JP2008232197A - Guide rail stopper mechanism of three-degree-of-freedom rotation system and application - Google Patents

Guide rail stopper mechanism of three-degree-of-freedom rotation system and application Download PDF

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JP2008232197A JP2007069604A JP2007069604A JP2008232197A JP 2008232197 A JP2008232197 A JP 2008232197A JP 2007069604 A JP2007069604 A JP 2007069604A JP 2007069604 A JP2007069604 A JP 2007069604A JP 2008232197 A JP2008232197 A JP 2008232197A
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Kenichi Yano
賢一 矢野
Tomoyuki Nakao
智幸 中尾
Yoshiaki Ajioka
義明 味岡
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Gifu University NUC
Ecchandes Inc
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Gifu University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid a singular point at which rotation of a rotor becomes uncontrollable without using a complicated mechanism such as an actuator, in a three-degree-of-freedom rotation system. <P>SOLUTION: In the three-degree-of-freedom rotation system 100 provided with a first guide rail 11 and second and third guide rails 12, 13 which are vertical to the first guide rail 11, a female type stopper 72 having a recessed part 72c is provided for either one of the second guide rail 12 or the third guide rail 13 and a male type stopper 71 is provided for the other guide rail. As the male type stopper 71 slides in the recessed part 72c and contacts either one of ends of the recessed part 72c, sliding movement of the male type stopper 71 is limited and thus difference of rotation angles of the second guide rail 12 and the third guide rail 13 is limited. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、少なくとも3個のガイドレールを用いた3自由度回転システムのガイドレールの可動範囲を規制するためのガイドレールストッパ機構とその応用に関するものである。   The present invention relates to a guide rail stopper mechanism for restricting a movable range of a guide rail of a three-degree-of-freedom rotation system using at least three guide rails, and an application thereof.

特許文献1に示す3自由度回転システムは、球面軸受構造を有し、直交する2軸に少なくとも3つのガイドレールを取り付け、ガイドレールに設けられたスリット等に沿って指示棒とスライダを滑らすことにより、ロータを3自由度で回転させることができる。このシステムには、特許文献1に示すように多くの用途が考えられるが、例えばロボットの関節に利用した場合、3自由度で回転させるために3つの関節を必要としていた従来のシステムと比べ、力を支える点と力を加える点の距離を短縮できるので、慣性モーメントを小さくすることができるという利点がある。また、回転の中心が1箇所なので、3つの関節を使用する場合と比べて自由で滑らかな動きを実現することができ、ロボットアームに外力が加わった場合、最も外力を受け流しやすい方向に外力を自由に受け流すことができ、人体と接触しても安全な小型軽量の3自由度ロボット関節を実現できるなどの利点もある。
国際公開公報 WO/2004/011824号公報 意匠登録第1214569号公報
The three-degree-of-freedom rotation system shown in Patent Document 1 has a spherical bearing structure, attaches at least three guide rails to two orthogonal axes, and slides the indicator bar and the slider along a slit or the like provided in the guide rail. Thus, the rotor can be rotated with three degrees of freedom. As shown in Patent Document 1, this system has many uses. For example, when used for a robot joint, compared to a conventional system that requires three joints to rotate with three degrees of freedom, Since the distance between the point supporting the force and the point applying the force can be shortened, there is an advantage that the moment of inertia can be reduced. In addition, since the center of rotation is one, free and smooth movement can be achieved compared to the case of using three joints. When an external force is applied to the robot arm, the external force is applied in the direction in which the external force is most easily received. There is also an advantage that a small and lightweight three-degree-of-freedom robot joint that can be freely transferred and is safe even if it comes into contact with the human body is realized.
International Publication No. WO / 2004/011824 Design Registration No. 1214569

従来の3自由度回転システムは、このように優れた特性を有するものではあるが、従来の3自由度回転システムには、スライダの位置によってはロータを回転させることができなくなる特異点が存在している。具体的には、スライダと指示棒を結ぶ直線が、スライダと相互作用するためのガイドレールに対して直角となり、ロータの回転が制御不能となる点のことである。このため、同じ軸部材に取り付けられた2つのガイドレールの回転角度を常時監視し、スライダが特異点に到達しないように、アクチュエータでガイドレールの回転を制御する必要があった。   Although the conventional three-degree-of-freedom rotation system has such excellent characteristics, the conventional three-degree-of-freedom rotation system has a singular point where the rotor cannot be rotated depending on the position of the slider. ing. Specifically, the straight line connecting the slider and the indicator rod is perpendicular to the guide rail for interacting with the slider, and the rotation of the rotor becomes uncontrollable. For this reason, it has been necessary to constantly monitor the rotation angle of two guide rails attached to the same shaft member and control the rotation of the guide rail with an actuator so that the slider does not reach a singular point.

即ち、同じ軸部材に取り付けられた第二、第三の2つのガイドレールの回転角度を常時監視し、スライダが特異点に到達しないようにアクチュエータ等でガイドレールの回転を制御する必要があった。このため、構造が複雑になるという問題があった。人工眼球などの大きな力のかからない用途に使用する場合は特に問題ないが、ロボットなどの大きな力のかかる用途に使用する場合には強力なアクチュエータが必要となり、装置が複雑化、大型化する問題点があった。   That is, it is necessary to constantly monitor the rotation angles of the second and third guide rails attached to the same shaft member, and to control the rotation of the guide rail with an actuator or the like so that the slider does not reach a singular point. . For this reason, there has been a problem that the structure becomes complicated. There is no particular problem when used for applications that do not require a large force such as artificial eyeballs, but when used for applications that require a large force such as robots, a powerful actuator is required, complicating and increasing the size of the device. was there.

したがって、本発明は、3自由度回転システムにおいて、ロータの回転が制御不能となる特異点を、アクチュエータ等の複雑な機構を使用せずに回避すること、3自由度回転システムの構造を簡素化すること、を目的とする。   Therefore, the present invention avoids a singular point where the rotation of the rotor becomes uncontrollable in a three-degree-of-freedom rotation system without using a complicated mechanism such as an actuator, and simplifies the structure of the three-degree-of-freedom rotation system. The purpose is to do.

上記課題を達成するため、本発明は、請求項1〜5に記載された通りの発明である。   In order to achieve the above object, the present invention is an invention as described in claims 1 to 5.

本発明は、1個のガイドレールと残りの2個のガイドレールが直交するように、これらのガイドレールを土台に取り付け、ロータに取り付けられた指示棒及び指示棒に取り付けられた少なくとも1個のスライダが、これらのガイドレールに沿ってスライドしながらこれらのガイドレールを回転させることによってロータの向きを検出すると共に、これらのガイドレールをアクチュエータによって回転させることにより、ロータを回転させる3自由度回転システムにおいて、ガイドレールの可動範囲を規制するためのガイドレールストッパ機構を備えたものである。また本発明は、このガイドレールストッパ機構を備えた3自由度回転システム、及び、当該ガイドレールストッパ機構を備えた3自由度回転システムによって実現される3自由度で回転するロボット関節である。   The present invention attaches these guide rails to the base so that one guide rail and the remaining two guide rails are orthogonal to each other, and an indicator rod attached to the rotor and at least one indicator rod attached to the indicator rod The slider detects the orientation of the rotor by rotating these guide rails while sliding along these guide rails, and rotates the rotor by rotating these guide rails by an actuator. The system includes a guide rail stopper mechanism for restricting the movable range of the guide rail. Further, the present invention is a three-degree-of-freedom rotation system provided with the guide rail stopper mechanism and a robot joint that rotates with three degrees of freedom realized by the three-degree-of-freedom rotation system provided with the guide rail stopper mechanism.

