(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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作の基準となる原点位置を初期設定する方法であって、
前記リンク作動装置の前記先端姿勢を定められた姿勢に設定する第１の過程と、前記先端姿勢が前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して各回転対偶部や機構部などに生じるガタを片側方向に寄せようとする力を前記基端側の端部リンク部材に付与する第２の過程と、前記リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの前記各アクチュエータの動作量を記憶する第３の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定することを特徴とするリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定すると共に、この状態で、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に取付部材を位置決めして取付けるリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項４】
請求項１において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の前記先端姿勢が前記定められた姿勢にあるときの、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部材がなす角度をβini とした場合に、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部材がなす角度がβini となるように前記基端側の端部リンク部材を固定したときのリンク作動装置の姿勢を前記定められた姿勢とするリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記第２の過程は、前記アクチュエータにより、前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記片側方向に寄せようとする力を付与するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記第３の過程は、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダの出力値を、前記リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの前記アクチュエータの動作量として記憶するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【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、前記第３の過程で得られた動作量は、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、前記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、前記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をγ、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、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とした場合に、
cos（θ／２）sin βｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cos βｎ＋sin（γ／２）＝０
で表される式において、θ＝０、φ＝０を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎに対応するアクチュエータの動作量として記憶する原点でリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
【請求項８】
請求項２に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設け、これら貫通孔の中心軸を各リンクハブの中心軸と一致させたことを特徴とするリンク作動装置。
【請求項９】
請求項３に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設けると共に、前記基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に位置決めピン挿入孔を設け、さらにこの位置決めピン挿入孔付きのリンクハブに取付けられる取付部材に、前記位置決めピン挿入孔付きのリンクハブの前記貫通孔および前記位置決めピン挿入孔に対応する貫通孔および位置決めピン挿入孔をそれぞれ設けたことを特徴とするリンク作動装置。
【請求項１０】
請求項６に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、各回転対偶部や機構部などに生じるガタを片側方向に寄せようとする力を前記基端側および先端側のリンクハブ間に付与するように前記アクチュエータのトルクを制御する制御装置を設けたことを特徴とするリンク作動装置。
【請求項１１】
請求項６に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダを設けたことを特徴とするリンク作動装置。
【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おける位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定する方法、および前記初期設定を適正に行うことができるリンク作動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リンク機構本体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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のリンク機構本体は、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、３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となっている。しかし、この構成のリンク作動装置も、歯車の噛合い部等の機構上のガタを完全に無くすことは難しいため、このガタの分だけ各作動時の位置決めに狂いが生じることを避けられなかった。また、積算の使用時間が長くなるのに伴い、歯車等の駆動機構部のバックラッシが拡大し、その影響による位置決め精度の低下も加わる。
【０００６】
この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、広作動範囲で高速動作が可能なリンク作動装置の位置決め精度を高めるために、位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定する方法を提供することである。
この発明の他の目的は、前記初期設定を適正に行う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】
【０００７】
