WO2023163222A1 - 回転アクチュエータユニットおよびそれを備えたロボット用または重機用関節ユニット - Google Patents

Abstract

簡易なリンク構造を用いた回転アクチュエータユニットおよびそれを用いたロボット用関節ユニットを提供する。第１入力部１０と、第２入力部２０と、出力リンク部材３０と、中間リンク部材４０と、出力側支軸ＯＰと、中間軸ＭＰと、入力側支軸ＩＰとを有しており、第１入力部１０と、第２入力部２０とによって２自由度の入力側のリンク機構Ｌ１を構成し、中間リンク部材４０と出力リンク部材３０とによって出力側のリンク機構Ｌ２を構成し、入力側のリンク機構Ｌ１の先端部と、出力側のリンク機構Ｌ２の基端部とが入力側支持軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。第１入力部１０の第１直動アクチュエータ１１および第２入力部２０の第２直動アクチュエータ２１を制御して入力側のリンク機構Ｌ１を駆動することにより、入力側支軸ＩＰの２次元位置を自在に操り、出力軸ＯＰ周りの出力リンク部材３０の回転を出力として利用するものである。

Description

回転アクチュエータユニットおよびそれを備えたロボット用または重機用関節ユニット

　本発明は、回転アクチュエータユニットおよびそれを備えたロボット用または重機用関節ユニットに関する。

　現在、ロボットアームは様々な分野で使われており、重量物を搬送することも多い。また、クレーンやショベル等の土木や建築の作業に使用される重機、高所作業車、特装車等においても、ロボットのような作業アームの関節を駆動することが必要になる。
　このような、負荷を受けた状態で稼働させるロボットアーム等の関節として、無段変速機を用いると有利であることが知られている。無段変速機は、減速比を無段階に変更できるため、大きな力が必要な時と大きな速度が必要な時の両方に対応した、連続で滑らかなロボットアームの動作が可能となる。

　例えば、特許文献１には、固定された枢動軸に枢動可能に支持されているクランクと、そのクランク上に滑動可能に支持されている支点と、その支点を移動させる駆動部とを備えた無段変速機が開示されている。つまり、駆動部によって支点をクランクの枢動軸周りに移動させることによりクランクを回転させることができる。そして支点をクランク上で滑動させ、枢動軸と支点との距離を変更させることにより減速比を可変にできる。この無段変速機は、一般的な無段変速機のように駆動用アクチュエータと減速比変更用アクチュエータとが分離していないため、２つの同じアクチュエータを使用でき、かつ、各アクチュエータの駆動力を効率良く配分することができる。さらに、自動車で使われる摩擦式ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：連続可変変速機）では駆動力の伝達を摩擦力に頼っているが、特許文献１の機構では摩擦に頼ることなく駆動力を伝達できるため伝達効率が良く、機構の耐久性も高い。

特開２０１２－６７８０９号公報 山田 浩也、トルク計測機能を持つ星型クランク式無段変速機の開発と4足歩行ロボットへの応用、ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集、2012、2A2-V05

　しかし、特許文献１の無段変速機は、クランクの重心がクランクの枢動軸上になく偏心しているため、クランクを回転させる際の慣性力により振動が生じる。なお、クランクにカウンタウエイト設計を施すことも考えられるが、クランク上で支点を移動させることによりクランクの重心位置が変わり、枢動軸からの偏心距離も変動するため、完全にバランスするようなカウンタウエイト設計は困難である。
　また特許文献１の無段変速機のクランクおよび各リンクは、上述のようにクランクのカウンタウエイト設計が困難であるため、枢動軸周りにクランクを回転させるとき、回転角度によってクランクおよび各リンクの重力がトルクとして作用する。つまり、枢動軸に意図しないトルクが出力され、クランクの回転運動に影響を及ぼす可能性がある。特に、非特許文献１の無段変速機では、伸縮可能なリンク部材に力センサ（バネ）を取り付けてトルクの計測を行っているが、その計測においてもクランクおよび各リンクの重力の影響を完全には排除できない。
　さらに特許文献１の無段変速機では、支点をクランク上に拘束しつつ滑動させ、さらにクランクを回転させる駆動トルクを伝達する必要があるため、負荷がかかりながらも正確な滑動を実現するための機構が比較的複雑とならざるを得ない。
　本発明はこのような事情を鑑みて研究・開発されたものであり、簡易なリンク構造を用いた回転アクチュエータユニットおよびそれを用いたロボット用・重機用関節ユニットを提供することを目的としている。

　本発明の回転アクチュエータユニットは、第１アクチュエータを備えた第１入力部と、第２アクチュエータを備えた第２入力部と、出力リンク部材と、中間リンク部材と、基部に固定された出力側支軸と、前記基部に固定されていない中間軸と、前記基部に固定されていない入力側支軸とを有し、前記第１入力部と前記第２入力部は２自由度以上を有するリンク機構の少なくとも一部を構成しており、前記出力リンク部材の先端部は前記出力側支軸周りに回転自在に支持されており、前記出力リンク部材の基端部と前記中間リンク部材の先端部とは前記中間軸周りに回転自在に支持されており、前記中間リンク部材の基端部と前記リンク機構の先端部とは前記入力側支軸周りに回転自在に支持されており、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御して前記リンク機構を駆動することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操り、前記出力側支軸周りの前記出力リンク部材の回転を出力として取り出すことのできることを特徴としている。ここで「基部に固定されている」とは、回転アクチュエータユニットの台座またはベース部材等の基材に固定されていることをいい、各アクチュエータを駆動させてもその２次元位置が変化しないように固定されていることをいう。一方、「基部に固定されていない」とは各アクチュエータを駆動させることによって２次元位置が変化することをいう。そして、「第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを制御してリンク機構を動かすことにより入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる」とは、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを操作することにより、所定の範囲内において入力側支軸の２次元位置を任意に操り、かつ、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを停止させることにより、入力側支軸の２次元位置を固定することができることをいう。

　本発明の回転アクチュエータユニットであって、前記第１入力部は、前記第１アクチュエータとしての第１直動アクチュエータと、前記第１直動アクチュエータの可動子に固定された第１支軸と、第１入力リンク部材とを備え、前記第１直動アクチュエータは前記基部に固定され、前記第１入力リンク部材の基端部は前記第１支軸周りに回転自在に支持されており；前記第２入力部は、前記第２アクチュエータとしての第２直動アクチュエータと、前記第２直動アクチュエータの可動子に固定された第２支軸と、第２入力リンク部材とを備え、前記第２直動アクチュエータは前記基部に固定され、前記第２入力リンク部材の基端部は前記第２支軸周りに回転自在に支持されており；前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる第１の態様の回転アクチュエータが好ましい。

　本発明の第１の態様の回転アクチュエータユニットであって、前記リンク機構の先端部が前記入力側軸周りに回転自在に支持されている前記第１入力リンク部材の先端部および前記第２入力リンク部材の先端部であるものが好ましい。
　このように第１入力リンク部材の先端部および第２入力リンク部材の先端部によって前記リンク機構の先端部を構成している第１の態様の回転アクチュエータであって、前記第１入力リンク部材は、第１基端側リンク要素と、第１先端側リンク要素とからなり、前記第１基端側リンク要素は、その重心が前記第１支軸上となるような第１基端側カウンタウエイト部を備え、前記第１先端側リンク要素は、その重心が前記入力側支軸上となるような第１先端側カウンタウエイト部を備え；前記第２入力リンク部材は、第２基端側リンク要素と、第２先端側リンク要素とからなり、前記第２基端側リンク要素は、その重心が前記第２支軸上となるような第２基端側カウンタウエイト部を備え、前記第２先端側リンク要素は、その重心が前記入力側支軸上となるような第２先端側カウンタウエイト部を備え；前記中間リンク部材は、前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記中間リンク部材との合成重心が、前記中間軸上となるような中間カウンタウエイト部を備え；前記出力リンク部材は、前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記中間リンク部材と前記出力リンク部材との合成重心が、前記出力側支軸上となるような出力側カウンタウエイト部を備えているものが好ましい。

　本発明の第１の態様の回転アクチュエータユニットであって、第３直動アクチュエータと、前記第３直動アクチュエータの可動子に固定された第３支軸と、第３入力リンク部材とを備えた第３入力部をさらに有し、前記第３入力部は、前記リンク機構の少なくとも一部を構成しているものが好ましい。
　本発明の第１の態様の回転アクチュエータユニットであって、前記第１入力リンク部材および前記第２入力リンク部材に、当該部材にかかる並進力を計測する力センサをそれぞれ備え、当該力センサの各計測値から前記出力側支軸周りのトルクを算出するものが好ましい。

