JP2016223482A - Link mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リンク機構に関する。 The present invention relates to a link mechanism.
従来、ロボットのエンドエフェクタの姿勢制御や、カメラやセンサの姿勢制御には様々な機構が用いられている。
一般に、互いに独立する回転自由度を備えたアクチュエータを直列に接続し、２自由度もしくは３自由度を有する機構が一般的に用いられている。この構成の場合、先端に加わる荷重が直列の全てのアクチュエータにも加わる。
Conventionally, various mechanisms are used for posture control of end effectors of robots and posture control of cameras and sensors.
In general, a mechanism having two or three degrees of freedom in which actuators having rotational degrees of freedom independent from each other are connected in series is generally used. In the case of this configuration, the load applied to the tip is also applied to all the actuators in series.
そのため、各アクチュエータのバックラッシやアクチュエータ毎の変位がアクチュエータの数だけ重畳し、所望の先端の位置精度や剛性が得られない恐れがある。これらの課題を解決するため、アクチュエータを直列ではなく並列に構成し、先端の位置精度や剛性を高めた技術として、例えば以下の特許文献１に記載の技術が知られている。
Therefore, the backlash of each actuator and the displacement for each actuator are overlapped by the number of actuators, and there is a possibility that the desired position accuracy and rigidity of the tip cannot be obtained. In order to solve these problems, for example, a technique described in
特許文献１に記載される方法は、ロボットの手首に同軸にそれぞれ回転可能な３組のレバーを備え、レバーの先端にそれぞれ第２のリンクを回転可能に備える。そして、第２のリンクの逆端を先端リンクと接続することにより任意に先端リンクの姿勢を決定可能なロボットハンドの技術が開示されている。
ところで、従来の特許文献１の技術では最も荷重のかかる手首側の軸が同軸で構成されているため、ロボットのハンド先端に大きな荷重がかかるとモーメントが大となる。従って、比較的大きな荷重が加わる適用先では所望のハンド先端での精度および剛性が得られない恐れがある。
The method described in
By the way, in the technique of the
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、姿勢を任意に決定でき、占有体積が小さくかつ変化せず、大きな荷重を許容できるリンク機構の提供を目的とする。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a link mechanism that can arbitrarily determine a posture, has a small occupied volume, does not change, and can tolerate a large load.
前記課題を解決するため、本発明のリンク機構は、基部材と、先端部材と、複数のリンクと、複数の回転軸とを備え、前記基部材と前記先端部材と前記リンクとのうちの何れか２つは、それぞれ前記回転軸を介して互いに回転自在に接続され、前記複数の回転軸は、空間上の一点を通る配置とされ、前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、前記基部材と前記先端部材とが接続される一組の前記リンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、前記リンクを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度であり、前記基部材と前記先端部材とは、前記一点を中心とする球状の軌跡を描いて移動している。 In order to solve the above-described problem, a link mechanism of the present invention includes a base member, a tip member, a plurality of links, and a plurality of rotation shafts, and any of the base member, the tip member, and the link. These two are connected to each other via the rotating shaft so as to be rotatable with each other, and the plurality of rotating shafts are arranged to pass through one point in space, the center of the base member, the center of the tip member, When the set of links to which the base member and the tip member are connected are arranged in a single plane, the center of the base member and the center of the tip member are the space on the side through the link. The angle around the upper point is an angle exceeding 180 degrees, and the base member and the tip member move while drawing a spherical locus centering on the one point.
本発明によれば、姿勢を任意に決定でき、占有体積が小さくかつ変化せず、大きな荷重を許容できるリンク機構を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a link mechanism that can arbitrarily determine a posture, has a small occupied volume, does not change, and can tolerate a large load.
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、カメラの方向を可変とするマウントやロボットのハンドの駆動機構等を構成するためのリンク機構に係るものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
The present invention relates to a link mechanism for configuring a mount for changing the direction of a camera, a driving mechanism for a robot hand, and the like.
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明に係る実施形態１のリンク機構の全体斜視図である。なお、説明の便宜上、図１の左下に示す向きをX軸、Y軸、Z軸と定義する。そして、X軸、Y軸、Z軸それぞれ周りの回転をロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）という。
実施形態１のリンク機構１は、基部２と、基部２の外縁部を略３分割する位置にそれぞれ駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを備える。
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、それぞれの出力軸10A1、10B1、10C1を回転駆動させるアクチュエータである。
<<
FIG. 1 is an overall perspective view of a link mechanism according to a first embodiment of the present invention. For convenience of explanation, the directions shown in the lower left of FIG. 1 are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis. The rotation around the X axis, Y axis, and Z axis is referred to as roll, pitch, and yaw.
