DE112015005484T5

DE112015005484T5 - Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE112015005484T5
Application number: DE112015005484.7T
Authority: DE
Inventors: Seigo SAKATA; Naoya Konagai; Hiroyuki Yamada; Yukihiro Nishio; Hiroshi Isobe
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: US10443693B2; US10890236B2; CN107000213A; US20170268640A1; WO2016088729A1; US20190376584A1; JP2016107374A; JP6453066B2; DE112015005484B4

Abstract

Eine Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung (51) ist mit einer Zielwerteingabeeinheit (57) ausgestattet, die einen Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil (57z) aufweist, der eine Eingabe eines Bewegungsbetrags in eine Höhenrichtung oder einer Koordinatenposition in die Höhenrichtung ermöglicht, was bewirkt, dass die Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung (51) nur in die Höhenrichtung entlang einer Mittelachse einer proximalen Endseitenverbindungsgliednabe (12) geändert wird. Ein Eingabewandler (58) ist zum Berechnen einer Zielhaltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung (51) unter Verwendung eines eingegebenen Werts bereitgestellt. Der Eingabewandler (58) berechnet ferner einen Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors (53) aus dem Ergebnis der Berechnung und gibt den Befehlsbetätigungsbetrag in die Steuereinrichtung (54) ein.

Description

QUERVERWEIS AUF DIE VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der und beansprucht Priorität auf die japanische(n) Patentanmeldung mit der Nr. 2014-247017 , eingereicht am 5. Dezember 2014, deren gesamte Offenbarung hiermit unter Bezugnahme als ein Teil dieser Anmeldung aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung, die in einer Vorrichtung, wie etwa einer industriellen Vorrichtung, die einen präzisen und breiten Betriebsbereich benötigt, verwendet werden soll. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bedienungseinrichtung, die effektiv verwendet werden kann, wenn die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung mit einem Endeffektor, der an einem distalen Ende von dieser montiert ist, verwendet wird.
(Beschreibung verwandter Technik)
Herkömmlicherweise, als ein Parallelverbindungsgliedmechanismus einer Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung, die eine kompakte Struktur aufweist, aber einen breiten Bewegungsbereich einer distalen Endseitenverbindungsgliednabe realisiert, ist ein in den 10, 11A und 11B dargestellter Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 vorgeschlagen worden, bei dem eine distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 über drei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen 4 mit einer proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 verbunden ist, so dass die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geändert werden kann (zum Beispiel Patentdokument 1).
Bei einer derartigen Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung wird die Haltung einer Einrichtung, die den Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 mit zwei Freiheitsgraden durch drei oder mehr Motoren antreibt, durch einen Biegewinkel θ und einen Schwenkwinkel ϕ bestimmt. Das heißt, ein Drehwinkel (β1n, β2n, β3n) jedes Arms wird vom Biegewinkel θ und vom Schwenkwinkel ϕ erhalten und ein Aktor, der den Arm antreibt, wird veranlasst, die Position des Arms zu bestimmen. Bezüglich einer Haltung A(θa, ϕa) eines distalen Endes und einer Haltung B(θb, ϕb) des distalen Endes einer spezifischen Verbindungsgliednabe 3, werden die Armdrehwinkel, die den jeweiligen Haltungen des distalen Endes entsprechen, zum Beispiel als A(β1a, β2a, β3a) und B(β1b, β2b, β3b) gemäß einem Vergleichsausdruck zwischen der Verbindungsgliednabe und den Armdrehwinkeln erhalten. Eine Bewegung von der Haltung A des distalen Endes zur Haltung B des distalen Endes wird ausgeführt, indem die jeweiligen Armdrehwinkel von β1a zu β1b, von β2a zu β2b und von β3a zu β3b geändert werden. Es versteht sich, dass in den 10 und 11 die gleichen Bezugsziffern zu den Abschnitten, die denen, die in den 1 bis 9 dargestellt sind, entsprechen, gemäß einer später beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugewiesen sind. Im Patentdokument 1 wird die Haltung des distalen Endes (Biegewinkel θ, Schwenkwinkel ϕ) der Verbindungsgliednabe 3 unter Verwendung einer Konvergenzberechnung durch die Methode der kleinsten Quadrate von einem rechtwinkligen Koordinatensystem 100, das auf einer Verlängerung der Haltung der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung festgelegt wird, erhalten. Dies ermöglicht eine Positionierung eines Endeffektors zu beliebigen Koordinaten auf einer Arbeitsfläche (rechtwinkligen Koordinatenebene), auf der der Endeffektor arbeitet.
[Verwandtes Dokument]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Offengelegte JP-Patentveröffentlichung mit der Nr. 2013-202725

