JP4266143B2 - Link type continuously variable transmission - Google Patents

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Description

本発明は一般的にはリンク式無段変速機に関し、一層詳しくは、可動範囲が制限されている可動体、例えばロボットハンド、特に多指ロボットハンドの指の駆動系に有利に適用し得るリンク式無段変速機に関する。   The present invention generally relates to a link type continuously variable transmission, and more specifically, a link that can be advantageously applied to a finger drive system of a movable body having a limited movable range, such as a robot hand, particularly a multi-finger robot hand. The present invention relates to a continuously variable transmission.

周知のように、多指ロボットハンドの駆動系では、個々の指の動きには或る程度の速度が要求されるだけでなく、多指ロボットハンドによる物体の確実な把持を保証するためには相当な把持力も要求される。 As is well known, in the drive system of a multi-fingered robot hand, not only a certain speed is required for the movement of individual fingers, but also in order to guarantee the reliable gripping of an object by the multi-fingered robot hand. A considerable gripping force is also required.

多指ロボットハンドでの指の動きの速度を高める提案については、例えば非特許文献１及び２に開示されているが、多指ロボットハンドの場合にはスペース的に大型の高出力アクチュエータを使用できず、また指の速度とその把持力とは減速比においてトレードオフの関係にあり、このため多指ロボットハンドでの指の動きの速度を高めつつその把持力を増大させるという２つの要求を満足させることはきわめて困難であるとされていた。   Proposals for increasing the speed of finger movement in a multi-fingered robot hand are disclosed, for example, in Non-Patent Documents 1 and 2, but in the case of a multi-fingered robot hand, a large, high-power actuator can be used in space. In addition, there is a trade-off relationship between the speed of the finger and its gripping force in the reduction ratio, and thus satisfies the two requirements of increasing the gripping force while increasing the speed of finger movement in a multi-fingered robot hand. It was said that it was extremely difficult to make it happen.

多指ロボットハンドで指の把持力を小型アクチュエータで増大させるためには、変速機として、指の開閉時に減速比を小さくして該指の速度を大きくし、物体を把持するときには減速比を大きくして大きな把持力を得るようにしたものが必要である。近年、ロボット工学の分野では、非特許文献３及び４に開示されているように、自動車用変速機に比べて小型化かつ軽量化された負荷感応型無段変速機が開発されているが、しかしそのような無段変速機は多指ロボットハンドに組み込み得るためには未だ大型でしかも重量があり過ぎるものである。即ち、多指ロボットハンドに組み込み得るような小型でしかも軽量の変速機については未だ開発されていない。
並木明夫等著「軽量高速ロボット指モジュールの開発」日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会‘０２講演論文集、２Ｐ２−Ｆ０４，２００２ 毛利哲也等著「人間型ロボットハンド “Gifu Hand III”とそのリアルタイム制御システム」日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会‘０２講演論文集、２Ｐ２−Ｆ０２，２００２ 広瀬茂男等著「負荷感応無段変速機X-screwの開発」日本機械学会論文集（Ｃ編）、６６巻６４６号ｐｐ１９１２−１９１６，２０００ 萩原哲夫等著「回転型負荷感応無段変速機の開発 その１ 基本機構の提案」日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会‘０１講演論文集、１Ａ１−Ｍ２，２００１ In order to increase the gripping force of fingers with a small actuator in a multi-fingered robot hand, as a transmission, reduce the reduction ratio when opening and closing the finger to increase the speed of the finger, and increase the reduction ratio when gripping an object. Thus, a device capable of obtaining a large gripping force is required. In recent years, in the field of robotics, as disclosed in Non-Patent Documents 3 and 4, load-sensitive continuously variable transmissions that are smaller and lighter than automobile transmissions have been developed. However, such a continuously variable transmission is still large and too heavy to be incorporated into a multi-fingered robot hand. That is, a small and lightweight transmission that can be incorporated into a multi-fingered robot hand has not yet been developed.
Akio Namiki et al. “Development of lightweight high-speed robot finger module” Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and Mechatronics '02, 2P2-F04, 2002 Tetsuya Mouri et al. “Humanoid Robot Hand“ Gifu Hand III ”and its Real-time Control System” The Japan Society of Mechanical Engineers Robotics Mechatronics Lecture '02 Proceedings 2P2-F02, 2002 "Development of load-sensitive continuously variable transmission X-screw" by Shigeo Hirose et al., Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Vol. 66, No. 646, pp. 1912-1916, 2000 Tetsuo Hagiwara et al. “Development of a rotary load-sensitive continuously variable transmission, part 1 Proposal of basic mechanism” Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and Mechatronics '01 1A1-M2, 2001

従って、本発明の目的は、可動範囲が制限されている可動体、例えばロボットハンド、特に多指ロボットハンドの指の駆動系に適用し得るような小型で軽量なリンク式無段変速機であって、大きな減速比が得られるように構成されたリンク式無段変速機を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is a small and light link type continuously variable transmission that can be applied to a finger drive system of a movable body having a limited movable range, for example, a robot hand, particularly a multi-finger robot hand. Thus, a link type continuously variable transmission configured to obtain a large reduction ratio is provided.

