JP3974353B2 - ジンバル機構及び関節機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンテナ等の対象物の角度をその面に直交するふたつの回動軸回りに傾斜させるジンバル機構に関し、特に対象物の仮想的な回動軸を対象物の所定の面上に設けられるように改良したジンバル機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は例えば特開平０５−２０６７１３号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を用いた例としてのアンテナ指向装置の説明図である。図１７において、２０１はアンテナ、２０２は方位軸、２０３は方位サーボモータ、２０５は仰角軸、２０６は仰角軸軸受け、２０７は仰角サーボモータである。仰角軸軸受け２０６は、アンテナ２０１の背面に配置されている。
【０００３】
次に動作について説明する。方位サーボモータ２０３によって方位軸２０２が駆動され、アンテナ２０１は方位軸２０２回りに左右に回動する。仰角サーボモータ２０７によって仰角軸２０５が駆動され、アンテナ２０１は仰角軸２０５回りに図１７の上下に回動する。
【０００４】
従来の一般的なジンバル機構を用いたアンテナ指向装置は上述のように構成されているので、仰角軸軸受け２０６はアンテナ２０１の背面に配置されており、仰角軸２０５はアンテナ２０１の中心を通らずに中心から離れた後方を通さざるを得ない。そのため、アンテナ２０１を図１７の上下に回動した場合、同時に上下方向の並進運動を起こさざるを得ない。
【０００５】
このためアンテナ２０１の周囲に図示しない例えばレドームなどの障害物がある場合、このレドームなどと干渉しないようにアンテナ２０１の直径を小さくしなければならず、レドームなどに対してアンテナ直径を大きく取ることができないという問題点があった。
【０００６】
また、アンテナ２０１の中央に図示しない穴が空いていて、そこに図示しない放射器などの障害物が貫通しているような場合、この放射器と干渉しないようにアンテナ２０１に設ける穴を大きくしなければならず、アンテナ面積を大きく取ることができないという問題点があった。
【０００７】
一方、図１８は例えば特開平０５−１０８１５９号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を用いた指向追尾装置の説明図である。図１８において、２１０はアンテナ、２１１は方位軸（Ａｚ軸）、２１２は仰角軸（Ｅｌ軸）、２１３は仰角サーボモータである。仰角軸２１２はアンテナ２１０を挟むように構成されている。動作については図１７の特開平０５−２０６７１３号公報の例と概略同じである。
【０００８】
従来のジンバル機構を用いた指向追尾装置は上述のように構成されているので、アンテナ２１０の中心に仰角軸２１２を通すことはできるが、アンテナの両側に仰角サーボモータ２１３や図示しない仰角軸受けなどが配置され、アンテナ２１０の直径に比較し、その周囲に部品を配置するのでかさばるという問題点があった。
【０００９】
図１９は例えば特解平１１−１８８６６８号公報に示された従来の人型作業ロボットの腕体構造の例を示す正面図である。図１９において、ひねりの関節２１５と曲げの関節２１６とひねりの関節２１７は、１点で交わる肩の３自由度の関節である。第１軸２１８と第３軸２１９が同軸となった姿勢は特異点である。例えば、図１９に示された姿勢は特異点であって、この姿勢において肘関節２２０を紙面に対して直角な方向に動かすことはできない。従来の人型作業ロボットの腕体構造では、図１９のように第１軸２１８を水平よりやや上方へ向くように取り付けることによって、通常の作業を行う姿勢では特異点にならないように構成されている。
【００１０】
従来の人型作業ロボットの腕体構造は上述のように構成されているので、特異点を完全になくすことはできないという問題点があった。また、ケーブルは関節の外側を通さざるを得ないので、関節を曲げた際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることになり、ケーブルに負担がかかって破損させたりケーブルの寿命が短くなったりするという問題点があった。
【００１１】
図２０は例えば、淵上：ロボットを導入した生産システム、日刊工業新聞社、１９９４年の１０４ページに掲載された従来の一般的な６自由度垂直多関節型ロボットの斜視図である。また、図２１は図２０の破線Ｈ部分を拡大した３自由度ロボット手首の例の構造図である。図２０及び図２１において、第４軸２２４は手首２２３をロール軸回りにひねり、第５軸２２５は手首２２３をピッチ軸回りに曲げ、第６軸２２６は手首２２３をロール軸回りにひねる自由度を持ち、これらの組み合わせにより手首２２３を下記の場合を除いては任意の姿勢にすることができる。
【００１２】
従来の一般的な３自由度ロボット手首はこのように構成されているので、第５軸２２５が曲がっていない状態、すなわち第４軸２２４と第６軸２２６が１直線にのった状態では、第４（第６）軸２２４（２２６）と第５軸２２５に直交する軸（図２１の紙面に直角な軸）回りに手首２２３を曲げることができないという問題点がある。例えば図２１の状態では手首２２３を上下に曲げることができない。このような状態を特異点と呼ぶ。
【００１３】
一方、図２２は例えば特開昭５８−１５５１９８号公報に示された工業用ロボットの手首装置の略図である。図２２において、２３１は手首、２３３、２３４、２３５、２３６は球面軸受け（ボールジョイント）、２３７、２３８、２３９、２４０はピンジョイント、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６はリンク、２４９、２５０はリンク駆動軸である。
【００１４】
次に動作について説明する。動作については特開昭５８−１５５１９８号公報に以下のように記されている。駆動軸２４９を回動させると、リンク２４３が傾動し、リンク２４１と２４２はそれぞれ上下に動くので、手首２３１は球面軸受け２３５と２３６間を結んだ軸回りに傾動する。また、駆動軸２５０を回動させると、リンク２４６が傾動し、リンク２４４と２４５がそれぞれ上下に動くので、手首２３１は球面軸受け２３３と２３４間を結んだ軸回りに傾動する。
【００１５】
ここで、駆動軸２４９を回動させてリンク２４３が傾動しリンク２４１と２４２が上下に動いて手首２３１が球面軸受け２３５と２３６間を結んだ軸回りに傾動した状態を考える。このとき球面軸受け２３３と２３４間を結んだ軸は傾動している。一方、駆動軸２５０を回動させてリンク２４６を傾動したとき、リンク２４６は駆動軸２５０に直角な面内を動き、リンク２４６とリンク２４４並びに２４５はピンジョイント２３９並びに２４０によって結合されているので、リンク２４４とリンク２４５も駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面内を動く。したがって球面軸受け２３５と２３６も同様に駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面内を動く。ところが球面軸受け２３５と２３６は球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸に直角な面内を動こうとする。このため前述のように球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸が傾動している場合、駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面と、球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸に直角な面は異なるので、結局球面軸受け２３５と２３６は動くことができない。すなわち特開昭５８−１５５１９８号公報に示された工業用ロボットの手首装置は動作しない。
【００１６】
図２３は例えば特開平０５−２２１３１１号公報に示された従来の移動式点検ロボットとそれに用いられる雲台の例を示す正面図である。この装置は、台車２６１，２６２がレール２６３に沿って移動し、旋回及び俯仰自在な雲台２６５にカメラ２６６が取り付けられて、点検作業を行うものである。台車２６１，２６２に門型の旋回フレーム２６８を旋回可能に取付け、前記門型の旋回フレーム２６８に俯仰フレーム２６９を俯仰可能に取付け、旋回モータ２７１及び俯仰モータ２７２をそれぞれ前記門型の旋回フレーム２６８の旋回時及び俯仰フレーム２６９の俯仰時のデッドスペースに取り付けたことを特徴とする門型雲台２６５を備えている。
【００１７】
従来の雲台２６５は以上のように構成されているので、カメラ２６６の側方に俯仰フレーム２６９とその軸受け、カメラ２６６の上方に旋回フレーム２６８とその軸受けが配置されるので、通過断面積を小さくすることができない問題点があった。
【００１８】
図２４は例えば特開平０９−１３４２５１号公報に示された従来のジョイススティック型操作機構の例を示す断面図である。図２４に示された機構では、中央に操作軸２７５が貫通しており、その上部に手で握る握り２７６があり、機構の内部に操作軸２７５を操作軸２７５と直交する軸まわりに傾ける回動軸が２軸２７８，２７９ある。
【００１９】
