(57)【要約】【課題】簡素な構造で遠隔中心を得る。【解決手段】球面パラレルリンク１１において、円弧で曲がり基端が円弧の曲率中心を通る回転中心６５を中心に回転する第１リンク４７及び第２リンク４９と、第１リンク４７、第２リンク４９の先端にそれぞれの基端が回転対偶で接続する第３リンク５１及び第４リンク５３と、第３リンク５１と第４リンク５３の先端同士を回転対偶で連結し軸線の延長線が曲率中心を通る貫通ピン５５と、貫通ピン５５に固定されるブラケット１７と、貫通ピン５５に固定され第１リンク４７に沿って曲がるガイド溝７５を有するガイドリンク５７と、第１リンク４７、第２リンク４９に基端が回転対偶で接続される同一節長の第５リンク５９、第６リンク６１と、第５リンク５９及び第６リンク６１の先端同士を回転対偶で連結し軸線の延長線が曲率中心を通り且つガイド溝７５に滑り対偶で係合するスライドピン６３と、を設けた。【選択図】図４
2017064892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状で、基端が円弧の曲率中心を回転中心として回転する第１リンクと、
円弧状で、前記第１リンクと同一節長を有し、基端が円弧の曲率中心を前記回転中心として回転する第２リンクと、
前記第１リンクの先端に基端が回転対偶で接続された第３リンクと、
前記第３リンクと同一節長を有し、前記第２リンクの先端に基端が回転対偶で接続された第４リンクと、
前記第３リンクの先端と前記第４リンクの先端とを回転対偶で連結し、軸線の延長線が前記曲率中心を通る貫通ピンと、
前記貫通ピンに固定されるブラケットと、
前記貫通ピンに固定され、前記第１リンク及び前記第２リンクの回転に応じて回転するガイド溝を有するガイドリンクと、
前記第１リンクの先端と前記第１リンクの基端との間に、基端が回転対偶で接続された第５リンクと、
前記第５リンクと同一節長を有し、かつ前記第２リンクの先端と前記第２リンクの基端との間であって、前記回転中心と前記第５リンクの基端までの距離と同じ前記回転中心からの距離となる位置に基端が回転対偶で接続された第６リンクと、
前記第５リンクの先端と前記第６リンクの先端とを回転対偶で連結し、軸線の延長線が前記曲率中心を通りかつ前記ガイド溝に滑り対偶で係合するスライドピンと、を備える、
球面パラレルリンク。
【請求項２】
請求項１に記載の球面パラレルリンクであって、
前記第１リンクの基端が、前記回転中心で回転する第１駆動軸に固定され、
前記第２リンクの基端が、前記第１駆動軸と同軸で独立に回転する第２駆動軸に固定される、
球面パラレルリンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面パラレルリンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばカメラ等のエンドエフェクタを機敏に動作させる立体リンク機構が知られている（非特許文献１）。図１４に示す立体リンク機構は、ベース５０１に３個のモータ５０３が固定される。それぞれのモータ５０３は、駆動軸の軸心５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃが１点Ｋｃを通るように配置される。それぞれのモータ５０３の駆動軸には、円弧状のアーチをハ字状に固定した基端リンク５０５の一方の基端が固定される。基端リンク５０５の他方の基端には、円弧状の末端リンク５０７の基端が基端ピン５０９によって回転対偶で接続される。それぞれの末端リンク５０７の先端は、円板状のブラケット５１１に、円周方向に等間隔で末端ピン５１３により回転対偶で接続される。ブラケット５１１には、カメラ５１５が搭載される。カメラ５１５は、立体リンク機構の中心Ｋｃに光軸Ｏｃが通る向きで搭載される。立体リンク機構は、基端ピン５０９及び末端ピン５１３の全ての軸心が上記の中心Ｋｃを通り、全てのリンクが球面上を運動するので球面リンク機構となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Gosselin, C.M.; Hamel, J.