(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うち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法であって、
前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うことを特徴とするリンク作動装置の制御方法。
【請求項２】
請求項１において、前記減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期の範囲内に設定したリンク作動装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記すべてのアクチュエータの加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うリンク作動装置の制御方法。
【請求項４】
請求項３において、前記加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期の範囲内に設定したリンク作動装置の制御方法。
【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、前記姿勢制御は、目標となる前記先端側のリンクハブの姿勢から前記アクチュエータごとに指令動作量を決定し、前記同期制御は、前記すべてのアクチュエータの指令動作量の比率により各アクチュエータの動作速度を設定するリンク作動装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ、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）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により、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβｎ、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）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により、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と、前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルを用いて、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の制御方法。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれか１項において、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をＶｎ、ベース速度をＶ、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβｎ、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβｎ´とした場合に、
【数１】
0005864322.tif 000005
で表される式を用いて計算するリンク作動装置の制御方法。
【請求項９】
請求項５ないし請求項７のいずれか１項において、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をＶｎ、最高速度をＶmax、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβｎ、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβｎ´、（βｎ´−βｎ）の最大値をΔβmaxとした場合、
Ｖｎ＝Ｖmax（βｎ´−βｎ）／Δβmax
で表される式を用いて計算するリンク作動装置の制御方法。
【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を任意に変更させるアクチュエータを設け、これら各アクチュエータを冗長制御により制御するリンク作動装置の制御方法。
【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、前記先端側のリンクハブに前記リンク作動装置の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサを設置し、その信号から共振周波数測定器により共振周波数を計算し、その計算結果から前記アクチュエータの加速時間および減速時間の設定値を更新するリンク作動装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記共振周波数検出用センサとして加速度ピックアップを用い、かつ前記共振周波数測定器としてＦＦＴアナライザを用いたリンク作動装置の制御方法。
【請求項１３】
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うち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、
前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたことを特徴とするリンク作動装置の制御装置。
【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の制御方法、およびその制御装置に関する。
【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である。しかし、この構成のリンク作動装置は、リンク機構を介して基端側部材に対する先端側部材の位置および姿勢を変更するため、先端側部材の位置および姿勢の変更を高速で行う場合、リンク機構の剛性により先端側部材の位置決めが完了するまでの時間である整定時間が長くなるといった問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができるリンク作動装置に適用され、先端側部材の高速で高精度の位置決め動作を実現することが可能な制御方法を提供することである。
この発明の他の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、先端側部材の高速で高精度の位置決め動作を実現することが可能なリンク作動装置の制御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制御方法は、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うち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法である。
この制御方法は、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うことを特徴とする。なお、ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブに搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。
