JP2024507198A - 多関節ヘッド - Google Patents

Abstract

その上に取り付けられたツールの再配向を容易にするための多関節ヘッドであって、多関節ヘッドは、多関節ヘッドを位置決め装置に取り付けるための第１の部材と、第１の軸を中心とした第１の部材に対するその配向を変更し、複数の所定のインデックス可能な配向のうちの１つでロックできるように第１の部材に結合された第２の部材と、前記第１の部材および前記第２の部材は、前記第１の軸に沿って前記第１の部材および前記第２の部材を分離することによってロック解除することができ、それによって、前記第１の軸を中心とした前記第１の部材に対する前記第２の部材の再配向を可能にする。第２の軸を中心とした前記第２の部材に対するその配向を変更し、複数の事前に定義されたインデックス可能な配向のうちの１つでロックすることができるように、前記第２の部材に結合された第３の部材は、それによって、前記第２の軸に沿って前記第２の部材および前記第３の部材を分離することによってロック解除することができ、前記第１および第２の軸が平行ではない、前記第２の軸の周りの前記第２の部材に対する第３の部材と、前記第１の軸に沿った前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の軸に沿った前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離を制御するための少なくとも１つの動力機構であって、前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離が互いに独立して制御され得るように構成される、前記少なくとも１つの動力機構と、を備える、請求項１に記載のシステム。

Description

本発明は、多関節ヘッド、特に計測装置で使用される多関節ヘッドに関する。例えば、本発明は、測定プローブが複数の異なる回転方向に配置され得るように、測定プローブを座標位置決め装置上に支持するように構成された割出し多関節ヘッドに関する。

座標位置決め装置の分野、特に座標測定機（ＣＭＭ）の分野で周知であるように、測定プローブ（またはオブジェクト）のための多関節ヘッド（または回転テーブル）は、少なくとも１つの回転軸の周りに取り付けられた測定プローブ（またはオブジェクト）の再配向を容易にする回転可能／多関節可能／再配向可能部材を備える。典型的には、多関節ヘッドは、２つの直交する回転軸を提供するが、より少ないまたはより多くの回転軸が提供されることが可能である。

特許文献１は、１つの回転軸を有する多関節ヘッドを記載し、特許文献２、特許文献３および特許文献４は、２つの直交回転軸を提供する多関節ヘッドを記載する。これらの文献に記載されているように、多関節ヘッドが割り出し機構を備え、それによって、多関節ヘッドの相互に回転可能な部分が画定された割り出し位置に固定されることを可能にすることも知られている。割出し機構は、多関節ヘッドの比較的回転可能な／多関節可能な部材のそれぞれに１つずつ、２組の互いに噛み合う部材を提供することによって提供することができる。相互噛合い部材が係合すると、回転可能部材の相対的な回転を防ぐようにロックされる。相互係合部材が係合解除されると、回転可能部材は、回転可能部材（およびその上に取り付けられた測定プローブ）を新しい方向にロックするように、再係合される前に、それら（およびその上に取り付けられた測定プローブ）を新しい方向に再配置することができるように、互いに対して自由に回転することができる。その結果、測定プローブが、規定の、既知の回転配向に保持された状態で、測定動作を行うことができる。

米国特許第５，１８５，９３６号明細書 欧州特許第２８８９５７３号明細書 米国特許第７，２１３，３４４号明細書 国際公開第２００６／０７９７９４号パンフレット 米国特許第７，２６３，７８０号明細書 米国特許第９，４９４，４０３号明細書

Ｈ．Ｊ．Ｊ．ブラディック著 「Mechanical Design of Laboratory Apparatus」 Chapman and Hall １９６０

本出願は、割出し多関節ヘッドの複数の軸をロックおよびロック解除するための改善された構成を説明する。

本発明の第１の態様によれば、その上に取り付けられたツールの再配向（第１および第２の回転軸の周り）を容易にするための多関節ヘッドであって、前記多関節ヘッドは、前記多関節ヘッドを位置決め装置に取り付けるための第１の部材と、第１の軸を中心とした前記第１の部材に対するその配向（言い換えれば、回転位置／構成）が、複数の所定の割り出し可能な配向（前記第１の軸を中心とした回転位置）のうちの１つの間で変更され、ロックされることができるように、前記第１の部材に結合された第２の部材であって、それによって、前記第１の軸を中心とした前記第１の部材に対する前記第２の部材の再配向を可能にするように、前記第１の軸に沿って前記第１の部材および前記第２の部材を分離することによってロックを解除することができる、第２の部材と、第２の軸を中心とした前記第２の部材に対するその配向（言い換えれば、回転位置／構成）が、複数の所定の割り出し可能な配向（前記第２の軸を中心とした回転位置）のうちの１つの間で変更され、ロックされ得るように、前記第２の部材に結合された第３の部材であって、前記第２の軸を中心とした前記第２の部材に対する前記第３の部材の再配向を可能にするように、前記第２の軸に沿って前記第２の部材および前記第３の部材を分離することによってロックを解除することができ、前記第１の軸および前記第２の軸は平行ではない、第３の部材と、前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離を前記第１の軸に沿って制御し、前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離が互いに独立して制御され得るように構成される、少なくとも１つの動力機構と、を備える多関節ヘッドが提供される。

本発明によれば、第１および第２の軸のロック／ロック解除は、互いに独立して（言い換えれば、「個別に」）制御／作動させることができる。したがって、例えば、多関節ヘッドは、第１の軸をロック解除するが、第２の軸をロックしたままにするように、またはその逆に操作することができる。もちろん、そのような構成は、第１および第２の軸が一緒に／同時にロック解除されることを妨げないが、本発明に従って構成された多関節ヘッドは、ヘッドの異なる軸を互いに別々に／独立してロック解除／ロックする能力を提供する（すなわち、両方を同時にロック解除する必要はない）。（発熱、電力消費、動力機構の必要なサイズなどの観点からの利点を提供することができる）/各動力機構（例えば、モータ）の負荷の低減を可能にするだけでなく、特に本発明は、軸の不必要なロック解除を低減する。これは、不必要な摩耗を減らすことができるだけでなく、軸のロックを解除して再ロックする行為は、（以前とまったく同じ場所に再装着されていない部材による）再現性エラー、およびしたがって、多関節ヘッドに取り付けられたツールの位置決めの不正確さをもたらす可能性がある。したがって、本発明による多関節ヘッドは、その上に取り付けられたツールの改善された位置決め制御を提供することができ、したがって、改善された計測を提供することができる。

少なくとも１つの動力機構は、少なくとも１つの（「ロック」）モータを備えることができる。本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つの動力機構は、第１の軸に沿った第１の部材および第２の部材の分離を制御するための第１の（「ロック」）モータと、第２の軸に沿った第２の部材および第３の部材の分離を制御するための第２の（「ロック」）モータとを備える。したがって、第１および第２の（「ロック」）モータは、独立して動作可能であり得る。

少なくとも１つの動力機構は、第２の部材内に含まれること／収容することができる。第１および第２の（「ロック」）モータは、第２の部材内に含まれること／収容することができる。これは、コンパクトなヘッド構成を提供するのに役立つ。したがって、少なくとも１つの動力機構（例えば、第１および第２の「ロック」モータの両方）は、第１の軸を中心に第１の部材に対して回転するときに、第２の部材と共に回転するように構成され得る。

多関節ヘッドは、相対的に再配向可能な部材の再配向／回転をもたらすために、例えば、第１および第２の部材の再配向／回転をもたらすために、および／または第２および第３の部材の再配向／回転をもたらすために、少なくとも１つの（「駆動」）モータを備えることができる。多関節ヘッドは、第１の部材および第２の部材がロック解除されたときに、第１の部材に対する第２の部材の再配向／回転をもたらすための第１の（「駆動」）モータと、第２の部材および第３の部材がロック解除されたときに、第２の部材に対する第３の部材の再配向／回転をもたらすための第２の（「駆動」）モータとを備えることができる。少なくとも１つの（「駆動」）モータ、例えば、第１および第２の（「駆動」）モータは、第２の部材内に収容され得る。これは、コンパクトなヘッド構成を提供するのに役立つ。したがって、少なくとも１つの（「駆動」）モータ、例えば、第１および第２の（「駆動」）モータは、第１の軸を中心に第１の部材に対して回転するときに、第２の部材と共に回転するように構成され得る。

理解されるように、「電動機構」という用語は、部材（例えば、第１および第２の部材、または第２および第３の部材）の分離が手動で操作／制御されないことを意味するために使用される。したがって、例えば、少なくとも１つの動力機構は、電気駆動、空気圧駆動、動力駆動、または油圧駆動の機構／モータを含むことができる。したがって、動力機構のための動力源が存在し得る。動力機構のための動力源は、多関節ヘッド（例えば、動力源は、多関節ヘッドに常駐するバッテリを含むことができる）によって常駐することができ、または多関節ヘッドから外部に常駐することができ（例えば、ワイヤを介して多関節ヘッドに供給される）。好ましくは、少なくとも１つの動力機構は、電動機構を備える。例えば、本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つの（例えば、第１および第２の）「ロック」モータは、電動モータを含み得る。同様に、少なくとも１つの（例えば、第１および第２の）駆動モータは、電動モータを含み得る。

第１および第２の軸は、実質的に直交し得る。

多関節ヘッドは、その上にツールを取り外し可能に取り付けるためのツールマウントを備えることができる。多関節ヘッドは、２軸多関節ヘッドを含むことができる。したがって、第３の部材は、前記ツールマウントを備えることができる。３軸ヘッドの場合、第３の軸を中心とした第３の部材に対するその向きが、複数の所定の割り出し可能な向きのうちの１つの間で変更され、ロックされることができるように、第３の部材に結合された第４の部材が存在し得る。そのような実施形態では、第４の部材は、前記ツールマウントを含むことができる。そのような実施形態では、第１の軸、第２の軸、および第３の軸は、相互に直交し得る。

ツールマウントは、運動学的マウントの一方の部分を形成することができ、運動学的マウントの他方の部分は、その上に取り付けられるツールによって提供される。理解されるように、運動学的マウントは、反復可能な位置決めを提供するために別の部分の要素と協働するように配置された１つの部分の要素を有するものである。要素は、好ましくは６つの接触点または制約によって、すべての６つの自由度（すなわち、３つの垂直直線自由度および３つの垂直回転自由度）における部品間の相対的な動きを制約するように互いに協働するように配置される。一つの特定の実施形態では、一方の部品における要素は、他方の部品における要素と合計６つの接触点をもたらすような方法で、３つの離間した位置のそれぞれに一対の互いに収束する面を与えるように配置することができる。これは、一方の部分の他方に対する６つの可能な自由度を制約する。そのような運動学的マウントは、ボーイズサポート（Boys support）として知られることがあり、例えば、非特許文献１の１１－３０ページに記載されている。そのような運動学的位置／接続を提供するための例示的な構成のさらなる詳細は、以下に提供される。

ツールマウントは、その上に取り付けられたツールを磁気的に保持するための１つまたは複数の磁石を備えることができる。

多関節ヘッドに取り付けるための適切なツールには、測定プローブが含まれる。適切な測定プローブには、ワークピースの寸法を測定するためのプローブが含まれる。適切な測定プローブは、接触または非接触測定プローブであり得る。適切な測定プローブには、タッチトリガ測定プローブや走査ないし”アナログ”測定プローブも含まれる。

第１および第２の部材、ならびに／または第２および第３の部材の割出し増分は、１０°以下、例えば、５°以下、例えば、４°以下であり得る。第１および第２の部材、ならびに／または第２および第３の部材の割出し増分は、少なくとも０．５°、例えば、少なくとも１°であり得る。例えば、第１および第２の部材、ならびに／または第２および第３の部材の割出し増分は、約２．５°であり得る。

第１の部材および第２の部材は、前記事前定義された割り出し可能な向きを提供するように、第１の軸の周りの複数の異なる角度向きで一緒にロックすることができる、相互に係合可能な係合要素／特徴の第１の組の協働セットを提供することができる。第２の部材および第３の部材は、前記所定のインデックス可能な向きを提供するように、第２の軸の周りの複数の異なる角度の向きで一緒にロックすることができる、相互に係合可能な係合要素／特徴の第２の組の協働セットを提供すること ができる。理解されるように、相互に係合可能な係合要素の一対の協働セットは、互いに噛み合う部材／特徴の２つのセットを含むことができ、各部材上に１つがある。例えば、相互に係合可能な係合要素の第１の組の協働セットは、環状の一連の特徴、例えば、一連のボール、または第１および第２の部材のうちの１つ（例えば、第１の部材上）上の一連のテーパー歯（例えば、面スプライン部材を提供する）を含むことができる。第１および第２の部材（例えば、第２の部材）の他方はまた、環状一連の特徴を備えることができるが、第１および第２の部材（例えば、第２の部材）の他方の係合要素は、ロック状態にあるときに、それらが、複数の離散的な環状間隔の位置で、第１および第２の部材（例えば、第１の部材）の前記１つ上の環状一連の特徴の一連の歯のサブセットのみと係合するように構成されることが好ましいことができる。

