JP5344402B2 - 3-DOF active rotary joint - Google Patents

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Abstract

An active rotation articulation with three degrees of freedom is provided with a rotating body (20) whereto a first link (10a) is connected; rotating actuators (100x, 100y, 100z) for the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, said rotating actuators (100x, 100y, 100z) being disposed in such a way that output shafts (101x, 101y, 101z) are directed toward the center of the rotating body (20) and intersect one another at right angles, resulting in the rotating body (20) being made to rotate; and movable bodies (110x, 110y, 110z) which support the output shafts (101x, 101y, 101z) of the rotating actuators (100x, 100y, 100z) at positions where the output shafts (101x, 101y, 101z) are connected to the rotating body (20), and each of which allows the rotating body (20) to rotate about the other two unrelevant axes. The first link (10a) is connected to the rotating body (20) at a position approximately equidistant from the output shafts (101x, 101y, 101z). Therefore, it is possible to miniaturize and lighten the active rotation articulation with three degrees of freedom and to dispose the rotating actuators in a well-balanced way, thereby improving the dynamic properties between a pair of links.

Description

本発明は、2リンク間において3自由度方向の任意な回転相対運動を可能とする3自由度能動回転関節に関する。   The present invention relates to a three-degree-of-freedom active rotary joint that enables arbitrary rotational relative motion in a direction of three degrees of freedom between two links.

近年では、様々な分野、例えば医療分野にまでロボット技術が応用されている。ロボットでは、人間の手、足、頭等の機能に似た働きをさせる必要があり、3自由度能動回転可能な関節が要求される。   In recent years, robot technology has been applied to various fields, for example, the medical field. In robots, it is necessary to perform functions similar to the functions of human hands, feet, heads, etc., and joints that can be actively rotated with three degrees of freedom are required.

一般的に、物体が互いに直交する3軸まわりに同時に回転することができる場合、物体が回転3自由度を持つという。例えば、人間の首は前後及び左右への動き、左右への回転を行うことができ、3自由度を持つ。   Generally, when an object can be rotated around three axes orthogonal to each other at the same time, the object has three degrees of freedom of rotation. For example, the human neck can move back and forth, right and left, and rotate left and right, and has three degrees of freedom.

2つのリンクを継ぐ関節によって、2リンク間において3自由度方向の任意な回転相対運動が可能となる場合、この関節を3自由度回転関節という。特に、アクチュエータで能動的に動作することのできるものを能動関節、駆動力を発生することのできないものを受動関節という。   When an arbitrary rotational relative motion in the direction of three degrees of freedom is possible between two links by a joint that connects two links, this joint is referred to as a three-degree-of-freedom rotational joint. In particular, an object that can be actively operated by an actuator is called an active joint, and an object that cannot generate a driving force is called a passive joint.

従来、3自由度能動回転関節としては、本出願人が先に出願した特許文献1に開示された3自由度能動回転関節がある。この3自由度能動回転関節では、X軸用、Y軸用、Z軸用の3つの中空軸回転型モータを備え、各中空軸回転型モータの出力軸が回転体に結合されている。また、各中空軸回転型モータは、各出力軸の軸線まわりの回転を規制すると共に、他の直交2軸まわりの回転を許容するように支持体によって支持されている。したがって、3つのうち1つの中空軸回転型モータを回転させることで、回転体は1つの中空軸回転型モータの出力軸を中心にして回転する。同様に、他の2つの中空軸回転型モータも回転させることで、2リンク間において3自由度方向に任意に回転相対運動させることができる。   Conventionally, as the 3-degree-of-freedom active rotary joint, there is a 3-degree-of-freedom active rotary joint disclosed in Patent Document 1 previously filed by the present applicant. This three-degree-of-freedom active rotary joint includes three hollow shaft rotary motors for X-axis, Y-axis, and Z-axis, and the output shaft of each hollow-shaft rotary motor is coupled to a rotating body. Each of the hollow shaft rotary motors is supported by a support so as to restrict the rotation of each output shaft about the axis and allow rotation about other two orthogonal axes. Therefore, by rotating one of the three hollow shaft rotary motors, the rotating body rotates around the output shaft of one hollow shaft rotary motor. Similarly, by rotating the other two hollow shaft rotary motors, it is possible to arbitrarily rotate and move in the direction of three degrees of freedom between the two links.

特開2008−44089号公報JP 2008-44089 A

しかしながら、特許文献1に開示された3自由度能動回転関節では、比較的大きくて重量がある中空軸回転型モータを用いていることから、3自由度能動回転関節自体が大型化してしまうと共にその重さによってリンクの動特性に影響を与えてしまうという問題がある。また、特許文献1に開示された3自由度能動回転関節では、一対のリンクのうち、一方のリンクがZ軸用の中空軸回転型モータの後端から突出して出力軸に同軸上に固定されている。また、X軸用の中空軸回転型モータおよびY軸用の中空軸回転型モータは、回転体の側方に互いに直交して配置されている。したがって、回転体に対して各中空軸回転型モータが、偏って配置されているために、3自由度能動回転関節のリンクの動特性に影響を与えてしまうという問題がある。   However, since the three-degree-of-freedom active rotary joint disclosed in Patent Document 1 uses a relatively large and heavy hollow shaft rotary motor, the three-degree-of-freedom active rotary joint itself is enlarged and its size is increased. There is a problem that the dynamic characteristics of the link are affected by the weight. Further, in the three-degree-of-freedom active rotary joint disclosed in Patent Document 1, one of the pair of links protrudes from the rear end of the Z-axis hollow shaft rotary motor and is coaxially fixed to the output shaft. ing. Further, the X-axis hollow shaft rotary motor and the Y-axis hollow shaft rotary motor are arranged orthogonal to each other on the side of the rotating body. Therefore, since each hollow shaft rotary motor is biased with respect to the rotating body, there is a problem of affecting the dynamic characteristics of the link of the three-degree-of-freedom active rotary joint.

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、3自由度能動回転関節の小型化および軽量化を図ると共に回転アクチュエータをバランスよく配置することで、一対のリンク間の動特性を向上させる3自由度能動回転関節を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. By reducing the size and weight of the three-degree-of-freedom active rotary joint and arranging the rotary actuators in a well-balanced manner, the movement between the pair of links is achieved. An object of the present invention is to provide a three-degree-of-freedom active rotary joint that improves characteristics.

本発明は、一対のリンク間に設けられる3自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるX軸用、Y軸用、Z軸用の回転アクチュエータと、前記X軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のY軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Y軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のX軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Z軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のX軸およびY軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各出力軸から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする。
本発明は、一対のリンク間に設けられる3自由度能動回転関節であって、前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるX軸用、Y軸用、Z軸用の回転アクチュエータと、前記X軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をX軸まわりに回転させると共に前記回転体のY軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Y軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をY軸まわりに回転させると共に前記回転体のX軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、前記Z軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をZ軸まわりに回転させると共に前記回転体のX軸およびY軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各軸体から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする。
The present invention is a three-degree-of-freedom active rotary joint provided between a pair of links, and a rotary body to which one of the pair of links is connected, and each output shaft is directed to the center of the rotary body. The X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary actuators that are arranged so as to be orthogonal to each other and that rotate the rotary body, and the output shaft of the X-axis rotary actuator are coupled to the rotary body. A movable body that supports and allows rotation of the rotating body around the Y and Z axes, and an output shaft of the rotary actuator for the Y axis is supported at a position where it is coupled to the rotating body, and the X axis of the rotating body And a movable body that allows rotation about the Z-axis, and an output shaft of the Z-axis rotary actuator that is supported at a position where it is coupled to the rotary body, and allows rotation of the rotary body about the X-axis and Y-axis. OK Comprising a body, said one of the link with respect to the rotating body, characterized in that it is connected substantially to the position of the same distance from the respective output shaft.
The present invention is a three-degree-of-freedom active rotary joint provided between a pair of links, and a rotary body to which one of the pair of links is connected, and each output shaft is directed to the center of the rotary body. The X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary actuators that are arranged so as to be orthogonal to each other and that rotate the rotary body, and are coupled to the output shaft of the X-axis rotary actuator via the shaft body A rotating body that rotates the rotating body around the X axis and allows the rotating body to rotate around the Y axis and the Z axis, and an output shaft of the rotary actuator for the Y axis, are coupled via the shaft body. The rotating body is coupled to a movable body that rotates the rotating body around the Y-axis and allows the rotating body to rotate around the X-axis and the Z-axis, and an output shaft of the rotary actuator for the Z-axis. Rotate body around Z axis And a movable body that allows the rotating body to rotate about the X axis and the Y axis, and the one link is connected to the rotating body at a position substantially the same distance from each shaft body. It is characterized by being.

