(57)【要約】【課題】被作業体に対して作業体で様々な角度や位置から作業を行うことが可能なパラレルリンク機構を用いた作業装置を提供する。【解決手段】パラレルリンク機構を用いた作業装置は、被作業体１に対して作業体２で接触状態または非接触状態で作業を行う装置であって、パラレルリンク機構１０と、姿勢制御用アクチュエータ１１と、直動アクチュエータ５とを備える。パラレルリンク機構１０は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が３組以上のリンク機構１４を介して姿勢を変更可能に連結されている。姿勢制御用アクチュエータ１１は、２組以上のリンク機構１４に設けられ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を任意に変更させる。直動アクチュエータ５は、先端側のリンクハブ１３に設けられ、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って被作業体１と作業体２とを相対的に移動させる。【選択図】図１
2019063906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被作業体に対して作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う作業装置であって、
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、前記各リンク機構は、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と、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に設けられ、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータと、
前記先端側のリンクハブに設けられ、この先端側のリンクハブの中心軸に沿って前記被作業体と前記作業体とを相対的に移動させる直動アクチュエータと、
を備えるパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、前記直動アクチュエータは、固定子の内周に回転子となる中空軸を有する中空モータにより、前記中空軸を貫通したスライド軸を進退させるものであって、
前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に回り止め溝が軸方向に延びて形成され、
前記回り止め溝に係合することにより前記固定子に対して前記スライド軸を回り止めする係止体が前記固定子に設けられ、
前記中空軸の内径部に、前記雄ねじに螺合する雌ねじを有するナットが設けられ、
前記先端側のリンクハブに前記固定子が固定され、前記スライド軸に前記被作業体または前記作業体が支持される、
パラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項３】
請求項２に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、前記中空軸の内周における前記ナットが設けられていない軸方向部分、および前記ナットにおける前記雌ねじが形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部とされたパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【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を用いた作業装置において、前記直動アクチュエータは、前記先端側のリンクハブの中心軸に沿って進退するスライド軸を有し、このスライド軸における基端側に突出する部分に前記被作業体が取り付けられ、かつ、前記作業体が、前記基端側のリンクハブに直接または間接的に設けられたパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、前記作業体を前記基端側のリンクハブの中心軸に沿って移動させる移動機構を有するパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項６】
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を用いた作業装置において、前記直動アクチュエータは、前記先端側のリンクハブの中心軸に沿って進退するスライド軸を有し、このスライド軸における先端側に突出する部分に前記作業体が取り付けられたパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、前記パラレルリンク機構を、前記基端側のリンクハブの中心軸周りに回転させる回転アクチュエータを有するパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高速、高精度で、広範な作動範囲が要求される機器に適用されるパラレルリンク機構を用いた作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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パラレルリンク機構がある。このパラレルリンク機構は、高速、高精度で、広範な作動範囲での動作が可能である。このようなパラレルリンク機構の特性を活かして、医療機器や産業機器等に使用される作業装置にパラレルリンク機構を用いることが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、具体的には、パラレルリンク機構における基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間の内部空間に被作業体が配置され、基端側のリンクハブの中心軸上に作業体が配置される。被作業体は、パラレルリンク機構により姿勢変更可能である。また、作業体は、直動機構により被作業体との相対距離を変更するように移動可能である。この構成によると、被作業体に対して作業体で作業を行う際、パラレルリンク機構により被作業体の姿勢を変更することで、作業体に対する被作業体の姿勢を変え、かつ直動機構により被作業体を移動させることで、被作業体と作業体との相対距離を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５３１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、パラレルリンク機構の先端側のリンクハブに設置された被作業体の姿勢を様々な向きに変更可能であるが、被作業体を先端側のリンクハブの中心軸に沿って移動させることはできない。このため、作業の自由度が小さいという課題がある。具体的には、被作業体を先端側のリンクハブの中心軸に沿って動かしながらの作業ができない。
