遠隔操作装置
【課題】 可動部の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる遠隔操作装置を提供する。
【解決手段】 一次側のリンク装置２Ａと二次側のリンク装置２Ｂとを備える。各リンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対し出力部材６を、３組以上のリンク機構１０を介して姿勢を変更可能に連結する。入力部材５および出力部材６とリンク機構１０の回転対偶部は、リンク機構１０と一体に動作する軸部材２０と、この軸部材２０を回転自在に支持する軸受１９とを有する。一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂにおける出力部材６とリンク機構１０の回転対偶部の２つ以上に、軸部材２０と一体に回動する一次側および二次側の回動部材３１，３２をそれぞれ設ける。一次側の回動部材３１から二次側の回動部材３２へ回動を伝達する回動伝達手段３３を、入力部材５および出力部材６に形成された貫通孔１６を通して設ける。
【解決手段】 一次側のリンク装置２Ａと二次側のリンク装置２Ｂとを備える。各リンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対し出力部材６を、３組以上のリンク機構１０を介して姿勢を変更可能に連結する。入力部材５および出力部材６とリンク機構１０の回転対偶部は、リンク機構１０と一体に動作する軸部材２０と、この軸部材２０を回転自在に支持する軸受１９とを有する。一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂにおける出力部材６とリンク機構１０の回転対偶部の２つ以上に、軸部材２０と一体に回動する一次側および二次側の回動部材３１，３２をそれぞれ設ける。一次側の回動部材３１から二次側の回動部材３２へ回動を伝達する回動伝達手段３３を、入力部材５および出力部材６に形成された貫通孔１６を通して設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療機器や産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とする機器に用いられる遠隔操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や産業機器に用いられる遠隔操作システムが、例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１のものは、マスター側リンク機構とスレーブ側リンク機構を用いたマスタースレーブシステムであり、マスター側とスレーブ側とで同一形状のリンク機構を用いて遠隔操作を行う。特許文献２のものは、医療用マスタースレーブシステムであり、スレーブ側となる多関節構造の医療用マニピュレータを遠隔的に操作させるために、マスター側となる遠隔操作装置も医療用マニピュレータと同じ自由度を持つ多関節構造としてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０５５８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各例の遠隔操作システムは、制御装置の制御によりマスター側の動作を電気的にスレーブ側へ伝える構成であるため、例えば制御装置が故障した場合、スレーブ側が暴走して周囲のものを傷つけるおそれがある。医療用マニピュレータのような特に精密な動作が要求される機器に使用される遠隔操作システムでは、上記事態を避けるため、制御系を介せずに、マスター側の操作をそのままスレーブ側へ伝達する方が良い場合がある。
【０００５】
特許文献２の遠隔操作システムのように、スレーブ側の作業装置にパン・チルト機構が採用されている場合、スレーブ側をパン・チルト機構の各回転対偶部の回転方向に動かすときの操作性は良いが、それ以外の方向に動かすときは、一つ一つの回転対偶部を動かすような動きになり、操作性が悪くなる。また、チルト角が０°の状態、すなわちパンで動作する部材とチルトで動作する部材とが一直線に並んだ状態では、完全にチルトの回転方向にしか動作できなくなる。
【０００６】
この発明の目的は、コンパクトな構造でありながら、可動部の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる遠隔操作装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の遠隔操作装置は、それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる。
前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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。
前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有する。
前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けた。
【０００８】
この構成によると、同じ構成である一次側および二次側のリンク装置が、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向するように配置されており、一次側の回動部材、回動伝達手段、および二次側の回動部材により、一次側のリンク装置の動作が二次側のリンク装置に伝達される。そのため、一次側のリンク装置を操作すると、二次側のリンク装置が同等または類似した動きをする。
【０００９】
一次側および二次側のリンク装置は、入力部材と、出力部材と、３組以上のリンク機構とで、入力部材に対して出力部材が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、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。したがって、可動部である二次側のリンク装置の出力部材の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【００１０】
また、一次側および二次側の回動部材を、軸部材における入力部材または出力部材の内径側端に設けたことにより、回動伝達手段を入力部材および出力部材の貫通孔内に配置することが可能となっている。このように、これら一次側の回動部材、回動伝達手段、および二次側の回動部材を、一次側および二次側のリンク装置の内側に配置したことにより、遠隔操作装置がコンパクトな構造となる。なお、一次側および二次側の回動部材が設けられる回転対偶部の数を２つ以上としたのは、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作を確定するのに必要なためである。
【００１１】
この発明において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は前記一次側および二次側の回動部材にそれぞれ掛装されたタイミングベルトとしても良い。
【００１２】
一次側および二次側の回動部材はプーリとし、回動伝達手段はタイミングベルトとすると、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置の動作を二次側のリンク装置に確実に伝達することができる。１本のタイミングベルトによるベルト伝動である場合、一次側のリンク装置と二次側のリンク装置の動作が、両リンク装置の中間部に対して回転対称となるため、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすく、遠隔操作を行いやすい。
【００１３】
この発明において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置された、第１の歯車部と第１のベルト掛け部を有する第１の中央回動部材と、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部と第２のベルト掛け部を有する第２の中央回動部材と、前記一次側の回動部材および前記第１の中央回動部材の第１のベルト掛け部に掛装された第１のタイミングベルトと、前記二次側の回動部材および前記第２の中央回動部材の第２のベルト掛け部に掛装された第２のタイミングベルトとを有していても良い。
【００１４】
この場合も、前記同様に、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置の動作を二次側のリンク装置に確実に伝達することができる。この構成のように、回動伝達手段の一部に互いに噛み合う一対の歯車部を設けて、一次側の回動部材と二次側の回動部材の回転方向を逆にすると、一次側のリンク装置と二次側のリンク装置の動作が、両リンク装置の中間部に対して鏡面対称となる。遠隔操作の種類によっては、鏡面対称である方が回転対称よりも、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすいことがある。
【００１５】
この発明において、前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量が互いに異なっていても良い。
この場合、一次側のリンク装置に対して二次側のリンク装置を、増速または減速して動作させられる。増速させた場合、一次側のリンク装置の少ない操作量で二次側のリンク装置の大きな作動範囲が得られる。また、減速させた場合、二次側のリンク装置の出力部材を細かく動かすことが可能であり、さらに操作者の手の震えが二次側のリンク装置側に伝達されにくい。
【００１６】
前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量を互いに異ならせるのに、例えば以下の手法がある。
第１の手法は、前記一次側の回動部材における前記回動伝達手段に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記回動伝達手段から作用を受ける箇所の径とを互いに異ならせる手法である。
【００１７】
第２の手法は、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置され第１および第２の作用部を有する中央の回動部材と、前記一次側の回動部材から前記中央の回動部材の第１の作用部へ回動を伝達する第１の回動伝達部材と、前記中央の回動部材の第２の作用部から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する第２の回動伝達部材とを有し、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径とは互いに同一であり、かつ前記中央の回動部材の第１の作用部における前記第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径、および前記中央の回動部材における前記第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径のうち少なくともいずれかを、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径、および前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径と異ならせる手法である。
【００１８】
例えば、一次側、二次側、および中央の回動部材としてプーリや平歯車を用い、第１の手法における回動伝達手段、および第２の手法における第１、第２の回動伝達部材としてタイミングベルトや平歯車を用いた場合、回動部材の作用を与える箇所の径や作用を受ける箇所の径を変更することにより、回動部材間の減速比や増速比を簡単に変更できる。そのため、遠隔操作装置の用途等に応じて、一次側のリンク装置の操作量に対する二次側のリンク装置の動作量を簡単に変更できる。
【００１９】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、この入力部材の中心軸を中心にして回転自在な一次側の回転部材を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転自在な二次側の回転部材を設け、前記一次側の回転部材の回転を前記二次側の回転部材へ伝達する回転伝達部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた回転部材を容易に回転操作することができる。
【００２０】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、定められた操作をする把持操作機構を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、定められた動作を行って物品を把持する把持機構を設け、前記把持操作機構の操作を前記把持機構に伝達して把持機構に物品を把持させる操作伝達部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた把持機構を容易に操作することができ、動作範囲の広い把持操作を実現できる。
【００２１】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に工具回転用駆動源を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転する回転工具を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転工具へ伝達する工具回転用部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた回転工具に対して回転伝達を行い、動作範囲の広い加工を実現できる。
【００２２】
この発明において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設けると良い。この筒状部材の中空部内に、前記回動伝達手段、前記回転伝達部材、前記操作伝達部材、前記工具回転用部材等を挿通して設けることができる。
