JP6029969B2 - Link actuator - Google Patents
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Description
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機器に用いられるリンク作動装置に関する。 The present invention relates to a link actuating device used for equipment requiring a precise and wide working range such as medical equipment 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 main body is disclosed in
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。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。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。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。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。
Since the link mechanism main body of
特許文献2のリンク作動装置は、3節連鎖のリンク機構を3組以上設け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となっている。しかし、この構成のリンク作動装置も、歯車の噛合い部等の機構上のガタを完全に無くすことは難しいため、このガタの分だけ各作動時の位置決めに狂いが生じることを避けられなかった。また、積算の使用時間が長くなるのに伴い、歯車等の駆動機構部のバックラッシが拡大し、その影響による位置決め精度の低下も加わる。
The link actuating device of
この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、広作動範囲で高速・高精度の位置決め動作が可能であり、どのような設置状況においても位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定することが容易に行えるリンク作動装置を提供することである。 The object of the present invention is to enable a high-speed and high-precision positioning operation in a wide operating range while having a compact configuration, and to initially set an origin position as a reference for the positioning operation in any installation situation. It is to provide a link actuating device that can be easily performed.
この発明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が、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータは、前記リンク機構に少なくとも2組以上設けられ、さらに、前記先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置され、前記先端側のリンクハブと係合する状態で、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材を備え、前記基端側のリンクハブを固定する基端部材と、この基端部材を支持する土台とを有し、この土台に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときに前記原点位置決め用部材を前記土台に位置固定で保持する保持手段を備えたことを特徴とする。 Link actuator of the present invention, the distal end side link hub relative to the proximal end side of the link hub is changed coupled posture through the three or more sets of link mechanisms, each linkage, each of said proximal end The end link member on the proximal end side and the distal end side that is rotatably connected to the link hub on the side and the distal end side link hub, and both ends on the other end of the end link member on the proximal end side and the distal end side Each of the link mechanisms is connected to a central link member, and a geometric model expressing the link mechanism as a straight line includes a proximal end portion and a distal end side portion with respect to a central portion of the central link member. A link actuating device, wherein the link mechanism is provided with an attitude control actuator that arbitrarily changes the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub. The attitude control actuator is provided in at least two or more sets in the link mechanism, and is further installed in the base end side link hub so as to be detachable from the front end side link hub. A base positioning member for setting the distal end side link hub to a predetermined posture with respect to the proximal end side link hub in a state of being engaged with the hub, and fixing the proximal end side link hub; An end member and a base for supporting the base end member, and the origin positioning when the distal end side link hub is not set to a predetermined posture with respect to the base end side link hub on the base. A holding means for holding the working member to the base in a fixed position is provided .
この構成によれば、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、3組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交2軸方向に移動自在な2自由度機構が構成される。この2自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の最大折れ角は約±90°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角を0°〜360°の範囲に設定できる。各姿勢制御用アクチュエータの動作を制御することで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させることができる。 According to this configuration, the link hub on the distal end side moves in two orthogonal directions with respect to the link hub on the proximal end side with the link hub on the proximal end side, the link hub on the distal end side, and three or more sets of link mechanisms. A free two-degree-of-freedom mechanism is configured. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub on the distal end side can be widened. For example, the maximum bend angle between the central axis of the link hub on the proximal end side and the central axis of the link hub on the distal end side is about ± 90 °, and the turning angle of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side is 0 ° It can be set in the range of ~ 360 °. By controlling the operation of each posture control actuator, the posture of the distal link hub can be arbitrarily changed with respect to the proximal link hub.
原点位置決め用部材により、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定することで、各姿勢制御用アクチュエータの動作の基準となる原点位置を決めることができる。原点位置決め用部材は、先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置されており、原点位置決めをするときは先端側のリンクハブに係合させ、原点位置決めを行わないときは先端側のリンクハブとの係合を解除する。つまり、原点位置決め用部材は、常時、リンク作動装置の内部に保持されている。そのため、リンク作動装置がどのような設置状況にある場合でも、例えばリンク作動装置の基端側が架台に固定されていたり、先端側にエンドエフェクタが取り付けられていたりして、リンク作動装置の外部から原点位置決め用部材を装着することができない場合でも、内部に保持されている原点位置決め用部材を用いて原点位置決めを行うことができる。 By setting the distal end side link hub to a predetermined posture with respect to the proximal end side link hub by the origin positioning member, it is possible to determine the origin position as a reference for the operation of each posture control actuator. The origin positioning member is installed on the base end side link hub so as to be able to be engaged with and disengaged from the distal end side link hub. When it is not performed, the engagement with the link hub on the tip side is released. That is, the origin positioning member is always held inside the link actuating device. Therefore, no matter what the installation state of the link actuator is, the base end side of the link actuator is fixed to the gantry or the end effector is attached to the distal end side. Even when the origin positioning member cannot be mounted, the origin positioning can be performed using the origin positioning member held inside.