　本発明の回転アクチュエータユニットであって、前記第１入力部は、前記基部に固定された第１支軸と、前記第１アクチュエータとして前記第１支軸周りに回転自在に支持された第１直動アクチュエータとを備え；前記第２入力部は、前記基部に固定された第２支軸と、前記第２アクチュエータとして前記第２支軸周りに回転自在に支持された第２直動アクチュエータとを備え；前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる第２の態様の回転アクチュエータが好ましい。

　本発明の回転アクチュエータユニットであって、前記第１入力部は、前記第１アクチュエータとしての第１回転モータと、第１入力第１リンク部材と、前記基部に固定されていない第１支軸と、第１入力第２リンク部材とを備え、前記第１回転モータは前記基部に固定されており、前記第１入力第１リンク部材の基端部は前記第１回転モータの可動軸に固定されており、前記第１入力第１リンク部材の先端部と前記第１入力第２リンク部材の基端部とが前記第１支軸周りに回転自在に支持されており；前記第２入力部は、前記第２アクチュエータである第２回転モータと、第２入力第１リンク部材と、前記基部に固定されていない第２支軸と、第２入力第２リンク部材とを備え、前記第２回転モータは前記基部に固定されており、前記第２入力第１リンク部材の基端部は前記第２回転モータの可動軸に固定されており、前記第２入力第１リンク部材の先端部と前記第２入力第２リンク部材の基端部とが前記第２支軸周りに回転自在に支持されており；前記第１回転モータおよび前記第２回転モータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる第３の態様の回転アクチュエータが好ましい。

　本発明の第２の態様の回転アクチュエータユニットまたは本発明の第３の態様の回転アクチュエータであって、前記リンク機構の先端部が、前記入力側支軸周りに回転自在に支持されている前記第１入力部の先端部および前記第２入力部の先端であるものが好ましい。

　本発明の回転アクチュエータであって、前記出力リンク部材の回転を伝達する駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構によって前記出力リンク部材と連動して回転する中空軸部材とをさらに有するものが好ましい。
　本発明の回転アクチュエータユニットであって、前記出力リンク部材の回転を直進の動きに変換する駆動力変換機構をさらに有するものが好ましい。

　本発明の他の態様の回転アクチュエータは、第１直動アクチュエータと、基端部が前記第１直動アクチュエータに第１支軸周りに回転自在に連結された第１入力リンク部材とを備えた第１入力部と；第２直動アクチュエータと、基端部が前記第２直動アクチュエータに第２支軸周りに回転自在に連結された第２入力リンク部材とを備えた第２入力部と；先端部が出力側支軸周りに回転自在に支持された出力リンク部材と；前記第１入力リンク部材と前記出力リンク部材、並びに、前記第２入力リンク部材と前記出力リンク部材を連結する中間リンク部材とを有し、前記中間リンク部材の先端部と前記出力リンク部材の基端部とは、中間軸周りに回転自在に連結されており、前記第１直動アクチュエータおよび第２直動アクチュエータを制御することにより、第１入力リンク部材の先端部、第２入力リンク部材の先端部および中間リンク部材の基端部の２次元位置を自在に操ることができることを特徴としている。
　本発明の他の態様の回転アクチュエータであって、前記第１入力リンク部材の先端部と前記第２入力リンク部材の先端部とは、入力側支軸周りに回転自在に連結されており、前記中間リンク部材の基端部は、前記入力側支軸周りに回転自在に連結されているものが好ましい。特に、前記第１入力リンク部材は、第１基端側リンク要素と、第１先端側リンク要素とからなり、前記第１基端側リンク要素の重心が前記第１支軸上となるように第１基端側カウンタウエイト部を備え、前記第１先端側リンク要素の重心を前記入力側支軸上とする第１先端側カウンタウエイト部を備え、前記第２入力リンク部材は、第２基端側リンク要素と、第２先端側リンク要素とからなり、前記第２基端側リンク要素の重心が前記第２支軸上となるように第２基端側カウンタウエイト部を備え、前記第２先端側リンク要素の重心を前記入力側支軸上とする第２先端側カウンタウエイト部を備え、前記中間リンク部材は、前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記中間リンク部材との合成重心を前記中間支軸上とする中間カウンタウエイト部を備え、前記出力リンク部材は、前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記中間リンク部材と前記出力リンク部材との合成重心を前記出力側支軸上とする出力側カウンタウエイト部を備えているものが好ましい。
　本発明の他の形態の回転アクチュエータであって、第３直動アクチュエータと、基端部が前記第３直動アクチュエータに第３支軸周りに回転自在に連結された第３入力リンク部材を備えた第３入力部をさらに有するものが好ましい。
　本発明の他の形態の回転アクチュエータであって、前記第１直動アクチュエータの可動子から第１入力リンク部材の先端部および前記第２直動アクチュエータの可動子から第２入力リンク部材の先端部までの部材上に、当該部材にかかる並進力を計測する力センサをそれぞれ備え、当該力センサの各計測値から、前記出力リンク部材が前記出力側支軸周りに加えるトルクを算出するものが好ましい。

　本発明のロボット用または重機用関節ユニットは、本発明の回転アクチュエータユニットを備えたことを特徴としている。本発明のロボット用関節ユニットは、例えば、産業用ロボットや人型ロボット等のロボットアーム等に使用される。一方、本発明の重機用関節ユニットは、クレーンやショベル等の土木や建築の作業に使用される重機、高所作業車の作業アーム等に使用される。

　本発明の回転アクチュエータユニットは、次のような効果を奏する。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、第１入力部の第１アクチュエータ（例えば、第１直動アクチュエータまたは第１回転モータ）および第２入力部の第２アクチュエータ（例えば、第２直動アクチュエータまたは第２回転モータ）を適切に制御することにより、出力リンク部材を出力軸側支軸周りに３６０度以上、無限に回転させることができ、その減速比も無段階で変更することができる（第１の効果）。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、駆動力の伝達手段として摩擦を用いていないため大きなトルクを伝えることができ、また摩擦損失が少ないので駆動力の伝達効率が良い（第２の効果）。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、減速手段としてギヤを用いる必要がないため、機構の耐衝撃性を飛躍的に高めることができる（第３の効果）。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、入力源となる第１アクチュエータ（例えば、第１直動アクチュエータまたは第１回転モータ）および第２アクチュエータ（例えば第２直動アクチュエータまたは第１回転モータ）が駆動用と変速用とに分離しておらず、共に駆動と変速（減速比変更）を担うため、２つのアクチュエータの駆動力を効率良く出力リンク部材の出力側支軸周りの回転力に配分することができる（第４の効果）。特に、２つのアクチュエータを同じものとすることにより一層効率を向上させることができる。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、第１入力部と第２入力部とを含む２自由度以上を有する入力側のリンク機構の先端と、出力軸（出力軸側支軸）との間は、複数の枢動軸と、複数のリンク（出力リンク部材と中間リンク部材）からなる出力側のリンク機構によって構成されているため、特許文献１では必須であった滑動軸を排除することができ、部品を簡素化し、汚れや異物混入に強い構造とすることができる（第５の効果）。特に、第１入力部の先端部（特に、第１入力リンク部材の先端部）、第２入力部の先端部（特に、第２入力リンク部材の先端部）および中間リンク部材の基端部を入力側支軸周りに回転自在に支持させることにより、一層、部品の簡素化が可能となる。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、力センサを適切に配置することにより、出力側支軸のトルク計測を、並進力を計測する力センサ（ロードセル等）によって行うことができる（第６の効果）。例えば、第１入力リンク部材および第２入力リンク部材の部材上に各力センサを設けることにより、力センサの配線を出力リンク部材の無限回転運動から独立させることができる。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、上述したように、駆動する第１アクチュエータまたは第２アクチュエータを除けば全て、滑動ではなく枢動するリンク機構のみによって構成されているため、カウンタウエイト設計を容易に行うことができる（第７の効果）。そして、適切にカウンタウエイト設計を施した場合、各リンクの偏心を完全に防止できる。つまり、偏心した各リンクの回転による慣性力起因の振動を抑えることができる。同様に、枢動軸に意図しない重力起因のトルクが出力され、本発明の回転アクチュエータユニットの回転出力に影響を及ぼす可能性をも排除できる。さらに、適切に力センサを配置した場合、力センサの計測からも重力の影響を完全に排除することができる。
　本発明の回転アクチュエータユニットであって、第１入力部の先端部（特に、第１入力リンク部材の先端部）、第２入力部の先端部（特に、第２入力リンク部材の先端部）および中間リンク部材の基端部を入力側支軸周りに回転自在に連結させた場合、各アクチュエータを操作して入力点（入力側支軸）と出力軸（出力側支軸）との２次元位置を一致させる、つまり、入力側支軸と出力側支軸を同一直線上に配置することにより、各アクチュエータと出力リンク部材とを切り離し、完全な出力軸（出力側支軸周りの出力リンク部材）フリー回転状態を実現することができる（第８の効果）。
　本発明の回転アクチュエータユニットは、力センサを適切に設け、第１入力部の先端部（特に、第１入力リンク部材の先端部）、第２入力部の先端部（特に、第２入力リンク部材の先端部）および中間リンク部材の基端部を入力側支軸周りに回転自在に連結させ、かつ、カウンタウエイト設計を施し、その上で各アクチュエータを操作して入力点（入力側支軸）と出力軸（出力側支軸）とを一致させ、その位置で各アクチュエータを固定することにより、力センサの完全な無負荷状態を作ることができる（第９の効果）。一般的にトルクセンサや力センサは、温度変化や残留応力の影響で測定値に定常偏差が生じるため、定期的にゼロ点をリセット（ゼロリセット）する必要がある。そのため、回転アクチュエータユニットが外部の機器（例えば、ロボット）に組み込まれている場合、トルクセンサや力センサを無負荷状態にするために分離または分解してゼロリセットする必要があった。しかし、この回転アクチュエータユニットは、外部の機器からの分離または分解を行うことなく、各アクチュエータの操作だけで力センサの完全な無負荷状態を作ることができ、力センサのゼロリセットが簡単にできる。そのため、力センサにドリフト等が生じても少ない労力で定期的にゼロリセットを行うことができ、より正確な測定が可能となる。