相互に係合可能な係合要素／割出し機構の一対の協働セットは、それらの間に運動学的位置／接続を提供するように構成され得る。

多関節ヘッドは、第１の部材および第２の部材がロック状態にある格納構成と、第１の部材および第２の部材がロック解除されるように第１の軸に沿って第１の支柱によって離れて保持される伸長構成との間で、少なくとも１つの動力機構によって作動可能な第１の支柱を備え得る。第２の部材は、第１の支柱を含む／収容し得る。第１の支柱は、その伸長構成にあるときに（例えば、以下でより詳細に説明されるように、対応する係合特徴を介して）第１の部材に結合され得、その格納構成にあるときに第１の部材から分離され得る。

多関節ヘッドは、第２および第３の部材がロック状態にある格納構成と、第２および第３の部材がロック解除されるように第２の軸に沿って第２の支柱によって第２の部材および第３の部材が離れて保持される伸長構成との間で、少なくとも１つの動力機構によって作動可能な第２の支柱を備え得る。第２の部材は、第２の支柱を含む／収容し得る。第２の支柱は、その伸長構成にあるときに（例えば、以下でより詳細に説明されるように、対応する係合特徴を介して）第３の部材に結合され得、その格納構成にあるときに第３の部材から分離され得る。

第１の支柱は、少なくとも１つの動力機構によって作動される第１のレバーによって、その伸長構成と格納構成との間で軸方向に駆動され得る。第２の部材は、第１のレバーを含む／収容し得る。第２の支柱は、少なくとも１つの動力機構によって作動される第２のレバーによって、その伸長構成と格納構成との間で軸方向に駆動され得る。第２の部材は、第２のレバーを含み／収容し得る。

第１のレバーは、第２の部材に固定された第１の屈曲部にその第１の端部に向かって枢動可能に取り付けられ、第１のレバーの第２の端部を上昇および下げるように構成された少なくとも１つの動力機構にその第２の端部に向かって取り付けられ得る。第１のレバーは、その第１の端部と第２の端部との間の点で第１の支柱に取り付けられ得る。第２のレバーは、第２の部材に固定された第２の屈曲部にその第１の端部に向かって枢動可能に取り付けられ、第１のレバーの第２の端部を上昇および下げるように構成された少なくとも１つの動力機構にその第２の端部に向かって取り付けられ得る。第２のレバーは、その第１の端部と第２の端部との間の点で第２の支柱に取り付けられ得る。

第１および第２の部材は、第１および第２の部材を一緒に保持するように、互いに向かって磁気的に付勢され得る。第２および第３の部材は、第２および第３の部材を一緒に保持するように、互いに向かって磁気的に付勢され得る。

第１の支柱および第１の部材は、少なくともロック解除された構成にあるときに、少なくとも第１の部材および第２の部材の保持を支援するように、互いに向かって磁気的に付勢され得る。第２の支柱および第３の部材は、少なくともロック解除された構成にあるときに、少なくとも第２の部材および第３の部材の保持を補助するように、互いに向かって磁気的に付勢され得る。

多関節ヘッドは、第１の支柱を格納構成に向かって付勢するように構成された少なくとも１つの補助付勢部材をさらに備え得る。多関節ヘッドは、第２の支柱を格納構成に向かって付勢するように構成された少なくとも１つの補助付勢部材をさらに備え得る。多関節ヘッドは、第１の支柱を格納構成に向かって付勢するように構成された少なくとも１つの第１の補助付勢部材をさらに備え得る。多関節ヘッドは、第２の支柱を格納構成に向かって付勢するように構成された少なくとも１つの第２の補助付勢部材をさらに備え得る。少なくとも１つの（第１および／または第２の）補助付勢部材は、磁性材料、例えば、磁石を含み得る。第１の支柱、第１の部材、および第２の部材は、ｉ）第１の支柱をその伸長構成に向かって付勢する第１の支柱に作用する磁気力、およびｉｉ）第１の支柱をその格納構成に向かって付勢する第１の支柱に作用する磁気力を提供するように配置された磁気材料を含み得る。第２の支柱、第２の部材、および第３の部材は、ｉ）第２の支柱をその伸長構成に向かって促す第２の支柱に作用する磁気力、およびｉｉ）第２の支柱をその格納構成に向かって促す第２の支柱に作用する磁気力を提供するように配置された磁気材料を含み得る。

位置決め装置は、座標位置決め装置、例えば、座標測定機（ＣＭＭ）を含み得る。座標位置決め装置、例えばＣＭＭは、直列に配置された２つまたは３つの直線可動部材を含む直交座標位置決め装置であってもよく、それぞれが他のものと直交する線形軸に沿って移動可能であり、２つまたは３つの相互に直交する次元、例えばＸ、Ｙ、およびＺでそこに取り付けられた多関節ヘッドの移動を提供する。したがって、位置決め装置は、少なくとも２つ、例えば３つの直交する直線自由度で多関節ヘッドの再位置決めを容易にするように構成され得る。多関節ヘッドは、１つまたは複数のボルトなどの１つまたは複数の解放可能な留め具を介して、位置決め装置（例えば、ＣＭＭのｚ列またはクイル（quill））に取り外し可能に取り付けられ得る。典型的な直交座標位置決め装置には、ブリッジ、ポータル、カンチレバー、水平アーム、およびガントリータイプの機械が含まれる。

本発明の別の態様によれば、その上に取り付けられた上述の多関節ヘッドを備える装置、特に位置決め装置が提供される。したがって、多関節ヘッドの第１の部材は、例えば、１つまたは複数の解放可能な留め具を介して、位置決め装置に取り付けられ得る。装置は、少なくとも１つの動力機構の制御／動作（それによって、第１および第２の部材、ならびに／または多関節ヘッドの第２および第３の部材の分離を制御するように）に構成された少なくとも１つの電子コントローラを備えることができる。任意選択で、同じまたは別のコントローラは、ロックが解除されたときに、第１および第２の部材および／または第２および第３の部材の相対的な向きを制御するために、少なくとも１つの駆動モータを制御／動作させるように構成または提供され得る。

本発明の別の態様によれば、位置決め装置に取り付けられた上述の多関節ヘッドを操作する方法が提供され、この方法は、ｉ）第２および第３の部材をロックしたまま第１および第２の部材のロック解除を引き起こすように少なくとも１つの動力機構を操作し、第１および第２の部材を第１の軸を中心に新しい回転位置に相対的に回転させ、次いで、第１および第２の部材を新しい回転位置にロックさせるように少なくとも１つの動力機構を操作すること、またはｉｉ）第１および第２の部材をロックしたまま第２および第３の部材のロック解除を引き起こすように少なくとも１つの動力機構を操作し、第２および第３の部材を第２の軸を中心に新しい回転位置に相対的に回転させ、次に、第２および第３の部材を新しい回転位置にロックさせるように少なくとも１つの動力機構を操作することを含む。

ここで、本発明の実施形態は、以下の図面を参照して、一例としてのみ説明される。
図１は、座標測定機（ＣＭＭ）に取り付けられた本発明による割出しヘッドを示す。 図２は、図１の割出しヘッドを単独で示す。 図３は、ロックされた構成にあるときの図１の割出しヘッドの断面図を示す。 図４は、ロック解除構成にあるときの図１の割出しヘッドの断面図を示す。 図５ａは、図１の割出しヘッドの割出し機構を示す。 図５ｂは、図５ａの割出し機構の一部を単独で示す。 図６は、図５ａに示される割出し機構の詳細図である。 図７ａは、図５ｂに示される割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図７ｂは、図５ｂに示される割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図７ｃは、図５ｂに示される割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図８は、図１の割出しヘッドの割出し機構およびロック解除機構の異なる部分の分解図である。 図９は、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の切断図を示す。 図１０ａは、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の切断図を示す。 図１０ｂは、図１の割出しヘッドの割出し機構の多関節部分のうちの１つの下側を示す。 図１１ａは、ロック解除およびロック動作中の異なる段階における、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１１ｂは、ロック解除およびロック動作中の異なる段階における、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１１ｃは、ロック解除およびロック動作中の異なる段階における、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１１ｄは、ロック解除およびロック動作中の異なる段階における、図１の割出しヘッドの割出しおよびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１２は、特に異なる磁石配置による、代替実施形態による割出し機構およびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１３は、特に異なる磁石配置による、代替実施形態による割出し機構およびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１４は、特に異なる磁石配置による、代替実施形態による割出し機構およびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１５は、特に異なる磁石配置による、代替実施形態による割出し機構およびロック解除機構の異なる部分の概略断面図を示す。 図１６は、図３、４、および１１の３つのリング磁石の実施形態のための支柱力および保持力を示すグラフである。 図１７は、図１２の２つのリング磁石の実施形態のための支柱力および保持力を示すグラフである。 図１８は、２つのディスク磁石の実施形態のための支柱力およびブレークアウトトルクを示すグラフである。 図１９は、ロック解除構成の第１の軸「Ｄ」および第２の軸「Ｅ」の両方を有するＺ－Ｘ平面内で切った多関節ヘッド１００の断面図である。

図１を参照すると、位置決め装置２００に取り付けられた本発明による多関節ヘッド１００が示されている。

位置決め装置２００は、この場合、座標測定機（「ＣＭＭ」）の形態である移動構造を備える。ＣＭＭ２００は、次いでキャリッジ２０６を保持するフレーム２０４を支持するベース２０２を備え、キャリッジ２０６は次いでクイル２０８（または「Ｚ列」）を保持する。モータ（図示せず）が設けられて、クイル２０８を３つの互いに直交する軸Ｘ、ＹおよびＺに沿って（例えば、フレームをＹ軸に沿って、キャリッジ２０６をＸ軸に沿って、およびクイル２０８をＺ軸に沿って移動させることによって）移動させる。

クイル２０８は、関節ヘッド１００を保持し、次に関節ヘッドは、プローブ３００を保持する。本実施形態では、関節ヘッド１００は、以下でより詳細に説明されるように、その上に取り付けられたプローブ３００の、第１および第２の回転軸Ｄ、Ｅの周りの再配置を容易にする。

関節ヘッド１００による２つの回転軸（Ｄ、Ｅ）と、ＣＭＭ２００の３つの直線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）平行移動軸との組み合わせによって、プローブ３００が５つの自由度（２つの回転自由度、および３つの直線自由度）で移動し／位置することが可能となる。

図示されていないが、測定エンコーダが、ベース２０２、フレーム２０４、キャリッジ２０６、クイル２０８、および関節ヘッド１００の部品の相対位置を測定するために設けられてもよく、これにより、ベース２０２に配置されたワークピースに対する測定プローブ３００の位置を決定することができる。

コントローラ２２０は、ＣＭＭ容積内のプローブ３００の位置および向きを（手動で、例えば、ジョイスティック２１６などの入力デバイスを介して、または自動的に、例えば、検査プログラムの制御下で）制御するなど、ＣＭＭ２００の動作を制御するために、およびＣＭＭ２００から情報（例えば、測定情報）を受信するために提供される。表示器２１８は、コントローラ２２０とユーザとのやり取りを補助するために設けることができる。コントローラ２２０は、例えば、専用の電子制御システムであり得、および／またはパーソナルコンピュータを含み得る。

本実施形態では、プローブ３００は、プローブ本体３０２およびスタイラス３０４を備える接触プローブである。スタイラス３０４は、検査されるワークピースに接触するための球形先端３０６を有し、この実施形態では、スタイラス３０４は、プローブ本体３０２に対して偏向可能である。接触プローブ３００は、一般にタッチトリガープローブと称されるものであり得、または走査（またはアナログ）プローブであり得る。明らかなように、非接触プローブを含む他のタイプのプローブを関節ヘッド１００に取り付けられ得る。

