(57)【要約】      （修正有）【課題】姿勢を任意に決定でき、占有体積が小さく変化せず、大きな荷重を許容できるリンク機構を提供する。【解決手段】リンク機構１は、基部材2と、先端部材3と、複数のリンク11A、11B、11C、12A、12B、12Cと、複数の回転軸10A1、10B1、10C1、11A1、11C1、12A1、12B1、12C1とを備え、基部材と先端部材とリンクとのうちの何れか２つは、それぞれ回転軸を介して互いに回転自在に接続され、複数の回転軸は、空間上の一点0を通る配置とされ、基部材の中心と、先端部材の中心と、基部材と先端部材とが接続される一組のリンク11A・12A、11B・12B、11C・12Cとを一平面状に配置した場合、基部材の中心と先端部材の中心とは、一組のリンクを介した側の一点0周りの角度が１８０度を超え、基部材と先端部材とは、一点0を中心とする球状の軌跡を描いて移動する。【選択図】図１
2016223482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部材と、
先端部材と、
複数のリンクと、
複数の回転軸とを備え、
前記基部材と前記先端部材と前記リンクとのうちの何れか２つは、それぞれ前記回転軸を介して互いに回転自在に接続され、
前記複数の回転軸は、空間上の一点を通る配置とされ、
前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、前記基部材と前記先端部材とが接続される一組の前記リンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、前記一組のリンクを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度であり、
前記基部材と前記先端部材とは、前記一点を中心とする球状の軌跡を描いて移動する
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項２】
３つの第１の回転軸が設けられる基部材と、
３つの第３の回転軸が設けられる先端部材と、
前記基部材に前記３つの第１の回転軸を介してそれぞれ一方側が回転自在に接続される３つの第１のリンクと、
前記先端部材に前記３つの第３の回転軸を介してそれぞれ一方側が回転自在に接続される３つの第２のリンクと、
前記３つの第１のリンクのそれぞれの他方側と、前記３つの第２のリンクのそれぞれの他方側とが互いに回転自在に接続される３つの第２の回転軸とを備え、
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸と前記第３の回転軸とは、それぞれ空間上の一点を通る配置とされ、
前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、互いに接続される一組の前記第１のリンクと前記第２のリンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、当該一組の前記第１のリンクと前記第２のリンクとを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度である
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項３】
基部材と、
前記基部材の外縁部を略三等分して互いに間隔をおいて配置され、第１の回転軸が空間上の１点で交わるように備えられる３つのアクチュエータと、
前記３つのアクチュエータにそれぞれ取り付けられる３つの第１のリンクと、
前記３つの第１のリンクの前記アクチュエータとの接続部のそれぞれ反対側にそれぞれ回転自在であって前記空間上の１点を通るように配置される３つの第３の回転軸と、
前記第３の回転軸を介して、前記３つの第１のリンクにそれぞれ回転自在に備えられる３つの第２のリンクと、
外縁部を略３等分した位置に前記第２のリンクにおける前記第1のリンクが接続される反対側の端部が回転自在に取り付けられる第２の回転軸が設けられ、前記第２の回転軸は前記空間上の１点を通るように配置される先端部材とを備える
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項４】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記基部材と、前記先端部材とは、前記空間上の１点に対して略逆方向に配置される
ことを特徴としたリンク機構。
【請求項５】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記基部材と、前記先端部材とは、前記空間上の1点に対して略同方向に配置される
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項６】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記先端部材に前記空間上の１点とは逆の方向を向いて撮像する撮像手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項７】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記先端部材に前記空間上の１点とは逆の方向を向いて撮像する撮像手段を備え、
前記撮像手段の撮像素子と前記空間上の１点の位置とが一致するように配置されている
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項８】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記先端部材に前記空間上の１点の方向を向いて撮像する撮像手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。