本発明の回転アクチュエータユニットの第１の実施形態を示す模式図である。 図２ａ～図２ｃは、それぞれ図１の回転アクチュエータユニットの駆動状態を示す模式図である。 図３ａは本発明の回転アクチュエータユニットの第２の実施形態を示す模式図であり、図３ｂはその駆動状態を示す模式図である。 図４ａ、図４ｂはそれぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第３および第４の実施形態を示す模式図である。 図５ａから図５ｃはそれぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第５から第７の実施形態を示す模式図である。 図６ａ～図６ｃは、それぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第１の試作機の構造を示す底面図、平面図および側面図である。 図６ａの第１の試作機の構造を示す斜視図である。 図８ａ～図８ｃは、それぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第２の試作機の構造を示す底面図、平面図および側面図であり、図８ｄは、本発明の回転アクチュエータユニットの第３の試作機の構造を示す平面図である。 図９ａは、図８ａの第２の試作機の構造を示す斜視図であり、図９ｂは、図８ｄの第３の試作機の構造を示す斜視図であり、図９ｃおよび図９ｄは、それぞれ第２、第３の試作機の変形例を示す斜視図である。 図１０ａから図１０ｃはそれぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第８から第１０の実施形態を示す模式図である。 図１１ａから図１１ｃはそれぞれ本発明の回転アクチュエータユニットの第１１から第１３の実施形態を示す模式図である。

　次に、本発明の回転アクチュエータユニットの第１の実施形態から第１３の実施形態および実施形態に基づいた第１の試作機から第３の試作機について紹介する。第１の実施形態から第７の実施形態（図１～９）は本発明の第１の態様の回転アクチュエータユニットの実施形態であり、第８の実施形態から第１０の実施形態（図１０ａ～図１０ｃ）は本発明の第２の態様の回転アクチュエータユニットの実施形態であり、第１１の実施形態から第１３の実施形態（図１１ａ～図１１ｃ）は本発明の第３の態様の回転アクチュエータユニットの実施形態である。なお、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

　本発明の回転アクチュエータユニットの第１の実施形態について説明する。
　図１の回転アクチュエータユニット１は、第１入力部１０と、第２入力部２０と、出力リンク部材３０と、中間リンク部材４０と、基部に固定された出力側支軸ＯＰと、基部に固定されていない中間軸ＭＰと、基部に固定されていない入力側支軸ＩＰとを有している。第１入力部１０と、第２入力部２０とによって２自由度の入力側のリンク機構Ｌ１を構成しており、中間リンク部材４０と出力リンク部材３０とによって出力側のリンク機構Ｌ２を構成している。そして、入力側のリンク機構Ｌ１の先端部（第１入力リンク部材の先端部１２ａおよび第２入力リンク部材の先端部２２ａ）と、出力側のリンク機構Ｌ２の基端部（中間リンク部材４０の基端部４０ｂ）とが入力側支持軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。そして、出力側のリンク機構Ｌ２の先端部（出力リンク部材３０の先端部３０ａ）は出力側支軸ＯＰ周りに回転自在に支持されている。
　この回転アクチュエータユニット１は、第１入力部１０の第１直動アクチュエータ１１および第２入力部２０の第２直動アクチュエータ２１の直進運動を入力とし、中間リンク部材４０の基端部４０ｂを回転自在に支持する入力側支軸ＩＰの２次元位置を自在に操り、中間リンク部材４０を介して出力リンク部材３０の出力側支軸ＯＰ周りの回転を操作し、出力リンク部材３０の回転運動を出力として利用するものである。
　なお、図１の回転アクチュエータユニット１において、第１支軸Ｐ１、第２支軸Ｐ２、出力側支軸ＯＰ、入力側支軸ＩＰ、中間軸ＭＰは平行であり、図１の紙面に対して垂直となっている。

［第１入力部１０］
　第１入力部１０は、第１直動アクチュエータ１１と、第１支軸Ｐ１と、第１入力リンク部材１２とを備えている。
　第１直動アクチュエータ１１は、回転アクチュエータユニット１の台座またはベース部材等の基部Ｂに固定されている。第１直動アクチュエータ１１は、例えば、ボールネジと、ナットと、ボールネジを回転駆動させるモータとを備えた既存のものが挙げられ、第１直動アクチュエータ１１の可動子を一つの直動軸上で往復運動させることができれば、その構造は特に限定されるものではない。例えばシャフトモータを用いることによって、さらに機構を簡略化して摺動部分を減らし、耐衝撃性を高めることができる。
　第１支軸Ｐ１は、第１直動アクチュエータ１１の可動子に固定されている。
　第１入力リンク部材１２は、基端部１２ｂが第１支軸Ｐ１周りに回転自在に支持されている。
　このように構成されているため、第１入力リンク部材１２の先端部１２ａは、第１直動アクチュエータの可動子（または基端部１２ｂ）の位置と、第１直動アクチュエータ１１と第１入力リンク部材１２の角度によって、２次元平面内の所定範囲を自由に移動できる。

［第２入力部２０］
　第２入力部２０は、第２直動アクチュエータ２１と、第２支軸Ｐ２と、第２入力リンク部材２２とを有する。
　第２直動アクチュエータ２１は、第１直動アクチュエータ１１と並列（平行で、かつ、直動方向で同じ位置）するように回転アクチュエータユニット１の台座またはベース部材等の基部Ｂに固定されている。しかし、第１直動アクチュエータ１１と第２直動アクチュエータ２１の位置は、特に限定されるものではなく、回転アクチュエータユニットの用途に基づいて適宜配置させてよい。例えば、両アクチュエータは、平行で直動方向にずれるよう配置されてもよく、先端に向かって距離が縮まるように「ハ」字状に配置されても、逆に先端に向かって距離が広がるように逆「ハ」字状に配置されても、出力側支軸ＯＰを中心に放射状に配置させてもよい。第２直動アクチュエータ２１は、第２直動アクチュエータ２１の可動子を一つの直動軸上で往復運動させることができれば、その構造は特に限定されるものではない。しかし、第１直動アクチュエータ１１と第２直動アクチュエータ２１とを実質的に同じ構造のものとすることにより、全体として効率良く駆動させることができる。
　第２支軸Ｐ２は、第２直動アクチュエータ２１の可動子に固定されている。
　第２入力リンク部材２２は、基端部２２ｂが第２支軸Ｐ２周りに回転自在に支持されている。
　このように構成されているため、第１入力リンク部材１２と同様に、第２入力リンク部材２２の先端部２２ａは、第２直動アクチュエータの可動子（または基端部２２ｂ）の位置と、第２直動アクチュエータ２１と第２入力リンク部材２２の角度によって、２次元平面内の所定範囲を自由に移動できる。

