JP2014119069A - リンク作動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 リンク作動装置51は、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3を、3組以上のリンク機構4を介して姿勢を変更可能に連結してなる。各リンク機構4は、基端側および先端側の端部リンク部材5,6と、中央リンク部材7とでなる。リンク機構4に基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ54を設ける。先端側のリンクハブ3に対して係脱可能に基端側のリンクハブ2に設置され、先端側のリンクハブ3と係合する状態で、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材106を設ける。
【選択図】 図7
Description
この構成によると、リンク作動装置を、基端側のリンクハブを基端部材に固定し、この基端部材を土台で支持させて使用する。基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときは、保持手段により原点位置決め用部材を位置固定で土台に保持させる。これにより、原点位置決め用部材と先端側のリンクハブとの係合が外れ、原点位置決め用部材のすべてまたは大半部分が、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブの間の空間部から退避させることができる。このため、原点位置決め用部材がリンク作動装置の他の部材と干渉することを防止でき、リンク作動装置の作動範囲を広くとれる。原点位置決め用部材を前記空間部から退避させると、原点位置決め用部材の一部が基端部材から突出した状態となるが、基端部材とは別部材となる土台を設けられているため、原点位置決め用部材の上記突出部分を、土台の内部に位置させることで、リンク作動装置から突出しないようにすることができる。
基端部材に対して土台を離して配置すれば、原点位置決め用部材の上記突出部分を、土台の内部だけでなく、基端部材と土台の間の空間にも位置させることができるため、原点位置決め用部材の設置スペースがさらに広くなり、原点位置決め用部材の設置が容易となる。
基端部材から土台までの距離を上記のようにすると、リンク作動装置の全体サイズを大きくさせることなく、かつ基端部材と土台との間の空間に工具、手等を入れて原点位置決め用部材を操作することが可能となる。
この場合、基端部材と土台との間の空間に工具、手等を出し入れするための広い開口を確保することができ、原点位置決め用部材の操作がより一層容易になる。また、支柱の長さを変えることで、基端部材と土台間の距離を容易に調整できる。
各貫通孔に原点位置決め用部材を挿通することで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に容易に設定することができる。
基端側および先端側のリンクハブの中心部は、近くに他の部材が存在せず比較的スペースに余裕があるため、他の部材と干渉させずに貫通孔を設けることができる。また、この貫通孔に原点位置決め用部材を挿通した場合、リンク作動装置全体の中心に原点位置決め用部材を挿入したことになるため、リンク作動装置に予圧を付与したときの力のバランスが良い。
保持手段が原点位置決め用部材の雄ねじ部と土台のねじ孔とでなっていると、工具、手等により原点位置決め用部材を回し操作することで、土台に対する原点位置決め用部材の保持、および保持の解除を容易に行うことができる。また、原点位置決め用部材にスパナ溝が設けられていると、このスパナ溝にスパナを係合させることで、原点位置決め用部材の回し操作がより一層容易となり、作業性が向上する。
原点位置決め用部材により基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定されていない状態で、制御装置により各姿勢制御用アクチュエータの位置制御を行うことで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更することができる。
また、原点位置決め用部材により基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブが定められた姿勢に設定された状態で、制御装置により各姿勢制御用アクチュエータのトルク制御を行うことで、各リンク機構に一定の予圧を付与することができる。これにより、リンク作動装置の外部から作用する力または姿勢制御用アクチュエータの駆動力を各リンク機構へ回転伝達する歯車等の回転伝達部材のガタ詰めを行った状態で原点位置を記録することができ、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を変更する精度が向上する。
アブソリュート型のエンコーダを用いることで、原点位置を記録するだけでなく、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰させることが可能となる。
この発明のリンク作動装置は、3組のリンク機構の内側に原点位置決め用部材を有するため、単軸ロボット等の直動機構のステージに搭載しても、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め作業を容易に行うことができる。リンク作動装置を1軸以上の直動機構に搭載することで、より幅広い範囲の位置決め、および複雑な形状への位置決めが可能となる。例えば、突起状の部材に対して、複数の方向から位置決めすることが可能となる。
ンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側
部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記リンク機構に前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータは、前記リンク機構に少なくとも2組以上設けられ、さらに、前記先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置され、前記先端側のリンクハブと係合する状態で、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材を設けたため、コンパクトな構成でありながら、広作動範囲で高速・高精度の位置決め動作が可能であり、どのような設置状況においても位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定することが容易に行える。