この実施形態では、関節ヘッド１００は、それに異なるプローブを交換することを容易にするためのプローブマウント１０８を備える。特に、これは、ＣＭＭの操作容積内にあるラックでプローブの自動交換を容易にするマウントとし得る。例えば、プローブマウント１０８およびプローブ本体３０２は、マウント上にプローブを保持するための磁石を備えることができる。

関節ヘッド１００は、それに取り付けられた接触プローブのスタイラス３０４のたわみを検出するための組み込みセンサ構成部品を備えることが可能である。しかしながら、本実施形態では、そのようなセンサ構成要素はすべて、プローブ３００自体の本体３０２内に提供される。プローブ３００は、スタイラスのたわみ信号をコントローラ２２０に送信するように構成されている。一般的にそうであるように、これは、プローブ３００とプローブマウント１０８との間の接触信号インターフェースによって行うことができ、そのような信号は、次いで、関節ヘッド１００およびＣＭＭ２００のケーブルを介してコントローラ２２０に中継される。そのようなインターフェースを使用して、プローブ３００に電力を供給することもできる。したがって、理解されるように、多関節ヘッド１００は、それ自体が、プローブ信号を中継するだけでなく、多関節ヘッド１００を制御するために（例えば、以下でより詳細に説明される電動ロック１９０、１９０'および駆動１９２、１９２’モータの動作を制御するために）電力およびモータ制御命令を受信するために使用することができる、クイル２０８（例えば、多関節ヘッドおよびクイル上の１つまたは複数の対応する電気接点）との信号インターフェースを有する。したがって、説明の簡略化のために示されていないが、理解されるように、説明される実施形態では、ＣＭＭ２００および多関節ヘッド１００は、多関節ヘッド１００からの信号（例えば、プローブ信号、位置情報、エラーメッセージなど）のための、および／または多関節ヘッド１００に電力および命令を供給するための（例えば、比較的回転可能な部材の回転位置を制御するように多関節ヘッドのモータを制御するための）電線を備える。理解されるように、他の実施形態では、多関節ヘッドは、多関節ヘッドに電力を供給するために、それ自身の電源（例えば、１つ以上の電池）のうちの１つ以上を含み得る。また理解されるように、他の実施形態では、多関節ヘッドは、コントローラ２２０と無線で通信し得る。

ここで図２から図１９を参照すると、多関節ヘッド１００がより詳細に説明される。

図２に示されるように、多関節ヘッド１００は、第１の部材１０２または「取り付けプレート」と、第１の回転軸「Ｄ」を中心に第１の部材１０２に対して多関節可能／回転可能である第２の部材１０４と、第２の回転軸「Ｅ」を中心に第２の部材１０４に対して多関節可能／回転可能であるプローブアーム１０６の形態である第３の部材とを備える。第２の回転軸「Ｅ」は、第１の回転軸「Ｄ」と直交する。説明される実施形態では、第１の回転軸「Ｄ」は、ＣＭＭのＺ軸に平行に配置されるが、これは必ずしもそうである必要はない。

第１の部材／取り付けプレート１０２は、ボルトが通過して多関節ヘッド１００をＣＭＭ２００のクイル２０８に固定することができる孔１０３を備える。プローブアーム１０６は、プローブ（接触プローブ３００など）を交換可能に取り付けることができるプローブマウント１０８を備える。

代替の実施形態では、そのプローブマウント１０８を有するプローブアーム１０６は、それ自体が交換可能な部材であり得る。例えば、多関節ヘッド１００の一部であるのではなく、プローブアーム１０６は、プローブと一緒に（例えば、自動的に）交換することができるように、プローブの一部として提供され得る。この場合、多関節ヘッド１００の第３の部材は、プローブ／プローブアーム１０６のためのマウント部材１０６’を備え得、マウント部材１０６’は、第２の回転軸「Ｅ」の周りで第２の部材１０４に対して多関節可能／回転可能である。マウント部材１０６’およびプローブアーム１０６は、プローブアーム１０６がマウント部材１０６’に取り外し可能に取り付けられることを可能にするために、協働する取り付けフィーチャ（feature）を備えることができる。そのような協働する取り付けフィーチャは、例えば、運動学的マウントを画定する特徴１５０（図１９を参照）を備え得る。１つまたは複数の磁石は、プローブアーム１０６をマウント部材１０６’上に保持するために提供され得る。

図３および図４は、Ｚ－Ｙ平面で切った多関節ヘッド１００の断面図を示し、図１９は、Ｚ－Ｘ平面で切った多関節ヘッド１００の断面図を示す。図３および図４は、実質的に同じであり、同じ多関節ヘッドの共通図であるが、図３では、多関節ヘッド１００は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５がロック状態にある状態で示され、図４では、多関節ヘッド１００は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５がロック解除状態にある状態で示される。図４では、多関節ヘッド１００の様々なフィーチャが見えるようにするために、多くの参照番号が省略される。

ここで、第１の軸「Ｄ」および第２の軸「Ｅ」（すなわち、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４）のロック／ロック解除、回転、および割出し機構について説明する。この実施形態では、第２の軸「Ｅ」（すなわち、第２の部材１０４および第３の部材１０６／１０６'）のロック／ロック解除および割出し機構は、実質的に同じである（ただし、第１の軸「Ｄ」のそれに垂直に配置される）。したがって、この実施形態では、第１の「Ｄ」軸および第２の「Ｅ」軸のロック／ロック解除、回転、および割出し機構は、実質的に同じ部分を有する。簡潔さおよび明確さのために、以下の説明は、主に第１の軸「Ｄ」に焦点を当てるが、理解されるように、第１の軸「Ｄ」の説明の多くは、第２の軸「Ｅ」にも適用可能であり、第１の軸「Ｄ」と同じである第２の軸「Ｅ」の部分は、図面において、第１の軸「Ｄ」と同じ参照番号でラベル付けされるが、プライム記号が付加される。本発明によれば、第１の「Ｄ」軸および第２の「Ｅ」軸のロック／ロック解除は、互いに独立して制御／作動させることができる。言い換えれば、多関節ヘッドは、第１の軸「Ｄ」をロック解除するが、第２の軸「Ｅ」をロックしたままにし、またはその逆を維持するように操作し得る。もちろん、必要に応じて、第１の「Ｄ」軸と第２の「Ｅ」軸を一緒に／同時にロック解除するように、多関節ヘッドを制御することは依然として可能である。

第１の軸「Ｄ」の割出し機構は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４に設けられた相互に係合可能な係合要素の配置を備える。特に、連続した一連のテーパー歯１１２（例えば、詳細図については図５ａおよび図６を参照）を有した第１の環状部材１１０が設けられる。歯１１２は、歯の範囲が主に半径方向に沿って（第１の環状部材の半径に対して、また第１の軸「Ｄ」に対して）延びるという点で、実質的に半径方向に延びている。従って、本実施形態では、第１の環状部材１１０は、“フェーススプライン（face spline）部材”の形態であり、以降ではそのように称される（特に、説明される実施形態では、フェーススプライン部材は、ハースジョイント（Hirth joint）部材の構成を有することに留意されたい）。フェーススプライン部材１１０の歯は、半径方向に細長く、概してテーパー断面形状（それらの長さに垂直方向において）を有する。本実施形態では、歯１１２の各側面１１１は、実質的に平坦／平面であるが、これは必ずしもそうである必要はない（例えば、それらは、以下に記載される冠状歯１１８のように湾曲または冠のようにすることができる）。

割出し機構／相互に係合可能な係合要素は、フェーススプライン部材１１０の歯１１２と噛み合うように構成されたフィーチャを有する第２の環状部材１１４をさらに備える。第２の環状部材１１４は、フェーススプライン部材１１０に設けられた連続した一連の歯のサブセットのみと係合するように構成されたフィーチャを有する（詳細図については図５ｂおよび図６を参照）。したがって、第２の環状部材１１４が連続した一連の相互係合歯を提供する代わりに、第２の環状部材１１４は、３つの離散的な等角間隔（１２０°）の位置１１６でフェーススプライン部材１１０の歯１１２と相互に噛み合うように構成されたフィーチャを単に備える。この特定の実施形態では、前記位置１１６のそれぞれにおいて、冠状歯１１８の形態で、単一のフィーチャのみが提供される。各冠状歯１１８は、半径方向に細長く、概してテーパー形状（それらの長さに垂直に取られる）を有し、それによって、フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の側面１１１と係合するように構成された２つの湾曲した係合側面１２０を提供する。

図７ａ～７ｃに示されるように、冠状歯１１８の係合側面１２０は、それらの長さ（この実施形態では、半径方向の寸法に沿って、または図７ａおよび７ｃに示されるようにＸ軸に沿って）に沿って、ならびにそれらの断面形状（図７ｂに示されるように、それらの長さ／半径方向の寸法に垂直に取られる）に沿って湾曲する。そのような構成（すなわち、フェーススプライン部材１１０上の平坦／平面歯１１２と係合する冠状歯１１８）は、冠状歯１１８の各係合側面１２０が頂点領域１２２を提示することを確実にする。この頂点領域１２２は、フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の側面１１１と係合する傾向がある。頂点領域があることは、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２の環状部材１１４との間の、より反復が可能な着座位置をもたらすことが分かる。これは、頂点領域１１２を提供することは、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４上の任意の所与の歯の対について、（第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４の両方の歯の側面１１１、１２０が実質的に平坦／平面である場合と比較して）それらが一緒になるたびに、前記対の歯がそれらの側面１１１、１２０上の同じ領域で係合する可能性が著しく高いことを意味し、それによって、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４が、所与の角度方向で一緒になるたびに同じ位置に一緒に着座することを確実にするのに役立つからである。特に、そのような構成は、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２の環状部材１１４との間の運動学的結合をもたらすのに役立つ。

さらに、割出し増分が小さくなる場合（例えば、７．５°未満、特に５°未満、例えば、２．５°近辺）、記載された構成は、特許文献４に記載されたボールおよびローラの割出し機構よりも著しく有利であることが分かっている。これは、割り出し増分が小さいほど、相互メッシュ機能が小さいためである。十分に小さい直径を有するボールのリングを正確に製造および組み立てることが困難であるだけでなく、対応するローラと非常に小さい直径のボールとの間の接触点が非常に小さいため、ヘルツ接触圧力は非常に高くなり、それらが過剰に応力され、これは次に、割出し機構の過度の摩耗および／または故障をもたらす。

例えば、現在説明されている実施形態では、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４は、７５ｍｍの外径を有し、２．５°の割出し増分を提供するようなサイズの歯を備え、多関節ヘッド１００は、ロック位置にあるときに、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４が約１２０Ｎ（ニュートン）の力によって一緒に保持されるように構成される。その長さに垂直な平面（例えば、図７ｂのＺ－Ｙ平面内）で切られた冠状歯の曲率半径Ｒ’は１．８ｍｍであり、その長さに沿った平面（例えば、図７ｃのＺ－Ｘ平面内）で切られた歯冠の曲率半径Ｒ''は２３ｍｍである。対照的に、環状歯の代わりに球状のボールを使用する場合、ボールは、第１の環状部材／フェーススプライン部材の歯１１２の間に適合するために、０．７５ｍｍ未満の曲率半径を有する必要がある。そのような小さなボールを多関節ヘッドに組み立てることは困難であるだけでなく、信じられないほど小さな接触点を提供し、非常に高いヘルツ接触圧をもたらす。

明らかなように、同じ効果は、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の歯１１２を冠状にし、第２の環状部材１１４の歯１１８に平らな側面を与えることによって得ることができるが、これは製造がより困難となり得る。あるいは、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４の両方の歯１１２、１１８は、冠状とすることができるが、製造の困難さの増加に伴い、望ましくないヘルツ接触圧力を回避するために、歯の寸法を調整する（特に増加させる）必要がある。さらなる代替の実施形態では、割出し機構／相互に係合可能な係合要素は、例えば、特許文献１に記載されるように、部品の１つ上の半球部材および他の部分上の３対のローラの環状配置によって提供され得る。別の代替的な実施形態では、割出し機構／相互に係合可能な係合要素は、ハースジョイントを含み得る（すなわち、両方の部分がハースジョイント／フェーススプライン部材を含む）。

次に、第１の軸「Ｄ」の割出し機構をロックおよびロック解除するための機構について説明する。要約すると、説明される特定の実施形態では、ロック／ロック解除機構は、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０と冠状歯１１８を有する第２の環状部材１１４との間に保持力を提供するために磁石にのみ依存し、モータ駆動アクチュエータを使用して、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０と冠状歯１１８を有する第２の環状部材１１４とを分離するように、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４を互いに離れるように押す。この機構について、以下でより詳細に説明する。