本発明によれば、各回転アクチュエータをバランスよく配置させたことで、一対のリンク間の動特性を向上させることができる。   According to the present invention, the dynamic characteristics between the pair of links can be improved by arranging the rotary actuators in a balanced manner.

第1の実施形態に係る3自由度能動回転関節を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3-degree-of-freedom active rotary joint which concerns on 1st Embodiment. 3自由度能動回転関節の一部分解斜視図である。It is a partially exploded perspective view of a 3-DOF active rotary joint. 回転球受けの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a rotating ball receiver. 回転球受けの断面図である。It is sectional drawing of a rotation ball receiver. 他の回転球受けの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another rotating ball receiver. スライダー支持体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slider support body. スライダー支持体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slider support body. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint. 第2の実施形態に係る3自由度能動回転関節を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3 degrees-of-freedom active rotary joint which concerns on 2nd Embodiment. ベース体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a base body. スライダー支持体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slider support body. スライダー支持体の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of a slider support body. スライダーと軸体との構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slider and a shaft body. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint. 3自由度能動回転関節の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of a 3-DOF active rotary joint.

(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る3自由度能動回転関節について添付図面を参照して、説明する。図1は、本実施形態に係る3自由度能動回転関節を示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る3自由度能動回転関節の一部を分解した斜視図である。
図1および図2に示すように、3自由度能動回転関節は、一対のリンク10a、10b間に設けられる。
3自由度能動回転関節は、回転球20と、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zと、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zをそれぞれ支持する可動体110x、110y、110zと、回転球20を任意の方向に回転可能に支持する回転球受け30と、可動体110x、110y、110zを支持するベース体140とを含んで構成されている。なお、図2では、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100y、100zおよび可動体110y、110zは、X軸用の回転型モータ100x、可動体110xと同様の構成であり、省略している。
(First embodiment)
Hereinafter, the three-degree-of-freedom active rotary joint according to the first embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to this embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of a part of the three-degree-of-freedom active rotary joint according to the present embodiment.
As shown in FIGS. 1 and 2, the three-degree-of-freedom active rotary joint is provided between the pair of links 10a and 10b.
The three-degree-of-freedom active rotary joint includes a rotary ball 20, rotary motors 100x, 100y, and 100z for X axis, Y axis, and Z axis, and rotary motors for X axis, Y axis, and Z axis. Movable bodies 110x, 110y, and 110z that respectively support 100x, 100y, and 100z, a rotating ball receiver 30 that supports the rotating sphere 20 to be rotatable in an arbitrary direction, and a base body 140 that supports the movable bodies 110x, 110y, and 110z. It is comprised including. In FIG. 2, the Y-axis and Z-axis rotary motors 100y and 100z and the movable bodies 110y and 110z have the same configuration as the X-axis rotary motor 100x and the movable body 110x, and are omitted. Yes.

X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zは、回転アクチュエータであって、それぞれの出力軸101x、101y、101zがそれぞれ直交3軸の原点を指向するように相互に直交配置された状態で回転球20に結合されている。すなわち、X軸用の回転型モータ100xを駆動すると対応する出力軸101xがX軸まわりに回転球20を回転させる。また、Y軸用の回転型モータ100yを駆動すると対応する出力軸101y(不図示)がY軸まわりに回転球20を回転させる。また、Z軸用の回転型モータ100zを駆動すると対応する出力軸101zがZ軸まわりに回転球20を回転させる。   The X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are rotary actuators that are mutually connected so that the output shafts 101x, 101y, and 101z are respectively directed to the origin of three orthogonal axes. Are coupled to the rotating sphere 20 in a state of being orthogonally arranged. That is, when the rotary motor 100x for the X axis is driven, the corresponding output shaft 101x rotates the rotating sphere 20 around the X axis. When the rotary motor 100y for Y axis is driven, the corresponding output shaft 101y (not shown) rotates the rotating sphere 20 around the Y axis. When the rotary motor 100z for the Z axis is driven, the corresponding output shaft 101z rotates the rotating sphere 20 around the Z axis.

これらX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zには、例えば、減速歯車が組み合わされたギアードモータや、その回転角や回転速度を測定するエンコーダ等が一体で構成されている。本実施形態の回転型モータ100x、100y、100zは、中空軸等を用いることなく、小型で軽量な回転型モータを用いている。   These X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are integrated with, for example, a geared motor combined with a reduction gear and an encoder that measures the rotation angle and rotation speed. It is configured. The rotary motors 100x, 100y, and 100z of the present embodiment use small and lightweight rotary motors without using a hollow shaft or the like.

回転球20は、回転体であって、その中心が直交3軸の原点に一致するように配置されている。回転球20には、出力軸101x、101y、101zのそれぞれから等しい距離に、一方のリンク10aが接続されている。より具体的には、回転球20と出力軸101xとの結合部、回転球20と出力軸101yとの結合部および回転球20と出力軸101zとの結合部のそれぞれから等しい距離にリンク10aが接続されている。   The rotating sphere 20 is a rotating body and is arranged so that its center coincides with the origin of three orthogonal axes. One link 10a is connected to the rotating sphere 20 at an equal distance from each of the output shafts 101x, 101y, and 101z. More specifically, the link 10a is at an equal distance from each of the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101x, the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101y, and the connecting portion between the rotating sphere 20 and the output shaft 101z. It is connected.

回転球受け30は、回転体受であって、図2に示すように、回転球20と同心球となる中空の球形状を呈し、回転球20を任意の方向に回転可能に支持する球面滑り軸受けとして機能する。ここで、回転球受け30の構成について、図3、図4および図5を参照して説明する。
図3(a)は回転球受け30を上方から見た斜視図であり、図3(b)は回転球受け30の分解斜視図である。
図3(a)、(b)に示すように、回転球受け30は、複数(3つ)の受部材31が結合されて構成されている。受部材31は、それぞれ同一形状であって、略ひし形を湾曲させた形状に形成されている。各受部材31の外周面には、それぞれ円柱状の軸部32x、32y、32z(不図示)が形成されている。軸部32x、32y、32zは、可動体110x、110y、110zの後述する各スライダー支持体114x、114y、114zの内側ベアリング131に嵌合する。回転球受け30が回転球20を支持している状態では、軸部32x、32y、32zの突出方向は、それぞれZ軸、X軸、Y軸に沿った方向となっている。また、各受部材31には、隣接する受部材31同士を結合するために、ボルトを締結するための締結孔33が形成されている。
As shown in FIG. 2, the rotating ball receiver 30 has a hollow spherical shape that is concentric with the rotating ball 20, and is a spherical slide that supports the rotating ball 20 so as to be rotatable in any direction. Acts as a bearing. Here, the configuration of the rotating ball receiver 30 will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.
FIG. 3A is a perspective view of the rotating ball receiver 30 as viewed from above, and FIG. 3B is an exploded perspective view of the rotating ball receiver 30.
As shown in FIGS. 3A and 3B, the rotating ball receiver 30 is configured by combining a plurality (three) of receiving members 31. Each of the receiving members 31 has the same shape and is formed in a shape obtained by curving a substantially rhombus. Cylindrical shaft portions 32x, 32y, and 32z (not shown) are formed on the outer peripheral surface of each receiving member 31, respectively. The shaft portions 32x, 32y, and 32z are fitted to inner bearings 131 of slider supports 114x, 114y, and 114z, which will be described later, of the movable bodies 110x, 110y, and 110z. In a state where the rotating ball receiver 30 supports the rotating ball 20, the protruding directions of the shaft portions 32x, 32y, and 32z are directions along the Z axis, the X axis, and the Y axis, respectively. Each receiving member 31 is formed with a fastening hole 33 for fastening a bolt in order to connect adjacent receiving members 31 to each other.

