JP2007229883A - 関節装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2つの部品の相対回転角を少なくとも2つ回転軸周りに制御可能な関節装置を小型化する技術を提供する。
【解決手段】2つの部品10と20は支柱30によって分離不能かつ回転可能に連結されている。2つの部品の間に複数のリンク部材50が支持されている。リンク部材はアクチュエータによって伸縮可能である。リンク部材50の先端には凸の球面を有する球面部52が形成されている。第2部品には凹の球面を有するリンク支持部14が形成されている。球状部52とリンク支持部14は半球を超えない範囲で球面接触する。第1部品20と第2部品10が支柱30によって分離不能に連結されているため、リンク部材50と第2部品10は半球を超えない範囲で球面接触する構造でもその接触状態を保つことができる。リンク部材50と第2部品10を球面接触する構造は小型化に適している。小型の関節装置を実現できる。
【選択図】図1
【解決手段】2つの部品10と20は支柱30によって分離不能かつ回転可能に連結されている。2つの部品の間に複数のリンク部材50が支持されている。リンク部材はアクチュエータによって伸縮可能である。リンク部材50の先端には凸の球面を有する球面部52が形成されている。第2部品には凹の球面を有するリンク支持部14が形成されている。球状部52とリンク支持部14は半球を超えない範囲で球面接触する。第1部品20と第2部品10が支柱30によって分離不能に連結されているため、リンク部材50と第2部品10は半球を超えない範囲で球面接触する構造でもその接触状態を保つことができる。リンク部材50と第2部品10を球面接触する構造は小型化に適している。小型の関節装置を実現できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、関節装置に関する。特に、第1部品と第2部品とアクチュエータを備えており、アクチュエータによって第1部品に対する第2部品の相対回転角を変えることができる関節装置に関する。例えば、第1部品を体幹に固定して第2部品を上腿に固定すれば、股関節を実現することができ、第1部品を上腿に固定して第2部品を下腿に固定すれば、膝関節を実現することができる関節装置に関する。第1部品と第2部品の位置関係は交換可能であり、第1部品を上腿に固定して第2部品を体幹に固定することによって股関節を実現することもできる。
ヒューマロイドロボット、産業用ロボット、マニピュレータ等は、関節を備えている。その関節に、直交3軸中の少なくとも2軸の周りに回転可能であることが求められることが多い。例えば、下腕と手部の間に存在する手首関節に相当する部分を考察し、下腕が伸びている方向をz軸とし、それと直交する2軸をx軸、y軸としたときに、
(1) 手部が下腕に対してx軸とy軸の周りに回転可能であること、
(2) 手部が下腕に対してy軸とz軸の周りに回転可能であること、
(3) 手部が下腕に対してz軸とx軸の周りに回転可能であること、
(4) 手部が下腕に対してx軸とy軸とz軸の周りに回転可能であること、
のいずれかが必要とされることが多い。その周りに回転可能な軸数が単数である関節を単軸関節といい、軸数が複数である関節を多軸関節ということにすると、多くの場合に、多軸関節が必要とされる。
多軸関節を構成する場合、単軸関節を直列に接続して多軸関節を構成することが多い。しかしながら、それでは多軸関節が大型化してしまう。
そこで、特許文献1の関節装置が開発されている。この関節装置は、共通の回転中心において直交する2軸の周りに回転可能な構造を備えている。
(1) 手部が下腕に対してx軸とy軸の周りに回転可能であること、
(2) 手部が下腕に対してy軸とz軸の周りに回転可能であること、
(3) 手部が下腕に対してz軸とx軸の周りに回転可能であること、
(4) 手部が下腕に対してx軸とy軸とz軸の周りに回転可能であること、
のいずれかが必要とされることが多い。その周りに回転可能な軸数が単数である関節を単軸関節といい、軸数が複数である関節を多軸関節ということにすると、多くの場合に、多軸関節が必要とされる。
多軸関節を構成する場合、単軸関節を直列に接続して多軸関節を構成することが多い。しかしながら、それでは多軸関節が大型化してしまう。
そこで、特許文献1の関節装置が開発されている。この関節装置は、共通の回転中心において直交する2軸の周りに回転可能な構造を備えている。
特許文献1に開示された関節装置は、2つの部品を備えている。各々の部品から支柱が伸びており、支柱の先端同士が等速ジョイントで連結されている。また、各々の部品から4本の伸縮リンクが伸びている。各々の伸縮リンクは、支柱と平行に伸びており、4本の伸縮リンクが支柱を取り囲んでいる。一方の部品から伸びる伸縮リンクの先端と他方の部品から伸びる伸縮リンクの先端は、等速ジョイントにより連結されている。
特許文献1の関節装置は、各々の伸縮リンクのリンク長を調整することによって、一方の部品に対する他方の部品の姿勢、即ち、相対回転角を変えることができる。一方の部品に対して他方の部品を直交する2軸の周りに回転させることができる。前記した手首関節に用いると、手部が下腕に対してx軸とy軸の周りに回転可能である手首関節を構成することが可能となっている。
特許文献1の関節装置は、各々の伸縮リンクのリンク長を調整することによって、一方の部品に対する他方の部品の姿勢、即ち、相対回転角を変えることができる。一方の部品に対して他方の部品を直交する2軸の周りに回転させることができる。前記した手首関節に用いると、手部が下腕に対してx軸とy軸の周りに回転可能である手首関節を構成することが可能となっている。
特許文献1に記載された関節装置では、一方の部品から伸びるリンクと他方の部品から伸びるリンクの双方が伸縮するものでなければならない。そのために、関節装置が大型化してしまう。また、関節の可動範囲が狭いという問題も備えている。
本発明では、小型化可能であり、広い可動範囲を確保できる関節装置を提供する。
本発明では、小型化可能であり、広い可動範囲を確保できる関節装置を提供する。
本発明の関節装置は、第1部品と第2部品を備えている。第1部品と第2部品の一方は関節の基部側部材に固定され、他方は関節の先端側部材に固定されて用いられる。第1部品に対する第2部品の相対回転角が調整可能であれば、基部側部材に対する先端側部材の相対回転角が調整可能であり、基部側部材と先端側部材の間に関節を実現する。
本発明の関節装置では、第1部品と第2部品を分離不能に連結しておく。分離不能に連結しておけば、第2部品を第1部品の側から押すことで、第2部品の第1部品に対する相対回転角を変えることができる。第2部品が第1部品に連結されている位置の周囲で第2部品を第1部品側から押すと、直交する少なくとも2軸の周りに第2部品を回転させることができる。
第2部品を第1部品側から押すことは、支柱の回りで第1部品と第2部品の間にリンク部材を配置しておき、各々のリンク部材の長さを、第2部品側球面軸受における第2部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件と、第1部品に対する第2部品の回転角を目標回転角にする条件から決定される長さに調整することによって実現できる。
第2部品を押すリンク部材と第2部品を揺動可能にしておけば、2本の伸縮リンクを対にして用いる必要を無くすことができる。各々のリンク部材が1本の伸縮リンクさえ備えていれば、第2部品を押して姿勢、即ち相対回転角を調整することが可能となる。
本発明の関節装置では、支柱の周りに配置されている複数のリンク部材で第2部品を押す。即ち、各々のリンク部材と第2部品を分離不能に拘束する必要がない。そこで、接触面が半球を超えない球面軸受を採用することができる。接触面が半球を超えない球面軸受を用いると、広い可動範囲を確保できる。
本発明の関節装置では、第1部品と第2部品を分離不能に連結しておく。分離不能に連結しておけば、第2部品を第1部品の側から押すことで、第2部品の第1部品に対する相対回転角を変えることができる。第2部品が第1部品に連結されている位置の周囲で第2部品を第1部品側から押すと、直交する少なくとも2軸の周りに第2部品を回転させることができる。
第2部品を第1部品側から押すことは、支柱の回りで第1部品と第2部品の間にリンク部材を配置しておき、各々のリンク部材の長さを、第2部品側球面軸受における第2部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件と、第1部品に対する第2部品の回転角を目標回転角にする条件から決定される長さに調整することによって実現できる。
第2部品を押すリンク部材と第2部品を揺動可能にしておけば、2本の伸縮リンクを対にして用いる必要を無くすことができる。各々のリンク部材が1本の伸縮リンクさえ備えていれば、第2部品を押して姿勢、即ち相対回転角を調整することが可能となる。
本発明の関節装置では、支柱の周りに配置されている複数のリンク部材で第2部品を押す。即ち、各々のリンク部材と第2部品を分離不能に拘束する必要がない。そこで、接触面が半球を超えない球面軸受を採用することができる。接触面が半球を超えない球面軸受を用いると、広い可動範囲を確保できる。
本発明の関節装置は、第1部品と、第2部品と、第1部品と第2部品を連結している支柱と、第1部品と第2部品の間に配置されている複数のリンク部材と、複数のアクチュエータと、各々のアクチュエータを制御するコントローラを備えている。
支柱は、その一端が第1部品に固定されており、他端が第2部品に連結されており、第1部品に対して第2部品を直交3軸中の少なくとも2軸の周りに回転可能に支持するとともに、第1部品に対する第2部品の回転中心位置を一定に維持する。第1部品と第2部品が分離することはない。支柱の途中に、前記の2軸の周りに回転可能なジョイントが配置されていれば、支柱の他端を第2部品に固定することができる。それに代えて、途中にジョイントを有しない支柱の他端と第2部品を前記の2軸の周りに回転可能なジョイントで連結してもよい。
第1部品と第2部品の間に複数のリンク部材が配置されている。複数のリンク部材は、第2部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の一端が位置する位置関係に配置されている。各々のリンク部材は、対応する各々のアクチュエータによって伸縮する少なくとも1本の伸縮リンクメンバを備えている。第2部品と各々のリンク部材の間に、接触面が半球を超えない第2部品側球面軸受が形成されている。
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、第2部品側球面軸受における第2部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件と、第1部品に対する第2部品の回転角を目標回転角にする条件から決定される目標リンク長に調整する。
支柱は、その一端が第1部品に固定されており、他端が第2部品に連結されており、第1部品に対して第2部品を直交3軸中の少なくとも2軸の周りに回転可能に支持するとともに、第1部品に対する第2部品の回転中心位置を一定に維持する。第1部品と第2部品が分離することはない。支柱の途中に、前記の2軸の周りに回転可能なジョイントが配置されていれば、支柱の他端を第2部品に固定することができる。それに代えて、途中にジョイントを有しない支柱の他端と第2部品を前記の2軸の周りに回転可能なジョイントで連結してもよい。
