WO2004011824A1 - ３自由度回転システム及びその応用 - Google Patents

Abstract

第１図に示すように、第一ガイドレール（１１）と、平行する第二ガイドレール（１２）及び第三ガイドレール（１３）と、が、互いに直交するように土台（２）に取り付けられ、さらにこれらのガイドレールは、両端に取り付けられた軸（４）を中心にして回転する。これらのガイドレールが回転すると、これらのガイドレールに合わせてロータ（１）に取り付けられた指示棒（３）が移動するので、このロータ（１）も回転する。この指示棒（３）に取り付けられたスライダ（２２）が、第三ガイドレール（１３）のスリット（２１）に沿ってスライドする。このとき、これらのガイドレールの間隔によって、指示棒（３）を中心としたロータ（１）の回転角度が決定される。

Description

3自由度回転システム及ぴその応用

技術分野

本発明は、 少なくとも 3個のガイドレールを用いた 3自由度回転システムに関し、 詳し くは、 1個のガイドレールと残りの 2個のガイドレールが直交するように、 これらのガイ ドレールを土台に取り付け、 ロータに取り付けられた指示棒及び指示棒に取り付けられた 少なくとも 1個のスライダが、 これらのガィドレールに沿ってスライドしながらこれらの ガイドレールを回転させることにより、 この口一夕の向きを検出すると共に、 これらのガ ィドレ一ルをァクチユエ一夕によって回転させることにより、 このロータを回転させるも のに関する。

背景技術

従来から、 3自由度モータとして、 圧電素子を用いたもの （特開昭 62- 22839 2、 特開平 9— 34409、 特開平 9— 219980、 特開平 11一 18.459、 国際公 開番号 WO02/15358参照）、 同期モータを用いたもの （矢野智昭、 金子真、 "回 転中心を同一とする多自由度ァクチユエ一夕の基礎的検討"、 日本口ポット学会誌、 Vo 1. 11, No. 6, pp. 875— 882、 1993参照）、 ステッピングモータを用い たもの （矢野智昭、 鈴木健生、 園部増雄、 金子真、"回転中心を同一とする多自由度ァク チユエ一夕 （第 4報） ステップモータの試作と基礎実験"、 日本機会学会ロボテイクス. メカトロニクス講演会講演論文集、 No. E 307, pp. 1210-1211、 199 4参照） 及び電磁石を用いたもの （特開昭 62— 221856、 特開平 5— 64417、 特開平 9一 168275参照） などが多数開発されてきたが、 3個のエンコーダを用いて ■ 3つの回転軸の角度を検出する場合、 少なくとも 1個のエンコーダをモータと一緒に回転 させる必要があり、構造が複雑になるばかりか、 必要以上にモータのトルクを大きくしな ければならなかった。 また、 ステッピングモー夕を用いた場合には、 エンコーダを用いな くても正確な位置決めをすることができるけれども、 エンコーダを用いた場合と同様に、 少なくとも 1個のステツピングモー夕を少なくとも 1つの回転軸を中心に回転させる必要 があった。 そのため、 多自由度移動機構の位置検出方法として、 加速度検出器を用いたも の （特開平 5— 6 4 4 1 7、 特開平 9— 1 6 8 2 7 5 )及び電磁石を用いたもの （矢野智 昭、金子真、"回転中心を同一とする多自由度ァクチユエ一夕 （第 6報）多極同期モータの 位置決め制御"、 第 1 2回口ポット学会学術講演会、 N o . 1 3 5 4 , p p . 1 9 3 - 1 9 4、 1 9 9 4参照） なども開発されてきた。 しかしながら、 これらの方法には以下のよ うな問題点がある。 例えば、 加速度検出器を用いた場合、 構造は単純であり、 しかも 3自 由度の全てに対して制限なく検出することができるけれども、 誤差が蓄積されるため、 時 間と共に位置の精度が悪くなる。 また、 電磁石を用いた場合、 装置自体が重くなつたり、 磁力線を検出する部分が必要となり、 しかもこの磁力線が電子部品に悪影響を及ぼす。 ここで多自由度モ一夕の用途として、 3つの回転軸に対して無限に回転する場合以外に も、 例えば移動カメラ及びパックミラーのように、一定の範囲内を自由に回転できれば良 い場合も多数考えられる。 このとき、 モ一夕のように駆動する必要がなければ、 球面軸受 けを用いて簡単に 3自由度の回転を実現することができる （例えば、 特開平 7— 3 1 7 7 5 8、 特開平 9— 1 6 6 1 3 5及ぴ特開 2 0 0 0— 3 0 4 0 3 9参照）。 そこで、 この球 面軸受けのロータに指示棒を取り付け、 さらにこの指示棒を用いて、 直交した 2個のガイ ドレールを回転させることにより、 2つの回転軸に対しては、 最大で 1 8 0度まで回転角 度を検出することができる。 しかしながら、 この方法では、 指示棒を中心に回転する口一 夕の傾きの角度を検出することができないばかりか、 このロー夕がこの指示棒を中心に回 転するのを止めることもできない。 そこで 2個のガイドレールのうちいずれか一方に対 して平行になるように、 新たなガイドレールが取り付けられた場合、 この指示棒に取り付 けられたスライダが、 この新たなガイドレールに沿って平行移動するならば、 このガイド レールは、 2つの回転軸の可動範囲を殆んど狭めることなく、 このロータを常に一定の傾 きに保つことができる。 さらに移動カメラ及びパックミラーなどの用途では、 このロータ を指示棒を中心に 3 6 0度回転させる必要は殆んどなく、 このロータの傾きを微調整する ことができれば、 多自由度モ一夕は十分に実用的である。そこで、平行する 2個のガイド レールの間隔が変ィ匕しても、 このスライダがこれらのガイドレールのうちの 1個に沿って スライドすることができれば、 これらのガイドレールは最大で 1 8 0度までこのロータの 傾きを検出することができる。

これらのことを考慮すると、 1個のガイドレールと、 平行する 2個のガイドレールと、 が直交するように組み合わされるので、 これらのガイドレールの各々の回転角度を検出す るためには、 3個のエンコーダが必要であるけれども、 これらのガイドレールの回転軸は 2つとなる。 したがって、 ロータの回転に応じてこれらのエンコーダを移動させる必要が ないので、 この口一夕の 3つの回転軸の回転角度が簡単に検出され得ると期待される。 勿 論、 ァクチユエ一夕によって、 これらのガイドレ一ルを回転させることにより、 この口一 夕は 3つの回転軸に対して独立に回転することができると期待される。

そこで、請求項記載の本発明は、 1個のガイドレールと、 平行する 2個のガイドレール と、が直交するように組み合わされ、 しかも土台に固定されたエンコーダがこれらのガイ ドレールの回転角度を検出するような 3自由度回転システムを開発することを目的とす る。 加えて、 請求項記載の本発明は、 土台に固定されたァクチユエ一夕を用いて、 これら のガイドレールを回転させるような 3自由度回転システムを開発することも目的とする。

発明の開示

請求項 1の発明は、球体の一部又は全部を含む口一夕と、指示棒と、 少なくとも 1個の スライダと、 少なくとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、 第一〜第三の 3個 のガイドレールと、 を含む 3自由度回転システムであって、前記ロータが前記指示棒を備 えたことと、 2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、前記第一のガイドレールが前 記土台に取り付けられたことと、残りの 2個の前記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用い て、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールが前記土台に取り付けられた ことと、 少なくとも 1個の前記スライダが前記指示棒に取り付けられたか、 又は連結され たことと、 を特徴とし、 前記指示棒を前記第一のガイドレールに沿ってスライドさせなが ら、 前記ロー夕が前記第一のガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転するこ とと、 前記指示棒を前記第二のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロー夕が 前記第一のガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、 少なくとも 1個の前記スライダを前記第三のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロータ が前記指示棒を中心にして回転することと、 を特徴とする 3自由度回転システムである。 本発明は、 前記ロー夕が 3自由度で回転する 3自由度回転システムの実施形態である。 本発明では、 前記第一のガイドレール、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイド レールは、主に前記口一夕の中心に対して円弧状に形成され、 これらの前記ガイドレール の回転に応じて前記ロータが回転すると共に、 この前記口一夕の回転に応じてこれらの 前記ガイドレールが回転する。 これらの前記ガイドレールの各々は、 棒状であっても良い し、 スリットを備えても良い。 特に、 これらの前記ガイドレールの各々がこの前記スリツ トを備えた場合、 この前記ガイドレールは、 1枚の板から切り出されても良いし、 少な くとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 前記指示棒の延長線上に前記ロー 夕の中心を通る向きで、 この前記指示棒はこの前記ロータに取り付けられる。 このとき、 この前記指示棒はパイプ状であっても良い。 さらに、 この前記ロータは中空であっても良 い。 4個の前記軸は前記第一のガイドレール、 前記第二のガイドレール、 前記第三のガイ ドレール及び少なくとも 1個の前記土台のうち、 いずれに固定されても良い。 さらにこれ らの前記軸が前記土台に固定される場合、 これらの前記軸はスぺーサを介してこれらの前 記土台に取り付けられていても良い。 ただし、 2組の前記軸を結んだ 2本の回転軸は直交 し、 さらに、それぞれ前記ロータの中心を通るものとする。 前記軸受けにはポールべァリ ングを用いることもできる。 前記第一のガィドレールは 2個の前記軸を中心に回転するの で、 前記指示棒の向きがこの前記ガイドレールの向きと一致する。 したがって、 この前記 ガイドレールの前記向きに応じて、 前記ロー夕はこれらの前記軸を中心に回転する。 前記 第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールは、それぞれ同じ 2個の前記軸を中心に 回転する。 しかしながら、 これらの前記軸の各々には 2個の前記軸受けが取り付けられる ので、 これらの前記ガイドレールはそれぞれ独立に回転することができる。 さらにこのと き、 これらの前記ガイドレールは入れ子状になっても良いし、 又は互い違いになっても良 レ^ また、 前記第三のガイドレールの両端は、 この前記ガイドレ一ルのうち円弧状の部分 と前記土台が直交するように形成される。 これにより、 この前記ガイドレールがこれらの 前記軸を通る回転軸を中心にして特定の角度を成す場合、 この前記ガイドレールと前記第 二のガイドレールの間隔が場所に因らず一定となる。 少なくとも 1個の前記スライダは前 記第三のガイドレールに沿ってスライドするので、 これらの前記ガイドレールの前記間隔 が長くなると、 この前記スライダと前記指示棒を通る直線と、 これらの前記ガイドレール が成す角度は 9 0度に近づき、 反対に、 これらの前記ガイドレールの前記間隔が短くなる と、 この前記直線とこれらの前記ガイドレールが成す角度は 0度に近づく。 したがって、 これらの前記ガイドレールの前記間隔を変えることにより、 前記指示棒を中心とする前記 ロータの回転角度を変更することができる。 本発明は全ての前記土台を移動させることな く前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する 諸問題が好適に解決される。

請求項 2の発明は、 請求項 1記載の 3自由度回転システムにおいて、 前記第一のガイド レール及び前記第二のガイドレールのうち、 少なくとも 1個にスリッ卜が開けられること により、 前記指示棒がこれらの前記スリットを通ることを特徴とする 3自由度回転システ ムである。 前記第一のガイドレール及び前記第二のガイドレールは、 それぞれ 1枚の板か ら切り出されても良いし、 少なくとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 前記 第一のガイドレールは 2個の前記軸を中心に回転するので、 この前記ガイドレールに開け られた前記スリットを前記指示棒が通ることにより、 この前記指示棒の向きがこの前記ガ ィドレールの向きと一致する。 前記第二のガィドレールは残りの 2個の前記軸を中心に 回転するので、 この前記ガイドレールに開けられた前記スリットをこの前記指示棒が通る ことにより、 この前記指示棒の向きがこの前記ガイドレールの向きと一致する。 したがつ て、 これらの前記ガイドレールの向きを検出することにより、 この前記指示棒の向きが正 確に求められる。 本発明は余計な手間を掛けずに前記指示棒の向きを決定することができ るので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 3の発明は、 請求項 1又は 2記載の 3自由度回転システムに対して、 第四のガイ ドレールが前記指示棒に取り付けられたことと、 前記スライダが前記第四のガイドレー ルをスライドすることと、 を特徴とする 3自由度回転システムである。 前記第四のガイド レールは、 棒状であっても良いし、 スリットを備えても良い。 特に、 この前記ガイドレー ルがこの前記スリットを備えた場合、 この前記ガイドレールは、 1枚の板から切り出され ても良いし、 少なくと.も 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 さらに、 この前 記ガィドレールが傘状になることにより、 この前記ガィドレールは強度を増すことができ る。 この前記ガイドレールは前記指示棒を中心に回転するので、 この前記ガイドレールに 沿って少なくとも 1個の前記スライダがスライドすることにより、 この指示棒の回転方向 はこの前記指示棒から見たこの前記スライダの方向と一致する。 したがって、 この前記指 示棒の向きと、 この前記ガイドレールの向きを検出することにより、 この前記指示棒の回 転方向が正確に求められる。 本発明は全ての前記土台を移動させることなく前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に 解決される。

請求項 4の発明は、 球体の一部又は全部を含むロータと、指示棒と、 少なくとも 2個の スライダと、 少なくとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、 第一〜第三の 3個 のガイドレールと、 を含む 3自由度回転システムであって、 前記口一夕が前記指示棒を備 えたことと、 2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、 前記第一のガイドレールが前 記土台に取り付けられたことと、 残りの 2個の前記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用い て、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールが前記土台に取り付けられた ことと、 少なくとも 2個の前記スライダが前記指示棒に取り付けられたか、 又は連結され たことと、 を特徴とし、 前記指示棒を前記第一のガイドレールに沿ってスライドさせなが ら、 前記ロータが前記第一のガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転する ことと、 少なくとも 2個の前記スライダを、 それぞれ前記第二のガイドレール及び前記第 三のガイドレーリレに沿ってスライドさせながら、 前記ロータがこれらの前記ガイドレール を支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、 少なくとも 2個の前記スライダを、 それぞれ前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールに沿ってスライドさせなが ら、 前記ロータが前記指示棒を中心にして回転することと、 を特徴とする 3自由度回転シ ステムである。

