リンク作動装置
【課題】 コンパクトでありながら、可動部の可動範囲が広く、かつ姿勢調整精度が高く、しかも剛性が高いリンク作動装置を提供する。
【解決手段】 入力部材１４に対し出力部材１５を、３組以上のリンク機構１１を介して姿勢を変更可能に連結する。リンク機構１１は、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ，１１ｃと、中央リンク部材１１ｂとでなる。リンク機構１１は、各リンク部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状である。３組以上のリンク機構１１のすべてに、入力部材１４に対して出力部材１５を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構４を設ける。また、入力部材１４および出力部材１５にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材１４と出力部材１５とを互いに連結する構造体５を設ける。
【解決手段】 入力部材１４に対し出力部材１５を、３組以上のリンク機構１１を介して姿勢を変更可能に連結する。リンク機構１１は、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ，１１ｃと、中央リンク部材１１ｂとでなる。リンク機構１１は、各リンク部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状である。３組以上のリンク機構１１のすべてに、入力部材１４に対して出力部材１５を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構４を設ける。また、入力部材１４および出力部材１５にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材１４と出力部材１５とを互いに連結する構造体５を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するパラレルリンク機構やロボット関節等のリンク機構に利用され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に開示されている。この作業装置は、ツールを取付けたトラベリングプレートの位置および姿勢をパラレルリンク機構により変更するようにしたものである。パラレルリンク機構は、下端にトラベリングプレートが連結された複数のリンクを備え、これらリンクの上部が自在継手により角度変更可能に支持されると共に、リンクごとに、自在継手よりも下方へ位置する有効長さを変更可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成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。
【０００５】
この発明は、コンパクトでありながら、可動部の可動範囲が広く、かつ姿勢調整精度が高く、しかも剛性が高いリンク作動装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状である。言い換えると、この発明のリンク作動装置は、入力側および出力側のそれぞれに設けた入力部材および出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結したリンク機構を３組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたものである。
この発明は、上記リンク作動装置において、前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、入力部材と、出力部材と、３組以上のリンク機構とで、入力部材に対し出力部材が直交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、出力部材の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材の中心軸と出力部材の中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、入力部材に対する出力部材の旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。
【０００８】
入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことにより、リンク作動装置のガタつきを抑える効果および剛性を高める効果が得られる。また、３組以上のリンク機構のすべてに静止機構を設けたため、例えば構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させた場合に、その力を逃すリンク機構が無く、リンク作動装置全体に予圧がかかる。そのため、リンク作動装置のガタつきが減少し、かつ剛性が向上する。構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させない場合でも、出力部材に力が作用したときに、角度制御されていないフリーのリンク機構が存在しないため、リンク作動装置全体の剛性が向上し、出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【０００９】
この発明において、前記静止機構は、前記入力側の端部リンク部材に直接または間接的に連結され、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転を拘束するように作用するアクチュエータを有するのが良い。
静止部材が上記アクチュエータを有すると、入力部材に対する出力部材の姿勢を安定して保持できるだけでなく、入力部材に対する出力部材の姿勢を変更することが可能である。
【００１０】
静止部材が上記アクチュエータを有する場合、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように前記アクチュエータを制御する制御手段を設けると良い。
制御手段により、入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように、すなわち入力部材と出力部材間に力が発生するようにアクチュエータを制御して、入力部材および出力部材のリンク球面中心間の距離を微小に変動させると、被接触部に作用する接触力の大きさが変わる。接触力が大きくなると、この接触力に抗してリンク作動装置を一定の動作位置に保とうとするため、姿勢調整時におけるリンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１１】
前記制御手段は、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記各アクチュエータを、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に駆動させるように制御すると良い。
各アクチュエータの発生する力が互いに干渉し合えば、入力部材に対する出力部材の姿勢変化が抑制され、リンク作動装置全体に力が作用する。それにより、入力部材および出力部材のリンク球面中心間の距離が微小に変動するため、被接触部に作用する接触力の大きさが変わり、リンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータが発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御しても良い。
少なくとも２つのアクチュエータを位置制御することにより、入力部材に対する出力部材の位置が決定される。残りのアクチュエータをトルク制御することで、前記２つのアクチュエータの駆動力を低減することができ、アクチュエータを小型・コンパクト化できる。また、すべてのアクチュエータを位置制御した場合、すべてのアクチュエータの位置を協調させながら駆動する必要があるため、動作速度が遅くなるが、２つのアクチュエータだけを位置制御させれば、アクチュエータのスムーズな動作が可能になり、動作速度も速くなる。
【００１３】
また、前記各アクチュエータと前記各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有する場合、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータが発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するか、またはフィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で駆動しても良い。
各アクチュエータと各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有すると、位置制御されるアクチュエータで駆動される入力側の端部リンク部材のトルクが、力伝達機構を介して残りのアクチュエータに伝達されるため、この残りのアクチュエータについては、トルク制御による駆動に限らず、サーボオフ状態でも駆動が可能である。
【００１４】
前記各アクチュエータがロータリアクチュエータである場合、このロータリアクチュエータの回転軸の回転をロックするブレーキ装置を有し、前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記ブレーキ装置を作動させても良い。
アクチュエータの回転軸にブレーキをかけることにより、アクチュエータにトルクが伝達されても一定の角度を保てるため、姿勢調整時におけるリンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１５】
前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を逆変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を制御するのが良い。
入力部材に対する出力部材の姿勢を指定すると、上記式より、各入力側の端部リンク部材の回転角を計算できる。その計算値に基づき、各入力側の端部リンク部材を駆動するアクチュエータに出力することにより、入力部材に対する出力部材の姿勢を制御できる。
【００１６】
この発明において、前記構造体は、前記入力部材と出力部材との間に力を発生させるものであるのが良い。
構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させると、リンク作動装置のガタが無くなり、剛性が向上する。その結果、入力部材に対する出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【００１７】
この発明において、前記入力部材および出力部材は、外周面から突出する前記リンク機構と同数の軸部を有し、これら軸部に各リンク機構の前記入力側および出力側の端部リンク部材をそれぞれ回転可能に連結し、かつ前記軸部よりも内径側に前記被接触部を配置するのが良い。
この構成によると、入力部材および出力部材の外周面から軸部を突出させたことにより、入力側および出力側の端部リンク部材に設けた軸受により前記軸部を回転自在に支持する構造となる。この構造であると、入力部材および出力部材の中央部に広いスペースを確保することが可能であり、その広いスペースに被接触部を容易に形成することができる。
【００１８】
この発明において、前記入力部材および出力部材の各被接触部は、前記各リンク機構のリンク球面中心を中心とする球面形状であり、前記構造体は、両端に前記被接触部に摺動自在に嵌る球体状の接触部を有するのが良い。
入力部材および出力部材の球面形状の被接触部と、構造体の球体状の接触部とを互いに接触させることにより、リンク作動装置の動作位置に変わっても、リンク作動装置の動作に影響を与えることなく、被接触部と接触部が常に接触する状態に維持できる。
【００１９】
前記構造体は、前記入力部材の被接触部に嵌る接触部を有する入力側構造体部分と、前記出力部材の被接触部に嵌る出力側構造体部分とでなり、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能としたものであって良い。
入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能であると、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさを調整できる。
【００２０】
例えば、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分のうち一方の部材は雄ねじ部を有し、他方の部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有し、これら雄ねじ部と雌ねじ部のねじ込み量を変えることで、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更するものとするのが良い。
この構成であると、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさの調整が容易である。
【００２１】
