JP2016190307A - Arm mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物を任意の空間位置に支持するためのアーム機構に関する。 The present invention relates to an arm mechanism for supporting an object at an arbitrary spatial position.
従来、このようなアーム機構として、複数のアーム部と、隣り合うアーム部同士を相互に回転可能に連結する関節部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, as such an arm mechanism, one having a plurality of arm portions and a joint portion that connects adjacent arm portions so as to be mutually rotatable is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１のアーム機構は、関節部が、隣り合うアーム部同士を連結するボールジョイントを備え、アーム部相互間で軸周り及び角度が変位し得るように構成される。関節部のロックは、ボールジョイントを構成するボール部を、アクチュエータで軸部材を縮退させて拡径させることにより行われる。 The arm mechanism of Patent Document 1 includes a ball joint that connects adjacent arm portions, and is configured such that the axis and the angle can be displaced between the arm portions. The joint portion is locked by expanding the diameter of the ball portion constituting the ball joint by retracting the shaft member with an actuator.
しかしながら、上記従来のアーム機構によれば、アーム部同士がボールジョイントで連結され、ボール部の拡径により関節部をロックするようにしているので、関節部のロック強度が十分ではない。このため、支持される対象物に外力が加わった場合、対象物が変位し易い。 However, according to the conventional arm mechanism described above, the arm portions are connected to each other by a ball joint, and the joint portion is locked by expanding the diameter of the ball portion, so that the lock strength of the joint portion is not sufficient. For this reason, when an external force is applied to the supported object, the object is easily displaced.
対象物が容易に変位すると、対象物の機能に応じて不都合が生じるおそれがある。例えば、対象物が手術用の鉗子である場合には、適正な手術や、手術の進行に支障を来たすおそれがある。 If the object is easily displaced, inconvenience may occur depending on the function of the object. For example, when the object is a surgical forceps, there is a risk of hindering proper surgery or progress of the surgery.
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、支持する対象物の意図しない変位による不都合を回避できるアーム機構を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an arm mechanism capable of avoiding inconvenience due to unintentional displacement of an object to be supported in view of the problems of the related art.
本発明のアーム機構は、複数のアーム部と、隣り合う該アーム部同士を相互に回転可能に回転軸を介して連結する関節部とを備え、対象物を空中で支持するためのアーム機構であって、各関節部の両側の前記アーム部のいずれか一方に固定された前記回転軸及び他方に設けられた従動軸と、前記アーム部相互間の回転が増速して前記従動軸に伝わる変速比で前記回転軸と該従動軸とを相互に連結する回転伝達機構と、前記従動軸の回転を制動する制動機構とを備えることを特徴とする。 The arm mechanism of the present invention is an arm mechanism for supporting a target object in the air, including a plurality of arm portions and a joint portion that connects the adjacent arm portions to each other via a rotation shaft so as to be rotatable relative to each other. Thus, the rotation shaft fixed to one of the arm portions on both sides of each joint portion and the driven shaft provided on the other side, and the rotation between the arm portions are accelerated and transmitted to the driven shaft. A rotation transmission mechanism that connects the rotation shaft and the driven shaft to each other at a gear ratio, and a braking mechanism that brakes rotation of the driven shaft are provided.
本発明によれば、各関節部の両側のアーム部のいずれかに設けられた従動軸の回転を制動しない状態で対象物に力を加えることにより、対象物を、各関節部の可能な動作範囲内で、空中の任意の位置に移動させ、その後、従動軸の回転を制動機構で制動することにより、対象物をその位置に固定することができる。 According to the present invention, by applying a force to the object without braking the rotation of the driven shaft provided on either of the arm parts on both sides of each joint part, the object can be operated by each joint part. By moving to an arbitrary position in the air within the range and then braking the rotation of the driven shaft by the braking mechanism, the object can be fixed at that position.
このとき、各関節部の両側のアーム部一方及び他方に設けられた回転軸及び従動軸が、アーム部相互間の回転が増速して従動軸に伝わる変速比で相互に連結されているので、回転軸を直接制動する場合に比べて少ない制動力で関節部を固定し、対象物を当該位置に固定することができる。これにより、対象物の固定を、制動機構の強度が許す限り、小さい力で強固に固定することができる。 At this time, the rotation shaft and the driven shaft provided on one side and the other side of the arm portions on both sides of each joint portion are connected to each other at a gear ratio in which the rotation between the arm portions is accelerated and transmitted to the driven shaft. The joint portion can be fixed with a smaller braking force than when the rotating shaft is directly braked, and the object can be fixed at the position. Thereby, as long as the intensity | strength of a braking mechanism permits fixation of a target object, it can fix firmly with small force.
この強固な固定により、多少の外力が対象物に加えられた場合でも、対象物が変位するのを阻止することができる。また、したがって、支持する対象物の意図しない変位による不都合を回避できるアーム機構を提供することができる。 This firm fixation can prevent the object from being displaced even when some external force is applied to the object. Therefore, it is possible to provide an arm mechanism that can avoid inconvenience due to unintended displacement of the object to be supported.
