特許 6133162 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】6133162

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】リンク作動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 21/48 20060101AFI20170515BHJP

   B25J 9/10 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F16H21/48

   B25J9/10 Z

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-156546(P2013-156546)

(22)【出願日】2013年7月29日

(65)【公開番号】特開2015-25530(P2015-25530A)

(43)【公開日】2015年2月5日

【審査請求日】2016年6月27日

(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】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】磯部 浩

(72)【発明者】

【氏名】西尾 幸宏

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕之

【審査官】 藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−８２９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−６６３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９９８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ２１／００−２１／５４

(57)【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を、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、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り、
前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とがγの角度を成し、前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記基端側および先端側のリンクハブの連結端軸とがαの角度を成し、
前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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アクチュエータを設け、さらにこれらアクチュエータを制御する制御装置を設けたリンク作動装置において、
前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、前記制御装置は、次の関係式

【数8】

で表される関係を充足するように、上記式１を逆変換することにより、目標とする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（θ，φ）から前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎを求め、この求めた回転角βｎとなるように前記各アクチュエータを制御するリンク作動装置。

【請求項2】

基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、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り、
前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とがγの角度を成し、前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記基端側および先端側のリンクハブの連結端軸とがαの角度を成し、
前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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アクチュエータを設け、さらにこれらアクチュエータを制御する制御装置を設けたリンク作動装置において、
前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、次の関係式

【数9】

の式１を順変換することにより、前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎから現在の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（θ，φ）を計算する姿勢計算装置を設けたリンク作動装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のリンク作動装置において、前記式１における左辺の２行目の正負、および前記式２における右辺の正負は、前記基端側のリンクハブに対して前記基端側の端部リンクを組む方向によって決めるリンク作動装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリンク作動装置おいて、前記端部リンク部材の軸角αが９０°であるリンク作動装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリンク作動装置において、前記端部リンク部材の軸角αが９０°未満であるリンク作動装置。

【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リンク作動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パラレルリンク機構を具備する作業装置の一例が特許文献１に、医療機器や産業機器等に用いられるリンク作動装置の一例が特許文献２にそれぞれ開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−９４２４５号公報

【特許文献2】米国特許第５，８９３，２９６号明細書

【特許文献3】特許第４４７６６０３号

【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、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。これらの理由から、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が要求される医療機器等に用いるのは難しい。

【0005】

特許文献２のリンク作動装置は、４節連鎖のリンク機構を３組以上設けた構成としたことにより、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能である。しかし、このリンク作動装置は、端部リンク部材の回転位置を制御するものであるが、その制御方法については開示されていない。また、基端側の端部リンク部材への回転角入力に対して先端側のリンクハブの姿勢を求めたり、先端側のリンクハブへの姿勢入力に対して基端側の端部リンク部材の回転角を求めたりするための制御手段について開示されていない。

【0006】

そこで、本出願人は、特許文献３でリンク作動装置の制御方法を提案している。提案された制御方法は、端部リンク部材の回転角βｎ、基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度γ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基準側の端部リンク部材の円周方向の離間角δｎ、基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度θ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度φの４つの関数で定義されている。しかし、リンク作動装置を構成するために必要なパラメータである、端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と端部リンク部材に回転自在に連結されたリンクハブとの連結端軸とが成す角度（端部リンク部材の軸角）αの関数が含まれておらず、端部リンク部材の軸角αが９０°である場合に限定されている。よって、提案の制御方法は、端部リンク部材の軸角αが９０°であるリンク作動装置しか制御することができない。

【0007】

この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であっても、動作を制御することができるリンク作動装置を提供することである。
この発明の他の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であっても基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を計算することができる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】

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、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り、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とがγの角度を成し、前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記基端側および先端側のリンクハブの連結端軸とがαの角度を成し、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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アクチュエータを設け、さらにこれらアクチュエータを制御する制御装置を設けて成る。

【0009】

この発明のリンク作動装置は、上記基本構成において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、前記制御装置は、次の関係式

【数1】

で表される関係を充足するように、上記式１を逆変換することにより、目標とする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（θ，φ）から前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎを求め、この求めた回転角βｎとなるように前記各アクチュエータを制御することを特徴とする。