前記基端側のリンクハブを固定する基端部材と、この基端部材を支持する土台とを有し、この土台に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときに前記原点位置決め用部材を前記土台に位置固定で保持する保持手段を備えている。
この構成によると、リンク作動装置を、基端側のリンクハブを基端部材に固定し、この基端部材を土台で支持させて使用する。基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときは、保持手段により原点位置決め用部材を位置固定で土台に保持させる。これにより、原点位置決め用部材と先端側のリンクハブとの係合が外れ、原点位置決め用部材のすべてまたは大半部分が、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブの間の空間部から退避させることができる。このため、原点位置決め用部材がリンク作動装置の他の部材と干渉することを防止でき、リンク作動装置の作動範囲を広くとれる。原点位置決め用部材を前記空間部から退避させると、原点位置決め用部材の一部が基端部材から突出した状態となるが、基端部材とは別部材となる土台を設けられているため、原点位置決め用部材の上記突出部分を、土台の内部に位置させることで、リンク作動装置から突出しないようにすることができる。
A proximal member for fixing the link hub before Kimoto end, and a base for supporting the base end member and the base, the distal end side link hub to the proximal end side link hub Holding means for holding the origin positioning member in a fixed position on the base when not set to a predetermined posture is provided .
According to this configuration, the link actuating device is used with the base end side link hub fixed to the base end member and the base end member supported by the base. When the distal end side link hub is not set to the predetermined posture with respect to the proximal end side link hub, the origin positioning member is held on the base by fixing the position. As a result, the origin positioning member and the distal link hub are disengaged, and all or most of the origin positioning member is retracted from the space between the proximal link hub and the distal link hub. Can be made. For this reason, it is possible to prevent the origin positioning member from interfering with other members of the link operating device, and the operating range of the link operating device can be widened. When the origin positioning member is retracted from the space portion, a part of the origin positioning member protrudes from the base end member, but since the base that is a separate member from the base end member is provided, the origin By positioning the protruding portion of the positioning member inside the base, it can be prevented from protruding from the link actuator.
前記土台は、前記基端部材との間に空間ができるように前記基端部材に対して離れた位置に配置されているのが良い。
基端部材に対して土台を離して配置すれば、原点位置決め用部材の上記突出部分を、土台の内部だけでなく、基端部材と土台の間の空間にも位置させることができるため、原点位置決め用部材の設置スペースがさらに広くなり、原点位置決め用部材の設置が容易となる。
The base may be arranged at a position away from the base end member so that a space is formed between the base end member and the base end member.
If the base is separated from the base member, the protruding portion of the origin positioning member can be positioned not only in the base but also in the space between the base member and the base. The installation space for the positioning member is further increased, and the installation of the origin positioning member is facilitated.
前記基端部材から前記土台までの距離は、例えば10mmないし100mmとすると良い。
基端部材から土台までの距離を上記のようにすると、リンク作動装置の全体サイズを大きくさせることなく、かつ基端部材と土台との間の空間に工具、手等を入れて原点位置決め用部材を操作することが可能となる。
The distance from the base end member to the base is preferably 10 mm to 100 mm, for example.
When the distance from the base end member to the base is set as described above, the origin positioning member is inserted without increasing the overall size of the link actuating device and putting a tool, a hand, etc. in the space between the base end member and the base. Can be operated.
前記基端部材は、前記土台に設置された複数の支柱に支持されていても良い。
この場合、基端部材と土台との間の空間に工具、手等を出し入れするための広い開口を確保することができ、原点位置決め用部材の操作がより一層容易になる。また、支柱の長さを変えることで、基端部材と土台間の距離を容易に調整できる。
The base end member may be supported by a plurality of support columns installed on the base.
In this case, a wide opening for inserting and removing tools, hands, etc. can be secured in the space between the base end member and the base, and the operation of the origin positioning member is further facilitated. Further, the distance between the base end member and the base can be easily adjusted by changing the length of the column.
前記基端側のリンクハブ、前記先端側のリンクハブ、および前記基端部材のそれぞれに、前記原点位置決め用部材が挿通される貫通孔が設けられていても良い。
各貫通孔に原点位置決め用部材を挿通することで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に容易に設定することができる。
The proximal end side link hub, the distal end side link hub, and each of the proximal member, a through hole through which the origin positioning member is inserted may be vignetting set.
By inserting the origin positioning member through each through hole, the distal end side link hub can be easily set to a predetermined posture with respect to the proximal end side link hub.
前記基端側のリンクハブの前記貫通孔の中心は、前記基端側のリンクハブの中心軸と一致し、かつ前記先端側のリンクハブの前記貫通孔は、前記先端側のリンクハブの中心軸と一致しているのが良い。
基端側および先端側のリンクハブの中心部は、近くに他の部材が存在せず比較的スペースに余裕があるため、他の部材と干渉させずに貫通孔を設けることができる。また、この貫通孔に原点位置決め用部材を挿通した場合、リンク作動装置全体の中心に原点位置決め用部材を挿入したことになるため、リンク作動装置に予圧を付与したときの力のバランスが良い。
The center of the through hole of the base end side link hub coincides with the central axis of the base end side link hub, and the through hole of the front end side link hub is the center of the front end side link hub. It should be coincident with the axis.
