CN109311158A - 连杆促动装置的操作装置和连杆促动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连杆促动装置的操作装置，其中，容易进行构成目标的前端姿势的教导，并且向角度坐标体系的输入变换在不进行收敛运算的情况下简单而快速地进行。在连杆促动装置(50)中，相对于基端侧的连杆枢毂(2)，前端侧的连杆枢毂(3)经由3组以上的连杆机构(4)，以姿势可变更的方式连接，通过设置于2组以上的连杆机构(4)上的促动器(51)，任意地变更作为前端侧的连杆枢毂(3)相对于基端侧的连杆枢毂(2)的姿势的前端姿势。操作装置(62)包括：姿势获得机构(64)，该姿势获得机构(64)根据坐标位置(X’，Y’)，获得通过折角(θ)和回转角而表示的前端姿势，该坐标位置(X’，Y’)指前端侧的连杆枢毂(3)的球面连杆中心(PB)投影于2维的正交坐标体系(作业平面(W))上的坐标，该坐标体系中，原点(O’)位于基端侧的连杆枢毂(2)的中心轴(QA)的延长轴上，与该中心轴的延长轴相正交。

Description

连杆促动装置的操作装置和连杆促动系统

相关申请

本申请要求申请日为2016年6月5日，申请号为JP特愿2016－112317的申请的优先权，通过参照，将其整体作为构成本申请的一部分的内容而引用。

技术领域

本发明涉及医疗设备、产业设备等的必须要求精密的宽大的动作范围的连杆促动装置的操作装置和连杆促动系统。

背景技术

作为在形成紧凑的结构的同时，可进行精密的、宽大的动作范围的动作的连杆促动装置，比如像专利文献1所示那样，人们提出有下述的方案，其中，相对于基端侧的连杆枢毂，前端侧的连杆枢毂经由3节连锁的3组以上的连杆机构，以姿势可变更的方式连接。

一般，在上述那样的3节连锁的连杆机构设置3组以上的连杆促动装置中，通过折角和回转角而确定上述前端姿势，根据该折角和回转角，对上述连杆的旋转角进行运算，使旋转驱动连杆的促动器的动作位置定位。由此，在过去，在变更前端姿势时，通过输入折角和回转角，指定构成目标的前端姿势。另外，折角指相对于基端侧的连杆枢毂的中心轴，前端侧的连杆枢毂的中心轴倾斜的垂直角度，回转角指相对于基端侧的连杆枢毂的中心轴，前端侧的连杆枢毂的中心轴倾斜的水平角度。

另一方面，在于前端侧的连杆枢毂上设置端部执行器，实际使用连杆促动装置的场合，在许多场合，端部执行器所作业的被作业物的坐标位置通过正交坐标系统而处理。由此，在折角和回转角的前端姿势的指定的场合，难以凭借直觉而对连杆促动装置进行操作。比如，在前端侧的连杆枢毂以某前端姿势而定位，按照从该前端姿势，端部执行器以通过正交坐标体系而指定的移动量而运动的方式变更前端姿势的场合，操作人员必须将正交坐标体系中的运动变换为通过折角和回转角而表示的角度坐标体系中的运动，确定促动器的操作量。由此，连杆促动装置的操作困难，必须要求经验和特别的训练。

作为消除这样的课题的操作装置，人们提出了专利文献2的方案。在该文献中，指定位于连杆促动装置的姿势延长上的范围内的任意的正交坐标，根据该正交坐标，求出连杆枢毂的姿势，进行定位，由此可可凭借直觉而进行操作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国第5893296号专利说明书

专利文献2：日本特开2013－202725号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献2中公开的操作装置在可凭借直觉而进行操作的方面是优良的。但是，在从正交坐标(X，Y，Z)，到对于控制装置的控制来说必须要求的连杆枢毂的姿势(θ，)的变换中，采用收敛运算。由此，计算花费时间。

本发明的目的在于提供一种连杆促动装置的操作装置和连杆促动系统，其中，针对变更前端姿势的促动器的控制通过角度坐标体系而处理的连杆促动装置，容易进行构成目标的前端姿势的教导，并且向角度坐标体系的输入变换在不进行收敛运算的情况下简单而快速地进行。在下面，通过表示实施方式的附图中的标号，对本发明的概述进行说明。

用于解决课题的技术方案

本发明的连杆促动装置50的操作装置62包括：基端侧的连杆枢毂2；前端侧的连杆枢毂3；3组以上的连杆机构4，该连杆机构4设置于上述基端侧的连杆枢毂2和上述前端侧的连杆枢毂3之间，以姿势可变更的方式将上述前端侧的连杆枢毂3相对于上述基端侧的连杆枢毂2而连接；促动器51，该促动器51设置于上述3组以上的连杆机构4中的2组以上的连杆机构4上，任意地变更上述前端侧的连杆枢毂3相对于上述基端侧的连杆枢毂2的姿势。

上述连杆机构4各自包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6，该基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的一端以可旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂2和上述前端侧的连杆枢毂3上；中间连杆部件7，该中间连杆部件7的两端分别以可旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的另一端上。

