JP2024034842A - Link operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、医療機器または産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるリンク作動装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a link actuating device used in equipment that requires a precise and wide operating range, such as medical equipment or industrial equipment.
特許文献1では、ベースプレートとトラベリングプレートとを有し、両者の間を複数のリンクで結合し、これらのリンクを協調動作させることによりトラベリングプレートを移動させるパラレルリンク機構によって所定の作業を行う作業装置が提案されている。
特許文献2では、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能なリンク作動装置が提案されている。
特許文献3では、剛性を強化するために上下の球面リンクを、球面部材であるボールジョイントで連結したパラレルリンク機構が提案されている。
Patent Document 2 proposes a link actuating device that is compact, yet capable of high speed, high precision, and operation over a wide range of motion.
従来のパラレルリンク機構を使用して組み立て等の部品または台座との接触を伴う作業の要求があると、剛性が低く対応することができなかった。 When a conventional parallel link mechanism is required to perform work that involves contact with parts or pedestals, such as during assembly, it cannot be used because of its low rigidity.
本発明の目的は、パラレルリンク機構の剛性を高め作業の汎用性を高めることができるリンク作動装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a link actuating device that can increase the rigidity of a parallel link mechanism and increase the versatility of work.
本発明のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが2組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記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を有する球面リンク機構を用いたパラレルリンク機構と、
このパラレルリンク機構における前記2組以上のリンク機構に設けられ、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置であって、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構と、
前記並進部分に設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ接触することで前記パラレルリンク機構を定められた姿勢に矯正する姿勢矯正部材と、
前記基端側のリンクハブに設けられ、前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源と、を備えた。
前記定められた姿勢は、設計等によって任意に定める姿勢であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な姿勢を求めて定められる。
In the link actuating device of the present invention, a link hub on a distal side is connected to a link hub on a proximal side so as to be changeable in posture via two or more sets of link mechanisms, and each of the link mechanisms is connected to a link hub on the proximal side, respectively. proximal and distal end link members, one end of which is rotatably connected to the link hub and the distal link hub; a parallel link mechanism using a spherical link mechanism having central link members rotatably connected to each other;
A link actuating device comprising: a posture control actuator that is provided in the two or more sets of link mechanisms in this parallel link mechanism and arbitrarily controls the posture of the link hub on the distal end side,
The link hub on the distal side and the link hub on the proximal side are movably connected to each other by a rod-shaped member, and the rod-shaped member connects at least the spherical link center of the spherical link mechanism on the proximal side and the spherical link mechanism on the distal side. A member that passes through the center of the spherical link, and is provided with a connecting portion that connects the rod-shaped member and the link hubs on the proximal end and distal sides, respectively, and is connected to the link hubs on the proximal end and distal sides. , the rod-shaped member and each connecting portion are rotatably connected around their respective axes,
a conversion mechanism that converts rotational movement of the rod-shaped member into translational movement of a translational portion along the rod-shaped member;
a posture correction member that is provided in the translation portion and corrects the parallel link mechanism to a predetermined posture by contacting the link hubs on the proximal end side and the distal side, respectively;
A rotational drive source is provided on the link hub on the proximal end side and rotates the rod-shaped member together with each of the connecting portions.
The determined posture is a posture arbitrarily determined by design or the like, and is determined by finding an appropriate posture by, for example, testing and/or simulation.
この構成によると、基端側および先端側のリンクハブに対して、棒状部材および各連結部が回転可能に連結され、棒状部材の回転運動を並進部分の並進運動に変換する変換機構が設けられている。パラレルリンク機構を定められた姿勢に矯正するとき、回転駆動源により各連結部と共に棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させることで並進部分が棒状部材に沿って並進する。これにより並進部分に設けられた姿勢矯正部材が、対応するリンクハブに近接する方向に並進する。最終的に姿勢矯正部材が基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ接触することでパラレルリンク機構を定められた姿勢に矯正する。これにより基端側および先端側のリンクハブの傾き剛性が向上することで、パラレルリンク機構全体の傾き剛性が向上する。このようにパラレルリンク機構の剛性を高めることで、高負荷作業等に柔軟に対応することができ作業の汎用性を高めることができる。 According to this configuration, the rod-shaped member and each connecting portion are rotatably connected to the link hubs on the proximal end side and the distal side, and a conversion mechanism is provided that converts the rotational movement of the rod-like member into the translational movement of the translational portion. ing. When correcting the parallel link mechanism to a predetermined posture, the rotational drive source rotates the rod-shaped member together with each connecting portion in a predetermined rotational direction, so that the translation portion translates along the rod-shaped member. As a result, the posture correction member provided at the translation portion is translated in a direction approaching the corresponding link hub. Finally, the posture correction member comes into contact with the link hubs on the proximal side and the distal side, respectively, thereby correcting the parallel link mechanism into a predetermined posture. This improves the inclination rigidity of the link hubs on the proximal side and the distal side, thereby improving the inclination rigidity of the entire parallel link mechanism. By increasing the rigidity of the parallel link mechanism in this way, it is possible to flexibly respond to high-load work, etc., and the versatility of the work can be increased.