Since there are no other members near the center portion of the link hub on the proximal end side and the distal end side and there is a relatively large space, a through hole can be provided without interfering with other members. In addition, when the origin positioning member is inserted through the through hole, the origin positioning member is inserted at the center of the entire link operating device, so that the force balance when preload is applied to the link operating device is good.
前記保持手段は、前記原点位置決め用部材に設けられた雄ねじ部と、前記土台に設けられ前記雄ねじ部が螺合するねじ孔とからなっていても良い。この場合、前記原点位置決め用部材に、この原点位置決め用部材を回転させるためのスパナを係合させるスパナ溝を設けるのが望ましい。
保持手段が原点位置決め用部材の雄ねじ部と土台のねじ孔とでなっていると、工具、手等により原点位置決め用部材を回し操作することで、土台に対する原点位置決め用部材の保持、および保持の解除を容易に行うことができる。また、原点位置決め用部材にスパナ溝が設けられていると、このスパナ溝にスパナを係合させることで、原点位置決め用部材の回し操作がより一層容易となり、作業性が向上する。
The holding means may include a male screw portion provided in the origin positioning member and a screw hole provided in the base and into which the male screw portion is screwed. In this case, it is desirable to provide a spanner groove for engaging a spanner for rotating the origin positioning member on the origin positioning member.
If the holding means consists of the male threaded part of the origin positioning member and the screw hole of the base, the origin positioning member can be held and held by rotating the origin positioning member with a tool, hand, etc. Release can be performed easily. Further, when the wrench groove is provided in the origin positioning member, the wrench is engaged with the wrench groove, so that the rotation operation of the origin positioning member is further facilitated and the workability is improved.
この発明のリンク作動装置において、前記3組以上のリンク機構のすべてに前記姿勢制御用アクチュエータを備え、前記各姿勢制御用アクチュエータの動作量を制御する位置制御と、前記各姿勢制御用アクチュエータのトルクを制御するトルク制御とを行う制御装置を備えると良い。
原点位置決め用部材により基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定されていない状態で、制御装置により各姿勢制御用アクチュエータの位置制御を行うことで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更することができる。
また、原点位置決め用部材により基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブが定められた姿勢に設定された状態で、制御装置により各姿勢制御用アクチュエータのトルク制御を行うことで、各リンク機構に一定の予圧を付与することができる。これにより、リンク作動装置の外部から作用する力または姿勢制御用アクチュエータの駆動力を各リンク機構へ回転伝達する歯車等の回転伝達部材のガタ詰めを行った状態で原点位置を記録することができ、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を変更する精度が向上する。
In the link actuating device according to the present invention, the posture control actuators are provided in all of the three or more sets of link mechanisms, the position control for controlling the operation amount of each of the posture control actuators, and the torque of each of the posture control actuators may Ru a control device for performing the torque control for controlling.
By controlling the position of each attitude control actuator with the control device in a state where the distal end side link hub is not set to the predetermined attitude with respect to the proximal end side link hub by the origin positioning member, the proximal end The link hub on the distal end side can be changed to an arbitrary posture with respect to the link hub on the side.
In addition, by controlling the torque of each attitude control actuator by the control device in a state where the distal end side link hub is set to a predetermined attitude with respect to the proximal end side link hub by the origin positioning member, A constant preload can be applied to the link mechanism. As a result, the origin position can be recorded in a state in which the rotation acting member such as a gear that transmits the rotation force to the link mechanism is transmitted from the outside of the link actuator or the driving force of the attitude control actuator to each link mechanism. The accuracy of changing the attitude of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side is improved.
この発明のリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータは、この姿勢制御用アクチュエータの動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダを備えると良い。
アブソリュート型のエンコーダを用いることで、原点位置を記録するだけでなく、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰させることが可能となる。
In the link actuator according to the present invention, the attitude control actuator may include an absolute encoder that detects an operation amount of the attitude control actuator.
By using an absolute encoder, not only the origin position is recorded, but even if the power is turned off and then turned on again, it is not necessary to perform initial setting again, and the origin can be easily returned.
この発明のリンク作動装置は、1軸以上の直動機構に搭載すると良い。
この発明のリンク作動装置は、3組のリンク機構の内側に原点位置決め用部材を有するため、単軸ロボット等の直動機構のステージに搭載しても、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め作業を容易に行うことができる。リンク作動装置を1軸以上の直動機構に搭載することで、より幅広い範囲の位置決め、および複雑な形状への位置決めが可能となる。例えば、突起状の部材に対して、複数の方向から位置決めすることが可能となる。
The link actuating device of the present invention is preferably mounted on a linear motion mechanism having one or more axes.