本発明によるリンク式無段変速機は、ベースリンク部材と、該ベースリンク部材の一端側に第１の枢着点で枢着され、しかもリンク長を連続的に変化し得るように構成された入力リンク部材と、該ベースリンク部材の他端側に第２の枢着点で枢着された出力リンク部材と、前記ベースリンク部材に対峙するように前記入力リンク部材と前記出力リンク部材とに枢着された中間リンク部材と具備し、前記第１の枢着点の周りに前記入力リンク部材を回動させるように入力される入力トルクtinが前記第２の枢着点の周りに前記出力リンク部材を回動させる出力トルクtoutとして変換され、前記入力トルクtinと前記出力トルクtoutとの関係が、
tout ＝ (Ｌout/Ｌin)tin
但し、
Ｌinは前記第１の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
Ｌoutは前記第２の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
で表され、前記入力リンク部材が互いにピボット軸に枢動自在に連結された第１及び第２のリンク要素から成り、前記第１のリンク要素の外端側が前記第１の枢着点で前記ベースリンク部材に枢着され、前記第２のリンク要素の外端側が前記中間リンク部材の該当端側に枢着され、前記第１及び第２のリンク要素の間の角度を変えることにより前記入力リンク部材のリンク長が連続的に変化させられ、前記出力リンク部材が負荷を受けたとき、その負荷に感応して前記第１及び第２のリンク要素がその間の角度を小さくすべく枢動させられるように該第１及び第２のリンク要素のピボット軸にトーションばねを装着し、該トーションばねの２つのアーム部が該第１及び第２のリンク要素のそれぞれに係止され、前記第２のリンク要素を当接させるためのストッパ片を前記第１のリンク要素上に設け、前記第２のリンク要素が該ストッパ片に当接したときに前記入力リンク部材のリンク長ｌvirを最小とするようにしたものである。


A link type continuously variable transmission according to the present invention is configured to be pivotally attached at a first pivot point to one end side of a base link member and the base link member, and the link length can be continuously changed. An input link member; an output link member pivotally attached to the other end of the base link member at a second pivot point; and the input link member and the output link member so as to face the base link member includes a pivotally mounted intermediate link member, said input torque t in input the input link member about the first pivot point so as to rotate the around the second pivot point is converted as an output torque t out for rotating the output link member, the relationship between the input torque t in and the output torque t out,
t out = (L out / L in ) t in
However,
L in is the length when a perpendicular is drawn from the first pivot point to a straight line connecting the pivot points of the intermediate link member;
L out is the length when the perpendicular is drawn from the second pivot point to the straight line connecting the pivot points of the intermediate link member,
The input link member is composed of first and second link elements pivotally connected to each other with a pivot shaft, and the outer end side of the first link element is the first pivot point. The input is carried out by changing the angle between the first and second link elements pivotally attached to a base link member, the outer end side of the second link element being pivotally attached to the corresponding end side of the intermediate link member When the link length of the link member is continuously changed and the output link member receives a load, the first and second link elements are pivoted to reduce the angle therebetween in response to the load. The torsion springs are mounted on the pivot shafts of the first and second link elements so that the two arm portions of the torsion springs are locked to the first and second link elements, respectively. Abutting link elements Provided because the stopper on the first link element, in which the second link element is adapted to minimize the link length l vir of the input link member when in contact with the said stopper is there.


更に、本発明の別の局面においては、上記のトーションばね及びストッパ片の代りに、第１のリンク要素がピボット軸に枢動自在に連結され、第２のリンク要素がピボット軸上に固着され、該ピボット軸の回動駆動により、第１及び第２のリンク要素間の角度が可変とされる。かくして、そのようなリンク式無段変速機では、その減速比がピボット軸の回動駆動により任意に変え得ることとなる。 Further, in another aspect of the present invention, instead of the torsion spring and the stopper piece, the first link element is pivotally connected to the pivot shaft, and the second link element is fixed on the pivot shaft. By rotating the pivot shaft, the angle between the first and second link elements is variable. Thus, in such a link type continuously variable transmission, the reduction ratio can be arbitrarily changed by rotating the pivot shaft.

次に、添付図面の図１を参照して、本発明によるリンク式無段変速機の第１の実施の形態について説明する。 Next, with reference to Figure 1 of the accompanying drawings, a description will be given of a first embodiment of a link-type continuously variable transmission according to the present invention.

図１に示すように、本発明によるリンク式無段変速機はベースリンク部材１０を具備し、このベースリンク部材１０は適当な支持構造体Ｓによって保持される。リンク式無段変速機は、また、ベースリンク部材１０の一端側に第１の枢着点で枢着された入力リンク部材１２と、該ベースリンク部材１０の他端側に第２の枢着点で枢着された出力リンク部材１４と、該ベースリンク部材１０に対峙するように入力リンク部材１２と出力リンク部材１４とに枢着された中間リンク部材１６とを具備する。   As shown in FIG. 1, the link type continuously variable transmission according to the present invention includes a base link member 10, which is held by a suitable support structure S. The link type continuously variable transmission also includes an input link member 12 pivotally attached to one end side of the base link member 10 at a first pivot point, and a second pivot point attached to the other end side of the base link member 10. An output link member 14 pivotally attached at a point and an input link member 12 and an intermediate link member 16 pivotally attached to the output link member 14 so as to face the base link member 10 are provided.

本実施の形態では、入力リンク部材１２は２つのリンク要素１２Ａ及び１２Ｂから成り、これらリンク要素１２Ａ及び１２Ｂはそれぞれの一端部側でピボット軸１８によって互いに枢動自在に連結される。リンク要素１２Ａの他端側即ち外端側にはピボット軸２０が固着され、このピボット軸２０にはベースリンク部材１０の一端側が枢動自在に連結される。即ち、上述した第１の枢着点、即ちベースリンク部材１０の一端側に対する入力リンク部材１２の枢着点はピボット軸２０の中心軸線上の一点として定義される。一方、リンク要素１２Ｂの他端側即ち外端側はピボット軸２２によって中間リンク部材１６の該当端部側に枢動自在に連結される。 In this embodiment, the input link member 12 consists of two link elements 12A and 12B, these link elements 12A and 12B are pivotally connected to each other by a pivot shaft 18 at each one end. A pivot shaft 20 is fixed to the other end side, that is, the outer end side of the link element 12A, and one end side of the base link member 10 is pivotally connected to the pivot shaft 20. That is, the first pivot point described above, that is, the pivot point of the input link member 12 with respect to one end side of the base link member 10 is defined as one point on the central axis of the pivot shaft 20. On the other hand, the other end side, that is, the outer end side of the link element 12B is pivotally connected to the corresponding end side of the intermediate link member 16 by the pivot shaft 22.