　なお、第１入力リンク部材１２の先端部１２ａと第２入力リンク部材２２の先端部２２ａとは、入力側支軸ＩＰ周りに同一軸上で回転自在に連結されているため、入力側支軸ＩＰは紙面と平行な平面上で２自由度運動することができる。つまり、第１入力部１０と、第２入力部２０と、入力側支軸ＩＰとによって構成される入力側のリンク機構Ｌ１は、固定直動型の五節リンク機構となっている。そして、第１入力リンク部材１２の先端部１２ａと第２入力リンク部材２２の先端部２２ａはその入力側のリンク機構Ｌ１の先端部となっている。
　このように構成されているため、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を適切に制御することによって、入力点（入力側支軸ＩＰ）の２次元位置を自在に操ることができる。さらに第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を停止させた状態においては、自由度は０となる。つまり、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を固定すれば、入力点（入力側支軸ＩＰ）の位置を動かないように完全に固定することもできる。

　図１の回転アクチュエータユニット１では、第１入力部１０および第２入力部２０が入力点（入力側支軸ＩＰ）の２次元位置を自在に操ることができるよう、第１入力部１０および第２入力部２０によって固定直動型の五節リンク機構を構成しているが、入力点（入力側支軸ＩＰ）の２次元位置を自在に操ることができる機構であれば、固定直動型の五節リンク機構に限定されるものではない。例えば、後述するように直動型五節リンク機構（例えば、図１０ａ）、回転型五節リンク機構（例えば、図１１ａ）を採用してもよいし、本発明の回転アクチュエータユニットの第３および第４実施形態（図４ａ、ｂ）や第９および第１０実施形態（図１０ｂ、１０ｃ）や第１２および第１３実施形態（図１１ｂ、ｃ）に例示するような、五節リンク機構以外の機構でもよい。

［出力リンク部材３０］
　出力リンク部材３０の先端部３０ａは、回転アクチュエータユニット１の台座またはベース部材等の基部Ｂに固定された出力側支軸ＯＰ周りに回転自在に支持されている。出力リンク部材３０の基端部３０ｂは、中間リンク部材の先端部４０ａと中間軸ＭＰ周りに回転自在に支持されている。図１において、出力リンク部材３０の基端部３０ｂと、中間リンク部材４０の先端部４０ａとは、支軸が中間軸ＭＰに一致しており、重なっている。

［中間リンク部材４０］
　中間リンク部材４０は、第１入力リンク部材１２と出力リンク部材３０を連結し、かつ、第２入力リンク部材２２と出力リンク部材３０を連結する。
　中間リンク部材４０の先端部４０ａは、上述したように中間軸ＭＰ周りに出力リンク部材３０の基端部３０ｂと共に回転自在に支持されている。一方、中間リンク部材４０の基端部４０ｂは、入力側支軸ＩＰ周りに第１入力リンク部材の先端部１２ａと第２入力リンク部材の先端部２２ａと共に回転自在に支持されている。
　中間リンク部材４０のリンクの長さ（入力側支軸ＩＰと中間軸ＭＰの距離）と出力リンク部材３０のリンクの長さ（出力側支軸ＯＰと中間軸ＭＰの距離）とは、同じ長さとなっている。

　次にこの回転アクチュエータユニット１の動作について説明する。
　この回転アクチュエータユニット１は、図２ａに示すように、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を駆動して入力点（入力側支軸ＩＰ）の２次元位置を移動させて、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに回転させるものである。つまり、入力側支軸ＩＰを出力側支軸ＯＰ周りに回転させることにより、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに回転させるものである。
　一方、この回転アクチュエータユニット１は、回転平面内における入力側支軸ＩＰと出力側支軸ＯＰの距離Ｘを制御することにより出力リンク部材３０に対する減速比を可変にすることができる。例えば、図２ｂのように、入力側支軸ＩＰと出力側支軸ＯＰとの距離Ｘを図２ａの状態より短くすることにより、図２ａの状態より減速比を下げ、出力リンク部材３０の回転速度を上げることができる。つまり、入力側支軸ＩＰと出力側支軸ＯＰの距離Ｘと、出力リンク部材３０の回転速度は概ね反比例する。
　さらに、図２ｃのように入力側支軸ＩＰと出力側支軸ＯＰとの回転軸を一致させることにより、出力リンク部材３０および中間リンク部材４０を２つのアクチュエータから分離させることができる。これにより出力リンク部材３０および中間リンク部材４０が出力側支軸ＯＰ周りに自由に回転するフリー状態を実現することができる。

　回転アクチュエータユニット１は、次のような効果を奏する。
　回転アクチュエータユニット１は、第１入力部１０の第１直動アクチュエータ１１および第２入力部２０の第２直動アクチュエータ２１を適切に制御することにより、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに３６０度以上、無限に回転させることができ、その減速比も無段階で変更することができる。
　回転アクチュエータユニット１は、駆動力の伝達手段として摩擦を用いていないため、大きなトルクを伝えることができる。また入力点（入力側支軸ＩＰ）と、出力軸（出力側支軸ＯＰ）との間に、減速手段としてギアを用いる必要がないため、機構としての耐衝撃性に優れている。
　回転アクチュエータユニット１の第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１は駆動用と変速用とに分離しておらず、共に駆動と変速（減速比変更）を担うため、２つのアクチュエータの駆動力を効率良く出力リンク部材３０の出力側支軸周りの回転に配分することができる。特に、２つのアクチュエータを同じものとすることにより、一層効率を高めることができる。
　回転アクチュエータユニット１は、各直動アクチュエータによって操作される入力点（入力側支軸ＩＰ）と、出力軸（出力側支軸ＯＰ）との間は、３つの枢動軸（入力側支軸ＩＰ、中間軸ＭＰ、出力側支軸ＯＰ）と、２つのリンク（出力リンク部材３０と中間リンク部材４０）の出力側のリンク機構Ｌ２によって構成されているため、特許文献１では必須であった滑動軸を排除することができ、部品を簡素化できる。さらに出力側のリンク機構が枢動軸のみによって構成されているため、カウンタウエイト設計を容易に行うことができる。
　回転アクチュエータユニット１は、入力点（入力側支軸ＩＰ）と出力軸（出力側支軸ＯＰ）とを一致させることにより、各直動アクチュエータ１１、２１と出力リンク部材３０および中間リンク部材４０とを切り離し、出力リンク部材３０および中間リンク部材４０が出力軸（出力側支軸ＯＰ）周りに自由に回転するフリー状態を簡単に実現することができる。

　次に、本発明の回転アクチュエータユニットの第２の実施形態について説明する。
　図３ａの回転アクチュエータユニット２は、図１の回転アクチュエータユニット１に力センサ５０を設けたものであって、その力センサ５０に各リンク部材の重力が加わらないように、かつ、各リンク部材の重心位置が支軸と一致するようにカウンタウエイト設計を施したものである。つまり、回転アクチュエータユニット２は、第１入力部１０、第２入力部２０、出力リンク部材３０、中間リンク部材４０と、出力側支軸ＯＰと、中間軸ＭＰと、入力側支軸ＩＰとを有し、力センサ５０およびカウンタウエイト設計以外は、図１の回転アクチュエータユニット１と実質的に同じである。そして、図１の回転アクチュエータユニット１の各符号と構造を共通している。

　力センサ５０は、並進力を計測する力センサである。例えば、ロードセルなどが挙げられる。本実施形態のように力センサ５０を第１入力リンク部材１２および第２入力リンク部材２２上にそれぞれ設ける場合、力センサ５０は各リンク部材の引張圧縮の並進力を計測する一軸ロードセルとするのが好適である。なお、この力センサ５０の設置場所は、第１直動アクチュエータ１１の可動子（第１支軸Ｐ１）から入力側支軸ＩＰまでの間、および第２直動アクチュエータ２１の可動子（第２支軸Ｐ２）から入力側支軸ＩＰまでの間であれば、それぞれ特に限定されないが、特に、第１入力リンク部材１２および第２入力リンク部材２２それぞれの入力側支軸ＩＰにできるだけ近い場所に設けるのが好ましい。これにより出力リンク部材３０を無限回転しても力センサ５０の配線が邪魔にならず、かつ、そのトルクを比較的正確に計測することができ、さらにカウンタウエイト設計上も有利である。
　このように設けられた力センサ５０の各測定値から出力側支軸ＯＰ周りのトルクを算出するのが好ましい。

