JPH05220678A - アクチュエータ組立体 - Google Patents

アクチュエータ組立体

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JPH05220678A
JPH05220678A JP4291772A JP29177292A JPH05220678A JP H05220678 A JPH05220678 A JP H05220678A JP 4291772 A JP4291772 A JP 4291772A JP 29177292 A JP29177292 A JP 29177292A JP H05220678 A JPH05220678 A JP H05220678A
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JP
Japan
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actuator assembly
actuator
rotary
hand controller
universal joint
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JP4291772A
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Patrick J Fischer
ジョン フィッシャー パトリック
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UK Atomic Energy Authority
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UK Atomic Energy Authority
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q37/00Metal-working machines, or constructional combinations thereof, built-up from units designed so that at least some of the units can form parts of different machines or combinations; Units therefor in so far as the feature of interchangeability is important
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 オペレータの疲労を最小にするように、使い
やすく、十分な力のフィードバック及び後退駆動性を有
するハンドコントローラの使用に適したアクチュエータ
組立体を提供する。 【構成】 運動の6つの自由度をするハンドコントロー
ラの使用に適したアクチュエータ組立体14は、一端が
それぞれのロータリアクチュエータ26に取り付けら
れ、他端が共通の自在継手21に取り付けられた1対の
アーム20を有する。アーム20は、ロータリアクチュ
エータ26の駆動軸25に直接連結され、アーム20の
運動が制限される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ組立体
に関し、特にハンドコントローラのような平行なプラッ
トフォーム構造用アクチュエータ組立体に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】平行なプ
ラットフォーム構造は、フライトシミュレータ、マニピ
ュレータ及びハンドコントローラのような用途に使用さ
れている。これらの構造は、従来、2つの三角形のプラ
ットフォーム、即ち固定された基部プラットフォームに
対して自由に動く上部プラットフォームを有するものと
みなされてきた。これらのプラットフォームは、従来は
6つの直線形アクチュエータを介してそれらの隅で互い
に連結され、8面体構造を形成する。直線形アクチュエ
ータの長さを変えることによって、上部プラットフォー
ムを基部プラットフォームに対して種々の位置或いは向
きに設置することができる。このタイプの平行なプラッ
トフォーム構造は、運動の6つの自由度をする上部プラ
ットフォームを有する。しかし、直線形アクチュエータ
を使用して大きな作動量を有する平行なプラットフォー
ムを設計するのは困難であり、これらのアクチュエータ
に十分な後退駆動性を取り込むのも困難である。これら
の問題は、小型の平行なプラットフォーム構造を設計す
るときに特に重大である。遊星歯車付モータによって作
動されるパンタグラフアクチュエータが、平行なマニピ
ュレータに使用するための直線形アクチュエータの代替
として、H.Inoue他によって提案されてきた。
【0003】これらのパンタグラフアクチュエータは、
遊星歯車機構の使用の結果である高トルクノイズによ
り、ハンドコントローラでの使用の適合性に制限があ
る。太陽歯車を中心の異なったモータの位置に関連して
変化する慣性力は、ハンドコントローラで保障するのは
困難であり、慣性力は、ハンドコントローラの感度を減
じる。又、モータ組立体全体は、あらゆる対の脚の動き
に含まれるので、影響の強い装置の慣性力が増大し、感
度は再び減じられる。遊星歯車付パンタグラフアクチュ
エータに関連したこの慣性力の問題によって、これらの
アクチュエータを有する装置に所望のレベルの力のフィ
ードバックを出すことを困難にする。ハンドコントロー
ラは、オペレータの疲労を最小にするように、使いやす
く、十分な力のフィードバック及び後退駆動性を有する
のが望ましい。
【0004】本発明によれば、それぞれが、互いに回動
自在に連結された上部アーム部分と下部アーム部分とか
らなる1対のアームを有し、この上部アーム部分は、3
軸の自在継手で連結され、この下部アーム部分は、互い
に独立して2つのロータリアクチュエータのそれぞれに
取り付けられ、両方のロータリアクチュエータは、共通
の回動部材を介して基部に固定される、アクチュエータ
