JP2021156407A - Spherical acceleration/deceleration machine and control method for spherical acceleration/deceleration machine - Google Patents

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永吉 笠島
Nagayoshi Kasashima
永吉 笠島
智昭 矢野
Tomoaki Yano
智昭 矢野
明夫 五福
Akio Gofuku
明夫 五福
拓夢 古川
Takumu Furukawa
拓夢 古川
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Abstract

To provide a spherical acceleration/deceleration machine capable of efficiently transmitting rotation of a rotor around an axis line connecting centers of a rotor of a spherical motor and an output ball to which the rotation of the rotor is transmitted, to the output ball, and an effective control method for the spherical acceleration/deceleration machine.SOLUTION: The present invention relates to a spherical acceleration/deceleration machine 1 which comprises a spherical motor 2 and an output ball 8 and rotates the output ball 8 by transmitting rotation of a rotor 3 of the spherical motor 2 to the output ball 8. The spherical acceleration/deceleration machine comprises a plurality of rotation transmission balls 6A and 6B which is rotated with the rotation of the rotor 3 and rotates the output ball 8. The spherical acceleration/deceleration machine 1 comprises rotation suppression mechanisms 7 which are provided so as to be freely rotatable around any axis line within an orthogonal plane P passing centers OA and OB of the rotation transmission balls 6A and 6B and being orthogonal to a virtual transmission axis line C when an axis line connecting centers O3 and O8 of the rotor 3 and the output ball 8 is defined as the virtual transmission axis line C, and are configured to suppress the rotation around a parallel axis line CP in parallel with the virtual transmission axis line C.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、球面増減速機及び球面増減速機の制御方法に関する。 The present invention relates to a spherical accelerator / reducer and a method for controlling a spherical accelerator / reducer.

従来より、多様な機構のモータが使用されている。これらのモータは、通常は1自由度系として動作する。したがって、例えば3自由度を有するマニピュレータを構築する場合には、マニピュレータの根本、先端とその間の中間位置の、少なくとも3か所に、モータを直列的に連結して配する必要がある。このような構成においては、マニピュレータの先端位置には、各モータの誤差が集積されるため、精度の高い制御が容易ではない。
これを解決するモータとして、球面モータが、研究、開発されている。球面モータは、ワイヤにより球体を牽引し回転させるワイヤ牽引球面モータ、圧電素子を用いた圧電球面モータ、導体の球体に対して磁界を回転させることで生じる誘導電流により球体を回転させる誘導球面モータ、球体に設けられた永久磁石を電磁石により吸引して球体を回転される電磁球面モータ等の、様々な種類が開発されている。例えば、電磁球面モータは、球状の凹部を有するステータと、この凹部内に収まる球体のロータを備えている。ロータの表面には複数の永久磁石が設けられ、ステータの凹部の壁面には複数の電磁石が設けられている。ステータの任意の電磁石に電流を流し、ロータの永久磁石を吸引することで、ロータを任意の方向に、かつ任意の速度で回転させることができる。
このような構成を有する球面モータは、1台で、3自由度系として動作する。すなわち、各回転軸の回転中心が一致する構造となっているため、姿勢制御が容易であり、上記のようなマニピュレータを実現する場合においても誤差を低減できる。また、通常のモータで3自由度系を実現する場合には3台のモータを必要とするところ、球面モータの場合においては1台で3自由度系が実現できるので、モータを使用するシステムの小型化、軽量化が可能となる。
特許文献1には、このような球面モータが開示されている。
Conventionally, motors having various mechanisms have been used. These motors usually operate as a one-degree-of-freedom system. Therefore, for example, when constructing a manipulator having three degrees of freedom, it is necessary to connect and arrange the motors in series at at least three places at the root, the tip and the intermediate position between the manipulators. In such a configuration, since the error of each motor is accumulated at the tip position of the manipulator, it is not easy to control with high accuracy.
Spherical motors have been researched and developed as motors to solve this problem. Spherical motors include wire-towed spherical motors that pull and rotate spheres with wires, piezoelectric spherical motors that use piezoelectric elements, and induced spherical motors that rotate spheres by an induced current generated by rotating a magnetic field with respect to the sphere of a conductor. Various types have been developed, such as an electromagnetic spherical motor that rotates a sphere by attracting a permanent magnet provided on the sphere with an electromagnet. For example, an electromagnetic spherical motor includes a stator having a spherical recess and a spherical rotor that fits within the recess. A plurality of permanent magnets are provided on the surface of the rotor, and a plurality of electromagnets are provided on the wall surface of the recess of the stator. By passing an electric current through an arbitrary electromagnet of the stator and attracting the permanent magnet of the rotor, the rotor can be rotated in an arbitrary direction and at an arbitrary speed.
One spherical motor having such a configuration operates as a three-degree-of-freedom system. That is, since the structure is such that the rotation centers of the rotation axes coincide with each other, the attitude control is easy, and the error can be reduced even when the above-mentioned manipulator is realized. In addition, when a normal motor realizes a three-degree-of-freedom system, three motors are required, but in the case of a spherical motor, one unit can realize a three-degree-of-freedom system. It is possible to reduce the size and weight.
Patent Document 1 discloses such a spherical motor.

上記のような球面モータに関し、球面モータのトルクを向上させて出力させたい場合においては、ロータの半径よりも大きな半径の出力球を設け、ロータの回転を出力球に伝達させて出力球を回転させ、出力球から出力を取り出すように、球面減速機を構成することがある。また、球面モータの回転速度を向上させて出力させたい場合においては、ロータの半径よりも小さな半径の出力球を設けてこれにロータの回転を伝達させることで、球面増速器を構成することも考えられる。
従来の球面減速機の一例を、図8に示す。
図8に示される球面減速機100においては、ロータ101と出力球102の各々に当接するように、回転伝達球103が設けられている。回転伝達球103は、ロータ101の回転に伴い回転し、出力球102へと回転を伝達させて、出力球102を回転させる。ロータ101の中心O101と出力球102の中心O102を結ぶ軸線を仮想伝達軸線C100としたときに、回転伝達球103は、その中心O103が仮想伝達軸線C100上に位置するように、かつ中心O103を通る任意の軸線を中心として回転自在に設けられている。
このような構成において、例えばロータ101が方向D101として示されるように、中心O101を中心として紙面を構成する平面内で反時計回りに回転させる。この場合には、ロータ101と回転伝達球103の間に作用する摩擦力により、ロータ101に当接する回転伝達球103は、方向D103として示されるように、中心O103を中心として時計回りに回転する。これに伴い、回転伝達球103に当接する出力球102は、方向D102として示されるように、中心O102を中心として反時計回りに回転する。
Regarding the above spherical motor, when it is desired to improve the torque of the spherical motor and output it, an output sphere having a radius larger than the radius of the rotor is provided, and the rotation of the rotor is transmitted to the output sphere to rotate the output sphere. The spherical speed reducer may be configured so as to take out the output from the output sphere. Further, when it is desired to increase the rotation speed of the spherical motor to output it, an output sphere having a radius smaller than the radius of the rotor is provided and the rotation of the rotor is transmitted to the output sphere to form a spherical speed increaser. Is also possible.
An example of a conventional spherical speed reducer is shown in FIG.
In the spherical speed reducer 100 shown in FIG. 8, a rotation transmission ball 103 is provided so as to abut each of the rotor 101 and the output ball 102. The rotation transmission ball 103 rotates with the rotation of the rotor 101, transmits the rotation to the output ball 102, and rotates the output ball 102. When the axis connecting the center O101 of the rotor 101 and the center O102 of the output sphere 102 is the virtual transmission axis C100, the rotation transmission sphere 103 sets the center O103 so that the center O103 is located on the virtual transmission axis C100. It is rotatably provided around an arbitrary axis that passes through.
In such a configuration, for example, the rotor 101 is rotated counterclockwise around the center O101 in a plane constituting the paper surface, as shown as the direction D101. In this case, due to the frictional force acting between the rotor 101 and the rotation transmission sphere 103, the rotation transmission sphere 103 that abuts on the rotor 101 rotates clockwise about the center O103 as shown as the direction D103. .. Along with this, the output sphere 102 that comes into contact with the rotation transmission sphere 103 rotates counterclockwise about the center O102, as shown as the direction D102.

従来の球面減速機の他の例を、図9に示す。
図9に示される球面減速機110においても、図8の球面減速機100と同様に、ロータ111と出力球112の各々に当接するように、回転伝達球113が設けられている。球面減速機110においては、2つの回転伝達球113A、113Bが、それぞれの中心O113A、O113Bが仮想伝達軸線C110から外れて位置するように、設けられている。各回転伝達球113は、中心O113A、O113Bを通る任意の軸線を中心として回転自在に設けられている。
このような構成においても、ロータ111が方向D111として示されるように回転すると、回転伝達球113A、113Bは方向D113に回転し、これが出力球112に伝達されて、出力球112は方向D112に回転する。
Another example of the conventional spherical speed reducer is shown in FIG.
Similarly to the spherical speed reducer 100 of FIG. 8, the spherical speed reducer 110 shown in FIG. 9 is also provided with a rotation transmission ball 113 so as to come into contact with each of the rotor 111 and the output ball 112. In the spherical speed reducer 110, two rotation transmission balls 113A and 113B are provided so that their centers O113A and O113B are located away from the virtual transmission axis C110. Each rotation transmission ball 113 is rotatably provided about an arbitrary axis passing through the centers O113A and O113B.
Even in such a configuration, when the rotor 111 rotates as shown in the direction D111, the rotation transmission balls 113A and 113B rotate in the direction D113, which is transmitted to the output sphere 112, and the output sphere 112 rotates in the direction D112. do.

特開2009−5550号公報JP-A-2009-5550

図8、図9に示される球面減速機100、110においては、ロータ101、111の、仮想伝達軸線C100、C110を中心とした回転が、出力球102、112まで伝達されにくい。
例えば、図8の球面減速機100においては、仮想伝達軸線C100はロータ101と回転伝達球103の各中心O101、O103を通るようになっており、かつロータ101と回転伝達球103の接点P101における接平面と直交している。このため、ロータ101が仮想伝達軸線C100を中心として例えば方向D104方向に回転しても、この回転は接点P101において回転伝達球103を捩ろうとする方向に作用するため、ロータ101と回転伝達球103の間に摩擦力が十分に作用せず、回転が回転伝達球103に十分に伝達されない。
In the spherical speed reducers 100 and 110 shown in FIGS. 8 and 9, the rotation of the rotors 101 and 111 around the virtual transmission axes C100 and C110 is difficult to be transmitted to the output balls 102 and 112.
For example, in the spherical speed reducer 100 of FIG. 8, the virtual transmission axis C100 passes through the centers O101 and O103 of the rotor 101 and the rotation transmission ball 103, and at the contact point P101 between the rotor 101 and the rotation transmission ball 103. It is orthogonal to the tangent plane. Therefore, even if the rotor 101 rotates around the virtual transmission axis C100 in, for example, the direction D104, this rotation acts in the direction in which the rotation transmission sphere 103 is to be twisted at the contact P101, so that the rotor 101 and the rotation transmission sphere 103 The frictional force does not sufficiently act between the two, and the rotation is not sufficiently transmitted to the rotation transmission ball 103.