この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法は、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けた基本構成を有するリンク作動装置に適用され、前記アクチュエータの動作の基準となる原点位置を初期設定する方法である。
その方法は、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を定められた姿勢に設定する第１の過程と、前記先端姿勢が前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して各回転対偶部や機構部などに生じるガタを片側方向に寄せようとする力を前記基端側の端部リンク部材に付与する第２の過程と、前記リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの前記各アクチュエータの動作量を記憶する第３の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定することを特徴とする。 
【０００８】
この原点位置初期設定方法によると、第１の過程により、リンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定する。定められた姿勢は、設計上の中立姿勢であり、例えば各アクチュエータの出力が零であるときの姿勢とする。第２の過程により、先端姿勢が定められた姿勢にあるリンク作動装置に対して、各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せようとする力を付与する。これにより、リンク作動装置の歯車の噛合い部等の機構上のガタが詰まる。第３の過程により、リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの各アクチュエータの動作量を記憶する。アクチュエータのトルクを制御装置で制御する場合は、例えば制御装置の記憶部が記憶先となる。上記の記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定し、制御装置等により各アクチュエータを制御する。それにより、リンク作動装置のガタの影響を排除して各アクチュエータを制御することができるようになり、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変更精度が良い。
【０００９】
この発明において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定するようにしても良い。
この場合、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できる。
【００１０】
第１の過程を上記のように実施するには、リンク作動装置を以下の構成とするのが良い。すなわち、この発明における第１の発明のリンク作動装置は、請求項１で述べた前記基本構成を有し、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設け、これら貫通孔の中心軸を各リンクハブの中心軸と一致させることを特徴とする。
リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブの中心軸の周辺には他の部材が無く、比較的広いスペースを確保し易いため、貫通孔を設け易い。また、貫通孔に挿通される原点位置決め用シャフトを、各リンク機構と干渉させずに配置し易い。それにより、第２の過程において、リンク作動装置にバランス良く前記片側方向に寄せようとする力を付与することが可能となる。
【００１１】
この発明において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定すると共に、この状態で、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に取付部材を位置決めして取付けるようにしても良い。
この場合、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できることに加えて、以下の作用が得られる。すなわち、先端姿勢が定められた姿勢に設定された状態で、基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に取付部材を位置決めして取付けることにより、一度リンクハブから取付部材を取り外しても、次回取付けるときに同じ位置に固定できる。そのため、取付部材を次回取付けるときに、再度初期設定を行う必要がない。また、先端側のリンクハブと取付部材の位置関係が定まるため、リンク作動装置の先端姿勢から取付部材の位置や方向が容易に計算できる。
【００１２】
第１の過程を上記のように実施するには、リンク作動装置を以下の構成とするのが良い。すなわち、この発明における第２の発明のリンク作動装置は、請求項１で述べた前記基本構成を有し、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設けると共に、前記基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に位置決めピン挿入孔を設け、さらにこの位置決めピン挿入孔付きのリンクハブに取付けられる取付部材に、前記位置決めピン挿入孔付きのリンクハブの前記貫通孔および前記位置決めピン挿入孔に対応する貫通孔および位置決めピン挿入孔をそれぞれ設けたことを特徴とする。
この構成であると、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できる。また、その際に、原点位置決め用シャフトを基端側および先端側のリンクハブ並びに取付部材の各貫通孔に挿入し、さらに位置決めピン挿入孔付きのリンクハブおよび取付部材の各位置決めピン挿入孔に位置決めピンを挿入することで、位置決めピン挿入孔付きのリンクハブと取付部材とを互いに位置決めし、その状態で位置決めピン挿入孔付きのリンクハブと前記取付部材とを固定する。これにより、一度リンクハブから取付部材を取り外しても、次回取付けるときに同じ位置に固定できる。そのため、取付部材を次回取付けるときに、再度初期設定を行う必要がない。また、リンクハブと取付部材の位置決めの際にも原点位置決め用シャフトを使用することで、位置決めピンにより１箇所のみ位置決めすれば、リンクハブと取付部材との軸方向以外の位置決めが完了する。そのため、最後にボルト等でリンクハブと取付部材を固定すれば、部品点数を減らして、容易に取付部材の位置決めを行うことができる。
【００１３】
参考提案例につき説明すると、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の基端側のリンクハブが、その中心軸が鉛直方向を向く姿勢に固定されている場合、前記リンク作動装置の先端側のリンクハブに取付部材を取付け、この取付部材における前記先端側のリンクハブの中心軸と直交する平面の水平度を水平器で計測し、前記平面が水平であるときの前記先端姿勢を前記定められた姿勢とし、または前記リンク作動装置の基端側のリンクハブが、その中心軸が水平方向を向く姿勢に固定されている場合、前記リンク作動装置の先端側のリンクハブに取付部材を取付け、この取付部材における前記先端側のリンクハブの中心軸と平行な平面の水平度を水平器で計測し、前記平面が水平であるときの前記先端姿勢を前記定められた姿勢とすると良い。
