JP2013198942A - Control method of link actuation device and its control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method used in a link actuation device which can perform operation in a wide actuation range while being compact in size, and capable of performing accurate positioning operation at a high speed.SOLUTION: A link actuation device 51 is connected to a link hub 2 at a base end side so that a link hub 3 at a tip side can be changed in attitude via three or more sets of link mechanisms 4, and arbitrarily changes an attitude of the link hub 3 at the tip side with respect to the link hub 2 at the base end side by using actuators 53 arranged at the two or more link mechanisms 4. Operation at each actuator 53 is controlled by synchronous control for making all the actuators 53 simultaneously started in operation and simultaneously completed in operation, and there is performed attitude control for changing the link hub 3 at the tip side to an arbitrary attitude. Deceleration times of all the actuators 53 are set in the vicinity of one cycle of a resonance frequency possessed by the link actuation device 51, and the synchronous control and the attitude control are performed.

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とするリンク作動装置の制御方法、およびその制御装置に関する。   The present invention relates to a control method for a link operating device that requires a precise and wide operating range, such as medical equipment and industrial equipment, and a control device therefor.

リンク機構本体を具備する作業装置の一例が特許文献1に、医療機器や産業機器等に用いられるリンク作動装置の一例が特許文献2にそれぞれ開示されている。   An example of a working device having a link mechanism main body is disclosed in Patent Document 1, and an example of a link actuating device used for medical equipment, industrial equipment, and the like is disclosed in Patent Document 2, respectively.

特開2000−94245号公報JP 2000-94245 A 米国特許第5,893,296号明細書US Pat. No. 5,893,296

特許文献1のリンク機構本体は、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定するには、リンク長さを長くする必要がある。それにより、機構全体の寸法が大きくなって、装置が大型になってしまうという問題があった。また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招く。そのため、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートの可搬重量も小さいものに制限されるという問題もあった。これらの理由から、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が要求される医療機器等に用いるのは難しい。   Since the link mechanism main body of patent document 1 has a small operating angle of each link, in order to set the operating range of a traveling plate large, it is necessary to lengthen a link length. Thereby, there existed a problem that the dimension of the whole mechanism became large and an apparatus became large. Further, when the link length is increased, the rigidity of the entire mechanism is reduced. For this reason, there is a problem that the weight of the tool mounted on the traveling plate, that is, the transportable weight of the traveling plate is limited to a small one. For these reasons, it is difficult to use in a medical device or the like that requires a precise and wide range of operation while having a compact configuration.

特許文献2のリンク作動装置は、3節連鎖のリンク機構を3組以上設けた構成としたことにより、コンパクトな構成でありながら、精密で広範な作動範囲の動作が可能である。しかし、この構成のリンク作動装置は、リンク機構を介して基端側部材に対する先端側部材の位置および姿勢を変更するため、先端側部材の位置および姿勢の変更を高速で行う場合、リンク機構の剛性により先端側部材の位置決めが完了するまでの時間である整定時間が長くなるといった問題があった。   The link actuating device of Patent Document 2 has a configuration in which three or more three-link linkage mechanisms are provided, so that it can operate in a precise and wide range of operation while having a compact configuration. However, the link actuating device having this configuration changes the position and posture of the distal end member relative to the proximal end member via the link mechanism. There is a problem that the settling time, which is the time until the positioning of the distal end side member is completed, becomes long due to the rigidity.

この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができるリンク作動装置に適用され、先端側部材の高速で高精度の位置決め動作を実現することが可能な制御方法を提供することである。
この発明の他の目的は、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、先端側部材の高速で高精度の位置決め動作を実現することが可能なリンク作動装置の制御装置を提供することである。
An object of the present invention is a control that can be applied to a link actuator capable of operating in a wide operating range while having a compact configuration, and can realize a high-speed and high-precision positioning operation of a tip side member. Is to provide a method.
Another object of the present invention is to control a link operating device that can operate in a wide operating range and achieve a high-speed and high-accuracy positioning operation of a tip side member while having a compact configuration. Is to provide a device.

この発明のリンク作動装置の制御方法は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法である。
この制御方法は、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うことを特徴とする。なお、ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブに搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。
In the link actuator control method according to the present invention, the link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms. The proximal end and distal end end link members, one end of which is rotatably connected to the proximal end link hub and the distal end link hub, and the other ends of the proximal end and distal end end link members And each link mechanism has a geometric model expressing the link mechanism as a straight line, a proximal end portion and a distal end with respect to a central portion of the central link member. An act of having a shape symmetrical to the side portion, and allowing two or more of the three or more sets of link mechanisms to arbitrarily change the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub In link actuator provided with a mediator, a method of controlling the operation of the actuator.
In this control method, the operation of each actuator is controlled by synchronous control in which all of the actuators start operation at the same time and the operation is completed at the same time, and the link hub on the distal end side is in an arbitrary posture. The posture control to be changed is performed, and the synchronization control and the posture control are performed by setting the deceleration time of all the actuators in the vicinity of one cycle of the resonance frequency of the link actuator. In addition, the resonance frequency said here is a resonance frequency in the state which installed the object in the link hub of the front end side.

同時制御を行うことで、すべてのアクチュエータが同時に動作を完了するため、動作完了時における各リンク機構から先端側のリンクハブに作用する力のバランスが良くなり、先端側のリンクハブの整定時間が短くなる。なお、整定時間は、アクチュエータの動作完了から先端側のリンクハブが完全に静止するまでの時間のことである。   By performing simultaneous control, all actuators complete their operations at the same time, so the balance of the forces acting on the link hub on the tip side from each link mechanism at the completion of the operation is improved, and the settling time of the link hub on the tip side is improved. Shorter. The settling time is the time from the completion of the operation of the actuator until the link hub on the distal end side completely stops.

さらに、先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの減速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータの動作完了後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。なお、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの位置が変わると同時に姿勢も変わるので、位置決め動作は姿勢変更動作と同じ意味である。   Furthermore, since the link hub on the tip side vibrates in a direction that cancels acceleration after about half a cycle of the resonance frequency, if the deceleration time of the actuator is set near one cycle of the resonance frequency of the link actuator, When performing step acceleration to accelerate, the vibration of the link hub on the tip side after step acceleration is reduced. As a result, the vibration of the link hub on the distal end side after the operation of the actuator is reduced even at high speed operation, and the link hub on the distal end side can be positioned at high speed and with high accuracy. Note that the positioning operation has the same meaning as the posture changing operation because the position of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side changes at the same time.

前記減速時間は、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期の範囲内に設定するのが良い。
正弦波が最大振幅となるのは、0.75周期と1.25周期である。そこで、減速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、減速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期としている。
The deceleration time is preferably set within a range of 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator.
The maximum amplitude of the sine wave is 0.75 period and 1.25 period. Therefore, in order to avoid a state of oscillating with the maximum amplitude after completion of deceleration, the deceleration time is set to 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator.

この発明において、前記すべてのアクチュエータの加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行っても良い。
先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの加速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、始動時に発生する先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。
In the present invention, the synchronization control and the attitude control may be performed by setting the acceleration time of all the actuators in the vicinity of one cycle of the resonance frequency of the link actuator.
The link hub on the tip side vibrates in a direction that cancels acceleration after about half a cycle of the resonance frequency. Therefore, if the acceleration time of the actuator is set near one cycle of the resonance frequency of the link actuator, the link hub accelerates periodically. When performing step acceleration, vibration of the link hub on the tip side after step acceleration is reduced. As a result, the vibration of the link hub on the distal end side that occurs at the time of starting is reduced, and the link hub on the distal end side can be positioned at high speed and with high accuracy.

前記加速時間は、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期の範囲内に設定するのが良い。
正弦波が最大振幅となるのは、0.75周期と1.25周期である。そこで、加速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、加速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期としている。
The acceleration time is preferably set within a range of 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator.
The maximum amplitude of the sine wave is 0.75 period and 1.25 period. Therefore, in order to avoid a state of oscillating at the maximum amplitude after completion of acceleration, the acceleration time is set to 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator.

この発明において、前記姿勢制御は、目標となる前記先端側のリンクハブの姿勢から前記アクチュエータごとに指令動作量を決定し、前記同期制御は、前記すべてのアクチュエータの指令動作量の比率により各アクチュエータの動作速度を設定すると良い。
リンク作動装置の姿勢制御時には、各アクチュエータの指令動作量が異なるため、その比率により指令速度を設定すれば、容易に同期制御が可能になる。
In the present invention, the attitude control determines a command operation amount for each actuator from a target attitude of the link hub on the distal end side, and the synchronous control determines each actuator according to a ratio of the command operation amounts of all the actuators. It is good to set the operation speed.
At the time of controlling the attitude of the link actuator, the command operation amount of each actuator is different. Therefore, if the command speed is set according to the ratio, synchronous control can be easily performed.

前記各アクチュエータの指令動作量は、次のようにして求めることができる。すなわち、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式を逆変換することにより、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。
この手法によると、容易に指令動作量を求めることができ、姿勢制御が簡略になる。
The command operation amount of each actuator can be obtained as follows. That is, the rotation angle of the end link member on the base end side with respect to the link hub on the base end side is βn, the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the base end side, The angle formed by the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the front end side is γ, and the end link members on the base end side with respect to the reference end link member on the base end side Is the vertical angle at which the central axis of the link hub on the distal end side is inclined with respect to the central axis of the link hub on the proximal end side, and θ is the central axis of the link hub on the proximal end side. When the horizontal angle at which the central axis of the link hub on the tip side is inclined is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
The target rotation angle of each base end side end link member in the posture control is obtained by inversely transforming the expression represented by the formula, and the target rotation angle and each base end side end are obtained. The command operation amount of each actuator is calculated based on a difference from the current rotation angle of the partial link member.
According to this method, the command operation amount can be easily obtained, and posture control is simplified.

