JP2003069333A - Gimbal mechanism and joint mechanism - Google Patents
Gimbal mechanism and joint mechanismInfo
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- Details Of Aerials (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、アンテナ等の対
象物の角度をその面に直交するふたつの回動軸回りに傾
斜させるジンバル機構に関し、特に対象物の仮想的な回
動軸を対象物の所定の面上に設けられるように改良した
ジンバル機構に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gimbal mechanism for inclining an angle of an object such as an antenna around two rotation axes orthogonal to the plane of the object, and particularly to a virtual rotation axis of the object. The present invention relates to a gimbal mechanism improved so as to be provided on a predetermined surface of the.
【0002】[0002]
【従来の技術】図17は例えば特開平05−20671
3号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を用い
た例としてのアンテナ指向装置の説明図である。図17
において、201はアンテナ、202は方位軸、203
は方位サーボモータ、205は仰角軸、206は仰角軸
軸受け、207は仰角サーボモータである。仰角軸軸受
け206は、アンテナ201の背面に配置されている。2. Description of the Related Art FIG. 17 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-20671.
It is explanatory drawing of the antenna pointing device as an example using the conventional general gimbal mechanism shown by the 3rd publication. FIG. 17
, 201 is an antenna, 202 is an azimuth axis, and 203
Is an azimuth servo motor, 205 is an elevation axis, 206 is an elevation bearing, and 207 is an elevation servo motor. The elevation bearing 206 is arranged on the back surface of the antenna 201.
【0003】次に動作について説明する。方位サーボモ
ータ203によって方位軸202が駆動され、アンテナ
201は方位軸202回りに左右に回動する。仰角サー
ボモータ207によって仰角軸205が駆動され、アン
テナ201は仰角軸205回りに図17の上下に回動す
る。Next, the operation will be described. The azimuth axis 202 is driven by the azimuth servomotor 203, and the antenna 201 rotates left and right around the azimuth axis 202. The elevation angle servomotor 207 drives the elevation angle axis 205, and the antenna 201 rotates up and down around the elevation angle axis 205 in FIG.
【0004】従来の一般的なジンバル機構を用いたアン
テナ指向装置は上述のように構成されているので、仰角
軸軸受け206はアンテナ201の背面に配置されてお
り、仰角軸205はアンテナ201の中心を通らずに中
心から離れた後方を通さざるを得ない。そのため、アン
テナ201を図17の上下に回動した場合、同時に上下
方向の並進運動を起こさざるを得ない。Since the conventional antenna directing device using the general gimbal mechanism is constructed as described above, the elevation bearing 206 is arranged on the back surface of the antenna 201, and the elevation shaft 205 is the center of the antenna 201. I have no choice but to pass through the rear, away from the center. Therefore, when the antenna 201 is turned up and down as shown in FIG. 17, it is unavoidable that the translational movement in the up and down direction occurs simultaneously.
【0005】このためアンテナ201の周囲に図示しな
い例えばレドームなどの障害物がある場合、このレドー
ムなどと干渉しないようにアンテナ201の直径を小さ
くしなければならず、レドームなどに対してアンテナ直
径を大きく取ることができないという問題点があった。Therefore, if there is an obstacle (not shown) such as a radome around the antenna 201, it is necessary to reduce the diameter of the antenna 201 so as not to interfere with the radome. There was a problem that it could not be taken large.
【0006】また、アンテナ201の中央に図示しない
穴が空いていて、そこに図示しない放射器などの障害物
が貫通しているような場合、この放射器と干渉しないよ
うにアンテナ201に設ける穴を大きくしなければなら
ず、アンテナ面積を大きく取ることができないという問
題点があった。If a hole (not shown) is formed at the center of the antenna 201 and an obstacle such as a radiator (not shown) penetrates through the hole, a hole provided in the antenna 201 so as not to interfere with the radiator. Has to be increased, and there is a problem that the antenna area cannot be increased.
【0007】一方、図18は例えば特開平05−108
159号公報に示された従来の一般的なジンバル機構を
用いた指向追尾装置の説明図である。図18において、
210はアンテナ、211は方位軸(Az軸)、212
は仰角軸(El軸)、213は仰角サーボモータであ
る。仰角軸212はアンテナ210を挟むように構成さ
れている。動作については図17の特開平05−206
713号公報の例と概略同じである。On the other hand, FIG. 18 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-108.
It is explanatory drawing of the pointing tracking device using the conventional general gimbal mechanism shown by the 159 publication. In FIG.
210 is an antenna, 211 is an azimuth axis (Az axis), 212
Is an elevation angle axis (El axis), and 213 is an elevation angle servomotor. The elevation axis 212 is configured to sandwich the antenna 210. Regarding the operation, Japanese Patent Laid-Open No. 05-206 of FIG.
This is almost the same as the example of Japanese Patent No. 713.
【0008】従来のジンバル機構を用いた指向追尾装置
は上述のように構成されているので、アンテナ210の
中心に仰角軸212を通すことはできるが、アンテナの
両側に仰角サーボモータ213や図示しない仰角軸受け
などが配置され、アンテナ210の直径に比較し、その
周囲に部品を配置するのでかさばるという問題点があっ
た。Since the conventional pointing tracking device using the gimbal mechanism is constructed as described above, the elevation axis 212 can be passed through the center of the antenna 210, but the elevation servomotors 213 and the unillustrated ones are provided on both sides of the antenna. Since an elevation bearing and the like are arranged and compared with the diameter of the antenna 210, and parts are arranged around the antenna 210, there is a problem that it is bulky.
【0009】図19は例えば特解平11−188668
号公報に示された従来の人型作業ロボットの腕体構造の
例を示す正面図である。図19において、ひねりの関節
215と曲げの関節216とひねりの関節217は、1
点で交わる肩の3自由度の関節である。第1軸218と
第3軸219が同軸となった姿勢は特異点である。例え
ば、図19に示された姿勢は特異点であって、この姿勢
において肘関節220を紙面に対して直角な方向に動か
すことはできない。従来の人型作業ロボットの腕体構造
では、図19のように第1軸218を水平よりやや上方
へ向くように取り付けることによって、通常の作業を行
う姿勢では特異点にならないように構成されている。FIG. 19 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-188668.
FIG. 11 is a front view showing an example of an arm structure of a conventional humanoid work robot shown in Japanese Patent Publication No. In FIG. 19, the twist joint 215, the bending joint 216, and the twist joint 217 are 1
It is a 3-DOF joint of the shoulder that intersects at points. The posture in which the first axis 218 and the third axis 219 are coaxial is a singular point. For example, the posture shown in FIG. 19 is a singular point, and in this posture, the elbow joint 220 cannot be moved in the direction perpendicular to the paper surface. In the arm structure of the conventional humanoid work robot, as shown in FIG. 19, the first shaft 218 is attached so as to face slightly above the horizontal so that the posture does not become a singular point in the posture in which normal work is performed. There is.
【0010】従来の人型作業ロボットの腕体構造は上述
のように構成されているので、特異点を完全になくすこ
とはできないという問題点があった。また、ケーブルは
関節の外側を通さざるを得ないので、関節を曲げた際に
ケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませたりする
ことになり、ケーブルに負担がかかって破損させたりケ
ーブルの寿命が短くなったりするという問題点があっ
た。Since the arm structure of the conventional humanoid work robot is constructed as described above, there is a problem that the singular point cannot be completely eliminated. Also, since the cable has to pass through the outside of the joint, when the joint is bent, the cable will be pulled tight or slackened greatly, which will damage the cable and damage it or shorten the service life of the cable. There was a problem that
【0011】図20は例えば、淵上:ロボットを導入し
た生産システム、日刊工業新聞社、1994年の104
ページに掲載された従来の一般的な6自由度垂直多関節
型ロボットの斜視図である。また、図21は図20の破
線H部分を拡大した3自由度ロボット手首の例の構造図
である。図20及び図21において、第4軸224は手
首223をロール軸回りにひねり、第5軸225は手首
223をピッチ軸回りに曲げ、第6軸226は手首22
3をロール軸回りにひねる自由度を持ち、これらの組み
合わせにより手首223を下記の場合を除いては任意の
姿勢にすることができる。FIG. 20 shows, for example, Fuchigami: A robot-introduced production system, Nikkan Kogyo Shimbun, 1994, 104.
It is a perspective view of the conventional general 6-degree-of-freedom vertical articulated robot published on the page. In addition, FIG. 21 is a structural diagram of an example of a three-degree-of-freedom robot wrist in which the broken line H portion of FIG. 20 is enlarged. 20 and 21, the fourth shaft 224 twists the wrist 223 around the roll axis, the fifth shaft 225 bends the wrist 223 around the pitch axis, and the sixth shaft 226 indicates the wrist 22.
3 has a degree of freedom to twist about the roll axis, and by combining these, the wrist 223 can have any posture except the following cases.
【0012】従来の一般的な3自由度ロボット手首はこ
のように構成されているので、第5軸225が曲がって
いない状態、すなわち第4軸224と第6軸226が1
直線にのった状態では、第4(第6)軸224(22
6)と第5軸225に直交する軸(図21の紙面に直角
な軸)回りに手首223を曲げることができないという
問題点がある。例えば図21の状態では手首223を上
下に曲げることができない。このような状態を特異点と
呼ぶ。Since the conventional general three-degree-of-freedom robot wrist is constructed in this way, the fifth shaft 225 is not bent, that is, the fourth shaft 224 and the sixth shaft 226 are set to 1.
In a straight line state, the fourth (sixth) shaft 224 (22
6) and the fifth axis 225, there is a problem that the wrist 223 cannot be bent around an axis (axis perpendicular to the paper surface of FIG. 21). For example, in the state of FIG. 21, the wrist 223 cannot be bent up and down. Such a state is called a singular point.
【0013】一方、図22は例えば特開昭58−155
198号公報に示された工業用ロボットの手首装置の略
図である。図22において、231は手首、233、2
34、235、236は球面軸受け(ボールジョイン
ト)、237、238、239、240はピンジョイン
ト、241、242、243、244、245、246
はリンク、249、250はリンク駆動軸である。On the other hand, FIG. 22 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-155.
1 is a schematic diagram of a wrist device of an industrial robot shown in Japanese Patent Publication No. 198. In FIG. 22, 231 is wrists, 233, 2
34, 235, 236 are spherical bearings (ball joints), 237, 238, 239, 240 are pin joints, 241, 242, 243, 244, 245, 246.
Are links 249 and 250 are link drive shafts.
【0014】次に動作について説明する。動作について
は特開昭58−155198号公報に以下のように記さ
れている。駆動軸249を回動させると、リンク243
が傾動し、リンク241と242はそれぞれ上下に動く
ので、手首231は球面軸受け235と236間を結ん
だ軸回りに傾動する。また、駆動軸250を回動させる
と、リンク246が傾動し、リンク244と245がそ
れぞれ上下に動くので、手首231は球面軸受け233
と234間を結んだ軸回りに傾動する。Next, the operation will be described. The operation is described as follows in JP-A-58-155198. When the drive shaft 249 is rotated, the link 243 is
Is tilted and the links 241 and 242 move up and down, respectively, so that the wrist 231 tilts around the axis connecting the spherical bearings 235 and 236. Further, when the drive shaft 250 is rotated, the link 246 tilts and the links 244 and 245 move up and down, respectively, so that the wrist 231 has the spherical bearing 233.
And 234 are tilted around the axis connecting them.
【0015】ここで、駆動軸249を回動させてリンク
243が傾動しリンク241と242が上下に動いて手
首231が球面軸受け235と236間を結んだ軸回り
に傾動した状態を考える。このとき球面軸受け233と
234間を結んだ軸は傾動している。一方、駆動軸25
0を回動させてリンク246を傾動したとき、リンク2
46は駆動軸250に直角な面内を動き、リンク246
とリンク244並びに245はピンジョイント239並
びに240によって結合されているので、リンク244
とリンク245も駆動軸250に直角でリンク246を
含む面内を動く。したがって球面軸受け235と236
も同様に駆動軸250に直角でリンク246を含む面内
を動く。ところが球面軸受け235と236は球面軸受
け233と234を結んだ軸に直角な面内を動こうとす
る。このため前述のように球面軸受け233と234を
結んだ軸が傾動している場合、駆動軸250に直角でリ
ンク246を含む面と、球面軸受け233と234を結
んだ軸に直角な面は異なるので、結局球面軸受け235
と236は動くことができない。すなわち特開昭58−
155198号公報に示された工業用ロボットの手首装
置は動作しない。Now, consider a state in which the drive shaft 249 is rotated to tilt the link 243, move the links 241 and 242 up and down, and tilt the wrist 231 around the axis connecting the spherical bearings 235 and 236. At this time, the shaft connecting the spherical bearings 233 and 234 is tilted. On the other hand, the drive shaft 25
When the link 246 is tilted by rotating 0, the link 2
46 moves in a plane perpendicular to the drive shaft 250, and the link 246
Since the links 244 and 245 are connected by the pin joints 239 and 240,
The link 245 also moves at right angles to the drive shaft 250 in the plane containing the link 246. Therefore, spherical bearings 235 and 236
Also moves in the plane containing the link 246 at right angles to the drive shaft 250. However, the spherical bearings 235 and 236 try to move in a plane perpendicular to the axis connecting the spherical bearings 233 and 234. For this reason, when the axis connecting the spherical bearings 233 and 234 is tilted as described above, the surface perpendicular to the drive shaft 250 and including the link 246 is different from the surface perpendicular to the axis connecting the spherical bearings 233 and 234. Therefore, after all, the spherical bearing 235
And 236 cannot move. That is, JP-A-58-
The wrist device of the industrial robot disclosed in Japanese Patent No. 155198 does not operate.
【0016】図23は例えば特開平05−221311
号公報に示された従来の移動式点検ロボットとそれに用
いられる雲台の例を示す正面図である。この装置は、台
車261,262がレール263に沿って移動し、旋回
及び俯仰自在な雲台265にカメラ266が取り付けら
れて、点検作業を行うものである。台車261,262
に門型の旋回フレーム268を旋回可能に取付け、前記
門型の旋回フレーム268に俯仰フレーム269を俯仰
可能に取付け、旋回モータ271及び俯仰モータ272
をそれぞれ前記門型の旋回フレーム268の旋回時及び
俯仰フレーム269の俯仰時のデッドスペースに取り付
けたことを特徴とする門型雲台265を備えている。FIG. 23 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-221311.
FIG. 7 is a front view showing an example of a conventional mobile inspection robot shown in Japanese Patent Publication and a platform used for it. In this device, the carts 261 and 262 move along rails 263, and a camera 266 is attached to a pan / tilt head 265 that can be swung and lifted up and down for inspection work. Trolley 261,262
A gate-shaped swivel frame 268 is rotatably attached to the gate-shaped swivel frame 268, and an elevation frame 269 is movably attached to the gate-shaped swivel frame 268.
Are provided in the dead spaces when the gate-shaped swivel frame 268 is swung and when the elevation frame 269 is elevated, respectively.
【0017】従来の雲台265は以上のように構成され
ているので、カメラ266の側方に俯仰フレーム269
とその軸受け、カメラ266の上方に旋回フレーム26
8とその軸受けが配置されるので、通過断面積を小さく
することができない問題点があった。Since the conventional platform 265 is constructed as described above, the elevation frame 269 is provided on the side of the camera 266.
And its bearing, the swivel frame 26 above the camera 266.
Since 8 and the bearing thereof are arranged, there is a problem that the cross-sectional area of passage cannot be reduced.
【0018】図24は例えば特開平09−134251
号公報に示された従来のジョイススティック型操作機構
の例を示す断面図である。図24に示された機構では、
中央に操作軸275が貫通しており、その上部に手で握
る握り276があり、機構の内部に操作軸275を操作
軸275と直交する軸まわりに傾ける回動軸が2軸27
8,279ある。FIG. 24 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 09-134251.
It is sectional drawing which shows the example of the conventional joystick type operation mechanism shown by the publication. In the mechanism shown in FIG. 24,
An operation shaft 275 penetrates through the center, and a grip 276 to be gripped by a hand is provided on the upper part of the mechanism.
There are 8,279.