多くの場合、リンク作動装置は、基端側のリンクハブの中心軸が鉛直方向または水平方向を向くように設置される。リンク作動装置を基端側のリンクハブの中心軸が鉛直方向を向くように設置した場合、水平器を先端側のリンクハブの中心軸に対して垂直に設置することにより、水平器を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。また、リンク作動装置を基端側のリンクハブの中心軸が水平方向を向くように設置した場合、水平器を先端側のリンクハブの中心軸に対して平行に設置することにより、水平器を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。
【００１４】
この発明において、前記第１の過程は、前記リンク作動装置の前記先端姿勢が前記定められた姿勢にあるときの、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部材がなす角度をβiniとした場合に、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部材がなす角度がβiniとなるように前記基端側の端部リンク部材を固定したときのリンク作動装置の姿勢を前記定められた姿勢としても良い。
この場合、基端側のリンクハブに対して基端側の端部リンク部材がなす角度をβiniにすることで、容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。
【００１５】
この発明において、前記第２の過程は、前記アクチュエータにより、前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記片側方向に寄せようとする力を付与すると良い。
この場合、予圧付与のために別の部材を設けることなく、容易に予圧を付与することができる。
【００１６】
上記原点位置初期設定方法を実施するには、リンク作動装置を以下の構成とするのが良い。すなわち、この発明における第３の発明のリンク作動装置は、請求項１で述べた前記基本構成を有し、前記片側方向に寄せようとする力を前記基端側および先端側のリンクハブ間に付与するように前記アクチュエータを制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
制御装置で各アクチュエータを制御してリンク作動装置における各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せる力を付与することにより、各リンク機構に対して一定のトルクが付与されて、力のバランスが取れる。そのため、例えば第１の過程で原点位置決めシャフトを使用した場合、リンクハブの貫通孔から原点位置決めシャフトを抜いても、原点位置が大きくずれることがなく、各アクチュエータの原点位置を正確に設定することができる。
【００１７】
他の参考提案例につき説明すると、前記第２の過程は、前記リンク作動装置の基端側のリンクハブを固定し、先端側のリンクハブに錘部材を搭載し、この錘部材の重量により前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記予圧を付与しても良い。錘部材による予圧は、引っ張り荷重であっても、圧縮荷重であっても良い。
錘部材を用いると、容易にリンク作動装置に対して適正な予圧を付与することができる。それにより、リンク作動装置における歯車の噛合い部等の機構上のガタを詰めた状態で原点位置を記憶することができ、先端側のリンクハブの位置決め精度が向上する。
【００１８】
この発明において、前記第３の過程は、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダの出力値を、前記リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの前記アクチュエータの動作量として記憶するのが良い。
アクチュエータの動作量をアブソリュート型のエンコーダで検出することで、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰が可能となる。
【００１９】
上記原点位置初期設定方法を実施するには、リンク作動装置を以下の構成とするのが良い。すなわち、この発明における第４の発明のリンク作動装置は、請求項１で述べた前記基本構成を有し、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダを設けたことを特徴とする。
アブソリュート型のエンコーダを用いることで、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰が可能となる。
【００２０】
上記いずれかのリンク作動装置の原点位置初期設定方法において、前記第３の過程で得られた動作量は、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、前記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、前記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をγ、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、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とした場合に、
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０
で表される式において、θ＝０、φ＝０を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎに対応するアクチュエータの動作量として記憶すると良い。
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指定すると、上記式より、各基端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、各基端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、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制御できる。前記第３の過程で得られた動作量を、θ＝０、φ＝０を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βｎに対応するアクチュエータの動作量として記憶することにより、どのような姿勢においても、リンク作動装置における各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せる力を付与した状態で姿勢制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法は、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すべて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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作の基準となる原点位置を初期設定する方法であって、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を定められた姿勢に設定する第１の過程と、前記先端姿勢が前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せようとする力を前記基端側の端部リンク部材に付与する第２の過程と、前記リンク作動装置に前記片側方向に寄せようとする力が付与された状態にあるときの前記各アクチュエータの動作量を記憶する第３の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定するため、リンク作動装置の位置決め精度を高めるために、位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１の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２】同リンク作動装置のリンク機構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機構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機構本体を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リンク機構本体の部分断面図である。