Since the link actuating device of the present invention has the origin positioning member inside the three sets of link mechanisms, even if it is mounted on the stage of a linear motion mechanism such as a single-axis robot, the distal end of the link actuating device with respect to the link hub on the proximal end side The origin positioning operation for setting the link hub on the side to a predetermined posture can be easily performed. By mounting the link actuating device on a linear motion mechanism having one or more axes, positioning in a wider range and positioning in a complicated shape are possible. For example, it is possible to position the protrusion-shaped member from a plurality of directions.
この発明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が、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、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を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータを設けたリンク作動装置において、前記姿勢制御用アクチュエータは、前記リンク機構に少なくとも2組以上設けられ、さらに、前記先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置され、前記先端側のリンクハブと係合する状態で、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材を備え、前記基端側のリンクハブを固定する基端部材と、この基端部材を支持する土台とを有し、この土台に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときに前記原点位置決め用部材を前記土台に位置固定で保持する保持手段を備えたため、コンパクトな構成でありながら、広作動範囲で高速・高精度の位置決め動作が可能であり、どのような設置状況においても位置決め動作の基準となる原点位置を初期設定することが容易に行える。 Link actuator of the present invention, the distal end side link hub relative to the proximal end side of the link hub is changed coupled posture through the three or more sets of link mechanisms, each linkage, each of said proximal end The end link member on the proximal end side and the distal end side that is rotatably connected to the link hub on the side and the distal end side link hub, and both ends on the other end of the end link member on the proximal end side and the distal end side Each of the link mechanisms is connected to a central link member, and a geometric model expressing the link mechanism as a straight line includes a proximal end portion and a distal end side portion with respect to a central portion of the central link member. A link actuating device, wherein the link mechanism is provided with an attitude control actuator that arbitrarily changes the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub. The attitude control actuator is provided in at least two or more sets in the link mechanism, and is further installed in the base end side link hub so as to be detachable from the front end side link hub. A base positioning member for setting the distal end side link hub to a predetermined posture with respect to the proximal end side link hub in a state of being engaged with the hub, and fixing the proximal end side link hub; An end member and a base for supporting the base end member, and the origin positioning when the distal end side link hub is not set to a predetermined posture with respect to the base end side link hub on the base. since the use members comprising a holding means for holding in a position secured to the base, yet compact configuration, it is capable of positioning operation of the high speed and high precision over a wide operating range, in any installation conditions Easily be initialized serving as a reference position of the origin of the positioning operation.
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1〜図8はこの発明の第1の実施形態を示す。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、このリンク機構本体1を支持する支持部52と、エンドエフェクタ100を取り付ける先端取付部材53と、リンク機構本体1を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ54と、これら姿勢制御用アクチュエータ54を制御する制御装置55とを備える。この例では、制御装置55がコントローラ56内に設けられているが、制御装置55はコントローラ56と別に設けてもよい。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 8 show a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
リンク機構本体1から説明する。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。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。
The link mechanism
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。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。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。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。
FIG. 4 is a perspective view showing the
3組のリンク機構4の各基端側および先端側の端部リンク部材5,6は、球面リンク機構と呼ばれる構造であって、それぞれの球面リンク中心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からの距離も同じである。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、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。
The
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。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。図5は、一組のリンク機構4を直線で表現した図である。