前記変換機構は、前記棒状部材の外周に設けられたねじ部と、このねじ部に螺合され前記棒状部材の回転により並進運動するナット部である前記並進部分とを有する送りねじ機構であってもよい。この場合、並進部分を棒状部材の長手方向中間付近に設けることができるため、リンク作動装置の構成によらず姿勢矯正部材を、対応するリンクハブに対して近接・離隔することができる。例えば、先端側のリンクハブにエンドエフェクタを取り付けた場合等においても、エンドエフェクタに干渉することなく姿勢矯正部材を自由に並進させることができる。 The conversion mechanism is a feed screw mechanism having a threaded portion provided on the outer periphery of the rod-shaped member, and the translation portion which is a nut portion that is screwed onto the threaded portion and moves in translation by rotation of the rod-shaped member. Good too. In this case, since the translation portion can be provided near the middle in the longitudinal direction of the rod-shaped member, the posture correction member can be moved close to or away from the corresponding link hub regardless of the configuration of the link actuating device. For example, even when an end effector is attached to the link hub on the distal end side, the posture correction member can be freely translated without interfering with the end effector.
前記姿勢矯正部材は、前記棒状部材の中心軸に対して垂直な平面をそれぞれ有する二つのパッドであり、これらパッドの前記平面が前記基端側および先端側のリンクハブに接触してもよい。この場合、各パッドの平面を対応するリンクハブに接触させることで、パラレルリンク機構の姿勢を確実に矯正し拘束し得る。また姿勢矯正部材のリンクハブとの干渉部分を平面に限定することで、瞬時に干渉と非干渉を切り替えることができる。 The posture correction member may be two pads each having a plane perpendicular to the central axis of the rod-shaped member, and the planes of these pads may contact the link hubs on the proximal end side and the distal side. In this case, by bringing the plane of each pad into contact with the corresponding link hub, the posture of the parallel link mechanism can be reliably corrected and restrained. Furthermore, by limiting the portion of the posture correction member that interferes with the link hub to a flat surface, it is possible to instantly switch between interference and non-interference.
前記棒状部材および各連結部は、互いに連通する中空構造であってもよい。この場合、棒状部材および各連結部の内部に、エンドエフェクタのケーブル等を通すことができる。 The rod-shaped member and each connecting portion may have a hollow structure that communicates with each other. In this case, the cable of the end effector, etc. can be passed through the rod-shaped member and each connecting portion.
本発明のリンク作動装置は、回転駆動源により各連結部と共に棒状部材を所定の回転方向に回転駆動させることで並進部分が並進する。これにより並進部分に設けられた姿勢矯正部材が基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ接触することでパラレルリンク機構を定められた姿勢に矯正する。これにより基端側および先端側のリンクハブの傾き剛性が向上することで、パラレルリンク機構全体の傾き剛性が向上し作業の汎用性を高めることができる。 In the link actuating device of the present invention, the translation portion is translated by rotationally driving the rod-shaped member together with each connecting portion in a predetermined rotational direction by a rotational drive source. As a result, the posture correction member provided on the translation portion comes into contact with the link hubs on the proximal side and the distal side, respectively, thereby correcting the parallel link mechanism to a predetermined posture. This improves the inclination rigidity of the link hubs on the proximal end side and the distal end side, thereby improving the inclination rigidity of the entire parallel link mechanism and increasing the versatility of the work.