また、前記各アクチュエータの指令動作量は、次のようにして求めてもよい。すなわち、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式を逆変換することにより、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢と、前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルを用いて、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出する。
この手法によると、事前に基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢と各基端側の端部リンク部材の回転角との関係をテーブル化しておくことにより、上記式を用いた指令動作量の計算時間が短くすることができ、より一層高速な姿勢制御が可能となる。
Further, the command operation amount of each actuator may be obtained as follows. That is, the rotation angle of the end link member on the base end side with respect to the link hub on the base end side is βn, the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the base end side, The angle formed by the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the front end side is γ, and the end link members on the base end side with respect to the reference end link member on the base end side Is the vertical angle at which the central axis of the link hub on the distal end side is inclined with respect to the central axis of the link hub on the proximal end side, and θ is the central axis of the link hub on the proximal end side. When the horizontal angle at which the central axis of the link hub on the tip side is inclined is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
A table showing the relationship between the posture of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub and the rotation angle of the end link member on each proximal end side by inversely transforming the expression expressed by The target rotation angle of each base end side end link member in the posture control is obtained using this table, and the target rotation angle and each base end side end link member are obtained. The command operation amount of each actuator is calculated based on the difference from the current rotation angle.
According to this technique, the above formula was used by preliminarily tabulating the relationship between the attitude of the distal-side link hub with respect to the proximal-side link hub and the rotation angle of each proximal-side end link member. The calculation time of the command operation amount can be shortened, and the posture control can be performed at higher speed.

前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をVn、ベース速度をV、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβn、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβn´とした場合に、

Figure 2013198942
で表される式を用いて計算すると良い。
上記式を用いることで、ベース速度Vは各アクチュエータの動作速度Vnの合成速度となり、どのような状況においても基端側のリンクハブの移動速度がほぼ一定となるように制御できる。 The operating speed of each actuator is Vn, the base speed is V, the current rotation angle of the end link member on the base end side is βn, and the end link member on the base end side in the posture control is When the target rotation angle is βn ′,
Figure 2013198942
It is good to calculate using the formula represented by.
By using the above formula, the base speed V becomes the combined speed of the operating speed Vn of each actuator, and can be controlled so that the moving speed of the link hub on the base end side is almost constant in any situation.

また、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をVn、最高速度をVmax、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβn、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβn´、(βn´−βn)の最大値をΔβmaxとした場合に、
Vn=Vmax(βn´−βn)/Δβmax
で表される式を用いて計算しても良い。
この場合は、常に少なくても1つのアクチュエータを最高速度で位置決め駆動することができ、基端側のリンクハブの移動速度が最大となるように制御できる。
The operating speed of each actuator is Vn, the maximum speed is Vmax, the current rotation angle of the end link member on the base end side is βn, and the end link on the base end side in the posture control When the target rotation angle of the member is βn ′ and the maximum value of (βn′−βn) is Δβmax,
Vn = Vmax (βn′−βn) / Δβmax
You may calculate using the formula represented by these.
In this case, at least one actuator can always be positioned and driven at the maximum speed, and the movement speed of the link hub on the base end side can be controlled to be maximum.

この発明において、前記3組以上のリンク機構のすべてに、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設け、これら各アクチュエータを冗長制御により制御すると良い。
冗長制御を行うことで、先端側のリンクハブがどのような姿勢である場合においても、各アクチュエータの駆動バランスを良くすることができ、また先端側のリンクハブの整定時間を短くできる。さらに、アクチュエータおよびその周辺部分のガタやリンク機構のガタを詰めるように制御できるため、アクチュエータを停止した後のガタによる先端側のリンクハブの振動を抑制でき、整定時間が短くなる。
In this invention, it is preferable that all of the three or more sets of link mechanisms are provided with actuators for arbitrarily changing the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub, and these actuators are controlled by redundant control. .
By performing redundancy control, the driving balance of each actuator can be improved regardless of the posture of the link hub on the distal end side, and the settling time of the link hub on the distal end side can be shortened. Furthermore, since it is possible to control the backlash of the actuator and its peripheral part and the backlash of the link mechanism, the vibration of the link hub on the tip side due to the backlash after stopping the actuator can be suppressed, and the settling time is shortened.

この発明において、前記先端側のリンクハブに前記リンク作動装置の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサを設置し、その信号から共振周波数測定器により共振周波数を計算し、その計算結果から前記アクチュエータの加速時間および減速時間の設定値を更新すると良い。
先端負荷やリンク作動装置の剛性が変わっても、容易に加速時間および減速時間を更新できるため、どのような状況においてもアクチュエータを停止した後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、高速で高精度の位置決め動作が可能となる。
In this invention, a resonance frequency detection sensor for detecting the resonance frequency of the link actuator is installed in the link hub on the distal end side, and the resonance frequency is calculated from the signal by a resonance frequency measuring device. It is recommended to update the set values of acceleration time and deceleration time of the actuator.
Even if the tip load or the rigidity of the link actuator changes, the acceleration time and deceleration time can be easily updated, so the vibration of the link hub on the tip side after stopping the actuator is reduced in any situation and at high speed. High-precision positioning operation is possible.

前記共振周波数検出用センサとして加速度ピックアップを用い、かつ前記共振周波数測定器としてFFTアナライザを用いると良い。
加速度ピックアップは小型で設置しやすく、FFTアナライザは容易に加速時間および減速時間を設定できる。
An acceleration pickup may be used as the resonance frequency detection sensor, and an FFT analyzer may be used as the resonance frequency measuring device.
The acceleration pickup is small and easy to install, and the FFT analyzer can easily set the acceleration time and deceleration time.

この発明のリンク作動装置の制御装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたことを特徴とする。   The control device for the link actuating device according to the present invention connects the link hub on the distal end side to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms, The proximal end and distal end end link members, one end of which is rotatably connected to the proximal end link hub and the distal end link hub, and the other ends of the proximal end and distal end end link members And each link mechanism has a geometric model expressing the link mechanism as a straight line, a proximal end portion and a distal end with respect to a central portion of the central link member. An act of having a shape symmetrical to the side portion, and allowing two or more of the three or more sets of link mechanisms to arbitrarily change the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub An apparatus for controlling the operation of the actuator in a link actuator provided with an eta, and the operation for each actuator by synchronous control for controlling all of the actuators to start and complete simultaneously. And controlling the position of the link hub on the distal end side to an arbitrary position, setting the deceleration time of all the actuators to around one cycle of the resonance frequency of the link actuator, A synchronization / attitude control means for performing synchronization control and attitude control is provided.

同時制御を行うことで、すべてのアクチュエータが同時に動作を完了するため、動作完了時における各リンク機構から先端側のリンクハブに作用する力のバランスが良くなり、先端側のリンクハブの整定時間が短くなる。   By performing simultaneous control, all actuators complete their operations at the same time, so the balance of the forces acting on the link hub on the tip side from each link mechanism at the completion of the operation is improved, and the settling time of the link hub on the tip side is improved. Shorter.

さらに、先端側のリンクハブは共振周波数の約半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、アクチュエータの減速時間がリンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定されていると、周期的に加速するステップ加速を行う場合に、ステップ加速後の先端側のリンクハブの振動が小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータの動作完了後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、先端側のリンクハブを高速で高精度の位置決め動作させることが可能となる。   Furthermore, since the link hub on the tip side vibrates in a direction that cancels acceleration after about half a cycle of the resonance frequency, if the deceleration time of the actuator is set near one cycle of the resonance frequency of the link actuator, When performing step acceleration to accelerate, the vibration of the link hub on the tip side after step acceleration is reduced. As a result, the vibration of the link hub on the distal end side after the operation of the actuator is reduced even at high speed operation, and the link hub on the distal end side can be positioned at high speed and with high accuracy.

この発明のリンク作動装置の制御方法は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができるリンク作動装置に適用することができ、先端側部材である先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作を実現できる。   In the link actuator control method according to the present invention, the link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms. The proximal end and distal end end link members, one end of which is rotatably connected to the proximal end link hub and the distal end link hub, and the other ends of the proximal end and distal end end link members And each link mechanism has a geometric model expressing the link mechanism as a straight line, a proximal end portion and a distal end with respect to a central portion of the central link member. An act of having a shape symmetrical to the side portion, and allowing two or more of the three or more sets of link mechanisms to arbitrarily change the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub A method for controlling the operation of the actuator in a link actuating device provided with an etater, the operation for each actuator being performed by synchronous control for controlling all of the actuators to start and complete simultaneously. And controlling the position of the link hub on the distal end side to an arbitrary position, setting the deceleration time of all the actuators to around one cycle of the resonance frequency of the link actuator, Because it performs synchronous control and attitude control, it can be applied to a link actuator that can operate in a wide range of operation while having a compact configuration, and at the high speed of the link hub on the tip side that is the tip side member. A highly accurate positioning operation can be realized.

この発明のリンク作動装置の制御装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたため、コンパクトな構成でありながら、広範な作動範囲で動作を行うことができ、先端側部材である先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作を実現できる。   The control device for the link actuating device according to the present invention connects the link hub on the distal end side to the link hub on the proximal end side so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms, The proximal end and distal end end link members, one end of which is rotatably connected to the proximal end link hub and the distal end link hub, and the other ends of the proximal end and distal end end link members And each link mechanism has a geometric model expressing the link mechanism as a straight line, a proximal end portion and a distal end with respect to a central portion of the central link member. An act of having a shape symmetrical to the side portion, and allowing two or more of the three or more sets of link mechanisms to arbitrarily change the attitude of the distal end side link hub relative to the proximal end side link hub An apparatus for controlling the operation of the actuator in a link actuator provided with an eta, and the operation for each actuator by synchronous control for controlling all of the actuators to start and complete simultaneously. And controlling the position of the link hub on the distal end side to an arbitrary position, setting the deceleration time of all the actuators to around one cycle of the resonance frequency of the link actuator, Synchronous and attitude control means for performing synchronization control and attitude control are provided, so that it can operate in a wide range of operation while having a compact configuration, and high speed and high accuracy of the link hub on the tip side, which is the tip side member. Positioning operation can be realized.

この発明の制御方法が適用されるリンク作動装置の一実施形態の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part of one Embodiment of the link actuator with which the control method of this invention is applied. 同リンク作動装置のリンク機構本体の一状態を示す一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part which shows one state of the link mechanism main body of the link actuating device. 同リンク作動装置のリンク機構本体の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted one part which shows the different state of the link mechanism main body of the same link actuator. 同リンク作動装置のリンク機構本体を3次元的に表わした斜視図である。It is the perspective view which represented the link mechanism main body of the link actuating device three-dimensionally. 同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。It is the figure which expressed one link mechanism of the link actuating device with a straight line. 同リンク作動装置のリンク機構本体の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the link mechanism main part of the link actuator. 同リンク作動装置の基端側の端部リンク部材の回転角を示す図である。It is a figure which shows the rotation angle of the edge part link member of the base end side of the same link action | operation apparatus. 制御パラメータの時間と速度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between time and speed of a control parameter. 加減速時間が一定である場合の加減速度を整定時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the acceleration / deceleration when the acceleration / deceleration time is constant and the settling time. 指令速度が一定である場合の加減速度を整定時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between settling time and acceleration / deceleration when a command speed is constant. 指令速度が一定である場合の加減速時間と整定時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the acceleration / deceleration time and settling time in case command speed is constant. 共振周波数の1周期分のステップ加速を加えた場合の先端側のリンクハブの振動の振幅を示すグラフである。It is a graph which shows the amplitude of vibration of the link hub of the tip side at the time of applying step acceleration for one period of resonance frequency. この発明の制御方法が適用されるリンク作動装置の他の実施形態の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part of other embodiment of the link actuator with which the control method of this invention is applied. 同リンク作動装置のリンク機構本体の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the link mechanism main part of the link actuator. 図14の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. この発明の他の制御方法が適用されるリンク作動装置の一例の一部を省略した正面図である。It is the front view which abbreviate | omitted a part of example of the link actuator to which the other control method of this invention is applied.

