JP4290049B2 - Parallel link device - Google Patents

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Description

本発明は、精密な位置決めを実現するパラレルリンク装置に関する。   The present invention relates to a parallel link device that realizes precise positioning.

従来から、固定部と可動テーブルとをリンクにより連結する6自由度パラレルリンク機構が開示されている。これらのパラレルリンク機構には、圧電素子の伸縮方向と平行に静電容量型変位計を固定し、圧電素子の端部にターゲット部材を設け、圧電素子の伸縮動作に伴うリンクストロークの変化を検出するパラレルリンク機構が開示されている(たとえば、特許文献1)。そして、このようなパラレルリンク機構では、同時に可動テーブルのターゲット面に対向させてX軸、Y軸およびZ軸に並行に変位計を設け、可動テーブルの姿勢をモニタするものもある。
特開平8−115128号公報
Conventionally, a 6-degree-of-freedom parallel link mechanism that connects a fixed portion and a movable table by a link is disclosed. In these parallel link mechanisms, a capacitance displacement meter is fixed parallel to the expansion / contraction direction of the piezoelectric element, a target member is provided at the end of the piezoelectric element, and changes in the link stroke accompanying the expansion / contraction operation of the piezoelectric element are detected. A parallel link mechanism is disclosed (for example, Patent Document 1). In such a parallel link mechanism, there is also a type in which a displacement meter is provided in parallel with the X axis, the Y axis, and the Z axis so as to face the target surface of the movable table at the same time to monitor the attitude of the movable table.
JP-A-8-115128

しかしながら、圧電素子の端部に設けられたターゲット部材を用いてリンクストロークの変化を検出しようとすると、可動テーブルの変位に寄与するリンクストロークではなく、圧電素子の変位を検出することになり、圧電素子の変位を可動テーブルに伝達するまでに生じるロスが誤差となる。そして、この誤差を補正しつつ可動テーブルの姿勢を制御すると制御が複雑になる。   However, if a change in the link stroke is detected using the target member provided at the end of the piezoelectric element, the displacement of the piezoelectric element is detected instead of the link stroke that contributes to the displacement of the movable table. The loss that occurs until the displacement of the element is transmitted to the movable table is an error. If the posture of the movable table is controlled while correcting this error, the control becomes complicated.

一方、近年、半導体や液晶関連の製造装置に用いる位置決めテーブル(可動テーブル)には、高精度な姿勢制御が要求されている。   On the other hand, in recent years, a highly accurate attitude control is required for a positioning table (movable table) used in a semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus.

本発明は、このような課題を解決するために鋭意検討してなされたものであり、高精度な位置決め制御を可能とするパラレルリンク装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in earnest to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a parallel link device that enables highly accurate positioning control.

(1)上記の目的を達成するため、本発明のパラレルリンク装置は、可動テーブルを、軸方向に変位可能な複数のリンクで支持し、アクチュエータの駆動により前記各リンクを変位させて前記可動テーブルの姿勢を制御するパラレルリンク装置であって、前記リンクの軸方向と実質的に垂直となるように前記可動テーブルに設けられたターゲット面と、前記各リンク、または前記各リンクに変位を伝達する前記アクチュエータの一端が固定されている固定部のセンサ取り付け部に、前記ターゲット面と対向するように設けられ、前記ターゲット面までの距離を検出する変位センサと、を備えることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, the parallel link device of the present invention supports the movable table by a plurality of links displaceable in the axial direction, and displaces each link by driving an actuator to move the movable table. A parallel link device for controlling the attitude of the target device, wherein the displacement is transmitted to the target surface provided on the movable table and each link or each link so as to be substantially perpendicular to the axial direction of the link. A displacement sensor for detecting a distance to the target surface is provided on a sensor mounting portion of a fixed portion to which one end of the actuator is fixed so as to face the target surface.

これにより、可動テーブルに寄与するリンクの変位を直接に検出することができる。その結果、アクチュエータの変位が可動テーブルに伝達されるまでに生じる変位のロスを考慮することなく、精度よく簡単に可動テーブルの姿勢を制御することができる。また、変位のロスにより生じる誤差を解消できるため、別途可動テーブルの姿勢をモニタするためのセンサを不要とすることができる。   Thereby, the displacement of the link contributing to the movable table can be directly detected. As a result, the attitude of the movable table can be controlled accurately and easily without considering the displacement loss that occurs until the displacement of the actuator is transmitted to the movable table. In addition, since an error caused by the loss of displacement can be eliminated, a sensor for separately monitoring the attitude of the movable table can be eliminated.

(2)また、パラレルリンク装置は、前記固定部にヒンジを介して連結され、鉛直面内で揺動可能な揺動部材をさらに備え、前記アクチュエータは、前記ヒンジの鉛直下方の位置で、前記固定部から前記揺動部材へ向かう方向へ前記揺動部材を押圧し、前記リンクは、前記揺動部材の揺動軸からの距離が、前記揺動部材の揺動軸から前記揺動部材が前記アクチュエータから押圧される位置までの距離よりも大きい前記揺動部材上の位置で、前記リンクの軸が交わるように前記揺動部材に連結され、前記アクチュエータの駆動により前記リンクを変位させて前記可動テーブルの姿勢を制御することが好適である。   (2) Further, the parallel link device further includes a swing member coupled to the fixed portion via a hinge and swingable in a vertical plane, and the actuator is located at a position vertically below the hinge. The rocking member is pressed in a direction from the fixed portion toward the rocking member, and the link is separated from the rocking shaft of the rocking member by a distance from the rocking shaft of the rocking member. It is connected to the swing member so that the axis of the link intersects at a position on the swing member that is larger than the distance from the actuator to the pressed position, and the link is displaced by driving the actuator to move the link. It is preferable to control the attitude of the movable table.