【請求項９】
請求項３に記載のリンク機構において、
前記先端部材または前記基部材に前記空間上の１点付近を把持中心とするような物体把持手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リンク機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットのエンドエフェクタの姿勢制御や、カメラやセンサの姿勢制御には様々な機構が用いられている。
一般に、互いに独立する回転自由度を備えたアクチュエータを直列に接続し、２自由度もしくは３自由度を有する機構が一般的に用いられている。この構成の場合、先端に加わる荷重が直列の全てのアクチュエータにも加わる。
【０００３】
そのため、各アクチュエータのバックラッシやアクチュエータ毎の変位がアクチュエータの数だけ重畳し、所望の先端の位置精度や剛性が得られない恐れがある。これらの課題を解決するため、アクチュエータを直列ではなく並列に構成し、先端の位置精度や剛性を高めた技術として、例えば以下の特許文献１に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１４６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される方法は、ロボットの手首に同軸にそれぞれ回転可能な３組のレバーを備え、レバーの先端にそれぞれ第２のリンクを回転可能に備える。そして、第２のリンクの逆端を先端リンクと接続することにより任意に先端リンクの姿勢を決定可能なロボットハンドの技術が開示されている。
ところで、従来の特許文献１の技術では最も荷重のかかる手首側の軸が同軸で構成されているため、ロボットのハンド先端に大きな荷重がかかるとモーメントが大となる。従って、比較的大きな荷重が加わる適用先では所望のハンド先端での精度および剛性が得られない恐れがある。
【０００６】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、姿勢を任意に決定でき、占有体積が小さくかつ変化せず、大きな荷重を許容できるリンク機構の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明のリンク機構は、基部材と、先端部材と、複数のリンクと、複数の回転軸とを備え、前記基部材と前記先端部材と前記リンクとのうちの何れか２つは、それぞれ前記回転軸を介して互いに回転自在に接続され、前記複数の回転軸は、空間上の一点を通る配置とされ、前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、前記基部材と前記先端部材とが接続される一組の前記リンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、前記リンクを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度であり、前記基部材と前記先端部材とは、前記一点を中心とする球状の軌跡を描いて移動している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、姿勢を任意に決定でき、占有体積が小さくかつ変化せず、大きな荷重を許容できるリンク機構を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施形態１のリンク機構の全体斜視図。
【図２】実施形態１のリンク機構１の基本構成の模式的斜視図。
【図３】実施形態１のリンク機構１が自在に運動できるための条件を示す基本構成の模式的斜視図。
【図４】実施形態１のリンク機構の制御システム構成図。
【図５】(a)、(b)は実施形態１のリンク機構の動作を表す斜視図。
【図６】リンク機構へのカメラの搭載位置を示す断面図であり、図1に示すリンク機構1を、Z軸を通る一つの面で切断した断面図。
【図７】（a）はリンク機構の構成をステレオカメラシステムに適用した場合を示す平面図、（b）はリンク機構を適用したステレオカメラシステムを車両に搭載した例を示す斜視図。
【図８】本発明に係る実施形態２のリンク機構の全体斜視図。
【図９】(a)、(b)は実施形態２のリンク機構の動作を表す斜視図。
【図１０】本発明に係る実施形態３のリンク機構の全体斜視図。
【図１１】(a)、(b)は本発明に係る実施形態３のリンク機構をハンドとして実際に適用する場合を表す図。
【図１２】リンク機構を腹腔鏡に適用した例を示す模式的斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、カメラの方向を可変とするマウントやロボットのハンドの駆動機構等を構成するためのリンク機構に係るものである。
【００１１】
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明に係る実施形態１のリンク機構の全体斜視図である。なお、説明の便宜上、図１の左下に示す向きをX軸、Y軸、Z軸と定義する。そして、X軸、Y軸、Z軸それぞれ周りの回転をロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）という。
実施形態１のリンク機構１は、基部２と、基部２の外縁部を略３分割する位置にそれぞれ駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを備える。