請求項1〜5において、メス型ストッパによってオス型ストッパの回転を制限することができれば、メス型ストッパ、オス型ストッパの形状に制限はない。また、メス型ストッパ、オス型ストッパは、ビス等によってガイドレールに取り付けてもよいが、ガイドレールと一体に形成されることが好ましい。ロータと指示棒、指示棒とアームは、回転しないように固定されるが、アームとスライダとは、固定されていても、回転可能に取り付けられていてもよい。指示棒からスライダまで一体に形成されていてもよい。   In Claims 1 to 5, if the rotation of the male stopper can be limited by the female stopper, the shape of the female stopper and the male stopper is not limited. The female stopper and the male stopper may be attached to the guide rail with screws or the like, but are preferably formed integrally with the guide rail. The rotor and the indicator rod, and the indicator rod and the arm are fixed so as not to rotate. However, the arm and the slider may be fixed or rotatably attached. It may be integrally formed from the indicator bar to the slider.

請求項4でいう「入れ子状」には、前記第二のガイドレールと前記第三のガイドレールが似た構造(相似形など)であって、一方のガイドレールが他方のガイドレールよりも大きく形成され、且つ、これらを支える軸部材に一方のガイドレールの軸受が軸部材外側に、他方のガイドレールの軸受が軸部材内側に配置されている構造が挙げられる。   The “nested shape” as defined in claim 4 has a similar structure (similar shape etc.) to the second guide rail and the third guide rail, and one guide rail is larger than the other guide rail. A structure in which the bearing of one guide rail is disposed outside the shaft member and the bearing of the other guide rail is disposed inside the shaft member is formed on the shaft member that is formed and supports them.

請求項1に記載の発明によれば、ガイドレールストッパ機構によって第二のガイドレールと第三のガイドレールの回転角の差分が制限されることにより、アームとこれらガイドレールの角度が90度になる特異点に達するのを避けることができる。従って、第二のガイドレールと第三のガイドレールの回転角度を常時監視してアクチュエータによって回転角度を制限するといった機構が必要なくなるので、構造が単純になり、小型、軽量で安価なシステムを実現することができる。   According to the first aspect of the present invention, the difference between the rotation angles of the second guide rail and the third guide rail is limited by the guide rail stopper mechanism, so that the angle between the arm and these guide rails is 90 degrees. Can be reached. This eliminates the need for a mechanism that constantly monitors the rotation angle of the second guide rail and the third guide rail and restricts the rotation angle using an actuator, thus simplifying the structure and realizing a compact, lightweight, and inexpensive system. can do.

また、従来のようにアクチュエータで制限していた場合と比べて、次のような利点がある。一つ目で最大の利点は、ガイドレールにかけられた力を止めるのにアクチュエータ等によって軸部材で止めるよりは、ガイドレールに設けられたストッパで止める方が、軸の中心から回転をとめる点(メス型ストッパとオス型ストッパが接する点)までの半径を利用して、てこの原理で、小さな力で止めることができる点である。また、ガイドレールに大きな外力が加えられても、アクチュエータのトルクに関係なく、ストッパによって物理的に特異点を回避することができるので、確実に特異点を回避できる。軸部材で止める場合と比べ、ガイドレールに設けたストッパによって止める方が、力をかけられる点の近くで止めることができるので、ガイドレールが歪み難いという利点もある。   In addition, there are the following advantages compared to the case where the actuator is limited as in the prior art. The first advantage is that stopping with the stopper provided on the guide rail stops rotation from the center of the shaft rather than stopping with the shaft member by an actuator or the like to stop the force applied to the guide rail ( Using the radius up to the point where the female stopper and the male stopper are in contact), the lever can be stopped with a small force. Even if a large external force is applied to the guide rail, the singular point can be physically avoided by the stopper regardless of the torque of the actuator, so that the singular point can be reliably avoided. Compared with the case where the shaft is stopped by the shaft member, the stopper provided on the guide rail can be stopped near the point where the force can be applied. Therefore, there is an advantage that the guide rail is hardly distorted.

二つ目は、ストッパをガイドレールに設ける構造にすると、構造が単純になるので、加工し易い点である。三つ目は、軸部分(半径がゼロに近い)で止めるより、半径の大きいガイドレールのところで止める方が、回転角度の誤差が生じ難く、精度の高い位置決めの可能なシステムを、容易に加工できる点である。   Secondly, if the stopper is provided on the guide rail, the structure becomes simple and easy to process. Third, it is easier to machine a highly accurate positioning system because it is less likely to cause a rotation angle error when it is stopped at a guide rail with a larger radius than when it is stopped at the shaft part (having a radius close to zero). This is a possible point.

また、ロボット関節等で実際に使用する場合には、第二のガイドレールとアームとの角度が第二のガイドレールを中心として両側にそれぞれ60度程度まで回転すればよい場合が多いので、特異点を回避するだけでなく、回転角度の範囲を、用途に合わせて所望の範囲に制限することもできる。   In addition, when actually used in a robot joint or the like, the angle between the second guide rail and the arm is often only about 60 degrees on both sides around the second guide rail. Not only can the points be avoided, but the range of the rotation angle can also be limited to a desired range according to the application.

請求項2に記載の発明によれば、メス型ストッパ及び/または前記オス型ストッパが前記第二及び/または第三のガイドレールと一体に形成されているので、ガイドレールに大きな力が加わってもストッパが破損し難い。   According to the invention described in claim 2, since the female stopper and / or the male stopper is formed integrally with the second and / or third guide rail, a large force is applied to the guide rail. The stopper is hard to break.

請求項3に記載の発明によれば、請求項1または2と同様の効果を備えた3自由度回転システムを実現できる。   According to the third aspect of the present invention, a three-degree-of-freedom rotation system having the same effect as that of the first or second aspect can be realized.

請求項4に記載の発明によれば、前記第二のガイドレールと前記第三のガイドレールが入れ子状に取り付けられているので、ストッパを備えた第二ガイドレールと第三ガイドレールが重なる面積が大きくなる。したがって、これらのガイドレールを特殊な形状にしたり、別部品を付加したりしなくても、回転を止める半径、つまり、回転軸の中心から、メス型ストッパとオス型ストッパが接する点までの距離を大きくとることができ、凹部幅の選択範囲も広がる。   According to the invention of claim 4, since the second guide rail and the third guide rail are attached in a nested manner, the area where the second guide rail provided with the stopper and the third guide rail overlap. Becomes larger. Therefore, even if these guide rails have no special shape or additional parts, the radius to stop rotation, that is, the distance from the center of the rotating shaft to the point where the female stopper and male stopper contact each other Can be made large, and the selection range of the recess width is also widened.

