(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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータが設けられ、このアクチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、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である折れ角と、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である旋回角とによって規定するリンク作動装置における操作装置であって、
前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する２次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、
この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、
この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段と、
を備え、
前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用い、
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させることを特徴とするリンク作動装置の操作装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、  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、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０
で表される式を逆変換することにより、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、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操作装置。
【請求項３】
請求項１において、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、  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、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０
で表される式を逆変換することにより、前記先端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ておき、このテーブルを用いて、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、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操作装置。
【請求項４】
請求項１に記載のリンク作動装置の操作装置において、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次式７を用いて前記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで前記各基端側の端部リンク部材の回転角βｎを求め、その求められた回転角βｎを用いて次式８を演算することで、前記各アクチュエータの動作量Ｒｎを算出するリンク作動装置の操作装置。
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０ ・・・（式７）
ｎ＝１，２，３）
ここで、γは、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とが成す角度、δｎは、基準となる前記基端側の端部リンク部材に対する前記各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角、
Ｒｎ＝βｎ×ｋ；（ｎ＝１，２，３）                ・・・（式８）
ここで、ｋは、前記アクチュエータに付設されている減速機の減速比によって決まる係数。
【請求項５】
請求項１において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を数値入力により指定するリンク作動装置の操作装置。
【請求項６】
請求項５において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置の指定を、定められた基準点に対する絶対座標を数値入力することで行うリンク作動装置の操作装置。
【請求項７】
請求項５において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置の指定を、現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分を数値入力することで行うリンク作動装置の操作装置。
【請求項８】
請求項１において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を、操作時間または操作回数に応じて決まる操作量で指定するリンク作動装置の操作装置。
【請求項９】
請求項１において、前記姿勢取得手段は、前記最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して前記折れ角を求めるリンク作動装置の操作装置。
【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操作装置に関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
これに対し、特許文献２のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、３節連鎖の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。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である先端姿勢は、３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構の状態を規定することで決定される。「リンク機構の状態を規定する」とは、例えば、基端側のリンクハブに対する、リンク機構のうちの基端側のリンクハブに連結されたリンクの回転角を規定することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
一般に、上記３節連鎖のリンク機構を３組以上設けたリンク作動装置は、前記先端姿勢を折れ角と旋回角によって定め、その折れ角と旋回角から前記リンクの回転角を演算し、リンクを回転駆動させるアクチュエータの動作位置を位置決めしている。このため、従来は、先端姿勢を変更するに際して、目標とする先端姿勢の指定を、折れ角と旋回角を入力することで行っていた。なお、折れ角は、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度であり、旋回角は、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である。
