WO2021117647A1 - パラレルリンク装置 - Google Patents
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- F16M2200/06—Arms
- F16M2200/061—Scissors arms
Definitions
- This disclosure relates to a parallel link device.
- the parallel link structure has been attracting attention.
- the parallel link structure is attracting attention as a structure capable of operating the arm portion at high speed with low power consumption because the hand side of the arm portion constituting the parallel link can be configured to be lightweight and highly rigid. There is.
- a parallel link device having a parallel link structure has various features such as high-speed operation, high rigidity, easy design of wiring, and low power consumption. It is used for various purposes.
- Three parallel link devices are provided with a base portion and a portion radially extending from the base portion and rotating about an end portion connected to the base portion as a rotation axis. It is connected to the above-mentioned unfolding portion and the end portion of the unfolding portion on the opposite side to the end portion connected to the base portion, and is rotatable with respect to the unfolding portion, and is independent of each other in one direction. It includes a stretchable arm portion and a movable portion connected to each of the first end connected to the deploying portion of the arm portion and the second end opposite to the first end.
- the parallel link device According to the parallel link device according to the embodiment of the present disclosure, three or more deploying portions that are provided so as to extend radially from the base portion and are rotatable around an end portion connected to the base portion as a rotation axis.
- the movable portion can be supported by an arm portion that is connected to each end of the deploying portion, is rotatable with respect to the deploying portion, and can be expanded and contracted in one direction independently of each other.
- the parallel link device according to the embodiment of the present disclosure can be transformed into a stored state having a high space filling rate, for example.
- FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of the parallel link device 10 according to the present embodiment.
- the parallel link device 10 includes, for example, a base portion 110, a deploying portion 117, an arm portion 130, a first actuator 121, a second actuator 123, a tip connecting portion 141, and a movable portion. It is equipped with 140.
- Each configuration can be formed using various rigid rigid materials such as aluminum, stainless steel, or resin, unless otherwise specified.
- the rigid body material forming each configuration may be selected with an emphasis on rigidity, may be selected with an emphasis on lightness, or may be selected with an emphasis on production cost.
- the base portion 110 and the movable portion 140 are connected by at least three or more deployment portions 117 and arm portions 130 provided in parallel.
- the parallel link device 10 is a link device capable of controlling the position and orientation of the movable portion 140 with three translational axes and three rotating axes by the first actuator 121 and the second actuator 123 that operate the deploying unit 117 and the arm unit 130. is there.
- the parallel link device 10 can be used as a pedestal for photographing by installing the image pickup device 11 on the movable portion 140.
- the parallel link device 10 according to the present embodiment can freely move the image pickup device 11 on three translational axes and three rotating axes.
- FIG. 1 shows a parallel link device 10 in which three deployment units 117, an arm unit 130, a first actuator 121, and a second actuator 123 are provided in parallel, but the technique according to the present disclosure is not limited to such an example.
- the parallel link device 10 may include four or more deployment units 117, an arm unit 130, a first actuator 121, and a second actuator 123 in parallel.
- the base portion 110 side is also referred to as a base end side
- the movable portion 140 side is also referred to as a tip end side.
- the base portion 110 is a member that serves as a base point to be installed on the ground or the like when the parallel link device 10 is used.
- the shape of the base portion 110 is not particularly limited, but may be, for example, a flat plate shape.
- the unfolding portion 117 is provided so as to extend radially from the base portion 110 at equal intervals, and is rotatably provided with an end portion connected to the base portion 110 as a rotation axis.
- the unfolding portion 117 includes a base connecting portion 111 connected to the base portion 110, a rotating portion 113 rotatable about a rotating shaft whose axial direction is the extending direction of the unfolding portion 117, and a rotating portion 113.
- the base connecting portions 111 are provided at equal intervals (every 120 degrees in FIG. 1) so as to be point-symmetric with respect to the center of the base portion 110. Further, the base connecting portion 111 passes through the connecting point between the base connecting portion 111 and the base portion 110, and has an axis orthogonal to the extending direction of the developing portion 117 as a rotation axis in the plane of the main surface of the base portion 110. It is rotatably provided. In other words, the base connecting portion 111 is rotatably provided so as to be folded in a direction perpendicular to the main surface of the base portion 110 with the connecting portion between the base connecting portion 111 and the base portion 110 as a rotation axis.
- the rotating portion 113 is provided so as to extend further from the base connecting portion 111, and is rotatably provided on a rotating shaft whose axial direction is the extending direction of the rotating portion 113. Specifically, the rotating portion 113 is rotatably provided with a shaft passing through the center of the rotating portion 113 and extending in the extending direction of the rotating portion 113 as a rotating shaft.
- the grounding portion 115 is provided at the end of the rotating portion 113 on the tip end side (that is, the side opposite to the side to which the base connecting portion 111 is connected).
- the grounding portion 115 is provided with a fixed orientation with respect to the base connecting portion 111. That is, the above-mentioned rotating portion 113 is rotatably provided with respect to the base connecting portion 111 and the grounding portion 115, and the grounding portion 115 is provided so as not to rotate in conjunction with the rotating portion 113.
- the grounding portion 115 may be provided with a leg portion (not shown) that comes into contact with the ground or the like when the parallel link device 10 is installed.
- the legs (not shown) may be provided so that the height can be adjusted by screws or the like in order to change the installation height of the parallel link device 10, for example.
- the parallel link device 10 can be installed more stably. Further, the parallel link device 10 can prevent a part of the arm portion 130 from coming into contact with the installed ground or the like.
- the arm portion 130 is provided at the end portion on the tip end side of the deploying portion 117 so as to be rotatable with respect to the base portion 110 with two degrees of freedom.
- the arm portion 130 is rotatably connected with a connecting point at the tip end side of the rotating portion 113 of the deploying portion 117 as a rotation axis.
- the arm portion 130 has a rotation axis whose axial direction is the extending direction of the expanding portion 117 with respect to the base portion 110, and the extending direction of the expanding portion 117 in the plane of the main surface of the base portion 110. It can rotate with two degrees of freedom of the rotation axis whose axial direction is orthogonal to the above.
- the arm portion 130 is provided so as to be expandable and contractible in one direction toward the upper side of the base portion 110 due to the pantograph structure.
- the pantograph structure is a structure in which a plurality of shrinkable rhombic structures are connected, and can be expanded and contracted in one direction by the contraction of the rhombic structure.
- the pantograph structure can be formed, for example, by rotatably connecting the ends of a cross-shaped link having a central portion rotatably connected to the ends of a cross-shaped link having a similar configuration.
- the expansion / contraction rate and the expansion / contraction length are determined by the number of connected rhombic structures and the length of each link forming the rhombus structure.
- the expansion / contraction ratio and the expansion / contraction length of the pantograph structure of the arm portion 130 may be appropriately designed according to the application of the parallel link device 10.
- the rhombic structure on the tip side is smaller than the rhombus structure on the base end side in order to prevent interference or contact between the arm portions 130 in the vicinity of the movable portion 140. It may be configured.
- the first actuator 121 generates power to expand and contract the arm portion 130 in one direction.
- the first actuator 121 includes a ball screw provided on the diagonal line of the diamond-shaped structure on the most proximal side of the pantograph structure of the arm portion 130, and a motor for rotating the ball screw. You may. Since each of the diamond-shaped structures constituting the pantograph structure of the arm portion 130 can be interlocked and contracted by the ball screw, the first actuator 121 can expand and contract the arm portion 130 in one direction.
- the second actuator 123 generates power to rotate the arm portion 130 on a rotation shaft passing through a connection point between the arm portion 130 and the rotating portion 113.
- the second actuator 123 may include a ball screw provided between the rotating portion 113 of the deploying portion 117 and the arm portion 130, and a motor for rotating the ball screw. Since the second actuator 123 can contract the distance between the rotating portion 113 and the arm portion 130 by the ball screw, the second actuator 123 has a rotating shaft that passes through the connecting point between the arm portion 130 and the rotating portion 113. The arm portion 130 can be rotated.
- a ball screw is a mechanical element that is composed of a screw shaft, a nut, a ball, etc., and converts the rotary motion of a motor into a linear motion. Since the ball screw has low back drivability, it is possible to prevent the arm portion 130 from suddenly contracting or the arm portion 130 from falling even when the power from the motor is lost. Further, the ball screw can have lower back drivability by making the lead of the screw shaft smaller.
- the first actuator 121 and the second actuator 123 may be provided in a diamond-shaped structure on the most proximal side of the pantograph structures constituting the arm portion 130.
- the parallel link device 10 can lower the center of gravity, and thus can further improve the posture stability. Further, since the increase in the mass on the tip side of the arm portion 130 can be suppressed, the parallel link device 10 can increase the operating speed of the movable portion 140 and further reduce the power consumption during operation.
- the attachment position of the second actuator 123 to the arm portion 130 may be substantially the same as the attachment position of the first actuator 121 on the tip end side of the arm portion 130. According to this, the parallel link device 10 can further simplify the control of the arm portion 130 by the first actuator 121 and the second actuator 123.
- the tip connecting portions 141 are provided on the movable portions 140 at equal intervals so as to be point-symmetrical with respect to the center of the movable portion 140.
- the tip connecting portion 141 rotatably connects the end portion of the arm portion 130 on the distal end side and the movable portion 140 with three degrees of freedom.
- the tip connecting portion 141 may be a free joint capable of freely rotating at the connecting point.
- the tip connecting portion 141 may connect the arm portion 130 and the movable portion 140 so that each of the arm portions 130 has a twisting relationship when extended. According to this, the parallel link device 10 can further expand the movable range of the movable portion 140 by expanding and contracting and rotating the arm portion 130.
- the movable portion 140 is a member that is moved by the expansion and contraction and rotation of each of the arm portions 130 in the parallel link device 10.