第1部品と第2部品の間に複数のリンク部材が配置されている。複数のリンク部材は、第2部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の一端が位置する位置関係に配置されている。各々のリンク部材は、対応する各々のアクチュエータによって伸縮する少なくとも1本の伸縮リンクメンバを備えている。第2部品と各々のリンク部材の間に、接触面が半球を超えない第2部品側球面軸受が形成されている。
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、第2部品側球面軸受における第2部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件と、第1部品に対する第2部品の回転角を目標回転角にする条件から決定される目標リンク長に調整する。
上記の関節装置では、コントローラが各々の伸縮リンクメンバのリンク長を調整することによって、第1部品に対する第2部品の回転角を目標とする回転角に調整することができる。各々のリンク部材は、球面軸受によって第2部品に接しており、その接する角度が可変である。各々のリンク部材は、少なくとも1本の伸縮リンクメンバを備えていればよく、2本以上の伸縮リンクメンバを対にして用いる必要がない。上記の関節装置は、小型化に適している。
第1部品と第2部品は、支柱によって連結されており、分離することがない。このために、各々のリンク部材は、リンク部材の先端から第2部品が分離しないように拘束する必要がない。
ここで、複数のリンク部材を、第2部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の一端が位置する位置関係に配置することによって、第2部品に対する第1部品の回転中心を、閉多角形内に位置させる。夫々の複数のリンク部材と第2部品との接続点において、各々のリンク部材が第1部品側から第2部品を押す力によって回転中心周りに発生するモーメントの釣り合いを取ることができる。これによって、第2部品を目標回転角に維持することができる。各々のリンク部材と第2部品との接続点とは、第2部品側球面軸受におけるリンク部材と第2部品との接触面である。
各々のリンク部材の先端から第2部品が分離しないように拘束するためには、リンク部材と第2部品が接する球面軸受の接触面が半球を越えるものでなければならないのに対し、分離を防止する必要がなければ、リンク部材と第2部品が接する球面軸受の接触面を、半球を超えないものとすることができる。
接触面が半球以上におよぶ球面軸受を用いると、その回転可能範囲が狭く制約されてしまう。それに対して接触面が半球を超えない球面軸受を用いると、その回転可能範囲を広く確保することができる。
本発明の関節装置は、小型化可能であり、広い可動範囲を得ることができる。
第1部品と第2部品は、支柱によって連結されており、分離することがない。このために、各々のリンク部材は、リンク部材の先端から第2部品が分離しないように拘束する必要がない。
ここで、複数のリンク部材を、第2部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の一端が位置する位置関係に配置することによって、第2部品に対する第1部品の回転中心を、閉多角形内に位置させる。夫々の複数のリンク部材と第2部品との接続点において、各々のリンク部材が第1部品側から第2部品を押す力によって回転中心周りに発生するモーメントの釣り合いを取ることができる。これによって、第2部品を目標回転角に維持することができる。各々のリンク部材と第2部品との接続点とは、第2部品側球面軸受におけるリンク部材と第2部品との接触面である。
各々のリンク部材の先端から第2部品が分離しないように拘束するためには、リンク部材と第2部品が接する球面軸受の接触面が半球を越えるものでなければならないのに対し、分離を防止する必要がなければ、リンク部材と第2部品が接する球面軸受の接触面を、半球を超えないものとすることができる。
接触面が半球以上におよぶ球面軸受を用いると、その回転可能範囲が狭く制約されてしまう。それに対して接触面が半球を超えない球面軸受を用いると、その回転可能範囲を広く確保することができる。
本発明の関節装置は、小型化可能であり、広い可動範囲を得ることができる。
本発明の関節装置は、第1部品に固定されている支柱が伸びている方向をz軸とし、それと直交する2軸をx軸、y軸としたときに、
(1) 第2部品が第1部品に対してx軸とy軸の周りに回転可能であること、
(2) 第2部品が第1部品に対してy軸とz軸の周りに回転可能であること、
(3) 第2部品が第1部品に対してz軸とx軸の周りに回転可能であること、
(4) 第2部品が第1部品に対してx軸とy軸とz軸の周りに回転可能であること、
のいずれかを実現することができる。x,y軸の周りに回転可能な関節装置であることもあれば、y,z軸の周りに回転可能な関節装置であることもあれば、z,x軸の周りに回転可能な関節装置であることもある。あるいは、x,y,z軸の周りに回転可能な関節装置であることもある。
(1) 第2部品が第1部品に対してx軸とy軸の周りに回転可能であること、
(2) 第2部品が第1部品に対してy軸とz軸の周りに回転可能であること、
(3) 第2部品が第1部品に対してz軸とx軸の周りに回転可能であること、
(4) 第2部品が第1部品に対してx軸とy軸とz軸の周りに回転可能であること、
のいずれかを実現することができる。x,y軸の周りに回転可能な関節装置であることもあれば、y,z軸の周りに回転可能な関節装置であることもあれば、z,x軸の周りに回転可能な関節装置であることもある。あるいは、x,y,z軸の周りに回転可能な関節装置であることもある。
各々のリンク部材が、1本の伸縮リンクメンバで構成されていてもよい。この場合には、第1部品と各々の伸縮リンクメンバの間に、接触面が半球を越えない第1部品側球面軸受を形成する。
複数のリンク部材は、第1部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の他端一端が位置する位置関係に配置されている。
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、前記条件に加えて、第1部品側球面軸受における第1部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件から決定される目標リンク長に調整する。
複数のリンク部材は、第1部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の他端一端が位置する位置関係に配置されている。
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、前記条件に加えて、第1部品側球面軸受における第1部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件から決定される目標リンク長に調整する。
1本の伸縮リンクメンバの両端を球面軸受で第1部品と第2部品に連携すると、リンク部材を1本の伸縮リンクメンバで構成することが可能となる。関節装置を極めて単純化することができる。
各々のリンク部材が、1本の伸縮リンクメンバと、その端部に揺動可能に連結されている揺動リンクメンバを備えたものとすることもできる。この場合、各々の伸縮リンクメンバを第1部品に揺動不能に支持しておくことができる。
第1部品に揺動不能に支持されている伸縮リンクメンバを伸縮することによって、第2部品を直交する2軸の周りの回転させることができる。
第1部品に揺動不能に支持されている伸縮リンクメンバを伸縮することによって、第2部品を直交する2軸の周りの回転させることができる。
各々の伸縮リンクメンバは、第1部品と第2部品の間に配置されてリンク部材を構成する部分と、第1部品を通過して第2部品から離れる方向に伸びている延長部分を備えていてもよい。
この場合、延長部分は物理的には伸縮リンクメンバの一部であっても、第1部品と第2部品の間に配置されているリンク部材の一部ではない。それ自体は剛体であって伸縮しない部材を利用して機能の上では伸縮するリンクメンバを構成することができる。
この場合、延長部分は物理的には伸縮リンクメンバの一部であっても、第1部品と第2部品の間に配置されているリンク部材の一部ではない。それ自体は剛体であって伸縮しない部材を利用して機能の上では伸縮するリンクメンバを構成することができる。
第2部品が、第2部品本体と、それに揺動可能な揺動部材を備えていてもよい。この場合、揺動部材と各々のリンク部材の間に、第2部品側球面軸受が形成されている構成を採用することもできる。
第2部品本体と揺動部材の間に球面軸受が形成されていてもよい。この場合、1軸の周りの回転で済む場合には、2個の球面軸受を並べたものを利用してもよい。
なお、この構造は、揺動部材がリンク部材を構成するリンクメンバの1つであると表現することもできる。
第2部品本体と揺動部材の間に球面軸受が形成されていてもよい。この場合、1軸の周りの回転で済む場合には、2個の球面軸受を並べたものを利用してもよい。
なお、この構造は、揺動部材がリンク部材を構成するリンクメンバの1つであると表現することもできる。
本発明の関節装置は、第1部品から分離不能に連結されている第2部品を、リンク部材によって第1部品の側から押すことによって、第2部品の第1部品に対する相対回転角を変える。第2部品を押すリンク部材が球面軸受によって第2部品に連携されているために、両者が接する角度が可変であり、2本の伸縮リンクを対にして用いる必要がない。各々のリンク部材が1本の伸縮リンクメンバさえ備えていれば足りる。関節装置の構造が非常に簡単化され、小型化することができる。また本発明の関節装置では、各々のリンク部材と第2部品を分離不能に拘束する必要がない。両者間の球面軸受に、接触面が半球を超えないものを採用することができ、広い可動範囲を確保することができる。
本発明によると、少なくとも直交する2軸の周りに回転する関節装置であって、小型で広い可動範囲を有する関節装置を実現することができる。
本発明によると、少なくとも直交する2軸の周りに回転する関節装置であって、小型で広い可動範囲を有する関節装置を実現することができる。
以下に実施例の主要な特徴を列記する。
(第1特長)各々の伸縮リンクメンバが、第1部品に揺動不能に支持されている。各々の伸縮リンクメンバの第2部品側の端部に、揺動リンクメンバが揺動可能に連結されている。伸縮リンクメンバは剛体であり、第1部品と第2部品の間に配置されていて、リンク部材の一部を構成する部分と、第1部品を通過して第2部品から離れる方向に伸びている延長部分を有する。アクチュエータは第1部品に固定されており、リンク部材の一部を構成する部分の長さを伸縮する。それ自身は剛体であるリンクメンバによって、リンク部材を構成する部分の長さを伸張させる伸縮リンクメンバが構成されている。
この特徴を備えていると、伸縮リンクメンバのストロークを長く確保することができる。伸縮リンクメンバのストロークを長くすることによって、第2部品と第1部品の相対回転範囲を広く確保することができる。
(第2特長) 各々の伸縮リンクメンバが、第1部品に揺動不能に支持されている。各々の伸縮リンクメンバの第2部品側の端部に、揺動リンクメンバが揺動可能に連結されている。伸縮リンクメンバと揺動リンクメンバの間に、両者が直線状態となる側に付勢する弾性部材を備えている。
この場合、揺動リンクメンバの先端が、第2部材側球面軸受から離脱する可能性を低減することができる。