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、それぞれの出力軸10A1、10B1、10C1を回転駆動させるアクチュエータである。
【００１２】
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、例えば電動モータ（ステッピングモータやブラシレスモータ、超音波モータ等）のような動力源と、減速機と角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータ等）を内蔵している。駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、制御装置１１（図４参照）から回転角度を制御される。また、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの出力軸10A1、10B1、10C1は、基部２のZ方向上部に離間した空間上の１点で交わるように構成されている。この空間上の１点を以下では中心点O（オー）と称す。
【００１３】
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部には、それぞれ第１リンク11A、11B、11Cの一方側が固定されている。第１リンク11A、11B、11Cの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとの接続部の長手方向逆端である他方側の端部には、それぞれ第２リンク12A、12B、12Cが回転可能に備わっている。第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとが回転可能に接続される回転軸11A1、11B1、11C1は、中心点Oを通るように構成されている。
【００１４】
第２リンク12A、12B、12Cそれぞれの第１リンク11A、11B、11Cが接続される長手方向逆端である他方側の端部には、先端部３が回転可能に接続されている。
先端部３はその外縁部を略３分割する位置に回転軸12A1、12B1、12C1を備えている。回転軸12A1、12B1、12C1を介して、先端部３と第２リンク12A、12B、12Cとがそれぞれ回転可能に接続される。回転軸12A1、12B1、12C1は、中心点Oを通るように構成されている。
【００１５】
本構成により、基部２は、第１リンク11A、11B、11Cに駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）を介して、回動自在に接続され支持される。前記したように、回転軸10A1、10B1、10C1は、いづれも中心点Oを通る。そのため、基部2は、中心点Oを中心とする回転運動を行い、基部２の各点は、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
そのため、基部２に固定されるものは、中心点O周りの回転運動を行い、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
【００１６】
同様に、先端部３は、第２リンク12A、12B、12Cにそれぞれ回転軸12A1、12B1、12C1を介して、回動自在に接続され支持される。前記したように、回転軸12A1、12B1、12C1は、いづれも中心点Oを通る。その結果、先端部３は、中心点Oを中心とする回転運動を行い、先端部３の各点は中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
そのため、先端部３に固定されるものは、中心点O周りの回転運動を行い、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
【００１７】
先端部３には、Z方向上向き（Z軸の＋向き）に視野を持つカメラ４を備えている。換言すれば、先端部３に、レンズ４ｒがZ方向上向き（Z軸の＋向き）のカメラ４を備えている。カメラ４はその撮像素子４ｓの略中心４ｓ１が中心点Oの位置になるように配置されている。そのため、カメラ４は撮像素子４ｓの略中心４ｓ１（中心点O）周りに回動する。換言すれば、カメラ４のレンズ４ｒと撮像素子４ｓの略中心４ｓ１（中心点O）までの距離は、カメラ４のリンク機構１による回転運動に拘わらず、一定である。
【００１８】
基部2には、カメラ４や駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの制御用電線や駆動電源ケーブル等の配線５を通すための穴2aが形成されている。配線５を基部2の穴2aに通すことにより、第1リンク11A、11B、11Cや第2リンク12A、12B、12Cの動作時に配線５が干渉することを抑制できる。
リンク機構１の構成について模式図の図2、図3を用いて、再度説明する。
【００１９】
図2は、実施形態１のリンク機構の基本構成の模式的斜視図である。なお、図2では、駆動アクチュエータ等を省略して示している。
リンク機構１は、一方側に配置される基部２と、他方側に配置される先端部３とを備えている。
基部２の外縁部には、回転軸10A1、10B1、10C1が略３等分割した位置に配設されている。先端部３の外縁部には、回転軸12A1、12B1、12C1が略３等分割した位置に配設されている。
【００２０】
回転軸10A1を介して、基部２と第１リンク11Aの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Aの他方端部には、回転軸11A1が配設される。回転軸11A1を介して、第１リンク11Aの他方端部と第２リンク12Aの一方端部とが回転自在に接続される。第２リンク12Aの他方端部は、回転軸12A1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
