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JP5845026B2 - Load compensation mechanism - Google Patents
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Description

本発明は、荷重補償機構に関する。   The present invention relates to a load compensation mechanism.

本出願人は、非特許文献1において荷重補償機構を発表している。当該荷重補償機構の基本原理は、実施の形態において詳細に説明するが、回転体に荷重が作用する第1の作用点と、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、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、を備え、第1の作用点に作用する荷重に基づく回転体の回転軸回りのトルクと、第2の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルク及び第3の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルクの合力と、が逆向きの回転方向に作用して相殺する構成である。
ここで、当該荷重補償機構は、第2の弾性体に初期弾性力を導入することで、当該荷重の変化に対して対応することができる構成とされている。
The present applicant has published a load compensation mechanism in Non-Patent Document 1. Although the basic principle of the load compensation mechanism will be described in detail in the embodiment, a first action point where a load acts on the rotating body and a second action point where the elastic force of the first elastic body acts on the rotating body. An operating point and a third operating point at which the elastic force of the second elastic body acts on the rotating body, and a torque around the rotational axis of the rotating body based on a load acting on the first operating point; Rotation direction in which the resultant force of the torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the second action point and the resultant torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the third action point are opposite directions It is the structure which acts on and cancels.
Here, the load compensation mechanism is configured to be able to cope with a change in the load by introducing an initial elastic force into the second elastic body.

日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2010 講演論文集、2P1−D11、2010年6月16日The Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and Mechatronics Lecture 2010 Proceedings, 2P1-D11, June 16, 2010

上述の構成の荷重補償機構は、荷重の変化に対して第2の弾性体に初期弾性力を導入する必要があるが、当該荷重が大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に多大な力が必要になる。
本発明の目的は、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することである。
The load compensation mechanism configured as described above needs to introduce an initial elastic force to the second elastic body in response to a change in the load. However, as the load increases, a large amount of force is required to introduce the initial elastic force. become.
An object of the present invention is to provide a load compensation mechanism that can reduce the labor for introducing an initial elastic force.

本発明の一形態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、を備え、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、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、前記第2の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備える。   A load compensation mechanism according to an aspect of the present invention includes a first action point where a load acts on a rotating body, a second action point where an elastic force of a first elastic body acts on the rotating body, and the rotation A third action point at which the elastic force of the second elastic body acts on the body, and a torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point; And the resultant torque of the torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the third action point is opposite to the torque around the rotation axis of the rotating body based on the elastic force acting on the action point A load compensation mechanism that cancels out by acting in the rotational direction of the first elastic force, and includes an initial elastic force introducing mechanism that introduces an initial elastic force into the second elastic body.

上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、第3の弾性体と、前記第2の弾性体における前記第3の作用点と逆側の作用点である第4の作用点と、前記第3の弾性体の弾性力が作用する第5の作用点と、前記第4の作用点と前記第5の作用点とを連結するリンク機構と、前記第2の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記第2の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第2の弾性体に生じる復元力と、前記第3の弾性体の弾性力に基づき前記第2の弾性体に作用する力と、が相殺すること、が好ましい。   In the load compensation mechanism, the initial elastic force introducing mechanism includes a third elastic body, a fourth action point that is an action point opposite to the third action point in the second elastic body, A fifth operating point at which the elastic force of the third elastic body acts, a link mechanism connecting the fourth operating point and the fifth operating point, and a direction other than the expansion / contraction direction of the second elastic body A restraining mechanism for restraining movement, and when an initial elastic force is introduced into the second elastic body, based on a restoring force generated in the second elastic body and an elastic force of the third elastic body, It is preferable that the force acting on the second elastic body cancels out.

上記荷重補償機構において、前記第2の弾性体の弾性係数と前記第3の弾性体の弾性係数とは等しいこと、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第2の弾性体と前記第3の弾性体とは平行に配置されていること、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第2の弾性体と前記第3の弾性体とは直交するように配置されていること、が好ましい。
In the load compensation mechanism, it is preferable that an elastic coefficient of the second elastic body is equal to an elastic coefficient of the third elastic body.
In the load compensation mechanism, it is preferable that the second elastic body and the third elastic body are arranged in parallel.
In the load compensation mechanism, it is preferable that the second elastic body and the third elastic body are arranged so as to be orthogonal to each other.

上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、前記第2の弾性体における前記第3の作用点と逆側の作用点である第4の作用点と、前記第4の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、前記第2の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第2の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されていること、が好ましい。   In the load compensation mechanism, the initial elastic force introduction mechanism is driven to a fourth action point that is an action point opposite to the third action point in the second elastic body, and to the fourth action point. A cam mechanism for transmitting force, and a restraining mechanism for restraining movement of the second elastic body in a direction other than the expansion / contraction direction, and when the cam body of the cam mechanism rotates, the restoring force of the second elastic body It is preferable that the cam shape of the cam body is set so that the torque generated in the cam body is constant.

以上、説明したように、本発明によると、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a load compensation mechanism that can reduce the labor for introducing the initial elastic force.

本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、第2及び3の作用点の変位を説明する図である。It is a figure explaining the displacement of the 2nd and 3rd action point in the load compensation mechanism of Embodiment 1 concerning the present invention. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の単純モデルを示す図である。It is a figure which shows the simple model of the initial stage elastic force introduction | transduction mechanism in the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 図3の単純モデルに連結される第3の弾性体の一形態を示す図である。It is a figure which shows one form of the 3rd elastic body connected with the simple model of FIG. 図3の単純モデルに連結される第3の弾性体の異なる一形態を示す図である。It is a figure which shows one different form of the 3rd elastic body connected with the simple model of FIG. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。It is a figure which shows the different simple model of the initial stage elastic force introduction mechanism in the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。It is a figure which shows the different simple model of the initial stage elastic force introduction mechanism in the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。It is a figure which shows the different simple model of the initial stage elastic force introduction mechanism in the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。It is a figure which shows the different simple model of the initial stage elastic force introduction mechanism in the load compensation mechanism of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の荷重補償機構を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the load compensation mechanism of Embodiment 2 which concerns on this invention. 第2の弾性体及びカム本体の各パラメータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating each parameter of a 2nd elastic body and a cam main body. カム本体の各パラメータを説明するための図である。It is a figure for demonstrating each parameter of a cam main body. カム本体のカム形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cam shape of a cam main body. 第2の弾性体の下端部の変位とカム本体に発現させるトルクとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the displacement of the lower end part of a 2nd elastic body, and the torque which a cam main body expresses. 本発明に係る実施の形態2の荷重補償機構における、異なるカム本体を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a different cam main body in the load compensation mechanism of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第2並びに3の作用点の配置、及び第1並びに2の弾性体の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 2nd and 3rd action point, and arrangement | positioning of the 1st and 2nd elastic body in the load compensation mechanism of the other form which concerns on this invention. 本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第2並びに3の作用点の配置、及び第1並びに2の弾性体の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 2nd and 3rd action point, and arrangement | positioning of the 1st and 2nd elastic body in the load compensation mechanism of the other form which concerns on this invention. 本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第2並びに3の作用点の配置、及び第1並びに2の弾性体の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 2nd and 3rd action point, and arrangement | positioning of the 1st and 2nd elastic body in the load compensation mechanism of the other form which concerns on this invention. 本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第2並びに3の作用点の配置、及び第1並びに2の弾性体の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the 2nd and 3rd action point, and arrangement | positioning of the 1st and 2nd elastic body in the load compensation mechanism of the other form which concerns on this invention. 本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置を概略的に示す正面透視図である。It is a front perspective view which shows roughly the raising / lowering apparatus to which the load compensation mechanism which concerns on this invention is applied. 本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第1のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。FIG. 3 is a front perspective view schematically showing the periphery of a first link in a lifting device to which a load compensation mechanism according to the present invention is applied. 本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第2及び3のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。FIG. 4 is a front perspective view schematically showing the vicinity of second and third links in a lifting apparatus to which a load compensation mechanism according to the present invention is applied. 本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、初期弾性力導入機構を概略的に示す平面透視図である。It is a plane perspective view which shows roughly the initial stage elastic force introduction mechanism in the raising / lowering apparatus to which the load compensation mechanism based on this invention is applied.

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。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. 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>
先ず荷重補償機構の基本原理を説明する。本原理では、図1に示すように、回転体であるリンク1がY軸方向に配置されている。リンク1は、回転軸O1を中心として回転する。リンク1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>
First, the basic principle of the load compensation mechanism will be described. In this principle, as shown in FIG. 1, the link 1 that is a rotating body is arranged in the Y-axis direction. The link 1 rotates around the rotation axis O1. One end of the link 1 is provided with a first action point P at which a load mg (hereinafter simply referred to as mg) acts.

リンク1の他方の端部には、第1の弾性体2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2は、X軸方向に配置されている。第1の弾性体2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2の一方の端部は、基台3に連結されている。第1の弾性体2の他方の端部は、第2の作用点Aに接触している。第1の弾性体2は、リンク1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、弾性力がゼロ(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1の配置を明瞭に示すために、第1の弾性体2の配置位置が正確に示されていない。   At the other end of the link 1, a second action point A where the elastic force of the first elastic body 2 acts is provided. The first elastic body 2 is disposed in the X-axis direction. For example, a coil spring can be used as the first elastic body 2, but a member such as rubber having an elastic coefficient may be used. One end of the first elastic body 2 is connected to the base 3. The other end of the first elastic body 2 is in contact with the second action point A. The first elastic body 2 is arranged so that the elastic force becomes zero (natural length) in a state where the link 1 is not rotating, that is, in a state where the first elastic body 2 is arranged in the Y-axis direction in FIG. Incidentally, in FIG. 1, in order to clearly show the arrangement of the link 1, the arrangement position of the first elastic body 2 is not accurately shown.

