(57)【要約】  本発明は、並進３自由度を提供する平行運動伝達構造（３）を有する運動伝達装置に関し、上記構造は、１つのベース部材（１）と、１つの可動部材（２）と、ベース部材（１）上に配置される少なくとも１つの回転アクチュエータ（３０）と、ベース部材を可動部材に連結する、それぞれが枢動制御アーム（１０）を備える平行運動チェーンとを備える。少なくとも１つの回転アクチュエータ（３０）の回転運動は、可動部材の並進運動が制御アームの回転運動に、又は制御アームの回転運動が可動部材の並進運動に伝達されるように、各枢動制御アーム（１０）に伝達される。少なくとも１つの回転アクチュエータ（３０）は、その軸（３１）が制御アーム（１０）の回転軸に対してほぼ垂直であるように配置される。平行運動伝達構造は、３つの平行運動チェーンを備え、各チェーンは、枢動制御アームと、一端が回転２自由度継手によって制御アームの端に、他端が可動部材にヒンジ式に取り付けられることによりデルタタイプの配置を形成する、一対の平行リンク棒とを備える。各チェーンには各回転アクチュエータが設けられ、回転アクチュエータは、その軸が互いに対してほぼ平行であるように配置される。回転アクチュエータと制御アームとの間の運動は、ケーブル部材（５１）によって伝達される。
2007526967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並進３自由度をそれぞれが提供する少なくとも１つの平行運動伝達構造（３）に連結される、少なくとも１つの可動部材（２）と、
並進運動が回転運動に、又は回転運動が並進運動に伝達されるように、制御アーム（１０）を介して前記平行運動伝達構造（３）に連結される、少なくとも１つの回転アクチュエータ（３０）と
を備え、前記回転アクチュエータ（３０）は、その軸（３１）が前記制御アーム（１０）の回転軸（１１）に対してほぼ垂直である運動伝達装置。
【請求項２】
前記可動部材（２）は、それぞれが各回転アクチュエータ（３０）に連結されるデルタタイプの配置の３つの平行運動伝達構造（３）に連結され、前記回転アクチュエータ（３０）は、その軸が互いに対してほぼ平行である請求項１に記載の運動伝達装置。
【請求項３】
前記回転アクチュエータ（３０）は、互いに近接関係で前記装置の共通のベース部材（１）上に配置される、請求項２に記載の運動伝達装置。
【請求項４】
前記回転アクチュエータ（３０）と前記制御アーム（１０）との間で運動を伝達するケーブル部材（５１）をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項５】
前記ケーブル部材（５１）は、一端が前記回転アクチュエータ（３０）のシャフトに、他端が各前記制御アーム（１０）に連結される請求項４に記載の運動伝達装置。
【請求項６】
前記平行運動伝達構造（３）の関節部（２３）の少なくともいくつかは、可撓性ヒンジ関節部である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項７】
前記ベース部材、前記制御アーム、リンク棒、及び前記可撓性ヒンジ関節部の少なくとも２つは、ワンピース構造で出来ている請求項６に記載の運動伝達装置。
【請求項８】
前記制御アーム（１０）には、前記回転アクチュエータ（３０）により加えられる力に対する復元力を与えるように、復元要素（８０）が設けられる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項９】
前記回転アクチュエータ（３０）の前記シャフトは、前記ケーブル部材（５１）の確実な巻き取り及び巻き出しを可能にする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項１０】
前記ケーブル部材（５１）は、該ケーブル部材の端が前記制御アーム（１０）に対して回転することを可能にするように、該制御アーム（１０）の固定点（６０）に連結される、請求項４乃至９のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項１１】
前記制御アーム（１０）ごとに少なくとも１つの方向変更（redirection）部材（７０）
をさらに備え、前記方向変更部材（７０）はそれぞれ、前記装置のベース部材に固定して取り付けられ、前記制御アーム（１０）と各前記回転アクチュエータ（３０）の前記シャフトとの間に位置付けられる請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の運動伝達装置。