-F., "The agile eye: a high-performance three-degree-of-freedom camera-orienting device", Proceedings of the 1994 IEEE International Conference on Robotics and Automation, San Diego, CA, May, pp.781-786 vol.1, 1994.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した非特許文献１の立体リンク機構は、回転対偶の全ての軸心の通る中心Ｋｃが、末端リンク５０７、基端リンク５０５、及びエンドエフェクタ（例えばカメラ５１５）に包囲された立体リンク機構の内側に位置する。このため、部材の配置密度が高く、構造が複雑となる。
【０００５】
また、例えば手術用ロボットでは、立体リンク機構が、体内に挿入する器具を体外にて保持する。立体リンク機構は、例えば内視鏡手術におけるマニピュレータを保持する場合、狭小な切開部を通して体内の手術部位にマニピュレータを挿入する。この挿入点は、拘束される。つまり、立体リンク機構は、マニピュレータの挿入点を上記の中心Ｋｃとする必要がある。また、特に医療用の立体リンク機構は、手術の清潔性や安全性を高める観点から患者体表上から離間して配置することが好ましい。即ち、中心Ｋｃは、立体リンク機構から離した遠隔中心とすることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて案出され、簡素な構造で遠隔中心を得ることができる球面パラレルリンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、円弧状で、基端が円弧の曲率中心を回転中心として回転する第１リンクと、円弧状で、前記第１リンクと同一節長を有し、基端が円弧の曲率中心を前記回転中心として回転する第２リンクと、前記第１リンクの先端に基端が回転対偶で接続された第３リンクと、前記第３リンクと同一節長を有し、前記第２リンクの先端に基端が回転対偶で接続された第４リンクと、前記第３リンクの先端と前記第４リンクの先端とを回転対偶で連結し、軸線の延長線が前記曲率中心を通る貫通ピンと、前記貫通ピンに固定されるブラケットと、前記貫通ピンに固定され、前記第１リンク及び前記第２リンクの回転に応じて回転するガイド溝を有するガイドリンクと、前記第１リンクの先端と前記第１リンクの基端との間に、基端が回転対偶で接続された第５リンクと、前記第５リンクと同一節長を有し、かつ前記第２リンクの先端と前記第２リンクの基端との間であって、前記回転中心と前記第５リンクの基端までの距離と同じ前記回転中心からの距離となる位置に基端が回転対偶で接続された第６リンクと、前記第５リンクの先端と前記第６リンクの先端とを回転対偶で連結し、軸線の延長線が前記曲率中心を通りかつ前記ガイド溝に滑り対偶で係合するスライドピンと、を備える、球面パラレルリンクを提供する。
【０００８】
この球面パラレルリンクによれば、第１リンクと第２リンクとが、外部から力の加えられる原動節となる。第１リンクと第２リンクとのそれぞれの先端に基端が回転対偶で接続される第３リンクと第４リンクとは媒介節となる。貫通ピンにブラケットとともに固定されるガイドリンクは従動節となる。即ち、第１リンク、第２リンクに加えられた力によって、第３リンクと、第４リンクを介してブラケットへ運動が伝達される。この球面パラレルリンクは、原動節、媒介節、従動節からなる基本的な機構部分が、平面視した場合、２次元の簡素な４節回転連鎖状となる。また、球面リンク機構は、回転中心と、原動節及び媒介節における回転対偶の軸心と、媒介節及び従動節における回転対偶の軸心（貫通ピン）との全てが１点を通る。即ち、球面パラレルリンクは、各リンクが球面上を運動する球面リンク機構となる。この球面パラレルリンクは、球面の一部分を切り取った湾曲形状で構成される。上記の１点は、湾曲開口面の外側に離れて配置される。つまり、球面パラレルリンクの上記の１点は、各リンクの全てから離れた遠隔中心となるため、球面パラレルリンクによれば、簡素な構造で遠隔中心を得ることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記第１リンクの基端が、前記回転中心で回転する第１駆動軸に固定され、前記第２リンクの基端が、前記第１駆動と同軸で独立に回転する第２駆動軸に固定される、球面パラレルリンクを提供する。