また、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分に、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の球体状の接触部の中心を結ぶ直線に沿って互いにスライド自在な入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれ設けても良い。その場合、前記入力側構造体部分と出力側構造体部分とで空間部を形成し、この空間部に流体を出し入れすることで、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる手法や、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる圧電アクチュエータを設ける手法を採用できる。
このように、入力側構造体部分および出力側構造体部分に入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれに設けても、前記同様に、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさの調整が容易になる。
【００２２】
この発明において、前記入力部材は前記出力部材側の端面に、また前記出力部材は前記入力部材側の端面に、それぞれ円すい状に先狭まりとなる凹部を有し、これら凹部の最奥部を前記被接触部とするのが良い。
この構成にすると、構造体と入力部材および出力部材とが干渉することを有効に回避することができ、リンク作動装置の動作範囲を広くできる。
【００２３】
上記構成とする場合、前記入力部材の中心線と前記出力部材の中心線とがなす角度である折れ角の最大折れ角がθｍａｘであり、前記入力部材における前記凹部の内周面の母線と前記入力部材の中心線とがなす角度、および前記出力部材における前記凹部の内周面の母線と前記出力部材の中心線とがなす角度を、共にθｍａｘ／２とすると良い。
この構成であると、前記折れ角が最大折れ角を超えると、構造体が、入力部材における凹部の内周面および出力部材における凹部の内周面の両方に接触する。そのため、リンク作動装置の動作範囲が規制され、安全性が向上する。
【００２４】
この発明において、前記３組以上のリンク機構うちのの２組以上に、前記入力側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けると良い。
回転角検出手段を設ければ、この回転角検出手段の検出値を用いてフィードバック制御を行うことができる。それにより、静止機構のガタや剛性の影響が小さくなり、入力部材に対する出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【００２５】
前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を順変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を推定すると良い。
回転角検出手段によって検出される２つ以上の入力側の端部リンク部材の回転角から、入力部材に対する出力部材の姿勢を推定できる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明のリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であるリンク作動装置において、前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたため、コンパクトでありながら、可動部の可動範囲が広く、かつ姿勢調整精度が高く、しかも剛性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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制御系のブロック図を加えた図である。
【図２】同リンク作動装置の異なる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斜視図である。
【図４】同リンク作動装置のリンク機構の一つを直線で表現した図である。
【図５】同リンク作動装置の入力部材、入力側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図である。
【図６】同リンク作動装置の一部の破断側面図である。
【図７】同リンク作動装置の一部を拡大した破断側面図である。
【図８】同リンク作動装置の構造体の断面図である。
【図９】この発明の異なる実施形態にかかるリンク作動装置の構造体の断面図である。
【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構造体の断面図である。
【図１１】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入力部材、入力側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図に制御系のブロック図を加えた図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の一実施形態を図１〜図８と共に説明する。図１および図２に示すように、このリンク作動装置１は、基台２と、この基台２に入力側が支持されたリンク機構部３とを備え、リンク機構部３の出力側に、医療用アクチュエータ等の駆動装置が装着される。リンク作動装置１は、他に、リンク機構部３を一定の状態に静止させる静止機構４、リンク機構部３の入力部材１４と出力部材１５とを連結する構造体５、および制御手段６を備える。
【００２９】
基台２は、ベース部材７、モータ取付部材８、およびリンク取付部材９からなる３層構造である。下層のベース部材７は、下端に設けた円板等の板状部７ａにより、水平な設置面Ｆ上に設置される。中層のモータ取付部材８は、下端に円板等の板状部８ａを有し、ベース部材７の上に設置される。上層のリンク取付部材９は、円板等の板状であり、モータ取付部材８の上に設置される。
【００３０】
図３に示すように、リンク機構部３は、３組のリンク機構１１，１２，１３（以下、「１１〜１３」と表記する）を具備する。なお、図１および図２では、１組のリンク機構１１のみを表示している。これら３組のリンク機構１１〜１３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。すなわち、各リンク機構１１〜１３は、後述の各リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ，１１ｃ〜１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状である。
【００３１】
各リンク機構１１，１２，１３は、入力側の端部リンク部材１１ａ，１２ａ，１３ａ（以下、「１１ａ〜１３ａ」と表記する）、中央リンク部材１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ（以下、「１１ｂ〜１３ｂ」と表記する）、および出力側の端部リンク部材１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ（以下、「１１ｃ〜１３ｃ」と表記する）で構成され、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構をなす。入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃはＬ字状をなし、基端がそれぞれ入力部材１４および出力部材１５に回転自在に連結されている。中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂは、両端に入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの先端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００３２】
入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構１１〜１３における球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ（図１、図２）は一致しており、また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＣからの距離も同じである。端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとの連結部となる回転対偶軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００３３】
つまり、３組のリンク機構１１〜１３は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ，１１ｃ〜１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状であることを言う。図４は、一つのリンク機構１１を直線で表現した図である。
【００３４】
この実施形態のリンク機構１１〜１３は回転対称タイプで、入力部材１４および入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、出力部材１５および出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとの位置関係が、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中心線Ａに対して回転対称となる位置構成になっている。図１は、入力部材１４の中心軸Ｂと出力部材１５の中心軸Ｃとが同一線上にある状態を示し、図２は、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５の中心軸Ｃが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構１１〜１３の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌは変化しない。
【００３５】
入力部材１４および出力部材１５は六角柱状で、外周面を構成する６つの側面１６のうちの１つ置きに離れた３つの側面１６に、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃがそれぞれ回転自在に連結されている。
図５は、入力部材１４と入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結部を示す断面図である。入力部材１４の側面１６から軸部１８が突出し、この軸部１８に複列の軸受１７の内輪（図示せず）が外嵌し、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの入力部材側の端部に軸受１７の外輪（図示せず）が内嵌している。つまり、内輪は入力部材１４に固定され、外輪が入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと共に回転する構造である。軸受１７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１９による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受１７としては、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。出力部材１５と出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃの連結部も、同様の構造である。
【００３６】
また、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結部も複列の軸受２０を介して互いに回転自在に連結されている。すなわち、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに軸受２０の外輪（図示せず）が外嵌し、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂに設けた軸部２１に軸受２０の内輪（図示せず）が外嵌している。軸受２０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２２による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受２０としては、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。出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結部も、同様の構造である。
【００３７】
前記リンク機構１１〜１３において、端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの軸部１８の角度、長さ、および端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの対称面に対して中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂと、入出力部材１４，１５と連結される端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材１４および入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、出力部材１５および出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとは同じに動き、入力側と出力側は同じ回転角になって等速で回転することになる。この等速回転するときの中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの対称面を等速二等分面という。