【０００８】
同時制御を行うことで、すべてのアクチュエータが同時に動作を完了するため、動作完了時における各リンク機構から先端側のリンクハブに作用する力のバランスが良くなり、先端側のリンクハブの整定時間が短くなる。なお、整定時間は、アクチュエータの動作完了から先端側のリンクハブが完全に静止するまでの時間のことである。
【０００９】
さらに、先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの減速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータの動作完了後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。なお、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの位置が変わると同時に姿勢も変わるので、位置決め動作は姿勢変更動作と同じ意味である。
【００１０】
前記減速時間は、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期の範囲内に設定するのが良い。
正弦波が最大振幅となるのは、０．７５周期と１．２５周期である。そこで、減速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、減速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期としている。
【００１１】
この発明において、前記すべてのアクチュエータの加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行っても良い。
先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの加速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、始動時に発生する先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。
【００１２】
前記加速時間は、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期の範囲内に設定するのが良い。
正弦波が最大振幅となるのは、０．７５周期と１．２５周期である。そこで、加速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、加速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期としている。
【００１３】
この発明において、前記姿勢制御は、目標となる前記先端側のリンクハブの姿勢から前記アクチュエータごとに指令動作量を決定し、前記同期制御は、前記すべてのアクチュエータの指令動作量の比率により各アクチュエータの動作速度を設定すると良い。
リンク作動装置の姿勢制御時には、各アクチュエータの指令動作量が異なるため、その比率により指令速度を設定すれば、容易に同期制御が可能になる。
【００１４】
前記各アクチュエータの指令動作量は、次のようにして求めることができる。すなわち、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）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により、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。
この手法によると、容易に指令動作量を求めることができ、姿勢制御が簡略になる。
【００１５】
また、前記各アクチュエータの指令動作量は、次のようにして求めてもよい。すなわち、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）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により、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と、前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルを用いて、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。
この手法によると、事前に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と各基端側の端部リンク部材の回転角との関係をテーブル化しておくことにより、上記式を用いた指令動作量の計算時間が短くすることができ、より一層高速な姿勢制御が可能となる。
【００１６】
前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をＶｎ、ベース速度をＶ、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβｎ、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβｎ´とした場合に、
【数１】
0005864322.tif 000002
で表される式を用いて計算すると良い。
上記式を用いることで、ベース速度Ｖは各アクチュエータの動作速度Ｖｎの合成速度となり、どのような状況においても基端側のリンクハブの移動速度がほぼ一定となるように制御できる。
【００１７】
また、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をＶｎ、最高速度をＶmax、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβｎ、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβｎ´、（βｎ´−βｎ）の最大値をΔβmaxとした場合に、
Ｖｎ＝Ｖmax（βｎ´−βｎ）／Δβmax
で表される式を用いて計算しても良い。
この場合は、常に少なくても１つのアクチュエータを最高速度で位置決め駆動することができ、基端側のリンクハブの移動速度が最大となるように制御できる。
【００１８】
この発明において、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を任意に変更させるアクチュエータを設け、これら各アクチュエータを冗長制御により制御すると良い。
冗長制御を行うことで、先端側のリンクハブがどのような姿勢である場合においても、各アクチュエータの駆動バランスを良くすることができ、また先端側のリンクハブの整定時間を短くできる。さらに、アクチュエータおよびその周辺部分のガタやリンク機構のガタを詰めるように制御できるため、アクチュエータを停止した後のガタによる先端側のリンクハブの振動を抑制でき、整定時間が短くなる。
【００１９】
この発明において、前記先端側のリンクハブに前記リンク作動装置の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサを設置し、その信号から共振周波数測定器により共振周波数を計算し、その計算結果から前記アクチュエータの加速時間および減速時間の設定値を更新すると良い。
