CN105209224B - 连杆动作装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种连杆动作装置，其整体紧凑，并且可进行精密的、范围广的动作范围的动作，而且不损伤穿过连杆机构的内侧的空间的线材，另外可抑制伴随线材的弯曲而引起的对装置的负担。前端侧的连杆枢毂经由三组以上的连杆机构，以可变更姿势的方式连接于基端侧的连杆枢毂。各连杆机构由基端侧的端部连杆部件、前端侧的端部连杆部件以及中间连杆部件构成。在各连杆枢毂之间设置线材，该线材的两端在位于连杆枢毂中心轴上的线材保持点处被保持。如果将在连杆枢毂相互平行的状态下的从中点到各球面连杆中心的距离设为D、将从球面连杆中心到线材保持点的距离设为H，在此场合，H＝0.5×D的关系成立。

Description

连杆动作装置

相关申请

本发明要求申请日为2013年5月16日、申请号为2013-103920号的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及下述的连杆动作装置，其比如用于机器人的关节部、以及在较宽范围的领域中高速且精密地进行产业机械的三维空间中的复杂的加工、物品的取回等作业的机构部。

背景技术

作为这种连杆动作装置，包括下述结构的类型，在该结构中，通过三组以上的由四个旋转对偶构成的三节连锁的连杆机构，将基端侧的连杆枢毂和前端侧的连杆枢毂连接。该结构的连杆动作装置为紧凑的结构，并且可相对基端侧的连杆枢毂，在较宽范围的动作范围内精密地变更前端侧的连杆枢毂的姿势。另外，在该结构的连杆动作装置中，由于在各连杆机构的排列的内侧形成有空间，故可在该空间中插入将基端侧和前端侧连接的线材。比如，在专利文献1中提出了：在连杆机构的内侧的上述空间内，使电线、转矩和旋转传递用的金属丝、空气软管等线材穿过。在该提出方案中，即使在线材的弯曲方向改变的情况下，线材仍不会扭转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005-127475号文献

发明内容

发明要解决的课题

但是，在仅通过将线材穿过各连杆机构的内侧的空间的场合，线材可能对构成连杆机构的部件造成妨碍，并使该部件损伤。另外，相对基端侧的连杆枢毂，前端侧的连杆枢毂会改变姿势，基端侧和前端侧的各线材保持部之间的距离等也会改变，由此，会因各线材保持部而使线材产生拉力和压缩力。由此，有时会损伤线材，或使耐久性变差。另一方面，线材的拉力和压缩力的反力会作用于连杆机构上，由此，对使连杆动作装置动作的促动器的负担会变大。

本发明的目的在于提供一种连杆动作装置，其为紧凑的结构，并且可在较宽范围的动作范围内进行精密的动作，而且不损伤穿过各连杆机构的内侧的空间的线材，另外可抑制伴随线材的弯曲而产生的给装置带来的负担的增加。

用于解决课题的技术方案

附上实施方式中所用的标号，对本发明的连杆动作装置进行说明。本发明的连杆动作装置1为下述的装置，其中，前端侧的连杆枢毂3经由三组以上的连杆机构4，以能变更姿势的方式连接于基端侧的连杆枢毂2，上述各连杆机构4分别由基端侧的端部连杆部件5、前端侧的端部连杆部件6以及中间连杆部件7构成，该基端侧的端部连杆部件5的一端以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂2上，该前端侧的端部连杆部件6的一端以能旋转的方式连接于上述前端侧的连杆枢毂3上，该中间连杆部件构7的两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的另一端上，在上述各连杆机构4中，通过直线表示该连杆机构4的几何学模型为如下形状：相对上述中间连杆部件7的中间部的基端侧部分与前端侧部分对称。

