JP2013096525A - リンク作動装置の原点位置初期設定方法およびリンク作動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リンク作動装置51の基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢である先端姿勢を定められた姿勢に設定する第1の過程と、先端姿勢が前記定められた姿勢にあるリンク作動装置51に対して先端姿勢を変化させようとする力である予圧を付与する第2の過程と、リンク作動装置51に予圧が付与された状態にあるときの各アクチュエータ53の動作量を記憶する第3の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータ53の原点位置として設定する。
【選択図】 図1
Description
この発明の他の目的は、前記初期設定を適正に行うことができるリンク作動装置を提供することである。
その方法は、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を定められた姿勢に設定する第1の過程と、前記先端姿勢が前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記先端姿勢を変化させようとする力である予圧を付与する第2の過程と、前記リンク作動装置に前記予圧が付与された状態にあるときの前記各アクチュエータの動作量を記憶する第3の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定することを特徴とする。
この場合、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できる。
リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブの中心軸の周辺には他の部材が無く、比較的広いスペースを確保し易いため、貫通孔を設け易い。また、貫通孔に挿通される原点位置決め用シャフトを、各リンク機構と干渉させずに配置し易い。それにより、第2の過程において、リンク作動装置にバランス良く予圧を付与することが可能となる。
この場合、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できることに加えて、以下の作用が得られる。すなわち、先端姿勢が定められた姿勢に設定された状態で、基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に取付部材を位置決めして取付けることにより、一度リンクハブから取付部材を取り外しても、次回取付けるときに同じ位置に固定できる。そのため、取付部材を次回取付けるときに、再度初期設定を行う必要がない。また、先端側のリンクハブと取付部材の位置関係が定まるため、リンク作動装置の先端姿勢から取付部材の位置や方向が容易に計算できる。
この構成であると、基端側および先端側のリンクハブの各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通するという簡単な操作で、容易にリンク作動装置の先端姿勢を定められた姿勢に設定できる。また、その際に、原点位置決め用シャフトを基端側および先端側のリンクハブ並びに取付部材の各貫通孔に挿入し、さらに位置決めピン挿入孔付きのリンクハブおよび取付部材の各位置決めピン挿入孔に位置決めピンを挿入することで、位置決めピン挿入孔付きのリンクハブと取付部材とを互いに位置決めし、その状態で位置決めピン挿入孔付きのリンクハブと前記取付部材とを固定する。これにより、一度リンクハブから取付部材を取り外しても、次回取付けるときに同じ位置に固定できる。そのため、取付部材を次回取付けるときに、再度初期設定を行う必要がない。また、リンクハブと取付部材の位置決めの際にも原点位置決め用シャフトを使用することで、位置決めピンにより1箇所のみ位置決めすれば、リンクハブと取付部材との軸方向以外の位置決めが完了する。そのため、最後にボルト等でリンクハブと取付部材を固定すれば、部品点数を減らして、容易に取付部材の位置決めを行うことができる。
多くの場合、リンク作動装置は、基端側のリンクハブの中心軸が鉛直方向または水平方向を向くように設置される。リンク作動装置を基端側のリンクハブの中心軸が鉛直方向を向くように設置した場合、水平器を先端側のリンクハブの中心軸に対して垂直に設置することにより、水平器を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。また、リンク作動装置を基端側のリンクハブの中心軸が水平方向を向くように設置した場合、水平器を先端側のリンクハブの中心軸に対して平行に設置することにより、水平器を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。
この場合、基端側のリンクハブに対して基端側の端部リンク部材がなす角度をβiniにすることで、容易に先端姿勢を定められた姿勢にすることができる。
この場合、予圧付与のために別の部材を設けることなく、容易に予圧を付与することができる。
制御装置で各アクチュエータを制御してリンク作動装置における各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せる予圧を付与することにより、各リンク機構に対して一定のトルクが付与されて、力のバランスが取れる。そのため、例えば第1の過程で原点位置決めシャフトを使用した場合、リンクハブの貫通孔から原点位置決めシャフトを抜いても、原点位置が大きくずれることがなく、各アクチュエータの原点位置を正確に設定することができる。
錘部材を用いると、容易にリンク作動装置に対して適正な予圧を付与することができる。それにより、リンク作動装置における歯車の噛合い部等の機構上のガタを詰めた状態で原点位置を記憶することができ、先端側のリンクハブの位置決め精度が向上する。
アクチュエータの動作量をアブソリュート型のエンコーダで検出することで、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰が可能となる。
アブソリュート型のエンコーダを用いることで、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰が可能となる。
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式において、θ=0、φ=0を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βnに対応するアクチュエータの動作量として記憶すると良い。
基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を指定すると、上記式より、各基端側の端部リンク部材の回転角を計算できる。その計算値に基づき、各基端側の端部リンク部材を駆動するアクチュエータに出力することにより、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を制御できる。前記第3の過程で得られた動作量を、θ=0、φ=0を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βnに対応するアクチュエータの動作量として記憶することにより、どのような姿勢においても、リンク作動装置における各回転対偶部や機構部等に生じるガタを片側方向に寄せる予圧を付与した状態で姿勢制御を行うことができる。
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
…(式1)
ここで、γ(図4)は、基端側の端部リンク部材5に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸と、先端側の端部リンク部材6に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸とが成す角度である。δn(図4におけるδ1,δ2,δ3)は、基準となる基端側の端部リンク部材5に対する各基端側の端部リンク部材5の円周方向の離間角である。