【００３８】
このため、入力部材１４および出力部材１５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１１〜１３を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構１１〜１３が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。
【００３９】
各リンク機構１１〜１３における４つの回転対偶の回転部、つまり、入力部材１４と入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａとの連結部分、出力部材１５と出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとの連結部分、および入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとの２つの連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分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。
【００４０】
このリンク機構部３の構成によれば、入力部材１４に対する出力部材１５の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材１４の中心軸Ｂと出力部材１５の中心軸Ｃの折れ角θの最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、入力部材１４に対する出力部材１５の旋回角φを０°〜３６０°の範囲で設定できる。折れ角θは、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５が傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５が傾斜した水平角度のことである。
【００４１】
静止機構４は、リンク機構部３を一定の状態に静止させることで、入力部材１４に対して出力部材１５を任意の姿勢で静止させる。静止機構４は３組のリンク機構１１〜１３のすべてに設けられ、各静止機構４は、ブレーキ装置２９付きのロータリアクチュエータ３０を有する。ブレーキ装置２９は、例えば電磁ブレーキであって、ロータリアクチュエータ３０の回転軸の回転をロックする機構である。ロータリアクチュエータ３０およびブレーキ装置２９は、前記モータ取付部材８の板状部８ａに縦向きに取付けられている。
【００４２】
図６に示すように、ロータリアクチュエータ３０の出力軸３０ａは上方に突出し、この出力軸３０ａとピニオン軸３１とが、カップリング３２を介して互いに連結されている。ピニオン軸３１は、出力軸３０ａと同軸上に配置され、前記リンク取付部材９に設けた複列の軸受３３により回転自在に支持されている。詳しくは、リンク取付部材９に形成されたホルダ嵌合孔９ａに筒状のピニオン軸支持ホルダ３４が嵌合し、このピニオン軸支持ホルダ３４内に複列の軸受３３が収容されている。ピニオン軸支持ホルダ３４は、ボルト３５によりリンク取付部材９に固定されている。複列の軸受３４は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であり、ピニオン軸３１のつば部３１ａと、ピニオン軸３１のねじ部３１ｂに螺合するナット３６とにより、内輪（図示せず）の軸方向位置が位置決めされ、軸支持ホルダ３４のつば部３４ａと、前記ボルト３５により軸支持ホルダ３４と共にリンク取付部材９に固定された位置決め部材３７とにより、外輪（図示せず）の軸方向位置が位置決めされている。
【００４３】
ピニオン軸３１の前記つば部３１ａよりも上側の部分は、外周に螺旋状のギア歯が形成されたピニオン４０とされている。一方、前記出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａにおける前記軸部１８との回転対偶部に連結部材４１が固定して取付けられ、この連結部材４１に、前記ピニオン４０と噛み合う螺旋状のギア歯が形成された扇形ギア４２が設けられている。扇形ギア４２の中心軸は、軸部１８の中心軸と一致する。ピニオン４０の中心軸と扇形ギア４２の中心軸とは、正面視で直角の角度を持ち、かつ互いに前後にオフセットされている。すなわち、ピニオン４０および扇形ギア４２はハイポイドギアであり、両者で力伝達機構４３を構成する。ハイポイドギアからなる力伝達機構４３は、高い減速比をとることができ、正逆両方向に力の伝達が可能である。なお、連結部材４１は、図５に示すように、ボルト４４，４５により出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに固定されている。
【００４４】
構造体５は、両端を入力部材１４および出力部材１５の被接触部にそれぞれ接触させて、入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させるものである。図７は、入力部材１４の被接触部を示す。図示は省略するが、出力部材１５の被接触部も同様である。入力部材１４（出力部材１５）における出力部材１５（入力部材１４）と対向する側の端面に、円すい状に先狭まりとなる凹部５０が形成されており、この凹部５０の最奥部が球面状の被接触部５１とされている。球面状の被接触部５１の中心は、前記入力側（出力側）の球面リンク中心ＰＡ（ＰＣ）と一致する。構造体５の両端の接触部５ａは、上記被接触部５１に摺動自在に嵌る球体状である。
【００４５】
前記凹部５０の内周面の母線Ｄと入力部材１４（出力部材１５）の中心線Ｂ（Ｃ）とがなす角度αは、入力部材１４の中心線Ｂと出力部材１５の中心線Ｃとがなす角度である折れ角θ（図３）の最大折れ角をθｍａｘとした場合、α＝θｍａｘ／２としてある。
【００４６】
図８に示すように、構造体５は、入力部材１４の被接触部５１に嵌る接触部５ａを有する入力側構造体部分５２と、出力部材１５の被接触部５１に嵌る接触部５ａを有する出力側構造体部分５３とでなり、入力側構造体部分５２の雌ねじ部５２ａと出力側構造体部分５３の雄ねじ部５３ａとが螺合している。これら雄ねじ部５２ａと雌ねじ部５３ａのねじ込み量を変えることで、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３の各接触部５ａの中心間距離Ｍが変更される。入力側構造体部分５２に雄ねじ部（図示せず）を設け、出力側構造体部分５３に雌ねじ部（図示せず）を設けた構成としてもよい。
【００４７】
構造体５は、入力側構造体部分５２と出力側構造体部分５３とが互いにスライドさせることで、前記中心間距離Ｍを変更する構成であっても良い。
図９に示す構造体５は、入力側構造体部分５２に筒状の入力側スライド部５２ｂを設け、出力側構造体部分５３に前記入力側スライド部５２ｂにスライド自在な出力側スライド部５３ｂを設けて、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３を互いにスライド可能としている。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとで形成された空間部５４には空気、水、油等の流体が封入されており、この流体の圧力により、入力部材１４と出力部材１５との間に発生する力を制御している。空間部５４には、管継手５５を介して外部から流体を供給可能である。空間部５４内に流体を出し入れすることで、入力側スライド部５２ｂおよび出力側スライド部５３ｂを互いに摺動させて、前記中心間距離Ｍを変更する。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとの接触面は、例えば滑り軸受構造になっている。両スライド部５２ｂ，５３ｂの隙間が小さいほど、空間部５４からの流体の漏れが少ないため、大きな力を発生できる。
【００４８】
図１０に示す構造体５も、前記同様に、入力側構造体部分５２に筒状の入力側スライド部５２ｂを設け、出力側構造体部分５３に前記入力側スライド部５２ｂにスライド自在な出力側スライド部５３ｂを設けて、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３を互いにスライド可能としている。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとの間の空間に、圧電アクチュエータ５６が設けられている。圧電アクチュエータ５６は、配線５７により外部の電源に繋がっている。圧電アクチュエータ５６に電圧をかけることにより、この圧電アクチュエータ５６が伸縮し、前記中心間距離Ｍが変更する。
【００４９】
図１において、制御手段６は、コンピュータによる数値制御式のものであり、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢を設定する姿勢設定手段６０と、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢を検出する姿勢検出手段６１と、ロータリアクチュエータ３０のトルクを検出するトルク検出手段６２とからの信号に基づき、各静止機構４のロータリアクチュエータ３０および電磁ブレーキ２９に出力指令を与える。姿勢設定手段６０は、例えば折れ角θ（図３）および旋回角φ（図３）を規定することで、出力部材１５の姿勢を設定する。姿勢検出手段６１は、例えば入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎ（図３におけるβ１，β２）を検出する。折れ角θおよび旋回角φと、各回転角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。
【００５０】
入力部材１４に対し出力部材１５を任意の姿勢で静止させる場合は、入力部材１４および出力部材１５の各被接触部５１と構造体５の接触部５ａとの間に作用する接触力が大きくなるように各ロータリアクチュエータ３０を制御する。言い換えると、入力部材１４と出力部材１５間に力が発生するように各ロータリアクチュエータ３０を制御する。それにより、入力部材１４および出力部材１５のリンク球面中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌが微小に変動し、入力部材１４および出力部材１５の被接触部５１に作用する接触力の大きさが変わる。具体的には、接触力が大きくなる。この接触力に抗してリンク作動装置１を一定の動作位置に保とうとするため、姿勢調整時におけるリンク作動装置１全体の剛性が向上する。
【００５１】
また、上記各ロータリアクチュエータ３０の制御において、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に各ロータリアクチュエータ３０を駆動させる。各ロータリアクチュエータ３０の発生する力が互いに干渉し合えば、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢変化が抑制され、リンク作動装置１全体に力が作用する。それにより、リンク球面中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌの変動が抑えられて、リンク作動装置１全体の剛性がより一層向上する。
【００５２】
入力部材１４に対し出力部材１５を姿勢変更する場合は、姿勢設定手段６０により設定された出力部材１５の姿勢に応じて、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎの制御目標値を計算する。上記回転角βｎは、ロータリアクチュエータ３０の動作位置を意味する。βｎの計算は、下記の式１を逆変換することで行われる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎを算出する変換のことである。
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
…（式１）
ここで、γ（図３）は、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸と、出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸とが成す角度である。δｎ（図３におけるδ１，δ２，δ３）は、基準となる入力側の端部リンク部材１１ａに対する各入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの円周方向の離間角である。
【００５３】
回転角βｎの制御目標値を計算したなら、３つのロータリアクチュエータ３０のうち２つのロータリアクチュエータ３０については、前記回転角βｎが制御目標値となるように、姿勢検出手段６１の信号を利用してフィードバック制御する。残りの１つのロータリアクチュエータ３０については、このロータリアクチュエータ３０の発生するトルクが定められた制御目標値となるように、トルク検出手段６２の信号を利用してフィードバック制御する。
【００５４】
