２間も上記と同様に密着型の巻ばね（図示せず）を設ける。密着型の巻ばねは、負荷が作用しない自然状態で各周回部分が相互に接するばねである。
【００７９】
上記重力補償機構１６０をパラレルリンク機構１０に取付ける位置および方向については、基端側および先端側の各リンクハブ１２，１３の各球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図８）を通る中心軸ＱＡ，ＱＢに同軸で、パラレルリンク機構１０が真上を向いた状態で、重力補償機構１６０のジョイント１２１の揺動中心点Ｎ′とパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏが同じ位置となるように取付ける。
【００８０】
これにより、パラレルリンク機構１０を揺動させる場合、先端側リンクハブ１３は任意の方向に揺動が可能で、この揺動によりパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏの位置が変化すると、これに応じて先端側リンクハブ１２と下アームである先端側アーム１６３とが摺動して、重力補償機構１６０はパラレルリンク機構１０の動きに追従してジョイント１２１の揺動中心点Ｎ′も移動して揺動する。これにより、パラレルリンク機構１０はスムーズに動作可能になる。また、この揺動により各リンクハブ１２，１３と重力補償機構６０の各アーム１６２，１６３間に設けたばね部材１６４Ａ、１６４Ｂが縮んで反力が発生し、この反力がパラレルリンク機構１０を真上方向へ戻す補償力としてパラレルリンク機構１０へ作用する。
【００８１】
パラレルリンク機構１０が揺動状態で、旋回や回転を行う場合でも、重力補償機構１６０の各アーム１６２，１６３とジョイント１２１間に設けた回転軸受１６７Ａ，１６７Ｂが回転することで、重力補償機構さはパラレルリンク機構１０の動きに追従することができる。また、パラレルリンク機構１０が旋回や回転中でも、パラレルリンク機構１０が揺動状態であれは、常に補償力をパラレルリンク機構１０へ作用させることが出来る。          
【００８２】
図２５は、パラレルリンク機構１０の３つの動き（揺動、旋回、基端回転) について、この重力補償機構付パラレルリンク作動装置の動きを示す。
【００８３】
＜揺動について（図２０（Ａ））＞
重力補償機構１６０の上アームである先端側アーム１６３と下アームである基端側アーム１６２とはユニバーサル型のジョイント１２１で連結されているため、どの方向にも揺動が可能であり、そのため、パラレルリンク機構１０のリンクユニット１４のアクチュエータ１１を駆動して、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１２は、重力補償機構１６０により阻害されることなく、目的の方向に揺動できる。
【００８４】
先端側リンクハブ１２が揺動すると、先端側リンクハブ１２の積載物（図示せず）の重量がパラレルリンク機構１０の各リンクユニット１４に負荷される。一方、この揺動により先端側リンクハブ１２は揺動方向に対して垂直方向に伸びる方向に摺動する。すると、上アームである先端側アーム１６３と先端側リンクハブ１２間に設けられたばね部材１６４Ｂが縮む。この縮んだばね部材１６４Ｂのばね力が先端側リンクハブ１２を基の位置へ戻す補償力となる。
同時に、下アームである基端側アーム１６２は上方向へ摺動し、これにより基端側アーム１６２と基端側リンクハブ１２の間に設けらればね部材１６４Ａも縮む。このばね部材１６４Ａのばね力が下アームである基端側アーム１６２を元の角度に戻す補償力となる。  これらの補償力がパラレルリンク機構１０に作用して、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１３の積載物の重量が補償され、積載物の重量が増えてもパラレルリンク機構１０はスムーズな稼働が可能になる。
【００８５】
なお、先端側リンクハブ１３が揺動する際、先端側リンクハブ１２と基端側リンクハブ１３に対し、上アームである先端側アーム１６３と下アームである基端側アーム１６２はスプライン軸受１６６Ｂ，１６６Ａを介して摺動する。
【００８６】
＜旋回について（図２０（Ｂ））＞