The
The
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、例えば電動モータ（ステッピングモータやブラシレスモータ、超音波モータ等）のような動力源と、減速機と角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータ等）を内蔵している。駆動アクチュエータ10A、10B、10Cは、制御装置１１（図４参照）から回転角度を制御される。また、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの出力軸10A1、10B1、10C1は、基部２のZ方向上部に離間した空間上の１点で交わるように構成されている。この空間上の１点を以下では中心点O（オー）と称す。
The
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部には、それぞれ第１リンク11A、11B、11Cの一方側が固定されている。第１リンク11A、11B、11Cの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとの接続部の長手方向逆端である他方側の端部には、それぞれ第２リンク12A、12B、12Cが回転可能に備わっている。第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとが回転可能に接続される回転軸11A1、11B1、11C1は、中心点Oを通るように構成されている。
One side of the
第２リンク12A、12B、12Cそれぞれの第１リンク11A、11B、11Cが接続される長手方向逆端である他方側の端部には、先端部３が回転可能に接続されている。
先端部３はその外縁部を略３分割する位置に回転軸12A1、12B1、12C1を備えている。回転軸12A1、12B1、12C1を介して、先端部３と第２リンク12A、12B、12Cとがそれぞれ回転可能に接続される。回転軸12A1、12B1、12C1は、中心点Oを通るように構成されている。
The tip 3 is rotatably connected to the other end which is the opposite end in the longitudinal direction to which the
The distal end portion 3 includes rotating shafts 12A1, 12B1, and 12C1 at positions that divide the outer edge portion into approximately three parts. The distal end portion 3 and the
本構成により、基部２は、第１リンク11A、11B、11Cに駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）を介して、回動自在に接続され支持される。前記したように、回転軸10A1、10B1、10C1は、いづれも中心点Oを通る。そのため、基部2は、中心点Oを中心とする回転運動を行い、基部２の各点は、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
そのため、基部２に固定されるものは、中心点O周りの回転運動を行い、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
With this configuration, the
Therefore, what is fixed to the
同様に、先端部３は、第２リンク12A、12B、12Cにそれぞれ回転軸12A1、12B1、12C1を介して、回動自在に接続され支持される。前記したように、回転軸12A1、12B1、12C1は、いづれも中心点Oを通る。その結果、先端部３は、中心点Oを中心とする回転運動を行い、先端部３の各点は中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
そのため、先端部３に固定されるものは、中心点O周りの回転運動を行い、中心点O周りのロール（Roll）、ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の回転運動を行う。
Similarly, the tip 3 is rotatably connected to and supported by the
Therefore, the thing fixed to the front-end | tip part 3 performs the rotational motion around the center point O, and performs the rotational motion of the roll (Roll), pitch (Pitch), and yaw (Yaw) around the center point O.
先端部３には、Z方向上向き（Z軸の＋向き）に視野を持つカメラ４を備えている。換言すれば、先端部３に、レンズ４ｒがZ方向上向き（Z軸の＋向き）のカメラ４を備えている。カメラ４はその撮像素子４ｓの略中心４ｓ１が中心点Oの位置になるように配置されている。そのため、カメラ４は撮像素子４ｓの略中心４ｓ１（中心点O）周りに回動する。換言すれば、カメラ４のレンズ４ｒと撮像素子４ｓの略中心４ｓ１（中心点O）までの距離は、カメラ４のリンク機構１による回転運動に拘わらず、一定である。
The tip 3 is provided with a camera 4 having a field of view upward in the Z direction (+ direction of the Z axis). In other words, the front end portion 3 includes the camera 4 having a
基部2には、カメラ４や駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの制御用電線や駆動電源ケーブル等の配線５を通すための穴2aが形成されている。配線５を基部2の穴2aに通すことにより、第1リンク11A、11B、11Cや第2リンク12A、12B、12Cの動作時に配線５が干渉することを抑制できる。
リンク機構１の構成について模式図の図2、図3を用いて、再度説明する。
The
The structure of the
図2は、実施形態１のリンク機構の基本構成の模式的斜視図である。なお、図2では、駆動アクチュエータ等を省略して示している。
リンク機構１は、一方側に配置される基部２と、他方側に配置される先端部３とを備えている。
基部２の外縁部には、回転軸10A1、10B1、10C1が略３等分割した位置に配設されている。先端部３の外縁部には、回転軸12A1、12B1、12C1が略３等分割した位置に配設されている。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the basic configuration of the link mechanism of the first embodiment. In FIG. 2, the drive actuator and the like are omitted.