この発明にかかる制御方法が適用されたリンク作動装置の一実施形態を図1〜図7と共に説明する。図1に示すように、このリンク作動装置51は、リンク機構本体1と、このリンク機構本体1を支持する基台52と、リンク機構本体1を作動させる複数(後記リンク機構4と同数)のアクチュエータ53と、これらアクチュエータ53を制御する制御装置58とを備える。この例では、制御装置58がコントローラ54内に設けられているが、制御装置58はコントローラ54と別に設けてもよい。   An embodiment of a link actuator to which a control method according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the link actuating device 51 includes a link mechanism main body 1, a base 52 that supports the link mechanism main body 1, and a plurality (the same number as the link mechanism 4 described later) that actuates the link mechanism main body 1. Actuators 53 and a control device 58 for controlling the actuators 53 are provided. In this example, the control device 58 is provided in the controller 54, but the control device 58 may be provided separately from the controller 54.

リンク機構本体1から説明する。図2および図3はリンク機構本体1のそれぞれ異なる状態を示す正面図であり、このリンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3を3組のリンク機構4を介して姿勢変更可能に連結したものである。図2および図3では、1組のリンク機構4のみが示されている。   The link mechanism main body 1 will be described. 2 and 3 are front views showing different states of the link mechanism main body 1. The link mechanism main body 1 has three sets of link mechanisms 4 in which the link hub 3 on the distal end side is linked to the link hub 2 on the proximal end side. It is connected so that the posture can be changed via. 2 and 3, only one set of link mechanisms 4 is shown.

図4は、リンク機構本体1を三次元的に表わした斜視図である。各リンク機構4は、基端側の端部リンク部材5、先端側の端部リンク部材6、および中央リンク部材7で構成され、4つの回転対偶からなる3節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材5,6はL字状をなし、基端がそれぞれ基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材7は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材5,6の先端がそれぞれ回転自在に連結されている。   FIG. 4 is a perspective view showing the link mechanism body 1 three-dimensionally. Each link mechanism 4 includes a base end side end link member 5, a front end side end link member 6, and a central link member 7, and forms a three-joint link mechanism including four rotating pairs. The end link members 5 and 6 on the base end side and the front end side are L-shaped, and the base ends are rotatably connected to the link hub 2 on the base end side and the link hub 3 on the front end side, respectively. The central link member 7 is rotatably connected to the distal ends of the end link members 5 and 6 on the proximal end side and the distal end side at both ends.

基端側および先端側の端部リンク部材5,6は球面リンク構造で、3組のリンク機構4における球面リンク中心PA,PB(図2、図3)は一致しており、また、その球面リンク中心PA,PBからの距離Dも同じである。端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。   The end link members 5 and 6 on the base end side and the front end side have a spherical link structure, and the spherical link centers PA and PB (FIGS. 2 and 3) in the three sets of link mechanisms 4 coincide with each other, and the spherical surfaces thereof The distance D from the link centers PA and PB is the same. The central axis of each rotational pair of the end link members 5 and 6 and the central link member 7 may have a certain crossing angle or may be parallel.

つまり、3組のリンク機構4は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材5,6,7を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材7の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図5は、一組のリンク機構4を直線で表現した図である。   That is, the three sets of link mechanisms 4 have the same geometric shape. The geometrically identical shape is a geometric model in which the link members 5, 6, and 7 are expressed by straight lines, that is, a model that is expressed by each rotation pair and a straight line connecting these rotation pairs. The base end side part and the front end side part with respect to the center part of the are said to have a symmetrical shape. FIG. 5 is a diagram representing a set of link mechanisms 4 in a straight line.

この実施形態のリンク機構4は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6との位置関係が、中央リンク部材7の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。図2は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBとが同一線上にある状態を示し、図3は、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構4の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離Dは変化しない。   The link mechanism 4 of this embodiment is a rotationally symmetric type, and the positions of the proximal-side link hub 2 and the proximal-side end link member 5, the distal-side link hub 3 and the distal-side end link member 6. The relationship is a position configuration that is rotationally symmetric with respect to the center line C of the central link member 7. 2 shows a state where the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side are on the same line, and FIG. 3 shows the central axis of the link hub 2 on the proximal end side. A state in which the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side takes a predetermined operating angle with respect to QA is shown. Even if the posture of each link mechanism 4 changes, the distance D between the spherical link centers PA and PB on the proximal end side and the distal end side does not change.

基端側のリンクハブ2と先端側のリンクハブ3と3組のリンク機構4とで、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3が直交2軸方向に移動自在な2自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を、回転が2自由度で姿勢変更自在な機構である。この2自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBの折れ角θの最大値(最大折れ角)を約±90°とすることができる。また、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の旋回角φを0°〜360°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した水平角度のことである。   The link hub 2 on the proximal end side, the link hub 3 on the distal end side, and the three link mechanisms 4 allow the distal link hub 3 to move in the two orthogonal directions relative to the link hub 2 on the proximal end side. A degree mechanism is configured. In other words, it is a mechanism that can freely change the posture of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side with two degrees of freedom of rotation. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side can be widened. For example, the maximum value (maximum folding angle) of the bending angle θ between the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side can be set to about ± 90 °. Further, the turning angle φ of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2 can be set in a range of 0 ° to 360 °. The bending angle θ is a vertical angle in which the central axis QB of the distal end side link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 2, and the turning angle φ is the proximal end side link hub. This is a horizontal angle at which the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side is inclined with respect to the central axis QA of the second axis.

このリンク機構本体1において、各リンク機構4の端部リンク部材5,6の軸部材13(図6)の角度、および長さが等しく、かつ基端側の端部リンク部材5と先端側の端部リンク部材6の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材7についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材7の対称面に対して、中央リンク部材7と端部リンク部材5,6との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6とは同じに動く。例えば、基端側と先端側のリンクハブ2,3にそれぞれの中心軸QA,QBと同軸に回転軸を設け、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手となる。この等速回転するときの中央リンク部材7の対称面を等速二等分面という。   In this link mechanism body 1, the angle and length of the shaft member 13 (FIG. 6) of the end link members 5 and 6 of each link mechanism 4 are equal, and the end link member 5 on the proximal end side and the distal end side link member 5 are on the distal end side. When the geometrical shape of the end link member 6 is equal and the shape of the central link member 7 is the same at the proximal end side, the central link member 7 and the end of the central link member 7 are symmetrical with respect to the symmetry plane of the central link member 7. If the angular positional relationship with the base link members 5 and 6 is the same between the base end side and the tip end side, the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 from the geometric symmetry, The distal end side link hub 3 and the distal end side end link member 6 move in the same manner. For example, when the rotation hubs are provided coaxially with the center axes QA and QB on the link hubs 2 and 3 on the proximal end side and the distal end side, and rotation is transmitted from the proximal end side to the distal end side, the proximal end side and the distal end side are It becomes a constant velocity universal joint that rotates at the same speed at the same rotation angle. The plane of symmetry of the central link member 7 when rotating at a constant speed is referred to as a uniform speed bisector.

このため、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3を共有する同じ幾何学形状のリンク機構4を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構4が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材7が等速二等分面上のみの動きに限定される。これにより、基端側と先端側とが任意の作動角をとっても、基端側と先端側とが等速回転する。   Therefore, by arranging a plurality of link mechanisms 4 having the same geometric shape sharing the base side link hub 2 and the tip side link hub 3 on the circumference, the plurality of link mechanisms 4 can move without contradiction. The central link member 7 is limited to movement only on the equal speed bisector. Thereby, even if the proximal end side and the distal end side have arbitrary operating angles, the proximal end side and the distal end side rotate at a constant speed.

基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3は、その中心部に貫通孔10が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。貫通孔10の中心はリンクハブ2,3の中心軸QA,QBと一致している。これら基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3の外周面の円周方向に等間隔の位置に、基端側の端部リンク部材5および先端側の端部リンク部材6がそれぞれ回転自在に連結されている。   The link hub 2 on the base end side and the link hub 3 on the front end side have a donut shape in which a through hole 10 is formed in the center portion along the axial direction and the outer shape is a spherical shape. The center of the through hole 10 coincides with the central axes QA and QB of the link hubs 2 and 3. The proximal end link member 5 and the distal end link member 6 rotate at equal intervals in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the proximal link hub 2 and distal link hub 3 respectively. It is connected freely.

図6は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶を示す断面図である。基端側のリンクハブ2は、前記軸方向の貫通孔10と外周側とを連通する半径方向の連通孔11が円周方向3箇所に形成され、各連通孔11内に設けた二つの軸受12により軸部材13がそれぞれ回転自在に支持されている。軸部材13の外側端部は基端側のリンクハブ2から突出し、その突出ねじ部13aに基端側の端部リンク部材5が結合され、ナット14によって締付け固定されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a rotational pair of the proximal-side link hub 2 and the proximal-side end link member 5 and a rotational end of the proximal-side end link member 5 and the central link member 7. In the link hub 2 on the base end side, radial communication holes 11 that communicate the axial through hole 10 and the outer peripheral side are formed at three locations in the circumferential direction, and two bearings provided in each communication hole 11. 12, shaft members 13 are rotatably supported. The outer end of the shaft member 13 protrudes from the link hub 2 on the base end side, and the end link member 5 on the base end side is coupled to the protruding screw portion 13 a and is fastened and fixed by a nut 14.

