(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準となる固定節、位置変位する作用節、そして固定節及び作用節を結ぶ一対のリンク節からなり、固定節及び作用節が平行である平行リンク装置において、固定節及び作用節それぞれに上下２段の上段垂直回動軸及び下段垂直回動軸を水平に突出させ、固定節の上段垂直回動軸に上段固定節側リンク節を、固定節の下段垂直回動軸に、左右へ支持腕を延ばした下段固定節側リンク節を、作用節の上段垂直回動軸に上段固定節側リンク節を、作用節の下段垂直回動軸に、左右へ支持腕を延ばした下段固定節側リンク節をそれぞれ軸着させ、同じ固定節側にある上段固定節側リンク節及び下段固定節側リンク節を等長とし、同じ作用節側にある上段作用節側リンク節及び下段作用節側リンク節を等長として、上段固定節側リンク節及び上段作用節側リンク節は、端部から上段水平回動軸を上方に突出させ、下段固定節側リンク節及び下段作用節側リンク節は、各支持腕端から計２基の下段水平回動軸を下方に突出させ、上段固定節側リンク節及び上段作用節側リンク節の上段水平回動軸にわたって上段中間リンク節を軸着状態で架設し、下段固定節側リンク節及び下段作用節側リンク節の各下段水平回動軸にわたって下段中間リンク節を軸着状態で架設して、上段中間リンク節を頂点として、２本の下段中間リンク節を底辺両端の角に配した断面三角形状の配置関係としたことを特徴とする平行リンク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準となる固定節、位置変位する作用節、そして固定節及び作用節を結ぶ一対のリンク節からなり、固定節及び作用節が平行である平行リンク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットアームへの操縦動作の入出力の伝達や、半導体製造における各装置間のウェハの受け渡し等、運動部位(ロボットアーム先端やウェハの把持部等)の姿勢維持を望まれる場合が少なくない。運動部位の運動が単一面内だけである場合(１自由度の場合)、平行リンクを用いれば運動部位の姿勢維持は比較的容易に実現できる。しかし、運動部位の運動が複数面内、すなわち多自由度の場合、平行リンクをそのまま用いることはできず、自由度の数に対応する平行リンクをどのように組み合わせるかが問題となる。
【０００３】
例えば、特開2000-284849「操縦装置」は、互いに直交する平面内でそれぞれ１組の平行リンクを構成し、これらの平行リンクのうちの一方の先端が他方の先端に対してこの一方の先端が属する平面内で回動可能となるように各支持端を支持したリンク機構を提示している。これは、ある平行リンクの回動軸自体に別の回動面を有する回動軸を一体に設け、１自由度の平行リンクを組み合わせて全体として２自由度とした構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開2000-284849は操縦装置であり、作用節に操縦桿を設け、この操縦桿の動きをセンサで捉えることが目的であるから、平行リンクを利用した正確な２自由度の動きを実現すればよい。しかし、作用節に負荷がかかることを想定すれば、回動軸自体に複数の回動面を設定する構成は、強度的に不十分になる虞れがあり、また各平行リンクが円滑に動かない懸念がある。そこで、全体として２自由度を有する平行リンク装置を構成するにあたって、必要十分な構造強度や安定動作を実現するための各平行リンクの組合せについて検討した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
検討の結果、開発したものが、基準となる固定節、位置変位する作用節、そして固定節及び作用節を結ぶ一対のリンク節からなり、固定節及び作用節が平行である平行リンク装置において、固定節及び作用節それぞれに上下２段の上段垂直回動軸（第１回動軸）及び下段垂直回動軸（第１回動軸）を水平に突出させ、固定節の上段垂直回動軸に上段固定節側リンク節を、固定節の下段垂直回動軸に、左右へ支持腕を延ばした下段固定節側リンク節を、作用節の上段垂直回動軸に上段固定節側リンク節を、作用節の下段垂直回動軸に、左右へ支持腕を延ばした下段固定節側リンク節をそれぞれ軸着させ、同じ固定節側にある上段固定節側リンク節及び下