従来の操作機構は上述のように構成されているので、回動軸２７８，２７９の中心が握り２７６から離れたところになるので、角度を変化させる操作において、手の位置が動いてしまい、直感的に角度の変化がわかりにくいという問題点があった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、対象物を対象物面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動させることができるジンバル機構であって、特に対象物としてアンテナに適用された場合、アンテナ面を、アンテナ面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動することができ、アンテナとアンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲のレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで、利得の低下を小さくできるジンバル機構を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るジンバル機構は、対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、一端を第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、第１の回動軸Ｘを介して前記第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、第１の内側フレームと同様に、３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、第１の外側フレームと同様に、第２の回動軸Ｘを介して第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、第１の外側フレーム並びに第２の外側フレームを第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッドは互いに平行であり、第１の回動軸Ｘと第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｘと第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受けの位置、３個の第２の球面軸受けの位置、３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、更に、３個の第２の球面軸受けの位置と第１の回動軸Ｘ及び第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受けの位置と第２の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなす。
【００２２】
また、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ及び第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ第１の外側フレーム及び第２の外側フレームに対して第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する。
【００２３】
また、Ｘ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。
【００２４】
また、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施した。
【００２５】
また、対象物がアンテナ或いは反射鏡である。
【００２６】
また、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。
【００２７】
また、対象物がカメラである。
【００２８】
また、対象物が反射板であり、反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き合うように点検カメラを取り付けている。
【００２９】
また、対象物が握りであり、握りを操作して姿勢を提示する。
【００３０】
さらに、この発明に係る関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、第２のリンクの中央に立設され、第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、第２の回動軸に接続された第２のベースとを備え、第１のリンク、第１のロッド、及び軸受けブロック、並びに軸受けブロック、第２のロッド及び第２のリンクは、各々平行リンクをなし、第２のベースは、第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明のジンバル機構の実施の形態１を示す斜視図である。図１において、本実施の形態のジンバル機構は、縁のみを図示するアンテナ１の裏面に取り付けた４個の第１の球面軸受け２ａと、一端を第１の球面軸受け２ａに接続された４本のロッド３と、４本のロッド３の略中央外側に設けられた４個の第２の球面軸受け２ｂと、４本のロッド３の他端に設けられた４個の第３の球面軸受け２ｃ、隣り合う２本ずつ２組のロッド３それぞれの略中央を第２の球面軸受け２ｂを介して１辺並びにそれと対向する辺につないだ□の字型の第１の内側フレーム５ａ、第１の内側フレーム５ａの第２の球面軸受け２ｂが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に設けられた第１の回動軸Ｘ４ａを有している。
【００３２】
そしてさらに、ジンバル機構は、第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１の内側フレーム５ａとその対向する２辺でつながる□の字型の第１の外側フレーム７ａ、第１の外側フレーム７ａの第１の回動軸Ｘ４ａが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられ第１の回動軸Ｘ４ａと直交する第１の回動軸Ｙ６ａ、第１の内側フレーム５ａと同様に、隣り合う２本ずつ２組のロッド３それぞれの他端を第３の球面軸受け２ｃを介して１辺並びにそれと対向する辺につないだ□の字型の第２の内側フレーム５ｂ、第１の回動軸Ｘ４ａと同様に、第２の内側フレーム５ｂの第３の球面軸受け２ｃが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられた第２の回動軸Ｘ４ｂ、第１の外側フレーム７ａと同様に、第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２の内側フレーム５ｂとその対向する２辺でつながる□の字型の第２の外側フレーム７ｂを有している。
【００３３】
そしてさらにまた、ジンバル機構は、第１の回動軸Ｙ６ａと同様に、第２の外側フレーム７ｂの第２の回動軸Ｘ４ｂが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられ第２の回動軸Ｘ４ｂと直交する第２の回動軸Ｙ６ｂ、第１の外側フレーム７ａ並びに第２の外側フレーム７ｂをそれぞれの第１の回動軸Ｙ６ａ、第２の回動軸Ｙ６ｂを介して支持するベース８を有している。
【００３４】
また、ジンバル機構は、第１の外側フレーム７ａに取り付けられて第１の回動軸Ｘ４ａを駆動する図示しないＸ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｘ４ａの角度を検出する図示しないＸ軸検出手段、ベース８に取り付けられて第１の回動軸Ｙ６ａを駆動する図示しないＹ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｙ６ａの角度を検出する図示しないＹ軸検出手段、及び図示しない制御装置を有している。
【００３５】
次にそれぞれの部品の位置関係を説明する。まず、４本のロッド３は常に相互に平行である。また、第１の回動軸Ｘ４ａと第２の回動軸Ｘ４ｂ、並びに第１の回動軸Ｙ６ａと第２の回動軸Ｙ６ｂはそれぞれ互いに平行な関係に保たれる。
【００３６】
第１の回動軸Ｘ４ａを延長した軸線と第１の回動軸Ｙ６ａを延長した軸線、並びに第２の回動軸Ｘ４ｂを延長した軸線と第２の回動軸Ｙ６ｂを延長した軸線はそれぞれ１点で交差し、第１の外側フレーム７ａと第１の内側フレーム５ａ、並びに第２の外側フレーム７ｂと第２の内側フレーム５ｂはそれぞれジンバル構造をなしている。
【００３７】
アンテナ１の裏面の４個の第１の球面軸受け２ａ、第１の内側フレーム５ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け２ｂ、第２の内側フレーム５ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け２ｃの３組の球面軸受けのそれぞれの４位置が形成する四角形は互いに相似形をなしている。
【００３８】
以上の関係から、アンテナ１、第１の内側フレーム５ａ、第２の内側フレーム５ｂは平行リンクの関係となり、また、アンテナ１、第１の外側フレーム７ａ、第２の外側フレーム７ｂも平行リンクの関係となる。
【００３９】
更に、第１の内側フレーム５ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け２ｂと第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａの交点からなる５点と、第２の内側フレーム５ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け２ｃと第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂの交点からなる５点の位置は相似形をなしており、４個の第２の球面軸受け２ｂからなる四角形の面に対して、第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａの交点は、所定の距離ｄだけ離れており、同様に４個の第３の球面軸受け２ｃからなる四角形の面に対して、第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂの交点は、同じ距離ｄだけ離れている。
【００４０】
図２及び図３を用いて動きを簡単に説明する。図２及び図３は、アンテナ１、球面軸受け２ａ，２ｂ，２ｃ、ロッド３、第１の回動軸Ｘ４ａ、第２の回動軸Ｘ４ｂ、第１の内側フレーム５ａ、第２の内側フレーム５ｂのみを抜き出して、第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂに直交する面に投影した図である。
【００４１】
第２の球面軸受け２ｂと第１の回動軸Ｘ４ａの間の距離と、第３の球面軸受け２ｃと第２の回動軸Ｘ４ｂの間の距離は、図２の上下方向にともにｄである。本実施の形態においては、第１の球面軸受け２ａとアンテナ１の表面との間の距離も図２の上下方向にｄに設定している。第１の球面軸受け２ａから図２の上方ｄの距離になるアンテナ１上の点をｃとする。
【００４２】