ここで、リンク1が回転軸O1を中心に回転した際に、第1の弾性体2がY軸方向に捻じれないように、リンク1のY軸方向への変位を許容する許容部4を備えていることが好ましい。許容部4は、第2の作用点AからZ軸方向に突出する突出部4aと、第1の弾性体2の他方の端部に設けられた摺動板4bと、を備えている。これにより、図1に示すように、リンク1の第1の作用点Pにmgが作用して、リンク1が矢印N方向に回転すると、突出部4aは摺動板4b上を摺動しつつ、当該摺動板4bを押し込む。そのため、第1の弾性体2がリンク1の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部4aはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部4aをスムーズに摺動板4b上で移動させることができる。   Here, when the link 1 rotates around the rotation axis O1, the allowance part 4 that allows the displacement of the link 1 in the Y-axis direction is prevented so that the first elastic body 2 is not twisted in the Y-axis direction. It is preferable to provide. The allowable portion 4 includes a protruding portion 4 a that protrudes from the second action point A in the Z-axis direction, and a sliding plate 4 b provided at the other end of the first elastic body 2. As a result, as shown in FIG. 1, when mg acts on the first action point P of the link 1 and the link 1 rotates in the direction of arrow N, the protruding portion 4a slides on the sliding plate 4b. Then, the sliding plate 4b is pushed in. Therefore, the first elastic body 2 is not twisted following the rotation of the link 1. Incidentally, it is preferable that the protrusion 4a includes a roller. Thereby, the protrusion part 4a can be smoothly moved on the sliding plate 4b.

リンク1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5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5は、Y軸方向に配置されている。第2の弾性体5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5の一方の端部は、後述する拘束機構10に連結されている。第2の弾性体5の他方の端部は、第3の作用点Bに接触している。第2の弾性体5は、リンク1が回転していない状態で、弾性力がゼロ(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1の配置を明瞭に示すために、第2の弾性体5の配置位置が正確に示されていない。   On the link 1, the elastic force of the second elastic body 5 is placed on the rotation axis O 1 and the second action point A, that is, on the straight line L 1 connecting the first action point P and the second action point A in this principle. A third action point B at which is applied is provided. The third action point B is arranged at a position between the rotation axis O1 and the second action point A. The second elastic body 5 is disposed in the Y-axis direction. For example, a coil spring can be used as the second elastic body 5, but a member such as rubber having an elastic coefficient may be used. One end of the second elastic body 5 is connected to a restraining mechanism 10 described later. The other end of the second elastic body 5 is in contact with the third action point B. The second elastic body 5 is arranged so that the elastic force becomes zero (natural length) in a state where the link 1 is not rotating. Incidentally, in FIG. 1, in order to clearly show the arrangement of the link 1, the arrangement position of the second elastic body 5 is not accurately shown.

ここで、リンク1が回転軸O1を中心に回転した際に、第2の弾性体5がX軸方向に捻じれないように、リンク1のX軸方向への変位を許容する許容部6を備えることが好ましい。許容部6は、第3の作用点BからZ軸方向に突出する突出部6aと、第2の弾性体5の他方の端部に設けられた摺動板6bと、を備えている。これにより、図1に示すように、リンク1の第1の作用点Pにmgが作用して、リンク1が矢印N方向に回転すると、突出部6aは摺動板6b上を摺動しつつ、当該摺動板6bを押し込む。そのため、第2の弾性体5がリンク1の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部6aはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部6aをスムーズに摺動板6b上で移動させることができる。   Here, when the link 1 rotates around the rotation axis O1, the allowance part 6 that allows the displacement of the link 1 in the X-axis direction is prevented so that the second elastic body 5 is not twisted in the X-axis direction. It is preferable to provide. The allowing portion 6 includes a protruding portion 6 a that protrudes from the third action point B in the Z-axis direction, and a sliding plate 6 b provided at the other end of the second elastic body 5. As a result, as shown in FIG. 1, when mg acts on the first action point P of the link 1 and the link 1 rotates in the direction of arrow N, the protruding portion 6a slides on the sliding plate 6b. Then, the sliding plate 6b is pushed in. Therefore, the second elastic body 5 is not twisted following the rotation of the link 1. Incidentally, it is preferable that the protrusion 6a includes a roller. Thereby, the protrusion part 6a can be smoothly moved on the sliding plate 6b.

第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸O1回りの回転トルクτと、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体2の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転トルクτ及び第3の作用点Bに作用する第2の弾性体5の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転トルクτの合計トルクと、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、回転トルクτと、回転トルクτとτとを加算した値と、が等しいと、mgを補償する機構となる。 Rotational torque τ P around the rotation axis O1 based on mg acting on the first action point P and rotation torque around the rotation axis O1 based on the elastic force of the first elastic body 2 acting on the second action point A The total torque of the rotational torque τ B around the rotational axis O1 based on the elastic force of the second elastic body 5 acting on τ A and the third operating point B is opposite to the rotational direction about the rotational axis O1. Act on. Therefore, if the rotational torque τ P and the value obtained by adding the rotational torques τ A and τ B are equal, a mechanism for compensating mg is obtained.

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1が回転軸O1を中心として矢印N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回りの回転トルクτは、[式1]で表される。
[式1] τ=mglsinθ
但し、第1の作用点Pから回転軸O1までの距離をlとする。
Specifically, as shown in FIG. 2, if mg acts on the first action point P and the link 1 rotates about the rotation axis O1 in the direction of the arrow N by the rotation angle θ, The rotational torque τ P around the rotational axis O1 based on mg acting on the point of action P is expressed by [Expression 1].
[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2のX軸方向の変位xは、[式2]で表される。
[式2] x=lsinθ
但し、第2の作用点Aから回転軸O1までの距離をlとする。
また、第2の弾性体5のY軸方向の変位yは、[式3]で表される。
[式3] y=l(1−cosθ)
但し、第3の作用点Bから回転軸O1までの距離をlとする。
The displacement x in the X-axis direction of the first elastic body 2 at this time is expressed by [Expression 2].
[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 elastic body 5 is expressed by [Expression 3].
[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fは、[式4]で表される。
[式4] f=kx=ksinθ
但し、第1の弾性体2の弾性係数をk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fは、[式5]で表される。
[式5] f=ky=k(1−cosθ)
但し、第2の弾性体5の弾性係数をk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 first elastic coefficient of the elastic body 2, k 1.
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 elastic member 5 and k 2.

よって、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体2の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転トルクτは、[式6]で表される。
[式6] τ=k sinθcosθ
また、第3の作用点Bに作用する第2の弾性体5の弾性力に基づく回転軸O1回りの回転トルクτは、[式7]で表される。
[式7] τ=k (1−cosθ)sinθ
Therefore, the rotational torque τ A around the rotational axis O1 based on the elastic force of the first elastic body 2 acting on the second action point A is expressed by [Expression 6].
[Formula 6] τ A = k 1 l A 2 sin θ cos θ
Further, the rotational torque τ B around the rotational axis O1 based on the elastic force of the second elastic body 5 acting on the third action point B is expressed by [Expression 7].
[Expression 7] τ B = k 2 l B 2 (1-cos θ) sin θ

したがって、回転トルクτとτとの合計トルク(合力トルク)τは、[式8]で表される。
[式8] τ=k sinθcosθ+k (1−cosθ)sinθ
ここで、k =k とすると、[式8]は[式9]で表される。
[式9] τ=k sinθ
そのため、上方に作用する力ωは、[式10]で表される。
[式10] ω=τ/(lsinθ)=k /l
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 torques 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、k =k =Cとすると、[式8]は[式11]で表される。
[式11] τ=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 Expression 1, it satisfies a C = mgl p, mechanism that can compensate for mg can be realized.

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5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5に初期弾性力を導入するべく、初期設置点(平衝点)をl'だけ下方に移動させる。
In the design method of the load compensation mechanism described above, since the load can be compensated only up to mg, it is preferable to introduce an initial elastic force into the second elastic body 5.
That is, in order to introduce the initial elastic force to the second elastic body 5, the initial installation point (equilibrium point) is moved downward by l B ′.

これにより、[式3]は[式12]に変化する。
[式12] y=l(1−cosθ)+l'
ここで、l'を、lを用いてl'=l(α−1)と表すと、[式9]は[式13]で表される。
[式13] τ=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l=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、l'=l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5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5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5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る。そのため、y軸方向への回転トルク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 only by introducing the initial elastic force to the second elastic body 5. Incidentally, if the second elastic body 5 is stretched and installed in advance, the corresponding load can be reduced. The reason for introducing the initial elastic force only to the second elastic body 5 is to make it possible to eliminate cos θ as described above. Therefore, an initial elastic force is introduced into the elastic body that generates a rotational torque in the y-axis direction.

このとき、補償するmgが大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に大きな力が必要になる。そこで、本実施の形態では、以下のような構成とした。   At this time, as the mg to be compensated increases, a large force is required to introduce the initial elastic force. Therefore, in this embodiment, the following configuration is adopted.

