JP2008191065A

JP2008191065A - Motion base

Info

Publication number: JP2008191065A
Application number: JP2007027571A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Futahashi; 宏之二橋
Original assignee: KYOEI SEISAKUSHO; Kyoei Manufacturing Co Ltd
Current assignee: KYOEI SEISAKUSHO; Kyoei Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a motion base capable of performing an inexpensive and precise load test. <P>SOLUTION: The motion base 5 couples to a base 6 via a plurality of actuators 10 with a moving base 4 arranged in a circumferential direction and actuates each actuator 10 and actuates the moving base 4 at the sixth degree of three dimensional freedom, in which the actuator 10 couples a movable base 15 to the base 6 via a first universal joint 11 and rotatably provides a driving nut 13 in the movable base 15, while screw fits a screw axis 14 into a driving nut 13; a load cell 25 is provided at the top end of the screw axis 14; a pressure plate 27 is provided contacting the load cell 25 from the upper side; the pressure plate 27 and the moving base 4 are coupled via a second universal joint 30; and a motor 16 is provided on the movable base 15 for rotating the driving nut 13. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、試験体、例えばオートバイのリヤアーム、フレーム等の曲げ強度、捩じり強度等を検証するためのモーションベースに関するものである。 The present invention relates to a motion base for verifying bending strength, torsional strength, etc. of a test body, for example, a rear arm or a frame of a motorcycle.

ベースの上方にムービングベースを配置し、両者間に周方向に配置した４個〜６個のアクチュエータを回動可能に連結し、各アクチュエータを作動させて前記ムービングベースを３次元６自由度で作動させてなるモーションベースがあった。そして、前記モーションベースを用いて試験体、例えばオートバイのリヤアームの曲げ強度、捩じり強度等を検証する際には、前記ムービングベースの加重点に荷重付与治具を取り付け、該荷重付与治具に架台に係止されたリヤアームの端部（負荷作用部）を接触させ、前記各アクチュエータを作動させることにより、ムービングベースを上下、あるいは回動させて前記リヤアームの曲げ強度、あるいは捩じり強度等を検証するようにしている。 A moving base is arranged above the base, and four to six actuators arranged in the circumferential direction are rotatably connected between the two, and each moving actuator is operated to operate the moving base with three degrees of freedom. There was a motion base. When verifying the bending strength, torsional strength, etc. of a test body, for example, a rear arm of a motorcycle, using the motion base, a load applying jig is attached to the weighting point of the moving base, and the load applying jig The end (load acting part) of the rear arm that is locked to the gantry is brought into contact with each other and the actuators are operated to move the moving base up and down or rotate, thereby bending or twisting strength of the rear arm. Etc. are verified.

前記各アクチュエータには、該アクチュエータの伸縮量を検出するポテンショメータと荷重を検出するロードセルとが取り付けられ、各アクチュエータの制御方法としては、負荷荷重に関わらずポテンショメータを利用して荷重点の変位のみを制御して試験体に負荷をかける位置制御と、位置に関わらずロードセルを利用して試験体に負荷される荷重のみを制御する荷重制御とがある。 Each actuator is provided with a potentiometer for detecting the amount of expansion and contraction of the actuator and a load cell for detecting the load. As a control method for each actuator, only the displacement of the load point is utilized using the potentiometer regardless of the load. There are position control for controlling and applying a load to the specimen, and load control for controlling only the load applied to the specimen using a load cell regardless of the position.

前記アクチュエータは、油圧によって伸縮作動するサーボシリンダが一般的となっているが、油圧による伸縮作動は応答性が低いため、特に荷重制御で作動が不安定になる。これを改善するためには高価な油圧装置、及び制御装置を要することになる。
特開平１０−１１０７９９号公報 The actuator is generally a servo cylinder that expands and contracts by hydraulic pressure. However, since the expansion and contraction operation by hydraulic pressure has low responsiveness, the operation becomes unstable particularly by load control. In order to improve this, an expensive hydraulic device and a control device are required.
JP-A-10-110799

本発明は、安価にして高精度の荷重負荷試験が行えるモーションベースを得ることを目的とする。 It is an object of the present invention to obtain a motion base that can be subjected to a highly accurate load test at low cost.