また、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長の1/2以上であると、大歯車77が、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶部に設置する軸受12の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車77の歯部と軸受12との間にスペースができ、大歯車77の設置が容易である。
図12は基端側のリンクハブ2の中心軸QAが鉛直方向を向く場合を示し、先端側のリンクハブ3に先端取付部材63を取付け、この先端取付部材63における先端側のリンクハブ3の中心軸QBと直交する平面F1の水平度を水平器93で計測し、前記平面F1が水平であるときの先端姿勢を定められた姿勢とする。
図13は基端側のリンクハブ2の中心軸QAが水平方向を向く場合を示し、先端側のリンクハブ3に先端取付部材63を取付け、この先端取付部材63における先端側のリンクハブ3の中心軸QBと平行な平面F2の水平度を水平器93で計測し、前記平面F2が水平であるときの先端姿勢を定められた姿勢とする。
多くの場合、リンク作動装置51,61は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAが鉛直方向または水平方向を向くように設置されるため、このように水平器93を用いて容易に先端姿勢を定められた姿勢に設定することができる。
錘部材94を用いると、容易にリンク作動装置61に対して適正な予圧を付与することができる。それにより、リンク作動装置61における歯車式の減速部73等の機構上のガタを詰めた状態で原点位置を記憶することができ、先端側のリンクハブ3の位置決め精度が向上する。
3…先端側のリンクハブ
4…リンク機構
5…基端側の端部リンク部材
6…先端側の端部リンク部材
7…中央リンク部材
10,40,62a,63a,64a…貫通孔
41,62b,63b,64b…位置決めピン挿通孔
42…固定ボルト孔
51,61…リンク作動装置
53,70…アクチュエータ
58,85…制御装置
59,86…姿勢検出手段(アブソリュート型のエンコーダ)
62…基台(取付部材)
63…先端取付部材
64…スペーサ(取付部材)
90…原点位置決め用シャフト
91,92…位置決めピン
93…水平器
94…錘部材
QA…基端側のリンクハブの中心軸
QB…先端側のリンクハブの中心軸
Claims (13)
- 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作の基準となる原点位置を初期設定する方法であって、
前記リンク作動装置の前記先端姿勢を定められた姿勢に設定する第1の過程と、前記先端姿勢が前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して各回転対偶部や機構部などに生じるガタを片側方向に寄せようとする力である予圧を付与する第2の過程と、前記リンク作動装置に前記予圧が付与された状態にあるときの前記各アクチュエータの動作量を記憶する第3の過程とを含み、この記憶した動作量を各アクチュエータの原点位置として設定することを特徴とするリンク作動装置の原点位置初期設定方法。 - 請求項1において、前記第1の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1において、前記第1の過程は、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ設けられた各貫通孔に原点位置決め用シャフトを挿通することで、前記リンク作動装置の前記先端姿勢を前記定められた姿勢に設定すると共に、この状態で、前記リンク作動装置の基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に取付部材を位置決めして取付けるリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1において、前記第1の過程は、前記リンク作動装置の基端側のリンクハブをその中心軸が鉛直方向を向く姿勢に固定し、前記リンク作動装置の先端側のリンクハブに取付部材を取付け、この取付部材における前記先端側のリンクハブの中心軸と直交する平面の水平度を水平器で計測し、前記平面が水平であるときの前記先端姿勢を前記定められた姿勢とするか、または前記リンク作動装置の基端側のリンクハブをその中心軸が水平方向を向く姿勢に固定し、前記リンク作動装置の先端側のリンクハブに取付部材を取付け、この取付部材における前記先端側のリンクハブの中心軸と平行な平面の水平度を水平器で計測し、前記平面が水平であるときの前記先端姿勢を前記定められた姿勢とするリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1において、前記第1の過程は、前記リンク作動装置の前記先端姿勢が前記定められた姿勢にあるときの、前記基端側のリンクハブに対して前記基端側の端部リンク部材がなす角度をβiniとした場合に、前記基端側のリンクハブに対して前記基端側の端部リンク部材がなす角度がβiniとなるように前記基端側の端部リンク部材を固定したときのリンク作動装置の姿勢を前記定められた姿勢とするリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記第2の過程は、前記アクチュエータにより、前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記予圧を付与するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記第2の過程は、前記リンク作動装置の基端側のリンクハブを固定し、先端側のリンクハブに錘部材を搭載し、この錘部材の重量により前記定められた姿勢にある前記リンク作動装置に対して前記予圧を付与するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記第3の過程は、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダの出力値を、前記リンク作動装置に前記予圧が付与された状態にあるときの前記アクチュエータの動作量として記憶するリンク作動装置の原点位置初期設定方法。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記第3の過程で得られた動作量は、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式において、θ=0、φ=0を代入して得られる前記基端側の端部リンク部材の回転角βnに対応するアクチュエータの動作量として記憶する原点でリンク作動装置の原点位置初期設定方法。 - 請求項2に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設け、これら貫通孔の中心軸を各リンクハブの中心軸と一致させたことを特徴とするリンク作動装置。
- 請求項3に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記基端側および先端側の各リンクハブに、前記原点位置決め用シャフトを挿通させる貫通孔をそれぞれ設けると共に、前記基端側および先端側のリンクハブの両方または片方に位置決めピン挿入孔を設け、さらにこの位置決めピン挿入孔付きのリンクハブに取付けられる取付部材に、前記位置決めピン挿入孔付きのリンクハブの前記貫通孔および前記位置決めピン挿入孔に対応する貫通孔および位置決めピン挿入孔をそれぞれ設けたことを特徴とするリンク作動装置。
- 請求項6に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、各回転対偶部や機構部などに生じるガタを片側方向に寄せようとする力である予圧を前記基端側および先端側のリンクハブ間に付与するように前記アクチュエータのトルクを制御する制御装置を設けたことを特徴とするリンク作動装置。
- 請求項8に記載のリンク作動装置の原点位置初期設定方法を実施するリンク作動装置であって、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダを設けたことを特徴とするリンク作動装置。
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