[第1の実施形態]
本発明の実施形態に係るリンク作動装置を図1ないし図14と共に説明する。
<リンク作動装置の概略構造>
図1に示すように、リンク作動装置7は、パラレルリンク機構9と、このパラレルリンク機構9の姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータ10と、制御装置Cuとを備える。リンク作動装置7は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。リンク作動装置7は、後述する先端側のリンクハブ13に取り付けられたエンドエフェクタ(図示せず)を、図示外のワークに対し位置決めして作業を行う。制御装置Cuは、姿勢制御用アクチュエータ10および後述する回転駆動源Rsに電気的に接続され、これら姿勢制御用アクチュエータ10および回転駆動源Rsは、制御装置Cuにより同期制御される。
[First embodiment]
A link actuating device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
<Schematic structure of link actuating device>
As shown in FIG. 1, the
<パラレルリンク機構>
図2Aに示すように、パラレルリンク機構9は、姿勢矯正部材である円板状のパッド2A、および回転駆動源Rsを備える。パラレルリンク機構9は、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13を3組のリンク機構14を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構14の組数は2組であってもよく4組以上であってもよい。パラレルリンク機構9は市場において独立して取引可能に構成されている。
<Parallel link mechanism>
As shown in FIG. 2A, the
各リンク機構14は、基端側の端部リンク部材15、先端側の端部リンク部材16、および中央リンク部材17を有し、4つの回転対偶からなる4節連鎖のリンク機構をなす。図1のように、基端側の端部リンク部材15は、この基端側の端部リンク部材15の一端が第1の回転軸22a回りに回転可能に基端側のリンクハブ12に連結されている。先端側の端部リンク部材16は、この先端側の端部リンク部材16の一端が第2の回転軸22b回りに回転可能に先端側のリンクハブ13に連結されている。
Each
図2Bに示すように、中央リンク部材17は、この中央リンク部材17の一端において第3の回転軸22c回りに回転可能に基端側の端部リンク部材15の他端に連結されている。これと共に、中央リンク部材17は、この中央リンク部材17の他端において第4の回転軸22d回りに回転可能に先端側の端部リンク部材16の他端に連結されている。
As shown in FIG. 2B, the
図1に示す第1の回転軸22aは、基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15との各回転対偶部T1(図5)の中心軸回りの回転軸である。第2の回転軸22bは、先端側のリンクハブ13と先端側の端部リンク部材16の回転対偶部T2(図5)の中心軸回りの回転軸である。図2Bに示す第3の回転軸22cは、基端側の端部リンク部材15と中央リンク部材17との各回転対偶部T3(図5)の中心軸回りの回転軸である。第4の回転軸22dは、先端側の端部リンク部材16と中央リンク部材17との各回転対偶部T4(図5)の中心軸回りの回転軸である。
The first
図2Aのように、パラレルリンク機構9は、2つの球面リンク機構9a,9bを組み合わせた構造である。基端側の第1の球面リンク機構9aにおいて、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと、第1の回転軸22aおよび第3の回転軸22c(図2B)の各中心軸は、基端側の球面リンク中心PA(図5)において交わっている。先端側の第2の球面リンク機構9bにおいて、先端側のリンクハブ13の中心軸QBと、第2の回転軸22bおよび第4の回転軸22d(図2B)の各中心軸は、先端側の球面リンク中心PB(図5)において交わっている。
As shown in FIG. 2A, the
また、本実施例では図4のように、基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15との各回転対偶部T1の中心と、基端側の球面リンク中心PA間の距離は同じである。基端側の端部リンク部材15と中央リンク部材17との各回転対偶部T3の中心と、基端側の球面リンク中心PA間の距離は同じである。同様に、先端側のリンクハブ13と先端側の端部リンク部材16との各回転対偶部T2の中心と、先端側の球面リンク中心PB間の距離は同じである。先端側の端部リンク部材16と中央リンク部材17との各回転対偶部T4の中心と、先端側の球面リンク中心PB間の距離は同じだが距離が異なっても良い。各回転対偶部T3,T4の図2Bに示す第3,第4の回転軸22c,22dは、ある交差角(「軸角」ともいう)を持っているが、平行であってもよい。第1の回転軸22aと第3の回転軸22cとが成す角度であるアーム角は、定められた角度に規定されている。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 4, between the center of each rotating pair part T1 of the