(第1特長)各々の伸縮リンクメンバが、第1部品に揺動不能に支持されている。各々の伸縮リンクメンバの第2部品側の端部に、揺動リンクメンバが揺動可能に連結されている。伸縮リンクメンバは剛体であり、第1部品と第2部品の間に配置されていて、リンク部材の一部を構成する部分と、第1部品を通過して第2部品から離れる方向に伸びている延長部分を有する。アクチュエータは第1部品に固定されており、リンク部材の一部を構成する部分の長さを伸縮する。それ自身は剛体であるリンクメンバによって、リンク部材を構成する部分の長さを伸張させる伸縮リンクメンバが構成されている。
この特徴を備えていると、伸縮リンクメンバのストロークを長く確保することができる。伸縮リンクメンバのストロークを長くすることによって、第2部品と第1部品の相対回転範囲を広く確保することができる。
(第2特長) 各々の伸縮リンクメンバが、第1部品に揺動不能に支持されている。各々の伸縮リンクメンバの第2部品側の端部に、揺動リンクメンバが揺動可能に連結されている。伸縮リンクメンバと揺動リンクメンバの間に、両者が直線状態となる側に付勢する弾性部材を備えている。
この場合、揺動リンクメンバの先端が、第2部材側球面軸受から離脱する可能性を低減することができる。
<第1実施例> 図6は、第1部品420と第2部品410を備える関節装置400の模式的側面図である。図6(A)は、第1部品420と第2部品410が平行となった状態の関節装置400の模式的側面図である。このときの第1部品420と第2部品410の相対回転角をゼロと定義する。図1(B)は、相対回転角がθのときの関節装置400の模式的側面図である。
第1部品420と第2部品410は、支柱430によって連結されている。支柱430の途中にはユニバーサルジョイント436が設けられている。ユニバーサルジョイント436は、図6に示すX軸の周りに回転可能であるのと同時にY軸の周りにも回転可能である。第1部品420と第2部品410は、ユニバーサルジョイント436の回転中心Pを中心にして、X軸とY軸の周りに回転可能に連結されている。ユニバーサルジョイント436は、支柱430の途中でなく、支柱430の上端と第2部材410の間に配置されていてもよい。いずれにせよ、第1部品420に対する回転中心Pの位置は不動である。
以下では説明を簡単にするために、X軸周りの回転を説明する。
第1部品420の第1対向面422と、第2部品410の第2対向面412の間には、2本のリンク部材450a、450bが配置されている。2本のリンク部材450a、450bは、支柱430のY軸方向の両側に配置されている。リンク部材450aは、アクチュエータ456aによってリンク長が調整可能である。リンク部材450bは、アクチュエータ456bによってリンク長が調整可能である。なお、図6では、アクチュエータを制御するためのコントローラの図示を省略してある。
第1部品420と第2部品410は、支柱430によって連結されている。支柱430の途中にはユニバーサルジョイント436が設けられている。ユニバーサルジョイント436は、図6に示すX軸の周りに回転可能であるのと同時にY軸の周りにも回転可能である。第1部品420と第2部品410は、ユニバーサルジョイント436の回転中心Pを中心にして、X軸とY軸の周りに回転可能に連結されている。ユニバーサルジョイント436は、支柱430の途中でなく、支柱430の上端と第2部材410の間に配置されていてもよい。いずれにせよ、第1部品420に対する回転中心Pの位置は不動である。
以下では説明を簡単にするために、X軸周りの回転を説明する。
第1部品420の第1対向面422と、第2部品410の第2対向面412の間には、2本のリンク部材450a、450bが配置されている。2本のリンク部材450a、450bは、支柱430のY軸方向の両側に配置されている。リンク部材450aは、アクチュエータ456aによってリンク長が調整可能である。リンク部材450bは、アクチュエータ456bによってリンク長が調整可能である。なお、図6では、アクチュエータを制御するためのコントローラの図示を省略してある。
リンク部材450aの先端は凸の球面452aに形成されている。第2部品410の第2対向面412には、凹の球面414aが形成されている。凸の球面452aは、凹の球面414aにはまり込み、両者によって第2部品側球面軸受70aが形成されている。凸の球面452aと凹の球面414aは、両者が接触するときの接触面積が半球を超えない関係を満たしている。
リンク部材450aは、第2部品側球面軸受70aによって、第2部品410に対して、接触点は固定されており、接触角は可変に連携されている。なお、図6では、図を判り易くするために、凸の球面452aと凹の球面414aを離して描いてある。リンク部材450aの先端に凹の球面452aを形成し、第2部品410の第2対向面412に凸の球面を形成してもよい。リンク部材450aの後端は、第1部品420の第1対向面422に設けられているリンク連結部426aによって、第1部品420に対して揺動可能に連結されている。
リンク部材450bもリンク部材450aと同様の構造・配置となっている。
第2部品側球面軸受70aと70bは、支柱430を挟んでその両側に配置されている。従って、リンク部材450aのリンク長Laとリンク部材450bのリンク長Lbの両者を支柱430と同じ長さに制御すれば、第1部品420と第2部品410は、回転中心Pを中心とする相対回転角がゼロの状態を維持できる。即ち、第2部品410が回転中心Pを中心に図面上で時計周りに回転しようとしても、リンク部材450bが第2部品側球面軸受70bで第2部品410を下方から支えているために、第2部品410は時計周りに回転することができない。従って、リンク部材450aの先端452aが、第2部品側球面軸受70aから離れてしまうことはない。第2部品410が回転中心Pを中心に図面上で反時計周りに回転しようとする場合も同様であり、リンク部材450aが第2部品側球面軸受70aで第2部品410を下方から支えているために、第2部品410は反時計周りに回転することができない。従って、リンク部材450bの先端452bが、第2部品側球面軸受70bから離れてしまうことはない。
リンク部材450aは、第2部品側球面軸受70aによって、第2部品410に対して、接触点は固定されており、接触角は可変に連携されている。なお、図6では、図を判り易くするために、凸の球面452aと凹の球面414aを離して描いてある。リンク部材450aの先端に凹の球面452aを形成し、第2部品410の第2対向面412に凸の球面を形成してもよい。リンク部材450aの後端は、第1部品420の第1対向面422に設けられているリンク連結部426aによって、第1部品420に対して揺動可能に連結されている。
リンク部材450bもリンク部材450aと同様の構造・配置となっている。
第2部品側球面軸受70aと70bは、支柱430を挟んでその両側に配置されている。従って、リンク部材450aのリンク長Laとリンク部材450bのリンク長Lbの両者を支柱430と同じ長さに制御すれば、第1部品420と第2部品410は、回転中心Pを中心とする相対回転角がゼロの状態を維持できる。即ち、第2部品410が回転中心Pを中心に図面上で時計周りに回転しようとしても、リンク部材450bが第2部品側球面軸受70bで第2部品410を下方から支えているために、第2部品410は時計周りに回転することができない。従って、リンク部材450aの先端452aが、第2部品側球面軸受70aから離れてしまうことはない。第2部品410が回転中心Pを中心に図面上で反時計周りに回転しようとする場合も同様であり、リンク部材450aが第2部品側球面軸受70aで第2部品410を下方から支えているために、第2部品410は反時計周りに回転することができない。従って、リンク部材450bの先端452bが、第2部品側球面軸受70bから離れてしまうことはない。
即ち、第2部品410は、リンク部材450aと450bによって、支柱30に対してY軸方向の両側から押される。第2部品410が押される方向は、第1部品420から第2部品410へ向う方向である。リンク部材450aと450bによって第2部品410が押されると、第1部品420と第2部品410を分離不可に連結している支柱30に張力が生じる。第2部品410は、リンク部材450a、450bから受ける力と支柱30から受ける力の平衡によりその位置が固定される。リンク部材450a、450bは、第2部品410から反力を受ける。反力はリンク部材450a、450bを縮める方向に作用する。この反力によって、リンク部材450aの先端の球面452aと、第2部品410の球面414aの接触状態が維持される。
また、第2部品410は、支柱30に対してY軸方向の両側から押されるため、夫々のリンク部材450a、450bが押す力により発生する回転中心P周りのモーメントは平衡する。第1部品420に対する第2部品410の回転中心P周りの回転角が固定される。
また、第2部品410は、支柱30に対してY軸方向の両側から押されるため、夫々のリンク部材450a、450bが押す力により発生する回転中心P周りのモーメントは平衡する。第1部品420に対する第2部品410の回転中心P周りの回転角が固定される。
第1部品420に対して第2部品410を目標回転角θだけ傾斜した状態を実現するには、図1(B)に示すように、アクチュエータ456aによってリンク部材450aのリンク長をLaからLa1に伸展させるとともに、アクチュエータ456bによってリンク部材450bのリンク長をLbからLb1に短縮すればよい。目標回転角θが与えられれば、幾何学的な条件から、各々のリンク部材450a、450bの目標リンク長La1、Lb1は一意に決まる。このようにして、第1部品420に対する第2部品410の傾斜角を目標回転角θに制御することができる。この場合も上記説明と同様に、リンク部材450aと第2部品側球面軸受70が離れてしまうことがない。また、リンク部材450bと第2部品側球面軸受70bが離れてしまうこともない。
前記の幾何学的な条件から一意に決定される目標リンク長が実現されると、次の条件が満足される。
(1)リンク部品450aの先端の球面452aと第2部品410の球面414aが接触状態を維持すること。
(2)リンク部品450bの先端の球面452bと第2部品410の球面414bが接触状態を維持すること。
(3)第1部品420に対する第2部品410の回転角を目標回転角θにすること。
即ち、前記の幾何学的な条件を満足する目標リンク長は、上記3点の条件を満足する目標リンク長であると換言することができる。
前記の幾何学的な条件から一意に決定される目標リンク長が実現されると、次の条件が満足される。
(1)リンク部品450aの先端の球面452aと第2部品410の球面414aが接触状態を維持すること。
(2)リンク部品450bの先端の球面452bと第2部品410の球面414bが接触状態を維持すること。
(3)第1部品420に対する第2部品410の回転角を目標回転角θにすること。
即ち、前記の幾何学的な条件を満足する目標リンク長は、上記3点の条件を満足する目標リンク長であると換言することができる。
上記の説明は3次元に拡張できる。即ち、上記の説明は、第2部品410の回転中心Pを中心とするY軸周りに回転に拡張できる。この場合、支柱430のX軸方向の両側に、第3リンク部材450cと第4リンク部材450dを設ければよい。