本発明は、 前記ロータが 3自由度で回転する 3自由度回転システムの実施形態である。 本発明では、 前記第一のガイドレール、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイド レールは、 主に前記ロータの中心に対して円弧状に形成され、 これらの前記ガイドレール の回転に応じて前記ロータが回転すると共に、 この前記ロータの回転に応じてこれらの 前記ガイドレールが回転する。 これらの前記ガイドレールの各々は、 棒状であっても良い し、 スリットを備えても良い。 特に、 これらの前記ガイドレールの各々がこの前記スリツ トを備えた場合、 この前記ガイドレールは、 1枚の板から切り出されても良いし、 少な くとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 前記指示棒の延長線上に前記ロー 夕の中心を通る向きで、 この前記指示棒はこの前記ロータに取り付けられる。 このとき、 この前記旨示棒はパイプ状であっても良い。 さらに、 この前記ロータは中空であっても良 い。 4個の前記軸は前記第一のガイドレール、 前記第二のガイドレール、 前記第三のガイ ドレール及び少なくとも 1個の前記土台のうち、 いずれに固定されても良い。 さらにこれ らの前記軸が前記土台に固定される場合、 これらの前記軸はスぺーサを介してこれらの 前記土台に取り付けられていても良い。 ただし、 2組の前記軸を結んだ 2本の回転軸は直 交し、 さらに、 それぞれ前記ロータの中心を通るものとする。 前記軸受けにはポールベア リングを用いることもできる。 前記第一のガイドレールは 2個の前記軸を中心に回転す るので、 前記指示棒の向きがこの前記ガイドレールの向きと一致する。 したがって、 この 前記ガイドレールの前記向きに応じて、 前記ロータはこれらの前記軸を中心に回転する。 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールは、 それぞれ同じ 2個の前記軸を中 心に回転する。 しかしながら、 これらの前記軸の各々には 2個の前記軸受けが取り付けら れるので、 これらの前記ガイドレールはそれぞれ独立に回転することができる。 さらにこ のとき、 これらの前記ガイドレールは入れ子状になっても良いし、 又は互い違いになって も良い。 また、 これらの前記ガイドレールの両端は、 各々の前記ガイドレールのうち円弧 状の部分と前記土台が直交するように形成される。 これにより、 これらの前記ガイドレ一 ルがこれらの前記軸を通る回転軸を中心にして特定の角度を成す場合、 これらの前記ガィ ドレールの間隔が場所に因らず一定となる。 前記指示棒には少なくとも 2個の前記スライ ダが向い合って取り付けられているか、 又は連結されており、 これらの前記スライダは、 それぞれこれらの前記ガイドレールに沿ってスライドするので、 これらの前記ガィドレ一 ルの前記間隔が長くなると、 これらの前記スライダとこれらの前記ガイドレールが成す角 度は 9 0度に近づき、 反対に、 これらの前記ガイドレールの前記間隔が短くなると、 これ らの前記スライダとこれらの前記ガィドレールが成す角度は 0度に近づく。 したがって、 これらの前記ガイドレールの前記間隔を変えることにより、 前記指示棒を中心とする前記 ロータの回転角度を変更することができる。 さらに、 これらの前記ガイドレールの前記間 隔の中央にこの前記指示棒が位置するように、 これらの前記スライダの位置を調整するこ とにより、 この前記指示棒の向きがこれらの前記ガイドレールの前記間隔の前記中央の前 記向きと一致するので、 この前記向きに応じて、 前記ロータは、 これらの前記ガイドレ一 ルを支える 2個の前記軸を中心に回転する。 本発明は全ての前記土台を移動させることな く前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する 諸問題が好適に解決される。

請求項 5の発明は、 請求項 4記載の 3自由度回転システムにおいて、 前記第一のガイド レールにスリットが開けられることにより、 前記指示棒がこの前記スリットを通ることを 特徴とする 3自由度回転システムである。 前記第一のガイドレールは、 1枚の板から切り 出されても良いし、 少なくとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 前記第一の ガイドレールは 2個の前記軸を中心に回転するので、 この前記ガイドレールに開けられ た前記スリットを前記指示棒が通ることにより、 この前記指示棒の向きがこの前記ガィド レールの向きと一致する。 したがって、 この前記ガイドレールの向きを検出することによ り、 この前記ガイドレールを支える 2個の前記軸を中心としたこの前記指示棒の回転角度 が正確に求められる。 本発明は余計な手間を掛けずに前記指示棒の向きを決定することが できるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 6の発明は、 請求項 4又は 5記載の 3自由度回転システムに対して、 第四のガイ ドレール及び第五のガイドレールが前記指示棒に取り付けられたことと、 2個の前記スラ イダが、 それぞれこれらの前記ガイドレ一ルをスライドすることと、 を特徴とする 3自由 度回転システムである。 前記第四のガイドレール及び前記第五のガイドレールは、棒状で あっても良いし、 スリットを備えても良い。 特に、 これらの前記ガイドレールがこの前記 スリットを備えた場合、 これらの前記ガイドレールは、 1枚の板から切り出されても良い し、 少なくとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 さらに、 これらの前記ガイ ドレールが組み合わさって、 傘状になることにより、 これらの前記ガィドレールは強度を 増すことができる。 これらの前記ガイドレールは前記指示棒を中心に回転するので、 これ らの前記ガイドレールに沿って少なくとも 2個の前記スライダがスライドすることによ り、 この指示棒の回転方向はこの前記指示棒から見た、 少なくとも 1個の前記スライダの 方向と一致する。 したがって、 この前記指示棒の向きと、 これらの前記ガイドレールの向 きを検出することにより、 この前記指示棒の回転方向が正確に求められる。 本発明は全て の前記土台を移動させることなく前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 7の発明は、 球体の一部又は全部を含むロータと、 指示棒と、 少なくとも 2個の スライダと、 少なくとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、 第一〜第三及び第 六の 4個のガイドレールと、 を含む 3自由度回転システムであって、 前記ロータが前記指 示棒を備えたことと、 2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、 前記第一のガイド レール及び前記第六のガィドレールが前記土台に取り付けられたことと、 残りの 2個の前 記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用いて、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイ ドレールが前記土台に取り付けられたことと、 少なくとも 2個の前記スライダが前記指示 棒に取り付けられたか、 又は連結されたことと、 を特徴とし、 少なくとも 2個の前記スラ イダを、 それぞれ前記第一のガイドレール及び前記第六のガイドレールに沿ってスライド させながら、 前記口一夕がこれらの前記ガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして 回転することと、 少なくとも 2個の前記スライダを、 それぞれ前記第二のガイドレール及 び前記第三のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロータがこれらの前記ガイ ドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、 少なくとも 2個の前記スラ イダを、 それぞれ前記第二のガィドレール及び前記第三のガィドレールに沿ってスラィド させながら、 前記ロータが前記指示棒を中心にして回転することと、 を特徴とする 3自由 度回転システムである。

本発明は、 前記ロー夕が 3自由度で回転する 3自由度回転システムの実施形態である。 本発明では、 前記第一のガイドレール、 前記第二のガイドレール、 前記第三のガイドレ一 ル及び前記第六のガイドレールは、 主に前記口一夕の中心に対して円弧状に形成され、 こ れらの前記ガイドレールの回転に応じて前記ロータが回転すると共に、 この前記ロータ の回転に応じてこれらの前記ガィドレールが回転する。 ただし、 前記第一のガィドレール と前記第六のガイドレールは結合されているか、 又は元々一つの材料から作られているも のとする。 これらの前記ガイドレールの各々は、 棒状であっても良いし、 スリットを備え ても良い。 特に、 これらの前記ガイドレールの各々がこの前記スリットを備えた場合、 こ の前記ガイドレー ま、 1枚の板から切り出されても良いし、 少なくとも 2本のワイヤを 組み合せて構成されても良い。 前記指示棒の延長線上に前記ロータの中心を通る向きで、 この前記指示棒はこの前記ロータに取り付けられる。 このとき、 この前記指示棒はパイプ 状であっても良い。 さらに、 この前記ロータは中空であっても良い。 4個の前記軸は前記 第一のガィドレ一ル、 前記第二のガィドレール、 前記第三のガィドレ一ル及び少なくとも 1個の前記土台のうち、 いずれに固定されても良い。 さらにこれらの前記軸が前記土台に 固定される場合、 これらの前記軸はスぺ一サを介してこれらの前記土台に取り付けられて いても良い。 ただし、 2組の前記軸を結んだ 2本の回転軸は直交し、 さらに、 それぞれ前 記ロータの中心を通るものとする。 前記軸受けにはポールベアリングを用いることもでき る。 前記第一のガイドレール及び前記第六のガイドレールは、 2個の前記軸を中心に一緒 に回転するので、 これらの前記ガイドレールの間隔の中央にこの前記指示棒が位置する ように、 これらの前記ガイドレールの位置を調整することにより、 この前記指示棒の向き がこれらの前記ガイドレールの前記間隔の前記中央の前記向きと一致する。 したがって、 この前記向きに応じて、 前記ロータはこれらの前記軸を中心に回転する。 前記第二のガイ ドレール及び前記第三のガイドレールは、 それぞれ同じ 2個の前記軸を中心に回転する。 しかしながら、 これらの前記軸の各々には 2個の前記軸受けが取り付けられるので、 これ らの前記ガイドレ一ルはそれぞれ独立に回転することができる。 さらにこのとき、 これら の前記ガイドレ一ルは入れ子状になっても良いし、 又は互い違いになっても良い。 また、 これらの前記ガイドレールの両端は、 各々の前記ガイドレールのうち円弧状の部分と前記 土台が直交するように形成される。 これにより、 これらの前記ガイドレールがこれらの前 記軸を通る回転軸を中心にして特定の角度を成す場合、 これらの前記ガイドレールの間隔 が場所に因らず一定となる。 前記指示棒には少なくとも 2個の前記スライダが向い合って 取り付けられているか、 又は連結されており、 これらの前記スライダは、 それぞれこれら の前記ガイドレールに沿ってスライドするので、 これらの前記ガイドレールの前記間隔が 長くなると、 これらの前記スライダとこれらの前記ガイドレールが成す角度は 9 0度に近 づき、 反対に、 これらの前記ガイドレールの前記間隔が短くなると、 これらの前記スライ ダとこれらの前記ガィドレールが成す角度は 0度に近づく。 したがって、 これらの前記ガ イドレールの前記間隔を変えることにより、 前記指示棒を中心とする前記ロータの回転角 度を変更することができる。 さらに、 これらの前記ガイドレールの前記間隔の中央にこの 前記指示棒が位置するように、 これらの前記スライダの位置を調整することにより、 この 前記指示棒の向きがこれらの前記ガィドレールの前記間隔の前記中央の前記向きと一致 するので、 この前記向きに応じて、 前記ロータは、 これらの前記ガイドレールを支える 2 個の前記軸を中心に回転する。 本発明は全ての前記土台を移動させることなく前記ロー夕 を 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適 に解決される。 .

請求項 8の発明は、 請求項 7記載の 3自由度回転システムにおいて、 前記第一のガイド レール及び前記第六のガィドレールにスリットが開けられることにより、 少 くとも 2個 の前記スライダが、 それぞれこれらの前記スリットを通ることを特徴とする 3自由度回転 システムである。 前記第一のガイドレール及び前記第六のガイドレールは、それぞれ 1枚 の板から切り出されても良いし、 少なくとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良 い。 ただし、 これらのガイドレールは 2個の前記軸を中心に一緒に回転するものとする。 これらの前記ガィドレールはこれらの前記軸を中心に回転するので、 少なくとも 2個の 前記スライダが、 それぞれこれらの前記ガイドレールに開けられた前記スリットを通り、 さらにこれらの前記スライダの中央に前記指示棒が位置することにより、 この前記指示棒 の向きがこれらの前記ガイドレールの向きと一致する。 したがって、 これらの前記ガイド レールの向きを検出することにより、 これらの前記ガイドレールを支える 2個の前記軸を 中心としたこの前記指示棒の回転角度が正確に求められる。 本発明は余計な手間を掛けず に前記指示棒の向きを決定することができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題 が好適に解決される。

請求項 9の発明は、 請求項 7又は 8記載の 3自由度回転システムに対して、 第四のガイ ドレール及び第五のガィドレールが前記指示棒に取り付けられたことと、 2個の前記スラ イダが、 それぞれこれらの前記ガイドレールをスライドすることと、 を特徴とする 3自由 度回転システムである。 前記第四のガイドレール及び前記第五のガイドレールは、 棒状で あっても良いし、 スリットを備えても良い。 特に、 これらの前記ガイドレールがこの前記 スリットを備えた場合、 これらの前記ガイドレールは、 1枚の板から切り出されても良い し、 少なくとも 2本のワイヤを組み合せて構成されても良い。 さらに、 これらの前記ガイ ドレールが組み合わさって、傘状になることにより、 これらの前記ガィドレールは強度を 増すことができる。 これらの前記ガイドレールは前記指示棒を中心に回転するので、 これ らの前記ガィドレールに沿って少なくとも 2個の前記スライダがスライドすることによ り、 この指示棒の回転方向はこの前記指示棒から見た、 少なくとも 1個の前記スライダの 方向と一致する。 したがって、 この前記指示棒の向きと、 これらの前記ガイドレールの向 きを検出することにより、 この前記指示棒の回転方向が正確に求められる。 本発明は全て の前記土台を移動させることなく前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 0の発明は、 請求項 1〜 9のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システ ムにおいて、前記指示棒がパイプであることと、 前記指示棒の中を少なくとも 1本のワイ ャが通ることと、 を特徵とする 3自由度回転システムである。本発明では、 前記ロータは 前記球体であるか、 又はこの前記球体の一部であり、 さらにこの前記球体の内部は中空で あっても良い。 前記ロータには電子部品か機械部品が取り付けられ、少なくとも 1本の前 記ワイヤが、 この前記電子部品及びこの前記機械部品に接続される。 このとき、 この前記 電子部品に接続されたこれらの前記ワイヤのうち、 少なくとも 1本は電線である。 これに より、 これらの前記ワイヤは、全ての前記ガイドレールに絡まることなく、 この前記ロー 夕から外部に取り出すことができる。本発明は、前記ロータの向きに関係なく、全ての前 記ワイヤをこの前記ロータから取り出すことができるので、 3自由度回転システムに関す る諸問題が好適に解決される。