　第１入力リンク部材１２は、基端部１２ｂから力センサ５０の測定基準面までの第１基端側リンク要素１６と、当該測定基準面から先端部１２ａまでの第１先端側リンク要素１７とからなる。第１基端側リンク要素１６と第１先端側リンク要素１７とは一体になって移動する。
　そして、第１入力リンク部材１２の第１基端側リンク要素１６は、その重心が第１支軸Ｐ１上となるように第１基端側カウンタウエイト部１８を基端部１２ｂに備えている。また第１入力リンク部材１２の第１先端側リンク要素１７は、その重心が入力側支軸ＩＰ上となるように第１先端側カウンタウエイト１９を先端部１２ａに備えている。

　第２入力リンク部材２２は、基端部２２ｂから力センサ５０の測定基準面までの第２基端側リンク要素２６と、当該測定基準面から先端部２２ａまでの第２先端側リンク要素２７とからなる。第２基端側リンク要素２６と第２先端側リンク要素２７とは一体になって移動する。
　そして、第２入力リンク部材２２の第２基端側リンク要素２６は、その重心が第２支軸Ｐ２上となるように第２基端側カウンタウエイト部２８を基端部２２ｂに備えている。また第２入力リンク部材２２の第２先端側リンク要素２７は、その重心が入力側支軸ＩＰ上となるように第２先端側カウンタウエイト２９を先端部２２ａに備えている。

　中間リンク部材４０は、第１先端側リンク要素１７と第２先端側リンク要素２７と入力側支軸ＩＰと中間リンク部材４０との合成重心が中間軸ＭＰ上となるように中間カウンタウエイト部４５を先端部４０ａに備えている。
　出力リンク部材３０は、第１先端側リンク要素１７と第２先端側リンク要素２７と入力側支軸ＩＰと中間リンク部材４０と出力リンク部材３０との合成重心が出力側支軸ＯＰ上となるように出力側カウンタウエイト部３５を先端部３０ａに備えている。

　この回転アクチュエータユニット２は、図１の回転アクチュエータユニット１と同様の効果を奏し、駆動力伝達手段として摩擦を用いることなく、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに３６０度以上、無限に回転させることができ、その減速比も無段階に変更することができる。
　特に、回転アクチュエータユニット２は、各リンクの重心と回転軸とが一致するように、かつ、力センサ５０に各リンク部材の重力が加わらないようにカウンタウエイト設計を施しているため、リンクの偏心が生じない。つまり、リンク偏心による振動を最小限に抑えることができる。さらに、第１入力リンク部材１１および第２入力リンク部材１２に設けた力センサ５０によって、各リンクの重力の影響を完全に排除した上で、出力側支軸ＯＰ周りのトルクを計測することができる。
　また図３ｂに示すように、回転アクチュエータユニット２の入力側支軸ＩＰと出力側支軸ＯＰとが重なるように各直動アクチュエータを操作し、その位置で各直動アクチュエータを固定することによって、力センサ５０の完全な無負荷状態を作ることができる。つまり、回転アクチュエータユニット２は、ロボットアーム等に組み込んだ状態でも、分解することなく力センサ５０のゼロ点のリセットを簡単に行うことができる。

　次に本発明の回転アクチュエータユニットの第３の実施形態について説明する。
　図４ａの回転アクチュエータユニット３は、第３直動アクチュエータ６１と、第３支軸Ｐ３と、第３入力リンク部材６２とを備えた第３入力部６０をさらに有するものである。第３直動アクチュエータ６１は、回転アクチュエータユニット３の台座またはベース部材等の基部Ｂに固定されている。第３支軸Ｐ３は、第３直動アクチュエータ６１の可動子に固定されている。第３入力リンク部材６２の基端部６２ｂは第３支軸Ｐ３周りに回転自在に支持され、先端部６２ａが入力側支軸ＩＰ回りに回転自在に支持されている。また第３入力部６０は、第１入力部１０および第２入力部２０と共に入力側のリンク機構を構成している。そして、第１入力部１０の第１直動アクチュエータ１１、第２入力部２０の第２直動アクチュエータ２１および第３入力部６０の第３直動アクチュエータ６１を操作して、入力側支軸ＩＰの２次元位置を操り、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに回転させる。
　なお、図４ａでは、３つの入力部を示しているが、４つ以上あってもよい。入力部の数を増やすことにより、最大出力を向上させることができる。またここでは、３つの直動アクチュエータを並列させているが、その配置は特に限定されない。例えば、第３支軸Ｐ３周りに放射状に配置させてもよい。
　この回転アクチュエータユニット３も図１の回転アクチュエータユニット１と同様の効果を奏する。また、図２の回転アクチュエータユニット２のように適切にカウンタウエイト設計を行うことにより、回転アクチュエータユニット２と同様の効果を与えることができる。

　次に本発明の回転アクチュエータユニットの第４の実施形態について説明する。
　図４ｂの回転アクチュエータユニット４は、中間リンク部材４０と、第１入力部１０の第１入力リンク部材１２および第２入力部２０の第２入力リンク部材２２との間に、第２中間リンク部材４１を設け、かつ、第２中間リンク部材４１の姿勢を制御する第３入力部６０を備えている。
　第３入力部６０は、基部に固定された第３直動アクチュエータ６１と、その第３直動アクチュエータ６１の可動子に固定された第３支軸Ｐ３と、基端部６２ｂが第３支軸Ｐ３周りに回転自在に支持された第３入力リンク部材６２とを備えている。しかし、第３入力部６０は、第３アクチュエータ（回転モータまたは直動アクチュエータ）を備えており、第３入力部６０の先端部の１自由度を第３アクチュエータで制御できるものであれば、特に限定されず、例えば、図１０ｃの回転アクチュエータ８ｂの第３入力部６０や図１１ｃの回転アクチュエータ９ｂの第３入力部６０などを用いてもよい。
　第２中間リンク部材４１は、リンク本体４６に対して所定の角度（ここでは垂直）で交わる基端部４７を備えており、全体として略Ｔ字状を呈している。リンク本体４６の先端部４６ａは中間リンク部材４０の基端部４０ｂと共に入力側支軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。また中間リンク部材の基端部４７には、第１入力リンク部材の先端部１２ａを回転自在に支持する第７支軸Ｐ７と、第２入力リンク部材の先端部２２ａを回転自在に支持する第８支軸Ｐ８と、第３入力リンク部材の先端部６２ａを回転自在に支持する第９支軸Ｐ９とを有している。そのため、回転アクチュエータユニット４の入力側のリンク機構の先端部は、第２中間リンク部材４１のリンク本体４６の先端部４６ａとなる。
　このように構成された回転アクチュエータユニット４は、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を適切に制御することによって、第１支軸Ｐ１、第２支軸Ｐ２の位置関係を定め、かつ、第３直動アクチュエータ６１を適切に制御することによって第２中間リンク部材４１の姿勢（角度）を定め、入力側支軸ＩＰの２次元位置を操り、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに適切に回転させることができる。特に、アクチュエータが増えるので出力を増加させることができ、さらに入力側支軸ＩＰと第７支軸Ｐ７と第８支軸Ｐ８と第９支軸Ｐ９とをそれぞれ離間することができるため、機械設計に余裕を持たせることができる。
　この回転アクチュエータユニット４は、図１の回転アクチュエータユニット１よりリンクが一つ多く、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに適切に回転させるための第１直動アクチュエータ１１、第２直動アクチュエータ２１および第３直動アクチュエータ６１の制御演算が複雑となる。しかし、それ以外は、図１の回転アクチュエータユニット１と実質的に同様の効果を奏する。
　さらに、この回転アクチュエータユニット４は、駆動する直動アクチュエータを除けば全て、滑動ではなく枢動するリンク機構のみによって構成されているため、第１入力リンク部材１２、第２入力リンク部材２２および第３入力リンク部材６２に力センサをそれぞれ取り付け、かつ、それらの力センサに各リンク部材の重力が加わらないように適切にカウンタウエイト設計を行うことにより、図２の回転アクチュエータユニット２と同様の効果を与えることができる。
　なお、ここでは、第２中間リンク部材４１として、Ｔ字状のものを紹介しているが、その形状は特に限定されるものではない。例えば十字状のものを用いてもよい。

