JP2020089960A - Device and method for controlling link operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パラレルリンク機構を備えるリンク作動装置の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a link actuating device including a parallel link mechanism.
従来、パラレルリンク機構を備えるリンク作動装置が知られている。たとえば、米国特許第５，８９３，２９６号明細書（特許文献１）には、基端部材および先端部材を４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して連結したパラレルリンク機構を用いて、基端部材に対する先端部材の位置および姿勢を変更することができるリンク作動装置が開示されている。当該リンク作動装置によれば、コンパクトな構成でありながら、広範な範囲において先端部材の位置決めを行なうことができる。 Conventionally, a link actuating device including a parallel link mechanism is known. For example, US Pat. No. 5,893,296 (Patent Document 1) uses a parallel link mechanism in which a proximal end member and a distal end member are connected via three or more sets of four-bar linkages. A link actuating device capable of changing the position and posture of a distal end member with respect to a proximal end member is disclosed. According to the link actuating device, the tip member can be positioned in a wide range while having a compact structure.
特許文献１に開示されているような少なくとも３つのリンク機構を含むパラレルリンク機構においては、広範な範囲での動作が可能である。一方で、パラレルリンク機構の自由度を高くして動作範囲を広げるほど、パラレルリンク機構の剛性が低下するのが通常である。そのため、リンク作動装置によって先端側部材の位置および姿勢の変更を高速で行なうほど、パラレルリンク機構の駆動源の動作後も先端部材に振動が残留する時間が長くなり得る。その結果、パラレルリンク機構の動作が開始されてから先端部材の位置決めが完了するまでの時間が長くなり得る。
The parallel link mechanism including at least three link mechanisms as disclosed in
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的はリンク作動装置の位置決めに要する時間を短縮することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to reduce the time required to position the link actuating device.
本発明の一局面に係るリンク作動装置の制御装置において、リンク作動装置は、先端部材が装着されるパラレルリンク機構と、少なくとも３つのアクチュエータとを備える。パラレルリンク機構は、基端部材と、少なくとも３つのリンク機構とを含む。少なくとも３つのリンク機構は、基端部材および先端部材を接続し、先端部材の基端部材に対する姿勢を変更可能に構成される。少なくとも３つのリンク機構は、少なくとも３つのアクチュエータによってそれぞれ駆動される。少なくとも３つのリンク機構の各々は、第１リンク部材と、第２リンク部材と、第３リンク部材と、第４リンク部材とを有する。第１リンク部材は、基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続されている。第１リンク部材は、少なくとも３つのアクチュエータのうち対応するアクチュエータによって回転角度が変更される。第２リンク部材は、第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続されている。第３リンク部材は、第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続されている。第４リンク部材は、第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続されている。第１回転対偶部の回転中心軸と、第２回転対偶部の回転中心軸とは球面リンク中心点で交わっている。少なくとも３つのリンク機構の各第４リンク部材は、互いに第５回転対偶部において回転可能に接続されている。第５回転対偶部の回転中心軸は、球面リンク中心点を通っている。少なくとも３つのリンク機構のうちの１つのリンク機構の第４リンク部材は、第５回転対偶部において先端部材に固定されている。制御装置は、少なくとも３つのアクチュエータの各々の加速時間および減速時間をパラレルリンク機構の固有振動の周期に設定する。制御装置は、停止している少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を少なくとも３つのアクチュエータの各々に対応する特定速度まで加速時間をかけて加速した後、少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を特定速度から減速時間をかけて減速して停止させことにより、先端部材を移動させる。 In the control device for a link actuating device according to an aspect of the present invention, the link actuating device includes a parallel link mechanism to which the tip member is mounted, and at least three actuators. The parallel link mechanism includes a base end member and at least three link mechanisms. At least three link mechanisms connect the base end member and the tip end member, and are configured to change the posture of the tip end member with respect to the base end member. At least three link mechanisms are respectively driven by at least three actuators. Each of the at least three link mechanisms has a first link member, a second link member, a third link member, and a fourth link member. The first link member is rotatably connected to the base end member at the first rotating pair portion. The rotation angle of the first link member is changed by a corresponding actuator of at least three actuators. The second link member is rotatably connected to the first link member at the second rotary pair portion. The third link member is rotatably connected to the second link member at the third rotation pair portion. The fourth link member is rotatably connected to the third link member at the fourth rotation pair portion. The rotation center axis of the first rotation pair part and the rotation center axis of the second rotation pair part intersect at the spherical link center point. The respective fourth link members of the at least three link mechanisms are rotatably connected to each other at the fifth rotary pair. The rotation center axis of the fifth rotation pair portion passes through the spherical link center point. The fourth link member of one of the at least three link mechanisms is fixed to the tip member at the fifth rotating pair. The control device sets the acceleration time and the deceleration time of each of the at least three actuators to the cycle of the natural vibration of the parallel link mechanism. The control device accelerates the rotational speeds of the at least three actuators that have stopped to the specific speeds corresponding to the at least three actuators, respectively, and then increases the rotational speeds of the at least three actuators from the specific speeds. The tip member is moved by decelerating over a deceleration time and stopping.
本発明の他の局面に係るリンク作動装置の制御方法において、リンク作動装置は、先端部材が装着されるパラレルリンク機構と、少なくとも３つのアクチュエータとを備える。パラレルリンク機構は、基端部材と、少なくとも３つのリンク機構とを含む。少なくとも３つのリンク機構は、基端部材および先端部材を接続し、先端部材の基端部材に対する姿勢を変更可能に構成される。少なくとも３つのリンク機構は、少なくとも３つのアクチュエータによってそれぞれ駆動される。少なくとも３つのリンク機構の各々は、第１リンク部材と、第２リンク部材と、第３リンク部材と、第４リンク部材とを有する。第１リンク部材は、基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続されている。第１リンク部材は、少なくとも３つのアクチュエータのうち対応するアクチュエータによって回転角度が変更される。第２リンク部材は、第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続されている。第３リンク部材は、第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続されている。第４リンク部材は、第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続されている。第１回転対偶部の回転中心軸と、第２回転対偶部の回転中心軸とは球面リンク中心点で交わっている。少なくとも３つのリンク機構の各第４リンク部材は、互いに第５回転対偶部において回転可能に接続されている。第５回転対偶部の回転中心軸は、球面リンク中心点を通っている。少なくとも３つのリンク機構のうちの１つのリンク機構の第４リンク部材は、第５回転対偶部において先端部材に固定されている。リンク作動装置の制御方法は、少なくとも３つのアクチュエータの各々の加速時間および減速時間をパラレルリンク機構の固有振動の周期に設定するステップを含む。リンク作動装置の制御方法は、停止している少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を少なくとも３つのアクチュエータの各々に対応する特定速度まで加速時間をかけて加速した後、少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を特定速度から減速時間をかけて減速して停止させことにより、先端部材を移動させるステップをさらに含む。 In the method for controlling a link actuating device according to another aspect of the present invention, the link actuating device includes a parallel link mechanism to which the tip member is mounted, and at least three actuators. The parallel link mechanism includes a base end member and at least three link mechanisms. At least three link mechanisms connect the base end member and the tip end member, and are configured to change the posture of the tip end member with respect to the base end member. At least three link mechanisms are respectively driven by at least three actuators. Each of the at least three link mechanisms has a first link member, a second link member, a third link member, and a fourth link member. The first link member is rotatably connected to the base end member at the first rotating pair portion. The rotation angle of the first link member is changed by a corresponding actuator of at least three actuators. The second link member is rotatably connected to the first link member at the second rotary pair portion. The third link member is rotatably connected to the second link member at the third rotation pair portion. The fourth link member is rotatably connected to the third link member at the fourth rotation pair portion. The rotation center axis of the first rotation pair part and the rotation center axis of the second rotation pair part intersect at the spherical link center point. The respective fourth link members of the at least three link mechanisms are rotatably connected to each other at the fifth rotary pair. The rotation center axis of the fifth rotation pair portion passes through the spherical link center point. The fourth link member of one of the at least three link mechanisms is fixed to the tip member at the fifth rotating pair. The control method for the link actuator includes the step of setting the acceleration time and the deceleration time of each of the at least three actuators to the cycle of the natural vibration of the parallel link mechanism. The control method of the link actuating device is configured such that each rotation speed of at least three actuators which are stopped is accelerated to a specific speed corresponding to each of the at least three actuators over an acceleration time, and then each rotation speed of at least three actuators. The method further includes the step of moving the tip member by decelerating and stopping from a specific speed for a deceleration time.