Ein Zielwerkstück, an dem ein Endeffektor 122 arbeitet, ist nicht auf ein zweidimensionales Werkstück eingeschränkt und es gibt viele Anwendungen, bei denen ein Endeffektor an einem dreidimensionalen Werkstück arbeitet. Im Allgemeinen können dreidimensionale Koordinaten (X, Y, Z), mit denen ein Endeffektor arbeitet, leicht aus CAD-Daten oder dergleichen berechnet werden. Wenn der Endeffektor an einem dreidimensionalen Werkstück arbeitet, ist es wünschenswert, dass eine Position, an der der Endeffektor arbeitet, durch dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten designiert werden kann.
Bei der im Patentdokument 1 offenbarten Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung sind die designierten rechtwinkligen Koordinaten zweidimensionale Koordinaten (X-Achse, Y-Achse). Wenn daher veranlasst wird, dass der Endeffektor an einem dreidimensionalen Werkstück arbeitet, müssen eine X-Koordinate und eine Y-Koordinate, die auf eine XY-Ebene an einer bestimmten Referenzhöhe projiziert werden, aus einem Biegewinkel und einer Höhe Z berechnet werden, oder eine Vermittlung jeder Position muss unter Verwendung von Drucktasten, wie etwa Richtungstasten für die X-, Y-Achsen, durchgeführt werden.
Da der Richtungstastenbetrieb nur einen zweidimensionalen Betrieb entlang der X- und Y-Achse ermöglicht, ist es schwierig, die Bedienung nachzuvollziehen, falls die Höhenrichtung (Z-Achsenrichtung) des dreidimensionalen Werkstücks eingestellt werden muss. Insbesondere, wenn ein Prozess, wie etwa eine Beschichtung, an einer Seitenoberfläche eines zylindrischen Werkstücks in einer stehenden Haltung entlang der Höhenrichtung durchgeführt wird, wird der Endeffektor nur in der Hoch-Runter-Richtung bzw. der Vertikalrichtung betrieben. Außerdem, wenn der Endeffektor nur in die Höhenrichtung bewegt wird, wird die Eingabe durch einen zweidimensionalen Betrieb entlang der X- und Y-Achse durchgeführt, und daher ist es schwierig, die Bedienung nachzuvollziehen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung, die ermöglicht, dass eine Eingabe eines Betriebs zum Ändern der Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung direkt durch eine Eingabe eines Werts in die Höhenrichtung durchgeführt wird, die eine Eingabe eines Befehls eines Betriebs zum Ändern der Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung unterstützt und eine Zeitverringerung für die Eingabeoperation realisiert.
Eine Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von Bezugsziffern beschrieben, die in Ausführungsformen verwendet werden. Diese Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung beinhaltet eine proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2; eine distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 und drei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen 4, die jeweils die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 mit der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 verbinden, so dass eine Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geändert werden kann. Jeder der Verbindungsgliedmechanismen 4 beinhaltet ein proximalseitiges Endverbindungsgliedelement 5, das ein Ende aufweist, das drehbar mit der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 verbunden ist; ein distalseitiges Endverbindungsgliedelement 6, das ein Ende aufweist, das mit der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 verbunden ist; und ein Zwischenverbindungsgliedelement 7, das entgegengesetzte Enden aufweist, die drehbar mit anderen Enden des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bzw. des distalseitigen Endverbindungsgliedelements 6 verbunden sind. Jeder der Verbindungsgliedmechanismen 4 weist eine derartige Form auf, dass ein durch gerade Linien repräsentiertes geometrisches Modell des Verbindungsgliedmechanismus 4 eine Symmetrie zwischen einem proximalen Endseitenabschnitt von diesem und einem distalen Endseitenabschnitt von diesem hinsichtlich eines Mittelabschnitts des Zwischenverbindungsgliedelements 7 darstellt. Zwei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen 4 unter den drei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen 4 sind jeweils mit einem Aktor 53 ausgestattet, der eine Haltung des distalen Endes, das heißt die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3, bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 ändert, und eine Steuerungseinrichtung 54 zum Steuern dieser Aktoren 53 ist bereitgestellt. Die Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bedienungseinrichtung 55, die einen Zielwert, zu dem die Haltung des distalen Endes geändert wird, über eine menschlich veranlasste Bedienung in die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 eingibt.
Die Bedienungseinrichtung 55 ist mit einer Zielwerteingabeeinheit 57 ausgestattet, die einen Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z aufweist, der eine Eingabe eines Bewegungsbetrags in eine Höhenrichtung oder einer Koordinatenposition in die Höhenrichtung ermöglicht, was bewirkt, dass die Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung entlang einer Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geändert wird. Des Weiteren ist die Bedienungseinrichtung 55 mit einem Eingabewandler 58 ausgestattet, der die Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung, die durch einen Biegewinkel θ und einen Schwenkwinkel ϕ repräsentiert wird, unter Verwendung eines Werts, der von der Zielwerteingabeeinheit 57 eingegeben wird, berechnet. Der Biegewinkel θ ist ein vertikaler Winkel, der gebildet wird, wenn eine Mittelachse der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist, und der Schwenkwinkel ϕ ist ein horizontaler Winkel, der gebildet wird, wenn die Mittelachse der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist. Der Eingabewandler 58 berechnet ferner einen Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 aus dem Ergebnis der obigen Berechnung und gibt den Befehlsbetätigungsbetrag in die Steuereinrichtung 54 ein.
Gemäß dieser Konfiguration wird die Zielhaltung des distalen Endes über eine menschlich veranlasste Bedienung durch die Zielwerteingabeeinheit 57 designiert. Zu diesem Zeitpunkt wird, bezüglich der Höhenrichtung (Z-Achsenrichtung), eine Eingabe des Bewegungsbetrags in die Höhenrichtung oder der Koordinatenposition in die Höhenrichtung über den Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z der Zielwerteingabeeinheit 57 zum Designieren einer Zielhöhe durchgeführt. Somit erhält der Eingabewandler 58 die Haltung des distalen Endes, die durch den Biegewinkel θ und den Schwenkwinkel ϕ repräsentiert wird, unter Verwendung jedes Werts, der von der Zielwerteingabeeinheit 57 eingegeben wird. Der Eingabewandler 58 berechnet ferner den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 aus dem Ergebnis der Berechnung und gibt den Befehlsbetätigungsbetrag in die Steuereinrichtung 54 ein. Die Steuereinrichtung 54 steuert jeden Aktor 53 gemäß dem eingegebenen Befehlsbetätigungsbetrag, so dass die Zielhaltung des distalen Endes erreicht wird. Wie oben bezüglich der Höhenrichtung beschrieben, ermöglicht der Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z eine direkte Eingabe des Bewegungsbetrags oder der Koordinatenposition in die Höhenrichtung. Verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren des indirekten Designierens der Höhe unter Verwendung von zweidimensionalen Koordinaten, muss ein Betreiber keine Umwandlung durchführen, und daher kann eine einfache und schnelle Designierung erreicht werden. Wenn gewünscht wird, dass die Haltung des distalen Endes von der gegenwärtigen Haltung nur in die Höhenrichtung geändert wird, ist es nur notwendig, den Bewegungsbetrag oder die Koordinatenposition durch den Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z einzugeben. Somit kann eine Eingabe des Betriebs zum Ändern der Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung direkt durch einen Wert in die Höhenrichtung durchgeführt werden, wodurch eine Eingabe eines Befehls des Betriebs zum Ändern der Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung leicht durchgeführt werden kann und die Eingabebedienungszeit verringert werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z den Bewegungsbetrag in die Höhenrichtung durch einen Betätigungsbetrag, der von einer Bedienungszeit einer Drucktaste 85, 86 oder der Häufigkeit der Drucktaste 85, 86 abhängt, designieren. Die Drucktaste 85, 86 kann eine Softwaretaste, die als ein Bild auf einem Bildschirm angezeigt wird, oder eine Bedienungstaste mit einer physischen Entität sein. Gemäß dieser Konfiguration, wenn eine Bewegung in die Höhenrichtung stattfindet, kann die Haltung des distalen Endes nach und nach in die Höhenrichtung, das heißt eine Richtung, in die gewünscht wird, die Haltung des distalen Endes zu bewegen, durch die Häufigkeit einer Bedienung oder der Bedienungszeit der Drucktaste 85, 86 bewegt werden. Daher kann eine intuitive Vermittlung durchgeführt werden und die Operation des Designierens der Höhenposition wird zusätzlich unterstützt.
Falls der Bewegungsbetrag durch eine EIN-Bedienung der Drucktaste 85, 86 und der Bewegungsbetrag zum Ändern des Betätigungsbetrags durch Drücken und Halten der Drucktaste 85, 86 unter Verwendung von Bewegungsbetragsparametern zu beliebigen Werten eingestellt werden, kann eine Einstellung des Betätigungsbetrags durch die Druckbedienung leicht durchgeführt werden. Die Drucktaste 85, 86 kann zum Beispiel als eine „Richtungstaste” bezeichnet werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Zielwerteingabeeinheit 57 einen Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten beinhalten, der eine Koordinatenposition in jede Richtung in einem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem, das einen auf der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 positionierten Ursprung aufweist, eingibt. Der Ausdruck „auf der Mittelachse der Verbindungsgliednabe” bedeutet „auf der Achse, die eine unendliche Länge aufweist, der Verbindungsgliednabe”.
Dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten (X, Y, Z) eines dreidimensionalen Werkstücks, an dem ein Endeffektor 122, der an der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 montiert ist, arbeitet, können leicht aus CAD-Daten oder dergleichen berechnet werden. Durch das Eingeben der dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) über den Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten, arbeitet der Endeffektor 122 an der eingegebenen Position, wodurch auf ein Vermitteln der Arbeit durch Richtungseinspeisung oder dergleichen verzichtet wird. Falls eine Positionierungsgenauigkeit des Endeffektors 122 variiert, wird eine Vermittlung einer minuziösen Einstellung benötigt. Da jedoch eine grobe Positionierung durchgeführt worden ist, kann die für die Vermittlung benötigte Zeit erheblich verringert werden. Wenn die Vermittlung durchgeführt wird, wird eine intuitive Vermittlung unter Verwendung der Drucktasten 81 bis 84, die den Richtungen der X-, Y-Achsen im dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechen, und der Drucktasten 85 und 86, die der Richtung der Z-Achse (der oben beschriebenen Höhenrichtung) im dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechen, realisiert.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Eingabewandler 58 die Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung unter Anwendung einer Konvergenzberechnung durch die Methode der kleinsten Quadrate basierend auf dem Wert, der durch die Zielwerteingabeeinheit 57 eingegeben wird, berechnen. Gemäß der Methode der kleinsten Quadrate können ein geeigneter Biegewinkel θ und ein geeigneter Schwenkwinkel ϕ, die die Haltung des distalen Endes repräsentieren, durch eine einfache Berechnung erhalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung, angenommen, dass ein Drehwinkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 βn ist, ein Winkel, der zwischen einer ersten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 verbunden ist, und einer zweiten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 verbunden ist, gebildet wird, γ ist, ein Winkel des Abstands in eine Umfangsrichtung jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich eines proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5, das als eine Referenz dient, δn ist, der Biegewinkel θ ist und der Schwenkwinkel ϕ ist, führt der Eingabewandler 58 eine inverse Transformation einer Formel durch, die durch cos(θ/2)·sinβn – sin(θ/2)θ·sin(ϕ + δn)·cosβn + sin(γ/2) = 0 ausgedrückt wird, um einen Drehwinkel jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 in der Haltung des distalen Endes als ein Ziel zu erhalten, und berechnet den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 aus einer Differenz zwischen dem erhaltenen Drehwinkel und dem Drehwinkel jedes gegenwärtigen proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 in der Haltung des distalen Endes.
Gemäß diesem Verfahren kann der Befehlsbetätigungsbetrag leicht erhalten werden und eine Steuerung des Aktors 53 wird unterstützt.
Bei der vorliegenden Erfindung, angenommen, dass ein Drehwinkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 βn ist, ein Winkel, der zwischen einer ersten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 verbunden ist, und einer zweiten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 verbunden ist, gebildet wird, γ ist, ein Winkel des Abstands in eine Umfangsrichtung jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich eines proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5, das als eine Referenz dient, δn ist, der Biegewinkel θ ist und der Schwenkwinkel ϕ ist, führt der Eingabewandler 58 eine inverse Transformation einer Formel durch, die durch cos(θ/2)·sinβn – sin(θ/2)·sin(ϕ + δn)·cosβn + sin(γ/2) = 0 ausgedrückt wird, um eine Tabelle zu bilden, die eine Beziehung zwischen der Haltung des distalen Endes und einem Drehwinkel jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 darstellt, erhält einen Drehwinkel jedes proximalseitigen Endenverbindungsgliedelements 5 in der Haltung des distalen Endes unter Verwendung der Tabelle als ein Ziel und berechnet einen Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 aus einer Differenz zwischen dem erhaltenen Drehwinkel und dem Drehwinkel jedes gegenwärtigen proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5.