本発明において、前記従動軸を回転させるためのモータと、前記アーム部相互間の回転の回転角を検出する角度センサと、前記回転角を記憶するメモリと、前記メモリによる回転角の記憶タイミングを指示するためのスイッチと、前記モータを、前記角度センサ、前記メモリの内容、及び前記スイッチによる指示に基づいて制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチによる指示に応答して前記角度センサにより検出される回転角を前記メモリに記憶させる記憶部と、前記メモリに記憶されている回転角に対し、前記角度センサにより検出される現在の回転角が変化したか否かを判定する変化判定部と、前記変化判定部により回転角が変化したと判定されたことに応答して、前記アーム部相互間の回転角が前記メモリに記憶されている回転角に一致するように前記モータを駆動する回転角復帰部とを備えてもよい。 In the present invention, a motor for rotating the driven shaft, an angle sensor for detecting a rotation angle of the rotation between the arm portions, a memory for storing the rotation angle, and a timing for storing the rotation angle by the memory. A switch for instructing, and a control unit for controlling the motor based on the angle sensor, the contents of the memory, and an instruction by the switch, the control unit responding to the instruction by the switch A storage unit that stores the rotation angle detected by the angle sensor in the memory, and determines whether the current rotation angle detected by the angle sensor has changed with respect to the rotation angle stored in the memory. In response to the change determining unit and the change determining unit determining that the rotation angle has changed, the rotation angle between the arm units is stored in the memory. The motor may be a rotational angle returning section for driving to match the angle of rotation that.
これによれば、制動機構により従動軸が制動され、関節部が固定された状態で、その固定力を上回る力で対象物に力を加えて対象物を移動させる場合、移動後のアーム部相互間の回転の回転角を、スイッチによりメモリに記憶させることができる。 According to this, when the driven shaft is braked by the braking mechanism and the joint portion is fixed, when the target is moved with a force exceeding the fixing force, The rotation angle of the rotation can be stored in the memory by the switch.
その後、意図しない外力が加えられて対象物が意図しない位置に変位した場合には、制御部は、そのことを変化判定部により判定し、これに応じて、回転角復帰部により、アーム部相互間の回転角がメモリに記憶されている回転角に一致するようにモータを駆動する。これにより、対象物を、スイッチで指示されたときの位置に復帰させることができる。したがって、支持する対象物の意図しない変位による不都合を確実に回避できるアーム機構を提供することができる。 After that, when an unintended external force is applied and the object is displaced to an unintended position, the control unit determines this by the change determination unit, and in response to this, the rotation angle return unit causes the arm units to interact with each other. The motor is driven so that the rotation angle between them coincides with the rotation angle stored in the memory. Thereby, the object can be returned to the position when instructed by the switch. Therefore, it is possible to provide an arm mechanism that can reliably avoid inconvenience due to unintended displacement of the object to be supported.
本発明において、前記モータはステッピングモータであり、前記制動機構は、該ステッピングモータの停止位置を保持する力により前記従動軸の回転を制動するものであってもよい。 In the present invention, the motor may be a stepping motor, and the braking mechanism may brake the rotation of the driven shaft by a force that holds the stop position of the stepping motor.
これによれば、ステッピングモータに対してその保持力を上回る力が加わるように対象物に力を加えることにより、対象物を所望の位置に移動させることができる。移動させた後は、上述の変速比でアーム部相互間の回転軸と一方のアーム部の従動軸とが連結されているので、ステッピングモータの保持力により従動軸が制動され、移動後の位置に対象物が固定される。したがって、上述の対象物の意図しない変位が生じた場合の元の位置への復帰と、対象物の固定とを、ステッピングモータだけで行うことができる。 According to this, the object can be moved to a desired position by applying a force to the object so that a force exceeding the holding force is applied to the stepping motor. After the movement, since the rotation shaft between the arm portions and the driven shaft of one arm portion are connected at the above speed ratio, the driven shaft is braked by the holding force of the stepping motor, and the position after the movement is The object is fixed to. Therefore, the return to the original position when the unintended displacement of the object is generated and the fixation of the object can be performed only by the stepping motor.
本発明において、前記制動機構は、ロータリダンパで構成されてもよい。これによれば、上述の従動軸を回転させるためのモータとして、ステッピングモータではない通常のモータを使用することができる。 In the present invention, the braking mechanism may be composed of a rotary damper. According to this, a normal motor that is not a stepping motor can be used as the motor for rotating the driven shaft.
本発明において、前記制動機構は、前記従動軸に設けられたプーリと、前記プーリに中間部が１〜数回巻回され、一端がアーム機構の筺体に固定されたワイヤと、前記ワイヤの他端を引いて該ワイヤに張力を付与する牽引部とを備えてもよい。 In the present invention, the braking mechanism includes a pulley provided on the driven shaft, a wire having an intermediate portion wound around the pulley one to several times, and one end fixed to a housing of the arm mechanism, and other wires. You may provide the traction | pulling part which pulls an end and provides tension | tensile_strength to this wire.
これによれば、各関節部に対応する従動軸のプーリに対して共通に巻回される１本のワイヤを牽引部で牽引するだけで、各関節部を１度に固定することができる。したがって、支持する対象物の意図しない変位による不都合を回避できるアーム機構を簡便な構成のものとして提供することができる。 According to this, each joint part can be fixed at a time only by pulling one wire wound around the pulley of the driven shaft corresponding to each joint part by the pulling part. Therefore, an arm mechanism that can avoid inconvenience due to unintended displacement of the object to be supported can be provided with a simple configuration.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、実施形態のアーム機構１は、４つのアーム部２ａ〜２ｄと、隣り合うアーム部２ａと２ｂ、２ｂと２ｃ、２ｃと２ｄ同士を、それぞれ相互に回転可能に回転軸３ａ〜３ｃを介して連結する関節部４ａ〜４ｃとを備える。アーム機構１は、対象物を空中で支持するために用いられる。アーム部２ａの基端部は、駆動機構５に固定される。駆動機構５は、アーム機構１を保持して上下動し、アーム機構１の高さを設定するために用いられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the arm mechanism 1 of the embodiment includes four arm portions 2 a to 2 d and adjacent arm portions 2 a and 2 b, 2 b and 2 c, and 2 c and 2 d so that they can rotate with each other. And joint portions 4a to 4c connected via 3a to 3c. The arm mechanism 1 is used to support an object in the air. A base end portion of the arm portion 2 a is fixed to the drive mechanism 5. The drive mechanism 5 moves up and down while holding the arm mechanism 1 and is used to set the height of the arm mechanism 1.
