JP5528207B2 - リンク作動装置 - Google Patents

Description

この発明は、三次元空間における複雑な加工や物品の取り回し等の作業を高速かつ精密に実行するパラレルリンク機構やロボット関節等のリンク機構に利用されるリンク作動装置に関する。

パラレルリンク機構を用いた加工機の一例が、特許文献１に開示されている。この加工機は、パラレルリンク機構により可動部の移動および可動部の姿勢変更を行うものであり、前記可動部に、エンドエフェクタとしての工具、この工具を作動させるための電力を発電する発電機、この発電機に動力を供給するサーボモータ等を搭載したものである。

特開２００３−２３１０８３号公報

上記例のように、パラレルリンク機構の可動部にサーボモータ等の駆動源を配置すると、可動部の重量が重くなり、パラレルリンク機構に作用する慣性モーメントが大きくなる。そのため、パラレルリンク機構の剛性を高くしなければならない。また、パラレルリンク機構の駆動源も大型のものを使用する必要がある。その結果、装置全体が大きくなってしまう。装置が大きいと取扱い難く、高速かつ精密な操作が困難である。したがって、例えば医療用機器に用いるのには不適である。

この発明は、可動部が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構として構成され、可動部の可動範囲が広く、可動部が軽量で、可動部の位置決め精度が高いリンク作動装置を提供することを目的としている。

この発明にかかるリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であり、前記３組以上のリンク機構における２組以上のリンク機構に、これら２組以上の各リンク機構を動作させて前記出力部材の姿勢を制御するリンク機構用駆動源を設け、前記３組以上のリンク機構の配置の内側に通して、可撓性を有し前記入力部材および出力部材の並び方向に回転力を伝達する可撓性ワイヤを設けたことを特徴とする。前記出力部材には、例えば、前記可撓性ワイヤから伝達される回転力により駆動する駆動装置が設けられる。駆動装置の駆動機構は、回転機構であってもよく、あるいは直動機構であってもよい。

また、この発明にかかるリンク作動装置は、次のように言い換えることができる。すなわち、入力側および出力側のそれぞれに設けた入力部材および出力部材に対して回転可能に端部リンク部材を連結し、入力側と出力側のそれぞれの端部リンク部材を中央リンク部材に対して回転可能に連結したリンク機構を３組以上有し、各リンク機構の中央部における横断面に関して入力側と出力側を幾何学的に同一とし、前記入力部材に連結された各リンク機構の回転対偶のうち、２組以上のリンク機構について、前記出力部材の姿勢を任意に制御するリンク機構用駆動源を設け、可撓性を有し入力側から出力側へ回転力を伝達可能な可撓性ワイヤを、前記各リンク機構の内側に通して設けたものである。

この構成によれば、前記３組以上のリンク機構と、２組以上のリンク機構に設けた前記リンク機構用駆動源とで、出力部材等からなる可動部が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構が構成される。この２自由度機構は、可動部の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材の中心軸と出力部材の中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、入力部材に対する出力部材の旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。入力部材と連結された各リンク機構の回転対偶のうち、２組以上のリンク機構について、出力部材の姿勢を任意に制御するリンク機構用駆動源を設けたことにより、出力部材を任意の姿勢に容易に決められる。リンク機構用駆動源を設けるリンク機構の回転対偶を２組以上としたのは、入力部材に対する出力部材の姿勢を確定するのに必要なためである。

各リンク機構の内側を通して可撓性を有する可撓性ワイヤを設け、この可撓性ワイヤにより入力側から出力側へ回転力を伝達することで、可動部に駆動源を設けずに、可動部に設けた駆動装置を駆動できる。そのため、可動部の重量を軽くできる。その結果、リンク作動装置に作用する慣性モーメントが小さくなり、リンク作動機構を駆動する駆動源の小型化が可能になる。また、可動部が軽量であれば、取扱い易く、可動部の位置決め精度が向上する。さらに、可動部に駆動装置を設けた場合、この駆動装置と、駆動装置用の駆動源とを遠く離して配置することができるため、駆動装置を清浄な状態に維持しやすい。

可撓性ワイヤは可撓性を有するため、可動部を位置制御するために各リンク機構の姿勢を変化させても、回転力を入力側から出力側へ確実に伝達することができる。また、各リンク機構の入力側および出力側の端部リンク部材は球面リンク構造であり、各リンク機構における球面リンク中心は一致しており、その中心からの距離も同じである。よって、各リンク機構の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心間の距離が変化しないため、可撓性ワイヤに大きなアキシアル力（引張り力）が作用することがなく、確実に回転力を伝達することができる。

この発明において、前記入力部材および出力部材にそれぞれ貫通孔を設け、各貫通孔に前記可撓性ワイヤを挿通するのが良い。
入力部材および出力部材の各貫通孔に可撓性ワイヤが挿通されていれば、各リンク機構がどのような姿勢になっても、可撓性ワイヤが常に各リンク機構の内側を通る。それにより、可撓性ワイヤが他の部材に接触することを防げる。

前記可撓性ワイヤは、前記中央リンク部材に固定され各リンク機構の内側に位置するワイヤ案内部材により案内する。
各リンク機構がどのような姿勢になっても、３つ以上のリンク機構のうち少なくとも２つのリンク機構の中央リンク部材は、１つの軌道円上を通る。そのため、中央リンク部材に固定され各リンク機構の内側に位置するワイヤ案内部材により可撓性ワイヤを案内すれば、可撓性ワイヤと他の部材、例えば中央リンク部材や端部リンク部材との干渉を防止できる。

前記ワイヤ案内部材は、その中心が前記中央リンク部材の軌道円の中心と合致する位置となるように設ける。
中央リンク部材の軌道円の中心は、常に入力側と出力側の球面リンク中心を結ぶ直線上に位置し、球面リンク中心間距離は、各リンク機構の姿勢が変化しても一定であるため、ワイヤ案内部材を上記のように設ければ、可撓性ワイヤを最短距離で距離変動のない位置に配置することができる。

この発明において、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。

前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置するのが良い。
内輪用ばね要素と外輪用ばね要素をインナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置することで、アウタチューブの径を大きくせずに、ばね要素を設けることができる。

前記可撓性ワイヤの入力端側に、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、前記インナワイヤの前記入力端と連結して設けてもよい。
回転駆動源を設ければ、インナワイヤにトルクを効率良く与えることができる。

前記可撓性ワイヤの出力端側に、前記インナワイヤの回転を減速する減速機を、前記インナワイヤの前記出力端と連結して設けてもよい。
可撓性ワイヤの出力端側に減速機を設ければ、インナワイヤ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。そのため、減速機の出力側に回転機構を有する駆動装置を設置した場合は大きな回転トルクが得られ、減速機の出力側に直動機構を有する駆動装置を設けた場合は大きな推力が得られる。回転機構や直動機構に生じる摩擦に対して、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤの捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。また、減速機を設ければ、細いインナワイヤを使用ことが可能になり、コンパクトな構造で、より可撓性の高い可撓性ワイヤを実現できる。さらに、可撓性ワイヤの入力側に設置する回転駆動源として、小型で安価なモータを用いることができる。
加えて、駆動装置の回転機構や直動機構等の駆動機構の動作位置をフィードバック制御する場合、次のような作用・効果が得られる。すなわち、減速機によって出力側に減速して出力されるため、減速機の出力軸に現れるインナワイヤの捩れの影響が小さく、駆動機構の動作位置の位置決め分解能が高く、高精度のフィードバック制御をできる。