組立体を提供する。
【0005】本発明のさらなる観点によれば、3軸の自
在継手を介して上部プレートに固定された3つのこのよ
うなアクチュエータ組立体を有するハンドコントローラ
を提供し、3つのアクチュエータ組立体の基部は、互い
に間隔を隔てる。アクチュエータ組立体は、運動の6つ
までの自由度を伴う平行なプラットフォーム構造を必要
とするあらゆる用途に使用できる。このような用途は、
フライトシミュレータ、平行なマニピュレータ、ロボッ
ト及びハンドコントローラを含む。ハンドコントローラ
は、マニピュレータ副アーム、ロボット、遠隔車両のよ
うな遠隔機構の運動を制御するのに、及び有線飛行機の
制御のような用途に使用することができる。
【0006】ロータリアクチュエータは、電気直接駆動
モータであるのが望ましい。直接駆動とは、モータが、
駆動軸に取り付けられたアームに直接応答を導くよう
に、モータの作動に歯車は含まれないことを意味する。
電気直接駆動モータは、ブラシレスDCトルクモータの
ような定角トルクモータ(LAT)であるのが最も望ま
しい。これらのモータは、低磁力及び機械摩擦トルク
と、非常に低い磁気抵抗及び脈動トルクを呈し、その結
果、高品質の力の信号がアクチュエータ組立体から発生
する。直接駆動定角トルクモータは、比較的小型だが、
大きな作動量と改良した力のフィードバックを有するア
クチュエータ組立体を生み出す。
【0007】アクチュエータ組立体の回動部材が回動で
きる軸は、ロータリアクチュエータの回転軸に垂直か或
いは同一或いは平行な平面にあり、この回動軸は固定さ
れているのが望ましい。アクチュエータ組立体のロータ
リアクチュエータは、同じ軸を中心に回転するのが望ま
しい。ロータリアクチュエータが、基部に取り付けられ
た回動部材内に設置されるので、アクチュエータ組立体
機構は、モータ組立体に関して全ての位置で静的に釣り
合っており、アクチュエータ組立体の動作は、決して回
動部材及びその上のモータの質量中心の移動を伴うこと
はない。
【0008】アクチュエータ組立体を外界と連絡するこ
とができ、及び(又は)外界によって制御すのを可能に
する装置をアクチュエータ組立体に取り込むのが望まし
い。このような装置は、アクチュエータ組立体の方向を
特定し、制御するために、例えばコンピュータによって
理解されることのできる電気信号を与えるセンサー及び
エンコーダを含む。
【0009】ハンドルの各自由度に対して力のフィード
バックを与えるためにハンドコントローラに装置を取り
込むのが好ましい。力のフィードバック及びフィードバ
ックトルクは、制御される機構の対応する連結部によっ
て及ぼされる力に正に比例するが、オペレータの疲労を
最小にするために、操作される物体の重さによる力、或
いは連結部の摩擦作用による力のように機構によって及
ぼされる力は、部分的に或いは完全に取り除かれる。
【0010】ハンドコントーラのセンサーは、各並進或
いは回転自由度でオペレータによって適用される力或い
はトルク及び並進或いは角度移動を表す電気信号を出
す。これらの信号は、制御される機構のモータに対応す
る制御信号を出すコンピュータに供給されるのが望まし
い。オペレータによる作業の実行中、異なる制御モー
ド、例えば、位置制御、速度制御、或いは力制御(ハン
ドルの変位は、それぞれ機構の対応する変位、運動の速
度、或いは機構によって及ぼされる力を引き起こす)を
選択することができ、さらにこのような各制御モードの
ために、比例定数も変えることができる。例えば、機構
の大規模な動作のために作業が行われるべき所に機構を
移動させるのに、速度制御を使用することができるが、
次いで作業の実行中には、機構の小規模な運動のため
に、1対1の比率の位置制御が望ましい。
【0011】ロータリアクチュエータ用エンコーダ或い
はセンサーは、中間カップリングを介さずに、直接アク
チュエータの駆動軸に連結されのが望ましい。これによ
って、エンコーダと駆動軸の間に最も固い連結が確保さ
れ、モータのより高いバンド幅制御及びより小型の装置
の組立てを可能にする。直接連結に適したエンコーダ
は、Heidenhain EROシリーズのエンコーダである。
【0012】
【実施例】本発明を添付図面を参照して、単なる例示と
して今さらに説明する。図1を参照すると、支持用プラ
ットフォーム11を有するハンドコントローラ10が示
され、支持用プラットフォーム11は、3つのアクチュ
エータ組立体14を介して上部プレート12に連結され
ている。上部プレート12は、ハンドル13を支持す
る。各アクチュエータ組立体14は、軸線Aを中心に作
動し、それぞれのアクチュエータハウジング17内に設
置される1対のロータリアクチュエータ(図1に図示せ
ず)を保持する回動ヨーク16を支持するための基部1
5と、1対のパンタグラフアーム(図1に図示せず)
と、自在継手(図1に図示せず)とを有する。各アクチ
ュエータ組立体14は、各アクチュエータ組立体14
が、仮想の正三角形の頂点に設置され、平面図でわかる
ようにアクチュエータ組立体14の軸線Aが、支持用プ
ラットフォーム11の中心で交わるように基部15を介
して支持用プラットフォーム11に固定される。各回動
ヨーク16は、各アクチュエータ組立体14の基部15
及び支持用プラットフォーム11に対して、軸線Bを中
心に回動することができる。自在継手は、位置18で上
部プレート12に固定される。
【0013】図2及び図3を参照すると、図1に示すハ
ンドコントローラ10のアクチュエータ組立体14が示
される。1対のパンタグラフアーム20が、自在継手2
1によって上部プレート12に取り付けられる。自在継
手は、3つの回転軸線C、D及びEを有する。パンタグ
ラフアーム20は、上部アーム部分23及び下部アーム
部分24を有し、上部アーム部分23は、自在継手21
に取り付けられ、自在継手21の軸線Dを中心に回動で
き、一方下部アーム部分24は、一対のロータリアクチ
ュエータ26のそれぞれの駆動軸25に固定され、駆動
軸25が回転するとき、軸線Aを中心に回る。各パンタ
グラフアーム20の上部アーム部分23と下部アーム部
分24は、位置27で互いに回動自在に連結される。ロ