【0010】

前記基本構成であると、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軸方向に移動自在な２自由度機構が構成される。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の最大折れ角θは約±９０°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角φを０°〜３６０°の範囲に設定できる。３組以上のリンク機構のうちの少なくとも２組について、基端側の端部リンク部材の回転角βｎが決まれば基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢も決まる。よって、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アクチュエータを設け、これらアクチュエータを適正に制御することで、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）を任意に変更することができる。

【0011】

目標とする先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）が決まると、式１を逆変換することにより、端部リンク部材の回転角βｎを求める。この求められた回転角βｎとなるように各アクチュエータを制御することで、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）が目標とする姿勢になる。式１には、端部リンク部材の軸角αの関数が含まれているので、式１のαの値をそれぞれのリンク作動装置の端部リンク部材の軸角αとすることで、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であるリンク作動装置についても、動作を制御することができる。

【0012】

また、この発明の他のリンク作動装置は、上記基本構成において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、次の関係式

【数2】

の式１を順変換することにより、前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎから現在の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（θ，φ）を計算する姿勢計算装置を設けたことを特徴とする。

【0013】

前記基本構成による作用効果は前述の通りである。
また、姿勢計算装置により、現在の基端側の端部リンク部材の回転角βｎを式１に代入して順変換することにより、現在の基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）が計算される。式１には、端部リンク部材の軸角αの関数が含まれているので、式１のαの値をそれぞれのリンク作動装置の端部リンク部材の軸角αとすることで、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であるリンク作動装置についても、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）を計算することができる。

【0014】

この発明において、前記式１における左辺の２行目の正負、および前記式２における右辺の正負は、前記基端側のリンクハブに対して前記基端側の端部リンクを組む方向によって決めると良い。
離間角ε_０は、基端側のリンクハブに対する先端側の端部リンク部材の組む方向によって異なる二つの解を有する。よって、式１における左辺の２行目の正負、および式２における右辺の正負は、基端側のリンクハブに対して基端側の端部リンクを組む方向によって決まる。例えば、組む方向が右方向である場合は「＋」、左方向の場合が「−」とすることで、式１が確定する。それにより、動作を制御することができ、かつ基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）を計算することができる。

【0015】

この発明において、前記端部リンク部材の軸角αを９０°とすると良い。
端部リンク部材の軸角αが９０°であり、基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された基端側および先端側のリンクハブの連結端軸とが互いに直交していると、端部リンク部材の穴加工等の加工性が良く、量産性に優れる。

【0016】

前記端部リンク部材の軸角αを９０°未満としても良い。
端部リンク部材の軸角αを９０°未満とすると、機構としてはリンク作動装置の作動範囲が小さくなる場合もあるが、リンク機構同士が干渉しにくい構造となる。また、端部リンク部材の軽量化、コンパクト化を実現でき、端部リンク部材を材料費等の面から低コストで製作することができる。それにより、リンク作動装置全体の軽量化、コンパクト化を実現できる。さらに、リンク作動装置の内部空間が広がり、その内部空間にケーブル類や他の部品を配置するのに適した構造となる。

【発明の効果】

【0017】

この発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、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り、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とがγの角度を成し、前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記基端側および先端側のリンクハブの連結端とがαの角度を成し、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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アクチュエータを設け、さらにこれらアクチュエータを制御する制御装置を設けたリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、前記制御装置は、次の関係式

【数3】

で表される関係を充足するように、上記式１を逆変換することにより、目標とする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（θ，φ）から前記回転角βｎを求め、この求めた回転角βｎに前記各アクチュエータを制御するため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であっても、動作を制御することができる。

【0018】

この発明の他のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、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り、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とがγの角度を成し、前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と前記基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記基端側および先端側のリンクハブの連結端軸とがαの角度を成し、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、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アクチュエータを設け、さらにこれらアクチュエータを制御する制御装置を設けたリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ（ｎ＝１，２，３，…）、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ（ｎ＝１，２，３，…）、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφ、前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部が通る円周上において、基準となる位相に対する各回転対偶部の円周方向の離間角をεｎ（ｎ＝１，２，３，…）、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が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となる基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の回転対偶部の離間角をε_０とした場合、次の関係式

【数4】

の式１を順変換することにより、前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎから現在の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（θ，φ）を計算する姿勢計算装置を設けたため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であっても基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢（θ，φ）を計算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の一実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図に、各種の円周方向の角度を示す説明図を付加した図である。