<実施の形態1>
実施の形態1に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図1に示すように、基本原理で説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構7を備えている。初期弾性力導入機構7は、第3の弾性体8と、リンク機構9と、拘束機構10と、を備えている。
<Embodiment 1>
A load compensation mechanism according to the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the load compensation mechanism of the present embodiment includes an initial elastic force introduction mechanism 7 in addition to the components described in the basic principle. The initial elastic force introducing mechanism 7 includes a third elastic body 8, a link mechanism 9, and a restraining mechanism 10.

第3の弾性体8は、第1の弾性体2と略平行に配置されている。すなわち、第3の弾性体8は、X軸方向に配置されている。第3の弾性体8の一方の端部は、基台3に連結されている。第3の弾性体8の他方の端部は、リンク機構9に接触している。なお、第3の弾性体8は、後述する第4の作用点Cを通りY軸方向に延びる直線上に他方の端部が配置された状態で、弾性力がゼロとなるように設定されている。   The third elastic body 8 is disposed substantially in parallel with the first elastic body 2. That is, the third elastic body 8 is arranged in the X-axis direction. One end of the third elastic body 8 is connected to the base 3. The other end of the third elastic body 8 is in contact with the link mechanism 9. The third elastic body 8 is set so that the elastic force becomes zero in a state where the other end is arranged on a straight line passing through a fourth action point C described later and extending in the Y-axis direction. Yes.

リンク機構9は、長さの等しい二本のリンク9a、9bを備えている。二本のリンク9a、9bは、リンク9aと9bとの一方の端部の連結部がX及びY軸方向に移動し、リンク9a及び9bの他方の端部がY軸方向に移動する。   The link mechanism 9 includes two links 9a and 9b having the same length. In the two links 9a and 9b, the connecting portion at one end of the links 9a and 9b moves in the X and Y axis directions, and the other end of the links 9a and 9b moves in the Y axis direction.

詳細には、リンク9aの一方の端部は、リンク9bの一方の端部にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク9aの他方の端部は、拘束機構10にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク9bの他方の端部は、基台3にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク9a及び9bの他方の端部は、後述する第4の作用点Cを通りY軸方向に延びる直線上に配置されている。つまり、リンク機構9は、Z軸方向から見るとくの字形状に配置されている。   Specifically, one end of the link 9a is coupled to one end of the link 9b so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other end of the link 9a is coupled to the restraining mechanism 10 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other end of the link 9b is connected to the base 3 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other ends of the links 9a and 9b are arranged on a straight line that passes through a fourth action point C described later and extends in the Y-axis direction. That is, the link mechanism 9 is arranged in a V shape when viewed from the Z-axis direction.

リンク9aと9bとの連結部は、第3の弾性体8の他方の端部に接触している。つまり、リンク9aと9bとの連結部は、第3の弾性体8の弾性力が作用する第5の作用点Dとして機能する。   The connecting portion between the links 9 a and 9 b is in contact with the other end portion of the third elastic body 8. That is, the connecting portion between the links 9a and 9b functions as a fifth action point D where the elastic force of the third elastic body 8 acts.

ここで、リンク9aと9bとの連結部は、当該連結部のY軸方向への変位を許容する許容部11を備えることが好ましい。許容部11は、当該連結部からZ軸方向に突出する突出部11aと、第3の弾性体8の他方の端部に設けられた摺動板11bと、を備えている。これにより、詳細は後述するが、リンク機構9を介して第3の弾性体8の弾性力で第2の弾性体5を押し込んだ際に、突出部11aが摺動板11b上を摺動してY軸方向に移動するので、第3の弾性体8がY軸方向に捻じれることがない。ちなみに、突出部11aはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部11aをスムーズに摺動板11b上で移動させることができる。   Here, the connecting portion between the links 9a and 9b preferably includes an allowance portion 11 that allows displacement of the connecting portion in the Y-axis direction. The allowing portion 11 includes a protruding portion 11 a that protrudes in the Z-axis direction from the connecting portion, and a sliding plate 11 b provided at the other end of the third elastic body 8. Thereby, although the details will be described later, when the second elastic body 5 is pushed in by the elastic force of the third elastic body 8 via the link mechanism 9, the protruding portion 11a slides on the sliding plate 11b. Therefore, the third elastic body 8 is not twisted in the Y-axis direction. Incidentally, it is preferable that the protrusion part 11a is provided with the roller. Thereby, the protrusion part 11a can be smoothly moved on the sliding plate 11b.

拘束機構10は、リニアガイド10aと、駆動機構10bと、を備えている。リニアガイド10aは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。詳細には、リニアガイド10aは、具体的な図示を省略したが、Y軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部10cが移動する。ここで、レール部材は、基台3に連結されている。そして、摺動部10cは、X軸方向に突出する突出部10dを備えている。つまり、摺動部10cは、Z軸方向から見ると略L字形状に形成されている。突出部10dにおけるY軸方向に配置される一方の面(図1では下面)には、第2の弾性体5の一方の端部が接触している。突出部10dにおけるY軸方向に配置される他方の面(図1では上面)には、リンク9aの他方の端部がZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。つまり、突出部10dとリンク9aとの連結部は、第2の弾性体5における第3の作用点Bと逆側の作用点である第4の作用点Cとして機能する。   The restraint mechanism 10 includes a linear guide 10a and a drive mechanism 10b. The linear guide 10a has the same configuration as a general linear guide. Specifically, the linear guide 10a is not specifically illustrated, but the sliding portion 10c moves along a rail member arranged in the Y-axis direction. Here, the rail member is connected to the base 3. The sliding portion 10c includes a protruding portion 10d that protrudes in the X-axis direction. That is, the sliding part 10c is formed in a substantially L shape when viewed from the Z-axis direction. One end of the second elastic body 5 is in contact with one surface (the lower surface in FIG. 1) arranged in the Y-axis direction of the protruding portion 10d. The other end (upper surface in FIG. 1) of the protrusion 10d arranged in the Y-axis direction is connected to the other end of the link 9a so as to be rotatable about an axis parallel to the Z-axis. That is, the connecting portion between the protruding portion 10 d and the link 9 a functions as a fourth action point C that is an action point on the opposite side of the third action point B in the second elastic body 5.

摺動部10cには、駆動機構10bからY軸方向に駆動力が伝達される。例えば、駆動機構10bは、駆動装置の一例である電動モータの回転軸に設けられたピニオンギアを、摺動部10cに連結されたラックギヤやボールネジに螺合させ、電動モータの駆動力を摺動部10cに伝達する構成とされている。但し、駆動機構10bは、摺動部10cをY軸方向に移動させる駆動力を当該摺動部10cに与えることができれば、構成は特に限定されない。   Driving force is transmitted to the sliding portion 10c in the Y-axis direction from the driving mechanism 10b. For example, the drive mechanism 10b slides the driving force of the electric motor by screwing a pinion gear provided on the rotating shaft of an electric motor, which is an example of a driving device, with a rack gear or a ball screw connected to the sliding portion 10c. It is set as the structure transmitted to the part 10c. However, the configuration of the driving mechanism 10b is not particularly limited as long as the driving mechanism 10b can apply a driving force for moving the sliding portion 10c in the Y-axis direction to the sliding portion 10c.

このような構成により、第2の弾性体5の伸縮方向(Y軸方向)以外の方向の動きが拘束される。そのため、第3の弾性体8の弾性力は、リンク9aを介して第2の弾性体5を下方に押し込むように作用する。   With such a configuration, the movement of the second elastic body 5 in a direction other than the expansion / contraction direction (Y-axis direction) is restrained. Therefore, the elastic force of the third elastic body 8 acts to push the second elastic body 5 downward through the link 9a.

次に、初期弾性力導入機構7を用いた場合、第2の弾性体5に初期弾性力を導入する際に小さい力で済む原理を説明する。
図3では、初期弾性力導入機構7の単純モデルを示している。第4の作用点Cは、Y軸方向に延在するリニアガイド12により、他の方向への動きが拘束されている。第5の作用点Dは、X軸方向に延在するリニアガイド13により、他の方向への動きが拘束されている。そして、第4の作用点Cと第5の作用点Dとは、リンク9aで連結されている。さらに図4に示すように、X軸方向に配置された第3の弾性体8が第5の作用点Dに連結されている。
Next, a description will be given of a principle that requires a small force when introducing the initial elastic force to the second elastic body 5 when the initial elastic force introducing mechanism 7 is used.
FIG. 3 shows a simple model of the initial elastic force introduction mechanism 7. The fourth action point C is restrained from moving in other directions by the linear guide 12 extending in the Y-axis direction. The fifth action point D is restrained from moving in other directions by the linear guide 13 extending in the X-axis direction. And the 4th action point C and the 5th action point D are connected by the link 9a. Further, as shown in FIG. 4, the third elastic body 8 arranged in the X-axis direction is connected to the fifth action point D.

ここで、図3に示すように、第4の作用点Cを通りY軸方向に延びる直線と、第5の作用点Dを通りX軸方向に延びる直線と、の交点を原点として、第4の作用点CのY軸方向への変位及び第5の作用点DのX軸方向への変位をq及びpとして示す。ちなみに、第3の弾性体8は、当該交点位置で弾性力がゼロに設定されている。 Here, as shown in FIG. 3, the fourth point is the intersection point of a straight line that extends in the Y-axis direction through the fourth action point C and a straight line that extends in the X-axis direction through the fifth action point D. The displacement of the action point C in the Y-axis direction and the displacement of the fifth action point D in the X-axis direction are denoted as q 1 and p 1 . Incidentally, the elastic force of the third elastic body 8 is set to zero at the intersection position.