請求項5に記載の発明によれば、請求項3または4に記載の3自由度回転システムをロボット関節に使用してロボットアームの先端に取り付けることにより、特異点の問題を克服しつつ、しかも慣性モーメントが小さい多自由度ロボットアームを作成することができる。慣性モーメントが小さいということは、もちろん、ロボット関節に同じ力を生じさせるのにより小型のアクチュエータでよいといった利点がある。   According to the fifth aspect of the present invention, the three-degree-of-freedom rotation system according to the third or fourth aspect is used for the robot joint and is attached to the tip of the robot arm, thereby overcoming the problem of singularity. A multi-degree-of-freedom robot arm with a small moment of inertia can be created. The fact that the moment of inertia is small has, of course, the advantage that a smaller actuator may be used to generate the same force on the robot joint.

また、ロボットアームに外力が加わった場合には、スライダがストッパによって制限されるまでは、一つの関節で3自由度に回転できるという3自由度回転システムの特性を活かして、最も外力を受け流しやすい方向に滑らかにロボットアームの先端を動かすことができる。さらにストッパが有効になった場合でも、残りの回転軸を中心に外力を受け流し続けることができる。このように外力を受け流すことができるので、請求項5に記載の発明を使用することにより、人体と接触しても安全な小型軽量の3自由度ロボット関節を実現することもできる。   In addition, when an external force is applied to the robot arm, the external force is most easily received by taking advantage of the characteristics of the three-degree-of-freedom rotation system that allows the slider to rotate to three degrees of freedom until the slider is limited by the stopper. The tip of the robot arm can be moved smoothly in the direction. Furthermore, even when the stopper becomes effective, it can continue to receive external force around the remaining rotating shaft. Since the external force can be passed in this way, by using the invention according to claim 5, it is possible to realize a small and light three-degree-of-freedom robot joint that is safe even if it comes into contact with the human body.

以下、本発明のガイドレールストッパ機構7を備えた3自由度回転システム100の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。図1、図2に示すように、3自由度回転システム100の基本構造は、球状のロータ1、及び部分的球形に刳り貫かれた土台2を組み合わせた球面軸受構造である。土台2の外形は任意で良いが、土台2の中心部分はロータ1の接触面に合わせて部分的球形に形成され、さらにロータ1と土台2の間の摩擦が極力小さくなるように、それぞれの接触面が加工されるものとする。   Hereinafter, a preferred embodiment of a three-degree-of-freedom rotation system 100 including a guide rail stopper mechanism 7 according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the basic structure of the three-degree-of-freedom rotation system 100 is a spherical bearing structure in which a spherical rotor 1 and a base 2 penetrated in a partially spherical shape are combined. The outer shape of the base 2 may be arbitrary, but the central portion of the base 2 is formed in a partial spherical shape in accordance with the contact surface of the rotor 1, and each of the frictions between the rotor 1 and the base 2 is minimized. The contact surface shall be machined.

ロータ1には、指示棒3の延長線がロータ1の中心を通るように、指示棒3が取り付けられている。指示棒3の他端には、指示棒3とほぼ垂直にアーム14が取り付けられており、アーム14の端には、スライダ15の延長線がロータ1の中心を通るように、円筒棒状のスライダ15が取り付けられている。スライダ15はアーム14に対して回転可能でも固定されていてもよいが、指示棒3とアーム14、指示棒3とロータ1は固定されており、一体的に回転する。アーム14は、ロータ1と中心を同じくする円弧にそって屈曲されている。ロータ1を中心として指示棒3と反対側に、例えば対称になるように、ロボットアーム等の外部機器と接続される接続端8が取り付けられている。ロータ1と接続端8とは固定されており、何れか一方の回転に伴い、他方も一体的に回転する。   The indicator rod 3 is attached to the rotor 1 so that the extension line of the indicator rod 3 passes through the center of the rotor 1. An arm 14 is attached to the other end of the indicator rod 3 substantially perpendicularly to the indicator rod 3, and a cylindrical rod-like slider is attached to the end of the arm 14 so that the extension line of the slider 15 passes through the center of the rotor 1. 15 is attached. The slider 15 may be rotatable or fixed with respect to the arm 14, but the indicator rod 3 and the arm 14, and the indicator rod 3 and the rotor 1 are fixed and rotate integrally. The arm 14 is bent along an arc having the same center as that of the rotor 1. A connection end 8 connected to an external device such as a robot arm is attached to the opposite side of the indicator rod 3 around the rotor 1 so as to be symmetrical, for example. The rotor 1 and the connection end 8 are fixed, and as one of them rotates, the other also rotates together.

土台2には、回転軸Aを中心とする2個の軸部材4Aと、回転軸Bを中心とする2個の軸部材4B(4Bは図示しないが説明の便宜のため用いる)が取り付けられている。回転軸A、Bは土台2の側面のほぼ中心を通り、また、互いに直交している。軸部材4Aには軸受5a、5bが回転可能に嵌合されており、軸受5a、5bには、それぞれビス6a、6b(6bは図示せず)によって第一ガイドレール11が取り付けられている。軸部材4Bには軸受5c、5dが回転可能に嵌合されており、軸受5c、5dには、それぞれビス6c、6dによって第二ガイドレール12が取り付けられている。軸部材4Bには、軸受5c、5dの外側にさらに軸受5e、5fが回転可能に嵌合されており、軸受5e、5fには、それぞれビス6e、6fによって第三ガイドレール13が取り付けられている。軸受5a〜5fと土台2の間、軸受5a〜5fと軸受5a〜5fの間には、特に符号をつけないが、適所にワッシャが介在している。   The base 2 is provided with two shaft members 4A centered on the rotation axis A and two shaft members 4B (4B not shown but used for convenience of description) centered on the rotation axis B. Yes. The rotation axes A and B pass through substantially the center of the side surface of the base 2 and are orthogonal to each other. Bearings 5a and 5b are rotatably fitted to the shaft member 4A, and first guide rails 11 are attached to the bearings 5a and 5b by screws 6a and 6b (6b not shown), respectively. Bearings 5c and 5d are rotatably fitted to the shaft member 4B, and second guide rails 12 are attached to the bearings 5c and 5d by screws 6c and 6d, respectively. Further, bearings 5e and 5f are rotatably fitted to the shaft member 4B outside the bearings 5c and 5d. The third guide rails 13 are attached to the bearings 5e and 5f by screws 6e and 6f, respectively. Yes. Washers are interposed between the bearings 5a to 5f and the base 2 and between the bearings 5a to 5f and the bearings 5a to 5f.

