連桿動作裝置的制造方法
【專利說明】連桿動作裝置
[0001]相關申請
[0002]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
[0003]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】
[0004]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I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。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP特開2005-127475號文獻
【發明內容】
[0008]發明要解決的課題
[0009]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。
[0010]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。
[0011]用于解決課題的技術方案
[0012]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I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。
[0013]在該連桿動作裝置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Ql、Q2處被保持，該基端側和前端側的線材保持點Ql、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PU P2面對的上述球面連桿中心P2、Pl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 = 0.5XD的關系成立。
[0014]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 XD，由此，線材33和線材保持點Ql、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的耐久性得以提尚。
[0015]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I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I。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。
[0016]在本發明的連桿動作裝置I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 X Θ max)，在此場合，下述關系成立:
[0017]Rmin = DX (I/sin Θ max+1 / (2 X tan Θ max))
[0018]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(2X 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，可獲得最大彎曲角為(2 X Θ)。于是，可使連桿動作裝置I緊湊化。
[0019]在本發明的連桿動作裝置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I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I的外部露出，能使連桿動作裝置I的設置空間緊湊化。
[0020]在本發明的連桿動作裝置I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I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。
[0021]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】
[0022]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。
[0023]圖1為以局部省略的方式表示本發明的第I實施方式的連桿動作裝置的使用狀態的主視圖；
[0024]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；
[0025]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；
[0026]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；
[0027]圖5為表示該連桿動作裝置的剖視圖；
[0028]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；
[0029]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