Tension-drive mechanism

張力(テンション)を使用した新たな機械メカニズムのライセンス供与

テンション駆動メカニズムは機械の構造を根本から改良します

< 移動ビームに作用する曲げモーメントを張力で支持/しなやかでなめらかなモーションを実現 >




高速・高荷重用 XYロボットのビデオ映像



CG映像による技術解説

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< テンション駆動メカニズム >

 「テンション駆動メカニズム」とは、ひも状部材(例えば、ベルト、チェーン、ワイヤー等)の「張力」を使用して、移動ビームに作用する「曲げモーメント」を支持し、移動ビームの「両端」を高速・高精度で「同期駆動」する駆動メカニズムです。
 図1は「テンション駆動メカニズム」の構造です。

 従来のメカニズムは、移動ビームに作用する曲げモーメントを「ビーム剛性」で支持していますが、ビーム剛性を向上させるためには必然的に「ビーム重量の増加」が発生し、その発生したビーム重量の増加が「慣性負荷を増大」させ、結果的にさらなる曲げモーメントの増大をもたらしてしまいます。

 「テンション駆動メカニズム」は従来のメカニズムが拘束されていたこのビーム剛性に関わりなく、移動ビームに作用する曲げモーメントを支持することを可能にしました。移動ビームに作用する曲げモーメントは対称に配された「2本のひも状部材の張力に変換」され支持されます。

 部材の内部応力には、「引張応力」、「圧縮応力」、「曲げ応力」、「ねじり応力」等がありますが、その中で最も大きな応力が「引張応力」です。「テンション駆動メカニズム」はこの「引張応力」を使用することでメカニズムの「剛性向上」と「コンパクト・軽量化」を同時に達成しました。

 「テンション駆動メカニズム」は「生物の運動メカニズム」に最も近似したメカニズムです。 両者の対比で説明すると、メカニズムを構成する「各ビームが生物の骨格」に、ベルト、チェーン等の「ひも状部材が生物の腱」に、ひも状部材に付与される「張力が生物の筋肉」にそれぞれ相当します。
 生物の運動は滑らかで、かつ高速性に優れ、迅速な応答性を発揮します。 他方、従来の機械メカニズムは、言うなれば骨格のみで構成されており、その運動性能は、もっぱらその骨格を駆動する「電動モータ等の微妙な制御」に頼っているのが現状です。

 「テンション駆動メカニズム」は従来の機械メカニズムの性能をブレークスルーして、生物がもつ理想的な運動メカニズムを実現する、まったく「新たな機械メカニズム」です。

 さらに「テンション駆動メカニズム」では、ひも状部材に「付与する張力を弾力的に変化させる」方法も採用されます。 生物は高負荷の運動(例えば、急激な方向転換等)を行う場合、筋肉の力を瞬時に増大させることで、この高負荷運動に対応しています。つまり、生物は低負荷運動と高負荷運動で、適宜に筋肉の力を調整しているのです。 この筋肉の調整機能が微妙で滑らかな運動を発生させる秘密でもあります。

 「テンション調整機能」を備えたテンション駆動メカニズムは、このような生物の筋肉の調整機能と等価な働きを発生させるメカニズムであり、機械運動に加わる負荷変動に対して、「テンション量を弾力的に変化させて」効果的に対応し、従来の機械メカニズムでは不可能であった「高速性」と「高応答性(ハイレスポンス)」を達成しました。



 図1 テンション駆動メカニズム


< ボールねじを使用したテンション駆動メカニズム >
 ボールねじを使用した「テンション駆動メカニズム」の構造を、図2に示します。
 この「テンション駆動メカニズム」は、移動ビームの片側をボールねじで駆動し、移動ビームの両端を同期駆動します。ボールねじによる高精度な送り駆動を、テンションによる同期機能で効果的に保証します。
 メカニズム剛性が移動ビームの剛性に直接的に支配されないため、移動ビームは軽量化され、ビーム移動の高速性が実現します。さらに、移動ビームの長さ(スパン)は、「容易に拡大」することができます。これにより、従来では不可能であった、「長スパンの門型加工機」等が「低コストで製作することが可能」となりました。


図2 ボールねじを使用したテンション駆動メカニズム



< テンション同期&駆動メカニズム >
 「テンション同期&駆動メカニズム」の構造を、図3に示します。また「テンション同期&駆動メカニズム」を使用したHアーム型ロボットを写真1に示します。

 「テンション同期&駆動メカニズム」は、「テンション駆動メカニズム」を構成する「ひも状部材(例えば、ベルト、チェーン、ワイヤー等)」をガイドするプーリやスプロケット等を「直接回転駆動」し、移動ビームの「同期と駆動を同時に行う」合理的な「同期&駆動メカニズム」です。

 ボールねじ等の高価な機械要素部品を使用することなく、「低コストで高性能な駆動メカニズム」が実現します。

 

図3 テンション同期&駆動メカニズム


写真1 テンション同期&駆動メカニズムを使用したHアーム型ロボット

(ストローク500mm、最高速度1000mm/s、搭載荷重10Kg、最高加減速度1.5G、繰り返し位置決め精度±0.01mm)


< 特許権ライセンス許諾について >


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<テンション同期&駆動メカニズムを使用した天井空間移動ロボットシステム >

 天井空間移動ロボットシステムは
空き空間として未だ利用されていない「天井空間」に着目した
空間効率に優れた「空間移動ロボットシステム」です

 製造業・建設業・農業・サービス業・畜産業等々あらゆる産業分野の無人化システム実現に向けて
「ベーシックメカニズム」としての運用展開が期待されています




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