WO2011105400A1 - ３自由度能動回転関節 - Google Patents

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WO2011105400A1
WO2011105400A1 PCT/JP2011/053913 JP2011053913W WO2011105400A1 WO 2011105400 A1 WO2011105400 A1 WO 2011105400A1 JP 2011053913 W JP2011053913 W JP 2011053913W WO 2011105400 A1 WO2011105400 A1 WO 2011105400A1
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WO
WIPO (PCT)
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axis
rotary
rotating
slider
rotating body
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/053913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
永 余
正樹 永田
Original Assignee
国立大学法人 鹿児島大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints

Definitions

  • the present invention relates to a three-degree-of-freedom active rotary joint that enables an arbitrary rotational relative motion in a direction of three degrees of freedom between two links.
  • robot technology has been applied to various fields, such as the medical field.
  • robots it is necessary to perform functions similar to the functions of human hands, feet, heads, etc., and joints that can be actively rotated with three degrees of freedom are required.
  • the object when an object can rotate around three axes orthogonal to each other at the same time, the object has three degrees of freedom of rotation.
  • the human neck can move back and forth, right and left, and rotate left and right, and has three degrees of freedom.
  • this joint When a joint that connects two links enables arbitrary rotational relative motion in the direction of three degrees of freedom between the two links, this joint is called a three-degree-of-freedom rotational joint.
  • an object that can be actively operated by an actuator is called an active joint, and an object that cannot generate a driving force is called a passive joint.
  • This three-degree-of-freedom active rotary joint includes three hollow shaft rotary motors for X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the output shaft of each hollow-shaft rotary motor is coupled to a rotating body.
  • Each of the hollow shaft rotary motors is supported by a support so as to restrict the rotation of each output shaft about the axis and allow rotation about other two orthogonal axes. Therefore, by rotating one of the three hollow shaft rotary motors, the rotating body rotates around the output shaft of one hollow shaft rotary motor. Similarly, by rotating the other two hollow shaft rotary motors, it is possible to arbitrarily rotate and move in the direction of three degrees of freedom between the two links.
  • the three-degree-of-freedom active rotary joint disclosed in Patent Document 1 uses a relatively large and heavy hollow shaft rotary motor, the three-degree-of-freedom active rotary joint itself is enlarged and its size is increased. There is a problem that the dynamic characteristics of the link are affected by the weight. Further, in the three-degree-of-freedom active rotary joint disclosed in Patent Document 1, one of the pair of links protrudes from the rear end of the Z-axis hollow shaft rotary motor and is coaxially fixed to the output shaft. ing. Further, the X-axis hollow shaft rotary motor and the Y-axis hollow shaft rotary motor are arranged orthogonal to each other on the side of the rotating body. Therefore, since each hollow shaft rotary motor is biased with respect to the rotating body, there is a problem of affecting the dynamic characteristics of the link of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems. By reducing the size and weight of the three-degree-of-freedom active rotary joint and arranging the rotary actuators in a well-balanced manner, the movement between the pair of links is achieved.
  • An object of the present invention is to provide a three-degree-of-freedom active rotary joint that improves characteristics.
  • the present invention is a three-degree-of-freedom active rotary joint provided between a pair of links, and a rotary body to which one of the pair of links is connected, and each output shaft is directed to the center of the rotary body.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary actuators that are arranged so as to be orthogonal to each other and that rotate the rotary body, and the output shaft of the X-axis rotary actuator are coupled to the rotary body.
  • a movable body that supports and allows rotation of the rotating body around the Y and Z axes, and an output shaft of the rotary actuator for the Y axis is supported at a position where it is coupled to the rotating body, and the X axis of the rotating body
  • OK Comprising a body, said one of the link with respect to the rotating body, characterized in that it is connected substantially to the position of the same distance from the respective output shaft.
  • the present invention is a three-degree-of-freedom active rotary joint provided between a pair of links, and a rotary body to which one of the pair of links is connected, and each output shaft is directed to the center of the rotary body.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary actuators that are arranged so as to be orthogonal to each other and that rotate the rotary body, and are coupled to the output shaft of the X-axis rotary actuator via the shaft body
  • a rotating body that rotates the rotating body around the X axis and allows the rotating body to rotate around the Y axis and the Z axis, and an output shaft of the rotary actuator for the Y axis, are coupled via the shaft body.
  • the rotating body is coupled to a movable body that rotates the rotating body around the Y-axis and allows the rotating body to rotate around the X-axis and the Z-axis, and an output shaft of the rotary actuator for the Z-axis.
  • Rotate body around Z axis And a movable body that allows the rotating body to rotate about the X axis and the Y axis, and the one link is connected to the rotating body at a position substantially the same distance from each shaft body. It is characterized by being.
  • the dynamic characteristics between the pair of links can be improved by arranging the rotary actuators in a balanced manner.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of a three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 3A is a perspective view of the rotating ball receiver as viewed from above.
  • FIG. 3B is an exploded perspective view of the rotating ball receiver.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotating ball receiver.
  • FIG. 5A is a perspective view of another rotating ball receiver.
  • FIG. 5B is a perspective view of another receiving member.
  • FIG. 6A is a perspective view of the slider support.
  • FIG. 6B is an exploded perspective view of the slider support.
  • FIG. 7A is a perspective view showing a part of the slider support.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the slider support.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the base body.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating a configuration of a slider support.
  • FIG. 13B is a diagram of the slider support viewed from the direction of arrow C in FIG. 13A.
  • FIG. 13C is a diagram of the slider support viewed from the direction of arrow D in FIG. 13B.
  • 13D is a cross-sectional perspective view of the slider support taken along the line II-II in FIG. 13A.
  • FIG. 14A is a perspective view showing a state before the rotary receiver and the X-axis rotary motor 200x are coupled.
  • FIG. 14B is an exploded perspective view of the rotary receiver.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the slider and the shaft body.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the operation of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to this embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a part of the three-degree-of-freedom active rotary joint according to the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the three-degree-of-freedom active rotary joint is provided between the pair of links 10a and 10b.
  • the three-degree-of-freedom active rotary joint includes a rotary ball 20, rotary motors 100x, 100y, and 100z for X axis, Y axis, and Z axis, and rotary motors for X axis, Y axis, and Z axis.
  • Movable bodies 110x, 110y, and 110z that respectively support 100x, 100y, and 100z
  • a rotating ball receiver 30 that supports the rotating sphere 20 to be rotatable in an arbitrary direction
  • a base body 140 that supports the movable bodies 110x, 110y, and 110z. It is comprised including.
  • the Y-axis and Z-axis rotary motors 100y and 100z and the movable bodies 110y and 110z have the same configuration as the X-axis rotary motor 100x and the movable body 110x, and are omitted. Yes.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are rotary actuators that are mutually connected so that the output shafts 101x, 101y, and 101z are respectively directed to the origin of three orthogonal axes.
  • the rotary motor 100y for Y axis is driven, the corresponding output shaft 101y (not shown) rotates the rotating sphere 20 around the Y axis.
  • the rotary motor 100z for the Z axis is driven, the corresponding output shaft 101z rotates the rotating sphere 20 around the Z axis.
  • X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are integrated with, for example, a geared motor combined with a reduction gear and an encoder that measures the rotation angle and rotation speed. It is configured.
  • the rotary motors 100x, 100y, and 100z of the present embodiment use small and lightweight rotary motors without using a hollow shaft or the like.
  • the rotating sphere 20 is a rotating body and is arranged so that its center coincides with the origin of three orthogonal axes.
  • One link 10a is connected to the rotating sphere 20 at an equal distance from each of the output shafts 101x, 101y, and 101z. More specifically, the link 10a is at an equal distance from each of the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101x, the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101y, and the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101z. It is connected.
  • the rotating ball receiver 30 has a hollow spherical shape that is concentric with the rotating ball 20, and is a spherical slide that supports the rotating ball 20 so as to be rotatable in any direction. Acts as a bearing.
  • the configuration of the rotating ball receiver 30 will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.