4本のリンク部材450a、450b、450c、450dを設ける代わりに、3本の伸縮リンクを設けてもよい。第2部品410の第2対向面412上に配置する3以上の第2部品側球面軸受70a、70b、70cを結ぶ閉多角形内に、支柱430の先端が位置するように配置することによって、上記2次元の場合と同様に、各々のリンク部材450a、450b、450cと、これに対応する第2部品側球面軸受70a、70b、70cの接触状態を維持したまま、第2部品410と第1部品420の相対回転角を目標回転角に制御することができる。
4本のリンク部材450a、450b、450c、450dを設ける代わりに、3本の伸縮リンクを設けてもよい。第2部品410の第2対向面412上に配置する3以上の第2部品側球面軸受70a、70b、70cを結ぶ閉多角形内に、支柱430の先端が位置するように配置することによって、上記2次元の場合と同様に、各々のリンク部材450a、450b、450cと、これに対応する第2部品側球面軸受70a、70b、70cの接触状態を維持したまま、第2部品410と第1部品420の相対回転角を目標回転角に制御することができる。
<第2実施例> 本発明の第2実施例に係る関節装置100を、図1と図2を参照して説明する。図1は、関節装置100の斜視図である。図2(A)は、関節装置100の模式的側面図である。図2(B)は、関節装置100の模式的平面図である。なお、図1では、第2部品10についてのみ隠れ線を示しており、その他の部品については隠れ線を省略してある。図2(B)についても同様である。
また、図1、図2には、関節装置100の全体を覆うカバーの図示を省略している。
また、図1、図2には、関節装置100の全体を覆うカバーの図示を省略している。
関節装置100は、第2対向面12を有する第2部品10と、第1対向面22を有する第1部品20と、支柱30と、3本のリンク部材50a、50b、50cと、コントローラ80を備える。
図1には第1部品20に固定されたXYZ座標系が示してある。XYZは直交座標系である。第1対向面22から支柱30が伸びる方向がZ軸である。Z軸と直交する方向にX軸とY軸が設定されている。
この関節装置100は、例えばマニピュレータの関節装置として利用される場合には、第2部品10と第1部品20の夫々にマニピュレータを構成する部材が連結される。関節装置100が、第2部品10と第1部品20の相対回転角を目標回転角に制御することによって、マニピュレータの部材間の回転角を制御する関節装置が実現される。
図1には第1部品20に固定されたXYZ座標系が示してある。XYZは直交座標系である。第1対向面22から支柱30が伸びる方向がZ軸である。Z軸と直交する方向にX軸とY軸が設定されている。
この関節装置100は、例えばマニピュレータの関節装置として利用される場合には、第2部品10と第1部品20の夫々にマニピュレータを構成する部材が連結される。関節装置100が、第2部品10と第1部品20の相対回転角を目標回転角に制御することによって、マニピュレータの部材間の回転角を制御する関節装置が実現される。
第2部品10と第1部品20は、第2対向面12と第1対向面22を対向させている。
第2対向面12には、凹の球面を有する3つの第2部品側リンク支持部14a、14b、14cが設けられている。各々の第2部品側リンク支持部14a、14b、14cは、後述するように、夫々リンク部材50a、50b、50cの先端と接触する。
なお、3つの第2部品側リンク支持部14a、14b、14cを総称する場合には添え字a、b、cを省略して単に第2部品側リンク支持部14と記す。以下、同じ構成を有する複数の部品或いは部分には符号として添え字a、b、cを付すが、同じ構成を有する複数の部品或いは部分を総称する場合には添え字a、b、cを省略して記す。
第1対向面22には、3つのリンク連結部26a、26b、26cが設けられている。各々のリンク連結部26は、後述するように、対応するリンク部材50を回転可能に連結する。
第2対向面12には、凹の球面を有する3つの第2部品側リンク支持部14a、14b、14cが設けられている。各々の第2部品側リンク支持部14a、14b、14cは、後述するように、夫々リンク部材50a、50b、50cの先端と接触する。
なお、3つの第2部品側リンク支持部14a、14b、14cを総称する場合には添え字a、b、cを省略して単に第2部品側リンク支持部14と記す。以下、同じ構成を有する複数の部品或いは部分には符号として添え字a、b、cを付すが、同じ構成を有する複数の部品或いは部分を総称する場合には添え字a、b、cを省略して記す。
第1対向面22には、3つのリンク連結部26a、26b、26cが設けられている。各々のリンク連結部26は、後述するように、対応するリンク部材50を回転可能に連結する。
支柱30の一端は、第1部品20の第1対向面22に固定されている。第1対向面22と支柱30の固定部を第1部品側支柱固定部34と称する。第1部品側支柱固定部34は、第1対向面22の略中央に位置している。
支柱30の他端は、第2部品10の第2対向面12に固定されている。第2対向面12と支柱30の固定部を第2部品側支柱固定部32と称する。第2部品側支柱固定部32は、第2対向面12の略中央に位置している。
支柱30は、その途中に支柱ジョイント36が設けられている。支柱ジョイント36は、支柱回転中心Pを中心にしてX軸とY軸の2軸周りに回転可能である。即ち、支柱30は、第1部品20に対して第2部品10を直交するX軸とY軸の2軸周りに回転可能に支持する。支柱30によって、第1部品20に対する回転中心Pの位置が維持される。
支柱30の他端は、第2部品10の第2対向面12に固定されている。第2対向面12と支柱30の固定部を第2部品側支柱固定部32と称する。第2部品側支柱固定部32は、第2対向面12の略中央に位置している。
支柱30は、その途中に支柱ジョイント36が設けられている。支柱ジョイント36は、支柱回転中心Pを中心にしてX軸とY軸の2軸周りに回転可能である。即ち、支柱30は、第1部品20に対して第2部品10を直交するX軸とY軸の2軸周りに回転可能に支持する。支柱30によって、第1部品20に対する回転中心Pの位置が維持される。
第1対向面22と第2対向面12の間には、支柱30に沿って伸びる3本のリンク部材50a、50b、50cが配置されている。
以下、リンク部材50aについて説明する。
リンク部材50aはその長手方向の途中にアクチュエータ56aを備えている。リンク部材50aは、アクチュエータ56aによって、そのリンク長を変更可能に構成されている。即ち、本実施例におけるリンク部材50は、夫々1本の伸縮リンクメンバによって構成されている。
リンク部材50aの先端部には、凸の球面部52aが形成されている。凸の球面部52aは、第1対向面12に設けられた凹の球面を有する第1部品側リンク支持部14aと面接触している。なお、図1、図2では、図を判り易くするために、第1部品側リンク支持部14aの球面とリンク部材50aの球面部52aを離して描いてある。以降の図でも同様に描いてある。
リンク部材50aの先端の球面部52aと、第1対向面に設けられた第1部品側リンク支持部14aが面接触することによって、第2部品側球面軸受70aが形成される。球面部52aと第1部品側リンク支持部14aは、半球を超えない範囲で接触している。球面接触している球面部52aと第1部品側リンク支持部14aの幾何学的な関係から、両者の間には相対的に移動できる方向と移動できない方向が存在する。両者が移動できない方向を拘束方向と称し、移動できる方向を非拘束方向と称する。球面52aが第1部品側リンク支持部14aに対して相対的に非拘束方向へ移動しようとすると、両者は離れてしまう。即ち、両者は、拘束方向に沿って互いに押し付けあうことによって、接触を維持できるのであり、互いに押し付けあう力がなくなると両者は相対的に非拘束方向に移動してしまう。その結果、両者の接触状態が維持されなくなる。
球面部52aと第1部品側リンク支持部14aは、球面の中心Qaを中心にして回転可能である。
リンク部材50aはその長手方向の途中にアクチュエータ56aを備えている。リンク部材50aは、アクチュエータ56aによって、そのリンク長を変更可能に構成されている。即ち、本実施例におけるリンク部材50は、夫々1本の伸縮リンクメンバによって構成されている。
リンク部材50aの先端部には、凸の球面部52aが形成されている。凸の球面部52aは、第1対向面12に設けられた凹の球面を有する第1部品側リンク支持部14aと面接触している。なお、図1、図2では、図を判り易くするために、第1部品側リンク支持部14aの球面とリンク部材50aの球面部52aを離して描いてある。以降の図でも同様に描いてある。
リンク部材50aの先端の球面部52aと、第1対向面に設けられた第1部品側リンク支持部14aが面接触することによって、第2部品側球面軸受70aが形成される。球面部52aと第1部品側リンク支持部14aは、半球を超えない範囲で接触している。球面接触している球面部52aと第1部品側リンク支持部14aの幾何学的な関係から、両者の間には相対的に移動できる方向と移動できない方向が存在する。両者が移動できない方向を拘束方向と称し、移動できる方向を非拘束方向と称する。球面52aが第1部品側リンク支持部14aに対して相対的に非拘束方向へ移動しようとすると、両者は離れてしまう。即ち、両者は、拘束方向に沿って互いに押し付けあうことによって、接触を維持できるのであり、互いに押し付けあう力がなくなると両者は相対的に非拘束方向に移動してしまう。その結果、両者の接触状態が維持されなくなる。
球面部52aと第1部品側リンク支持部14aは、球面の中心Qaを中心にして回転可能である。
リンク部材50aの後端は、第1対向面22に設けられたリンク連結部26aで回転可能に連結されている。リンク部材50aは、リンク連結部26aの回転中心Raを中心にして回転可能である。
リンク部材50b、50cもリンク部材50aと同様の構造を有している。
リンク部材50b、50cもリンク部材50aと同様の構造を有している。
コントローラ80は、各々のアクチュエータ56に対して、各々のリンク部材50のリンク長を変更するための指令値を出力する。
ここで、関節装置100が、回転中心Pを中心にして第1部品20と第2部品10のX軸とY軸の2軸周りの回転角を目標回転角に制御できることを説明する。
図2(B)に示すように、第2対向面12と夫々のリンク部材50の接触点、即ち、第2部品側リンク支持部14a、14b、14cを結ぶと三角形Tが形成される。3つの第2部品側リンク支持部14は、この三角形T内に第2部品側支柱固定部32が位置するように配置されている。これによって、第2対向面12に直交する方向から見て、第2部品側支柱固定部32と回転中心Pを、三角形T内に位置させることができる。
図2(A)では、コントローラ80からアクチュエータ56への指令によって、3本のリンク部材50のリンク長は、支柱30の長さと同じ長さに調整されている。なお、図2(A)には、リンク部材50cは描かれていない。これは、図2(A)の側面図では、リンク部材50bとリンク部材50cが重なるからである。
第1部品20と第2部品10は、支柱30が有するユニバーサルジョイント36によって、支柱回転中心Pを中心にして相対回転可能に連結されている。支柱30によって連結されていることによって、第1部品20と第2部品10は分離不能である。
第2部品側支柱固定部32が三角形T内に位置しているため、第1部品20と第2部品10が、支柱回転中心Pの周りに相対回転するには、次の3つの距離のうち少なくともひとつの距離は短くならなければならない。3つの距離とは、第2部品側リンク支持部14aとリンク連結部26aの間の距離、第2部品側リンク支持部14bとリンク連結部26bの間の距離、及び第2部品側リンク支持部14cである。
