JP2020091014A - Link operation device and original position decision method of link operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リンク作動装置及びリンク作動装置の原点位置決め方法に関する。 The present invention relates to a link actuator and a method for locating the origin of the link actuator.
特許文献1(特開2000−94245号公報)には、パラレルリンク機構が記載されている。特許文献2(米国特許第5893296号明細書)には、リンク作動装置が記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-94245 discloses a parallel link mechanism. US Pat. No. 5,893,296 discloses a link actuating device.
特許文献1に記載のパラレルリンク機構においては、各リンクの作動角が小さく、トラベリングプレートの作動範囲を大きくするために、各リンクを長くする必要がある。その結果、リンク機構全体が大きくなってしまう。また、各リンクを長くすると、リンク機構全体の剛性が低下し、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量(つまり、トラベリングプレートの可搬重量)が小さく制限されてしまう。 In the parallel link mechanism described in Patent Document 1, it is necessary to lengthen each link in order to increase the operating range of the traveling plate because the operating angle of each link is small. As a result, the entire link mechanism becomes large. Further, if each link is lengthened, the rigidity of the entire link mechanism is reduced, and the weight of the tool mounted on the traveling plate (that is, the transportable weight of the traveling plate) is limited to a small value.
特許文献1に記載のリンク作動装置は、4節連鎖のリンク機構を3組以上設けた構成となっていることにより、コンパクトな構成でありながら、広い作動範囲で精密な動作が可能である。しかしながら、特許文献2に記載のリンク作動装置においては、その構造上、折れ角に応じて先端部材の回転半径が変化してしまう(先端部材が球面上を移動しない)ため、動作がイメージしにくい。 Since the link actuating device described in Patent Document 1 has a structure in which three or more sets of four-bar linkage are provided, it is possible to perform a precise operation in a wide operating range while having a compact structure. However, in the link actuating device described in Patent Document 2, due to its structure, the radius of gyration of the tip member changes according to the bending angle (the tip member does not move on the spherical surface), so it is difficult to imagine the operation. ..
また、特許文献2に記載のリンク作動装置においては、先端部材の回転半径を調整することができない。さらに、特許文献2に記載のリンク作動装置においては、各リンクの連結部や駆動源の機構のガタにより位置決め精度が悪化する。 Further, in the link actuating device described in Patent Document 2, the turning radius of the tip member cannot be adjusted. Further, in the link actuating device described in Patent Document 2, the positioning accuracy is deteriorated due to the looseness of the connecting portion of each link and the mechanism of the drive source.
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、先端部材が球面リンク中心点を中心とする球面上を移動可能であるとともに当該球面の半径が調整可能であり、かつ先端部材の原点の位置決めを行うことが可能なリンク作動装置を提供する。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above. More specifically, according to the present invention, the tip member can move on a spherical surface centered on the spherical link center point, the radius of the spherical surface can be adjusted, and the origin of the tip member can be positioned. A possible link actuator is provided.
本発明の一態様に係るリンク作動装置は、基端部材と、先端部材と、4つ以上のリンク機構と、4つ以上の姿勢制御用駆動源とを備える。各々のリンク機構は、基端部材に第1回転対偶部において回転可能に接続された第1リンク部材と、第1リンク部材に第2回転対偶部において回転可能に接続された第2リンク部材と、第2リンク部材に第3回転対偶部において回転可能に接続された第3リンク部材と、第3リンク部材に第4回転対偶部において回転可能に接続されるとともに、先端部材に第5回転対偶部において回転可能に接続された第4リンク部材とを有する。各々のリンク機構において、第1回転対偶部の中心軸である第1中心軸と第2回転対偶部の中心軸である第2中心軸とは、球面リンク中心点で交わる。各々のリンク機構における第5回転対偶部の中心軸である第5中心軸は、互いに重なり合うとともに、球面リンク中心点と交わる。姿勢制御用駆動源は、4つ以上のリンク機構のうちの少なくとも4つのリンク機構にそれぞれ設置されるとともに、第1リンク部材を第1中心軸周りに回転駆動できるように構成されている。 A link actuator according to an aspect of the present invention includes a base end member, a tip end member, four or more link mechanisms, and four or more attitude control drive sources. Each of the link mechanisms includes a first link member rotatably connected to the base end member at a first rotary pair portion, and a second link member rotatably connected to the first link member at a second rotary pair portion. A third link member that is rotatably connected to the second link member at the third rotation pair portion, and is rotatably connected to the third link member at the fourth rotation pair portion and at the tip member at the fifth rotation pair. And a fourth link member rotatably connected in the section. In each link mechanism, the first central axis, which is the central axis of the first rotating pair, and the second central axis, which is the central axis of the second rotating pair, intersect at the spherical link center point. The fifth central axes, which are the central axes of the fifth rotating pair parts in the respective link mechanisms, overlap each other and intersect the spherical link center point. The attitude control drive source is installed in at least four link mechanisms of the four or more link mechanisms, and is configured to rotate the first link member about the first central axis.
上記のリンク作動装置によると、先端部材が球面リンク中心点を中心とする球面上を移動可能であるとともに当該球面の半径が調整可能であり、かつ先端部材の原点の位置決めを行うことが可能となる。 According to the above link actuator, the tip member can move on a spherical surface centered on the spherical link center point, the radius of the spherical surface can be adjusted, and the origin of the tip member can be positioned. Become.