前記軸受12は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪(図示せず)が前記連通孔11の内周に嵌合し、その内輪(図示せず)が前記軸部材13の外周に嵌合している。外輪は止め輪15によって抜け止めされている。また、内輪と基端側の端部リンク部材5の間には間座16が介在し、ナット14の締付力が基端側の端部リンク部材5および間座16を介して内輪に伝達されて、軸受12に所定の予圧を付与している。   The bearing 12 is a rolling bearing such as a deep groove ball bearing, for example, and an outer ring (not shown) is fitted to the inner circumference of the communication hole 11, and an inner ring (not shown) is the outer circumference of the shaft member 13. Is fitted. The outer ring is retained by a retaining ring 15. Further, a spacer 16 is interposed between the inner ring and the end link member 5 on the base end side, and the tightening force of the nut 14 is transmitted to the inner ring via the end link member 5 and the spacer 16 on the base end side. Thus, a predetermined preload is applied to the bearing 12.

基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶は、中央リンク部材7の両端に形成された連通孔18に二つの軸受19が設けられ、これら軸受19により、基端側の端部リンク部材5の先端の軸部20が回転自在に支持されている。軸受19は、間座21を介して、ナット22によって締付け固定されている。   The rotating pair of the end link member 5 and the center link member 7 on the base end side is provided with two bearings 19 in communication holes 18 formed at both ends of the center link member 7. A shaft portion 20 at the tip of the end link member 5 is rotatably supported. The bearing 19 is fastened and fixed by a nut 22 via a spacer 21.

前記軸受19は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪(図示せず)が前記連通孔18の内周に嵌合し、その内輪(図示せず)が前記軸部20の外周に嵌合している。外輪は止め輪23によって抜け止めされている。軸部20の先端ねじ部20aに螺着したナット22の締付力が間座21を介して内輪に伝達されて、軸受19に所定の予圧を付与している。   The bearing 19 is a rolling bearing such as a deep groove ball bearing, for example, and an outer ring (not shown) is fitted to the inner circumference of the communication hole 18, and an inner ring (not shown) is the outer circumference of the shaft portion 20. Is fitted. The outer ring is retained by a retaining ring 23. A tightening force of the nut 22 screwed to the tip screw portion 20a of the shaft portion 20 is transmitted to the inner ring through the spacer 21 to apply a predetermined preload to the bearing 19.

以上、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶について説明したが、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶も同じ構成である(図示省略)。   The rotation pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 and the base end side end link member 5 and the central link member 7 have been described above. The rotation pair of the hub 3 and the end link member 6 on the front end side and the rotation pair of the end link member 6 and the center link member 7 on the front end side have the same configuration (not shown).

このように、各リンク機構4における4つの回転対偶、つまり、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7と回転対偶、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶に、軸受12,19を設けた構造とすることにより、各回転対偶での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。   Thus, the four rotation pairs in each link mechanism 4, that is, the rotation pair of the link hub 2 on the proximal end side and the end link member 5 on the proximal end side, the link hub 3 on the distal end side and the end link on the distal end side Bearings 12 and 19 are provided on the rotational pair of the member 6, the end link member 5 and the central link member 7 on the base end side, and the rotational pair of the end link member 6 and the central link member 7 on the distal end side. By adopting the structure, it is possible to reduce the rotational resistance by suppressing the frictional resistance at each rotational pair, and to ensure smooth power transmission and improve the durability.

この軸受12,19を設けた構造では、軸受12,19に予圧を付与することにより、ラジアル隙間とスラスト隙間をなくし、回転対偶のがたつきを抑えることができ、基端側のリンクハブ2側と先端側のリンクハブ3側間の回転位相差がなくなり等速性を維持できると共に振動や異音の発生を抑制できる。特に、前記軸受12,19の軸受隙間を負すきまとすることにより、入出力間に生じるバックラッシュを少なくすることができる。   In the structure in which the bearings 12 and 19 are provided, by applying a preload to the bearings 12 and 19, the radial gap and the thrust gap can be eliminated, and shakiness of the rotation pair can be suppressed. The rotational phase difference between the link hub 3 side on the side and the distal end side is eliminated, and the constant velocity can be maintained and the occurrence of vibration and abnormal noise can be suppressed. In particular, by setting the bearing clearance between the bearings 12 and 19 to be a negative clearance, backlash generated between input and output can be reduced.

軸受12を基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3に埋設状態で設けたことにより、リンク機構本体1全体の外形を大きくすることなく、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3の外形を拡大することができる。そのため、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3を他の部材に取付けるための取付スペースの確保が容易である。   By providing the bearing 12 embedded in the link hub 2 on the proximal end side and the link hub 3 on the distal end side, the outer shape of the entire link mechanism body 1 is not increased, and the link hub 2 on the proximal end side and the distal end side link hub 2 are The outer shape of the link hub 3 can be enlarged. Therefore, it is easy to secure a mounting space for mounting the proximal-side link hub 2 and the distal-side link hub 3 to other members.

図1において、基台52は縦長の部材であって、その上面にリンク機構本体1の基端側のリンクハブ2が固定されている。基台52の上部の外周にはつば状のアクチュエータ取付台55が設けられ、このアクチュエータ取付台55に前記アクチュエータ53が垂下状態で取付けられている。アクチュエータ53の数は、リンク機構4と同数の3個である。アクチュエータ53はロータリアクチュエータからなり、その出力軸に取付けたかさ歯車56と基端側のリンクハブ2の軸部材13(図6)に取付けた扇形のかさ歯車57とが噛み合っている。   In FIG. 1, a base 52 is a vertically long member, and a link hub 2 on the base end side of the link mechanism main body 1 is fixed to an upper surface thereof. A collar-shaped actuator mounting base 55 is provided on the outer periphery of the upper part of the base 52, and the actuator 53 is mounted on the actuator mounting base 55 in a suspended state. The number of actuators 53 is three, which is the same number as the link mechanism 4. The actuator 53 is a rotary actuator, and a bevel gear 56 attached to the output shaft of the actuator 53 and a fan-shaped bevel gear 57 attached to the shaft member 13 (FIG. 6) of the link hub 2 on the proximal end side mesh with each other.

このリンク作動装置51は、コントローラ54を操作して各アクチュエータ53を回転駆動することで、リンク機構本体1を作動させる。詳しくは、アクチュエータ53が回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車56,57を介して軸部材13に伝達されて、基端側のリンクハブ2に対する基端側の端部リンク部材5の角度が変更する。それにより、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の位置および姿勢(以下、「先端位置姿勢」とする)が決まる。ここでは、かさ歯車56、57を用いて基端側の端部リンク部材5の角度を変更しているが、その他の機構(例えば、平歯車やウォーム機構)でも良い。   The link actuating device 51 operates the link mechanism main body 1 by operating the controller 54 to rotationally drive each actuator 53. Specifically, when the actuator 53 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the shaft member 13 via a pair of bevel gears 56 and 57, and the angle of the end link member 5 on the base end side with respect to the link hub 2 on the base end side. Will change. As a result, the position and posture of the distal end side link hub 3 with respect to the proximal end side link hub 2 (hereinafter referred to as “front end position and posture”) are determined. Here, the angle of the end link member 5 on the base end side is changed using the bevel gears 56 and 57, but other mechanisms (for example, a spur gear or a worm mechanism) may be used.

リンク機構本体1を作動させるためのアクチュエータ53の回転駆動は、コントローラ54に設けられた指令操作器(図示せず)による指令に基づき、制御装置58による自動制御で行う。制御装置58は、コンピュータによる数値制御式のものであり、同期・姿勢制御手段58aを有する。同期・姿勢制御手段58aは、3つのアクチュエータ53のすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御と、アクチュエータ53ごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブ3を任意の姿勢に変更する姿勢制御とを行う。   The rotation of the actuator 53 for operating the link mechanism body 1 is performed by automatic control by the control device 58 based on a command from a command operating device (not shown) provided in the controller 54. The control device 58 is of a numerical control type by a computer and has synchronization / attitude control means 58a. The synchronization / attitude control means 58a controls the synchronization of the three actuators 53 so that all of the three actuators 53 start simultaneously and complete the operation at the same time, and controls the operation of each actuator 53. Attitude control to change 3 to an arbitrary attitude is performed.

姿勢制御は以下のように行う。まず、指令された先端位置姿勢に応じて、各基端側の端部リンク部材5の回転角βn(図7)を求める。ここで言う回転角βnは、指令された先端位置姿勢に対応する各基端側の端部リンク部材5の回転角(水平面からの角度)のことである。   Attitude control is performed as follows. First, the rotation angle βn (FIG. 7) of each end link member 5 on the base end side is determined according to the commanded tip position and orientation. The rotation angle βn referred to here is the rotation angle (angle from the horizontal plane) of each proximal-side end link member 5 corresponding to the commanded tip position and orientation.

回転角βnは、例えば、下記の式1を逆変換することで求められる。逆変換とは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBの折れ角θ(図4)、および基端側のリンクハブ2に対する出力側のリンクハブ3の旋回角φ(図4)から基端側の端部リンク部材5の回転角βnを算出する変換のことである。折れ角θおよび旋回角φと、回転角βnとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
;(n=1,2,3) …(式1)
ここで、γ(図4)は、基端側の端部リンク部材5に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸と、先端側の端部リンク部材6に回転自在に連結された中央リンク部材7の連結端軸とが成す角度である。δn(図4におけるδ1,δ2,δ3)は、基準となる基端側の端部リンク部材5に対する各基端側の端部リンク部材5の円周方向の離間角である。
The rotation angle βn is obtained, for example, by inversely transforming the following Equation 1. Inverse conversion refers to the bending angle θ (FIG. 4) between the center axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the center axis QB of the link hub 3 on the distal end side, and the link hub on the output side with respect to the link hub 2 on the proximal end side. 3 is a conversion for calculating the rotation angle βn of the end link member 5 on the base end side from the swivel angle φ of FIG. 3 (FIG. 4). The bending angle θ, the turning angle φ, and the rotation angle βn are mutually related, and the other value can be derived from one value.
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
(N = 1, 2, 3) (Formula 1)
Here, γ (FIG. 4) is rotatably connected to the connecting end shaft of the central link member 7 rotatably connected to the end link member 5 on the base end side and the end link member 6 on the tip end side. The angle formed by the connecting end axis of the central link member 7. δn (δ1, δ2, δ3 in FIG. 4) is a circumferential separation angle of each base end side end link member 5 with respect to the base end side end link member 5 serving as a reference.

