JP5560108B2 - Load compensation mechanism and design method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、荷重補償機構及びその設計方法に関する。 The present invention relates to a load compensation mechanism and a design method thereof.
従来から荷重補償機構が公知である。例えば特許文献1の荷重補償機構は、基台と、基台に回転可能に連結された第1のアームと、第1のアームの端部に回転可能に連結された第2のアームと、一端が第1のアームと第2のアームとの連結部に連結され、他端が基台における第1のアームの連結部近傍に連結された第1の弾性体と、一端が第1のアームの下端部から水平に突出する突出部と連結され、他端が基台の下端部に連結された第2の弾性体と、を備えている。当該荷重補償機構は、第1のアームの任意の回転位置において、第1のアームの自重に基づく回転モーメントを打ち消すように、第1の弾性体の弾性力に基づく回転モーメントと、第2の弾性体の弾性力に基づく回転モーメントと、を作用させる。 Conventionally, load compensation mechanisms are known. For example, a load compensation mechanism disclosed in Patent Document 1 includes a base, a first arm rotatably connected to the base, a second arm rotatably connected to an end of the first arm, and one end. Is connected to the connecting portion of the first arm and the second arm, the other end is connected to the vicinity of the connecting portion of the first arm on the base, and one end of the first arm is connected to the first arm. A second elastic body connected to a protruding portion that protrudes horizontally from the lower end portion, and having the other end connected to the lower end portion of the base. The load compensation mechanism includes a rotational moment based on the elastic force of the first elastic body and a second elasticity so as to cancel the rotational moment based on the weight of the first arm at an arbitrary rotational position of the first arm. A rotational moment based on the elastic force of the body is applied.
特許文献2の荷重補償機構は、支柱と、支柱に回転可能に連結されたアームと、一端が支柱に連結され、アームに設けられた方向転換部材を介して弾性体に連結された連結部材と、一端が連結部材に連結され、他端がアームに連結された弾性体と、を備えている。当該荷重補償機構は、支柱とアームとの連結部から支柱における連結部材の連結部までの距離と、支柱とアームとの連結部から方向転換部材による連結部材の方向転換部までの距離と、を等しくすることで、アームの任意の回転位置において、アームに作用する荷重に基づく回転モーメントを打ち消すように、弾性体の弾性力に基づく回転モーメントを作用させる。
The load compensation mechanism of
特許文献3の荷重補償機構は、固定台と、固定台に対して上下方向に移動する可動台と、固定台と可動台とを連結する支持部材と、第1の弾性体と、第2の弾性体と、を備えている。固定台は、水平部から上方に突出する突出部を備えている。支持部材は、X字状に連結され、当該連結部で回転可能とされた第1のリンクと第2のリンクとを備えている。第1のリンクの一端は可動台に回転可能に連結され、他端は固定台の水平部に水平方向に摺動可能に連結されている。第2のリンクの一端は可動台に水平方向に摺動可能に連結され、他端は固定台の水平部に回転可能に連結されている。第1の弾性体の一端は第1のリンクの一端に連結され、他端は第2のリンクの他端に連結されている。第2の弾性体の一端は第1のリンクの他端に連結され、他端は固定台の突出部に連結されている。
The load compensation mechanism of
また、特許文献4の荷重補償機構は、特許文献3の荷重補償機構と略同様の構成とされており、特許文献3の荷重補償機構との相違点は、第2の弾性体の一端が第2のリンクと固定台との連結部に連結され、他端は第1のリンクの他端に連結されている。すなわち、第1の弾性体は垂直方向に配置され、第2の弾性体は水平方向に配置されている。これらの特許文献3、4の荷重補償機構は、被作業体を可動台に載置した状態で当該可動台を任意の高さに移動させた際に、第1の弾性体が被作業体に及ぼす上向きの力と、第2の弾性体が支持部材を介して被作業体に及ぼす上向きの力と、を加算した値と、被作業体の荷重とが釣り合うように設定されている。
Further, the load compensation mechanism of Patent Document 4 is configured substantially the same as the load compensation mechanism of
ちなみに、特許文献5、6には、荷重補償機構ではないが、荷重によってアームに作用する回転モーメントを軽減する技術が開示されている。特に、特許文献6には、当該回転モーメントの軽減特性を変化させる技術が開示されている。
Incidentally,
特許文献1乃至4の荷重補償機構は、上述のように荷重を補償するための技術的思想が開示されているものの、具体的な設計方法までは開示されていない。そのため、実際に実現しようとすると、簡単に実現できない可能性がある。
本発明は、簡単に実現できる荷重補償機構及びその設計方法を提供することを目的とするものである。
The load compensation mechanisms of Patent Documents 1 to 4 do not disclose a specific design method, although the technical idea for compensating the load is disclosed as described above. Therefore, there is a possibility that it cannot be easily realized if it is actually realized.
It is an object of the present invention to provide a load compensation mechanism that can be easily realized and a design method thereof.