【図2】同リンク作動装置のリンク作動装置本体の一状態を示す一部を省略した正面図である。

【図3】同リンク作動装置のリンク作動装置本体の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。

【図4】同リンク作動装置のリンク作動装置本体を３次元的に表わした斜視図である。

【図5】同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。

【図6】同リンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材、および中央リンク部材を展開して表した断面図である。

【図7】この発明の異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図に、各種の円周方向の角度を示す説明図を付加した図である。

【図8】この発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図に、各種の円周方向の角度を示す説明図を付加した図である。

【図9】同リンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材、および中央リンク部材を展開して表した断面図である。

【図10】この発明のさらに異なる実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。

【図11】同リンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材、および中央リンク部材を展開して表した断面図である。

【図12】図１１の部分拡大図である。

【図13】この発明のさらに異なるリンク作動装置のリンク作動装置本体を３次元的に表わした斜視図である。

【図14】（Ａ）は同リンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材、および中央リンク部材を展開して表した断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

この発明の一実施形態を図１〜図６と共に説明する。図１は、リンク作動装置の一部を省略した正面図に、各種の円周方向の角度を示す説明図を付加した図である。同図に示すように、このリンク作動装置５１は、リンク作動装置本体１と、このリンク作動装置本体１を支持する基台５２と、リンク作動装置本体１を作動させる複数（後記リンク機構４と同数）のアクチュエータ５３と、これらアクチュエータ５３を制御する制御装置５８と、姿勢計算装置５９とを備える。この例では、制御装置５８および姿勢計算装置５９がコントローラ５４内に設けられているが、制御装置５８および姿勢計算装置５９はコントローラ５４と別に設けてもよい。

【0021】

リンク作動装置本体１から説明する。図２および図３はリンク作動装置本体１のそれぞれ異なる状態を示す正面図であり、このリンク作動装置本体１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ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。図１〜図３では、３組のリンク機構４のうちの１組のリンク機構４のみが示されている。リンク機構４の数は、４組以上であってもよい。

【0022】

図４は、リンク作動装置本体１を三次元的に表わした斜視図である。各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７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５，６はＬ字状をなし、一方端が基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材５，６の他方端がそれぞれ回転自在に連結されている。

【0023】

基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３は、その中心部に貫通孔１０が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。貫通孔１０の中心はリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢと一致している。これら基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外周の円周方向に等間隔の位置に、基端側の端部リンク部材５および先端側の端部リンク部材６がそれぞれ回転自在に連結されている。

【0024】

３組のリンク機構４の各基端側および先端側の端部リンク部材５，６は、球面リンク構造と呼ばれる構造であって、それぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図２、図３に図示）は一致しており、また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶中心軸Ｓ_５７，Ｓ_６７は、ある交差角を持っていてもよいし、平行であってもよい。図の例は交差角を持っており、この交差角を「中央リンク部材の軸角γ」と呼ぶ。回転対偶中心軸Ｓ_５７は、請求項で言う「基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸」であり、回転対偶中心軸Ｓ_６７は、請求項で言う「先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸」である。

【0025】

３組のリンク機構４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５に示すように、各リンク部材５，６，７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶部Ｔ_２５，Ｔ_５７，Ｔ_６７，Ｔ_３６と、これら回転対偶部Ｔ_２５，Ｔ_５７，Ｔ_６７，Ｔ_３６間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材７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５は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。

【0026】

この実施形態のリンク機構４は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７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。図２は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢとが同一線上にある状態を示し、図３は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構４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Ｄは変化しない。

【0027】

基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４とで、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が直交２軸方向に移動自在な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２に対して先端側のリンクハブ３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。例えば、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢの折れ角θ（図４）の最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の旋回角φ（図４）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２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３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２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。なお、旋回角φは、先端側のリンクハブ３の側から見て反時計回りの方向を正方向とする。

【0028】

このリンク作動装置本体１において、下記の（１）〜（３）の条件を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動く。例えば、基端側と先端側のリンクハブ２，３にそれぞれの中心軸ＱＡ，ＱＢと同軸に回転軸を設け、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なる。この等速回転するときの中央リンク部材７の対称面を等速二等分面という。