  • 3A is a perspective view of the rotating ball receiver 30 as viewed from above
  • FIG. 3B is an exploded perspective view of the rotating ball receiver 30.
  • the rotating ball receiver 30 is configured by combining a plurality (three) of receiving members 31. Each of the receiving members 31 has the same shape and is formed in a shape obtained by curving a substantially rhombus.
  • Cylindrical shaft portions 32x, 32y, and 32z are formed on the outer peripheral surface of each receiving member 31, respectively.
  • the shaft portions 32x, 32y, and 32z are fitted to inner bearings 131 of slider supports 114x, 114y, and 114z, which will be described later, of the movable bodies 110x, 110y, and 110z.
  • the protruding directions of the shaft portions 32x, 32y, and 32z are directions along the Z axis, the X axis, and the Y axis, respectively.
  • Each receiving member 31 is formed with a fastening hole 33 for fastening a bolt in order to connect adjacent receiving members 31 to each other.
  • the rotating ball receiver 30 covers the lower hemisphere (lower half) of the rotating ball 20 so as to rotatably support the rotating ball 20, but at least a part of the upper hemisphere (upper half) of the rotating ball 20 is also supported. Covering.
  • FIG. 3A a specific description will be given with reference to FIG. 4, which is cut in the vertical direction along the II line passing through the top 34 of one receiving member 31 and viewed from the arrow direction. .
  • the top 34 of the receiving member 31 reaches an angle ⁇ (approximately 108.5 degrees) larger than 90 degrees from the vertically downward direction with the center 0 of the rotating sphere 20 as a reference.
  • the rotating sphere 20 of the present embodiment is configured to be rotatable around any one axis within a range of, for example, ⁇ 35 degrees.
  • FIG. 5A is a perspective view of the rotating ball receiver 40
  • FIG. 5B is a perspective view of the receiving member 41.
  • the rotation receiver 40 is configured by combining a plurality (three) of receiving members 41 having the same shape.
  • the receiving member 41 is formed with unevenness on the joint surface 42 of the receiving member 41 so that the receiving members 41 can be easily positioned when the adjacent receiving members 41 are joined together. That is, as shown in FIG. 5B, one receiving member 41 has two joint surfaces 42, a convex portion 43 is formed on one joint surface 42, and a concave portion 44 is formed on the other joint surface 42.
  • the convex portion 43 has a shape that fits just into the concave portion 44.
  • the other adjacent receiving member 41 has the same shape as that of the receiving member 41 shown in FIG. 5B. Therefore, the convex portion 43 of one of the adjacent receiving members 41 is fitted in the concave portion 44 of the receiving member 41, and the receiving member 41 receives the receiving member 41.
  • the concave portion 44 of the other receiving member 41 adjacent to the convex portion 43 of the member 41 is fitted.
  • the rotating ball receiver 40 can be assembled so that no step is generated between the receiving members 41 by matching the unevenness of the adjacent receiving members 41. Therefore, the rotating ball receiver 40 can smoothly rotate the rotating ball 20 and improve the dynamic characteristics of the rotating ball 20.
  • the movable bodies 110x, 110y, and 110z support the rotary ball receiver 30 as well as the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z, respectively.
  • the movable body 110x will be described with reference to FIGS. 2, 6A, 6B, 7A, and 7B.
  • the movable bodies 110y and 110z have the same configuration as the movable body 110x, and the description thereof is omitted. As shown in FIG.
  • the movable body 110x includes a motor receiver 111x that supports the rotary motor 100x, a slider 113x that is formed integrally with the motor receiver 111x, and a slider support body 114x that supports the slider 113x in a slidable manner. It is comprised including.
  • the motor receiver 111x is formed with an insertion hole 112x through which the output shaft 101x of the X-axis rotary motor 100x is inserted.
  • the motor receiver 111x supports the rotary motor 100x for the X axis so that the output shaft 101x is directed toward the center of the rotating sphere 20.
  • the slider 113x is concentric with the rotating sphere 20 and is formed in a prismatic shape curved around the Y axis.
  • the slider 113x extends integrally from the lower part of the motor receiver 111x toward the slider support 114x.
  • the slider support 114x is formed in a hollow prismatic shape that is concentric with the rotating sphere 20 and curved around the Y axis, and can slide the slider 113x with low friction inside. Therefore, the slider 113x slides around the Y axis on the XZ plane with respect to the slider support 114x.
  • FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B are a perspective view of the slider support 114x
  • FIG. 6B is an exploded perspective view of the slider support 114x
  • 7A is a perspective view showing a part of the slider support 114x
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the slider support 114x.
  • the slider support body 114x shown in FIG. 2 is shown upside down.
  • the slider support 114x has a skeleton formed by two side portions 115x.
  • a plurality (four) of rotating shafts 116x are suspended in the horizontal direction between the side surface portions 115x.
  • Each rotating shaft 116x pivotally supports two rollers 117x that are spaced apart from each other.
  • Each side surface portion 115x includes a plurality of (two) rotations between an outer side rotation shaft 116x (OUT side shown in FIG. 7A) and an inner side (IN side shown in FIG. 7A) rotation shaft 116x.
  • the moving shaft 118x is suspended in a substantially vertical direction.
  • Each rotation shaft 118x pivotally supports a roller 119x.
  • the rollers 117x and 119x are in contact with the respective sides of the slider 113x as shown in FIG. 7B. That is, there is a gap substantially equal to the thickness t of the slider 113x between the roller 117x disposed on the outer side (arrow OUT direction side) and the roller 117x disposed on the inner side (arrow IN direction side). Is formed. Further, a gap substantially equal to the width w of the slider 113x is formed between the roller 119x disposed on the right side (arrow R direction side) and the roller 119x disposed on the left side (arrow L direction side). Is formed. When the slider 113x slides in the slider support 114x, the rollers 117x and 119x roll on the side surfaces of the slider 113x, so that the slider 113x can slide with low friction without rattling.
  • the slider support 114x is provided with an outer bearing holding portion 121x that holds the outer bearing 130 and an inner bearing holding portion 123x that holds the inner bearing 131.
  • the outer bearing holding portion 121x is divided into left and right parts, and holds the outer bearing 130 by sandwiching it from the left and right.
  • communication holes 122x and 120x through which fixing bolts (not shown) are inserted are formed in the outer bearing holding portion 121x and the side surface portion 115x, respectively.
  • the outer bearing holding portion 121x is sandwiched between the left and right side surface portions 115x, it is inserted into the communication holes 120x and 122x and fixed from both sides using fixing bolts (not shown). Then, the outer bearing 130 is completely held by the outer bearing holding portion 121x.
  • the inner bearing holding portion 123x has the same configuration, and the description thereof is omitted.
  • the axis lines of the outer bearing 130 and the inner bearing 131 are on the same line.
  • a shaft portion 141x coaxial with a Z-axis described later of the base body 140 is fitted in the outer bearing 130.
  • the shaft portion 32x coaxial with the Z-axis of the rotating ball receiver 30 is fitted.
  • the base body 140 has a hollow spherical shape that is concentric with the rotating sphere 20 as shown in FIG.
  • the other link 10b is connected to the lower end of the base body 140 along the vertically downward direction.
  • columnar shaft portions 141x, 141y, and 141z that are fitted to the outer bearings 130 of the slider supporters 114x, 114y, and 114z are provided on the upper edge portion of the base body 140 at regular intervals. Yes.
  • the protruding directions of the shaft portions 141x, 141y, and 141z are directions along the Z axis, the X axis, and the Y axis, respectively.
  • the shaft portions 141x, 141y, and 141z are arranged orthogonally to each other so as to be directed to the origin of three orthogonal axes.
  • the shaft portions 141x, 141y, and 141z have the base body 140 bent to improve the rigidity in order to receive the load of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • the motor receiver 111x of the movable body 110x supports the rotary motor 100x for the X axis so that the output shaft 101x points to the origin of the rotating sphere 20. Further, the slider support 114x of the movable body 110x supports the slider 113x so as to be slidable. Therefore, the X-axis rotary motor 100x and the rotating ball 20 indirectly coupled to the slider 113x are allowed to rotate around the bending direction of the slider 113x, that is, the Y-axis.
