JP2004276181A - Parallel link stage device - Google Patents

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JP2004276181A
JP2004276181A JP2003072235A JP2003072235A JP2004276181A JP 2004276181 A JP2004276181 A JP 2004276181A JP 2003072235 A JP2003072235 A JP 2003072235A JP 2003072235 A JP2003072235 A JP 2003072235A JP 2004276181 A JP2004276181 A JP 2004276181A
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JP
Japan
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parallel link
end effector
link stage
control
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Withdrawn
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JP2003072235A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Ouchi
孝司 大内
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Olympus Corp
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Olympus Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain uneven speed of a parallel link stage and the generation of vibration while using a general personal computer. <P>SOLUTION: This parallel link stage device 1 includes: a parallel link stage 2 and a control part 3 for controlling the operation thereof. The control part 3 includes: a trajectory command generating part 17 generating a command value representing the position and angle of an end effector part 5 at prescribed intervals of control; a reverse kinematic operating part 18 for calculating the travel of an actuator 9 according to a generated command value; and a servo part 16 for calculating a control signal given to the actuator 9 according to the calculated travel. A buffer part 15 for storing the travel for two or more times calculated in the reverse kinematic operating part 18 to be sequentially output to a servo part 16 at every period of control is provided between the reverse kinematic operating part 18 and the servo part 16. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パラレルリンク機構を用いた精密ステージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、並進3自由度と回転3自由度、計6自由度の相対運動が可能なパラレルリンク機構を用いた精密ステージが知られている。この精密ステージ100は、図3に示されるように、全体の基台となるベース部100aと、試料など作業対象物を搭載するエンドエフェクタ部100bと、駆動源となる超音波モータ100cと、該超音波モータ100cによって移動するスライダ部100dと、該スライダ部100dの移動量を検出する光学スケール100gと、前記スライダ部100dと前記エンドエフェクタ部100bとの間を機械的に接続する可動リンク部100eと、前記エンドエフェクタ部100bと前記可動リンク部100eとの間、および、前記可動リンク部100eと前記スライダ部100dとの間を回転方向の自由度を保って接続する軸受け部100fとから構成されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
前記精密ステージ100において、前記ベース部100aおよび前記エンドエフェクタ部100bを除く他の部材は、目的とする自由度数に応じて複数個により構成されている。例えば、特許文献1においては6自由度の精密ステージが開示され、これらの部材は6個ずつ備えられている。
【0004】
また、前記精密ステージ100には、前記エンドエフェクタ部100bの移動経路、移動速度および目的位置を生成する軌道指令生成部101と、前記エンドエフェクタ部100bの位置から前記各スライダ部100dの移動位置および移動速度を算出する逆運動学演算部102と、該逆運動学演算部102の演算結果を指令値として前記各超音波モータ100cの駆動制御をするサーボ部103とが接続されている。
昨今のパーソナルコンピュータの高性能化および低価格化に伴い、前記軌道指令生成部101、逆運動学演算部102は、パーソナルコンピュータにおいて行うことが考えられる。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−98257号公報(図3,段落0022等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合には、パーソナルコンピュータにおいて、演算処理自体は高性能に行うことができるものの、パーソナルコンピュータのオペレーションシステムの処理内容が多岐にわたることから、ミリ秒オーダの正確な時間周期で演算結果をサーボ部103に出力することが困難である。その結果、ステージ部100の動作に速度ムラや不要な振動が発生すると言う不都合が考えられる。