【００１０】
この球面パラレルリンクによれば、第１リンクの基端と、第２リンクとの基端とが、回転中心に沿う方向で重ねられる。第１駆動軸と第２駆動軸とは、同軸で配置されて独立回転する。第１駆動軸は、外側の第２駆動軸の内側に同軸で配置され、第２駆動軸よりも先端が突出する。第１駆動軸と第２駆動軸とは、重ねられた第１リンクの基端と、第２リンクの基端とに挿入される。第１リンクの突出先端は、第１リンクに固定される。その後方外周の第２駆動軸は、第２リンクに固定される。これにより、１つの回転中心で原動節となる一対の第１リンク及び第２リンクに力を加えられることができ、簡素且つコンパクトな構造の球面リンク機構が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る球面パラレルリンクによれば、簡素な構造で遠隔中心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の球面パラレルリンクを備えた手術用ロボットの要部斜視図
【図２】図１に示した球面パラレルリンクとシャフトの分解斜視図
【図３】図１に示した手術用ロボットを図１の背面側から見た要部斜視図
【図４】図３に示した球面パラレルリンクの拡大図
【図５】球面パラレルリンクを遠隔中心の反対側から見た背面図
【図６】図５に示した球面パラレルリンクの平面図
【図７】図６に示した球面パラレルリンクの側面図
【図８】球面パラレルリンクを遠隔中心側から見た正面図
【図９】遠隔中心を中心としたマニピュレータの傾動方向の説明図
【図１０】ブラケットがＸ方向に傾動した球面パラレルリンクの側面図
【図１１】図１０の球面パラレルリンクを遠隔中心側の斜め上方より見た斜視図
【図１２】ブラケットが−Ｘ方向に傾動した球面パラレルリンクの側面図
【図１３】図１２の球面パラレルリンクを遠隔中心側の斜め上方より見た斜視図
【図１４】従来の立体リンク機構の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係る球面パラレルリンクを具体的に開示した実施形態（以下、本実施形態という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。なお、以下の本実施形態において、本発明に係る球面パラレルリンクは、例えば低侵襲手術手技における腹腔鏡下手術に用いる球面パラレルリンクを例示して説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の球面パラレルリンク１１を備えた手術用ロボットの要部斜視図である。
【００１５】
本実施形態の球面パラレルリンク１１は、手術用ロボットにおけるマニピュレータ駆動ユニット１３を保持する。マニピュレータ１５は、このマニピュレータ駆動ユニット１３に取り付けられている。マニピュレータ駆動ユニット１３は、球面パラレルリンク１１のブラケット１７に固定される。マニピュレータ１５は、ブラケット１７に固定されるカニューレスリーブ１９に、先端側が挿入される。マニピュレータ１５は、カニューレスリーブ１９に挿入されることで、軸線がカニューレスリーブ１９の管軸２１と一致する。管軸２１は、後述する遠隔中心を通る。マニピュレータ１５は、カニューレスリーブ１９とともに、リンク駆動ユニット２３により駆動される球面パラレルリンク１１によって、１つの中心（つまり、遠隔中心）を中心に、３６０°の任意な方向に傾けられる（つまり、傾動される）。
【００１６】
マニピュレータ１５は、先端側にエンドエフェクタを有する。エンドエフェクタとは、手術器具の実際の作業部分を意味し、例えばクランプ、捕捉器具、はさみ、ホッチキス、持針器を含む。本実施形態において、エンドエフェクタは、捕捉器具２５である。
