JP2007140575A - パラレルメカニズム装置、パラレルメカニズム装置のキャリブレーション方法、キャリブレーションプログラム、及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】取得部114は、パラレルメカニズム工作機械1の基準座標系6とすべく当該パラレルメカニズム工作機械1の機械テーブル3上に予め設定された基準座標系6におけるエンドエフェクタ20の位置座標及び姿勢角度座標の全部又は一部と、当該位置座標及び姿勢角度座標の全部又は一部とから逆運動学を用いて算出された駆動軸座標とを所定の測定方法を用いることにより取得する。算出部113は、これらの座標を用いて、パラレルメカニズム機構4の順運動学及び逆運動学のいずれか一方の運動学を記述する関係式を直接用いることにより機構パラメータを算出する。
【選択図】図2
Description
本実施形態は、エンドエフェクタ20のジョイント位置を3次元測定機などを使って求めておき、機構パラメータのうち当該ジョイント位置を固定して他の機構パラメータを算出する形態である。そして、本実施形態においては、ダイヤルゲージを用いて、精密に加工された上面を持つ基準穴に基づいて姿勢角度を含めて手動ハンドル操作による精密位置決めを行うデータ取得方法を用いている。この方法においては、数値制御装置100に設定されている機構パラメータでの座標系の原点と、基準座標系6の原点とは大きく異なっていてもよい。この方法は、XYZABCの各軸をすべて手動でハンドル操作し、エンドエフェクタ20を治具70の基準穴71へ位置決めしていく。本実施形態では、エンドエフェクタのジョイントの位置ベクトルT[j](j=1, 2, 3, 4, 5, 6)は既知として、これを除く機構パラメータを算出するとして説明する。この手動ハンドル操作による位置決め方法は、通常の5軸機での調整作業に似ているため、機械調整者が馴染みやすいという特徴がある。また、既に設置されている既存の工作機械に対しても、新たな改造を必要とせず実施できるという特徴を有する。
図7は、本発明に係る実施形態2のデータ取得方法を説明するための模式図であり、(a)は取得工程実行時における調整用工具の先端部付近の模式図、(b)はY軸方向から見た側面図をそれぞれ表す。本実施形態は、平面上の1点と面直ベクトルとで規定される基準平面が基準形状物として所定の位置に形成されている、大きさ(形状特定情報の一形態)が既知の直方体ブロック610を使用する。
図8は、本発明に係る実施形態3のデータ取得方法を説明するための模式図であり、(a)は取得工程実行時における調整用工具の先端部付近の模式図、(b)は(a)をX軸に平行な面で縦断した断面図、(c)はZ軸方向から見た上面図をそれぞれ表す。まず、半径(形状特定情報の一形態)Rが既知である基準円筒面(基準形状物の一形態であり、当該基準円筒面の側面は基準形状物の表面の一形態である)630のいくつかが所定の位置に形成されている治具611を基準座標系6上の既知の位置に正確に設置する。ここで、「正確に設置する」とは、基準円筒面630の中心線上の1点の座標(Xc,Yc,Zc)(以下、当該中心線上の1点の座標を基準円筒面630の中心座標として用いる。また、当該中心座標は、基準形状物の位置座標としての意味を持つ。)と、当該基準円筒面630の中心線方向の単位ベクトルとの正確な値が確定するように設置するということである。
図10は、本発明に係る実施形態4のデータ取得方法を説明するための模式図であり、(a)は取得工程実行時における調整用工具の先端部付近の模式図、(b)は(a)の拡大図をそれぞれ表す。まず、所定の位置に半径(形状特定情報の一形態)Rが既知である基準球(基準形状物の一形態)650が所定の位置に形成された治具613を基準座標系6上の既知の位置に正確に設置する。ここで、「正確に設置する」とは、基準座標系6における基準球650の中心座標(Xc,Yc,Zc)の正確な値が確定するように設置するということである。
図11は、本発明に係る実施形態5のデータ取得方法を説明するための模式図であり、(a)は取得工程実行時における調整用工具の先端部付近の模式図、(b)はDBB装置の拡大図をそれぞれ表す。まず、基準座標系6上の既知の位置に、DBB装置(相対距離測長器の一形態)660を設置する。このとき、DBB装置660の固定側球662の中心座標の正確な値が確定するように設置する。また、この図11においては、治具614の面上にDBB装置660を設置する形態を示してある。
(A)以上説明した実施形態においては、6×6パラレルメカニズム工作機械(エンドエフェクタのジョイント数が6個、ベースのジョイント数が6個)について説明したが、本発明の実施形態はそれに限られず、ロボットやマニュピレータ、さらには計測装置等であってパラレルメカニズム機構を備えた装置全般に適用可能である。また、工作機械においても、6×6パラレルメカニズム工作機械のみならず、例えば、図12に示す3×3パラレルメカニズム工作機械(エンドエフェクタのジョイント数が3個、ベースのジョイント数が3個)についても適用可能である。
10 ベース
20 エンドエフェクタ
31〜36 ストラット
3 機械テーブル
50 調整用工具
70 治具
71 基準穴
100 数値制御装置
113 算出部
114 取得部
121 座標駆動制御部
122 方位駆動制御部
131 測定方法選択部
132 誤差評価関数記憶部
Claims (15)
- 所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
複数の駆動軸を含み、前記ベースに前記エンドエフェクタを保持するパラレルリンク機構と、
で構成されるパラレルメカニズム機構と、
前記パラレルメカニズム機構の運動学に基づいて前記駆動軸を駆動することで、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する数値制御装置と、
