JP2005052946A - Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device - Google Patents

Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device Download PDF

Info

Publication number
JP2005052946A
JP2005052946A JP2003287494A JP2003287494A JP2005052946A JP 2005052946 A JP2005052946 A JP 2005052946A JP 2003287494 A JP2003287494 A JP 2003287494A JP 2003287494 A JP2003287494 A JP 2003287494A JP 2005052946 A JP2005052946 A JP 2005052946A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
pulley
shaft
wire
driving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003287494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Okamoto
洋一 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2003287494A priority Critical patent/JP2005052946A/en
Publication of JP2005052946A publication Critical patent/JP2005052946A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-axis driving device movable at a high speed and high acceleration-deceleration by reducing inertia and friction of a moving part by transmitting driving force by using a wire; and a multi-axial force presenting device for presenting multi-axial force of high rigidity by reducing inertia and friction of the moving part. <P>SOLUTION: This multi-axial force presenting device 1 has a first axis P1 for translationally moving in the prescribed direction, and a second axis P2 for rotatably operating or translationally moving in the prescribed direction to the first axis P1. A motor of the second axis P2 drives the second axis P2 by closed loop driving by a wire independently of the movement of the first axis P1, and compensates for influence to driving of the second axis P2 by the movement of the first axis P1 by an intermediate pulley 4. Thus, influence on driving torque or displacement of the second axis P2 by the movement of the first axis P1 is offset, and generating force or a moving distance in the first axis P1 direction and the second axis P2 direction can be independently driven, and light operability is realized by restraining an increase in mass of the first axis P1 by addition of the second axis P2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多軸駆動装置及び多軸力提示装置に関し、詳細には、ワイヤを用いて駆動力を伝達して移動部の慣性や摩擦が小さく、高速、高加減速で移動可能な多軸駆動装置及びワイヤを用いて駆動力を伝達して移動部の慣性や摩擦が小さくかつ剛性の高い多軸力を提示する多軸力提示装置に関する。   The present invention relates to a multi-axis drive device and a multi-axis force presentation device, and more specifically, a multi-axis that can move at high speed and high acceleration / deceleration by transmitting a driving force using a wire to reduce inertia and friction of a moving part. The present invention relates to a multi-axis force presentation device that transmits a driving force using a drive device and a wire to present a multi-axis force with low inertia and friction of a moving unit and high rigidity.

近年、バーチャルリアリティ技術の発達に伴って、触力覚をも提示するハプティックデバイスが出現しており、例えば、SensAble Technologies社のPHANToM等がある。   In recent years, with the development of virtual reality technology, haptic devices that also present tactile sensations have appeared, such as PHANToM of SensAble Technologies.

このハプティックデバイスは、ワイヤを用いてモータの駆動力を伝達しており、操作部が非常に軽く動いて、バックドライバビリティが非常に高いのが特徴であるが、回転体を用いたシリアルリンクタイプのマニピュレータであるため、操作部の位置が回転軸から離れるのに伴って発生力や剛性が低下し、また、動作領域内において均一ではない等の問題がある。特に、動作範囲が狭く、発生力が小さいため、大きな移動ストロークや発生力の要求される対象には不向きである。   This haptic device uses a wire to transmit the driving force of the motor, and the operation part moves very lightly, and the back drivability is very high, but it is a serial link type using a rotating body. Therefore, there is a problem that the generated force and rigidity are reduced as the position of the operation unit moves away from the rotation axis, and the operation region is not uniform. In particular, since the operation range is narrow and the generated force is small, it is not suitable for an object requiring a large moving stroke or generated force.

また、従来、6自由度を実現するハプティックデバイスとしては、特許文献2に記載の6軸フォースフィードバックを有する力覚インタフェース装置等がある。この従来技術は、パラレルリンク機構を利用したものであり、提示可能な自由度と剛性が高いという特徴があるが、パラレルリンク機構の制約から動作可能なストロークがそれほど大きくなく、また、各モータの変位(またはトルク)と手先の各自由度の変位(または力・トルク)間の関係が複雑に絡んでいるため、計算量が多く、処理装置の負荷が大きいという問題があった。   Conventionally, as a haptic device that realizes six degrees of freedom, there is a haptic interface device having a six-axis force feedback described in Patent Document 2. This prior art uses a parallel link mechanism, and has the feature that the degree of freedom and rigidity that can be presented is high, but the operable stroke is not so large due to the limitations of the parallel link mechanism, and each motor has Since the relationship between the displacement (or torque) and the displacement (or force / torque) of each degree of freedom of the hand is complicatedly involved, there is a problem that the calculation amount is large and the load on the processing apparatus is large.

また、従来、直行軸型のハプティックデバイスとしては、特許文献2や特許文献3に示されるようなパッシブ型力覚提示装置がある。   Conventionally, as an orthogonal axis type haptic device, there are passive force sense presentation devices as disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3.

この特許文献2の実施例に記載されているワイヤ駆動機構は、力を発生させる力発生部(クラッチやブレーキ等)が操作部とともに移動する構成となっており、大きな力を発生させたい場合、移動部の質量が大きくなり、バックドライバビリティ(無負荷状態では軽く動かせること)の動作が悪いという問題がある。   The wire drive mechanism described in the embodiment of Patent Document 2 has a configuration in which a force generation unit (such as a clutch or a brake) that generates a force moves together with an operation unit, and when it is desired to generate a large force, There is a problem that the mass of the moving part becomes large and the operation of back drivability (being able to move lightly under no load condition) is bad.

また、特許文献3には、ワイヤおよびスプライン軸を利用した剛性の高い3自由度のハプティックデバイスが示されており、駆動モータは、全て固定したベースに取り付けられた構成となっている。ところが、長いスプライン軸の回転慣性により、移動部の慣性が大きくなり、やはりバックドライバビリティの動作が悪いという問題がある。   Patent Document 3 discloses a haptic device having a high degree of freedom and using a wire and a spline shaft, and has a configuration in which all drive motors are attached to a fixed base. However, due to the rotational inertia of the long spline shaft, there is a problem that the inertia of the moving part increases and the operation of the back drivability is also poor.

一方、ロボット等の多軸駆動装置においても、高速・高加減速で動かすために、出力の大きいモータにすると、移動部の質量も大きくなり、その結果、さらに大きいモータが必要になるという悪循環の問題がある。   On the other hand, in a multi-axis drive device such as a robot, if a motor with a large output is used to move at a high speed and with high acceleration / deceleration, the mass of the moving part also increases, resulting in a vicious circle that requires a larger motor. There's a problem.

そして、従来から、移動部を軽く高速で動かすために、ワイヤやベルトを用いてモータの駆動力を伝達する機構が数多く提案されている(特許文献4等参照)。   Conventionally, in order to move the moving part lightly and at high speed, many mechanisms for transmitting the driving force of the motor using a wire or a belt have been proposed (see Patent Document 4, etc.).

特開2000−148382号公報JP 2000-148382 A

特開2000−322131号公報JP 2000-322131 A USP6046563号公報US Pat. No. 6,046,563 特第3109489号公報Japanese Patent No. 3109489

しかしながら、このような従来技術にあっては、動作範囲や発生力、バックドライバビリティ及び多軸を独立で駆動する上で、改良の必要があった。   However, in such a conventional technique, it is necessary to improve the operation range, the generation force, the back drivability, and the multi-axis drive independently.

例えば、特許文献4では、各軸にモータを配置することなく、1個のモータと2個のクラッチおよびワイヤとプーリを用いてXYZの3軸駆動機構を実現しているが、この3軸駆動機構では、z軸またはy軸方向に移動させたい場合、複数の軸の駆動プーリを同時に同方向に回転させる必要がある。すなわち、各軸の移動量が干渉し合うため、各軸を別々のモータを用いて独立に駆動させたい場合や力覚提示デバイスとして用いる場合には問題があった。   For example, in Patent Document 4, an XYZ three-axis drive mechanism is realized using one motor, two clutches, a wire, and a pulley without arranging a motor on each axis. In the mechanism, when it is desired to move in the z-axis or y-axis direction, it is necessary to simultaneously rotate the drive pulleys of a plurality of axes in the same direction. That is, since the movement amounts of the respective axes interfere with each other, there is a problem when it is desired to drive each axis independently using a separate motor or when it is used as a force sense presentation device.

そこで、請求項1記載の発明は、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を有し、第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立してワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償することにより、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動し、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑え、加速・減速を大きくして、高速の運動を行うことのできる多軸駆動装置を提供することを目的としている。   Accordingly, the invention described in claim 1 includes a first axis that translates in a predetermined direction, and a second axis that rotates or translates in a predetermined direction with respect to the first axis, The shaft driving means drives the second axis by closed-loop driving with a wire independently of the movement of the first axis, and compensates the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis by the compensating means. This cancels the influence on the driving torque or displacement of the second axis due to the movement of the first axis, independently drives the generated force or the moving amount in the first axis direction and the second axis direction, An object of the present invention is to provide a multi-axis drive device capable of suppressing the increase in mass of the first axis due to the addition of two axes, increasing acceleration / deceleration, and performing high-speed motion.

請求項2記載の発明は、多軸の各方向の力の作用内容を提示するに際して、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備え、当該第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償することにより、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動し、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑え、負荷がない状態で軽い操作性を実現することのできる多軸力提示装置を提供することを目的としている。   According to the second aspect of the present invention, when presenting the action content of the force in each direction of the multi-axis, the first axis that translates in a predetermined direction, and the rotational operation or translation in the predetermined direction with respect to the first axis A second axis that moves, wherein the second axis driving means is independent of the movement of the first axis, drives the second axis by closed-loop driving with a wire, and moves by the movement of the first axis. By compensating the influence on the driving of the two axes by the compensating means, the influence on the driving torque or the displacement of the second axis due to the movement of the first axis is offset, and the first axis direction and the second axis direction are generated. Provided is a multi-axis force presentation device that can independently drive force or amount of movement, suppress an increase in the mass of the first shaft due to the addition of the second shaft, and realize light operability without a load. The purpose is that.