【0029】

条件を以下に記す。
（１）各リンク機構４の端部リンク部材５，６は、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離が等しく、かつ端部リンク部材の軸角α（図６）が等しい。端部リンク部材の軸角αは、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の回転対偶中心軸Ｓ_２５，Ｓ_３６と端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との回転対偶中心軸Ｓ_５７，Ｓ_６７とが成す角度のことである。回転対偶中心軸Ｓ_２５，Ｓ_３６は、請求項で言う「基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された基端側および先端側のリンクハブの連結端軸」であり、回転対偶中心軸Ｓ_５７，Ｓ_６７は、請求項で言う「基端側および先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸」である。
（２）基端側の端部リンク部材５と先端側の端部リンク部材６の幾何学的形状が等しい。
（３）中央リンク部材７についても基端側の先端側とで形状が等しい。

【0030】

図６は、基端側のリンクハブ２、基端側の端部リンク部材５、および中央リンク部材７を展開して表した断面図である。基端側のリンクハブ２は、前記軸方向の貫通孔１０と外周側とを連通する半径方向の軸孔１１が円周方向３箇所に形成され、各軸孔１１内に設けた二つの軸受１２により軸部材１３がそれぞれ回転自在に支持されている。図の例では、各軸部材１３が円周方向に等配の位置にあるが、これに限定されない。軸部材１３の外側端部は基端側のリンクハブ２から突出し、その突出ねじ部１３ａに基端側の端部リンク部材５が結合され、ナット１４によって締付け固定されている。図の例では、端部リンク部材の軸角αが９０°であるが、これに限定されない。

【0031】

前記軸受１２は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記軸孔１１の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部材１３の外周に嵌合している。外輪は止め輪１５によって抜け止めされている。また、内輪と基端側の端部リンク部材５の間には間座１６が介在し、ナット１４の締付力が基端側の端部リンク部材５および間座１６を介して内輪に伝達されて、軸受１２に所定の予圧を付与している。

【0032】

各基端側の端部リンク部材５の円周方向位相は、次のように表示する。すなわち、３組のリンク機構４のうちの一つを基準となるリンク機構４に定め、その基準となるリンク機構４における基端側の端部リンク部材５（５Ａ）の連結端軸（回転対偶中心軸Ｓ_２５を指す）の円周方向位相をδ１（例えばδ１＝０°）とする。そして、この基端側の端部リンク部材５Ａの連結端軸に対する、他の２つの基端側の端部リンク部材５の連結端軸の円周方向の離間角をそれぞれδ２，δ３とする。離間角δｎ（ｎ＝１，２，３）は、先端側のリンクハブ３の側から見て反時計回りの方向を正方向とする。

【0033】

また、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部Ｔ_５７については、中央リンク部材７の両端に形成された連通孔１８に二つの軸受１９を設け、これら軸受１９により、基端側の端部リンク部材５の先端の軸部２０を回転自在に支持する構造である。軸受１９は、間座２１を介して、ナット２２によって締付け固定されている。

【0034】

前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１８の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部２０の外周に嵌合している。外輪は止め輪２３によって抜け止めされている。軸部２０の先端ねじ部２０ａに螺着したナット２２の締付力が間座２１を介して内輪に伝達されて、軸受１９に所定の予圧を付与している。

【0035】

図６では、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部Ｔ_５７を、その回転対偶中心軸Ｓ_５７上における二つの軸受１９の軸方向の中心位置で表示している。これに代えて、回転対偶部Ｔ_５７を、回転対偶中心軸Ｓ_５７上にあり、かつ３組のリンク機構４のすべてにおいて基端側のリンクハブ２の球面中心ＰＡからの距離が同じである位置で表わしても良い。このように、回転対偶部Ｔ_５７を１点で示される位置で表わした場合、図１に示すように、各リンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７は常に同じ円周Ｅ上に位置する。

【0036】

各リンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７の円周方向位相は、次のように表示する。すなわち、前記基準となるリンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７の、基端側の端部リンク部材５Ａの連結端軸に対する円周方向の離間角をε_１とする。そして、この基準となるリンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７に対する、他の２つの回転対偶部Ｔ_５７の円周方向の離間角をそれぞれε_２，ε_３（図示せず）とする。離間角εｎ（ｎ＝１，２，３）も、先端側のリンクハブ３の側から見て反時計回りの方向を正方向とする。また、図１のように、先端側のリンクハブ３の姿勢が原点位置（θ＝０，φ＝０）にある状態における基準となるリンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７の円周方向位相をε_０とする。