- the movable portion 140 is connected to each of the arm portions 130 by the tip connecting portion 141, and is moved by the expansion and contraction and rotation of each of the arm portions 130 in the translational three axes and the rotation three axes. Rotate.
- the image pickup device 11 may be mounted on the movable portion 140.
- the parallel link device 10 can freely move the image pickup device 11 on the translational three axes and the rotation three axes, and allow the image pickup device 11 to image an arbitrary space.
- imaging has come to be performed not only indoors but also outdoors, especially in special environments such as high mountains.
- a robot or the like it is possible to perform imaging that is difficult for humans with high-speed operation and high reproducibility.
- it has been attempted to obtain a highly reproducible captured image by mounting an imaging device on a robot or a drone whose movement can be programmed.
- the parallel link device 10 is rotatably connected to at least three or more deployable portions 117 that can be folded in the direction perpendicular to the main surface of the base portion 110 and expands and contracts in one direction.
- a possible arm portion 130 and a movable portion 140 supported by each of the arm portions 130 are provided. Since the parallel link device 10 having such a structure can be transformed into a structure having a high space filling rate and a high storability, it can be easily carried to an external environment or the like. Therefore, according to the parallel link device 10 according to the present embodiment, it is possible to perform high-speed operation imaging with high reproducibility even in an external environment.
- FIG. 2A is a perspective view showing an example of a stored state of the parallel link device 10 according to the present embodiment
- FIG. 2B is a top view showing an example of a stored state of the parallel link device 10 according to the present embodiment
- FIG. 2C is a side view showing an example of the stored state of the parallel link device 10 according to the present embodiment
- FIG. 3A is a perspective view showing an example of the deployed state of the parallel link device 10 according to the present embodiment
- FIG. 3B is a top view showing an example of the deployed state of the parallel link device 10 according to the present embodiment
- FIG. 3C is a side view showing an example of the deployed state of the parallel link device 10 according to the present embodiment.
- the parallel link device 10 can be transformed into a stored state having a high space filling rate and a high storability in order to facilitate carrying and the like. Specifically, as shown in FIGS. 2A to 2C, the parallel link device 10 rotates the unfolding portion 117 in a direction perpendicular to the main surface of the base portion 110, and has a pantograph structure of the arm portion 130. By shrinking, it can be transformed into a stored state.
- the parallel link device 10 has a substantially cylindrical shape with the base portion 110 as the bottom surface and the deployment portion 117 as the side surface by folding the deployment portion 117 on the side where the movable portion 140 is provided with respect to the main surface of the base portion 110. Can be transformed into. Further, the parallel link device 10 can be arranged so that the contracted arm portion 130 is wound around the side surface of the substantially cylindrical shape formed by the base portion 110 and the unfolding portion 117 in the circumferential direction. According to this, the parallel link device 10 has a substantially cylindrical shape with the base portion 110 as the bottom surface, the deploying portion 117 and the arm portion 130 as the side surfaces, and the movable portion 140 as the upper surface, so that the parallel link device 10 can be more easily carried.
- the planar shape of the movable portion 140 is more concave from the polygonal shape connecting the points where the tip connecting portion 141 is provided.
- the shape may be.
- the planar shape of the movable portion 140 may be a shape in which each side is cut inward from a triangular shape connecting points where the tip connecting portion 141 is provided.
- the movable portion 140 and the base portion 110 may be fixed to each other by a jig or a screw in order to prevent interference or contact between the members.
- the parallel link device 10 is in a deployed state in which the movable portion 140 can be moved in a wide range by expanding the deployed portion 117 on the same plane as the main surface of the base portion 110 when in use. It can be transformed into. Specifically, as shown in FIGS. 3A to 3C, the parallel link device 10 may be deformed into a deployed state in which the movable portion 140 is supported by a plurality of deployed portions 117 and arm portions 130 provided in parallel. it can.
- the transformation of the parallel link device 10 from the stored state to the deployed state may be performed by, for example, a human hand.
- the rotation angle between the base portion 110 and the unfolded portion 117 may be fixed by a jig or a screw.
- FIGS. 4A to 4C are perspective views showing an example of a posture change of the movable portion 140 in the parallel link device 10 according to the present embodiment.
- the Z-axis is set in the normal direction of the main surface of the base portion 110
- the X-axis is set in the direction orthogonal to the Z-axis on the main surface of the base portion 110
- the X-axis and the Z-axis are orthogonal to each other.
- the parallel link device 10 rotates the movable portion 140 about the axis of the X axis by expanding and contracting the first actuator 121 and the second actuator 123 provided on each of the arm portions 130, respectively. be able to.
- Such rotation around the X-axis is also referred to as roll rotation.
- the parallel link device 10 rotates the movable portion 140 about the axis of the Y axis by expanding and contracting the first actuator 121 and the second actuator 123 provided on each of the arm portions 130, respectively. be able to.
- Such rotation around the Y-axis is also referred to as pitch rotation.
- the parallel link device 10 rotates the movable portion 140 about the axis of the Z axis by expanding and contracting the first actuator 121 and the second actuator 123 provided on each of the arm portions 130, respectively. be able to.
- Such rotation around the Z-axis is also referred to as yaw rotation.
- the parallel link device 10 moves the movable portion 140 on three translational axes and three rotating axes by driving a total of six actuators 121 and second actuators 123 provided on each of the three arm portions 130. It is possible to make it.
- a parallel link device 10 having a high space filling rate at the time of storage and easy transportation.
- the first actuator 121 and the second actuator 123 are provided on the base portion 110 side. According to this, since the center of gravity of the parallel link device 10 can be lowered, the stability when installed in an environment such as rough terrain can be improved. Further, since the parallel link device 10 can lower the inertia of the movable portion 140 and reduce the reaction force applied to the base portion 110 side, the stability of the base portion 110 side during movement can be improved. .. Further, since the parallel link device 10 can reduce the mass of the movable portion 140, the movable portion 140 can be moved at high speed with low power consumption.
- the first actuator 121 and the second actuator 123 are provided on the tip side of the deploying portion 117, and the mass is concentrated on the outside, so that the stability at the time of installation can be further improved.
- the parallel link device 10 can move the movable portion 140 with three translational axes and three rotating axes without using a gimbal structure, the stability of the image pickup device 11 against changes in the center of gravity during zooming is improved. Can be made to.
- the first actuator 121 and the second actuator 123 can be composed of a motor and a ball screw.
- the parallel link device 10 adopts a ball screw having a small lead and lowers the back drivability, so that the movable portion 140 can be suppressed from suddenly falling when the driving force is lost.
- the parallel link device 10 employs a ball screw having a small lead to reduce the torque required for driving, so that the power consumption can be further reduced.
- the parallel link device 10 can move the movable portion 140 with a larger force by using a ball screw having a high reduction ratio.
- FIG. 5 is a perspective view showing a configuration example of the parallel link device 20 according to the present embodiment.
- the parallel link device 20 includes, for example, a base portion 210, a deploying portion 211, a base end connecting portion 213, an arm portion 230, an actuator 221 and a tip connecting portion 241 and a movable portion 240. And.
- each configuration can be formed using various rigid rigid materials such as aluminum, stainless steel, or resin, unless otherwise specified.
- the rigid body material forming each configuration may be selected with an emphasis on rigidity, may be selected with an emphasis on lightness, or may be selected with an emphasis on production cost.
- the base portion 210 and the movable portion 240 are connected by at least three or more deployment portions 211 and arm portions 230 provided in parallel.
- the parallel link device 20 is a link device capable of controlling the position and orientation of the movable portion 240 with three translational axes by the actuator 221 that operates the deploying portion 211 and the arm portion 230.
- the parallel link device 20 is used as a pedestal for photographing, for example, by installing the image pickup device 21 on the movable portion 240 via the gimbal structure 22.
- the parallel link device 20 according to the present embodiment can freely move the image pickup device 21 on the translational three axes and the rotation three axes via the gimbal structure 22 that realizes the degree of freedom of the rotation three axes.
- FIG. 5 shows a parallel link device 20 in which three deployment units 211, an arm unit 230, and an actuator 221 are provided in parallel, but the technique according to the present disclosure is not limited to such an example.
- the parallel link device 20 may include four or more deploying portions 211, an arm portion 230, and an actuator 221 in parallel.
- the base portion 210 side is also referred to as a base end side
- the movable portion 240 side is also referred to as a tip end side.
- the base portion 210 is a member that serves as a base point to be installed on the ground or the like when the parallel link device 20 is used.
- the shape of the base portion 210 is not particularly limited, but may be, for example, a flat plate shape.
- the unfolding portion 211 is provided so as to extend radially from the base portion 210 at equal intervals, and is rotatably provided with an end portion connected to the base portion 210 as a rotation axis.
- the developing portions 211 are provided at equal intervals (every 120 degrees in FIG. 5) so as to be point-symmetric with respect to the center of the base portion 210.
- the unfolding portion 211 passes through the connecting point between the unfolding portion 211 and the base portion 210, and rotates about an axis orthogonal to the extending direction of the expanding portion 211 in the plane of the main surface of the base portion 210 as a rotation axis. It is provided as possible.
- the unfolding portion 211 is rotatably provided so as to be folded in a direction perpendicular to the main surface of the base portion 210 with the connecting portion between the unfolding portion 211 and the base portion 210 as a rotation axis.
- the deploying portion 211 may be provided with a leg portion (not shown) that comes into contact with the ground or the like when the parallel link device 20 is installed.
- the legs (not shown) may be provided so that the height can be adjusted by screws or the like in order to change the installation height of the parallel link device 20, for example.
- the parallel link device 20 can be installed more stably. Further, the parallel link device 20 can prevent a part of the arm portion 230 from coming into contact with the ground or the like on which the arm portion 230 is installed.