指令ごとに式1を逆変換して回転角βnを求めてもよいが、事前に、表1のように先端位置姿勢と回転角βnとの関係を示すテーブルを作成しておいても良い。テーブル化されていると、先端位置姿勢の指令があったら、すぐにテーブルを用いて回転角βnを求めることができる。そのため、より一層高速な姿勢制御が可能となる。

Figure 2013198942
The rotation angle βn may be obtained by inversely transforming Equation 1 for each command, but a table showing the relationship between the tip position / posture and the rotation angle βn as shown in Table 1 may be created in advance. In the case of a table, if there is a tip position / orientation command, the rotation angle βn can be obtained immediately using the table. Therefore, it is possible to perform posture control at higher speed.
Figure 2013198942

回転角βn(β1,β2,β3)を求めたなら、アクチュエータ53(53,53,53)ごとに制御パラメータを決める。各アクチュエータ53(53,53,53)の制御パラメータは、例えば図8のような波形になる。すなわち、回転開始からt1時までは加速し、t1時からt2時までは指令速度Vn(V1,V2,V3)を維持し、その後、減速してt3時に回転を停止する。アクチュエータ53の場合、ハッチングで示された範囲の面積が、アクチュエータ53の動作量、すなわち基端側の端部リンク部材5の回転角β1を示す。他のアクチュエータ53,53についても同様である。図から明らかなように、同期制御により、各アクチュエータ53(53,53,53)が同時に動作を開始して同時に動作を完了し、かつ加速時間および減速時間も各アクチュエータ53(53,53,53)で同じになるように制御されている。 When the rotation angle βn (β1, β2, β3) is obtained, the control parameter is determined for each actuator 53 (53 1 , 53 2 , 53 3 ). The control parameters of the actuators 53 (53 1 , 53 2 , 53 3 ) have waveforms as shown in FIG. 8, for example. That is, the vehicle accelerates from the start of rotation to t1 and maintains the command speed Vn (V1, V2, V3) from t1 to t2, and then decelerates and stops rotating at t3. When the actuator 53 1, showing the area of the range indicated by hatching, the operation amount of the actuator 53 1, that is, the rotation angle β1 of the end link member 5 of the base end side. The same applies to the other actuators 53 2 and 53 3 . As is apparent from the figure, by the synchronous control, the respective actuators 53 (53 1 , 53 2 , 53 3 ) start to operate simultaneously and complete the simultaneous operation, and the acceleration time and the deceleration time also correspond to each actuator 53 (53 1 , 53 2 , 53 3 ).

例えば、前記指令速度Vn(V1,V2,V3)は、現在の回転角βn(β1,β2,β3)と指令姿勢の回転角βn´(β1´,β2´,β3´)との差分の比率で定義されており、指令速度Vnの基準となるベース速度をVとすると、指令速度Vnは式2で表される。

Figure 2013198942
…(式2)
この場合、ベース速度Vは各アクチュエータ53の指令速度Vnの合成速度となり、どのような状況においても基端側のリンクハブ5の移動速度がほぼ一定となるように制御できる。 For example, the command speed Vn (V1, V2, V3) is a ratio of the difference between the current rotation angle βn (β1, β2, β3) and the command posture rotation angle βn ′ (β1 ′, β2 ′, β3 ′). If the base speed that serves as a reference for the command speed Vn is V, the command speed Vn is expressed by Equation 2.
Figure 2013198942
... (Formula 2)
In this case, the base speed V is a combined speed of the command speed Vn of each actuator 53, and can be controlled so that the moving speed of the link hub 5 on the base end side is almost constant in any situation.

また、指令速度Vnは、最高速度をVmax、現在の回転角βnと指令姿勢の回転角βn´の差分(βn´−βn)の最大をΔβmaxとした場合に、式3で表される関係式を用いて計算しても良い。
Vn=Vmax(βn´−βn)/Δβmax ;(n=1,2,3) …(式3)
この場合、常に少なくても1つのアクチュエータ53を最高速度で駆動でき、基端側のリンク部材5の回転速度が最大となるように制御できる。
Further, the command speed Vn is a relational expression expressed by Expression 3 when the maximum speed is Vmax and the maximum difference (βn′−βn) between the current rotation angle βn and the rotation angle βn ′ of the command posture is Δβmax. You may calculate using.
Vn = Vmax (βn′−βn) / Δβmax; (n = 1, 2, 3) (Formula 3)
In this case, at least one actuator 53 can always be driven at the maximum speed, and the rotation speed of the link member 5 on the base end side can be controlled to be maximum.

このように3つのアクチュエータ53の指令速度Vnを設定することで、3つのアクチュエータ53の同期制御が可能となる。ベース速度Vや最高速度Vmaxは、先端側のリンクハブ3の整定時間により調整すればよい。整定時間とは、アクチュエータ53の動作完了から先端側のリンクハブ3が完全に静止するまでの時間のことである。アクチュエータ53が回転を開始してから指令速度Vnに達するまでの加速度、および指令速度Vnから回転を停止するまでの減速度は、図8における直線の傾きで表され、加速時間と指令速度Vn、並びに減速時間と指令速度Vnによってそれぞれ決まる。   By setting the command speed Vn of the three actuators 53 in this way, the synchronous control of the three actuators 53 becomes possible. The base speed V and the maximum speed Vmax may be adjusted by the settling time of the link hub 3 on the distal end side. The settling time is the time from the completion of the operation of the actuator 53 until the distal end side link hub 3 completely stops. The acceleration from when the actuator 53 starts to rotate until it reaches the command speed Vn and the deceleration from the command speed Vn until it stops rotating are represented by the slope of the straight line in FIG. 8, and the acceleration time and the command speed Vn, In addition, the speed is determined by the deceleration time and the command speed Vn.

各アクチュエータ53の加速時間および減速時間(「加減速時間」とする)は、リンク作動装置1の持つ共振周波数の1周期付近に設定してある。具体的には、リンク作動装置1の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期の範囲内に設定するのが望ましい。その理由を、以下に説明する。なお、ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブ3に搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。   The acceleration time and deceleration time (referred to as “acceleration / deceleration time”) of each actuator 53 is set in the vicinity of one cycle of the resonance frequency of the link actuator 1. Specifically, it is desirable to set within the range of 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator 1. The reason will be described below. In addition, the resonance frequency said here is a resonance frequency in the state which installed the mounted object in the link hub 3 of the front end side.

図9は、加減速時間を一定にしてベース速度V(または指令速度Vn)により加減速度を変更した場合における加減速度と整定時間との関係を示すグラフである。また、図10は、ベース速度V(または指令速度Vn)を一定にして加減速時間により加減速度を変更した場合における加減速度と整定時間との関係を示すグラフである。図9のように、加減速度が小さいほど整定時間が短くなるのが一般的であるが、図10ではある加減速度までは整定時間は短くなり、その後、整定時間は一定または長くなる傾向が見られる。整定時間の傾向が変わる変曲点は、図11で示すように、リンク作動装置1の持つ共振周波数の1周期付近で見られる。   FIG. 9 is a graph showing the relationship between the acceleration / deceleration and the settling time when the acceleration / deceleration time is fixed and the acceleration / deceleration is changed by the base speed V (or command speed Vn). FIG. 10 is a graph showing the relationship between acceleration / deceleration and settling time when the base speed V (or command speed Vn) is constant and the acceleration / deceleration is changed by the acceleration / deceleration time. As shown in FIG. 9, the smaller the acceleration / deceleration, the shorter the settling time is. In FIG. 10, the settling time becomes shorter until a certain acceleration / deceleration, and then the settling time tends to be constant or longer. It is done. As shown in FIG. 11, the inflection point where the tendency of settling time changes can be seen in the vicinity of one cycle of the resonance frequency of the link actuator 1.

図12は、共振周波数の1周期分ごとに加速するステップ加速を行う場合の先端側のリンクハブ3の振動の振幅を示す。先端側のリンクハブ3は半周期後に加速を打ち消す方向に振動するため、ステップ加速後の先端側のリンクハブ3の振動が小さくなると考えられる。そのため、加減速度時間をこの付近(0.8〜1.2周期)に設定すれば、整定時間の短縮が可能となる。また、正弦波が最大振幅となるのは、0.75周期と1.25周期である。そこで、加速終了後や減速終了後に最大振幅で振動している状態となるのを避けるために、加減速時間をリンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期としている。   FIG. 12 shows the amplitude of vibration of the link hub 3 on the distal end side when performing step acceleration that accelerates every one period of the resonance frequency. The link hub 3 on the distal end side vibrates in a direction to cancel the acceleration after a half cycle, so that it is considered that the vibration of the link hub 3 on the distal end side after the step acceleration is reduced. Therefore, if the acceleration / deceleration time is set in the vicinity (0.8 to 1.2 cycles), the settling time can be shortened. The sine wave has the maximum amplitude in 0.75 period and 1.25 period. Therefore, in order to avoid a state of oscillating at the maximum amplitude after completion of acceleration or deceleration, the acceleration / deceleration time is set to 0.8 to 1.2 periods of the resonance frequency of the link actuator.

より好ましくは、加減速時間を、リンク作動装置1の持つ共振周波数の0.9〜1.1周期(±10%)の範囲内に設定すると良い。上記範囲内に加減速時間を設定すれば、加減速終了時の振幅が共振周波数の最大振幅に対して1/2以下となり、余剰エネルギーが小さくなる。その結果、高速動作時でもアクチュエータが動作を完了した後の先端側のリンクハブの振動が小さくなり、さらに先端側のリンクハブの高速で高精度の位置決め動作が可能となると共に、さらなる整定時間の短縮が可能となる。   More preferably, the acceleration / deceleration time may be set within a range of 0.9 to 1.1 periods (± 10%) of the resonance frequency of the link actuator 1. If the acceleration / deceleration time is set within the above range, the amplitude at the end of acceleration / deceleration becomes 1/2 or less with respect to the maximum amplitude of the resonance frequency, and the surplus energy becomes small. As a result, the vibration of the link hub on the tip side after the actuator completes operation even during high-speed operation is reduced, and the link hub on the tip side can be positioned at high speed and with high accuracy, and further settling time can be increased. Shortening is possible.