このような条件下において、三平方の定理より、[式14]の関係が成り立つ。
[式14] p +q =r
但し、リンク9aの長さ(第4の作用点Cと第5の作用点Dとの距離)をrとする。
[式14]を変形すると、[式15]を導き出すことができる。
[式15] p=√(r −q
[式15]をqで偏微分すると、qからpへの減速比(ヤコビアン)Jは[式16]で表される(p (・)=Jq (・))。
[式16] J=−q/√(r −q )=−q/p
Under such conditions, the relationship of [Equation 14] is established from the three-square theorem.
[Formula 14] p 1 2 + q 1 2 = r 1 2
However, the length of the link 9a (the distance between the fourth point of action C in the fifth action point D) and r 1.
[Formula 14] can be derived by transforming [Formula 14].
[Formula 15] p 1 = √ (r 1 2 −q 1 2 )
When partially differentiated Expression 15] in q 1, the speed reduction ratio from q 1 to p 1 (Jacobian) J is expressed by [Formula 16] (p 1 (·) = Jq 1 (·)).
[Formula 16] J = −q 1 / √ (r 1 2 −q 1 2 ) = − q 1 / p 1

また、図3に示すように、X軸方向とリンク9aとの傾き角度をφとすると、[式16]は[式17]で表される。
[式17] J=−q/p=−tanφ
このヤコビアンにより、力の伝達には[式18]が成り立つ。
[式18] f=−ftanφ
但し、第5の作用点Dに作用する第3の弾性体8の弾性力をf、第4の作用点Cに作用する力をfとする。
Further, as shown in FIG. 3, when the inclination angle of the X-axis direction and the link 9a and phi 1, represented by the [formula 16] [Formula 17].
[Formula 17] J = −q 1 / p 1 = −tan φ 1
With this Jacobian, [Equation 18] is established for force transmission.
[Formula 18] f C = −f D tanφ 1
However, the elastic force of the third elastic body 8 acting on the fifth action point D is f D and the force acting on the fourth action point C is f C.

は[式19]で表される。
[式19] f=−k
但し、第3の弾性体8の弾性係数をkとする。
このとき、第4の作用点Cに作用する力fは[式20]で表される。
[式20] f=ktanφ=k
f D is represented by [Equation 19].
[Formula 19] f D = −k 3 p 1
However, the elastic coefficient of the third elastic body 8 is k 3 .
At this time, the force f C acting on the fourth action point C is expressed by [Expression 20].
[Formula 20] f C = k 3 p 1 tanφ 1 = k 3 q 1

すなわち、符号が反転し、弾性係数はそのままで、変位はpからqに置き換わった形となる。このこと自体は、例えば振動系の分野で「負のばね」等として、既に知られている事項である。 That is, the sign is inverted, the elastic coefficient remains the same, and the displacement is replaced by p 1 to q 1 . This is a matter already known, for example, as a “negative spring” in the field of vibration systems.

ここで、第4の作用点Cに図1に示す第2の弾性体5の一方の端部を連結する。第4の作用点Cには、第3の弾性体8からの下向きの力fと、第2の弾性体5からの上向きの力fと、が作用することになり、上向きを正とするとその合力f'は[式21]で表される。
[式21] f'=f−f=k(q+y)−k
Here, one end of the second elastic body 5 shown in FIG. A downward force f C from the third elastic body 8 and an upward force f B from the second elastic body 5 act on the fourth action point C, and the upward force is positive. Then, the resultant force f C ′ is expressed by [Expression 21].
[Expression 21] f C '= f B -f C = k 2 (q 1 + y) -k 3 q 1

また、第3の弾性体8の弾性係数をk=kとすると、第4の作用点Cに作用する合力(平衝点移動に必要な力)は、[式22]で表される。
[式22] f'=k
Further, if the elastic coefficient of the third elastic body 8 is k 3 = k 2 , the resultant force acting on the fourth action point C (force necessary for moving the equilibrium point) is expressed by [Equation 22]. .
[Formula 22] f C ′ = k 2 y

このように、平衡点移動に必要な力は第4の作用点Cの変位qに関わらず、第2の弾性体5の他方の端部の変位yで決定される。つまり、第2の弾性体5に初期弾性力を導入する際に生じる当該第2の弾性体5の復元力と、第3の弾性体8の弾性力に基づき第2の弾性体5に作用する力と、が相殺する。そのため、初期弾性力導入機構7が無かった場合に比べて、小さな力で第2の弾性体5に初期弾性力を導入することができる。 Thus, required to move the equilibrium point force regardless of displacement q 1 of the fourth action point C, it is determined by the displacement y of the other end of the second elastic member 5. That is, it acts on the second elastic body 5 based on the restoring force of the second elastic body 5 generated when the initial elastic force is introduced into the second elastic body 5 and the elastic force of the third elastic body 8. Power cancels out. Therefore, it is possible to introduce the initial elastic force to the second elastic body 5 with a small force compared to the case where the initial elastic force introducing mechanism 7 is not provided.

なお、上記実施の形態のリンク機構9は、第5の作用点Dを押し込むように第3の弾性体8を配置しているが、図5に示すように、第5の作用点Dを引き込むように第3の弾性体8を配置しても同様に実施できる。   In the link mechanism 9 of the above embodiment, the third elastic body 8 is arranged so as to push in the fifth action point D. However, as shown in FIG. 5, the fifth action point D is drawn. As described above, the third elastic body 8 can be arranged in the same manner.

また、上記実施の形態のリンク機構9は、二本のリンク9aと9bとが等しい長さに設定されているが、図6に示すリンク機構91のように、リンク91aの一方の端部を延長させても良い。例えば、図6のリンク機構91では、リンク91aの長さをリンク91bの長さの2倍に設定し、その中間位置でリンク91bの一方の端部と連結している。そして、リンク91aの他方の端部を第3の弾性体8の他方の端部に接触させている。この場合、p=p、q=q、r=rと置き換えれば、図3で示したリンク機構9の原理と同様である。なお、図1のリンク機構9は、図6のリンク91aの中間位置に第3の弾性体8の他方の端部を接触させたものと等価であり、このとき第3の弾性体8の変位はpの1/2となるため、第3の弾性体8の復元力により第2の弾性体5の復元力と相殺するには、第3の弾性体8の弾性係数は第2の弾性体5の弾性係数の2倍に設定することになる。 In the link mechanism 9 of the above-described embodiment, the two links 9a and 9b are set to have the same length. However, like the link mechanism 91 shown in FIG. It may be extended. For example, in the link mechanism 91 of FIG. 6, the length of the link 91a is set to twice the length of the link 91b, and is connected to one end of the link 91b at an intermediate position. The other end of the link 91a is in contact with the other end of the third elastic body 8. In this case, if p 1 = p 2 , q 1 = q 2 , and r 1 = r 2 are replaced, the principle of the link mechanism 9 shown in FIG. 3 is the same. The link mechanism 9 of FIG. 1 is equivalent to the other end of the third elastic body 8 in contact with the intermediate position of the link 91a of FIG. Is 1/2 of p 2 , so that the elastic coefficient of the third elastic body 8 is the second elasticity to cancel the restoring force of the second elastic body 5 by the restoring force of the third elastic body 8. It is set to twice the elastic coefficient of the body 5.

ちなみに、図7に示すように、第3の弾性体8を例えばY軸方向(但し、配置方向は特に限定されない。)に配置し、当該第3の弾性体8の他方の端部をプーリ14を介してリンク9aの一方の端部に連結しても良い。   Incidentally, as shown in FIG. 7, the third elastic body 8 is arranged in the Y-axis direction (however, the arrangement direction is not particularly limited), and the other end of the third elastic body 8 is connected to the pulley 14. You may connect with one edge part of the link 9a via this.

また、上記実施の形態のリンク機構9は、二本のリンク9aと9bとを一組配置しているが、図8に示すように、二組のリンク機構9をX軸方向に並列に配置し、リンク9aと9bとの連結部相互を第3の弾性体8で連結しても良い。これにより、第3の弾性体8の揺動を略防ぐことができる。   Moreover, although the link mechanism 9 of the said embodiment has arrange | positioned 1 set of two links 9a and 9b, as shown in FIG. 8, two sets of link mechanisms 9 are arrange | positioned in parallel in the X-axis direction. The connecting portions of the links 9 a and 9 b may be connected by the third elastic body 8. Thereby, the swinging of the third elastic body 8 can be substantially prevented.

