JP3165170B2 - 運動伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータの先端
に位置する手首部やグリップを位置決めするためなどに
用いることが可能な運動伝達装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】危険な環境下の作業や、危険物を空間的
に移動させる作業などを人間に代わって行うための機械
として、マスタ・スレーブマニピュレータが知られてい
る。

【０００３】マスタ・スレーブマニピュレータは、操縦
者が操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニ
ピュレータの操作によって検出された指令信号に基づ
き、実際に物体を空間的に移動させるなどの作業を行う
スレーブマニピュレータとから構成されている。

【０００４】さらに、それぞれのマニピュレータは、手
首部を３次元的に駆動して位置決めする位置駆動軸と、
手首に相当し前記手首部の姿勢を決定する姿勢駆動軸
と、この姿勢駆動軸の先端に設けられたハンドや操作グ
リップなどとで構成されている。

【０００５】ところで、マスタ・スレーブマニピュレー
タのマスタマニピュレータ、あるいはスレーブマニピュ
レータには、その軸構成として多関節型，直交座標型な
どいくつかの種類がある。こういった軸構成は、要求さ
れる運動伝達の形態に応じて種々選択されて使用されて
いる。

【０００６】位置駆動軸の動作形態を多関節型とする
と、３次元を形成する第１軸，第２軸，第３軸が互いに
影響するため、先端の位置を検出するために座標変換演
算が要求される。一般的に、こういった座標変換演算は
制御系の負担となるので、座標変換演算をできるだけ少
なくして負担を軽減する構成とすることが望ましい。

【０００７】そこで、位置駆動軸をすべて直交させた直
交座標型とすると、３次元を形成する第１軸，第２軸，
第３軸が互いに影響することがなくなり、各軸を独立に
駆動させることができる。したがって、座標変換演算が
不要となり、制御系の負担が軽減される。

【０００８】また、直交座標型を採用した場合、位置制
御軸と姿勢制御軸とを機構的に分離することができるの
で、先端の位置が変化しても姿勢が変化することがな
い。したがって、この点からも座標交換演算がさらに軽
減されている。位置駆動軸を直交座標型とした従来の運
動伝達装置について、図１５を参照して説明する。図１
５は、マスタ・スレーブマニピュレータのマスタマニピ
ュレータに運動伝達装置を適用した状態を示す斜視図で
ある。

【０００９】マスタマニピュレータ２００には、両側部
が同方向へ直角に折り曲げられて側壁が形成された支持
ブロック２０１と、この支持ブロック２０１上を一対の
ガイド２０３およびネジ軸２０５で第１の方向（図１５
中のＹ軸方向）へ案内される第１の移動台２０７とが備
えられている。ネジ軸２０５の一方の側部は支持ブロッ
ク２０１の側壁を貫通しており、その先端部はモータ２
２３の駆動軸とベルト２２２を介して連結されている。
このモータ２２３の駆動軸の後端にはエンコーダ２２４
が連結されている。エンコーダ２２４はモータ２２３の
回転量を検出することにより、第１の移動台２０７のＹ
軸方向への移動距離を検出するようになっている。

【００１０】第１の移動台２０７上には、第１の支持ブ
ロック２０９が載置されている。この第１の支持ブロッ
ク２０９には一対のガイド２１１およびネジ軸２１３が
支持されており、ネジ軸２１３の回転により第２の移動
台２１５が第２の方向（図１５のＺ軸方向）へ案内され
る。ネジ軸２１３の一方の端部は第１の支持ブロック２
０９を貫通しており、その先端部はモータ２２５の駆動
軸とベルト２２６を介して連結されている。モータ２２
５の駆動軸の後端にはエンコーダ２２８が連結されてお
り、モータ２２５の回転量を検出することにより、第２
の移動台２１５のＺ軸方向への移動距離を検出するよう
になっている。

【００１１】第２の移動台２１５には、第２の支持ブロ
ック２１７が固着されている。この第２の支持ブロック
２１７をネジ軸２１３と直交する第３の方向（図１５中
のＸ軸方向）へ移動できるように移動ガイド２１９とネ
ジ軸２２１が貫通している。なお、移動ガイド２１９は
中空円筒状に形成されている。第２の支持ブロック２１
７の側方にはモータ２２７が配置されており、その駆動
軸は第２の支持ブロック２１７内で支持されたネジ軸２
２１に螺合する図示しないナットとベルト等を介して連
結されている。モータ２２７の駆動軸の後端には、エン
コーダ２３０が連結されている。このエンコーダ２３０
はモータ２２７の回転量を検出して、移動ガイド２１９
とネジ軸２２１のＸ軸方向への移動距離を検出するよう
になっている。

【００１２】移動ガイド２１９の一方の端部には、操作
部２２９が支持されている。この操作部２２９は、端部
が互いに回転自在に連結された一対のコ字型部材２３
１,２３３とコ字型部材２３３に支持されたグリップ２
３５とで構成されている。また、グリップ２３５は、図
１５に示したθx,θy,θz各方向へ回転自在となってい
る。

【００１３】また移動ガイド219 の他方の端部にはモー
タ241 およびエンコーダ249 が配置されている。モータ
241 の駆動軸は、移動ガイド219 内の中空部で回転自在
に支持された図示しない連結軸と接続している。これに
より、モータ241 の駆動力でモータ241の駆動軸が回転
し、連結軸の他方の端部に固着されたコ字型部材231を
θｘ方向への回転量を検出する。

【００１４】グリップ235 には図示しない力検出器が埋
設されている。例えば操縦者がグリップ235 をθｘ方向
へ回転しようとしてθｘ方向へ力（トルク）を加える
と、この力が力検出器によって検出され、検出結果に基
づいてモータ241 を駆動し、グリップ235 をθｘ方向へ
回転駆動する。

