JP2020185655A - Link mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクチュエータによりリンクを駆動するリンク機構に関する。 The present invention relates to a link mechanism that drives a link by an actuator.
従来、リンク機構として特許文献１に記載されたものが知られている。このリンク機構は、２関節リンク機構タイプのものであり、ベースと、第１及び第２リンクと、第１及び第２関節を備えている。このリンク機構では、ベース及び第１リンクが第１関節を介して接続され、第１リンク及び第２リンクが第２関節を介して接続されている。 Conventionally, a link mechanism described in Patent Document 1 is known. This link mechanism is of the two-joint link mechanism type and includes a base, first and second links, and first and second joints. In this link mechanism, the base and the first link are connected via the first joint, and the first link and the second link are connected via the second joint.
また、第１関節は、能動関節タイプのものであり、アクチュエータとしての第１油圧シリンダを備えている。第１関節では、第１油圧シリンダによって、その角度が変更される。さらに、第２関節も、能動関節タイプのものであり、アクチュエータとしての第２油圧シリンダを備えている。第２関節では、第２油圧シリンダによって、その角度が変更される。 Further, the first joint is of the active joint type and includes a first hydraulic cylinder as an actuator. The angle of the first joint is changed by the first hydraulic cylinder. Further, the second joint is also an active joint type and includes a second hydraulic cylinder as an actuator. The angle of the second joint is changed by the second hydraulic cylinder.
上記リンク機構を産業ロボットなどに適用した場合、重量物を第２リンクの先端部で取り扱うことがあり、その場合には、アクチュエータとして高出力タイプの油圧シリンダが必要となる。その結果、アクチュエータの大型化及び重量化を招き、消費エネルギが増大し、製造コスト及びランニングコストの増大を招いてしまう。 When the link mechanism is applied to an industrial robot or the like, a heavy object may be handled at the tip of the second link, and in that case, a high output type hydraulic cylinder is required as an actuator. As a result, the actuator becomes larger and heavier, energy consumption increases, and manufacturing cost and running cost increase.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、アクチュエータを小型軽量化することができ、消費エネルギを低減できるとともに、コストを削減することができるリンク機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a link mechanism capable of reducing the size and weight of an actuator, reducing energy consumption, and reducing costs. ..
上記目的を達成するために、請求項１に係るリンク機構１は、第１関節１０と、第１関節１０に連結された第１リンク３０と、第１リンク３０を駆動する第１アクチュエータ（第１モータ１１）と、第２関節２０と、第２関節２０に連結された第２リンク５０と、第２リンク５０を駆動する第２アクチュエータ（第２モータ２１）と、第１アクチュエータ（第１モータ１１）に起因する動力が第１関節１０から第２関節２０に伝達可能になる第１状態、及び第２アクチュエータ（第２モータ２１）に起因する動力が第２関節２０から第１関節１０に伝達可能になる第２状態の少なくとも一方の状態が成立するように、第１関節１０及び第２関節２０の間を連結する連結状態と、連結を解除する連結解除状態とに切換可能に構成された動力伝達機構４０と、を備え、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１関節１０及び第２関節２０は、第１関節１０の速度（角速度ω１）と第２関節２０の速度（角速度ω２）が互いに比例するように作動することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the link mechanism 1 according to claim 1 includes a
このリンク機構によれば、第１アクチュエータによって、第１リンクが駆動され、第２アクチュエータによって、第２リンクが駆動される。また、動力伝達機構は、第１アクチュエータに起因する動力が第１関節から第２関節に伝達可能になる第１状態、及び第２アクチュエータに起因する動力が第２関節から第１関節に伝達可能になる第２状態の少なくとも一方の状態が成立するように、第１関節及び第２関節の間を連結する連結状態と、連結を解除する連結解除状態とに切換可能に構成されている。そして、動力伝達機構が連結状態にある場合、第１関節及び第２関節は、第１関節の速度と第２関節の速度が互いに比例するように作動する。 According to this link mechanism, the first actuator drives the first link, and the second actuator drives the second link. Further, the power transmission mechanism can transmit the power generated by the first actuator from the first joint to the second joint in the first state, and the power generated by the second actuator can be transmitted from the second joint to the first joint. The connection state in which the first joint and the second joint are connected and the connection release state in which the connection is released are switchable so that at least one of the second states is established. Then, when the power transmission mechanism is in the connected state, the first joint and the second joint operate so that the speed of the first joint and the speed of the second joint are proportional to each other.
したがって、外力が第１リンク及び第２リンクの一方又は両方に作用している場合には、第１アクチュエータの動力と、第２アクチュエータの動力と、第１関節から第２関節に伝達される動力及び第２関節から第１関節に伝達される動力の少なくとも一方の動力とによって、外力を支持することができる。それにより、第１リンク及び第２リンクの一方又は両方に作用する外力を、第１及び第２アクチュエータの動力によって支持する場合と比べて、第１及び第２アクチュエータの動力すなわち消費エネルギを低減しながら、同じ動力を確保することができる。それにより、アクチュエータ１個当たりの出力、すなわちアクチュエータ１個当たりの消費エネルギを低減することができるとともに、アクチュエータを小型軽量化することができる。以上により、ランニングコストを低減することができる。 Therefore, when an external force acts on one or both of the first link and the second link, the power of the first actuator, the power of the second actuator, and the power transmitted from the first joint to the second joint And at least one of the powers transmitted from the second joint to the first joint can support the external force. As a result, the power of the first and second actuators, that is, the energy consumption, is reduced as compared with the case where the external force acting on one or both of the first link and the second link is supported by the power of the first and second actuators. However, the same power can be secured. As a result, the output per actuator, that is, the energy consumption per actuator can be reduced, and the actuator can be made smaller and lighter. As a result, the running cost can be reduced.
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のリンク機構１において、第１アクチュエータ（第１モータ１１）は、第１リンク３０を第１関節１０の回転軸周りに回転駆動し、第２アクチュエータ（第２モータ２１）は、第２リンク５０を第２関節２０の回転軸周りに回転駆動し、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１関節１０及び第２関節２０は、第１関節１０の回転速度（角速度ω１）と第２関節２０の回転速度（角速度ω２）が互いに比例するように回転することを特徴とする。
According to the second aspect of the invention, in the link mechanism 1 according to the first aspect, the first actuator (first motor 11) rotationally drives the
このリンク機構によれば、第１アクチュエータによって、第１リンクが回転駆動され、第２アクチュエータによって、第２リンクが回転駆動される。さらに、動力伝達機構が連結状態にある場合、第１関節及び第２関節は、第１関節の回転速度と第２関節の回転速度が互いに比例するように回転する。したがって、前述したように、アクチュエータ１個当たりの出力、すなわちアクチュエータ１個当たりの消費エネルギを低減することができるとともに、アクチュエータを小型軽量化することができる。以上により、ランニングコストを低減することができる。 According to this link mechanism, the first actuator rotationally drives the first link, and the second actuator rotationally drives the second link. Further, when the power transmission mechanism is in the connected state, the first joint and the second joint rotate so that the rotation speed of the first joint and the rotation speed of the second joint are proportional to each other. Therefore, as described above, the output per actuator, that is, the energy consumption per actuator can be reduced, and the actuator can be made smaller and lighter. As a result, the running cost can be reduced.