【0019】従来の操作機構は上述のように構成されて
いるので、回動軸278,279の中心が握り276か
ら離れたところになるので、角度を変化させる操作にお
いて、手の位置が動いてしまい、直感的に角度の変化が
わかりにくいという問題点があった。Since the conventional operating mechanism is constructed as described above, the centers of the rotary shafts 278 and 279 are located away from the grip 276, so that the position of the hand moves when the angle is changed. There was a problem that it was difficult to intuitively understand the change in angle.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述のよ
うな課題を解決するためになされたもので、対象物を対
象物面上の点を通る仮想的な回動軸回りに回動させるこ
とができるジンバル機構であって、特に対象物としてア
ンテナに適用された場合、アンテナ面を、アンテナ面上
の点を通る仮想的な回動軸回りに回動することができ、
アンテナとアンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲の
レドームなどとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に
取ることで、利得の低下を小さくできるジンバル機構を
得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and rotates an object around a virtual rotation axis passing through a point on the object surface. A gimbal mechanism capable of being applied, particularly when applied to an antenna as an object, the antenna surface can be rotated around a virtual rotation axis passing through a point on the antenna surface,
The purpose of the present invention is to obtain a gimbal mechanism that can reduce the decrease in gain by maximizing the antenna area while avoiding the interference between the antenna and the radiator passing through the center of the antenna and the radome around the antenna.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】この発明に係るジンバル
機構は、対象物の角度を直交するふたつの回動軸回りに
回動させるジンバル機構であって、対象物の裏面に取り
付けた少なくとも3個の第1の球面軸受け、一端を第1
の球面軸受けに接続された少なくとも3本のロッド、3
本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けられた少
なくとも3個の第2の球面軸受け、3本のロッドの各々
の他端にそれぞれ取り付けられた少なくとも3個の第3
の球面軸受け、3個の第2の球面軸受けに接続され、対
向する2辺の略中央に第1の回動軸Xを有する□の字型
の第1の内側フレーム、第1の回動軸Xを介して第1の
内側フレームと回動自在につながり、対向する2辺の略
中央に第1の回動軸Xと直交する第1の回動軸Yを有す
る□の字型の第1の外側フレーム、第1の内側フレーム
と同様に、3個の第3の球面軸受けに接続され、対向す
る2辺の略中央に第1の回動軸Xと平行な第2の回動軸
Xを有する□の字型の第2の内側フレーム、第1の外側
フレームと同様に、第2の回動軸Xを介して第2の内側
フレームと回動自在につながり、対向する2辺の略中央
に第1の回動軸Yと平行な第2の回動軸Yを有する□の
字型の第2の外側フレーム、第1の外側フレーム並びに
第2の外側フレームを第1の回動軸Y並びに第2の回動
軸Yを介して支持するベース、第1の回動軸Xまたは第
2の回動軸Xを回動駆動するX軸駆動手段、 第1の回
動軸Yまたは第2の回動軸Yを回動駆動するY軸駆動手
段、 第1の回動軸Xまたは第2の回動軸Xの角度を検
出するX軸検出手段、及び第1の回動軸Yまたは第2の
回動軸Yの角度を検出するY軸検出手段を備え、3本の
ロッドは互いに平行であり、第1の回動軸Xと第1の回
動軸Y並びに第2の回動軸Xと第2の回動軸Yはそれぞ
れ1点で交差し、3個の第1の球面軸受けの位置、3個
の第2の球面軸受けの位置、3個の第3の球面軸受けの
位置のそれぞれの3位置が形成する図形は互いに相似形
をなし、更に、3個の第2の球面軸受けの位置と第1の
回動軸X及び第1の回動軸Yの交点位置の4位置が形成
する図形と、3個の第3の球面軸受けの位置と第2の回
動軸X及び第2の回動軸Yの交点位置の4位置が形成す
る図形は相似形をなす。A gimbal mechanism according to the present invention is a gimbal mechanism for rotating an angle of an object about two rotation axes orthogonal to each other, and at least three gimbal mechanisms mounted on the back surface of the object. First spherical bearing, one end is first
At least three rods connected to the spherical bearing of
At least three second spherical bearings respectively attached to approximately the center of each of the three rods, and at least three third spherical bearings respectively attached to the other ends of each of the three rods.
Spherical bearing, which is connected to the three second spherical bearings, and has a first rotation axis X at approximately the center of the two opposite sides, a □ -shaped first inner frame, a first rotation shaft A first square-shaped first rotatably connected to the first inner frame via X, and having a first rotation axis Y orthogonal to the first rotation axis X substantially at the center of two opposite sides. Similarly to the outer frame and the first inner frame, the second rotation axis X is connected to the three third spherical bearings and is parallel to the first rotation axis X at the approximate center of the two opposite sides. Similarly to the second inner frame and the first outer frame having a square shape having □, it is rotatably connected to the second inner frame via the second rotation axis X, and the two opposite sides are substantially rotatably connected. A □ -shaped second outer frame, a first outer frame and a second outer frame having a second rotation axis Y parallel to the first rotation axis Y in the center. A base for supporting the first rotary shaft Y and the second rotary shaft Y via the first rotary shaft Y and the second rotary shaft Y, an X-axis driving unit for rotationally driving the first rotary shaft X or the second rotary shaft X, Y-axis drive means for rotationally driving the rotary axis Y or the second rotary axis Y, X-axis detecting means for detecting the angle of the first rotary axis X or the second rotary axis X, and A Y-axis detecting unit that detects an angle of the first rotation axis Y or the second rotation axis Y is provided, and the three rods are parallel to each other. The first rotation axis X and the first rotation axis Y, the second rotation axis X and the second rotation axis Y intersect at one point respectively, and the positions of the three first spherical bearings, the positions of the three second spherical bearings, and the three positions of the third spherical bearings. The figures formed by the respective three positions of the third spherical bearing have similar shapes to each other, and further, the positions of the three second spherical bearings, the first rotation axis X and the first rotation axis. Intersection position of Y The figure formed by the four positions and the figure formed by the four positions of the intersections of the positions of the three third spherical bearings and the second rotation axis X and the second rotation axis Y are similar to each other. .
【0022】また、第1の内側フレーム及び第2の内側
フレームは、第1の回動軸Y及び第2の回動軸Yを隔て
てふたつに切り離され、切り離された各々2個の内側フ
レームは、それぞれ第1の外側フレーム及び第2の外側
フレームに対して第1の回動軸X及び第2の回動軸Xま
わりに独立に回動する。Further, the first inner frame and the second inner frame are separated into two by separating the first rotation axis Y and the second rotation axis Y, and each of the two separated inner frames is separated. Independently rotate about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame, respectively.
【0023】また、X軸駆動手段は、第1の回動軸Xを
回動駆動する第1のX軸駆動手段と第2の回動軸Xを回
動駆動する第2のX軸駆動手段とを有し、第2のX軸駆
動手段は第1のX軸駆動手段と反対方向にトルクを加
え、Y軸駆動手段は、第1の回動軸Yを回動駆動する第
1のY軸駆動手段と第2の回動軸Yを回動駆動する第2
のY軸駆動手段とを有し、第2のY軸駆動手段は第1の
Y軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。The X-axis drive means is a first X-axis drive means for rotationally driving the first rotary shaft X and a second X-axis drive means for rotationally driving the second rotary shaft X. And the second X-axis drive means applies a torque in the opposite direction to the first X-axis drive means, and the Y-axis drive means rotates the first rotation axis Y to rotate the first Y-axis. A second shaft driving means and a second rotary shaft Y for rotationally driving the second rotary shaft Y.
Second Y-axis driving means, and the second Y-axis driving means applies torque in the opposite direction to the first Y-axis driving means.
【0024】また、複数の第1、第2、第3の球面軸受
けのうち、少なくとも1個の所定の球面軸受けにガタを
なくす対策を施し、残る球面軸受けにはガタをなくす対
策を施さない。Further, among the plurality of first, second and third spherical bearings, at least one predetermined spherical bearing is provided with a measure for eliminating backlash, and the remaining spherical bearings are not provided with a countermeasure for eliminating backlash.
【0025】また、対象物がアンテナ或いは反射鏡であ
る。Further, the object is an antenna or a reflecting mirror.
【0026】また、ベースはロボットアームに固定さ
れ、対象物がロボットハンドである。The base is fixed to the robot arm, and the object is the robot hand.
【0027】また、対象物がカメラである。The object is a camera.
【0028】また、対象物が反射板であり、反射板の中
央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き
合うように点検カメラを取り付けている。Further, the object is a reflection plate, a column is further provided penetrating the center of the reflection plate, and the inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflection plate.
【0029】また、対象物が握りであり、握りを操作し
て姿勢を提示する。Further, the object is a grip, and the grip is operated to present the posture.
【0030】さらに、この発明に係る関節機構は、ロボ
ットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボッ
トの胴体側に設けられた第1のベース、第1のベースに
立設された2本の平行な第1の回動軸、第1の回動軸に
各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように
配置された2枚の第1のリンク、2枚の第1のリンク間
を回動自在につなぎ互いに平行をなす2本の第1のロッ
ド、一側の両端部を2本の第1のロッドの一端にそれぞ
れ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロッ
クの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され
互いに平行となるように配置された2本の第2のロッ
ド、2本の第2のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に
接続され互いに平行をなす2枚の第2のリンク、第2の
リンクの中央に立設された2本の平行な第2の回動軸、
第2の回動軸に接続された第2のベースとを備え、第1
のリンク、第1のロッド、及び軸受けブロック、並びに
軸受けブロック、第2のロッド、第2のリンクは平行リ
ンクをなし、第1の回動軸と第2の回動軸は略直交す
る。Furthermore, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism used for the shoulders and wrists of a robot, and is a first base provided on the body side of the robot, and a standing base on the first base. First parallel rotating shafts, two first links that are rotatably supported by the first rotating shafts at their centers and are arranged in parallel to each other, and two first links. Two first rods that are rotatably connected between the links and are parallel to each other, a bearing block in which both ends on one side are rotatably connected to one ends of the two first rods, and a bearing block Both ends are rotatably connected to two second rods and two second rods, one ends of which are rotatably connected to the other ends of the other side and arranged to be parallel to each other. Two second links that are parallel to each other, standing in the center of the second link Two second pivot axis parallel to that,
A second base connected to the second rotating shaft,
Link, the first rod and the bearing block, and the bearing block, the second rod and the second link are parallel links, and the first rotation axis and the second rotation axis are substantially orthogonal to each other.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
ジンバル機構の実施の形態1を示す斜視図である。図1
において、本実施の形態のジンバル機構は、縁のみを図
示するアンテナ1の裏面に取り付けた4個の第1の球面
軸受け2aと、一端を第1の球面軸受け2aに接続され
た4本のロッド3と、4本のロッド3の略中央外側に設
けられた4個の第2の球面軸受け2bと、4本のロッド
3の他端に設けられた4個の第3の球面軸受け2c、隣
り合う2本ずつ2組のロッド3それぞれの略中央を第2
の球面軸受け2bを介して1辺並びにそれと対向する辺
につないだ□の字型の第1の内側フレーム5a、第1の
内側フレーム5aの第2の球面軸受け2bが取り付けら
れている辺と直交する2辺それぞれの中央に設けられた
第1の回動軸X4aを有している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a gimbal mechanism of the present invention. Figure 1
In the gimbal mechanism of the present embodiment, the four first spherical bearings 2a whose only edges are attached to the back surface of the illustrated antenna 1 and the four rods whose one end is connected to the first spherical bearing 2a are described. 3 and 4, four second spherical bearings 2b provided outside the center of the four rods 3, and four third spherical bearings 2c provided at the other ends of the four rods 3 2 sets of rods 3 each of which fits 2
Is connected to one side through the spherical bearing 2b and the opposite side, and is orthogonal to the side of the square shaped first inner frame 5a and the side to which the second spherical bearing 2b of the first inner frame 5a is attached. It has a first rotation axis X4a provided at the center of each of the two sides.
【0032】そしてさらに、ジンバル機構は、第1の回
動軸X4aを介して第1の内側フレーム5aとその対向
する2辺でつながる□の字型の第1の外側フレーム7
a、第1の外側フレーム7aの第1の回動軸X4aが取
り付けられている辺と直交する2辺それぞれの中央に取
り付けられ第1の回動軸X4aと直交する第1の回動軸
Y6a、第1の内側フレーム5aと同様に、隣り合う2
本ずつ2組のロッド3それぞれの他端を第3の球面軸受
け2cを介して1辺並びにそれと対向する辺につないだ
□の字型の第2の内側フレーム5b、第1の回動軸X4
aと同様に、第2の内側フレーム5bの第3の球面軸受
け2cが取り付けられている辺と直交する2辺それぞれ
の中央に取り付けられた第2の回動軸X4b、第1の外
側フレーム7aと同様に、第2の回動軸X4bを介して
第2の内側フレーム5bとその対向する2辺でつながる
□の字型の第2の外側フレーム7bを有している。Further, the gimbal mechanism further comprises a □ -shaped first outer frame 7 connected to the first inner frame 5a via the first rotation axis X4a and the two opposite sides thereof.
a, a first rotation axis Y6a that is attached to the center of each of two sides orthogonal to the side to which the first rotation axis X4a of the first outer frame 7a is attached and that is orthogonal to the first rotation axis X4a , 2 adjacent to each other, like the first inner frame 5a
The other end of each of the two pairs of rods 3 is connected to one side and the opposite side via the third spherical bearing 2c, the second inner frame 5b having a square shape, and the first rotation axis X4.
Similarly to a, the second rotation axis X4b attached to the center of each of two sides orthogonal to the side on which the third spherical bearing 2c of the second inner frame 5b is attached, and the first outer frame 7a. Similarly, it has a second inner frame 5b connected to the second inner frame 5b via the second rotation axis X4b and a second outer frame 7b having a square shape that is connected to the two opposite sides.
【0033】そしてさらにまた、ジンバル機構は、第1
の回動軸Y6aと同様に、第2の外側フレーム7bの第
2の回動軸X4bが取り付けられている辺と直交する2
辺それぞれの中央に取り付けられ第2の回動軸X4bと
直交する第2の回動軸Y6b、第1の外側フレーム7a
並びに第2の外側フレーム7bをそれぞれの第1の回動
軸Y6a、第2の回動軸Y6bを介して支持するベース
8を有している。Furthermore, the gimbal mechanism has a first
2 of the second outer frame 7b, which is orthogonal to the side to which the second rotation axis X4b is attached, like the rotation axis Y6a of
A second rotation axis Y6b attached to the center of each side and orthogonal to the second rotation axis X4b, a first outer frame 7a
In addition, it has a base 8 that supports the second outer frame 7b via the respective first rotation axis Y6a and second rotation axis Y6b.
【0034】また、ジンバル機構は、第1の外側フレー
ム7aに取り付けられて第1の回動軸X4aを駆動する
図示しないX軸駆動手段、並びに第1の回動軸X4aの
角度を検出する図示しないX軸検出手段、ベース8に取
り付けられて第1の回動軸Y6aを駆動する図示しない
Y軸駆動手段、並びに第1の回動軸Y6aの角度を検出
する図示しないY軸検出手段、及び図示しない制御装置
を有している。The gimbal mechanism is attached to the first outer frame 7a and drives the first rotating shaft X4a, which is not shown in the figure, and the detecting means for detecting the angle of the first rotating shaft X4a. No X-axis detecting means, Y-axis driving means (not shown) attached to the base 8 for driving the first rotation axis Y6a, and Y-axis detection means (not shown) for detecting the angle of the first rotation axis Y6a, and It has a control device (not shown).
【0035】次にそれぞれの部品の位置関係を説明す
る。まず、4本のロッド3は常に相互に平行である。ま
た、第1の回動軸X4aと第2の回動軸X4b、並びに
第1の回動軸Y6aと第2の回動軸Y6bはそれぞれ互
いに平行な関係に保たれる。Next, the positional relationship between the respective parts will be described. First, the four rods 3 are always parallel to each other. Further, the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, and the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b are maintained in a mutually parallel relationship.
【0036】第1の回動軸X4aを延長した軸線と第1
の回動軸Y6aを延長した軸線、並びに第2の回動軸X
4bを延長した軸線と第2の回動軸Y6bを延長した軸
線はそれぞれ1点で交差し、第1の外側フレーム7aと
第1の内側フレーム5a、並びに第2の外側フレーム7
bと第2の内側フレーム5bはそれぞれジンバル構造を
なしている。First axis of rotation X4a
Of the rotation axis Y6a of the second rotation axis and the second rotation axis X
The axis extending from 4b and the axis extending from the second rotation axis Y6b intersect each other at one point, and the first outer frame 7a, the first inner frame 5a, and the second outer frame 7 are crossed.
b and the second inner frame 5b each have a gimbal structure.
【0037】アンテナ1の裏面の4個の第1の球面軸受
け2a、第1の内側フレーム5aに取り付けられた4個
の第2の球面軸受け2b、第2の内側フレーム5bに取
り付けられた4個の第3の球面軸受け2cの3組の球面
軸受けのそれぞれの4位置が形成する四角形は互いに相
似形をなしている。Four first spherical bearings 2a on the back surface of the antenna 1, four second spherical bearings 2b mounted on the first inner frame 5a, and four mounted on the second inner frame 5b. The quadrangles formed by the four positions of the three sets of spherical bearings of the third spherical bearing 2c are similar to each other.
【0038】以上の関係から、アンテナ1、第1の内側
フレーム5a、第2の内側フレーム5bは平行リンクの
関係となり、また、アンテナ1、第1の外側フレーム7
a、第2の外側フレーム7bも平行リンクの関係とな
る。From the above relationship, the antenna 1, the first inner frame 5a, and the second inner frame 5b have a parallel link relationship, and the antenna 1 and the first outer frame 7 have a parallel link relationship.
a and the second outer frame 7b also have a parallel link relationship.
【0039】更に、第1の内側フレーム5aに取り付け
られた4個の第2の球面軸受け2bと第1の回動軸X4
aと第1の回動軸Y6aの交点からなる5点と、第2の
内側フレーム5bに取り付けられた4個の第3の球面軸
受け2cと第2の回動軸X4bと第2の回動軸Y6bの
交点からなる5点の位置は相似形をなしており、4個の
第2の球面軸受け2bからなる四角形の面に対して、第
1の回動軸X4aと第1の回動軸Y6aの交点は、所定
の距離dだけ離れており、同様に4個の第3の球面軸受
け2cからなる四角形の面に対して、第2の回動軸X4
bと第2の回動軸Y6bの交点は、同じ距離dだけ離れ
ている。Further, the four second spherical bearings 2b mounted on the first inner frame 5a and the first rotating shaft X4.
a and the first rotation axis Y6a at five points, four third spherical bearings 2c mounted on the second inner frame 5b, a second rotation axis X4b, and a second rotation. The positions of the five points formed by the intersections of the axes Y6b are similar to each other, and the first rotation axis X4a and the first rotation axis are formed on the quadrangular surface formed by the four second spherical bearings 2b. The intersections of Y6a are separated by a predetermined distance d, and similarly, the second rotation axis X4 is provided with respect to a quadrangular surface composed of four third spherical bearings 2c.
The intersections of b and the second rotation axis Y6b are separated by the same distance d.