【請求項１２】
、前記方向変更部材（７０）は、前記回転アクチュエータ（３０）の前記シャフトへの前記ケーブル部材（５１）の適切な入射（incidence）を可能にするように、各前記回転ア
クチュエータ（３０）の前記シャフトから一定の距離を置いて位置付けられる請求項４乃至１０のいずれか１項に従属する請求項１１に記載の運動伝達装置。
【請求項１３】
前記回転アクチュエータ（３０）の前記シャフトを付勢するように配置されるねじりばね（８１）をさらに備える請求項１１又は１２に記載の運動伝達装置。
【請求項１４】
前記ねじりばね（８１）のねじり力は、前記復元要素のプレストレス作用の少なくとも一部が補償されるものである請求項１３に記載の運動伝達装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の運動伝達装置を備える、フォースフィードバック情報をユーザに提供するハプティック装置。
【請求項１６】
各制御アーム（１０）の開き角度を測定するセンサと、測定の結果に基づいて可動部材（２）の位置を計算するプロセッサとをさらに備える請求項１５に記載のハプティック装置。
【請求項１７】
平行運動伝達構造（３）と直列に配置されるとともに、少なくとも回転１自由度を提供するようになっている手首モジュールをさらに備える、請求項１５又は１６に記載のハプティック装置。
【請求項１８】
前記手首モジュールは、触覚フィードバックを提供する請求項１７に記載のハプティック装置。
【請求項１９】
制御キー、制御ホイール、力グリッパ（force grippers）、又は人間コンピュータ間インタフェースに用いられる他の要素をさらに備える請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載のハプティック装置。
【請求項２０】
前記手首モジュールの下に位置する力センサをさらに備える請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載のハプティック装置。
【請求項２１】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の運動伝達装置を備える、操作部材（９６）に少なくとも並進３自由度の運動を提供するマニピュレータ。
【請求項２２】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の運動伝達装置を備えるセンサ要素（９９）に少なくとも並進３自由度を提供する測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、包括的には運動伝達に関し、例えば、平行運動機構を用いて運動伝達装置又は組立体、コンピュータ、ゲームコンソール、シミュレータ、又は他の装置のハンドコントローラ等の力反射制御インタフェースのハプティック装置又は装置、及び平行運動マニピュレータ又は平行運動測定装置の運動伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
人間とコンピュータとの高度な相互作用（ＨＣＩ）の必要性が増すにつれて、人間と機械とが広範囲に及ぶ情報を交換できるようにする新たなインタフェースが求められている。これら新たなインタフェースの一例として、いわゆるハプティック装置、すなわち、触覚及び制御を用いてコンピュータアプリケーションと相互作用するアクティブインタフェース装置が選択肢として有望である。ハプティック装置は、発生する動き及び／又は力に関するフォースフィードバック情報をユーザに提供する。ハプティック装置は、困難な操作タスクを可能又は容易にするだけでなく、シミュレーション及び人間オペレータの補助の分野において幅広い新たな用途も可能にする。
【０００３】
遠隔操作から縮尺操作まで、さらにはシミュレータ及び外科補助に及ぶ多くの用途で、ハプティック技術の利益を得ることができる。さらに、フォースフィードバック装置は消費者市場へ移行しつつあるとともに、ゲーム業界及び他の意外な分野にも進出しつつある。
【０００４】
仮想モデル又は現実のエンドエフェクタの状況の正確な感覚をユーザに与えるために、ハプティック装置の機械構造は、低慣性、高剛性、且つ低摩擦であり、バックラッシュがないものであるべきである。平行運動機構は、高剛性且つ低慣性であることが知られており、これにより広い帯域の力伝達が可能になる。
【０００５】
