JP5216458B2 - Parallel link mechanism and manipulator with parallel link mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、パラレルリンク機構、およびパラレルリンク機構を備えたマニピュレータに関する。 The present invention relates to a parallel link mechanism and a manipulator including the parallel link mechanism.
従来から、シリアルリンク構造のマニピュレータが知られている。しかし、シリアルリンク構造のマニピュレータでは、人の腕に類似したマニピュレータを構成しようとすると、自由度が増すごとに剛性が低下するという問題がある。一方、リンクを並列に接続して構成するパラレルリンク機構は、複数の自由度を同時に実現するため、自由度ごとにリンクを直列につなぐものと比較して、剛性を高めることが可能である。 Conventionally, a manipulator having a serial link structure is known. However, in a manipulator having a serial link structure, there is a problem that, when an attempt is made to construct a manipulator similar to a human arm, the rigidity decreases as the degree of freedom increases. On the other hand, since a parallel link mechanism configured by connecting links in parallel realizes a plurality of degrees of freedom at the same time, the rigidity can be increased as compared with a structure in which links are connected in series for each degree of freedom.
パラレルリンク機構として、空間6自由度を有するパラレルリンク機構が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。しかし、6自由度を有するパラレルリンク機構では、人の前腕もしくは上腕に類似した4自由度の動作を行う際には、自由度が冗長となる。そのため、無駄な自由度の分だけ、アクチュエータやリンクなどが無駄に増加することになる。したがって、大重量化や構成の複雑化を招くことになる。また、制御が複雑になるといった課題もある。
As a parallel link mechanism, a parallel link mechanism having six degrees of freedom in space is known (for example, see
一方、空間4自由度を有するパラレルリンク機構も知られている(下記特許文献2参照)。特許文献2に開示されたパラレルリンク機構では、ベースプレートとエンドイフェクタとの間に、4本の直動アクチュエータがそれぞれ関節を介して連結されている。各直動アクチュエータの両端部の関節における自由度の和は、5自由度以上となっている。また、ベースプレートとエンドイフェクタとの間に、1本の拘束リンクが関節を介して連結されている。この拘束リンクの両端部の各関節における自由度の和は、4自由度以上となっている。そして、上記4本の直動アクチュエータは、拘束リンクの関節を通るz軸まわりにねじったように配置されている。これにより、xyz軸直交座標系におけるx、y、zの各軸まわりの角変位が可能となる。
上述のように、特許文献2に開示された空間4自由度を有するパラレルリンク機構では、ベースプレートとエンドイフェクタとの間に1本の拘束リンクを設け、4本の直動アクチュエータをz軸まわりに同一回転方向にねじったように配置することにより、変位不能となるいわゆる特異姿勢を回避し、角変位を可能にしている。しかし、上記パラレルリンク機構では、拘束リンクに軸方向以外の力、すなわち曲げモーメントが発生する。そのため、拘束リンクに軸方向以外の力が働かない場合に比べて、ベースプレートとエンドイフェクタとの間の剛性が低くなる。特に、ベースプレートとエンドイフェクタとの距離、つまりは拘束リンクの長さが比較的長い場合には、剛性の低下がより顕著になる。また、上記パラレルリンク機構では、4本のアクチュエータの配置を、例えば拘束リンクを中心とした正方形上に配置してしまうと、z軸まわりに同一回転方向にねじったとしても、基準姿勢で特異点となってしまう。
As described above, in the parallel link mechanism having four degrees of freedom in the space disclosed in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空間4自由度を有するパラレルリンク機構を備えたマニピュレータにおいて、リンクに生じる曲げモーメントに起因する剛性の低下を抑制することにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to suppress a decrease in rigidity caused by a bending moment generated in a link in a manipulator having a parallel link mechanism having four degrees of freedom in space. There is to do.