【0040】図2及び図3を用いて動きを簡単に説明す
る。図2及び図3は、アンテナ1、球面軸受け2a,2
b,2c、ロッド3、第1の回動軸X4a、第2の回動
軸X4b、第1の内側フレーム5a、第2の内側フレー
ム5bのみを抜き出して、第1の回動軸X4a及び第2
の回動軸X4bに直交する面に投影した図である。The movement will be briefly described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 and 3 show an antenna 1 and spherical bearings 2a, 2
b, 2c, the rod 3, the first rotation axis X4a, the second rotation axis X4b, the first inner frame 5a, and the second inner frame 5b only, and the first rotation axis X4a and the first rotation axis X4a Two
It is the figure projected on the surface orthogonal to the rotation axis X4b of.
【0041】第2の球面軸受け2bと第1の回動軸X4
aの間の距離と、第3の球面軸受け2cと第2の回動軸
X4bの間の距離は、図2の上下方向にともにdであ
る。本実施の形態においては、第1の球面軸受け2aと
アンテナ1の表面との間の距離も図2の上下方向にdに
設定している。第1の球面軸受け2aから図2の上方d
の距離になるアンテナ1上の点をcとする。The second spherical bearing 2b and the first rotating shaft X4
The distance between a and the distance between the third spherical bearing 2c and the second rotation axis X4b are both d in the vertical direction of FIG. In the present embodiment, the distance between the first spherical bearing 2a and the surface of the antenna 1 is also set to d in the vertical direction of FIG. From the first spherical bearing 2a to the upper part d of FIG.
Let c be the point on the antenna 1 at which the distance is.
【0042】図3に示すように、第1の内側フレーム5
a及び第2の内側フレーム5bがそれぞれ第1の回動軸
X4a及び第2の回動軸X4bまわりに回動した場合、
図の左右のロッド3が姿勢を変えずに移動してアンテナ
1が回動するが、このときアンテナ1の回動の中心はc
となる。すなわち、アンテナ1は物理的には軸受けが存
在しない仮想的な軸cまわりに回動する。As shown in FIG. 3, the first inner frame 5
When a and the second inner frame 5b rotate about the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, respectively,
The left and right rods 3 in the figure move without changing their postures to rotate the antenna 1. At this time, the center of rotation of the antenna 1 is c.
Becomes That is, the antenna 1 physically rotates about a virtual axis c where no bearing physically exists.
【0043】以上は、第1の回動軸X4a及び第2の回
動軸X4bまわりの説明だが、第1の回動軸Y6a及び
第2の回動軸Y6bまわりでも同じである。The above description is about the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b, but the same is true for the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b.
【0044】尚、本実施の形態においては、仮想的な回
動軸cはアンテナ1の表面に設定されているが、距離d
を変化させれば、アンテナ1の厚さや第1の球面軸受け
2aの大きさに関わらずアンテナ1の表面に回動軸cを
設定することが可能で、また、アンテナ1の第1の球面
軸受け2aと仮想的な回動軸cとの間の距離に対してd
を変化させることにより、アンテナ1の上面の空中や、
アンテナ1の内部に設定することも可能である。In the present embodiment, the virtual rotation axis c is set on the surface of the antenna 1, but the distance d
By changing, it is possible to set the rotation axis c on the surface of the antenna 1 regardless of the thickness of the antenna 1 and the size of the first spherical bearing 2a. D with respect to the distance between 2a and the virtual rotation axis c
By changing the
It can also be set inside the antenna 1.
【0045】また、本実施の形態においては、図2に示
されるように、それぞれ4個の球面軸受け2a、2b、
2cがそれぞれ同一の平面内にあり、そこから距離dだ
け離れた位置に第1の回動軸X4aと第2の回動軸X4
bがあるように設定したが、前述のようにこれらは相似
な位置関係にあればよい。Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, four spherical bearings 2a, 2b,
2c are in the same plane, and the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4 are located at positions separated from each other by a distance d.
Although b is set to be present, as described above, these may have similar positional relationships.
【0046】尚、距離dが0でない場合、図2のリンク
において、例えば第1の回動軸X4aまわりに関して、
図中左右の第2の球面軸受け2bの位相差は180度で
はないので、図2のリンクには原理的に死点が存在しな
いという利点が生じる。When the distance d is not 0, in the link of FIG. 2, for example, about the first rotation axis X4a,
Since the phase difference between the left and right second spherical bearings 2b in the figure is not 180 degrees, the link of FIG. 2 has the advantage that theoretically no dead point exists.
【0047】次に図4から図6を用いて全体の動きを説
明する。図4では、図示しないX軸駆動手段が、第1の
外側フレーム7aに対して第1の内側フレーム5aを回
動駆動している。第1の内側フレーム5aは第1の回動
軸X4aまわりに、第2の内側フレーム5bは第2の回
動軸X4bまわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド3
が図の上下に動き、アンテナ1はアンテナ1裏側の4個
の第1の球面軸受け2aがなす四角形の面に対して距離
dだけ離れたところにある仮想的な回動軸まわりに第1
の内側フレーム5a及び第2の内側フレーム5bと同じ
角度だけ傾斜する。Next, the entire movement will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, an X-axis driving means (not shown) rotationally drives the first inner frame 5a with respect to the first outer frame 7a. The first inner frame 5a is tilted around the first rotation axis X4a, and the second inner frame 5b is tilted while keeping parallel about the second rotation axis X4b.
Moves up and down in the figure, and the antenna 1 is moved around the imaginary rotation axis located at a distance d from the quadrangular surface formed by the four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1.
Of the inner frame 5a and the second inner frame 5b.
【0048】図5では、図示しないY軸駆動手段が、ベ
ース8に対して第1の外側フレーム7aを回動駆動して
いる。第1の外側フレーム7aは第1の回動軸Y6aま
わりに、第2の外側フレーム7bは第2の回動軸Y6b
まわりに平行を保ちながら傾斜し、ロッド3が図の上下
に動き、アンテナ1はアンテナ1裏側の4個の第1の球
面軸受け2aがなす四角形の面に対して距離dだけ離れ
たところにある仮想的な回動軸回りに第1の外側フレー
ム7a及び第2の外側フレーム7bと同じ角度だけ傾斜
する。In FIG. 5, the Y-axis driving means (not shown) rotationally drives the first outer frame 7 a with respect to the base 8. The first outer frame 7a rotates around the first rotation axis Y6a, and the second outer frame 7b rotates around the second rotation axis Y6b.
The rod 3 moves up and down in the figure while keeping parallel to the circumference, and the antenna 1 is located at a distance d from the quadrangular surface formed by the four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1. The first outer frame 7a and the second outer frame 7b are tilted about the virtual rotation axis by the same angle.
【0049】図6では、図示しないX軸駆動手段と図示
しないY軸駆動手段が同時に動作することで、第1の外
側フレーム7aが第1の回動軸Y6aまわりに、第2の
外側フレーム7bが第2の回動軸Y6bまわりに平行を
保ちながら傾斜し、更にその中で第1の内側フレーム5
aが第1の回動軸X4aまわりに、第2の内側フレーム
5bが第2の回動軸X4bまわりに平行を保ちながら傾
斜することで、ロッド3が図の上下に動き、アンテナ1
は、アンテナ1裏側の4個の第1の球面軸受け2aがな
す四角形の面に対して距離dだけ離れたところにある第
1の回動軸Y6a及び第2の回動軸Y6bと平行な仮想
的な回動軸まわりに、第1の外側フレーム7a及び第2
の外側フレーム7bと同じ角度だけ傾斜し、更にアンテ
ナ1は、アンテナ1裏側の4個の第1の球面軸受け2a
がなす四角形の面に対して距離dだけ離れたところにあ
る第1の外側フレーム7a及び第2の外側フレーム7b
と同じ角度だけ傾斜した第1の回動軸X4a及び第2の
回動軸X4bと平行な仮想的な回動軸回りに、第1の内
側フレーム5a及び第2の内側フレーム5bと同じ角度
だけ傾斜する。In FIG. 6, the X-axis driving means (not shown) and the Y-axis driving means (not shown) operate simultaneously, so that the first outer frame 7a moves around the first rotation axis Y6a and the second outer frame 7b. Tilts around the second rotation axis Y6b while maintaining parallelism, and further, the first inner frame 5
a is tilted around the first rotation axis X4a and the second inner frame 5b is tilted while keeping parallel about the second rotation axis X4b, so that the rod 3 moves up and down in the figure, and the antenna 1
Is an imaginary line parallel to the first rotation axis Y6a and the second rotation axis Y6b, which are located at a distance d from the quadrangular surface formed by the four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1. The first outer frame 7a and the second outer frame 7a
Is inclined by the same angle as the outer frame 7b of the antenna 1, and the antenna 1 further includes four first spherical bearings 2a on the back side of the antenna 1.
A first outer frame 7a and a second outer frame 7b that are separated by a distance d with respect to the quadrangular surface formed by
Around the virtual rotation axis parallel to the first rotation axis X4a and the second rotation axis X4b that are inclined by the same angle as that of the first inner frame 5a and the second inner frame 5b. Incline.
【0050】第1の回動軸X4aと第1の回動軸Y6a
は図示しないX軸駆動手段とY軸駆動手段により駆動さ
れ、その角度は図示しないX軸検出手段とY軸検出手段
により検出され、そしてそれらは図示しない制御装置に
より制御され、アンテナ1は所望の角度に向けることが
できることとなる。First rotation axis X4a and first rotation axis Y6a
Are driven by X-axis driving means (not shown) and Y-axis driving means, the angles thereof are detected by X-axis detecting means and Y-axis detecting means (not shown), and they are controlled by a control device (not shown), so that the antenna 1 can have a desired shape. It will be possible to turn to an angle.
【0051】尚、本実施の形態においては、ロッド3は
4本が設けられているが、4本のうち1本が省略されて
もよい。そして、第1,第2,第3の球面軸受けは、少
なくとも3個あればよい。このように省略された構成に
おいても、各々のフレーム及びアンテナ1は3点で支持
されて所定の角度に位置決めされ、第1の外側フレーム
7aが第1の回動軸Y6aまわりに、第2の外側フレー
ム7bが第2の回動軸Y6bまわりに平行を保ちながら
回動し、更にその中で、第1の内側フレーム5aが第1
の回動軸X4aまわりに、第2の内側フレーム5bが第
2の回動軸X4bまわりに平行を保ちながら回動するこ
とが可能となるので同様な効果を得ることができる。Although four rods 3 are provided in the present embodiment, one of the four rods 3 may be omitted. The number of the first, second, and third spherical bearings should be at least three. Even in the configuration omitted in this way, each frame and the antenna 1 are supported at three points and positioned at a predetermined angle, and the first outer frame 7a is moved around the first rotation axis Y6a to the second rotation axis Y6a. The outer frame 7b rotates while keeping parallel to the second rotation axis Y6b, in which the first inner frame 5a is the first
The second inner frame 5b can be rotated about the rotation axis X4a while maintaining the parallelism about the second rotation axis X4b, so that the same effect can be obtained.
【0052】このようなことから、本実施の形態のアン
テナ1の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させ
るジンバル機構であって、アンテナ1の裏面に取り付け
た少なくとも3個の第1の球面軸受け2a、一端を第1
の球面軸受け2aに接続された少なくとも3本のロッド
3、3本のロッド3の各々の略中央にそれぞれ取り付け
られた少なくとも3個の第2の球面軸受け2b、3本の
ロッド3の各々の他端にそれぞれ取り付けられた少なく
とも3個の第3の球面軸受け2c、3個の第2の球面軸
受け2bに接続され、対向する2辺の略中央に第1の回
動軸X4aを有する□の字型の第1の内側フレーム5
a、第1の回動軸X4aを介して第1の内側フレーム5
aと回動自在につながり、対向する2辺の略中央に第1
の回動軸X4aと直交する第1の回動軸Y6aを有する
□の字型の第1の外側フレーム7a、第1の内側フレー
ム5aと同様に、3個の第3の球面軸受け2cに接続さ
れ、対向する2辺の略中央に第1の回動軸X4aと平行
な第2の回動軸X4bを有する□の字型の第2の内側フ
レーム5b、第1の外側フレーム7aと同様に、第2の
回動軸X4bを介して第2の内側フレーム5bと回動自
在につながり、対向する2辺の略中央に第1の回動軸Y
6aと平行な第2の回動軸Y6bを有する□の字型の第
2の外側フレーム7b、第1の外側フレーム7a並びに
第2の外側フレーム7bを第1の回動軸Y6a並びに第
2の回動軸Y6bを介して支持するベース8、第1の回
動軸X4aまたは第2の回動軸X4bを回動駆動するX
軸駆動手段、第1の回動軸Y6aまたは第2の回動軸Y
6bを回動駆動するY軸駆動手段、第1の回動軸X4a
または第2の回動軸X4bの角度を検出するX軸検出手
段、及び第1の回動軸Y6aまたは第2の回動軸Y6b
の角度を検出するY軸検出手段を備え、3本のロッド3
は互いに平行であり、第1の回動軸X4aと第1の回動
軸Y6a並びに第2の回動軸X4bと第2の回動軸Y6
bはそれぞれ1点で交差し、3個の第1の球面軸受け2
aの位置、3個の第2の球面軸受け2bの位置、3個の
第3の球面軸受け2cの位置のそれぞれの3位置が形成
する図形は互いに相似形をなし、更に、3個の第2の球
面軸受け2bの位置と第1の回動軸X4a及び第1の回
動軸Y6aの交点位置の4位置が形成する図形と、3個
の第3の球面軸受け2cの位置と第2の回動軸X4b及
び第2の回動軸Y6bの交点位置の4位置が形成する図
形は相似形をなす。From the above, a gimbal mechanism for rotating the angle of the antenna 1 according to the present embodiment around two rotation axes orthogonal to each other, and at least three first gimbal mechanisms mounted on the back surface of the antenna 1. Spherical bearing 2a, one end of which is the first
At least three rods 3 connected to the spherical bearing 2a, and at least three second spherical bearings 2b respectively attached to substantially the center of each of the three rods 3, and each of the other three rods 3. A □ character having a first rotation axis X4a which is connected to at least three third spherical bearings 2c and three second spherical bearings 2b, which are respectively attached to the ends, and which has a first rotation axis X4a substantially at the center of two opposing sides. Mold first inner frame 5
a, the first inner frame 5 via the first rotation axis X4a
It is rotatably connected to a.
Connected to three third spherical bearings 2c in the same manner as the □ -shaped first outer frame 7a and first inner frame 5a having the first rotation axis Y6a orthogonal to the rotation axis X4a of The second inner frame 5b and the first outer frame 7a are shaped like a square and have a second rotation axis X4b parallel to the first rotation axis X4a substantially at the center of two opposite sides. , The first rotation axis Y is rotatably connected to the second inner frame 5b via the second rotation axis X4b, and the first rotation axis Y is located approximately at the center of the two opposite sides.
6a has a second rotation axis Y6b parallel to the square-shaped second outer frame 7b, the first outer frame 7a and the second outer frame 7b, the first rotation axis Y6a and the second rotation frame Y6b. X for rotationally driving the base 8, which is supported via the rotary shaft Y6b, the first rotary shaft X4a, or the second rotary shaft X4b.
Axial drive means, first rotary shaft Y6a or second rotary shaft Y
6b, Y-axis drive means for rotationally driving 6b, first rotational axis X4a
Alternatively, an X-axis detection unit that detects the angle of the second rotation axis X4b, and the first rotation axis Y6a or the second rotation axis Y6b.
Is equipped with Y-axis detection means for detecting the angle of the three rods 3
Are parallel to each other, and the first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a, and the second rotation axis X4b and the second rotation axis Y6.
b intersect at each one point, and the three first spherical bearings 2
The figures formed by the three positions of the position a, the position of the three second spherical bearings 2b, and the positions of the three third spherical bearings 2c are similar to each other, and further the three second Of the four spherical bearings 2b and the four positions of the intersections of the first rotation axis X4a and the first rotation axis Y6a, the positions of the three third spherical bearings 2c and the second rotation. The figures formed by the four positions of the intersections of the moving axis X4b and the second rotation axis Y6b are similar to each other.
【0053】そのため、上述したように適当な距離dを
取ることにより、アンテナ面上などの点を通る仮想的な
直交するふたつの回動軸を取ることができるので、アン
テナはこれらの仮想的な回動軸まわりに回動自在とな
り、しかも、図7に示すようにアンテナとアンテナ中央
に開けられた穴を貫通する構造の放射器12や、アンテ
ナとアンテナ周囲の図示しないレドームなどとの干渉を
避けてアンテナ面積を最大限に取ることで利得の低下を
小さくできる。Therefore, by setting an appropriate distance d as described above, it is possible to set two virtual orthogonal rotation axes passing through points on the antenna surface and the like, so that the antenna has these virtual axes. As shown in FIG. 7, it is possible to rotate around the rotation axis and to prevent interference between the antenna 12 and the radiator 12 having a structure that penetrates the hole formed in the center of the antenna, and the radome (not shown) around the antenna and the antenna. By avoiding this and taking the maximum antenna area, the decrease in gain can be reduced.
【0054】尚、X軸駆動手段により駆動されるのは、
第1の回動軸X4aでなく第2の回動軸X4bであって
もよく、また、Y軸駆動手段により駆動されるのは第1
の回動軸Y6aでなく第2の回動軸Y6bであってもよ
く、また、両方が駆動されるようにされてもよい。Incidentally, what is driven by the X-axis driving means is
The second rotation axis X4b may be used instead of the first rotation axis X4a, and the first rotation axis X4a may be driven by the Y-axis drive means.
The rotation axis Y6a may be the second rotation axis Y6b, or both may be driven.
【0055】また、X軸検出手段により検出されるの
は、第1の回動軸X4aでなく第2の回動軸X4bであ
ってもよく、また、Y軸検出手段により検出されるのは
第1の回動軸Y6aでなく第2の回動軸Y6bであって
もよく、また、両方が検出されるようにされてもよい。
尚、第1,第2,第3の球面軸受けは、ユニバーサルジ
ョイントに置き換えられてもよい。The X axis detecting means may detect the second rotating axis X4b instead of the first rotating axis X4a, and the Y axis detecting means may detect the second rotating axis X4b. The second rotation axis Y6b may be used instead of the first rotation axis Y6a, or both may be detected.