  • the slider support body 114x of the movable body 110x is located between the shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 and the shaft portion 141x of the base body 140.
  • the outer bearing 130 are supported so as to be rotatable around the Z axis. Accordingly, the X-axis rotary motor 100x and the rotating sphere 20 are allowed to rotate around the Z-axis.
  • FIGS. 8 to 10 are views of the three-degree-of-freedom active rotary joint viewed from the Y-axis direction.
  • the motor receiver 111x and the slider 113x of the movable body 110x are synchronized with the rotation of the rotary motor 100x for the X axis.
  • the support body 114x With respect to the support body 114x, it rotates in the arrow A 'direction around the Y axis, and the state shown in FIG.
  • the link 10a coupled to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Y axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.
  • the Y-axis rotary motor 100y is driven to rotate the rotating ball 20 in the arrow B direction from the state shown in FIG. 9, the Y-axis rotary motor 100x and the Z-axis rotary motor are rotated. 100z (not shown) also rotates in the direction of arrow B in the same manner.
  • the motor receiver 111x and the slider 113x of the movable body 110x rotate in the direction of the arrow B ′ around the Y axis with respect to the slider support 114x.
  • the state shown in FIG. 10 is obtained.
  • the link 10a coupled to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Y axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.
  • the rotating sphere 20 rotates around the Z-axis. Accordingly, the X-axis rotary motor 100x and the Y-axis rotary motor 100y rotate in the same direction.
  • the slider support 114x of the movable body 110x is allowed to rotate around the Z axis with respect to the shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 and the shaft portion 141x of the base body 140 via the inner bearing 131 and the outer bearing 130. Yes. Therefore, the movable body 110x rotates around the Z axis in synchronization with the rotation of the rotary motor 100x around the Z axis. Accordingly, the link 10a connected to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Z axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.
  • the movable bodies 110y and 110z are configured similarly to the movable body 110x. Therefore, the movable body 110y allows rotation of the Y-axis rotary motor 100y and the rotating sphere 20 around the X axis and around the Z axis. The movable body 110z allows the rotation of the Z-axis rotary motor 100z and the rotating sphere 20 around the Y axis and the X axis. Therefore, when the rotary motors 100x, 100y, and 100z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are driven, the rotating sphere 20 rotates about the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively.
  • One link 10a connected to 20 can perform any rotational relative motion with respect to the other link 10b.
  • one link 10a is relative to the rotating sphere 20 for each output shaft of the rotary motors 100x, 100y, and 100z for the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • 101x, 101y, and 101z are connected at substantially equal distances. That is, since the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are arranged in a balanced manner with respect to one link 10a, the weight balance of the three-degree-of-freedom active rotary joint is balanced. It is stable and the dynamic characteristics of the link can be improved.
  • the output shaft of the rotary motor does not have to use a special hollow shaft, a small and lightweight rotary motor can be used, and the three-degree-of-freedom active rotary joint can be configured to be small and lightweight. Dynamic characteristics can be improved.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to this embodiment.
  • the three-degree-of-freedom active rotary joint of this embodiment is different from the first embodiment in that the arrangement of rotary motors for the X-axis, Y-axis, and Z-axis is changed, and is different from the first embodiment. The explanation will focus on the points.
  • the three-degree-of-freedom active rotary joint is provided between the pair of links 10a and 10b.
  • the three-degree-of-freedom active rotary joint includes a rotary ball 20, rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X, Y, and Z axes, and rotary motors for the X, Y, and Z axes.
  • Movable bodies 210x, 210y, 210z that rotate the rotating sphere 20 by driving each of 200x, 200y, 200z, a rotating sphere receiver 30 that supports the rotating sphere 20 so as to be rotatable in any direction, and for the X axis and the Y axis And a base body 240 that supports the rotary motors 200x, 200y, and 200z for the Z-axis.
  • the same rotary motors as those in the first embodiment are used for the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z of the present embodiment are base bodies in a state in which the output axes are arranged orthogonally to each other so that the output axes are directed to the origin of three orthogonal axes.
  • 240 As shown in FIG. 12, the base body 240 has a hollow sphere shape that is concentric with the rotating sphere 20.
  • the other link 10b is connected to the lower end of the base body 240 along the vertically downward direction.
  • motor receivers 241x, 241y, and 241z that support rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are provided on the upper edge of the base body 240 at regular intervals. It has been.
  • output shafts 201x, 201y, 201z of the rotary motors 200x, 200y, 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis see the two-dot chain line shown in FIG. 12
  • Insertion holes 242x, 242y, and 242z are formed.
  • the motor receivers 241x, 241y, and 241z are provided with rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis so that the output shafts 201x, 201y, and 201z are oriented toward the center of the rotating sphere 20.
  • Each motor receiver 241x, 241y, 241z has a base body 240 that is curved to improve the rigidity in order to receive the load of the three-degree-of-freedom active rotary joint.
  • the movable bodies 210x, 210y, and 210z are coupled to output shafts 201x, 201y, and 201z of rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. Accordingly, when the X-axis rotary motor 200x is driven, the corresponding movable body 210x rotates around the X-axis. When the rotary motor 200y for Y axis is driven, the corresponding movable body 210y rotates around the Y axis. When the Z-axis rotary motor 200z is driven, the corresponding movable body 210z rotates around the Z axis.
  • the movable body 210x will be described with reference to FIGS. 11 and 13A to 15. Note that the movable bodies 210y and 210z have the same configuration as the movable body 210x, and a description thereof will be omitted. As shown in FIG. 11, the movable body 210x includes a slider support 211x that rotates in synchronization with the output shaft 201x of the rotary motor 200x for the X axis, a slider 220x that slides within the slider support 211x, and a slider 220x. And a shaft body 230x that connects the rotary sphere 20 to each other.
  • the slider support 211x is formed in a hollow prismatic shape concentric with the rotating sphere 20 and curved around the Z axis, and can slide the slider 200x with low friction inside.
  • FIGS. 13A to 14B FIG. 13A is a view of the slider support 211x viewed from the center of the rotating sphere 20 in the X-axis direction.
  • FIG. 13B is a view of FIG. 13A viewed from the direction of arrow C.
  • FIG. 13C is a view of FIG. 13B as viewed from the direction of the arrow D.
  • 13D is a cross-sectional perspective view taken along line II-II in FIG. 13A.
  • the slider support 211x has a skeleton formed by two side portions 212x. Similarly to the first embodiment, the slider support 211x is arranged such that a plurality of rollers can roll on each side of the slider 220x so that the slider 220x can slide with low friction without causing the rattling of the slider 220x. Has been.
  • the bearing 250 is held by the bearing holding portion 213x inside the slider support 211x (the arrow IN direction side shown in FIG. 13D).
  • the shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 described in the first embodiment is fitted to the bearing 250.
  • a rotary receiver 214x that receives the rotation of the output shaft 201x of the X-axis rotary motor 200x is provided.
  • FIG. 14A is a perspective view showing a state before the rotary receiver 214x and the rotary motor 200x for X-axis are coupled
  • FIG. 14B is an exploded perspective view of the rotary receiver 214x.
  • the rotary receiver 214x includes a motor connecting member 215x and a support connecting member 216x.
  • the motor connecting member 215x rotates in synchronization with the output shaft 201x by being fixed to the X-axis rotary motor 200x by using a plurality of fixing bolts (not shown) along the axial direction of the output shaft 201x. To do. As shown in FIG.
  • the support member connecting member 216x is fitted with the rotation preventing protrusion 217x of the motor connecting member 215x, and then fixed with a plurality of fixing bolts (not shown) in a direction orthogonal to the axial direction of the output shaft 201x.
  • the motor coupling member 215x is coupled.
  • the support connecting member 216x is fixed from both sides using fixing bolts while being sandwiched between the left and right side surface portions 212x. Therefore, the slider support 211x rotates around the X axis in synchronization with the output shaft 201x.
  • the slider 220x is concentric with the rotating sphere 20 and is formed in a prismatic shape curved around the Z axis.