また、本実施の形態では、リンク要素１２Ａ及び１２Ｂを互いに枢着させるピボット軸１８にはトーションばね２４が装着される。トーションばね２４の一方のアーム部はリンク要素１２Ａの側辺から延びた突出片２６Ａによって係止され、その他方のアーム部はリンク要素１２Ｂの側辺から延びた突出片２６Ｂによって係止され、このトーションばね２４により、入力リンク部材１２は図１に示すような初期状態に維持され、このときピボット軸２０及び２２の距離が最大とされる。 In the present embodiment, the torsion spring 24 is attached to the pivot shaft 18 that pivotally attaches the link elements 12A and 12B to each other. One arm of the torsion spring 24 is locked by a protruding piece 26A extending from the side of the link element 12A, and the other arm is locked by a protruding piece 26B extending from the side of the link element 12B. The input link member 12 is maintained in the initial state as shown in FIG. 1 by the torsion spring 24, and at this time, the distance between the pivot shafts 20 and 22 is maximized.

入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａにはピボット軸２０側の端部に接近した側辺には突起体２８が固着され、この突起体２８はリンク要素１２Ｂに対するストッパ片として機能する。即ち、リンク要素１２Ｂがピボット軸１８の周りに時計方向(図１)に枢動させられた際に突起体即ちストッパ片２８が該リンク要素１２Ｂに当接するようになっている。 A protrusion 28 is fixed to the link element 12A of the input link member 12 on the side close to the end on the pivot shaft 20 side, and this protrusion 28 functions as a stopper piece for the link element 12B. That is, when the link element 12B is pivoted around the pivot shaft 18 in the clockwise direction (FIG. 1), the protrusion, that is, the stopper piece 28 comes into contact with the link element 12B.

出力リンク部材１４の一端部はピボット軸３０によってベースリンク部材１０の他端側に枢動自在に連結される。即ち、上述した第２の枢着点、即ちベースリンク部材１０の他端側に対する出力リンク部材１４の枢着点はピボット軸３０の中心軸線上の一点として定義される。一方、出力リンク部材１４の他端部はピボット軸３２によって中間リンク部材１６の該当端部側に枢動自在に連結される。   One end portion of the output link member 14 is pivotally connected to the other end side of the base link member 10 by a pivot shaft 30. That is, the second pivot point described above, that is, the pivot point of the output link member 14 with respect to the other end side of the base link member 10 is defined as one point on the central axis of the pivot shaft 30. On the other hand, the other end portion of the output link member 14 is pivotally connected to the corresponding end portion side of the intermediate link member 16 by a pivot shaft 32.

図２を参照すると、上述したリンク式無段変速機の物理モデルが示される。なお、同図において、図１に示す構成要素と同じものについては、同じ参照符号が用いられる。   Referring to FIG. 2, a physical model of the link type continuously variable transmission described above is shown. In the figure, the same reference numerals are used for the same components as those shown in FIG.

図２において、ｌfixはベースリンク部材１０のリンク長を示す。ｌA及びｌBは入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれのリンク長を示し、これらリンク長ｌA及びｌBにより入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirが決まり、しかもリンク長ｌvirはリンク要素１２Ａ及び１２Ｂ間の成す角度に応じて変動する。ｌoutは出力リンク部材１４のリンク長を示し、ｌMは中間リンク部材１６のリンク長を示す。また、Ｌinはピボット軸２０の中心(即ち、上述した第１の枢動点)から中間リンク部材１６の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さであり、Ｌoutはピボット軸３０（即ち、上述した第２の枢着点）から中間リンク部材１６の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さである。 In FIG. 2, l fix indicates the link length of the base link member 10. l A and l B indicate the respective link lengths of the link elements 12A and 12B of the input link member 12, and the link lengths l A and l B determine the actual link length l vir of the input link member 12, and the link The length l vir varies depending on the angle formed between the link elements 12A and 12B. l out indicates the link length of the output link member 14, and l M indicates the link length of the intermediate link member 16. In addition, L in is a length when a perpendicular is lowered with respect to a straight line connecting between the pivot points of the intermediate link member 16 from the center of the pivot shaft 20 (that is, the first pivot point described above), L out is the length when a perpendicular is drawn from the pivot shaft 30 (that is, the above-described second pivot point) to a straight line connecting the pivot points of the intermediate link member 16.

ピボット軸２０に例えば電動モータ(図示されない)から適当な減速系を経て回転駆動力が伝達させられて、入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａが反時計方向に回転駆動させられると、出力リンク部材１４もピボット軸３０の周りで反時計方向に回転駆動させられ、このときリンク要素１２Ａのトルク及び角速度がそれぞれ入力トルク及び入力角速度として、出力リンク部材１４のトルク及び角速度が出力トルク及び出力角速度として定義される。なお、図２においては、入力トルク及び入力角速度のそれぞれはτ in及びω inで示され、また出力トルク及び出力角速度のそれぞれはτ out及びω outで示されている。 When a rotational driving force is transmitted to the pivot shaft 20 from, for example, an electric motor (not shown) through an appropriate speed reduction system, and the link element 12A of the input link member 12 is driven to rotate counterclockwise, the output link member 14 Are also driven to rotate counterclockwise around the pivot shaft 30. At this time, the torque and angular velocity of the link element 12A are defined as input torque and input angular velocity, respectively, and the torque and angular velocity of the output link member 14 are defined as output torque and output angular velocity, respectively. Is done. In FIG. 2, the input torque and the input angular velocity are indicated by τ in and ω in , respectively, and the output torque and the output angular velocity are indicated by τ out and ω out , respectively.