アーム部２ｄの先端部には、支持する対象物としてのホルダ機構６ａ〜６ｃが設けられる。ホルダ機構６ａ、６ｃは、図２に示すように、それぞれ多関節アーム７ａ、７ｂを保持する機能を有する。ホルダ機構６ｂは、ＴＶカメラ８を保持する機能を有する。多関節アーム７ａ、７ｂは、自在に曲げて固定できるようになっており、先端部で鉗子９等を保持し、患者１０の手術のために用いられる。手術に際しては、ＴＶカメラ８により取得される映像が利用される。 Holder mechanisms 6a to 6c as objects to be supported are provided at the tip of the arm 2d. As shown in FIG. 2, the holder mechanisms 6a and 6c have a function of holding the articulated arms 7a and 7b, respectively. The holder mechanism 6b has a function of holding the TV camera 8. The articulated arms 7a and 7b can be freely bent and fixed, hold the forceps 9 and the like at the tip, and are used for the operation of the patient 10. During the operation, an image acquired by the TV camera 8 is used.
各関節部４ａ〜４ｃの各両側のアーム部２ａと２ｂ、２ｂと２ｃ、２ｃと２ｄのいずれか一方に上述の回転軸３ａ〜３ｃが固定され、他方に従動軸１１ａ〜１１ｃが設けられる。ここでは、アーム部２ｂに回転軸３ａが固定され、アーム部２ａに、対応する従動軸１１ａが設けられる。アーム部２ｃに回転軸３ｂが固定され、アーム部２ｂに、対応する従動軸１１ｂが設けられる。アーム部２ｄに回転軸３ｃが固定され、アーム部２ｃに、対応する従動軸１１ｃが設けられる。 The rotary shafts 3a to 3c are fixed to any one of the arm portions 2a and 2b, 2b and 2c, 2c and 2d on both sides of each joint portion 4a to 4c, and the other driven shafts 11a to 11c are provided. Here, the rotating shaft 3a is fixed to the arm portion 2b, and the corresponding driven shaft 11a is provided in the arm portion 2a. The rotating shaft 3b is fixed to the arm portion 2c, and the corresponding driven shaft 11b is provided in the arm portion 2b. The rotating shaft 3c is fixed to the arm portion 2d, and the corresponding driven shaft 11c is provided to the arm portion 2c.
アーム部２ａには、アーム部２ａ、２ｂ相互間の回転が増速して従動軸１１ａに伝わる変速比で回転軸３ａと従動軸１１ａとを相互に連結する回転伝達機構１２ａが設けられる。回転伝達機構１２ａは、回転軸３ａに固定された歯車１３ａ、これと噛み合う小歯車１４ｂ、これと一体回転する大歯車１５ｂ、これと噛み合う小歯車１４ｃ、これと一体回転する大歯車１５ｃ、これと噛み合い、従動軸１１ａに固定された小歯車１４ｄにより構成される。 The arm portion 2a is provided with a rotation transmission mechanism 12a that interconnects the rotating shaft 3a and the driven shaft 11a at a transmission ratio in which the rotation between the arm portions 2a and 2b is accelerated and transmitted to the driven shaft 11a. The rotation transmission mechanism 12a includes a gear 13a fixed to the rotary shaft 3a, a small gear 14b that meshes with the gear 13a, a large gear 15b that rotates integrally with the gear 13a, a small gear 14c that meshes with this, a large gear 15c that rotates integrally therewith, It is constituted by a small gear 14d that meshes with and is fixed to the driven shaft 11a.
小歯車１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、大歯車１５ｂ、１５ｃよりも歯数が少ない。これにより、アーム部２ａ、２ｂ相互間の回転、すなわちアーム部２ａに対する回転軸３ａの回転が、２０倍程度に増速して従動軸１１ａに伝わる。 The small gears 14b, 14c, and 14d have fewer teeth than the large gears 15b and 15c. Thereby, the rotation between the arm portions 2a and 2b, that is, the rotation of the rotation shaft 3a with respect to the arm portion 2a is increased to about 20 times and transmitted to the driven shaft 11a.
アーム部２ｂには、アーム部２ｂ、２ｃ相互間の回転が増速して従動軸１１ｂに伝わる変速比で回転軸３ｂと従動軸１１ｂとを相互に連結する回転伝達機構１２ｂが設けられる。アーム部２ｃには、アーム部２ｃ、２ｄ相互間の回転が増速して従動軸１１ｃに伝わる変速比で回転軸３ｃと従動軸１１ｃとを相互に連結する回転伝達機構１２ｃが設けられる。 The arm portion 2b is provided with a rotation transmission mechanism 12b that couples the rotating shaft 3b and the driven shaft 11b to each other at a speed ratio at which the rotation between the arm portions 2b and 2c is accelerated and transmitted to the driven shaft 11b. The arm portion 2c is provided with a rotation transmission mechanism 12c that interconnects the rotary shaft 3c and the driven shaft 11c at a transmission ratio in which the rotation between the arm portions 2c and 2d is accelerated and transmitted to the driven shaft 11c.
回転伝達機構１２ｂ及び回転伝達機構１２ｃは、回転伝達機構１２ａと同様に、回転軸３ｂ、３ｃに固定された歯車１３ａ、及び従動軸１１ｂ、１１ｃに固定された小歯車１４ｄ、並びに歯車１３ａと小歯車１４ｄとの間に設けられた小歯車１４ｂ、１４ｃ、及び大歯車１５ｂ、１５ｃにより構成される。 Similarly to the rotation transmission mechanism 12a, the rotation transmission mechanism 12b and the rotation transmission mechanism 12c are a gear 13a fixed to the rotary shafts 3b and 3c, a small gear 14d fixed to the driven shafts 11b and 11c, and a gear 13a and a small gear. It comprises small gears 14b and 14c provided between the gear 14d and large gears 15b and 15c.