スイス連邦工科大学ローザンヌ校及びそのロボットシステム研究所は、デルタハプティック装置（ＤＨＤ）と呼ばれる力反射人間コンピュータ間タインタフェースを近年開発した。本出願の出願人により製造された上記デルタハプティック装置は、基本的にデルタロボティック構造（クラベル（Clavel）のスイス特許第６７２０８９号、すなわち米国特許第４，９７６，５８２号に記載）に対応する平行運動機構を含み、これは並進３自由度を提供する。直列に取り付けられている手首モジュールが、さらなる回転３自由度を提供する。
【０００６】
上記のデルタロボティック構造の機械装置は、共通のベース部材と、当該ベース部材を共通の可動部材に接続する３つの機能に平行な運動チェーンとを備える。上記平行運動チェーンはそれぞれ、ベース部材に取り付けられる回転アクチュエータと、回転アクチュエータのシャフトに第１の端がしっかりと取り付けられる制御アームと、一方が制御アームの第２の端に、他方が可動部材にヒンジ式に取り付けられる、２つのリンク棒の平行四辺形とを備える。
【０００７】
当該技術分野で既知のデルタハプティック装置は、同様の機械装置を有する。上述の直接駆動作動とは対照的に、各回転アクチュエータの動きは、シャフトから減速歯車を介して対応する制御アームに伝達される。当該技術分野で用いられる減速歯車は、歯付きベルト、ケーブルドライブ、又はハーモニックドライブ減速装置である。必要なトルクを提供
するために減速が用いられるため、小型で低価格のアクチュエータを取り付けることができる。
【０００８】
デルタハプティック装置は、著しく大きな可動域にわたって大きなフィードバック力を提供する。この装置は、高剛性であり、並進及び回転が非干渉化され（decoupled）、非
常に低慣性である。
【０００９】
デルタハプティック装置に関するより幅広い情報は、スイス連邦工科大学ローザンヌ校の以下の刊行物（http://vrai-group.epfl.ch/publications.shtmlから入手可能）に開示されており、これらの開示は参照により本明細書に援用される。
−「デルタハプティック装置の概要（Overview of the Delta Haptic Device）」、セバ
スチャン・グランジェ、フランソワ・コンティ、パトリス・ルイラー（Patrice Rouiller）、パトリック・ヘルマー（Patrick Helmer）、チャールズ・バウアー博士（Dr. Charles Baur）、スイス連邦工科大学ローザンヌ校ロボットシステム研究所（スイスローザンヌ）、ユーロハプティックス２００１（英国バーミンガム、２００１年７月）で発表、及び−「デルタハプティック装置（The Delta Haptic Device）」、セバスチャン・グランジ
ェ、フランソワ・コンティ、パトリス・ルイラー、パトリック・ヘルマー、チャールズ・バウアー博士、スイス連邦工科大学ローザンヌ校ロボットシステム研究所（スイスローザンヌ）、オンラインで発表。
【００１０】
デルタハプティック装置及びそれが備える運動伝達構造は、上述の刊行物から分かるように、性能パラメータの観点からは申し分ないが、消費者市場においてこのような装置が成功を収めるには、手ごろな価格で好ましいデザインの小型の便利な製品を提供することも同様に重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
例えばデルタハプティック装置、マニピュレータ、測定装置等に用いられる、単純、小型、且つ／又は低価格の運動伝達装置又は組立体を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
［発明の概要］
一実施形態によると、運動伝達装置又はアセンブリであって、並進３自由度をそれぞれが提供する少なくとも１つの平行運動伝達構造に連結される、少なくとも１つの可動部材と、並進運動が回転運動に、又は回転運動が並進運動に伝達されるように、制御アームを介して平行運動伝達構造に連結される、少なくとも１つの回転アクチュエータとを備え、回転アクチュエータは、その軸が制御アームの回転軸に対してほぼ垂直であるように配置される、運動伝達装置又はアセンブリが提供される。
【００１３】
さらなる実施形態は、運動を伝達するような装置を備えるハプティック装置と、運動を伝達するような装置を備える、少なくとも並進３自由度の運動を操作部材に提供するマニピュレータと、少なくとも並進３自由度をセンサ又はセンサ要素に与える測定装置とをそれぞれ含む。
【００１４】