これにより、アクチュエータの変位を拡大しつつ可動テーブルに伝達して、可動テーブルを大きく変位させることができる。その結果、パラレルリンク装置の外形寸法の変更ができない場合であっても、可動テーブルのストロークを拡大することができる。また、可動テーブルの変位速度を大きくし、可動テーブルの姿勢制御を高速に行なうことができる。また、揺動部材の形状等を調節することにより、アクチュエータの揺動部材への押圧方向と、リンクの可動テーブルへの変位方向との成す角を任意に設定することができ、柔軟に装置の設計を行なうことができる。   Thereby, the displacement of the actuator can be transmitted to the movable table while being enlarged, and the movable table can be greatly displaced. As a result, even when the external dimensions of the parallel link device cannot be changed, the stroke of the movable table can be enlarged. Further, the displacement speed of the movable table can be increased, and the attitude of the movable table can be controlled at high speed. In addition, by adjusting the shape of the swinging member, the angle between the pressing direction of the actuator to the swinging member and the direction of displacement of the link to the movable table can be arbitrarily set, and the device can be flexibly configured. Design can be done.

(3)また、パラレルリンク装置は、前記揺動部材と前記固定部とを連結する弾性体をさらに備えることが好適である。これにより、アクチュエータの先端に揺動部材が押し当てられることとなり、アクチュエータの先端と揺動部材の接触を良くすることができる。その結果、アクチュエータの変位に対する揺動部材の追従性を向上することができる。   (3) Moreover, it is preferable that a parallel link apparatus is further equipped with the elastic body which connects the said rocking | swiveling member and the said fixing | fixed part. Thereby, the swing member is pressed against the tip of the actuator, and the contact between the tip of the actuator and the swing member can be improved. As a result, the followability of the swing member with respect to the displacement of the actuator can be improved.

(4)また、パラレルリンク装置は、前記リンクは、側面が径方向に窪んだ小径部を少なくとも一部に備えることが好適である。これにより、スムーズな位置決めを行なうことのできる安価なパラレルリンク装置を実現できる。また、機構上の遊びの部分を省き、変位方向の剛性を維持することができる。   (4) Further, in the parallel link device, it is preferable that the link includes at least a small-diameter portion whose side surface is recessed in a radial direction. Thereby, an inexpensive parallel link device that can perform smooth positioning can be realized. Further, the play portion on the mechanism can be omitted, and the rigidity in the displacement direction can be maintained.

本発明に係るパラレルリンク装置によれば、可動テーブルに寄与するリンクの変位を直接に検出することができる。その結果、アクチュエータの変位が可動テーブルに伝達されるまでに生じる変位のロスを考慮することなく、精度よく簡単に可動テーブルの姿勢を制御することができる。また、変位のロスにより生じる誤差を解消できるため、別途可動テーブルの姿勢をモニタするためのセンサを不要とすることができる。   According to the parallel link device of the present invention, it is possible to directly detect the displacement of the link that contributes to the movable table. As a result, the attitude of the movable table can be controlled accurately and easily without considering the displacement loss that occurs until the displacement of the actuator is transmitted to the movable table. In addition, since an error caused by the loss of displacement can be eliminated, a sensor for separately monitoring the attitude of the movable table can be eliminated.

また、本発明に係るパラレルリンク装置によれば、アクチュエータの変位を拡大しつつ可動テーブルに伝達して、可動テーブルを大きく変位させることができる。その結果、パラレルリンク装置の外形寸法の変更ができない場合であっても、可動テーブルのストロークを拡大することができる。また、可動テーブルの変位速度を大きくし、可動テーブルの姿勢制御を高速に行なうことができる。また、揺動部材の形状等を調節することにより、アクチュエータの揺動部材への押圧方向と、リンクの可動テーブルへの変位方向との成す角を任意に設定することができ、柔軟に装置の設計を行なうことができる。   Further, according to the parallel link device of the present invention, the displacement of the actuator can be transmitted to the movable table while being enlarged, and the movable table can be greatly displaced. As a result, even when the external dimensions of the parallel link device cannot be changed, the stroke of the movable table can be enlarged. Further, the displacement speed of the movable table can be increased, and the attitude of the movable table can be controlled at high speed. In addition, by adjusting the shape of the swinging member, the angle between the pressing direction of the actuator to the swinging member and the direction of displacement of the link to the movable table can be arbitrarily set, and the device can be flexibly configured. Design can be done.

また、本発明に係るパラレルリンク装置によれば、アクチュエータの先端に揺動部材が押し当てられることとなり、アクチュエータの先端と揺動部材の接触を良くすることができる。その結果、アクチュエータの変位に対する揺動部材の追従性を向上することができる。   Further, according to the parallel link device of the present invention, the swing member is pressed against the tip of the actuator, and the contact between the tip of the actuator and the swing member can be improved. As a result, the followability of the swing member with respect to the displacement of the actuator can be improved.