このリンク作動装置は、上記の作用および効果を有するため、医療用機器に使用するのに好適である。

リンク作動装置の出力部材に駆動装置を設けることで、この駆動装置を遠隔操作することができる。

この発明のリンク作動装置は、入力部材に対し出力部材を、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であり、前記３組以上のリンク機構における２組以上のリンク機構に、これら２組以上の各リンク機構を動作させて前記出力部材の姿勢を制御するリンク機構用駆動源を設け、前記３組以上のリンク機構の配置の内側に通して、可撓性を有し前記入力部材および出力部材の並び方向に回転力を伝達する可撓性ワイヤを設け、この可撓性ワイヤは、前記中央リンク部材に固定され各リンク機構の内側に位置するワイヤ案内部材により案内され、このワイヤ案内部材を、その中心が前記中央リンク部材の軌道円の中心と合致する位置に設けたため、可動部が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構として構成され、可動部の可動範囲が広く、可動部が軽量で、可動部の位置決め精度が高い。

参考提案例にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。 同リンク作動装置の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。 同リンク作動装置の斜視図である。 同リンク作動装置の入力部材、入力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。 （Ａ）は同リンク作動装置の可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はＶＢ部拡大図、（Ｃ）はＶＣ部拡大図である。 （Ａ）はカップリングの分離状態の断面図、（Ｂ）はVIＢ矢視図、（Ｃ）はVIＣ矢視図である。 同カップリングの連結状態の断面図である。 同リンク作動装置を備えた遠隔操作型ロボットの概略構成を示す図である。 この発明の実施形態にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 他の参考提案例にかかるリンク作動装置の一部を省略した正面図である。 同リンク作動装置の斜視図である。 同リンク作動装置の入力部材と入力側の端部リンク部材との回転対偶部を示す断面図である。 同リンク作動装置の変形例の斜視図である。 異なるリンク作動装置の斜視図である。 さらに異なるリンク作動装置の斜視図である。 さらに異なるリンク作動装置の斜視図である。 （Ａ）は異なる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はXVIIIＢ矢視図、（Ｃ）はXVIIIＣ矢視図である。 同可撓性ワイヤに回転駆動源および駆動装置を連結する状態を示す図である。 同可撓性ワイヤに回転駆動源および異なる駆動装置を連結する状態を示す図である。 （Ａ）はさらに異なる可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はXXIＢ矢視図、（Ｃ）はXXIＣ矢視図である。 さらに異なる可撓性ワイヤの断面図である。

参考提案例を図１〜図５と共に説明する。図１および図２に示すように、このリンク作動装置１Ａは、装置の基部となる駆動部２と、この駆動部２に入力側が支持されたリンク機構部３と、このリンク機構部３の内側に通して設けられた回転力伝達用の可撓性ワイヤ４Ａとを備える。リンク機構部３の出力側に加工機器等の駆動装置（図示せず）が装着され、この駆動機構が、駆動部２に対し可動な可動部となる。この参考提案例では、可撓性ワイヤ４Ａの本数は２本とされているが、１本以上であれば本数は問わない。なお、図１および図２は、同じリンク作動装置１Ａの互いに異なる状態を示す。

駆動部２は、基台本体５ａとその上下両端に設けた上下のフランジ部５ｂ，５ｃとを有する基台５を備える。上フランジ部５ｂには、後記リンク機構用駆動源１２１が垂下状態で設けられ、下フランジ部５ｃには、可撓性ワイヤ４Ａが伝達する回転力を発生させる回転駆動源６が起立状態で設けられている。

図３に示すように、リンク機構部３は、３組のリンク機構１０１，１０２，１０３（以下、「１０１〜１０３」と表記する）を具備する。なお、図１および図２では、１組のリンク機構１０１のみを表示している。これら３組のリンク機構１０１〜１０３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。すなわち、各リンク機構１０１〜１０３は、後述の各リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｂ〜１０３ｂ，１０１ｃ〜１０３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂ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。リンク機構１０１〜１０３の入力側は、基台５の上フランジ部５ｂに装着される。

各リンク機構１０１，１０２，１０３は、入力側の端部リンク部材１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ（以下、「１０１ａ〜１０３ａ」と表記する）、中央リンク部材１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ（以下、「１０１ｂ〜１０３ｂ」と表記する）、および出力側の端部リンク部材１０１ｃ，１０２ｃ，１０３ｃ（以下、「１０１ｃ〜１０３ｃ」と表記する）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。端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構１０１〜１０３における球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ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１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃと中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂ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１０１〜１０３における中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂの形状は幾何学的に同一である。

１組のリンク機構１０１〜１０３は、入力側に配置され前記基台５の上フランジ部５ｂに装着された入力部材１０４と、出力側に配置された出力部材１０５と、これら入力部材１０４および出力部材１０５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１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃと、両端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃのそれぞれに回転可能に連結されて両端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃを互いに連結する１つの中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂとを具備する。

この実施形態のリンク機構１０１〜１０３は回転対称タイプで、入力部材１０４および端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａと、出力部材１０５および端部リンク部材１０１ｃ〜１０３ｃとの位置関係が、中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂ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、入力部材１０４の中心軸Ｂと出力部材１０５の中心軸Ｃとが同一線上にある状態を示し、図２は、入力部材１０４の中心軸Ｂに対して出力部材１０５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１０１〜１０３の姿勢が変化しても、入力側と出力側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌは変化しない。

図４に示すように、入力部材１０４は、その中心部に可撓性ワイヤ挿通用の貫通孔１０６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、さらに、半径方向に軸部材嵌挿用の貫通孔１０８を円周方向等間隔で形成し、その貫通孔１０８に軸受１０９を介して軸部材１１０を嵌挿させた構造を具備する。出力部材１０５も同じ構造で、その中心部に可撓性ワイヤ挿通用の貫通孔１０６（図３）が軸方向に沿って形成されている。

軸受１０９は、入力部材１０４の貫通孔１０８に内嵌された軸受外輪と、軸部材１１０に外嵌された軸受内輪と、軸受外輪と軸受内輪間に回転自在に介挿されたボール等の転動体とからなる。軸部材１１０の外側端部は、入力部材１０４から突出し、その突出部に端部リンク部材１０１ａ，１０２ａ，１０３ａおよびギア部材１１１が結合され、ナット１１３による締付けでもって軸受１０９に所定の予圧量を付与して固定されている。ギア部材１１１は、後述するリンク機構１０１〜１０３の角度制御機構１２０の一部を構成する。入力部材１０４に対して軸部材１１０を回転自在に支承する軸受１０９は、止め輪１１２により入力部材１０４から抜け止めされている。

なお、軸部材１１０と、端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａおよびギア部材１１１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。

上記ギア部材１１１を軸部材１１０の外側端部に設けたことで、この入力部材１０４の可撓性ワイヤ挿通用の貫通孔１０６とリンク機構１０１〜１０３の内側に広い内側空間Ｓが形成されている。この内側空間Ｓには、可撓性ワイヤ４Ａが通して設けられる。

軸受１０９としては、図示のように２個の玉軸受を配設する以外に、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。なお、出力部材１０５は、軸部材１１０の外側端部にギア部材１１１が設けられていない点を除いて、入力部材１０４と同一構造である。軸部材１１０の円周方向位置は等間隔でなくてもよいが、入力部材１０４および出力部材１０５は同じ円周方向の位置関係とする必要がある。これら入力部材１０４および出力部材１０５は、３組のリンク機構１０１〜１０３で共有され、各軸部材１１０に端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃが連結される。

