JP6800044B2 - リンク作動装置の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
まず、XYステージ33(図15)が(i)の位置に移動し、パラレルリンク機構1は、エンドエフェクタ29がワーク側面上のa点を指す位置に移動する。その後、エンドエフェクタ29を起動すると同時に、パラレルリンク機構1は固定したまま直動機構31(ここでは、XYステージ34のY軸)のみを (ii) の位置まで移動させ、(ii) の位置へ移動完了後、エンドエフェクタ29を停止させる。次に、XYステージが(iii)の位置に移動し、パラレルリンク機構1は、エンドエフェクタ29がワーク側面上のb点を指す位置に移動する。
その際、例えばb点のコーナーにおいて、XYステージ34は、b点を中心に中心角90度で(ii)から(iii)へ円弧補間移動し、同時にパラレルリンク機構1はエンドエフェクタ29がb点を指すように90度旋回することになる。その為、直動機構31およびパラレルリンク機構1が(ii)から(iii)へ移動する時間の分だけ、エンドエフェクタ29がb点を作用し続けることになり、bのコーナー部でエンドエフェクタ29が過度に作用することになる。
前記パラレルリンク機構1は、前記エンドエフェクタ29が取付けられた先端側のリンクハブ3が基端側のリンクハブ2に対し3組以上のリンク機構4を介して姿勢を変更可能に連結され、前記先端側のリンクハブ3の姿勢を変更させる複数のアクチュエータ53〜55を有し、
前記直動機構31は、アクチュエータ35〜37の駆動により直交する2軸方向または3軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構1の前記基端側のリンクハブ2を移動させ、または対象ワークWを移動させるように設けられ、
前記制御装置61は、前記ラインLを線分データで記憶するライン記憶手段64と、記憶したラインLから前記パラレルリンク機構1および前記直動機構31を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段65と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構1および前記直動機構31の前記アクチュエータ35〜37を制御する制御手段66とを有し、
前記動作指令生成手段65は、
前記被作業平面S上のラインLを、前記境界面Bを基準に、定められた規則に従い直線領域LSとコーナー領域LCとに分ける領域分割部67と、
前記直線領域LSにおいて前記パラレルリンク機構1の姿勢を固定したまま前記直動機構31のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部68と、
前記コーナー領域LCにおいて前記直動機構31と前記パラレルリンク機構1が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ29の作用点Pが実質的に等速で前記境界面Bを通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部69とを有する。
直線領域LSでは、パラレルリンク機構1は所望する姿勢に固定したまま直動機構31のみを動作させる。コーナー領域LCでは直動機構31とパラレルリンク機構1が協調動作を行うように制御することで、エンドエフェクタ29の作用点Pを実質的に等速で前記境界面Bを通過させる。
このように、被作業平面Sの急峻な角度を有する境界面B上をエンドエフェクタ29が連続的に作用する動作において、エンドエフェクタ29の作用点Pが実質的に等速で動作することができて、前記エンドエフェクタ29による作業のムラをなくすことができる。例えば、前記エンドエフェクタ29として、レーザ、ディスペンサ、インクジェット、または溶接等をリンクに取付けて作業を行う際、レーザの加工ムラやディスペンサ、インクジェットによる塗布ムラ、溶接による溶接ムラをなくすことができる。
前記直線領域LSとコーナー領域LCとに分け、コーナー領域LCのみ協調動作させるため、協調動作させる指令の生成が、効率良く短時間で行える。また、直動領域LSではパラレルリンク機構1は直動機構31のみを動作させるため、高速で動作させることができ、またエンドエフェクタ29の姿勢が変化しないため、作業の品質の面からも好ましい。
,β3を計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータ53〜55,35〜37の移動量β1,β2,β3,X,Y,Zとから、各区間における前記各アクチュエータ35〜37,53〜55の移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータ35〜37,53〜55を加減速なしで連続位置決めする指令を生成するようにする。
これにより、所望の協調動作が行える適切なコーナー領域LCの大きさを求めることができる。
これによっても、所望の協調動作が行える適切なコーナー領域LCの大きさを求めることができる。
この場合、前記動作指令生成手段65と、前記制御手段66とは、物理的に別のコンピュータ等で構成されていても良く、生成された動作指令はオンラインで、またはオフラインで前記制御手段66側にある動作指令記憶手段70に記憶させるようにしても良い。
このような直方体の外周面や内周面が被作業平面Sである場合、この発明のムラなく作業が行えると言う効果が、より効果的に発揮される。
前記被作業平面S上のラインLを、前記境界面Bを基準に、定められた規則に従い直線領域LSとコーナー領域LCとに分け、
前記直線領域LSにおいては、前記パラレルリンク機構1の姿勢を固定したまま前記直動機構31のみを動作させ、
前記コーナー領域LCにおいては、前記直動機構31と前記パラレルリンク機構1が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ29の作用点Pが実質的に等速で前記境界面Bを通過するように動作させる。
図2に示すように、パラレルリンク機構1は、エンドエフェクタ29が取付けられた先端側のリンクハブ3が基端側のリンクハブ2に対し3組のリンク機構4を介して姿勢を変更可能に連結され、前記リンク機構4に作用して前記先端側のリンクハブ3の姿勢を変更させる複数のアクチュエータ53,54,55を有する。
