JP3626375B2 - Driving mechanism for moving body and parallel mechanism machine using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体に複数のリンク機構を設けて移動体の位置や姿勢を変更可能としたパラレルメカニズムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ボールねじ伸縮型のパラレルメカニズム機械を図8に示す。図示するように、固定されたベース1(基台)に上側回転ジョイント21を介して複数のスプライン付きのボールねじ8が貫通する形で、その軸方向に移動可能に取り付けられ、リンク機構を形成している。また、ボールねじ8の先端は下側回転ジョイント19を介して移動体20の隅部に接続されている。そして、各上側回転ジョイント21には連続してサーボモータ22が設けられ、それぞれのリンクであるボールねじ8を軸方向移動させて移動体20の位置や姿勢を変更可能としている。
【0003】
複数のリンクにより移動体20の位置と姿勢を可変とするには、ボールねじ8の軸方向に移動させる駆動装置と共に、ボールねじが任意の方向へ倒れるようにするための回転ジョイントが必要であるが、図8の場合、これら2つの装置を1つにしたボールねじ駆動装置として、外形が球状の滑り軸受けとなったサーボモータ22で上側回転ジョイントを形成してボールねじナット6(図9に示す)を直接駆動するナット回転方式の駆動装置が従来使用されていた。
この駆動装置の特徴は、球状の滑り軸受けにサーボモータを配し、ナットを直接駆動することにより、ベルト駆動に比較して形状が非常にコンパクトにできることであった。しかし、球状滑り軸受けの加工精度の追求や軸受け間隔の管理、軸受け剛性の向上、サーボモータメンテナンスやトルクアップ等々が困難であるという問題点を有していた。
【0004】
そのため、これらの諸問題を解決する手段として回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置が提案されている。図9〜図11はその具体例を示し、図9は駆動装置の縦断面図、図10は図9の断面と直交する面の縦断面図、図11は平面図である。図において、2は外側リング、3は中間リング、4は内側リングであり、図11に示すように、外側リング2の対向する位置に設けられた2個のジク5aと、ジク5aと直交するよう中間リング3の対向する位置に設けられた2個のジク5bとでジンバル構造を形成し、ボールねじ8を支持している。また、サーボモータ22は内側リング4に連続して形成されている。
このように、予圧を与えた転がり軸受けでジンバル構造を構成することにより、隙間の無い高剛性な回転ジョイントを実現し、またサーボモータと回転ジョイントを分けることにより、サーボモータのみの取付け、取り外しを可能とし、サーボモータのメンテナンスやトルクアップ等を容易なものとしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置としても、
より剛性を必要とする場合には、構造が複雑なジンバル構造であることが障害となり、満足のいく剛性を得ることができなかった。
【0006】
そこで、本発明の課題は、回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置が持っていたボールねじの倒れる方向への回転2自由度を、ボールねじが倒れる方向への回転1自由度及びベース平面上の回転1自由度に変更して簡素な構造として、直列に繋がっていたトラニオン構造を1つ無くした回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置とすることで、高剛性な移動体の駆動機構及びそれを用いたパラレルメカニズム機械を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明に係る移動体の駆動機構は、基台と、移動体と、前記移動体の外縁に設けられた複数の第1の自在継手と、前記基台の外縁に設けられた複数の第2の自在継手と、一端が前記第1の自在継手に接続されるとともに他端が前記第2の自在継手に対して軸方向移動可能に取り付けられた複数のリンクと、個々の前記リンクを前記第2の自在継手に対して軸方向移動させる手段とから成る移動体の駆動機構において、前記第2の自在継手を、前記基台平面上で回転可能に設置される中間リングと、前記リンクが貫通した状態で接続されるとともに、前記中間リングの対向する位置に固定された2個のジクにより前記中間リングに前記リンクが倒れる方向で回転可能に支持される内側リングとで形成して、前記第2の自在継手に、前記リンクが倒れる方向の回転1自由度と基台平面上の回転1自由度とからなる2つの回転自由度を備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、パラレルメカニズム機械に請求項1の移動体の駆動機構を備えたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を基に詳細に説明する。図1は本発明に係る移動体の駆動機構の1例を示すもので、回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置の縦断面説明図であり、図2はその平面図である。図示するように、リンクを構成するスプライン付のボールねじ8はボールねじナット6及びスプラインナット7により支持され、ベース1を貫通する形でベース1に取り付けられている。
【0010】