本発明に係る荷重補償機構は、回転体に荷重が作用する第1の作用点と、前記回転体に第1の弾性体の弾性力が作用する第2の作用点と、前記回転体に第2の弾性体の弾性力が作用する第3の作用点と、を設け、前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線上に略配置し、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、略直交するように配置し、前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させることを特徴とする。 The load compensation mechanism according to the present invention includes a first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and a first action point on the rotating body. A third action point on which the elastic force of the second elastic body acts, and the second action point is substantially arranged on a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point. The first elastic body and the second elastic body are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, and the torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, A resultant torque of a torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the second action point and a torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the third action point. It is characterized by acting in the reverse rotation direction.
または、本発明に係る荷重補償機構は、回転体に荷重が作用する第1の作用点と、前記回転体に第1の弾性体の弾性力が作用する第2の作用点と、前記回転体に第2の弾性体の弾性力が作用する第3の作用点と、を設け、前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線と略直交する直線上に略配置し、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、略平行に配置し、前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させることを特徴とする。 Alternatively, the load compensation mechanism according to the present invention includes a first action point where a load acts on the rotating body, a second action point where the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and the rotating body. A third action point on which the elastic force of the second elastic body acts, and the second action point is substantially orthogonal to a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point. The first elastic body and the second elastic body are arranged substantially parallel to each other, and are arranged substantially parallel to each other around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point. And a torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the third action point and a torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the third action point. The resultant torque is caused to act in a reverse rotation direction.
前記第1の弾性体又は前記第2の弾性体の端部は、前記回転体が回転した際に前記第1の弾性体又は前記第2の弾性体が前記回転体の回転方向に振られないように、前記第2の作用点又は前記第3の作用点における前記第1の弾性体又は前記第2の弾性体の配置方向と略直交する方向への変位を許容する許容部を備えること、が好ましい。 The end of the first elastic body or the second elastic body is such that the first elastic body or the second elastic body is not shaken in the rotational direction of the rotating body when the rotating body rotates. As described above, including an allowance portion that allows displacement in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction of the first elastic body or the second elastic body at the second action point or the third action point, Is preferred.
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に略位置するときに、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体のそれぞれの弾性力が略ゼロとなること、が好ましい。 When the first action point is located substantially on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, the respective elastic forces of the first elastic body and the second elastic body become substantially zero. It is preferable.
または、前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に略位置するときに、前記第2の弾性体に予め弾性力を導入すること、が好ましい。 Alternatively, it is preferable that an elastic force is introduced into the second elastic body in advance when the first action point is substantially positioned on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body.
上述の荷重補償機構において、以下の[式1]を満足すること、が好ましい。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をlとする。
In the above-described load compensation mechanism, it is preferable that the following [Equation 1] is satisfied.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, and the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l.
さらに上述の荷重補償機構において、前記第1の作用点に作用する荷重がα倍に変化したときに、以下の[式1]且つ[式2]を満足すること、が好ましい。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
[式2]k2l2(l2+l2')=αmgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をl、前記第2の弾性体に導入する弾性力のための変化量をl2'とする。
Furthermore, in the above-described load compensation mechanism, it is preferable that the following [Equation 1] and [Equation 2] are satisfied when the load acting on the first action point changes by α times.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
[Formula 2] k 2 l 2 (l 2 + l 2 ′) = αmgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l, and the second elasticity Let the amount of change due to the elastic force introduced into the body be l 2 ′.
本発明の荷重補償機構の設計方法は、上述の荷重補償機構を設計するにあたって、以下の[式1]を満足させること、が好ましい。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をlとする。
The design method of the load compensation mechanism of the present invention preferably satisfies the following [Equation 1] in designing the above-described load compensation mechanism.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, and the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l.
さらに本発明の荷重補償機構の設計方法は、上述の荷重補償機構を設計するにあたって、前記第1の作用点に作用する荷重がα倍に変化したときに、以下の[式1]且つ[式2]を満足させることを特徴とする荷重補償機構の設計方法。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
[式2]k2l2(l2+l2')=αmgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をl、前記第2の弾性体に導入する弾性力のための変化量をl2'とする。
Furthermore, in the design method of the load compensation mechanism of the present invention, when designing the load compensation mechanism described above, when the load acting on the first action point changes α times, the following [Equation 1] and [Equation 1] 2] is satisfied, A design method of a load compensation mechanism.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
[Formula 2] k 2 l 2 (l 2 + l 2 ′) = αmgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l, and the second elasticity Let the amount of change due to the elastic force introduced into the body be l 2 ′.
以上、説明したように、本発明によると、荷重補償機構を簡単に実現できる。 As described above, according to the present invention, the load compensation mechanism can be easily realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、本発明に係る荷重補償機構の基本原理を説明し、その後に当該荷重補償機構の適用形態を説明する。ちなみに、以下の説明において、荷重mgが作用する方向と平行な方向をY軸方向とし、Y軸方向と直交方向をX軸方向とする。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the basic principle of the load compensation mechanism according to the present invention will be described, and then the application form of the load compensation mechanism will be described. Incidentally, in the following description, the direction parallel to the direction in which the load mg acts is the Y-axis direction, and the direction orthogonal to the Y-axis direction is the X-axis direction.
