JP3974353B2 - Gimbal mechanism and joint mechanism - Google Patents

Gimbal mechanism and joint mechanism Download PDF

Info

Publication number
JP3974353B2
JP3974353B2 JP2001253009A JP2001253009A JP3974353B2 JP 3974353 B2 JP3974353 B2 JP 3974353B2 JP 2001253009 A JP2001253009 A JP 2001253009A JP 2001253009 A JP2001253009 A JP 2001253009A JP 3974353 B2 JP3974353 B2 JP 3974353B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotation axis
axis
rotation
parallel
center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001253009A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003069333A5 (en
JP2003069333A (en
Inventor
峰夫 樋口
康夫 大竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001253009A priority Critical patent/JP3974353B2/en
Publication of JP2003069333A publication Critical patent/JP2003069333A/en
Publication of JP2003069333A5 publication Critical patent/JP2003069333A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3974353B2 publication Critical patent/JP3974353B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンテナ等の対象物の角度をその面に直交するふたつの回動軸回りに傾斜させるジンバル機構に関し、特に対象物の仮想的な回動軸を対象物の所定の面上に設けられるように改良したジンバル機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は例えば特開平０５−２０６７１３号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を用いた例としてのアンテナ指向装置の説明図である。図１７において、２０１はアンテナ、２０２は方位軸、２０３は方位サーボモータ、２０５は仰角軸、２０６は仰角軸軸受け、２０７は仰角サーボモータである。仰角軸軸受け２０６は、アンテナ２０１の背面に配置されている。
【０００３】
次に動作について説明する。方位サーボモータ２０３によって方位軸２０２が駆動され、アンテナ２０１は方位軸２０２回りに左右に回動する。仰角サーボモータ２０７によって仰角軸２０５が駆動され、アンテナ２０１は仰角軸２０５回りに図１７の上下に回動する。
【０００４】
従来の一般的なジンバル機構を用いたアンテナ指向装置は上述のように構成されているので、仰角軸軸受け２０６はアンテナ２０１の背面に配置されており、仰角軸２０５はアンテナ２０１の中心を通らずに中心から離れた後方を通さざるを得ない。そのため、アンテナ２０１を図１７の上下に回動した場合、同時に上下方向の並進運動を起こさざるを得ない。
【０００５】
このためアンテナ２０１の周囲に図示しない例えばレドームなどの障害物がある場合、このレドームなどと干渉しないようにアンテナ２０１の直径を小さくしなければならず、レドームなどに対してアンテナ直径を大きく取ることができないという問題点があった。
【０００６】
また、アンテナ２０１の中央に図示しない穴が空いていて、そこに図示しない放射器などの障害物が貫通しているような場合、この放射器と干渉しないようにアンテナ２０１に設ける穴を大きくしなければならず、アンテナ面積を大きく取ることができないという問題点があった。
【０００７】
一方、図１８は例えば特開平０５−１０８１５９号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を用いた指向追尾装置の説明図である。図１８において、２１０はアンテナ、２１１は方位軸（Ａｚ軸）、２１２は仰角軸（Ｅｌ軸）、２１３は仰角サーボモータである。仰角軸２１２はアンテナ２１０を挟むように構成されている。動作については図１７の特開平０５−２０６７１３号公報の例と概略同じである。
【０００８】
従来のジンバル機構を用いた指向追尾装置は上述のように構成されているので、アンテナ２１０の中心に仰角軸２１２を通すことはできるが、アンテナの両側に仰角サーボモータ２１３や図示しない仰角軸受けなどが配置され、アンテナ２１０の直径に比較し、その周囲に部品を配置するのでかさばるという問題点があった。
【０００９】
図１９は例えば特解平１１−１８８６６８号公報に示された従来の人型作業ロボットの腕体構造の例を示す正面図である。図１９において、ひねりの関節２１５と曲げの関節２１６とひねりの関節２１７は、１点で交わる肩の３自由度の関節である。第１軸２１８と第３軸２１９が同軸となった姿勢は特異点である。例えば、図１９に示された姿勢は特異点であって、この姿勢において肘関節２２０を紙面に対して直角な方向に動かすことはできない。従来の人型作業ロボットの腕体構造では、図１９のように第１軸２１８を水平よりやや上方へ向くように取り付けることによって、通常の作業を行う姿勢では特異点にならないように構成されている。
【００１０】
従来の人型作業ロボットの腕体構造は上述のように構成されているので、特異点を完全になくすことはできないという問題点があった。また、ケーブルは関節の外側を通さざるを得ないので、関節を曲げた際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることになり、ケーブルに負担がかかって破損させたりケーブルの寿命が短くなったりするという問題点があった。
【００１１】
図２０は例えば、淵上：ロボットを導入した生産システム、日刊工業新聞社、１９９４年の１０４ページに掲載された従来の一般的な６自由度垂直多関節型ロボットの斜視図である。また、図２１は図２０の破線Ｈ部分を拡大した３自由度ロボット手首の例の構造図である。図２０及び図２１において、第４軸２２４は手首２２３をロール軸回りにひねり、第５軸２２５は手首２２３をピッチ軸回りに曲げ、第６軸２２６は手首２２３をロール軸回りにひねる自由度を持ち、これらの組み合わせにより手首２２３を下記の場合を除いては任意の姿勢にすることができる。
【００１２】
従来の一般的な３自由度ロボット手首はこのように構成されているので、第５軸２２５が曲がっていない状態、すなわち第４軸２２４と第６軸２２６が１直線にのった状態では、第４（第６）軸２２４（２２６）と第５軸２２５に直交する軸（図２１の紙面に直角な軸）回りに手首２２３を曲げることができないという問題点がある。例えば図２１の状態では手首２２３を上下に曲げることができない。このような状態を特異点と呼ぶ。
【００１３】
一方、図２２は例えば特開昭５８−１５５１９８号公報に示された工業用ロボットの手首装置の略図である。図２２において、２３１は手首、２３３、２３４、２３５、２３６は球面軸受け（ボールジョイント）、２３７、２３８、２３９、２４０はピンジョイント、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６はリンク、２４９、２５０はリンク駆動軸である。
【００１４】
次に動作について説明する。動作については特開昭５８−１５５１９８号公報に以下のように記されている。駆動軸２４９を回動させると、リンク２４３が傾動し、リンク２４１と２４２はそれぞれ上下に動くので、手首２３１は球面軸受け２３５と２３６間を結んだ軸回りに傾動する。また、駆動軸２５０を回動させると、リンク２４６が傾動し、リンク２４４と２４５がそれぞれ上下に動くので、手首２３１は球面軸受け２３３と２３４間を結んだ軸回りに傾動する。
【００１５】
ここで、駆動軸２４９を回動させてリンク２４３が傾動しリンク２４１と２４２が上下に動いて手首２３１が球面軸受け２３５と２３６間を結んだ軸回りに傾動した状態を考える。このとき球面軸受け２３３と２３４間を結んだ軸は傾動している。一方、駆動軸２５０を回動させてリンク２４６を傾動したとき、リンク２４６は駆動軸２５０に直角な面内を動き、リンク２４６とリンク２４４並びに２４５はピンジョイント２３９並びに２４０によって結合されているので、リンク２４４とリンク２４５も駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面内を動く。したがって球面軸受け２３５と２３６も同様に駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面内を動く。ところが球面軸受け２３５と２３６は球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸に直角な面内を動こうとする。このため前述のように球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸が傾動している場合、駆動軸２５０に直角でリンク２４６を含む面と、球面軸受け２３３と２３４を結んだ軸に直角な面は異なるので、結局球面軸受け２３５と２３６は動くことができない。すなわち特開昭５８−１５５１９８号公報に示された工業用ロボットの手首装置は動作しない。
【００１６】
図２３は例えば特開平０５−２２１３１１号公報に示された従来の移動式点検ロボットとそれに用いられる雲台の例を示す正面図である。この装置は、台車２６１，２６２がレール２６３に沿って移動し、旋回及び俯仰自在な雲台２６５にカメラ２６６が取り付けられて、点検作業を行うものである。台車２６１，２６２に門型の旋回フレーム２６８を旋回可能に取付け、前記門型の旋回フレーム２６８に俯仰フレーム２６９を俯仰可能に取付け、旋回モータ２７１及び俯仰モータ２７２をそれぞれ前記門型の旋回フレーム２６８の旋回時及び俯仰フレーム２６９の俯仰時のデッドスペースに取り付けたことを特徴とする門型雲台２６５を備えている。
【００１７】
従来の雲台２６５は以上のように構成されているので、カメラ２６６の側方に俯仰フレーム２６９とその軸受け、カメラ２６６の上方に旋回フレーム２６８とその軸受けが配置されるので、通過断面積を小さくすることができない問題点があった。
【００１８】
図２４は例えば特開平０９−１３４２５１号公報に示された従来のジョイススティック型操作機構の例を示す断面図である。図２４に示された機構では、中央に操作軸２７５が貫通しており、その上部に手で握る握り２７６があり、機構の内部に操作軸２７５を操作軸２７５と直交する軸まわりに傾ける回動軸が２軸２７８，２７９ある。
【００１９】
従来の操作機構は上述のように構成されているので、回動軸２７８，２７９の中心が握り２７６から離れたところになるので、角度を変化させる操作において、手の位置が動いてしまい、直感的に角度の変化がわかりにくいという問題点があった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、対象物を対象物面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動させることができるジンバル機構であって、特に対象物としてアンテナに適用された場合、アンテナ面を、アンテナ面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動することができ、アンテナとアンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲のレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで、利得の低下を小さくできるジンバル機構を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るジンバル機構は、対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、一端を第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、第１の回動軸Ｘを介して前記第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、第１の内側フレームと同様に、３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、第１の外側フレームと同様に、第２の回動軸Ｘを介して第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、第１の外側フレーム並びに第２の外側フレームを第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッドは互いに平行であり、第１の回動軸Ｘと第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｘと第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受けの位置、３個の第２の球面軸受けの位置、３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、更に、３個の第２の球面軸受けの位置と第１の回動軸Ｘ及び第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受けの位置と第２の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなす。
【００２２】
また、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ及び第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ第１の外側フレーム及び第２の外側フレームに対して第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する。
【００２３】
また、Ｘ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。
【００２４】
また、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施した。
【００２５】
また、対象物がアンテナ或いは反射鏡である。
【００２６】
また、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。
【００２７】
また、対象物がカメラである。
【００２８】
また、対象物が反射板であり、反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き合うように点検カメラを取り付けている。
【００２９】
また、対象物が握りであり、握りを操作して姿勢を提示する。
【００３０】
さらに、この発明に係る関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、第２のリンクの中央に立設され、第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、第２の回動軸に接続された第２のベースとを備え、第１のリンク、第１のロッド、及び軸受けブロック、並びに軸受けブロック、第２のロッド及び第２のリンクは、各々平行リンクをなし、第２のベースは、第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明のジンバル機構の実施の形態１を示す斜視図である。図１において、本実施の形態のジンバル機構は、縁のみを図示するアンテナ１の裏面に取り付けた４個の第１の球面軸受け２ａと、一端を第１の球面軸受け２ａに接続された４本のロッド３と、４本のロッド３の略中央外側に設けられた４個の第２の球面軸受け２ｂと、４本のロッド３の他端に設けられた４個の第３の球面軸受け２ｃ、隣り合う２本ずつ２組のロッド３それぞれの略中央を第２の球面軸受け２ｂを介して１辺並びにそれと対向する辺につないだ□の字型の第１の内側フレーム５ａ、第１の内側フレーム５ａの第２の球面軸受け２ｂが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に設けられた第１の回動軸Ｘ４ａを有している。
【００３２】
そしてさらに、ジンバル機構は、第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１の内側フレーム５ａとその対向する２辺でつながる□の字型の第１の外側フレーム７ａ、第１の外側フレーム７ａの第１の回動軸Ｘ４ａが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられ第１の回動軸Ｘ４ａと直交する第１の回動軸Ｙ６ａ、第１の内側フレーム５ａと同様に、隣り合う２本ずつ２組のロッド３それぞれの他端を第３の球面軸受け２ｃを介して１辺並びにそれと対向する辺につないだ□の字型の第２の内側フレーム５ｂ、第１の回動軸Ｘ４ａと同様に、第２の内側フレーム５ｂの第３の球面軸受け２ｃが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられた第２の回動軸Ｘ４ｂ、第１の外側フレーム７ａと同様に、第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２の内側フレーム５ｂとその対向する２辺でつながる□の字型の第２の外側フレーム７ｂを有している。
【００３３】
そしてさらにまた、ジンバル機構は、第１の回動軸Ｙ６ａと同様に、第２の外側フレーム７ｂの第２の回動軸Ｘ４ｂが取り付けられている辺と直交する２辺それぞれの中央に取り付けられ第２の回動軸Ｘ４ｂと直交する第２の回動軸Ｙ６ｂ、第１の外側フレーム７ａ並びに第２の外側フレーム７ｂをそれぞれの第１の回動軸Ｙ６ａ、第２の回動軸Ｙ６ｂを介して支持するベース８を有している。
【００３４】
また、ジンバル機構は、第１の外側フレーム７ａに取り付けられて第１の回動軸Ｘ４ａを駆動する図示しないＸ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｘ４ａの角度を検出する図示しないＸ軸検出手段、ベース８に取り付けられて第１の回動軸Ｙ６ａを駆動する図示しないＹ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｙ６ａの角度を検出する図示しないＹ軸検出手段、及び図示しない制御装置を有している。
【００３５】
次にそれぞれの部品の位置関係を説明する。まず、４本のロッド３は常に相互に平行である。また、第１の回動軸Ｘ４ａと第２の回動軸Ｘ４ｂ、並びに第１の回動軸Ｙ６ａと第２の回動軸Ｙ６ｂはそれぞれ互いに平行な関係に保たれる。
【００３６】
第１の回動軸Ｘ４ａを延長した軸線と第１の回動軸Ｙ６ａを延長した軸線、並びに第２の回動軸Ｘ４ｂを延長した軸線と第２の回動軸Ｙ６ｂを延長した軸線はそれぞれ１点で交差し、第１の外側フレーム７ａと第１の内側フレーム５ａ、並びに第２の外側フレーム７ｂと第２の内側フレーム５ｂはそれぞれジンバル構造をなしている。
【００３７】
アンテナ１の裏面の４個の第１の球面軸受け２ａ、第１の内側フレーム５ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け２ｂ、第２の内側フレーム５ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け２ｃの３組の球面軸受けのそれぞれの４位置が形成する四角形は互いに相似形をなしている。
【００３８】
以上の関係から、アンテナ１、第１の内側フレーム５ａ、第２の内側フレーム５ｂは平行リンクの関係となり、また、アンテナ１、第１の外側フレーム７ａ、第２の外側フレーム７ｂも平行リンクの関係となる。
【００３９】
更に、第１の内側フレーム５ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け２ｂと第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａの交点からなる５点と、第２の内側フレーム５ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け２ｃと第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂの交点からなる５点の位置は相似形をなしており、４個の第２の球面軸受け２ｂからなる四角形の面に対して、第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａの交点は、所定の距離ｄだけ離れており、同様に４個の第３の球面軸受け２ｃからなる四角形の面に対して、第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂの交点は、同じ距離ｄだけ離れている。
【００４０】
図２及び図３を用いて動きを簡単に説明する。図２及び図３は、アンテナ１、球面軸受け２ａ，２ｂ，２ｃ、ロッド３、第１の回動軸Ｘ４ａ、第２の回動軸Ｘ４ｂ、第１の内側フレーム５ａ、第２の内側フレーム５ｂのみを抜き出して、第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂに直交する面に投影した図である。
【００４１】
第２の球面軸受け２ｂと第１の回動軸Ｘ４ａの間の距離と、第３の球面軸受け２ｃと第２の回動軸Ｘ４ｂの間の距離は、図２の上下方向にともにｄである。本実施の形態においては、第１の球面軸受け２ａとアンテナ１の表面との間の距離も図２の上下方向にｄに設定している。第１の球面軸受け２ａから図２の上方ｄの距離になるアンテナ１上の点をｃとする。
【００４２】
図３に示すように、第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂがそれぞれ第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに回動した場合、図の左右のロッド３が姿勢を変えずに移動してアンテナ１が回動するが、このときアンテナ１の回動の中心はｃとなる。すなわち、アンテナ１は物理的には軸受けが存在しない仮想的な軸ｃまわりに回動する。
【００４３】
以上は、第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりの説明だが、第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂまわりでも同じである。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、仮想的な回動軸ｃはアンテナ１の表面に設定されているが、距離ｄを変化させれば、アンテナ１の厚さや第１の球面軸受け２ａの大きさに関わらずアンテナ１の表面に回動軸ｃを設定することが可能で、また、アンテナ１の第１の球面軸受け２ａと仮想的な回動軸ｃとの間の距離に対してｄを変化させることにより、アンテナ１の上面の空中や、アンテナ１の内部に設定することも可能である。
【００４５】
また、本実施の形態においては、図２に示されるように、それぞれ４個の球面軸受け２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ同一の平面内にあり、そこから距離ｄだけ離れた位置に第１の回動軸Ｘ４ａと第２の回動軸Ｘ４ｂがあるように設定したが、前述のようにこれらは相似な位置関係にあればよい。
【００４６】
尚、距離ｄが０でない場合、図２のリンクにおいて、例えば第１の回動軸Ｘ４ａまわりに関して、図中左右の第２の球面軸受け２ｂの位相差は１８０度ではないので、図２のリンクには原理的に死点が存在しないという利点が生じる。
【００４７】
次に図４から図６を用いて全体の動きを説明する。図４では、図示しないＸ軸駆動手段が、第１の外側フレーム７ａに対して第１の内側フレーム５ａを回動駆動している。第１の内側フレーム５ａは第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂは第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１はアンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある仮想的な回動軸まわりに第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００４８】
図５では、図示しないＹ軸駆動手段が、ベース８に対して第１の外側フレーム７ａを回動駆動している。第１の外側フレーム７ａは第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂは第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１はアンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある仮想的な回動軸回りに第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００４９】
図６では、図示しないＸ軸駆動手段と図示しないＹ軸駆動手段が同時に動作することで、第１の外側フレーム７ａが第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂが第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら傾斜し、更にその中で第１の内側フレーム５ａが第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂが第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら傾斜することで、ロッド３が図の上下に動き、アンテナ１は、アンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂと平行な仮想的な回動軸まわりに、第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜し、更にアンテナ１は、アンテナ１裏側の４個の第１の球面軸受け２ａがなす四角形の面に対して距離ｄだけ離れたところにある第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂと同じ角度だけ傾斜した第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂと平行な仮想的な回動軸回りに、第１の内側フレーム５ａ及び第２の内側フレーム５ｂと同じ角度だけ傾斜する。
【００５０】
第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａは図示しないＸ軸駆動手段とＹ軸駆動手段により駆動され、その角度は図示しないＸ軸検出手段とＹ軸検出手段により検出され、そしてそれらは図示しない制御装置により制御され、アンテナ１は所望の角度に向けることができることとなる。
【００５１】
尚、本実施の形態においては、ロッド３は４本が設けられているが、４本のうち１本が省略されてもよい。そして、第１，第２，第３の球面軸受けは、少なくとも３個あればよい。このように省略された構成においても、各々のフレーム及びアンテナ１は３点で支持されて所定の角度に位置決めされ、第１の外側フレーム７ａが第１の回動軸Ｙ６ａまわりに、第２の外側フレーム７ｂが第２の回動軸Ｙ６ｂまわりに平行を保ちながら回動し、更にその中で、第１の内側フレーム５ａが第１の回動軸Ｘ４ａまわりに、第２の内側フレーム５ｂが第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに平行を保ちながら回動することが可能となるので同様な効果を得ることができる。
【００５２】
このようなことから、本実施の形態のアンテナ１の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、アンテナ１の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け２ａ、一端を第１の球面軸受け２ａに接続された少なくとも３本のロッド３、３本のロッド３の各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け２ｂ、３本のロッド３の各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け２ｃ、３個の第２の球面軸受け２ｂに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａを有する□の字型の第１の内側フレーム５ａ、第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１の内側フレーム５ａと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａと直交する第１の回動軸Ｙ６ａを有する□の字型の第１の外側フレーム７ａ、第１の内側フレーム５ａと同様に、３個の第３の球面軸受け２ｃに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘ４ａと平行な第２の回動軸Ｘ４ｂを有する□の字型の第２の内側フレーム５ｂ、第１の外側フレーム７ａと同様に、第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２の内側フレーム５ｂと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙ６ａと平行な第２の回動軸Ｙ６ｂを有する□の字型の第２の外側フレーム７ｂ、第１の外側フレーム７ａ並びに第２の外側フレーム７ｂを第１の回動軸Ｙ６ａ並びに第２の回動軸Ｙ６ｂを介して支持するベース８、第１の回動軸Ｘ４ａまたは第２の回動軸Ｘ４ｂを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙ６ａまたは第２の回動軸Ｙ６ｂを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘ４ａまたは第２の回動軸Ｘ４ｂの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙ６ａまたは第２の回動軸Ｙ６ｂの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッド３は互いに平行であり、第１の回動軸Ｘ４ａと第１の回動軸Ｙ６ａ並びに第２の回動軸Ｘ４ｂと第２の回動軸Ｙ６ｂはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受け２ａの位置、３個の第２の球面軸受け２ｂの位置、３個の第３の球面軸受け２ｃの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに相似形をなし、更に、３個の第２の球面軸受け２ｂの位置と第１の回動軸Ｘ４ａ及び第１の回動軸Ｙ６ａの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受け２ｃの位置と第２の回動軸Ｘ４ｂ及び第２の回動軸Ｙ６ｂの交点位置の４位置が形成する図形は相似形をなす。
【００５３】
そのため、上述したように適当な距離ｄを取ることにより、アンテナ面上などの点を通る仮想的な直交するふたつの回動軸を取ることができるので、アンテナはこれらの仮想的な回動軸まわりに回動自在となり、しかも、図７に示すようにアンテナとアンテナ中央に開けられた穴を貫通する構造の放射器１２や、アンテナとアンテナ周囲の図示しないレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで利得の低下を小さくできる。
【００５４】
尚、Ｘ軸駆動手段により駆動されるのは、第１の回動軸Ｘ４ａでなく第２の回動軸Ｘ４ｂであってもよく、また、Ｙ軸駆動手段により駆動されるのは第１の回動軸Ｙ６ａでなく第２の回動軸Ｙ６ｂであってもよく、また、両方が駆動されるようにされてもよい。
【００５５】
また、Ｘ軸検出手段により検出されるのは、第１の回動軸Ｘ４ａでなく第２の回動軸Ｘ４ｂであってもよく、また、Ｙ軸検出手段により検出されるのは第１の回動軸Ｙ６ａでなく第２の回動軸Ｙ６ｂであってもよく、また、両方が検出されるようにされてもよい。
尚、第１，第２，第３の球面軸受けは、ユニバーサルジョイントに置き換えられてもよい。
【００５６】
実施の形態２．
図８はこの発明のジンバル機構の実施の形態２を示す斜視図である。図８において、本実施の形態のジンバル機構は、実施の形態１のリンク構成において、２個の内側フレームがそれぞれ２個ずつに切り離され、切り離された２個ずつの内側フレームがそれぞれ外側フレームに対して回動軸Ｘまわりに独立に回動するようなリンク構成とされている。そして、駆動手段としては減速機付きモータが用いられている。
【００５７】
すなわち、実施の形態１の第１の内側フレーム５ａを第１ａリンク２１ａと第１ｂリンク２１ｂに分け、第２の内側フレーム５ｂを第２ａリンク２２ａと第２ｂリンク２２ｂに分けている。
【００５８】
第１ａリンク２１ａ及び第１ｂリンク２１ｂは、第１の外側フレーム７ａに第１の回動軸Ｘ４ａを介してそれぞれ取り付けられ回動自在である。また、第２ａリンク２２ａ及び第２ｂリンク２２ｂは、第２の外側フレーム７ｂに第２の回動軸Ｘ４ｂを介してそれぞれ取り付けられ回動自在である。
【００５９】
第１ａリンク２１ａと第１ｂリンク２１ｂ及び第２ａリンク２２ａと第２ｂリンク２２ｂそれぞれの両端には第２の球面軸受け２ｂと第３の球面軸受け２ｃが取り付けられており、第２の球面軸受け２ｂと第３の球面軸受け２ｃを介してロッド３が取り付けられている点は実施の形態１と同様である。
【００６０】
更に、本実施の形態は、図８に示されるように、第１のＸ軸駆動手段としての減速機付きモータ２３ａは第１の回動軸Ｘ４ａを介して第１ａリンク２１ａを駆動し、第２のＸ軸駆動手段としての減速機付きモータ２３ｂは第２の回動軸Ｘ４ｂを介して第２ｂリンク２２ｂを駆動し、第１のＹ軸駆動手段としての減速機付きモータ２４ａは第１の回動軸Ｙ６ａを介して第１の外側フレーム７ａを駆動し、第２のＹ軸駆動手段としての減速機付きモータ２４ｂは第２の回動軸Ｙ６ｂを介して第２の外側フレーム７ｂを駆動する。
【００６１】
モータの駆動は例えば以下のように行う。減速機付きモータ２３ａを駆動して第１の回動軸Ｘ４ａにトルクをかけてアンテナ１を回動させる場合、減速機付きモータ２３ｂには逆向きの小さなトルクをかける。
【００６２】
本実施の形態のジンバル機構は、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ６ａ及び第２の回動軸Ｙ６ｂを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレーム２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、それぞれ第１の外側フレーム７ａ及び第２の外側フレーム７ｂに対して第１の回動軸Ｘ４ａ及び第２の回動軸Ｘ４ｂまわりに独立に回動する。そのため、部品の寸法誤差等による組み立ての困難性を減少することができる。
【００６３】
Ｘ軸駆動手段として、第１の回動軸Ｘ４ａを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘ４ｂを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段として、第１の回動軸Ｙ６ａを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙ６ｂを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくすることができる。
【００６４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構は、上述のような構成とすることにより、モータの減速機にガタがあっても、逆向きのトルクによりガタが打ち消されるので、図示しないモータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まり、動きに対してガタがない。
【００６５】
尚、本実施の形態においては、減速機付きモータを用いた例を示したが、ダイレクトドライブモータや超音波モータなどのモータであってもよい。また、球面軸受けでなく球面モータを用いてこれにより駆動してもよい。
【００６６】
実施の形態３．
図９はこの発明のジンバル機構の実施の形態３を示す球面軸受けのガタが打ち消される様子を示す説明図である。本実施の形態の構成は、概略実施の形態２と同じであるが、球面軸受けに関し、ガタを無くしたものを一部に用い、残る球面軸受けにはガタを残したものを用いている。
【００６７】
以下図９を用いて説明する。図９は説明のため、球面軸受けやロッドなどだけを抜き出して簡略化して描いている。図９において、３１は実施の形態１における内側フレームまたは外側フレームまたは実施の形態２におけるリンクである。ここではリンクと呼ぶ。３２は回動軸Ｘまたは回動軸Ｙである。ここでは回動軸と呼ぶ。３３、３４、３７、３８、４０、４１は球面軸受けである。３５、３６、４２、４３はロッドである。３９はアンテナの取り付け面であり、アンテナは図示していない。
【００６８】
リンク３１は、回動軸３２まわりに回動自在であって、図示しない駆動手段により回動駆動される。図示しない反対側のリンクは、実施の形態２の場合と同様、別の駆動手段によりリンク３１と逆向きのトルクをかけられている。
【００６９】
各々の球面軸受けは、ハウジングをリンクまたはアンテナ取り付け面に取り付けられ、太陽球（球面軸受けのハウジングに収まった大きな球）をロッドに取り付けられている。３３ａと３４ａはハウジングであり、それぞれリンク３１の両端に取り付けられている。
【００７０】
一方、３３ｂと３４ｂは太陽球であり、それぞれロッド３５とロッド３６に取り付けられている。リンクに取り付けられた球面軸受け３３，３４は、ハウジングと太陽球との間のガタを残して作製されており、アンテナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け３７、３８、４０、４１は、ガタを無くして作製されている。このガタの調整については、例えば球面軸受けを組み立てるときの与圧の調整により行う。
【００７１】
次に動作について説明する。図９に示すようにリンク３１に矢印のように右回りのトルクをかけた場合を考える。このとき、球面軸受け３３，３４にはガタがあるので、球面軸受け３３のハウジング３３ａは太陽球３３ｂに対して図の下方へ動き、球面軸受け３４のハウジング３４ａは太陽球３４ｂに対して図の上方へ動く。
【００７２】
この動きによりハウジングが太陽球に当接すると、図中矢印Ａのように太陽球３３ｂに取り付けられたロッド３５には図の下向きの力、太陽球３４ｂに取り付けられたロッド３６には図中矢印Ｂのように図の上向きの力がかかる。このためアンテナ取り付け面３９には図の右回りにモーメントが生じる。
【００７３】
一方、図示しない反対側のリンクには逆向きのトルクがかかっているので、ロッド４２には図中矢印Ｃのように図の上向きの力、ロッド４３には図中矢印Ｄのように図の下向きの力がかかっている。ここでアンテナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け３７、３８、４０、４１はガタを無くしてあるので、回動軸３２の角度に対してアンテナ取り付け面の角度は一意に決まる。
【００７４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構は、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施し、残る球面軸受けにはガタをなくす対策を施さないので、リンクやロッドに加工時の寸法誤差などがあっても、組み立て時に部品がこじれたり変形したり、また、組み立てが困難になったりせず、温度変化による寸法変化があっても、部品がこじれたり変形したりせず、しかも、球面軸受けのガタは打ち消されるので、モータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まり、更に減速機のガタがあっても、これも消去されるのでモータの検出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まる。
【００７５】
実施の形態４．
図１０はこの発明の関節機構を示す斜視図である。本実施の形態の関節機構は、実施の形態１の例えば図２に示した２次元リンク機構を２組、直交させて向かい合わせに組み合わせた構成である。
【００７６】
図１０において、５１は第１のベース、５２は減速機付きモータ（第１の回動軸）、５３は第１の回動軸である。減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３は平行に第１のベース５１に立設されている。５４は第１のリンクであり、実施の形態１の図２における内側フレーム５などに相当する。２枚の第１のリンク５４は減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３に取り付けられて平行リンクの関係にあり回動可能とされている。
【００７７】
また、５５は第１のロッドであり、５６は軸である。２本の第１のロッド５５は軸５６を介して第１のリンク５４の両端に回動自在に取り付けられ、平行リンクを構成している。第１のリンク５４において、リンク両端の軸５６同士をつないだ線と第１の回動軸５３との間は距離ｄだけ離されている。５７は軸受けブロックであり、実施の形態１の図２におけるアンテナ１に相当し、軸５６を介して第１のロッド５５の先端とつながっている。