このように、２つのロータリアクチュエータ３０を位置制御することにより、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢が決定される。残りのアクチュエータ４０はトルク制御とすることで、前記２つのロータリアクチュエータ３０の駆動力を低減することができ、ロータリアクチュエータ３０を小型・コンパクト化できる。すべてのロータリアクチュエータ３０を位置制御した場合、すべてのロータリアクチュエータ３０の位置を協調させながら駆動する必要があるため、動作速度が遅くなるが、２つのロータリアクチュエータ３０だけを位置制御させるのであれば、ロータリアクチュエータ３０のスムーズな動作が可能になり、動作速度が速くなる。
【００５５】
この実施形態のように、力伝達機構４３が設けられている場合、上記制御に代えて、以下のように制御してもよい。すなわち、３つのロータリアクチュエータ３０のうち２つのロータリアクチュエータ３０については、前記同様に位置制御し、残りの１つのロータリアクチュエータ３０については、フィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で動作させる。位置制御される２つのロータリアクチュエータ３０で駆動される入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａのトルクが、力伝達機構４３を介して残りの１つのロータリアクチュエータ３０に伝達されるため、残りの１つのロータリアクチュエータ３０をサーボオフ状態でも動作させることが可能である。
【００５６】
姿勢変更中の出力部材１５を静止させるときは、ブレーキ装置２９によりロータリアクチュエータ３０の回転軸にブレーキをかけて、各ロータリアクチュエータ３０を回転停止させる。それにより、ロータリアクチュエータ３０にトルクが伝達されても一定の角度を保てるため、姿勢調整時におけるリンク作動装置１全体の剛性が向上する。
【００５７】
このリンク作動装置１は、入力部材１４に対し出力部材１５が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構として構成されており、コンパクトでありながら、出力部材１５の可動範囲を広くとれる。そのため、出力部材１５に搭載される医療用アクチュエータ等の駆動装置の操作性が良い。また、３組のリンク機構１１〜１３のすべてに静止機構４を設けたことにより、構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させた場合に、リンク作動装置１全体に予圧がかかった状態となり、リンク作動装置１のガタつきが少なく、かつ剛性が高い。構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させない場合でも、出力部材１５に力が作用したときに、角度制御されていないフリーのリンク機構１１〜１３が存在しないため、リンク作動装置１全体の剛性が高く、出力部材１５の姿勢調整精度が良い。
【００５８】
また、このリンク作動装置１には、入力部材１４および出力部材１５の被接触部５１にそれぞれ接触して入力部材１４と出力部材１５を連結する構造体５が設けられているため、この構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生、すなわち予圧を与えることにより、リンク作動装置１のガタを無くし、剛性を向上させることができる。その結果、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢調整精度が向上する。構造体５は、両端の各接触部５ａの中心間距離Ｍを変更可能であるため、上記予圧量を容易に調整できる。
【００５９】
入力部材１４および出力部材１５の外周面から軸部１８を突出し、この軸部１８と、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃとを互いに回転可能に連結させたため、入力部材１４および出力部材１５の中央部に広いスペースを確保することができる。そのため、その広いスペースに被接触部５１を容易に形成することができる。
【００６０】
入力部材１４および出力部材１５の各被接触部５１は、各リンク機構１１〜１３のリンク球面中心ＰＡ，ＰＣを中心とする球面形状であり、構造体５の接触部５ａは上記被接触部５１に摺動自在に嵌る球体状であるため、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢が変わっても、被接触部５１と接触部５ａが常に接触する状態に維持され、リンク作動装置１の動作に影響を与えない。
【００６１】
図１１は、前記姿勢検出手段６１の一例の概略構成図である。この姿勢検出手段６１は、リンク機構部３の３つの入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうち２つ以上に設けられた回転角検出手段７１を有する。図例では、２つの回転角検出手段７１により、入力側の端部リンク部材１１ａ，１２ａの回転角を検出する。例えば、回転角検出手段７１はロータリエンコーダであり、その回転軸７１ａが、入力部材１４の軸部１８に設けた孔７４に固定状態で挿入されている。
【００６２】
上記２つの回転角検出手段７１の出力信号は、角度算出手段７５に送られる。角度算出手段７５は、上記出力信号より、出力部材１５の位置および姿勢を表す折れ角θ（図３）および旋回角φ（図３）を算出し、それを制御手段６に送る。
【００６３】
なお、上記角度算出手段７５による折れ角θおよび旋回角φの算出は、前記式１を順変換することで行われる。順変換とは、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角度から折れ角θおよび旋回角φを算出する変換のことである。
【符号の説明】
【００６４】
１…リンク作動装置
４…静止機構
５…構造体
５ａ…接触部
６…制御手段
１１，１２，１３…リンク機構
１１ａ，１２ａ，１３ａ…入力側の端部リンク部材
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…中央リンク部材
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ…出力側の端部リンク部材
１４…入力部材
１５…出力部材
２９…ブレーキ装置
３０…ロータリアクチュエータ
４３…力伝達機構
５０…凹部
５１…被接触部
５２…入力側構造体部分
５２ａ…雌ねじ部
５２ｂ…入力側スライド部
５３…出力側構造体部分
５３ａ…雄ねじ部
５３ｂ…出側スライド部
５４…空間部
５６…圧電アクチュエータ
７１…回転角検出手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するパラレルリンク機構やロボット関節等のリンク機構に利用され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に開示されている。この作業装置は、ツールを取付けたトラベリングプレートの位置および姿勢をパラレルリンク機構により変更するようにしたものである。パラレルリンク機構は、下端にトラベリングプレートが連結された複数のリンクを備え、これらリンクの上部が自在継手により角度変更可能に支持されると共に、リンクごとに、自在継手よりも下方へ位置する有効長さを変更可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成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。
【０００５】
この発明は、コンパクトでありながら、可動部の可動範囲が広く、かつ姿勢調整精度が高く、しかも剛性が高いリンク作動装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状である。言い換えると、この発明のリンク作動装置は、入力側および出力側のそれぞれに設けた入力部材および出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結したリンク機構を３組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一としたものである。
この発明は、上記リンク作動装置において、前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、入力部材と、出力部材と、３組以上のリンク機構とで、入力部材に対し出力部材が直交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、出力部材の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材の中心軸と出力部材の中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、入力部材に対する出力部材の旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。
【０００８】
入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことにより、リンク作動装置のガタつきを抑える効果および剛性を高める効果が得られる。また、３組以上のリンク機構のすべてに静止機構を設けたため、例えば構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させた場合に、その力を逃すリンク機構が無く、リンク作動装置全体に予圧がかかる。そのため、リンク作動装置のガタつきが減少し、かつ剛性が向上する。構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させない場合でも、出力部材に力が作用したときに、角度制御されていないフリーのリンク機構が存在しないため、リンク作動装置全体の剛性が向上し、出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【０００９】
この発明において、前記静止機構は、前記入力側の端部リンク部材に直接または間接的に連結され、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転を拘束するように作用するアクチュエータを有するのが良い。
静止部材が上記アクチュエータを有すると、入力部材に対する出力部材の姿勢を安定して保持できるだけでなく、入力部材に対する出力部材の姿勢を変更することが可能である。
【００１０】
静止部材が上記アクチュエータを有する場合、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように前記アクチュエータを制御する制御手段を設けると良い。
制御手段により、入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように、すなわち入力部材と出力部材間に力が発生するようにアクチュエータを制御して、入力部材および出力部材のリンク球面中心間の距離を微小に変動させると、被接触部に作用する接触力の大きさが変わる。接触力が大きくなると、この接触力に抗してリンク作動装置を一定の動作位置に保とうとするため、姿勢調整時におけるリンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１１】
前記制御手段は、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記各アクチュエータを、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に駆動させるように制御すると良い。
各アクチュエータの発生する力が互いに干渉し合えば、入力部材に対する出力部材の姿勢変化が抑制され、リンク作動装置全体に力が作用する。それにより、入力部材および出力部材のリンク球面中心間の距離が微小に変動するため、被接触部に作用する接触力の大きさが変わり、リンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータが発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御しても良い。
少なくとも２つのアクチュエータを位置制御することにより、入力部材に対する出力部材の位置が決定される。残りのアクチュエータをトルク制御することで、前記２つのアクチュエータの駆動力を低減することができ、アクチュエータを小型・コンパクト化できる。また、すべてのアクチュエータを位置制御した場合、すべてのアクチュエータの位置を協調させながら駆動する必要があるため、動作速度が遅くなるが、２つのアクチュエータだけを位置制御させれば、アクチュエータのスムーズな動作が可能になり、動作速度も速くなる。
【００１３】
また、前記各アクチュエータと前記各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有する場合、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータが発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するか、またはフィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で駆動しても良い。