上述操作装置62包括姿势获得机构64，该姿势获得机构64根据下述坐标位置(X’，Y’)，获得通过折角θ和回转角而表示的前端姿势，该前端姿势由折角θ和回转角规定，该折角θ指相对于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA，上述前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB倾斜的垂直角度，该回转角指相对于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA，上述前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB倾斜的水平角度，该坐标位置(X’，Y’)指以上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA的延长轴，和与上述中心轴QA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系的交点O’为原点，上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PB投影于上述2维的正交坐标体系(比如，作业平面W)上的坐标位置。

另外，上述“球面连杆中心PB”指上述连杆枢毂2、3和臂(端部连杆部件5、6)的各旋转对偶与上述各臂和上述中间连杆部件的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点。上述各连杆机构4为在通过直线而表示该连杆机构4的几何学模型中，上述中间连杆部件7中的基端侧部分和前端侧部分相对中间部对称的形状。另外，在上述前端侧的连杆枢毂3上，设置端部执行器61。

在上述方案的连杆促动装置50中，由于基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3的各球面连杆中心PA、PB之间的距离D在平时是一定的，如果采用前端侧的球面连杆中心PB投影于平面上的坐标(X’，Y’)，则可在没有收敛运算的情况下，简单地求出前端侧的连杆枢毂3的，通过上述折角θ和回转角而表示的前端姿势。由此，按照该连杆促动装置50的操作装置62，构成目标的前端姿势的教导容易进行，并且针对向角度坐标系统的输入变换的进行，收敛运算是不需要的，可简单而快速地进行。

也可在本发明中，上述姿势获得机构64包括：姿势获得部64a，该姿势获得部64a通过人为操作而指定将上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PBa投影于上述2维的正交坐标体系上的坐标(X’，Y’)；计算部64b，该计算部64b根据通过该姿势获得部64a而指定的坐标(X’，Y’)，获得通过折角θ和回转角而表示的前端姿势(θ，)。

上述姿势获得部64a可采用各种的指定方法。比如，采用通过输入装置68，借助数值的输入而进行投影上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PBa的点的坐标(X’，Y’)的方法。此外，还可通过手动方式而将连杆促动装置50运动到目标位置，根据设置于此时的连杆促动装置50的促动器51中的角度检测机构检测到的旋转角，进行计算从而指定。另外，还可通过数值而输入3维的正交坐标体系的坐标值，通过姿势获得部64a而换算为上述投影的点的坐标(X’，Y’)。控制装置61在提供折角θ和回转角时，根据下述的关系，变换为各臂的旋转角，控制各促动器51。即，在上述连杆促动装置50中，针对连杆枢毂2、3所具有的姿势(折角、回转角)A(θa，)与姿势A、B相对应的臂旋转角通过连杆枢毂2、3和臂旋转角的关系式，分别作为旋转角A(β1a、β2a、β3a)、旋转角B(β1b、β2b、β3b)的关系而成立。由此，可通过折角θ和回转角的指定，控制各促动器51。

还可在本发明中，包括确定在变更前端姿势时通过的中继点的中继点设定机构66，该中继点设定机构66采用将上述前端侧的球面连杆中心PBa投影于上述2维的正交坐标体系上的点的坐标(X’，Y’)，按照已确定的规则，计算而设定上述中继点。上述已确定的规则指比如对后述的角度进行等分的规则，仅仅在进行规定的移动量而动作的场合进行分割的规则等。

通过确定中继点M，安装于前端侧的连杆枢毂3上的端部执行器61的希望的作业以良好的精度而进行，另外，可避免连杆促动装置50在姿势变更动作中，对周围的器物等造成妨碍的情况。另外，在以广角而对前端姿势进行变更的场合，通过设定中继点M，中途线路L的各臂旋转角的相对位置不大大脱离满足关系式的位置，进行定位控制，由此，在平行连杆机构1上不作用过大荷载，并且可进行高速移动。在设定从某姿势A运动到另外的姿势B时的中途线路上的中继点M的场合，不采用位于连杆促动装置50的姿势延长上的范围内的任意的正交坐标(X，Y，Z)，而采用将前端侧的球面连杆中心投影于任意的平面上的坐标(X’，Y’)，由此，可在不进行收敛运算的情况下，简单地求得上述中继点M。

也可在本发明中，上述中继点设定机构66对下述角进行分割，计算而设定上述中继点，该角指通过前端姿势变更前的前端侧球面连杆中心PBa、基端侧球面连杆中心PAa(＝PAb)与前端姿势变更后的前端侧球面连杆中心PBb所形成的角度。当将姿势从一个姿势A改变为另一个姿势B时，当连续分割并通过中途线路L时，分割中途线路L以便由姿势A中前端侧球面连杆中心PBa和基端侧球面连杆中心PAa(PAb)以及姿势B中前端侧球面连杆中心PBb所形成的角度γ被等分，则使用在姿势变更前后的前端的正交坐标进行分割所必要的收敛运算是不需要的。

还可在本发明中，上述中继点设定机构66在前端姿势进行规定的移动量以上的动作的场合，按照对上述移动量进行分割，以便使上述移动量在上述规定量以下的方式设定上述中继点M。在从某姿势A向另外的姿势B广角地进行姿势变更的场合，如果驱动中途的各臂旋转角的相对位置大大脱离满足关系式的位置，则在连杆上作用过大荷载。为此，在驱动中途，设置满足关系式的中继点M，在不大大脱离中继点M的情况下，进行定位控制，由此，在连杆上不作用过大荷载，并且可进行高速移动。在求出此场合的中继点M的姿势时，通过采用前端侧的球面连杆中心PBa的投影坐标(X’，Y’)，可简单地求出。