更に、図２において、ピボット軸２０及び３０の中心間の線分に沿ってピボット軸２０の中心から外方に延長する線分とピボット軸２０及び２２の中心間の線分とが成す角度がθ virで示され、ピボット軸２０及び３０の中心間の線分とピボット軸３０及び３２の中心間の線分とが成す角度がθ outで示される。勿論、入力リンク部材１２がピボット軸２０の周りで回動させられると、角度θ virは変動し、これに伴って角度θ outも変動する。 Further, in FIG. 2, an angle formed by a line segment extending outward from the center of the pivot shaft 20 along a line segment between the centers of the pivot shafts 20 and 30 and a line segment between the centers of the pivot shafts 20 and 22 is defined. theta indicated by vir, angle between the line segment between the centers of the line segments and the pivot shaft 30 and 32 between the center of the pivot shaft 20 and 30 are shown in theta out. Of course, the input link member 12 when is pivoted about the pivot axis 20, the angle theta vir varies, also varies the angle theta out accordingly.

ここで、入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirが固定であると仮定すると、即ち入力リンク部材１２がリンク長ｌvirを持つ単一のリンク部材に置き代えられた場合を仮定すると、図２に示すリンク式無段変速機は４節リンク機構となり、このとき入力トルクτ inと出力トルクτ outとの関係は以下の式によって表せる。
τ out ＝ (Ｌout/Ｌin)τ in Here, assuming that the actual link length l vir of the input link member 12 is fixed, that is, assuming that the input link member 12 is replaced by a single link member having the link length l vir , The link type continuously variable transmission shown in FIG. 2 has a four-bar linkage mechanism. At this time, the relationship between the input torque τ in and the output torque τ out can be expressed by the following equation.
τ out = (L out / L in ) τ in

ところで、本発明によるリンク式無段変速機にあっては、入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirはその２つのリンク要素１２Ａ及び１２Ｂの枢動自在性のために可変であり、このリンク長ｌvirの変化によりパラメータＬinも変動する。かくして、図１に示すリンク機構はリンク式無段変速機としての機能を持つこととなる。 By the way, in the link type continuously variable transmission according to the present invention, the effective link length l vir of the input link member 12 is variable due to the pivotability of the two link elements 12A and 12B. The parameter L in also varies with the change of the link length l vir . Thus, the link mechanism shown in FIG. 1 has a function as a link type continuously variable transmission.

このようなリンク式無段変速機の特性がシュミレーション計算によって求められた。即ち、シュミレーション計算では、ベースリンク部材１０に対応するリンク部材として、ｌfix＝47[mm]のリンク部材が、出力リンク部材１４に対応するリンク部材として、ｌout＝9[mm]の出力リンク部材が、中間リンク部材１６に対応するリンク部材として、ｌM＝50[mm]のリンク部材がそれぞれ用いられた。また、入力リンク部材１２に対応するものとして、長さの異なる６種類の単一入力リンク部材（ｌvir＝5、8、11、14、17、20[mm]）が用いられた。要するに、前者の３つのリンク部材（ｌfix＝47[mm]、ｌout＝9[mm]、ｌM＝50[mm]）に対して６種類の単一入力リンク部材（ｌvir＝5、8、11、14、17、20[mm]）をそれぞれを順次組み込み、各４節リンク機構についてトルク比（τ out/τ in)及び角速度比（ω out/ω in)のシュミレーション計算が行われた。 The characteristics of such a link type continuously variable transmission were obtained by simulation calculation. That is, in the simulation calculation, a link member corresponding to the base link member 10 is l fix = 47 [mm], and a link member corresponding to the output link member 14 is l out = 9 [mm]. As the link member corresponding to the intermediate link member 16, a link member having l M = 50 [mm] was used. In addition, six types of single input link members (l vir = 5, 8, 11, 14, 17, 20 [mm]) having different lengths were used as corresponding to the input link member 12. In short, for the former three link members (l fix = 47 [mm], l out = 9 [mm], l M = 50 [mm]), six types of single input link members (l vir = 5, 8, 11, 14, 17, 20 [mm]) are incorporated sequentially, and the simulation calculation of torque ratio ( τ out / τ in ) and angular velocity ratio ( ω out / ω in ) is performed for each four-bar linkage mechanism. It was.

トルク比（τ out/τ in)の計算結果及び角速度比（ω out/ω in)の測定結果をそれぞれ図３及び図４のグラフに示す。双方のグラフから明らかなように、単一入力リンク部材（ｌvir＝5、8、11、14、17、20[mm]）の長さが短い方が、トルク比（τ out/τ in)が全体的に増大するのに対して角速度比（ω out/ω in)は全体的に減少することとなる。図１に示すリンク機構にあっては、入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirの変化は連続的であり、このため該リンク機構は無段変速機として機能することになる。 The calculation results of the torque ratio ( τ out / τ in ) and the measurement results of the angular velocity ratio ( ω out / ω in ) are shown in the graphs of FIGS. 3 and 4, respectively. As is clear from both graphs, the shorter the length of the single input link member (l vir = 5, 8, 11, 14, 17, 20 [mm]), the torque ratio ( τ out / τ in ) As a whole, the angular velocity ratio ( ω out / ω in ) decreases as a whole. In the link mechanism shown in FIG. 1, the change in the actual link length l vir of the input link member 12 is continuous, so that the link mechanism functions as a continuously variable transmission.