また、回転球受け30は、回転球20の下半球(下半分)を覆うことで回転球20を回転自在に支持しているが、回転球20の上半球(上半分)の少なくとも一部も覆っている。ここで、図3(a)に示すように、一つの受部材31の頂部34を通過するようなI−I線で鉛直方向に切断し、矢印方向から見た図4を参照して具体的に説明する。図4に示すように、受部材31の頂部34は、回転球20の中心0を基準にして、鉛直下方向から90度よりも大きい角度α(略108.5度)まで至っている。この断面図は、他の受部材31の頂部34を切断したときも同様である。したがって、回転球受け30が回転球20を支持したとき、回転球受け30は各受部材31の頂部34によって回転球20の上半球の一部を覆い、回転球20を把持している。したがって、回転球20が回転球受け30から抜け出ることなく支持することができる。さらに、回転球20の上半球は、一部のみしか覆われていないために、回転球20から突出するリンク10aが可動するときに干渉することがなく、リンク10aの可動範囲を広くすることができる。本実施形態の回転球20は、何れか一つの軸まわりに、例えば±35度の範囲で回転できるように構成されている。   The rotating ball receiver 30 covers the lower hemisphere (lower half) of the rotating ball 20 so as to rotatably support the rotating ball 20, but at least a part of the upper hemisphere (upper half) of the rotating ball 20 is also supported. Covering. Here, as shown in FIG. 3 (a), it is cut in the vertical direction along the II line passing through the top 34 of one receiving member 31, and concretely referring to FIG. 4 seen from the arrow direction. Explained. As shown in FIG. 4, the top 34 of the receiving member 31 reaches an angle α (approximately 108.5 degrees) larger than 90 degrees from the vertically downward direction with the center 0 of the rotating sphere 20 as a reference. This sectional view is the same when the top 34 of the other receiving member 31 is cut. Therefore, when the rotating ball receiver 30 supports the rotating ball 20, the rotating ball receiver 30 covers a part of the upper hemisphere of the rotating ball 20 by the top 34 of each receiving member 31 and holds the rotating ball 20. Therefore, the rotating ball 20 can be supported without coming out of the rotating ball receiver 30. Further, since only a part of the upper hemisphere of the rotating sphere 20 is covered, there is no interference when the link 10a protruding from the rotating sphere 20 moves, and the movable range of the link 10a can be widened. it can. The rotating sphere 20 of the present embodiment is configured to be rotatable around any one axis within a range of, for example, ± 35 degrees.

なお、受部材31の構成は上述したものに限られず、例えば図5に示す受部材41であってもよい。図5(a)は、回転球受け40の斜視図であり、図5(b)は、受部材41の斜視図である。
回転受け40は、それぞれ同一形状の複数(3つ)の受部材41が結合されて構成されている。そして、受部材41は、隣接する受部材41同士を結合するときに各受部材41を容易に位置決めできるように、受部材41の接合面42に凹凸が形成されている。すなわち、図5(b)に示すように、一つの受部材41には2つの接合面42があり、一方の接合面42に凸部43が形成され、他方の接合面42に凹部44が形成されている。この凸部43は、凹部44にちょうど嵌合する形状である。
また、隣接する他の受部材41も、図5(b)に示す受部材41と同一形状であるため、受部材41の凹部44に、隣接する一方の受部材41の凸部43が嵌合し、受部材41の凸部43に、隣接する他方の受部材41の凹部44が嵌合する。すなわち、隣接する受部材41同士の凹凸を合わせることで、受部材41間に段差が生じないように、回転球受け40を組み立てることができる。したがって、回転球受け40は、回転球20を円滑に回転させることができ、回転球20の動特性を向上させることができる。
In addition, the structure of the receiving member 31 is not restricted to what was mentioned above, For example, the receiving member 41 shown in FIG. 5 may be sufficient. FIG. 5A is a perspective view of the rotating ball receiver 40, and FIG. 5B is a perspective view of the receiving member 41.
The rotation receiver 40 is configured by combining a plurality (three) of receiving members 41 having the same shape. The receiving member 41 is formed with unevenness on the joint surface 42 of the receiving member 41 so that the receiving members 41 can be easily positioned when the adjacent receiving members 41 are joined together. That is, as shown in FIG. 5 (b), one receiving member 41 has two joint surfaces 42, a convex portion 43 is formed on one joint surface 42, and a concave portion 44 is formed on the other joint surface 42. Has been. The convex portion 43 has a shape that fits just into the concave portion 44.
Further, since the other adjacent receiving member 41 has the same shape as the receiving member 41 shown in FIG. 5B, the convex portion 43 of one adjacent receiving member 41 is fitted in the concave portion 44 of the receiving member 41. Then, the concave portion 44 of the other receiving member 41 adjacent to the convex portion 43 of the receiving member 41 is fitted. In other words, the rotating ball receiver 40 can be assembled so that no step is generated between the receiving members 41 by matching the unevenness of the adjacent receiving members 41. Therefore, the rotating ball receiver 40 can smoothly rotate the rotating ball 20 and improve the dynamic characteristics of the rotating ball 20.

可動体110x、110y、110zは、それぞれX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zを支持すると共に、回転球受け30を支持している。ここでは、図2、図6および図7を参照して、可動体110xについて説明する。なお、可動体110y、110zは、可動体110xと同一の構成であり、その説明は省略する。
図2に示すように、可動体110xは、回転型モータ100xを支持するモータ受け111xと、モータ受け111xに一体で形成されたスライダー113xと、スライダー113xを滑動可能に支持するスライダー支持体114xとを含んで構成されている。
The movable bodies 110x, 110y, and 110z support the rotary ball receiver 30 as well as the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z, respectively. Here, the movable body 110x will be described with reference to FIG. 2, FIG. 6, and FIG. The movable bodies 110y and 110z have the same configuration as the movable body 110x, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 2, the movable body 110x includes a motor receiver 111x that supports the rotary motor 100x, a slider 113x that is formed integrally with the motor receiver 111x, and a slider support body 114x that supports the slider 113x in a slidable manner. It is comprised including.

モータ受け111xは、X軸用の回転型モータ100xの出力軸101xが挿通される挿通孔112xが形成されている。モータ受け111xは、出力軸101xが回転球20の中心を指向するようにX軸用の回転型モータ100xを支持する。
スライダー113xは、回転球20と同心円状でY軸を中心に湾曲した角柱状に形成されている。スライダー113xは、モータ受け111xの下部からスライダー支持体114xに向かって、一体で延出している。
スライダー支持体114xは、回転球20と同心円状でY軸を中心に湾曲した中空角柱状に形成されていて、内部でスライダー113xを低摩擦で滑動させることができる。したがって、スライダー113xは、スライダー支持体114xに対して、X−Z平面上でY軸回りに滑動する。
The motor receiver 111x is formed with an insertion hole 112x through which the output shaft 101x of the X-axis rotary motor 100x is inserted. The motor receiver 111x supports the rotary motor 100x for the X axis so that the output shaft 101x is directed toward the center of the rotating sphere 20.
The slider 113x is concentric with the rotating sphere 20 and is formed in a prismatic shape curved around the Y axis. The slider 113x extends integrally from the lower part of the motor receiver 111x toward the slider support 114x.
The slider support 114x is formed in a hollow prismatic shape that is concentric with the rotating sphere 20 and curved around the Y axis, and can slide the slider 113x with low friction inside. Therefore, the slider 113x slides around the Y axis on the XZ plane with respect to the slider support 114x.

ここで、図6および図7を参照して、スライダー支持体114xについて説明する。図6(a)はスライダー支持体114xの斜視図であり、図6(b)はスライダー支持体114xの分解斜視図である。また、図7(a)はスライダー支持体114xの一部を示す斜視図であり、図7(b)はスライダー支持体114xの断面図である。各図では、図2に示すスライダー支持体114xを上下反転させて図示している。
スライダー支持体114xは、2つの側面部115xによって、その骨格が形成されている。図6(b)および図7(a)に示すように、側面部115x間には、複数(4つ)の回動軸116xが水平方向に懸架されている。各回動軸116xは、離間して配置された2つのコロ117xを回動自在に軸支している。
また、各側面部115xには、外側(図7(a)に示すOUT側)の回動軸116xと内側(図7(a)に示すIN側)の回動軸116xとの間に、複数(2つ)の回動軸118xが略鉛直方向に懸架されている。各回動軸118xは、コロ119xを回動自在に軸支している。
Here, the slider support 114x will be described with reference to FIGS. FIG. 6A is a perspective view of the slider support 114x, and FIG. 6B is an exploded perspective view of the slider support 114x. FIG. 7A is a perspective view showing a part of the slider support 114x, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the slider support 114x. In each figure, the slider support body 114x shown in FIG. 2 is shown upside down.
The slider support 114x has a skeleton formed by two side portions 115x. As shown in FIGS. 6B and 7A, a plurality (four) of rotating shafts 116x are suspended in the horizontal direction between the side surface portions 115x. Each rotating shaft 116x pivotally supports two rollers 117x that are spaced apart from each other.
Each side surface portion 115x includes a plurality of rotation shafts 116x between the outer side (OUT side shown in FIG. 7A) and the inner side (IN side shown in FIG. 7A). (Two) rotating shafts 118x are suspended in a substantially vertical direction. Each rotation shaft 118x pivotally supports a roller 119x.