端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃはＬ字状をなし、一辺を入力部材１０４および出力部材１０５から突出する軸部材１１０に結合し、他辺を中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂに連結する。端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃ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１１５の屈曲基端内側が大きくカットされた形状を有する。

中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂはほぼＬ字状をなし、両辺に貫通孔１１４を有する。この中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂ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１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃの他辺から一体的に屈曲成形された軸部１１５を、軸受１１６を介して中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂの両辺の貫通孔１１４に挿通する。

この軸受１１６は、中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂの貫通孔１１４に内嵌された軸受外輪と、端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃの軸部１１５に外嵌された軸受内輪と、軸受外輪と軸受内輪間に回転自在に介挿されたボール等の転動体とからなる。端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃに対して中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂを回転自在に支承する軸受１１６は、止め輪１１７により中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂから抜け止めされている。

前記リンク機構１０１〜１０３において、入力部材１０４および出力部材１０５の軸部材１１０の角度、長さ、および端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂの対称面に対して中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂと、入出力部材１０４，１０５と連結される端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材１０４および端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａと、出力部材１０５および端部リンク部材１０１ｃ〜１０３ｃとは同じに動き、入力側と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１０１ｂ〜１０３ｂの対称面を等速二等分面という。

このため、入出力部材１０４，１０５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１０１〜１０３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１０１〜１０３が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。

各リンク機構１０１〜１０３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１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃと入出力部材１０４，１０５の２つの連結部分、および端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃと中央リンク部材１０１ｂ〜１０３ｂの２つの連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分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。

この軸受構造では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、入出力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、前記軸受構造において、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。

このリンク作動装置１Ａのリンク機構部３は、リンク機構１０１〜１０３の２つ以上のリンク機構について、入力部材１０４に対して入力側の端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａの角度を制御することにより、出力部材１０５の２自由度の姿勢を制御する。図１〜図４の例では、全リンク機構１０１〜１０３の端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａの角度を制御する。端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａの角度制御機構１２０は、図３に示すように、基台５の上フランジ部５ｂにリンク機構用駆動源１２１を下向きに設け、このリンク機構用駆動源１２１の上フランジ部５ｂ上に突出する出力軸１２２に傘歯車１２３を取付け、この傘歯車１２３に、入力部材１０４の軸部材１１０に取付けた前記ギア部材１１１のギア部を噛み合わせてある。リンク機構用駆動源１２１は、例えば電動モータである。リンク機構用駆動源１２１を回転させることにより、その回転が傘歯車１２３およびギア部材１１１を介して軸部材１１０に伝えられ、入力部材１０４に対して端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａが角度変更する。

このリンク機構部３の構成によれば、入力部材１０４に対する出力部材１０５の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材１０４の中心軸Ｂと出力部材１０５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、入力部材１０４に対する出力部材１０５の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。入力部材１０４と連結された各リンク機構１０１〜１０３の回転対偶に、出力部材１０５の姿勢を任意に制御するリンク機構用駆動源１２１を設けたことにより、出力部材１０５を任意の姿勢に容易に決められる。入力部材１０４から出力部材１０５へ等速で力が伝達されるため、出力部材１０５の動作がスムーズである。この実施形態では、入力部材１０４とリンク機構１０１〜１０３の各組の回転対偶にリンク機構用駆動源１２１を設けてあるが、２組以上にリンク機構用駆動源１２１を設ければ、入力部材１０４に対する出力部材１０５の姿勢を確定することができる。

また、この構成のリンク機構部３は、入出力部材１０４，１０５に軸受外輪を内包すると共に軸受内輪を端部リンク部材１０１ａ〜１０３ａ，１０１ｃ〜１０３ｃと結合させて、入出力部材１０４，１０５内に軸受構造を埋設したので、全体の外形を大きくすることなく、入出力部材１０４，１０５の外形を拡大することができる。そのため、入力部材１０４を基台５の上フランジ部５ｂに取付けるための取付スペース、並びに出力部材１０５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。

図５（Ａ）〜（Ｃ）に、可撓性ワイヤ４Ａの詳しい構造を示す。可撓性ワイヤ４Ａは、可撓性のアウタチューブ１１と、このアウタチューブ１１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ１２と、このインナワイヤ１２を前記アウタチューブ１１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受１３とを備える。インナワイヤ１２の両端は、それぞれ回転の入力端１２ａおよび出力端１２ｂとなる。インナワイヤ１２の出力端１２ｂ側には、後述する減速機３２が設けられている。アウタチューブ１１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ１２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。

各転がり軸受１３はアウタチューブ１１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１３間に、これら転がり軸受１３に対して予圧を与えるばね要素１４Ｉ，１４Ｏが設けられている。ばね要素１４Ｉ，１４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ１２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１３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素１４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素１４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。

前記アウタチューブ１１の両端には、このアウタチューブ１１を他の部材に結合する継手１５が設けられている。継手１５は、雄ねじ部材１６と雌ねじ部材２３とで構成される。
雄ねじ部材１６は、内周に貫通孔１７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１８が形成されている。雄ねじ部材１６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１９が設けられている。この円筒部１９の外径は、アウタチューブ１１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２０が設けられている。このフランジ部２０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２１が形成されている。前記貫通孔１７は、円筒部１９側からフランジ部２０側に向かって、小径部１７ａ、中径部１７ｂ、大径部１７ｃの順に段階的に内径が大きくなっている。中径部１７ｂには、インナワイヤ１２を回転自在に支持する転がり軸受２２が嵌め込まれる。

雌ねじ部材２３は、円筒状部２４と、この円筒状部２４の一端から内径側へ延びるつば状部２５とを有する筒状の部材であって、円筒状部２４の内周先端側に、前記雄ねじ部材１６の雄ねじ部１８に螺合する雌ねじ部２６が形成されている。つば状部２５の内径は、アウタチューブ１１が外周に嵌合する寸法とされている。

アウタチューブ１１を他の部材に結合する際には、まず、雄ねじ部材１６の円筒部１９をアウタチューブ１１の内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材２３のつば状部２５をアウタチューブ１１の同一端の外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材１６の雄ねじ部１８と雌ねじ部材２３の雌ねじ部２６とを螺合させる。これにより、雄ねじ部材１６の円筒部１９と雌ねじ部材２３のつば状部２５とで、アウタチューブ１１の一端を内外から挟み込んで固定する。インナワイヤ１２は、雄ねじ部材１６の貫通孔１７に挿通し、貫通孔１７の中径部１７ｂに嵌め込んだ転がり軸受２２によって支持させる。次いで、雄ねじ部材１６のフランジ部２０を、回動駆動源６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２１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１１と他の部材との結合が完了し、図５の状態となる。

この状態から、雄ねじ部１８と雌ねじ部２６の螺合を外すことで、雄ねじ部材１６の円筒部１９および雌ねじ部材２３のつば状部２５による拘束からアウタチューブ１１が解放され、アウタチューブ１１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１１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。

また、アウタチューブ１１と継手１５を結合した状態で、雄ねじ部材１６の結合手段（フランジ部２０）により可撓性ワイヤ４Ａ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４Ａ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。