- the base end connecting portion 213 rotatably connects the end portion on the tip end side of the deploying portion 211 and the end portion on the base end side of the arm portion 230 with two degrees of freedom. Further, the base end connecting portion 213 includes a pulley mechanism and is provided so as to be able to control the rotation angle on the tip connecting portion 241 side via a wire or a belt (not shown). The control of the rotation angle by the pulley mechanism will be described later with reference to FIG.
- the arm portion 230 is provided at the end portion on the tip end side of the deploying portion 211 so as to be rotatable with respect to the base portion 210 with two degrees of freedom. Specifically, the arm portion 230 is rotatably connected to the distal end portion of the deploying portion 211 via the base end connecting portion 213 with two degrees of freedom. As a result, the arm portion 230 has a rotation axis whose axial direction is the extending direction of the expanding portion 211 with respect to the base portion 210, and the extending direction of the expanding portion 211 in the plane of the main surface of the base portion 210. It can rotate with two degrees of freedom of the rotation axis whose axial direction is orthogonal to the above.
- the arm portion 230 is provided so as to be expandable and contractible in one direction toward the upper side of the base portion 210 due to the pantograph structure.
- the pantograph structure is a structure in which a plurality of shrinkable rhombic structures are connected, and can be expanded and contracted in one direction by the contraction of the rhombic structure.
- the pantograph structure can be formed, for example, by rotatably connecting the ends of a cross-shaped link having a central portion rotatably connected to the ends of a cross-shaped link having a similar configuration.
- the expansion / contraction rate and the expansion / contraction length are determined by the number of connected rhombic structures and the length of each link forming the rhombus structure.
- the expansion / contraction ratio and the expansion / contraction length of the pantograph structure of the arm portion 230 may be appropriately designed according to the application of the parallel link device 20.
- the rhombic structure on the tip side is smaller than the rhombus structure on the base end side in order to prevent interference or contact between the arm portions 230 in the vicinity of the movable portion 240. It may be configured.
- a pulley mechanism 231 is provided in the pantograph structure of the arm portion 230.
- a pulley mechanism 231 which is a disk-shaped rotating ring is provided at the outer apex of the rhombic structure of the pantograph structure of the arm portion 230.
- a pulley mechanism of the base end connecting portion 213 and a pulley mechanism of the tip connecting portion 241 are connected to each of the pulley mechanisms 231, and a wire or a belt (not shown) applies tension so as to surround the pantograph structure. It is stretched in a state of being stretched.
- the actuator 221 generates power to expand and contract the arm portion 230 in one direction.
- the actuator 221 may be configured to include a ball screw provided on the diagonal line of the diamond-shaped structure on the most proximal side of the pantograph structure of the arm portion 230, and a motor for rotating the ball screw. Good. Since the actuator 221 can contract each of the diamond-shaped structures constituting the pantograph structure of the arm portion 230 in conjunction with each other, the arm portion 230 can be expanded and contracted in one direction.
- a ball screw is a mechanical element that is composed of a screw shaft, a nut, a ball, etc., and converts the rotary motion of a motor into a linear motion. Since the ball screw has low back drivability, it is possible to prevent the arm portion 230 from suddenly contracting or the arm portion 230 from falling even when the power from the motor is lost. Further, the ball screw can have lower back drivability by making the lead of the screw shaft smaller.
- the tip connecting portions 241 are provided on the movable portions 240 at equal intervals so as to be point-symmetrical with respect to the center of the movable portion 240.
- the tip connecting portion 241 rotatably connects the end portion of the arm portion 230 on the tip side and the movable portion 240 with two degrees of freedom. Further, the tip connecting portion 241 includes a pulley mechanism, and the rotation angle is controlled based on the rotation angle of the base end connecting portion 213 via a wire or a belt (not shown).
- the movable portion 240 is a member that is moved by the expansion and contraction and rotation of each of the arm portions 230 in the parallel link device 20. Specifically, the movable portion 240 is connected to each of the arm portions 230 by the tip connecting portion 241 and is movable in three translational axes by expansion and contraction and rotation of each of the arm portions 230.
- the movable portion 240 is mounted with the image pickup device 21 via, for example, the gimbal structure 22. Since the gimbal structure 22 can be moved by three rotation axes, the image pickup apparatus 21 can be freely moved by three translational axes and three rotation axes.
- the gimbal structure 22 may be provided at the central portion of the movable portion 240, or may be provided so as to project from the edge portion of the movable portion 240.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the parallel link device 20 in a simplified manner.
- the pantograph structure of the arm portion 230 is shown by omitting it into one rhombic structure.
- the pulley mechanism 231 is provided at the outer apex of the diamond-shaped structure constituting the pantograph structure of the arm portion 230.
- the base end connecting portion 213 and the tip connecting portion 241 are provided so as to include a pulley mechanism.
- the pulley mechanism is a disk-shaped rotating wheel, and power and rotation can be transmitted between the pulley mechanisms by hanging a flexible cord-like object such as a wire or a belt around the outer circumference of the rotating wheel.
- a cord-like object 232 such as a wire or a belt is hung on the outer circumference of each pulley mechanism so as to connect the mechanism.
- each of the pulley mechanisms 231 and the pulley mechanism included in the tip connecting portion 241 will rotate with the rotation of the pulley mechanism included in the proximal end connecting portion 213 due to friction with the cord-like object 232. .. Therefore, when the arm portion 230 rotates with respect to the deploying portion 211, the pulley mechanism of the tip connecting portion 241 also rotates with the rotation of the pulley mechanism of the base end connecting portion 213, so that the movable portion 240 is the arm portion 230. Rotates with respect to. According to this, the parallel link device 20 can maintain the posture of the movable portion 240 with respect to the base portion 210 and the deploying portion 211.
- FIG. 7A is a perspective view showing an example of the stored state of the parallel link device 20 according to the present embodiment
- FIG. 7B is a top view showing an example of the stored state of the parallel link device 20 according to the present embodiment
- FIG. 7C is a side view showing an example of the stored state of the parallel link device 20 according to the present embodiment
- FIG. 8A is a perspective view showing an example of the deployed state of the parallel link device 20 according to the present embodiment
- FIG. 8B is a top view showing an example of the deployed state of the parallel link device 20 according to the present embodiment
- FIG. 8C is a side view showing an example of the deployed state of the parallel link device 20 according to the present embodiment.
- the parallel link device 20 is deformed into a stored state having a high space filling rate and a high storability in order to facilitate carrying and the like. It is possible. Specifically, as shown in FIGS. 7A to 7C, the parallel link device 20 rotates the unfolding portion 211 in a direction perpendicular to the main surface of the base portion 210, and has a pantograph structure of the arm portion 230. By shrinking, it can be transformed into a stored state.
- the parallel link device 20 by folding the unfolding portion 211 on the side opposite to the side where the movable portion 240 is provided with respect to the main surface of the base portion 210, the movable portion 240 becomes the upper surface and the contracted arm portion 230 becomes.
- the base portion 210 and the unfolding portion 211 can be stored inside the substantially triangular prism shape on the side surface.
- the parallel link device 20 has a substantially triangular prism shape with the movable portion 240 as the upper surface and the arm portion 230 as the side surface, which makes it easier to carry.
- the movable portion 240 and the base portion 210 are in close proximity to each other. Therefore, in the parallel link device 20 in the stored state, the movable portion 240 and the base portion 210 may be fixed to each other with a jig or a screw in order to prevent interference or contact between the members.
- the parallel link device 20 is in a deployed state in which the movable portion 240 can be moved in a wide range by expanding the deployed portion 211 in the same plane as the main surface of the base portion 210 when in use. It can be transformed into. Specifically, as shown in FIGS. 8A to 8C, the parallel link device 20 may be deformed into a deployed state in which the movable portion 240 is supported by a plurality of deployed portions 211 and arm portions 230 provided in parallel. it can.
- the transformation of the parallel link device 20 from the stored state to the deployed state may be performed by, for example, a human hand.
- the rotation angle between the base portion 210 and the unfolded portion 211 may be fixed by a jig or a screw.
- FIGS. 9A to 9B are perspective views showing an example of a posture change of the movable portion 240 in the parallel link device 20 according to the present embodiment.
- the parallel link device 20 can translate the movable portion 240 in a wide range by expanding and contracting the actuators 221 provided on each of the arm portions 230.
- the rotation angle between the movable portion 240 and the arm portion 230 is included in the pulley mechanism included in the tip connecting portion 241, the pulley mechanism 231 provided in the pantograph structure of the arm portion 230, and the proximal end connecting portion 213. It is controlled by the pulley mechanism. Therefore, the movable portion 240 can be translated while maintaining a state parallel to the base portion 210.
- the parallel link device 20 can move the movable portion 240 with three translational axes by driving a total of three actuators 221 provided on each of the three arm portions 230.
- FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of the parallel link device 20A according to the present modification.
- FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the parallel link device 20A in a simplified manner. In FIG. 11, the pantograph structure of the arm portion 330 is shown by omitting it into one rhombic structure.
- the parallel link device 20A includes, for example, a base portion 210, a deploying portion 211, a base end connecting portion 313, an arm portion 330, a tip connecting portion 341, and a movable portion 240.
- the actuator 221 that generates the power to expand and contract the arm portion 330 in one direction is not shown.
- the parallel link device 20A according to this modification controls the rotation angle between the movable portion 240 and the arm portion 230, and has a mechanism for making the main surface of the movable portion 240 parallel to the main surface of the base portion 210. It is different from the parallel link device 20 shown in FIG. That is, the parallel link device 20A according to the present modification has a different configuration of the base end connecting portion 313, the arm portion 330, and the tip connecting portion 341 from the parallel link device 20 shown in FIG.
- the base end connecting portion 313 rotatably connects the end portion of the deploying portion 211 on the distal end side and the end portion of the arm portion 330 on the proximal end side.
- the base end connecting portion 313 is provided as a shaft portion that is sandwiched at both ends by two links included in the arm portion 330 and penetrates the deploying portion 211.