この構成にすると、回動伝達手段、回転伝達部材、操作伝達部材、工具回転用部材等が筒状部材の内部に収められて、コンパクトな構成となる。また、上記各部材が他の部材に干渉することがなく、一次側のリンク装置側から二次側のリンク装置側へ確実に動作を伝達できる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の遠隔操作装置は、それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる装置であって、前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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り、前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有し、前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けたため、コンパクトな構造でありながら、可動部の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる遠隔操作装置の一状態の一部を省略した正面図、（Ｂ）はその異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図２】（Ａ）は同遠隔操作装置の一次側のリンク装置の一状態を示す図、（Ｂ）は異なる状態を示す図である。
【図３】同リンク装置の斜視図である。
【図４】同リンク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】同遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図７】同遠隔操作装置の変形例の一部を省略した断面図である。
【図８】（Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一状態の一部を省略した正面図、（Ｂ）はその異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図９】同遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１０】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１１】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１２】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１３】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１４】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１５】同遠隔操作装置の可撓性ワイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を図１〜図６と共に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、この実施形態にかかる遠隔操作装置の互いに異なる状態を示す正面図である。この遠隔操作装置１は、一次側および二次側の２つのリンク装置２Ａ，２Ｂが、細長い筒状部材３の両端に設けられている。リンク装置２Ａ，２Ｂは、それぞれ入力部材５および出力部材６を有し、一次側のリンク装置２Ａの出力部材６が筒状部材３の一端に固定され、二次側のリンク装置２Ｂの入力部材５が筒状部材３の他端に固定されている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には、ハンドル７が固定されている。また、可動部である二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６には、用途に応じた器具（図示せず）が取付けられる。
【００２６】
リンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対し出力部材６を３組の入力側リンク機構１０を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク装置２Ａ，２Ｂは同一構成であるので、以下、代表して一次側のリンク装置２Ａについて説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、一次側のリンク装置２Ａの互いに異なる状態を示す正面図、図３は一次側のリンク装置２Ａの斜視図である。なお、図１および図２では、３組のリンク機構１０のうち、１組のリンク機構１０のみが表示されている。
【００２７】
図２、図３において、リンク装置２Ａ（２Ｂ）の３組のリンク機構１０は、入力側の端部リンク部材１１、中央リンク部材１２、および出力側の端部リンク部材１３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。具体的には、入力側の端部リンク部材１１の一端が入力部材５に回転可能に連結され、出力側の端部リンク部材１３の一端が出力部材６に回転可能に連結され、入力側の端部リンク部材１１および出力側の端部リンク部材１３の各他端が中央リンク部材１２の両端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００２８】
入力側の端部リンク部材１１および出力側の端部リンク部材１３は球面リンク構造で、３組のリンク機構１０における球面リンク中心ＰＡ，ＰＢは一致しており、また、その中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。入力側および出力側の端部リンク部材１１，１３と中央リンク部材１２との連結部となる回転対偶軸は、互いにある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００２９】
３組のリンク機構１０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１１，１２，１３を直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１２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ことを言う。図４は、一つのリンク機構１０を直線で表現した図である。
【００３０】
この実施形態のリンク機構１０は回転対称タイプで、入力部材５および入力側の端部リンク部材１１と、出力部材６および出力側の端部リンク部材１３との位置関係が、中央リンク部材１２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（Ａ）は、入力部材５の中心軸Ａと出力部材６の中心軸Ｂとが同一線上にある状態を示し、図２（Ｂ）は、入力部材５の中心軸Ａに対して出力部材６の中心軸Ｂが所定の作動角をとった状態を示す。各組のリンク機構１０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，ＰＢ間の距離Ｌは変化しない。
【００３１】
図５に示すように、入力部材５は、その中心部に軸方向の貫通孔１６が軸方向に沿って形成され、また、大きな角度がとれるように外形を球面状としたドーナツ形状をなしている。さらに、入力部材５には、径方向に延びる軸部材嵌挿用の径方向の貫通孔１８が円周方向等間隔で３個形成され、各径方向の貫通孔１８に複列の軸受１９を介して軸部材２０が嵌挿されている。
【００３２】
前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受であって、入力部材５の径方向の貫通孔１８に内嵌された外輪１９ａと、軸部材２０に外嵌された内輪１９ｂと、これら外輪１９ａと内輪１９ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体１９ｃとからなる。つまり、外輪１９ａは入力部材５に埋設状態で固定され、内輪１９ｂは軸部材２０と共に回転する構造である。軸部材２０の外側端部は、入力部材５から突出し、その突出ねじ部２０ａに入力側の端部リンク部材１１が結合され、ナット２３による締付けでもって軸受１９に所定の予圧量を付与して固定されている。入力部材５に対して軸部材２０を回転自在に支承する軸受１９は、止め輪２２により入力部材５から抜け止めされている。なお、軸受１９としては、図５に図示されているように深溝玉軸受を複列で配設する以外に、アンギュラ玉軸受、ローラ軸受、あるいは滑り軸受を使用することも可能である。
【００３３】
なお、軸部材２０と入力側の端部リンク部材１１とは、加締め等により結合される。キーあるいはセレーションにより結合することも可能である。その場合、結合構造の緩みを防止でき、伝達トルクの増加を図ることができる。
【００３４】
軸部材２０の内側端部は、径方向の貫通孔１８を突き抜けて、軸方向の貫通孔１６内に位置している。この軸部材２０の内側端部には、軸部材２０と一体に回動する一次側の回動部材３１が設けられている。この実施形態の場合、一次側の回動部材３１は、軸部材２０に一体形成されたプーリとされている。一次側の回動部材３１は、軸部材２０と別体であっても良い。また、一次側の回動部材３１および後記二次側の回動部材３２は、プーリ以外の例えば平歯車であっても良い。
【００３５】
出力部材６も入力部材５と同一構造である。出力部材６の場合、軸部材２０の内側端部に、軸部材２０と一体に回動する二次側の回動部材３２が設けられている。二次側の回動部材３２も、一次側の回動部材３１と同様に、軸部材２０に一体形成されたプーリとされている。二次側の回動部材３２は、軸部材２０と別体であっても良い。
【００３６】
軸部材２０の円周方向位置は等間隔でなくても良いが、入力部材５および出力部材６は同じ円周方向の位置関係とする必要がある。これら入力部材５および出力部材６は、３組のリンク機構１０で共有され、各軸部材２０に入力側の端部リンク部材１１、または出力側の端部リンク部材１３が連結される。
【００３７】
入力側および出力側の端部リンク部材１１，１３はＬ字状をなし、一辺を入力部材５および出力部材６から突出する軸部材２０に結合し、他辺を中央リンク部材１２に連結する。端部リンク部材１１，１３は、大きな角度がとれるようにリンク中心側に位置する軸部２５の屈曲基端内側が大きくカットされた形状を有する。
【００３８】
中央リンク部材１２はほぼＬ字状をなし、両辺に貫通孔２４を有する。この中央リンク部材１２は、大きな角度がとれるようにその周方向側面がカットされた形状を有する。端部リンク部材１１，１３の他辺から一体的に屈曲成形された軸部２５を、複列の軸受２６を介して中央リンク部材１２の両辺の貫通孔２４に挿通する。
【００３９】
軸受２６も、例えば深溝玉軸受であって、中央リンク部材１２の貫通孔２４に内嵌された外輪２６ａと、端部リンク部材１１，１３の軸部２５に外嵌された内輪２６ｂと、これら外輪２６ａと内輪２６ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体２６ｃとからなる。端部リンク部材１１，１３に対して中央リンク部材１２を回転自在に支承する軸受２６は、止め輪２７により中央リンク部材１２から抜け止めされている。
【００４０】
上記構成であるリンク機構１０において、入力部材５および出力部材６の軸部材２０の角度、長さ、および端部リンク部材１１，１３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１２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１２の対称面に対して中央リンク部材１２と、入力部材５および出力部材６と連結される端部リンク部材１１，１３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５および入力側の端部リンク部材１１と、出力部材６および出力側の端部リンク部材１３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１２の対称面を等速二等分面という。
【００４１】
このため、入力部材５および出力部材６を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１０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１０が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１２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。
【００４２】
各リンク機構１０における４つの回転対偶の回転部、つまり、入力部材５と入力側の端部リンク部材１１との連結部分、入力側の端部リンク部材１１と中央リンク部材１２の連結部分、中央リンク部材１２と出力側の端部リンク部材１３との２つの連結部分、および出力側の端部リンク部材１３と出力部材６との連結部分を、軸受１９，２６を介在させた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。
【００４３】
この軸受１９，２６を介在させた構造では、軸受１９，２６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、連結部分でのがたつきを抑えることができ、入力側と出力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１９，２６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。
【００４４】