本発明に係るパラレルリンク機構は、図9に一例を示すように、第1の部材と、前記第1の部材から離間した第2の部材と、一端が2自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材の第1〜第4の位置にそれぞれ連結され、他端が2自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の第5〜第8の位置にそれぞれ連結され、前記一端および前記他端の合計で5自由度の回転が可能であり、伸縮用のアクチュエータを有する伸縮自在な第1〜第4の可動リンクと、一端が1自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材の第9の位置に連結され、他端が3自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の第10の位置に連結された、伸縮不能な第1の固定リンクと、一端が1自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材における前記第9の位置と異なる位置である第11の位置に連結され、他端が3自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の前記第10の位置に連結された、伸縮不能な第2の固定リンクと、からなるものである。 As shown in FIG. 9, the parallel link mechanism according to the present invention includes a first member, a second member spaced from the first member, and a joint whose one end can rotate with two or more degrees of freedom. Are connected to the first to fourth positions of the first member, respectively, and the other ends are connected to the fifth to eighth positions of the second member via joints capable of rotating with two or more degrees of freedom. Each of the one end and the other end can be rotated in a total of 5 degrees of freedom, and can be expanded and contracted by first to fourth movable links having expansion and contraction actuators, and one end having one or more degrees of freedom. It is connected to the ninth position of the first member via a rotatable joint, and the other end is connected to the tenth position of the second member via a joint capable of rotation with three or more degrees of freedom. The first fixed link that is not stretchable and a joint that is capable of rotating at one end with more than one degree of freedom. The tenth of the second member is connected to an eleventh position, which is different from the ninth position of the first member, and the other end is capable of rotating with more than three degrees of freedom. And a second fixed link that is not stretchable.
本発明に係るマニピュレータは、前記パラレルリンク機構を備えたものである。 A manipulator according to the present invention includes the parallel link mechanism.
上記マニピュレータによれば、固定リンクを含む各リンクに軸方向以外の力が作用しない。そのため、各リンクに曲げモーメントが発生しない(なお、曲げモーメントが発生しない理由については、後ほど詳述する)。したがって、空間4自由度を有するパラレルリンク機構において、ベースプレートとエンドイフェクタとの間の剛性を向上させることができる。よって、剛性の高いマニピュレータを実現することができる。 According to the manipulator, a force other than the axial direction does not act on each link including the fixed link. Therefore, no bending moment is generated in each link (the reason why the bending moment does not occur will be described in detail later). Accordingly, in the parallel link mechanism having four degrees of freedom in space, the rigidity between the base plate and the end effector can be improved. Therefore, a highly rigid manipulator can be realized.
前記マニピュレータは、上腕部と、前記上腕部に連結された前腕部とを備え、前記前腕部が前記パラレルリンク機構によって構成されているものであってもよい。 The manipulator may include an upper arm part and a forearm part connected to the upper arm part, and the forearm part may be constituted by the parallel link mechanism.
このことにより、手首の3自由度と肘の1自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。 This makes it possible to obtain a manipulator similar to a human arm that realizes three degrees of freedom of the wrist and one degree of freedom of the elbow.
前記マニピュレータは、上腕部と、前記上腕部に連結された前腕部とを備え、前記上腕部が前記パラレルリンク機構によって構成されているものであってもよい。 The manipulator may include an upper arm portion and a forearm portion connected to the upper arm portion, and the upper arm portion may be configured by the parallel link mechanism.
このことにより、肩の3自由度と肘の1自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。 This makes it possible to obtain a manipulator similar to a human arm that realizes three degrees of freedom of the shoulder and one degree of freedom of the elbow.
前記マニピュレータは、上腕部と、前記上腕部に連結された前腕部とを備え、前記上腕部および前記前腕部が、それぞれ前記パラレルリンク機構によって構成されているものであってもよい。 The manipulator may include an upper arm part and a forearm part connected to the upper arm part, and the upper arm part and the forearm part may each be constituted by the parallel link mechanism.
このことにより、肩の3自由度と手首の3自由度と肘の2自由度とからなる8自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。 This makes it possible to obtain a manipulator similar to a human arm that achieves eight degrees of freedom comprising three degrees of freedom of the shoulder, three degrees of freedom of the wrist and two degrees of freedom of the elbow.
なお、前記アクチュエータは、流体圧で駆動されるアクチュエータであってもよい。また、前記アクチュエータは、モータとボールねじとを有するアクチュエータであってもよい。また、前記アクチュエータは、モータとラックアンドピニオン機構を有するアクチュエータや、モータとベルトを有するアクチュエータなど、直線運動が可能なアクチュエータであればどのようなものでもよい。 The actuator may be an actuator driven by fluid pressure. The actuator may be an actuator having a motor and a ball screw. The actuator may be any actuator capable of linear motion, such as an actuator having a motor and a rack and pinion mechanism, or an actuator having a motor and a belt.