また、図9の球面減速機110において、ロータ111が仮想伝達軸線C110を中心として例えば方向D114方向に回転すると、紙面右側に位置する回転伝達球113Aは、例えば方向D115として示されるように回転する。この方向D115は、出力球112と回転伝達球113Aの各中心O112、O113Aを通る軸線C111を略中心とした回転となっている。
ここで、この軸線C111は、出力球112と回転伝達球113Aの接点P112における接平面と直交している。このため、回転伝達球113Aが軸線C111を中心として方向D115方向に回転しても、この回転は接点P112において出力球112を捩ろうとする方向に作用するため、回転伝達球113Aと出力球112の間に摩擦力が十分に作用せず、回転が出力球112に十分に伝達されない。
紙面左側に位置する回転伝達球113Bによっても同様に、仮想伝達軸線C110を中心としたロータ111の回転を、出力球112に十分に伝達するのは難しい。
Further, in the spherical speed reducer 110 of FIG. 9, when the rotor 111 rotates around the virtual transmission axis C110 in the direction D114, for example, the rotation transmission ball 113A located on the right side of the paper surface rotates as shown in the direction D115, for example. .. This direction D115 is rotation about the axis C111 passing through the centers O112 and O113A of the output sphere 112 and the rotation transmission sphere 113A.
Here, the axis C111 is orthogonal to the tangent plane at the contact point P112 of the output sphere 112 and the rotation transmission sphere 113A. Therefore, even if the rotation transmission sphere 113A rotates in the direction D115 about the axis C111, this rotation acts in the direction of twisting the output sphere 112 at the contact P112, so that the rotation transmission sphere 113A and the output sphere 112 The frictional force does not act sufficiently between them, and the rotation is not sufficiently transmitted to the output ball 112.
Similarly, it is difficult for the rotation transmission ball 113B located on the left side of the paper surface to sufficiently transmit the rotation of the rotor 111 about the virtual transmission axis C110 to the output ball 112.

本発明が解決しようとする課題は、球面モータのロータと、ロータの回転が伝達される出力球の、各々の中心を結ぶ軸線を中心としたロータの回転を、効率的に出力球へと伝達可能な、球面増減速機と、及び当該球面増減速機の効果的な制御方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to efficiently transmit the rotation of the rotor around the axis connecting the centers of the rotor of the spherical motor and the output sphere to which the rotation of the rotor is transmitted to the output sphere. It is to provide a possible spherical accelerator / reducer and an effective control method of the spherical accelerator / reducer.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、球面モータと出力球を備え、前記球面モータのロータの回転を前記出力球に伝達させて前記出力球を回転させる、球面増減速機であって、前記ロータと前記出力球の各々に当接して設けられた球体であり、前記ロータの回転に伴い回転し、前記出力球を回転させる、回転伝達球を複数備え、複数の前記回転伝達球の各々は、前記ロータと前記出力球の各々の中心を結ぶ軸線を仮想伝達軸線としたときに、当該回転伝達球の中心を通り前記仮想伝達軸線に直交する直交平面内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、複数の前記回転伝達球の各々の、当該回転伝達球の前記中心を通り前記仮想伝達軸線に平行な平行軸線周りの回転を抑制する、回転抑制機構を備えている、球面増減速機を提供する。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the present invention is a spherical acceleration / deceleration machine including a spherical motor and an output sphere, which transmits the rotation of the rotor of the spherical motor to the output sphere to rotate the output sphere, wherein the rotor and the output sphere are rotated. It is a sphere provided in contact with each of the above, and includes a plurality of rotation transmission spheres that rotate with the rotation of the rotor and rotate the output sphere, and each of the plurality of rotation transmission spheres is the rotor and the said. When the axis connecting the centers of the output spheres is a virtual transmission axis, a plurality of rotatably provided around an arbitrary axis in an orthogonal plane passing through the center of the rotation transmission sphere and orthogonal to the virtual transmission axis. Provided is a spherical accelerator / reducer provided with a rotation suppression mechanism that suppresses rotation of each of the rotation transmission spheres around a parallel axis that passes through the center of the rotation transmission sphere and is parallel to the virtual transmission axis.

また、本発明は、球面モータと出力球を備え、前記球面モータのロータの回転を前記出力球に伝達させて前記出力球を回転させる、球面増減速機の制御方法であって、前記球面増減速機は、前記ロータと前記出力球の各々に当接して設けられた球体であり、前記ロータの回転に伴い回転し、前記出力球を回転させる、回転伝達球を複数備え、複数の前記回転伝達球の各々は、前記ロータと前記出力球の各々の中心を結ぶ軸線を仮想伝達軸線としたときに、当該回転伝達球の中心を通り前記仮想伝達軸線に直交する直交平面内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、複数の前記回転伝達球の各々の、当該回転伝達球の前記中心を通り前記仮想伝達軸線に平行な平行軸線周りの回転を抑制する、回転抑制機構を備えており、前記ロータと前記出力球の、前記直交平面内の任意の前記軸線を中心とした回転の増減速比と、前記仮想伝達軸線を中心とした回転の増減速比を基に、前記ロータの回転方向及び回転速度を調整して、前記出力球を回転させる、球面増減速機の制御方法を提供する。 Further, the present invention is a control method for a spherical accelerator / reducer, comprising a spherical motor and an output sphere, and transmitting the rotation of the rotor of the spherical motor to the output sphere to rotate the output sphere. The speed machine is a spherical surface provided in contact with each of the rotor and the output sphere, and includes a plurality of rotation transmission spheres that rotate with the rotation of the rotor and rotate the output sphere, and the plurality of rotations thereof. Each of the transmission spheres is arbitrary in an orthogonal plane passing through the center of the rotation transmission sphere and orthogonal to the virtual transmission axis when the axis connecting the centers of the rotor and the output sphere is used as the virtual transmission axis. A rotation suppression mechanism is provided that is rotatably provided around the axis and suppresses rotation of each of the plurality of rotation transmission spheres around a parallel axis that passes through the center of the rotation transmission sphere and is parallel to the virtual transmission axis. The rotor and the output sphere of the rotor are based on the acceleration / deceleration ratio of the rotation centered on an arbitrary axis in the orthogonal plane and the acceleration / deceleration ratio of the rotation centered on the virtual transmission axis. Provided is a control method of a spherical accelerator / reducer that rotates the output ball by adjusting a rotation direction and a rotation speed.

本発明によれば、球面モータのロータと、ロータの回転が伝達される出力球の、各々の中心を結ぶ軸線を中心としたロータの回転を、効率的に出力球へと伝達可能な、球面増減速機と、及び当該球面増減速機の効果的な制御方法を提供することができる。 According to the present invention, a spherical surface capable of efficiently transmitting the rotation of the rotor around the axis connecting the centers of the rotor of the spherical motor and the output sphere to which the rotation of the rotor is transmitted to the output sphere. It is possible to provide an accelerator and a speed reducer and an effective control method for the spherical speed reducer.

本発明の実施形態における球面増減速機の模式的な側面図である。It is a schematic side view of the spherical accelerator / reducer in embodiment of this invention. 上記球面増減速機の、出力球を除いた状態における平面図である。It is a top view of the said spherical accelerator / reducer in a state excluding an output sphere. 図1のB矢視部分の拡大図である。It is an enlarged view of the B arrow view part of FIG. 上記球面増減速機の回転の伝達を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the transmission of the rotation of the spherical accelerator / reducer. 上記球面増減速機のトルクの伝達を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the torque transmission of the said spherical speed booster. 上記球面増減速機の制御方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control method of the said spherical accelerator / reducer. 上記実施形態の変形例に関する球面増減速機の、出力球を除いた状態における平面図である。It is a top view of the spherical accelerator / reducer which concerns on the modification of the said Embodiment in the state which removed the output sphere. 従来の球面増減速機の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional spherical acceleration / reduction machine. 従来の球面増減速機の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional spherical acceleration / reduction machine.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施形態における球面増減速機の模式的な側面図である。図2は、図1に示す球面増減速機の、出力球を除いた状態における平面図であり、図1のA−A部分の断面図である。
球面増減速機1は、球面モータ2、支持板5、回転伝達球6A、6B、回転抑制機構7、出力球8、及び図示されない制御装置を備えている。
球面モータ2は、ロータ3を備えている。ロータ3は、形状の球体であり、図示されない支持台に、中心O3を中心として回転自在に設けられている。ロータ3は、任意の方向に、かつ任意の速度で中心O3を中心として回転させるように、後に説明する制御装置によって制御される。
球面モータ2は、どのような方式でロータ3を駆動させる種類のものであってよい。例えば球面モータ2は、ワイヤにより球体を牽引し回転させるワイヤ牽引球面モータ、圧電素子を用いた圧電球面モータ、導体の球体に対して磁界を回転させることで生じる誘導電流により球体を回転させる誘導球面モータ、球体に設けられた永久磁石を電磁石により吸引して球体を回転される電磁球面モータのいずれかであってよいし、上記以外の種類のものであってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic side view of the spherical accelerator / reducer according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the spherical accelerator / reducer shown in FIG. 1 in a state where the output sphere is removed, and is a cross-sectional view of a portion AA of FIG.
The spherical accelerator 1 includes a spherical motor 2, a support plate 5, rotation transmission balls 6A and 6B, a rotation suppression mechanism 7, an output ball 8, and a control device (not shown).
The spherical motor 2 includes a rotor 3. The rotor 3 is a sphere having a shape, and is provided on a support base (not shown) so as to be rotatable around the center O3. The rotor 3 is controlled by a control device described later so as to rotate about the center O3 in an arbitrary direction and at an arbitrary speed.
The spherical motor 2 may be of any type that drives the rotor 3 by any method. For example, the spherical motor 2 includes a wire-towed spherical motor that pulls and rotates a sphere with a wire, a piezoelectric spherical motor that uses a piezoelectric element, and an induced spherical surface that rotates a sphere by an induced current generated by rotating a magnetic field with respect to the sphere of a conductor. It may be either a motor or an electromagnetic spherical motor in which a permanent magnet provided on a sphere is attracted by an electromagnet to rotate the sphere, or a type other than the above may be used.

球面モータ2の上方には、板状の支持板5が水平に設けられている。支持板5は、図示されない支持部材により、支持台等に固定されている。
支持板5には、複数の孔5aが設けられている。本実施形態においては、2つの孔5aが設けられている。複数の孔5aは、図2に示されるように平面視したときに、ロータ3の中心O3を挟んで対称的な位置に設けられている。本実施形態においては、2つの孔5aは、水平方向(x軸方向)に離間して設けられている。
A plate-shaped support plate 5 is horizontally provided above the spherical motor 2. The support plate 5 is fixed to a support base or the like by a support member (not shown).
The support plate 5 is provided with a plurality of holes 5a. In this embodiment, two holes 5a are provided. The plurality of holes 5a are provided at symmetrical positions with respect to the center O3 of the rotor 3 when viewed in a plan view as shown in FIG. In the present embodiment, the two holes 5a are provided so as to be separated from each other in the horizontal direction (x-axis direction).