在该连杆动作装置1中，上述各连杆枢毂2、3与连接于这些各连杆枢毂2、3的上述各端部连杆部件5、6的各旋转对偶中心轴分别处于相互交叉的位置关系，该交点称为球面连杆中心P1、P2，在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下，将通过其中一个连杆枢毂2(3)的上述球面连杆中心P1(P2)并且朝向另一连杆枢毂3(2)的上述球面连杆中心P2(P1)延伸的轴线称为连杆枢毂中心轴B、C，在该场合，在上述基端侧的连杆枢毂2和上述前端侧的连杆枢毂3之间设置线材33，该线材33的两端在上述基端侧和前端侧的线材保持点Q1、Q2处被保持，该基端侧和前端侧的线材保持点Q1、Q2分别位于上述基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C上，并且位于远离与该连杆枢毂中心轴B、C所通过的上述球面连杆中心P1、P2面对的上述球面连杆中心P2、P1的一侧，分别将在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂2，3相互平行的状态下的从上述基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2的中点O到上述各球面连杆中心P1、P2的距离设为D，针对基端侧和前端侧，将从上述球面连杆中心P1、P2到上述线材保持点Q1、Q2的距离设为H，在此场合，H＝0.5×D的关系成立。

按照该方案，由于曲率中心为基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2这两个点，故与曲率中心为一个点的普通结构相比较，穿过各连杆机构4的内侧的空间9的线材33的曲率半径R更大，另外，由于前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲而造成的线材33的长度变化(L/S)也更小。特别是，通过使线材保持点Q1、Q2的位置满足H＝0.5×D，由此，线材33和线材保持点Q1、Q2的相对位移为最小。由此，容易避免线材33妨碍连杆机构4的其它部件的情况。另外，线材33的拉力、压力得以降低，线材33的耐久性得以提高。

比如，在线材33为安装于前端侧的连杆枢毂3上的工具上的配线的场合，由于即使基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C处于相互弯曲的状态下，线材33的长度变化仍极小，故可将线材33按照不具有多余长度的方式设置于各连杆机构4的内侧的空间9中。由此，仅设置直线长度量的线材33的长度便可，并且不需要与伴随弯曲而造成的线材33的较大长度变化相对应的滑动机构等，故线材33在连杆动作装置1中的设置很简单。另外，由于线材33被收纳于各连杆机构4的内侧的空间9中，故可以节省的空间方式来设置连杆动作装置1。此外，如果线材33被收纳于各连杆机构4的内侧的空间9中，则在保护线材33方面也是有利的。另外，可缩短线材33的长度，以较低的成本完成。

在本发明的连杆动作装置1中，将上述线材33的最小曲率半径设为Rmin，将上述前端侧的连杆枢毂中心轴C相对上述基端侧的连杆枢毂中心轴B的最大弯曲角设为(2×θmax)，在此场合，下述关系成立：

Rmin＝D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax))

由此，与前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲角为(2×θ)的值无关，穿过各连杆机构4的内侧的空间9的线材33的曲率半径R通常处在允许曲率半径内。另外，关于作为从球面连杆中心P1、P2的中点O到球面连杆中心P1、P2的距离D，被设为用于获得连杆动作装置1所希望的最大弯曲角2×θmax)而必须要求的最小值。换言之，在所限定的装置的尺寸的范围内，可获得最大弯曲角为(2×θ)。于是，可使连杆动作装置1紧凑化。

在本发明的连杆动作装置1中，上述线材33也可为光纤。光纤用于激光加工的激光传送缆线或传感器的信号缆线等，但必须要求确保允许曲率半径，并且避免扭转、扭结，光纤是柔性的，处理时需要注意。如果在该连杆动作装置1的前端侧的连杆枢毂3上设置激光头或传感器，使光纤穿过连杆机构4的内侧的空间9的中心的话，则光纤不会从连杆动作装置1的外部露出，能使连杆动作装置1的设置空间紧凑化。

在本发明的连杆动作装置1中，上述线材33为能传递转矩的柔性杆，在设置于上述基端侧的连杆枢毂2上的旋转促动器67的输出轴67a上，连接上述线材33的一端，在以能自由旋转的方式设置于上述前端侧的连杆枢毂3的旋转架台61的旋转轴部61b上，连接上述线材33的另一端。由此，在抑制柔性杆的变形产生的反力的状态下，可以节省空间，并且能简单地使旋转架台61旋转。如果抑制了柔性杆的反力的话，则可减小驱动连杆动作装置1的旋转促动器67的输出，可使装置整体的重量变轻，使整体紧凑化，并且能降低成本。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为以局部省略的方式表示本发明的第1实施方式的连杆动作装置的使用状态的主视图；