That is, the three sets of
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。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。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。
The
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。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。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。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(図4)の最大値(最大折れ角)を約±90°とすることができる。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(図4)を0°〜360°の範囲に設定できる。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
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。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。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。
In this
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。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。
Therefore, by arranging a plurality of
基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3は、その中心部にそれぞれ貫通孔10A,10B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。貫通孔10A,10Bの中心はリンクハブ2,3の中心軸QA,QBと一致し、その内径寸法は、後述する原点位置決め用部材106(図7、図8)がすきま嵌めで挿通される寸法とされている。なお、先端側のリンクハブ10Bの貫通孔10Bは、原点位置決め用部材106が係合可能であればよく、必ずしも貫通孔である必要はない。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。
The
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の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶部を示す断面図である。基端側のリンクハブ2は、外周部に半径方向の軸孔11が円周方向3箇所に形成され、各軸孔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。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。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a rotating pair portion of the base end
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)が前記軸孔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。外輪は止め輪15によって抜け止めされている。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。
The
基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶部は、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。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。
The rotating pair of the
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。外輪は止め輪23によって抜け止めされている。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。
The
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の回転対偶部、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶部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の回転対偶部、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶部も同じ構成である(図示省略)。
As described above, the rotation pair of the
このように、各リンク機構4における4つの回転対偶部、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の回転対偶部、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶部、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7と回転対偶部、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶部に、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。
As described above, the four rotation pairs of each
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。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 the structure in which the
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。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。
By providing the
図1において、前記支持部52は、架台101に対してボルト等(図示せず)で固定される土台102と、この土台102の上面に上向きに設置された複数本の支柱103と、これら支柱103の上端に支持された基端部材104とを有し、この基端部材104に、
スペーサ105を介してリンク機構本体1の基端側のリンクハブ2がボルト等(図示せず)で固定される。前記複数の姿勢制御用アクチュエータ54は、基端部材104に円周方向に等配で垂下状態に取付けられている。姿勢制御用アクチュエータ54の数は、リンク機構4と同数の3個である。姿勢制御用アクチュエータ54の数は、2個でも構わない。基端側リンクハブ2に対する先端側リンクハブ3の姿勢は2個の姿勢制御用アクチュエータ54で定まるが、後述するトルク制御によりリンク機構本体1に予圧を付与する場合は3個必要となる。
In FIG. 1, the
The
姿勢制御用アクチュエータ54はロータリアクチュエータからなり、その出力軸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。姿勢制御用アクチュエータ54には、この姿勢制御用アクチュエータ54の動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダ59が設けられている。
The
図7および図8は、リンク作動装置51の互いに異なる状態を示す一部破断正面図である。図示のように、土台102の中心部には、上下方向に沿うねじ孔102aが設けられている。また、基端部材104およびスペーサ105の中心部には、上下に貫通する貫通孔104a,105aが設けられている。これらねじ孔102aおよび貫通孔104a,105aは、基端側のリンクハブ2の貫通孔10Aと軸心位置が一致する。貫通孔104a,105aは、基端側および先端側のリンクハブ2,3の各貫通孔10A,10Bと同径である。
7 and 8 are partially cutaway front views showing different states of the
上記各貫通孔10A,10B,104a,105aには、円形棒状の原点位置決め用部材106がすきま嵌めで挿通される。原点位置決め用部材106は、土台102のねじ孔102aに螺合可能な雄ねじ部106aを下端に有する。土台102のねじ孔102aと原点位置決め用部材106の雄ねじ部106aとで、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を定められた姿勢に設定しないときに原点位置決め用部材106を位置固定で土台102に保持する保持手段107を構成する。また、原点位置決め用部材106の長さ方向中央部には、スパナを係合させることが可能なスパナ溝106bが形成されている。
A circular rod-like
図7は、リンク機構本体1を作動させるときの状態を示す。このとき、原点位置決め用部材106は、雄ねじ部106aが土台102のねじ孔102aに螺合しており、基端部材104、スペーサ105、および基端側のリンクハブ2の各貫通孔104a,105a,10Aに挿通されているが、先端側のリンクハブ3の貫通孔10Bには挿通されていない。すなわち、原点位置決め用部材106と先端側のリンクハブ3の係合が外れている。この状態で、各姿勢制御用アクチュエータ54を回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車57,58を介して軸部材13(図6)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の角度が変更される。それにより、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。