上記のリンク作動装置は、記録媒体をさらに備えていてもよい。この場合には、記録媒体に原点位置決めに関するパラメータを記録することができる。 The link actuating device may further include a recording medium. In this case, the parameters relating to the origin positioning can be recorded on the recording medium.
上記のリンク作動装置では、各々のリンク機構において、第3回転対偶部の中心軸である第3中心軸及び第4回転対偶部の中心軸である第4中心軸は、互いに平行な方向に延びるとともに、第2中心軸と直交する方向に延びていてもよい。この場合には、リンク作動装置の構成要素を簡易化することが可能となる。 In the above link actuating device, in each link mechanism, the third central axis which is the central axis of the third rotating pair and the fourth central axis which is the central axis of the fourth rotating pair extend in directions parallel to each other. At the same time, it may extend in a direction orthogonal to the second central axis. In this case, the components of the link actuating device can be simplified.
上記のリンク作動装置では、リンク機構の数は4つであってもよく、姿勢制御用駆動源の数は4つであってもよい。この場合、軽量でコンパクトなリンク作動装置を実現することができる。 In the above link actuating device, the number of link mechanisms may be four, and the number of attitude control drive sources may be four. In this case, a lightweight and compact link actuating device can be realized.
本発明の一態様に係るリンク作動装置の原点位置決め方法は、上記のリンク作動装置において、4つ以上のリンク機構のうちの少なくとも3つのリンク機構の姿勢を拘束する工程と、第1リンク部材に第1中心軸周りにトルクを加えることで予圧を行う工程と、予圧が行われた状態において第1リンク部材と姿勢制御用駆動源との位置関係、第1リンク部材の第1中心軸周りの回転角度又は第1リンク部材に加えられたトルクの少なくとも1つを記録媒体に記録する工程とを備える。 A method for locating an origin of a link actuating device according to an aspect of the present invention includes a step of constraining a posture of at least three link mechanisms out of four or more link mechanisms in the link actuating device described above, and a first link member. A step of applying a preload by applying a torque around the first central axis, a positional relationship between the first link member and the attitude control drive source in the preloaded state, Recording at least one of the rotation angle and the torque applied to the first link member on the recording medium.
上記のリンク作動装置の原点位置決め方法によると、先端部材が球面リンク中心点を中心とする球面上を移動可能であるとともに当該球面の半径が調整可能であるリンク作動装置の先端部材の原点の位置決めを行うことが可能となる。 According to the origin positioning method of the link actuator described above, the origin of the origin of the tip member of the link actuator can be adjusted while the tip member can move on a spherical surface centered on the spherical link center point and the radius of the spherical surface can be adjusted. It becomes possible to do.
本発明のリンク作動装置及びリンク作動装置の原点位置決め方法によると、先端部材が球面リンク中心点を中心とする球面上を移動可能であるとともに当該球面の半径が調整可能であり、かつ先端部材の原点の位置決めを行うことが可能となる。 According to the link actuating device and the origin positioning method of the link actuating device of the present invention, the tip member can move on a spherical surface centered on the spherical link center point, the radius of the spherical surface can be adjusted, and the tip member's radius can be adjusted. It is possible to position the origin.
実施形態に係るリンク作動装置(以下において、「リンク作動装置10」という)を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。 A link actuating device according to an embodiment (hereinafter, referred to as "link actuating device 10") will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference symbols and redundant description will not be repeated.
(実施形態に係るリンク作動装置の構成)
以下に、リンク作動装置10の構成の1例を説明する。
(Configuration of Link Actuating Device According to Embodiment)
An example of the configuration of the link actuating device 10 will be described below.
図1は、リンク作動装置10の模式的なブロック図である。図2は、リンク作動装置10の斜視図である。図3は、リンク作動装置10の正面図である。リンク作動装置10には、図1に示されるように、記録媒体7が設けられている。記録媒体7としては、プログラム、モータドライバ、目盛り等の記憶など適宜の構成を適用することが可能である。記録媒体7は、後述する姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dに接続されている。 FIG. 1 is a schematic block diagram of the link operating device 10. FIG. 2 is a perspective view of the link actuating device 10. FIG. 3 is a front view of the link actuating device 10. The link operating device 10 is provided with a recording medium 7 as shown in FIG. As the recording medium 7, it is possible to apply an appropriate configuration such as storing a program, a motor driver, or a scale. The recording medium 7 is connected to an attitude control drive source 4a to an attitude control drive source 4d described later.
図2及び3に示されるように、リンク作動装置10は、球面リンク作動装置である。リンク作動装置10は、基端部材1と、先端部材2と、リンク機構3a、リンク機構3b、リンク機構3c及びリンク機構3dと、姿勢制御用駆動源4a、姿勢制御用駆動源4b、姿勢制御用駆動源4c及び姿勢制御用駆動源4dとを有している。この例においては、リンク機構の数及び姿勢制御用駆動源の数は4つであるが、リンク機構の数及び姿勢制御用駆動源の数は4つ以上であってもよい。リンク機構の数及び姿勢制御用駆動源の数は、好ましくは、4つである。 As shown in FIGS. 2 and 3, the link actuator 10 is a spherical link actuator. The link actuating device 10 includes a base member 1, a tip member 2, a link mechanism 3a, a link mechanism 3b, a link mechanism 3c and a link mechanism 3d, an attitude control drive source 4a, an attitude control drive source 4b, and an attitude control. And a posture control drive source 4d. In this example, the number of link mechanisms and the number of attitude control drive sources are four, but the number of link mechanisms and the number of attitude control drive sources may be four or more. The number of link mechanisms and the number of attitude control drive sources are preferably four.