図３に示すように、第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂがそれぞれ第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに回動した場合、図の左右のロッド３が姿勢を変えずに移動してアンテナ１が回動するが、このときアンテナ１の回動の中心はｃとなる。すなわち、アンテナ１は物理的には軸受けが存在しない仮想的な軸ｃまわりに回動する。
【００４３】
以上は、第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりの説明だが、第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂまわりでも同じである。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、仮想的な回動軸ｃはアンテナ１の表面に設定されているが、距離ｄを変化させれば、アンテナ１の厚さや第１の球面軸受け２ａの大きさに関わらずアンテナ１の表面に回動軸ｃを設定することが可能で、また、アンテナ１の第１の球面軸受け２ａと仮想的な回動軸ｃとの間の距離に対してｄを変化させることにより、アンテナ１の上面の空中や、アンテナ１の内部に設定することも可能である。
【００４５】
また、本実施の形態においては、図２に示されるように、それぞれ４個の球面軸受け２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ同一の平面内にあり、そこから距離ｄだけ離れた位置に第１の回動軸Ｘ４ａと第２の回動軸Ｘ４ｂがあるように設定したが、前述のようにこれらは相似な位置関係にあればよい。
【００４６】
尚、距離ｄが０でない場合、図２のリンクにおいて、例えば第１の回動軸Ｘ４ａまわりに関して、図中左右の第２の球面軸受け２ｂの位相差は１８０度ではないので、図２のリンクには原理的に死点が存在しないという利点が生じる。
【００４７】
次に図４から図６を用いて全体の動きを説明する。図４では、図示しないＸ軸駆動手段が、第１の外側フレーム７ａに対して第１の内側フレーム５ａを回動駆動している。第１の内側フレーム５ａは第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂは第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１はアンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある仮想的な回動軸まわりに第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００４８】
図５では、図示しないＹ軸駆動手段が、ベース８に対して第１の外側フレーム７ａを回動駆動している。第１の外側フレーム７ａは第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂは第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１はアンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある仮想的な回動軸回りに第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００４９】
図６では、図示しないＸ軸駆動手段と図示しないＹ軸駆動手段が同時に動作することで、第１の外側フレーム７ａが第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂが第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、更にその中で第１の内側フレーム５ａが第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂが第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら傾斜することで、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１は、アンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂと平行な仮想的な回動軸まわりに、第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜し、更にアンテナ１は、アンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜した第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂと平行な仮想的な回動軸回りに、第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００５０】
第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａは図示しないＸ軸駆動手段とＹ軸駆動手段により駆動され、その角度は図示しないＸ軸検出手段とＹ軸検出手段により検出され、そしてそれらは図示しない制御装置により制御され、アンテナ１は所望の角度に向けることができることとなる。
【００５１】
尚、本実施の形態においては、ロッド３は４本が設けられているが、４本のうち１本が省略されてもよい。そして、第１，第２，第３の球面軸受けは、少なくとも３個あればよい。このように省略された構成においても、各々のフレーム及びアンテナ１は３点で支持されて所定の角度に位置決めされ、第１の外側フレーム７ａが第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂが第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら回動し、更にその中で、第１の内側フレーム５ａが第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂが第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら回動することが可能となるので同様な効果を得ることができる。
【００５２】
このようなことから、本実施の形態のアンテナ１の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、アンテナ１の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け２ａ、一端を第１の球面軸受け２ａに接続された少なくとも３本のロッド３、３本のロッド３の各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け２ｂ、３本のロッド３の各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け２ｃ、３個の第２の球面軸受け２ｂに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａを有する□の字型の第１の内側フレーム５ａ、第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１の内側フレーム５ａと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａと直交する第１の回動軸Ｙ６ａを有する□の字型の第１の外側フレーム７ａ、第１の内側フレーム５ａと同様に、３個の第３の球面軸受け２ｃに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａと平行な第２の回動軸Ｘ４ｂを有する□の字型の第２の内側フレーム５ｂ、第１の外側フレーム７ａと同様に、第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２の内側フレーム５ｂと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙ６ａと平行な第２の回動軸Ｙ６ｂを有する□の字型の第２の外側フレーム７ｂ、第１の外側フレーム７ａ並びに第２の外側フレーム７ｂを第１の回動軸Ｙ６ａ並びに第２の回動軸Ｙ６ｂを介して支持するベース８、第１の回動軸Ｘ４ａまたは第２の回動軸Ｘ４ｂを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙ６ａまたは第２の回動軸Ｙ６ｂを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘ４ａまたは第２の回動軸Ｘ４ｂの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙ６ａまたは第２の回動軸Ｙ６ｂの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッド３は互いに平行であり、第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａ並びに第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受け２ａの位置、３個の第２の球面軸受け２ｂの位置、３個の第３の球面軸受け２ｃの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに相似形をなし、更に、３個の第２の球面軸受け２ｂの位置と第１の回動軸Ｘ４ａ及び第１の回動軸Ｙ６ａの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受け２ｃの位置と第２の回動軸Ｘ４ｂ及び第２の回動軸Ｙ６ｂの交点位置の４位置が形成する図形は相似形をなす。
【００５３】
そのため、上述したように適当な距離ｄを取ることにより、アンテナ面上などの点を通る仮想的な直交するふたつの回動軸を取ることができるので、アンテナはこれらの仮想的な回動軸まわりに回動自在となり、しかも、図７に示すようにアンテナとアンテナ中央に開けられた穴を貫通する構造の放射器１２や、アンテナとアンテナ周囲の図示しないレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで利得の低下を小さくできる。
【００５４】