图2为以三维方式表示该连杆动作装置的连杆动作装置主体的立体图；

图3为通过直线表示该连杆动作装置主体的一个连杆机构的图；

图4为表示该连杆动作装置主体的各旋转对偶部的结构的剖视图；

图5为表示该连杆动作装置的剖视图；

图6为表示该连杆动作装置的连杆枢毂与线材的位置关系的概况图；

图7为表示该连杆动作装置的动作所造成的连杆枢毂中心轴的弯曲角与线材的长度变化的关系的曲线图；

图8为表示该连杆动作装置的动作所造成的连杆枢毂中心轴的弯曲角与线材的弯曲半径的大小的关系的图；

图9为表示作为比较例的连杆动作装置的连杆枢毂与线材的位置关系的概况图；

图10为表示本发明的第2实施方式的连杆动作装置的使用状态的剖视图；

图11为表示以三维方式表示该连杆动作装置主体的第3实施方式的立体图。

具体实施方式

根据图1～图6，对本发明的连杆动作装置的第1实施方式进行说明。图1为表示连杆动作装置的使用状态的图。如该图所示的那样，关于该连杆动作装置1，其作为上方侧的基端侧安装在设置于顶面30的安装基座31上，其作为下方侧的前端侧上安装有作业装置32。在图例中，作业装置32为激光加工头，将来自设置于该连杆动作装置1的外部的激光振荡器(在图中未示出)的激光通过由光纤构成的线材33而发送给该激光加工头。在该安装基座31上设置有驱动连杆动作装置1的直线运动促动器34。

图2为以三维方式表示连杆动作装置1的连杆动作装置主体1a的立体图。连杆动作装置主体1a将前端侧的连杆枢毂3经由三组连杆机构4，以可变更姿态的方式连接于基端侧的连杆枢毂2上。连杆机构4的数量可在三组以上，并不限定于三组。另外，在图1中，仅示出一组连杆机构4。

在图2中，各连杆机构4由基端侧的端部连杆部件5、前端侧的端部连杆部件6以及中间连杆部件7构成，构成通过四个旋转对偶形成的三节连锁的连杆机构。基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6呈L状，各连杆机构4的端部连杆部件5、6的基端分别以可自由旋转的方式连接于下述位置，该位置指基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3的呈球面状的外周面中的在圆周方向等间隔的位置。在中间连杆部件7的两端，分别以可自由旋转的方式连接基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的前端。

图3为通过直线表示该连杆动作装置主体1a的一个连杆机构4的图。三组连杆机构4中的基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6为球面连杆结构。即，基端侧的连杆枢毂2与连接于该基端侧的连杆枢毂2上的各基端侧的端部连杆部件5的各旋转对偶中心轴分别在基端侧的球面连杆中心P1处相互交叉。另外，前端侧的连杆枢毂3与连接于该前端侧的连杆枢毂3上的各前端侧的端部连杆部件6的各旋转对偶中心轴分别在前端侧的球面连杆中心P2处相互交叉。

从基端侧的球面连杆中心P1到各基端侧的端部连杆部件5的距离相同。另外，从前端侧的球面连杆中心P2到各前端侧的端部连杆部件6的距离也相同。端部连杆部件5、6与中间连杆部件7的各旋转对偶中心轴既可具有某交叉角，也可平行。

即，三组的连杆机构4从几何学上说呈同一形状。从几何学上说呈同一形状是指：如图3那样的通过直线而表示各连杆部件5、6、7的几何学模型，即通过各旋转对偶以及将这些旋转对偶之间连接的直线表示的模型为相对中间连杆部件7的中间部的基端侧部分和前端侧部分对称的形状。

本实施方式的连杆机构4为镜像对称型，其为下述的位置结构，其中，基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5与前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6的位置关系相对作为中间连杆部件7的中心面的对称面A呈镜像对称。

图2、图3表示前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B成规定的弯曲角的状态。基端侧的连杆枢毂中心轴B指如下轴线：在基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下，通过基端侧的连杆枢毂2的球面连杆中心P1并且朝向前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心P2延伸的轴线。前端侧的连杆枢毂中心轴C指如下轴线：在基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下，通过前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心P2并且朝向基端侧的连杆枢毂2的球面连杆中心P1延伸的轴线。