【０００６】
なお、直動機構により作業体を基端側のリンクハブの中心軸に沿って動かすことで、被作業体を先端側のリンクハブの中心軸に沿って動かす場合とほぼ同様の作業をすることができる。しかし、作業体を動かす場合は、パラレルリンク機構と直動機構とを互いに連動して動作させる必要があり、制御が難しい。また、作業体の動きに伴って被作業体に対する作業体の角度が変化するため、被作業体を動かす場合のように被作業体の各部に対して同じ条件で作業を行うことができない。
【０００７】
この発明の目的は、被作業体に対して作業体で様々な角度や位置から作業を行うことが可能なパラレルリンク機構を用いた作業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】
この発明のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、被作業体に対して作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う作業装置であって、
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、前記各リンク機構は、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と、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に設けられ、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータと、
前記先端側のリンクハブに設けられ、この先端側のリンクハブの中心軸に沿って前記被作業体と前記作業体とを相対的に移動させる直動アクチュエータとを備える。
【０００９】
なお、先端側のリンクハブの中心軸は、先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を先端側の球面リンク中心を称する場合に、この先端側の球面リンク中心を通り、先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。
【００１０】
前記パラレルリンク機構は、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自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側リンクハブの可動範囲を広くとれる。３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に姿勢変更用アクチュエータを設けることで、先端側リンクハブの姿勢を確定することができる。よって、姿勢変更用アクチュエータでパラレルリンク機構を動作させることによって、先端側のリンクハブに設けられた直動アクチュエータ、およびこの直動アクチュエータで移動させられる被作業体または作業体の姿勢を広範囲に変更することが可能である。
【００１１】
作業時には、作業体に対して被作業体が適正な角度となるように、パラレルリンク機構により被作業体または作業体の姿勢を変更し、かつ被作業体と作業体との相対距離が適正となるように、直動アクチュエータにより被作業体または作業体を先端側のリンクハブの中心軸に沿って移動させる。このように被作業体または作業体の姿勢および位置を変えることができるため、被作業体または作業体の動きの自由度が高く、被作業体に対して作業体で様々な角度や位置から作業を行うことができる。また、直動アクチュエータで被作業体または作業体を動かすため、被作業体または作業体の姿勢は一定に保ったまま、被作業体または作業体を先端側のリンクハブの中心軸に沿って動かすことで、被作業体の各部に対して同じ条件で作業を行うことができる。
【００１２】
この発明において、前記直動アクチュエータは、固定子の内周に回転子となる中空軸を有する中空モータにより、前記中空軸を貫通したスライド軸を進退させるものであって、
前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に回り止め溝が軸方向に延びて形成され、
前記回り止め溝に係合することにより前記固定子に対して前記スライド軸を回り止めする係止体が前記固定子に設けられ、
前記中空軸の内径部に、前記雄ねじに螺合する雌ねじを有するナットが設けられた構成であってもよい。
この場合、前記先端側のリンクハブに前記固定子が固定され、前記スライド軸に前記被作業体または前記作業体が支持される。
【００１３】
この構成の直動アクチュエータは、中空モータの回転子である中空軸が回転すると、この中空軸に設けられたナットが回転する。このナットに螺合したスライド軸も回転しようとするが、スライド軸は、回り止め溝に係合した係止体により回り止めされているため回転できずに、軸方向に進退する。スライド軸の雄ねじと回り止め溝が軸方向の同じ箇所に形成されているため、スライド軸の軸方向長さを長くすることなく、十分な長さのストロークを得ることができる。
【００１４】
直動アクチュエータが上記構成である場合、前記中空軸の内周における前記ナットが設けられていない軸方向部分、および前記ナットにおける前記雌ねじが形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部とされていてもよい。