【0007】
リアルタイム性の保証された特殊なオペレーションシステムの採用や、演算機能の一部をNC機能を持ったハードウェアに実施させる方法も考えられるが、精密ステージシステム全体のコストを増大させることになるという問題がある。
【0008】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、一般的なパーソナルコンピュータを使用しながら、速度ムラや振動の発生を抑制したパラレルリンクステージを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明は、ベース部と、該ベース部に対して間隔をあけて配置されるエンドエフェクタ部と、これらベース部とエンドエフェクタ部との間に配置された少なくとも3組のリンク部とを備えるパラレルリンクステージと、該パラレルリンクステージの動作を制御する制御部とを備え、前記各リンク部が、前記エンドエフェクタ部に揺動可能に連結された可動リンクと、該可動リンクに揺動可能に連結され、前記ベース部に固定されたアクチュエータを備える駆動リンクとからなり、前記制御部が、所定の制御間隔ごとの前記エンドエフェクタ部の位置や角度を示す指令値を生成する軌道指令生成部と、該軌道司令生成部により生成された指令値に基づいて、各駆動リンクのアクチュエータの移動量を算出する逆運動学演算部と、算出された移動量に基づいてアクチュエータに加える制御信号を算出するサーボ部とを備えるとともに、前記逆運動学演算部と前記サーボ部との間に、逆運動学演算部において算出された複数回分の移動量を格納し、所定の制御周期毎に逐次サーボ部に出力するバッファ部が設けられているパラレルリンクステージ装置を提供する。
【0010】
この発明によれば、軌道指令生成部の作動により生成された所定の制御間隔ごとのエンドエフェクタ部の位置や角度を示す指令値に基づいて、逆運動学演算部の作動により各駆動リンクのアクチュエータの移動量が算出される。算出された移動量は一旦バッファ部に蓄えられた後にサーボ部へ出力される。サーボ部は移動量を入力されると、該移動量に基づいて各アクチュエータに加える制御信号を算出し、これをアクチュエータに入力することにより駆動リンクが変位させられる。駆動リンクには可動リンクが揺動可能に連結され、可動リンクはエンドエフェクタ部に揺動可能に連結されているので、駆動リンクおよび可動リンクからなるリンク部は、アクチュエータの移動量に応じてエンドエフェクタ部を指令値によって示された位置や角度に一致させるように変位することになる。
【0011】
この場合において、バッファ部には複数回分の移動量が蓄えられ、所定の制御周期毎に逐次出力されるので、制御部の軌道指令生成部および逆運動学演算部は、アクチュエータの動作時には制御周期毎に演算を行う必要がない。その結果、制御部としてパーソナルコンピュータを用いても、サーボ部をミリ秒オーダの正確な制御周期で制御することが可能となり、エンドエフェクタ部の動作に速度ムラや不要な振動が発生することを防止することが可能となる。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のパラレルリンクステージ装置において、前記軌道指令生成部および前記逆運動学演算部が、パーソナルコンピュータにより構成されているパラレルリンクステージ装置を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態に係るパラレルリンクステージ装置について、図1を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1は、図1に示されるように、パラレルリンクステージ2とこれを制御する制御部3とから構成されている。
【0014】
パラレルリンクステージ2は、外部構造物に固定されるベース部4と、該ベース部4に対して間隔をあけて配置されるエンドエフェクタ部5と、これらベース部4とエンドエフェクタ部5との間に配置された6組のリンク部6とを備えている。
前記ベース部4およびエンドエフェクタ部5は、例えば、円板状に形成されている。ベース部4は、例えば、外部構造物に固定されることにより水平状態に維持されるようになっている。また、エンドエフェクタ部5には、作業対象物を搭載した状態に保持する治具(図示略)が設けられている。
【0015】
前記各リンク部6は、ベース部4に取り付けられる駆動リンク7と、エンドエフェクタ部5に取り付けられる可動リンク8とを連結することにより構成されている。
前記駆動リンク7は、例えば、超音波リニアモータからなるアクチュエータ9と、該アクチュエータ9により直線移動させられるスライダ10と、該スライダ10の変位量を検出可能な光学スケール11とを備えている。アクチュエータ9は、水平状態のベース部4に、所定の傾斜角度、例えば、0°〜45°の角度をなして固定されている。
【0016】
前記可動リンク8は、一定長さを有する棒状部材であって、その両端にはボールジョイントからなる上部ジョイント12および下部ジョイント13が取り付けられており、一端の上部ジョイント12はエンドエフェクタ部5の下面に取り付けられ、他端の下部ジョイント13は、前記駆動リンク7のスライダ10に取り付けられている。
また、前記光学スケール11は、前記アクチュエータ9の本体に固定され、スライダ10のストローク変化を検出して、制御部3に送るようになっている。
【0017】
前記制御部3は、パーソナルコンピュータ14と、該パーソナルコンピュータ14に接続されたバッファボックス15と、該バッファボックス15に接続されたモータコントローラ/ドライバ16(サーボ部)とを備えている。
前記パーソナルコンピュータ14は、軌道指令生成部17と逆運動学演算部18とを備えている。軌道指令生成部17は、所定の制御間隔ごとのエンドエフェクタ部5の位置や角度を示す指令値を生成するようになっている。また、前記逆運動学演算部18は、前記軌道指令生成部17により生成された指令値に基づいて、各駆動リンク7のアクチュエータ9におけるスライダ10の移動量を算出するようになっている。
【0018】
前記バッファボックス15は、逆運動学演算部18により算出されたスライダ10の移動量を格納するメモリ(図示略)を備え、所定の制御間隔をあけた複数のエンドエフェクタ部5の位置や角度を達成するためのスライダ10の移動量を複数回分格納するようになっている。そして、格納されているスライダ10の移動量のうち、最も古いデータをモータコントローラ/ドライバ16に出力するようになっている。
【0019】
前記モータコントローラ/ドライバ16は、前記バッファボックス15から入力されたスライダ10の移動量と、前記光学スケール11から入力されたストローク変化とに基づいて、アクチュエータ9を作動させるようになっている。これらパーソナルコンピュータ14、バッファボックス15およびモータコントローラ/ドライバ16は高速通信手段19によって接続されている。高速通信手段19は、パラレルリンクステージ2の制御周期に対して十分に短い時間でデータ通信を行うことができる通信手段である。