スプラインナット7は内側リング4に支持され、内側リング4は中間リング3の対向する位置に固定された2個のジク5により回転可能に支持され、中間リング3は予圧を与えられたクロスローラ軸受23を介してベース1に取り付けられている。そして、内側リング4にはボールねじ8を軸方向移動させるサーボモータ22が連結されている。
【0011】
ジク5は図1のA部を拡大した図3に示すように、一端が中間リング3に支持され、他端が内側リング4に形成された支持孔4aに、軸受外輪押さえ16によりある予圧を付与されて取り付けられたテーパコロ軸受15によって支持されている。尚、17はテーパコロ軸受15を固定するカラー、18はナットである。
また、サーボモータ22は、ロータ9、ステータ10、アンギュラ軸受11、深溝玉軸受12、ブレーキ13、ロータリーエンコーダ14等を構成要素とし、ボールねじナット6はロータ9の先端に接続され、ロータ9の回転によりボールねじ8をその軸方向に移動可能としている。
【0012】
このように、従来の回転2自由度をボールねじが倒れる方向への回転1自由度及びベース平面上の回転1自由度に変更することで、直列に繋がっていたトラニオン構造を1つ無くした回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置を実現でき、高剛性な回転ジョイント部を実現することができる。
【0013】
図4〜図6は、クロスローラ軸受の他の形態を示し、図4は3列円筒コロ軸受とした場合、図5ではアンギュラ軸受、図6ではブロック26と円弧状レール27で構成される円弧状ボールガイドを用いている。いずれも軸受け部に高い予圧を与える事により、高剛性な回転継手を構成することができる。
また、図7は更に他の形態を示し、クロスローラ軸受けの代わりに静圧軸受28を用いたもので、このように構成することで高い剛性と共に高い振動減衰性能を得ることができる。
そして、上記するような回転ジョイント部を図8に示すパラレルメカニズム機械の移動体の駆動機構、即ち第1の自在継手である下側回転ジョイント及び第2の自在継手である上側回転ジョイントに適用することで高剛性なパラレルメカニズム機械を得ることができる。
【0014】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1の発明によれば、従来の回転ジョイント一体型ボールねじ駆動装置が持っていた、ボールねじが倒れる方向への回転2自由度を、ボールねじが倒れる方向への回転1自由度とベース平面上の回転1自由度に変更することにより、直列に繋がっていたトラニオン構造が1つ無くなり、より高剛性な移動体駆動装置が実現できる。
請求項2の発明によれば、高剛性で高精度なパラレルメカニズム機械を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す移動体駆動機構の縦断面説明図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】図1A部の拡大図である。
【図4】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図である。
【図8】パラレルメカニズム機械の斜視図である。
【図9】従来の移動体駆動機構の1例を示す縦断面説明図である。
【図10】図8の断面と直交する縦断面図説明図である。
【図11】図8の平面図である。
【符号の説明】
1・・ベース(基台)、3・・中間リング、4・・内側リング、5・・ジク、6・・ボールねじナット、7・・スプラインナット、8・・スプライン付きボールねじ、19・・下側回転ジョイント(第1の自在継手)、20・・移動体、21・・上側回転ジョイント(第2の自在継手)、22・・サーボモータ、23・・クロスローラ軸受、24・・3列円筒コロ軸受、25・・アンギュラ玉軸受、28・・静圧軸受。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a parallel mechanism in which a plurality of link mechanisms are provided on a moving body so that the position and posture of the moving body can be changed.
[0002]
[Prior art]
A ball screw telescopic parallel mechanism machine is shown in FIG. As shown in the figure, a
[0003]
In order to make the position and posture of the moving
The feature of this drive device was that it was possible to make the shape very compact compared to the belt drive by arranging a servo motor on a spherical sliding bearing and directly driving the nut. However, it has been difficult to pursue the processing accuracy of spherical sliding bearings, to manage bearing intervals, to improve bearing rigidity, to maintain servo motors, and to increase torque.