図１に示すリンク式無段変速機は特に多指ロボットハンドに有利に適用し得るような負荷感応型無段変速機として構成され、多指ロボットハンドの指が把持すべき把持対象物に衝合した際にその変速機能が発揮されるようになっている。図５ないし図７を参照すると、図１に示すリンク式負荷感応型無段変速機を多指ロボットハンド内に適用した際の動作例が段階的に図示されている。図５ないし図７において、参照符号３４は出力リンク１４に固着された指先部材を示し、また参照符号３６は把持対象物を示す。なお、図５ないし図７では、図示の簡略化のためにトーションばね２４は省かれている。   The link type continuously variable transmission shown in FIG. 1 is configured as a load-sensitive continuously variable transmission that can be advantageously applied to a multi-fingered robot hand. When combined, the gear shifting function is exhibited. Referring to FIGS. 5 to 7, an example of operation when the link type load-sensitive continuously variable transmission shown in FIG. 1 is applied to a multi-fingered robot hand is illustrated step by step. 5 to 7, reference numeral 34 indicates a fingertip member fixed to the output link 14, and reference numeral 36 indicates an object to be grasped. 5 to 7, the torsion spring 24 is omitted for simplification of illustration.

指先部材３４が何らの負荷も受けていない状態で入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａが回転駆動させられているとき、入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirはトーションばね２４のために最大長に維持され、このため角速度比（ω out/ω in)も最大となり、指先部材３４の動きは最も速くなる。 When the link element 12A of the input link member 12 is driven to rotate while the fingertip member 34 is not subjected to any load, the effective link length l vir of the input link member 12 is the maximum for the torsion spring 24. The angular velocity ratio ( ω out / ω in ) is also maximized, and the movement of the fingertip member 34 is the fastest.

図５に示すように、入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａが反時計方向に回転駆動させられて、指先部材３４が把持対象物３６に衝合すると、即ち指先部材３４が負荷に感応すると、出力リンク部材１４の動きが停止させられる。その結果、図５及び図６から明らかなように、入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａ及び１２Ｂがトーションばね２４のばね弾性力に抗して互いに接近するように枢動させられ、これにより入力リンク部材１２のリンク長ｌvirは次第に短くなって出力トルクτ outが増大し、これに伴い指先部材３４によって把持対象物３６に及ぼされる把持力Ｆも次第に増大する。 As shown in FIG. 5, when the link element 12A of the input link member 12 is driven to rotate counterclockwise and the fingertip member 34 abuts on the grasped object 36, that is, when the fingertip member 34 is sensitive to a load, the output is performed. The movement of the link member 14 is stopped. As a result, as is apparent from FIGS. 5 and 6, the link elements 12A and 12B of the input link member 12 are pivoted so as to approach each other against the spring elastic force of the torsion spring 24, thereby the input link. The link length l vir of the member 12 is gradually shortened to increase the output torque τ out , and accordingly, the gripping force F exerted on the gripping object 36 by the fingertip member 34 is also gradually increased.

入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａが更に反時計方向に回動駆動させられて、リンク要素１２Ｂがリンク要素１２Ａ上のストッパ片２８に当接させられると、入力リンク部材１２のリンク長ｌvirは図７に示すように最小となり、このときトルク比（τ out/τ in)は最大となって、入力トルクτ inに対する把持力Ｆも最大となる。 When the link element 12A of the input link member 12 is further rotated in the counterclockwise direction and the link element 12B is brought into contact with the stopper piece 28 on the link element 12A, the link length l vir of the input link member 12 is As shown in FIG. 7, the torque ratio ( τ out / τ in ) becomes maximum at this time, and the gripping force F with respect to the input torque τ in also becomes maximum.

例えば、入力リンク部材１２の事実上のリンク長ｌvirの最大値が20[mm]で、しかも指先部材３４が把持対象物３６に衝合したときの角度θ outが100[deg]であるとすると、図５ないし図７に示す動作において、トルク比（τ out/τ in)は図３のグラフ上のＡ点からＢ点に沿って増大し、角速度比（ω out/ω in)は図４のグラフ上のＡ点からＢ点に沿って減少することになる。なお、図７に示した最大把持力Ｆよりも更に大きな把持力が必要とされる場合には、リンク要素１２Ｂがリンク要素１２Ａ上のストッパ片２８に当接させられた後に、該リンク要素１２Ａに対する入力トルクτ inを増大させればよい。 For example, the maximum value of the actual link length l vir of the input link member 12 is 20 [mm], and the angle θ out when the fingertip member 34 abuts the grasped object 36 is 100 [deg]. Then, in the operation shown in FIGS. 5 to 7, the torque ratio ( τ out / τ in ) increases from the point A on the graph of FIG. 3 along the point B, and the angular velocity ratio ( ω out / ω in ) It decreases from point A on point 4 along point B. When a gripping force larger than the maximum gripping force F shown in FIG. 7 is required, after the link element 12B is brought into contact with the stopper piece 28 on the link element 12A, the link element 12A What is necessary is just to increase the input torque ( tau) in to.

