JP3007208B2 - パラレルリンクマニプレータの制御における順変換方法 - Google Patents
パラレルリンクマニプレータの制御における順変換方法Info
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- JP3007208B2 JP3007208B2 JP3333914A JP33391491A JP3007208B2 JP 3007208 B2 JP3007208 B2 JP 3007208B2 JP 3333914 A JP3333914 A JP 3333914A JP 33391491 A JP33391491 A JP 33391491A JP 3007208 B2 JP3007208 B2 JP 3007208B2
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50162—Stewart platform, hexapod construction
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はパラレルリンクマニプレ
ータの制御おける順変換方法に関する。
ータの制御おける順変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より基盤と、この基盤上の所定位置
に並列的に配設された複数のリンク部材と、これらのリ
ンク部材の先端に配設され、その位置および姿勢が決定
されるエンドエフェクタ（以下、ＥＦという）とからな
るマニプレータ、いわゆるパラレルリンクマニプレータ
（以下、ＰＬＭという）が用いられている。このＰＬＭ
の制御を行うための作業座標系への変換においていは、
シリアルリンクマニプレータと同様に、順変換や逆変換
が用いられている。ここで、順変換とは、リンクの長さ
およびリンク関節の回転角度などのリンクの状態情報を
用いてＥＦの位置と姿勢を求めることをいい、逆変換と
は、ＥＦの位置と姿勢に関する情報を用いてリンクの状
態を求めることをいう。
に並列的に配設された複数のリンク部材と、これらのリ
ンク部材の先端に配設され、その位置および姿勢が決定
されるエンドエフェクタ（以下、ＥＦという）とからな
るマニプレータ、いわゆるパラレルリンクマニプレータ
（以下、ＰＬＭという）が用いられている。このＰＬＭ
の制御を行うための作業座標系への変換においていは、
シリアルリンクマニプレータと同様に、順変換や逆変換
が用いられている。ここで、順変換とは、リンクの長さ
およびリンク関節の回転角度などのリンクの状態情報を
用いてＥＦの位置と姿勢を求めることをいい、逆変換と
は、ＥＦの位置と姿勢に関する情報を用いてリンクの状
態を求めることをいう。
【０００３】このように従来の順変換においては、リン
ク長さのみでなく、リンクに設けられたポテンショメー
タにより得られたリンク関節の回転角度をも用いて行っ
ていたため、次のような問題が生じている。
ク長さのみでなく、リンクに設けられたポテンショメー
タにより得られたリンク関節の回転角度をも用いて行っ
ていたため、次のような問題が生じている。
【０００４】順変換と逆変換とのつじつまが合わなく
なる。これはポテンショメータにより得られた回転角度
の精度が悪いこと（計測部におけるヒステリシスの存在
やポテンショメータの非線形性による）による。
なる。これはポテンショメータにより得られた回転角度
の精度が悪いこと（計測部におけるヒステリシスの存在
やポテンショメータの非線形性による）による。
【０００５】順変換で使用する計測結果には、重力等
の影響によるリンク部材やＥＦの歪も含んでいるが、逆
変換ではそれが考慮されていない。また、演算処理によ
りその補償を行うのも困難である。
の影響によるリンク部材やＥＦの歪も含んでいるが、逆
変換ではそれが考慮されていない。また、演算処理によ
りその補償を行うのも困難である。
【０００６】によりＥＦの現在位置と計算上の位
置とにずれが生じ、移動の際にＥＦがそのずれを修正し
ようとして急激な動きをするために危険である。
置とにずれが生じ、移動の際にＥＦがそのずれを修正し
ようとして急激な動きをするために危険である。
【０００７】計測部の調整、特にポテンショメータの
調整に時間と労力を要し、コスト上昇を招来している。
調整に時間と労力を要し、コスト上昇を招来している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、原則としてポ
テンショメータによりリンク関節の回転角度を計測する
ことなく、ＰＬＭの制御がなし得る順変換方法を提供す
ることを目的とする。
術の問題点に鑑みなされたものであって、原則としてポ
テンショメータによりリンク関節の回転角度を計測する
ことなく、ＰＬＭの制御がなし得る順変換方法を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、基盤と、該基
盤上の所定位置に配設された複数のリンク部材と、該複
数のリンク部材により位置および姿勢が決定されるエン
ドエフェクタとからなるパラレルリンクマニプレータの
順変換と逆変換とを用いた制御における順変換方法であ
って、その順変換方法が、 （１）目標位置に対応するリンク長を設定する工程と、 （２）エンドエフェクタの位置および姿勢を算出するた
めの収束演算処理の作業座標系における演算処理のため