【0020】
このように構成された本実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1を用いて、作業対象物の位置および姿勢を所望の位置および姿勢に変化させる場合には、パーソナルコンピュータ14の作動により、作業対象物を搭載しているエンドエフェクタ部5の位置および角度の指令値を生成する。パーソナルコンピュータ14においては、内部の軌道指令生成部17が作動され、指令値が、所定の制御間隔、例えば、数ミリ秒ごとに複数生成される。
【0021】
次いで、生成された指令値に基づいて、パーソナルコンピュータ14内の逆運動学演算部18が作動され、各指令値に対応する各駆動リンク7のスライダ10の移動量が算出される。算出された各スライダ10の移動量は、複数の指令値ごとに対応づけてバッファボックス15内に格納される。そして、所定数の移動量がバッファボックス15内に格納された状態で、バッファボックス15からモータコントローラ/ドライバ16へ、古いデータから順に、前記制御間隔ごとに出力される。
【0022】
モータコントローラ/ドライバ16では、各スライダ10の移動量に応じたアクチュエータ9の制御信号が生成され、アクチュエータ9に供給されるとともに、光学スケール11からの検出信号が、スライダ10の移動量に一致するように調整される。アクチュエータ9は、供給された制御信号に応じてスライダ10を移動させる。スライダ10には、可動リンク8の一端に設けられた下部ジョイント13が取り付けられているので、可動リンク8が変位させられる。また可動リンク8の他端には上部リンク12を介してエンドエフェクタ部5が取り付けられているので、可動リンク8の変位によりエンドエフェクタ部5が移動させられ、エンドエフェクタ部5上の作業対象物の位置および姿勢が変化させられる。
【0023】
このように、本実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1によれば、パーソナルコンピュータ14における演算結果がそのままモータコントローラ/ドライバ16へ入力されるのではなく、一端バッファボックス15に蓄えられた後に、あらかじめ定められた所定の制御間隔ごとにモータコントローラ/ドライバ16へ出力される。したがって、パーソナルコンピュータ14内では、厳密に制御間隔ごとに演算を終了して結果を出力する必要がない。すなわち、パーソナルコンピュータ14は比較的短いミリ秒オーダーの正確な周期で作動する必要がなく、特殊なオペレーティングシステムやハードウェア化を行うことなく、市販の一般的なパーソナルコンピュータで済むことになる。そして、本実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1によれば、このような一般的なパーソナルコンピュータ14を用いても、エンドエフェクタ部5に搭載された作業対象物の変位の際における速度ムラや振動を防止することができるという効果がある。
【0024】
次に、上述した第1の実施形態に係るパラレルリンクステージ装置1を備えた組立調整装置20について、図2を参照して説明する。
この組立調整装置20は、全体制御を行う全体制御コンピュータ21と、上記パラレルリンクステージ装置1と、全体制御コンピュータ21によって制御されるロボットコントローラ22と、該ロボットコントローラ22により制御されるロボット23とを備えている。
【0025】
前記全体制御コンピュータ21は、パーソナルコンピュータであって、前記パラレルリンクステージ装置1の制御部3を構成するパーソナルコンピュータ14と高速通信手段24により接続されている。
前記ロボット23は、前記パラレルリンクステージ2のエンドエフェクタ部5に搭載する作業対象物を把持するハンド25や、作業対象物の位置や姿勢を検出するカメラ26等を空間的に移動させる装置であり、全体制御コンピュータ21からの指令を受けたロボットコントローラ22の作動により、作動させられるようになっている。図中、符号27は作業対象物である複数の部品を配置しておく部品パレットを示している。
【0026】
このように構成された組立調整装置20の作用について以下に説明する。
まず、全体制御コンピュータ21からの指示を受けたロボットコントローラ22が、ロボット23を作動させて、部品パレット27から目的の部品を取り出す位置にハンド25およびカメラ26を配置する。ハンド25およびカメラ26が所定の位置に配置されると、カメラ26が作動させられ、部品パレット27上の作業対象物が撮像される。撮像された画像データは全体制御コンピュータ21に送られ、そこで画像処理によって作業対象物の位置や姿勢が認識される。全体制御コンピュータ21は、認識された作業対象物の位置や姿勢に基づいて該作業対象物を把持し得る位置および姿勢にハンド25を配置するようロボットコントローラ22に指示を送る。ロボットコントローラ22は全体制御コンピュータ21から送られた指示に基づいてロボット23を作動させた後、ハンド25を作動させて作業対象物を把持する。
【0027】
把持された作業対象物は、ロボットコントローラ22によるロボット23の作動により、パラレルリンクステージ2のエンドエフェクタ部5上に搬送され、エンドエフェクタ部5に搭載される。そして、図示しない治具の作動により作業対象物がエンドエフェクタ部5上に固定される。
その後、パラレルリンクステージ装置1の作動により、パラレルリンクステージ2が作業対象物を組立に適した適正な位置および姿勢となるように変位させられる。
【0028】
この場合において、バッファボックス15に格納されている複数の演算結果を適正な制御間隔ごとにパラレルリンクステージ2に出力するので、パラレルリンクステージ2は不要な振動のないスムーズな移動動作を達成することができる。したがって、治具に保持された作業対象物の振動による予期せぬ位置ずれが発生することを未然に防止することができる。その結果、次にハンド25によって把持した部品を、エンドエフェクタ部5上の作業対象物に干渉させずに、無理なく組み付けることができる。
【0029】
なお、上記実施形態においては、パラレルリンクステージ装置1の制御部3とは別個に全体制御コンピュータ21を設けることとしたが、これに代えて、全体制御コンピュータ21にパラレルリンクステージ装置1の制御部3を含めることにしてもよい。これにより、より安価な組立調整装置20を提供することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るパラレルリンクステージ装置によれば、パラレルリンクステージの速度ムラや不要な振動を抑制して、スムーズに作動させることができる。特に、パラレルリンクステージを部品の組立に使用する場合には、組み立てる相手部品との干渉を生ずることなく、適正に組み立てることができる。また、特殊な制御装置を使用することなく、一般的なパーソナルコンピュータの使用を可能にして、製品コストを低減することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係るパラレルリンクステージ装置を示すブロック図である。