軸受5bは、駆動軸21aを介して、アクチュエータなど外部機器と接続するための接続端21と連結されており、接続端21を回転させることによって軸受5bおよび第一ガイドレール11が一体的に回転し、逆に、第一ガイドレール11を回転させることによって、接続端21が一体的に回転することになる。軸受5cは、駆動軸22a及び軸受5eを介して、アクチュエータなど外部機器と接続するための接続端22と連結されており、接続端22を回転させることによって軸受5cおよび第二ガイドレール12が一体的に回転し、逆に、第二ガイドレール12を回転させることによって、接続端22が一体的に回転することになる。軸受5fは、駆動軸23aを介して、アクチュエータなど外部機器と接続するための接続端23と連結されており、接続端23を回転させることによって軸受5fおよび第三ガイドレール13が一体的に回転し、逆に、第三ガイドレール13を回転させることによって、接続端23が一体的に回転することになる。   The bearing 5b is connected to a connection end 21 for connecting to an external device such as an actuator via a drive shaft 21a. By rotating the connection end 21, the bearing 5b and the first guide rail 11 rotate integrally. On the contrary, when the first guide rail 11 is rotated, the connection end 21 is rotated integrally. The bearing 5c is coupled to a connection end 22 for connecting to an external device such as an actuator via a drive shaft 22a and a bearing 5e. By rotating the connection end 22, the bearing 5c and the second guide rail 12 are integrated. When the second guide rail 12 is rotated, the connection end 22 rotates integrally. The bearing 5f is connected to a connection end 23 for connecting to an external device such as an actuator via a drive shaft 23a. By rotating the connection end 23, the bearing 5f and the third guide rail 13 rotate integrally. On the contrary, when the third guide rail 13 is rotated, the connection end 23 is rotated integrally.

第一〜三ガイドレール11、12、13の形状を詳細に説明すると、まず、第一ガイドレール11は、ロータ1と中心を同じくする円弧状に湾曲され、両端に、軸受5a、5bと接続するための接続部11bを備えている。第二、第三ガイドレール12、13は、両端が回転軸A、Bに対して垂直に立ち上がるように、それぞれ垂直部12b、13bが二つずつ形成されている。第二、三ガイドレール12、13も、これらの垂直部を除き、ロータ1と中心を同じくする円弧状に湾曲されている。第一ガイドレール11は、両端の接続部11bのところで軸受5a、5bにビス止めされ、第二、第三ガイドレール12、13は、それぞれ、垂直部12b、13bのところで、それぞれの軸受、5c、5d、および、5e、5fにビス止めされる。また、垂直部12b、13bには、ガイドレールストッパ機構7が形成されているが、これについては、後で詳述する。第一〜第三ガイドレール11〜13のこれら湾曲部には、それぞれスリット11a、12a、13aが形成されている。スリット11a、12aには、指示棒3がスライド可能に挿入され、スリット13aには、スライダ15がスライド可能に挿入されている。   The shape of the first to third guide rails 11, 12, 13 will be described in detail. First, the first guide rail 11 is curved in an arc shape having the same center as the rotor 1, and is connected to the bearings 5 a, 5 b at both ends. The connection part 11b for doing is provided. The second and third guide rails 12 and 13 are each formed with two vertical portions 12b and 13b so that both ends of the second and third guide rails 12 and 13 rise perpendicularly to the rotation axes A and B, respectively. The second and third guide rails 12 and 13 are also curved in an arc shape having the same center as that of the rotor 1 except for these vertical portions. The first guide rail 11 is screwed to the bearings 5a and 5b at the connecting portions 11b at both ends, and the second and third guide rails 12 and 13 are respectively connected to the bearings 5c and 5c at the vertical portions 12b and 13b, respectively. Screwed to 5d and 5e, 5f. Further, a guide rail stopper mechanism 7 is formed on the vertical portions 12b and 13b, which will be described in detail later. Slits 11a, 12a, and 13a are formed in these curved portions of the first to third guide rails 11 to 13, respectively. The indicator rod 3 is slidably inserted into the slits 11a and 12a, and the slider 15 is slidably inserted into the slit 13a.

以下、3自由度回転システム100の動作について説明する。ロータ1及び指示棒3と各ガイドレールとの相互作用に基づく動作は、指示棒と相互作用するガイドレール以外のガイドレールが、回転軸Aと回転軸Bを含む平面と垂直な位置で静止している場合を考えることにより、基本的に以下の3つに分けることができる。なお、ガイドレールストッパ機構7による制限については後述する。   Hereinafter, the operation of the three-degree-of-freedom rotation system 100 will be described. The operation based on the interaction between the rotor 1 and the indicator rod 3 and each guide rail is such that guide rails other than the guide rail that interacts with the indicator rod are stationary at a position perpendicular to the plane including the rotation axis A and the rotation axis B. Can be divided into the following three categories. The restriction by the guide rail stopper mechanism 7 will be described later.

第一ガイドレール11が回転軸Aを中心に回転した場合、第一ガイドレール11が指示棒3を押すことにより、ロータ1は、第一ガイドレール11と同じ回転角度だけ、回転軸Aを中心に回転する。反対に、ロータ1が回転軸Aを中心に回転した場合、指示棒3がスリット11aに挿入されているので、指示棒3が第一ガイドレール11を押すことにより、第一ガイドレール11も、ロータ1と同じ回転角度だけ、回転軸Aを中心に回転する。このように回転する間、スリット12aを指示棒3がスライドし、スリット13aをスライダ15がスライドする。従って、ロータ1及び指示棒3は、指示棒3あるいはスライダ15のいずれかが、スリット12aまたはスリット13aの端に達するまで回転できる。   When the first guide rail 11 rotates about the rotation axis A, the first guide rail 11 pushes the indicator rod 3, so that the rotor 1 is centered on the rotation axis A by the same rotation angle as the first guide rail 11. Rotate to. On the other hand, when the rotor 1 rotates around the rotation axis A, the indicator rod 3 is inserted into the slit 11a, so that when the indicator rod 3 pushes the first guide rail 11, the first guide rail 11 is also The rotation axis A rotates about the same rotation angle as the rotor 1. While rotating in this way, the pointer 3 slides through the slit 12a, and the slider 15 slides through the slit 13a. Therefore, the rotor 1 and the indicator rod 3 can rotate until either the indicator rod 3 or the slider 15 reaches the end of the slit 12a or the slit 13a.

第二ガイドレール12と第三ガイドレール13が同方向に同回転角度で回転軸Bを中心に回転した場合、第二ガイドレール12が指示棒3を押すことにより、ロータ1も、第二、第三ガイドレール12、13と同じ回転角度だけ、回転軸Bを中心に回転する。反対に、ロータ1が回転軸Bを中心に回転した場合、指示棒3がスリット12aに挿入されているので、指示棒3が第二ガイドレール12を押すことにより、第二ガイドレール12、第三ガイドレール13も、ロータ1と同じ回転角度だけ、回転軸Bを中心に回転する。このように回転する間、指示棒3がスリット11aをスライドする。従って、ロータ1及び指示棒3は、指示棒3が、スリット11aの端に達するまで回転できる。   When the second guide rail 12 and the third guide rail 13 are rotated about the rotation axis B in the same direction and at the same rotation angle, the second guide rail 12 pushes the indicator rod 3 so that the rotor 1 is also The third guide rails 12 and 13 rotate about the rotation axis B by the same rotation angle. On the other hand, when the rotor 1 rotates about the rotation axis B, the indicator rod 3 is inserted into the slit 12a, so that when the indicator rod 3 pushes the second guide rail 12, the second guide rail 12, The three guide rails 13 also rotate about the rotation axis B by the same rotation angle as the rotor 1. While rotating in this way, the pointer 3 slides through the slit 11a. Accordingly, the rotor 1 and the indicator rod 3 can rotate until the indicator rod 3 reaches the end of the slit 11a.