以上述べたリンク式無段変速機において、入力トルクτ inに対して、出力リンク部材１４から得られる力について測定実験により検証された。この測定実験のために、出力リンク部材１４には図５に二点鎖線で示すような測定桿３８が連結させられ、ピボット軸３０の中心から45[mm]隔てられた測定桿３８上の測定個所で得られる力について測定が行われた。この測定には、アイコーエンジニアリング株式会社製の荷重測定器（MODEL-9810）が使用され、測定桿３８上の測定個所（ピボット軸３０の中心から45[mm]）が荷重測定器の測定検出部に衝合させられ、このとき角度θ outは82[deg]であった。また、入力リンク部材１２の２つのリンク要素１２Ａ及び１２Ｂ間の角度は135[deg]であり、このときトーションばね２４は自然長であり、そのばね定数は[0.196Nmm/deg]であった。 In the link type continuously variable transmission described above, the force obtained from the output link member 14 with respect to the input torque τ in was verified by a measurement experiment. For this measurement experiment, a measurement rod 38 as shown by a two-dot chain line in FIG. 5 is connected to the output link member 14, and the measurement on the measurement rod 38 separated from the center of the pivot shaft 30 by 45 [mm]. Measurements were made of the force available at the site. For this measurement, a load measuring instrument (MODEL-9810) manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd. is used, and the measurement point on the measuring rod 38 (45 [mm] from the center of the pivot shaft 30) is the measurement detector of the load measuring instrument. At this time, the angle θ out was 82 [deg]. The angle between the two link elements 12A and 12B of the input link member 12 is 135 [deg]. At this time, the torsion spring 24 has a natural length, and its spring constant is [0.196 Nmm / deg].

測定結果については、図８のグラフに黒丸のプロットで示される。入力トルクτ inが大きくなるにつれて入力リンク部材１２のリンク長ｌvirが短くなり、入力トルクτ inが約0.07[Nm]のとき入力リンク部材１２のリンク長ｌvirが最小となった。即ち、入力トルクτ inが約0.07[Nm]に到達するまで入力リンク部材１２のリンク長ｌvirが連続的に変化するため無段変速が行われ、把持力Ｆが急激に増加していることが読み取れる。また、更に入力トルクτ inを大きくすると、リンク要素１２Ｂはストッパ片２８に支えられて、リンク要素１２Ａに対して回転することができないので、入力リンク部材１２のリンク長ｌvirは最短に保たれ、指先部材３４の把持の態様における最大の変速比で把持力Ｆが出力される。なお、図８のグラフにおいて、破線ＢＬはリンク長ｌvirが最小とされるときの最大変速比の推移を示している。 The measurement results are indicated by black circle plots in the graph of FIG. As the input torque τ in increases, the link length l vir of the input link member 12 decreases, and when the input torque τ in is about 0.07 [Nm], the link length l vir of the input link member 12 is minimized. That is, since the link length l vir of the input link member 12 continuously changes until the input torque τ in reaches about 0.07 [Nm], continuously variable transmission is performed, and the gripping force F increases rapidly. Can be read. Further, when the input torque τ in is further increased, the link element 12B is supported by the stopper piece 28 and cannot rotate with respect to the link element 12A. Therefore, the link length l vir of the input link member 12 is kept to the shortest. The gripping force F is output at the maximum speed ratio in the manner of gripping the fingertip member 34. In the graph of FIG. 8, the broken line BL shows the transition of the maximum gear ratio when the link length l vir is minimized.

比較のために、入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａ及び１２Ｂを互いに枢動し得ないように故意に固定してそのリンク長ｌvir（Ｌin＝14.5[mm]）を一定とした場合についても同様な測定が行われ、その測定結果は図８のグラフに黒四角のプロットで示されている。比較例から明らかなように、入力リンク部材１２のリンク長が一定の場合には大きな力を出力させることはできない。 For comparison, the link elements 12A and 12B of the input link member 12 are intentionally fixed so that they cannot pivot with respect to each other, and the link length l vir (L in = 14.5 [mm]) is constant. The same measurement is performed, and the measurement result is shown by a black square plot in the graph of FIG. As is clear from the comparative example, when the link length of the input link member 12 is constant, a large force cannot be output.

以上の記載から明らかなように、本発明によるリンク式無段変速機が負荷感応型のものとして構成された場合には、指先部材３４の把持の態様によってはその減速比は無限大にもなり、特に多指ロボットハンドに有利に適用することができる。というのは、既に述べたように、指先部材３４が把持対象物３６を捕らえるまでは、指先部材３４の動きは素早く、把持対象物３６が一旦指先部材３４によって捕らえられるや否や大きな把持力が指先部材３４から把持対象物３６に及ぼされるからである。   As is apparent from the above description, when the link type continuously variable transmission according to the present invention is configured as a load-sensitive type, the reduction ratio is infinite depending on the manner of gripping the fingertip member 34. In particular, it can be advantageously applied to a multi-fingered robot hand. This is because, as described above, until the fingertip member 34 catches the grasped object 36, the fingertip member 34 moves quickly, and as soon as the grasped object 36 is caught by the fingertip member 34, a large grasping force is applied. This is because it extends from the member 34 to the grasped object 36.

図９を参照すると、本発明によるリンク式無段変速機の第２の実施の形態が示される。第２の実施の形態では、リンク式無段変速機は負荷感応型としては構成されずに任意に減速比を設定し得るようになっている。 Referring to FIG. 9, there is shown a second embodiment of the link type continuously variable transmission according to the present invention. In the second embodiment, the link-type continuously variable transmission and is able to set the gear ratio arbitrarily without being configured as a load-sensitive.

図９に示すように、第２の実施の形態では、トーションばね２４及びストッパ片２８は使用されない。入力リンク部材１２のリンク要素１２Ａ及び１２Ｂの双方の一端部は上述した第１の実施の形態ではピボット軸１８に枢動自在に連結されているが、しかし第２の実施の形態では、リンク要素１２Ａの一端部だけがピボット軸１８に枢動自在に連結されるだけで、リンク要素１２Ｂの一端部はピボット軸１８上に固着される。ピボット軸１８上には歯付プーリ４０が固着され、この歯付プーリ４０には歯付無端駆動ベルト４２が装着される。 As shown in FIG. 9, in the second embodiment, the torsion spring 24 and the stopper pieces 28 are not used. Although both the end portions of the link elements 12A and 12B of the input link member 12 in the first embodiment described above are connected pivotally to the pivot shaft 18, but in the second embodiment, the link elements Only one end of 12A is pivotally connected to the pivot shaft 18 so that one end of the link element 12B is secured onto the pivot shaft 18. A toothed pulley 40 is fixed on the pivot shaft 18, and a toothed endless driving belt 42 is attached to the toothed pulley 40.