本発明は、添付の概略図を参照して以下の好ましい実施形態の説明からより十分に理解されるであろう。しかしながら、図面は、記載される特定の実施形態に本発明を限定するものとみなされるべきではなく、説明及び理解のためのものに過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［実施形態の詳細な説明］
図１は、本発明の第１の実施形態による、ハプティック装置で用いる運動伝達装置又は組立体の基本構成部品を示す。しかしながら、図１の詳細な説明をさらに進める前に、この実施形態のいくつかの要素（items）について説明する。
【００１６】
実施形態のうちの１つによると、入力側から出力側に、又は出力側から入力側に運動伝達装置が提供され、当該装置は、入力側及び出力側の一方に配置され、並進３自由度をそれぞれが提供する少なくとも１つの平行運動伝達構造に連結される、少なくとも１つの可動部材と、入力側及び出力側の他方に配置され、並進運動が回転運動に、又は回転運動が並進運動に伝達されるように、制御アームを介して平行運動伝達構造に連結される、少なくとも１つの回転アクチュエータとを備え、回転アクチュエータは、その軸が制御アームの回転軸に対してほぼ垂直であるように配置される。
【００１７】
別の実施形態による運動伝達装置は、上述のようなデルタタイプの平行運動動き伝達構造を備える。この運動伝達装置は、平行運動動き伝達構造のアームごとに１つずつ、３つの回転アクチュエータを備え、回転アクチュエータの軸は互いに対してほぼ平行であり、各アームの回転軸に対してほぼ垂直である。回転アクチュエータは、ベース部材に固定され、回転アクチュエータのシャフトから動き伝達構造の対応する制御アームに、ケーブル装置によって動きが伝達される。一例を挙げると、この実施形態は、手動操作可能な物体に並進３自由度を提供する、非常に現実的で低価格のデルタハプティック装置の生産を可能にする。アクチュエータ及び伝達手段は、装置に対する慣性の寄与が非常に小さいと同時にハプティック装置の全体積が最小限に抑えられるように位置決めされる。
【００１８】
実施形態のうちの１つでは、制御アームは１自由度の回転関節部によってベース部材と連結される。回転関節部は、一例として、玉軸受、滑り軸受、又は可撓性ヒンジであってもよい。
【００１９】
さらに、実施形態のうちの１つでは、一対の平行リンク棒の一端が制御アームに、他端が共通の可動部材にヒンジ式に取り付けられる。これらリンク棒はそれぞれ、両端で回転２自由度を有する。リンクは、例えばカルダン型の要素又は直列の一対の回転関節部であってもよいが、第１の関節部の軸と第２の関節部の軸とが絶対に一致してはならない。例えば、回転関節部は、玉軸受、滑り軸受、又は可撓性ヒンジの組み合わせであってもよい。代替的に、リンク棒の一端又は両端に球面継手（spherical ball joint）を設けて、回転３自由度を提供してもよい。したがって、リンク棒は自らの軸を中心に回転することができるが、この付加的な自由度は装置の動作に必ずしも必要ではない。
【００２０】
別の実施形態では、ケーブルの一端が回転アクチュエータのシャフトに固定され、他端が各制御アームに固定される。
いくつかの実施形態では、回転アクチュエータは、ケーブルを介して各制御アームに引張り作用を及ぼす。本来、ケーブルは牽引のみを行うことができる。したがって、各制御アームは、回転アクチュエータの引張り作用に対する復元力を与えるように、少なくとも１つの復元要素を有する。復元要素は、板ばね、ねじりコイルばね、渦巻ばね、弾性要素等であり得る。復元要素は、動き伝達構造の制御アームを「開く」ように、制御アームにプレストレスを与える。
【００２１】
いくつかの実施形態では、復元要素は、制御アームの回転軸と同軸上に位置付けることができる。代替的に、復元要素は、ケーブルと同軸上で、制御アームと方向変更部材（後述）との間に位置付けてもよい。この場合、復元要素は、ケーブルが保護されるように、ベロー又は伸縮部材をさらに備えてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態による動き伝達組立体は、回転アクチュエータによって一方向力を
加えながら、エンドエフェクタに二方向力を与えることができる。この実施形態は、直接従動機構に対していくつかの追加要素を必要とするだけである。これらの追加要素は、装置に容易に組み込むことができる。
【００２３】