【0037】

以上、図６と共に、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の連結構造、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の連結構造について説明したが、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の連結構造、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の連結構造も同じ構成である。

【0038】

このように、各リンク機構４における４つの回転対偶部Ｔ_２５，Ｔ_５７，Ｔ_６７，Ｔ_３６に軸受１２，１９を設けた構造とすることにより、各回転対偶部Ｔ_２５，Ｔ_５７，Ｔ_６７，Ｔ_３６での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。

【0039】

この軸受１２，１９を設けた構造では、軸受１２，１９に予圧を付与することにより、ラジアル隙間とスラスト隙間をなくし、回転対偶部Ｔ_２５，Ｔ_５７，Ｔ_６７，Ｔ_３６のがたつきを抑えることができ、基端側のリンクハブ２側と先端側のリンクハブ３側間の回転位相差がなくなり等速性を維持できると共に振動や異音の発生を抑制できる。特に、前記軸受１２，１９の軸受隙間を負すきまとすることにより、入出力間に生じるバックラッシュを少なくすることができる。

【0040】

軸受１２を基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３に埋設状態で設けたことにより、リンク作動装置本体１全体の外形を大きくすることなく、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外形を拡大することができる。そのため、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３を他の部材に取付けるための取付スペースの確保が容易である。

【0041】

図１において、基台５２は縦長の部材であって、その上面にリンク作動装置本体１の基端側のリンクハブ２が固定されている。基台５２の上部の外周にはつば状のアクチュエータ取付台５５が設けられ、このアクチュエータ取付台５５に前記アクチュエータ５３が垂下状態で取付けられている。アクチュエータ５３の数は、リンク機構４と同数の３個である。アクチュエータ５３はロータリアクチュエータからなり、その出力軸に取付けたかさ歯車５６と基端側のリンクハブ２の軸部材１３に取付けた扇形のかさ歯車５７とが噛み合っている。

【0042】

このリンク作動装置５１は、コントローラ５４に設けられた操作具（図示せず）を操作して各アクチュエータ５３を回転駆動することで、リンク作動装置本体１を作動させる。詳しくは、アクチュエータ５３が回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車５６，５７を介して軸部材１３に伝達されて、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の角度が変更する。それにより、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が決まる。ここでは、かさ歯車５６，５７を用いて基端側の端部リンク部材５の角度を変更しているが、その他の機構（例えば、平歯車やウォーム機構）でも良い。

【0043】

コントローラ５４は、各アクチュエータ５３を制御する制御装置５８、および先端側のリンクハブ３の姿勢（θ，φ）を計算する姿勢計算装置５９を有する。これら制御装置５８および姿勢計算装置５９は、コンピュータによる数値制御式のものである。この例では、制御装置５８と姿勢計算装置５９が互いに別の装置とされているが、両装置５８，５９をまとめて１つの装置としても良い。

【0044】

制御装置５８は、前記操作具により先端側のリンクハブ３の姿勢が指令されると、その指令された先端側のリンクハブ３の姿勢に応じて、各基端側の端部リンク部材５の回転角βｎ（ｎ＝１，２，３）を求め、この求めた回転角βｎとなるように各アクチュエータ５３を制御する。回転角βｎは、指令された先端側のリンクハブ３の姿勢に対応する各基準側の端部リンク部材５の回転角度であり、例えば図１のように水平面からの角度とされる。指令された先端側のリンクハブ３の姿勢に対応する回転角βｎは、下記の式１で表される関係を充足するように、式１を逆変換することで求める。逆変換とは、前記折れ角θおよび旋回角φ（図４）から基端側の端部リンク部材５の回転角βｎを算出する変換のことである。折れ角θおよび旋回角φと、回転角βｎとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。

【0045】

【数5】

なお、式１の右辺の３×３の行列は、（φ−δｎ）、θ、−（φ−δｎ）のオイラー角による変換行列である。

【0046】

基準となるリンク機構４の回転対偶部Ｔ_５７の円周方向位相ε_０は、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の組む方向によって異なる二つの解を有する。よって、式１における左辺の２行目の正負、および式２における右辺の正負は、基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク５を組む方向によって決める。組む方向が右方向である場合は「＋」、左方向の場合が「−」とする。例えば、図１の実施形態のように基端側の端部リンク部材５を左方向に組んでいる場合、式１、式２が式３、式４のように確定される。