先端負荷やリンク作動装置の剛性が変わっても、容易に加速時間および減速時間を更新できるため、どのような状況においてもアクチュエータを停止した後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、高速で高精度の位置決め動作が可能となる。
【００２０】
前記共振周波数検出用センサとして加速度ピックアップを用い、かつ前記共振周波数測定器としてＦＦＴアナライザを用いると良い。
加速度ピックアップは小型で設置しやすく、ＦＦＴアナライザは容易に加速時間および減速時間を設定できる。
【００２１】
この発明のリンク作動装置の制御装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記３組以上のリンク機構のうち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたことを特徴とする。
【００２２】
同時制御を行うことで、すべてのアクチュエータが同時に動作を完了するため、動作完了時における各リンク機構から先端側のリンクハブに作用する力のバランスが良くなり、先端側のリンクハブの整定時間が短くなる。
【００２３】
さらに、先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの減速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータの動作完了後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明のリンク作動装置の制御方法は、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うち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができるリンク作動装置に適用することができ、先端側部材である先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作を実現できる。
【００２５】
この発明のリンク作動装置の制御装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記３組以上のリンク機構のうち２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の１周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、先端側部材である先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の制御方法が適用されるリンク作動装置の一実施形態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】同リンク作動装置の基端側の端部リンク部材の回転角を示す図である。
【図８】制御パラメータの時間と速度の関係を示すグラフである。
【図９】加減速時間が一定である場合の加減速度を整定時間の関係を示すグラフである。
【図１０】指令速度が一定である場合の加減速度を整定時間の関係を示すグラフである。
【図１１】指令速度が一定である場合の加減速時間と整定時間の関係を示す図である。
【図１２】共振周波数の１周期分のステップ加速を加えた場合の先端側のリンクハブの振動の振幅を示すグラフである。
【図１３】この発明の制御方法が適用されるリンク作動装置の他の実施形態の一部を省略した正面図である。
【図１４】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１５】図１４の部分拡大図である。
【図１６】この発明の他の制御方法が適用されるリンク作動装置の一例の一部を省略した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この発明にかかる制御方法が適用されたリンク作動装置の一実施形態を図１〜図７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３は、その中心部に貫通孔１０が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。貫通孔１０の中心はリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢと一致している。これら基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外周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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶も同じ構成である（図示省略）。
【００４２】
このように、各リンク機構４における４つの回転対偶、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、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、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、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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の位置および姿勢（以下、「先端位置姿勢」とする）が決まる。ここでは、かさ歯車５６、５７を用いて基端側の端部リンク部材５の角度を変更しているが、その他の機構（例えば、平歯車やウォーム機構）でも良い。
【００４７】
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に設けられた指令操作器（図示せず）による指令に基づき、制御装置５８による自動制御で行う。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り、同期・姿勢制御手段５８ａを有する。同期・姿勢制御手段５８ａは、３つのアクチュエータ５３のすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御と、アクチュエータ５３ごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブ３を任意の姿勢に変更する姿勢制御とを行う。
【００４８】
姿勢制御は以下のように行う。まず、指令された先端位置姿勢に応じて、各基端側の端部リンク部材５の回転角βｎ（図７）を求める。ここで言う回転角βｎは、指令された先端位置姿勢に対応する各基端側の端部リンク部材５の回転角（水平面からの角度）のことである。
【００４９】
回転角βｎは、例えば、下記の式１を逆変換することで求められる。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。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。