【００１７】
なお、捕捉器具２５は、マニピュレータ駆動ユニット１３によって動作が制御される。即ち、捕捉器具２５は、一対の作動部を接近離反（開閉）させる方向に傾動（１自由度）、一対の作動部を閉じたまま開閉方向に傾動（２自由度）、一対の作動部を開閉方向と直交する方向に傾動（３自由度）、捕捉器具２５を管軸２１に沿う方向へ進退させる（４自由度）、捕捉器具２５を管軸２１まわりに正逆回転させる（５自由度）ことができる。
【００１８】
通常の腹腔鏡下手術において、マニピュレータ１５は、腹部の小さい（およそ１／２インチ）切り口に通した上記のカニューレスリーブ１９を介して挿入が行われる。外科医は、マニピュレータ１５を介して内部の手術部位に配置したエンドエフェクタを腹部の外側から操作する。外科医は腹腔鏡から撮る手術部位の画像を表示するモニタで、処置を観察する。同様の内視鏡手技は、例えば、関節鏡、腹膜後腔鏡、骨盤鏡（Pelviscopy）、腎盂鏡、膀胱鏡、脳槽鏡（Cisternoscopy）、洞房鏡（Sinoscopy）、子宮鏡、及び尿道鏡などにおいて採用される。
【００１９】
図２は、図１に示した球面パラレルリンク１１とシャフト２７の分解斜視図である。
【００２０】
リンク駆動ユニット２３は、ギヤハウジング２９と、シャフト２７と、を有する。ギヤハウジング２９の前面には、シャフト２７の基端が固定される。
【００２１】
なお、本明細書中、「前」とは、球面パラレルリンク１１を基準にマニピュレータ側を言う。「後」とは、球面パラレルリンク１１を基準にリンク駆動ユニット側を言う。
【００２２】
シャフト２７には、内側から第１駆動軸３１と第２駆動軸３３とが同軸で挿入されている。つまり、第１駆動軸３１は、筒状となった第２駆動軸３３の内側に挿通される。第１駆動軸３１と第２駆動軸３３とは、例えばそれぞれが独立して正逆回転される。シャフト２７の先端面には、第２駆動軸３３の先端面が略同一面で露出する。第１駆動軸３１は、第２駆動軸３３の先端面よりも更に前側に突出する。第１駆動軸３１及び第２駆動軸３３は、それぞれの先端面に円周方向で複数のボス孔３５が穿設される。球面パラレルリンク１１は、後述する第１リンク及び第２リンクのそれぞれから突出したボス３７（図６参照）が、ボス孔３５に挿入されて、相対回転不能に接続される。
【００２３】
図３は、図１に示した手術用ロボットを図１の背面側から見た要部斜視図である。
【００２４】
ギヤハウジング２９には、モータ３９、モータ４１が接続される。モータ３９及びモータ４１の回転は、ギヤハウジング２９に収容されるギヤユニット４３及びギヤユニット４５によって、第１駆動軸３１と第２駆動軸３３とに独立して伝えられる。
【００２５】
図４は、図３に示した球面パラレルリンク１１の拡大図である。
【００２６】
球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７と、第２リンク４９と、第３リンク５１と、第４リンク５３と、貫通ピン５５と、ブラケット１７と、ガイドリンク５７と、第５リンク５９と、第６リンク６１と、スライドピン６３と、を主要な構成として有する。
【００２７】
第１リンク４７は、基端が幅広で、先端が幅狭の矩形板を、一方の板面側に円弧状に曲げられたアームとして形成されている。第１リンク４７の円弧は、曲率中心を有する。即ち、第１リンク４７は、曲率中心を中心とした曲率円を、曲率中心で回転させた球面の一部分を有する。球面パラレルリンク１１は、上記の第１駆動軸３１及び第２駆動軸３３の回転中心６５（図２参照）が、１点を通る。球面パラレルリンク１１は、各リンクにおける回転対偶の軸心の全てがこの１点を通る。この１点は、曲率中心と一致する。１点は、全てのリンクから離間して配置される。以下、この１点を「遠隔中心Ｋｃ」と称す。
【００２８】
なお、各リンクは、厳密には曲率中心を中心とした円弧で成形されていなくてもよい。但し、各リンクにおける回転対偶の軸心は、全てが「遠隔中心Ｋｃ」を通る。
【００２９】