【0047】

【数6】

【0048】

このようにして求められた回転角βｎとなるように各アクチュエータ５３を制御することで、先端側のリンクハブ３の姿勢（θ，φ）が目標とする姿勢になる。式３には、端部リンク部材の軸角αの関数が含まれているので、式３のαにそれぞれのリンク作動装置５１の端部リンク部材の軸角αに代入することで、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であるリンク作動装置５１についても、動作を制御することができる。

【0049】

また、姿勢計算装置５９により、現在の基端側の端部リンク部材５の回転角βｎを式３に代入して順変換することにより、現在の先端側のリンクハブ３の姿勢（θ，φ）が計算される。式３には、端部リンク部材の軸角αの関数が含まれているので、式３のαにそれぞれのリンク作動装置５１の端部リンク部材の軸角αを代入することで、端部リンク部材の軸角αが９０°以外であるリンク作動装置５１についても、先端側のリンクハブ３の姿勢（θ，φ）を計算することができる。

【0050】

図７は、リンク作動装置本体１の各リンク機構４が鏡像対称タイプである実施形態を示す。このリンク作動装置５１は、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７の中心線Ｃに対して鏡像対称となる位置構成になっている。他の構成は、図１の実施形態と同じである。図７の実施形態も、図１の実施形態と同様に、基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク部材５を左方向に組んでいるため、前記式３、式４の関係式を用いて、アクチュエータ５３の制御、および先端側のリンクハブ３の姿勢の計算を行うことができる。

【0051】

図８および図９は、リンク作動装置本体１の各リンク機構４が回転対称タイプであり、かつ基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク部材５を右方向に組んでいる実施形態を示す。このリンク作動装置５１の場合、式１における左辺の２行目の正負、および式２における右辺の正負が「＋」となり、式５、式６のように確定される。これら式５、式６の関係式を用いて、アクチュエータ５３の制御、および先端側のリンクハブ３の姿勢の計算を行うことができる。

【0052】

【数7】

【0053】

図１０ないし図１２は、リンク作動装置の異なる実施形態を示す。このリンク作動装置５１は、図１０に示すように、基台６２にスペーサ６４を介してリンク作動装置本体１の基端側のリンクハブ２が設置されている。リンク作動装置本体１は、基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク部材５を左方向に組んでいる。そのため、前記式３、式４の関係式を用いて、後記アクチュエータ７０の制御、および先端側のリンクハブ３の姿勢の計算を行うことができる。

【0054】

図１１および図１２に示すように、リンク作動装置本体１は、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３に対して端部リンク部材５，６をそれぞれ回転自在に支持する軸受３１を外輪回転タイプとしたものである。基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶を例にとって説明すると、基端側のリンクハブ２の円周方向の３箇所に軸部３２が形成され、この軸部３２の外周に二つの軸受３１の内輪（図示せず）が嵌合し、基端側の端部リンク部材５に形成された連通孔３３の内周に軸受３１の外輪（図示せず）が嵌合している。軸受３１は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット３４による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶も、上記同様の構造である。

【0055】

また、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の連結部に設けられた軸受３６は、基端側の端部リンク部材５の先端に形成された連通孔３７の内周に外輪（図示せず）が嵌合し、中央リンク部材７と一体の軸部３８の外周に内輪（図示せず）が嵌合している。軸受３６は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット３９による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶も、上記同様の構造である。

【0056】

リンク作動装置本体１の３組のリンク機構４のすべてに、基端側の端部リンク部材５を回動させて先端位置姿勢を任意に変更させるアクチュエータ７０と、このアクチュエータ７０の動作量を基端側の端部リンク部材５に減速して伝達する減速機構７１とが設けられている。アクチュエータ７０はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機７０ａ付きのサーボモータであって、モータ固定部材７２により基台６２に固定されている。減速機構７１は、アクチュエータ７０の減速機７０ａと、歯車式の減速部７３とでなる。以下では、減速機構７１に平歯車を使用しているが、その他の機構（例えば、かさ歯車やウォーム機構）でも良い。