本発明に係るリンク作動装置の制御装置および制御方法によれば、少なくとも３つのアクチュエータの各々の加速時間および減速時間をパラレルリンク機構の固有振動の周期に設定することにより、リンク作動装置の位置決めに要する時間を短縮することができる。 According to the control device and the control method of the link actuator of the present invention, by setting the acceleration time and the deceleration time of each of the at least three actuators to the cycle of the natural vibration of the parallel link mechanism, the link actuator can be positioned. The time required can be shortened.
以下、図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るリンク作動装置１００の制御装置１４０の機能ブロック図および制御装置１４０によって或る姿勢に制御されたリンク作動装置１００の様子を併せて示す図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a functional block diagram of a
図１に示されるように、リンク作動装置１００は、パラレルリンク機構１０と、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃとを備える。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各回転軸には、パラレルリンク機構１０を構成するリンク部材が取り付けられている。パラレルリンク機構１０には作業体２０（先端部材）が装着されている。制御装置１４０は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃ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を行なう。当該同期制御により、制御装置１４０は、作業体２０を任意の姿勢に変更する姿勢制御を行なう。
As shown in FIG. 1, the
制御装置１４０は、基端部材１に対する作業体２０の姿勢を、現在の姿勢から、制御装置１４０に対する外部の外部指令手段１３０から与えられる目標姿勢へ変更するように、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃを同期制御する。外部指令手段１３０は、リンク作動装置１００を組み込んだ機器（不図示）、あるいは操作盤（不図示）等に設けられる。
The
以下では、まず、図２〜図５を用いてパラレルリンク機構１０の詳細について説明する。その後、再び図１を用いて、制御装置１４０の機能構成について説明する。
Hereinafter, first, the details of the
図２は、実施の形態１に係るリンク作動装置１００の構成を示す斜視模式図である。図３は、図２のパラレルリンク機構１０の正面模式図である。図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。図５は、図４の線分Ｖ−Ｖにおける断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the
図２〜図５に示したパラレルリンク機構１０は、基端部材１と、３つのリンク機構１１とを備える。基端部材１は平面形状が円形状の板状体である。基端部材１の形状は任意の形状とすることができる。たとえば基端部材１の平面形状を、四角形状もしくは三角形状などの多角形状、楕円形状、または半円形状などとしてもよい。リンク機構１１の数は３以上であればよく、たとえば４または５としてもよい。
The
３つのリンク機構１１は、作業体２０（図２〜図５においては不図示）の基端部材１（図３および図５においては不図示）に対する姿勢を変更可能な状態で、基端部材１と作業体２０とを接続する。３つのリンク機構１１は、それぞれ、リンク部材４ａ〜４ｃ（第１リンク部材）と、リンク部材６ａ〜６ｃ（第２リンク部材）と、リンク部材７ａ〜７ｃ（第３リンク部材）と、リンク部材８ａ〜８ｃ（第４リンク部材）とを含む。
The three
アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは、３つのリンク機構１１のそれぞれに設置されている。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは電動モータなど回転駆動力を発生させることができれば任意の構成を採用することができる。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは、リンク部材４ａ〜４ｃの回転中心軸１５ａ〜１５ｃまわりの回転角度を変更することにより、基端部材１に対する作業体２０の姿勢を任意に変更する。
The
基端部材１の表面における外周部に固定部３６ａ〜３６ｃ（図３においては不図示）が設置されている。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは、それぞれ固定部３６ａ〜３６ｃに固定されることで基端部材１に接続されている。固定部３６ａ〜３６ｃの形状は任意の形状とでき、たとえば板状である。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各々は、それぞれ軸部３７ａ〜３７ｃにトルクを発生させるように構成される。
軸部３７ａ〜３７ｃは、それぞれ固定部３６ａ〜３６ｃを貫通し、リンク部材４ａ〜４ｃの一方端に設けられた貫通孔４３ａ〜４３ｃに嵌合されている。軸部３７ａ〜３７ｃの先端部は、リンク部材４ａ〜４ｃの貫通孔４３ａ〜４３ｃに挿入されている。軸部３７ａ〜３７ｃの先端部には、ナット３ａ〜３ｃが固定されている。軸部３７ａ〜３７ｃにリンク部材４ａ〜４ｃがそれぞれ固定されている。
The
軸部３７ａ〜３７ｃの回転により、リンク部材４ａ〜４ｃは、回転中心軸１５ａ〜１５ｃの周りを回転する。回転中心軸１５ａ〜１５ｃは、図４に示されるように軸部３７ａ〜３７ｃのそれぞれの中心軸である。軸部３７ａ〜３７ｃと、貫通孔４３ａ〜４３ｃが形成されたリンク部材４ａ〜４ｃの部分とにより「第１回転対偶部」が構成される。リンク部材４ａ〜４ｃは、基端部材１に第１回転対偶部において回転可能に接続されている。
The rotation of the
リンク部材４ａ〜４ｃは円弧状に延びる棒状の部材である。リンク部材４ａ〜４ｃの一方端部に貫通孔４３ａ〜４３ｃがそれぞれ形成されている。図４に示されるように、基端部材１の表面に垂直な方向から見た平面視において、リンク部材４ａ〜４ｃの内周側表面は曲面状になっている。リンク部材４ａ〜４ｃの形状は円弧状以外の形状でもよい。たとえば、リンク部材４ａ〜４ｃの形状は直線状に延びる棒状であってもよいし、屈曲部を含む棒状であってもよい。
The
リンク部材４ａ〜４ｃにおいて貫通孔４３ａ〜４３ｃが形成された一方端部と反対側に位置する他方端部４１ａ〜４１ｃには、軸部４２ａ〜４２ｃが形成されている。軸部４２ａ〜４２ｃの各々は、基端部材１の外周から外側に向けて延びるように形成されている。軸部４２ａ〜４２ｃは、それぞれリンク部材４ａ〜４ｃの円弧形状の内周側側面とは反対側の外周側側面に形成されている。軸部４２ａ〜４２ｃは、それぞれリンク部材６ａ〜６ｃの貫通孔６３ａ〜６３ｃに挿入されている。貫通孔６３ａ〜６３ｃから突出した軸部４２ａ〜４２ｃのそれぞれの先端部には、固定部材の一例であるナット５ａ〜５ｃが固定されている。
リンク部材６ａ〜６ｃは、それぞれ軸部４２ａ〜４２ｃを中心に回転可能に構成されている。軸部４２ａ〜４２ｃと貫通孔６３ａ〜６３ｃが形成されているリンク部材６ａ〜６ｃの部分とにより「第２回転対偶部」が構成される。リンク部材６ａ〜６ｃは、リンク部材４ａ〜４ｃに第２回転対偶部において回転可能に接続されている。