基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C的交点为基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C于同一线上并列时的球面连杆中心P1、P2的中点O。即使在各连杆机构4的姿势变化的情况下，基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2之间的距离在平时仍是一定的。

通过基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3与三组连杆机构4，构成2自由度机构，在该2自由度机构中，相对基端侧的连杆枢毂2，前端侧的连杆枢毂3可于相垂直的两个轴向移动。该2自由度机构紧凑，并且使前端侧的连杆枢毂3相对基端侧的连杆枢毂2的活动范围扩大。比如，可使作为基端侧的连杆枢毂中心轴B与前端侧的连杆枢毂中心轴C的弯曲角(2×θ)(图2)的最大值的最大弯曲角约为90°。另外，可将前端侧的连杆枢毂3相对基端侧的连杆枢毂2的回转角φ(图2)设定在0°～360°的范围内。

弯曲角(2×θ)为前端侧的连杆枢毂3的中心轴C相对基端侧的连杆枢毂2的中心轴B而倾斜的垂直角度，回转角φ为前端侧的连杆中心轴C相对基端侧的连杆中心轴B而倾斜的水平角度。

在该连杆动作装置1中，在满足下述的三个条件1～3时，如果相对中间连杆部件7的对称面A，中间连杆部件7和各端部连杆部件5、6的角度位置关系在基端侧和前端侧是相同的话，则从几何学对称性来说，基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5、与前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6以同样的方式运动。

(条件1)各连杆机构4中的球面连杆中心P1、P2与各端部连杆部件5、6的旋转对偶的中心轴之间的角度α(图4)、以及从球面连杆中心P1、P2到各端部连杆部件5、6的长度X(图4)，在基端侧和前端侧是相等的。

(条件2)基端侧的端部连杆部件5和前端侧的端部连杆部件6的几何学形状相同。

(条件3)同样对于中间连杆部件7，其形状在基端侧和前端侧是相同的。

比如形成下述的等速接头，在该接头中，在基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3上，于与连杆枢毂中心轴B、C相同的轴上设置旋转轴，在旋转从基端侧传递给前端侧的场合，基端侧和前端侧以相同的旋转角且等速的方式旋转。

图4为表示基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5的旋转对偶部、以及基端侧的端部连杆部件5和中间连杆部件7的旋转对偶部的剖视图。对于这些旋转对偶部的结构，在前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6的旋转对偶部、以及前端侧的端部连杆部件6和中间连杆部件7的旋转对偶部处，也是相同的。

在连杆枢毂2(3)中，于其外周部上的圆周方向的三个部位形成径向的轴孔11，通过设置于各轴孔11的内部的两个轴承12，轴部件13分别以可自由旋转的方式被支承。轴部件13的外侧端部从连杆枢毂2(3)于径向外侧突出，在其突出螺纹部13a上连接有端部连杆部件5(6)，该部件通过螺母14紧固而固定。

上述轴承12为比如深槽滚珠轴承等的滚动轴承，其外圈(在图中未示出)嵌合于上述轴孔11的内周，其内圈(在图中未示出)嵌合于上述轴部件13的外周。通过挡圈15，防止外圈被抽出。另外，在内圈和端部连杆部件5(6)之间介设间隔件16，螺母14的紧固力经由端部连杆部件5(6)和间隔件16传递给内圈，对轴承12施加规定的预压。

在端部连杆部件5(6)和中间连杆部件7的旋转对偶中，于形成在中间连杆部件7的两端的连通孔18中设置两个轴承19，通过这些轴承19，端部连杆部件5(6)的前端的轴部20以可自由旋转的方式被支承。轴承19经由间隔件21，通过螺母22紧固而固定。

上述轴承19为比如深槽滚珠轴承等的滚动轴承，其外圈(在图中未示出)嵌合于上述连通孔18的内周，其内圈(在图中未示出)嵌合于上述轴部件20的外周。通过挡圈23，防止外圈被抽出。另外，螺接于轴部20的前端螺纹部20a上的螺母22的紧固力经由间隔件21传递给内圈，对轴承19施加规定的预压。