【００２１】
同様に、基部２の回転軸10B1を介して、基部２と第１リンク11Bの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Bの他方端部には、回転軸11B1が配設される。回転軸11B1を介して、第１リンク11Bの他方端部と第２リンク12Bの一方端部とが回転自在に接続される。第２リンク12Bの他方端部は、回転軸12B1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
【００２２】
同様に、回転軸10C1を介して、基部２と第１リンク11Cの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Cの他方端部には、回転軸11C1が配設される。回転軸11C1を介して、第１リンク11Cの他方端部と第２リンク12Cの一方端部がが回転自在に接続される。第２リンク12Cの他方端部は、回転軸12C1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
【００２３】
つまり、第１リンク11Aと第２リンク12Aとは、回転軸11A1を介して回転自在に接続される。第１リンク11Bと第２リンク12Bとは、回転軸11B1を介して回転自在に接続される。第１リンク11Cと第２リンク12Cとは、回転軸11C1を介して回転自在に接続される。
【００２４】
そして、基部２と先端部３とは、基部２の回転軸10A1、10B1、10C1と先端部３の回転軸12A1、12B1、12C1とに、それぞれ第１・第２リンク11A 、12Aと、第１・第２リンク11B 、12Bと、第１・第２リンク11C 、12Cとの３組のリンクが回転自在に接続されている。
【００２５】
前記したように、回転軸10A1、10B1、10C1と回転軸11A1、11B1、11C1と回転軸12A1、12B1、12C1とは、それぞれ中心点Oを通るように配置されている。
図3は、実施形態１のリンク機構が自在に運動できるための条件を示す基本構成の模式的斜視図である。なお、図3では、駆動アクチュエータ等を省略して示している。
【００２６】
リンク機構１が自在に運動できるためには、図3に示すように、１組のリンクと、基部２の中心部2Oと、先端部３の中心部3Oとを１平面（平面状）に配置した場合に、当該１平面内において、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが、１組のリンクを介して中心点O周りに成す角θが１８０度を超える必要がある。ここで、１組のリンクとは、第１リンク11Aと第２リンク12A、または、第１リンク11Bと第２リンク12B、または、第１リンク11Cと第２リンク12Cである。
【００２７】
なお、図3では、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが、第１リンク11Cと第２リンク12Cとを介して１平面に位置し、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが第１リンク11Cと第２リンク12Cとを介して、中心点O周りに１８０度を超える角度θを成す場合を示している。
【００２８】
図4に、実施形態１のリンク機構の制御システム構成図を示す。
制御装置11は、人間による入力動作もしくは教示入力データ（制御情報）等の先端部３の姿勢に対する指令手段11Sの情報を基に駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの出力角度を演算する。演算結果に基づき、制御装置11は、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cに位置や速度の情報を出力する。また、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cから位置情報を取得し、先端部３の姿勢を演算することも可能である。具体的には、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータ等）の位置情報を基に、第１リンク11A、11B、11Cの各長さ、第２リンク12A、12B、12Cの各長さや、第１リンク11A、11B、11Cの接続位置情報、第２リンク12A、12B、12Cの接続位置情報等から、先端部３の姿勢を演算する。
【００２９】
リンク機構1において、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）の位置を制御すると、それぞれ回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）に固定される第１リンク11A、11B、11Cが独立して回動する。それに伴い、第１リンク11A、11B、11Cに回動自在に接続される第２リンク12A、12B、12Cを介して、第２リンク12A、12B、12Cにそれぞれ回動自在に接続される先端部３の姿勢が一意に決定される。
【００３０】
図5(a)、(b)に、実施形態１のリンク機構の動作を表す斜視図を示す。
図5(a)、(b)に示すように、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cに駆動される第１リンク11A、11B、11Cの位置の組み合わせにより、先端部３は、可動範囲内の任意の姿勢をとることが可能である。可動範囲内とは、先端部３が中心点O周りに回動する範囲をいう。なお、図5(a)、(b)では、駆動アクチュエータ10B、第１リンク11Bは陰になっており、図示していない。
【００３１】