The
軸部３７ａ〜３７ｃの回転中心軸１５ａ〜１５ｃは「第１回転対偶部」の回転中心軸に相当する。リンク部材４ａ〜４ｃの他方端部４１ａ〜４１ｃにおける軸部４２ａ〜４２ｃの回転中心軸１６ａ〜１６ｃは「第２回転対偶部」の回転中心軸に相当する。図２および図４に示されるように、軸部３７ａ〜３７ｃの回転中心軸１５ａ〜１５ｃと軸部４２ａ〜４２ｃの回転中心軸１６ａ〜１６ｃとは球面リンク中心点３０において交差している。球面リンク中心点３０に、第１回転対偶部の回転中心軸１５ａ〜１５ｃと第２回転対偶部の回転中心軸１６ａ〜１６ｃとが交差するならば、第１および第２回転対偶部の配置は任意に変更可能である。
The rotation center axes 15a to 15c of the
リンク部材６ａ〜６ｃは直線状に延びる棒状の部材である。リンク部材６ａ〜６ｃの一方端部に貫通孔６３ａ〜６３ｃが形成されている。リンク部材６ａ〜６ｃの形状は直線状に延びる棒状以外の任意の形状としてもよい。たとえば、リンク部材６ａ〜６ｃを円弧状に延びる棒状体などとしてもよい。
The
リンク部材６ａ〜６ｃにおいて貫通孔６３ａ〜６３ｃが形成された一方端部と反対側に位置する他方端部には、リンク部材７ａ〜７ｃの一方端部を受け入れる凹部がそれぞれ形成されている。リンク部材６ａ〜６ｃの各他方端部には、凹部に面する位置に貫通孔が形成されている。リンク部材７ａの一方端部にも貫通孔７３ａが形成されており、リンク部材７ｂ，７ｃの各一方端部にも同様な位置に不図示の貫通孔７３ｂ，７３ｃが形成されている。リンク部材６ａ，６ｂの他方端部における貫通孔と、リンク部材７ａ，７ｂの一方端部における貫通孔７３ａ，７３ｂとは直線状に並ぶように配置され、連結部材１３ａ，１３ｂがそれぞれ挿入されている。同様に、リンク部材６ｃの他方端部における貫通孔と、リンク部材７ｃの一方端部における貫通孔７３ｃとは直線状に並ぶように配置され、連結部材１３ｃが挿入されている。
In the other end portions of the
連結部材１３ａ〜１３ｃは、リンク部材６ａ〜６ｃとリンク部材７ａ〜７ｃとを相対的に回転可能な状態でそれぞれ連結する。連結部材１３ａ〜１３ｃは、たとえばボルトおよびナットである。連結部材１３ａ〜１３ｃとリンク部材６ａ〜６ｃの他方端部とリンク部材７ａ〜７ｃの一方端部とにより「第３回転対偶部」が構成される。リンク部材６ａ〜６ｃとリンク部材７ａ〜７ｃとは「第３回転対偶部」において回転可能に接続されている。
The connecting
連結部材１３ａ〜１３ｃの各中心軸は第３回転対偶部における回転中心軸１７ａ〜１７ｃに相当する。回転中心軸１７ａ〜１７ｃは、それぞれ回転中心軸１６ａ〜１６ｃと直交する方向に延びる。
The central axes of the connecting
リンク部材７ａ〜７ｃは直線状に延びる棒状の部材である。リンク部材７ａ〜７ｃの形状は直線状に延びる棒状以外の任意の形状としてもよい。たとえば、リンク部材７ａ〜７ｃを円弧状に延びる棒状体などとしてもよい。
The
リンク部材７ａ〜７ｃにおいて貫通孔７３ａが形成された一方端部と反対側に位置する他方端部には、貫通孔７４ａが形成されている。リンク部材７ｂ，７ｃにも貫通孔７４ａと同様な位置に不図示の貫通孔７４ｂ，７４ｃがそれぞれ形成されている。
A through
リンク部材８ａ〜８ｃには、リンク部材７ａ〜７ｃの他方端部を受け入れる凹部が形成されている。リンク部材８ａ〜８ｃの凹部に面する壁部８３ａ〜８３ｃには、凹部に繋がる貫通孔が形成されている。リンク部材７ａ〜７ｃの他方端部における貫通孔７４ａ，７４ｂ，７４ｃと、リンク部材８ａ〜８ｃの壁部８３ａ〜８３ｃに形成された貫通孔とは直線状に並ぶように配置され、連結部材１４ａ〜１４ｃがそれぞれ挿入されている。
The
連結部材１４ａ〜１４ｃは、リンク部材７ａ〜７ｃとリンク部材８ａ〜８ｃとを相対的に回転可能な状態で連結する。連結部材１４ａ〜１４ｃはたとえばボルトおよびナットである。連結部材１４ａ〜１４ｃとリンク部材７ａ〜７ｃの他方端部とリンク部材８ａ〜８ｃの壁部８３ａ〜８３ｃとにより「第４回転対偶部」が構成される。リンク部材７ａ〜７ｃとリンク部材８ａ〜８ｃとは第４回転対偶部において回転可能に接続されている。
The connecting
連結部材１４ａ〜１４ｃの各中心軸は第４回転対偶部における回転中心軸１８ａ〜１８ｃに相当する。回転中心軸１８ａ〜１８ｃはそれぞれ回転中心軸１７ａ〜１７ｃと平行な方向に延びる。
The central axes of the connecting
リンク部材８ａ〜８ｃは、それぞれ壁部８３ａ〜８３ｃに接続されたベース部８１ａ〜８１ｃを含む。ベース部８１ａ〜８１ｃの平面形状は円形状である。ベース部８１ａの中央には図５に示されるように中心軸８２が設けられている。リンク部材８ｂのベース部８１ｂはベース部８１ａに重なるように配置されている。ベース部８１ｂの中央には貫通孔が形成されている。リンク部材８ｃのベース部８１ｃはベース部８１ｂに重なるように配置されている。ベース部８１ｃの中央には貫通孔が形成されている。ベース部８１ｂ，８１ｃは、各々の貫通孔に中心軸８２が挿入された状態で、ベース部８１ａ上に積層されている。中心軸８２の先端部には固定部材としてのナット９が固定されている。リンク部材８ａ〜８ｃは、中心軸８２を中心とした互いに独立に回転可能になっている。なお、実際の作業においては、ナット９に替えて作業体２０が固定される。
The
ベース部８１ａ〜８１ｃと中心軸８２とナット９から「第５回転対偶部」が構成される。図２に示されるように、３つのリンク機構１１の第５回転対偶部の回転中心軸１９は重なるように配置される。つまり、複数のリンク機構１１の第５回転対偶部は１カ所に重なるように配置されている。なお、中心軸８２としてはベース部８１ａと別部材であるボルトなどを用いてもよい。この場合、ベース部８１ａの中央部に当該ボルトを挿入する貫通孔が形成される。
The
リンク部材８ａ〜８ｃにおいては、第４回転対偶部の回転中心軸１８ａ〜１８ｃと、第５回転対偶部の回転中心軸１９とがねじれた配置になっている。より具体的には、第４回転対偶部の回転中心軸１８ａ〜１８ｃと、第５回転対偶部の回転中心軸１９とは互いに直交する方向に延びている。
In the
図２および図４に示されるように、第１回転対偶部の回転中心軸１５ａ〜１５ｃと、第２回転対偶部の回転中心軸１６ａ〜１６ｃとは球面リンク中心点３０で交わる。また、図５に示されるように、３つのリンク機構１１における各第５回転対偶部の回転中心軸１９は、球面リンク中心点３０と交わる。なお、上記の関係を満たせば各対偶部の配置は任意に設定することができる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the rotation center axes 15a to 15c of the first rotation pair part and the rotation center axes 16a to 16c of the second rotation pair part intersect at a spherical
図６は、図２のパラレルリンク機構１０の姿勢を変更した状態を示す斜視模式図である。図６に示されるように、リンク部材４ａ〜４ｃの第１回転対偶部における回転中心軸１５ａ〜１５ｃまわりの回転角度をそれぞれ変更することにより、ナット９の位置および姿勢を任意に変更することができる。図６においては、リンク部材４ｂの回転中心軸１５ｂまわりの回転角度を相対的に大きくすることで、ナット９においてリンク部材８ｂ側が上方に持上げられるとともに、ナット９の中心点３１から見てリンク部材８ｂが位置する側と反対側にナット９全体が移動している。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a state in which the posture of the