段固定節側リンク節を等長とし、同じ作用節側にある上段作用節側リンク節及び下段作用節側リンク節を等長として、上段固定節側リンク節及び上段作用節側リンク節は、端部から上段水平回動軸（第２回動軸）を上方に突出させ、下段固定節側リンク節及び下段作用節側リンク節は、各支持腕端から計２基の下段水平回動軸（第２回動軸）を下方に突出させ、上段固定節側リンク節及び上段作用節側リンク節の上段水平回動軸にわたって上段中間リンク節を軸着状態で架設し、下段固定節側リンク節及び下段作用節側リンク節の各下段水平回動軸にわたって下段中間リンク節を軸着状態で架設して、上段中間リンク節を頂点として、２本の下段中間リンク節を底辺両端の角に配した断面三角形状の配置関係とした平行リンク装置である。
【０００６】
上記平行リンク装置は、固定節及び作用節を結ぶリンク節に別々の第１回動軸及び第２回動軸を設け、各回動軸に従う２自由度を実現する。各回動軸は単一面内の回動しか担わないので、回動軸における強度低下の虞れはなく、また円滑な平行リンクの動きを保証する。各回動軸が形成する回動面は同一でなければよく、広範囲での作用節の動きを確保する場合、第１回動軸が垂直回動軸、第２回動軸が水平回動軸である平行リンク装置がよい。
【０００７】
ここで、２自由度を有する平行リンク装置では、作用節が動く範囲が広く、リンク節に加わる負荷も大きさや方向が変化するため、リンク節の捻れが懸念される。そこで、リンク節は第１回動面及び第２回動面それぞれの法線方向から見て他のリンク節と位置関係が重ならないリンク節が１節以上あるように固定節及び作用節に連結した平行リンク装置とする。リンク節が２節の場合、各リンク節が並ぶ面に対して第１回動面及び第２回動面がそれぞれ異なるように第１回動軸及び第２回動軸を設ければよい。
【０００８】
上記リンク節の位置関係は、リンク節を３節以上とし、第１回動面及び第２回動面それぞれの法線方向から見て他のリンク節と位置関係が重なるリンク節及び重ならないリンク節がそれぞれ１節以上とすることが好ましい。例えば、上段に１節、下段に同一水平面内に２節の中間リンク節が並ぶように配置し、上段の中間リンク節を頂点とする二等辺三角形の底辺両側の角に対応して下段の中間リンク節を割り当てる。負荷のかかる下段に上段より多くの中間リンク節を割り当てると、平行リンク装置としての構造強度を高めることができる。
【０００９】
具体的な平行リンク装置の構成としては、固定節側リンク節及び作用節側リンク節それぞれから上方又は下方に突出する水平回動軸が複数あり、各固定節側リンク節及び作用節側リンク節毎に中間リンク節を複数架設する構成がある。この構成で説明すれば、固定節側リンク節及び作用節側リンク節それぞれに左右へ延びる支持腕を設け、この支持腕に対して複数の水平回動軸を設けることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明である平行リンク装置の一例を固定節１側から見た斜視図、図２は平面図、図３は側面図、図４は作用節２を左右に変位させた時の図１相当斜視図、図５は作用節２を左右に変位させた時の図２相当平面図、図６は作用節２を左右に変位させた時の図３相当側面図、図７は作用節２を上下に変位させた時の図１相当斜視図、図８は作用節２を上下に変位させた時の図２相当平面図であり、図９は作用節２を上下に変位させた時の図３相当側面図である。
【００１１】
本例の平行リンク装置は、図１に見られるように、平板状の固定節１、作用節２それぞれから右方(図１中右、図２中下又は図３中手前)に上下２段に分かれた２基の垂直回動軸(第１回動軸)３,４を突出している。上段垂直回動軸３,３には、リンク節の分割単位として、短尺の棒材状の上段固定節側リンク節５又は上段作用節側リンク節６を軸着している。下段垂直回動軸４,４には、リンク節の分割単位として、短尺の棒材から左右へ支持腕７,７を延ばした下段固定節側リンク節８又は下段作用節側リンク節９を軸着している。ここで、同じ固定節側にある上段固定節側リンク節５及び下段固定節側リンク節８が等長であり、同じ作用節側にある上段作用節側リンク節６及び下段作用節側リンク節９が等長である。
【００１２】