また、アーム機構１は、従動軸１１ａ〜１１ｃをそれぞれ回転させるステッピングモータ１６ａ〜１６ｃと、アーム部２ａと２ｂ、２ｂと２ｃ、２ｃと２ｄの各相互間の回転の回転角を検出する角度センサ１７ａ〜１７ｃとを備える。角度センサ１７ａ〜１７ｃとしては、例えば、ロータリエンコーダを利用したものを用いることができる。 The arm mechanism 1 includes stepping motors 16a to 16c that rotate the driven shafts 11a to 11c, and angle sensors that detect rotation angles of rotation between the arm portions 2a and 2b, 2b and 2c, and 2c and 2d. 17a-17c. As the angle sensors 17a to 17c, for example, those using a rotary encoder can be used.
ステッピングモータ１６ａから従動軸１１ａへの動力伝達は、ステッピングモータ１６ａの回転軸に固定されたプーリ１８ａと、従動軸１１ａに固定されたプーリ１８ｂと、プーリ１８ａとプーリ１８ｂの間に張られたタイミングベルト１９ａとで行われる。 The transmission of power from the stepping motor 16a to the driven shaft 11a is performed by a pulley 18a fixed to the rotating shaft of the stepping motor 16a, a pulley 18b fixed to the driven shaft 11a, and a timing stretched between the pulley 18a and the pulley 18b. This is done with the belt 19a.
ステッピングモータ１６ｂから従動軸１１ｂへの動力伝達は、ステッピングモータ１６ｂの回転軸に固定されたプーリ１８ｃと、回転軸３ａに回転自在に設けられ、相互に固定されたプーリ１８ｄ及び１８ｅと、従動軸１１ｂに固定されたプーリ１８ｆと、プーリ１８ｃ及び１８ｄ間に張られたタイミングベルト１９ｂと、プーリ１８ｅ及び１８ｆ間に張られたタイミングベルト１９ｃとで行われる。 Transmission of power from the stepping motor 16b to the driven shaft 11b is performed by a pulley 18c fixed to the rotating shaft of the stepping motor 16b, pulleys 18d and 18e which are rotatably provided on the rotating shaft 3a and fixed to each other, and a driven shaft. This is performed by a pulley 18f fixed to 11b, a timing belt 19b stretched between the pulleys 18c and 18d, and a timing belt 19c stretched between the pulleys 18e and 18f.
ステッピングモータ１６ｃから従動軸１１ｃへの動力伝達は、ステッピングモータ１６ｃの回転軸に固定されたプーリ１８ｇと、回転軸３ｂに回転自在に設けられ、相互に固定されたプーリ１８ｈ及び１８ｉと、従動軸１１ｃに固定されたプーリ１８ｊと、プーリ１８ｇ及び１８ｈ間に張られたタイミングベルト１９ｄと、プーリ１８ｉ及び１８ｊ間に張られたタイミングベルト１９ｅとで行われる。 Transmission of power from the stepping motor 16c to the driven shaft 11c is performed by a pulley 18g fixed to the rotating shaft of the stepping motor 16c, pulleys 18h and 18i which are rotatably provided on the rotating shaft 3b and fixed to each other, and a driven shaft. This is performed by a pulley 18j fixed to 11c, a timing belt 19d stretched between the pulleys 18g and 18h, and a timing belt 19e stretched between the pulleys 18i and 18j.
また、アーム機構１は、角度センサ１７ａ〜１７ｃにより検出される回転角を記憶するメモリ２０（図３参照）と、メモリ２０による回転角の記憶タイミングを指示するためのスイッチ２１と、ステッピングモータ１６を、角度センサ１７ａ〜１７ｃ、メモリ２０の内容、及びスイッチ２１による指示に基づいて制御する制御部２２とを備える。 Further, the arm mechanism 1 includes a memory 20 (see FIG. 3) that stores the rotation angles detected by the angle sensors 17a to 17c, a switch 21 for instructing the storage timing of the rotation angles by the memory 20, and the stepping motor 16 And a control unit 22 that controls the angle sensors 17 a to 17 c, the contents of the memory 20, and an instruction from the switch 21.
図３に示すように、制御部２２は、スイッチ２１による指示に応答して角度センサ１７ａ〜１７ｃによりそれぞれ検出されるアーム部２ａ〜２ｄ各相互間の現在の回転角ｐ１〜ｐ３を、回転角ｍ１〜ｍ３としてメモリ２０に記憶させる記憶部２３と、メモリ２０に記憶されている回転角ｍ１〜ｍ３に対し、角度センサ１７ａ〜１７ｃにより検出される現在の回転角ｐ１〜ｐ３が変化したか否かを判定する変化判定部２４と、変化判定部２４により回転角が変化したと判定されたことに応答して、アーム部２ａ〜２ｄ各相互間の回転角ｐ１〜ｐ３がメモリ２０に記憶されている回転角ｍ１〜ｍ３それぞれに一致するようにステッピングモータ１６を駆動する回転角復帰部２５とを備える。 As shown in FIG. 3, the control unit 22 determines the current rotation angles p1 to p3 between the arm units 2a to 2d detected by the angle sensors 17a to 17c in response to an instruction from the switch 21 as rotation angles. Whether the current rotation angles p1 to p3 detected by the angle sensors 17a to 17c have changed with respect to the storage unit 23 stored in the memory 20 as m1 to m3 and the rotation angles m1 to m3 stored in the memory 20 In response to determining that the rotation angle has changed by the change determination unit 24 and the change determination unit 24, the rotation angles p1 to p3 between the arm units 2a to 2d are stored in the memory 20. And a rotation angle return unit 25 for driving the stepping motor 16 so as to coincide with the rotation angles m1 to m3.