【００１５】また、コ字型部材231 とコ字型部材233 と
の連結部にはモータ237 およびエンコーダ243 が配置さ
れている。このエンコーダ243 はグリップ235 のθｙ方
向への回転量を検出する。

【００１６】さらに、コ字型部材233 の下面側にはモー
タ239 およびエンコーダ245 が配置されている。このエ
ンコーダ245 はグリップ235 のθｚ方向への回転量を検
出する。モータ239 の駆動軸はグリップ235 と連結して
いる。

【００１７】また、マスタマニピュレータ200 をＹ，
Ｚ，Ｘ軸方向へ並進させようとする場合にも、同様に、
グリップ235 に埋設された力検出器によってグリップ23
5 の並進方向が検出され、この検出結果に基づいてモー
タ223,225,227 が回転駆動される。

【００１８】以上のように構成された従来のマスタマニ
ピュレータ200 は、操縦者がグリップ235 をＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向、θｘ，θｙ，θｚ方向へ操作すると、それぞれ
の方向の操作力が力検出器によって検出される。そして
力検出器からの検出信号に基づいてモータ223,225,227,
237,239,241 が回転駆動され、エンコーダ224,228,230,
243,245,249 によって回転量が検出される。この検出信
号が指令信号としてスレーブマニピュレータへ送られ、
スレーブマニピュレータが駆動される。

【００１９】しかしながら、一般的に直交座標型のマニ
ピュレータは、必要な動作範囲の分だけ駆動部の直動機
構長さを確保しなければならない。そのため、直交する
３軸のそれぞれの軸方向長さが長くなってしまい、必然
的にマニピュレータが大型化，高重量化してしまうとい
う問題があった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このように、マニピュ
レータなどに利用される従来の運動伝達装置において
は、座標変換に係る演算量を少なくするためには直交座
標型を採用することが有利となる。しかしながら必要な
動作範囲分だけ駆動部の直動機構長さを確保しなければ
ならず、直交する３軸のそれぞれの軸方向長さが長くな
ってしまい、必然的に運動伝達装置が大型化，高重量化
してしまうという問題があった。

【００２１】本発明はこういった従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、小型，軽量ながら広い動
作範囲を確保することのできる運動伝達装置の提供を目
的とするものである。 ［発明の構成］

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明においては、第１リンク部材と、前記第１リ
ンク部材と第１回転部で回転自在に連結された第２リン
ク部材と、前記第１リンク部材の中間部と第２回転部で
回転自在に連結された第３リンク部材と、前記第３リン
ク部材と第３回転部で回転自在に連結されるとともに前
記第２リンク部材の中間部の第４回転部で回転自在に連
結された第４リンク部材と、前記第１リンク部材の前記
第１回転部と第２回転部とを結ぶ延長線上に形成された
第５回転部と、前記第２リンク部材の前記第１回転部と
前記第４回転部の延長線上に形成された第６回転部と、
前記第３回転部を支持し、かつ前記第３回転部の軸中心
方向に対して直角方向を中心に前記第３回転部と回転自
在に連結された第１回転リンク部材と、前記第５回転部
を支持し、かつ前記第５回転部の軸中心方向に対して直
角方向を中心に前記第５回転部と回転自在に連結された
第２回転リンク部材と、前記第６回転部を支持し、かつ
前記第６回転部の軸中心方向に対して直角方向を中心に
前記第６回転部と回転自在に連結された第３回転リンク
部材と、を備えたリンク機構を有する運動伝達装置にお
いて、前記リンク機構の複数組を平行に配置し、かつ前
記第３回転リンク部材どうしをそれぞれ回転自在に第１
連結部で連結し、また複数組設けられたリンク機構のう
ち、少なくとも２組のリンク機構の一方の前記第６回転
部の軸中心と他方のリンク機構の前記第６回転部の軸中
心とがずれた状態で構成した運動伝達装置とした。

【００２３】

【作用】このように構成された本発明によれば、各第１
回転リンク部材または各第２回転リンク部材を同量だけ
同方向に並進移動させると、複数組のリンク機構が同一
の運動を行う。そして第３回転リンク部材の変位が拡大
される。これにより、第１回転リンク部材や第２回転リ
ンク部材の移動量を少なく抑えながらも広い動作範囲を
確保することができる運動伝達装置が実現する。

【００２４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の運動伝達装置
について、詳細に説明する。図１は、運動伝達装置の第
１実施例を示す斜視図である。なお、図１においてＸ，
Ｙ，Ｚ軸は運動伝達装置の各直交駆動軸を表している。

【００２５】リンク機構1 （運動伝達装置）は一対の平
行リンク3,5によって構成されている。第１平行リンク3
は同図に示されるように、第１リンク部材7 の一端
は、第１回転部11を介して第２リンク部材9 と回転自在
に連結している。

【００２６】また第１リンク部材7 の長手方向中間部に
は、第２回転部15を介して第３リンク部材13の一端と回
転自在に連結されている。第３リンク部材13の他端は、
第３回転部19を介して第４リンク部材17の一端と回転自
在に連結している。第４リンク部材17の他端は、第２リ
ンク部材9 の長手方向中間部の第４回転部21で回転自在
に連結されている。

【００２７】これら第３リンク部材13，第４リンク部材
17は、それぞれ第１リンク部材7 ，第２リンク部材9 と
平行に配置されており、パンタグラフ式平行リンクを構
成している。

【００２８】第１リンク部材7 の第１回転部11と第２回
転部15とを結ぶ延長線上には、第５回転部23が設けられ
ている。さらに第２リンク部材9 の第１回転部11と第４
回転部21とを結ぶ延長線上には、第６回転部25が設けら
れている。

【００２９】これら第５回転部23，第６回転部25，およ
び第３回転部19には、軸中心がそれぞれこれらと直角に
交わる第２回転リンク部材27，第３回転リンク部材31，
第１回転リンク部材29が設けられている。