球面パラレルリンク１１は、全てのリンクが遠隔中心Ｋｃを中心とする球面上を運動するので球面リンク機構となる。第１リンク４７は、遠隔中心Ｋｃを通る回転中心６５を中心に、リンク駆動ユニット２３によって正逆回転される。
【００３０】
第２リンク４９は、第１リンク４７と同様に、基端が幅広で、先端が幅狭の矩形板を、一方の板面側に円弧状に曲げられたアームとして形成されている。第２リンク４９は、第１リンク４７に沿って曲がる。第２リンク４９の基端は、第１リンク４７の基端の後方側に重ねられる。第２リンク４９は、遠隔中心Ｋｃを通る回転中心６５を中心に、リンク駆動ユニット２３によって正逆回転される。ここで、「第１リンク４７に沿って曲がる」とは、第１リンク４７と第２リンク４９の曲率半径が異なることを意味する。これは、第１リンク４７及び第２リンク４９は、同一の遠隔中心Ｋｃを有しつつ、基端同士が重ねられるためである。略板厚分、曲率半径が異なることを加味した表現である。但し、機構学的には各リンクの重なりによる板厚の差異は無視し、各リンクは、同一の球面上を運動するものとする。以下の全てのリンクについても同様とする。
【００３１】
第３リンク５１は、基端も先端も同等の板幅の矩形板を、一方の板面側に円弧状に曲げられたアームとして形成されている。第３リンク５１は、第１リンク４７に沿って曲がる。第３リンク５１は、第１リンク４７の先端に基端が、第１ピン６７によって回転対偶で接続する。第１ピン６７は、軸線の延長線が遠隔中心Ｋｃを通る。第３リンク５１は、第１リンク４７の背面側に接続される。
【００３２】
第４リンク５３は、基端も先端も同等の板幅の矩形板を、一方の板面側に円弧状に曲げられたアームとして形成されている。第４リンク５３は、第１リンク４７に沿って曲がる。第４リンク５３は、第３リンク５１と同一節長を有する。第４リンク５３は、第２リンク４９の先端に基端が、第２ピン６９によって回転対偶で接続する。第２ピン６９は、軸線の延長線が遠隔中心Ｋｃを通る。第４リンク５３は、第２リンク４９の前面側に接続される。
【００３３】
貫通ピン５５は、第３リンク５１の先端と、第４リンク５３の先端とを回転対偶で連結する。貫通ピン５５は、軸線の延長線が遠隔中心Ｋｃを通る。本実施形態において、貫通ピン５５は、一端が第３リンク５１から突出し、他端が第４リンク５３から突出する。
【００３４】
ブラケット１７は、第３リンク５１から突出した貫通ピン５５の一端に固定される。ブラケット１７には、載置台７１が形成される。載置台７１には、上記のマニピュレータ駆動ユニット１３が固定される。ブラケット１７には、載置台７１に直交する面に、カニューレスリーブ１９の固定凹部７３が形成される。固定凹部７３には、上記のカニューレスリーブ１９が固定される。カニューレスリーブ１９は、ブラケット１７に固定されることで、管軸２１が遠隔中心Ｋｃを通る。マニピュレータ１５は、マニピュレータ駆動ユニット１３がブラケット１７に固定されることで、カニューレスリーブ１９に同軸で挿入される。つまり、マニピュレータ１５は、軸線が遠隔中心Ｋｃを通る。
【００３５】
ガイドリンク５７は、貫通ピン５５に固定される。即ち、ブラケット１７、貫通ピン５５及びガイドリンク５７は、一体となって回転する。ガイドリンク５７は、背面側に、第１リンク４７に沿って曲がるガイド溝７５を有する。
【００３６】
第５リンク５９は、第１リンク４７に沿って曲がる。第５リンク５９は、第１リンク４７の基端と第１リンク４７の先端との間の位置に基端が第３ピン７７によって回転対偶で接続する。第３ピン７７は、軸線の延長線が遠隔中心Ｋｃを通る。第５リンク５９は、第１リンク４７の背面側に接続される。
【００３７】
第６リンク６１は、第１リンク４７に沿って曲がる。第６リンク６１は、第５リンク５９と同一節長を有する。第６リンク６１は、第４ピン７９によって第２リンク４９に基端が回転対偶で接続される。第６リンク６１は、第２リンク４９の基端と第２リンク４９の先端との間であって、基端が回転中心６５と第５リンク５９の基端までの距離と同じ回転中心６５からの距離となる位置に第２リンク４９に接続される。つまり、第４ピン７９は、回転中心６５から距離が、第３ピン７７から回転中心６５までの距離と同一となる。第４ピン７９は、軸線の延長線が遠隔中心Ｋｃを通る。第６リンク６１は、第２リンク４９の前面側に接続される。