を少なくとも備えたパラレルメカニズム装置であって、
前記パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系において、前記エンドエフェクタと主軸を一致させて取り付けられた調整用工具を所定の測定方法に基づいて既知の位置に位置決めする位置決め手段と、
前記位置決め手段により前記調整用工具が位置決めされたときに、当該位置決め手段で用いられた測定方法を指定する測定方法選択コードに応じた形式を有するデータであって、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータと前記基準座標系との相関関係を規定するデータである取得データを取得する取得手段と、
前記取得データを用いて、前記パラレルメカニズム機構の順運動学を記述する関係式を直接用いることにより少なくとも前記機構パラメータを算出する算出手段と、
を備えることを特徴とするパラレルメカニズム装置。 - 前記測定方法選択コードを選択する測定方法選択手段と、
前記測定方法選択手段により選択された前記測定方法選択コードにより指定され、かつ前記取得データを評価する関数であって、前記パラレルメカニズム機構の順運動学を記述する関係式としての誤差評価関数を少なくとも1つ記憶する誤差評価関数記憶手段と、
をさらに備え、
前記算出手段は、前記誤差評価関数記憶手段に記憶されている誤差評価関数の中から、前記測定方法選択コードにより指定される誤差評価関数を抽出して使用することで、前記機構パラメータを同定するために充分な組数に亘る前記誤差評価関数の和を最小にする機構パラメータを算出することを特徴とする請求項1記載のパラレルメカニズム装置。 - 前記算出手段は、前記機構パラメータを同定するために充分な組数に亘る前記誤差評価関数の和を各機構パラメータにより偏微分した値をゼロとして得られる非線形連立方程式の解として当該算出手段に最初に与えられた機構パラメータを初期値とし、漸近法を用いて得られた前記非線形連立方程式の解を算出すべき機構パラメータとして得ることを特徴とする請求項2記載のパラレルメカニズム装置。
- 前記取得手段は前記取得データとして、
前記基準座標系における前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の少なくとも一部を規定するエンドエフェクタ位置規定情報と、
位置決めされた前記エンドエフェクタの位置と前記機構パラメータとの相関関係を規定する駆動軸取得座標と、
を取得することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のパラレルメカニズム装置。 - 前記調整用工具は、座標調整部と姿勢調整部とを備えており、
前記位置決め手段は、前記基準座標系の所定の位置に形成され、穴中心軸に垂直な基準平面と穴中心軸を中心軸とする円筒形状の側面とを有する基準穴と前記座標調整部による測定値とから前記調整用工具の前記基準座標系での位置決め位置が特定できる位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより位置座標を固定し、前記姿勢調整部を主軸中心線回りに回転させ、前記姿勢調整部の回転面と前記基準平面との相対関係から前記エンドエフェクタの姿勢のうち前記主軸中心線の傾きを表す2つの姿勢角度座標を前記基準座標系において特定できる姿勢位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより前記エンドエフェクタの前記2つの姿勢角度座標を固定し、
前記取得手段は、前記エンドエフェクタ位置規定情報として、当該位置決め位置における前記エンドエフェクタの前記基準座標系での位置座標及び前記2つの姿勢角度座標を取得することを特徴とする請求項4記載のパラレルメカニズム装置。 - 前記誤差評価関数は、前記エンドエフェクタ位置規定情報である前記エンドエフェクタの前記基準座標系での位置座標及び姿勢角度座標のうちの少なくとも一部の座標と、前記駆動軸取得座標に基づき順運動学により算出された位置座標及び姿勢角度座標のうちの少なくとも一部の座標との差であって、対応する座標同士の差である位置決め誤差により規定されることを特徴とする請求項4又は5に記載のパラレルメカニズム装置。
- 前記誤差評価関数は、前記位置決め誤差に対して、座標ごとに所定の誤差評価係数を掛けることを特徴とする請求項6記載のパラレルメカニズム装置。
- 前記調整用工具は、少なくとも先端球半径と工具長とが既知の球形プローブを備えて構成され、
前記位置決め手段は、前記基準座標系において、位置座標及び形状特定情報が既知である基準形状物に前記球形プローブを接触させることにより位置決めし、
前記取得手段は、前記エンドエフェクタ位置規定情報として、前記基準形状物の位置座標及び形状特定情報を取得し、
前記誤差評価関数は、前記基準形状物の位置座標及び形状特定情報で規定される当該基準形状物の表面と前記駆動軸取得座標に基づき順運動学により算出された前記球形プローブの先端球の中心座標を中心とし球形プローブの半径を半径とする球との距離である位置決め誤差により規定されることを特徴とする請求項4記載のパラレルメカニズム装置。 - 前記位置決め手段は、前記基準座標系において、固定側球の中心の位置座標が既知であり、当該基準座標系の所定の位置に設置された相対距離測長器の可動側球の中心に一致するように固定された前記調整用工具の先端を前記相対距離測長器の計測可能範囲に位置決めし、