  • the tip of the slider 220x supports the shaft body 230x so as to be directed toward the center of the rotating sphere 20.
  • the slider 220x and the shaft body 230x will be described with reference to FIG.
  • a plurality (two) of bearings 250 are held at the tip of the slider 220x so as to be spaced apart so that the axial direction is along the Y-axis direction. Therefore, the shaft body 230 x can be rotated around the Y axis by the bearing 250. Further, the shaft body 230x is coupled to the rotating sphere 20 on the opposite side supported by the slider 220x.
  • the shaft body 230y of the movable body 210y and the shaft body 230z of the movable body 210z are coupled to the rotating sphere 20.
  • the shaft bodies 230x, 230y, and 230z are arranged orthogonally to each other so as to be directed to the origin of three orthogonal axes.
  • one link 10a is connected to the rotating sphere 20 at an equal distance from each of the shaft bodies 230x, 230y, and 230z.
  • the link 10a is at an equal distance from each of the coupling portion between the rotating sphere 20 and the shaft body 230x, the coupling portion between the rotating sphere 20 and the shaft body 230y, and the coupling portion between the rotation sphere 20 and the shaft body 230z. It is connected.
  • the rotating sphere 20 is rotated around the X axis via the slider support body 211x, the slider 220x, and the shaft body 230x.
  • the slider support 211x of the movable body 210x supports the slider 220x so as to be slidable. Therefore, the shaft body 230x and the rotating sphere 20 indirectly coupled to the slider 220x are allowed to rotate around the bending direction of the slider 220x, that is, the Z axis.
  • the slider 220x of the movable body 210x supports the shaft body 230x so as to rotate around the Y axis. Therefore, the shaft body 230x and the rotating sphere 20 are allowed to rotate around the Y axis.
  • FIGS. 16 to 18 are views of a three-degree-of-freedom active rotary joint viewed from the Z-axis direction.
  • the shaft body 230z rotates the rotating sphere 20 in the arrow E direction by driving the Z-axis rotary motor 200z
  • the shaft body 230x and the slider 220x also rotate.
  • the slider support body 211x of the movable body 210x supports the slider 220x so as to be slidable
  • the shaft body 230x and the slider 220x rotate in the direction of the arrow E ′ around the Z axis with respect to the slider support body 211x.
  • FIG. 17 since the link 10a connected to the rotating sphere 20 also rotates around the Z axis, rotational relative motion is possible between the two links.
  • the movable bodies 210y and 210z are configured in the same manner as the movable body 210x. Therefore, the movable body 210y allows the shaft body 230y and the rotating sphere 20 to rotate around the X axis and around the Z axis.
  • the movable body 210z allows the shaft body 230z and the rotating sphere 20 to rotate around the Y axis and around the X axis. Therefore, when the rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are driven, the rotating sphere 20 rotates about the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively.
  • One link 10a connected to 20 can perform any rotational relative motion with respect to the other link 10b.
  • one link 10a is coupled to the rotary ball 20 to the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z.
  • the movable bodies 210x, 210y, and 210z are connected at substantially equal distances from the shaft bodies 230x, 230y, and 230z. That is, since the shaft bodies 230x, 230y, and 230z are arranged in a balanced manner with respect to one link 10a, the weight balance of the three-degree-of-freedom active rotary joint is stabilized, and the dynamic characteristics of the link can be improved. .
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z are not coupled to the rotating sphere 20 and are supported in a balanced manner on the base body 240. Therefore, the rotating sphere 20 can be reduced in weight, and the center of gravity is located below the three-degree-of-freedom active rotary joint, so that the dynamic characteristics of the link can be improved. Also, since the output shaft of the rotary motor need not use a special hollow shaft, a small and lightweight rotary motor can be used, and the three-degree-of-freedom active rotary joint can be configured to be small and lightweight. The dynamic characteristics of the link 10a can be improved.
  • the rotating sphere 20 is used as the rotating body and is rotatably supported by the rotating ball receiver 30.
  • the rotating sphere 20 is supported by the output shaft or the shaft body, the kinematic principle is used. It is not necessary to make the rotating body other than a spherical shape (for example, a hexahedron), or to support the rotating body rotatably with the rotating ball receiver 30.
  • using the rotating sphere 20 and supporting it with the rotating sphere receiver 30 provides high rigidity, and can reduce the influence of the assembly error and dimensional error of each part and perform precise movement.
