連桿動(dòng)作裝置的制造方法
【專利說明】連桿動(dòng)作裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本發(fā)明要求申請(qǐng)日為2013年5月16日、申請(qǐng)?zhí)枮?013-103920號(hào)的申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，通過參照其整體，將其作為構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的內(nèi)容而進(jìn)行引用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及下述的連桿動(dòng)作裝置，其比如用于機(jī)器人的關(guān)節(jié)部、以及在較寬范圍的領(lǐng)域中高速且精密地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)機(jī)械的三維空間中的復(fù)雜的加工、物品的取回等作業(yè)的機(jī)構(gòu)部。
【背景技術(shù)】
[0004]作為這種連桿動(dòng)作裝置，包括下述結(jié)構(gòu)的類型，在該結(jié)構(gòu)中，通過三組以上的由四個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)偶構(gòu)成的三節(jié)連鎖的連桿機(jī)構(gòu)，將基端側(cè)的連桿樞轂和前端側(cè)的連桿樞轂連接。該結(jié)構(gòu)的連桿動(dòng)作裝置為緊湊的結(jié)構(gòu)，并且可相對(duì)基端側(cè)的連桿樞轂，在較寬范圍的動(dòng)作范圍內(nèi)精密地變更前端側(cè)的連桿樞轂的姿勢(shì)。另外，在該結(jié)構(gòu)的連桿動(dòng)作裝置中，由于在各連桿機(jī)構(gòu)的排列的內(nèi)側(cè)形成有空間，故可在該空間中插入將基端側(cè)和前端側(cè)連接的線材。比如，在專利文獻(xiàn)I中提出了:在連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)的上述空間內(nèi)，使電線、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)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(huì)扭轉(zhuǎn)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:JP特開2005-127475號(hào)文獻(xiàn)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]但是，在僅通過將線材穿過各連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)的空間的場(chǎng)合，線材可能對(duì)構(gòu)成連桿機(jī)構(gòu)的部件造成妨礙，并使該部件損傷。另外，相對(duì)基端側(cè)的連桿樞轂，前端側(cè)的連桿樞轂會(huì)改變姿勢(shì)，基端側(cè)和前端側(cè)的各線材保持部之間的距離等也會(huì)改變，由此，會(huì)因各線材保持部而使線材產(chǎn)生拉力和壓縮力。由此，有時(shí)會(huì)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(huì)作用于連桿機(jī)構(gòu)上，由此，對(duì)使連桿動(dòng)作裝置動(dòng)作的促動(dòng)器的負(fù)擔(dān)會(huì)變大。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種連桿動(dòng)作裝置，其為緊湊的結(jié)構(gòu)，并且可在較寬范圍的動(dòng)作范圍內(nèi)進(jìn)行精密的動(dòng)作，而且不損傷穿過各連桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)的空間的線材，另外可抑制伴隨線材的彎曲而產(chǎn)生的給裝置帶來的負(fù)擔(dān)的增加。
[0011]用于解決課題的技術(shù)方案