図２〜図６に示されたパラレルリンク機構１０では、球面リンク中心点３０を中心とする球面上をナット９が移動する。ナット９の姿勢は、図６に示されるように球面リンク中心点３０を原点とした３次元の極座標（θ，φ，ｒ）で表すことができる。折れ角θとは、中心点３１から垂直方向に降ろした線が、基端部材１とリンク部材４ａ〜４ｃとの接続部である第１回転対偶部の回転中心軸１５ａ〜１５ｃを含む平面と交わる点と球面リンク中心点３０とを通る直線と、ナット９の中心軸である回転中心軸１９とが成す角度である。旋回角φとは、中心点３１から垂直方向に降ろした線が、回転中心軸１５ａ〜１５ｃを含む平面と交わる点と球面リンク中心点３０とを通る直線と、リンク機構１１に第１回転対偶部の回転中心軸１５ａとが成す角度である。中心間距離ｒとは、球面リンク中心点３０と中心点３１との距離である。
In the
パラレルリンク機構１０は、３つ以上のリンク機構１１のそれぞれが第１〜第５回転対偶部を有する５節連鎖構造となっている。そのため、基端部材１に対して作業体２０を、球面リンク中心点３０を中心とした回転２自由度と、回転中心軸１９に沿った方向の１自由度という合計３自由度で移動させることができる。基端部材１に対して作業体２０を、球面リンク中心点３０を中心とした球面に沿って移動させることができるとともに、当該球面に沿った移動とは独立して回転中心軸１９に沿った方向にも移動させることができる。すなわち、作業体２０を上記球面に沿って移動させるとともに、作業体２０が沿って移動する球面の半径を調整することができる。その結果、作業体２０が一定半径の球面に沿ってしか移動することができない場合よりも作業体２０の可動範囲を大きくすることができる。
The
再び図１を参照して、姿勢変更制御手段１４１は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃを、現在の姿勢であるときのリンク部材４ａ〜４ｃの回転角度から、目標姿勢となるときのリンク部材４ａ〜４ｃの回転角度まで、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃを駆動する手段である。姿勢変更制御手段１４１は、指令変換部１４２と、同期制御部１４３と、複数の個別制御部１４４とを含む。複数の個別制御部１４４はアクチュエータ３５ａ〜３５ｃを制御するアクチュエータドライバである。
Referring again to FIG. 1, the posture change control means 141 causes the
指令変換部１４２は、指令変換部１４２は、初期パラメータ生成部１４７を含む。初期パラメータ生成部１４７は、外部指令手段１３０から与えられる作業体２０の目標姿勢の指令Ｃｍ（θ，φ，ｒ）から、リンク部材４ａ〜４ｃの目標回転角度β１〜β３をそれぞれ算出する。初期パラメータ生成部１４７は、リンク部材４ａ〜４ｃの目標回転角度β１〜β３、リンク部材４ａ〜４ｃの現在の回転角度α１〜α３、およびユーザによって設定されるベース速度Ｖｂを以下の式（１）に代入することにより、リンク部材４ａ〜４ｃの指令速度Ｖｎ（ｎ＝１〜３）を算出する。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各指令回転量（βｎ−αｎ）の比率が反映された式（１）を用いて指令速度Ｖ１〜Ｖ３を設定することにより、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの同期制御が容易になる。
The
初期パラメータ生成部１４７は、加減速時間設定手段１５５によって、リンク部材４ａ〜４ｃの加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄとを設定する。加減速時間設定手段１５５は、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄを、作業体２０の現在の姿勢の座標（第１座標）に対応する固有振動の周期（第１周期）および目標姿勢の座標（第２座標）に対応する固有振動の周期（第２周期）にそれぞれ設定する。
The initial
指令変換部１４２において算出された制御パラメータは、同期制御部１４３に送られる。同期制御部１４３は、パラメータ記憶部１５２と、位置記憶部１５３とを有する。パラメータ記憶部１５２は、各個別制御部１４４へ出力する制御パラメータを保存する。位置記憶部１５３は、リンク部材４ａ〜４ｃの回転角度を保存する。
The control parameter calculated by the
同期制御部１４３において保存された制御パラメータおよびリンク部材４ａ〜４ｃの回転角度は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各個別制御部１４４に送られる。個別制御部１４４は、位置制御部１４５と指令実行手段１４６とを有する。位置制御部１４５は、同期制御部からの制御パラメータ、回転角度、および不図示の回転角度検出手段の検出値を用いてフィードバック制御を行なう。各個別制御部１４４は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃを駆動させて、作業体２０の姿勢を制御する。
The control parameters and the rotation angles of the
図７は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの回転速度のタイムチャートである。図７に示されるように、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは、同期制御により、時刻ｔｍ０において同時に動作を開始して時刻ｔｍ３において同時に動作を完了する。アクチュエータ３５ａ〜３５ｃは、各加速時間が同じとなるように制御されるとともに、各減速時間が同じとなるように制御される。
FIG. 7 is a time chart of the rotation speeds of the
制御装置１４０は、時刻ｔｍ０から時刻ｔｍ１までは指令速度Ｖ１〜Ｖ３まで加速時間Ｔａをかけてアクチュエータ３５ａ〜３５ｃをそれぞれ加速する。制御装置１４０は、時刻ｔｍ１から時刻ｔｍ２まではアクチュエータ３５ａ〜３５ｃの回転速度を指令速度Ｖ１〜Ｖ３にそれぞれ維持する。制御装置１４０は、時刻ｔｍ２から減速時間Ｔｄをかけてアクチュエータ３５ａ〜３５ｃをそれぞれ減速して時刻ｔｍ３において停止する。図７において、回転速度Ｖ１〜Ｖ３を高さとする３つの台形の面積は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの移動量（回転量）をそれぞれ表す。
The
回転速度が変化している時刻ｔｍ０〜ｔｍ１の間および時刻ｔｍ２〜ｔｍ３の間は、回転駆動力が発生するため、回転速度が等速である時刻ｔｍ１〜ｔｍ２の間よりも振動が発生する。そのため、時刻ｔｍ３においてアクチュエータ３５ａ〜３５ｃの動作が停止しても、作業体２０に振動が残留し、作業体２０の位置決めが時刻ｔｍ３からしばらく完了しない場合がある。
During the time tm0 to tm1 and the time tm2 to tm3 when the rotation speed is changing, the rotational driving force is generated, so that the vibration is generated more than during the time tm1 to tm2 where the rotation speed is constant. Therefore, even if the operation of the
図８は、指令速度Ｖ１〜Ｖ３が一定である場合の加速時間Ｔａ（あるいは減速時間Ｔｄ）と整定時間との関係を示す図である。整定時間とは、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの加速動作あるいは減速動作が完了してから作業体２０に残留する振動の振幅が許容範囲内の大きさとなるまでの時間である。図８に示されるように、加速時間あるいは減速時間がリンク作動装置１００の固有振動の周期Ｔｃｖである場合に、整定時間が極小となる。これは、作業体２０が装着されるリンク作動装置１００の先端部に発生する固有振動の成分の偏差が、加速あるいは減速の開始から固有振動の１周期後にゼロに戻るためである。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the acceleration time Ta (or deceleration time Td) and the settling time when the command speeds V1 to V3 are constant. The settling time is the time from the completion of the acceleration operation or the deceleration operation of the