前記インナワイヤ１２の入力端１２ａおよび出力端１２ｂには、回転軸と連結するカップリング２９が設けられている。インナワイヤ１２の入力端１２ａに連結される回転軸は前記回転駆動源６の出力軸６ａであり、インナワイヤ１２の出力端１２ｂに連結される回転軸は後記減速機３２の入力軸３２ａである。以下の説明では、回転駆動源６の出力軸６ａおよび減速機３２の入力軸３２ａをまとめて回転軸２８とする。

図例のカップリング２９は、軸方向に貫通する貫通孔２９ａを有し、この貫通孔２９ａと外周との間に軸方向に離れて２つのねじ孔２９ｂを設けてある。前記貫通孔２９ａにインナワイヤ１２および回転軸２８を両側から挿入し、ねじ孔２９ｂ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１２および回転軸２８に押し付けることで、これらインナワイヤ１２および回転軸２８をカップリング２９に固定して、インナワイヤ１２と回転軸２８とを連結する。

カップリング２９は、インナワイヤ１２と回転軸２８とを回転伝達可能に連結できればよく、上記以外の構成であってもよい。例えば、図６および図７に示す構成とすることができる。このカップリング２９は、インナワイヤ１２と一体回転するワイヤ側部材３０と、回転軸２８と一体回転する軸側部材３１とを有する。ワイヤ側部材３０とインナワイヤ１２、および軸側部材３１と回転軸２８は、それぞれ圧入により固定されるか、またはボルト等の固定具（図示せず）により固定される。これらワイヤ側部材３０および軸側部材３１の対向する端面には、互いに係合する径方向溝３０ａと、この径方向溝３０ａに係合する突起３１ａとがそれぞれ設けられている。この図例では、径方向溝３０ａおよび突起３１ａが、それぞれ円周方向の２箇所に設けられている。

インナワイヤ１２と回転軸２８とを連結するには、図６（Ａ）のように対向して設けたワイヤ側部材３０および軸側部材３１を互いに接近するように軸方向に相対移動させて、図７のように径方向溝３０ａと突起３１ａとを互いに係合させる。それにより、ワイヤ側部材３０と軸側部材３１とがトルクを伝達可能に連結される。インナワイヤ１２と回転軸２８との連結を外すには、上記と逆に、ワイヤ側部材３０および軸側部材３１を互いに離れるように軸方向に相対移動させて、径方向溝３０ａと突起３１ａとの係合を解除する。これらインナワイヤ１２と回転軸２８との連結操作およびその解除操作は容易である。

図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、可撓性ワイヤ４Ａの出力側には、インナワイヤ１２の回転を減速する減速機３２が設けられている。この減速機３２は、減速機ハウジング３２ｃの前後にそれぞれ突出する入力軸３２ａと出力軸３２ｂを回転自在に支持し、減速機ハウジング３２ｃ内に、入力軸３２ａの回転を減速して出力軸３２ｂ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３２ａと出力軸３２ｂとが同一軸上に配置されている。減速機３２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３２の入力軸３２ａは、カップリング２９を介してインナワイヤ１２の出力端１２ｂに連結される。減速機３２の出力軸３２ｂは、外部の駆動装置（図示せず）に連結される。

この構成の可撓性ワイヤ４Ａは、インナワイヤ１２の出力側にこのインナワイヤ１２の回転を減速して出力する減速機３２を設けたため、インナワイヤ１２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１２で伝達するトルクが小さければ、細いインナワイヤ１２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４Ａを実現できる。また、隣合う転がり軸受１３間に、これら転がり軸受１３に対して予圧を与えるばね要素１４Ｉ，１４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ１２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ１２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素１４Ｉおよび外輪用ばね要素１４Ｏは、インナワイヤ１２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１１の径を大きくせずに、ばね要素１４Ｉ，１４Ｏを設けることができる。

このリンク作動装置１Ａは上記構成であり、例えば図８のように、出力部材１０５に駆動装置取付部材８０を介して駆動装置８１が取付けられて、例えば医療用等の遠隔操作型ロボットとして使用される。駆動装置８１はドリル等の加工ツール（図示せず）、または他の機器を作動させる装置であり、その駆動機構（図示せず）は、回転機構であってもよく、あるいは直動機構であってもよい。可撓性ワイヤ４Ａの入力側が回転駆動源６に連結され、出力側が減速機３２（図示せず）を介して駆動装置８１の駆動機構に連結される。出力部材１０５と駆動装置取付部材８０と駆動装置８１とが、駆動部２に対して可動な可動部８２となる。コントローラ８３により前記回転駆動源６およびリンク機構用駆動源１２１の出力を制御することで、可動部８２（正確には加工ツールまたは機器）の位置決めと姿勢変更、ならびに駆動装置８１の駆動機構の制御を遠隔操作で行う。

この遠隔操作型ロボットは、３組のリンク機構１０１〜１０３と、これらリンク機構１０１〜１０３にそれぞれ設けたリンク機構用駆動源１２１とで、可動部８２を直交２軸方向に移動自在な２自由度機構が構成されている。この２自由度機構は、可動部８２の可動範囲が広い。そのため、可動部８２の位置決めを精度良く行える。

各リンク機構１０１〜１０３の内側空間Ｓを通して可撓性ワイヤ４Ａを設け、この可撓性ワイヤ４Ａにより入力側から出力側へ回転力を伝達するため、可動部８２の駆動装置８１を、駆動部２に設けた回転駆動源６で駆動できる。そのため、可動部８２の重量を軽くできる。その結果、リンク機構１０１〜１０３に作用する慣性モーメントが小さくなり、リンク機構用駆動源１２１の小型化が可能になる。また、可動部８２が軽量であれば、取扱い易く、駆動装置８１の位置決め精度が向上する。さらに、駆動装置８２と、回転駆動源８２およびリンク機構用駆動源１２１とを遠く離して配置することができるため、駆動装置８２を清浄な状態に維持しやすい。可撓性ワイヤ４Ａは、リンク機構１０１〜１０３の内側空間Ｓに通して設けられているため、可撓性ワイヤ４Ａの取り回しが容易となり、可撓性ワイヤ４Ａが邪魔にならないようにできる。

可撓性ワイヤ４Ａは可撓性を有するため、可動部８２を位置制御するために各リンク機構１０１〜１０３の姿勢を変化させても、回転力を入力側から出力側へ確実に伝達することができる。また、各リンク機構１０１〜１０３の姿勢が変化しても、入力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４Ａに大きなアキシアル力（引張り力）が作用することがなく、確実に回転力を伝達することができる。

図９および図１０は実施形態を示す。このリンク作動装置１Ｂは、１つのリンク機構１０１の中央リンク部材１０１ｂにワイヤ案内部材４１を固定して設け、このワイヤ案内部材４１により可撓性ワイヤ４Ａを案内するようにしたものである。ワイヤ案内部材４１は、基端が中央リンク部材１０１ｂに固定された支持部４１ａと、この支持部４１ａの先端に一体に設けたＣ字状の案内部４１ｂとでなる。案内部４１ｂの切れ目４１ｂａは可撓性ワイヤ４Ａが通らない寸法であり、中央に可撓性ワイヤ４Ａを通す円形の開口４１ｃが形成されている。この開口４１ｃの中心は、中央リンク部材１０１ｂの軌道円４３の中心Ｏと合致する位置とされている。

