JP2012161846A - Rotation mechanism - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation mechanism for making an operation link have a stable posture under any working posture by imparting energizing force to the operation link to be equal to application of gravity of an optional size in an optional direction.SOLUTION: This rotation mechanism 1 includes: a vertical support member 3 extending upward in a vertical direction; an inclination support member 5 which is rotatably supported by the vertical support member 3 and can be set at a prescribed angle with the vertical support member 3; the operation link 6 rotatably supported by the vertical support member 3; and a connection part 10 including an elastic part 14 for connecting the inclination support member 5 and the operation link 6.

Description

本発明は、例えば、マニピュレータ、荷役機械、建設機械、ロボットアーム、ヒューマノイド等に用いる回動機構に関する。   The present invention relates to a rotation mechanism used for, for example, a manipulator, a cargo handling machine, a construction machine, a robot arm, a humanoid, and the like.

物資運搬作業、土木作業、組み付け作業等では、垂直平面内で回動する作動リンクを備えた機器が広く利用されている。これらの機器の作動リンクは、水平ないし斜め上方に向けられて使用されることが多い。しかしながら、作動リンクは重力によって常に鉛直下向きの姿勢へと付勢されているので、動力を切断した場合には作動リンクが鉛直下向きの安定姿勢を目指して落下する。このため、作動リンクには常に重力にさからった駆動力を加える必要がある。駆動力を発生させる方法としては、目標の作業姿勢にサーボ機構を用いて安定化させるのが一般的であるが、作業姿勢によって作業精度や駆動効率が低下することがある。そこで、ばねやリンク機構を用いて機構的に任意の作業姿勢に安定化させて、作業精度や駆動効率を向上する技術が用いられている（特許文献１参照）。   In material transportation work, civil engineering work, assembly work, and the like, devices having an operation link that rotates in a vertical plane are widely used. In many cases, the operating links of these devices are used horizontally or obliquely upward. However, since the operating link is always urged to a vertically downward posture by gravity, when the power is cut, the operating link falls aiming at a vertically downward stable posture. For this reason, it is necessary to always apply a driving force against gravity to the operating link. As a method for generating the driving force, the target working posture is generally stabilized by using a servo mechanism, but the working accuracy and driving efficiency may be lowered depending on the working posture. Therefore, a technique is used in which the working accuracy and driving efficiency are improved by mechanically stabilizing the working posture using a spring or a link mechanism (see Patent Document 1).

特許第４１４４０２１号公報Japanese Patent No. 4144221

しかしながら、作動リンクの安定姿勢を機構的に生成する従来技術では、ばね、特殊なリンク配置、ストッパ等の機構を利用しており、安定姿勢への付勢力の程度を運用中に変更することは容易ではない。また、この付勢力は作動リンクの姿勢変化にともなう重力項の変化とは異なる変化をする非線形な力である。このため作業姿勢によっては、作動リンクの運動の複雑化による作業精度の低下、及び不必要な付勢力の抵抗による駆動効率の悪化、という２つの問題が生じていた．   However, in the conventional technology that mechanically generates a stable posture of the operating link, a mechanism such as a spring, a special link arrangement, or a stopper is used, and it is not possible to change the degree of urging force to the stable posture during operation. It's not easy. This urging force is a non-linear force that changes differently from the change in the gravity term that accompanies the change in the attitude of the operating link. For this reason, depending on the work posture, two problems have arisen: a decrease in work accuracy due to complicated movement of the operating link, and a deterioration in drive efficiency due to resistance of unnecessary biasing force.

本発明は、上記課題を解決するためのものであって、任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンクに付勢力を与えることで、作動リンクがいかなる作業姿勢であっても安定姿勢となる回動機構を提供することを目的とする。   The present invention is for solving the above-mentioned problem, and by applying a biasing force to the operating link so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction, An object of the present invention is to provide a turning mechanism that is in a stable posture even in a working posture.

そのために本発明の回動機構は、鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材と、前記鉛直支持部材に回動可能に支持されると共に、前記鉛直支持部材に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材と、前記鉛直支持部材に回動可能に支持される作動リンクと、前記傾斜支持部材と前記作動リンクとを連結する弾性部を含む連結部と、を有することを特徴とする。   For this purpose, the rotation mechanism of the present invention includes a vertical support member extending upward in the vertical direction, and a tilt support that is rotatably supported by the vertical support member and can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member. It has a member, an operation link supported by the vertical support member so that rotation is possible, and a connection part including an elastic part which connects the inclination support member and the operation link.

また、以下の式（１）、式（２）及び式（３）を満足することを特徴とする。

Figure 2012161846
ただし、
ｋは、前記弾性部の弾性率、
ｍは、重心位置にかかる質量、
ｇは、重力加速度、
ｌは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記重心位置までの距離、
ｐは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記作動リンクと前記連結部とを連結する作用点までの距離、
ｈは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記傾斜支持部材が前記連結部を支持する基点までの距離、
θ1は、前記傾斜支持部材の前記鉛直支持部材に対する角度、
αは、補償倍率、
βは、水平面に対する前記作動リンクの安定姿勢の角度、
γは、仮想重力の大きさ
である。 Further, the following expressions (1), (2), and (3) are satisfied.
Figure 2012161846
 However,
k is the elastic modulus of the elastic part,
m is the mass at the center of gravity,
g is the acceleration of gravity,
l is the distance from the center to the position of the center of gravity, centered on the point at which the inclined support member is supported by the vertical support member,
p is the distance from the center to the point of action connecting the operating link and the connecting portion, with the point where the inclined support member is supported by the vertical support member as the center,
h is a point from which the inclined support member is supported by the vertical support member, and a distance from the center to a base point at which the inclined support member supports the connecting portion;
θ 1 is an angle of the inclined support member with respect to the vertical support member,
α is the compensation magnification,
β is the angle of the stable posture of the working link with respect to the horizontal plane,
γ is the magnitude of virtual gravity.

また、前記弾性部は、バネを含むことを特徴とする。   Further, the elastic part includes a spring.

また、前記連結部は、一方を前記基点に支持され、他方を前記バネの一方に連結されるワイヤと、前記バネの他方を前記作動リンクに取り付ける取付部と、前記作動リンクに支持され、前記作用点を含む前記ワイヤの引張方向を変換する方向変換部材と、を有することを特徴とする。   Further, the connecting portion is supported by the operating link, one of which is supported by the base point, the other of which is connected to one of the springs, a mounting portion for attaching the other spring to the operating link, and the operating link. And a direction changing member that changes the pulling direction of the wire including the action point.

また、前記連結部は、一方を前記作動リンクに回動可能に支持され、他方を前記バネの一方と連結される連結アームと、前記バネの他方と連結され、前記基点で前記傾斜支持部材に回動可能に支持されると共に前記連結アームを摺動可能に支持する基部と、を有することを特徴とする。   The connecting portion is rotatably supported by one of the operating links, the other is connected to one of the springs, and the other of the springs is connected to the inclined support member at the base point. And a base portion that is slidably supported and slidably supports the connecting arm.

また、 前記連結部は、一方を前記傾斜支持部材に回動可能に支持され、他方を前記バネの一方と連結される連結アームと、前記バネの他方と連結され、前記作用点で前記作動リンクに回動可能に支持されると共に前記連結アームを摺動可能に支持する基部と、を有することを特徴とする。   In addition, one of the connecting portions is rotatably supported by the inclined support member, the other is connected to one of the springs, and the other of the springs is connected to the operating link at the operating point. And a base portion that slidably supports the connecting arm.

また、前記弾性部は、流体を含むことを特徴とする。   Further, the elastic part includes a fluid.

また、前記連結部は、前記傾斜支持部材に回動可能に支持される作動シリンダと、一方に前記作動シリンダ内を摺動するピストンを有し、他方で前記作動リンクに回動可能に支持される作動ロッドと、一方で流体で満たされた前記作動シリンダの一方の作動シリンダ室と連結される作動用管路と、前記作動シリンダ室とは断面積が異なり前記作動用管路の他方と連結される流体で満たされた一方の補償シリンダ室を有する補償シリンダと、一方に前記補償シリンダ内を摺動するピストンを有する補償ロッドと、前記補償ロッドの他方を支持すると共に、前記バネの一方を支持する可動部と、前記補償シリンダを支持すると共に、前記バネの他方を支持する固定部と、を有することを特徴とする。   The connecting portion includes an operating cylinder that is rotatably supported by the inclined support member, and a piston that slides in the operating cylinder on one side, and is rotatably supported on the operating link on the other side. The working rod connected to one working cylinder chamber of the working cylinder filled with fluid, and the working cylinder chamber has a different cross-sectional area and is connected to the other working tube. A compensation cylinder having one compensation cylinder chamber filled with fluid, a compensation rod having a piston sliding in the compensation cylinder on one side, supporting the other of the compensation rods, and holding one of the springs It has a movable part to support, and a fixed part which supports the compensation cylinder and supports the other of the spring.

また、前記連結部は、一方で前記他方の作動シリンダ室と連結される第１駆動用管路と、一方で前記他方の補償シリンダ室と連結される第２駆動用管路と、前記第１駆動用管路の他方と前記第２駆動用管路の他方と接続される駆動用流体回路と、を有することを特徴とする。   The connecting portion includes, on the one hand, a first driving pipe connected to the other working cylinder chamber, a second driving pipe connected to the other compensation cylinder chamber, and the first driving pipe. And a driving fluid circuit connected to the other of the driving pipes and the other of the second driving pipes.