本発明は、前記目的を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、ムービングベースを、周方向に配置した複数のアクチュエータを介してベースに連結し、各アクチュエータを作動させて前記ムービングベースを３次元６自由度で作動させてなるモーションベースにおいて、前記アクチュエータは、ベースに第１ユニバーサルジョイントを介して可動ベースを連結し、該可動ベースに駆動ナットを回転自在に設けるとともに、該駆動ナットにねじ軸を上下に配置してねじ嵌合させ、前記ねじ軸の上端部にロードセルを設け、該ロードセルに上方から当接する加圧板を設け、該加圧板と前記ムービングベースとを第２ユニバーサルジョイントを介して連結し、前記可動ベースに前記駆動ナットを回転させるモータを設けてなる構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記ねじ軸の下端部に第１回転止め部材を固定し、該第１回転止め部材と可動ベースとを前記ねじ軸と平行する第１ガイドロッドを介して接離方向にのみ移動可能に連結したものである。
ョンベース。
請求項３に係る発明は、前記ねじ軸の上端部に第２回転止め部材を固定し、該第２回転止め部材と加圧板とを、ねじ軸と平行する第２ガイドロッドを介して接離方向にのみ移動可能に連結したものである。 The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, in the invention according to claim 1, the moving base is connected to the base via a plurality of actuators arranged in the circumferential direction, and each of the actuators is operated to operate the moving base with three degrees of freedom. In the motion base, the actuator has a movable base coupled to the base via a first universal joint, and a drive nut is rotatably provided on the movable base, and a screw shaft is vertically arranged on the drive nut so as to be screw-fitted. A load cell is provided at the upper end of the screw shaft, a pressure plate is provided in contact with the load cell from above, the pressure plate and the moving base are connected via a second universal joint, and the movable base is connected to the movable base. The motor is configured to rotate the drive nut.
According to a second aspect of the present invention, a first rotation stop member is fixed to a lower end portion of the screw shaft, and the first rotation stop member and the movable base are contacted and separated via a first guide rod parallel to the screw shaft. It is connected so as to be movable only in the direction.
Base.
According to a third aspect of the present invention, a second anti-rotation member is fixed to the upper end of the screw shaft, and the second anti-rotation member and the pressure plate are contacted and separated via a second guide rod parallel to the screw shaft. It is connected so as to be movable only in the direction.