スライダー支持体114xにスライダー113xを組み付けた状態で、スライダー113xの滑動方向から見ると、図7(b)に示すように、スライダー113xの各側面にコロ117x、119xが接触している。すなわち、外側(矢印OUT方向側)に配設されているコロ117xと内側(矢印IN方向側)に配設されているコロ117xとの間には、スライダー113xの厚みtと略同等の隙間が形成されている。また、右側(矢印R方向側)に配設されているコロ119xと左側(矢印L方向側)に配設されているコロ119xとの間には、スライダー113xの幅wと略同等の隙間が形成されている。
スライダー113xがスライダー支持体114x内を滑動するときには、各コロ117x、119xがスライダー113xの各側面を転動することで、スライダー113xはガタつきが発生せず低摩擦で滑動することができる。
When viewed from the sliding direction of the slider 113x with the slider 113x assembled to the slider support 114x, the rollers 117x and 119x are in contact with the respective sides of the slider 113x as shown in FIG. 7B. That is, there is a gap substantially equal to the thickness t of the slider 113x between the roller 117x disposed on the outer side (arrow OUT direction side) and the roller 117x disposed on the inner side (arrow IN direction side). Is formed. Further, a gap substantially equal to the width w of the slider 113x is formed between the roller 119x disposed on the right side (arrow R direction side) and the roller 119x disposed on the left side (arrow L direction side). Is formed.
When the slider 113x slides in the slider support 114x, the rollers 117x and 119x roll on the side surfaces of the slider 113x, so that the slider 113x can slide with low friction without rattling.

また、図6に示すように、スライダー支持体114xには、外側ベアリング130を保持する外側ベアリング保持部121xと、内側ベアリング131を保持する内側ベアリング保持部123xとが設けられている。図6(b)に示すように、外側ベアリング保持部121xは、左右に分割されて構成され、外側ベアリング130を左右から挟み込むことにより保持する。また、外側ベアリング保持部121xおよび側面部115xには、それぞれ図示しない固定ボルトが挿通される連通孔122x、120xが形成されている。外側ベアリング保持部121xが左右の側面部115xによって挟み込まれた状態で、図示しない固定ボルトを用いて、各連通孔120x、122xに挿通させて両側から固定する。すると、外側ベアリング130が外側ベアリング保持部121xに完全に保持される。なお、内側ベアリング保持部123xも同様の構成であり、その説明は省略する。   As shown in FIG. 6, the slider support 114 x is provided with an outer bearing holding portion 121 x that holds the outer bearing 130 and an inner bearing holding portion 123 x that holds the inner bearing 131. As shown in FIG. 6B, the outer bearing holding part 121x is divided into left and right parts, and holds the outer bearing 130 by sandwiching it from the left and right. Further, communication holes 122x and 120x through which fixing bolts (not shown) are inserted are formed in the outer bearing holding portion 121x and the side surface portion 115x, respectively. In a state where the outer bearing holding portion 121x is sandwiched between the left and right side surface portions 115x, it is inserted into the communication holes 120x and 122x and fixed from both sides using fixing bolts (not shown). Then, the outer bearing 130 is completely held by the outer bearing holding portion 121x. The inner bearing holding portion 123x has the same configuration, and the description thereof is omitted.

スライダー支持体114xが組み立てられた状態では、外側ベアリング130と内側ベアリング131との軸線は同一線上になっている。外側ベアリング130内には、ベース体140の後述するZ軸と同軸の軸部141xが嵌合する。また、内側ベアリング131内には、上述した回転球受け30のZ軸と同軸の軸部32xが嵌合する。   In the state where the slider support body 114x is assembled, the axis lines of the outer bearing 130 and the inner bearing 131 are on the same line. In the outer bearing 130, a shaft portion 141x coaxial with a Z-axis described later of the base body 140 is fitted. Further, in the inner bearing 131, the shaft portion 32x coaxial with the Z-axis of the rotating ball receiver 30 is fitted.

ベース体140は、図2に示すように、回転球20と同心球となる中空の球形状を呈している。ベース体140の下端には、鉛直下方向に沿って他方のリンク10bが接続されている。また、ベース体140の上縁部には、各スライダー支持体114x、114y、114zの各外側ベアリング130に嵌合する円柱状の軸部141x、141y、141zが等間隔に離間して設けられている。回転球受け30が回転球20を支持している状態では、軸部141x、141y、141zの突出方向は、それぞれZ軸、X軸、Y軸に沿った方向となっている。すなわち、軸部141x、141y、141zは、それぞれ直交3軸の原点を指向するように相互に直交配置されている。なお、軸部141x、141y、141zには、3自由度能動回転関節の加重を受けるために、ベース体140を湾曲させて剛性を向上させている。   As shown in FIG. 2, the base body 140 has a hollow sphere shape that is concentric with the rotating sphere 20. The other link 10b is connected to the lower end of the base body 140 along the vertically downward direction. In addition, columnar shaft portions 141x, 141y, and 141z that are fitted to the outer bearings 130 of the slider supporters 114x, 114y, and 114z are provided on the upper edge portion of the base body 140 at regular intervals. Yes. In a state where the rotating ball receiver 30 supports the rotating ball 20, the protruding directions of the shaft portions 141x, 141y, and 141z are directions along the Z axis, the X axis, and the Y axis, respectively. That is, the shaft portions 141x, 141y, and 141z are arranged orthogonally to each other so as to be directed to the origin of three orthogonal axes. The shaft portions 141x, 141y, and 141z have the base body 140 bent to improve the rigidity in order to receive the load of the three-degree-of-freedom active rotary joint.

上述したように構成された可動体110xによれば、可動体110xのモータ受け111xは、X軸用の回転型モータ100xを出力軸101xが回転球20の原点を指向するように支持する。
また、可動体110xのスライダー支持体114xは、スライダー113xを滑動可能に支持する。したがって、スライダー113xに間接的に結合されたX軸用の回転型モータ100xおよび回転球20は、スライダー113xの湾曲方向、すなわちY軸まわりの回転が許容される。
また、上述したように構成された可動体110xによれば、可動体110xのスライダー支持体114xは、回転球受け30の軸部32xとベース体140の軸部141xとの間で、内側ベアリング131と外側ベアリング130とによって、Z軸まわりに回動できるように支持されている。したがって、X軸用の回転型モータ100xおよび回転球20は、Z軸まわりの回転が許容される。
According to the movable body 110x configured as described above, the motor receiver 111x of the movable body 110x supports the rotary motor 100x for the X axis so that the output shaft 101x points to the origin of the rotating sphere 20.
Further, the slider support 114x of the movable body 110x supports the slider 113x so as to be slidable. Therefore, the X-axis rotary motor 100x and the rotating ball 20 indirectly coupled to the slider 113x are allowed to rotate around the bending direction of the slider 113x, that is, the Y-axis.
Further, according to the movable body 110x configured as described above, the slider support body 114x of the movable body 110x is located between the shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 and the shaft portion 141x of the base body 140. And the outer bearing 130 are supported so as to be rotatable around the Z axis. Accordingly, the X-axis rotary motor 100x and the rotating sphere 20 are allowed to rotate around the Z-axis.