回転伝達球6A、6Bは、本実施形態においてはロータ3よりも半径が小さな球体である。回転伝達球6A、6Bは、支持板5の孔5aの数に対応した数が設けられている。すなわち、本実施形態においては、2つの回転伝達球6A、6Bが設けられている。回転伝達球6A、6Bの各々は、複数の孔5aの各々に対応して、孔5aの内部に収容されており、下側をロータ3により、及び側方を次に説明する回転抑制機構7により支持されて位置づけられている。回転伝達球6A、6Bの各々の中心OA、OBは、支持板5と同じ水平位置に設けられている。 The rotation transmission spheres 6A and 6B are spheres having a radius smaller than that of the rotor 3 in the present embodiment. The rotation transmission balls 6A and 6B are provided with a number corresponding to the number of holes 5a in the support plate 5. That is, in this embodiment, two rotation transmission balls 6A and 6B are provided. Each of the rotation transmission balls 6A and 6B is housed inside the hole 5a corresponding to each of the plurality of holes 5a, and the lower side is by the rotor 3 and the side is the rotation suppression mechanism 7 described below. It is supported and positioned by. The centers OA and OB of the rotation transmission balls 6A and 6B are provided at the same horizontal positions as the support plate 5.

回転抑制機構7は、回転伝達球6A、6Bの各々に対し、複数個が、特に本実施形態においては4個が設けられている。回転抑制機構7は、回転軸C7を中心に回転する回転体である。特に本実施形態においては、回転抑制機構7はコロである。各回転抑制機構7は、対応する回転伝達球6A、6Bに対して、回転軸C7を中心とした回転半径が最も大きな位置の周面が、当接するように設けられている。 A plurality of rotation suppressing mechanisms 7 are provided for each of the rotation transmitting spheres 6A and 6B, particularly four in the present embodiment. The rotation suppression mechanism 7 is a rotating body that rotates about the rotation axis C7. In particular, in the present embodiment, the rotation suppressing mechanism 7 is a roller. Each rotation suppressing mechanism 7 is provided so that the peripheral surface at a position having the largest radius of gyration about the rotation axis C7 abuts on the corresponding rotation transmission spheres 6A and 6B.

出力球8は、本実施形態においてはロータ3よりも半径が大きな球体である。出力球8は、回転伝達球6A、6Bの上方に、回転伝達球6A、6Bの各々に当接するように設けられている。出力球8は、これら回転伝達球6A、6Bの各々と、例えば回転伝達球6A、6Bよりも上方の位置で、出力球8の中心O8を中心とした回転を妨げないように構成された図示されない支持部材とにより支持されている。
出力球8の中心O8は、本実施形態においてはロータ3の中心O3の鉛直方向上方に位置している。後に説明するように、ロータ3の回転は回転伝達球6A、6Bを介して出力球8に伝達されるため、このロータ3と出力球8の各々の中心O3、O8を結ぶ軸線を仮想伝達軸線Cと呼称する。仮想伝達軸線Cは、回転伝達球6A、6Bが離間する方向であるx軸方向と、水平面内でx軸方向に直交するy軸方向の双方に直交する、z軸方向、すなわち鉛直方向に延在している。
The output sphere 8 is a sphere having a radius larger than that of the rotor 3 in the present embodiment. The output sphere 8 is provided above the rotation transmission spheres 6A and 6B so as to abut on each of the rotation transmission spheres 6A and 6B. The output sphere 8 is shown at a position above each of the rotation transmission spheres 6A and 6B and, for example, the rotation transmission spheres 6A and 6B so as not to interfere with the rotation of the output sphere 8 around the center O8. It is supported by a support member that is not.
In the present embodiment, the center O8 of the output ball 8 is located above the center O3 of the rotor 3 in the vertical direction. As will be described later, since the rotation of the rotor 3 is transmitted to the output sphere 8 via the rotation transmission spheres 6A and 6B, the axis connecting the rotor 3 and the centers O3 and O8 of the output sphere 8 is a virtual transmission axis. Called C. The virtual transmission axis C extends in the z-axis direction, that is, in the vertical direction, which is orthogonal to both the x-axis direction in which the rotation transmission spheres 6A and 6B are separated from each other and the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction in the horizontal plane. Exists.

ロータ3、回転伝達球6A、6B、及び出力球8の各々は、例えば樹脂等により形成されている。これらロータ3、回転伝達球6A、6B、及び出力球8の各々の表面は、例えば摩擦係数の高い材質をコーティングしたり、ざらついた表面に加工したりすることにより表面処理されている。
また、回転伝達球6A、6Bと出力球8の接点においては、出力球8に作用する重力により、出力球8が回転伝達球6A、6Bに適度に圧接されている。更に、回転伝達球6A、6Bとロータ3の接点においては、回転伝達球6A、6Bに作用する重力により、回転伝達球6A、6Bがロータ3に適度に圧接されている。
これにより、ロータ3と回転伝達球6A、6Bの間、及び回転伝達球6A、6Bと出力球8の間に摩擦力が生じる。したがって、ロータ3が中心O3を中心として回転すると、回転伝達球6A、6Bがこれに伴い中心OA、OBを中心として回転して、出力球8が中心O8を中心として回転する。
本実施形態においては、上記のように、出力球8の半径は、ロータ3の半径よりも大きい。このため、出力球8の回転速度は、ロータ3の回転速度よりも遅くなり、出力球8のトルクは、ロータ3のトルクよりも高くなる。したがって、本実施形態における球面増減速機1は、球面減速機である。
Each of the rotor 3, the rotation transmission balls 6A and 6B, and the output ball 8 is formed of, for example, resin or the like. The surfaces of the rotor 3, the rotation transmission balls 6A and 6B, and the output ball 8 are surface-treated by, for example, coating a material having a high coefficient of friction or processing the surface into a rough surface.
Further, at the contact points between the rotation transmission balls 6A and 6B and the output balls 8, the output balls 8 are appropriately pressed against the rotation transmission balls 6A and 6B by the gravity acting on the output balls 8. Further, at the contact point between the rotation transmission balls 6A and 6B and the rotor 3, the rotation transmission balls 6A and 6B are appropriately pressed against the rotor 3 by the gravity acting on the rotation transmission balls 6A and 6B.
As a result, a frictional force is generated between the rotor 3 and the rotation transmission balls 6A and 6B, and between the rotation transmission balls 6A and 6B and the output ball 8. Therefore, when the rotor 3 rotates around the center O3, the rotation transmission balls 6A and 6B rotate around the centers OA and OB accordingly, and the output sphere 8 rotates around the center O8.
In the present embodiment, as described above, the radius of the output sphere 8 is larger than the radius of the rotor 3. Therefore, the rotation speed of the output ball 8 is slower than the rotation speed of the rotor 3, and the torque of the output ball 8 is higher than the torque of the rotor 3. Therefore, the spherical speed reducer 1 in the present embodiment is a spherical speed reducer.

ここで、各回転抑制機構7の回転軸C7は、回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに直交する直交平面P内に延在して設けられている。各回転抑制機構7の回転軸C7は、回転抑制機構7の、対応する回転伝達球6A、6Bとの当接点P6と、回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを結ぶ軸線CVに直交して設けられている。このため、各回転抑制機構7は、z軸に平行な軸線周りには回転しない。
このような構成において、例えば回転伝達球6Aが中心OAを通りx軸に平行な軸線周りに回転しようとすると、図2において回転伝達球6Aの上下に位置する回転抑制機構7は回転軸周りに回転し、回転伝達球6Aの回転を妨げない。また、回転伝達球6Aの左右に位置する回転抑制機構7においては、回転伝達球6Aの回転は接点P6において回転抑制機構7を捩ろうとする方向に作用するため、回転伝達球6Aと回転抑制機構7の間に摩擦力が作用せず、したがって回転伝達球6Aの回転を妨げない。このように、いずれの回転抑制機構7も回転伝達球6Aの、中心OAを通りx軸に平行な軸線周りの回転を妨げないため、回転伝達球6Aはx軸周りに自在に回転する。
同様な理由に因り、回転伝達球6Aは、中心OAを通りy軸に平行な軸線周りに自在に回転する。更に、回転伝達球6Aは、中心OAを通りx軸とy軸の間に延在する任意の軸線周りにも、自在に回転する。
すなわち、回転伝達球6A、6Bの各々は、直交平面P内の、任意の軸線周りに、中心OA、OBを中心として回転自在に設けられている。
Here, the rotation axis C7 of each rotation suppression mechanism 7 extends in an orthogonal plane P that passes through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B and is orthogonal to the virtual transmission axis C. The rotation axis C7 of each rotation suppression mechanism 7 is orthogonal to the axis CV connecting the contact points P6 of the rotation suppression mechanisms 7 with the corresponding rotation transmission balls 6A and 6B and the centers OA and OB of the rotation transmission balls 6A and 6B. It is provided. Therefore, each rotation suppressing mechanism 7 does not rotate around an axis parallel to the z-axis.
In such a configuration, for example, when the rotation transmission sphere 6A tries to rotate around the axis parallel to the x-axis through the center OA, the rotation suppression mechanism 7 located above and below the rotation transmission sphere 6A in FIG. 2 moves around the rotation axis. It rotates and does not interfere with the rotation of the rotation transmission ball 6A. Further, in the rotation suppressing mechanism 7 located to the left and right of the rotation transmitting sphere 6A, the rotation of the rotation transmitting sphere 6A acts in the direction of twisting the rotation suppressing mechanism 7 at the contact P6, so that the rotation transmitting sphere 6A and the rotation suppressing mechanism No frictional force acts between 7 and therefore does not interfere with the rotation of the rotation transmission ball 6A. In this way, since none of the rotation suppressing mechanisms 7 hinders the rotation of the rotation transmitting sphere 6A around the axis that passes through the center OA and is parallel to the x-axis, the rotation transmitting sphere 6A freely rotates around the x-axis.
For the same reason, the rotation transmission sphere 6A freely rotates around the axis parallel to the y-axis through the center OA. Further, the rotation transmission sphere 6A freely rotates around an arbitrary axis extending between the x-axis and the y-axis through the center OA.
That is, each of the rotation transmission spheres 6A and 6B is rotatably provided around an arbitrary axis in the orthogonal plane P with the centers OA and OB as the centers.