ところが第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の間は、夫々リンク部材50によって支持されている。いずれの距離も短くなることはない。従って、リンク部材50のリンク長が変更されない限り、第1部品20に対して第2部品10が支柱回転中心Pの周りに回転することはない。即ち、関節装置100は、第1部品20に対する第2部品10の支柱回転中心Pの周りの回転角を保持することができる。第1部品20と第2部品10が、支柱回転中心Pの周りの回転を拘束されるので、第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の距離のいずれも長くなることもない。その結果、第2部品側球面軸受70において第2部品側リンク支持部14と球面部52は半球を越えない範囲で接触しているにも関わらずに、第2部品側リンク支持部14と球面部52が離れることはない。
図2(B)に示すように、第2対向面12と夫々のリンク部材50の接触点、即ち、第2部品側リンク支持部14a、14b、14cを結ぶと三角形Tが形成される。3つの第2部品側リンク支持部14は、この三角形T内に第2部品側支柱固定部32が位置するように配置されている。これによって、第2対向面12に直交する方向から見て、第2部品側支柱固定部32と回転中心Pを、三角形T内に位置させることができる。
図2(A)では、コントローラ80からアクチュエータ56への指令によって、3本のリンク部材50のリンク長は、支柱30の長さと同じ長さに調整されている。なお、図2(A)には、リンク部材50cは描かれていない。これは、図2(A)の側面図では、リンク部材50bとリンク部材50cが重なるからである。
第1部品20と第2部品10は、支柱30が有するユニバーサルジョイント36によって、支柱回転中心Pを中心にして相対回転可能に連結されている。支柱30によって連結されていることによって、第1部品20と第2部品10は分離不能である。
第2部品側支柱固定部32が三角形T内に位置しているため、第1部品20と第2部品10が、支柱回転中心Pの周りに相対回転するには、次の3つの距離のうち少なくともひとつの距離は短くならなければならない。3つの距離とは、第2部品側リンク支持部14aとリンク連結部26aの間の距離、第2部品側リンク支持部14bとリンク連結部26bの間の距離、及び第2部品側リンク支持部14cである。
ところが第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の間は、夫々リンク部材50によって支持されている。いずれの距離も短くなることはない。従って、リンク部材50のリンク長が変更されない限り、第1部品20に対して第2部品10が支柱回転中心Pの周りに回転することはない。即ち、関節装置100は、第1部品20に対する第2部品10の支柱回転中心Pの周りの回転角を保持することができる。第1部品20と第2部品10が、支柱回転中心Pの周りの回転を拘束されるので、第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の距離のいずれも長くなることもない。その結果、第2部品側球面軸受70において第2部品側リンク支持部14と球面部52は半球を越えない範囲で接触しているにも関わらずに、第2部品側リンク支持部14と球面部52が離れることはない。
次に、第1部品20に対する第2部品10の支柱回転中心Pを中心とする回転角を目標回転角に制御する機能について説明する。
第1部品20と第2部品10は、支柱30によって、支柱回転中心Pを中心にして相対回転可能に連結されている。従って、目標回転角が決まると第1対向面22と第1対向面12の相対的な回転角が一意に決まる。第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離も一意に決まる。コントローラ80が、一意に決まった第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離を夫々のリンク部材50の目標リンク長に設定する。コントローラ80は、夫々のリンク部材50が設定した目標リンク長になるように
夫々のアクチュエータ56を制御する。夫々のリンク部材50は、一意に決まった第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離に制御される。そうすることによって、関節装置100は、第1部品20に対する第2部品10の支柱回転中心P周りの回転角を与えられた目標回転角に制御することが可能となる。
第1部品20と第2部品10は、支柱30によって、支柱回転中心Pを中心にして相対回転可能に連結されている。従って、目標回転角が決まると第1対向面22と第1対向面12の相対的な回転角が一意に決まる。第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離も一意に決まる。コントローラ80が、一意に決まった第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離を夫々のリンク部材50の目標リンク長に設定する。コントローラ80は、夫々のリンク部材50が設定した目標リンク長になるように
夫々のアクチュエータ56を制御する。夫々のリンク部材50は、一意に決まった第2部品側リンク支持部14とリンク連結部26の夫々の距離に制御される。そうすることによって、関節装置100は、第1部品20に対する第2部品10の支柱回転中心P周りの回転角を与えられた目標回転角に制御することが可能となる。
第1部品20と第2部品10が支柱回転中心Pを中心に相対回転すると、リンク部材50aの各々の端部を支持している第2部品側リンク支持部14aとリンク連結部26aの相対位置が3次元的に変化する。リンク部材50aの先端と第2部品側リンク支持部14は第2部品側球面軸受70aにおいて回転可能である。リンク部材50aの後端とリンク連結部26aは回転可能に連結されている。従って、第2部品側リンク支持部14aとリンク連結部26aの相対位置が3次元的に変化しても、リンク部材50aは、第2部品側リンク支持部14aとリンク連結部26aの間を結ぶ直線に一致するように両者の間で支持されたまま移動することができる。伸縮リンク50b、50cについても同様である。
本実施例の関節装置100によれば、夫々のリンク部材の先端と第2部品10をユニバーサルジョイント等で連結する必要がない。夫々のリンク部材50の先端の球面部52と第2部品10に配置された第2部品側リンク支持部14が半球を越えない範囲で球面接触していればよい。リンク部材50と第2部品10の間の支持構造が簡単になる。また、特許文献1のように、第1部品20と第2部品10の夫々に伸縮リンクを備える必要もない。伸縮リンクを利用して、1つの回転中心に対して、2つの部品の相対回転角を直交する少なくとも2つ軸の周り制御可能な関節装置をコンパクトに実現することができる。
<第3実施例> 次に図3を参照して第3実施例について説明する。図3は、第3実施例に係る関節装置200の模式的側面図である。図1及び図2に示した関節装置100と同じ構造の部品には同じ符号を付してある。図2と同じ符号を付した部品については説明を省略する。
この関節装置200と第1実施例の関節装置100の差異は、リンク部材250の後端と第1部品220の支持構造にある。
関節装置200は、3本のリンク部材250a、250b、250cを備える。なお、図3の模式的側面図は、図(A)の模式的側面図に対応している。従って、図3でも、リンク部材250bと250cは重なってしまうため、図3にはリンク部材250cは描かれていない。関節装置200の平面図は、図2(B)に示す関節装置100の平面図と同じとなる。
関節装置200は、3本のリンク部材250a、250b、250cを備える。なお、図3の模式的側面図は、図(A)の模式的側面図に対応している。従って、図3でも、リンク部材250bと250cは重なってしまうため、図3にはリンク部材250cは描かれていない。関節装置200の平面図は、図2(B)に示す関節装置100の平面図と同じとなる。
第1部品220が有する第1対向面222には、凹の球面を有する3つの第1部品側リンク支持部224a、224b、224cが設けられている。一方、リンク部材250a、250b、250cの後端部には、凸の球面を有する第2球面部254a、254b、254cが形成されている。以下、リンク部材250aについて説明する。
凸の第2球面部254aが、第1部品側リンク支持部224aに形成された凹の球面と面接触する。第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aが球面接触することによって、第1部品側球面軸受72aが形成される。第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aの接触面は、半球を越えない範囲に設定されている。即ち、リンク部材250aと第1部品220の間の支持構造は、第1実施例で示したリンク部材50aと第2部品10の間の支持構造と同一である。従って、リンク部材250aは、第1部品220に設けられた第1部品側リンク支持部224aに対して回転可能である。同時に、リンク部材250aの第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aの間には、相対的に移動可能な非拘束方向と相対的に移動不可能な拘束方向が存在する。リンク部材250b、250cも同様の構造である。
凸の第2球面部254aが、第1部品側リンク支持部224aに形成された凹の球面と面接触する。第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aが球面接触することによって、第1部品側球面軸受72aが形成される。第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aの接触面は、半球を越えない範囲に設定されている。即ち、リンク部材250aと第1部品220の間の支持構造は、第1実施例で示したリンク部材50aと第2部品10の間の支持構造と同一である。従って、リンク部材250aは、第1部品220に設けられた第1部品側リンク支持部224aに対して回転可能である。同時に、リンク部材250aの第2球面部254aと第1部品側リンク支持部224aの間には、相対的に移動可能な非拘束方向と相対的に移動不可能な拘束方向が存在する。リンク部材250b、250cも同様の構造である。
第1実施例の関節装置100では、リンク部材50の先端の球面部52と第2部品に設けられた第2部品側リンク支持部14が半球を越えない範囲で球面接触している状態を維持したまま、第1部品20に対する第2部品10の回転角を制御可能である。同様の理由により、本実施例の関節装置200も、リンク部材250の後端と第1部品220が半球を越えない範囲で球面接触した状態を維持したまま、第1部品220に対する第2部品10の回転角を制御できる。
本実施例の関節装置200によれば、リンク部材250の両端は、夫々対応する第1部品220及び第2部品10とともに球面軸受を形成する。球面軸受において、リンク部材の端部と第1部品220、或いは第2部品10は、半球を超えない範囲で球面接触する。リンク部材250の先端のみならず後端もユニバーサルジョイント等を用いて連結する必要がない。一層コンパクトな関節装置を実現することができる。