本発明の回動機構では，任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンクに付勢力を与えることで、作動リンクがいかなる作業姿勢であっても、作動後、所定の安定姿勢にすることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンクが鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   In the rotation mechanism of the present invention, the operation link can be operated in any working posture by applying a biasing force to the operation link so as to be equivalent to applying gravity of an arbitrary size in an arbitrary direction. After that, a predetermined stable posture can be obtained. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link does not fall vertically even in the weak state.

第１実施形態の回動機構を示す図である。It is a figure which shows the rotation mechanism of 1st Embodiment. 第１実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 1st Embodiment. 第１実施形態の回動機構の幾何学関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the rotation mechanism of 1st Embodiment. 第２実施形態の回動機構を示す図である。It is a figure which shows the rotation mechanism of 2nd Embodiment. 仮想重力ベクトルと重力ベクトルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a virtual gravity vector and a gravity vector. Φ傾斜した平面を示す図である。It is a figure which shows the plane which carried out (PHI) inclination. Θ傾斜した平面を示す図である。It is a figure which shows the (theta) inclination plane. 第３実施形態の回動機構を示す図である。It is a figure which shows the rotation mechanism of 3rd Embodiment. 第４実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 4th Embodiment. 第５実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 5th Embodiment. 第６実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 6th Embodiment. 第７実施形態の回動機構を示す図である。It is a figure which shows the rotation mechanism of 7th Embodiment. 第８実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 8th Embodiment. 第９実施形態の回動機構を示す側面図である。It is a side view which shows the rotation mechanism of 9th Embodiment. 回動機構の直交３軸を中心とした回転運動を示す図である。It is a figure which shows the rotational motion centering on the orthogonal 3 axis | shafts of a rotation mechanism.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は第１実施形態の回動機構を示す図、図２は第１実施形態の回動機構を示す側面図である。   FIG. 1 is a view showing the turning mechanism of the first embodiment, and FIG. 2 is a side view showing the turning mechanism of the first embodiment.

第１実施形態の回動機構１は、鉛直方向のｘｙ平面内で回動する１リンクで形成した作動リンクに対して、任意の方向に任意の大きさの重力が作用するような仮想重力ベクトル（γ，β）を生成するものである。   The rotation mechanism 1 of the first embodiment is a virtual gravity vector in which gravity of an arbitrary size acts in an arbitrary direction with respect to an operation link formed by one link rotating in the vertical xy plane. (Γ, β) is generated.

回動機構１は、基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた中心Ｏを含む軸部材４と、軸部材４に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材５と、軸部材４に回動可能に支持される作動リンク６と、傾斜支持部材５と作動リンク６とを連結する連結部１０と、を有し、連結部１０は、弾性部としてのバネ１４を含む。   The rotation mechanism 1 includes a base 2, a vertical support member 3 that extends vertically upward from the base 2, a shaft member 4 that includes a center O provided on the vertical support member 3, and a shaft member 4 that is rotatable. An inclined support member 5 that is supported and can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member 3, an operation link 6 that is rotatably supported by the shaft member 4, and an inclination support member 5 and an operation link 6. The connecting portion 10 includes a spring 14 as an elastic portion.

第１実施形態では、連結部１０は、傾斜支持部材５に設けられる基点Ａを含む基部１１と、作動リンク６に設けられる取付部１２と、一方を基部１１に支持される連結部材としてのワイヤ１３と、一方でワイヤ１３の他方と連結され、他方で取付部１２に取り付けられるバネ１４と、ワイヤ１３の引張方向を変換する作用点Ｂを含む方向変換部材１５と、を含む。なお、Ｇは重心位置である。   In the first embodiment, the connecting portion 10 includes a base portion 11 including a base point A provided on the inclined support member 5, a mounting portion 12 provided on the operation link 6, and a wire as a connecting member supported on one side by the base portion 11. 13, a spring 14 connected to the other side of the wire 13 on the one hand and attached to the mounting portion 12 on the other hand, and a direction changing member 15 including an action point B for changing the tension direction of the wire 13. G is the position of the center of gravity.

図３は第１実施形態の回動機構の幾何学関係を示す図である。第１実施形態の回動機構は、図１及び図２の基部１１に含まれる基点Ａを鉛直方向から角度θ1だけ傾斜可能とし、重心位置Ｇの配置や図１及び図２の軸部材４に含まれる中心Ｏから図１及び図２の方向変換部材１５に含まれる作用点Ｂまでの距離ｐと中心Ｏから基点Ａまでの距離ｈの積を調整して、図１及び図２に示した作動リンク６に対して、水平方向からの傾き角度βの方向に、補償倍率αを任意に設定可能な大きさγの仮想重力を生成することができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a geometric relationship of the rotation mechanism of the first embodiment. The rotation mechanism according to the first embodiment enables the base point A included in the base portion 11 of FIGS. 1 and 2 to be tilted by an angle θ 1 from the vertical direction, and the arrangement of the gravity center position G and the shaft member 4 of FIGS. 1 and FIG. 2 by adjusting the product of the distance p from the center O included in FIG. 1 to the action point B included in the direction changing member 15 of FIGS. 1 and 2 and the distance h from the center O to the base point A. The virtual gravity having a magnitude γ that can arbitrarily set the compensation magnification α can be generated in the direction of the inclination angle β from the horizontal direction with respect to the actuating link 6.

簡単のため、垂直平面での回動のみを考える。図１のパラメータと、構成したい大きさγの仮想重力と水平方向からの傾き角度βにより決定される補償倍率αを用いて、図１及び図２に示す回動機構１に用いるバネ１４のバネ定数ｋを求めると、

Figure 2012161846
となる。また、
Figure 2012161846
 と表せる。さらに、基点Ａの傾き角度、すなわち鉛直支持部材３に対する傾斜支持部材５の角度θ1を
Figure 2012161846
 と設定すれば、
Figure 2012161846
 と仮想重力ベクトル（γ，β）が生成される。 For simplicity, consider only rotation in a vertical plane. The spring of the spring 14 used in the rotation mechanism 1 shown in FIGS. 1 and 2 using the parameters in FIG. 1 and the compensation magnification α determined by the virtual gravity of the magnitude γ to be configured and the inclination angle β from the horizontal direction. When the constant k is obtained,
Figure 2012161846
 It becomes. Also,
Figure 2012161846
 It can be expressed. Furthermore, the inclination angle of the base point A, that is, the angle θ 1 of the inclined supporting member 5 with respect to the vertical supporting member 3 is set
Figure 2012161846
 If you set
Figure 2012161846
 And a virtual gravity vector (γ, β) are generated.

途中で仮想重力の設定値を変更したい場合、基点Ａの傾き角度θ1は直接変更し、補償倍率αは間接的に調整する。例えば、補償倍率をα1からα2に変更したい場合、以下の３通りの方法がある。 When it is desired to change the setting value of the virtual gravity in the middle, the inclination angle θ 1 of the base point A is directly changed, and the compensation magnification α is indirectly adjusted. For example, when the compensation magnification is to be changed from α 1 to α 2 , there are the following three methods.

（１）ｐ，ｈを調整して、ｐｈの積をα2／α1倍する。
（２）回転中心Ｏから重心への距離ｌをα1／α2倍する。
（３）上記（１）と（２）の２つの方法を組み合わせる。 (1) Adjust p and h to multiply the product of ph by α 2 / α 1 .
(2) Multiply the distance l from the center of rotation O to the center of gravity by α 1 / α 2 .
(3) The above two methods (1) and (2) are combined.

このように設定することで、図１及び図２に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting in this way, the actuation link 6 shown in FIGS. 1 and 2 has an inclination angle β from the horizontal direction after the operation due to virtual gravity having a magnitude γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 . It will naturally return to the position.

したがって、任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても所定の安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying a biasing force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction, the operating link 6 returns to a predetermined stable posture regardless of the working posture. be able to. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

次に、第２実施形態について説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図４は、第２実施形態の回動機構を示す図、図５は仮想重力ベクトルと重力ベクトルの関係を示す図、図６はΦ傾斜した平面を示す図、図７はΘ傾斜した平面を示す図である。   4 is a diagram showing a rotation mechanism of the second embodiment, FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a virtual gravity vector and a gravity vector, FIG. 6 is a diagram showing a Φ-inclined plane, and FIG. 7 is a Θ-inclined plane. FIG.

第２実施形態の回動機構１は、作用点Ｂを含む作動リンク６が、ｘｙ平面よりｘ軸を軸にΘ傾いた平面内を回動し、基点Ａを含む傾斜支持部材５がｘｙ平面よりｘ軸を軸にΦ傾いているものである。   In the rotation mechanism 1 of the second embodiment, the operation link 6 including the action point B rotates in a plane inclined Θ about the x axis from the xy plane, and the inclined support member 5 including the base point A is in the xy plane. Further, Φ is inclined about the x axis.

単位ベクトルの大きさを重力の大きさと同じにした座標をとると、図５に示すように、

Figure 2012161846
という関係となる。式（６）をパラメータ表示すると、
Figure 2012161846
 の関係が成り立つ。 Taking the coordinates where the size of the unit vector is the same as the size of gravity, as shown in FIG.
Figure 2012161846
 It becomes the relationship. When equation (6) is displayed as a parameter,
Figure 2012161846
 The relationship holds.