【０００７】
一方、先端側のリンクハブにエンドエフェクタを設置して、リンク作動装置を実際に使用する場合、エンドエフェクタが作業する被作業物の座標位置は直交座標系で扱われることが多い。そのため、折れ角と旋回角による先端姿勢の指定では、リンク作動装置を直感的に操作することが難しかった。例えば、先端側のリンクハブがある先端姿勢で位置決めされていて、その先端姿勢から、直交座標系で指定された移動量だけエンドエフェクタが移動するように先端姿勢を変更する場合、操作者は、直交座標系での移動を折れ角と旋回角で表される角度座標系での移動に変換してアクチュエータの操作量を決めなければならない。そのため、リンク作動装置の操作が難しく、経験や特別な訓練を必要とした。
【０００８】
この発明の目的は、先端姿勢を変更するアクチュエータの制御が角度座標系で扱われるリンク作動装置において、目標とする先端姿勢を直交座標系で指定して、直感的にティーチングできる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】
【０００９】
この発明のリンク作動装置の操作装置は、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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータが設けられ、このアクチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、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である折れ角と、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である旋回角とによって規定するリンク作動装置に設けられる。
操作装置は、前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する２次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段とを備える。
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの動作量に変換し、その動作量だけ前記アクチュエータを動作させる。
【００１０】
この構成によると、姿勢指定手段による人為操作で、目標とする先端姿勢を直交座標系の座標位置で指定する。姿勢取得手段は、指定された座標位置から、演算により折れ角および旋回角で表される先端姿勢を取得する。この先端姿勢の情報を、姿勢情報付与手段により制御装置に与える。そして、制御装置が、折れ角および旋回角で表される先端姿勢の情報を用いて、アクチュエータを制御する。このように、直交座標系上の座標位置で目標とする先端姿勢の指定を行うので、被作業物の座標位置が直交座標系で扱われる場合でも、リンク作動装置を直感的に操作することができる。
また、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させるため、アクチュエータの制御を容易に行える。
【００１１】
前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用いる。
最小二乗法によると、先端姿勢を表わす適切な折れ角および旋回角を簡単な演算で得られる。
【００１２】
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次のようにして前記各アクチュエータの指令動作量を算出すると良い。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、前記折れ角度をθ、前記旋回角をφとした場合に、
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０
で表される式を逆変換することにより、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、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、アクチュエータの制御が簡略になる。
【００１３】
また、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次のようにして前記各アクチュエータの指令動作量を算出しても良い。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、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０
で表される式を逆変換することにより、前記先端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ておき、このテーブルを用いて、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、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、事前に先端姿勢と各基端側の端部リンク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を短くすることができ、アクチュエータの制御をより一層高速で行うことが可能となる。
【００１４】
例えば、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を数値入力により指定する。その場合、前記直交座標系上での座標位置の指定は、定められた基準点に対する絶対座標の数値入力であってもよく、あるいは現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分の数値入力であってもよい。
【００１５】
また、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を、操作時間または操作回数に応じて決まる操作量で指定してもよい。この場合、操作と座標位置との関係が感覚的に分かり易い。
【００１６】
前記姿勢取得手段は、前記最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して前記折れ角を求めるのが良い。これにより、演算回数を減らすことができる。
【００１７】
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次式７を用いて前記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで前記各基端側の端部リンク部材の回転角βｎを求め、その求められた回転角βｎを用いて次式８を演算することで、前記各アクチュエータの動作量Ｒｎを算出するリンク作動装置の操作装置。