- the arm portion 330 can rotate with respect to the deploying portion 211 with the base end connecting portion 313 as the rotation axis.
- the tip connecting portions 341 are provided on the movable portions 240 at equal intervals so as to be point-symmetrical with respect to the center of the movable portion 240.
- the tip connecting portion 341 rotatably connects the end portion of the arm portion 330 on the tip side and the movable portion 240.
- the tip connecting portion 341 is provided as a shaft portion that is sandwiched at both ends by two links included in the arm portion 330 and penetrates the movable portion 240.
- the arm portion 330 can rotate with respect to the movable portion 240 with the tip connecting portion 341 as the rotation axis.
- the arm portion 330 is rotatably provided at the distal end portion of the deploying portion 211 via the base end connecting portion 313.
- the arm portion 330 includes a pantograph structure 330A and a parallelogram link structure 330B, and is included in the link included in the pantograph structure 330A and the parallelogram link structure 330B.
- a link is provided so as to sandwich both ends of the base end connecting portion 313 and the tip end connecting portion 341.
- the pantograph structure 330A has a structure in which a plurality of shrinkable rhombus structures are connected, and can be expanded and contracted in one direction by the contraction of the rhombus structure.
- the parallelogram link structure 330B is a structure that forms a parallelogram link with a part of the links of the pantograph structure 330A. Specifically, the parallelogram link structure 330B forms a parallelogram link in the normal direction of the plane on which the rhombic structure of the pantograph structure 330A is formed.
- the parallelogram link structure 330B may form a parallelogram link for each of the links of the pantograph structure 330A that connects the link that sandwiches the base end connecting portion 313 to the link that sandwiches the tip connecting portion 341. Good.
- the base end connecting portion 313 provided at both ends of the arm portion 330 and the tip connecting portion 341 maintain a parallel state with each other regardless of the expansion and contraction of the arm portion 330. can do.
- the arm portion 330 is formed with a structure including a pantograph structure 330A and a parallelogram link structure 330B, whereby the base end connecting portion 313 and the tip connecting portion 341 are connected to each other.
- the parallel state can be maintained.
- the parallel link device 20A according to the present modification can translate the movable portion 240 while maintaining the parallel state between the base portion 210 and the movable portion 240.
- a parallel link device 20 having a high space filling rate at the time of storage and easy transportation.
- the parallel link device 20 can move the image pickup device 21 on three rotation axes by using the gimbal structure 22 provided on the movable portion 240. Since the gimbal structure 22 can set the rotational range of motion regardless of the structure of the parallel link device 20, the parallel link device 20 has a further rotational range of motion than the parallel link device 10 according to the first embodiment. It can be expanded.
- the parallel link device 20 can further improve the posture retention of the gimbal structure 22 by using a geared motor or the like that is difficult to backdrive in response to a change in the center of gravity of the image pickup device 21 when zooming.
- a potentiometer or the like may be provided at the connecting portion between the base portion 110 and the deploying portion 117. According to this, the parallel link device 10 can be installed in a bent state in which the base portion 110 and the unfolding portion 117 do not exist in the same plane.
- the parallel link device 10 may be provided with a linear sensor for acquiring the linear position information of the ball screw in the first actuator 121 and the second actuator 123 in order to grasp the posture of the movable portion 140 during operation.
- a linear sensor for example, a wire winding type linear sensor can be used.
- the parallel link device 10 calibrates the linear sensor by using the image captured from the image pickup device 11 during operation or the information acquired by the 9-axis motion sensor (IMU) provided in the movable portion 140. May be done. Further, the parallel link device 10 may calibrate the initial state of the linear sensor by starting the operation from a predetermined initial position in the deployed state.
- the predetermined initial position of the parallel link device 10 in the deployed state may be, for example, a position where the base portion 110 and the deployed portion 117 are fixed by a jig or the like and the arm portion 130 is most contracted.
- the technology according to the present disclosure can also have the following configuration.
- three or more deploying portions that are provided so as to extend radially from the base portion and can be rotated around an end portion connected to the base portion as a rotation axis. It is possible to provide a parallel link device that supports a movable portion by an arm portion that is connected to each end of the deploying portion, is rotatable with respect to the deploying portion, and can expand and contract in one direction independently of each other. it can.
- Such a parallel link device can be deformed into a shape in which the unfolded portion is folded in a direction perpendicular to the main surface of the base portion, it can be deformed into a stored state having a high space filling rate. Therefore, since the parallel link device has improved storability, the ease of transportation can be improved.
- the effects produced by the techniques according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
- An arm portion that is connected to an end portion of the unfolding portion that is opposite to the end portion that is connected to the base portion, that is rotatable with respect to the unfolding portion, and that can expand and contract in one direction independently of each other.
- a parallel link device including a first end connected to the unfolding part of the arm part and a movable part connected to each of the second ends on the opposite side.
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Abstract