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のリンク機構１において、第１関節１０は、第１アクチュエータ（第１モータ１１）の動力を減速して第１リンク３０に伝達する第１減速機１２と、第１アクチュエータ（第１モータ１１）の動力を第１減速機１２に入力する第１要素（回転軸１１ａ）とを有し、第２関節２０は、第２アクチュエータ（第２モータ２１）の動力を減速して第２リンク５０に伝達する第２減速機２２と、第２アクチュエータ（第２モータ２１）の動力を第２減速機２２に入力する第２要素（回転軸２１ａ）とを有し、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１要素（回転軸１１ａ）と第２要素（回転軸２１ａ）が動力伝達機構４０によって連結されることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the link mechanism 1 according to
このリンク機構によれば、動力伝達機構が連結状態にある場合、第１アクチュエータの動力を第１減速機に入力する第１要素と、第２アクチュエータの動力を第２減速機に入力する第２要素とが連結される。このように、２つの減速機の入力側の要素を連結することによって、第１関節及び第２関節の間を動力伝達可能に連結することができるので、２つの減速機の出力側の要素を連結する場合と比べて、動力伝達機構におけるトルク容量を低減することができ、その分、動力伝達機構の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。 According to this link mechanism, when the power transmission mechanism is in the connected state, the first element that inputs the power of the first actuator to the first reduction gear and the second element that inputs the power of the second actuator to the second reduction gear. The elements are concatenated. By connecting the input side elements of the two speed reducers in this way, it is possible to connect the first joint and the second joint so that power can be transmitted. Therefore, the output side elements of the two speed reducers can be connected. Compared with the case of connecting, the torque capacity in the power transmission mechanism can be reduced, and the size and weight of the power transmission mechanism can be reduced and the cost can be reduced accordingly.
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のリンク機構１において、動力伝達機構４０は、サンギヤ４３ａ、プラネタリキャリア４３ｄ及びリングギヤ４３ｅのうちの２つの回転要素が第１関節１０及び第２関節２０にそれぞれ連結された遊星歯車機構４３と、遊星歯車機構４３の２つの回転要素以外の１つの回転要素を回転不能状態に保持可能な回転停止機構（電磁ブレーキ４４）と、を有することを特徴とする。
In the invention according to claim 4, in the link mechanism 1 according to any one of claims 1 to 3, in the
このリンク機構によれば、遊星歯車機構における、サンギヤ、プラネタリキャリア及びリングギヤのうちの２つの回転要素が第１関節及び第２関節にそれぞれ連結され、遊星歯車機構の２つの回転要素以外の１つの回転要素が、回転停止機構によって回転不能状態に保持可能に構成されている。したがって、例えば、遊星歯車機構がシングルプラネタリギヤタイプの場合、サンギヤ又はリングギヤを回転不能に保持したときには、第１関節及び第２関節が互いに同一方向に回転する状態に連結され、プラネタリキャリアを回転不能に保持したときには、第１関節及び第２関節が互いに逆回転方向に回転する状態に連結されることになる。以上のように、第１リンク及び第２リンクがそれぞれ連結される回転要素を選択することによって、第１関節と第２関節の回転方向を同一方向又は逆方向に容易に設定することができる。 According to this link mechanism, two rotating elements of the sun gear, the planetary carrier and the ring gear in the planetary gear mechanism are connected to the first joint and the second joint, respectively, and one other than the two rotating elements of the planetary gear mechanism. The rotating element is configured to be able to be held in a non-rotating state by a rotation stopping mechanism. Therefore, for example, when the planetary gear mechanism is a single planetary gear type, when the sun gear or the ring gear is held non-rotatably, the first joint and the second joint are connected to rotate in the same direction, and the planetary carrier becomes non-rotatable. When held, the first joint and the second joint are connected to each other in a state of rotating in opposite rotation directions. As described above, by selecting the rotation element to which the first link and the second link are connected, the rotation directions of the first joint and the second joint can be easily set in the same direction or in the opposite directions.
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るリンク機構について説明する。図１〜３に示すように、本実施形態のリンク機構１は、基体２の上部の取付部材２ａに連結されている。この基体２は、上下方向に所定長さで延びている。
Hereinafter, the link mechanism according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the link mechanism 1 of the present embodiment is connected to the mounting
このリンク機構１は、シリアルリンクタイプの２関節リンク機構であり、第１関節１０、第２関節２０、第１リンク３０、動力伝達機構４０及び第２リンク５０などを備えている。
This link mechanism 1 is a serial link type two-joint link mechanism, and includes a first joint 10, a second joint 20, a
第１リンク３０は、第１関節１０と第２関節２０の間に所定長さで延びており、基部３１及びカバー部３２を有している（図２参照）。この基部３１の一端部には、第１関節１０の後述する第１減速機１２が設けられており、他端部には、第２関節２０の後述する第２減速機２２が設けられている。
The
また、動力伝達機構４０は、第１リンク３０の基部３１の一端部と他端部の間に設けられている。さらに、カバー部３２は、これらの第１減速機１２、第２減速機２２及び動力伝達機構４０を全体にわたってカバーするように設けられている。
Further, the
さらに、第２リンク５０は、第２関節２０から所定長さで延びており、その先端部には、重り５１が取り付けられている。
Further, the
一方、第１関節１０は、能動関節タイプのものであり、第１モータ１１及び第１減速機１２などを備えている。この第１モータ１１は、ＡＣモータで構成され、そのケーシング及びステータが基体２の取付部材２ａに固定されている。この第１モータ１１は、図示しないコントローラに電気的に接続されており、このコントローラからの駆動信号が入力されたときに、この駆動信号に従って回転する。
On the other hand, the first joint 10 is of the active joint type and includes a
この第１モータ１１の回転軸１１ａの先端部には、動力伝達機構４０の第１プーリ４１が設けられている。この第１プーリ４１は、第１モータ１１の回転軸１１ａと同心にかつ一体に回転するように、第１モータ１１の回転軸１１ａに固定されている。なお、本実施形態では、第１モータ１１が第１アクチュエータに相当し、回転軸１１ａが第１要素に相当する。
A
また、第１減速機１２は、波動歯車機構タイプのものであり、ウェーブ・ジェネレータ、フレクスプライン及びサーキュラ・スプラインで構成されている。この第１減速機１２の場合、ウェーブ・ジェネレータは、第１モータ１１の回転軸１１ａと同心にかつ一体に回転するように、第１モータ１１の回転軸１１ａに固定されている。