また、回転伝達球6A、6Bの各々は、中心OA、OBを通りz軸方向に延在する、仮想伝達軸線Cに平行な平行軸線CP周りに回転しようとすると、回転抑制機構7はz軸周りには回転しないため、回転抑制機構7との摩擦によりこの回転は抑制され、停止される。すなわち、回転伝達球6A、6Bの各々の、平行軸線CP周りの回転は、回転抑制機構7により抑制される。これにより、回転伝達球6A、6Bは平行軸線CP周りに回転不能に設けられている。
以下、ロータ3、回転伝達球6A、6B、及び出力球8の各球体が、x軸、y軸、z軸等の軸周りに回転すると記載した場合には、これら球体が、当該軸に平行で中心O3、OA、OB、O8を通る軸線を中心に自転することを示す。
Further, when each of the rotation transmission spheres 6A and 6B tries to rotate around the parallel axis CP parallel to the virtual transmission axis C, which extends in the z-axis direction through the centers OA and OB, the rotation suppression mechanism 7 moves to the z-axis. Since it does not rotate around, this rotation is suppressed by friction with the rotation suppressing mechanism 7 and stopped. That is, the rotation of each of the rotation transmission balls 6A and 6B around the parallel axis CP is suppressed by the rotation suppressing mechanism 7. As a result, the rotation transmission balls 6A and 6B are provided so as not to rotate around the parallel axis CP.
Hereinafter, when it is described that the spheres of the rotor 3, the rotation transmission spheres 6A, 6B, and the output sphere 8 rotate around axes such as the x-axis, y-axis, and z-axis, these spheres are parallel to the axis. Indicates that the rotation is centered on the axis passing through the centers O3, OA, OB, and O8.

次に、球面増減速機1の作用について、特にロータ3から出力球8への回転の伝達について説明する。ロータ3の回転は、回転伝達球6A、6Bの各々によって伝達されるが、回転伝達球6Aと回転伝達球6Bの伝達の原理は同じであるため、以下の説明では主に、図1等で紙面右側に設けられている回転伝達球6Aにより回転が伝達される場合を説明し、紙面左側に設けられている回転伝達球6Bに関してはその説明を割愛する。 Next, the operation of the spherical accelerator 1 will be described, in particular, the transmission of rotation from the rotor 3 to the output ball 8. The rotation of the rotor 3 is transmitted by each of the rotation transmission spheres 6A and 6B, but since the transmission principle of the rotation transmission sphere 6A and the rotation transmission sphere 6B is the same, in the following description, mainly in FIG. The case where the rotation is transmitted by the rotation transmission ball 6A provided on the right side of the paper surface will be described, and the description of the rotation transmission ball 6B provided on the left side of the paper surface will be omitted.

図3は、図1のB矢視部分の拡大図である。図3に示されるように、回転伝達球6Aに対して紙面に垂直なx軸方向に力Fを加える場合を考える。回転伝達球6Aの中心OA周りに加えられるモーメントの大きさTは、回転の軸からみた力Fが加わる点までの距離、すなわち回転伝達球6Aの半径をRとすると、次の式1で表される。

Figure 2021156407
モーメントのz軸方向の成分Tに関しては、回転伝達球6Aが中心OAを中心としてz軸周りに回転しようとすると回転抑制機構7との摩擦による反作用の力で釣り合って動かないため、回転伝達球6Aの回転に寄与するのは、モーメントのy軸方向の成分Tのみである。したがって、図3に示されるように力Fが加えられた場合には、回転伝達球6Aは中心OAを中心として、y軸周りに回転する。 FIG. 3 is an enlarged view of the portion seen by the arrow B in FIG. As shown in FIG. 3, consider a case where a force F is applied to the rotation transmission sphere 6A in the x-axis direction perpendicular to the paper surface. The magnitude T of the moment applied around the center OA of the rotation transmission sphere 6A is expressed by the following equation 1 assuming that the distance from the axis of rotation to the point where the force F is applied, that is, the radius of the rotation transmission sphere 6A is R. Will be done.
Figure 2021156407
Regarding the component T z in the z-axis direction of the moment, when the rotation transmission sphere 6A tries to rotate around the z-axis around the center OA, it does not move in balance due to the reaction force due to friction with the rotation suppression mechanism 7, so that the rotation is transmitted. Only the component T y of the moment in the y-axis direction contributes to the rotation of the sphere 6A. Therefore, when a force F is applied as shown in FIG. 3, the rotation transmission sphere 6A rotates about the y-axis with the center OA as the center.

図4は、球面増減速機の回転の伝達を説明する説明図である。
まず、回転伝達球6Aによるy軸周りの回転の伝達について説明する。
図4のように、ロータ3と回転伝達球6Aの接点における、紙面に垂直なx軸方向における速度成分をvとしたとき、回転伝達球6Aは中心OAを中心として、y軸周りに回転する。この、y軸周りの回転の角速度をω、回転伝達球6Aの半径をR、仮想伝達軸線Cに対する、ロータ3の中心O3と回転伝達球6Aの中心OAを結ぶ線の成す角度をφとすると、速度成分vは、次の式2で表される。

Figure 2021156407
速度成分vは、ロータ3の、中心O3を通りy軸に平行な軸線周りの回転によっても表現できる。すなわち、ロータ3のy軸周りの回転の角速度をωiy、ロータ3の半径をRとすると、速度成分vは、次の式3で表される。
Figure 2021156407
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the transmission of rotation of the spherical accelerator / reducer.
First, the transmission of rotation around the y-axis by the rotation transmission sphere 6A will be described.
As in Figure 4, at the point of contact between the rotor 3 rotation transmitting ball 6A, when the velocity component in the vertical x-axis direction to the paper surface was v i, the rotation transmitting ball. 6A around a center OA, rotated around y axis do. The angular velocity of rotation around the y-axis is ω m , the radius of the rotation transmission sphere 6A is R m , and the angle formed by the line connecting the center O3 of the rotor 3 and the center OA of the rotation transmission sphere 6A with respect to the virtual transmission axis C is φ. When the velocity component v i is expressed by the following equation 2.
Figure 2021156407
Velocity component v i is the rotor 3 can be expressed by rotation about axes parallel to the street y axis center O3. That is, the rotation of the angular velocity omega iy around y-axis of the rotor 3, and the radius of the rotor 3 and R i, the velocity components v i is expressed by the following equation 3.
Figure 2021156407

同様に、出力球8の半径をR、出力球8の、中心O8を通りy軸に平行な軸線周りの回転の角速度をωoy、仮想伝達軸線Cに対する、出力球8の中心O8と回転伝達球6Aの中心OAを結ぶ線の成す角度をθとすると、出力球8と回転伝達球6Aの接点における、紙面に垂直なx軸方向における速度成分vは、次の式4、式5で表される。

Figure 2021156407
Figure 2021156407
これら式2〜式5により、次の式6が導き出せる。
Figure 2021156407
Likewise rotation radius R o of the output ball 8, the output balls 8, angular velocity omega oy rotation about an axis parallel to the street y axis center O8, to the virtual transmission axis C, the center O8 output sphere 8 Assuming that the angle formed by the line connecting the center OA of the transmission sphere 6A is θ, the velocity component vo in the x-axis direction perpendicular to the paper surface at the contact point between the output sphere 8 and the rotation transmission sphere 6A is expressed by the following equations 4 and 5. It is represented by.
Figure 2021156407
Figure 2021156407
The following equation 6 can be derived from these equations 2 to 5.
Figure 2021156407

回転伝達球6Aによるx軸周りの回転の伝達については、図4のようにロータ3、回転伝達球6A、出力球8を平面視し、これら各々を歯車と見做した場合の、歯車の回転速度伝達比と同じであると考えられる。したがって、ロータ3の、中心O3を通りx軸に平行な軸線周りの回転の角速度をωix、出力球8の、中心O8を通りx軸に平行な軸線周りの回転の角速度をωox、とすると、次の式7が成立する。

Figure 2021156407
Regarding the transmission of rotation around the x-axis by the rotation transmission sphere 6A, the rotation of the gear when the rotor 3, the rotation transmission sphere 6A, and the output sphere 8 are viewed in a plan view and each of them is regarded as a gear as shown in FIG. It is considered to be the same as the speed transmission ratio. Therefore, the angular velocity of rotation of the rotor 3 around the axis passing through the center O3 and parallel to the x-axis is ω ix , and the angular velocity of rotation of the output sphere 8 around the axis passing through the center O8 and parallel to the x-axis is ω ox . Then, the following equation 7 holds.
Figure 2021156407

既に説明したように、出力球8の半径Rはロータ3の半径Rよりも大きい。このため、出力球8のx軸周りの回転の角速度ωox、及びy軸周りの回転の角速度ωoyは、ともに、ロータ3のx軸周りの回転の角速度ωix、及びy軸周りの回転の角速度ωiyよりも、同一の減速比で減速された値となっている。
また、式7の左辺と右辺の符号は同一であり、したがって、出力球8は、x軸及びy軸周りに回転する場合においては、ロータ3と同一の方向に回転する。
As already described, the radius R o of the output ball 8 is greater than the radius R i of the rotor 3. Therefore, the angular velocity ω ox of the rotation of the output sphere 8 around the x-axis and the angular velocity ω oy of the rotation around the y-axis are both the angular velocity ω ix of the rotation of the rotor 3 around the x-axis and the rotation around the y-axis. It is a value decelerated at the same reduction ratio than the angular velocity ω ii of.
Further, the symbols on the left side and the right side of the equation 7 are the same, and therefore, the output sphere 8 rotates in the same direction as the rotor 3 when rotating around the x-axis and the y-axis.

次に、ロータ3がz軸周りに、すなわち仮想伝達軸線Cを中心として回転した場合の挙動を説明する。
概念的には、ロータ3がz軸周りに回転すると、これに当接する回転伝達球6Aに対しては、回転伝達球6Aは中心OAを通りz軸に平行な平行軸線CP周りに回転しないように設けられているため、直交平面P内に延在する軸線周りの回転として伝達される。
この回転伝達球6Aの、直交平面P内に延在する軸線周りの回転は、出力球8へと伝達される。
ここで、回転伝達球6Aが1個のみである場合においては、出力球8に対しては、仮想伝達軸線Cから外れた回転伝達球6Aとの接点のみにおいて力が作用するため、出力球8の回転は不安定なものとなる。しかし、球面増減速機1は、回転伝達球6Aの他に、回転伝達球6Bを有している。特に説明はしないが、回転伝達球6Bは回転伝達球6Aと同様な構成で設けられているため、回転伝達球6Aと同様の原理で、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに回転伝達球6Aと同一の回転方向に回転する。すなわち、出力球8には2つの、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに同じ回転方向に回転する回転伝達球6A、6Bが接しているため、出力球8には異なる2点において、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに同一の方向に回転させる力が作用する。これにより、出力球8の回転は不安定とはならず、出力球8は、仮想伝達軸線Cを中心として回転する。
Next, the behavior when the rotor 3 rotates around the z-axis, that is, about the virtual transmission axis C will be described.
Conceptually, when the rotor 3 rotates around the z-axis, the rotation-transmitting sphere 6A does not rotate around the parallel axis CP that passes through the center OA and is parallel to the z-axis with respect to the rotation-transmitting sphere 6A that abuts on the rotor 3. Because it is provided in, it is transmitted as a rotation around an axis extending in the orthogonal plane P.
The rotation of the rotation transmission sphere 6A around the axis extending in the orthogonal plane P is transmitted to the output sphere 8.
Here, when there is only one rotation transmission sphere 6A, a force acts on the output sphere 8 only at the contact point with the rotation transmission sphere 6A deviated from the virtual transmission axis C, so that the output sphere 8 The rotation of is unstable. However, the spherical accelerator 1 has a rotation transmission ball 6B in addition to the rotation transmission ball 6A. Although not particularly described, since the rotation transmission sphere 6B is provided with the same configuration as the rotation transmission sphere 6A, the rotation transmission sphere 6A is viewed with the virtual transmission axis C as the center based on the same principle as the rotation transmission sphere 6A. Rotates in the same direction of rotation as. That is, since the output sphere 8 is in contact with the two rotation transmission spheres 6A and 6B that rotate in the same rotation direction when viewed from the virtual transmission axis C as the center, the output sphere 8 is virtually transmitted at two different points. When viewed around the axis C, a force that rotates in the same direction acts. As a result, the rotation of the output sphere 8 does not become unstable, and the output sphere 8 rotates about the virtual transmission axis C.