尚、Ｘ軸駆動手段により駆動されるのは、第１の回動軸Ｘ４ａでなく第２の回動軸Ｘ４ｂであってもよく、また、Ｙ軸駆動手段により駆動されるのは第１の回動軸Ｙ６ａでなく第２の回動軸Ｙ６ｂであってもよく、また、両方が駆動されるようにされてもよい。
【００５５】
また、Ｘ軸検出手段により検出されるのは、第１の回動軸Ｘ４ａでなく第２の回動軸Ｘ４ｂであってもよく、また、Ｙ軸検出手段により検出されるのは第１の回動軸Ｙ６ａでなく第２の回動軸Ｙ６ｂであってもよく、また、両方が検出されるようにされてもよい。
尚、第１，第２，第３の球面軸受けは、ユニバーサルジョイントに置き換えられてもよい。
【００５６】
実施の形態２．
図８はこの発明のジンバル機構の実施の形態２を示す斜視図である。図８において、本実施の形態のジンバル機構は、実施の形態１のリンク構成において、２個の内側フレームがそれぞれ２個ずつに切り離され、切り離された２個ずつの内側フレームがそれぞれ外側フレームに対して回動軸Ｘまわりに独立に回動するようなリンク構成とされている。そして、駆動手段としては減速機付きモータが用いられている。
【００５７】
すなわち、実施の形態１の第１の内側フレーム５ａを第１ａリンク２１ａと第１ｂリンク２１ｂに分け、第２の内側フレーム５ｂを第２ａリンク２２ａと第２ｂリンク２２ｂに分けている。
【００５８】
第１ａリンク２１ａ及び第１ｂリンク２１ｂは、第１の外側フレーム７ａに第１の回動軸Ｘ４ａを介してそれぞれ取り付けられ回動自在である。また、第２ａリンク２２ａ及び第２ｂリンク２２ｂは、第２の外側フレーム７ｂに第２の回動軸Ｘ４ｂを介してそれぞれ取り付けられ回動自在である。
【００５９】
第１ａリンク２１ａと第１ｂリンク２１ｂ及び第２ａリンク２２ａと第２ｂリンク２２ｂそれぞれの両端には第２の球面軸受け２ｂと第３の球面軸受け２ｃが取り付けられており、第２の球面軸受け２ｂと第３の球面軸受け２ｃを介してロッド３が取り付けられている点は実施の形態１と同様である。
【００６０】
更に、本実施の形態は、図８に示されるように、第１のＸ軸駆動手段としての減速機付きモータ２３ａは第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１ａリンク２１ａを駆動し、第２のＸ軸駆動手段としての減速機付きモータ２３ｂは第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２ｂリンク２２ｂを駆動し、第１のＹ軸駆動手段としての減速機付きモータ２４ａは第１の回動軸Ｙ６ａを介して第１の外側フレーム７ａを駆動し、第２のＹ軸駆動手段としての減速機付きモータ２４ｂは第２の回動軸Ｙ６ｂを介して第２の外側フレーム７ｂを駆動する。
【００６１】
モータの駆動は例えば以下のように行う。減速機付きモータ２３ａを駆動して第１の回動軸Ｘ４ａにトルクをかけてアンテナ１を回動させる場合、減速機付きモータ２３ｂには逆向きの小さなトルクをかける。
【００６２】
本実施の形態のジンバル機構は、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレーム２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、それぞれ第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂに対して第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに独立に回動する。そのため、部品の寸法誤差等による組み立ての困難性を減少することができる。
【００６３】
Ｘ軸駆動手段として、第１の回動軸Ｘ４ａを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘ４ｂを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段として、第１の回動軸Ｙ６ａを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙ６ｂを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくすることができる。
【００６４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構は、上述のような構成とすることにより、モータの減速機にガタがあっても、逆向きのトルクによりガタが打ち消されるので、図示しないモータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まり、動きに対してガタがない。
【００６５】
尚、本実施の形態においては、減速機付きモータを用いた例を示したが、ダイレクトドライブモータや超音波モータなどのモータであってもよい。また、球面軸受けでなく球面モータを用いてこれにより駆動してもよい。
【００６６】
実施の形態３．
図９はこの発明のジンバル機構の実施の形態３を示す球面軸受けのガタが打ち消される様子を示す説明図である。本実施の形態の構成は、概略実施の形態２と同じであるが、球面軸受けに関し、ガタを無くしたものを一部に用い、残る球面軸受けにはガタを残したものを用いている。
【００６７】
以下図９を用いて説明する。図９は説明のため、球面軸受けやロッドなどだけを抜き出して簡略化して描いている。図９において、３１は実施の形態１における内側フレームまたは外側フレームまたは実施の形態２におけるリンクである。ここではリンクと呼ぶ。３２は回動軸Ｘまたは回動軸Ｙである。ここでは回動軸と呼ぶ。３３、３４、３７、３８、４０、４１は球面軸受けである。３５、３６、４２、４３はロッドである。３９はアンテナの取り付け面であり、アンテナは図示していない。
【００６８】
リンク３１は、回動軸３２まわりに回動自在であって、図示しない駆動手段により回動駆動される。図示しない反対側のリンクは、実施の形態２の場合と同様、別の駆動手段によりリンク３１と逆向きのトルクをかけられている。
【００６９】
各々の球面軸受けは、ハウジングをリンクまたはアンテナ取り付け面に取り付けられ、太陽球（球面軸受けのハウジングに収まった大きな球）をロッドに取り付けられている。３３ａと３４ａはハウジングであり、それぞれリンク３１の両端に取り付けられている。
【００７０】
一方、３３ｂと３４ｂは太陽球であり、それぞれロッド３５とロッド３６に取り付けられている。リンクに取り付けられた球面軸受け３３，３４は、ハウジングと太陽球との間のガタを残して作製されており、アンテナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け３７、３８、４０、４１は、ガタを無くして作製されている。このガタの調整については、例えば球面軸受けを組み立てるときの与圧の調整により行う。
【００７１】
次に動作について説明する。図９に示すようにリンク３１に矢印のように右回りのトルクをかけた場合を考える。このとき、球面軸受け３３，３４にはガタがあるので、球面軸受け３３のハウジング３３ａは太陽球３３ｂに対して図の下方へ動き、球面軸受け３４のハウジング３４ａは太陽球３４ｂに対して図の上方へ動く。
【００７２】
この動きによりハウジングが太陽球に当接すると、図中矢印Ａのように太陽球３３ｂに取り付けられたロッド３５には図の下向きの力、太陽球３４ｂに取り付けられたロッド３６には図中矢印Ｂのように図の上向きの力がかかる。このためアンテナ取り付け面３９には図の右回りにモーメントが生じる。
【００７３】
一方、図示しない反対側のリンクには逆向きのトルクがかかっているので、ロッド４２には図中矢印Ｃのように図の上向きの力、ロッド４３には図中矢印Ｄのように図の下向きの力がかかっている。ここでアンテナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け３７、３８、４０、４１はガタを無くしてあるので、回動軸３２の角度に対してアンテナ取り付け面の角度は一意に決まる。
【００７４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構は、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施し、残る球面軸受けにはガタをなくす対策を施さないので、リンクやロッドに加工時の寸法誤差などがあっても、組み立て時に部品がこじれたり変形したり、また、組み立てが困難になったりせず、温度変化による寸法変化があっても、部品がこじれたり変形したりせず、しかも、球面軸受けのガタは打ち消されるので、モータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まり、更に減速機のガタがあっても、これも消去されるのでモータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まる。
【００７５】
実施の形態４．
図１０はこの発明の関節機構を示す斜視図である。本実施の形態の関節機構は、実施の形態１の例えば図２に示した２次元リンク機構を２組、直交させて向かい合わせに組み合わせた構成である。
【００７６】
図１０において、５１は第１のベース、５２は減速機付きモータ（第１の回動軸）、５３は第１の回動軸である。減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３は平行に第１のベース５１に立設されている。５４は第１のリンクであり、実施の形態１の図２における内側フレーム５などに相当する。２枚の第１のリンク５４は減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３に取り付けられて平行リンクの関係にあり回動可能とされている。
【００７７】
また、５５は第１のロッドであり、５６は軸である。２本の第１のロッド５５は軸５６を介して第１のリンク５４の両端に回動自在に取り付けられ、平行リンクを構成している。第１のリンク５４において、リンク両端の軸５６同士をつないだ線と第１の回動軸５３との間は距離ｄだけ離されている。５７は軸受けブロックであり、実施の形態１の図２におけるアンテナ１に相当し、軸５６を介して第１のロッド５５の先端とつながっている。
【００７８】
この構成により、軸受けブロック５７は第１のベース５１に対して仮想的な回動中心ｃまわりに減速機付きモータ５２、第１の回動軸５３、軸５６などと平行な軸回りに回動する。
【００７９】