The
また、フレクスプラインは、その基体２側の端部が取付部材２ａに固定され、サーキュラ・スプラインは、第１リンク３０の基部３１の第１減速機１２側の部分に固定されている。
Further, the end of the flexspline on the
以上の構成により、第１リンク３０は、第１モータ１１の回転軸１１ａの回転に伴い、所定減速比（例えば、値１／１００）で減速されながら、第１モータ１１の回転軸周りすなわち第１関節１０の回転軸周りに回転する。その際、第１リンク３０は、第１モータ１１の回転軸１１ａと同じ方向に回転する。したがって、本実施形態では、回転軸１１ａが第１関節１０の回転軸に相当する。
With the above configuration, the
一方、第２関節２０は、第１関節１０と同様の能動関節タイプのものであり、第２モータ２１及び第２減速機２２などを備えている。この第２モータ２１は、第１モータ１１と同様のＡＣモータで構成され、そのケーシング及びステータが第２リンク５０の第２減速機２２側の端部に固定されている。
On the other hand, the second joint 20 is of the same active joint type as the first joint 10, and includes a
この第２モータ２１は、前述した第１モータ１１と同様に、図示しないコントローラに電気的に接続されており、このコントローラからの駆動信号が入力されたときに、この駆動信号に従って回転する。第２モータ２１の回転軸２１ａの先端部には、動力伝達機構４０の第２プーリ４６が設けられている。
Like the
この第２プーリ４６は、第２モータ２１の回転軸２１ａと同心にかつ一体に回転するように、第２モータ２１の回転軸２１ａに固定されている。また、第２モータ２１の回転軸２１ａは、第２減速機２２を介して第１リンク３０及び第２リンク５０に連結されている。なお、本実施形態では、第２モータ２１が第２アクチュエータに相当し、回転軸２１ａが第２要素に相当する。
The
第２減速機２２は、第１減速機１２と同じ減速比の波動歯車機構タイプのものであり、ウェーブ・ジェネレータ、フレクスプライン及びサーキュラ・スプラインで構成されている。この第２減速機２２の場合、ウェーブ・ジェネレータが、第２モータ２１の回転軸２１ａと同心にかつ一体に回転するように、第２モータ２１の回転軸２１ａに固定されている。
The
また、フレクスプラインは、その第２リンク５０側の端部が第２リンク５０に固定され、サーキュラ・スプラインは、第１リンク３０の第２減速機２２側の端部に固定されている。
Further, the end of the flexspline on the
以上の構成により、第２モータ２１の回転軸２１ａの回転に伴い、第２リンク５０は、前述した所定減速比で減速されながら、第２モータ２１の回転軸周りすなわち第２関節２０の回転軸周りに回転する。その際、第２リンク５０は、第２モータ２１の回転軸２１ａと逆方向に回転する。したがって、本実施形態では、回転軸２１ａが第２関節２０の回転軸に相当する。
With the above configuration, with the rotation of the
また、前述した動力伝達機構４０は、前述した第１プーリ４１、第１ベルト４２、遊星歯車機構４３、電磁ブレーキ４４、第２ベルト４５及び前述した第２プーリ４６を備えている。
The
この遊星歯車機構４３は、シングルプラネタリタイプのものであり、サンギヤ４３ａ、プラネタリギヤ４３ｃ、プラネタリキャリア４３ｄ及びリングギヤ４３ｅを備えている（図５参照）。この遊星歯車機構４３では、キャリア側プーリ４３ｆが、プラネタリキャリア４３ｄと同心にかつ一体に回転するように、プラネタリキャリア４３ｄに固定されている。
The planetary gear mechanism 43 is a single planetary type, and includes a
このキャリア側プーリ４３ｆと前述した第１プーリ４１との間には、前述した第１ベルト４２が巻掛けられている。以上の構成により、第１モータ１１とプラネタリキャリア４３ｄの間では、第１プーリ４１、第１ベルト４２及びキャリア側プーリ４３ｆを介して、トルクが伝達される。
The above-mentioned
さらに、この遊星歯車機構４３では、リング側プーリ４３ｇが、リングギヤ４３ｅと同心にかつ一体に回転するように、リングギヤ４３ｅに固定されている。このリング側プーリ４３ｇと前述した第２プーリ４６との間には、前述した第２ベルト４５が巻掛けられている。以上の構成により、リングギヤ４３ｅと第２モータ２１の間では、第２プーリ４６、第２ベルト４５及びリング側プーリ４３ｇを介して、トルクが伝達される。
Further, in the planetary gear mechanism 43, the ring-
一方、前述した電磁ブレーキ４４（回転停止機構）は、サンギヤ４３ａを回転停止状態と回転可能状態との間で切り換えるためのものであり、サンギヤ４３ａと一体の回転軸４３ｂの一端部側に設けられている。この電磁ブレーキ４４は、図示しないコントローラに電気的に接続されており、コントローラからの駆動信号が入力されたときにオン動作状態となり、それ以外のときにはオフ動作状態となる。
On the other hand, the above-mentioned electromagnetic brake 44 (rotation stop mechanism) is for switching the
この遊星歯車機構４３では、電磁ブレーキ４４がオン動作状態のときには、サンギヤ４３ａが回転停止状態に保持される一方、電磁ブレーキ４４がオフ動作状態のときには、サンギヤ４３ａは回転可能状態になる。
In the planetary gear mechanism 43, the
以上の構成により、この動力伝達機構４０では、電磁ブレーキ４４がオン動作状態のときには、プラネタリキャリア４３ｄとリングギヤ４３ｅの間でトルク伝達が可能になるとともに、トルク伝達の際、両者は同一方向に回転する。その結果、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ２１の回転軸２１ａの間、すなわち第１関節１０と第２関節２０の間でトルク伝達が可能になる。一方、電磁ブレーキ４４がオフ作状態のときには、プラネタリキャリア４３ｄとリングギヤ４３ｅは、互いに無関係に回転し、両者の間でのトルク伝達が不可能になる。
With the above configuration, in this
以上のように、本実施形態の動力伝達機構４０では、電磁ブレーキ４４がオン動作状態のときには、第１関節１０と第２関節２０の間が連結され、両者の間でのトルク伝達が可能になる一方、電磁ブレーキ４４がオフ動作状態のときには、両者の間が遮断され、トルク伝達が不可能な状態になる。なお、以下の説明では、電磁ブレーキ４４がオン動作状態にあるときを「動力伝達機構４０が連結状態にある」といい、電磁ブレーキ４４がオフ動作状態にあるときを「動力伝達機構４０が連結解除状態にある」という。
As described above, in the
この場合、動力伝達機構４０が連結状態にあるときには、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ２１の回転軸２１ａが、４つのプーリ４１，４３ｆ，４３ｇ，４６、２本のベルト４２，４５及び遊星歯車機構４３を介して連結される。
In this case, when the
そのため、１組のプーリ４１，４３ｆの変速比、１組のプーリ４３ｇ，４６の変速比及び遊星歯車機構４３の変速比により、第１関節１０の角速度ω１と第２関節２０の角速度ω２の間で、ｐを比例係数として、ω１＝ｐ・ω２が成立することになる。なお、本実施形態では、角速度ω１が第１関節の速度及び角速度に相当し、角速度ω２が第２関節の速度及び角速度に相当する。
Therefore, depending on the gear ratio of one set of
この第１関節１０の角速度ω１（以下「第１角速度ω１」という）は、取付部材２ａすなわち基体２と第１リンク３０との間の角速度に相当し、第２関節２０の角速度ω２（以下「第２角速度ω２」という）は、第１リンク３０と第２リンク５０との間の角速度に相当する。
The angular velocity ω1 of the first joint 10 (hereinafter referred to as “first angular velocity ω1”) corresponds to the angular velocity between the mounting
また、上記の比例係数ｐは、２組のプーリの変速比及び遊星歯車機構４３の変速比の設定により、値０以外の実数として様々な値に設定することが可能である。これに加えて、遊星歯車機構４３のサンギヤ４３ａ、プラネタリキャリア４３ｄ及びリングギヤ４３ｅにおいて、プーリ４３ｆ，４３ｇが取り付けられる２つの回転要素と、電磁ブレーキ４４によって停止される遊星歯車機構４３の残りの回転要素とを選択することにより、比例係数ｐを正値又は負値に設定することが可能である。
Further, the proportional coefficient p can be set to various values as a real number other than the
本実施形態の場合、前述した構成により、第１関節１０の回転方向と第２関節２０の回転方向が逆になる関係上、比例係数ｐは負値になり、具体的には、ｐ＝−１に設定されている。すなわち、第１角速度ω１と第２角速度ω２の間で、ω１＝−ω２が成立するように構成されている。 In the case of the present embodiment, the proportional coefficient p becomes a negative value because the rotation direction of the first joint 10 and the rotation direction of the second joint 20 are opposite to each other due to the above-described configuration. Specifically, p = − It is set to 1. That is, it is configured so that ω1 = −ω2 is established between the first angular velocity ω1 and the second angular velocity ω2.