也可在本发明中，上述中继点设定机构66按照以规定数量对前端姿势的中途线路L进行分割的方式设定上述中继点M。上述“规定数量”可任意地设定。在以规定数量而分割中途线路L的场合，中继点M的设定容易进行。

还可在本发明中，在上述中继点设定机构66的场合，上述中继点设定机构66对上述前端侧的连杆枢毂的球面连杆中心PBa所通过的中途线路L进行等分。即使在对距离进行等分而设定中继点M的情况下，中继点M的设定仍容易进行，并且按照通过该中继点M的方式连杆促动装置进行动作，由此获得顺利的动作。

也可在本发明中，上述中继点设定机构66包括内插机构69，该内插机构69对上述前端侧的连杆枢毂的球面连杆中心所通过的中途线路L进行直线内插处理。如果采用直线内插处理，则可通过简单的内插处理，按照接近希望的线路的方式使连杆促动装置50动作。

还可在本发明中，上述中继点设定机构66包括内插机构69，该内插机构69对上述前端侧的连杆枢毂的球面连杆中心所通过的中途线路进行圆弧内插处理。如果采用圆弧内插处理，在上述前端侧的球面连杆中心PBa所通过的线路为曲线的场合，可通过简单的内插处理，按照接近希望的线路的方式使连杆促动装置50动作。

本发明的连杆促动系统包括根据本发明的上述任何一项的方案所述的连杆促动装置50的操作装置62，以及上述连杆促动装置50。由此，在变更前端姿势的促动器51的控制通过角度坐标体系而处理的连杆促动装置50中，容易进行构成目标的前端姿势的教导，并且向角度坐标体系的输入变换在不进行收敛运算的情况下，简单而快速地进行。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为构成本发明的一个实施方式的操作装置的操作对象的连杆促动装置的立体图；

图2为表示该实施方式的操作装置的方框图和连杆促动装置的立体图的说明图；

图3为将上述连杆促动装置的操作装置的前端侧球面连杆中心投影于作业平面上的说明图；

图4为表示该连杆促动装置的姿势变更的前后的立体图；

图5为表示该作业平面和投影于该面上的球面连杆中心的关系的说明图；

图6为表示没有设定连杆促动装置的操作装置的中继点的场合的处理的流程图；

图7为表示设定连杆促动装置的操作装置的中继点的场合的处理的流程图；

图8A为表示设定连杆促动装置的操作装置的中继点之前的状态的说明图；

图8B为表示相对图8A，连杆促动装置的操作装置的中继点的设定方法的例子的说明图；

图9为表示从该连杆促动装置的姿势A到姿势B以广角而进行姿势变更时的从姿势A到姿势B的线性而点对点地移动的场合与连续地使折角θ变化的场合的折角与臂角的说明图；

图10为表示进行该连杆促动装置的操作装置的中继点的设定的场合的处理的另一例子的流程图；

图11为表示该连杆促动装置的操作装置的中继点的设定例子的说明图；

图12为该连杆促动装置中的平行连杆机构的主视图；

图13为该平行连杆机构的剖视图；

图14为表示该平行连杆机构的一个连杆机构的主视图；

图15为通过线段而表示该平行连杆机构的各连杆的模型图；

图16为表示该连杆促动装置的促动器和端部执行器的安装例子的主视图；

图17为该连杆促动装置的操作装置的输入画面的说明图；

图18为该连杆促动装置的操作装置的输入画面的另一例子的说明图。

具体实施方式

根据图1～图16，对本发明的一个实施方式的操作装置和构成其操作对象的连杆促动装置进行说明。图1表示平行连杆机构1，通过该平行连杆机构1，图16所示的促动器51和端部执行器61构成连杆促动装置50。该连杆促动装置50通过具有图2所示的控制装置61与将操作指令输入到该控制装置61中的操作装置62的控制器60而控制。

根据图1、图12～图15，对平行连杆机构1进行说明。在平行连杆机构10中，相对于基端侧的连杆枢毂2，前端侧的连杆枢毂3经由3组连杆机构4以可变更姿势的方式连接。在图14中，仅仅示出1组连杆机构4。连杆机构4的数量也可在4组以上。

在图12中，各连杆机构4由基端侧的端部连杆部件5、前端侧的端部连杆部件6与中间连杆部件7构成，构成由4个旋转对偶构成的4节连锁的连杆机构。基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6呈L字，其一端分别自由旋转地连接于基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3上。在中间连杆部件7中，在其两端，分别自由旋转地连接基端侧和前端侧的端部连杆部件5、6的另一端。

平行连杆机构1为由2个球面连杆机构组合成的结构，其中，连杆枢毂2、3与端部连杆部件5、6的各旋转对偶以及端部连杆部件5、6与中间连杆部件7的各旋转对偶的中心轴在基端侧和前端侧，于相应的球面连杆中心PA、PB(图14)处交叉。另外，在基端侧和前端侧，连杆枢毂2、3和端部连杆部件5、6的各旋转对偶和距相应的球面连杆中心PA、PB的距离均相同，端部连杆部件5、6和中间连杆部件7的各旋转对偶和距相应的球面连杆中心PA、PB的距离均相同。端部连杆部件5、6和中间连杆部件7的各旋转对偶的中心轴既可具有某交叉角δ，也可平行。