説明される実施形態では、ロック／ロック解除機構は、積み重ねられた３つの磁石を含む。特に、第１の１４０リング磁石は、第２の部材１０４のハウジング１０５の上面１１５上に設けられ、第２の１４２リング磁石は、支柱１３０の接触プレート１３４上に設けられ（以下により詳細に説明する）、第３の磁石１４４は、第１の部材／取り付けプレート１０２上に設けられる。第１の１４０リング磁石、第２の１４２リング磁石および第３の１４４リング磁石は、形状およびサイズが同一であり、互いに同軸であるように積み重ねられ、第１の１４０リング磁石および第３の１４４リング磁石の両方がそれらの間に挟まれた第２の磁石１４２を引き付けるように配置される。リング磁石の極は、軸方向に配置される（すなわち、２つの磁極がリングの平坦な表面の上部および底部にあるように）。特に、リング磁石は、第１の磁石１４０のＮ極が第２の磁石１４２のＳ極に面するように、および第２の磁石１４２のＮ極が第３の磁石１４４のＳ極に面するように構成される。以下でより詳細に説明するように、固定位置および固定解除位置にあるとき、第２の部材１０４は、磁力によってのみ、具体的には、第３の磁石１４４、第２の磁石１４２および第１の磁石１４０の間の磁気引力によってのみ保持される。

ロック／ロック解除機構は、シャフト１３２および「ヘッド」ないし「接触プレート」１３４を含む支柱１３０を備える。支柱１３０のシャフト１３２は、第２の部材１０４のハウジング１０５の上面部材１１５によって与えられる、直線状の円筒軸受けハウジング１０７内に支持される。軸受（この場合、ボールベアリング１０９の配列）は、シャフト１３２と円筒形ベアリングハウジング１０７との間に設けられ、シャフト１３２と円筒形ベアリングハウジング１０７との間の（すなわち、第１の軸「Ｄ」に沿っておよびその周りの）相対的な直線運動および回転運動を容易にする。接触プレート１３４は、第１の部材／取り付けプレート１０２の本体と第２の部材１０４との間に挟まれた半径方向に延びる面を備える。

第１の軸「Ｄ」に沿ったシャフト１３２の上記直線的／軸方向の移動をもたらすために、モータ駆動のレバー１７０が設けられる。レバー１７０は、その第１の端部に向かって、取り付けブロック１７９を介して第２の部材のハウジング１０５（この実施形態では、上部プレート１１５）に固定された屈曲部１７８に枢動可能に取り付けられる。レバー１７０は、その第２の端部に関し、レバー１７０の第２の端部を上昇および下降させるように構成されたリードスクリュー機構１７２に取り付けられる。レバーは、その第１の端部と第２の端部との間の点で、（シャフト１３２とレバー１７０の相対回転を容易にする）ボビン１４６を介して、接触プレート１３４の遠位にあるシャフト１３２の端部に取り付けられる。電動ロックモータ１９０は、リードスクリュー機構１７２を駆動するように構成される。特に、ロックモータ１９０は、リードスクリュー１７４を回転させる第２の駆動ギヤホイール１７３と係合して回転させるように構成された第１のギヤホイール１７１を駆動するように構成される。リードスクリュー１７４が回転すると、（ピン１７５を介してレバー１７０に取り付けられた）ナット１７６がリードスクリュー１７４に沿って軸方向に移動する。リードスクリュー１７４はまた、取り付けブラケット１７７およびベアリング１７９を介して第２の部材のハウジング１０５（この実施形態では円筒形ベアリングハウジング１０７）に固定され、その回転軸を中心に回転することができるが、Ｚ軸の第２の部材のハウジング１０５に対して固定される（図３および図４に示すように）。

特に、以下に説明する３つの磁石設計が採用されていない場合、支柱１３０の駆動機構が後退駆動に抵抗する（言い換えれば、それは容易に手動で後退駆動されない）場合に有利であり得る。これは、支柱１３０上に作用する正味の外力が十分に小さい場合、たとえモータ／電源が作動していない場合でも手動で後退駆動されにくい駆動機構はその位置を保持する傾向があるためである。これは、固定位置を保持するために駆動機構／モータをサーボする必要を回避することができ、したがって、多関節ヘッドの消費電力を低減することができる。従って、これは、駆動機構／モータが発生する熱量を低減することができ、これは、熱変形を低減することによる関節ヘッドの計測性能の改善を可能とする。ギアピッチの高いリードスクリュー機構は、容易に後退駆動されない駆動機構の一例である。

以下でより詳細に説明するように、接触プレート１３４の遠位にあるその端部に向かってシャフト１３２に設けられた駆動ギア１４８と係合して駆動するように構成されたギア構成（図示せず）を有し、第１の部材１０４のハウジング１０５（およびそれに固定されたすべて）を第１の軸「Ｄ」の周りでシャフト１３２の周りで回転／回転させるように操作することができる、電動駆動モータ１９２が提供される。第１の（または「一次」）ロータリーエンコーダデバイス１３５（例えば、磁気アブソリュートロータリーエンコーダデバイス）は、第１の軸「Ｄ」を中心とした第１の部材１０４のハウジング１０５およびシャフト１３２の相対的な角度位置を測定／監視するために提供される。

支柱の接触プレート１３４および第１の部材／取り付けプレート１０２は、対応する係合要素を有する。特に、対応する係合要素は、係合したときに、支柱の接触プレート１３４と第１の部材／取り付けプレート１０２との間に、反復可能な、特に運動学的な結合をもたらすように構成されたフィーチャを備える。説明される実施形態では、支柱の接触プレート１３４は、互いに１２０°離れて配置された３つの係合ボール１５２を含み、第１の部材／取り付けプレート１０２は、３つの対の係合ボール１５４を有し、対は互いに１２０°離れて配置される（図１０ｂを参照）。第１の部材／取り付けプレート１０２上の係合ボール１５４の各対は、接触プレート１３４に配置された係合ボール１５２の１つを受け入れるためのチャネルないし溝を画定する。

図３および４にも示されるように、第２のロータリーエンコーダデバイスが提供され、これは、第１の部材／取り付けプレート１０２の下面に設けられた環状スケール１６２と、第２の部材１０４のハウジング１０５の上面１１５に設けられた第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドとを備える（理解されるように、それらは反対方向に設けられ得るが）。説明される実施形態では、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドは、互いに９０°離間して環状に配置される。記載される実施形態では、第２のロータリーエンコーダ装置は、インクリメンタル光学ロータリーエンコーダ装置である。説明される特定の実施形態では、第２のエンコーダデバイスは、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４の本体１０５との相対位置が１０ｎｍ（ナノメートル）以内に確立されることを可能にする高解像度エンコーダである。その目的は、本明細書で詳細に後述される。

ここで、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４のロック解除／再配向／ロックプロセスについて説明する。図３は、固定状態にある第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４を示している。固定状態では、プローブマウント１０８に装着されたプローブ３００は、加工物を検査するための測定動作で用いることができるように、不変で明確な角度位置で保持することができる。しかしながら、例えば、アクセスの理由から、プローブマウント１０８に取り付けられたプローブを再配向することが望ましい場合がある。そのためには、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４の固定を解除し、それらを相対的に再配向させ、次いでそれらを新しい配向位置で共に固定する必要がある。

第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４のロックを解除することは、第１の軸「Ｄ」に沿って第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって支柱１３０を軸方向に駆動することを伴う。説明された実施形態では、これは、コントローラ２２０が、ロックモータ１９０を動作させてリードスクリュー１７４を駆動し、リードスクリューナット１７６をＺ次元（図３および４に示される方向）で上方に駆動するように、多関節ヘッド１００に命令を送信することによって達成される。次に、レバー１７０（リードスクリューナット１７６に接続され、リードスクリューナット１７６によって作動される）は、支柱のシャフト１３２をＺ次元（図３および４に示される方向）で上方に押す。短い距離の後、支柱１３０の接触プレート１３４上の係合ボール１５２は、第１の部材／取り付けプレート１０２上の係合ボール１５４の対に接触して係合し、その後、リードスクリュー１７４の継続的な駆動は、レバー１７０およびリードスクリュー機構１７２に、ハウジング１０５を（リードスクリュー１７４が固定されている円筒形ベアリングハウジング１０７を介して）軸方向下方に押し下げさせ、それによって、第２の部材１０４のハウジング１０５と第１の部材／取り付けプレート１０２とを分離させる。リードスクリュー１７４は、第２の部材１０４および第１の部材／取り付けプレート１０２を制御された事前定義された量で分離するように操作され、これは、冠状歯１１８が歯１１２から離れているのに十分であるが、以下でより詳細に説明するように、第１の磁石１４０が、ロック解除状態であっても第２の磁石１４２上に合理的な量の引力を有するように、第２の磁石に十分に近いままであることが望ましいため、それほど大きくはない。図４は、そのようなロック解除状態にある割出しヘッド１００を示している。本発明によれば、第１の軸「Ｄ」のロックモータ１９０は、第２の軸「Ｅ」の電動ロックモータ１９０’とは独立して動作することができ、第２の軸「Ｅ」は、第１の軸「Ｄ」がロック解除されている間もロックされたままであり得る。

ロック解除状態に達すると、リードスクリュー機構１７２を駆動するロックモータ１９０が停止し、多関節ヘッド１００の第２の部材１０５の回転位置の変化をもたらすために、シャフトの１３２駆動ギア１４８と係合する第１の軸の「Ｄ」駆動モータ１９２が作動する。上述のように、ロック解除状態では、支柱１３０は、係合ボール１５２、１５４を介して第１の部材／取り付けプレート１０２と係合し、そのようにして、（ロック解除状態で）第１の部材／取り付けプレート１０２に回転可能に固定される。したがって、シャフト１３２の駆動ギア１４８と係合する駆動モータ１９２が動作すると、それは、第２の部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５全体（および前述のモータを含むそれに固定されたすべての構成要素）をシャフト１３２の周りで駆動させ、したがって、第２の部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５全体（およびそれに固定されたすべての構成要素）を第１の軸「Ｄ」の周りに回転させる。

ｉ）第２の部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５、およびｉｉ）シャフト１３２（したがって、第１の部材／取り付けプレート１０２）の相対回転位置は、第１の（「一次」）エンコーダ装置１３５から知られている。したがって、コントローラ２２０は、第１のエンコーダ装置１３５からの出力を使用して、シャフトの駆動ギア１４８と係合するモータ（図示せず）を制御することができるため、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４を所望の相対的な向きにする。理解されるように、回転位置は、新しい所望の相対的な向きにあるときに、第２の環状部材１１４上の冠状歯１１８が第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の谷の反対側に位置し、それらが一緒にロックされるとき、冠状歯１１８が第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の２つの歯１１２の間にきれいに寄り添うように、十分に高い精度で制御される必要がある。

次に、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４を固定するプロセスについて説明する。説明した実施形態では、これは、ロックモータ１９０を操作してリードスクリュー１７４を駆動し、リードスクリューナット１７６を（図３および４に示される方向で）下向きに駆動することによって達成される。これにより、第２の環状部材１１４上の冠状歯１１８がフェーススプライン部材１１０の歯１１２と係合するまで、第２の部材１０４のハウジング１０５が第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって引き上げられ、その後、ロックモータ１９０の継続的な動作により、支柱１３０が第１の部材／取り付けプレート１０２から引き離され、それによって、接触プレート１３４および第１の部材／取り付けプレート１０２に設けられた係合ボール１５２、１５４が係合解除される。したがって、係合ボール１５２、１５４の係合解除点において、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４は、３つの冠状歯１１８と第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の歯１１２との間の６つの接触点によって提供される運動学的制約を介して保持される。

第１の磁石１４０、第２の磁石１４２、および第３の磁石１４４が互いに相互作用する方法は、図１１Ａ～図１１Ｄを参照して説明され、図１１Ａ～図１１Ｄは、支柱のシャフト１３２および接触プレート１３４、第２の部材の上部プレート１１５、第１の部材／取り付けプレート１０２、第２の環状部材１１４（３つの冠状歯１１８として）、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０（連続した一連の歯１１２を有する）、および第１の１４０、第２の１４２および第３の１４４リング磁石を概略的に示す。図１１Ａは、ロックされた位置にある第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４を示し、すなわち、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２および第２の環状部材１１４上の歯１１８が完全に係合している。図１１ｂは、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４がロック位置にあるが、接触プレート１３４上の係合ボール１５２が第１の部材／取り付けプレート１０２上の係合ボール１５４と係合し、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２と第２の環状部材１１４上の歯１１８とを分離し始めようとしている点まで支柱１３０が作動している点を示す。図１１ｃは、それらが分離し始めたが、まだ完全にロック解除された構成に達していない第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４を示す。図１１ｄは、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４が、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２および第２の環状部材１１４上の歯１１８が互いに完全にクリアされ、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４のハウジング１０５が第１の軸「Ｄ」を中心に互いに対して自由に回転するようにロック解除された位置にあることを示す。