如此形成了下述的结构，由此可抑制各旋转对偶的摩擦阻力从而谋求减轻旋转阻力，可确保平滑的动力传递，并且可提高耐久性。在该结构中，在各连杆机构4的四个旋转对偶，即基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5的旋转对偶、前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6的旋转对偶、基端侧的端部连杆部件5和中间连杆部件7的旋转对偶、以及前端侧的端部连杆部件6和中间连杆部件7的旋转对偶上，设置轴承12、19。

在设置该轴承12、19的结构中，通过对轴承12、19施加预压，可消除径向间隙和推力(スラスト)间隙，可抑制旋转对偶的晃动，可抑制振动、异常声音的发生。特别是，通过使上述轴承12、19的轴承间隙为负间隙，可减少在输入输出之间产生的间隙(バックラッシュ)。

通过在埋设状态下将轴承12设置于基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3中，可在不扩大连杆动作装置主体1a的外形的情况下，扩大基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3的外形。由此，可容易确保用于将基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3安装于其它的部件上的安装空间。

在图1中，在上述直线运动促动器34中，缸部34a的基端以可旋转的方式连接于安装基座31上，并且活塞杆34b的前端以可旋转的方式连接于基端侧的端部连杆部件5的中间部。直线运动促动器34比如分别设置于各连杆机构4上，但是，在连杆机构4的数量为三组的场合，可设置于两组以上的连杆机构4上。通过控制各直线运动促动器34，使基端侧的端部连杆部件5旋转，可相对基端侧的连杆枢毂2，使前端侧的连杆枢毂3变更为任意姿势。

图5为表示连杆动作装置1与安装基座31和作业装置32的安装部的结构的剖视图。如该图所示的那样，基端侧的连杆枢毂2的基端面与安装基座31的底面板部31a接触，通过螺栓41而将基端侧的连杆枢毂2安装于安装基座31上。另外，在前端侧的连杆枢毂3的前端面上，通过螺栓43而安装前端板42，相对该前端板42，由激光加工头形成的作业装置32的头安装法兰44通过螺栓45而安装。头安装法兰44通过螺栓46而固定于作业装置32上。

由光纤形成的上述线材33是柔性的，在其穿过设置于各连杆枢毂2、3上的通孔10、10的状态下，设置于各连杆机构4的内侧的空间9中。各通孔10的中心轴线与连杆枢毂中心轴B、C一致。

安装基座31的底面板部31a具有与基端侧的连杆枢毂2的通孔10相对应的通孔50，在该通孔50中嵌入有筒状的线材保持部件51。线材保持部件51通过螺栓52而固定于安装基座31上。在线材保持部件51的内侧嵌合有筒状的弹性体53，通过使线材33穿到该弹性体53的内侧，由此通过线材保持部件51而保持线材33。筒状的线材保持部件51和筒状的弹性体53的中心轴线与基端侧的连杆枢毂中心轴B一致。

弹性体53密贴于线材33的外周面上，线材33中的通过弹性体53覆盖的部分保持于一定的状态，比如直线状。线材33中的通过弹性体53覆盖的部分、与位于通孔10的内部的部分的边界点为基端侧的线材保持点Q1。该基端侧的线材保持点Q1位于基端侧的连杆枢毂中心轴B上，并且位于相对基端侧的球面连杆中心P1而言更远离中点O的一侧。

另外，上述前端板42和头安装法兰44呈环状，在其中空部突出有作业装置32的线材导入部32a。线材33的前端部插入该线材导入部32a中。线材33中的插入线材导入部32a中的部分和位于通孔10的内部的部分的边界点为前端侧的线材保持点Q2。环状的前端板42、头安装法兰44和线材导入部32a的中心轴线与前端侧的连杆枢毂中心轴C一致。该前端侧的线材保持点Q2位于前端侧的连杆枢毂中心轴C上，并且位于相对前端侧的球面连杆中心P2而言更远离中点O的一侧。从基端侧的球面连杆中心P1到基端侧的线材保持点Q1的距离、与从前端侧的球面连杆中心P2到前端侧的线材保持点Q2的距离相等。

虽然伴随连杆动作装置1的动作，线材33会弯曲，但在该场合，为了不损伤线材33，并且抑制伴随线材33的弯曲所引起的对连杆动作装置1的负担增加，可如下述那样设定各部分的尺寸。

(第1设定)