ここで、図8〜図10を参照して、可動体110xの動作について具体的に説明する。図8〜図10は、Y軸方向から見た3自由度能動回転関節の図である。
まず、図8に示す状態から、Y軸用の回転型モータ100yが駆動して回転球20を矢印A方向に回転させると、Y軸用の回転型モータ100xおよびZ軸用の回転型モータ100z(不図示)も同様に矢印A方向に回転する。可動体110xのスライダー支持体114xは、スライダー113xを滑動可能に支持しているので、X軸用の回転型モータ100xの回転と同期して、可動体110xのモータ受け111xおよびスライダー113xが、スライダー支持体114xに対して、Y軸まわりの矢印A´方向に回転し、図9に示す状態となる。
ここで、図9に示すように、回転球20に結合されたリンク10aも同様に、Y軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。
Here, the operation of the movable body 110x will be specifically described with reference to FIGS. 8 to 10 are views of a three-degree-of-freedom active rotary joint as viewed from the Y-axis direction.
First, from the state shown in FIG. 8, when the Y-axis rotary motor 100y is driven to rotate the rotating ball 20 in the direction of the arrow A, the Y-axis rotary motor 100x and the Z-axis rotary motor 100z. Similarly (not shown) also rotates in the direction of arrow A. Since the slider support body 114x of the movable body 110x supports the slider 113x so as to be slidable, the motor receiver 111x and the slider 113x of the movable body 110x are synchronized with the rotation of the rotary motor 100x for the X axis. With respect to the support body 114x, it rotates in the arrow A 'direction around the Y axis, and the state shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 9, the link 10a coupled to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Y axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.

次に、図9に示す状態から、Y軸用の回転型モータ100yが駆動して回転球20を矢印B方向に回転させると、Y軸用の回転型モータ100xおよびZ軸用の回転型モータ100z(不図示)も同様に矢印B方向に回転する。X軸用の回転型モータ100xのY軸まわりの回転と同期して、可動体110xのモータ受け111xおよびスライダー113xが、スライダー支持体114xに対して、Y軸まわりの矢印B´方向に回転し、図10に示す状態となる。
ここで、図10に示すように、回転球20に結合されたリンク10aも同様に、Y軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。
Next, when the Y-axis rotary motor 100y is driven to rotate the rotating ball 20 in the arrow B direction from the state shown in FIG. 9, the Y-axis rotary motor 100x and the Z-axis rotary motor are rotated. Similarly, 100z (not shown) rotates in the direction of arrow B. In synchronization with the rotation of the rotary motor 100x for the X axis around the Y axis, the motor receiver 111x and the slider 113x of the movable body 110x rotate in the direction of the arrow B ′ around the Y axis with respect to the slider support 114x. The state shown in FIG. 10 is obtained.
Here, as shown in FIG. 10, the link 10a coupled to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Y axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.

次に、図8に示す状態から、Z軸用の回転型モータ100zが駆動して回転球20をZ軸まわりの何れか一方の方向に回転させると、回転球20のZ軸まわりの回転に伴って、X軸用の回転型モータ100xおよびY軸用の回転型モータ100yも同方向に回転する。可動体110xのスライダー支持体114xは、回転球受け30の軸部32xおよびベース体140の軸部141xに対して、内側ベアリング131および外側ベアリング130を介して、Z軸まわりに回転が許容されている。したがって、回転型モータ100xのZ軸まわりの回転と同期して、可動体110xがZ軸まわりに回転する。したがって、回転球20に接続されたリンク10aも同様に、Z軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。   Next, when the Z-axis rotary motor 100z is driven from the state shown in FIG. 8 to rotate the rotating sphere 20 in any one direction around the Z-axis, the rotating sphere 20 rotates around the Z-axis. Accordingly, the X-axis rotary motor 100x and the Y-axis rotary motor 100y rotate in the same direction. The slider support 114x of the movable body 110x is allowed to rotate around the Z axis with respect to the shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 and the shaft portion 141x of the base body 140 via the inner bearing 131 and the outer bearing 130. Yes. Therefore, the movable body 110x rotates around the Z axis in synchronization with the rotation of the rotary motor 100x around the Z axis. Accordingly, the link 10a connected to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Z axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.

また、可動体110y、110zも、可動体110xと同様に構成されている。したがって、可動体110yは、Y軸用の回転型モータ100yおよび回転球20のX軸まわりの回転とZ軸まわりの回転とを許容する。また、可動体110zは、Z軸用の回転型モータ100zおよび回転球20のY軸まわりとX軸まわりの回転とを許容する。
したがって、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zがそれぞれ駆動することにより、回転球20がそれぞれX軸、Y軸、Z軸まわりに回転するので、回転球20に接続されている一方のリンク10aは、他方のリンク10bに対して、任意の回転相対運動が可能となる。
In addition, the movable bodies 110y and 110z are configured similarly to the movable body 110x. Therefore, the movable body 110y allows rotation of the Y-axis rotary motor 100y and the rotating sphere 20 around the X axis and around the Z axis. The movable body 110z allows the rotation of the Z-axis rotary motor 100z and the rotating sphere 20 around the Y axis and the X axis.
Therefore, when the rotary motors 100x, 100y, and 100z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are driven, the rotating sphere 20 rotates about the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. One link 10a connected to 20 can perform any rotational relative motion with respect to the other link 10b.

特に、本実施形態の3自由度能動回転関節では、一方のリンク10aが回転球20に対して、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zの各出力軸101x、101y、101zから略等しい距離に接続されている。すなわち、一方のリンク10aに対して、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ100x、100y、100zが均衡に配置されていることから、3自由度能動回転関節の重量バランスが安定し、リンクの動特性を向上させることができる。また、回転型モータの出力軸が特殊な中空軸を用いなくてもよいので、小型で軽量な回転型モータを用いることができ、3自由度能動回転関節を小型で軽量に構成でき、リンクの動特性を向上させることができる。   In particular, in the three-degree-of-freedom active rotary joint of the present embodiment, one link 10a is relative to the rotating sphere 20 for each output shaft of the rotary motors 100x, 100y, and 100z for the X axis, the Y axis, and the Z axis. 101x, 101y, and 101z are connected at substantially equal distances. That is, since the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 100x, 100y, and 100z are arranged in a balanced manner with respect to one link 10a, the weight balance of the three-degree-of-freedom active rotary joint is balanced. It is stable and the dynamic characteristics of the link can be improved. Also, since the output shaft of the rotary motor does not have to use a special hollow shaft, a small and lightweight rotary motor can be used, and the three-degree-of-freedom active rotary joint can be configured to be small and lightweight. Dynamic characteristics can be improved.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態に係る3自由度能動回転関節について添付図面を参照して、説明する。図11は、本実施形態に係る3自由度能動回転関節を示す斜視図である。本実施形態の3自由度能動回転関節は、第1の実施形態と異なりX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータの配置を変更したものであり、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the three-degree-of-freedom active rotary joint according to the second embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 11 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom active rotary joint according to this embodiment. The three-degree-of-freedom active rotary joint of this embodiment is different from the first embodiment in that the arrangement of rotary motors for the X-axis, Y-axis, and Z-axis is changed, and is different from the first embodiment. The explanation will focus on the points.

図11に示すように、3自由度能動回転関節は、一対のリンク10a、10b間に設けられる。
3自由度能動回転関節は、回転球20と、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zと、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zそれぞれの駆動により回転球20を回転させる可動体210x、210y、210zと、回転球20を任意の方向に回転可能に支持する回転球受け30と、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zを支持するベース体240とを含んで構成されている。X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zは第1の実施形態と同様の回転型モータが用いられている。なお、第1の実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
As shown in FIG. 11, the three-degree-of-freedom active rotary joint is provided between the pair of links 10a and 10b.
The three-degree-of-freedom active rotary joint includes a rotary ball 20, rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X, Y, and Z axes, and rotary motors for the X, Y, and Z axes. Movable bodies 210x, 210y, 210z that rotate the rotating sphere 20 by driving each of 200x, 200y, 200z, a rotating sphere receiver 30 that supports the rotating sphere 20 so as to be rotatable in any direction, and for the X axis and the Y axis And a base body 240 that supports the rotary motors 200x, 200y, and 200z for the Z-axis. The same rotary motors as those in the first embodiment are used for the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態のX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zは、出力軸がそれぞれ直交3軸の原点を指向するように相互に直交配置された状態でベース体240に支持されている。
ベース体240は、図12に示すように、回転球20と同心球となる中空の球形状を呈している。ベース体240の下端には、鉛直下方向に沿って他方のリンク10bが接続されている。また、ベース体240の上縁部には、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zを支持するモータ受け241x、241y、241zが等間隔に離間して設けられている。各モータ受け241x、241y、241zには、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zの出力軸201x、201y、201z(図12に示す二点鎖線を参照)が挿通される挿通孔242x、242y、242zが形成されている。各モータ受け241x、241y、241zは、各出力軸201x、201y、201zが回転球20の中心を指向するようにX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zを支持する。なお、各モータ受け241x、241y、241zには、3自由度能動回転関節の加重を受けるために、ベース体240を湾曲させて剛性を向上させている。
The X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z of the present embodiment are base bodies in a state in which the output axes are arranged orthogonally to each other so that the output axes are directed to the origin of three orthogonal axes. 240.
As shown in FIG. 12, the base body 240 has a hollow sphere shape that is concentric with the rotating sphere 20. The other link 10b is connected to the lower end of the base body 240 along the vertically downward direction. In addition, motor receivers 241x, 241y, and 241z that support rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are provided on the upper edge of the base body 240 at regular intervals. It has been. In each motor receiver 241x, 241y, 241z, output shafts 201x, 201y, 201z of the rotary motors 200x, 200y, 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis (see the two-dot chain line shown in FIG. 12) Insertion holes 242x, 242y, and 242z are formed. The motor receivers 241x, 241y, and 241z are provided with rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis so that the output shafts 201x, 201y, and 201z are oriented toward the center of the rotating sphere 20. To support. Each motor receiver 241x, 241y, 241z has a base body 240 that is curved to improve the rigidity in order to receive the load of the three-degree-of-freedom active rotary joint.