FIG. 7 shows a state when the
上記先端姿勢を制御する姿勢制御は、コントローラ56(図1)に設けた操作具(図示せず)により手動で行なってもよく、またはコントローラ56に設けた設定器(図示せず)によって定められた設定量となるように、制御装置55(図1)により自動制御で行ってもよい。制御装置55は、コンピュータによる数値制御式のものであり、各姿勢制御用アクチュエータ54の動作量を制御する位置制御と、各姿勢制御用アクチュエータ54のトルクを制御するトルク制御とを行う。
The posture control for controlling the tip posture may be performed manually by an operating tool (not shown) provided in the controller 56 (FIG. 1), or determined by a setting device (not shown) provided in the
自動制御で行う場合、設定器により設定された先端姿勢に応じて、基端側の端部リンク部材5の回転角βnの制御目標値を計算する。回転角βnの計算は、下記の式1を逆変換することで行われる。逆変換とは、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の折れ角θ(図4)、および基端側のリンクハブ2に対する出力側のリンクハブ3の旋回角φ(図4)から基端側の端部リンク部材5の回転角βnを算出する変換のことである。
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
…(式1)
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。δn(図4におけるδ1,δ2,δ3)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。
When performing the automatic control, the control target value of the rotation angle βn of the proximal end side
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
... (Formula 1)
Here, γ (FIG. 4) is rotatably connected to the connecting end shaft of the
回転角βnの制御目標値を計算したなら、各姿勢制御用アクチュエータ54の位置制御を、前記回転角βnが制御目標値となるように、エンコーダ59(図1)の信号を利用してフィードバック制御により行う。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。このように、各姿勢制御用アクチュエータ54の位置制御することにより、先端姿勢が決定される。
When the control target value of the rotation angle βn is calculated, the position control of each
このリンク作動装置51の場合、例えば一対のかさ歯車57,58の噛合い部等における機構上のガタを完全に無くすことは難しい。また、積算の使用時間が長くなるのに伴い、かさ歯車57,58等のバックラッシが拡大し、ガタが大きくなる。ガタの存在を無視して姿勢制御用アクチュエータ54の位置制御を行うと、ガタの分だけ先端姿勢に狂いが出る。そこで、上記先端姿勢の狂いを排除するために、ガタの大きさに応じて、姿勢制御用アクチュエータ54の動作の基準となる原点位置決めを行う。
In the case of this
図8は、原点位置決め時の状態を示す。すなわち、図7の状態から、原点位置決め用部材106の雄ねじ部106aと土台102のねじ孔102aとの螺合を外し、原点位置決め用部材106を上方に移動させて、その上端を先端側のリンクハブ3の貫通孔10Bに挿通する。すなわち、原点位置決め用部材106を先端側のリンクハブ3に係合させる。雄ねじ部106aをねじ孔102aから外すための原点位置決め用部材106の回し操作は、例えば、土台102と基端部材104との間の空間108に手を入れて行う。空間108が狭くて手が入らない場合でも、スパナ溝106bにスパナ(図示せず)を係合させることで、容易に原点位置決め用部材106を回し操作することができる。
例えば、基端部材104から土台102までの距離H(図1)を10mmないし100mmの範囲内にしておけば、リンク作動装置51の全体サイズを大きくさせることなく、かつ基端部材104と土台102との間の空間108に工具、手等を入れて原点位置決め用部材106を操作することが可能である。
FIG. 8 shows a state at the time of origin positioning. That is, from the state of FIG. 7, the male threaded
For example, if the distance H (FIG. 1) from the
図8の状態で、制御装置55(図1)の制御により、各姿勢制御用アクチュエータ54を一定方向に一定量のトルクを付与するトルク制御を行うことで、リンク機構本体1に予圧を付与することができる。これにより、リンク機構本体1の各回転対偶部、および姿勢制御用アクチュエータ54から各リンク機構4へ回転伝達を行う回転伝達部材である歯車57,58のガタ詰めが可能となる。そして、このときの各姿勢制御用アクチュエータ54のエンコーダ59(図1)の位置を原点位置として記憶しておく。以後、記憶されている原点位置を基準にして各姿勢制御用アクチュエータ54の位置制御を行うことで、ガタ詰めされた状態で精度良く先端姿勢の変更を行うことができる。
姿勢制御用アクチュエータ54の動作量を検出する手段としてアブソリュート型のエンコーダ59を備えるため、原点位置を記録するだけでなく、電源が切れて再投入した場合でも、再度初期設定を行う必要がなく、容易に原点復帰させることが可能である。
In the state of FIG. 8, preload is applied to the link mechanism
Since the
基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を定められた姿勢に設定しないとき(図7)、および基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を定められた姿勢に設定するとき(図8)のいずれについても、原点位置決め用部材106は、リンク作動装置51の内部に設けられている。この実施形態のように、先端側のリンクハブ3に先端取付部材53およびエンドエフェクタ100が搭載され、かつ土台102が架台101に固定されている場合、原点位置決め用部材106を外部から、先端側のリンクハブ3、基端側のリンクハブ2、スペーサ105、および基端部材104の各貫通孔10B,10A,105a,104aに挿通することができない。しかし、上記のようにリンク作動装置51の内部に原点位置決め用部材106が設けられていれば、どのような状況でも原点位置決め用部材106を用いて原点位置決めを行うことができる。
When the distal end
この実施形態では、基端側のリンクハブ2、スペーサ105、および基端部材104の各貫通孔10A,105a,104aの中心は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと一致し、先端側のリンクハブ3の貫通孔10Bの中心は、先端側のリンクハブ3の中心軸QBと一致している。基端側および先端側のリンクハブ2,3の中心部は、近くに他の部材が存在せず比較的スペースに余裕があるため、他の部材と干渉させずに貫通孔10A,10Bを設けることができる。また、これら貫通孔10A,10Bに原点位置決め用部材106を挿通した場合、リンク機構本体1の中心に原点位置決め用部材106を挿入したことになるため、リンク機構本体1に予圧を付与したときの力のバランスが良い。
In this embodiment, the center of each of the through
土台102は、基端部材104との間に空間108ができるように、基端部材104に対して離れた位置に配置されているため、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を定められた姿勢に設定しないときの原点位置決め用部材106の設置スペースが広くなり、原点位置決め用部材106の設置が容易となる。また、原点位置決め用部材106を基端側のリンクハブ2と先端側のリンクハブ3の間の空間部に突出させずに設置することが可能となり、原点位置決め用部材106が他の部材と干渉することを避けられる。これにより、リンク機構本体1の作動範囲を広くとれる。なお、図8において、原点位置決め用部材106の上端が基端側のリンクハブ2から少しだけ上方に突出しているが、この突出部分はリンク機構本体1の他の部材と干渉しないので、リンク機構本体1の動作の邪魔にならない。
Since the
また、この実施形態のように、基端部材104が、土台102に設置された複数の支柱103に支持されていると、基端部材104と土台102との間の空間108に工具、手等を出し入れするための広い開口を確保することができ、原点位置決め用部材106の操作がより一層容易になる。また、支柱103で基端部材104を支持すると、支柱103の長さを変えることで、基端部材104と土台102間の距離も容易に調整できる。
Further, as in this embodiment, when the