[0004]
Therefore, as a means for solving these problems, a rotary joint-integrated ball screw driving device has been proposed. 9 to 11 show specific examples thereof, FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the driving device, FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a plane orthogonal to the section of FIG. 9, and FIG. 11 is a plan view. In the figure, 2 is an outer ring, 3 is an intermediate ring, and 4 is an inner ring. As shown in FIG. 11, two jigs 5a provided at opposite positions of the
In this way, by configuring the gimbal structure with a pre-loaded rolling bearing, a highly rigid rotary joint with no gap is realized, and by separating the servo motor and rotary joint, only the servo motor can be attached and detached. The servo motor maintenance and torque increase are made easy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this way as a ball screw drive device integrated with a rotary joint,
When more rigidity is required, a complicated gimbal structure is an obstacle, and satisfactory rigidity cannot be obtained.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is to provide two degrees of freedom in the direction in which the ball screw falls, which the rotation joint-integrated ball screw driving device has, one degree of freedom in rotation in the direction in which the ball screw falls, and rotation on the base plane. As a simple structure by changing to one degree of freedom, a rotary joint integrated ball screw drive device that eliminates one trunnion structure connected in series and a high-rigidity moving body drive mechanism and the same are used. To provide a parallel mechanism machine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a driving mechanism for a moving body according to the invention of
[0008]
The invention according to
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a driving mechanism for a moving body according to the present invention, which is a longitudinal sectional view of a rotary joint integrated ball screw driving device, and FIG. 2 is a plan view thereof. As shown in the figure, a
[0010]
The
[0011]
As shown in FIG. 3 which is an enlarged view of part A of FIG. It is supported by a tapered roller bearing 15 which is provided and attached.
The
[0012]
Thus, by changing the conventional two degrees of freedom of rotation to one degree of freedom of rotation in the direction in which the ball screw is tilted and one degree of freedom of rotation on the base plane, the rotation without one trunnion structure connected in series is eliminated. A joint-integrated ball screw drive device can be realized, and a highly rigid rotary joint can be realized.
[0013]
4 to 6 show other forms of cross roller bearings. FIG. 4 shows a case where a three-row cylindrical roller bearing is used, FIG. 5 shows an angular bearing, and FIG. An arc-shaped ball guide is used. In any case, a high-rigidity rotary joint can be formed by applying a high preload to the bearing portion.
FIG. 7 shows still another embodiment, in which a
The rotary joint portion as described above is applied to the drive mechanism of the moving body of the parallel mechanism machine shown in FIG. 8, that is, the lower rotary joint that is the first universal joint and the upper rotary joint that is the second universal joint. Thus, a highly rigid parallel mechanism machine can be obtained.
[0014]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the invention, the two degrees of freedom of rotation in the direction in which the ball screw is tilted, which the conventional rotary joint-integrated ball screw driving device has, is in the direction in which the ball screw is tilted. By changing to one rotation degree of freedom and one degree of freedom rotation on the base plane, one trunnion structure connected in series is eliminated, and a more rigid moving body drive device can be realized.
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section of a moving body drive mechanism showing an example of an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion shown in FIG. 1A.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a parallel mechanism machine.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view illustrating an example of a conventional moving body drive mechanism.
10 is an explanatory view of a vertical cross section orthogonal to the cross section of FIG. 8. FIG.
11 is a plan view of FIG. 8. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ・ ・ Base (base) 3 ・ ・
Claims (2)
前記第2の自在継手を、
前記基台平面上で回転可能に設置される中間リングと、前記リンクが貫通した状態で接続されるとともに、前記中間リングの対向する位置に固定された2個のジクにより前記中間リングに前記リンクが倒れる方向で回転可能に支持される内側リングとで形成して、
前記第2の自在継手に、前記リンクが倒れる方向の回転1自由度と基台平面上の回転1自由度とからなる2つの回転自由度を備えたことを特徴とする移動体の駆動機構。A base, a movable body, a plurality of first universal joints provided on an outer edge of the movable body, a plurality of second universal joints provided on an outer edge of the base, and one end of the first universal joint a plurality of links and the other end is connected to the universal joint mounted for axial movement relative to the second universal joint, to axially move individual said link to said second universal joint In the drive mechanism of the moving body comprising means,
The second universal joint,
Before and during the ring in that will be installed rotatably in Kimotodai plane, together with the link is connected in a state of penetrating to the intermediate ring by two opposing Axis fixed to the position of the intermediate ring With the inner ring supported rotatably in the direction in which the link falls ,
Wherein the second universal joint, the mobile drive mechanism, characterized in that with two rotational degrees of freedom consisting of one rotation degree of freedom on one rotation degree of freedom and the base plane in the direction of the link from falling down.
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