JP6604377B2 - 多自由度調整機構 - Google Patents
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Description
図1および図2を参照すると、多自由度調整機構に使用される直線移動機構10は、固定部103に接続された固定点102および可動部105に接続された可動点104を有する楕円リング101を有する。固定点102および可動点104は、楕円リング101の長軸の両端である。
i.確実に予測可能かつ反復可能な移動。
ii.複雑な位置センサや閉ループサーボ制御なしの正確な移動であるため、開ループ制御が可能。
iii.極低温から400℃以上までの広い温度範囲で完全に動作。
iv.押圧/引張機構(入力機構)を考慮する必要のない半永久的な寿命。
v.粒子汚染なし、交差汚染なし。
vi.腐食性の気体や液体中のような腐食条件に対する高い耐性。
図5および図6に示すように、多自由度調整機構に使用される直線移動機構20は、第1の直線移動部300および第2の直線移動部400の組合せによって形成される。それぞれの直線移動部は、図1および図2に示した直線移動機構10とほぼ同じ機能的構造を有する。第1の直線移動部300および第2の直線移動部400は、楕円リング301および401の長軸が互いに一致するように配置される。第1の直線移動部300および第2の直線移動部400は、第1の実施形態の固定部103に対応する共通の固定部303/403を有する。したがって、直線移動機構20は、その両側にそれぞれ可動部305および405を備える。
3.1)構造
図8を参照すると、本発明の第1実施形態による多自由度調整機構としての支持組立体は、バイポッド(二脚台)600および第2の実施形態で説明した直線移動機構20から構成される。バイポッド600は、2本の支持ロッド601および602を有し、それらの一端は上側で接続され、そこに支持部603が設けられて逆V字形のバイポッドを形成する。支持ロッド601および602の他端は、第1の直線移動部300の可動部305および第2の直線移動部400の可動部405にそれぞれ固定される。支持ロッド601および602は同じ構造を有する。以下、図9〜図11に示す支持ロッド601の構造を例として説明する。
図9〜図11を参照すると、支持ロッド601は、固定部610、2個の制限変位可撓性ジョイント611および612、相対的な剛性を有するロッド613、ならびに2個の制限変位可撓性ジョイント614および615を含む脚のような形状を有する。制限変位可撓性ジョイント611、612、614および615の各々は、支持ロッド601の長手軸に対して直交する可撓性方向D1とD2が交互に、制限された可撓性を提供する。可撓性方向D1は、支持ロッド601および602によって形成される平面内で支持ロッド601に直交する方向であり、一般的に図10に例示されている。可撓性方向D2は、支持ロッド601および602によって形成される平面に直交する方向であり、一般的に図11に例示されている。この例では、制限変位可撓性ジョイント611および614は方向D2の方向に湾曲可能である一方、制限変位可撓性ジョイント612および615は方向D1の方向に湾曲可能である。これにより、支持ロッド601は、方向D1およびD2の方向に自由に湾曲可能である。同様に、支持ロッド602は、固定部分620、2個の制限変位可撓性ジョイント621および622、相対的な剛性を有する剛体のロッド623、ならびに2個の制限変位可撓性ジョイント624および625を含む脚のような形状を有し、支持ロッド602の長手軸に対して直交する可撓性方向D1およびD2に自由に湾曲可能である。
図15を参照すると、支持組立体は、バイポッド600および直線移動機構20から組み立てられる。支持ロッド601および602は、第1の直線移動部300の可動部305および第2の直線移動部400の可動部405にそれぞれ固定される。これにより、バイポッド600の支持部603は、可動部305および405の直線移動のそれぞれの方向および変位に応じて、支持ロッド601および602によって形成される平面上の制限された範囲内で任意の位置に移動することができる。
上記のような構造のバイポッド600は、十分な強度の弾性材料からなり、射出成形、3次元プリンタあるいはMEMSのような任意の技術を用いて一体形成してもよい。
4.1)構造
図17〜図21を参照すると、6自由度を有するヘクサポッド(六脚台)構成は、底板701、上板702ならびに3個の支持組立体A、BおよびCを有する。支持組立体A、BおよびCのそれぞれは、図8に示すようなバイポッド(600A,600B,600C)および直線移動機構(20A,20B,20C)から構成される。支持組立体A、BおよびCは、一般的に図20に示すように、正三角形構成で底板701上に固定配置される。上板702は、バイポッド600A、600Bおよび600Cの支持部に固定される。これにより、上板702は、3個の位置調整可能な点によって支持される。