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
；（ｎ＝１，２，３）                                                  …（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。
【００５０】
指令ごとに式１を逆変換して回転角βｎを求めてもよいが、事前に、表１のように先端位置姿勢と回転角βｎとの関係を示すテーブルを作成しておいても良い。テーブル化されていると、先端位置姿勢の指令があったら、すぐにテーブルを用いて回転角βｎを求めることができる。そのため、より一層高速な姿勢制御が可能となる。
【表１】
0005864322.tif 000003
【００５１】
回転角βｎ（β１，β２，β３）を求めたなら、アクチュエータ５３（５３１，５３２，５３３）ごとに制御パラメータを決める。各アクチュエータ５３（５３１，５３２，５３３）の制御パラメータは、例えば図８のような波形になる。すなわち、回転開始からｔ１時までは加速し、ｔ１時からｔ２時までは指令速度Ｖｎ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を維持し、その後、減速してｔ３時に回転を停止する。アクチュエータ５３１の場合、ハッチングで示された範囲の面積が、アクチュエータ５３１の動作量、すなわち基端側の端部リンク部材５の回転角β１を示す。他のアクチュエータ５３２，５３３についても同様である。図から明らかなように、同期制御により、各アクチュエータ５３（５３１，５３２，５３３）が同時に動作を開始して同時に動作を完了し、かつ加速時間および減速時間も各アクチュエータ５３（５３１，５３２，５３３）で同じになるように制御されている。
【００５２】
例えば、前記指令速度Ｖｎ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）は、現在の回転角βｎ（β１，β２，β３）と指令姿勢の回転角βｎ´（β１´，β２´，β３´）との差分の比率で定義されており、指令速度Ｖｎの基準となるベース速度をＶとすると、指令速度Ｖｎは式２で表される。
【数１】
0005864322.tif 000004
…（式２）
この場合、ベース速度Ｖは各アクチュエータ５３の指令速度Ｖｎの合成速度となり、どのような状況においても基端側のリンクハブ５の移動速度がほぼ一定となるように制御できる。
【００５３】
また、指令速度Ｖｎは、最高速度をＶmax、現在の回転角βｎと指令姿勢の回転角βｎ´の差分（βｎ´−βｎ）の最大をΔβmaxとした場合に、式３で表される関係式を用いて計算しても良い。
Ｖｎ＝Ｖmax（βｎ´−βｎ）／Δβmax  ；（ｎ＝１，２，３）      …（式３）
この場合、常に少なくても１つのアクチュエータ５３を最高速度で駆動でき、基端側のリンク部材５の回転速度が最大となるように制御できる。
【００５４】
このように３つのアクチュエータ５３の指令速度Ｖｎを設定することで、３つのアクチュエータ５３の同期制御が可能となる。ベース速度Ｖや最高速度Ｖmaxは、先端側のリンクハブ３の整定時間により調整すればよい。整定時間とは、アクチュエータ５３の動作完了から先端側のリンクハブ３が完全に静止するまでの時間のことである。アクチュエータ５３が回転を開始してから指令速度Ｖｎに達するまでの加速度、および指令速度Ｖｎから回転を停止するまでの減速度は、図８における直線の傾きで表され、加速時間と指令速度Ｖｎ、並びに減速時間と指令速度Ｖｎによってそれぞれ決まる。
【００５５】
各アクチュエータ５３の加速時間および減速時間（「加減速時間」とする）は、リンク作動装置１の持つ共振周波数の１周期付近に設定してある。具体的には、リンク作動装置１の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期の範囲内に設定するのが望ましい。その理由を、以下に説明する。なお、ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブ３に搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。
【００５６】
図９は、加減速時間を一定にしてベース速度Ｖ（または指令速度Ｖｎ）により加減速度を変更した場合における加減速度と整定時間との関係を示すグラフである。また、図１０は、ベース速度Ｖ（または指令速度Ｖｎ）を一定にして加減速時間により加減速度を変更した場合における加減速度と整定時間との関係を示すグラフである。図９のように、加減速度が小さいほど整定時間が短くなるのが一般的であるが、図１０ではある加減速度までは整定時間は短くなり、その後、整定時間は一定または長くなる傾向が見られる。整定時間の傾向が変わる変曲点は、図１１で示すように、リンク作動装置１の持つ共振周波数の１周期付近で見られる。
【００５７】
図１２は、共振周波数の１周期分ごとに加速するステップ加速を行う場合の先端側のリンクハブ３の振動の振幅を示す。先端側のリンクハブ３は半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、ステップ加速後の先端側のリンクハブ３の振動が小さくなると考えられる。そのため、加減速度時間をこの付近（０．８〜１．２周期）に設定すれば、整定時間の短縮が可能となる。また、正弦波が最大振幅となるのは、０．７５周期と１．２５周期である。そこで、加速終了後や減速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、加減速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の０．８ないし１．２周期としている。
【００５８】
より好ましくは、加減速時間を、リンク作動装置１の持つ共振周波数の０．９〜１．１周期（±１０％）の範囲内に設定すると良い。上記範囲内に加減速時間を設定すれば、加減速終了時の振幅が共振周波数の最大振幅に対して１／２以下となり、余剰エネルギーが小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータが動作を完了した後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、さらに先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作が可能となると共に、さらなる整定時間の短縮が可能となる。
【００５９】
このリンク作動装置５１のリンク機構本体１は、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構４を３組備えた構成であり、３組のリンク機構４のうち少なくとも２組にアクチュエータ５３が設けられていれば、先端位置姿勢を確定することができる。しかし、このリンク作動装置５１は、３組すべてのリンク機構４にアクチュエータ５３が設けられており、各アクチュータ５３の回転を冗長制御により制御するようになっている。それにより、どのような先端位置姿勢においても、各アクチュエータ５３の駆動トルクのバランスを良くすることができ、また先端側のリンクハブ３の整定時間を短くできる。さらに、アクチュエータ５３およびその周辺部分のガタやリンク機構４のガタを詰めるように制御できるため、アクチュエータ５３を停止した後のガタによる先端側のリンクハブ３の振動を抑制でき、整定時間が短くなる。