図4は、図3のIV−IVにおける断面図である。図5は、図4のV−Vにおける断面図である。図2〜5に示されるように、基端部材1は、板状の部材である。基端部材1の平面形状は、例えば、円形である。但し、基端部材1の平面形状はこれに限られない。基端部材1は、外周部において、固定部1aと、固定部1bと、固定部1cと、固定部1dとを有している。固定部1a〜固定部1dは、基端部材1の主面上に形成されている。固定部1a〜固定部1dは、それぞれ、基端部材1に主面に直交する方向に延在する板状の形状を有している。固定部1a〜固定部1dには、それぞれ、貫通穴1eが形成されている。基端部材1の中央には、貫通穴1fが形成されている。 FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. As shown in FIGS. 2 to 5, the base end member 1 is a plate-shaped member. The planar shape of the base end member 1 is, for example, a circle. However, the planar shape of the base end member 1 is not limited to this. The base member 1 has a fixed portion 1a, a fixed portion 1b, a fixed portion 1c, and a fixed portion 1d on the outer peripheral portion. The fixed portions 1 a to 1 d are formed on the main surface of the base member 1. Each of the fixed portion 1a to the fixed portion 1d has a plate-like shape extending in the direction orthogonal to the main surface of the base member 1. A through hole 1e is formed in each of the fixed portions 1a to 1d. A through hole 1f is formed in the center of the base member 1.
姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dは、例えばモータである。より具体的には、姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dは、それぞれ、回転軸4eと、駆動源本体4fとを有している。駆動源本体4fは、回転軸4eを中心軸周りに回転駆動するように構成されている。姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dの回転軸4eは、それぞれ、固定部1a〜固定部1dの貫通穴1eに挿通されている。 The attitude control drive source 4a to the attitude control drive source 4d are, for example, motors. More specifically, each of the attitude control drive source 4a to the attitude control drive source 4d has a rotation shaft 4e and a drive source body 4f. The drive source body 4f is configured to rotationally drive the rotating shaft 4e around the central axis. The rotation shafts 4e of the posture control drive source 4a to the posture control drive source 4d are inserted into the through holes 1e of the fixed portions 1a to 1d, respectively.
リンク機構3a〜リンク機構3dは、それぞれ、第1リンク部材3eと、第2リンク部材3fと、第3リンク部材3gと、第4リンク部材3hとを有している。 Each of the link mechanisms 3a to 3d has a first link member 3e, a second link member 3f, a third link member 3g, and a fourth link member 3h.
第1リンク部材3eは、例えば、円弧状に延びる棒状の部材である。リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eは、それぞれ、第1回転対偶部において、第1中心軸A1周りに回転可能に基端部材1に接続されている。 The first link member 3e is, for example, a rod-shaped member that extends in an arc shape. The first link member 3e of each of the link mechanisms 3a to 3d is connected to the base end member 1 so as to be rotatable about the first central axis A1 in the first rotation pair part.
第1リンク部材3eの一方端には、貫通穴3eaが形成されている。リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eに形成された貫通穴3eaには、それぞれ、姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dの回転軸4eが挿通されている。すなわち、第1回転対偶部は、貫通穴3ea及び貫通穴1eと、それらに挿入される回転軸4eとにより構成されており、第1中心軸A1は、回転軸4eの中心軸に一致している。姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dは、上記のとおり、回転軸4eをその中心軸周りに(第1中心軸A1周りに)に回転駆動させる。そのため、姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dは、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eを第1中心軸A1周りに回転駆動する。なお、第1リンク部材3eの回転軸4eからの脱落は、回転軸4eにナット等を取り付けることにより抑制されている。 A through hole 3ea is formed at one end of the first link member 3e. The rotary shafts 4e of the attitude control drive source 4a to the attitude control drive source 4d are inserted into the through holes 3ea formed in the first link members 3e of the link mechanisms 3a to 3d, respectively. That is, the first rotating pair portion is configured by the through hole 3ea and the through hole 1e and the rotating shaft 4e inserted therein, and the first central axis A1 coincides with the central axis of the rotating shaft 4e. There is. As described above, the posture control drive source 4a to the posture control drive source 4d rotationally drive the rotation shaft 4e around its central axis (around the first central axis A1). Therefore, the attitude control drive source 4a to the attitude control drive source 4d rotationally drive the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d about the first central axis A1. The drop of the first link member 3e from the rotary shaft 4e is suppressed by attaching a nut or the like to the rotary shaft 4e.
第1リンク部材3eの他方端には、軸部3ebが形成されている。軸部3ebは、例えば、第1リンク部材3eの外周側側面に形成されている。軸部3ebは、基端部材1の径方向に沿って基端部材1の外側へと突出している。 A shaft portion 3eb is formed at the other end of the first link member 3e. The shaft portion 3eb is formed, for example, on the outer peripheral side surface of the first link member 3e. The shaft portion 3eb protrudes to the outside of the base end member 1 along the radial direction of the base end member 1.