図1〜図8はこの発明の第1の実施形態を示す。図1に示すように、このリンク作動装置51は、リンク機構本体1と、このリンク機構本体1を支持する支持部52と、エンドエフェクタ100を取り付ける先端取付部材53と、リンク機構本体1を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ54と、これら姿勢制御用アクチュエータ54を制御する制御装置55とを備える。この例では、制御装置55がコントローラ56内に設けられているが、制御装置55はコントローラ56と別に設けてもよい。
スペーサ105を介してリンク機構本体1の基端側のリンクハブ2がボルト等(図示せず)で固定される。前記複数の姿勢制御用アクチュエータ54は、基端部材104に円周方向に等配で垂下状態に取付けられている。姿勢制御用アクチュエータ54の数は、リンク機構4と同数の3個である。姿勢制御用アクチュエータ54の数は、2個でも構わない。基端側リンクハブ2に対する先端側リンクハブ3の姿勢は2個の姿勢制御用アクチュエータ54で定まるが、後述するトルク制御によりリンク機構本体1に予圧を付与する場合は3個必要となる。
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
…(式1)
ここで、γ(図4)は、基端側の端部リンク部材5に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸と、先端側の端部リンク部材6に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸とが成す角度である。δn(図4におけるδ1,δ2,δ3)は、基準となる基端側の端部リンク部材5に対する各基端側の端部リンク部材5の円周方向の離間角である。
例えば、基端部材104から土台102までの距離H(図1)を10mmないし100mmの範囲内にしておけば、リンク作動装置51の全体サイズを大きくさせることなく、かつ基端部材104と土台102との間の空間108に工具、手等を入れて原点位置決め用部材106を操作することが可能である。
姿勢制御用アクチュエータ54の動作量を検出する手段としてアブソリュート型のエンコーダ59を備えるため、原点位置を記録するだけでなく、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰させることが可能である。
また、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長の1/2以上であると、大歯車77が、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶部に設置する軸受12の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車77の歯部と軸受12との間にスペースができ、大歯車77の設置が容易である。
2…基端側のリンクハブ
3…先端側のリンクハブ
4…リンク機構
5…基端側の端部リンク部材
6…先端側の端部リンク部材
7…中央リンク部材
10A,10B,104a,105a…貫通孔
51…リンク作動装置
54…姿勢制御用アクチュエータ
55…制御装置
59…アブソリュート型のエンコーダ
102…土台
102a…ねじ孔
103…支柱
104…基端部材
106…原点位置決め用部材
106a…雄ねじ部
106b…スパナ溝
107…保持手段
108…空間
110…単軸ロボット(直動機構)
QA…基端側のリンクハブの中心軸
QB…先端側のリンクハブの中心軸
Claims (9)
- 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記リンク機構に前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータを設けたリンク作動装置において、
前記姿勢制御用アクチュエータは、前記リンク機構に少なくとも2組以上設けられ、
さらに、前記先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置され、前記先端側のリンクハブと係合する状態で、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材を設けたことを特徴とするリンク作動装置。 - 請求項1に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブを固定する基端部材と、この基端部材を支持する土台とを有し、この土台に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときに前記原点位置決め用部材を前記土台に位置固定で保持する保持手段を設けたリンク作動装置。
- 請求項2に記載のリンク作動装置において、前記土台は、前記基端部材との間に空間ができるように前記基端部材に対して離れた位置に配置されているリンク作動装置。
- 請求項2または請求項3に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブ、前記先端側のリンクハブ、および前記基端部材のそれぞれに、前記原点位置決め用部材が挿通される貫通孔を設けたリンク作動装置。
- 請求項4に記載のリンク作動装置において、前記基端側のリンクハブの前記貫通孔の中心は、前記基端側のリンクハブの中心軸と一致し、かつ前記先端側のリンクハブの前記貫通孔は、前記先端側のリンクハブの中心軸と一致しているリンク作動装置。
- 請求項2ないし図5のいずれか1項に記載のリンク作動装置において、前記保持手段は、前記原点位置決め用部材に設けられた雄ねじ部と、前記土台に設けられ前記雄ねじ部が螺合するねじ孔とからなるリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のリンク作動装置において、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記姿勢制御用アクチュエータを設け、前記各姿勢制御用アクチュエータの動作量を制御する位置制御と、前記各姿勢制御用アクチュエータのトルクを制御するトルク制御とを行う制御装置を設けたリンク作動装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータは、この姿勢制御用アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダを備えるリンク作動装置。
- 1軸以上の直動機構に搭載された請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のリンク作動装置。
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