各アクチュエータと各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有すると、位置制御されるアクチュエータで駆動される入力側の端部リンク部材のトルクが、力伝達機構を介して残りのアクチュエータに伝達されるため、この残りのアクチュエータについては、トルク制御による駆動に限らず、サーボオフ状態でも駆動が可能である。
【００１４】
前記各アクチュエータがロータリアクチュエータである場合、このロータリアクチュエータの回転軸の回転をロックするブレーキ装置を有し、前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記ブレーキ装置を作動させても良い。
アクチュエータの回転軸にブレーキをかけることにより、アクチュエータにトルクが伝達されても一定の角度を保てるため、姿勢調整時におけるリンク作動装置全体の剛性が向上する。
【００１５】
前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を逆変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を制御するのが良い。
入力部材に対する出力部材の姿勢を指定すると、上記式より、各入力側の端部リンク部材の回転角を計算できる。その計算値に基づき、各入力側の端部リンク部材を駆動するアクチュエータに出力することにより、入力部材に対する出力部材の姿勢を制御できる。
【００１６】
この発明において、前記構造体は、前記入力部材と出力部材との間に力を発生させるものであるのが良い。
構造体により入力部材と出力部材との間に力を発生させると、リンク作動装置のガタが無くなり、剛性が向上する。その結果、入力部材に対する出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【００１７】
この発明において、前記入力部材および出力部材は、外周面から突出する前記リンク機構と同数の軸部を有し、これら軸部に各リンク機構の前記入力側および出力側の端部リンク部材をそれぞれ回転可能に連結し、かつ前記軸部よりも内径側に前記被接触部を配置するのが良い。
この構成によると、入力部材および出力部材の外周面から軸部を突出させたことにより、入力側および出力側の端部リンク部材に設けた軸受により前記軸部を回転自在に支持する構造となる。この構造であると、入力部材および出力部材の中央部に広いスペースを確保することが可能であり、その広いスペースに被接触部を容易に形成することができる。
【００１８】
この発明において、前記入力部材および出力部材の各被接触部は、前記各リンク機構のリンク球面中心を中心とする球面形状であり、前記構造体は、両端に前記被接触部に摺動自在に嵌る球体状の接触部を有するのが良い。
入力部材および出力部材の球面形状の被接触部と、構造体の球体状の接触部とを互いに接触させることにより、リンク作動装置の動作位置に変わっても、リンク作動装置の動作に影響を与えることなく、被接触部と接触部が常に接触する状態に維持できる。
【００１９】
前記構造体は、前記入力部材の被接触部に嵌る接触部を有する入力側構造体部分と、前記出力部材の被接触部に嵌る出力側構造体部分とでなり、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能としたものであって良い。
入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能であると、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさを調整できる。
【００２０】
例えば、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分のうち一方の部材は雄ねじ部を有し、他方の部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有し、これら雄ねじ部と雌ねじ部のねじ込み量を変えることで、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更するものとするのが良い。
この構成であると、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさの調整が容易である。
【００２１】
また、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分に、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の球体状の接触部の中心を結ぶ直線に沿って互いにスライド自在な入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれ設けても良い。その場合、前記入力側構造体部分と出力側構造体部分とで空間部を形成し、この空間部に流体を出し入れすることで、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる手法や、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる圧電アクチュエータを設ける手法を採用できる。
このように、入力側構造体部分および出力側構造体部分に入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれに設けても、前記同様に、構造体により入力部材と出力部材間に発生させる力の大きさの調整が容易になる。
【００２２】
この発明において、前記入力部材は前記出力部材側の端面に、また前記出力部材は前記入力部材側の端面に、それぞれ円すい状に先狭まりとなる凹部を有し、これら凹部の最奥部を前記被接触部とするのが良い。
この構成にすると、構造体と入力部材および出力部材とが干渉することを有効に回避することができ、リンク作動装置の動作範囲を広くできる。
【００２３】
上記構成とする場合、前記入力部材の中心線と前記出力部材の中心線とがなす角度である折れ角の最大折れ角がθｍａｘであり、前記入力部材における前記凹部の内周面の母線と前記入力部材の中心線とがなす角度、および前記出力部材における前記凹部の内周面の母線と前記出力部材の中心線とがなす角度を、共にθｍａｘ／２とすると良い。
この構成であると、前記折れ角が最大折れ角を超えると、構造体が、入力部材における凹部の内周面および出力部材における凹部の内周面の両方に接触する。そのため、リンク作動装置の動作範囲が規制され、安全性が向上する。
【００２４】
この発明において、前記３組以上のリンク機構うちのの２組以上に、前記入力側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けると良い。
回転角検出手段を設ければ、この回転角検出手段の検出値を用いてフィードバック制御を行うことができる。それにより、静止機構のガタや剛性の影響が小さくなり、入力部材に対する出力部材の姿勢調整精度が向上する。
【００２５】
前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を順変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を推定すると良い。
回転角検出手段によって検出される２つ以上の入力側の端部リンク部材の回転角から、入力部材に対する出力部材の姿勢を推定できる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明のリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であるリンク作動装置において、前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたため、コンパクトでありながら、可動部の可動範囲が広く、かつ姿勢調整精度が高く、しかも剛性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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制御系のブロック図を加えた図である。
【図２】同リンク作動装置の異なる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斜視図である。
【図４】同リンク作動装置のリンク機構の一つを直線で表現した図である。
【図５】同リンク作動装置の入力部材、入力側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図である。
【図６】同リンク作動装置の一部の破断側面図である。
【図７】同リンク作動装置の一部を拡大した破断側面図である。
【図８】同リンク作動装置の構造体の断面図である。
【図９】この発明の異なる実施形態にかかるリンク作動装置の構造体の断面図である。
【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構造体の断面図である。
【図１１】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入力部材、入力側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図に制御系のブロック図を加えた図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の一実施形態を図１〜図８と共に説明する。図１および図２に示すように、このリンク作動装置１は、基台２と、この基台２に入力側が支持されたリンク機構部３とを備え、リンク機構部３の出力側に、医療用アクチュエータ等の駆動装置が装着される。リンク作動装置１は、他に、リンク機構部３を一定の状態に静止させる静止機構４、リンク機構部３の入力部材１４と出力部材１５とを連結する構造体５、および制御手段６を備える。
【００２９】
基台２は、ベース部材７、モータ取付部材８、およびリンク取付部材９からなる３層構造である。下層のベース部材７は、下端に設けた円板等の板状部７ａにより、水平な設置面Ｆ上に設置される。中層のモータ取付部材８は、下端に円板等の板状部８ａを有し、ベース部材７の上に設置される。上層のリンク取付部材９は、円板等の板状であり、モータ取付部材８の上に設置される。
【００３０】
図３に示すように、リンク機構部３は、３組のリンク機構１１，１２，１３（以下、「１１〜１３」と表記する）を具備する。なお、図１および図２では、１組のリンク機構１１のみを表示している。これら３組のリンク機構１１〜１３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。すなわち、各リンク機構１１〜１３は、後述の各リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ，１１ｃ〜１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状である。
【００３１】
各リンク機構１１，１２，１３は、入力側の端部リンク部材１１ａ，１２ａ，１３ａ（以下、「１１ａ〜１３ａ」と表記する）、中央リンク部材１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ（以下、「１１ｂ〜１３ｂ」と表記する）、および出力側の端部リンク部材１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ（以下、「１１ｃ〜１３ｃ」と表記する）で構成され、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構をなす。入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃはＬ字状をなし、基端がそれぞれ入力部材１４および出力部材１５に回転自在に連結されている。中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂは、両端に入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの先端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００３２】
入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構１１〜１３における球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ（図１、図２）は一致しており、また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＣからの距離も同じである。端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとの連結部となる回転対偶軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００３３】
つまり、３組のリンク機構１１〜１３は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ，１１ｃ〜１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状であることを言う。図４は、一つのリンク機構１１を直線で表現した図である。
【００３４】