図2Aに示す3組のリンク機構14は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図5に示すように、各リンク部材15,16,17を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶部T1,T3,T4,T2と、これら回転対偶部T1,T3,T4,T2間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材17の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。なお各回転対偶部T1,T3,T4,T2を、以下の説明において「各回転対偶部T1等」と言う場合がある。図5は、1組のリンク機構14を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構9は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ12および基端側の端部リンク部材15と、先端側のリンクハブ13および先端側の端部リンク部材16との位置関係が、中央リンク部材17の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。
The three sets of
基端側のリンクハブ12と先端側のリンクハブ13と3組のリンク機構14とで、基端側のリンクハブ12に対して先端側のリンクハブ13を、回転が2自由度で姿勢変更自在な機構としている。この2自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の可動範囲を広くとれる。
The
基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対して、先端側のリンクハブ13の中心軸QBが傾斜した垂直角度を、折れ角θという。この折れ角θの最大値を最大折れ角θmaxという。また、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の旋回角φを0°~360°の範囲に設定できる。旋回角φは、基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ13の中心軸QBが傾斜した水平角度のことである。
The vertical angle at which the central axis QB of the
基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢変更は、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと先端側のリンクハブ13の中心軸QBとの交点Oを回転中心として行われる。図2Aは、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと先端側のリンクハブ13の中心軸QBが同一線上にある状態を示し、図5は、中心軸QAに対して中心軸QBが或る作動角(折れ角)をとった状態を示す。基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離Lは変化しない。
The posture change of the
図4に示す3組のリンク機構14は、円周方向に120度間隔を空けた円周等配に配置されているが、必ずしも円周等配である必要はない。図1に示す基端側のリンクハブ12は、例えば、平面視で六角形状の基端支持部材12aと、基端支持部材12aの上部に固定された基端部材本体12bとを有する。基端部材本体12bは、基端支持部材12aに同心に配置された六角筒形状でその中央部に、後述する連結部3を回転自在に支持する円形の孔が形成されている。基端部材本体12bの平面視における孔の中心は、基端側の球面リンク中心PA(図5)に一致する。基端支持部材12aの外周部には、軸方向一方に突出する3個のフランジ12aaが円周等配で基端支持部材12aと一体に配置されている。
The three sets of
各回転対偶部T1(図5)等に、回転対偶部の回転抵抗低減手段として図示外の軸受がそれぞれ設けられている。基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15の回転対偶部T1(図5)においては、各フランジ12aaに前記軸受等を介して、第1の回転軸22aが回転自在に連結されている。第1の回転軸22aに、基端側の端部リンク部材15の一端が連結され、これら第1の回転軸22aと基端側の端部リンク部材15とが一体に回転する。
Each rotating pair T1 (FIG. 5) and the like is provided with a bearing (not shown) as means for reducing rotational resistance of the rotating pair. In the rotating pair T1 (FIG. 5) of the
図4に示すように、先端側のリンクハブ13は、基端部材本体12b(図1)と同様の六角筒形状でその中央部に、後述する連結部4を回転自在に支持する円形の孔13aが形成されている。先端側のリンクハブ13の平面視における孔13aの中心は、先端側の球面リンク中心PBに一致する。先端側のリンクハブ13の外周面には、径方向外方に突出する3個の第2の回転軸22bが円周等配で支持されている。各第2の回転軸22bの軸心は、先端側のリンクハブ13の中心軸QBと交差する。第2の回転軸22bに、先端側の端部リンク部材16の一端が連結されている。図2Bのように、先端側の端部リンク部材16の他端には、中央リンク部材17の他端に回転自在に連結された第4の回転軸22dが連結されている。
As shown in FIG. 4, the