請求項3記載の発明は、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸で当該中間プーリを並進移動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、当該小径部の駆動で駆動される当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを同じ側になる状態で架け回すことにより、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動し、また、中間プーリを第1軸と一体として、構成を単純化することのできる多軸駆動装置または多軸力提示装置を提供することを目的としている。   According to a third aspect of the present invention, the compensating means is an intermediate pulley having two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion rotating with an outer diameter ratio of 2: 1 and capable of translational movement in the first axial direction. The intermediate pulley is translated by the first shaft, the wire driven by the driving means of the second shaft is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley, the small diameter portion is driven, and the small diameter portion is driven. In a state where the wire laid around the large diameter portion of the intermediate pulley is connected to the second shaft to drive the second shaft, and the wires are on the same side with respect to the central axis of the intermediate pulley. A multi-axis drive device or a multi-axis force presentation device that can be driven independently with a minimum increase in mass by wrapping and can simplify the configuration by integrating an intermediate pulley with the first shaft. It is intended to provide.

請求項4記載の発明は、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの大径部と小径部に架け回されている各ワイヤを当該中間プーリの中心軸に対して同じ側になる状態で掛け回すことにより、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動し、また、中間プーリが第1軸の並進移動部とともに移動しないようにし、第1軸の質量増加を抑えることのできる多軸駆動装置または多軸力提示装置を提供することを目的としている。   According to a fourth aspect of the present invention, the compensating means is an intermediate pulley having two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion rotating with an outer diameter ratio of 2: 1 and capable of translational movement in the first axial direction. The wire driven by the first shaft is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley to drive the small diameter portion, the wire driven by the driving means of the second shaft is moved in translation, and the intermediate pulley A wire laid around the large diameter portion of the pulley is connected to the second shaft to drive the second shaft, and each wire laid around the large diameter portion and the small diameter portion of the intermediate pulley is connected to the intermediate pulley. The second shaft is independently driven with a minimum increase in mass by being wound on the same side with respect to the central shaft, and the intermediate pulley is prevented from moving together with the translational movement portion of the first shaft. A multi-axis drive unit that can suppress an increase in the mass of the shaft, or And its object is to provide a multi-axis force presentation device.

請求項5記載の発明は、補償手段を、外径比が同径の同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸の移動により駆動されるワイヤにより当該中間プーリを駆動し、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリに連結させて当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリに架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを反対側になる状態で掛け回すことにより、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動し、また、中間プーリが第1軸とともに移動しないようにし、第1軸の質量増加を抑えて、中間プーリの形状を単純で、小径化して、小型化することのできる多軸駆動装置または多軸力提示装置を提供することを目的としている。   In the fifth aspect of the invention, the compensating means is an intermediate pulley having a coaxial pulley having the same outer diameter ratio and capable of translational movement in the first axial direction, and the intermediate means by a wire driven by the movement of the first axis. The pulley is driven, the wire driven by the driving means of the second shaft is connected to the intermediate pulley, the intermediate pulley is translated, the wire laid around the intermediate pulley is connected to the second shaft, and the wire is The second shaft is driven, and the second shaft is independently driven with a minimum increase in mass by winding each wire in a state opposite to the central axis of the intermediate pulley. Provided is a multi-axis drive device or a multi-axis force presentation device that can be moved together with the first shaft, suppress an increase in mass of the first shaft, reduce the size of the intermediate pulley, reduce the diameter, and reduce the size. The purpose is that.

請求項6記載の発明は、多軸駆動装置または多軸力提示装置を、第1軸及び第2軸とは異なる方向の第3軸を有し、当該第3軸の駆動手段が、第1軸または第2軸とは独立して移動し、ワイヤによる閉ループ駆動により第3軸を駆動し、第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えているものとすることにより、第3軸の追加による第1軸の質量の増加を抑え、多軸駆動装置での、加速・減速を大きくして、高速の運動を実現するとともに、第1軸の動作ストロークを長くしても、発生力や慣性をそのまま維持して、特に大きい動作範囲の要求される動作を実現する多軸駆動装置を提供し、また、多軸力提示装置での負荷がない状態での軽い操作性を実現するとともに、第1軸〜第3軸の各軸方向の発生力・移動量を独立させて、発生力や慣性の場所によるムラをなくして均一化し、性能を向上させることのできる多軸力提示装置を提供することを目的としている。   According to a sixth aspect of the present invention, the multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device has a third axis in a direction different from the first axis and the second axis, and the driving means for the third axis is the first axis. Compensation means is provided that moves independently of the axis or the second axis, drives the third axis by closed-loop driving with a wire, and compensates for the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis. This suppresses the increase in the mass of the first axis due to the addition of the third axis, increases the acceleration / deceleration in the multi-axis drive device, realizes high-speed movement, and lengthens the operation stroke of the first axis. Even so, it provides a multi-axis drive device that maintains the generated force and inertia as it is, and realizes the required operation in a particularly large operating range, and is light in the absence of load on the multi-axis force presentation device. Achieving operability and generating force / movement in the direction of each axis of the first to third axes It was allowed to separate, and homogenized eliminate unevenness due to the location of the generated force and inertia, and its object is to provide a multi-axis force presentation device capable of improving the performance.

請求項7記載の発明は、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な第2中間プーリとし、第2軸を駆動するワイヤで当該第2中間プーリを並進移動させ、第3軸の駆動手段により駆動されるワイヤで当該第2中間プーリの小径部を駆動させ、当該第2中間プーリの大径部に架け回されたワイヤで第3軸を駆動させ、当該第2中間プーリの中心軸に対して各ワイヤを同じ側になる状態で架け回すことにより、質量の増加を最小限に抑制しつつ、第3軸を独立駆動する多軸駆動装置または多軸力提示装置を提供することを目的としている。   According to the seventh aspect of the present invention, the compensation means includes a second intermediate shaft that has two coaxial pulleys, a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1, and is capable of translational movement in the first axial direction. The second intermediate pulley is moved as a pulley by translating the second intermediate pulley with a wire for driving the second shaft, and driving the small diameter portion of the second intermediate pulley with a wire driven by the driving means for the third shaft. The third axis is driven by the wire laid around the large-diameter portion, and the wires are laid on the same side with respect to the central axis of the second intermediate pulley, thereby minimizing the increase in mass. An object of the present invention is to provide a multi-axis drive device or a multi-axis force presentation device that independently drives the third axis while restraining.

請求項1記載の発明の多軸駆動装置は、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備えた多軸駆動装置であって、前記第2軸の駆動手段は、前記第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えていることにより、上記目的を達成している。   According to a first aspect of the present invention, the multi-axis drive device includes a first axis that translates in a predetermined direction, and a second axis that rotates or translates in a predetermined direction relative to the first axis. In the multi-axis drive device, the second-axis driving means is independent of the movement of the first axis, drives the second axis by closed-loop driving by a wire, and moves the first axis by moving the first axis. The above object is achieved by providing compensation means for compensating the influence on the biaxial drive.

上記構成によれば、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を有し、第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立してワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償するので、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動することができ、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑えることができ、加速・減速を大きくして、高速の運動を行うことができる。   According to the above configuration, the second axis driving means has the first axis that translates in a predetermined direction and the second axis that rotates or translates in a predetermined direction with respect to the first axis. However, since the second axis is driven by the closed loop drive by the wire independently of the movement of the first axis, and the influence on the driving of the second axis by the movement of the first axis is compensated by the compensation means, the first axis Canceling the influence on the driving torque or displacement of the second axis due to the movement of the second axis, the generated force or the movement amount in the first axis direction and the second axis direction can be driven independently, and the second axis The increase in the mass of the first axis due to the addition of can be suppressed, acceleration / deceleration can be increased, and high-speed motion can be performed.

請求項2記載の発明の多軸力提示装置は、多軸の各方向の力の作用内容を提示する多軸力提示装置であって、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備え、当該第2軸の駆動手段が、前記第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償することにより、上記目的を達成している。   A multi-axis force presentation device according to a second aspect of the present invention is a multi-axis force presentation device for presenting the action content of forces in each direction of the multi-axis, the first axis that translates in a predetermined direction, and the first axis A second axis that rotates or translates in a predetermined direction with respect to one axis, and the second axis driving means is independent of the movement of the first axis and is closed-loop driven by a wire. The above object is achieved by driving the two axes and compensating the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis by the compensation means.

上記構成によれば、請求項2記載の発明は、多軸の各方向の力の作用内容を提示するに際して、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備え、当該第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償するので、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動することができ、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑えることができ、負荷がない状態で軽い操作性を実現することができる。   According to the above configuration, when presenting the action content of the force in each direction of the multi-axis, the invention according to claim 2 has a first axis that translates in a predetermined direction and a predetermined axis with respect to the first axis. A second axis that rotates or translates in a direction, and the second axis driving means drives the second axis by closed-loop driving with a wire independently of the movement of the first axis, and the second axis The compensation means compensates the influence of the movement of the first axis on the second axis, so that the influence of the movement of the first axis on the driving torque or the displacement of the second axis is canceled, and the first axis direction and the first axis The generated force or the amount of movement in the biaxial direction can be driven independently, and the increase in the mass of the first axis due to the addition of the second axis can be suppressed, and light operability is realized in the absence of a load. be able to.

上記各場合において、例えば、請求項3に記載するように、前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸が当該中間プーリを並進移動させ、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリの小径部に架け回されて当該小径部を駆動し、当該小径部の駆動で駆動される当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤが同じ側になる状態で掛け回されているものであってもよい。   In each of the above cases, for example, as described in claim 3, the compensation means includes two coaxial pulleys, a large-diameter portion and a small-diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1. An intermediate pulley capable of translational movement in the axial direction, wherein the first shaft translates the intermediate pulley, and a wire driven by the driving means of the second shaft is wound around a small diameter portion of the intermediate pulley and A wire spanning the large diameter portion of the intermediate pulley driven by driving the small diameter portion is connected to the second shaft to drive the second shaft, and the center of the intermediate pulley The wire may be wound in a state where the wires are on the same side with respect to the shaft.

上記構成によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸で当該中間プーリを並進移動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、当該小径部の駆動で駆動される当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを同じ側になる状態で架け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリを第1軸と一体として、構成を単純化することができる。   According to the above configuration, the compensation means is an intermediate pulley that has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1 and is capable of translational movement in the first axial direction. The intermediate pulley is translated by one axis, the wire driven by the driving means of the second axis is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley, the small diameter portion is driven, and the small diameter portion is driven. The wire laid around the large-diameter portion of the intermediate pulley is connected to the second shaft to drive the second shaft, and the wires are laid around on the same side with respect to the central axis of the intermediate pulley. Therefore, the second shaft can be independently driven with a minimum increase in mass, and the configuration can be simplified by integrating the intermediate pulley with the first shaft.