第2リンク部材3fは、例えば直線状に延びる棒状の部材である。リンク機構3a〜リンク機構3dの第2リンク部材3fは、それぞれ、第2回転対偶部において第2中心軸A2周りに回転可能にリンク機構3a〜リンク機構3cの第1リンク部材3eに接続されている。 The second link member 3f is, for example, a rod-shaped member that extends linearly. The second link member 3f of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d is connected to the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3c so as to be rotatable around the second central axis A2 in the second rotation pair portion. There is.
第2リンク部材3fの一方端には、貫通穴3faが形成されている。リンク機構3a〜リンク機構3dの第2リンク部材3fに形成された貫通穴3faには、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eの他方端に形成された軸部3ebが挿通される。すなわち、第2回転対偶部が第2リンク部材3fの一方端に形成された貫通穴3faと、第1リンク部材3eの他方端に形成された軸部3ebとにより構成されているとともに、第2中心軸A2が軸部3ebの中心軸に一致している。なお、第2リンク部材3fの軸部3ebからの脱落は、軸部3ebにナット等を取り付けることにより抑制されている。 A through hole 3fa is formed at one end of the second link member 3f. The shaft portion 3eb formed at the other end of the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d is inserted into the through hole 3fa formed in the second link member 3f of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d. .. That is, the second rotating pair portion is formed of the through hole 3fa formed at one end of the second link member 3f and the shaft portion 3eb formed at the other end of the first link member 3e, and the second The central axis A2 coincides with the central axis of the shaft portion 3eb. The drop of the second link member 3f from the shaft portion 3eb is suppressed by attaching a nut or the like to the shaft portion 3eb.
第1回転対偶部の中心軸である第1中心軸A1及び第2回転対偶部の中心軸である第2中心軸A2は、リンク作動装置10の球面リンク中心点Cにおいて互いに交差している。 The first central axis A1 which is the central axis of the first rotational pair and the second central axis A2 which is the central axis of the second rotational pair intersect at the spherical link center point C of the link actuating device 10.
第3リンク部材3gは、直線状に延びる棒状の部材である。リンク機構3a〜リンク機構3dの第3リンク部材3gは、それぞれ、第3回転対偶部において第3中心軸A3周りに回転可能にリンク機構3a〜リンク機構3dの第2リンク部材3fに接続されている。 The third link member 3g is a rod-shaped member that extends linearly. The third link members 3g of the link mechanisms 3a to 3d are connected to the second link members 3f of the link mechanisms 3a to 3d so as to be rotatable around the third central axis A3 in the third rotation pair portion. There is.
第2リンク部材3fの他方端には、第3リンク部材3gの一方端を受け入れる凹部が形成されている。第2リンク部材3fの他方端には、貫通穴が形成されている。当該貫通穴は、上記の凹部に面する位置に形成されている。第3リンク部材3gの一方端には、貫通穴3gaが形成されている。第2リンク部材3fの他方端に形成された貫通穴及び第3リンク部材3gの一方端に形成された貫通穴3gaは、第2リンク部材3fの他方端に形成された凹部が第3リンク部材3gの一方端を受け入れた状態において、直線状に並んでいる。 A recess for receiving one end of the third link member 3g is formed at the other end of the second link member 3f. A through hole is formed at the other end of the second link member 3f. The through hole is formed at a position facing the recess. A through hole 3ga is formed at one end of the third link member 3g. The through hole formed at the other end of the second link member 3f and the through hole 3ga formed at the one end of the third link member 3g have a recess formed at the other end of the second link member 3f as a third link member. In a state where one end of 3 g is received, they are arranged linearly.
第2リンク部材3fの他方端に形成された貫通穴及び第3リンク部材3gの一方端に形成された貫通穴3gaには、連結部材3gbが挿通されている。これにより、第3リンク部材3gは、連結部材3gbの中心軸周りに回転可能に第2リンク部材3fに接続されている。すなわち、第3回転対偶部が第2リンク部材3fの他方端に形成された貫通穴、第3リンク部材3gの一方端に形成された貫通穴3ga及び連結部材3gbにより構成されているとともに、第3中心軸A3が連結部材3gbの中心軸に一致している。なお、連結部材3gbは、例えばボルト及びナットである。 The connecting member 3gb is inserted through the through hole formed at the other end of the second link member 3f and the through hole 3ga formed at the one end of the third link member 3g. As a result, the third link member 3g is rotatably connected to the second link member 3f about the central axis of the connecting member 3gb. That is, the third rotating pair portion is formed of a through hole formed at the other end of the second link member 3f, a through hole 3ga formed at one end of the third link member 3g, and a connecting member 3gb, and 3 The central axis A3 coincides with the central axis of the connecting member 3gb. The connecting member 3gb is, for example, a bolt and a nut.
リンク機構3a〜リンク機構3dの第4リンク部材3hは、それぞれ、第4回転対偶部において、第4中心軸A4周りに回転可能にリンク機構3a〜リンク機構3dの第3リンク部材3gに接続されている。 The fourth link member 3h of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d is connected to the third link member 3g of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d so as to be rotatable around the fourth central axis A4 in the fourth rotation pair portion. ing.
