连杆动作装置的制造方法

文档序号:9456951阅读:358来源:国知局
连杆动作装置的制造方法
【专利说明】连杆动作装置
[0001]相关申请
[0002]本发明要求申请日为2013年5月16日、申请号为2013-103920号的申请的优先权,通过参照其整体,将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
[0003]本发明涉及下述的连杆动作装置,其比如用于机器人的关节部、以及在较宽范围的领域中高速且精密地进行产业机械的三维空间中的复杂的加工、物品的取回等作业的机构部。
【背景技术】
[0004]作为这种连杆动作装置,包括下述结构的类型,在该结构中,通过三组以上的由四个旋转对偶构成的三节连锁的连杆机构,将基端侧的连杆枢毂和前端侧的连杆枢毂连接。该结构的连杆动作装置为紧凑的结构,并且可相对基端侧的连杆枢毂,在较宽范围的动作范围内精密地变更前端侧的连杆枢毂的姿势。另外,在该结构的连杆动作装置中,由于在各连杆机构的排列的内侧形成有空间,故可在该空间中插入将基端侧和前端侧连接的线材。比如,在专利文献I中提出了:在连杆机构的内侧的上述空间内,使电线、转矩和旋转传递用的金属丝、空气软管等线材穿过。在该提出方案中,即使在线材的弯曲方向改变的情况下,线材仍不会扭转。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:JP特开2005-127475号文献

【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]但是,在仅通过将线材穿过各连杆机构的内侧的空间的场合,线材可能对构成连杆机构的部件造成妨碍,并使该部件损伤。另外,相对基端侧的连杆枢毂,前端侧的连杆枢毂会改变姿势,基端侧和前端侧的各线材保持部之间的距离等也会改变,由此,会因各线材保持部而使线材产生拉力和压缩力。由此,有时会损伤线材,或使耐久性变差。另一方面,线材的拉力和压缩力的反力会作用于连杆机构上,由此,对使连杆动作装置动作的促动器的负担会变大。
[0010]本发明的目的在于提供一种连杆动作装置,其为紧凑的结构,并且可在较宽范围的动作范围内进行精密的动作,而且不损伤穿过各连杆机构的内侧的空间的线材,另外可抑制伴随线材的弯曲而产生的给装置带来的负担的增加。
[0011]用于解决课题的技术方案
[0012]附上实施方式中所用的标号,对本发明的连杆动作装置进行说明。本发明的连杆动作装置I为下述的装置,其中,前端侧的连杆枢毂3经由三组以上的连杆机构4,以能变更姿势的方式连接于基端侧的连杆枢毂2,上述各连杆机构4分别由基端侧的端部连杆部件5、前端侧的端部连杆部件6以及中间连杆部件7构成,该基端侧的端部连杆部件5的一端以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂2上,该前端侧的端部连杆部件6的一端以能旋转的方式连接于上述前端侧的连杆枢毂3上,该中间连杆部件构7的两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的另一端上,在上述各连杆机构4中,通过直线表示该连杆机构4的几何学模型为如下形状:相对上述中间连杆部件7的中间部的基端侧部分与前端侧部分对称。
[0013]在该连杆动作装置I中,上述各连杆枢毂2、3与连接于这些各连杆枢毂2、3的上述各端部连杆部件5、6的各旋转对偶中心轴分别处于相互交叉的位置关系,该交点称为球面连杆中心P1、P2,在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂2、3相互平行的状态下,将通过其中一个连杆枢毂2 (3)的上述球面连杆中心Pl (P2)并且朝向另一连杆枢毂3(2)的上述球面连杆中心P2(P1)延伸的轴线称为连杆枢毂中心轴B、C,在该场合,在上述基端侧的连杆枢毂2和上述前端侧的连杆枢毂3之间设置线材33,该线材33的两端在上述基端侧和前端侧的线材保持点Ql、Q2处被保持,该基端侧和前端侧的线材保持点Ql、Q2分别位于上述基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C上,并且位于远离与该连杆枢毂中心轴B、C所通过的上述球面连杆中心PU P2面对的上述球面连杆中心P2、Pl的一侧,分别将在上述基端侧和前端侧的连杆枢毂2,3相互平行的状态下的从上述基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2的中点O到上述各球面连杆中心P1、P2的距离设为D,针对基端侧和前端侧,将从上述球面连杆中心P1、P2到上述线材保持点Q1、Q2的距离设为H,在此场合,H = 0.5XD的关系成立。