【００３０】図２は、第１平行リンク3 を示す斜視図で
ある。同図に示すように、第１回転部11の軸中心をＢ、
第２回転部15の軸中心をＡ、第４回転部21の軸中心を
Ｃ、第３回転部19の軸中心をＤ、第５回転部の軸中心を
Ｅ、第６回転部25の軸中心をＦ、第２回転リンク部材27
の軸中心をＨ、第１回転リンク部材29の軸中心をＧ、第
３回転リンク部材31の軸中心をＩとすると、各回転部の
軸間距離は次式の条件に設定されている。 （なお、ここで例えば「ＡＢ」とは、第１回転部11と
第２回転部15との軸間距離を意味している。）

【００３１】一方、第２平行リンク5 は第１平行リンク
3 と同構成である。第１リンク部材7a，第２リンク部材
9aが第１回転部11a で回転自在に連結されている。一
方、第１リンク部材7aと第２リンク部材9aと平行に、第
３回転部19a で回転自在に連結された第３リンク部材13
a と第４リンク部材17a がそれぞれ配置され、第２回転
部15a ，第４回転部21a で回転自在に連結されることに
よって、パンタグラフ式平行リンクを構成している。

【００３２】さらに、第１リンク部材7aの第１回転部11
a と第２回転部15a とを結ぶ延長線上には、第５回転部
23a が形成され、第２リンク部材9aの第１回転部11a と
第４回転部21a とを結ぶ直線の延長線上には、第６回転
部25a が形成されている。

【００３３】また、第３回転部19a ，第５回転部23a ，
第６回転部25a には、第１回転リンク部材35，第２回転
リンク部材33，第３回転リンク部材37が連結されてい
る。これらの回転リンク部材33,35,37は、第１平行リン
クの回転リンク部材27,29,31より長くなっている。また
各第２回転リンク部材27,33 は、それぞれ連結部材39に
回転自在に接続され、また各第１回転リンク部材29,35
は、それぞれ連結部材41に回転自在に接続されている。
さらに、各第３回転リンク部材31,37 はそれぞれ第１連
結部材43に回転自在に接続されている。

【００３４】また、第１平行リンク3 の軸中心Ａ〜Ｉに
対応するように、第２平行リンク5の各軸中心をＡ’〜
Ｉ’とすると、第１平行リンク3 と同様に各回転部の軸
間距離は次の条件に設定されている。 また、第１平行リンク3 の各回転部と第２平行リンク5
の各回転部との関係は、以下の条件に設定されている。 つまり、第１平行リンク3 と第２平行リンク5 は、各回
転部の軸中心が等しくずれた位置で連結部材39,41 ，お
よび第１連結部材43に回転自在に接続されている。

【００３５】次に、第１平行リンク3 の連結部材39をＺ
軸方向へ、連結部材41をＸ軸方向およびＹ軸方向へ並進
させた場合の動作および動作範囲Ｓ1 〜Ｓ3 （ただし、
Ｓ1とＳ2 は同じ大きさ）を図３(a),(b),(c) に示した
模式図を用いて説明する。なお図３において図２と同一
の構成要素には同一の符号を付してある。

【００３６】図３(a) にはＸ軸方向への動作およびＸＺ
平面での動作範囲Ｓ1 が示されている。第３回転部19が
第５回転部23側に位置している状態（実線で示される状
態）から第３回転部19を図３(a)の紙面右側（Ｘ軸方
向）へ距離ｎだけ移動させると、第１平行リンク3 が開
いて、鎖線で示されるように、第６回転部25が図３(a)
の紙面右側へ距離（ｎ×ｋ）だけ移動する。つまり、第
６回転部25の移動距離は、第３回転部19の移動距離のｋ
倍に拡大される。

【００３７】図３(b) には、Ｚ軸方向への動作およびＸ
Ｚ平面での動作範囲Ｓ2 が示されている。実線で示す状
態から第５回転部23を図３(b) の紙面上方（Ｚ方向）へ
距離ｎだけ移動させると、鎖線で示されるように、第６
回転部25が距離（ｎ×（ｋ−１））だけ図３(c) の紙面
下方（Ｚ方向）へ移動する。つまり、第６回転部25の移
動距離は、第５回転部23の移動方向と反対方向に、第５
回転部23の移動距離の（ｋ−１）倍に拡大される。

【００３８】また、図３(c) には、Ｙ軸方向への動作お
よびＸＹ平面での動作範囲Ｓ3 が示されている。実線で
示す状態から第１回転リンク部材29を図３(c) の紙面下
方（Ｙ軸方向）へ距離ｎだけ移動させると、鎖線で示さ
れるように、第３回転リンク部材31が距離（ｎ×ｋ）だ
け図３(c) の紙面下方（Ｙ軸方向）へ移動する。つま
り、第３回転リンク部材31の移動距離は、第１回転リン
ク部材29の移動距離のｋ倍に拡大される。また、第２平
行リンク5 の第３回転リンク部材37先端の動作範囲も、
図３(a),(b),(c) に二点鎖線で示される動作範囲Ｓ1 〜
Ｓ3 となる。次に、本実施例の作用について説明する。

【００３９】上記のように構成された第１平行リンク3
および第２平行リンク5 は、連結部材41をＸ軸方向へ距
離ｎだけ移動させることによって第３回転部19,19aを同
量だけ同方向へ移動させると、第６回転部25,25aが連結
部材41の移動距離のｋ倍だけ同方向に移動する。そのた
め、第６回転部25,25aを連結した第１連結部材43はその
姿勢を保ったままの状態で同方向に距離（ｎ×ｋ）だけ
移動する。

