(57)【要約】【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操作機構を提供する。【解決手段】  操作機構１は、３組以上のリンク機構１１Ａを介して、固定部材４に対し入力部材１５Ａを姿勢変更可能に連結した入力側リンク作動装置２Ａと、３組以上のリンク機構１１Ｂを介して、固定部材４に対し出力部材１５Ｂを姿勢変更可能に連結した出力側リンク作動装置２Ｂとを備える。リンク機構１１Ａ，１１Ｂは、固定側の端部リンク部材１ａと、入力側または出力側の端部リンク部材１ｃと、これら両端部リンク部材１ａ，１ｃを連結した中央リンク部材１ｂとでなる。入力側リンク機構１１Ａの固定側の端部リンク部材１１ａの回転を出力側リンク機構１１Ｂの固定側リンク部材１１ａに伝達する回転伝達機構５を２組以上設ける。【選択図】        図１
2012066323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入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、前記各入力側リンク機構は、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固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、
前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定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、前記各出力側リンク機構は、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固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、
前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたことを特徴とする操作機構。
【請求項２】
請求項１において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに鏡面対称となる配置とした操作機構。
【請求項３】
請求項２において、前記回転伝達機構は、前記入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転する入力側ギア部材と、前記出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転し、前記入力側ギア部材と同じ歯数で、同入力側ギア部材と互いに噛み合う出力側ギア部材とを有する操作機構。
【請求項４】
請求項１において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに回転対称となる配置とした操作機構。
【請求項５】
請求項４において、前記回転伝達機構は、前記入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転する入力側プーリと、前記出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転し前記入力側プーリと同径の出力側プーリと、これら入力側プーリおよび出力側プーリに巻き掛けた伝動ベルトとを有する操作機構。
【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、２組以上の前記入力側リンク機構に、前記入力部材を任意の位置で静止させることが可能な静止機構を設けるか、または２組以上の前記出力側リンク機構に、前記出力部材を任意の位置で静止させることが可能な静止機構を設けた操作機構。
【請求項７】
請求項６において、前記静止機構として、前記入力側リンク機構または出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転対偶の回転部に、固定側の端部リンク部材の回転を拘束することが可能な回転拘束手段を設けた操作機構。
【請求項８】
請求項６において、前記静止機構として、前記出力部材側から前記入力部材側への回転伝達を阻止し、前記入力部材側から前記出力部材側への回転伝達を許容するワンウェイクラッチを設けた操作機構。
【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、２組以上の前記入力側リンク機構または前記出力側リンク機構に、固定側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けた操作機構。
【請求項１０】
請求項９において、前記回転角検出手段の出力信号を順変換して前記出力部材の角度を算出する角度算出手段と、この角度算出手段により算出された出力部材の角度を表示する角度表示手段とを設けた操作機構。
【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、前記入力側リンク作動装置の前記入力側リンク機構の内側、または前記出力側リンク作動装置の前記出力側リンク機構の内側に、前記入力部材側から前記出力部材側へ回転を伝達する可撓性を有する可撓性ワイヤを設けた操作機構。
【請求項１２】
請求項１１において、前記可撓性ワイヤは、可撓性を有するアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けた構造とした操作機構。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２において、前記可撓性ワイヤに回転力を与える回転駆動源を、前記固定部材に設けた操作機構。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記固定部材を、１自由度以上の動作が可能な可動ステージに設置した操作機構。
【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を搭載する操作機構に関する。
【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いる。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、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操作機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の操作機構は、固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入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、前記各入力側リンク機構は、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固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定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、前記各出力側リンク機構は、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固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この構成の操作機構は、それぞれ３組以上のリンク機構を有する入力側と出力側の２つのリンク作動装置を備えたものであり、各リンク作動装置は、固定部材と入力部材、または固定部材と出力部材が互いに直交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、可動範囲を広くとれる。例えば、入力側リンク作動装置の場合、固定部材の中心軸と入力部材の中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、固定部材に対する入力部材の旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。出力側リンク作動装置についても同様である。