このリンク作動装置51のリンク機構本体1は、4つの回転対偶からなる3節連鎖のリンク機構4を3組備えた構成であり、3組のリンク機構4のうち少なくとも2組にアクチュエータ53が設けられていれば、先端位置姿勢を確定することができる。しかし、このリンク作動装置51は、3組すべてのリンク機構4にアクチュエータ53が設けられており、各アクチュータ53の回転を冗長制御により制御するようになっている。それにより、どのような先端位置姿勢においても、各アクチュエータ53の駆動トルクのバランスを良くすることができ、また先端側のリンクハブ3の整定時間を短くできる。さらに、アクチュエータ53およびその周辺部分のガタやリンク機構4のガタを詰めるように制御できるため、アクチュエータ53を停止した後のガタによる先端側のリンクハブ3の振動を抑制でき、整定時間が短くなる。   The link mechanism main body 1 of the link actuating device 51 is configured to include three sets of three-linkage link mechanisms 4 each including four rotation pairs, and at least two sets of the three sets of link mechanisms 4 are provided with actuators 53. If so, the tip position / posture can be determined. However, in this link actuating device 51, actuators 53 are provided in all three sets of link mechanisms 4, and the rotation of each actuator 53 is controlled by redundant control. Thereby, the balance of the driving torque of each actuator 53 can be improved in any tip position and posture, and the settling time of the link hub 3 on the tip side can be shortened. Further, since it is possible to control the backlash of the actuator 53 and its peripheral portion and the backlash of the link mechanism 4, vibration of the link hub 3 on the tip side due to backlash after the actuator 53 is stopped can be suppressed, and the settling time is shortened. .

図13ないし図15は、リンク作動装置の異なる実施形態を示す。このリンク作動装置61は、図13に示すように、リンク機構本体1を介して、基端側の基台62に対して先端側に、各種器具等が取付けられる先端取付部材63を姿勢変更可能に連結したものである。基台62と、リンク機構本体1の基端側のリンクハブ2との間にはスペーサ64を介在させてある。   Figures 13 to 15 show different embodiments of the link actuating device. As shown in FIG. 13, the link actuating device 61 can change the posture of a distal end attachment member 63 to which various instruments are attached to the distal end side with respect to the proximal end base 62 via the link mechanism main body 1. It is connected to. A spacer 64 is interposed between the base 62 and the link hub 2 on the base end side of the link mechanism main body 1.

図14および図15に示すように、リンク機構本体1は、基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3に対して端部リンク部材5,6をそれぞれ回転自在に支持する軸受31を外輪回転タイプとしたものである。基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶を例にとって説明すると、基端側のリンクハブ2の円周方向の3箇所に軸部32が形成され、この軸部32の外周に二つの軸受31の内輪(図示せず)が嵌合し、基端側の端部リンク部材5に形成された連通孔33の内周に軸受31の外輪(図示せず)が嵌合している。軸受31は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット34による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶も、上記同様の構造である。   As shown in FIGS. 14 and 15, the link mechanism body 1 includes bearings 31 that rotatably support the end link members 5 and 6 with respect to the link hub 2 on the proximal end side and the link hub 3 on the distal end side. Outer ring rotation type. The rotation pair of the link hub 2 on the base end side and the end link member 5 on the base end side will be described as an example. Shaft portions 32 are formed at three locations in the circumferential direction of the link hub 2 on the base end side. The inner rings (not shown) of the two bearings 31 are fitted to the outer periphery of the portion 32, and the outer ring (not shown) of the bearing 31 is fitted to the inner periphery of the communication hole 33 formed in the end link member 5 on the proximal end side. Are mated. The bearing 31 is a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing, for example, and is fixed in a state where a predetermined preload is applied by tightening with a nut 34. The rotating pair of the distal end side link hub 3 and the distal end side end link member 6 has the same structure as described above.

また、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶に設けられた軸受36は、基端側の端部リンク部材5の先端に形成された連通孔37の内周に外輪(図示せず)が嵌合し、中央リンク部材7と一体の軸部38の外周に内輪(図示せず)が嵌合している。軸受36は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナット39による締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶も、上記同様の構造である。   Further, the bearing 36 provided at the rotation pair of the end link member 5 on the base end side and the central link member 7 is connected to the outer ring on the inner periphery of the communication hole 37 formed at the front end of the end link member 5 on the base end side. (Not shown) is fitted, and an inner ring (not shown) is fitted to the outer periphery of the shaft portion 38 integrated with the central link member 7. The bearing 36 is, for example, a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing, and is fixed in a state where a predetermined preload is applied by tightening with a nut 39. The rotational pair of the end link member 6 and the center link member 7 on the front end side has the same structure as described above.

リンク機構本体1の3組のリンク機構4のすべてに、基端側の端部リンク部材5を回動させて先端位置姿勢を任意に変更させるアクチュエータ70と、このアクチュエータ70の動作量を基端側の端部リンク部材5に減速して伝達する減速機構71とが設けられている。アクチュエータ70はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機70a付きのサーボモータであって、モータ固定部材72により基台62に固定されている。減速機構71は、アクチュエータ70の減速機70aと、歯車式の減速部73とでなる。以下では、減速機構71に平歯車を使用しているが、その他の機構(例えば、かさ歯車やウォーム機構)でも良い。   All of the three sets of link mechanisms 4 of the link mechanism main body 1 have an actuator 70 for arbitrarily changing the distal end position and posture by rotating the end link member 5 on the proximal end side, and the operation amount of this actuator 70 as the proximal end. A speed reduction mechanism 71 that decelerates and transmits to the side end link member 5 is provided. The actuator 70 is a rotary actuator, more specifically a servo motor with a speed reducer 70 a, and is fixed to the base 62 by a motor fixing member 72. The speed reduction mechanism 71 includes a speed reducer 70 a of the actuator 70 and a gear type speed reduction unit 73. In the following, a spur gear is used for the speed reduction mechanism 71, but other mechanisms (for example, a bevel gear or a worm mechanism) may be used.

歯車式の減速部73は、アクチュエータ70の出力軸70bにカップリング75を介して回転伝達可能に連結された小歯車76と、基端側の端部リンク部材5に固定され前記小歯車76と噛み合う大歯車77とで構成されている。図示例では、小歯車76および大歯車77は平歯車であり、大歯車77は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車77は小歯車76よりもピッチ円半径が大きく、アクチュエータ70の出力軸70bの回転が基端側の端部リンク部材5へ、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の回転軸O1回りの回転に減速して伝達される。その減速比は10以上とされている。   The gear type reduction unit 73 is connected to the output shaft 70 b of the actuator 70 through a coupling 75 so as to be able to transmit rotation, and is fixed to the end link member 5 on the proximal end side and is connected to the small gear 76. It is comprised with the large gear 77 which meshes | engages. In the illustrated example, the small gear 76 and the large gear 77 are spur gears, and the large gear 77 is a sector gear in which teeth are formed only on a sector-shaped peripheral surface. The large gear 77 has a larger pitch circle radius than the small gear 76, and the rotation of the output shaft 70 b of the actuator 70 is transferred to the end link member 5 on the base end side, and the link hub 2 on the base end side and the end link on the base end side. It is decelerated and transmitted to the rotation around the rotation axis O1 of the rotation pair with the member 5. The reduction ratio is 10 or more.

大歯車77のピッチ円半径は、基端側の端部リンク部材5のアーム長Lの1/2以上としてある。前記アーム長Lは、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の中心軸O1の軸方向中心点P1から、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7との回転対偶の中心軸O2の軸方向中心点P2を基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1に直交してその軸方向中心点P1を通る平面に投影した点P3までの距離である。この実施形態の場合、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長L以上である。そのため、高い減速比を得るのに有利である。   The pitch circle radius of the large gear 77 is set to ½ or more of the arm length L of the end link member 5 on the base end side. The arm length L is determined from the axial center point P1 of the central axis O1 of the rotational pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 to the base end side end link member 5 and the center. An axial center point P1 of the axial center point P2 of the center axis O2 of the rotational pair with the link member 7 is orthogonal to the rotational pair axis O1 of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5. The distance to the point P3 projected on the plane passing through. In the case of this embodiment, the pitch circle radius of the large gear 77 is not less than the arm length L. Therefore, it is advantageous to obtain a high reduction ratio.

小歯車76は、大歯車77と噛み合う歯部76aの両側に突出する軸部76bを有し、これら両軸部76bが、基台62に設置された回転支持部材79に設けられた二つの軸受80によりそれぞれ回転自在に支持されている。軸受80は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラ軸受や滑り軸受を用いてもよい。二つの軸受80の各外輪(図示せず)間にはシム(図示せず)を設け、軸部76bに螺合したナット81を締め付けることにより、軸受80に予圧を付与する構成としてある。軸受80の外輪は、回転支持部材79に圧入されている。   The small gear 76 has shaft portions 76 b projecting on both sides of a tooth portion 76 a meshing with the large gear 77, and both shaft portions 76 b are two bearings provided on a rotation support member 79 installed on the base 62. 80 are rotatably supported by each. The bearing 80 is a ball bearing such as a deep groove ball bearing or an angular ball bearing. In addition to arranging ball bearings in double rows as in the illustrated example, roller bearings or sliding bearings may be used. A shim (not shown) is provided between the outer rings (not shown) of the two bearings 80, and a preload is applied to the bearing 80 by tightening a nut 81 screwed into the shaft portion 76b. The outer ring of the bearing 80 is press-fitted into the rotation support member 79.

この実施形態の場合、大歯車77は、基端側の端部リンク部材5と別部材であり、基端側の端部リンク部材5に対してボルト等の結合具82により着脱可能に取付けられている。大歯車77は基端側の端部リンク部材5と一体であってもよい。   In the case of this embodiment, the large gear 77 is a member separate from the end link member 5 on the base end side, and is detachably attached to the end link member 5 on the base end side by a coupler 82 such as a bolt. ing. The large gear 77 may be integrated with the end link member 5 on the base end side.

アクチュエータ70の回転軸心O3および小歯車76の回転軸心O4は同軸上に位置する。これら回転軸心O3,O4は、基端側のリンクハブ24と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1と平行で、かつ基台62からの高さが同じとされている。   The rotation axis O3 of the actuator 70 and the rotation axis O4 of the small gear 76 are located on the same axis. The rotation axes O3 and O4 are parallel to the rotation pair axis O1 of the base end side link hub 24 and the base end side end link member 5 and have the same height from the base 62.

このリンク作動装置61も、コントローラ84に設けられた指令操作器(図示せず)の指令に基づき、制御装置85による自動制御で行う。制御装置85は同期・姿勢制御手段85aを有し、この姿勢制御手段85aにより、3つのアクチュエータ70のすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御と、アクチュエータ70ごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブ3を任意の姿勢に変更する姿勢制御とを行う。それにより、前記同様の作用・効果が得られる。   The link operating device 61 is also automatically controlled by the control device 85 based on a command from a command operating device (not shown) provided in the controller 84. The control device 85 includes synchronization / attitude control means 85a. With this attitude control means 85a, synchronous control for controlling all the three actuators 70 to start operation at the same time and complete the operation at the same time, and for each actuator 70 The posture control for changing the distal end side link hub 3 to an arbitrary posture is performed. Thereby, the same operation and effect as described above can be obtained.