本実施例の関節装置200によれば、リンク部材250の両端は、夫々対応する第1部品220及び第2部品10とともに球面軸受を形成する。球面軸受において、リンク部材の端部と第1部品220、或いは第2部品10は、半球を超えない範囲で球面接触する。リンク部材250の先端のみならず後端もユニバーサルジョイント等を用いて連結する必要がない。一層コンパクトな関節装置を実現することができる。
第3実施例では、リンク部材250の一端には凸の球面部52が形成され、他端には凸の第2球面部254が形成されている。第1部品220には凹の球面を有する第1部品側リンク支持部224が形成されている。第2部品10には凹の球面を有する第2部品側リンク支持部14が形成されている。リンク部材の夫々の端部と、これに対応するリンク支持部が半球を越えない範囲で面接触する。リンク部材の端部とリンク支持部が半球を越えない範囲で面接触する構造は他にもある。リンク部材の端部に凹の球面部を形成し、これに対応する部品側に凸の球面を有するリンク支持部を形成してもよい。より具体的には以下の組み合わせが考えられる。
(1)リンク部材の両端に凸の球面部を形成し、第1部品と第2部品の夫々のリンク支持部に凹の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部と、これに対応するリンク支持部で球面軸受を形成する。
(2)リンク部材の両端に凹の球面部を形成し、第1部品と第2部品の夫々のリンク支持部に凸の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部と、これに対応するリンク支持部で球面軸受を形成する。
(3)リンク部材の一端に凹の球面部を形成し、この端部に対応するリンク支持部に凸の球面を形成する。リンク部材の他端に凸の球面部を形成し、この端部に対応するリンク支持部に凹の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部に形成された凹又は凸の球面と、これに対応するリンク支持部に形成された凸又は凹の球面で球面軸受を形成する。
(3)のケースの場合、リンク部材の先端に凸の球面を形成し、リンク部材の後端に凹の球面を形成してよい。逆に、リンク部材の先端に凹の球面を形成し、リンク部材の後端に凸の球面を形成してもよい。
(4)ひとつの関節装置に含まれる複数のリンク部材が夫々独立に上記(1)から(3)のいずれかの構造であってもよい。
(1)リンク部材の両端に凸の球面部を形成し、第1部品と第2部品の夫々のリンク支持部に凹の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部と、これに対応するリンク支持部で球面軸受を形成する。
(2)リンク部材の両端に凹の球面部を形成し、第1部品と第2部品の夫々のリンク支持部に凸の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部と、これに対応するリンク支持部で球面軸受を形成する。
(3)リンク部材の一端に凹の球面部を形成し、この端部に対応するリンク支持部に凸の球面を形成する。リンク部材の他端に凸の球面部を形成し、この端部に対応するリンク支持部に凹の球面を形成する。リンク部材の夫々の端部に形成された凹又は凸の球面と、これに対応するリンク支持部に形成された凸又は凹の球面で球面軸受を形成する。
(3)のケースの場合、リンク部材の先端に凸の球面を形成し、リンク部材の後端に凹の球面を形成してよい。逆に、リンク部材の先端に凹の球面を形成し、リンク部材の後端に凸の球面を形成してもよい。
(4)ひとつの関節装置に含まれる複数のリンク部材が夫々独立に上記(1)から(3)のいずれかの構造であってもよい。
<第4実施例> 次に図4と図5を参照して第4実施例に係る関節装置300について説明する。図4(A)は関節装置300の斜視図である。図4(B)は図4(A)と別の角度から見た関節装置300の斜視図である。図5は関節装置300の模式的側面図である。なお、図4、図5には、関節装置300のリンク部材を覆うカバーと関節装置300のコントローラの図示を省略してある。
関節装置300の特徴は、次の通りである。
・リンク部材350は、1本の伸縮リンクメンバ351と、伸縮リンクメンバの端部に揺動可能に連結されている揺動リンクメンバ353を有する。
・伸縮リンクメンバ351は、第1部品320に揺動不能に支持されている。
・伸縮リンクメンバ351aは、剛体であり、第1部品320から第2部品310に向って伸びる部品間部分Laと、第1部品320を通過して第2部品310から離れる方向に伸びる延長部分LAを有している。アクチュエータ356aが第1部品320に固定されている。アクチュエータ356aによって、部品間部分Laの長さが調整される。伸縮リンクメンバ351a自体は剛体であるが、第1部品320と第2部品310の間に位置する部品間部分Laが実質的にリンクの機能を果す。即ち、アクチュエータ356aが剛体である伸縮リンクメンバ351aの部品部分Laの長さを調整することによって、リンク長さ(部品間部分Laの長さ)が調整可能な伸縮リンクを構成している。伸縮リンクメンバ351b、351cも同様の構造を有している。
・第2部品310は、第2部品310に対して揺動可能な揺動部材360を有している。揺動部材360とリンク部材350が有する揺動リンクメンバ353の間で第2部品側球面軸受70が形成される。
関節装置300の特徴は、次の通りである。
・リンク部材350は、1本の伸縮リンクメンバ351と、伸縮リンクメンバの端部に揺動可能に連結されている揺動リンクメンバ353を有する。
・伸縮リンクメンバ351は、第1部品320に揺動不能に支持されている。
・伸縮リンクメンバ351aは、剛体であり、第1部品320から第2部品310に向って伸びる部品間部分Laと、第1部品320を通過して第2部品310から離れる方向に伸びる延長部分LAを有している。アクチュエータ356aが第1部品320に固定されている。アクチュエータ356aによって、部品間部分Laの長さが調整される。伸縮リンクメンバ351a自体は剛体であるが、第1部品320と第2部品310の間に位置する部品間部分Laが実質的にリンクの機能を果す。即ち、アクチュエータ356aが剛体である伸縮リンクメンバ351aの部品部分Laの長さを調整することによって、リンク長さ(部品間部分Laの長さ)が調整可能な伸縮リンクを構成している。伸縮リンクメンバ351b、351cも同様の構造を有している。
・第2部品310は、第2部品310に対して揺動可能な揺動部材360を有している。揺動部材360とリンク部材350が有する揺動リンクメンバ353の間で第2部品側球面軸受70が形成される。
本実施例の関節装置300の構造について説明する。
第1部品320と第2部品310が支柱30によって回転可能に連結されている構造は第1実施例の関節装置100と同様であるので説明を省略する。また、図2(B)に示した関節装置100と同様に、リンク部材350によって支持される揺動部材360a、360b、360cは、それらを結んで形成される多角形(三角形)内に支柱30の第2部品側支柱固定部32が位置する関係に配置されている。
関節装置300は3本のリンク部材350a、350b、350cを備える。なお、図5の模式的側面図では、リンク部材350bと350cが重なってしまうため、リンク部材350cは描かれていない。
第1部品320と第2部品310が支柱30によって回転可能に連結されている構造は第1実施例の関節装置100と同様であるので説明を省略する。また、図2(B)に示した関節装置100と同様に、リンク部材350によって支持される揺動部材360a、360b、360cは、それらを結んで形成される多角形(三角形)内に支柱30の第2部品側支柱固定部32が位置する関係に配置されている。
関節装置300は3本のリンク部材350a、350b、350cを備える。なお、図5の模式的側面図では、リンク部材350bと350cが重なってしまうため、リンク部材350cは描かれていない。
リンク部材350aの構造について説明する。
リンク部材350aは、伸縮リンクメンバ351aと揺動リンクメンバ353aを有する。伸縮リンクメンバ351aは、第1部品320に揺動不能に支持されている。伸縮リンクメンバ351aは、それ自体は剛体であり、伸縮しない。伸縮リンクメンバ351aは、第1部品320を貫通しており、第1部品320から第2部品310に向って伸びる部品間部分Laと、第1部品320を通過して第2部品310から離れる方向に伸びる延長部分LAを有する。アクチュエータ356aが第1部品320に固定されている。アクチュエータ356aによって、部品間部分Laの長さが調整される。部品間部分Laが、第1部品320に対して第2部品310を支持する機能を実質的に担う。伸縮リンクメンバ351aは、それ自体は伸縮しないがリンクとしての機能を担う部品間部分Laの長さが調整可能であるため、実質的には伸縮可能なリンクと等価である。
なお、伸縮リンクメンバ351aは、図5に示すX軸とY軸の周りには回転不能であり、部品間部分LaがZ軸方向に伸縮する。
伸縮リンクメンバ351aの先端には、中間関節355aを介して揺動リンクメンバ353aの一端が揺動可能に連結されている。揺動リンクメンバ353aは、中間関節355aの回転軸C1の周りに回転可能である。図5に示すように、回転軸C1は、伸縮リンクメンバ351aの長手方向と交差する方向に伸びている。図4に示すように、回転軸C1は、中間関節355aと支柱30を結ぶ方向に伸びている。
揺動リンクメンバ353aの他端には、凸の球面を有する球面部352aが形成されている。
リンク部材350aは、伸縮リンクメンバ351aと揺動リンクメンバ353aを有する。伸縮リンクメンバ351aは、第1部品320に揺動不能に支持されている。伸縮リンクメンバ351aは、それ自体は剛体であり、伸縮しない。伸縮リンクメンバ351aは、第1部品320を貫通しており、第1部品320から第2部品310に向って伸びる部品間部分Laと、第1部品320を通過して第2部品310から離れる方向に伸びる延長部分LAを有する。アクチュエータ356aが第1部品320に固定されている。アクチュエータ356aによって、部品間部分Laの長さが調整される。部品間部分Laが、第1部品320に対して第2部品310を支持する機能を実質的に担う。伸縮リンクメンバ351aは、それ自体は伸縮しないがリンクとしての機能を担う部品間部分Laの長さが調整可能であるため、実質的には伸縮可能なリンクと等価である。
なお、伸縮リンクメンバ351aは、図5に示すX軸とY軸の周りには回転不能であり、部品間部分LaがZ軸方向に伸縮する。
伸縮リンクメンバ351aの先端には、中間関節355aを介して揺動リンクメンバ353aの一端が揺動可能に連結されている。揺動リンクメンバ353aは、中間関節355aの回転軸C1の周りに回転可能である。図5に示すように、回転軸C1は、伸縮リンクメンバ351aの長手方向と交差する方向に伸びている。図4に示すように、回転軸C1は、中間関節355aと支柱30を結ぶ方向に伸びている。
揺動リンクメンバ353aの他端には、凸の球面を有する球面部352aが形成されている。
一方、第2部品310には、図4に示すように、凸の球面を有する球状部314aが2つ設けられている。2つの球状部314aは隣接して配置されている。第2部品310には、球状部314aに対して揺動可能な揺動部材360aが設けられている。揺動部材360aは、図4に示すように、2つの球状部314aの共通中心線C2の周りに揺動可能である。2つの球状部314aは、その共通中心線C2が中間関節355aの回転軸C1と直交する関係を満たすように配置されている。