【図７】この発明の第２の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８】同リンク作動装置のリンク機構本体の部分断面図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【図１０】同リンク作動装置の基端側のリンクハブの底面図である。
【図１１】この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法における第１の過程を実施する一手法を示す説明図である。
【図１２】この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法における第１の過程を実施する異なる手法を示す説明図である。
【図１３】この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法における第１の過程を実施するさらに異なる手法を示す説明図である。
【図１４】この発明のリンク作動装置の原点位置初期設定方法における第１の過程を実施するさらに異なる手法を示す説明図である。
【図１５】参考提案例におけるリンク作動装置の原点位置初期設定方法における第２の過程を実施する手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明にかかるリンク作動装置の原点位置初期設定方法が適用されるリンク作動装置の第１の実施形態を図１〜図６と共に説明する。図１に示すように、このリンク作動装置５１は、リンク機構本体１と、このリンク機構本体１を支持する基台５２と、リンク機構本体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とを備える。この例では、制御装置５８がコントローラ５４内に設けられているが、制御装置５８はコントローラ５４と別に設けてもよい。
【００２４】
リンク機構本体１から説明する。図２および図３はリンク機構本体１のそれぞれ異なる状態を示す正面図であり、このリンク機構本体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２および図３では、１組のリンク機構４のみが示されている。
【００２５】
図４は、リンク機構本体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３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、基端がそれぞれ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の先端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００２６】
基端側および先端側の端部リンク部材５，６は球面リンク構造で、３組のリンク機構４における球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図２、図３）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Ｄも同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００２７】
つまり、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、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と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
このリンク機構本体１において、各リンク機構４の端部リンク部材５，６の軸部材１３（図６）の角度、および長さが等しく、かつ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く、かつ中央リンク部材７についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材７の対称面に対して、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、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。
【００３１】
このため、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３を共有する同じ幾何学形状のリンク機構４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４が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材７が等速二等分面上のみの動きに限定される。これにより、基端側と先端側とが任意の作動角をとっても、基端側と先端側とが等速回転する。
【００３２】
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、その内径は、後述する原点位置決めシャフト９０がすきま嵌めで挿通される寸法とされている。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の外周面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。
【００３３】
図６は、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部を示す断面図である。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連通孔１１が円周方向３箇所に形成され、各連通孔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。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。
【００３４】
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）が前記連通孔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。
【００３５】
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が設けられ、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が回転自在に支持されている。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。
【００３６】
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。
【００３７】