<棒状部材および連結部>
図3は、図4のIII-III線断面図である。図3に示すように、先端側のリンクハブ13と基端側のリンクハブ12とは、棒状部材Rdにより互いに動作可能に連結されている。棒状部材Rdは、少なくとも基端側の第1の球面リンク機構9a(図2A)における球面リンク中心PA(図5)と、先端側の第2の球面リンク機構9b(図2A)における球面リンク中心PB(図5)とを通過する部材である。棒状部材Rdと基端側および先端側のリンクハブ12,13とをそれぞれ連結する基端側および先端側の連結部3,4が設けられている。基端側および先端側のリンクハブ12,13に対して、棒状部材Rdおよび各連結部3,4が各々の軸心回りに回転可能に連結されている。換言すれば、棒状部材Rd、基端側および先端側の連結部3,4は、リンクハブ12,13に対し独立して回転可能である。以下の説明において、棒状部材Rd、基端側および先端側の連結部3,4を、「棒状部材等」という場合がある。
<Rod-shaped member and connecting part>
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III--III in FIG. 4. As shown in FIG. 3, the
棒状部材Rdは、軸部材5aと、この軸部材5aの長手方向中間部に嵌合固定される円筒部材5bとを有する。軸部材5aの長手方向一端部が基端側のリンクハブ12に連結され、軸部材5aの長手方向他端部が先端側のリンクハブ13に連結されている。
The rod-shaped member Rd includes a
図1に示すように、基端側および先端側の連結部3,4としては、それぞれボールを備えたツェッパ形等速ジョイント等の等速ジョイントが適用されている。等速ジョイントが適用される各連結部3,4は、図3に示す内外輪IR,ORと、内外輪IR,OR間に介在する複数のボールBd(図4)と、これらボールBd(図4)を保持する図示外の保持器とを備える。基端部材本体12b(図1)の孔に、図示外のすべり軸受等を介して、基端側の連結部3の外輪ORが回転自在に支持されている。前記基端側の連結部3の内輪IRは、基端側のリンクハブ12に対して、図5に示す基端側の球面リンク中心PAを起点に折れ角1/2θ、旋回角φをそれぞれ角度変位可能で図3に示す棒状部材Rdの中心軸回りの3自由度に回転する。
As shown in FIG. 1, constant velocity joints such as Zeppa type constant velocity joints each having a ball are used as the connecting
図4のように、先端側のリンクハブ13の孔13aに、図示外のすべり軸受等を介して、先端側の連結部4の外輪ORが回転自在に支持されている。前記先端側の連結部4の内輪IRは、先端側のリンクハブ13に対して、先端側の球面リンク中心PBを起点に、基端側同様、3自由度に回転する。なお図3の連結部3,4は、等速ジョイントに限定されるものではなく、例えば、カルダンジョイント等のユニバーサルジョイント等の連結構造を適用し得る。
As shown in FIG. 4, the outer ring OR of the
<変換機構、姿勢矯正部材等について>
図6Aに示すように、変換機構1は、棒状部材Rdの回転運動をこの棒状部材Rdの長手方向に沿った2つの円環状の並進部分23,23の並進運動に変換する、回転‐並進変換機構である。変換機構1は、棒状部材Rdの長手方向中間付近に配置される。並進部分23,23には、基端側および先端側のリンクハブ12,13(図3)にそれぞれ接触することでパラレルリンク機構9(図2A)を定められた姿勢に矯正する姿勢矯正部材である円板状のパッド2A,2Aが設けられている。変換機構1は、図6Bに示すように、ねじ部25a,25b、および、ナット部である並進部分23,23を有する送りねじ機構Fsと、各並進部分23の回転止めを行う回転止め部材26とを有する。
<About conversion mechanism, posture correction member, etc.>
As shown in FIG. 6A, the
ねじ部25a,25bは、図3に示す棒状部材Rdにおける円筒部材5bの外周に設けられている。図6Aのねじ部25a,25bは、この例では台形ねじが適用されているが、滑りねじまたはボールねじを適用することも可能である。ねじ部25a,25bは、ねじの巻き方向を長手方向中間部を境に先端側と基端側とで逆方向に設定し、これら基端側および先端側のねじ部25a,25bを同一ピッチに設定している。並進部分23,23は基端側および先端側のねじ部25a,25bに螺合され棒状部材Rdの回転により並進運動する。よって、棒状部材25a,25bの回転に対して2つの並進部分23,23は逆方向に等しい距離を併進する。
The threaded
図2Aに示すように、円板状のパッド2Aは、各円環状の並進部分23の軸方向外側端面に設けられている。このパッド2Aは、対応するリンクハブ側に向かうに従って径方向外方に拡径するテーパ形状の金属製である。図3のように、パッド2Aは、対応するリンクハブに対向する平坦面2Aaが最大となるように形成されている。
As shown in FIG. 2A, the disc-shaped
図6Aおよび図6Bのように、パッド2Aの前記平坦面2Aaは、棒状部材Rdの中心軸に対して垂直な平面となるように形成されている。回転止め部材26は、1つの中央リンク部材17に一体化されリンク中央側に向けて突出する回転止め支持部26aと、この回転止め支持部26aの先端部分から基端側および先端側にそれぞれ延びるガイド部26b,26bとを有する。