【００４０】また、連結部材39をＺ軸方向へ距離ｎだけ
移動させて第５回転部23,23aを同量だけ同方向へ移動さ
せると、第６回転部25,25aが連結部材39の移動距離の
（ｋ−１）倍だけ反対方向に移動する。そのため、やは
り第１連結部材43はその姿勢を保ったままの状態で反対
方向に距離（ｎ×（ｋ−１））だけ移動する。

【００４１】さらに、連結部材41をＹ軸方向へ距離ｎだ
け移動させると、第１回転リンク部材29,35 が距離ｎだ
け移動し、第３回転リンク部材31,37 が連結部材41の移
動距離のｋ倍だけ同方向に移動する。そのため、やはり
第１連結部材43はその姿勢を保ったままの状態で同方向
に距離（ｎ×ｋ）だけ移動する。

【００４２】つまり、連結部材39を固定した状態で連結
部材41をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状態
で第１連結部材43は連結部材41の移動量のｋ倍の距離だ
け同方向に移動する。

【００４３】同様に、連結部材41を固定した状態で連結
部材39をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状態
で第１連結部材43は連結部材39の移動量の（ｋ−１）倍
の距離だけこれとは反対方向に移動する。したがって、
第１回転リンク部材7 や第２回転リンク部材9 の移動量
を少なく抑えながらも広い動作範囲を確保することがで
きる。続いて、本発明の第２実施例として、上記の原理
によるリンク機構1 が適用されたマスタマニピュレータ
45について、図４および図５を用いて説明する。図４は
本発明の第２実施例に係るマスタマニピュレータを示す
斜視図、図５は図４のマスタマニピュレータを模式的に
表現した斜視図である。

【００４４】図４に示されるように、マスタマニピュレ
ータ45には、上記平行リンク機構1の平行リンク3 と平
行リンク5 に対応する部材として第１平行リンク53と第
２平行リンク55とが設けられている。

【００４５】第１平行リンク53には、上記第１リンク部
材7 に対応する第１リンク部材57と上記第２リンク部材
9 に対応する第２リンク部材59とが、上記第１回転部11
に対応する第１回転部61で回転自在に連結されている。

【００４６】また第１リンク部材57には、上記第３リン
ク部材13に対応した第３リンク部材63が第２回転部15に
対応する第２回転部65を介して回転自在に連結されてい
る。この第３リンク部材63と上記第４リンク部材17に対
応し第４リンク部材67とは、上記第３回転部19に対応し
た第３回転部69を介して回転自在に連結されている。第
４リンク部材67は、上記第４回転部21に対応する第４回
転部71で第２リンク部材59に回転自在に連結されてい
る。

【００４７】また、第１リンク部材57には、上記第５回
転部23に対応した第５回転部73が設けられ、一方、第２
リンク部材59には、上記第６回転部25に対応した第６回
転部75が設けられている。

【００４８】さらに、上記第２回転リンク部材27に対応
した第２回転リンク部材77が、また上記第１回転リンク
部材29に対応した第１回転リンク部材79が、上記第３回
転リンク部材31に対応した第３回転リンク部材81がそれ
ぞれ設けられている。

【００４９】一方、第１平行リンク53と平行に配置され
た第２平行リンク55は、第１平行リンク53の各部に対応
して第１リンク部材57a，第２リンク部材59a ，第３リ
ンク部材63a ，第４リンク部材67a が、第１回転部61a
，第２回転部65a ，第３回転部69a ，第４回転部71a
にてそれぞれ回転自在に連結されている。

【００５０】また、第１リンク部材57a の第１回転部61
a と第２回転部65a とを結ぶ延長線上には、第５回転部
73a が形成されており、第２リンク部材59a の第１回転
部61a と第４回転部71a とを結ぶ延長線上には、第６回
転部75a が形成されている。

【００５１】さらに、第５回転部73a には第２回転リン
ク部材77に対応して、この第２回転リンク部材77より長
い第２回転リンク部材83が連結されている。また、第１
回転リンク部材79は第１回転部材85と連結部材91で連結
され、第３回転リンク部材81と第３回転リンク部材87は
第１連結部材93で連結されている。

【００５２】さらにこの実施例では、第１平行リンク53
の第１回転部61と第２平行リンク55の第１回転部61a は
連結部材95を介して回転自在に連結されている。このた
め、第１平行リンク53と第２平行リンク55の取り付け剛
性は、連結部材95が存在しない場合に比べて大きくなっ
ている。

【００５３】ベース97上の側部には、コ字型ブロック99
が、一方の側壁をベース97上に固定された状態で配置さ
れている。このコ字型ブロック99の両側壁には、ネジ軸
101が回転自在に軸支されている。

【００５４】移動部103 は連結部材89と一体に形成され
ており、その内部には図示しないナットが設けられてい
る。ネジ軸101 は、このナットを介して移動部103 と螺
合している。

【００５５】また、コ字型ブロック99の両側壁間にはリ
ニヤガイド105 が配置されている。このリニヤガイド10
5 には、ネジ軸101と螺合する移動部103 がネジ軸101
の長手方向に移動自在となるように嵌合している。

【００５６】このネジ軸101 の一方の端部とモータ107
の駆動軸とは、図示しない伝達手段で連結されている。
そして、モータ107 の回転駆動力が伝達されてネジ軸10
1 が回転し、移動部103 がリニヤガイド105 に沿って移
動する。

【００５７】さらに、モータ107 の図示しない駆動軸の
後端部には、エンコーダ109 が連結されている。このエ
ンコーダ109 はモータ107 の回転量を検出することによ
り、移動部103 の移動距離を検出する。

【００５８】また、ベース97上には、後述する操作部12
1 の自重を補償するための定力バネ装置161 が設けられ
ている。定力バネ装置161 は、軸163 を中心に巻装され
た定力バネ165 の一端を移動部103 に固定した構成とな
っている。