図４に示すような、作動リンク６がｘｙ平面よりｘ軸を軸にΘ傾いた平面内を回動し、基点Ａがｘｙ平面よりｘ軸を軸にΦ傾いている場合を考える。ただし、紙面手前回りを正とする。Θ傾いた平面をＸＹ平面と新たに定義する。   Consider a case in which the actuation link 6 rotates in a plane inclined Θ from the xy plane about the x axis as shown in FIG. 4, and the base point A is inclined Φ from the xy plane about the x axis. However, the front side of the page is positive. A plane inclined Θ is newly defined as an XY plane.

この平面内を回動する作動リンク６の釣り合いを考える。Θ傾いたＸＹ平面内での重力ベクトルgの影gΘ、図６に示すようにΦ傾いた平面内にある基部Ａから伝達されるΘ傾いたＸＹ平面内でのバネ力によるベクトルgΦNと、図７に示すようにΘ傾いた平面内での仮想重力ベクトルをgΘH(γ’，β')とおくと、

Figure 2012161846

の関係がなりたつ。 Consider the balance of the operating link 6 rotating in this plane. The shadow gΘ of the gravity vector g in the Θ-inclined XY plane, the vector gΦ N by the spring force in the Θ-inclined XY plane transmitted from the base A in the Φ-inclined plane as shown in FIG. As shown in FIG. 7, if the virtual gravity vector in the plane inclined by Θ is gΘ H (γ ′, β ′),
Figure 2012161846
The relationship became.

このとき、

Figure 2012161846

として、仮想重力ベクトルgΘH(γ’，β')が設定可能となる。 At this time,
Figure 2012161846
As a result, the virtual gravity vector gΘ H (γ ′, β ′) can be set.

このように設定することで、図４に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率と傾斜角度により決まる大きさγの仮想重力により、設定された３次元空間内の任意の位置に自然に戻ることになる。   By setting in this way, the operating link 6 shown in FIG. 4 is naturally moved to an arbitrary position in the set three-dimensional space by virtual gravity having a magnitude γ determined by the compensation magnification and the inclination angle after the operation. Will return.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても所定の安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 has a predetermined work posture. Can return to a stable posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

次に、第３実施形態について説明する。   Next, a third embodiment will be described.

図８は、第３実施形態の回動機構を示す図である。第３実施形態の回動機構１は、基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた第１中心Ｏ1を含む第１軸部材４1と、第１軸部材４1に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な第１傾斜支持部材５1と、一方で第１軸部材４1に回動可能に支持される第１作動リンク６1と、第１傾斜支持部材５1に対して回動可能に支持されて第１作動リンク６1と平行なリンクを形成する平行リンク部材７と、第１作動リンク６1の他方に設けた第２中心Ｏ2を含む第２軸部材４2と、一方で第１作動リンク６1に対して回動可能に第２軸部材４2に支持され、他方で平行リンク部材７に回動可能に支持され、第１傾斜支持部材５1と平行に回動する第２傾斜支持部材５2と、第２軸部材４2に回動可能に支持される第２作動リンク６2と、第１傾斜支持部材５1と第１作動リンク６1とを連結する第１連結部１０1と、第２傾斜支持部材５2と第２作動リンク６2とを連結する第２連結部１０2と、を有する。なお、Ｇ１は第１重心位置、Ｇ２は第２重心位置である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a rotation mechanism of the third embodiment. The rotation mechanism 1 of the third embodiment includes a base 2, a vertical support member 3 extending vertically upward from the base 2, and a first shaft member 4 including a first center O 1 provided on the vertical support member 3. 1, while being rotatably supported by the first shaft member 4 1, vertical first and inclined support member 5 1 can be set at a predetermined angle with respect to the support member 3, while the first in the shaft member 4 1 the first operating link and 61, parallel link members 7 to form the rotatably supported by the first operating link 61 and parallel links with respect to the first inclined support member 5 1, which is rotatably supported by When, a second shaft member 4 2 including the second center O 2 provided on the first other operating link 61, while the pivotally to the second shaft member 4 2 relative to the first operating link 6 1 are supported, rotatably supported in the parallel link members 7 on the other hand, the second inclined support member 5 2 in parallel to pivot the first inclined support member 5 1, the second axis A second operating link 6 2 which is rotatably supported by the timber 4 2, the first coupling portion 10 1 for connecting the first inclined support member 5 1 and the first operating link 61, second inclined support member 5 with 2 and the second connecting portion 10 2 for connecting the second operating link 6 2. Note that G1 is a first barycentric position, and G2 is a second barycentric position.

第１連結部１０1は、第１傾斜支持部材５1に設けられる第１基点Ａ1を含む第１基部１１1と、第１作動リンク６1に設けられる第１取付部１２1と、一方を第１基部１１1に支持される第１連結部材としての第１ワイヤ１３1と、一方で第１ワイヤ１３1の他方と連結され、他方で第１取付部１２1に支持される第１弾性部としての第１バネ１４1と、第１ワイヤ１３1の引張方向を変換する第１作用点Ｂ1を含む第１方向変換部材１５1と、を有する。 First coupling portion 10 1 includes a first base portion 11 1 that includes a first base point A 1 provided on the first inclined support member 5 1, first a mounting portion 12 1 provided on the first operating link 61, whereas the first wire 13 1 as a first coupling member supported by the first base part 11 1, while the connected to the first wire 13 1 of the other, the first being supported on the first mounting portion 12 1 in the other hand having a first spring 14 1 as an elastic portion, and the first redirecting member 15 1 including a first action point B 1 for converting a first pull direction of the wire 13 1, a.

また、第２連結部１０2は、第２傾斜支持部材５2に設けられる第２基点Ａ2を含む第２基部１１2と、第２作動リンク６2に設けられる第２取付部１２2と、一方を第２基部１１2に支持される第２連結部材としての第２ワイヤ１３2と、一方で第２ワイヤ１３2の他方と連結され、他方で第２取付部１２2に支持される第２弾性部としての第２バネ１４2と、第２ワイヤ１３2の引張方向を変換する第２作用点Ｂ2を含む第２方向変換部材１５2と、を有する。 The second coupling portion 10 2, and the second base portion 11 2 including a second base point A 2 provided on the second inclined support member 5 2, the second mounting portion provided in the second operating link 6 2 12 2 One is connected to the second wire 13 2 as a second connecting member supported by the second base portion 11 2 , and one is connected to the other of the second wires 13 2 , and the other is supported by the second attachment portion 12 2. a second spring 14 2 as the second elastic portion, and the second direction conversion member 15 2 including a second action point B 2 for converting the second pulling direction of the wire 13 2.

第３実施形態では、２つの作動リンク６1，６2を連結したが、図示しない３つ以上の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを連結してもよい。このように複数の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを用いて回動機構１を構成することで、垂直平面内で回動し，先端の作動リンク６ｎ以外が平行リンク機構で直列に複数個連結された作動リンク６1，６2，・・・６n-1，６nに対して、任意の方向と任意の大きさの重力が働いているかのような仮想重力のベクトルを、最も基台２に近い基部Ａ1の鉛直方向を基準とした傾き角度θ1と、それぞれの作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nのそれぞれの基部Ａ1，Ａ2，・・・Ａ(n-1)，Ａnに対する傾きに比例するように発揮されるバネ力のバネ定数の倍率と、を調整する簡単な設定により自由に生成できる。 In the third embodiment, two operating links 6 1 and 6 2 are connected, but three or more operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) and 6 n ( not shown ) are connected. Also good. In this way, by configuring the rotation mechanism 1 using the plurality of operation links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n-1) , 6 n , the operation links rotate at the vertical plane. Is any direction and any gravity acting on the working links 6 1 , 6 2 ,... 6 n−1 , 6 n connected in series with a parallel link mechanism other than 6n? The virtual gravity vector as shown in FIG. 5 is set to the inclination angle θ 1 with respect to the vertical direction of the base A 1 closest to the base 2 and the respective operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n-1). each of the base a 1, a 2 of 6 n, ··· a (n- 1), simple configuration of adjusting the magnification of the spring constant of the spring force exerted to be proportional to the slope, the relative a n Can be generated freely.

つまり、図８に示したような複数の作動リンク６1，６2，・・・６n-1，６nは、作動後、それぞれの補償倍率と傾斜角度により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向から所定の傾き角度の位置に自然に戻ることになる。 That is, the plurality of actuation links 6 1 , 6 2 ,... 6 n−1 , 6 n as shown in FIG. 8 are caused by virtual gravity having a magnitude γ determined by their respective compensation magnifications and inclination angles after actuation. Thus, the position naturally returns from the horizontal direction to the position of the predetermined inclination angle.

したがって、任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nに付勢力を与えることで、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nがいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nが鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。 Therefore, by applying a biasing force to the operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n-1) , 6 n so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction, The operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can return to a stable posture regardless of the working posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n do not fall in the vertical direction even in the weak state.

また、それぞれ個々の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nの仮想重力の生成ができることにより、例えば、垂直平面内で複数連結された作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを自由な形で平衡させることが可能となり、設計の自由度を増やすことが可能となる。 Further, since the virtual gravity of each of the operation links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can be generated, for example, a plurality of operation links 6 1 , 6 connected in a vertical plane. 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can be balanced in a free manner, and the degree of freedom in design can be increased.

次に、第４実施形態について説明する。   Next, a fourth embodiment will be described.