以上、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶部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の回転対偶部、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部も同じ構成である（図示省略）。
【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、つまり、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶部、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶部、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７と回転対偶部、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶部に、軸受１２，１９を設けた構造とすることにより、各回転対偶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、リンク機構本体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、その上面にリンク機構本体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（図６）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、リンク機構本体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（以下、「先端姿勢」とする）が決まる。
【００４３】
リンク機構本体１を作動させるためのアクチュエータ５３の回転駆動は、コントローラ５４に設けた操作具（図示せず）により手動で行なってもよく、またはコントローラ５４に設けた設定器（図示せず）によって定められた設定量となるように、制御手段５８により自動制御で行ってもよい。制御装置５８は、コンピュータによる数値制御式のものである。
【００４４】
自動制御で行う場合、設定器により設定された先端姿勢に応じて、基端側の端部リンク部材５の回転角βｎの制御目標値を計算する。回転角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、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）、および基端側のリンクハブ２に対する出力側のリンクハブ３の旋回角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。
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
…（式１）
ここで、γ（図４）は、基端側の端部リンク部材５に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸と、先端側の端部リンク部材６に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸とが成す角度である。δｎ（図４におけるδ１，δ２，δ３）は、基準となる基端側の端部リンク部材５に対する各基端側の端部リンク部材５の円周方向の離間角である。
【００４５】
回転角βｎの制御目標値を計算したなら、各アクチュエータ５３を、前記回転角βｎが制御目標値となるように、先端姿勢を検出する姿勢検出手段５９の信号を利用してフィードバック制御する。姿勢検出手段５９は、図１の例では、基端側の端部リンク部材５の回転角βｎ（図４におけるβ１，β２）を検出することで、アクチュエータ５３の動作量を検出する。姿勢検出手段５９は、例えばアブソリュート型のエンコーダからなる。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。このように、各アクチュエータ５３の回転駆動を制御することにより、先端姿勢が決定される。
【００４６】
このリンク作動装置５１の場合、例えば一対のかさ歯車５６，５７の噛合い部等における機構上のガタを完全に無くすことは難しい。また、積算の使用時間が長くなるのに伴い、かさ歯車５６，５７等のバックラッシが拡大し、ガタが大きくなる。ガタの存在を無視してアクチュエータ５３の制御を行うと、ガタの分だけ先端姿勢に狂いが出る。そこで、上記先端姿勢の狂いを排除するために、ガタの大きさに応じて、アクチュエータ５３の動作の基準となる原点位置を初期設定することが行われる。その原点位置初期設定方法については、後で説明する。
【００４７】
図７ないし図１０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６１は、図７に示すように、リンク機構本体１を介して、基端側の基台６２に対して先端側に、各種器具等が取付けられる先端取付部材６３を姿勢変更可能に連結したものである。基台６２と、リンク機構本体１の基端側のリンクハブ２との間にはスペーサ６４を介在させてある。
【００４８】
図９に示すように、リンク機構本体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の回転対偶部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の回転対偶部も、上記同様の構造である。
【００４９】
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の回転対偶部も、上記同様の構造である。
【００５０】
図１０に示すように、基端側および先端側のリンクハブ２，３は、中心部に貫通孔４０が軸方向に沿って形成され、その周囲に複数の位置決めピン挿通孔４１と固定ボルト孔４２とが設けられている。貫通孔４０の中心はリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢと一致し、その内径は、後述する原点位置決めシャフト９０がすきま嵌めで挿通される寸法とされている。図示例では、位置決めピン挿通孔４１および固定ボルト孔４２の数は各３個であり、貫通孔４０の周囲に互いに交互に配置されている。リンク作動装置６１の基端側および先端側のリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢの周辺には他の部材が無く、比較的広いスペースを確保し易いため、貫通孔４０を設け易い。
【００５１】
図８および図９に示すように、リンク機構本体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。
【００５２】
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との回転対偶の回転軸Ｏ１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。
【００５３】
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との回転対偶の中心軸Ｏ１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との回転対偶の中心軸Ｏ２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の回転対偶軸Ｏ１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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