揺動部材360aには、凹の球面を有する揺動部材側球面部361aが形成されている。揺動部材側球面部361aと、揺動リンク353aの先端に形成された球面部352aが球面接触している。揺動部材側球面部361aと球面部352aが接触することによって、第2部品側球面軸受70aが形成される。揺動部材側球面部361aと球面部352aは、半球を超えない範囲で球面接触している。
揺動部材側球面部361aと球面部352aが球面接触していることによって、両者は球面の中心Q2を中心にして自由に回転できる。一方、両者は半球を超えない範囲で球面接触しているので、拘束方向に互いに押し付け合う力を発生していないと、両者は非拘束方向に相対的に移動してしまう。即ち、両者は、拘束方向に互いに押し付け合う力を発生していないと、接触状態を維持することができない。
リンク部材350b、350cも同様の構造を有している。
揺動部材側球面部361aと球面部352aが球面接触していることによって、両者は球面の中心Q2を中心にして自由に回転できる。一方、両者は半球を超えない範囲で球面接触しているので、拘束方向に互いに押し付け合う力を発生していないと、両者は非拘束方向に相対的に移動してしまう。即ち、両者は、拘束方向に互いに押し付け合う力を発生していないと、接触状態を維持することができない。
リンク部材350b、350cも同様の構造を有している。
関節装置300が、第2部品側球面軸受70において揺動部材側球面部361と球面部352の接触状態を維持しながら、第1部品320に対する第2部品310の回転角を制御できることを説明する。
第2部品310の回転角を制御するとは、目標とする回転角が与えられたときに、その目標回転角を実現するための各伸縮リンクメンバ351の目標長さが決定できればよい。第1部品320と第2部品310は、支柱30によって、回転中心Pの位置を維持しながら分離不可に連結されている。また、各リンク部材350は第1部品320に対して回転不能に連結されている。従って、目標回転角を実現するには、第2部品310が目標回転角になったと仮定したときに、各リンク部材350の先端が夫々第2部品310との支持点を維持できればよい。
第2部品310の回転角を制御するとは、目標とする回転角が与えられたときに、その目標回転角を実現するための各伸縮リンクメンバ351の目標長さが決定できればよい。第1部品320と第2部品310は、支柱30によって、回転中心Pの位置を維持しながら分離不可に連結されている。また、各リンク部材350は第1部品320に対して回転不能に連結されている。従って、目標回転角を実現するには、第2部品310が目標回転角になったと仮定したときに、各リンク部材350の先端が夫々第2部品310との支持点を維持できればよい。
以下ではリンク部材350aについて説明する。
なお、説明のため、図5に示すように、リンク部材350aと第1部品320が連続する点を第1部品側支持点357aと称する。また、揺動リンクメンバ353aの先端に形成された球面部352aの回転中心Q2から回転軸C2へ下ろした垂線の足を第2部品側支持点358aと称する。第2部品側支持点358aの意味は次の通りである。
第2部品310は、揺動部材360aを介してリンク部材350aによって支持される。揺動部材360aは第2部品310に対して揺動可能に連結されている。従って、揺動部材360aは、リンク部材350aを構成する第3のリンクとみなすことができる。そうすると、揺動部材360aを揺動可能に連結している球状部314aが揺動部材360aを含むリンク部材350aの支持点となる。揺動部材360aによって、リンク部材350aの先端の球面部352は、球面部341aの回転軸C2の周りに回転する。そこで、球面部352の回転中心Qを、球面部352を代表する点と捉えると、球面部352aの回転中心Q2から回転軸C2へ下ろした垂線の足を第2部品側支持点358aと称することが幾何学的に適切となる。
即ち、第2部品310は、第2部品側支持点358aでリンク部材350aに支持されるとみなすことができる。ここでいうリンク部材350aは、第3のリンクとみなした揺動部材360を含む。以下の説明において、リンク部材350aというときには第3のリンクとみなした揺動部材360を含む。
なお、説明のため、図5に示すように、リンク部材350aと第1部品320が連続する点を第1部品側支持点357aと称する。また、揺動リンクメンバ353aの先端に形成された球面部352aの回転中心Q2から回転軸C2へ下ろした垂線の足を第2部品側支持点358aと称する。第2部品側支持点358aの意味は次の通りである。
第2部品310は、揺動部材360aを介してリンク部材350aによって支持される。揺動部材360aは第2部品310に対して揺動可能に連結されている。従って、揺動部材360aは、リンク部材350aを構成する第3のリンクとみなすことができる。そうすると、揺動部材360aを揺動可能に連結している球状部314aが揺動部材360aを含むリンク部材350aの支持点となる。揺動部材360aによって、リンク部材350aの先端の球面部352は、球面部341aの回転軸C2の周りに回転する。そこで、球面部352の回転中心Qを、球面部352を代表する点と捉えると、球面部352aの回転中心Q2から回転軸C2へ下ろした垂線の足を第2部品側支持点358aと称することが幾何学的に適切となる。
即ち、第2部品310は、第2部品側支持点358aでリンク部材350aに支持されるとみなすことができる。ここでいうリンク部材350aは、第3のリンクとみなした揺動部材360を含む。以下の説明において、リンク部材350aというときには第3のリンクとみなした揺動部材360を含む。
また、より一般化するために、目標回転角は回転中心Pを中心として図5に示すX軸、Y軸、Z軸の夫々の軸周りの目標回転角が与えられるとする。
3軸の各軸周りの目標回転角が与えられると、第1部品320に対する第2部品310の相対位置が決まる。第1部品側支持点357aと第2部品側支持点358aの相対位置が決まる。ここでいう相対位置は、位置と姿勢の6自由度で表現される。
第1実施例と同様に、第1部品320に対して第2部品310を目標回転角に制御するには、リンク部材350の先端を第2部品側支持点358aに位置させることができればよい。従って、リンク部材350aの先端が第1部品側支持点357aに対して6自由度を有していれば良い。なお、ここでいうリンク部材350aの先端とは、揺動部材360aの先端を意味する。
3軸の各軸周りの目標回転角が与えられると、第1部品320に対する第2部品310の相対位置が決まる。第1部品側支持点357aと第2部品側支持点358aの相対位置が決まる。ここでいう相対位置は、位置と姿勢の6自由度で表現される。
第1実施例と同様に、第1部品320に対して第2部品310を目標回転角に制御するには、リンク部材350の先端を第2部品側支持点358aに位置させることができればよい。従って、リンク部材350aの先端が第1部品側支持点357aに対して6自由度を有していれば良い。なお、ここでいうリンク部材350aの先端とは、揺動部材360aの先端を意味する。
リンク部材350aは次の自由度を有する。伸縮リンクメンバ351aがZ方向に1自由度を有する。中間関節355aが回転軸C1周りに1自由度を有する。第2部品側球面軸受70aが回転3自由度を有する。揺動部材360aが第2部品310に対して回転軸C2の周りに1自由度を有する。リンク部材350aは合計6自由度を有する。従って、第1部品側支持点357aと第2部品側支持点358aが任意の相対位置となっても、リンク部材350aは、その先端を第2部品側支持点358aに位置させることができる。
次に、関節装置が3本の伸縮リンクメンバ351のリンク長を制御することによって、第2部品310を目標回転角にできることを説明する。
関節装置300が制御可能な自由度は3自由度である。3自由度とは、リンク部材350ごとに伸縮リンクメンバ351の長さ(実質的には部品間長さ)を変更できることを意味する。
第2部品310の相対位置は、3軸の各軸周りの目標回転角で決定される。相対位置を決定する独立変数の数は3である。関節装置300が制御可能な自由度の数も3である。従って、目標回転角が与えられたときに、各リンク部材の伸縮リンクメンバの長さ(目標リンク長)は一意に決定される。アクチュエータ356が夫々の伸縮リンクメンバ351の長さを対応するリンク長に調整することによって、第2部品310を目標回転角に制御することができる。
関節装置300が制御可能な自由度は3自由度である。3自由度とは、リンク部材350ごとに伸縮リンクメンバ351の長さ(実質的には部品間長さ)を変更できることを意味する。
第2部品310の相対位置は、3軸の各軸周りの目標回転角で決定される。相対位置を決定する独立変数の数は3である。関節装置300が制御可能な自由度の数も3である。従って、目標回転角が与えられたときに、各リンク部材の伸縮リンクメンバの長さ(目標リンク長)は一意に決定される。アクチュエータ356が夫々の伸縮リンクメンバ351の長さを対応するリンク長に調整することによって、第2部品310を目標回転角に制御することができる。
また、第1部品320と第2部品310は、支柱30によって分離不可に連結されている。各リンク部材350は、概ね支柱30と同じ方向を向いて第2部品310を支持している。各リンク部材350の伸縮リンクメンバ351は、概ね第2部品310に向って伸縮する。従って、各リンク部材350は第2部品310に対して、支柱に沿って押す方向に支持力を加えることができる。各リンク部材350は、第2部品310に対して押す方向に支持力を発生することで第2部品を支持することができる。即ち、各第2部品側球面軸受70では、揺動部材360に形成された揺動部材側球面部361と、リンク部材350の先端に形成された球面部352が互いに押し合う状態を維持することができる。揺動部材側球面部361と球面部352が半球を超えない範囲で球面接触した状態であっても、第2部品310を任意の目標回転角に制御する際に、揺動部材360と球面部352が離れてしまう可能性は少ない。
本実施例の関節装置300は、リンク部材350に6自由度を持たせるために、中間関節355に回転1自由度を備えており、球状部314と揺動部材360の間に回転1自由度を備える構造とした。リンク部材350に6自由度を持たせるためには上記の構造に限られない。例えば、中間関節355に2自由度の回転を持たせれば、球状部314と揺動部材360の間の自由度は不要となる。即ち、中間関節355に2自由度の回転を持たせる構造とすれば、揺動部材360は無くてもよい。
本実施例の関節装置300は、伸縮リンクメンバ351が第1部品320を貫通している。これによって、伸縮リンクメンバ350のうち、実質的にリンクとして機能する部品間部分Laのストローク、即ちリンク長の取り得る長さ範囲を大きくすることができる。第1部品320に対する第2部品310の回転角の取り得る範囲を大きくすることができる。このことは、伸縮リンクメンバ351を第1部品320に貫通させるとともに、アクチュエータ356を第1部品320に固定することによって実現できる。この場合、伸縮リンクメンバ351は第1部品320に対して回転不可となる。伸縮リンクメンバ351が第1部品320に対して回転不可であっても、伸縮リンクメンバに対して揺動可能な揺動リンクメンバ353を備えることによって、第2部品310を目標回転角に制御することができる。