次の揺動方向へ向くように先端側リンクハブ１２を旋回させるために、パラレルリンク機構１０のリンクユニット１４のアクチュエータ１１を駆動する。この時、重力補償機構１６０も先端側リンクハブ１２に合わせて揺動状態となっている。そこで、先端側リンクハブ１２が旋回すると、これに合わせて、重力補償機構１６０の下アームである基端側アーム１６２とユニバーサル型のジョイント１２１は旋回するが、下アームである基端側アーム１６２に取付けられた回転軸受１６７Ａが回転し、基端側アーム１６２はスプライン軸受１６６Ａを介して基端側リンクハブ１２側に停止している。
なお、重力補償機構１６０は揺動状態を維持しているため、補償力も発生している。
【００８７】
＜回転について（図２０（Ｃ））＞
先端側リンクハブ１３の積載物の姿勢を変更する場合には、基端側リンクハブ１２を回転台９０の回転用アクチュエータ９１で回転させて、パラレルリンク機構１０の全体の回転により先端側リンクハブ１２を等速で回転させることにより、積載物の姿勢を変更する。
この時、重力補償機構１６０の下アームである基端側アーム１６２と上アームである先端側アーム１６３とは、各基端側および先端側の各リンクハブ１２，１３にスプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂを介して取付けられているため、パラレルリンク機構１０の各リンクハブ１２，１３と同時に回転するが、ユニバーサル型のジョイント１２１と基端側および先端側の各アーム１６２，１６３間の回転軸受１６７Ａ，１６７Ｂが回転することで、ユニバーサル型のジョイント１２１は、パラレルリンク機構１０の揺動角を保持した状態で静止状態となる。
このように、重力補償機構１６０は揺動姿勢を保持しているため、揺動時の補償力も保持したままパラレルリンク機構１０が回転する。
【００８８】
＜効果＞
この実施形態の重力補償機構付パラレルリンク機構は、パラレルリンク機構１０が揺動状態となりリンクユニット１４のバランスが崩れ、先端側リンクハブ１３の積載物の重量の影響が生じる時に、この重量を重力補償機構１６０が補償することで、パラレルリンク機構１０への積載物重量の影響を減少させて、アクチュエータ１１のモータ出力を低減できるため、モータを小型化してコンパクト化と省エネルギー化できる。
パラレルリンク機構１０の特徴として任意の方向に揺動できるが、この実施形態の重力補償機構１６０も、ユニバーサル型のジョイント１２１をパラレルリンク機構１０の折れ点Ｏに揺動中心点Ｎ′が一致するように設け、各基端側および先端側のアーム１６２，１６３はパラレルリンク機構１０とスプライン軸受１６６Ａ，１６６Ｂを介してパラレルリンク機構１０の各球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通る各中心軸ＱＡ，ＱＢに同軸に取付けているため、パラレルリンク機構１０の任意の方向への揺動に対応できる。
【００８９】
この実施形態の重力補償機構１６０は、各先端側および基端側の各リンクハブ１２，１３と各先端側および基端側の各アーム１６２，１６３の先端に取付けたばね部材１６４Ａ，１６４Ｂが、パラレルリンク機構１０が揺動すると、各アーム１６２，１６３に対して各リンクハブ１２，１３が相対的に摺動する力でばね力を発生し、このばね力を補償力としてパラレルリンク機構１０の揺動する方向に関係なく発生する。
また、この重力補償機構１６０は、上アームである先端アーム１６３と下アームである基端側アーム１６２はユニバーサル型のジョイント１２１で連結して、各アーム１６２，１６３とユニバーサル型のジョイント１２１の間に回転軸受１６７Ｂ，１６７Ａを設けた構造にしており、このため、パラレルリンク機構１０が揺動・旋回・基端回転しても、重力補償機構１６０はこの動きに追従する。そのため、パラレルリンク機構１０はスムーズに動作する。
【００９０】
＜下向きのパラレルリンク機構１０用の重力補償機構１６０′の例＞
次に、下向きのパラレルリンク機構１０用の重力補償機構１６０′の構造を図２７、図２８に示す。この実施形態の重力補償機構１６０′は、特に説明した事項の他は、図２２〜図２６と共に説明した実施形態の重力補償機構１６０と同じ構造であり、設置の向きが上下逆向きとなる。
異なる点は、組込むばね部材１６４Ａ，１６４Ｂとして密着型の巻ばねを使用し、次のように取付ける点である。パラレルリンク機構１０の基端側および先端側の各リンクハブ１２，１３と重力補償機構１６０′の基端側および先端側の各アーム１６２，１６３のばね座１７４Ａ，１７４Ｂに、ばね部材１６４Ａ′，１６４Ｂ′の両端に設けられたフック部ａ，ｂを掛けてばね部材１６４Ａ′，１６４Ｂ′を取り付け、パラレルリンク機構１０を真下に向けた状態でばね力を発生させるようにする。