图13为基端侧的连杆枢毂2、基端侧的端部连杆部件等的剖视图，在该图中，示出基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5的各旋转对偶的中心轴O1与球面连杆中心PA的关系。前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6的形状和位置关系也与图13相同(在图中没有示出)。在该图的例子中，连杆枢毂2、3和端部连杆部件5、6的各旋转对偶的中心轴O1以及端部连杆部件5、6和中间连杆部件7的各旋转对偶的中心轴O2之间的角度α为90°，但是，上述角度α也可以为90°以外的角度。

3组连杆机构4从几何学方面呈同一形状。从几何学方面呈同一形状指像图15所示那样，通过直线而表示各连杆部件5、6、7的几何学模型，即，通过各旋转对偶与将旋转对偶之间连接的直线而表示的模型为中间连杆部件7中的相对其中间部的基端侧部分和前端侧部分为对称的形状。图15为通过直线而表示一组连杆机构4的图。本例子的平行连杆机构1为旋转对称类型，基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5与前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6的位置关系形成相对中间连杆部件7的中心线C而旋转对称的位置结构。

通过基端侧的连杆枢毂2和前端侧的连杆枢毂3与3组连杆机构4构成相对于基端侧的连杆枢毂2，前端侧的连杆枢毂3围绕相垂直的2个轴而自由旋转的2自由度机构。换言之，形成相对于基端侧的连杆枢毂2，以旋转为2个自由度的方式使前端侧的连杆枢毂3的姿势自由变更的机构。该2自由度机构在紧凑的同时，使前端侧的连杆枢毂3相对于基端侧的连杆枢毂2的可活动范围扩大。

在比如通过球面连杆PA、PB与连杆枢毂2、3和端部连杆部件5、6的各旋转对偶的中心轴O1(图4)相垂直地交叉的直线为连杆枢毂2、3的中心轴QA、QB的场合，可使基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB的折角θ(图15)的最大值约为±90°。另外，可将前端侧的连杆枢毂3相对于基端侧的连杆枢毂2的回转角(图15)设定在0°～360°的范围内。折角θ为相对于基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB倾斜的垂直角度，回转角为相对于基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB倾斜的水平角度。

前端侧的连杆枢毂3相对基端侧的连杆枢毂2的姿势变更以基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB的交点O为旋转中心而进行。图12表示基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB位于同一线上的状态，图1表示相对于基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂3的中心轴QB取某动作角的状态。即使在姿势变化的情况下，基端侧和前端侧的球面连杆中心PA、PB之间的距离L(图2、图5)也没有变化。

在平行连杆机构1中，各连杆机构4中的连杆枢毂2、3与端部连杆部件5、6的旋转对偶的中心轴Q1的角度和距球面连杆中心PA、PB的长度相互相等，并且各连杆机构4的连杆枢毂2、3与端部连杆部件5、6的旋转对偶的中心轴Q1与端部连杆部件5、6和中间连杆部件7的旋转对偶的中心轴Q2在基端侧和前端侧与球面连杆中心PA、PB交叉，并且基端侧的端部连杆部件5和前端侧的的端部连杆部件6的几何形状相等，而且同样对于中间连杆部件7，基端侧和前端侧的形状相等，此时，如果相对于中间连杆部件7的对称面，中间连杆部件7和端部连杆部件5、6的角度位置关系在基端侧和前端侧是相同的，则从几何学的对称性来说，基端侧的连杆枢毂2和基端侧的端部连杆部件5与前端侧的连杆枢毂3和前端侧的端部连杆部件6相同地运动。

如图1、图13所示那样，基端侧的连杆枢毂2由平板状的基座10和3个旋转连接部件11构成，在该基座10的中间部，具有圆形的通孔10a，该3个旋转连接部件11在圆周方向均等配置地设置于该基座10的通孔10a的周围。通孔10a的中心位于基端侧的连杆枢毂中心轴QA上。在各旋转连接部件11上，自由旋转地连接其轴心与连杆枢毂中心轴QA相交叉的旋转轴12。在该旋转轴12上，连接基端侧的端部连杆部件5的一端。另外，端部连杆部件5、6均由杆状的部件30和板状的部件31构成。

上述旋转轴12在外径端包括头部，该头部的直径大于其它的部分，在其内径端具有阳螺纹部12b。在图示的例子中，经由2个轴承13，旋转轴12与旋转轴连接部件11连接，但是也可将旋转轴12自由旋转地接触而连接于旋转轴连接部件11上。

在基端侧的端部连杆部件5的另一端，连接有旋转轴15，该旋转轴15自由旋转地连接于中间连杆部件7的一端。该中间连杆部件7的旋转轴15也与连杆枢毂2的旋转轴相同，在外径端包括头部，该头部的直径大于其它的部分，在其内径端具有阳螺纹部。此外，在图示的例子中，旋转轴15经由2个轴承而连接于中间连杆部件7上，但是，也可将旋转轴15自由旋转地接触而连接于中间连杆部件7上。