リンク側直動機構部31Aは、架台32の上部にX軸方向に移動可能に設置されたXステージ33と、このXステージ33にY軸方向に移動可能に設置されたXYステージ34とを有する。XYステージ34には、パラレルリンク機構1がその上端に位置する基端側のリンクハブ2が接続され、パラレルリンク機構1が下向きとなるように設置されている。Xステージ33およびXYステージ34は、それぞれモータ等のX軸およびY軸のアクチュエータ35,36により、架台32およびXステージ33に対して進退駆動される。
ワーク側直動機構部31Bは、パラレルリンク機構1が動作する領域の下方に位置して設置され、昇降機構38を介してモータ等のZ軸のアクチュエータ37により昇降駆動されるワーク台39を有している。このワーク台39の上に前記対象ワークWが載置される。
図1に示すように、制御装置61は、対象ワークWの被作業平面Sの前記ラインLの線分データ等から動作指令を生成する指令生成部62と、生成された動作指令に従ってリンク作動装置41を制御する制御部63とを備える。これら指令生成部62と制御部63とは、一つのコンピュータ等に設けられて概念的に区別される構成であっても、また互いに異なるコンピュータ等の別装置に設けられていて、オンラインで接続されていても、オフラインであって記録媒体等でデータを授受できるようにされていても良い。別装置とする場合、互いに離れて遠隔地に設置されていても良い。
ライン記憶手段64は、ラインLを数値による線分データとして記憶する。ライン記憶手段64に記憶される線分データは、例えば、順次繋がる複数の各線分のデータとされ、各線分毎に始点と終点を示す3次元の座標により構成される。また、ライン記憶手段64に記憶される線分データは、さらにその線分が直線であるか曲線であるか等の線形状の識別用のデータ等を含んでいてもよい。
直線領域動作指令生成部68は、前記直線領域LSにおいて前記パラレルリンク機構1の姿勢を固定したまま前記直動機構31のみを動作させる指令を生成する手段である。 コーナー領域動作指令生成部69は、前記コーナー領域LCにおいて前記直動機構31と前記パラレルリンク機構1が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ29の作用点Pが実質的に等速で前記境界面Bを通過するように指令を生成する手段である。
この他に、領域分割部67は、コーナー領域LCの大きさと指定された目標移動速度との関係を示すテーブルTBを有し、このテーブルTBを用いて、目標移動速度からコーナー領域LCの大きさを算出するようにしても良い。
対象ワークWが直方体であって、その側面の外周面に対してエンドエフェクタ29を作用させる場合の例を示す。図2の構成を上面から見た概略図を図4に示す。エンドエフェクタ29が作用する直方体側面の外周のラインLを、直線領域LSとコーナー領域LC(LC1〜LC4)に分け、コーナー領域LCにおいて、コーナー領域LCの始点Aから終点Eまでの経路を通過点Fで複数の区間に分割する。数字を囲む丸プロットは、対象ワークWの直交座標系において、エンドエフェクタ29が作用する座標(ワーク座標:WX,WY,WZ)を表し、数字を囲む四角プロットはXYステージ34の直交座標系においてXYステージ34が移動する座標(ステージ座標:SX、SY)を表す。ここでは、ワーク座標とステージ座標の原点は同じ位置とする。
また、動作指令生成手段65は、指定した速度でエンドエフェクタ29が対象ワークW側面上を通過するように、各区間ごとに移動量β1 、β2 、β3 および、直動機構31の各軸の移動速度を算出する。この算出方法は後述する。
領域分割部67が、直線領域LSとコーナー領域LCとに分け、コーナー領域LCのみ協調動作させるため、協調動作させる指令の生成が、効率良く短時間で行える。また、直動領域LSではパラレルリンク機構1は直動機構31のみを動作させるため、高速で動作させることができ、またエンドエフェクタ29の姿勢が変化しないため、作業の品質の面からも好ましい。
一連の動作およびコーナー長さについては、図4と共に説明した外周の場合と同様とする。
下記の式(1)に示すように、高さZ上の平面の原点O’と目標座標T(x,y,z)との距離をrとすると、rは目標座標Tのx,y座標から求められる。
まず、式(1)からrを求める(ステップS1)。次に、計算フローの初期設定として、現在の繰返し回数jをゼロリセットし、折れ角θを探索する際の初期設定値θ’と、探索の繰返し回数Nを設定する。例えば、θ’は最大折れ角の半分の値に設定する。繰返し回数Nは、値が大きいほど最終的に得られる折れ角θの精度は良くなるが、計算フローの処理時間は長くなる。折れ角θの精度と、許容される処理時間の関係から最適なNを決定する。
また、ここでθ’=θ’/2とする(ステップS3)。
回転角βnは、例えば、次の式(8)を逆変換することで求められる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから回転角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)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 …(8)
ただし、n=1,2,3
ここで、γ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。
パラレルリンク機構1の単独での移動速度について説明する。簡明化のため、図14に示す平面図で説明する。同図に示すように、エンドエフェクタ29が平面の被作業面S上の各ポイントを指定された目標移動速度Vでなぞる動作において、nポイント目の直交座標を(Xn、Yn)とし、n−1ポイント目の直交座標を(Xn−1、Yn−1)とし、n−1ポイント目からnポイント目へのβ1軸、β2軸、β3軸の各移動量をΔβ1、Δβ2、Δβ3とすると、Nポイント目に移動する際の各軸の移動速度V1n、V2n、V3nは次の式で表せる。
対象ワークWの直交座標は、図14と同様に、nポイント目の直交座標を(Xn、Yn)とし、n−1ポイント目の直交座標を(Xn−1、Yn−1)とする。n−1ポイント目からnポイント目へのβ1軸、β2軸、β3軸、X軸、Y軸の各移動量をΔβ1、Δβ2、Δβ3、Δx、Δyとすると、nポイント目に移動する際の各軸の移動速度V1n″、V2n”、V3n”、Vxn”、Vyn”は次の式で表せる。β1軸、β2軸、β3軸の移動速度は、回転角の移動速度である。
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
29…エンドエフェクタ
31…直動機構
32…架台
33…Xステージ
34…XYステージ
35〜37…アクチュエータ