The
On the outer edge portion of the
回転軸10A1を介して、基部２と第１リンク11Aの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Aの他方端部には、回転軸11A1が配設される。回転軸11A1を介して、第１リンク11Aの他方端部と第２リンク12Aの一方端部とが回転自在に接続される。第２リンク12Aの他方端部は、回転軸12A1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
The
同様に、基部２の回転軸10B1を介して、基部２と第１リンク11Bの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Bの他方端部には、回転軸11B1が配設される。回転軸11B1を介して、第１リンク11Bの他方端部と第２リンク12Bの一方端部とが回転自在に接続される。第２リンク12Bの他方端部は、回転軸12B1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
Similarly, the
同様に、回転軸10C1を介して、基部２と第１リンク11Cの一方端部とが回転自在に接続される。第１リンク11Cの他方端部には、回転軸11C1が配設される。回転軸11C1を介して、第１リンク11Cの他方端部と第２リンク12Cの一方端部がが回転自在に接続される。第２リンク12Cの他方端部は、回転軸12C1を介して先端部３に回転自在に接続されている。
Similarly, the
つまり、第１リンク11Aと第２リンク12Aとは、回転軸11A1を介して回転自在に接続される。第１リンク11Bと第２リンク12Bとは、回転軸11B1を介して回転自在に接続される。第１リンク11Cと第２リンク12Cとは、回転軸11C1を介して回転自在に接続される。
That is, the
そして、基部２と先端部３とは、基部２の回転軸10A1、10B1、10C1と先端部３の回転軸12A1、12B1、12C1とに、それぞれ第１・第２リンク11A 、12Aと、第１・第２リンク11B 、12Bと、第１・第２リンク11C 、12Cとの３組のリンクが回転自在に接続されている。
The
前記したように、回転軸10A1、10B1、10C1と回転軸11A1、11B1、11C1と回転軸12A1、12B1、12C1とは、それぞれ中心点Oを通るように配置されている。
図3は、実施形態１のリンク機構が自在に運動できるための条件を示す基本構成の模式的斜視図である。なお、図3では、駆動アクチュエータ等を省略して示している。
As described above, the rotation shafts 10A1, 10B1, and 10C1, the rotation shafts 11A1, 11B1, and 11C1 and the rotation shafts 12A1, 12B1, and 12C1 are disposed so as to pass through the center point O, respectively.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a basic configuration showing conditions for allowing the link mechanism of
リンク機構１が自在に運動できるためには、図3に示すように、１組のリンクと、基部２の中心部2Oと、先端部３の中心部3Oとを１平面（平面状）に配置した場合に、当該１平面内において、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが、１組のリンクを介して中心点O周りに成す角θが１８０度を超える必要がある。ここで、１組のリンクとは、第１リンク11Aと第２リンク12A、または、第１リンク11Bと第２リンク12B、または、第１リンク11Cと第２リンク12Cである。
In order for the
なお、図3では、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが、第１リンク11Cと第２リンク12Cとを介して１平面に位置し、基部２の中心部2Oと先端部３の中心部3Oとが第１リンク11Cと第２リンク12Cとを介して、中心点O周りに１８０度を超える角度θを成す場合を示している。
In FIG. 3, the center 2O of the
図4に、実施形態１のリンク機構の制御システム構成図を示す。
制御装置11は、人間による入力動作もしくは教示入力データ（制御情報）等の先端部３の姿勢に対する指令手段11Sの情報を基に駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの出力角度を演算する。演算結果に基づき、制御装置11は、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cに位置や速度の情報を出力する。また、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cから位置情報を取得し、先端部３の姿勢を演算することも可能である。具体的には、各駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータ等）の位置情報を基に、第１リンク11A、11B、11Cの各長さ、第２リンク12A、12B、12Cの各長さや、第１リンク11A、11B、11Cの接続位置情報、第２リンク12A、12B、12Cの接続位置情報等から、先端部３の姿勢を演算する。
FIG. 4 shows a control system configuration diagram of the link mechanism of the first embodiment.
The
リンク機構1において、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）の位置を制御すると、それぞれ回転出力部（回転軸10A1、10B1、10C1）に固定される第１リンク11A、11B、11Cが独立して回動する。それに伴い、第１リンク11A、11B、11Cに回動自在に接続される第２リンク12A、12B、12Cを介して、第２リンク12A、12B、12Cにそれぞれ回動自在に接続される先端部３の姿勢が一意に決定される。
In the
図5(a)、(b)に、実施形態１のリンク機構の動作を表す斜視図を示す。
図5(a)、(b)に示すように、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cに駆動される第１リンク11A、11B、11Cの位置の組み合わせにより、先端部３は、可動範囲内の任意の姿勢をとることが可能である。可動範囲内とは、先端部３が中心点O周りに回動する範囲をいう。なお、図5(a)、(b)では、駆動アクチュエータ10B、第１リンク11Bは陰になっており、図示していない。
5A and 5B are perspective views showing the operation of the link mechanism of the first embodiment.