<基本原理1>
本発明に係る荷重補償機構の基本原理1を説明する。本原理では、図1に示すように、回転体であるリンク101がY軸方向に配置されている。リンク101は、回転軸O1を中心として回転する。リンク101の一方の端部には、荷重mg(以下、単にmgと示す)が作用する第1の作用点Pが設けられている。
<Basic principle 1>
The basic principle 1 of the load compensation mechanism according to the present invention will be described. In this principle, as shown in FIG. 1, a
リンク101の他方の端部には、第1の弾性体102の弾性力が作用する第2の作用点Aが設けられている。第1の弾性体102は、X軸方向に配置されている。第1の弾性体102としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第1の弾性体102の一方の端部は、基台100に連結されている。第1の弾性体102の他方の端部は、第2の作用点Aに連結されている。第1の弾性体102は、リンク101が回転していない状態、即ち図1ではY軸方向に配置されている状態で、自然長(張力ゼロ)となるように配置されている。ちなみに、図1では、リンク101の配置を明瞭に示すために、第1の弾性体102の配置位置が正確に示されていない。
The other end of the
ここで、リンク101が回転軸O1を中心に回転した際に、第1の弾性体102がY軸方向に捻じれないように、リンク101のY軸方向への変位を許容する許容部1021を備えていることが好ましい。許容部1021は、第2の作用点AからZ軸方向に突出する突出部1021aと、第1の弾性体102の他方の端部に設けられた摺動板1021bと、を備えている。これにより、図1に示すように、リンク101の第1の作用点Pにmgが作用して、リンク101が矢印R方向に回転すると、突出部1021aは摺動板1021b上を摺動しつつ、当該摺動板1021bを押し込む。そのため、第1の弾性体102がリンク101の回転に追従して捻じれることがない。
Here, when the
リンク101における、回転軸O1と第2の作用点A、即ち本原理では第1の作用点Pと第2の作用点Aとを結ぶ直線L1上には、第2の弾性体103の弾性力が作用する第3の作用点Bが設けられている。第3の作用点Bは、回転軸O1と第2の作用点Aとの間の位置に配置されている。第2の弾性体103は、Y軸方向に配置されている。第2の弾性体103としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第2の弾性体103の一方の端部は、基台100に連結されている。第2の弾性体103の他方の端部は、第3の作用点Bに連結されている。第2の弾性体103は、リンク101が回転していない状態で、自然長となるように配置されている。ちなみに、図1では、リンク101の配置を明瞭に示すために、第2の弾性体103の配置位置が正確に示されていない。
On the
ここで、リンク101が回転軸O1を中心に回転した際に、第2の弾性体103がX軸方向に捻じれないように、リンク101のX軸方向への変位を許容する許容部1031を備えることが好ましい。許容部1031は、第3の作用点BからZ軸方向に突出する突出部1031aと、第2の弾性体103の他方の端部に設けられた摺動板1031bと、を備えている。これにより、図1に示すように、リンク101の第1の作用点Pにmgが作用して、リンク101が矢印R方向に回転すると、突出部1031aは摺動板1031b上を摺動しつつ、当該摺動板1031bを押し込む。そのため、第2の弾性体103がリンク101の回転に追従して捻じれることがない。
Here, when the
すなわち、第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸O1回りの回転モーメントτPと、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転モーメントτA及び第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転モーメントτBと、は互いに回転軸O1を中心に逆向きの回転方向に作用する。そのため、回転モーメントτPと、回転モーメントτAとτBとを加算した値と、が等しいと、mgを補償する機構となる。
That is, the rotation moment τ P around the rotation axis O1 based on mg acting on the first action point P and the rotation axis O1 around the rotation axis O1 based on the elastic force of the first
具体的に云うと、図2に示すように、第1の作用点Pにmgが作用して、リンク101が回転軸O1を中心として矢印R方向に回転角θ、回転したとすると、第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸O1回りの回転モーメントτPは、[式1]で表される。
[式1] τP=mglPsinθ
但し、第1の作用点Pから回転軸O1までの距離をlPとする。
Specifically, as shown in FIG. 2, if mg acts on the first action point P and the
[Formula 1] τ P = mgl P sin θ
However, the distance to the rotational axis O1 and l P from the first working point P.
この時の第1の弾性体102のX軸方向の変位xは、[式2]で表される。
[式2] x=lAsinθ
但し、第2の作用点Aから回転軸O1までの距離をlAとする。
また、第2の弾性体103のY軸方向の変位yは、[式3]で表される。
[式3] y=lB(1−cosθ)
但し、第3の作用点Bから回転軸O1までの距離をlBとする。
The displacement x in the X-axis direction of the first
[Formula 2] x = l A sin θ
However, the distance from the second action point A to the rotation axis O1 is l A.
Further, the displacement y in the Y-axis direction of the second
[Formula 3] y = l B (1-cos θ)
However, the distance from the third action point B to the rotation axis O1 is assumed to be 1 B.
そのため、第2の作用点AにおいてX軸方向に作用する力fAは、[式4]で表される。
[式4] fA=k1x=k1lAsinθ
但し、第1の弾性体102の弾性係数をk1とする。
また、第3の作用点BにおいてY軸方向に作用する力fBは、[式5]で表される。
[式5] fB=k2y=k2lB(1−cosθ)
但し、第2の弾性体103の弾性係数をk2とする。
Therefore, the force f A acting in the X-axis direction at the second action point A is expressed by [Expression 4].