如图1所示那样，前端侧的连杆枢毂3由平板状的前端部件20与3个旋转轴连接部件21(图12)构成，该前端部件20在中间部具有圆形的通孔20a，该旋转轴连接部件21在圆周方向均等配置地设置于该前端部件20的通孔20a的周围。通孔20a的中心位于前端侧的连杆枢毂中心轴QB上。在各旋转轴连接部件21中，自由旋转地连接其轴心与连杆枢毂中心轴QB相交叉的旋转轴2。在该连杆枢毂3的旋转轴22上，连接前端侧的端部连杆部件6的一端。在前端侧的端部连杆部件6的另一端，连接有旋转轴25，该旋转轴25自由旋转地连接于中间连杆部件7的另一端上。连杆枢毂3的旋转轴22和中间连杆部件7的旋转轴25也为与上述旋转轴12、15相同的形状，并且经由2个轴承(在图中没有示出)，分别自由旋转地连接于旋转轴连接部件21和中间连杆部件7的另一端上。

该连杆促动装置50比如像图16所示那样，按照在前端侧的连杆枢毂3上设置端部执行器61的方式使用。可通过借助姿势变更用的促动器51，变更前端侧的连杆枢毂3相对于基端侧的连杆枢毂2的姿势，控制端部执行器61的2个自由度的角度。由于姿势变更用的促动器51采用具有减速机构52的旋转促动器，故可提高允许负荷。另外，由于可减少惯性力矩比，故可实现高速动作。

在该结构的连杆促动装置50中，姿势变更用的促动器51为旋转促动器，该旋转促动器51的减速机构52的输出轴52a为法兰输出型，由此，可直接地在平行连杆机构1上设置姿势变更用的促动器51。由此，驱动机构部为简单的结构，可实现低价格的连杆促动装置50。另外，也可不设置减速机构，而使促动器51的输出轴51a为法兰输出型。

下面根据图2，对控制和操作系统进行说明。各促动器51的动作根据操作装置62的操作指令，通过控制装置61而进行控制。

控制装置61为计算机的数值控制式。控制装置61对应于从操作装置62的姿势信息赋予机构67而提供的前端姿势的角度信息(θ，)，求出构成各基端侧的端部连杆部件5的目标的旋转角βn(β1a、β2a、β3a)(图1)，按照通过输入装置68(图1)而检测的实际的旋转角βn为构成目标的旋转角βn的方式，对各促动器51进行反馈控制。另外，在该连杆促动装置50中，针对前端侧连杆枢毂3所具有的姿势(折角、回转角)A(θa，)和另一姿势B(θb，)与姿势A、B相对应的臂旋转角根据连杆枢毂和臂旋转角的关系式(1)，分别作为旋转角A(β1a、β2a、β3a)、旋转角B(β1b、β2b、β3b)的关系成立。

操作装置62包括基端侧的连杆枢毂2的姿势获得机构64、中继点设定机构66与姿势信息赋予机构67，此外具有输入装置68。姿势获得机构64为下述机构，其根据下述点的坐标(X’，Y’)，获得通过上述折角θ和回转角而表示的前端姿势(θ，)，该点的坐标(X’，Y’)指上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PB投影于原点O’位于上述中心轴OA的延长轴上，与上述中心轴QA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系上(作业平面W上)的点的坐标，姿势获得机构64由姿势获得部64a和计算部64b构成。姿势获得部64a为通过人为操作而指定构成目标的前端姿势的机构，其指定下述坐标(X’，Y’)，该坐标(X’，Y’)指前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PB投影于原点O’位于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴OA的延长轴上，与上述中心轴QA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系上(作业平面W上)的点的坐标。

上述姿势获得部64a可采用各种的指定方法。比如，为后述那样通过数值而输入上述坐标(X’，Y’)的指定方法。

上述计算部64b为根据通过上述姿势获得部64a而指定的投影于上述2维的正交坐标体系上的点的坐标(X’，Y’)，获得通过上述折角θ和回转角而表示的前端姿势(θ，)的机构。如果采用投影于上述2维的正交坐标体系上的点的坐标(X’，Y’)，则向过上述折角θ和回转角而表示的前端姿势(θ，)的变换在不进行收敛运算的情况下而容易地进行。其理由和计算式在后面说明。

中继点设定机构66为确定在将前端姿势变更为图8A的姿势A的前端侧球面连杆中心PBa到姿势B的前端侧球面连杆中心PBb时通过的中继点M，即图8B的第1～m个中继点的机构。该中继点设定机构66采用前端侧的球面连杆中心PB投影于上述2维正交坐标体系上(作业平面W上)的点的坐标，按照已确定的规则，计算而设定上述中继点M。通过确定中继点M，安装于前端侧的连杆枢毂上的端部执行器61的希望的作业以良好的精度而进行，另外，可避免在连杆促动装置50进行姿势变更的动作中，对周围的器物等造成妨碍的情况。在设定从某姿势A运动到另外的姿势B时的中途线路L上的中继点M的场合，可不采用位于连杆促动装置50的姿势延长上的范围内的任意的正交坐标(X，Y，Z)，而采用将前端侧球面连杆中心PB投影于任意的平面上的坐标(X’，Y’)，在不进行收敛运算的情况下简单地求出上述中继点M。