請求項 1 1の発明は、 請求項 1〜1 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転シス テムであって、全ての前記軸が 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取り 付けられることを特徴とする 3自由度回転システムである。 4個の前記軸は前記土台に 埋め込まれていても良いし、 少なくとも 1個の前記土台から切り出されていても良いし、 又はスぺーサを介して取り付けられていても良い。 ただし、 2組の前記軸を結んだ 2本の 回転軸は直交し、 さらに、それぞれ前記ロー夕の中心を通るものとする。 前記第二のガイ ドレール及び前記第三のガイドレールの両端には、 それぞれ 1個の前記軸受けが取り付 けられているか又は形成されており、 それぞれ対応する 2個の前記軸に接続されている。 したがって、 これらの前記ガイドレールはそれぞれ独立に回転することができる。 前記第 一のガィドレール、前記第四のガィドレール及び前記第五のガィドレールのうち少なくと も 1個の両端には、 2個の前記軸受けが取り付けられているか又は形成されており、それ ぞれ対応する 2個の前記軸受けに接続されている。本発明は全ての前記土台を移動させる ことなく前記ロータを 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに 関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 2の発明は、請求項 1〜： L 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システ ムであって、 4個の前記軸受けが 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取 り付けられることと、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレーリレの一端に備え られた 2個の前記軸が、それぞれ前記土台に取り付けられた 2個の前記軸受けに取り付け られることと、前記第二のガィドレール及び前記第三のガィドレールの別の一端に備えら れた 2個の前記軸受けが、それぞれ前記第三のガィドレール及び前記第二のガィドレ一ル の前記軸に取り付けられることと、 を特徴とする 3自由度回転システムである。 4個の前 記軸受けは少なくとも 1個の前記土台から形成されても良いし、 スぺーサを介して取り付 けられていても良い。 ただし、 これらの前記軸受けに接続される 2組の前記軸を結んだ 2 本の回転軸は直交し、 さらに、それぞれ前記ロータの中心を通るものとする。 前記第二の ガイドレール及び前記第三のガイドレールの前記一端には、それぞれ 1個の前記糊取り 付けられているか又は形成されており、それぞれ対応する 2個の前記軸受けに接続されて いる。 しかもそれぞれの前記ガイドレールの両端のうち前記軸がない方には前記軸受けが 取り付けられているか又は形成されており、対応する前記軸が貫通することにより、 これ らの前記ガイドレールはそれぞれ独立に回転することができる。 前記第一のガイドレ一 ル、前記第四のガィドレール及び前記第五のガィドレールのうち少なくとも 1個の両端に は、 2個の前記軸が取り付けられているか又は形成されており、 それぞれ対応する 2個の 前記軸受けに接続されている。本発明は全ての前記土台を移動させることなく前記ロータ を 3自由度で回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適 に解決される。

請求項 1 3の発明は、請求項：！〜 1 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システ ムであって、 4個の前記軸受けが 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取 り付けられることと、前記第二のガィドレールの両端に備えられた 2個の前記軸が、それ ぞれ前記土台に取り付けられた 2個の前記軸受けに取り付けられることと、前記第三のガ ィドレールの両端に備えられた 2個の前記軸受けが、それぞれ前記第二のガイドレールの 前記軸に取り付けられることと、 を特徴とする 3自由度回転システムである。 4個の前記 軸受けは少なくとも 1個の前記土台から形成されても良いし、 スぺーサを介して取り付け られていても良い。 ただし、 これらの前記軸受けに接続される 2組の前記軸を結んだ 2本 の回転軸は直交し、 さらに、 それぞれ前記ロータの中心を通るものとする。 前記第二のガ イドレールの前記両端には、 それぞれ 1個の前記軸が取り付けられているか又は形成さ れており、それぞれ対応する 2個の前記軸受けに接続されている。 また前記第三のガイド レールの前記両端には、それぞれ 1個の前記軸受けが取り付けられているか又は形成され ており、対応する前記軸が貫通することにより、 これらの前記ガイドレールはそれぞれ独 立に回転することができる。 前記第一のガイドレ一ル、前記第四のガイドレール及び前記 第五のガイドレールのうち少なくとも 1個の両端には、 2個の前記軸が取り付けられてい るか又は形成されており、 それぞれ対応する 2個の前記軸受けに接続されている。本発明 は全ての前記土台を移動させることなく前記ロータを 3自由度で回転させることができ るので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 4の発明は、請求項 1〜1 3のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システ ムに対して、 少なくとも 1個のエンコーダが、 前記ガイドレール、前記軸及び前記軸受け のうち少なくとも 1つの回転角度を検出することにより、前記ロータの向きを検出するこ とを特徴とする 3自由度回転システムである。 前記エンコーダは、 前記ガイドレール、 前 記軸及び前記軸受けのうち少なくとも 1個の前記回転角度を検出することにより、対応す る前記ガイドレールの前記回転角度を検出することができる。 このとき、 前記エンコーダ は少なくとも 1個の前記土台に直接固定されても良いし、スぺーサ及び筐体を介してこれ らの前記土台と接続されても良い。 本発明は、 3個の前記エンコーダを用いた場合でも、 これらの前記エンコーダを移動させることなく前記ロータの向きを検出することができ るので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 5の発明は、請求項 1 4記載の 3自由度回転システムに対して、少なくとも 1 個の前記エンコーダが複数の歯車を介して、前記ガイドレール、 前記軸及び前記軸受けの うち少なくとも 1個に連結することにより、前記ロータの前記向きを検出することを特徴 とする 3自由度回転システムである。 複数の前記歯車には、 平歯車、 かさ歯車、 円筒ギア 及びウォームギアなどが用いられる。 これらの前記歯車を組み合せることにより、 前記ガ イドレールの前記回転角度を高精度に検出することができる。 ただし、 これらの前記歯車 のうち少なくとも 1個の中心は、 この前記ガィドレールに対応する前記軸と重なるように 取り付けられるものとする。 本発明は、 3個の前記エンコーダを用いた場合でも、 これら の前記エンコーダを移動させることなく前記口一夕の向きを高精度に検出することがで きるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 6の発明は、 請求項 1 4又は請求項 1 5記載の 3自由度回転システムに対し て、 少なくとも 1個の前記エンコーダの各々が 1個のァクチユエ一夕を備えたことを特徴 とする 3自由度回転システムである。 1個の前記エンコーダと 1個の前記ァクチユエ一夕 が同じ回転子を共有することにより、 この前記エンコーダが検出した前記ガイドレールの 前記回転角度に応じて、 前記ァクチユエ一夕はこの前記ガイドレールの前記回転角度を変 更することができる。 本発明は、 3個の前記エンコーダ及び 3個の前記ァクチユエ一夕を 用いた場合でも、 これらの前記エンコーダ及びこれらの前記ァクチユエ一夕を移動させる ことなく前記口一夕の向きを高精度に検出することができるので、 3自由度回転システム に関する諸問題が好適に解決される。

請求項 1 7の発明は、 請求項 1〜1 3のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システ ムに対して、 少なくとも 1個のァクチユエ一夕が、 前記ガイドレール、 前記軸及び前記軸 受けのうち少なくとも 1個を回転させることにより、 前記ロータを回転させることを特徴 とする 3自由度回転システムである。 前記ァクチユエ一夕は、 前記ガイドレール、 前記軸 及び前記軸受けのうち少なくとも 1個を前記軸を中心に回転させることにより、 対応する 前記ガイドレールを回転させることができる。 このとき、 前記ァクチユエ一夕は少なくと も 1個の前記土台に直接固定されても良いし、 スぺーサ及び筐体を介してこれらの前記土 台と接続されても良い。 本発明は、 3個の前記ァクチユエ一夕を用いた場合でも、 これら の前記ァクチユエ一夕を移動させることなく前記ロータを 3自由度で回転させることがで きるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決される。 請求項 1 8の発明は、 請求項 1 7記載の 3自由度回転システムに対して、 少なくとも 1個の前記ァクチユエ一夕が複数の歯車を介して、 前記ガイドレール、 前記軸及び前記軸 受けのうち少なくとも 1個に連結することにより、 前記ロータを回転させることを特徴と する 3自由度回転システムである。 複数の前記歯車には、 平歯車、 かさ歯車、 円筒ギア及 ぴウォームギアなどが用いられる。 これらの前記歯車を組み合せることにより、 前記ァク チユエ一夕は小さなトルクで、 しかも前記ガイドレールを高精度に回転させることができ る。 ただし、 これらの前記歯車のうち少なくとも 1個の中心は、 この前記ガイドレール に対応する前記軸と重なるように取り付けられるものとする。 本発明は、 3個の前記ァ クチユエ一夕を用いた場合でも、 これらの前記ァクチユエ一夕を移動させることなく前記 口一夕の向きを高精度に回転させることができるので、 3自由度回転システムに関する諸 問題が好適に解決される。

請求項 1 9の発明は、 請求項 1 4、 1 5又は 1 6記載の 3自由度回転システムに対し て、 少なくとも 1個の前記エンコーダが、 コンピュータシステムに接続されることによ り、 前記コンピュータシステムが前記ロータの回転角度を計算することを特徴とする 3自 由度回転システムである。 前記コンピュータシステムは、 少なくとも 1個の前記ェンコ一 ダから出力される、 前記ガィドレール、 前記軸及び前記軸受けのうち少なくとも 1つの回 転角度に対応した電気信号を入力する。 これにより、 前記エンコーダの前記電気信号が、 前記口一夕の前記回転角度に対して比例しなくても、 前記コンピュータシステムは、 数式 及び表を用いて、 この前記電気信号からこの前記回転角度を計算することができる。 本発 明は、 前記指示棒の位置に応じて発生する、前記エンコーダの前記電気信号と前記ロータ の前記回転角度の間のずれを補正することができるので、 3自由度回転システムに関する 諸問題が好適に解決される。

請求項 2 0の発明は、 請求項 1 6、 1 7又は 1 8記載の 3自由度回転システムに対し て、 少なくとも 1個の前記ァクチユエ一夕が、 コンピュータシステムに接続されることに より、 前記コンピュータシステムが前記口一夕を回転させることを特徴とする 3自由度回 転システムである。 少なくとも 1個の前記ァクチユエ一夕は、 前記コンピュータシステム が出力する電気信号を入力する。 これにより、 前記コンピュータシステムの前記電気信号 が、 前記ロータの前記回転角度に対して比例しなくても、 前記コンピュータシステムは、 数式及び表を用いて、 この前記回転角度を計算する。 本発明は、 前記指示棒の位置に応じ て発生する、 前記コンピュータシステムの前記電気信号と前記ロータの前記回転角度の間 のずれを補正することができるので、 3自由度回転システムに関する諸問題が好適に解決 される。

請求項 2 1の発明は、 請求項 2 0記載の 3自由度回転システムに対して、 前記指示棒と 反対方向を撮影するカメラが前記ロー夕に埋め込まれたことを特徴とする人工眼球であ る。 前記カメラのレンズが前記指示棒と反対方向に向き、 しかもこの前記レンズの前記 光軸が前記指示棒を通るように、 この前記カメラは前記口一夕に埋め込まれる。 さらに、 この前記カメラの電線は、 パイプ状の前記指示棒の中を通って外部に取り出される。 した がって、 この前記カメラは外部からの指示により広範囲を撮影することができる。 本発明 は、 前記コンピュータシステムを用いて、 前記カメラの前記光軸の向きを制御することが できるので、 人工眼球に関する諸問題が好適に解決される。

請求項 2 2の発明は、 請求項 2 1記載の人工眼球において、 前記コンピュータシステム が、 前記カメラによって撮影された画像を記憶することと、 前記画像の各画素の順番を 入れ替えて出力することと、 により、 前記画像が回転することを特徴とする人工眼球であ る。 前記コンピュータシステムは、 3自由度回転システムを用いることにより、 前記カメ ラの光軸を中心にして約 9 0度まで前記画像を回転させることができる。 さらに、 この 前記コンピュータシステムは、 この前記画像の各画素の順番を変えることにより、 ァフィ ン変換をすることなく、 この前記画像を 9 0度単位で 3 6 0度回転させることができる。 したがって、 この前記コンピュータシステムは、 特別な画像処理システムを用いることな く、 この前記画像をほぼ 3 6 0度回転させることができる。 本発明は、 この特別な前記画 像処理システムを用いることなく、 前記カメラが撮影した前記画像を任意の角度で回転さ せることができるので、 人工眼球に関する諸問題が好適に解決される。 図面の簡単な説明

第 1図は、第二ガイドレール及び第三ガイドレールが互い違いで土台に取り付けられた

3自由度回転システムの説明図である。

第 2図は、第二ガイドレールの外側になるように第三ガイドレールが土台に取り付けら れた 3自由度回転システムの説明図である。

第 3図は、 土台に取り付けられた第一ガイドレールの説明図である。

第 4図は、 第一ガィドレールのスリットを通る指示棒の説明図である。

第 5図は、 スぺ一サを介して土台に取り付けられた第一ガイドレールの説明図である。 第 6図は、 スぺーサを介して 2個の土台に挟まれた口一夕の説明図である。

第 7図は、 スライダの末端が外側に曲げられている場合の説明図である

第 8図は、 第三ガイドレールのスリットを通るスライダの説明図である。

第 9図は、 コの字形に曲げられた第三ガイドレールの説明図である。

第 1 0図は、 スライダの末端が内側に曲げられている場合の説明図である

第 1 1図は、 第 7図に対して、 スライダの末端に止め具が取り付けられている場合の説 明図である

第 1 2図は、 指示棒に取り付けられた第四ガイドレールのスリットに沿ってスライダが スライドする 3自由度回転システムの説明図である。

第 1 3図は、 スリットを開けられた第四ガィドレールが指示棒に取り付けられた場合の 説明図である。

第 1 4図は、 傘状の第四ガイドレールが指示棒に取り付けられた場合の説明図である。 第 1 5図は、パイプスライダが棒状の第四ガイドレールをスライドする場合の説明図で ある。