また、例えば、請求項4に記載するように、前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸により駆動されるワイヤが当該中間プーリの小径部に架け回されて当該小径部を駆動し、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの大径部と小径部に架け回されている各ワイヤが当該中間プーリの中心軸に対して同じ側になる状態で掛け回されているものであってもよい。   Further, for example, as described in claim 4, the compensation means has two coaxial pulleys, a large diameter portion and a small diameter portion, which rotate with an outer diameter ratio of 2: 1, and is arranged in the first axial direction. An intermediate pulley capable of translational movement, wherein a wire driven by the first shaft is wound around a small diameter portion of the intermediate pulley to drive the small diameter portion, and a wire driven by the driving means of the second shaft The intermediate pulley is moved in translation, and the wire laid around the large-diameter portion of the intermediate pulley is connected to the second shaft to drive the second shaft, and is laid between the large-diameter portion and the small-diameter portion of the intermediate pulley. Each wire that is being turned may be hung in a state where it is on the same side with respect to the central axis of the intermediate pulley.

上記構成によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの大径部と小径部に架け回されている各ワイヤを当該中間プーリの中心軸に対して同じ側になる状態で掛け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリが第1軸の並進移動部とともに移動しないようにすることができ、第1軸の質量増加を抑えることができる。   According to the above configuration, the compensation means is an intermediate pulley that has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1 and is capable of translational movement in the first axial direction. A wire driven by one shaft is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley to drive the small diameter portion, the wire driven by the driving means of the second shaft is translated and the intermediate pulley is moved in translation. The wire laid around the large diameter portion is connected to the second shaft to drive the second shaft, and the wires laid around the large diameter portion and the small diameter portion of the intermediate pulley are connected to the central shaft of the intermediate pulley. , The second shaft can be independently driven with a minimum increase in mass, and the intermediate pulley is prevented from moving together with the translational movement portion of the first shaft. Can suppress the mass increase of the first axis. That.

さらに、例えば、請求項5に記載するように、前記補償手段は、外径比が同径の同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸の移動により駆動されるワイヤにより当該中間プーリが駆動され、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリに連結されて当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリに架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤが反対側になる状態で掛け回されているものであってもよい。   Further, for example, as described in claim 5, the compensation means is an intermediate pulley having a coaxial pulley having an outer diameter ratio of the same diameter and capable of translational movement in the first axis direction. The intermediate pulley is driven by the wire driven by the movement, and the wire driven by the driving means of the second shaft is connected to the intermediate pulley to translate the intermediate pulley, and is wound around the intermediate pulley. A wire may be connected to the second shaft to drive the second shaft, and may be wound around the central shaft of the intermediate pulley in a state where each wire is on the opposite side.

上記構成によれば、補償手段を、外径比が同径の同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸の移動により駆動されるワイヤにより当該中間プーリを駆動し、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリに連結させて当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリに架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを反対側になる状態で掛け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリが第1軸とともに移動しないようにすることができ、第1軸の質量増加を抑えて、中間プーリの形状を単純で、小径化して、小型化することができる。   According to the above configuration, the compensation means is an intermediate pulley having a coaxial pulley having the same outer diameter ratio and capable of translational movement in the first axis direction, and the intermediate pulley is placed by the wire driven by the movement of the first axis. The wire driven by the driving means of the second shaft is connected to the intermediate pulley to translate the intermediate pulley, and the wire wound around the intermediate pulley is connected to the second shaft to connect the second pulley. Since the shaft is driven and each wire is wound around the central axis of the intermediate pulley on the opposite side, the second shaft can be independently driven with a minimum increase in mass. The pulley can be prevented from moving together with the first shaft, the increase in mass of the first shaft can be suppressed, and the shape of the intermediate pulley can be simplified, the diameter can be reduced, and the size can be reduced.

また、例えば、請求項6に記載するように、前記多軸駆動装置または前記多軸力提示装置は、前記第1軸及び前記第2軸とは異なる方向の第3軸を有し、当該第3軸の駆動手段が、前記第1軸または前記第2軸とは独立して移動し、ワイヤによる閉ループ駆動により前記第3軸を駆動し、前記第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えているものであってもよい。   For example, as described in claim 6, the multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device has a third axis in a direction different from the first axis and the second axis, A three-axis driving means moves independently of the first axis or the second axis, drives the third axis by closed-loop driving by a wire, and drives the second axis by moving the first axis Compensation means for compensating for the influence on the above may be provided.

上記構成によれば、多軸駆動装置または多軸力提示装置を、第1軸及び第2軸とは異なる方向の第3軸を有し、当該第3軸の駆動手段が、第1軸または第2軸とは独立して移動し、ワイヤによる閉ループ駆動により第3軸を駆動し、第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えているものとしているので、第3軸の追加による第1軸の質量の増加を抑え、多軸駆動装置での、加速・減速を大きくして、高速の運動を実現することができるとともに、第1軸の動作ストロークを長くしても、発生力や慣性をそのまま維持して、特に大きい動作範囲の要求される動作を実現する多軸駆動装置を提供することができ、また、多軸力提示装置での負荷がない状態での軽い操作性を実現することができるとともに、第1軸〜第3軸の各軸方向の発生力・移動量を独立させて、発生力や慣性の場所によるムラをなくして均一化することができ、多軸力提示装置の性能を向上させることができる。   According to the above configuration, the multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device has the third axis in a direction different from the first axis and the second axis, and the driving means for the third axis is the first axis or Since it moves independently of the second axis, drives the third axis by closed-loop driving with a wire, and has compensation means for compensating for the influence on the driving of the second axis due to the movement of the first axis, The increase in the mass of the first axis due to the addition of the third axis can be suppressed, the acceleration / deceleration in the multi-axis drive device can be increased, and high-speed motion can be realized, and the operation stroke of the first axis can be lengthened. Even so, it is possible to provide a multi-axis drive device that maintains the generated force and inertia as it is, and achieves a required operation in a particularly large operating range, and there is no load on the multi-axis force presentation device. It is possible to realize light operability at the first axis and 3 the generating force and transfer of the axial direction of the shaft is independent, can be made uniform by eliminating the unevenness due to the location of the generated force and inertia, the performance of the multi-axis force presentation device can be improved.

さらに、例えば、請求項7に記載するように、前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な第2中間プーリであり、前記第2軸を駆動するワイヤが当該第2中間プーリを並進移動させ、前記第3軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該第2中間プーリの小径部を駆動し、当該第2中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第3軸を駆動し、当該第2中間プーリの中心軸に対して前記各ワイヤが同じ側になる状態で架け回されているものであってもよい。   Further, for example, as described in claim 7, the compensation means has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1 and translates in the first axial direction. A movable second intermediate pulley, wherein a wire driving the second shaft translates the second intermediate pulley, and a wire driven by the driving means of the third shaft is a small diameter portion of the second intermediate pulley. And the wire laid around the large-diameter portion of the second intermediate pulley drives the third shaft, and the wires are laid on the same side with respect to the central axis of the second intermediate pulley. It may be turned.

上記構成によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な第2中間プーリとし、第2軸を駆動するワイヤで当該第2中間プーリを並進移動させ、第3軸の駆動手段により駆動されるワイヤで当該第2中間プーリの小径部を駆動させ、当該第2中間プーリの大径部に架け回されたワイヤで第3軸を駆動させ、当該第2中間プーリの中心軸に対して各ワイヤを同じ側になる状態で架け回しているので、質量の増加を最小限に抑制しつつ、第3軸を独立駆動することができる。   According to the above configuration, the compensation means is a second intermediate pulley having two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion rotating with an outer diameter ratio of 2: 1 and capable of translational movement in the first axial direction. The second intermediate pulley is translated by a wire that drives the second shaft, the small-diameter portion of the second intermediate pulley is driven by the wire driven by the third shaft driving means, and the second intermediate pulley is The third shaft is driven by the wire laid around the diameter, and each wire is laid on the same side with respect to the central axis of the second intermediate pulley, so the increase in mass is minimized. However, the third axis can be driven independently.

請求項1記載の発明の多軸駆動装置によれば、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を有し、第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立してワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償するので、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動することができ、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑えることができ、加速・減速を大きくして、高速の運動を行うことができる。   According to the multi-axis drive device of the first aspect, the first axis that translates in a predetermined direction and the second axis that rotates or translates in a predetermined direction with respect to the first axis. The second axis driving means drives the second axis by a closed loop drive by a wire independently of the movement of the first axis, and compensates for the influence on the driving of the second axis by the movement of the first axis. Since the compensation is performed by the means, the influence on the driving torque or displacement of the second axis due to the movement of the first axis is canceled, and the generated force or the movement amount in the first axis direction and the second axis direction are driven independently. In addition, an increase in mass of the first axis due to the addition of the second axis can be suppressed, and acceleration / deceleration can be increased to perform high-speed motion.

請求項2記載の発明の多軸力提示装置によれば、請求項2記載の発明は、多軸の各方向の力の作用内容を提示するに際して、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備え、当該第2軸の駆動手段が、第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償するので、第1軸が移動することによる第2軸の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸方向および第2軸方向の発生力または移動量を独立に駆動することができ、また、第2軸の追加による第1軸の質量の増加を抑えることができ、負荷がない状態で軽い操作性を実現することができる。   According to the multi-axis force presentation device of the second aspect of the invention, the second aspect of the invention provides the first axis that translates in a predetermined direction when presenting the action content of the force in each direction of the multi-axis. A second axis that rotates or translates in a predetermined direction with respect to the first axis, and the driving means for the second axis is independent of the movement of the first axis and is closed-loop driven by a wire. The second axis is driven, and the compensation means compensates the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis. Therefore, the influence of the movement of the first axis on the driving torque or displacement of the second axis is affected. By canceling, the generated force or movement amount in the first axis direction and the second axis direction can be driven independently, and the increase in the mass of the first axis due to the addition of the second axis can be suppressed, and the load A light operability can be realized in the absence of any.

請求項3記載の多軸駆動装置及び多軸力提示装置によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸で当該中間プーリを並進移動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、当該小径部の駆動で駆動される当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを同じ側になる状態で架け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリを第1軸と一体として、構成を単純化することができる。   According to the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device according to claim 3, the compensation means has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1. An intermediate pulley capable of translational movement in the direction of one axis, the intermediate pulley is translated by the first axis, and a wire driven by the driving means of the second axis is routed around the small diameter part of the intermediate pulley. , And the second shaft is driven by connecting the wire laid around the large diameter portion of the intermediate pulley driven by the driving of the small diameter portion to the second shaft, and with respect to the central axis of the intermediate pulley. Since each wire is routed on the same side, the second shaft can be driven independently with a minimum increase in mass, and the intermediate pulley is integrated with the first shaft to simplify the configuration. can do.