【図2】図1のパラレルリンクステージ装置を利用した組立調整装置の一例を示すブロック図である。
【図3】従来のパラレルリンクステージ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 パラレルリンクステージ装置
2 パラレルリンクステージ
3 制御部
4 ベース部
5 エンドエフェクタ部
6 リンク部
7 駆動リンク
8 可動リンク
9 アクチュエータ
15 バッファボックス(バッファ部)
16 モータコントローラ/ドライバ(サーボ部)
17 軌道指令生成部
18 逆運動学演算部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a precision stage using a parallel link mechanism.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A precision stage using a parallel link mechanism capable of performing a relative movement of a total of six degrees of freedom, including three degrees of freedom of translation and three degrees of rotation, has been known. As shown in FIG. 3, the precision stage 100 includes a base 100a serving as a whole base, an end effector 100b on which a work object such as a sample is mounted, an ultrasonic motor 100c serving as a driving source, A slider portion 100d moved by an ultrasonic motor 100c, an optical scale 100g for detecting a movement amount of the slider portion 100d, and a movable link portion 100e for mechanically connecting the slider portion 100d and the end effector portion 100b. And a bearing portion 100f that connects between the end effector portion 100b and the movable link portion 100e and between the movable link portion 100e and the slider portion 100d while maintaining a degree of freedom in the rotational direction. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
In the precision stage 100, a plurality of members other than the base portion 100a and the end effector portion 100b are formed according to a desired degree of freedom. For example, Patent Literature 1 discloses a precision stage having six degrees of freedom, and these members are provided six by six.
[0004]
Also, the precision stage 100 includes a trajectory command generation unit 101 that generates a movement path, a movement speed, and a target position of the end effector unit 100b, and a movement position of each of the slider units 100d based on the position of the end effector unit 100b. An inverse kinematics operation unit 102 for calculating a moving speed and a servo unit 103 for controlling the driving of each ultrasonic motor 100c using the operation result of the inverse kinematics operation unit 102 as a command value are connected.
With the recent high performance and low price of personal computers, it is conceivable that the trajectory command generation unit 101 and the inverse kinematics calculation unit 102 are performed by a personal computer.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-98257 (FIG. 3, paragraph 0022, etc.)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this case, although the arithmetic processing itself can be performed at a high performance in the personal computer, the processing result of the operation system of the personal computer is diversified, so that the arithmetic result is calculated at an accurate time period on the order of milliseconds. It is difficult to output to the servo unit 103. As a result, it is conceivable that the operation of the stage unit 100 may have uneven speed or unnecessary vibration.