上段固定節側リンク節５及び上段作用節側リンク節６は、端部から上方に突出した上段水平回動軸(第２回動軸)10,10をそれぞれ１基有する。対して、下段固定節側リンク節８及び下段作用節側リンク節９は、各支持腕７,７端に計２基の下段水平回動軸(第２回動軸)11,11を下方に向けて突出している。そして、上段固定節側リンク節５及び上段作用節側リンク節６の上段水平回動軸10,10にわたって上段中間リンク節12を軸着状態で架設し、下段固定節側リンク節８及び下段作用節側リンク節９の各下段水平回動軸11,11にわたって下段中間リンク節13,13を軸着状態で架設している。図１、図２及び図３から明らかなように、上段中間リンク節12を頂点として、２本の下段中間リンク節13,13を底辺両端の角に配した断面三角形状の配置関係となっている。
【００１３】
本例の平行リンク装置は、固定節１を位置固定し、この固定節１に対して作用節２を姿勢維持したまま上下及び左右に変位させることができ、作用節２を固定節１に対して変位する入力部又は出力部として利用できる。例えば、作用節２を左右に変位させた場合、図４、図５及び図６に見られるように、上下段固定節側リンク節５,８及び上下段作用節側リンク節６,９に設けた上下段水平回動軸10,11に従って、上下段中間リンク節12,13のみが左右に振れ、固定節１及び作用節２に設けた上下段垂直回動軸３,４は働かない(側面図である図３及び図６対照のこと)。
【００１４】
対して、作用節２を上下に変位させた場合、図７、図８及び図９に見られるように、固定節１及び作用節２に設けた上下段垂直回動軸３,４に従って、上下段固定節側リンク節５,８、上下段中間リンク節12,13及び上下段作用節側リンク節６,９が一体となって上下に振れ、上下段固定節側リンク節５,８及び上下段作用節側リンク節６,９に設けた上下段水平回動軸10,11は働かない(平面図である図２及び図７対照のこと)。
【００１５】
作用節２の左右変位(図４、図５及び図６)と上下変位(図７、図８及び図９)とでは、それぞれ回動半径が異なることになるが、各図を対照して分かるように、作用節２は姿勢維持している。また、本例のように、下段中間リンク節13,13を２本とし、上段中間リンク節12に対して断面三角形状の配置関係に各下段中間リンク節13,13を配置することで、作用節２の姿勢維持を妨げるような各中間リンク節12,13の捩じれがなく、安定動作を図ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、作用節の姿勢維持を図りながら２自由度を実現する平行リンク装置を提供できるようになる。上記例示より明らかなように、固定節及び作用節は従来の基本的な平行リンクのままであるから、既存の装置における平行リンクに代えて本発明の平行リンク装置を適用するだけで、固定節に対する作用節の自由度を増やすことができる。これは、設置スペースを押さえることができることを意味し、例えばロボットアームへの操縦動作の入出力の伝達や、半導体製造における各装置間のウェハの受け渡し等、入力から出力への動力伝達に伴う伝達部位の姿勢を維持することが望まれる場合への本発明の適用を容易にする効果をもたらしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直型平行リンク装置の一例を固定節側から見た斜視図である。
【図２】垂直型平行リンク装置の平面図である。
【図３】垂直型平行リンク装置の側面図である。
【図４】作用節を左右に変位させた時の図１相当斜視図である。
【図５】作用節を左右に変位させた時の図２相当平面図である。
【図６】作用節を左右に変位させた時の図３相当側面図である。
【図７】作用節を上下に変位させた時の図１相当斜視図である。
【図８】作用節を上下に変位させた時の図２相当平面図である。
【図９】作用節を上下に変位させた時の図３相当側面図である。
【符号の説明】
１  固定節
２  作用節
３  上段垂直回動軸
４  下段垂直回動軸
５  上段固定節側リンク節
６  上段作用節側リンク節
７  支持腕
８  下段固定節側リンク節
９  下段作用節側リンク節
10  上段水平回動軸
11  下段水平回動軸
12  上段中間リンク節
13  下段中間リンク節
【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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