例えば、図4においてロータ3が方向D3として示されるように、仮想伝達軸線Cよりも左側の部分が仮想伝達軸線Cの紙面手前側を経由して仮想伝達軸線Cよりも右側に至り、仮想伝達軸線Cの紙面奥側から原位置に戻るような方向で回転する場合を考える。
この回転に伴い、仮想伝達軸線Cよりも右側に位置してロータ3に当接する回転伝達球6Aは、方向D6Aとして示されるように、直交平面Pよりも上方の部分が紙面手前側を経由して直交平面Pよりも下方に至り、紙面奥側から原位置に戻るような方向で回転する。
また、同様に、仮想伝達軸線Cよりも左側に位置してロータ3に当接する回転伝達球6Bは、方向D6Bとして示されるように、直交平面Pよりも下方の部分が紙面手前側を経由して直交平面Pよりも上方に至り、紙面奥側から原位置に戻るような方向で回転する。
これら回転伝達球6A、6Bの回転に伴い、出力球8は、方向D8として示されるように、仮想伝達軸線Cよりも右側の部分が仮想伝達軸線Cの紙面手前側を経由して仮想伝達軸線Cよりも左側に至り、仮想伝達軸線Cの紙面奥側から原位置に戻るような方向で回転する。
このように、ロータ3がz軸周りに回転すると、出力球8は、ロータ3の回転する方向D3とは反対の方向D8に、z軸周りに回転する。
For example, as shown in FIG. 4, the rotor 3 is shown as the direction D3, the portion on the left side of the virtual transmission axis C reaches the right side of the virtual transmission axis C via the front side of the paper surface of the virtual transmission axis C, and the virtual transmission is achieved. Consider a case where the axis C rotates in a direction of returning to the original position from the back side of the paper surface.
Along with this rotation, the rotation transmission sphere 6A located on the right side of the virtual transmission axis C and abutting on the rotor 3 has a portion above the orthogonal plane P passing through the front side of the paper surface as shown as the direction D6A. It reaches below the orthogonal plane P and rotates in a direction of returning to the original position from the back side of the paper surface.
Similarly, the rotation transmission ball 6B located on the left side of the virtual transmission axis C and abutting on the rotor 3 has a portion below the orthogonal plane P passing through the front side of the paper surface as shown as the direction D6B. It reaches above the orthogonal plane P and rotates in a direction of returning to the original position from the back side of the paper surface.
As the rotation transmission spheres 6A and 6B rotate, the output sphere 8 has a portion on the right side of the virtual transmission axis C via the front side of the paper surface of the virtual transmission axis C as shown as the direction D8. It reaches the left side of C and rotates in a direction that returns to the original position from the back side of the paper surface of the virtual transmission axis C.
In this way, when the rotor 3 rotates about the z-axis, the output ball 8 rotates about the z-axis in the direction D8 opposite to the direction D3 in which the rotor 3 rotates.

上記のような、回転伝達球6Aによるz軸周りの回転の伝達については、ロータ3の、中心O3を通りz軸に平行な軸線周りの回転の角速度をωiz、出力球8の、中心O8を通りz軸に平行な軸線周りの回転の角速度をωozとすると、ロータ3と出力球8に関しては、次の式8、式9が成立する。

Figure 2021156407
Figure 2021156407
ここで、回転伝達球6Aに関しては、上記のようにz軸周りには回転せず、直交平面P内に延在する軸線周りに回転するため、例えばこれをy軸とすると、上記の式2、式4が成立する。
したがって、式2、式4、式8、式9により、次の式10が導き出せる。
Figure 2021156407
Regarding the transmission of rotation around the z-axis by the rotation transmission sphere 6A as described above, the angular velocity of rotation around the axis of the rotor 3 passing through the center O3 and parallel to the z-axis is ω iz , and the center O8 of the output sphere 8 is set. Assuming that the angular velocity of rotation around the axis parallel to the z-axis is ω oz, the following equations 8 and 9 hold for the rotor 3 and the output sphere 8.
Figure 2021156407
Figure 2021156407
Here, the rotation transmission sphere 6A does not rotate around the z-axis as described above, but rotates around an axis extending in the orthogonal plane P. Therefore, for example, assuming that this is the y-axis, the above equation 2 , Equation 4 holds.
Therefore, the following equation 10 can be derived from the equations 2, 4, 8, and 9.
Figure 2021156407

式6、式7と式10を比較すると、z軸周りの回転の伝達における減速比は、x軸及びy軸周りの回転の伝達における伝達比とは異なることがわかる。
また、式10の左辺と右辺の符号は異なっている。したがって、出力球8は、z軸周りに回転する場合においては、既に説明したように、ロータ3とは異なる、反対側の方向に回転する。
Comparing Equations 6 and 7 with Equation 10, it can be seen that the reduction ratio in the transmission of rotation around the z-axis is different from the transmission ratio in the transmission of rotation around the x-axis and y-axis.
Further, the symbols on the left side and the right side of Equation 10 are different. Therefore, when the output sphere 8 rotates about the z-axis, it rotates in a direction opposite to that of the rotor 3, as described above.

次に、回転伝達球6Aによるトルクの伝達について説明する。図5は、球面増減速機のトルクの伝達を説明する説明図である。
回転伝達球6Aによるy軸周りのトルクの伝達に関しては、ロータ3の、中心O3を通りy軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをTiy、出力球8の、中心O8を通りy軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをToy、回転伝達球6Aからロータ3に伝わる力をFmi、ロータ3から回転伝達球6Aに伝わる力をFim、回転伝達球6Aから出力球8に伝わる力をFmo、出力球8から回転伝達球6Aに伝わる力をFomとすると、回転伝達球6A、6Bは2つあることから、モーメントの釣り合いを考えることにより、次の式11〜式13が成立する。

Figure 2021156407
Figure 2021156407
Figure 2021156407
Next, the transmission of torque by the rotation transmission ball 6A will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the transmission of torque of the spherical accelerator / reducer.
Regarding the transmission of torque around the y-axis by the rotation transmission sphere 6A, the moment of rotation around the axis of the rotor 3 passing through the center O3 and parallel to the y-axis is Tyy , and the output sphere 8 passes through the center O8 to the y-axis. rotation of the moment T oy about parallel axes, F mi the force transmitted to the rotor 3 from rotating transfer spheres 6A, the force transmitted to the rotation transmitting ball 6A from the rotor 3 F im, transmitted from the rotation transmission balls 6A in the output sphere 8 the force F mo, when the force transmitted to the rotation transmitting ball 6A from the output balls 8 and F om, rotation transmitting ball 6A, 6B from the two is, by considering the balance of moment, the following equation 11 formula 13 Is established.
Figure 2021156407
Figure 2021156407
Figure 2021156407

ここで、各力Fmi、Fim、Fmo、Fomには、次の式14の関係が成立する。

Figure 2021156407
したがって、式11〜式14より、次の式15、式16が導き出せる。
Figure 2021156407
Figure 2021156407
Here, the relationship of the following equation 14 is established for each force F mi , F im , F mo , and Fom.
Figure 2021156407
Therefore, the following equations 15 and 16 can be derived from the equations 11 to 14.
Figure 2021156407
Figure 2021156407

回転伝達球6Aによるx軸周りの回転の伝達については、回転速度の場合と同様に、ロータ3、回転伝達球6A、出力球8を平面視してこれら各々を歯車と見做した場合の、歯車の伝達比と同じであると考えられる。したがって、ロータ3の、中心O3を通りx軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをTix、出力球8の、中心O8を通りx軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをTox、とすると、次の式17が成立する。

Figure 2021156407
Regarding the transmission of rotation around the x-axis by the rotation transmission sphere 6A, as in the case of the rotation speed, when the rotor 3, the rotation transmission sphere 6A, and the output sphere 8 are viewed in a plan view and each of them is regarded as a gear, It is considered to be the same as the transmission ratio of gears. Therefore, the moment of rotation of the rotor 3 around the axis passing through the center O3 and parallel to the x-axis is Tix , and the moment of rotation of the output sphere 8 around the axis passing through the center O8 and parallel to the x-axis is Tox . Then, the following equation 17 is established.
Figure 2021156407

既に説明したように、出力球8の半径Rはロータ3の半径Rよりも大きい。このため、出力球8のx軸周りの回転のモーメントTox、及びy軸周りの回転のモーメントToyは、ともに、ロータ3のx軸周りの回転のモーメントTix、及びy軸周りの回転のモーメントTiyよりも、同一の比率で増幅された値となっている。すなわち、x軸方向及びy軸方向においては、ロータ3のトルクが増幅して出力球8に伝達される。この増幅比は、式6、式7における減速比の逆数となっている。 As already described, the radius R o of the output ball 8 is greater than the radius R i of the rotor 3. Therefore, the rotation moment T ox about the x axis of the output ball 8, and the moment T oy rotation about the y-axis are both moment T ix rotation about the x-axis of the rotor 3, and a rotation about y-axis It is a value amplified at the same ratio than the moment T yy of. That is, in the x-axis direction and the y-axis direction, the torque of the rotor 3 is amplified and transmitted to the output ball 8. This amplification ratio is the reciprocal of the reduction ratio in Equations 6 and 7.