【００５９】また、ベース97上の中央部には、上部がコ
字型に形成された支持ブロック111が配置されている。
この支持ブロック111 の両側壁間には、ネジ軸113 が配
置されている。

【００６０】移動部115 は、連結部材91と一体に形成さ
れており、その内部には図示しないナットが設けられて
いる。ネジ軸113 はこのナットを介して移動部115 と螺
合している。

【００６１】このネジ軸113 の一方の端部はモータ117
の駆動軸と図示しない伝達手段で連結されており、モー
タの回転駆動力が伝達されてネジ軸113 が回転し、移動
部115 がリニヤガイド118 に沿って移動する。また、モ
ータ117 の駆動軸にはエンコーダ119 が連結されてい
る。このエンコーダ119 はモータ117 の回転量を検出
し、移動部115 の移動距離を検出する。

【００６２】支持ブロック111 は、移動部153 へ固着さ
れている。この移動部153 は、ベース97上に載置された
支持ブロック155 の両側壁間に配置されたネジ軸157 に
対し、図示しないナットを介して螺合している。また、
移動部153 の下部は、支持ブロック155 に固着されたリ
ニヤガイド160 に対し、ネジ軸157 の長手方向に移動自
在に嵌合している。

【００６３】このネジ軸157 の一方の端部は、支持ブロ
ック155 の側壁の一方を貫通しており、その先端部は図
示しない伝達手段でモータ159 の駆動軸と連結してい
る。これにより、伝達されたモータ159 の回転駆動力で
ネジ軸157 が回転駆動され、移動部153 がネジ軸157 の
軸方向へ移動するようになっている。

【００６４】第１連結部材93には、操作部121 が連結さ
れている。この操作部121 は、２枚のＬ字状プレート12
3,125 の一方の端部どうしをθｙ方向へ回転自在に連結
し、プレート123 の他方の端部を第１連結部材93にθｘ
方向へ回転自在に連結してなるものである。また、プレ
ート123 の他方の端部は、図示しないベルトを介してモ
ータ127 の駆動軸と連結しており、モータ127 の回転駆
動によってプレート123 がθｘ方向へ回転するようにな
っている。また、モータ127 にはエンコーダ131 が連結
されており、モータ127 の回転量を検出することによっ
てプレート123の回転角が検出される。

【００６５】プレート123 とプレート125 の連結部は、
図示しないベルトによりモータ133の駆動軸と連結され
ており、モータ133の回転駆動によってプレート125 が
θｙ方向へ回転するようになっている。

【００６６】プレート125 の中間部には、円筒状のグリ
ップ135 が固着されている。このグリップ135 はプレー
ト125 に対して回転自在に取り付けられている。このグ
リップ135 の下部はプレート125 を貫通しており、図示
しないベルトを介してモータ137 の駆動軸と連結されて
いる。また、グリップ135 は図４に示されるように、θ
ｘ，θｙ，θｚの各方向へ回転自在となっている。

【００６７】また、グリップ135 の内部には、図示しな
い６軸力センサが配置されている。６軸力センサはＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向の力およびθｘ，θｙ，θｚ方向のトルク
を検出する。力センサによって検出された結果は図示し
ない制御装置へ伝達され、制御装置はこの結果に基づい
て各モータを駆動させる。次に、マスタマニピュレータ
45の作用について説明する。

【００６８】まず、グリップ135 にＸ軸方向の力を作用
させると、これを力センサが検出する。この検出結果は
制御装置へ伝達され、制御装置はモータ159 を作動させ
る。そして、グリップ135 をＸ軸方向へ距離ｎだけ移動
させると、連結部材91が距離（ｎ／ｋ）だけ同方向へ移
動する。すなわち、連結部材91を距離ｎだけ移動させる
と、グリップ135 は距離（ｎ×ｋ）に拡大されて移動す
る。この移動距離がエンコーダ161 によって検出され
る。この検出された移動距離を示す信号はスレーブマニ
ピュレータへの指令信号となる。

【００６９】また、グリップ135 にＹ軸方向の力を作用
させると、これが力センサによって検出され、制御装置
によってモータ117 が作動される。そして、グリップ13
5 をＹ軸方向へ距離ｎだけ移動させると、連結部材91が
距離（ｎ／ｋ）だけ同方向へ移動する。

【００７０】このモータ117 の作動によって移動ブロッ
ク115 がネジ軸113 の長手方向に移動する。また、この
モータ117 の回転量はエンコーダ119 により検出されて
制御装置へ伝達され、スレーブマニピュレータへの指令
信号となる。グリップ135 にＺ軸方向の力を作用させる
と、これが力センサにより検出されて、モータ107 が作
動される。この作動で距離ｎだけ移動すると、第１連結
部材93が距離（ｎ×（１−ｋ））だけ移動する。このモ
ータ107 の回転量はエンコーダ109 により検出され、制
御装置へ伝達され、スレーブマニピュレータへの指令信
号となる。

【００７１】したがって、連結部材91,89 を移動する
と、この移動が拡大されてグリップ135 を移動すること
ができる。そのため、グリップ135 の動作範囲を広く確
保することができ、かつ小型，軽量とすることができ
る。

【００７２】なお、本実施例では１組の平行リンク（平
行リンク3,5 ）を用いた場合について説明したが、これ
に限らず、複数組の平行リンクでリンク機構を構成して
もよい。（なお、平行リンクを複数組設けた例は後の実
施例で説明する。）

【００７３】また本実施例では、第１平行リンク3 と第
２平行リンク5の第１回転部61,61aを連結部材95で連結
したが、連結部材95を設けない構造としてもよい。また
他の回転部どうしを連結部材で連結してもよい。

【００７４】なお、本実施例ではバイラテラルサーボ系
のマスタ・スレーブマニピュレータへの適用例を説明し
たので、スレーブマニピュレータからマスタマニピュレ
ータへの力フィードバックのために駆動手段９６を設け
ている。しかし、連結部材89,91 をレールなどの案内手
段とすることにより駆動手段96を省略し、ユニラテラル
サーボ系のマスタ・スレーブマニピュレータへの適用と
することもできる。