【００３８】
スライドピン６３は、第５リンク５９の先端と第６リンク６１の先端とを回転対偶で連結する。スライドピン６３は、軸線の延長線が曲率中心（つまり、遠隔中心Ｋｃ）を通る。また、スライドピン６３は、ガイドリンク５７のガイド溝７５に滑り対偶で係合する。
【００３９】
図５は、球面パラレルリンク１１を遠隔中心の反対側から見た背面図である。図６は、図５に示した球面パラレルリンク１１の平面図である。図７は、図６に示した球面パラレルリンク１１の側面図である。図８は、球面パラレルリンク１１を遠隔中心側から見た正面図である。
【００４０】
球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７の基端が、回転中心６５で回転される第１駆動軸３１に固定され、第２リンク４９の基端が、第１駆動と同軸で独立に回転する第２駆動軸３３に固定される。
【００４１】
ここで、マニピュレータ１５の管軸２１が、回転中心６５に直交している姿勢（図７の姿勢）を基に、基準座標を定める。なお、このとき、管軸２１は、鉛直方向とする。回転中心６５とマニピュレータ１５の管軸２１が直交するとき、回転中心６５の延長線を基準座標のＸ軸とする。このとき、管軸２１は、基準座標のＺ軸とする。Ｘ軸とＺ軸の交点を通り且つＸ軸とＺ軸に直交する線を基準座標のＹ軸とする。図７に示すＸＺ平面において、Ｚ軸と、貫通ピン５５の軸線の延長線との成す角を傾動角φとする。
【００４２】
なお、傾動とは、Ｚ軸を中心として管軸２１が傾くことである。球面パラレルリンク１１は、球面パラレルリンク１１であるため、ブラケット１７の運動方向が必ずしも傾動方向と一致しない。ブラケット１７の運動方向は、球面に沿う方向となる。マニピュレータ１５の傾動は、管軸２１が遠隔中心Ｋｃを中心に傾動角φで傾くピボット運動となる。
【００４３】
球面パラレルリンク１１は、マニピュレータ１５の管軸２１がＺ軸と一致するとき、図５に示す第１リンク４７と第２リンク４９とが、例えば１２１．２８°の相対角θとなる。このとき、球面パラレルリンク１１は、図７に示すＸＺ平面において、貫通ピン５５とＺ軸とが予め傾動角φｘｄで傾く。傾動角φｘｄは、例えば２０°で設定される。また、球面パラレルリンク１１は、図１２に示す−Ｘ方向の限界傾動角φ−ｘが例えば３５°となる。また、球面パラレルリンク１１は、図１０に示すＸ方向の限界傾動角φｘが例えば３７°となる。従って、球面パラレルリンク１１は、貫通ピン５５のＸＺ面に沿う方向の傾動範囲（スイング角）が、例えば７２°となる。
【００４４】
次に、球面パラレルリンク１１のリンク駆動ユニット２３を制御するコントロール部８１について説明する。
【００４５】
球面パラレルリンク１１は、図３に示すコントロール部８１によって動作が制御される。コントロール部８１は、制御コンピュータ８３と、モータドライバ８５とを有する。コントロール部８１は、リンク駆動ユニット２３の第１回転駆動装置８７と、第２回転駆動装置８９との動作を制御する。第１回転駆動装置８７は、ギヤユニット４３と、モータ３９とを備える。第２回転駆動装置８９は、ギヤユニット４５と、モータ４１とを備える。第１回転駆動装置８７は、シャフト内の第１駆動軸３１を介して第１リンク４７を回転駆動する。第２回転駆動装置８９は、シャフト内の第２駆動軸３３を介して第２リンク４９を回転駆動する。第１回転駆動装置８７及び第２回転駆動装置８９は、コントロール部８１からの指令に基づき動作する。
【００４６】
次に、球面パラレルリンク１１の動作を説明する。
【００４７】
図９は、遠隔中心を中心としたマニピュレータ１５の傾動方向の説明図である。
【００４８】