[0014]按照该方案,由于曲率中心为基端侧和前端侧的球面连杆中心P1、P2这两个点,故与曲率中心为一个点的普通结构相比较,穿过各连杆机构4的内侧的空间9的线材33的曲率半径R更大,另外,由于前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲而造成的线材33的长度变化(L/S)也更小。特别是,通过使线材保持点Q1、Q2的位置满足H = 0.5 XD,由此,线材33和线材保持点Ql、Q2的相对位移为最小。由此,容易避免线材33妨碍连杆机构4的其它部件的情况。另外,线材33的拉力、压力得以降低,线材33的耐久性得以提尚。
[0015]比如,在线材33为安装于前端侧的连杆枢毂3上的工具上的配线的场合,由于即使基端侧和前端侧的连杆枢毂中心轴B、C处于相互弯曲的状态下,线材33的长度变化仍极小,故可将线材33按照不具有多余长度的方式设置于各连杆机构4的内侧的空间9中。由此,仅设置直线长度量的线材33的长度便可,并且不需要与伴随弯曲而造成的线材33的较大长度变化相对应的滑动机构等,故线材33在连杆动作装置I中的设置很简单。另外,由于线材33被收纳于各连杆机构4的内侧的空间9中,故可以节省的空间方式来设置连杆动作装置I。此外,如果线材33被收纳于各连杆机构4的内侧的空间9中,则在保护线材33方面也是有利的。另外,可缩短线材33的长度,以较低的成本完成。
[0016]在本发明的连杆动作装置I中,将上述线材33的最小曲率半径设为Rmin,将上述前端侧的连杆枢毂中心轴C相对上述基端侧的连杆枢毂中心轴B的最大弯曲角设为(2 X Θ max),在此场合,下述关系成立:
[0017]Rmin = DX (I/sin Θ max+1 / (2 X tan Θ max))
[0018]由此,与前端侧的连杆枢毂中心轴C相对基端侧的连杆枢毂中心轴B的弯曲角为(2X θ )的值无关,穿过各连杆机构4的内侧的空间9的线材33的曲率半径R通常处在允许曲率半径内。另外,关于作为从球面连杆中心P1、P2的中点O到球面连杆中心P1、P2的距离D,被设为用于获得连杆动作装置I所希望的最大弯曲角2X 0max)而必须要求的最小值。换言之,在所限定的装置的尺寸的范围内,可获得最大弯曲角为(2 X Θ)。于是,可使连杆动作装置I紧凑化。
[0019]在本发明的连杆动作装置I中,上述线材33也可为光纤。光纤用于激光加工的激光传送缆线或传感器的信号缆线等,但必须要求确保允许曲率半径,并且避免扭转、扭结,光纤是柔性的,处理时需要注意。如果在该连杆动作装置I的前端侧的连杆枢毂3上设置激光头或传感器,使光纤穿过连杆机构4的内侧的空间9的中心的话,则光纤不会从连杆动作装置I的外部露出,能使连杆动作装置I的设置空间紧凑化。
[0020]在本发明的连杆动作装置I中,上述线材33为能传递转矩的柔性杆,在设置于上述基端侧的连杆枢毂2上的旋转促动器67的输出轴67a上,连接上述线材33的一端,在以能自由旋转的方式设置于上述前端侧的连杆枢毂3的旋转架台61的旋转轴部61b上,连接上述线材33的另一端。由此,在抑制柔性杆的变形产生的反力的状态下,可以节省空间,并且能简单地使旋转架台61旋转。如果抑制了柔性杆的反力的话,则可减小驱动连杆动作装置I的旋转促动器67的输出,可使装置整体的重量变轻,使整体紧凑化,并且能降低成本。
[0021]权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是,权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。
【附图说明】
[0022]根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明,会更清楚地理解本发明。但是,实施形式和附图用于单纯的图示和说明,不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中,多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
[0023]图1为以局部省略的方式表示本发明的第I实施方式的连杆动作装置的使用状态的主视图;
[0024]图2为以三维方式表示该连杆动作装置的连杆动作装置主体的立体图;
[0025]图3为通过直线表示该连杆动作装置主体的一个连杆机构的图;
[0026]图4为表示该连杆动作装置主体的各旋转对偶部的结构的剖视图;
[0027]图5为表示该连杆动作装置的剖视图;
[0028]图6为表示该连杆动作装置的连杆枢毂与线材的位置关系的概况图;
[0029]图7为表示该连杆动作装置的动作所造成的连杆枢毂中心轴的弯曲角与线材的长度变化的关
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