前記マニピュレータにおいて、前記第1の部材の前記第9の位置と前記第11の位置とを結ぶ直線から、前記第2の部材の前記第10の位置へ下ろした垂線が、前記第1の部材および前記第2の部材とそれぞれ直交するときの姿勢を基準姿勢としたとき、この基準姿勢において、前記第2の部材の前記第5の位置と前記第7の位置とを結ぶ直線と、前記第6の位置と前記第8の位置とを結ぶ直線の交点を通り、第2の部材と直交する軸に関して、前記第1の可動リンクおよび前記第3の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが正および負のいずれか一方の値で、前記第2の可動リンクおよび前記第4の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが他方の値となるように、第1〜第4の可動リンクが配置されていることが好ましい(図10参照)。 In the manipulator, a perpendicular extending from the straight line connecting the ninth position and the eleventh position of the first member to the tenth position of the second member is the first member and When a posture when orthogonal to each of the second members is set as a reference posture, a straight line connecting the fifth position and the seventh position of the second member in the reference posture, and the sixth The moment generated by the extension of the first movable link and the third movable link is positive and negative with respect to an axis that passes through the intersection of the straight line connecting the position of the first position and the eighth position and is orthogonal to the second member. The first to fourth movable links are arranged so that the moment generated by the extension of the second movable link and the fourth movable link becomes the other value at any one of the values. Is preferred See Figure 10).
このような配置により、基準姿勢を中心として、できるだけ広い領域で特異姿勢とならないようにすることができる。 With such an arrangement, it is possible to prevent a specific posture from being as wide as possible around the reference posture.
本発明によれば、空間4自由度を有するパラレルリンク機構を備えたマニピュレータにおいて、リンクに生じる曲げモーメントに起因する剛性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in a manipulator including a parallel link mechanism having four degrees of freedom in space, it is possible to suppress a decrease in rigidity due to a bending moment generated in the link.
(パラレルリンク機構)
図1に示すように、本実施形態に係るパラレルリンク機構1は、ベースプレート2と、ベースプレート2から離間したエンドプレート3とを備えている。ベースプレート2とエンドプレート3とは、第1可動リンク11と、第2可動リンク12と、第3可動リンク13と、第4可動リンク14と、第1固定リンク21と、第2固定リンク22とを介して連結されている。
(Parallel link mechanism)
As shown in FIG. 1, the
第1可動リンク11の一端11aは、2自由度以上の回転が可能な関節31を介してベースプレート2に連結されている。第1可動リンク11の他端11bは、2自由度以上の回転が可能な関節32を介してエンドプレート3に連結されている。なお、第1可動リンク11は、一端11aおよび他端11bの合計で5自由度の回転が可能になっている。第1可動リンク11は、伸縮駆動用のアクチュエータ10を備えており、軸方向に伸縮自在である。なお、アクチュエータ10の種類は特に限定されないが、例えば、エアシリンダ、水圧シリンダ、および油圧シリンダ等の流体圧シリンダを好適に用いることができる。また、アクチュエータ10として、モータとボールねじとを有するアクチュエータを用いてもよい。
One
第2可動リンク12、第3可動リンク13、および第4可動リンク14は、第1可動リンク11と同様の構成を有している。また、第2可動リンク12、第3可動リンク13、および第4可動リンク14のベースプレート2およびエンドプレート3に対する連結態様についても、第1可動リンク11と同様である。そのため、第2可動リンク12、第3可動リンク13、および第4可動リンク14の説明は省略する。
The second
第1固定リンク21および第2固定リンク22は、伸縮不能なリンクである。第1固定リンク21の一端21aおよび第2固定リンク22の一端22aは、いずれも1自由度以上の回転が可能な関節33を介してベースプレート2に連結されている。なお、第1固定リンク21の一端21aと、第2固定リンク22の一端22aとは、ベースプレート2の異なる位置に連結されている。第1固定リンク21の他端21bと第2固定リンク22の他端22bとは、3自由度以上の回転が可能な関節34を介してエンドプレート3に連結されている。第1固定リンク21の他端21bと第2固定リンク22の他端22bとは、同一の関節34に接続されている。そのため、エンドプレート3に対する第1固定リンク21の他端21bの連結位置と、エンドプレート3に対する第2固定リンク22の他端22bの連結位置とは、同一の位置となっている。