ケーブルの巻き取り及び巻き出しのために、いくつかの実施形態では、回転アクチュエータのシャフトは、一例として、固定して取り付けられるプーリ、リール、又はドラムを備えてもよい。上記ドラムは、ケーブルが脱線するのを避けるために両側にリムを含み得る。ケーブルが巻き付けられる要素は、重なりのない正しい巻き取りを確実にするために、らせん状の溝を備えてもよい。
【００２４】
一実施形態では、ケーブルは、例えばねじ、フック、ケーブルループ、プレスケーブルストッパ（pressed cable stopper）、又は任意の他の固定手段によって、動き伝達装置
の制御アームの固定点に直接固定することができる。固定点は制御アームの長手方向軸上にあることが好ましい。固定点はさらに、ケーブルのその端が制御アームに対して回転することを可能にするように、また入射角度の変化を補償するように、ピン又は軸受を含んでもよい。
【００２５】
方向変更及び巻き取りを円滑にするために、いくつかの実施形態では、ケーブルは円形の断面を有することが有利であり得るが、他のケーブル又はバンド断面を用いてもよい。ケーブル自体は、優れた引張強度及び低い曲げ剛性を有することが有利であり、鋼線ロープ又はポリアミドフィラメントであることが好ましい。
【００２６】
別の実施形態によると、運動伝達装置は、制御アームごとに少なくとも１つの方向変更部材を備え、方向変更部材（複数可）は、ベース部材に固定して取り付けられ、制御アームと各回転アクチュエータのシャフトとの間に位置付けられる。方向変更部材は、回転アクチュエータのシャフトにケーブルをほぼ垂直に入射させるように、回転アクチュエータのシャフトから一定の距離を置いて位置付けられることが好ましい。方向変更部材がなければ、ケーブルがシャフトに入射する角度は、平行運動動き伝達構造の制御アームの角度に応じて変わることになる。さらなる一実施形態では、ケーブルとの摩擦を低減するために、方向変更部材は、低摩擦係数を有するケーブルガイド要素、例えば耐摩耗材料でできたピンを含み得る。ケーブルガイド要素は、フリーホイールプーリ（freewheel pulley）等を含んでもよい。この措置により、ケーブル及び方向変更部材の磨耗が確実に最小になる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ケーブルが自らの曲げ剛性によりガイド要素から外れないようにするために、ケーブルガイド要素の曲率が小さい。方向変更半径が狭すぎることにより生じるケーブルの損傷がなくなる。この措置及び前述の措置により、平行運動運動伝達装置を備えるハプティック装置の動的挙動に対する影響が小さいことが確実になる。
【００２８】
平行運動動き伝達構造のベース部材は、例えばハプティック装置、マニピュレータ等のベース筐体に組み込まれることが有利である。ベース筐体はさらに、３つの回転アクチュエータのためのシートと、方向変更部材の少なくとも一部と、開口と、ねじと、機械的及び電気的接続部及び構成部品のためのシートとを備え得る。
【００２９】
有利な一実施形態では、ベース筐体は、プラスチック射出成形される。ベース筐体は、平行運動動き伝達構造のベース部材と方向変更部材とを含み得る。
さらなる一実施形態では、射出成形ベース筐体は、平行運動動き伝達構造の少なくとも一部を含み得る。この実施形態では、回転関節部は、筐体と同じ材料でできた曲げヒンジとして形成することができる。リンク棒は、２つの曲げヒンジ、すなわち、一方が他方に対して一定の角度だけ回転した直列の２つの曲げヒンジによって、制御アーム及び共通の
可動部材それぞれに接合することができる。このように、ハプティック装置の機械構造の基本的要素は、ワンピース構造だけで製造することができる。
【００３０】
別の実施形態では、平行運動動き伝達構造の３つの回転アクチュエータは、ベース部材上に配置され取り付けられる。アクチュエータの軸は互いに対して平行であり、制御アームの軸に対して垂直であるためベース部材に対してほぼ垂直である。したがって、回転アクチュエータは、筐体を非常に小型にできるように互いに非常に近接して配置され得る。
【００３１】
任意選択的に、制御アームに対するケーブルの固定点は、制御アームの長手方向軸上の点である。制御アームとのケーブルの固定点、方向変更部材、及びドラムに対するケーブルの第１の接触点は、ケーブル軸のベース凸部（base projection）が制御アームの長手
方向軸のベース凸部と整列するように配置されることが好ましい。ハプティック装置の動的挙動に対する影響を最小限まで減らすために、不要な方向変更は行われない。
【００３２】