このリンク作動装置61は、3組のリンク機構4のすべてにアクチュエータ70および減速機構71を設けたことで、リンク機構本体1や減速機構71のガタを詰めるように制御することが可能となり、先端側のリンクハブ3の位置決め精度が向上すると共に、リンク作動装置61自体の高剛性化を実現できる。   This link actuating device 61 can be controlled so that the backlash of the link mechanism main body 1 and the speed reduction mechanism 71 is reduced by providing the actuator 70 and the speed reduction mechanism 71 in all of the three sets of link mechanisms 4. The positioning accuracy of the link hub 3 on the side can be improved, and the link actuator 61 itself can be made highly rigid.

また、減速機構71の歯車式の減速部73は、小歯車76と大歯車77の組合せからなり、10以上の高い減速比が得られる。減速比が高いと、エンコーダ等による位置決め分解能が高くなるため、先端側のリンクハブ3の位置決め分解能が向上する。また、低出力のアクチュエータ70を使用することができる。この実施形態では減速機70a付きのアクチュエータ70を使用しているが、歯車式の減速部73の減速比が高ければ、減速機無しのアクチュエータ70を使用することも可能となり、アクチュエータ70を小型化できる。   The gear-type reduction unit 73 of the reduction mechanism 71 is a combination of a small gear 76 and a large gear 77, and a high reduction ratio of 10 or more can be obtained. If the reduction ratio is high, the positioning resolution of the encoder or the like is increased, so that the positioning resolution of the link hub 3 on the distal end side is improved. Also, a low output actuator 70 can be used. In this embodiment, the actuator 70 with the reduction gear 70a is used. However, if the reduction ratio of the gear-type reduction gear 73 is high, the actuator 70 without the reduction gear can be used, and the actuator 70 can be downsized. it can.

大歯車77のピッチ円半径を、基端側の端部リンク部材5のアーム長Lの1/2以上としたことで、先端負荷による基端側の端部リンク部材5の曲げモーメントが小さくなる。そのため、リンク作動装置61全体の剛性を必要以上に高くしなくて済むと共に、基端側の端部リンク部材5の軽量化を図れる。例えば、基端側の端部リンク部材5をステンレス鋼(SUS)からアルミに変更できる。また、大歯車77のピッチ円半径が比較的大きいため、大歯車77の歯部の面圧が減少し、リンク作動装置61全体の剛性が高くなる。
また、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長の1/2以上であると、大歯車77が、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶に設置する軸受12の外径よりも十分大きな径となるため、大歯車77の歯部と軸受12との間にスペースができ、大歯車77の設置が容易である。
By setting the pitch circle radius of the large gear 77 to ½ or more of the arm length L of the end link member 5 on the base end side, the bending moment of the end link member 5 on the base end side due to the tip load is reduced. . Therefore, it is not necessary to increase the rigidity of the entire link operating device 61 more than necessary, and the weight of the end link member 5 on the base end side can be reduced. For example, the end link member 5 on the base end side can be changed from stainless steel (SUS) to aluminum. Further, since the pitch circle radius of the large gear 77 is relatively large, the surface pressure of the tooth portion of the large gear 77 is reduced, and the rigidity of the entire link actuator 61 is increased.
Further, when the pitch circle radius of the large gear 77 is equal to or greater than ½ of the arm length, the large gear 77 is installed on the rotating pair of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5. Since the diameter is sufficiently larger than the outer diameter of the bearing 12, a space is formed between the tooth portion of the large gear 77 and the bearing 12, and the large gear 77 can be easily installed.

特にこの実施形態の場合、大歯車77のピッチ円半径が前記アーム長L以上であるため、大歯車77のピッチ円半径がさらに大きくなり、前記作用・効果がより一層顕著に現れる。加えて、小歯車76をリンク機構4よりも外径側に設置することが可能となる。その結果、小歯車76の設置スペースを容易に確保することができ、設計の自由度が増す。また、小歯車76と他の部材との干渉が起こり難くなり、リンク作動装置61の可動範囲が広くなる。   In particular, in the case of this embodiment, the pitch circle radius of the large gear 77 is equal to or greater than the arm length L. Therefore, the pitch circle radius of the large gear 77 is further increased, and the above-described action and effect appear more remarkably. In addition, the small gear 76 can be installed on the outer diameter side of the link mechanism 4. As a result, an installation space for the small gear 76 can be easily secured, and the degree of freedom in design increases. Further, interference between the small gear 76 and other members is less likely to occur, and the movable range of the link actuator 61 is widened.

小歯車76および大歯車77は、それぞれ平歯車であるため、製作が容易であり、しかも回転の伝達効率が高い。小歯車76は軸方向両側で軸受80により支持されているため、小歯車76の支持剛性が高い。それにより、先端負荷による基端側の端部リンク部材5の角度保持剛性が高くなり、リンク作動装置61の剛性や位置決め精度の向上に繋がる。また、アクチュエータ70の回転軸心O3、小歯車76の回転軸心O4、および基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の中心軸O1が同一平面上にあるため、全体的なバランスが良く、組立性が良い。   Since the small gear 76 and the large gear 77 are spur gears, they are easy to manufacture and have high rotation transmission efficiency. Since the small gear 76 is supported by the bearings 80 on both sides in the axial direction, the support rigidity of the small gear 76 is high. As a result, the angle holding rigidity of the end link member 5 on the proximal end side due to the distal end load is increased, and the rigidity and positioning accuracy of the link actuator 61 are improved. Further, the rotational axis O3 of the actuator 70, the rotational axis O4 of the small gear 76, and the central axis O1 of the rotational pair of the base-side link hub 2 and the base-side end link member 5 are on the same plane. Therefore, the overall balance is good and the assemblability is good.

大歯車77は、基端側の端部リンク部材5に対して着脱自在であるため、歯車式の減速部73の減速比や、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の作動範囲等の仕様の変更が容易となり、リンク作動装置61の量産性が向上する。つまり、同じリンク作動装置61を、大歯車77を変えるだけで、様々な用途に適用することが可能である。また、メンテナンス性が良い。例えば、歯車式の減速部73に障害が生じた場合に、同減速部73のみを交換するだけで対処可能である。   Since the large gear 77 is detachable with respect to the end link member 5 on the base end side, the reduction ratio of the gear-type reduction portion 73 and the operation of the link hub 3 on the front end side with respect to the link hub 2 on the base end side. It becomes easy to change the specifications such as the range, and the mass productivity of the link actuating device 61 is improved. In other words, the same link actuating device 61 can be applied to various uses by simply changing the large gear 77. Also, maintainability is good. For example, when a failure occurs in the gear-type reduction unit 73, it is possible to deal with it by replacing only the reduction unit 73.

図16は、上記制御方法とは別の制御方法によりアクチュエータを制御するリンク作動装置を示す。このリンク作動装置91は、リンク機構本体1が前記リンク作動装置61のものと同じ構成であるが、前記リンク作動装置51のものと同じ構成であっても良い。この制御方法は、いずれの場合にも適用できる。   FIG. 16 shows a link actuator that controls an actuator by a control method different from the above control method. The link actuating device 91 has the same configuration as that of the link actuating device 61, although the link mechanism main body 1 may have the same configuration as that of the link actuating device 51. This control method can be applied to either case.

この制御方法では、先端側のリンクハブ3に、先端側のリンクハブ3にリンク作動装置91の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサ92を設置する。共振周波数検出用センサ92は、先端位置姿勢の変化に伴い出力が変動するものであれば良く、例えば加速度ピックアップを用いる。加速度ピックアップは小型で設置し易い。他に、傾斜角センサを用いても良い。また、リンク作動装置91の基端側に、共振周波数検出用センサ92の信号から共振周波数を計算する共振周波数測定器93を設置する。共振周波数測定器93としては、例えばFFTアナライザを用いる。FFTアナライザで容易に加速時間および減速時間を設定できる。共振周波数検出用センサ92と共振周波数測定器93とは、可撓性のケーブル94により接続されている。   In this control method, a resonance frequency detection sensor 92 that detects the resonance frequency of the link actuator 91 is installed in the link hub 3 on the distal end side. The resonance frequency detection sensor 92 only needs to change its output as the tip position / posture changes, and for example, an acceleration pickup is used. The accelerometer is small and easy to install. In addition, an inclination angle sensor may be used. A resonance frequency measuring device 93 that calculates the resonance frequency from the signal of the resonance frequency detection sensor 92 is installed on the base end side of the link actuator 91. For example, an FFT analyzer is used as the resonance frequency measuring device 93. Acceleration time and deceleration time can be set easily with FFT analyzer. The resonance frequency detecting sensor 92 and the resonance frequency measuring device 93 are connected by a flexible cable 94.

この制御方法によると、共振周波数測定器93により共振周波数検出用センサ92の信号から共振周波数を計算し、その計算結果に基づいてアクチュエータ(図示せず)の加減速時間の設定値を変更する。これにより、先端負荷やリンク作動装置91の剛性が変わっても、容易に加速時間および減速時間を更新できる。例えば、先端側のリンクハブ3の搭載物を変更したり取付け位置を変えたりした場合にも、加速時間および減速時間を最適に設定することができる。そのため、どのような状況においても、アクチュエータを停止した後の先端側のリンクハブ3の振動を小さくでき、高速で高精度の位置決め動作が可能となる。   According to this control method, the resonance frequency measuring device 93 calculates the resonance frequency from the signal of the resonance frequency detection sensor 92, and changes the set value of the acceleration / deceleration time of the actuator (not shown) based on the calculation result. Thereby, even if the tip load or the rigidity of the link actuator 91 changes, the acceleration time and the deceleration time can be easily updated. For example, the acceleration time and the deceleration time can be set optimally even when the load on the link hub 3 on the distal end side is changed or the mounting position is changed. Therefore, in any situation, the vibration of the link hub 3 on the distal end side after the actuator is stopped can be reduced, and high-speed and highly accurate positioning operation can be performed.

加速時間および減速時間の更新は、電源投入時に行なってもよく、一定周期ごとに行ってもよく、人為的に任意のタイミングで行ってもよい。また、正常動作時において、共振周波数検出用センサ92が常に共振周波数を監視し、加速時間および減速時間の設定値と比較して、ずれが生じた場合に自動で加速時間および減速時間の設定値を更新するようにしてもよい。   The acceleration time and deceleration time may be updated when the power is turned on, at regular intervals, or artificially at arbitrary timing. Also, during normal operation, the resonance frequency detection sensor 92 always monitors the resonance frequency and automatically sets the acceleration time and deceleration time setting values when there is a deviation compared to the acceleration time and deceleration time setting values. May be updated.

