JP5714557B2 - ６自由度を有する大型画面協調装置 - Google Patents

Description

本発明は、大型画面協調装置に関する。詳細には、本発明は、６自由度を有する大型画面協調装置に関する。

現在、大型画面および大規模な６自由度を有するビデオディスプレイは、市販されていない。高い協調精度で移動することができ、困難が多い様々な移動の組み合わせを達成することができる３つの画面は、未だに見られていない。高い精度の制御を有する６自由度の最大重量負荷は、１５０００Ｎ／ｍである。しかし、６自由度を有するディスプレイの最大重量負荷は低く、したがって、ディスプレイの最も大きい有効表示寸法は、数１０ｍである。これによって、大劇場のような大きい鑑賞会場では乏しい鑑賞体験になる。加えて、従来技術における大型画面のＬＥＤ画面は、６自由度の移動を実現することができず、ましていくつか組み合わせた画面の協調移動もできない。

本発明の目的は、従来技術の欠点を解決し、６自由度を有する大型画面の移動を実現することができると共に、いくつか組み合わせた大型画面の協調移動さえも実現することができる６自由度を有する大型画面協調装置を提供することである。

前述の目的を達成するために、６自由度を有する大型画面協調装置は、この大型画面協調装置が、等距離で平行に配置された３つの同じロボットアームを備えることを特徴とする。ロボットアームの各々は、コラムであって、Ｙ軸周りに回転できるコラム回転対偶が、垂直に設定される前記コラムの上面および底面にそれぞれ設けられるコラムと、伸縮アームであって、伸縮アームの一端が、伸縮アーム回転対偶を介して前記コラムの側面と接続される伸縮アームと、第１の回転対偶を介して前記伸縮アームの自由端と接続および適合される第１の回転アームと、第２の回転対偶を介して前記第１の回転アームの自由端と接続および適合される第２の回転アームと、第３の回転対偶を介して第２の回転アームの自由端と接続および適合される第３の回転アームとを備え、この第３の回転アームが、画面回転対偶を介してディスプレイ画面と接続および適合される。伸縮アーム回転対偶、第１の回転対偶、および第２の回転対偶が、互いに平行に配置される。第２の回転対偶、第３の回転対偶、および画面回転対偶が、互いに垂直に配置される。

好ましくは、伸縮アーム回転対偶、第１の回転対偶、および第２の回転対偶の全てが、Ｚ軸に平行な軸周りに回転する。第３の回転対偶が、Ｙ軸に平行な軸周りに回転し、画面回転対偶が、Ｘ軸に平行な軸周りに回転する。

好ましくは、釣り合いおもり装置が、第１の回転アームに設けられる。

好ましくは、釣り合いおもり装置が、伸縮アームの前端に設けられる。

好ましくは、距離センサが、ディスプレイ画面の周囲に設けられる。

好ましくは、機械的装置が、衝突を避けるために前記ディスプレイ画面の周囲に設けられる。

本発明の有利な効果は、６自由度を有する大型画面協調装置が、いくつか組み合わせた画面の協調移動を実現するように６自由度を有する大型画面のＬＥＤ画面の移動を実現するために適用できることである。さらに、釣り合いおもり装置が、第１の回転アームに設けられて実行のためのパワーを減少させ、それによってエネルギー効率の効果がもたらされる。加えて、釣り合いおもり装置を伸縮アームの前端に付加することによって、油シリンダのパワーおよび引抜き力（ｄｒａｗｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を減少させることができる。サーボ周波数変換器は、駆動部として使用して、画面の共役精度（ｓｃｒｅｅｎ ｃｏｎｊｕｇａｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）を改善し、鑑賞体験を向上させるようにすることができる。

本発明において提供される６自由度を有する大型画面協調装置の正面図である。 図１に示すような６自由度を有する大型画面協調装置の上面図である。 図１に示すような６自由度を有する大型画面協調装置の左側図、および３つの異なる位置におけるこの協調装置の概略図である。

本発明は、添付図面および特定の実施形態を組み合わせることによって詳細にさらに示される。

図１〜図３に示すように（図３中のラベルＡおよびラベルＢは、ディスプレイが空間内の２つの異なる位置にあるときのロボットアームの概略図を示す）、６自由度を有する大型画面協調装置は、等距離で平行に配置された３つのロボットアームを備える。これら３つのロボットアームの構造は、同じである。ロボットアームの各々は、コラム２、伸縮アーム５、第１の回転アーム９、第２の回転アーム１１、および第３の回転アーム１４を備える。

詳細には、このコラム２は、垂直にセットされる。Ｙ軸周りに回転できるコラム回転対偶１は、コラム２の上面および底面にそれぞれ設けられる。コラム回転対偶１は、モータ減速器によって駆動され、それによってコラム２は、ステージ周りに水平に回転することができる。そのようにして、ディスプレイ画面３は、幅広い範囲内でコラム２周りに回転することができ、左右に向かって移動することもできる。