各リンク機構１０１〜１０３がどのような姿勢になっても、３つ以上のリンク機構のうち少なくとも２つのリンク機構の中央リンク部材は、１つの軌道円Ｃ上を通る。そのため、中央リンク部材１０１ｂに固定したワイヤ案内部材４１により可撓性ワイヤ４Ａを案内すれば、可撓性ワイヤ４Ａと他の部材、例えば他の中央リンク部材１０２ｂ，１０３ｂや端部リンク部材１０２ａ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｃとの干渉を防止できる。また、中央リンク部材１０１ｂの軌道円４３の中心Ｏは、常に入力側と出力側の球面リンク中心を結ぶ直線上に位置し、球面リンク中心間の距離Ｌは、各リンク機構１０１〜１０３の姿勢が変化しても一定であるため、上記のようにワイヤ案内部材４１の案内部４１ｂの中心を中央リンク部材１０１ｂの軌道円４３の中心Ｏと合致する位置としたことで、可撓性ワイヤ４Ａを最短距離で距離変動のない位置に配置することができる。

図１１〜図１３は他の参考提案例を示す。このリンク作動装置１Ｃは、前記実施形態と比べてリンク機構部３の構成が異なる。図１２に示すように、このリンク作動装置１Ｃのリンク機構部３も、３組のリンク機構２０１，２０２，２０３（以下、「２０１〜２０３」と表記する）を具備する。なお、図１１は１組のリンク機構２０１のみを表示している。これら３組のリンク装置２０１〜２０３のそれぞれは幾何学的に同一形状をなす。リンク機構２０１〜２０３の入力側は、基台５のフランジ部５ａに装着される。

各リンク機構２０１，２０２，２０３は、円板状の入力部材２０４に回動自在に連結された入力側の端部リンク部材２０１ａ，２０２ａ，２０３ａ（以下、「２０１ａ〜２０３ａ」と表記する）と、円板状の出力部材２０５に回動自在に連結された出力側の端部リンク部材２０１ｃ，２０２ｃ，２０３ｃ（以下、「２０１ｃ〜２０３ｃ」と表記する）と、両端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃのそれぞれに回動自在に連結されて両端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃを互いに連結する中央リンク部材２０１ｂ，２０２ｂ，２０３ｂ（以下、「２０１ｂ〜２０３ｂ」と表記する）とで構成され、４つの回転対偶部２０６ａ，２０７ａ，２０８ａ（以下、「２０６ａ〜２０８ａ」と表記する），２０６ｂ_１，２０７ｂ_１，２０８ｂ_１（以下、「２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１」と表記する），２０６ｂ_２，２０７ｂ_２，２０８ｂ_２（以下、「２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２」と表記する），２０６ｃ，２０７ｃ，２０８ｃ（以下、「２０６ｃ〜２０８ｃ」と表記する）からなる３節連鎖構造をなす。なお、図１２には、回転対偶部２０８ａ，２０８ｃは隠れていて図示されていない。回転対偶部２０８ａは、図１３に図示されている。回転対偶部２０８ｃは、どの図にも図示されていないが、説明の都合上、明細書中では符号を付けてある。

端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構２０１〜２０３における球面リンク中心は一致しており、また、その中心からの距離も同じである。端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃと中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂとの回転対偶部２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１，２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２の連結軸は、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２０１〜２０３における中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの形状は幾何学的に同一である。

この参考提案例のリンク機構２０１〜２０３は鏡像対称タイプで、入力側部材２０４および入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａと、出力部材２０５および出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃとの位置関係が、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの中心線に対して鏡像対称となる位置構成になっている。図１２では、入力部材２０４に対して出力部材２０５が所定の作動角をとった状態を示す。

図１３は、入力部材２０４と入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの回動対偶部２０６ａ〜２０８ａを示す。円板状をなす入力部材２０４の上面には、各リンク機構２０１〜２０３について一対の支持部材２１１ａ，２１２ａ，２１３ａ（以下、「２１１ａ〜２１３ａ」と表記する）が設置されている。支持部材２１１ａ〜２１３ａは、入力部材２０４に対してねじ等により着脱自在な構造となっているが、入力部材２０４と一体的に形成することも可能である。一対の支持部材２１１ａ〜２１３ａにはそれぞれ軸受２１７ａ，２１８ａ，２１９ａ（以下、「２１７ａ〜２１９ａ」と表記する）が取付けられており、この一対の軸受２１７ａ〜２１９ａ間に回転自在に支承された支持棒２１４ａ，２１５ａ，２１６ａ（以下、「２１４ａ〜２１６ａ」と表記する）に、Ｌ字状をなす端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの一方のアーム端部が一対の支持部材２１１ａ〜２１３ａ間に挿入配置されて連結されている。また、支持棒２１４ａ〜２１６ａにおける一対の支持部材２１１ａ〜２１３ａの外側に、後述する角度制御機構２３０の一部を構成するギア部材２３４が結合されている。これら端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａのアーム端部およびギア部材２３４は、例えば止めねじにより支持棒２１４ａ〜２１６ａに固定されている。

さらに、支持棒２１４ａ〜２１６ａの外端部にはナット２２０ａ，２２１ａ，２２２ａ（以下、「２２０ａ〜２２２ａ」と表記する）が螺着され、このナット２２０ａ〜２２２ａの締付けでもって間座等を介在させることにより前記軸受２１７ａ〜２１９ａに所定の予圧量を付与して調整可能となっている。

支持部材２１１ａ〜２１３ａの円周方向位置は等間隔でなくてもよいが、入力部材２０４と出力部材２０５では同じ円周方向の位置関係とする必要がある。この入力部材２０４と出力部材２０５は、３組のリンク機構２０１〜２０３で共有され、各支持部材２１１ａ〜２１３ａ，２１１ｃ〜２１３ｃに端部リンク部材２１１ａ〜２１３ａ，２１１ｃ〜２１３ｃが連結される。支持部材２１１ａ〜２１３ａ，２１１ｃ〜２１３ｃが取付けられる入力部材２０４および出力部材２０５は、図では円板状の部材を示しているが、支持部材２１１ａ〜２１３ａ，２１１ｃ〜２１３ｃの取付けスペースを確保することができるのであれば、どのような形状であってもよい。この実施形態では、入力部材２０４および出力部材２０５共に、中心部に貫通孔２０４ａ（出力部材２０５の貫通孔は図示せず）を有する孔開きの円板状とされ、入力部材２０４および出力部材２０５の貫通孔２０４ａおよびリンク機構２０１〜２０３の内側空間Ｓを通して、可撓性ワイヤ４Ａ（図１１）が設けられている。

出力部材２０５と出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃとの連結部分である回転対偶部２０６ｃ〜２０８ｃは、前述の入力部材２０４と入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａとの連結部分である回転対偶部２０６ａ〜２０８ａと同一構造であるため、重複説明は省略する。

入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａと中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの一方の端部との回転対偶部２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１では、入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの他方のアーム端部は、ほぼＬ字状をなす中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの一方の端部に連結されている。この中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの一方の端部には、一対の支持部材２１１ｂ_１〜２１３ｂ_１が設けられている。この一対の支持部材２１１ｂ_１〜２１３ｂ_１には軸受（図示せず）が取付けられており、この一対の軸受間に回転自在に支承された支持棒２１４ｂ_１，２１５ｂ_１，２１６ｂ_１（以下、「２１４ｂ_１〜２１６ｂ_１」と表記する）に、Ｌ字状をなす端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの他方のアーム端部が一対の支持部材２１１ｂ_１〜２１３ｂ_１間に挿入配置されて連結されている。この支持部材２１１ｂ_１〜２１３ｂ_１は、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂに対してねじ等により着脱自在な構造、あるいは一体構造のいずれであってもよい。