球面パラレルリンク１１は、コントロール部８１によってリンク駆動ユニット２３が制御される。コントロール部８１は、１つ以上の手入力デバイス（例えば、ジョイスティック、外骨格グローブ、マスタマニピュレータ等）を含むことになる。外科医は、腹腔鏡から撮る手術部位の画像を表示するモニタで処置を観察しながら手入力デバイスを操作する。手入力デバイスからの操作情報は、コントロール部８１へ送られる。コントロール部８１は、操作情報に基づく制御信号をリンク駆動ユニット２３に送る。リンク駆動ユニット２３は、送られた制御信号に基づき第１回転駆動装置８７、第２回転駆動装置８９を動作させ、モータ３９、モータ４１を介して原動節となる第１リンク４７、第２リンク４９をそれぞれの方向と回転角で回転作動させる。
【００４９】
図１０は、ブラケット１７がＸ方向に傾動した球面パラレルリンク１１の側面図である。図１１は、図１０の球面パラレルリンク１１を遠隔中心側の斜め上方より見た斜視図である。
【００５０】
球面パラレルリンク１１は、図９に示すように、第１リンク４７を図５において右回転し、第２リンク４９を左回転することで、図１０、図１１に示すように、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５をＸ方向に傾動させることができる。即ち、マニピュレータ１５は、Ｙ軸回りで図１０の時計回りで回転される。
【００５１】
図１２は、ブラケット１７が−Ｘ方向に傾動した球面パラレルリンク１１の側面図である。図１３は、図１２の球面パラレルリンク１１を遠隔中心側の斜め上方より見た斜視図である。
【００５２】
球面パラレルリンク１１は、図９に示すように、第１リンク４７を図５において左回転し、第２リンク４９を右回転することで、図１２、図１３に示すように、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を−Ｘ方向に傾動させることができる。即ち、マニピュレータ１５は、Ｙ軸回りで図１２の反時計回りで回転される。
【００５３】
また、球面パラレルリンク１１は、図９に示すように、第１リンク４７を図５において左回転し、第２リンク４９を左回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を−Ｙ方向に傾動させることができる。即ち、マニピュレータ１５は、Ｘ軸回りで図５の反時計回りで回転される。
【００５４】
また、球面パラレルリンク１１は、図９に示すように、第１リンク４７を図５において右回転し、第２リンク４９を右回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５をＹ方向に傾動させることができる。即ち、マニピュレータ１５は、Ｘ軸回りで図５の時計回りで回転される。
【００５５】
以上が球面パラレルリンク１１の基本動作となる。
【００５６】
一方、球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７又は第２リンク４９の何れか一方を固定して他方を回転させ、或いは、第１リンク４７と第２リンク４９とを異なる角速度で回転させることができる。この場合、第１リンク４７又は第２リンク４９を固定節として考えることができる。
【００５７】
即ち、球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７を固定節とし、第２リンク４９を図５において、左回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を図６のＸ，−Ｙ方向に傾動させることができる。
【００５８】
また、球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７を固定節とし、第２リンク４９を図５において、右回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を図６の−Ｘ，Ｙ方向に傾動させることができる。
【００５９】
また、球面パラレルリンク１１は、第２リンク４９を固定節とし、第１リンク４７を図５において、右回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を図６のＸ，Ｙ方向に傾動させることができる。
【００６０】
また、球面パラレルリンク１１は、第２リンク４９を固定節とし、第１リンク４７を図５において、左回転することで、ブラケット１７とともにマニピュレータ１５を図６の−Ｘ，−Ｙ方向に傾動させることができる。