39…ワーク台
41…リンク作動装置
53〜55…アクチュエータ
61…制御装置
66…制御手段
67…領域分割部
68…直線領域動作指令生成部
69…コーナ領域動作生成部
70…動作指令記手段
L…ライン
S…被作業平面
W…対象ワーク
Claims (5)
- パラレルリンク機構と直動機構とが組み合わせられ、対象ワークの被作業平面上の角部となる境界面を跨がるラインに沿ってエンドエフェクタを連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置を制御する制御装置であって、
前記パラレルリンク機構は、前記エンドエフェクタが取付けられた先端側のリンクハブが基端側のリンクハブに対し3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させる複数のアクチュエータを有し、
前記直動機構は、アクチュエータの駆動により直交する2軸方向または3軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブを移動させ、または対象ワークを移動させるように設けられ、
前記制御装置は、前記ラインを線分データで記憶するライン記憶手段と、記憶したラインから前記パラレルリンク機構および前記直動機構を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構および前記直動機構の前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、
前記動作指令生成手段は、
前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分ける領域分割部と、
前記直線領域において前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部と、
前記コーナー領域において前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部とを有し、
前記コーナー領域動作指令生成部は、前記コーナー領域の始点から終点までの経路を通過点で指定個数の区間に分割し、分割した各区間における前記直動機構の移動量と、前記パラレルリンク機構を構成する前記各アクチュエータの移動量とを計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータの移動量とから、各区間における前記各アクチュエータの移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータを加減速なしで連続位置決めする前記指令を生成し、
前記領域分割部は、前記コーナー領域動作指令生成部における指定された目標移動速度と分割した各通過点から求められる前記直動機構の移動速度と、前記直動機構の制限速度から、コーナー領域の大きさを計算するリンク作動装置の制御装置。 - パラレルリンク機構と直動機構とが組み合わせられ、対象ワークの被作業平面上の角部となる境界面を跨がるラインに沿ってエンドエフェクタを連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置を制御する制御装置であって、
前記パラレルリンク機構は、前記エンドエフェクタが取付けられた先端側のリンクハブが基端側のリンクハブに対し3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させる複数のアクチュエータを有し、
前記直動機構は、アクチュエータの駆動により直交する2軸方向または3軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブを移動させ、または対象ワークを移動させるように設けられ、
前記制御装置は、前記ラインを線分データで記憶するライン記憶手段と、記憶したラインから前記パラレルリンク機構および前記直動機構を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構および前記直動機構の前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、
前記動作指令生成手段は、
前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分ける領域分割部と、
前記直線領域において前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部と、
前記コーナー領域において前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部とを有し、
前記コーナー領域動作指令生成部は、前記コーナー領域の始点から終点までの経路を通過点で指定個数の区間に分割し、分割した各区間における前記直動機構の移動量と、前記パラレルリンク機構を構成する前記各アクチュエータの移動量とを計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータの移動量とから、各区間における前記各アクチュエータの移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータを加減速なしで連続位置決めする前記指令を生成し、
前記領域分割部は、前記コーナー領域の大きさと指定された目標移動速度との関係を示すテーブルを有し、このテーブルを用いて、前記目標移動速度から前記コーナー領域の大きさを算出するリンク作動装置の制御装置。 - 請求項1または2に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記動作指令生成手段は、前記コーナー領域の前記各区間の設定を全て、実際に前記リンク作動装置が動作する前に演算して動作指令記憶手段に記録し、前記制御手段が、前記リンク作動装置を動作させる時に前記区間に応じた設定を前記動作指令記憶手段から読み出して制御するリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記エンドエフェクタが作業する前記被作業平面が直方体の外周面であるリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記エンドエフェクタが作業する前記被作業平面が直方体の内周面であるリンク作動装置の制御装置。
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