このリンク装置２Ａ（２Ｂ）の構成によれば、入力部材５に対する出力部材６の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材５の中心軸Ａと出力部材６の中心軸Ｂの最大折れ角を約±９０°とすることができる。また、入力部材５に対する出力部材６の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。
【００４５】
また、この構成のリンク装置２Ａ（２Ｂ）は、入力部材５および出力部材６に軸受１９の外輪１９ａを内包すると共に内輪１９ｂを端部リンク部材１１，１３と結合させて、入力部材５および出力部材６内に軸受１９を埋設したので、全体の外形を大きくすることなく、入力部材５および出力部材６の外形を拡大することができる。そのため、入力部材５にハンドル７（図１）を取付けるための取付スペース、および出力部材６に器具（図示せず）を取付けるための取付スペースの確保が容易である。
【００４６】
図６に示すように、筒状部材３は、長手方向に沿う貫通孔３ａを有している。一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂは、筒状部材３の両端に、一次側のリンク装置２Ａにおける出力部材６と出力側の端部リンク部材１３との回転対偶部と、二次側のリンク装置２Ｂにおける入力部材５と入力側の端部リンク部材１１との回転対偶部とが互いに同位相となるように配置されている。
【００４７】
一次側のリンク装置２Ａの操作を二次側のリンク装置２Ｂへ伝達するために、前記一次側の回動部材３１および二次側の回動部材３２と、回転伝達手段３３とが設けられている。一次側の回動部材３１および二次側の回動部材３２はプーリであり、回転伝達手段３３はこれらプーリからなる両回動部材３１，３２に掛装されたタイミングベルトである。回動伝達手段３３は、一次側のリンク装置２Ａの出力部材６の軸方向の貫通孔１６、筒状部材３の貫通孔３ａ、および二次側のリンク装置２Ａの入力部材５の軸方向の貫通孔１６を通して設けられている。この実施形態では、図５に示すように、３対の回動部材３１，３２間のうち２対の回動部材３１，３２間だけ、回動伝達手段３３により回動を伝達する。これは、一次側のリンク装置２Ａの動作に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作を確定するのに、少なくとも２対の回動部材３１，３２間で回動を伝達することが必要なためである。３対の回動部材３１，３２間のすべてについて、回動伝達手段３３により回動を伝達しても良い。
【００４８】
この遠隔操作装置１は、例えば、筒状部材３を固定物に固定するか、または筒状部材３を操作者自らの片手で持って操作する。ハンドル７を操作して、一次側のリンク装置２Ａの入力部材５に対する出力部材６の姿勢を変化させると、一次側のリンク装置２Ａの出力側の端部リンク部材１３の回動が、一次側の回動部材３１、回動伝達手段３３、および二次側の回動部材３２を介して、二次側のリンク装置２Ｂの入力側の端部リンク部材１１へ伝達されて、二次側のリンク装置２Ｂの入力部材５に対する出力部材６の姿勢が変化する。一次側および二次側の回動部材３１，３２はプーリとし、回動伝達手段３３はタイミングベルトとしたことにより、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。
【００４９】
この実施形態の場合、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂが同一構成であるため、図１（Ａ），（Ｂ）のように、一次側のリンク装置２Ａの操作と二次側のリンク装置２Ｂの動作が、両リンク装置２Ａ，２Ｂの中間点Ｏに対して回転対称となる。そのため、一次側のリンク装置２Ａの操作に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作をイメージしやすく、遠隔操作を行いやすい。
【００５０】
また、先に説明したように、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対する出力部材６の可動範囲を広くとれる。そのため、可動部である二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６の可動範囲が広く、この出力部材６に搭載した器具（図示せず）をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【００５１】
一次側および二次側の回動部材３１，３２を、軸部材２０における入力部材５または出力部材６の内径側端に設けたことにより、回動伝達手段３３を入力部材５および出力部材６に設けられた貫通孔１６内に配置することが可能となっている。このように、これら一次側の回動部材３１、回動伝達手段３３、および二次側の回動部材３２を、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの内側に配置したことにより、遠隔操作装置１がコンパクトな構造となる。
【００５２】
図７は上記実施形態の変形例を示す。この変形例が上記実施形態と異なる点は、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２が入力部材５および出力部材６の径方向に異なる位置に配置されていることである。また、回動伝達手段３３は、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され、第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂを有するプーリからなる中央の回動部材３４と、一次側の回動部材３１および中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａに掛装された第１のタイミングベルト３５と、中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂおよび二次側の回動部材３２に掛装された第２のタイミングベルト３６とで構成されている。この構成であると、筒状部材３の長さが長く、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２との距離が離れている場合でも、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。
【００５３】
図８および図９は異なる実施形態を示す。この遠隔操作装置１も、前記実施形態と同様に、筒状部材３の両端に、一次側のリンク装置２Ａにおける出力部材６と出力側の端部リンク部材１２との回転対偶部と、二次側のリンク装置２Ｂにおける入力部材５と入力側の端部リンク部材１３との回転対偶部とが互いに同位相となるように、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂが設けられている。
【００５４】
この遠隔操作装置１の回動伝達手段３３は、図９に示すように、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され、第１の歯車部３７ａと第１のベルト掛け部３７ｂを有する第１の中央回動部材３７と、前記第１の歯車部３７ａと噛み合う第２の歯車部３８ａと第２のベルト掛け部３８ｂを有する第２の中央回動部材３８と、一次側の回動部材３１および第１の中央回動部材３７の第１のベルト掛け部３７ｂに掛装された第１のタイミングベルト３５と、二次側の回動部材３２および第２の中央回動部材３８の第２のベルト掛け部３８ｂに掛装された第２のタイミングベルト３６とで構成されている。
【００５５】
この遠隔操作装置１も、前記同様に、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。この構成のように、回動伝達手段３３の一部に互いに噛み合う一対の歯車部３７ａ，３８ａを設けて、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２の回転方向を逆にすると、図８（Ａ），（Ｂ）のように、一次側のリンク装置２Ａと二次側のリンク装置２Ｂの動作が、両リンク装置２Ａ，２Ｂの中間部に対して鏡面対称となる。遠隔操作の種類によっては、鏡面対称である方が回転対称よりも、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすいことがある。
【００５６】
図１０はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作装置１は、一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１と、二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２とを互いに異ならせてある。有効径は、回動伝達手段３３に作用を与える箇所の径、または回動伝達手段３３から作用を受ける箇所の径のことである。この実施形態の場合、Ｄ１＜Ｄ２であり、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが減速して動作する。そのため、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６を細かく動かすことが可能であり、さらに操作者の手の震えが二次側のリンク装置２Ｂ側に伝達されにくい。逆に、Ｄ１＞Ｄ２としても良い。その場合、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが増速して動作する。そのため、一次側のリンク装置２Ａの少ない操作量で二次側のリンク装置２Ｂの大きな作動範囲が得られる。
【００５７】
一次側のリンク装置２Ａの操作量と二次側のリンク装置２Ｂの動作量を互いに異ならせるのに、例えば図１１の構成としても良い。すなわち、回動伝達手段３３を、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂを有する中央の回動部材３４と、一次側の回動部材３１から前記中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａへ回動を伝達する第１のタイミングベルト（第１の回動伝達部材）３５と、前記中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂから二次側の回動部材３２へ回動を伝達する第２のタイミングベルト（第２の回動伝達部材）３６とで構成する。一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１と、二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２とは互いに同一である。中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａの有効径Ｄ３、および中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂの有効径Ｄ４の少なくともいずれかを、一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１、および二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２と異ならせる。図の例の場合、Ｄ１＜Ｄ３、かつＤ４＜Ｄ２であるため、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが減速して動作する。
なお、中央の回動部材３４の第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂは、請求項６で言うところの「第１および第２の作用部」のことであり、第１のベルト掛け部３４ａの有効径Ｄ３は、「第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径」を意味し、第２のベルト掛け部３４ｂの有効径Ｄ４は、「第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径」を意味する。
【００５８】
図６、図７、図１０、および図１１の例では、プーリとタイミングベルトの組み合わせで一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに伝達しているが、平歯車やチェーン機構を組み合わせた構成としても良い。いずれの場合も、プーリや平歯車の径を変更することにより、回動部材３１，３２間の減速比や増速比を簡単に変更できる。そのため、遠隔操作装置１の用途等に応じて、一次側のリンク装置２Ａの操作量に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作量を簡単に変更できる。
【００５９】
以下、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に器具を取付けた例を具体的に示す。
図１２の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に連結部材４０が固定され、この連結部材４０に、器具としての二次側の回転部材４１が、軸受４２を介して出力部材６の中心軸を中心にして回転自在に取付けられている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には連結部材４３が固定され、この連結部材４３に、上記二次側の回転部材４１を操作するハンドルとしての一次側の回転部材４４が、軸受４２を介して、入力部材５の中心軸を中心にして回転自在に設けられている。
【００６０】
一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに回転伝達部材４５が挿通され、この回転伝達部材４５の両端が、カップリング４６を介して前記一次側の回転部材４４および二次側の回転部材４１と連結されている。これにより、一次側の回転部材４４と二次側の回転部材４１とが回転伝達可能に連結されている。回転伝達部材４５は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの姿勢変化に応じて変形する必要があり、例えば可撓性ワイヤ７０（図１５）が用いられる。可撓性ワイヤ７０については、後で説明する。