図４は、制御部２２による復帰制御を示すフローチャートである。復帰制御を開始すると、制御部２２は、ステッピングモータ１６ａ〜１６ｃに一定の電圧を付与して、その保持力により、アーム部２ａ〜２ｃに設けられた従動軸１１ａ〜１１ｃを固定する。これにより関節部４ａ〜４ｃが固定された状態に維持される（ステップＳ１）。また、上記の固定を行ったときの回転軸３ａ〜３ｃの角度センサ１７ａ〜１７ｃによる回転角ｐ１〜ｐ３を、Ｒ−Ｖ変換回路３１を介し、回転角ｍ１〜ｍ３として、記憶部２３によりメモリ２０に記憶させる（ステップＳ２）。 FIG. 4 is a flowchart showing return control by the control unit 22. When the return control is started, the control unit 22 applies a constant voltage to the stepping motors 16a to 16c, and fixes the driven shafts 11a to 11c provided in the arm units 2a to 2c by the holding force. Thereby, the joint parts 4a-4c are maintained in the fixed state (step S1). Further, the rotation angle p1 to p3 by the angle sensors 17a to 17c of the rotation shafts 3a to 3c when the above-described fixing is performed is stored in the storage unit 23 as rotation angles m1 to m3 via the RV conversion circuit 31. 20 (step S2).
上記のように関節部４ａ〜４ｃが固定された状態においては、ある程度の力がアーム機構１等に加えられても、アーム部２ｃ先端部のホルダ機構６ａ〜６ｃの位置は一定に維持される。一方、ステッピングモータ１６ａ〜１６ｃによる保持力を上回る力をアーム部２ｄやホルダ機構６ａ〜６ｃ等に加えることにより、ホルダ機構６ａ〜６ｃの位置を所望の位置に移動させることができる。この移動に際して把持される部分に、上述のスイッチ２１が設けられており、その部分が把持されるとスイッチ２１が押されるようになっている。 In the state where the joint portions 4a to 4c are fixed as described above, the positions of the holder mechanisms 6a to 6c at the distal end portion of the arm portion 2c are kept constant even if a certain amount of force is applied to the arm mechanism 1 and the like. . On the other hand, the positions of the holder mechanisms 6a to 6c can be moved to desired positions by applying a force exceeding the holding force of the stepping motors 16a to 16c to the arm portion 2d, the holder mechanisms 6a to 6c, and the like. The above-described switch 21 is provided in a portion gripped during the movement, and the switch 21 is pushed when the portion is gripped.
次に、スイッチ２１の押下が解除されたかどうかを判定する（ステップＳ３）。解除されていないと判定した場合にはそのままステップＳ５に進む。一方、解除されたと判定した場合には、その時点での角度センサ１７ａ〜１７ｃによるアーム部２ａ〜２ｄ各相互間の回転角ｐ１〜ｐ３を、回転角ｍ１〜ｍ３として、記憶部２３によりメモリ２０に記憶させ（ステップＳ４）、ステップＳ５に進む。 Next, it is determined whether or not the pressing of the switch 21 is released (step S3). If it is determined that it has not been released, the process proceeds to step S5 as it is. On the other hand, if it is determined that the rotation is released, the rotation angles p1 to p3 between the arm portions 2a to 2d by the angle sensors 17a to 17c at that time are set as the rotation angles m1 to m3, and the memory 20 stores the memory 20. (Step S4), and the process proceeds to step S5.
この場合、所望の位置へのホルダ機構６ａ〜６ｃの移動を完了し、把持部分から手を離してスイッチ２１の押下が解除されたときのホルダ機構６ａ〜６ｃの位置が、回転角ｍ１〜ｍ３として記憶されることになる。 In this case, the positions of the holder mechanisms 6a to 6c when the movement of the holder mechanisms 6a to 6c to a desired position is completed and the hand is released from the gripping part and the pressing of the switch 21 is released are the rotation angles m1 to m3. Will be stored as
ステップＳ５では、メモリ２０に記憶されている回転角ｍ１〜ｍ３と、角度センサ１７ａ〜１７ｃによる現在の回転角ｐ１〜ｐ３とをそれぞれ比較し（ステップＳ５）、変化判定部２４により、変化があるかどうかを判定する（ステップＳ６）。変化がないと判定した場合には、ステップＳ３に戻る。 In step S5, the rotation angles m1 to m3 stored in the memory 20 are compared with the current rotation angles p1 to p3 by the angle sensors 17a to 17c, respectively (step S5), and the change is determined by the change determination unit 24. Whether or not (step S6). If it is determined that there is no change, the process returns to step S3.
一方、変化があると判定した場合には、回転復帰部２５によりステッピングモータ１６ａ〜１６ｃを駆動して角度センサ１７ａ〜１７ｃによる現在の回転角ｐ１〜ｐ３がそれぞれ回転角ｍ１〜ｍ３に一致するように制御する（ステップＳ７）。これにより、ホルダ機構６ａ〜６ｃやアーム機構１に誤って何かが触れる等により、意図せずしてアーム部２ａ〜２ｄ各相互間の角度が変化し、ホルダ機構６ａ〜６ｃが変位したとしても、直ちにホルダ機構６ａ〜６ｃは元の位置に復帰する。 On the other hand, when it is determined that there is a change, the stepping motors 16a to 16c are driven by the rotation return unit 25 so that the current rotation angles p1 to p3 by the angle sensors 17a to 17c respectively coincide with the rotation angles m1 to m3. (Step S7). As a result, when the holder mechanisms 6a to 6c and the arm mechanism 1 are accidentally touched, the angles between the arm portions 2a to 2d change unintentionally, and the holder mechanisms 6a to 6c are displaced. However, the holder mechanisms 6a to 6c immediately return to their original positions.