また、本発明に係るパラレルリンク装置によれば、スムーズな位置決めを行なうことのできる安価なパラレルリンク装置を実現できる。また、機構上の遊びの部分を省き、変位方向の剛性を維持することができる。   Further, according to the parallel link device of the present invention, an inexpensive parallel link device that can perform smooth positioning can be realized. Further, the play portion on the mechanism can be omitted, and the rigidity in the displacement direction can be maintained.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、これは実施形態の例示であって、本発明がこの実施形態に限定されるものではない。また、ここでは6自由度のパラレルリンク機構を例にとって説明するが、3自由度であっても良い。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is an exemplification of the embodiment, and the present invention is not limited to this embodiment. In addition, although a parallel link mechanism having 6 degrees of freedom will be described as an example here, 3 degrees of freedom may be used. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are assigned to the same components in the drawings, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、本実施の形態に係るパラレルリンク装置の側面図であり、図2は、同平面図である。図1に示すように、パラレルリンク装置1は、固定部10、ヒンジ20、揺動部材30、アクチュエータ40、予圧バネ50、リンク60、可動テーブル70、および変位センサ80により構成される。ここで、固定部10は、ベース部11、各アクチュエータ収納部12および各センサ取り付け部13から構成され、ベース部11が一定の位置に動かないように固定されているため、そのベース部11に固着しているアクチュエータ収納部12およびそのアクチュエータ収納部12に固着しているセンサ取り付け部13も一定の位置から動かない。   FIG. 1 is a side view of the parallel link device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view thereof. As shown in FIG. 1, the parallel link device 1 includes a fixed portion 10, a hinge 20, a swing member 30, an actuator 40, a preload spring 50, a link 60, a movable table 70, and a displacement sensor 80. Here, the fixing portion 10 includes a base portion 11, each actuator housing portion 12, and each sensor mounting portion 13, and is fixed so that the base portion 11 does not move to a fixed position. The fixed actuator storage portion 12 and the sensor mounting portion 13 fixed to the actuator storage portion 12 also do not move from a certain position.

図1および図2に示すように、パラレルリンク装置1は、アクチュエータ40の変位が、揺動部材30を介して拡大されてリンク60に伝えられる構成をとっている。以下ヒンジ20、揺動部材30およびアクチュエータ40により構成される部分を機能的にまとめて変位拡大機構と呼ぶ。したがって、パラレルリンク装置1は、主に固定部10、変位拡大機構、リンク60、および可動テーブル70により構成されていると考えてよい。まず、6つの変位拡大機構のうちの1つの変位拡大機構について構成を説明する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the parallel link device 1 has a configuration in which the displacement of the actuator 40 is expanded via the swing member 30 and transmitted to the link 60. Hereinafter, a portion constituted by the hinge 20, the swinging member 30, and the actuator 40 is collectively referred to as a displacement enlarging mechanism. Therefore, it may be considered that the parallel link device 1 is mainly configured by the fixed portion 10, the displacement enlarging mechanism, the link 60, and the movable table 70. First, the configuration of one of the six displacement magnifying mechanisms will be described.

ヒンジ20は、揺動部材30を揺動可能に固定部10のアクチュエータ収納部12につなぎとめている。揺動部材30は、ヒンジ20により、鉛直面内で揺動可能である。揺動部材の形状は、上記の機能を果たすものであれば特に限定されない。   The hinge 20 is connected to the actuator housing portion 12 of the fixed portion 10 so that the swing member 30 can swing. The swing member 30 can swing in the vertical plane by the hinge 20. The shape of the rocking member is not particularly limited as long as it fulfills the above function.

図3は、パラレルリンク装置1のヒンジ20の周辺を示す図である。図3(a)に示すように、ヒンジ20は、固定部10のアクチュエータ収納部12の幅方向全体にわたって、固定部10のアクチュエータ収納部12と揺動部材30とを連結している。   FIG. 3 is a view showing the periphery of the hinge 20 of the parallel link device 1. As shown in FIG. 3A, the hinge 20 connects the actuator storage portion 12 of the fixed portion 10 and the swing member 30 over the entire width direction of the actuator storage portion 12 of the fixed portion 10.

固定部10のアクチュエータ収納部12は、アクチュエータ40の変位が揺動部材30に伝わるようにアクチュエータ40の一端を固定している。そして、アクチュエータ40の他端は、ヒンジ20の鉛直下方の位置で押圧可能なように揺動部材30の表面に接触している。アクチュエータ40は、例えば圧電アクチュエータにより構成されるが、変位を制御できるものであれば特に圧電アクチュエータに限定されない。ヒンジ20は、もともとアクチュエータ収納部12と揺動部材30とが一体の部材だったものを図3(b)に示すように上面および下面が内部に窪んだ形状に削り出して形成したものである。なお、図3(b)に示すヒンジ20に代えて、その他ヒンジバネ等のヒンジとして機能するものを設けてもよい。   The actuator housing portion 12 of the fixed portion 10 fixes one end of the actuator 40 so that the displacement of the actuator 40 is transmitted to the swing member 30. The other end of the actuator 40 is in contact with the surface of the swing member 30 so as to be pressed at a position vertically below the hinge 20. The actuator 40 is configured by, for example, a piezoelectric actuator, but is not particularly limited to a piezoelectric actuator as long as the displacement can be controlled. The hinge 20 is formed by cutting out an actuator housing portion 12 and a swinging member 30 that were originally an integral member, as shown in FIG. . In addition, it may replace with the hinge 20 shown in FIG.3 (b), and you may provide what functions as hinges, such as other hinge springs.