【００６１】
この遠隔操作装置１は、一次側の回転部材４４を回転操作することで、その回転が回転伝達部材４５を介して二次側の回転部材４１へ伝達されて、同回転部材４１が回転する。この構成であると、二次側のリンク装置２Ａの出力部材６に設けた二次側の回転部材４１を容易に回転操作することができる。
【００６２】
図１３の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に、物品を把持する把持機構５０が設けられている。把持機構５０は、出力部材６に固定された固定部材５１と、この固定部材５１に設けられた開閉軸５２を支点にして一対の把持片５３ａが開閉する鋏状の把持具５３とでなる。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には、上記把持機構５０を操作する把持操作機構５４が設けられている。把持操作機構５４は、入力部材５に固定されたグリップ５５に、環状の指掛け部５６ａを有する操作レバー５６を回動自在に取付けたものである。
【００６３】
把持機構５０の一対の把持片５３ａと把持操作機構５４の操作レバー５６とが、２本の操作伝達部材５７により連結されている。操作伝達部材５７は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに挿通されている。操作伝達部材５７としては、形状記憶合金等からなる可撓性を有する超弾性ワイヤを使用すると良い。
【００６４】
この遠隔操作装置１は、グリップ５５を手で握って、指掛け部５６ａに掛けた指で操作レバー５６を操作する。操作レバー５６を引き操作すると、２本の操作伝達部材５７が引かれて、一対の把持片５３ａが閉じる。操作レバー５６を戻すと、２本の操作伝達部材５７も戻って、一対の把持片５３ａが開く。この構成であると、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に設けた把持機構５０を容易に操作することができ、動作範囲の広い把持操作を実現できる。
なお、操作伝達部材５７を戻し側に付勢するばね要素（図示せず）を設けると、操作レバー５６を引き操作してから、操作レバー５６を引く力を緩めた場合に、操作伝達部材５７が自動的に戻って一対の把持片５３ａが開くようになり、操作性が向上する。
【００６５】
図１４の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に連結部材６０が固定され、この連結部材６０に、回転工具６１が、軸受４２を介して出力部材６の中心軸を中心にして回転自在に取付けられている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には連結部材６３が固定され、この連結部材６３に工具回転用駆動源６４が保持されている。
【００６６】
一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに工具回転用部材６５が挿通され、この工具回転用部材６５の両端が、カップリング４６を介して前記回転工具６１および工具回転用駆動源６４と連結されている。これにより、工具回転用駆動源６４の駆動で回転工具６１を回転させることが可能である。工具回転用部材６５は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの姿勢変化に応じて変形する必要があり、例えば後述の可撓性ワイヤ７０（図１５）が用いられる。
【００６７】
この遠隔操作装置１は、図示しないスイッチや制御手段で工具回転用駆動源６４のオン・オフや出力量を制御することにより、回転工具６１の回転を制御する。この構成であると、二次側のリンク装置２Ａの出力部材６に設けた回転工具６１に対して回転伝達を行い、動作範囲の広い加工を実現できる。
【００６８】
図１２の例の回転伝達部材４５、および図１４の例の工具回転用部材６５として用いられる可撓性ワイヤについて説明する。
図１５に示すように、可撓性ワイヤ７０は、可撓性のアウタチューブ７１と、このアウタチューブ７１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ７２と、このインナワイヤ７２を前記アウタチューブ７１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受７３とを備える。インナワイヤ７２の両端は、それぞれ回転の入力端７２ａおよび出力端７２ｂとなる。アウタチューブ７１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ７２としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等のワイヤが用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。
【００６９】
各転がり軸受７３はアウタチューブ７１の中心線に沿って一定の間隔を開けて配置されており、隣合う転がり軸受７３間に、これら転がり軸受７３に対して予圧を与えるばね要素７４Ｉ，７４Ｏが設けられている。ばね要素７４Ｉ，７４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ７２の外周を巻線が囲むように設けられる。ばね要素は、転がり軸受７３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素７４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素７４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。
【００７０】
アウタチューブ７１の両端には、このアウタチューブ７１を他の部材、例えば連結部材４０，４３，６０，６３（図１２、図１４）に結合する継手７５が設けられている。また、インナワイヤ７２の両端には、このインナワイヤ７２を他の回転軸、例えば二次側の回転部材４１（図１２）、一次側の回転部材４４（図１２）、回転工具６１（図１４）、工具回転用駆動源６４（図１４）等に回転伝達可能に連結する前記カップリング４６（図１２、図１４）が設けられている。
【００７１】
この構成の可撓性ワイヤ７０は、隣合う転がり軸受７３間に、これら転がり軸受７３に対して予圧を与えるばね要素７４Ｉ，７４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ７２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ７２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素７４Ｉおよび外輪用ばね要素７４Ｏは、インナワイヤ７２の長さ方向にわたり交互に配置されているため、アウタチューブ７１の径を大きくせずに、ばね要素７４Ｉ，７４Ｏを設けることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…遠隔操作装置
２Ａ…一次側のリンク装置
２Ｂ…二次側のリンク装置
３…筒状部材
５…入力部材
６…出力部材
１０…リンク機構
１１…入力側の端部リンク部材
１２…中央リンク部材
１３…出力側の端部リンク部材
１６…貫通孔
１９…軸受
２０…軸部材
３１…一次側の回動部材
３２…二次側の回動部材
３３…回動伝達手段
３４…中央の回動部材
３４ａ…ベルト掛け部（第１の作用部）
３４ｂ…ベルト掛け部（第２の作用部）
３５…第１のタイミングベルト（第１の回転伝達部材）
３６…第２のタイミングベルト（第２の回動伝達部材）
３７…第１の中央回動部材
３７ａ…第１の歯車部
３７ｂ…第１のベルト掛け部
３８…第２の中央回動部材
３８ａ…第２の歯車部
３８ｂ…第２のベルト掛け部
４１…二次側の回転部材
４４…一次側の回転部材
４５…回転伝達部材
５０…把持機構
５４…把持操作機構
５７…操作伝達部材
６１…回転工具
６４…工具回転用駆動源
６５…工具回転用部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療機器や産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とする機器に用いられる遠隔操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や産業機器に用いられる遠隔操作システムが、例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１のものは、マスター側リンク機構とスレーブ側リンク機構を用いたマスタースレーブシステムであり、マスター側とスレーブ側とで同一形状のリンク機構を用いて遠隔操作を行う。特許文献２のものは、医療用マスタースレーブシステムであり、スレーブ側となる多関節構造の医療用マニピュレータを遠隔的に操作させるために、マスター側となる遠隔操作装置も医療用マニピュレータと同じ自由度を持つ多関節構造としてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０５５８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記各例の遠隔操作システムは、制御装置の制御によりマスター側の動作を電気的にスレーブ側へ伝える構成であるため、例えば制御装置が故障した場合、スレーブ側が暴走して周囲のものを傷つけるおそれがある。医療用マニピュレータのような特に精密な動作が要求される機器に使用される遠隔操作システムでは、上記事態を避けるため、制御系を介せずに、マスター側の操作をそのままスレーブ側へ伝達する方が良い場合がある。
【０００５】
特許文献２の遠隔操作システムのように、スレーブ側の作業装置にパン・チルト機構が採用されている場合、スレーブ側をパン・チルト機構の各回転対偶部の回転方向に動かすときの操作性は良いが、それ以外の方向に動かすときは、一つ一つの回転対偶部を動かすような動きになり、操作性が悪くなる。また、チルト角が０°の状態、すなわちパンで動作する部材とチルトで動作する部材とが一直線に並んだ状態では、完全にチルトの回転方向にしか動作できなくなる。
【０００６】
この発明の目的は、コンパクトな構造でありながら、可動部の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる遠隔操作装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の遠隔操作装置は、それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる。
前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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。
前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有する。
前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けた。
【０００８】
この構成によると、同じ構成である一次側および二次側のリンク装置が、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向するように配置されており、一次側の回動部材、回動伝達手段、および二次側の回動部材により、一次側のリンク装置の動作が二次側のリンク装置に伝達される。そのため、一次側のリンク装置を操作すると、二次側のリンク装置が同等または類似した動きをする。
【０００９】
一次側および二次側のリンク装置は、入力部材と、出力部材と、３組以上のリンク機構とで、入力部材に対して出力部材が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、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。したがって、可動部である二次側のリンク装置の出力部材の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【００１０】
また、一次側および二次側の回動部材を、軸部材における入力部材または出力部材の内径側端に設けたことにより、回動伝達手段を入力部材および出力部材の貫通孔内に配置することが可能となっている。このように、これら一次側の回動部材、回動伝達手段、および二次側の回動部材を、一次側および二次側のリンク装置の内側に配置したことにより、遠隔操作装置がコンパクトな構造となる。なお、一次側および二次側の回動部材が設けられる回転対偶部の数を２つ以上としたのは、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作を確定するのに必要なためである。
【００１１】
この発明において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は前記一次側および二次側の回動部材にそれぞれ掛装されたタイミングベルトとしても良い。
【００１２】
一次側および二次側の回動部材はプーリとし、回動伝達手段はタイミングベルトとすると、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置の動作を二次側のリンク装置に確実に伝達することができる。１本のタイミングベルトによるベルト伝動である場合、一次側のリンク装置と二次側のリンク装置の動作が、両リンク装置の中間部に対して回転対称となるため、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすく、遠隔操作を行いやすい。
【００１３】
この発明において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置された、第１の歯車部と第１のベルト掛け部を有する第１の中央回動部材と、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部と第２のベルト掛け部を有する第２の中央回動部材と、前記一次側の回動部材および前記第１の中央回動部材の第１のベルト掛け部に掛装された第１のタイミングベルトと、前記二次側の回動部材および前記第２の中央回動部材の第２のベルト掛け部に掛装された第２のタイミングベルトとを有していても良い。