中空軸およびナットのいずれか一方または両方にラジアル軸受部が設けられていると、スライド軸を支持するための軸受を別途に設ける必要がなく、その分だけ直動アクチュエータをコンパクトに構成できる。
【００１５】
この発明において、前記直動アクチュエータは、前記先端側のリンクハブの中心軸に沿って進退するスライド軸を有し、このスライド軸における基端側に突出する部分に前記被作業体が取り付けられ、かつ、前記作業体が、前記基端側のリンクハブに直接または間接的に設けられてもよい。
この構成であると、被作業機に対する作業体の作業が基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとの間の内部空間で行わるため、パラレルリンク機構を用いた作業装置の設置スペースを狭くすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記作業体を前記基端側のリンクハブの中心軸に沿って移動させる移動機構を有していてもよい。
なお、基端側のリンクハブの中心軸は、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を基端側の球面リンク中心を称する場合に、この基端側の球面リンク中心を通り、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。
移動機構を有すると、被作業体の姿勢変更および位置変更に加えて、作業体の位置変更もできるため、作業の自由度がより一層高くなる。
【００１７】
また、前記直動アクチュエータは、前記先端側のリンクハブの中心軸に沿って進退するスライド軸を有し、このスライド軸における先端側に突出する部分に前記被作業体が取り付けられてもよい。
この場合、被作業体の大きさや形状に合わせて適正な位置に作業体を配置することができる。
【００１８】
この発明において、前記パラレルリンク機構を、前記基端側のリンクハブの中心軸周りに回転させる回転アクチュエータを有していてもよい。
回転アクチュエータを有すると、パラレルリンク機構も回転することができるため、作業の自由度がより一層高くなる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、被作業体に対して作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う作業装置であって、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、前記各リンク機構は、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と、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に設けられ、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータと、前記先端側のリンクハブに設けられ、この先端側のリンクハブの中心軸に沿って前記被作業体と前記作業体とを相対的に移動させる直動アクチュエータとを有するため、被作業体に対して作業体で様々な角度や位置から作業を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図２】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図３】同作業装置の組立分解図である。
【図４】同作業装置のリンク作動装置の一部を省略した正面図である。
【図５】（Ａ）は図４のＶ−ＰＡ−Ｖ断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図６】同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。
【図７】同作業装置の直動アクチュエータの断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】同直動アクチュエータの右側面図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図１１】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図１２】同作業装置の組立分解図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図１４】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図９はこの発明の第１の実施形態を示す。図１はパラレルリンク機構を用いた作業装置の一状態を示す正面図、図２は同作業装置の異なる状態を示す正面図、図３は同作業装置の組立分解図である。この作業装置は、被作業体１に対して作業体２で接触状態または非接触状態で作業を行う装置である。例えば、作業体２は切削加工や研摩加工を行う回転工具であり、その場合、被作業体１に対して接触状態で作業を行う。作業体２は、液体の塗布機等のように、被作業体１に対して非接触で作業を行うものであってもよい。
【００２２】
この実施形態の作業装置は、地面に設置された枠状の土台３を有し、この土台３の上板部３ａの上にリンク作動装置４が設置されている。リンク作動装置４は、パラレルリンク機構１０と、このパラレルリンク機構１０を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ１１とからなる。パラレルリンク機構１０は、上向きの姿勢で設けられており、その上部側に位置する後述の先端側のリンクハブ１３に直動アクチュエータ５が設けられている。そして、この直動アクチュエータ５の進退部分であるスライド軸１０２に設けられた被作業体取付部材６に、被作業体１が取り付けられる。この実施形態の場合、スライド軸１０２の基端側に突出する部分に、被作業体取付部材６が設けられている。
【００２３】
また、前記土台３には昇降機構７が設けられている。そして、この昇降機構７によって昇降される作業体取付部材８に、作業体２が取り付けられる。作業体２は、後述の基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと同心に取り付けられ、回転作業部２ａは前記中心軸ＱＡ周りに回転する。昇降機構７は、請求項で言う「移動機構」に相当する。