【００７５】また本実施例では、連結部材89,91 をＺ，
Ｙ軸方向への駆動のために用いたが、例えば、連結部材
89をＹ，Ｚ軸方向，連結部材91をＸ軸方向としても、あ
るいは連結部材91をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動し連結部材
89を固定してもよく、また、その逆に構成してもよい。
あるいは、全部並進としなくてもよい。

【００７６】また、前記定力バネ装置161 により操作部
121 の自重Ｇ［Kgf ］を補償する場合、定力バネ165 に
作用する力を（Ｇ×（ｋ−１））［Kgf ］とすることが
できる。そのため、操作力を低減して操縦を容易にする
ことが可能である。また、本実施例をスレーブマニピュ
レータに適用することももちろん可能である。

【００７７】次に、本発明の第３実施例について、図６
および図７を用いて説明する。本実施例のリンク機構30
1 は、第１実施例として説明したリンク機構1 に補助リ
ンク機構303 を設けたものである。これにより、平行リ
ンク5 と補助リンク機構303とで新たな平行リンク部が
形成される。なお、図７は図６の矢視ａ方向から見た補
助リンク機構303 の側面図である。

【００７８】なお、補助リンク機構303 を図示するた
め、図６のリンク機構301 は図１のリンク機構1 と反対
方向から見た斜視図としてある。また図６において、図
１および図４に示されるリンク機構と同一構成要素につ
いては図面に同符号を付して説明を省略する。

【００７９】補助リンク機構303 は第２回転リンク部材
33に対して、一端が第７回転部307で回転自在に連結さ
れた第５補助リンク部材305 と、第８回転部309 を介し
て第５補助リンク部材305 の他端と回転自在に一端が連
結されるとともに、第９回転部311 を介して第３回転リ
ンク部材37と回転自在に他端が連結された第６補助リン
ク部材313 と、第１回転部11a と第８回転部309 とを回
転自在に連結する第２連結部材315 とで構成されてい
る。

【００８０】また、第７回転部307 の軸中心は第５回転
部23の軸中心Ｅと同軸になっており、また、第９回転部
311 の軸中心は第６回転部25の軸中心Ｆと同軸となって
いる。しかし、これら各軸は同軸に構成されていなくて
もよい。また、平行リンク3 の軸中心Ａ〜Ｅに対して、
平行リンク5 の軸中心Ａ’〜Ｅ’は同軸に構成されてい
ても、あるいはそうでなくてもよい。

【００８１】したがって、本実施例によれば、連結部材
41をＸ軸方向へ移動させて第３回転部19,19aを同量だけ
同方向へ移動させると、第６回転部25,25aは連結部材41
の移動距離のｋ倍だけ同方向に移動する。そのため、第
１連結部43はその姿勢を保ったままの状態で連結部材41
の移動距離のｋ倍の距離だけＸ軸方向へ移動する。

【００８２】また、連結部材39をＺ軸方向へ距離ｎだけ
移動させて第５回転部23,23aと第７回転部307 を距離ｎ
だけＺ軸方向へ移動させると、第６回転部25,25aがこれ
とは反対方向に距離（ｎ×（ｋ−１））だけ移動する。
そのため、連結部材43はその姿勢を保ったまま、反対方
向へ距離（ｎ×（ｋ−１））だけ移動する。

【００８３】さらに、連結部材41をＹ軸方向へ距離ｎだ
け移動させると、第１回転リンク部材29,35 が同方向に
距離ｎだけ移動し、第３リンク部材31,37 が同方向へ距
離（ｎ×ｋ）だけ移動する。

【００８４】つまり、連結部材39を固定した状態で連結
部材41をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状態
で第１連結部材43は連結部材41の移動量のｋ倍の距離だ
けこれと同方向に移動する。このとき、補助リンク機構
303 の第９回転部311 も同方向へ移動する。

【００８５】同様に、連結部材41を固定した状態で、連
結部材39をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状
態で第１連結部材43は連結部材39の移動量の（ｋ−１）
倍の距離だけこれと反対方向に移動する。また、本実施
例のリンク機構301 においては、補助リンク機構303 を
設けることにより、装置の組み立て精度や剛性を向上さ
せることができる。

【００８６】次に、本発明の第４実施例について図８お
よび図９を用いて説明する。第４実施例のリンク機構31
7 は、図１に示されるリンク機構1 に、第３実施例の補
助リンク機構301 とは異なる補助リンク機構319 を設け
たものである。これにより、平行リンク5 の一部と補助
リンク機構319 とで新たな平行リンク部が形成される。
なお、図９は図８の矢視ｂ方向から見た補助リンク機構
319 の側面図である。

【００８７】第４実施例の補助リンク機構319 は、第10
回転部321 を介して第１回転リンク部材35と回転自在に
連結された第７補助リンク部材323 と、第11回転部325
を介して第７補助リンク部材323 と回転自在に連結され
るとともに、第12回転部327を介して第３回転リンク部
材37と回転自在に連結された第８補助リンク部材329
と、第４回転部21a と第11回転部325とを回転自在に連
結する第３連結部331 とで構成されている。また、平行
リンク3 の軸中心Ａ〜Ｅに対して、平行リンク5 の軸中
心Ａ’〜Ｅ’は同軸に構成されていても、あるいはそう
でなくてもよい。

【００８８】したがって、連結部材39を固定した状態で
連結部材41をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した
状態で第１連結部材43は連結部材41の移動量のｋ倍の距
離だけこれと同方向に移動する。このとき、補助リンク
機構317 の第12回転部327 も同方向へ移動する。