また、上記実施の形態のリンク機構9は、二本のリンク9aと9bとを組み合わせているが、リンクの本数は特に限定されない。すなわち、図9に示すリンク機構92のように、複数のリンクを組み合わせても良い。例えば、図9のリンク機構92は、L字形状の第1のリンク92aと、直線状の第2及び3のリンク92b及び92cを備えている。第1のリンク92aの角部は、基台3にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第1のリンク92aの一方の端部は、第2のリンク92bの一方の端部にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第1のリンク92aの他方の端部は、第3のリンク92cの一方の端部にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第2のリンク92bの他方の端部は、Y軸方向に配置されたリニアガイド15に連結されている。つまり、第2のリンク92bの他方の端部は、リニアガイド15によってY軸方向以外の方向への動きが拘束されている。第3のリンク92cの他方の端部は、Y軸方向に配置されたリニアガイド16に連結されている。つまり、第3のリンク92cの他方の端部は、リニアガイド16によってY軸方向以外の方向への動きが拘束されている。ここで、第2のリンク92bの他方の端部と、第3のリンク92cの他方の端部と、はY軸方向に延びる共通の直線上に配置されている。そして、第3のリンク92cの他方の端部は、第3の弾性体8の他方の端部に接触している。第3の弾性体8は、Y軸方向に配置されており、一方の端部が基台3に連結されている。このような構成においても、p=p、q=q、r=rと置き換えれば、上述したリンク機構9の原理と同様である。 Moreover, although the link mechanism 9 of the said embodiment combines the two links 9a and 9b, the number of links is not specifically limited. That is, you may combine a some link like the link mechanism 92 shown in FIG. For example, the link mechanism 92 of FIG. 9 includes an L-shaped first link 92a and linear second and third links 92b and 92c. A corner portion of the first link 92a is coupled to the base 3 so as to be rotatable around an axis parallel to the Z axis. One end of the first link 92a is coupled to one end of the second link 92b so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other end of the first link 92a is connected to one end of the third link 92c so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other end of the second link 92b is connected to a linear guide 15 disposed in the Y-axis direction. That is, the movement of the other end portion of the second link 92 b in a direction other than the Y-axis direction is restricted by the linear guide 15. The other end of the third link 92c is coupled to the linear guide 16 disposed in the Y-axis direction. That is, the movement of the other end portion of the third link 92c in a direction other than the Y-axis direction is restricted by the linear guide 16. Here, the other end of the second link 92b and the other end of the third link 92c are disposed on a common straight line extending in the Y-axis direction. The other end portion of the third link 92 c is in contact with the other end portion of the third elastic body 8. The third elastic body 8 is arranged in the Y-axis direction, and one end thereof is connected to the base 3. Even in such a configuration, if p 1 = p 3 , q 1 = q 3 , and r 1 = r 3 are replaced, the principle of the link mechanism 9 described above is the same.

<実施の形態2>
実施の形態2に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図10に示すように、基本原理を説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構71を備えている。初期弾性力導入機構71は、カム機構72を備えている。
<Embodiment 2>
A load compensation mechanism according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 10, the load compensation mechanism of the present embodiment includes an initial elastic force introduction mechanism 71 in addition to the components that explain the basic principle. The initial elastic force introduction mechanism 71 includes a cam mechanism 72.

カム機構72は、カム本体73と、拘束機構74と、を備えている。カム本体73は、詳細を後述する外周側面の曲面形状(カム形状)に形成されており、当該外周側面に拘束機構74が接触している。カム本体73は、図示を省略した駆動装置の駆動力が回転軸73aに伝達されて回転する。   The cam mechanism 72 includes a cam body 73 and a restraining mechanism 74. The cam body 73 is formed in a curved surface shape (cam shape) on an outer peripheral side surface, which will be described in detail later, and a restraining mechanism 74 is in contact with the outer peripheral side surface. The cam body 73 rotates when the driving force of a driving device (not shown) is transmitted to the rotating shaft 73a.

拘束機構74は、リニアガイド74aを備えている。リニアガイド74aは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。つまり、リニアガイド74aは、具体的な図示を省略したが、Y軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部74bが移動する。ここで、レール部材は、基台3に連結されている。そして、摺動部74bは、X軸方向に突出する突出部74cを備えている。つまり、摺動部74bは、Z軸方向から見ると略L字形状に形成されている。   The restraining mechanism 74 includes a linear guide 74a. The linear guide 74a has the same configuration as a general linear guide. That is, although the specific illustration of the linear guide 74a is omitted, the sliding portion 74b moves along the rail member arranged in the Y-axis direction. Here, the rail member is connected to the base 3. The sliding portion 74b includes a protruding portion 74c that protrudes in the X-axis direction. That is, the sliding part 74b is formed in a substantially L shape when viewed from the Z-axis direction.

突出部74cにおけるY軸方向に配置される一方の面(図10では下面)には、第2の弾性体5の一方の端部が接触している。突出部74cにおけるY軸方向に配置される他方の面(図10では上面)には、カム本体73の外周側面が接触している。つまり、突出部74cとカム本体73との接触部は第4の作用点Cとして機能する。ちなみに、本実施の形態では、突出部74cとカム本体73とはカムフォロア75を介して接触している。   One end portion of the second elastic body 5 is in contact with one surface (the lower surface in FIG. 10) arranged in the Y-axis direction of the protruding portion 74c. The outer peripheral side surface of the cam main body 73 is in contact with the other surface (upper surface in FIG. 10) arranged in the Y-axis direction of the protruding portion 74c. That is, the contact portion between the protrusion 74 c and the cam body 73 functions as the fourth action point C. Incidentally, in the present embodiment, the projecting portion 74 c and the cam body 73 are in contact via the cam follower 75.

このような構成により、カム本体73を回転させると、第2の弾性体5の伸縮方向(Y軸方向)以外の方向の動きが拘束された状態で、カム本体73のカム形状に倣って第2の弾性体5が下方に押し込まれる。このとき、以下に説明するように、カム本体73を回転させた際に、第2の弾性体5の復元力によりカム本体73に生じるトルクが設定状態において一定となるように当該カム本体73のカム形状が設計されていると良い。   With such a configuration, when the cam main body 73 is rotated, the second elastic body 5 is restrained from moving in a direction other than the expansion / contraction direction (Y-axis direction) and follows the cam shape of the cam main body 73. The second elastic body 5 is pushed downward. At this time, as described below, when the cam main body 73 is rotated, the torque generated in the cam main body 73 by the restoring force of the second elastic body 5 is constant in the set state. The cam shape should be designed.

次に、カム本体73のカム形状の設計方法を説明する。図11(a)、(b)及び図12は、カム本体73の各パラメータを示している。Ψはカム本体73の回転角度、Rはカム本体73の最小半径、R(Ψ)はカム本体73がΨ回転した際の第4の作用点Cと回転軸73aとの距離(半径)、l'は第2の弾性体5の上端部のY軸方向への変位、yは第2の弾性体5の下端部のY軸方向への変位、dΨは微小角度、RdΨはカム本体73における外周側面の微小角度部分におけるX軸方向の距離、dRはカム本体73における外周側面の微小角度部分におけるY軸方向の距離、φはカム本体73における外周側面の微小角度部分における傾斜角度、fはカム本体73における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するX軸方向の力、fはカム本体73における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するY軸方向の力である。 Next, a cam shape design method for the cam body 73 will be described. FIGS. 11A, 11B, and 12 show parameters of the cam body 73. FIG. Ψ is the rotation angle of the cam body 73, R 0 is the minimum radius of the cam body 73, R (ψ) is the distance (radius) between the fourth action point C and the rotation shaft 73a when the cam body 73 rotates Ψ, l B ′ is the displacement of the upper end portion of the second elastic body 5 in the Y-axis direction, y is the displacement of the lower end portion of the second elastic body 5 in the Y-axis direction, dΨ is a minute angle, and RdΨ is the cam body 73. X-axis direction of the distance in small angle portion of the outer peripheral side in, dR is the distance in the Y-axis direction in the micro angle portion of the outer peripheral surface of the cam body 73, the phi 2 inclination angle in the minute angle portion of the outer peripheral surface of the cam body 73, f x is the X-axis direction on that end portion of the small angle portion of the outer peripheral surface of the cam body 73 force, f y in the Y-axis direction of the force applied to one end of the small angle portion of the outer peripheral surface of the cam body 73 is there.

このようなパラメータにおいて、第2の作用点BをY軸方向にy(θ)変位させる。また、第4の作用点Cをカム本体73によってY軸方向にl'(Ψ)変位させる。ここで、Ψ=0のときのカム本体73の半径はR=R(0)であり、y(θ)は[式23]([式3]と同様)で表される。
[式23] y(θ)=l(1−cosθ)
With such parameters, the second action point B is displaced by y (θ) in the Y-axis direction. Further, the fourth action point C is displaced by the cam main body 73 by l B ′ (Ψ) in the Y-axis direction. Here, the radius of the cam body 73 when Ψ = 0 is R 0 = R (0), and y (θ) is expressed by [Expression 23] (similar to [Expression 3]).
[Formula 23] y (θ) = l B (1-cos θ)

また、l'(Ψ)は[式24]で表される。
[式24] l'(Ψ)=R(Ψ)−R
そして、カム本体73に作用するトルクは、[式25]で表される。
[式25] τ=R(Ψ)f
ここで、[式26]〜[式28]が成り立つ。
[式26] f=ftanφ
[式27] f=k(y(θ)+l'(Ψ))
[式28] tanφ=dR/RdΨ
Further, l B ′ (Ψ) is expressed by [Equation 24].
[Formula 24] l B ′ (Ψ) = R (Ψ) −R 0
And the torque which acts on the cam main body 73 is represented by [Formula 25].
[Expression 25] τ = R (Ψ) f x
Here, [Formula 26] to [Formula 28] hold.
[Expression 26] f x = f y tanφ 2
[Formula 27] f y = k 2 (y (θ) + l B ′ (Ψ))
[Formula 28] tanφ 2 = dR / RdΨ

そのため、[式29]を導くことができる。
[式29] τ=k(y+R−R)dR/dΨ
[式29]を変数分離して、積分すると[式30]を導くことができる。

Figure 0005845026
[式30]を解くと、[式31]を導くことができる。
[式31] τΨ=k(yR+R/2−RR−yR+R /2)
[式31]をRについて解くと、[式32]を導くことができる。
[式32] R=R−y±√(y+2τΨ/k) Therefore, [Equation 29] can be derived.
[Formula 29] τ = k 2 (y + R−R 0 ) dR / dΨ
[Equation 30] can be derived by separating and integrating [Equation 29].
Figure 0005845026
[Equation 31] can be derived by solving [Equation 30].
[Expression 31] τΨ = k 2 (yR + R 2/2-R 0 R-yR 0 + R 0 2/2)
Solving [Expression 31] with respect to R yields [Expression 32].
[Formula 32] R = R 0 −y ± √ (y 2 + 2τΨ / k 2 )