【００２４】
＜リンク作動装置＞
図４はリンク作動装置４の一部を省略した背面図である。リンク作動装置４のパラレルリンク機構１０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。図４では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。
【００２５】
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で構成され、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。
【００２６】
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、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、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との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００２７】
図５は図４のＶ−ＰＡ−Ｖ断面図であって、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。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の形状ならびに位置関係も図５と同様である（図示せず）。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。
【００２８】
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６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と、これら回転対偶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。図６は、一組のリンク機構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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図５）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６）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（図６）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。
【００３１】
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２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（図６）は変化しない。
【００３２】
各リンク機構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：各リンク機構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。
【００３３】
図４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２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。図５に示すように、基端部材２０は中央部に円形の貫通孔２０ａを有し、この貫通孔２０ａ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２０ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図４）上に位置する。各回転軸連結部材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。
【００３４】
一つの基端側の端部リンク部材１５およびその両端周辺部を拡大した図５（Ｂ）に示すように、回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂ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。軸受２３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受２３は、回転軸連結部２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定されている。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
【００３５】
回転軸２２は、大径部２２ａで後記減速機構６２の出力軸６２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、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の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構６２の出力軸６２ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。
【００３６】
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３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３２ｂで２個の軸受３６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。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、外側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。
【００３７】
図４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個の回転軸連結部材５１とで構成される。先端部材５０も、基端部材２０と同様に円形の貫通孔５０ａを有する。各回転軸連結部材５１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５１は、軸心がリンクハブ中心軸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）を介して回転軸連結部材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。
【００３８】
パラレルリンク機構１０を作動させる姿勢制御用アクチュエータ１１は、減速機構６２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２０の上面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１１と減速機構６２は一体に設けられ、モータ固定部材６３により減速機構６２が基端部材２０に固定されている。この実施形態では、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１１が設けられている。ただし、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。
【００３９】
図５（Ｂ）において、減速機構６２はフランジ出力であって、大径の出力軸６２ａを有する。出力軸６２ａの先端面は、出力軸６２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面６４となっている。出力軸６２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。前記回転軸２２の大径部２２ａが、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部を構成し、この大径部２２ａが、減速機構６２の出力軸６２ａに設けられた内径溝６７に嵌っている。
【００４０】
＜直動アクチュエータ＞
図７は直動アクチュエータの断面図、図８は図７のVIII−VIII断面図、図９は同直動アクチュエータの右側面図である。なお、図７は図８のVII−Ｏ３−VII断面を示している。
【００４１】
この直動アクチュエータ５は、中空モータ１０１の回転を直線運動に変換して、スライド軸１０２を軸方向に進退させる。直動アクチュエータ５は、前記中空モータ１０１、ナット１０３、前記スライド軸１０２、一対の係止体１０４，１０５、および回転検出手段１０６を備える。
【００４２】
中空モータ１０１は、固定子１１０と、コイル１１１と、永久磁石１１２と、回転子となる中空軸１１３とで構成される。コイル１１１への通電は、図示しない制御装置により制御される。
【００４３】
固定子１１０は、この直動アクチュエータ５のハウジングをなすものであり、軸方向中央部の固定子本体１１４と、この固定子本体１１４の一方の端面に固定されたフランジ形成部材１１５と、固定子本体１１４およびフランジ形成部材１１５の端面にそれぞれ固定された一対の蓋１１６，１１７との組合せからなる。フランジ形成部材１１５および蓋１１６は固定ボルト１１８によって固定子本体１１４に固定され、蓋１１７は固定ボルト１１９によって固定子本体１１４に固定される。
【００４４】
フランジ形成部材１１５は外周にフランジ部１１５ａを有し、このフランジ部１１５ａに、直動アクチュエータ５を先端側のリンクハブ１３に取り付けるための貫通孔１２０が設けられている。
また、蓋１１６，１１７の内周部は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２１，１２２とされている。これらラジアル軸受部１２１，１２２は、樹脂でできている。
【００４５】
中空モータ１０１は、前記固定子本体１１４の内周に前記コイル１１１が配置され、このコイル１１１の内周に対向して前記永久磁石１１２が配置されている。永久磁石１１２は、前記中空軸１１３の外周面に固定されている。中空軸１１３の両端部は、フランジ形成部材１１５および固定子本体１１４にそれぞれ設置された一対の転がり軸受１２３，１２４によって回転自在に支持されている。
【００４６】
ナット１０３は、中空軸１１３の内径部に固定されている。ナット１０３の軸方向一端側（図７の左側）には雌ねじ１２５が形成され、軸方向他端側（図７の右側）は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２６とされている。例えば、ナット１０３は樹脂製とされ、インサート成形により金属製の中空軸１１３と一体化されている。ナット１０３の外周面に設けられた凸部１０３ａが中空軸１１３の内周面に食い込んだ形状とされており、ナット１０３と中空軸１１３とが強固に一体化されている。
【００４７】
ナット１０３、および蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２に用いる樹脂材としては、スライド軸１０２との優れた摺動性を有し、かつスライド軸１０２を構成する金属よりも硬度が低いことが求められる。このような要求を満たす樹脂材としては、例えばフッ素系樹脂組成物や超高分子量ポリエチレン樹脂組成物等が挙げられる。
【００４８】
フッ素系樹脂組成物は、フッ素系樹脂を主成分とする。フッ素系樹脂としては、ポリテトラルオロエチレン樹脂（略称ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（略称ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（略称ＰＦＥ）、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、ポリクロロトリフルエチレン樹脂、エチレン‐クロロフルオロエチレン共重合体樹脂等が挙げられる。これらは、それぞれ単独もしくは、上記フッ素系樹脂のモノマーの例えば１：１０から１０：１の重合割合で、２種以上の共重合体や３元共重合体等からなる樹脂であってもよい。
【００４９】