[0007]
It is possible to adopt a special operation system that guarantees real-time performance, or to implement a part of the arithmetic function by hardware having an NC function. However, this increases the cost of the entire precision stage system. There is.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a parallel link stage that suppresses the occurrence of speed unevenness and vibration while using a general personal computer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 provides a base, an end effector disposed at a distance from the base, and at least three sets of link units disposed between the base and the end effector. And a control unit for controlling the operation of the parallel link stage, wherein each of the link units is swingably connected to the end effector unit, and A trajectory command that is movably connected and includes a drive link including an actuator fixed to the base unit, wherein the control unit generates a command value indicating a position and an angle of the end effector unit at predetermined control intervals. A generation unit; an inverse kinematics calculation unit that calculates the amount of movement of the actuator of each drive link based on the command value generated by the trajectory command generation unit; A servo unit that calculates a control signal to be applied to the actuator based on the moved amount, and a plurality of movements calculated in the inverse kinematics calculation unit between the inverse kinematics calculation unit and the servo unit. Provided is a parallel link stage device provided with a buffer unit for storing an amount and sequentially outputting the amount to a servo unit at a predetermined control cycle.
[0010]
According to the present invention, the actuator of each drive link is operated by the operation of the inverse kinematics calculation unit based on the command value indicating the position and angle of the end effector unit for each predetermined control interval generated by the operation of the trajectory command generation unit. Is calculated. The calculated movement amount is temporarily stored in the buffer unit and then output to the servo unit. When the servo unit receives the movement amount, the servo unit calculates a control signal to be applied to each actuator based on the movement amount and inputs the control signal to the actuator to displace the drive link. A movable link is swingably connected to the drive link, and the movable link is swingably connected to the end effector unit. Therefore, the link portion including the drive link and the movable link is moved in accordance with the amount of movement of the actuator. The effector unit is displaced so as to match the position and angle indicated by the command value.