以上の構成により、本実施形態のリンク機構１では、動力伝達機構４０が連結状態にある場合において、第１モータ１１及び第２モータ２１が回転したときに、第１リンク３０及び第２リンク５０が、例えば図４に示すように動作する。
With the above configuration, in the link mechanism 1 of the present embodiment, when the
すなわち、第１リンク３０及び第２リンク５０が図中の２点鎖線で示す位置にある場合において、第１モータ１１が図中の反時計回りに回転するのに伴い、第１リンク３０は、第１モータ１１の回転軸を中心として反時計回りに回転する。それにより、第１リンク３０は、図中の２点鎖線で示す位置から破線で示す位置を経由して実線で示す位置まで、反時計回りに回転する。
That is, when the
これと同時に、第２モータ２１が図中の時計回りに回転するのに伴い、第２リンク５０は、第２モータ２１の回転軸を中心として時計回りに回転する。それにより、第２リンク５０は、図中の２点鎖線で示す位置から破線で示す位置を経由して実線で示す位置まで移動する。すなわち、第２リンク５０は、見かけ上、姿勢が変化することなく、ほぼ平行移動するとともに、その先端部は、図中の矢印Ｙ１で示す曲線軌道に沿って移動することになる。
At the same time, as the
また、以上の第１関節１０、動力伝達機構４０及び第２関節２０の構成は、図５に示すスケルトン図のように表すことができる。同図に示すように、動力伝達機構４０が連結解除状態にある場合、第１関節１０では、第１モータ１１の動力がその回転軸１１ａを介して第１減速機１２に入力され、第１減速機１２で減速された後、第１リンク３０に入力される。また、第２モータ２１の動力がその回転軸２１ａを介して第２減速機２２に入力され、第２減速機２２で減速された後、第２リンク５０に入力される。
Further, the configuration of the first joint 10, the
さらに、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ２１の回転軸２１ａとの間で動力が双方向に伝達可能になるとともに、前述したように、第１関節１０と第２関節２０との間で、ω１＝−ω２が成立する状態になる。このように、本実施形態の場合、動力伝達機構４０が連結状態にあるときには、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ２１の回転軸２１ａとの間、すなわち第１減速機１２の入力側と第２減速機２２の入力側との間で動力が伝達可能になるように構成されている。これは以下の理由による。
Further, when the
例えば、本実施形態と異なり、動力伝達機構４０が連結状態にあるときに、第１減速機１２の出力側と第２減速機２２の出力側との間で動力が伝達可能になるように、動力伝達機構４０を構成した場合、動力伝達機構４０におけるトルク容量が増大してしまう。このような、動力伝達機構４０におけるトルク容量の増大は、動力伝達機構４０の大型化及び重量の増大化を招いてしまう。
For example, unlike the present embodiment, when the
これに対して、本実施形態のように、動力伝達機構４０が連結状態にあるときに、第１減速機１２の入力側と第２減速機２２の入力側との間で動力が伝達可能になるように、動力伝達機構４０を構成した場合には、上記とは逆に、動力伝達機構４０におけるトルク容量を減少させることができる。したがって、本実施形態の場合、動力伝達機構４０におけるトルク容量を減少させ、動力伝達機構４０の小型軽量化を図るために、上記の構成が採用されている。
On the other hand, as in the present embodiment, when the
次に、図６を参照しながら、以上のように構成されたリンク機構１における動力伝達機構４０の機能及び効果について説明する。なお、この図６では、理解の容易化のために動力伝達機構４０の図示が省略されている。まず、前述した重り５１を外力Ｆと見なして、この外力Ｆが、第２リンク５０の先端部に作用していると想定する。
Next, with reference to FIG. 6, the functions and effects of the
この外力Ｆを、第２リンク５０の先端部の軌道に対して垂直な方向の成分Ｆａと、接線方向の成分Ｆｔとに分解した場合、２つの成分Ｆａ，Ｆｔは、下式（１），（２）に示すように定義される。この場合、第２リンク５０の先端部の軌道に対して垂直な方向の成分Ｆａは、第１リンク３０と平行になる。
When this external force F is decomposed into a component Fa in the direction perpendicular to the trajectory of the tip of the
Ｆａ＝Ｆ・ｃｏｓθ１ ……（１）
Ｆｔ＝Ｆ・ｓｉｎθ１ ……（２）
上式（１）のθ１は、第１関節１０の角度である。
Fa = F · cos θ1 …… (1)
Ft = F · sin θ1 …… (2)
Θ1 in the above equation (1) is the angle of the first joint 10.
次に、動力伝達機構４０が連結解除状態にある条件下で、第１モータ１１及び第２モータ２１によって上記外力Ｆを支持することを想定する。この場合、第１関節１０及び第２関節２０で上記の外力Ｆを支持するのに必要なトルクをそれぞれ、第１トルクτ１及び第２トルクτ２とすると、これらのトルクτ１，τ２は、下式（３），（４）に示す値となる。
Next, it is assumed that the external force F is supported by the
τ１＝Ｆ・｛Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎ（θ１＋θ２）｝ ……（３）
τ２＝Ｆ・Ｌ２・ｓｉｎ（θ１＋θ２） ……（４）
τ1 = F · {L1 · sin θ1 + L2 · sin (θ1 + θ2)} …… (3)
τ2 = F ・ L2 ・ sin (θ1 + θ2) …… (4)
上式（３）のＬ１は、第１リンク３０の長さであり、Ｌ２は第２リンク５０の長さである。また、θ２は、第２関節２０の角度である。
L1 in the above equation (3) is the length of the
したがって、動力伝達機構４０が連結解除状態にある条件下で、第１モータ１１及び第２モータ２１によって上記の外力Ｆを支持する場合、第１モータ１１及び第２モータ２１の発生トルクτｍ１，τｍ２として、上式（３），（４）に示すトルクτ１，τ２がそれぞれ必要になる。以下の説明では、第１モータ１１の発生トルクτｍ１を「第１モータトルクτｍ１」と呼び、第２モータ２１の発生トルクτｍ２を「第２モータトルクτｍ２」と呼ぶ。
Therefore, when the external force F is supported by the
次に、動力伝達機構４０が連結状態にある条件下で、第１モータ１１及び第２モータ２１によって上記の外力Ｆを支持する場合を想定する。前述したように、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、ω１＝−ω２が成立するので、第１リンク３０換算の総駆動トルクτｔｔｌは、下式（５）のようになる。
Next, it is assumed that the
τｔｔｌ＝τｍ１−τｍ２ ……（５） τttl = τm1-τm2 …… (5)
仮想仕事の原理により、下式（６）が成立する。 The following equation (6) holds according to the principle of virtual work.
τｔｔｌ・ｄθ１＝Ｆｔ・Ｌ１・ｄθ１ ……（６） τttl ・ dθ1 = Ft ・ L1 ・ dθ1 …… (6)
この式（６）と前述した式（２）から、下式（７）が得られる。 From this equation (6) and the above-mentioned equation (2), the following equation (7) can be obtained.
τｔｔｌ＝Ｆｔ・Ｌ１＝Ｆ・Ｌ１・ｓｉｎθ１ ……（７） τttl = Ft ・ L1 = F ・ L1 ・ sinθ1 …… (7)
ここで、動力伝達機構４０が連結状態にあることによって、第１関節１０と第２関節２０との間で伝達されるトルクを伝達トルクτｃｎｓｔとすると、下式（８），（９）が得られる。
Here, assuming that the torque transmitted between the first joint 10 and the second joint 20 by the
τ１＝τｍ１＋τｃｎｓｔ ……（８）
τ２＝τｍ２−（−τｃｎｓｔ） ……（９）
τ1 = τm1 + τcnst …… (8)
τ2 = τm2- (−τcnst) …… (9)
上式（８），（９）から下式（１０）が得られる。 The following equation (10) can be obtained from the above equations (8) and (9).
τ１＋τ２＝τｍ１＋τｍ２＋２・τｃｎｓｔ ……（１０） τ1 + τ2 = τm1 + τm2 + 2 ・ τcnst …… (10)
この式（１０）を伝達トルクτｃｎｓｔについて整理すると、下式（１１）が得られる。 By rearranging this equation (10) with respect to the transmission torque τcnst, the following equation (11) is obtained.