この実施形態のリンク機構１１〜１３は回転対称タイプで、入力部材１４および入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、出力部材１５および出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとの位置関係が、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中心線Ａに対して回転対称となる位置構成になっている。図１は、入力部材１４の中心軸Ｂと出力部材１５の中心軸Ｃとが同一線上にある状態を示し、図２は、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５の中心軸Ｃが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構１１〜１３の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌは変化しない。
【００３５】
入力部材１４および出力部材１５は六角柱状で、外周面を構成する６つの側面１６のうちの１つ置きに離れた３つの側面１６に、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃがそれぞれ回転自在に連結されている。
図５は、入力部材１４と入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結部を示す断面図である。入力部材１４の側面１６から軸部１８が突出し、この軸部１８に複列の軸受１７の内輪（図示せず）が外嵌し、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの入力部材側の端部に軸受１７の外輪（図示せず）が内嵌している。つまり、内輪は入力部材１４に固定され、外輪が入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと共に回転する構造である。軸受１７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１９による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受１７としては、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。出力部材１５と出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃの連結部も、同様の構造である。
【００３６】
また、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結部も複列の軸受２０を介して互いに回転自在に連結されている。すなわち、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに軸受２０の外輪（図示せず）が外嵌し、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂに設けた軸部２１に軸受２０の内輪（図示せず）が外嵌している。軸受２０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２２による締付けでもって所定の予圧量を付与して固定されている。軸受２０としては、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。出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結部も、同様の構造である。
【００３７】
前記リンク機構１１〜１３において、端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの軸部１８の角度、長さ、および端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの対称面に対して中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂと、入出力部材１４，１５と連結される端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材１４および入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、出力部材１５および出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとは同じに動き、入力側と出力側は同じ回転角になって等速で回転することになる。この等速回転するときの中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの対称面を等速二等分面という。
【００３８】
このため、入力部材１４および出力部材１５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１１〜１３を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構１１〜１３が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。
【００３９】
各リンク機構１１〜１３における４つの回転対偶の回転部、つまり、入力部材１４と入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａとの連結部分、出力部材１５と出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとの連結部分、および入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとの２つの連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分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。
【００４０】
このリンク機構部３の構成によれば、入力部材１４に対する出力部材１５の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材１４の中心軸Ｂと出力部材１５の中心軸Ｃの折れ角θの最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、入力部材１４に対する出力部材１５の旋回角φを０°〜３６０°の範囲で設定できる。折れ角θは、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５が傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、入力部材１４の中心軸Ｂに対して出力部材１５が傾斜した水平角度のことである。
【００４１】
静止機構４は、リンク機構部３を一定の状態に静止させることで、入力部材１４に対して出力部材１５を任意の姿勢で静止させる。静止機構４は３組のリンク機構１１〜１３のすべてに設けられ、各静止機構４は、ブレーキ装置２９付きのロータリアクチュエータ３０を有する。ブレーキ装置２９は、例えば電磁ブレーキであって、ロータリアクチュエータ３０の回転軸の回転をロックする機構である。ロータリアクチュエータ３０およびブレーキ装置２９は、前記モータ取付部材８の板状部８ａに縦向きに取付けられている。
【００４２】
図６に示すように、ロータリアクチュエータ３０の出力軸３０ａは上方に突出し、この出力軸３０ａとピニオン軸３１とが、カップリング３２を介して互いに連結されている。ピニオン軸３１は、出力軸３０ａと同軸上に配置され、前記リンク取付部材９に設けた複列の軸受３３により回転自在に支持されている。詳しくは、リンク取付部材９に形成されたホルダ嵌合孔９ａに筒状のピニオン軸支持ホルダ３４が嵌合し、このピニオン軸支持ホルダ３４内に複列の軸受３３が収容されている。ピニオン軸支持ホルダ３４は、ボルト３５によりリンク取付部材９に固定されている。複列の軸受３４は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であり、ピニオン軸３１のつば部３１ａと、ピニオン軸３１のねじ部３１ｂに螺合するナット３６とにより、内輪（図示せず）の軸方向位置が位置決めされ、軸支持ホルダ３４のつば部３４ａと、前記ボルト３５により軸支持ホルダ３４と共にリンク取付部材９に固定された位置決め部材３７とにより、外輪（図示せず）の軸方向位置が位置決めされている。
【００４３】
ピニオン軸３１の前記つば部３１ａよりも上側の部分は、外周に螺旋状のギア歯が形成されたピニオン４０とされている。一方、前記出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａにおける前記軸部１８との回転対偶部に連結部材４１が固定して取付けられ、この連結部材４１に、前記ピニオン４０と噛み合う螺旋状のギア歯が形成された扇形ギア４２が設けられている。扇形ギア４２の中心軸は、軸部１８の中心軸と一致する。ピニオン４０の中心軸と扇形ギア４２の中心軸とは、正面視で直角の角度を持ち、かつ互いに前後にオフセットされている。すなわち、ピニオン４０および扇形ギア４２はハイポイドギアであり、両者で力伝達機構４３を構成する。ハイポイドギアからなる力伝達機構４３は、高い減速比をとることができ、正逆両方向に力の伝達が可能である。なお、連結部材４１は、図５に示すように、ボルト４４，４５により出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに固定されている。
【００４４】
構造体５は、両端を入力部材１４および出力部材１５の被接触部にそれぞれ接触させて、入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させるものである。図７は、入力部材１４の被接触部を示す。図示は省略するが、出力部材１５の被接触部も同様である。入力部材１４（出力部材１５）における出力部材１５（入力部材１４）と対向する側の端面に、円すい状に先狭まりとなる凹部５０が形成されており、この凹部５０の最奥部が球面状の被接触部５１とされている。球面状の被接触部５１の中心は、前記入力側（出力側）の球面リンク中心ＰＡ（ＰＣ）と一致する。構造体５の両端の接触部５ａは、上記被接触部５１に摺動自在に嵌る球体状である。
【００４５】
前記凹部５０の内周面の母線Ｄと入力部材１４（出力部材１５）の中心線Ｂ（Ｃ）とがなす角度αは、入力部材１４の中心線Ｂと出力部材１５の中心線Ｃとがなす角度である折れ角θ（図３）の最大折れ角をθｍａｘとした場合、α＝θｍａｘ／２としてある。
【００４６】
図８に示すように、構造体５は、入力部材１４の被接触部５１に嵌る接触部５ａを有する入力側構造体部分５２と、出力部材１５の被接触部５１に嵌る接触部５ａを有する出力側構造体部分５３とでなり、入力側構造体部分５２の雌ねじ部５２ａと出力側構造体部分５３の雄ねじ部５３ａとが螺合している。これら雄ねじ部５２ａと雌ねじ部５３ａのねじ込み量を変えることで、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３の各接触部５ａの中心間距離Ｍが変更される。入力側構造体部分５２に雄ねじ部（図示せず）を設け、出力側構造体部分５３に雌ねじ部（図示せず）を設けた構成としてもよい。
【００４７】
構造体５は、入力側構造体部分５２と出力側構造体部分５３とが互いにスライドさせることで、前記中心間距離Ｍを変更する構成であっても良い。
図９に示す構造体５は、入力側構造体部分５２に筒状の入力側スライド部５２ｂを設け、出力側構造体部分５３に前記入力側スライド部５２ｂにスライド自在な出力側スライド部５３ｂを設けて、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３を互いにスライド可能としている。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとで形成された空間部５４には空気、水、油等の流体が封入されており、この流体の圧力により、入力部材１４と出力部材１５との間に発生する力を制御している。空間部５４には、管継手５５を介して外部から流体を供給可能である。空間部５４内に流体を出し入れすることで、入力側スライド部５２ｂおよび出力側スライド部５３ｂを互いに摺動させて、前記中心間距離Ｍを変更する。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとの接触面は、例えば滑り軸受構造になっている。両スライド部５２ｂ，５３ｂの隙間が小さいほど、空間部５４からの流体の漏れが少ないため、大きな力を発生できる。
【００４８】
図１０に示す構造体５も、前記同様に、入力側構造体部分５２に筒状の入力側スライド部５２ｂを設け、出力側構造体部分５３に前記入力側スライド部５２ｂにスライド自在な出力側スライド部５３ｂを設けて、入力側構造体部分５２および出力側構造体部分５３を互いにスライド可能としている。入力側スライド部５２ｂと出力側スライド部５３ｂとの間の空間に、圧電アクチュエータ５６が設けられている。圧電アクチュエータ５６は、配線５７により外部の電源に繋がっている。圧電アクチュエータ５６に電圧をかけることにより、この圧電アクチュエータ５６が伸縮し、前記中心間距離Ｍが変更する。
【００４９】