[0012]附上實(shí)施方式中所用的標(biāo)號(hào)，對(duì)本發(fā)明的連桿動(dòng)作裝置進(jìn)行說明。本發(fā)明的連桿動(dòng)作裝置I為下述的裝置，其中，前端側(cè)的連桿樞轂3經(jīng)由三組以上的連桿機(jī)構(gòu)4，以能變更姿勢(shì)的方式連接于基端側(cè)的連桿樞轂2，上述各連桿機(jī)構(gòu)4分別由基端側(cè)的端部連桿部件5、前端側(cè)的端部連桿部件6以及中間連桿部件7構(gòu)成，該基端側(cè)的端部連桿部件5的一端以能旋轉(zhuǎn)的方式連接于上述基端側(cè)的連桿樞轂2上，該前端側(cè)的端部連桿部件6的一端以能旋轉(zhuǎn)的方式連接于上述前端側(cè)的連桿樞轂3上，該中間連桿部件構(gòu)7的兩端分別以能旋轉(zhuǎn)的方式連接于該基端側(cè)和前端側(cè)的端部連桿部件5、6的另一端上，在上述各連桿機(jī)構(gòu)4中，通過直線表示該連桿機(jī)構(gòu)4的幾何學(xué)模型為如下形狀:相對(duì)上述中間連桿部件7的中間部的基端側(cè)部分與前端側(cè)部分對(duì)稱。
[0013]在該連桿動(dòng)作裝置I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(zhuǎn)對(duì)偶中心軸分別處于相互交叉的位置關(guān)系，該交點(diǎn)稱為球面連桿中心P1、P2，在上述基端側(cè)和前端側(cè)的連桿樞轂2、3相互平行的狀態(tài)下，將通過其中一個(gè)連桿樞轂2 (3)的上述球面連桿中心Pl (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(chǎng)合，在上述基端側(cè)的連桿樞轂2和上述前端側(cè)的連桿樞轂3之間設(shè)置線材33，該線材33的兩端在上述基端側(cè)和前端側(cè)的線材保持點(diǎn)Ql、Q2處被保持，該基端側(cè)和前端側(cè)的線材保持點(diǎn)Ql、Q2分別位于上述基端側(cè)和前端側(cè)的連桿樞轂中心軸B、C上，并且位于遠(yuǎn)離與該連桿樞轂中心軸B、C所通過的上述球面連桿中心PU P2面對(duì)的上述球面連桿中心P2、Pl的一側(cè)，分別將在上述基端側(cè)和前端側(cè)的連桿樞轂2，3相互平行的狀態(tài)下的從上述基端側(cè)和前端側(cè)的球面連桿中心P1、P2的中點(diǎn)O到上述各球面連桿中心P1、P2的距離設(shè)為D，針對(duì)基端側(cè)和前端側(cè)，將從上述球面連桿中心P1、P2到上述線材保持點(diǎn)Q1、Q2的距離設(shè)為H，在此場(chǎng)合，H = 0.5XD的關(guān)系成立。
[0014]按照該方案，由于曲率中心為基端側(cè)和前端側(cè)的球面連桿中心P1、P2這兩個(gè)點(diǎn)，故與曲率中心為一個(gè)點(diǎn)的普通結(jié)構(gòu)相比較，穿過各連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)的空間9的線材33的曲率半徑R更大，另外，由于前端側(cè)的連桿樞轂中心軸C相對(duì)基端側(cè)的連桿樞轂中心軸B的彎曲而造成的線材33的長(zhǎng)度變化(L/S)也更小。特別是，通過使線材保持點(diǎn)Q1、Q2的位置滿足H = 0.5 XD，由此，線材33和線材保持點(diǎn)Ql、Q2的相對(duì)位移為最小。由此，容易避免線材33妨礙連桿機(jī)構(gòu)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的耐久性得以提尚。
[0015]比如，在線材33為安裝于前端側(cè)的連桿樞轂3上的工具上的配線的場(chǎng)合，由于即使基端側(cè)和前端側(cè)的連桿樞轂中心軸B、C處于相互彎曲的狀態(tài)下，線材33的長(zhǎng)度變化仍極小，故可將線材33按照不具有多余長(zhǎng)度的方式設(shè)置于各連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)的空間9中。由此，僅設(shè)置直線長(zhǎng)度量的線材33的長(zhǎng)度便可，并且不需要與伴隨彎曲而造成的線材33的較大長(zhǎng)度變化相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)等，故線材33在連桿動(dòng)作裝置I中的設(shè)置很簡(jiǎn)單。另外，由于線材33被收納于各連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)的空間9中，故可以節(jié)省的空間方式來設(shè)置連桿動(dòng)作裝置I。此外，如果線材33被收納于各連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)的空間9中，則在保護(hù)線材33方面也是有利的。另外，可縮短線材33的長(zhǎng)度，以較低的成本完成。