回転止め部材26における基端側および先端側のガイド部26b,26bは、棒状部材Rdの中心軸に平行で所定距離延びるロッドから成る。各パッド2Aの円周方向の一部には、前記ロッドに案内される貫通孔状のガイド孔2Abが形成されている。パッド2Aは、摩擦材等から成る金属製であってもよく、非金属製であってもよい。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the flat surface 2Aa of the
The proximal and
したがって、棒状部材Rdの一方向の回転により2つの並進部分23,23が逆方向に並進し、各パッド2Aの平坦面2Aaを、図12Aおよび図12Bのように、対応するリンクハブ12,13に押し当てることで、図13のようにパラレルリンク機構9を定められた原点姿勢に矯正する。この状態において棒状部材Rdを他方向に回転することで、各パッド2Aの平坦面2Aa(図6B)が、対応するリンクハブ12,13から離隔する。
Therefore, the rotation of the rod-like member Rd in one direction causes the two
<回転駆動源>
図3に示すように、基端側のリンクハブ12には、各連結部3,4と共に棒状部材Rdを回転駆動させる回転駆動源Rsが設けられている。この回転駆動源Rsは、基端側のリンクハブ12の中心軸回りに、棒状部材Rdの基端側の連結部3を回転させる原点姿勢矯正用の駆動源である。回転駆動源Rsは、制御装置Cu(図1)により制御可能に構成されている。
<Rotary drive source>
As shown in FIG. 3, the
回転駆動源Rsは、例えば、図示外の減速機構を備えたロータリアクチュエータ等であり、回転駆動源Rsの駆動本体が基端支持部材12aの下部に固定されている。回転駆動源Rsの回転出力部は、基端側のリンクハブ12の中心軸と同軸に配置されると共に、前記連結部3の外輪ORに連結されている。よって、基端側および先端側のリンクハブ12,13に対して、棒状部材Rdおよび各連結部3,4が各々の軸心回りに回転駆動可能に連結される。
The rotational drive source Rs is, for example, a rotary actuator equipped with a deceleration mechanism (not shown), and the drive body of the rotational drive source Rs is fixed to the lower part of the base
<姿勢制御用アクチュエータ>
図4に示すように、リンク作動装置7は、3組のリンク機構14のすべてに姿勢制御用アクチュエータ10を備える。姿勢制御用アクチュエータ10は、図1に示す制御装置Cuにより制御可能である。各姿勢制御用アクチュエータ10は、ロータリアクチュエータであり、基端支持部材12aのフランジ12aaに第1の回転軸22aと同軸上に設置されている。図4に示す3組のリンク機構14のうち少なくとも2組に姿勢制御用アクチュエータ10を設ければ、図1に示す基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢を確定することができる。
<Attitude control actuator>
As shown in FIG. 4, the
リンク作動装置7は、各姿勢制御用アクチュエータ10を回転駆動することで、パラレルリンク機構9が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ10を回転駆動すると、その回転が第1の回転軸22aに伝達される。それにより基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢が任意に変更される。先端側のリンクハブ13には、図示外のエンドエフェクタが取り付けられている。前記エンドエフェクタは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、画像処理機器等が挙げられる。
The
<制御系について>
制御装置Cuは、姿勢制御用アクチュエータ10および回転駆動源Rsをそれぞれ制御する。制御装置Cuは、姿勢制御用アクチュエータ10を制御することで、リンク作動装置7の折れ角θ(図5)および旋回角φ(図5)を制御する。さらに制御装置Cuは、回転駆動源Rsを制御することで、前記折れ角θ=0度、旋回角φ=0度となる原点姿勢矯正作業を行う。制御装置Cuは、例えば、姿勢制御用アクチュエータ10の動作量等を原点位置としてメモリMrに書き換え可能に記録する。
<About the control system>
The control device Cu controls the
<原点姿勢矯正の手順>
図7~図10は、リンク作動装置の姿勢を矯正している状態を示す。
(1)例えば、図8Aおよび図8Bのように、パラレルリンク機構9の姿勢が傾いた状態で、回転駆動源Rsにより図9に示す基端側の連結部3と共に棒状部材Rdを回転させる。同図9は、図10のIX-IX線断面図である。
(2)図9に示す棒状部材Rd等の回転運動が変換機構1によって並進部分23,23の並進運動に変換され、パッド2A,2Aが、パラレルリンク機構9の中央部から基端側および先端側のリンクハブ12,13に向かって並進する。
<Procedure for correcting origin posture>
7 to 10 show the state in which the posture of the link actuating device is being corrected.