The first, second and third spherical bearings may be replaced with universal joints.
【0056】実施の形態2.図8はこの発明のジンバル
機構の実施の形態2を示す斜視図である。図8におい
て、本実施の形態のジンバル機構は、実施の形態1のリ
ンク構成において、2個の内側フレームがそれぞれ2個
ずつに切り離され、切り離された2個ずつの内側フレー
ムがそれぞれ外側フレームに対して回動軸Xまわりに独
立に回動するようなリンク構成とされている。そして、
駆動手段としては減速機付きモータが用いられている。Embodiment 2. FIG. 8 is a perspective view showing a second embodiment of the gimbal mechanism of the present invention. 8, in the gimbal mechanism of the present embodiment, in the link configuration of the first embodiment, the two inner frames are separated into two pieces, and the two separated inner frames are formed into outer frames. On the other hand, the link configuration is such that it independently rotates about the rotation axis X. And
A motor with a speed reducer is used as the driving means.
【0057】すなわち、実施の形態1の第1の内側フレ
ーム5aを第1aリンク21aと第1bリンク21bに
分け、第2の内側フレーム5bを第2aリンク22aと
第2bリンク22bに分けている。That is, the first inner frame 5a of the first embodiment is divided into the first a link 21a and the first b link 21b, and the second inner frame 5b is divided into the second a link 22a and the second b link 22b.
【0058】第1aリンク21a及び第1bリンク21
bは、第1の外側フレーム7aに第1の回動軸X4aを
介してそれぞれ取り付けられ回動自在である。また、第
2aリンク22a及び第2bリンク22bは、第2の外
側フレーム7bに第2の回動軸X4bを介してそれぞれ
取り付けられ回動自在である。1a link 21a and 1b link 21
b is attached to the first outer frame 7a via the first rotation axis X4a and is rotatable. The second a link 22a and the second b link 22b are attached to the second outer frame 7b via the second rotation axis X4b and are rotatable.
【0059】第1aリンク21aと第1bリンク21b
及び第2aリンク22aと第2bリンク22bそれぞれ
の両端には第2の球面軸受け2bと第3の球面軸受け2
cが取り付けられており、第2の球面軸受け2bと第3
の球面軸受け2cを介してロッド3が取り付けられてい
る点は実施の形態1と同様である。1a link 21a and 1b link 21b
The second spherical bearing 2b and the third spherical bearing 2 are provided at both ends of the second a link 22a and the second b link 22b, respectively.
c is attached to the second spherical bearing 2b and the third spherical bearing 2b.
The point that the rod 3 is attached via the spherical bearing 2c is the same as in the first embodiment.
【0060】更に、本実施の形態は、図8に示されるよ
うに、第1のX軸駆動手段としての減速機付きモータ2
3aは第1の回動軸X4aを介して第1aリンク21a
を駆動し、第2のX軸駆動手段としての減速機付きモー
タ23bは第2の回動軸X4bを介して第2bリンク2
2bを駆動し、第1のY軸駆動手段としての減速機付き
モータ24aは第1の回動軸Y6aを介して第1の外側
フレーム7aを駆動し、第2のY軸駆動手段としての減
速機付きモータ24bは第2の回動軸Y6bを介して第
2の外側フレーム7bを駆動する。Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the motor 2 with a speed reducer as the first X-axis driving means.
3a is a 1a link 21a via a first rotation axis X4a.
And the motor 23b with a speed reducer as the second X-axis driving means drives the second b-link 2 via the second rotation axis X4b.
2b is driven, and the motor with reducer 24a as the first Y-axis driving means drives the first outer frame 7a via the first rotation axis Y6a to reduce the speed as the second Y-axis driving means. The motorized motor 24b drives the second outer frame 7b via the second rotation axis Y6b.
【0061】モータの駆動は例えば以下のように行う。
減速機付きモータ23aを駆動して第1の回動軸X4a
にトルクをかけてアンテナ1を回動させる場合、減速機
付きモータ23bには逆向きの小さなトルクをかける。The motor is driven, for example, as follows.
Drives the motor with reduction gear 23a to drive the first rotation axis X4a.
When the antenna 1 is rotated by applying a torque to the motor 23b, a small torque in the opposite direction is applied to the motor with reduction gear 23b.
【0062】本実施の形態のジンバル機構は、第1の内
側フレーム及び第2の内側フレームは、第1の回動軸Y
6a及び第2の回動軸Y6bを隔ててふたつに切り離さ
れ、切り離された各々2個の内側フレーム21a,21
b,22a,22bは、それぞれ第1の外側フレーム7
a及び第2の外側フレーム7bに対して第1の回動軸X
4a及び第2の回動軸X4bまわりに独立に回動する。
そのため、部品の寸法誤差等による組み立ての困難性を
減少することができる。In the gimbal mechanism of this embodiment, the first inner frame and the second inner frame have the first rotation axis Y.
6a and the second rotation axis Y6b are separated from each other into two, and each of the separated two inner frames 21a, 21.
b, 22a and 22b are respectively the first outer frame 7
a and the first rotation axis X with respect to the second outer frame 7b
4a and the second rotation axis X4b are independently rotated.
Therefore, it is possible to reduce the difficulty of assembling due to the dimensional error of the parts.
【0063】X軸駆動手段として、第1の回動軸X4a
を回動駆動する第1のX軸駆動手段23aと第2の回動
軸X4bを回動駆動する第2のX軸駆動手段23bとを
有し、第2のX軸駆動手段23bは第1のX軸駆動手段
23aと反対方向にトルクを加え、Y軸駆動手段とし
て、第1の回動軸Y6aを回動駆動する第1のY軸駆動
手段24aと第2の回動軸Y6bを回動駆動する第2の
Y軸駆動手段24bとを有し、第2のY軸駆動手段24
bは第1のY軸駆動手段24aと反対方向にトルクを加
える。そのため、回動軸の回動に対する対象物の動きの
ガタを小さくすることができる。As the X-axis driving means, the first rotary shaft X4a is used.
Has a first X-axis driving means 23a for rotatively driving and a second X-axis driving means 23b for rotatively driving a second rotation axis X4b, and the second X-axis driving means 23b is the first A torque is applied in the opposite direction to the X-axis driving means 23a to rotate the first Y-axis driving means 24a and the second rotation axis Y6b, which rotate and drive the first rotation axis Y6a, as Y-axis driving means. And a second Y-axis driving unit 24b that is driven dynamically.
b applies torque in the opposite direction to the first Y-axis drive means 24a. Therefore, it is possible to reduce the play of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft.
【0064】すなわち、本実施の形態のジンバル機構
は、上述のような構成とすることにより、モータの減速
機にガタがあっても、逆向きのトルクによりガタが打ち
消されるので、図示しないモータの検出器で検出した回
転角に対して、アンテナの回動角度は一意に決まり、動
きに対してガタがない。That is, the gimbal mechanism of the present embodiment has the above-mentioned configuration, and even if the motor speed reducer has a backlash, the backlash is canceled by the reverse torque, so that the motor not shown is The rotation angle of the antenna is uniquely determined with respect to the rotation angle detected by the detector, and there is no play in the movement.
【0065】尚、本実施の形態においては、減速機付き
モータを用いた例を示したが、ダイレクトドライブモー
タや超音波モータなどのモータであってもよい。また、
球面軸受けでなく球面モータを用いてこれにより駆動し
てもよい。In the present embodiment, an example using a motor with a speed reducer is shown, but a motor such as a direct drive motor or an ultrasonic motor may be used. Also,
It may be driven by a spherical motor instead of the spherical bearing.
【0066】実施の形態3.図9はこの発明のジンバル
機構の実施の形態3を示す球面軸受けのガタが打ち消さ
れる様子を示す説明図である。本実施の形態の構成は、
概略実施の形態2と同じであるが、球面軸受けに関し、
ガタを無くしたものを一部に用い、残る球面軸受けには
ガタを残したものを用いている。Third Embodiment FIG. 9 is an explanatory view showing the manner in which the backlash of the spherical bearing showing the third embodiment of the gimbal mechanism of the present invention is canceled. The configuration of this embodiment is
It is the same as the second embodiment, but with respect to the spherical bearing,
A part without play is used, and the remaining spherical bearing is used without play.
【0067】以下図9を用いて説明する。図9は説明の
ため、球面軸受けやロッドなどだけを抜き出して簡略化
して描いている。図9において、31は実施の形態1に
おける内側フレームまたは外側フレームまたは実施の形
態2におけるリンクである。ここではリンクと呼ぶ。3
2は回動軸Xまたは回動軸Yである。ここでは回動軸と
呼ぶ。33、34、37、38、40、41は球面軸受
けである。35、36、42、43はロッドである。3
9はアンテナの取り付け面であり、アンテナは図示して
いない。This will be described below with reference to FIG. For the sake of explanation, FIG. 9 shows only the spherical bearings and rods in a simplified manner. In FIG. 9, 31 is an inner frame or an outer frame in the first embodiment or a link in the second embodiment. Here, it is called a link. Three
Reference numeral 2 is a rotation axis X or a rotation axis Y. Here, it is called a rotation axis. 33, 34, 37, 38, 40 and 41 are spherical bearings. 35, 36, 42 and 43 are rods. Three
Reference numeral 9 denotes an antenna mounting surface, and the antenna is not shown.
【0068】リンク31は、回動軸32まわりに回動自
在であって、図示しない駆動手段により回動駆動され
る。図示しない反対側のリンクは、実施の形態2の場合
と同様、別の駆動手段によりリンク31と逆向きのトル
クをかけられている。The link 31 is rotatable about a rotation shaft 32 and is driven to rotate by a driving means (not shown). The opposite link (not shown) is subjected to torque in the opposite direction to the link 31 by another driving means, as in the case of the second embodiment.
【0069】各々の球面軸受けは、ハウジングをリンク
またはアンテナ取り付け面に取り付けられ、太陽球(球
面軸受けのハウジングに収まった大きな球)をロッドに
取り付けられている。33aと34aはハウジングであ
り、それぞれリンク31の両端に取り付けられている。Each spherical bearing has a housing attached to a link or an antenna mounting surface, and a sun sphere (a large sphere housed in the housing of the spherical bearing) attached to a rod. Housings 33a and 34a are attached to both ends of the link 31, respectively.
【0070】一方、33bと34bは太陽球であり、そ
れぞれロッド35とロッド36に取り付けられている。
リンクに取り付けられた球面軸受け33,34は、ハウ
ジングと太陽球との間のガタを残して作製されており、
アンテナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け37、
38、40、41は、ガタを無くして作製されている。
このガタの調整については、例えば球面軸受けを組み立
てるときの与圧の調整により行う。On the other hand, 33b and 34b are sun balls, which are attached to the rod 35 and the rod 36, respectively.
The spherical bearings 33 and 34 attached to the link are manufactured by leaving a play between the housing and the solar sphere,
A spherical bearing 37 mounted on the antenna mounting surface,
Nos. 38, 40 and 41 are produced without play.
The play is adjusted by adjusting the pressurizing force when assembling the spherical bearing, for example.
【0071】次に動作について説明する。図9に示すよ
うにリンク31に矢印のように右回りのトルクをかけた
場合を考える。このとき、球面軸受け33,34にはガ
タがあるので、球面軸受け33のハウジング33aは太
陽球33bに対して図の下方へ動き、球面軸受け34の
ハウジング34aは太陽球34bに対して図の上方へ動
く。Next, the operation will be described. Consider a case where a clockwise torque is applied to the link 31 as indicated by an arrow as shown in FIG. At this time, since the spherical bearings 33 and 34 are loose, the housing 33a of the spherical bearing 33 moves downward in the figure with respect to the sun sphere 33b, and the housing 34a of the spherical bearing 34 moves upward in the figure with respect to the sun sphere 34b. Move to.
【0072】この動きによりハウジングが太陽球に当接
すると、図中矢印Aのように太陽球33bに取り付けら
れたロッド35には図の下向きの力、太陽球34bに取
り付けられたロッド36には図中矢印Bのように図の上
向きの力がかかる。このためアンテナ取り付け面39に
は図の右回りにモーメントが生じる。When this movement causes the housing to come into contact with the sun sphere, a downward force is exerted on the rod 35 attached to the sun sphere 33b as indicated by an arrow A in the figure, and a downward force is exerted on the rod 36 attached to the sun sphere 34b. An upward force in the figure is applied as indicated by an arrow B in the figure. Therefore, a moment is generated on the antenna mounting surface 39 in the clockwise direction in the figure.
【0073】一方、図示しない反対側のリンクには逆向
きのトルクがかかっているので、ロッド42には図中矢
印Cのように図の上向きの力、ロッド43には図中矢印
Dのように図の下向きの力がかかっている。ここでアン
テナ取り付け面に取り付けられた球面軸受け37、3
8、40、41はガタを無くしてあるので、回動軸32
の角度に対してアンテナ取り付け面の角度は一意に決ま
る。On the other hand, since the opposite torque (not shown) is applied to the opposite link, the rod 42 has an upward force as indicated by an arrow C in the figure, and the rod 43 has an upward force as indicated by an arrow D in the figure. The downward force is applied to the figure. Here, spherical bearings 37, 3 mounted on the antenna mounting surface
8, 40 and 41 have no play, so the rotation shaft 32
The angle of the antenna mounting surface is uniquely determined with respect to the angle.
【0074】すなわち、本実施の形態のジンバル機構
は、複数の第1、第2、第3の球面軸受けのうち、少な
くとも1個の所定の球面軸受けにガタをなくす対策を施
し、残る球面軸受けにはガタをなくす対策を施さないの
で、リンクやロッドに加工時の寸法誤差などがあって
も、組み立て時に部品がこじれたり変形したり、また、
組み立てが困難になったりせず、温度変化による寸法変
化があっても、部品がこじれたり変形したりせず、しか
も、球面軸受けのガタは打ち消されるので、モータの検
出器で検出した回転角に対して、アンテナの回動角度は
一意に決まり、更に減速機のガタがあっても、これも消
去されるのでモータの検出器で検出した回転角に対し
て、アンテナの回動角度は一意に決まる。That is, in the gimbal mechanism of the present embodiment, at least one predetermined spherical bearing among the plurality of first, second and third spherical bearings is provided with a measure for eliminating play, and the remaining spherical bearing is Does not take measures to eliminate looseness, so even if there is a dimensional error during processing on the link or rod, the parts will be twisted or deformed during assembly,
It does not become difficult to assemble, the parts do not twist or deform even if the dimensions change due to temperature change, and the backlash of the spherical bearing is canceled, so the rotation angle detected by the motor detector On the other hand, the rotation angle of the antenna is uniquely determined, and even if there is rattling of the reducer, this is also erased, so the rotation angle of the antenna is unique to the rotation angle detected by the motor detector. Decided.
【0075】実施の形態4.図10はこの発明の関節機
構を示す斜視図である。本実施の形態の関節機構は、実
施の形態1の例えば図2に示した2次元リンク機構を2
組、直交させて向かい合わせに組み合わせた構成であ
る。Fourth Embodiment FIG. 10 is a perspective view showing the joint mechanism of the present invention. The joint mechanism of the present embodiment is equivalent to the two-dimensional link mechanism of the first embodiment shown in FIG.
It is a structure in which a pair is made orthogonal to each other and is combined face-to-face.
【0076】図10において、51は第1のベース、5
2は減速機付きモータ(第1の回動軸)、53は第1の
回動軸である。減速機付きモータ52と第1の回動軸5
3は平行に第1のベース51に立設されている。54は
第1のリンクであり、実施の形態1の図2における内側
フレーム5などに相当する。2枚の第1のリンク54は
減速機付きモータ52と第1の回動軸53に取り付けら
れて平行リンクの関係にあり回動可能とされている。In FIG. 10, 51 is the first base, 5
2 is a motor with a reduction gear (first rotation shaft), and 53 is a first rotation shaft. Motor 52 with reduction gear and first rotating shaft 5
3 are erected on the first base 51 in parallel. Reference numeral 54 denotes a first link, which corresponds to the inner frame 5 and the like in FIG. 2 of the first embodiment. The two first links 54 are attached to the motor 52 with a speed reducer and the first rotation shaft 53, and are in a parallel link relationship so as to be rotatable.
【0077】また、55は第1のロッドであり、56は
軸である。2本の第1のロッド55は軸56を介して第
1のリンク54の両端に回動自在に取り付けられ、平行
リンクを構成している。第1のリンク54において、リ
ンク両端の軸56同士をつないだ線と第1の回動軸53
との間は距離dだけ離されている。57は軸受けブロッ
クであり、実施の形態1の図2におけるアンテナ1に相
当し、軸56を介して第1のロッド55の先端とつなが
っている。Further, 55 is a first rod and 56 is a shaft. The two first rods 55 are rotatably attached to both ends of the first link 54 via shafts 56 to form parallel links. In the first link 54, the line connecting the shafts 56 at both ends of the link and the first rotation shaft 53
And are separated by a distance d. Reference numeral 57 denotes a bearing block, which corresponds to the antenna 1 in FIG. 2 of the first embodiment and is connected to the tip of the first rod 55 via the shaft 56.
【0078】この構成により、軸受けブロック57は第
1のベース51に対して仮想的な回動中心cまわりに減
速機付きモータ52、第1の回動軸53、軸56などと
平行な軸回りに回動する。With this structure, the bearing block 57 rotates around the virtual rotation center c with respect to the first base 51 and is parallel to the motor 52 with the reduction gear, the first rotation shaft 53, the shaft 56, and the like. Turn to.