弾性体としての予圧バネ50は、アクチュエータ40と揺動部材30の接触位置のさらに鉛直下方の位置で、一端が固定部10のアクチュエータ収納部12に、かつ他端が揺動部材30に連結している。予圧バネ50も、ヒンジ20と同様に、もともと固定部10のアクチュエータ収納部12および揺動部材30と一体の部材だったものを図1に示す形状に削り出して形成したものである。図3(b)に示すように、予圧バネ50は側面から見た場合にはつづらおりの形状をしている。また、図3(c)に示すように、予圧バネ50は一定の幅を有している。予圧バネ50は、揺動部材30と固定部10のアクチュエータ収納部12との間に張力を与え、アクチュエータ40に揺動部材30を押し当てる機能を有する。これにより、常にアクチュエータ40の先端に揺動部材30が押し当てられることとなり、アクチュエータ40の先端と揺動部材30の接触を良くすることができる。その結果、アクチュエータ40の変位に対する揺動部材30の追従性を向上させることができる。なお、上記のような機能を果たすものであれば、図1に示すような予圧バネ50に代えてスプリング等の弾性体を連結することで予圧バネを構成してもよい。   The preload spring 50 as an elastic body is further vertically below the contact position of the actuator 40 and the swing member 30, one end connected to the actuator housing portion 12 of the fixed portion 10 and the other end connected to the swing member 30. ing. Similarly to the hinge 20, the preload spring 50 is formed by cutting out what was originally a member integral with the actuator housing portion 12 and the swing member 30 of the fixed portion 10 into the shape shown in FIG. 1. As shown in FIG. 3B, the preload spring 50 is shaped like a spell when viewed from the side. Moreover, as shown in FIG.3 (c), the preload spring 50 has a fixed width | variety. The preload spring 50 has a function of applying tension between the swing member 30 and the actuator housing portion 12 of the fixed portion 10 and pressing the swing member 30 against the actuator 40. Accordingly, the swing member 30 is always pressed against the tip of the actuator 40, and the contact between the tip of the actuator 40 and the swing member 30 can be improved. As a result, the followability of the swing member 30 with respect to the displacement of the actuator 40 can be improved. In addition, as long as it fulfill | performs the above functions, it may replace with the preload spring 50 as shown in FIG. 1, and may comprise a preload spring by connecting elastic bodies, such as a spring.

予圧バネ50がある場合とない場合について、アクチュエータ40を一定の周波数で振動させて揺動部材30のアクチュエータ40に対する追従性を試験したところ、予圧バネ50については、共振周波数の向上が見られた。   When the preload spring 50 is present or not, the actuator 40 is vibrated at a constant frequency and the followability of the swing member 30 to the actuator 40 is tested. As a result, the resonance frequency of the preload spring 50 is improved. .

図4は、パラレルリンク装置1の揺動部材30周辺の側面図である。図4に示すように、揺動部材30はリンク60が連結される傾斜面を有している。ここで、図中のAは揺動部材30の揺動方向Eに対する揺動軸を示している。また、Dは、リンクの軸を示しており、Bは、アクチュエータ40が揺動部材30を押圧する点を、Cは、リンク60の軸Dと揺動部材30の上記傾斜面との交点を示している。揺動軸Aから交点Cまでの距離は、揺動軸Aからアクチュエータ40の押圧点Bまでの距離より大きい。ここで、軸と点との距離とは、軸としての直線と点との最短距離をいい、点から軸に垂直に下ろした線分の長さを意味する。このようにして、押圧点Bをアクチュエータ40が押圧したとき、揺動軸Aを支点、押圧点Bを力点、かつ連結点Cを作用点として梃子の原理が働き、アクチュエータ40の変位は拡大されてリンク60に伝達される。   FIG. 4 is a side view of the periphery of the swing member 30 of the parallel link device 1. As shown in FIG. 4, the swing member 30 has an inclined surface to which the link 60 is coupled. Here, A in the figure indicates a swing shaft with respect to the swing direction E of the swing member 30. D indicates the axis of the link, B indicates the point where the actuator 40 presses the swing member 30, and C indicates the intersection of the axis D of the link 60 and the inclined surface of the swing member 30. Show. The distance from the swing axis A to the intersection C is greater than the distance from the swing axis A to the pressing point B of the actuator 40. Here, the distance between the axis and the point means the shortest distance between the straight line as the axis and the point, and means the length of the line segment that is perpendicular to the axis from the point. In this way, when the actuator 40 presses the pressing point B, the lever principle works with the pivot axis A as a fulcrum, the pressing point B as a force point, and the connection point C as an action point, and the displacement of the actuator 40 is expanded. To the link 60.