(1) For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, with the
(2) The rotational movement of the rod-shaped member Rd etc. shown in FIG. Translate toward the
(3)パッド2A,2Aの各平坦面2Aaにおける縁の一部が、基端側および先端側のリンクハブ12,13のパラレルリンク中央側平面に接触する。
(4)図14に示す各パッド2Aの接触後、各パッド2Aが並進を続けると、図11および図12Aのように、基端側および先端側のリンクハブ12,13のパラレルリンク中央側平面は球面リンク中心点間線分に対して垂直に近づく。
(3) Part of the edge of each flat surface 2Aa of the
(4) After the
(5)図12Bおよび図13のように、各リンクハブ12,13のパラレルリンク中央側平面が球面リンク中心点間線分に対して垂直になったとき、パッド2A,2Aの各平坦面2Aaの全体が、各リンクハブ12,13のパラレルリンク中央側平面に接触し各パッド2Aは並進できなくなる。言い換えると、パラレルリンク機構9の原点姿勢への矯正が完了しパラレルリンク機構9の姿勢が拘束される。
(5) As shown in FIGS. 12B and 13, when the parallel link center side plane of each
<作用効果>
以上説明したリンク作動装置7によると、図3のように、基端側および先端側のリンクハブ12,13に対して、棒状部材Rdおよび各連結部3,4が回転可能に連結され、棒状部材Rdの回転運動を並進部分23,23の並進運動に変換する変換機構1が設けられている。パラレルリンク機構9を定められた姿勢に矯正するとき、回転駆動源Rsにより各連結部3,4と共に棒状部材Rdを所定の回転方向に回転駆動させることで並進部分23,23が棒状部材Rdに沿って並進する。これにより各並進部分23に設けられたパッド2Aが、対応するリンクハブ12,13に近接する方向に並進する。最終的にパッド2A,2Aが基端側および先端側のリンクハブ12,13にそれぞれ接触することでパラレルリンク機構9を定められた姿勢に矯正する。これにより基端側および先端側のリンクハブ12,13の傾き剛性が向上することで、パラレルリンク機構全体の傾き剛性が向上する。このようにパラレルリンク機構9の剛性を高めることで、高負荷作業等に柔軟に対応することができ作業の汎用性を高めることができる。
<Effect>
According to the
変換機構1は、棒状部材Rdの外周に設けられた図6Bに示すねじ部25a,25bと、このねじ部25a,25bに螺合され棒状部材Rdの回転により並進運動するナット部である並進部分23,23と、を有する送りねじ機構Fsである。この場合、並進部分23,23を棒状部材Rdの長手方向中間付近に設けることができるため、図2Aのリンク作動装置7の構成によらずパッド2A,2Aを、対応するリンクハブ12,13に対して近接・離隔することができる。例えば、先端側のリンクハブ13にエンドエフェクタを取り付けた場合等においても、エンドエフェクタに干渉することなくパッド2A,2Aを自由に並進させることができる。したがって、適用可能なリンク作動装置7の汎用性を高めることができる。
The
姿勢矯正部材は、棒状部材Rdの中心軸に対して垂直な平面をそれぞれ有する二つのパッド2A,2Aであり、これらパッド2A,2Aの平坦面2Aaが基端側および先端側のリンクハブ12,13に接触する。このように、各パッド2Aの平坦面2Aaを対応するリンクハブ12,13に接触させることで、パラレルリンク機構9の姿勢を確実に矯正し拘束し得る。また姿勢矯正部材であるパッド2Aのリンクハブ12,13との干渉部分を平坦面2Aaに限定することで、瞬時に干渉と非干渉を切り替えることができる。
The posture correction member is two
[変更形態]
・各パッド2Aの平坦面2Aaに、弾性体等の衝撃吸収部材または摩擦低減部材が設けられてもよい。衝撃吸収部材が設けられた場合、パッド2Aと各リンクハブ12,13との接触時の衝撃を緩和し、摩擦低減部材が設けられた場合、部品の摩耗を抑制することが可能となる。摩擦低減部材としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等公知の表面処理部材を適用し得る。
・図6Aに示すねじ部25a,25b、回転止め部材26における基端側および先端側のガイド部26b,26b、および貫通孔状のガイド孔2Abの少なくともいずれか1つに、前記摩擦低減部材を設けてもよい。摺動部に摩擦低減部材を使用すると、摺動部の摩耗が低減し寿命が延びるうえ、ガタが減り位置精度の向上が図られる。
・図3に示す棒状部材Rdおよび各連結部3,4は互いに連通する中空構造になっていてもよい。この場合、棒状部材Rdおよび連結部3,4の内部に、エンドエフェクタのケーブルを通すことができる。
[Change form]
- A shock absorbing member or a friction reducing member such as an elastic body may be provided on the flat surface 2Aa of each
- At least one of the threaded
- The rod-shaped member Rd and each connecting
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
1…変換機構、2A…パッド(姿勢矯正部材)、2Aa…平坦面(平面)、3,4…連結部、7…リンク作動装置、9…パラレルリンク機構、9a…基端側の球面リンク機構,9b…先端側の球面リンク機構、10…姿勢制御用アクチュエータ、12…基端側のリンクハブ、13…先端側のリンクハブ、14…リンク機構、15…基端側の端部リンク部材、16…先端側の端部リンク部材、17…中央リンク部材、23…並進部分(ナット部)、25a,25b…ねじ部、Rd…棒状部材、Rs…回転駆動源、Fs…送りねじ機構