第3リンク部材3gの他方端には、貫通穴3gcが形成されている。第4リンク部材3hには、第3リンク部材3gの他方端を受け入れる凹部が形成されている。第4リンク部材3hは、当該凹部に面する壁部3haを有している。壁部3haには、上記の凹部に繋がる貫通穴が形成されている。上記の凹部が第3リンク部材3gの他方端を受け入れた状態において、壁部3haに形成された貫通穴及び第3リンク部材3gの他方端に形成された貫通穴3gcは、直線状に並んでいる。壁部3haに形成された貫通穴及び第3リンク部材3gの他方端に形成された貫通穴3gcには、連結部材3hbが挿通されている。これにより、第4リンク部材3hは、連結部材3hbの中心軸周りに回転可能に第3リンク部材3gに接続される。すなわち、第4回転対偶部が壁部3haに形成された貫通穴、第3リンク部材3gの他方端に形成された貫通穴3gc及び連結部材3hbにより構成されているとともに、第4中心軸A4が連結部材3hbの中心軸に一致している。なお、連結部材3hbは、例えばボルト及びナットである。 A through hole 3gc is formed at the other end of the third link member 3g. The fourth link member 3h is formed with a recess that receives the other end of the third link member 3g. The fourth link member 3h has a wall portion 3ha facing the recess. The wall portion 3ha is formed with a through hole connected to the recess. In the state where the above-mentioned recess receives the other end of the third link member 3g, the through hole formed in the wall portion 3ha and the through hole 3gc formed in the other end of the third link member 3g are arranged linearly. There is. The connecting member 3hb is inserted into the through hole formed in the wall portion 3ha and the through hole 3gc formed at the other end of the third link member 3g. As a result, the fourth link member 3h is rotatably connected to the third link member 3g about the central axis of the connecting member 3hb. That is, the fourth rotating pair portion is formed by the through hole formed in the wall portion 3ha, the through hole 3gc formed at the other end of the third link member 3g, and the connecting member 3hb, and the fourth central axis A4 is formed. It coincides with the central axis of the connecting member 3hb. The connecting member 3hb is, for example, a bolt and a nut.
第4回転対偶部の第4中心軸A4は、第3回転対偶部の第3中心軸A3と平行になっていることが好ましい。 It is preferable that the fourth central axis A4 of the fourth rotational pair portion is parallel to the third central axis A3 of the third rotational pair portion.
リンク機構3a〜リンク機構3dの第4リンク部材3hは、それぞれ、第5回転対偶部において、第5中心軸A5周りに回転可能に先端部材2に接続されている。 The fourth link member 3h of each of the link mechanisms 3a to 3d is connected to the tip member 2 rotatably around the fifth central axis A5 in the fifth rotation pair part.
第4リンク部材3hは、ベース部3hcを有している。ベース部3hcの平面形状は、円形である。ベース部3hcの中央には、貫通穴が形成されている。リンク機構3a〜リンク機構3dのベース部3hcは、当該貫通穴が互いに重なるように積層されている。リンク機構3aから見ると、リンク機構3b〜リンク機構3dのベース部3hcが合わさり先端部材2を構成しており、リンク機構3bから見ると、リンク機構3a、リンク機構3c及びリンク機構3dのベース部3hcが合わさり先端部材2を構成している。同様に、リンク機構3cから見ると、リンク機構3a、リンク機構3b及びリンク機構3dのベース部3hcが合わさり先端部材2を構成しており、リンク機構3dから見ると、リンク機構3a〜リンク機構3cのベース部3hcが合わさり先端部材2を構成している。ベース部3hcの中央に形成された貫通穴には、連結部材3hdが挿入されている。連結部材3hdは、例えばボルト及びナットである。連結部材3hdには、連結部材3hdの中心軸の方向に沿って、貫通穴3heが形成されている。 The fourth link member 3h has a base portion 3hc. The planar shape of the base portion 3hc is circular. A through hole is formed in the center of the base portion 3hc. The base portions 3hc of the link mechanisms 3a to 3d are laminated so that the through holes overlap each other. When viewed from the link mechanism 3a, the link mechanism 3b to the base portion 3hc of the link mechanism 3d are combined to form the tip member 2, and when viewed from the link mechanism 3b, the link mechanism 3a, the link mechanism 3c, and the base portion of the link mechanism 3d. 3 hc are combined to form the tip member 2. Similarly, when viewed from the link mechanism 3c, the link mechanism 3a, the link mechanism 3b, and the base portion 3hc of the link mechanism 3d are combined to form the tip end member 2. When viewed from the link mechanism 3d, the link mechanism 3a to the link mechanism 3c. The base portions 3hc of the above are combined to form the tip member 2. The connecting member 3hd is inserted into the through hole formed in the center of the base portion 3hc. The connecting member 3hd is, for example, a bolt and a nut. A through hole 3he is formed in the connecting member 3hd along the direction of the central axis of the connecting member 3hd.
これにより、リンク機構3a〜リンク機構3dの第4リンク部材3hは、それぞれ、連結部材3hdの中心軸周りに回転可能に、先端部材2に接続されている。すなわち、第5回転対偶部がリンク機構3a〜リンク機構3dのベース部3hcに形成された貫通穴及び連結部材3hdで構成されているとともに、第5中心軸A5が連結部材3hdの中心軸に一致している。なお、第5回転対偶部は、一カ所に重なるように配置されている。 As a result, the fourth link members 3h of the link mechanisms 3a to 3d are connected to the tip member 2 so as to be rotatable around the central axis of the connecting member 3hd. That is, the fifth rotating pair portion is configured by the through hole formed in the base portion 3hc of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d and the connecting member 3hd, and the fifth central axis A5 is aligned with the central axis of the connecting member 3hd. I am doing it. The fifth rotating pair is arranged so as to overlap at one place.