の初期値である初期位置を指定する工程と、 （３）作業座標系における指定座標位置に対応するリン
ク長を算出する工程と、 （４）指定座標位置に対応するリンク長と目標位置に対
応するリンク長との差を算出する工程と、 （５）前記算出された差が制限値内にあるか否かを判定
する工程と、 （６）前記差が制限値内になければ、前記算出された差
に基づき新たな座標位置を算出し、その座標位置を新た
な指定座標位置として前記（３）に戻る工程と、 （７）前記差が制限値内にあれば、指定座標位置を目標
座標位置として出力する工程とを含んでなることを特徴
としている。
盤上の所定位置に配設された複数のリンク部材と、該複
数のリンク部材により位置および姿勢が決定されるエン
ドエフェクタとからなるパラレルリンクマニプレータの
順変換と逆変換とを用いた制御における順変換方法であ
って、その順変換方法が、 （１）目標位置に対応するリンク長を設定する工程と、 （２）エンドエフェクタの位置および姿勢を算出するた
めの収束演算処理の作業座標系における演算処理のため
の初期値である初期位置を指定する工程と、 （３）作業座標系における指定座標位置に対応するリン
ク長を算出する工程と、 （４）指定座標位置に対応するリンク長と目標位置に対
応するリンク長との差を算出する工程と、 （５）前記算出された差が制限値内にあるか否かを判定
する工程と、 （６）前記差が制限値内になければ、前記算出された差
に基づき新たな座標位置を算出し、その座標位置を新た
な指定座標位置として前記（３）に戻る工程と、 （７）前記差が制限値内にあれば、指定座標位置を目標
座標位置として出力する工程とを含んでなることを特徴
としている。
【００１０】 本発明の順変換方法においては、前記初
期位置としてホームポジションを用いるのが好ましい。
また、本発明において初期位置の自由度を増大させるた
めには、計測用リンク部材に設けられたポテンショメー
タにより計測された現在座標位置を用いるのが好まし
い。
期位置としてホームポジションを用いるのが好ましい。
また、本発明において初期位置の自由度を増大させるた
めには、計測用リンク部材に設けられたポテンショメー
タにより計測された現在座標位置を用いるのが好まし
い。
【００１１】
【作用】本発明の順変換方法においては、原則としてリ
ンク長さのみをリンクの状態情報として用い、しかもそ
の値を収束演算法にて処理して目標座標位置を求めてい
るので、精度良くＥＦを動かしたい位置に移動させるこ
とができる。
ンク長さのみをリンクの状態情報として用い、しかもそ
の値を収束演算法にて処理して目標座標位置を求めてい
るので、精度良くＥＦを動かしたい位置に移動させるこ
とができる。
【００１２】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の一実
施例について説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。
施例について説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。
【００１３】 図１〜３は本発明の順変換方法を用いた
制御方法の一実施例のフローチャート、図４は本発明の
順変換方法を用いた制御対象であるＰＬＭ概略図、図５
はノーマルリンクの概略図、図６は計測用リンクの概略
図である。図において、１はＰＬＭ、２はノーマルリン
ク、３は計測用リンクを示す。
制御方法の一実施例のフローチャート、図４は本発明の
順変換方法を用いた制御対象であるＰＬＭ概略図、図５
はノーマルリンクの概略図、図６は計測用リンクの概略
図である。図において、１はＰＬＭ、２はノーマルリン
ク、３は計測用リンクを示す。
【００１４】 図１〜３のフローチャートに基づいて、
本発明の順変換方法を用いた制御方法の一実施例につい
て説明する。
本発明の順変換方法を用いた制御方法の一実施例につい
て説明する。
【００１５】ステップ１：制御装置の電源をオンする。
【００１６】ステップ２：ＰＬＭの電源をオンする。
【００１７】ステップ３：教示作業により目標位置に対
応するリンク長さＬTを設定する。リンク長さは各リン
ク２、３のモータ２１、３１に設けられたエンコーダ
（図示せず）により行う。
応するリンク長さＬTを設定する。リンク長さは各リン
ク２、３のモータ２１、３１に設けられたエンコーダ
（図示せず）により行う。
【００１８】 ステップ４：エンドエフェクタの位置お
よび姿勢を算出するための収束演算処理の作業座標系に
おける演算処理のための初期値である初期位置Ｘ0（Ｅ
Ｆの初期位置と姿勢）を指定する。この初期位置Ｘ0と
しては、作業範囲の中心に近いホームポジションを採用
する。なお、ＰＬＭが計測用リンク３（関節部の回転角
度を計測するためのポテンショメータ３２を有するリン
ク）を有する場合、ポテンショメータ３２の回転角度を
用いて計算して得られた座標位置を初期位置Ｘ0とする
こともできる。この場合は、初期位置Ｘ0の選択の自由
度が増大する。
よび姿勢を算出するための収束演算処理の作業座標系に
おける演算処理のための初期値である初期位置Ｘ0（Ｅ
Ｆの初期位置と姿勢）を指定する。この初期位置Ｘ0と
しては、作業範囲の中心に近いホームポジションを採用
する。なお、ＰＬＭが計測用リンク３（関節部の回転角
度を計測するためのポテンショメータ３２を有するリン