【００８９】同様に、連結部材41を固定した状態で連結
部材39をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状態
で第１連結部材43は連結部材39の移動量の（ｋ−１）倍
の距離だけこれとは反対方向に移動する。また、本実施
例のリンク機構317 においては、補助リンク機構319 を
設けることによりその剛性を向上させることができる。

【００９０】次に、図10を用いて本発明の第５実施例に
ついて説明する。本実施例のリンク機構333 は、図１に
示されるリンク機構1 に対して平行リンク3 を２組設
け、これらの間に第６回転部25,25aどうしがずれた状態
で平行リンク5 を配置した例である。

【００９１】本実施例のリンク機構33は、一対の平行リ
ンク3 の間に第２平行リンク5 が配置されている。一対
の平行リンク3 はそれぞれの第６回転部25が同軸上とな
るように配置され、一方、平行リンク5 は一対の平行リ
ンク3 の第６回転部25の軸中心とずれた状態で配置され
ている。

【００９２】一対の平行リンク3 の第３回転リンク部材
31どうしをそれぞれ連結する第１連結部材43には、平行
リンク5 の第３回転リンク部材37が連結されている。こ
れと同様に、第１回転リンク部材29をそれぞれ連結する
連結部材41には、平行リンク5 の第１回転リンク部材35
が回転自在に連結されている。

【００９３】さらに、一対の平行リンク3 の第２回転リ
ンク部材27をそれぞれ連結する連結部材39には、平行リ
ンク5 の第２回転リンク部材33が回転自在に連結されて
いる。

【００９４】したがって、連結部材39を固定した状態で
連結部材41をどの方向へ移動させても、第１連結部材43
は姿勢を維持した状態で連結部材41の移動量のｋ倍の距
離だけこれと同方向に移動する。

【００９５】同様に、連結部材41を固定した状態で連結
部材39をどの方向へ移動させても、第１連結部材43は姿
勢を維持した状態で連結部材39の移動量の（ｋ−１）倍
の距離だけこれとは反対方向に移動する。

【００９６】また、本実施例のリンク機構333 において
は、一対の平行リンク3 と、これらの間に配置され平行
リンク5 を設けることにより、その剛性を向上させるこ
とができる。

【００９７】次に、図11および図12を用いて本発明の第
６実施例について説明する。本実施例のリンク機構337
は、図６に示される第３実施例のリンク機構301 と異な
るリンク機構339 が設けられたものである。なお、図12
は図11の矢視ｃ方向から見た補助リンク機構339 の側面
図である。

【００９８】補助リンク機構339 は、第13回転部341 を
介して第２回転リンク部材33と一端が回転自在に連結さ
れた第９補助リンク部材343 と、第19回転部361 を介し
て第９補助リンク部材343 の他端に回転自在に一端が連
結され、他端が第14回転部349 を介して第３回転リンク
部材37と回転自在に連結された第10補助リンク部材345
と、第15回転部351 を介して第10補助リンク部材345 の
中間部に一端が回転自在に連結されるとともに、他端が
第16回転部353 を介して第１回転リンク部材35に回転自
在に連結された第11補助リンク部材347 と、第16回転部
353 を介して第11補助リンク部材347 の他端に第12補助
リンク部材355 の一端が回転自在に連結され、他端が第
18回転部359 を介して第９補助リンク部材343 の中間部
に連結された第12補助リンク部材355 とで構成されてい
る。

【００９９】また、第14回転部349 の軸中心は第２リン
ク部材9 の第６回転部25の軸中心と同軸となっている。
さらに、第13回転部341 は第５回転部23の軸中心と同軸
となっている。しかし、これらの各軸は同軸に構成され
ていなくてもよい。

【０１００】また、リンク機構339 は、２次元のパンタ
グラフ式平行リンクを形成している。回転部359,361,35
1,353,341,349 は、それぞれ第１〜第６回転部に相当
し、各軸間距離は、ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＡＤ，ＥＡ，Ｅ
Ｂ，ＥＦに等しい。

【０１０１】したがって、連結部材39を固定した状態で
連結部材41をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した
状態で第１連結部材43は連結部材41の移動量のｋ倍の距
離だけこれと同方向に移動する。このとき、リンク機構
337 の第14回転部349 も同方向へ移動する。

【０１０２】同様に、連結部材41を固定して、連結部材
39をどの方向へ移動させても、姿勢を維持した状態で第
１連結部材43は連結部材39の移動量の（ｋ−１）倍の距
離だけこれとは反対方向に移動する。また、本実施例の
リンク機構337 においては、上記第５実施例と同様に補
助リンク機構339 を設けることにより、その剛性を向上
させることができる。

【０１０３】

【０１０４】

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】

【０１１１】

【０１１２】

【０１１３】

【０１１４】

【０１１５】次に、本発明の第７実施例について図１３
および図１４を用いて説明する。第７実施例のリンク機
構５０１は、図１に示されるリンク機構１に、第３実施
例の補助リンク３０１とは異なる補助リンク機構５０３
を設けた例である。これにより、平行リンク５の一部と
補助リンク機構５０３とで新たな平行リンク部が形成さ
れる。

【０１１６】第７実施例の補助リンク機構５０３は、第
２９回転部５１１を介して第２回転リンク部材３３と回
転自在に連結された第２１補助リンク部材５２１と、第
３０回転部５１２を介して第２１補助リンク部材５２１
の他端を回転自在に支持するとともに第１回転部１１a
を回転自在に連結する第２回転部材３１５と、第３１回
転部５１３を介して第２連結部材３１５と回転自在に連
結されるとともに、他端を第３２回転部５１４を介して
第３回転リンク部材３７と回転自在に連結された第２２
補助リンク部材とで構成されている。