【００６１】
このように、球面パラレルリンク１１は、第１リンク４７又は第２リンク４９を固定節として作動させることもできる。但し、この場合、球面パラレルリンク１１は、ブラケット１７が、上記の基本動作と異なり、貫通ピン５５を中心に回転されることとなる。
【００６２】
次に、上記した構成の作用を説明する。
【００６３】
本実施形態の球面パラレルリンク１１では、一対の第１リンク４７と第２リンク４９とが、外部から力の加えられる原動節となる。第１リンク４７と第２リンク４９のそれぞれの先端に基端が回転対偶で接続される第３リンク５１と第４リンク５３とは、媒介節となる。貫通ピン５５にブラケット１７とともに固定されるガイドリンク５７は、従動節となる。即ち、第１リンク４７、第２リンク４９に加えられた力によって、第３リンク５１と、第４リンク５３を介してブラケット１７へ運動が伝達される。球面パラレルリンク１１は、原動節、媒介節、従動節からなる基本的な機構部分が、平面視した場合、２次元の簡素な４節回転連鎖状となる。
【００６４】
また、球面リンク機構は、回転中心６５と、原動節及び媒介節における回転対偶の軸心と、媒介節及び従動節における回転対偶の軸心（貫通ピン５５）との全てが遠隔中心Ｋｃを通る。即ち、球面パラレルリンク１１は、各リンクが球面上を運動する球面リンク機構となる。この球面パラレルリンク１１は、球面の一部分を切り取った湾曲形状で構成される。遠隔中心Ｋｃは、湾曲開口面の外側に離れて配置される。また、球面パラレルリンク１１は、ガイドリンク５７が、回転中心６５から等距離で第１リンク４７と、第２リンク４９とに接続した同一節長の第５リンク５９と第６リンク６１とに滑り対偶で係合する。これにより、ブラケット１７は、第１リンク４７と第２リンク４９とが同一の回転角で回転される場合、Ｘ軸（回転中心６５）に沿う方向に姿勢が保持される。従って、本実施形態の球面パラレルリンク１１によれば、簡素な構造で遠隔中心Ｋｃを得ることができる。
【００６５】
また、この球面パラレルリンク１１では、第１リンク４７の基端と、第２リンク４９との基端とが、回転中心６５に沿う方向で重ねられる。第１駆動軸３１と第２駆動軸３３とは、同軸で配置されて独立回転する。第１駆動軸３１は、外側の第２駆動軸３３の内側に同軸で配置され、第２駆動軸３３よりも先端が突出する。第１駆動軸３１と第２駆動軸３３とは、重ねられた第１リンク４７の基端と、第２リンク４９の基端とに挿入される。第１リンク４７の突出先端は、第１リンク４７に固定される。その後方外周の第２駆動軸３３は、第２リンク４９に固定される。これにより、１つの回転中心６５で原動節となる一対の第１リンク４７及び第２リンク４９に力を加えられることができ、簡素且つコンパクトな構造の球面リンク機構が得られる。
【００６６】
以上、図面を参照しながら実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６７】
なお、上記実施形態では、球面パラレルリンク１１を低侵襲手術手技における腹腔鏡手術に用いる場合を例示して説明したが、本発明に係る球面パラレルリンク１１は、この他、監視カメラ、レーザ加工機、或いは溶接機などの民生用や工業用のロボットに用いても上述同様の作用効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、簡素な構造で遠隔中心Ｋｃを得ることができる球面パラレルリンクとして有用である。
【符号の説明】
【００６９】
１１…球面パラレルリンク
１７…ブラケット
３１…第１駆動軸
３３…第２駆動軸
４７…第１リンク
４９…第２リンク
５１…第３リンク
５３…第４リンク
５５…貫通ピン
５７…ガイドリンク
５９…第５リンク
６１…第６リンク
６３…スライドピン
６５…回転中心
７５…ガイド溝
Ｋｃ…遠隔中心
【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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