次に、ステップＳ８において、復帰制御を終了するかどうかを判定し、終了しない場合にはステップＳ３へ戻り、終了すると判定した場合には、復帰制御を終了する。 Next, in step S8, it is determined whether to end the return control. If not, the process returns to step S3. If it is determined to end, the return control is ended.
本実施形態によれば、ホルダ機構６ａ〜６ｃがスイッチ２１で指示されたときの位置から変位した場合でも、ホルダ機構６ａ〜６ｃを指示された位置に復帰させることができる。したがって、ホルダ機構６ａ〜６ｃの意図しない変位による不都合を確実に回避することができる。また、ステッピングモータ１６ａ〜１６ｃの保持力により、従動軸１１ａ〜１１ｃの回転を制動するようにしている。したがって、ホルダ機構６ａ〜６ｃに意図しない変位が生じた場合の元の位置への復帰と、ホルダ機構６ａ〜６ｃの固定とを、ステッピングモータ１６ａ〜１６ｃで行うことができる。 According to this embodiment, even when the holder mechanisms 6a to 6c are displaced from the position when the switch 21 is instructed, the holder mechanisms 6a to 6c can be returned to the instructed position. Therefore, inconvenience due to unintended displacement of the holder mechanisms 6a to 6c can be surely avoided. Further, the rotation of the driven shafts 11a to 11c is braked by the holding force of the stepping motors 16a to 16c. Therefore, the stepping motors 16a to 16c can perform the return to the original position when the unintended displacement occurs in the holder mechanisms 6a to 6c and the fixing of the holder mechanisms 6a to 6c.
図５は、本発明の他の実施形態に係るアーム機構２６を示す斜視図である。図５に示すように、アーム機構２６は、４つのアーム部２ｑ〜２ｔと、隣り合うアーム部２ｑと２ｒ、２ｒと２ｓ、２ｓと２ｔ同士を、それぞれ相互に回転可能に回転軸３ｑ〜３ｓを介して連結する関節部４ｑ〜４ｓとを備える。アーム機構２６は、対象物を空中で支持するために用いられる。アーム部２ｑの基端部は、ベース２７に固定される。 FIG. 5 is a perspective view showing an arm mechanism 26 according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the arm mechanism 26 includes four arm portions 2q to 2t and adjacent arm portions 2q and 2r, 2r and 2s, 2s and 2t, and rotation shafts 3q to 3s that can rotate with each other. Joints 4q to 4s that are connected to each other. The arm mechanism 26 is used to support the object in the air. The base end portion of the arm portion 2q is fixed to the base 27.
アーム部２ｔの先端部には、支持する対象物としてのタブレット２８が設けられる。タブレット２８は、アーム部２ｔの先端部に対して、固定及びその解除が可能なボールジョイントを介して支持される。したがって、タブレット２８は、アーム部２ｔに対し、その軸周りの回転も含めて自在に回転し得るようになっている。 A tablet 28 as an object to be supported is provided at the tip of the arm 2t. The tablet 28 is supported via a ball joint that can be fixed and released from the distal end of the arm 2t. Therefore, the tablet 28 can be freely rotated with respect to the arm portion 2t including the rotation around the axis.
関節部４ｒ、４ｓそれぞれの両側のアーム部２ｒと２ｓ、２ｓと２ｔのいずれか一方に上述の回転軸３ｒ、３ｓが固定され、他方に従動軸１１ｒ、１１ｓが設けられる。ここでは、アーム部２ｒに回転軸３ｒが固定され、アーム部２ｓに、対応する従動軸１１ｒが設けられる。また、アーム部２ｔに回転軸３ｓが固定され、アーム部２ｓに、対応する従動軸１１ｓが設けられる。アーム部２ｒは、回転軸３ｑを介して回転及び固定可能にアーム部２ｑの先端部に取り付けられる。 The rotating shafts 3r and 3s described above are fixed to any one of the arm portions 2r and 2s, 2s and 2t on both sides of the joint portions 4r and 4s, and the driven shafts 11r and 11s are provided on the other side. Here, the rotating shaft 3r is fixed to the arm portion 2r, and the corresponding driven shaft 11r is provided to the arm portion 2s. Moreover, the rotating shaft 3s is fixed to the arm part 2t, and the corresponding driven shaft 11s is provided in the arm part 2s. The arm portion 2r is attached to the distal end portion of the arm portion 2q via a rotation shaft 3q so as to be rotatable and fixed.
図６に示すように、アーム部２ｓには、アーム部２ｓ、２ｔ相互間の回転が増速して従動軸１１ｓに伝わる変速比で回転軸３ｓと従動軸１１ｓとを相互に連結する回転伝達機構１２ｓが設けられる。回転伝達機構１２ｓは、回転軸３ｓに固定された歯車１３ｓ、これに噛み合う歯車１３ｔ、これに噛み合う小歯車１４ｕ、これと一体回転する大歯車１５ｖ、これに噛み合う小歯車１４ｗ、これと一体回転する大歯車１５ｘ、これに噛み合う小歯車１４ｙ、これと一体回転する大歯車１５ｚ、これに噛み合う小歯車１４ｋ、これと一体回転する大歯車１５ｌ、これと噛み合う小歯車１４ｍ、これと一体回転する大歯車１５ｎ、これに噛み合うとともに従動軸１１ｓに固定された小歯車１４ｏで構成される。 As shown in FIG. 6, the arm portion 2 s transmits rotation to the rotation shaft 3 s and the driven shaft 11 s at a transmission gear ratio at which the rotation between the arm portions 2 s and 2 t is increased and transmitted to the driven shaft 11 s. A mechanism 12s is provided. The rotation transmission mechanism 12s includes a gear 13s fixed to the rotation shaft 3s, a gear 13t that meshes with the gear 13t, a small gear 14u that meshes with the gear 13t, a large gear 15v that rotates integrally therewith, a small gear 14w that meshes with the gear, and a small gear 14w that meshes with this. Large gear 15x, small gear 14y meshing with it, large gear 15z rotating integrally therewith, small gear 14k meshing therewith, large gear 151l rotating integrally therewith, small gear 14m meshing therewith, large gear rotating integrally therewith 15n, which is constituted by a small gear 14o that meshes with this and is fixed to the driven shaft 11s.