実施形態のうちの１つでは、ねじりばね、例えばねじりコイルばね又は渦巻ばねを、回転アクチュエータと同軸上で、ドラム又は回転アクチュエータのシャフトとベース部材又はベース部材に固定されている別の要素との間に挿入してもよい。代替的に、ねじりばねの内径は回転アクチュエータの本体よりもわずかに大きく、ねじりばねが回転アクチュエータの本体を囲む。別の実施形態では、ねじりばねは、復元要素のプレストレス作用の少なくとも一部が補償されるように構成される。それと同時に、ねじりばねは、ケーブルが巻き取られる際に回転アクチュエータを支持して荷重を軽減する。これにより、平行運動動き伝達構造の所定の位置を維持するために回転アクチュエータが永久に一方向にトルクを供給することが回避される。上記の措置により、装置の加熱及び電流消費が減る。復元要素により与えられる力の作用は、ねじりばねでほぼ完全に補償されることが好ましい。回転アクチュエータのトルクは二方向で用いることができる。このようにすると、比較的脆弱で低価格のアクチュエータを用いることができる。
【００３３】
代替的に、上記ねじりばねは、上述の復元要素を支持するために、巻き出し方向にドラムを回転させるように配置してもよい。
さらなる一実施形態では、各制御アームの開き角度は、角度位置センサ、例えば回転エンコーダ、角度レゾルバ、又はポテンシオメータ（可変抵抗器）によって測定され、可動部材の位置は、これらの情報を用いて計算される。上記エンコーダは、シャフト又はドラムの回転角度を検出するように、回転アクチュエータの軸上に位置付けることができる。代替的に、エンコーダは、制御アームの開口が直接測定されるように、制御アームの回転軸上に位置付けてもよい。測定分解能を向上させるために、例えば、歯車減速手段又は他の伝達手段を角度位置センサと回転アクチュエータとの間に加えてもよい。
【００３４】
運動伝達装置の使用の一例として、一実施形態によるハプティック装置は、最大で回転３自由度を提供し、好ましくは触覚フィードバックを用いる補助特徴、例えば手首モジュールを備えてもよい。手首モジュールは、平行運動動き伝達構造と直列に取り付けられる。
【００３５】
別の実施形態では、ハプティック装置はさらに、制御キー、制御ホイール、力グリッパ、又は当該技術分野で既知の人間コンピュータ間インタフェースの状況で用いられる他の要素を備えてもよい。
【００３６】
さらに別の実施形態では、ハプティック装置は力センサを備えてもよい。力センサは、ハンドルの真下にあることが好ましい。
次に図１に戻ると、本発明の一実施形態による運動伝達組立体を含むハプティック装置又はフォースフィードバック装置が示されている。導入部分で述べたように、このような
ハプティック装置は、触覚及び制御を用いてコンピュータアプリケーション等と相互作用するアクティブインタフェースとして用いることができる。ハプティック装置は、発生する動き及び／又は力に関するフォースフィードバック情報をユーザに提供する。この実施形態によるハプティック装置又はフォースフィードバック装置は、デルタタイプの平行運動動き伝達構造３を備え、これは並進３自由度を提供する。簡略化のために、平行運動動き伝達構造３の１つのチェーンだけを詳細に示している。さらに、上記平行運動動き伝達構造３と直列に連結される回転手首モジュール９３によって、回転３自由度が提供される。ユーザは、手首モジュール９３の上部に位置するハンドル９５によってハプティック装置と相互作用することができる。
【００３７】
この実施形態では、運動伝達装置はさらに、３つの回転アクチュエータ３０を備え、回転アクチュエータ３０はそれぞれ、角度位置センサ４０（図示せず）を備え、装置の共通のベース部材１に固定される。回転アクチュエータ３０の軸３１は、互いに対して平行であり、ベース部材１に対してほぼ垂直である。回転アクチュエータ３０それぞれの回転運動は、ケーブル伝達装置５０によって、軸１１上で枢動する平行運動動き伝達構造３の各枢動制御アーム１０に伝達され（図３ａ及び図３ｂの詳細な説明を参照）、枢動制御アーム１０それぞれの回転運動は、ケーブル伝達装置５０によって、各回転アクチュエータ３０に伝達される。回転アクチュエータ３０は、その軸３１が制御アーム１０の回転軸１１に対してほぼ垂直であるように配置される。さらに、それぞれが各回転アクチュエータ３０に連結されるデルタタイプの配置の３つの平行運動動き伝達構造３に、可動部材２が連結され、回転アクチュエータ３０は、その軸が互いに対してほぼ平行であるように配置される。
【００３８】