請求項4記載の多軸駆動装置及び多軸力提示装置によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸により駆動されるワイヤを当該中間プーリの小径部に架け回させて当該小径部を駆動させ、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの大径部と小径部に架け回されている各ワイヤを当該中間プーリの中心軸に対して同じ側になる状態で掛け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリが第1軸の並進移動部とともに移動しないようにすることができ、第1軸の質量増加を抑えることができる。   According to the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device according to claim 4, the compensation means has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1. An intermediate pulley capable of translational movement in one axial direction, a wire driven by the first shaft is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley, the small diameter portion is driven, and the wire driven by the second axis driving means The intermediate pulley is moved in translation, the wire laid around the large-diameter portion of the intermediate pulley is connected to the second shaft and the second shaft is driven, and the intermediate pulley is bridged between the large-diameter portion and the small-diameter portion. Since the wires being turned are wound around in the state where they are on the same side with respect to the central axis of the intermediate pulley, the second shaft can be independently driven with a minimum increase in mass. It is possible not to move with the translational movement part of the first axis , It is possible to suppress the increase in mass of the first shaft.

請求項5記載の多軸駆動装置及び多軸力提示装置によれば、補償手段を、外径比が同径の同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な中間プーリとし、第1軸の移動により駆動されるワイヤにより当該中間プーリを駆動し、第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤを当該中間プーリに連結させて当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリに架け回されたワイヤを第2軸に連結させて当該第2軸を駆動させ、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤを反対側になる状態で掛け回しているので、最小限の質量増加で第2軸を独立駆動することができ、また、中間プーリが第1軸とともに移動しないようにすることができ、第1軸の質量増加を抑えて、中間プーリの形状を単純で、小径化して、小型化することができる。   According to the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device according to claim 5, the compensation means is an intermediate pulley having a coaxial pulley having the same outer diameter ratio and capable of translational movement in the first axis direction. The intermediate pulley is driven by the wire driven by the movement of the shaft, the wire driven by the driving means of the second shaft is connected to the intermediate pulley, the intermediate pulley is moved in translation, and is wound around the intermediate pulley. Since the wire is connected to the second shaft and the second shaft is driven, and the wires are wound around the central shaft of the intermediate pulley in the opposite state, the first mass can be increased with a minimum increase in mass. The two shafts can be driven independently, the intermediate pulley can be prevented from moving together with the first shaft, the increase in mass of the first shaft is suppressed, the shape of the intermediate pulley is simple, the diameter is reduced, It can be downsized.

請求項6記載の多軸駆動装置及び多軸力提示装置によれば、多軸駆動装置または多軸力提示装置を、第1軸及び第2軸とは異なる方向の第3軸を有し、当該第3軸の駆動手段が、第1軸または第2軸とは独立して移動し、ワイヤによる閉ループ駆動により第3軸を駆動し、第1軸の移動による第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えているものとしているので、第3軸の追加による第1軸の質量の増加を抑え、多軸駆動装置での、加速・減速を大きくして、高速の運動を実現することができるとともに、第1軸の動作ストロークを長くしても、発生力や慣性をそのまま維持して、特に大きい動作範囲の要求される動作を実現する多軸駆動装置を提供することができ、また、多軸力提示装置での負荷がない状態での軽い操作性を実現することができるとともに、第1軸〜第3軸の各軸方向の発生力・移動量を独立させて、発生力や慣性の場所によるムラをなくして均一化することができ、多軸力提示装置の性能を向上させることができる。   According to the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device according to claim 6, the multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device has a third axis in a direction different from the first axis and the second axis, The driving means of the third axis moves independently of the first axis or the second axis, drives the third axis by the closed loop driving by the wire, and affects the driving of the second axis by the movement of the first axis. Compensation means for compensation is provided so that the increase of the mass of the first axis due to the addition of the third axis is suppressed, and the acceleration and deceleration in the multi-axis drive device is increased to realize high-speed motion. In addition, it is possible to provide a multi-axis drive device that realizes the required operation in a particularly large operation range while maintaining the generated force and inertia even when the operation stroke of the first axis is lengthened. In addition, light operability without load on the multi-axis force presentation device is achieved. In addition, the generated force and the amount of movement in each axis direction of the first axis to the third axis can be made independent and uniform with no unevenness due to the generated force and the place of inertia, and multi-axis force presentation The performance of the apparatus can be improved.

請求項7記載の多軸駆動装置及び多軸力提示装置によれば、補償手段を、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な第2中間プーリとし、第2軸を駆動するワイヤで当該第2中間プーリを並進移動させ、第3軸の駆動手段により駆動されるワイヤで当該第2中間プーリの小径部を駆動させ、当該第2中間プーリの大径部に架け回されたワイヤで第3軸を駆動させ、当該第2中間プーリの中心軸に対して各ワイヤを同じ側になる状態で架け回しているので、質量の増加を最小限に抑制しつつ、第3軸を独立駆動することができる。   According to the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device according to claim 7, the compensation means has two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion rotating with an outer diameter ratio of 2: 1. A second intermediate pulley capable of translational movement in one axial direction is used. The second intermediate pulley is translated by a wire that drives the second shaft, and the second intermediate pulley is moved by a wire driven by a third axis driving means. Drive the small-diameter portion, drive the third shaft with the wire laid around the large-diameter portion of the second intermediate pulley, and hang the wires so that they are on the same side with respect to the central axis of the second intermediate pulley. Since it is rotating, the third axis can be independently driven while suppressing an increase in mass to a minimum.

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, since the Example described below is a suitable Example of this invention, various technically preferable restrictions are attached | subjected, However, The scope of the present invention limits this invention especially in the following description. As long as there is no description of the effect, it is not restricted to these aspects.

図1〜図4は、本発明の多軸駆動装置及び多軸力提示装置の第1の実施例を示す図であり、図1は、本発明の多軸駆動装置及び多軸力提示装置の第1の実施例を適用した2自由度を有する多軸駆動装置を用いた多軸力提示装置1の要部斜視図である。   1-4 is a figure which shows the 1st Example of the multi-axis drive device and multi-axis force presentation apparatus of this invention, and FIG. 1 is the multi-axis drive device and multi-axis force presentation apparatus of this invention. It is a principal part perspective view of the multi-axis force presentation apparatus 1 using the multi-axis drive device which has 2 degrees of freedom to which the 1st Example is applied.

図1において、多軸力提示装置1は、図1の左右方向(第1軸P1方向)に図示しない直線ガイドで案内支持されている第1ベース2の上面側に、第2軸駆動プーリ3が回転自在に軸支されており、第1ベース2の下面側に、中間プーリ4が第1ベース2に取り付けられた図示しない中間プーリ軸を介して回転自在に支持されている。   In FIG. 1, the multi-axis force presentation device 1 includes a second shaft driving pulley 3 on the upper surface side of a first base 2 that is guided and supported by a linear guide (not shown) in the left-right direction (the first axis P1 direction) in FIG. The intermediate pulley 4 is rotatably supported on the lower surface side of the first base 2 via an intermediate pulley shaft (not shown) attached to the first base 2.

第2軸駆動プーリ3の上面には、第2軸P2となるノブ5が取り付けられているが、ノブ5に限るものではなく、ハンドル、ペン等の所望のものを取り付けることができる。   Although the knob 5 which becomes the 2nd axis | shaft P2 is attached to the upper surface of the 2nd axis | shaft drive pulley 3, it is not restricted to the knob 5, A desired thing, such as a handle and a pen, can be attached.

中間プーリ(補償手段)4は、同軸の中間プーリ軸に外径比が2:1の大中間プーリ4aと小中間プーリ4bが一体として連結されて、伴って回転する構成となっている。   The intermediate pulley (compensating means) 4 is configured such that a large intermediate pulley 4a and a small intermediate pulley 4b having an outer diameter ratio of 2: 1 are integrally connected to a coaxial intermediate pulley shaft and rotate accordingly.

第1ベース2には、第1ワイヤ6の両端が連結されており、第1ワイヤ6は、第1ベース2を挟んで、第1軸P1方向に所定間隔空けて配設されている第1駆動プーリ7とアイドルプーリ8とにループ状に架け回されている。   Both ends of the first wire 6 are connected to the first base 2, and the first wire 6 is disposed at a predetermined interval in the direction of the first axis P <b> 1 with the first base 2 interposed therebetween. The drive pulley 7 and the idle pulley 8 are looped around.

第1ベース2は、第1駆動プーリ7が回転駆動されると、第1駆動プーリ7とアイドルプーリ8とにループ状に架け回されている第1ワイヤ6が回転移動して、当該第1ワイヤ6により、第1軸P1方向に移動され、また、第1軸P1方向の力が発生される。   When the first drive pulley 7 is driven to rotate, the first base 2 rotates and moves the first wire 6 that is looped around the first drive pulley 7 and the idle pulley 8, The wire 6 is moved in the direction of the first axis P1, and a force in the direction of the first axis P1 is generated.

第2軸駆動プーリ3には、ワイヤである第2軸駆動ワイヤ9の両端が連結されているとともに、所定量巻き付けられ、第2軸駆動ワイヤ9は、第2軸駆動プーリ3を挟んで所定間隔空けて第1軸P1方向に1対配設されているアイドルプーリ10、11にループ状に架け回されているとともに、中間プーリ4の大中間プーリ4aにも巻き付けられている。   Both ends of a second shaft drive wire 9, which is a wire, are connected to the second shaft drive pulley 3 and wound by a predetermined amount. The second shaft drive wire 9 is predetermined with the second shaft drive pulley 3 interposed therebetween. A pair of idle pulleys 10 and 11 disposed in the direction of the first axis P <b> 1 with a space therebetween are looped around the large pulley 4 a of the intermediate pulley 4.

中間プーリ4のうち小中間プーリ4bには、第2ワイヤ12が巻き付けられており、第2ワイヤ12は、小中間プーリ4bを挟んで所定間隔空けて第1軸P1方向に配設されている第2駆動プーリ13とアイドルプーリ14に架け回されているとともに、連結部12aでその両端が連結されている。   The second wire 12 is wound around the small intermediate pulley 4b of the intermediate pulley 4, and the second wire 12 is disposed in the direction of the first axis P1 with a predetermined interval between the small intermediate pulley 4b. While being spanned by the second drive pulley 13 and the idle pulley 14, both ends thereof are coupled by the coupling portion 12a.