分别将在基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下的基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2之间的距离的1/2设为D，从球面连杆中心P1、P2到线材保持点Q1、Q2的距离设为H，在此场合，基端侧和前端侧的线材保持点Q1、Q2的各位置按照通过下述关系式表示的方式设定：

H＝0.5×D ……(式1)

根据图6，对上述关系式(式1)的依据进行说明。该图的S表示在基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下的基端侧的线材保持点Q1与前端侧的线材保持点Q2之间的距离，D表示基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2的中点O与各球面连杆中心P1、P2之间的距离，H表示球面连杆中心P1、P2与线材保持点Q1、Q2之间的距离，它们相互处于式2的关系。

S＝2(D+H) ……(式2)

在假定线材33为均匀的弯曲刚性的柔性材料的场合，如果前端侧的连杆枢毂3相对基端侧的连杆枢毂2而变更姿势的话，则线材33会呈圆弧状变形。如果前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲角为(2×θ)时的线材33的曲率半径为R，基端侧和前端侧的线材保持点Q1、Q2之间的圆弧长度为L，则R和L由式3、式4表示：

R＝R1+R2＝D/sinθ+H/tanθ ……(式3)

L＝2Rθ ……(式4)

图7为以针对线材保持点Q1、Q2的位置(H/D)各自不同的各样式而进行比较的方式表示连杆动作装置1的动作所引起的弯曲角(2×θ)与线材33的长度变化(L/S)的关系的曲线图。线材33的长度变化通过(L/S)而以无因次化的方式表示。另外，图8为以针对线材保持点Q1、Q2的位置(H/D)各自不同的各样式而进行比较的方式表示连杆动作装置1的动作所引起的弯曲角(2×θ)与线材33的曲率半径(R/S)的关系的曲线图。线材33的曲率半径通过(R/S)而以无因次化的方式表示。

图7、图8的关系通过计算而求出。另外，为了与如该连杆动作装置1那样的曲率中心为两个点的结构进行比较，在图7、图8中，作为比较例，还一并表示了针对在普通的一个点处弯曲的连杆动作装置(参照图9)而进行的计算结果。

根据图8可知，在线材保持点Q1、Q2之间的距离S相同，弯曲角(2×θ)也相同时，曲率中心为两个点的结构(图6)与曲率中心为一个点的结构(图9)相比较，线材33的曲率半径R较大。另外，在曲率中心为两个点的结构的场合的样式比较中，(H/D)的值越大，即线材保持点Q1、Q2的位置越远离球面连杆中心P1、P2，线材33的曲率半径R越小。柔性材料的曲率半径R具有下限，由此，限定有弯曲角(2×θ)。

但是，在对曲率中心为两个点的结构(图6)与曲率中心为一个点的结构(图9)进行比较的场合，对于为相同弯曲角(2×θ)时的曲率半径R，曲率中心为两个点的结构(图6)的值较大。于是，在曲率中心为两个点的结构(图6)的场合，可获得大于曲率中心为一个点的结构(图9)的弯曲角(2×θ)。

根据图7可知，在线材保持点Q1、Q2之间的距离S相同，弯曲角(2×θ)也相同时，曲率中心为两个点的结构(图6)与曲率中心为一个点的结构(图9)相比较，线材33的长度变化(L/S)较小。另外，在曲率中心为两个点的结构的场合的样式比较中，在(H/D)为0.5时，线材33的长度变化(L/S)最小。

于是，通过相对任意的距离D，使线材保持点Q1、Q2的位置为：H＝0.5×D，线材33和线材保持点Q1、Q2的相对位移变得最小。由此，容易避免线材33对连杆机构4的其它部件的妨碍。另外，减少线材33的拉力、压力，线材33的耐久性得以提高。

由图7、图8可知，曲率中心为两个点的结构与曲率中心为一个点的结构相比较，设置于各连杆机构4的内侧的空间9中的线材33的曲率半径R较大，另外，前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲所造成的线材33的长度变化(L/S)也较小。