図９は、第４実施形態の回動機構を示す図である。第４実施形態の回動機構１は、基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた第１中心Ｏ1を含む第１軸部材４1と、第１軸部材４1に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な第１傾斜支持部材５1と、一方で第１軸部材４1に回動可能に支持される第１作動リンク６1と、第１傾斜支持部材５1に対して回動可能に支持されて第１作動リンク６1と平行なリンクを形成する平行リンク部材７と、第１作動リンク６1の他方に設けた第２中心Ｏ2を含む第２軸部材４2と、一方で第１作動リンク６1に対して回動可能に第２軸部材４2に支持され、他方で平行リンク部材７に回動可能に支持され、第１傾斜支持部材５1と平行に回動するリンク支持部材としての第１リンク支持部材８1と、第２軸部材４2に回動可能に支持されると共に、第１リンク支持部材８1に対して所定の角度に設定可能な第２傾斜支持部材５2と、第２軸部材４2に回動可能に支持される第２作動リンク６2と、第１傾斜支持部材５1と第１作動リンク６1とを連結する第１連結部１０1と、第２傾斜支持部材５2と第２作動リンク６2とを連結する第２連結部１０2と、を有する。なお、Ｇ１は第１重心位置、Ｇ２は第２重心位置である。 FIG. 9 is a view showing a turning mechanism of the fourth embodiment. The rotation mechanism 1 according to the fourth embodiment includes a base 2, a vertical support member 3 extending vertically upward from the base 2, and a first shaft member 4 including a first center O 1 provided on the vertical support member 3. 1, while being rotatably supported by the first shaft member 4 1, vertical first and inclined support member 5 1 can be set at a predetermined angle with respect to the support member 3, while the first in the shaft member 4 1 the first operating link and 61, parallel link members 7 to form the rotatably supported by the first operating link 61 and parallel links with respect to the first inclined support member 5 1, which is rotatably supported by When, a second shaft member 4 2 including the second center O 2 provided on the first other operating link 61, while the pivotally to the second shaft member 4 2 relative to the first operating link 6 1 are supported, rotatably supported in the parallel link members 7 on the other hand, the first phosphorus as a link supporting member parallel to pivot the first inclined support member 5 1 And click the support member 81, while being rotatably supported by the second shaft member 4 2, the second and the inclined support member 5 2 can be set to a predetermined angle relative to the first link supporting member 81, the 2 shaft member 4 2 second operating link 6 2 which is rotatably supported by a first coupling portion 10 1 for connecting the first inclined support member 5 1 and the first operating link 61, second inclined with the support member 5 2 and the second connecting portion 10 2 for connecting the second operating link 6 2. Note that G1 is a first barycentric position, and G2 is a second barycentric position.

第１連結部１０1は、第１傾斜支持部材５1に設けられる第１基点Ａ1を含む第１基部１１1と、第１作動リンク６1に設けられる第１取付部１２1と、一方を第１基部１１1に支持される第１連結部材としての第１ワイヤ１３1と、一方で第１ワイヤ１３1の他方と連結され、他方で第１取付部１２1に支持される第１弾性部としての第１バネ１４1と、第１ワイヤ１３1の引張方向を変換する第１作用点Ｂ1を含む第１方向変換部材１５1と、を有する。 First coupling portion 10 1 includes a first base portion 11 1 that includes a first base point A 1 provided on the first inclined support member 5 1, first a mounting portion 12 1 provided on the first operating link 61, whereas the first wire 13 1 as a first coupling member supported by the first base part 11 1, while the connected to the first wire 13 1 of the other, the first being supported on the first mounting portion 12 1 in the other hand having a first spring 14 1 as an elastic portion, and the first redirecting member 15 1 including a first action point B 1 for converting a first pull direction of the wire 13 1, a.

第２連結部１０2は、第２傾斜支持部材５2に設けられる第２基点Ａ2を含む第２基部１１2と、第２作動リンク６2に設けられる第２取付部１２2と、一方を第２基部１１2に支持される第２連結部材としての第２ワイヤ１３2と、一方で第２ワイヤ１３2の他方と連結され、他方で第２取付部１２2に支持される第２弾性部としての第２バネ１４2と、第２ワイヤ１３2の引張方向を変換する第２作用点Ｂ2を含む第２方向変換部材１５2と、を有する。 Second coupling portion 10 2, a 2 second base portion 11 including the second base point A 2 provided on the second inclined support member 5 2, the second mounting portion 12 2 provided in the second operating link 6 2, whereas the second wire 13 2 as a second coupling member which is supported by the second base part 11 2, on the one hand is connected to the second wire 13 2 of the other, second, which is on the other hand supported by the second mounting portion 12 2 a second spring 14 2 as an elastic portion, and the second direction conversion member 15 2 including a second action point B 2 for converting the second pulling direction of the wire 13 2.

第４実施形態では、２つの作動リンク６1，６2を連結したが、図示しない３つ以上の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを連結してもよい。このように複数の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを用いて回動機構１を構成することで、垂直平面内で回動し，先端の作動リンク６ｎ以外が平行リンク機構で直列に複数個連結された作動リンク６1，６2，・・・６n-1，６nに対して、任意の方向と任意の大きさの重力が働いているかのような仮想重力のベクトルを、それぞれの基部Ａ1，Ａ2，・・・Ａn-1，Ａnの鉛直方向を基準とした傾き角度と、それぞれの作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nのそれぞれの基部Ａ1，Ａ2，・・・Ａ(n-1)，Ａnに対する傾きに比例するように発揮されるバネ力のバネ定数の倍率と、を調整する簡単な設定により自由に生成できる。 In the fourth embodiment, two operating links 6 1 and 6 2 are connected, but three or more operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) and 6 n ( not shown ) are connected. Also good. In this way, by configuring the rotation mechanism 1 using the plurality of operation links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n-1) , 6 n , the operation links rotate at the vertical plane. Is any direction and any gravity acting on the working links 6 1 , 6 2 ,... 6 n−1 , 6 n connected in series with a parallel link mechanism other than 6n? virtual vector of gravity, each of the base a 1, a 2, such as, · · · a n-1, and the inclination angle relative to the vertical direction a n, each of the operation link 61, 6 2, - .. Magnification of the spring constant of the spring force exerted in proportion to the inclination with respect to the bases A 1 , A 2 ,... A (n-1) , A n of 6 (n-1) and 6 n And can be generated freely with a simple setting to adjust.

つまり、図９に示したような複数の作動リンク６1，６2，・・・６n-1，６nは、作動後、それぞれの補償倍率と傾斜角度により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向から所定の傾き角度の位置に自然に戻ることになる。 That is, the plurality of actuation links 6 1 , 6 2 ,... 6 n−1 , 6 n as shown in FIG. 9 are caused by virtual gravity having a magnitude γ determined by their respective compensation magnifications and inclination angles after actuation. Thus, the position naturally returns from the horizontal direction to the position of the predetermined inclination angle.

したがって、任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nに付勢力を与えることで、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nがいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nが鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。 Therefore, by applying a biasing force to the operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n-1) , 6 n so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction, The operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can return to a stable posture regardless of the working posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n do not fall in the vertical direction even in the weak state.

また、それぞれ個々の作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nの仮想重力の生成ができることにより、例えば、垂直平面内で複数連結された作動リンク６1，６2，・・・６(n-1)，６nを自由な形で平衡させることが可能となり、設計の自由度を増やすことが可能となる。 Further, since the virtual gravity of each of the operation links 6 1 , 6 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can be generated, for example, a plurality of operation links 6 1 , 6 connected in a vertical plane. 2 ,... 6 (n−1) , 6 n can be balanced in a free manner, and the degree of freedom in design can be increased.

次に、第５実施形態及び第６実施形態について説明する。第５実施形態及び第６実施形態の回動機構１は、連結部１０の弾性部として、バネ２４を用いたものである。   Next, a fifth embodiment and a sixth embodiment will be described. The rotation mechanism 1 of the fifth embodiment and the sixth embodiment uses a spring 24 as an elastic part of the connecting part 10.

図１０は、第５実施形態の回動機構を示す図である。   FIG. 10 is a view showing a turning mechanism of the fifth embodiment.

回動機構１は、基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた軸部材４と、軸部材４に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材５と、軸部材４に回動可能に支持される作動リンク６と、傾斜支持部材５と作動リンク６とを連結する連結部２０と、を有し、連結部２０は、弾性部としてのバネ２５を含む。   The rotation mechanism 1 is supported by the base 2, the vertical support member 3 extending vertically upward from the base 2, the shaft member 4 provided on the vertical support member 3, and the shaft member 4 so as to be rotatable. The inclination support member 5 that can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member 3, the operation link 6 that is rotatably supported by the shaft member 4, and the connection that connects the inclination support member 5 and the operation link 6. The connecting part 20 includes a spring 25 as an elastic part.

連結部２０は、傾斜支持部材５に支持される基点Ａを含む基部２１と、作動リンク６に支持される作用点Ｂを含む取付部２２と、基部２１に回動可能に支持されるスライダ２３と、一方を取付部２２に回動可能に支持され、スライダ２３に摺動可能に支持される連結部材としての連結アーム２４と、一方でスライダ２３に支持されるバネ２５と、連結アーム２４の他方に取り付けられ、バネ２５の他方を支持するバネ受け部材２６と、を含む。なお、Ｇは重心位置である。   The connecting portion 20 includes a base portion 21 including a base point A supported by the inclined support member 5, an attachment portion 22 including an action point B supported by the operation link 6, and a slider 23 rotatably supported by the base portion 21. One of the connecting arm 24 is rotatably supported by the mounting portion 22 and is slidably supported by the slider 23, and the other is a spring 25 supported by the slider 23 and the connecting arm 24. And a spring receiving member 26 that is attached to the other side and supports the other side of the spring 25. G is the position of the center of gravity.