第 1 6図は、 パイプスライダにスライダが取り付けられた場合の説明図である。

第 1 7図は、 第 1図に対して、 2個のパイプスライダが、 それぞれ棒状の第三ガイド レール及び第四ガィドレールに沿ってスライドする場合の説明図である。

第 1 8図は、パイプスライダが、棒状の第四ガイドレール fc沿ってスライドし、 このパ イブスライダに 1個のパイプスライダが連結軸によって連結された場合の説明図である。 第 1 9図は、パイプスライダが、棒状の第三ガイドレールに沿ってスライドし、 このパ イブスライダに取り付けられたスライダが第四ガイドレールに沿ってスライドする場合の 説明図である。

第 2 0図は、 スライダにパイプスライダが取り付けられた場合の説明図である。

第 2 1図は、 2個のスライダの末端が外側に曲げられている場合の説明図である 第 2 2図は、 第二ガイドレールのスリットを通るスライダの説明図である。

第 2 3図は、 土台に取り付けられた第二ガイドレールの説明図である。

第 2 4図は、 第三ガイドレールのスリットを通るスライダの説明図である。

第 2 5図は、 2個のスライダの末端が内側に曲げられている場合の説明図である。 第 2 6図は、第二ガィドレール及び第三ガィドレールが互い違いで土台に取り付けられ た 3自由度回転システムの説明図である。

第 2 7図は、第二ガイドレールの外側になるように第三ガイドレールが土台に取り付け られた 3自由度回転システムの説明図である。

第 2 8図は、第四ガイドレール及び第五ガイドレールが指示棒に取り付けられている場 合の説明図である。

第 2 9図は、第一ガイドレール及び第六ガイドレールが一体となって土台に取り付けら れた 3自由度回転システムの説明図である。

第 3 0図は、第四ガイドレール及び第五ガイドレールが傘状に形成された場合の説明図 である。

第 3 1図は、第 2 9図に対して、 2対のスライダがそれぞれ連結棒によって連結された 場合の説明図である。

第 3 2図は、第 2 9図に対して、第一ガイドレール及び第六ガイドレールがそれぞれ個 別に土台に取り付けられた場合の説明図である。

第 3 3図は、第 2 9図に対して、 2個のパイプスライダが、それぞれ棒状の第二ガイド レール及び第三ガイドレールに沿ってスライドする場合の説明図である。 第 3 4図は、第 3 3図に対して、 2個のパイプスライダが、それぞれ棒状の第一ガイド レール及び第六ガイドレールに沿ってスライドする場合の説明図である。

第 3 5図は、第 3 4図に対して、 2個のパイプスライダが、それぞれ棒状の第四ガイド レール及び第五ガイドレールに沿ってスライドする場合の説明図である。

第 3 6図は、 2個のパイプスライダが、それぞれ棒状の第四ガイドレール及び第五ガイ ドレールに沿ってスライドし、各々のパイプスライダに 2個のパイプスライダが連結軸に よって連結された場合の説明図である。

第 3 7図は、第 2 6図に対して、第一ガイドレール、第二ガイドレール及び第三ガイド, レールに直接ェンコ一ダが接続された場合の説明図である。

第 3 8図は、第 2 6図に対して、第一ガイドレール、第二ガイドレール及び第三ガイド レールに取り付けられた歯車の説明図である。

第 3 9図は、第 2 6図に対して、 第一ガイドレール、 第二ガイドレール及び第三ガイド レールに取り付けられた歯車を介してエンコーダが接続された場合の説明図である。 第 4 0図は、 カメラがロータに埋め込まれた人工眼球の説明図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の第一ガィドレール 1 1、第二ガイドレール 1 2及び第三ガィドレール 1 3を利用した 3自由度回転システム（3 degree-of-freedom rotation system)の実施形態を 挙げ、 図面を参照して説明する。

第 1図及び第 2図に示すように、 3自由度回転システムの基本構造は、球状のロータ 1 及び円形に刳り貫かれた土台 2を組み合わせた球面軸受け構造である。 このロータ 1には 指示棒 3が取り付けられている。 さらに、 この土台 2には、第一ガイドレール 1 1が取り 付けられた 2個の軸 4と、第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が取り付けら れた 2個の軸 4と、が互いに直行するように取り付けられている。そこで、 この第一ガイ ドレール 1 1と、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3とが交差す る場所に、 この指示棒 3を配置することにより、 この指示棒 3はこれらのガイドレールに 沿って移動することができる。 つまり、 このロータ 1は、 この指示棒 3の向きに応じて 3 自由度に回転することができる。以下では、 図面を参照しながら、 3自由度回転システム の個々のパーツの機能について説明する。

まず、 ロータ 1と、 回転軸 6を中心に回転する第一ガイドレール 1 1と、が第 3図及び 第 4図に示されている。第 3図から明らかなように、 このロー夕 1の中心がこの回転軸 6 上に位置するように、 このロータ 1が土台 2の中央に配置され、 2個の軸 4がこの回転軸 6上で向い合うように、 この土台 2に取り付けられている。 このとき、 この土台 2の中心 部分は円形に形成され、 このロータ 1が自由に回転できるようになつている。 ただし、 こ の土台 2の外形は任意で良い。 第一ガィドレール 1 1の両端には、それぞれ軸受け 5が取 り付けられているか、又は形成されており、 この第一ガイドレール 1 1がこの口一夕 1の 表面に沿って円弧状に湾曲するように、 これらの軸受け 5が、それぞれ対応する軸 4に取 り付けられている。そのため、 この第一ガイドレール 1 1は、 この回転軸 6を中心に回転 することができる。 なお、 これらの軸受け 5にポールベアリングが用いられても良い。 さらに、第 4図から明らかなように、指示棒 3の延長線がこの口一夕 1の中心を通るよ うに、 この指示棒 3がこのロータ 1に取り付けられているか、 又は形成されている。 ま た、 この第一ガイドレール 1 1にはスリット 2 1が開けられており、 この指示棒 3がこの スリット 2 1の中をスライドすることができる。 したがって、 このロータ 1がこの回転軸 6を中心に回転した場合、 この指示棒 3がこの第一ガイドレール 1 1を押すことにより、 この第一ガイドレール 1 1も、 このロータ 1と同じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に 回転する。反対に、 この第一ガイドレール 1 1がこの回転軸 6を中心に回転した場合、 こ の第一ガイドレール 1 1がこの指示棒 3を押すことにより、 この口一夕 1も、 この第ーガ イドレール 1 1と同じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に回転する。

しかしながら、 このロータ 1がこのスリット 2 1の長手方向に沿って回転した場合、 こ の指示棒 3がこのスリット 2 1の中を単にスライドするため、 この第一ガイドレール 1 1 は回転しない。 したがって、 この指示棒 3がこのスリット 2 1の末端に到達するまで、 こ の口一夕 1は回転することができる。 さらに、 このロータ 1がこの指示棒 3を中心軸とし て回転した場合、 この指示棒 3がこの第一ガイドレール 1 1に力を加えないため、 この第 一ガイドレール 1 1は回転しない。 したがって、 この口一夕 1は、 この指示棒 3を中心軸 として無限に回転することができる。

ところで、 第 3図及び第 4図では、 土台 2が丁度ロー夕 1の中央に配置されていたが、 これではこの口一夕 1は不安定になり、 この土台 2から簡単に外れてしまう。そこで第 5 図に示すように、 この土台 2の位置を回転軸 6からずらし、 さらに、 各々の軸 4をスぺ一 サ 7によってこの土台 2に固定することにより、 この土台 2がこのロータ 1を支えること ができる。加えて、 この土台 2が指示棒 3の邪魔にならないので、第一ガイドレール 1 1 は 1 8 0度以上回転することができる。 ただし、 この土台 2の中心部分はこのロータ 1の 接触面に合わせて円形に形成され、 さらにこのロータ 1とこの土台 2の間の摩擦が極力小 さくなるように、 それぞれの接触面は加工されるものとする。

もっとも、 このままではこのロータ 1はこの土台 2の中で飛び跳ねてしまうので、第 6 図に示すように、 このロータ 1を 2個の土台 2に挟むことにより、 このロー夕 1は安定す ることができる。 また、 このようにすれば、 3自由度回転システムの組み立ても容易とな る。 このとき、 この口一夕 1及びこの土台 2の間に多数の転動体（一般にはポール） を配 置することにより、 このロータ 1とこの土台 2の間の摩擦を極端に小さくすることができ るし、 このロータ 1の振動を抑えることもできる。

さて、 ここまでは、 1個の第一ガイドレール 1 1を用いた 3自由度回転システムについ て説明してきた。 しかしながら、 このシステムでは、 ロータ 1の 3つの回転軸 6のうち、 1つの回転軸 6を中心とした回転角度しか検出することはできない。ただし、第二ガイド レール 1 2の回転軸 6が第一ガイドレール 1 1の回転軸 6と直交するように、 第 8図に 示す第二ガイドレール 1 2を土台 2に取り付ければ、 ロータ 1の 3つの回転軸 6のうち、 2つを中心とした回転角度を検出できることは自明である。そこで以下では、第三ガイド レール 1 3を用いて、 ロータ 1の 3つの回転軸 6のうち、残りの 1つを中心とした回転角 度を検出する方法について説明する。

まず、 第 7図に示すように、 末端が外側に曲げられたスライダ 2 2を指示棒 3に取り付 ける。 このとき、 このスライダ 2 2のうち、 この指示棒 3に取り付けられた部分は任意の 断面を有すると共に、 これらの部分をロータ 1の表面に沿って円弧状に湾曲させておくと 良い。 一方で、 このスライダ 2 2の末端は棒状である。 次に、 第 8図に示すように、 第三 ガイドレール 1 3のスリット 2 1にこのスライダ 2 2を通した後で、 第二ガイドレール 1 2と同じ回転軸 6に取り付ける。 このとき、 この土台 2とこのスリット 2 1が直交するよ うに、 この第三ガィドレール 1 3の取付部 2 7とこのスリット 2 1が形成されることが望 ましい。 なお、 第 8図では、 このスリット 2 1とこの取付部 2 7が成す角度でが 9 0度に なる場合を示しているが、 この角度てが 9 0度を越えるように設計されるならば、 この第 三ガイドレール 1 3の回転時に、 この取付部 2 7がこの土台 2の下側に大きくはみ出すの を防ぐことができる。 さらに、 このスリット 2 1は、 このスライダ 2 2が滑らかにスライ ドするように、 外側に向けて傾けられていると良い。 最後に、 これらのガイドレ一ルは、 入れ子状になるように、 この土台 2に取り付けられても良いし、 また互い違いになるよう に、 この土台 2に取り付けられても良い。

さて、 第 8図に示すように、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が平行に なる場合、 スライダ 2 2が、 この第三ガイドレール 1 3のスリット 2 1の中をスライドす ることにより、 指示棒 3もこれらのガイドレ一ルに平行して移動することができる。 しか もこれらのガイドレールの間隔が一定であるため、 この指示棒 3はその延長線に対して回 転することはない。 そこで、 この間隔が一定のままで、 これらのガイドレールが 2個の軸 4を通る回転軸 6を中心に回転する場合を考える。 このとき、 このロータ 1がこの回転軸 6を中心に回転すれば、 この指示棒 3が第二ガイドレール 1 2を押したり引いたりするこ とにより、 このガイドレールもこの口一夕 1と同じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に 回転する。 反対に、 このガイドレールがこの回転軸 6を中心に回転した場合、 このガイド レールがこの指示棒 3を押したり引いたりすることにより、 このロータ 1も、 このガイド レールと同じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に回転する。 ここで、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が独立して回転する場合を 考える。 このとき、 これらのガイドレールの間隔は広くなつたり狭くなつたりする。 そこ で、 スライダ 2 2の剛性により、 これらのガイドレールの間隔が広くなつた場合、 このス ライダ 2 2と、 これらのガイドレールと、が成す角度 Θ (第 1図及び第 2図参照）が 9 0 度に近づく方向に、 指示棒 3が回転する。 反対に、 これらのガイドレールの間隔が狭く なった場合、 このスライダ 2 2と、 これらのガイドレールと、 が成す角度 0が 0度に近づ く方向に、 この指示棒 3が回転する。 したがって、 ロータ 1がこの指示棒 3の延長線に 対して回転した場合、 回転方向に応じて、 これらのガイドレールが成す角度が大きくなつ たり小さくなつたりする。 また、 これらのガイドレールが成す角度を大きくしたり、 小さ くすることにより、 この口一夕 1をこの指示棒 3の延長線に対して回転させることもでき る。 このとき、 このロータ 1は、 これらのガイドレールに対して 0度〜 1 8 0度の範囲で 回転することができる。 しかしながら、 これらのガイドレールの回転角度の差分だけを用 いた場合、 0度〜 9 0度の範囲でしか回転角度を特定することができない。 ただし、 これ らのガイドレールが共に第 4図に示すような形状であり、 これらのガイドレールが入れ子 状に土台 2に取り付けられ、 さらに外側のガィドレールが指示棒 3を跨ぐことができる場 合に限り、 0度〜 1 8 0度の範囲で回転角度を特定することができる。