そして、多軸力提示装置1は、第1駆動プーリ7及び第2駆動プーリ13は、それぞれ図示しない第1モータと第2モータにカップリング等で接続されており、各モータには、回転角度検出器、例えば、ロータリエンコーダ等が取り付けられている。また、図1は、多軸駆動装置及び多軸力提示装置1を模式的に示した図であり、実際の設計においては、必要とする動作ストロークや駆動力に応じて、各プーリの径やワイヤの長さを適切に設定する。   In the multi-axis force presentation device 1, the first drive pulley 7 and the second drive pulley 13 are connected to a first motor and a second motor (not shown) by coupling or the like, and each motor has a rotation angle. A detector, such as a rotary encoder, is attached. FIG. 1 is a diagram schematically showing the multi-axis drive device and the multi-axis force presentation device 1. In actual design, the diameter of each pulley is changed according to the required operation stroke and drive force. Set the wire length appropriately.

次に、本実施例の作用を説明する。まず、上記構成の多軸駆動装置を用いた多軸力提示装置1の動作原理を図2及び図3に基づいて説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described. First, the operation principle of the multi-axis force presentation device 1 using the multi-axis drive device having the above configuration will be described with reference to FIGS.

図2は、中間プーリ20がベース21に回転自在に取り付けられており、中間プーリ20は、2:1の径の比を有する大中間プーリ20aと小中間プーリ20bが回転自在にベース21に取り付けられているものとし、ベース21に、ワイヤ22が連結され、大中間プーリ20aにワイヤ23が、小中間プーリ20bにワイヤ24が、それぞれ巻き付けられているものとする。また、ワイヤ22とワイヤ23がプーリを挟んで同じ側になるように架け回されている。   In FIG. 2, the intermediate pulley 20 is rotatably attached to the base 21, and the intermediate pulley 20 has a large intermediate pulley 20a and a small intermediate pulley 20b having a diameter ratio of 2: 1 attached to the base 21 so as to be freely rotatable. It is assumed that the wire 22 is connected to the base 21, the wire 23 is wound around the large intermediate pulley 20a, and the wire 24 is wound around the small intermediate pulley 20b. Further, the wire 22 and the wire 23 are routed so as to be on the same side across the pulley.

すなわち、図2は、ベース21が図1の第1ベース2に、中間プーリ20が図1の中間プーリ4に、ワイヤ22、ワイヤ23、ワイヤ24が、それぞれ第1ワイヤ6、第2軸駆動ワイヤ9、第2ワイヤ12に相当する。   That is, in FIG. 2, the base 21 is the first base 2 of FIG. 1, the intermediate pulley 20 is the intermediate pulley 4 of FIG. 1, the wires 22, 23, and 24 are the first wire 6 and the second shaft drive, respectively. It corresponds to the wire 9 and the second wire 12.

そして、いま、ワイヤ22、ワイヤ23、ワイヤ24の移動量を、それぞれa、a’、bとし、中間プーリ20の半径、すなわち、大中間プーリ20aと小中間プーリ20bの半径を、それぞれ2r及びrとし、中間プーリ20の回転角をθとすると、ワイヤ22、ワイヤ23及びワイヤ24の移動量の関係は、次式で示すことができる。   Now, the movement amounts of the wire 22, wire 23, and wire 24 are a, a ′, and b, respectively, and the radius of the intermediate pulley 20, that is, the radius of the large intermediate pulley 20a and the small intermediate pulley 20b is 2r and Assuming that r is the rotation angle of the intermediate pulley 20 and θ, the relationship among the movement amounts of the wire 22, the wire 23, and the wire 24 can be expressed by the following equation.

a’=a+2r・θ・・・(1)
b=a+r・θ・・・(2)
上記式から、次式が導かれる。
a ′ = a + 2r · θ (1)
b = a + r · θ (2)
From the above formula, the following formula is derived.

a’=2b−a・・・(3)
ただし、中間プーリ20とワイヤ23、24との間に滑りが発生していないものとする。
a ′ = 2b−a (3)
However, it is assumed that no slip occurs between the intermediate pulley 20 and the wires 23 and 24.

また、図3は、中間プーリ30がベース31に回転自在に取り付けられており、中間プーリ30が同じ径となっていて、回転自在にベース31に取り付けられていて、中間プーリ30にワイヤ32とワイヤ33が巻き付けられ、ベース31に、ワイヤ34が連結されているものとする。また、ワイヤ32とワイヤ33がプーリを挟んで反対側になるように架け回されている。   In FIG. 3, the intermediate pulley 30 is rotatably attached to the base 31. The intermediate pulley 30 has the same diameter and is rotatably attached to the base 31. It is assumed that the wire 33 is wound and the wire 34 is connected to the base 31. Further, the wire 32 and the wire 33 are routed so as to be opposite to each other with the pulley interposed therebetween.

この場合のワイヤ32、ワイヤ33及びワイヤ34の移動量を、それぞれa、a’、bとすると、これらの移動量a、a’、bの間には、上記同様に、以下で示す関係が成立する。   If the movement amounts of the wire 32, the wire 33, and the wire 34 in this case are a, a ′, and b, respectively, the relationship shown below between the movement amounts a, a ′, and b is the same as described above. To establish.

a’=2b−a・・・(3)
以上の動作原理から分かるように、図1に示した多軸力提示装置1は、第1駆動プーリ7が角度α回転したときの第1ワイヤ6の移動量をa、第2駆動プーリ13が角度β回転したときの第2ワイヤ12の移動量をb、第2軸駆動プーリ3の回転角をβ’、中間プーリ4の回転角度をθ1としたとき、第1駆動プーリ7が角度α回転し、第2駆動プーリ13が角度β回転すると、第2軸駆動ワイヤ9は、図1に矢印で示す向きに、a−2b移動し、第1ベース2が移動量aだけ移動する。
a ′ = 2b−a (3)
As can be seen from the above operation principle, the multi-axis force presentation device 1 shown in FIG. 1 has a movement amount of the first wire 6 when the first drive pulley 7 rotates by an angle α, and the second drive pulley 13 When the amount of movement of the second wire 12 when the angle β is rotated is b, the rotation angle of the second shaft drive pulley 3 is β ′, and the rotation angle of the intermediate pulley 4 is θ1, the first drive pulley 7 rotates the angle α. When the second drive pulley 13 rotates by an angle β, the second shaft drive wire 9 moves a-2b in the direction indicated by the arrow in FIG. 1, and the first base 2 moves by the movement amount a.

したがって、第1軸P1の第1ベース2とともに移動する第2軸P2の回転角度、すなわち、ノブ5の回転角度β’は、移動量bに比例する。   Therefore, the rotation angle of the second axis P2 that moves together with the first base 2 of the first axis P1, that is, the rotation angle β ′ of the knob 5 is proportional to the movement amount b.

すなわち、第2軸P2の回転角度β’は、第1軸P1の移動量aに左右されず、第2軸駆動プーリ3の回転角度βに比例させることができる。   That is, the rotation angle β ′ of the second axis P2 is not affected by the movement amount a of the first axis P1, and can be made proportional to the rotation angle β of the second axis driving pulley 3.

すなわち、本実施例の多軸力提示装置1は、所定の方向に並進移動する第1軸P1と、第1軸P1に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸P2と、を有し、第2軸P2の駆動手段であるモータが、第1軸P1の移動とは独立して第2軸駆動ワイヤ9による閉ループ駆動で第2軸P2を駆動し、第1軸P1の移動による第2軸P2の駆動に対する影響を中間プーリ4で補償している。   That is, the multi-axis force presentation device 1 of the present embodiment includes a first axis P1 that translates in a predetermined direction, a second axis P2 that rotates or translates in a predetermined direction with respect to the first axis P1, and And a motor which is a driving means for the second axis P2 drives the second axis P2 by closed loop driving by the second axis driving wire 9 independently of the movement of the first axis P1, and The intermediate pulley 4 compensates the influence of the movement on the driving of the second axis P2.

したがって、第1軸P1が移動することによる第2軸P2の駆動トルクまたは変位への影響を相殺して、第1軸P1方向および第2軸P2方向の発生力または移動量を独立に駆動することができ、また、第2軸P2の追加による第1軸P1の質量の増加を抑えることができ、加速・減速を大きくして、高速の運動を行うことができる。   Therefore, the influence on the drive torque or displacement of the second axis P2 due to the movement of the first axis P1 is canceled out, and the generated force or the movement amount in the first axis P1 direction and the second axis P2 direction is driven independently. In addition, an increase in mass of the first axis P1 due to the addition of the second axis P2 can be suppressed, and acceleration / deceleration can be increased to perform high-speed motion.

上記多軸力提示装置1の機構を多軸駆動装置である回転軸付の移動ステージとして利用すると、第1軸P1及び第2軸P2の回転角度及びトルクを、第1駆動プーリ7及び第2駆動プーリ13を駆動する第1モータ及び第2モータで独立にコントロールすることができ、また、移動部分に質量の大きいモータを必要としないため、高速、高加減速の運転を行うことができる。   When the mechanism of the multi-axis force presentation device 1 is used as a moving stage with a rotary shaft, which is a multi-axis drive device, the rotation angles and torques of the first shaft P1 and the second shaft P2 are used as the first drive pulley 7 and the second The first and second motors that drive the drive pulley 13 can be controlled independently, and a motor with a large mass is not required for the moving part, so that high-speed and high acceleration / deceleration operations can be performed.

また、多軸力提示装置1は、第2軸P2には、上述のように、ノブ5だけでなく、ハンドル、ペン等の所望のものを取り付けることができるが、図1では単純なノブ形状のものを取り付けた例を示している。   Further, in the multi-axis force presentation device 1, not only the knob 5 but also a desired one such as a handle or a pen can be attached to the second axis P2 as described above. The example which attached the thing is shown.

ノブ5内部にはベアリングが内蔵されており、第2軸P2の回転トルクはトルクとして手先に伝わらないようにしてある。第2軸P2の動作範囲は、ノブ5の移動方向が第1軸P1と直交する位置を中心に±20度程度であれば第1軸P1との干渉は問題とならない。   A bearing is built in the knob 5 so that the rotational torque of the second shaft P2 is not transmitted to the hand as torque. If the movement direction of the second axis P2 is about ± 20 degrees around the position where the moving direction of the knob 5 is orthogonal to the first axis P1, interference with the first axis P1 does not cause a problem.