一方、軸受けブロック５７の反対側には、第１のリンク５４や第１のロッド５５とは運動する面が直交または略直交するように、同様なリンクが取り付けられている。軸受けブロック５７には、２本の第２のロッド５８が回動自在に取り付けられている。２本の第２のロッド５８の間には２枚の第２のリンク５９が軸６０まわりに回動自在に取り付けられており、第２のロッド５８と第２のリンク５９は平行リンクを構成している。第２のリンク５９の中央の軸には、それぞれ減速機付きモータ６１（第２の回動軸）と第２の回動軸６２が取り付けられ、減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２は平行にベース６３に立設されている。
【００８０】
この構成により、第２のベース６３は軸受けブロック５７に対して仮想的な回動中心ｃまわりに、減速機付きモータ６１、第２の回動軸６２、軸６０などと平行な軸まわりに回動する。
【００８１】
以上の構成により、第１のベース５１に対して、反対側に設けられた第２のベース６３は仮想的な回動中心ｃまわりに上下左右、すなわちアームの長手方向に直交する２軸まわりに回動自在である。軸受けブロック５７は中空構造にできるので、中に図示しないケーブルなどを通すことができる。また、距離ｄが０でなければ、第１のリンク５４と第１のロッド５５がなす平行リンク、並びに第２のリンク５９と第２のロッド５８がなす平行リンクは原理的に死点が存在しないという利点がある。
【００８２】
次に、図１１は図１０の関節機構を人間型ロボットの肩関節に適用した場合の説明図である。図中の各部の要素５１から６３までは図１０と同一なものである。図において、６５は人間型ロボットの胴体、６６は肘、６７は第２アーム（前腕）である。
【００８３】
第１のベース５１はロボットの肩に固定されている。図１０における減速機付きモータ５２（図示していない）と第１の回動軸５３はロボットの肩に水平に平行に固定されている。２枚の第１のリンク５４は減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３に取り付けられ、減速機付きモータ５２によりロボットの肩に対して垂直面内に回動駆動され、上下に動く。このとき第１のリンク５４の動きは２本の第１のロッド５５により軸受けブロック５７に伝えられ、軸受けブロック５７を垂直面内で、軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりに上下に動かす。軸受けブロック５７は内部が中空構造になっており、ケーブル６４を内部に貫通させている。
【００８４】
軸受けブロック５７には２本の第２のロッド５８が水平面内に回動自在に取り付けられている。２本の第２のロッド５８の間には垂直な軸６０を介して２枚の第２のリンク５９が水平面内で回動自在に取り付けられている。２枚の第２のリンク５９は中央を減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２に取り付けられている。減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２は第２のベース６３に垂直に且つ平行に取り付けられている。第１のベース５１から第２のベース６３までが人間型ロボットの第１アーム（上腕）をなしている。減速機付きモータ６１により第２のリンク５９を水平面内に回動駆動すると、第２のベース６３は、軸受けブロック５７に対して水平面内で軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりにロボットから見て前後に回動する。
【００８５】
以上の動きにより、人間型ロボットの第１アームは、軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりに、ロボットから見て上下と前後、すなわちアームの長手方向に直交する軸まわりに回動自在である。本実施の形態の人間型ロボットはこのように構成されているので、従来の人間型ロボットのように肩の姿勢に関する特異点が存在しないという利点を持つ。
【００８６】
また、軸受けブロック５７を中空にできるので、ここにケーブル６４を通すことができるという利点をもつ。また、軸受けブロック５７の内部に仮想的な回動中心を持ち、この近くにケーブルを通すことができるので、肩関節を曲げたり伸ばしたりした際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることが少なくなり、ケーブルへの負担を少なくできるので、ケーブルが破損しにくくケーブルの寿命が短くならないという利点がある。
【００８７】
尚、第１アームを上下に動かす軸を胴体側に、前後に動かす軸をアーム側に配置したが、この逆であってもよい。また、２軸は胴体に対して上下方向と前後方向でなく、アームの長手方向の軸まわりに各軸を回転させた方向であってもよく、２軸の関係は直交でなく略直交であってもよい。また、減速機付きモータが駆動する軸を軸受けブロック５７に近い側の第１のリンク５４及び第２のリンク５９としたが、遠い側のリンクであってもよく、また、遠い側と近い側両方であってもよい。また、駆動源は、減速機付きモータでなく、ダイレクトドライブモータ、超音波モータなど他の種類のモータでもよい。
【００８８】
このようなことから、本実施の形態の関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース５１、第１のベース５１に立設された２本の平行な第１の回動軸５２，５３、第１の回動軸５２，５３に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク５４、２枚の第１のリンク５４間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド５５、一側の両端部を２本の第１のロッド５５の一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック５７、軸受けブロック５７の他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド５８、２本の第２のロッド５８に両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク５９、第２のリンク５９の中央に立設された２本の平行な第２の回動軸６１，６２、第２の回動軸６１，６２に接続された第２のベース６３とを備え、第１のリンク５４、第１のロッド５５、及び軸受けブロック５７、並びに軸受けブロック５７、第２のロッド５８、第２のリンク５９は平行リンクをなし、第１のリンク５４と第１の回動軸５２，５３、及び第２の回動軸６１，６２と第２のリンク５９はそれぞれ互いに略直交する。
【００８９】
そのため、関節の特異点をなくすことができ、軸受けブロックの内部または近くの任意の位置にアーム長手方向に直交する２軸分の関節の回動中心を置くことができ、平行リンクの死点がなくなり、軸受けブロックの内部の関節の回動中心の近くにケーブルなどを通すことができる。
【００９０】
実施の形態５．
図１２はこの発明のジンバル機構の実施の形態５を示すロボットアームの手首に適用した場合の説明図である。また、図１３は第２アーム近傍を拡大して示す説明図である。本実施の形態では、産業の分野でしばしば用いられる６自由度垂直多関節型ロボットアームにおいて、手首の自由度のうち、手首を上下に振る軸と左右に振る軸を実施の形態１で述べたジンバル機構を使って実現している。手首のひねりの自由度は実施の形態１におけるアンテナ１の面にモータと減速機を置いて実現している。ジンバル機構の仮想的な回動中心はロボットハンドの把持部分に置いている。
【００９１】
図１２及び図１３において、７１はロボットベース、７２はロボット胴体、７３は第１アーム、７４は第２アームである。ロボットベース７１から第２アーム７４までは通常の６自由度垂直多関節型ロボットアームと同じ構造である。
【００９２】
７５はロボット手首を左右に振るための減速機付きモータであり、図８の減速機付きモータ２４ａまたは２４ｂに相当する。７６は外側フレームであり、減速機付きモータ７５により回動駆動され、図１の７ａ及び７ｂに相当する。７７はロボット手首を上下に振るための減速機付きモータであり、図８の減速機付きモータ２３ａまたは２３ｂに相当する。
【００９３】
また、７８は内側フレームであり、外側フレームと直交する軸まわりに減速機付きモータ７７により回動駆動され、図１の４ａ及び４ｂまたは図５の２１ａ及び２１ｂ及び２２ａ及び２２ｂに相当する。７９はロッドであり、図１におけるロッド３に相当する。８０は減速機付きモータであり、図１におけるアンテナ１の取り付け面に取り付けられ、手首のひねり軸を回動駆動する。
【００９４】
さらに、８１はロボットハンドであり、図１におけるアンテナ１の取り付け面に取り付けられて、図示しないワークを把持する。８２はケーブルであり、詳しくは減速機付きモータ８０のケーブル及びロボットハンド８１開閉用のエアチューブである。また、ｃは仮想的な回動中心であって、図２におけるｃに相当し、ハンドに把持された図示しないワークはこの点まわりに回動可能になる。
【００９５】
このように、本実施の形態のジンバル機構においては、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。そのため、関節の特異点をなくすことができ、関節外の任意の点をアーム長手方向に直交する２軸分の回動中心にすることができる。
【００９６】
また、ロボットハンドで把持した物体の姿勢を変化させてもロボットアームの手首以外の軸を動かさなくてよいので教示が簡単になるという利点を持つ。
【００９７】
また、ジンバル機構の中央部分は、実施の形態１の説明及び図７に示すように空間があいているので、図１３に示すように手首のひねりの軸の減速機付きモータ８０のケーブルやロボットハンド開閉用のエアチューブなどのケーブル８２を通すことができるという利点を持つ。更に仮想的な回動中心ｃの近くにケーブルなどを通すことができるので、手首を曲げたり伸ばしたりした際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることが少なくなり、ケーブルへの負担を少なくできるので、ケーブルが破損しにくくなりケーブルの寿命が短くならないという利点がある。
【００９８】