可動体210x、210y、210zは、それぞれX軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zの出力軸201x、201y、201zに結合されている。したがって、X軸用の回転型モータ200xを駆動すると対応する可動体210xがX軸まわりに回転する。また、Y軸用の回転型モータ200yを駆動すると対応する可動体210yがY軸まわりに回転する。また、Z軸用の回転型モータ200zを駆動すると対応する可動体210zがZ軸まわりに回転する。   The movable bodies 210x, 210y, and 210z are coupled to output shafts 201x, 201y, and 201z of rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. Accordingly, when the X-axis rotary motor 200x is driven, the corresponding movable body 210x rotates around the X-axis. When the rotary motor 200y for Y axis is driven, the corresponding movable body 210y rotates around the Y axis. When the Z-axis rotary motor 200z is driven, the corresponding movable body 210z rotates around the Z axis.

ここでは、図11、図13〜図15を参照して、可動体210xについて説明する。なお、可動体210y、210zは、可動体210xと同一の構成であり、その説明は省略する。図11に示すように、可動体210xは、X軸用の回転型モータ200xの出力軸201xと同期して回転するスライダー支持体211xと、スライダー支持体211x内を滑動するスライダー220xと、スライダー220xと回転球20との間を接続する軸体230xとを含んで構成されている。   Here, the movable body 210x will be described with reference to FIGS. 11 and 13 to 15. Note that the movable bodies 210y and 210z have the same configuration as the movable body 210x, and a description thereof will be omitted. As shown in FIG. 11, the movable body 210x includes a slider support 211x that rotates in synchronization with the output shaft 201x of the rotary motor 200x for the X axis, a slider 220x that slides within the slider support 211x, and a slider 220x. And a shaft body 230x that connects the rotary sphere 20 to each other.

スライダー支持体211xは、回転球20と同心円状でZ軸を中心に湾曲した中空角柱状に形成されていて、内部でスライダー200xを低摩擦で滑動させることができる。
ここで、図13および図14を参照して、スライダー支持体211xについて説明する。図13(a)はスライダー支持体211xを回転球20の中心からX軸方向に見た図である。図13(b)は図13(a)を矢印C方向から見た図であり、図13(c)は図13(b)を矢印D方向から見た図である。図13(d)は、図13(a)のII−II線断面斜視図である。
The slider support 211x is formed in a hollow prismatic shape concentric with the rotating sphere 20 and curved around the Z axis, and can slide the slider 200x with low friction inside.
Here, the slider support 211x will be described with reference to FIGS. FIG. 13A is a view of the slider support 211x viewed from the center of the rotating sphere 20 in the X-axis direction. 13B is a view of FIG. 13A viewed from the direction of arrow C, and FIG. 13C is a view of FIG. 13B viewed from the direction of arrow D. FIG. 13D is a cross-sectional perspective view taken along the line II-II in FIG.

スライダー支持体211xは、2つの側面部212xにより、その骨格が形成されている。また、スライダー支持体211xは、第1の実施形態と同様、スライダー220xがガタつきが発生させずに低摩擦で滑動できるように、複数のコロがスライダー220xの各側面を転動可能に配設されている。   The slider support 211x has a skeleton formed by two side portions 212x. Similarly to the first embodiment, the slider support 211x is arranged such that a plurality of rollers can roll on each side of the slider 220x so that the slider 220x can slide with low friction without causing rattling. Has been.

スライダー支持体211xの内側(図13に示す矢印IN方向側)には、ベアリング保持部213xによりベアリング250が保持されている。ベアリング250には、第1の実施形態で説明した回転球受け30の軸部32xが嵌合する。また、スライダー支持体211xの外側(図13に示す矢印OUT方向側)には、X軸用の回転型モータ200xの出力軸201xの回転を受ける回転受体214xが設けられている。   A bearing 250 is held by a bearing holding portion 213x inside the slider support 211x (in the direction of the arrow IN shown in FIG. 13). The shaft portion 32x of the rotating ball receiver 30 described in the first embodiment is fitted to the bearing 250. Further, on the outside of the slider support 211x (in the direction of the arrow OUT shown in FIG. 13), a rotary receiver 214x that receives the rotation of the output shaft 201x of the rotary motor 200x for X-axis is provided.

ここで、図14を参照して、回転受体214xについて説明する。図14(a)は回転受体214xとX軸用の回転型モータ200xとを結合する前の状態を示す斜視図であり、図14(b)は、回転受体214xの分解斜視図である。
回転受体214xは、モータ連結部材215xと支持体連結部材216xとを含んで構成されている。モータ連結部材215xは、X軸用の回転型モータ200xに対して出力軸201xの軸方向に沿って、図示しない複数の固定ボルトを用いて固定されることで、出力軸201xと同期して回転する。支持体連結部材216xは、図14(b)に示すように、モータ連結部材215xの回り止め突起217xを嵌合してから、出力軸201xの軸方向と直交する方向に図示しない複数の固定ボルトで固定することで、モータ連結部材215xと結合される。
支持体連結部材216xは、左右の側面部212xにより挟み込まれた状態で固定ボルトを用いて両側から固定される。したがって、スライダー支持体211xは、出力軸201xと同期して、X軸まわりに回転する。
Here, with reference to FIG. 14, the rotation receiving body 214x will be described. FIG. 14A is a perspective view showing a state before the rotary receiver 214x and the X-axis rotary motor 200x are coupled, and FIG. 14B is an exploded perspective view of the rotary receiver 214x. .
The rotary receiver 214x includes a motor connecting member 215x and a support connecting member 216x. The motor connecting member 215x rotates in synchronization with the output shaft 201x by being fixed to the X-axis rotary motor 200x by using a plurality of fixing bolts (not shown) along the axial direction of the output shaft 201x. To do. As shown in FIG. 14B, the support connecting member 216x is fitted with the non-rotating protrusion 217x of the motor connecting member 215x, and then a plurality of fixing bolts not shown in the direction orthogonal to the axial direction of the output shaft 201x. By fixing with, it is combined with the motor connecting member 215x.
The support connecting member 216x is fixed from both sides using fixing bolts while being sandwiched between the left and right side surface portions 212x. Therefore, the slider support 211x rotates around the X axis in synchronization with the output shaft 201x.

スライダー220xは、回転球20と同心円状でZ軸を中心に湾曲した角柱状に形成されている。また、スライダー220xの先端では、軸体230xを回転球20の中心に指向させるように支持している。
ここで、図15を参照して、スライダー220xと軸体230xとについて説明する。スライダー220xの先端には、複数(2つ)のベアリング250が軸方向をY軸方向に沿うようにして、離間して保持されている。したがって、軸体230xは、ベアリング250によってY軸まわりに回転できる。また、軸体230xは、スライダー220xに支持される反対側が、回転球20に結合される。
The slider 220x is concentric with the rotating sphere 20 and is formed in a prismatic shape curved around the Z axis. The tip of the slider 220x supports the shaft body 230x so as to be directed toward the center of the rotating sphere 20.
Here, the slider 220x and the shaft body 230x will be described with reference to FIG. A plurality (two) of bearings 250 are held at the tip of the slider 220x so as to be spaced apart so that the axial direction is along the Y-axis direction. Therefore, the shaft body 230 x can be rotated around the Y axis by the bearing 250. Further, the shaft body 230x is coupled to the rotating sphere 20 on the opposite side supported by the slider 220x.