このように[式32]で表すようなカム本体73のカム形状を導くことができる。ここで、例えば第2の弾性体5の弾性係数k=28000[N/m]、カム本体73の最小半径R=22[mm]、駆動装置で発現させるトルク設定値、即ちカム本体73に発現させるトルクτ=6.2[N・m]、第2の弾性体5の下端部の変位y=20[mm]としたとき、上記の[式32]によって得られるカム本体73のカム形状は、図13に示す形状となる。ここでは、180°まで求めて、カム本体73が線対称になるような形状としたが、一周分求めることで、トルクをさらに低減することも可能である。 In this way, the cam shape of the cam body 73 as expressed by [Expression 32] can be derived. Here, for example, the elastic coefficient k 2 = 28000 [N / m] of the second elastic body 5, the minimum radius R 0 = 22 [mm] of the cam body 73, the torque setting value expressed by the driving device, that is, the cam body 73 The cam of the cam main body 73 obtained by the above [Equation 32], when the torque τ = 6.2 [N · m] to be expressed in the above and the displacement y = 20 [mm] of the lower end portion of the second elastic body 5 are set. The shape is as shown in FIG. Here, the angle is obtained up to 180 °, and the cam body 73 has a line-symmetric shape. However, the torque can be further reduced by obtaining one round.

上述の例では、カム本体73に作用させるトルクτを6.2[N・m]と調整することで、最小半径R(0)=22[mm]と最大半径R(π)=44[mm]との差で、平衡点移動に必要な22[mm]を確保できるようにした。   In the above-described example, the minimum radius R (0) = 22 [mm] and the maximum radius R (π) = 44 [mm] are adjusted by adjusting the torque τ applied to the cam body 73 to 6.2 [N · m]. ], 22 [mm] required for moving the equilibrium point can be secured.

このカム本体73のカム形状を用いた場合に必要なトルクを逆算すると、[式33]で表される。
[式33] τ=k((R−R+y)−y)/2Ψ
When the torque required when the cam shape of the cam main body 73 is used is calculated backward, it is expressed by [Expression 33].
[Formula 33] τ = k 2 ((R−R 0 + y) 2 −y 2 ) / 2Ψ

第2の弾性体5の下端部の変位yが変化したときに、カム本体73を回転させるのに必要なトルクがどのように変化するかを確認すると、図14に示すようになる。yの最大変位20[mm]を設計値としたため、y=20[mm]のときには設定トルク6.2[N・m]で一定であり、yが20mmより小さいときには当該トルクより小さくなっていることが確認できる。   FIG. 14 shows how the torque required to rotate the cam body 73 changes when the displacement y of the lower end portion of the second elastic body 5 changes. Since the maximum displacement 20 [mm] of y is a design value, when y = 20 [mm], the set torque 6.2 [N · m] is constant, and when y is smaller than 20 mm, it is smaller than the torque. I can confirm that.

このようにカム本体73のカム形状を設計することで、yが予め設定された最大変位以下の条件においては、予め設定したトルク以下で第2の弾性体5を押し込むことができる。したがって、初期弾性力導入機構71が無かった場合に比べて、小さな力で第2の弾性体5に初期弾性力を導入することができる。   By designing the cam shape of the cam main body 73 in this way, the second elastic body 5 can be pushed in under a preset torque under a condition where y is a preset maximum displacement or less. Therefore, it is possible to introduce the initial elastic force to the second elastic body 5 with a small force compared to the case where the initial elastic force introducing mechanism 71 is not provided.

なお、本実施の形態のカム本体73は180°までカム形状を求めて、線対称になるような形状としたが、図15に示すように360°まで求めたカム形状に形成しても良い。
ここで、[式33]は、第4の作用点Cに位置するローラ(カムフォロア75)の直径がゼロとして求めたカムの外周形状であり、実施に当たってはカムフォロアの半径分内側にオフセットした外周形状を用いることとなる。
The cam body 73 of the present embodiment has a cam shape that is line-symmetrical by obtaining the cam shape up to 180 °, but may be formed in a cam shape that is obtained up to 360 ° as shown in FIG. .
Here, [Equation 33] is the outer peripheral shape of the cam obtained by assuming that the diameter of the roller (cam follower 75) located at the fourth action point C is zero, and in the implementation, the outer peripheral shape is offset inward by the radius of the cam follower. Will be used.

<他の実施の形態>
上述の原理は、リンク1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、この限りでない。
<Other embodiments>
In the above principle, the second action point A and the third action point B are provided on the opposite side of the link 1 on the side where the first action point P is provided and the rotation axis O1. Not.

例えば図16に示すように、リンク1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。   For example, as shown in FIG. 16, a second action point A and a third action point B may be provided between the first action point P and the rotation axis O1 in the link 1.

また、図17に示すように、リンク1に代わってT字形状のリンク17を用いる場合は、リンク17の回転軸O2を挟んで両端部に第1の作用点Pと第3の作用点Bとをそれぞれ設け、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を設けても良い。   As shown in FIG. 17, when a T-shaped link 17 is used instead of the link 1, the first action point P and the third action point B are arranged at both ends across the rotation axis O <b> 2 of the link 17. And the second action point A may be provided on a straight line L3 orthogonal to the straight line L2 connecting the first action point P and the third action point B and passing through the rotation axis O2.

また、図18に示すように、同じくリンク1に代わってT字形状のリンク17を用いる場合は、リンク17の回転軸O2を挟んで両端部に第1の作用点Pと第2の作用点Aとをそれぞれ設け、第1の作用点Pと第2の作用点Aとを結ぶ直線L4と直交し、且つ回転軸O2を通る直線L5上に第3の作用点Bを設けても良い。   Also, as shown in FIG. 18, when the T-shaped link 17 is used instead of the link 1, the first action point P and the second action point are arranged at both ends across the rotation axis O <b> 2 of the link 17. A may be provided, and the third action point B may be provided on a straight line L5 orthogonal to the straight line L4 connecting the first action point P and the second action point A and passing through the rotation axis O2.

さらに図19に示すように、リンク1に代わって、L字形状の第1のリンク18と、直線状の第2及び3のリンク19及び20と、を用いて、以下のように第1乃至3の作用点を設けても良い。詳細には、第1のリンク18の一方の端部に第1の作用点Pが設けられる。第1のリンク18の第1辺18aの他方の端部に回転軸O3が設けられる。第1のリンク18における回転軸O3と第1の作用点Pとの間の位置に第6の作用点Eが設けられる。第6の作用点Eには、Z軸と平行な軸回りに回転可能に第2のリンク19の一方の端部が連結される。第2のリンク19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る。また、第2のリンク19の他方の端部には、X軸方向に配置された第1の弾性体2に連結される。つまり、第2のリンク19の他方の端部は、第2の作用点Aとして機能する。そして、第1のリンク18の第2辺18bの端部に第7の作用点Fが設けられる。第7の作用点Fには、Z軸と平行な軸回りに回転可能に第3のリンク20の一方の端部が連結される。第3のリンク20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る。また、第3のリンク20の他方の端部には、X軸方向に配置された第2の弾性体5に連結される。つまり、第3のリンク20の他方の端部は、第3の作用点Bとして機能する。   Further, as shown in FIG. 19, instead of the link 1, the L-shaped first link 18 and the linear second and third links 19 and 20 are used as follows. Three action points may be provided. Specifically, the first action point P is provided at one end of the first link 18. A rotation axis O3 is provided at the other end of the first side 18a of the first link 18. A sixth action point E is provided at a position between the rotation axis O <b> 3 and the first action point P in the first link 18. One end of the second link 19 is connected to the sixth action point E so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. Although the specific illustration of the other end of the second link 19 is omitted, the second link 19 is configured to be slidable in the X-axis direction. The other end of the second link 19 is connected to the first elastic body 2 arranged in the X-axis direction. That is, the other end of the second link 19 functions as the second action point A. A seventh action point F is provided at the end of the second side 18 b of the first link 18. One end of the third link 20 is connected to the seventh action point F so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. Although the specific illustration of the other end of the third link 20 is omitted, the third link 20 is configured to be slidable in the X-axis direction. Further, the other end of the third link 20 is connected to the second elastic body 5 arranged in the X-axis direction. That is, the other end of the third link 20 functions as the third action point B.

要するに、第1の作用点Pに作用するmgに基づく回転軸回りの回転トルクに対して、第2の作用点Aに作用する第1の弾性体2の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルク及び第3の作用点Bに作用する第2の弾性体5の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルクの合力トルク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2や第2の弾性体5の配置並びに弾性係数は適宜、変更すれば良い。
<適用形態>
In short, the rotational torque around the rotation axis based on the elastic force of the first elastic body 2 acting on the second action point A with respect to the rotational torque around the rotation axis based on mg acting on the first action point P. And the second action so that the resultant torque of the rotation torque around the rotation axis based on the elastic force of the second elastic body 5 acting on the third action point B acts in the opposite rotation direction and becomes equal. What is necessary is just to change suitably the arrangement | positioning of the point A, the 3rd action point B, the 1st elastic body 2, and the 2nd elastic body 5, and an elastic coefficient.
<Application form>

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100は、図20乃至23に示すように、リンク機構110と、基台120と、昇降台130と、第1の弾性体140と、第2の弾性体150と、初期弾性力導入機構160と、を備えている。   The form which applied the above-mentioned basic principle to the raising / lowering apparatus is demonstrated. As shown in FIGS. 20 to 23, the lifting device 100 according to this application mode includes a link mechanism 110, a base 120, a lifting platform 130, a first elastic body 140, a second elastic body 150, and an initial stage. And an elastic force introduction mechanism 160.