Gemäß diesem Verfahren, wenn die Beziehung zwischen der Haltung des distalen Endes und jedem Drehwinkel der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 im Voraus tabellarisiert wird, kann die Zeit, die zum Berechnen des Befehlsbetätigungsbetrags benötigt wird, unter Verwendung der obigen Formel verringert werden, wodurch eine Steuerung des Aktors 53 mit höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung, wenn die Zielwerteingabeeinheit 57 den Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten wie oben beschrieben beinhaltet, kann eine Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch den Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit 57 unter Anwendung einer numerischen Eingabe durchgeführt werden. Neben der numerischen Eingabe kann eine Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch eine Eingabe unter Verwendung des Druckbedienungseingabeteils 57B oder dergleichen durchgeführt werden. Da jedoch die dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinaten (X, Y, Z) des dreidimensionalen Werkstücks, an dem der Endeffektor 122 arbeitet, leicht aus CAD-Daten oder dergleichen berechnet werden können, wie oben beschrieben, wird eine Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition effektiv durch eine numerische Eingabe hinsichtlich einer Vereinfachung der Eingabebedienung durchgeführt.
Wenn die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch eine numerische Eingabe durchgeführt wird, wie oben beschrieben, kann die Zielwerteingabeeinheit 57 bewirken, dass der Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten eine Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition unter Anwendung der numerischen Eingabe einer absoluten Koordinate bezüglich eines vorbestimmten Referenzpunkts durchführt. Wenn die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch die numerische Eingabe der absoluten Koordinate bezüglich des vorbestimmten Referenzpunkts durchgeführt wird, wird die Eingabe unterstützt, wenn die Koordinatenposition der absoluten Koordinate der Zielhaltung des distalen Endes bekannt ist.
Wenn die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch die numerische Eingabe durchgeführt wird, kann bewirkt werden, dass der Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit 57 eine Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition unter Anwendung der numerischen Eingabe einer Differenz von einer gegenwärtigen Koordinatenposition zu einer Zielkoordinatenposition durchführt. Wenn die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch die numerische Eingabe der Differenz durchgeführt wird, kann die Eingabe leicht durchgeführt werden, wenn die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 leicht von der gegenwärtigen Haltung des distalen Endes bewegt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Eingabewandler 58 Informationen über die Haltung des distalen Endes, die von der Zielwerteingabeeinheit 57 bereitgestellt werden, in einen Betätigungsbetrag des Aktors 53 gemäß einer vorbestimmten Transformationsformel transformieren und den Betätigungsbetrag in die Steuereinrichtung 54 eingeben. Obwohl die Koordinatenposition der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition und der Bewegungsbetrag der Haltung des distalen Endes von der Zielwerteingabeeinheit 57 eingegeben werden, befinden sich die dreidimensionale rechtwinklige Koordinatenposition der Haltung des distalen Endes und der Betätigungsbetrag des Aktors 53 in einer Beziehung, die von der Struktur der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung abhängt. Daher, wenn die Informationen über die Haltung des distalen Endes in den Betätigungsbetrag des Aktors 53 unter Anwendung der vorbestimmten Transformationsformel umgewandelt werden, kann eine akkurate Steuerung des Aktors 53 durch das Eingeben der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition oder dergleichen über die Zielwerteingabeeinheit 57 durchgeführt werden.
Eine beliebige Kombination von mindestens zwei Konstruktionen, die in den angehängten Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den begleitenden Zeichnungen offenbart sind, sollte so angesehen werden, dass sie im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Insbesondere sollte eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der angehängten Ansprüche gleichermaßen so angesehen werden, dass sie im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung deutlicher aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen zu verstehen sein, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen eingesetzt werden. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen sind jedoch nur für Veranschaulichungs- und Erläuterungszwecke gegeben und sollten nicht als den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend ausgelegt werden, stattdessen wird der Schutzumfang durch die angehängten Ansprüche bestimmt. In den begleitenden Zeichnungen werden durchweg durch die verschiedenen Ansichten gleiche Bezugsziffern zum Bezeichnen gleicher Teile verwendet, und:
1 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines Parallelverbindungsgliedmechanismus in einer Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung und ein erläuterndes Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Bedienungssystems und eines Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A ist ein erläuterndes Diagramm, das einen XY-Koordinaten-Richtungseingabe-Bedienungsbildschirm in der Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung veranschaulicht;
2B ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Z-Koordinaten-Richtungseingabe-Bedienungsbildschirm in der Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung veranschaulicht;
3 ist eine Perspektivansicht eines Parallelverbindungsgliedmechanismus in der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung;
4 ist eine partiell ausgesparte Vorderansicht des Parallelverbindungsgliedmechanismus in der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung;
5A ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Betrieb der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung veranschaulicht;
5B ist ein erläuterndes Diagramm, das den Betrieb der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung in einem Zustand, der sich von 5A unterscheidet, veranschaulicht;
6 ist eine schematische Ansicht eines Verbindungsgliedmechanismus der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung, der durch gerade Linien repräsentiert wird;
7 ist eine partielle Schnittansicht des Parallelverbindungsgliedmechanismus der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung;
8 ist ein Flussdiagramm einer Berechnung zum Erhalten eines Biegewinkels in der Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung;
9 ist eine Vorderansicht eines Beispiels einer Arbeitseinrichtung, die die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung verwendet;
10 ist eine Perspektivansicht eines Parallelverbindungsgliedmechanismus in einer konventionellen Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung;
11A ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Betrieb des Parallelverbindungsgliedmechanismus veranschaulicht; und
11B ist ein erläuterndes Diagramm, das den Betrieb des Parallelverbindungsgliedmechanismus in einem Zustand, der sich von 11A unterscheidet, veranschaulicht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Bedienungseinrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben. 1 stellt eine Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung dar, die mit der Bedienungseinrichtung ausgestattet ist. Die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 beinhaltet einen Parallelverbindungsgliedmechanismus 1; mehrere Aktoren 53 (so viele, wie später beschriebene Verbindungsgliedmechanismen 4), die eine Haltung eines distalen Endes des Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 beliebig ändern; eine Steuereinrichtung 54, die diese Aktoren 53 steuert; und eine Bedienungseinrichtung 55, über die ein Bedienungsbefehl in die Steuereinrichtung 54 eingegeben wird. Die Steuereinrichtung 54 und die Bedienungseinrichtung 55 können in einem gemeinsamen Gehäuse bereitgestellt sein, so dass sie eine (nicht dargestellte) Einzelsteuerung bezeichnen, oder sie können voneinander getrennt bereitgestellt sein. Der Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 ist auf eine suspendierte Art und Weise zu einem Basisglied 52 installiert.
Der Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 wird beschrieben. 5A und 5B sind Vorderansichten des Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 in unterschiedlichen Zuständen. Beim Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 handelt es sich um einen Typ, bei dem eine distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 über drei Verbindungsgliedmechanismen 4 mit einer proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 verbunden ist, so dass die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geändert werden kann. 5A und 5B stellen nur einen Verbindungsgliedmechanismus 4 dar. Ein Endeffektor 122 ist an der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 wie in 9 dargestellt montiert.
3 ist eine Perspektivansicht, die eine dreidimensionale Repräsentation des Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 darstellt. Der in 3 dargestellte Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 ist mit dem in 10 dargestellten Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 identisch. Jeder Verbindungsgliedmechanismus 4 beinhaltet ein proximalseitiges Endverbindungsgliedelement 5, ein distalseitiges Endverbindungsgliedelement 6 und ein Zwischenverbindungsgliedelement 7 und bildet einen Dreifachketten-Verbindungsgliedmechanismus, der aus vier Drehpaaren besteht. Das proximalseitige und das distalseitige Endverbindungsgliedelement 5 und 6 besitzen jeweils eine L-Form. Das proximale Ende des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 ist drehbar mit der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 gekoppelt und das proximale Ende des distalseitigen Endverbindungsgliedelements 6 ist drehbar mit der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 gekoppelt. Das Zwischenverbindungsgliedelement 7 weist entgegengesetzte Enden auf, die drehbar mit den distalen Enden des proximalseitigen bzw. des distalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 und 6 gekoppelt sind
Das proximalseitige und das distalseitige Endverbindungsgliedelement 5 und 6 besitzen jeweils eine sphärische Verbindungsstruktur. Die sphärischen Verbindungsgliedmittelpunkte PA und PB (5A) sind den drei Verbindungsgliedmechanismen 4 gemein und ein Abstand d zwischen den sphärischen Verbindungsgliedmittelpunkten PA und PB ist auch zwischen den drei Verbindungsgliedmechanismen 4 der gleiche. Die Mittelachse des Drehpaars zwischen dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 und die Mittelachse des Drehpaars zwischen dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 können einen bestimmten Kreuzungswinkel γ bilden oder können parallel zueinander sein.
Die drei Verbindungsgliedmechanismen 4 weisen eine geometrisch identische Konfiguration auf. Die geometrisch identische Konfiguration bezeichnet, dass ein geometrisches Modell, das mit die Verbindungsgliedelemente 5, 6 und 7 repräsentierenden geraden Linien abgebildet wird, d. h. ein Modell, das mit den Drehpaaren und diese Drehpaare verbindenden geraden Linien abgebildet wird, eine Form repräsentiert, in der dessen proximaler Endseitenabschnitt und dessen distaler Endseitenabschnitt bezüglich des Mittelabschnitts des Zwischenverbindungsgliedelements 7 zueinander symmetrisch sind. 6 stellt einen Verbindungsgliedmechanismus 4 dar, der mit geraden Linien abgebildet ist.
Der Verbindungsgliedmechanismus 4 in der vorliegenden Ausführungsform ist rotationssymmetrisch. Das heißt, die Positionsbeziehung zwischen einer proximalen Gruppe, die aus der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 besteht, und einer distalen Gruppe, die aus der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 und dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 besteht, befindet sich in Rotationssymmetrie bezüglich einer Mittellinie C des Zwischenverbindungsgliedelements 7. 5A stellt einen Zustand dar, bei dem sich eine Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und eine Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 auf derselben Linie befinden. 5B stellt einen Zustand dar, bei dem die Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 einen vorbestimmten Betriebswinkel bezüglich der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 aufweist. Selbst wenn sich die Haltung jedes Verbindungsgliedmechanismus 4 ändert, ändert sich der Abstand d zwischen dem sphärischen Verbindungsgliedmittelpunkt PA der proximalen Endseite und dem sphärischen Verbindungsgliedmittelpunkt PB der distalen Endseite nicht.
Die proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2, die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 und die drei Verbindungsgliedmechanismen 4 bilden einen Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden, in dem die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 in zwei Axialrichtungen, die orthogonal zueinander sind, bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 drehbar ist. Mit anderen Worten ermöglicht der Mechanismus, dass sich die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 mit zwei Freiheitsgraden dreht, um ihre Haltung bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 zu ändern. Beim Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden wird die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 um einen Schnittpunkt P der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2, der Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 und der Mittellinie C des Zwischenverbindungsgliedelements 7 herum geändert.
Der Mechanismus mit zwei Freiheitsgraden weist eine kompakte Größe auf, aber kann einen breiten Bewegungsbereich der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 realisieren. Der Maximalwert eines Biegewinkels θ (3) (Maximalbiegewinkels) zwischen der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und der Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 kann zum Beispiel etwa ±90° betragen. Zusätzlich dazu kann ein Schwenkwinkel ϕ der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 innerhalb eines Bereichs von 0° bis 360° festgelegt werden. Der Biegewinkel θ bezeichnet einen vertikalen Winkel, der gebildet wird, wenn die Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist. Der Schwenkwinkel ϕ bezeichnet einen horizontalen Winkel, der gebildet wird, wenn die Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist.
Beim Parallelverbindungsgliedmechanismus 1, wenn alle folgenden Bedingungen 1 bis 3 erfüllt sind, falls die Winkelpositionsbeziehung zwischen dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 und den Endverbindungsgliedelementen 5 oder 6 hinsichtlich der Symmetrieebene des Zwischenverbindungsgliedelements 7 zwischen der proximalen Endseite und der distalen Endseite identisch gestaltet wird, werden sich die proximale Gruppe und die distale Gruppe aufgrund der geometrischen Symmetrie auf die gleiche Weise bewegen.