τｃｎｓｔ＝｛τ１＋τ２−（τｍ１＋τｍ２）｝／２ ……（１１） τcnst = {τ1 + τ2- (τm1 + τm2)} / 2 …… (11)
以上の式（８）〜（１１）から以下のような技術的見地が得られる。例えば、第２モータ２１が過負荷／過熱状態にあることに起因して、第１モータトルクτｍ１のみで上述した外力Ｆを支持することを想定する。
The following technical viewpoints can be obtained from the above equations (8) to (11). For example, it is assumed that the above-mentioned external force F is supported only by the first motor torque τm1 due to the overload / overheating state of the
その場合、τｍ２＝０が成立するので、これを前述した式（９）に代入すると、τｃｎｓｔ＝τ２が得られ、これを前述した式（４）に代入することにより、下式（１２）が得られる。 In that case, since τm2 = 0 holds, substituting this into the above-mentioned equation (9) gives τcnst = τ2, and by substituting this into the above-mentioned equation (4), the following equation (12) becomes can get.
τｃｎｓｔ＝Ｆ・Ｌ２・ｓｉｎ（θ１＋θ２） ……（１２） τcnst = F ・ L2 ・ sin (θ1 + θ2) …… (12)
また、τｍ２＝０を前述した式（５）に代入すると、τｔｔｌ＝τｍ１が得られ、これを式（７）に代入することにより、下式（１３）が得られる。 Further, by substituting τm2 = 0 into the above-mentioned equation (5), τttl = τm1 is obtained, and by substituting this into the equation (7), the following equation (13) is obtained.
τｍ１＝Ｆ・Ｌ１・ｓｉｎθ１ ……（１３） τm1 = F ・ L1 ・ sinθ1 …… (13)
この式（１３）の第１モータトルクτｍ１を、前述した式（３）の第１トルクτ１と比較すると明らかなように、より小さい値になっていることが判る。すなわち、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、連結解除状態の場合よりも小さい値の第１モータトルクτｍ１のみによって、外力Ｆを支持できることが判る。これは、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、上述した伝達トルクτｃｎｓｔが、前述した成分Ｆａを支持するように作用することによる。
Comparing the first motor torque τm1 of the equation (13) with the first torque τ1 of the above-mentioned equation (3), it can be seen that the values are smaller. That is, it can be seen that when the
次に、第１モータ１１及び第２モータ２１の出力を同一に設定した場合について説明する。この場合、ω１＝−ω２の関係より、τｍ１＝−τｍ２が成立するので、これを前述した式（１１）に代入すると、下式（１４）が得られる。
Next, a case where the outputs of the
τｃｎｓｔ＝（τ１＋τ２）／２ ……（１４） τcnst = (τ1 + τ2) / 2 …… (14)
一方、前述した式（８）を第１モータトルクτｍ１について整理すると下式（１５）が得られる。 On the other hand, the following equation (15) can be obtained by rearranging the above equation (8) with respect to the first motor torque τm1.
τｍ１＝τ１−τｃｎｓｔ ……（１５） τm1 = τ1-τcnst …… (15)
この式（１５）のτｃｎｓｔに上式（１４）を代入すると、下式（１６）が得られる。 By substituting the above equation (14) for τcnst of this equation (15), the following equation (16) is obtained.
τｍ１＝（τ１−τ２）／２ ……（１６） τm1 = (τ1-τ2) / 2 …… (16)
この式（１６）のτ１，τ２に前述した式（３），（４）をそれぞれ代入すると、最終的に、下式（１７）が得られる。 By substituting the above-mentioned equations (3) and (4) into τ1 and τ2 of this equation (16), the following equation (17) is finally obtained.
τｍ１＝（Ｆ・Ｌ１・ｓｉｎθ１）／２ ……（１７） τm1 = (F ・ L1 ・ sinθ1) / 2 …… (17)
この式（１７）の第１モータトルクτｍ１を前述した式（３）の第１トルクτ１と比較した場合、これが式（３）の第１トルクτ１と比べて極めて小さい値になっていることが判る。 When the first motor torque τm1 of the equation (17) is compared with the first torque τ1 of the above-mentioned equation (3), it is found that this is an extremely small value as compared with the first torque τ1 of the equation (3). I understand.
すなわち、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、連結解除状態の場合と比べて、極めて小さい値の第１モータトルクτｍ１及び第２モータトルクτｍ２によって、外力Ｆを支持できることが判る。これは、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、上述した伝達トルクτｃｎｓｔが、前述した成分Ｆａを支持するように作用することに加えて、伝達トルクτｃｎｓｔを支える遊星歯車機構４３及び電磁ブレーキ４４などが一般的にモータよりも小型軽量であることによる。
That is, it can be seen that when the
次に、図７〜１０を参照しながら、リンク機構１における動力伝達機構４０の前述した機能及び効果について説明する。図７は、リンク機構１の動作中、動力伝達機構４０を連結解除状態から連結状態に切り換えたときの動作テストの一例を表しており、図９は、比較のために、リンク機構１の動作中、動力伝達機構４０を連結解除状態に保持したときの動作テストの一例を表している。
Next, the above-mentioned functions and effects of the
最初に、図７の動作テストについて説明する。この図７の動作テストは、具体的には以下のように実施される。まず、動力伝達機構４０を連結解除状態のままで、第１モータ１１及び第２モータ２１を駆動し、第１関節１０を図中の反時計回りに回転させるとともに、第２関節２０を図中の時計回りに回転させることにより、リンク機構１を図中の姿勢Ａ１から姿勢Ａ２まで変化させる。
First, the operation test of FIG. 7 will be described. Specifically, the operation test of FIG. 7 is carried out as follows. First, with the
次いで、この姿勢Ａ２の状態で、電磁ブレーキ４４をオンさせ、動力伝達機構４０を連結解除状態から連結状態に変化させる。その後、第１モータ１１及び第２モータ２１を駆動し、第１関節１０を図中の時計回りに回転させるとともに、第２関節２０を図中の反時計回りに回転させる。それにより、リンク機構１が図中の姿勢Ａ２から姿勢Ａ３まで変化する。
Next, in this posture A2 state, the
図８は、図７の動作テストを以上のように実行したときの、第１モータ１１及び第２モータ２１の電流Ｉ１，Ｉ２と、両モータ１１，２１の総消費電力Ｗの測定結果の一例を表している。同図に示すように、リンク機構１が姿勢Ａ１にある状態から、時刻ｔ１で、第１モータ１１及び第２モータ２１への電流供給が開始されると、それ以降、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが増大し、リンク機構１が姿勢Ａ１から姿勢Ａ２に変化する。
FIG. 8 shows an example of measurement results of the currents I1 and I2 of the
そして、時刻ｔ２で、リンク機構１が姿勢Ａ２に達した以降、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが横ばい状態となる。次いで、時刻ｔ３で、動力伝達機構４０が連結解除状態から連結状態に変化すると、それと同時に、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが前述した理由により一時的に急減する。その後、リンク機構１を図中の姿勢Ａ２から姿勢Ａ３まで変化させるために、電流Ｉ１及び電流Ｉ２の絶対値が増大し始め、総消費電力Ｗも増大し始める。そして、時刻ｔ４で、リンク機構１が上記姿勢Ａ３に達すると、それ以降、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが横ばい状態になる。
Then, after the link mechanism 1 reaches the posture A2 at time t2, the currents I1 and I2 and the total power consumption W are flat. Then, at time t3, when the
一方、図９の動作テストは、具体的には以下のように実施される。まず、図７の場合と同様に、動力伝達機構４０を連結解除状態のままで、第１モータ１１及び第２モータ２１を駆動することにより、リンク機構１を図中の姿勢Ａ１から姿勢Ａ２まで変化させる。次いで、この姿勢Ａ２から図７の姿勢Ａ３になるように、第１モータ１１及び第２モータ２１を駆動し、第１関節１０を図中の時計回りに回転させるとともに、第２関節２０を図中の反時計回りに回転させる。
On the other hand, the operation test of FIG. 9 is specifically carried out as follows. First, as in the case of FIG. 7, the link mechanism 1 is moved from the posture A1 to the posture A2 in the drawing by driving the