本願の請求項１に係る発明は、アクチュエータの機構部が剛性の高い駆動ナット、ねじ軸、及び第１、第２ユニバーサルジョイントにより構成され、前記駆動ナットをモータで回転させるようにしたので、応答性が高くかつ高出力を発揮することになる。しかも、駆動ナットをモータで回転させ、ねじ軸を非回転の状態で上下動させるようにしたので、ねじ軸の上端部に設けたロードセルは、回転負荷を受けることなく、専らムービングベース上に載置した試験体の荷重を受けることになり、試験体に付与した荷重負荷を高精度で検知することになる。また、第１ユニバーサルジョイントに連結された可動ベースに、駆動ナット、ねじ軸、及びモータを一括して設けるようにしたので、アクチュエータの構造が簡素になって小型になる。
請求項２に係る発明は、ねじ軸が第１回転止め部材及び第１ガイドロッドによって可動ベースに回転不能に連結されるので、該ねじ軸は、駆動ナットの回転による反力、及び第２ユニバーサルジョイントの回転による反力を受けても回転しなくなり、モータの回転が正確に駆動ナットに伝達され、アクチュエータの作動が安定することになる。
請求項３に係る発明は、ロードセルを加圧する加圧板が、第２ガイドロッド、及び第２回転止め部材によってねじ軸に回転不能に連結されているので、第２ユニバーサルジョイントが回転した際に前記ロードセルに捩じりが発生しなくなり、ロードセルの耐久性が高くなる。 In the invention according to claim 1 of the present application, the mechanism portion of the actuator is composed of a highly rigid drive nut, screw shaft, and first and second universal joints, and the drive nut is rotated by a motor. High performance and high output. In addition, since the drive nut is rotated by the motor and the screw shaft is moved up and down in a non-rotating state, the load cell provided at the upper end of the screw shaft is mounted on the moving base exclusively without receiving a rotational load. The load of the placed test body is received, and the load applied to the test body is detected with high accuracy. In addition, since the drive nut, the screw shaft, and the motor are collectively provided on the movable base connected to the first universal joint, the structure of the actuator is simplified and the size is reduced.
In the invention according to claim 2, since the screw shaft is non-rotatably connected to the movable base by the first rotation stop member and the first guide rod, the screw shaft has a reaction force due to the rotation of the drive nut and the second universal shaft. Even if it receives a reaction force due to the rotation of the joint, it does not rotate, the rotation of the motor is accurately transmitted to the drive nut, and the operation of the actuator is stabilized.
In the invention according to claim 3, since the pressurizing plate that pressurizes the load cell is non-rotatably connected to the screw shaft by the second guide rod and the second rotation stop member, the second universal joint rotates when the second universal joint rotates. The load cell is not twisted and the durability of the load cell is increased.

以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図１は本発明の実施例を示すモーションベースの斜視図、図２は本発明に適用されるアクチュエータの拡大側面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a motion base showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged side view of an actuator applied to the present invention.

図１において、１は定盤であり、該定盤１に試験体Ｗを保持する保持台２、及び試験体Ｗの負荷試験を行なうモーションベース５が取り付けられている。モーションベース５は、定盤１に固定されるベース６に６個のアクチュエータ１０を介してムービングベース４を３次元６自由度で支持する。各アクチュエータ１０は、ベース６の周方向３カ所に２個づつ接近させて配置し、各アクチュエータ１０の下部を第１ユニバーサルジョイント１１を介して、ベース６に固定した脚台７に連結し、各アクチュエータ１０の上部を第２ユニバーサルジョイント３０を介してムービングベース４に連結する。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a surface plate, to which a holding base 2 for holding the test body W and a motion base 5 for performing a load test of the test body W are attached. The motion base 5 supports the moving base 4 on the base 6 fixed to the surface plate 1 via six actuators 10 with three-dimensional six degrees of freedom. The actuators 10 are arranged close to each other at three places in the circumferential direction of the base 6, and the lower portions of the actuators 10 are connected to the leg base 7 fixed to the base 6 via the first universal joint 11. The upper part of the actuator 10 is connected to the moving base 4 via the second universal joint 30.

前記各アクチュエータ１０は共に略同じ構造となっており、そのうちの１個を代表して図２により説明する。図２において、１１は第１ユニバーサルジョイントであり、その一端１１ａを前記脚台７に連結し、その他端１１ｂをケース１２にピンＰ１を介して回動可能に連結する。前記ケース１２内に駆動ナット１３を回転自在に取り付け、該駆動ナットにねじ軸１４をねじ嵌合させる。該ねじ軸１４は上下に向け、その上下端部を前記ケース１２から露出させる。 The actuators 10 have substantially the same structure, and one of them will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 11 is a first universal joint, one end 11a of which is connected to the leg base 7, and the other end 11b is connected to the case 12 via a pin P1 so as to be rotatable. A drive nut 13 is rotatably mounted in the case 12, and a screw shaft 14 is screwed to the drive nut. The screw shaft 14 faces up and down, and its upper and lower ends are exposed from the case 12.