第２の実施の形態においては、歯付無端駆動ベルト４２を適宜駆動させることによって、リンク要素１２Ｂはピボット軸１８の周りで回動させられ、これによりピボット軸２０及び２２の中心間距離、即ち入力リンク部材１２のリンク長ｌvirを変えることが可能である。要するに、歯付無端駆動ベルト４２の駆動によって、リンク式無段変速機の減速比を任意に選択することができる。 In the second embodiment, by driving the toothed endless drive belt 42 properly, the link element 12B is caused to pivot about the pivot shaft 18, thereby the distance between the centers of the pivot shaft 20 and 22, i.e., The link length l vir of the input link member 12 can be changed. In short, the reduction ratio of the link type continuously variable transmission can be arbitrarily selected by driving the toothed endless drive belt 42.

上述した第１及び第２の実施の形態にあっては、入力リンク部材１２のリンク長ｌvirを可変とするために、該入力リンク部材１２は２つのリンク要素１２Ａ及び１２Ｂをピボット軸１８によって相互に枢着させることにより構成されているが、しかしピボット軸２０及び２２間の距離ｌvirを可変とするその他の手段により入力リンク部材１２を構成することも可能である。例えば、ボールねじ／ナット機構やピニオン／ラック機構を適宜スイベル継手等を介してピボット軸２０及び２２間に設けることにより、リンク長ｌvirを可変となる入力リンク機構を構成することができる。 In the first and second embodiments described above, the link length l vir of the input link member 12 to be variable, input link member 12 by the pivot shaft 18 the two link elements 12A and 12B The input link member 12 can be formed by other means for making the distance l vir between the pivot shafts 20 and 22 variable. For example, by providing a ball screw / nut mechanism or a pinion / rack mechanism between the pivot shafts 20 and 22 via a swivel joint or the like as appropriate, an input link mechanism with a variable link length l vir can be configured.

本発明によるリンク式無段変速機の第１の実施の形態を示す立面図である。1 is an elevational view showing a first embodiment of a link type continuously variable transmission according to the present invention. 図１に示すリンク式無段変速機の物理モデル示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the physical model of the link type continuously variable transmission shown in FIG. 図１に示すリンク式無段変速機において、入力リンク部材のリンク長の変化により、入力トルクに対する出力トルクのトルク比がどのように変化するかを説明するためのグラフである。2 is a graph for explaining how the torque ratio of output torque to input torque changes due to a change in link length of an input link member in the link type continuously variable transmission shown in FIG. 1. 図１に示すリンク式無段変速機において、入力リンク部材のリンク長の変化により、入力角速度に対する出力角速度の角速度比がどのように変化するかを説明するためのグラフである。2 is a graph for explaining how the angular velocity ratio of the output angular velocity to the input angular velocity changes due to the change in the link length of the input link member in the link type continuously variable transmission shown in FIG. 1. 図１に示すリンク式負荷感応型無段変速機を多指ロボットハンド内に適用した際の動作例の典型的な段階を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the typical step of the operation example at the time of applying the link type load-sensitive continuously variable transmission shown in FIG. 1 in a multi-fingered robot hand. 図５の動作例の別の代表的な段階を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing another representative stage of the operation example of FIG. 5. 図５の動作例の更に別の代表的な段階を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing still another representative stage of the operation example of FIG. 5. 図１に示すリンク式無段変速機において、入力トルクに対して出力リンク部材から得られる力の測定結果を示すグラフである。2 is a graph showing a measurement result of force obtained from an output link member with respect to input torque in the link type continuously variable transmission shown in FIG. 1. 本発明によるリンク式無段変速機の第２の実施の形態を示す立面図である。It is an elevation view showing a second embodiment of a link type continuously variable transmission according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０：ベースリンク部材
１２：入力リンク部材
１２Ａ：リンク要素
１２Ｂ：リンク要素
１４：出力リンク部材
１６：中間リンク部材
１８：ピボット軸
２０：ピボット軸
２２：ピボット軸
２４：トーションばね
２６Ａ：突出片
２６Ｂ：突出片
２８：突起体(ストッパ片)
３０：ピボット軸
３２：ピボット軸
３４：指先部材
３６：把持対象物
３８：測定桿
４０：歯付プーリ
４２：歯付無端駆動ベルト
Ｓ：支持構造体 10: Base link member 12: Input link member 12A: Link element 12B: Link element 14: Output link member 16: Intermediate link member 18: Pivot shaft 20: Pivot shaft 22: Pivot shaft 24: Torsion spring 26A: Protruding piece 26B: Protruding piece 28: Protruding body (stopper piece)
30: Pivot shaft 32: Pivot shaft 34: Fingertip member 36: Grasping object 38: Measuring rod 40: Toothed pulley 42: Toothed endless driving belt S: Support structure

Claims (2)