　図５ａ、図５ｂの回転アクチュエータユニット１Ａ、１Ｂは、本発明の回転アクチュエータユニットの第５、第６の実施形態である。
　図５ａの回転アクチュエータユニット１Ａは、図１の回転アクチュエータユニット１の出力リンク部材３０の出力軸（出力側支軸ＯＰ）に、その出力リンク部材３０の出力側支軸周りの回転を伝達する駆動力伝達機構７０と、駆動力伝達機構７０によって出力リンク部材３０と連動して回転する中空軸部材８０とをさらに設けたものである。
　駆動力伝達機構７０は、出力リンク部材３０の回転を伝達する第１プーリ７０ａと、第２プーリ７０ｂと、第１プーリ７０ａの回転を第２プーリ７０ｂに伝達するベルト７０ｃとを備えたものである。しかし、回転運動を伝達できるものであれば、特にプーリに限定されるものではなく公知の機構が挙げられる。例えば、図５ｂの回転アクチュエータユニット１Ｂの駆動力伝達機構７１は、出力リンク部材３０の回転を伝達する第１ギヤ７１ａと、第１ギヤ７１ａと噛み合う第２ギヤ７１ｂとを備えたものである。
　このように駆動力伝達機構７０、７１を用いて回転アクチュエータユニットの最終出力軸を、出力側支軸ＯＰから中空軸部材８０にオフセットすることにより、例えば、関節を跨いだ配線等をこの中空軸部材８０内に通すことができる。

　図５ｃの回転アクチュエータユニット１Ｃは、本発明の回転アクチュエータユニットの第７の実施形態である。
　図５ｃの回転アクチュエータユニット１Ｃは、図１のアクチュエータユニット１の出力リンク部材３０の出力軸（出力側支軸ＯＰ）に、その出力リンク部材３０の出力側支軸周りの回転を直進運動に変換する駆動力変換機構７２を備えたものである。この駆動力変換機構７２は、出力リンク部材３０の回転を伝達するピニオン７２ａと、そのピニオン７２ａの回転を直進運動に変換するラック７２ｂとを備えている。
　図５ｃの回転アクチュエータユニット１Ｃでは、ピニオンとラックからなる駆動力変換機構７２を用いているが、特にピニオンとラックに限定されるものではなく回転運動を直進運動に変換する公知の駆動力変換機構を適用することができる。
　なお、図５ａ～図５ｃの回転アクチュエータユニット１Ａ～１Ｃでは、図１の回転アクチュエータユニット１に駆動力伝達機構７０、７１および駆動力変換機構７２を取り付けているが、図３および図４に示した他の回転アクチュエータユニット２、３、４あるいは図１０および図１１に示した回転アクチュエータ８ａ～８ｃ、９ａ～９ｃにそれぞれを取り付けてもよい。

　図６および図７の回転アクチュエータユニット５は、図２の回転アクチュエータユニット２に駆動力伝達機構７１を介して中空軸部材８０に最終出力軸をオフセットさせた第１の試作例を示す。つまり、第１入力部１０と、第２入力部２０と、出力リンク部材３０と、中間リンク部材４０と、力センサ５０と、出力側支軸ＯＰと、中間軸ＭＰと、入力側支軸ＩＰと、駆動力伝達機構７１と、中空軸部材８０とを有し、カウンタウエイト設計が施されたものである。なお、符号９０は、出力軸（出力側支軸ＯＰ）の変位角度を計測するためのエンコーダである。その他の符号は、図２の回転アクチュエータユニット２の構造と共通している。入力部のアクチュエータによって出力軸（出力リンク部材）の回転状況は監視できるが、出力軸にもエンコーダを設けることにより、出力側支軸ＯＰと入力側支軸ＩＰとを一致させて、つまり、出力軸を直動アクチュエータから切り離して出力軸（出力側支軸ＯＰ）をフリーな状態で空転させても、出力軸の回転状況の監視を続けることができる。

　なお、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１の構造は特に限定されるものではない旨を述べ、ボールネジと、ナットと、ボールネジを回転駆動させるモータとを備えた既存の例を挙げたが、摩擦が少なく伝達効率の良いボールネジでなく、あえて摩擦が大きく伝達効率の悪い滑りネジを選択することもあり得る。この場合、直動アクチュエータがいわゆるセルフロック機能を持つことになり、能動的に駆動力を加えない限り回転アクチュエータユニットが逆駆動しなくなる（ただし、入力点（入力側支軸ＩＰ）と出力軸（出力側支軸ＯＰ）とを一致させることによる完全な出力軸（出力側支軸ＯＰ）フリー回転状態にある場合を除く）。つまり滑りネジを用いた場合、出力軸のフリー回転状態以外で出力軸のロック状態を実現できることを意味する。
　また、同様のロック機能は、もちろん出力軸（出力側支軸ＯＰ）、ボールネジ等の直動アクチュエータ、あるいはボールネジ等を回転駆動させるモータ等に（電磁）ブレーキ等の制動機構を取り付ける構成によっても実現される。この場合、ブレーキ等を余分に取り付ける必要があるが、例えば伝達効率の良いボールネジを使いつつ、出力軸のロック機能をも獲得できることになる。

　図８ａ～図８ｃおよび図９ａの回転アクチュエータユニット６は、図２の回転アクチュエータユニット２に駆動力変換機構７２を取り付けた第２の試作例を示す。つまり、回転アクチュエータユニット２の出力軸の回転を直進運動に変換するものである。また回転アクチュエータユニット６は、上述するように、出力軸（出力側支軸ＯＰ）の回転を制動するブレーキ機構９５を備えている。その他の符号は、図２の回転アクチュエータユニット２と構造を共通している。
　出力軸にブレーキ機構９５を設けることにより、出力軸の状態に関係なく出力軸にロック機能を付与することができる。特に、出力側支軸ＯＰと入力側支軸ＩＰとを重ねた状態においても出力軸にロック機能を付与することができる。これにより、出力軸をロックさせた状態で、さらに出力軸（出力側支軸ＯＰ）と入力点（入力側支軸ＩＰ）とを一致させることにより、出力軸を第１アクチュエータ１１および第２アクチュエータ２１から切り離せば、力センサの完全な無負荷状態を作り力センサゼロリセットの作業を行うことができると共に、外力に対しては出力軸をフリーにせず、駆動力変換機構７２、さらに駆動力変換機構７２に連結された外部機構を固定した状態で力センサゼロリセットを行うことができて好ましい。
　回転アクチュエータユニット６のブレーキ機構９５は、特に限定するものではないが、例えば、電磁ブレーキが好ましく挙げられる。ブレーキ機構９５は、他の回転アクチュエータユニットに取り付けてもよい。
　回転アクチュエータユニット６のブレーキ機構９５は、出力軸（出力側支軸ＯＰ）に設けられているが、駆動力変換機構７２など出力軸より外部に設けてもよい。

　回転アクチュエータユニット６は、駆動力変換機構７２のラック７２ｂを第１入力部１０の第１直動アクチュエータ１１および第２入力部２０の第２直動アクチュエータ２１と平行に直進するように設けているが、ラック７２ｂをピニオン７２ａ周りに任意な角度でピニオン７２ａと噛み合わせることにより、任意な方向に直進させることができる。例えば、図９ｃの回転アクチュエータユニット６Ａのように、ラック７２ｂを第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１に対して９０度の角度で設けてもよい。

　図８ｄおよび図９ｂの回転アクチュエータユニット７は、駆動力変換機構７３を備えたものである。駆動力変換機構７３は、ピニオン７３ａと、第１ラック７３ｂと、第２ラック７３ｃとを備えており、第１ラック７３ｂと第２ラック７３ｃとをピニオン７３ａを挟んで相対させたものである。この場合、ピニオン７３ａが一方向に回転することにより、第１ラック７３ｂと、第２ラック７３ｃとは逆方向に直進する。しかし、第１ラック７３ｂと第２ラック７３ｃとを、例えば、軸方向に重ねてもよい。この場合、２つのラックは同じ方向に進む。また図９ｄの回転アクチュエータユニット７Ａのように、回転アクチュエータユニットに対する駆動力変換機構７３の向きを変えてもよい。