ベース速度Ｖｂが一定の場合、加速時間および減速時間を短くすることにより、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各移動量を変えずに動作時間Ｔｅを短くすることができる。しかし、図８に示されるように加速時間および減速時間を周期Ｔｃｖよりも短くすると整定時間が長くなり、リンク作動装置１００の位置決めに要する時間（アクチュエータ３５ａ〜３５ｃが動作を開始してから作業体２０が目標位置に静止したと見なせるまでの時間）が長くなり得る。
When the base speed Vb is constant, by shortening the acceleration time and the deceleration time, it is possible to shorten the operation time Te without changing the moving amounts of the
そこで、リンク作動装置１００の制御装置１４０は、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄをリンク作動装置１００の固有振動の周期に設定する。作業体２０の整定時間の短縮と動作時間Ｔｅの短縮とのバランスを適切にとることができるため、リンク作動装置１００の位置決めに要する時間を短縮することができる。
Therefore, the
作業体２０の姿勢に応じてリンク作動装置１００の固有振動の周期は変化し得る。特にパラレルリンク機構１０は、回転中心軸１９に沿った方向にも移動させることできるため、作業体２０が一定半径の球面に沿ってしか移動することができない場合よりも作業体２０の可動範囲が大きい。そのため、作業体２０の姿勢に応じてリンク作動装置１００の固有振動が取り得る値の範囲も広くなり得る。そこで、制御装置１４０は、加速時間および減速時間を、作業体２０の現在の姿勢の座標（第１座標）に対応する固有振動の周期（第１周期）および目標姿勢の座標（第２座標）に対応する固有振動の周期（第２周期）にそれぞれ設定する。このように加速時間および減速時間を別個に設定することにより、リンク作動装置１００の位置決めに要する時間をさらに短縮することができる。
The cycle of the natural vibration of the
極座標（θ，φ，ｒ）に対応する姿勢のリンク作動装置１００の固有振動は、図９に示されるような、極座標（θ，φ，ｒ）と予め測定された固有振動の周期とが関連付けられたテーブルから参照されてもよい。当該テーブルは、制御装置１４０の記憶部（たとえばパラメータ記憶部１５２あるいは位置記憶部１５３）に保存されている。図９には、中心間距離ｒがｒ１である場合が示されているが、制御装置１４０の記憶部には中心間距離ｒがｒ１以外の場合のテーブルも含まれている。極座標（θ，φ，ｒ）と予め測定された固有振動の周期とが関連付けられたテーブルからを固有振動の周期を参照することにより、当該周期を計算する必要がないため、リンク作動装置１００の位置決め処理を高速化することができる。
The natural vibration of the
制御装置１４０に記憶されているテーブルは、図１０に示されるような、折れ角θおよび旋回角φが固定されている簡易的なテーブルであってもよい。図１０においては、折れ角θが９０°であり、かつ旋回角φが０°である場合（アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの回転角度が０°の場合）の、中心間距離ｒと固有振動の周期とが関連付けられたテーブルが示されている。図１０に示されているテーブルを用いることにより、予め行なう必要のある固有振動の周期の測定回数を削減することができる。また、テーブルのサイズを削減することができるため、制御装置１４０の記憶容量の低下を抑制することができる。
The table stored in the
極座標（θ，φ，ｒ）に対応する姿勢のリンク作動装置１００の固有振動が制御装置１４０の記憶部に保存されていない場合でも、図９あるいは図１０のテーブルを用いる補完計算により、テーブルを参照せずにリンク作動装置１００の固有振動の周期を算出する場合よりも、当該周期を高速に算出することができる。
Even if the natural vibration of the
図１１は、図１の制御装置１４０によって行なわれる姿勢制御処理の流れを示すフローチャートである。以下ではステップを単にＳと記載する。
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the attitude control process performed by the
図１１に示されるように、制御装置１４０は、Ｓ１０１において、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの加速時間および減速時間を、作業体２０の現在の姿勢の座標に対応する固有振動の周期および目標姿勢の座標に対応する固有振動の周期にそれぞれ設定し、処理をＳ１０２に進める。制御装置１４０は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの回転速度を回転速度Ｖ１〜Ｖ３まで加速時間をかけてそれぞれ加速した後、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの回転速度をそれぞれ回転速度Ｖ１〜Ｖ３から減速時間をかけて減速して停止させることにより、作業体２０を移動させて、処理を終了する。
As shown in FIG. 11, in S101, the
以上、実施の形態１に係るリンク作動装置の制御装置によれば、リンク作動装置の位置決めに要する時間を短縮することができる。 As described above, the control device for the link operating device according to the first embodiment can reduce the time required for positioning the link operating device.
［実施の形態２］
実施の形態１においては、アクチュエータの指令速度が初期値から変更されない場合について説明した。実施の形態２においては、先端部材の移動時間とアクチュエータの加速時間および減速時間の合計との大小関係によって指令速度を変更し、先端部材の移動時間を短縮する場合について説明する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the case where the command speed of the actuator is not changed from the initial value has been described. In the second embodiment, a case will be described in which the command speed is changed and the movement time of the tip member is shortened according to the magnitude relation between the movement time of the tip member and the total of acceleration time and deceleration time of the actuator.