図15に示すように、回転球20には軸体230xの他に、可動体210yの軸体230yおよび可動体210zの軸体230zが結合されている。軸体230x、230y、230zは、それぞれ直交3軸の原点を指向するように相互に直交配置されている。また、回転球20には、軸体230x、230y、230zのそれぞれから等しい距離に、一方のリンク10aが接続されている。より具体的には、回転球20と軸体230xとの結合部、回転球20と軸体230yとの結合部および回転球20と軸体230zとの結合部のそれぞれから等しい距離にリンク10aが接続されている。   As shown in FIG. 15, in addition to the shaft body 230x, the shaft body 230y of the movable body 210y and the shaft body 230z of the movable body 210z are coupled to the rotating sphere 20. The shaft bodies 230x, 230y, and 230z are arranged orthogonally to each other so as to be directed to the origin of three orthogonal axes. Further, one link 10a is connected to the rotating sphere 20 at an equal distance from each of the shaft bodies 230x, 230y, and 230z. More specifically, the link 10a is at an equal distance from each of the coupling portion between the rotating sphere 20 and the shaft body 230x, the coupling portion between the rotating sphere 20 and the shaft body 230y, and the coupling portion between the rotation sphere 20 and the shaft body 230z. It is connected.

上述したように構成された可動体210xによれば、X軸用の回転型モータ200xが駆動すると、スライダー支持体211x、スライダー220xおよび軸体230xを介して、回転球20をX軸まわりに回転させる。また、可動体210xのスライダー支持体211xは、スライダー220xを滑動可能に支持する。したがって、スライダー220xに間接的に結合された軸体230xおよび回転球20は、スライダー220xの湾曲方向、すなわちZ軸まわりの回転が許容される。
また、上述したように構成された可動体210xによれば、可動体210xのスライダー220xは、軸体230xをY軸まわりに回転できるように支持している。したがって、軸体230xおよび回転球20は、Y軸まわりの回転が許容される。
According to the movable body 210x configured as described above, when the rotary motor 200x for the X axis is driven, the rotating sphere 20 is rotated around the X axis via the slider support body 211x, the slider 220x, and the shaft body 230x. Let Further, the slider support 211x of the movable body 210x supports the slider 220x so as to be slidable. Therefore, the shaft body 230x and the rotating sphere 20 indirectly coupled to the slider 220x are allowed to rotate around the bending direction of the slider 220x, that is, the Z axis.
Further, according to the movable body 210x configured as described above, the slider 220x of the movable body 210x supports the shaft body 230x so as to rotate around the Y axis. Therefore, the shaft body 230x and the rotating sphere 20 are allowed to rotate around the Y axis.

ここで、図16〜図18を参照して、可動体210xの動作について具体的に説明する。図16〜図18は、Z軸方向から見た3自由度能動回転関節の図である。
まず、図16に示す状態から、Z軸用の回転型モータ200zの駆動により軸体230zが回転球20を矢印E方向に回転させると、軸体230xおよびスライダー220xも回転する。可動体210xのスライダー支持体211xは、スライダー220xを滑動可能に支持しているので、軸体230xおよびスライダー220xはスライダー支持体211xに対して、Z軸まわりの矢印E´方向に回転し、図17に示す状態となる。
ここで、図17に示すように、回転球20に接続されたリンク10aも同様に、Z軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。
Here, the operation of the movable body 210x will be specifically described with reference to FIGS. 16 to 18 are diagrams of a three-degree-of-freedom active rotary joint viewed from the Z-axis direction.
First, from the state shown in FIG. 16, when the shaft body 230z rotates the rotating sphere 20 in the arrow E direction by driving the Z-axis rotary motor 200z, the shaft body 230x and the slider 220x also rotate. Since the slider support body 211x of the movable body 210x supports the slider 220x so as to be slidable, the shaft body 230x and the slider 220x rotate in the direction of the arrow E ′ around the Z axis with respect to the slider support body 211x. The state shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 17, since the link 10a connected to the rotating sphere 20 also rotates around the Z axis, rotational relative motion is possible between the two links.

次に、図17に示す状態から、Z軸用の回転型モータ200zの駆動により軸体230zが回転球20を矢印F方向に回転させると、軸体230xおよびスライダー220xも回転する。軸体230xおよびスライダー220xは、スライダー支持体211xに対して、Z軸まわりの矢印F´方向に回転し、図18に示す状態となる。
ここで、図18に示すように、回転球20に接続されたリンク10aも同様に、Z軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。
Next, from the state shown in FIG. 17, when the shaft body 230z rotates the rotating sphere 20 in the direction of arrow F by driving the Z-axis rotary motor 200z, the shaft body 230x and the slider 220x also rotate. The shaft body 230x and the slider 220x rotate in the direction of the arrow F ′ around the Z axis with respect to the slider support body 211x, and are in the state shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 18, the link 10a connected to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Z axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.

次に、図16に示す状態から、Y軸用の回転型モータ200yの駆動により軸体230yが回転球20をY軸まわりの何れか一方の方向に回転させると、回転球20のY軸まわりの回転に伴って、可動体110xの軸体230xも同方向に回転する。軸体230xは、スライダー220xのベアリング250を介して、Y軸まわりに回転が許容されている。したがって、Y軸用の回転型モータ200yのY軸まわりの回転と同期して、軸体230xがY軸まわりに回転する。したがって、回転球20に接続されたリンク10aも同様に、Y軸まわりに回転するので、2リンク間において回転相対運動が可能となる。   Next, from the state shown in FIG. 16, when the shaft body 230y rotates the rotating sphere 20 in either direction around the Y axis by driving the rotary motor 200y for the Y axis, Along with the rotation, the shaft body 230x of the movable body 110x also rotates in the same direction. The shaft body 230x is allowed to rotate around the Y axis via the bearing 250 of the slider 220x. Accordingly, the shaft body 230x rotates about the Y axis in synchronization with the rotation about the Y axis of the rotary motor 200y for the Y axis. Accordingly, the link 10a connected to the rotating sphere 20 similarly rotates around the Y axis, so that rotational relative motion is possible between the two links.

また、可動体210y、210zも、可動体210xと同様に構成されている。したがって、可動体210yは、軸体230yおよび回転球20のX軸まわりの回転とZ軸まわりの回転とを許容する。また、可動体210zは、軸体230zおよび回転球20のY軸まわりの回転とX軸まわりの回転とを許容する。
したがって、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zがそれぞれ駆動することにより、回転球20がそれぞれX軸、Y軸、Z軸まわりに回転するので、回転球20に接続されている一方のリンク10aは、他方のリンク10bに対して、任意の回転相対運動が可能となる。
The movable bodies 210y and 210z are configured in the same manner as the movable body 210x. Therefore, the movable body 210y allows the shaft body 230y and the rotating sphere 20 to rotate around the X axis and around the Z axis. The movable body 210z allows the shaft body 230z and the rotating sphere 20 to rotate around the Y axis and around the X axis.
Therefore, when the rotary motors 200x, 200y, and 200z for the X axis, the Y axis, and the Z axis are driven, the rotating sphere 20 rotates about the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. One link 10a connected to 20 can perform any rotational relative motion with respect to the other link 10b.