これにより、パラレルリンク機構１０が揺動すると常に重力補償機構１６０′は、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１３と重力補償機構１６０′の先端側アーム１６３に対して、揺動方向にばね力が発生し、このばね力でパラレルリンク機構１０の揺動力を補償する。また、この補償力は、パラレルリンク機構１０の旋回方向に関係なくどの旋回方向で揺動しても補償力は発生する。
【００９１】
なお、下向きのパラレルリンク１０に設置する重力補償機構１６０′において、ばね部材１６４Ｂ′として均等型の巻きばね（図示せず）を用い、圧縮させて先端側リンクハブ１３の内側と先端側アーム１６３のばね座１７４Ｂにフックで取付けても良い。
【００９２】
図２８は、下向きのパラレルリンク機構１０に重力補償機構１６０′を設けた場合の各動作を示す。この場合も、揺動、旋回、基端回転の動きについては上向きのパラレルリンク機構１０に重力補償機構１６０を設けた場合の動きと同じ動きになる。
【００９３】
＜第３の実施形態の重力補償機構付パラレルリンク作動装置の上向きの例＞
図２９〜図３３は、この発明における第３の実施形態の重力補償機構付パラレルリンク作動装置の上向きの例を示す。図３１は、図３０のXXXI-XXX断面である。
この例では、図３０および図３１に破断正面図および破断側面図を示すように、重力補償機構２６０は、棒状の中央部材２０１の両端に、互いに平行な揺動中心Ｎ，Ｎ回りにそれぞれ揺動可能に、ハウジングとなる一対の揺動体２０２，２０３が連結される。具体的には、中央部材２０１の両端に両面に突出するように揺動軸２０４，２０５が固定され、これら揺動軸２０４，２０５の外周に、前記揺動体２０２，２０３が、転がり軸受からなる回転軸受２０６，２０７を介して回転可能に設置される前記揺動中心Ｎ，Ｎは、揺動軸２０４，２０５の軸中心であり、棒状の中央部材２０１の長手方向に対して直交する方向である。
【００９４】
中央部材２０１と各揺動体２０２，２０３との連結部には、補償力発生部２１２，２１３が設けられる。各補償力発生部２１２，２１３は、各連結部において揺動軸２０４，２０５の両端に設けられた左右対称構造の補償力発生部構成体２１２Ｌ，２１２Ｒ，２１３Ｌ，２１３Ｒで構成される。各補償力発生部２１２，２１３は、揺動軸２０４，２０５と同軸心で前記各揺動体２０２，２０３にばねハウジング２１４，２１５を固定し、その内部に巻きばねからなるばね部材２１６，２１７が収容されている。
なお、図３２は。基端側の補償力発生部２１２を示すが、先端側の補償力発生部２１３
は基端側の補償力発生部２１２と同様な構成であり、先端側の補償力発生部２１３における基端側の補償力発生部２１２との対応部分の符号を括弧書きで示す。
ばねハウジング２１４，２１５は、浅い円筒状であり、その開口は蓋部材２１４ａ，２１５ａで閉じられている。各ばね部材２１６，２１７は、それぞれ一端が前記揺動軸２０４，２０５に固定され、他端が前記ばねハウジング２１４，２１５に固定される。具体的には、ばね部材２１６，２１７の一端２１６ａ，２１７ａは、揺動軸２０４，２０５に設けられたばね止めスリット２２６，２２７に係合し、他端２１６ａ，２１７ａがばねハウジング２１４，２１５に設けられたばね止めスリット２２８に係合している。これにより、中央部材２０１に対して各揺動体２０２，２０３が揺動すると、巻きばねからなるばね部材２１６，２１７が巻かれ、その弾性復元力が補償力として利用される。
【００９５】
各揺動体２０２，２０３には、転がり軸受からなる回転軸受２２２，２２３が、その内輪を固定した状態に設置され、これら回転軸受２２２，２２３の外輪の外周に、基端側ハブ取付部材２２４および先端側ハブ取付部材２２５が組み込まれる。基端側ハブ取付部材２２４内の回転軸受２２２には、回転センサ２７０が設置されている。
【００９６】
前記基端側ハブ取付部材２２４および先端側ハブ取付部材２２５は、各揺動体２０２，２０３の中心である揺動中心Ｎ，Ｎが、それぞれ基端側リンクハブ１２と先端側リンクハブ１３の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、これら球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを結ぶ直線に対して垂直に取付ける。  