ク）を有する場合、ポテンショメータ３２の回転角度を
用いて計算して得られた座標位置を初期位置Ｘ0とする
こともできる。この場合は、初期位置Ｘ0の選択の自由
度が増大する。
【００１９】ステップ５：指定座標位置Ｘi（演算処理
開始時は初期位置Ｘ0）に対応するリンク長さＬiを算出
する。
開始時は初期位置Ｘ0）に対応するリンク長さＬiを算出
する。
【００２０】ステップ６：ＬiとＬTとの差△Ｌiを算出
する。 （△Ｌi＝Ｌi−ＬT）
する。 （△Ｌi＝Ｌi−ＬT）
【００２１】ステップ７：△Ｌiが制限値内にあるか否
か判定する。この制限値のいかんにより精度および演算
処理時間が決定されるので、この制限値の選定は慎重に
行なう必要がある。本発明においては、各リンク長さの
差の合計が１ｍｍ以内に納まるように制限している。こ
れはシミュレーションの結果、演算処理時間および精度
の両者を実用上問題なく満足し得ることが判明したこと
による。
か判定する。この制限値のいかんにより精度および演算
処理時間が決定されるので、この制限値の選定は慎重に
行なう必要がある。本発明においては、各リンク長さの
差の合計が１ｍｍ以内に納まるように制限している。こ
れはシミュレーションの結果、演算処理時間および精度
の両者を実用上問題なく満足し得ることが判明したこと
による。
【００２２】ステップ８：△Ｌiが制限値内にない場
合、△Ｌiに対応する座標変位量△Ｘiを算出する。 （△Ｘi＝Ｒｖ（Ｊｐ）・△Ｌi） ここに、Ｒｖ（Ｊｐ）はヤコビ行列Ｊｐの逆行列を示
す。
合、△Ｌiに対応する座標変位量△Ｘiを算出する。 （△Ｘi＝Ｒｖ（Ｊｐ）・△Ｌi） ここに、Ｒｖ（Ｊｐ）はヤコビ行列Ｊｐの逆行列を示
す。
【００２３】ステップ９：指定座標位置Ｘiに△Ｘiを加
算し、新たな座標位置Ｘi+1を算出する。 （Ｘi+1＝Ｘi＋△Ｘi）
算し、新たな座標位置Ｘi+1を算出する。 （Ｘi+1＝Ｘi＋△Ｘi）
【００２４】ステップ10：新たな座標位置Ｘi+1を指定
座表位置Ｘiに置き換えステップ５に戻る。
座表位置Ｘiに置き換えステップ５に戻る。
【００２５】ステップ11：△Ｌiが制限値内にある場
合、指定座標Ｘiを目標座標位置ＸTとして出力する。
合、指定座標Ｘiを目標座標位置ＸTとして出力する。
【００２６】ステップ12：目標座標位置ＸTを用いてＥ
Ｆの位置および姿勢を所望のものとするが、これは従来
と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
Ｆの位置および姿勢を所望のものとするが、これは従来
と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２７】ステップ13：ＰＬＭの電源をオフする。
【００２８】ステップ14：制御装置の電源をオフする。
【００２９】なお、制限値を０．１ｍｍとした場合の演
算繰返し数は、シミュレーションの結果２００回程度で
あったので、ＰＬＭの円滑な動作に支障を来さないよう
に繰返し数の最大値を２００として設定している。制限
値を１ｍｍとした場合に、繰返し数が２００回を超える
のは異状と判断できるからである。
算繰返し数は、シミュレーションの結果２００回程度で
あったので、ＰＬＭの円滑な動作に支障を来さないよう
に繰返し数の最大値を２００として設定している。制限
値を１ｍｍとした場合に、繰返し数が２００回を超える
のは異状と判断できるからである。
【００３０】 実施例および比較例 本発明の順変換方法を用いた制御方法によるＰＬＭの教
示位置に対する誤差を測定し、表１に実施例として示し
た。比較のために従来の計測リンク法によるＰＬＭの教
示位置に対する誤差をも測定し、比較例として併せて示
した。表１より、本発明の順変換方法を用いた制御方法
によれば、ＰＬＭの教示位置に対して精度よく移動させ
ることができるのがわかる。
示位置に対する誤差を測定し、表１に実施例として示し
た。比較のために従来の計測リンク法によるＰＬＭの教
示位置に対する誤差をも測定し、比較例として併せて示
した。表１より、本発明の順変換方法を用いた制御方法
によれば、ＰＬＭの教示位置に対して精度よく移動させ
ることができるのがわかる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果が得られる。
のような効果が得られる。
【００３３】リンク長さのみを計測することで、作業
座標系における目標座標位置を算出できる。
座標系における目標座標位置を算出できる。
【００３４】ＥＦを精度良く移動させることができ
る。
る。
【００３５】原則としてポテンショメータによる計測
を必要としないので、ボテンショメータの個数を減らす
ことができ、それによりキャリレブレーションの工数も
大幅に削減することができる。
を必要としないので、ボテンショメータの個数を減らす
ことができ、それによりキャリレブレーションの工数も
大幅に削減することができる。
【図１】 本発明の順変換方法を用いた制御方法の一実
施例のフローチャートの一部である。
施例のフローチャートの一部である。
【図２】 本発明の順変換方法を用いた制御方法の一実
施例のフローチャートの一部である。
施例のフローチャートの一部である。
【図３】 本発明の順変換方法を用いた制御方法の一実
施例のフローチャートの一部である。
施例のフローチャートの一部である。
【図４】 本発明の順変換方法を用いた制御対象のＰＬ