図9ないし図13は、この発明の第2の実施形態を示す。図9に示すように、このリンク作動装置51も、前記第1の実施形態と同様に、リンク機構本体1と、このリンク機構本体1を支持する支持部52と、エンドエフェクタ100を取り付ける先端取付部材53と、リンク機構本体1を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ54と、これら姿勢制御用アクチュエータ54を制御する制御装置55とを備える。
9 to 13 show a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the
また、前記支持部52は、架台101に対してボルト等(図示せず)で固定される土台102と、この土台102に上向きに設置された複数本の支柱103と、これら支柱103の上端に支持された基端部材104とを有し、この基端部材104に、スペーサ105を介してリンク機構本体1の基端側のリンクハブ2がボルト等(図示せず)で固定される。前記複数の姿勢制御用アクチュエータ54は、基端部材104に円周方向に等配で垂下状態に取付けられている。姿勢制御用アクチュエータ54の数は、リンク機構4と同数の3個である。前記第1の実施形態と同様に、姿勢制御用アクチュエータ54の数は、2個でも構わない。
Further, the
図12および図13に示すように、リンク機構本体1の基端側および先端側のリンクハブ2,3は、中心部に貫通孔10A,10Bが軸方向に沿って形成されている。貫通孔10A,10Bの中心はリンクハブ2,3の中心軸QA,QBと一致し、その内径は原点位置決め用部材106がすきま嵌めで挿通される寸法とされている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
図11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。基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶部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。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。先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶部も、上記同様の構造である。
As shown in FIG. 11, the link mechanism
また、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶部に設けられた軸受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。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。先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶部も、上記同様の構造である。
Further, the bearing 36 provided at the rotating pair of the
図10および図11に示すように、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を回動させて先端姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ54と、この姿勢制御用アクチュエータ54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。姿勢制御用アクチュエータ54はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機54a付きのサーボモータであって、モータ固定部材72により基端部材104に固定されている。減速機構71は、姿勢制御用アクチュエータ54の減速機54aと、歯車式の減速部73とでなる。
As shown in FIGS. 10 and 11, the posture control actuator that arbitrarily changes the tip posture by rotating the
歯車式の減速部73は、姿勢制御用アクチュエータ54の出力軸54b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。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。大歯車77は小歯車76よりもピッチ円半径が大きく、姿勢制御用アクチュエータ54の出力軸54b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。その減速比は10以上とされている。
The gear-
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。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。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。そのため、高い減速比を得るのに有利である。
The pitch circle radius of the
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、基端部材104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。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。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。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。軸受80の外輪は、回転支持部材79に圧入されている。
The
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。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。
In the case of this embodiment, the
姿勢制御用アクチュエータ54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。これら回転軸心O3,O4は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1と平行で、かつ基端部材104からの高さが同じとされている。
The rotation axis O3 of the
図9に示すように、このリンク作動装置51も、前記第1の実施形態と同様に、姿勢制御用アクチュエータ54の動作量を検出するアブソリュート型のエンコーダ59の検出信号に基づき、制御装置55により各姿勢制御用アクチュエータ54を位置制御して、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢を変更する。このとき、図12のように、原点位置決め用部材106の雄ねじ部106aが土台102のねじ孔102aに螺合しておく。これにより、原点位置決め用部材106が、基端部材104、スペーサ105、基端側のリンクハブ2の各貫通孔104a,105a,10Aに挿通されているが、先端側のリンクハブ3の貫通孔10Bには挿通されていない状態とする。制御装置55による制御の手法は、前記同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 9, the
また、前記第1の実施形態と同様に、歯車式の減速部73等による機構上のガタによる先端姿勢の狂いを排除するために、制御装置55により各姿勢制御用アクチュエータ54をトルク制御して、各姿勢制御用アクチュエータ54の動作の基準となる原点位置を初期設定することが行われる。このとき、原点位置決め用部材106を用いて、図13のように、図12の状態から、原点位置決め用部材106の雄ねじ部106aと土台102のねじ孔102aとの螺合を外し、原点位置決め用部材106を上方に移動させて、その上端を先端側のリンクハブ3の貫通孔10Bに挿通させておく。原点位置決め方法は、前記の通りである。
Further, similarly to the first embodiment, in order to eliminate the deviation of the tip posture due to the backlash on the mechanism by the gear
このリンク作動装置51は、3組のリンク機構4のすべてに姿勢制御用アクチュエータ54および減速機構71を設けたことにより、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3がどのような姿勢をとっていてもバランス良く駆動できる。つまり、駆動力のバランスが良い。これにより、各姿勢制御用アクチュエータ54を小型化できる。また、3組のリンク機構4のすべてに姿勢制御用アクチュエータ54および減速機構71を設けることで、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51自体の高剛性化を実現できる。
In this
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。減速比が高いと、エンコーダ59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。また、低出力の姿勢制御用アクチュエータ54を使用することができる。この実施形態では減速機54a付きの姿勢制御用アクチュエータ54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、減速機無しの姿勢制御用アクチュエータ54を使用することも可能となり、姿勢制御用アクチュエータ54を小型化できる。
The gear