【００１４】
この場合も、前記同様に、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置の動作を二次側のリンク装置に確実に伝達することができる。この構成のように、回動伝達手段の一部に互いに噛み合う一対の歯車部を設けて、一次側の回動部材と二次側の回動部材の回転方向を逆にすると、一次側のリンク装置と二次側のリンク装置の動作が、両リンク装置の中間部に対して鏡面対称となる。遠隔操作の種類によっては、鏡面対称である方が回転対称よりも、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすいことがある。
【００１５】
この発明において、前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量が互いに異なっていても良い。
この場合、一次側のリンク装置に対して二次側のリンク装置を、増速または減速して動作させられる。増速させた場合、一次側のリンク装置の少ない操作量で二次側のリンク装置の大きな作動範囲が得られる。また、減速させた場合、二次側のリンク装置の出力部材を細かく動かすことが可能であり、さらに操作者の手の震えが二次側のリンク装置側に伝達されにくい。
【００１６】
前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量を互いに異ならせるのに、例えば以下の手法がある。
第１の手法は、前記一次側の回動部材における前記回動伝達手段に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記回動伝達手段から作用を受ける箇所の径とを互いに異ならせる手法である。
【００１７】
第２の手法は、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置され第１および第２の作用部を有する中央の回動部材と、前記一次側の回動部材から前記中央の回動部材の第１の作用部へ回動を伝達する第１の回動伝達部材と、前記中央の回動部材の第２の作用部から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する第２の回動伝達部材とを有し、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径とは互いに同一であり、かつ前記中央の回動部材の第１の作用部における前記第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径、および前記中央の回動部材における前記第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径のうち少なくともいずれかを、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径、および前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径と異ならせる手法である。
【００１８】
例えば、一次側、二次側、および中央の回動部材としてプーリや平歯車を用い、第１の手法における回動伝達手段、および第２の手法における第１、第２の回動伝達部材としてタイミングベルトや平歯車を用いた場合、回動部材の作用を与える箇所の径や作用を受ける箇所の径を変更することにより、回動部材間の減速比や増速比を簡単に変更できる。そのため、遠隔操作装置の用途等に応じて、一次側のリンク装置の操作量に対する二次側のリンク装置の動作量を簡単に変更できる。
【００１９】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、この入力部材の中心軸を中心にして回転自在な一次側の回転部材を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転自在な二次側の回転部材を設け、前記一次側の回転部材の回転を前記二次側の回転部材へ伝達する回転伝達部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた回転部材を容易に回転操作することができる。
【００２０】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、定められた操作をする把持操作機構を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、定められた動作を行って物品を把持する把持機構を設け、前記把持操作機構の操作を前記把持機構に伝達して把持機構に物品を把持させる操作伝達部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた把持機構を容易に操作することができ、動作範囲の広い把持操作を実現できる。
【００２１】
この発明において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に工具回転用駆動源を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転する回転工具を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転工具へ伝達する工具回転用部材を設けても良い。
この構成にすると、二次側のリンク装置の出力部材に設けた回転工具に対して回転伝達を行い、動作範囲の広い加工を実現できる。
【００２２】
この発明において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設けると良い。この筒状部材の中空部内に、前記回動伝達手段、前記回転伝達部材、前記操作伝達部材、前記工具回転用部材等を挿通して設けることができる。
この構成にすると、回動伝達手段、回転伝達部材、操作伝達部材、工具回転用部材等が筒状部材の内部に収められて、コンパクトな構成となる。また、上記各部材が他の部材に干渉することがなく、一次側のリンク装置側から二次側のリンク装置側へ確実に動作を伝達できる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の遠隔操作装置は、それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる装置であって、前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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り、前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有し、前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けたため、コンパクトな構造でありながら、可動部の可動範囲が広く、可動部をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる遠隔操作装置の一状態の一部を省略した正面図、（Ｂ）はその異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図２】（Ａ）は同遠隔操作装置の一次側のリンク装置の一状態を示す図、（Ｂ）は異なる状態を示す図である。
【図３】同リンク装置の斜視図である。
【図４】同リンク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】同遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図７】同遠隔操作装置の変形例の一部を省略した断面図である。
【図８】（Ａ）はこの発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一状態の一部を省略した正面図、（Ｂ）はその異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図９】同遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１０】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１１】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１２】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１３】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１４】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作装置の一部を省略した断面図である。
【図１５】同遠隔操作装置の可撓性ワイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を図１〜図６と共に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、この実施形態にかかる遠隔操作装置の互いに異なる状態を示す正面図である。この遠隔操作装置１は、一次側および二次側の２つのリンク装置２Ａ，２Ｂが、細長い筒状部材３の両端に設けられている。リンク装置２Ａ，２Ｂは、それぞれ入力部材５および出力部材６を有し、一次側のリンク装置２Ａの出力部材６が筒状部材３の一端に固定され、二次側のリンク装置２Ｂの入力部材５が筒状部材３の他端に固定されている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には、ハンドル７が固定されている。また、可動部である二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６には、用途に応じた器具（図示せず）が取付けられる。
【００２６】
リンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対し出力部材６を３組の入力側リンク機構１０を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク装置２Ａ，２Ｂは同一構成であるので、以下、代表して一次側のリンク装置２Ａについて説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、一次側のリンク装置２Ａの互いに異なる状態を示す正面図、図３は一次側のリンク装置２Ａの斜視図である。なお、図１および図２では、３組のリンク機構１０のうち、１組のリンク機構１０のみが表示されている。
【００２７】
図２、図３において、リンク装置２Ａ（２Ｂ）の３組のリンク機構１０は、入力側の端部リンク部材１１、中央リンク部材１２、および出力側の端部リンク部材１３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。具体的には、入力側の端部リンク部材１１の一端が入力部材５に回転可能に連結され、出力側の端部リンク部材１３の一端が出力部材６に回転可能に連結され、入力側の端部リンク部材１１および出力側の端部リンク部材１３の各他端が中央リンク部材１２の両端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００２８】
入力側の端部リンク部材１１および出力側の端部リンク部材１３は球面リンク構造で、３組のリンク機構１０における球面リンク中心ＰＡ，ＰＢは一致しており、また、その中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。入力側および出力側の端部リンク部材１１，１３と中央リンク部材１２との連結部となる回転対偶軸は、互いにある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００２９】
３組のリンク機構１０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１１，１２，１３を直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１２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ことを言う。図４は、一つのリンク機構１０を直線で表現した図である。
【００３０】
この実施形態のリンク機構１０は回転対称タイプで、入力部材５および入力側の端部リンク部材１１と、出力部材６および出力側の端部リンク部材１３との位置関係が、中央リンク部材１２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（Ａ）は、入力部材５の中心軸Ａと出力部材６の中心軸Ｂとが同一線上にある状態を示し、図２（Ｂ）は、入力部材５の中心軸Ａに対して出力部材６の中心軸Ｂが所定の作動角をとった状態を示す。各組のリンク機構１０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，ＰＢ間の距離Ｌは変化しない。
【００３１】
図５に示すように、入力部材５は、その中心部に軸方向の貫通孔１６が軸方向に沿って形成され、また、大きな角度がとれるように外形を球面状としたドーナツ形状をなしている。さらに、入力部材５には、径方向に延びる軸部材嵌挿用の径方向の貫通孔１８が円周方向等間隔で３個形成され、各径方向の貫通孔１８に複列の軸受１９を介して軸部材２０が嵌挿されている。
【００３２】