【０００９】
入力側リンク作動装置の入力部材を動かすと、２つ以上の回転伝達機構により、入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材の回転が、出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材に伝達されて、出力側リンク作動装置の出力部材が動作する。入力側リンク作動装置と出力側リンク作動装置は同じ構成であるため、入力部材と出力部材は同じ動きをする。そのため、例えば入力部材に設けた操作部材を操作して出力部材に設けた駆動装置を動作させる場合、操作部材の操作と駆動装置の動作が一致し、感覚的に操作しやすい。回転伝達機構の数を２つ以上としたのは、入力側リンク作動装置の動作に対する出力側リンク作動装置の動作を確定するのに必要なためである。
【００１０】
この発明において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに鏡面対称となる配置であって良い。
これにより、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材と出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転数が等しくなるように回転伝達機構を設置すると、入力側リンク作動装置の動作と出力側リンク作動装置の動作が互いに鏡面対称となり、操作者の動かしたい方向に動くことになり、操作性が良い。
【００１１】
前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構を上記配置とした場合、前記回転伝達機構は、前記入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転する入力側ギア部材と、前記出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転し、前記入力側ギア部材と同じ歯数で、同入力側ギア部材と互いに噛み合う出力側ギア部材とを有する構成とするのが良い。
この構成によると、入力側ギア部材と出力側ギア部材との噛み合いにより、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材から出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材へ回転を伝達するため、回転伝達機構での滑りが発生せず、確実に回転を伝達できる。入力側ギア部材と出力側ギア部材は同じ歯数であるため、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材と出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転数が等しくなり、入力側リンク作動装置から出力側リンク作動装置へ同じ運動を伝達することができる。
【００１２】
この発明において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに回転対称となる配置としても良い。
これにより、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材と出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転数が等しくなるように回転伝達機構を設置すると、入力側リンク作動装置の動作と出力側リンク作動装置の動作が互いに回転対称となり、操作者の動かしたい方向と反対側に動く。そのため、固定部材を支点にして操作する感覚になり、操作性が良い。
【００１３】
前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構を上記配置とした場合、前記回転伝達機構は、前記入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転する入力側プーリと、前記出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材と一体に回転し前記入力側プーリと同径の出力側プーリと、これら入力側プーリおよび出力側プーリに巻き掛けた伝動ベルトとを有する構成とするのが良い。
回転伝達機構を、上記入力側プーリと出力側プーリに巻き掛けた伝動ベルトにより、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材から出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材へ回転を伝達する構成とすれば、入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材と出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転数が等しくなり、入力側リンク作動装置から出力側リンク作動装置へ同じ運動を伝達することができる。
【００１４】
この発明において、２組以上の前記入力側リンク機構に、前記入力部材を任意の位置で静止させることが可能な静止機構を設けるか、または２組以上の前記出力側リンク機構に、前記出力部材を任意の位置で静止させることが可能な静止機構を設けるのが良い。
静止機構を設ければ、操作者が誤って入力部材から手を放してしまっても、出力部材の姿勢が一定に保たれ安全である。また、操作者が出力部材を一定な姿勢に保とうとする労力が省け、操作性が向上する。
【００１５】
前記静止機構として、前記入力側リンク機構または出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転対偶の回転部に、固定側の端部リンク部材の回転を拘束することが可能な回転拘束手段を設けても良い。
静止機構として回転拘束手段を設ければ、出力部材を任意の位置で静止させることが可能となる。
【００１６】
また、前記静止機構として、前記出力部材側から前記入力部材側への回転伝達を阻止し、前記入力部材側から前記出力部材側への回転伝達を許容するワンウェイクラッチを設けても良い。
静止機構としてワンウェイクラッチを設ければ、出力部材に作用する外力により操作が乱れることを防止でき、安全である。
【００１７】
この発明において、２組以上の前記入力側リンク機構または前記出力側リンク機構に、固定側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けるのが良い。
回転角検出手段を設ければ、この回転角検出手段の出力信号より、出力側リンク作動装置または出力側リンク作動装置の姿勢を算出することができる。
【００１８】
上記回転角検出手段を設ける場合、前記回転角検出手段の出力信号を順変換して前記出力部材の角度を算出する角度算出手段と、この角度算出手段により算出された出力部材の角度を表示する角度表示手段とを設けるのが望ましい。
角度算出手段および角度表示手段を設ければ、角度表示手段に表示される入力側リンク作動装置または出力側リンク作動装置の現在の姿勢を見ながら操作することが可能となり、操作性が向上する。
【００１９】
この発明において、前記入力側リンク作動装置の前記入力側リンク機構の内側、または前記出力側リンク作動装置の前記出力側リンク機構の内側に、前記入力部材側から前記出力部材側へ回転を伝達する可撓性を有する可撓性ワイヤを設けても良い。
可撓性ワイヤを設ければ、この可撓性ワイヤを介して、出力側リンク作動装置の出力部材に搭載した駆動装置を駆動することができる。そのため、出力部材に駆動装置を駆動するための回転駆動源を設ける必要がなくなり、出力部材と駆動装置とでなる可動部を軽量化できる。その結果、操作性が向上する。