尚、外側フレーム７６で左右の回動、内側フレーム７７で上下の回動が実現する例を述べたが、逆に外側フレーム７６で上下の回動、内側フレーム７７で左右の回動としてもよい。また、ここでは６自由度垂直多関節型ロボットに適用した例を示したが、水平多関節型など他の関節構成のロボットアームに適用してもよい。また、ロボットの手首に適用した例を示したが、ロボットの肩の軸など他の関節に適用してもよい。また、手首にロボットハンドを取り付けてロボットハンド開閉用のエアチューブなどをジンバル機構の中央部分に通す例を示したが、塗装用ロボットに適用して、手首に塗装用のスプレーガンを取り付け、スプレー用のチューブをジンバル機構に通してもよい。この場合モータをスプレーガンから距離を離して配置できるので防爆の効果がある。
【００９９】
さらには、溶接用ロボットや半田付けロボットに適用して、手首にトーチや半田ごてを取り付け、電源ケーブルをジンバル機構に通してもよい。この場合トーチや半田ごての先端をジンバル機構の仮想的な回動中心ｃと一致させておけば、姿勢を変化させてもロボットアームの他の軸を動かさなくてもよいので、教示が簡単になるという利点がある。
【０１００】
実施の形態６．
図１４はこの発明のジンバル機構の実施の形態６を示す雲台に適用した場合の斜視図である。本実施の形態の雲台は、実施の形態１などのアンテナに相当する部分にカメラを取り付けこのカメラの首を振る構成となっている。
【０１０１】
図１４において、１０１はカメラであり、図中上方を向いている。そして、本実施の形態のジンバル機構は、カメラ１０１を取り付けた枠体１１２、枠体１１２の四隅に取り付けられた４個の第１の球面軸受け１０２ａ、一端を第１の球面軸受け１０２ａに接続された４本のロッド１０３、４本のロッド１０３の略中央に取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂ、４本のロッド１０３の他端に取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃを有している。
【０１０２】
また、ジンバル機構は、第２の球面軸受け１０２ｂを介して４本のロッド１０３の略中央とつながる□の字型の第１の外側フレーム１０７ａ、第１の外側フレーム１０７ａの中央に取り付けられた第１の回動軸Ｙ１０６ａ、第１の回動軸Ｙ１０６ａを介して第１の外側フレーム１０７ａに対して回動自在な第１の内側フレーム１０５ａ、第１の内側フレーム１０５ａの第１の回動軸Ｙ１０６ａと直交する面に取り付けられた第１の回動軸Ｘ１０４ａ、第１の回動軸Ｘ１０４ａを介して第１の内側フレーム１０５ａを回動自在に取り付けたベース１０８を有している。
【０１０３】
さらに、ジンバル機構は、第３の球面軸受け１０２ｃを介して４本のロッド１０３の他端とつながる□の字型の第２の外側フレーム１０７ｂ、第１の外側フレーム１０７ｂの中央に取り付けられた第２の回動軸Ｙ１０６ｂ、第２の回動軸Ｙ１０６ｂを介して第２の外側フレーム１０７ｂに対して回動自在な第２の内側フレーム１０５ｂ、第２の内側フレーム１０５ｂの第２の回動軸Ｙ１０６ｂと直交する面に取り付けられた第２の回動軸Ｘ１０４ｂを有している。
【０１０４】
そして、ジンバル機構は、ベース１０８に取り付けられて第１の回動軸Ｘ１０４ａまわりに第１の内側フレーム１０５ａを駆動する図示しないＸ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｘ１０４ａの角度を検出する図示しないＸ軸検出手段、第１の内側フレーム１０５ａまたは第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられて、第１の回動軸Ｙ１０６ａまわりに、第１の内側フレーム１０５ａに対して第１の外側フレーム１０７ａを駆動する図示しないＹ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｙ１０６ａの角度を検出するＹ軸検出手段、及び図示しない制御装置を有している。
【０１０５】
次にそれぞれの部品の位置関係を説明する。実施の形態１などでは、外側にベースがあり、ベースの内側に外側フレーム、その内側に内側フレームがあり、内側フレームにロッドが取り付けられているが、本実施の形態では逆に、内側にベースがあり、ベースの外側に内側フレーム、その外側に外側フレームがあり、外側フレームにロッドが取り付けられている。この構造により枠体の上でカメラを取り付けるスペースを大きく取ることができる。
【０１０６】
４本のロッド１０３同士は常に互いに平行である。
また、第１の回動軸Ｘ１０４ａと第２の回動軸Ｘ１０４ｂ、並びに第１の回動軸Ｙ１０６ａと第２の回動軸Ｙ１０６ｂはそれぞれ平行関係を保っている。
【０１０７】
第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ１０６ａ、並びに第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂはそれぞれ１点で交差し、第１の外側フレーム１０７ａと第１の内側フレーム１０５ａ、並びに第２の外側フレーム１０７ｂと第２の内側フレーム１０５ｂはそれぞれジンバル構造をなしている。
【０１０８】
枠体１１２の４個の球面軸受け１０２ａ、第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂ、第２の外側フレーム１０７ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃの３組の球面軸受けの位置４点は互いに相似形をなしている。
【０１０９】
以上の関係から、枠体１１２、第１の内側フレーム１０５ａ、第２の内側フレーム１０５ｂは平行リンクの関係となり、また、枠体１１２、第１の外側フレーム１０７ａ、第２の外側フレーム１０７ｂも平行リンクの関係となる。
【０１１０】
更に第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂと第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ １０６ａの交点からなる５点と、第２の外側フレーム１０７ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃと第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂの交点からなる５点の位置は相似形をなしており、４個の第２の球面軸受け１０２ｂからなる図形に対して、第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ１０６ａの交点は、所定の距離ｄだけ離れており、下側の４個の第３の球面軸受け１０２ｃからなる図形に対して、第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂの交点は、同じ距離ｄだけ離れている。
【０１１１】
同様に上側の４個の球面軸受け１０２ａからなる図形に対して同じ距離離れた点をｃとする。動きの説明は実施の形態１の図２及び図３による説明と同様なので省略する。最終的にはカメラ１０１と枠体１１２は仮想的な回動中心ｃまわりに回動する。
【０１１２】
このように、本実施の形態のジンバル機構においては、対象物がカメラ１０１である。そのため、カメラ１０１のレンズの主点がパンとチルトの回動中心と一致するようにでき、パンチルトをしたときに視差が生じず画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得られる。
【０１１３】
そして、このようにして実現された雲台は、点検や監視が必要な個所に取り付けて使用したり、図２３に示されるようなレールに沿って台車が移動しながら連続的に点検作業が可能な移動点検ロボットに取り付けて使用したり、あるいは配管内を移動しながら配管の内壁を点検する移動点検ロボットに取り付けて使用したりすることが可能である。
【０１１４】
そして、カメラの側方や上方下方にカメラを支持して回動するためのフレームや軸受けを配置する必要がないので、移動点検ロボットに適用した場合、通過断面積を小さくできるという利点がある。
【０１１５】
また、カメラのレンズには、すべての光がその点を通る主点と呼ばれる点が存在する。この点はピンホールカメラであればピンホールに相当する。この主点を点ｃと一致させれば、カメラは仮想的な回動中心ｃまわりにパン（横）とチルト（縦）に首を振り、このとき主点は並進運動をしない。このようにカメラを回動させることで、視差が生じないので理想的なパノラマ画像を得られるという効果がある。
【０１１６】
ベース１０８の内部にカメラなどのケーブルを通してカメラ１０１につなげばケーブル実装上ケーブルに無理がかからない効果もある。
【０１１７】
尚、実施の形態１の図１のアンテナ１の部分にカメラを取り付けてもよく、同様の効果を奏する。また、逆に本実施の形態の図１４の枠体１１２に実施の形態１のアンテナ１を取り付けてもよい。
【０１１８】
実施の形態７．
図１５はこの発明のジンバル機構の実施の形態７を示す点検カメラ装置に適用した場合の側面図である。本実施の形態の点検カメラ装置においては、実施の形態１などのアンテナを上向きの反射板とし、これと対向するようにカメラを設置し、反射板を２軸まわりに振ることで周囲を監視できる構成となっている。
【０１１９】
図１５において、１２１は上面が反射する反射板、１２２は球面軸受け、１２３はロッド、１２４は回動軸Ｘ、１２５は内側フレーム、１２６は回動軸Ｙ、１２７は外側フレーム、１２８はベース、１２９は下向きに取り付けたカメラ、１３０はカメラを取り付ける柱である。
【０１２０】
□の字型の外側フレーム１２７はベース１２８に対して回動軸Ｙ１２６まわりに回動自在に取り付けられており、□の字型の内側フレーム１２５は外側フレーム１２７に対して回動軸Ｘ１２４まわりに回動自在に取り付けられている。内側フレーム１２５には球面軸受け１２２を介してロッド１２３が取り付けられており、ロッド１２３の先端には球面軸受け１２２を介して反射鏡１２１が取り付けられている。
【０１２１】
反射鏡１２１の中央には穴が開いており、ベース１２８には柱１３０が立っており、図７の放射器と同様に、反射鏡１２１の穴を通り抜けて上方に伸びており、先端にはカメラ１２９が取り付けられている。外側フレーム１２７と内側フレーム１２５はそれぞれ図示しない回動手段により回動駆動され、その角度は図示しない角度検出手段により検出され、図示しない制御装置により制御される。