ベース部と、前記ベース部から放射状に延在して設けられ、前記ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、前記展開部の各々の前記ベース部と連結された端部と反対側の端部に連結され、前記展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部と、前記アーム部の前記展開部と連結された第1端と反対側の第2端の各々と連結される可動部とを備える、パラレルリンク装置。
Description
本開示は、パラレルリンク装置に関する。
近年、パラレルリンク構造が注目されている。例えば、パラレルリンク構造は、パラレルリンクを構成するアーム部の手先側を軽量及び高剛性に構成することができるため、低い消費電力にてアーム部を高速動作させることが可能な構造として注目されている。
パラレルリンク構造としては、3自由度で並進動作が可能なデルタ構造、及び6自由度を有するスチュアートプラットフォームなどが提案されている。また、並進3軸及び回転3軸のすべてにおいて、より広い可動範囲を実現するパラレルリンク構造が検討されている(例えば、特許文献1)。パラレルリンク構造を備えるパラレルリンク装置は、高速動作が可能であること、剛性を高くすることができること、配線等の設計が容易になること、及び低消費電力であることなどの多くの特徴から様々な用途にて活用されている。
そこで、パラレルリンク装置の利用可能性をより広げるために、パラレルリンク装置の運搬の容易性を向上させることが望まれる。
よって、収納性をより向上させたパラレルリンク装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施形態に係るパラレルリンク装置は、ベース部と、前記ベース部から放射状に延在して設けられ、前記ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、前記展開部の各々の前記ベース部と連結された端部と反対側の端部に連結され、前記展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部と、前記アーム部の前記展開部と連結された第1端と反対側の第2端の各々と連結される可動部とを備える。
本開示の一実施形態に係るパラレルリンク装置によれば、ベース部から放射状に延在して設けられ、ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、展開部の各々端部に連結され、展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部とによって可動部を支持することができる。これにより、本開示の一実施形態に係るパラレルリンク装置は、例えば、空間充填率が高い収納状態に変形することができる。
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるわけではない。また、本開示の各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示す様態に限定されるわけではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態
1.1.構成例
1.2.収納例、及び展開例
1.3.動作例
1.4.作用効果
2.第2の実施形態
2.1.構成例
2.2.収納例、及び展開例
2.3.動作例
2.4.変形例
2.5.作用効果
3.付記
1.第1の実施形態
1.1.構成例
1.2.収納例、及び展開例
1.3.動作例
1.4.作用効果
2.第2の実施形態
2.1.構成例
2.2.収納例、及び展開例
2.3.動作例
2.4.変形例
2.5.作用効果
3.付記
<1.第1の実施形態>
(1.1.構成例)
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施形態に係るパラレルリンク装置の構成例について説明する。図1は、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の構成例を示す斜視図である。
(1.1.構成例)
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施形態に係るパラレルリンク装置の構成例について説明する。図1は、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の構成例を示す斜視図である。
図1に示すように、パラレルリンク装置10は、例えば、ベース部110と、展開部117と、アーム部130と、第1アクチュエータ121と、第2アクチュエータ123と、先端連結部141と、可動部140とを備える。
各構成は、特に言及されない限り、アルミニウム、ステンレス鋼、又は樹脂などの種々の変形しにくい剛体材料を用いて形成され得る。各構成を形成する剛体材料は、剛性を重視して選択されてもよく、軽量性を重視して選択されてもよく、生産コストを重視して選択されてもよい。
ベース部110と、可動部140とは、少なくとも3つ以上並列に設けられた展開部117、及びアーム部130にて連結される。パラレルリンク装置10は、展開部117及びアーム部130を動作させる第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123によって、可動部140の位置及び姿勢を並進3軸及び回転3軸にて制御可能なリンク装置である。
パラレルリンク装置10は、可動部140の上に撮像装置11が設置されることで、撮影用の台座として用いられ得る。本実施形態に係るパラレルリンク装置10は、撮像装置11を並進3軸及び回転3軸にて自由に可動させることが可能である。
図1では、展開部117、アーム部130、第1アクチュエータ121、及び第2アクチュエータ123が3つ並列に設けられるパラレルリンク装置10を示したが、本開示に係る技術はかかる例示に限定されない。例えば、パラレルリンク装置10は、4つ以上の展開部117、アーム部130、第1アクチュエータ121、及び第2アクチュエータ123を並列に備えていてもよい。
なお、本明細書では、ベース部110及び可動部140のうち、ベース部110側を基端側とも称し、可動部140側を先端側とも称する。
ベース部110は、パラレルリンク装置10の使用時において、地面等に設置される基点となる部材である。ベース部110の形状は、特に限定されないが、例えば、平板形状であってもよい。
展開部117は、ベース部110から等間隔に放射状に延在して設けられ、ベース部110と連結された端部を回動軸として回動可能に設けられる。具体的には、展開部117は、ベース部110と連結されたベース連結部111と、展開部117の延在方向を軸方向とする回動軸にて回動可能な回動部113と、地面等と接地する脚部等が設けられる接地部115とを含む。
ベース連結部111は、ベース部110の中心に対して点対称となるように、等間隔(図1では120度ごと)に設けられる。また、ベース連結部111は、ベース連結部111とベース部110との連結点を通り、ベース部110の主面の面内にて展開部117の延在方向と直交する軸を回動軸として回動可能に設けられる。換言すると、ベース連結部111は、ベース連結部111とベース部110との連結部を回動軸として、ベース部110の主面と垂直な方向に折り畳まれるように回動可能に設けられる。
回動部113は、ベース連結部111からさらに延在して設けられ、回動部113の延在方向を軸方向とする回動軸にて回動可能に設けられる。具体的には、回動部113は、回動部113の中心を通り、回動部113の延在方向に延在する軸を回動軸として回動可能に設けられる。
接地部115は、回動部113の先端側(すなわち、ベース連結部111が連結された側と反対側)の端部に設けられる。接地部115は、ベース連結部111に対して向きが固定されて設けられる。すなわち、上述した回動部113は、ベース連結部111、及び接地部115に対して回動可能に設けられ、接地部115は、回動部113と連動して回動しないように設けられる。
接地部115には、例えば、パラレルリンク装置10を設置する際に地面等と接する脚部(図示せず)が設けられてもよい。図示しない脚部は、例えば、パラレルリンク装置10の設置高さを変更するために、ねじなどによって高さを調節可能に設けられてもよい。脚部を設けることによって、パラレルリンク装置10は、より安定して設置されることができる。また、パラレルリンク装置10は、アーム部130の一部が設置した地面等に接触してしまうことを防止することができる。
アーム部130は、展開部117の先端側の端部にベース部110に対して2自由度で回動可能に設けられる。具体的には、アーム部130は、展開部117の回動部113の先端側の端部の連結点を回動軸として回動可能に連結される。これにより、アーム部130は、ベース部110に対して、展開部117の延在方向を軸方向とする回動軸、及びベース部110の主面の面内にて展開部117の延在方向と直交する方向を軸方向とする回動軸の2自由度にて回動することができる。
アーム部130は、パンタグラフ構造によって、ベース部110の上方に向かって一方向に伸縮可能に設けられる。パンタグラフ構造は、収縮可能な菱形構造が複数連なった構造であり、菱形構造の収縮によって一方向に伸縮することができる。パンタグラフ構造は、例えば、中央部を回動可能に連結した十字状のリンクの端部を、同様の構成を備える十字状のリンクの端部に回動可能に連結することで形成され得る。
パンタグラフ構造は、菱形構造の連結数と、菱形構造を形成する各リンクの長さによって伸縮率及び伸縮長さが決定される。アーム部130のパンタグラフ構造の伸縮率及び伸縮長さは、パラレルリンク装置10の用途に応じて適宜設計されてもよい。ただし、アーム部130のパンタグラフ構造は、可動部140の近傍でのアーム部130同士の干渉又は接触を防止するために、先端側の菱形構造のほうが基端側の菱形構造よりも小さくなるように構成されてもよい。
第1アクチュエータ121は、アーム部130を一方向に伸縮させる動力を発生させる。具体的には、第1アクチュエータ121は、アーム部130のパンタグラフ構造のうちの最も基端側の菱形構造の対角線上に設けられたボールねじと、ボールねじを回転させるモータとを含んで構成されてもよい。第1アクチュエータ121は、ボールねじによって、アーム部130のパンタグラフ構造を構成する菱形構造の各々を連動して収縮させることができるため、アーム部130を一方向に伸縮させることができる。
第2アクチュエータ123は、アーム部130と回動部113との連結点を通る回動軸にてアーム部130を回動させる動力を発生させる。具体的には、第2アクチュエータ123は、展開部117の回動部113とアーム部130との間に設けられたボールねじと、ボールねじを回転させるモータとを含んで構成されてもよい。第2アクチュエータ123は、ボールねじによって、回動部113とアーム部130との間の距離を収縮させることができるため、アーム部130と回動部113との連結点を通る回動軸にてアーム部130を回動させることができる。
ボールねじは、ねじ軸、ナット、及びボールなどにて構成され、モータの回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ボールねじは、バックドライバビリティが低いため、モータからの動力が失われた場合でも、アーム部130が急激に収縮したり、又はアーム部130が倒れたりすることを抑制することができる。また、ボールねじは、ねじ軸のリードをより小さくすることで、バックドライバビリティをより低くすることができる。
第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123は、アーム部130を構成するパンタグラフ構造のうち最も基端側の菱形構造に設けられてもよい。第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123がアーム部130の基端側に設けられることによって、パラレルリンク装置10は、重心をより低くすることができるため、姿勢安定性をより向上させることができる。また、アーム部130の先端側の質量の増加を抑制することができるため、パラレルリンク装置10は、可動部140の動作速度を高めると共に、動作時の消費電力をより低減することができる。
第2アクチュエータ123のアーム部130への取り付け位置は、第1アクチュエータ121のアーム部130の先端側の取り付け位置と略一致していてもよい。これによれば、パラレルリンク装置10は、第1アクチュエータ121、及び第2アクチュエータ123によるアーム部130の制御をより単純化することができる。
先端連結部141は、可動部140の中心に対して点対称となるように、等間隔で可動部140に設けられる。先端連結部141は、アーム部130の各々の先端側の端部と可動部140とを3自由度で回動可能に連結する。例えば、先端連結部141は、連結点での自由な回転が可能なフリージョイントであってもよい。
また、先端連結部141は、伸長時にアーム部130の各々がねじれの関係となるように、アーム部130と可動部140とを連結してもよい。これによれば、パラレルリンク装置10は、アーム部130の伸縮及び回動による可動部140の可動範囲をより拡大させることができる。
可動部140は、パラレルリンク装置10において、アーム部130の各々の伸縮及び回動によって可動される部材である。具体的には、可動部140は、先端連結部141にてアーム部130の各々と連結されており、アーム部130の各々の伸縮及び回動によって、並進3軸及び回転3軸にて可動される。可動部140には、例えば、撮像装置11が搭載され得る。これにより、パラレルリンク装置10は、撮像装置11を並進3軸及び回転3軸にて自由に可動させ、撮像装置11に任意の空間を撮像させることができる。
近年、屋内だけでなく屋外、特に高山等の特殊な環境などで撮像が行われるようになっている。このような環境では、ロボットなどを用いることで、人では困難な撮像を高速動作、かつ高い再現性にて行うことができる。例えば、動作をプログラミング可能なロボット又はドローン等に撮像装置を搭載することで、再現性の高い撮像画像を得ることが試みられている。
しかしながら、ドローンは、風の影響を受けやすいため、再現性が高い撮像を行うことが困難である。また、垂直多関節ロボットなどの産業用ロボットは、運搬が容易ではなく、設置された特定の環境下でしか撮像を行うことができない。さらに、並列に張り渡されたワイヤで撮像装置を動作させるパラレルワイヤ装置は、広い設置面積が必要であり、かつ運搬及び設営の負荷が高い。