2…基端側のリンクハブ
3…先端側のリンクハブ
4…リンク機構
5…基端側の端部リンク部材
6…先端側の端部リンク部材
7…中央リンク部材
51,61,91…リンク作動装置
53,70…アクチュエータ
58,85…制御装置
58a,85a…同期・姿勢制御手段
92…共振周波数検出用センサ
93…共振周波数測定器
QA…基端側のリンクハブの中心軸
QB…先端側のリンクハブの中心軸
2. Link base 3 on the proximal end side ... Link hub 4 on the distal end side ... Link mechanism 5 ... End link member 6 on the proximal end side ... End link member 7 on the distal end side ... Center link members 51, 61, 91 ... Links Actuating devices 53, 70 ... Actuators 58, 85 ... Control devices 58a, 85a ... Synchronization / attitude control means 92 ... Resonance frequency detection sensor 93 ... Resonance frequency measuring device QA ... Center axis QB of proximal link hub QB ... Tip side Link hub center axis

Claims (13)

基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する方法であって、
前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うことを特徴とするリンク作動装置の制御方法。
The link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side through three or more sets of link mechanisms in such a manner that the posture can be changed, and each of the link mechanisms includes a link hub on the proximal end side and a link hub on the distal end side. End link members on the base end side and the tip end side, one end of which is rotatably connected to the link hub, and a center on which both ends are rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side, respectively. Each of the link mechanisms is a geometric model in which the link mechanism is represented by a straight line, and the base end side portion and the tip end side portion are symmetrical with respect to the center portion of the center link member, In the link operating device, of the three or more sets of link mechanisms, two or more sets of link mechanisms are provided with an actuator for arbitrarily changing the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub. A method for controlling the operation of said actuator,
The posture control for controlling the operation of each actuator and changing the link hub on the distal end side to an arbitrary posture by the synchronous control that controls so that all the actuators start the operation at the same time and complete the operation at the same time. And performing a synchronization control and a posture control by setting deceleration times of all the actuators in the vicinity of one cycle of the resonance frequency of the link actuator.
請求項1において、前記減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期の範囲内に設定したリンク作動装置の制御方法。   2. The method of controlling a link operating device according to claim 1, wherein the deceleration time is set within a range of 0.8 to 1.2 periods of a resonance frequency of the link operating device. 請求項1または請求項2において、前記すべてのアクチュエータの加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行うリンク作動装置の制御方法。   3. The link actuator control method according to claim 1, wherein the acceleration time of all the actuators is set near one cycle of the resonance frequency of the link actuator, and the synchronization control and the attitude control are performed. 請求項3において、前記加速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の0.8ないし1.2周期の範囲内に設定したリンク作動装置の制御方法。   4. The method for controlling a link actuator according to claim 3, wherein the acceleration time is set within a range of 0.8 to 1.2 periods of a resonance frequency of the link actuator. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記姿勢制御は、目標となる前記先端側のリンクハブの姿勢から前記アクチュエータごとに指令動作量を決定し、前記同期制御は、前記すべてのアクチュエータの指令動作量の比率により各アクチュエータの動作速度を設定するリンク作動装置の制御方法。   5. The posture control according to claim 1, wherein the attitude control determines a command operation amount for each of the actuators based on a target attitude of the link hub on the distal end side, and the synchronous control includes all the synchronization controls. A control method for a link actuating device, wherein the operating speed of each actuator is set according to the ratio of the commanded operation amount of the actuator. 請求項5において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式を逆変換することにより、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の制御方法。
6. The connecting end of a central link member rotatably connected to the base end side end link member according to claim 5, wherein a rotation angle of the base end side end link member with respect to the base end side link hub is βn. The angle formed between the shaft and the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the front end side is γ, and each base end on the base end link member serving as a reference The circumferential separation angle of the link member is δn, the vertical angle at which the central axis of the distal link hub is inclined with respect to the central axis of the proximal link hub is θ, and the proximal link hub When the horizontal angle at which the central axis of the link hub on the distal end side is inclined with respect to the central axis is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
The target rotation angle of each base end side end link member in the posture control is obtained by inversely transforming the expression represented by the formula, and the target rotation angle and each base end side end are obtained. A control method for a link actuating device that calculates a command operation amount of each actuator based on a difference from a current rotation angle of a local link member.
請求項5において、前記基端側のリンクハブに対する前記基端側の端部リンク部材の回転角をβn、前記基端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸と、前記先端側の端部リンク部材に回転自在に連結された中央リンク部材の連結端軸とが成す角度をγ、基準となる基端側の端部リンク部材に対する各基端側の端部リンク部材の円周方向の離間角をδn、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度をθ、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して前記先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した水平角度をφとした場合に、
cos(θ/2)sinβn−sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)=0
で表される式を逆変換することにより、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢と、前記各基端側の端部リンク部材の回転角との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルを用いて、前記姿勢制御における前記各基端側の端部リンク部材の目標とする回転角を求め、この目標とする回転角と、前記各基端側の端部リンク部材の現在の回転角との差分により、前記各アクチュエータの指令動作量を算出するリンク作動装置の制御方法。
6. The connecting end of a central link member rotatably connected to the base end side end link member according to claim 5, wherein a rotation angle of the base end side end link member with respect to the base end side link hub is βn. The angle formed between the shaft and the connecting end shaft of the central link member rotatably connected to the end link member on the front end side is γ, and each base end on the base end link member serving as a reference The circumferential separation angle of the link member is δn, the vertical angle at which the central axis of the distal link hub is inclined with respect to the central axis of the proximal link hub is θ, and the proximal link hub When the horizontal angle at which the central axis of the link hub on the distal end side is inclined with respect to the central axis is φ,
cos (θ / 2) sinβn−sin (θ / 2) sin (φ + δn) cosβn + sin (γ / 2) = 0
A table showing the relationship between the posture of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub and the rotation angle of the end link member on each proximal end side by inversely transforming the expression expressed by The target rotation angle of each base end side end link member in the posture control is obtained using this table, and the target rotation angle and each base end side end link member are obtained. A control method for a link actuating device that calculates a command operation amount of each actuator based on a difference from a current rotation angle.
請求項5ないし請求項7のいずれか1項において、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をVn、ベース速度をV、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβn、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβn´とした場合に、
Figure 2013198942
で表される式を用いて計算するリンク作動装置の制御方法。
The operating speed of each actuator according to any one of claims 5 to 7, wherein the operating speed is Vn, the base speed is V, the current rotation angle of the end link member on the base end side is βn, When the target rotation angle of the base end side end link member in the posture control is βn ′,
Figure 2013198942
The control method of the link actuator which calculates using the formula represented by this.
請求項5ないし請求項7のいずれか1項において、前記各アクチュエータの動作速度は、この動作速度をVn、最高速度をVmax、前記基端側の端部リンク部材の現在の回転角をβn、前記姿勢制御における前記基端側の端部リンク部材の目標とする回転角をβn´、(βn´−βn)の最大値をΔβmaxとした場合、
Vn=Vmax(βn´−βn)/Δβmax
で表される式を用いて計算するリンク作動装置の制御方法。
8. The operating speed of each actuator according to claim 5, wherein the operating speed is Vn, the maximum speed is Vmax, the current rotation angle of the end link member on the base end side is βn, When the target rotation angle of the base end side end link member in the posture control is βn ′, and the maximum value of (βn′−βn) is Δβmax,
Vn = Vmax (βn′−βn) / Δβmax
The control method of the link actuator which calculates using the formula represented by this.
請求項1ないし請求項9のいずれか1項において、前記3組以上のリンク機構のすべてに、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設け、これら各アクチュエータを冗長制御により制御するリンク作動装置の制御方法。   The actuator according to any one of claims 1 to 9, wherein the three or more sets of link mechanisms are each provided with an actuator for arbitrarily changing the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub, A control method of a link actuator that controls each of these actuators by redundant control. 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記先端側のリンクハブに前記リンク作動装置の持つ共振周波数を検出する共振周波数検出用センサを設置し、その信号から共振周波数測定器により共振周波数を計算し、その計算結果から前記アクチュエータの加速時間および減速時間の設定値を更新するリンク作動装置の制御方法。   11. The resonance frequency detecting sensor according to claim 1, wherein a resonance frequency detecting sensor for detecting a resonance frequency of the link actuator is installed on the link hub on the distal end side, and resonance is performed by a resonance frequency measuring device from the signal. A control method for a link actuator, which calculates a frequency and updates set values of acceleration time and deceleration time of the actuator from the calculation result. 請求項11において、前記共振周波数検出用センサとして加速度ピックアップを用い、かつ前記共振周波数測定器としてFFTアナライザを用いたリンク作動装置の制御方法。   12. The method for controlling a link operating device according to claim 11, wherein an acceleration pickup is used as the resonance frequency detection sensor and an FFT analyzer is used as the resonance frequency measuring device. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とでなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のうち2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させるアクチュエータを設けたリンク作動装置における、前記アクチュエータの動作を制御する装置であって、
前記アクチュエータのすべてが同時に動作を開始して同時に動作を完了するように制御する同期制御により、前記アクチュエータごとの動作を制御して、前記先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する姿勢制御を行い、前記すべてのアクチュエータの減速時間を、前記リンク作動装置の持つ共振周波数の1周期付近に設定して、前記同期制御および姿勢制御を行う同期・姿勢制御手段を設けたことを特徴とするリンク作動装置の制御装置。
The link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side through three or more sets of link mechanisms in such a manner that the posture can be changed, and each of the link mechanisms includes a link hub on the proximal end side and a link hub on the distal end side. End link members on the base end side and the tip end side, one end of which is rotatably connected to the link hub, and a center on which both ends are rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side, respectively. Each of the link mechanisms is a geometric model in which the link mechanism is represented by a straight line, and the base end side portion and the tip end side portion are symmetrical with respect to the center portion of the center link member, In the link operating device, of the three or more sets of link mechanisms, two or more sets of link mechanisms are provided with an actuator for arbitrarily changing the attitude of the distal end side link hub with respect to the proximal end side link hub. An apparatus for controlling the operation of said actuator,
The posture control for controlling the operation for each actuator and changing the link hub on the distal end side to an arbitrary posture by synchronous control for controlling all the actuators to start operation simultaneously and complete the operation simultaneously. And a synchronization / attitude control means for performing the synchronization control and attitude control by setting the deceleration time of all the actuators to around one period of the resonance frequency of the link actuator. Actuator control device.
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