第５実施形態の回動機構１も第１実施形態と同様に設定することで、図１０に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting the rotation mechanism 1 of the fifth embodiment in the same manner as in the first embodiment, the operating link 6 shown in FIG. 10 has a virtual size γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 after the operation. The gravity naturally returns to the position of the inclination angle β from the horizontal direction.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

図１１は、第６実施形態の回動機構を示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a turning mechanism of the sixth embodiment.

第６実施形態の回動機構１は、第５実施形態と同様に、連結部１０の弾性部として、バネ３５を用いたものであるが、前述した図１０に示す第５実施形態の回動機構１とは、連結アーム３４の取り付ける向きを逆にして、バネ３５を作動リンク６の下方に配置した点が異なっている。   Similar to the fifth embodiment, the rotation mechanism 1 of the sixth embodiment uses a spring 35 as an elastic portion of the connecting portion 10. However, the rotation of the fifth embodiment shown in FIG. The mechanism 1 is different from the mechanism 1 in that the attachment direction of the connecting arm 34 is reversed and the spring 35 is disposed below the operation link 6.

回動機構１は、基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた軸部材４と、軸部材４に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材５と、軸部材４に回動可能に支持される作動リンク６と、傾斜支持部材５と作動リンク６とを連結する連結部３０と、を有し、連結部３０は、弾性部としてのバネ３５を含む。   The rotation mechanism 1 is supported by the base 2, the vertical support member 3 extending vertically upward from the base 2, the shaft member 4 provided on the vertical support member 3, and the shaft member 4 so as to be rotatable. The inclination support member 5 that can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member 3, the operation link 6 that is rotatably supported by the shaft member 4, and the connection that connects the inclination support member 5 and the operation link 6. The connection part 30 includes a spring 35 as an elastic part.

連結部３０は、傾斜支持部材５に回動可能に支持される基点Ａを含む基部３１と、作動リンク６に支持される作用点Ｂを含む取付部３２と、取付部３２に回動可能に支持されるスライダ３３と、一方を基部３１に回動可能に支持され、スライダ３３に摺動可能に支持される連結部材としての連結アーム３４と、一方でスライダ３３に支持されるバネ３５と、連結アーム３４の他方に取り付けられ、バネ３５の他方を支持するバネ受け部材３６と、を含む。なお、Ｇは重心位置である。   The connecting portion 30 includes a base portion 31 that includes a base point A that is rotatably supported by the inclined support member 5, an attachment portion 32 that includes an action point B supported by the operation link 6, and is rotatable to the attachment portion 32. A slider 33 to be supported, a connecting arm 34 as a connecting member that is rotatably supported by the base 31 and slidably supported by the slider 33, and a spring 35 supported by the slider 33, And a spring receiving member 36 attached to the other of the connecting arms 34 and supporting the other of the springs 35. G is the position of the center of gravity.

第６実施形態の回動機構１も第１実施形態と同様に設定することで、図１１に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting the rotation mechanism 1 of the sixth embodiment in the same manner as in the first embodiment, the operating link 6 shown in FIG. 11 has a virtual size γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 after the operation. The gravity naturally returns to the position of the inclination angle β from the horizontal direction.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

次に、第７実施形態〜第９実施形態について説明する。第７実施形態〜第９実施形態の回動機構１は、連結部４０に流体を用いたものである。   Next, seventh to ninth embodiments will be described. The rotation mechanism 1 of the seventh to ninth embodiments uses a fluid for the connecting portion 40.

図１２は、第７実施形態の回動機構を示す図である。   FIG. 12 is a view showing a turning mechanism of the seventh embodiment.

回動機構１は、固定部としての基台２と、基台２から鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材３と、鉛直支持部材３に設けた軸部材４と、軸部材４に回動可能に支持されると共に、鉛直支持部材３に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材５と、軸部材４に回動可能に支持される作動リンク６と、傾斜支持部材５と作動リンク６とを連結する連結部４０と、を有する。   The rotation mechanism 1 includes a base 2 as a fixed portion, a vertical support member 3 extending vertically upward from the base 2, a shaft member 4 provided on the vertical support member 3, and a shaft member 4 that can rotate. An inclined support member 5 that is supported and can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member 3, an operation link 6 that is rotatably supported by the shaft member 4, and an inclination support member 5 and an operation link 6. And a connecting portion 40 for connecting the two.

連結部４０は、傾斜支持部材５に支持される基点Ａを含む基部４１と、作動リンク６に支持される作用点Ｂを含む取付部４２と、基部４１に回動可能に支持される連結部材としての作動シリンダ４３と、取付部４２に回動可能に支持され、作動シリンダ４３の作動シリンダ室４３ａ内にスライド自在に嵌挿されるピストン４４ａを有する連結部材としての作動ロッド４４と、作動シリンダ４３に連結される弾性部４５と、を含む。なお、Ｇは重心位置である。   The connecting portion 40 includes a base portion 41 including a base point A supported by the inclined support member 5, an attachment portion 42 including an action point B supported by the operation link 6, and a connecting member rotatably supported by the base portion 41. An actuating cylinder 43, an actuating rod 44 as a connecting member having a piston 44 a slidably fitted in the actuating cylinder chamber 43 a of the actuating cylinder 43, and supported by the mounting portion 42. And an elastic part 45 coupled to the. G is the position of the center of gravity.

図１２に示すように、作動シリンダ４３の作動シリンダ室４３ａには、作動ロッド４４の一端に設けられた作動ピストン４４ａがスライド自在に嵌挿されている。また、作動シリンダ室４３ａ周壁の作動ロッド４４側の端部付近と反対側の端部付近にはそれぞれ、シリンダ室４３ａ内を外部と流通するためのポートＰ１、Ｐ２が設けられている。   As shown in FIG. 12, an operating piston 44a provided at one end of the operating rod 44 is slidably fitted into the operating cylinder chamber 43a of the operating cylinder 43. Ports P1 and P2 for circulating the inside of the cylinder chamber 43a to the outside are provided in the vicinity of the end of the peripheral wall of the operating cylinder chamber 43a on the side opposite to the operating rod 44 side.

また、基台２には、補償シリンダ４５ａが設置されている。補償シリンダ４５ａには、一端にピストン４５ｂ1を有する補償ロッド部４５ｂが上方に突出する向きで取り付けられている。ピストン４５ｂ1は補償シリンダ４５ａ内の補償シリンダ室４５ａ1にスライド自在に嵌挿されている。 The base 2 is provided with a compensation cylinder 45a. A compensation rod portion 45b having a piston 45b1 at one end is attached to the compensation cylinder 45a so as to protrude upward. The piston 45b 1 is slidably inserted into the compensation cylinder chamber 45a 1 in the compensation cylinder 45a.

補償ロッド４５ｂの他端は、可動部４５ｃに連結されている。この可動部４５ｃは、補償ロッド４５ｂと一体となって上下変位できるように、図示していないガイド手段を介して基台２に保持されている。また、基台２と可動部４５ｃの間には、補償シリンダ４５ａと並列にバネとしての圧縮コイルばね４５ｄが後述するように、あらかじめ自然長より所定長さ圧縮された状態で組み込まれている。   The other end of the compensation rod 45b is connected to the movable part 45c. The movable portion 45c is held on the base 2 via guide means (not shown) so as to be vertically displaced integrally with the compensation rod 45b. Further, between the base 2 and the movable portion 45c, a compression coil spring 45d as a spring is incorporated in parallel with the compensation cylinder 45a in a state compressed in advance by a predetermined length from the natural length, as will be described later.

補償シリンダ４５ａは、前述した作動シリンダ４３と同様に、補償シリンダ室４５ａ1の補償ロッド側の端部近傍と反対側の端部近傍にそれぞれ、外部と流通するための２つのポートＰ１、Ｐ２を有していて、補償シリンダ４５ａのポートＰ１と作動シリンダ４３ａのポートＰ１は作動用管路としての管路４５ｅによって連結されている。 Compensating cylinder 45a, similarly to the working cylinder 43 described above, respectively near the end opposite to the end portion of the compensation rod side of the compensating cylinder chamber 45a 1, the two ports P1, P2 for communication with external The port P1 of the compensation cylinder 45a and the port P1 of the working cylinder 43a are connected by a pipe 45e serving as a working pipe.

作動シリンダ４３のシリンダ室４３ａの作動ロッド側内部と、補償シリンダ部４５ａの補償シリンダ室４５ａ1の補償ロッド側内部、ならびに管路１５内には作動流体が満たされている。この作動流体としては、例えば、油のような非圧縮性流体が用いられている。 And actuating rod side inside the cylinder chamber 43a of the hydraulic cylinder 43, the compensation rod side inside the compensation cylinder chamber 45a 1 of the compensation cylinder part 45a, and the conduit 15 is filled with hydraulic fluid. As this working fluid, for example, an incompressible fluid such as oil is used.

また、作動シリンダ４３と補償シリンダ４５ａにそれぞれ設けられているポートＰ２は、何れも大気中に開放されている。   Further, the ports P2 provided in the working cylinder 43 and the compensation cylinder 45a are both open to the atmosphere.