【0079】一方、軸受けブロック57の反対側には、
第1のリンク54や第1のロッド55とは運動する面が
直交または略直交するように、同様なリンクが取り付け
られている。軸受けブロック57には、2本の第2のロ
ッド58が回動自在に取り付けられている。2本の第2
のロッド58の間には2枚の第2のリンク59が軸60
まわりに回動自在に取り付けられており、第2のロッド
58と第2のリンク59は平行リンクを構成している。
第2のリンク59の中央の軸には、それぞれ減速機付き
モータ61(第2の回動軸)と第2の回動軸62が取り
付けられ、減速機付きモータ61と第2の回動軸62は
平行にベース63に立設されている。On the other hand, on the opposite side of the bearing block 57,
Similar links are attached to the first link 54 and the first rod 55 such that the planes that move are orthogonal or substantially orthogonal. Two second rods 58 are rotatably attached to the bearing block 57. Two second
There are two second links 59 between the rods 58 of the shaft 60.
The second rod 58 and the second link 59 are mounted rotatably around and form a parallel link.
A motor 61 with reduction gear (second rotation shaft) and a second rotation shaft 62 are attached to the central shaft of the second link 59, respectively, and the motor 61 with reduction gear and the second rotation shaft are attached. The reference numeral 62 stands parallel to the base 63.
【0080】この構成により、第2のベース63は軸受
けブロック57に対して仮想的な回動中心cまわりに、
減速機付きモータ61、第2の回動軸62、軸60など
と平行な軸まわりに回動する。With this structure, the second base 63 is moved around the virtual rotation center c with respect to the bearing block 57,
It rotates about an axis parallel to the motor 61 with a reduction gear, the second rotation shaft 62, the shaft 60, and the like.
【0081】以上の構成により、第1のベース51に対
して、反対側に設けられた第2のベース63は仮想的な
回動中心cまわりに上下左右、すなわちアームの長手方
向に直交する2軸まわりに回動自在である。軸受けブロ
ック57は中空構造にできるので、中に図示しないケー
ブルなどを通すことができる。また、距離dが0でなけ
れば、第1のリンク54と第1のロッド55がなす平行
リンク、並びに第2のリンク59と第2のロッド58が
なす平行リンクは原理的に死点が存在しないという利点
がある。With the above structure, the second base 63 provided on the opposite side of the first base 51 is vertically and horizontally about the virtual rotation center c, that is, orthogonal to the longitudinal direction of the arm. It is rotatable about its axis. Since the bearing block 57 can have a hollow structure, a cable or the like (not shown) can be passed therethrough. In addition, if the distance d is not 0, the parallel link formed by the first link 54 and the first rod 55 and the parallel link formed by the second link 59 and the second rod 58 have a dead point in principle. There is an advantage of not doing it.
【0082】次に、図11は図10の関節機構を人間型
ロボットの肩関節に適用した場合の説明図である。図中
の各部の要素51から63までは図10と同一なもので
ある。図において、65は人間型ロボットの胴体、66
は肘、67は第2アーム(前腕)である。Next, FIG. 11 is an explanatory view when the joint mechanism of FIG. 10 is applied to a shoulder joint of a humanoid robot. Elements 51 to 63 of each part in the figure are the same as those in FIG. In the figure, 65 is a humanoid robot's body, 66
Is an elbow and 67 is a second arm (forearm).
【0083】第1のベース51はロボットの肩に固定さ
れている。図10における減速機付きモータ52(図示
していない)と第1の回動軸53はロボットの肩に水平
に平行に固定されている。2枚の第1のリンク54は減
速機付きモータ52と第1の回動軸53に取り付けら
れ、減速機付きモータ52によりロボットの肩に対して
垂直面内に回動駆動され、上下に動く。このとき第1の
リンク54の動きは2本の第1のロッド55により軸受
けブロック57に伝えられ、軸受けブロック57を垂直
面内で、軸受けブロック57の内部にある仮想的な回動
中心まわりに上下に動かす。軸受けブロック57は内部
が中空構造になっており、ケーブル64を内部に貫通さ
せている。The first base 51 is fixed to the shoulder of the robot. The motor 52 with a reduction gear (not shown) and the first rotation shaft 53 in FIG. 10 are fixed to the shoulder of the robot in parallel with the horizontal direction. The two first links 54 are attached to the motor 52 with a speed reducer and the first rotation shaft 53, and are driven to rotate in a vertical plane with respect to the shoulder of the robot by the motor 52 with a speed reducer and move up and down. . At this time, the movement of the first link 54 is transmitted to the bearing block 57 by the two first rods 55, and the bearing block 57 is moved in the vertical plane around the virtual rotation center inside the bearing block 57. Move up and down. The bearing block 57 has a hollow structure inside, and allows the cable 64 to penetrate therethrough.
【0084】軸受けブロック57には2本の第2のロッ
ド58が水平面内に回動自在に取り付けられている。2
本の第2のロッド58の間には垂直な軸60を介して2
枚の第2のリンク59が水平面内で回動自在に取り付け
られている。2枚の第2のリンク59は中央を減速機付
きモータ61と第2の回動軸62に取り付けられてい
る。減速機付きモータ61と第2の回動軸62は第2の
ベース63に垂直に且つ平行に取り付けられている。第
1のベース51から第2のベース63までが人間型ロボ
ットの第1アーム(上腕)をなしている。減速機付きモ
ータ61により第2のリンク59を水平面内に回動駆動
すると、第2のベース63は、軸受けブロック57に対
して水平面内で軸受けブロック57の内部にある仮想的
な回動中心まわりにロボットから見て前後に回動する。Two second rods 58 are rotatably attached to the bearing block 57 in a horizontal plane. Two
Between the second rods 58 of the book there is a vertical axis 60
A pair of second links 59 are rotatably mounted in the horizontal plane. The center of the two second links 59 is attached to the motor 61 with a speed reducer and the second rotation shaft 62. The motor 61 with a reduction gear and the second rotation shaft 62 are attached to the second base 63 vertically and in parallel. The first base 51 to the second base 63 form the first arm (upper arm) of the humanoid robot. When the second link 59 is rotationally driven in the horizontal plane by the reduction gear motor 61, the second base 63 moves around the virtual rotational center inside the bearing block 57 in the horizontal plane with respect to the bearing block 57. The robot turns back and forth as seen from the robot.
【0085】以上の動きにより、人間型ロボットの第1
アームは、軸受けブロック57の内部にある仮想的な回
動中心まわりに、ロボットから見て上下と前後、すなわ
ちアームの長手方向に直交する軸まわりに回動自在であ
る。本実施の形態の人間型ロボットはこのように構成さ
れているので、従来の人間型ロボットのように肩の姿勢
に関する特異点が存在しないという利点を持つ。By the above movement, the first humanoid robot
The arm is rotatable around an imaginary center of rotation inside the bearing block 57 as viewed from the top and bottom and front and rear of the robot, that is, about an axis orthogonal to the longitudinal direction of the arm. Since the humanoid robot according to the present embodiment is configured as described above, it has an advantage that there is no singular point regarding the posture of the shoulder unlike the conventional humanoid robot.
【0086】また、軸受けブロック57を中空にできる
ので、ここにケーブル64を通すことができるという利
点をもつ。また、軸受けブロック57の内部に仮想的な
回動中心を持ち、この近くにケーブルを通すことができ
るので、肩関節を曲げたり伸ばしたりした際にケーブル
をきつく引っ張ったり大きくたるませたりすることが少
なくなり、ケーブルへの負担を少なくできるので、ケー
ブルが破損しにくくケーブルの寿命が短くならないとい
う利点がある。Further, since the bearing block 57 can be hollow, there is an advantage that the cable 64 can be passed through here. Also, since the bearing block 57 has a virtual center of rotation and a cable can be passed in the vicinity thereof, when the shoulder joint is bent or extended, the cable can be pulled tight or greatly sagged. Since there is less and the load on the cable can be reduced, there is an advantage that the cable is less likely to be damaged and the service life of the cable is not shortened.
【0087】尚、第1アームを上下に動かす軸を胴体側
に、前後に動かす軸をアーム側に配置したが、この逆で
あってもよい。また、2軸は胴体に対して上下方向と前
後方向でなく、アームの長手方向の軸まわりに各軸を回
転させた方向であってもよく、2軸の関係は直交でなく
略直交であってもよい。また、減速機付きモータが駆動
する軸を軸受けブロック57に近い側の第1のリンク5
4及び第2のリンク59としたが、遠い側のリンクであ
ってもよく、また、遠い側と近い側両方であってもよ
い。また、駆動源は、減速機付きモータでなく、ダイレ
クトドライブモータ、超音波モータなど他の種類のモー
タでもよい。Although the axis for moving the first arm up and down is arranged on the body side and the axis for moving the first arm forward and backward is arranged on the arm side, the reverse order is also possible. Further, the two axes may not be the vertical direction and the front-back direction with respect to the body, but may be directions in which the respective axes are rotated around the longitudinal axis of the arm, and the two axes are not orthogonal but substantially orthogonal. May be. In addition, the first link 5 on the side closer to the bearing block 57 is the shaft driven by the motor with reduction gear.
Although the fourth and second links 59 are used, the links may be on the far side, or may be both the far side and the near side. Further, the drive source may be a motor of another type such as a direct drive motor or an ultrasonic motor instead of the motor with a speed reducer.
【0088】このようなことから、本実施の形態の関節
機構は、ロボットの肩や手首に用いられる関節機構であ
って、ロボットの胴体側に設けられた第1のベース5
1、第1のベース51に立設された2本の平行な第1の
回動軸52,53、第1の回動軸52,53に各々中央
を回動自在に支持され互いに平行となるように配置され
た2枚の第1のリンク54、2枚の第1のリンク54間
を回動自在につなぎ互いに平行をなす2本の第1のロッ
ド55、一側の両端部を2本の第1のロッド55の一端
にそれぞれ回動自在に接続された軸受けブロック57、
軸受けブロック57の他側の両端部に一端をそれぞれ回
動自在に接続され互いに平行となるように配置された2
本の第2のロッド58、2本の第2のロッド58に両端
部をそれぞれ回動自在に接続され互いに平行をなす2枚
の第2のリンク59、第2のリンク59の中央に立設さ
れた2本の平行な第2の回動軸61,62、第2の回動
軸61,62に接続された第2のベース63とを備え、
第1のリンク54、第1のロッド55、及び軸受けブロ
ック57、並びに軸受けブロック57、第2のロッド5
8、第2のリンク59は平行リンクをなし、第1のリン
ク54と第1の回動軸52,53、及び第2の回動軸6
1,62と第2のリンク59はそれぞれ互いに略直交す
る。From the above, the joint mechanism of the present embodiment is a joint mechanism used for the shoulders and wrists of the robot, and is the first base 5 provided on the body side of the robot.
1, two parallel first rotary shafts 52 and 53 which are erected on the first base 51, and centrally rotatably supported by the first rotary shafts 52 and 53 to be parallel to each other. The two first links 54 arranged in such a manner that the two first links 54 are rotatably connected to each other and the two first rods 55 that are parallel to each other, and the two ends on one side are two A bearing block 57 rotatably connected to one end of a first rod 55 of
One end is rotatably connected to both ends of the bearing block 57 on the other side, and the two ends are arranged in parallel with each other.
Two second rods 58, two ends of which are rotatably connected to the two second rods 58, respectively, and two second links 59 that are parallel to each other and are erected at the centers of the second links 59. The two parallel second rotary shafts 61 and 62, and the second base 63 connected to the second rotary shafts 61 and 62,
The first link 54, the first rod 55, and the bearing block 57, the bearing block 57, and the second rod 5.
8, the second link 59 is a parallel link, and the first link 54 and the first rotary shafts 52 and 53, and the second rotary shaft 6
1, 62 and the second link 59 are substantially orthogonal to each other.
【0089】そのため、関節の特異点をなくすことがで
き、軸受けブロックの内部または近くの任意の位置にア
ーム長手方向に直交する2軸分の関節の回動中心を置く
ことができ、平行リンクの死点がなくなり、軸受けブロ
ックの内部の関節の回動中心の近くにケーブルなどを通
すことができる。Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, and the center of rotation of the joint for two axes orthogonal to the arm longitudinal direction can be placed inside or near the bearing block at any position, and the parallel link Since there is no dead point, it is possible to pass a cable or the like near the center of rotation of the joint inside the bearing block.
【0090】実施の形態5.図12はこの発明のジンバ
ル機構の実施の形態5を示すロボットアームの手首に適
用した場合の説明図である。また、図13は第2アーム
近傍を拡大して示す説明図である。本実施の形態では、
産業の分野でしばしば用いられる6自由度垂直多関節型
ロボットアームにおいて、手首の自由度のうち、手首を
上下に振る軸と左右に振る軸を実施の形態1で述べたジ
ンバル機構を使って実現している。手首のひねりの自由
度は実施の形態1におけるアンテナ1の面にモータと減
速機を置いて実現している。ジンバル機構の仮想的な回
動中心はロボットハンドの把持部分に置いている。Embodiment 5. FIG. 12 is an explanatory diagram when the gimbal mechanism according to the fifth embodiment of the present invention is applied to the wrist of a robot arm. Further, FIG. 13 is an explanatory view showing the vicinity of the second arm in an enlarged manner. In this embodiment,
In a 6-DOF vertical articulated robot arm that is often used in the industrial field, of the degrees of freedom of the wrist, the axis that swings the wrist up and down and the axis that swings left and right are realized using the gimbal mechanism described in the first embodiment. is doing. The degree of freedom in twisting the wrist is realized by placing a motor and a speed reducer on the surface of the antenna 1 in the first embodiment. The virtual center of rotation of the gimbal mechanism is placed in the grip portion of the robot hand.
【0091】図12及び図13において、71はロボッ
トベース、72はロボット胴体、73は第1アーム、7
4は第2アームである。ロボットベース71から第2ア
ーム74までは通常の6自由度垂直多関節型ロボットア
ームと同じ構造である。12 and 13, reference numeral 71 is a robot base, 72 is a robot body, 73 is a first arm, and 7 is a robot body.
Reference numeral 4 is a second arm. The robot base 71 to the second arm 74 have the same structure as a normal 6-DOF vertical articulated robot arm.
【0092】75はロボット手首を左右に振るための減
速機付きモータであり、図8の減速機付きモータ24a
または24bに相当する。76は外側フレームであり、
減速機付きモータ75により回動駆動され、図1の7a
及び7bに相当する。77はロボット手首を上下に振る
ための減速機付きモータであり、図8の減速機付きモー
タ23aまたは23bに相当する。Reference numeral 75 is a motor with a speed reducer for swinging the robot wrist to the left and right.
Or corresponds to 24b. 76 is an outer frame,
It is rotationally driven by a motor 75 with a speed reducer,
And 7b. Reference numeral 77 is a motor with a reducer for swinging the robot wrist up and down, and corresponds to the motor with a reducer 23a or 23b in FIG.
【0093】また、78は内側フレームであり、外側フ
レームと直交する軸まわりに減速機付きモータ77によ
り回動駆動され、図1の4a及び4bまたは図5の21
a及び21b及び22a及び22bに相当する。79は
ロッドであり、図1におけるロッド3に相当する。80
は減速機付きモータであり、図1におけるアンテナ1の
取り付け面に取り付けられ、手首のひねり軸を回動駆動
する。Reference numeral 78 denotes an inner frame, which is rotatably driven by a motor 77 with a speed reducer around an axis orthogonal to the outer frame, and 4a and 4b in FIG. 1 or 21 in FIG.
a and 21b and 22a and 22b. Reference numeral 79 is a rod, which corresponds to the rod 3 in FIG. 80
Is a motor with a speed reducer, which is mounted on the mounting surface of the antenna 1 in FIG. 1 and rotationally drives the twist shaft of the wrist.
【0094】さらに、81はロボットハンドであり、図
1におけるアンテナ1の取り付け面に取り付けられて、
図示しないワークを把持する。82はケーブルであり、
詳しくは減速機付きモータ80のケーブル及びロボット
ハンド81開閉用のエアチューブである。また、cは仮
想的な回動中心であって、図2におけるcに相当し、ハ
ンドに把持された図示しないワークはこの点まわりに回
動可能になる。Further, 81 is a robot hand, which is attached to the mounting surface of the antenna 1 in FIG.
A work (not shown) is gripped. 82 is a cable,
Specifically, it is a cable of the motor 80 with a speed reducer and an air tube for opening and closing the robot hand 81. Further, c is a virtual rotation center, which corresponds to c in FIG. 2, and the work (not shown) held by the hand can be rotated around this point.
【0095】このように、本実施の形態のジンバル機構
においては、ベースはロボットアームに固定され、対象
物がロボットハンドである。そのため、関節の特異点を
なくすことができ、関節外の任意の点をアーム長手方向
に直交する2軸分の回動中心にすることができる。As described above, in the gimbal mechanism of this embodiment, the base is fixed to the robot arm and the object is the robot hand. Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, and an arbitrary point outside the joint can be set as a rotation center for two axes orthogonal to the arm longitudinal direction.
【0096】また、ロボットハンドで把持した物体の姿
勢を変化させてもロボットアームの手首以外の軸を動か
さなくてよいので教示が簡単になるという利点を持つ。Further, even if the posture of the object grasped by the robot hand is changed, it is not necessary to move the axes other than the wrist of the robot arm, which has the advantage of simplifying the teaching.