[0011]
In this case, since the movement amount for a plurality of times is stored in the buffer unit and is sequentially output at each predetermined control cycle, the trajectory command generation unit and the inverse kinematics calculation unit of the control unit perform the control cycle when the actuator operates. There is no need to perform calculations every time. As a result, even if a personal computer is used as the control unit, it is possible to control the servo unit with an accurate control cycle on the order of milliseconds, preventing the end effector unit from generating speed irregularities and unnecessary vibration. It is possible to do.
[0012]
The invention according to claim 2 provides the parallel link stage device according to claim 1, wherein the trajectory command generation unit and the inverse kinematics calculation unit are configured by a personal computer.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A parallel link stage device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a parallel link stage device 1 according to the present embodiment includes a parallel link stage 2 and a control unit 3 that controls the parallel link stage.
[0014]
The parallel link stage 2 includes a base section 4 fixed to an external structure, an end effector section 5 disposed at an interval from the base section 4, and a section between the base section 4 and the end effector section 5. And six sets of link portions 6 arranged at the same position.
The base unit 4 and the end effector unit 5 are formed, for example, in a disk shape. The base portion 4 is maintained in a horizontal state, for example, by being fixed to an external structure. Further, the end effector unit 5 is provided with a jig (not shown) for holding the work object mounted.
[0015]
Each link section 6 is configured by connecting a drive link 7 attached to the base section 4 and a movable link 8 attached to the end effector section 5.
The drive link 7 includes, for example, an actuator 9 composed of an ultrasonic linear motor, a slider 10 linearly moved by the actuator 9, and an optical scale 11 capable of detecting a displacement of the slider 10. The actuator 9 is fixed to the base portion 4 in a horizontal state at a predetermined inclination angle, for example, an angle of 0 ° to 45 °.
[0016]
The movable link 8 is a rod-shaped member having a fixed length. An upper joint 12 and a lower joint 13 formed of ball joints are attached to both ends of the movable link 8, and the upper joint 12 at one end is a lower surface of the end effector unit 5. And the lower joint 13 at the other end is attached to the slider 10 of the drive link 7.
The optical scale 11 is fixed to the main body of the actuator 9, and detects a change in the stroke of the slider 10 and sends it to the control unit 3.
[0017]
The control unit 3 includes a personal computer 14, a buffer box 15 connected to the personal computer 14, and a motor controller / driver 16 (servo unit) connected to the buffer box 15.
The personal computer 14 includes a trajectory command generator 17 and an inverse kinematics calculator 18. The trajectory command generator 17 generates command values indicating the position and angle of the end effector unit 5 at predetermined control intervals. Further, the inverse kinematics calculation unit 18 calculates the amount of movement of the slider 10 in the actuator 9 of each drive link 7 based on the command value generated by the trajectory command generation unit 17.
[0018]
The buffer box 15 includes a memory (not shown) for storing the amount of movement of the slider 10 calculated by the inverse kinematics calculation unit 18, and stores the positions and angles of the plurality of end effector units 5 at predetermined control intervals. The amount of movement of the slider 10 to achieve this is stored for a plurality of times. Then, the oldest data among the stored movement amounts of the slider 10 is output to the motor controller / driver 16.
[0019]
The motor controller / driver 16 operates the actuator 9 based on the movement amount of the slider 10 input from the buffer box 15 and the stroke change input from the optical scale 11. These personal computer 14, buffer box 15 and motor controller / driver 16 are connected by high-speed communication means 19. The high-speed communication unit 19 is a communication unit that can perform data communication in a sufficiently short time with respect to the control cycle of the parallel link stage 2.
[0020]
The operation of the thus configured parallel link stage device 1 according to the present embodiment will be described below.
When the position and orientation of the work target are changed to desired positions and postures using the parallel link stage device 1 according to the present embodiment, the end on which the work target is mounted is operated by the operation of the personal computer 14. A command value for the position and angle of the effector unit 5 is generated. In the personal computer 14, the internal trajectory command generation unit 17 is operated, and a plurality of command values are generated at predetermined control intervals, for example, every several milliseconds.