(Bedingung 1) Die Winkel und die Längen der Wellenelemente 13 (7) der Endverbindungsgliedelemente 5 und 6 jedes Verbindungsgliedmechanismus 4 sind identisch zueinander.
(Bedingung 2) Die geometrische Form des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 und die geometrische Form des distalseitigen Endverbindungsgliedelements 6 sind identisch zueinander.
(Bedingung 3) Ebenfalls hinsichtlich des Zwischenverbindungsgliedelements 7 sind die Form an der proximalen Endseite und die Form an der distalen Endseite identisch zueinander.

Zum Beispiel sind Drehachsen in der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 koaxial mit der Mittelachse QA bzw. der Mittelachse QB bereitgestellt und die Drehung wird von der proximalen Endseite zur distalen Endseite übertragen. In diesem Fall wird eine universelle Verbindungsstelle mit konstanter Geschwindigkeit gebildet, in der die proximale Endseite und die distale Endseite um denselben Winkel mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht werden. Die Symmetrieebene des Zwischenverbindungsgliedelements 7 zum Zeitpunkt dieser Drehung mit konstanter Geschwindigkeit ist eine Halbierungsebene mit konstanter Geschwindigkeit.
Daher sind, durch Anordnen von mehreren Verbindungsgliedmechanismen 4, die die gleiche geometrische Form, mit der die proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2 und die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 üblicherweise verwendet werden, aufweisen, entlang des Umfangs als Positionen, die eine kompatible Bewegung der mehreren Verbindungsgliedmechanismen 4 ermöglichen, die Zwischenverbindungsgliedelemente 7 darauf eingeschränkt, sich auf ihren entsprechenden Halbierungsebenen mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen. Dementsprechend drehen sich die proximale Endseite und die distale Endseite mit einer konstanten Geschwindigkeit, selbst wenn ein beliebiger Betriebswinkel an der proximalen Endseite und der distalen Endseite angenommen wird.
Sowohl die proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2 als auch die distale Endseitenverbindungsgliednabe 3 weisen eine Torusform auf, deren äußere Form sphärisch ist, bei der eine Durchgangsöffnung 10 (7) in einem Mittelabschnitt von dieser entlang der Axialrichtung gebildet wird. Der Mittelpunkt der Durchgangsöffnung 10 ist mit der Mittelachse QA, QB der proximalen/distalen Endseitenverbindungsgliednabe 2, 3 ausgerichtet. Die proximalseitigen Endverbindungsgliedelemente 5 und die distalseitigen Endverbindungsgliedelemente 6 sind drehbar mit den äußeren Peripherieflächen der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 bzw. der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 mit gleichen Abständen in die Umfangsrichtung von diesen gekoppelt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Drehpaar zwischen der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und ein Drehpaar zwischen dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 darstellt. Bei der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 werden Kommunikationsöffnungen 11, die sich in radiale Richtungen erstrecken, an drei Positionen in die Umfangsrichtung der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 gebildet. Zwei Lager 12, die in jeder Kommunikationsöffnung 11 bereitgestellt sind, unterstützen das Wellenelement 13 drehbar. Ein äußerer Endabschnitt jedes Wellenelements 13 ragt aus der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 hervor und ein Schraubabschnitt 13a wird am herausragenden Endabschnitt gebildet. Das proximalseitige Endverbindungsgliedelement 5 ist mit dem herausragenden Endabschnitt des Wellenelements 13 gekoppelt und wird durch Festziehen einer Mutter 14 am Schraubabschnitt 13a befestigt.
Jedes Lager 12 ist ein Antireibungslager oder ein Wälzlager, wie etwa zum Beispiel ein Rillenkugellager, und beinhaltet einen (nicht dargestellten) Außenring, der an der inneren Peripherie der Kommunikationsöffnung 11 angebracht ist, und einen (nicht dargestellten) Innenring, der an der äußeren Peripherie des Wellenelements 13 angebracht ist. Der Außenring wird durch einen Haltering 15 am Abrutschen gehindert. Ein Abstandhalter 16 ist zwischen dem Innenring und dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 eingefügt und die Befestigungskraft der Mutter 14 wird über das proximalseitige Endverbindungsgliedelement 5 und den Abstandhalter 16 zum Innenring übertragen, wodurch eine vorbestimmte Vorspannung am Lager 12 aufgebracht wird.
Das Drehpaar zwischen dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 wird beschrieben. Zwei Lager 19 werden in einer Kommunikationsöffnung 18, die an jedem von entgegengesetzten Enden des Zwischenverbindungsgliedelements 7 gebildet wird, bereitgestellt und ein Wellenabschnitt 20 am distalen Ende des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 wird durch diese Lager 19 drehbar unterstützt.
Die Lager 19 werden mit einer Mutter 22 über einen Abstandhalter 21 festgezogen und befestigt.
Jedes Lager 19 ist ein Antireibungslager oder ein Wälzlager, wie etwa zum Beispiel ein Rillenkugellager, und beinhaltet einen (nicht dargestellten) Außenring, der an der inneren Peripherie der Kommunikationsöffnung 18 angebracht ist, und einen (nicht dargestellten) Innenring, der an der äußeren Peripherie des Wellenabschnitts 20 angebracht ist. Der Außenring wird durch einen Haltering 23 am Abrutschen gehindert. Die Befestigungskraft der Mutter 22, die über ein Gewinde an einem Schraubabschnitt 20a des distalen Endes des Wellenabschnitts 20 eingreift, wird über den Abstandhalter 21 zum Innenring übertragen, wodurch eine vorbestimmte Vorspannung an das Lager 19 angelegt wird.
Das Drehpaar zwischen der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und das Drehpaar zwischen dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 sind beschrieben worden. Das Drehpaar zwischen der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 und dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 und das Drehpaar zwischen dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 weisen jedoch die gleiche Konfiguration wie die oben beschriebene auf (nicht dargestellt).
Wie oben beschrieben, werden die Lager 12 und 19 in jedem Verbindungsgliedmechanismus 4 in den vier Drehpaaren bereitgestellt, d. h. dem Drehpaar zwischen der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5, dem Drehpaar zwischen der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 und dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6, dem Drehpaar zwischen dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7 und dem Drehpaar zwischen dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 und dem Zwischenverbindungsgliedelement 7. Dementsprechend kann ein Reibungswiderstand in jedem Drehpaar verringert werden, wodurch ein Drehwiderstand verringert werden kann. Dementsprechend kann eine stoßfreie Kraftübertragung gewährleistet und die Langlebigkeit erhöht werden.
Bei der mit den Lagern 12, 19 ausgestatteten Struktur werden durch das Aufbringen einer Vorspannung an den Lagern 12, 19 ein Radialspiel und ein Schubfreiraum beseitigt und ein Rattern des Drehpaars kann unterdrückt werden. Infolgedessen wird eine Rotationsphasendifferenz zwischen der Seite der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und der Seite der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 beseitigt und daher kann eine konstante Geschwindigkeit beibehalten werden und außerdem kann ein Auftreten von Schwingungen und anormalen Geräuschen unterdrückt werden. Insbesondere kann, durch das Bereitstellen des Lagerspiels in jedem Lager 12, 19 als ein negativer Freiraum, eine Nachgiebigkeit, die zwischen Eingang und Ausgang auftritt, verringert werden.
Durch das Bereitstellen der Lager 12 in der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und der distalen Endenseitenverbindungsgliednabe 3 auf eine eingebettete Art und Weise, ist es möglich, die Außenform von sowohl der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 als auch der distalen Endenseitenverbindungsgliednabe 3 zu vergrößern, ohne die Außenform des gesamten Betätigungseinrichtungskörpers 1 zu vergrößern. Dementsprechend kann ein Einbauraum zum Montieren der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 und der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 an anderen Elementen einfach gewährleistet werden.
In 4, im Parallelverbindungsgliedmechanismus 1, ist die proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2 an der unteren Oberfläche des Basisglieds 52 befestigt und die distale Endseitenverbindungsgliedenabe 3 befindet sich in einem suspendierten Zustand. An der oberen Oberfläche des Basisglieds 52 sind so viele Aktoren 53 wie Verbindungsgliedmechanismen 4, d. h. drei Aktoren 53, befestigt. Jeder Aktor 53 wird zum Beispiel durch einen Motor oder einen anderen Drehantrieb implementiert. Eine Ausgangswelle 53a jedes Aktors 53 dringt in das Basisglied 52 ein und ragt nach unten heraus und ein Kegelrad 57 ist an der Ausgangswelle 53a montiert. Das Kegelrad 57 ist mit einem Kegelrad 58, das eine Sektorform aufweist und am Wellenelement 13 der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 montiert ist, verzahnt.