図１１ａに示される構成では、第３の磁石１４４は、第２の磁石１４２および第３の磁石１４４の両方に引き付けられ、したがって、第１の部材／取り付けプレート１０２を第２の部材１０４の支柱１３０およびハウジング１０５に向かって引っ張る。説明される実施形態では、装置は、ロック位置にあるときに、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４との間に約１２０Ｎの総ロック力があるように構成される（これは、適切なヘッド寸法、特に割出し機構およびリング磁石の直径および位置で、２Ｎｍのブレークアウトトルクを提供する）。理解されるように、ブレークアウトトルクは、第１および第２の本体が互いに剥離し始める前に発揮され得るモーメントである。これは、多関節ヘッドはしばしば偏心して負荷が作用するものであるため、重要である。また明らかなように、ブレークアウトトルクは、フェーススプライン部材１１０の直径または係合ボール１５２、１５４のリングの直径など、保持力／維持力／ロック力以外の要因に依存する。

ロック解除状態に移行するためには、支柱１３０を第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって移動させる必要がある。第１の磁石１４０の存在は、（それが存在しない場合と比較して）そうするためにロックモータ１９０に必要な作業を少なくとも最初に増加させるように思われるが、装置は、図１１ａに示されるロック状態で、支柱の接触プレート１３４が、第２の磁石１４２を第１の磁石１４０と第３の磁石１４４の間の途中に置く所定の位置に保持されるように構成されることに留意されたい。これは、第２の磁石１４２を引っ張る第１の磁石１４０の力が、それらが互いに接触する場合よりも著しく小さいことを確実にする。また、第３の磁石１４４は、第２の磁石１４２をある程度引っ張る磁気力を有する。したがって、第２の磁石（したがって、接触プレート１３４）を第１の磁石１４０から離れるように移動させるために必要な仕事／電力は、第１の磁石１４０および第２の磁石１４２が接触していた場合と比較して著しく少ない。

特に、説明され、示される実施形態では、支柱の接触プレート１３４は、第２の磁石１４２が第３の磁石１４４よりも第１の磁石１４０にわずかに近いように、第１の磁石１４０と第３の磁石１４４との間のほぼ中間に第２の磁石１４２を置く所定の位置に保持される。このことは、第１の磁石１４０と第３の磁石１４４が作用する、第２の磁石に対する磁力がほぼ（完全ではないが）釣り合っていることを意味する。従って、支柱１３０を第１の部材／取り付けプレート１０２に向けて移動させるために、ロックモータ１９０に必要な仕事／電力は極めて少ない。実際、第２の磁石１４２が第１の磁石１４０と第３の磁石１４４との間の中間点に到達すると、第２の磁石１４２に対する第３の磁石１４４の磁気引力は、第１の磁石１４０の磁気引力よりも大きくなる。接触プレート１３４が第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって進むにつれて、第２の磁石１４２上の第３の磁石１４４の磁気引力が徐々に増加する。

支柱１３０が図１１ｂに示される構成に移動したとき、ロックモータ１９０は、第２の部材１０４の本体１０５／１１５上の歯１１８を第１の部材／取り付けプレート１０２上の歯１１２から引き離す必要がある。この時点で（係合ボール１５２、１５４を介して）第１の部材／取り付けプレート１０２上で第２の部材１０４を保持するのに十分な大きな保持／保持力（少なくとも１６０Ｎ）があるが、ロックモータ１９０は、第１の磁石１４０の第２の磁石１４２と第３の磁石１４４の間の引力を克服するために十分な力（この実施形態では約９５Ｎ）を加えるだけでよいため、保持／保持力よりも少ない力を加える必要がある。

ロックモータ１９０は、図１１ｄに示されるように、第２の部材１０４のハウジング１０５が第１の部材／取り付けプレート１０２から離れて、第１の環状部材１１０の歯１１２が第２の環状部材１１４上の歯１１８から離れるのに十分な量移動するまで、支柱１３０を駆動し続ける。この時点で、第１の部材／取り付けプレート１０２上の第２の部材１０４のハウジング１０５と支柱１３０が保持する保持力は、約１６０Ｎである。第１の磁石１４０、第２の磁石１４２および第３の磁石１４４の間の間隔を制御することにより、図１１ｄに示される配置は、図１１ａと比較して、より高い保持力が達成される。特に、図１１ｄのロック解除状態では、第１の磁石１４０と第２の磁石１４２との間に比較的大きなギャップがあるにもかかわらず、（図１１ａのロック状態では、第１の磁石１４０と第２の磁石１４２との間のギャップと比較して）第２の磁石１４２と第３の磁石１４４との間に比較的小さなギャップがあり、より高い総保持力を達成する。係合ボール１５２、１５４のリングの直径Ｓは、第１の１１０および第２の１１４の環状部材の直径Ｓ’よりも小さいため、ロック解除位置でより高い総保持力が望ましく、これは、それらが約２Ｎｍ（ニュートンメートル）の同じまたは同様のブレークアウトトルクを確実にするためにより高い引っ張り／保持力を必要とすることを意味する。

図１１ｄに示されるロック解除状態にあるとき、第１の１０２部材および第２の１０４部材は、Ｄ軸を中心に新しい相対的な回転位置／向きに相対的に回転させることができる。上述したように、これは、シャフトの駆動ギア１４８と係合する駆動モータ１９２（図示せず）を駆動して、第２の部材１０４の本体１０５をシャフト１３２の周りで回転させることを伴う。第１のエンコーダ装置１３５の出力は、第２の部材１０４の本体１０５とシャフト１３２（したがって、Ｄについての回転方向が固定されている第１の部材／接触プレート１０２）との相対位置を測定／監視するために使用される。第１のエンコーダ装置１３５の出力が、第２の部材１０４の本体１０５が現在所望の割出し位置にあることを示すとき、駆動モータ１９２は停止され、第１の１０２部材および第２の１０４部材は、以下に説明するように一緒にロックされる。

第１の１０２部材および第２の１０４部材をそれらの新しい回転位置／向きでロックするために、ロックモータ１９０は、リードスクリューナット１７６をリードスクリュー１７４の下に駆動するように、リードスクリュー機構１７２を駆動するように操作される。これによって、先ず、第２の部材１０４のハウジング１０５が第１の部材／取り付けプレート１０２に向けて引き上げられる。理解されるように、第２の部材１０４のハウジング１０５は、第１の１４０、第２の１４２、および第３の磁石１４４によって第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって既に引っ張られているため、ロックモータ１９０に必要な電力は非常に少ない。これは、第１の環状部材１１０の歯１１２が第２の環状部材１１４の歯１１８（図１１ｂに示される）と係合するまで続き、その時点で、ロックモータ１９０およびリードスクリュー機構１７２は、支柱の接触プレート１３４を第１の部材／取り付けプレート１０２から分離するように、磁力に対して押し始めなければならない。しかしながら、この時点で、第１の磁石１４０は、第２の磁石１４２にはるかに近く、そのため、第２の磁石１４２に比較的大きな力を及ぼす。実際、この時点で、図１１ｂに示される状態での第２の磁石１４２上の正味の力はわずか９５Ｎである。したがって、ロックモータ１９０およびリードスクリュー機構１７２は、磁石によって支援され、接触プレート１３４が図１１ａに示される所定の軸方向／Ｚ位置に到達するまで、第２の磁石１４２（およびしたがって支柱１３０）を第３の磁石１４４（およびしたがって第１の部材／取り付けプレート１０２）から引き離すことがはるかに容易である。

第１の回転エンコーダ１３５の出力から、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４がどのような割出し回転位置にあるかが知られている。第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４が一緒に適切にロックされていることを確認することも有用であり得る。これは、例えば、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の本体１０５との対向する面との間の分離をチェックすることができる１つまたは複数のセンサを使用することによって、様々な方法で達成することができ、分離が固定された閾値量（すべての割り出し位置について同じである）よりも大きい場合、次いで是正措置を講じることができる（例えば、異なる位置／方向からのロック解除／再ロック操作を試みることによって、および／または再較正を要求することによってなど、問題を是正しようと試みるために、エラー／警告を報告および／または措置を講じることができる）。

説明される本実施形態では、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５が適切に一緒にロックされていることを確認／検証するために使用されるため、センサ（以下、「検証」センサとラベル付けされる）が提供され、これは、ロックされた状態の第１および第２の本体の相対的な空間構成に関する情報を測定および提供するように構成される。検証センサの出力は、それらがロックされている特定の割り出し位置に関連付けられた所定の情報と比較される。検証センサの出力が所定の量を超えて所定の情報と異なる場合、そのような是正措置を講じることができる。

説明した特定の実施形態では、検証センサは、上述した第２のロータリーエンコーダデバイスである。したがって、第２のロータリーエンコーダデバイスの第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドの出力は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４が一緒に適切にロックされていることを確実にするために使用される。特に、ロックされると、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドの出力は、例えば、処理デバイス４０２（例えば、ＣＰＵ（中央プロセッサユニット）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）など）およびメモリ４０４を備える読み取りヘッド内の電子機器４００に渡される。処理デバイス４０２は、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドから受信された値を、メモリ４０４に存在するルックアップテーブルに格納された値と比較する。特に、処理デバイス４０２は、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドの出力を比較して、それらの出力が、特定の割り出し位置に関連付けられたルックアップテーブルの要素に格納された値と実質的に同じであるかどうかを判定する。第１の１６０または第２の（図示せず）読み取りヘッドのいずれかまたは両方の出力がルックアップテーブルに格納された値と実質的に異なる（例えば、差が１００ｎｍを超える）場合、これは、何かが間違っていること、例えば、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５が一緒に適切にロックされていないこと、歯１１２／１１８がクラッシュしていること、歯１１２／１１８の間に破片があること、歯／１１８の間に過度の摩耗があることなどを示すことができる。したがって、装置（例えば、コントローラ）は、そのような状況で是正措置をとることができる。そのような是正措置は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５をロック解除および再ロックすること、オペレータおよび／または他のプロセスに警告信号を出力すること、現在の動作を停止することなどを含むことができる。

上述したように、第２のロータリーエンコーダデバイスは、インクリメンタルエンコーダデバイスである。したがって、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドの出力は、任意の絶対位置情報を含まない。したがって、絶対位置情報を比較するのではなく、プロセッサ４０２は、相対（位置）データ／情報を比較する。特に、例えば、位置測定エンコーダの当業者によって理解されるように、インクリメンタル位置エンコーダのスケールは、典型的には、特定の間隔、または「期間」（説明される実施形態では２０μｍであるが、理解されるように、他の期間のスケールを使用することができる）に配置された規則的な間隔のフィーチャの配列を含む。読み取りヘッドは、フィーチャを読み取ることができ（例えば、使用される技術に応じて、光学的、磁気的、誘導的に）、読み取りヘッドまたはその出力は、通常、読み取りヘッドの相対位置を「カウント」し、読み取りヘッドが互いに相対的に移動するときにスケーリングするために使用される。また、読み取りヘッドによって受信された信号および／または読み取りヘッドによって出力された信号を補間して、読み取りヘッドの相対位置の測定値を提供し、スケールをスケールの実際の期間よりもはるかに細かい解像度にスケールすることができることも周知である。そのような補間された読み取りは、しばしば「位相」読み取りと呼ばれる。例えば、典型的には、直交（例えば、ＳＩＮおよびＣＯＳ）信号は、スケール信号から生成され、および／または読み取りヘッドによって出力される。そのような直交（例えば、ＳＩＮおよびＣＯＳ）信号は、そのような「位相」読み取りを提供するために補間することができる。説明される実施形態では、プロセッサ４０２によって使用され、特定の値に関連付けられたルックアップテーブルの要素に格納された事前に格納された「位相」読み取りと比較されるのは、補間されたまたは「位相」読み取りである。