リンク機構110は、直線状の第1のリンク111と、L字形状の第2のリンク112と、直線状の第3のリンク113と、を備えている。第1のリンク111と第2のリンク112とは、長手方向の中央部分で回転可能に連結されX形状に配置されている。第2のリンク112は、第1辺112aと、第1辺112aの下端に直交する第2辺112bと、を備えている。   The link mechanism 110 includes a linear first link 111, an L-shaped second link 112, and a linear third link 113. The first link 111 and the second link 112 are rotatably connected at the central portion in the longitudinal direction and arranged in an X shape. The second link 112 includes a first side 112a and a second side 112b orthogonal to the lower end of the first side 112a.

第1のリンク111の一方の端部は、図21に示すように、基台120にX軸方向に摺動可能に連結されている。第1のリンク111の他方の端部は、昇降台130にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第2のリンク112の第1辺112aの一方の端部は、図22に示すように、昇降台130にX軸方向に摺動可能に連結されている。第2のリンク112の第1辺112aの他方の端部は、基台120にZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第2のリンク112の第2辺112bの端部には、第3のリンク113の一方の端部がZ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第3のリンク113の他方の端部は、基台120にX軸方向に摺動可能に連結されている。   As shown in FIG. 21, one end of the first link 111 is connected to the base 120 so as to be slidable in the X-axis direction. The other end of the first link 111 is connected to the lifting platform 130 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. As shown in FIG. 22, one end of the first side 112a of the second link 112 is connected to the elevator 130 so as to be slidable in the X-axis direction. The other end of the first side 112a of the second link 112 is coupled to the base 120 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. One end of the third link 113 is connected to the end of the second side 112b of the second link 112 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z axis. The other end of the third link 113 is connected to the base 120 so as to be slidable in the X-axis direction.

基台120は、第1及び3のリンク111及び113の他方の端部を摺動させることができるように、X軸方向に延在する溝部121を備えている。溝部121には、第1のリンク111の他方の端部に設けられたローラ111a、及び第3のリンク113の他方の端部に設けられたローラ113aが挿入されている。   The base 120 includes a groove 121 that extends in the X-axis direction so that the other ends of the first and third links 111 and 113 can slide. A roller 111 a provided at the other end of the first link 111 and a roller 113 a provided at the other end of the third link 113 are inserted into the groove 121.

昇降台130は、第2のリンク112の第1辺112a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131を備えている。溝部131に第2のリンク112の第1辺112aの一方の端部に設けられたローラ112cが挿入されている。   The elevator 130 includes a groove 131 that extends in the X-axis direction so that one end of the first side 112a of the second link 112 can slide. A roller 112 c provided at one end of the first side 112 a of the second link 112 is inserted into the groove 131.

第1の弾性体140は、X軸方向に配置されている。第1の弾性体140の一方の端部は、第1のリンク111の他方の端部に連結されている。第1の弾性体140の他方の端部は、基台120に連結されている。第2の弾性体150も、X軸方向に配置されている。第2の弾性体150の一方の端部は、第3のリンク113の他方の端部に連結されている。第2の弾性体150の他方の端部は、初期弾性力導入機構160に連結されている。第1及び2の弾性体140及び150は、第1及び2のリンク111及び112が回転していない状態、即ちθ=0°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。ちなみに、第1の弾性体140は、第1のリンク111の他方の端部に連結されているが、これは第2のリンク112の第1辺112aの一方の端部に連結されている状態と同様に扱うことができる。   The first elastic body 140 is disposed in the X-axis direction. One end of the first elastic body 140 is connected to the other end of the first link 111. The other end of the first elastic body 140 is connected to the base 120. The second elastic body 150 is also arranged in the X-axis direction. One end of the second elastic body 150 is connected to the other end of the third link 113. The other end of the second elastic body 150 is connected to the initial elastic force introducing mechanism 160. The first and second elastic bodies 140 and 150 are set so that the elastic force becomes zero when the first and second links 111 and 112 are not rotating, that is, when θ = 0 °. Incidentally, the first elastic body 140 is connected to the other end of the first link 111, which is connected to one end of the first side 112 a of the second link 112. Can be handled in the same way.

このような構成の昇降装置100の昇降台130に荷物170を置き、任意の高さとすると、第1及び2の弾性体140及び150は、第1及び2のリンク111及び112が回転していない状態、即ちθ=0°で弾性力がゼロとなるように連結されているので、第1のリンク111の他方の端部のX軸方向の変位xは、[式34]で表される。
[式34] x=lsinθ
但し、第1のリンク111の長さをlとする。
また、第3のリンク113の他方の端部のX軸方向の変位xは、[式35]で表される。
[式35] x=l(1−cosθ)
但し、第2のリンク112の第2辺112bの長さをl/2、第3のリンク113の長さをl/2とする。
When the luggage 170 is placed on the lifting platform 130 of the lifting device 100 having such a configuration and is set to an arbitrary height, the first and second links 111 and 112 of the first and second elastic bodies 140 and 150 are not rotated. In this state, that is, θ = 0 °, and the elastic force is connected to be zero, the displacement x 1 in the X-axis direction of the other end of the first link 111 is expressed by [Expression 34]. .
[Formula 34] x 1 = l 1 sin θ
However, the length of the first link 111 is assumed to be l 1 .
Further, X-axis direction displacement x 2 of the other end of the third link 113 is represented by [Expression 35].
[Formula 35] x 2 = l 2 (1-cos θ)
However, the length of the second side 112b of the second link 112 l 2/2, the length of the third link 113 and l 2/2.

すなわち、本形態は、第1のリンク111の他方の端部は、図1で示す第2の作用点Aに対応させ、第3のリンク113の他方の端部は、図19で示す第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100を実現することができる。   That is, in this embodiment, the other end of the first link 111 is made to correspond to the second action point A shown in FIG. 1, and the other end of the third link 113 is the third end shown in FIG. The lifting / lowering device 100 capable of compensating the load can be realized by designing based on the basic principle described above.

ここで、本形態でも、図23に示すように、上述した図9に示す初期弾性力導入機構と略同様の原理の初期弾性力導入機構160によって、第2の弾性体150に初期弾性力を導入する。なお、図23の破線では、初期弾性力導入機構160の動作を示している。初期弾性力導入機構160は、基台120内に収納されている。この初期弾性力導入機構160は、角部を挟んで隣接する辺の長さが等しいL字形状の第4のリンク161と、直線状の等しい長さの第5及び6のリンク162及び163と、第3の弾性体164と、等を備えている。   Here, also in this embodiment, as shown in FIG. 23, the initial elastic force is applied to the second elastic body 150 by the initial elastic force introduction mechanism 160 having the same principle as the initial elastic force introduction mechanism shown in FIG. 9 described above. Introduce. Note that the broken line in FIG. 23 shows the operation of the initial elastic force introduction mechanism 160. The initial elastic force introducing mechanism 160 is housed in the base 120. The initial elastic force introduction mechanism 160 includes an L-shaped fourth link 161 having the same length of adjacent sides across the corner portion, and fifth and sixth links 162 and 163 having the same linear length. , A third elastic body 164, and the like.

第4のリンク161の角部は、基台120にY軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第4のリンク161の一方の端部は、第5のリンク162の一方の端部にY軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第5のリンク162の他方の端部は、第2の弾性体150の他方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Z軸方向に配置された連結部材180を介して、第5のリンク162の他方の端部と、第2の弾性体150の他方の端部と、が連結されている。この第5のリンク162の他方の端部は、X軸方向以外の方向への動きが拘束されている。   A corner portion of the fourth link 161 is connected to the base 120 so as to be rotatable around an axis parallel to the Y axis. One end of the fourth link 161 is connected to one end of the fifth link 162 so as to be rotatable about an axis parallel to the Y axis. The other end of the fifth link 162 is connected to the other end of the second elastic body 150. Incidentally, in the present embodiment, the other end of the fifth link 162 and the other end of the second elastic body 150 are connected via a connecting member 180 arranged in the Z-axis direction. . The movement of the other end of the fifth link 162 in a direction other than the X-axis direction is restricted.

第4のリンク161の他方の端部は、第6のリンク163の一方の端部にY軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第6のリンク163の他方の端部は、第3の弾性体164の一方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Z軸方向に配置された連結部材190を介して、第6のリンク163の他方の端部と、第3の弾性体164の一方の端部と、が連結されている。この第6のリンク163の他方の端部は、X軸方向以外の方向への動きが拘束されている。   The other end of the fourth link 161 is coupled to one end of the sixth link 163 so as to be rotatable about an axis parallel to the Y axis. The other end of the sixth link 163 is connected to one end of the third elastic body 164. Incidentally, in this embodiment, the other end of the sixth link 163 and one end of the third elastic body 164 are connected via a connecting member 190 arranged in the Z-axis direction. . The other end of the sixth link 163 is restrained from moving in directions other than the X-axis direction.