スライド軸１０２は、ハウジングをなす固定子１１０よりも軸方向に長い軸であって、外周の軸方向両端間にわたって雄ねじ１２７が形成されている。この雄ねじ１２７は、ナット１０３の雌ねじ１２５に螺合している。
【００５０】
また、スライド軸１０２の外周には、軸方向両端間に軸方向に延びる回り止め溝１２８が形成されている。つまり、雄ねじ１２７と回り止め溝１２８は軸方向の同じ箇所に形成されており、雄ねじ１２７の周方向の一部分が回り止め溝１２８によって切り欠かれた状態となっている。図の例では、回り止め溝１２８の数が一つであるが、円周方向に分散して複数あってもよい。
【００５１】
係止体１０４，１０５は、それぞれ固定ボルト１３０，１３０により蓋１１６，１１７に固定され、その先端がスライド軸１０２の回り止め溝１２８内に挿入されている。これにより、スライド軸１０２が回り止めされる。回り止め溝１２８と係止体１０４，１０５とで、回り止め機構を構成する。回り止め機構は、他の構成であってもよい。例えば、回り止め溝１２８内をボールが転動する構成としてもよい。
【００５２】
回転検出手段１０６は、中空軸１１３に設けられた磁気エンコーダ１３１と、固定子本体１１４に設けられた磁気センサ１３２とからなり、これら磁気エンコーダ１３１および磁気センサ１３２が互いに軸方向に対向している。磁気センサ１３２は、前記制御装置に接続されている。
【００５３】
スライド軸１０２の一端に、前記被作業体取付部材６が設けられる。被作業体取付部材６は、被作業体取付用のねじ孔１４１を有し、固定ボルト１４２によってスライド軸１０２に固定される。また、スライド軸１０２の他端には、抜け止め用部材１４３が固定ボルト１４４によって固定されている。
【００５４】
この直動アクチュエータ５は、上記構成であって、次のように動作する。
制御装置(図示せず）の制御によりコイル１１１が通電されると、中空モータ１０１の中空軸１１３が回転し、この中空軸１１３に設けられたナット１０３が回転する。このナット１０３に螺合したスライド軸１０２も回転しようとするが、スライド軸１０２は、回り止め溝１２８に係合した係止体１０４，１０５により回り止めされているため回転できずに、軸方向に進退する。中空軸１１３の回転は回転検出手段１０６に検出され、その検出信号が制御装置に送られる。
【００５５】
スライド軸１０２の雄ねじ１２７と回り止め溝１２８とが軸方向の同じ箇所に形成されているため、スライド軸１０２の軸方向長さを長くすることなく、十分な長さのストロークを得ることができる。また、固定子１１０の蓋１１６，１１７およびナット１０３にラジアル軸受部１２１，１２２，１２６が設けられているため、スライド軸１０２を支持するための軸受を別途に設ける必要がなく、その分だけ直動アクチュエータ５をコンパクトに構成できる。
【００５６】
ナット１０３のラジアル軸受部１２６だけでも、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持することができるが、固定子１１０にもラジアル軸受部１２１，１２２を設けることで、スライド軸１０２の支持が安定する。追加のラジアル軸受部１２１，１２２を固定子１１０に設けることにより、直動アクチュエータ５の軸方向長さを変えることなく、スライド軸１０２の支持の安定化を図ることができる。
【００５７】
ナット１０３が樹脂製であるため、スライド軸１０２に対する摺動性が良い。具体的には、ナット１０３の雌ねじ１２５とスライド軸１０２の雄ねじ１２７との摺動性が良く、かつナット１０３のラジアル軸受部１２６とスライド軸１０２の外周面（雄ねじ１２７のねじ山）との摺動性が良い。同様に、蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２も樹脂製であるため、これらラジアル軸受部１２１，１２２とスライド軸１０２の外周面との摺動性も良い。このため、上記各摺動部に潤滑材を供給しなくてもよく、直動アクチュエータ５の全体構成を簡略にすることができる。
【００５８】
さらに、スライド軸１０２の回り止めをする二つの係止体１０４，１０５が、固定子における１１０における軸方向両端にそれぞれ設けられている。このように、軸方向に離れた複数の係止体１０４，１０５でスライド軸１０２の回り止めをすることにより、ナット１０３の回転方向が反転するときなどにガタが生じ難く、安定した動作を行うことができる。
【００５９】
＜昇降機構＞
昇降機構７は、図１、図２に示す例では、ボールねじ機構を用いた構成を採用している。すなわち、土台３の上板部３ａから下方に延びる複数のシャフト７０に、リニアブッシュ７１を介して昇降台７２が昇降可能に案内され、この昇降台７２に前記作業体取付部材８が設置されている。また、土台３の底面に設置したモータ７３からねじ軸７４が前記シャフト７０と平行に上方に延びており、このねじ軸７４に、昇降台７２に設けたナット７５が螺合している。モータ７３でねじ軸７４を回転させると、昇降台７２が昇降し、作業体取付部材８に取り付けられた作業体２が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに沿って移動する。昇降機構７は、ボールねじ機構を用いない他の構成であってもよい。
【００６０】
＜作業装置の組立方法＞
図３に示すように、作業装置は、昇降機構７を含む土台３の部分と、リンク作動装置４の部分と、直動アクチュエータ５の部分とにユニット化されており、各ユニットを次のように組み立てる。すなわち、土台３の上板部３ａの上にリンク作動装置４の基端側のリンクハブ１２を載置し、固定ボルト１４５で固定する。このとき、上板部３ａの段差部３ａａに基端側のリンクハブ１２の段差部１２ａが嵌め込まれる。また、リンク作動装置４の先端側のリンクハブ１３に直動アクチュエータ５を、被作業体取付部材６が下向きになるように取り付ける。その際、先端側のリンクハブ１３の貫通孔５０ａ（図４）に直動アクチュエータ５の下端部を挿入し、フランジ部１１５ａを先端側のリンクハブ１３の上面に載置する。そして、フランジ部１１５ａに設けられた前記貫通孔１２０に固定ボルト１４６を挿通して、直動アクチュエータ５を固定する。
【００６１】
＜作業装置の作用＞