なお、端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａのアーム端部は、止めねじにより支持棒２１４ｂ_１〜２１６ｂ_１に固定されている。その固定方法は、止めねじ以外にもキーやＤカット等でもよい。また、支持棒２１４ｂ_１〜２１６ｂ_１の端部は、ナットによる締付けでもって間座等を介在させることにより軸受に所定の予圧量を付与して調整可能となっている。

出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃの他方のアーム端部と中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの他方の端部との連結部分である回転対偶部２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２は、前述の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの他方のアーム端部と中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの一方の端部との回転対偶部２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１と同一構造であるため、重複説明は省略する。

前記リンク機構２０１〜２０３において、入力部材２０４および出力部材２０５の支持棒２１４ａ〜２１６ａ，２１４ｃ〜２１６ｃの角度、長さ、および端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの幾何学的形状が入力側と出力側で等しく、また、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂについても入力側と出力側で形状が等しいとき、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの対称面に対して中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂと入力部材２０４および出力部材２０５と連結される端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃとの角度位置関係を入力側と出力側とで同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材２０４および入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａと、出力部材２０５および出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃとは同じに動き、入力側と出力側は同じ回転角になって等速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２０１ｂ〜２０３ｂの対称面を等速二等分面という。

このため、入力部材２０４および出力部材２０５を共有する同じ幾何学形状のリンク機構２０１〜２０３を円周上の複数配置させることより、複数のリンク機構２０１〜２０３が矛盾無く動ける位置として中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより入力側と出力側は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。

このリンク作動装置１Ｃのリンク機構部３は、リンク機構２０１〜２０３の２つ以上のリンク機構について、入力部材２０４に対して入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの角度を制御することにより、出力部材２０５の２自由度の姿勢を制御する。図１１〜図１３の例では、全リンク機構２０１〜２０３の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの角度を制御する。端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの角度制御機構２３０は、図１１に示すように、基台５の上フランジ部５ｂにリンク機構用駆動源２３１を下向きに設け、このリンク機構用駆動源２３１の上フランジ部５ｂ上に突出する出力軸２３２に傘歯車２３３を取付け、この傘歯車２３３に、入力部材２０４の支持棒２１４ａ〜２１６ａに取付けた前記ギア部材２３４のギア部を噛み合わせてある。リンク機構用駆動源２３１は、例えば電動モータである。リンク機構用駆動源２３１を回転させることにより、その回転が傘歯車２３３およびギア部材２３４を介して支持棒２１４ａ〜２１６ａに伝えられ、入力部材２０４に対して端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａが角度変更する。

このリンク機構部３の構成によれば、入力部材２０４に対する出力部材２０５の可動範囲を広くとれる。例えば、入力部材２０４の中心軸Ｂと出力部材２０５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、入力部材２０４に対する出力部材２０５の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。入力部材２０４と各リンク機構２０１〜２０３の回転対偶部２０６ａ〜２０８ａに、出力部材２０５の姿勢を任意に制御するリンク機構用駆動源２３１を設けたことにより、出力部材２０５を任意の姿勢に容易に決められる。入力部材２０４から出力部材２０５へ等速で力が伝達されるため、出力部材２０５の動作がスムーズである。この実施形態では、入力部材２０４とリンク機構２０１〜２０３の回転対偶部２０６ａ〜２０８ａにリンク機構用駆動源２３１を設けてあるが、２組以上にリンク機構用駆動源２３１を設ければ、入力部材２０４に対する出力部材２０５の姿勢を確定することができる。

各リンク機構２０１〜２０３における４つの回転対偶部２０６ａ〜２０８ａ，２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１，２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２，２０６ｃ〜２０８ｃ、つまり、入力部材２０４と入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａとの連結部分、入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａと中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂとの連結部分、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂと出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃとの連結部分、および出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃと出力部材２０５との連結部分を軸受構造とすることにより、その連結部分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。

さらに、リンク機構２０１〜２０３の各回転対偶部２０６ａ〜２０８ａ，２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１，２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２，２０６ｃ〜２０８ｃを両端支持するように前記各回転対偶部２０６ａ〜２０８ａ，２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１，２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２，２０６ｃ〜２０８ｃに軸受を配置していることから、軸受剛性の向上が図れる。また、回転対偶部以外の部分で部品同士の着脱が可能となるので、組立性の向上が図れる。この組立性の向上により、リンク機構２０１〜２０３の小型化も実現容易となる。

可撓性ワイヤ４Ａとしては、前記参考提案例のリンク作動装置１Ａと同様にものが用いられる。このリンク作動装置１Ｃも、前記参考提案例と同様に、出力部材２０５に駆動装置（図示せず）を取付けて、医療用等の遠隔操作型ロボットとして使用される。その場合、前記同様の作用および効果が得られる。

図１２の実施形態のリンク機構部３は、リンク機構２０１〜２０３が鏡像対称タイプであるが、図１４のリンク機構部３のように、リンク機構２０１〜２０３を回転対称タイプとしてもよい。回転対称タイプのリンク機構２０１〜２０３は、入力部材２０４および端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａと、出力部材２０５および端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃとの位置関係が、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの中心線に対して互いに回転対称となる位置構成になっている。図１４では、入力部材２０４に対して出力部材２０５が所定の作動角をとった状態を示す。なお、図１４は、入力部材２０４に支持された支持棒２１４ａ〜２１６ａにギア部材２３４が設けられていないリンク機構部３を示している。

図１５および図１６は、入力部材２０４の上にリンク機構用駆動源２３１を設置したリンク機構部３を示す。これらの例では、２つのリンク機構用駆動源２３１が設置され、これらリンク機構用駆動源２３１の出力軸を、入力側の２つの端部リンク部材２０１ａ，２０３ａのアーム端部と連結された支持棒２１４ａ〜２１６ａに、同軸的に連結させてある。リンク機構用駆動源２３１により、端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの回転角位置を制御することで、出力部材２０５に取付けた駆動装置（図示せず）の姿勢を制御する。

これらリンク機構部３のリンク機構２０１〜２０３は鏡像対称タイプであり、入力部材２０４と入力側の回転対偶部２０６ａ〜２０８ａ、出力部材２０５と出力側の回転対偶部２０６ｃ〜２０８ｃを円周方向へ移動させ（幅方向に大きくし）、出力側の端部リンク部材２０１ｃ〜２０３ｃと中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂの回転対偶部２０６ｂ_１〜２０８ｂ_１，２０６ｂ_２〜２０８ｂ_２の回転軸が入力部材２０４の中心軸に向いている。そのため、アーム角度（端部リンク部材のアーム両端部における両軸線がなす角度）が９０°でなくても、入力側と出力側は幾何学的に同一形状となる。この結果、中央リンク部材２０１ｂ〜２０３ｂと端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａ，２０１ｃ〜２０３ｃとの干渉を防ぐことができる。特に、図１６の例は、リンク機構２０１〜２０３の内部空間Ｓが広く、リンク機構用駆動源２３１や回転角検出手段（図示せず）等の設置が容易となり、安定する重心の範囲が広くなるという利点がある。