前記ケース１２の下部に可動ベース１５を固定し、該可動ベース１５にモータ（サーボモータ）１６及び該モータ１６の回転を減速する減速機１７を取り付ける。前記駆動ナット１３の下部に歯付きの被動プーリー１８を、また、前記減速機１７の出力軸に歯付きの駆動プーリー１９を取り付け、各プーリー１８，１９にタイミングベルト２０を懸回する。これにより、前記モータ１６が起動されると、減速機１７、駆動プーリー１９、タイミングベルト２０、被動プーリー１８を介して駆動ナット１３を回転させ、ねじ軸１４を上下に移動させる。 A movable base 15 is fixed to the lower part of the case 12, and a motor (servo motor) 16 and a speed reducer 17 that decelerates the rotation of the motor 16 are attached to the movable base 15. A toothed driven pulley 18 is attached to the lower portion of the drive nut 13, and a toothed drive pulley 19 is attached to the output shaft of the speed reducer 17, and a timing belt 20 is suspended around the pulleys 18 and 19. Thus, when the motor 16 is started, the drive nut 13 is rotated via the speed reducer 17, the drive pulley 19, the timing belt 20, and the driven pulley 18, and the screw shaft 14 is moved up and down.

前記ねじ軸１４の下端部にアーム形の第１回転止め部材２１を図２において左方に向けて突出固定し、該第１回転止め部材２１の左端部に第１ガイドロッド２２を上方に向けて固定し、該ガイドロッド２２の上部を前記可動ベース１５に上下摺動可能に嵌合させる。これにより、ねじ軸１４の上下動を許容するとともに、該ねじ軸１４が駆動ナット１３の反力で回転されるのを防止する。２３は第１回転止め部材２１の左端部に取り付けた第１近接センサであり、第１回転止め部材２１が上昇して可動ベース１５に接近すると、これを検知してモータ１６を停止させるようになっている。 An arm-shaped first rotation stop member 21 is fixed to the lower end portion of the screw shaft 14 so as to protrude leftward in FIG. 2, and the first guide rod 22 is directed upward at the left end portion of the first rotation stop member 21. The upper portion of the guide rod 22 is fitted to the movable base 15 so as to be slidable up and down. This allows the screw shaft 14 to move up and down and prevents the screw shaft 14 from being rotated by the reaction force of the drive nut 13. Reference numeral 23 denotes a first proximity sensor attached to the left end portion of the first rotation stop member 21. When the first rotation stop member 21 moves up and approaches the movable base 15, this is detected and the motor 16 is stopped. It has become.

前記ねじ軸１４の上端にロードセル２５を同軸に取り付け、該ロードセル２５の直下に位置するねじ軸１４の先端部に第２回転止め部材２６を固定する。前記ロードセル２５の上面に当接する加圧板２７を設け、該加圧板２７の外周部に４個の第２ガイドロッド２８を下方に向けて突出固定し、該第２ガイドロッド２８を前記第２回転止め部材２６の外周部に上下摺動可能に嵌合させる。前記加圧板２７を、第２ユニバーサルジョイント３０を介して前述したムービングベース４に連結する。これにより、前記加圧板２６の下方への移動、つまり加圧板２６によるロードセル２５の加圧を許容するとともに、該加圧板２６が第２ユニバーサルジョイント３０の回転時の反力で回転されるのを防止する。３１は第２ガイドロッド２８の下端に取り付けた第２近接センサである。 A load cell 25 is coaxially attached to the upper end of the screw shaft 14, and a second anti-rotation member 26 is fixed to the tip of the screw shaft 14 located immediately below the load cell 25. A pressure plate 27 abutting on the upper surface of the load cell 25 is provided, and four second guide rods 28 are protruded and fixed to the outer peripheral portion of the pressure plate 27 downward, and the second guide rods 28 are rotated in the second rotation. The stopper member 26 is fitted to the outer periphery of the stopper member 26 so as to be slidable up and down. The pressure plate 27 is connected to the moving base 4 through the second universal joint 30. As a result, the pressure plate 26 is allowed to move downward, that is, pressurize the load cell 25 by the pressure plate 26, and the pressure plate 26 can be rotated by a reaction force when the second universal joint 30 rotates. To prevent. Reference numeral 31 denotes a second proximity sensor attached to the lower end of the second guide rod 28.