【００２０】
前記可撓性ワイヤは、可撓性を有するアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けた構造とするのが良い。
可撓性ワイヤの回転軸となるインナワイヤをアウタチューブの内部に設けることで、インナワイヤを保護することができる。インナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間にばね要素を設けることにより、インナワイヤの固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤを高速回転させることが可能である。
【００２１】
前記可撓性ワイヤを設ける場合、この可撓性ワイヤに回転力を与える回転駆動源を前記固定部材に設けても良い。
可撓性ワイヤの回転駆動源を固定部材に設けることにより、可撓性ワイヤと回転駆動源とを余分な部品を使用せずに連結することができ、構造がコンパクトになる。
【００２２】
この発明において、前記固定部材を、１自由度以上の動作が可能な可動ステージに設置しても良い。
固定部材を可動ステージに設置すれば、入力部材や出力部材の可動範囲がより一層広がり、より幅広い操作が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の操作機構は、固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入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、前記各入力側リンク機構は、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固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定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、前記各出力側リンク機構は、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固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたため、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】この発明の一実施形態にかかる操作機構の一部を省略した正面図である。
【図２】同操作機構の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図３】（Ａ）は同操作機構の入力側リンク作動装置の一部を省略した正面図、（Ｂ）は同操作機構の出力側リンク作動装置の一部を省略した正面図である。
【図４】同入力側リンク作動装置の斜視図である。
【図５】同出力側リンク作動装置の斜視図である。
【図６】同入力側リンク作動装置の固定部材、固定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７】この発明の異なる実施形態にかかる操作機構の一部を省略した正面図である。
【図８】同操作機構の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。
【図９】（Ａ）は同操作機構の入力側リンク作動装置の一部を省略した正面図、（Ｂ）は同操作機構の出力側リンク作動装置の一部を省略した正面図である。
【図１０】この発明のさらに異なる実施形態にかかる操作機構の一部を省略した正面図である。
【図１１】（Ａ）は同操作機構の入力側リンク作動装置の一部を省略した正面図、（Ｂ）は同操作機構の出力側リンク作動装置の一部を省略した正面図である。
【図１２】同入力側リンク作動装置の固定部材、固定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１３】静止機構の一例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の断面図である。
【図１４】（Ａ）は静止機構の異なる例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の断面図、（Ｂ）はそのXIVＢ矢視図である。
【図１５】静止機構のさらに異なる例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の外形図である。
【図１６】出力側リンク作動装置の固定部材、固定側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図に姿勢検出機構を加えた概略構成図である。
【図１７】出力側リンク作動装置の各部の角度を示す斜視図である。
【図１８】この発明のさらに異なる実施形態にかかる操作機構の一部を省略した正面図である。
【図１９】この発明のさらに異なる実施形態にかかる操作機構の一部を省略した正面図である。
【図２０】（Ａ）は同操作機構の可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はXXＢ部拡大図、（Ｃ）はXXＣ部拡大図である。
【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および図２は、この実施形態にかかる操作機構のそれぞれ異なる状態を示す正面図である。この操作機構１は、入力側と出力側の２つのリンク作動装置２Ａ，２Ｂを備える。両リンク作動装置２Ａ，２Ｂの固定部材１４Ａ，１４Ｂが、それぞれ共通の固定台３に固定されている。広義では、２つの固定部材１４Ａ，１４Ｂと固定台３とを合わせたものも「固定部材」である。以下、この広義の固定部材を「広義固定部材４」とする。請求の範囲で言うところの「固定部材」は、「広義固定部材４」のことである。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、入力側リンク作動装置２Ａは、固定部材１４Ａに対し入力部材１５Ａを３組の入力側リンク機構１１Ａを介して姿勢変更可能に連結したものであり、図３（Ｂ）に示すように、出力側リンク作動装置２Ｂは、固定部材１４Ｂに対し出力部材１５Ｂを３組の出力側リンク機構１１Ｂを介して姿勢変更可能に連結したものである。両リンク作動装置２Ａ，２Ｂは、入力側リンク機構１１Ａと出力側リンク機構１１Ｂとが広義固定部材４に対し互いに鏡面対称となるように配置されている。この点を除けば、両リンク作動装置２Ａ，２Ｂは基本的に同じ構造である。なお、図１〜図３では、入力側および出力側の各３組のリンク機構のうち、それぞれ１組のリンク機構１１Ａ，１１Ｂのみが表示されている。
【００２７】
図４は入力側リンク作動装置２Ａの斜視図、図５は出力側リンク作動装置２Ｂの斜視図である。先に説明したように、両リンク作動装置２Ａ，２Ｂはリンク機構１１Ａ，１１Ｂが鏡面対称の配置であることを除けば同じ構造であるため、重複を避けるために、以下の説明では入力側リンク作動装置２Ａについて記し、入力側リンク作動装置２Ａと出力側リンク作動装置２Ｂとで名称や符号が異なる箇所についてのみ、出力側リンク作動装置２Ｂの名称や符号を括弧内に記すことにする。
【００２８】
入力側リンク作動装置２Ａ（出力側リンク作動装置２Ｂ）は、３組の入力側リンク機構１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ（出力側リンク機構１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ）を具備する。以下、各リンク機構１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ（１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ）を、「１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）」と表記する。これら３組のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）は、それぞれ幾何学的に同一形状をなす。すなわち、各リンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）は、後述の各リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｂ〜１３ｂ，１１ｃ〜１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状である。