[0016]在本發(fā)明的連桿動(dòng)作裝置I中，將上述線材33的最小曲率半徑設(shè)為Rmin，將上述前端側(cè)的連桿樞轂中心軸C相對(duì)上述基端側(cè)的連桿樞轂中心軸B的最大彎曲角設(shè)為(2 X Θ max)，在此場(chǎng)合，下述關(guān)系成立:
[0017]Rmin = DX (I/sin Θ max+1 / (2 X tan Θ max))
[0018]由此，與前端側(cè)的連桿樞轂中心軸C相對(duì)基端側(cè)的連桿樞轂中心軸B的彎曲角為(2X θ )的值無關(guān)，穿過各連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)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(nèi)。另外，關(guān)于作為從球面連桿中心P1、P2的中點(diǎn)O到球面連桿中心P1、P2的距離D，被設(shè)為用于獲得連桿動(dòng)作裝置I所希望的最大彎曲角2X 0max)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(nèi)，可獲得最大彎曲角為(2 X Θ)。于是，可使連桿動(dòng)作裝置I緊湊化。
[0019]在本發(fā)明的連桿動(dòng)作裝置I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(hào)纜線等，但必須要求確保允許曲率半徑，并且避免扭轉(zhuǎn)、扭結(jié)，光纖是柔性的，處理時(shí)需要注意。如果在該連桿動(dòng)作裝置I的前端側(cè)的連桿樞轂3上設(shè)置激光頭或傳感器，使光纖穿過連桿機(jī)構(gòu)4的內(nèi)側(cè)的空間9的中心的話，則光纖不會(huì)從連桿動(dòng)作裝置I的外部露出，能使連桿動(dòng)作裝置I的設(shè)置空間緊湊化。
[0020]在本發(fā)明的連桿動(dòng)作裝置I中，上述線材33為能傳遞轉(zhuǎn)矩的柔性桿，在設(shè)置于上述基端側(cè)的連桿樞轂2上的旋轉(zhuǎn)促動(dòng)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(zhuǎn)的方式設(shè)置于上述前端側(cè)的連桿樞轂3的旋轉(zhuǎn)架臺(tái)61的旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生的反力的狀態(tài)下，可以節(jié)省空間，并且能簡(jiǎn)單地使旋轉(zhuǎn)架臺(tái)61旋轉(zhuǎn)。如果抑制了柔性桿的反力的話，則可減小驅(qū)動(dòng)連桿動(dòng)作裝置I的旋轉(zhuǎn)促動(dòng)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。
[0021]權(quán)利要求書和/或說明書和/或附圖中公開的至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)中的任意的組合均包含在本發(fā)明中。特別是，權(quán)利要求書中的各項(xiàng)權(quán)利要求的兩個(gè)以上的任意的組合也包含在本發(fā)明中。
【附圖說明】
[0022]根據(jù)參照附圖的下面的優(yōu)選的實(shí)施形式的說明，會(huì)更清楚地理解本發(fā)明。但是，實(shí)施形式和附圖用于單純的圖示和說明，不應(yīng)用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定。在附圖中，多個(gè)附圖中的同一部件標(biāo)號(hào)表示同一或相應(yīng)部分。
[0023]圖1為以局部省略的方式表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的連桿動(dòng)作裝置的使用狀態(tài)的主視圖；
[0024]圖2為以三維方式表示該連桿動(dòng)作裝置的連桿動(dòng)作裝置主體的立體圖；
[0025]圖3為通過直線表示該連桿動(dòng)作裝置主體的一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)的圖；
[0026]圖4為表示該連桿動(dòng)作裝置主體的各旋轉(zhuǎn)對(duì)偶部的結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0027]圖5為表示該連桿動(dòng)作裝置的剖視圖；
[0028]圖6為表示該連桿動(dòng)作裝置的連桿樞轂與線材的位置關(guān)系的概況圖；
[0029]圖7為表示該連桿動(dòng)作裝置的動(dòng)作所造成的連桿樞轂中心軸的彎曲角與線材的長(zhǎng)度變化的關(guān)