[0021]
Next, based on the generated command value, the inverse kinematics operation unit 18 in the personal computer 14 is operated, and the movement amount of the slider 10 of each drive link 7 corresponding to each command value is calculated. The calculated movement amount of each slider 10 is stored in the buffer box 15 in association with each of a plurality of command values. Then, in a state where a predetermined number of movement amounts are stored in the buffer box 15, the data is output from the buffer box 15 to the motor controller / driver 16 in order from the oldest data at the control intervals.
[0022]
In the motor controller / driver 16, a control signal of the actuator 9 according to the movement amount of each slider 10 is generated and supplied to the actuator 9, and the detection signal from the optical scale 11 matches the movement amount of the slider 10. Is adjusted as follows. The actuator 9 moves the slider 10 according to the supplied control signal. Since the lower joint 13 provided at one end of the movable link 8 is attached to the slider 10, the movable link 8 is displaced. Further, since the end effector unit 5 is attached to the other end of the movable link 8 via the upper link 12, the end effector unit 5 is moved by the displacement of the movable link 8, and the work object on the end effector unit 5 is moved. Is changed.
[0023]
As described above, according to the parallel link stage device 1 according to the present embodiment, the calculation result in the personal computer 14 is not directly input to the motor controller / driver 16, but is stored in the buffer box 15 once. It is output to the motor controller / driver 16 at predetermined control intervals. Therefore, in the personal computer 14, there is no need to end the calculation strictly at each control interval and output the result. In other words, the personal computer 14 does not need to operate at a relatively short, accurate period of the order of milliseconds, and can be a commercially available general personal computer without a special operating system or hardware. According to the parallel link stage device 1 according to the present embodiment, even when such a general personal computer 14 is used, the speed unevenness and the vibration when the work object mounted on the end effector unit 5 is displaced. There is an effect that can be prevented.
[0024]
Next, an assembly adjustment device 20 including the parallel link stage device 1 according to the above-described first embodiment will be described with reference to FIG.
The assembling adjustment device 20 includes an overall control computer 21 for performing overall control, the parallel link stage device 1, a robot controller 22 controlled by the overall control computer 21, and a robot 23 controlled by the robot controller 22. Have.
[0025]
The general control computer 21 is a personal computer, and is connected to a personal computer 14 constituting the control unit 3 of the parallel link stage device 1 by a high-speed communication unit 24.
The robot 23 is a device that spatially moves a hand 25 that grips a work target mounted on the end effector unit 5 of the parallel link stage 2, a camera 26 that detects the position and posture of the work target, and the like. The operation is performed by the operation of the robot controller 22 which receives a command from the overall control computer 21. In the drawing, reference numeral 27 denotes a component pallet on which a plurality of components as work objects are arranged.
[0026]
The operation of the assembling adjustment device 20 configured as described above will be described below.
First, the robot controller 22 that has received an instruction from the overall control computer 21 operates the robot 23 and places the hand 25 and the camera 26 at a position where a target component is taken out from the component pallet 27. When the hand 25 and the camera 26 are arranged at predetermined positions, the camera 26 is operated, and the work target on the component pallet 27 is imaged. The captured image data is sent to the overall control computer 21, where the position and orientation of the work target are recognized by image processing. The overall control computer 21 sends an instruction to the robot controller 22 to arrange the hand 25 at a position and a posture at which the work object can be gripped based on the recognized position and posture of the work object. The robot controller 22 activates the robot 23 based on the instruction sent from the overall control computer 21 and then activates the hand 25 to grip the work target.
[0027]
The gripped work target is conveyed onto the end effector unit 5 of the parallel link stage 2 by the operation of the robot 23 by the robot controller 22 and mounted on the end effector unit 5. Then, the operation target is fixed on the end effector unit 5 by the operation of a jig (not shown).
Thereafter, the operation of the parallel link stage device 1 causes the parallel link stage 2 to displace the work object so as to be in an appropriate position and posture suitable for assembly.