　次に、本発明の第２の態様の回転アクチュエータユニットの実施形態（第８の実施形態および第１０の実施形態）について説明する。
　図１０ａの回転アクチュエータユニット８（第８の実施形態）は、第１入力部１０と、第２入力部２０と、出力リンク部材３０と、中間リンク部材４０と、基部に固定された出力側支軸ＯＰと、基部に固定されていない中間軸ＭＰと、基部に固定されていない入力側支軸ＩＰとを有している。第１入力部１０は、基部Ｂに固定された第１支軸Ｐ１と、その第１支軸Ｐ１周りに回転自在に支持された第１直動アクチュエータ１１とを備えている。第２入力部２０は、基部Ｂに固定された第２支軸Ｐ２と、その第２支軸Ｐ２回りに回転自在に支持された第２直動アクチュエータ２１を備えている。また第１直動アクチュエータ１１の可動子１１ａと第２直動アクチュエータ２１の可動子２１ａとは中間リンク部材４０の基端部４０ｂと共に入力側支軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。つまり、第１入力部１０と、第２入力部２０とによって入力側の直動型五節リンク機構Ｌ１を構成している。出力側のリンク機構Ｌ２は、図１の回転アクチュエータ１と実質的に同じである。そして、第１直動アクチュエータ１１の可動子１１ａ（第１入力部の先端部）と、第２直動アクチュエータ２１の可動子２１ａ（第２入力部の先端部）とが入力側の直動型五節リンク機構の先端部となっている。このように中間リンク部材４０は、第１直動アクチュエータ１１の可動子１１ａと出力リンク部材３０を連結し、第２直動アクチュエータ２１の可動子２１ａと出力リンク部材３０を連結している。
　そのため、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１を制御することにより、入力側支軸ＩＰの２次元位置を自在に操り、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに回転させることができる。
　また力センサ５０は、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１のステムに設けており、特に限定するものではないが入力側支軸ＩＰに近い方が好ましい。
　この回転アクチュエータ８では、カウンタウエイト設計を行っていない。しかし、例えば、各直動アクチュエータの基端部および先端部（可動子）、中間リンク部材の基端部４０ｂおよび先端部４０ａならびに出力リンク部材の基端部３０ｂおよび先端部３０ａに、それぞれ直動アクチュエータの動作と連動するカウンタウエイトを設けることは、煩雑ではあるが理論上可能である。このように適切なカウンタウエイト設計を施すことにより、各リンクの偏心が生じないようにすることができる。

　図１０ｂの回転アクチュエータユニット８ａ（第９の実施形態）は、図１０ａの回転アクチュエータユニット８に第３入力部６０を設けたものである。第３入力部６０は、基部Ｂに固定された第３支軸Ｐ３周りに回転自在に支持された第３直動アクチュエータ６１を有する。そして、第３直動アクチュエータ６１の可動子６１ａは、中間リンク部材の基端部４０ｂと共に入力側支軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。
　図１０ｃの回転アクチュエータユニット８ｂ（第１０の実施形態）は、図１０ａの回転アクチュエータユニット８の中間リンク部材４０と、第１直動アクチュエータ１１および第２直動アクチュエータ２１との間に、第２中間リンク部材４１を設け、かつ、第２中間リンク部材４１の姿勢を制御する第３入力部６０を備えている。第３入力部６０は、基部Ｂに固定された第３支軸Ｐ３と、その第３支軸Ｐ３周りに回転自在に支持された第３直動アクチュエータ６１とを備えている。第２中間リンク部材４１は、実質的に図４ｂの回転アクチュエータユニット４の第２中間リンク部材４１と同じものである。なお、第３入力部６０は、第３アクチュエータ（回転モータまたは直動アクチュエータ）を備えており、第３入力部６０の先端部の２次元位置を第３アクチュエータで制御できるものであれば、特に限定されず、例えば、図４ｂの回転アクチュエータ４の第３入力部６０や図１１ｃの回転アクチュエータ９ｂの第３入力部６０などを用いてもよい。

　次に、本発明の第３の態様の回転アクチュエータユニットの実施形態（第１１の実施形態から第１３の実施形態）について説明する。
　図１１ａの回転アクチュエータユニット９（第１１の実施形態）は、第１入力部１０と、第２入力部２０と、出力リンク部材３０と、中間リンク部材４０と、基部に固定された出力側支軸ＯＰと、基部に固定されていない中間軸ＭＰと、基部に固定されていない入力側支軸ＩＰとを有している。第１入力部１０は、第１モータ１１１と、第１入力第１リンク部材１１２と、基部に固定されていない第１支軸Ｐ１と、第１入力第２リンク部材１１３とを備えている。第１回転モータ１１１は基部Ｂに固定されている。第１入力第１リンク部材１１２の基端部１１２ｂは第１モータ１１１の可動軸１１１ａに固定されており、第１入力第１リンク部材１１２の先端部１１２ａと第１入力第２リンク部材１１３の基端部１１３ｂとは第１支軸Ｐ１周りに回転自在に支持されている。第２入力部２０は、第２モータ２１１と、第２入力第１リンク部材２１２と、基部に固定されていない第２支軸Ｐ２と、第２入力第２リンク部材２１３とを備えている。第２回転モータ２１１は基部Ｂに固定されている。第２入力第１リンク部材２１２の基端部２１２ｂは第２モータ２１１の可動軸２１１ａに固定されており、第２入力第１リンク部材２１２の先端部２１２ａと、第２入力第２リンク部材２１３の基端部２１３ｂとは第２支軸Ｐ２周りに回転自在に支持されている。第１入力第２リンク部材１１３の先端部１１３ａと、第２入力第２リンク部材２１３の先端部２１３ａとは中間リンク部材４０の基端部４０ｂと共に入力側支軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。つまり、第１入力部１０と、第２入力部２０とによって入力側の回転型五節リンク機構Ｌ１を構成している。そして、第１入力第２リンク部材１１３の先端部１１３ａと、第２入力第２リンク部材２１３の先端部２１３ａとが入力側の回転型五節リンク機構の先端部となっている。このように中間リンク部材４０は、第１入力第２リンク部材１１３と出力リンク部材３０、並びに、第２入力第２リンク部材２１３と出力リンク部材３０を連結している。なお、出力側のリンク機構Ｌ２は、図１の回転アクチュエータユニット１のリンク機構Ｌ２と実質的に同じものである。
　そのため、第１回転モータ１１１および第２回転モータ２１１を制御することにより、入力側支軸ＩＰの２次元位置を自在に操り、出力リンク部材３０を出力側支軸ＯＰ周りに回転させることができる。
　力センサ５０は、第１入力第２リンク部材１１３および第２入力第２リンク部材２１３に設けており、特に限定するものではないが入力側支軸ＩＰに近い方が好ましい。
　この回転アクチュエータ９では、カウンタウエイト設計を行っていない。しかし、適切なカウンタウエイト設計を施すことにより、各リンクの偏心が生じないようにすることができる。

　図１１ｂの回転アクチュエータユニット９ａ（第１２の実施形態）は、図１１ａの回転アクチュエータユニット９に第３入力部６０をさらに設けたものである。第３入力部６０は、基部Ｂに固定された第３モータ６１１と、基端部６１２ｂが第３モータ６１１の支軸に固定された第３入力第１リンク部材６１２と、基端部が第３入力第１リンク部材６１２の先端部に第３支軸Ｐ３周りに回転自在に連結された第３入力第２リンク部材６１３とを有する。また第３入力第２リンク部材６１３の先端部６１３ａは、入力側支軸ＩＰ周りに回転自在に支持されている。
　図１１ｃの回転アクチュエータユニット９ｂ（第１３の実施形態）は、図１１ａの回転アクチュエータユニット９の中間リンク部材４０と、第１入力第２リンク部材１１３および第２入力第２リンク部材２１３との間に、第２中間リンク部材４１を設け、かつ、第２中間リンク部材４１の姿勢を制御する第３入力部６０を備えている。第３入力部６０は、基部に固定されている第３モータ６１１と、第１入力第１リンク部材６１２と、基部に固定されていない第３支軸Ｐ３と、第１入力第２リンク部材６１３とを備えている。第３入力第１リンク部材６１２の基端部は第３モータ６１１の可動軸に固定されており、第３入力第１リンク部材６１２の先端部と第３入力第２リンク部材６１３の基端部とは第３支軸Ｐ３周りに回転自在に支持されている。中間リンク部材４１は、実質的に図４ｂの回転アクチュエータユニット４の第２中間リンク部材４１および第３入力部６０と同じものである。そして、第３入力第２リンク部材６１３の先端部６１３ａが第９支軸Ｐ９周りに回転自在に支持されている。なお、第３入力部６０は、第３アクチュエータ（回転モータまたは直動アクチュエータ）を備えており、第３入力部６０の先端部の２次元位置を第３アクチュエータで制御できるものであれば、特に限定されず、例えば、図４ｂの回転アクチュエータ４の第３入力部６０や図１０ｃの回転アクチュエータ８ｂの第３入力部６０などを用いてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ　回転アクチュエータユニット；２、３、４、５　回転アクチュエータユニット；６、６Ａ、７、７Ａ、８ａ、８ｂ、８ｃ、９ａ、９ｂ、９ｃ　回転アクチュエータユニット；１０　第１入力部；１１　第１直動アクチュエータ；１１ａ　可動子；１２　第１入力リンク部材；１２ａ　先端部；１２ｂ　基端部；１６　第１基端側リンク要素；１７　第１先端側リンク要素；１８　第１基端側カウンタウエイト部；１９　第１先端側カウンタウエイト部；２０　第２入力部；２１　第２直動アクチュエータ；２１ａ　可動子；２２　第２入力リンク部材；２２ａ　先端部；２２ｂ　基端部；２６　第２基端側リンク要素；２７　第２先端側リンク要素；２８　第２基端側カウンタウエイト部；２９　第２先端側カウンタウエイト部；３０　出力リンク部材；３０ａ　先端部；３０ｂ　基端部；３５　出力側カウンタウエイト部；４０　中間リンク部材；４０ａ　先端部；４０ｂ　基端部；４１　第２中間リンク部材；４５　中間カウンタウエイト部；４６　リンク本体；４６ａ　先端部；４７　基端部；５０　力センサ；６０　第３入力部；６１　第３直動アクチュエータ；６２　第３入力リンク部材；６２ａ　先端部；６２ｂ　基端部；７０　駆動力伝達機構；７０ａ　第１プーリ；７０ｂ　第２プーリ；７０ｃ　ベルト；７１　駆動力伝達機構；７１ａ　第１ギヤ；７１ｂ　第２ギヤ；７２　駆動力伝達機構；７２ａ　ピニオン；７２ｂ　ラック；７３　駆動力伝達機構；７３ａ　ピニオン；７３ｂ　第１ラック；７３ｃ　第２ラック；８０　中空軸部材；９０　エンコーダ；９５　ブレーキ機構；１１１　第１回転モータ；１１１ａ　可動軸；１１２　第１入力第１リンク部材；１１２ａ　先端部；１１２ｂ　基端部；１１３　第１入力第２リンク部材；１１３ａ　先端部；１１３ｂ　基端部；２１１　第２回転モータ；２１１ａ　可動軸；２１２　第２入力第１リンク部材；２１２ａ　先端部；２１２ｂ　基端部；２１３　第２入力第２リンク部材；２１３ａ　先端部；２１３ｂ　基端部；６１１　第３回転モータ；６１２　第３入力第１リンク部材；６１３　第３入力第２リンク部材；１１３ａ　先端部；Ｂ　基部；Ｌ１　入力側のリンク機構；Ｌ２　出力側のリンク機構；ＯＰ　出力側支軸；ＩＰ　入力側支軸；ＭＰ　中間軸；Ｐ１　第１支軸；Ｐ２　第２支軸；Ｐ３　第３支軸；Ｐ７　第７支軸；Ｐ８　第８支軸；Ｐ９　第９支軸