DESCRIPTION OF
Claims (4)
このパラレルリンク機構における前記2組以上のリンク機構に設けられ、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータと、を備えたリンク作動装置であって、
前記先端側のリンクハブと前記基端側のリンクハブとは棒状部材により互いに動作可能に連結され、前記棒状部材は、少なくとも基端側の球面リンク機構の球面リンク中心と先端側の球面リンク機構の球面リンク中心とを通過する部材であり、前記棒状部材と前記基端側および先端側のリンクハブとをそれぞれ連結する連結部が設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブに対して、前記棒状部材および各連結部が各々の軸心回りに回転可能に連結され、
前記棒状部材の回転運動をこの棒状部材に沿った並進部分の並進運動に変換する変換機構と、
前記並進部分に設けられ、前記基端側および先端側のリンクハブにそれぞれ接触することで前記パラレルリンク機構を定められた姿勢に矯正する姿勢矯正部材と、
前記基端側のリンクハブに設けられ、前記各連結部と共に前記棒状部材を回転駆動させる回転駆動源と、を備えたリンク作動装置。 A link hub on the distal side is connected to a link hub on the proximal side so as to be able to change its posture via two or more sets of link mechanisms, and each link mechanism connects the link hub on the proximal side and the link hub on the distal side, respectively. Proximal and distal end link members, one end of which is rotatably connected to the link hub, and a center, both ends of which are rotatably connected to the other ends of these proximal and distal end link members. a parallel link mechanism using a spherical link mechanism having a link member;
A link actuating device comprising: a posture control actuator that is provided in the two or more sets of link mechanisms in this parallel link mechanism and arbitrarily controls the posture of the link hub on the distal end side,
The link hub on the distal side and the link hub on the proximal side are movably connected to each other by a rod-shaped member, and the rod-shaped member connects at least the spherical link center of the spherical link mechanism on the proximal side and the spherical link mechanism on the distal side. A member that passes through the center of the spherical link, and is provided with a connecting portion that connects the rod-shaped member and the link hubs on the proximal end and distal sides, respectively, and is connected to the link hubs on the proximal end and distal sides. , the rod-shaped member and each connecting portion are rotatably connected around their respective axes,
a conversion mechanism that converts rotational movement of the rod-shaped member into translational movement of a translational portion along the rod-shaped member;
a posture correction member that is provided in the translation portion and corrects the parallel link mechanism to a predetermined posture by contacting the link hubs on the proximal end side and the distal side, respectively;
A link actuating device comprising: a rotational drive source that is provided on the link hub on the proximal end side and rotates the rod-shaped member together with each of the connecting portions.
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