本実施例の関節装置300はまた、リンク部材先端の球面部352と揺動部材側球面部361が半球を超えない範囲で球面接触する球面軸受を形成している。従って、揺動部材360に対するリンク部材350先端(即ち球面部352)の回転範囲を大きくすることができる。これによっても第1部品320に対する第2部品310の目標回転角の取り得る範囲を大きくすることができる。図4(A)、(B)に例示したように、第1部品320に対して第2部品310を90度近くまで回転させることができる。
本実施例の関節装置300では、図4(A)、(B)に示す揺動部材360と球面部352の位置関係からわかるように、揺動リンクメンバ353が軸C1の周りに回転可能であるために、揺動リンクメンバ353が軸C1の周りに大きく回転すると揺動部材360と球面部352の接触関係が維持できなくなる可能性がある。そのような可能性がある場合には、伸縮リンクメンバ351と揺動リンクメンバ353の間に、両者が直線状態となる側に付勢する弾性部材を備えればよい。弾性部材は例えばバネなどである。
なお、図4では、球状部314、揺動部材360、及び球面部352が、第1部品320や第2部品310と比較して大きく描いてある。これらの部品は、半球を超えない範囲で球面接触する球面軸受を形成できればよい。従って、球状部314、揺動部360、及び球面部352の寸法は極めて小さくできる。コンパクトな関節装置を実現することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、図1、図2に示す関節装置100は、第2部品10と第1部品20の相対回転角を、支柱回転中心Pを中心としてY軸周りとX軸周りに制御可能である。さらに図1に示すZ軸周りの相対回転角を制御可能とすることもできる。その場合には、支柱ジョイント36は支柱回転中心Pを中心としてZ軸周りにも回転可能な構成とする。そして、予め第2部品10に対して第1部品20をZ軸周りに所定角だけ回転させた状態を初期状態とする。即ち、3本の伸縮リンク50を、支柱30の周方向に傾斜させておく。そうすることで、3本の伸縮リンク50のリンク長を全て伸展させると第2部品10をZ軸周りに回転させることができる。
また、上記実施例では伸縮リンクは3本とした。伸縮リンクの数は3本以上であれば何本でもよい。伸縮リンクの数が何本であっても、複数の第1軸受部を、隣接する第1軸受部を結んで形成される多角形内に支柱の端部が位置するように配置することで実施例と同様の効果を得ることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10:第2部品
12:第1対向面
14a、14b、14c:第2部品側リンク支持部
20:第1部品
22:第2対向面
26a、26b、26c:リンク連結部
30:支柱
32:第2部品側支柱固定部
34:第1部品側支柱固定部
36:ユニバーサルジョイント
50a、50b、50c:リンク部材
52a、52b、52c:球面部
56a、56b、56c:アクチュエータ
70a、70b、70c:第2部品側球面軸受
72a、72b:第1部品側球面軸受
80:コントローラ
100、200、300、400:関節装置
224a、224b:第1部品側リンク支持部
314a、314b:球状部
350a、350b、350c:リンク部材
351a、351b、351c:伸縮リンクメンバ
353a、353b、353c:揺動リンクメンバ
360a、360b、360c:揺動部材
12:第1対向面
14a、14b、14c:第2部品側リンク支持部
20:第1部品
22:第2対向面
26a、26b、26c:リンク連結部
30:支柱
32:第2部品側支柱固定部
34:第1部品側支柱固定部
36:ユニバーサルジョイント
50a、50b、50c:リンク部材
52a、52b、52c:球面部
56a、56b、56c:アクチュエータ
70a、70b、70c:第2部品側球面軸受
72a、72b:第1部品側球面軸受
80:コントローラ
100、200、300、400:関節装置
224a、224b:第1部品側リンク支持部
314a、314b:球状部
350a、350b、350c:リンク部材
351a、351b、351c:伸縮リンクメンバ
353a、353b、353c:揺動リンクメンバ
360a、360b、360c:揺動部材
Claims (5)
- 第1部品と、
第2部品と、
第1部品と第2部品を連結している支柱と、
第1部品と第2部品の間に配置されている複数のリンク部材と、
複数のアクチュエータと、
各々のアクチュエータを制御するコントローラを備えており、
支柱は、その一端が第1部品に固定されており、他端が第2部品に連結されており、第1部品に対して第2部品を直交3軸中の少なくとも2軸の周りに回転可能に支持するとともに、第1部品に対する第2部品の回転中心位置を一定に維持するものであり、
複数のリンク部材は、第2部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の他端が位置する位置関係に配置されており、
各々のリンク部材は、対応する各々のアクチュエータによって伸縮する少なくとも1本の伸縮リンクメンバを備えており、
第2部品と各々のリンク部材の間に、接触面が半球を超えない第2部品側球面軸受が形成されており、
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、第2部品側球面軸受における第2部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件と、第1部品に対する第2部品の回転角を目標回転角にする条件から決定される目標リンク長に調整することを特徴とする関節装置。 - 各々のリンク部材は、1本の伸縮リンクメンバで構成されており、
第1部品と各々の伸縮リンクメンバの間に、接触面が半球を越えない第1部品側球面軸受が形成されており、
複数のリンク部材は、第1部品との接続点で形成される閉多角形内に支柱の一端が位置する関係に配置されており、
コントローラは、各々の伸縮リンクメンバの長さを、前記条件に加えて、第1部品側球面軸受における第1部品と各々のリンク部材の接触状態を維持する条件から決定される目標リンク長に調整することを特徴とする請求項1の関節装置。 - 各々のリンク部材は、1本の伸縮リンクメンバと、その端部に揺動可能に連結されている揺動リンクメンバを有しており、
各々の伸縮リンクメンバは、第1部品に揺動不能に支持されていることを特徴とする請求項1の関節装置。 - 各々の伸縮リンクメンバは、第1部品と第2部品の間に配置されてリンク部材を構成する部分と、第1部品を通過して第2部品から離れる方向に伸びている延長部分を備えていることを特徴とする請求項3の関節装置。
- 第2部品は、第2部品本体と、それに揺動可能な揺動部材を備えており、
その揺動部材と各々のリンク部材の間に、第2部品側球面軸受が形成されていることを特徴とする請求項3又は4の関節装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006056279A JP2007229883A (ja) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | 関節装置 |
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JP2006056279A JP2007229883A (ja) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | 関節装置 |
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JP2007229883A true JP2007229883A (ja) | 2007-09-13 |
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ID=38550982
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JP2006056279A Pending JP2007229883A (ja) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | 関節装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007229883A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009218389A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Psc Kk | 気体圧制御型微小傾斜装置 |
JP2010065300A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Shinmaywa Industries Ltd | パラレルリンク機構およびパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置 |
CN104723304A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-24 | 王俊 | 车载电池安装平台 |
JP2018008372A (ja) * | 2017-08-07 | 2018-01-18 | 株式会社ダイヘン | 基板搬送装置 |
CN113386168A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-14 | 上海工程技术大学 | 一种用于检疫采样的仿生柔性机械手腕装置 |
JP2022036838A (ja) * | 2020-08-24 | 2022-03-08 | 三晃精機株式会社 | 移動式作業台車 |
-
2006
- 2006-03-02 JP JP2006056279A patent/JP2007229883A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009218389A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Psc Kk | 気体圧制御型微小傾斜装置 |
JP2010065300A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Shinmaywa Industries Ltd | パラレルリンク機構およびパラレルリンク機構を備えた真空成膜装置 |
CN104723304A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-24 | 王俊 | 车载电池安装平台 |
JP2018008372A (ja) * | 2017-08-07 | 2018-01-18 | 株式会社ダイヘン | 基板搬送装置 |
JP2022036838A (ja) * | 2020-08-24 | 2022-03-08 | 三晃精機株式会社 | 移動式作業台車 |
CN113386168A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-14 | 上海工程技术大学 | 一种用于检疫采样的仿生柔性机械手腕装置 |
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