[Formula 4] f A = k 1 x = k 1 l A sin θ
However, the elastic modulus of the first
Further, the force f B acting in the Y-axis direction at the third action point B is expressed by [Expression 5].
[Formula 5] f B = k 2 y = k 2 l B (1-cos θ)
However, the elastic modulus of the second
よって、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転モーメントτAは、[式6]で表される。
[式6] τA=k1lA 2sinθcosθ
また、第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転モーメントτBは、[式7]で表される。
[式7] τB=k2lB 2(1−cosθ)sinθ
Therefore, the rotational moment τ A around the rotation axis O1 based on the elastic force of the first
[Formula 6] τ A = k 1 l A 2 sin θ cos θ
Further, the rotational moment τ B around the rotation axis O1 based on the elastic force of the second
[Expression 7] τ B = k 2 l B 2 (1-cos θ) sin θ
したがって、回転モーメントτAとτBとの合計トルク(合力トルク)τkは、[式8]で表される。
[式8] τk=k1lA 2sinθcosθ+k2lB 2(1−cosθ)sinθ
ここで、k1lA 2=k2lB 2とすると、[式8]は[式9]で表される。
[式9] τk=k2lB 2sinθ
そのため、上方に作用する力ωは、[式10]で表される。
[式10] ω=τk/(lpsinθ)=k2lB 2/lp
これにより、上述の原理は上方に作用する力を一定にすることができる。
Therefore, the total torque (synthetic torque) τ k of the rotational moments τ A and τ B is expressed by [Equation 8].
[Expression 8] τ k = k 1 l A 2 sin θ cos θ + k 2 l B 2 (1−cos θ) sin θ
Here, when k 1 l A 2 = k 2 l B 2 , [Expression 8] is expressed by [Expression 9].
[Expression 9] τ k = k 2 l B 2 sin θ
Therefore, the force ω acting upward is expressed by [Formula 10].
[Expression 10] ω = τ k / (l p sin θ) = k 2 l B 2 / l p
Thereby, the above-described principle can make the force acting upwards constant.
さらに、k1lA 2=k2lB 2=Cとすると、[式8]は[式11]で表される。
[式11] τk=Csinθ
そのため、[式1]より、C=mglを満たせば、mgを補償することができる機構が実現できる。
Further, assuming that k 1 l A 2 = k 2 l B 2 = C, [Expression 8] is expressed by [Expression 11].
[Formula 11] τ k = C sin θ
Therefore, from [Equation 1], if C = mgl is satisfied, a mechanism capable of compensating mg can be realized.
このように、本出願人は上述のようにk1lA 2=k2lB 2=mglの関係を満たすと、上方に作用する力ωを一定にでき、且つmgを補償することができることを見出し、上述のように設計することで、簡単に荷重補償機構を実現することができる。 As described above, when the applicant satisfies the relationship of k 1 l A 2 = k 2 l B 2 = mgl as described above, the force ω acting upward can be made constant and mg can be compensated. Thus, the load compensation mechanism can be easily realized by designing as described above.
上述の荷重補償機構の設計方法では、mgまでしか荷重を補償することができないので、第2の弾性体103に初期弾性力を導入しておくことが好ましい。
すなわち、第2の弾性体103に初期弾性力を導入するべく、図1に示すように、初期設置点(平衝点)をlB'だけ下方に移動させる。
Since the load compensation mechanism design method described above can only compensate for a load up to mg, it is preferable to introduce an initial elastic force into the second
That is, in order to introduce an initial elastic force to the second
これにより、[式3]は[式12]に変化する。
[式12] y=lB(1−cosθ)+lB'
ここで、lB'を、lBを用いてlB'=lB(α−1)と表すと、[式9]は[式13]で表される。
[式13] τk=Cαsinθ
Thereby, [Formula 3] changes to [Formula 12].
[Formula 12] y = l B (1-cos θ) + l B ′
Here, 'a, l B using l B' l B is expressed as = l B (α-1) , represented by [Expression 9] [Formula 13].