さて、 ここで、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が独立に回転する場 合、 これらのガイドレールの回転角度の差分が一定であっても、 指示棒 3の位置に応じ て、 これらのガイドレールの間隔が変ィ匕するという問題が起る。 コンピュータシステムな どを用いて、 これらの変化を補正することができれば特に問題はないが、 さもなくば、 何 らかの補正手段が必要になる。そこで、 これらのガイドレールのスリット 2 1を土台 2と 平行にするために、 第 9図に示すように、 コの字形に折り曲げられた第三ガイドレール 1 3が用いられる。 なお、 第二ガイドレール 1 2も同様にコの字形に曲げられているものと する。 これらのガイドレールをこのように曲げることにより、 これらのガイドレールが回 転軸 6を中心にして独立に回転しても、 これらのガイドレールは、 この回転軸 6を中心と する円弧に沿って平行移動する。 したがって、 これらのガイドレールの回転角度の差分が 一定であれば、 この指示棒 3の位置に関係なくこれらのガイドレールの間隔も一定とな る。 ただし、 この指示棒 3の移動範囲は狭くなる。

なお、 ここまでは、第 7図に示すような、外側に曲げられたスライダ 2 2を用いた場合 について説明したが、 代りに、 第 1 0図に示すような、 内側に曲げられたスライダ 2 2 を用いても良い。 この場合、 このスライダ 2 2は、第三ガイドレール 1 3の外側から、 こ れらのスリット 2 1を通るものとする。 また、 第 1 1図に示すように、 スライダ 2 2の末 端に止め具を取り付けることにより、 このスライダ 2 2がこの第三ガイドレール 1 3のス リット 2 1から外れることを防ぐこともできる。

そこで、第 1図及び第 2図に示すように、 請求項 1記載の発明に対する 3自由度回転シ ステムの実施形態は、直交する第一ガイドレール 1 1と、第二ガイドレール 1 2及び第三 ガイドレール 1 3と、有する。 特に、請求項 1 1記載の発明に対する 3自由度回転システ ムの実施形態は、全ての軸 4が土台 2に取り付けられている。 なお、 第 1図では、 この第 二ガイドレール 1 2及ぴこの第三ガイドレール 1 3が互い違いにこの土台 2に取り付け られている。 また、 第 2図では、 これらのガイドレールが入れ子状にこの土台 2に取り付 けられている。第 1図及び第 2図では、第 2 1図に示すようなスライダ 2 2が用いられて いるので、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の内側に第一ガィド レール 1 1が取り付けられている。 この理由は、 これらのスライダ 2 2の末端がこの第一 ガイドレール 1 1に引っ掛かるのを防ぐためである。 したがって、 第 2 5図に示すような スライダ 2 2が用いられた場合、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の外側に第一ガイドレール 1 1を取り付けた方が良い。 さらに、 第 1図及び第 2図に示 すように、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガィドレール 1 3が平行になるとき に、 このスライダ 2 2がこれらのガイドレールに対して 4 5度傾くように、 これらのガイ ドレールが土台 2に取り付けらたものとする。 このとき、 これらのガイドレールの回転角 度の差分から、指示棒 3の延長線を中心とした口一夕 1の回転角度を簡単に計算すること ができる。

なお、 ここまでは、 4個の軸 4が土台 2に埋め込まれた場合か、 又はこの土台 2から切 り出された場合について説明してきた。 しかしながら、'これらの軸 4のうち少なくとも 1 個が、 第一ガィドレール 1 1、 第二ガィドレール 1 2及び第三ガィドレール 1 3のうちの いずれか 1端に取り付けられたか、 又は形成されても良い。 この場合、 この土台 2に取り 付けられるべき少なくとも 1個の軸 4の位置には、 少なくとも 1個の軸受け 5が取り付け られる。 ここで、 この土台 2に取り付けられた軸受け 5にポールベアリングを用いること により、 これらのガイドレールのうち、 これらの軸 4が取り付けられたものは、土台 2か ら外れ難くなると共に、 3自由度回転システムの組み立てが容易となる。 特に、 請求項 1 2記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 第二ガイドレール 1 2及び第 三ガイドレール 1 3が互い違いになっているときに効果を発揮し、 一方で、 請求項 1 3記 載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガ イドレール 1 3が入れ子状になつているときに効果を発揮する。

さて、 請求項 1記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 少ない部品点 数でロー夕 1を回転させることができるけれども、 スライダ 2 2の形状が複雑であるとい う問題がある。 したがって、 この 3自由度回転システムがこのロータ 1を安定的に回転さ せるためには、 高い精度で加工されたスライダ 2 2が必要となり、 結果としてこの 3自由 度回転システムは高価となる。 そこで以下では、 複雑な形をしたこのスライダ 2 2を用い ない 3自由度回転システムについて説明する。

まず、 第 1 2図に示すように、 ロータ 1の表面に沿って円弧状に湾曲された第四ガイド レール 1 4が指示棒 3に取り付けられたものとする。 この第四ガイドレール 1 4にはス リット 2 1が開けられ、 このスリット 2 1の中をスライダ 2 2がスライドする。 ただし、 このスライダ 2 2の両端は膨らむように加工されているか、 又は第 1 3図に示すように、 この両端に止め具 2 3が取り付けられている。 これにより、 このスライダ 2 2はこのス リット 2 1から外れなくなる。

そこで、 第 1 2図に示すように、 請求項 3記載の発明に対する 3自由度回転システムの 実施形態は、 第三ガイドレール 1 3及び第四ガイドレール 1 4の交点にスライダ 2 2が取 り付けられる。 このとき、 このスライダ 2 2の延長線がロータ 1の中心を通るように、 こ れらのガイドレールの傾きが調節されるならば、 このスライダ 2 2はこれらのガイドレー ルに対して常に垂直になるので、 このスライダ 2 2はこれらのガイドレールのスリット 2 1の中を滑らかにスライドすることができる。 したがって、 第一ガイドレール 1 1が、 対 応する 2個の軸 4に対して回転することにより、 このスライダ 2 2はこの第三ガイドレー ル 1 3のスリット 2 1の中をスライドするので、 このロー夕 1もこれらの軸 4に対して回 転することができる。 また、 この第二ガイドレール 1 2が、 対応する 2個の軸 4に対して 回転することにより、 この第三ガイドレール 1 3も一緒に回転するので、 この口一夕 1も これらの軸 4に対して回転することができる。 さらに、 この第二ガイドレール 1 2及びこ の第三ガイドレール 1 3の間隔を変えることにより、 このスライダ 2 2はこの第四ガイド レール 1 4のスリット 2 1の中をスライドするので、 この口一夕 1は指示棒 3に対して回 転することができる。

ところで、 このスライダ 2 2の場所では、 これらのスリット 2 1は二重に重なるので、 これらのガィドレールのうち少なくとも 1個が、 それぞれの軸 4を中心に回転する場合、 このスライダ 2 2の一部にだけ負荷が掛る。 したがって、 これらのガイドレールが橈む可 能性がある。 そこで、 第 1 4図に示すように、 第四ガイドレール 1 4を傘状にすれば、 こ の第四ガイドレール 1 4は頑丈になる。 勿論、 この第四ガイドレール 1 4の形状は傘の全 部又は一部であっても良い。

さて、 ここまでは、 全てのガイドレールにスリット 2 1が開けられた場合について説明 してきた。 このとき、 全てのスライダ 2 2は、 これらのガイドレールのスリット 2 1の中 をスライドすることになる。 しかしながら、 これらのスリット 2 1がなくても、 これらの スライダ 2 2はこれらのガイドレールに沿ってスライドすることができる。 そこで以下で は、 これらのガイドレールのうち少なくとも 1個が棒状である場合について説明する。 例えば、 第 1 5図に示すように、 第四ガイドレ一ル 1 4が棒状であるとする。 このと き、 第 1 6図に示すように、 スライダ 2 2にパイプスライダ 2 5を取り付けることによ り、 このパイプスライダ 2 5はこの第四ガイドレール 1 4に沿って滑らかにスライドする ことができる。 ただし、 このパイプスライダ 2 5は、 この第四ガイドレール 1 4に沿って 湾曲しているものとする。 したがって、 このスライダ 2 2も第三ガイドレール 1 3のス リット 2 1の中を滑らかにスライドすることができる。 さらに、 第 1 7図に示すように、 第三ガイドレール 1 3も棒状であるとする。 このとき、第 1 8図に示すように、 2個のパ ィプスライダ 2 5を連結軸 2 4によって接続すれば、 これらのパイプスライタ 2 5がこ の連結軸 2 4を中心にして自由に回転することにより、 これらのパイプスライダ 2 5はこ れらのガイドレールに沿って滑らかにスライドすることができる。 ただし、 これらのパイ プスライダ 2 5は、 それぞれこれらのガイドレールに沿って湾曲しているものとする。 ま た、 第 1 9図に示すように、 第三ガイドレール 1 3が棒状であり、 第四ガイドレール 1 4 がスリット 2 1を備えるものとする。 このとき、 第 2 0図に示すように、 パイプスライダ 2 5がこの第三ガイドレール 1 3に沿ってスライドすることにより、 このパイプスライダ 2 5に取り付けられたスライダ 2 2がこの第四ガイドレール 1 4のスリット 2 1の中を滑 らかにスライドすることができる。 ただし、 このパイプスライダ 2 5は、 この第三ガイド レール 1 3に つて湾曲しているものとする。

なお、 第 1図〜第 2 0図から明らかなように、 請求項 1 0記載の発明に対する 3自由度 回転システムの実施形態は、 パイプ状の指示棒 3を用いることにより、 少なくとも 1本の ワイヤを、全てのガイドレールに絡ませることなく、 ロー夕 1から全てのワイヤを取り出 すことができる。 このとき、 これらのワイヤの一部をコイル状にすることにより、 これら のワイヤが全てのガイドレールに不必要な負荷を加えなくて済む。 これにより、 このロー 夕 1に任意の部品を取り付けることができるので、 3自由度回転システムの応用範囲が大 きく広がる。

この他に、 請求項 1記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 連結軸 2 4又はベアリングを介して指示棒 3の任意の場所に取り付けられたパイプスライダ 2 5 を棒状の第一ガイドレール 1 1に沿ってスライドさせることもできる。 ただし、 このパイ プスライダ 2 5は、 この第一ガイドレール 1 1に沿って湾曲しているものとする。

さて、 ここまでは、 1個のスライダ 2 2又は少なくとも 1個のパイプスライダ 2 5が指 示棒 3に取り付けられているか、 又ほこの指录棒 3に連結きれている場合について説明し てきた。 しかしながら、 このような場合、 この指示棒 3には 1方向から力が加えられるの で、 この指示棒 3は不安定になる。 そこで以下では、 この指示棒 3に向い合う 2方向から 力が均等に加えられる方法について説明する。

まず、 第 2 1図に示すように、 末端が外側に曲げられた、 2個のスライダ 2 2を指示棒 3に取り付ける。 このとき、 各々のスライダ 2 2のうち、 この指示棒 3に取り付けられた 部分は任意の断面を有すると共に、 これらの部分をロータ 1の表面に沿って円弧状に湾曲 させておくと良い。 また、 これらのスライダ 2 2の末端は棒状であり、 この指示棒 3を中 心にして、 これらの末端が成す角度は、 1 8 0度か、 又はそれより僅かに小さい角度に設 定されるものとする。 次に、 第 2 2図に示すように、 この第二ガイドレール 1 2のスリツ ト 2 1に 1個のスライダ 2 2を通した後で、 第 2 3図に示すように、 第一ガイドレール 1 1と同様に第二ガイドレール 1 2を土台 2に取り付ける。 このとき、 この土台 2とこのス リット 2 1が直交するように、 この第二ガイドレール 1 2の取付部 2 7とこのスリット 2 1が形成されることが望ましい。 なお、 第 2 2図では、 このスリット 2 1とこの取付部 2 7が成す角度てが 9 0度になる場合を示しているが、 この角度 rが 9 0度を越えるように 設計されるならば、 この第二ガイドレール 1 2の回転時に、 この取付部 2 7がこの土台 2 の下側に大きくはみ出すのを防ぐことができる。 さらに、 このスリット 2 1は、 このスラ イダ 2 2が滑らかにスライドするように、 外側に向けて傾けられていると良い。 最後に、 第 2 4図に示すように、 第三ガイドレール 1 3をこの第二ガイドレール 1 2と同様に、 こ の土台 2に取り付けるものとする。 このとき、 これらのガイドレールは、 入れ子状になる ように、 この土台 2に取り付けられても良いし、 また互い違いになるように、 この土台 2 に取り付けられても良い。

さて、 第 2 4図に示すように、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガィドレール 1 3が平行 になる場合、 2個のスライダ 2 2が、 それぞれこれらのガイドレールのスリット 2 1の中 をスライドすることにより、指示棒 3もこれらのガイドレールに平行して移動することが できる。 しかもこれらのガイドレ一ルの間隔が一定であるため、 この指示棒 3はその延長 線に対して回転することはない。 そこで、 この間隔が一定のままで、 これらのガイドレー ルが 2個の軸 4を通る回転軸 6を中心に回転する場合を考える。 このとき、 このロー夕 1 がこの回転軸 6を中心に回転すれば、 この指示棒 3に取り付けられた 2個のスライダ 2 2 がこれらのガイドレールを押したり引いたりすることにより、 これらのガイドレールもこ の口一夕 1と同じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に回転する。 反対に、 これらのガイ ドレールがこの回転軸 6を中心に回転した場合、 これらのガイドレールがこれらのスライ ダ 2 2を押したり引いたりすることにより、 このロータ 1も、 これらのガイドレールと同 じ回転角度だけ、 この回転軸 6を中心に回転する。