図１２は、実施の形態２に係るリンク作動装置１００の制御装置１４０Ｂの機能ブロック図および制御装置１４０Ｂによって或る姿勢に制御されたリンク作動装置１００の様子を併せて示す図である。図１２の制御装置１４０Ｂの構成は、図１の指令変換部１４２に判断・変更部１４８が追加されている点である。これ以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
FIG. 12 is a functional block diagram of a
図１２に示されるように、判断・変更部１４８は、動作時間推定部１４９と、条件判定手段１５０と、パラメータ変更手段１５１とを有する。動作時間推定部１４９は、リンク部材４ａ〜４ｃの目標回転角度β１〜β３および現在の回転角度α１〜α３からアクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各移動量を算出する。動作時間推定部１４９は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各移動量、各指令速度Ｖ１〜Ｖ３、加速時間Ｔａ、および減速時間Ｔｄから動作時間Ｔｅ（作業体２０の移動時間）を算出する。条件判定手段１５０は、指令速度Ｖ１〜Ｖ３を変更するか否かの条件を判定する。パラメータ変更手段１５１は、条件判定手段１５０の判定結果に基づき、指令速度Ｖ１〜Ｖ３を変更する。
As shown in FIG. 12, the determination/
以下では、図１３〜図１９を用いて、条件判定手段１５０およびパラメータ変更手段１５１によって行なわれる処理についてより詳細に説明する。図１３〜図１９においてハッチングが付されている領域の面積は、アクチュエータの移動量を表す。なお、図１３〜図１９を用いて説明されるアクチュエータの指令速度の変更処理は、アクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各指令速度に対して行なわれる。
The processing performed by the condition determining means 150 and the parameter changing means 151 will be described in more detail below with reference to FIGS. 13 to 19. The area of the hatched area in FIGS. 13 to 19 represents the amount of movement of the actuator. The process of changing the command speed of the actuator described with reference to FIGS. 13 to 19 is performed for each command speed of the
条件判定手段１５０は、動作時間Ｔｅと、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの合計時間Ｔａｄとを比較する。パラメータ変更手段１５１は、移動量を一定として、動作時間Ｔｅと合計時間Ｔａｄとが等しい場合の回転速度Ｖｎ１を求める。図１３は、動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも長い場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。図１３に示される場合、回転速度Ｖｎ１は初期値Ｖｎ０よりも速い。
The condition determination means 150 compares the operation time Te with the total time Tad of the acceleration time Ta and the deceleration time Td. The
図１４は、回転速度Ｖｎ１が最大回転速度Ｖｍａｘ以下である場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。図１４に示される場合、パラメータ変更手段１５１は、回転速度Ｖｎ１を指令速度Ｖｎに設定する。
FIG. 14 is a time chart of the rotation speed of the actuator when the rotation speed Vn1 is equal to or lower than the maximum rotation speed Vmax. In the case shown in FIG. 14, the
図１５は、回転速度Ｖｎ１が最大回転速度Ｖｍａｘより速い場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。図１５に示される場合、パラメータ変更手段１５１は、最大回転速度Ｖｍａｘを指令速度Ｖｎに設定する。
FIG. 15 is a time chart of the rotation speed of the actuator when the rotation speed Vn1 is faster than the maximum rotation speed Vmax. In the case shown in FIG. 15, the
動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも長い場合にアクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各指令速度が増速されることにより、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの各々をリンク作動装置１００の固有振動の周期としながらアクチュエータが定速で回転する時間を短縮することができる。その結果、リンク作動装置１００の位置決めに要する時間を実施の形態１よりもさらに短縮することができる。
When the operation time Te is longer than the total time Tad, the respective command speeds of the
図１６は、動作時間Ｔｅが加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの合計時間Ｔａｄよりも短い場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。図１６に示される場合、回転速度Ｖｎ１は初期値Ｖｎ０よりも遅い。パラメータ変更手段１５１は、図１７に示されるように回転速度Ｖｎ１を指令速度Ｖｎに設定する。 FIG. 16 is a time chart of the rotational speed of the actuator when the operation time Te is shorter than the total time Tad of the acceleration time Ta and the deceleration time Td. In the case shown in FIG. 16, the rotation speed Vn1 is slower than the initial value Vn0. The parameter changing means 151 sets the rotation speed Vn1 to the command speed Vn as shown in FIG.
動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも短い場合にアクチュエータ３５ａ〜３５ｃの各指令速度が減速されることにより、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの各々をリンク作動装置１００の固有振動の周期とすることができる。その結果、実施の形態１と同様にリンク作動装置１００の位置決めに要する動作時間を短縮することができる。
When the operation time Te is shorter than the total time Tad, the command speeds of the
図１８は、動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎ以下である場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。閾値時間Ｔｍｉｎは、作業体２０の移動量が十分に小さいため移動完了後の残留振動が無視することができる程度に小さい動作時間の上限として予め定められた動作時間である。すなわち、動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎ以下である場合、動作時間Ｔｅ（第１移動時間）および整定時間（第１整定時間）の合計時間（第１合計時間）は、動作時間が合計時間Ｔａｄ（第３合計時間）であるときの動作時間Ｔａｄおよび整定時間（第２整定時間）の合計時間（第２合計時間）以下である。閾値時間Ｔｍｉｎは、加速時間Ｔａよりも短く、たとえばシミュレーションあるいは実機実験によって適宜算出することができる。図１８に示される場合、パラメータ変更手段１５１は、指令速度Ｖｎを初期値Ｖｎ０から変更しない。
FIG. 18 is a time chart of the rotation speed of the actuator when the operation time Te is the threshold time Tmin or less. The threshold time Tmin is a predetermined operation time as the upper limit of the operation time that is small enough to ignore the residual vibration after the completion of the movement because the movement amount of the
図１９は、動作時間Ｔｅが加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの合計時間Ｔａｄと等しい場合のアクチュエータの回転速度のタイムチャートである。図１９に示される場合、パラメータ変更手段１５１は、指令速度Ｖｎを初期値Ｖｎ０から変更しない。
FIG. 19 is a time chart of the rotational speed of the actuator when the operation time Te is equal to the total time Tad of the acceleration time Ta and the deceleration time Td. In the case shown in FIG. 19, the
図２０は、図１２の制御装置１４０Ｂによって行なわれる姿勢制御処理の流れを示すフローチャートである。図２０に示されるフローチャートは、図１１に示されるフローチャートのＳ１０１とＳ１０２との間にＳ２０１〜Ｓ２０６が追加されたフローチャートである。
FIG. 20 is a flow chart showing the flow of attitude control processing performed by the
図２０に示されるように、制御装置１４０Ｂは、Ｓ１０１を行なってからＳ２０１において動作時間Ｔｅを推定し、処理をＳ２０２に進める。制御装置１４０Ｂは、Ｓ２０２において加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄの合計時間Ｔａｄと動作時間Ｔｅとが異なるか否か判定する。合計時間Ｔａｄと動作時間Ｔｅとが等しい場合（Ｓ２０２においてＮＯ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ１０２を行なってから処理を終了する。
As shown in FIG. 20, the
合計時間Ｔａｄと動作時間Ｔｅとが異なる場合（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ２０３において動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも長いか否かを判定する。動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも長い場合（Ｓ２０３においてＹＥＳ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ２０５において動作時間Ｔｅと合計時間Ｔａｄとの差の絶対値が小さくなるように指令速度を増速した後、Ｓ１０２を行なってから処理を終了する。
When total time Tad and operating time Te are different (YES in S202),
動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄよりも短い場合（Ｓ２０３においてＮＯ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ２０４において動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎよりも長いか否かを判定する。動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎ以下である場合（Ｓ２０４においてＮＯ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ１０２を行なってから処理を終了する。動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎより長い場合（Ｓ２０４においてＹＥＳ）、制御装置１４０Ｂは、Ｓ２０６において動作時間Ｔｅと合計時間Ｔａｄとの差の絶対値が小さくなるように指令速度を減速した後、Ｓ１０２を行なってから処理を終了する。
When operating time Te is shorter than total time Tad (NO in S203),
図２０に示されるフローチャートにおいて、動作時間Ｔｅが合計時間Ｔａｄと異なり（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、かつ動作時間Ｔｅが閾値時間Ｔｍｉｎより長い（Ｓ２０４においてＹＥＳ）という条件（特定条件）は、動作時間Ｔｅおよび整定時間の合計時間が動作時間Ｔａｄおよび整定時間の合計時間よりも長いことを示す条件である。 In the flowchart shown in FIG. 20, the condition (specific condition) that the operation time Te is different from the total time Tad (YES in S202) and the operation time Te is longer than the threshold time Tmin (YES in S204) is the operation time Te and This is a condition that indicates that the total settling time is longer than the total operating time Tad and the settling time.