アクチュエータ７０の回転軸心Ｏ３および小歯車７６の回転軸心Ｏ４は同軸上に位置する。これら回転軸心Ｏ３，Ｏ４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。
【００５７】
このリンク作動装置６１も、前記第１の実施形態と同様に、姿勢検出手段８６の検出信号に基づき、制御手段８５により各アクチュエータ７０を制御する。姿勢検出手段８６は、例えばアブソリュート型のエンコーダからなる。制御装置８５による制御の手法は、前記同様であるので説明を省略する。また、前記第１の実施形態と同様に、歯車式の減速部７３等による機構上のガタによる先端姿勢の狂いを排除するために、各アクチュエータ７０の動作の基準となる原点位置を初期設定することが行われる。その原点位置初期設定方法については、後で説明する。
【００５８】
このリンク作動装置６１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を設けたことにより、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３がどのような姿勢をとっていてもバランス良く駆動できる。つまり、駆動力のバランスが良い。これにより、各アクチュエータ７０を小型化できる。また、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を設けることで、リンク機構本体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６１自体の高剛性化を実現できる。
【００５９】
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。
【００６０】
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６１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６１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の回転対偶部に設置する軸受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。
【００６１】
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６１の可動範囲が広くなる。
【００６２】
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６１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Ｏ３、小歯車７６の回転軸心Ｏ４、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との回転対偶の中心軸Ｏ１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。
【００６３】
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６１の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置６１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。
【００６４】
次に、前記原点位置初期設定方法について説明する。この原点位置初期設定方法による原点位置の初期設定は、以下の順で行われる。
【００６５】
第１の過程では、リンク作動装置５１，６１の先端姿勢を定められた姿勢に設定する。定められた姿勢は、設計上の中立姿勢であり、例えば各アクチュエータ５３，７０の出力が零であるときの姿勢、すなわち、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とが同一直線上に位置する姿勢とする。第１の過程を実施する具体的な手法については、後で説明する。
【００６６】
第２の過程では、先端姿勢が定められた姿勢にあるリンク作動装置５１，６１に対して、各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せようとする力である予圧を付与する。これにより、リンク作動装置５１，６１のかさ歯車５６，５７の噛合い部や歯車式の減速部７３等のガタが詰まる。第２の過程を実施する具体的な手法については、後で説明する。
【００６７】
第３の過程では、リンク作動装置５１，６１に予圧が付与された状態にあるときの各アクチュエータ５３，７０の動作量を記憶する。各アクチュエータ５３，７０の動作量は、アブソリュート型のエンコーダからなる前記姿勢検出手段５９，８６によって検出される。そして、その検出の出力値を制御装置５８，８５の記憶部（図示せず）に記憶させる。例えば、第３の過程で得られた動作量は、前記式１において、θ＝０、φ＝０を代入して得られる基端側の端部リンク部材５の回転角βｎに対応するアクチュエータ５３，７０の動作量として記憶する。
【００６８】
上記の記憶した動作量を各アクチュエータ５３，７０の原点位置として設定し、制御装置５８，８５により各アクチュエータ５３，７０を制御する。それにより、リンク作動装置５１，６１のガタの影響を排除して各アクチュエータ５３，７０を制御することができるようになり、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢変更精度が良い。第３の過程で得られた動作量を、上記のようにアクチュエータ５３，７０の動作量として記憶することにより、どのような姿勢においても、リンク作動装置５１，６１における各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せる予圧を付与した状態で姿勢制御を行うことができる。また、アクチュエータ５３，７０の動作量をアブソリュート型のエンコーダからなる姿勢検出手段５９，８６で検出することで、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰が可能である。
【００６９】
図１１は、第１の過程を実施する手法を示す。この手法は、リンク作動装置６１に適用され、基端側および先端側のリンクハブ２，３の各貫通孔４０に原点位置決め用シャフト９０を挿通することで、リンク作動装置６１の先端姿勢を定められた姿勢に設定する。この場合、基端側および先端側のリンクハブ２，３の各貫通孔４０に原点位置決め用シャフト９０を挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置６１の先端姿勢を定められた姿勢に設定できる。貫通孔４０は、その中心軸をリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢと一致させて設けられているため、第２の過程において、リンク作動装置６１にバランス良く予圧を付与することができる。
【００７０】
この例では、基台６２、先端取付部材６３、およびスペーサ６４に貫通孔６２ａ，６３ａ，６４ａが設けられており、これら貫通孔６２ａ，６３ａ，６４ａにも原点位置決め用シャフト９０を挿通している。また、基台６２、先端取付部材６３、およびスペーサ６４に、基端側および先端側のリンクハブ２，３の位置決めピン挿通孔４１に対応する位置決めピン挿通孔６２ｂ，６３ｂ，６４ｂが設けられている。そして、基端側のリンクハブ２と基台６２とスペーサ６４とを、それぞれの位置決めピン挿通孔４１，６２ｂ，６４ｂに位置決めピン９１を挿通することで、互いに位置決めする。同様に、先端側のリンクハブ３と先端取付部材６３とを、それぞれの位置決めピン挿通孔４１，６３に位置決めピン９２を挿通することで、互いに位置決めする。