[Formula 13] τ k = Cα sin θ
この場合、α=1は初期変位lB=0のことであり、mgを補償することになる。そして、α=2とすると、lB'=lBとなり、補償できる荷重は2倍になる。このように、第2の弾性体103に初期弾性力を導入するだけで、対応荷重を調整することができる。ちなみに、第2の弾性体103を予め伸張させて設置すると、対応荷重を減らすことができる。なお、第2の弾性体103のみに初期弾性力を導入するのは、上述のようにcosθを消すことができるようにするためであり、後述の原理においても同様である。そのため、y軸方向への回転モーメントを生じさせる弾性体に初期弾性力が導入される。
In this case, α = 1 means that the initial displacement l B = 0, and mg is compensated. When α = 2, l B ′ = l B , and the load that can be compensated is doubled. In this way, the corresponding load can be adjusted simply by introducing the initial elastic force to the second
上述の原理は、リンク101における第1の作用点Pが設けられた側と回転軸O1を挟んで逆側に、第2の作用点A及び第3の作用点Bを設けたが、図3に示すように、リンク101における第1の作用点Pと回転軸O1との間に、第2の作用点A及び第3の作用点Bを設けても良い。要するに、第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸O1回りの回転モーメントに対して、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O1周りの回転モーメント及び第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O1周りの回転モーメントの合力モーメントが逆向きの回転方向に作用し、且つ等しくなるように、第2の作用点Aや第3の作用点B、及び第1の弾性体102や第2の弾性体103の配置並びに弾性係数は適宜、変更されるが、少なくとも回転軸O1と第3の作用点Bとを結ぶ直線L1上に第2の作用点Aが配置される場合、第1の弾性体102と第2の弾性体103とは略直交するように配置される。
In the above principle, the second action point A and the third action point B are provided on the opposite side of the rotation axis O1 and the side where the first action point P is provided in the
<基本原理2>
本発明に係る荷重補償機構の基本原理2を説明する。本原理は、上述の基本原理1と同様の技術的思想に立脚し、第2の作用点A及び第2の弾性体103の配置が異なる。なお、上述の基本原理1と重複する説明は省略する。
<
The
すなわち、図4に示すように、本原理のリンク201は、T字形状に形成されている。詳細には、リンク201の一方の端部に第1の作用点Pが設けられている。リンク201の他方の端部に第3の作用点Bが設けられている。そして、第1の作用点Pと第3の作用点Bとを結ぶ直線L2と直交し、且つ回転軸O2を通る直線L3上に第2の作用点Aが設けられている。このように配置された第2の作用点Aに対して第1の弾性体102がY軸方向に連結されている。また、第3の作用点Bに対して第2の弾性体103がY軸方向に連結されている。
That is, as shown in FIG. 4, the
このとき、リンク201が回転軸O2を中心に矢印R方向に回転角θ、回転したとすると、第1の弾性体102のY軸方向の変位yAは、[式14]で表される。
[式14] yA=lAsinθ
また、第2の弾性体103のY軸方向の変位yBは、[式15]で表される。
[式15] yB=lB(1−cosθ)
At this time, if the
[Formula 14] y A = l A sin θ
Further, the displacement y B of the second
[Formula 15] y B = l B (1-cos θ)
そのため、第2の作用点AにおいてY軸方向に作用する力fAは、[式16]で表される。
[式16] fA=k1lAsinθ
また、第3の作用点BにおいてY軸方向に作用する力fBは、[式17]で表される。
[式17] fB=k2lB(1−cosθ)
Therefore, the force f A acting in the Y-axis direction at the second action point A is expressed by [Expression 16].
[Formula 16] f A = k 1 l A sin θ
Further, the force f B acting in the Y-axis direction at the third action point B is expressed by [Expression 17].
[Formula 17] f B = k 2 l B (1-cos θ)
よって、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O2回りの回転モーメントτAは、[式18]で表される。
[式18] τA=k1lA 2sinθcosθ
また、第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O2回りの回転モーメントτBは、[式19]で表される。
[式19] τB=k2lB 2(1−cosθ)sinθ
Therefore, the rotational moment τ A around the rotation axis O2 based on the elastic force of the first
[Formula 18] τ A = k 1 l A 2 sin θ cos θ
Further, the rotational moment τ B around the rotation axis O2 based on the elastic force of the second
[Formula 19] τ B = k 2 l B 2 (1-cos θ) sin θ
このように[式18]は基本原理1の[式6]に等しく、[式19]は基本原理1の[式7]に等しいので、その後は、基本原理1と同様に設計すれば、本原理も荷重を補償できる機構を実現することができる。 In this way, [Equation 18] is equal to [Equation 6] of Basic Principle 1 and [Equation 19] is equivalent to [Equation 7] of Basic Principle 1, and thereafter, if designed in the same manner as Basic Principle 1, The principle can also realize a mechanism that can compensate for the load.
上述の原理は、第1の弾性体102及び第2の弾性体103をY軸方向に配置しているが、図5に示すように、X軸方向に配置しても良い。要するに、第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸O2回りの回転モーメントに対して、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O2回りの回転モーメント及び第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O2回りの回転モーメントの合力モーメントが逆向きの回転方向に作用し、且つ等しくなるように、第2の作用点Aや第3の作用点B、及び第1の弾性体102や第2の弾性体103の配置並びに弾性係数は適宜、変更される。
In the above principle, the first
例えば、上述の原理の応用例としては、図6に示す原理でも良い。図6に示す原理は、第1のリンク301と、第2のリンク302と、第3のリンク303と、を備えている。第1のリンク301は、L字形状に形成されている。すなわち、第1のリンク301は、第1辺301aと、第1辺301aの端部に直交する第2辺301bと、を備えている。第1のリンク301の第1辺301aの一方の端部に第1の作用点Pが設けられている。第1のリンク301の第1辺301aの他方の端部に回転軸O3が設けられている。第1のリンク301における回転軸O3と第1の作用点Pとの間の位置に第4の作用点Dが設けられている。第4の作用点Dには、回転可能に第2のリンク302の一方の端部が連結されている。第2のリンク302の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、X軸方向に摺動可能な構成とされている。第2のリンク302の他方の端部は、X軸方向に配置された第1の弾性体102に連結されている。つまり、第2のリンク302の他方の端部は、第2の作用点Aとされている。
For example, as an application example of the above principle, the principle shown in FIG. 6 may be used. The principle shown in FIG. 6 includes a