【0097】また、ジンバル機構の中央部分は、実施の
形態1の説明及び図7に示すように空間があいているの
で、図13に示すように手首のひねりの軸の減速機付き
モータ80のケーブルやロボットハンド開閉用のエアチ
ューブなどのケーブル82を通すことができるという利
点を持つ。更に仮想的な回動中心cの近くにケーブルな
どを通すことができるので、手首を曲げたり伸ばしたり
した際にケーブルをきつく引っ張ったり大きくたるませ
たりすることが少なくなり、ケーブルへの負担を少なく
できるので、ケーブルが破損しにくくなりケーブルの寿
命が短くならないという利点がある。Since the central portion of the gimbal mechanism has a space as shown in the description of the first embodiment and FIG. 7, the motor 80 with a speed reducer for the wrist twist shaft as shown in FIG. It has an advantage that the cable 82 such as a cable or an air tube for opening and closing the robot hand can be passed. Furthermore, since a cable or the like can be passed near the virtual center of rotation c, when the wrist is bent or extended, the cable is less likely to be pulled tight or slackened greatly, and the load on the cable is reduced. Therefore, there is an advantage that the cable is less likely to be damaged and the service life of the cable is not shortened.
【0098】尚、外側フレーム76で左右の回動、内側
フレーム77で上下の回動が実現する例を述べたが、逆
に外側フレーム76で上下の回動、内側フレーム77で
左右の回動としてもよい。また、ここでは6自由度垂直
多関節型ロボットに適用した例を示したが、水平多関節
型など他の関節構成のロボットアームに適用してもよ
い。また、ロボットの手首に適用した例を示したが、ロ
ボットの肩の軸など他の関節に適用してもよい。また、
手首にロボットハンドを取り付けてロボットハンド開閉
用のエアチューブなどをジンバル機構の中央部分に通す
例を示したが、塗装用ロボットに適用して、手首に塗装
用のスプレーガンを取り付け、スプレー用のチューブを
ジンバル機構に通してもよい。この場合モータをスプレ
ーガンから距離を離して配置できるので防爆の効果があ
る。Although an example has been described in which the outer frame 76 realizes left / right rotation and the inner frame 77 realizes upper / lower rotation, conversely, the outer frame 76 makes up / down rotation and the inner frame 77 makes left / right rotation. May be Further, although the example applied to the 6-DOF vertical articulated robot is shown here, it may be applied to a robot arm having another articulated structure such as a horizontal articulated robot. Further, although the example applied to the wrist of the robot is shown, it may be applied to other joints such as the axis of the shoulder of the robot. Also,
An example of attaching a robot hand to the wrist and passing an air tube etc. for opening and closing the robot hand through the central part of the gimbal mechanism was shown, but it is applied to a painting robot and a spray gun for painting is attached to the wrist, The tube may be threaded through a gimbal mechanism. In this case, the motor can be arranged at a distance from the spray gun, which is effective for explosion protection.
【0099】さらには、溶接用ロボットや半田付けロボ
ットに適用して、手首にトーチや半田ごてを取り付け、
電源ケーブルをジンバル機構に通してもよい。この場合
トーチや半田ごての先端をジンバル機構の仮想的な回動
中心cと一致させておけば、姿勢を変化させてもロボッ
トアームの他の軸を動かさなくてもよいので、教示が簡
単になるという利点がある。Furthermore, it is applied to a welding robot or a soldering robot, and a torch or soldering iron is attached to the wrist,
The power cable may be passed through the gimbal mechanism. In this case, if the tip of the torch or soldering iron is made to coincide with the virtual center of rotation c of the gimbal mechanism, it is not necessary to change the posture or move the other axes of the robot arm, which simplifies teaching. Has the advantage that
【0100】実施の形態6.図14はこの発明のジンバ
ル機構の実施の形態6を示す雲台に適用した場合の斜視
図である。本実施の形態の雲台は、実施の形態1などの
アンテナに相当する部分にカメラを取り付けこのカメラ
の首を振る構成となっている。Sixth Embodiment FIG. 14 is a perspective view of a gimbal mechanism according to a sixth embodiment of the present invention when applied to a platform. The camera platform of the present embodiment has a structure in which a camera is attached to a portion corresponding to the antenna of the first embodiment or the like and the head of the camera is shaken.
【0101】図14において、101はカメラであり、
図中上方を向いている。そして、本実施の形態のジンバ
ル機構は、カメラ101を取り付けた枠体112、枠体
112の四隅に取り付けられた4個の第1の球面軸受け
102a、一端を第1の球面軸受け102aに接続され
た4本のロッド103、4本のロッド103の略中央に
取り付けられた4個の第2の球面軸受け102b、4本
のロッド103の他端に取り付けられた4個の第3の球
面軸受け102cを有している。In FIG. 14, 101 is a camera,
It faces upward in the figure. The gimbal mechanism of the present embodiment is connected to the frame body 112 to which the camera 101 is attached, the four first spherical surface bearings 102a attached to the four corners of the frame body 112, and one end to the first spherical surface bearing 102a. Four rods 103, four second spherical bearings 102b attached to substantially the center of the four rods 103, and four third spherical bearings 102c attached to the other ends of the four rods 103 have.
【0102】また、ジンバル機構は、第2の球面軸受け
102bを介して4本のロッド103の略中央とつなが
る□の字型の第1の外側フレーム107a、第1の外側
フレーム107aの中央に取り付けられた第1の回動軸
Y106a、第1の回動軸Y106aを介して第1の外
側フレーム107aに対して回動自在な第1の内側フレ
ーム105a、第1の内側フレーム105aの第1の回
動軸Y106aと直交する面に取り付けられた第1の回
動軸X104a、第1の回動軸X104aを介して第1
の内側フレーム105aを回動自在に取り付けたベース
108を有している。Further, the gimbal mechanism is attached to the centers of the square-shaped first outer frame 107a and the first outer frame 107a, which are connected to the substantial centers of the four rods 103 via the second spherical bearings 102b. The first rotation axis Y106a, the first rotation axis Y106a, the first rotation axis Y106a, the first rotation axis Y106a, The first rotation axis X104a attached to the surface orthogonal to the rotation axis Y106a, and the first rotation axis X104a through the first rotation axis X104a.
It has a base 108 to which the inner frame 105a of FIG.
【0103】さらに、ジンバル機構は、第3の球面軸受
け102cを介して4本のロッド103の他端とつなが
る□の字型の第2の外側フレーム107b、第1の外側
フレーム107bの中央に取り付けられた第2の回動軸
Y106b、第2の回動軸Y106bを介して第2の外
側フレーム107bに対して回動自在な第2の内側フレ
ーム105b、第2の内側フレーム105bの第2の回
動軸Y106bと直交する面に取り付けられた第2の回
動軸X104bを有している。Further, the gimbal mechanism is attached to the centers of the □ -shaped second outer frame 107b and the first outer frame 107b which are connected to the other ends of the four rods 103 via the third spherical bearing 102c. The second inner frame 105b and the second inner frame 105b which are rotatable with respect to the second outer frame 107b via the second pivot Y106b and the second pivot Y106b. It has a second rotation axis X104b attached to a surface orthogonal to the rotation axis Y106b.
【0104】そして、ジンバル機構は、ベース108に
取り付けられて第1の回動軸X104aまわりに第1の
内側フレーム105aを駆動する図示しないX軸駆動手
段、並びに第1の回動軸X104aの角度を検出する図
示しないX軸検出手段、第1の内側フレーム105aま
たは第1の外側フレーム107aに取り付けられて、第
1の回動軸Y106aまわりに、第1の内側フレーム1
05aに対して第1の外側フレーム107aを駆動する
図示しないY軸駆動手段、並びに第1の回動軸Y106
aの角度を検出するY軸検出手段、及び図示しない制御
装置を有している。The gimbal mechanism is attached to the base 108 and drives the first inner frame 105a around the first rotating shaft X104a (not shown) and the angle of the first rotating shaft X104a. Is attached to the first inner frame 105a or the first outer frame 107a, which is not shown in the drawings, and detects the first inner frame 1 around the first rotation axis Y106a.
05a to drive the first outer frame 107a, not shown Y-axis driving means, and the first rotation axis Y106
It has Y-axis detection means for detecting the angle of a and a control device (not shown).
【0105】次にそれぞれの部品の位置関係を説明す
る。実施の形態1などでは、外側にベースがあり、ベー
スの内側に外側フレーム、その内側に内側フレームがあ
り、内側フレームにロッドが取り付けられているが、本
実施の形態では逆に、内側にベースがあり、ベースの外
側に内側フレーム、その外側に外側フレームがあり、外
側フレームにロッドが取り付けられている。この構造に
より枠体の上でカメラを取り付けるスペースを大きく取
ることができる。Next, the positional relationship between the respective parts will be described. In the first embodiment and the like, the base is provided outside, the outer frame is provided inside the base, the inner frame is provided inside the base, and the rod is attached to the inner frame. However, in the present embodiment, conversely, the base is provided inside. There is an inner frame outside the base, and an outer frame outside the base, and a rod is attached to the outer frame. With this structure, a large space can be secured on the frame for mounting the camera.
【0106】4本のロッド103同士は常に互いに平行
である。また、第1の回動軸X104aと第2の回動軸
X104b、並びに第1の回動軸Y106aと第2の回
動軸Y106bはそれぞれ平行関係を保っている。The four rods 103 are always parallel to each other. Further, the first rotation axis X104a and the second rotation axis X104b, and the first rotation axis Y106a and the second rotation axis Y106b maintain a parallel relationship.
【0107】第1の回動軸X104aと第1の回動軸Y
106a、並びに第2の回動軸X104bと第2の回動
軸Y106bはそれぞれ1点で交差し、第1の外側フレ
ーム107aと第1の内側フレーム105a、並びに第
2の外側フレーム107bと第2の内側フレーム105
bはそれぞれジンバル構造をなしている。The first rotation axis X104a and the first rotation axis Y
106a, the second rotation axis X104b and the second rotation axis Y106b intersect at one point respectively, and the first outer frame 107a and the first inner frame 105a, and the second outer frame 107b and the second outer frame 107b. Inner frame 105
Each b has a gimbal structure.
【0108】枠体112の4個の球面軸受け102a、
第1の外側フレーム107aに取り付けられた4個の第
2の球面軸受け102b、第2の外側フレーム107b
に取り付けられた4個の第3の球面軸受け102cの3
組の球面軸受けの位置4点は互いに相似形をなしてい
る。The four spherical bearings 102a of the frame body 112,
Four second spherical bearings 102b attached to the first outer frame 107a, the second outer frame 107b
3 of the four third spherical bearings 102c mounted on the
The four positions of the spherical bearings of the set are similar to each other.
【0109】以上の関係から、枠体112、第1の内側
フレーム105a、第2の内側フレーム105bは平行
リンクの関係となり、また、枠体112、第1の外側フ
レーム107a、第2の外側フレーム107bも平行リ
ンクの関係となる。From the above relationship, the frame 112, the first inner frame 105a, and the second inner frame 105b are in a parallel link relationship, and the frame 112, the first outer frame 107a, and the second outer frame are also connected. 107b also has a parallel link relationship.
【0110】更に第1の外側フレーム107aに取り付
けられた4個の第2の球面軸受け102bと第1の回動
軸X104aと第1の回動軸Y 106aの交点からな
る5点と、第2の外側フレーム107bに取り付けられ
た4個の第3の球面軸受け102cと第2の回動軸X1
04bと第2の回動軸Y106bの交点からなる5点の
位置は相似形をなしており、4個の第2の球面軸受け1
02bからなる図形に対して、第1の回動軸X104a
と第1の回動軸Y106aの交点は、所定の距離dだけ
離れており、下側の4個の第3の球面軸受け102cか
らなる図形に対して、第2の回動軸X104bと第2の
回動軸Y106bの交点は、同じ距離dだけ離れてい
る。Furthermore, four second spherical bearings 102b attached to the first outer frame 107a, five points consisting of the intersections of the first rotation axis X104a and the first rotation axis Y106a, and the second point Third spherical bearings 102c mounted on the outer frame 107b and the second rotation axis X1
The positions of 5 points, which are the intersections of 04b and the second rotation axis Y106b, are similar to each other, and the four second spherical bearings 1
The first rotation axis X104a for the figure made up of 02b
The intersection of the first rotation axis Y106a and the first rotation axis Y106a is separated by a predetermined distance d, and the second rotation axis X104b and the second rotation axis X104b with respect to the figure composed of the four lower third spherical bearings 102c. The intersections of the rotation axes Y106b are separated by the same distance d.
【0111】同様に上側の4個の球面軸受け102aか
らなる図形に対して同じ距離離れた点をcとする。動き
の説明は実施の形態1の図2及び図3による説明と同様
なので省略する。最終的にはカメラ101と枠体112
は仮想的な回動中心cまわりに回動する。Similarly, a point c is the same distance from the figure consisting of the upper four spherical bearings 102a. The description of the movement is the same as the description of the first embodiment with reference to FIGS. Finally, the camera 101 and the frame 112
Rotates around a virtual rotation center c.
【0112】このように、本実施の形態のジンバル機構
においては、対象物がカメラ101である。そのため、
カメラ101のレンズの主点がパンとチルトの回動中心
と一致するようにでき、パンチルトをしたときに視差が
生じず画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得
られる。As described above, in the gimbal mechanism of this embodiment, the object is the camera 101. for that reason,
The principal point of the lens of the camera 101 can be made to coincide with the center of pan and tilt rotation, and parallax does not occur when panning and tilting and the screen is not distorted, so that a beautiful panoramic image can be obtained.
【0113】そして、このようにして実現された雲台
は、点検や監視が必要な個所に取り付けて使用したり、
図23に示されるようなレールに沿って台車が移動しな
がら連続的に点検作業が可能な移動点検ロボットに取り
付けて使用したり、あるいは配管内を移動しながら配管
の内壁を点検する移動点検ロボットに取り付けて使用し
たりすることが可能である。The pan head thus realized is used by being attached to a place where inspection or monitoring is required,
As shown in FIG. 23, a mobile inspection robot that can be used by being attached to a mobile inspection robot capable of continuous inspection work while the carriage is moving along a rail, or inspecting the inner wall of the pipe while moving inside the pipe. It can be attached to and used.
【0114】そして、カメラの側方や上方下方にカメラ
を支持して回動するためのフレームや軸受けを配置する
必要がないので、移動点検ロボットに適用した場合、通
過断面積を小さくできるという利点がある。Since it is not necessary to dispose a frame or a bearing for supporting and rotating the camera on the side or above and below the camera, it is possible to reduce the passage cross section when applied to a mobile inspection robot. There is.
【0115】また、カメラのレンズには、すべての光が
その点を通る主点と呼ばれる点が存在する。この点はピ
ンホールカメラであればピンホールに相当する。この主
点を点cと一致させれば、カメラは仮想的な回動中心c
まわりにパン(横)とチルト(縦)に首を振り、このと
き主点は並進運動をしない。このようにカメラを回動さ
せることで、視差が生じないので理想的なパノラマ画像
を得られるという効果がある。Further, in the lens of the camera, there is a point called a principal point through which all the light passes. This point corresponds to a pinhole if it is a pinhole camera. If this principal point coincides with the point c, the camera will have a virtual rotation center c.
Shake around pan (horizontal) and tilt (vertical), and the principal point does not move in translation. By rotating the camera in this manner, parallax does not occur, so that an ideal panoramic image can be obtained.
【0116】ベース108の内部にカメラなどのケーブ
ルを通してカメラ101につなげばケーブル実装上ケー
ブルに無理がかからない効果もある。If a cable for a camera or the like is inserted through the inside of the base 108 and connected to the camera 101, there is an effect that the cable is not overloaded due to the cable mounting.
【0117】尚、実施の形態1の図1のアンテナ1の部
分にカメラを取り付けてもよく、同様の効果を奏する。
また、逆に本実施の形態の図14の枠体112に実施の
形態1のアンテナ1を取り付けてもよい。A camera may be attached to the portion of the antenna 1 of FIG. 1 of the first embodiment, and the same effect is obtained.
On the contrary, the antenna 1 of the first embodiment may be attached to the frame 112 of FIG. 14 of the present embodiment.
【0118】実施の形態7.図15はこの発明のジンバ
ル機構の実施の形態7を示す点検カメラ装置に適用した
場合の側面図である。本実施の形態の点検カメラ装置に
おいては、実施の形態1などのアンテナを上向きの反射
板とし、これと対向するようにカメラを設置し、反射板
を2軸まわりに振ることで周囲を監視できる構成となっ
ている。Seventh Embodiment FIG. 15 is a side view of the gimbal mechanism according to the seventh embodiment of the present invention when applied to an inspection camera apparatus. In the inspection camera device of the present embodiment, the antenna of the first embodiment and the like is used as an upward reflecting plate, a camera is installed so as to face the reflecting plate, and the surroundings can be monitored by shaking the reflecting plate around two axes. It is composed.
【0119】図15において、121は上面が反射する
反射板、122は球面軸受け、123はロッド、124
は回動軸X、125は内側フレーム、126は回動軸
Y、127は外側フレーム、128はベース、129は
下向きに取り付けたカメラ、130はカメラを取り付け
る柱である。In FIG. 15, 121 is a reflecting plate whose upper surface reflects, 122 is a spherical bearing, 123 is a rod, and 124 is.
Is a rotation axis X, 125 is an inner frame, 126 is a rotation axis Y, 127 is an outer frame, 128 is a base, 129 is a camera mounted downward, and 130 is a column for mounting the camera.
【0120】□の字型の外側フレーム127はベース1
28に対して回動軸Y126まわりに回動自在に取り付
けられており、□の字型の内側フレーム125は外側フ
レーム127に対して回動軸X124まわりに回動自在
に取り付けられている。内側フレーム125には球面軸
受け122を介してロッド123が取り付けられてお
り、ロッド123の先端には球面軸受け122を介して
反射鏡121が取り付けられている。The square-shaped outer frame 127 is the base 1
28 is rotatably attached about a rotation axis Y126, and the square-shaped inner frame 125 is attached to the outer frame 127 rotatably about a rotation axis X124. A rod 123 is attached to the inner frame 125 via a spherical bearing 122, and a reflecting mirror 121 is attached to the tip of the rod 123 via the spherical bearing 122.