【００７１】
このように、原点位置決め用シャフト９０と位置決めピン９１，９２とにより、基台６２、先端取付部材６３、およびスペーサ６４を基端側および先端側のリンクハブ２，３に位置決めした状態で、前記固定ボルト孔４２に挿通した固定ボルト（図示せず）により、基端側のリンクハブ２に対して基台６２およびスペーサ６４を固定すると共に、先端側のリンクハブ３に対して先端取付部材６３を固定する。これにより、一度リンクハブ２，３から取付部材である基台６２、先端取付部材６３、およびスペーサ６４を取り外しても、次回取付けるときに同じ位置に固定できる。そのため、取付部材を次回取付けるときに、再度初期設定を行う必要がない。また、リンクハブ２，３と取付部材（基台６２、先端取付部材６３、スペーサ６４）の位置決めの際にも原点位置決め用シャフト９０を使用することで、位置決めピン９１，９２により１箇所のみ位置決めすれば、リンクハブ２，３と取付部材との軸方向以外の位置決めが完了する。そのため、最後にボルト等でリンクハブ２，３と取付部材を固定すれば、部品点数を減らして、容易に取付部材の位置決めを行うことができる。
【００７２】
図１２、図１３は、第１の過程を実施する異なる手法を示す。この手法は、リンク作動装置５１，６１の基端側のリンクハブ２をその中心軸ＱＡが鉛直方向を向く姿勢に固定した場合、または水平方向を向く姿勢に固定した場合に適用される。
図１２は基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡが鉛直方向を向く場合を示し、先端側のリンクハブ３に先端取付部材６３を取付け、この先端取付部材６３における先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢと直交する平面Ｆ１の水平度を水平器９３で計測し、前記平面Ｆ１が水平であるときの先端姿勢を定められた姿勢とする。
図１３は基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡが水平方向を向く場合を示し、先端側のリンクハブ３に先端取付部材６３を取付け、この先端取付部材６３における先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢと平行な平面Ｆ２の水平度を水平器９３で計測し、前記平面Ｆ２が水平であるときの先端姿勢を定められた姿勢とする。
多くの場合、リンク作動装置５１，６１は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡが鉛直方向または水平方向を向くように設置されるため、このように水平器９３を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢に設定することができる。
【００７３】
図１４は、第１の過程を実施するさらに異なる手法を示す。この手法は、リンク作動装置５１に適用され、リンク作動装置５１の先端姿勢が定められた姿勢にあるときの、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がなす角度をβiniとした場合に、実際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がなす角度がβiniとなるように基端側の端部リンク部材５を固定したときのリンク作動装置５１の姿勢を定められた姿勢とする。図では、基端側の端部リンク部材５とアクチュエータ取付台５５の間に固定補助部材９５を介在させることで、基端側の端部リンク部材５を角度βiniに固定している。角度βiniの大きさはγ／２であるため、前記式１にθ＝０°を代入することにより、角度βiniを求められる。この手法によっても、容易に先端姿勢を定められた姿勢に設定することができる。
【００７４】
図１５は、参考提案例における第２の過程を実施する手法を示す。この手法は、リンク作動装置６１に適用され、リンク作動装置６１の基端側のリンクハブ２を固定し、先端側のリンクハブ３に錘部材９４を搭載し、この錘部材９４の重量により定められた姿勢にあるリンク作動装置６１に対して予圧を付与する。図示例では、基端側および先端側のリンクハブ２，３の各貫通孔４０に原点位置決め用シャフト９０を挿通することで、リンク作動装置６１の先端姿勢を定められた姿勢に設定している。錘部材９４にも貫通孔９４ａが設けられ、この貫通孔９４ａに原点位置決め用シャフト９０を挿通させて、錘部材９４の位置決めを行っている。それにより、リンク作動装置６１に対してバランス良く予圧を付与することができる。図の例では、錘部材９４による荷重は圧縮荷重であるが、引っ張り荷重であっても良い。
錘部材９４を用いると、容易にリンク作動装置６１に対して適正な予圧を付与することができる。それにより、リンク作動装置６１における歯車式の減速部７３等の機構上のガタを詰めた状態で原点位置を記憶することができ、先端側のリンクハブ３の位置決め精度が向上する。
【００７５】
この発明の一実施形態において、前記第２の過程は、リンク作動装置５１，６１に搭載されているアクチュエータ５３，７０のトルクを制御することにより、リンク作動装置５１，６１に対して片側方向に寄せようとする力を付与するようにしても良い。この場合、片側方向に寄せようとする力の付与のために別の部材を設けることなく、容易に片側方向に寄せようとする力を付与することができる。また、制御装置５８，８５でアクチュエータ５３，７０することにより、各リンク機構４に対して一定のトルクを付与することができ、力のバランスが取れる。そのため、例えば原点位置決めシャフト９０を用いてリンク作動装置５１，６１を定められた姿勢に設定する場合に、リンクハブ２，３の貫通孔１０，４０から原点位置決めシャフト９０を抜いても、原点位置が大きくずれることがなく、各アクチュエータ５３，７０の原点位置を正確に設定することができる。
【符号の説明】
【００７６】
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
１０，４０，６２ａ，６３ａ，６４ａ…貫通孔
４１，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ…位置決めピン挿通孔
４２…固定ボルト孔
５１，６１…リンク作動装置
５３，７０…アクチュエータ
５８，８５…制御装置
５９，８６…姿勢検出手段（アブソリュート型のエンコーダ）
６２…基台（取付部材）
６３…先端取付部材
６４…スペーサ（取付部材）
９０…原点位置決め用シャフト
９１，９２…位置決めピン
９３…水平器
９４…錘部材
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸
【図１】
0005951224.tif 000002
【図２】
0005951224.tif 000003
【図３】
0005951224.tif 000004
【図４】
0005951224.tif 000005
【図５】
0005951224.tif 000006
【図６】
0005951224.tif 000007
【図７】
0005951224.tif 000008
【図８】
0005951224.tif 000009
【図９】
0005951224.tif 000010
【図１０】
0005951224.tif 000011
【図１１】
0005951224.tif 000012
【図１２】
0005951224.tif 000013
【図１３】
0005951224.tif 000014
【図１４】
0005951224.tif 000015
【図１５】
0005951224.tif 000016