第三ガイドレール13が回転軸Bを中心に回転した場合、第三ガイドレール13がスライダ15を押すことにより、ロータ1も、第三ガイドレール13の回転角度に対応する角度θだけ、回転軸Bを中心に回転する。反対に、ロータ1が回転軸Cを中心に回転した場合、スライダ15も回転軸Cを中心として回転する。スライダ15がスリット13aに挿入されているので、スライダ15がスリット13a中でスライドしながら第三ガイドレール13を押すことにより、第三ガイドレール13も、ロータ1の回転角度θに対応する角度だけ、回転軸Bを中心に回転する。言い方を変えれば、第三ガイドレール13が第二ガイドレール12と独立に回転すると、これらのガイドレールの間隔が広くなったり狭くなったりする。そこで、スライダ15の剛性により、これらのガイドレールの間隔が広くなった場合、アーム14と、これらのガイドレールと、が成す角度θ(図2参照)が90度に近づく方向に、指示棒3及びロータ1が回転する。反対に、これらのガイドレールの間隔が狭くなった場合、アーム14と、これらのガイドレールと、が成す角度θが0度に近づく方向に、指示棒3及びロータ1が回転する。逆に、ロータ1が回転軸Cに対して回転した場合、回転方向に応じて、これらガイドレールの間隔が広くなったり狭くなったりし、これらのガイドレールが成す角度、つまり回転角度の差分も大きくなったり小さくなったりする。   When the third guide rail 13 rotates about the rotation axis B, the third guide rail 13 pushes the slider 15, so that the rotor 1 also rotates the rotation axis by an angle θ corresponding to the rotation angle of the third guide rail 13. Rotate around B. On the contrary, when the rotor 1 rotates around the rotation axis C, the slider 15 also rotates around the rotation axis C. Since the slider 15 is inserted into the slit 13a, when the slider 15 slides in the slit 13a and pushes the third guide rail 13, the third guide rail 13 also has an angle corresponding to the rotation angle θ of the rotor 1. Rotate around the rotation axis B. In other words, when the third guide rail 13 rotates independently of the second guide rail 12, the distance between these guide rails increases or decreases. Therefore, when the distance between the guide rails is increased due to the rigidity of the slider 15, the indicator rod 3 is moved in such a direction that the angle θ (see FIG. 2) formed by the arm 14 and the guide rails approaches 90 degrees. And the rotor 1 rotates. On the other hand, when the interval between these guide rails becomes narrow, the indicator rod 3 and the rotor 1 rotate in a direction in which the angle θ formed by the arm 14 and these guide rails approaches 0 degrees. Conversely, when the rotor 1 rotates with respect to the rotation axis C, the distance between the guide rails increases or decreases depending on the rotation direction, and the angle formed by these guide rails, that is, the difference between the rotation angles is also increased. It gets bigger and smaller.

実際には、指示棒3、ロータ1、第一〜第三ガイドレール11、12、13等の回転の際に、どのガイドレールも、回転軸Aと回転軸Bを含む平面と垂直に静止している必要はないので、上記3つの基本的動作が組み合わせられることにより、ロータ1、及びロータ1に接続された指示棒3、接続端8は、ロータ1の中心を中心点として、スリット11a、12a、13aの長さによって制限される範囲で、任意の方向に回転可能となる。   Actually, when the indicator rod 3, the rotor 1, the first to third guide rails 11, 12, 13 and the like rotate, all the guide rails stand still perpendicular to the plane including the rotation axis A and the rotation axis B. Since the above three basic operations are combined, the rotor 1, the indicator rod 3 connected to the rotor 1, and the connection end 8 are slits 11a with the center of the rotor 1 as a center point. It can be rotated in any direction within a range limited by the lengths of 12a and 13a.

第一〜第三のガイドレール11、12、13、指示棒3、ロータ1、接続端8が上記のような関係で動作するので、外部のアクチュエータ等に直接または歯車等を介して接続される接続端21、22、23を回転させることによって、これらとそれぞれ一体に連結された第一、第二、第三ガイドレールをそれぞれの接続端と一体的に回転させ、これによってロータ1および、ロータ1に固定された指示棒3、接続端8を、ロータ1の中心を中心点として、スリット11a、12a、13aの長さによって制限される範囲で、任意の方向に回転させることが可能となる。   Since the first to third guide rails 11, 12, 13, the indicator rod 3, the rotor 1, and the connection end 8 operate in the above relationship, they are connected directly to an external actuator or the like via a gear or the like. By rotating the connection ends 21, 22, and 23, the first, second, and third guide rails integrally connected thereto are rotated integrally with the respective connection ends, whereby the rotor 1 and the rotor are rotated. The indicator rod 3 and the connecting end 8 fixed to 1 can be rotated in any direction within a range limited by the lengths of the slits 11a, 12a, and 13a with the center of the rotor 1 as the center point. .

このため、アクチュエータ等を回転軸とともに移動させる必要がなく、土台2あるいは筐体等に固定することができるので、軽量で小型なシステムを実現することができる。   For this reason, it is not necessary to move an actuator etc. with a rotating shaft, and since it can fix to the base 2 or a housing | casing etc., a lightweight and small system is realizable.

逆に、接続端8に外力がかかった場合、スリット11a、12a、13aの長さによって制限されるまでは、最も外力を受け流しやすい方向に接続端8、ロータ1、指示棒3が回転しながら、ガイドレールを回転させる。このため、接続端21、22、23に直接または歯車等を介してエンコーダ等を接続することにより、指示棒3等の回転角度を検出することができる。やはり、エンコーダ等を土台2あるいは筐体等に固定することができ、エンコーダ等を回転軸とともに移動させる必要がないので、軽量で小型なシステムを実現することができる。   Conversely, when an external force is applied to the connection end 8, the connection end 8, the rotor 1, and the indicator rod 3 rotate in the direction in which the external force is most easily received until it is limited by the lengths of the slits 11 a, 12 a, and 13 a. Rotate the guide rail. For this reason, the rotation angle of the indicator rod 3 or the like can be detected by connecting an encoder or the like to the connection ends 21, 22 and 23 directly or via a gear or the like. Again, the encoder or the like can be fixed to the base 2 or the casing, and it is not necessary to move the encoder or the like together with the rotating shaft, so that a lightweight and compact system can be realized.