例えば、バーチャルリアリティ分野における力覚提示では、図4に示すような流れで、制御することで、操作部に力を提示することができる。   For example, in the force sense presentation in the virtual reality field, a force can be presented to the operation unit by controlling according to the flow shown in FIG.

すなわち、多軸力提示装置1は、各位置検出器1aからの入力と仮想物体のデータ1bに基づいて、仮想物体等から受ける反力を、中央演算装置1cで各軸のモータの駆動トルクを計算して、モータドライバ1dに出力し、モータドライバ1dにより各モータ1eに電流を流して、各モータ1eにトルクを発生させるというサイクルを高速(通常、1kHz以上)で処理することにより、さまざまな力覚を発生させる。   That is, the multi-axis force presenting device 1 receives the reaction force received from the virtual object or the like based on the input from each position detector 1a and the virtual object data 1b, and the driving torque of the motor of each axis by the central processing unit 1c. By calculating and outputting to the motor driver 1d, passing a current to each motor 1e by the motor driver 1d, and generating a torque in each motor 1e, processing at high speed (usually 1 kHz or more) Generate force sense.

そして、上記実施例の構成の多軸力提示装置1では、第1軸P1方向には大きな移動ストロークと発生力を持たせることができ、例えば、引き出しの押し引き動作の力覚提示シミュレーション等を行うことができる。   The multi-axis force presentation device 1 having the configuration of the above embodiment can have a large movement stroke and generated force in the direction of the first axis P1, for example, a force sense presentation simulation of a pulling and pulling operation of a drawer. It can be carried out.

なお、2自由度を有する多軸力提示装置としては、上記実施例に示した構成に限るものではなく、例えば、図5に示すように、中間プーリの取り付け方向が異なっていてもよい。なお、図5では、図1と同様の構成部分には、同一の符号を付している。   Note that the multiaxial force presentation device having two degrees of freedom is not limited to the configuration shown in the above embodiment, and for example, as shown in FIG. 5, the attachment direction of the intermediate pulley may be different. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

すなわち、図5において、この多軸力提示装置40は、第1ベース2の下面に垂直方向に固定されたガイド41に、大中間プーリ4aと小中間プーリ4bを有する中間プーリ4が垂直方向に取り付けられている。また、第1ベース2の上面には、第2軸P2に回転ハンドル42が取り付けられている。   That is, in FIG. 5, the multi-axis force presentation device 40 includes a guide 41 fixed in the vertical direction on the lower surface of the first base 2 and an intermediate pulley 4 having a large intermediate pulley 4 a and a small intermediate pulley 4 b in the vertical direction. It is attached. In addition, a rotary handle 42 is attached to the second shaft P2 on the upper surface of the first base 2.

この多軸力提示装置40では、回転ハンドル42に発生する回転トルク及び回転角を、第2軸モータにより、第1軸P1とは独立に提示することができる。   In the multi-axis force presentation device 40, the rotational torque and the rotation angle generated in the rotary handle 42 can be presented independently of the first axis P1 by the second axis motor.

さらに、2自由度を有する多軸力提示装置としては、図6に示すように、中間プーリとして、同径のプーリを利用したもので、また、第2軸P2が、並進軸タイプのものであってもよい。なお、図6では、図1と同様の構成部分には、同一の符号を付している。   Furthermore, as shown in FIG. 6, the multi-axis force presentation device having two degrees of freedom uses a pulley having the same diameter as an intermediate pulley, and the second shaft P2 is of a translational shaft type. There may be. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

すなわち、図6において、この多軸力提示装置50は、第1ベース2の側面に移動可能な第2軸P2が取り付けられており、第2軸P2は、当該第2軸P2の移動方向に配設された第2軸駆動プーリ51と第1ベース2を挟んで1対配設されたアイドルプーリ52、53、中間プーリベース54の両側に設けられた同径の中間プーリ55、56の一方に巻き付けられた第2軸駆動ワイヤ57により移動される。第1ベース2には、第1ワイヤ6の両端が連結されており、第1ワイヤ6は、第1ベース2を挟んで、第1軸P1方向に所定間隔空けて配設されている第1駆動プーリ7とアイドルプーリ8とにループ状に架け回されている。   That is, in FIG. 6, the multi-axis force presentation device 50 is provided with a movable second axis P2 on the side surface of the first base 2, and the second axis P2 is in the moving direction of the second axis P2. One of the idle pulleys 52 and 53 disposed in a pair with the second shaft drive pulley 51 disposed between the first base 2 and the intermediate pulleys 55 and 56 of the same diameter provided on both sides of the intermediate pulley base 54 It is moved by the second axis drive wire 57 wound around. Both ends of the first wire 6 are connected to the first base 2, and the first wire 6 is disposed at a predetermined interval in the direction of the first axis P <b> 1 with the first base 2 interposed therebetween. The drive pulley 7 and the idle pulley 8 are looped around.

上記中間プーリベース54には、第2ワイヤ12が取り付けられており、第2ワイヤ12は、第2駆動プーリ13とアイドルプーリ14に架け回されている。   A second wire 12 is attached to the intermediate pulley base 54, and the second wire 12 is wound around the second drive pulley 13 and the idle pulley 14.

したがって、この多軸力提示装置50は、第1軸P1及び第2軸P2の回転角度及びトルクを、第1駆動プーリ7及び第2駆動プーリ13を駆動する第1モータ及び第2モータで独立にコントロールすることができる。   Therefore, this multi-axis force presentation device 50 makes the rotation angle and torque of the first shaft P1 and the second shaft P2 independent of the first motor and the second motor that drive the first drive pulley 7 and the second drive pulley 13. Can be controlled.

なお、第1軸P1の駆動手段としては、上記構成のものに限るものではなく、例えば、ボールねじ等さまざまな手段を用いることができるが、多軸力提示装置として慣性をできるだけ小さくする必要がある場合には、ベルトないしワイヤによる駆動が好適である。さらに、第1軸P1方向に高い剛性を提示する必要がある場合は、ワイヤに代えてスチールベルトによる駆動を行うことで、剛性と低慣性の双方を確立することができる。   The driving means for the first axis P1 is not limited to the one having the above-described configuration. For example, various means such as a ball screw can be used, but it is necessary to reduce inertia as much as possible as a multi-axis force presentation device. In some cases, belt or wire drive is preferred. Furthermore, when it is necessary to present high rigidity in the first axis P1 direction, both rigidity and low inertia can be established by driving with a steel belt instead of a wire.

図7は、本発明の多軸力提示装置の第2の実施例を適用した3自由度を有する多軸力提示装置60の要部斜視図である。   FIG. 7 is a perspective view of a main part of a multi-axis force presentation device 60 having three degrees of freedom to which the second embodiment of the multi-axis force presentation device of the present invention is applied.

図7の多軸力提示装置60は、第1の実施例の2自由度を有する多軸力提示装置1に、さらに1自由度を追加して3自由度機構としたものであり、本実施例の説明において、上記第1の実施例の多軸力提示装置1と同様の構成部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。   The multi-axis force presentation device 60 in FIG. 7 is a multi-axis force presentation device 1 having two degrees of freedom of the first embodiment, and further adding one degree of freedom to form a three-degree-of-freedom mechanism. In the description of the example, the same components as those in the multi-axis force presentation device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7において、多軸力提示装置60は、上記第1の実施例の多軸力提示装置1と同様の構成を有するとともに、その第1ベース2上の回転自在の第2軸駆動プーリ3上に、第2ベース61が取り付けられており、第2ベース61上には、第2軸P2である第2軸棒62を介して第3軸アイドルプーリ63が取り付けられている。この第3軸アイドルプーリ63は、上記第2軸駆動プーリ13と同じ外径を有している。また、第2ベース61上には、第1軸P1と直交する方向に1対の第3ベース64が配設されており、第3ベース64は、第3軸P3としての第3軸棒65を回動可能に支持している。   In FIG. 7, the multi-axis force presentation device 60 has the same configuration as the multi-axis force presentation device 1 of the first embodiment, and on the rotatable second shaft drive pulley 3 on the first base 2. In addition, a second base 61 is attached, and a third shaft idle pulley 63 is attached on the second base 61 via a second shaft rod 62 that is the second shaft P2. The third shaft idle pulley 63 has the same outer diameter as the second shaft drive pulley 13. A pair of third bases 64 are disposed on the second base 61 in a direction orthogonal to the first axis P1, and the third base 64 is a third shaft rod 65 serving as the third axis P3. Is rotatably supported.

第3軸棒65には、棒状のレバー66が連結されており、レバー66の先端には、ボール状の操作部67が設けられている。   A rod-shaped lever 66 is connected to the third shaft rod 65, and a ball-shaped operation portion 67 is provided at the tip of the lever 66.

第3軸棒65は、第3ベース64の一方側に回転可能に取り付けられた第3軸駆動プーリ68に連結されており、当該第3軸駆動プーリ68の設けられている第3ベース64には、1対のアイドルプーリ69が回転自在に取り付けられている。   The third shaft rod 65 is connected to a third shaft driving pulley 68 rotatably attached to one side of the third base 64, and is connected to the third base 64 provided with the third shaft driving pulley 68. A pair of idle pulleys 69 are rotatably attached.

そして、第2軸棒62及び第3軸棒65の動作範囲は、レバー66が第1軸P1と平行になった位置を中心に±20度程度であり、この動作範囲であれば、第1軸P1との干渉は問題とならない。   The operation range of the second shaft rod 62 and the third shaft rod 65 is about ± 20 degrees centering on the position where the lever 66 is parallel to the first axis P1, and within this operation range, the first range Interference with the axis P1 is not a problem.

上記第2ベース61上には、第2中間プーリベース70が、第1ベース2に対して第1軸P1方向に平行な方向に移動自由に支持されており、第2中間プーリベース70は、第2軸駆動ワイヤ9が連結されていて、第2軸駆動ワイヤ9とともに移動する。第2軸駆動ワイヤ9は、第2軸駆動プーリ3を挟んで所定間隔空けて第1軸P1方向に1対配設されているアイドルプーリ10、11にループ状に架け回されているとともに、第2駆動軸プーリ3に巻き付けられている。   On the second base 61, a second intermediate pulley base 70 is supported so as to move freely in a direction parallel to the first axis P1 direction with respect to the first base 2, and the second intermediate pulley base 70 is The second axis drive wire 9 is connected and moves together with the second axis drive wire 9. The second shaft drive wire 9 is looped around the idle pulleys 10 and 11 disposed in a pair in the direction of the first shaft P1 with a predetermined interval across the second shaft drive pulley 3, It is wound around the second drive shaft pulley 3.