これにより、アクチュエータ40の変位を拡大しつつ可動テーブル70に伝達して、可動テーブル70を大きく変位させることができる。その結果、パラレルリンク装置1の外形寸法の変更ができない場合であっても、可動テーブル70のストロークを拡大することができる。また、可動テーブル70の変位速度を大きくし、可動テーブル70の姿勢制御を高速に行なうことができる。また、揺動部材30の形状等を調節することにより、アクチュエータ40の揺動部材30への押圧方向と、リンク60の可動テーブル70への変位方向との成す角を任意に設定することができ、柔軟に装置の設計を行なうことができる。   Thereby, the displacement of the actuator 40 is transmitted to the movable table 70 while being enlarged, and the movable table 70 can be greatly displaced. As a result, even when the external dimension of the parallel link device 1 cannot be changed, the stroke of the movable table 70 can be enlarged. Further, the displacement speed of the movable table 70 can be increased, and the attitude control of the movable table 70 can be performed at high speed. Further, by adjusting the shape or the like of the swing member 30, the angle formed between the pressing direction of the actuator 40 to the swing member 30 and the displacement direction of the link 60 to the movable table 70 can be arbitrarily set. The device can be designed flexibly.

なお、アクチュエータ40の変位に対するリンク60の変位の拡大比は、上記の距離ABまたは距離ACを変えることにより、任意に設定可能であるが、拡大比を大きくすると、リンク60応答性や剛性が低下するため、1.5〜2倍程度とするのが好適である。   The enlargement ratio of the displacement of the link 60 relative to the displacement of the actuator 40 can be arbitrarily set by changing the distance AB or the distance AC. However, when the enlargement ratio is increased, the link 60 response and rigidity are reduced. Therefore, it is preferable to set it to about 1.5 to 2 times.

揺動部材30には、上記のようにリンク60と連結する傾斜面が設けられているため、図4に示すアクチュエータ40の押圧方向Pに対してリンク60の変位方向Qは約120度の角を成している。これにより、リンク60とアクチュエータ40とを折りたたむように配置することができる。その結果、小型でシンプルな構造のパラレルリンク装置1を実現できる。一方、一定の大きさのパラレルリンク装置では、揺動部材30を用いない構成に比べ大きいアクチュエータ40の設置を可能にし、可動テーブル70の変位量や変位速度を大きくし、可動テーブル70の姿勢制御を高速に行なうことができる。なお、変位拡大機構は、設計した構造により、アクチュエータ40の揺動部材30への押圧方向Pに対してリンク60の可動テーブル70への変位方向Qとの成す角を最適化することが可能であり、一般的には60度以上120度以下であることが好適である。   Since the swing member 30 is provided with the inclined surface connected to the link 60 as described above, the displacement direction Q of the link 60 is an angle of about 120 degrees with respect to the pressing direction P of the actuator 40 shown in FIG. Is made. Thereby, the link 60 and the actuator 40 can be arranged so as to be folded. As a result, the parallel link device 1 having a small and simple structure can be realized. On the other hand, in a parallel link device of a certain size, it is possible to install a larger actuator 40 than in a configuration that does not use the swing member 30, increase the displacement amount and displacement speed of the movable table 70, and control the attitude of the movable table 70. Can be performed at high speed. Note that the displacement magnifying mechanism can optimize the angle formed by the displacement direction Q of the link 60 to the movable table 70 with respect to the pressing direction P of the actuator 40 to the swinging member 30 by the designed structure. In general, it is preferably 60 degrees or more and 120 degrees or less.

リンク60は、その軸が揺動部材30の傾斜面に垂直になるように、その一端を揺動部材30に連結されている。他端は、可動テーブル70のリンク取り付け面71に連結され、可動テーブル70を支持している。このような機構により、アクチュエータ40の変位が可動テーブル70に伝達され、可動テーブル70の姿勢が制御される。リンク60は、揺動部材30の傾斜面に近い部分およびリンク取り付け面71に近い部分に、側面が窪んだ小径部61を有している。これにより、リンク60の軸方向の剛性を保ちつつ、その他の方向に自由度を確保して応力を逃がす部分を、ユニバーサルジョイントやピボットに代えて安価に構成できる。また、機構上の遊びの部分を省き、変位方向の剛性を維持することができる。   One end of the link 60 is connected to the swing member 30 so that its axis is perpendicular to the inclined surface of the swing member 30. The other end is connected to the link attachment surface 71 of the movable table 70 and supports the movable table 70. By such a mechanism, the displacement of the actuator 40 is transmitted to the movable table 70, and the posture of the movable table 70 is controlled. The link 60 has a small-diameter portion 61 whose side surface is recessed in a portion close to the inclined surface of the swing member 30 and a portion close to the link attachment surface 71. As a result, it is possible to inexpensively configure a portion where stress is released by securing a degree of freedom in the other direction while maintaining the rigidity of the link 60 in the axial direction, instead of the universal joint or the pivot. Further, the play portion on the mechanism can be omitted, and the rigidity in the displacement direction can be maintained.