この作業装置は、作業時には、作業体２に対して被作業体１が適正な角度となるように、リンク作動装置４により被作業体１の姿勢を変更し、かつ被作業体１と作業体２との相対距離が適正となるように、直動アクチュエータ５により被作業体１を先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って移動させる。また、必要に応じて、昇降機構７により、作業体２を基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに沿って昇降させる。
【００６２】
このように被作業体１の姿勢および位置を変えることができるため、被作業体１の動きの自由度が高く、被作業体１に対して作業体２で様々な角度や位置から作業を行うことができる。また、直動アクチュエータ５で被作業体１を動かすため、被作業体１の姿勢は一定に保ったまま、被作業体１を先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って動かすことで、被作業体１の各部に対して同じ条件で作業を行うことができる。さらに、昇降機構７により作業体２を昇降させることで、より一層複雑で多様な作業を行うことができる。
【００６３】
第１の実施形態の場合、スライド軸１０２における基端側に突出する部分に被作業体取付部材６が設けられており、基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３との間の内部空間で、被作業機１に対する作業体２の作業が行わる。このため、作業装置の設置スペースが狭くて済む。
【００６４】
第１の実施形態では、直動アクチュエータ５に被作業体１が設けられ、基端側のリンクハブ１２に昇降機構７を介して作業体２が設けられているが、被作業体１と作業体２とが逆になっていてもよい。その場合でも、上記と同様の作用および効果が得られる。
【００６５】
［第２の実施形態］
図１０〜図１２はこの発明の第２の実施形態を示す。この作業装置は、第１の実施形態における土台３の代わりに回転アクチュエータ８０が地面に設置され、その回転アクチュエータ８０の出力部８０ａにリンク作動装置４の基端側のリンクハブ１２が固定されている。回転アクチュエータ８０は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと同心に設けられている。これにより、リンク作動装置４全体が、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡの周りに回転可能である。
【００６６】
また、直動アクチュエータ５が、第１の実施形態とは上下逆向きで先端側のリンクハブ１３に設けられている。そして、その直動アクチュエータ５のスライド軸１０２における先端側の突出端に作業体取付部材８が設けられている。この作業体取付部材８に取り付けられる作業体２は、例えば、被作業体１である物品を把持することが可能な把持機構を有するものとされる。被作業体１は、被作業体取付部材６に取り付けられ、例えば、作業装置の上方に配置されるか、または搬送装置(図示せず）によって一定方向に搬送される。
他は、第１の実施形態と同じである。
【００６７】
この作業装置は、第１の実施形態とは逆に、リンク作動装置４により作業体２の姿勢を変更し、かつ直動アクチュエータ５により作業体２を先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って移動させる。また、必要に応じて、回転アクチュエータ８０により、リンク作動装置４を基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡの周りに回転させる。これにより、次のような作業が可能である。
【００６８】
すなわち、作業装置の上方に位置する被作業体１を作業体２で把持し、その状態で作業体２を下方に移動させることにより、被作業体取付部材６から被作業体１を抜き取る。そして、回転アクチュエータ８０によりリンク作動装置４を回転させて、抜き取った被作業体１を別の場所に移動させる。上記と逆の動作を行わせることで、別の場所で受け取った被作業体１を、被作業体取付部材６に差し込むことも可能である。
【００６９】
このように作業体２の姿勢および位置を変えることによっても、第１の実施形態と同様に、被作業体１に対して作業体２で様々な角度や位置から作業を行うことができる。
第２の実施形態についても、被作業体１と作業体２とが逆になっていてもよい。その場合も、同様の作用および効果が得られる。
【００７０】
［第３の実施形態］
図１３、図１４はこの発明の第３の実施形態を示す。この作業装置は、第２の実施形態と比べて、各姿勢制御用アクチュエータ１１の配置が異なる。すなわち、姿勢制御用アクチュエータ１１は、基端側のリンクハブ１２の下面に垂下状態で取付けられている。そして、その出力軸に取り付けたかさ歯車８３と基端側のリンクハブ２の回転軸２２(図４参照）に取り付けた扇形のかさ歯車８４とが噛み合っている。
他の構成は第２の実施形態と同じであり、第２の実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００７１】
以上、実施例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】
【００７２】
１…被作業体
２…作業体
４…リンク作動装置
５…直動アクチュエータ
６…被作業体取付部材
７…昇降機構(移動機構）
８…作業体取部材
１０…パラレルリンク機構
１１…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
８０…回転アクチュエータ
１０１…中空モータ
１０２…スライド軸
１０３…ナット
１０４，１０５…係止体
１１０…固定子
１１３…中空軸
１２１，１２２，１２６…ラジアル軸受部
１２５…雌ねじ
１２７…雄ねじ
１２８…回り止め溝
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸
【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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