前述したモータ１６は制御装置によって回転制御されるサーボモータからなり、該制御装置は、モータ１６を回転制御して各アクチュエータ１０の伸縮（ねじ軸１４の上下動）を制御し、ムービングベース４を設定された上部位置に移動させて試験体Ｗに負荷をかける位置制御部、及び前記ロードセル２５の信号を入力して各アクチュエータ１０を制御し、ムービングベース４を介して試験体Ｗに設定された荷重を付与する荷重制御部を有する。前記試験体Ｗは、図１に示すように、左端（後端）を保持台２に固定し、右端（負荷作用部）をムービングベース４の中心部に設けた荷重付与治具４ａに載置又は係止するようになっている。 The motor 16 is a servo motor whose rotation is controlled by a control device. The control device controls the rotation of the motor 16 to control the expansion and contraction of the actuators 10 (the vertical movement of the screw shaft 14). A position control unit that applies a load to the specimen W by moving to the set upper position, and a signal from the load cell 25 is input to control each actuator 10, and the specimen W is set via the moving base 4. A load control unit for applying a load is included. As shown in FIG. 1, the test body W is mounted on a load applying jig 4 a having a left end (rear end) fixed to the holding base 2 and a right end (load acting portion) provided at the center of the moving base 4. Or it comes to lock.

前記実施例によれば、アクチュエータ１０の各モータ１６を回転させると、減速機１７、駆動プーリー１９、タイミングベルト２０、被動プーリー１８を介して駆動ナット１３が回転し、各ねじ軸１４が上下に移動する。これにより、ムービングベース４が設定された動作を行ない、荷重付与治具４ａを介して試験体Ｗの曲げ強度、捩じり強度等を検証することができる。 According to the embodiment, when each motor 16 of the actuator 10 is rotated, the drive nut 13 is rotated via the speed reducer 17, the drive pulley 19, the timing belt 20, and the driven pulley 18, and each screw shaft 14 is moved up and down. Moving. As a result, the moving base 4 is set, and the bending strength, torsional strength, etc. of the test body W can be verified through the load applying jig 4a.

この場合、アクチュエータ１０を構成する駆動ナット１３、ねじ軸１４、第１、第２ユニバーサルジョイント１１，３０は、剛性が高く、また、モータ１６は電気信号によって回転制御されるため、応答性が高くかつ高出力を発揮することになる。また、駆動ナット１３を回転させ、ねじ軸１４を非回転の状態で上下動させるようにしたので、ねじ軸１４の上端部に設けたロードセル２５は、専ら圧縮方向の荷重を受けることになり、試験体Ｗに付与した荷重負荷を高精度で検知することになる。さらに、第１ユニバーサルジョイント１１に連結された可動ベース１５に、駆動ナット１３、ねじ軸１４、モータ１６、及び減速機１７等を一括して設けるようにしたので、アクチュエータ１０の構造が簡素になって小型になる。 In this case, the drive nut 13, the screw shaft 14, the first and second universal joints 11 and 30 constituting the actuator 10 have high rigidity, and the motor 16 is rotationally controlled by an electric signal, so that the responsiveness is high. And high output will be demonstrated. Further, since the drive nut 13 is rotated and the screw shaft 14 is moved up and down in a non-rotating state, the load cell 25 provided at the upper end of the screw shaft 14 is exclusively subjected to a load in the compression direction. The load applied to the test body W is detected with high accuracy. Furthermore, since the drive nut 13, the screw shaft 14, the motor 16, the speed reducer 17 and the like are collectively provided on the movable base 15 connected to the first universal joint 11, the structure of the actuator 10 is simplified. And become smaller.