ータリアクチュエータ26は、2つのアクチュエータハ
ウジング17内に保持され、この2つのアクチュエータ
ハウジング17は、基部15に固定された回動ヨーク1
6に取り付けられる。駆動軸25は、ベアリング28に
よって支持され、エンコーダ29に取り付けられる。
【0014】上部プレート12の運動は、3つのアクチ
ュエータ組立体14によって幾分制限されるが、上部プ
レートには、運動の6つの自由度を有することは明らか
であろう。ハンドコントローラ10の作動量は、回動ヨ
ーク16の軸線Bを中心とする回転角度、アクチュエー
タ駆動軸25の軸線Aを中心とする回転角度及び各対の
パンタグラフアーム20の上部アーム部分23と下部ア
ーム部分24との間の相対角度に関係する。
【0015】ハンドコントローラ10の作動の際、オペ
レータはハンドル13(及びそれとともに上部プレート
12)を6つの自由度、即ち3つの直交方向の並進変位
及び3つの直交回転軸を中心とする回転で動かすことが
できる。このような運動により、少なくとも1つの下部
アーム部分24の向きをそれぞれのヨーク16に対して
変え、それゆえに対応する駆動軸25を回転させる。そ
の結果、エンコーダ29からの信号によって、コンピュ
ータは常にハンドル13の位置及びハンドル13が受け
る運動を決定することができる。それゆえ、ハンドコン
トローラ10とこれと関連したコンピュータを例えばマ
ニピュレータ副アーム(図示せず)の運動を制御するの
に用いることができる。このような副アームによって経
験される力及びトルクを、検出でき、オペレータには、
ロータリアクチュエータ26を適当に付勢することによ
って力(及びトルク)のフィードバックを与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】3つのアクチュエータ組立体を有するが、明瞭
にするために全てのアームを省略したハンドコントロー
ラの平面図である。
【図2】アームを有するアクチュエータ組立体を示す図
1のハンドコントローラの部分の一部を立面図で、一部
を断面図で示す。
【図3】図2の線III-III から見たアクチュエータ組立
体の一部を立面図で、一部を断面図で示す。
【符号の説明】
10 ハンドコントローラ 14 アクチュエータ組立体 15 基部 20 アーム 21 自在継手 25 駆動軸 26 ロータリアクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック ジョン フィッシャー イギリス国 オックスフォードシャー オ ーエックス11 0アールエイ ハーウェル ラボラトリー ビー329 ユナイテッド キングドム アトミック エナヂイ オー ソリティ パテンツ ブランチ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれが、互いに回動自在に連結(2
    7)された上部アーム部分(23)と下部アーム部分
    (24)とからなる1対のアーム(20)を有し、前記
    上部アーム部分(23)は、3軸の自在継手(21)で
    連結されるアクチュエータ組立体において、前記下部ア
    ーム部分(24)は、2つのロータリアクチュエータ
    (26)のそれぞれに互いに独立に連結され、両方のロ
    ータリアクチュエータは、共通の回動部材(16)を介
    して基部(15)に固定されることを特徴とするアクチ
    ュエータ組立体。
  2. 【請求項2】 前記ロータリアクチュエータ(26)
    は、直接駆動モータである請求項1に記載のアクチュエ
    ータ組立体。
  3. 【請求項3】 前記直接駆動モータは、ブラシレスDC
    トルクモータである請求項2に記載のアクチュエータ組
    立体。
  4. 【請求項4】 前記3軸の自在継手(21)を介して上
    部プレート(12)に固定された先行請求項のいずれか
    一つに記載されたような3つのアクチュエータ組立体
    (14)を有し、前記3つのアクチュエータ組立体(1
    4)の基部(15)は、互いに間隔を隔てているハンド
    コントローラ(10)。
JP4291772A 1991-10-29 1992-10-29 アクチュエータ組立体 Pending JPH05220678A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB919122903A GB9122903D0 (en) 1991-10-29 1991-10-29 Actuator assembly
GB9122903:9 1991-10-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05220678A true JPH05220678A (ja) 1993-08-31

Family

ID=10703686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4291772A Pending JPH05220678A (ja) 1991-10-29 1992-10-29 アクチュエータ組立体

Country Status (5)

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EP (1) EP0540197A1 (ja)
JP (1) JPH05220678A (ja)
KR (1) KR930007584A (ja)
CA (1) CA2081126A1 (ja)
GB (2) GB9122903D0 (ja)

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GB2261052A (en) 1993-05-05
CA2081126A1 (en) 1993-04-30
EP0540197A1 (en) 1993-05-05
KR930007584A (ko) 1993-05-20
GB9122903D0 (en) 1991-12-11
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