Claims (12)

1. 第１アクチュエータを備えた第１入力部と、
   第２アクチュエータを備えた第２入力部と、
   出力リンク部材と、
   中間リンク部材と、
   基部に固定された出力側支軸と、
   前記基部に固定されていない中間軸と、
   前記基部に固定されていない入力側支軸とを有し、
   前記第１入力部と前記第２入力部は２自由度以上を有するリンク機構の少なくとも一部を構成しており、
   前記出力リンク部材の先端部は前記出力側支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記出力リンク部材の基端部と前記中間リンク部材の先端部とは前記中間軸周りに回転自在に支持されており、
   前記中間リンク部材の基端部と前記リンク機構の先端部とは前記入力側支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御して前記リンク機構を駆動することにより前記入力側支軸の２次元位置を自在に操り、前記出力側支軸周りの前記出力リンク部材の回転を出力として取り出すことのできる、
   回転アクチュエータユニット。
2. 前記第１入力部は、
   　前記第１アクチュエータとしての第１直動アクチュエータと、
   　前記第１直動アクチュエータの可動子に固定された第１支軸と、
   　第１入力リンク部材とを備え、
   　前記第１直動アクチュエータは前記基部に固定され、
   　前記第１入力リンク部材の基端部は前記第１支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記第２入力部は、
   　前記第２アクチュエータとしての第２直動アクチュエータと、
   　前記第２直動アクチュエータの可動子に固定された第２支軸と、
   　第２入力リンク部材とを備え、
   　前記第２直動アクチュエータは前記基部に固定され、
   　前記第２入力リンク部材の基端部は前記第２支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる、
   請求項１記載の回転アクチュエータユニット。
3. 前記リンク機構の先端部が、前記入力側支軸周りに回転自在に支持されている前記第１入力リンク部材の先端部および前記第２入力リンク部材の先端部である、
   請求項２記載の回転アクチュエータユニット。
4. 前記第１入力リンク部材は、
   　第１基端側リンク要素と、
   　第１先端側リンク要素とからなり、
   　前記第１基端側リンク要素は、その重心が前記第１支軸上となるような第１基端側カウンタウエイト部を備え、
   　前記第１先端側リンク要素は、その重心が前記入力側支軸上となるような第１先端側カウンタウエイト部を備え、
   前記第２入力リンク部材は、
   　第２基端側リンク要素と、
   　第２先端側リンク要素とからなり、
   　前記第２基端側リンク要素は、その重心が前記第２支軸上となるような第２基端側カウンタウエイト部を備え、
   　前記第２先端側リンク要素は、その重心が前記入力側支軸上となるような第２先端側カウンタウエイト部を備え、
   前記中間リンク部材は、
   　前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記入力側支軸と前記中間リンク部材との合成重心が、前記中間軸上となるような中間カウンタウエイト部を備え、
   前記出力リンク部材は、
   　前記第１先端側リンク要素と前記第２先端側リンク要素と前記入力側支軸と前記中間リンク部材と前記中間軸と前記出力リンク部材との合成重心が、前記出力側支軸上となるような出力側カウンタウエイト部を備えている、
   請求項３記載の回転アクチュエータユニット。
5. 第３直動アクチュエータと、
   前記第３直動アクチュエータの可動子に固定された第３支軸と、
   第３入力リンク部材とを備えた第３入力部をさらに有し、
   前記第３入力部は、前記リンク機構の少なくとも一部を構成している、
   請求項２から４のいずれかに記載の回転アクチュエータユニット。
6. 前記第１入力リンク部材および前記第２入力リンク部材に、
   当該部材にかかる並進力を計測する力センサをそれぞれ備え、
   当該力センサの各計測値から前記出力側支軸周りのトルクを算出する、
   請求項２から５のいずれかに記載の回転アクチュエータユニット。
7. 前記第１入力部は、
   　前記基部に固定された第１支軸と、
   　前記第１アクチュエータとして前記第１支軸周りに回転自在に支持された第１直動アクチュエータとを備え、
   前記第２入力部は、
   　前記基部に固定された第２支軸と、
   　前記第２アクチュエータとして前記第２支軸周りに回転自在に支持された第２直動アクチュエータとを備え、
   前記第１直動アクチュエータおよび前記第２直動アクチュエータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる、
   請求項１記載の回転アクチュエータユニット。
8. 前記第１入力部は、
   　前記第１アクチュエータとしての第１回転モータと、
   　第１入力第１リンク部材と、
   　前記基部に固定されていない第１支軸と、
   　第１入力第２リンク部材とを備え、
   　前記第１回転モータは前記基部に固定されており、
   　前記第１入力第１リンク部材の基端部は前記第１回転モータの可動軸に固定されており、
   　前記第１入力第１リンク部材の先端部と前記第１入力第２リンク部材の基端部とが前記第１支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記第２入力部は、
   　前記第２アクチュエータである第２回転モータと、
   　第２入力第１リンク部材と、
   　前記基部に固定されていない第２支軸と、
   　第２入力第２リンク部材とを備え、
   　前記第２回転モータは前記基部に固定されており、
   　前記第２入力第１リンク部材の基端部は前記第２回転モータの可動軸に固定されており、
   　前記第２入力第１リンク部材の先端部と前記第２入力第２リンク部材の基端部とが前記第２支軸周りに回転自在に支持されており、
   前記第１回転モータおよび前記第２回転モータを制御することにより、前記入力側支軸の２次元位置を自在に操ることができる、
   請求項１記載の回転アクチュエータユニット。
9. 前記リンク機構の先端部が、前記入力側支軸周りに回転自在に支持されている前記第１入力部の先端部および前記第２入力部の先端部である、
   請求項７または８記載の回転アクチュエータユニット。
10. 前記出力リンク部材の回転を伝達する駆動力伝達機構と、
    前記駆動力伝達機構によって前記出力リンク部材と連動して回転する中空軸部材とをさらに有する、
    請求項１から９のいずれかに記載の回転アクチュエータユニット。
11. 前記出力リンク部材の回転を並進に変換する駆動力変換機構をさらに有する、
    請求項１から９のいずれかに記載の回転アクチュエータユニット。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の回転アクチュエータユニットを備えたロボット用または重機用関節ユニット。

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