第2中間プーリベース70には、第2中間プーリ71が取り付けられており、第2中間プーリ71は、外径比が2:1の大中間プーリ71aと小中間プーリ71bが回転自在に軸支されている。大中間プーリ71aには、第3軸駆動ワイヤ72が架け回されており、第3軸駆動ワイヤ72は、大中間プーリ71aを挟んで第1軸P1方向に1対配設されたアイドルプーリ73、74に掛け渡されているとともに、第3軸アイドルプーリ63及び1対のアイドルプーリ69に架け渡されて、第3軸駆動プーリ68に架け回されている。   A second intermediate pulley 71 is attached to the second intermediate pulley base 70, and the second intermediate pulley 71 is rotatably supported by a large intermediate pulley 71a and a small intermediate pulley 71b having an outer diameter ratio of 2: 1. Has been. A third shaft drive wire 72 is wound around the large intermediate pulley 71a. The third shaft drive wire 72 is a pair of idle pulleys 73 disposed in the direction of the first axis P1 with the large intermediate pulley 71a interposed therebetween. , 74, and over a third shaft idle pulley 63 and a pair of idle pulleys 69, and around a third shaft drive pulley 68.

また、小中間プーリ71bには、第3ワイヤ75が架け回されており、第3ワイヤ75は、小中間プーリ71bを挟んで第1軸P1方向にそれぞれ配設された第3駆動プーリ76とアイドルプーリ77に掛け渡されている。   Further, a third wire 75 is wound around the small intermediate pulley 71b, and the third wire 75 is arranged with a third drive pulley 76 disposed in the first axis P1 direction with the small intermediate pulley 71b interposed therebetween. It is stretched around an idle pulley 77.

また、第1駆動プーリ7及び第2駆動プーリ13は、上述のように、それぞれ図示しない第1モータと第2モータにカップリング等で接続されており、第3駆動プーリ76は、図示しない第3モータにカップリング等で接続されている。また、各モータには、回転角度検出器、例えば、ロータリエンコーダ等が取り付けられている。   Further, as described above, the first drive pulley 7 and the second drive pulley 13 are connected to a first motor and a second motor (not shown) by coupling or the like, respectively, and the third drive pulley 76 is a first drive pulley (not shown). It is connected to 3 motors by coupling. Each motor is provided with a rotation angle detector such as a rotary encoder.

そして、本実施例の多軸力提示装置60は、図7に示すように、第1駆動プーリ7が角度α回転したときの第1ワイヤ6の移動量をa、第2駆動プーリ13が角度β回転したときの第2ワイヤ12の移動量をb、第2軸駆動プーリ3の回転角をβ’、中間プーリ4の回転角度をθ1、第2中間プーリ71の回転角度をθ2、第3駆動プーリ76が角度γ回転したときの第3ワイヤ75の移動量をcとしたとき、上記第1の実施例で説明した動作原理から、第2軸駆動ワイヤ9は、図7の矢印の方向に、a−2b移動し、第2中間プーリの移動量がa−2bであることから、第3軸駆動ワイヤ72は、図7の矢印の向きに、移動量a−2b−2cだけ移動する。   As shown in FIG. 7, the multi-axis force presentation device 60 of the present embodiment has a movement amount of the first wire 6 when the first drive pulley 7 rotates by an angle α, and the second drive pulley 13 has an angle. The amount of movement of the second wire 12 during β rotation is b, the rotation angle of the second shaft driving pulley 3 is β ′, the rotation angle of the intermediate pulley 4 is θ1, the rotation angle of the second intermediate pulley 71 is θ2, and the third When the movement amount of the third wire 75 when the drive pulley 76 rotates by the angle γ is c, the second shaft drive wire 9 is in the direction of the arrow in FIG. 7 from the operation principle described in the first embodiment. Since the second intermediate pulley moves a-2b and the second intermediate pulley moves a-2b, the third shaft driving wire 72 moves by the movement amount a-2b-2c in the direction of the arrow in FIG. .

いま、第3軸アイドルプーリ63が、第2軸駆動プーリ13と同じ外径を有しているので、第3軸P3の回転角度γ’は、第3ワイヤ75の移動量cに比例する。   Now, since the third shaft idle pulley 63 has the same outer diameter as the second shaft drive pulley 13, the rotation angle γ ′ of the third shaft P <b> 3 is proportional to the movement amount c of the third wire 75.

すなわち、第3軸P3の回転角度γ’は、第1軸の移動量a及び第2ワイヤ12動作量b(第2軸の回転角度β’)に影響されることなく、第3軸駆動プーリ68の回転角度γに比例させることができる。   That is, the rotation angle γ ′ of the third axis P3 is not affected by the movement amount a of the first axis and the movement amount b of the second wire 12 (rotation angle β ′ of the second axis), and the third axis driving pulley. The rotation angle γ can be proportional to 68.

したがって、第3軸P3の追加による第1軸P1の質量の増加を抑え、多軸駆動装置での、加速・減速を大きくして、高速の運動を実現することができるとともに、第1軸P1の動作ストロークを長くしても、発生力や慣性をそのまま維持して、特に大きい動作範囲の要求される動作を実現する多軸駆動装置60を提供することができ、また、多軸力提示装置60での負荷がない状態での軽い操作性を実現することができるとともに、第1軸P1〜第3軸P3の各軸方向の発生力・移動量を独立させて、発生力や慣性の場所によるムラをなくして均一化することができ、多軸力提示装置60の性能を向上させることができる。   Therefore, an increase in mass of the first axis P1 due to the addition of the third axis P3 can be suppressed, acceleration and deceleration in the multi-axis drive device can be increased, and high-speed motion can be realized, and the first axis P1 It is possible to provide the multi-axis drive device 60 that can maintain the generated force and the inertia as it is even if the operation stroke is extended and realize the operation requiring a particularly large operation range, and the multi-axis force presentation device. It is possible to realize light operability in a state where there is no load at 60, and to make the generated force / inertia place independent of the generated force / movement amount in each axial direction of the first axis P1 to the third axis P3. Therefore, it is possible to eliminate the unevenness due to the above, and to improve the performance of the multiaxial force presentation device 60.

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   The invention made by the present inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

多軸力を提示する力覚提示装置(ハプティックデバイス)、特に、ワイヤを用いて駆動力を伝達し、装置の移動部の慣性や摩擦が小さくかつ剛性の高い力覚提示装置や多軸の位置決め装置または多軸ロボット、特に、装置の移動部の慣性や摩擦が小さく、高速、高加減速で移動する多軸位置決め装置または多軸ロボットに適用することができる。   A haptic device that presents multi-axis force, especially a haptic device that transmits driving force using wires and has low rigidity and friction of the moving part of the device and high rigidity, and multi-axis positioning The present invention can be applied to an apparatus or a multi-axis robot, in particular, a multi-axis positioning apparatus or a multi-axis robot that moves with high speed and high acceleration / deceleration with little inertia and friction of a moving part of the apparatus.

本発明の多軸駆動装置及び多軸力提示装置の第1の実施の形態を適用した2自由度を有する多軸力提示装置の要部斜視図。The principal part perspective view of the multi-axis force presentation apparatus which has 2 degrees of freedom which applied 1st Embodiment of the multi-axis drive device and multi-axis force presentation apparatus of this invention. 図1の多軸力提示装置の中間プーリの動作原理説明図。Explanatory drawing of the operation principle of the intermediate | middle pulley of the multiaxial force presentation apparatus of FIG. 図2の中間プーリが同じ径である場合の動作原理説明図。FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle when the intermediate pulleys in FIG. 2 have the same diameter. 図1の多軸力提示装置の制御の流れを示す図。The figure which shows the flow of control of the multi-axis force presentation apparatus of FIG. 図1の多軸力提示装置の他の例の多軸力提示装置の要部斜視図。The principal part perspective view of the multi-axis force presentation apparatus of the other example of the multi-axis force presentation apparatus of FIG. 図1の多軸力提示装置のさらに他の例の多軸力提示装置の要部斜視図。The principal part perspective view of the multi-axis force presentation apparatus of the further another example of the multi-axis force presentation apparatus of FIG. 本発明の多軸駆動装置及び多軸力提示装置の第2の実施の形態を適用した3自由度を有する多軸力提示装置の要部斜視図。The principal part perspective view of the multi-axis force presentation apparatus which has 3 degrees of freedom which applied 2nd Embodiment of the multi-axis drive device and multi-axis force presentation apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 多軸力提示装置
2 第1ベース
3 第2軸駆動プーリ
4 中間プーリ
4a 大中間プーリ
4b 小中間プーリ
5 ノブ
6 第1ワイヤ
7 第1駆動プーリ
8 アイドルプーリ
9 第2軸駆動ワイヤ
10、11 アイドルプーリ
12 第2ワイヤ
12a 連結部
13 第2駆動プーリ
14 アイドルプーリ
20 中間プーリ
20a 大中間プーリ
20b 小中間プーリ
21 ベース
22、23、24 ワイヤ
30 中間プーリ
31 ベース
32、33、34 ワイヤ
40 多軸力提示装置
41 ガイド
42 回転ハンドル
50 多軸力提示装置
51 第2軸駆動プーリ
52、53 アイドルプーリ
54 中間プーリベース
55、56 中間プーリ
57 第2軸駆動ワイヤ
60 多軸力提示装置
61 第2ベース
62 第2軸棒
63 第3軸アイドルプーリ
64 第3ベース
65 第3軸棒
66 レバー
67 操作部
68 第3軸駆動プーリ
69 アイドルプーリ
70 第2中間プーリベース
71 第2中間プーリ
71a 大中間プーリ
71b 小中間プーリ
72 第3軸駆動ワイヤ
73、74 アイドルプーリ
75 第3ワイヤ
76 第3駆動プーリ
77 アイドルプーリ
P1 第1軸
P2 第2軸
P3 第3軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multiaxial force presentation apparatus 2 1st base 3 2nd axis drive pulley 4 Intermediate pulley 4a Large intermediate pulley 4b Small intermediate pulley 5 Knob 6 1st wire 7 1st drive pulley 8 Idle pulley 9 2nd axis drive wire 10, 11 Idle pulley 12 Second wire 12a Connecting portion 13 Second drive pulley 14 Idle pulley 20 Intermediate pulley 20a Large intermediate pulley 20b Small intermediate pulley 21 Base 22, 23, 24 Wire 30 Intermediate pulley 31 Base 32, 33, 34 Wire 40 Multi-axis Force presentation device 41 Guide 42 Rotating handle 50 Multi-axis force presentation device 51 Second shaft drive pulley 52, 53 Idle pulley 54 Intermediate pulley base 55, 56 Intermediate pulley 57 Second shaft drive wire 60 Multi-axis force presentation device 61 Second base 62 Second shaft rod 63 Third shaft idle pulley 64 Third shaft 65 Third shaft rod 66 Lever 67 Operating section 68 Third shaft drive pulley 69 Idle pulley 70 Second intermediate pulley base 71 Second intermediate pulley 71a Large intermediate pulley 71b Small intermediate pulley 72 Third shaft drive wires 73, 74 Idle pulley 75 3rd wire 76 3rd drive pulley 77 Idle pulley P1 1st axis P2 2nd axis P3 3rd axis