于是，如本实施方式那样，在线材33为安装于前端侧的连杆枢毂3上的工具的配线的场合，即使在基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C相互弯曲的状态下，由于线材33的长度变化(L/S)极小，故可在不具有富裕的长度的情况下，将线材33设置于各连杆机构4的内侧的空间9中。由此，以直线长度量的线材33的长度的设置便可，另外，不需要与伴随弯曲而产生的线材33的较大长度变化相对应的滑动机构等，线材33向连杆动作装置1的设置较简单。另外，由于线材33被收纳于上述空间9中，故可以节省的空间的方式来设置连杆动作装置1。此外，如果线材33被收纳于上述空间9中，则在保护线材33方面也是有利的。另外，可缩短线材33的长度，以较低的成本完成。

(第2设定)

在线材33的最小曲率半径为Rmin，前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的最大弯曲角为(2×θmax)的场合，按照通过下述关系式的方式

Rmin＝D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax)) ……(式5)

进行设定。

由此，与前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲角为(2×θ)的值无关，设置于连杆机构4的内侧的空间9中的线材33的曲率半径R通常处在允许曲率半径内。另外，距离D是为了获得连杆动作装置1所希望的最大弯曲角(2×θmax)而必须要求的最小值。换言之，在所限定的装置的大小的范围内，获得了最大弯曲角(2×θ)。于是，可使连杆动作装置1紧凑化。

在如本实施方式那样，线材33为光纤的场合，特别要求确保线材33的允许曲率半径，避免扭转、扭结。如果如上述那样设定各部分的尺寸，由于伴随连杆动作装置1的动作而造成的光纤的长度变化小，故可避免扭转、扭结，处理性得以提高。另外，光纤不曝露于连杆动作装置1的外部，故可使连杆动作装置1的设置空间紧凑化。

图10表示线材33为可传递转矩的柔性杆的第2实施方式。第2实施方式的连杆动作装置1以可变更姿势的方式支承旋转工具这样的旋转体(在图中未示出)，基端侧的连杆枢毂2通过螺栓41而固定于安装基座31上，在以可自由旋转的方式设置于前端侧的连杆枢毂3的旋转架台61上设置上述旋转体。

旋转架台61如下述那样，支承于前端侧的连杆枢毂3上。在第2实施方式中，前端板42通过螺栓43而安装于前端侧的连杆枢毂3的前端面上，旋转架台保持法兰62通过螺栓63而安装于上述前端板42上，旋转架台61的旋转轴部61b经由轴承64，以可自由旋转的方式支承于上述旋转架台保持法兰62上。旋转架台61的旋转架台主体61a和旋转轴部61b为单独件，两者61a、61b通过螺栓65而相互连接。

在安装基座31的内部设置有旋转驱动旋转架台61的旋转促动器67。在该旋转促动器67的输出轴67a上，经由联轴器68而连接有作为柔性杆的线材33的基端。联轴器68呈筒状，其中心轴线与基端侧的连杆枢毂中心轴B一致。线材33中的插入联轴器68中的部分和位于基端侧的连杆枢毂2的通孔10内的部分的边界点为基端侧的线材保持点Q1。该基端侧的线材保持点Q1位于基端侧的连杆枢毂中心轴B上，并且位于相对基端侧的球面连杆中心P1而言更远离中点O的一侧。

还有，线材33的前端经由联轴器69而与上述旋转架台61的旋转轴部61b连接。联轴器69也呈筒状，其中心轴线与前端侧的连杆枢毂中心轴C一致。线材33中的插入联轴器69中的部分和位于基端侧的连杆枢毂3的通孔10内的部分的边界点为前端侧的线材保持点Q2。该前端侧的线材保持点Q2位于前端侧的连杆枢毂中心轴C上，并且位于相对前端侧的球面连杆中心P2而言更远离中点O的一侧。从基端侧的球面连杆中心P1到基端侧的线材保持点Q1的距离，以及从前端侧的球面连杆中心P2到前端侧的线材保持点Q2的距离相等。

同样在该场合，根据上述第1设定和第2设定来设定各部分的尺寸。由此，在抑制柔性杆的变形造成的反力的状态下，可以节省空间，并且可简单地使旋转架台61旋转。如果抑制了柔性杆的反力，则可减小驱动连杆动作装置的促动器的输出，装置整体的重量变轻，整体紧凑化，并且成本得以降低。

上述各实施方式的连杆动作装置1为各连杆机构4镜像对称的类型，但是，也可如图11的第3实施方式那样，为各连杆机构4点对称的类型。同样在该场合，通过根据第1设定和第2设定来适当地设定各部分的尺寸，获得与镜像对称的类型相同的作用、效果。在图11中，对应于镜像对称的结构，给出了标号。