図１７はさらに異なる参考提案例を示し、このリンク機構部３は、リンク機構２０１，２０２，２０３，２０１´，２０２´，２０３´を６組としたことで、安定する重心の範囲を広くし、かつ剛性を高めることができる。

また、他の参考提案例として、入力側の端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａを支承する支持棒２１４ａ〜２１６ａに回転角度センサ（図示せず）を設けるようにしてもよい。このようにすれば、リンク機構用駆動源２３１にサーボ機構を取付けなくてもよくなり，リンク機構用駆動源２３１のコンパクト化が図れ、また、電源投入時の原点出しも不要となる。

前述の支持棒２１４ａ〜２１６ａは軸受２１７ａ〜２１９ａの回転軌道輪で支持され、その軸受２１７ａ〜２１９ａの固定軌道輪は入力部材２０４の支持部材２１１ａ〜２１３ａに固定されている。回転角度センサは、支持棒２１４ａ〜２１６ａの内側一端部に設けた被検出部と、この被検出部に対向して入力部材２０４に取付けられた検出部とで構成されている。なお、被検出部を回転側、検出部を固定側に設置しているが、被検出部が±４５°程度しか回転しないため、逆に、検出部を回転側、被検出部を固定側に設置してもよい。

この被検出部はラジアル型で環状のものであり、例えば、環状のバックメタルと、その外周側に設けられ、磁極Ｎ，Ｓが交互に着磁された磁気発生部材とからなり、バックメタルを介して支持棒２１４ａ〜２１６ａに固着されている。磁気発生部材は、例えばゴム磁石をバックメタルに加硫接着したものを用いればよく、また、この磁気発生部材は、プラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものでもよく、その場合には、バックメタルは必ずしも必要ない。

検出部は、磁束密度に対応した出力信号を発生させる片側磁界動作型あるいは交番磁界動作型の矩形出力の磁気センサからなる。この磁気センサは、磁気検出回路基板（図示せず）に搭載され、この磁気検出回路基板と共に樹脂ケース内に挿入した後に樹脂モールドされる。この樹脂ケースを入力部材２０４に固定することにより、磁気センサおよび磁気検出回路基板が入力部材２０４に取付けられる。磁気検出回路基板は、磁気センサへの電力供給及び磁気センサの出力信号を処理して外部に出力するための回路を実装した基板である。配線等は、リンク機構２０１〜２０３の内部空間Ｓを利用すればよい。

したがって、支持棒２１４ａ〜２１６ａの回転により被検出部が回転すると、検出部により磁気発生部材の磁束密度に対応した出力信号が発生し、支持棒２１４ａ〜２１６ａの回転角度、つまり、端部リンク部材２０１ａ〜２０３ａの回転角度を検出することが可能となる。なお、検出部を構成する磁気センサだけではＡ相あるいはＺ相出力のエンコーダとして機能するが、磁気センサ以外に別の磁気センサを設ければ、ＡＢ相出力のエンコーダとすることが可能である。また、被検出部および検出部を絶対回転角度の検出ができる手段、例えば特開２００３−１４８９９９号公報に開示された方法や、その他光学式やレゾルバ等の巻線型検出器とした方法を採用することができる。

以下、可撓性ワイヤの異なる構成について説明する。
図１８に示す可撓性ワイヤ４Ｂは、出力側の継手１５と減速機３２とを直接連結したものである。減速機３２は減速機ハウジング３２ｃと一体のフランジ部３３を有し、このフランジ部３３に、継手１５の通孔２１に対応する固定具挿通用の通孔３４が複数設けられている。継手１５の通孔２１はねじ孔になっている。継手１５のフランジ部２０と減速機３２のフランジ部３３とを当接させ、減速機３２側から通孔３４に挿通したボルト３５を、ねじ孔である通孔２１に螺着させることで、継手１５と減速機３２とを連結する。

また、この可撓性ワイヤ４Ｂは、インナワイヤ１２の出力端１２ｂが減速機３２の入力軸３２ａに直接連結される。すなわち、インナワイヤ１２の出力端１２ｂには、前記カップリング１９の代わりに歯車３６が設けられ、この歯車３６が入力軸３２ａに設けた歯車３７と噛み合っている。この例では、歯車３６は外歯歯車であり、歯車３７は内歯歯車である。

この構成の可撓性ワイヤ４Ｂは、減速機３２を他の部材に固定して使用する。固定方法は限定しない。この構成によると、部品点数が少なくなるため、全体的にコンパクトにできる。それ以外は、前記実施形態と同じ構成である。なお、継手１５の雄ねじ部材１６と減速機３２とを別部材とせずに、減速機３２と雄ねじ部材１６を一体化させてもよい。具体的には、減速機構ハウジング３２ｃに、雄ねじ部１８と円筒部１９とを設ければよい。

図１９はこの発明の可撓性ワイヤの使用例を示す。この例は、図１８の可撓性ワイヤ４Ｂにより、最終出力部が回転部である回転機構４０を遠隔操作するようにしたものである。回転機構４０は、駆動装置８１（図８）に設けられる。回転機構４０は、両端が軸受４１で支持されたウォーム４２と、このウォーム４２と噛み合うウォームホイール４３、このウォームホイール４３を支持する最終出力部としての回転軸４４と、ウォームホイール４３の回転角を検出する位置検出手段であるロータリエンコーダ４５とを備える。可撓性ワイヤ４Ｂにおける減速機３２の出力軸３２ｂが、カップリング４６を介して、ウォーム４２の一端と連結されている。回転軸４４には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。

インナワイヤ１２の入力端１２ａにカップリング２９を介して回転駆動源６が連結され、この回転駆動源６によりインナワイヤ１２が回転させられる。回転駆動源６は、コントローラ８３（図８）により制御される。インナワイヤ１２のトルクが、減速機３２で減速されて回転機構４０に伝達されて、回転軸４４が回転する。減速機３２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、回転軸４４を大きさトルクで回転させることができる。また、回転機構４０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ１２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。

図２０は可撓性ワイヤの異なる使用例を示す。この例は、図１８の可撓性ワイヤ４Ｂにより、最終出力部が直動部である直動機構５０を遠隔操作するようにしたものである。直動機構５０は、駆動装置８１（図８）に設けられる。直動機構５０は、両端が軸受５１で支持されたボールねじ５２と、このボールねじ５２に螺合するナット５３とでなるボールねじ機構５４を備え、前記ナット５３に最終出力部としての直動部材５５がボルト等（図示せず）で固定されている。ボールねじ機構５４により、ボールねじ５２の回転運動が直線運動に変換されて、直動部材５５がボールねじ５２の軸方向に直線移動する。直動部材５５にはリニアスケール５６が設置され、このリニアスケール５６の目盛を位置検出手段であるリニアエンコーダ５７により検出する。可撓性ワイヤ４Ｂにおける減速機３２の出力軸３２ｂが、カップリング４６を介して、ボールねじ５２の一端と連結されている。直動部材５５には、工具、計測具等の作業機器が直接または間接的に取付けられる。

インナワイヤ１２の入力側にカップリング２９を介して回転駆動源６が連結され、この回転駆動源６によりインナワイヤ１２が回転させられる。回転駆動源６は、コントローラ８３（図８）により制御される。インナワイヤ１２のトルクが、減速機３２で減速されて直動機構５０に伝達されて、直動部材５５が直線運動する。減速機３２を設けたことで大きなトルクを発生できるため、直動部材５５による大きさ推力が得られる。また、直動機構５０に生じる摩擦に対しても、その摩擦に打ち勝つ力を発生できるため、インナワイヤ１２の捩れ剛性が低くても、スティックスリップが起こりにくい。