【００２９】
各リンク機構１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ（１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ）は、固定側の端部リンク部材１１ａ，１２ａ，１３ａ、中央リンク部材１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ、および入力側（出力側）の端部リンク部材１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ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。以下、上記各リンク部材をそれぞれ「１１ａ〜１３ａ」、「１１ｂ〜１３ｂ」、「１１ｃ〜１３ｃ」と表記する。端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）における球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ（図３）は一致しており、また、その中心ＰＡ，ＰＣからの距離も同じである。端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとの連結部となる回転対偶軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。但し、３組のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）における中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの形状は幾何学的に同一である。
【００３０】
１組のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）は、前記固定部材１４Ａ（１４Ｂ）と、前記入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）と、これら固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）のそれぞれに回転可能に連結させた２つの端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと、両端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃのそれぞれに回転可能に連結されて両端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃを互いに連結する１つの中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂとを具備する。
【００３１】
この実施形態のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）は回転対称タイプで、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)および端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとの位置関係が、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの中心線Ａに対して回転対称となる位置構成になっている。図１は、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）の中心軸Ｂと入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)の中心軸Ｃとが同一線上にある状態を示し、図２は、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)の中心軸Ｃが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）の姿勢が変化しても、固定側と入力側（出力側）の球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌ（図３）は変化しない。
【００３２】
図６に示すように、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）は、その中心部に貫通孔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。固定部材１４Ａ（１４Ｂ）には、半径方向に延びる軸部材嵌挿用の貫通孔１８が円周方向等間隔で３個形成され、各貫通孔１８に複列の軸受１９を介して軸部材２０が嵌挿されている。入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）も同じ構造で、その中心部に貫通孔１６（図４、図５）が軸方向に沿って形成されている。
【００３３】
前記軸受１９は、例えば深溝玉軸受であって、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）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は固定部材１４Ａ（１４Ｂ）に固定され、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、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）から突出し、その突出ねじ部２０ａに端部リンク部材１１ａ，１２ａ，１３ａ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。固定部材１４Ａ（１４Ｂ）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により固定部材１４Ａ（１４Ｂ）から抜け止めされている。なお、軸受１９としては、図６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。
【００３４】
また、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）に設けられた３本の軸部材２０のうち、端部リンク部材１１ａ，１２ａが結合された２本の軸部材２０には、端部リンク部材１１ａ，１２ａとナット２３との間にギア部材２１Ａ（２１Ｂ）が軸部材２０と一体回転するように取付けられている。このギア部材２１Ａ（２１Ｂ）は、図１〜図５に図示されているように扇形の平歯車である。両ギア部材２１Ａ，２１Ｂは、同径同ピッチであり、対応するもの同士が互いに噛み合っている。
【００３５】
なお、軸部材２０と端部リンク部材１１ａ〜１３ａ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が可能である。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。また、軸部材２０とギア部材２１Ａ（２１Ｂ）とは、スプライン等により一体に回転するように結合される。
【００３６】