Wenn der Aktor 53 gedreht wird, wird seine Drehung über ein Paar der Kegelräder 57 und 58 zum Wellenelement 13 übertragen, wodurch der Winkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geändert wird. Der Betätigungsbetrag jedes Aktors 53 wird so gesteuert, dass der Winkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 für jeden Verbindungsgliedmechanismus 4 eingestellt wird, wodurch die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 (nachfolgend als „Haltung des distalen Endes” bezeichnet) bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 bestimmt wird. Der Betrieb jedes Aktors 53 wird durch die Steuereinrichtung 54 auf der Basis eines Betätigungsbefehls von der in 1 dargestellten Bedienungseinrichtung 55 gesteuert.
In 1 wird die Bedienungseinrichtung 55 zum Beispiel durch einen Panel-Computer implementiert und eine Anzeigeeinrichtung 56, die in der Lage ist, ein Bild anzuzeigen, wie etwa eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, ist rechts neben der Bedienungseinrichtung 55 dargestellt. Die Anzeigeeinrichtung 56 kann auch als eine Touchpanel-Eingabeeinrichtung dienen. Die Bedienungseinrichtung 55 beinhaltet eine Zielwerteingabeeinheit 57, die zum Eingeben eines Zielwerts einer Position des distalen Endes konfiguriert ist, und einen Eingabewandler 58. Der Eingabewandler 58 muss nicht notwendigerweise in einem Computer bereitgestellt sein, der die Zielwerteingabeeinheit 57 implementiert, und kann in einem Computer, der die Steuereinrichtung 54 implementiert, bereitgestellt sein.
Die Zielwerteingabeeinheit 57 ist zum Designieren und zum Eingeben eines dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystems konfiguriert und beinhaltet einen Breitenrichtung-Zielwerteingabeteil 57x (Breitenzieleingabeteil in 1), einen Tiefenrichtung-Zielwerteingabeteil 57y (Tiefenzieleingabeteil in 1) und einen Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z (Höhenzieleingabeteil in 1), die zum Eingeben von Zielwerten der entsprechenden Achsen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) konfiguriert sind. Die Zielwerteingabeeinheit 57 ist derart konfiguriert, dass sie selektiv in zwei Eingabemodi betriebsfähig ist, nämlich einem Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten, der ermöglicht, dass die Koordinatenpositionen der entsprechenden Achsen durch numerische Werte eingegeben werden, und einem Druckbedienungseingabeteil 57B, der ermöglicht, dass die Koordinatenpositionen der entsprechenden Achsen durch die Drückzeit oder die Häufigkeit der Bedienung von Drucktasten (Richtungstasten) 81 bis 86 (2A und 2B) designiert werden. Die Eingabeteile, hinsichtlich der X-Achse, des Eingabeteils 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten und des Druckbedienungseingabeteils 57B werden zusammengefasst als ein Breitenrichtung-Zielwerteingabeteil 57x bezeichnet. Gleichermaßen werden die Eingabeteile dieser Teile 57A und 57B hinsichtlich der Y-Achse zusammengefasst als ein Tiefenrichtung-Zielwerteingabeteil 57y bezeichnet und die Eingabeteile dieser Teile 57A und 57B hinsichtlich der Z-Achse werden zusammengefasst als ein Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z bezeichnet.
Im Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten bewirkt der Eingabeteil, der jeder Achse entspricht, dass ein Zielwertanzeigeteil 62, der ein Eingabekasten genannt wird, und eine Eingabetaste 65 für numerische Werte, wie etwa ein Zehnertastaturfeld, auf einem Bildschirm G der Anzeigeeinrichtung 56 angezeigt werden, und ermöglicht eine Eingabe einer Zielkoordinatenposition, wenn ein numerischer Wert, der auf dem Zielwertanzeigeteil 62 angezeigt werden soll, durch eine Bildschirmberührungsoperation an der Eingabetaste 65 für numerische Werte designiert wird. Bezüglich der numerischen Eingabe kann eine Zielkoordinatenposition über eine (nicht dargestellte) Eingabeeinrichtung, wie etwa einen Hardware-Schlüssel, anstelle der Eingabetaste 65 für numerische Werte eingegeben werden.
Auf dem Bildschirm G werden, zusammen mit jedem Eingabekasten 62 für numerische Werte, ein Anzeigeteil 63 einer gegenwärtigen Position und eine Führungsanzeige 63a durch (nicht dargestellte) Anzeigeausgabemittel des Eingabeteils 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten angezeigt. Jeder Anzeigeteil 63 der gegenwärtigen Position zeigt die gegenwärtige Position jeder Achse durch einen numerischen Wert einer Koordinatenposition an und jede Führungsanzeige 63a repräsentiert die Achsenrichtung, wie etwa „X-Koordinate”, die dem Anzeigeteil 63 der gegenwärtigen Position entspricht. Das dreidimensionale rechtwinklige Koordinatensystem ist ein beliebiges dreidimensionales rechtwinkliges Koordinatensystem, das einen Ursprung auf der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 aufweist, und die Richtung der Z-Achse von diesem wird als eine Höhenrichtung bezeichnet.
Auf dem Bildschirm G wird eine Handlungstaste 64 angezeigt. Wenn diese Handlungstaste 64 durch eine Bildschirmberührung oder dergleichen eingeschaltet wird, wird jeder Eingabewert, der durch den Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten eingegeben wird, durch den Eingabewandler 58 in einen Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 umgewandelt und der Befehlsbetätigungsbetrag wird in die Steuereinrichtung 54 eingegeben. Auf dem Bildschirm G, neben den oben genannten Punkten, werden eine (nicht dargestellte) Pfeiltaste zum Ändern der Position eines (nicht dargestellten) Cursors, der eine Position auf dem Bildschirm angibt, eine (nicht dargestellte) Bildschirmumschalttaste und dergleichen angezeigt.
Die Steuereinrichtung 54 treibt jeden Aktor 53 an, so dass sich der Aktor 53 um den Befehlsbetätigungsbetrag bewegt. Die Steuereinrichtung 54 steuert jeden Aktor 53 über Rückkopplung unter Verwendung eines Detektionssignals von einem (nicht dargestellten) Positionsdetektor, wie etwa einem am Aktor 53 montierten Drehwinkelsensor.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wendet der Eingabeteil 57A für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit 57 ein Verfahren des Eingebens einer absoluten Koordinate hinsichtlich eines gegebenen Referenzpunkts (z. B. Ursprungs O) auf einem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem an, aber kann ein Verfahren des Eingebens eines numerischen Werts, der eine Differenz von der gegenwärtigen Koordinatenposition zur Zielkoordinatenposition repräsentiert, anwenden. Zusätzlich dazu ist die Zielwerteingabeeinheit 57 dazu konfiguriert, in der Lage zu sein, die Anzeige auf dem Bildschirm G zwischen dem in 1 dargestellten Eingabemodus des Durchführens einer Eingabe von Koordinatenpositionen und dem Eingabemodus unter Verwendung der Drucktasten 81 bis 86, der in den 2A und 2B dargestellt ist, umzuschalten. Der Eingabemodus unter Verwendung der Drucktasten wird später beschrieben.
In 1 berechnet der Eingabewandler 58 die Haltung der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51, die durch den Biegewinkel θ und den Schwenkwinkel ϕ repräsentiert wird, unter Anwendung der Werte, die durch die Zielwerteingabeeinheit 57 eingegeben werden, berechnet dann den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53 aus dem Ergebnis der Berechnung und gibt den Befehlsbetätigungsbetrag in die Steuereinrichtung 54 ein. Die Haltung der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 bezeichnet die Haltung des Parallelverbindungsgliedmechanismus 1. Der Biegewinkel θ bezeichnet einen vertikalen Winkel, der gebildet wird, wenn die Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse QA (3) der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist. Der Schwenkwinkel ϕ bezeichnet einen horizontalen Winkel, der gebildet wird, wenn die Mittelachse QB der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 bezüglich der Mittelachse QA der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 geneigt ist.
8 stellt ein Berechnungsflussdiagramm und eine Berechnungsformel zum Berechnen, durch den Eingabewandler 58, der Haltung (Biegewinkel θ, Schwenkwinkel ϕ) der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 aus einem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem (XYZ-Ebenen-Koordinatensystem) dar. Die in 8 dargestellte Berechnung ist eine Konvergenzberechnung durch die Methode der kleinsten Quadrate. Wie in Formel (1) von 8 dargestellt ist, angenommen, dass der Abstand zwischen einem Ursprung O' einer Ebene an einer Höhe Z und einer Zielkoordinate T (x, y, z) als „r” bezeichnet ist, wird der Abstand r aus den x-, y-Koordinaten der Zielkoordinate T erhalten. [Math 1]
Eine Höhe h' vom Drehzentrum der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe 2 zur Zielkoordinate T kann durch die folgende Formel (2) unter Verwendung des Abstands d zwischen den Mittelpunkten der sphärischen Verbindungsgliedoberflächen, der Höhe h von der Referenzebene zum Mittelpunkt der sphärischen Verbindungsgliedoberfläche der proximalen Endseite und der Höhe z der Zielkoordinate T ausgedrückt werden. [Math 2]
In Formel (2) sind die Variablen d und h feste Werte, die durch das Ausmaß des Verbindungsglieds und das Ausmaß der Einrichtung bestimmt werden. Zusätzlich dazu, unter Verwendung der vorgenannten Formel (2), kann der Abstand zwischen dem Ursprung O' und der Zielkoordinate T als Variable r' gemäß einer Formel bezüglich θ berechnet werden, wie in Formel (3) dargestellt ist. Dementsprechend, wie in Formel (4) dargestellt ist, wird der Biegewinkel θ durch Suchen nach einem Biegewinkel θ, an dem die Differenz zwischen dem Abstand r (der aus x, y der Zielkoordinate T berechnet wird) und dem Abstand r' (der aus dem Biegewinkel θ berechnet wird) minimal wird, erhalten.
Das heißt, es wird mit den folgenden Formeln (3) und (4) nach θ, an dem die Differenz dr minimal wird, gesucht.
[Math 3]