そのため、外部環境等に人が持ち運んで設置し、高い再現性を有する高速動作にて撮像が可能なロボット装置が望まれている。
本実施形態に係るパラレルリンク装置10は、ベース部110の主面に対して垂直方向に折り畳み可能な少なくとも3以上の展開部117と、展開部117と回動可能に連結され、一方向に伸縮可能なアーム部130と、アーム部130の各々にて支持される可動部140とを備える。このような構造のパラレルリンク装置10は、空間充填率が高く、収納性が高い構造に変形することができるため、外部環境等に容易に持ち運ぶことが可能である。したがって、本実施形態に係るパラレルリンク装置10によれば、外部環境でも高い再現性を有する高速動作の撮像を行うことが可能となる。
(1.2.収納例、及び展開例)
続いて、図2A~図3Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納例、及び展開例について説明する。図2Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す斜視図であり、図2Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す上面図であり、図2Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す側面図である。図3Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す斜視図であり、図3Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す上面図であり、図3Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す側面図である。
続いて、図2A~図3Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納例、及び展開例について説明する。図2Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す斜視図であり、図2Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す上面図であり、図2Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の収納状態の一例を示す側面図である。図3Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す斜視図であり、図3Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す上面図であり、図3Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の展開状態の一例を示す側面図である。
本実施形態に係るパラレルリンク装置10は、持ち運び等を容易にするために、空間充填率が高く、収納性が高い収納状態に変形することが可能である。具体的には、図2A~図2Cに示すように、パラレルリンク装置10は、展開部117をベース部110の主面に対して垂直となる方向に回動させ、かつアーム部130のパンタグラフ構造を収縮させることで、収納状態に変形することができる。
すなわち、パラレルリンク装置10は、ベース部110の主面に対して可動部140が設けられる側に展開部117を折り畳むことで、ベース部110を底面とし、展開部117を側面とする略円柱形状に変形することができる。また、パラレルリンク装置10は、収縮させたアーム部130をベース部110、及び展開部117にて形成された略円柱形状の側面に沿って周方向に巻き付かせるように配置することができる。これによれば、パラレルリンク装置10は、ベース部110を底面とし、展開部117及びアーム部130を側面とし、可動部140を上面とする略円柱形状となるため、持ち運びがより容易になる。
収納状態のパラレルリンク装置10では、可動部140と、展開部117及び第2アクチュエータ123とが接近した状態となる。そのため、可動部140と、展開部117及び第2アクチュエータ123との接触を防止するために、可動部140の平面形状は、先端連結部141が設けられた点を結んだ多角形形状からより凹となる形状であってもよい。例えば、図2Bに示すように、可動部140の平面形状は、先端連結部141が設けられた点を結ぶ三角形形状から各辺を内側に抉った形状であってもよい。また、収納状態のパラレルリンク装置10では、各部材同士の干渉又は接触を防止するために、可動部140及びベース部110は、治具又はねじにて互いに固定されてもよい。
また、本実施形態に係るパラレルリンク装置10は、使用時には、展開部117をベース部110の主面と同一平面に広げることで、可動部140を広い範囲にて可動させることが可能な展開状態に変形することが可能である。具体的には、図3A~図3Cに示すように、パラレルリンク装置10は、並列に設けられた複数の展開部117及びアーム部130によって可動部140が支持される展開状態に変形することができる。
パラレルリンク装置10の収納状態から展開状態への変形は、例えば、人の手によって行われてもよい。このとき、展開状態のパラレルリンク装置10では、ベース部110と展開部117との回動角度は、治具又はねじにて固定されてもよい。
(1.3.動作例)
次に、図4A~図4Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の動作例について説明する。図4A~図4Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10における可動部140の姿勢変化の一例を示す斜視図である。
次に、図4A~図4Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置10の動作例について説明する。図4A~図4Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置10における可動部140の姿勢変化の一例を示す斜視図である。
以下の説明では、ベース部110の主面の法線方向にZ軸を設定し、ベース部110の主面においてZ軸と直交する方向にX軸を設定し、X軸及びZ軸とそれぞれ直交する方向にY軸を設定する。
図4Aに示すように、パラレルリンク装置10は、アーム部130の各々に設けられた第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123をそれぞれ伸縮させることで、可動部140をX軸の軸回りに回転させることができる。このようなX軸の軸回りの回転は、ロール回転とも称される。
図4Bに示すように、パラレルリンク装置10は、アーム部130の各々に設けられた第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123をそれぞれ伸縮させることで、可動部140をY軸の軸回りに回転させることができる。このようなY軸の軸回りの回転は、ピッチ回転とも称される。
図4Cに示すように、パラレルリンク装置10は、アーム部130の各々に設けられた第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123をそれぞれ伸縮させることで、可動部140をZ軸の軸回りに回転させることができる。このようなZ軸の軸回りの回転は、ヨー回転とも称される。
パラレルリンク装置10は、3つのアーム部130の各々に設けられた第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123の計6つを駆動させることで、可動部140を並進3軸及び回転3軸にて可動させることが可能である。
(1.4.作用効果)
以上にて説明したように、本実施形態によれば、収納時の空間充填率が高く、運搬が容易であるパラレルリンク装置10が提供される。
以上にて説明したように、本実施形態によれば、収納時の空間充填率が高く、運搬が容易であるパラレルリンク装置10が提供される。
パラレルリンク装置10は、第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123がベース部110側に設けられる。これによれば、パラレルリンク装置10は、重心を低くすることができるため、不整地などの環境に設置した際の安定性を向上させることができる。また、パラレルリンク装置10は、可動部140の慣性を低くし、ベース部110側に与える反力を小さくすることができるため、可動の際のベース部110側の安定性を向上させることができる。さらに、パラレルリンク装置10は、可動部140の質量を小さくすることができるため、可動部140を低い消費電力にて高速に可動させることができる。
また、パラレルリンク装置10は、第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123が展開部117の先端側に設けられ、質量が外側に集中するため、設置時の安定性をより向上させることができる。
さらに、パラレルリンク装置10は、ジンバル構造を用いずに、可動部140を並進3軸及び回転3軸にて可動させることができるため、撮像装置11のズーム時等の重心変化に対する安定性を向上させることができる。
加えて、パラレルリンク装置10は、第1アクチュエータ121及び第2アクチュエータ123をモータ及びボールねじにて構成することができる。これによれば、パラレルリンク装置10は、リードの小さいボールねじを採用し、バックドライバビリティを低くすることで、駆動力喪失時に可動部140が急落下することを抑制することができる。また、パラレルリンク装置10は、リードの小さいボールねじを採用し、駆動時に必要なトルクを小さくすることで、消費電力をより低減することができる。さらに、パラレルリンク装置10は、減速比が高いボールねじを用いることで、より大きな力で可動部140を可動させることができる。
<2.第2の実施形態>
(2.1.構成例)
続いて、図5~図6を参照して、本開示の第2の実施形態に係るパラレルリンク装置の構成例について説明する。図5は、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の構成例を示す斜視図である。
(2.1.構成例)
続いて、図5~図6を参照して、本開示の第2の実施形態に係るパラレルリンク装置の構成例について説明する。図5は、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の構成例を示す斜視図である。
図5に示すように、パラレルリンク装置20は、例えば、ベース部210と、展開部211と、基端連結部213と、アーム部230と、アクチュエータ221と、先端連結部241と、可動部240とを備える。
第2の実施形態においても、各構成は、特に言及されない限り、アルミニウム、ステンレス鋼、又は樹脂などの種々の変形しにくい剛体材料を用いて形成され得る。各構成を形成する剛体材料は、剛性を重視して選択されてもよく、軽量性を重視して選択されてもよく、生産コストを重視して選択されてもよい。
ベース部210と、可動部240とは、少なくとも3つ以上並列に設けられた展開部211、及びアーム部230にて連結される。パラレルリンク装置20は、展開部211、及びアーム部230を動作させるアクチュエータ221によって、可動部240の位置及び姿勢を並進3軸にて制御可能なリンク装置である。
パラレルリンク装置20は、例えば、可動部240の上にジンバル構造22を介して撮像装置21が設置されることで、撮影用の台座として用いられる。本実施形態に係るパラレルリンク装置20は、回転3軸の自由度を実現するジンバル構造22を介して、撮像装置21を並進3軸及び回転3軸にて自由に可動させることが可能である。
図5では、展開部211、アーム部230、及びアクチュエータ221が3つ並列に設けられるパラレルリンク装置20を示したが、本開示に係る技術はかかる例示に限定されない。例えば、パラレルリンク装置20は、4つ以上の展開部211、アーム部230、及びアクチュエータ221を並列に備えていてもよい。
なお、本明細書では、ベース部210及び可動部240のうち、ベース部210側を基端側とも称し、可動部240側を先端側とも称する。
ベース部210は、パラレルリンク装置20の使用時において、地面等に設置される基点となる部材である。ベース部210の形状は、特に限定されないが、例えば、平板形状であってもよい。
展開部211は、ベース部210から等間隔に放射状に延在して設けられ、ベース部210と連結された端部を回動軸として回動可能に設けられる。具体的には、展開部211は、ベース部210の中心に対して点対称となるように、等間隔(図5では120度ごと)に設けられる。また、展開部211は、展開部211とベース部210との連結点を通り、ベース部210の主面の面内にて展開部211の延在方向と直交する軸を回動軸として回動可能に設けられる。換言すると、展開部211は、展開部211とベース部210との連結部を回動軸として、ベース部210の主面と垂直な方向に折り畳まれるように回動可能に設けられる。
展開部211には、例えば、パラレルリンク装置20を設置する際に地面等と接する脚部(図示せず)が設けられてもよい。図示しない脚部は、例えば、パラレルリンク装置20の設置高さを変更するために、ねじなどによって高さを調節可能に設けられてもよい。脚部を設けることによって、パラレルリンク装置20は、より安定して設置されることができる。また、パラレルリンク装置20は、アーム部230の一部が設置した地面等に接触してしまうことを防止することができる。
基端連結部213は、展開部211の先端側の端部と、アーム部230の基端側の端部とを2自由度で回動可能に連結する。また、基端連結部213は、プーリ機構を含み、ワイヤ又はベルト(図示せず)を介して、先端連結部241側の回動角度を制御可能に設けられる。かかるプーリ機構による回動角度の制御については、図6を参照して後述する。
アーム部230は、展開部211の先端側の端部にベース部210に対して2自由度で回動可能に設けられる。具体的には、アーム部230は、展開部211の先端側の端部に基端連結部213を介して2自由度で回動可能に連結される。これにより、アーム部230は、ベース部210に対して、展開部211の延在方向を軸方向とする回動軸、及びベース部210の主面の面内にて展開部211の延在方向と直交する方向を軸方向とする回動軸の2自由度にて回動することができる。
アーム部230は、パンタグラフ構造によって、ベース部210の上方に向かって一方向に伸縮可能に設けられる。パンタグラフ構造は、収縮可能な菱形構造が複数連なった構造であり、菱形構造の収縮によって一方向に伸縮することができる。パンタグラフ構造は、例えば、中央部を回動可能に連結した十字状のリンクの端部を、同様の構成を備える十字状のリンクの端部に回動可能に連結することで形成され得る。