ベースリンク部材と、該ベースリンク部材の一端側に第１の枢着点で枢着され、しかもリンク長を連続的に変化し得るように構成された入力リンク部材と、該ベースリンク部材の他端側に第２の枢着点で枢着された出力リンク部材と、前記ベースリンク部材に対峙するように前記入力リンク部材と前記出力リンク部材とに枢着された中間リンク部材とを具備し、
前記第１の枢着点の周りに前記入力リンク部材を回動させるように入力される入力トルクτinが前記第２の枢着点の周りに前記出力リンク部材を回動させる出力トルクτoutとして変換され、
前記入力トルクτinと前記出力トルクτoutとの関係が、
τout ＝ (Ｌout/Ｌin)τin
但し、
Ｌinは前記第１の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
Ｌoutは前記第２の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
で表され、
前記入力リンク部材が互いにピボット軸に枢動自在に連結された第１及び第２のリンク要素から成り、前記第１のリンク要素の外端側が前記第１の枢着点で前記ベースリンク部材に枢着され、前記第２のリンク要素の外端側が前記中間リンク部材の該当端側に枢着され、前記第１及び第２のリンク要素の間の角度を変えることにより前記入力リンク部材のリンク長が連続的に変化させられ、
前記出力リンク部材が負荷を受けたとき、その負荷に感応して前記第１及び第２のリンク要素がその間の角度を小さくすべく枢動させられるように該第１及び第２のリンク要素のピボット軸にトーションばねを装着し、該トーションばねの２つのアーム部が該第１及び第２のリンク要素のそれぞれに係止され、
前記第２のリンク要素を当接させるためのストッパ片を前記第１のリンク要素上に設け、前記第２のリンク要素が該ストッパ片に当接したときに前記入力リンク部材のリンク長ｌvirを最小とするようにしたリンク式無段変速機。 A base link member, an input link member pivotally attached to one end of the base link member at a first pivot point, and configured to continuously change the link length; An output link member pivotally attached to the end at a second pivot point; and an intermediate link member pivotally attached to the input link member and the output link member so as to face the base link member. ,
An input torque τ in input to rotate the input link member around the first pivot point causes an output torque τ out to rotate the output link member around the second pivot point. Is converted as
The relationship between the input torque τ in and the output torque τ out is
τ out = (L out / L in ) τ in
However,
L in is the length when a perpendicular is drawn from the first pivot point to a straight line connecting the pivot points of the intermediate link member;
L out is the length when the perpendicular is drawn from the second pivot point to the straight line connecting the pivot points of the intermediate link member,
Represented by
The input link member includes first and second link elements pivotably connected to each other with a pivot shaft, and an outer end side of the first link element is connected to the base link member at the first pivot point. The link of the input link member is pivoted, and the outer end side of the second link element is pivoted to the corresponding end side of the intermediate link member, and the angle between the first and second link elements is changed. The length is continuously changed,
When the output link member receives a load, the first and second link elements are responsive to the load so that the first and second link elements are pivoted to reduce the angle therebetween. A torsion spring is mounted on the pivot shaft, and two arm portions of the torsion spring are locked to the first and second link elements,
A stopper piece for abutting the second link element is provided on the first link element, and the link length l vir of the input link member when the second link element abuts on the stopper piece. Link type continuously variable transmission that minimizes the load. ベースリンク部材と、該ベースリンク部材の一端側に第１の枢着点で枢着され、しかもリンク長を連続的に変化し得るように構成された入力リンク部材と、該ベースリンク部材の他端側に第２の枢着点で枢着された出力リンク部材と、前記ベースリンク部材に対峙するように前記入力リンク部材と前記出力リンク部材とに枢着された中間リンク部材とを具備し、
前記第１の枢着点の周りに前記入力リンク部材を回動させるように入力される入力トルクτinが前記第２の枢着点の周りに前記出力リンク部材を回動させる出力トルクτoutとして変換され、
前記入力トルクτinと前記出力トルクτoutとの関係が、
τout ＝ (Ｌout/Ｌin)τin
但し、
Ｌinは前記第１の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
Ｌoutは前記第２の枢着点から前記中間リンク部材の両枢着点間を結ぶ直線に対して垂線を下ろした際の長さ、
で表され、
前記入力リンク部材が互いにピボット軸に枢動自在に連結された第１及び第２のリンク要素から成り、前記第１のリンク要素の外端側が前記第１の枢着点で前記ベースリンク部材に枢着され、前記第２のリンク要素の外端側が前記中間リンク部材の該当端側に枢着され、前記第１及び第２のリンク要素の間の角度を変えることにより前記入力リンク部材のリンク長が連続的に変化させられ、
前記第１のリンク要素が前記ピボット軸に枢動自在に連結され、前記第２のリンク要素が前記ピボット軸上に固着され、前記ピボット軸の回動駆動により、前記第１及び第２のリンク要素間の角度が可変とされるリンク式無段変速機。 A base link member, an input link member pivotally attached to one end of the base link member at a first pivot point, and configured to continuously change the link length; An output link member pivotally attached to the end at a second pivot point; and an intermediate link member pivotally attached to the input link member and the output link member so as to face the base link member. ,
An input torque τ in input to rotate the input link member around the first pivot point causes an output torque τ out to rotate the output link member around the second pivot point. Is converted as
The relationship between the input torque τ in and the output torque τ out is
τ out = (L out / L in ) τ in
However,
L in is the length when a perpendicular is drawn from the first pivot point to a straight line connecting the pivot points of the intermediate link member;
L out is the length when the perpendicular is drawn from the second pivot point to the straight line connecting the pivot points of the intermediate link member,
Represented by
The input link member includes first and second link elements pivotably connected to each other with a pivot shaft, and an outer end side of the first link element is connected to the base link member at the first pivot point. The link of the input link member is pivoted, and the outer end side of the second link element is pivoted to the corresponding end side of the intermediate link member, and the angle between the first and second link elements is changed. The length is continuously changed,
The first link element is pivotally connected to the pivot shaft, the second link element is fixed on the pivot shaft, and the first and second links are driven by rotation of the pivot shaft. Link type continuously variable transmission with variable angle between elements.
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