前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受であって、入力部材５の径方向の貫通孔１８に内嵌された外輪１９ａと、軸部材２０に外嵌された内輪１９ｂと、これら外輪１９ａと内輪１９ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体１９ｃとからなる。つまり、外輪１９ａは入力部材５に埋設状態で固定され、内輪１９ｂは軸部材２０と共に回転する構造である。軸部材２０の外側端部は、入力部材５から突出し、その突出ねじ部２０ａに入力側の端部リンク部材１１が結合され、ナット２３による締付けでもって軸受１９に所定の予圧量を付与して固定されている。入力部材５に対して軸部材２０を回転自在に支承する軸受１９は、止め輪２２により入力部材５から抜け止めされている。なお、軸受１９としては、図５に図示されているように深溝玉軸受を複列で配設する以外に、アンギュラ玉軸受、ローラ軸受、あるいは滑り軸受を使用することも可能である。
【００３３】
なお、軸部材２０と入力側の端部リンク部材１１とは、加締め等により結合される。キーあるいはセレーションにより結合することも可能である。その場合、結合構造の緩みを防止でき、伝達トルクの増加を図ることができる。
【００３４】
軸部材２０の内側端部は、径方向の貫通孔１８を突き抜けて、軸方向の貫通孔１６内に位置している。この軸部材２０の内側端部には、軸部材２０と一体に回動する一次側の回動部材３１が設けられている。この実施形態の場合、一次側の回動部材３１は、軸部材２０に一体形成されたプーリとされている。一次側の回動部材３１は、軸部材２０と別体であっても良い。また、一次側の回動部材３１および後記二次側の回動部材３２は、プーリ以外の例えば平歯車であっても良い。
【００３５】
出力部材６も入力部材５と同一構造である。出力部材６の場合、軸部材２０の内側端部に、軸部材２０と一体に回動する二次側の回動部材３２が設けられている。二次側の回動部材３２も、一次側の回動部材３１と同様に、軸部材２０に一体形成されたプーリとされている。二次側の回動部材３２は、軸部材２０と別体であっても良い。
【００３６】
軸部材２０の円周方向位置は等間隔でなくても良いが、入力部材５および出力部材６は同じ円周方向の位置関係とする必要がある。これら入力部材５および出力部材６は、３組のリンク機構１０で共有され、各軸部材２０に入力側の端部リンク部材１１、または出力側の端部リンク部材１３が連結される。
【００３７】
入力側および出力側の端部リンク部材１１，１３はＬ字状をなし、一辺を入力部材５および出力部材６から突出する軸部材２０に結合し、他辺を中央リンク部材１２に連結する。端部リンク部材１１，１３は、大きな角度がとれるようにリンク中心側に位置する軸部２５の屈曲基端内側が大きくカットされた形状を有する。
【００３８】
中央リンク部材１２はほぼＬ字状をなし、両辺に貫通孔２４を有する。この中央リンク部材１２は、大きな角度がとれるようにその周方向側面がカットされた形状を有する。端部リンク部材１１，１３の他辺から一体的に屈曲成形された軸部２５を、複列の軸受２６を介して中央リンク部材１２の両辺の貫通孔２４に挿通する。
【００３９】
軸受２６も、例えば深溝玉軸受であって、中央リンク部材１２の貫通孔２４に内嵌された外輪２６ａと、端部リンク部材１１，１３の軸部２５に外嵌された内輪２６ｂと、これら外輪２６ａと内輪２６ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体２６ｃとからなる。端部リンク部材１１，１３に対して中央リンク部材１２を回転自在に支承する軸受２６は、止め輪２７により中央リンク部材１２から抜け止めされている。
【００４０】
上記構成であるリンク機構１０において、入力部材５および出力部材６の軸部材２０の角度、長さ、および端部リンク部材１１，１３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１２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１２の対称面に対して中央リンク部材１２と、入力部材５および出力部材６と連結される端部リンク部材１１，１３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５および入力側の端部リンク部材１１と、出力部材６および出力側の端部リンク部材１３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１２の対称面を等速二等分面という。
【００４１】
このため、入力部材５および出力部材６を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１０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１０が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１２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。
【００４２】
各リンク機構１０における４つの回転対偶の回転部、つまり、入力部材５と入力側の端部リンク部材１１との連結部分、入力側の端部リンク部材１１と中央リンク部材１２の連結部分、中央リンク部材１２と出力側の端部リンク部材１３との２つの連結部分、および出力側の端部リンク部材１３と出力部材６との連結部分を、軸受１９，２６を介在させた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。
【００４３】
この軸受１９，２６を介在させた構造では、軸受１９，２６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、連結部分でのがたつきを抑えることができ、入力側と出力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１９，２６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。
【００４４】
このリンク装置２Ａ（２Ｂ）の構成によれば、入力部材５に対する出力部材６の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材５の中心軸Ａと出力部材６の中心軸Ｂの最大折れ角を約±９０°とすることができる。また、入力部材５に対する出力部材６の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。
【００４５】
また、この構成のリンク装置２Ａ（２Ｂ）は、入力部材５および出力部材６に軸受１９の外輪１９ａを内包すると共に内輪１９ｂを端部リンク部材１１，１３と結合させて、入力部材５および出力部材６内に軸受１９を埋設したので、全体の外形を大きくすることなく、入力部材５および出力部材６の外形を拡大することができる。そのため、入力部材５にハンドル７（図１）を取付けるための取付スペース、および出力部材６に器具（図示せず）を取付けるための取付スペースの確保が容易である。
【００４６】
図６に示すように、筒状部材３は、長手方向に沿う貫通孔３ａを有している。一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂは、筒状部材３の両端に、一次側のリンク装置２Ａにおける出力部材６と出力側の端部リンク部材１３との回転対偶部と、二次側のリンク装置２Ｂにおける入力部材５と入力側の端部リンク部材１１との回転対偶部とが互いに同位相となるように配置されている。
【００４７】
一次側のリンク装置２Ａの操作を二次側のリンク装置２Ｂへ伝達するために、前記一次側の回動部材３１および二次側の回動部材３２と、回転伝達手段３３とが設けられている。一次側の回動部材３１および二次側の回動部材３２はプーリであり、回転伝達手段３３はこれらプーリからなる両回動部材３１，３２に掛装されたタイミングベルトである。回動伝達手段３３は、一次側のリンク装置２Ａの出力部材６の軸方向の貫通孔１６、筒状部材３の貫通孔３ａ、および二次側のリンク装置２Ａの入力部材５の軸方向の貫通孔１６を通して設けられている。この実施形態では、図５に示すように、３対の回動部材３１，３２間のうち２対の回動部材３１，３２間だけ、回動伝達手段３３により回動を伝達する。これは、一次側のリンク装置２Ａの動作に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作を確定するのに、少なくとも２対の回動部材３１，３２間で回動を伝達することが必要なためである。３対の回動部材３１，３２間のすべてについて、回動伝達手段３３により回動を伝達しても良い。
【００４８】
この遠隔操作装置１は、例えば、筒状部材３を固定物に固定するか、または筒状部材３を操作者自らの片手で持って操作する。ハンドル７を操作して、一次側のリンク装置２Ａの入力部材５に対する出力部材６の姿勢を変化させると、一次側のリンク装置２Ａの出力側の端部リンク部材１３の回動が、一次側の回動部材３１、回動伝達手段３３、および二次側の回動部材３２を介して、二次側のリンク装置２Ｂの入力側の端部リンク部材１１へ伝達されて、二次側のリンク装置２Ｂの入力部材５に対する出力部材６の姿勢が変化する。一次側および二次側の回動部材３１，３２はプーリとし、回動伝達手段３３はタイミングベルトとしたことにより、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。
【００４９】
この実施形態の場合、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂが同一構成であるため、図１（Ａ），（Ｂ）のように、一次側のリンク装置２Ａの操作と二次側のリンク装置２Ｂの動作が、両リンク装置２Ａ，２Ｂの中間点Ｏに対して回転対称となる。そのため、一次側のリンク装置２Ａの操作に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作をイメージしやすく、遠隔操作を行いやすい。
【００５０】
また、先に説明したように、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂは、入力部材５に対する出力部材６の可動範囲を広くとれる。そのため、可動部である二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６の可動範囲が広く、この出力部材６に搭載した器具（図示せず）をスムーズな動きで精度良く操作することができる。
【００５１】
一次側および二次側の回動部材３１，３２を、軸部材２０における入力部材５または出力部材６の内径側端に設けたことにより、回動伝達手段３３を入力部材５および出力部材６に設けられた貫通孔１６内に配置することが可能となっている。このように、これら一次側の回動部材３１、回動伝達手段３３、および二次側の回動部材３２を、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの内側に配置したことにより、遠隔操作装置１がコンパクトな構造となる。
【００５２】
図７は上記実施形態の変形例を示す。この変形例が上記実施形態と異なる点は、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２が入力部材５および出力部材６の径方向に異なる位置に配置されていることである。また、回動伝達手段３３は、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され、第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂを有するプーリからなる中央の回動部材３４と、一次側の回動部材３１および中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａに掛装された第１のタイミングベルト３５と、中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂおよび二次側の回動部材３２に掛装された第２のタイミングベルト３６とで構成されている。この構成であると、筒状部材３の長さが長く、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２との距離が離れている場合でも、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。
【００５３】
図８および図９は異なる実施形態を示す。この遠隔操作装置１も、前記実施形態と同様に、筒状部材３の両端に、一次側のリンク装置２Ａにおける出力部材６と出力側の端部リンク部材１２との回転対偶部と、二次側のリンク装置２Ｂにおける入力部材５と入力側の端部リンク部材１３との回転対偶部とが互いに同位相となるように、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂが設けられている。
【００５４】
この遠隔操作装置１の回動伝達手段３３は、図９に示すように、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され、第１の歯車部３７ａと第１のベルト掛け部３７ｂを有する第１の中央回動部材３７と、前記第１の歯車部３７ａと噛み合う第２の歯車部３８ａと第２のベルト掛け部３８ｂを有する第２の中央回動部材３８と、一次側の回動部材３１および第１の中央回動部材３７の第１のベルト掛け部３７ｂに掛装された第１のタイミングベルト３５と、二次側の回動部材３２および第２の中央回動部材３８の第２のベルト掛け部３８ｂに掛装された第２のタイミングベルト３６とで構成されている。
【００５５】
この遠隔操作装置１も、前記同様に、他の部材を用いずに、一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに確実に伝達することができる。この構成のように、回動伝達手段３３の一部に互いに噛み合う一対の歯車部３７ａ，３８ａを設けて、一次側の回動部材３１と二次側の回動部材３２の回転方向を逆にすると、図８（Ａ），（Ｂ）のように、一次側のリンク装置２Ａと二次側のリンク装置２Ｂの動作が、両リンク装置２Ａ，２Ｂの中間部に対して鏡面対称となる。遠隔操作の種類によっては、鏡面対称である方が回転対称よりも、一次側のリンク装置の操作に対する二次側のリンク装置の動作をイメージしやすいことがある。