【００６０】
図１３ないし図１５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１３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。
【００６１】
図１４および図１５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の回転対偶を例にとって説明すると、基端側のリンクハブ２の円周方向の３箇所に軸部３２が形成され、この軸部３２の外周に二つの軸受３１の内輪（図示せず）が嵌合し、基端側の端部リンク部材５に形成された連通孔３３の内周に軸受３１の外輪（図示せず）が嵌合している。軸受３１は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット３４による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶も、上記同様の構造である。
【００６２】
また、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶に設けられた軸受３６は、基端側の端部リンク部材５の先端に形成された連通孔３７の内周に外輪（図示せず）が嵌合し、中央リンク部材７と一体の軸部３８の外周に内輪（図示せず）が嵌合している。軸受３６は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット３９による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶も、上記同様の構造である。
【００６３】
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を回動させて先端位置姿勢を任意に変更させるアクチュエータ７０と、このアクチュエータ７０の動作量を基端側の端部リンク部材５に減速して伝達する減速機構７１とが設けられている。アクチュエータ７０はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機７０ａ付きのサーボモータであって、モータ固定部材７２により基台６２に固定されている。減速機構７１は、アクチュエータ７０の減速機７０ａと、歯車式の減速部７３とでなる。以下では、減速機構７１に平歯車を使用しているが、その他の機構（例えば、かさ歯車やウォーム機構）でも良い。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
このリンク作動装置６１も、コントローラ８４に設けられた指令操作器（図示せず）の指令に基づき、制御装置８５による自動制御で行う。制御装置８５は同期・姿勢制御手段８５ａを有し、この姿勢制御手段８５ａにより、３つのアクチュエータ７０のすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御と、アクチュエータ７０ごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブ３を任意の姿勢に変更する姿勢制御とを行う。それにより、前記同様の作用・効果が得られる。
【００７０】
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。
【００７１】
また、減速機構７１の歯車式の減速部７３は、小歯車７６と大歯車７７の組合せからなり、１０以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ３の位置決め分解能が向上する。また、低出力のアクチュエータ７０を使用することができる。この実施形態では減速機７０ａ付きのアクチュエータ７０を使用しているが、歯車式の減速部７３の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ７０を使用することも可能となり、アクチュエータ７０を小型化できる。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
図１６は、上記制御方法とは別の制御方法によりアクチュエータを制御するリンク作動装置を示す。このリンク作動装置９１は、リンク機構本体１が前記リンク作動装置６１のものと同じ構成であるが、前記リンク作動装置５１のものと同じ構成であっても良い。この制御方法は、いずれの場合にも適用できる。
【００７７】
この制御方法では、先端側のリンクハブ３に、先端側のリンクハブ３にリンク作動装置９１の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサ９２を設置する。共振周波数検出用センサ９２は、先端位置姿勢の変化に伴い出力が変動するものであれば良く、例えば加速度ピックアップを用いる。加速度ピックアップは小型で設置し易い。他に、傾斜角センサを用いても良い。また、リンク作動装置９１の基端側に、共振周波数検出用センサ９２の信号から共振周波数を計算する共振周波数測定器９３を設置する。共振周波数測定器９３としては、例えばＦＦＴアナライザを用いる。ＦＦＴアナライザで容易に加速時間および減速時間を設定できる。共振周波数検出用センサ９２と共振周波数測定器９３とは、可撓性のケーブル９４により接続されている。
【００７８】
この制御方法によると、共振周波数測定器９３により共振周波数検出用センサ９２の信号から共振周波数を計算し、その計算結果に基づいてアクチュエータ（図示せず）の加減速時間の設定値を変更する。これにより、先端負荷やリンク作動装置９１の剛性が変わっても、容易に加速時間および減速時間を更新できる。例えば、先端側のリンクハブ３の搭載物を変更したり取付け位置を変えたりした場合にも、加速時間および減速時間を最適に設定することができる。そのため、どのような状況においても、アクチュエータを停止した後の先端側のリンクハブ３の振動を小さくでき、高速で高精度の位置決め動作が可能となる。
【００７９】
加速時間および減速時間の更新は、電源投入時に行なってもよく、一定周期ごとに行ってもよく、人為的に任意のタイミングで行ってもよい。また、正常動作時において、共振周波数検出用センサ９２が常に共振周波数を監視し、加速時間および減速時間の設定値と比較して、ずれが生じた場合に自動で加速時間および減速時間の設定値を更新するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
５…基端側の端部リンク部材
６…先端側の端部リンク部材
７…中央リンク部材
５１，６１，９１…リンク作動装置
５３，７０…アクチュエータ
５８，８５…制御装置
５８ａ，８５ａ…同期・姿勢制御手段
９２…共振周波数検出用センサ
９３…共振周波数測定器
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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