その際、動力伝達機構４０が連結解除状態にあることにより、前述した伝達トルクτｃｎｓｔが作用しない状態となり、それに起因して、後述するように、第１モータ１１の電流Ｉ１が上限電流Ｉ＿ＬＭＴに達してしまう。その結果、第１リンク３０が図７の姿勢Ａ３まで達することなく、図９のＡ４の姿勢で停止することになる。
At that time, since the
図１０は、図９の動作テストを以上のように実行したときの、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗの測定結果の一例を表している。同図に示すように、リンク機構１が姿勢Ａ１にある状態から、時刻ｔ１で、第１モータ１１及び第２モータ２１への電流供給が開始されると、それ以降、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが増大し、リンク機構１が姿勢Ａ１から姿勢Ａ２に変化する。
FIG. 10 shows an example of the measurement results of the currents I1 and I2 and the total power consumption W when the operation test of FIG. 9 is executed as described above. As shown in the figure, when the current supply to the
そして、時刻ｔ１２で、リンク機構１が姿勢Ａ２に達した以降、電流Ｉ１，Ｉ２及び総消費電力Ｗが横ばい状態となり、リンク機構１が姿勢Ａ２に保持される。そして、姿勢Ａ２から姿勢Ａ３になるように、第１モータ１１及び第２モータ２１が駆動されると、時刻ｔ１３で、電流Ｉ２は横ばい状態になるものの、電流Ｉ１が増大し、時刻ｔ１４で、上限電流Ｉ＿ＬＭＴに達する。この上限電流Ｉ＿ＬＭＴは、モータの過電流防止用の値であるため、第１モータ１１のトルクが制限されてしまう。その結果、リンク機構１は、前述した姿勢Ａ３に達することなく、姿勢Ａ４に保持される。
Then, after the link mechanism 1 reaches the posture A2 at time t12, the currents I1 and I2 and the total power consumption W are flat, and the link mechanism 1 is held in the posture A2. Then, when the
以上の図８及び図１０では、総消費電力Ｗの縦軸の目盛の幅は互いに同一に設定されている。したがって、両図を比較すると明らかなように、動力伝達機構４０を連結解除状態から連結状態に切り換えることにより、動力伝達機構４０を連結解除状態に保持したときと比べて、総消費電力Ｗを低減できることが判る。
In FIGS. 8 and 10 above, the widths of the scales on the vertical axis of the total power consumption W are set to be the same. Therefore, as is clear from a comparison between the two figures, by switching the
以上のように、本実施形態のリンク機構１によれば、第１モータ１１によって、第１リンク３０が第１関節１０の回転軸周りに回転駆動され、第２モータ２１によって、第２リンク５０が第２関節２０の回転軸周りに回転駆動される。また、動力伝達機構４０は、連結状態と連結解除状態とに切換可能に構成されており、動力伝達機構４０が連結状態にある場合には、前述した伝達トルクτｃｎｓｔが第１関節１０と第２関節２０との間で伝達可能な状態になる。そして、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１関節１０及び第２関節２０は、第１関節１０の角速度ω１と第２関節２０の角速度ω２の間で、ω１＝−ω２が成立するように回転する。
As described above, according to the link mechanism 1 of the present embodiment, the
したがって、外力Ｆが第２リンク５０に作用している場合には、第１モータトルクτｍ１と、第２モータトルクτｍ２と、伝達トルクτｃｎｓｔとによって、外力Ｆを支持することができる。それにより、第２リンク５０に作用する外力Ｆを、第１モータトルクτｍ１及び第２モータトルクτｍ２によって支持する場合と比べて、２つのモータトルクτｍ１，τｍ２を低減しながら、外力Ｆを支持することができる。それにより、両モータ１１，２１の電力消費量を低減することができ、モータ１１，１２を小型軽量化することができる。以上により、ランニングコストを低減することができる。
Therefore, when the external force F acts on the
また、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、電磁ブレーキ４４によって遊星歯車機構４３のサンギヤ４３ａを回転不能に保持することによって、第１モータ１１のトルクを第１減速機１２に入力する回転軸１１ａと、第２モータ２１のトルクを第２減速機２２に入力する回転軸２１ａが、４つのプーリ４１，４３ｆ，４３ｇ，４６、２本のベルト４２，４５及び遊星歯車機構４３を介して連結される。
Further, when the
このように、２つの減速機１２，２２の入力側の要素１１ａ，２１ａを連結することによって、動力伝達機構４０を連結解除状態から連結状態に切り換えることができるので、２つの減速機の出力側の要素１１ａ，２１ａを連結する場合と比べて、動力伝達機構４０におけるトルク容量を低減することができ、その分、動力伝達機構４０の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
By connecting the
さらに、遊星歯車機構４３を介して、２つの回転軸１１ａ，２１ａが連結されるので、電磁ブレーキ４４によって回転不能に保持される回転要素を、遊星歯車機構４３の３つの回転要素から適切に選択することによって、動力伝達機構４０が連結状態にあるときの、第１関節１０と第２関節２０の回転方向を同一方向又は逆方向に設定することができる。
Further, since the two
なお、第１実施形態は、動力伝達機構として、４つのプーリ４１，４３ｆ，４３ｇ，４６、２本のベルト４２，４５、遊星歯車機構４３及び電磁ブレーキ４４を組み合わせた動力伝達機構４０を用いた例であるが、本発明の動力伝達機構は、これに限らず、第１関節及び第２関節の間を連結する連結状態と、連結を解除する連結解除状態とに切換可能に構成されたものであればよい。例えば、動力伝達機構として、歯車機構を用いてもよく、歯車とチェーンを組み合わせた機構や油空圧回路などを用いてもよい。また、連結と連結解除と切り換える機構として、電磁クラッチ、油圧クラッチ又は油空圧回路中のバルブ切換機構を用いてもよい。
In the first embodiment, as the power transmission mechanism, a
また、第１実施形態は、第１アクチュエータとして、ＡＣモータである第１モータ１１を用いた例であるが、本発明の第１アクチュエータは、これに限らず、第１リンクを第１関節の回転軸周りに回転駆動するものであればよい。例えば、第１アクチュエータとして、ＤＣモータを用いてもよく、リニアモータ又は油圧アクチュエータなどの直動アクチュエータとギヤ機構を組み合わせたものを用いてもよく、ばねなどを用いてもよい。さらに、第１アクチュエータとして、直動アクチュエータを用い、特許文献１のように、この直動アクチュエータによって第１リンクを駆動することより、第１関節を回転させるように構成してもよい。
Further, the first embodiment is an example in which the
さらに、第１実施形態は、第２アクチュエータとして、ＡＣモータである第２モータ２１を用いた例であるが、本発明の第２アクチュエータは、これに限らず、第２リンクを第２関節の回転軸周りに回転駆動するものであればよい。例えば、第２アクチュエータとして、ＤＣモータを用いてもよく、リニアモータ又は油圧アクチュエータなどの直動アクチュエータとギヤ機構を組み合わせたものを用いてもよく、ばねなどを用いてもよい。さらに、第２アクチュエータとして、直動アクチュエータを用い、特許文献１のように、この直動アクチュエータによって第２リンクを駆動することより、第２関節を回転させるように構成してもよい。
Further, the first embodiment is an example in which the
一方、第１実施形態は、第１モータ１１の回転軸１１ａを第１要素とした例であるが、本発明の第１要素は、これに限らず、第１アクチュエータの動力を第１減速機に入力するものであればよい。例えば、第１要素として、ギヤ、ギヤ機構及びプーリ機構などを用いてもよい。
On the other hand, the first embodiment is an example in which the
また、第１実施形態は、第２モータ２１の回転軸２１ａを第２要素とした例であるが、本発明の第２要素は、これに限らず、第２アクチュエータの動力を第２減速機に入力するものであればよい。例えば、第２要素として、ギヤ、ギヤ機構及びプーリ機構などを用いてもよい。
Further, the first embodiment is an example in which the
さらに、第１実施形態は、回転停止機構として、電磁ブレーキ４４を用いた例であるが、本発明の回転停止機構は、これに限らず、遊星歯車機構の１つの回転要素を回転不能状態に保持可能なものであればよい。例えば、回転停止機構として、パウダーブレーキや油圧ブレーキを用いてもよい。
Further, the first embodiment is an example in which the
一方、第１実施形態は、第１減速機として、波動歯車機構タイプのものを用いた例であるが、本発明の第１減速機は、これに限らず、第１アクチュエータの動力を減速して第１リンクに伝達するものであればよい。例えば、第１減速機として、ヘリカルギヤ減速機又はハイポイドギヤ減速機などを用いてもよい。 On the other hand, the first embodiment is an example in which a wave gear mechanism type is used as the first reduction gear, but the first reduction gear of the present invention is not limited to this, and reduces the power of the first actuator. Anything that is transmitted to the first link may be used. For example, a helical gear reducer, a hypoid gear reducer, or the like may be used as the first reducer.