従って、第１の読取りヘッド１６０または第２の読み取りヘッド（不図示）が、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の本体１０５が、割り出し位置が変化するにつれて互いに相対的に移動するときにスケール１６２を読み取る必要はない（ただし、構成が可能であれば、これを行うことができる）。むしろ、単一の読み取りは、ロック動作が完了したときに、第１の読み取りヘッド１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドによって取り出され、それらの読み取りの補間されたまたは「位相」値は、特定の値に関連付けられたルックアップテーブルの要素に格納された事前に格納された「位相」読み取りと比較され得る。いずれかまたは両方の位相読み取り値が所定の量（例えば、上記の例による１００ｎｍ）を超えて相違する場合、上記のように是正措置をとることができる。

したがって、ルックアップテーブル内のデータ要素は、較正インデックス付き位置のそれぞれについて「位相署名」であると言うことができ、第１の１６０および第２の（図示されていない読み取りヘッド）の位相読み取り値が、所与の割り出し位置についてルックアップテーブルの位相署名と十分に異なる場合、是正措置を講じることができる。

ルックアップテーブルは、多関節ヘッド１００が測定動作に使用される前に投入される（例えば、較正手順中に投入されることができる）。これは、所与の割出し位置で第１の１０４部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５を互いに相対的にロックするステップと、所与の割出し位置に関連付けられた要素／データセルに第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドの位相読み取り値を記録／格納するステップとを含むことができる。次いで、これは、多関節ヘッドの割り出し位置のそれぞれについて（または少なくとも、ヘッドが使用され、そのような検証が望まれる割り出し位置について）繰り返される。

任意選択で、ルックアップテーブルは、時間の経過とともに小さな程度のドリフトを可能にするように、時間の経過とともに更新され得る。この更新は、継続的または一定の間隔で行うことができる。この更新は、専用の較正処理の一部として行うか、または測定操作中に行うことができる。例えば、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５が任意の所与の割出し位置で一緒にロックすることに成功するたびに（例えば、それらは上述の１００ｎｍテストに合格する）、第１の１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドによって出力された位相読み取りは、前の値の代わりにルックアップテーブルに格納され得る。

理解されるように、必要に応じて、ルックアップテーブルは、ルックアップテーブル内の値を記述する関数に置き換えることができる。しかしながら、ルックアップテーブルは、生成が容易で最新の状態に保ちやすいため、好ましい場合がある。

理解されるように、２つの読み取りヘッドではなく、単一の読み取りヘッドを使用することができ、または２つ以上の読み取りヘッドを使用することができる。複数の読み取りヘッドをスケール１６２の周りに互いに９０°離れて配置する必要はない。しかしながら、互いに直径的に対向していない（すなわち、１８０°ではない）複数の読み取りヘッドを提供することは、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５の空間構成に関する情報を複数の次元で提供することができ、効率および最適な性能の理由から、実質的に／約９０°でそれらを提供することが好ましい可能性があるため、特に有利であることが見出されている。

上述の第２のロータリーエンコーダデバイスは、インクリメンタルエンコーダであるが、理解されるように、代わりにアブソリュートエンコーダデバイスによって可能である。

上述の実施形態では、検証センサは、ロータリーエンコーダデバイスである。しかしながら、必ずしもそうである必要はない。例えば、位置感知デバイス（ＰＳＤ）などの他のタイプのセンサを使用することができ、その出力は、一緒にロックされたときの第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５の相対的な空間位置に依存する。この場合、ルックアップテーブルは、関心のある割り出し位置（例えば、すべての割り出し位置であり得るか、または後続の測定動作中に使用されることが意図されるもののみであり得る）のそれぞれについてのＰＳＤの出力を記録するように、較正段階中に投入され得る。その後、使用中、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０５が特定のインデックス付き位置にロックされるとき、ＰＳＤは、次いで、特定のインデックス付き位置に関連付けられたメモリ４０４に格納されたルックアップテーブルの特定の要素に格納された値と比較される出力をプロセッサ４０２に提供することができる。ＰＳＤの出力が閾値量を超えて異なる場合、是正措置を講じることができる。

代替の実施形態では、検証センサは、（例えば、容量性センサを介して）第１の本体および第２の本体の相対的な高さ／分離だけを測定するように構成される。しかしながら、有利には、第１の本体および第２の本体が一緒にロックされるとき、検証センサの出力は、第１の本体および第２の本体が一緒にロックされる特定の割り出し位置に関連付けられたルックアップテーブルの要素内の事前に格納された値と比較される。

理解されるように、上記の多関節ジョイントのさらなる変形例および代替実施形態が可能である。例えば、第１の磁石１４０、第２の磁石１４２、および第３の磁石１４４のうちの１つまたは２つは、磁気的に吸引可能な（例えば、鉄）材料で置き換えることができる。これは、３つの磁石を提供するものと同様であるが、より弱い効果を提供するであろう。したがって、残る１つまたは２つの磁石は、より強く、したがってより大きくなる必要があり、これはまた、（構成に応じて）より大きなピークモータ力が必要であることを意味し得る。

別の同様の実施形態では、第１の磁石１４０は、他の場所に配置される。例えば、第１の磁石１４０は、接触プレート１３４の遠位にあるシャフト１３２の端部に配置することができる。繰り返しになるが、これは、ロック／ロック解除プロセス中にロックモータ１９０を補助するという点で同様の効果を提供するであろうが、第１の磁石１４０が第１の部材／取り付けプレート１０２から遠く離れて配置されているため、保持力があるとしてもほとんど提供されず、したがって、より大きな／より強い第２の磁石１４２および／または第３の磁石１４４を提供する必要があるであろう。

図１２は、第２の部材１０４が一対の磁石、すなわち、第１の部材／取り付けプレート１０２上に設けられた第３の磁石１４４および支柱１３２の接触プレート１３４上に設けられた第２の磁石１４２によって第１の部材／取り付けプレート１０２上に磁気的に保持されるように、第１の磁石１４０が省略される代替的な実施形態を概略的に示す。これは可能であるが、第２の磁石１４２および第３の磁石１４４は、すべてのロック／保持力自体を提供する必要があるため、それらの一方または両方は、上記の３つの磁石構成よりもはるかに強くなければならず、次いで、支柱の接触プレート１３４が第１の部材／取り付けプレート１０２から引き離されるとき（すなわち、図１１ｂから図１１ａの遷移時）、ロックプロセス中にロックモータ１９０がはるかに一生懸命に動作する必要がある。また、第１の磁石１４０がない場合、第２の部材１０４のハウジング１０５を第１の部材／取り付けプレート１０２に保持するすべての力は、支柱１３０、レバー１７０、およびリードスクリュー機構１７２および関連するベアリングを通して伝達されなければならない。これには、これらの部品がより大きく/より強くなる必要があり、理想的には後退を防ぐモータが必要になる。

図１３は、第２の部材１０４が一対の磁石、すなわち、ハウジングの上部プレート１１５上に設けられた第１の磁石１４０および支柱の接触プレート１３４上に設けられた第２の磁石１４２によって第１の部材／取り付けプレート１０２上に磁気的に保持されるように、第３の磁石１４４が省略される別の代替的な実施形態を示す。この場合、第１の部材／取り付けプレート１０２（少なくともその一部）は、磁石に引き付けられることができる材料（例えば、鉄材料）から作られなければならない。この実施形態の欠点は、保持（holding）／保持（retaining）トルクおよびブレークアウトトルクが、第３の磁石が存在した場合と比較して低いことである（したがって、同じ保持（holding）／保持（retaining）トルクおよびブレークアウトトルクが望まれる場合、より大きい／より強い第１の１４０および／または第２の１４２の磁石が必要である）。

図１４は、第２の磁石１４４が、第２の部材１０４が一対の磁石、すなわち、ハウジングの上部プレート１１５上に設けられた第１の磁石１４０および第１の部材／取り付けプレート１０２上に設けられた第３の磁石１４４によって第１の部材／取り付けプレート１０２上に磁気的に保持されるように省略される別の代替的な実施形態を示す。この実施形態の欠点は、保持（holding）／保持（retaining）トルクおよびブレークアウトトルクが、第２の磁石が存在した場合と比較して低いことである（したがって、同じ保持（holding）／保持（retaining）トルクおよびブレークアウトトルクが望まれる場合、より大きい／より強い第１の１４０および／または第３の１４４の磁石が必要である）。この実施形態では、接触プレート１３４は、磁気保持を補助するように磁石（例えば、鉄材料）に引き付けられることができる材料を含むことができるが、これは、磁石を含む接触プレート１３４ほど良好ではない。

図１５は、別の代替の実施形態を示す。この実施形態では、磁石が互いに直列になるように直接積み重ねられることは必須ではないことが示されている。例えば、図１５は、第１の磁石１４０および／または第３の磁石１４０の代替位置を示す（例えば、それらは、第２の磁石１４２よりも半径方向外側に配置され得る）。

必要なロック／保持力を提供するために、磁石が互いに反発する配置で使用されることも可能である。

しかしながら、図１から図１１の実施形態に従って、互いに引き付けるように配置された少なくとも３つの直列に積み重ねられた磁石を有する説明された配置が有利であり得ることが見出された。特に、ロック状態にあるときに支柱１３０の線形位置を制御するロックモータ１９０の必要な作業を大幅に低減し、ロック動作中にロックモータ１９０に必要なピーク作業を低減するのに役立つことが見出されている。これは、必要なロックモータ１９０のサイズを低減し、多関節ヘッドをコンパクトで軽量に保つのに役立つだけでなく、ロックモータ１９０の熱出力を低減することもできる（これは、熱歪みを低減／回避することによって、多関節ヘッドの計測性能を向上させることができる）。実際、図１から図１１の実施形態の磁石は、ロックされたときに１２０Ｎの引張力を提供し、ロック解除されたときに１６０Ｎ（２Ｎｍのブレークアウトトルクを提供するように）を提供するように構成することができるが、３つの直列に積み重ねられた磁石のために、ロックモータ１９０は、ピーク９５Ｎの力を生成するだけでよい。

図１６は、図３、４および１１の３つの磁石の実施形態のための支柱力および保持力を示すグラフであり、図１７は、図１２の２つの磁石の実施形態のための支柱力および保持力を示すグラフである（これは、第１の磁石１４０が省略されていることを除いて、すべての態様において等価である）。保持力（holding force）（上記で「保持力（retaining force）」または「ロック力」とも称される）は、第１の部材１０２および第２の部材１０４を一緒に引っ張る正味の力である。支柱力は、支柱１３０によって経験される／支柱１３０に及ぼされる正味の磁力である。したがって、これは、支柱１３０を所定の位置に保持するために克服しなければならない磁力である。そのような力は、ロックモータ１９０によって支柱に及ぼされる力と、ギアリング／モータ／支柱システム内の任意の摩擦との組み合わせによって克服することができる（理解されるように、ギアリング／モータ／支柱システム内の摩擦が除外される場合、支柱力は、例えば、モータ電流に比例する、ロックモータ１９０に必要な仕事に比例する）。

図１６に示されるように、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４がそれらのロック状態にあるとき、支柱力は非常に低い（１０Ｎ未満）。したがって、支柱１３０を所定の位置に保持するために必要な力は低い。実際、それは非常に低く、ギアリング／モータ／支柱システムに応じて、摩擦は、支柱１３０を所定の位置に保持するのに十分であり得る（例えば、それが後退駆動に対して非常に抵抗力がある場合）。したがって、支柱１３０を所定の位置に保持するために、モータ電力をほとんど必要としない。さらに、上述したように、図１から図１１の構成は、ロック位置において、支柱１３０が、第１の磁石１４０に向かって第２の磁石１４２を付勢する磁力が、第３の磁石１４４に向かって第２の磁石１４２を付勢する磁力よりも大きいように配置されるように配置される。したがって、支柱１３０の線形位置を制御するロックモータ１９０がオフにされた場合でも、および摩擦が磁気バイアスに対して支柱１３０を所定の位置に保持するのに十分ではない場合でも、起こることは、支柱１３０が、接触プレート１３４がハウジング上面１１５に当接するまでさらに後退することであり、これは、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４の歯１１２、１１８の係合に有害な影響を及ぼさない。

これは、図１２の２つの磁石の実施形態における支柱１３０によって経験される支柱力と対照的である。図１７に示されるように、ロック状態（図１２に示されるものである）にあるとき、第２の磁石１４２を第３の磁石１４４（約１１０Ｎ）に向かって付勢する有意な正味磁力が存在する。したがって、ロック位置では、支柱１３０を所定の位置に保持するために、ロックモータ１９０のかなりの仕事／電力が必要とされる。実際、支柱力は非常に大きいため、後退駆動に非常に耐性のあるリードスクリュー機構の摩擦でさえ、支柱力を克服するのに十分ではないため、ロックモータ１９０が電源を切られた場合、支柱１３０は、第１の部材／取り付けプレート１０２に接触するまで第１の部材／取り付けプレート１０２に向かって忍び寄り、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４の歯１１２、１１８の係合を妨げる。