【００７８】
この構成により、軸受けブロック５７は第１のベース５１に対して仮想的な回動中心ｃまわりに減速機付きモータ５２、第１の回動軸５３、軸５６などと平行な軸回りに回動する。
【００７９】
一方、軸受けブロック５７の反対側には、第１のリンク５４や第１のロッド５５とは運動する面が直交または略直交するように、同様なリンクが取り付けられている。軸受けブロック５７には、２本の第２のロッド５８が回動自在に取り付けられている。２本の第２のロッド５８の間には２枚の第２のリンク５９が軸６０まわりに回動自在に取り付けられており、第２のロッド５８と第２のリンク５９は平行リンクを構成している。第２のリンク５９の中央の軸には、それぞれ減速機付きモータ６１（第２の回動軸）と第２の回動軸６２が取り付けられ、減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２は平行にベース６３に立設されている。
【００８０】
この構成により、第２のベース６３は軸受けブロック５７に対して仮想的な回動中心ｃまわりに、減速機付きモータ６１、第２の回動軸６２、軸６０などと平行な軸まわりに回動する。
【００８１】
以上の構成により、第１のベース５１に対して、反対側に設けられた第２のベース６３は仮想的な回動中心ｃまわりに上下左右、すなわちアームの長手方向に直交する２軸まわりに回動自在である。軸受けブロック５７は中空構造にできるので、中に図示しないケーブルなどを通すことができる。また、距離ｄが０でなければ、第１のリンク５４と第１のロッド５５がなす平行リンク、並びに第２のリンク５９と第２のロッド５８がなす平行リンクは原理的に死点が存在しないという利点がある。
【００８２】
次に、図１１は図１０の関節機構を人間型ロボットの肩関節に適用した場合の説明図である。図中の各部の要素５１から６３までは図１０と同一なものである。図において、６５は人間型ロボットの胴体、６６は肘、６７は第２アーム（前腕）である。
【００８３】
第１のベース５１はロボットの肩に固定されている。図１０における減速機付きモータ５２（図示していない）と第１の回動軸５３はロボットの肩に水平に平行に固定されている。２枚の第１のリンク５４は減速機付きモータ５２と第１の回動軸５３に取り付けられ、減速機付きモータ５２によりロボットの肩に対して垂直面内に回動駆動され、上下に動く。このとき第１のリンク５４の動きは２本の第１のロッド５５により軸受けブロック５７に伝えられ、軸受けブロック５７を垂直面内で、軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりに上下に動かす。軸受けブロック５７は内部が中空構造になっており、ケーブル６４を内部に貫通させている。
【００８４】
軸受けブロック５７には２本の第２のロッド５８が水平面内に回動自在に取り付けられている。２本の第２のロッド５８の間には垂直な軸６０を介して２枚の第２のリンク５９が水平面内で回動自在に取り付けられている。２枚の第２のリンク５９は中央を減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２に取り付けられている。減速機付きモータ６１と第２の回動軸６２は第２のベース６３に垂直に且つ平行に取り付けられている。第１のベース５１から第２のベース６３までが人間型ロボットの第１アーム（上腕）をなしている。減速機付きモータ６１により第２のリンク５９を水平面内に回動駆動すると、第２のベース６３は、軸受けブロック５７に対して水平面内で軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりにロボットから見て前後に回動する。
【００８５】
以上の動きにより、人間型ロボットの第１アームは、軸受けブロック５７の内部にある仮想的な回動中心まわりに、ロボットから見て上下と前後、すなわちアームの長手方向に直交する軸まわりに回動自在である。本実施の形態の人間型ロボットはこのように構成されているので、従来の人間型ロボットのように肩の姿勢に関する特異点が存在しないという利点を持つ。
【００８６】
また、軸受けブロック５７を中空にできるので、ここにケーブル６４を通すことができるという利点をもつ。また、軸受けブロック５７の内部に仮想的な回動中心を持ち、この近くにケーブルを通すことができるので、肩関節を曲げたり伸ばしたりした際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることが少なくなり、ケーブルへの負担を少なくできるので、ケーブルが破損しにくくケーブルの寿命が短くならないという利点がある。
【００８７】
尚、第１アームを上下に動かす軸を胴体側に、前後に動かす軸をアーム側に配置したが、この逆であってもよい。また、２軸は胴体に対して上下方向と前後方向でなく、アームの長手方向の軸まわりに各軸を回転させた方向であってもよく、２軸の関係は直交でなく略直交であってもよい。また、減速機付きモータが駆動する軸を軸受けブロック５７に近い側の第１のリンク５４及び第２のリンク５９としたが、遠い側のリンクであってもよく、また、遠い側と近い側両方であってもよい。また、駆動源は、減速機付きモータでなく、ダイレクトドライブモータ、超音波モータなど他の種類のモータでもよい。
【００８８】
このようなことから、本実施の形態の関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース５１、第１のベース５１に立設された２本の平行な第１の回動軸５２，５３、第１の回動軸５２，５３に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク５４、２枚の第１のリンク５４間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド５５、一側の両端部を２本の第１のロッド５５の一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック５７、軸受けブロック５７の他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド５８、２本の第２のロッド５８に両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク５９、第２のリンク５９の中央に立設された２本の平行な第２の回動軸６１，６２、第２の回動軸６１，６２に接続された第２のベース６３とを備え、第１のリンク５４、第１のロッド５５、及び軸受けブロック５７、並びに軸受けブロック５７、第２のロッド５８、第２のリンク５９は平行リンクをなし、第１のリンク５４と第１の回動軸５２，５３、及び第２の回動軸６１，６２と第２のリンク５９はそれぞれ互いに略直交する。
【００８９】
そのため、関節の特異点をなくすことができ、軸受けブロックの内部または近くの任意の位置にアーム長手方向に直交する２軸分の関節の回動中心を置くことができ、平行リンクの死点がなくなり、軸受けブロックの内部の関節の回動中心の近くにケーブルなどを通すことができる。
【００９０】
実施の形態５．
図１２はこの発明のジンバル機構の実施の形態５を示すロボットアームの手首に適用した場合の説明図である。また、図１３は第２アーム近傍を拡大して示す説明図である。本実施の形態では、産業の分野でしばしば用いられる６自由度垂直多関節型ロボットアームにおいて、手首の自由度のうち、手首を上下に振る軸と左右に振る軸を実施の形態１で述べたジンバル機構を使って実現している。手首のひねりの自由度は実施の形態１におけるアンテナ１の面にモータと減速機を置いて実現している。ジンバル機構の仮想的な回動中心はロボットハンドの把持部分に置いている。
【００９１】
図１２及び図１３において、７１はロボットベース、７２はロボット胴体、７３は第１アーム、７４は第２アームである。ロボットベース７１から第２アーム７４までは通常の６自由度垂直多関節型ロボットアームと同じ構造である。
【００９２】
７５はロボット手首を左右に振るための減速機付きモータであり、図８の減速機付きモータ２４ａまたは２４ｂに相当する。７６は外側フレームであり、減速機付きモータ７５により回動駆動され、図１の７ａ及び７ｂに相当する。７７はロボット手首を上下に振るための減速機付きモータであり、図８の減速機付きモータ２３ａまたは２３ｂに相当する。
【００９３】
また、７８は内側フレームであり、外側フレームと直交する軸まわりに減速機付きモータ７７により回動駆動され、図１の４ａ及び４ｂまたは図５の２１ａ及び２１ｂ及び２２ａ及び２２ｂに相当する。７９はロッドであり、図１におけるロッド３に相当する。８０は減速機付きモータであり、図１におけるアンテナ１の取り付け面に取り付けられ、手首のひねり軸を回動駆動する。
【００９４】
さらに、８１はロボットハンドであり、図１におけるアンテナ１の取り付け面に取り付けられて、図示しないワークを把持する。８２はケーブルであり、詳しくは減速機付きモータ８０のケーブル及びロボットハンド８１開閉用のエアチューブである。また、ｃは仮想的な回動中心であって、図２におけるｃに相当し、ハンドに把持された図示しないワークはこの点まわりに回動可能になる。
【００９５】
このように、本実施の形態のジンバル機構においては、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。そのため、関節の特異点をなくすことができ、関節外の任意の点をアーム長手方向に直交する２軸分の回動中心にすることができる。
【００９６】
また、ロボットハンドで把持した物体の姿勢を変化させてもロボットアームの手首以外の軸を動かさなくてよいので教示が簡単になるという利点を持つ。
【００９７】
また、ジンバル機構の中央部分は、実施の形態１の説明及び図７に示すように空間があいているので、図１３に示すように手首のひねりの軸の減速機付きモータ８０のケーブルやロボットハンド開閉用のエアチューブなどのケーブル８２を通すことができるという利点を持つ。更に仮想的な回動中心ｃの近くにケーブルなどを通すことができるので、手首を曲げたり伸ばしたりした際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることが少なくなり、ケーブルへの負担を少なくできるので、ケーブルが破損しにくくなりケーブルの寿命が短くならないという利点がある。
【００９８】
尚、外側フレーム７６で左右の回動、内側フレーム７７で上下の回動が実現する例を述べたが、逆に外側フレーム７６で上下の回動、内側フレーム７７で左右の回動としてもよい。また、ここでは６自由度垂直多関節型ロボットに適用した例を示したが、水平多関節型など他の関節構成のロボットアームに適用してもよい。また、ロボットの手首に適用した例を示したが、ロボットの肩の軸など他の関節に適用してもよい。また、手首にロボットハンドを取り付けてロボットハンド開閉用のエアチューブなどをジンバル機構の中央部分に通す例を示したが、塗装用ロボットに適用して、手首に塗装用のスプレーガンを取り付け、スプレー用のチューブをジンバル機構に通してもよい。この場合モータをスプレーガンから距離を離して配置できるので防爆の効果がある。
【００９９】
さらには、溶接用ロボットや半田付けロボットに適用して、手首にトーチや半田ごてを取り付け、電源ケーブルをジンバル機構に通してもよい。この場合トーチや半田ごての先端をジンバル機構の仮想的な回動中心ｃと一致させておけば、姿勢を変化させてもロボットアームの他の軸を動かさなくてもよいので、教示が簡単になるという利点がある。
【０１００】
実施の形態６．
図１４はこの発明のジンバル機構の実施の形態６を示す雲台に適用した場合の斜視図である。本実施の形態の雲台は、実施の形態１などのアンテナに相当する部分にカメラを取り付けこのカメラの首を振る構成となっている。
【０１０１】
図１４において、１０１はカメラであり、図中上方を向いている。そして、本実施の形態のジンバル機構は、カメラ１０１を取り付けた枠体１１２、枠体１１２の四隅に取り付けられた４個の第１の球面軸受け１０２ａ、一端を第１の球面軸受け１０２ａに接続された４本のロッド１０３、４本のロッド１０３の略中央に取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂ、４本のロッド１０３の他端に取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃを有している。
【０１０２】
また、ジンバル機構は、第２の球面軸受け１０２ｂを介して４本のロッド１０３の略中央とつながる□の字型の第１の外側フレーム１０７ａ、第１の外側フレーム１０７ａの中央に取り付けられた第１の回動軸Ｙ１０６ａ、第１の回動軸Ｙ１０６ａを介して第１の外側フレーム１０７ａに対して回動自在な第１の内側フレーム１０５ａ、第１の内側フレーム１０５ａの第１の回動軸Ｙ１０６ａと直交する面に取り付けられた第１の回動軸Ｘ１０４ａ、第１の回動軸Ｘ１０４ａを介して第１の内側フレーム１０５ａを回動自在に取り付けたベース１０８を有している。
【０１０３】
さらに、ジンバル機構は、第３の球面軸受け１０２ｃを介して４本のロッド１０３の他端とつながる□の字型の第２の外側フレーム１０７ｂ、第１の外側フレーム１０７ｂの中央に取り付けられた第２の回動軸Ｙ１０６ｂ、第２の回動軸Ｙ１０６ｂを介して第２の外側フレーム１０７ｂに対して回動自在な第２の内側フレーム１０５ｂ、第２の内側フレーム１０５ｂの第２の回動軸Ｙ１０６ｂと直交する面に取り付けられた第２の回動軸Ｘ１０４ｂを有している。
【０１０４】
そして、ジンバル機構は、ベース１０８に取り付けられて第１の回動軸Ｘ１０４ａまわりに第１の内側フレーム１０５ａを駆動する図示しないＸ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｘ１０４ａの角度を検出する図示しないＸ軸検出手段、第１の内側フレーム１０５ａまたは第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられて、第１の回動軸Ｙ１０６ａまわりに、第１の内側フレーム１０５ａに対して第１の外側フレーム１０７ａを駆動する図示しないＹ軸駆動手段、並びに第１の回動軸Ｙ１０６ａの角度を検出するＹ軸検出手段、及び図示しない制御装置を有している。
【０１０５】
次にそれぞれの部品の位置関係を説明する。実施の形態１などでは、外側にベースがあり、ベースの内側に外側フレーム、その内側に内側フレームがあり、内側フレームにロッドが取り付けられているが、本実施の形態では逆に、内側にベースがあり、ベースの外側に内側フレーム、その外側に外側フレームがあり、外側フレームにロッドが取り付けられている。この構造により枠体の上でカメラを取り付けるスペースを大きく取ることができる。
【０１０６】
４本のロッド１０３同士は常に互いに平行である。
また、第１の回動軸Ｘ１０４ａと第２の回動軸Ｘ１０４ｂ、並びに第１の回動軸Ｙ１０６ａと第２の回動軸Ｙ１０６ｂはそれぞれ平行関係を保っている。
【０１０７】
第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ１０６ａ、並びに第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂはそれぞれ１点で交差し、第１の外側フレーム１０７ａと第１の内側フレーム１０５ａ、並びに第２の外側フレーム１０７ｂと第２の内側フレーム１０５ｂはそれぞれジンバル構造をなしている。
【０１０８】
枠体１１２の４個の球面軸受け１０２ａ、第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂ、第２の外側フレーム１０７ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃの３組の球面軸受けの位置４点は互いに相似形をなしている。
【０１０９】
以上の関係から、枠体１１２、第１の内側フレーム１０５ａ、第２の内側フレーム１０５ｂは平行リンクの関係となり、また、枠体１１２、第１の外側フレーム１０７ａ、第２の外側フレーム１０７ｂも平行リンクの関係となる。
【０１１０】
更に第１の外側フレーム１０７ａに取り付けられた４個の第２の球面軸受け１０２ｂと第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ １０６ａの交点からなる５点と、第２の外側フレーム１０７ｂに取り付けられた４個の第３の球面軸受け１０２ｃと第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂの交点からなる５点の位置は相似形をなしており、４個の第２の球面軸受け１０２ｂからなる図形に対して、第１の回動軸Ｘ１０４ａと第１の回動軸Ｙ１０６ａの交点は、所定の距離ｄだけ離れており、下側の４個の第３の球面軸受け１０２ｃからなる図形に対して、第２の回動軸Ｘ１０４ｂと第２の回動軸Ｙ１０６ｂの交点は、同じ距離ｄだけ離れている。
【０１１１】
同様に上側の４個の球面軸受け１０２ａからなる図形に対して同じ距離離れた点をｃとする。動きの説明は実施の形態１の図２及び図３による説明と同様なので省略する。最終的にはカメラ１０１と枠体１１２は仮想的な回動中心ｃまわりに回動する。
【０１１２】
このように、本実施の形態のジンバル機構においては、対象物がカメラ１０１である。そのため、カメラ１０１のレンズの主点がパンとチルトの回動中心と一致するようにでき、パンチルトをしたときに視差が生じず画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得られる。
【０１１３】
そして、このようにして実現された雲台は、点検や監視が必要な個所に取り付けて使用したり、図２３に示されるようなレールに沿って台車が移動しながら連続的に点検作業が可能な移動点検ロボットに取り付けて使用したり、あるいは配管内を移動しながら配管の内壁を点検する移動点検ロボットに取り付けて使用したりすることが可能である。
【０１１４】
そして、カメラの側方や上方下方にカメラを支持して回動するためのフレームや軸受けを配置する必要がないので、移動点検ロボットに適用した場合、通過断面積を小さくできるという利点がある。
【０１１５】
また、カメラのレンズには、すべての光がその点を通る主点と呼ばれる点が存在する。この点はピンホールカメラであればピンホールに相当する。この主点を点ｃと一致させれば、カメラは仮想的な回動中心ｃまわりにパン（横）とチルト（縦）に首を振り、このとき主点は並進運動をしない。このようにカメラを回動させることで、視差が生じないので理想的なパノラマ画像を得られるという効果がある。
【０１１６】
ベース１０８の内部にカメラなどのケーブルを通してカメラ１０１につなげばケーブル実装上ケーブルに無理がかからない効果もある。
【０１１７】
尚、実施の形態１の図１のアンテナ１の部分にカメラを取り付けてもよく、同様の効果を奏する。また、逆に本実施の形態の図１４の枠体１１２に実施の形態１のアンテナ１を取り付けてもよい。
【０１１８】
実施の形態７．
図１５はこの発明のジンバル機構の実施の形態７を示す点検カメラ装置に適用した場合の側面図である。本実施の形態の点検カメラ装置においては、実施の形態１などのアンテナを上向きの反射板とし、これと対向するようにカメラを設置し、反射板を２軸まわりに振ることで周囲を監視できる構成となっている。
【０１１９】
図１５において、１２１は上面が反射する反射板、１２２は球面軸受け、１２３はロッド、１２４は回動軸Ｘ、１２５は内側フレーム、１２６は回動軸Ｙ、１２７は外側フレーム、１２８はベース、１２９は下向きに取り付けたカメラ、１３０はカメラを取り付ける柱である。
【０１２０】
□の字型の外側フレーム１２７はベース１２８に対して回動軸Ｙ１２６まわりに回動自在に取り付けられており、□の字型の内側フレーム１２５は外側フレーム１２７に対して回動軸Ｘ１２４まわりに回動自在に取り付けられている。内側フレーム１２５には球面軸受け１２２を介してロッド１２３が取り付けられており、ロッド１２３の先端には球面軸受け１２２を介して反射鏡１２１が取り付けられている。
【０１２１】
反射鏡１２１の中央には穴が開いており、ベース１２８には柱１３０が立っており、図７の放射器と同様に、反射鏡１２１の穴を通り抜けて上方に伸びており、先端にはカメラ１２９が取り付けられている。外側フレーム１２７と内側フレーム１２５はそれぞれ図示しない回動手段により回動駆動され、その角度は図示しない角度検出手段により検出され、図示しない制御装置により制御される。
【０１２２】
本実施の形態の各部品の幾何学的な構成は実施の形態１などと同様になっているので、反射板１２１は中央の上面にある仮想的な回動中心まわりに回動自在である。
【０１２３】
カメラ１２９は、反射板１２１に写った像を撮影する。反射板１２１が回動軸Ｘ１２４と回動軸Ｙ１２６のなす面に対して４５度傾けば、カメラ１２９は水平方向（回動軸Ｘ１２４などに平行な方向）を撮影することができる。このためこの点検カメラ装置では、装置の上方の半球状の視野を得ることができる。この装置を逆向きに天井からぶら下げるように取り付けて監視を行ってもよい。
【０１２４】
すなわち、本実施の形態のジンバル機構においては、対象物が反射板１２１であり、反射板１２１の中央を貫通する柱１３０をさらに設け、柱１３０の先端に反射板１２１と向き合うように点検カメラ１２９を取り付けている。そのため、反射板１２１を２軸まわりに回動することで半球状の視野が得られる。
【０１２５】
実施の形態８．
図１６はこの発明のジンバル機構の実施の形態８を示す操作機構に適用した場合の斜視図である。本実施の形態の操作機構においては、実施の形態１などのアンテナに相当する部分に手で握る握りを設け、これを２軸まわりに傾けることで角度を提示する構成となっている。
【０１２６】
図１６において、１４１は握り、１４２は球面軸受け、１４３はロッド、１４４は回動軸Ｘ、１４５は内側フレーム、１４６は回動軸Ｙ、１４７は外側フレーム、１４８はベース、１４９は枠体である。また、ｃは握り１４１の内部にある仮想的な回動中心である。また、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６の角度を検出する図示しない角度検出手段がベース１４８、内側フレーム１４５または外側フレーム１４７に取り付けられている。更に、この角度検出手段で検出した角度を取り込み、他のロボットや計算機などに指令値を出力する図示しない制御装置が設けられている。
【０１２７】
この操作機構のリンクの寸法関係、構成、動きについては、実施の形態６の雲台とほぼ同じなので省略する。本実施の形態の操作機構では、人間が握り１４１の部分を握って、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６に平行な軸まわりの角度を手首を傾けることで点ｃまわりに与える。回動中心ｃは握り１４１の内部にあるので、人間は手の中にあるものの角度を２本の軸まわりに傾けることになり、また、このとき傾けても回動中心ｃは動かないので、直感的に操作がわかりやすいという利点がある。
【０１２８】
更に、本操作機構を外骨格状に人間の腕に取り付けて、手首の角度を検出するようにしてもよい。また更に、枠体１４９にリング状の軸受けを取り付けてその内部で握り１４１が回転するように構成して、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６と直交する回動軸Ｚまわりの回転角度を検出できるようにしてもよい。
【０１２９】
尚、図１６では、図１４と同様、ベース１４８が内側にあり、ロッド１４３が外側フレーム１４７の外側にある構成としているが、図１のように、ベースが外側で、ロッドが内側であってもよい。
【０１３０】
また、図１６では人間の腕が操作機構の内部にある構成としたが、操作機構を机上などに置いて、人間が上から握りを握るようにしてもよい。
【０１３１】
また、回動軸Ｘ１４４と回動軸Ｙ１４６の角度を検出するように構成したが、更にこれらの軸にモータを取り付け、操作反力を人間に還せるようにしてもよい。
【０１３２】
【発明の効果】
この発明に係るジンバル機構は、対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、一端を第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、第１の回動軸Ｘを介して第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、第１の内側フレームと同様に、３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、第１の外側フレームと同様に、第２の回動軸Ｘを介して第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、第１の外側フレーム並びに第２の外側フレームを第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、第１の回動軸Ｘまたは第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び第１の回動軸Ｙまたは第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段を備え、３本のロッドは互いに平行であり、第１の回動軸Ｘと第１の回動軸Ｙ並びに第２の回動軸Ｘと第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、３個の第１の球面軸受けの位置、３個の第２の球面軸受けの位置、３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、更に、３個の第２の球面軸受けの位置と第１の回動軸Ｘ及び第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、３個の第３の球面軸受けの位置と前記第２の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなす。そのため、対象物を対象物面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動させることができる。
【０１３３】
また、第１の内側フレーム及び第２の内側フレームは、第１の回動軸Ｙ及び第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ第１の外側フレーム及び第２の外側フレームに対して第１の回動軸Ｘ及び第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する。そのため、部品の寸法誤差等による組み立ての困難性を減少することができる。
【０１３４】
また、Ｘ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、第２のＸ軸駆動手段は第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、Ｙ軸駆動手段は、第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、第２のＹ軸駆動手段は第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくすることができる。
【０１３５】
また、複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施した。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくできるとともに、組み立て工程を容易にすることができる。
【０１３６】
また、対象物がアンテナ或いは反射鏡である。そのため、アンテナ面をアンテナ面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動可能にできるので、アンテナとアンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲のレドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで利得の低下を小さくすることができる。
【０１３７】
また、ベースはロボットアームに固定され、対象物がロボットハンドである。そのため、関節の特異点をなくすことができ、関節外の任意の点をアーム長手方向に直交する２軸分の回動中心にすることができ、関節の中にケーブルなどを通すことができる。
【０１３８】
また、対象物がカメラである。そのため、カメラのレンズの主点がパンとチルトの回動中心と一致するようにでき、パンチルトをしたときに視差が生じず画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得られる。
【０１３９】
また、対象物が反射板であり、反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き合うように点検カメラを取り付けている。そのため、反射板を２軸まわりに回動することで半球状の視野が得られる。
【０１４０】
また、対象物が握りであり、握りを操作して姿勢を提示する。そのため、握りの内部に仮想的な回動中心を置くことができ、直感的な角度提示の操作ができる。
【０１４１】
さらに、この発明に係る関節機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、第２のリンクの中央に立設され、第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、第２の回動軸に接続された第２のベースとを備え、第１のリンク、第１のロッド、及び軸受けブロック、並びに軸受けブロック、第２のロッド及び第２のリンクは、各々平行リンクをなし、第２のベースは、第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である。そのため、関節の特異点をなくすことができ、軸受けブロックの内部または近くの任意の位置にアーム長手方向に直交する２軸分の関節の回動中心を置くことができ、平行リンクの死点がなくなり、軸受けブロックの内部の関節の回動中心の近くにケーブルなどを通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のジンバル機構の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】 ジンバル機構の動きを説明する説明図である。
【図３】 ジンバル機構の動きを説明する説明図である。
【図４】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図５】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図６】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図である。
【図７】 アンテナ中央に形成された穴を貫通する放射器が設けられた様子を示すジンバル機構の斜視図である。
【図８】 この発明のジンバル機構の実施の形態２を示す斜視図である。
【図９】 この発明のジンバル機構の実施の形態３を示す球面軸受けのガタが打ち消される様子を示す説明図である。
【図１０】 この発明の関節機構を示す斜視図である。
【図１１】 図１０の関節機構を人間型ロボットの肩関節に適用した場合の説明図である。
【図１２】 この発明のジンバル機構の実施の形態５を示すロボットアームの手首に適用した場合の説明図である。
【図１３】 図１２のロボットアームの第２アーム近傍を拡大して示す説明図である。
【図１４】 この発明のジンバル機構の実施の形態６を示す雲台に適用した場合の斜視図である。
【図１５】 この発明のジンバル機構の実施の形態７を示す点検カメラ装置に適用した場合の側面図である。
【図１６】 この発明のジンバル機構の実施の形態８を示す操作機構に適用した場合の斜視図である。
【図１７】 従来の一般的なジンバル機構を用いた例としてのアンテナ指向装置の説明図である。
【図１８】 従来の一般的なジンバル機構を用いた指向追尾装置の説明図である。
【図１９】 従来の人型作業ロボットの腕体構造の例を示す正面図である。
【図２０】 従来の一般的な６自由度垂直多関節型ロボットの斜視図である。
【図２１】 図２０の破線Ｈ部分を拡大した３自由度ロボット手首の例の構造図である。
【図２２】 従来の工業用ロボットの手首装置の略図である。
【図２３】 従来の移動式点検ロボットとそれに用いられる雲台の例を示す正面図である。
【図２４】 従来のジョイススティック型操作機構の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アンテナ、２ａ 第１の球面軸受け、２ｂ 第２の球面軸受け、２ｃ 第３の球面軸受け、３ ロッド、４ａ 第１の回動軸Ｘ、４ｂ 第２の回動軸Ｘ、５ａ 第１の内側フレーム、５ｂ 第２の内側フレーム、６ａ 第１の回動軸Ｙ、６ｂ 第２の回動軸Ｙ、７ａ 第１の外側フレーム、７ｂ 第２の外側フレーム、８ ベース、５１ 第１のベース、５２ 減速機付きモータ（第１の回動軸）、５３ 第１の回動軸、５４ 第１のリンク、５５ 第１のロッド、５７ 軸受けブロック、５８ 第２のロッド、５９ 第２のリンク、６１ 減速機付きモータ（第２の回動軸）、６２ 第２の回動軸、６３ 第２のベース。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gimbal mechanism for tilting an angle of an object such as an antenna around two rotation axes orthogonal to the surface, and in particular, a virtual rotation axis of the object is provided on a predetermined surface of the object. The present invention relates to a gimbal mechanism that has been improved.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 is an explanatory diagram of an antenna pointing device as an example using a conventional general gimbal mechanism disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-206713. In FIG. 17, 201 is an antenna, 202 is an azimuth axis, 203 is an azimuth servo motor, 205 is an elevation angle axis, 206 is an elevation angle bearing, and 207 is an elevation angle servo motor. The elevation bearing 206 is disposed on the back surface of the antenna 201.
[0003]
Next, the operation will be described. The azimuth axis 202 is driven by the azimuth servo motor 203, and the antenna 201 rotates to the left and right around the azimuth axis 202. The elevation angle shaft 205 is driven by the elevation angle servomotor 207, and the antenna 201 rotates up and down in FIG.
[0004]
Since the conventional antenna directing device using a general gimbal mechanism is configured as described above, the elevation angle bearing 206 is disposed on the back surface of the antenna 201, and the elevation angle axis 205 does not pass through the center of the antenna 201. You have to pass back away from the center. Therefore, when the antenna 201 is rotated up and down in FIG. 17, translational motion in the vertical direction must be simultaneously generated.
[0005]
For this reason, when there is an obstacle such as a radome (not shown) around the antenna 201, the diameter of the antenna 201 must be reduced so as not to interfere with the radome, and the antenna diameter should be larger than the radome. There was a problem that could not.
[0006]
In addition, when a hole (not shown) is formed in the center of the antenna 201 and an obstacle such as a radiator (not shown) penetrates there, the hole provided in the antenna 201 is enlarged so as not to interfere with the radiator. There is a problem that the antenna area cannot be increased.
[0007]
On the other hand, FIG. 18 is an explanatory diagram of a pointing tracking apparatus using a conventional general gimbal mechanism disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-108159. In FIG. 18, 210 is an antenna, 211 is an azimuth axis (Az axis), 212 is an elevation angle axis (El axis), and 213 is an elevation angle servomotor. The elevation axis 212 is configured to sandwich the antenna 210. The operation is substantially the same as the example of Japanese Patent Laid-Open No. 05-206713 in FIG.
[0008]
Since the conventional tracking device using the gimbal mechanism is configured as described above, the elevation angle shaft 212 can be passed through the center of the antenna 210, but the elevation angle servo motor 213 and the elevation angle bearing (not shown) are provided on both sides of the antenna. There is a problem that it is bulky because parts are arranged around the antenna 210 in comparison with the diameter of the antenna 210.
[0009]
FIG. 19 is a front view showing an example of an arm structure of a conventional humanoid work robot disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 11-188668. In FIG. 19, a twist joint 215, a bending joint 216, and a twist joint 217 are three-degree-of-freedom shoulder joints that meet at one point. The posture in which the first axis 218 and the third axis 219 are coaxial is a singular point. For example, the posture shown in FIG. 19 is a singular point, and in this posture, the elbow joint 220 cannot be moved in a direction perpendicular to the paper surface. In the conventional humanoid work robot arm structure, as shown in FIG. 19, the first shaft 218 is attached so as to face upward slightly from the horizontal, so that it does not become a singular point in a posture for performing normal work. Yes.