一実施形態では、ユーザの安全のため及び装置自体の保護のために、回転アクチュエータ３０と、回転エンコーダ４０と、ケーブルドラム５２と、方向変更部材７０と、復元要素８０とは、１つの筐体内に配置されるか、又は筐体の一部となる。筐体は、ベース部材１と、筐体カバー９１と、筐体底部９２とを備える。筐体底部部品９２は、電源又はそのための接続部と、電流増幅器と、マイクロコントローラと、電気的接続部（図示せず）とを収容する。
【００３９】
運動伝達装置の移動部品は、ハプティック装置の全体サイズを収容するように筐体には含まれない。
実施形態のうちの１つでは、いわゆる弛緩位置（制御アーム１０が「開放」位置にある場合）では、制御アーム１０も含めて装置を囲む円柱は、直径が約２００ｍｍで高さが約１５０ｍｍである。装置の筐体全体の直径は約１００ｍｍで高さは約７５ｍｍである。ハプティック装置の動作領域は、直径及び高さがそれぞれ約７０ｍｍの円柱である。したがって、この実施形態のハプティック装置は、通常の人間コンピュータ間インタフェースのようにテーブル上で、又はユーザの手中で直接、容易に動作することができる。別の実施形態では、装置は、ハンドルのみが制御パネルから突出するように制御パネル等に組み込んで、装置の他の構成部品はパネル内に隠れるようにすることもできる。
【００４０】
代替的に、別の実施形態では、本発明の装置を或る角度だけ回転させて、この位置で動作させることもできる。
本発明による平行運動伝達構造の例示的な設計を、図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃに示す。組立体は、共通の固定ベース部材１と、共通の可動部材２と、回転軸１１上で枢動可能な制御アーム１０と、一対の平行リンク棒２０から成る平行四辺形とから成る。制御アーム１０は、回転軸すなわち枢支軸１１上で回転１自由度を可能にする滑り軸受１２を有する。リンク棒２０は、両端に回転２自由度の関節部を有する。この実施形態では、２自由度（ｄｏｆ）の関節部は、滑り軸受２２と直列に取り付けられている玉軸受２１との組み合わせである。図２ｂにおいて、リンク棒２０は共通の軸２２上に配置されるが、これは
必須ではなく例示にすぎない。
【００４１】
図３ａ及び図３ｂによると、３つの平行運動伝達チェーンは同じ構成を有する。これらは、装置の垂直軸の周りで互いに対して１２０°の間隔で配置することができるが、角度は必ずしも１２０°ではなくてもよい。
【００４２】
制御アーム１０及びリンク棒２０の関節部の代替的な一実施形態を、図６及び図６ｂに示す。このようなタイプの可撓性ヒンジ関節部は、ボッティネッリ（Bottinelli）の欧州特許出願第１１１３１９１号（Ａ１）に開示されており、この開示は参照により本明細書に援用される。図６ａは、単純な可撓性ヒンジ関節部２３によって装置のベース部材１に固定される制御アーム１０を示す。リンク棒２０は、二重（double）可撓性ヒンジ継手２４によって制御アーム１０及び可動部材２に固定される。図６ｂにおいて、３つのリンク棒２０が示されているが、制御アーム１０を可動部材２と連結するには少なくとも２つのリンク棒２０が必要である。
【００４３】
装置はさらに、各アクチュエータと平行運動動き伝達構造の対応する制御アームとの間で運動を伝達するためのケーブル伝達装置５０を備える。
図３ａは、実施形態のうちの１つによる装置の上部断面図を示し、３つの同一の群が互いに対して１２０°の間隔で配置され、各群は、制御アーム１０と、回転アクチュエータ３０と、ケーブル伝達装置５０とを備える。回転アクチュエータの軸は、制御アーム１０の長手方向軸に対して横方向にずれている。ずれの量は、ケーブルドラムの半径とケーブルの半径との和である。このように、ケーブルは、制御アームの長手方向軸と整列する（上面図）。
【００４４】
回転アクチュエータ３０がわずかな空隙のみを有して互いに非常に近接していることが分かる。アクチュエータは、装置の体積をさらに減らすように、互いに接触していてもよい。
【００４５】
図３ｂは、ベース部材１の半分と、制御アーム１０の一部と、ケーブル伝達装置５０を含む３つの回転アクチュエータ３０のうちの１つとを通る部分側部断面図である。ケーブル５１の一端は、ドラム５２に固定されてドラム５２に巻き付く。ドラム５２は両側にリム５３を有する。ケーブル５１の他端は、ねじ６１によって固定点６０に留められる。
【００４６】
本質的に垂直な方向変更部材７０が、ベース部材１の縁に固定される。方向変更部材はフリーホイールプーリ７２を備える。フリーホイールプーリ７２に対するケーブル５１の最高接触点は、ケーブルドラム５２の高さにほぼ対応する。