Ｍの概略図である。
Ｍの概略図である。
【図５】 ノーマルリンクの概略図である。
【図６】 計測用リンクの概略図である。
１ パラレルリンクマニプレータ（ＰＬＭ） ２ ノーマルリンク ３ 計測用リンク ４ エンドエフェクタ（ＥＦ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−260994（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−241682（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−504244（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 9/10 B25J 11/00 B25J 13/08 G05D 3/00 G05B 19/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 基盤と、該基盤上の所定位置に配設され
た複数のリンク部材と、該複数のリンク部材により位置
および姿勢が決定されるエンドエフェクタとからなるパ
ラレルリンクマニプレータの順変換と逆変換とを用いた
制御における順変換方法であって、その順変換方法が、 （１）目標位置に対応するリンク長を設定する工程と、 （２）エンドエフェクタの位置および姿勢を算出するた
めの収束演算処理の作業座標系における演算処理のため
の初期値である初期位置を指定する工程と、 （３）作業座標系における指定座標位置に対応するリン
ク長を算出する工程と、 （４）指定座標位置に対応するリンク長と目標位置に対
応するリンク長との差を算出する工程と、 （５）前記算出された差が制限値内にあるか否かを判定
する工程と、 （６）前記差が制限値内になければ、前記算出された差
に基づき新たな座標位置を算出し、その座標位置を新た
な指定座標位置として前記（３）に戻る工程と、 （７）前記差が制限値内にあれば、指定座標位置を目標
座標位置として出力する工程とを含んでなることを特徴
とするパラレルリンクマニプレータの制御における順変
換方法。 - 【請求項２】 前記初期位置としてホームポジションを
用いることを特徴とする請求項１記載の順変換方法。 - 【請求項３】 前記リンク部材が、ポテンショメータを
有する１本の計測用リンク部材と、ポテンショメータを
有しないノーマルリンク部材とからなり、前記計測用リ
ンク部材に設けられたポテンショメータにより計測され
た現在座標位置を前記初期位置として用いることを特徴
とする請求項１記載の順変換方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333914A JP3007208B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | パラレルリンクマニプレータの制御における順変換方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333914A JP3007208B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | パラレルリンクマニプレータの制御における順変換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05138560A JPH05138560A (ja) | 1993-06-01 |
| JP3007208B2 true JP3007208B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=18271377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3333914A Expired - Fee Related JP3007208B2 (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | パラレルリンクマニプレータの制御における順変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3007208B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6832877B2 (en) | 2000-05-29 | 2004-12-21 | Kabushiki Kaisya Advance | Dental measuring and machining system |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP3333914A patent/JP3007208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05138560A (ja) | 1993-06-01 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990406 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991116 |
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