ところで、図4に示すように、従来技術で挙げた3自由度回転システム200では、第二ガイドレール212と第三ガイドレール213との間の間隔を広げていくと、間隔が最大になったとき(回転角度の差分が最大になったとき)、アーム214と第二ガイドレール212あるいは第三ガイドレール213との間の角度θが90度になってしまう。この点を特異点と呼んでいる。特異点では、第二ガイドレール212からの力と第三ガイドレール213からの力がアーム214に対してちょうど釣り合うことになり、アーム214を回転させるような分力が生じないので、アーム214の回転が不可能になってしまう。つまり、特異点とは、第二ガイドレール212と第三ガイドレール213による、指示棒の中心を中心軸とする回転制御が不可能になる点である。図4に示す従来の3自由度回転システムについては、対応する本発明の実施形態の部品の符号を200番台とすることによって対応関係を示し、詳しい説明は省略する。   Incidentally, as shown in FIG. 4, in the three-degree-of-freedom rotation system 200 mentioned in the prior art, when the distance between the second guide rail 212 and the third guide rail 213 is increased, the distance becomes maximum. (When the difference in rotation angle is maximized), the angle θ between the arm 214 and the second guide rail 212 or the third guide rail 213 becomes 90 degrees. This point is called a singular point. At the singular point, the force from the second guide rail 212 and the force from the third guide rail 213 are just balanced with respect to the arm 214, and no component force is generated to rotate the arm 214. It becomes impossible to rotate. In other words, the singular point is a point at which rotation control about the center of the indicating rod by the second guide rail 212 and the third guide rail 213 becomes impossible. Regarding the conventional three-degree-of-freedom rotation system shown in FIG.

このため、本発明実施形態は、前記した特異点を回避するために、図3に示すようなガイドレールストッパ機構7を備えている。ガイドレールストッパ機構7は、第二ガイドレール12の、第三ガイドレール13と向かい合う側に、垂直部12bの一つと一体に形成された例えば円筒棒状の凸部であるオス型ストッパ71と、第三ガイドレール13の、第二ガイドレール12と向かい合う側に、垂直部13bの一つと一体に形成されたメス型ストッパ72とからなる。メス型ストッパ72は、垂直部13bに、第三ガイドレール13の幅方向に所定の間隔を空けて形成された、長手方向を第三ガイドレール13と同じくする略直方体形状の一対のストッパ72a、72b、及び、ストッパ72a、72bの間の空間である凹部72cからなる。   For this reason, the embodiment of the present invention includes a guide rail stopper mechanism 7 as shown in FIG. 3 in order to avoid the singularity described above. The guide rail stopper mechanism 7 includes, for example, a male stopper 71 which is a cylindrical rod-shaped convex portion formed integrally with one of the vertical portions 12b on the side of the second guide rail 12 facing the third guide rail 13; On the side of the three guide rails 13 facing the second guide rail 12, a female stopper 72 is formed integrally with one of the vertical portions 13b. The female stopper 72 has a pair of substantially rectangular parallelepiped stoppers 72a formed in the vertical portion 13b at predetermined intervals in the width direction of the third guide rail 13 and having the same longitudinal direction as the third guide rail 13. 72b and a recess 72c which is a space between the stoppers 72a and 72b.

図3に示す第二ガイドレール12と第三ガイドレール13を、軸部材4Aに軸穴42、43を回転可能に嵌合させ、図1、図2に示すように組み立てることにより、第2ガイドレール12に形成されたオス型ストッパ71が、第三ガイドレール13に形成されたメス型ストッパ72の一対のストッパ72a、72bの間の凹部72c内に収まることになる。このように組み立てた状態で第二ガイドレール12と第三ガイドレール13を独立に回転させると、オス型ストッパ71は、凹部72c内のTで示した軌跡に沿ってスライドし、両側のストッパ72a、72bによって止められることになる(図3参照)。これにより、第二ガイドレール12と第三ガイドレール13の回転角度の差分を所定範囲に制限することができ、第二ガイドレール12と第三ガイドレール13の間隔を所定範囲に制限できるので、アーム14と第二ガイドレール12との間の最大角度θMAXが90度に達しないように制限することができ、特異点を回避できる。 The second guide rail 12 and the third guide rail 13 shown in FIG. 3 are assembled as shown in FIGS. 1 and 2 by fitting the shaft holes 42 and 43 to the shaft member 4A in a rotatable manner. The male stopper 71 formed on the rail 12 is accommodated in the recess 72 c between the pair of stoppers 72 a and 72 b of the female stopper 72 formed on the third guide rail 13. When the second guide rail 12 and the third guide rail 13 are rotated independently in this assembled state, the male stopper 71 slides along the locus indicated by T in the recess 72c, and the stoppers 72a on both sides 72b (see FIG. 3). Thereby, the difference between the rotation angles of the second guide rail 12 and the third guide rail 13 can be limited to a predetermined range, and the interval between the second guide rail 12 and the third guide rail 13 can be limited to a predetermined range. The maximum angle θ MAX between the arm 14 and the second guide rail 12 can be limited so as not to reach 90 degrees, and a singular point can be avoided.

なお、本実施形態では、オス型ストッパおよびメス型ストッパは、ガイドレールと一体に形成されているが、必ずしも一体に形成されている必要はなく、ねじ等によってガイドレールに取り付けられてもよい。しかし、一体に形成することにより、ガイドレールに大きな力が加わってもストッパが破損し難くなる。本実施形態では、オス型ストッパ71を第二ガイドレール12に、メス型ストパー72を第三ガイドレール13に設けているが、もちろん逆でも構わない。本実施形態では、ガイドレールストッパ機構7をガイドレール12,13の一端にだけ設けているが、両端に設けてもよい。オス型ストッパ71、メス型ストッパ72の形状も、メス型ストッパ72でオス型ストッパ71の回転範囲を制限できれば、特に限定されない。また、実用上は、最大角度θMAXが第二ガイドレール12を基準として両側にそれぞれ60度程度になる範囲で指示棒3が回転すればよい場合が多いが、最大角度θMAXは90度より小さければ特に制限はなく、用途にあわせて、適宜所望の角度を選定すればよい。また、これにあわせて、メス型ストッパ72のストッパ72a、72b間の間隔も適宜選定すればよい。 In the present embodiment, the male stopper and the female stopper are formed integrally with the guide rail, but are not necessarily formed integrally, and may be attached to the guide rail by screws or the like. However, by forming them integrally, the stopper is hardly damaged even if a large force is applied to the guide rail. In the present embodiment, the male stopper 71 is provided on the second guide rail 12 and the female stopper 72 is provided on the third guide rail 13. In this embodiment, the guide rail stopper mechanism 7 is provided only at one end of the guide rails 12 and 13, but may be provided at both ends. The shapes of the male stopper 71 and the female stopper 72 are not particularly limited as long as the rotation range of the male stopper 71 can be limited by the female stopper 72. Further, practically, but if the maximum angle theta MAX is indicated by range of about 60 degrees on each side of the second guide rail 12 as the reference rod 3 may be rotated frequently, the maximum angle theta MAX than 90 degrees If it is small, there is no particular limitation, and a desired angle may be appropriately selected according to the application. In accordance with this, the interval between the stoppers 72a and 72b of the female stopper 72 may be appropriately selected.

このようなガイドレールストッパ機構7を設けることにより、特異点を回避するために、第二ガイドレール12と第三ガイドレール13の回転角度を常時監視する必要がなく、アクチュエータを使用する必要もなくなるので、構造が単純になり、さらに小型、軽量で安価なシステムを実現することができる。   By providing such a guide rail stopper mechanism 7, it is not necessary to constantly monitor the rotation angles of the second guide rail 12 and the third guide rail 13 in order to avoid singularities, and it is not necessary to use an actuator. Therefore, the structure becomes simple, and a more compact, lightweight and inexpensive system can be realized.