  • the present invention can be used for a three-degree-of-freedom active rotary joint that allows arbitrary rotational relative motion in the direction of three-degree-of-freedom between two links.

Abstract

　３自由度能動回転関節は、一方のリンク（１０ａ）が接続される回転体（２０）と、各出力軸（１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚ）が回転体（２０）の中心に指向し相互に直交するように配置され、回転体（２０）を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータ（１００ｘ、１００ｙ、１００ｚ）と、各回転アクチュエータ（１００ｘ、１００ｙ、１００ｚ）の出力軸（１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚ）を回転体２０に結合させる位置で支持すると共に回転体２０の他の２軸まわりの回転を許容する可動体（１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚ）と、を備え、一方のリンク（１０ａ）は回転体（２０）に対して、各出力軸（１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚ）から略同距離の位置に接続されている。したがって、３自由度能動回転関節の小型化および軽量化を図ると共に回転アクチュエータをバランスよく配置させて、一対のリンク間の動特性を向上させることができる。

Description

３自由度能動回転関節
　本発明は、２リンク間において３自由度方向の任意な回転相対運動を可能とする３自由度能動回転関節に関する。
　近年では、様々な分野、例えば医療分野にまでロボット技術が応用されている。ロボットでは、人間の手、足、頭等の機能に似た働きをさせる必要があり、３自由度能動回転可能な関節が要求される。
　一般的に、物体が互いに直交する３軸まわりに同時に回転することができる場合、物体が回転３自由度を持つという。例えば、人間の首は前後及び左右への動き、左右への回転を行うことができ、３自由度を持つ。
　２つのリンクを継ぐ関節によって、２リンク間において３自由度方向の任意な回転相対運動が可能となる場合、この関節を３自由度回転関節という。特に、アクチュエータで能動的に動作することのできるものを能動関節、駆動力を発生することのできないものを受動関節という。
　従来、３自由度能動回転関節としては、本出願人が先に出願した特許文献１に開示された３自由度能動回転関節がある。この３自由度能動回転関節では、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３つの中空軸回転型モータを備え、各中空軸回転型モータの出力軸が回転体に結合されている。また、各中空軸回転型モータは、各出力軸の軸線まわりの回転を規制すると共に、他の直交２軸まわりの回転を許容するように支持体によって支持されている。したがって、３つのうち１つの中空軸回転型モータを回転させることで、回転体は１つの中空軸回転型モータの出力軸を中心にして回転する。同様に、他の２つの中空軸回転型モータも回転させることで、２リンク間において３自由度方向に任意に回転相対運動させることができる。
特開２００８－４４０８９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された３自由度能動回転関節では、比較的大きくて重量がある中空軸回転型モータを用いていることから、３自由度能動回転関節自体が大型化してしまうと共にその重さによってリンクの動特性に影響を与えてしまうという問題がある。また、特許文献１に開示された３自由度能動回転関節では、一対のリンクのうち、一方のリンクがＺ軸用の中空軸回転型モータの後端から突出して出力軸に同軸上に固定されている。また、Ｘ軸用の中空軸回転型モータおよびＹ軸用の中空軸回転型モータは、回転体の側方に互いに直交して配置されている。したがって、回転体に対して各中空軸回転型モータが、偏って配置されているために、３自由度能動回転関節のリンクの動特性に影響を与えてしまうという問題がある。
　本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、３自由度能動回転関節の小型化および軽量化を図ると共に回転アクチュエータをバランスよく配置することで、一対のリンク間の動特性を向上させる３自由度能動回転関節を提供することを目的とする。
　本発明は、一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各出力軸から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする。
　本発明は、一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＸ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＹ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＺ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各軸体から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする。
　本発明によれば、各回転アクチュエータをバランスよく配置させたことで、一対のリンク間の動特性を向上させることができる。
図１は、第１の実施形態に係る３自由度能動回転関節を示す斜視図である。 図２は、３自由度能動回転関節の一部分解斜視図である。 図３Ａは、回転球受けを上方から見た斜視図である。 図３Ｂは、回転球受けの分解斜視図である。 図４は、回転球受けの断面図である。 図５Ａは、他の回転球受けの斜視図である。 図５Ｂは、他の受部材の斜視図である。 図６Ａは、スライダー支持体の斜視図である。 図６Ｂは、スライダー支持体の分解斜視図である。 図７Ａは、スライダー支持体の一部を示す斜視図である。 図７Ｂは、スライダー支持体の断面図である。 図８は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。 図９は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。 図１０は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る３自由度能動回転関節を示す斜視図である。 図１２は、ベース体の構成を示す図である。 図１３Ａは、スライダー支持体の構成を示す図である。 図１３Ｂは、スライダー支持体を図１３Ａの矢印Ｃ方向から見た図である。 図１３Ｃは、スライダー支持体を図１３Ｂの矢印Ｄ方向から見た図である。 図１３Ｄは、スライダー支持体を図１３ＡのＩＩ－ＩＩ線で切断した断面斜視図である。 図１４Ａは、回転受体とＸ軸用の回転型モータ２００ｘとを結合する前の状態を示す斜視図である。 図１４Ｂは、回転受体の分解斜視図である。 図１５は、スライダーと軸体との構成を示す図である。 図１６は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。 図１７は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。 図１８は、３自由度能動回転関節の動作を示す図である。
　（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態に係る３自由度能動回転関節について添付図面を参照して、説明する。図１は、本実施形態に係る３自由度能動回転関節を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る３自由度能動回転関節の一部を分解した斜視図である。
　図１および図２に示すように、３自由度能動回転関節は、一対のリンク１０ａ、１０ｂ間に設けられる。
　３自由度能動回転関節は、回転球２０と、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚと、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚをそれぞれ支持する可動体１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚと、回転球２０を任意の方向に回転可能に支持する回転球受け３０と、可動体１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚを支持するベース体１４０とを含んで構成されている。なお、図２では、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｙ、１００ｚおよび可動体１１０ｙ、１１０ｚは、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘ、可動体１１０ｘと同様の構成であり、省略している。
　Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚは、回転アクチュエータであって、それぞれの出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚがそれぞれ直交３軸の原点を指向するように相互に直交配置された状態で回転球２０に結合されている。すなわち、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘを駆動すると対応する出力軸１０１ｘがＸ軸まわりに回転球２０を回転させる。また、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｙを駆動すると対応する出力軸１０１ｙ（不図示）がＹ軸まわりに回転球２０を回転させる。また、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｚを駆動すると対応する出力軸１０１ｚがＺ軸まわりに回転球２０を回転させる。
　これらＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚには、例えば、減速歯車が組み合わされたギアードモータや、その回転角や回転速度を測定するエンコーダ等が一体で構成されている。本実施形態の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚは、中空軸等を用いることなく、小型で軽量な回転型モータを用いている。
　回転球２０は、回転体であって、その中心が直交３軸の原点に一致するように配置されている。回転球２０には、出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚのそれぞれから等しい距離に、一方のリンク１０ａが接続されている。より具体的には、回転球２０と出力軸１０１ｘとの結合部、回転球２０と出力軸１０１ｙとの結合部および回転球２０と出力軸１０１ｚとの結合部のそれぞれから等しい距離にリンク１０ａが接続されている。