パンタグラフ構造は、菱形構造の連結数と、菱形構造を形成する各リンクの長さによって伸縮率及び伸縮長さが決定される。アーム部230のパンタグラフ構造の伸縮率及び伸縮長さは、パラレルリンク装置20の用途に応じて適宜設計されてもよい。ただし、アーム部230のパンタグラフ構造は、可動部240の近傍でのアーム部230同士の干渉又は接触を防止するために、先端側の菱形構造のほうが基端側の菱形構造よりも小さくなるように構成されてもよい。
また、アーム部230のパンタグラフ構造には、プーリ機構231が設けられる。具体的には、アーム部230のパンタグラフ構造の菱形構造の外側の頂点には、円盤状の回転輪であるプーリ機構231が設けられる。プーリ機構231の各々には、基端連結部213のプーリ機構、及び先端連結部241のプーリ機構を結び、パンタグラフ構造の周囲を囲むように、ワイヤ又はベルトなど(図示せず)が張力を掛けた状態で張り渡される。
アクチュエータ221は、アーム部230を一方向に伸縮させる動力を発生させる。具体的には、アクチュエータ221は、アーム部230のパンタグラフ構造のうちの最も基端側の菱形構造の対角線上に設けられたボールねじと、ボールねじを回転させるモータとを含んで構成されてもよい。アクチュエータ221は、アーム部230のパンタグラフ構造を構成する菱形構造の各々を連動して収縮させることができるため、アーム部230を一方向に伸縮させることができる。
ボールねじは、ねじ軸、ナット、及びボールなどにて構成され、モータの回転運動を直線運動に変換する機械要素である。ボールねじは、バックドライバビリティが低いため、モータからの動力が失われた場合でも、アーム部230が急激に収縮したり、又はアーム部230が倒れたりすることを抑制することができる。また、ボールねじは、ねじ軸のリードをより小さくすることで、バックドライバビリティをより低くすることができる。
先端連結部241は、可動部240の中心に対して点対称となるように、等間隔で可動部240に設けられる。先端連結部241は、アーム部230の各々の先端側の端部と可動部240とを2自由度で回動可能に連結する。また、先端連結部241は、プーリ機構を含み、ワイヤ又はベルト(図示せず)を介して、基端連結部213の回動角度に基づいて回動角度が制御される。
可動部240は、パラレルリンク装置20において、アーム部230の各々の伸縮及び回動によって可動される部材である。具体的には、可動部240は、先端連結部241にてアーム部230の各々と連結されており、アーム部230の各々の伸縮及び回動によって、並進3軸にて可動される。
また、可動部240には、例えば、ジンバル構造22を介して撮像装置21が搭載される。ジンバル構造22は、回転3軸にて可動することができるため、撮像装置21は、並進3軸及び回転3軸にて自由に可動することができる。ジンバル構造22は、可動部240の中央部に設けられてもよく、可動部240の縁部から突出するように設けられてもよい。
第2の実施形態では、可動部240を並進3軸にて可動させるため、可動部240の主面と、ベース部210の主面とが平行となるように、可動部240とアーム部230との間の回動角度が制御される。かかる回動角度を制御する機構について、図6を参照して説明する。図6は、パラレルリンク装置20の構成を簡略化して示す模式図である。図6では、アーム部230のパンタグラフ構造を1つの菱形構造に省略して示す。
上述したように、アーム部230のパンタグラフ構造を構成する菱形構造の外側の頂点には、プーリ機構231が設けられる。基端連結部213、及び先端連結部241は、プーリ機構を含むように設けられる。プーリ機構は、円盤状の回転輪であり、ワイヤ又はベルトなどの柔軟性を有する索状物を回転輪の外周に掛け渡すことで、プーリ機構の間で動力及び回転を伝達することができる。
ここで、図6に示すように、パンタグラフ構造の菱形構造の外側の頂点に設けられたプーリ機構231の各々と、先端連結部241に含まれるプーリ機構と、基端連結部213に含まれるプーリ機構とを結ぶように、各プーリ機構の外周にワイヤ又はベルトなどの索状物232を掛け渡す。
これにより、プーリ機構231の各々、及び先端連結部241に含まれるプーリ機構は、索状物232との摩擦によって、基端連結部213に含まれるプーリ機構の回転に伴って回転するようになる。よって、アーム部230が展開部211に対して回動した場合、基端連結部213のプーリ機構の回転に伴って先端連結部241のプーリ機構も回転するため、可動部240は、アーム部230に対して回動する。これによれば、パラレルリンク装置20は、ベース部210及び展開部211に対する可動部240の姿勢を維持することができる。
(2.2.収納例、及び展開例)
続いて、図7A~図8Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納例、及び展開例について説明する。図7Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す斜視図であり、図7Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す上面図であり、図7Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す側面図である。図8Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す斜視図であり、図8Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す上面図であり、図8Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す側面図である。
続いて、図7A~図8Cを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納例、及び展開例について説明する。図7Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す斜視図であり、図7Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す上面図であり、図7Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の収納状態の一例を示す側面図である。図8Aは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す斜視図であり、図8Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す上面図であり、図8Cは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の展開状態の一例を示す側面図である。
本実施形態に係るパラレルリンク装置20は、第1の実施形態に係るパラレルリンク装置10と同様に、持ち運び等を容易にするために、空間充填率が高く、収納性が高い収納状態に変形することが可能である。具体的には、図7A~図7Cに示すように、パラレルリンク装置20は、展開部211をベース部210の主面に対して垂直となる方向に回動させ、かつアーム部230のパンタグラフ構造を収縮させることで、収納状態に変形することができる。
すなわち、パラレルリンク装置20は、ベース部210の主面に対して可動部240が設けられる側と反対側に展開部211を折り畳むことで、可動部240が上面となり、収縮させたアーム部230が側面となる略三角柱形状の内部に、ベース部210及び展開部211を格納することができる。これによれば、パラレルリンク装置20は、可動部240を上面とし、アーム部230を側面とする略三角柱形状となるため、持ち運びがより容易になる。
収納状態のパラレルリンク装置20では、可動部240と、ベース部210とが接近した状態となる。そのため、収納状態のパラレルリンク装置20では、各部材同士の干渉又は接触を防止するために、可動部240及びベース部210は、治具又はねじにて互いに固定されてもよい。
また、本実施形態に係るパラレルリンク装置20は、使用時には、展開部211をベース部210の主面と同一平面に広げることで、可動部240を広い範囲にて可動させることが可能な展開状態に変形することが可能である。具体的には、図8A~図8Cに示すように、パラレルリンク装置20は、並列に設けられた複数の展開部211及びアーム部230によって可動部240が支持される展開状態に変形することができる。
パラレルリンク装置20の収納状態から展開状態への変形は、例えば、人の手によって行われてもよい。このとき、展開状態のパラレルリンク装置20では、ベース部210と展開部211との回動角度は、治具又はねじにて固定されてもよい。
(2.3.動作例)
次に、図9A~図9Bを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の動作例について説明する。図9A~図9Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20における可動部240の姿勢変化の一例を示す斜視図である。
次に、図9A~図9Bを参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の動作例について説明する。図9A~図9Bは、本実施形態に係るパラレルリンク装置20における可動部240の姿勢変化の一例を示す斜視図である。
図9A及び図9Bに示すように、パラレルリンク装置20は、アーム部230の各々に設けられたアクチュエータ221をそれぞれ伸縮させることで、可動部240を広い範囲で並進移動させることができる。このとき、可動部240とアーム部230との回動角度は、先端連結部241に含まれるプーリ機構、アーム部230のパンタグラフ構造に設けられたプーリ機構231、及び基端連結部213に含まれるプーリ機構によって制御される。そのため、可動部240は、ベース部210に対して平行な状態を維持したまま、並進移動することができる。
パラレルリンク装置20は、3つのアーム部230の各々に設けられたアクチュエータ221の計3つを駆動させることで、可動部240を並進3軸にて可動させることが可能である。
(2.4.変形例)
次に、図10及び図11を参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の変形例について説明する。図10は、本変形例に係るパラレルリンク装置20Aの構成例を示す斜視図である。図11は、パラレルリンク装置20Aの構成を簡略化して示す模式図である。図11では、アーム部330のパンタグラフ構造を1つの菱形構造に省略して示す。
次に、図10及び図11を参照して、本実施形態に係るパラレルリンク装置20の変形例について説明する。図10は、本変形例に係るパラレルリンク装置20Aの構成例を示す斜視図である。図11は、パラレルリンク装置20Aの構成を簡略化して示す模式図である。図11では、アーム部330のパンタグラフ構造を1つの菱形構造に省略して示す。
図10に示すように、パラレルリンク装置20Aは、例えば、ベース部210と、展開部211と、基端連結部313と、アーム部330と、先端連結部341と、可動部240とを備える。なお、図10では、アーム部330を一方向に伸縮させる動力を発生させるアクチュエータ221については、図示を省略した。
本変形例に係るパラレルリンク装置20Aは、可動部240とアーム部230との間の回動角度を制御し、可動部240の主面と、ベース部210の主面とを平行とする機構が図5で示すパラレルリンク装置20と異なる。すなわち、本変形例に係るパラレルリンク装置20Aは、図5で示すパラレルリンク装置20に対して、基端連結部313、アーム部330、及び先端連結部341の構成が異なる。
基端連結部313は、展開部211の先端側の端部と、アーム部330の基端側の端部とを回動可能に連結する。具体的には、基端連結部313は、アーム部330に含まれる2つのリンクにて両端を挟持され、かつ展開部211を貫通する軸部として設けられる。これにより、アーム部330は、展開部211に対して、基端連結部313を回動軸として回動することができる。
先端連結部341は、可動部240の中心に対して点対称となるように、等間隔で可動部240に設けられる。先端連結部341は、アーム部330の各々の先端側の端部と可動部240とを回動可能に連結する。具体的には、先端連結部341は、アーム部330に含まれる2つのリンクにて両端を挟持され、かつ可動部240を貫通する軸部として設けられる。これにより、アーム部330は、可動部240に対して、先端連結部341を回動軸として回動することができる。
アーム部330は、展開部211の先端側の端部に、基端連結部313を介して回動可能に設けられる。具体的には、図11に示すように、アーム部330は、パンタグラフ構造330Aと、平行四辺形リンク構造330Bとを含み、パンタグラフ構造330Aに含まれるリンク、及び平行四辺形リンク構造330Bに含まれるリンクにて基端連結部313及び先端連結部341の両端を挟持するように設けられる。
パンタグラフ構造330Aは、図5で示すパラレルリンク装置20のアーム部230と同様に、収縮可能な菱形構造が複数連なった構造であり、菱形構造の収縮によって一方向に伸縮することができる。
平行四辺形リンク構造330Bは、パンタグラフ構造330Aの一部のリンクと平行四辺形リンクを形成する構造である。具体的には、平行四辺形リンク構造330Bは、パンタグラフ構造330Aの菱形構造が形成される平面の法線方向に平行四辺形リンクを形成する。平行四辺形リンク構造330Bは、パンタグラフ構造330Aのリンクのうち、基端連結部313を挟持するリンクから先端連結部341を挟持するリンクまでを結ぶリンクの各々について平行四辺形リンクを形成してもよい。平行四辺形リンク構造330Bが形成されることで、アーム部330の両端に設けられた基端連結部313と、先端連結部341とは、アーム部330の伸縮に関わらず、互いに平行状態を維持することができる。
本変形例に係るパラレルリンク装置20Aは、パンタグラフ構造330Aと、平行四辺形リンク構造330Bとを含む構造にてアーム部330を形成することで、基端連結部313と、先端連結部341との平行状態を維持することができる。これにより、本変形例に係るパラレルリンク装置20Aは、ベース部210と、可動部240との平行状態を維持したまま、可動部240を並進移動させることができる。
(2.5.作用効果)