[0010]
Since the arm structure of the conventional humanoid work robot is configured as described above, there is a problem that the singularity cannot be completely eliminated. In addition, the cable must be passed outside the joint, so when the joint is bent, the cable will be pulled tightly or greatly slackened, causing a strain on the cable and damaging it or shortening the life of the cable. There was a problem that.
[0011]
FIG. 20 is a perspective view of a conventional general 6-degree-of-freedom vertical articulated robot published on page 104 of, for example, Kajigami: Production System Introducing Robots, Nikkan Kogyo Shimbun, 1994. FIG. 21 is a structural diagram of an example of a three-degree-of-freedom robot wrist in which the broken line H portion in FIG. 20 is enlarged. 20 and 21, the fourth shaft 224 twists the wrist 223 about the roll axis, the fifth shaft 225 bends the wrist 223 about the pitch axis, and the sixth shaft 226 twists the wrist 223 about the roll axis. With these combinations, the wrist 223 can be in any posture except in the following cases.
[0012]
Since the conventional general three-degree-of-freedom robot wrist is configured in this way, when the fifth axis 225 is not bent, that is, when the fourth axis 224 and the sixth axis 226 are on a straight line, There is a problem that the wrist 223 cannot be bent around an axis orthogonal to the fourth (sixth) axis 224 (226) and the fifth axis 225 (an axis perpendicular to the paper surface of FIG. 21). For example, in the state of FIG. 21, the wrist 223 cannot be bent up and down. Such a state is called a singular point.
[0013]
On the other hand, FIG. 22 is a schematic diagram of a wrist device for an industrial robot disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-155198. In FIG. 22, 231 is a wrist, 233, 234, 235, 236 are spherical bearings (ball joints), 237, 238, 239, 240 are pin joints, 241, 242, 243, 244, 245, 246 are links, 249, Reference numeral 250 denotes a link drive shaft.
[0014]
Next, the operation will be described. The operation is described in JP-A-58-155198 as follows. When the drive shaft 249 is rotated, the link 243 tilts and the links 241 and 242 move up and down, so the wrist 231 tilts around the axis connecting the spherical bearings 235 and 236. Further, when the drive shaft 250 is rotated, the link 246 tilts and the links 244 and 245 move up and down, so that the wrist 231 tilts around the axis connecting the spherical bearings 233 and 234.
[0015]
Here, a state is considered in which the drive shaft 249 is rotated, the link 243 tilts, the links 241 and 242 move up and down, and the wrist 231 tilts around the axis connecting the spherical bearings 235 and 236. At this time, the axis connecting the spherical bearings 233 and 234 is tilted. On the other hand, when the drive shaft 250 is rotated and the link 246 is tilted, the link 246 moves in a plane perpendicular to the drive shaft 250, and the link 246 and the links 244 and 245 are coupled by the pin joints 239 and 240. The links 244 and 245 also move in a plane perpendicular to the drive shaft 250 and including the link 246. Accordingly, the spherical bearings 235 and 236 move in the plane including the link 246 at a right angle to the drive shaft 250 as well. However, the spherical bearings 235 and 236 try to move in a plane perpendicular to the axis connecting the spherical bearings 233 and 234. Therefore, when the axis connecting the spherical bearings 233 and 234 is tilted as described above, the plane perpendicular to the drive shaft 250 and including the link 246 is different from the plane perpendicular to the axis connecting the spherical bearings 233 and 234. Therefore, the spherical bearings 235 and 236 cannot move after all. That is, the wrist device for an industrial robot disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-155198 does not operate.
[0016]
FIG. 23 is a front view showing an example of a conventional mobile inspection robot disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 05-221311 and a pan head used therefor. In this apparatus, the carriages 261 and 262 move along the rails 263, and a camera 266 is attached to a pan head 265 that can be swung and raised, and an inspection operation is performed. A gate-type swivel frame 268 is pivotably attached to the carts 261 and 262, a lifting frame 269 is pivotably attached to the gate-shaped swivel frame 268, and the swivel motor 271 and the lifting motor 272 are respectively attached to the portal-shaped swivel frame 268. A portal pan head 265 is provided which is attached to a dead space when the vehicle is turned and the elevator frame 269 is elevated.
[0017]
Since the conventional pan head 265 is configured as described above, the elevation frame 269 and its bearing are disposed on the side of the camera 266, and the turning frame 268 and its bearing are disposed above the camera 266. There was a problem that could not be reduced.
[0018]
FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example of a conventional joystick type operating mechanism disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-134251. In the mechanism shown in FIG. 24, the operation shaft 275 penetrates in the center, and there is a grip 276 grasped by a hand, and the operation shaft 275 is tilted around an axis orthogonal to the operation shaft 275 inside the mechanism. There are two moving axes 278, 279.
[0019]
Since the conventional operation mechanism is configured as described above, the centers of the rotary shafts 278 and 279 are away from the grip 276, so that the position of the hand moves in the operation of changing the angle, and intuitively. In particular, there was a problem that the change in angle was difficult to understand.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was made to solve the above-described problems, and is a gimbal mechanism that can rotate an object around a virtual rotation axis passing through a point on the object surface, In particular, when applied to an antenna as an object, the antenna surface can be rotated around a virtual rotation axis passing through a point on the antenna surface, and a radiator passing through the antenna and the center of the antenna or a radome around the antenna The objective is to obtain a gimbal mechanism that can reduce the decrease in gain by maximizing the antenna area while avoiding interference.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The gimbal mechanism according to the present invention is a gimbal mechanism that rotates the angle of the object around two rotation axes that are orthogonal to each other, and includes at least three first spherical bearings attached to the back surface of the object and one end thereof. At least three rods connected to the first spherical bearing, at least three second spherical bearings attached to substantially the center of each of the three rods, and the other end of each of the three rods, respectively. Connected to at least three third spherical bearings attached and three second spherical bearings, and has a first rotation axis X at substantially the center of two opposing sides.FirstA first inner frame and a first rotation axis X, which are connected to the first inner frame so as to be freely rotatable, and are substantially perpendicular to the first rotation axis X at the center of two opposing sides. Like the square-shaped first outer frame and the first inner frame having the rotation axis Y, they are connected to the three third spherical bearings, and the first rotation is made approximately at the center of the two opposite sides. Has a second rotation axis X parallel to the movement axis XFirstAs with the second inner frame and the first outer frame, the second inner frame is pivotably connected to the second inner frame via the second pivot shaft X, and the first pivot shaft is located at the approximate center of the two opposite sides. A square-shaped second outer frame, first outer frame, and second outer frame having a second rotation axis Y parallel to Y are used as the first rotation axis Y and the second rotation axis. A base supported via Y, an X-axis drive means for rotationally driving the first rotational axis X or the second rotational axis X, and the first rotational axis Y or the second rotational axis Y. Y-axis drive means for driving, X-axis detection means for detecting the angle of the first rotation axis X or the second rotation axis X, and the first rotation axis Y or the second rotation axis Y. Y-axis detection means for detecting the angle is provided, and the three rods are parallel to each other, and the first rotation axis X and the first rotation axis Y, and the second rotation axis X and the second rotation. Axis Y Intersect at respective one point, the position of the three first spherical bearing, the position of the three second spherical bearings, each of the three figures position to form the location of the three third spherical bearing one anotherSame shapeFurthermore, a figure formed by four positions of the positions of the three second spherical bearings and the intersection of the first rotation axis X and the first rotation axis Y, and the three third spherical surfaces The figure formed by the four positions of the position of the bearing and the intersection of the second rotation axis X and the second rotation axis Y isSame shapeMake.
[0022]
Further, the first inner frame and the second inner frame are separated into two parts with the first rotation axis Y and the second rotation axis Y being separated, and each of the two separated inner frames is respectively Rotate independently about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame.
[0023]
The X-axis drive means includes a first X-axis drive means for driving the first rotation axis X and a second X-axis drive means for rotating the second rotation axis X. The second X-axis drive unit applies torque in the opposite direction to the first X-axis drive unit, and the Y-axis drive unit rotates the first rotation axis Y. And second Y-axis drive means for rotationally driving the second rotation axis Y, and the second Y-axis drive means applies torque in the opposite direction to the first Y-axis drive means.
[0024]
Further, a measure is taken to eliminate backlash in at least one predetermined spherical bearing among the plurality of first, second and third spherical bearings.It was.
[0025]
The object is an antenna or a reflecting mirror.
[0026]
The base is fixed to the robot arm, and the object is a robot hand.
[0027]
The object is a camera.
[0028]
Further, the object is a reflector, and a column penetrating the center of the reflector is further provided, and an inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflector.
[0029]
Further, the object is a grip, and the posture is presented by operating the grip.
[0030]
Furthermore, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism used for the shoulder or wrist of the robot, and includes a first base provided on the body side of the robot and two parallel erected on the first base. A first pivot shaft, a first pivot shaft, and a center between the first pivot shaft and the first pivot shaft. The two first links and the first links are arranged so as to be parallel to each other. Two first rods that are rotatably connected and parallel to each other, a bearing block in which one end of each side is rotatably connected to one end of each of the two first rods, and the other side of the bearing block Both ends of the two rods are pivotally connected to each other and arranged parallel to each other, and the two second rods are both pivotally connected to each other and parallel to each other. The two second links forming the center, standing up in the center of the second link, Perpendicular to the axial direction of the first rotation axisA first link having two parallel second rotation shafts and a second base connected to the second rotation shafts;,First rod, bearing block, and bearing blockThe second2 locksDoAnd the second links are each parallel links,The second base is parallel to each of the first rotation shaft and the second rotation shaft with respect to the first base, and is rotatable about two axes orthogonal to each other in the bearing block..
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing Embodiment 1 of the gimbal mechanism of the present invention. In FIG. 1, the gimbal mechanism of the present embodiment includes four first spherical bearings 2a attached to the back surface of the antenna 1 whose edges are only shown, and four one ends connected to the first spherical bearing 2a. Rod 3, four second spherical bearings 2 b provided substantially outside the center of the four rods 3, and four third spherical bearings 2 c provided on the other end of the four rods 3. The first inner frame 5a in the shape of a square connecting the approximate center of each pair of two adjacent rods 2 to one side and the opposite side via the second spherical bearing 2b, The inner frame 5a has a first rotation axis X4a provided at the center of each of two sides orthogonal to the side to which the second spherical bearing 2b is attached.
[0032]
Further, the gimbal mechanism includes a square-shaped first outer frame 7a and a first outer frame 7a that are connected to the first inner frame 5a via the first rotation axis X4a at two opposite sides thereof. Similar to the first rotation axis Y6a and the first inner frame 5a, which are attached to the center of each of the two sides orthogonal to the side to which the first rotation axis X4a is attached and orthogonal to the first rotation axis X4a. In addition, the second inner frame 5b having a square shape is formed by connecting the other end of each pair of two adjacent rods 2 to one side and a side opposite to the other side through a third spherical bearing 2c. Similarly to the rotation axis X4a, the second rotation axis X4b attached to the center of each of the two sides orthogonal to the side to which the third spherical bearing 2c of the second inner frame 5b is attached, the first As with the outer frame 7a of the second, It has a second inner frame 5b via the shaft X4b the second outside frame 7b of the opposite lead in two sides □ in shape.
[0033]
Furthermore, the gimbal mechanism is attached to the center of each of the two sides orthogonal to the side to which the second rotation axis X4b of the second outer frame 7b is attached, like the first rotation axis Y6a. The second rotation axis Y6b, the first outer frame 7a, and the second outer frame 7b orthogonal to the second rotation axis X4b are used as the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b, respectively. A base 8 is supported through the base 8.
[0034]
Further, the gimbal mechanism is attached to the first outer frame 7a and drives an X axis driving means (not shown) that drives the first rotating axis X4a, and an X axis (not shown) that detects the angle of the first rotating axis X4a. Detection means, Y axis drive means (not shown) attached to the base 8 to drive the first rotation axis Y6a, Y axis detection means (not shown) for detecting the angle of the first rotation axis Y6a, and control (not shown) I have a device.
[0035]
Next, the positional relationship of each component will be described. First, the four rods 3 are always parallel to each other. In addition, the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, and the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b are maintained in a parallel relationship with each other.
[0036]
An axis extending from the first rotation axis X4a and an axis extending from the first rotation axis Y6a, and an axis extending from the second rotation axis X4b and an axis extending from the second rotation axis Y6b are respectively shown. The first outer frame 7a and the first inner frame 5a intersect with each other at one point, and the second outer frame 7b and the second inner frame 5b each have a gimbal structure.
[0037]
Four first spherical bearings 2a on the back surface of the antenna 1, four second spherical bearings 2b attached to the first inner frame 5a, and four third bearings attached to the second inner frame 5b. The quadrangle formed by the four positions of each of the three sets of spherical bearings 2c of the spherical bearings 2c are similar to each other.
[0038]
From the above relationship, the antenna 1, the first inner frame 5a, and the second inner frame 5b have a parallel link relationship, and the antenna 1, the first outer frame 7a, and the second outer frame 7b also have a parallel link relationship. It becomes a relationship.
[0039]
Further, four second spherical bearings 2b attached to the first inner frame 5a, five points formed by intersections of the first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a, and the second inner frame The positions of the five points formed by the intersections of the four third spherical bearings 2c attached to 5b, the second rotation axis X4b, and the second rotation axis Y6b are similar to each other. The intersection of the first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a with respect to the quadrangular surface made up of the two spherical bearings 2b is separated by a predetermined distance d. The intersection of the second rotation axis X4b and the second rotation axis Y6b is separated by the same distance d with respect to the quadrangular surface formed by the spherical bearing 2c.
[0040]
The movement will be briefly described with reference to FIGS. 2 and 3 show an antenna 1, spherical bearings 2a, 2b, 2c, a rod 3, a first rotation axis X4a, a second rotation axis X4b, a first inner frame 5a, and a second inner frame 5b. It is the figure which extracted only and projected on the surface orthogonal to the 1st rotation axis X4a and the 2nd rotation axis X4b.
[0041]
The distance between the second spherical bearing 2b and the first rotation axis X4a and the distance between the third spherical bearing 2c and the second rotation axis X4b are both d in the vertical direction of FIG. . In the present embodiment, the distance between the first spherical bearing 2a and the surface of the antenna 1 is also set to d in the vertical direction of FIG. Let c be a point on the antenna 1 that is at a distance d above the first spherical bearing 2a in FIG.
[0042]
As shown in FIG. 3, when the first inner frame 5a and the second inner frame 5b rotate around the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, respectively, the left and right rods 3 in the figure are shown. The antenna 1 rotates without changing its posture, and the center of rotation of the antenna 1 is c at this time. That is, the antenna 1 rotates around a virtual axis c that does not physically have a bearing.