他方、回転伝達球6Aによるz軸周りの回転の伝達については、ロータ3の、中心O3を通りz軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをTiz、出力球8の、中心O8を通りz軸に平行な軸線周りの回転のモーメントをTozとすると、次の式18、式19が成立する。

Figure 2021156407
Figure 2021156407
回転速度の場合と同様に、回転伝達球6Aはz軸周りには回転せず、直交平面P内に延在する軸線周りに回転するため、y軸の場合と同様に式12が成立する。したがって、式12、式14、式18、式19により、次の式20、式21が導き出せる。
Figure 2021156407
Figure 2021156407
On the other hand, regarding the transmission of rotation around the z-axis by the rotation transmission sphere 6A, the moment of rotation around the axis of the rotor 3 passing through the center O3 and parallel to the z-axis is Tiz , and the output sphere 8 passes through the center O8. Assuming that the moment of rotation around the axis parallel to the axis is Toz, the following equations 18 and 19 are established.
Figure 2021156407
Figure 2021156407
As in the case of the rotation speed, the rotation transmission sphere 6A does not rotate around the z-axis but rotates around the axis extending in the orthogonal plane P, so that the equation 12 holds as in the case of the y-axis. Therefore, the following equations 20 and 21 can be derived from the equations 12, 14, 18, and 19.
Figure 2021156407
Figure 2021156407

式16、式17と式21を比較すると、z軸周りの回転の伝達におけるトルクの増幅比は、x軸及びy軸周りの回転の伝達における増幅比とは異なることがわかる。この増幅比は、式10における減速比の逆数となっている。
式10及び式21に示されるように、球面増減速機1においては、ロータ3のz軸周りの、すなわち仮想伝達軸線C周りの回転が、確実に、出力球8に伝達されている。
Comparing Equations 16 and 17 with Equation 21, it can be seen that the torque amplification ratio in the transmission of rotation around the z-axis is different from the amplification ratio in the transmission of rotation around the x-axis and y-axis. This amplification ratio is the reciprocal of the reduction ratio in Equation 10.
As shown in Equations 10 and 21, in the spherical accelerator 1, the rotation of the rotor 3 around the z-axis, that is, around the virtual transmission axis C is surely transmitted to the output ball 8.

上記のように、回転速度の減速比(トルクの増幅比)は、x軸方向及びy軸方向と、z軸方向の各成分によって異なった値となる。このため、出力球8を所望の方向に、所望の速度で回転させるためには、ロータ3の回転方向と回転速度を、これらの軸方向に異なる減速比等を考慮して、設定しなければならない。
制御装置は、このような減速比を考慮して、ロータ3の回転方向及び回転速度を制御する。
As described above, the reduction ratio of the rotation speed (torque amplification ratio) has different values depending on the components in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. Therefore, in order to rotate the output ball 8 in a desired direction and at a desired speed, the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 must be set in consideration of reduction ratios and the like that differ in these axial directions. It doesn't become.
The control device controls the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 in consideration of such a reduction ratio.

出力球8の半径Rと回転伝達球6Aの半径Rの和を値A、ロータ3の半径Rと回転伝達球6Aの半径Rの和を値Bとし、仮想伝達軸線Cから回転伝達球6Aの中心OAまでの距離をLとすると、次の式22が成立する。

Figure 2021156407
A radius R o of the output ball 8 radius R m sum value A of the rotation transmitting ball 6A, the sum of the radius R m of the radius R i of the rotor 3 rotation transmitting ball 6A and value B, the rotation from the virtual transmission axis C Assuming that the distance of the transmission sphere 6A to the center OA is L, the following equation 22 holds.
Figure 2021156407

ここで、値Kを、次の式23のように定義する。

Figure 2021156407
この値Kにより、式10と式21は、次の式24、式25のように表すことができる。
Figure 2021156407
Figure 2021156407
Here, the value K is defined as in the following equation 23.
Figure 2021156407
With this value K, equations 10 and 21 can be expressed as the following equations 24 and 25.
Figure 2021156407
Figure 2021156407

上記の式6、式7、式16、式17、式24、式25は、行列表現により、次の式26、式27として、簡潔に表現される。

Figure 2021156407
Figure 2021156407
The above equations 6, 7, 16, 16, 17, 24, and 25 are simply expressed as the following equations 26 and 27 by matrix representation.
Figure 2021156407
Figure 2021156407

すなわち、出力球8を回転させる際には、出力球8の角速度やトルクとして実現したい値を上記の式26、式27にωox、ωoy、ωoz、Tox、Toy、Tozとして入力し、ロータ3の回転速度、回転方向、トルクを計算して決定すればよい。
このように、制御装置は、ロータ3と出力球8の、直交平面P内の任意の軸線を中心とした回転の減速比(増減速比)と、仮想伝達軸線Cを中心とした回転の減速比(増減速比)を基に、ロータ3の回転方向及び回転速度を調整して、出力球8を回転させる。
That is, when rotating the output ball 8, Equation 26 the value to be realized as an angular velocity and torque of the output ball 8, the formula 27 ω ox, ω oy, ω oz, T ox, T oy, as T oz It may be input and determined by calculating the rotation speed, rotation direction, and torque of the rotor 3.
In this way, the control device has a reduction ratio (acceleration / reduction ratio) of rotation of the rotor 3 and the output sphere 8 centered on an arbitrary axis in the orthogonal plane P, and a deceleration of rotation centered on the virtual transmission axis C. Based on the ratio (acceleration / deceleration ratio), the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 are adjusted to rotate the output ball 8.

次に、図1〜図5、及び図6を用いて、上記の球面加減速機1の制御方法を説明する。図6は、球面加減速機1の制御方法のフローチャートである。
例えば球面モータ2が電磁球面モータの場合においては、制御装置は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、この情報処理装置内のCPUにより実行されるソフトウェア、プログラムによって、ロータ3の回転方向及び回転速度を調整するように構成されていてもよい。例えば、球面モータ2自体がロータ3を回転制御する制御装置を既に備えている場合には、当該制御装置が球面加減速機1の制御装置として、兼ねて用いられても構わない。
ここでは、このようにソフトウェア、プログラムとして制御方法が実現された場合を想定して制御方法を記載する。しかし実際には、制御装置は情報処理装置によって実現されなくともよい。制御装置は、以下に説明するような制御方法を実現可能な何らかの物理的なしくみや機構により構成され、これによりロータ3の回転方向及び回転速度が制御されてもよい。
Next, the control method of the spherical accelerator 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and 6. FIG. 6 is a flowchart of a control method for the spherical accelerator / reducer 1.
For example, when the spherical motor 2 is an electromagnetic spherical motor, the control device is an information processing device such as a personal computer, and the rotation direction and rotation of the rotor 3 are determined by software and programs executed by the CPU in the information processing device. It may be configured to adjust the speed. For example, when the spherical motor 2 itself already includes a control device for controlling the rotation of the rotor 3, the control device may also be used as a control device for the spherical accelerator 1.
Here, the control method is described assuming that the control method is realized as software and a program in this way. However, in reality, the control device does not have to be realized by the information processing device. The control device may be configured by some physical mechanism or mechanism capable of realizing a control method as described below, whereby the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 may be controlled.

制御が開始されると(ステップS1)、出力球8を回転させる角速度やトルクを取得し、決定する(ステップS3)。
次に、決定された出力球8の角速度やトルクを、式26、式27に代入し、ロータ3の角速度、トルクを計算し、決定する(ステップS5)。
このように決定されたロータ3の角速度、トルクを基に、ロータ3を回転制御する(ステップS7)。
出力球8の回転を終了させて停止させるかが随時判定され(ステップS9)、終了すると判定された場合には(ステップS9のYes)、処理を終了する(ステップS11)。そうでなければ(ステップS9のNo)、ステップS3に遷移し、処理を続行する。
When the control is started (step S1), the angular velocity and torque for rotating the output ball 8 are acquired and determined (step S3).
Next, the determined angular velocity and torque of the output ball 8 are substituted into the equations 26 and 27, and the angular velocity and torque of the rotor 3 are calculated and determined (step S5).
The rotation of the rotor 3 is controlled based on the angular velocity and torque of the rotor 3 determined in this way (step S7).
It is determined at any time whether to end the rotation of the output ball 8 and stop it (step S9), and if it is determined to end (Yes in step S9), the process ends (step S11). If not (No in step S9), the process proceeds to step S3 and the process is continued.

次に、上記の球面増減速機1及び球面増減速機の制御方法の効果について説明する。 Next, the effects of the spherical accelerator 1 and the control method of the spherical accelerator 1 will be described.

本実施形態の球面増減速機1は、球面モータ2と出力球8を備え、球面モータ2のロータ3の回転を出力球8に伝達させて出力球8を回転させる、球面増減速機1であって、ロータ3と出力球8の各々に当接して設けられた球体であり、ロータ3の回転に伴い回転し、出力球8を回転させる、回転伝達球6A、6Bを複数備え、複数の回転伝達球6A、6Bの各々は、ロータ3と出力球8の各々の中心O3、O8を結ぶ軸線を仮想伝達軸線Cとしたときに、当該回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに直交する直交平面P内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、複数の回転伝達球6A、6Bの各々の、当該回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに平行な平行軸線CP周りの回転を抑制する、回転抑制機構7を備えている。
上記のような構成によれば、ロータ3が仮想伝達軸線C周りに回転すると、これに当接する回転伝達球6Aに対しては、回転伝達球6Aの、中心OAを中心とした仮想伝達軸線Cに平行な平行軸線CP周りの回転は回転抑制機構7により抑制されているため、直交平面P内に延在する軸線周りの回転として伝達される。
この回転伝達球6Aの、直交平面P内に延在する軸線周りの回転は、出力球8へと伝達される。
ここで、回転伝達球6Aが1個のみである場合においては、出力球8の回転は不安定なものとなる。しかし、球面増減速機1は、複数の回転伝達球6A、6Bを有している。回転伝達球6Bは、回転伝達球6Aと同様の原理で、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに回転伝達球6Aと同一の回転方向に回転する。すなわち、出力球8には複数の、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに同じ回転方向に回転する回転伝達球6A、6Bが接しているため、出力球8には異なる複数の点において、仮想伝達軸線Cを中心としてみたときに同一の方向に回転させる力が作用する。これにより、出力球8の回転は不安定とはならず、出力球8は、仮想伝達軸線Cを中心として回転する。
このように、球面増減速機1においては、仮想伝達軸線Cを中心としたロータ3の回転を、効率的に出力球8へと伝達可能である。
The spherical accelerator 1 of the present embodiment is a spherical accelerator 1 comprising a spherical motor 2 and an output sphere 8 and transmitting the rotation of the rotor 3 of the spherical motor 2 to the output sphere 8 to rotate the output sphere 8. It is a sphere provided in contact with each of the rotor 3 and the output sphere 8, and is provided with a plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B that rotate with the rotation of the rotor 3 and rotate the output sphere 8. Each of the rotation transmission spheres 6A and 6B passes through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B when the axis connecting the centers O3 and O8 of the rotor 3 and the output sphere 8 is set as the virtual transmission axis C. It is rotatably provided around an arbitrary axis in the orthogonal plane P orthogonal to the virtual transmission axis C, and passes through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B, respectively. A rotation suppressing mechanism 7 for suppressing rotation around a parallel axis CP parallel to the virtual transmission axis C is provided.
According to the above configuration, when the rotor 3 rotates around the virtual transmission axis C, the virtual transmission axis C of the rotation transmission sphere 6A centered on the center OA with respect to the rotation transmission sphere 6A that abuts on the rotor 3. Since the rotation around the parallel axis CP parallel to is suppressed by the rotation suppressing mechanism 7, it is transmitted as the rotation around the axis extending in the orthogonal plane P.
The rotation of the rotation transmission sphere 6A around the axis extending in the orthogonal plane P is transmitted to the output sphere 8.
Here, when there is only one rotation transmission ball 6A, the rotation of the output ball 8 becomes unstable. However, the spherical accelerator 1 has a plurality of rotation transmission balls 6A and 6B. The rotation transmission sphere 6B rotates in the same rotation direction as the rotation transmission sphere 6A when viewed with the virtual transmission axis C as the center, based on the same principle as the rotation transmission sphere 6A. That is, since the output sphere 8 is in contact with a plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B that rotate in the same rotation direction when viewed with the virtual transmission axis C as the center, the output sphere 8 is virtual at a plurality of different points. When viewed around the transmission axis C, a force that rotates in the same direction acts. As a result, the rotation of the output sphere 8 does not become unstable, and the output sphere 8 rotates about the virtual transmission axis C.
As described above, in the spherical acceleration / deceleration machine 1, the rotation of the rotor 3 about the virtual transmission axis C can be efficiently transmitted to the output ball 8.