【0121】反射鏡121の中央には穴が開いており、
ベース128には柱130が立っており、図7の放射器
と同様に、反射鏡121の穴を通り抜けて上方に伸びて
おり、先端にはカメラ129が取り付けられている。外
側フレーム127と内側フレーム125はそれぞれ図示
しない回動手段により回動駆動され、その角度は図示し
ない角度検出手段により検出され、図示しない制御装置
により制御される。There is a hole in the center of the reflecting mirror 121,
A pillar 130 stands on the base 128, extends through the hole of the reflecting mirror 121 and extends upward similarly to the radiator of FIG. 7, and a camera 129 is attached to the tip thereof. Each of the outer frame 127 and the inner frame 125 is rotationally driven by a rotation unit (not shown), and the angle thereof is detected by an angle detection unit (not shown) and controlled by a control device (not shown).
【0122】本実施の形態の各部品の幾何学的な構成は
実施の形態1などと同様になっているので、反射板12
1は中央の上面にある仮想的な回動中心まわりに回動自
在である。Since the geometrical configuration of each component of this embodiment is the same as that of the first embodiment and so on, the reflector 12
Reference numeral 1 is rotatable about an imaginary center of rotation on the upper surface of the center.
【0123】カメラ129は、反射板121に写った像
を撮影する。反射板121が回動軸X124と回動軸Y
126のなす面に対して45度傾けば、カメラ129は
水平方向(回動軸X124などに平行な方向)を撮影す
ることができる。このためこの点検カメラ装置では、装
置の上方の半球状の視野を得ることができる。この装置
を逆向きに天井からぶら下げるように取り付けて監視を
行ってもよい。The camera 129 takes an image of the reflection plate 121. The reflector 121 has a rotating shaft X124 and a rotating shaft Y.
When the camera 129 is tilted 45 degrees with respect to the plane formed by 126, the camera 129 can shoot in the horizontal direction (direction parallel to the rotation axis X124 etc.). Therefore, with this inspection camera device, a hemispherical field of view above the device can be obtained. This device may be installed so as to be suspended from the ceiling in the opposite direction for monitoring.
【0124】すなわち、本実施の形態のジンバル機構に
おいては、対象物が反射板121であり、反射板121
の中央を貫通する柱130をさらに設け、柱130の先
端に反射板121と向き合うように点検カメラ129を
取り付けている。そのため、反射板121を2軸まわり
に回動することで半球状の視野が得られる。That is, in the gimbal mechanism of the present embodiment, the object is the reflection plate 121, and the reflection plate 121
A column 130 penetrating the center of the column 130 is further provided, and an inspection camera 129 is attached to the tip of the column 130 so as to face the reflection plate 121. Therefore, a hemispherical field of view can be obtained by rotating the reflecting plate 121 about two axes.
【0125】実施の形態8.図16はこの発明のジンバ
ル機構の実施の形態8を示す操作機構に適用した場合の
斜視図である。本実施の形態の操作機構においては、実
施の形態1などのアンテナに相当する部分に手で握る握
りを設け、これを2軸まわりに傾けることで角度を提示
する構成となっている。Eighth Embodiment 16 is a perspective view of the gimbal mechanism according to the eighth embodiment of the present invention when applied to an operating mechanism. In the operation mechanism of the present embodiment, the grip corresponding to the antenna in Embodiment 1 or the like is provided with a hand and the angle is presented by inclining the grip about two axes.
【0126】図16において、141は握り、142は
球面軸受け、143はロッド、144は回動軸X、14
5は内側フレーム、146は回動軸Y、147は外側フ
レーム、148はベース、149は枠体である。また、
cは握り141の内部にある仮想的な回動中心である。
また、回動軸X144と回動軸Y146の角度を検出す
る図示しない角度検出手段がベース148、内側フレー
ム145または外側フレーム147に取り付けられてい
る。更に、この角度検出手段で検出した角度を取り込
み、他のロボットや計算機などに指令値を出力する図示
しない制御装置が設けられている。In FIG. 16, 141 is a grip, 142 is a spherical bearing, 143 is a rod, 144 is a rotation axis X, 14
Reference numeral 5 is an inner frame, 146 is a rotation axis Y, 147 is an outer frame, 148 is a base, and 149 is a frame. Also,
c is a virtual center of rotation inside the grip 141.
In addition, angle detection means (not shown) for detecting the angle between the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 is attached to the base 148, the inner frame 145 or the outer frame 147. Further, there is provided a control device (not shown) that takes in the angle detected by the angle detection means and outputs a command value to another robot or computer.
【0127】この操作機構のリンクの寸法関係、構成、
動きについては、実施の形態6の雲台とほぼ同じなので
省略する。本実施の形態の操作機構では、人間が握り1
41の部分を握って、回動軸X144と回動軸Y146
に平行な軸まわりの角度を手首を傾けることで点cまわ
りに与える。回動中心cは握り141の内部にあるの
で、人間は手の中にあるものの角度を2本の軸まわりに
傾けることになり、また、このとき傾けても回動中心c
は動かないので、直感的に操作がわかりやすいという利
点がある。The dimensional relationship of the links of this operating mechanism, the configuration,
Since the movement is almost the same as that of the tripod head of the sixth embodiment, the description thereof will be omitted. In the operation mechanism of the present embodiment, a human grasps 1
By gripping the portion 41, the rotation axis X144 and the rotation axis Y146
By tilting the wrist, an angle around an axis parallel to is given around point c. Since the center of rotation c is inside the grip 141, a person tilts the angle of what is in his / her hand around the two axes.
Since it does not move, it has the advantage that the operation is intuitive and easy to understand.
【0128】更に、本操作機構を外骨格状に人間の腕に
取り付けて、手首の角度を検出するようにしてもよい。
また更に、枠体149にリング状の軸受けを取り付けて
その内部で握り141が回転するように構成して、回動
軸X144と回動軸Y146と直交する回動軸Zまわり
の回転角度を検出できるようにしてもよい。Further, this operation mechanism may be attached to a human arm in an exoskeleton shape so as to detect the angle of the wrist.
Furthermore, a ring-shaped bearing is attached to the frame body 149, and the grip 141 is configured to rotate inside the frame body 149 to detect the rotation angle around the rotation axis Z orthogonal to the rotation axis X144 and the rotation axis Y146. You may allow it.
【0129】尚、図16では、図14と同様、ベース1
48が内側にあり、ロッド143が外側フレーム147
の外側にある構成としているが、図1のように、ベース
が外側で、ロッドが内側であってもよい。Incidentally, in FIG. 16, the base 1 is the same as in FIG.
48 inside and rod 143 outside frame 147
However, as shown in FIG. 1, the base may be outside and the rod may be inside.
【0130】また、図16では人間の腕が操作機構の内
部にある構成としたが、操作機構を机上などに置いて、
人間が上から握りを握るようにしてもよい。In FIG. 16, the human arm is arranged inside the operation mechanism, but the operation mechanism is placed on a desk or the like,
A human may grasp the grip from above.
【0131】また、回動軸X144と回動軸Y146の
角度を検出するように構成したが、更にこれらの軸にモ
ータを取り付け、操作反力を人間に還せるようにしても
よい。Although the angle between the rotation axis X144 and the rotation axis Y146 is detected, a motor may be further attached to these axes so that the operation reaction force can be returned to a human.
【0132】[0132]
【発明の効果】この発明に係るジンバル機構は、対象物
の角度を直交するふたつの回動軸回りに回動させるジン
バル機構であって、対象物の裏面に取り付けた少なくと
も3個の第1の球面軸受け、一端を第1の球面軸受けに
接続された少なくとも3本のロッド、3本のロッドの各
々の略中央にそれぞれ取り付けられた少なくとも3個の
第2の球面軸受け、3本のロッドの各々の他端にそれぞ
れ取り付けられた少なくとも3個の第3の球面軸受け、
3個の第2の球面軸受けに接続され、対向する2辺の略
中央に第1の回動軸Xを有する□の字型の第1の内側フ
レーム、第1の回動軸Xを介して第1の内側フレームと
回動自在につながり、対向する2辺の略中央に第1の回
動軸Xと直交する第1の回動軸Yを有する□の字型の第
1の外側フレーム、第1の内側フレームと同様に、3個
の第3の球面軸受けに接続され、対向する2辺の略中央
に第1の回動軸Xと平行な第2の回動軸Xを有する□の
字型の第2の内側フレーム、第1の外側フレームと同様
に、第2の回動軸Xを介して第2の内側フレームと回動
自在につながり、対向する2辺の略中央に第1の回動軸
Yと平行な第2の回動軸Yを有する□の字型の第2の外
側フレーム、第1の外側フレーム並びに第2の外側フレ
ームを第1の回動軸Y並びに第2の回動軸Yを介して支
持するベース、第1の回動軸Xまたは第2の回動軸Xを
回動駆動するX軸駆動手段、 第1の回動軸Yまたは第
2の回動軸Yを回動駆動するY軸駆動手段、 第1の回
動軸Xまたは第2の回動軸Xの角度を検出するX軸検出
手段、及び第1の回動軸Yまたは第2の回動軸Yの角度
を検出するY軸検出手段を備え、3本のロッドは互いに
平行であり、第1の回動軸Xと第1の回動軸Y並びに第
2の回動軸Xと第2の回動軸Yはそれぞれ1点で交差
し、3個の第1の球面軸受けの位置、3個の第2の球面
軸受けの位置、3個の第3の球面軸受けの位置のそれぞ
れの3位置が形成する図形は互いに相似形をなし、更
に、3個の第2の球面軸受けの位置と第1の回動軸X及
び第1の回動軸Yの交点位置の4位置が形成する図形
と、3個の第3の球面軸受けの位置と第2の回動軸X及
び第2の回動軸Yの交点位置の4位置が形成する図形は
相似形をなす。そのため、対象物を対象物面上の点を通
る仮想的な回動軸回りに回動させることができる。The gimbal mechanism according to the present invention is a gimbal mechanism for rotating an angle of an object about two rotational axes orthogonal to each other, and includes at least three first gimbal mechanisms mounted on the back surface of the object. Spherical bearing, at least three rods each having one end connected to the first spherical bearing, at least three second spherical bearings attached to substantially the center of each of the three rods, and each of the three rods At least three third spherical bearings each mounted on the other end of
Connected to the three second spherical bearings, and having a first rotation axis X at substantially the center of the two opposite sides, a □ -shaped first inner frame, and a first rotation axis X. A □ -shaped first outer frame rotatably connected to the first inner frame and having a first rotation axis Y orthogonal to the first rotation axis X substantially at the center of two opposite sides, Like the first inner frame, it has a second rotation axis X which is connected to three third spherical bearings and has a second rotation axis X parallel to the first rotation axis X substantially at the center of two opposite sides. Similar to the character-shaped second inner frame and the first outer frame, the second inner frame is rotatably connected to the second inner frame via the second rotation axis X, and the first portion is provided substantially at the center of the two opposite sides. The first rotation of the □ -shaped second outer frame, the first outer frame and the second outer frame having the second rotation axis Y parallel to the rotation axis Y of Y and a base supported via the second rotation axis Y, X-axis drive means for rotationally driving the first rotation axis X or the second rotation axis X, the first rotation axis Y or the first rotation axis Y or the second rotation axis Y. Y-axis drive means for rotationally driving the two rotation axes Y, X-axis detection means for detecting the angle of the first rotation axis X or the second rotation axis X, and the first rotation axis Y or The three rods are parallel to each other and include Y-axis detecting means for detecting the angle of the second rotation axis Y, and the first rotation axis X, the first rotation axis Y, and the second rotation axis. The axis X and the second rotation axis Y intersect each other at one point, and the positions of the three first spherical bearings, the positions of the three second spherical bearings, and the positions of the three third spherical bearings. The figures formed by the respective three positions are similar to each other, and further, there are four positions of the positions of the three second spherical bearings and the intersections of the first rotation axis X and the first rotation axis Y. Formed The figure and the figure formed by the three positions of the third spherical bearings and the four positions of the intersection points of the second rotation axis X and the second rotation axis Y are similar to each other. Therefore, the object can be rotated around a virtual rotation axis that passes through a point on the surface of the object.
【0133】また、第1の内側フレーム及び第2の内側
フレームは、第1の回動軸Y及び第2の回動軸Yを隔て
てふたつに切り離され、切り離された各々2個の内側フ
レームは、それぞれ第1の外側フレーム及び第2の外側
フレームに対して第1の回動軸X及び第2の回動軸Xま
わりに独立に回動する。そのため、部品の寸法誤差等に
よる組み立ての困難性を減少することができる。Further, the first inner frame and the second inner frame are separated into two with the first rotation axis Y and the second rotation axis Y being separated from each other, and each of the two separated inner frames is separated. Independently rotate about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame, respectively. Therefore, it is possible to reduce the difficulty of assembling due to the dimensional error of the parts.
【0134】また、X軸駆動手段は、第1の回動軸Xを
回動駆動する第1のX軸駆動手段と第2の回動軸Xを回
動駆動する第2のX軸駆動手段とを有し、第2のX軸駆
動手段は第1のX軸駆動手段と反対方向にトルクを加
え、Y軸駆動手段は、第1の回動軸Yを回動駆動する第
1のY軸駆動手段と第2の回動軸Yを回動駆動する第2
のY軸駆動手段とを有し、第2のY軸駆動手段は第1の
Y軸駆動手段と反対方向にトルクを加える。そのため、
回動軸の回動に対する対象物の動きのガタを小さくする
ことができる。The X-axis driving means is the first X-axis driving means for rotationally driving the first rotary shaft X and the second X-axis driving means for rotationally driving the second rotary shaft X. And the second X-axis drive means applies a torque in the opposite direction to the first X-axis drive means, and the Y-axis drive means rotates the first rotation axis Y to rotate the first Y-axis. A second shaft driving means and a second rotary shaft Y for rotationally driving the second rotary shaft Y.
Second Y-axis driving means, and the second Y-axis driving means applies torque in the opposite direction to the first Y-axis driving means. for that reason,
It is possible to reduce the play of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft.
【0135】また、複数の第1、第2、第3の球面軸受
けのうち、少なくとも1個の所定の球面軸受けにガタを
なくす対策を施し、残る球面軸受けにはガタをなくす対
策を施さない。そのため、回動軸の回動に対する対象物
の動きのガタを小さくできるとともに、組み立て工程を
容易にすることができる。Of the plurality of first, second and third spherical bearings, at least one predetermined spherical bearing is provided with a measure for eliminating play, and the remaining spherical bearings are not provided with a measure for eliminating play. Therefore, the backlash of the movement of the object with respect to the rotation of the rotation shaft can be reduced, and the assembly process can be facilitated.
【0136】また、対象物がアンテナ或いは反射鏡であ
る。そのため、アンテナ面をアンテナ面上の点を通る仮
想的な回動軸回りに回動可能にできるので、アンテナと
アンテナ中央を通る放射器やアンテナ周囲のレドームな
どとの干渉を避けてアンテナ面積を最大限に取ることで
利得の低下を小さくすることができる。The object is an antenna or a reflecting mirror. Therefore, the antenna surface can be rotated around a virtual rotation axis that passes through a point on the antenna surface, and the antenna area can be reduced by avoiding interference between the antenna and the radiator passing through the center of the antenna and the radome around the antenna. By taking the maximum value, the decrease in gain can be reduced.
【0137】また、ベースはロボットアームに固定さ
れ、対象物がロボットハンドである。そのため、関節の
特異点をなくすことができ、関節外の任意の点をアーム
長手方向に直交する2軸分の回動中心にすることがで
き、関節の中にケーブルなどを通すことができる。The base is fixed to the robot arm, and the object is the robot hand. Therefore, a singular point of the joint can be eliminated, an arbitrary point outside the joint can be set as a rotation center for two axes orthogonal to the arm longitudinal direction, and a cable or the like can be passed through the joint.
【0138】また、対象物がカメラである。そのため、
カメラのレンズの主点がパンとチルトの回動中心と一致
するようにでき、パンチルトをしたときに視差が生じず
画面がひずまないのできれいなパノラマ映像が得られ
る。The object is a camera. for that reason,
The principal point of the lens of the camera can be made to coincide with the center of pan and tilt rotation, and when pan and tilt are performed, parallax does not occur and the screen is not distorted, so that a beautiful panoramic image can be obtained.
【0139】また、対象物が反射板であり、反射板の中
央を貫通する柱をさらに設け、柱の先端に反射板と向き
合うように点検カメラを取り付けている。そのため、反
射板を2軸まわりに回動することで半球状の視野が得ら
れる。Further, the object is a reflecting plate, a column is further provided penetrating the center of the reflecting plate, and the inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflecting plate. Therefore, a hemispherical field of view can be obtained by rotating the reflector about two axes.
【0140】また、対象物が握りであり、握りを操作し
て姿勢を提示する。そのため、握りの内部に仮想的な回
動中心を置くことができ、直感的な角度提示の操作がで
きる。The object is a grip, and the grip is operated to present the posture. Therefore, a virtual center of rotation can be placed inside the grip, and an intuitive angle presentation operation can be performed.
【0141】さらに、この発明に係る関節機構は、ロボ
ットの肩や手首に用いられる関節機構であって、ロボッ
トの胴体側に設けられた第1のベース、第1のベースに
立設された2本の平行な第1の回動軸、第1の回動軸に
各々中央を回動自在に支持され互いに平行となるように
配置された2枚の第1のリンク、2枚の第1のリンク間
を回動自在につなぎ互いに平行をなす2本の第1のロッ
ド、一側の両端部を2本の第1のロッドの一端にそれぞ
れ回動自在に接続された軸受けブロック、軸受けブロッ
クの他側の両端部に一端をそれぞれ回動自在に接続され
互いに平行となるように配置された2本の第2のロッ
ド、2本の第2のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に
接続され互いに平行をなす2枚の第2のリンク、第2の
リンクの中央に立設された2本の平行な第2の回動軸、
第2の回動軸に接続された第2のベースとを備え、第1
のリンク、第1のロッド、及び軸受けブロック、並びに
軸受けブロック、第2のロッド、第2のリンクは平行リ
ンクをなし、第1のリンクと第1の回動軸、及び第2の
回動軸と第2のリンクはそれぞれ互いに略直交する。そ
のため、関節の特異点をなくすことができ、軸受けブロ
ックの内部または近くの任意の位置にアーム長手方向に
直交する2軸分の関節の回動中心を置くことができ、平
行リンクの死点がなくなり、軸受けブロックの内部の関
節の回動中心の近くにケーブルなどを通すことができ
る。Further, the joint mechanism according to the present invention is a joint mechanism used for the shoulders and wrists of a robot, and includes a first base provided on the body side of the robot, and a standing base provided on the first base. First parallel rotating shafts, two first links that are rotatably supported by the first rotating shafts at their centers and are arranged in parallel to each other, and two first links. Two first rods that are rotatably connected between the links and are parallel to each other, a bearing block in which both ends on one side are rotatably connected to one ends of the two first rods, and a bearing block Both ends are rotatably connected to two second rods and two second rods, one ends of which are rotatably connected to the other ends of the other side and arranged to be parallel to each other. Two second links that are parallel to each other, standing in the center of the second link Two second pivot axis parallel to that,
A second base connected to the second rotating shaft,
Link, the first rod, and the bearing block, and the bearing block, the second rod, and the second link are parallel links, and the first link, the first rotation shaft, and the second rotation shaft And the second link are substantially orthogonal to each other. Therefore, the singular point of the joint can be eliminated, and the center of rotation of the joint for the two axes orthogonal to the arm longitudinal direction can be placed inside or near the bearing block, and the dead point of the parallel link can be reduced. The cable can be passed near the center of rotation of the joint inside the bearing block.
【図1】 この発明のジンバル機構の実施の形態1を示
す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a gimbal mechanism of the present invention.
【図2】 ジンバル機構の動きを説明する説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the movement of the gimbal mechanism.
【図3】 ジンバル機構の動きを説明する説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the movement of the gimbal mechanism.
【図4】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図
である。FIG. 4 is a perspective view illustrating the entire movement of the gimbal mechanism.
【図5】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図
である。FIG. 5 is a perspective view illustrating the overall movement of the gimbal mechanism.
【図6】 ジンバル機構の全体の動きを説明する斜視図
である。FIG. 6 is a perspective view illustrating the overall movement of the gimbal mechanism.
【図7】 アンテナ中央に形成された穴を貫通する放射
器が設けられた様子を示すジンバル機構の斜視図であ
る。FIG. 7 is a perspective view of a gimbal mechanism showing a state in which a radiator that penetrates a hole formed in the center of the antenna is provided.
【図8】 この発明のジンバル機構の実施の形態2を示
す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a second embodiment of the gimbal mechanism of the present invention.
【図9】 この発明のジンバル機構の実施の形態3を示
す球面軸受けのガタが打ち消される様子を示す説明図で
ある。FIG. 9 is an explanatory view showing a manner in which the backlash of the spherical bearing showing the third embodiment of the gimbal mechanism of the present invention is canceled.
【図10】 この発明の関節機構を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a joint mechanism of the present invention.
【図11】 図10の関節機構を人間型ロボットの肩関
節に適用した場合の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram when the joint mechanism of FIG. 10 is applied to a shoulder joint of a humanoid robot.
【図12】 この発明のジンバル機構の実施の形態5を
示すロボットアームの手首に適用した場合の説明図であ
る。FIG. 12 is an explanatory diagram when the gimbal mechanism of the fifth embodiment of the present invention is applied to a wrist of a robot arm.
【図13】 図12のロボットアームの第2アーム近傍
を拡大して示す説明図である。FIG. 13 is an enlarged view showing the vicinity of the second arm of the robot arm shown in FIG.
【図14】 この発明のジンバル機構の実施の形態6を
示す雲台に適用した場合の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a gimbal mechanism according to a sixth embodiment of the present invention when applied to a platform.
【図15】 この発明のジンバル機構の実施の形態7を
示す点検カメラ装置に適用した場合の側面図である。FIG. 15 is a side view of the gimbal mechanism according to the seventh embodiment of the present invention when applied to an inspection camera device.
【図16】 この発明のジンバル機構の実施の形態8を
示す操作機構に適用した場合の斜視図である。FIG. 16 is a perspective view of the gimbal mechanism according to the eighth embodiment of the present invention when applied to an operation mechanism.
【図17】 従来の一般的なジンバル機構を用いた例と
してのアンテナ指向装置の説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of an antenna pointing device as an example using a conventional general gimbal mechanism.
【図18】 従来の一般的なジンバル機構を用いた指向
追尾装置の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of a pointing tracking device using a conventional general gimbal mechanism.
【図19】 従来の人型作業ロボットの腕体構造の例を
示す正面図である。FIG. 19 is a front view showing an example of an arm structure of a conventional humanoid work robot.
【図20】 従来の一般的な6自由度垂直多関節型ロボ
ットの斜視図である。FIG. 20 is a perspective view of a conventional general 6-DOF vertical articulated robot.
【図21】 図20の破線H部分を拡大した3自由度ロ
ボット手首の例の構造図である。21 is a structural diagram of an example of a three-degree-of-freedom robot wrist in which a broken line H portion of FIG. 20 is enlarged.
【図22】 従来の工業用ロボットの手首装置の略図で
ある。FIG. 22 is a schematic view of a wrist device of a conventional industrial robot.
【図23】 従来の移動式点検ロボットとそれに用いら
れる雲台の例を示す正面図である。FIG. 23 is a front view showing an example of a conventional mobile inspection robot and a platform used therein.
【図24】 従来のジョイススティック型操作機構の例
を示す断面図である。FIG. 24 is a sectional view showing an example of a conventional joystick type operation mechanism.
1 アンテナ、2a 第1の球面軸受け、2b 第2の
球面軸受け、2c 第3の球面軸受け、3 ロッド、4
a 第1の回動軸X、4b 第2の回動軸X、5a 第
1の内側フレーム、5b 第2の内側フレーム、6a
第1の回動軸Y、6b 第2の回動軸Y、7a 第1の
外側フレーム、7b 第2の外側フレーム、8 ベー
ス、51 第1のベース、52 減速機付きモータ(第
1の回動軸)、53 第1の回動軸、54 第1のリン
ク、55 第1のロッド、57 軸受けブロック、58
第2のロッド、59 第2のリンク、61 減速機付
きモータ(第2の回動軸)、62 第2の回動軸、63
第2のベース。1 antenna, 2a first spherical bearing, 2b second spherical bearing, 2c third spherical bearing, 3 rod, 4
a first rotation axis X, 4b second rotation axis X, 5a first inner frame, 5b second inner frame, 6a
1st rotation axis Y, 6b 2nd rotation axis Y, 7a 1st outer side frame, 7b 2nd outer side frame, 8 base, 51 1st base, 52 Reducer motor (1st rotation) Moving shaft), 53 first rotating shaft, 54 first link, 55 first rod, 57 bearing block, 58
2nd rod, 59 2nd link, 61 Reducer motor (2nd rotation shaft), 62 2nd rotation shaft, 63
Second base.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C007 BT09 BT16 CX01 CY04 HS27 HT12 5J021 AA01 BA01 DA02 DA04 DA05 DA06 DA07 GA02 HA05 HA07 HA08 HA09 5J046 AA01 KA01 KA03 NA01 5J047 AA01 BB05 BB23 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 3C007 BT09 BT16 CX01 CY04 HS27 HT12 5J021 AA01 BA01 DA02 DA04 DA05 DA06 DA07 GA02 HA05 HA07 HA08 HA09 5J046 AA01 KA01 KA03 NA01 5J047 AA01 BB05 BB23
Claims (10)
回りに回動させるジンバル機構であって、 前記対象物の裏面に取り付けた少なくとも3個の第1の
球面軸受け、 一端を前記第1の球面軸受けに接続された少なくとも3
本のロッド、 前記3本のロッドの各々の略中央にそれぞれ取り付けら
れた少なくとも3個の第2の球面軸受け、 前記3本のロッドの各々の他端にそれぞれ取り付けられ
た少なくとも3個の第3の球面軸受け、 前記3個の第2の球面軸受けに接続され、対向する2辺
の略中央に第1の回動軸Xを有する□の字型の第1の内
側フレーム、 前記第1の回動軸Xを介して前記第1の内側フレームと
回動自在につながり、対向する2辺の略中央に前記第1
の回動軸Xと直交する第1の回動軸Yを有する□の字型
の第1の外側フレーム、 前記第1の内側フレームと同様に、前記3個の第3の球
面軸受けに接続され、対向する2辺の略中央に前記第1
の回動軸Xと平行な第2の回動軸Xを有する□の字型の
第2の内側フレーム、 前記第1の外側フレームと同様に、前記第2の回動軸X
を介して前記第2の内側フレームと回動自在につなが
り、対向する2辺の略中央に前記第1の回動軸Yと平行
な第2の回動軸Yを有する□の字型の第2の外側フレー
ム、 前記第1の外側フレーム並びに前記第2の外側フレーム
を前記第1の回動軸Y並びに前記第2の回動軸Yを介し
て支持するベース、 前記第1の回動軸Xまたは前記第2の回動軸Xを回動駆
動するX軸駆動手段、 前記第1の回動軸Yまたは前記第2の回動軸Yを回動駆
動するY軸駆動手段、 前記第1の回動軸Xまたは前記第2の回動軸Xの角度を
検出するX軸検出手段、及び前記第1の回動軸Yまたは
前記第2の回動軸Yの角度を検出するY軸検出手段を備
え、 前記3本のロッドは互いに平行であり、 前記第1の回動軸Xと前記第1の回動軸Y並びに前記第
2の回動軸Xと前記第2の回動軸Yはそれぞれ1点で交
差し、 前記3個の第1の球面軸受けの位置、前記3個の第2の
球面軸受けの位置、前記3個の第3の球面軸受けの位置
のそれぞれの3位置が形成する図形は互いに相似形をな
し、 更に、前記3個の第2の球面軸受けの位置と前記第1の
回動軸X及び前記第1の回動軸Yの交点位置の4位置が
形成する図形と、前記3個の第3の球面軸受けの位置と
前記第2の回動軸X及び前記第2の回動軸Yの交点位置
の4位置が形成する図形は相似形をなすことを特徴とす
るジンバル機構。1. A gimbal mechanism for rotating a target object around two rotation axes orthogonal to each other, wherein at least three first spherical bearings mounted on the back surface of the target object, one end of which is the first spherical bearing. At least 3 connected to 1 spherical bearing
Rods, at least three second spherical bearings respectively attached to substantially the centers of the three rods, at least three third spherical bearings attached to the other ends of the three rods, respectively. A spherical inner bearing, a first inner frame of a square shape, which is connected to the three second spherical bearings and has a first rotation axis X substantially at the center of two opposite sides; The first inner frame is rotatably connected to the first inner frame via a moving axis X, and the first frame is provided at substantially the center of two opposite sides.
A □ -shaped first outer frame having a first rotation axis Y orthogonal to the rotation axis X of, and connected to the three third spherical bearings in the same manner as the first inner frame. , The first at approximately the center of the two opposite sides
A second inner frame of a square shape having a second rotation axis X parallel to the rotation axis X of the second rotation axis X, similar to the first outer frame.
Is rotatably connected to the second inner frame via, and has a second rotation axis Y parallel to the first rotation axis Y at approximately the center of the two opposite sides. Two outer frames, a base that supports the first outer frame and the second outer frame via the first rotation axis Y and the second rotation axis Y, the first rotation axis X or X-axis driving means for rotationally driving the second rotational axis X, Y-axis driving means for rotationally driving the first rotational axis Y or the second rotational axis Y, the first Axis detecting means for detecting the angle of the rotation axis X or the second rotation axis X, and Y axis detection for detecting the angle of the first rotation axis Y or the second rotation axis Y. Means, the three rods are parallel to each other, the first rotation axis X, the first rotation axis Y, and the second rotation axis X. The second rotation axes Y intersect at one point, and the positions of the three first spherical bearings, the positions of the three second spherical bearings, and the three third spherical bearings are intersected. The figures formed by the respective three positions are similar to each other, and further, the intersections of the positions of the three second spherical bearings and the first rotation axis X and the first rotation axis Y. The figure formed by the four positions and the figure formed by the four positions of the intersections of the positions of the three third spherical bearings and the second rotation axis X and the second rotation axis Y are A gimbal mechanism that features a similar shape.
内側フレームは、前記第1の回動軸Y及び前記第2の回
動軸Yを隔ててふたつに切り離され、該切り離された各
々2個の内側フレームは、それぞれ前記第1の外側フレ
ーム及び前記第2の外側フレームに対して前記第1の回
動軸X及び前記第2の回動軸Xまわりに独立に回動する
ことを特徴とする請求項1に記載のジンバル機構。2. The first inner frame and the second inner frame are separated into two by separating the first rotation axis Y and the second rotation axis Y, and each of the separated pieces is separated. The two inner frames are independently rotatable about the first rotation axis X and the second rotation axis X with respect to the first outer frame and the second outer frame, respectively. The gimbal mechanism of claim 1, wherein the gimbal mechanism is a gimbal mechanism.
Xを回動駆動する第1のX軸駆動手段と前記第2の回動
軸Xを回動駆動する第2のX軸駆動手段とを有し、前記
第2のX軸駆動手段は前記第1のX軸駆動手段と反対方
向にトルクを加え、前記Y軸駆動手段は、前記第1の回
動軸Yを回動駆動する第1のY軸駆動手段と前記第2の
回動軸Yを回動駆動する第2のY軸駆動手段とを有し、
前記第2のY軸駆動手段は前記第1のY軸駆動手段と反
対方向にトルクを加えることを特徴とする請求項1また
は2に記載のジンバル機構。3. The X-axis drive means includes first X-axis drive means for rotationally driving the first rotational axis X and second X-axis for rotationally driving the second rotational axis X. Axis drive means, the second X-axis drive means applies torque in a direction opposite to that of the first X-axis drive means, and the Y-axis drive means rotates the first rotation axis Y. A first Y-axis driving unit that is driven dynamically and a second Y-axis driving unit that rotationally drives the second rotating shaft Y;
The gimbal mechanism according to claim 1 or 2, wherein the second Y-axis driving means applies torque in a direction opposite to that of the first Y-axis driving means.
けのうち、少なくとも1個の所定の球面軸受けにガタを
なくす対策を施し、残る球面軸受けにはガタをなくす対
策を施さないことを特徴とする請求項1から3のいずれ
かに記載のジンバル機構。4. Among the plurality of first, second and third spherical bearings, at least one predetermined spherical bearing is provided with a measure for eliminating play, and the remaining spherical bearings are not provided with a measure for eliminating play. The gimbal mechanism according to any one of claims 1 to 3, wherein.
ることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の
ジンバル機構。5. The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the object is an antenna or a reflecting mirror.
れ、前記対象物がロボットハンドであることを特徴とす
る請求項1から4のいずれかに記載のジンバル機構。6. The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the base is fixed to a robot arm, and the object is a robot hand.
する請求項1から4のいずれかに記載のジンバル機構。7. The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the object is a camera.
中央を貫通する柱をさらに設け、該柱の先端に前記反射
板と向き合うように点検カメラを取り付けたことを特徴
とする請求項1から4のいずれかに記載のジンバル機
構。8. The object is a reflection plate, and a column is further provided that penetrates through the center of the reflection plate, and an inspection camera is attached to the tip of the column so as to face the reflection plate. The gimbal mechanism according to any one of Items 1 to 4.
して姿勢を提示することを特徴とする請求項1から4の
いずれかに記載のジンバル機構。9. The gimbal mechanism according to claim 1, wherein the object is a grip, and the grip is operated to present a posture.
機構であって、 前記ロボットの胴体側に設けられた第1のベース、 前記第1のベースに立設された2本の平行な第1の回動
軸、 前記第1の回動軸に各々中央を回動自在に支持され互い
に平行となるように配置された2枚の第1のリンク、 前記2枚の第1のリンク間を回動自在につなぎ互いに平
行をなす2本の第1のロッド、 一側の両端部を前記2本の第1のロッドの一端にそれぞ
れ回動自在に接続された軸受けブロック、 前記軸受けブロックの他側の両端部に一端をそれぞれ回
動自在に接続され互いに平行となるように配置された2
本の第2のロッド、 前記2本の第2のロッドに両端部をそれぞれ回動自在に
接続され互いに平行をなす2枚の第2のリンク、 前記第2のリンクの中央に立設された2本の平行な第2
の回動軸、 前記第2の回動軸に接続された第2のベース とを備え、 前記第1のリンク、前記第1のロッド、及び前記軸受け
ブロック、並びに前記軸受けブロック、前記第2のロッ
ド、前記第2のリンクは平行リンクをなし、前記第1の
回動軸と前記第2の回動軸は略直交することを特徴とす
る関節機構。10. A joint mechanism used for a shoulder or a wrist of a robot, comprising: a first base provided on the body side of the robot; and two parallel firsts standing on the first base. Rotating shafts, two first links rotatably supported in the center by the first rotating shafts and arranged in parallel to each other, and rotating between the two first links. Two first rods movably connected to each other and parallel to each other; a bearing block whose one end portions are rotatably connected to one ends of the two first rods; and the other side of the bearing block. One end of each of which is rotatably connected to both ends of the
Second rod, two second links rotatably connected to both ends of the two second rods and parallel to each other, and erected at the center of the second link Two parallel second
Rotating shaft, and a second base connected to the second rotating shaft, the first link, the first rod, and the bearing block, the bearing block, the second The joint mechanism, wherein the rod and the second link are parallel links, and the first rotation axis and the second rotation axis are substantially orthogonal to each other.
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