特に、本実施形態の3自由度能動回転関節では、一方のリンク10aが回転球20に対して、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zに結合された可動体210x、210y、210zの各軸体230x、230y、230zから略等しい距離に接続されている。すなわち、一方のリンク10aに対して、軸体230x、230y、230zが均衡に配置されていることから、3自由度能動回転関節の重量バランスが安定し、リンクの動特性を向上させることができる。
また、X軸用、Y軸用、Z軸用の回転型モータ200x、200y、200zは回転球20に結合されておらず、ベース体240に均衡して支持されている。したがって、回転球20を軽量化することができると共に重心が3自由度能動回転関節の下方に位置するので、リンクの動特性を向上させることができる。
また、回転型モータの出力軸が特殊な中空軸を用いなくてもよいので、小型で軽量な回転型モータを用いることができ、3自由度能動回転関節を小型で軽量に構成でき、一方のリンク10aの動特性を向上させることができる。
In particular, in the three-degree-of-freedom active rotary joint of the present embodiment, one link 10a is coupled to the rotary ball 20 to the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z. The movable bodies 210x, 210y, and 210z are connected at substantially equal distances from the shaft bodies 230x, 230y, and 230z. That is, since the shaft bodies 230x, 230y, and 230z are arranged in a balanced manner with respect to one link 10a, the weight balance of the three-degree-of-freedom active rotary joint is stabilized, and the dynamic characteristics of the link can be improved. .
The X-axis, Y-axis, and Z-axis rotary motors 200x, 200y, and 200z are not coupled to the rotating sphere 20 and are supported in a balanced manner on the base body 240. Therefore, the rotating sphere 20 can be reduced in weight and the center of gravity is located below the three-degree-of-freedom active rotary joint, so that the dynamic characteristics of the link can be improved.
Also, since the output shaft of the rotary motor need not use a special hollow shaft, a small and lightweight rotary motor can be used, and the three-degree-of-freedom active rotary joint can be configured to be small and lightweight. The dynamic characteristics of the link 10a can be improved.

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。本発明でいう回転体として回転球20を用い、回転球受け30で回転可能に支持するようにしたが、回転球20は出力軸または軸体によって支えられることから、運動学的原理からみれば、回転体を球形状以外(例えば六面体)としたり、回転体を回転球受け30で回転可能に支持したりする必要はない。ただし、回転球20を用い、回転球受け30で支持した方が、高い剛性が得られるとともに、各部の組み付け誤差や寸法誤差等による影響を少なくして精密な運動を行わせることができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with various embodiment, this invention is not limited only to these embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention. In the present invention, the rotating sphere 20 is used as the rotating body and is rotatably supported by the rotating ball receiver 30. However, since the rotating sphere 20 is supported by the output shaft or the shaft body, the kinematic principle is used. It is not necessary to make the rotating body other than a spherical shape (for example, a hexahedron), or to support the rotating body rotatably with the rotating ball receiver 30. However, using the rotating sphere 20 and supporting it with the rotating sphere receiver 30 provides high rigidity, and can reduce the influence of the assembly error and dimensional error of each part and perform precise movement.

10a:リンク 10b:リンク 20:回転球(回転体) 30、40:回転球受け(回転体受) 31、41:受部材 42:接合面 43:凸部 44:凹部 100x、100y、100z:回転型モータ(回転アクチュエータ) 101x、101y、101z:出力軸 110x、110y、110z:可動体 113x、113y、113z:スライダー 114x、114y、114z:スライダー支持体 200x、200y、200z:回転型モータ(回転アクチュエータ) 201x、201y、201z:出力軸 210x、210y、210z:可動体 211x、211y、211z:スライダー支持体 220x、220y、220z:スライダー 230x、230y、230z:軸体   10a: Link 10b: Link 20: Rotating sphere (rotating body) 30, 40: Rotating sphere receiver (rotating body receiver) 31, 41: Receiving member 42: Joint surface 43: Convex part 44: Concave part 100x, 100y, 100z: Rotation Type motor (rotary actuator) 101x, 101y, 101z: output shaft 110x, 110y, 110z: movable body 113x, 113y, 113z: slider 114x, 114y, 114z: slider support 200x, 200y, 200z: rotary type motor (rotary actuator) 201x, 201y, 201z: Output shaft 210x, 210y, 210z: Movable body 211x, 211y, 211z: Slider support body 220x, 220y, 220z: Slider 230x, 230y, 230z: Shaft body

Claims (5)

一対のリンク間に設けられる3自由度能動回転関節であって、
前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、
各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるX軸用、Y軸用、Z軸用の回転アクチュエータと、
前記X軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のY軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、
前記Y軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のX軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、
前記Z軸用の回転アクチュエータの出力軸を前記回転体に結合させる位置で支持すると共に前記回転体のX軸およびY軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、
前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各出力軸から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする3自由度能動回転関節。
A 3-DOF active rotary joint provided between a pair of links,
A rotating body to which one of the pair of links is connected;
Each output shaft is arranged so as to be directed to the center of the rotating body and orthogonal to each other, and an X-axis, Y-axis, Z-axis rotary actuator for rotating the rotating body,
A movable body that supports the output shaft of the rotary actuator for the X axis at a position where the output shaft is coupled to the rotary body and allows the rotation of the rotary body about the Y axis and the Z axis;
A movable body that supports the output shaft of the rotary actuator for the Y axis at a position where the output shaft is coupled to the rotary body and allows the rotation of the rotary body about the X axis and the Z axis;
A movable body that supports the output shaft of the rotary actuator for the Z axis at a position where the output shaft is coupled to the rotary body and allows the rotation of the rotary body about the X axis and the Y axis;
The three-degree-of-freedom active rotary joint, wherein the one link is connected to the rotary body at a position substantially the same distance from each output shaft.
一対のリンク間に設けられる3自由度能動回転関節であって、
前記一対のリンクのうち一方のリンクが接続される回転体と、
各出力軸が前記回転体の中心に指向し相互に直交するように配置され、前記回転体を回転させるX軸用、Y軸用、Z軸用の回転アクチュエータと、
前記X軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をX軸まわりに回転させると共に前記回転体のY軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、
前記Y軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をY軸まわりに回転させると共に前記回転体のX軸およびZ軸まわりの回転を許容する可動体と、
前記Z軸用の回転アクチュエータの出力軸に結合され、軸体を介して前記回転体をZ軸まわりに回転させると共に前記回転体のX軸およびY軸まわりの回転を許容する可動体と、を備え、
前記一方のリンクは前記回転体に対して、前記各軸体から略同距離の位置に接続されていることを特徴とする3自由度能動回転関節。
A 3-DOF active rotary joint provided between a pair of links,
A rotating body to which one of the pair of links is connected;
Each output shaft is arranged so as to be directed to the center of the rotating body and orthogonal to each other, and an X-axis, Y-axis, Z-axis rotary actuator for rotating the rotating body,
A movable body coupled to an output shaft of the rotary actuator for the X axis, rotating the rotary body around the X axis via the shaft body, and allowing rotation of the rotary body around the Y axis and the Z axis;
A movable body that is coupled to an output shaft of the rotary actuator for the Y axis, rotates the rotary body around the Y axis via the shaft body, and allows the rotary body to rotate around the X axis and the Z axis;
A movable body coupled to the output shaft of the rotary actuator for the Z axis and rotating the rotary body around the Z axis via the shaft body and allowing the rotary body to rotate around the X axis and the Y axis; Prepared,
The three-degree-of-freedom active rotary joint, wherein the one link is connected to the rotary body at a position substantially the same distance from the shafts.
前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
前記受部材は、少なくとも前記回転体の上半分の一部を覆っていることを特徴とする請求項1または2に記載の3自由度能動回転関節。
A rotating body receiver that rotatably supports the rotating body;
The rotating body receiver is formed by combining a plurality of receiving members,
The three-degree-of-freedom active rotary joint according to claim 1, wherein the receiving member covers at least a part of an upper half of the rotary body.
前記回転体を回転自在に支持する回転体受を備え、
前記回転体受は、複数の受部材が結合されて成り、
前記複数の受部材は、互いが接する接合面に凹凸が形成され、前記複数の受部材のそれぞれが同一形状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の3自由度能動回転関節。
A rotating body receiver that rotatably supports the rotating body;
The rotating body receiver is formed by combining a plurality of receiving members,
3. The three-degree-of-freedom active according to claim 1, wherein the plurality of receiving members are formed with irregularities on joint surfaces where they are in contact with each other, and each of the plurality of receiving members is formed in the same shape. Rotating joint.
前記可動体は、前記回転体と同心円状に湾曲したスライダーと、前記スライダーを滑動可能に支持するスライダー支持体とを備え、
前記スライダーが前記スライダー支持体を滑動することで、前記回転体の何れか1つの軸まわりの回転を許容することを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項に記載の3自由度能動回転関節。
The movable body includes a slider that is concentrically curved with the rotating body, and a slider support body that slidably supports the slider,
5. The three-degree-of-freedom active according to claim 1, wherein the slider slides on the slider support to allow rotation about any one axis of the rotating body. 6. Rotating joint.
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