在图2中，姿势信息赋予机构67将通过姿势获得机构64而获得的前端姿势的信息，即折角θ和回转角提供给控制装置61。

上述输入装置68为进行相对于姿势获得机构64，通过数值而指定前端姿势的输入的机构。上述输入装置68为比如通过下述坐标位置，通过人为操作而指定构成目标的前端姿势(X’，Y’)的机构，该坐标位置指原点O’位于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴OA的延长轴上，与上述中心轴OA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系上(比如，上述作业平面W上)的坐标位置。

图17表示构成输入装置68的操作部68a的图像显示装置的画面的一个例子。该操作部68a为通过数值输入而指定坐标位置的方式，针对坐标位置(X’，Y’)，包括当前值显示部101、102，目标值显示部103、104和数值输入按钮105，与动作实施按钮106，该当前值显示部101、102分别显示当前的坐标位置的X’坐标值和Y’坐标值，该目标值显示部103、104分别显示目标的X’坐标值和Y’坐标值，该数值输入按钮105由10个键等构成，其在目标值显示部103、104中，输入目标的X’坐标值和Y’坐标值，该坐标位置(X’，Y’)指比如上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PB投影于上述作业平面W，即，原点O’位于上述基端侧的连杆枢毂2的延长轴上，与上述中心轴QA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系上(作业平面W上)的坐标。另外，在显示各坐标值的显示部的一侧，以省略“’”的方式，带有“X坐标”，“Y坐标”的显示。如果采用数值输入按钮105，输入目标的X’坐标值和Y’坐标值，则该值由目标值显示部103、104显示。

图18表示输入装置68的操作部68a的不同的例子。该操作部68a为通过操作量而指定坐标位置的方式，其包括分别显示当前的坐标位置X’坐标值和Y’坐标值的当前值显示部101、102，与对前端姿势进行变更操作的按压操作按钮107～110。如果按压按压操作按钮107，则姿势变更为X’坐标值大的一侧，如果按压按压操作按钮108，则姿势变更为X’坐标值小的一侧，如果按压按压操作按钮109，则姿势变更为Y’坐标值大的一侧，如果按压按压操作按钮110，则姿势变更为Y’坐标值小的一侧。

姿势变更的程度对应于按压按压操作按钮107～110的时间或按压次数而变化。另外，在本例子中，按压操作按钮107～110由姿势变更低速地进行的低速按钮107a、108a、109a、110a，与姿势变更高速地进行的高速按钮107b、108b、109b、110b构成，按照低速和高速的2个等级而进行姿势变更。

对上述结构的原理、细节和动作进行说明。在图2中，上述“球面连杆中心PA、PB”指上述连杆枢毂2、3和上述臂(端部连杆部件5、6)的各旋转对偶，以及上述各臂与上述中间连杆部件7的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点。

上述姿势获得机构64根据下述坐标位置(X’，Y’)，获得通过折角θ和回转角而表示的前端姿势(θ，)，该坐标位置(X’，Y’)指上述前端侧的连杆枢毂3的球面连杆中心PB投影于原点O’位于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA的延长轴上，与上述中心轴QA的延长轴相正交的2维的正交坐标体系(作业平面W)上的坐标。在构成上述2维的正交坐标体系的平面中，原点可位于上述基端侧的连杆枢毂2的中心轴QA的延长轴上，距基端侧的连杆枢毂2的距离是没有关系的。由于上述平面一般为设置于前端侧的连杆枢毂上，构成端部执行器61的作业平面，故在这里，称为作业平面W而进行说明。

针对图3，收敛运算是必须要求的，以便根据连杆促动装置50所具有的姿势A的前端侧连杆枢毂3的作业平面W上的交点(Xa，Ya)，求出通过折角θa和回转角而表示的前端姿势。但是，为了根据姿势A的前端侧球面连杆中心投影于作业平面W上的交点(Xa’，Ya’)，求出通过折角θa和回转角而表示的前端姿势，可在不进行收敛运算的情况下简单地求出。由于基端侧和前端侧的各球面连杆中心之间的距离(图5的D)在平时是一定的，故该式成立。

[数学公式1]

下面对从图4所示的前端侧的连杆枢毂3所具有的姿势A(在下面称为“前端姿势A”)变更为其它的姿势B(在下面称为“前端姿势B”)的场合进行说明。根据图6，对获得前端姿势A(θa，)的处理的流程进行说明。首先，确定前端姿势A(步骤S1)。如果针对前端姿势A的确定，比如，通过作业人员，在输入装置68(参照图2)中，进行数值输入，并且进行确定该输入的操作，则姿势获得部64a通过该已输入的坐标而确定。也可通过手动操作，将连杆促动装置50移动到前端姿势A。

姿势获得部64a根据该已定的3维坐标(X，Y，Z)等的前端姿势A的信息，换算将前端侧球面连杆中心PB投影于上述作业平面W上的点的坐标(Xa’，Ya’)，获得该坐标(步骤S2)。计算部64b根据该已获得的作业平面W上的点的坐标(Xa’，Ya’)，计算而求出通过折角θa和回转角而表示的前端姿势A(θa，)(步骤S3)。与前端姿势A(θa，)的获得相同，获得前端姿势B(θb，)。