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０ ・・・（式７）
ｎ＝１，２，３）
ここで、γは、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とが成す角度、δｎは、基準となる前記基端側の端部リンク部材に対する前記各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角、
Ｒｎ＝βｎ×ｋ；（ｎ＝１，２，３）                ・・・（式８）
ここで、ｋは、前記アクチュエータに付設されている減速機の減速比によって決まる係数。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のリンク作動装置の操作装置は、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である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータが設けられ、このアクチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、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である折れ角と、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である旋回角とによって規定するリンク作動装置における操作装置であって、前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する２次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段とを備え、前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用い、
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させるため、先端姿勢を変更するアクチュエータの制御が角度座標系で扱われるリンク作動装置において、目標とする先端姿勢を直交座標系で指定して、直感的にティーチングできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の操作装置を備えた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】折れ角を求める最小二乗法による収束演算のフローチャートである。
【図８】操作装置の操作部の一例を示す図である。
【図９】操作装置の操作部の異なる例を示す図である。
【図１０】同リンク作動装置を備えた作業装置の概略構成を示す図である。
【図１１】この発明の操作装置を備えた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１２】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１３】図１２の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の操作装置を備えたリンク作動装置の一実施形態を図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、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５４と、この制御装置５４に操作指令を入力する操作装置５５とを備える。この例では、制御装置５４および操作装置５５が共にコントローラ５６に設けられているが、制御装置５４はコントローラ５６と別に設けてもよい。この例では、リンク機構本体１は、ベース部材５２に吊り下げ状態で設置されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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γをもっていてもよいし、平行であってもよい。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ、および中央リンク部材７の中心線Ｃの交点Ｐを中心として、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３が姿勢を変更する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１８の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部２０の外周に嵌合している。外輪は止め輪２３によって抜け止めされている。軸部２０の先端ねじ部２０ａに螺着したナット２２の締付力が間座２１を介して内輪に伝達されて、軸受１９に所定の予圧を付与している。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１において、リンク機構本体１は、基端側のリンクハブ２がベース部材５２の下面に固定され、先端側のリンクハブ３が垂下した状態となっている。ベース部材５２の上面には、ロータリアクチュエータからなるアクチュエータ５３が、リンク機構４と同数すなわち３個設置されている。アクチュエータ５３の出力軸５３ａはベース部材５２を貫通して下方に突出し、その出力軸５３ａに取付けたかさ歯車５７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５８とが噛み合っている。
【００４０】
アクチュエータ５３を回転させると、その回転が一対のかさ歯車５７，５８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の角度が変わる。各アクチュエータ５３の動作量を制御して、リンク機構４ごとに基端側の端部リンク部材５の角度を調整することにより、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。各アクチュエータ５３の動作は、操作装置５５の操作指令に基づき、制御装置５４により制御される。
【００４１】
操作装置５５は、姿勢指定手段５５ａと姿勢取得手段５５ｂと姿勢情報付与手段５５ｃとを有する。
姿勢指定手段５５ａは、目標とする先端姿勢を人為操作で指定する手段であり、２次元の直交座標系上の座標位置で先端姿勢を指定する。直交座標系は、図４に示すように、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡの延長軸ＱＡ´と直交し、前記延長軸ＱＡ´上の任意の位置に原点Ｏが定められたＸＹ直交座標系１００である。目標とする先端姿勢は、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢがＸＹ直交座標系１００と交わる点の座標である目標座標Ｔ（Ｘ，Ｙ）で表わされる。目標座標Ｔの指定方法については、後で説明する。
【００４２】