図5は、リンク60の小径部の変形例を示す側面図である。小径部61は鼓状の形状であるが、図5(a)〜(c)に示すように、第1の変形例としてV字にくびれた形状の小径部61a、第2の変形例として傾斜部分と径が一定の部分を有する形状の小径部61b、または第3の変形例として径が一定の部分のみの形状の小径部61cであってもよい。なお、リンク60の剛性を維持する必要があるため、小径部の形状としては、リンクの径に対して最細部の径が5〜25%程度となる。たとえば、リンク径20mmに対して1〜5mmが好適である。また、リンク60と固定部10との接続方法として、揺動部材30を用いた変位拡大機構を採用せずに、一直線上にリンクとアクチュエータとを連結し、さらに固定部と連結する方式であっても、上記の効果を得ることができる。また、可動テーブルにアクチュエータの一端を固定し、その他端をリンクに連結し、さらにそのリンクを固定部に連結する構成であってもよく、一直線上にリンクとリンクとの間をアクチュエータで連結し、その一端を固定部に、他端を可動テーブルに連結する構成であってもよい。   FIG. 5 is a side view showing a modification of the small diameter portion of the link 60. The small-diameter portion 61 has a drum shape, but as shown in FIGS. 5A to 5C, the small-diameter portion 61 a constricted in a V shape is used as the first modified example, and the inclined is used as the second modified example. The small-diameter portion 61b having a shape having a portion and a constant diameter, or a small-diameter portion 61c having a shape having only a constant diameter as a third modification may be used. In addition, since it is necessary to maintain the rigidity of the link 60, the smallest diameter of the shape of the small diameter portion is about 5 to 25% with respect to the diameter of the link. For example, 1 to 5 mm is preferable for a link diameter of 20 mm. In addition, as a method of connecting the link 60 and the fixed portion 10, the link and the actuator are connected in a straight line without using the displacement enlargement mechanism using the swing member 30 and further connected to the fixed portion. However, the above effect can be obtained. Alternatively, one end of the actuator may be fixed to the movable table, the other end may be connected to the link, and the link may be connected to the fixed portion. The link may be connected between the link on the straight line by the actuator. The one end may be connected to the fixed portion and the other end may be connected to the movable table.

可動テーブル70のリンク取り付け面71は、リンク60の軸に実質的に垂直に形成されており、このリンク取り付け面71に対向するように変位センサ80が固定部10のセンサ取り付け部13に固定されている。変位センサ80は、ターゲット面としてのリンク取り付け面71までの距離を検出し、リンクの変位をリアルタイムで検出する機能を有している。   The link attachment surface 71 of the movable table 70 is formed substantially perpendicular to the axis of the link 60, and the displacement sensor 80 is fixed to the sensor attachment portion 13 of the fixed portion 10 so as to face the link attachment surface 71. ing. The displacement sensor 80 has a function of detecting the distance to the link mounting surface 71 as a target surface and detecting the displacement of the link in real time.

これにより、可動テーブル70に寄与するリンク60の変位を直接に検出することができる。その結果、アクチュエータ40の変位が可動テーブル70に伝達されるまでに生じる変位のロスを考慮することなく、精度よく簡単に可動テーブル70の姿勢を制御することができる。また、変位のロスにより生じる誤差を解消できるため、別途可動テーブル70の姿勢をモニタするためのセンサを不要とすることができる。   Thereby, the displacement of the link 60 contributing to the movable table 70 can be directly detected. As a result, the attitude of the movable table 70 can be controlled accurately and easily without considering the displacement loss that occurs until the displacement of the actuator 40 is transmitted to the movable table 70. Further, since an error caused by the loss of displacement can be eliminated, a sensor for separately monitoring the attitude of the movable table 70 can be eliminated.

なお、変位センサ80には、たとえば静電容量計測型のものが用いられるが、レーザや超音波を用いる方式のものであってもよい。また、ターゲット面としては、リンク取り付け面でなくても、リンクの軸に垂直な面であればよい。また、リンクと固定部との接続方法として、揺動部材30を用いた変位拡大機構を採用せずに、一直線上にリンクとアクチュエータとを連結し、さらに固定部と連結する方式であっても、上記の効果を得ることができる。   As the displacement sensor 80, for example, a capacitance measuring type is used, but a type using a laser or an ultrasonic wave may be used. Further, the target surface may be a surface perpendicular to the link axis, not the link mounting surface. Further, as a method of connecting the link and the fixed portion, a method of connecting the link and the actuator on a straight line and further connecting to the fixed portion without adopting the displacement enlarging mechanism using the swing member 30 may be used. The above effects can be obtained.

図6は、制御方法として一般に使用されるPID制御を使用したパラレルリンク装置1の電気的なブロック構成図の一実施例である。ホスト100から制御コントローラ101に対して、X、Y、Z、θ、θ、およびθの6自由度の指令値が入力される。制御コントローラ101では、逆運動学演算部102が、入力されたX、Y、Z、θ、θ、およびθの6自由度の指令値を逆運動学演算して各リンク60の必要変位量を算出する。この逆運動学演算とは、パラレルリンク機構において、可動テーブルの6自由度姿勢情報から6本のリンクの長さを演算で求める手法である。 FIG. 6 is an example of an electrical block diagram of the parallel link device 1 using the PID control generally used as a control method. A command value with six degrees of freedom of X, Y, Z, θ X , θ Y , and θ Z is input from the host 100 to the controller 101. In the controller 101, the inverse kinematics calculation unit 102 performs the inverse kinematics calculation on the input six-degree-of-freedom command values of X, Y, Z, θ X , θ Y , and θ Z and requires each link 60. The displacement amount is calculated. This inverse kinematic calculation is a method for calculating the lengths of six links from the six-degree-of-freedom posture information of the movable table in a parallel link mechanism.