入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）は、軸部材２０の外側端部にギア部材２１Ａ（２１Ｂ）が設けられていない点を除いて、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）と同一構造である。軸部材２０の円周方向位置は等間隔でなくてもよいが、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)は同じ円周方向の位置関係とする必要がある。これら固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）は、３組のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）で共有され、各軸部材２０に端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃが連結される。
【００３７】
端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃはＬ字状をなし、一辺を固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)から突出する軸部材２０に結合し、他辺を中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂに連結する。端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃ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１１ｂ〜１３ｂ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１１ｂ〜１３ｂ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１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃ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１１ｂ〜１３ｂ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１１ｂ〜１３ｂの貫通孔２４に内嵌された外輪２６ａと、端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃ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１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃに対して中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂ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１１ｂ〜１３ｂから抜け止めされている。
【００４０】
図４（図５）に図示された前記リンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）において、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)の軸部材２０の角度、長さ、および端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃの幾何学的形状が固定側と入力側（出力側）で等しく、また、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂについても固定側と入力側（出力側）で形状が等しいとき、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの対称面に対して中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂと、固定部材１４Ａ(１４Ｂ)および入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）と連結される端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃとの角度位置関係を固定側と入力側（出力側）で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材１４Ａ（１４Ｂ）および端部リンク部材１１ａ〜１３ａと、入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)および端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃとは同じに動き、固定側と入力側（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１１ｂ〜１３ｂの対称面を等速二等分面という。
【００４１】
このため、固定部材１４Ａ(１４Ｂ)および入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）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１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより固定側と入力側（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１１Ａ〜１３Ａ（１１Ｂ〜１３Ｂ）における４つの回転対偶の回転部、つまり、端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと固定部材１４Ａ(１４Ｂ)および入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）との２つの連結部、および端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの２つの連結部に軸受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、連結部でのがたつきを抑えることができ、固定側と入力側（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】
この入力側リンク作動装置２Ａ（出力側リンク作動装置２Ｂ）の構成によれば、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）に対する入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)の可動範囲を広くとれる。例えば、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）の中心軸Ｂと入力部材１５Ａ(出力部材１５Ｂ)の中心軸Ｃの最大折れ角を約±９０°とすることができる。また、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）に対する入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。
【００４５】