小歯車１４ｕ、１４ｗ、１４ｙ、１４ｋ、１４ｍ、１４ｏは、大歯車１５ｖ、１５ｘ、１５ｚ、１５ｌ、１５ｎより歯数が少ない。これにより、アーム部２ｓ、２ｔ相互間の回転、すなわちアーム部２ｓに対する回転軸３ｓの回転が、２０倍程度に増速して従動軸１１ｓに伝わる。従動軸１１ｓには、プーリ１８ｐが固定される。 The small gears 14u, 14w, 14y, 14k, 14m, 14o have fewer teeth than the large gears 15v, 15x, 15z, 15l, 15n. Thereby, the rotation between the arm portions 2s and 2t, that is, the rotation of the rotation shaft 3s with respect to the arm portion 2s is increased to about 20 times and transmitted to the driven shaft 11s. A pulley 18p is fixed to the driven shaft 11s.
アーム部２ｓにおける回転伝達機構１２ｓと反対側の部分には、アーム部２ｓ、２ｒ相互間の回転が増速して従動軸１１ｒに伝わる変速比で回転軸３ｒと従動軸１１ｒとを相互に連結する回転伝達機構１２ｓと同様の回転伝達機構が設けられる。従動軸１１ｒには、プーリ１８ｐと同様のプーリが固定される。 The rotation portion 3r and the driven shaft 11r are connected to each other at a speed ratio in which the rotation between the arm portions 2s and 2r is accelerated and transmitted to the driven shaft 11r at a portion of the arm portion 2s opposite to the rotation transmission mechanism 12s. A rotation transmission mechanism similar to the rotation transmission mechanism 12s is provided. A pulley similar to the pulley 18p is fixed to the driven shaft 11r.
また、アーム機構２６は、従動軸１１ｓに固定されたプーリ１８ｐと、従動軸１１ｒに固定されたプーリとにそれぞれ中間部が１〜数回巻回され、一端がアーム部２ｓの筐体に固定されたワイヤ２９と、ワイヤ２９の他端を引いてワイヤ２９に張力を付与する牽引部３０とを備える。 Further, the arm mechanism 26 has a middle portion wound around the pulley 18p fixed to the driven shaft 11s and a pulley fixed to the driven shaft 11r, respectively, and one end fixed to the casing of the arm portion 2s. And a traction portion 30 that pulls the other end of the wire 29 and applies tension to the wire 29.
牽引部３０としては、例えば、エアシリンダでワイヤ２９の他端を引く方式のものを用いることができる。牽引部３０の動作をオン・オフするためのスイッチは、タブレット２８を移動させるためにタブレット２８を把持する部分に設けられる。すなわち、タブレット２８を把持すると該スイッチにより牽引部３０の動作がオフされ、把持を解除すると、オンされるように構成される。 As the pulling unit 30, for example, a type that pulls the other end of the wire 29 with an air cylinder can be used. A switch for turning on and off the operation of the traction unit 30 is provided in a portion that holds the tablet 28 in order to move the tablet 28. That is, the operation of the towing unit 30 is turned off by the switch when the tablet 28 is gripped, and is turned on when the grip is released.
この構成において、牽引部３０によりワイヤ２９の他端が引かれた状態においては、ワイヤ２９により、従動軸１１ｓのプーリ１８ｐと、従動軸１１ｒのプーリとが固定（制動）され、関節部４ｒ及び４ｓは固定された状態にある。そして、回転軸３ｒ、３ｓの回転が２０倍程度に増速して従動軸１１ｒ、１１ｓに伝わるように回転軸３ｒ、３ｓと従動軸１１ｒ、１１ｓとが連結されているので、この固定は強固に行われる。 In this configuration, in a state where the other end of the wire 29 is pulled by the traction portion 30, the pulley 29p of the driven shaft 11s and the pulley of the driven shaft 11r are fixed (braking) by the wire 29, and the joint portion 4r and 4s is in a fixed state. Since the rotation shafts 3r and 3s and the driven shafts 11r and 11s are coupled so that the rotation of the rotation shafts 3r and 3s is increased to about 20 times and transmitted to the driven shafts 11r and 11s, this fixing is strong. To be done.
したがって、タブレット２８は、アーム機構２６により、空中の一定位置において、強固に支持されている状態にある。したがって、タブレット２８等に意図しない外力が加えられても、タブレット２８は、容易には変位しない。 Therefore, the tablet 28 is firmly supported by the arm mechanism 26 at a certain position in the air. Therefore, even if an unintended external force is applied to the tablet 28 or the like, the tablet 28 is not easily displaced.
この状態において、タブレット２８を移動させるためにタブレット２８を把持すると、上述のスイッチにより牽引部３０の動作がオフされ、従動軸１１ｒ、１１ｓが自由に回転し得るようになる。これにより、タブレット２８を容易に所望の位置に移動させることができる。移動後に、タブレット２８の把持を解除すると、上述のスイッチにより牽引部３０の動作がオンされるので、その移動位置においてタブレット２８が固定されることになる。 In this state, when the tablet 28 is gripped to move the tablet 28, the operation of the towing unit 30 is turned off by the above-described switch, and the driven shafts 11r and 11s can freely rotate. Thereby, the tablet 28 can be easily moved to a desired position. When the grip of the tablet 28 is released after the movement, the operation of the towing unit 30 is turned on by the above-described switch, so that the tablet 28 is fixed at the movement position.