【０１１７】第５回転部23a と第29回転部511 との軸間
距離は第１回転部11a と第30回転部512 との軸間距離に
等しく、第29回転部511 と第30回転部512 との軸間距離
はＥ’Ｂ’に等しい。また、第30回転部512 と第31回転
部513 との軸間距離は第６回転部25a と第32回転部514
との軸間距離に等しく、第31回転部513 と第32回転部51
4 との軸間距離はＢ’Ｆ’に等しい。したがって、平行
リンク5 の一部と第21補助リンク部材521 ，第22補助リ
ンク部材522 とで複数の平行リンク部が構成されてい
る。

【０１１８】このように、第３実施例で示した第５補助
リンク部材305 と第６補助リンク部材313 とを第８回転
部309 で回転自在に（同一回転部で）連結するよりも、
本実施例のように２つの補助リンク部材をそれぞれ異な
った回転部で連結した方が、第１連結部材43の姿勢が維
持される動作範囲を広く確保することができる。

【０１１９】つまり、各補助リンク部材を任意の位置に
設置できるため、平行リンク5 の一部と補助リンク部材
とで形成される各平行リンク部が特異姿勢とならないよ
うに、独立に設定することができる。

【０１２０】同様に、第４実施例で示した第７補助リン
ク部材323 と第８補助リンク部材329 とを第11回転部32
5 で（同一回転部で）連結せずに、複数の補助リンク部
材を第３連結部材331 の異なる回転部で連結し、第１回
転リンク部材35と第３回転リンク部材331 の異なる回転
部で連結し、第１回転リンク部材35とで第３回転リンク
部材を連結してもよい。

【０１２１】なお、本発明の運動伝達装置は、例えば歩
行ロボットの脚駆動に適用することもできる。この場
合、脚の接地面を常に地面と水平になるようにすること
ができる。

【０１２２】

【発明の効果】以上のように本発明の運動伝達装置によ
れば、第１回転リンク部材や第２回転リンク部材の移動
量を少なく抑えながらも広い動作範囲を確保することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 運動伝達装置の第１実施例を示す斜視図。

【図２】運動伝達装置に用いられる第１平行リンクを示
す斜視図。

【図３】 運動伝達装置の動作範囲を示した模式図。

【図４】 運動伝達装置の第２実施例に係り、運動伝達
装置をマスタマニピュレータに適用した状態を示す斜視
図。

【図５】 図４のマスタマニュピレータを模式的に表現
した斜視図。

【図６】 運動伝達装置の第３実施例を示す斜視図。

【図７】 図６の矢視a方向から見た補助リンク機構の
側面図。

【図８】 運動伝達装置の第４実施例を示す斜視図。

【図９】 図８の矢視b方向から見た補助リンク機構の
側面図。

【図１０】 運動伝達装置の第５実施例を示す斜視図。

【図１１】 運動伝達装置の第５実施例を示す斜視図。

【図１２】 図１１の矢視c方向から見た補助リンク機
構の側面図。

【図１３】 運動伝達装置の第７実施例を示す斜視図。

【図１４】 運動伝達装置の第７実施例を示す側面図。

【図１５】 従来の運動伝達装置をマスタ・スレーブマ
ニピュレータのマスタマニピュレータに適用した状態を
示す斜視図。

【符号の説明】１ リ ンク機構（運動伝達装置） ３，５ 平行リンク７，７ａ 第１リンク部材 ９，９ａ 第２リンク部材 １３，１３ａ 第３リンク部材 １７，１７ａ 第４リンク部材２９，３５ 第１回転リンク部材 ２７，３３ 第２回転リンク部材 ３１，３７ 第３回転リンク部材３９，４１ 連結部材 ４３ 第１連結部材１１，１１ａ 第１回転部材 １５，１５ａ 第２回転部材 １９，１９ａ 第３回転部材 ２１，２１ａ 第４回転部材 ２３，２３ａ 第５回転部材 ２５，２５ａ 第６回転部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 B25J 9/06 F16H 21/44

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１リンク部材と、 前記第１リンク部材と第１回転部で回転自在に連結され
   た第２リンク部材と、 前記第１リンク部材の中間部と第２回転部で回転自在に
   連結された第３リンク部材と、 前記第３リンク部材と第３回転部で回転自在に連結され
   るとともに前記第２リンク部材の中間部の第４回転部で
   回転自在に連結された第４リンク部材と、 前記第１リンク部材の前記第１回転部と第２回転部とを
   結ぶ延長線上に形成された第５回転部と、 前記第２リンク部材の前記第１回転部と前記第４回転部
   の延長線上に形成された第６回転部と、 前記第３回転部を支持し、かつ前記第３回転部の軸中心
   方向に対して直角方向を中心に前記第３回転部と回転自
   在に連結された第１回転リンク部材と、 前記第５回転部を支持し、かつ前記第５回転部の軸中心
   方向に対して直角方向を中心に前記第５回転部と回転自
   在に連結された第２回転リンク部材と、 前記第６回転部を支持し、かつ前記第６回転部の軸中心
   方向に対して直角方向を中心に前記第６回転部と回転自
   在に連結された第３回転リンク部材と、 を備えたリンク機構を有する運動伝達装置において、 前記リンク機構の複数組を平行に配置し、かつ前記第３
   回転リンク部材どうしをそれぞれ回転自在に第１連結部
   で連結し、 また複数組設けられたリンク機構のうち、少なくとも２
   組のリンク機構の一方の前記第６回転部の軸中心と他方
   のリンク機構の前記第６回転部の軸中心とがずれた状態
   で構成されている ことを特徴とする運動伝達装置。
2. 【請求項２】複数組設けられたリンク機構のうち、少な
   くとも１組のリンク機構に補助リンク機構を設け、前記
   第１リンク部材が移動しても姿勢が変化しないように前
   記リンク機構の各リンク部材と前記補助リンク部材とを
   連結して構成したことを特徴とする請求項１に記載の運
   動伝達装置。