また、この構成の入力側リンク作動装置２Ａ（出力側リンク作動装置２Ｂ）は、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および出力部材１５Ａ（１５Ｂ）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１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃと結合させて、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および出力部材１５Ａ（１５Ｂ）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、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）および出力部材１５Ａ（１５Ｂ）の外形を拡大することができる。そのため、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）を固定台３に取付けるための取付スペース、入力部材１５Ａに後述する操作部材６（図１、図２）を取付けるための取付スペース、および出力部材１５Ｂに駆動装置（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１および図２に示すように、入力側リンク作動装置２Ａに設けた前記２個の入力側ギア部材２１Ａと出力側リンク作動装置２Ｂに設けた前記２個の出力側ギア部材２１Ｂとは、互いに対応するもの同士が噛み合っている。両ギア部材２１Ａ，２１Ｂは、同じ歯数である。これら互いに噛み合う一対のギア部材２１Ａ，２１Ｂで、回転伝達機構５を構成する。すなわち、１つの操作機構１に付き、２組の回転伝達機構５が設けられている。この２組の回転伝達機構５により、入力側リンク機構１１Ａ，１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１ａ，１２ａの回転を出力側リンク機構１１Ｂ，１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１ａ，１２ａに伝達する。３組の入力側リンク機構１１Ａ〜１３Ａおよび出力側リンク機構１１Ｂ〜１３Ｂのうち２組に回転伝達機構５を設けたのは、入力側リンク作動装置２Ａの動作に対する出力側リンク作動装置２Ｂの動作を確定するのに必要なためである。３組の入力側リンク機構１１Ａ〜１３Ａおよび出力側リンク機構１１Ｂ〜１３Ｂの全て回転伝達機構５を設けても良い。
【００４７】
入力側リンク作動装置２Ａの入力部材１５Ａには、手動操作用の操作部材６が取付けられる。また、出力側リンク作動装置２Ｂの出力部材１５Ｂには、医療用マニピュレータ等の駆動装置（図示せず）が搭載される。操作機構１自体は、固定台３を固定構造物等に固定することで、固定状態に設置される。
【００４８】
操作部材６を操作して入力側リンク作動装置２Ａの入力部材１５Ａを動かすと、２組の回転伝達機構５により、入力側リンク機構１１Ａ，１２Ａの固定側の端部リンク部材１１ａ，１２ａの回転が、出力側リンク機構１１Ｂ，１２Ｂの固定側の端部リンク部材１１ａ，１２ａに伝達されて、出力側リンク作動装置２Ｂの出力部材１５Ｂが動作する。入力側リンク機構１１Ａ〜１３Ａと出力側リンク機構１１Ｂ〜１３Ｂは鏡面対称の配置であるため、入力部材１５Ａと出力部材１５Ｂは鏡面対称の動きをする。そのため、操作部材６の操作と出力部材１５Ｂに設けた駆動装置の動作が一致し、感覚的に操作しやすい。
【００４９】
回転伝達機構５は、入力側ギア部材２１Ａと出力側ギア部材２１Ｂとの噛み合いにより、入力側リンク機構１１Ａ，１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１ａから出力側リンク機構１１Ｂ，１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１ａへ回転を伝達する構成であるため、回転伝達機構５内での滑りが発生せず、確実に回転を伝達できる。入力側ギア部材２１Ａと出力側ギア部材２１Ｂは同じ歯数であるため、入力側リンク機構１１Ａ，１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１ａと出力側リンク機構１１Ｂ，１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１ａの回転数が等しくなり、入力側リンク作動装置２Ａから出力側リンク作動装置２Ｂへ同じ運動を伝達することができる。
【００５０】
図７〜図９は異なる実施形態を示す。この実施形態の操作機構１は、回転伝達機構５をベルト伝動機構としたものである。入力側リンク作動装置２Ａと出力側リンク作動装置２Ｂは同形同寸であって、固定台３に対して互いに回転対称となる配置で固定されている。そして、各固定部材１４Ａ，１４Ｂに設けられた各３本の軸部材２０のうち、端部リンク部材１１ａが結合された軸部材２０を含む２本の軸部材２０に、前記実施形態におけるギア部材２１Ａ，２１Ｂの代わりに同一径のプーリ３０Ａ，３０Ｂを設け、これらプーリ３０Ａ，３０Ｂに伝動ベルト３１をけさ掛けで掛けてある。上記プーリ３０Ａ，３０Ｂと伝動ベルト３１とで、回転伝達機構５を構成する。伝動ベルト３１は、歯付きのタイミングベルトとするのが好ましい。
【００５１】
この構成によると、入力側リンク機構１１Ａにおける固定側の端部リンク部材１１ａと出力側リンク機構１１Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１ａの回転数が等しく、入力側リンク作動装置２Ａから出力側リンク作動装置２Ｂへ同じ運動が伝達される。入力側リンク機構１１Ａ〜１３Ａと出力側リンク機構１１Ｂ〜１３Ｂは回転対称の配置としてあるため、入力側リンク作動装置２Ａの動作と出力側リンク作動装置２Ｂの動作の関係も互いに回転対称となる。つまり、操作部材６の操作方向と反対の方向に駆動装置（図示せず）が動き、固定台３を支点にして駆動装置を操作する感覚が得られる。駆動装置の種類や使用状況によっては、上記のように操作部材６の操作と駆動装置の動作が逆である方が、操作部材６の操作と出力部材１５Ｂの動作が同じであるよりも操作性が良いことがあり、その場合にこの実施形態の構成を採用すると良い。
【００５２】
図１０〜図１２はさらに異なる実施形態を示す。この実施形態の操作機構１は、固定部材１４Ａ，１４Ｂ、入力部材１５Ａ，および出力部材１５Ｂに対し端部リンク部材１１ａ〜１３ａ，１１ｃ〜１３ｃを支持する軸受１９（図１２）を外輪回転タイプとしたものである。入力側リンク作動装置２Ａの固定部材１４Ａと固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結部を例にとって説明すると、図１２に示すように、固定部材１４Ａの円周方向の３箇所に軸部３３が形成され、この軸部３３に複列で設けた軸受１９の内輪１９ｂが外嵌され、端部リンク部材１１ａ〜１３ａに形成された軸受支持部３４に軸受１９の外輪１９ａが内嵌している。つまり、内輪１９ｂは固定部材１４Ａに固定され、外輪１９ａが端部リンク部材１１ａ〜１３ａと共に回転する構造である。軸部３３の先端ねじ部３３ａに螺着したナット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いる。固定部材１４Ｂと固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結部、入力部材１５Ａと入力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃの連結部、および出力部材１５Ｂと出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃの連結部も、上記同様の構造である。
【００５３】
３本の固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうちの、端部リンク部材１１ａを含む２本の端部リンク部材に、入力側ギア部材２１Ａ（図１０、図１１（Ａ））が一体に形成されている。また、出力側リンク作動装置２Ｂの固定部材１４Ｂと固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結部には、出力側ギア部材２１Ｂ（図１０、図１１（Ｂ））が一体に形成されている。これら一対のギア部材２１Ａ，２１Ｂで、回転伝達機構５を構成する。ギア部材２１Ａ，２１Ｂは、端部リンク部材１１ａと別体とし、固定具（図示せず）により端部リンク部材１１ａに固定してもよい。
【００５４】