ここで、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が独立して回転する場合を 考える。 このとき、 これらのガイドレールの間隔は広くなつたり狭くなつたりする。 そこ で、 2個のスライダ 2 2の剛性により、 これらのガイドレールの間隔が広くなつた場合、 これらのスライダ 2 2と、 これらのガイドレールと、 が成す角度 Θ (第 1図及び第 2図参 照）が 9 0度に近づく方向に、 指示棒 3が回転する。 反対に、 これらのガイドレールの間 隔が狭くなつた場合、 これらのスライダ 2 2と、 これらのガイドレールと、 が成す角度 0 が 0度に近づく方向に、 この指示棒 3が回転する。 したがって、 ロータ 1がこの指示棒 3 の延長線に対して回転した場合、 回転方向に応じて、 これらのガイドレールが成す角度が 大きくなつたり小さくなつたりする。 また、 これらのガイドレールが成す角度を大きくし たり、 小さくすることにより、 このロータ 1をこの指示棒 3の延長線に対して回転させる こともできる。 このとき、 このロータ 1は、 これらのガイドレールに対して 0度〜 1 8 0 度の範囲で回転することができるが、 これらのガイドレールの回転角度の差分だけを用い た場合、 0度〜 9 0度の範囲でしか回転角度を特定することができない。そこで、 この指 示棒 3を中心として、 これらのスライダ 2 2の末端が成す角度を 1 8 0度よりも僅かに小 さくすることにより、 これらのガイドレールの間隔が最大になったとしても、 このロータ 1が 9 0度を越えて回転しないようにすることができる。

さて、 ここで、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が独立に回転する場 合、 これらのガイドレールの回転角度の差分が一定であっても、 指示棒 3の位置に応じ て、 これらのガイドレールの間隔が変化するという問題が起る。 コンピュータシステムな どを用いて、 これらの変化を補正することができれば特に問題はないが、 さもなくば、何 らかの補正手段が必要になる。そこで、第 9図に示すように、 これらのガイドレールのス リット 2 1が、土台 2と平行になるように、 コの字形に折り曲げられた第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が用いられる。 これらのガイドレールをこのように曲げる ことにより、 これらのガイドレールが回転軸 6を中心にして独立に回転しても、 これらの ガイドレールは、 この回転軸 6を中心とする円弧に沿って平行移動する。 したがって、 こ れらのガイドレールの回転角度の差分が一定であれば、 この指示棒 3の位置に関係なくこ れらのガイドレールの間隔も一定となる。 ただし、 この指示棒 3の移動範囲は狭くなる。 なお、 ここまでは、 第 2 1図に示すような、 外側に曲げられた 2個のスライダ 2 2を用 いた場合について説明したが、代りに、第 2 5図に示すような、 内側に曲げられた 2個の スライダ 2 2を用いても良い。 この場合、 各々のスライダ 2 2は、第二ガイドレール 1 2 及び第三ガイドレール 1 3の外側から、 これらのスリット 2 1を通るものとする。

そこで、第 2 6図及び第 2 7図に示すように、 請求項 4記載の発明に対する 3自由度回 転システムの実施形態は、直交する第一ガイドレール 1 1と、第二ガイドレール 1 2及び 第三ガイドレール 1 3と、 を有する。特に、請求項 1 1記載の発明に対する 3自由度回転 システムの実施形態は、 全ての軸 4が土台 2に取り付けられている。 なお、 第 2 6図で は、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3が互い違いにこの土台 2に 取り付けられている。 また、第 2 7図では、 これらのガイドレールが入れ子状にこの土台 2に取り付けられている。第 2 6図及び第 2 7図では、第 2 1図に示すような 2個のスラ イダ 2 2が用いられているので、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の内側に第一ガイドレール 1 1が取り付けられている。 この理由は、 これらのスライダ 2 2の末端がこの第一ガイドレール 1 1に引っ掛かるのを防ぐためである。 したがって、 第 2 5図に示すような 2個のスライダ 2 2が用いられた場合、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガィドレール 1 3の外側に第一ガィドレール 1 1を取り付けた方が良い。 さらに、第 2 6図及び第 2 7図に示すように、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガ イドレール 1 3が平行になるときに、 これらのスライダ 2 2がこれらのガイドレールに対 して 4 5度傾くように、 これらのガイドレールが土台 2に取り付けらたものとする。 この とき、 これらのガイドレールの回転角度の差分から、 指示棒 3の延長線を中心としたロー 夕 1の回転角度を簡単に計算することができる。

なお、 ここまでは、 4個の軸 4が土台 2に埋め込まれた場合か、 又はこの土台 2から切 り出された場合について説明してきた。 しかしながら、 これらの軸 4のうち少なくとも 1 個が、 第一ガィドレール 1 1、 第二ガィドレール 1 2及び第三ガィドレール 1 3のうちの いずれか 1端に取り付けられたか、 又は形成されても良い。 この場合、 この土台 2に取り 付けられるべき少なくとも 1個の軸 4の位置には、 少なくとも 1個の軸受け 5が取り付け られる。 ここで、 この土台 2に取り付けられた軸受け 5にポールベアリングを用いること により、 これらのガイドレールのうち、 これらの軸 4が取り付けられたものは、 土台 2か ら外れ難くなると共に、 3自由度回転システムの組み立てが容易となる。 特に、 請求項 1 2記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 第二ガイドレール 1 2及び第 三ガイドレール 1 3が互い違いになっているときに効果を発揮し、 一方で、 請求項 1 3記 載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガ イドレール 1 3が入れ子状になっているときに効果を発揮する。

さて、 請求項 4記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 少ない部品点 数でロータ 1を回転させることができるけれども、 次のような 3つの問題がある。 第一 に、 2個のスライダ 2 2の形状が複雑である。 第二に、 これらのスライダ 2 2が、 第二ガ イドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3と接触する面積が狭いので、 これらのスライダ 2 2がスリップし易い。 第三に、 指示棒 3が第一ガイドレール 1 1のスリット 2 1の中で ふらついてしまうので、 この口一夕 1を安定させることができない。 したがって、 この 3 自由度回転システムがこのロータ 1を安定的に回転させるためには、 高い精度で加工さ れた 2個のスライダ 2 2が必要となり、 結果としてこの 3自由度回転システムは高価とな る。 そこで以下では、 複雑な形をしたこれらのスライダ 2 2を用いない 3自由度回転シス テムについて説明する。

まず、 第 2 8図に示すように、 ロータ 1の表面に沿って円弧状に湾曲された第四ガイド レール 1 4及び第五ガイドレール 1 5が指示棒 3に取り付けられたものとする。 このと き、 これらのガイドレ一ルは 1枚の平板から作られても良いし、 各々のガイドレールをこ の指示棒 3に取り付けても良い。 これらのガイドレールには、それぞれスリット 2 1が開 けられ、 各々のスリット 2 1の中をスライダ 2 2がスライドする。 ただし、 各々のスライ ダ 2 2の両端は膨らむように加工されているか、 又は、第 2 8図に示すように、 これらの 両端に止め具 2 3が取り付けられている。 これにより、 これらのスライダ 2 2はこれらの スリット 2 1から外れなくなる。次に、第一ガイドレール 1 1及び第六ガイドレーフレ 1 6 が各々の両端において軸受け 5を共有し、 しかも対応する軸 4に取り付けられるものと する。 このとき、 これらのガイドレ一ルは、第 2 3図に示すように、 このロータ 1の表面 に沿って円弧状に湾曲される。 さらに第 2 2図に示すように、 これらのガイドレールのう ち、 円弧状に湾曲された部分が土台 2に対して垂直になるように、 これらのガイドレール は接着されるか、又は 1枚の平板から加工される。 したがって、 これらのガイドレールは 平行になる。

そこで、第 2 9図に示すように、 請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システムの 実施形態は、第二ガイドレール 1 2及び第五ガイドレール 1 5の交点に第一ガイドレール 1 1が重なるようにし、第三ガイドレール 1 3及び第四ガイドレール 1 4の交点に第六ガ イドレール 1 6が重なるようにし、 さらに各々の交点にスライダ 2 2が取り付けられる。 勿論、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第四ガィドレール 1 4の交点と、 この第三ガィ ドレール 1 3及びこの第五ガイドレール 1 5の交点と、 に、 それぞれスライダ 2 2が取り 付けられても良い。 このとき、 これらのスライダ 2 2の延長線がロータ 1の中心を通るよ うに、 これらのガイドレールの傾きが調節されるならば、 これらのスライダ 2 2はこれら のガイドレールに対して常に垂庳になるので、 これらのスライダ 2 2はこれらのガイド レールのスリット 2 1の中を滑らかにスライドすることができる。 したがって、 この第五 ガイドレール 1 5及びこの第四ガイドレール 1 4が、対応する軸 4に対して回転すること により、 これらのスライダ 2 2はそれぞれこの第二ガイドレール 1 2のスリット 2 1及び この第三ガイドレール 1 3のスリット 2 1の中をスライドするので、 このロータ 1もこれ らの軸 4に対して回転することができる。 また、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三 ガイドレール 1 3が、対応する軸 4に対して回転することにより、 これらのスライダ 2 2 はそれぞれこの第五ガイドレール 1 5のスリット 2 1及びこの第四ガイドレール 1 4のス リット 2 1の中をスライドするので、 このロータ 1もこれらの軸 4に対して回転すること ができる。 さらに、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の間隔を変 えることにより、 これらのスライダ 2 2はそれぞれこの第五ガイドレール 1 5及びこの第 四ガイドレール 1 4の中をスライドする。 しかもこれらのスライダ 2 2は、それぞれこの 第一ガイドレール 1 1のスリット 2 1及びこの第六ガイドレール 1 6のスリット 2 1の中 をスライドするので、 このロータ 1は指示棒 3に対して回転することができる。

ところで、 各々のスライダ 2 2の場所では、 これらのスリット 2 1は三重に重なるの で、 これらのガイドレールのうち少なくとも 1個が、それぞれの軸 4を中心に回転する場 合、 これらのスライダ 2 2の一部にだけ負荷が掛る。 したがって、 これらのガイドレール が撓む可能性がある。そこで以下では、 これらのガイドレールの撓みを抑制する方法につ いて説明する。

まず、第 3 0図に示すように、第四ガイドレール 1 4及び第五ガイドレール 1 5を傘状 に形成する。 これにより、 これらのガイドレールの末端が撓むことがなくなる。 この方法 は、最も簡単であるが、残りのガイドレールの橈みも一緒に抑えることができ、極めて効 果的である。

次に、第 3 1図に示すように、請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システムの実 施形態は、第二ガィドレール 1 2及び第五ガィドレール 1 5の交点に第一ガィドレール 1 1が重なるようにし、 第三ガイドレール 1 3及び第四ガイドレール 1 4の交点に第六ガィ ドレール 1 6が重なるようにする。 さらに、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第一ガイ ドレール 1 1の交点と、 この第三ガイドレール 1 3及びこの第一ガイドレール 1 1の交 点と、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第六ガイドレール 1 6の交点と、 この第≡^ィ ドレール 1 3及びこの第六ガイドレール 1 6の交点と、 に、それぞれスライダ 2 2が取り 付けられる。 このとき、 これらのスライダ 2 2の延長線がロータ 1の中心を通るように、. これらのガイドレールの傾きが調節され、 さらに、 この第二ガイドレール 1 2のスリット 2 1の中をスライドする 2個のスライダ 2 2の一端同士が 1個の連結棒 2 6によって連結 される。 同様に、 この第三ガイドレール 1 3のスリット 2 1の中をスライドする 2個のス ライダ 2 2の一端同士がもう 1個の連結棒 2 6によって連結される。 これにより、 この第 ーガイドレール 1 1及びこの第六ガイドレール 1 6が撓まなくなり、 これらのガイドレ一 ルのスリット 2 1の平行が維持される。 また、 この第四ガイドレール 1 4及びこの第五ガ イドレール 1 5が撓まなくなり、 このロータ 1が指示棒 3に対して正確に回転する。 この他に、 第 3 2図に示すように、 請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システム の実施形態は、 第一ガイドレール 1 1及び第六ガイドレール 1 6をそれぞれ独立に回転 させることができる。そこで第一ガイドレール 1 1、 第二ガイドレール 1 2、 第三ガイド レール 1 3及び第六ガイドレール 1 6を細かく回転させることにより、 この 3自由度回転 システムは、 全てのガイドレールを橈ませることなくロータ 1を 3自由度で回転させるこ とができる 反対に、 このロータ 1が 3自由度で回転した場合、 第一ガイドレ一ル 1 1、 第二ガィドレール 1 2、 第三ガィドレール 1 3及び第六ガィドレール 1 6が独立して回転 することにより、 2個のスライダ 2 2を介してこれらのガイドレールに加わる力を分散さ せることができる。

さて、 ここまでは、 全てのガイドレールにスリット 2 1が開けられた場合について説明 してきた。 このとき、 全てのスライダ 2 2は、 これらのガイドレールのスリット 2 1の中 をスライドすることになる。 しかしながら、 これらのスリット 2 1がなくても、 これらの スライダ 2 2はこれらのガイドレールに沿ってスライドすることができる。そこで以下で は、 これらのガイドレールのうち少なくとも 1個が棒状である場合について説明する。 例えば、第 3 3図に示すように、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3が棒 状である場合、 請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 これら のガイドレールに沿って、 2個のスライダ 2 2がスライドする。 このとき、 各々のスライ ダ 2 2は 1個のパイプスライダ 2 5を備え、 これらのガイドレールは、 それぞれこれらの パイプスライダ 2 5の中を通る。 そこで、 各々のパイプスライダ 2 5の内側に少なくとも 1個の転動体を備えていれば、 これらのパイプスライダ 2 5は、 それぞれこれらのガイド レ一ルに沿って滑らかにスライドすることができる。 ただし、 これらのパイプスライダ 2 5は、 これらのガイドレールに合わせて円弧状に加工されているものとする。 これによ り、 これらのガイドレールの間隔が長くなると、 これらのスライダ 2 2は、 それぞれ第一 ガイドレーリレ 1 1及び第六ガイドレール 1 6に沿ってスライドする。 したがって、 これら のスライダ 2 2は、 それぞれ第五ガイドレール 1 5及び第四ガイドレール 1 4に沿ってス ライドし、 結果としてロータ 1が時計回りに回転する。 反対に、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の間隔が短くなると、 このロータ 1は反時計回りに回転 する。 このように、 これらのパイプスライダ 2 5が用いられた場合、 これらのパイプスラ イダ 2 5は第 3 1図に示すような 2個の連結棒 2 6と同様の効果を発揮し、 これらのガィ ドレールは撓まなくなる。 この際に、 これらの連結棒 2 6が必要なくなるので、 第四ガイ ドレール 1 4及び第五ガイドレール 1 5が傘状に加工され得る。