伸縮アーム５の一端は、伸縮アーム回転対偶４を介してコラム２の側面と接続される。第１の回転アーム９は、第１の回転対偶８を介して伸縮アーム５の自由端と接続および適合される。伸縮アーム回転対偶４および第１の回転対偶８は、Ｚ軸に平行な軸周りに共に回転することができる。伸縮油シリンダまたは他の伸縮機器が、第１の回転アーム９に近い伸縮アーム５上の場所に設けられ、伸縮アーム５が、水平面に垂直な面内で、コラム２と接続される伸縮アーム回転対偶４周りに回転することができるようになっている。コラム２の軸および伸縮アーム５の軸は、上記面を通り抜ける。このようにして、ディスプレイ画面３は、垂直面内で回転することができ、垂直面内で上下前後に移動することもできる。さらに、釣り合いおもり装置７が、第１の回転アーム９に設けられており、すなわち、第１の回転アーム９は、支持アームおよび釣り合いおもりアームで構成される。第１の回転対偶８は、モータ減速器または油圧モータによって駆動される。モータ減速器のねじれおよびパワーを低減させるために、釣り合いおもりアームおよび釣り合いおもりのような釣り合いおもり装置７が加えられて、エネルギー効率の良い効果を実現する。

第２の回転アーム１１は、第２の回転対偶１０を介して第１の回転アーム９の自由端と接続および適合される。第３の回転アーム１４は、第３の回転対偶１２を介して第２の回転アーム１１と接続および適合される。第３の回転アーム１４は、画面回転対偶１３を介してディスプレイ画面３と接続および適合される。第２の回転対偶１０、伸縮アーム回転対偶４、および第１の回転対偶８は、互いに平行に配置され、第２の回転対偶１０、第３の回転対偶１２、および画面回転対偶１３は、互いに垂直に配置される。好ましくは、第１の回転対偶８および第２の回転対偶１０は、Ｚ軸に平行な軸周りに共に回転する。第３の回転対偶１２は、Ｙ軸に平行な軸周りに回転し、画面回転対偶１３は、Ｘ軸に平行な軸周りに回転する。したがって、第１の回転アーム９は、垂直面内でやはり回転することができ、第１の回転アーム９と伸縮アーム５の組み合わせによって、ディスプレイ画面３が、空間内の並進運動に関して３自由度で大きい範囲内で移動することが可能になる。さらに、３自由度を有するディスプレイ画面３の回転は、第２の回転対偶１０、第３の回転対偶１２、および画面回転対偶１３の垂直な配置によって実現することができる。したがって、各ロボットアームは、６自由度を有する移動を実現することができ、６自由度を有するこの協調装置は、コンピュータおよび関連した同期制御技術によって実現することができる。

さらに、ディスプレイは、面積が画面当たり（１１．２８ｍ×６．７４ｍ）である軽量ＬＥＤ画面を使用する。ディスプレイ画面３の支持体は、軽量鋼構造１５を使用する。ディスプレイ画面３と鋼構造１５の総重量は、６５００ｋｇ未満に調整される。画面回転対偶１３は、電気モータによって駆動され、環状歯車回転部が、支持体として使用される。サーボモータが、電気モータとして使用される。サーボ周波数変換器が、周波数変換器として使用される。第３の回転対偶１２は、電気モータによって駆動され、環状歯車回転部が、支持体として使用される。サーボモータが、電気モータとして使用される。ダブルモータ減速機が、ギヤの駆動力を分散させるために使用される。サーボ周波数変換器が、周波数変換器として使用される。第２の回転対偶１０は、サーボモータによって駆動され、環状歯車回転部が、支持体として使用される。サーボモータが、電気モータとして使用される。ダブルモータ減速機は、ギヤの駆動力を分散させるために使用される。サーボ周波数変換器が、周波数変換器として使用される。

大きい断面を有する箱型はり構造の第１の回転アーム９が、その剛性を増大させるために使用される。根元から前端へ断面は、徐々に減少して重量を減らしている。箱型はりは、薄鋼板を使用する。穴が、側板などに開けられる。第１の回転対偶８は、サーボモータによって駆動され、環状歯車回転部が、支持体として使用される。サーボモータが、電気モータとして使用される。４つのサーボモータ減速機が、ギヤの駆動力を分散させるために使用される。サーボ周波数変換器が、周波数変換器として使用される。箱型はり構造の伸縮アーム５が、やはり選択される。第１の回転アーム９の釣り合いおもりアームのための空間を節約するために、Ｙ軸の方向に沿って伸縮アーム５の上板および下板の中央にスロットが開いており、第１の回転アーム９の釣り合いおもりアームが、通過できるようになっている。伸縮アーム５は、２つの油シリンダによって伸縮される。図２中の伸縮アーム釣り合いおもり１６およびその鋼線ロープ１７に示すように、釣り合いおもりの引張りスポットが、上記伸縮アーム５の前端に設けられて油シリンダの引張り力およびパワーを減少させる。鋼線ロープ１７は、定滑車を迂回し、伸縮アーム釣り合いおもり１６と接続される。この伸縮アーム釣り合いおもり１６の別の安全保護機能は、このロボットアームが運転を停止し、折り畳まれるときに、固定ピンが、釣り合いおもりの端部に加えられてもよく、それによってロボットアームが運転を停止したときの油シリンダの引張り力を減少させることである。加えて、大型アームは、油シリンダが一部不調を有する場合に下に落ちない。コラム２の底端部は、大きい支持強度で回転支持体によって支持される。外部のギヤ回転支持体が使用される。サーボモータが、電気モータとして使用される。２つのサーボモータ減速機が、ギヤの駆動力を分散させるために使用される。サーボ周波数変換器が、周波数変換器として使用される。底部回転支持体と同じ軸を有するコラム回転対偶１が、コラム２の上部にやはり設けられるべきである。２つのコラム回転対偶１が、長い距離を有するので、上側コラム回転対偶は、鋼構造の製造から生じる誤差によって引き起こされる滑らかでない回転に打ち勝つために、わずかに移動できるナックルベアリングに変更されてもよい。Ｙ方向に関する自由度を解放することも必要である。

同じ構造を有する３つのロボットアームの精確な協調動作を実現するために、高性能の中央制御装置が使用される。高精度のエンコーダが、各対偶の速度を検出するために使用される。速度および位置の閉ループ制御が、この制御装置を用いて構成される。高精度の比例弁が、油シリンダの電磁弁に用いられる。各制御システムは、機械的システムと協働され、それによって各制御システムは、所望の性能効果を実現するために、所定のプログラムを用いて迅速に実行することができる。

この装置の実行中の事故を避けるために、距離センサも、各ディスプレイ画面３の周囲に設けられ、ディスプレイ画面３が近付くときに警告信号を発することができる。加えて、機械的装置が、衝突を避けるためにディスプレイ画面の周囲に設けられ、動作中の画面の安全を保証する。

本明細書に記載の全ての実施形態は、本出願の好ましい実施形態であり、本発明の範囲を限定することを意図しない。本出願のクレームされた範囲に従ってなされた全ての均等な変更形態および修正形態は、本発明の技術的範囲内である。

１ コラム回転対偶
２ コラム
３ ディスプレイ画面
４ 伸縮アーム回転対偶
５ 伸縮アーム
７ 釣り合いおもり装置
８ 第１の回転対偶
９ 第１の回転アーム
１０ 第２の回転対偶
１１ 第２の回転アーム
１２ 第３の回転対偶
１３ 画面回転対偶
１４ 第３の回転アーム
１５ 軽量鋼構造、鋼構造
１６ 伸縮アーム釣り合いおもり
１７ 鋼線ロープ

Claims (6)

1. ６自由度を有する大型画面協調装置であって、
   前記大型画面協調装置は、
   等距離で平行に配置された３つの同じロボットアームを備え、
   各ロボットアームは、コラム回転対偶と、コラムと、伸縮アームと、第１の回転アームと、第２の回転アームと、第３の回転アームとを備え、
   前記コラム回転対偶が、Ｙ軸周りに回転可能であり、
   前記コラムには、垂直に設定される前記コラムの上面および底面に前記コラム回転対偶がそれぞれ設けられ、
   前記伸縮アームの一端が、伸縮アーム回転対偶を介して前記コラムの側面と接続され、
   前記第１の回転アームが、第１の回転対偶を介して前記伸縮アームの自由端と接続および適合され、前記伸縮アームと前記第１の回転アームとが、前記第１の回転対偶を介して接続され、
   前記第２の回転アームが、第２の回転対偶を介して前記第１の回転アームの自由端と接続および適合され、
   前記第３の回転アームが、第３の回転対偶を介して前記第２の回転アームの自由端と接続および適合され、
   前記第３の回転アームが、画面回転対偶を介してディスプレイ画面と接続および適合され、前記伸縮アーム回転対偶、前記第１の回転対偶、および前記第２の回転対偶が、互いに平行に配置され、前記第２の回転対偶、前記第３の回転対偶、および前記画面回転対偶が、互いに垂直に配置されることを特徴とする６自由度を有する大型画面協調装置。
2. 前記伸縮アーム回転対偶、前記第１の回転対偶、および前記第２の回転対偶の全てが、Ｚ軸に平行な軸周りに回転し、前記第３の回転対偶が、Ｙ軸に平行な軸周りに回転し、前記画面回転対偶が、Ｘ軸に平行な軸周りに回転することを特徴とする、請求項１に記載の６自由度を有する大型画面協調装置。
3. 釣り合いおもり装置が、前記第１の回転アームに設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の６自由度を有する大型画面協調装置。
4. 釣り合いおもり装置が、前記伸縮アームの前端に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の６自由度を有する大型画面協調装置。
5. 距離センサが、前記ディスプレイ画面の周囲に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の６自由度を有する大型画面協調装置。
6. 機械的装置が、衝突を避けるために前記ディスプレイ画面の周囲に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の６自由度を有する大型画面協調装置。

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