r' = h' × tanθ (3)
dr = (r – r') (4)

Der Bereich von θ ist von 0° zu weniger als 90° und der Maximalwinkel variiert abhängig von der Spezifikation des Verbindungsglieds.
Das in 8 dargestellte Berechnungsflussdiagramm wird beschrieben. Zuerst wird der Abstand r aus der Formel (1) berechnet (Schritt S1). Dann wird, als eine anfängliche Einstellung für den Berechnungsfluss, die gegenwärtige Häufigkeit von Wiederholungen j auf null zurückgesetzt und ein anfänglicher festgelegter Wert θ' zum Suchen nach dem Biegewinkel θ und die Anzahl von Wiederholungen der Suche N werden festgelegt. Der anfängliche festgelegte Wert θ' wird zum Beispiel auf einen Wert des halben Maximalbiegewinkels festgelegt. Wenn der Wert der Anzahl von Wiederholungen N größer ist, wird die Genauigkeit des letztlich erhaltenen Biegewinkels θ höher, aber die Verarbeitungszeit des Berechnungsflusses wird länger. Daher sollte die Optimalanzahl von Wiederholungen N auf der Basis der Beziehung zwischen der Genauigkeit des Biegewinkels θ und der akzeptablen Verarbeitungszeit bestimmt werden.
Danach wird θ = θ' substituiert (Schritt S2) und die Variablen h', r' und dr werden wie in den Formeln (2), (3) bzw. (4) dargestellt berechnet. Dann wird θ' = θ'/2 substituiert (Schritt S3).
Des Weiteren wird in Schritt S4 eine Bestimmung der Differenz dr durchgeführt. Falls 0 < dr, θ = θ + θ' (Schritt S5). Falls 0 > dr, θ = θ – θ' (Schritt S6). Danach wird die gegenwärtige Häufigkeit von Wiederholungen j durch j = j + 1 erhöht (Schritt S7). Falls 0 = dr, wird θ = θ als eine Lösung Ansθ erhalten (Schritt S9). Falls die gegenwärtige Häufigkeit von Wiederholungen j die festgelegte Anzahl von Wiederholungen N in Schritt S8 noch nicht erreicht hat, kehrt der Prozess zu Schritt S3 zurück. Dieser Fluss wird wiederholt, bis die Anzahl von Wiederholungen N erreicht wird und die letztlich erhaltene Ansθ der gewünschte Biegewinkel θ ist. Nachdem der Biegewinkel erhalten ist, wird der Schwenkwinkel wie in den Formeln (5) und (6) dargestellt erhalten.
[Math 4]

Wenn θ = 0, ϕ = 0 (5)
Wenn θ ≠ 0, ϕ = tan^–1(y/x) (6)