回動機構１において、作動リンク６を軸部材４回りに上下に回動させると、これに伴って作動シリンダ４３に対して作動ロッド４４が移動する。そうすると、この作動ロッド４４の伸縮変位は管路１５を移動する作動流体を介して、補償シリンダ４５ａの補償ロッド４５ｂに伝達される。   In the rotation mechanism 1, when the operation link 6 is rotated up and down around the shaft member 4, the operation rod 44 moves with respect to the operation cylinder 43. Then, the expansion / contraction displacement of the operating rod 44 is transmitted to the compensation rod 45b of the compensation cylinder 45a via the working fluid moving through the pipe line 15.

ここで、作動シリンダ４３がＬ1だけ伸長（収縮）としたとき、補償シリンダ４５ａと補償ロッド４５ｂの全長は、これに連動してＬ2だけ収縮（伸長）する。作動ピストン４４ａの受圧面積をＳ1、補償ピストン４５ｂ1の受圧面積をＳ2とすると、作動流体が非圧縮性流体とした場合、作動シリンダ４３側で流出（または流入）する作動流体の容積は、補償シリンダに流入（流出）する容積に等しいから、
Ｌ1Ｓ1＝Ｌ2Ｓ2 （１２） Here, when the operating cylinder 43 has a L 1 only elongation (contraction), the overall length of the compensating cylinder 45a and the compensation rod 45b, only L 2 in conjunction with this contract (extension). Assuming that the pressure receiving area of the working piston 44a is S 1 and the pressure receiving area of the compensation piston 45b 1 is S 2 , when the working fluid is an incompressible fluid, the volume of the working fluid flowing out (or flowing in) on the working cylinder 43 side is Because it is equal to the volume that flows into (outflows) the compensation cylinder,
L 1 S 1 = L 2 S 2 (12)

また、圧縮コイルばね４５ｄのばね定数をＫとすると、これが自然長からＬ2だけ圧縮された時に補償ロッド４５ｂに作用する力Ｆは、
Ｆ＝ＫＬ2 （１３）
となる。 Further, when the spring constant of the compression coil spring 45d and K, the force F acting on the compensating rod 45b when it is compressed by L 2 from the natural length,
F = KL 2 (13)
It becomes.

また、補償シリンダ４５ａ側から作動流体を介して作動ロッド４４に伝達される力をｆとすると、パスカルの原理により、
ｆ＝（Ｓ1／Ｓ2）Ｆ （１４）
となる。 Further, when the force transmitted from the compensation cylinder 45a side to the operating rod 44 via the working fluid is f, according to Pascal's principle,
f = (S 1 / S 2 ) F (14)
It becomes.

（３）式に（１）式と（２）式を適用すると、
ｆ＝（Ｓ1／Ｓ2）ＫＬ2＝（Ｓ1／Ｓ2）2 ＫＬ1 （１５）
ここで、ｋ＝（Ｓ1／Ｓ2）2 Ｋとおくと、ｆ＝ｋＬ1と表せるから、作動シリンダ４３は見かけ上、ばね定数ｋのばねと等価な機能を有すると考えられる。 Applying equations (1) and (2) to equation (3)
f = (S 1 / S 2 ) KL 2 = (S 1 / S 2 ) 2 KL 1 (15)
Here, if k = (S 1 / S 2 ) 2 K, it can be expressed as f = kL 1 , so that the operating cylinder 43 apparently has a function equivalent to a spring having a spring constant k.

途中で仮想重力の設定値を変更したい場合、基点Ａの傾き角度θ1は直接変更し、補償倍率αは間接的に調整する。例えば、補償倍率をα1からα2に変更したい場合、シリンダの面積比Ｓ2／Ｓ1を（α2／α1）0.5倍する方法がある。 When it is desired to change the setting value of the virtual gravity in the middle, the inclination angle θ 1 of the base point A is directly changed, and the compensation magnification α is indirectly adjusted. For example, when it is desired to change the compensation magnification from α 1 to α 2 , there is a method of multiplying the cylinder area ratio S 2 / S 1 by (α 2 / α 1 ) 0.5 .

なお、第７実施形態の回動機構１においては、補償シリンダ４５ａと圧縮コイルばね４５ｄとを基台２上に並列に配置し、可動部４５ｃを介して補償シリンダ４５ａの補償ロッド４５ｂと圧縮コイルばね４５ｄとを連結しているが、これに限定するものではなく、例えば、補償ロッド４５ｂと圧縮コイルばね４５ｄとは同軸上に直列配置したり、圧縮コイルばね４５ｄを補償シリンダ４５ａのヘッド側に内蔵させてピストンを直接付勢するようにしてもよい。   In the rotation mechanism 1 of the seventh embodiment, the compensation cylinder 45a and the compression coil spring 45d are arranged in parallel on the base 2, and the compensation rod 45b of the compensation cylinder 45a and the compression coil are arranged via the movable portion 45c. For example, the compensation rod 45b and the compression coil spring 45d are arranged in series on the same axis, or the compression coil spring 45d is arranged on the head side of the compensation cylinder 45a. Alternatively, the piston may be directly urged.

また、第７実施形態の回動機構１においては、圧縮コイルばね４５ｄも弾性部として用いているが、これに限定するものではなく、例えば、補償ロッド４５ｂを引っ張りコイルばねに連結して、圧縮コイルばね４５ｄと同等の付勢力を得るようにしてもよい。   In the rotation mechanism 1 of the seventh embodiment, the compression coil spring 45d is also used as an elastic portion. However, the present invention is not limited to this. For example, the compensation rod 45b is connected to a tension coil spring and compressed. An urging force equivalent to that of the coil spring 45d may be obtained.

なお、作動シリンダ４３と補償シリンダ４５ａ間を連結する管路１５の途中に開閉弁やアキュムレータ等を組み込むことで、作動アーム４のロックやインピーダンス調整の機能を簡単に付加することができる。   It should be noted that the function of locking the operating arm 4 and adjusting the impedance can be easily added by incorporating an on-off valve, an accumulator or the like in the middle of the pipe line 15 connecting the operating cylinder 43 and the compensation cylinder 45a.

第７実施形態の回動機構１も第１実施形態と同様に設定することで、図１２に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting the rotation mechanism 1 of the seventh embodiment in the same manner as in the first embodiment, the operating link 6 shown in FIG. 12 has a virtual size γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 after the operation. The gravity naturally returns to the position of the inclination angle β from the horizontal direction.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

図１３は、第８実施形態の回動機構を示す図である。   FIG. 13 is a view showing a turning mechanism of the eighth embodiment.

第８実施形態の回動機構１は、補償シリンダ４５ａのヘッド側ポートＰ２と、作動シリンダ４３のヘッド側ポートＰ２に、それぞれ駆動用作動流体を供給し、又は、排出するための一対の駆動用管路４５ｆ1，４５ｆ2を追加したものである。この場合、駆動用管路４５ｆ1，４５ｆ2は、図示していない駆動用流体回路に接続されている。この駆動用流体回路としては、例えば、油圧ポンプや方向切換弁等からなる周知の油圧回路等が用いられる。 The rotation mechanism 1 according to the eighth embodiment supplies a pair of driving fluids for supplying or discharging the driving fluid to the head side port P2 of the compensation cylinder 45a and the head side port P2 of the working cylinder 43, respectively. Pipe lines 45f 1 and 45f 2 are added. In this case, the driving pipes 45f 1 and 45f 2 are connected to a driving fluid circuit (not shown). As this driving fluid circuit, for example, a well-known hydraulic circuit composed of a hydraulic pump, a direction switching valve, or the like is used.

第８実施形態のものにおいては、圧縮コイルばね４５ｄの反発力によって、作動リンク６に軸部材４３回りに作用している負荷トルクが補償されている状態において、一方の駆動用管路４５ｆ1から補償シリンダ部４５ａへ作動流体を供給すると、ピストン４５ｂ1は押し上げられる。 In those of the eighth embodiment, by the repulsive force of the compression coil spring 45d, the operation link 6 in a state where the load torque acting on the shaft member 43 around it is compensated, from one of the driving pipe 45f 1 When the working fluid is supplied to the compensation cylinder portion 45a, the piston 45b 1 is pushed up.

その結果、補償シリンダ室４５ａ1のロッド側の流体は押し出され、管路４５ｅを通って作動シリンダ４３のポートＰ１に流入し、作動シリンダ４３と作動ロッド４４の全長が収縮して作動リンク６は上方に回動する。 As a result, the fluid on the rod side of the compensation cylinder chamber 45a 1 is pushed out and flows into the port P1 of the working cylinder 43 through the pipe line 45e, the entire length of the working cylinder 43 and the working rod 44 contracts, and the working link 6 is Rotate upward.

作動シリンダ４３は、作動ロッドと反対側の作動シリンダ室内にも作動流体が満たされており、作動シリンダ４３と作動ロッド４４の全長の収縮によって、この作動流体は駆動用管路４５ｆ2を通して駆動用流体源側に還流される。 Actuating cylinder 43, the actuation rod and which also met the working fluid in the hydraulic cylinder chamber on the opposite side, by the contraction of the overall length of the working cylinder 43 and the operating rod 44, for driving the working fluid through the driving line 45f 2 Reflux to the fluid source side.