　回転球受け３０は、回転体受であって、図２に示すように、回転球２０と同心球となる中空の球形状を呈し、回転球２０を任意の方向に回転可能に支持する球面滑り軸受けとして機能する。ここで、回転球受け３０の構成について、図３、図４および図５を参照して説明する。
　図３Ａは回転球受け３０を上方から見た斜視図であり、図３Ｂは回転球受け３０の分解斜視図である。
　図３Ａ、図３Ｂに示すように、回転球受け３０は、複数（３つ）の受部材３１が結合されて構成されている。受部材３１は、それぞれ同一形状であって、略ひし形を湾曲させた形状に形成されている。各受部材３１の外周面には、それぞれ円柱状の軸部３２ｘ、３２ｙ、３２ｚ（不図示）が形成されている。軸部３２ｘ、３２ｙ、３２ｚは、可動体１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚの後述する各スライダー支持体１１４ｘ、１１４ｙ、１１４ｚの内側ベアリング１３１に嵌合する。回転球受け３０が回転球２０を支持している状態では、軸部３２ｘ、３２ｙ、３２ｚの突出方向は、それぞれＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸に沿った方向となっている。また、各受部材３１には、隣接する受部材３１同士を結合するために、ボルトを締結するための締結孔３３が形成されている。
　また、回転球受け３０は、回転球２０の下半球（下半分）を覆うことで回転球２０を回転自在に支持しているが、回転球２０の上半球（上半分）の少なくとも一部も覆っている。ここで、図３Ａに示すように、一つの受部材３１の頂部３４を通過するようなＩ－Ｉ線で鉛直方向に切断し、矢印方向から見た図４を参照して具体的に説明する。図４に示すように、受部材３１の頂部３４は、回転球２０の中心０を基準にして、鉛直下方向から９０度よりも大きい角度α（略１０８．５度）まで至っている。この断面図は、他の受部材３１の頂部３４を切断したときも同様である。したがって、回転球受け３０が回転球２０を支持したとき、回転球受け３０は各受部材３１の頂部３４によって回転球２０の上半球の一部を覆い、回転球２０を把持している。したがって、回転球２０が回転球受け３０から抜け出ることなく支持することができる。さらに、回転球２０の上半球は、一部のみしか覆われていないために、回転球２０から突出するリンク１０ａが可動するときに干渉することがなく、リンク１０ａの可動範囲を広くすることができる。本実施形態の回転球２０は、何れか一つの軸まわりに、例えば±３５度の範囲で回転できるように構成されている。
　なお、受部材３１の構成は上述したものに限られず、例えば図５Ａ、図５Ｂに示す受部材４１であってもよい。図５Ａは、回転球受け４０の斜視図であり、図５Ｂは、受部材４１の斜視図である。
　回転受け４０は、それぞれ同一形状の複数（３つ）の受部材４１が結合されて構成されている。そして、受部材４１は、隣接する受部材４１同士を結合するときに各受部材４１を容易に位置決めできるように、受部材４１の接合面４２に凹凸が形成されている。すなわち、図５Ｂに示すように、一つの受部材４１には２つの接合面４２があり、一方の接合面４２に凸部４３が形成され、他方の接合面４２に凹部４４が形成されている。この凸部４３は、凹部４４にちょうど嵌合する形状である。
　また、隣接する他の受部材４１も、図５Ｂに示す受部材４１と同一形状であるため、受部材４１の凹部４４に、隣接する一方の受部材４１の凸部４３が嵌合し、受部材４１の凸部４３に、隣接する他方の受部材４１の凹部４４が嵌合する。すなわち、隣接する受部材４１同士の凹凸を合わせることで、受部材４１間に段差が生じないように、回転球受け４０を組み立てることができる。したがって、回転球受け４０は、回転球２０を円滑に回転させることができ、回転球２０の動特性を向上させることができる。
　可動体１１０ｘ、１１０ｙ、１１０ｚは、それぞれＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚを支持すると共に、回転球受け３０を支持している。ここでは、図２、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、可動体１１０ｘについて説明する。なお、可動体１１０ｙ、１１０ｚは、可動体１１０ｘと同一の構成であり、その説明は省略する。
　図２に示すように、可動体１１０ｘは、回転型モータ１００ｘを支持するモータ受け１１１ｘと、モータ受け１１１ｘに一体で形成されたスライダー１１３ｘと、スライダー１１３ｘを滑動可能に支持するスライダー支持体１１４ｘとを含んで構成されている。
　モータ受け１１１ｘは、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘの出力軸１０１ｘが挿通される挿通孔１１２ｘが形成されている。モータ受け１１１ｘは、出力軸１０１ｘが回転球２０の中心を指向するようにＸ軸用の回転型モータ１００ｘを支持する。
　スライダー１１３ｘは、回転球２０と同心円状でＹ軸を中心に湾曲した角柱状に形成されている。スライダー１１３ｘは、モータ受け１１１ｘの下部からスライダー支持体１１４ｘに向かって、一体で延出している。
　スライダー支持体１１４ｘは、回転球２０と同心円状でＹ軸を中心に湾曲した中空角柱状に形成されていて、内部でスライダー１１３ｘを低摩擦で滑動させることができる。したがって、スライダー１１３ｘは、スライダー支持体１１４ｘに対して、Ｘ－Ｚ平面上でＹ軸回りに滑動する。
　ここで、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、スライダー支持体１１４ｘについて説明する。図６Ａはスライダー支持体１１４ｘの斜視図であり、図６Ｂはスライダー支持体１１４ｘの分解斜視図である。また、図７Ａはスライダー支持体１１４ｘの一部を示す斜視図であり、図７Ｂはスライダー支持体１１４ｘの断面図である。各図では、図２に示すスライダー支持体１１４ｘを上下反転させて図示している。
　スライダー支持体１１４ｘは、２つの側面部１１５ｘによって、その骨格が形成されている。図６Ｂおよび図７Ａに示すように、側面部１１５ｘ間には、複数（４つ）の回動軸１１６ｘが水平方向に懸架されている。各回動軸１１６ｘは、離間して配置された２つのコロ１１７ｘを回動自在に軸支している。
　また、各側面部１１５ｘには、外側（図７Ａに示すＯＵＴ側）の回動軸１１６ｘと内側（図７Ａに示すＩＮ側）の回動軸１１６ｘとの間に、複数（２つ）の回動軸１１８ｘが略鉛直方向に懸架されている。各回動軸１１８ｘは、コロ１１９ｘを回動自在に軸支している。
　スライダー支持体１１４ｘにスライダー１１３ｘを組み付けた状態で、スライダー１１３ｘの滑動方向から見ると、図７Ｂに示すように、スライダー１１３ｘの各側面にコロ１１７ｘ、１１９ｘが接触している。すなわち、外側（矢印ＯＵＴ方向側）に配設されているコロ１１７ｘと内側（矢印ＩＮ方向側）に配設されているコロ１１７ｘとの間には、スライダー１１３ｘの厚みｔと略同等の隙間が形成されている。また、右側（矢印Ｒ方向側）に配設されているコロ１１９ｘと左側（矢印Ｌ方向側）に配設されているコロ１１９ｘとの間には、スライダー１１３ｘの幅ｗと略同等の隙間が形成されている。
　スライダー１１３ｘがスライダー支持体１１４ｘ内を滑動するときには、各コロ１１７ｘ、１１９ｘがスライダー１１３ｘの各側面を転動することで、スライダー１１３ｘはガタつきが発生せず低摩擦で滑動することができる。
　また、図６Ａ、図６Ｂに示すように、スライダー支持体１１４ｘには、外側ベアリング１３０を保持する外側ベアリング保持部１２１ｘと、内側ベアリング１３１を保持する内側ベアリング保持部１２３ｘとが設けられている。図６Ｂに示すように、外側ベアリング保持部１２１ｘは、左右に分割されて構成され、外側ベアリング１３０を左右から挟み込むことにより保持する。また、外側ベアリング保持部１２１ｘおよび側面部１１５ｘには、それぞれ図示しない固定ボルトが挿通される連通孔１２２ｘ、１２０ｘが形成されている。外側ベアリング保持部１２１ｘが左右の側面部１１５ｘによって挟み込まれた状態で、図示しない固定ボルトを用いて、各連通孔１２０ｘ、１２２ｘに挿通させて両側から固定する。すると、外側ベアリング１３０が外側ベアリング保持部１２１ｘに完全に保持される。なお、内側ベアリング保持部１２３ｘも同様の構成であり、その説明は省略する。
　スライダー支持体１１４ｘが組み立てられた状態では、外側ベアリング１３０と内側ベアリング１３１との軸線は同一線上になっている。外側ベアリング１３０内には、ベース体１４０の後述するＺ軸と同軸の軸部１４１ｘが嵌合する。また、内側ベアリング１３１内には、上述した回転球受け３０のＺ軸と同軸の軸部３２ｘが嵌合する。
　ベース体１４０は、図２に示すように、回転球２０と同心球となる中空の球形状を呈している。ベース体１４０の下端には、鉛直下方向に沿って他方のリンク１０ｂが接続されている。また、ベース体１４０の上縁部には、各スライダー支持体１１４ｘ、１１４ｙ、１１４ｚの各外側ベアリング１３０に嵌合する円柱状の軸部１４１ｘ、１４１ｙ、１４１ｚが等間隔に離間して設けられている。回転球受け３０が回転球２０を支持している状態では、軸部１４１ｘ、１４１ｙ、１４１ｚの突出方向は、それぞれＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸に沿った方向となっている。すなわち、軸部１４１ｘ、１４１ｙ、１４１ｚは、それぞれ直交３軸の原点を指向するように相互に直交配置されている。なお、軸部１４１ｘ、１４１ｙ、１４１ｚには、３自由度能動回転関節の加重を受けるために、ベース体１４０を湾曲させて剛性を向上させている。
　上述したように構成された可動体１１０ｘによれば、可動体１１０ｘのモータ受け１１１ｘは、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘを出力軸１０１ｘが回転球２０の原点を指向するように支持する。
　また、可動体１１０ｘのスライダー支持体１１４ｘは、スライダー１１３ｘを滑動可能に支持する。したがって、スライダー１１３ｘに間接的に結合されたＸ軸用の回転型モータ１００ｘおよび回転球２０は、スライダー１１３ｘの湾曲方向、すなわちＹ軸まわりの回転が許容される。
　また、上述したように構成された可動体１１０ｘによれば、可動体１１０ｘのスライダー支持体１１４ｘは、回転球受け３０の軸部３２ｘとベース体１４０の軸部１４１ｘとの間で、内側ベアリング１３１と外側ベアリング１３０とによって、Ｚ軸まわりに回動できるように支持されている。したがって、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘおよび回転球２０は、Ｚ軸まわりの回転が許容される。
　ここで、図８～図１０を参照して、可動体１１０ｘの動作について具体的に説明する。図８～図１０は、Ｙ軸方向から見た３自由度能動回転関節の図である。
　まず、図８に示す状態から、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｙが駆動して回転球２０を矢印Ａ方向に回転させると、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｘおよびＺ軸用の回転型モータ１００ｚ（不図示）も同様に矢印Ａ方向に回転する。可動体１１０ｘのスライダー支持体１１４ｘは、スライダー１１３ｘを滑動可能に支持しているので、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘの回転と同期して、可動体１１０ｘのモータ受け１１１ｘおよびスライダー１１３ｘが、スライダー支持体１１４ｘに対して、Ｙ軸まわりの矢印Ａ´方向に回転し、図９に示す状態となる。