[0043]
The above description is about the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, but the same applies to the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b.
[0044]
In this embodiment, the virtual rotation axis c is set on the surface of the antenna 1, but if the distance d is changed, the thickness of the antenna 1 and the size of the first spherical bearing 2a are changed. Regardless, the rotation axis c can be set on the surface of the antenna 1, and d varies with the distance between the first spherical bearing 2 a of the antenna 1 and the virtual rotation axis c. By doing so, it can be set in the air on the upper surface of the antenna 1 or inside the antenna 1.
[0045]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, each of the four spherical bearings 2a, 2b, 2c is in the same plane and is separated from the first rotation by a distance d. The dynamic axis X4a and the second rotational axis X4b are set so as to exist, but as described above, these may be in a similar positional relationship.
[0046]
If the distance d is not 0, the phase difference between the left and right second spherical bearings 2b in the link in FIG. 2 is not 180 degrees, for example, around the first rotation axis X4a. Has the advantage that in principle there is no dead point.
[0047]
Next, the overall movement will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, X-axis drive means (not shown) rotationally drives the first inner frame 5a with respect to the first outer frame 7a. The first inner frame 5a is tilted around the first rotation axis X4a, and the second inner frame 5b is tilted while being parallel around the second rotation axis X4b, and the rod 3 moves up and down in the figure, and the antenna Reference numeral 1 denotes a first inner frame 5a and a second inner side around an imaginary rotation axis that is separated by a distance d from a quadrangular surface formed by the four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1. It is inclined by the same angle as the frame 5b.
[0048]
In FIG. 5, Y-axis driving means (not shown) rotationally drives the first outer frame 7 a with respect to the base 8. The first outer frame 7a is tilted around the first rotation axis Y6a, and the second outer frame 7b is tilted in parallel around the second rotation axis Y6b. Reference numeral 1 denotes a first outer frame 7a and a second outer side around a virtual rotation axis that is separated by a distance d from a quadrangular surface formed by four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1. It is inclined by the same angle as the frame 7b.
[0049]
In FIG. 6, the X-axis drive means (not shown) and the Y-axis drive means (not shown) operate simultaneously, so that the first outer frame 7a is rotated around the first rotation axis Y6a and the second outer frame 7b is set at the second position. The first inner frame 5a is inclined around the first rotation axis X4a, and the second inner frame 5b is rotated around the second rotation axis X4b. The rod 3 moves up and down in the figure by keeping it tilted in parallel with the antenna 1, and the antenna 1 is separated from the square surface formed by the four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1 by a distance d. Inclined by the same angle as the first outer frame 7a and the second outer frame 7b around a virtual rotation axis parallel to the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b, There are four antennas 1 on the back side of antenna 1. The first rotation axis X4a and the first rotation axis X4a inclined by the same angle as the first outer frame 7a and the second outer frame 7b, which are separated from the quadrangular surface formed by the first spherical bearing 2a by a distance d. The first inner frame 5a and the second inner frame 5b are inclined by the same angle around a virtual rotation axis parallel to the second rotation axis X4b.
[0050]
The first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a are driven by X-axis drive means and Y-axis drive means (not shown), and the angles thereof are detected by X-axis detection means and Y-axis detection means (not shown), and They are controlled by a control device (not shown), and the antenna 1 can be directed to a desired angle.
[0051]
In the present embodiment, four rods 3 are provided, but one of the four rods may be omitted. The first, second and third spherical bearings may be at least three. Even in the configuration omitted in this way, each frame and the antenna 1 are supported at three points and positioned at a predetermined angle, and the first outer frame 7a is moved around the first rotation axis Y6a and the second The outer frame 7b rotates while being parallel around the second rotation axis Y6b, and further, the first inner frame 5a is rotated around the first rotation axis X4a, and the second inner frame 5b is rotated around the second rotation axis Y6b. Since it becomes possible to rotate while keeping parallel around the second rotation axis X4b, a similar effect can be obtained.
[0052]
For this reason, at least three first spherical bearings attached to the back surface of the antenna 1 are gimbal mechanisms for rotating the angle of the antenna 1 of the present embodiment around two orthogonal rotation axes. 2a, at least three second spherical bearings 2b, three attached at approximately the center of each of at least three rods 3 and three rods 3 connected at one end to the first spherical bearing 2a Connected to at least three third spherical bearings 2c and three second spherical bearings 2b attached to the other ends of the rods 3, respectively, and a first rotation shaft at the approximate center of two opposing sides. A square-shaped first inner frame 5a having X4a is connected to the first inner frame 5a via a first rotation axis X4a so as to be rotatable, and the first rotation is performed at substantially the center of two opposite sides. The first orthogonal to the moving axis X4a Like the square-shaped first outer frame 7a and the first inner frame 5a having the movement axis Y6a, the first outer frame 7a is connected to the three third spherical bearings 2c, and the first is located at substantially the center of the two opposite sides. Like the square-shaped second inner frame 5b and first outer frame 7a having a second rotation axis X4b parallel to the rotation axis X4a, the second rotation axis X4b is used to □ -shaped second outer frame 7b having a second rotation axis Y6b parallel to the first rotation axis Y6a at the approximate center of the two opposite sides. The base 8, the first rotating shaft X4a, or the second rotation supporting the first outer frame 7a and the second outer frame 7b via the first rotating shaft Y6a and the second rotating shaft Y6b. X-axis drive means for driving the rotation axis X4b to rotate, the first rotation axis Y6a or the second rotation Y-axis driving means for rotationally driving Y6b, X-axis detection means for detecting the angle of the first rotational axis X4a or the second rotational axis X4b, and the first rotational axis Y6a or the second rotational axis Y-axis detection means for detecting the angle of the axis Y6b is provided, and the three rods 3 are parallel to each other. The first rotation axis X4a, the first rotation axis Y6a, the second rotation axis X4b, and the second The two rotation axes Y6b intersect each other at one point, at the positions of the three first spherical bearings 2a, at the positions of the three second spherical bearings 2b, and at the positions of the three third spherical bearings 2c. The figures formed by the three positions are similar to each other, and further, the four positions of the intersections of the positions of the three second spherical bearings 2b and the first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a. , The positions of the three third spherical bearings 2c, the second rotation axis X4b, and the second rotation axis The figure formed by the four positions of the intersection position of Y6b is similar.
[0053]
Therefore, as described above, by taking an appropriate distance d, it is possible to take two virtual orthogonal rotation axes that pass through a point on the antenna surface and the like, so that the antenna has these virtual rotation axes. As shown in FIG. 7, the antenna 12 has a structure that penetrates the antenna and a hole formed in the center of the antenna and avoids interference between the antenna and a radome (not shown) around the antenna. Gain reduction can be reduced by maximizing the area.
[0054]
The X-axis drive means may be driven not by the first rotation axis X4a but by the second rotation axis X4b. The Y-axis drive means is driven by the first rotation axis X4b. The second rotation axis Y6b may be used instead of the rotation axis Y6a, or both may be driven.
[0055]
The X axis detection means may detect the second rotation axis X4b instead of the first rotation axis X4a, and the Y axis detection means detects the first rotation axis X4b. The second rotation axis Y6b may be used instead of the rotation axis Y6a, or both may be detected.
The first, second and third spherical bearings may be replaced with universal joints.
[0056]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing Embodiment 2 of the gimbal mechanism of the present invention. In FIG. 8, the gimbal mechanism of the present embodiment is divided into two inner frames each in the link configuration of the first embodiment, and the two separated inner frames are respectively outer frames. On the other hand, the link configuration is such that it can rotate independently about the rotation axis X. A motor with a speed reducer is used as the driving means.
[0057]
That is, the first inner frame 5a of the first embodiment is divided into a first a link 21a and a first b link 21b, and the second inner frame 5b is divided into a second a link 22a and a second b link 22b.
[0058]
The first a link 21a and the first b link 21b are attached to the first outer frame 7a via the first rotation axis X4a and are rotatable. Further, the second a link 22a and the second b link 22b are respectively attached to the second outer frame 7b via the second rotation axis X4b and are rotatable.
[0059]
A second spherical bearing 2b and a third spherical bearing 2c are attached to both ends of the first a link 21a and the first b link 21b and the second a link 22a and the second b link 22b, respectively. The point that the rod 3 is attached via the third spherical bearing 2c is the same as in the first embodiment.
[0060]
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the motor 23a with a speed reducer as the first X-axis drive means drives the first a link 21a via the first rotation axis X4a, The second motor 23b with a speed reducer as the X-axis drive means drives the second b link 22b via the second rotation axis X4b, and the motor 24a with a speed reducer as the first Y-axis drive means is the first The first outer frame 7a is driven via the rotation axis Y6a, and the motor 24b with a speed reducer as the second Y-axis drive means drives the second outer frame 7b via the second rotation axis Y6b. To do.
[0061]
The motor is driven as follows, for example. When driving the motor 23a with a speed reducer to apply torque to the first rotation axis X4a to rotate the antenna 1, a small reverse torque is applied to the motor 23b with a speed reducer.
[0062]
In the gimbal mechanism of the present embodiment, the first inner frame and the second inner frame are separated into two parts with the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b being separated, and each of the two separated The inner frames 21a, 21b, 22a, 22b rotate independently around the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b with respect to the first outer frame 7a and the second outer frame 7b, respectively. Move. Therefore, it is possible to reduce the difficulty of assembling due to dimensional errors of parts.
[0063]
As the X-axis driving means, a first X-axis driving hand that rotates the first rotating shaft X4a.SteppedA second X-axis driving hand that rotationally drives the second rotation axis X4bSteppedA second X-axis drive handStageFirst X-axis drive handSteppedA first Y-axis driving hand that applies torque in the opposite direction and rotationally drives the first rotational axis Y6a as Y-axis driving means.SteppedSecond Y-axis driving hand for driving to rotate the second rotation axis Y6bSteppedSecond Y-axis drive handStageFirst Y-axis drive handSteppedApply torque in the opposite direction. Therefore, it is possible to reduce the play of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft.
[0064]
That is, the gimbal mechanism of the present embodiment is configured as described above, so that even if there is a backlash in the motor speed reducer, the backlash is canceled out by reverse torque. The rotation angle of the antenna is uniquely determined with respect to the detected rotation angle, and there is no backlash with respect to the movement.
[0065]
In the present embodiment, an example using a motor with a reduction gear has been described, but a motor such as a direct drive motor or an ultrasonic motor may be used. Further, it may be driven by using a spherical motor instead of the spherical bearing.
[0066]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is an explanatory view showing a state in which the backlash of the spherical bearing showing the third embodiment of the gimbal mechanism of the present invention is cancelled. The configuration of the present embodiment is the same as that of the second embodiment. However, with respect to the spherical bearings, some of the spherical bearings with no play are used, and the remaining spherical bearings with the play remaining are used.
[0067]
This will be described below with reference to FIG. In FIG. 9, for the sake of explanation, only spherical bearings and rods are extracted and simplified. In FIG. 9, reference numeral 31 denotes an inner frame or an outer frame in the first embodiment or a link in the second embodiment. Here, it is called a link. Reference numeral 32 denotes a rotation axis X or a rotation axis Y. Here, it is called a rotation axis. Reference numerals 33, 34, 37, 38, 40, and 41 are spherical bearings. Reference numerals 35, 36, 42 and 43 denote rods. Reference numeral 39 denotes an antenna mounting surface, and the antenna is not shown.
[0068]
The link 31 is rotatable around a rotation shaft 32 and is driven to rotate by a driving means (not shown). Similar to the case of the second embodiment, the link on the opposite side (not shown) is applied with a torque opposite to that of the link 31 by another driving means.
[0069]
Each spherical bearing has a housing attached to the link or antenna mounting surface and a sun sphere (a large sphere that fits in the spherical bearing housing) attached to the rod. Reference numerals 33a and 34a denote housings, which are attached to both ends of the link 31, respectively.
[0070]
On the other hand, 33b and 34b are sun spheres, which are attached to rods 35 and 36, respectively. The spherical bearings 33 and 34 attached to the link are made with a backlash between the housing and the sun sphere, and the spherical bearings 37, 38, 40 and 41 attached to the antenna mounting surface eliminate the backlash. Are made. The adjustment of the backlash is performed, for example, by adjusting the pressure applied when assembling the spherical bearing.
[0071]
Next, the operation will be described. Consider a case where clockwise torque is applied to the link 31 as shown by an arrow as shown in FIG. At this time, since the spherical bearings 33 and 34 have backlash, the housing 33a of the spherical bearing 33 moves downward with respect to the sun sphere 33b, and the housing 34a of the spherical bearing 34 moves upward with respect to the sun sphere 34b. Move to.
[0072]
When the housing comes into contact with the sun sphere by this movement, as shown by the arrow A in the figure, the rod 35 attached to the sun sphere 33b has a downward force in the figure, and the rod 36 attached to the sun sphere 34b has the arrow in the figure. As shown in B, upward force is applied. For this reason, a moment is generated in the clockwise direction in the figure on the antenna mounting surface 39.
[0073]
On the other hand, a reverse torque is applied to the link on the opposite side (not shown), so that the rod 42 has an upward force as shown by an arrow C in the drawing, and the rod 43 has a drawing as shown by an arrow D in the drawing. A downward force is applied. Here, since the spherical bearings 37, 38, 40, and 41 attached to the antenna attachment surface are free of backlash, the angle of the antenna attachment surface is uniquely determined with respect to the angle of the rotation shaft 32.
[0074]
That is, the gimbal mechanism according to the present embodiment takes measures to eliminate backlash from at least one predetermined spherical bearing among the plurality of first, second, and third spherical bearings, and the remaining spherical bearings have backlash. No measures are taken to eliminate loss, so even if there is a dimensional error during processing of the link or rod, parts will not be twisted or deformed during assembly, and assembly will not be difficult. However, the parts are not twisted or deformed, and the backlash of the spherical bearing is canceled out, so the rotation angle of the antenna is uniquely determined with respect to the rotation angle detected by the motor detector, and the speed reducer Since this is also deleted, the rotation angle of the antenna is uniquely determined with respect to the rotation angle detected by the motor detector.
[0075]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing the joint mechanism of the present invention. The joint mechanism of the present embodiment has a configuration in which two sets of the two-dimensional link mechanism shown in, for example, FIG.
[0076]
In FIG. 10, 51 is a first base, 52 is a motor with a reduction gear (first rotation shaft), and 53 is a first rotation shaft. The motor 52 with a reduction gear and the first rotation shaft 53 are erected on the first base 51 in parallel. Reference numeral 54 denotes a first link, which corresponds to the inner frame 5 in FIG. The two first links 54 are attached to a motor 52 with a speed reducer and a first rotating shaft 53, are in a relationship of parallel links, and are rotatable.
[0077]