次に、PID演算部103において必要変位量に応じたPID制御パラメータが適用される。ここで、PID制御とは、自動制御方式の中でもっとも良く使われる方式であって、Proportinal(比例)、Integral(積分)、そしてDifferential(微分)の3つを組み合わせて制御することによってきめ細かでスムーズな制御を可能とするものである。   Next, PID control parameters corresponding to the required displacement amount are applied in the PID calculation unit 103. Here, PID control is the most frequently used method among automatic control methods, and is finely controlled by combining three of Proportional, Integral, and Differential. Smooth control is possible.

PID演算部103の出力信号は、アンプ104によって増幅され、パラレルリンク機構105における各圧電アクチュエータ40に入力される。一方、変位センサ80によりリンク60の変位量が検出され、検出結果はフィードバックされる。このとき、直接に可動テーブル70に寄与するリンク60の変位を検出するため、検出結果と実際の変位との間で誤差の補正を行なう必要はない。なお、制御コントローラ101の機能は、CPUがメモリを用いながらプログラムを実行することによって発揮される。   The output signal of the PID calculation unit 103 is amplified by the amplifier 104 and input to each piezoelectric actuator 40 in the parallel link mechanism 105. On the other hand, the displacement amount of the link 60 is detected by the displacement sensor 80, and the detection result is fed back. At this time, since the displacement of the link 60 that directly contributes to the movable table 70 is detected, it is not necessary to correct the error between the detection result and the actual displacement. The function of the control controller 101 is exhibited when the CPU executes a program using a memory.

次に、以上のように構成された本実施の形態に係るパラレルリンク装置の動作について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。上記のように、ホスト100からX、Y、Z、θ、θ、およびθの6自由度の指令値が入力されると、制御コントローラ101は、指令値を読み込む(ステップS1)。次に、指令値に基づいて逆運動学演算を実施し、各リンク60の必要変位量をリンク毎に算出する(ステップS2)。次に、各リンクの現在の位置を検出し(ステップS3)、必要変位量に対応するPID制御パラメータを読み出して、必要変位量およびその必要変位量に対応するPID制御パラメータに基づいてアクチュエータ40を駆動させて各リンク60を変位させる(ステップS4)。このとき、直接可動テーブル70に寄与するリンク60の変位を検出するため、検出結果と実際の変位との間で補正を行なう必要はない。また、リンク60の変位は、アクチュエータ40の変位を揺動部材30の揺動により拡大し、リンク60に伝達する。次に、リンク60の現在位置から変位終了位置までの差分を算出する(ステップS5)。 Next, the operation of the parallel link device according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As described above, when command values of 6 degrees of freedom of X, Y, Z, θ X , θ Y , and θ Z are input from the host 100, the controller 101 reads the command values (step S1). Next, inverse kinematics calculation is performed based on the command value, and the required displacement amount of each link 60 is calculated for each link (step S2). Next, the current position of each link is detected (step S3), the PID control parameter corresponding to the required displacement amount is read, and the actuator 40 is operated based on the required displacement amount and the PID control parameter corresponding to the required displacement amount. Each link 60 is displaced by driving (step S4). At this time, since the displacement of the link 60 that directly contributes to the movable table 70 is detected, there is no need to perform correction between the detection result and the actual displacement. Further, the displacement of the link 60 is expanded by the swing of the swing member 30 and transmitted to the link 60. Next, the difference from the current position of the link 60 to the displacement end position is calculated (step S5).

次に、すべてのリンク60について、ステップS5で算出した差分が予め定められた範囲内に入っているかどうかを判定し(ステップS6)、判定の結果、すべてのリンク60について差分が範囲内に入っていない場合は、上記ステップS5で算出した差分が予め定められた範囲内に入ったリンク60については現状位置を保持する(ステップS7)。すなわち、必ずしも差分がゼロになるまで制御をするのではなく、ある一定の許容範囲に入ったら制御を止めても良いという趣旨である。   Next, it is determined whether or not the difference calculated in step S5 is within a predetermined range for all links 60 (step S6). As a result of the determination, the difference is within the range. If not, the current position is held for the link 60 in which the difference calculated in step S5 falls within a predetermined range (step S7). In other words, the control is not necessarily performed until the difference becomes zero, but the control may be stopped when the difference falls within a certain allowable range.

また、ステップS5で算出した差分が予め定められた範囲内に入っていないリンク60については、ステップS4において検出したリンク60の位置から変位終了位置までの差分に対応してPID制御パラメータが定められている制御パラメータテーブルから、ステップS5で算出した差分に対応するPID制御パラメータを読み出す(ステップS8)。そして、読み出されたPID制御パラメータおよびステップS5で算出した差分に基づいてアクチュエータ40を駆動させてそのリンク60を変位させる(ステップS9)。   For the link 60 in which the difference calculated in step S5 is not within the predetermined range, a PID control parameter is determined corresponding to the difference from the position of the link 60 detected in step S4 to the displacement end position. The PID control parameter corresponding to the difference calculated in step S5 is read from the control parameter table (step S8). Then, the actuator 40 is driven based on the read PID control parameter and the difference calculated in step S5 to displace the link 60 (step S9).