以上、実施の形態２に係るリンク作動装置の制御装置によれば、リンク作動装置の位置決めに要する時間を短縮することができる。 As described above, with the control device for a link operating device according to the second embodiment, the time required for positioning the link operating device can be shortened.
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わされて実施されることも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the respective embodiments disclosed this time are appropriately combined and implemented within a range that does not contradict. The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
１ 基端部材、３ａ〜３ｃ，５ａ〜５ｃ，９ ナット、４，４Ｂ 制御装置、４ａ〜４ｃ，６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃ，８ａ〜８ｃ リンク部材、１０ パラレルリンク機構、１１ リンク機構、１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ 連結部材、２０ 作業体、３５ａ〜３５ｃ アクチュエータ、３６ａ〜３６ｃ 固定部、３７ａ〜３７ｃ，４２ａ〜４２ｃ 軸部、４１ａ〜４１ｃ 他方端部、４３ａ〜４３ｃ，６３ａ〜６３ｃ，７３ａ〜７３ｃ，７４ａ〜７４ｃ 貫通孔、８１ａ〜８１ｃ ベース部、８２ 中心軸、８３ａ〜８３ｃ 壁部、１００ リンク作動装置、１３０ 外部指令手段、１４０，１４０Ｂ 制御装置
１４１ 姿勢変更制御手段、１４２ 指令変換部、１４３ 同期制御部、１４４ 個別制御部、１４５ 位置制御部、１４６ 指令実行手段、１４７ 初期パラメータ生成部、１４８ 判断・変更部、１４９ 動作時間推定部、１５０ 条件判定手段、１５１ パラメータ変更手段、１５２ パラメータ記憶部、１５３ 位置記憶部、１５５ 加減速時間設定手段。
1 base end member, 3a-3c, 5a-5c, 9 nut, 4, 4B control device, 4a-4c, 6a-6c, 7a-7c, 8a-8c link member, 10 parallel link mechanism, 11 link mechanism, 13a -13c, 14a-14c Connection member, 20 Working body, 35a-35c Actuator, 36a-36c Fixed part, 37a-37c, 42a-42c Shaft part, 41a-41c Other end part, 43a-43c, 63a-63c, 73a -73c, 74a-74c Through hole, 81a-81c Base part, 82 Central axis, 83a-83c Wall part, 100 Link actuating device, 130 External command means, 140,140
Claims (10)
前記リンク作動装置は、
先端部材が装着されるパラレルリンク機構と、
少なくとも３つのアクチュエータとを備え、
前記パラレルリンク機構は、
基端部材と、
前記基端部材および前記先端部材を接続し、前記先端部材の前記基端部材に対する姿勢を変更可能に構成され、前記少なくとも３つのアクチュエータによってそれぞれ駆動される少なくとも３つのリンク機構とを含み、
前記少なくとも３つのリンク機構の各々は、
前記基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続され、前記少なくとも３つのアクチュエータのうち対応するアクチュエータによって回転角度が変更される第１リンク部材と、
前記第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続された第２リンク部材と、
前記第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続された第３リンク部材と、
前記第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続された第４リンク部材とを有し、
前記第１回転対偶部の回転中心軸と、前記第２回転対偶部の回転中心軸とは球面リンク中心点で交わり、
前記少なくとも３つのリンク機構の各第４リンク部材は、互いに第５回転対偶部において回転可能に接続され、
前記第５回転対偶部の回転中心軸は、前記球面リンク中心点を通り、
前記少なくとも３つのリンク機構のうちの１つのリンク機構の第４リンク部材は、前記第５回転対偶部において前記先端部材に固定され、
前記制御装置は、前記少なくとも３つのアクチュエータの各々の加速時間および減速時間を前記パラレルリンク機構の固有振動の周期に設定し、停止している前記少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を前記少なくとも３つのアクチュエータの各々に対応する特定速度まで前記加速時間をかけて加速した後、前記少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を前記特定速度から前記減速時間をかけて減速して停止させことにより、前記先端部材を移動させる、リンク作動装置の制御装置。 A control device for the link actuator,
The link actuator is
A parallel link mechanism to which the tip member is attached,
And at least three actuators,
The parallel link mechanism,
A base member,
The base end member and the tip end member are connected to each other, the posture of the tip end member with respect to the base end member is changeable, and at least three link mechanisms each driven by the at least three actuators are included;
Each of the at least three linkages is
A first link member that is rotatably connected to the base member at a first rotating pair, and that has a rotation angle changed by a corresponding actuator of the at least three actuators;
A second link member rotatably connected to the first link member at a second rotating pair;
A third link member that is rotatably connected to the second link member at a third rotating pair;
A fourth link member rotatably connected to the third link member at a fourth rotation pair portion,
The rotation center axis of the first rotation pair part and the rotation center axis of the second rotation pair part intersect at a spherical link center point,
The respective fourth link members of the at least three link mechanisms are rotatably connected to each other at a fifth rotation pair portion,
The rotation center axis of the fifth rotation pair part passes through the spherical link center point,
A fourth link member of one of the at least three link mechanisms is fixed to the tip member at the fifth rotation pair portion,
The control device sets the acceleration time and the deceleration time of each of the at least three actuators to the cycle of the natural vibration of the parallel link mechanism, and sets the rotational speeds of the stopped at least three actuators to the at least three. After accelerating to the specific speed corresponding to each of the actuators for the acceleration time, the rotational speeds of the at least three actuators are decelerated from the specific speed for the deceleration time and stopped to stop the tip member. A control device for a link actuating device that moves the.