Reference numeral 55 denotes a first rod, and reference numeral 56 denotes a shaft. The two first rods 55 are pivotally attached to both ends of the first link 54 via a shaft 56 to constitute a parallel link. In the first link 54, the distance between the line connecting the shafts 56 at both ends of the link and the first rotation shaft 53 is separated by a distance d. A bearing block 57 corresponds to the antenna 1 in FIG. 2 of the first embodiment, and is connected to the tip of the first rod 55 via the shaft 56.
[0078]
With this configuration, the bearing block 57 rotates about an axis parallel to the motor 52 with a speed reducer, the first rotation shaft 53, the shaft 56, and the like around a virtual rotation center c with respect to the first base 51. To do.
[0079]
On the other hand, a similar link is attached to the opposite side of the bearing block 57 so that the surface moving with the first link 54 and the first rod 55 is orthogonal or substantially orthogonal. Two second rods 58 are rotatably attached to the bearing block 57. Between the two second rods 58, two second links 59 are attached so as to be rotatable around an axis 60. The second rod 58 and the second link 59 constitute a parallel link. is doing. A motor 61 with a reduction gear (second rotation shaft) and a second rotation shaft 62 are attached to the central shaft of the second link 59, respectively. 62 is erected on the base 63 in parallel.
[0080]
With this configuration, the second base 63 rotates about a virtual rotation center c with respect to the bearing block 57 around an axis parallel to the motor 61 with a reduction gear, the second rotation shaft 62, the shaft 60, and the like. Move.
[0081]
With the above configuration, the second base 63 provided on the opposite side to the first base 51 is vertically and horizontally around the virtual rotation center c, that is, around two axes orthogonal to the longitudinal direction of the arm. It can rotate freely. Since the bearing block 57 can have a hollow structure, a cable or the like (not shown) can be passed therethrough. If the distance d is not 0, the parallel link formed by the first link 54 and the first rod 55 and the parallel link formed by the second link 59 and the second rod 58 have a dead point in principle. There is an advantage of not.
[0082]
Next, FIG. 11 is an explanatory diagram when the joint mechanism of FIG. 10 is applied to the shoulder joint of a humanoid robot. Elements 51 to 63 in each part in the figure are the same as those in FIG. In the figure, 65 is a torso of a humanoid robot, 66 is an elbow, and 67 is a second arm (forearm).
[0083]
The first base 51 is fixed to the shoulder of the robot. A motor 52 with a reduction gear (not shown) and the first rotation shaft 53 in FIG. 10 are fixed horizontally and parallel to the shoulder of the robot. The two first links 54 are attached to a motor 52 with a speed reducer and a first rotation shaft 53, and are driven to rotate in a vertical plane with respect to the shoulder of the robot by the motor 52 with a speed reducer and move up and down. . At this time, the movement of the first link 54 is transmitted to the bearing block 57 by the two first rods 55, and the bearing block 57 is moved in the vertical plane around the virtual rotation center inside the bearing block 57. Move up and down. The bearing block 57 has a hollow structure inside, and allows the cable 64 to pass therethrough.
[0084]
Two second rods 58 are rotatably attached to the bearing block 57 in a horizontal plane. Between the two second rods 58, two second links 59 are attached via a vertical shaft 60 so as to be rotatable in a horizontal plane. The two second links 59 are attached to the motor 61 with a speed reducer and the second rotating shaft 62 at the center. The motor 61 with a speed reducer and the second rotating shaft 62 are attached to the second base 63 in a perpendicular and parallel manner. The first base 51 to the second base 63 form the first arm (upper arm) of the humanoid robot. When the second link 59 is rotationally driven in the horizontal plane by the motor 61 with a speed reducer, the second base 63 is around the virtual rotational center inside the bearing block 57 in the horizontal plane with respect to the bearing block 57. Rotate back and forth as seen from the robot.
[0085]
As a result of the above movement, the first arm of the humanoid robot rotates around the virtual center of rotation inside the bearing block 57 up and down, front and rear, that is, around the axis orthogonal to the longitudinal direction of the arm. It is free to move. Since the humanoid robot according to the present embodiment is configured as described above, there is an advantage that there is no singular point related to the posture of the shoulder unlike the conventional humanoid robot.
[0086]
Further, since the bearing block 57 can be made hollow, there is an advantage that the cable 64 can be passed therethrough. In addition, the bearing block 57 has a virtual center of rotation, and the cable can be passed near this center. Therefore, when the shoulder joint is bent or stretched, the cable can be pulled tightly or slackened. This reduces the burden on the cable, which is advantageous in that the cable is hard to break and the life of the cable is not shortened.
[0087]
In addition, although the axis | shaft which moves a 1st arm up and down is arrange | positioned to the trunk | drum side and the axis | shaft which moves back and forth is arranged on the arm side, the reverse may be sufficient. Further, the two axes may be directions in which the respective axes are rotated around the longitudinal axis of the arm instead of the vertical direction and the front-rear direction with respect to the body, and the relationship between the two axes is not orthogonal but substantially orthogonal. May be. Further, although the shaft driven by the motor with a speed reducer is the first link 54 and the second link 59 on the side close to the bearing block 57, it may be a link on the far side or a side near the far side. Both may be used. Further, the drive source may be other types of motors such as a direct drive motor and an ultrasonic motor instead of a motor with a reduction gear.
[0088]
For this reason, the joint mechanism according to the present embodiment is a joint mechanism used on the shoulder or wrist of the robot, and stands on the first base 51 and the first base 51 provided on the body side of the robot. Two parallel first rotary shafts 52 and 53, and two first rotary shafts 52 and 53, each of which is rotatably supported at the center and arranged in parallel to each other. One link 54 and two first links 54 are rotatably connected to each other so that two first rods 55 are parallel to each other, and both end portions on one side are connected to one end of the two first rods 55. A bearing block 57 that is pivotally connected to each other, and two second rods 58, 2 that are arranged so that one end thereof is pivotally connected to and parallel to each other at both ends of the bearing block 57, respectively. Both ends of the second rod 58 of the book are pivotally connected to each other. The two second links 59 that are parallel to each other, two parallel second rotating shafts 61 and 62 that are erected at the center of the second link 59, and the second rotating shafts 61 and 62 A second base 63 connected to the first link 54, the first rod 55, and the bearing block 57, and the bearing block 57, the second rod 58, and the second link 59 are parallel links. None, the first link 54 and the first rotation shafts 52 and 53, and the second rotation shafts 61 and 62 and the second link 59 are substantially orthogonal to each other.
[0089]
Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, the center of rotation of the joint for two axes orthogonal to the longitudinal direction of the arm can be placed at an arbitrary position inside or near the bearing block, and the dead point of the parallel link is The cable can be passed near the rotation center of the joint inside the bearing block.
[0090]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram when applied to the wrist of a robot arm showing a fifth embodiment of the gimbal mechanism of the present invention. FIG. 13 is an explanatory view showing the vicinity of the second arm in an enlarged manner. In the present embodiment, in the 6-DOF vertical articulated robot arm often used in the industrial field, the wrist swinging axis and the swinging axis are described in the first embodiment out of the wrist degrees of freedom. This is achieved using a gimbal mechanism. The degree of freedom in twisting the wrist is realized by placing a motor and a speed reducer on the surface of the antenna 1 in the first embodiment. The virtual rotation center of the gimbal mechanism is placed on the grip part of the robot hand.
[0091]
12 and 13, reference numeral 71 denotes a robot base, 72 denotes a robot body, 73 denotes a first arm, and 74 denotes a second arm. The robot base 71 to the second arm 74 have the same structure as a normal 6-DOF vertical articulated robot arm.
[0092]
Reference numeral 75 denotes a motor with a speed reducer for swinging the robot wrist from side to side, and corresponds to the motor 24a or 24b with a speed reducer in FIG. Reference numeral 76 denotes an outer frame that is rotationally driven by a motor 75 with a speed reducer and corresponds to 7a and 7b in FIG. Reference numeral 77 denotes a motor with a speed reducer for swinging the robot wrist up and down, and corresponds to the motor 23a or 23b with a speed reducer in FIG.
[0093]
Reference numeral 78 denotes an inner frame, which is rotationally driven by a motor 77 with a speed reducer around an axis orthogonal to the outer frame, and corresponds to 4a and 4b in FIG. 1 or 21a and 21b and 22a and 22b in FIG. Reference numeral 79 denotes a rod, which corresponds to the rod 3 in FIG. Reference numeral 80 denotes a motor with a speed reducer, which is attached to the mounting surface of the antenna 1 in FIG. 1 and rotationally drives the twist shaft of the wrist.
[0094]
Further, 81 is a robot hand, which is attached to the mounting surface of the antenna 1 in FIG. 1 and holds a workpiece (not shown). Reference numeral 82 denotes a cable, specifically a cable for the motor 80 with a reduction gear and an air tube for opening and closing the robot hand 81. Further, c is a virtual rotation center, which corresponds to c in FIG. 2, and a workpiece (not shown) held by the hand can be rotated around this point.
[0095]
Thus, in the gimbal mechanism of the present embodiment, the base is fixed to the robot arm, and the object is a robot hand. Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, and an arbitrary point outside the joint can be set as a rotation center for two axes orthogonal to the arm longitudinal direction.
[0096]
Further, even if the posture of the object held by the robot hand is changed, it is not necessary to move the axis other than the wrist of the robot arm.
[0097]
Further, since the central portion of the gimbal mechanism has a space as shown in the description of the first embodiment and as shown in FIG. 7, as shown in FIG. 13, the cable and the robot of the motor 80 with a reducer of the wrist twist axis are used. There is an advantage that a cable 82 such as an air tube for opening and closing the hand can be passed. Furthermore, since a cable or the like can be passed near the virtual rotation center c, it is less likely that the cable will be tightly pulled or slackened when the wrist is bent or stretched, reducing the burden on the cable. Since this is possible, there is an advantage that the cable is not easily broken and the life of the cable is not shortened.
[0098]
In addition, although the example which implement | achieves right-and-left rotation in the outer side frame 76 and the up-down rotation in the inner side frame 77 was described, conversely, it is good also as up-down rotation in the outer side frame 76, and right-and-left rotation in the inner side frame 77. . Although an example in which the present invention is applied to a six-degree-of-freedom vertical articulated robot is shown here, the present invention may be applied to a robot arm having another joint configuration such as a horizontal articulated type. Moreover, although the example applied to the wrist of a robot was shown, you may apply to other joints, such as a robot's shoulder axis. In addition, an example of attaching a robot hand to the wrist and passing an air tube for opening and closing the robot hand through the center part of the gimbal mechanism has been shown, but this is applied to a painting robot and a spray gun for painting is attached to the wrist and sprayed. The tube may be passed through a gimbal mechanism. In this case, since the motor can be arranged at a distance from the spray gun, there is an explosion-proof effect.
[0099]
Further, the present invention may be applied to a welding robot or a soldering robot, and a torch or a soldering iron may be attached to the wrist and the power cable may be passed through the gimbal mechanism. In this case, if the tip of the torch or soldering iron is made to coincide with the virtual rotation center c of the gimbal mechanism, it is not necessary to move the other axis of the robot arm even if the posture is changed. There is an advantage of becoming.
[0100]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 14 is a perspective view when applied to a pan head showing Embodiment 6 of the gimbal mechanism of the present invention. The camera platform of the present embodiment has a configuration in which a camera is attached to a portion corresponding to the antenna in the first embodiment or the like and the head of the camera is shaken.
[0101]
In FIG. 14, reference numeral 101 denotes a camera, which faces upward in the figure. The gimbal mechanism of the present embodiment is connected to the frame body 112 to which the camera 101 is attached, the four first spherical bearings 102a attached to the four corners of the frame body 112, and one end to the first spherical bearing 102a. Four rods 103, four second spherical bearings 102b attached to substantially the center of the four rods 103, and four third spherical bearings 102c attached to the other end of the four rods 103. have.
[0102]
The gimbal mechanism is attached to the center of the first outer frame 107a and the first outer frame 107a having a square shape connected to the approximate center of the four rods 103 via the second spherical bearing 102b. 1st rotation axis Y106a, 1st rotation axis of the 1st inner side frame 105a which can be rotated to the 1st outer side frame 107a via the 1st rotation axis Y106a, and the 1st rotation axis of the 1st inner side frame 105a A first rotation axis X104a attached to a surface orthogonal to Y106a, and a base 108 to which the first inner frame 105a is rotatably attached via the first rotation axis X104a.
[0103]
Furthermore, the gimbal mechanism is attached to the center of the square-shaped second outer frame 107b and the first outer frame 107b connected to the other ends of the four rods 103 via the third spherical bearing 102c. 2nd rotation axis | shaft Y106b, 2nd rotation axis | shaft of 2nd inner side frame 105b which can be rotated with respect to 2nd outer side frame 107b via 2nd rotation axis | shaft Y106b, 2nd rotation axis | shaft of 2nd inner side frame 105b It has the 2nd rotation axis | shaft X104b attached to the surface orthogonal to Y106b.
[0104]
The gimbal mechanism detects the angle of the X-axis driving means (not shown) that is attached to the base 108 and drives the first inner frame 105a around the first rotation axis X104a, and the angle of the first rotation axis X104a. An X-axis detecting means (not shown), the first inner frame 105a or the first outer frame 107a is attached to the first outer frame 107a with respect to the first inner frame 105a around the first rotation axis Y106a. Y-axis drive means (not shown) for driving the motor, Y-axis detection means for detecting the angle of the first rotation axis Y106a, and a control device (not shown).
[0105]
Next, the positional relationship of each component will be described. In Embodiment 1 and the like, there is a base on the outside, an outer frame on the inside of the base, an inner frame on the inner side, and a rod attached to the inner frame. There is an inner frame on the outer side of the base, an outer frame on the outer side, and a rod is attached to the outer frame. This structure allows a large space for mounting the camera on the frame.
[0106]
The four rods 103 are always parallel to each other.
Further, the first rotation axis X104a and the second rotation axis X104b, and the first rotation axis Y106a and the second rotation axis Y106b maintain a parallel relationship.
[0107]
The first rotation axis X104a and the first rotation axis Y106a, and the second rotation axis X104b and the second rotation axis Y106b each intersect at one point, and the first outer frame 107a and the first rotation axis The inner frame 105a, the second outer frame 107b, and the second inner frame 105b each have a gimbal structure.
[0108]
Four spherical bearings 102a of the frame 112, four second spherical bearings 102b attached to the first outer frame 107a, and four third spherical bearings 102c attached to the second outer frame 107b. The four positions of the three sets of spherical bearings are similar to each other.
[0109]
From the above relationship, the frame body 112, the first inner frame 105a, and the second inner frame 105b have a parallel link relationship, and the frame body 112, the first outer frame 107a, and the second outer frame 107b are also parallel. It becomes a link relationship.
[0110]
Furthermore, four second spherical bearings 102b attached to the first outer frame 107a, five points formed by intersections of the first rotation axis X104a and the first rotation axis Y 106a, and the second outer frame The positions of the five points formed by the intersections of the four third spherical bearings 102c attached to the 107b, the second rotation axis X104b, and the second rotation axis Y106b are similar to each other. The intersection of the first rotation axis X104a and the first rotation axis Y106a with respect to the figure composed of the two spherical bearings 102b is separated by a predetermined distance d, and the lower four third spherical surfaces The intersection of the second rotation axis X104b and the second rotation axis Y106b is separated by the same distance d with respect to the figure composed of the bearing 102c.
[0111]
Similarly, let c be the point that is the same distance away from the figure composed of the upper four spherical bearings 102a. The description of the movement is the same as the description of FIG. 2 and FIG. Eventually, the camera 101 and the frame 112 rotate around the virtual rotation center c.
[0112]