また、図例では、固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａに対し中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂを支持する軸受２６は、端部リンク部材１１ａ〜１３ａの軸受支持部３５に外輪２６ａが内嵌し、中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの軸部３６に内輪２６ｂが外嵌している。入力側および出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃと中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結部も、上記同様の構造である。
なお、固定部材１４Ａ，１４Ｂ、入力部材１５Ａ、および出力部材１５Ｂには、前記実施形態と同様に、中心部に軸方向に沿う貫通孔１６が形成されている。
【００５５】
図１３〜図１５に示すように、操作機構１に、入力側および出力側のリンク作動装置２Ａ，２Ｂを任意の姿勢で位置決めするための静止機構を設けても良い。
図１３の静止機構４３は、固定部材１４Ａに対し固定側の端部リンク部材１１ａを支持する軸受１９が外輪回転タイプである入力側リンク作動装置２Ａ（図１２）に設けた例であり、固定部材１４Ａの軸部３３に、端部リンク部材１１ａの側面に接触するように静止部材３７を螺着させてある。これにより、端部リンク部材１１ａと静止部材３７との摩擦力により、端部リンク部材１１ａの回転自由度が抑制される。このような静止部材３７を、３つの端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうち２つ以上に設ければ、リンク作動装置２Ａ，２Ｂの動きが抑制され、リンク作動装置２Ａ，２Ｂを任意の姿勢で固定することが可能になる。静止部材３７は、出力側リンク作動装置２Ｂに設けても良い。また、入力側または出力側の端部リンク部材（図示せず）の回転対偶部に設けても良い。いずれの場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。
【００５６】
図１４の静止機構４３も、前記軸受１９が外輪回転タイプである入力側リンク作動装置２Ａ（図１２）に設けた例であり、固定部材１４Ａの軸部３３に取付けられたギア３８と、このギア３８に係合可能なストッパ３９とで回転拘束手段４０を構成している。ストッパ３９は、端部リンク部材１１ａに固定した取付部材４１のストッパ保持孔４１ａ内に保持され、ばね４２により軸部３３の中心側に付勢されており、球状の先端部がギア３８の外周面に当接している。ストッパ３９の先端部がギア３８の溝に係合することで、端部リンク部材１１ａの回転自由度が抑制される。このような回転拘束手段４０を、３つの端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうち２つ以上に設ければ、リンク作動装置２Ａ，２Ｂの動きが抑制され、リンク作動装置２Ａ，２Ｂを任意の姿勢で固定することが可能になる。この回転拘束手段４０は、出力側リンク作動装置２Ｂに設けても良い。また、入力側または出力側の端部リンク部材（図示せず）の回転対偶部に設けても良い。いずれの場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。
【００５７】
図１５に示す静止機構４３は、固定部材１４Ｂに対し固定側の端部リンク部材１１ａを支持する軸受１９が内輪回転タイプである出力側リンク作動装置２Ｂ（図６）に設けた例であり、固定側の端部リンク部材１１ａの回転対偶部と回転伝達機構５を構成するギア部材２１Ｂとの間に、ワンウェイクラッチ４４を介在させてある。ワンウェイクラッチ４４は、回転伝達機構５からの入力時は回転を許容するが、端部リンク部材１１ａからの入力に対してはロックする機能を有する。これにより、出力側リンク作動装置２Ｂに力が作用した場合でも、入力側リンク作動装置２Ａに回転力が伝達されないため、リンク作動装置２Ａ，２Ｂはそのままの姿勢で保持される。つまり、出力部材１５Ａおよびこの出力部材１５Ａに搭載される駆動装置（図示せず）に外力が作用しても、操作が乱されることが無くて、安全である。
【００５８】
図１６は、リンク作動装置２Ａ，２Ｂの姿勢を検出する姿勢検出機構の概略構成図である。この姿勢検出機構５０は、出力側リンク作動装置２Ｂの３つの端部リンク部材１１ａ〜１３ａのうち２つ以上に設けられた回転角検出手段５１を有する。図例では、２つの回転角検出手段５１により、端部リンク部材１１ａ，１２ａの回転角を検出する。例えば、回転角検出手段５１はロータリエンコーダであり、固定部材１４Ｂにボルト５２で固定された取付部材５３に設置されている。そして、ロータリエンコーダである回転角検出手段５１の回転軸５１ａが、固定部材１４Ｂの軸部３３に設けた孔５４に固定状態で挿入されている。
【００５９】
上記２つの回転角検出手段５１の出力信号は、角度算出手段５５に送られる。角度算出手段５５は、上記出力信号より、リンク作動装置２Ａ，２Ｂの姿勢を表す折れ角θ（図１７）および旋回角φ（図１７）を算出する。折れ角θは、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）が傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、固定部材１４Ａ（１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１５Ａ（出力部材１５Ｂ）が傾斜した水平角度のことである。そして、算出された折れ角θおよび旋回角φを角度表示手段５６に表示する。このような姿勢検出機構５０を設ければ、角度表示手段５６に表示されるリンク作動装置２Ａ，２Ｂの姿勢を見ながら操作機構１を操作することができ、操作性が向上する。
【００６０】
なお、上記角度算出手段５５による折れ角θおよび旋回角φの算出は、下記の関係式を順変換することで行われる。順変換とは、端部リンク部材１１ａ〜１３ａの回転角度から折れ角θおよび旋回角φ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
ここで、βｎ（図１７におけるβ１，β２）は、固定部材１４Ａに回転自在に連結された固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの連結端における回転角である。γ（図１７）は、固定側の端部リンク部材１１ａに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸と、出力側の端部リンク部材１１ｃ〜１３ｃに回転自在に連結された中央リンク部材１１ｂ〜１３ｂの連結端軸とが成す角度である。δｎ（図１７におけるδ１，δ２，δ３）は、基準となる固定側の端部リンク部材１１ａに対する各固定側の端部リンク部材１１ａ〜１３ａの円周方向の離間角である。
【００６１】
図１８は、操作機構のさらに異なる実施形態を示す。この操作機構１は、図１に示す操作機構に相当する操作機構本体１ａを可動ステージ６０上に設置したものである。可動ステージ６０は、図の左右方向に延びるステージガイド６１に沿って摺動自在に設けられ、モータ等の駆動源６２の駆動によりステージガイド６１に沿って移動するようになっている。この構成とすることにより、操作機構１の自由度がさらに増し、より一層幅広い操作が可能となる。図７、図１０に示す操作機構を操作機構本体１ａとしても良い。
【００６２】
図１９は、操作機構のさらに異なる実施形態を示す。この操作機構１は、図７に示す操作機構の固定台３に回転駆動源６９を設置し、この回転駆動源６９の回転を、可撓性ワイヤ７０により出力側へ伝達するようにしたものである。可撓性ワイヤ７０は、出力側リンク作動装置２Ｂの固定部材１４Ｂおよび出力部材１５Ｂの各貫通孔１６に挿通させて設けられている。可撓性ワイヤ７０については、後で詳しく説明する。
【００６３】