また、回転抑制機構7は、複数の回転伝達球6A、6Bの各々に対して個別に当接するように設けられた回転体であり、当該回転体の回転軸C7は、直交平面P内に延在し、かつ回転体に対応する回転伝達球6A、6Bの中心と、回転伝達球6A、6Bとの当接点P6を結ぶ軸線CVに直交して設けられている。
上記のような構成によれば、複数の回転伝達球6A、6Bの各々が、回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに直交する直交平面P内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、当該回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに平行な平行軸線CP周りの回転を抑制する構造を、効率的に実現可能である。
Further, the rotation suppressing mechanism 7 is a rotating body provided so as to individually contact each of the plurality of rotation transmitting spheres 6A and 6B, and the rotation axis C7 of the rotating body extends in the orthogonal plane P. It is provided orthogonal to the axis CV connecting the center of the rotation transmission balls 6A and 6B corresponding to the rotating body and the contact point P6 with the rotation transmission balls 6A and 6B.
According to the above configuration, each of the plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B passes through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B and is an arbitrary axis in the orthogonal plane P orthogonal to the virtual transmission axis C. It is possible to efficiently realize a structure that is rotatably provided around the rotation transmission spheres 6A and 6B and suppresses rotation around the parallel axis CP that passes through the centers OA and OB and is parallel to the virtual transmission axis C.

また、一の回転伝達球6A、6Bに対し、複数の回転抑制機構(回転体)7が設けられている。
また、回転抑制機構(回転体)7は、コロである。
上記のような構成によれば、球面増減速機1を適切に実現することができる。
Further, a plurality of rotation suppressing mechanisms (rotating bodies) 7 are provided for one rotation transmitting sphere 6A and 6B.
Further, the rotation suppressing mechanism (rotating body) 7 is a roller.
According to the above configuration, the spherical accelerator 1 can be appropriately realized.

また、ロータ3の回転方向及び回転速度を制御する制御装置を更に備え、当該制御装置は、ロータ3と出力球8の、直交平面P内の任意の軸線を中心とした回転の減速比(増減速比)と、仮想伝達軸線Cを中心とした回転の減速比(増減速比)を基に、ロータ3の回転方向及び回転速度を調整して、出力球8を回転させる。
上記のような構成によれば、ロータ3と出力球8の、直交平面P内の任意の軸線を中心とした回転の減速比と、仮想伝達軸線Cを中心とした回転の減速比が異なる場合であっても、ロータ3の回転方向と回転速度を制御することで、出力球8を所望の回転方向及び回転速度で回転させることができる。
Further, a control device for controlling the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 is further provided, and the control device is a reduction ratio (increase / decrease) of rotation of the rotor 3 and the output sphere 8 around an arbitrary axis in the orthogonal plane P. The output ball 8 is rotated by adjusting the rotation direction and rotation speed of the rotor 3 based on the speed ratio) and the reduction ratio (acceleration / reduction ratio) of rotation centered on the virtual transmission axis C.
According to the above configuration, when the reduction ratio of the rotation of the rotor 3 and the output sphere 8 around an arbitrary axis in the orthogonal plane P and the reduction ratio of the rotation around the virtual transmission axis C are different. Even so, the output ball 8 can be rotated in a desired rotation direction and rotation speed by controlling the rotation direction and rotation speed of the rotor 3.

また、本実施形態の球面加減速機1の制御方法は、球面モータ2と出力球8を備え、球面モータ2のロータ3の回転を出力球8に伝達させて出力球8を回転させる、球面増減速機1の制御方法であって、球面増減速機1は、ロータ3と出力球8の各々に当接して設けられた球体であり、ロータ3の回転に伴い回転し、出力球8を回転させる、回転伝達球6A、6Bを複数備え、複数の回転伝達球6A、6Bの各々は、ロータ3と出力球8の各々の中心O3、O8を結ぶ軸線を仮想伝達軸線Cとしたときに、当該回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに直交する直交平面P内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、複数の回転伝達球6A、6Bの各々の、当該回転伝達球6A、6Bの中心OA、OBを通り仮想伝達軸線Cに平行な平行軸線CP周りの回転を抑制する、回転抑制機構7を備えており、ロータ3と出力球8の、直交平面P内の任意の軸線を中心とした回転の減速比(増減速比)と、仮想伝達軸線Cを中心とした回転の減速比(増減速比)を基に、ロータ3の回転方向及び回転速度を調整して、出力球8を回転させる。
上記のような方法において使用される球面加減速機1は、既に説明したように、仮想伝達軸線Cを中心としたロータ3の回転を、効率的に出力球8へと伝達可能である。
この球面加減速機1においては、ロータ3と出力球8の、直交平面P内の任意の軸線を中心とした回転の減速比と、仮想伝達軸線Cを中心とした回転の減速比が異なるが、ロータ3の回転方向と回転速度を制御することで、出力球8を所望の回転方向及び回転速度で回転させることができる。
Further, the control method of the spherical accelerator 1 of the present embodiment includes a spherical motor 2 and an output sphere 8, and transmits the rotation of the rotor 3 of the spherical motor 2 to the output sphere 8 to rotate the output sphere 8. A control method for the accelerator 1 is that the spherical accelerator 1 is a sphere provided in contact with each of the rotor 3 and the output sphere 8, and rotates with the rotation of the rotor 3 to cause the output sphere 8 to rotate. When a plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B to be rotated are provided, and each of the plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B has a virtual transmission axis C as an axis connecting the centers O3 and O8 of the rotor 3 and the output sphere 8. , Each of the plurality of rotation transmission spheres 6A and 6B is rotatably provided around an arbitrary axis in the orthogonal plane P passing through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B and orthogonal to the virtual transmission axis C. A rotation suppression mechanism 7 for suppressing rotation around a parallel axis CP that passes through the centers OA and OB of the rotation transmission spheres 6A and 6B and is parallel to the virtual transmission axis C is provided, and the rotor 3 and the output sphere 8 are orthogonal to each other. Rotation direction and rotation of the rotor 3 based on the reduction ratio (acceleration / deceleration ratio) of rotation centered on an arbitrary axis in the plane P and the reduction ratio (acceleration / deceleration ratio) of rotation centered on the virtual transmission axis C. The speed is adjusted to rotate the output sphere 8.
As described above, the spherical accelerator 1 used in the above method can efficiently transmit the rotation of the rotor 3 about the virtual transmission axis C to the output ball 8.
In this spherical accelerator 1, the reduction ratio of rotation of the rotor 3 and the output ball 8 around an arbitrary axis in the orthogonal plane P is different from the reduction ratio of rotation around the virtual transmission axis C. By controlling the rotation direction and rotation speed of the rotor 3, the output ball 8 can be rotated in a desired rotation direction and rotation speed.

なお、本発明の球面増減速機1及び球面増減速機の制御方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。 The control method of the spherical accelerator 1 and the spherical accelerator 1 of the present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various other modifications are made within the technical scope thereof. Can be considered.

例えば、上記実施形態においては、ロータ3の半径よりも出力球8の半径が大きくなっており、球面増減速機1は、ロータ3の回転速度が減速されて、及びトルクが増幅されて、出力球8に伝達される、球面減速機となっていたが、これに限られない。
例えば、ロータ3の半径よりも出力球8の半径を小さくすることにより、球面増減速機を、ロータ3の回転速度が増速されて、及びトルクが減衰される、球面増速器として実現することもできる。
この場合においては、上記実施形態の説明において、回転速度の減速比は増速比と、及びトルクの増幅比を減衰比と、それぞれ読み替えることにより、上記実施形態と同様な説明が可能である。
For example, in the above embodiment, the radius of the output sphere 8 is larger than the radius of the rotor 3, and the spherical speed reducer 1 reduces the rotational speed of the rotor 3 and amplifies the torque to output. It was a spherical speed reducer transmitted to the ball 8, but it is not limited to this.
For example, by making the radius of the output ball 8 smaller than the radius of the rotor 3, the spherical accelerator / reducer is realized as a spherical accelerator in which the rotation speed of the rotor 3 is increased and the torque is attenuated. You can also do it.
In this case, in the description of the above embodiment, the same description as that of the above embodiment can be made by reading the reduction ratio of the rotation speed as the acceleration ratio and the torque amplification ratio as the damping ratio.

また、上記実施形態においては、仮想伝達軸線Cは鉛直方向に一致して設けられていたが、これに限られないことは、言うまでもない。すなわち、ロータ3、回転伝達球6A、6B、及び出力球8の間が互いに離間せずに互いに圧着するような力がかけられて、これらの間に十分な摩擦力が作用する構成となっていれば、球面増減速機を任意の方向に傾けたり、上下方向に逆転させたりして、配置することができる。
この場合においては、上記実施形態の説明において、球面増減速機の傾きに対応するように、仮想伝達軸線C及びz軸を傾けることにより、上記実施形態と同様な説明が可能である。
Further, in the above embodiment, the virtual transmission axis C is provided so as to coincide with the vertical direction, but it goes without saying that the present invention is not limited to this. That is, a force is applied so that the rotor 3, the rotation transmission spheres 6A and 6B, and the output sphere 8 are crimped to each other without being separated from each other, and a sufficient frictional force acts between them. Then, the spherical accelerator / reducer can be arranged by tilting it in an arbitrary direction or reversing it in the vertical direction.
In this case, in the description of the above-described embodiment, the same description as that of the above-described embodiment can be made by tilting the virtual transmission axis C and the z-axis so as to correspond to the tilt of the spherical accelerator / reducer.