図１６および１７のグラフから分かるように、支柱１３０および第１の部材／取り付けプレート１０２が係合されるときにかなりの支柱力があるという点で、３磁石の実施形態にはいくつかの欠点がある。したがって、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０４を分離するように（例えば、図１１ｂおよび図１１ｄに示される状態の間で）、また、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０４をそれらのロック解除状態（例えば、図１１ｄに示される状態）に保持するために、支柱力に対してかなりのモータ仕事／電力が必要である。対照的に、図１２の２つの磁石の実施形態では、支柱力はゼロであるため、支柱１３０と第１の部材／取り付けプレート１０２とが係合すると、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の本体１０４とを分離するために必要なモータ仕事／電力は非常に少ない。

しかしながら、通常の状況では、多関節ヘッドがそのロック解除状態で費やす時間の量は、多関節ヘッドがそのロック状態で費やす時間の量よりも有意に短く、したがって、ロックされた状態で有意に少ない（またはゼロでさえある）モータ電力を必要とする３つの磁石の実施形態の利点は、ロック解除状態でより一生懸命働く必要があるコストを上回る。

図１から図１１の３つの磁石の実施形態はまた、ロックモータ１９０に必要なピークモータ仕事／電力が２つの磁石の実施形態のピークモータ仕事／電力よりも少ないという利点を有する。２つの磁石の実施形態では、ロックモータ１９０に必要な最大量の仕事は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０４を再ロックするときであり、特に、ピークモータの仕事／電力は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０４の歯１１２、１１８が係合し、ロックモータ１９０が支柱の接触プレート１３４および第１の部材／取り付けプレート１０２を分離しようとしている点で必要とされる。この時点で、ロックモータ１９０は、第２の磁石１４２および第３の磁石１４４の吸引力をすべて単独で克服しなければならず（ならびにギアリング／モータ／支柱システム内の任意の摩擦を克服しなければならず）、したがって、１５０Ｎを超える力を加える必要がある。対照的に、３つの磁石の実施形態では、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の本体１０４の歯１１２、１１８が係合し、ロックモータ１９０は、ロック動作中に（すなわち、図１１ｂによって表される点で）支柱の接触プレート１３４および第１の部材／取り付けプレート１０２を分離しようとしている点で、第１の１４０および第２の１４２の磁石は、（図１１ｄに示されるようにそれらが完全にロック解除されたときと比較して）互いに近づけられている。したがって、第１の磁石１４０は、第２の磁石１４２にかなりの量の引力を加えるために第２の磁石１４２に十分に近いので、ロックモータ１９０が支柱の接触プレート１３４と第１の部材／取り付けプレート１０２とを分離するのを支援する。これにより、ロックモータ１９０は、そのような分離を達成するために約９５Ｎだけを発揮する必要がある（図１６の点Ａを参照）。

理解されるように、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４を保持するため、および／または第３の部材１０６／１０６’および第２の部材１０４を保持するための代替手段を提供することができる。例えば、機械的ばねを使用して、第２の部材１０４のハウジング１０５および第１の部材／取り付けプレート１０２を一緒に引っ張ることができ、および／または機械的ばねを使用して、第３の部材１０６／１０６’および第２の部材１０４を一緒に引っ張ることができる。しかしながら、摩擦によって引き起こされるヒステリシスの可能性のある問題のために、磁石がそのような機械的解決策よりも好ましいことが見出されている（磁石は、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４との間、および／または第３の部材１０６／１０６’と第２の部材１０４との間の任意の可動部分の必要性を回避することができる）。別の実施形態では、１つまたは複数の機械的ロッド（特許文献３に記載のものなど）を使用して、第２の部材１０４のハウジング１０５および第１の部材／取り付けプレート１０２を一緒に（すなわち、Ｄ軸をロック／ロック解除できるように）引っ張ることができ、および／または機械的ロッド（再び、特許文献３に記載のものなど）を使用して、第３の部材１０６／１０６’および第２の部材１０４のハウジング１０５を一緒に（すなわち、Ｅ軸をロック／ロック解除できるように）引っ張ることができる。しかしながら、特許文献３とは対照的に、本発明に従って、異なる軸（Ｄ、Ｅ）が独立してロック／ロック解除され得るように、異なる軸のためのロッドが独立して動作可能である必要がある。例えば、別個のモータを設けることができ、異なる軸のロッドのそれぞれに１つずつを設けることができ、これは、ロッドを独立して駆動するように独立して動作することができる。

有利には、上記の実施形態は、リング磁石の使用に依存する。１つまたは複数のリング磁石をディスク磁石に置き換えることができる可能性があるが、いくぶん直感に反して、本発明者らは、リング磁石が、ディスク磁石と比較して実質的に異なる力／距離プロファイルを有することを特定しており、これは、現在の状況において著しく有利であり得る（特に、リング磁石は、ディスク磁石と比較して所与の表面積に対してより効率的な設計を提供するように見える）。実際、この構成では、リング磁石は、同じ外径および深さ（リングの直径に直交して測定される）のディスク磁石よりもはるかに大きな力（約５０％大きい）を提供できることが見出されている。図１８は、第２の磁石１４２および第３の磁石１４４がリングの代わりにディスク磁石であること（ディスク磁石の外径がリング磁石の外径と同じである）を除いて、図１２に示されるものとすべての態様で等しい、２つのディスク磁石の実施形態の支柱力およびブレークアウトトルクを示すグラフである。示されるように、支柱力、および重要なブレークアウトトルクは、同等のリング磁石の実施形態よりも有意に小さい。

この知見により、多関節ヘッドに非常に高い保持力／ロック力を提供することができ、これにより、磁気カップリングが故障する前に多関節ヘッドによってより高い荷重／より高いモーメントを運ぶことができる。例えば、カメラ／ビデオプローブなどの非常に重いプローブを運ぶことが望ましい場合があり、および／または特にプローブ中に、磁気カップリングに大きなモーメントを提供する非常に長いスタイラスを運ぶことが望ましい場合がある。このような大きな力の必要性は、過去に、大きな荷重/モーメントを運ぶのに適した多関節ヘッドの設計者を磁石の使用から遠ざけた。例えば、特許文献５および特許文献６に開示される多関節ヘッドは、機械的ロッドを使用してロック力を提供する。しかしながら、本発明者らは、リング磁石の使用が、物理的に大きな磁石を必要とせずに適切に大きな保持負荷を提供することができ、したがって、ＣＭＭなどの位置決め装置に取り付けられる多関節ヘッドに適切に取り付けることができることを見出した。

連続リング磁石の代替として、リング形状に配置された一連の小さなディスク磁石は、リング形状と同じ直径を有する単一のディスク磁石よりも利点を提供することができるが、連続リングが（所与の表面積に対して）最も効率的な設計を提供することが見出されている。

上述したように、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２および第２の環状部材１１４の冠状歯１１８は、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４の安定した反復可能な位置決めを提供する。ロック状態にあるとき、第１の部材／フェーススプライン部材１０２と第２の部材１０４との間の唯一の物理的／機械的制約は、第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２と第２の環状部材１１４の冠状歯１１８との間の接触点である。この構成の特定の利点は、割出し位置のそれぞれにおいて、第２の部材１０４が、第２の環状部材１１４の冠状歯１１８および第１の環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２によって提供される６つの接触点によって、第１の部材／取り付けプレート１０２に対して６つすべての自由度で制約され、それによって運動学的制約を提供することである。これは、可能な割り出し位置のそれぞれに当てはまる。これは、各割出し位置で多関節ヘッド１００に取り付けられたプローブ３００の最大位置再現性を提供する。また、フェーススプライン部材１１０および第２の環状部材１１４が、割出し要素および保持要素の両方であるという二重機能を有することも有利である。

図３、４および１９に見られるように、安全キャッチ１３６または「ピン」が提供される。安全キャッチ１３６は、単に、磁気保持機構が故障した場合（例えば、例えば、衝突による第２の部材１０４の過負荷による）、第１の１０２および第２の１０４部材の完全な分離を防止するための安全機構として機能するように提供される。安全キャッチ１３６の一方の端部は、支柱の接触プレート１３４に固定され、他方の「ヘッド」端部は、第１の部材／取り付けプレート１０２内の空隙１３８内に緩んで位置する。第１の部材／取り付けプレート１０２内の空隙を伴って緩んで位置するため、第１の部材／取り付けプレート１０２と支柱１３０／第２の部材１０４との間の制約として機能しない（したがって、ロックされた構成にあるとき、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４の上記の運動学的結合に干渉せず、ロックされた構成にあるとき 、第１の部材／取り付けプレート１０２と支柱１３０の運動学的結合に干渉しない ）。しかしながら、安全キャッチ１３６は、第２の磁気リング１４２と第３の磁気リング１４４との間の磁気結合の故障の場合に、空隙内の突起１３９と係合し、それによって第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４とのさらなる分離を防止する拡大されたヘッド部材１３７を有する。

上記の実施形態では、フェーススプライン部材１１０は、多関節ヘッドの第２の部材１０４上に設けられ、冠状歯１１８は、第１の部材／取り付けプレート１０２上に設けられる。しかしながら、これは必ずしもそうである必要はなく、逆の方法で提供することができる。

上記の実施形態では、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４は、磁石の配置を介して磁気的に保持され、これは、第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４を一緒に引っ張って保持するための機械的手段（例えば、アーム／レバー）を使用する必要がないことを意味する。したがって、ロック状態にあるとき、第１の部材／取り付けプレート１０２と第２の部材１０４との間の唯一の機械的制約は、フェーススプライン部材１１０の歯および第２の環状部材１１４の歯によって提供される。したがって、ロックされた構成にあるとき、支柱１３０は、支柱１３０が第１の部材／取り付けプレート１０２および第２の部材１０４の上述の運動学的結合と干渉しないように、第１の部材／取り付けプレート１０２から切り離される。しかしながら、必ずしもそうとは限らない。例えば、他の実施形態では、機械的プッシュ／プルレバーアーム機構を提供することができ、アームの一方の端部は、第１の部材／取り付けプレート１０２のベアリング内にカプセル化され、アームの他方の端部は、第２の部材１０４のベアリング内にカプセル化される。

第１の軸「Ｄ」のロック解除およびロックは、上記で詳細に説明される。実施形態では、第２の軸「Ｅ」（すなわち、第２の部材１０４および第３の部材１０６／１０６'）のロック／ロック解除および割出し機構は、第１の軸「Ｄ」と実質的に同じであり、したがって、第１の軸「Ｄ」の上記の説明は、第２の軸「Ｅ」にも適用される。したがって、要約すると、上記の第１の軸「Ｄ」と同様に、コントローラ２２０は、第２の軸「Ｅ」のロックモータ１９０’を動作させてリードスクリュー（図示せず）を駆動し、それによってリードスクリューナット１７６’をＸ次元（図１９に示される方向）で水平に駆動するように、多関節ヘッド１００に命令を送信することができる。次に、レバー１７０'（リードスクリューナット１７６'に接続され、リードスクリューナット１７６’によって作動される）は、支柱のシャフト１３２をＺ次元で（図３および４に示される方向で）上方に押す。短い距離の後、支柱１３０'の接触プレート１３４’上の係合ボール１５２’は、第３の部材１０６’上の係合ボール１５４’に接触し、係合し、その後、リードスクリュー１７４’の継続的な駆動により、レバー１７０’およびリードスクリュー機構１７２’が第３の部材１０６／１０６’を軸方向外側に押し出し、それによって、第２の部材１０４のハウジング１０５と第３の部材１０６／１０６’とが分離する。リードスクリュー１７４’は、第２の部材１０４および第３の部材１０６／１０６’を制御された事前定義された量で分離するように操作され、これは、第３の部材１０６／１０６’の冠状歯１１８’が第２の部材１０４上の嵌合歯１１２’から離れているのに十分であるが、第１の軸「Ｄ」に関連して上述したように、第１の磁石１４０’が、ロックされていない状態でも第２の磁石１４２ ’上に合理的な量の引力を有するように、第２の磁石１４２’に十分に近づいたままであることが望ましいため、それほど大きくはない。図１９は、そのようなロック解除状態にある多関節ヘッド１００の第２の軸「Ｅ」を示す。