Die Zielhaltung des distalen Endes wird gemäß dem Biegewinkel θ und dem Schwenkwinkel ϕ, die wie oben beschrieben erhalten werden, definiert. Wie in der vorliegenden Ausführungsform, kann die Häufigkeit der Berechnung durch das Erhalten des Biegewinkels θ über eine Konvergenzberechnung durch die Methode der kleinsten Quadrate, bei der nach dem Biegewinkel θ in Reihenfolge von der Umgebung der gegenwärtigen Koordinatenposition als eine Referenz aus gesucht wird, verringert werden.
Der in 1 dargestellte Eingabewandler 58 berechnet einen Drehwinkel βn (n: 1 bis 3) als einen Zielwinkel, mit dem jeder Aktor 53 betrieben werden sollte, aus dem Biegewinkel θ und dem Schwenkwinkel ϕ, die wie oben beschrieben erhalten werden. Der Drehwinkel βn ist in 10 dargestellt, die den gleichen Parallelverbindungsgliedmechanismus 1 wie in 3 darstellt. Der Drehwinkel βn wird zum Beispiel durch ein Durchführen einer inversen Transformation der folgenden Formel (7) erhalten. Die inverse Transformation ist eine Transformation zum Berechnen des Drehwinkels βn aus dem Biegewinkel θ und dem Schwenkwinkel ϕ. Der Biegewinkel θ und der Schwenkwinkel ϕ besitzen eine gegenseitige Beziehung mit dem Drehwinkel βn und aus einem Wert kann der andere Wert abgeleitet werden. cos(θ/2)·sinβn – sin(θ/2)·sin(ϕ + δn)·cosβn + sin(γ/2) = 0 (7) wobei n = 1, 2, 3.
Hier ist die Variable γ (1, 3) der Winkel, der zwischen der ersten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement 5 verbunden ist, und der zweiten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements 7, das drehbar mit dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement 6 verbunden ist, gebildet wird. Die Variable δn ist der Winkel des Abstands, in die Umfangsrichtung, jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5 bezüglich eines proximalseitigen Endverbindungsgliedelements 5, das als eine Referenz dient.
Der Drehwinkel βn kann durch eine inverse Transformation der Formel (7) für jeden Befehl erhalten werden, aber eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Positionshaltung des distalen Endes und dem Drehwinkel βn darstellt (wie etwa Tabelle 1 unten), kann im Voraus gebildet werden. Eine derartige Tabellierung ermöglicht, dass der Zieldrehwinkel βn unter Verwendung der Tabelle erhalten wird, sobald ein Befehl zum Ändern der Haltung des distalen Endes getätigt wird. Daher kann eine Steuerung jedes Aktors 53 mit höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Wenn ein Muster von Befehlen im Voraus registriert wird und jeder Aktor 53 in Reihenfolge der registrierten Befehle betrieben wird, wird eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Positionshaltung des distalen Endes und dem Drehwinkel βn darstellt (wie etwa Tabelle 2 unten), registriert, wenn das Muster registriert wird. Somit kann das Speichergebiet der Tabelle gespeichert werden. [Tabelle 1]
[Tabelle 2]
2A und 2B stellen Beispiele von Bedienungsbildschirmen dar, auf denen eine Eingabe für eine Bewegung zu einer vorbestimmten Position mittels der Drucktasten 81 bis 86 durchgeführt wird. 2A stellt einen Richtungsbedienungsbildschirm für eine Bewegung in die Richtungen der X- und Y-Achsen durch Teile des Druckbedienungseingabeteils 57B, die dem in 1 dargestellten Breitenrichtung-Zielwerteingabeteil 57x bzw. dem Tiefenrichtung-Zielwerteingabeteil 57y entsprechen, dar. Die Drucktasten 81 bis 84 und die Anzeigeteile 67 und 68 des gegenwärtigen Werts werden auf dem Bildschirm G angezeigt. Die Anzeigeteile 67 und 68 des gegenwärtigen Werts geben die X-Koordinatenposition bzw. die Y-Koordinatenposition in der gegenwärtigen Koordinatenposition an.
2B ist ein Richtungsbedienungsbildschirm für eine Bewegung in die Richtung der Z-Achse (Höhenrichtung) durch den in 1 dargestellten Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil 57z. Die Drucktasten 85 und 86 und ein Anzeigeteil 69 des gegenwärtigen Werts werden auf dem Bildschirm G angezeigt. Der Anzeigeteil 69 des gegenwärtigen Werts gibt die Z-Koordinatenposition in der gegenwärtigen Koordinatenposition an. Jede der Drucktasten 81 bis 86 bildet eine Bedienungseinheit, deren Betätigungsbetrag abhängig von der Bedienungszeit oder der Häufigkeit der Bedienung variiert. Spezifisch wird der Betätigungsbetrag kontinuierlich erhöht, wenn jede der Drucktasten 81 bis 86 gedrückt und gehalten wird (wenn der Bildschirm berührt und gehalten wird). Wenn jede Drucktaste 81 bis 86 für eine sehr kurze Zeit gedrückt wird (wenn der Bildschirm berührt wird), ist der Betätigungsbetrag pro Druckbedienung konstant und der Betätigungsbetrag wird durch Erhöhen der Häufigkeit der Bedienung durch eine Wiederholung der Bedienung erhöht.
Jede der Drucktasten 81 bis 86 wird sowohl auf dem Bedienungsbildschirm G für die X- und die Y-Achse (2A) als auch dem Bedienungsbildschirm G für die Z-Achse (2B) so bereitgestellt, dass unterschiedliche Tasten für positive und negative Bewegungsrichtungen in die entsprechende Achsenrichtung bereitgestellt werden. Spezifisch werden Niedriggeschwindigkeitstasten 81a bis 86a und Hochgeschwindigkeitstasten 81b bis 86b bereitgestellt, so dass ein Paar aus einer Niedriggeschwindigkeitstaste und einer Hochgeschwindigkeitstaste für eine Eingabe in die gleiche Bewegungsrichtung in die gleiche Achsenrichtung bereitgestellt wird. Somit kann eine Eingabe eines Befehls zum Ändern der Haltung mit zwei Raten, d. h. einer geringen Rate (die Erhöhungsrate des Betätigungsbetrags ist gering) und einer hohen Rate (die Erhöhungsrate des Betätigungsbetrags ist hoch), durchgeführt werden. Des Weiteren sind Einheitsbewegungsbetragsanzeigen 71 und 72, die die Bewegungsbeträge durch eine Kurzzeit-Druckbedienung auf jeder der Niedriggeschwindigkeitstasten 81a bis 86a bzw. jeder der Hochgeschwindigkeitstasten 81b bis 86b darstellen, auf dem Bildschirm G bereitgestellt. Des Weiteren werden Führungen, die angeben, welcher Koordinate aus X, Y, Z jeder der Anzeigeteile der Drucktasten 81 bis 86 entspricht und welcher Richtung aus der positiven Richtung und der negativen Richtung jeder der Anzeigeteile entspricht, auf dem Bildschirm G unter Anwendung von Pfeilen oder Zeichen von X, Y, Z angezeigt.
Wenn ein Bewegungsbetrag unter Verwendung der in 2A und 2B dargestellten Drucktasten 81 bis 86 eingegeben wird, gibt der Druckbedienungseingabeteil 57B der in 1 dargestellten Zielwerteingabeeinheit 57 eine Koordinatenposition, die durch Addieren des eingegebenen Bewegungsbetrags (Betätigungsbetrags) zur gegenwärtigen Koordinatenposition erhalten wird, als eine Zielkoordinatenposition zum Eingabewandler 58 ein. Der Eingabewandler 58 berechnet die Haltung des distalen Endes aus dem Biegewinkel θ und dem Schwenkwinkel ϕ wie oben beschrieben und berechnet den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors 53.
Spezifisch, bezüglich der Höhenrichtung (Z-Achse), berechnet die Zielwerteingabeeinheit 57 die Höhe h' aus der Zielkoordinate T der Verbindungsgliednabe gemäß der Formel (8), wenn die Drucktaste 85 betätigt wird, und gemäß der Formel (9), wenn die Drucktaste 86 betätigt wird. [Math 5]
In Formel (8) ist eine Variable Z ein Wert, der auf dem in 2B dargestellten Bewegungsbetragsanzeigeteil 71 angezeigt wird, wenn die Aufwärts-Niedriggeschwindigkeitstaste 85a niedergedrückt wird, und der auf dem Bewegungsbetragsanzeigeteil 72 angezeigt wird, wenn die Aufwärts-Hochgeschwindigkeitstaste 85b niedergedrückt wird, und die Berechnung wird für jede festgelegte Bedienungszeit wiederholt.
In Formel (9) ist eine Variable Z ein Wert, der auf dem in 2B dargestellten Bewegungsbetragsanzeigeteil 71 angezeigt wird, wenn die Abwärts-Niedriggeschwindigkeitstaste 86a niedergedrückt wird, und der auf dem Bewegungsbetragsanzeigeteil 72 angezeigt wird, wenn die Abwärts-Hochgeschwindigkeitstaste 86b niedergedrückt wird, und die Berechnung wird für jede festgelegte Bedienungszeit wiederholt.
Wie oben beschrieben, im Fall des Betriebs unter Verwendung der in 2A und 2B dargestellten Drucktasten 81 bis 86, werden X, Y und Z sequenziell durch Betätigen der Drucktasten 81 bis 86 geändert und ein Zielbiegewinkel θ und ein Zielschwenkwinkel ϕ werden berechnet. Der Operationsbetrag des Aktors 53 gemäß den so berechneten Winkeln wird bestimmt. Das heißt, die Haltung des distalen Endes ändert sich weiterhin, während eine beliebige der Drucktasten 81 bis 86 gedrückt und gehalten wird. Daher ist die Beziehung zwischen der Bedienung und der Koordinatenposition leicht zu verstehen.
Die in 2A und 2B dargestellten Drucktasten 81 bis 86 können eine Bedienungseinrichtung wie etwa ein Joystick sein.
Die Bedienung und der Effekt der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben. Ein beliebiges dreidimensionales rechtwinkliges Koordinatensystem, das in einem Bereich einer Verlängerung der Haltung der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 vorliegt, wird designiert und aus dem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem wird die Haltung (Biegewinkel θ, Schwenkwinkel ϕ) der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 automatisch berechnet, wodurch eine Positionierung der Verbindungsgliednabe 3 durchgeführt wird. In diesem Fall werden die Drucktasten (Richtungstasten) 85 und 86 in die Höhenrichtung (Z-Richtung) und Bewegungsbetragsparameter von diesen hinzugefügt und die Haltung (Biegewinkel θ, Schwenkwinkel ϕ) der Verbindungsgliednabe 3 wird aus dem gegenwärtigen Wert und dem Bewegungsbetrag basierend auf der Bedienung der Drucktasten 85 und 86 in die Richtung der Z-Achse berechnet, wodurch eine Positionierung der Verbindungsgliednabe 3 durchgeführt wird. Während die Drucktasten 85 und 86 niedergedrückt werden, wird die Positionierungsoperation wiederholt, so dass die Richtungsfunktion in die Z-Achsenrichtung realisiert wird.
Dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten (X, Y, Z) eines dreidimensionalen Werkstücks, an dem ein Endeffektor 122 (9) arbeitet, können leicht aus CAD-Daten oder dergleichen berechnet werden. Durch das Registrieren der dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) arbeitet der Endeffektor 122 an der registrierten Position und auf das Vermitteln durch eine Richtungseinspeisungsoperation wird verzichtet. Wenn eine Positionierungsgenauigkeit des Endeffektors 122 variiert, wird eine Vermittlung einer minuziösen Einstellung benötigt. Da jedoch eine grobe Positionierung durchgeführt worden ist, kann die für die Vermittlung benötigte Zeit erheblich verringert werden. Wenn eine Vermittlung durchgeführt wird, wird eine intuitive Vermittlung unter Verwendung der Drucktasten 81 bis 84 in die Richtungen der X-, Y-Achsen und der Drucktasten 85 und 86 in die Richtung der Z-Achse realisiert.
9 stellt eine Arbeitseinrichtung dar, die die oben beschriebene Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 beinhaltet. Bei der Arbeitseinrichtung 120 ist der Verbindungsgliedmechanismuskörper 1 auf eine suspendierte Art und Weise installiert, wobei die proximale Endseitenverbindungsgliednabe 2 an einem Basisglied 52, das eine Decke einer Arbeitskammer 121 bildet, befestigt ist. Der Endeffektor 122 ist an der distalen Endseitenverbindungsgliednabe 3 des Verbindungsgliedmechanismuskörpers 1 montiert. Der Endeffektor 122 ist zum Beispiel eine Beschichtungsanlage.
Unter dem Endeffektor 122 ist ein Bewegungsmechanismus 123 zum Bewegen eines Arbeitsstücks W in die Richtungen der X-, Y-Achse installiert. Der Bewegungsmechanismus 123 beinhaltet eine X-Achsenschiene 124, die an einer Bodenfläche befestigt ist und sich entlang der Richtung der X-Achse erstreckt; eine Y-Achsenschiene 125, die entlang der X-Achsenschiene 124 vorrücken/zurückfahren kann und sich entlang der Richtung der Y-Achse erstreckt; und einen Arbeitstisch 126, der entlang der Y-Achsenschiene 125 vorrücken/zurückfahren kann und eine obere Oberfläche aufweist, auf der das Werkstück platziert wird. Die Y-Achsenschiene 125 und der Arbeitstisch 126 werden in die Richtung der X-Achse bzw. die Richtung der Y-Achse bewegt, indem sie durch eine (nicht dargestellte) Antriebsquelle angetrieben werden.
Wenn der Endeffektor 122 eine Beschichtungsanlage ist, wird der Arbeitstisch 126 in die Richtung der X-Achse und die Richtung der Y-Achse durch den Bewegungsmechanismus 123 vorgerückt/zurückgefahren, wodurch ein zu beschichtendes Teil des Werkstücks W an einer Position direkt unter einer Lacksprühöffnung 122a der Beschichtungsanlage fixiert wird. Zusätzlich dazu wird die Ausrichtung des Endeffektors 122 durch Ändern der Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung 51 geändert, so dass die Lacksprühöffnung 122a die ganze Zeit auf die Beschichtungsoberfläche des Werkstücks W zeigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit deren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die nur für Veranschaulichungszwecke verwendet werden, beschrieben worden ist, werden Fachleute einfach zahlreiche offensichtliche Änderungen und Modifikationen beim Lesen der vorliegend vorgelegten Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfassen. Dementsprechend sind derartige Änderungen und Modifikationen, sofern sie nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er von den hierbei angehängten Ansprüchen übermittelt wird, abweichen, oder deren Äquivalente als darin eingeschlossen anzusehen.
Bezugszeichenliste