【０１２２】
本実施の形態の各部品の幾何学的な構成は実施の形態１などと同様になっているので、反射板１２１は中央の上面にある仮想的な回動中心まわりに回動自在である。
【０１２３】
カメラ１２９は、反射板１２１に写った像を撮影する。反射板１２１が回動軸Ｘ１２４と回動軸Ｙ１２６のなす面に対して４５度傾けば、カメラ１２９は水平方向（回動軸Ｘ１２４などに平行な方向）を撮影することができる。このためこの点検カメラ装置では、装置の上方の半球状の視野を得ることができる。この装置を逆向きに天井からぶら下げるように取り付けて監視を行ってもよい。
【０１２４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構においては、対象物が反射板１２１であり、反射板１２１の中央を貫通する柱１３０をさらに設け、柱１３０の先端に反射板１２１と向き合うように点検カメラ１２９を取り付けている。そのため、反射板１２１を２軸まわりに回動することで半球状の視野が得られる。
【０１２５】
実施の形態８．
図１６はこの発明のジンバル機構の実施の形態８を示す操作機構に適用した場合の斜視図である。本実施の形態の操作機構においては、実施の形態１などのアンテナに相当する部分に手で握る握りを設け、これを２軸まわりに傾けることで角度を提示する構成となっている。
【０１２６】
図１６において、１４１は握り、１４２は球面軸受け、１４３はロッド、１４４は回動軸Ｘ、１４５は内側フレーム、１４６は回動軸Ｙ、１４７は外側フレーム、１４８はベース、１４９は枠体である。また、ｃは握り１４１の内部にある仮想的な回動中心である。また、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６の角度を検出する図示しない角度検出手段がベース１４８、内側フレーム１４５または外側フレーム１４７に取り付けられている。更に、この角度検出手段で検出した角度を取り込み、他のロボットや計算機などに指令値を出力する図示しない制御装置が設けられている。
【０１２７】
この操作機構のリンクの寸法関係、構成、動きについては、実施の形態６の雲台とほぼ同じなので省略する。本実施の形態の操作機構では、人間が握り１４１の部分を握って、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６に平行な軸まわりの角度を手首を傾けることで点ｃまわりに与える。回動中心ｃは握り１４１の内部にあるので、人間は手の中にあるものの角度を２本の軸まわりに傾けることになり、また、このとき傾けても回動中心ｃは動かないので、直感的に操作がわかりやすいという利点がある。
【０１２８】
更に、本操作機構を外骨格状に人間の腕に取り付けて、手首の角度を検出するようにしてもよい。また更に、枠体１４９にリング状の軸受けを取り付けてその内部で握り１４１が回転するように構成して、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６と直交する回動軸Ｚまわりの回転角度を検出できるようにしてもよい。
【０１２９】
尚、図１６では、図１４と同様、ベース１４８が内側にあり、ロッド１４３が外側フレーム１４７の外側にある構成としているが、図１のように、ベースが外側で、ロッドが内側であってもよい。
【０１３０】
また、図１６では人間の腕が操作機構の内部にある構成としたが、操作機構を机上などに置いて、人間が上から握りを握るようにしてもよい。
【０１３１】
また、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６の角度を検出するように構成したが、更にこれらの軸にモータを取り付け、操作反力を人間に還せるようにしてもよい。
【０１３２】
【発明の効果】
この発明に係るジンバル機構は、対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、一端を第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、第１の回動軸Ｘを介して第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、第１の内側フレームと同様に、３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、第１の外側フレームと同様に、第２の回動軸Ｘを介して第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、第１の外側フレーム並びに第２の外側フレームを第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッドは互いに平行であり、第１の回動軸Ｘと第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｘと第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受けの位置、３個の第２の球面軸受けの位置、３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、更に、３個の第２の球面軸受けの位置と第１の回動軸Ｘ及び第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受けの位置と前記第２の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなす。そのため、対象物を対象物面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動させることができる。
【０１３３】
また、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ及び第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ第１の外側フレーム及び第２の外側フレームに対して第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する。そのため、部品の寸法誤差等による組み立ての困難性を減少することができる。
【０１３４】
また、Ｘ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくすることができる。
【０１３５】
また、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施した。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくできるとともに、組み立て工程を容易にすることができる。
【０１３６】
また、対象物がアンテナ或いは反射鏡である。そのため、アンテナ面をアンテナ面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動可能にできるので、アンテナとアンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲のレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで利得の低下を小さくすることができる。
【０１３７】
また、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。そのため、関節の特異点をなくすことができ、関節外の任意の点をアーム長手方向に直交する２軸分の回動中心にすることができ、関節の中にケーブルなどを通すことができる。
【０１３８】
また、対象物がカメラである。そのため、カメラのレンズの主点がパンとチルトの回動中心と一致するようにでき、パンチルトをしたときに視差が生じず画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得られる。
【０１３９】
また、対象物が反射板であり、反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き合うように点検カメラを取り付けている。そのため、反射板を２軸まわりに回動することで半球状の視野が得られる。
【０１４０】
また、対象物が握りであり、握りを操作して姿勢を提示する。そのため、握りの内部に仮想的な回動中心を置くことができ、直感的な角度提示の操作ができる。
【０１４１】
さらに、この発明に係る関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、第２のリンクの中央に立設され、第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、第２の回動軸に接続された第２のベースとを備え、第１のリンク、第１のロッド、及び軸受けブロック、並びに軸受けブロック、第２のロッド及び第２のリンクは、各々平行リンクをなし、第２のベースは、第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である。そのため、関節の特異点をなくすことができ、軸受けブロックの内部または近くの任意の位置にアーム長手方向に直交する２軸分の関節の回動中心を置くことができ、平行リンクの死点がなくなり、軸受けブロックの内部の関節の回動中心の近くにケーブルなどを通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のジンバル機構の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】 ジンバル機構の動きを説明する説明図である。
【図３】 ジンバル機構の動きを説明する説明図である。
【図４】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図５】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図６】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図７】 アンテナ中央に形成された穴を貫通する放射器が設けられた様子を示すジンバル機構の斜視図である。