第3の弾性体164は、X軸方向に配置されている。そして、第3の弾性体164の他方の端部は、基台120に連結されている。ここで、第3の弾性体164は第4のリンク161の回転角φが0°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。第2の弾性体150は、第2のリンク112の角度θが0°の状態で、且つ第4のリンク161の回転角φが0°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。 The third elastic body 164 is arranged in the X-axis direction. The other end of the third elastic body 164 is connected to the base 120. Here, the third elastic member 164 is set so as elastic force at a rotation angle phi 3 is 0 ° state of the fourth link 161 is zero. The second elastic body 150 is set so that the elastic force becomes zero when the angle θ of the second link 112 is 0 ° and the rotation angle φ 3 of the fourth link 161 is 0 °. ing.

このような初期弾性力導入機構160は、図1に示す初期弾性力導入機構の基本原理と同様の原理で、第2の弾性体150に初期弾性力を導入する際に生じる第2の弾性体150の復元力と、第3の弾性体164の弾性力に基づき第2の弾性体150に作用する力と、が相殺するように機能するので、やはり小さい力で第2の弾性体150に初期弾性力を導入することができる。   Such an initial elastic force introduction mechanism 160 is a second elastic body generated when an initial elastic force is introduced into the second elastic body 150 based on the same principle as the basic principle of the initial elastic force introduction mechanism shown in FIG. The restoring force of 150 and the force acting on the second elastic body 150 based on the elastic force of the third elastic body 164 function to cancel each other, so that the second elastic body 150 can be initially applied with a small force. Elastic force can be introduced.

しかも、初期弾性力導入機構160は、基台120内に収納されている。そのため、第1乃至3のリンクの動作を阻害することが無い。また、昇降装置100をコンパクトに設計することができる。   Moreover, the initial elastic force introduction mechanism 160 is housed in the base 120. Therefore, the operation of the first to third links is not hindered. Further, the lifting device 100 can be designed in a compact manner.

さらに重量物である第1及び2の弾性体140及び150を基台120側に配置したので、第2の弾性体150に初期弾性力を導入する際に、さらに小さい力で済む。   Furthermore, since the first and second elastic bodies 140 and 150, which are heavy objects, are arranged on the base 120 side, a smaller force is sufficient when the initial elastic force is introduced into the second elastic body 150.

以上、本発明に係る荷重補償機構の実施の形態を説明したが、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。例えば、上記実施の形態では、第1の作用点Pと第2の作用点Aと第3の作用点Bとを異なる位置に配置したが、等しい位置に配置しても良い。これにより、荷重補償機構の設計工程を簡易に行うことができる。また、荷重補償機構をコンパクトに設計することができる。   The embodiment of the load compensation mechanism according to the present invention has been described above. 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. For example, in the above embodiment, the first action point P, the second action point A, and the third action point B are arranged at different positions, but they may be arranged at the same position. Thereby, the design process of a load compensation mechanism can be performed simply. In addition, the load compensation mechanism can be designed in a compact manner.

1 リンク
2 第1の弾性体
3 基台
4 許容部、4a 突出部、4b 摺動板
5 第2の弾性体
6 許容部、6a 突出部、6b 摺動板
7 初期弾性力導入機構
8 第3の弾性体
9 リンク機構
9a、9b リンク
10 拘束機構、10a リニアガイド、10b 駆動機構、10c 摺動部、10d 突出部
11 許容部、11a 突出部、11b 摺動板
12、13 リニアガイド
14 プーリ
15、16 リニアガイド
17 リンク
18 第1のリンク、18a 第1辺、18b 第2辺
19 第2のリンク
20 第3のリンク
21 第1のリンク
22 第2のリンク
71 初期弾性力導入機構
72 カム機構、73 カム本体、73a 回転軸
74 拘束機構、74a リニアガイド、74b 摺動部、74c 突出部、75 カムフォロア
91 リンク機構、
91a 、91b リンク
92 リンク機構、92a 第1のリンク、92b 第2のリンク、92c 第3のリンク
100 昇降装置
110 リンク機構
111 第1のリンク、111a ローラ
112 第2のリンク、112a 第1辺、112b 第2辺、112c ローラ
113 第3のリンク、113a ローラ
120 基台、121 溝部
130 昇降台、131 溝部
140 第1の弾性体
150 第2の弾性体
160 初期弾性力導入機構、161 第4のリンク、162 第5のリンク、163 第6のリンク、164 第3の弾性体
170 荷物
180、190 連結部材
P 第1の作用点
A 第2の作用点
B 第3の作用点
C 第4の作用点
D 第5の作用点
E 第6の作用点
F 第7の作用点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Link 2 1st elastic body 3 Base 4 Permissible part, 4a Protruding part, 4b Sliding plate 5 Second elastic body 6 Permissible part, 6a Protruding part, 6b Sliding plate 7 Initial elastic force introduction mechanism 8 3rd Elastic body 9 Link mechanism 9a, 9b Link 10 Restraining mechanism, 10a Linear guide, 10b Drive mechanism, 10c Sliding part, 10d Protruding part 11 Permissible part, 11a Protruding part, 11b Sliding plate 12, 13 Linear guide 14 Pulley 15 , 16 Linear guide 17 Link 18 First link, 18a First side, 18b Second side 19 Second link 20 Third link 21 First link 22 Second link 71 Initial elastic force introduction mechanism 72 Cam mechanism 73 cam body, 73a rotating shaft 74 restraint mechanism, 74a linear guide, 74b sliding portion, 74c protruding portion, 75 cam follower 91 link mechanism,
91a, 91b link 92 link mechanism, 92a first link, 92b second link, 92c third link 100 lifting device 110 link mechanism 111 first link, 111a roller 112 second link, 112a first side, 112b 2nd side, 112c roller 113 3rd link, 113a roller 120 base, 121 groove part 130 lifting / lowering base, 131 groove part 140 1st elastic body 150 2nd elastic body 160 initial elastic force introduction mechanism, 161 4th Link, 162 5th link, 163 6th link, 164 3rd elastic body 170 Luggage 180, 190 Connection member P 1st action point A 2nd action point B 3rd action point C 4th action Point D Fifth action point E Sixth action point F Seventh action point

Claims (5)

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、を備え、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、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、
前記第2の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備え
前記初期弾性力導入機構は、
第3の弾性体と、
前記第2の弾性体における前記第3の作用点と逆側の作用点である第4の作用点と、
前記第3の弾性体の弾性力が作用する第5の作用点と、
前記第4の作用点と前記第5の作用点とを連結するリンク機構と、
前記第2の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記第2の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第2の弾性体に生じる復元力と、前記第3の弾性体の弾性力に基づき前記第2の弾性体に作用する力と、が相殺する荷重補償機構。
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. The third action point, and the rotation based on the torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point and the elastic force acting on the second action point. A load compensation mechanism in which the resultant torque of the torque around the rotation axis of the rotating body acts in the opposite rotation direction and cancels out based on the torque around the rotation axis of the body and the elastic force acting on the third action point Because
An initial elastic force introduction mechanism for introducing an initial elastic force into the second elastic body ;
The initial elastic force introducing mechanism is:
A third elastic body;
A fourth action point that is an action point opposite to the third action point in the second elastic body;
A fifth action point at which the elastic force of the third elastic body acts;
A link mechanism connecting the fourth action point and the fifth action point;
A restraint mechanism for restraining movement of the second elastic body in a direction other than the expansion and contraction direction,
When an initial elastic force is introduced into the second elastic body, a restoring force generated in the second elastic body, and a force acting on the second elastic body based on the elastic force of the third elastic body; The load compensation mechanism that cancels out .
前記第2の弾性体の弾性係数と前記第3の弾性体の弾性係数とは等しい請求項に記載の荷重補償機構。 The load compensation mechanism according to claim 1 , wherein an elastic coefficient of the second elastic body is equal to an elastic coefficient of the third elastic body. 前記第2の弾性体と前記第3の弾性体とは平行に配置されている請求項又はに記載の荷重補償機構。 The load compensation mechanism according to claim 1 or 2 , wherein the second elastic body and the third elastic body are arranged in parallel. 前記第2の弾性体と前記第3の弾性体とは直交するように配置されている請求項又はに記載の荷重補償機構。 The load compensation mechanism according to claim 1 or 2 , wherein the second elastic body and the third elastic body are disposed so as to be orthogonal to each other. 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、を備え、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、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、
前記第2の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備え、
前記初期弾性力導入機構は、
前記第2の弾性体における前記第3の作用点と逆側の作用点である第4の作用点と、
前記第4の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、
前記第2の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第2の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されている荷重補償機構。
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. The third action point, and the rotation based on the torque around the rotation axis of the rotating body based on the load acting on the first action point and the elastic force acting on the second action point. A load compensation mechanism in which the resultant torque of the torque around the rotation axis of the rotating body acts in the opposite rotation direction and cancels out based on the torque around the rotation axis of the body and the elastic force acting on the third action point Because
An initial elastic force introduction mechanism for introducing an initial elastic force into the second elastic body;
The initial elastic force introducing mechanism is:
A fourth action point that is an action point opposite to the third action point in the second elastic body;
A cam mechanism for transmitting a driving force to the fourth operating point;
A restraint mechanism for restraining movement of the second elastic body in a direction other than the expansion and contraction direction,
A load compensation mechanism in which a cam shape of the cam body is set so that a torque generated in the cam body by a restoring force of the second elastic body becomes constant when the cam body of the cam mechanism rotates.
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