第5回転対偶部の第5中心軸A5は、互いに重なり合うとともに、第1回転対偶部の第1中心軸A1及び第2回転対偶部の第2中心軸A2と球面リンク中心点Cにおいて交差している。第4回転対偶部の第5中心軸A5は、第3回転対偶部の第3中心軸A3及び第4回転対偶部の第4中心軸A4とねじれた配置になっている。第5中心軸A5は、第3中心軸A3及び第4中心軸A4と直交していることが好ましい。
(実施形態に係るリンク作動装置の動作)
以下に、リンク作動装置10の動作を説明する。
The fifth central axis A5 of the fifth rotational pair portion overlaps with each other and intersects the first central axis A1 of the first rotational pair portion and the second central axis A2 of the second rotational pair portion at the spherical link center point C. There is. The fifth central axis A5 of the fourth rotating pair is twisted with the third central axis A3 of the third rotating pair and the fourth central axis A4 of the fourth rotating pair. The fifth central axis A5 is preferably orthogonal to the third central axis A3 and the fourth central axis A4.
(Operation of Link Actuating Device According to Embodiment)
The operation of the link operating device 10 will be described below.
リンク作動装置10においては、上述のような構成とすることにより、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eの第1中心軸A1周りの回転角度をそれぞれ変更することにより、球面リンク中心点Cを中心とする球面上を先端部材2が移動する。すなわち、球面リンク中心点Cを原点とする極座標(r,θ,φ)により、先端部材2の位置を表すことができる。 In the link operating device 10, the spherical link center is changed by changing the rotation angles of the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d about the first central axis A1 by adopting the above-described configuration. The tip member 2 moves on a spherical surface centered on the point C. That is, the position of the tip member 2 can be represented by polar coordinates (r, θ, φ) with the spherical link center point C as the origin.
ここで、中心間距離rは、球面リンク中心点Cと先端部材2の中心との距離である。折れ角θは、先端部材2の中心から垂直方向に降ろした直線がリンク機構3a〜リンク機構3dの第1中心軸A1を含む平面と交わる点と球面リンク中心点Cとを通る直線と第5中心軸A5とがなす角度である。旋回角φは、先端部材2の中心から垂直方向に降ろした直線がリンク機構3a〜リンク機構3dの第1中心軸A1を含む平面と交わる点と球面リンク中心点Cとを通る直線とリンク機構3aの第1中心軸A1とがなす角度である。 Here, the center-to-center distance r is the distance between the spherical link center point C and the center of the tip member 2. The bending angle θ is a fifth straight line passing through a point where a straight line that is vertically lowered from the center of the tip member 2 intersects with a plane including the first central axis A1 of the link mechanisms 3a to 3d and a spherical link center point C. It is an angle formed by the central axis A5. The swivel angle φ is defined by a straight line that descends from the center of the tip member 2 in the vertical direction and a point that intersects with a plane including the first central axis A1 of the link mechanisms 3a to 3d and a spherical link center point C, and the link mechanism. 3a is an angle formed by the first central axis A1.
以上のように、リンク作動装置10において、先端部材2は、球面リンク中心点Cを中心とする半径が中心間距離rの球面上を移動可能であるとともに、当該移動とは独立して第5中心軸A5に沿って先端部材2を移動させて中心間距離rを可変とすることができる。このように、リンク作動装置10は、先端部材2を合計3自由度で移動させることができる。 As described above, in the link actuating device 10, the tip end member 2 is movable on the spherical surface having the radius r centered on the spherical link center point C and the center-to-center distance r, and independently of the movement. By moving the tip member 2 along the central axis A5, the center-to-center distance r can be made variable. In this way, the link operating device 10 can move the tip member 2 with a total of three degrees of freedom.
(実施形態に係るリンク作動装置の原点位置決め方法)
以下に、リンク作動装置10の原点位置決め方法を説明する。
(Origin Positioning Method of Link Actuating Device According to Embodiment)
The origin positioning method of the link operating device 10 will be described below.
リンク作動装置10の原点位置決めにおいては、第1に、リンク機構3a〜リンク機構3dのうちの少なくとも3つの姿勢を拘束する拘束工程が行われる。図6は、拘束工程におけるリンク作動装置10の斜視図の1例である。図6に示されるように、拘束工程は、例えば、連結部材3hdに形成された貫通穴3he及び基端部材1の中央に形成された貫通穴1fに原点位置決め用シャフト5を挿通するとともに原点位置決め用シャフト5にボルト、止め具等を取り付けることにより行われる。 In the origin positioning of the link actuating device 10, firstly, a restraining step of restraining at least three postures of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d is performed. FIG. 6 is an example of a perspective view of the link actuating device 10 in the restraining step. As shown in FIG. 6, in the restraining step, for example, the origin positioning shaft 5 is inserted into the through hole 3he formed in the connecting member 3hd and the through hole 1f formed in the center of the base member 1 and the origin positioning is performed. This is done by attaching bolts, stoppers, etc. to the shaft 5 for use.