このように固定台３に回転駆動源６９を設置すると、出力部材１５Ｂに駆動装置（図示せず）を搭載した場合、出力部材１５Ｂに駆動装置用の回転駆動源を設ける必要がなく、出力部材１５Ｂおよび駆動装置からなる可動部の軽量化を図れる。それにより、操作性が向上し、駆動装置の位置決め精度を高められる。可撓性ワイヤ７０は可撓性を有するため、出力側リンク作動装置１Ｂの姿勢を変化させても、回転駆動源６９の回転を確実に駆動装置に伝達することができる。各リンク機構１１Ｂ〜１３Ｂの姿勢が変化しても、固定側と出力側の球面リンク中心間の距離Ｌが変化しないため、可撓性ワイヤ７０に大きなアキシアル力（引張り力）が作用することがない。また、可撓性ワイヤ７０は、固定部材１４Ｂおよび出力部材１５Ｂの各貫通孔１６に挿通して設けられているため、取り回しが容易であり、操作時の邪魔にならない。
【００６４】
図２０に、可撓性ワイヤ７０の一例の構造を示す。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。
【００６５】
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。
【００６６】
前記アウタチューブ７１の両端には、このアウタチューブ７１を他の部材に結合する継手７５が設けられている。継手７５は、雄ねじ部材７６と雌ねじ部材８３とで構成される。
雄ねじ部材７６は、内周に貫通孔７７が形成された筒状の部材であって、軸方向中央部の外周に雄ねじ部７８が形成されている。雄ねじ部材７６の軸方向の一方端には、内径および外径が同一径で軸方向に延びる円筒部７９が設けられている。この円筒部７９の外径は、アウタチューブ７１の内径部に嵌合する寸法とされている。また、軸方向の他方端には、外径側に拡がるフランジ部８０が設けられている。このフランジ部８０は他の部材に結合する結合手段であって、円周方向複数箇所に、ボルト等の固定具を挿入するための通孔８１が形成されている。前記貫通孔７７は、円筒部７９側からフランジ部８０側に向かって、小径部７７ａ、中径部７７ｂ、大径部７７ｃの順に段階的に内径が大きくなっている。中径部７７ｂには、インナワイヤ７２を回転自在に支持する転がり軸受８２が嵌め込まれる。
【００６７】
雌ねじ部材８３は、円筒状部８４と、この円筒状部８４の一端から内径側へ延びるつば状部８５とを有する筒状の部材であって、円筒状部８４の内周先端側に、前記雄ねじ部材７６の雄ねじ部７８に螺合する雌ねじ部８６が形成されている。つば状部８５の内径は、アウタチューブ７１が外周に嵌合する寸法とされている。
【００６８】
アウタチューブ７１を他の部材に結合する際には、まず、雄ねじ部材７６の円筒部７９をアウタチューブ７１の内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材８３のつば状部８５をアウタチューブ７１の同一端の外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材７６の雄ねじ部７８と雌ねじ部材８３の雌ねじ部８６とを螺合させる。これにより、雄ねじ部材７６の円筒部７９と雌ねじ部材８３のつば状部８５とで、アウタチューブ７１の一端を内外から挟み込んで固定する。インナワイヤ７２は、雄ねじ部材７６の貫通孔７７に挿通し、貫通孔７７の中径部７７ｂに嵌め込んだ転がり軸受８２によって支持させる。次いで、雄ねじ部材７６のフランジ部８０を、回動駆動源６９や駆動装置（図示せず）等の結合対象に結合する。この結合は、通孔８１に挿通したボルト等の固定具(図示せず)によって行う。以上で、アウタチューブ７１と他の部材との結合が完了し、図２０の状態となる。
【００６９】
この状態から、雄ねじ部７８と雌ねじ部８６の螺合を外すことで、雄ねじ部材７６の円筒部７９および雌ねじ部材８３のつば状部８５による拘束からアウタチューブ７１が解放され、アウタチューブ７１と結合対象部材との結合が解除される。これらアウタチューブ７１と他の部材との結合操作およびその解除操作は容易である。
【００７０】
また、アウタチューブ７１と継手７５を結合した状態で、雄ねじ部材７６の結合手段（フランジ部８０）により可撓性ワイヤ７０と他の部材との結合操作および解除操作を行っても良い。これら可撓性ワイヤ７０と他の部材との結合操作およびその解除操作はさらに容易となる。
【００７１】
前記インナワイヤ７２の入力端７２ａおよび出力端７２ｂには、回転軸と連結するカップリング８９が設けられている。インナワイヤ７２の入力端７２ａに連結される回転軸は前記回転駆動源６９の出力軸６９ａであり、インナワイヤ７２の出力端７２ｂに連結される回転軸は後記減速機９２の入力軸９２ａである。以下の説明では、回転駆動源６９の出力軸６９ａおよび減速機９２の入力軸９２ａをまとめて回転軸８８とする。
【００７２】
図例のカップリング８９は、軸方向に貫通する貫通孔８９ａを有し、この貫通孔８９ａと外周との間に軸方向に離れて２つのねじ孔８９ｂを設けてある。前記貫通孔８９ａにインナワイヤ７２および回転軸８８を両側から挿入し、ねじ孔８９ｂに螺着したボルト等のねじ部材（図示せず）の先端をインナワイヤ７２および回転軸８８に押し付けることで、これらインナワイヤ７２および回転軸８８をカップリング８９に固定して、インナワイヤ７２と回転軸８８とを連結する。
【００７３】
可撓性ワイヤ７０の出力側には、インナワイヤ７２の回転を減速する減速機９２が設けられている。この減速機９２は、減速機ハウジング９２ｃの前後にそれぞれ突出する入力軸９２ａと出力軸９２ｂを回転自在に支持し、減速機ハウジング９２ｃ内に、入力軸９２ａの回転を減速して出力軸９２ｂに伝達する回転減速伝達系（図示せず）を設けたものである。図例では、入力軸９２ａと出力軸９２ｂとが同一軸上に配置されている。減速機９２の回転減速伝達系としては、遊星歯車機構、波動歯車（ハーモニックドライブ）等が採用される。減速機９２の入力軸９２ａは、カップリング８９を介してインナワイヤ７２の出力端７２ｂに連結される。減速機９２の出力軸９２ｂは、外部の駆動装置（図示せず）に連結される。
【００７４】
この構成の可撓性ワイヤ７０は、インナワイヤ７２の出力側にこのインナワイヤ７２の回転を減速して出力する減速機９２を設けたため、インナワイヤ７２で伝達するトルクが小さくても、大きなトルクを発生できる。インナワイヤ７２で伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤ７２を使用することができる。そのため、コンパクトな構造で、可撓性の高い可撓性ワイヤ７０を実現できる。また、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】
【００７５】
１…操作機構
１ａ…操作機構本体
２Ａ…入力側リンク作動装置
２Ｂ…出力側リンク作動装置
３…固定台
４…広義固定部材
５…回転伝達機構
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ…入力側リンク機構
１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ…出力側リンク機構
１１ａ，１２ａ，１３ａ…固定側の端部リンク部材
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…中央リンク部材
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ…入力側または出力側の端部リンク部材
１４Ａ，１４Ｂ…固定部材
１５Ａ…入力部材
１５Ｂ…出力部材
２１Ａ，２１Ｂ…ギア部材
３０Ａ，３０Ｂ…プ―リ
３１…伝動ベルト
４０…回転拘束手段
４３…静止機構
４４…ワンウェイクラッチ
５１…回転角検出手段
５５…角度算出手段
５６…角度表示手段
６０…可動ステージ
６９…回転駆動源
７０…可撓性ワイヤ
７１…アウタチューブ
７２…インナワイヤ
７３…転がり軸受
７４Ｉ，７４Ｏ…ばね要素
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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