As described above, in the gimbal mechanism of the present embodiment, the object is the camera 101. Therefore, the principal point of the lens of the camera 101 can coincide with the center of rotation of pan and tilt, and when pan / tilt is performed, no parallax occurs and the screen is not distorted, so a beautiful panoramic image can be obtained.
[0113]
The pan head realized in this way can be used by attaching it to a place that requires inspection or monitoring, or it can be continuously inspected while the carriage moves along the rail as shown in FIG. It can be used by being attached to a mobile inspection robot or attached to a mobile inspection robot that inspects the inner wall of the pipe while moving in the pipe.
[0114]
And since it is not necessary to arrange | position the flame | frame and bearing for supporting and rotating a camera to the side of the camera or the upper and lower sides, when it applies to a mobile inspection robot, there exists an advantage that a cross-sectional area can be made small.
[0115]
The camera lens has a point called a principal point through which all light passes. This point corresponds to a pinhole in a pinhole camera. If this principal point coincides with the point c, the camera swings its head in the pan (horizontal) and tilt (vertical) directions around the virtual rotation center c, and at this time, the principal point does not translate. By rotating the camera in this manner, there is an effect that an ideal panoramic image can be obtained because no parallax occurs.
[0116]
If the camera is connected to the camera 101 through a cable such as a camera inside the base 108, there is an effect that the cable is not overwhelmed.
[0117]
A camera may be attached to the portion of the antenna 1 in FIG. 1 of the first embodiment, and the same effect is obtained. Conversely, the antenna 1 of the first embodiment may be attached to the frame body 112 of FIG. 14 of the present embodiment.
[0118]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 15 is a side view when applied to an inspection camera apparatus showing Embodiment 7 of the gimbal mechanism of the present invention. In the inspection camera device of this embodiment, the surroundings can be monitored by installing the camera so that the antenna in the first embodiment or the like is an upward-facing reflector and facing the antenna, and swinging the reflector around two axes. It has a configuration.
[0119]
In FIG. 15, 121 is a reflecting plate whose upper surface is reflected, 122 is a spherical bearing, 123 is a rod, 124 is a rotation axis X, 125 is an inner frame, 126 is a rotation axis Y, 127 is an outer frame, 128 is a base, Reference numeral 129 denotes a camera attached downward, and reference numeral 130 denotes a column for attaching the camera.
[0120]
The □ -shaped outer frame 127 is attached to the base 128 so as to be rotatable about the rotation axis Y126, and the □ -shaped inner frame 125 is rotated about the rotation axis X124 relative to the outer frame 127. It is pivotally attached. A rod 123 is attached to the inner frame 125 via a spherical bearing 122, and a reflecting mirror 121 is attached to the tip of the rod 123 via a spherical bearing 122.
[0121]
A hole is formed in the center of the reflecting mirror 121, and a pillar 130 stands on the base 128. Like the radiator of FIG. 7, the hole extends through the hole of the reflecting mirror 121, and at the tip. A camera 129 is attached. The outer frame 127 and the inner frame 125 are respectively driven to rotate by a rotating means (not shown), and the angles thereof are detected by an angle detecting means (not shown) and controlled by a control device (not shown).
[0122]
Since the geometric configuration of each component in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, the reflecting plate 121 is rotatable around a virtual rotation center on the central upper surface.
[0123]
The camera 129 captures an image reflected on the reflection plate 121. When the reflecting plate 121 is tilted 45 degrees with respect to the surface formed by the rotation axis X124 and the rotation axis Y126, the camera 129 can capture a horizontal direction (a direction parallel to the rotation axis X124 and the like). For this reason, in this inspection camera apparatus, the hemispherical visual field above the apparatus can be obtained. You may monitor by attaching this apparatus so that it may hang from a ceiling in the reverse direction.
[0124]
That is, in the gimbal mechanism of the present embodiment, the object is the reflecting plate 121, the column 130 that passes through the center of the reflecting plate 121 is further provided, and the inspection camera 129 faces the reflecting plate 121 at the tip of the column 130. Is attached. Therefore, a hemispherical field of view can be obtained by rotating the reflecting plate 121 around two axes.
[0125]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 16 is a perspective view when applied to an operation mechanism showing Embodiment 8 of the gimbal mechanism of the present invention. In the operation mechanism of the present embodiment, a grip that is gripped with a hand is provided at a portion corresponding to the antenna in the first embodiment and the like, and an angle is presented by tilting it around two axes.
[0126]
In FIG. 16, 141 is a grip, 142 is a spherical bearing, 143 is a rod, 144 is a rotation axis X, 145 is an inner frame, 146 is a rotation axis Y, 147 is an outer frame, 148 is a base, and 149 is a frame. is there. Further, c is a virtual center of rotation inside the grip 141. Further, an angle detection means (not shown) for detecting the angle between the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 is attached to the base 148, the inner frame 145 or the outer frame 147. Further, there is provided a control device (not shown) that takes in the angle detected by the angle detection means and outputs a command value to another robot or computer.
[0127]
The dimensional relationship, configuration, and movement of the link of this operation mechanism are omitted because they are almost the same as the pan head of the sixth embodiment. In the operation mechanism of the present embodiment, a person grips the grip 141 and gives an angle around an axis parallel to the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 around the point c by tilting the wrist. Since the center of rotation c is inside the grip 141, the human will tilt the angle of what is in the hand around the two axes, and even if tilted at this time, the center of rotation c does not move. There is an advantage that the operation is easy to understand intuitively.
[0128]
Further, the operating mechanism may be attached to a human arm in an exoskeleton shape to detect the wrist angle. Furthermore, a ring-shaped bearing is attached to the frame body 149 so that the grip 141 rotates therein, and the rotation angle around the rotation axis Z orthogonal to the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 is detected. You may be able to do it.
[0129]
In FIG. 16, as in FIG. 14, the base 148 is on the inside and the rod 143 is on the outside of the outer frame 147. However, as shown in FIG. 1, the base is on the outside and the rod is on the inside. Also good.
[0130]
In FIG. 16, the human arm is provided inside the operation mechanism. However, the operation mechanism may be placed on a desk or the like so that the human can grasp the grip from above.
[0131]
Further, the angle between the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 is detected, but a motor may be attached to these axes so that the operation reaction force can be returned to the human.
[0132]
【The invention's effect】
The gimbal mechanism according to the present invention is a gimbal mechanism that rotates the angle of the object around two rotation axes that are orthogonal to each other, and includes at least three first spherical bearings attached to the back surface of the object and one end thereof. At least three rods connected to the first spherical bearing, at least three second spherical bearings attached to substantially the center of each of the three rods, and the other end of each of the three rods, respectively. Connected to at least three third spherical bearings attached and three second spherical bearings, and has a first rotation axis X at substantially the center of two opposing sides.FirstA first rotation that is pivotably connected to the first inner frame via a first rotation axis X and is substantially perpendicular to the first rotation axis X at the center of two opposing sides. Like the square-shaped first outer frame having the axis Y and the first inner frame, the first rotation shaft is connected to the three third spherical bearings and is substantially centered on the two opposite sides. Has a second pivot axis X parallel to XFirstAs with the second inner frame and the first outer frame, the second inner frame is pivotably connected to the second inner frame via the second pivot shaft X, and the first pivot shaft is located at the approximate center of the two opposite sides. A square-shaped second outer frame, first outer frame, and second outer frame having a second rotation axis Y parallel to Y are used as the first rotation axis Y and the second rotation axis. A base supported via Y, an X-axis drive means for rotationally driving the first rotational axis X or the second rotational axis X, and the first rotational axis Y or the second rotational axis Y. Y-axis drive means for driving, X-axis detection means for detecting the angle of the first rotation axis X or the second rotation axis X, and the first rotation axis Y or the second rotation axis Y. Y-axis detection means for detecting the angle is provided, and the three rods are parallel to each other, and the first rotation axis X and the first rotation axis Y, and the second rotation axis X and the second rotation. Axis Y Intersect at respective one point, the position of the three first spherical bearing, the position of the three second spherical bearings, each of the three figures position to form the location of the three third spherical bearing one anotherSame shapeFurthermore, a figure formed by four positions of the positions of the three second spherical bearings and the intersection of the first rotation axis X and the first rotation axis Y, and the three third spherical surfaces The figure formed by the four positions of the position of the bearing and the intersection position of the second rotation axis X and the second rotation axis Y isSame shapeMake. Therefore, the object can be rotated around a virtual rotation axis that passes through a point on the object surface.
[0133]
Further, the first inner frame and the second inner frame are separated into two parts with the first rotation axis Y and the second rotation axis Y being separated, and each of the two separated inner frames is respectively Rotate independently about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame. Therefore, it is possible to reduce the difficulty of assembling due to dimensional errors of parts.
[0134]
The X-axis drive means includes a first X-axis drive means for driving the first rotation axis X and a second X-axis drive means for rotating the second rotation axis X. The second X-axis drive unit applies torque in the opposite direction to the first X-axis drive unit, and the Y-axis drive unit rotates the first rotation axis Y. And second Y-axis drive means for rotationally driving the second rotation axis Y, and the second Y-axis drive means applies torque in the opposite direction to the first Y-axis drive means. Therefore, it is possible to reduce the play of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft.
[0135]
Further, a measure is taken to eliminate backlash in at least one predetermined spherical bearing among the plurality of first, second and third spherical bearings.It was.Therefore, it is possible to reduce the backlash of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft, and to facilitate the assembly process.
[0136]
The object is an antenna or a reflecting mirror. Therefore, the antenna surface can be rotated around a virtual rotation axis that passes through a point on the antenna surface, so that interference between the antenna and a radiator passing through the center of the antenna or a radome around the antenna can be avoided. By taking the maximum, the decrease in gain can be reduced.
[0137]
The base is fixed to the robot arm, and the object is a robot hand. Therefore, a singular point of the joint can be eliminated, an arbitrary point outside the joint can be set as a rotation center for two axes orthogonal to the longitudinal direction of the arm, and a cable or the like can be passed through the joint.
[0138]
The object is a camera. Therefore, the principal point of the camera lens can be made to coincide with the rotation center of panning and tilting, and when panning and tilting, the parallax does not occur and the screen is not distorted, so a beautiful panoramic image can be obtained.
[0139]
Further, the object is a reflector, and a column penetrating the center of the reflector is further provided, and an inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflector. Therefore, a hemispherical field of view can be obtained by rotating the reflecting plate about two axes.
[0140]
Further, the object is a grip, and the posture is presented by operating the grip. Therefore, a virtual rotation center can be placed inside the grip, and an intuitive angle presentation operation can be performed.
[0141]
Furthermore, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism used for the shoulder or wrist of the robot, and includes a first base provided on the body side of the robot and two parallel erected on the first base. A first pivot shaft, a first pivot shaft, and a center between the first pivot shaft and the first pivot shaft. The two first links and the first links are arranged so as to be parallel to each other. Two first rods that are rotatably connected and parallel to each other, a bearing block in which one end of each side is rotatably connected to one end of each of the two first rods, and the other side of the bearing block Both ends of the two rods are pivotally connected to each other and arranged parallel to each other, and the two second rods are both pivotally connected to each other and parallel to each other. The two second links forming the center, standing up in the center of the second link, Perpendicular to the axial direction of the first rotation axisA first link having two parallel second rotation shafts and a second base connected to the second rotation shafts;,First rod, bearing block, bearing block, second rodDoAnd the second links are each parallel links,The second base is parallel to each of the first rotation shaft and the second rotation shaft with respect to the first base, and is rotatable about two axes orthogonal to each other in the bearing block.Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, the center of rotation of the joint for two axes orthogonal to the longitudinal direction of the arm can be placed at an arbitrary position inside or near the bearing block, and the dead point of the parallel link is The cable can be passed near the rotation center of the joint inside the bearing block.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a gimbal mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the movement of a gimbal mechanism.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the movement of a gimbal mechanism.
FIG. 4 is a perspective view for explaining the overall movement of the gimbal mechanism.
FIG. 5 is a perspective view for explaining the overall movement of the gimbal mechanism.
FIG. 6 is a perspective view for explaining the overall movement of the gimbal mechanism.
FIG. 7 is a perspective view of a gimbal mechanism showing a state in which a radiator penetrating a hole formed in the center of the antenna is provided.
FIG. 8 is a perspective view showing Embodiment 2 of the gimbal mechanism of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing a state in which the backlash of the spherical bearing showing the third embodiment of the gimbal mechanism of the present invention is canceled.
FIG. 10 is a perspective view showing a joint mechanism of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram when the joint mechanism of FIG. 10 is applied to a shoulder joint of a humanoid robot;
FIG. 12 is an explanatory diagram when applied to a wrist of a robot arm showing a fifth embodiment of the gimbal mechanism of the present invention.
13 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the vicinity of a second arm of the robot arm of FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a perspective view when applied to a pan / tilt head showing a sixth embodiment of the gimbal mechanism of the present invention.
FIG. 15 is a side view when applied to an inspection camera device showing a seventh embodiment of the gimbal mechanism of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view when applied to an operating mechanism showing an eighth embodiment of the gimbal mechanism of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an antenna directing device as an example using a conventional general gimbal mechanism.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a pointing tracking device using a conventional general gimbal mechanism.
FIG. 19 is a front view showing an example of an arm structure of a conventional humanoid work robot.
FIG. 20 is a perspective view of a conventional general 6-DOF vertical articulated robot.
21 is a structural diagram of an example of a three-degree-of-freedom robot wrist in which a broken line H portion in FIG. 20 is enlarged.
FIG. 22 is a schematic diagram of a wrist device for a conventional industrial robot.
FIG. 23 is a front view showing an example of a conventional mobile inspection robot and a pan head used therefor.
FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example of a conventional joystick-type operation mechanism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna, 2a 1st spherical bearing, 2b 2nd spherical bearing, 2c 3rd spherical bearing, 3 rod, 4a 1st rotational axis X, 4b 2nd rotational axis X, 5a 1st inner side Frame, 5b second inner frame, 6a first rotation axis Y, 6b second rotation axis Y, 7a first outer frame, 7b second outer frame, 8 base, 51 first base, 52 motor with first reduction gear (first rotation shaft), 53 first rotation shaft, 54 first link, 55 first rod, 57 bearing block, 58 second rod, 59 second link, 61 a motor with a reduction gear (second rotating shaft), 62 second rotating shaft, 63 second base.