但し、拘束工程は、他の方法により行われてもよい。図7は、拘束工程におけるリンク作動装置10の斜視図の他の例である。図7に示されるように、拘束工程は、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eの第1中心軸A1周りの回転を拘束する拘束ブロック6を基端部材1上に配置することにより行われてもよい。 However, the restraining step may be performed by another method. FIG. 7 is another example of a perspective view of the link operating device 10 in the restraining step. As shown in FIG. 7, in the restraint step, the restraint block 6 that restrains the rotation of the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d around the first central axis A1 is arranged on the base end member 1. May be performed by.
リンク作動装置10の原点位置決めにおいては、第2に、リンク機構3a〜リンク機構3dを予圧する予圧工程が行われる。予圧工程は、リンク機構3a〜リンク機構3dの姿勢が拘束された状態で行われる。予圧工程は、例えば、姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dによりリンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eに第1中心軸A1周りのトルクを印加することにより行われる。このトルクの印加は、予圧の制御が可能であれば、例えば重量物を用いて行ってもよい。 In the origin positioning of the link actuating device 10, secondly, a preloading step of preloading the link mechanisms 3a to 3d is performed. The preload process is performed in a state where the postures of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d are restricted. The preloading step is performed, for example, by applying a torque around the first central axis A1 to the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d by the attitude control drive source 4a to the attitude control drive source 4d. The application of the torque may be performed using, for example, a heavy object as long as the preload can be controlled.
リンク作動装置10の原点位置決めにおいては、第3に、第1リンク部材と姿勢制御用駆動源との位置関係(リンク機構3aの第1リンク部材3eと姿勢制御用駆動源4aとの位置関係、リンク機構3bの第1リンク部材3eと姿勢制御用駆動源4bとの位置関係、リンク機構3cの第1リンク部材3eと姿勢制御用駆動源4cとの位置関係及びリンク機構3dの第1リンク部材3eと姿勢制御用駆動源4dとの位置関係)、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eの第1中心軸A1周りの回転角度又はリンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eに加えられたトルクの出力が行われる。 In positioning the origin of the link operating device 10, thirdly, the positional relationship between the first link member and the attitude control drive source (the positional relationship between the first link member 3e of the link mechanism 3a and the attitude control drive source 4a, The positional relationship between the first link member 3e of the link mechanism 3b and the attitude control drive source 4b, the positional relationship between the first link member 3e of the link mechanism 3c and the attitude control drive source 4c, and the first link member of the link mechanism 3d. 3e and the position control drive source 4d), the rotation angle of the first link member 3e of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d around the first central axis A1, or the first link member of the link mechanism 3a to the link mechanism 3d. The torque applied to 3e is output.
これらのパラメータの出力は、リンク機構3a〜リンク機構3dの第1リンク部材3eに第1中心軸A1周りのトルクが印加された状態で行われる。これらのパラメータの出力は、例えば姿勢制御用駆動源4a〜姿勢制御用駆動源4dに設けられたエンコーダを用いて行われている。出力されたパラメータは、記録媒体7に記憶される。リンク作動装置10においては、これらのパラメータをリンク作動装置10の動作に反映させることで、先端部材2の原点位置決めを行うことができる。 The output of these parameters is performed in a state in which the torque around the first central axis A1 is applied to the first link members 3e of the link mechanisms 3a to 3d. The output of these parameters is performed using the encoder provided in the attitude control drive source 4a-the attitude control drive source 4d, for example. The output parameters are stored in the recording medium 7. In the link operating device 10, by reflecting these parameters in the operation of the link operating device 10, the origin of the tip member 2 can be positioned.
(実施形態に係るリンク作動装置の効果)
以下に、リンク作動装置10の効果を説明する。
(Effects of Link Actuating Device According to Embodiment)
The effects of the link operating device 10 will be described below.
上記のとおり、リンク作動装置10においては、球面リンク中心点Cを中心とする半径が中心間距離rの球面上を移動可能であるとともに、当該移動とは独立して第5中心軸A5に沿って先端部材2を移動させることにより中心間距離rを可変とすることができる。 As described above, in the link operating device 10, the radius centered on the spherical link center point C is movable on the spherical surface having the center-to-center distance r, and independently of the movement, along the fifth central axis A5. The center-to-center distance r can be made variable by moving the tip member 2 by means of the above.
リンク作動装置10においては、先端部材2の自由度は3であるが、姿勢制御用駆動源の数及びリンク機構の数は4以上となっている。そのため、リンク作動装置10においては、先端部材2を3自由度で移動させるのみならず、先端部材2に対する予圧を行うことが可能になり、先端部材2の振動やブレを抑制することができる。 In the link operating device 10, the tip end member 2 has three degrees of freedom, but the number of attitude control drive sources and the number of link mechanisms are four or more. Therefore, in the link actuating device 10, not only the tip member 2 can be moved with three degrees of freedom, but also the tip member 2 can be preloaded, and vibration and shake of the tip member 2 can be suppressed.
リンク作動装置10において、第3回転対偶部の第3中心軸A3及び第4回転対偶部の第4中心軸A4が互いに平行な方向に延びるとともに、第2中心軸A2と直交する方向に延びている場合、リンク作動装置の構成要素を簡易化することが可能となる。 In the link actuating device 10, the third central axis A3 of the third rotating pair and the fourth central axis A4 of the fourth rotating pair extend in directions parallel to each other and in a direction orthogonal to the second central axis A2. If so, the components of the link actuating device can be simplified.