以上にて説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、収納時の空間充填率が高く、運搬が容易であるパラレルリンク装置20が提供される。
以上にて説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、収納時の空間充填率が高く、運搬が容易であるパラレルリンク装置20が提供される。
パラレルリンク装置20は、可動部240の上に設けられたジンバル構造22を用いることによって、撮像装置21を回転3軸にて可動させることができる。ジンバル構造22は、パラレルリンク装置20の構造に依らずに回転可動域を設定することができるため、パラレルリンク装置20は、第1の実施形態に係るパラレルリンク装置10よりも回転可動域をさらに広げることが可能である。
なお、撮像装置21のズーム時等の重心変化に対しては、パラレルリンク装置20は、バックドライブしにくいギアードモータ等を用いることで、ジンバル構造22の姿勢保持性をより高めることができる。
<3.付記>
以上、第1~第2の実施形態、及び変形例を挙げて、本開示にかかる技術を説明した。ただし、本開示にかかる技術は、上記実施形態等に限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。以下では、第1の実施形態に係るパラレルリンク装置10を例示して、本開示に係る技術のその他の変形例について説明するが、第2の実施形態に係るパラレルリンク装置20についても同様であることはいうまでもない。
以上、第1~第2の実施形態、及び変形例を挙げて、本開示にかかる技術を説明した。ただし、本開示にかかる技術は、上記実施形態等に限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。以下では、第1の実施形態に係るパラレルリンク装置10を例示して、本開示に係る技術のその他の変形例について説明するが、第2の実施形態に係るパラレルリンク装置20についても同様であることはいうまでもない。
例えば、パラレルリンク装置10は、ベース部110と展開部117との連結部にポテンショメータ等が設けられてもよい。これによれば、パラレルリンク装置10は、ベース部110と展開部117とが同一平面に存在せず、折れ曲がった状態を展開状態として設置されることができる。
また、例えば、パラレルリンク装置10は、動作時の可動部140の姿勢を把握するために、第1アクチュエータ121、及び第2アクチュエータ123にボールねじのリニア位置情報を取得するリニアセンサを設けてもよい。リニアセンサとしては、例えば、ワイヤ巻取り方式のリニアセンサを用いることができる。
このような場合、パラレルリンク装置10は、動作時の撮像装置11からの撮像画像、又は可動部140に設けた9軸モーションセンサ(IMU)にて取得した情報を用いて、リニアセンサのキャリブレーションを行ってもよい。また、パラレルリンク装置10は、展開状態における所定の初期位置から動作を開始することで、リニアセンサの初期状態のキャリブレーションを行ってもよい。パラレルリンク装置10の展開状態における所定の初期位置は、例えば、ベース部110と展開部117とを治具等で固定し、かつアーム部130を最も収縮させた位置としてもよい。
さらに、各実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成および動作として必須であるとは限らない。たとえば、各実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。
本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。
本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いており、構成及び動作を限定する目的で使用したわけではない用語が含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」などの用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示しているにすぎない。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。
なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、ベース部から放射状に延在して設けられ、ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、展開部の各々端部に連結され、展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部とによって、可動部を支持するパラレルリンク装置を提供することができる。このようなパラレルリンク装置は、展開部をベース部の主面に垂直な方向に折り畳む形状に変形することができるため、空間充填率が高い収納状態に変形することができる。よって、パラレルリンク装置は、収納性が高まるため、運搬の容易性を向上させることができる。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるわけではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
(1)
ベース部と、
前記ベース部から放射状に延在して設けられ、前記ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、
前記展開部の各々の前記ベース部と連結された端部と反対側の端部に連結され、前記展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部と、
前記アーム部の前記展開部と連結された第1端と反対側の第2端の各々と連結される可動部と
を備える、パラレルリンク装置。
(2)
前記アーム部は、パンタグラフ構造を有する、上記(1)に記載のパラレルリンク装置。
(3)
前記パンタグラフ構造は、前記第2端側の菱形構造が前記第1端側の菱形構造よりも小さくなるように設けられる、上記(2)に記載のパラレルリンク装置。
(4)
前記アーム部の前記第1端側には、前記アーム部を伸縮させる第1アクチュエータが設けられる、上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(5)
前記アーム部の前記第1端側には、前記展開部に対して前記アーム部を回動させる第2アクチュエータが設けられる、上記(4)に記載のパラレルリンク装置。
(6)
前記第1アクチュエータ、及び前記第2アクチュエータは、ボールねじを含む、上記(5)に記載のパラレルリンク装置。
(7)
前記ベース部に対する前記展開部の回動位置を固定する固定機構をさらに備える、上記(1)~(6)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(8)
前記展開部は、前記ベース部の中心に対して点対称の配置にて設けられる、上記(1)~(7)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(9)
前記アーム部は、前記可動部の中心に対して点対称の配置にて前記可動部と連結する、上記(1)~(8)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(10)
前記アーム部の各々は、互いにねじれの関係にある方向に伸縮する、上記(1)~(9)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(11)
前記アーム部と、前記可動部との連結角度は、前記アーム部と、前記展開部との連結角度に基づいて制御される、上記(1)~(9)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(12)
前記可動部は、前記ベース部に対して並進移動が可能に設けられる、上記(11)に記載のパラレルリンク装置。
(13)
前記可動部に設けられた撮像装置をさらに備える、上記(1)~(12)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(14)
前記撮像装置は、ジンバル構造を介して前記可動部に設けられる、上記(13)に記載のパラレルリンク装置。
(1)
ベース部と、
前記ベース部から放射状に延在して設けられ、前記ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、
前記展開部の各々の前記ベース部と連結された端部と反対側の端部に連結され、前記展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部と、
前記アーム部の前記展開部と連結された第1端と反対側の第2端の各々と連結される可動部と
を備える、パラレルリンク装置。
(2)
前記アーム部は、パンタグラフ構造を有する、上記(1)に記載のパラレルリンク装置。
(3)
前記パンタグラフ構造は、前記第2端側の菱形構造が前記第1端側の菱形構造よりも小さくなるように設けられる、上記(2)に記載のパラレルリンク装置。
(4)
前記アーム部の前記第1端側には、前記アーム部を伸縮させる第1アクチュエータが設けられる、上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(5)
前記アーム部の前記第1端側には、前記展開部に対して前記アーム部を回動させる第2アクチュエータが設けられる、上記(4)に記載のパラレルリンク装置。
(6)
前記第1アクチュエータ、及び前記第2アクチュエータは、ボールねじを含む、上記(5)に記載のパラレルリンク装置。
(7)
前記ベース部に対する前記展開部の回動位置を固定する固定機構をさらに備える、上記(1)~(6)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(8)
前記展開部は、前記ベース部の中心に対して点対称の配置にて設けられる、上記(1)~(7)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(9)
前記アーム部は、前記可動部の中心に対して点対称の配置にて前記可動部と連結する、上記(1)~(8)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(10)
前記アーム部の各々は、互いにねじれの関係にある方向に伸縮する、上記(1)~(9)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(11)
前記アーム部と、前記可動部との連結角度は、前記アーム部と、前記展開部との連結角度に基づいて制御される、上記(1)~(9)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(12)
前記可動部は、前記ベース部に対して並進移動が可能に設けられる、上記(11)に記載のパラレルリンク装置。
(13)
前記可動部に設けられた撮像装置をさらに備える、上記(1)~(12)のいずれか一項に記載のパラレルリンク装置。
(14)
前記撮像装置は、ジンバル構造を介して前記可動部に設けられる、上記(13)に記載のパラレルリンク装置。
本出願は、日本国特許庁において2019年12月13日に出願された日本特許出願番号第2019-225421号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
Claims (14)
- ベース部と、
前記ベース部から放射状に延在して設けられ、前記ベース部と連結された端部を回動軸として回動可能な3つ以上の展開部と、
前記展開部の各々の前記ベース部と連結された端部と反対側の端部に連結され、前記展開部に対して回動可能であり、互いに独立して一方向に伸縮可能なアーム部と、
前記アーム部の前記展開部と連結された第1端と反対側の第2端の各々と連結される可動部と
を備える、パラレルリンク装置。 - 前記アーム部は、パンタグラフ構造を有する、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記パンタグラフ構造は、前記第2端側の菱形構造が前記第1端側の菱形構造よりも小さくなるように設けられる、請求項2に記載のパラレルリンク装置。
- 前記アーム部の前記第1端側には、前記アーム部を伸縮させる第1アクチュエータが設けられる、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記アーム部の前記第1端側には、前記展開部に対して前記アーム部を回動させる第2アクチュエータが設けられる、請求項4に記載のパラレルリンク装置。
- 前記第1アクチュエータ、及び前記第2アクチュエータは、ボールねじを含む、請求項5に記載のパラレルリンク装置。
- 前記ベース部に対する前記展開部の回動位置を固定する固定機構をさらに備える、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記展開部は、前記ベース部の中心に対して点対称の配置にて設けられる、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記アーム部は、前記可動部の中心に対して点対称の配置にて前記可動部と連結する、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記アーム部の各々は、互いにねじれの関係にある方向に伸縮する、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記アーム部と、前記可動部との連結角度は、前記アーム部と、前記展開部との連結角度に基づいて制御される、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記可動部は、前記ベース部に対して並進移動が可能に設けられる、請求項11に記載のパラレルリンク装置。
- 前記可動部に設けられた撮像装置をさらに備える、請求項1に記載のパラレルリンク装置。
- 前記撮像装置は、ジンバル構造を介して前記可動部に設けられる、請求項13に記載のパラレルリンク装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20898242 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20898242 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |