JP5973201B2 - Operating device of the link actuating device - Google Patents

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この発明は、医療機器や産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とするリンク作動装置の操作装置に関する。 This invention relates to operating device link actuator which requires precision in a wide operating range of such medical and industrial equipment.

リンク機構本体を具備する作業装置の一例が特許文献1に、医療機器や産業機器等に用いられるリンク作動装置の一例が特許文献2にそれぞれ開示されている。 An example of a working device having a link mechanism body Patent Document 1, an example of a link actuating device used in medical and industrial equipment and the like are disclosed respectively in US Pat.

特許文献1のリンク機構本体は、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定するには、リンク長さを長くする必要がある。 Linkage body of Patent Document 1, because the operating angle of each link is small, to set a large operating range of the traveling plate, it is necessary to increase the length of the link. それにより、機構全体の寸法が大きくなって、装置が大型になってしまうという問題があった。 Thereby, increases the overall dimensions of the mechanism, there is a problem that the apparatus becomes large. また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。 A longer link lengths, leads to a decrease in the rigidity of the entire mechanism. そのため、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートの可搬重量も小さいものに制限されるという問題もあった。 Therefore, the weight of the tool to be mounted on the traveling plate, i.e. there is a problem that weight capacity of the traveling plate is limited to be small. これらの理由から、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が要求される医療機器等に用いるのは難しい。 For these reasons, yet compact construction, difficult to use in medical devices such as the operation of the precise and wide operating range is required.

これに対し、特許文献2のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3節連鎖の3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結した構成としたことにより、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能である。 In contrast, the link actuator of Patent Document 2, the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub, a structure in which linked to changing the position through the three or more sets of linkage 3 Section chain by the, yet compact construction, it is possible to operate the precise and wide operating range. 基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢は、3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構の状態を規定することで決定される。 Tip orientation which is the attitude of the distal end side link hub relative link hub of the base end side, is determined by defining the state of the two or more sets of link mechanisms of the three or more sets of link mechanisms. 「リンク機構の状態を規定する」とは、例えば、基端側のリンクハブに対する、リンク機構のうちの基端側のリンクハブに連結されたリンクの回転角を規定することである。 By "defines the state of the link mechanism", for example, it is to define for the link hub proximally rotation angle of the link connected to the proximal end side link hub of the link mechanism.

特開2000−94245号公報 JP 2000-94245 JP 米国特許第5,893,296号明細書 US Pat. No. 5,893,296

一般に、上記3節連鎖のリンク機構を3組以上設けたリンク作動装置は、前記先端姿勢を折れ角と旋回角によって定め、その折れ角と旋回角から前記リンクの回転角を演算し、リンクを回転駆動させるアクチュエータの動作位置を位置決めしている。 In general, the link actuator provided three or more of the link mechanism of the Section 3 chain, the set tip attitude and bending angle of the turning angle, and calculates the rotation angle of the link from the turning angle and the bending angle, the link and positioning the operating position of the actuator for rotationally driven. このため、従来は、先端姿勢を変更するに際して、目標とする先端姿勢の指定を、折れ角と旋回角を入力することで行っていた。 Therefore, conventionally, when changing the tip orientation, the designation of the front end position of the target has been performed by inputting a turning angle and bending angle. なお、折れ角は、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度であり、旋回角は、基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である。 Note that the bending angle is perpendicular angle which the center axis is inclined in the distal end side link hub relative to the central axis of the proximal end side link hub, the turning angle, with respect to the central axis of the proximal end side link hub the central axis of the distal end side link hub is a horizontal angle inclined.

一方、先端側のリンクハブにエンドエフェクタを設置して、リンク作動装置を実際に使用する場合、エンドエフェクタが作業する被作業物の座標位置は直交座標系で扱われることが多い。 On the other hand, by installing the end effector on the distal end side link hub, when actually using the link actuator, the coordinate position of the work product end effector work are often treated in an orthogonal coordinate system. そのため、折れ角と旋回角による先端姿勢の指定では、リンク作動装置を直感的に操作することが難しかった。 Therefore, in the specification of the tip position by the bending angle turning angle, it is difficult to intuitively operate the link actuator. 例えば、先端側のリンクハブがある先端姿勢で位置決めされていて、その先端姿勢から、直交座標系で指定された移動量だけエンドエフェクタが移動するように先端姿勢を変更する場合、操作者は、直交座標系での移動を折れ角と旋回角で表される角度座標系での移動に変換してアクチュエータの操作量を決めなければならない。 For example, if it is positioned at the tip position where there is a distal end side link hub, from the tip position, the moving amount by the end effector is specified in Cartesian coordinate system to change the tip position to move, the operator, must be determined operation amount of the actuator is converted into movement in an orthogonal coordinate angle coordinate system represented moved turning angle and bending angle in system. そのため、リンク作動装置の操作が難しく、経験や特別な訓練を必要とした。 Therefore, the operation of the link actuating device is difficult, and requires experience and special training.

この発明の目的は、先端姿勢を変更するアクチュエータの制御が角度座標系で扱われるリンク作動装置において、目標とする先端姿勢を直交座標系で指定して、直感的にティーチングできる操作装置を提供することである。 The purpose of this invention, the link actuator which controls the actuator for changing the tip position are treated at an angle coordinate system, specify the tip position of a target in the orthogonal coordinate system, to provide an operating device intuitively teaching it is.

この発明のリンク作動装置の操作装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変 Operating device link actuator of the present invention is to connect the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub, to allow changing the position through the three or more sets of link mechanisms, said each of the link mechanisms, respectively the other end of the proximal-side link hub and the distal end side of the link and the end link member one end rotatably linked proximal and distal to the hub, these proximal and distal of the end link member becomes between the central link member having both ends rotatably connected respectively, each linkage, geometric model representing the link mechanism in a straight line, the proximal portion and distal to the central portion of the intermediate link member has a shape and the side portions symmetrical, the two or more sets of link mechanisms among the three or more sets of link mechanisms, any attitude at which the tip position of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub changes to させるアクチュエータが設けられ、このアクチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度である折れ角と、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である旋回角とによって規定するリンク作動装置に設けられる。 Actuator is provided to the control device for controlling the actuator, the distal end position, folding is a vertical angle which the center axis is inclined in the distal end side link hub with respect to the central axis of the proximal-side link hub and angular, is provided in the link actuating device defined by a turning angle is a horizontal angle which the center a central axis of the distal end side link hub relative axis is inclined in the proximal end side link hub.
操作装置は、前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する2次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段とを備える。 The tip operating apparatus, origin located on the extension axis of the central axis of the base end side link hub, a coordinate position on a two-dimensional orthogonal coordinate system which is perpendicular to the extension axis of the central axis, a target a posture designating means for designating a posture manual operation, from the specified coordinates position by this position designating means, a posture acquisition means for acquiring the tip position represented by the bending angle and the turning angle by computation, the posture acquisition and a posture information providing means for providing the information of the tip position obtained by means to the control device.
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの動作量に変換し、その動作量だけ前記アクチュエータを動作させる。 Wherein the control device, the information of the tip position given from the posture specifying means, by the conversion formula defined by converting the operation amount of the actuator, operates the actuator by the operation amount.

この構成によると、姿勢指定手段による人為操作で、目標とする先端姿勢を直交座標系の座標位置で指定する。 According to this configuration, in manual operation by the position specifying means, for specifying the leading end position of the target in the coordinate position of the orthogonal coordinate system. 姿勢取得手段は、指定された座標位置から、演算により折れ角および旋回角で表される先端姿勢を取得する。 Orientation acquisition means, from the specified coordinate position to obtain a tip position represented by the bending angle and the turning angle by calculation. この先端姿勢の情報を、姿勢情報付与手段により制御装置に与える。 The information of the distal position, providing to the controller by the posture information adding unit. そして、制御装置が、折れ角および旋回角で表される先端姿勢の情報を用いて、アクチュエータを制御する。 Then, the control device, using the information of the tip position represented by bending angle and the turning angle, and controls the actuator. このように、直交座標系上の座標位置で目標とする先端姿勢の指定を行うので、被作業物の座標位置が直交座標系で扱われる場合でも、リンク作動装置を直感的に操作することができる。 Thus, since the designation of the front end position of the target at a coordinate position on the orthogonal coordinate system, even when the coordinate position of the work object is treated in an orthogonal coordinate system, to be operated intuitively the link actuator it can.
また、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させるため、アクチュエータの制御を容易に行える。 Further, the control device, the information of the tip position given from the posture specifying means, by the conversion formula defined by converting the command actuation amount of the actuator, to operate the actuator only the command actuation amount, the actuator It performs the control of easily.

前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用いる。 The orientation acquisition unit, and an operation for acquiring the tip position represented by the bending angle and the turning angle, Ru with convergence calculation by least squares method.
最小二乗法によると、先端姿勢を表わす適切な折れ角および旋回角を簡単な演算で得られる。 According to the least squares method, obtained by a simple calculation the appropriate bending angle and the turning angle representing the tip position.

前記制御装置は、 前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次のようにして前記各アクチュエータの指令動作量を算出すると良い。 Wherein the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ is, if these bending angle θ and the turning angle φ is given, the each actuator as follows it may calculates a command movement amount. すなわち、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記折れ角度をθ、前記旋回角をφとした場合に、 That is, the connecting end axis of the base end side of βn the rotation angle of the end link member, rotatably connected to a central link member to the end link members of said proximal side relative to the proximal end side link hub, end link member of the base end side relative to rotatably linked central link an angle connecting end and the shaft is formed of members gamma, in relation to the standard base end side end link member to the end link members of said distal end the circumferential spacing angles .DELTA.n, the bending angle theta, the angle of rotation when the φ of,
cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 cos (θ / 2) sin βn-sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0
で表される式を逆変換することにより、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。 By inverse transform expressions represented in obtains the rotation angle of the end link members of said respective proximal side of the distal end position of the target, the a rotation angle obtained, the in the current of the tip position from the difference between the rotation angle of the end link members of the base end side, it calculates a command movement amount of each actuator.
この手法によると、容易に指令動作量を求めることができ、アクチュエータの制御が簡略になる。 According to this technique, it is possible to easily obtain the command actuation amount, the control of the actuator is simplified.

また、前記制御装置は、 前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次のようにして前記各アクチュエータの指令動作量を算出しても良い。 Further, the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ is, if these bending angle θ and the turning angle φ is given, each in the following manner it may be calculated command actuation amount of the actuator. すなわち、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、 That is, the connecting end axis of the base end side of βn the rotation angle of the end link member, rotatably connected to a central link member to the end link members of said proximal side relative to the proximal end side link hub, end link member of the base end side relative to rotatably linked central link an angle connecting end and the shaft is formed of members gamma, in relation to the standard base end side end link member to the end link members of said distal end the circumferential spacing angles .DELTA.n, the bending angle theta, the angle of rotation when the φ of,
cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 cos (θ / 2) sin βn-sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0
で表される式を逆変換することにより、前記先端姿勢と前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成しておき、このテーブルを用いて、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。 By inverse transform expressions represented in the distal position and the advance to create a table indicating the relationship between the rotation angle of the end link members of the base end side, with this table, the target the calculated rotation angle of the end link members of the base end side of the tip position, the rotation angle is thus determined from the difference between the rotation angle of the current of the end link members of the base end side, each It calculates a command operation amount of the actuator.
この手法によると、事前に先端姿勢と各基端側の端部リンクの回転角との関係をテーブル化しておくことにより、上記式を用いた指令動作量の計算時間を短くすることができ、アクチュエータの制御をより一層高速で行うことが可能となる。 According to this method, by previously have a table the relationship between the rotation angle of the tip position and the end link of the respective base end, it is possible to shorten the command operation amount of computing time using the above equation, it becomes possible to control the actuator in higher speed.

例えば、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を数値入力により指定する。 For example, the posture specifying means specifies numerically entering the coordinates position on the orthogonal coordinate system. その場合、前記直交座標系上での座標位置の指定は、定められた基準点に対する絶対座標の数値入力であってもよく、あるいは現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分の数値入力であってもよい。 In that case, the designated coordinate position on the orthogonal coordinate system may be an absolute coordinate numerical value input to a defined reference point, or numeric input of the difference from the current coordinate position to the coordinate position of the target it may be.

また、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を、操作時間または操作回数に応じて決まる操作量で指定してもよい。 Further, the posture designating means, the coordinate position on the orthogonal coordinate system, it may be designated by the operation amount determined in accordance with operating time or number of operations. この場合、操作と座標位置との関係が感覚的に分かり易い。 In this case, intuitively easy to understand the relationship between the operation and the coordinate position.

前記姿勢取得手段は、前記最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して前記折れ角を求めるのが良い。 The orientation acquisition unit, the convergence calculation by the least square method, is good finding the bending angle by searching in order from the vicinity relative to the current coordinate position. これにより、演算回数を減らすことができる。 This reduces the number of calculations.

前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次式7を用いて前記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで前記各基端側の端部リンク部材の回転角βnを求め、その求められた回転角βnを用いて次式8を演算することで、前記各アクチュエータの動作量Rnを算出するリンク作動装置の操作装置。 Wherein the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ is, if these bending angle θ and the turning angle φ is given, the bending angle by using the following equation 7 obtains the rotation angle .beta.n of end link members of said respective proximal side by inverse transforming the θ and the turning angle phi, by calculating the following equation 8 by using the the obtained rotation angle .beta.n, each actuator operating device link actuator for calculating the operation amount Rn.
cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 ・・・(式7) cos (θ / 2) sin βn -sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0 ··· ( Equation 7)
n=1,2,3) n = 1,2,3)
ここで、γは、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とが成す角度、δnは、基準となる前記基端側の端部リンク部材に対する前記各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角、 Here, gamma, the central link in which the the connecting end axis of said central link member rotatably connected to the end link member proximal, rotatably connected to the end link members of said distal end angle between the coupling end shaft members, .DELTA.n, the circumferential spacing angles of end link members of the base end side relative to the end link member of the proximal-side as a reference,
Rn=βn×k;(n=1,2,3) ・・・(式8) Rn = βn × k; (n = 1,2,3) ··· (Equation 8)
ここで、kは、前記アクチュエータに付設されている減速機の減速比によって決まる係数。 Here, k is determined by the reduction ratio of the reduction gear that is attached to the actuator coefficient.

この発明のリンク作動装置の操作装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変 Operating device link actuator of the present invention is to connect the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub, to allow changing the position through the three or more sets of link mechanisms, said each of the link mechanisms, respectively the other end of the proximal-side link hub and the distal end side of the link and the end link member one end rotatably linked proximal and distal to the hub, these proximal and distal of the end link member becomes between the central link member having both ends rotatably connected respectively, each linkage, geometric model representing the link mechanism in a straight line, the proximal portion and distal to the central portion of the intermediate link member has a shape and the side portions symmetrical, the two or more sets of link mechanisms among the three or more sets of link mechanisms, any attitude at which the tip position of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub changes to させるアクチュエータが設けられ、このアクチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度である折れ角と、前記基端側のリンクハ Actuator is provided to the control device for controlling the actuator, the distal end position, folding is a vertical angle which the center axis is inclined in the distal end side link hub with respect to the central axis of the proximal-side link hub and angular, Rinkuha of the proximal-side

ブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である旋回角とによって規定するリンク作動装置における操作装置であって、前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する2次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段とを備え、前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用い、 A control device according to the link actuator central axis of the distal end side link hub relative to the center axis of the probe is defined by the swivel angle is a horizontal angle tilted, the central axis of the proximal end side link hub origin is positioned on the extension axis, the coordinate position on the two-dimensional orthogonal coordinate system which is perpendicular to the extension axis of the central axis, a posture specifying means for specifying the leading end position of the target in manual operation, the posture designated from the specified coordinate position by means and posture acquisition means for acquiring the tip position represented by the bending angle and the turning angle by computation, the information of the tip position acquired by the posture acquisition unit to the control device e Bei and attitude information applying means for applying, the posture acquisition section, as an operation for acquiring the tip position represented by the bending angle and the turning angle, using a convergence calculation by the least square method,
前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させるため、先端姿勢を変更するアクチュエータの制御が角度座標系で扱われるリンク作動装置において、目標とする先端姿勢を直交座標系で指定して、直感的にティーチングできる。 Wherein the control device, the information of the tip position given from the posture specifying means, by the conversion formula defined by converting the command actuation amount of the actuator, to operate the actuator only the command movement amount, a distal end posture in link actuator which control of the actuator is treated at an angle coordinate system to be changed, by specifying the tip position of a target in the orthogonal coordinate system, intuitively teaching.

この発明の操作装置を備えたリンク作動装置の一実施形態の一部を省略した正面図である。 Is a front view partly omitted of an embodiment of a link actuator having an operating device of the present invention. 同リンク作動装置のリンク機構本体の一状態を示す一部を省略した正面図である。 It is a front view of a part omitted showing a state of the link mechanism body of the link actuator. 同リンク作動装置のリンク機構本体の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。 It is a front view of a part omitted showing different states of the link mechanism body of the link actuator. 同リンク作動装置のリンク機構本体を3次元的に表わした斜視図である。 It is a perspective view showing a link mechanism body of the link actuator in three dimensions. 同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。 It is a diagram expressing a straight line one link mechanism of the link actuator. 同リンク作動装置のリンク機構本体の部分断面図である。 It is a partial cross-sectional view of the link mechanism body of the link actuator. 折れ角を求める最小二乗法による収束演算のフローチャートである。 Is a flowchart of the convergence calculation by the least square method to determine the bending angle. 操作装置の操作部の一例を示す図である。 Is a diagram showing an example of an operation section of the control device. 操作装置の操作部の異なる例を示す図である。 It is a diagram showing another example of the operating portion of the operating device. 同リンク作動装置を備えた作業装置の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of the working device equipped with the link actuator. この発明の操作装置を備えたリンク作動装置の他の実施形態の一部を省略した正面図である。 Is a front view partly omitted of another embodiment of a link actuator having an operating device of the present invention. 同リンク作動装置のリンク機構本体の部分断面図である。 It is a partial cross-sectional view of the link mechanism body of the link actuator. 図12の部分拡大図である。 Is a partially enlarged view of FIG. 12.

この発明の操作装置を備えたリンク作動装置の一実施形態を図1〜図6と共に説明する。 One embodiment of a link actuator having an operating device of the present invention will be described in conjunction with Figures 1-6. 図1に示すように、このリンク作動装置51は、リンク機構本体1と、リンク機構本体1を作動させる複数(後記リンク機構4と同数)のアクチュエータ53と、これらアクチュエータ53を制御する制御装置54と、この制御装置54に操作指令を入力する操作装置55とを備える。 As shown in FIG. 1, the link actuator 51 includes a link mechanism body 1, an actuator 53 of a plurality of actuating the link mechanism body 1 (the same number as the later link mechanism 4), the control unit controls the actuators 53 54 If, and an operation unit 55 for inputting an operation instruction to the control unit 54. この例では、制御装置54および操作装置55が共にコントローラ56に設けられているが、制御装置54はコントローラ56と別に設けてもよい。 In this example, the control unit 54 and operation unit 55 are both provided in the controller 56, the controller 54 may be provided separately from the controller 56. この例では、リンク機構本体1は、ベース部材52に吊り下げ状態で設置されている。 In this example, the link mechanism body 1 is installed in a suspended state to the base member 52.

リンク機構本体1から説明する。 Described from the link mechanism body 1. 図2および図3はリンク機構本体1のそれぞれ異なる状態を示す正面図であり、このリンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3を3組のリンク機構4を介して姿勢変更可能に連結したものである。 2 and 3 are a front view showing a different state of the link mechanism body 1, the link mechanism body 1, the base end side of the three sets of the distal end side link hub 3 relative to link hub 2 of the link mechanism 4 is obtained by attitude change can be connected to each other through the. 図2および図3では、1組のリンク機構4のみが示されている。 2 and 3, only one set of the link mechanism 4 is shown.

図4は、リンク機構本体1を三次元的に表わした斜視図である。 Figure 4 is a perspective view showing a link mechanism body 1 three-dimensionally. 各リンク機構4は、基端側の端部リンク部材5、先端側の端部リンク部材6、および中央リンク部材7で構成され、4つの回転対偶からなる3節連鎖のリンク機構をなす。 Each link mechanism 4, the end link member 5 of the base end side, is constituted by the end link member 6 and the intermediate link member 7, the distal end side, forms a 3 section chain linkage of four revolute pair. 基端側および先端側の端部リンク部材5,6はL字状をなし、基端がそれぞれ基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3にそれぞれ回転自在に連結されている。 End link members 5 and 6 of the proximal and distal an L-shape, a base end are respectively rotatably connected to the link hub 2 and the distal end side link hub 3 of the base end side, respectively. 中央リンク部材7は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材5,6の先端がそれぞれ回転自在に連結されている。 Intermediate link member 7, the tip of the proximal side and distal end link members 5 and 6 are rotatably coupled to both ends.

基端側および先端側の端部リンク部材5,6は球面リンク構造で、3組のリンク機構4における球面リンク中心PA,PB(図2、図3)は一致しており、また、その球面リンク中心PA,PBからの距離dも同じである。 End link members 5 and 6 of the proximal and distal spherical link structure, the spherical link center PA in three sets of link mechanisms 4, PB (Fig. 2, Fig. 3) is consistent, also, the spherical link center PA, even if the distance d from the PB is the same. 端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γをもっていてもよいし、平行であってもよい。 The central axis of the revolute pair of end link members 5 and 6 and the intermediate link member 7 may be have a certain crossing angle gamma, it may be parallel.

つまり、3組のリンク機構4は、幾何学的に同一形状をなす。 That is, three sets of the link mechanism 4 is geometrically form a same shape. 幾何学的に同一形状とは、各リンク部材5,6,7を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材7の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。 The geometrically identical shape, geometric models representing the link members 5, 6, and 7 in a straight line, i.e. the model expressed in the straight line connecting the respective rotation pair, between these rotating kinematic pair, central link member 7 It refers to proximal portion and a distal portion with respect to the central portion of a shape symmetrical. 図5は、一組のリンク機構4を直線で表現した図である。 Figure 5 is a diagram expressing a set of the link mechanism 4 in a straight line.

この実施形態のリンク機構4は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6との位置関係が、中央リンク部材7の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。 In the link mechanism 4 is rotationally symmetrical type of this embodiment, the position of the end link member 5 of the link hub 2 and the proximal side of the base end side, an end link member 6 in the distal end side link hub 3 and the distal end relationship, has a position arrangement to be rotationally symmetrical with respect to the center line C of the intermediate link member 7. 図2は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBとが同一線上にある状態を示し、図3は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが所定の作動角をとった状態を示す。 Figure 2 shows a state in which the central axis QB link hub 3 of the central axis QA and the distal end side of the proximal end side link hub 2 are collinear, 3, the central axis of the proximal end side link hub 2 It shows a state where the center axis QB of the distal end side link hub 3 took the predetermined operating angle relative to QA. 各リンク機構4の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離dは変化しない。 Even if the posture of each link mechanism 4 is changed, the spherical link center PA proximal and distal end, the distance d between the PB does not change.

基端側のリンクハブ2と先端側のリンクハブ3と3組のリンク機構4とで、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3が直交2軸方向に移動自在な2自由度機構が構成される。 In link hub 2 and the distal end side link hub 3 of the base end side and three sets of the link mechanism 4, freely 2 free movement relative to the proximal end side link hub 2 is the distal end side link hub 3 in the orthogonal biaxial directions degree mechanism is configured. 言い換えると、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を、回転が2自由度で姿勢変更自在な機構である。 In other words, the distal end side link hub 3 relative to the proximal end side link hub 2, the rotation is the posture change retractable mechanism in two degrees of freedom. この2自由度機構は、基端側のリンクハブ2の中心軸QA、先端側のリンクハブ3の中心軸QB、および中央リンク部材7の中心線Cの交点Pを中心として、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3が姿勢を変更する。 The two-degree-of-freedom mechanism, around the central axis QA of the proximal end side link hub 2, the central axis QB of the distal end side link hub 3, and the intersection P of the center line C of the intermediate link member 7, the proximal the distal end side link hub 3 to change the posture with respect to the link hub 2.

この2自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の可動範囲を広くとれる。 The two-degree-of-freedom mechanism is compact yet, take a wide range of movement of the distal end side link hub 3 relative to the proximal end side link hub 2. 例えば、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBの折れ角θの最大値(最大折れ角)を約±90°とすることができる。 For example, it can be the maximum value of the bending angle θ of the central axis QB link hub 3 of the central axis QA and the distal end side of the proximal end side link hub 2 (maximum bending angle) of about ± 90 °. また、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の旋回角φを0°〜360°の範囲に設定できる。 Further, the turning angle of the distal end side link hub 3 relative to the proximal end side link hub 2 φ can be set in the range of 0 ° to 360 °. 折れ角θは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した水平角度のことである。 The bending angle theta, and that the vertical angle of the central axis QB of the distal end side link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 2, the turning angle phi, the proximal end side link hub central axis QB of the distal end side link hub 3 relative to the second central axis QA is that the horizontal angle tilted.

このリンク機構本体1において、各リンク機構4の端部リンク部材5,6の軸部材13(図6)の角度、および長さが等しく、かつ基端側の端部リンク部材5と先端側の端部リンク部材6の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材7についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材7の対称面に対して、中央リンク部材7と端部リンク部材5,6との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6とは同じに動く。 In the link mechanism body 1, the angle, and are equal in length and the proximal end portion of the link member 5 and the front end side of the shaft member 13 of the end link members 5 and 6 of each link mechanism 4 (Figure 6) equal geometry of the end link member 6, and when the same shape even with the distal end side of the base end side on the intermediate link member 7, with respect to the symmetry plane of the intermediate link member 7, the intermediate link member 7 and the end if the angular position relationship between the parts link members 5 and 6 the same in the base end side and the distal side, an end link member 5 of the geometric from symmetry of proximal link hub 2 and the proximal side, the distal end side of the same to move the link hub 3 and the distal side end link member 6. 例えば、基端側と先端側のリンクハブ2,3にそれぞれの中心軸QA,QBと同軸に回転軸を設け、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手となる。 For example, each of the central axes QA, the rotary shaft QB coaxially provided link hub 2 the proximal end side and distal end side, when the rotation transmitted from the proximal side to the distal side, the proximal and distal side a constant velocity universal joint which rotates at a constant speed is the same rotation angle. この等速回転するときの中央リンク部材7の対称面を等速二等分面という。 That the plane of symmetry of the intermediate link member 7 constant velocity bisecting plane when rotating constant velocity.

このため、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3を共有する同じ幾何学形状のリンク機構4を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構4が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材7が等速二等分面上のみの動きに限定される。 Therefore, by arranging a plurality of the same geometry of the link mechanism 4 which share a link hub 2 and the distal end side link hub 3 of the base end side on the circumference, as a position where a plurality of link mechanisms 4 can move without contradiction intermediate link member 7 is restricted to movement on the constant velocity bisecting plane only. これにより、基端側と先端側とが任意の作動角をとっても、基端側と先端側とが等速回転する。 Accordingly, the base end side and distal end side take any operating angle, and a base end and a distal end side rotates at a constant speed.

基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3は、その中心部に貫通孔10が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。 Link hub 2 and the distal end side link hub 3 of the base end side, the center portion in the through hole 10 is formed along the axial direction, has a donut profile has a spherical shape. 貫通孔10の中心はリンクハブ2,3の中心軸QA,QBと一致している。 Center of the through hole 10 coincides with the center axis QA, QB link hub 2. これら基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3の外周面の円周方向に等間隔の位置に、基端側の端部リンク部材5および先端側の端部リンク部材6がそれぞれ回転自在に連結されている。 Rotation equally spaced positions in the circumferential direction of the outer peripheral surface of these proximal end side link hub 2 and the distal end side link hub 3, end link member 6 at the end of proximal link member 5 and the leading end side, respectively It is rotatably connected.

図6は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶を示す断面図である。 Figure 6 is a sectional view showing a turning pair of rotary kinematic pair, and end link member proximal 5 and the intermediate link member 7 of the end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side. 基端側のリンクハブ2は、前記軸方向の貫通孔10と外周側とを連通する半径方向の連通孔11が円周方向3箇所に形成され、各連通孔11内に設けた二つの軸受12により軸部材13がそれぞれ回転自在に支持されている。 The proximal end side link hub 2 is, radial communication hole 11 communicating the through hole 10 and the outer peripheral side of the axial direction is formed in the circumferential direction three, two bearings provided in the communication hole 11 the shaft member 13 is rotatably supported respectively by 12. 軸部材13の外側端部は基端側のリンクハブ2から突出し、その突出ねじ部13aに基端側の端部リンク部材5が結合され、ナット14によって締付け固定されている。 Outer end of the shaft member 13 protrudes from the proximal end side link hub 2, the end link member 5 of the base end side is coupled to the protruding threaded portion 13a, and is fastened by a nut 14.

前記軸受12は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪(図示せず)が前記連通孔11の内周に嵌合し、その内輪(図示せず)が前記軸部材13の外周に嵌合している。 The bearing 12 is a rolling bearing, for example a deep groove ball bearing or the like, the outer ring (not shown) is fitted to the inner periphery of the communication hole 11, the outer circumference of the inner ring (not shown) the shaft member 13 It is fitted to. 外輪は止め輪15によって抜け止めされている。 The outer ring is retained by the retaining ring 15. また、内輪と基端側の端部リンク部材5の間には間座16が介在し、ナット14の締付力が基端側の端部リンク部材5および間座16を介して内輪に伝達されて、軸受12に所定の予圧を付与している。 Further, the spacer 16 is interposed between the end link member 5 of the inner ring and the base end side, transmitted to the inner ring fastening force of the nut 14 through the end link member 5 and the spacer 16 on the base end side It is, and applying a predetermined preload to the bearing 12.

基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶は、中央リンク部材7の両端に形成された連通孔18に二つの軸受19が設けられ、これら軸受19により、基端側の端部リンク部材5の先端の軸部20が回転自在に支持されている。 Revolute pair of end link members 5 and the intermediate link member 7 of the base end side, the two bearings 19 are provided in the communication hole 18 formed at both ends of the intermediate link member 7, these bearings 19, the base end side distal shaft portion 20 of the end link member 5 is rotatably supported. 軸受19は、間座21を介して、ナット22によって締付け固定されている。 Bearing 19 via a spacer 21, and is fastened by a nut 22.

前記軸受19は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪(図示せず)が前記連通孔18の内周に嵌合し、その内輪(図示せず)が前記軸部20の外周に嵌合している。 The bearing 19 is a rolling bearing, for example a deep groove ball bearing or the like, the outer circumference of the outer ring fitted (not shown) on the inner periphery of the communication hole 18, the inner ring (not shown) the shaft portion 20 It is fitted to. 外輪は止め輪23によって抜け止めされている。 The outer ring is retained by the retaining ring 23. 軸部20の先端ねじ部20aに螺着したナット22の締付力が間座21を介して内輪に伝達されて、軸受19に所定の予圧を付与している。 Tightening force of the nut 22 which is screwed to the distal threaded portion 20a of the shaft portion 20 is transmitted to the inner ring via a spacer 21, and applying a predetermined preload to the bearing 19.

以上、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶について説明したが、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶も同じ構成である(図示省略)。 Above, revolute pair of end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side, and has been described revolute pair of end link members 5 and the intermediate link member 7 of the proximal, the distal end side of the link turning pair of hub 3 and the distal end of the end turning pair of link members 6, and the distal side end link member 6 and the intermediate link member 7 is also the same configuration (not shown).

このように、各リンク機構4における4つの回転対偶、つまり、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7と回転対偶、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶に、軸受12,19を設けた構造とすることにより、各回転対偶での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。 Thus, the four revolving joints in the link mechanisms 4, i.e., revolute pair, the distal end side link hub 3 and the distal end of the end link of the end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side turning pair member 6, the revolute pair end link member 5 and the intermediate link member 7 of the base end side, and the revolute pair of the distal side end link member 6 and the intermediate link member 7, is provided a bearing 12, 19 with the structure, the reduction in rotational resistance that can be achieved by suppressing the frictional resistance at each revolute pair, it is possible to improve the durability can be ensured a smooth power transmission.

この軸受12,19を設けた構造では、軸受12,19に予圧を付与することにより、ラジアル隙間とスラスト隙間をなくし、回転対偶のがたつきを抑えることができ、基端側のリンクハブ2側と先端側のリンクハブ3側間の回転位相差がなくなり等速性を維持できると共に振動や異音の発生を抑制できる。 In the structure provided with the bearing 12, 19, by applying a preload to the bearing 12, 19, eliminating the radial clearance and the thrust clearance can suppress the rattling of the revolute pair, link proximal hub 2 vibration or abnormal noise is possible maintain the side and distal end side link rotational phase difference is eliminated isokinetic between the hub 3 side can be suppressed. 特に、前記軸受12,19の軸受隙間を負すきまとすることにより、入出力間に生じるバックラッシュを少なくすることができる。 In particular, by the bearing clearance of the bearing 12, 19 and negative clearances, it is possible to reduce the backlash occurring between the input and output.

軸受12を基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3に埋設状態で設けたことにより、リンク機構本体1全体の外形を大きくすることなく、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3の外形を拡大することができる。 By providing in an embedded state to the bearing 12 to link hub 2 and the distal end side link hub 3 proximally without increasing the link mechanism body 1 overall profile, link hub 2 and the distal end of the proximal it is possible to expand the outer shape of the link hub 3. そのため、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3を他の部材に取付けるための取付スペースの確保が容易である。 Therefore, it is easy to secure the mounting space for mounting the link hub 2 and the distal end side link hub 3 of the base end side to another member.

図1において、リンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2がベース部材52の下面に固定され、先端側のリンクハブ3が垂下した状態となっている。 In Figure 1, the link mechanism body 1, the proximal end side link hub 2 is fixed to the lower surface of the base member 52, the distal end side link hub 3 in a state of being suspended. ベース部材52の上面には、ロータリアクチュエータからなるアクチュエータ53が、リンク機構4と同数すなわち3個設置されている。 On the upper surface of the base member 52, the actuator 53 consisting of a rotary actuator is installed 4 as many i.e. three link mechanisms. アクチュエータ53の出力軸53aはベース部材52を貫通して下方に突出し、その出力軸53aに取付けたかさ歯車57と基端側のリンクハブ2の軸部材13(図6)に取付けた扇形のかさ歯車58とが噛み合っている。 Output shaft 53a of the actuator 53 protrudes downwardly through the base member 52, the bulk of the sector attached to the shaft member 13 of the output shaft bevel gears 57 or attached to 53a and proximal end side link hub 2 (Fig. 6) and the gear 58 is engaged.

アクチュエータ53を回転させると、その回転が一対のかさ歯車57,58を介して軸部材13に伝達されて、基端側のリンクハブ2に対する基端側の端部リンク部材5の角度が変わる。 When the actuator 53 is rotated, the rotation is transmitted to the shaft member 13 via a pair of bevel gears 57 and 58, changes the end angle of the link member 5 of the base end side relative to the proximal end side link hub 2. 各アクチュエータ53の動作量を制御して、リンク機構4ごとに基端側の端部リンク部材5の角度を調整することにより、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢(以下、「先端姿勢」とする)が決まる。 Controls the operation of each actuator 53, by adjusting the angle of the end link member 5 of the base end side in each link mechanism 4, the posture of the distal end side link hub 3 relative to the proximal end side link hub 2 ( hereinafter referred to as "tip attitude") is determined. 各アクチュエータ53の動作は、操作装置55の操作指令に基づき、制御装置54により制御される。 Operation of each actuator 53 on the basis of the operation command of the operating device 55 is controlled by a control device 54.

操作装置55は、姿勢指定手段55aと姿勢取得手段55bと姿勢情報付与手段55cとを有する。 Operation unit 55 includes a position specifying means 55a and posture acquisition unit 55b and the attitude information adding unit 55c.
姿勢指定手段55aは、目標とする先端姿勢を人為操作で指定する手段であり、2次元の直交座標系上の座標位置で先端姿勢を指定する。 Posture specifying means 55a is a means for specifying the leading end position of the target in manual operation, specifying the leading end position in the coordinate position on the two-dimensional orthogonal coordinate system. 直交座標系は、図4に示すように、基端側のリンクハブ2の中心軸QAの延長軸QA´と直交し、前記延長軸QA´上の任意の位置に原点Oが定められたXY直交座標系100である。 Cartesian coordinate system, as shown in FIG. 4, perpendicular to the extension axis Qa 'of the central axis QA of the proximal end side link hub 2, the origin O is defined at an arbitrary position on said extension shaft Qa' XY is an orthogonal coordinate system 100. 目標とする先端姿勢は、先端側のリンクハブ3の中心軸QBがXY直交座標系100と交わる点の座標である目標座標T(X,Y)で表わされる。 Tip orientation of the target is represented by the target coordinate T central axis QB of the distal end side link hub 3 is the coordinates of a point intersecting the XY orthogonal coordinate system 100 (X, Y). 目標座標Tの指定方法については、後で説明する。 For information on how to specify the target coordinates T, later described.

姿勢取得手段55bは、姿勢指定手段55aにより指定されたXY直交座標系100の座標位置で表される先端姿勢を、角度座標系の折れ角θおよび旋回角φで表される先端姿勢に変換する手段である。 Orientation acquisition unit 55b is a front end position represented by the coordinate position of the XY orthogonal coordinate system 100 designated by the posture specifying unit 55a, into a front end position represented by the bending angle θ and the turning angle φ angular coordinate system it is a means. 変換の原理について説明する。 It will be described the principle of conversion.

XY座標系100での原点Oと目標座標Tとの距離rは、式1を用いて求められる。 Distance r between the origin O and the target coordinates T in the XY coordinate system 100 is determined using Equation 1.
また、角度座標系での原点Oと目標座標Tとの距離r´は、式2を用いて求められる。 The distance r'between the origin O and the target coordinates T at an angle coordinate system is determined using Equation 2.
r´=h´×tanθ ・・・(式2) r'= h'× tanθ ··· (Equation 2)

ここで、h´は、先端側のリンクハブ3の姿勢変更の回転中心である交点Pから目標座標Tまでの高さである。 Here, h'is the height from the intersection P which is a rotation center of the attitude change of the distal end side link hub 3 to the target coordinates T. 球面リンク中心PA,PB間の距離をd、基端側のリンクハブ2の球面リンク中心PAから目標座標Tまでの高さをhとした場合、h´は式3から求められる。 If the spherical link center PA, the distance between PB d, the height of a spherical link center PA link hub 2 on the base end side to the target coordinates T was h, h'is determined from Equation 3. 式3で求められたh´を式2に代入することで、角度座標系での原点Oと目標座標Tとの距離r´が求められる。 By substituting the h'that given by Equation 3 to Equation 2, the distance between the origin O and the target coordinates T at an angle coordinate system r'is obtained. なお、dおよびhは、リンク機構本体1の寸法やリンク作動装置51を搭載した装置の寸法により決定される固定値である。 Incidentally, d and h is a fixed value determined by the dimensions of the mounting the apparatus a link mechanism body 1 dimensions and link actuator 51.

このようにして求められたXY座標系100での原点Oと目標座標Tとの距離rと、角度座標系での原点Oと目標座標Tとの距離r´とを比較し、差が最小となる折れ角θを探索する。 And the distance r between the origin O and the target coordinates T of such to the XY coordinate system 100 obtained in, compared with the distance r'between the origin O and the target coordinates T at an angle coordinate system, the difference between the minimum consisting of bending angle to explore the θ. 折れ角θの探索は、例えば式4に示すように、最小二乗法による収束演算を用いて行う。 Search for bending angle θ, for example, as shown in Equation 4, carried out using a convergence calculation by the least square method.
dr=(r−r´) ・・・(式4) dr = (r-r') 2 ··· ( Equation 4)

最小二乗法による収束演算は、図7のフローチャートに示す順序で行われる。 Convergence operation by the least square method is carried out in the order shown in the flowchart of FIG. まず、S1において、式1による距離rの計算と、比較値Aの初期値の設定とを行う。 First, in S1, the calculation of the distance r by the formula 1, and the setting of the initial value of the comparison value A. 比較値Aはdrとの比較値であり、探索過程で計算されるdrの値よりも十分大きい値を初期値として設定する。 Comparison value A is the comparison value with dr, set sufficiently larger than the value of dr calculated in the search process as the initial value.

次に、S2においてθ=0°として、S3においてr 、drを計算する。 Next, as theta = 0 ° in S2, to calculate the r 2, dr in S3. また、S4において、drがAよりも小さければ、Aにdrを代入し、そのときのθをAnsθに代入する。 Further, in S4, smaller than dr is A, substituting dr to A, substituting θ at that time Ansshita. drがAよりも大きければ、AおよびAnsはそのままの値にする。 dr is greater than A, A and Ans is to the precise value. さらに、S5において、θを予め定めた角度範囲の最大値Maxθと比較し、小さい場合は、S6において、θ=θ+Δθとして、ある定めた値を加算する。 Further, in S5, it is compared with the maximum value Maxθ of a predetermined angle range theta, if small, in S6, as θ = θ + Δθ, adds a certain predetermined value.

上記S3,S4,S6の操作を、θがある設定した角度範囲の最大値Maxθになるまで繰り返す。 The S3, S4, S6 operations are repeated until a maximum value Maxθ of the set angular range is theta. そして、S7において、最終的に得られたAnsθを求める折れ角θとする。 Then, in S7, bending and angle θ seek finally obtained Ansshita.

上記探索により得られた折れ角θを用いて、旋回角φを求める。 Using bending angle θ obtained by the search, obtain the turning angle phi. その際、θ=0である場合は、 At that time, if it is θ = 0 is,
φ=0 ・・・(式5) φ = 0 ··· (Equation 5)
とし、θ≠0である場合は、 And then, if it is θ ≠ 0 is,
とする。 To.

図7のフローチャートで示す操作で求められた折れ角θ、および式5または式6の計算で求められた旋回角φにより、目標とする先端姿勢が規定される。 Bending angle θ obtained by the operation shown in the flowchart of FIG. 7, and the turning angle φ obtained by the calculation of equation 5 or equation 6, the distal end position of the target is defined. 上記のように、最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して折れ角θを求めると、演算回数を減らすことができる。 As described above, the convergence calculation by the least square method, when determining the bending angle θ from the vicinity relative to the current coordinate position is searched sequentially, it is possible to reduce the number of calculations.

姿勢情報付与手段55cは、姿勢取得手段55bにより取得された先端姿勢の情報、すなわち折れ角θおよび旋回角φを制御装置54に与える。 Attitude information adding unit 55c gives information of the acquired tip posture by the posture acquisition unit 55b, i.e. the bending angle θ and the turning angle φ to the controller 54.

制御装置54は、コンピュータによる数値制御式のものであり、操作装置55の姿勢情報付与手段55cから与えられる先端姿勢の情報に応じて、各基端側の端部リンク部材5の目標とする回転角βn(図4)を求め、姿勢検出手段59(図1)によって検出される実際の回転角βnが目標とする回転角βnとなるように、各アクチュエータ53をフィードバック制御する。 Controller 54 is of a numerically controlled by a computer, in accordance with the information given tip posture from the posture information adding unit 55c of the operation unit 55, the target of end link member 5 of the base end side rotating determined angular .beta.n (4), such that the actual rotational angle .beta.n detected by the attitude detection means 59 (FIG. 1) is a rotation angle .beta.n a target, feedback control of the respective actuators 53.

回転角βnは、例えば、下記の式7を逆変換することで求められる。 Rotation angle βn is, for example, obtained by inverse conversion of equation 7 below. 逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから回転角βnを算出する変換のことである。 The inverse transform is that the bending angle θ and the turning angle φ of conversion for calculating a rotation angle .beta.n. 折れ角θおよび旋回角φと、回転角βnとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。 A bending angle θ and the turning angle phi, there is correlation to the rotation angle .beta.n, it can lead to other value from one value.
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0 cos (θ / 2) sinβn-sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
;(n=1,2,3) ・・・(式7) ; (N = 1,2,3) ··· (Equation 7)
ここで、γ(図4)は、基端側の端部リンク部材5に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸と、先端側の端部リンク部材6に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸とが成す角度である。 Here, gamma (Fig. 4) is rotatably connected to the connecting end axis of the intermediate link member 7 rotatably connected to the end link member 5 of the base end side, the end link member 6 at the tip side and an angle is formed between the connecting end axis of the intermediate link member 7. δnは、基準となる基端側の端部リンク部材5に対する各基端側の端部リンク部材5の円周方向の離間角である。 δn is the circumferential spacing angles of end link member 5 of the proximal side relative to the end link member 5 in relation to the standard base end side.

指令ごとに式7を逆変換して回転角βnを求めてもよいが、事前に、表1のように先端位置姿勢と回転角βnとの関係を示すテーブルを作成しておいても良い。 It may be calculated rotation angle βn and inverse transform equation 7 for each command, but in advance, may be allowed to create a table showing a relationship between the rotation angle βn between the tip position and orientation as shown in Table 1. テーブル化されていると、先端姿勢変更の指令があったら、すぐにテーブルを用いて目標とする回転角βnを求めることができる。 When being tabulated, if there is a command of the tip attitude change, it can be determined rotation angle βn of the target by using the table immediately. そのため、アクチュエータ53の制御をより一層高速で行うことが可能となる。 Therefore, it is possible to control the actuator 53 in the higher speed. また、あらかじめ指令パターンを登録して登録順に動作する場合は、表2のようにパターン登録時に先端位置姿勢と回転角βnとの関係を示すテーブルを登録することで、テーブルの記憶領域を節約できる。 Also, when operating in the registration order to register the advance directive pattern, by registering a table showing the relationship between the tip position and orientation and the rotation angle βn during pattern registration as shown in Table 2, can save storage space for the table .

図8は、操作装置55の操作部の一例を示す。 Figure 8 shows an example of an operation section of the control device 55. この操作部は、座標位置を数値入力により指定する方式であり、現在の座標位置のX座標値およびY座標値をそれぞれ表示する現在値表示部101,102と、目標のX座標値およびY座標値をそれぞれ表示する目標値表示部103,104と、目標値表示部103,104に目標のX座標値およびY座標値を入力する10キー等からなる数値入力ボタン105と、動作実行ボタン106とを備える。 The operation unit is a system of specifying numerically entering the coordinates position, a current value display section 101 for displaying X-coordinate value of the current coordinate position and Y coordinate values, respectively, the target X-coordinate value and Y coordinate of the a target value display unit 103, 104 for displaying the values ​​respectively, and numerical input buttons 105 consisting of 10 keys and the like to the target value display unit 103 and 104 for inputting the X coordinate values ​​and Y coordinate values ​​of the target, the operation execution button 106 equipped with a. XY直交座標系上での座標位置の指定は、定められた基準点(例えば原点O)に対する絶対座標を数値入力する方式、現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分を数値入力する方式の何れであってもよい。 Designated coordinate position on the XY orthogonal coordinate system, a method of numerical value input absolute coordinates against a defined reference point (e.g. the origin O), method for numeric input a difference from the current coordinate position to the coordinate position of the target it may be any of.

数値入力ボタン105を用いて目標のX座標値およびY座標値を入力すると、その値が目標値表示部103,104を表示される。 If you enter a X coordinate values ​​and Y coordinate values ​​of the target using the numeric input buttons 105, its value is displayed the target value display unit 103, 104. それと共に、入力されたX座標値およびY座標値、先端側のリンクハブ3から被作業物(図示せず)の作業面までの距離、リンク機構本体1の各部の寸法等のパラメータにより、目標とする先端姿勢の折れ角θおよび旋回角φが計算される。 At the same time, the input X coordinate values ​​and Y coordinate values, the distance from the distal end side link hub 3 to the working surface of the working object (not shown), the parameters of the dimensions of each part of the link mechanism body 1, the target bending angle θ and the turning angle φ of the tip position to is calculated. また、この先端姿勢から、各アクチュエータ53の動作量が計算される。 Further, from the tip position, operation of the actuators 53 is calculated. 動作実行ボタン106を押すと、各アクチュエータ53が駆動されて、入力されたX座標値およびY座標値となるように先端姿勢が変更される。 Pressing the operation execution button 106, the actuator 53 is driven, the tip position is changed so that the X coordinate values ​​and Y coordinate values ​​input. このように、XY直交座標系100上の座標位置で目標とする先端姿勢の指定を行うので、被作業物の座標位置が直交座標系で扱われる場合でも、リンク作動装置51を直感的に操作することができる。 Thus, since the designation of the front end position of the target at a coordinate position on the XY orthogonal coordinate system 100, even when the coordinate position of the work object is treated in an orthogonal coordinate system, intuitively operate the link actuator 51 can do.

図9は、操作装置55の操作部の異なる例を示す。 Figure 9 shows different examples of the operation section of the control device 55. この操作部は、座標位置を操作量で指定する方式であり、現在の座標位置のX座標値およびY座標値をそれぞれ表示する現在値表示部101,102と、先端姿勢を変更操作する押し操作ボタン107〜110とを有する。 The operation unit is a method for specifying the coordinate position in the operation amount, a current value display section 101 for displaying X coordinate values ​​and Y coordinate values ​​of the current coordinate position, respectively, pressing operation for operating change tip orientation and a button 107 to 110. 押し操作ボタン107を押すとX座標値が大きくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン108を押すとX座標値が小さくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン109を押すとY座標値が大きくなる側へ姿勢変更し、押し操作ボタン110を押すとY座標値が小さくなる側へ姿勢変更する。 Pressing the push operation button 107 to change orientation to the side X coordinate value increases, pressing the pressed button 108 X-coordinate value is changed attitude to the smaller side, Y-coordinate value by pressing the push operating button 109 is large comprising side change position to, pressing the pressed button 110 Y-coordinate value is altered in attitude to the smaller side.

姿勢変更の程度は、押し操作ボタン107〜110を押している時間または押した回数に応じて変わる。 The extent of attitude change will vary depending on the number of times: The times or press down the press operation buttons 107 to 110. また、この例では、各押し操作ボタン107〜110は、姿勢変更が低速で行われる低速ボタン107a,108a,109a,110aと、姿勢変更が高速で行われる高速ボタン107b,108b,109b,110bとからなり、姿勢変更を低速および高速の2段階で行えるようになっている。 In this example, each press operation buttons 107 to 110, a low-speed button 107a, 108a, 109a, 110a which posture changes are made at low speed, high speed button 107b posture changes are made at a high speed, 108b, 109b, and 110b made, it is able to perform a position change at low speed and high speed in two stages.

この操作装置55の場合、押し操作ボタン107〜110の操作によりX座標値およびY座標値が逐次変更され、その都度、目標とする折れ角θおよび旋回角φを計算し、それに応じたアクチュエータ53の動作量を決定するシステムとなっている。 In this operating device 55, X coordinate values ​​and Y coordinate values ​​by operating the push operation button 107 through 110 are sequentially changed, each time, to calculate the bending angle θ and the turning angle φ to the target, the actuator 53 accordingly It has a system that determines the operation amount. つまり、押し操作ボタン107〜110を押している間だけ、先端姿勢が変更し続ける。 In other words, only while you press and hold down the operation button 107 to 110, tip attitude continues to change. そのため、操作と座標位置との関係が感覚的に分かり易い。 Therefore, intuitively easy to understand the relationship between the operation and the coordinate position.

上記操作装置55と組み合して用いられる制御装置54は、操作装置55の姿勢指定手段55cから与えられる先端姿勢の情報を、定められた変換式によりアクチュエータ53の動作量に変換し、その動作量だけアクチュエータ53を動作させるように制御する。 Controller 54 used in Kumiawashi with the operation device 55 converts the information of a given tip posture from the posture specifying unit 55c of the operation unit 55, a conversion formula stipulated in the operation amount of the actuator 53, its operation It controls to operate the amount by actuator 53. 詳しくは、姿勢指定手段55cから折れ角θおよび旋回角φで表される先端姿勢が制御装置54に与えられると、制御装置54は、前記式7を用いて上記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで各基端側の端部リンク部材5の回転角βnを求め、その求められた回転角βnを用いて式8を演算することで、各アクチュエータ53の動作量Rnを算出する。 Specifically, when the leading end position represented by the position specifying means bending angle from 55c theta and the turning angle φ is given to the controller 54, controller 54, the equation 7 above bending angle theta and the turning angle φ by using the obtains the rotation angle .beta.n the end link member 5 of the base end side by the inverse transform, by calculating the equation 8 by using the the obtained rotation angle .beta.n, calculates the operation amount Rn of each actuator 53 .
Rn=βn×k;(n=1,2,3) ・・・(式8) Rn = βn × k; (n = 1,2,3) ··· (Equation 8)
ここで、kは、アクチュエータ53に付設されている減速機(図示せず)の減速比によって決まる係数である。 Here, k is a coefficient determined by the reduction ratio of the reduction gear that is attached to the actuator 53 (not shown). このように先端姿勢の情報を、変換式によりアクチュエータ53の動作量に変換すると、アクチュエータ53の制御を容易に行える。 Thus the information of the tip position, is converted into the operation amount of the actuator 53 by the conversion formula, allows a control of the actuator 53 easily.

アクチュエータ53の動作量や先端姿勢の変更速度を段階的に変更可能とするのではなく、押し操作ボタン107〜110の一操作当たりのアクチュエータ53の動作量や先端姿勢の変更速度を任意に変えられるようにしても良い。 Rather a change rate of the movement amount and the tip position of the actuator 53 than the stepwise changeable, is arbitrarily changed to change the speed of the operation amount and the tip position of the actuator 53 per operation of pushing the operation button 107 to 110 it may be so. また、この例のように、複数の押し操作ボタン107〜110で操作するのではなく、ジョイスティックのような一つの操作手段で操作するようにしても良い。 Moreover, as in this example, instead of operating in multiple push operation buttons 107 to 110 may be operated by a single operating means, such as a joystick.

図10は、上記リンク作動装置51を備えた作業装置を示す。 Figure 10 shows a working apparatus equipped with the link actuator 51. この作業装置120は、作業室121の天井部を構成するベース部材52に基端側のリンクハブ2を固定して、リンク機構本体1が吊り下げ状態で設置されており、このリンク機構本体1の先端側のリンクハブ3にエンドエフェクタ122が搭載されている。 The working device 120 may secure the proximal link hub 2 to the base member 52 which constitutes the ceiling portion of the working chamber 121, the link mechanism is installed in a lowered state body 1 hanging, the link mechanism body 1 end effector 122 on the distal end side link hub 3 is mounted in. エンドエフェクタ122は、例えば塗装機である。 The end effector 122, for example, coater.

エンドエフェクタ122の下方には、被作業物WをXY軸方向に移動させる移動機構123が設置されている。 Below the end effector 122, the moving mechanism 123 is provided to move the operation target object W in the XY axis direction. 移動機構123は、床面に固定して設置されたX軸方向に沿って長いX軸レール124と、このX軸レール124に沿って進退自在でY軸方向に沿って長いY軸レール125と、このY軸レール125に沿って進退自在で上面に被作業物が載せられる作業台126とを備える。 Moving mechanism 123 includes a long X-axis rails 124 along the X-axis direction fixed to installed on the floor surface, and the long Y-axis rail 125 along movable back and forth Y-axis direction along the X-axis rail 124 , and a work platform 126 which the work object is placed freely top forward and backward along the Y-axis rail 125. Y軸レール125および作業台126は、それぞれ図示しない駆動源の駆動によりX軸方向およびY軸方向に移動させられる。 Y-axis rails 125 and worktable 126 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the driving of each driving source (not shown).

エンドエフェクタ122が塗装機である場合、移動機構123による作業台126をX軸およびY軸方向に進退させることで、被作業物Wの塗装箇所を塗装機の塗料噴射口122aの先に位置させる。 When end effector 122 is coater, by advancing and retracting the work platform 126 by the moving mechanism 123 in the X-axis and Y-axis direction to position the coated portions of the work material W to the previous coater coating injection port 122a . また、リンク作動装置51の先端姿勢を変更してエンドエフェクタ122の向きを変えることで、常に前記塗料噴射口122aが被作業物Wの塗装面に向くように調整する。 Further, by changing the front end position of the link actuator 51 by changing the orientation of the end effector 122, always the paint jet port 122a is adjusted to face the coated surface of the work object W.

図11ないし図13は、リンク作動装置の異なる実施形態を示す。 11 to 13 show different embodiments of the link actuator. このリンク作動装置61は、図11に示すように、ベース部材62にリンク機構本体1が吊り下げ状態で設けられている。 The link actuator 61, as shown in FIG. 11, the base member 62 is a link mechanism body 1 is provided with a suspended state. すなわち、リンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2がベース部材62を介して前記ベース部材62に固定され、先端側のリンクハブ3に、各種器具等を取付ける先端取付部材63が搭載されている。 That is, the link mechanism body 1, the proximal end side link hub 2 is fixed to the base member 62 through the base member 62, the distal end side link hub 3, the tip mounting member 63 for mounting various instruments and the like are mounted ing.

図12および図13に示すように、リンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3に対して端部リンク部材5,6をそれぞれ回転自在に支持する軸受31を外輪回転タイプとしたものである。 As shown in FIGS. 12 and 13, the link mechanism body 1, a bearing 31 for rotatably supporting the end link members 5 and 6 respectively link hub 2 and the distal end side link hub 3 on the base end side it is obtained by an outer ring rotation type. 基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶を例にとって説明すると、基端側のリンクハブ2の円周方向の3箇所に軸部32が形成され、この軸部32の外周に二つの軸受31の内輪(図示せず)が嵌合し、基端側の端部リンク部材5に形成された連通孔33の内周に軸受31の外輪(図示せず)が嵌合している。 When the revolute pair of end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side will be described as an example, the shaft portion 32 is formed at three positions in the circumferential direction of the proximal end side link hub 2, this axis the inner ring of two bearings 31 on the outer peripheral parts 32 (not shown) is fitted, the outer ring of the bearing 31 the inner periphery of the communication hole 33 formed in the end link member 5 of the base end (not shown) There has been fitted. 軸受31は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット34による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。 Bearing 31, for example a deep groove ball bearing, a ball bearing of angular contact ball bearings or the like, a predetermined preload with tightening by a nut 34 is fixed in a state of being granted. 先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶も、上記同様の構造である。 Revolute pair of end link member 6 in the distal end side link hub 3 and the distal side, which is the same structure.

また、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶に設けられた軸受36は、基端側の端部リンク部材5の先端に形成された連通孔37の内周に外輪(図示せず)が嵌合し、中央リンク部材7と一体の軸部38の外周に内輪(図示せず)が嵌合している。 The bearing 36 provided in the revolute pair of end link members 5 and the intermediate link member 7 of base end side, the outer ring on the inner periphery of the communicating hole 37 formed at the tip of the end link member 5 of the proximal side (not shown) is fitted, (not shown) the inner ring to the outer periphery of the intermediate link member 7 integral with the shaft portion 38 is fitted. 軸受36は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット39による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。 Bearing 36 is, for example, deep groove ball bearing, a ball bearing of angular contact ball bearings or the like, a predetermined preload with tightening by a nut 39 is fixed in a state of being granted. 先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶も、上記同様の構造である。 Turning pair of the distal side end link member 6 and the intermediate link member 7 is also the same structure.

リンク機構本体1の3組のリンク機構4のすべてに、基端側の端部リンク部材5を回動させて先端位置姿勢を任意に変更させるアクチュエータ70と、このアクチュエータ70の動作量を基端側の端部リンク部材5に減速して伝達する減速機構71とが設けられている。 Proximal to all three sets of link mechanisms 4 of the link mechanism body 1, an actuator 70 for arbitrarily changing the tip position and orientation by rotating the end link member 5 of the base end side, the operation amount of the actuator 70 a reduction mechanism 71 for transmitting decelerating the end link member 5 side is provided. アクチュエータ70はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機70a付きのサーボモータであって、モータ固定部材72によりベース部材62に固定されている。 The actuator 70 is a rotary actuator, more particularly a servo motor with a reduction gear 70a, is fixed to the base member 62 by a motor fixing member 72. 減速機構71は、アクチュエータ70の減速機70aと、歯車式の減速部73とでなる。 Speed ​​reduction mechanism 71 is composed a reduction gear 70a of the actuator 70, a decelerating portion 73 of the gear type with.

歯車式の減速部73は、アクチュエータ70の出力軸70bにカップリング75を介して回転伝達可能に連結された小歯車76と、基端側の端部リンク部材5に固定され前記小歯車76と噛み合う大歯車77とで構成されている。 Gear type speed reduction unit 73, a small gear 76 which is rotated transmitted coupled via a coupling 75 to the output shaft 70b of the actuator 70 is fixed to the end link member 5 of the base end side and the small gear 76 It is composed of a large gear 77 meshing. 図示例では、小歯車76および大歯車77は平歯車であり、大歯車77は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。 In the illustrated example, the small gear 76 and large gear 77 is a spur gear, the large gear 77 is a sector gear teeth are formed only in a fan-shaped peripheral surface. 大歯車77は小歯車76よりもピッチ円半径が大きく、アクチュエータ70の出力軸70bの回転が基端側の端部リンク部材5へ、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の回転軸O1回りの回転に減速して伝達される。 Large gear 77 has a larger pitch radius than the small gear 76, the rotation of the output shaft 70b of the actuator 70 to the end link member 5 of the base end side, the link proximal hub 2 and the proximal side of the end link It is transmitted at a reduced speed rotation of the rotary axis O1 around the turning pair with the member 5. その減速比は10以上とされている。 Its reduction ratio is 10 or more.

大歯車77のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材5のアーム長Lの1/2以上としてある。 Pitch circle radius of the large gear 77 is 1/2 or more arm length L of the end link member 5 of the base end side. 前記アーム長Lは、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の中心軸O1の軸方向中心点P1から、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7との回転対偶の中心軸O2の軸方向中心点P2を基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1に直交してその軸方向中心点P1を通る平面に投影した点P3までの距離である。 The arm length L, the axial center point P1 of the center axis O1 of the revolute pair of end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side, the proximal side end link member 5 and the central its axial center point and orthogonal to the axial center point P2 of the center axis O2 of the revolute pair between the link member 7 in turning pair axis O1 of the end link member 5 of the link proximal hub 2 and the proximal side P1 is a distance to point P3 projected to a plane passing through the. この実施形態の場合、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長L以上である。 In this embodiment, it is the pitch circle radius of the large gear 77 is the arm length L or more. そのため、高い減速比を得るのに有利である。 Therefore, it is advantageous for obtaining a high reduction ratio.

小歯車76は、大歯車77と噛み合う歯部76aの両側に突出する軸部76bを有し、これら両軸部76bが、ベース部材62に設置された回転支持部材79に設けられた二つの軸受80によりそれぞれ回転自在に支持されている。 Small gear 76 has a shaft portion 76b projecting to both sides of the tooth portion 76a meshing with the large gear 77, these two shaft portions 76b is, two bearings provided in the rotation support member 79 that is installed on the base member 62 It is rotatably supported respectively by 80. 軸受80は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。 Bearing 80 is, for example, deep groove ball bearing, a ball bearing of angular contact ball bearings or the like. 図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。 In addition to arranging the ball bearing with double row as in the illustrated example, it may be used roller bearing or sliding bearing. 二つの軸受80の各外輪(図示せず)間にはシム(図示せず)を設け、軸部76bに螺合したナット81を締め付けることにより、軸受80に予圧を付与する構成としてある。 Between each outer race of the two bearings 80 (not shown) provided a shim (not shown), by tightening the nut 81 screwed on the shaft portion 76 b, it is configured so as to impart a preload to the bearing 80. 軸受80の外輪は、回転支持部材79に圧入されている。 The outer ring of the bearing 80 is press-fitted to the rotation support member 79.

この実施形態の場合、大歯車77は、基端側の端部リンク部材5と別部材であり、基端側の端部リンク部材5に対してボルト等の結合具82により着脱可能に取付けられている。 In this embodiment, the large gear 77 is separate member from the end link member 5 of the base end side, removably attached by fasteners 82 such as bolts to the end link member 5 of the proximal ing. 大歯車77は基端側の端部リンク部材5と一体であってもよい。 Large gear 77 may be integral with end link member 5 of the base end side.

アクチュエータ70の回転軸心O3および小歯車76の回転軸心O4は同軸上に位置する。 Rotation axis O4 of the rotation axis O3 and the small gear 76 of the actuator 70 is coaxially positioned. これら回転軸心O3,O4は、基端側のリンクハブ24と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1と平行で、かつベース部材62からの高さが同じとされている。 These rotation axis O3, O4 is parallel to the turning pair axis O1 of the end link member 5 of the link hub 24 of the base end side and the proximal end side, and the height from the base member 62 is the same.

このリンク作動装置61も、アクチュエータ70を制御する制御装置84と、この制御装置84に操作指令を入力する操作装置85とを、コントローラ86内に備える。 The link actuator 61, a controller 84 for controlling the actuator 70, and an operation unit 85 for inputting an operation instruction to the control unit 84, provided in the controller 86. 制御装置84および操作装置85は、前記実施形態のものと同じ構成であり、前記同様の作用・効果が得られる。 Controller 84 and the operation unit 85 has the same configuration as that of the embodiment, the same effects can be obtained. 操作装置85は、前記実施形態と同様に姿勢指定手段、姿勢取得手段、および姿勢情報付与手段を有するが、これらの図示を省略している。 The operating device 85, the embodiment similarly to the posture specifying unit, the posture acquisition section, and has a posture information adding unit, are omitted those shown.

このリンク作動装置61は、3組のリンク機構4のすべてにアクチュエータ70および減速機構71を設けたことで、リンク機構本体1や減速機構71のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ3の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置61自体の高剛性化を実現できる。 The link actuator 61 by the actuator 70 and the reduction mechanism 71 is provided to all the three sets of the link mechanism 4, it is possible to control such packed backlash of the link mechanism body 1 and the deceleration mechanism 71, the tip thereby improving the positioning accuracy of the side link hub 3, it can realize high rigidity of the link actuator 61 itself.

また、減速機構71の歯車式の減速部73は、小歯車76と大歯車77の組合せからなり、10以上の高い減速比が得られる。 Further, the deceleration portion 73 of the gear type speed reduction mechanism 71 includes a small gear 76 a combination of the large gear 77, 10 or more high reduction ratio can be obtained. 減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ3の位置決め分解能が向上する。 When speed reduction ratio is high, since the positioning resolution by the encoder or the like is increased, thereby improving the positioning resolution of the distal end side link hub 3. また、低出力のアクチュエータ70を使用することができる。 It is also possible to use the actuator 70 of the low output. この実施形態では減速機70a付きのアクチュエータ70を使用しているが、歯車式の減速部73の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ70を使用することも可能となり、アクチュエータ70を小型化できる。 While using the actuator 70 with a reduction gear 70a in this embodiment, the higher the reduction ratio of the reduction unit 73 of the gear type, it becomes possible to use the actuator 70 without reduction gear, reduce the size of the actuator 70 it can.

大歯車77のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材5のアーム長Lの1/2以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材5の曲げモーメントが小さくなる。 The pitch circle radius of the large gear 77, it was 1/2 or more arm length L of the end link member 5 of the proximal side, a bending moment becomes smaller end link member 5 on the base end side by the tip load . そのため、リンク作動装置61全体の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材5の軽量化を図れる。 Therefore, the need not be higher than necessary rigidity of the whole link actuator 61, thereby the weight of the end link member 5 of the base end side. 例えば、基端側の端部リンク部材5をステンレス鋼(SUS)からアルミに変更できる。 For example, it can be changed to aluminum the end link member 5 of the proximal side of stainless steel (SUS). また、大歯車77のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車77の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置61全体の剛性が高くなる。 Further, since the radius of the pitch circle of the large gear 77 is relatively large, reduces the surface pressure of the teeth of the large gear 77, the rigidity of the entire link actuator 61 is increased.
また、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長の1/2以上であると、大歯車77が、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶に設置する軸受12の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車77の歯部と軸受12との間にスペースができ、大歯車77の設置が容易である。 Further, the pitch circle radius of the large gear 77 is at least 1/2 of the arm length, the large gear 77, installed in the revolute pair of end link member 5 of the link proximal hub 2 and the proximal side to become sufficiently larger than the outer diameter of the bearing 12, there is a space between the teeth and the bearing 12 of the large gear 77, it is easily installed gear wheel 77.

特にこの実施形態の場合、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長L以上であるため、大歯車77のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用・効果がより一層顕著に現れる。 Particularly in the case of this embodiment, the pitch circle radius of the large gear 77 is the arm length L, the radius of the pitch circle of the large gear 77 is further increased, the working-effect appears even more pronounced. 加えて、小歯車76をリンク機構4よりも外径側に設置することが可能となる。 In addition, it is possible to install a small gear 76 on the outer diameter side than the link mechanism 4. その結果、小歯車76の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。 As a result, it is possible to easily ensure the installation space of the pinion 76, the degree of freedom in design is increased. また、小歯車76と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置61の可動範囲が広くなる。 Moreover, hardly occur interference between the small gear 76 and the other member, the movable range of the link actuator 61 is widened.

小歯車76および大歯車77は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。 Small gear 76 and large gear 77 are the respective spur gear, production is easy and a high transmission efficiency of the rotation. 小歯車76は軸方向両側で軸受80により支持されているため、小歯車76の支持剛性が高い。 Small gear 76 because it is supported by a bearing 80 in the axial direction on both sides, high supporting rigidity of the pinion 76. それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材5の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置61の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。 Thus, the higher the angle-maintaining rigidity of the end link member 5 of the proximal side by distal load, leading to improvement of the rigidity and positioning accuracy of the link actuator 61. また、アクチュエータ70の回転軸心O3、小歯車76の回転軸心O4、および基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の中心軸O1が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。 Further, the rotation axis O3 of the actuator 70, the rotation axis O4 of the small gear 76, and the center axis O1 of the revolute pair of end link member 5 of the base end side link hub 2 and the proximal side in the same plane some reason, good overall balance, good assembly property.

大歯車77は、基端側の端部リンク部材5に対して着脱自在であるため、歯車式の減速部73の減速比や、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置61の量産性が向上する。 Large gear 77 are the detachable with respect to end link member 5 of the base end side, the reduction ratio and the decelerating portion 73 of the gear type, the operation of the distal end side link hub 3 relative to the proximal end side link hub 2 changing the specification of range, etc. is facilitated, thereby improving mass productivity of link actuator 61. つまり、同じリンク作動装置61を、大歯車77を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。 That is, the same link actuator 61, by simply changing the large gear 77, it can be applied to various applications. また、メンテナンス性が良い。 In addition, maintenance is good. 例えば、歯車式の減速部73に障害が生じた場合に、同減速部73のみを交換するだけで対処可能である。 For example, in the case where the decelerating portion 73 of the gear type failure occurs, it is possible deal simply by replacing only the decelerating portion 73.

2…基端側のリンクハブ3…先端側のリンクハブ4…リンク機構5…基端側の端部リンク部材6…先端側の端部リンク部材7…中央リンク部材51,61…リンク作動装置53,70…アクチュエータ54,84…制御装置55,85…操作装置55a…姿勢指定手段55b…姿勢取得手段55c…姿勢情報付与手段100…直交座標系O…原点QA…基端側のリンクハブの中心軸QA´…延長軸QB…先端側のリンクハブの中心軸θ…折れ角φ…旋回角 2 ... base end side link hub 3 ... distal end side link hub 4 ... link mechanism 5 ... end link member 7 ... intermediate link member end of the proximal link member 6 ... distal end 51, 61 ... link actuator 53,70 ... actuator 54, 84 ... control device 55,85 ... operating device 55a ... posture specifying means 55b ... posture acquisition unit 55c ... posture information adding unit 100 ... orthogonal coordinate system O ... origin QA ... proximal end side link hub the central axis QA' ... the central axis θ ... bending angle φ ... turning angle of the extension shaft QB ... the distal end side link hub

Claims (9)

  1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢である先端姿勢を任意に変更させるアクチュエータが設けられ、この The distal end side link hub relative to the proximal end side link hub, modify linked posture through the three or more sets of link mechanisms, each linkage, respectively link hub and the distal end of the proximal-side and the end link members one end rotatably linked proximal and distal to link hub, opposite ends to the other end of the end link members of proximal and distal are rotatably connected respectively central becomes in a link member, wherein each of the link mechanisms are geometric model representing the link mechanism in a straight line, and the proximal portion to the central portion and the distal portion of the intermediate link member has a shape symmetrical, wherein the two or more sets of link mechanisms among the three or more sets of the link mechanism, an actuator for arbitrarily changing the position at which the tip position of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub is provided, this クチュエータを制御する制御装置は、前記先端姿勢を、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度である折れ角と、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度である旋回角とによって規定するリンク作動装置における操作装置であって、 A control device for controlling the actuator, the tip orientation, bending the angle the central axis is perpendicular angle obtained by the inclination of the distal end side link hub with respect to the central axis of the proximal-side link hub, the proximal-side a control device according to link actuating device defined by a turning angle is a horizontal angle which the center a central axis of the distal end side link hub relative axis is inclined in the link hub,
    前記基端側のリンクハブの中心軸の延長軸上に原点が位置し、前記中心軸の延長軸と直交する2次元の直交座標系上の座標位置で、目標とする前記先端姿勢を人為操作で指定する姿勢指定手段と、 And origin located on the extension axis of the central axis of the base end side link hub, a coordinate position on a two-dimensional orthogonal coordinate system which is perpendicular to the extension axis of the central shaft, manual operation of the front end position of the target and the attitude specifying means for specifying in,
    この姿勢指定手段により指定された座標位置から、演算により前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得する姿勢取得手段と、 From the coordinate position specified by the position specifying means, a posture acquisition means for acquiring the tip position represented by the bending angle and the turning angle by computation,
    この姿勢取得手段により取得された前記先端姿勢の情報を前記制御装置に与える姿勢情報付与手段と、 And attitude information providing means for providing the information of the tip position acquired by the position acquiring means to said control device,
    を備え、 Bei to give a,
    前記姿勢取得手段は、前記折れ角および旋回角で表される前記先端姿勢を取得するための演算として、最小二乗法による収束演算を用い、 The orientation acquisition unit, a calculation for obtaining the tip position represented by the bending angle and the turning angle, using a convergence calculation by the least square method,
    前記制御装置は、前記姿勢指定手段から与えられる前記先端姿勢の情報を、定められた変換式により前記アクチュエータの指令動作量に変換し、その指令動作量だけ前記アクチュエータを動作させることを特徴とするリンク作動装置の操作装置。 Wherein the control device, the information of the tip position given from the posture specifying means, by the conversion formula defined by converting the command actuation amount of the actuator, and wherein the operating the actuator only the command movement amount operating device of the link actuating device.
  2. 請求項1において、 前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、 According to claim 1, wherein the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ is, if these bending angle θ and the turning angle φ is given, the proximal-side βn the rotation angle of the end link member relative to link hub of the proximal end side, a connecting end axis rotatably connected to a central link member to the end link members of said proximal side, the distal side of the end portion the angle connecting end and the shaft is formed of rotatably linked intermediate link member to the link member gamma, spaced in the circumferential direction of the end link members of the base end side relative to the end link members in relation to the standard base end the corner δn, the bending angle θ, the turning angle in the case of the φ,
    cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 cos (θ / 2) sin βn-sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0
    で表される式を逆変換することにより、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の操作装置。 By inverse transform expressions represented in obtains the rotation angle of the end link members of said respective proximal side of the distal end position of the target, the a rotation angle obtained, the in the current of the tip position from the difference between the rotation angle of the end link members of the base end side, the operating device of the link actuator which calculates a command movement amount of each actuator.
  3. 請求項1において、 前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記折れ角をθ、前記旋回角をφとした場合に、 According to claim 1, wherein the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ is, if these bending angle θ and the turning angle φ is given, the proximal-side βn the rotation angle of the end link member relative to link hub of the proximal end side, a connecting end axis rotatably connected to a central link member to the end link members of said proximal side, the distal side of the end portion the angle connecting end and the shaft is formed of rotatably linked intermediate link member to the link member gamma, spaced in the circumferential direction of the end link members of the base end side relative to the end link members in relation to the standard base end the corner δn, the bending angle θ, the turning angle in the case of the φ,
    cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 cos (θ / 2) sin βn-sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0
    で表される式を逆変換することにより、前記先端姿勢と前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成しておき、このテーブルを用いて、目標とする前記先端姿勢における前記各基端側の端部リンク部材の回転角を求め、この求められた回転角と、現在の前記各基端側の端部リンク部材の回転角との差分から、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の操作装置。 By inverse transform expressions represented in the distal position and the advance to create a table indicating the relationship between the rotation angle of the end link members of the base end side, with this table, the target the calculated rotation angle of the end link members of the base end side of the tip position, the rotation angle is thus determined from the difference between the rotation angle of the current of the end link members of the base end side, each operating device link actuator which calculates a command operation amount of the actuator.
  4. 請求項1に記載のリンク作動装置の操作装置において、前記制御装置は、前記姿勢指定手段から前記先端姿勢の情報として、折れ角θおよび旋回角φが与えられ、これら折れ角θおよび旋回角φが与えられると、次式7を用いて前記折れ角θおよび旋回角φを逆変換することで前記各基端側の端部リンク部材の回転角βnを求め、その求められた回転角βnを用いて次式8を演算することで、前記各アクチュエータの動作量Rnを算出するリンク作動装置の操作装置。 In operating device link actuator of claim 1, wherein the control device, as the information of the tip position from said attitude specifying means, given bending angle θ and the turning angle φ, and these bending angle θ and the turning angle φ When given, determine the rotation angle βn of the end link members of said respective proximal side by inverse transforming the bending angle θ and the turning angle φ above using the following equation 7, the the obtained rotation angle βn used by calculating the following equation 8, the operating device of the link actuator which calculates an operation amount Rn of each actuator.
    cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 ・・・(式7) cos (θ / 2) sin βn -sin (θ / 2) sin (φ + δn) cos βn + sin (γ / 2) = 0 ··· ( Equation 7)
    n=1,2,3) n = 1,2,3)
    ここで、γは、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された前記中央リンク部材の連結端軸とが成す角度、δnは、基準となる前記基端側の端部リンク部材に対する前記各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角、 Here, gamma, the central link in which the the connecting end axis of said central link member rotatably connected to the end link member proximal, rotatably connected to the end link members of said distal end angle between the coupling end shaft members, .DELTA.n, the circumferential spacing angles of end link members of the base end side relative to the end link member of the proximal-side as a reference,
    Rn=βn×k;(n=1,2,3) ・・・(式8) Rn = βn × k; (n = 1,2,3) ··· (Equation 8)
    ここで、kは、前記アクチュエータに付設されている減速機の減速比によって決まる係数。 Here, k is determined by the reduction ratio of the reduction gear that is attached to the actuator coefficient.
  5. 請求項1において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を数値入力により指定するリンク作動装置の操作装置。 Oite to claim 1, wherein the position specifying means, operating device link actuator to specify numerically entering the coordinates position on the orthogonal coordinate system.
  6. 請求項5において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置の指定を、定められた基準点に対する絶対座標を数値入力することで行うリンク作動装置の操作装置。 According to claim 5, wherein the position specifying means, the designation of the coordinate position on the orthogonal coordinate system, operating device link actuator performed by numeric input absolute coordinates relative to the reference point defined.
  7. 請求項5において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置の指定を、現在の座標位置から目標とする座標位置までの差分を数値入力することで行うリンク作動装置の操作装置。 According to claim 5, wherein the position specifying means, said designated coordinate position on the orthogonal coordinate system, operating device link actuator performed by numerical difference between the current coordinate position to the coordinate position of the target input .
  8. 請求項1において、前記姿勢指定手段は、前記直交座標系上での座標位置を、操作時間または操作回数に応じて決まる操作量で指定するリンク作動装置の操作装置。 Oite to claim 1, wherein the position specifying means, the coordinate position on the orthogonal coordinate system, operating device link actuator which specifies the operation amount determined in accordance with operating time or number of operations.
  9. 請求項において、前記姿勢取得手段は、前記最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して前記折れ角を求めるリンク作動装置の操作装置。 According to claim 1, wherein the position obtaining means, the convergence calculation by the least square method, operating device link actuating device for determining the bending angle by searching in order from the vicinity relative to the current coordinate position.
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