リンク作動装置10において、リンク機構の数及び姿勢制御用駆動源の数が4つである場合、軽量でコンパクトなリンク作動装置を実現することができる。 In the link actuating device 10, when the number of link mechanisms and the number of attitude control drive sources are four, a lightweight and compact link actuating device can be realized.
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments can be variously modified. Further, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment. The scope of the present invention is shown by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
上記の実施形態は、球面リンク作業装置に特に有利に適用される。 The embodiments described above are particularly advantageously applied to spherical link work devices.
C 球面リンク中心点、A1 第1中心軸、A2 第2中心軸、A3 第3中心軸、A4 第4中心軸、A5 第5中心軸、1 基端部材、1a,1b,1c,1d 固定部、1e 貫通穴、1f 貫通穴、2 先端部材、3a,3b,3c,3d リンク機構、3e 第1リンク部材、3ea 貫通穴、3eb 軸部、3f 第2リンク部材、3fa 貫通穴、3g 第3リンク部材、3ga 貫通穴、3gb 連結部材、3gc 貫通穴、3h 第4リンク部材、3ha 壁部、3hb,3hd 連結部材、3hc ベース部、3he 貫通穴、4a,4b,4c,4d 姿勢制御用駆動源、4e 回転軸、4f 駆動源本体、5 原点位置決め用シャフト、6 拘束ブロック、7 記憶媒体、10 リンク作動装置。 C spherical link center point, A1 first center axis, A2 second center axis, A3 third center axis, A4 fourth center axis, A5 fifth center axis, 1 base end member, 1a, 1b, 1c, 1d fixed part 1e through hole, 1f through hole, 2 tip member, 3a, 3b, 3c, 3d link mechanism, 3e first link member, 3ea through hole, 3eb shaft part, 3f second link member, 3fa through hole, 3g third Link member, 3ga through hole, 3gb connecting member, 3gc through hole, 3h Fourth link member, 3ha wall part, 3hb, 3hd connecting member, 3hc base part, 3he through hole, 4a, 4b, 4c, 4d Attitude control drive Source, 4e Rotation axis, 4f Drive source main body, 5 Origin positioning shaft, 6 Restraint block, 7 Storage medium, 10-link operating device.
Claims (5)
先端部材と、
4つ以上のリンク機構と、
4つ以上の姿勢制御用駆動源とを備え、
各々の前記リンク機構は、前記基端部材に第1回転対偶部において回転可能に接続された第1リンク部材と、前記第1リンク部材に第2回転対偶部において回転可能に接続された第2リンク部材と、前記第2リンク部材に第3回転対偶部において回転可能に接続された第3リンク部材と、前記第3リンク部材に第4回転対偶部において回転可能に接続されるとともに、前記先端部材に第5回転対偶部において回転可能に接続された第4リンク部材とを有し、
各々の前記リンク機構において、前記第1回転対偶部の中心軸である第1中心軸と前記第2回転対偶部の中心軸である第2中心軸とは、球面リンク中心点で交わり、
各々の前記リンク機構における前記第5回転対偶部の中心軸である第5中心軸は、互いに重なり合うとともに前記球面リンク中心点と交わり、
前記姿勢制御用駆動源は、4つ以上の前記リンク機構のうちの少なくとも4つの前記リンク機構にそれぞれ設置されるとともに、前記第1リンク部材を前記第1中心軸周りに回転駆動できるように構成されている、リンク作動装置。 A base member,
A tip member,
4 or more link mechanisms,
With four or more attitude control drive sources,
Each of the link mechanisms includes a first link member that is rotatably connected to the base end member at a first rotation pair part, and a second link member that is rotatably connected to the first link member at a second rotation pair part. A link member, a third link member rotatably connected to the second link member at a third rotation pair portion, a third link member rotatably connected to the third link member at a fourth rotation pair portion, and the tip. A fourth link member rotatably connected to the member at a fifth rotating pair,
In each of the link mechanisms, a first central axis that is a central axis of the first rotating pair and a second central axis that is a central axis of the second rotating pair intersect at a spherical link center point.
Fifth central axes, which are central axes of the fifth rotating pair parts in each of the link mechanisms, overlap each other and intersect with the spherical link center point,
The attitude control drive source is installed in at least four of the four or more link mechanisms, and is configured to rotate the first link member about the first central axis. The link actuator.
前記姿勢制御用駆動源の数は4つである、請求項2又は請求項3に記載のリンク作動装置。 The number of the link mechanisms is four,
The link actuating device according to claim 2 or 3, wherein the number of drive sources for attitude control is four.
4つ以上の前記リンク機構のうちの少なくとも3つの前記リンク機構の姿勢を拘束する工程と、
前記第1リンク部材に前記第1中心軸周りにトルクを加えることで予圧を行う工程と、
前記予圧が行われた状態において、前記第1リンク部材と前記姿勢制御用駆動源との位置関係、前記第1リンク部材の前記第1中心軸周りの回転角度又は前記第1リンク部材に加えられた前記トルクの少なくとも1つを前記記録媒体に記録する工程とを備える、リンク作動装置の原点位置決め方法。 The link actuation device according to any one of claims 2 to 4,
Restraining the posture of at least three of the four or more link mechanisms,
Preloading by applying torque to the first link member around the first central axis;
In the state where the preload is performed, the positional relationship between the first link member and the attitude control drive source, the rotation angle of the first link member around the first central axis, or the first link member is applied. And recording at least one of the torques on the recording medium.
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