上板702は支持組立体A、BおよびCによって支持されているので、上板702の位置および/または傾きは、直線移動機構20A、20Bおよび20Cの少なくとも1つの直線移動の拡大、縮小または平行移動を独立に制御することによって変化させることができる。以下、ヘクサポッドの一般的動作について、一例として図16A〜図16Dおよび図18を参照して説明する。
既に説明したように、第1または第2の実施形態による多自由度調整機構に使用される直線移動機構によれば、軟質ばね部の大きい入力変位が、ばね定数比に従って、可動部の小さい直線移動に変換される。これにより、入力変位が低精度で軟質ばね部に加えられても、直線移動機構を用いたヘクサポッドシステムは高精度で上板を移動することができる。ばね定数比が既知の場合、上板の変位量は、上板の変位を正確に測定することなく、入力変位を正確に測定することによって高精度で計算することができる。
本発明は、航空機、宇宙船等のさまざまな過酷環境にさらされ得る6自由度調整装置のような高精度測定装置に適用可能である。
Claims (11)
- 少なくとも1つの支持組立体と、
前記少なくとも1つの支持組立体によって支持される板と、
を備えた多自由度調整機構であって、
前記少なくとも1つの支持組立体が、
第1のロッドおよび第2のロッドを有し、各ロッドの一端が上側で相互に固定されてそこに支持部が設けられたバイポッドと、
前記第1のロッドおよび前記第2のロッドの他端にそれぞれ固定され、直線移動方向に独立に移動する第1の可動部材および第2の可動部材を有する直線移動装置と、
を含み、
前記バイポッドの前記第1のロッドおよび前記第2のロッドのそれぞれが、2つの直交する方向に弾性を提供する弾性部を有する多自由度調整機構。 - 各支持組立体が、前記可動部材のそれぞれの直線移動に応じて、前記第1のロッドおよび前記第2のロッドによって形成される平面上の所定範囲内で前記支持部を移動するように構成された、請求項1に記載の多自由度調整機構。
- 前記弾性部が、2つの直交する方向にそれぞれ弾性を提供する2個の制限変位可撓性ジョイントを含む、請求項1に記載の多自由度調整機構。
- 前記制限変位可撓性ジョイントのそれぞれが、板状の可撓性部材と、この可撓性部材に平行に配置された少なくとも1つの屈曲制限部と、を有する請求項3に記載の多自由度調整機構。
- 前記制限変位可撓性ジョイントのそれぞれが、板状の可撓性部材を有し、この可撓性部材が、当該可撓性部材に平行に配置された2個の屈曲制限部の間に配置された、請求項3に記載の多自由度調整機構。
- 前記屈曲制限部が、回転自在に係合した第1の部品および第2の部品を有し、前記第1の部品は、前記第1の部品から外側に突出する1対のストッパを備えた凸部を有し、前記第2の部品は、前記第1の部品の凸部と回転自在に係合する凹部を有し、前記第1の部品の回転は、前記ストッパの一方が前記可撓性部材の屈曲に応じて前記凹部の一方の縁と当接することにより制限される、請求項4または5に記載の多自由度調整機構。
- 前記板が3個の支持組立体によって支持され、これら3個の支持組立体の3個の支持部が、前記板上で正三角形の3個の頂点に対応するように配置された、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の多自由度調整機構。
- 前記板が、前記支持組立体によってそれぞれ提供される直線移動の方向および変位の組合せによって6方向に自由に移動する、請求項7に記載の多自由度調整機構。
- 前記直線移動装置が、一体形成された2次元構造を有することを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の多自由度調整機構。
- 少なくとも1つの支持組立体と、
前記少なくとも1つの支持組立体によって支持される板と、
を備えた多自由度調整機構であって、
前記少なくとも1つの支持組立体が、
第1のロッドおよび第2のロッドを有し、各ロッドの一端が上側で相互に固定されてそこに支持部が設けられたバイポッドと、
前記第1のロッドおよび前記第2のロッドの他端にそれぞれ固定され、直線移動方向に独立に移動する第1の可動部材および第2の可動部材を有する直線移動装置と、
を含み、
前記直線移動装置が、
第1の直線移動部と、
共通の固定点で前記第1の直線移動部に固定された第2の直線移動部と、
をさらに有し、
前記第1および第2の直線移動部のそれぞれが、
入力方向および入力変位を、前記入力方向に直交する出力方向および出力変位に変換するように配置された弾性装置と、
前記弾性装置を前記入力方向に前記入力変位に従って変形するように配置された操作部材と、
を有し、前記第1の可動部材および前記第2の可動部材が、前記第1および第2の直線移動部のそれぞれの弾性装置に固定された、多自由度調整機構。 - 前記入力変位と前記出力変位との比が、前記弾性装置および前記操作部材のばね定数の組合せによって決定される、請求項10に記載の多自由度調整機構。
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