本構成により、基部２に対して先端部３を動作させる際に駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの様な比較的重量の大きい部品を移動させることなく、リンク部材の第１リンク11A、11B、11C、第２リンク12A、12B、12Cのような比較的軽量な部品のみを駆動するだけで済む。
【００３２】
そのため、先端部３の動作に係る駆動トルクを低減することができ、可動部の慣性が小さいため、リンク機構１を高速に動作させることができる。駆動トルクは、駆動対象の重量に比例するので、駆動対象の重量に比例して駆動トルクを低減できる。
可動部の重量が小さいと可動部の質量mが小さいため、慣性力F∝質量mの関係から、可動部の慣性力Fが小さく、可動部を高速に動作させることができる。
【００３３】
また、先端部３を、3組のリンク（第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの3組）で基部２と接続するため、先端部３の動作に係る慣性力による荷重を分散させることができる。また、3組の第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの何れかの強度を上げることで、剛性（stiffness）を高くすることが可能であり、殆ど変形を発生することなく高精度な位置決めが可能となる。
【００３４】
また、第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cの形状を、中心点Oを中心とする球に近い形状とすると、第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cをどのように動作させても中心点Oを中心とする球に近い軌跡で移動し、外形寸法がほとんど変化しない。そのため、占有スペースが第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cを配置した球状に近いスペースで済み、リンク機構１を簡易に狭い場所へ設置することができる。
【００３５】
図6はリンク機構１へのカメラ４の搭載位置を示す断面図である。図6は、図1に示すリンク機構1を、Z軸を通る一つの面で切断した断面図である。
先端部３がどのような姿勢を取ろうとも先端部３の各点は中心点Oを中心とする球状の軌跡を描いて移動する。そのため、先端部３の各点と中心点Oとの距離は一定である。
【００３６】
そこで、先端部３に搭載されるカメラ４の撮像素子4sの中心4s1を中心点Oに一致させるように搭載すると先端部３がどのような姿勢をとろうともカメラ４の撮像素子4sの位置は変化しない。つまり、カメラ４の撮像素子4sは、その中心4s1（中心点O）周りに３次元の回転運動をするだけである。
【００３７】
そのため、例えば、移動体のリンク機構１に、上述のカメラ４を搭載して周囲物体との距離を測定する用途に用いる場合、カメラ４がどのような姿勢をとろうとも、カメラ４の撮像素子4sの中心4s1は中心点Oにあるので、距離を測定する際の計算負荷を減らすことができる。つまり、カメラ４でいろんな方向を見ても、焦点距離が変わらず、カメラ４を動かしても、焦点を合わせたまま撮像できる。
【００３８】
基部２と先端部３とは、空間上の中心点Oに対して略逆方向に配置されるので、リンク機構１に搭載したカメラ４で、内側のものを見ることができる。先端部３が空間上の中心点Oに対して基部２とは逆に配置されるので、リンク機構１の内側に、先端部３に取り付けたものまたは基部２に取り付けたものを入れることができる。
【００３９】
また、アクチュエータ10A、10B、10Cで先端部３の位置を自由に決められる。先端部３の荷重を、第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの３組のリンクで分割して保持できる。
また、リンク機構１により、中心点Oを中心とする回転運動を行うことができる。
【００４０】
以上より、リンク機構１は、先端リンクの先端部３の姿勢を任意に決定可能であり、さらに占有体積が小さく、かつ占有体積がほぼ変化しない。また、リンク機構１は、3組のリンクにて分散して、先端部３または基部２に取り付けられる荷重を支えるので大きな荷重を許容できる３自由度機構を実現できる。
【００４１】
＜ステレオカメラシステムCs＞
リンク機構1に搭載したカメラ４をステレオカメラシステムCsに適用した場合について説明する。
図7（a）は、リンク機構1の構成をステレオカメラシステムに適用した場合を示す平面図であり、図7（b）は、リンク機構を適用したステレオカメラシステムを車両に搭載した例を示す斜視図である。
【００４２】
図7（a）に示すように、2つのリンク機構1A、1Bにそれぞれ搭載したカメラ4A、4Bの位置を離間して配置し、ステレオカメラシステムCsとして用いることができる。ステレオカメラシステムCsでは、２つのカメラ4A、4Bの視差を利用して対象物Obまでの距離を測定する。
【００４３】
この際、リンク機構1Aのカメラ4Aが搭載される先端部3aの向きを変化させるか、または／および、リンク機構1Bのカメラ4Bが搭載される先端部3bの向きを変化させても、先端部3a、3bに搭載される２つのカメラ4A、4Bの撮像素子4as、4bsの間の距離ｓ２は変化しないため、対象物Obまでの距離を計算する際の計算量を減ずることができる。図７（b）では、2つのリンク機構1Ａ、１Ｂにカメラ4A、4Bをそれぞれ搭載したステレオカメラシステムCsを、車両に搭載した例を示している。
【００４４】
これにより、自動ブレーキ機構、自動運転等において、対象物Obまで距離を計算する際の計算量が減ぜられる。従って、ステレオカメラシステムCsのハードウェア資源が削減され、システムの簡素化を図ることができる。