The first fixed
本実施形態では、基準姿勢で、前記第2の部材の前記第5の位置と前記第7の位置とを結ぶ直線と、前記第6の位置と前記第8の位置とを結ぶ直線の交点を通り、第2の部材と直交する軸に関して、前記第1の可動リンクおよび前記第3の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが正または負のいずれか一方の値で、前記第2の可動リンクおよび第4の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが他方の値となるように、第1〜第4の可動リンクが配置されている。ただし、第1〜第4の可動リンクは、他の態様で配置されていてもよい。 In this embodiment, an intersection of a straight line connecting the fifth position and the seventh position of the second member and a straight line connecting the sixth position and the eighth position in the reference posture is set. As described above, with respect to an axis orthogonal to the second member, the moment generated by the extension of the first movable link and the third movable link is a positive or negative value, and the second movable link and The first to fourth movable links are arranged so that the moment generated by the extension of the fourth movable link becomes the other value. However, the first to fourth movable links may be arranged in other manners.
本実施形態では、上記配置により、基準姿勢を中心として、できるだけ広い領域で特異姿勢とならないようにすることができる。 In the present embodiment, with the above arrangement, it is possible to prevent a specific posture from being as wide as possible around the reference posture.
4自由度の回転と可動リンクの変位に関するヤコビ行列が正則でないとき特異姿勢となるが、行列が正則でないことと、その行列式が0となることは等価であるので、ヤコビ行列の行列式を調べることで、どの姿勢のときに特異となるかを調べたデータを以下に示す。 When the Jacobian matrix related to the rotation of 4 degrees of freedom and the displacement of the movable link is not regular, it becomes a singular posture, but it is equivalent that the matrix is not regular and its determinant is 0. The following shows the data for examining which posture is unique by checking.
図11および図12における点線で示した姿勢が、行列式が0となる姿勢であり、特異姿勢である。図11、図12は、前記特許文献1に開示されたリンク配置、本実施形態に係るリンク配置のヤコビ行列の行列式をそれぞれ表している。図11および図12では、基準姿勢を中心に、第2部材の第10の位置を通り第2部材と平行な2つの軸回りにθx、θyを振ったときのヤコビ行列の行列式を等高線として表している。
The posture shown by the dotted line in FIGS. 11 and 12 is a posture where the determinant is 0, which is a unique posture. 11 and 12 show determinants of the Jacobian matrix of the link arrangement disclosed in
(各リンクに曲げモーメントが発生しない理由)
ここで、図13〜図15を参照しながら、本実施形態に係るパラレルリンク機構の構成によって、各リンクに曲げモーメントが発生しないメカニズムを説明する。
(Reason why no bending moment is generated in each link)
Here, with reference to FIGS. 13 to 15, a mechanism in which a bending moment is not generated in each link by the configuration of the parallel link mechanism according to the present embodiment will be described.
図13(a)および(b)は、「第2の部材側で3自由度の回転、第1の部材側で1自由度の回転」を実現する機構であり、図13(a)は従来のリンク機構、図13(b)は本実施形態に係るリンク機構を模式的に表している。 FIGS. 13A and 13B show a mechanism that realizes “rotation with 3 degrees of freedom on the second member side and rotation with 1 degree of freedom on the first member side”. FIG. FIG. 13B schematically shows the link mechanism according to this embodiment.
ここで、それぞれ固定リンクについて着目してみると、固定リンクと第1の部材の間の関節は、上記従来のリンク機構では1自由度、本実施形態に係るリンク機構では3自由度の回転関節であり、拘束力によって第1の部材から固定リンクに加えられる力とモーメントはそれぞれ、
従来のリンク機構:X軸方向の力/Y軸方向の力/Z軸方向の力/
Y軸回りのモーメント/Z軸回りのモーメント
本実施形態のリンク機構:X軸方向の力/Y軸方向の力/Z軸方向の力(固定リンク1、2それぞれに)
となる。
Here, when attention is paid to each of the fixed links, the joint between the fixed link and the first member is a rotary joint having one degree of freedom in the conventional link mechanism and three degrees of freedom in the link mechanism according to the present embodiment. The force and moment applied to the fixed link from the first member by the restraining force are respectively
Conventional link mechanism: X-axis direction force / Y-axis direction force / Z-axis direction force /
Moment about Y axis / Moment about Z axis Link mechanism of this embodiment: X-axis direction force / Y-axis direction force / Z-axis direction force (for
It becomes.
ここで、第2の部材から加えられる、X軸方向の力に対して、固定リンクは釣り合うので、
以上より、従来のリンク機構では、固定リンクにせん断力F1と曲げモーメントτ1が働き、本実施形態のリンク機構では、固定リンクの軸方向の力しか働かない。なお、同様の考察より、第2の部材から加えられる、Z軸方向の力に対する釣り合いでは、従来のリンク機構、本実施形態に係るリンク機構ともに軸方向の力しか働かない。 As described above, in the conventional link mechanism, the shearing force F1 and the bending moment τ1 act on the fixed link, and in the link mechanism of the present embodiment, only the axial force of the fixed link acts. From the same consideration, in the balance with respect to the force in the Z-axis direction applied from the second member, only the axial force acts on both the conventional link mechanism and the link mechanism according to the present embodiment.
(マニピュレータ)
次に、上記パラレルリンク機構1を備えたマニピュレータの例について説明する。以下に説明するマニピュレータは、人間の腕に類似したマニピュレータであり、人間の腕と同様の動作を行う。
(manipulator)
Next, an example of a manipulator provided with the
図2に示すマニピュレータ51は、上腕部61と前腕部62とを備え、上腕部61がパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ51では、ベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が肩71に対応する。ただし、ベースプレート2とエンドプレート3とを入れ替えることも可能である。なお、符号63は、上腕部61に対する前腕部62の回転軸を表している。すなわち、符号63は、肘の回転軸に対応する。
The
図3に示すマニピュレータ52も、上腕部61と前腕部62とを備え、上腕部61がパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ52においても、ベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が肩71に対応する。ただし、ベースプレート2とエンドプレート3とは、入れ替えてもよい。このマニピュレータ52は、前記マニピュレータ51と肘の回転軸63の方向が異なっている。
The
上記マニピュレータ51,52によれば、肩71の3自由度と肘72の1自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。
According to the
図4に示すマニピュレータ53は、上腕部61と前腕部62とを備え、前腕部62がパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ53では、ベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が手首73に対応する。ただし、ベースプレート2とエンドプレート3とを入れ替えることも可能である。
The
図5に示すマニピュレータ54も、上腕部61と前腕部62とを備え、前腕部62がパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ54でも、ベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が手首73に対応する。ただし、ベースプレート2とエンドプレート3とを入れ替えることも可能である。
The
上記マニピュレータ53,54によれば、手首73の3自由度と肘72の1自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。
According to the
図6に示すマニピュレータ55は、上腕部61と前腕部62とを備え、上腕部61および前腕部62のそれぞれがパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ55では、上腕部61側のパラレルリンク機構1のベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が肩71に対応する。また、前腕部62側のパラレルリンク機構1のベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が手首73に対応する。なお、上腕部61側および前腕部62側の各パラレルリンク機構1において、ベースプレート2とエンドプレート3とを入れ替えることが可能である。
A
図7に示すマニピュレータ56も、上腕部61と前腕部62とを備え、上腕部61および前腕部62のそれぞれがパラレルリンク機構1によって構成されているものである。このマニピュレータ55においても、上腕部61側のパラレルリンク機構1のベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が肩71に対応する。また、前腕部62側のパラレルリンク機構1のベースプレート2が肘72に対応し、エンドプレート3が手首73に対応する。なお、上腕部61側および前腕部62側の各パラレルリンク機構1において、ベースプレート2とエンドプレート3とを入れ替えてもよい。このマニピュレータ56は、前記マニピュレータ55と肘の回転軸63の方向が異なっている。
The
上記マニピュレータ55,56によれば、肩71の3自由度と手首73の3自由度と肘72の2自由度とからなる8自由度を実現した人間の腕に類似したマニピュレータを得ることができる。
According to the
図8は、上腕部61に水平多関節機構65を用い、前腕部62にパラレルリンク機構1を用いたマニピュレータ57を示している。すなわち、マニピュレータ57では、より大きな負荷がかかる上腕部61に対しては、機構的に重力方向の力に耐えやすい水平多関節機構65を採用している。このマニピュレータ57によれば、水平面内の移動は主に上腕部61で行い、鉛直方向の持ち上げや手首の回転はパラレルリンク機構1によって実現する。これにより、肘までの構造部材およびパラレルリンク機構1のアクチュエータの自重の一部は、水平多関節機構65によって支持されるので、上腕部61のアクチュエータ(図示せず)の必要推力は少なくて済む。また、前腕部62についても、ハンド部分66と把持物体(図示せず)の重量程度の負荷に耐えればよいので、パラレルリンク機構1のアクチュエータの必要推力を比較的小さく抑えることができる。
FIG. 8 shows a
(実施形態の効果)
以上のように、本実施形態によれば、パラレルリンク機構1のベースプレート2側とエンドプレート3側とで、1自由度と3自由度、もしくは3自由度と1自由度といった合計4自由度を実現することができるので、肘と手首に対応する機構や、肩と肘に対応する機構を得ることができる。したがって、人の腕に類似したマニピュレータを実現することができる。
(Effect of embodiment)
As described above, according to the present embodiment, a total of four degrees of freedom, such as one degree of freedom and three degrees of freedom, or three degrees of freedom and one degree of freedom, are provided between the
また、本実施形態によれば、パラレルリンク機構1の各リンク11,12,13,14,21,22に軸方向以外の力が発生しない。そのため、各リンク11,12,13,14,21,22に曲げモーメントが発生しないので、ベースプレート2とエンドプレート3との間の剛性を高めることができる。したがって、強度の大きなマニピュレータを実現することができる。なお、各リンク11,12,13,14,21,22の長さが長くなるほど、この効果は顕著なものとなる。
Further, according to the present embodiment, no force other than the axial direction is generated in each
また、本実施形態によれば、回転アクチュエータではなく、直動アクチュエータ10によって、人の腕に類似したマニピュレータを構成することができる。
Further, according to the present embodiment, a manipulator similar to a human arm can be configured by the
本実施形態によれば、シリアルリンク機構を用いたマニピュレータよりも、高い剛性を得ることができる。 According to this embodiment, higher rigidity can be obtained than a manipulator using a serial link mechanism.
また、アクチュエータ10を並列に並べるので、アクチュエータ10の自重をより根元側で受け止めることができ、先端側の慣性を小さく抑えることができる。
Further, since the
6自由度のパラレルリンク機構によって人の前腕もしくは上腕に類似したマニピュレータを構成する場合と比べて、より少ない数のアクチュエータ10でマニピュレータを構成することができるので、コストを抑えることができる。また、前腕で4自由度、上腕で2自由度といったように、腕全体で6自由度となるように構成することができるので、パワーアシストマニピュレータとして本発明のマニピュレータを使う場合、空間6自由度の力センサを付けたハンドルを握ってマニピュレータの6自由度すべての動きを操作できる。このことにより、スーツのような操作インターフェースを身につけたり、操作者の腕を操作インターフェースに縛り付け固定したりすることで、マニピュレータの7自由度以上の冗長自由度を操作しなくてよいため、操作者の安全性が確保しやすくなる。
Compared to a case where a manipulator similar to a human forearm or upper arm is configured by a 6-degree-of-freedom parallel link mechanism, the manipulator can be configured with a smaller number of
以上のように、本発明は、パラレルリンク機構を備えたマニピュレータについて有用である。 As described above, the present invention is useful for a manipulator having a parallel link mechanism.
1 パラレルリンク機構
2 ベースプレート(第1の部材)
3 エンドプレート(第2の部材)
10 アクチュエータ
11 第1可動リンク
11a 第1可動リンクの一端
11b 第1可動リンクの他端
12 第2可動リンク
13 第3可動リンク
14 第4可動リンク
21 第1固定リンク
22 第2固定リンク
31,32,33,34 関節
51,52 マニピュレータ
61 上腕部
62 前腕部
71 肩
72 肘
73 手首
1
3 End plate (second member)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の部材から離間した第2の部材と、
一端が2自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材の第1〜第4の位置にそれぞれ連結され、他端が2自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の第5〜第8の位置にそれぞれ連結され、前記一端および前記他端の合計で5自由度の回転が可能であり、伸縮用のアクチュエータを有する伸縮自在な第1〜第4の可動リンクと、
一端が1自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材の第9の位置に連結され、他端が3自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の第10の位置に連結された、伸縮不能な第1の固定リンクと、
一端が1自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第1の部材における前記第9の位置と異なる位置である第11の位置に連結され、他端が3自由度以上の回転が可能な関節を介して前記第2の部材の前記第10の位置に連結された、伸縮不能な第2の固定リンクと、
からなるパラレルリンク機構。 A first member;
A second member spaced from the first member;
One end is connected to each of the first to fourth positions of the first member via a joint capable of rotating with two or more degrees of freedom, and the other end is connected via a joint capable of rotating with two or more degrees of freedom. The first member is connected to the fifth to eighth positions of the second member, and can be rotated by a total of five degrees of freedom at the one end and the other end, and can be expanded and contracted by first to fourth retractable actuators. A movable link of
One end is connected to the ninth position of the first member via a joint capable of rotating at least one degree of freedom, and the second member is connected to the ninth position of the first member via a joint capable of rotating at least three degrees of freedom. A first non-stretchable fixed link connected to the tenth position;
One end is connected to an eleventh position that is different from the ninth position in the first member via a joint capable of rotating with one degree of freedom or more, and the other end can be rotated with three degrees of freedom or more. A non-stretchable second fixed link connected to the tenth position of the second member via a flexible joint;
Parallel link mechanism consisting of
前記前腕部が前記パラレルリンク機構によって構成されている、
請求項2に記載のマニピュレータ。 An upper arm, and a forearm connected to the upper arm,
The forearm is constituted by the parallel link mechanism;
The manipulator according to claim 2.
前記上腕部が前記パラレルリンク機構によって構成されている、
請求項2に記載のマニピュレータ。 An upper arm, and a forearm connected to the upper arm,
The upper arm is constituted by the parallel link mechanism;
The manipulator according to claim 2.
前記上腕部および前記前腕部が、それぞれ前記パラレルリンク機構によって構成されている、
請求項2に記載のマニピュレータ。 An upper arm, and a forearm connected to the upper arm,
The upper arm part and the forearm part are each constituted by the parallel link mechanism,
The manipulator according to claim 2.
請求項2〜5のいずれか一つに記載のマニピュレータ。 The actuator is an actuator driven by fluid pressure,
The manipulator according to any one of claims 2 to 5.
請求項2〜5のいずれか一つに記載のマニピュレータ。 The actuator is an actuator having a motor and a ball screw.
The manipulator according to any one of claims 2 to 5.
前記第2の部材の前記第5の位置と前記第7の位置とを結ぶ直線と、前記第6の位置と前記第8の位置とを結ぶ直線の交点を通り、第2の部材と直交する軸に関して、前記第1の可動リンクおよび前記第3の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが正および負のいずれか一方の値で、前記第2の可動リンクおよび前記第4の可動リンクの伸長によって発生するモーメントが他方の値となるように、第1〜第4の可動リンクが配置されている、
請求項2〜7のいずれか一つに記載のマニピュレータ。 A perpendicular line extending from the straight line connecting the ninth position and the eleventh position of the first member to the tenth position of the second member is the first member and the second member. When the posture when orthogonal to each member is set as the reference posture, in this reference posture,
It passes through the intersection of a straight line connecting the fifth position and the seventh position of the second member and a straight line connecting the sixth position and the eighth position, and is orthogonal to the second member. With respect to the axis, the moment generated by the extension of the first movable link and the third movable link is a positive or negative value, and the extension of the second movable link and the fourth movable link The first to fourth movable links are arranged so that the generated moment is the other value.
The manipulator according to any one of claims 2 to 7.
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