本実施形態によれば、タブレット２８を把持して容易に所望の位置に移動させることができる。移動してない間は、タブレット２８を強固に支持し、意図しない外力が加えられてもその変位を阻止することができる。 According to the present embodiment, the tablet 28 can be grasped and easily moved to a desired position. While the tablet is not moving, the tablet 28 is firmly supported, and the displacement can be prevented even if an unintended external force is applied.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステッピングモータ１６の代わりに通常のモータを用いてもよい。この場合、従動軸の回転を制動する制動機構を、例えばロータリダンパを用いて構成してもよい。また、タブレット２８を支持するボールジョイントとして、その中を通るワイヤを引くことにより固定可能なものを用い、このワイヤとして、上述のワイヤ２９を、共通に使用し、アーム機構２６とボールジョイントの双方を牽引部３０で一度に固定できるようにしてもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, a normal motor may be used instead of the stepping motor 16. In this case, a braking mechanism that brakes the rotation of the driven shaft may be configured using, for example, a rotary damper. Further, as the ball joint for supporting the tablet 28, a ball joint that can be fixed by pulling a wire passing therethrough is used. As the wire, the above-described wire 29 is commonly used, and both the arm mechanism 26 and the ball joint are used. May be fixed at once by the towing unit 30.
１…アーム機構、２ａ〜２ｄ、２ｑ〜２ｔ…アーム部、３ａ〜３ｃ、３ｑ〜３ｓ…回転軸、４ａ〜４ｃ、４ｑ〜４ｓ…関節部、１１ａ〜１１ｃ、１１ｒ、１１ｓ…従動軸、１２ａ〜１２ｃ、１２ｓ…回転伝達機構、１６ａ〜１６ｃ…ステッピングモータ（制動機構）、１７ａ〜１７ｃ…角度センサ、１８ｐ…プーリ、２０…メモリ、２１…スイッチ、２２…制御部、２３…記憶部、２４…変化判定部、２５…回転角復帰部、２９…ワイヤ、３０…牽引部（制動機構）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arm mechanism, 2a-2d, 2q-2t ... Arm part, 3a-3c, 3q-3s ... Rotary axis, 4a-4c, 4q-4s ... Joint part, 11a-11c, 11r, 11s ... Driven shaft, 12a -12c, 12s ... rotation transmission mechanism, 16a-16c ... stepping motor (braking mechanism), 17a-17c ... angle sensor, 18p ... pulley, 20 ... memory, 21 ... switch, 22 ... control unit, 23 ... storage unit, 24 ... change determination part, 25 ... rotation angle return part, 29 ... wire, 30 ... traction part (braking mechanism).
Claims (5)
各関節部の両側の前記アーム部のいずれか一方に固定された前記回転軸及び他方に設けられた従動軸と、
前記アーム部相互間の回転が増速して前記従動軸に伝わる変速比で前記回転軸と該従動軸とを相互に連結する回転伝達機構と、
前記従動軸の回転を制動する制動機構とを備えることを特徴とするアーム機構。 An arm mechanism for supporting a target object in the air, comprising a plurality of arm parts and a joint part that connects adjacent arm parts via a rotation shaft so as to be mutually rotatable,
The rotating shaft fixed to one of the arm portions on both sides of each joint portion and a driven shaft provided on the other,
A rotation transmission mechanism that interconnects the rotating shaft and the driven shaft at a transmission ratio that increases the speed of rotation between the arm portions and is transmitted to the driven shaft;
An arm mechanism comprising: a braking mechanism that brakes rotation of the driven shaft.
前記アーム部相互間の回転の回転角を検出する角度センサと、
前記回転角を記憶するメモリと、
前記メモリによる回転角の記憶タイミングを指示するためのスイッチと、
前記モータを、前記角度センサ、前記メモリの内容、及び前記スイッチによる指示に基づいて制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記スイッチによる指示に応答して前記角度センサにより検出される回転角を前記メモリに記憶させる記憶部と、
前記メモリに記憶されている回転角に対し、前記角度センサにより検出される現在の回転角が変化したか否かを判定する変化判定部と、
前記変化判定部により回転角が変化したと判定されたことに応答して、前記アーム部相互間の回転角が前記メモリに記憶されている回転角に一致するように前記モータを駆動する回転角復帰部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアーム機構。 A motor for rotating the driven shaft;
An angle sensor for detecting a rotation angle of rotation between the arm parts;
A memory for storing the rotation angle;
A switch for instructing the storage timing of the rotation angle by the memory;
A controller that controls the motor based on the angle sensor, the contents of the memory, and an instruction from the switch;
The controller is
A storage unit for storing in the memory a rotation angle detected by the angle sensor in response to an instruction from the switch;
A change determination unit that determines whether or not the current rotation angle detected by the angle sensor has changed with respect to the rotation angle stored in the memory;
In response to determining that the rotation angle has been changed by the change determination unit, the rotation angle for driving the motor so that the rotation angle between the arm units matches the rotation angle stored in the memory The arm mechanism according to claim 1, further comprising a return portion.
前記従動軸に設けられたプーリと、
前記プーリに中間部が１〜数回巻回され、一端がアーム機構の筺体に固定されたワイヤと、
前記ワイヤの他端を引いて該ワイヤに張力を付与する牽引部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアーム機構。 The braking mechanism is
A pulley provided on the driven shaft;
A wire having an intermediate portion wound around the pulley one to several times, and one end fixed to the housing of the arm mechanism;
The arm mechanism according to claim 1, further comprising: a pulling unit that pulls the other end of the wire to apply tension to the wire.
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