2: proximale Endseitenverbindungsgliednabe
3: distale Endseitenverbindungsgliednabe
4: Verbindungsgliedmechanismus
5: proximalseitiges Endverbindungsgliedelement
6: distalseitiges Endverbindungsgliedelement
7: Zwischenverbindungsgliedelement
51: Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung
53: Aktor
54: Steuereinrichtung
56: Anzeigeeinrichtung
57: Zielwerteingabeeinheit
57A: Eingabeteil für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten
57B: Druckbedienungseingabeteil
57x: Breitenrichtung-Zielwerteingabeteil
57y: Tiefenrichtung-Zielwerteingabeteil
57z: Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil
58: Eingabewandler
62: Zielwertanzeigeteil
65: Eingabetaste für numerische Werte
81 bis 86: Drucktasten
O: Ursprung
QA: Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe
QA': verlängerte Achse
QA: Mittelachse der distalen Endseitenverbindungsgliednabe
θ: Biegewinkel
ϕ: Schwenkwinkel

Claims

Bedienungseinrichtung, die zum Bedienen einer Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung konfiguriert ist, wobei die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung Folgendes beinhaltet: eine proximale Endseitenverbindungsgliednabe; eine distale Endseitenverbindungsgliednabe und drei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen, die jeweils die distale Endseitenverbindungsgliednabe mit der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe verbinden, so dass eine Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe geändert werden kann, wobei jeder der Verbindungsgliedmechanismen Folgendes beinhaltet: ein proximalseitiges Endverbindungsgliedelement, das ein Ende aufweist, das drehbar mit der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe verbunden ist; ein distalseitiges Endverbindungsgliedelement, das ein Ende aufweist, das mit der distalen Endseitenverbindungsgliednabe verbunden ist; und ein Zwischenverbindungsgliedelement, das entgegengesetzte Enden aufweist, die drehbar mit anderen Enden des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements bzw. des distalseitigen Endverbindungsgliedelements verbunden sind, wobei jeder der Verbindungsgliedmechanismen eine derartige Form aufweist, dass ein durch gerade Linien repräsentiertes geometrisches Modell des Verbindungsgliedmechanismus eine Symmetrie zwischen einem proximalen Endseitenabschnitt von diesem und einem distalen Endseitenabschnitt von diesem hinsichtlich eines Mittelabschnitts des Zwischenverbindungsgliedelements darstellt, wobei zwei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen unter den drei oder mehr Verbindungsgliedmechanismen jeweils mit einem Aktor ausgestattet sind, der eine Haltung eines distalen Endes, das heißt die Haltung der distalen Endseitenverbindungsgliednabe, bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe ändert, wobei die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung mit einer Steuereinrichtung, die zum Steuern der Aktoren konfiguriert ist, ausgestattet ist, und wobei die Bedienungseinrichtung zum Eingeben eines Zielwerts, zu dem die Haltung des distalen Endes geändert wird, über eine menschlich veranlasste Bedienung konfiguriert ist, wobei die Bedienungseinrichtung Folgendes umfasst: eine Zielwerteingabeeinheit, die einen Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Eingabe eines Bewegungsbetrags in eine Höhenrichtung oder einer Koordinatenposition in die Höhenrichtung zu ermöglichen, was bewirkt, dass die Haltung des distalen Endes nur in die Höhenrichtung entlang einer Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe geändert wird; und einen Eingabewandler, der zum Berechnen der Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung unter Verwendung eines Werts, der von einer Zielwerteingabeeinheit eingegeben wird, zum Berechnen eines Befehlsbetätigungsbetrags jedes Aktors aus einem Ergebnis der Berechnung und zum Eingeben des Befehlsbetätigungsbetrags in die Steuereinrichtung konfiguriert ist, wobei die Haltung des distalen Endes durch einen Biegewinkel und einen Schwenkwinkel repräsentiert wird, der Biegewinkel ein vertikaler Winkel ist, der gebildet wird, wenn eine Mittelachse der distalen Endseitenverbindungsgliednabe bezüglich der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe geneigt ist und der Schwenkwinkel ein horizontaler Winkel ist, der gebildet wird, wenn die Mittelachse der distalen Endseitenverbindungsgliednabe bezüglich der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe geneigt ist.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Höhenrichtung-Zielwerteingabeteil den Bewegungsbetrag in die Höhenrichtung durch einen Betätigungsbetrag, der von einer Bedienungszeit einer Drucktaste oder einer Häufigkeit der Drucktaste abhängt, designiert.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zielwerteingabeeinheit einen Eingabeteil für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten beinhaltet, der zum Eingeben einer Koordinatenposition in jede Richtung in einem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem, das einen auf der Mittelachse der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe positionierten Ursprung aufweist, konfiguriert ist.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Eingabewandler die Haltung des distalen Endes der Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung unter Anwendung einer Konvergenzberechnung durch die Methode der kleinsten Quadrate basierend auf dem Wert, der durch die Zielwerteingabeeinheit eingegeben wird, berechnet.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, angenommen, dass ein Drehwinkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe βn ist, ein Winkel, der zwischen einer ersten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements, das drehbar mit dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement verbunden ist, und einer zweiten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements, das drehbar mit dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement verbunden ist, gebildet wird, γ ist, ein Winkel des Abstands in eine Umfangsrichtung jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements bezüglich eines proximalseitigen Endverbindungsgliedelements, das als eine Referenz dient, δn ist, der Biegewinkel θ ist und der Schwenkwinkel ϕ ist, der Eingabewandler eine inverse Transformation einer Formel durchführt, die durch cos(θ/2)·sinβn – sin(θ/2)·sin(ϕ + δn)·cosβn + sin(γ/2) = 0 ausgedrückt wird, um einen Drehwinkel jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements in der Haltung des distalen Endes als ein Ziel zu erhalten, und den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors aus einer Differenz zwischen dem erhaltenen Drehwinkel und dem Drehwinkel jedes gegenwärtigen proximalseitigen Endverbindungsgliedelements in der Haltung des distalen Endes berechnet.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, angenommen, dass ein Drehwinkel des proximalseitigen Endverbindungsgliedelements bezüglich der proximalen Endseitenverbindungsgliednabe βn ist, ein Winkel, der zwischen einer ersten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements, das drehbar mit dem proximalseitigen Endverbindungsgliedelement verbunden ist, und einer zweiten Verbindungsendachse des Zwischenverbindungsgliedelements, das drehbar mit dem distalseitigen Endverbindungsgliedelement verbunden ist, gebildet wird, γ ist, ein Winkel des Abstands in eine Umfangsrichtung jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements bezüglich eines proximalseitigen Endverbindungsgliedelements, das als eine Referenz dient, δn ist, der Biegewinkel θ ist und der Schwenkwinkel ϕ ist, der Eingabewandler eine inverse Transformation einer Formel durchführt, die durch cos(θ/2)·sinβn – sin(θ/2)·sin(ϕ + δn)·cosβn + sin(γ/2) = 0 ausgedrückt wird, zum Bilden einer Tabelle, die eine Beziehung zwischen der Haltung des distalen Endes und einem Drehwinkel jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements darstellt, einen Drehwinkel jedes proximalseitigen Endverbindungsgliedelements in der Haltung des distalen Endes als ein Ziel unter Verwendung der Tabelle erhält und den Befehlsbetätigungsbetrag jedes Aktors aus einer Differenz zwischen dem erhaltenen Drehwinkel und dem Drehwinkel jedes gegenwärtigen proximalseitigen Endverbindungsgliedelements berechnet.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Designierung einer dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition durch den Eingabeteil für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit unter Anwendung einer numerischen Eingabe durchgeführt wird.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Zielwerteingabeeinheit bewirkt, dass der Eingabeteil für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition unter Anwendung der numerischen Eingabe einer absoluten Koordinate bezüglich eines vorbestimmten Referenzpunkts durchführt.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Zielwerteingabeeinheit bewirkt, dass der Eingabeteil für dreidimensionale rechtwinklige Koordinaten der Zielwerteingabeeinheit die Designierung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatenposition unter Anwendung der numerischen Eingabe einer Differenz von einer gegenwärtigen Koordinatenposition zu einer Zielkoordinatenposition durchführt.
Bedienungseinrichtung für die Verbindungsgliedbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Eingabewandler Informationen über die Haltung des distalen Endes, die von der Zielwerteingabeeinheit bereitgestellt werden, in einen Betätigungsbetrag des Aktors unter Verwendung einer vorbestimmten Transformationsformel umwandelt und den Betätigungsbetrag in die Steuereinrichtung eingibt.