如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施形式进行了说明，但是，可以在没有脱离本发明主旨的范围内，进行各种追加、变更或删除。由此，这些方案均应属于本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示连杆动作装置；

标号2表示基端侧的连杆枢毂；

标号3表示前端侧的连杆枢毂；

标号4表示连杆机构；

标号5表示基端侧的端部连杆部件；

标号6表示前端侧的端部连杆部件；

标号7表示中间连杆部件；

标号33表示线材；

标号61表示旋转架台；

标号61b表示旋转轴部；

标号67表示旋转促动器；

标号67a表示输出轴；

符号B表示基端侧的连杆枢毂的中心轴；

符号C表示前端侧的连杆枢毂的中心轴；

符号O表示中点；

符号P1表示基端侧的球面连杆中心；

符号P2表示前端侧的球面连杆中心；

符号Q1表示基端侧的线材保持点；

符号Q2表示前端侧的线材保持点。

Claims (4)

1.一种连杆动作装置，其中：

前端侧的连杆枢毂经由三组以上的连杆机构，以能变更姿势的方式连接于基端侧的连杆枢毂，

上述各连杆机构分别由基端侧的端部连杆部件、前端侧的端部连杆部件以及中间连杆部件构成，该基端侧的端部连杆部件的一端以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂上，该前端侧的端部连杆部件的一端以能旋转的方式连接于上述前端侧的连杆枢毂上，该中间连杆部件的两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件的另一端上，

在上述各连杆机构中，通过直线表示该连杆机构的几何学模型为如下形状：相对上述中间连杆部件的中间部的基端侧部分和前端侧部分对称，

上述基端侧的连杆枢毂和上述各基端侧的端部连杆部件的各旋转对偶中心轴分别在基端侧的球面连杆中心处相互交叉，上述前端侧的连杆枢毂和上述各前端侧的端部连杆部件的各旋转对偶中心轴分别在前端侧的球面连杆中心处相互交叉；

该连杆动作装置包括基端侧的连杆枢毂中心轴、前端侧的连杆枢毂中心轴、基端侧的线材保持点以及前端侧的线材保持点，在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂相互平行的状态下，该基端侧的连杆枢毂中心轴为通过上述基端侧的连杆枢毂的上述球面连杆中心并且朝向上述前端侧的连杆枢毂的上述球面连杆中心延伸的轴线，该前端侧的连杆枢毂中心轴为通过上述前端侧的连杆枢毂的上述球面连杆中心并且朝向上述基端侧的连杆枢毂的上述球面连杆中心延伸的轴线，该基端侧的线材保持点位于上述基端侧的连杆枢毂中心轴上，并且位于从上述基端侧的球面连杆中心起更加远离上述前端侧的球面连杆中心的一侧，该前端侧的线材保持点位于上述前端侧的连杆枢毂中心轴上，并且位于从上述前端侧的球面连杆中心起更加远离上述基端侧的球面连杆中心的一侧，在上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂之间设置线材，该线材的两端在上述基端侧和前端侧的线材保持点处被保持，

如果分别将在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂相互平行的状态下的从上述基端侧和前端侧的球面连杆中心的中点到上述各球面连杆中心的距离设为D，将从基端侧和前端侧的上述球面连杆中心到上述基端侧和前端侧的线材保持点的距离设为H，在此场合，H＝0.5×D的关系成立。

2.根据权利要求1所述的连杆动作装置，其中，如果将上述线材的最小曲率半径设为Rmin，将上述前端侧的连杆枢毂中心轴相对上述基端侧的连杆枢毂中心轴的最大弯曲角设为(2×θmax)，在此场合，下述关系成立：

Rmin＝D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax))。

3.根据权利要求1或2所述的连杆动作装置，其中，上述线材为光纤。

4.根据权利要求1或2所述的连杆动作装置，其中，上述线材为能传递转矩的柔性杆，在设置于上述基端侧的连杆枢毂的旋转促动器的输出轴上，连接上述线材的一端，在以能自由旋转的方式设置于上述前端侧的连杆枢毂的旋转架台的旋转轴部上，连接上述线材的另一端。