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the distal end portion 3 can be moved freely within the movable range by the combination of the positions of the
本構成により、基部２に対して先端部３を動作させる際に駆動アクチュエータ10A,10B,10Cの様な比較的重量の大きい部品を移動させることなく、リンク部材の第１リンク11A、11B、11C、第２リンク12A、12B、12Cのような比較的軽量な部品のみを駆動するだけで済む。
With this configuration, the
そのため、先端部３の動作に係る駆動トルクを低減することができ、可動部の慣性が小さいため、リンク機構１を高速に動作させることができる。駆動トルクは、駆動対象の重量に比例するので、駆動対象の重量に比例して駆動トルクを低減できる。
可動部の重量が小さいと可動部の質量mが小さいため、慣性力F∝質量mの関係から、可動部の慣性力Fが小さく、可動部を高速に動作させることができる。
Therefore, the driving torque related to the operation of the tip portion 3 can be reduced, and the inertia of the movable portion is small, so that the
Since the mass m of the movable part is small when the weight of the movable part is small, the inertial force F of the movable part is small from the relationship of the inertia force F∝mass m, and the movable part can be operated at high speed.
また、先端部３を、3組のリンク（第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの3組）で基部２と接続するため、先端部３の動作に係る慣性力による荷重を分散させることができる。また、3組の第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの何れかの強度を上げることで、剛性（stiffness）を高くすることが可能であり、殆ど変形を発生することなく高精度な位置決めが可能となる。
Further, the tip 3 is connected to the
また、第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cの形状を、中心点Oを中心とする球に近い形状とすると、第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cをどのように動作させても中心点Oを中心とする球に近い軌跡で移動し、外形寸法がほとんど変化しない。そのため、占有スペースが第１リンク11A、11B、11Cおよび第２リンク12A、12B、12Cを配置した球状に近いスペースで済み、リンク機構１を簡易に狭い場所へ設置することができる。
If the shapes of the
図6はリンク機構１へのカメラ４の搭載位置を示す断面図である。図6は、図1に示すリンク機構1を、Z軸を通る一つの面で切断した断面図である。
先端部３がどのような姿勢を取ろうとも先端部３の各点は中心点Oを中心とする球状の軌跡を描いて移動する。そのため、先端部３の各点と中心点Oとの距離は一定である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the mounting position of the camera 4 on the
Regardless of the posture of the tip 3, each point of the tip 3 moves along a spherical trajectory centered on the center point O. Therefore, the distance between each point of the tip 3 and the center point O is constant.
そこで、先端部３に搭載されるカメラ４の撮像素子4sの中心4s1を中心点Oに一致させるように搭載すると先端部３がどのような姿勢をとろうともカメラ４の撮像素子4sの位置は変化しない。つまり、カメラ４の撮像素子4sは、その中心4s1（中心点O）周りに３次元の回転運動をするだけである。
Therefore, if the center 4s1 of the
そのため、例えば、移動体のリンク機構１に、上述のカメラ４を搭載して周囲物体との距離を測定する用途に用いる場合、カメラ４がどのような姿勢をとろうとも、カメラ４の撮像素子4sの中心4s1は中心点Oにあるので、距離を測定する際の計算負荷を減らすことができる。つまり、カメラ４でいろんな方向を見ても、焦点距離が変わらず、カメラ４を動かしても、焦点を合わせたまま撮像できる。
Therefore, for example, when the above-described camera 4 is mounted on the
基部２と先端部３とは、空間上の中心点Oに対して略逆方向に配置されるので、リンク機構１に搭載したカメラ４で、内側のものを見ることができる。先端部３が空間上の中心点Oに対して基部２とは逆に配置されるので、リンク機構１の内側に、先端部３に取り付けたものまたは基部２に取り付けたものを入れることができる。
Since the
また、アクチュエータ10A、10B、10Cで先端部３の位置を自由に決められる。先端部３の荷重を、第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cの３組のリンクで分割して保持できる。
また、リンク機構１により、中心点Oを中心とする回転運動を行うことができる。
Further, the position of the tip 3 can be freely determined by the
Further, the
以上より、リンク機構１は、先端リンクの先端部３の姿勢を任意に決定可能であり、さらに占有体積が小さく、かつ占有体積がほぼ変化しない。また、リンク機構１は、3組のリンクにて分散して、先端部３または基部２に取り付けられる荷重を支えるので大きな荷重を許容できる３自由度機構を実現できる。
As described above, the
＜ステレオカメラシステムCs＞
リンク機構1に搭載したカメラ４をステレオカメラシステムCsに適用した場合について説明する。
図7（a）は、リンク機構1の構成をステレオカメラシステムに適用した場合を示す平面図であり、図7（b）は、リンク機構を適用したステレオカメラシステムを車両に搭載した例を示す斜視図である。
<Stereo camera system Cs>
A case where the camera 4 mounted on the
FIG. 7A is a plan view showing a case where the configuration of the
図7（a）に示すように、2つのリンク機構1A、1Bにそれぞれ搭載したカメラ4A、4Bの位置を離間して配置し、ステレオカメラシステムCsとして用いることができる。ステレオカメラシステムCsでは、２つのカメラ4A、4Bの視差を利用して対象物Obまでの距離を測定する。
As shown in FIG. 7 (a), the positions of the
この際、リンク機構1Aのカメラ4Aが搭載される先端部3aの向きを変化させるか、または／および、リンク機構1Bのカメラ4Bが搭載される先端部3bの向きを変化させても、先端部3a、3bに搭載される２つのカメラ4A、4Bの撮像素子4as、4bsの間の距離ｓ２は変化しないため、対象物Obまでの距離を計算する際の計算量を減ずることができる。図７（b）では、2つのリンク機構1Ａ、１Ｂにカメラ4A、4Bをそれぞれ搭載したステレオカメラシステムCsを、車両に搭載した例を示している。
At this time, even if the direction of the
これにより、自動ブレーキ機構、自動運転等において、対象物Obまで距離を計算する際の計算量が減ぜられる。従って、ステレオカメラシステムCsのハードウェア資源が削減され、システムの簡素化を図ることができる。 This reduces the amount of calculation when calculating the distance to the object Ob in an automatic brake mechanism, automatic driving, or the like. Therefore, the hardware resources of the stereo camera system Cs are reduced, and the system can be simplified.
＜＜実施形態２＞＞
図８は、本発明に係る実施形態２のリンク機構の全体斜視図である。図９(a)、(b)は、実施形態２のリンク機構の動作を表す斜視図である。
実施形態１のリンク機構１では、先端部３にZ方向上向きに視野を持つカメラ４を備えた例を説明した。
実施形態２のリンク機構２１は、Z方向下向きに視野を持つカメラ５を先端部３に備えている。つまり、カメラ５はZ方向下向きのレンズ５ｒを有している。
<<
FIG. 8 is an overall perspective view of the link mechanism according to the second embodiment of the present invention. 9A and 9B are perspective views illustrating the operation of the link mechanism of the second embodiment.
In the
The
そして、リンク機構２１は、中心点Oに観察対象７が位置して固定できるように観察台６を基部２に備えている。観察台６は、通常、観察対象７における観察対象部７oが中心点Oとなるべく一致できるように、Z方向に昇降可能なテーブルとして構成するのが望ましい。
The
この構成とすることで、図９(a)、(b)に示すように、カメラ５と中心点Oに位置する観察対象７の観察対象部７oとの距離が変化しないため、連続撮像で高精細に観察対象７のデータ（情報）を取得可能となる。先端部３側に取り付けられる撮像素子の焦点距離が変わらないため、カメラ５でいろんな方向から観察対象７を見ても焦点距離が変わらない。カメラ５を動かしても、焦点合わせを行うことなく、撮像できる。
With this configuration, as shown in FIGS. 9A and 9B, the distance between the
また、リンク機構２１を稼働させることで、観察対象７の観察対象部７oをカメラ５で観察台６の方向を除くいろんな方向から撮像することができる。
加えて、カメラ５の重量を３つのアクチュエータ10A、10B、10Cで受け持てるので、アクチュエータ10A、10B、10Cを小さくできる。静力学的には、カメラ５の重量を３分割してアクチュエータ10A、10B、10Cで受け持てる。
そして、リンク機構２１に搭載したカメラ５をいろんな所に動かしても位置ずれがない。
In addition, by operating the
In addition, since the weight of the
And even if the
＜＜実施形態３＞＞
図１０は、本発明に係る実施形態３のリンク機構の全体斜視図である。
実施形態３のリンク機構３１は、基部２と、基部２の外縁部を略３分割する位置にそれぞれ駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとを備えている。
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの出力軸の回転軸10A1、10B1、10C1は中心点Oを通るように構成されている。
<< Embodiment 3 >>
FIG. 10 is an overall perspective view of the link mechanism according to the third embodiment of the present invention.
The
The rotation shafts 10A1, 10B1, and 10C1 of the output shafts of the
駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの回転出力部である回転軸10A1、10B1、10C1には、それぞれ第１リンク11A、11B、11Cが固定されている。
第１リンク11A、11B、11Cのそれぞれの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cとの接続部の長手方向反対側に位置する他方側の端部の回転軸11A1、11B1、11C1には、第２リンク12A、12B、12Cがそれぞれ回転可能に備えられている。
The
第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとを接続する回転軸11A1、11B1、11C1は、中心点Oを通る構成である。第１リンク11A、11B、11Cと第２リンク12A、12B、12Cとは折り返すように構成されている。そして、第２リンク12A、12B、12Cにおける第１リンク11A、11B、11Cとの接続部の回転軸11A1、11B1、11C1に対して反対側に位置する長手方向の他方側の端部には、先端部３が回転可能に接続されている。
The rotation shafts 11A1, 11B1, and 11C1 that connect the
先端部３は、その外縁部を略３分割する位置にそれぞれ回転可能な接続部の回転軸12A1、12B1、12C1を備えている。先端部３の回転軸12A1、12B1、12C1には、それぞれ第２リンク12A、12B、12Cが回転可能に接続されている。回転軸12A1、12B1、12C1は、中心点Oを通るように構成されている。
The distal end portion 3 includes rotation shafts 12A1, 12B1, and 12C1 that are rotatable connection portions at positions that divide the outer edge portion into approximately three parts.
ところで、実施形態１の先端部３は中心点Oを基準に基部2の反対側（略逆側）に配置していたが、実施形態３では基部２と同じ側に配置している。先端部３には、ハンドを成す指20Aと指20Bを備えている。指20Aおよび指20Bの長さおよび位置は、中心点O付近で物体を把持可能なように決定されている。先端部３の内部に指20Aおよび指20Bを開閉（把持および開放）駆動するアクチュエータを備えている。そして、制御装置11（図４参照）からの指令により指20Aと指20Bとが開閉駆動される。
By the way, although the front-end | tip part 3 of
図１１(a)、(b)は本発明に係る実施形態３のリンク機構をハンドとして実際に適用する場合を表す図である。
実施形態３のリンク機構をハンド（指20Aと指20B）として実際に使用する場合、図１０でZ方向上向きとしたハンド（指20Aおよび指20B）の向きを下向きにして、主に物体8の把持に用いる。図１１(a)、(b)に示すように、リンク機構３１に搭載したハンド（指20Aと指20B）を用いると、どのような姿勢に先端部３を駆動してもハンド（指20Aと指20B）の把持中心は常に同じ座標にあるため、物体８の把持やつかみ変え等のハンド動作が簡易に行える。
また、物体８をハンド（指20Aおよび指20B）でいろいろな方向から把持できる。物体８をハンド（指20Aおよび指20B）でいろんな所に動かしても位置がずれない。
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing a case where the link mechanism according to the third embodiment of the present invention is actually applied as a hand.
When the link mechanism of the third embodiment is actually used as a hand (finger 20A and finger 20B), the direction of the hand (finger 20A and finger 20B) that is upward in the Z direction in FIG. Used for gripping. As shown in FIGS. 11A and 11B, when the hand (finger 20A and finger 20B) mounted on the
In addition, the
また、駆動アクチュエータ10A,10B,10Cにコンプライアンス（変位）を持たせ、外力に対しハンド（指20Aと指20B）が倣い動作（外力に従って移動して把持動作）を行えるような構成であっても、ハンドの把持中心座標は常に同じ座標にあることから、簡易に把持動作を行うことができる。
Even if the
また、ハンドの指20Aや指20Bに比較的大きな荷重がかかった場合でも、先端部３は基部２に対して3組のリンクの第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12Cとで支持しているため荷重が分散され、変位を起こしづらい。
Further, even when a relatively large load is applied to the finger 20A or the finger 20B of the hand, the distal end portion 3 has three pairs of first and
また、3組のリンク（第１・第２リンク11A、12Aと第１・第２リンク11B、12Bと第１・第２リンク11C、12C）の根元の位置が、先端部３の外縁部を３分割する位置に比較的離れて配置されている。そのため、ハンドから大きなモーメント荷重が先端部３に加わった場合であっても、荷重が３組のリンクに分散され１箇所に加わる荷重が低減されるため、変形等が起こりづらい。つまり、３組のリンクにて分散して荷重を支えるので大きな荷重を許容できる。
The base position of the three sets of links (first and
さらに、先端部３の姿勢を3つの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cによって支えるため、それぞれの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cの負荷を減らすことが可能である。
また、3つの駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを備えるので、先端部３の出力を大きくすることも比較的簡易に実現できる。
Furthermore, since the posture of the distal end portion 3 is supported by the three
Further, since the three
なお、実施形態３では、ハンドである指20Aおよび指20Bを先端部３に設けた場合を説明したが、ハンドの指20Aおよび指20Bを基部２に設けてもよい。
また、先端部３と基部２の両者にハンドの指20Aおよび指20Bを設ける構成としてもよい。
In the third embodiment, the case where the fingers 20A and fingers 20B, which are hands, are provided at the distal end portion 3, has been described, but the fingers 20A and fingers 20B of the hand may be provided at the
Moreover, it is good also as a structure which provides the finger | toe 20A and the finger | toe 20B of a hand in both the front-end | tip part 3 and the
＜＜その他の実施形態＞＞
１．その他のリンク機構1の適用例として、図１２に示すように、リンク機構1の先端部３に、腹腔鏡ｆを搭載して、腹腔鏡手術に用いることができる。なお、図１２は、リンク機構を腹腔鏡に適用した例を示す模式的斜視図である。
この際、リンク機構1は患者Ｐを取り囲む形状とされる。患者Ｐの体表面Ｐ１に中心点Oを配置して、リンク機構1の先端部３に固定した腹腔鏡ｆを患者Ｐの体表面Ｐ１にある中心点Oを通るようにする。これにより、腹腔鏡ｆを中心点Oを中心に患者Ｐの体内のあらゆる方向に向けることができる。
<< Other Embodiments >>
1. As another application example of the
At this time, the
この構成によれば、腹腔鏡手術に際して患者Ｐの体表面Ｐ１を開腹する大きさを小さくすることができる。また、リンク機構1を用いて、患者Ｐの体表面Ｐ１にある中心点Oを中心に患者Ｐの体内のあらゆる方向に、先端部３に固定した腹腔鏡ｆを向けることができる。
According to this configuration, the size of opening the body surface P1 of the patient P during laparoscopic surgery can be reduced. Moreover, the laparoscope f fixed to the front-end | tip part 3 can be pointed in all directions in the patient's P body centering | focusing on the center point O in the patient's P body surface P1 using the
２．その他のリンク機構1の適用例として、リンク機構1の先端部３に、歯を削るための金属棒を搭載して、虫歯の患者の治療に用いることができる。この場合も、リンク機構1は患者の頭部を取り囲む大きさとされる。そして、中心点Oが患者の虫歯の位置になるようにして、エアータービンで金属棒を回転させて、中心点Oにある虫歯を削ることができる。
2. As another application example of the
３．その他のリンク機構1の適用例として、ロボットの関節、ロボットハンド、複数のカメラでいろんな方向から見て画像を重ねて３次元形状にマッピングするカメラシステム等その他に用いることができる。
3. As other application examples of the
４．前記実施形態では、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを基部２に設けた場合を例示したが、リンク機構１が駆動できれば、基部２以外の箇所に回転軸11A1、11B1、11C1、12A1、12B1、12C1を駆動する駆動アクチュエータを設けてもよい。
4). In the embodiment, the case where the
５．回転軸10A1、10B1、10C1、11A1、11B1、11C1、12A1、12B1、12C1周りには、玉軸受等が用いられる。また、荷重が大きい場合にはクロスローラベアリングを用いるとよい。これにより、リンク機構1、２１、３１の円滑な動作を得ることができる。
なお、リンク機構1、２１、３１の円滑な動作が得られれば、その他の軸受を用いてもよい。
5. Ball bearings or the like are used around the rotary shafts 10A1, 10B1, 10C1, 11A1, 11B1, 11C1, 12A1, 12B1, and 12C1. Further, when the load is large, a cross roller bearing may be used. Thereby, the smooth operation of the
Other bearings may be used as long as the smooth operation of the
６．なお、前記実施形態では、駆動アクチュエータ10A、10B、10Cを使用した場合を例示したが、駆動アクチュエータを用いない構成としてもよい。
6). In the above-described embodiment, the case where the
７．前記実施形態等で説明した構成は、本発明の一例を示したものであり、本願の特許請求の範囲内で様々な具体的な形態、変形形態が可能である。 7). The configurations described in the above embodiments and the like are examples of the present invention, and various specific forms and modifications are possible within the scope of the claims of the present application.
１、２１、３１ リンク機構
２ 基部（基部材）
３ 先端部（先端部材）
4、4a、4b カメラ（撮像手段）
4s、4as、4bs 撮像素子
10A、10B、10C 駆動アクチュエータ（アクチュエータ）
10A1、10B1、10C1 回転軸（第１の回転軸）
11A、11B、11C 第１リンク（リンク、一組のリンク）
11A1、11B1、11C1 回転軸（第３の回転軸）
12A、12B、12C 第２リンク（リンク、一組のリンク）
12A1、12B1、12C1 回転軸（第２の回転軸）
2O 基部の中心（基部材の中心）
20A、20B 指（物体把持手段）
3O 先端部の中心（先端部材の中心）
O 中心点（一点）
1, 21, 31
3 Tip (tip member)
4, 4a, 4b camera (imaging means)
4s, 4as, 4bs image sensor
10A, 10B, 10C Drive actuator (actuator)
10A1, 10B1, 10C1 Rotary shaft (first rotary shaft)
11A, 11B, 11C 1st link (link, set of links)
11A1, 11B1, 11C1 rotation axis (third rotation axis)
12A, 12B, 12C Second link (link, a set of links)
12A1, 12B1, 12C1 Rotary axis (second rotary axis)
2O center of base (center of base member)
20A, 20B fingers (object gripping means)
3O Center of tip (center of tip member)
O Center point (one point)
Claims (9)
先端部材と、
複数のリンクと、
複数の回転軸とを備え、
前記基部材と前記先端部材と前記リンクとのうちの何れか２つは、それぞれ前記回転軸を介して互いに回転自在に接続され、
前記複数の回転軸は、空間上の一点を通る配置とされ、
前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、前記基部材と前記先端部材とが接続される一組の前記リンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、前記一組のリンクを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度であり、
前記基部材と前記先端部材とは、前記一点を中心とする球状の軌跡を描いて移動する
ことを特徴とするリンク機構。 A base member;
A tip member;
Multiple links,
A plurality of rotating shafts,
Any two of the base member, the tip member, and the link are rotatably connected to each other via the rotation shaft,
The plurality of rotation axes are arranged to pass through one point in space,
When the center of the base member, the center of the tip member, and the set of links to which the base member and the tip member are connected are arranged in a single plane, the center of the base member and the tip member The center of the angle is an angle in which the angle around one point on the space on the side through the set of links exceeds 180 degrees,
The link mechanism, wherein the base member and the tip member move while drawing a spherical locus centered on the one point.
３つの第３の回転軸が設けられる先端部材と、
前記基部材に前記３つの第１の回転軸を介してそれぞれ一方側が回転自在に接続される３つの第１のリンクと、
前記先端部材に前記３つの第３の回転軸を介してそれぞれ一方側が回転自在に接続される３つの第２のリンクと、
前記３つの第１のリンクのそれぞれの他方側と、前記３つの第２のリンクのそれぞれの他方側とが互いに回転自在に接続される３つの第２の回転軸とを備え、
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸と前記第３の回転軸とは、それぞれ空間上の一点を通る配置とされ、
前記基部材の中心と、前記先端部材の中心と、互いに接続される一組の前記第１のリンクと前記第２のリンクとを一平面状に配置した場合、前記基部材の中心と前記先端部材の中心とは、当該一組の前記第１のリンクと前記第２のリンクとを介した側の前記空間上の一点周りの角度が１８０度を超える角度である
ことを特徴とするリンク機構。 A base member provided with three first rotating shafts;
A tip member provided with three third rotation shafts;
Three first links, each of which is rotatably connected to the base member via the three first rotation shafts;
Three second links, each of which is rotatably connected to the tip member via the three third rotation shafts,
Three second rotation shafts, each of which is connected to the other side of each of the three first links and the other side of each of the three second links so as to be rotatable,
The first rotating shaft, the second rotating shaft, and the third rotating shaft are each arranged to pass through one point in space,
When the center of the base member, the center of the tip member, and the pair of the first link and the second link connected to each other are arranged in a single plane, the center of the base member and the tip The center of the member is an angle in which an angle around one point on the space on the side through the pair of the first link and the second link exceeds 180 degrees. .
前記基部材の外縁部を略三等分して互いに間隔をおいて配置され、第１の回転軸が空間上の１点で交わるように備えられる３つのアクチュエータと、
前記３つのアクチュエータにそれぞれ取り付けられる３つの第１のリンクと、
前記３つの第１のリンクの前記アクチュエータとの接続部のそれぞれ反対側にそれぞれ回転自在であって前記空間上の１点を通るように配置される３つの第３の回転軸と、
前記第３の回転軸を介して、前記３つの第１のリンクにそれぞれ回転自在に備えられる３つの第２のリンクと、
外縁部を略３等分した位置に前記第２のリンクにおける前記第1のリンクが接続される反対側の端部が回転自在に取り付けられる第２の回転軸が設けられ、前記第２の回転軸は前記空間上の１点を通るように配置される先端部材とを備える
ことを特徴とするリンク機構。 A base member;
Three actuators arranged such that the outer edge portion of the base member is substantially divided into three equal parts and spaced from each other, and the first rotation axis intersects at one point in space;
Three first links respectively attached to the three actuators;
Three third rotation shafts that are respectively rotatable on the opposite sides of the connection portions of the three first links with the actuator and that pass through one point on the space;
Three second links rotatably provided on the three first links via the third rotation shaft;
A second rotating shaft to which an end of the second link on the opposite side to which the first link is connected is rotatably attached at a position obtained by dividing the outer edge portion into approximately three equal parts, and the second rotation The shaft includes a tip member disposed so as to pass through one point on the space.
前記基部材と、前記先端部材とは、前記空間上の１点に対して略逆方向に配置される
ことを特徴としたリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
The link mechanism, wherein the base member and the tip member are disposed in a substantially opposite direction with respect to one point on the space.
前記基部材と、前記先端部材とは、前記空間上の1点に対して略同方向に配置される
ことを特徴とするリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
The link mechanism, wherein the base member and the tip member are arranged in substantially the same direction with respect to one point on the space.
前記先端部材に前記空間上の１点とは逆の方向を向いて撮像する撮像手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
A link mechanism, comprising: an imaging unit that images the tip member in a direction opposite to a point on the space.
前記先端部材に前記空間上の１点とは逆の方向を向いて撮像する撮像手段を備え、
前記撮像手段の撮像素子と前記空間上の１点の位置とが一致するように配置されている
ことを特徴とするリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
The tip member includes an imaging unit that images in a direction opposite to one point on the space,
The link mechanism, wherein the image pickup device of the image pickup means and the position of one point on the space coincide with each other.
前記先端部材に前記空間上の１点の方向を向いて撮像する撮像手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
A link mechanism comprising: imaging means for imaging the tip member in a direction of one point on the space.
前記先端部材または前記基部材に前記空間上の１点付近を把持中心とするような物体把持手段を備える
ことを特徴とするリンク機構。 The link mechanism according to claim 3,
An object gripping means having a gripping center near one point in the space is provided on the tip member or the base member.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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