图9表示固定在回转角的状态，使折角θ从－60°运动到60°时的各臂角度位置。曲线(1)表示(在图中，通过圆圈内的数字表示)针对从前端姿势A到前端姿势B的姿势变更，从位置A到位置B而线性而点对点地驱动臂的场合的各臂的旋转角位置的轨迹。曲线(2)表示针对从前端姿势A到前端姿势B的姿势变更，连续地变化折角θ时的各臂的旋转角位置的轨迹。在从前端姿势A到前端姿势B而广角地运动时，在没有设置中继点的场合，各臂旋转角位置描绘曲线(1)所示的轨迹，在各折角和回转角中，各臂旋转角的相对位置满足关系式(1)的位置(与曲线(2))大大偏离，过大荷载作用于平行连杆机构1上。

图7表示在从前端姿势A到前端姿势B的姿势变更的中途，如图8或图11所示那样，在中途线路L上设定多个中继点M的场合的处理的流程。在下面给出的中继点的设定通过中继点设定机构66(参照图2)进行。与前述的图6所示的顺序相同，确定前端姿势A(步骤S1)，获得作业平面W上的前端侧球面连杆中心位置(Xa’，Ya’)(步骤S2)，计算通过折角θa和回转角而表示的前端姿势A(θa，)。与前端姿势A的场合相同，确定前端姿势B(步骤S4)，获得作业平面W上的前端侧球面连杆中心位置(Xa’，Ya’)(步骤S5)，计算通过折角θb和回转角而表示的前端姿势B(θb，)(步骤S6)。

然后，计算上述作业平面W上的前端姿势A和前端姿势B之间的角度γ(步骤S7)。对角度γ进行分割，计算各中继点M的姿势(θm，)(步骤S10)。像这样而设定的中继点M的姿势(θm，)的信息与上述前端姿势A(θa，)和前端姿势B(θb，)的信息一起，通过姿势信息赋予机构67提供给控制装置61。控制装置61使连杆促动装置50的前端侧球面连杆中心在前端姿势A通过各中继点M(θm，)移到前端姿势B(θb，)(步骤S 11)。

像这样，在从前端姿势A向前端姿势B的运动时的中途线路上设定中继点M的场合，通过不采用处于连杆促动装置50的姿势延长上的范围内的任意的正交坐标(X，Y，Z)，而采用前端侧球面连杆中心投射于作为任意的平面的作业平面W上的坐标(X’，Y’，Z’)，在不进行收敛运算的情况下，可简单地求出。另外，在从前端姿势A到前端姿势B的姿势变更时，在分割中途线路L而连续地通过的场合，最好像上述那样，按照对前端姿势A的前端侧球面连杆中心PBa和基端侧的球面连杆中心PAa(＝PAb)与前端姿势B的前端侧球面连杆中心PBb之间的夹角γ进行等分的方式对线路进行分割，由此，对于姿势变更前后的前端的正交坐标的分割来说必要的收敛运算是不需要的。

图10表示仅仅在从前端姿势A到前端姿势B的移动量超过规定量的场合，设定中继点M的场合的处理。在该图中，进行与图7相同的处理的步骤采用与图7相同的步骤编号。与图7的例子相同，在进行前端姿势A和前端姿势B之间的角度γ的计算(步骤S7)之后，判断移动量是否小于等于规定量(步骤S8)。上述移动量也可针对前端姿势A和前端姿势B，采用相应的前端侧球面连杆中心投射于作为任意的平面的作业平面W上的坐标(X’，Y’，Z’)而确定。在移动量小于等于规定量的场合，不设定中继点M，不经由中继点M，移向前端姿势A和前端姿势B(步骤S9)。

在步骤S8的判断中，在移动量超过规定量的场合，与前述情况相同，分割角度γ，计算各中继点M的姿势(θm，)(步骤S10)。然后，与前述情况相同，从前端姿势A，通过各中继点M(θm，)，移向前端姿势B(步骤S11)。

上述关系式(1)为在下面给出的式。

cos(θ/2)sinβn-sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(ε/2)＝0

(n＝1、2、3)

在这里，ε表示以可旋转的方式连接于基端侧的端部连杆部件5上的中间连杆部件7的连接端轴与自由可旋转地连接于前端侧的端部连杆6上的中间连杆部件7的连接端轴之间的夹角。δn指相对构成基准的基端侧的端部连杆部件5的各基端侧的端部连杆部件5的圆周方向的分离角。

另外，在上述各实施方式中，中继点设定机构66按照角度而进行分割，但是，上述中继点设定机构66比如像图11所示那样，为按照距离而对上述前端侧的球面中心连杆中心PB所通过的中途线路L等分的结构。

在从前端姿势A到前端姿势B的广角的姿势变更的场合，如果中途线路L的各臂旋转角的相对位置大大脱离满足关系式的位置，则在平行连杆1上作用过大的荷载。由此，在中途线路上设置满足关系式的中继点M，通过在不相对该中继点M而大大脱离开的情况下，进行定位控制，在平行连杆机构1上没有作用过大荷载，并且高速移动是可能的。在求出此时的中继点M的姿势时，通过采用前端侧球面栏杆中心的上述投影坐标，可简单地求出。