前記取得手段は、前記エンドエフェクタ位置規定情報として、前記可動側球の中心と前記固定側球の中心との距離から一定量の誤差である原点オフセット量を除いた距離であり前記相対距離測長器により求められる測長値及び前記固定側球の中心の位置座標を取得することを特徴とする請求項4記載のパラレルメカニズム装置。 - 前記誤差評価関数は、前記駆動軸取得座標に基づき順運動学により算出された前記調整用工具の先端の位置座標が示す点と前記相対距離測長器の前記固定側球の中心の位置座標が示す点との距離と、前記測長値と前記原点オフセット量との和で表される距離との差である位置決め誤差により規定され、前記算出手段は前記機構パラメータに加え当該誤差評価関数において当該位置決め誤差の算出に必要である前記原点オフセット量を算出することを特徴とする請求項9記載のパラレルメカニズム装置。
- 前記駆動軸取得座標は前記数値制御装置が保持する駆動軸座標であることを特徴とする請求項4乃至10のいずれかに記載のパラレルメカニズム装置。
- 前記駆動軸取得座標は前記数値制御装置が保持する位置決め指令値であり、
前記算出手段は、前記数値制御装置に設定されている機構パラメータに基づく逆運動学により当該位置決め指令値を駆動軸座標に変換した後、当該駆動軸座標を用いて、少なくとも前記機構パラメータを算出することを特徴とする請求項4乃至10のいずれかに記載のパラレルメカニズム装置。 - 所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
複数の駆動軸を含み、前記ベースに前記エンドエフェクタを保持するパラレルリンク機構と、
で構成されるパラレルメカニズム機構と、
前記パラレルメカニズム機構の運動学に基づいて前記駆動軸を駆動することで、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する数値制御装置と、
を少なくとも備えたパラレルメカニズム装置のキャリブレーション方法であって、
前記パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系において、前記エンドエフェクタと主軸を一致させて取り付けられた調整用工具を所定の測定方法に基づいて既知の位置に位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め手段により前記調整用工具が位置決めされたときに、当該位置決め手段で用いられた測定方法を指定する測定方法選択コードに応じた形式を有するデータであって、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータと前記基準座標系との相関関係を規定するデータである取得データを取得する取得工程と、
前記取得データを用いて、前記パラレルメカニズム機構の順運動学を記述する関係式を直接用いることにより少なくとも前記機構パラメータを算出する算出工程と、
を備えることを特徴とするパラレルメカニズム装置のキャリブレーション方法。 - 所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
複数の駆動軸を含み、前記ベースに前記エンドエフェクタを保持するパラレルリンク機構と、
で構成されるパラレルメカニズム機構と、
前記パラレルメカニズム機構の運動学に基づいて前記駆動軸を駆動することで、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する数値制御装置と、
を少なくとも備えたパラレルメカニズム装置のキャリブレーションプログラムであって、
前記パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系において、前記エンドエフェクタと主軸を一致させて取り付けられた調整用工具が所定の測定方法に基づいて既知の位置に位置決めされたときに取得され、当該位置決め手段で用いられた測定方法を指定する測定方法選択コードに応じた形式を有するデータであって、かつ前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータと前記基準座標系との相関関係を規定するデータである取得データを取り込み、当該取得データを用いて、前記パラレルメカニズム機構の順運動学を記述する関係式を直接用いることにより少なくとも前記機構パラメータを算出する算出工程としてコンピュータを機能させることを特徴とするパラレルメカニズム装置のキャリブレーションプログラム。 - 所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
複数の駆動軸を含み、前記ベースに前記エンドエフェクタを保持するパラレルリンク機構と、
で構成されるパラレルメカニズム機構と、
前記パラレルメカニズム機構の運動学に基づいて前記駆動軸を駆動することで、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する数値制御装置と、
を少なくとも備えたパラレルメカニズム装置のキャリブレーションプログラムであって、
前記パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系において、前記エンドエフェクタと主軸を一致させて取り付けられた調整用工具が所定の測定方法に基づいて既知の位置に位置決めされたときに取得され、当該位置決め手段で用いられた測定方法を指定する測定方法選択コードに応じた形式を有するデータであって、かつ前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータと前記基準座標系との相関関係を規定するデータである取得データを取り込み、当該取得データを用いて、前記パラレルメカニズム機構の順運動学を記述する関係式を直接用いることにより少なくとも前記機構パラメータを算出する算出工程をコンピュータに実行させるためのキャリブレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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