以上の動作は、すべてのリンク60における上記差分が一定の範囲内に入るまで繰り返し行なわれる。すなわち、ステップS6における判定の結果、すべてのリンク60について差分が範囲内に入っている場合は、処理を終了する(ステップS10)。   The above operation is repeated until the above differences in all links 60 fall within a certain range. That is, as a result of the determination in step S6, if the difference is within the range for all the links 60, the process is terminated (step S10).

本発明に係るパラレルリンク装置の側面図である。It is a side view of the parallel link device concerning the present invention. 本発明に係るパラレルリンク装置の平面図である。It is a top view of the parallel link device concerning the present invention. (a)本発明に係るパラレルリンク装置のヒンジおよび予圧バネの周辺を示す平面図である。 (b)本発明に係るパラレルリンク装置のヒンジおよび予圧バネの周辺を示す側面図である。 (c)本発明に係るパラレルリンク装置のヒンジおよび予圧バネの周辺を示す底面図である。(A) It is a top view which shows the periphery of the hinge and preload spring of the parallel link apparatus which concerns on this invention. (B) It is a side view which shows the periphery of the hinge and preload spring of the parallel link apparatus which concerns on this invention. (C) It is a bottom view which shows the periphery of the hinge and preload spring of the parallel link apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るパラレルリンク装置の揺動部材周辺の側面図である。It is a side view of the rocking | fluctuation member periphery of the parallel link apparatus which concerns on this invention. (a)リンクの小径部の第1の変形例を示す側面図である。 (b)リンクの小径部の第2の変形例を示す側面図である。 (c)リンクの小径部の第3の変形例を示す側面図である。(A) It is a side view which shows the 1st modification of the small diameter part of a link. (B) It is a side view which shows the 2nd modification of the small diameter part of a link. (C) It is a side view which shows the 3rd modification of the small diameter part of a link. 制御方法として一般に使用されるPID制御を使用したパラレルリンク装置の電気的なブロック構成図である。It is an electrical block block diagram of the parallel link apparatus using the PID control generally used as a control method. 本発明に係るパラレルリンク装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the parallel link apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 パラレルリンク装置
10 固定部
11 ベース部(固定部)
12 アクチュエータ収納部(固定部)
13 センサ取り付け部(固定部)
30 揺動部材
40 アクチュエータ
50 予圧バネ(弾性体)
60 リンク
61 小径部
70 可動テーブル
71 リンク取り付け面(ターゲット面)
80 変位センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Parallel link apparatus 10 Fixed part 11 Base part (fixed part)
12 Actuator storage (fixed part)
13 Sensor mounting part (fixed part)
30 Oscillating member 40 Actuator 50 Preload spring (elastic body)
60 link 61 small diameter part 70 movable table 71 link mounting surface (target surface)
80 Displacement sensor

Claims (4)

可動テーブルの姿勢を制御するパラレルリンク装置であって、
変位しない固定部と、
前記固定部に一端が固定されている圧電アクチュエータと、
軸方向に変位可能で、一端が前記可動テーブルに連結され、前記圧電アクチュエータの駆動による変位を前記可動テーブルに伝達するリンクと、
前記可動テーブル上の前記リンクが連結されたリンク取り付け面に対向するように前記固定部に設けられ、前記リンク取り付け面までの距離を前記リンクの変位量として検出する変位センサと、を備え、
前記検出されたリンクの変位量をもとに前記圧電アクチュエータを駆動させて前記可動テーブルの姿勢を制御することで高精度な位置決めを可能とすることを特徴とするパラレルリンク装置。
A parallel link device for controlling the attitude of the movable table,
A fixed part that does not displace;
A piezoelectric actuator having one end fixed to the fixing portion;
A link that is displaceable in an axial direction, one end of which is connected to the movable table, and that transmits displacement due to driving of the piezoelectric actuator to the movable table;
A displacement sensor that is provided in the fixed portion so as to face a link attachment surface to which the link on the movable table is connected, and detects a distance to the link attachment surface as a displacement amount of the link;
A parallel link device that enables high-accuracy positioning by controlling the attitude of the movable table by driving the piezoelectric actuator based on the detected displacement of the link.
前記固定部にヒンジを介して連結され、前記圧電アクチュエータに押圧されることにより鉛直面内で揺動可能な揺動部材を更に備え、
前記リンクは、前記揺動部材の揺動軸から前記圧電アクチュエータの押圧位置までの距離よりも前記揺動軸からの距離が大きい位置で、他端が前記揺動部材に連結されていることを特徴とする請求項1記載のパラレルリンク装置。
A swing member connected to the fixed portion via a hinge and capable of swinging in a vertical plane by being pressed by the piezoelectric actuator;
The link is at a position where the distance from the swing shaft is larger than the distance from the swing shaft of the swing member to the pressing position of the piezoelectric actuator, and the other end is connected to the swing member. The parallel link device according to claim 1, wherein:
前記揺動部材と前記固定部とを連結する弾性体をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載のパラレルリンク装置。   The parallel link device according to claim 2, further comprising an elastic body that couples the swing member and the fixed portion. 前記リンクは、側面が径方向に窪んだ小径部を少なくとも一部に備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のパラレルリンク装置。
The parallel link device according to any one of claims 1 to 3, wherein the link includes at least a small-diameter portion whose side surface is recessed in a radial direction.
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