一方、駆動用管路４５ｆ2を通して作動シリンダ４３へ作動流体を供給した場合には、作動シリンダ４３と作動ロッド４４の全長が伸長して作動リンク６は、下方へ回動する。その際、作動シリンダ４３の作動ロッド側の作動シリンダ室内の流体はポートＰ１から管路４５ｅへ押し出され、補償シリンダ４５ａのポートＰ１から補償シリンダ室４５ａ1に流入する。 On the other hand, when supplying the hydraulic fluid to the hydraulic cylinder 43 through the driving line 45f 2 has an overall length is extended operating link 6 of the actuating cylinder 43 and the operating rod 44 is rotated downward. At that time, fluid in the working cylinder chamber of the rod side of the hydraulic cylinder 43 is pushed out from the port P1 to the conduit 45 e, flows from the port P1 of the compensation cylinder 45a to compensate the cylinder chamber 45a 1.

その結果、ピストン４５ｂ1が下方に押されて，これとともに、補償ロッド部４５ｂ及び可動部４５ｃが一体となって降下し、圧縮コイルばね４５ｄが圧縮されて、その高まった反発力によって、作動リンク６の下方への回動で増加した負荷トルク分を補償する。 As a result, the piston 45b 1 is pushed downward, and at the same time, the compensation rod portion 45b and the movable portion 45c are lowered integrally, the compression coil spring 45d is compressed, and the increased repulsive force causes the operation link. The load torque increased by the downward rotation of 6 is compensated.

第８実施形態のものにおいては、作動リンク６の荷重補償に用いている作動シリンダ４３や補償シリンダ４５ａで作動リンク６の駆動機構を兼ねているため、別途駆動シリンダ装置等を設ける必要がない。   In the eighth embodiment, the actuating cylinder 43 and the compensating cylinder 45a used for load compensation of the actuating link 6 also serve as the drive mechanism for the actuating link 6, so that there is no need to provide a separate drive cylinder device or the like.

なお、第８実施形態の回動機構においては、駆動用管路４５ｆ1，４５ｆ2の両方を図示していない駆動用流体回路に接続しているが、何れか一方を省略してもよい。その場合には、管路が接続されていない作動シリンダ４３または補償シリンダ４５ａのポートＰ２は大気中に開放しておく。 In the rotation mechanism of the eighth embodiment, both of the drive pipes 45f 1 and 45f 2 are connected to a drive fluid circuit (not shown), but either one may be omitted. In that case, the port P2 of the working cylinder 43 or the compensation cylinder 45a to which the pipe line is not connected is opened to the atmosphere.

そして、補償シリンダ４５ａと作動シリンダ４３の何れかのポートＰ２に接続されている駆動用管路を介して、駆動用流体回路から流体を供給、あるいは負圧にして吸引すれは、作動リンク６を上方または下方に回動させることができる。   Then, if the fluid is supplied from the driving fluid circuit through the driving conduit connected to any port P2 of the compensation cylinder 45a or the operating cylinder 43, or if the fluid is sucked with a negative pressure, the operating link 6 is connected. It can be rotated upward or downward.

第８実施形態の回動機構１も第１実施形態と同様に設定することで、図１３に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting the rotation mechanism 1 of the eighth embodiment in the same manner as in the first embodiment, the operating link 6 shown in FIG. 13 has a virtual size γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 after the operation. The gravity naturally returns to the position of the inclination angle β from the horizontal direction.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

図１４は、第９実施形態の回動機構を示す図である。   FIG. 14 is a view showing a turning mechanism of the ninth embodiment.

第９実施形態の回動機構１は、作動シリンダ４３の作動シリンダ室４３ａの作動ロッドとは反対側と補償シリンダ４５ａの補償シリンダ室４５ａ1の補償ロッド４５ｂとは反対側に作動流体が満たされており、作動シリンダ４３の作動ロッド４４とは反対側のポートＰ２と、補償シリンダ４５ａの補償ロッド４５ｂとは反対側のポートＰ２間を作動用管路としての管路４５ｇで連結し、それぞれのロッド側のポートＰ１は大気中に開放してある点を除いて、前述した図１２に示した第７実施形態の回動機構１と同一構成となっている。 Rotating mechanism 1 of the ninth embodiment, the operating rod of the actuating cylinder chamber 43a of the hydraulic cylinder 43 and the compensation rod 45b of the compensating cylinder chamber 45a 1 opposite to the compensating cylinder 45a is filled with the working fluid on the opposite side The port P2 on the opposite side of the actuating rod 44 of the actuating cylinder 43 and the port P2 on the opposite side of the compensating rod 45b of the compensating cylinder 45a are connected by a duct 45g as an actuating duct. The port P1 on the rod side has the same configuration as the rotation mechanism 1 of the seventh embodiment shown in FIG. 12 except that the port P1 is open to the atmosphere.

第９実施形態の回動機構１においては、作動ロッド４４に作用する引っ張り荷重によって、作動シリンダ４３の作動シリンダ室４３ａの作動ロッド４４とは反対側に生じる負圧を、管路４５ｇを通して補償シリンダ４５ａの補償シリンダ室４５ａ1の補償ロッド４５ｂとは反対側へ伝達し、ピストン４５ｂ1を下方へ吸引して圧縮コイルばね４５ｄを収縮させるもので、作動ロッド４４と補償ロッド４４ｂの連係動作においては、先に説明した図１２に示した第７実施形態の回動機構１と同様である。 In the rotating mechanism 1 according to the ninth embodiment, a compensation cylinder generates a negative pressure generated on the opposite side of the working cylinder chamber 43a of the working cylinder 43 from the working rod 44 by a tensile load acting on the working rod 44 through the pipe 45g. transmitted to the opposite side of the compensating rod 45b of the compensating cylinder chamber 45a 1 of 45a, a piston 45b 1 as it is contracted suction to the compression coil spring 45d downward, the cooperative operation of the actuating rod 44 and compensation rod 44b is This is the same as the turning mechanism 1 of the seventh embodiment shown in FIG.

なお、第９実施形態の回動機構１においては、作動シリンダ４３と補償シリンダ４５ａの何れか一方のポートＰ１を、駆動用管路を介して駆動用流体回路に連結し、他方のポートＰ１を大気中に開放するか、あるいは両方のポートＰ１を、駆動用管路を介して駆動用流体回路に連結することにより、前述した図１３に示す回動機構１と同様に、作動リンク６を駆動することが可能である。   In the rotation mechanism 1 of the ninth embodiment, one of the ports P1 of the working cylinder 43 and the compensation cylinder 45a is connected to the driving fluid circuit via the driving conduit, and the other port P1 is connected. The operating link 6 is driven in the same manner as the rotating mechanism 1 shown in FIG. 13 by opening to the atmosphere or by connecting both ports P1 to the driving fluid circuit via the driving conduit. Is possible.

第９実施形態の回動機構１も第１実施形態と同様に設定することで、図１４に示した作動リンク６は、作動後、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、水平方向からの傾き角度βの位置に自然に戻ることになる。 By setting the rotation mechanism 1 of the ninth embodiment in the same manner as in the first embodiment, the operating link 6 shown in FIG. 14 is virtually operated with a magnitude γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 after the operation. The gravity naturally returns to the position of the inclination angle β from the horizontal direction.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state.

なお、図１２〜図１４に示した第７実施形態〜第９実施形態の基台２は、鉛直支持部材３、補償シリンダ４５ａ及び圧縮コイルばね４５ｄを一つの基台２に固定しているが、それぞれ別々の基台であってもよい。   In addition, although the base 2 of 7th Embodiment-9th Embodiment shown in FIGS. 12-14 fixes the vertical support member 3, the compensation cylinder 45a, and the compression coil spring 45d to the one base 2, it is. , Each may be a separate base.

また、図１０〜図１４に示した第５実施形態〜第９実施形態の回動機構１も図８及び図９に示したように複数のリンクを連結して用いることが可能である。   Further, the rotation mechanisms 1 of the fifth to ninth embodiments shown in FIGS. 10 to 14 can also be used by connecting a plurality of links as shown in FIGS.

図１５は、回動機構の直交３軸を中心とした回転運動を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a rotational motion around three orthogonal axes of the rotation mechanism.

前述した第１実施形態〜第９実施形態に示した回動機構１は、図１５に示すように、第１モータ５１、第２モータ５２、及び／又は第３モータ５３を有してもよい。第１モータ５１は、ｘ軸（ロール軸）周りに回転し、傾斜支持部材５、作動リンク６及び連結部１０等を回動させることが可能である。
第２モータ５２は、ｙ軸（ヨー軸）周りに回転し、鉛直支持部材３、傾斜支持部材５、作動リンク６及び連結部１０等を回動させることが可能である。第３モータ５３は、ｚ軸（ピッチ軸）周りに回転し、作動リンク６を回動させることが可能である。なお、傾斜支持部材５は、所定の角度θ1に設定することが可能であるが、設定は他のモータを用いてもよいし、手動でもよい。 The rotating mechanism 1 shown in the first to ninth embodiments described above may include a first motor 51, a second motor 52, and / or a third motor 53, as shown in FIG. . The first motor 51 rotates around the x axis (roll axis) and can rotate the inclined support member 5, the operation link 6, the connecting portion 10, and the like.
The second motor 52 rotates about the y-axis (yaw axis) and can rotate the vertical support member 3, the tilt support member 5, the operation link 6, the connecting portion 10, and the like. The third motor 53 rotates around the z axis (pitch axis) and can rotate the operation link 6. The inclined support member 5 can be set to a predetermined angle θ 1 , but the setting may be performed using another motor or manually.