また、ねじ軸１４が第１回転止め部材２１及び第１ガイドロッド２２によって可動ベース１５に回転不能に連結されているので、該ねじ軸１４は、駆動ナット１３の回転による反力、及び第２ユニバーサルジョイント３０の回転による反力を受けても回転しなくなり、モータ１６の回転が正確に駆動ナット１３に伝達され、アクチュエータ１０の作動が安定することになる。また、ロードセル２５を加圧する加圧板２７が、第２ガイドロッド２８、及び第２回転止め部材２６によってねじ軸１４に回転不能に連結されているので、前記ロードセル２５は、第２ユニバーサルジョイント３０の回転によって捩じられなくなり、耐久性が高くなる。 Further, since the screw shaft 14 is non-rotatably connected to the movable base 15 by the first rotation stop member 21 and the first guide rod 22, the screw shaft 14 has a reaction force due to the rotation of the drive nut 13 and a second force. Even if the reaction force due to the rotation of the universal joint 30 is received, the rotation is stopped, the rotation of the motor 16 is accurately transmitted to the drive nut 13, and the operation of the actuator 10 is stabilized. Further, since the pressure plate 27 that pressurizes the load cell 25 is non-rotatably connected to the screw shaft 14 by the second guide rod 28 and the second rotation stop member 26, the load cell 25 is connected to the second universal joint 30. It is not twisted by rotation, and durability is increased.

本発明の実施例を示すモーションベースの斜視図である。It is a perspective view of the motion base which shows the Example of this invention. 本発明に適用されるアクチュエータの拡大側面図である。It is an enlarged side view of an actuator applied to the present invention.

Explanation of symbols

１定盤
２保持台
４ムービングベース
４ａ荷重付与治具
６ベース
７脚台
１０アクチュエータ
１１第１ユニバーサルジョイント
１２ケース
１３駆動ナット
１４ねじ軸
１５可動ベース
１６モータ
１７減速機
１８被動プーリー
１９駆動プーリー
２０タイミングベルト
２１第１回転止め部材
２２第１ガイドロッド
２３第１近接センサ
２５ロードセル
２６第２回転止め部材
２７加圧板
２８第２ガイドロッド
３０第２ユニバーサルジョイント
３１第２近接センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface plate 2 Holding stand 4 Moving base 4a Load application jig 6 Base 7 Leg stand 10 Actuator 11 First universal joint 12 Case 13 Drive nut 14 Screw shaft 15 Movable base 16 Motor 17 Reducer 18 Driven pulley 19 Drive pulley 20 Timing Belt 21 First rotation stop member 22 First guide rod 23 First proximity sensor 25 Load cell 26 Second rotation stop member 27 Pressure plate 28 Second guide rod 30 Second universal joint 31 Second proximity sensor

Claims

In the motion base in which the moving base is connected to the base via a plurality of actuators arranged in the circumferential direction, and each of the actuators is operated to operate the moving base with three degrees of freedom, the actuator is attached to the base. 1. A movable base is connected via a universal joint, a drive nut is rotatably provided on the movable base, and a screw shaft is vertically arranged on the drive nut to be screw-fitted, and a load cell is mounted on the upper end of the screw shaft. A pressure plate that contacts the load cell from above, a pressure plate and the moving base are connected via a second universal joint, and a motor that rotates the drive nut is provided on the movable base. Motion base characterized by

The first rotation stop member is fixed to the lower end portion of the screw shaft, and the first rotation stop member and the movable base are connected to be movable only in the contact / separation direction via the first guide rod parallel to the screw shaft. The motion base according to claim 1.

The second anti-rotation member is fixed to the upper end of the screw shaft, and the second anti-rotation member and the pressure plate are connected so as to be movable only in the contact / separation direction via the second guide rod parallel to the screw shaft. The motion base according to claim 1 or 2.