【0057】

歯車式の減速部７３は、アクチュエータ７０の出力軸７０ｂにカップリング７５を介して回転伝達可能に連結された小歯車７６と、基端側の端部リンク部材５に固定され前記小歯車７６と噛み合う大歯車７７とで構成されている。図示例では、小歯車７６および大歯車７７は平歯車であり、大歯車７７は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車７７は小歯車７６よりもピッチ円半径が大きく、アクチュエータ７０の出力軸７０ｂの回転が基端側の端部リンク部材５へ、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｓ_２５回りの回転に減速して伝達される。その減速比は１０以上とされている。

【0058】

大歯車７７のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としてある。前記アーム長Ｌは、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｓ_２５の軸方向中心点Ｐ１から、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶中心軸Ｓ_５７の軸方向中心点Ｐ２を基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶中心軸Ｓ_２５に直交してその軸方向中心点Ｐ１を通る平面に投影した点Ｐ３までの距離である。この実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上である。そのため、高い減速比を得るのに有利である。

【0059】

小歯車７６は、大歯車７７と噛み合う歯部７６ａの両側に突出する軸部７６ｂを有し、これら両軸部７６ｂが、基台６２に設置された回転支持部材７９に設けられた二つの軸受８０によりそれぞれ回転自在に支持されている。軸受８０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。図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。二つの軸受８０の各外輪（図示せず）間にはシム（図示せず）を設け、軸部７６ｂに螺合したナット８１を締め付けることにより、軸受８０に予圧を付与する構成としてある。軸受８０の外輪は、回転支持部材７９に圧入されている。

【0060】

この実施形態の場合、大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５と別部材であり、基端側の端部リンク部材５に対してボルト等の結合具８２により着脱可能に取付けられている。大歯車７７は基端側の端部リンク部材５と一体であってもよい。

【0061】

アクチュエータ７０の回転軸心Ｏ１および小歯車７６の回転軸心Ｏ２は同軸上に位置する。これら回転軸心Ｏ１，Ｏ２は、基端側のリンクハブ２４と基端側の端部リンク部材５の回転対偶軸Ｏ１と平行で、かつ基台６２からの高さが同じとされている。

【0062】

図１０に示すように、このリンク作動装置５１のコントローラ５４も、各アクチュエータ７０を制御する制御装置５８と、先端側のリンクハブ３の姿勢（θ，φ）を計算する姿勢計算装置５９を有する。この実施形態は、図１の実施形態と比べて、上記のように細部の構造はと違うものの、基本的な構成は同じであり、また図１の実施形態と同様に、基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク部材５を左方向に組んでいる。そのため、制御装置５８および姿勢計算装置５９により、前記式３、式４の関係式を用いて、アクチュエータ７０の制御、および先端側のリンクハブ３の姿勢の計算を行うことができる。

【0063】

このリンク作動装置５１は、３組のリンク機構４のすべてにアクチュエータ７０および減速機構７１を設けたことで、リンク作動装置本体１や減速機構７１のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ３の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置５１自体の高剛性化を実現できる。

【0064】

また、減速機構７１の歯車式の減速部７３は、小歯車７６と大歯車７７の組合せからなり、１０以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ３の位置決め分解能が向上する。また、低出力のアクチュエータ７０を使用することができる。この実施形態では減速機７０ａ付きのアクチュエータ７０を使用しているが、歯車式の減速部７３の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ７０を使用することも可能となり、アクチュエータ７０を小型化できる。

【0065】

大歯車７７のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材５のアーム長Ｌの１／２以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の曲げモーメントが小さくなる。そのため、リンク作動装置５１全体の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材５の軽量化を図れる。例えば、基端側の端部リンク部材５をステンレス鋼（ＳＵＳ）からアルミに変更できる。また、大歯車７７のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車７７の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置５１全体の剛性が高くなる。
また、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長の１／２以上であると、大歯車７７が、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶に設置する軸受１２の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車７７の歯部と軸受１２との間にスペースができ、大歯車７７の設置が容易である。

【0066】

特にこの実施形態の場合、大歯車７７のピッチ円半径が前記アーム長Ｌ以上であるため、大歯車７７のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用・効果がより一層顕著に現れる。加えて、小歯車７６をリンク機構４よりも外径側に設置することが可能となる。その結果、小歯車７６の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。また、小歯車７６と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置５１の可動範囲が広くなる。