　ここで、図９に示すように、回転球２０に結合されたリンク１０ａも同様に、Ｙ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　次に、図９に示す状態から、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｙが駆動して回転球２０を矢印Ｂ方向に回転させると、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｘおよびＺ軸用の回転型モータ１００ｚ（不図示）も同様に矢印Ｂ方向に回転する。Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘのＹ軸まわりの回転と同期して、可動体１１０ｘのモータ受け１１１ｘおよびスライダー１１３ｘが、スライダー支持体１１４ｘに対して、Ｙ軸まわりの矢印Ｂ´方向に回転し、図１０に示す状態となる。
　ここで、図１０に示すように、回転球２０に結合されたリンク１０ａも同様に、Ｙ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　次に、図８に示す状態から、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｚが駆動して回転球２０をＺ軸まわりの何れか一方の方向に回転させると、回転球２０のＺ軸まわりの回転に伴って、Ｘ軸用の回転型モータ１００ｘおよびＹ軸用の回転型モータ１００ｙも同方向に回転する。可動体１１０ｘのスライダー支持体１１４ｘは、回転球受け３０の軸部３２ｘおよびベース体１４０の軸部１４１ｘに対して、内側ベアリング１３１および外側ベアリング１３０を介して、Ｚ軸まわりに回転が許容されている。したがって、回転型モータ１００ｘのＺ軸まわりの回転と同期して、可動体１１０ｘがＺ軸まわりに回転する。したがって、回転球２０に接続されたリンク１０ａも同様に、Ｚ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　また、可動体１１０ｙ、１１０ｚも、可動体１１０ｘと同様に構成されている。したがって、可動体１１０ｙは、Ｙ軸用の回転型モータ１００ｙおよび回転球２０のＸ軸まわりの回転とＺ軸まわりの回転とを許容する。また、可動体１１０ｚは、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｚおよび回転球２０のＹ軸まわりとＸ軸まわりの回転とを許容する。
　したがって、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚがそれぞれ駆動することにより、回転球２０がそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりに回転するので、回転球２０に接続されている一方のリンク１０ａは、他方のリンク１０ｂに対して、任意の回転相対運動が可能となる。
　特に、本実施形態の３自由度能動回転関節では、一方のリンク１０ａが回転球２０に対して、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚの各出力軸１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚから略等しい距離に接続されている。すなわち、一方のリンク１０ａに対して、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ１００ｘ、１００ｙ、１００ｚが均衡に配置されていることから、３自由度能動回転関節の重量バランスが安定し、リンクの動特性を向上させることができる。また、回転型モータの出力軸が特殊な中空軸を用いなくてもよいので、小型で軽量な回転型モータを用いることができ、３自由度能動回転関節を小型で軽量に構成でき、リンクの動特性を向上させることができる。
（第２の実施形態）
　以下、第２の実施形態に係る３自由度能動回転関節について添付図面を参照して、説明する。図１１は、本実施形態に係る３自由度能動回転関節を示す斜視図である。本実施形態の３自由度能動回転関節は、第１の実施形態と異なりＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータの配置を変更したものであり、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　図１１に示すように、３自由度能動回転関節は、一対のリンク１０ａ、１０ｂ間に設けられる。
　３自由度能動回転関節は、回転球２０と、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚと、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚそれぞれの駆動により回転球２０を回転させる可動体２１０ｘ、２１０ｙ、２１０ｚと、回転球２０を任意の方向に回転可能に支持する回転球受け３０と、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚを支持するベース体２４０とを含んで構成されている。Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚは第１の実施形態と同様の回転型モータが用いられている。なお、第１の実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚは、出力軸がそれぞれ直交３軸の原点を指向するように相互に直交配置された状態でベース体２４０に支持されている。
　ベース体２４０は、図１２に示すように、回転球２０と同心球となる中空の球形状を呈している。ベース体２４０の下端には、鉛直下方向に沿って他方のリンク１０ｂが接続されている。また、ベース体２４０の上縁部には、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚを支持するモータ受け２４１ｘ、２４１ｙ、２４１ｚが等間隔に離間して設けられている。各モータ受け２４１ｘ、２４１ｙ、２４１ｚには、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚの出力軸２０１ｘ、２０１ｙ、２０１ｚ（図１２に示す二点鎖線を参照）が挿通される挿通孔２４２ｘ、２４２ｙ、２４２ｚが形成されている。各モータ受け２４１ｘ、２４１ｙ、２４１ｚは、各出力軸２０１ｘ、２０１ｙ、２０１ｚが回転球２０の中心を指向するようにＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚを支持する。なお、各モータ受け２４１ｘ、２４１ｙ、２４１ｚには、３自由度能動回転関節の加重を受けるために、ベース体２４０を湾曲させて剛性を向上させている。
　可動体２１０ｘ、２１０ｙ、２１０ｚは、それぞれＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚの出力軸２０１ｘ、２０１ｙ、２０１ｚに結合されている。したがって、Ｘ軸用の回転型モータ２００ｘを駆動すると対応する可動体２１０ｘがＸ軸まわりに回転する。また、Ｙ軸用の回転型モータ２００ｙを駆動すると対応する可動体２１０ｙがＹ軸まわりに回転する。また、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｚを駆動すると対応する可動体２１０ｚがＺ軸まわりに回転する。
　ここでは、図１１、図１３Ａ～図１５を参照して、可動体２１０ｘについて説明する。なお、可動体２１０ｙ、２１０ｚは、可動体２１０ｘと同一の構成であり、その説明は省略する。図１１に示すように、可動体２１０ｘは、Ｘ軸用の回転型モータ２００ｘの出力軸２０１ｘと同期して回転するスライダー支持体２１１ｘと、スライダー支持体２１１ｘ内を滑動するスライダー２２０ｘと、スライダー２２０ｘと回転球２０との間を接続する軸体２３０ｘとを含んで構成されている。
　スライダー支持体２１１ｘは、回転球２０と同心円状でＺ軸を中心に湾曲した中空角柱状に形成されていて、内部でスライダー２００ｘを低摩擦で滑動させることができる。
　ここで、図１３Ａ～図１４Ｂを参照して、スライダー支持体２１１ｘについて説明する。図１３Ａはスライダー支持体２１１ｘを回転球２０の中心からＸ軸方向に見た図である。図１３Ｂは図１３Ａを矢印Ｃ方向から見た図である。図１３Ｃは図１３Ｂを矢印Ｄ方向から見た図である。図１３Ｄは図１３ＡのＩＩ－ＩＩ線断面斜視図である。
　スライダー支持体２１１ｘは、２つの側面部２１２ｘにより、その骨格が形成されている。また、スライダー支持体２１１ｘは、第１の実施形態と同様、スライダー２２０ｘのガタつきが発生させずに低摩擦で滑動できるように、複数のコロがスライダー２２０ｘの各側面を転動可能に配設されている。
　スライダー支持体２１１ｘの内側（図１３Ｄに示す矢印ＩＮ方向側）には、ベアリング保持部２１３ｘによりベアリング２５０が保持されている。ベアリング２５０には、第１の実施形態で説明した回転球受け３０の軸部３２ｘが嵌合する。また、スライダー支持体２１１ｘの外側（図１３Ｄに示す矢印ＯＵＴ方向側）には、Ｘ軸用の回転型モータ２００ｘの出力軸２０１ｘの回転を受ける回転受体２１４ｘが設けられている。
　ここで、図１４Ａ、図１４Ｂを参照して、回転受体２１４ｘについて説明する。図１４Ａは回転受体２１４ｘとＸ軸用の回転型モータ２００ｘとを結合する前の状態を示す斜視図であり、図１４Ｂは回転受体２１４ｘの分解斜視図である。
　回転受体２１４ｘは、モータ連結部材２１５ｘと支持体連結部材２１６ｘとを含んで構成されている。モータ連結部材２１５ｘは、Ｘ軸用の回転型モータ２００ｘに対して出力軸２０１ｘの軸方向に沿って、図示しない複数の固定ボルトを用いて固定されることで、出力軸２０１ｘと同期して回転する。支持体連結部材２１６ｘは、図１４Ｂに示すように、モータ連結部材２１５ｘの回り止め突起２１７ｘを嵌合してから、出力軸２０１ｘの軸方向と直交する方向に図示しない複数の固定ボルトで固定することで、モータ連結部材２１５ｘと結合される。
　支持体連結部材２１６ｘは、左右の側面部２１２ｘにより挟み込まれた状態で固定ボルトを用いて両側から固定される。したがって、スライダー支持体２１１ｘは、出力軸２０１ｘと同期して、Ｘ軸まわりに回転する。
　スライダー２２０ｘは、回転球２０と同心円状でＺ軸を中心に湾曲した角柱状に形成されている。また、スライダー２２０ｘの先端では、軸体２３０ｘを回転球２０の中心に指向させるように支持している。
　ここで、図１５を参照して、スライダー２２０ｘと軸体２３０ｘとについて説明する。スライダー２２０ｘの先端には、複数（２つ）のベアリング２５０が軸方向をＹ軸方向に沿うようにして、離間して保持されている。したがって、軸体２３０ｘは、ベアリング２５０によってＹ軸まわりに回転できる。また、軸体２３０ｘは、スライダー２２０ｘに支持される反対側が、回転球２０に結合される。
　図１５に示すように、回転球２０には軸体２３０ｘの他に、可動体２１０ｙの軸体２３０ｙおよび可動体２１０ｚの軸体２３０ｚが結合されている。軸体２３０ｘ、２３０ｙ、２３０ｚは、それぞれ直交３軸の原点を指向するように相互に直交配置されている。また、回転球２０には、軸体２３０ｘ、２３０ｙ、２３０ｚのそれぞれから等しい距離に、一方のリンク１０ａが接続されている。より具体的には、回転球２０と軸体２３０ｘとの結合部、回転球２０と軸体２３０ｙとの結合部および回転球２０と軸体２３０ｚとの結合部のそれぞれから等しい距離にリンク１０ａが接続されている。