【００４７】
本発明のケーブル伝達装置５０は、低慣性であり、空間要件が小さく、且つ低価格であるため特に有利である。
図４は、別の実施形態による装置の上部断面図である。図３ａに示した配置とは異なり、図４に示す回転アクチュエータは、制御アーム１０をハプティック装置の中心により近接させることができるように配置される。３つの回転アクチュエータ３０は、制御アーム１０の長手方向軸１３に対して装置の中心軸を中心に６０°ずれている。この実施形態では、筐体の体積がさらに小さくなり得る。
【００４８】
図５は、ねじりばね８１が組み込まれた回転アクチュエータ３０の側部断面図である。ベース部材１及びケーブルドラム５２は、ねじりばね８１の各端を保持するようになっている。この図では、ねじりばね８１の作用は復元要素８０（図示せず）の力とは逆向きである。
【００４９】
上述のように、本発明の運動伝達装置は、種々の用途で用いることができる。別の例として、図７は、グリッパに並進３自由度及び回転１自由度の運動を提供する運動伝達装置の一実施形態を組み込んだマニピュレータを示す。同じか又は同等の特徴は、図１の図と同じ参照符号を有する。図１に示した配置とは異なり、図７に示す装置は、上下逆でベースに固定される。マニピュレータは、本発明の実施形態のうちの１つによる運動伝達装置を備える。平行運動動き伝達構造３は、可動部材２に並進３自由度を提供する。可動部材２にはさらに、装置の垂直軸を中心とした回転を可能にする回転軸９７が設けられ、また、グリッパ組立体９６等の操作部材が、可動部材２に直列に取り付けられる。
【００５０】
マニピュレータはさらに、図１の実施形態に関して説明したものに相当する平行運動構造の制御アーム１０と復元７２部材との間に、ベロー６３及び渦巻ばね（図示せず）を備える。ベロー６３は、ケーブル伝達装置５０及び筐体９０、９１、９２内の全ての要素を粉塵汚染から保護する。渦巻ばね（図示せず）は、ベロー６３と平行であるか又はベロー６３に組み込まれ、且つ復元要素８０を支持する。
【００５１】
さらなる一実施形態では、装置は、各方向の力を検出するように、力センサ（図示せず）も備えることができる。装置が任意の他の種類のグリッパ、ツール、又は他のエンドエフェクタを備えてもよいことは自明である。
【００５２】
動作伝達装置の使用の別の例として、図８は、プローブ又はセンサ要素９９に並進３自由度の運動を提供する低価格の座標測定装置を示す。測定装置の配置は、図７のマニピュレータの場合と同様である。すなわち、図８に示す装置も、上下逆で天井に取り付けられる。同じか又は同等の特徴は、図１の図と同じ参照符号を有する。
【００５３】
本発明を、その特定の実施形態に関して本明細書で説明してきたが、添付の特許請求の範囲は、これらの実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、本発明の範囲内に明らかに含まれる、当業者が想定し得る本発明の任意の変更及び変形を含むものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態による運動伝達装置を備えるハプティック装置の基本構成部品の側面図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態によるリンク棒を有する制御アームを示す、図１の装置で用いられる平行運動構造のより詳細な側面図である。
【図２ｂ】図２ａのリンク棒の詳細図である。
【図２ｃ】図２ｃの制御アームの詳細図である。
【図３ａ】装置の上部断面図である。
【図３ｂ】図１の装置の３つの回転アクチュエータのうちの１つの側部断面図である。
【図４】代替的な配列の回転アクチュエータを有する、別の実施形態による装置の別の上部断面図である。
【図５】ねじりばねが組み込まれた、一実施形態による回転アクチュエータの側部断面図である。
【図６ａ】一実施形態によるリンク棒の曲げ関節部の側部断面図である。
【図６ｂ】一実施形態によるリンク棒の曲げ関節部の上面図である。
【図７】本発明の一実施形態による運動伝達装置を備えるマニピュレータの基本構成部品の図である。
【図８】本発明の別の実施形態による運動伝達装置を備える測定装置の基本構成部品の図である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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