【００４５】
＜＜実施形態２＞＞
図８は、本発明に係る実施形態２のリンク機構の全体斜視図である。図９(a)、(b)は、実施形態２のリンク機構の動作を表す斜視図である。
実施形態１のリンク機構１では、先端部３にZ方向上向きに視野を持つカメラ４を備えた例を説明した。
実施形態２のリンク機構２１は、Z方向下向きに視野を持つカメラ５を先端部３に備えている。つまり、カメラ５はZ方向下向きのレンズ５ｒを有している。
【００４６】
そして、リンク機構２１は、中心点Oに観察対象７が位置して固定できるように観察台６を基部２に備えている。観察台６は、通常、観察対象７における観察対象部７oが中心点Oとなるべく一致できるように、Z方向に昇降可能なテーブルとして構成するのが望ましい。
【００４７】
この構成とすることで、図９(a)、(b)に示すように、カメラ５と中心点Oに位置する観察対象７の観察対象部７oとの距離が変化しないため、連続撮像で高精細に観察対象７のデータ（情報）を取得可能となる。先端部３側に取り付けられる撮像素子の焦点距離が変わらないため、カメラ５でいろんな方向から観察対象７を見ても焦点距離が変わらない。カメラ５を動かしても、焦点合わせを行うことなく、撮像できる。
【００４８】
また、リンク機構２１を稼働させることで、観察対象７の観察対象部７oをカメラ５で観察台６の方向を除くいろんな方向から撮像することができる。
加えて、カメラ５の重量を３つのアクチュエータ10A、10B、10Cで受け持てるので、アクチュエータ10A、10B、10Cを小さくできる。静力学的には、カメラ５の重量を３分割してアクチュエータ10A、10B、10Cで受け持てる。
そして、リンク機構２１に搭載したカメラ５をいろんな所に動かしても位置ずれがない。
【００４９】
＜＜実施形態３＞＞
図１０は、本発明に係る実施形態３のリンク機構の全体斜視図である。
実施形態３のリンク機構３１は、基部２と、基部２の外縁部を略３分割する位置にそれぞれ駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとを備えている。
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの出力軸の回転軸10A1、10B1、10C1は中心点Oを通るように構成されている。
【００５０】
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部である回転軸10A1、10B1、10C1には、それぞれ第１リンク11A、11B、11Cが固定されている。
第１リンク11A、11B、11Cのそれぞれの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとの接続部の長手方向反対側に位置する他方側の端部の回転軸11A1、11B1、11C1には、第２リンク12A、12B、12Cがそれぞれ回転可能に備えられている。
【００５１】
第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとを接続する回転軸11A1、11B1、11C1は、中心点Oを通る構成である。第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとは折り返すように構成されている。そして、第２リンク12A、12B、12Cにおける第１リンク11A、11B、11Cとの接続部の回転軸11A1、11B1、11C1に対して反対側に位置する長手方向の他方側の端部には、先端部３が回転可能に接続されている。
【００５２】
先端部３は、その外縁部を略３分割する位置にそれぞれ回転可能な接続部の回転軸12A1、12B1、12C1を備えている。先端部３の回転軸12A1、12B1、12C1には、それぞれ第２リンク12A、12B、12Cが回転可能に接続されている。回転軸12A1、12B1、12C1は、中心点Oを通るように構成されている。
【００５３】
ところで、実施形態１の先端部３は中心点Oを基準に基部2の反対側（略逆側）に配置していたが、実施形態３では基部２と同じ側に配置している。先端部３には、ハンドを成す指20Aと指20Bを備えている。指20Aおよび指20Bの長さおよび位置は、中心点O付近で物体を把持可能なように決定されている。先端部３の内部に指20Aおよび指20Bを開閉（把持および開放）駆動するアクチュエータを備えている。そして、制御装置11（図４参照）からの指令により指20Aと指20Bとが開閉駆動される。
【００５４】
図１１(a)、(b)は本発明に係る実施形態３のリンク機構をハンドとして実際に適用する場合を表す図である。
実施形態３のリンク機構をハンド（指20Aと指20B）として実際に使用する場合、図１０でZ方向上向きとしたハンド（指20Aおよび指20B）の向きを下向きにして、主に物体8の把持に用いる。図１１(a)、(b)に示すように、リンク機構３１に搭載したハンド（指20Aと指20B）を用いると、どのような姿勢に先端部３を駆動してもハンド（指20Aと指20B）の把持中心は常に同じ座標にあるため、物体８の把持やつかみ変え等のハンド動作が簡易に行える。
また、物体８をハンド（指20Aおよび指20B）でいろいろな方向から把持できる。物体８をハンド（指20Aおよび指20B）でいろんな所に動かしても位置がずれない。
【００５５】
また、駆動アクチュエータ10A,10B,10Cにコンプライアンス（変位）を持たせ、外力に対しハンド（指20Aと指20B）が倣い動作（外力に従って移動して把持動作）を行えるような構成であっても、ハンドの把持中心座標は常に同じ座標にあることから、簡易に把持動作を行うことができる。
【００５６】