ロック解除状態に達すると、リードスクリュー機構１７２を駆動するロックモータ１９０が停止し、第２の部材１０５に対する第３の部材１０６／１０６’の回転位置の変化をもたらすために、シャフトの１３２「駆動ギア１４８」と係合する第２の軸「Ｅ」電動駆動モータ１９２’が動作する。ロック解除状態では、支柱１３０’は、係合ボール１５２'、１５４’を介して第３の部材１０６／１０６’と係合し、したがって、（ロック解除状態で）それに対して回転可能に固定される。したがって、シャフト１３２の「駆動ギア１４８」と係合する第２の軸「Ｅ」駆動モータ１９２'が動作するとき、それは、第３の部材１０６／１０６’を、シャフト１３２’によって画定される回転軸Ｅの周りに駆動させる。

ｉ）第２の部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５、およびｉｉ）第２の軸「Ｅ」シャフト１３２'（したがって、第３の部材１０６／１０６'）の相対回転位置は、第２の軸「Ｅ」第１の（「一次」）エンコーダ装置１３５’から知られている。したがって、コントローラ２２０は、第２の軸'「Ｅ」第１のエンコーダ装置１３５’からの出力を使用して、シャフトの駆動ギア１４８’と係合する第２の軸'「Ｅ」駆動モータ１９２’を制御することができるため、第２の部材１０４および第３の部材１０６／１０６’を所望の相対的な向きにする。理解されるように、回転位置は、十分に高い精度で制御される必要があり、その結果、新しい所望の相対的な向きにあるとき、第３の部材１０６／１０６´の冠状歯１１８´は、第２の軸「Ｅ」の環状部材／フェーススプライン部材１１０´上の歯１１２の谷の反対側に位置し、それらが一緒にロックされるとき、冠状歯１１８´は、第２の軸「Ｅ」の環状部材／フェーススプライン部材１１０´の２つの歯１１２´の間にきれいに囲まれる。

第１の軸「Ｄ」と同様に、第１の１４０'、第２の１４２'、および第３の１４４’磁石は、第２の軸「Ｅ」の第２の部材１０４、支柱１３０’および第３の部材１０６／１０６’のハウジング１０５に設けられ、したがって、第１の軸「Ｄ」の磁気的に支援されたロック解除およびロック配置から利益を得る。また、第１の軸「Ｄ」と同様に、第２のロータリーエンコーダデバイスは、第３の部材１０６／１０６’に設けられた環状スケール１６２’と、第２の部材１０４のハウジング１０５に設けられた第１の１６０’および第２の（図示せず）読み取りヘッドとを含む第２の軸「Ｅ」に設けられ、第２の部材１０４および第３の部材１０６’が適切に一緒にロックされていることを確認するために、第１の軸「Ｄ」に関連して上述したものと同じ方法で使用することができる。さらに、第２の軸「Ｅ」の割出し機構は、第１の軸「Ｄ」の割出し機構と同様であり、これは、実質的に半径方向に延びる（例えば、「フェーススプライン部材」の形態である）連続した一連のテーパー歯を有する第１の環状部材１１０’と、フェーススプライン部材１１０’に３つの等角に配置された連続した一連の歯と係合するように構成された３つの冠状歯を有する第２の環状部材１１４’とを備える。

上述の実施形態では、第１の軸「Ｄ」および第２の軸「Ｅ」に別個のロックモータが提供される。しかしながら、必ずしもそうとは限らない。例えば、１つの「ロック」モータを設けることができ、それがどの軸を分離させるかを選択するための手段を設けることができる。例えば、ギアのシステム、例えば、ギアボックスは、モータが、第１の軸「Ｄ」のみのロック／ロック解除を制御するように選択され得るか、または第２の軸「Ｅ」のみのロック／ロック解除を制御するように選択され得るか、または第１の軸「Ｄ」および第２の軸「Ｅ」の両方のロック／ロック解除を一緒に制御するように選択され得るように提供され、構成され得る。しかしながら、モータが１つだけ提供された場合、必要に応じて両方の軸のロックを同時に解除することに対処するのに十分な大きさ／強力である必要があるため、単純さのために別々のモータを使用することが好ましいことがある。同様に、上述の実施形態では、第１の軸「Ｄ」および第２の軸「Ｅ」に別個の駆動モータが提供される。しかしながら、必ずしもそうとは限らない。例えば、１つの「駆動」モータを設けることができ、どの軸を駆動させるかを選択するための手段（例えば、ギアボックス）を設けることができる。繰り返しになるが、別個の駆動モータが好ましい場合がある。

上記では、２軸多関節ヘッドについて説明する。しかしながら、理解されるように、本発明は、２軸多関節ヘッドに限定されない。例えば、多関節ヘッドは、第３の軸を中心とした第３の部材に対するその向きを変更することができる（例えば、複数の所定のインデックス可能な向きのうちの１つで変更し、ロックする）ように、第３の部材に結合された第４の部材が提供される３軸多関節ヘッドであり得る。そのような場合、上記の特徴は、必要に応じて、第３および第４の部材に適用することができる。第１の軸、第２の軸、および第３の軸は、相互に直交し得る。そのような場合、第４の部材は、ツールを受け入れるためのツールマウントを備えることができる。そのような場合、第１の回転軸、第２の回転軸、および第３の回転軸は、相互に直交し得る。

Claims (17)

1. その上に取り付けられたツールの再配向を容易にするための多関節ヘッドであって、前記多関節ヘッドは、
   前記多関節ヘッドを位置決め装置に取り付けるための第１の部材と、
   第１の軸を中心とした前記第１の部材に対するその配向が、複数の所定の割り出し可能な配向のうちの１つの間で変更され、ロックされることができるように、前記第１の部材に結合された第２の部材であって、それによって、前記第１の軸を中心とした前記第１の部材に対する前記第２の部材の再配向を可能にするように、前記第１の軸に沿って前記第１の部材および前記第２の部材を分離することによってロックを解除することができる、第２の部材と、
   第２の軸を中心とした前記第２の部材に対するその配向が、複数の所定の割り出し可能な配向のうちの１つの間で変更され、ロックされ得るように、前記第２の部材に結合された第３の部材であって、前記第２の軸を中心とした前記第２の部材に対する前記第３の部材の再配向を可能にするように、前記第２の軸に沿って前記第２の部材および前記第３の部材を分離することによってロックを解除することができ、前記第１の軸および前記第２の軸は平行ではない、第３の部材と、
   前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離を前記第１の軸に沿って制御し、前記第１の部材および前記第２の部材の前記分離、ならびに前記第２の部材および前記第３の部材の前記分離が互いに独立して制御され得るように構成される、少なくとも１つの動力機構と、を備える多関節ヘッド。
2. 前記少なくとも１つの動力機構は、前記第１の軸に沿った前記第１の部材および第２の部材の前記分離を制御するための第１のロックモータと、前記第２の軸に沿った前記第２の部材および第３の部材の前記分離を制御するための第２のロックモータとを備え、前記第１および第２のロックモータは独立して動作可能である、請求項１に記載の多関節ヘッド。
3. 前記第１および第２のロックモータは、前記第２の部材内に収容される、請求項１に記載の多関節ヘッド。
4. 前記第１の部材および前記第２の部材がロック解除されたときに、前記第１の部材に対する前記第２の部材の前記第１の軸を中心とした再配向を行うための第１の駆動モータと、前記第２の部材および前記第３の部材がロック解除されたときに、前記第２の軸を中心とした前記第２の部材に対する前記第３の部材の前記第２の軸を中心とした再配向を行うための第２の駆動モータと、を備える、請求項１に記載の多関節ヘッド。
5. 前記第１および第２のモータおよび／または前記第１および第２の駆動モータは、電気モータからなる、請求項３および／または４に記載の多関節ヘッド。
6. 前記第３の部材は、ツールを受け入れるためのマウントを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の多関節ヘッド。
7. 前記第１の部材および第２の部材は、前記事前定義された割り出し可能な方向を提供するために、前記第１の軸の周りの複数の異なる角度方向で一緒にロックすることができ、前記第２の部材および第３の部材は、前記事前定義された割り出し可能な方向を提供するために、前記第２の軸の周りの複数の異なる角度方向で一緒にロックすることができる、相互に係合可能な係合要素の協働セットの第２の対を提供する、請求項１から６のいずれか一項に記載の多関節ヘッド。
8. 第１の支柱であって、前記第１の部材および前記第２の部材がロックされた状態にある格納構成と、前記第１の部材および前記第２の部材がロック解除されるように前記第１の軸に沿って前記第１の支柱によって離れて保持される伸長構成との間で前記少なくとも１つの動力機構によって作動可能である第１の支柱と、第２の支柱であって、前記第２の部材および前記第３の部材がロック状態にある格納構成と、前記第２の部材および前記第３の部材がロック解除されるように前記第２の軸に沿って前記第２の支柱によって離れて保持される伸長構成との間で前記少なくとも１つの動力機構によって作動可能である第２の支柱と、を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の多関節ヘッド。
9. 前記第１の支柱は、前記少なくとも１つの動力機構によって作動される第１のレバーによってその伸長構成と格納構成との間で軸方向に駆動され、および／または前記第２の支柱は、前記少なくとも１つの動力機構によって作動される第２のレバーによってその伸長構成と格納構成との間で軸方向に駆動される、請求項８に記載の多関節ヘッド。
10. 前記第１のレバーは、前記第２の部材に固定された第１の屈曲部にその第１の端部に向かって枢動可能に取り付けられ、前記第１のレバーの第２の端部を上昇および下降するように構成された前記少なくとも１つの動力機構にその第２の端部に向かって取り付けられ、その第１の端部と第２の端部との間の点で前記第１の支柱に取り付けられ、前記第２のレバーは、前記第２の部材に固定された第２の屈曲部にその第１の端部に向かって枢動可能に取り付けられ、前記第１のレバーの第２の端部を上昇および下降するように構成された前記少なくとも１つの動力機構にその第２の端部に向かって取り付けられ、その第１の端部と第２の端部との間の点で前記第２の支柱に取り付けられる、請求項９に記載の多関節ヘッド。
11. 前記第１の支柱および前記第１の部材が互いに向かって磁気的に付勢され、前記第２の支柱および前記第３の部材が互いに向かって磁気的に付勢される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の多関節ヘッド。
12. 前記第１の支柱をその格納構成に向かって付勢するように構成され、前記第２の支柱をその格納構成に向かって付勢するように構成される少なくとも１つの補助付勢部材をさらに備える、請求項１１に記載の多関節ヘッド。
13. 前記少なくとも１つの補助バイアス部材が、磁性材料、例えば、磁石からなる、請求項１２に記載の多関節ヘッド。
14. 前記第１の支柱、前記第１の部材、および前記第２の部材は、
    ｉ）その伸長構成に向かって前記第１の支柱を付勢する前記第１の支柱に作用する磁力と、
    ｉｉ）前記第１の支柱をその格納構成に向かって付勢する、前記第１の支柱に作用する磁力と、
    を提供するように配置された磁性材料を備える、請求項１３に記載の多関節ヘッド。
15. 前記第２の支柱、前記第２の部材、および前記第３の部材は、
    ｉ）その伸長構成に向かって前記第２の支柱を付勢する前記第２の支柱に作用する磁力と、
    ｉｉ）第２の支柱に作用する磁力であって、第２の支柱をその格納構成に向かって付勢する磁力と、
    を提供するように配置された磁性材料を備える、請求項１３または１４に記載の多関節ヘッド。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の多関節ヘッドをその上に取り付ける位置決め装置。
17. 位置決め装置に取り付けられた、請求項１から１６のいずれか一項に記載の多関節ヘッドを操作する方法であって、前記方法は、
    ｉ）前記第２および第３の部材をロックしたまま、前記第１および第２の部材を前記第１の軸を中心に新しい回転位置に相対的に回転させ、前記第１および第２の部材のロック解除を引き起こすように前記少なくとも１つの動力機構を操作し、次いで、前記第１および第２の部材を前記新しい回転位置にロックさせるように、前記少なくとも１つの動力機構を操作すること、または、
    ｉｉ）前記第１および第２の部材をロックしたまま、前記第２および第３の部材を前記第２の軸を中心に新しい回転位置に相対的に回転させ、前記第２および第３の部材のロック解除を引き起こすように前記少なくとも１つの動力機構を操作し、次いで、前記第２および第３の部材を前記新しい回転位置にロックさせるように、前記少なくとも１つの動力機構を操作すること、を含む方法。

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