第1のリンク301の第2辺301bの端部に第5の作用点Eが設けられている。第5の作用点Eには、回転可能に第3のリンク303の一方の端部が連結されている。第3のリンク303の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、X軸方向に摺動可能な構成とされている。第3のリンク303の他方の端部は、X軸方向に配置された第2の弾性体103に連結されている。つまり、第3のリンク303の他方の端部は、第3の作用点Bとされている。
A fifth action point E is provided at the end of the
このような構成により、図6に破線で示したように、第1のリンク301が回転していない状態では、第2のリンク302は第1のリンク301の第1辺301aと共にY軸方向に配置される。第1のリンク301の第2辺301bと第3のリンク303とは、第5の作用点Eを挟んでX軸方向に展開される。
With such a configuration, as indicated by a broken line in FIG. 6, when the
ちなみに、第2及び第3のリンク302、303の端部を摺動可能な構成とするには、例えばリンクの端部にZ軸方向に突出するピンを設け、当該ピンをX軸方向に設けられた溝内に挿入する等の構成で実現できる。
Incidentally, in order to make the end portions of the second and
ここで、図6に示すように、回転軸O3から第4の作用点Dまでの距離、及び第2の作用点Aから第4の作用点Dまでの距離をlA/2とする。そして、回転軸O3から第5の作用点Eまでの距離、及び第3の作用点Bから第5の作用点Eまでの距離をlB/2とする。 Here, as shown in FIG. 6, the distance from the rotation axis O3 to the fourth action point D and the distance from the second action point A to the fourth action point D are set to l A / 2. The distance from the rotation axis O3 to the fifth action point E and the distance from the third action point B to the fifth action point E are set to l B / 2.
このように設定することで、第1のリンク301が回転軸O3を中心として矢印R方向に回転角θ、回転したとすると、第1の弾性体102のX軸方向の変位xAは、[式20]で表される。
[式20] xA=lAsinθ
また、第2の弾性体103のX軸方向の変位xBは、[式21]で表される。
[式21] xB=lB(1−cosθ)
By setting in this manner, the
[Expression 20] x A = l A sin θ
The displacement x B in the X-axis direction of the second
[Formula 21] x B = l B (1-cos θ)
そして、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体102の弾性力に基づく回転軸O3回りの回転モーメントτAを求める際には、第2の作用点Aの位置を回転軸O3と第4の作用点Dとを結ぶ直線L4上の点A'の位置に擬制することができ、結果として上述の[式18]で求めることができる。
When obtaining the rotational moment τ A about the rotation axis O3 based on the elastic force of the first
また、第3の作用点Bに作用する第2の弾性体103の弾性力に基づく回転軸O3回りの回転モーメントτBを求める際には、第3の作用点Bの位置を回転軸O3と第5の作用点Eとを結ぶ直線L5上の点B'の位置に擬制することができ、結果として上述の[式19]で求めることができる。
よって、図6の原理でも、図4や図5の原理と同様に、荷重を補償できる機構を実現することができる。
Further, when obtaining the rotational moment τ B around the rotation axis O3 based on the elastic force of the second
Therefore, the mechanism of FIG. 6 can realize a mechanism that can compensate for the load, similarly to the principles of FIGS.
<適用形態>
上述の基本原理を昇降装置に適用した形態を説明する。本適用形態の昇降装置1は、図7に示すように、リンク機構2と、基台3と、昇降台4と、第1の弾性体5と、第2の弾性体6と、を備えている。
<Application form>
The form which applied the above-mentioned basic principle to the raising / lowering apparatus is demonstrated. As shown in FIG. 7, the lifting device 1 of this application form includes a
リンク機構2は、直線状の第1のリンク21と、L字形状の第2のリンク22と、直線状の第3のリンク23と、を備えている。第1のリンク21と第2のリンク22とは、長手方向の中央部分で回転可能に連結されている。第2のリンク22は、第1辺221と、第1辺の下端に直交する第2辺222と、を備えている。
The
第1のリンク21の一方の端部は、基台3にX軸方向に摺動可能に連結されている。第1のリンク21の他方の端部は、昇降台4に回転可能に連結されている。第2のリンク22の第1辺221の一方の端部は、昇降台4にX軸方向に摺動可能に連結されている。第2のリンク22の第1辺221の他方の端部は、基台3に回転可能に連結されている。第2のリンク22の第2辺222の端部に、第3のリンク23の一方の端部が回転可能に連結されている。第3のリンク23の他方の端部は、基台3にX軸方向に摺動可能に連結されている。
One end of the
基台3は、第1のリンク21の他端を摺動させることができるように、X軸方向に延在する第1の溝部31を備えている。第1の溝部31に第1のリンク21の他方の端部に設けられたピン21aが挿入されている。また、基台3は、第3のリンク23の他方の端部を摺動させることができるように、X軸方向に延在する第2の溝部32を備えている。第2の溝部32に第3のリンク23の他方の端部に設けられたピン23aが挿入されている。
The
昇降台4は、第2のリンク22の第1辺221の一方の端部を摺動させることができるように、X軸方向に延在する溝部41を備えている。溝部41に第2のリンク22の第1辺221の一方の端部に設けられたピン221aが挿入されている。
The lifting platform 4 includes a
第1の弾性体5は、X軸方向に配置されている。第1の弾性体5の一端は、第2のリンク22の第1辺221の一方の端部に連結されている。第1の弾性体5の他方の端部は、昇降台4に連結されている。第2の弾性体6も、X軸方向に配置されている。第2の弾性体6の一方の端部は、第3のリンク23の他方の端部に連結されている。第2の弾性体6の他方の端部は、基台3に連結されている。第1の弾性体5及び第2の弾性体6は、第1のリンク21及び第2のリンク22が回転していない状態、即ちθ=0°の状態で自然長となるように連結されている。ちなみに、本形態では、第1の弾性体5や第2の弾性体6をX軸方向に配置するので、弾性体を基台3や昇降台4内に格納することができ、昇降装置として機能的な構成にすることができる。また、弾性体をY軸方向に配置する場合に比べて、昇降台4を上下動させる範囲を大きく確保することができる。
The first
このような構成の昇降装置1の昇降台4に荷物7を置き、任意の高さとすると、第1の弾性体5及び第2の弾性体6は、第1のリンク21及び第2のリンク22が回転していない状態、即ちθ=0°で自然長となるように連結されているので、図7に示すように、第2のリンク22の第1辺221の一方の端部のX軸方向の変位x1は、[式22]で表される。
[式22] x1=l1sinθ
但し、第2のリンク22の第1辺221の長さをl1とする。
また、第3のリンク23の他方の端部のX軸方向の変位x2は、[式23]で表される。
[式23] x2=l2(1−cosθ)
但し、第2のリンク22の第2辺222の長さをl2/2、第3のリンク23の長さをl2/2とする。
When the
[Formula 22] x 1 = l 1 sin θ
However, the length of the
The displacement x 2 in the X-axis direction of the other end of the
[Formula 23] x 2 = l 2 (1-cos θ)
However, the length of the