Claims (10)

対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジンバル機構であって、
前記対象物の裏面に取り付けた少なくとも３個の第１の球面軸受け、
一端を前記第１の球面軸受けに接続された少なくとも３本のロッド、
前記３本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第２の球面軸受け、
前記３本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも３個の第３の球面軸受け、
前記３個の第２の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に第１の回動軸Ｘを有する第１の内側フレーム、
前記第１の回動軸Ｘを介して前記第１の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと直交する第１の回動軸Ｙを有する□の字型の第１の外側フレーム、
前記第１の内側フレームと同様に、前記３個の第３の球面軸受けに接続され、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｘと平行な第２の回動軸Ｘを有する第２の内側フレーム、
前記第１の外側フレームと同様に、前記第２の回動軸Ｘを介して前記第２の内側フレームと回動自在につながり、対向する２辺の略中央に前記第１の回動軸Ｙと平行な第２の回動軸Ｙを有する□の字型の第２の外側フレーム、
前記第１の外側フレーム並びに前記第２の外側フレームを前記第１の回動軸Ｙ並びに前記第２の回動軸Ｙを介して支持するベース、
前記第１の回動軸Ｘまたは前記第２の回動軸Ｘを回動駆動するＸ軸駆動手段、
前記第１の回動軸Ｙまたは前記第２の回動軸Ｙを回動駆動するＹ軸駆動手段、
前記第１の回動軸Ｘまたは前記第２の回動軸Ｘの角度を検出するＸ軸検出手段、及び
前記第１の回動軸Ｙまたは前記第２の回動軸Ｙの角度を検出するＹ軸検出手段
を備え、
前記３本のロッドは互いに平行であり、
前記第１の回動軸Ｘと前記第１の回動軸Ｙ並びに前記第２の回動軸Ｘと前記第２の回動軸Ｙはそれぞれ１点で交差し、
前記３個の第１の球面軸受けの位置、前記３個の第２の球面軸受けの位置、前記３個の第３の球面軸受けの位置のそれぞれの３位置が形成する図形は互いに同一形状をなし、
更に、前記３個の第２の球面軸受けの位置と前記第１の回動軸Ｘ及び前記第１の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形と、前記３個の第３の球面軸受けの位置と前記第２の回動軸Ｘ及び前記第２の回動軸Ｙの交点位置の４位置が形成する図形は同一形状をなすことを特徴とするジンバル機構。A gimbal mechanism for rotating the angle of an object around two orthogonal rotation axes,
At least three first spherical bearings attached to the back surface of the object;
At least three rods having one end connected to the first spherical bearing;
At least three second spherical bearings respectively attached to substantially the center of each of the three rods;
At least three third spherical bearings respectively attached to the other end of each of the three rods;
A first inner frame connected to the three second spherical bearings and having a first rotation axis X at substantially the center of two opposing sides;
A first rotation axis Y that is rotatably connected to the first inner frame via the first rotation axis X, and is orthogonal to the first rotation axis X at substantially the center of two opposing sides. □ -shaped first outer frame having
Similarly to the first inner frame, a second rotation axis X that is connected to the three third spherical bearings and that is parallel to the first rotation axis X is provided at the approximate center of two opposing sides. A second inner frame having,
Similar to the first outer frame, the second rotation frame X is pivotably connected to the second inner frame, and the first rotation axis Y is located at substantially the center of two opposing sides. A second outer frame with a square shape having a second rotation axis Y parallel to the
A base for supporting the first outer frame and the second outer frame via the first rotation axis Y and the second rotation axis Y;
X-axis drive means for driving to rotate the first rotation axis X or the second rotation axis X;
Y-axis drive means for driving to rotate the first rotation axis Y or the second rotation axis Y;
X-axis detection means for detecting the angle of the first rotation axis X or the second rotation axis X, and detecting the angle of the first rotation axis Y or the second rotation axis Y Y-axis detection means,
The three rods are parallel to each other;
The first rotation axis X and the first rotation axis Y and the second rotation axis X and the second rotation axis Y intersect each other at one point,
The figures formed by the three positions of the three first spherical bearings, the three second spherical bearings, and the three third spherical bearings have the same shape. ,
Furthermore, the figure formed by the four positions of the position of the three second spherical bearings and the intersection of the first rotation axis X and the first rotation axis Y, and the three third The gimbal mechanism is characterized in that the figure formed by the four positions of the position of the spherical bearing and the intersection position of the second rotation axis X and the second rotation axis Y has the same shape. 前記第１の内側フレーム及び前記第２の内側フレームは、前記第１の回動軸Ｙ及び前記第２の回動軸Ｙを隔ててふたつに切り離され、該切り離された各々２個の内側フレームは、それぞれ前記第１の外側フレーム及び前記第２の外側フレームに対して前記第１の回動軸Ｘ及び前記第２の回動軸Ｘまわりに独立に回動する
ことを特徴とする請求項１に記載のジンバル機構。The first inner frame and the second inner frame are separated into two pieces with the first rotation axis Y and the second rotation axis Y being separated, and each of the two separated inner frames is separated. Are respectively rotated about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame, respectively. The gimbal mechanism according to 1. 前記Ｘ軸駆動手段は、前記第１の回動軸Ｘを回動駆動する第１のＸ軸駆動手段と前記第２の回動軸Ｘを回動駆動する第２のＸ軸駆動手段とを有し、前記第２のＸ軸駆動手段は前記第１のＸ軸駆動手段と反対方向にトルクを加え、前記Ｙ軸駆動手段は、前記第１の回動軸Ｙを回動駆動する第１のＹ軸駆動手段と前記第２の回動軸Ｙを回動駆動する第２のＹ軸駆動手段とを有し、前記第２のＹ軸駆動手段は前記第１のＹ軸駆動手段と反対方向にトルクを加える
ことを特徴とする請求項１または２に記載のジンバル機構。The X-axis driving means includes a first X-axis driving means for rotating the first rotation axis X and a second X-axis driving means for rotating the second rotation axis X. The second X-axis drive means applies torque in a direction opposite to that of the first X-axis drive means, and the Y-axis drive means rotates the first rotation axis Y. Y-axis driving means and second Y-axis driving means for rotationally driving the second rotational axis Y, and the second Y-axis driving means is opposite to the first Y-axis driving means. The gimbal mechanism according to claim 1, wherein torque is applied in a direction. 前記複数の第１、第２、第３の球面軸受けのうち、少なくとも１個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施したことを特徴とする請求項３に記載のジンバル機構。  4. The gimbal mechanism according to claim 3, wherein a measure for eliminating backlash is applied to at least one predetermined spherical bearing among the plurality of first, second, and third spherical bearings. 前記対象物がアンテナ或いは反射鏡である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。The gimbal mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the object is an antenna or a reflecting mirror. 前記ベースはロボットアームに固定され、前記対象物がロボットハンドである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。The gimbal mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the base is fixed to a robot arm, and the object is a robot hand. 前記対象物がカメラである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the object is a camera. 前記対象物が反射板であり、該反射板の中央を貫通する柱をさらに設け、該柱の先端に前記反射板と向き合うように点検カメラを取り付けた
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。5. The object according to claim 1, wherein the object is a reflecting plate, a column penetrating the center of the reflecting plate is further provided, and an inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflecting plate. A gimbal mechanism according to any one of the above. 前記対象物が握りであり、該握りを操作して姿勢を提示する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のジンバル機構。The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the object is a grip, and the posture is operated by operating the grip. ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であって、
前記ロボットの胴体側に設けられた第１のベース、
前記第１のベースに立設された２本の平行な第１の回動軸、
前記第１の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように配置された２枚の第１のリンク、
前記２枚の第１のリンク間を回動自在につなぎ互いに平行をなす２本の第１のロッド、
一側の両端部を前記２本の第１のロッドの一端にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック、
前記軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行となるように配置された２本の第２のロッド、
前記２本の第２のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす２枚の第２のリンク、
前記第２のリンクの中央に立設され、前記第１の回動軸の軸方向に対して垂直な２本の平行な第２の回動軸、
前記第２の回動軸に接続された第２のベース
とを備え、
前記第１のリンク、前記第１のロッド、及び前記軸受けブロック、並びに前記軸受けブロック、前記第２のロッド、及び前記第２のリンクは、各々平行リンクをなし、前記第２のベースは、前記第１のベースに対して、第１の回動軸及び第２の回動軸のそれぞれと平行であり、前記軸受けブロック内で直交する２軸まわりに回動自在である
ことを特徴とする関節機構。A joint mechanism used on the shoulders and wrists of robots,
A first base provided on the body side of the robot;
Two parallel first rotating shafts erected on the first base;
Two first links, each of which is rotatably supported at the center by the first rotation shaft and arranged in parallel with each other;
Two first rods rotatably connecting between the two first links and parallel to each other;
A bearing block in which both ends on one side are rotatably connected to one ends of the two first rods,
Two second rods, one end of which is rotatably connected to both end portions on the other side of the bearing block and arranged so as to be parallel to each other;
Two second links that are rotatably connected to both ends of the two second rods and are parallel to each other;
Two parallel second rotating shafts standing upright at the center of the second link and perpendicular to the axial direction of the first rotating shaft;
A second base connected to the second pivot shaft,
Said first link, said first rod, and the bearing block, and the bearing block, before Symbol second rod, and said second link, without each parallel link, said second base The first base is parallel to each of the first rotation shaft and the second rotation shaft, and is rotatable about two axes orthogonal to each other in the bearing block.
A joint mechanism characterized by that.
JP2001253009A 2001-08-23 2001-08-23 Gimbal mechanism and joint mechanism Expired - Fee Related JP3974353B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001253009A JP3974353B2 (en) 2001-08-23 2001-08-23 Gimbal mechanism and joint mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001253009A JP3974353B2 (en) 2001-08-23 2001-08-23 Gimbal mechanism and joint mechanism