上記回転機構４０や直動機構５０の遠隔操作にあたっては、前記制御装置８３ａ（図８）に手動で制御指令を入力して回転駆動源６の出力量を制御してもよいが、ロータリエンコーダ４５またはリニアエンコーダ５７の出力値を制御装置８３ａにフィードバックして、回転駆動源６の出力量を自動で制御させれば、遠隔操作の制御対象である前記機器の位置決め精度を向上させることができる。また、インナワイヤ１２の回転が減速機３２によって減速されて、回転機構４０または直動機構５０に現れるインナワイヤ１２の捩れの影響が小さくなるため、ロータリエンコーダ４５またはリニアエンコーダ５７の位置決め分解能を高く保つことができ、高精度なフィードバック制御をできる。そのため、回転機構４０や直動機構５０を精度良く遠隔操作することができる。

図１９および図２０は可撓性ワイヤ４Ｂを用いた例を示すが、可撓性ワイヤ４Ａを用いても、回転機構４０や直動機構５０を精度良く遠隔操作することができる。これらの可撓性ワイヤ４Ａ，４Ｂは、医療、機械加工等の分野で作業機器を遠隔操作するための回転力伝達手段として用いるのに適する。これらの可撓性ワイヤ４Ａ，４Ｂを用いることで、作業機器の正確な位置決めや正確な動作が可能になる。

可撓性ワイヤ４Ａ、４Ｂのアウタチューブ１１内に、転がり軸受１３の潤滑剤を封入しても良い。図２１は、可撓性ワイヤ４Ａに適用した例である。同図において、インナワイヤ１２の入力端１２ａおよび出力端１２ｂと継手１５との間にシール部材６０を設けて、アウタチューブ１１内をシール構造とすることで、潤滑剤が外部に漏れることを防止する。図例では、インナワイヤ１２の入力端１２ａおよび出力端１２ｂの外周に嵌合する筒状部材６１と、継手１５における雄ねじ部材１６との間に、シール部材６０を介在させてある。シール部材６０を設ける代わりに、インナワイヤ１２の入力端１２ａおよび出力端１２ｂと継手１５との間に滑り軸受（図示せず）を設けて、アウタチューブ１１内をシール構造としても良い。潤滑剤としては、流動性の無いグリースを使用するのが良い。このように、アウタチューブ１１内に潤滑剤を封入すれば、転がり軸受１３の転がり性能を良好な状態に維持できる。

また、図２２に示すように、アウタチューブ１１内に転がり軸受１３の潤滑剤を流通させるようにしても良い。前記同様に、インナワイヤ１２の入力端１２ａおよび出力端１２ｂと継手１５との間にシール部材（図示せず）を設けて、アウタチューブ１１内をシール構造とすると共に、アウタチューブ１１の両端に潤滑剤の入口６２および出口６３をそれぞれ設けて、潤滑剤供給装置６４から供給される潤滑剤が前記入口６２からアウタチューブ１１内に入り、前記出口６３からアウタチューブ１１外へ出るようにしてある。出口６３から出た潤滑剤を潤滑剤供給装置６４に回収して、潤滑剤を循環させるようにしても良い。潤滑剤としては、流動性の高い潤滑油を使用するのが良い。このように、アウタチューブ１１内を潤滑剤が流れる流路とすることにより、別の潤滑経路を設けることなく、転がり軸受１３の潤滑を行うことができる。この場合も、転がり軸受１３の転がり性能を良好な状態に維持できる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…リンク作動装置
４Ａ，４Ｂ…可撓性ワイヤ
６…回転駆動源
１１…アウタチューブ
１２…インナワイヤ
１２ａ…入力端
１２ｂ…出力端
１３…転がり軸受
１４Ｉ…内輪用ばね要素
１４Ｏ…外輪用ばね要素
３２…減速機
３２ａ…入力軸
３２ｂ…出力軸
４１…ワイヤ案内部材
４３…中央リンク部材の軌道円
８１…駆動装置
１０１，１０２，１０３…リンク機構
１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ…入力側の端部リンク部材
１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ…中央リンク部材
１０１ｃ，１０２ｃ，１０３ｃ…出力側の端部リンク部材
１０４…入力部材
１０５…出力部材
１０６…可撓性ワイヤ挿通用の貫通孔
１２１…リンク機構用駆動源
２００…リンク作動装置
２０１，２０２，２０３…リンク機構
２０１ａ，２０２ａ，２０３ａ…入力側の端部リンク部材
２０１ｂ，２０２ｂ，２０３ｂ…中央リンク部材
２０１ｃ，２０２ｃ，２０３ｃ…出力側の端部リンク部材
２０１´，２０２´，２０３´…リンク機構
２０４…入力部材
２０５…出力部材
２０６ａ，２０７ａ，２０８ａ…回転対偶部
２０６ｂ_１，２０７ｂ_１，２０８ｂ_１…回転対偶部
２０６ｂ_２，２０７ｂ_２，２０８ｂ_２…回転対偶部
２０６ｃ，２０７ｃ，２０８ｃ…回転対偶部
２３１…リンク機構用駆動源
Ｏ…軌道円の中心
Ｌ…球面中心間の距離
ＰＡ…入力側の端部リンク部材の球面中心
ＰＣ…出力側の端部リンク部材の球面中心
Ｓ…内側空間

Claims (8)

1. 入力部材に対し出力部材を、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記入力部材および出力部材に一端が回転可能に連結された入力側および出力側の端部リンク部材と、これら入力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入力側部分と出力側部分とが対称を成す形状であり、前記３組以上のリンク機構における２組以上のリンク機構に、これら２組以上の各リンク機構を動作させて前記出力部材の姿勢を制御するリンク機構用駆動源を設けたリンク作動装置において、
   前記３組以上のリンク機構の配置の内側に通して、可撓性を有し前記入力部材および出力部材の並び方向に回転力を伝達する可撓性ワイヤを設け、この可撓性ワイヤは、前記中央リンク部材に固定され各リンク機構の内側に位置するワイヤ案内部材により案内され、このワイヤ案内部材を、その中心が前記中央リンク部材の軌道円の中心と合致する位置に設けたことを特徴とするリンク作動装置。
2. 請求項１において、前記入力部材および出力部材にそれぞれ貫通孔を設け、各貫通孔に前記可撓性ワイヤを挿通したリンク作動装置。
3. 請求項１または請求項２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リンク作動装置。
4. 請求項３において、前記ばね要素は、前記転がり軸受の内輪に予圧を与える内輪用ばね要素と、外輪に予圧を与える外輪用ばね要素とを有し、これら内輪用ばね要素と外輪用ばね要素を前記インナワイヤの長さ方向にわたり交互に配置したリンク作動装置。
5. 請求項３または請求項４において、前記可撓性ワイヤの入力端側に、前記インナワイヤを回転させる回転駆動源を、前記インナワイヤの前記入力端と連結して設けたリンク作動装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれか１項において、前記可撓性ワイヤの出力端側に、前記インナワイヤの回転を減速する減速機を、前記インナワイヤの前記出力端と連結して設けたリンク作動装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、医療用機器に使用されるリンク作動装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のリンク作動装置の前記出力部材に、前記可撓性ワイヤから伝達される回転力により駆動する駆動装置を設けた遠隔操作型ロボット。