また、第１実施形態は、第２減速機として、波動歯車機構タイプのものを用いた例であるが、本発明の第２減速機は、これに限らず、第２アクチュエータの動力を減速して第２リンクに伝達するものであればよい。例えば、第２減速機として、ヘリカルギヤ減速機又はハイポイドギヤ減速機などを用いてもよい。 Further, the first embodiment is an example in which a wave gear mechanism type is used as the second speed reducer, but the second speed reducer of the present invention is not limited to this, and reduces the power of the second actuator. Anything that is transmitted to the second link may be used. For example, a helical gear reducer, a hypoid gear reducer, or the like may be used as the second reducer.
次に、図１１を参照しながら、第２実施形態のリンク機構１Ａについて説明する。このリンク機構１Ａは、一部を除いて、第１実施形態のリンク機構１と同様に構成されているので、以下、第１実施形態のリンク機構１と同じ構成については、同じ符号を付し、その説明は省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。
Next, the
このリンク機構１Ａの場合、第１実施形態のリンク機構１と異なり、第２関節２０が第１リンク３０とは無関係に基体２に固定されている。それにより、このリンク機構１Ａでは、動力伝達機構４０が連結解除状態にある場合、２つの関節１０，２０が互いに独立して自由に回転可能になっている。
In the case of this
また、動力伝達機構４０が連結状態にある場合には、図１１に示すように、第１実施形態のリンク機構１と同様に、２つの関節１０，２０がω１＝−ω２が成立する状態で互いに回転するように構成されている。
Further, when the
以上のように構成された本実施形態のリンク機構１Ａによれば、動力伝達機構４０が連結状態にある場合において、外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の一方又は両方に作用したときには、２つのモータ１１，２１のトルクτｍ１，τｍ２及び伝達トルクτｃｎｓｔによって、その外力を支持することができる。したがって、このリンク機構１Ａは、大きな外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の一方に作用し、小さな外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の他方に作用するような条件下での使用や、伝達トルクτｃｎｓｔが支配的な条件下での使用に適している。
According to the
次に、図１２〜１３を参照しながら、本発明の第３実施形態に係るリンク機構１Ｂについて説明する。本実施形態のリンク機構１Ｂは、一部を除いて、第１実施形態のリンク機構１と同様に構成されているので、以下、第１実施形態のリンク機構１と同じ構成については、同じ符号を付し、その説明は省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。
Next, the
このリンク機構１Ｂでは、第２モータ２１のケーシング及びステータが第１リンク３０に固定されている。さらに、第２減速機２２のフレクスプラインは、その第１リンク３０側の端部が第１リンク３０に固定され、サーキュラ・スプラインが、第２リンク５０の第２減速機２２側の端部に固定されている。以上の構成により、第２モータ２１の回転軸２１ａが回転した際、第２リンク５０が第２モータ２１の回転軸周りに同じ方向に回転するように構成されている。
In this
それにより、このリンク機構１Ｂでは、動力伝達機構４０が連結状態にある場合、第１実施形態のリンク機構１と異なり、図１２に示すように、２つの関節１０，２０がω１＝ω２が成立する状態で回転するように構成されている。
As a result, in this
以上の構成により、このリンク機構１Ｂでは、動力伝達機構４０が連結状態にある場合において、第１モータ１１及び第２モータ２１が回転したときに、第１リンク３０及び第２リンク５０が、例えば図１３に示すように動作する。
With the above configuration, in this
すなわち、第１リンク３０及び第２リンク５０が図中の２点鎖線で示す位置にある場合において、第１モータ１１が図中の反時計回りに回転するのに伴い、第１リンク３０は、第１モータ１１の回転軸を中心として反時計回りに回転する。それにより、第１リンク３０は、図中の２点鎖線で示す位置から、破線で示す位置を経由して実線で示す位置まで回転する。
That is, when the
これと同時に、第２モータ２１が図中の反時計回りに回転するのに伴い、第２リンク５０は、第２モータ２１の回転軸を中心として反時計回りに回転する。それにより、第２リンク５０は、図中の２点鎖線で示す位置から、破線で示す位置を経由して実線で示す位置まで移動する。
At the same time, as the
以上のように構成された本実施形態のリンク機構１Ｂによれば、第１実施形態のリンク機構１と同様の作用効果を得ることができる。
According to the
次に、図１４を参照しながら、第４実施形態のリンク機構１Ｃについて説明する。このリンク機構１Ｃは、一部を除いて、第２実施形態のリンク機構１Ａと同様に構成されているので、以下、第２実施形態のリンク機構１Ａと同じ構成については、同じ符号を付し、その説明は省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。
Next, the link mechanism 1C of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Since this link mechanism 1C is configured in the same manner as the
このリンク機構１Ｃの場合、動力伝達機構４０が連結状態にあるときには、図１４に示すように、２つの関節１０，２０がω１＝ω２が成立する状態で互いに回転するように構成されている。
In the case of the link mechanism 1C, when the
以上のように構成された本実施形態のリンク機構１Ｃによれば、動力伝達機構４０が連結状態にある場合において、外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の一方に作用したときには、第２実施形態のリンク機構１Ａと同様に、２つのモータ１１，２１のトルクτｍ１，τｍ２及び伝達トルクτｃｎｓｔによって、その外力を支持することができる。したがって、このリンク機構１Ｃは、第２実施形態のリンク機構１Ａと同様に、大きな外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の一方に作用し、小さな外力が第１リンク３０又は第２リンク５０の他方に作用するような条件下での使用や、伝達トルクτｃｎｓｔが支配的な条件下での使用に適している。
According to the link mechanism 1C of the present embodiment configured as described above, when the
また、以上の第１〜第４実施形態は、比例係数ｐを値−１又は値１に設定した例であるが、前述したように、動力伝達機構４０における比例係数ｐは、値０以外の正値又は負値の実数として様々な値に設定可能である。さらに、ＣＶＴなどを用いることによって、比例係数ｐを動作中に変更するように構成してもよい。
Further, the first to fourth embodiments described above are examples in which the proportional coefficient p is set to the value -1 or the value 1, but as described above, the proportional coefficient p in the
さらに、第１〜第４実施形態は、動力伝達機構４０が連結状態にあるときに、第１モータ１１のトルク及び第２モータ２１のトルクが、第１関節１０と第２関節２０との間で双方向に伝達可能になるように、動力伝達機構４０を構成した例であるが、動力伝達機構４０が連結状態にあるときに、第１モータ１１のトルクのみが、第１関節１０から第２関節２０に伝達可能な第１状態になるように、動力伝達機構４０を構成してもよい。また、動力伝達機構４０が連結状態にあるときに、第２モータ２１のトルクのみが、第２関節２０にから第１関節１０に伝達可能な第２状態になるように、動力伝達機構４０を構成してもよい。
Further, in the first to fourth embodiments, when the
また、第１〜第４実施形態は、第１関節１０及び第２関節２０の回転速度として、角速度ω１，ω２をそれぞれ用いた例であるが、これらに代えて、単位がｒｐｍ又はｒｐｓの回転速度や、それ以外の単位の速度を用いてもよい。 Further, the first to fourth embodiments are examples in which the angular velocities ω1 and ω2 are used as the rotation speeds of the first joint 10 and the second joint 20, respectively, but instead of these, the rotation speed of the unit is rpm or rps. Speed or speed in other units may be used.