また、上記実施形態においては、2つの回転伝達球6A、6Bが、仮想伝達軸線Cを挟んで対称的な位置に設けられていたが、これに限られない。図7は、回転伝達球の配置に関する変形例である。図7に示されるように、3つの回転伝達球6C、6D、6Eが、仮想伝達軸線Cの方向から視たときに、仮想伝達軸線Cを中心として正三角形を成すように配されていてもよい。
あるいは、4つ以上の回転伝達球が設けられていてもよい。
このように、3つ以上の回転伝達球が設けられると、例えば1つの回転伝達球の位置ずれ等によりロータ3または出力球8に当接しない状態となっても、他の回転伝達球によりロータ3の回転を正常に出力球8に伝達することができる。
更には、例えば2つの回転伝達球が設けられる場合において、これら2つの回転伝達球は、仮想伝達軸線Cを挟んで対称的な位置に必ずしもなくてよい。例えば、仮想伝達軸線Cを中心として180°以外の角度で離間した位置に、2つの回転伝達球が設けられていてもよい。
上記実施形態においては、回転伝達球6A、6Bの半径は、ロータ3の半径よりも小さくなっていたが、原理的には、ロータ3の半径よりも大きくてもよい。
Further, in the above embodiment, the two rotation transmission balls 6A and 6B are provided at symmetrical positions with respect to the virtual transmission axis C, but the present invention is not limited to this. FIG. 7 is a modified example of the arrangement of the rotation transmission spheres. As shown in FIG. 7, even if the three rotation transmission spheres 6C, 6D, and 6E are arranged so as to form an equilateral triangle with the virtual transmission axis C as the center when viewed from the direction of the virtual transmission axis C. good.
Alternatively, four or more rotation transmission balls may be provided.
When three or more rotation transmission spheres are provided in this way, even if the rotor 3 or the output sphere 8 is not in contact with the rotor 3 or the output sphere 8 due to, for example, a displacement of one rotation transmission sphere, the rotor is provided by another rotation transmission sphere. The rotation of 3 can be normally transmitted to the output ball 8.
Further, for example, when two rotation transmission spheres are provided, these two rotation transmission spheres do not necessarily have to be in symmetrical positions with respect to the virtual transmission axis C. For example, two rotation transmission spheres may be provided at positions separated from each other by an angle other than 180 ° about the virtual transmission axis C.
In the above embodiment, the radii of the rotation transmission balls 6A and 6B are smaller than the radius of the rotor 3, but in principle, they may be larger than the radius of the rotor 3.

また、上記実施形態においては、各回転伝達球6A、6Bに対して4つの回転抑制機構7が設けられていたが、回転抑制機構7の数はこれに限られず、3つであってもよいし、5以上であってもよい。
原理的には、回転抑制機構7は回転伝達球の、平行軸線CP周りの回転を抑制するためのものであるから、1つあれば十分である。しかし、この場合においては、支持板5の孔5a内における回転伝達球の位置が定まらない。このため、他の2点以上の位置に、任意の方向に回転可能な球体を設けること等により回転伝達球を支持すればよい。回転抑制機構7が2つの場合も同様である。
また、回転抑制機構7すなわち回転体は、円盤や、円盤の内側が部分的にくり抜かれた環状体等であってよい。あるいは、回転抑制機構7として、コロや円盤、環状体等が、組み合わされて使用されてもよい。
Further, in the above embodiment, four rotation suppression mechanisms 7 are provided for each rotation transmission sphere 6A and 6B, but the number of rotation suppression mechanisms 7 is not limited to this and may be three. However, it may be 5 or more.
In principle, the rotation suppression mechanism 7 is for suppressing the rotation of the rotation transmission sphere around the parallel axis CP, so one is sufficient. However, in this case, the position of the rotation transmission sphere in the hole 5a of the support plate 5 is not determined. Therefore, the rotation transmission sphere may be supported by providing a sphere that can rotate in an arbitrary direction at two or more other positions. The same applies when there are two rotation suppression mechanisms 7.
Further, the rotation suppressing mechanism 7, that is, the rotating body may be a disk, an annular body in which the inside of the disk is partially hollowed out, or the like. Alternatively, as the rotation suppressing mechanism 7, a roller, a disk, an annular body, or the like may be used in combination.

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。 In addition to this, as long as the gist of the present invention is not deviated, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

1 球面増減速機
2 球面モータ
3 ロータ
5 支持板
6A、6B、6C、6D、6E 回転伝達球
7 回転抑制機構
8 出力球
C 仮想伝達軸線
CP 平行軸線
CV 回転抑制機構の中心と、回転抑制機構と回転伝達球との当接点を結ぶ軸線
C7 回転抑制機構の回転軸
O3 ロータの中心
O8 出力球の中心
OA、OB 回転伝達球の中心
P 直交平面
P6 回転抑制機構と回転伝達球との当接点
1 Spherical accelerator 2 Spherical motor 3 Rotor 5 Support plates 6A, 6B, 6C, 6D, 6E Rotation transmission sphere 7 Rotation suppression mechanism 8 Output sphere C Virtual transmission axis CP Parallel axis CV Rotation suppression mechanism center and rotation suppression mechanism Axis line connecting the contact point between the rotation suppression mechanism and the rotation transmission sphere C7 Rotation axis of the rotation suppression mechanism O3 Center of the rotor O8 Center of the output sphere OA, OB Center of the rotation transmission sphere P Orthogonal plane P6 Contact point between the rotation suppression mechanism and the rotation transmission sphere

Claims (6)

球面モータと出力球を備え、前記球面モータのロータの回転を前記出力球に伝達させて前記出力球を回転させる、球面増減速機であって、
前記ロータと前記出力球の各々に当接して設けられた球体であり、前記ロータの回転に伴い回転し、前記出力球を回転させる、回転伝達球を複数備え、
複数の前記回転伝達球の各々は、前記ロータと前記出力球の各々の中心を結ぶ軸線を仮想伝達軸線としたときに、当該回転伝達球の中心を通り前記仮想伝達軸線に直交する直交平面内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、
複数の前記回転伝達球の各々の、当該回転伝達球の前記中心を通り前記仮想伝達軸線に平行な平行軸線周りの回転を抑制する、回転抑制機構を備えている、球面増減速機。
A spherical accelerator / reducer including a spherical motor and an output sphere, which transmits the rotation of the rotor of the spherical motor to the output sphere to rotate the output sphere.
It is a sphere provided in contact with each of the rotor and the output sphere, and includes a plurality of rotation transmission spheres that rotate with the rotation of the rotor and rotate the output sphere.
Each of the plurality of rotation transmission spheres is in an orthogonal plane that passes through the center of the rotation transmission sphere and is orthogonal to the virtual transmission axis when the axis connecting the centers of the rotor and the output sphere is used as the virtual transmission axis. Is rotatably provided around any axis
A spherical accelerator / reducer provided with a rotation suppression mechanism that suppresses rotation of each of the plurality of rotation transmission spheres around a parallel axis that passes through the center of the rotation transmission sphere and is parallel to the virtual transmission axis.
前記回転抑制機構は、複数の前記回転伝達球の各々に対して個別に当接するように設けられた回転体であり、
当該回転体の回転軸は、前記直交平面内に延在し、かつ前記回転体に対応する前記回転伝達球の前記中心と、前記回転伝達球との当接点を結ぶ軸線に直交して設けられている、請求項1に記載の球面増減速機。
The rotation suppressing mechanism is a rotating body provided so as to individually contact each of the plurality of rotation transmitting spheres.
The rotation axis of the rotating body extends in the orthogonal plane and is provided orthogonal to the axis line connecting the center of the rotation transmission sphere corresponding to the rotating body and the contact point between the rotation transmission spheres. The spherical accelerator / reducer according to claim 1.
一の前記回転伝達球に対し、複数の前記回転体が設けられている、請求項2に記載の球面増減速機。 The spherical accelerator / reducer according to claim 2, wherein a plurality of the rotating bodies are provided with respect to one of the rotation transmitting spheres. 前記回転体は、円盤、環状体、またはコロのいずれかである、請求項2または3に記載の球面増減速機。 The spherical accelerator / reducer according to claim 2 or 3, wherein the rotating body is either a disk, an annular body, or a roller. 前記ロータの回転方向及び回転速度を制御する制御装置を更に備え、
当該制御装置は、前記ロータと前記出力球の、前記直交平面内の任意の前記軸線を中心とした回転の増減速比と、前記仮想伝達軸線を中心とした回転の増減速比を基に、前記ロータの回転方向及び回転速度を調整して、前記出力球を回転させる、請求項1から4のいずれか一項に記載の球面増減速機。
A control device for controlling the rotation direction and rotation speed of the rotor is further provided.
The control device is based on the acceleration / deceleration ratio of the rotation of the rotor and the output sphere about the arbitrary axis in the orthogonal plane and the acceleration / deceleration ratio of the rotation around the virtual transmission axis. The spherical accelerator / reducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the output ball is rotated by adjusting the rotation direction and rotation speed of the rotor.
球面モータと出力球を備え、前記球面モータのロータの回転を前記出力球に伝達させて前記出力球を回転させる、球面増減速機の制御方法であって、
前記球面増減速機は、前記ロータと前記出力球の各々に当接して設けられた球体であり、前記ロータの回転に伴い回転し、前記出力球を回転させる、回転伝達球を複数備え、
複数の前記回転伝達球の各々は、前記ロータと前記出力球の各々の中心を結ぶ軸線を仮想伝達軸線としたときに、当該回転伝達球の中心を通り前記仮想伝達軸線に直交する直交平面内の、任意の軸線周りに回転自在に設けられ、
複数の前記回転伝達球の各々の、当該回転伝達球の前記中心を通り前記仮想伝達軸線に平行な平行軸線周りの回転を抑制する、回転抑制機構を備えており、
前記ロータと前記出力球の、前記直交平面内の任意の前記軸線を中心とした回転の増減速比と、前記仮想伝達軸線を中心とした回転の増減速比を基に、前記ロータの回転方向及び回転速度を調整して、前記出力球を回転させる、球面増減速機の制御方法。
A control method for a spherical accelerator / reducer, which comprises a spherical motor and an output sphere, and transmits the rotation of the rotor of the spherical motor to the output sphere to rotate the output sphere.
The spherical accelerator / reducer is a sphere provided in contact with each of the rotor and the output sphere, and includes a plurality of rotation transmission spheres that rotate with the rotation of the rotor and rotate the output sphere.
Each of the plurality of rotation transmission spheres is in an orthogonal plane that passes through the center of the rotation transmission sphere and is orthogonal to the virtual transmission axis when the axis connecting the centers of the rotor and the output sphere is used as the virtual transmission axis. Is rotatably provided around any axis
Each of the plurality of rotation transmission spheres is provided with a rotation suppression mechanism that suppresses rotation around a parallel axis parallel to the virtual transmission axis through the center of the rotation transmission sphere.
Rotation direction of the rotor based on the acceleration / deceleration ratio of the rotation of the rotor and the output sphere around the arbitrary axis in the orthogonal plane and the acceleration / deceleration ratio of the rotation around the virtual transmission axis. A method for controlling a spherical accelerator / reducer that rotates the output ball by adjusting the rotation speed.
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