また、ハンドの指20Aや指20Bに比較的大きな荷重がかかった場合でも、先端部３は基部２に対して3組のリンクの第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cとで支持しているため荷重が分散され、変位を起こしづらい。
【００５７】
また、3組のリンク（第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12C）の根元の位置が、先端部３の外縁部を３分割する位置に比較的離れて配置されている。そのため、ハンドから大きなモーメント荷重が先端部３に加わった場合であっても、荷重が３組のリンクに分散され１箇所に加わる荷重が低減されるため、変形等が起こりづらい。つまり、３組のリンクにて分散して荷重を支えるので大きな荷重を許容できる。
【００５８】
さらに、先端部３の姿勢を3つの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cによって支えるため、それぞれの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの負荷を減らすことが可能である。
また、3つの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを備えるので、先端部３の出力を大きくすることも比較的簡易に実現できる。
【００５９】
なお、実施形態３では、ハンドである指20Aおよび指20Bを先端部３に設けた場合を説明したが、ハンドの指20Aおよび指20Bを基部２に設けてもよい。
また、先端部３と基部２の両者にハンドの指20Aおよび指20Bを設ける構成としてもよい。
【００６０】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．その他のリンク機構1の適用例として、図１２に示すように、リンク機構1の先端部３に、腹腔鏡ｆを搭載して、腹腔鏡手術に用いることができる。なお、図１２は、リンク機構を腹腔鏡に適用した例を示す模式的斜視図である。
この際、リンク機構1は患者Ｐを取り囲む形状とされる。患者Ｐの体表面Ｐ１に中心点Oを配置して、リンク機構1の先端部３に固定した腹腔鏡ｆを患者Ｐの体表面Ｐ１にある中心点Oを通るようにする。これにより、腹腔鏡ｆを中心点Oを中心に患者Ｐの体内のあらゆる方向に向けることができる。
【００６１】
この構成によれば、腹腔鏡手術に際して患者Ｐの体表面Ｐ１を開腹する大きさを小さくすることができる。また、リンク機構1を用いて、患者Ｐの体表面Ｐ１にある中心点Oを中心に患者Ｐの体内のあらゆる方向に、先端部３に固定した腹腔鏡ｆを向けることができる。
【００６２】
２．その他のリンク機構1の適用例として、リンク機構1の先端部３に、歯を削るための金属棒を搭載して、虫歯の患者の治療に用いることができる。この場合も、リンク機構1は患者の頭部を取り囲む大きさとされる。そして、中心点Oが患者の虫歯の位置になるようにして、エアータービンで金属棒を回転させて、中心点Oにある虫歯を削ることができる。
【００６３】
３．その他のリンク機構1の適用例として、ロボットの関節、ロボットハンド、複数のカメラでいろんな方向から見て画像を重ねて３次元形状にマッピングするカメラシステム等その他に用いることができる。
【００６４】
４．前記実施形態では、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを基部２に設けた場合を例示したが、リンク機構１が駆動できれば、基部２以外の箇所に回転軸11A1、11B1、11C1、12A1、12B1、12C1を駆動する駆動アクチュエータを設けてもよい。
【００６５】
５．回転軸10A1、10B1、10C1、11A1、11B1、11C1、12A1、12B1、12C1周りには、玉軸受等が用いられる。また、荷重が大きい場合にはクロスローラベアリングを用いるとよい。これにより、リンク機構1、２１、３１の円滑な動作を得ることができる。
なお、リンク機構1、２１、３１の円滑な動作が得られれば、その他の軸受を用いてもよい。
【００６６】
６．なお、前記実施形態では、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを使用した場合を例示したが、駆動アクチュエータを用いない構成としてもよい。
【００６７】
７．前記実施形態等で説明した構成は、本発明の一例を示したものであり、本願の特許請求の範囲内で様々な具体的な形態、変形形態が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１、２１、３１  リンク機構
２      基部（基部材）
３      先端部（先端部材）
4、4a、4b  カメラ（撮像手段）
4s、4as、4bs  撮像素子
10A、10B、10C  駆動アクチュエータ（アクチュエータ）
10A1、10B1、10C1  回転軸（第１の回転軸）
11A、11B、11C  第１リンク（リンク、一組のリンク）
11A1、11B1、11C1  回転軸（第３の回転軸）
12A、12B、12C  第２リンク（リンク、一組のリンク）
12A1、12B1、12C1  回転軸（第２の回転軸）
2O      基部の中心（基部材の中心）
20A、20B  指（物体把持手段）
3O      先端部の中心（先端部材の中心）
O      中心点（一点）
【図１】
2016223482.tif 000003
【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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