　上述したように構成された可動体２１０ｘによれば、Ｘ軸用の回転型モータ２００ｘが駆動すると、スライダー支持体２１１ｘ、スライダー２２０ｘおよび軸体２３０ｘを介して、回転球２０をＸ軸まわりに回転させる。また、可動体２１０ｘのスライダー支持体２１１ｘは、スライダー２２０ｘを滑動可能に支持する。したがって、スライダー２２０ｘに間接的に結合された軸体２３０ｘおよび回転球２０は、スライダー２２０ｘの湾曲方向、すなわちＺ軸まわりの回転が許容される。
　また、上述したように構成された可動体２１０ｘによれば、可動体２１０ｘのスライダー２２０ｘは、軸体２３０ｘをＹ軸まわりに回転できるように支持している。したがって、軸体２３０ｘおよび回転球２０は、Ｙ軸まわりの回転が許容される。
　ここで、図１６～図１８を参照して、可動体２１０ｘの動作について具体的に説明する。図１６～図１８は、Ｚ軸方向から見た３自由度能動回転関節の図である。
　まず、図１６に示す状態から、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｚの駆動により軸体２３０ｚが回転球２０を矢印Ｅ方向に回転させると、軸体２３０ｘおよびスライダー２２０ｘも回転する。可動体２１０ｘのスライダー支持体２１１ｘは、スライダー２２０ｘを滑動可能に支持しているので、軸体２３０ｘおよびスライダー２２０ｘはスライダー支持体２１１ｘに対して、Ｚ軸まわりの矢印Ｅ´方向に回転し、図１７に示す状態となる。
　ここで、図１７に示すように、回転球２０に接続されたリンク１０ａも同様に、Ｚ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　次に、図１７に示す状態から、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｚの駆動により軸体２３０ｚが回転球２０を矢印Ｆ方向に回転させると、軸体２３０ｘおよびスライダー２２０ｘも回転する。軸体２３０ｘおよびスライダー２２０ｘは、スライダー支持体２１１ｘに対して、Ｚ軸まわりの矢印Ｆ´方向に回転し、図１８に示す状態となる。
　ここで、図１８に示すように、回転球２０に接続されたリンク１０ａも同様に、Ｚ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　次に、図１６に示す状態から、Ｙ軸用の回転型モータ２００ｙの駆動により軸体２３０ｙが回転球２０をＹ軸まわりの何れか一方の方向に回転させると、回転球２０のＹ軸まわりの回転に伴って、可動体１１０ｘの軸体２３０ｘも同方向に回転する。軸体２３０ｘは、スライダー２２０ｘのベアリング２５０を介して、Ｙ軸まわりに回転が許容されている。したがって、Ｙ軸用の回転型モータ２００ｙのＹ軸まわりの回転と同期して、軸体２３０ｘがＹ軸まわりに回転する。したがって、回転球２０に接続されたリンク１０ａも同様に、Ｙ軸まわりに回転するので、２リンク間において回転相対運動が可能となる。
　また、可動体２１０ｙ、２１０ｚも、可動体２１０ｘと同様に構成されている。したがって、可動体２１０ｙは、軸体２３０ｙおよび回転球２０のＸ軸まわりの回転とＺ軸まわりの回転とを許容する。また、可動体２１０ｚは、軸体２３０ｚおよび回転球２０のＹ軸まわりの回転とＸ軸まわりの回転とを許容する。
　したがって、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚがそれぞれ駆動することにより、回転球２０がそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりに回転するので、回転球２０に接続されている一方のリンク１０ａは、他方のリンク１０ｂに対して、任意の回転相対運動が可能となる。
　特に、本実施形態の３自由度能動回転関節では、一方のリンク１０ａが回転球２０に対して、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚに結合された可動体２１０ｘ、２１０ｙ、２１０ｚの各軸体２３０ｘ、２３０ｙ、２３０ｚから略等しい距離に接続されている。すなわち、一方のリンク１０ａに対して、軸体２３０ｘ、２３０ｙ、２３０ｚが均衡に配置されていることから、３自由度能動回転関節の重量バランスが安定し、リンクの動特性を向上させることができる。
　また、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転型モータ２００ｘ、２００ｙ、２００ｚは回転球２０に結合されておらず、ベース体２４０に均衡して支持されている。したがって、回転球２０を軽量化することができると共に重心が３自由度能動回転関節の下方に位置するので、リンクの動特性を向上させることができる。
　また、回転型モータの出力軸が特殊な中空軸を用いなくてもよいので、小型で軽量な回転型モータを用いることができ、３自由度能動回転関節を小型で軽量に構成でき、一方のリンク１０ａの動特性を向上させることができる。
　以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。本発明でいう回転体として回転球２０を用い、回転球受け３０で回転可能に支持するようにしたが、回転球２０は出力軸または軸体によって支えられることから、運動学的原理からみれば、回転体を球形状以外（例えば六面体）としたり、回転体を回転球受け３０で回転可能に支持したりする必要はない。ただし、回転球２０を用い、回転球受け３０で支持した方が、高い剛性が得られるとともに、各部の組み付け誤差や寸法誤差等による影響を少なくして精密な運動を行わせることができる。
　本発明は、２リンク間において３自由度方向の任意な回転相対運動を可能とする３自由度能動回転関節などに用いることができる。

Claims (8)

  1. 　一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、
    　前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、
    　各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、
    　前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、
    　前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、
    　前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、
    　前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各出力軸から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする３自由度能動回転関節。
  2. 　一対のリンク間に設けられる３自由度能動回転関節であって、
    　前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、
    　各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の回転アクチュエータと、
    　前記Ｘ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＸ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＹ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、
    　前記Ｙ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＹ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＺ軸まわりの回転を許容する可動体と、
    　前記Ｚ軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をＺ軸まわりに回転させると共に前記回転体のＸ軸およびＹ軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、
    　前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各軸体から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする３自由度能動回転関節。
  3. 　前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
    　前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
    　前記受部材は、少なくとも前記回転体の上半分の一部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の３自由度能動回転関節。
  4. 　前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
    　前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
    　前記受部材は、少なくとも前記回転体の上半分の一部を覆っていることを特徴とする請求項２に記載の３自由度能動回転関節。
  5. 　前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
    　前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
    　前記複数の受部材は、互いが接する接合面に凹凸が形成され、前記複数の受部材のそれぞれが同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３自由度能動回転関節。
  6. 　前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
    　前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
    　前記複数の受部材は、互いが接する接合面に凹凸が形成され、前記複数の受部材のそれぞれが同一形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の３自由度能動回転関節。
  7. 　前記可動体は、前記回転体と同心円状に湾曲したスライダーと、前記スライダーを滑動可能に支持するスライダー支持体とを備え、
    　前記スライダーが前記スライダー支持体を滑動することで、前記回転体の何れか１つの軸まわりの回転を許容することを特徴とする請求項１に記載の３自由度能動回転関節。
  8. 　前記可動体は、前記回転体と同心円状に湾曲したスライダーと、前記スライダーを滑動可能に支持するスライダー支持体とを備え、
    　前記スライダーが前記スライダー支持体を滑動することで、前記回転体の何れか１つの軸まわりの回転を許容することを特徴とする請求項２に記載の３自由度能動回転関節。
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