最好，在像上述那样，进行从前端姿势A到前端姿势B的姿势变更的场合，指定了前端姿势的各点(前端姿势A、前端姿势B、中继点M)之间的移动线路通过内插机构69(参照图2)而进行内插处理。该内插处理为比如直线内插处理或圆弧内插处理。内插机构69比如设置于图2的控制装置61中，在按照前端姿势A、前端姿势B、中继点M的信息，使连杆促动装置50动作时进行内插的处理，在此场合，“操作装置”指具有内插机构69的结构的含意。此外，内插机构69也可设置于操作装置62上，其求出进行内插处理的中途线路上的各位置的坐标(θ，)，将该求出的坐标(θ，)从姿势信息赋予机构67提供给控制装置61。

如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施方式进行了说明，在不脱离本发明的实质的范围内，可进行各种的追加、变更、删除。于是，这样的方式包含在本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示平行连杆机构；

标号2表示基端侧的连杆枢毂；

标号3表示前端侧的连杆枢毂；

标号4表示连杆机构；

标号5表示基端侧的端部连杆部件；

标号6表示前端侧的端部连杆部件；

标号7表示中间连杆部件；

标号50表示连杆促动装置；

标号51表示促动器；

标号60表示控制器；

标号61表示控制装置；

标号62表示操作装置；

标号64表示姿势获得机构；

标号64a表示姿势获得部；

标号64b表示计算部；

标号66表示中继点设定机构；

标号67表示姿势信息赋予机构；

标号68表示输入装置；

标号69表示内插机构；

符号O表示旋转中心；

符号PAa表示基端侧的球面连杆中心；

符号PBa表示前端侧的球面连杆中心；

符号QAa表示基端侧的连杆枢毂中心轴；

符号QBa表示前端侧的连杆枢毂中心轴；

符号θ表示折角；

符号表示回转角；

符号W表示作业平面；

(Aa，Ya)表示作业平面的交点；

(Aa’，Ya’)表示投影的点。

Claims (10)

1.一种连杆促动装置的操作装置，包括：基端侧的连杆枢毂；前端侧的连杆枢毂；3组以上的连杆机构，该连杆机构设置于上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂之间，以姿势能变更的方式将上述前端侧的连杆枢毂相对于上述基端侧的连杆枢毂而连接；促动器，该促动器设置于上述3组以上的连杆机构中的2组以上的连杆机构上，任意地变更上述前端侧的连杆枢毂相对于上述基端侧的连杆枢毂的姿势；

上述连杆机构各自包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件，该基端侧和前端侧的端部连杆部件的一端以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂上；中间连杆部件，该中间连杆部件的两端分别以旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件的另一端上；

上述操作装置包括姿势获得机构，该姿势获得机构根据下述坐标位置，获得通过折角和回转角而表示的前端姿势，该前端姿势由折角和回转角规定，该折角指相对于上述基端侧的连杆枢毂的中心轴，上述前端侧的连杆枢毂的中心轴倾斜的垂直角度，该回转角指相对于上述基端侧的连杆枢毂的中心轴，上述前端侧的连杆枢毂的中心轴倾斜的水平角度；

该坐标位置指以上述基端侧的连杆枢毂的中心轴的延长轴，和与上述中心轴的延长轴相正交的2维的正交坐标体系的交点为原点，上述前端侧的连杆枢毂的球面连杆中心投影于上述2维的正交坐标体系上的坐标位置。

2.根据权利要求1所述的连杆促动装置的操作装置，其中，上述姿势获得机构包括：姿势获得部，该姿势获得部通过人为操作而指定将上述前端侧的连杆枢毂的球面连杆中心投影于上述2维的正交坐标体系上的坐标位置；计算部，该计算部根据通过该姿势获得部而指定的坐标位置，获得通过折角和回转角而表示的前端姿势。

3.根据权利要求1或2所述的连杆促动装置的操作装置，其中，包括确定在变更前端姿势时通过的中继点的中继点设定机构，该中继点设定机构采用将上述前端侧的球面连杆中心投影于上述2维的正交坐标体系上的点的坐标，按照已确定的规则，计算而设定上述中继点。

4.根据权利要求3所述的连杆促动装置的操作装置，其中，上述中继点设定机构对下述角进行分割，计算而设定上述中继点，该角指通过前端姿势变更前的前端侧球面连杆中心、基端侧球面连杆中心与前端姿势变更后的前端侧球面连杆中心所形成的角度。

5.根据权利要求3或4所述的连杆促动装置的操作装置，其中，上述中继点设定机构在前端姿势进行规定的移动量以上的动作的场合，按照对上述移动量进行分割，以便使上述移动量在上述规定量以下的方式设定上述中继点。

6.根据权利要求3或4所述的连杆促动装置的操作装置，其中，上述中继点设定机构按照以规定数量对前端姿势的中途线路进行分割的方式设定上述中继点。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的连杆促动装置的操作装置，其中，上述中继点设定机构对上述前端侧球面连杆中心所通过的中途线路进行等分。

8.根据权利要求3～7中任一项所述的连杆促动装置的操作装置，其中，包括内插机构，该内插机构对上述前端侧球面连杆中心所通过的中途线路进行直线内插处理。

9.根据权利要求3～7中任一项所述的连杆促动装置的操作装置，其中，包括内插机构，该内插机构对上述前端侧球面连杆中心所通过的中途线路进行圆弧内插处理。

10.一种连杆促动系统，该连杆促动系统包括根据权利要求1～9中任一项所述的连杆促动装置的操作装置以及上述连杆促动装置。