【0067】

小歯車７６および大歯車７７は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。小歯車７６は軸方向両側で軸受８０により支持されているため、小歯車７６の支持剛性が高い。それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材５の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置５１の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、アクチュエータ７０の回転軸心Ｏ１、小歯車７６の回転軸心Ｏ２、および基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶中心軸Ｓ_２５が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。

【0068】

大歯車７７は、基端側の端部リンク部材５に対して着脱自在であるため、歯車式の減速部７３の減速比や、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置５１の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置５１を、大歯車７７を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。また、メンテナンス性が良い。例えば、歯車式の減速部７３に障害が生じた場合に、同減速部７３のみを交換するだけで対処可能である。

【0069】

上記の各実施形態は、端部リンク部材の軸角αが９０°であるが、端部リンク部材の軸角αは９０°以外であっても良い。例えば、図１３に示すリンク作動装置本体１は、図１０〜図１２の実施形態と同様に、各リンク機構４が回転対称タイプであり、かつ基端側のリンクハブ２に対して基端側の端部リンク部材５を左方向に組んだ構成であるが、端部リンク部材の軸角αが４５°となっている。このように、端部リンク部材の軸角αを９０°未満とすると、各リンク機構４の内側の内部空間を広くすることができる。それにより、内部空間にケーブル類や他の部品を配置することが可能になる。また、リンク作動装置のサイズを大きくしても、各端部リンク部材５，６が軽量、コンパクトな構成となり、リンク作動装置全体の軽量、コンパクト化を実現できる。

【0070】

このリンク作動装置本体１の基端側および先端側のリンクハブ２，３は、貫通孔９２ａを有する円板部９２と、この円板部９２の円周方向３箇所にそれぞれ固定された支持部材９３と、各支持部材９３から前記円板部９２と平行に外径側へ延びる軸部材９４とでなる。支持部材９３は、ボルト等（図示せず）で円板部９２に固定される。基端側のリンクハブ２の円板部９２がこのリンク作動装置９１の土台となり、先端側のリンクハブ３の円板部９２に各種器具等が取付けられる。

【0071】

図１４（Ａ）は、図１３のリンク作動装置本体１を備えたリンク作動装置５１の基端側のリンクハブ２、基端側の端部リンク部材５、および中央リンク部材７を展開して表した断面図である。前記軸部材９４は、例えば圧入等により前記支持部材９３に固定される。そして、軸部材９４に、端部リンク部材５（６）の一方端が２個の軸受３１を介して回転自在に連結される。端部リンク部材５（６）の他方端は、２個の軸受３６を介して中央リンク部材７の軸部材３９に回転自在に連結される。軸部材３９は、例えば圧入等により中央リンク部材７に固定される。中央リンク部材７は両端に軸部材３９を有し、一方端の軸部材３９が基端側の端部リンク部材５に連結され、他方端の軸部材３９が先端側の端部リンク部材６に連結される。前記軸受３１，３６は、共に外輪回転タイプである。

【0072】

図１４（Ａ）の部分拡大図である図１４（Ｂ）に示すように、リンクハブ２（３）の軸部材９４の外周に軸受３１の内輪（図示せず）が嵌合し、この内輪とその両側に配した２個のスペーサ９５，９６とを、軸部材９４のフランジ部９４ａに対してナット９７で締め付けてある。これにより、軸受３１に予圧を付与した状態で、端部リンク部材５（６）を中央リンク部材７に対して回転自在に連結する。また、中央リンク部材７の軸部材３９の外周に軸受３６の内輪（図示せず）が嵌合し、この内輪とその両側に配した２個のスペーサ９８，９９とを、軸部材３９のフランジ部３９ａに対してナット１００で締め付けてある。これにより、軸受３６に予圧を付与した状態で、端部リンク部材５（６）を中央リンク部材７に対して回転自在に連結する。
他の構造は、図１０〜図１２の実施形態のものと同じである。構造が同じ箇所については、同一符号で表し、説明を省略する。

【符号の説明】

【0073】

１…リンク作動装置本体
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
５…基端側の端部リンク部材
６…先端側の端部リンク部材
７…中央リンク部材
５１…リンク作動装置
５３，７０…アクチュエータ
５８…制御装置
５９…姿勢計算装置
Ｅ…円周
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
Ｔ_５７…基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶部

【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】