さらに、重力補償機構２６０の各揺動中心点Ｎ′，Ｎ′は、パラレルリンク機構１０の２か所の球面リンク中心位置ＰＡ，ＰＢと同じ位置に設定し、２か所の補償力発生部２１２，２１３の補償力発生方向も合わせる。揺動中心点Ｎ′は、揺動中心Ｎとなる直線上における、中央部材２０１の軸心が交わる点である。
【００９７】
上記の重力補償機構２６０の２つの揺動体２０２，２０３に組込む回転軸受２０６，２０７のうち、基端側リンクハブ１２側の回転軸受２０２には回転センサ２７０を組込む。この回転センサ２７０の原点を重力補償機構２６０が傾ける方向に合わせて、コントローラ２は、パラレルリンク機構１０が常に前記原点で揺動するように前記アクチュエータ１１を駆動する。これにより、重力補償機構２６０は、パラレルリンク機構１０揺動と共に補償力を発生させる。  
【００９８】
次に、上記重力補償機構２６０を組込んだパラレルリンク機構１０の揺動、旋回、基端回転基端の動作方法を図３３に示す。
【００９９】
＜揺動について（図３３（Ａ））＞
パラレルリンク機構１０を揺動させる場合には、先ず重力補償機構２６０の回転センサ２７０の原点位置を検知して、その原点位置でパラレルリンク機構１０の各アクチュエータ１１のモータを駆動して先端側リンクハブ１２を揺動させる。これにより、重力補償機構２６０の２か所の揺動部２０２，２０３の揺動中心Ｎ，Ｎとパラレルリンク機構１０の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢが一致しているため、重力補償機構２６０も揺動し、その位置に設けられた補償力発生部２１２，２１３から補償力を発生する。この補償力により、先端側リンクハブ１３の積載物（図示せず）の重量を補償することで、パラレルリンク機構１０への積載物の重量による負荷を軽減する。この時、先端リングハブ１３が目的の位置と異なる場合には回転台９０で目的の方向に向ける。逆に、回転台９０を回転後、先端リングハブ１３を傾けても良い。
【０１００】
＜旋回について（図３３（Ｂ））＞
上記のパラレルリンク機構１０の揺動は、回転センサ２２９の原点位置で揺動するため、先端側リンクハブ１２は旋回方向につき狙いの位置と揺動した方向が異なる場合がある。この時、パラレルリンク機構１０の各アクチュエータ１１を駆動することで、先端側リンクハブ１３を旋回させて旋回方向につき目的の方向に先端リンクハブ１２を向ける。この時、重力補償機構２６０は、下側の揺動体２０２と基端側リンクハブ１２との取付部材２２４の軸受２２２が回転するため、パラレルリンク機構１０への重力補償機構２６０の影響はない。
なお、重力補償機構２６０は揺動した形状で旋回するため、旋回時も補償力を発生してパラレルリンク機構１０に掛かる積載物重量を補償する。
【０１０１】
＜基端回転について（図３３（Ｃ））＞
上記の旋回で、先端側リンクハブ１３は旋回方向につき目的の方向を向いているが、先端側リンクハブ１３の積載物は目的の方向と異なる場合がある。この時は、パラレルリンク機構１０の基部側リンクハブ１３を回転台９０の回転用アクチュエータ９１で回転させる（回転後の状態は図示せず）。この回転が等速で先端側リンクハブ１３へ伝達され、先端側リンクハブ１３が回転して積載物を狙いの姿勢にする。
【０１０２】
このパラレルリンク機構１０の基端回転時には重力補償機構２６０の各取付部材２２５，２２６の回転軸受２２２，２２３が回転し、重力補償機構２６０は揺動状態を保持することで補償力を発生している。
【０１０３】
＜第３の実施形態の効果＞
前述のように従来のパラレルリンク機構では、先端側リンクハブの積載物の重量は夫々のリンクユニットが支持しているが、パラレルリンク機構が揺動すると各リンクユニットの姿勢変化により負荷バランスが崩れる。そのため、先端リンクハブの積載重量が限られる。
しかし、この実施形態の重力補償機構２６０をパラレルリン機構１０へ取付けることで、重力補償機構２６０で先端側リンクハブ１３の積載物の重量を補償するため、各リンクユニット１４の負荷が軽減し、これにより積載物の重量制限範囲を広くすることが可能になる。
また、この重力補償機構２６０の補償力により、パラレルリンク機構１０への積載重量の負荷が軽減するため、アクチュエータ１１の駆動モータの負荷も軽減され、パラレルリンク機構１０のアクチュエータ１１の小型化が図れると共に、アクチュエータ１１への供給電力を省電力化できる。