すなわち、本形態は、第2のリンク22の第1辺221の一方の端部は、上述した基本原理1の第1の作用点Aに対応させ、第3のリンク23の他方の端部は、上述の基本原理2の第3の作用点Bに対応させることができ、上述の基本原理に基づいて設計すると、荷重を補償し得る昇降装置1を実現することができる。
That is, in this embodiment, one end of the
以上、本発明に係る荷重補償機構及びその設計方法の実施形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。 As described above, the embodiments of the load compensation mechanism and the design method thereof according to the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above configuration, and can be changed without departing from the technical idea of the present invention.
1 昇降装置
2 リンク機構
3 基台、31 第1の溝部、32 第2の溝部
4 昇降台、41 溝部
5 第1の弾性体
6 第2の弾性体
7 荷物
21 第1のリンク、21a ピン
22 第2のリンク、221 第1辺、221a ピン、222 第2辺
23 第3のリンク、23a ピン
100 基台
101 リンク
102 第1の弾性体
103 第2の弾性体
201 リンク
301 第1のリンク、301a 第1辺、301b 第2辺
302 第2のリンク
303 第3のリンク
1021 許容部、1021a 突出部、1021b 摺動板
1031 許容部、1031a 突出部、1031b 摺動板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、直交するように配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させることを特徴とする荷重補償機構。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second working point, is arranged a third point of action and the rotation axis of the rotating body to sintering BuTadashi line,
Wherein the first elastic body and the second elastic member, disposed in a straight intersect each,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third And a resultant torque of the torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the acting point of the load acting in the opposite direction of rotation.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線と直交する直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、平行に配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させ、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体のそれぞれの弾性力がゼロとなり、
以下の[式1]を満足することを特徴とする荷重補償機構。
[式1]k 1 l 1 2 =k 2 l 2 2 =mgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk 1 、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl 1 、前記第2の弾性体の弾性係数がk 2 、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl 2 、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をlとする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second working point, and placed in a straight line and a straight interlinked straight line connecting the third point of action and the rotation axis of the rotating body,
Wherein the first elastic body and the second elastic body, is disposed on a flat row,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third and the resultant torque of the rotary axis of the torque the rotary member based on the elastic force acting on the point of action, to act in the rotational direction opposite to,
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, the respective elastic forces of the first elastic body and the second elastic body are zero,
The following load compensation mechanism you and satisfies the equation 1].
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, and the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線と直交する直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、平行に配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させ、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第2の弾性体に予め弾性力を導入し、
前記第1の作用点に作用する荷重がα倍に変化したときに、以下の[式1]且つ[式2]を満足することを特徴とする荷重補償機構。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
[式2]k2l2(l2+l2')=αmgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をl、前記第2の弾性体に導入する弾性力のための変化量をl2'とする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second action point is arranged on a straight line orthogonal to a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point,
The first elastic body and the second elastic body are arranged in parallel,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third A resultant torque of the torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the point of action of
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, an elastic force is introduced into the second elastic body in advance,
A load compensation mechanism that satisfies the following [Equation 1] and [Equation 2] when a load acting on the first action point changes by α times.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
[Formula 2] k 2 l 2 (l 2 + l 2 ′) = αmgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l, and the second elasticity Let the amount of change due to the elastic force introduced into the body be l 2 ′.