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003069333A JP2003069333A (en) 2003-03-07
JP2003069333A5 JP2003069333A5 (en) 2007-04-19
JP3974353B2 true JP3974353B2 (en) 2007-09-12

Family

ID=19081398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001253009A Expired - Fee Related JP3974353B2 (en) 2001-08-23 2001-08-23 Gimbal mechanism and joint mechanism

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3974353B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1857230B1 (en) * 2006-02-01 2008-10-22 Honda Motor Co., Ltd Joint structure of robot
CN106876985B (en) * 2017-03-06 2023-08-01 中国电子科技集团公司第三十八研究所 Stable platform system of airborne dual-band antenna
CN112787070B (en) * 2021-01-26 2024-08-23 广东纳睿雷达科技股份有限公司 Phased array planar antenna near field test equipment
CN116593863B (en) * 2023-05-09 2023-12-22 上海捷策创电子科技有限公司 Locking device of slide rail type probe interface board for chip test

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003069333A (en) 2003-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5237887A (en) Straight line mechanism
US8322250B2 (en) Humanoid robot and shoulder joint assembly thereof
JP5499647B2 (en) Robot and robot system
US4805477A (en) Multiple joint robot part
US7597025B2 (en) Articulated robot
JP5239100B2 (en) Imaging surface position detection device and work robot including the same
JP6472854B1 (en) Work equipment
JP2007136590A (en) Control device and control method for redundant robot having redundant joint
JP2004291166A (en) Four degree-of-freedom parallel robot
JP3974353B2 (en) Gimbal mechanism and joint mechanism
JP2007144559A (en) Multi-articulated robot
JP2012192518A (en) Device and method for controlling redundant robot having redundant joint
JP6712114B2 (en) Link type articulated robot and robot system
JPH02237782A (en) Multiple armed robot
CN113733037B (en) Seven-degree-of-freedom master-slave isomorphic teleoperation master hand
JP5378966B2 (en) robot
JPH02133188A (en) Laser beam machining robot
JP3805560B2 (en) Robot equipment
JP5074021B2 (en) Work assistance device
JP5755715B2 (en) Robot control method
JPH04315589A (en) Articulated manipulator having seven degrees of freedom
JP4133843B2 (en) Industrial robot
JP6765249B2 (en) Industrial robot
JP4268035B2 (en) Industrial robot and control method thereof
JPS6327113B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051019

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070301

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070524

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070612

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070614

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120622

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130622

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees