鬼佬大哥大
  • / 21
  • 下載費用:30 金幣  

連桿動作裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480026764.6

申請日:

2014.05.12

公開號:

CN105209224A

公開日:

2015.12.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B25J 11/00申請日:20140512|||公開
IPC分類號: B25J11/00; F16H21/54 主分類號: B25J11/00
申請人: NTN株式會社
發明人: 曾根啟助; 磯部浩; 西尾幸宏
地址: 日本國大阪府
優先權: 2013.05.16 JP 2013-103920
專利代理機構: 北京三幸商標專利事務所(普通合伙) 11216 代理人: 劉淼
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201480026764.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.12.07|||2016.01.27|||2015.12.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明的課題在于提供一種連桿動作裝置,其整體緊湊,并且可進行精密的、范圍廣的動作范圍的動作,而且不損傷穿過連桿機構的內側的空間的線材,另外可抑制伴隨線材的彎曲而引起的對裝置的負擔。前端側的連桿樞轂(3)經由三組以上的連桿機構(4),以可變更姿勢的方式連接于基端側的連桿樞轂(2)。各連桿機構(4)由基端側的端部連桿部件(5)、前端側的端部連桿部件(6)以及中間連桿部件(7)構成。在各連桿樞轂(2、3)之間設置線材(33),該線材(33)的兩端在位于連桿樞轂中心軸(B、C)上的線材保持點(Q1、Q2)處被保持。如果將在連桿樞轂(2、3)相互平行的狀態下的從中點(O)到各球面連桿中心(P1、P2)的距離設為D、將從球面連桿中心(P1、P2)到線材保持點(Q1,Q2)的距離設為H,在此場合,H=0.5×D的關系成立。

權利要求書

權利要求書
1.  一種連桿動作裝置,其中:
前端側的連桿樞轂經由三組以上的連桿機構,以能變更姿勢的方式連接于基端側的連桿樞轂,
上述各連桿機構分別由基端側的端部連桿部件、前端側的端部連桿部件以及中間連桿部件構成,該基端側的端部連桿部件的一端以能旋轉的方式連接于上述基端側的連桿樞轂上,該前端側的端部連桿部件的一端以能旋轉的方式連接于上述前端側的連桿樞轂上,該中間連桿部件的兩端分別以能旋轉的方式連接于該基端側和前端側的端部連桿部件的另一端上,
在上述各連桿機構中,通過直線表示該連桿機構的幾何學模型為如下形狀:相對上述中間連桿部件的中間部的基端側部分和前端側部分對稱,
上述基端側的連桿樞轂和上述各基端側的端部連桿部件的各旋轉對偶中心軸分別在基端側的球面連桿中心處相互交叉,上述前端側的連桿樞轂和上述各前端側的端部連桿部件的各旋轉對偶中心軸分別在前端側的球面連桿中心處相互交叉;
該連桿動作裝置包括基端側的連桿樞轂中心軸、前端側的連桿樞轂中心軸、基端側的線材保持點以及前端側的線材保持點,在上述基端側和前端側的連桿樞轂相互平行的狀態下,該基端側的連桿樞轂中心軸為通過上述基端側的連桿樞轂的上述球面連桿中心并且朝向上述前端側的連桿樞轂的上述球面連桿中心延伸的軸線,該前端側的連桿樞轂中心軸為通過上述前端側的連桿樞轂的上述球面連桿中心并且朝向上述基端側的連桿樞轂的上述球面連桿中心延伸的軸線,該基端側的線材保持點位于上述基端側的 連桿樞轂中心軸上,并且位于從上述基端側的球面連桿中心起更加遠離上述前端側的球面連桿中心的一側,該前端側的線材保持點位于上述前端側的連桿樞轂中心軸上,并且位于從上述前端側的球面連桿中心起更加遠離上述基端側的球面連桿中心的一側,在上述基端側的連桿樞轂和上述前端側的連桿樞轂之間設置線材,該線材的兩端在上述基端側和前端側的線材保持點處被保持,
如果分別將在上述基端側和前端側的連桿樞轂相互平行的狀態下的從上述基端側和前端側的球面連桿中心的中點到上述各球面連桿中心的距離設為D,將從基端側和前端側的上述球面連桿中心到上述基端側和前端側的線材保持點的距離設為H,在此場合,H=0.5×D的關系成立。

2.  根據權利要求1所述的連桿動作裝置,其中,如果將上述線材的最小曲率半徑設為Rmin,將上述前端側的連桿樞轂中心軸相對上述基端側的連桿樞轂中心軸的最大彎曲角設為(2×θmax),在此場合,下述關系成立:
Rmin=D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax))。

3.  根據權利要求1或2所述的連桿動作裝置,其中,上述線材為光纖。

4.  根據權利要求1或2所述的連桿動作裝置,其中,上述線材為能傳遞轉矩的柔性桿,在設置于上述基端側的連桿樞轂的旋轉促動器的輸出軸上,連接上述線材的一端,在以能自由旋轉的方式設置于上述前端側的連桿樞轂的旋轉架臺的旋轉軸部上,連接上述線材的另一端。

說明書

說明書連桿動作裝置
相關申請
本發明要求申請日為2013年5月16日、申請號為2013-103920號的申請的優先權,通過參照其整體,將其作為構成本申請的一部分的內容而進行引用。
技術領域
本發明涉及下述的連桿動作裝置,其比如用于機器人的關節部、以及在較寬范圍的領域中高速且精密地進行產業機械的三維空間中的復雜的加工、物品的取回等作業的機構部。
背景技術
作為這種連桿動作裝置,包括下述結構的類型,在該結構中,通過三組以上的由四個旋轉對偶構成的三節連鎖的連桿機構,將基端側的連桿樞轂和前端側的連桿樞轂連接。該結構的連桿動作裝置為緊湊的結構,并且可相對基端側的連桿樞轂,在較寬范圍的動作范圍內精密地變更前端側的連桿樞轂的姿勢。另外,在該結構的連桿動作裝置中,由于在各連桿機構的排列的內側形成有空間,故可在該空間中插入將基端側和前端側連接的線材。比如,在專利文獻1中提出了:在連桿機構的內側的上述空間內,使電線、轉矩和旋轉傳遞用的金屬絲、空氣軟管等線材穿過。在該提出方案中,即使在線材的彎曲方向改變的情況下,線材仍不會扭轉。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:JP特開2005-127475號文獻
發明內容
發明要解決的課題
但是,在僅通過將線材穿過各連桿機構的內側的空間的場合,線材可能對構成連桿機構的部件造成妨礙,并使該部件損傷。另外,相對基端側的連桿樞轂,前端側的連桿樞轂會改變姿勢,基端側和前端側的各線材保持部之間的距離等也會改變,由此,會因各線材保持部而使線材產生拉力和壓縮力。由此,有時會損傷線材,或使耐久性變差。另一方面,線材的拉力和壓縮力的反力會作用于連桿機構上,由此,對使連桿動作裝置動作的促動器的負擔會變大。
本發明的目的在于提供一種連桿動作裝置,其為緊湊的結構,并且可在較寬范圍的動作范圍內進行精密的動作,而且不損傷穿過各連桿機構的內側的空間的線材,另外可抑制伴隨線材的彎曲而產生的給裝置帶來的負擔的增加。
用于解決課題的技術方案
附上實施方式中所用的標號,對本發明的連桿動作裝置進行說明。本發明的連桿動作裝置1為下述的裝置,其中,前端側的連桿樞轂3經由三組以上的連桿機構4,以能變更姿勢的方式連接于基端側的連桿樞轂2,上述各連桿機構4分別由基端側的端部連桿部件5、前端側的端部連桿部件6以及中間連桿部件7構成,該基端側的端部連桿部件5的一端以能旋轉的方式連接于上述基端側的連桿樞轂2上,該前端側的端部連桿部件6的一端以能旋轉 的方式連接于上述前端側的連桿樞轂3上,該中間連桿部件構7的兩端分別以能旋轉的方式連接于該基端側和前端側的端部連桿部件5、6的另一端上,在上述各連桿機構4中,通過直線表示該連桿機構4的幾何學模型為如下形狀:相對上述中間連桿部件7的中間部的基端側部分與前端側部分對稱。
在該連桿動作裝置1中,上述各連桿樞轂2、3與連接于這些各連桿樞轂2、3的上述各端部連桿部件5、6的各旋轉對偶中心軸分別處于相互交叉的位置關系,該交點稱為球面連桿中心P1、P2,在上述基端側和前端側的連桿樞轂2、3相互平行的狀態下,將通過其中一個連桿樞轂2(3)的上述球面連桿中心P1(P2)并且朝向另一連桿樞轂3(2)的上述球面連桿中心P2(P1)延伸的軸線稱為連桿樞轂中心軸B、C,在該場合,在上述基端側的連桿樞轂2和上述前端側的連桿樞轂3之間設置線材33,該線材33的兩端在上述基端側和前端側的線材保持點Q1、Q2處被保持,該基端側和前端側的線材保持點Q1、Q2分別位于上述基端側和前端側的連桿樞轂中心軸B、C上,并且位于遠離與該連桿樞轂中心軸B、C所通過的上述球面連桿中心P1、P2面對的上述球面連桿中心P2、P1的一側,分別將在上述基端側和前端側的連桿樞轂2,3相互平行的狀態下的從上述基端側和前端側的球面連桿中心P1、P2的中點O到上述各球面連桿中心P1、P2的距離設為D,針對基端側和前端側,將從上述球面連桿中心P1、P2到上述線材保持點Q1、Q2的距離設為H,在此場合,H=0.5×D的關系成立。
按照該方案,由于曲率中心為基端側和前端側的球面連桿中心P1、P2這兩個點,故與曲率中心為一個點的普通結構相比較,穿過各連桿機構4的內側的空間9的線材33的曲率半徑R更大,另外,由于前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中 心軸B的彎曲而造成的線材33的長度變化(L/S)也更小。特別是,通過使線材保持點Q1、Q2的位置滿足H=0.5×D,由此,線材33和線材保持點Q1、Q2的相對位移為最小。由此,容易避免線材33妨礙連桿機構4的其它部件的情況。另外,線材33的拉力、壓力得以降低,線材33的耐久性得以提高。
比如,在線材33為安裝于前端側的連桿樞轂3上的工具上的配線的場合,由于即使基端側和前端側的連桿樞轂中心軸B、C處于相互彎曲的狀態下,線材33的長度變化仍極小,故可將線材33按照不具有多余長度的方式設置于各連桿機構4的內側的空間9中。由此,僅設置直線長度量的線材33的長度便可,并且不需要與伴隨彎曲而造成的線材33的較大長度變化相對應的滑動機構等,故線材33在連桿動作裝置1中的設置很簡單。另外,由于線材33被收納于各連桿機構4的內側的空間9中,故可以節省的空間方式來設置連桿動作裝置1。此外,如果線材33被收納于各連桿機構4的內側的空間9中,則在保護線材33方面也是有利的。另外,可縮短線材33的長度,以較低的成本完成。
在本發明的連桿動作裝置1中,將上述線材33的最小曲率半徑設為Rmin,將上述前端側的連桿樞轂中心軸C相對上述基端側的連桿樞轂中心軸B的最大彎曲角設為(2×θmax),在此場合,下述關系成立:
Rmin=D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax))
由此,與前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B的彎曲角為(2×θ)的值無關,穿過各連桿機構4的內側的空間9的線材33的曲率半徑R通常處在允許曲率半徑內。另外,關于作為從球面連桿中心P1、P2的中點O到球面連桿中心P1、P2的距離D,被設為用于獲得連桿動作裝置1所希望的最大彎曲 角2×θmax)而必須要求的最小值。換言之,在所限定的裝置的尺寸的范圍內,可獲得最大彎曲角為(2×θ)。于是,可使連桿動作裝置1緊湊化。
在本發明的連桿動作裝置1中,上述線材33也可為光纖。光纖用于激光加工的激光傳送纜線或傳感器的信號纜線等,但必須要求確保允許曲率半徑,并且避免扭轉、扭結,光纖是柔性的,處理時需要注意。如果在該連桿動作裝置1的前端側的連桿樞轂3上設置激光頭或傳感器,使光纖穿過連桿機構4的內側的空間9的中心的話,則光纖不會從連桿動作裝置1的外部露出,能使連桿動作裝置1的設置空間緊湊化。
在本發明的連桿動作裝置1中,上述線材33為能傳遞轉矩的柔性桿,在設置于上述基端側的連桿樞轂2上的旋轉促動器67的輸出軸67a上,連接上述線材33的一端,在以能自由旋轉的方式設置于上述前端側的連桿樞轂3的旋轉架臺61的旋轉軸部61b上,連接上述線材33的另一端。由此,在抑制柔性桿的變形產生的反力的狀態下,可以節省空間,并且能簡單地使旋轉架臺61旋轉。如果抑制了柔性桿的反力的話,則可減小驅動連桿動作裝置1的旋轉促動器67的輸出,可使裝置整體的重量變輕,使整體緊湊化,并且能降低成本。
權利要求書和/或說明書和/或附圖中公開的至少兩個結構中的任意的組合均包含在本發明中。特別是,權利要求書中的各項權利要求的兩個以上的任意的組合也包含在本發明中。
附圖說明
根據參照附圖的下面的優選的實施形式的說明,會更清楚地理解本發明。但是,實施形式和附圖用于單純的圖示和說明,不 應用于確定本發明的范圍。本發明的范圍由權利要求書確定。在附圖中,多個附圖中的同一部件標號表示同一或相應部分。
圖1為以局部省略的方式表示本發明的第1實施方式的連桿動作裝置的使用狀態的主視圖;
圖2為以三維方式表示該連桿動作裝置的連桿動作裝置主體的立體圖;
圖3為通過直線表示該連桿動作裝置主體的一個連桿機構的圖;
圖4為表示該連桿動作裝置主體的各旋轉對偶部的結構的剖視圖;
圖5為表示該連桿動作裝置的剖視圖;
圖6為表示該連桿動作裝置的連桿樞轂與線材的位置關系的概況圖;
圖7為表示該連桿動作裝置的動作所造成的連桿樞轂中心軸的彎曲角與線材的長度變化的關系的曲線圖;
圖8為表示該連桿動作裝置的動作所造成的連桿樞轂中心軸的彎曲角與線材的彎曲半徑的大小的關系的圖;
圖9為表示作為比較例的連桿動作裝置的連桿樞轂與線材的位置關系的概況圖;
圖10為表示本發明的第2實施方式的連桿動作裝置的使用狀態的剖視圖;
圖11為表示以三維方式表示該連桿動作裝置主體的第3實施方式的立體圖。
具體實施方式
根據圖1~圖6,對本發明的連桿動作裝置的第1實施方式進 行說明。圖1為表示連桿動作裝置的使用狀態的圖。如該圖所示的那樣,關于該連桿動作裝置1,其作為上方側的基端側安裝在設置于頂面30的安裝基座31上,其作為下方側的前端側上安裝有作業裝置32。在圖例中,作業裝置32為激光加工頭,將來自設置于該連桿動作裝置1的外部的激光振蕩器(在圖中未示出)的激光通過由光纖構成的線材33而發送給該激光加工頭。在該安裝基座31上設置有驅動連桿動作裝置1的直線運動促動器34。
圖2為以三維方式表示連桿動作裝置1的連桿動作裝置主體1a的立體圖。連桿動作裝置主體1a將前端側的連桿樞轂3經由三組連桿機構4,以可變更姿態的方式連接于基端側的連桿樞轂2上。連桿機構4的數量可在三組以上,并不限定于三組。另外,在圖1中,僅示出一組連桿機構4。
在圖2中,各連桿機構4由基端側的端部連桿部件5、前端側的端部連桿部件6以及中間連桿部件7構成,構成通過四個旋轉對偶形成的三節連鎖的連桿機構。基端側和前端側的端部連桿部件5、6呈L狀,各連桿機構4的端部連桿部件5、6的基端分別以可自由旋轉的方式連接于下述位置,該位置指基端側的連桿樞轂2和前端側的連桿樞轂3的呈球面狀的外周面中的在圓周方向等間隔的位置。在中間連桿部件7的兩端,分別以可自由旋轉的方式連接基端側和前端側的端部連桿部件5、6的前端。
圖3為通過直線表示該連桿動作裝置主體1a的一個連桿機構4的圖。三組連桿機構4中的基端側和前端側的端部連桿部件5、6為球面連桿結構。即,基端側的連桿樞轂2與連接于該基端側的連桿樞轂2上的各基端側的端部連桿部件5的各旋轉對偶中心軸分別在基端側的球面連桿中心P1處相互交叉。另外,前端側的連桿樞轂3與連接于該前端側的連桿樞轂3上的各前端側的端部連 桿部件6的各旋轉對偶中心軸分別在前端側的球面連桿中心P2處相互交叉。
從基端側的球面連桿中心P1到各基端側的端部連桿部件5的距離相同。另外,從前端側的球面連桿中心P2到各前端側的端部連桿部件6的距離也相同。端部連桿部件5、6與中間連桿部件7的各旋轉對偶中心軸既可具有某交叉角,也可平行。
即,三組的連桿機構4從幾何學上說呈同一形狀。從幾何學上說呈同一形狀是指:如圖3那樣的通過直線而表示各連桿部件5、6、7的幾何學模型,即通過各旋轉對偶以及將這些旋轉對偶之間連接的直線表示的模型為相對中間連桿部件7的中間部的基端側部分和前端側部分對稱的形狀。
本實施方式的連桿機構4為鏡像對稱型,其為下述的位置結構,其中,基端側的連桿樞轂2和基端側的端部連桿部件5與前端側的連桿樞轂3和前端側的端部連桿部件6的位置關系相對作為中間連桿部件7的中心面的對稱面A呈鏡像對稱。
圖2、圖3表示前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B成規定的彎曲角的狀態。基端側的連桿樞轂中心軸B指如下軸線:在基端側和前端側的連桿樞轂2、3相互平行的狀態下,通過基端側的連桿樞轂2的球面連桿中心P1并且朝向前端側的連桿樞轂3的球面連桿中心P2延伸的軸線。前端側的連桿樞轂中心軸C指如下軸線:在基端側和前端側的連桿樞轂2、3相互平行的狀態下,通過前端側的連桿樞轂3的球面連桿中心P2并且朝向基端側的連桿樞轂2的球面連桿中心P1延伸的軸線。
基端側和前端側的連桿樞轂中心軸B、C的交點為基端側和前端側的連桿樞轂中心軸B、C于同一線上并列時的球面連桿中心P1、P2的中點O。即使在各連桿機構4的姿勢變化的情況下,基 端側和前端側的球面連桿中心P1、P2之間的距離在平時仍是一定的。
通過基端側的連桿樞轂2和前端側的連桿樞轂3與三組連桿機構4,構成2自由度機構,在該2自由度機構中,相對基端側的連桿樞轂2,前端側的連桿樞轂3可于相垂直的兩個軸向移動。該2自由度機構緊湊,并且使前端側的連桿樞轂3相對基端側的連桿樞轂2的活動范圍擴大。比如,可使作為基端側的連桿樞轂中心軸B與前端側的連桿樞轂中心軸C的彎曲角(2×θ)(圖2)的最大值的最大彎曲角約為90°。另外,可將前端側的連桿樞轂3相對基端側的連桿樞轂2的回轉角φ(圖2)設定在0°~360°的范圍內。
彎曲角(2×θ)為前端側的連桿樞轂3的中心軸C相對基端側的連桿樞轂2的中心軸B而傾斜的垂直角度,回轉角φ為前端側的連桿中心軸C相對基端側的連桿中心軸B而傾斜的水平角度。
在該連桿動作裝置1中,在滿足下述的三個條件1~3時,如果相對中間連桿部件7的對稱面A,中間連桿部件7和各端部連桿部件5、6的角度位置關系在基端側和前端側是相同的話,則從幾何學對稱性來說,基端側的連桿樞轂2和基端側的端部連桿部件5、與前端側的連桿樞轂3和前端側的端部連桿部件6以同樣的方式運動。
(條件1)各連桿機構4中的球面連桿中心P1、P2與各端部連桿部件5、6的旋轉對偶的中心軸之間的角度α(圖4)、以及從球面連桿中心P1、P2到各端部連桿部件5、6的長度X(圖4),在基端側和前端側是相等的。
(條件2)基端側的端部連桿部件5和前端側的端部連桿部件6的幾何學形狀相同。
(條件3)同樣對于中間連桿部件7,其形狀在基端側和前端側是相同的。
比如形成下述的等速接頭,在該接頭中,在基端側和前端側的連桿樞轂2、3上,于與連桿樞轂中心軸B、C相同的軸上設置旋轉軸,在旋轉從基端側傳遞給前端側的場合,基端側和前端側以相同的旋轉角且等速的方式旋轉。
圖4為表示基端側的連桿樞轂2和基端側的端部連桿部件5的旋轉對偶部、以及基端側的端部連桿部件5和中間連桿部件7的旋轉對偶部的剖視圖。對于這些旋轉對偶部的結構,在前端側的連桿樞轂3和前端側的端部連桿部件6的旋轉對偶部、以及前端側的端部連桿部件6和中間連桿部件7的旋轉對偶部處,也是相同的。
在連桿樞轂2(3)中,于其外周部上的圓周方向的三個部位形成徑向的軸孔11,通過設置于各軸孔11的內部的兩個軸承12,軸部件13分別以可自由旋轉的方式被支承。軸部件13的外側端部從連桿樞轂2(3)于徑向外側突出,在其突出螺紋部13a上連接有端部連桿部件5(6),該部件通過螺母14緊固而固定。
上述軸承12為比如深槽滾珠軸承等的滾動軸承,其外圈(在圖中未示出)嵌合于上述軸孔11的內周,其內圈(在圖中未示出)嵌合于上述軸部件13的外周。通過擋圈15,防止外圈被抽出。另外,在內圈和端部連桿部件5(6)之間介設間隔件16,螺母14的緊固力經由端部連桿部件5(6)和間隔件16傳遞給內圈,對軸承12施加規定的預壓。
在端部連桿部件5(6)和中間連桿部件7的旋轉對偶中,于形成在中間連桿部件7的兩端的連通孔18中設置兩個軸承19,通過這些軸承19,端部連桿部件5(6)的前端的軸部20以可自由旋轉的 方式被支承。軸承19經由間隔件21,通過螺母22緊固而固定。
上述軸承19為比如深槽滾珠軸承等的滾動軸承,其外圈(在圖中未示出)嵌合于上述連通孔18的內周,其內圈(在圖中未示出)嵌合于上述軸部件20的外周。通過擋圈23,防止外圈被抽出。另外,螺接于軸部20的前端螺紋部20a上的螺母22的緊固力經由間隔件21傳遞給內圈,對軸承19施加規定的預壓。
如此形成了下述的結構,由此可抑制各旋轉對偶的摩擦阻力從而謀求減輕旋轉阻力,可確保平滑的動力傳遞,并且可提高耐久性。在該結構中,在各連桿機構4的四個旋轉對偶,即基端側的連桿樞轂2和基端側的端部連桿部件5的旋轉對偶、前端側的連桿樞轂3和前端側的端部連桿部件6的旋轉對偶、基端側的端部連桿部件5和中間連桿部件7的旋轉對偶、以及前端側的端部連桿部件6和中間連桿部件7的旋轉對偶上,設置軸承12、19。
在設置該軸承12、19的結構中,通過對軸承12、19施加預壓,可消除徑向間隙和推力(スラスト)間隙,可抑制旋轉對偶的晃動,可抑制振動、異常聲音的發生。特別是,通過使上述軸承12、19的軸承間隙為負間隙,可減少在輸入輸出之間產生的間隙(バックラッシュ)。
通過在埋設狀態下將軸承12設置于基端側的連桿樞轂2和前端側的連桿樞轂3中,可在不擴大連桿動作裝置主體1a的外形的情況下,擴大基端側的連桿樞轂2和前端側的連桿樞轂3的外形。由此,可容易確保用于將基端側的連桿樞轂2和前端側的連桿樞轂3安裝于其它的部件上的安裝空間。
在圖1中,在上述直線運動促動器34中,缸部34a的基端以可旋轉的方式連接于安裝基座31上,并且活塞桿34b的前端以可旋轉的方式連接于基端側的端部連桿部件5的中間部。直線運動 促動器34比如分別設置于各連桿機構4上,但是,在連桿機構4的數量為三組的場合,可設置于兩組以上的連桿機構4上。通過控制各直線運動促動器34,使基端側的端部連桿部件5旋轉,可相對基端側的連桿樞轂2,使前端側的連桿樞轂3變更為任意姿勢。
圖5為表示連桿動作裝置1與安裝基座31和作業裝置32的安裝部的結構的剖視圖。如該圖所示的那樣,基端側的連桿樞轂2的基端面與安裝基座31的底面板部31a接觸,通過螺栓41而將基端側的連桿樞轂2安裝于安裝基座31上。另外,在前端側的連桿樞轂3的前端面上,通過螺栓43而安裝前端板42,相對該前端板42,由激光加工頭形成的作業裝置32的頭安裝法蘭44通過螺栓45而安裝。頭安裝法蘭44通過螺栓46而固定于作業裝置32上。
由光纖形成的上述線材33是柔性的,在其穿過設置于各連桿樞轂2、3上的通孔10、10的狀態下,設置于各連桿機構4的內側的空間9中。各通孔10的中心軸線與連桿樞轂中心軸B、C一致。
安裝基座31的底面板部31a具有與基端側的連桿樞轂2的通孔10相對應的通孔50,在該通孔50中嵌入有筒狀的線材保持部件51。線材保持部件51通過螺栓52而固定于安裝基座31上。在線材保持部件51的內側嵌合有筒狀的彈性體53,通過使線材33穿到該彈性體53的內側,由此通過線材保持部件51而保持線材33。筒狀的線材保持部件51和筒狀的彈性體53的中心軸線與基端側的連桿樞轂中心軸B一致。
彈性體53密貼于線材33的外周面上,線材33中的通過彈性體53覆蓋的部分保持于一定的狀態,比如直線狀。線材33中的 通過彈性體53覆蓋的部分、與位于通孔10的內部的部分的邊界點為基端側的線材保持點Q1。該基端側的線材保持點Q1位于基端側的連桿樞轂中心軸B上,并且位于相對基端側的球面連桿中心P1而言更遠離中點O的一側。
另外,上述前端板42和頭安裝法蘭44呈環狀,在其中空部突出有作業裝置32的線材導入部32a。線材33的前端部插入該線材導入部32a中。線材33中的插入線材導入部32a中的部分和位于通孔10的內部的部分的邊界點為前端側的線材保持點Q2。環狀的前端板42、頭安裝法蘭44和線材導入部32a的中心軸線與前端側的連桿樞轂中心軸C一致。該前端側的線材保持點Q2位于前端側的連桿樞轂中心軸C上,并且位于相對前端側的球面連桿中心P2而言更遠離中點O的一側。從基端側的球面連桿中心P1到基端側的線材保持點Q1的距離、與從前端側的球面連桿中心P2到前端側的線材保持點Q2的距離相等。
雖然伴隨連桿動作裝置1的動作,線材33會彎曲,但在該場合,為了不損傷線材33,并且抑制伴隨線材33的彎曲所引起的對連桿動作裝置1的負擔增加,可如下述那樣設定各部分的尺寸。
(第1設定)
分別將在基端側和前端側的連桿樞轂2、3相互平行的狀態下的基端側和前端側的球面連桿中心P1、P2之間的距離的1/2設為D,從球面連桿中心P1、P2到線材保持點Q1、Q2的距離設為H,在此場合,基端側和前端側的線材保持點Q1、Q2的各位置按照通過下述關系式表示的方式設定:
H=0.5×D……(式1)
根據圖6,對上述關系式(式1)的依據進行說明。該圖的S表示在基端側和前端側的連桿樞轂2、3相互平行的狀態下的基端側 的線材保持點Q1與前端側的線材保持點Q2之間的距離,D表示基端側和前端側的球面連桿中心P1、P2的中點O與各球面連桿中心P1、P2之間的距離,H表示球面連桿中心P1、P2與線材保持點Q1、Q2之間的距離,它們相互處于式2的關系。
S=2(D+H)……(式2)
在假定線材33為均勻的彎曲剛性的柔性材料的場合,如果前端側的連桿樞轂3相對基端側的連桿樞轂2而變更姿勢的話,則線材33會呈圓弧狀變形。如果前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B的彎曲角為(2×θ)時的線材33的曲率半徑為R,基端側和前端側的線材保持點Q1、Q2之間的圓弧長度為L,則R和L由式3、式4表示:
R=R1+R2=D/sinθ+H/tanθ……(式3)
L=2Rθ……(式4)
圖7為以針對線材保持點Q1、Q2的位置(H/D)各自不同的各樣式而進行比較的方式表示連桿動作裝置1的動作所引起的彎曲角(2×θ)與線材33的長度變化(L/S)的關系的曲線圖。線材33的長度變化通過(L/S)而以無因次化的方式表示。另外,圖8為以針對線材保持點Q1、Q2的位置(H/D)各自不同的各樣式而進行比較的方式表示連桿動作裝置1的動作所引起的彎曲角(2×θ)與線材33的曲率半徑(R/S)的關系的曲線圖。線材33的曲率半徑通過(R/S)而以無因次化的方式表示。
圖7、圖8的關系通過計算而求出。另外,為了與如該連桿動作裝置1那樣的曲率中心為兩個點的結構進行比較,在圖7、圖8中,作為比較例,還一并表示了針對在普通的一個點處彎曲的連桿動作裝置(參照圖9)而進行的計算結果。
根據圖8可知,在線材保持點Q1、Q2之間的距離S相同, 彎曲角(2×θ)也相同時,曲率中心為兩個點的結構(圖6)與曲率中心為一個點的結構(圖9)相比較,線材33的曲率半徑R較大。另外,在曲率中心為兩個點的結構的場合的樣式比較中,(H/D)的值越大,即線材保持點Q1、Q2的位置越遠離球面連桿中心P1、P2,線材33的曲率半徑R越小。柔性材料的曲率半徑R具有下限,由此,限定有彎曲角(2×θ)。
但是,在對曲率中心為兩個點的結構(圖6)與曲率中心為一個點的結構(圖9)進行比較的場合,對于為相同彎曲角(2×θ)時的曲率半徑R,曲率中心為兩個點的結構(圖6)的值較大。于是,在曲率中心為兩個點的結構(圖6)的場合,可獲得大于曲率中心為一個點的結構(圖9)的彎曲角(2×θ)。
根據圖7可知,在線材保持點Q1、Q2之間的距離S相同,彎曲角(2×θ)也相同時,曲率中心為兩個點的結構(圖6)與曲率中心為一個點的結構(圖9)相比較,線材33的長度變化(L/S)較小。另外,在曲率中心為兩個點的結構的場合的樣式比較中,在(H/D)為0.5時,線材33的長度變化(L/S)最小。
于是,通過相對任意的距離D,使線材保持點Q1、Q2的位置為:H=0.5×D,線材33和線材保持點Q1、Q2的相對位移變得最小。由此,容易避免線材33對連桿機構4的其它部件的妨礙。另外,減少線材33的拉力、壓力,線材33的耐久性得以提高。
由圖7、圖8可知,曲率中心為兩個點的結構與曲率中心為一個點的結構相比較,設置于各連桿機構4的內側的空間9中的線材33的曲率半徑R較大,另外,前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B的彎曲所造成的線材33的長度變化(L/S)也較小。
于是,如本實施方式那樣,在線材33為安裝于前端側的連桿 樞轂3上的工具的配線的場合,即使在基端側和前端側的連桿樞轂中心軸B、C相互彎曲的狀態下,由于線材33的長度變化(L/S)極小,故可在不具有富裕的長度的情況下,將線材33設置于各連桿機構4的內側的空間9中。由此,以直線長度量的線材33的長度的設置便可,另外,不需要與伴隨彎曲而產生的線材33的較大長度變化相對應的滑動機構等,線材33向連桿動作裝置1的設置較簡單。另外,由于線材33被收納于上述空間9中,故可以節省的空間的方式來設置連桿動作裝置1。此外,如果線材33被收納于上述空間9中,則在保護線材33方面也是有利的。另外,可縮短線材33的長度,以較低的成本完成。
(第2設定)
在線材33的最小曲率半徑為Rmin,前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B的最大彎曲角為(2×θmax)的場合,按照通過下述關系式的方式
Rmin=D×(1/sinθmax+1/(2×tanθmax))……(式5)
進行設定。
由此,與前端側的連桿樞轂中心軸C相對基端側的連桿樞轂中心軸B的彎曲角為(2×θ)的值無關,設置于連桿機構4的內側的空間9中的線材33的曲率半徑R通常處在允許曲率半徑內。另外,距離D是為了獲得連桿動作裝置1所希望的最大彎曲角(2×θmax)而必須要求的最小值。換言之,在所限定的裝置的大小的范圍內,獲得了最大彎曲角(2×θ)。于是,可使連桿動作裝置1緊湊化。
在如本實施方式那樣,線材33為光纖的場合,特別要求確保線材33的允許曲率半徑,避免扭轉、扭結。如果如上述那樣設定各部分的尺寸,由于伴隨連桿動作裝置1的動作而造成的光纖的 長度變化小,故可避免扭轉、扭結,處理性得以提高。另外,光纖不曝露于連桿動作裝置1的外部,故可使連桿動作裝置1的設置空間緊湊化。
圖10表示線材33為可傳遞轉矩的柔性桿的第2實施方式。第2實施方式的連桿動作裝置1以可變更姿勢的方式支承旋轉工具這樣的旋轉體(在圖中未示出),基端側的連桿樞轂2通過螺栓41而固定于安裝基座31上,在以可自由旋轉的方式設置于前端側的連桿樞轂3的旋轉架臺61上設置上述旋轉體。
旋轉架臺61如下述那樣,支承于前端側的連桿樞轂3上。在第2實施方式中,前端板42通過螺栓43而安裝于前端側的連桿樞轂3的前端面上,旋轉架臺保持法蘭62通過螺栓63而安裝于上述前端板42上,旋轉架臺61的旋轉軸部61b經由軸承64,以可自由旋轉的方式支承于上述旋轉架臺保持法蘭62上。旋轉架臺61的旋轉架臺主體61a和旋轉軸部61b為單獨件,兩者61a、61b通過螺栓65而相互連接。
在安裝基座31的內部設置有旋轉驅動旋轉架臺61的旋轉促動器67。在該旋轉促動器67的輸出軸67a上,經由聯軸器68而連接有作為柔性桿的線材33的基端。聯軸器68呈筒狀,其中心軸線與基端側的連桿樞轂中心軸B一致。線材33中的插入聯軸器68中的部分和位于基端側的連桿樞轂2的通孔10內的部分的邊界點為基端側的線材保持點Q1。該基端側的線材保持點Q1位于基端側的連桿樞轂中心軸B上,并且位于相對基端側的球面連桿中心P1而言更遠離中點O的一側。
還有,線材33的前端經由聯軸器69而與上述旋轉架臺61的旋轉軸部61b連接。聯軸器69也呈筒狀,其中心軸線與前端側的連桿樞轂中心軸C一致。線材33中的插入聯軸器69中的部分和 位于基端側的連桿樞轂3的通孔10內的部分的邊界點為前端側的線材保持點Q2。該前端側的線材保持點Q2位于前端側的連桿樞轂中心軸C上,并且位于相對前端側的球面連桿中心P2而言更遠離中點O的一側。從基端側的球面連桿中心P1到基端側的線材保持點Q1的距離,以及從前端側的球面連桿中心P2到前端側的線材保持點Q2的距離相等。
同樣在該場合,根據上述第1設定和第2設定來設定各部分的尺寸。由此,在抑制柔性桿的變形造成的反力的狀態下,可以節省空間,并且可簡單地使旋轉架臺61旋轉。如果抑制了柔性桿的反力,則可減小驅動連桿動作裝置的促動器的輸出,裝置整體的重量變輕,整體緊湊化,并且成本得以降低。
上述各實施方式的連桿動作裝置1為各連桿機構4鏡像對稱的類型,但是,也可如圖11的第3實施方式那樣,為各連桿機構4點對稱的類型。同樣在該場合,通過根據第1設定和第2設定來適當地設定各部分的尺寸,獲得與鏡像對稱的類型相同的作用、效果。在圖11中,對應于鏡像對稱的結構,給出了標號。
如上面所述,在參照附圖的同時,對優選的實施形式進行了說明,但是,可以在沒有脫離本發明主旨的范圍內,進行各種追加、變更或刪除。由此,這些方案均應屬于本發明的范圍內。
標號的說明:
標號1表示連桿動作裝置;
標號2表示基端側的連桿樞轂;
標號3表示前端側的連桿樞轂;
標號4表示連桿機構;
標號5表示基端側的端部連桿部件;
標號6表示前端側的端部連桿部件;
標號7表示中間連桿部件;
標號33表示線材;
標號61表示旋轉架臺;
標號61b表示旋轉軸部;
標號67表示旋轉促動器;
標號67a表示輸出軸;
符號B表示基端側的連桿樞轂的中心軸;
符號C表示前端側的連桿樞轂的中心軸;
符號O表示中點;
符號P1表示基端側的球面連桿中心;
符號P2表示前端側的球面連桿中心;
符號Q1表示基端側的線材保持點;
符號Q2表示前端側的線材保持點。

關 鍵 詞:
連桿 動作 裝置
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:連桿動作裝置.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6405491.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大