前記回転体が回転すると、前記突出部が前記摺動板上を摺動することを特徴とする請求項4に記載の荷重補償機構。 The allowable portion includes a protruding portion protruding from the second operating point or the third operating point, a sliding plate provided at an end of the first elastic body or the second elastic body, With
The load compensation mechanism according to claim 4, wherein when the rotating body rotates, the projecting portion slides on the sliding plate.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、直交するように配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させる荷重補償機構の設計方法であって、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体のそれぞれの弾性力をゼロとし、
以下の[式1]を満足することを特徴とする荷重補償機構の設計方法。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をlとする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second action point is arranged on a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point,
The first elastic body and the second elastic body are arranged so as to be orthogonal,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third A load compensation mechanism design method for causing a resultant torque of a torque around a rotation axis of the rotating body based on an elastic force acting on an acting point of the load to act in a reverse rotation direction,
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, the respective elastic forces of the first elastic body and the second elastic body are set to zero,
A design method for a load compensation mechanism, which satisfies the following [Equation 1].
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, and the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、直交するように配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させる荷重補償機構の設計方法であって、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第2の弾性体に予め弾性力を導入し、
前記第1の作用点に作用する荷重がα倍に変化したときに、以下の[式1]且つ[式2]を満足することを特徴とする荷重補償機構の設計方法。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
[式2]k2l2(l2+l2')=αmgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をl、前記第2の弾性体に導入する弾性力のための変化量をl2'とする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second action point is arranged on a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point,
The first elastic body and the second elastic body are arranged so as to be orthogonal,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third A load compensation mechanism design method for causing a resultant torque of a torque around a rotation axis of the rotating body based on an elastic force acting on an acting point of the load to act in a reverse rotation direction,
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, an elastic force is introduced into the second elastic body in advance,
A load compensation mechanism design method characterized by satisfying the following [Equation 1] and [Equation 2] when a load acting on the first action point changes α-fold.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
[Formula 2] k 2 l 2 (l 2 + l 2 ′) = αmgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l, and the second elasticity Let the amount of change due to the elastic force introduced into the body be l 2 ′.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線と直交する直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、平行に配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させる荷重補償機構の設計方法であって、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第1の弾性体と前記第2の弾性体のそれぞれの弾性力をゼロとし、
以下の[式1]を満足することを特徴とする荷重補償機構の設計方法。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をlとする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second action point is arranged on a straight line orthogonal to a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point,
The first elastic body and the second elastic body are arranged in parallel,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third A load compensation mechanism design method for causing a resultant torque of a torque around a rotation axis of the rotating body based on an elastic force acting on an acting point of the load to act in a reverse rotation direction,
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, the respective elastic forces of the first elastic body and the second elastic body are set to zero,
A design method for a load compensation mechanism, which satisfies the following [Equation 1].
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, and the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l.
前記第2の作用点は、前記回転体の回転軸と前記第3の作用点とを結ぶ直線と直交する直線上に配置し、
前記第1の弾性体と前記第2の弾性体とは、平行に配置し、
前記第1の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第2の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第3の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、を逆向きの回転方向に作用させる荷重補償機構の設計方法であって、
前記第1の作用点が前記回転体の回転軸を通る鉛直上向きの直線上に位置するときに、前記第2の弾性体に予め弾性力を導入し、
前記第1の作用点に作用する荷重がα倍に変化したときに、以下の[式1]且つ[式2]を満足することを特徴とする荷重補償機構の設計方法。
[式1]k1l1 2=k2l2 2=mgl
[式2]k2l2(l2+l2')=αmgl
但し、前記第1の弾性体の弾性係数がk1、前記回転体の回転軸から第2の作用点までの距離をl1、前記第2の弾性体の弾性係数がk2、前記回転体の回転軸から第3の作用点までの距離をl2、第1の作用点に作用する荷重をmg、回転体の回転軸から第1の作用点までの距離をl、前記第2の弾性体に導入する弾性力のための変化量をl2'とする。 A first action point at which a load acts on the rotating body, a second action point at which the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body, and an elastic force of the second elastic body acts on the rotating body. Providing a third point of action,
The second action point is arranged on a straight line orthogonal to a straight line connecting the rotation axis of the rotating body and the third action point,
The first elastic body and the second elastic body are arranged in parallel,
Torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point, torque around the rotation axis of the rotating body based on elastic force acting on the second action point, and the third A load compensation mechanism design method for causing a resultant torque of a torque around a rotation axis of the rotating body based on an elastic force acting on an acting point of the load to act in a reverse rotation direction,
When the first action point is located on a vertically upward straight line passing through the rotation axis of the rotating body, an elastic force is introduced into the second elastic body in advance,
A load compensation mechanism design method characterized by satisfying the following [Equation 1] and [Equation 2] when a load acting on the first action point changes α-fold.
[Formula 1] k 1 l 1 2 = k 2 l 2 2 = mgl
[Formula 2] k 2 l 2 (l 2 + l 2 ′) = αmgl
However, the elastic coefficient of the first elastic body is k 1 , the distance from the rotation axis of the rotating body to the second action point is l 1 , the elastic coefficient of the second elastic body is k 2 , and the rotating body The distance from the rotation axis to the third action point is l 2 , the load acting on the first action point is mg, the distance from the rotation axis of the rotating body to the first action point is l, and the second elasticity Let the amount of change due to the elastic force introduced into the body be l 2 ′.
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