【００５６】
図１０はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作装置１は、一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１と、二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２とを互いに異ならせてある。有効径は、回動伝達手段３３に作用を与える箇所の径、または回動伝達手段３３から作用を受ける箇所の径のことである。この実施形態の場合、Ｄ１＜Ｄ２であり、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが減速して動作する。そのため、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６を細かく動かすことが可能であり、さらに操作者の手の震えが二次側のリンク装置２Ｂ側に伝達されにくい。逆に、Ｄ１＞Ｄ２としても良い。その場合、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが増速して動作する。そのため、一次側のリンク装置２Ａの少ない操作量で二次側のリンク装置２Ｂの大きな作動範囲が得られる。
【００５７】
一次側のリンク装置２Ａの操作量と二次側のリンク装置２Ｂの動作量を互いに異ならせるのに、例えば図１１の構成としても良い。すなわち、回動伝達手段３３を、一次側および二次側の回動部材３１，３２間に設置され第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂを有する中央の回動部材３４と、一次側の回動部材３１から前記中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａへ回動を伝達する第１のタイミングベルト（第１の回動伝達部材）３５と、前記中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂから二次側の回動部材３２へ回動を伝達する第２のタイミングベルト（第２の回動伝達部材）３６とで構成する。一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１と、二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２とは互いに同一である。中央の回動部材３４の第１のベルト掛け部３４ａの有効径Ｄ３、および中央の回動部材３４の第２のベルト掛け部３４ｂの有効径Ｄ４の少なくともいずれかを、一次側の回動部材３１の有効径Ｄ１、および二次側の回動部材３２の有効径Ｄ２と異ならせる。図の例の場合、Ｄ１＜Ｄ３、かつＤ４＜Ｄ２であるため、一次側のリンク装置２Ａの操作に対して二次側のリンク装置２Ｂが減速して動作する。
なお、中央の回動部材３４の第１および第２のベルト掛け部３４ａ，３４ｂは、請求項６で言うところの「第１および第２の作用部」のことであり、第１のベルト掛け部３４ａの有効径Ｄ３は、「第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径」を意味し、第２のベルト掛け部３４ｂの有効径Ｄ４は、「第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径」を意味する。
【００５８】
図６、図７、図１０、および図１１の例では、プーリとタイミングベルトの組み合わせで一次側のリンク装置２Ａの動作を二次側のリンク装置２Ｂに伝達しているが、平歯車やチェーン機構を組み合わせた構成としても良い。いずれの場合も、プーリや平歯車の径を変更することにより、回動部材３１，３２間の減速比や増速比を簡単に変更できる。そのため、遠隔操作装置１の用途等に応じて、一次側のリンク装置２Ａの操作量に対する二次側のリンク装置２Ｂの動作量を簡単に変更できる。
【００５９】
以下、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に器具を取付けた例を具体的に示す。
図１２の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に連結部材４０が固定され、この連結部材４０に、器具としての二次側の回転部材４１が、軸受４２を介して出力部材６の中心軸を中心にして回転自在に取付けられている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には連結部材４３が固定され、この連結部材４３に、上記二次側の回転部材４１を操作するハンドルとしての一次側の回転部材４４が、軸受４２を介して、入力部材５の中心軸を中心にして回転自在に設けられている。
【００６０】
一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに回転伝達部材４５が挿通され、この回転伝達部材４５の両端が、カップリング４６を介して前記一次側の回転部材４４および二次側の回転部材４１と連結されている。これにより、一次側の回転部材４４と二次側の回転部材４１とが回転伝達可能に連結されている。回転伝達部材４５は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの姿勢変化に応じて変形する必要があり、例えば可撓性ワイヤ７０（図１５）が用いられる。可撓性ワイヤ７０については、後で説明する。
【００６１】
この遠隔操作装置１は、一次側の回転部材４４を回転操作することで、その回転が回転伝達部材４５を介して二次側の回転部材４１へ伝達されて、同回転部材４１が回転する。この構成であると、二次側のリンク装置２Ａの出力部材６に設けた二次側の回転部材４１を容易に回転操作することができる。
【００６２】
図１３の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に、物品を把持する把持機構５０が設けられている。把持機構５０は、出力部材６に固定された固定部材５１と、この固定部材５１に設けられた開閉軸５２を支点にして一対の把持片５３ａが開閉する鋏状の把持具５３とでなる。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には、上記把持機構５０を操作する把持操作機構５４が設けられている。把持操作機構５４は、入力部材５に固定されたグリップ５５に、環状の指掛け部５６ａを有する操作レバー５６を回動自在に取付けたものである。
【００６３】
把持機構５０の一対の把持片５３ａと把持操作機構５４の操作レバー５６とが、２本の操作伝達部材５７により連結されている。操作伝達部材５７は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに挿通されている。操作伝達部材５７としては、形状記憶合金等からなる可撓性を有する超弾性ワイヤを使用すると良い。
【００６４】
この遠隔操作装置１は、グリップ５５を手で握って、指掛け部５６ａに掛けた指で操作レバー５６を操作する。操作レバー５６を引き操作すると、２本の操作伝達部材５７が引かれて、一対の把持片５３ａが閉じる。操作レバー５６を戻すと、２本の操作伝達部材５７も戻って、一対の把持片５３ａが開く。この構成であると、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に設けた把持機構５０を容易に操作することができ、動作範囲の広い把持操作を実現できる。
なお、操作伝達部材５７を戻し側に付勢するばね要素（図示せず）を設けると、操作レバー５６を引き操作してから、操作レバー５６を引く力を緩めた場合に、操作伝達部材５７が自動的に戻って一対の把持片５３ａが開くようになり、操作性が向上する。
【００６５】
図１４の例は、二次側のリンク装置２Ｂの出力部材６に連結部材６０が固定され、この連結部材６０に、回転工具６１が、軸受４２を介して出力部材６の中心軸を中心にして回転自在に取付けられている。一次側のリンク装置２Ａの入力部材５には連結部材６３が固定され、この連結部材６３に工具回転用駆動源６４が保持されている。
【００６６】
一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの入力部材５および出力部材６の各貫通孔１６と、筒状部材３の貫通孔３ａとに工具回転用部材６５が挿通され、この工具回転用部材６５の両端が、カップリング４６を介して前記回転工具６１および工具回転用駆動源６４と連結されている。これにより、工具回転用駆動源６４の駆動で回転工具６１を回転させることが可能である。工具回転用部材６５は、一次側および二次側のリンク装置２Ａ，２Ｂの姿勢変化に応じて変形する必要があり、例えば後述の可撓性ワイヤ７０（図１５）が用いられる。
【００６７】
この遠隔操作装置１は、図示しないスイッチや制御手段で工具回転用駆動源６４のオン・オフや出力量を制御することにより、回転工具６１の回転を制御する。この構成であると、二次側のリンク装置２Ａの出力部材６に設けた回転工具６１に対して回転伝達を行い、動作範囲の広い加工を実現できる。
【００６８】
図１２の例の回転伝達部材４５、および図１４の例の工具回転用部材６５として用いられる可撓性ワイヤについて説明する。
図１５に示すように、可撓性ワイヤ７０は、可撓性のアウタチューブ７１と、このアウタチューブ７１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ７２と、このインナワイヤ７２を前記アウタチューブ７１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受７３とを備える。インナワイヤ７２の両端は、それぞれ回転の入力端７２ａおよび出力端７２ｂとなる。アウタチューブ７１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ７２としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等のワイヤが用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。
【００６９】
各転がり軸受７３はアウタチューブ７１の中心線に沿って一定の間隔を開けて配置されており、隣合う転がり軸受７３間に、これら転がり軸受７３に対して予圧を与えるばね要素７４Ｉ，７４Ｏが設けられている。ばね要素７４Ｉ，７４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ７２の外周を巻線が囲むように設けられる。ばね要素は、転がり軸受７３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素７４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素７４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。
【００７０】
アウタチューブ７１の両端には、このアウタチューブ７１を他の部材、例えば連結部材４０，４３，６０，６３（図１２、図１４）に結合する継手７５が設けられている。また、インナワイヤ７２の両端には、このインナワイヤ７２を他の回転軸、例えば二次側の回転部材４１（図１２）、一次側の回転部材４４（図１２）、回転工具６１（図１４）、工具回転用駆動源６４（図１４）等に回転伝達可能に連結する前記カップリング４６（図１２、図１４）が設けられている。
【００７１】
この構成の可撓性ワイヤ７０は、隣合う転がり軸受７３間に、これら転がり軸受７３に対して予圧を与えるばね要素７４Ｉ，７４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ７２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ７２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素７４Ｉおよび外輪用ばね要素７４Ｏは、インナワイヤ７２の長さ方向にわたり交互に配置されているため、アウタチューブ７１の径を大きくせずに、ばね要素７４Ｉ，７４Ｏを設けることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…遠隔操作装置
２Ａ…一次側のリンク装置
２Ｂ…二次側のリンク装置
３…筒状部材
５…入力部材
６…出力部材
１０…リンク機構
１１…入力側の端部リンク部材
１２…中央リンク部材
１３…出力側の端部リンク部材
１６…貫通孔
１９…軸受
２０…軸部材
３１…一次側の回動部材
３２…二次側の回動部材
３３…回動伝達手段
３４…中央の回動部材
３４ａ…ベルト掛け部（第１の作用部）
３４ｂ…ベルト掛け部（第２の作用部）
３５…第１のタイミングベルト（第１の回転伝達部材）
３６…第２のタイミングベルト（第２の回動伝達部材）
３７…第１の中央回動部材
３７ａ…第１の歯車部
３７ｂ…第１のベルト掛け部
３８…第２の中央回動部材
３８ａ…第２の歯車部
３８ｂ…第２のベルト掛け部
４１…二次側の回転部材
４４…一次側の回転部材
４５…回転伝達部材
５０…把持機構
５４…把持操作機構
５７…操作伝達部材
６１…回転工具
６４…工具回転用駆動源
６５…工具回転用部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる遠隔操作装置であって、
前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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り、
前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有し、
前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けたことを特徴とする遠隔操作装置。
【請求項２】
請求項１において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、