このように、モータを用いた回動機構１であっても、第１実施形態と同様に設定することで、図１５に示した作動リンク６は、作動後、モータの接続を切断すれば、補償倍率αと傾斜角度θ1により決まる大きさγの仮想重力により、設定された３次元空間内の任意の位置に自然に戻ることになる。 Thus, even if it is the rotation mechanism 1 using a motor, if the connection of the motor is disconnected after the operation link 6 shown in FIG. 15 by setting the same as in the first embodiment, The virtual gravity having a magnitude γ determined by the compensation magnification α and the inclination angle θ 1 naturally returns to an arbitrary position in the set three-dimensional space.

したがって、３次元空間内で任意の方向に任意の大きさの重力を加えることと同等になるように、作動リンク６に付勢力を与えることで、作動リンク６がいかなる作業姿勢であっても安定姿勢に戻ることができる。また、安定姿勢近傍では、制御系が高精度になるうえに駆動効率も向上するため、結果的に機器が飛躍的に省エネになるという効果が期待できる。さらに、脱力状態においても、作動リンク６が鉛直方向に落下しないという安全上の利点も生じる。なお、補償倍率を大きく設定することにより、第３モータ５３によって回生エネルギーを発生させることも可能である。   Therefore, by applying an urging force to the operating link 6 so as to be equivalent to applying an arbitrary magnitude of gravity in an arbitrary direction in the three-dimensional space, the operating link 6 is stable regardless of the working posture. Can return to posture. In addition, in the vicinity of the stable posture, the control system becomes highly accurate and the driving efficiency is improved, so that the effect of drastically saving the equipment can be expected. Furthermore, there is a safety advantage that the operating link 6 does not fall in the vertical direction even in the weak state. Note that regenerative energy can be generated by the third motor 53 by setting a large compensation magnification.

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。   Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention. Is.

１…回動機構
２…基台
３…鉛直支持部材
４…軸部材
５…傾斜支持部材
６…作動リンク
７…平行リンク
８…リンク支持部材
１０，２０，３０，４０…連結部
１１，２１，３１，４１…基部
１２，２２，３２，４２…取付部
１３…ワイヤ（連結部材）
１４，２４，３４…バネ（弾性部）
１５…方向変更部材
２３，３３…連結アーム（連結部材）
２５，３５…バネ受け部材
４３…作動シリンダ（連結部材）
４４…作動ロッド（連結部材）
４５…弾性部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turning mechanism 2 ... Base 3 ... Vertical support member 4 ... Shaft member 5 ... Inclined support member 6 ... Actuation link 7 ... Parallel link 8 ... Link support member 10, 20, 30, 40 ... Connection part 11,21 31, 41 ... base parts 12, 22, 32, 42 ... attachment part 13 ... wire (connection member)
14, 24, 34 ... Spring (elastic part)
15 ... direction change members 23 and 33 ... connection arm (connection member)
25, 35 ... Spring receiving member 43 ... Actuating cylinder (connecting member)
44 ... Actuating rod (connecting member)
45. Elastic part

Claims (9)

鉛直方向上方に延びる鉛直支持部材と、
前記鉛直支持部材に回動可能に支持されると共に、前記鉛直支持部材に対して所定の角度に設定可能な傾斜支持部材と、
前記鉛直支持部材に回動可能に支持される作動リンクと、
前記傾斜支持部材と前記作動リンクとを連結する弾性部を含む連結部と、
を有することを特徴とする回動機構。 A vertical support member extending upward in the vertical direction;
An inclined support member that is rotatably supported by the vertical support member and can be set at a predetermined angle with respect to the vertical support member;
An operation link rotatably supported by the vertical support member;
A connecting portion including an elastic portion for connecting the inclined support member and the operating link;
A rotation mechanism characterized by comprising: 以下の式（１）、式（２）及び式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の回動機構。
Figure 2012161846
 ただし、
ｋは、前記弾性部の弾性率、
ｍは、重心位置にかかる質量、
ｇは、重力加速度、
ｌは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記重心位置までの距離、
ｐは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記作動リンクと前記連結部とを連結する作用点までの距離、
ｈは、前記傾斜支持部材が前記鉛直支持部材に支持される点を中心とし、前記中心から前記傾斜支持部材が前記連結部を支持する基点までの距離、
θ1は、前記傾斜支持部材の前記鉛直支持部材に対する角度、
αは、補償倍率、
βは、水平面に対する前記作動リンクの角度、
γは、仮想重力
である。 The rotation mechanism according to claim 1, wherein the following expression (1), expression (2), and expression (3) are satisfied.
Figure 2012161846
 However,
k is the elastic modulus of the elastic part,
m is the mass at the center of gravity,
g is the acceleration of gravity,
l is the distance from the center to the position of the center of gravity, centered on the point at which the inclined support member is supported by the vertical support member,
p is the distance from the center to the point of action connecting the operating link and the connecting portion, with the point where the inclined support member is supported by the vertical support member as the center,
h is a point from which the inclined support member is supported by the vertical support member, and a distance from the center to a base point at which the inclined support member supports the connecting portion;
θ 1 is an angle of the inclined support member with respect to the vertical support member,
α is the compensation magnification,
β is the angle of the working link relative to the horizontal plane,
γ is virtual gravity. 前記弾性部は、バネを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回動機構。   The rotation mechanism according to claim 1, wherein the elastic portion includes a spring. 前記連結部は、
一方を前記基点に支持され、他方を前記バネの一方に連結されるワイヤと、
前記バネの他方を前記作動リンクに取り付ける取付部と、
前記作動リンクに支持され、前記作用点を含む前記ワイヤの引張方向を変換する方向変換部材と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の回動機構。 The connecting portion is
One wire supported by the base point and the other connected to one of the springs;
A mounting portion for attaching the other of the springs to the operating link;
A direction changing member that is supported by the operating link and converts a pulling direction of the wire including the action point;
The rotation mechanism according to claim 3, further comprising: 前記連結部は、
一方を前記作動リンクに回動可能に支持され、他方を前記バネの一方と連結される連結アームと、
前記バネの他方と連結され、前記基点で前記傾斜支持部材に回動可能に支持されると共に前記連結アームを摺動可能に支持するスライダと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の回動機構。 The connecting portion is
A connection arm, one of which is rotatably supported by the operating link and the other of which is connected to one of the springs;
A slider coupled to the other of the springs, rotatably supported by the inclined support member at the base point, and slidably supporting the coupling arm;
The rotation mechanism according to claim 3, further comprising: 前記連結部は、
一方を前記傾斜支持部材に回動可能に支持され、他方を前記バネの一方と連結される連結アームと、
前記バネの他方と連結され、前記作用点で前記作動リンクに回動可能に支持されると共に前記連結アームを摺動可能に支持するスライダと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の回動機構。 The connecting portion is
A connecting arm that is rotatably supported by the inclined support member and the other is connected to one of the springs;
A slider connected to the other of the springs, rotatably supported by the operating link at the operating point, and slidably supporting the connecting arm;
The rotation mechanism according to claim 3, further comprising: 前記弾性部は、流体を含むことを特徴とする請求項３に記載の回動機構。   The rotation mechanism according to claim 3, wherein the elastic part includes a fluid. 前記連結部は、
前記傾斜支持部材に回動可能に支持される作動シリンダと、
一方に前記作動シリンダ内を摺動する作動ピストンを有し、他方で前記作動リンクに回動可能に支持される作動ロッドと、
一方で流体で満たされた前記作動シリンダの一方の作動シリンダ室と連結される作動用管路と、
前記作動シリンダ室とは断面積が異なり前記作動用管路の他方と連結される流体で満たされた一方の補償シリンダ室を有する補償シリンダと、
一方に前記補償シリンダ内を摺動する補償ピストンを有する補償ロッドと、
前記補償ロッドの他方を支持すると共に、前記バネの一方を支持する可動部と、
前記補償シリンダを支持すると共に、前記バネの他方を支持する固定部と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の回動機構。 The connecting portion is
An operation cylinder rotatably supported by the inclined support member;
An operating rod that slides in the operating cylinder on one side and is rotatably supported on the operating link on the other side;
A working conduit connected to one working cylinder chamber of the working cylinder filled with fluid;
A compensation cylinder having one compensation cylinder chamber filled with a fluid having a different cross-sectional area from that of the working cylinder chamber and connected to the other of the working pipelines;
A compensation rod having a compensation piston sliding in the compensation cylinder on one side;
A movable portion that supports the other of the compensation rod and supports one of the springs;
A fixed portion that supports the compensation cylinder and supports the other of the spring;
The rotation mechanism according to claim 7, comprising: 前記連結部は、
一方で前記他方の作動シリンダ室と連結される第１駆動用管路と、
一方で前記他方の補償シリンダ室と連結される第２駆動用管路と、
前記第１駆動用管路の他方と前記第２駆動用管路の他方と接続される駆動用流体回路と、
を有することを特徴とする請求項８に記載の回動機構。 The connecting portion is
On the other hand, a first drive pipe connected to the other working cylinder chamber;
A second drive conduit connected to the other compensation cylinder chamber on the one hand;
A driving fluid circuit connected to the other of the first driving pipe and the other of the second driving pipe;
The rotation mechanism according to claim 8, comprising:
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