[0028]
In this case, since the plurality of calculation results stored in the buffer box 15 are output to the parallel link stage 2 at appropriate control intervals, the parallel link stage 2 achieves a smooth movement operation without unnecessary vibration. Can be. Therefore, it is possible to prevent an unexpected displacement from occurring due to the vibration of the work object held by the jig. As a result, the component gripped by the hand 25 can be assembled without causing interference with the work target on the end effector unit 5.
[0029]
In the above embodiment, the general control computer 21 is provided separately from the control unit 3 of the parallel link stage device 1. However, instead of this, the general control computer 21 is provided with the control unit of the parallel link stage device 1. 3 may be included. This makes it possible to provide a less expensive assembly adjustment device 20.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the parallel link stage device of the present invention, it is possible to suppress uneven speed and unnecessary vibration of the parallel link stage, and to operate the parallel link stage smoothly. In particular, when the parallel link stage is used for assembling parts, it is possible to assemble properly without causing interference with a partner part to be assembled. In addition, there is an effect that a general personal computer can be used without using a special control device, and the product cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a parallel link stage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of an assembling adjustment device using the parallel link stage device of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional parallel link stage device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Parallel link stage apparatus 2 Parallel link stage 3 Control part 4 Base part 5 End effector part 6 Link part 7 Drive link 8 Movable link 9 Actuator 15 Buffer box (buffer part)
16 Motor controller / driver (servo unit)
17 Orbit command generation unit 18 Inverse kinematics calculation unit

Claims (2)

ベース部と、該ベース部に対して間隔をあけて配置されるエンドエフェクタ部と、これらベース部とエンドエフェクタ部との間に配置された少なくとも3組のリンク部とを備えるパラレルリンクステージと、該パラレルリンクステージの動作を制御する制御部とを備え、
前記各リンク部が、前記エンドエフェクタ部に揺動可能に連結された可動リンクと、該可動リンクに揺動可能に連結され、前記ベース部に固定されたアクチュエータを備える駆動リンクとからなり、
前記制御部が、所定の制御間隔ごとの前記エンドエフェクタ部の位置や角度を示す指令値を生成する軌道指令生成部と、該軌道司令生成部により生成された指令値に基づいて、各駆動リンクのアクチュエータの移動量を算出する逆運動学演算部と、算出された移動量に基づいてアクチュエータに加える制御信号を算出するサーボ部とを備えるとともに、
前記逆運動学演算部と前記サーボ部との間に、逆運動学演算部において算出された複数回分の移動量を格納し、所定の制御周期毎に逐次サーボ部に出力するバッファ部が設けられているパラレルリンクステージ装置。
A parallel link stage including a base, an end effector disposed at an interval with respect to the base, and at least three sets of links disposed between the base and the end effector; A control unit for controlling the operation of the parallel link stage,
The link section includes a movable link swingably connected to the end effector section, and a drive link that is swingably connected to the movable link and includes an actuator fixed to the base section,
A trajectory command generation unit configured to generate a command value indicating a position and an angle of the end effector unit for each predetermined control interval; and a drive link based on the command value generated by the trajectory command generation unit. An inverse kinematics calculation unit that calculates the amount of movement of the actuator, and a servo unit that calculates a control signal to be applied to the actuator based on the calculated amount of movement,
A buffer unit is provided between the inverse kinematics calculation unit and the servo unit, which stores a plurality of movement amounts calculated in the inverse kinematics calculation unit and sequentially outputs the movement amounts to the servo unit at a predetermined control cycle. Parallel link stage equipment.
前記軌道指令生成部および前記逆運動学演算部が、パーソナルコンピュータにより構成されている請求項1に記載のパラレルリンクステージ装置。The parallel link stage device according to claim 1, wherein the trajectory command generation unit and the inverse kinematics calculation unit are configured by a personal computer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008129994A (en) * 2006-11-24 2008-06-05 Mitsubishi Electric Corp Numerical control system
JP2010003955A (en) * 2008-06-23 2010-01-07 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Processing device for solid surface

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