さらに、従来のようにアクチュエータで制限していた場合と比べて、次のような利点がある。一つ目で最大の利点は、ガイドレール12、13にかけられた力を止めるのにアクチュエータ等によって軸部材4Bの位置で止めるよりは、ガイドレール12、13に設けられたストッパ71、72で止める方が、図3のDで示したような、軸の中心から回転をとめる点までの半径(本実施形態では、軸穴42の中心からオス型ストッパ71の中心までの距離に等しい)を利用して、てこの原理で、小さな力で止められる点である。また、ガイドレール12、13に大きな外力が加えられても、アクチュエータのトルクに関係なく、ストッパ71、72によって物理的に特異点を回避することができるので、確実に特異点を回避できる。軸部材で止める場合と比べ、ガイドレール12、13に設けたストッパ71、72によって止める方が、力をかけられる点の近くで止めることができるので、ガイドレール12、13が歪み難い。   Furthermore, there are the following advantages compared to the conventional case where the actuator is limited. The first advantage is that the force applied to the guide rails 12 and 13 is stopped by the stoppers 71 and 72 provided on the guide rails 12 and 13 rather than stopping at the position of the shaft member 4B by an actuator or the like. However, the radius from the center of the shaft to the point at which the rotation is stopped (in this embodiment, equal to the distance from the center of the shaft hole 42 to the center of the male stopper 71) as shown in FIG. The lever principle can be stopped with a small force. Even when a large external force is applied to the guide rails 12 and 13, the singular points can be physically avoided by the stoppers 71 and 72 regardless of the torque of the actuator, so that the singular points can be reliably avoided. Compared to the case where the guide rails 12 and 13 are stopped by the shaft members, the stoppers 71 and 72 provided on the guide rails 12 and 13 can be stopped near the point where the force is applied.

二つ目は、ストッパ71、72をガイドレール12、13に設けると、図3に示す通り、構造が単純になるので、加工し易い点である。3つ目は、軸部材4Bの位置(半径がゼロに近い)で止めるより、半径Dのところで止める方が、回転角度の誤差が生じ難く、精度の高い位置決めの可能なシステムを容易に加工できる点である。   Secondly, when the stoppers 71 and 72 are provided on the guide rails 12 and 13, the structure becomes simple as shown in FIG. Third, the rotation angle error is less likely to occur when the shaft member 4B is stopped at the radius D than when it is stopped at the position of the shaft member 4B (the radius is close to zero), and a system capable of highly accurate positioning can be easily machined. Is a point.

ガイドレールストッパ機構7は、第二ガイドレール12と第三ガイドレール13が互い違いに回転軸に取り付けられた場合、つまり、例えば図1で、左から軸受5f、5d、5e、5cの順に配列されるようにガイドレールが取り付けられた場合にも適応できないことはないが、本実施形態のように、第二ガイドレール12の外側に第三ガイドレール13が配置され、第二ガイドレール12と第三ガイドレール13が入れ子状になっていることが好ましい。なぜなら、これらのガイドレール12、13が入れ子状になっていることにより、ガイドレール12、13を特殊な形状にしたり、別部品を付加したりしなくても、ストッパ71、72を備えた第二ガイドレール12と第三ガイドレール13が重なる面積が大きくなるので、回転を止めるための半径Dを大きくとることができ、また、凹部幅の選択範囲も広がるからである。   The guide rail stopper mechanism 7 is arranged in the order of bearings 5f, 5d, 5e, and 5c from the left when the second guide rail 12 and the third guide rail 13 are alternately attached to the rotating shaft, that is, for example, in FIG. As shown in the present embodiment, the third guide rail 13 is disposed outside the second guide rail 12, and the second guide rail 12 and the second guide rail 12 are connected to each other. The three guide rails 13 are preferably nested. Because the guide rails 12 and 13 are nested, the guide rails 12 and 13 are provided with stoppers 71 and 72 without any special shape or additional parts. This is because the area where the two guide rails 12 and the third guide rail 13 overlap increases, so that the radius D for stopping the rotation can be increased, and the range of selection of the recess width is widened.

本実施形態では、スリットを備えた3本のガイドレール11〜13によって指示棒3およびロータ1が回転する上述のような3自由度回転システム100を例示的に示したが、本発明のガイドレールストッパ機構は、これには限定されるものではなく、特異点を生じる任意の3自由度回転システムに適用することができる。例えば、ガイドレール11〜13にスリット11a〜13aを設けるのではなく、スライダをパイプ状にすることによってスライダがガイドレールをスライドするように構成してもよい。また、例えば、指示棒3をアームの中間に位置させ、2個のスライダがそれぞれ第2、第3ガイドレールに沿ってスライドするようにしてもよい。垂直部12b、13bは湾曲部としてもよい。本発明を適用することのできる3自由度回転システムの例については、特許文献「国際公開公報 WO/2004/011824号公報」に詳述されているので、参照されたい。   In the present embodiment, the above-described three-degree-of-freedom rotation system 100 in which the indicator rod 3 and the rotor 1 are rotated by the three guide rails 11 to 13 having slits is exemplarily shown. The stopper mechanism is not limited to this, and can be applied to any three-degree-of-freedom rotation system that generates a singular point. For example, instead of providing the guide rails 11 to 13 with the slits 11a to 13a, the slider may be formed in a pipe shape so that the slider slides on the guide rail. In addition, for example, the indicator rod 3 may be positioned in the middle of the arm, and the two sliders may slide along the second and third guide rails, respectively. The vertical portions 12b and 13b may be curved portions. An example of a three-degree-of-freedom rotation system to which the present invention can be applied is described in detail in the patent document “International Publication WO / 2004/011824”.

以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得るものである。また、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。   As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken. Modifications and the like can be made without departing from the technical idea of the present invention, and such modifications and equivalents are also included in the technical scope of the present invention.

本発明のガイドレールストッパ機構および該機構を備えた3自由度回転システムには、様々な用途が考えられるが、特に、本発明の3自由度回転システムをロボットアームの先端に取り付けることにより、特異点の問題を克服しつつ、慣性モーメントが小さな多自由度ロボットアームを作成することができる。また、ロボットアームに外力が加わった場合、スライダがストッパで制限されるまでは、最も外力を受け流しやすい方向にロボットアームの先端を動かすことができる。さらにストッパが有効になった場合でも、残りの回転軸を中心に外力を受け流し続けることができる。本発明は,様々なロボットの手先効果機として適用可能である。本発明により、人体と接触しても安全な小型軽量の3自由度ロボット関節が実現され,多様なロボットの開発が促進されるものと期待される。   The guide rail stopper mechanism of the present invention and the three-degree-of-freedom rotation system including the mechanism can be used in various applications. A multi-degree-of-freedom robot arm with a small moment of inertia can be created while overcoming the problem of point. Further, when an external force is applied to the robot arm, the tip of the robot arm can be moved in the direction in which the external force is most easily received until the slider is limited by the stopper. Furthermore, even when the stopper becomes effective, it can continue to receive external force around the remaining rotating shaft. The present invention is applicable as a hand effector for various robots. The present invention is expected to realize a small and lightweight three-degree-of-freedom robot joint that is safe even if it comes into contact with the human body, and promotes the development of various robots.