また、この重力補償機構２６０は、パラレルリンク機構１０内部に取付けるため、パラレルリンク機構１０自体が大きくなることもない。
この重力補償機構２６０は、パラレルリンク機構１０の先端側リンクハブ１３と基端側リンクハブ１２に取付ける際に、パラレルリンク機構１０の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢと重力補償機構２６０の揺動中心Ｎ，Ｎを一致させ、さらに回転軸受２２２，２２３を介して夫々をパラレルリンク機構１０の基端側リンクハブ１２および先端側リンクハブ１３に取付けているため、パラレルリンク機構１０が揺動・旋回・基端回転の動作をしても、重力補償機構２６０が影響を及ぼすことなくスムーズに動作できる。
【０１０４】
＜第３の形態の重力補償機構付パラレルリンク作動装置の下向きの例＞
次に下向きのパラレルリンク機構１０に重力補償機構２６０を設けた場合の例を図３４〜３６に示す。この下向きのパラレルリンク機構１０に設置する重力補償機構２６０′も、図２９〜３３に示した上向きのパラレルリンク機構１０用の重力補償機構２６０と、特に説明した事項の他は同じ構造になる。上向き用と下向き用の異なる点は、補償力の発生方向であり、上向き用は先端側リンクハブ１２が最大揺動時に最大の補償力を発生するが、下向き用の場合には先端側リンクハブ１３が真下を向いた時に最大の補償力を発生するところである。
【０１０５】
このため、下向き用の重力補償機構２６０の補償力発生部２１２，２１３の巻ばねからなるばね部材２１６，２１７は、予め巻いて弾性復元力が発生する状態でパラレルリンク機構１０に取付け、パラレルリンク機構１０が揺動する時に、先端側リンクハブ１３への積載物の重量を補償して、軽負荷で先端側リンクハブ１３が揺動する。
【０１０６】
以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示し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。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】
【０１０７】
２…コントローラ
１０…パラレルリンク機構
１１…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…リンクユニット
１５，１６…端部リンク部材
１７…中央リンク部材
６０，６０′…重力補償機構
６２…基端側アーム
６３…先端側アーム
６４，６４′…ばね部材
６５Ａ，６５Ｂ…スプライン溝
６６Ａ，６６Ｂ…スプライン軸受
６７Ａ，６７Ｂ…回転軸受
６８Ａ…基端側ハブ取付部材
６８Ｂ…先端側ハブ取付部材
６８Ａａ…取付面
７０…回転センサ
７６，７６′…補償力発生部
７７…ばねハウジング
８０…揺動軸
８１Ａ…下側取付部材
８１Ｂ…上側取付部材
８１Ａａ，８１Ｂａ…軸取付部
８８…エンドエフェクタ
８９…ケーブル
１２１…ジョイント
１２２，１２３…ジョイント部材
１２４…中間部材
１２５…第１の連結軸
１２６…第２の連結軸
１６０，１６０′…重力補償機構
１６５Ａ…基端側アーム
１６５Ｂ…先端側アーム
１６７Ａ，１６７Ｂ…回転軸受
１６６Ａ，１６６Ｂ…スプライン軸受
１７６Ａ，１７６Ｂ…補償力発生部
１６４Ａ，１６４Ｂばね部材
１６２…基端側アーム
１６３…先端側アーム
１６５Ａ，１６５Ｂ…スプライン溝
１６６Ａ，１６６Ｂ…スプライン軸受
１６８Ａ，１６８Ｂ…基端側ハブ取付部材
１７１Ａ，１７１Ｂ…座部材
１７４Ａ，１７４Ｂ…ばね座
１６４Ａ′，１６４Ｂ′…ばね部材
２０１…中央部材
２０４，２０５…揺動軸
２０２，２０３…揺動体
２０６，２０７…回転軸受
２１２，２１３…補償力発生部
２１４，２１５…ばねハウジング
２１６，２１７…ばね部材
２２２，２２３…回転軸受
２２４…基端側ハブ取付部材
２２５…先端側ハブ取付部材
２６０…重力補償機構
Ｌ…両球面中心間の距離
Ｌ／２…折れ点球面中心間距離
Ｎ…揺動中心
Ｎ′…揺動中心点
Ｏ…折れ点
Ｏ１，Ｏ２…中心軸
ＰＡ，ＰＢ…球面リンク中心
ＱＡ，ＱＢ…中心軸
Ｘ…連結点中心間距離
Ｙ…取付位置離間距離
γ…交差角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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