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。そのため、リンク作動装置51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。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。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51全体の剛性が高くなる。
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の回転対偶部に設置する軸受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。
By setting the pitch circle radius of the
Further, when the pitch circle radius of the
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。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。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。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51の可動範囲が広くなる。
In particular, in the case of this embodiment, the pitch circle radius of the
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。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。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51の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、姿勢制御用アクチュエータ54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。
Since the
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51の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置51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。また、メンテナンス性が良い。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。
Since the
図14は、図9ないし図13に示すリンク作動装置を1軸の直動機構である単軸ロボットに搭載した例を示す。この場合、架台101に単軸ロボット110が設置され、土台102が単軸ロボット110の移動ステージ111に搭載されているため、土台102側から原点位置決め用部材106をリンク作動装置51の各貫通孔10A,10B,104a,105a(図12、図13)に挿通することはできない。また、先端側のリンクハブ3にも先端取付部材53を介してエンドエフェクタ100が取り付けられているため、エンドエフェクタ100を取り外さなければ原点位置決め用部材106を各貫通孔10A,10B,104a,105aに挿通することはできない。しかし、このリンク作動装置51のように、原点位置決め用部材106がリンク作動装置51の内部に設けられていれば、どのような設置状況でも容易に原点位置決めを行うことができる。
FIG. 14 shows an example in which the link operating device shown in FIGS. 9 to 13 is mounted on a single-axis robot that is a single-axis linear motion mechanism. In this case, since the single-
この例のように、リンク作動装置51を1軸の直動機構である単軸ロボット110に搭載した場合、単軸ロボット110の位置とリンク作動装置51の姿勢を制御することで、作業平面112上に設けられた突出部113の両側面に対して、レーザ光、可視光等の照射、接着剤、グリース等の塗布、カメラ等による検査等が可能となる。なお、リンク作動装置51を2軸の直動機構で駆動される移動ステージ(図示せず)に搭載すれば、突出部113のすべての側面に対する作業が可能となる。つまり、リンク作動装置51を1軸以上の直動機構に搭載することで、より幅広い範囲の位置決め、および複雑な形状への位置決めが可能となる。
When the
1…リンク機構本体
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
10A,10B,104a,105a…貫通孔
51…リンク作動装置
54…姿勢制御用アクチュエータ
55…制御装置
59…アブソリュート型のエンコーダ
102…土台
102a…ねじ孔
103…支柱
104…基端部材
106…原点位置決め用部材
106a…雄ねじ部
106b…スパナ溝
107…保持手段
108…空間
110…単軸ロボット(直動機構)
QA…基端側のリンクハブの中心軸
QB…先端側のリンクハブの中心軸
DESCRIPTION OF
QA: Center axis of the base end side link hub QB: Center axis of the end side link hub
Claims (8)
前記姿勢制御用アクチュエータは、前記リンク機構に少なくとも2組以上設けられ、
さらに、前記先端側のリンクハブに対して係脱可能に前記基端側のリンクハブに設置され、前記先端側のリンクハブと係合する状態で、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定する原点位置決め用部材を備え、前記基端側のリンクハブを固定する基端部材と、この基端部材を支持する土台とを有し、この土台に、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブを定められた姿勢に設定しないときに前記原点位置決め用部材を前記土台に位置固定で保持する保持手段を備えたことを特徴とするリンク作動装置。 The distal end side link hub to link hub of the base end side, is changed coupled posture through the three or more sets of link mechanisms, each linkage, respectively link hub and the distal end of the proximal-side End link members on the base end side and the tip end side, one end of which is rotatably connected to the link hub, and a center on which both ends are rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side, respectively. Each of the link mechanisms is a geometric model in which the link mechanism is represented by a straight line, and the base end side portion and the tip end side portion are symmetrical with respect to the center portion of the center link member, In the link actuating device provided with an attitude control actuator for arbitrarily changing the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub in the link mechanism,
At least two sets of the attitude control actuators are provided in the link mechanism,
Further, the base end side link hub is detachably attached to the front end side link hub, and is engaged with the front end side link hub in the state where the base end side link hub is engaged with the base end side link hub. An origin positioning member for setting the distal end side link hub in a predetermined posture, a proximal end member for fixing the proximal end side link hub, and a base for supporting the proximal end member; And holding means for holding the origin positioning member fixedly on the base when the distal end side link hub is not set to a predetermined posture with respect to the proximal end side link hub. Link actuating device.
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