図１において、制御手段６は、コンピュータによる数値制御式のものであり、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢を設定する姿勢設定手段６０と、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢を検出する姿勢検出手段６１と、ロータリアクチュエータ３０のトルクを検出するトルク検出手段６２とからの信号に基づき、各静止機構４のロータリアクチュエータ３０および電磁ブレーキ２９に出力指令を与える。姿勢設定手段６０は、例えば折れ角θ（図３）および旋回角φ（図３）を規定することで、出力部材１５の姿勢を設定する。姿勢検出手段６１は、例えば入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎ（図３におけるβ１，β２）を検出する。折れ角θおよび旋回角φと、各回転角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。
【００５０】
入力部材１４に対し出力部材１５を任意の姿勢で静止させる場合は、入力部材１４および出力部材１５の各被接触部５１と構造体５の接触部５ａとの間に作用する接触力が大きくなるように各ロータリアクチュエータ３０を制御する。言い換えると、入力部材１４と出力部材１５間に力が発生するように各ロータリアクチュエータ３０を制御する。それにより、入力部材１４および出力部材１５のリンク球面中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌが微小に変動し、入力部材１４および出力部材１５の被接触部５１に作用する接触力の大きさが変わる。具体的には、接触力が大きくなる。この接触力に抗してリンク作動装置１を一定の動作位置に保とうとするため、姿勢調整時におけるリンク作動装置１全体の剛性が向上する。
【００５１】
また、上記各ロータリアクチュエータ３０の制御において、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に各ロータリアクチュエータ３０を駆動させる。各ロータリアクチュエータ３０の発生する力が互いに干渉し合えば、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢変化が抑制され、リンク作動装置１全体に力が作用する。それにより、リンク球面中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌの変動が抑えられて、リンク作動装置１全体の剛性がより一層向上する。
【００５２】
入力部材１４に対し出力部材１５を姿勢変更する場合は、姿勢設定手段６０により設定された出力部材１５の姿勢に応じて、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎの制御目標値を計算する。上記回転角βｎは、ロータリアクチュエータ３０の動作位置を意味する。βｎの計算は、下記の式１を逆変換することで行われる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角βｎを算出する変換のことである。
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
…（式１）
ここで、γ（図３）は、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸と、出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸とが成す角度である。δｎ（図３におけるδ１，δ２，δ３）は、基準となる入力側の端部リンク部材１１ａに対する各入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの円周方向の離間角である。
【００５３】
回転角βｎの制御目標値を計算したなら、３つのロータリアクチュエータ３０のうち２つのロータリアクチュエータ３０については、前記回転角βｎが制御目標値となるように、姿勢検出手段６１の信号を利用してフィードバック制御する。残りの１つのロータリアクチュエータ３０については、このロータリアクチュエータ３０の発生するトルクが定められた制御目標値となるように、トルク検出手段６２の信号を利用してフィードバック制御する。
【００５４】
このように、２つのロータリアクチュエータ３０を位置制御することにより、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢が決定される。残りのアクチュエータ４０はトルク制御とすることで、前記２つのロータリアクチュエータ３０の駆動力を低減することができ、ロータリアクチュエータ３０を小型・コンパクト化できる。すべてのロータリアクチュエータ３０を位置制御した場合、すべてのロータリアクチュエータ３０の位置を協調させながら駆動する必要があるため、動作速度が遅くなるが、２つのロータリアクチュエータ３０だけを位置制御させるのであれば、ロータリアクチュエータ３０のスムーズな動作が可能になり、動作速度が速くなる。
【００５５】
この実施形態のように、力伝達機構４３が設けられている場合、上記制御に代えて、以下のように制御してもよい。すなわち、３つのロータリアクチュエータ３０のうち２つのロータリアクチュエータ３０については、前記同様に位置制御し、残りの１つのロータリアクチュエータ３０については、フィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で動作させる。位置制御される２つのロータリアクチュエータ３０で駆動される入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａのトルクが、力伝達機構４３を介して残りの１つのロータリアクチュエータ３０に伝達されるため、残りの１つのロータリアクチュエータ３０をサーボオフ状態でも動作させることが可能である。
【００５６】
姿勢変更中の出力部材１５を静止させるときは、ブレーキ装置２９によりロータリアクチュエータ３０の回転軸にブレーキをかけて、各ロータリアクチュエータ３０を回転停止させる。それにより、ロータリアクチュエータ３０にトルクが伝達されても一定の角度を保てるため、姿勢調整時におけるリンク作動装置１全体の剛性が向上する。
【００５７】
このリンク作動装置１は、入力部材１４に対し出力部材１５が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構として構成されており、コンパクトでありながら、出力部材１５の可動範囲を広くとれる。そのため、出力部材１５に搭載される医療用アクチュエータ等の駆動装置の操作性が良い。また、３組のリンク機構１１〜１３のすべてに静止機構４を設けたことにより、構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させた場合に、リンク作動装置１全体に予圧がかかった状態となり、リンク作動装置１のガタつきが少なく、かつ剛性が高い。構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生させない場合でも、出力部材１５に力が作用したときに、角度制御されていないフリーのリンク機構１１〜１３が存在しないため、リンク作動装置１全体の剛性が高く、出力部材１５の姿勢調整精度が良い。
【００５８】
また、このリンク作動装置１には、入力部材１４および出力部材１５の被接触部５１にそれぞれ接触して入力部材１４と出力部材１５を連結する構造体５が設けられているため、この構造体５により入力部材１４と出力部材１５との間に力を発生、すなわち予圧を与えることにより、リンク作動装置１のガタを無くし、剛性を向上させることができる。その結果、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢調整精度が向上する。構造体５は、両端の各接触部５ａの中心間距離Ｍを変更可能であるため、上記予圧量を容易に調整できる。
【００５９】
入力部材１４および出力部材１５の外周面から軸部１８を突出し、この軸部１８と、入力側および出力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃとを互いに回転可能に連結させたため、入力部材１４および出力部材１５の中央部に広いスペースを確保することができる。そのため、その広いスペースに被接触部５１を容易に形成することができる。
【００６０】
入力部材１４および出力部材１５の各被接触部５１は、各リンク機構１１〜１３のリンク球面中心ＰＡ，ＰＣを中心とする球面形状であり、構造体５の接触部５ａは上記被接触部５１に摺動自在に嵌る球体状であるため、入力部材１４に対する出力部材１５の姿勢が変わっても、被接触部５１と接触部５ａが常に接触する状態に維持され、リンク作動装置１の動作に影響を与えない。
【００６１】
図１１は、前記姿勢検出手段６１の一例の概略構成図である。この姿勢検出手段６１は、リンク機構部３の３つの入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうち２つ以上に設けられた回転角検出手段７１を有する。図例では、２つの回転角検出手段７１により、入力側の端部リンク部材１１ａ，１２ａの回転角を検出する。例えば、回転角検出手段７１はロータリエンコーダであり、その回転軸７１ａが、入力部材１４の軸部１８に設けた孔７４に固定状態で挿入されている。
【００６２】
上記２つの回転角検出手段７１の出力信号は、角度算出手段７５に送られる。角度算出手段７５は、上記出力信号より、出力部材１５の位置および姿勢を表す折れ角θ（図３）および旋回角φ（図３）を算出し、それを制御手段６に送る。
【００６３】
なお、上記角度算出手段７５による折れ角θおよび旋回角φの算出は、前記式１を順変換することで行われる。順変換とは、入力側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角度から折れ角θおよび旋回角φを算出する変換のことである。
【符号の説明】
【００６４】
１…リンク作動装置
４…静止機構
５…構造体
５ａ…接触部
６…制御手段
１１，１２，１３…リンク機構
１１ａ，１２ａ，１３ａ…入力側の端部リンク部材
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…中央リンク部材
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ…出力側の端部リンク部材
１４…入力部材
１５…出力部材
２９…ブレーキ装置
３０…ロータリアクチュエータ
４３…力伝達機構
５０…凹部
５１…被接触部
５２…入力側構造体部分
５２ａ…雌ねじ部
５２ｂ…入力側スライド部
５３…出力側構造体部分
５３ａ…雄ねじ部
５３ｂ…出側スライド部
５４…空間部
５６…圧電アクチュエータ
７１…回転角検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であるリンク作動装置において、
前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、
前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことを特徴とするリンク作動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記静止機構は、前記入力側の端部リンク部材に直接または間接的に連結され、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転を拘束するように作用するアクチュエータを有するリンク作動装置。
【請求項３】
請求項２において、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように前記アクチュエータを制御する制御手段を設けたリンク作動装置。
【請求項４】