前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、
前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は前記一次側および二次側の回動部材にそれぞれ掛装されたタイミングベルトとした遠隔操作装置。
【請求項３】
請求項１において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、
前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、
前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置された、第１の歯車部と第１のベルト掛け部を有する第１の中央回動部材と、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部と第２のベルト掛け部を有する第２の中央回動部材と、前記一次側の回動部材および前記第１の中央回動部材の第１のベルト掛け部に掛装された第１のタイミングベルトと、前記二次側の回動部材および前記第２の中央回動部材の第２のベルト掛け部に掛装された第２のタイミングベルトとを有する遠隔操作装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量が互いに異なる遠隔操作装置。
【請求項５】
請求項４において、前記一次側の回動部材における前記回動伝達手段に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記回動伝達手段から作用を受ける箇所の径とが互いに異なる遠隔操作装置。
【請求項６】
請求項４において、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置され第１および第２の作用部を有する中央の回動部材と、前記一次側の回動部材から前記中央の回動部材の第１の作用部へ回動を伝達する第１の回動伝達部材と、前記中央の回動部材の第２の作用部から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する第２の回動伝達部材とを有し、
前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径とは互いに同一であり、
かつ前記中央の回動部材の第１の作用部における前記第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径、および前記中央の回動部材における前記第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径のうち少なくともいずれかは、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径、および前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径と異なる遠隔操作装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、この入力部材の中心軸を中心にして回転自在な一次側の回転部材を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転自在な二次側の回転部材を設け、前記一次側の回転部材の回転を前記二次側の回転部材へ伝達する回転伝達部材を設けた遠隔操作装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、定められた操作をする把持操作機構を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、定められた動作を行って物品を把持する把持機構を設け、前記把持操作機構の操作を前記把持機構に伝達して把持機構に物品を把持させる操作伝達部材を設けた遠隔操作装置。
【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、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に工具回転用駆動源を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転する回転工具を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転工具へ伝達する工具回転用部材を設けた遠隔操作装置。
【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、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記回動伝達手段を挿通して設けた遠隔操作装置。
【請求項１１】
請求項７において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記回転伝達部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【請求項１２】
請求項８において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記操作伝達部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【請求項１３】
請求項９において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記工具回転用部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【請求項１】
それぞれ入力部材および出力部材を有する一次側のリンク装置と二次側のリンク装置とを備え、一次側のリンク装置の出力部材と二次側のリンク装置の入力部材が互いに対向する配置とされ、一次側のリンク装置を操作することで二次側のリンク装置を作動させる遠隔操作装置であって、
前記一次側および二次側のリンク装置は、前記入力部材に対し前記出力部材を、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、前記各リンク部材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り、
前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部、および前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部は、前記入力側および出力側の端部リンク部材とそれぞれ一体に動作するように設けられ、軸心がそれぞれ前記入力部材および出力部材の径方向に沿う軸部材と、前記入力部材および出力部材にそれぞれ外輪が固定され、内輪に前記軸部材が挿通された軸受とを有し、
前記一次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部または前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に、前記軸部材の内側端部に設けられて軸部材と一体に回動する二次側の回動部材を設け、前記一次側の回動部材から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する回動伝達手段を、前記入力部材および出力部材に形成された貫通孔を通して設けたことを特徴とする遠隔操作装置。
【請求項２】
請求項１において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、
前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、
前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は前記一次側および二次側の回動部材にそれぞれ掛装されたタイミングベルトとした遠隔操作装置。
【請求項３】
請求項１において、前記一次側のリンク装置における前記出力部材と前記出力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記一次側の回動部材を設け、かつ前記二次側のリンク装置における前記入力部材と前記入力側の端部リンク部材の回転対偶部の２つ以上に前記二次側の回動部材を設け、
前記一次側の回動部材が設けられる前記一次側のリンク装置の前記回転対偶部と、前記二次側の回動部材が設けられる前記二次側のリンク装置の前記回転対偶部とは互いに同位相であり、
前記一次側および二次側の回動部材はプーリとし、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置された、第１の歯車部と第１のベルト掛け部を有する第１の中央回動部材と、前記第１の歯車部と噛み合う第２の歯車部と第２のベルト掛け部を有する第２の中央回動部材と、前記一次側の回動部材および前記第１の中央回動部材の第１のベルト掛け部に掛装された第１のタイミングベルトと、前記二次側の回動部材および前記第２の中央回動部材の第２のベルト掛け部に掛装された第２のタイミングベルトとを有する遠隔操作装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の操作量と前記二次側のリンク装置の動作量が互いに異なる遠隔操作装置。
【請求項５】
請求項４において、前記一次側の回動部材における前記回動伝達手段に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記回動伝達手段から作用を受ける箇所の径とが互いに異なる遠隔操作装置。
【請求項６】
請求項４において、前記回動伝達手段は、前記一次側および二次側の回動部材間に設置され第１および第２の作用部を有する中央の回動部材と、前記一次側の回動部材から前記中央の回動部材の第１の作用部へ回動を伝達する第１の回動伝達部材と、前記中央の回動部材の第２の作用部から前記二次側の回動部材へ回動を伝達する第２の回動伝達部材とを有し、
前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径と、前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径とは互いに同一であり、
かつ前記中央の回動部材の第１の作用部における前記第１の回動伝達部材からの作用を受ける箇所の径、および前記中央の回動部材における前記第２の回動伝達部材に作用を与える箇所の径のうち少なくともいずれかは、前記一次側の回動部材における前記第１の回動伝達部材に作用を与える箇所の径、および前記二次側の回動部材における前記第２の回動伝達部材から作用を受ける箇所の径と異なる遠隔操作装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、この入力部材の中心軸を中心にして回転自在な一次側の回転部材を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転自在な二次側の回転部材を設け、前記一次側の回転部材の回転を前記二次側の回転部材へ伝達する回転伝達部材を設けた遠隔操作装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に、定められた操作をする把持操作機構を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、定められた動作を行って物品を把持する把持機構を設け、前記把持操作機構の操作を前記把持機構に伝達して把持機構に物品を把持させる操作伝達部材を設けた遠隔操作装置。
【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、前記一次側のリンク装置の前記入力部材に工具回転用駆動源を設け、前記二次側のリンク装置の前記出力部材に、この出力部材の中心軸を中心にして回転する回転工具を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転工具へ伝達する工具回転用部材を設けた遠隔操作装置。
【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、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記回動伝達手段を挿通して設けた遠隔操作装置。
【請求項１１】
請求項７において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記回転伝達部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【請求項１２】
請求項８において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記操作伝達部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【請求項１３】
請求項９において、両端がそれぞれ前記一次側のリンク装置の前記出力部材および前記二次側のリンク装置の前記入力部材に固定された筒状部材を設け、この筒状部材の中空部内に前記工具回転用部材を挿通して設けた遠隔操作部材。
【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】
【図１５】
【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】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−３５１０９（Ｐ２０１３−３５１０９Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４６４８（Ｐ２０１１−１７４６４８）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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