【図８】 この発明のジンバル機構の実施の形態２を示す斜視図である。
【図９】 この発明のジンバル機構の実施の形態３を示す球面軸受けのガタが打ち消される様子を示す説明図である。
【図１０】 この発明の関節機構を示す斜視図である。
【図１１】 図１０の関節機構を人間型ロボットの肩関節に適用した場合の説明図である。
【図１２】 この発明のジンバル機構の実施の形態５を示すロボットアームの手首に適用した場合の説明図である。
【図１３】 図１２のロボットアームの第２アーム近傍を拡大して示す説明図である。
【図１４】 この発明のジンバル機構の実施の形態６を示す雲台に適用した場合の斜視図である。
【図１５】 この発明のジンバル機構の実施の形態７を示す点検カメラ装置に適用した場合の側面図である。
【図１６】 この発明のジンバル機構の実施の形態８を示す操作機構に適用した場合の斜視図である。
【図１７】 従来の一般的なジンバル機構を用いた例としてのアンテナ指向装置の説明図である。
【図１８】 従来の一般的なジンバル機構を用いた指向追尾装置の説明図である。
【図１９】 従来の人型作業ロボットの腕体構造の例を示す正面図である。
【図２０】 従来の一般的な６自由度垂直多関節型ロボットの斜視図である。
【図２１】 図２０の破線Ｈ部分を拡大した３自由度ロボット手首の例の構造図である。
【図２２】 従来の工業用ロボットの手首装置の略図である。
【図２３】 従来の移動式点検ロボットとそれに用いられる雲台の例を示す正面図である。
【図２４】 従来のジョイススティック型操作機構の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アンテナ、２ａ 第１の球面軸受け、２ｂ 第２の球面軸受け、２ｃ 第３の球面軸受け、３ ロッド、４ａ 第１の回動軸Ｘ、４ｂ 第２の回動軸Ｘ、５ａ 第１の内側フレーム、５ｂ 第２の内側フレーム、６ａ 第１の回動軸Ｙ、６ｂ 第２の回動軸Ｙ、７ａ 第１の外側フレーム、７ｂ 第２の外側フレーム、８ ベース、５１ 第１のベース、５２ 減速機付きモータ（第１の回動軸）、５３ 第１の回動軸、５４ 第１のリンク、５５ 第１のロッド、５７ 軸受けブロック、５８ 第２のロッド、５９ 第２のリンク、６１ 減速機付きモータ（第２の回動軸）、６２ 第２の回動軸、６３ 第２のベース。

Claims (10)

1. 対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、
   前記対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、
   一端を前記第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、
   前記３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、
   前記３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、
   前記３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、
   前記第１の回動軸Ｘを介して前記第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、
   前記第１の内側フレームと同様に、前記３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、
   前記第１の外側フレームと同様に、前記第２の回動軸Ｘを介して前記第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、
   前記第１の外側フレーム並びに前記第２の外側フレームを前記第１の回動軸Ｙ並びに前記第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、
   前記第１の回動軸Ｘまたは前記第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、
   前記第１の回動軸Ｙまたは前記第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、
   前記第１の回動軸Ｘまたは前記第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び
   前記第１の回動軸Ｙまたは前記第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段
   を備え、
   前記３本のロッドは互いに平行であり、
   前記第１の回動軸Ｘと前記第１の回動軸Ｙ並びに前記第２の回動軸Ｘと前記第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、
   前記３個の第１の球面軸受けの位置、前記３個の第２の球面軸受けの位置、前記３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、
   更に、前記３個の第２の球面軸受けの位置と前記第１の回動軸Ｘ及び前記第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、前記３個の第３の球面軸受けの位置と前記第２の回動軸Ｘ及び前記第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなすことを特徴とするジンバル機構。
2. 前記第１の内側フレーム及び前記第２の内側フレームは、前記第１の回動軸Ｙ及び前記第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、該切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ前記第１の外側フレーム及び前記第２の外側フレームに対して前記第１の回動軸Ｘ及び前記第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のジンバル機構。
3. 前記Ｘ軸駆動手段は、前記第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と前記第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、前記第２のＸ軸駆動手段は前記第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、前記Ｙ軸駆動手段は、前記第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と前記第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、前記第２のＹ軸駆動手段は前記第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のジンバル機構。
4. 前記複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施したことを特徴とする請求項３に記載のジンバル機構。
5. 前記対象物がアンテナ或いは反射鏡である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。
6. 前記ベースはロボットアームに固定され、前記対象物がロボットハンドである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。
7. 前記対象物がカメラである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。
8. 前記対象物が反射板であり、該反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、該柱の先端に前記反射板と向き合うように点検カメラを取り付けた
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。
9. 前記対象物が握りであり、該握りを操作して姿勢を提示する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。
10. ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、
    前記ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、
    前記第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、
    前記第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、
    前記２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、
    一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、
    前記軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、
    前記２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、
    前記第２のリンクの中央に立設され、前記第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、
    前記第２の回動軸に接続された第２のベース
    とを備え、
    前記第１のリンク、前記第１のロッド、及び前記軸受けブロック、並びに前記軸受けブロック、前記第２のロッド、及び前記第２のリンクは、各々平行リンクをなし、前記第２のベースは、前記第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、前記軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である
    ことを特徴とする関節機構。

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