前記先端部材の座標が前記第１座標である場合の前記特定距離は第１距離であり、前記先端部材の座標が前記第２座標である場合の前記特定距離は第２距離であり、
前記制御装置は、前記記憶部において前記第１距離に関連付けられている周期を用いて前記第１周期を算出するとともに、前記記憶部において前記第２距離に関連付けられている周期を用いて前記第２周期を算出する、請求項２に記載のリンク作動装置の制御装置。 The control device determines that a specific distance between the tip member and the spherical link center point and a cycle of the natural vibration corresponding to the specific distance when each rotation angle of the at least three actuators is 0°. Including a storage unit that is associated and stored in advance,
The specific distance when the coordinates of the tip member is the first coordinates is a first distance, the specific distance when the coordinates of the tip member is the second coordinates is a second distance,
The control device calculates the first cycle using a cycle associated with the first distance in the storage unit, and calculates the first cycle using a cycle associated with the second distance in the storage unit. The control device for the link actuator according to claim 2, wherein the control device calculates two cycles.
前記制御装置は、前記対応関係を用いる補完計算により前記第１周期および前記第２周期を算出する、請求項２に記載のリンク作動装置の制御装置。 The control device includes a storage unit in which a correspondence relationship between specific coordinates of the tip member and a cycle of the natural vibration corresponding to the specific coordinates is stored in advance,
The control device for a link actuating device according to claim 2, wherein the control device calculates the first period and the second period by complementary calculation using the correspondence relationship.
前記少なくとも３つのアクチュエータに対応する特定速度をＶｎ（ｎ＝１，２，３）とし、ベース速度をＶｂとし、前記少なくとも３つのリンク機構の各第１リンク部材の現在の回転角度をαｎとし、前記少なくとも３つのリンク機構の各第１リンク部材の目標回転角度をβｎとする場合に、前記制御装置は、以下の式（１）を用いて前記特定速度を計算する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリンク作動装置の制御装置。
The specific speed corresponding to the at least three actuators is Vn (n=1, 2, 3), the base speed is Vb, and the current rotation angle of each first link member of the at least three link mechanisms is αn, The control device calculates the specific speed using the following equation (1) when the target rotation angle of each first link member of the at least three link mechanisms is βn. A control device for a link actuating device according to any one of claims 1 to 4.
前記第１整定時間は、前記先端部材の移動時間が前記第１移動時間である場合の前記先端部材の整定時間であり、
前記第２整定時間は、前記先端部材の移動時間が前記第３合計時間である場合の整定時間である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリンク作動装置の制御装置。 The control device is configured such that the first total time of the first movement time of the tip member estimated from the specific speed, the acceleration time, and the deceleration time, and the first settling time of the tip member is the acceleration time, When a specific condition indicating that the deceleration time and the second total time of the second settling time of the tip member is longer is satisfied, the third total time of the acceleration time and the deceleration time and the first movement time. After changing the specific speed so that the absolute value of the difference of the
The first settling time is a settling time of the tip member when the moving time of the tip member is the first moving time,
The control device for a link actuating device according to claim 1, wherein the second settling time is a settling time when the moving time of the tip member is the third total time.
前記閾値時間は、前記加速時間よりも短く、
前記制御装置は、
前記第１移動時間が前記閾値時間よりも長く、かつ前記第１移動時間が前記第３合計時間よりも小さい場合、前記特定速度を減少させ、
前記第１移動時間が前記第３合計時間より長い場合、前記特定速度を増加させる、請求項７または８に記載のリンク作動装置の制御装置。 The specific condition includes a condition that the first movement time is different from the third total time and is longer than a threshold time,
The threshold time is shorter than the acceleration time,
The control device is
When the first movement time is longer than the threshold time and the first movement time is shorter than the third total time, the specific speed is decreased,
9. The control device for a link operating device according to claim 7, wherein the specific speed is increased when the first movement time is longer than the third total time.
前記リンク作動装置は、
先端部材が装着されるパラレルリンク機構と、
少なくとも３つのアクチュエータとを備え、
前記パラレルリンク機構は、
基端部材と、
前記基端部材および前記先端部材を接続し、前記先端部材の前記基端部材に対する姿勢を変更可能に構成され、前記少なくとも３つのアクチュエータによってそれぞれ駆動される少なくとも３つのリンク機構とを含み、
前記少なくとも３つのリンク機構の各々は、
前記基端部材に第１回転対偶部において回転可能に接続され、前記少なくとも３つのアクチュエータのうち対応するアクチュエータによって回転角度が変更される第１リンク部材と、
前記第１リンク部材に第２回転対偶部において回転可能に接続された第２リンク部材と、
前記第２リンク部材に第３回転対偶部において回転可能に接続された第３リンク部材と、
前記第３リンク部材に第４回転対偶部において回転可能に接続された第４リンク部材とを有し、
前記第１回転対偶部の回転中心軸と、前記第２回転対偶部の回転中心軸とは球面リンク中心点で交わり、
前記少なくとも３つのリンク機構の各第４リンク部材は、互いに第５回転対偶部において回転可能に接続され、
前記第５回転対偶部の回転中心軸は、前記球面リンク中心点を通り、
前記少なくとも３つのリンク機構のうちの１つのリンク機構の第４リンク部材は、前記第５回転対偶部において前記先端部材に固定され、
前記リンク作動装置の制御方法は、
前記少なくとも３つのアクチュエータの各々の加速時間および減速時間を前記パラレルリンク機構の固有振動の周期に設定するステップと、
停止している前記少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を前記少なくとも３つのアクチュエータの各々に対応する特定速度まで前記加速時間をかけて加速した後、前記少なくとも３つのアクチュエータの各回転速度を前記特定速度から前記減速時間をかけて減速して停止させことにより、前記先端部材を移動させるステップとを含む、リンク作動装置の制御方法。 A method for controlling a link actuator, comprising:
The link actuator is
A parallel link mechanism to which the tip member is attached,
And at least three actuators,
The parallel link mechanism,
A base member,
The base end member and the tip end member are connected to each other, the posture of the tip end member with respect to the base end member is changeable, and at least three link mechanisms each driven by the at least three actuators are included;
Each of the at least three linkages is
A first link member that is rotatably connected to the base member at a first rotating pair, and that has a rotation angle changed by a corresponding actuator of the at least three actuators;
A second link member rotatably connected to the first link member at a second rotating pair;
A third link member that is rotatably connected to the second link member at a third rotating pair;
A fourth link member rotatably connected to the third link member at a fourth rotation pair portion,
The rotation center axis of the first rotation pair part and the rotation center axis of the second rotation pair part intersect at a spherical link center point,
The respective fourth link members of the at least three link mechanisms are rotatably connected to each other at a fifth rotation pair portion,
The rotation center axis of the fifth rotation pair part passes through the spherical link center point,
A fourth link member of one of the at least three link mechanisms is fixed to the tip member at the fifth rotation pair portion,
The control method of the link actuator is,
Setting an acceleration time and a deceleration time of each of the at least three actuators to a cycle of natural vibration of the parallel link mechanism;
After accelerating the rotation speeds of the at least three actuators that have stopped to the specific speeds corresponding to the at least three actuators over the acceleration time, the rotation speeds of the at least three actuators are changed to the specific speeds. And moving the tip member by decelerating and stopping for the deceleration time.
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