さらに、 第 3 4図に示すように、 第一ガイドレール 1 1、 第二ガイドレーリレ 1 2、 第三 ガイドレール 1 3及び第六ガイドレール 1 6が棒状である場合、 各々のスライダ 2 2には 2個のパイプスライダ 2 5が直交するように取り付けられる。 なお、 これらのパイプスラ イダ 2 5は、 これらのガイドレールに合わせて円弧状に加工されているものとする。 これ により、 これらのガイドレールは撓まなくなり、 しかも各々のスライダ 2 2の延長線は常 にロータ 1の中心を通るようになる。 勿論、 第四ガイドレール 1 4及び第五ガイドレール 1 5が傘状に加工されれば、 これらのガイドレールも撓まなくなる。

ところで、第四ガイドレール 1 4及び第五ガイドレール 1 5が棒状である場合、 どうな るであろうか。 例えば、 第 3 5図に示すように、 第一〜第六のガイドレールが棒状である 場合、 請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 それぞれ 3個の パイプスライダ 2 5を備えた 2個のスライダ 2 2を用いる。 ただし、 これらのパイプスラ イダ 2 5が固定された場合、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレーリレ 1 3の間隔が変 化しても、 この第五ガイドレール 1 5及びこの第四ガイドレール 1 4の向きは一定である ので、 口一夕 1は回転することができない。 そこで、 第 3 6図に示すように、 この第五ガ イドレール 1 5及びこの第四ガイドレール 1 4を通す 2個のパイプスライダ 2 5が、 それ ぞれ連結軸 2 4によって残りのパイプスライダ 2 5と連結されるものとする。 このとき、 この第一ガイドレール 1 1及びこの第六ガイドレール 1 6を通すこれらのパイプスライ ダ 2 5は、 それぞれこの連結軸 2 4を中心にして、 残りのパイプスライダ 2 5と互いに回 転することができるので、 この第二ガイドレール 1 2及びこの第三ガイドレール 1 3の間 隔が変化すれば、 このロータ 1は指示棒 3を中心として回転することができる。 したがつ て、 請求項 7記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態において、第一ガイド レール 1 1及び第六ガイドレール 1 6のうち、 少なくとも 1個が棒状である場合、 残りの ガイドレールのうち 1個でも棒状であれば、 この連結棒 2 6を用いて、 複数のパイプスラ イダ 2 5を連結すれば良い。

なお、 ここでは説明を簡単にするために、 第 3 3図、 第 3 4図及び第 3 5図に示すよう な 3自由度回転システムについて説明したが、 勿論、 少なくとも 1個のガイドレールが棒 状である場合、 これらのガイドレールの数だけパイプスライダ 2 5を用いれば良い。 この とき、 各々のパイプスライダ 2 5の内側に少なくとも 1個の転動体を備えていれば、 これ らのパイプスライダ 2 5は、 それぞれ対応するガイドレールに沿って滑らかにスライドす ることができる。

この他に、 第 2 6図〜第 3 5図から明らかなように、 請求項 1 0記載の発明に対する 3 自由度回転システムの実施形態は、 パイプ状の指示棒 3を用いることにより、 少なくとも 1本のワイヤを、 全てのガイドレールに絡ませることなく、 ロータ 1から全てのワイヤを 取り出すことができる。 このとき、 これらのワイヤの一部をコイル状にすることにより、 これらのワイヤが全てのガイドレールに不必要な負荷を加えなくて済む。 これにより、 こ のロータ 1に任意の部品を取り付けることができるので、 3自由度回転システムの応用範 囲が大きく広がる。

さて、 ここまでは、 スライダ 2 2と、 第一〜第六のガイドレールと、 の関係について説 明してきた。 以下では、 主に第 2 6図に示した 3自由度回転システムを用いて、 ロータ 1 の回転角度の検出方法と、 このロータ 1の駆動方法について説明する。 第 3 7図に示すように、 請求項 1 4記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形 態は、 第一ガイドレール 1 1、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3の各々に 対して、 少なくとも一端に少なくとも 1個の軸 4が取り付けられた場合、複数のェンコ一 ダ 3 1及び複数のァクチユエ一夕などがこれらの軸 4に容易に取り付けられ得る。 勿論、 これらの軸 4がこれらのガイドレールに直接取り付けられていない場合には、 これらのェ ンコーダ 3 1及びこれらのァクチユエ一夕はこれらのガィドレールに直接取り付けられて も良い。

ところで、 第 3 7図に示すように、 第一ガイドレール 1 1、 第二ガイドレール 1 2及び 第三ガイドレール 1 3の各々に対して、 1個の軸 4に 1個のエンコーダ 3 1が直接取り付 けられた場合、 このエンコーダ 3 1はこの軸 4の延長線上に配置されなければならない。 さらに、 このエンコーダ 3 1を回転させるために、 これらのガイドレールには大きな負荷 が掛るので、 これらのガイドレール、 指示棒 3及び 2個のスライダ 2 2の強度は大きく なければならない。 しかしながら、 これでは、 3自由度回転システムは、 大きく、 しかも 重くなつてしまう。 そこで、 第 3 8図に示すように、 これらのガイドレールの各々に対し て、 1個のガイドレール、 1個の軸 4及び 1個の軸受け 5のうち少なくとも 1個に歯車 3 2を取り付ける。 このとき、 この歯車 3 2の回転軸がこの軸 4の回転軸 6と一致するよう にこの歯車 3 2は固定されるものとする。 これにより、 各々のエンコーダ 3 1は任意の向 きに設置され得る。 さらにギア比を調整することにより、 これらのエンコーダ 3 1は少な いトルクで回転することができる。 なお、 歯車 3 2の代りに、 クランク又はカムを用いる こともできる。

そこで、 第 3 9図に示すように、 請求項 1 5記載の発明に対する 3自由度回転システム の実施形態は、 各々のエンコーダ 3 1を任意の位置に配置することができる。 なお、 第 3 9図では、 各々のガイドレールと、 対応するエンコーダ 3 1の間を、 2個のかさ歯車 3 2 が連結しているが、 勿論、 平歯車、 円筒ギア及びウォームギアなどが用いられても良い。 さらに、 歯車 3 2の代りに、 クランク又はカムを用いることもできる。 第 3 9図から明ら かなように、 ロータ 1が 3自由度で回転しても、 いずれのエンコーダ 3 1もこのロータ 1 と一緒に移動することはない。 つまり、 これらのエンコーダ 3 1は、 土台 2及び筐体に容 易に固定され得るので、 本発明の利用者は 3自由度回転システムを容易に設計すること ができる。 さらに、 請求項 1 6記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 少なくとも 1個のエンコーダ 3 1の各々にァクチユエ一夕を搭載する。 これにより、 本発 明は、 このロータ 1の 3自由度の回転角度を検出するだけでなく、 この口一夕 1を 3自由 度で回転させることもできる。 したがって、 このロータ 1にカメラ 4 1を搭載した移動力 メラのように、 撮影位置を特定しながら、任意の場所を撮影するような用途にも、 本発明 は適している。 勿論、 請求項 1 7及び 1 8記載の発明に対する実施形態のように、 第一ガ イドレール 1 1、 第二ガイドレール 1 2及び第三ガイドレール 1 3の各々にァクチユエ一 夕だけを連結することも可能である。 特に、 ァクチユエ一夕としてステッピングモ一夕が 用いられた場合、 これらのエンコーダ 3 1を用いなくても、 このロータ 1の角度を細かく 制御することができる。

最後に、 3自由度回転システムでは、 ロー夕 1の回転角度を求めるために、 第二ガイド レール 1 2及び第三ガイドレール 1 3のそれぞれに接続された 2個のエンコーダ 3 1の 回転角度の差分を計算したり、 また、 これらのガイドレールのスリット 2 1の中を 2個の スライダ 2 2がスライドした場合に、 指示棒 3の位置に応じて回転角度を補正しなければ ならない。 そこで、 請求項 1 9記載の発明に対する 3自由度回転システムの実施形態は、 コンピュータシステムを用いてこれらの計算を行う。 さらに、 少なくとも 1個のァクチュ エー夕を用いてこのロータ 1を回転させる場合においても、 各々のァクチユエ一夕の回転 角度を細かく制御する必要がある。 そこで、 請求項 2 0記載の発明に対する 3自由度回転 システムの実施形態は、 このコンピュータシステムを用いてこれらのァクチユエ一夕の制 御を行う。 このように、 コンピュータシステムを用いることにより、 本発明の利用者は、 3自由度回転システムを簡単に利用することができるようになる。

なお、 ここでは、 3個のエンコーダ 3 1及び 3個のァクチユエ一夕が用いられる場合に ついて説明してきた。 しかしながら、 第四ガイドレール 1 4及び第五ガイドレール 1 5が それぞれ独立に回転する場合、 これらのガイドレール、 これらのガイドレールを支える 2 個の軸 4及びこれらの軸 4に取り付けられた 2個の軸受け 5に、 2個のエンコーダ 3 1及 び 2個のァクチユエ一夕が取り付けられる。 このとき、 これらのガイドレールが互い違い になるように、 これらのガイドレールがこれらの軸 4に取り付けられると、 これらのェン コーダ 3 1及びァクチユエ一夕の取り付けが容易になる。

さて、 ここまでは 3自由度回転システムについて説明してきた。 そこで以下では、 この 3自由度回転システムの応用について説明する。

第 4 0図に示すように、 請求項 2 1記載の発明に対する人工眼球の実施形態は、 ロー 夕 1にカメラ 4 1が埋め込まれた 3自由度回転システムである。 ただし、 第 4 0図では、 このカメラ 4 1は斜線によって表され、 さらに第一ガイドレール 1 1以外の全てのガイド レールは省略されている。 このとき、 このカメラ 4 1のレンズ 4 2は指示棒 3と反対方向 を向き、 しかもこのレンズ 4 2の光軸 4 3がこの指示棒 3を通るように、 このカメラ 4 1 はこの口一夕 1に埋め込まれれば、 コンピュータシステムがこの指示棒 3の向きを検出す ることにより、 このコンピュータシステムはこの光軸 4 3の向きを容易に求めることがで きる。 加えて、 このカメラ 4 1の複数の電線 4 4がこの指示棒 3の中を通ることにより、 これらの電線 4 4はいずれのガイドレールにも絡むことがないので、 この指示棒 3が土台 2に妨げられるまで、 このレンズ 4 2の光軸 4 3も移動することができる。 したがって、 この人工眼球は広範囲を撮影することができる。 さらに、 この土台 2の位置をこの口一夕 1の中心からずらすことと、 このロータ 1を覆うようにこの土台 2に半球状のカバー 4 5 を取り付けることと、 により、 このカバー 4 5は、 全てのガイドレ一ルの動きを邪魔する ことなく、 このロータ 1をホコリや水分などから守ることができる。 したがって、 本発明 の利用者は、 携帯電話のような狭い空間にも人工眼球を容易に搭載することができる。 さて、 ここまでは、 3自由度回転システムが、 指示棒 3を中心にして約 9 0度まで口一 夕 1を回転させる場合について説明してきた。 しかしながら、 これでは、 このロータ 1に 埋め込まれたカメラ 4 1も、 このカメラ 4 1の光軸 4 3を中心にして約 9 0度までしか回 転することができない。 そこで以下では、 このカメラ 4 1が撮影した画像を任意の角度で 回転させる方法について説明する。 まず、 ロータ 1に埋め込まれたカメラ 4 1が撮影した画像を、 一旦コンピュータシステ ムに記憶する。 ただし、 このコンピュータシステムのメモリには、 この画像の各画素が順 番に記憶されているものとする。 このとき、 これらの画素にガンマ補正のような各種画像 処理を加えることもできる。 次に、 このコンピュータシステムは、 この画像が 9 0度単位 で回転するように、 これらの画素を順番に出力する。 ただし、 このメモリにはこれらの画 素が順番に記憶されているので、 このコンピュータシステムは、 この画像の四隅のいずれ かから一定の順番でこれらの画素を読み出せば良い。 つまり、 このコンピュータシステム はァフィン変換をする必要がない。 したがって、 このコンピュータシステムは、 このメモ リに対してこれらの画素を読み書きするだけで、 この画像を 9 0度単位で回転させること ができる。 そこで、 このコンピュータシステムが、 3自由度回転システムを用いて、 カメ ラ 4 1を約 9 0度まで回転させることにより、 結果として、 カメラ 4 1が撮影した画像を ほぼ 3 6 0度回転させることができる。 この方法は、 この画像を任意の角度に回転させて も、 消費電力は変らない。 したがって、 携帯電話など低消費電力-が求められる機器に対し て最適である。

以上、 本実施形態を説明したが、 本発明は上述の実施形態には限定されることはなく、 当業者であれば種々なる態様を実施可能であり、 本発明の技術的思想を逸脱しない範囲に おいて本発明の構成を適宜改変できることは当然であり、 このような改変も、 本発明の技 術的範囲に属するものである。

産業上の利用可能性

請求項 1〜1 3記載の発明によれば、 ロータ 1を 3自由度で回転させてもこのロータ 1 の 3つの回転角度を特定することができる。 また反対に、 第一〜第六のガイドレールを適 当に回転させることにより、 指示棒 3を、 特定の向きに、 しかもその指示棒 3を中心とし て特定の回転角度になるように移動させることができるので、 このロータ 1を適当な向き に回転させることもできる。 本発明では、 これらのガイドレールが、 それぞれ軸 4と軸受 け 5を介して土台 2に接続されている。 つまり、 従来の 3自由度移動システムのように、 ロータ 1を特定の方向に回転させるために、 土台 2自体を回転させる必要がない。 した がって、 本発明の製造者は、 少ない部品で、 単純で小さな構造で、 しかも安価に 3自由度 の回転システムを製造することができる。