Claims (7)

所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備えた多軸駆動装置であって、前記第2軸の駆動手段は、前記第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えていることを特徴とする多軸駆動装置。   A multi-axis drive device comprising: a first axis that translates in a predetermined direction; and a second axis that rotates or translates in a predetermined direction relative to the first axis. The driving means includes compensation means for driving the second axis by closed-loop driving with a wire independently of the movement of the first axis and compensating for the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis. A multi-axis drive device. 多軸の各方向の力の作用内容を提示する多軸力提示装置であって、所定の方向に並進移動する第1軸と、当該第1軸に対して所定の方向に回転動作または並進移動する第2軸と、を備え、当該第2軸の駆動手段が、前記第1軸の移動とは独立し、ワイヤによる閉ループ駆動で当該第2軸を駆動し、当該第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償手段で補償することを特徴とする多軸力提示装置。   A multi-axis force presentation device that presents the action of force in each direction of a multi-axis, a first axis that translates in a predetermined direction, and a rotational operation or translation in a predetermined direction relative to the first axis The second axis driving means is independent of the movement of the first axis, drives the second axis by closed-loop driving with a wire, and the movement of the first axis A multi-axis force presentation device, wherein the influence on the driving of the second axis is compensated by compensation means. 前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸が当該中間プーリを並進移動させ、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリの小径部に架け回されて当該小径部を駆動し、当該小径部の駆動で駆動される当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤが同じ側になる状態で掛け回されていることを特徴とする請求項1記載の多軸駆動装置または請求項2記載の多軸力提示装置。   The compensation means is an intermediate pulley that has two coaxial pulleys, a large diameter portion and a small diameter portion, that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1, and is capable of translational movement in the first axis direction. Translates the intermediate pulley, the wire driven by the driving means of the second shaft is wound around the small diameter portion of the intermediate pulley, drives the small diameter portion, and is driven by driving the small diameter portion. A wire laid around the large-diameter portion of the intermediate pulley is connected to the second shaft to drive the second shaft, and the wires are wound in a state where the wires are on the same side with respect to the central axis of the intermediate pulley. The multi-axis drive device according to claim 1 or the multi-axis force presentation device according to claim 2, wherein 前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸により駆動されるワイヤが当該中間プーリの小径部に架け回されて当該小径部を駆動し、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの大径部と小径部に架け回されている各ワイヤが当該中間プーリの中心軸に対して同じ側になる状態で掛け回されていることを特徴とする請求項1記載の多軸駆動装置または請求項2記載の多軸力提示装置。   The compensation means is an intermediate pulley that has two coaxial pulleys, a large diameter portion and a small diameter portion, that rotate with an outer diameter ratio of 2: 1, and is capable of translational movement in the first axis direction. Is driven around the small-diameter portion of the intermediate pulley to drive the small-diameter portion, the wire driven by the driving means of the second shaft translates the intermediate pulley, and the intermediate pulley has a large A wire laid around a diameter portion is connected to the second shaft to drive the second shaft, and each wire laid around a large diameter portion and a small diameter portion of the intermediate pulley is a central axis of the intermediate pulley The multi-axis drive device according to claim 1 or the multi-axis force presentation device according to claim 2, wherein the multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device according to claim 2 is wound around in a state of being on the same side. 前記補償手段は、外径比が同径の同軸プーリを有し前記第1軸方向に並進移動可能な中間プーリであり、前記第1軸の移動により駆動されるワイヤにより当該中間プーリが駆動され、前記第2軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該中間プーリに連結されて当該中間プーリを並進移動させ、当該中間プーリに架け回されたワイヤが前記第2軸に連結されて当該第2軸を駆動し、当該中間プーリの中心軸に対して当該各ワイヤが反対側になる状態で掛け回されていることを特徴とする請求項1記載の多軸駆動装置または請求項2記載の多軸力提示装置。   The compensating means is an intermediate pulley having a coaxial pulley having the same outer diameter ratio and capable of translational movement in the first axis direction, and the intermediate pulley is driven by a wire driven by the movement of the first axis. The wire driven by the driving means of the second shaft is connected to the intermediate pulley to translate the intermediate pulley, and the wire laid around the intermediate pulley is connected to the second shaft and connected to the second shaft. The multi-axis drive device according to claim 1 or the multi-axis drive device according to claim 2, wherein the shaft is driven and the wires are wound in a state of being opposite to the central axis of the intermediate pulley. Axial force presentation device. 前記多軸駆動装置または前記多軸力提示装置は、前記第1軸及び前記第2軸とは異なる方向の第3軸を有し、当該第3軸の駆動手段が、前記第1軸または前記第2軸とは独立して移動し、ワイヤによる閉ループ駆動により前記第3軸を駆動し、前記第1軸の移動による前記第2軸の駆動に対する影響を補償する補償手段を備えていることを特徴とする請求項1、請求項3から請求項5のいずれかに記載の多軸駆動装置または請求項2、請求項3から請求項5のいずれかに記載の多軸力提示装置。   The multi-axis drive device or the multi-axis force presentation device has a third axis in a direction different from the first axis and the second axis, and the driving means for the third axis is the first axis or the Compensating means that moves independently of the second axis, drives the third axis by closed-loop driving with a wire, and compensates for the influence of the movement of the first axis on the driving of the second axis is provided. The multi-axis drive device according to any one of claims 1 and 3 to 5, or the multi-axis force presentation device according to any one of claims 2 and 3 to 5. 前記補償手段は、外径比が2:1の伴って回転する大径部と小径部の2つの同軸プーリを有し第1軸方向に並進移動可能な第2中間プーリであり、前記第2軸を駆動するワイヤが当該第2中間プーリを並進移動させ、前記第3軸の駆動手段により駆動されるワイヤが当該第2中間プーリの小径部を駆動し、当該第2中間プーリの大径部に架け回されたワイヤが前記第3軸を駆動し、当該第2中間プーリの中心軸に対して前記各ワイヤが同じ側になる状態で架け回されていることを特徴とする請求項6記載の多軸駆動装置または多軸力提示装置。

The compensation means is a second intermediate pulley having two coaxial pulleys of a large diameter portion and a small diameter portion rotating with an outer diameter ratio of 2: 1 and capable of translational movement in a first axial direction. A wire driving the shaft translates the second intermediate pulley, a wire driven by the driving means of the third shaft drives a small diameter portion of the second intermediate pulley, and a large diameter portion of the second intermediate pulley. 7. The wire laid around the shaft drives the third shaft, and the wires are laid on the same side with respect to the central axis of the second intermediate pulley. Multi-axis drive device or multi-axis force presentation device.

JP2003287494A 2003-08-06 2003-08-06 Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device Pending JP2005052946A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003287494A JP2005052946A (en) 2003-08-06 2003-08-06 Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003287494A JP2005052946A (en) 2003-08-06 2003-08-06 Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005052946A true JP2005052946A (en) 2005-03-03

Family

ID=34366455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003287494A Pending JP2005052946A (en) 2003-08-06 2003-08-06 Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005052946A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010128106A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for friction compensation in a device with force feedback provided with cable transmission.
JP2018001385A (en) * 2016-07-08 2018-01-11 ソニー株式会社 Parallel linkage device, industrial robot, and force indicating apparatus
US10471757B2 (en) 2014-11-10 2019-11-12 Toppan Printing Co., Ltd. Optical element for forgery proof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010128106A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Commissariat A L`Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for friction compensation in a device with force feedback provided with cable transmission.
FR2945232A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-12 Commissariat Energie Atomique FRICTION COMPENSATION METHOD IN AN EFFORT RETURN DEVICE EQUIPPED WITH A CABLE TRANSMISSION
US10471757B2 (en) 2014-11-10 2019-11-12 Toppan Printing Co., Ltd. Optical element for forgery proof
JP2018001385A (en) * 2016-07-08 2018-01-11 ソニー株式会社 Parallel linkage device, industrial robot, and force indicating apparatus
US11230018B2 (en) 2016-07-08 2022-01-25 Sony Corporation Parallel link device, industrial robot, and haptic presentation device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4659098B2 (en) Parallel link robot with posture change mechanism with 3 degrees of freedom
JP4598864B2 (en) Parallel robot
KR101462250B1 (en) Robotic manipulator using rotary drives
JP6806091B2 (en) Gripping force sense presentation device and stylus type force sense presentation device
JP5212797B2 (en) Haptic manipulator
JP2013506564A (en) Robot with parallel arms or tactile interface structure
JP5126892B2 (en) Multi-degree-of-freedom force-sensing manipulator
KR101213452B1 (en) Master-slave system using 4-dof parallel mechanism
JP2005052946A (en) Multi-axis driving device and multi-axial force presenting device
JP6110620B2 (en) Parallel link robot
JP6875495B2 (en) Surgical manipulator operating device and robot-assisted surgery system
JP4117954B2 (en) Haptic interface device with 4-axis force feedback
JPH0768437A (en) Two dimensional movement mechanism
JP2013107155A (en) Small-sized multi-freedom kinesthetic sense display manipulator
Jinno Simple noninterference mechanism between the pitch and yaw axes for a wrist mechanism to be employed in robot-assisted laparoscopic surgery
JPH1086090A (en) Joint mechanism and robot used for it
JP5394358B2 (en) Parallel link robot with posture change mechanism with 3 degrees of freedom
KR101444130B1 (en) Shoulder complex mechanism of robot
JP2010214527A (en) Arm structure of industrial robot
JP3109489B2 (en) Multi-axis drive mechanism
KR101826324B1 (en) 4 degree-of-freedom mechanism haptic device
WO2022051726A1 (en) Compact paired parallel architecture for high-fidelity haptic applications
JP2017007000A (en) Transportation arm
KR101201701B1 (en) manipulator
KR101201700B1 (en) manipulator