姿勢取得手段５５ｂは、姿勢指定手段５５ａにより指定されたＸＹ直交座標系１００の座標位置で表される先端姿勢を、角度座標系の折れ角θおよび旋回角φで表される先端姿勢に変換する手段である。変換の原理について説明する。
【００４３】
ＸＹ座標系１００での原点Ｏと目標座標Ｔとの距離ｒは、式１を用いて求められる。
【数１】
0005973201.tif 000002
また、角度座標系での原点Ｏと目標座標Ｔとの距離ｒ´は、式２を用いて求められる。
ｒ´＝ｈ´×tanθ                                          ・・・（式２）
【００４４】
ここで、ｈ´は、先端側のリンクハブ３の姿勢変更の回転中心である交点Ｐから目標座標Ｔまでの高さである。球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離をｄ、基端側のリンクハブ２の球面リンク中心ＰＡから目標座標Ｔまでの高さをｈとした場合、ｈ´は式３から求められる。式３で求められたｈ´を式２に代入することで、角度座標系での原点Ｏと目標座標Ｔとの距離ｒ´が求められる。なお、ｄおよびｈは、リンク機構本体１の寸法やリンク作動装置５１を搭載した装置の寸法により決定される固定値である。
【数２】
0005973201.tif 000003
【００４５】
このようにして求められたＸＹ座標系１００での原点Ｏと目標座標Ｔとの距離ｒと、角度座標系での原点Ｏと目標座標Ｔとの距離ｒ´とを比較し、差が最小となる折れ角θを探索する。折れ角θの探索は、例えば式４に示すように、最小二乗法による収束演算を用いて行う。
ｄｒ＝（ｒ−ｒ´）２                                        ・・・（式４）
【００４６】
最小二乗法による収束演算は、図７のフローチャートに示す順序で行われる。まず、Ｓ１において、式１による距離ｒの計算と、比較値Ａの初期値の設定とを行う。比較値Ａはｄｒとの比較値であり、探索過程で計算されるｄｒの値よりも十分大きい値を初期値として設定する。
【００４７】
次に、Ｓ２においてθ＝０°として、Ｓ３においてｒ２、ｄｒを計算する。また、Ｓ４において、ｄｒがＡよりも小さければ、Ａにｄｒを代入し、そのときのθをＡｎｓθに代入する。ｄｒがＡよりも大きければ、ＡおよびＡｎｓはそのままの値にする。さらに、Ｓ５において、θを予め定めた角度範囲の最大値Ｍａｘθと比較し、小さい場合は、Ｓ６において、θ＝θ＋Δθとして、ある定めた値を加算する。
【００４８】
上記Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６の操作を、θがある設定した角度範囲の最大値Ｍａｘθになるまで繰り返す。そして、Ｓ７において、最終的に得られたＡｎｓθを求める折れ角θとする。
【００４９】
上記探索により得られた折れ角θを用いて、旋回角φを求める。その際、θ＝０である場合は、
φ＝０                                                      ・・・（式５）
とし、θ≠０である場合は、
【数３】
0005973201.tif 000004
とする。
【００５０】
図７のフローチャートで示す操作で求められた折れ角θ、および式５または式６の計算で求められた旋回角φにより、目標とする先端姿勢が規定される。上記のように、最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して折れ角θを求めると、演算回数を減らすことができる。
【００５１】
姿勢情報付与手段５５ｃは、姿勢取得手段５５ｂにより取得された先端姿勢の情報、すなわち折れ角θおよび旋回角φを制御装置５４に与える。
【００５２】
制御装置５４は、コンピュータによる数値制御式のものであり、操作装置５５の姿勢情報付与手段５５ｃから与えられる先端姿勢の情報に応じて、各基端側の端部リンク部材５の目標とする回転角βｎ（図４）を求め、姿勢検出手段５９（図１）によって検出される実際の回転角βｎが目標とする回転角βｎとなるように、各アクチュエータ５３をフィードバック制御する。
【００５３】
回転角βｎは、例えば、下記の式７を逆変換することで求められる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから回転角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７）
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。
【００５４】
指令ごとに式７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、先端姿勢変更の指令があったら、すぐにテーブルを用いて目標とする回転角βｎを求めることができる。そのため、アクチュエータ５３の制御をより一層高速で行うことが可能となる。また、あらかじめ指令パターンを登録して登録順に動作する場合は、表２のようにパターン登録時に先端位置姿勢と回転角βｎとの関係を示すテーブルを登録することで、テーブルの記憶領域を節約できる。
【００５５】
【表１】
0005973201.tif 000005
【表２】
0005973201.tif 000006
【００５６】
図８は、操作装置５５の操作部の一例を示す。この操作部は、座標位置を数値入力により指定する方式であり、現在の座標位置のＸ座標値およびＹ座標値をそれぞれ表示する現在値表示部１０１，１０２と、目標のＸ座標値およびＹ座標値をそれぞれ表示する目標値表示部１０３，１０４と、目標値表示部１０３，１０４に目標のＸ座標値およびＹ座標値を入力する１０キー等からなる数値入力ボタン１０５と、動作実行ボタン１０６とを備える。ＸＹ直交座標系上での座標位置の指定は、定められた基準点（例えば原点Ｏ）に対する絶対座標を数値入力する方式、現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分を数値入力する方式の何れであってもよい。
【００５７】
数値入力ボタン１０５を用いて目標のＸ座標値およびＹ座標値を入力すると、その値が目標値表示部１０３，１０４を表示される。それと共に、入力されたＸ座標値およびＹ座標値、先端側のリンクハブ３から被作業物（図示せず）の作業面までの距離、リンク機構本体１の各部の寸法等のパラメータにより、目標とする先端姿勢の折れ角θおよび旋回角φが計算される。また、この先端姿勢から、各アクチュエータ５３の動作量が計算される。動作実行ボタン１０６を押すと、各アクチュエータ５３が駆動されて、入力されたＸ座標値およびＹ座標値となるように先端姿勢が変更される。このように、ＸＹ直交座標系１００上の座標位置で目標とする先端姿勢の指定を行うので、被作業物の座標位置が直交座標系で扱われる場合でも、リンク作動装置５１を直感的に操作することができる。
【００５８】