請求項 1 0記載の発明によれば、 全てのワイヤを指示棒 3の中を通すことにより、 これ らのワイヤを外部に取り出すことができる。 しかもこれらのワイヤは電線 4 4であって も良い。 そこで口一夕 1にカメラ 4 1を取り付けることにより、 移動カメラ 4 1の設計者 は、 これらの電線 4 4を全てのガイドレールに絡ませることなく、 容易に移動カメラや人 ェ眼球を設計することができる。 さらに、 ジョイスティックの製造者が、 ロータ 1に対し て垂直にリニアエンコーダを取り付けた場合、 このジョイスティックの利用者は、 このリ ニァエンコーダを前後にスライドさせるだけで、 移動カメラのズームを制御することもで きるようになる。

請求項 1 4、 1 5及び 1 9記載の発明によれば、 3個のエンコーダ 3 1の出力結果を組 み合せることにより、 口一夕 1の 3つの回転角度を検出することができる。 したがって、 本発明の利用者がトラックポールのようにロー夕 1を回転させた場合、本発明はロータ 1 の回転角度を検出することができる。 また、 本発明の利用者がジョイスティックのように 指示棒 3を回転させた場合、 本発明は指示棒 3の回転角度を検出することもできる。 さ らに従来の多自由度ァクチユエ一夕を用いてロータ 1を回転させた場合にも、 本発明は、 ロータ 1の回転角度を検出することができる。 したがって、 本発明を携帯電話のような小 型情報端末に搭載することにより、 この端末の設計者は、 移動カメラを制御する小型軽量 のユーザインターフェースを安価に実現することができる。 また、 ロータ 1にカメラ 4 1 を組み込むことにより、 本発明の利用者は、 移動カメラや人工眼球として本発明を利用す ることができる。 この際に、 指示棒 3をパイプ状にすることにより、 カメラ 4 1の信号線 を口一夕 1から容易に取り出すことができるので、本発明は移動カメラや人工眼球に対し て非常に有効である。

請求項 1 6、 1 9及び 2 0記載の発明によれば、 3個のエンコーダ 3 1の出力結果を組 み合せることにより、 ロータ 1の 3つの回転角度を検出することができ、 さらに、 これら の回転角度に応じてロータ 1を回転させることができる。 したがって、 ロー夕 1と土台 2 にそれぞれ支柱を取り付けることにより、 本発明の利用者は、 口ポットの関節として本発 明を利用することができる。 また、 ロータ 1にカメラ 4 1を組み込むことにより、 本発明 の利用者は、 移動カメラや人工眼球として本発明を利用することができる。 この際に、 指 示棒 3をパイプ状にすることにより、 カメラ 4 1の信号線をロータ 1から容易に取り出す ことができるので、 本発明は移動カメラや人工眼球に対して非常に有効である。 さらに、 本発明を用いてジョイスティックが製造された場合、 このジョイスティックの利用者が遠 隔地から移動カメラを制御すると共に、 この移動カメラの向きをこのジョイスティックに 反映させることにより、 この利用者はこの移動カメラの向きを実感できるといった双方向 インタ一フエ一スを実現することができる。

請求項 1 7、 1 8及び 2 0記載の発明によれば、 3個のァクチユエ一夕をそれぞれ独 立に回転させることにより、 これらの回転角度に応じてロータ 1を回転させることができ る。 したがって、 本発明の利用者は、 雲台として本発明を利用することができる。 また、 ロータ 1に光源を取り付けることにより、 本発明の利用者は、サーチライトとして本発明 を利用することができる。 さらに、 ロータ 1に鏡を取り付けることにより、 本発明の利用 者は、 電動パックミラー及び電動サイドミラ一として本発明を利用することができる。 こ の他に、 ァクチユエ一タとしてステッピングモータを用い、 さらにロータ 1にカメラ 4 1 を組み込むことにより、 本発明の利用者は、 移動カメラや人工眼球として本発明を利用す ることができる。 この際に、 指示棒 3をパイプ状にすることにより、 カメラ 4 1の信号線 をロータ 1から容易に取り出すことができるので、本発明は移動カメラや人工眼球に対し て非常に有効である。

請求項 2 1記載の発明によれば、 ロータ 1の中にカメラ 4 1を埋め込むことにより、 人 ェ眼球は、 このロータ 1の体積を増やすことなく、 コンピュータシステムを用いてこの力 メラ 4 1の光軸 4 3の向きを 3自由度で制御することができる。 したがって、 携帯電話の 設計者は、 小型化が求められる携帯電話にこの人工眼球を搭載することができる。 請求項 2 2記載の発明によれば、 人工眼球は、 ァフィン変換など特別な画像処理システ ムを用いなくても、 カメラ 4 1が撮影した画像を任意の角度で回転させることができる。 つまり、 例えこの画像のサイズが大きくなつたとしても、 この人工眼球は、 この画像を任 意の角度で回転させるために、 余計な電力を消費しなくても良い。 したがって、 携帯電話 の設計者は、 低消費電力が求められる携帯電話にこの人工眼球を搭載することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 球体の一部又は全部を含むロータと、 指示棒と、 少なくとも 1個のスライダと、 少な くとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、 第一〜第三の 3個のガイドレール と、 を含む 3自由度回転システムであって、

前記ロー夕が前記指示棒を備えたことと、

2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、 前記第一のガィドレールが前記土台に取 り付けられたことと、

残りの 2個の前記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用いて、 前記第二のガィドレール及 び前記第三のガィドレールが前記土台に取り付けられたことと、

少なくとも 1個の前記スライダが前記指示棒に取り付けられたか、 又は連結されたこと と、

を特徴とし、

前記指示棒を前記第一のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記口一夕が前記 第一のガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、

前記指示棒を前記第二のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロータが前記 第一のガイドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、

少なくとも 1個の前記スライダを前記第三のガイドレールに沿って ライドさせなが ら、 前記ロータが前記指示棒を中心にして回転することと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

2 . 請求項 1記載の 3自由度回転システムにおいて、

前記第一のガィドレール及び前記第二のガィドレールのうち、 少なくとも 1個にスリット が開けられることにより、 前記指示棒がこれらの前記スリットを通ることを特徵とする 3 自由度回転システム。

3 . 請求項 1又は 2記載の 3自由度回転システムに対して、

第四のガィドレ一ルが前記指示棒に取り付けられたことと、 前記スライダが前記第四のガイドレールをスライドすることと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

4. 球体の一部又は全部を含むロー夕と、 指示棒と、 少なくとも 2個のスライダと、 少な くとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、 第一〜第三の 3個のガイドレール と、 を含む 3自由度回転システムであって、

前記ロータが前記指示棒を備えたことと、

2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、 前記第一のガィドレールが前記土台に取 り付けられたことと、

残りの 2個の前記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用いて、 前記第二のガィドレール及 び前記第三のガィドレールが前記土台に取り付けられたことと、

少なくとも 2個の前記スライダが前記指示棒に取り付けられたか、 又は連結されたこと と、

を特徴とし、

前記指示棒を前記第一のガイドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロータが前記 第一のガィドレールを支える 2個の前記軸を中心にして回転することと、

少なくとも 2個の前記スライダを、 それぞれ前記第二のガィドレール及び前記第三のガ イドレールに沿ってスライドさせながら、 前記口一夕がこれらの前記ガイドレールを支え る 2個の前記軸を中心にして回転することと、

少なくとも 2個の前記スライダを、 それぞれ前記第二のガィドレール及び前記第三のガ ィドレールに沿ってスライドさせながら、 前記ロータが前記指示棒を中心にして回転する ことと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

5 . 請求項 4記載の 3自由度回転システムにおいて、

前記第一のガィドレールにスリットが開けられることにより、 前記指示棒がこの前記ス リットを通ることを特徴とする 3自由度回転システム。

6 . 請求項 4又は 5記載の 3自由度回転システムに対して、 第四のガイドレール及び第五のガイドレールが前記指示棒に取り付けられたことと、 2個の前記スライダが、 それぞれこれらの前記ガィドレールをスライドすることと、 を特徴とする 3自由度回転システム。

7 . 球体の一部又は全部を含むロータと、指示棒と、 少なくとも 2個のスライダと、 少な くとも 1個の土台と、 4個の軸と、 6個の軸受けと、第一〜第三及び第六の 4個のガイド レールと、 を含む 3自由度回転システムであって、

前記口一夕が前記指示棒を備えたことと、

2個の前記軸及び 2個の前記軸受けを用いて、 前記第一のガィドレール及び前記第六の ガイドレールが前記土台に取り付けられたことと、

残りの 2個の前記軸及び残りの 4個の前記軸受けを用いて、前記第二のガィドレール及 び前記第三のガィドレ一ルが前記土台に取り付けられたことと、

少なくとも 2個の前記スライダが前記指示棒に取り付けられたか、又は連結されたこと と、

を特徴とし、

少なくとも 2個の前記スライダを、それぞれ前記第一のガィドレ一ル及び前記第六のガ イドレールに沿ってスライドさせながら、前記ロータがこれらの前記ガイドレールを支え る 2個の前記軸を中心にして回転することと、

少なくとも 2個の前記スライダを、それぞれ前記第二のガィドレール及び前記第三のガ イドレールに沿ってスライドさせながら、前記ロー夕がこれらの前記ガイドレールを支え る 2個の前記軸を中心にして回転することと、

少なくとも 2個の前記スライダを、それぞれ前記第二のガィドレ一ル及び前記第三のガ イドレールに沿ってスライドさせながら、前記ロータが前記指示棒を中心にして回転する ことと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

8. 請求項 7記載の 3自由度回転システムにおいて、

前記第一のガイドレール及び前記第六のガイドレールにスリットが開けられることによ り、 少なくとも 2個の前記スライダが、 それぞれこれらの前記スリットを通ることを特徴 とする 3自由度回転システム。

9 . 請求項 7又は 8記載の 3自由度回転システムに対して、

第四のガィドレール及ぴ第五のガィドレールが前記指示棒に取り付けられたことと、 2個の前記スライダが、 それぞれこれらの前記ガィドレールをスライドすることと、 を特徴とする 3自由度回転システム。

1 0 . 請求項 1〜9のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムにおいて、 前記指示棒がパイブであることと、

前記指示棒の中を少なくとも 1本のワイャが通ることと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

1 1 . 請求項；！〜 1 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムであって、 全ての前記軸が 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取り付けられるこ とを特徴とする 3自由度回転システム。

1 2 . 請求項 1〜1 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムであって、

4個の前記軸受けが 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取り付けら れることと、

前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールの一端に備えられた 2個の前記 軸が、 それぞれ前記土台に取り付けられた 2個の前記軸受けに取り付けられることと、 前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールの別の一端に備えられた 2個の 前記軸受けが、 それぞれ前記第三のガイドレール及び前記第二のガイドレールの前記軸に 取り付けられることと、 ' を特徴とする 3自由度回転システム。

1 3 . 請求項 1〜1 0のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムであって、

4個の前記軸受けが 2個づっ向い合うように少なくとも 1個の前記土台に取り付けら れることと、

前記第二のガィドレールの両端に備えられた 2個の前記軸が、それぞれ前記土台に取り 付けられた 2個の前記軸受けに取り付けられることと、

前記第三のガィドレールの両端に備えられた 2個の前記軸受けが、 それぞれ前記第二の ガィドレールの前記軸に取り付けられることと、

を特徴とする 3自由度回転システム。

1 4. 請求項 1〜1 3のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムに対して、 少なくとも 1個のエンコーダが、 前記ガイドレール、 前記軸及び前記軸受けのうち少なく とも 1つの回転角度を検出することにより、 前記口一夕の向きを検出することを特徴とす る 3自由度回転システム。

1 5 . 請求項 1 4記載の 3自由度回転システムに対して、

少なくとも 1個の前記エンコーダが複数の歯車を介して、 前記ガイドレール、 前記軸及び 前記軸受けのうち少なくとも 1個に連結することにより、 前記ロータの前記向きを検出す ることを特徵とする 3自由度回転システム。

1 6 . 請求項 1 4又は請求項 1 5記載の 3自由度回転システムに対して、

少なくとも 1個の前記エンコーダの各々が 1個のァクチユエ一夕を備えたことを特徴とす る 3自由度回転システム。

1 7 . 請求項 1〜1 3のうちいずれか 1項に記載の 3自由度回転システムに対して、 少なくとも 1個のァクチユエ一夕が、 前記ガィドレール、 前記軸及び前記軸受けのうち少 なくとも 1個を回転させることにより、 前記ロータを回転させることを特徴とする 3自由 度回転システム。

1 8 . 請求項 1 7記載の 3自由度回転システムに対して、

少なくとも 1個の前記ァクチユエ一夕が複数の歯車を介して、 前記ガイドレール、 前記軸 及び前記軸受けのうち少なくとも 1個に連結することにより、 前記ロータを回転させるこ とを特徴とする 3自由度回転システム。

1 9 . 請求項 1 4、 1 5又は 1 6記載の 3自由度回転システムに対して、

少なくとも 1個の前記エンコーダが、 コンピュータシステムに接続されることにより、 前 記コンピュータシステムが前記ロータの回転角度を計算することを特徴とする 3自由度回 転システム。

2 0 . 請求項 1 6、 1 7又は 1 8記載の 3自由度回転システムに対して、

少なくとも 1個の前記ァクチユエ一夕が、 コンピュータシステムに接続されることによ り、 前記コンピュータシステムが前記ロータを回転させることを特徴とする 3自由度回転 システム。

2 1 . 請求項 2 0記載の 3自由度回転システムに対して、

前記指示棒と反対方向を撮影するカメラが前記口一夕に埋め込まれたことを特徴とする 人工眼球。

2 2 . 請求項 2 1記載の人工眼球において、

前記コンピュータシステムが、

前記力メラによつて撮影された画像を記憶することと、

前記画像の各画素の順番を入れ替えて出力することと、

により、

前記画像が回転することを特徴とする人工眼球。