さらに、第１〜第４実施形態は、第１関節及び第２関節として、回転軸周りに回転する第１関節１０及び第２関節２０を用いた例であるが、第１関節及び第２関節の少なくとも一方として、直動関節を用いてもよい。 Further, the first to fourth embodiments are examples in which the first joint 10 and the second joint 20 rotating around the rotation axis are used as the first joint and the second joint, but the first joint and the second joint are used. A linear motion joint may be used as at least one of the above.
例えば、第１関節及び第２関節の一方を直動関節とし、第１関節及び第２関節の他方を回転軸周りに回転する関節とした場合、動力伝達機構が連結状態にあって、第１関節の動力及び第２関節の動力が動力伝達機構を介して伝達される際、この動力伝達機構の構成により、第１関節及び第２関節の一方の速度が他方の速度と同一の次元になるように変換されることになる。すなわち、第１関節及び第２関節の間の比例係数ｐがこの動力伝達機構の構成によって定まることになる。以上の構成は、動力伝達機構が連結状態にある場合、第１関節及び第２関節は、第１関節の速度と第２関節の速度が互いに比例するように作動することに相当する。 For example, when one of the first joint and the second joint is a linear joint and the other of the first and second joints is a joint that rotates around a rotation axis, the power transmission mechanism is in a connected state and the first joint is When the power of the joint and the power of the second joint are transmitted via the power transmission mechanism, the configuration of this power transmission mechanism makes the speed of one of the first joint and the second joint the same dimension as the speed of the other. Will be converted as follows. That is, the proportional coefficient p between the first joint and the second joint is determined by the configuration of this power transmission mechanism. The above configuration corresponds to the operation of the first joint and the second joint so that the speed of the first joint and the speed of the second joint are proportional to each other when the power transmission mechanism is in the connected state.
１ リンク機構
１０ 第１関節
１１ 第１モータ（第１アクチュエータ）
１１ａ 回転軸（第１要素）
１２ 第１減速機
２０ 第２関節
２１ 第２モータ
２１ａ 回転軸（第２要素）
２２ 第２減速機
３０ 第１リンク
４０ 動力伝達機構
４３ 遊星歯車機構
４３ａ サンギヤ
４３ｄ プラネタリキャリア
４３ｅ リングギヤ
４４ 電磁ブレーキ（回転停止機構）
５０ 第２リンク
ω１ 第１関節の角速度（速度、回転速度）
ω２ 第２関節の角速度（速度、回転速度）
1
11a Rotation axis (first element)
12
22
50 2nd link ω1 Angular velocity of 1st joint (speed, rotation speed)
ω2 Angular velocity of the 2nd joint (speed, rotation speed)
Claims (4)
当該第１関節に連結された第１リンクと、
当該第１リンクを駆動する第１アクチュエータと、
第２関節と、
当該第２関節に連結された第２リンクと、
当該第２リンクを駆動する第２アクチュエータと、
前記第１アクチュエータに起因する動力が前記第１関節から前記第２関節に伝達可能になる第１状態、及び前記第２アクチュエータに起因する動力が前記第２関節から前記第１関節に伝達可能になる第２状態の少なくとも一方の状態が成立するように、前記第１関節及び前記第２関節の間を連結する連結状態と、当該連結を解除する連結解除状態とに切換可能に構成された動力伝達機構と、
を備え、
前記動力伝達機構が前記連結状態にある場合、前記第１関節及び前記第２関節は、前記第１関節の速度と前記第２関節の速度が互いに比例するように作動することを特徴とするリンク機構。 The first joint and
The first link connected to the first joint and
The first actuator that drives the first link and
2nd joint and
The second link connected to the second joint and
The second actuator that drives the second link and
The first state in which the power generated by the first actuator can be transmitted from the first joint to the second joint, and the power generated by the second actuator can be transmitted from the second joint to the first joint. A power configured to be switchable between a connected state in which the first joint and the second joint are connected and a disconnected state in which the connection is released so that at least one of the second states is established. Transmission mechanism and
With
When the power transmission mechanism is in the connected state, the first joint and the second joint operate so that the speed of the first joint and the speed of the second joint are proportional to each other. mechanism.
前記第１アクチュエータは、前記第１リンクを前記第１関節の回転軸周りに回転駆動し、
前記第２アクチュエータは、前記第２リンクを前記第２関節の回転軸周りに回転駆動し、
前記動力伝達機構が前記連結状態にある場合、前記第１関節及び前記第２関節は、前記第１関節の回転速度と前記第２関節の回転速度が互いに比例するように回転することを特徴とするリンク機構。 In the link mechanism according to claim 1,
The first actuator rotationally drives the first link around the rotation axis of the first joint.
The second actuator rotationally drives the second link around the rotation axis of the second joint.
When the power transmission mechanism is in the connected state, the first joint and the second joint are characterized in that the rotation speed of the first joint and the rotation speed of the second joint rotate in proportion to each other. Link mechanism to do.
前記第１関節は、前記第１アクチュエータの動力を減速して前記第１リンクに伝達する第１減速機と、前記第１アクチュエータの前記動力を当該第１減速機に入力する第１要素とを有し、
前記第２関節は、前記第２アクチュエータの動力を減速して前記第２リンクに伝達する第２減速機と、前記第２アクチュエータの前記動力を当該第２減速機に入力する第２要素とを有し、
前記動力伝達機構が前記連結状態にある場合、前記第１要素と前記第２要素が前記動力伝達機構によって連結されることを特徴とするリンク機構。 In the link mechanism according to claim 1 or 2,
The first joint has a first speed reducer that decelerates the power of the first actuator and transmits the power to the first link, and a first element that inputs the power of the first actuator to the first speed reducer. Have and
The second joint has a second speed reducer that decelerates the power of the second actuator and transmits the power to the second link, and a second element that inputs the power of the second actuator to the second speed reducer. Have and
A link mechanism characterized in that when the power transmission mechanism is in the connected state, the first element and the second element are connected by the power transmission mechanism.
前記動力伝達機構は、
サンギヤ、プラネタリキャリア及びリングギヤのうちの２つの回転要素が前記第１関節及び前記第２関節にそれぞれ連結された遊星歯車機構と、
当該遊星歯車機構の前記２つの回転要素以外の１つの回転要素を回転不能状態に保持可能な回転停止機構と、
を有することを特徴とするリンク機構。 In the link mechanism according to any one of claims 1 to 3,
The power transmission mechanism
A planetary gear mechanism in which two rotating elements of a sun gear, a planetary carrier, and a ring gear are connected to the first joint and the second joint, respectively.
A rotation stop mechanism capable of holding one rotating element other than the two rotating elements of the planetary gear mechanism in a non-rotatable state, and a rotation stop mechanism.
A link mechanism characterized by having.
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| WO2007072546A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Harmonic Drive Systems Inc. | Finger joint mechanism |
| JP2011230256A (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Nidec Sankyo Corp | Industrial robot |
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-
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- 2019-05-17 JP JP2019093337A patent/JP7245111B2/en active Active
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