本発明実施形態のガイドレールストッパ機構を備えた3自由度回転システムを立体的に描いた斜視図である。It is the perspective view which drawn three-dimensionally the 3 degrees of freedom rotation system provided with the guide rail stopper mechanism of the embodiment of the present invention. 同3自由度回転システムを別の角度から描いた斜視図である。It is the perspective view which drawn the same 3 degree-of-freedom rotation system from another angle. 本発明実施形態のガイドレールストッパ機構を立体的に描いた斜視図である。It is the perspective view which drawn the guide rail stopper mechanism of this embodiment three-dimensionally. 従来の3自由度回転システムが特異点に達した状態を立体的に描いた平面図である。It is the top view which drew three-dimensionally the state where the conventional 3 degree-of-freedom rotation system reached the singular point.

符号の説明Explanation of symbols

100...3自由度回転システム 1...ロータ 2...土台 3...指示棒
4A、4B...軸部材 5a、5b、5c、5d、5e、5f...軸受
6a、6b、6c、6d、6e、6f...ビス 7...ガイドレールストッパ機構
71...オス型ストッパ 72...メス型ストッパ
72a、72b...ストッパ 72c...凹部 8...接続端
11...第一ガイドレール 11a...スリット 11b...接続部
12...第二ガイドレール 12a...スリット 12b...垂直部
13...第三ガイドレール 13a...スリット 13b...垂直部
14...アーム 15...スライダ 21、22、23...接続端
21a、22a、23a...駆動軸 42、43...軸穴
θ...アーム14と第二ガイドレール12とがなす角度 D...半径 T...軌跡
200...従来の3自由度回転システム 201...ロータ 202...土台
211...第一ガイドレール 212...第二ガイドレール
213...第三ガイドレール 211a、212a、213a...スリット
214...アーム 215...スライダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... 3 degree-of-freedom rotation system 1 ... Rotor 2 ... Base 3 ... Indicating bar 4A, 4B ... Shaft member 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f ... Bearing 6a 6b, 6c, 6d, 6e, 6f ... Screw 7 ... Guide rail stopper mechanism 71 ... Male stopper 72 ... Female stopper
72a, 72b ... stopper 72c ... recess 8 ... connection end 11 ... first guide rail 11a ... slit 11b ... connection 12 ... second guide rail 12a ... slit 12b ... Vertical part 13 ... Third guide rail 13a ... Slit 13b ... Vertical part 14 ... Arm 15 ... Slider 21, 22, 23 ... Connection end 21a, 22a, 23a ... Drive shaft 42, 43 ... Shaft hole θ ... An angle formed by arm 14 and second guide rail 12 D ... Radius T ... Trace 200 ... Conventional 3-DOF rotation system 201 ... Rotor 202 ... Base 211 ... First guide rail 212 ... Second guide rail 213 ... Third guide rail 211a, 212a, 213a ... Slit 214 ... Arm 215. ..Slider

Claims (5)

球体の一部又は全部を含むロータと、指示棒と、アームと、少なくとも1個のスライダと、少なくとも1個の土台と、4個の軸部材と、6個の軸受と、第一〜第三の3個のガイドレールと、を含み、
前記ロータには、前記指示棒が備えられ、
前記指示棒には、少なくとも1個の前記スライダが、前記アームを介して取り付けられたか、又は連結され、
2個の前記軸部材及び2個の前記軸受を用いて、前記第一のガイドレールが前記土台に取り付けられ、
残りの2個の前記軸部材及び残りの4個の前記軸受を用いて、前記第二のガイドレール及び前記第三のガイドレールが前記土台に取り付けられ、
前記第一のガイドレールは、前記指示棒とスライド可能に連結され、
前記第三のガイドレールは、前記スライダとスライド可能に連結され、
前記第二のガイドレールは、前記指示棒または、第二の前記スライダとスライド可能に連結され、
前記第一のガイドレール、第二のガイドレール、第三のガイドレールをそれぞれ回転させることにより、前記ロータおよび前記指示棒が、ロータの中心を中心点として任意の方向に回転する3自由度回転システムにおいて、
凹部を備えたメス型ストッパが前記第二のガイドレールまたは前記第三のガイドレールのいずれか一方に備えられ、
凸部を備えたオス型ストッパがもう一方のガイドレールに備えられ、
前記凸部が前記凹部の中をスライドするとともに、該凸部が該凹部のどちらか一方の端に当たることにより、前記凸部のスライドが制限され、
これによって、前記第二のガイドレールと前記第三のガイドレールの回転角度の差分が制限され、前記第二ガイドレールと前記アームがなす角度が制限される、3自由度回転システムのガイドレールストッパ機構。
A rotor including a part or all of a sphere, an indicator rod, an arm, at least one slider, at least one base, four shaft members, six bearings, first to third Including three guide rails,
The rotor is provided with the indicator rod,
At least one of the sliders is attached to or connected to the indicator bar via the arm,
Using the two shaft members and the two bearings, the first guide rail is attached to the base,
The second guide rail and the third guide rail are attached to the base using the remaining two shaft members and the remaining four bearings,
The first guide rail is slidably connected to the indicator bar,
The third guide rail is slidably connected to the slider,
The second guide rail is slidably connected to the indicator rod or the second slider,
By rotating the first guide rail, the second guide rail, and the third guide rail, the rotor and the indicator rod rotate in three directions with the center of the rotor as a center point. In the system,
A female stopper with a recess is provided on either the second guide rail or the third guide rail,
A male stopper with a convex part is provided on the other guide rail,
While the convex portion slides in the concave portion and the convex portion hits one end of the concave portion, the sliding of the convex portion is limited,
Thus, the difference in rotational angle between the second guide rail and the third guide rail is limited, and the angle formed by the second guide rail and the arm is limited. mechanism.
前記メス型ストッパ及び/または前記オス型ストッパが前記第二及び/または第三のガイドレールと一体に形成されたことを特徴とする請求項1に記載のストッパ機構。   The stopper mechanism according to claim 1, wherein the female stopper and / or the male stopper are formed integrally with the second and / or third guide rail. 請求項1または2に記載のガイドレールストッパ機構を備えた3自由度回転システム。   A three-degree-of-freedom rotation system comprising the guide rail stopper mechanism according to claim 1. 前記第二のガイドレールと前記第三のガイドレールが、これらを支える前記軸部材に入れ子状に取り付けられていることを特徴とする請求項3に記載の3自由度回転システム。   The three-degree-of-freedom rotation system according to claim 3, wherein the second guide rail and the third guide rail are attached to the shaft member supporting the second guide rail and the third guide rail in a nested manner. 請求項3または4に記載の3自由度回転システムを備えた3自由度ロボット関節。   A three-degree-of-freedom robot joint comprising the three-degree-of-freedom rotation system according to claim 3.
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