図９は、操作装置５５の操作部の異なる例を示す。この操作部は、座標位置を操作量で指定する方式であり、現在の座標位置のＸ座標値およびＹ座標値をそれぞれ表示する現在値表示部１０１，１０２と、先端姿勢を変更操作する押し操作ボタン１０７〜１１０とを有する。押し操作ボタン１０７を押すとＸ座標値が大きくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン１０８を押すとＸ座標値が小さくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン１０９を押すとＹ座標値が大きくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン１１０を押すとＹ座標値が小さくなる側へ姿勢変更する。
【００５９】
姿勢変更の程度は、押し操作ボタン１０７〜１１０を押している時間または押した回数に応じて変わる。また、この例では、各押し操作ボタン１０７〜１１０は、姿勢変更が低速で行われる低速ボタン１０７ａ，１０８ａ，１０９ａ，１１０ａと、姿勢変更が高速で行われる高速ボタン１０７ｂ，１０８ｂ，１０９ｂ，１１０ｂとからなり、姿勢変更を低速および高速の２段階で行えるようになっている。
【００６０】
この操作装置５５の場合、押し操作ボタン１０７〜１１０の操作によりＸ座標値およびＹ座標値が逐次変更され、その都度、目標とする折れ角θおよび旋回角φを計算し、それに応じたアクチュエータ５３の動作量を決定するシステムとなっている。つまり、押し操作ボタン１０７〜１１０を押している間だけ、先端姿勢が変更し続ける。そのため、操作と座標位置との関係が感覚的に分かり易い。
【００６１】
上記操作装置５５と組み合して用いられる制御装置５４は、操作装置５５の姿勢指定手段５５ｃから与えられる先端姿勢の情報を、定められた変換式によりアクチュエータ５３の動作量に変換し、その動作量だけアクチュエータ５３を動作させるように制御する。詳しくは、姿勢指定手段５５ｃから折れ角θおよび旋回角φで表される先端姿勢が制御装置５４に与えられると、制御装置５４は、前記式７を用いて上記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで各基端側の端部リンク部材５の回転角βｎを求め、その求められた回転角βｎを用いて式８を演算することで、各アクチュエータ５３の動作量Ｒｎを算出する。
Ｒｎ＝βｎ×ｋ；（ｎ＝１，２，３）                                ・・・（式８）
ここで、ｋは、アクチュエータ５３に付設されている減速機（図示せず）の減速比によって決まる係数である。このように先端姿勢の情報を、変換式によりアクチュエータ５３の動作量に変換すると、アクチュエータ５３の制御を容易に行える。
【００６２】
アクチュエータ５３の動作量や先端姿勢の変更速度を段階的に変更可能とするのではなく、押し操作ボタン１０７〜１１０の一操作当たりのアクチュエータ５３の動作量や先端姿勢の変更速度を任意に変えられるようにしても良い。また、この例のように、複数の押し操作ボタン１０７〜１１０で操作するのではなく、ジョイスティックのような一つの操作手段で操作するようにしても良い。
【００６３】
図１０は、上記リンク作動装置５１を備えた作業装置を示す。この作業装置１２０は、作業室１２１の天井部を構成するベース部材５２に基端側のリンクハブ２を固定して、リンク機構本体１が吊り下げ状態で設置されており、このリンク機構本体１の先端側のリンクハブ３にエンドエフェクタ１２２が搭載されている。エンドエフェクタ１２２は、例えば塗装機である。
【００６４】
エンドエフェクタ１２２の下方には、被作業物ＷをＸＹ軸方向に移動させる移動機構１２３が設置されている。移動機構１２３は、床面に固定して設置されたＸ軸方向に沿って長いＸ軸レール１２４と、このＸ軸レール１２４に沿って進退自在でＹ軸方向に沿って長いＹ軸レール１２５と、このＹ軸レール１２５に沿って進退自在で上面に被作業物が載せられる作業台１２６とを備える。Ｙ軸レール１２５および作業台１２６は、それぞれ図示しない駆動源の駆動によりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させられる。
【００６５】
エンドエフェクタ１２２が塗装機である場合、移動機構１２３による作業台１２６をＸ軸およびＹ軸方向に進退させることで、被作業物Ｗの塗装箇所を塗装機の塗料噴射口１２２ａの先に位置させる。また、リンク作動装置５１の先端姿勢を変更してエンドエフェクタ１２２の向きを変えることで、常に前記塗料噴射口１２２ａが被作業物Ｗの塗装面に向くように調整する。
【００６６】
図１１ないし図１３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１１に示すように、ベース部材６２にリンク機構本体１が吊り下げ状態で設けられている。すなわち、リンク機構本体１は、基端側のリンクハブ２がベース部材６２を介して前記ベース部材６２に固定され、先端側のリンクハブ３に、各種器具等を取付ける先端取付部材６３が搭載されている。
【００６７】
図１２および図１３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。
【００６８】
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。
【００６９】
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によりベース部材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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、ベース部材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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、かつベース部材６２からの高さが同じとされている。
【００７５】
このリンク作動装置６１も、アクチュエータ７０を制御する制御装置８４と、この制御装置８４に操作指令を入力する操作装置８５とを、コントローラ８６内に備える。制御装置８４および操作装置８５は、前記実施形態のものと同じ構成であり、前記同様の作用・効果が得られる。操作装置８５は、前記実施形態と同様に姿勢指定手段、姿勢取得手段、および姿勢情報付与手段を有するが、これらの図示を省略している。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
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…リンク作動装置
５３，７０…アクチュエータ
５４，８４…制御装置
５５，８５…操作装置
５５ａ…姿勢指定手段
５５ｂ…姿勢取得手段
５５ｃ…姿勢情報付与手段
１００…直交座標系
Ｏ…原点
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＡ´…延長軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸
θ…折れ角
φ…旋回角
【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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