請求項３において、前記制御手段は、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記各アクチュエータを、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に駆動させるように制御するリンク作動装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータの発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するリンク作動装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４において、前記各アクチュエータと前記各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有し、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータの発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するか、またはフィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で駆動するリンク作動装置。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか１項において、前記各アクチュエータはロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータの回転軸の回転をロックするブレーキ装置を有し、前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記ブレーキ装置を作動させるリンク作動装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のいずれか１項において、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を逆変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を制御するリンク作動装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記構造体は、前記入力部材と出力部材との間に力を発生させるリンク作動装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記入力部材および出力部材は、外周面から突出する前記リンク機構と同数の軸部を有し、これら軸部に各リンク機構の前記入力側および出力側の端部リンク部材をそれぞれ回転可能に連結し、かつ前記軸部よりも内径側に前記被接触部を配置したリンク作動装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記入力部材および出力部材の各被接触部は、前記各リンク機構のリンク球面中心を中心とする球面形状であり、前記構造体は、両端に前記被接触部に摺動自在に嵌る球体状の接触部を有するリンク作動装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記構造体は、前記入力部材の被接触部に嵌る接触部を有する入力側構造体部分と、前記出力部材の被接触部に嵌る接触部を有する出力側構造体部分とでなり、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能としたリンク作動装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分のうち一方の部材は雄ねじ部を有し、他方の部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有し、これら雄ねじ部と雌ねじ部のねじ込み量を変えることで、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更するものとしたリンク作動装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分に、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の球体状の接触部の中心を結ぶ直線に沿って互いにスライド自在な入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれ設けたリンク作動装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記入力側構造体部分と出力側構造体部分とで空間部を形成し、この空間部に流体を出し入れすることで、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせるものとしたリンク作動装置。
【請求項１６】
請求項１４において、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる圧電アクチュエータを設けたリンク作動装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記入力部材は前記出力部材側の端面に、また前記出力部材は前記入力部材側の端面に、それぞれ円すい状に先狭まりとなる凹部を有し、これら凹部の最奥部を前記被接触部としたリンク作動装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記入力部材の中心線と前記出力部材の中心線とがなす角度である折れ角の最大折れ角がθｍａｘであり、前記入力部材における前記凹部の内周面の母線と前記入力部材の中心線とがなす角度、および前記出力部材における前記凹部の内周面の母線と前記出力部材の中心線とがなす角度を、共にθｍａｘ／２としたリンク作動装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記３組以上のリンク機構うちのの２組以上に、前記入力側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けたリンク作動装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を順変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を推定するリンク作動装置。
【請求項１】
入力部材に対し出力部材を、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、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であるリンク作動装置において、
前記３組以上のリンク機構のすべてに、前記入力部材に対して前記出力部材を任意の姿勢で静止させることが可能な静止機構を設け、
前記入力部材および出力部材にそれぞれ形成された被接触部に接触して入力部材と出力部材とを互いに連結する構造体を設けたことを特徴とするリンク作動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記静止機構は、前記入力側の端部リンク部材に直接または間接的に連結され、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転を拘束するように作用するアクチュエータを有するリンク作動装置。
【請求項３】
請求項２において、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記入力部材および出力部材の被接触部と前記構造体との間に作用する接触力が大きくなるように前記アクチュエータを制御する制御手段を設けたリンク作動装置。
【請求項４】
請求項３において、前記制御手段は、前記静止機構により前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記各アクチュエータを、それぞれが発生する力が互いに干渉し合う方向に駆動させるように制御するリンク作動装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータの発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するリンク作動装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４において、前記各アクチュエータと前記各入力側の端部リンク部材との間に相互に力の伝達が可能な力伝達機構を有し、前記制御手段は、前記入力部材に対し前記出力部材を姿勢変更するとき、前記各アクチュエータのうち２つのアクチュエータについては、これらアクチュエータの動作位置が定められた制御目標位置となるように制御し、残りのアクチュエータについては、このアクチュエータの発生するトルクが定められた制御目標位置となるように制御するか、またはフィードバック制御機能をオフした状態であるサーボオフ状態で駆動するリンク作動装置。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれか１項において、前記各アクチュエータはロータリアクチュエータであって、このロータリアクチュエータの回転軸の回転をロックするブレーキ装置を有し、前記入力部材に対し前記出力部材を任意の姿勢で静止させるとき、前記ブレーキ装置を作動させるリンク作動装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のいずれか１項において、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を逆変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を制御するリンク作動装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記構造体は、前記入力部材と出力部材との間に力を発生させるリンク作動装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記入力部材および出力部材は、外周面から突出する前記リンク機構と同数の軸部を有し、これら軸部に各リンク機構の前記入力側および出力側の端部リンク部材をそれぞれ回転可能に連結し、かつ前記軸部よりも内径側に前記被接触部を配置したリンク作動装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記入力部材および出力部材の各被接触部は、前記各リンク機構のリンク球面中心を中心とする球面形状であり、前記構造体は、両端に前記被接触部に摺動自在に嵌る球体状の接触部を有するリンク作動装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記構造体は、前記入力部材の被接触部に嵌る接触部を有する入力側構造体部分と、前記出力部材の被接触部に嵌る接触部を有する出力側構造体部分とでなり、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更可能としたリンク作動装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分のうち一方の部材は雄ねじ部を有し、他方の部材は前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有し、これら雄ねじ部と雌ねじ部のねじ込み量を変えることで、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分の各接触部の中心間距離を変更するものとしたリンク作動装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記入力側構造体部分および出力側構造体部分に、これら入力側構造体部分および出力側構造体部分の球体状の接触部の中心を結ぶ直線に沿って互いにスライド自在な入力側スライド部および出力側スライド部をそれぞれ設けたリンク作動装置。
【請求項１５】
請求項１４において、前記入力側構造体部分と出力側構造体部分とで空間部を形成し、この空間部に流体を出し入れすることで、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせるものとしたリンク作動装置。
【請求項１６】
請求項１４において、前記入力側スライド部および出力側スライド部を互いにスライドさせる圧電アクチュエータを設けたリンク作動装置。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記入力部材は前記出力部材側の端面に、また前記出力部材は前記入力部材側の端面に、それぞれ円すい状に先狭まりとなる凹部を有し、これら凹部の最奥部を前記被接触部としたリンク作動装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記入力部材の中心線と前記出力部材の中心線とがなす角度である折れ角の最大折れ角がθｍａｘであり、前記入力部材における前記凹部の内周面の母線と前記入力部材の中心線とがなす角度、および前記出力部材における前記凹部の内周面の母線と前記出力部材の中心線とがなす角度を、共にθｍａｘ／２としたリンク作動装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記３組以上のリンク機構うちのの２組以上に、前記入力側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けたリンク作動装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記入力部材に対する前記入力側の端部リンク部材の回転角をβｎ、前記入力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、前記出力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をγ、基準となる入力側の端部リンク部材に対する各入力側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδｎ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した垂直角度をθ、前記入力部材の中心軸に対して前記出力部材が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式を順変換することで、前記入力部材に対する前記出力部材の姿勢を推定するリンク作動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−８２９３７（Ｐ２０１２−８２９３７Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１４３３（Ｐ２０１０−２３１４３３）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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