JPH08281581A - パラレルリンクマニピュレータのリンクパラメータ同定方法 - Google Patents

パラレルリンクマニピュレータのリンクパラメータ同定方法

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JPH08281581A
JPH08281581A JP8524495A JP8524495A JPH08281581A JP H08281581 A JPH08281581 A JP H08281581A JP 8524495 A JP8524495 A JP 8524495A JP 8524495 A JP8524495 A JP 8524495A JP H08281581 A JPH08281581 A JP H08281581A
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JP
Japan
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link
manipulator
hand effector
parallel link
links
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Withdrawn
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JP8524495A
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English (en)
Inventor
Seiichi Marumoto
清一 丸元
Yoji Nakamura
洋二 中村
Eizo Okazaki
栄三 岡崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40527Modeling, identification of link parameters
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/50Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50162Stewart platform, hexapod construction

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  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パラレルリンクマニピュレータの運動学を規
定するリンクパラメータを、安価・容易に同定する手法
を提供する。 【構成】 複数本の直線状のリンクの長さ、または、固
定位置を制御することで、リンク端に自在継ぎ手を介し
て結合された手先効果器の、位置および/または姿勢を
制御するパラレルリンクマニピュレータにおいて、前記
手先効果器に既知の荷重をかけ、この時に生じる前記複
数本の直線状のリンクの軸反力を計測する。このリンク
軸反力計測を前記手先効果器の位置を変更して実行し、
複数の組のリンク軸反力データを得て、運動学的処理と
最小自乗誤差解析をすることでリンクパラメータの同定
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、産業ロボットなどと同
様に、被作業物のハンドリングを遠隔操作、および/ま
たは、自動操作するパラレルリンクマニピュレータの、
リンクパラメータ同定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】重量物ハンドリングを得意とした多自由
度制御機構にパラレルリンク機構がある。パラレルリン
ク機構は文献(日本ロボット学会誌vol.10(199
2)pp757〜763)に示される種々の型が考案され
ているが、この内、直線駆動型が、反力を関節トルクで
はなく軸力で支持できるので大出力には向いている。こ
の直線駆動型の代表的なものとして図3に示すスチュア
ートプラットフォームがあり、図に示さないリンク駆動
モータにて、各リンク長さを制御することで、手先効果
器10の位置や姿勢を制御できる構造となっている。ま
た、等方でない空間での利用を考慮して、リンクの駆動
位置制御をベースプレートにおけるスライド方式とした
図4に示す機構も提案されている。
【0003】これらのパラレルリンク機構は、従来の汎
用ロボットに多く採用されているシリアルリンク(腕を
直列に繋いだ)機構にない特性を有しており、近年その
研究開発が熱心になされている。しかし、ロボットマニ
ピュレータを実用化する時に生じる重要な問題として、
マニピュレータを構成する3次元的リンクの実寸法(以
後リンクパラメータと称す)同定問題がある。これは、
製作誤差や製作後に生じる歪みなどで、総合的な機構と
して設計寸法からの差が生じ、結果として、設計寸法で
運動学を組み立ててマニピュレータの位置を計算制御す
ると実際の動きに誤差が生じる。この修正のために、マ
ニピュレータの組上り実状態で手先効果器の動きを計測
し、そのデータから各リンクの正しい寸法関係と位置関
係を逆算するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】リンクパラメータ同定
はロボットの位置制御精度を決定づけるものであり、汎
用のロボットにおいても、出荷前に精密な動き計測を行
ってリンクパラメータ同定がなされているが、3次元の
空間的な位置と姿勢の計測を非常に精密に行う必要があ
り、市販の長さ計測装置で簡単にこれを実施することは
できない。汎用ロボットのように製作台数がまとまった
ものであれば専用の特殊装置を製作し、動き計測を実施
することもできるが、製作台数が少数であれば特殊装置
を用いることはコスト的に採用が難しい。
【0005】パラレルリンクマニピュレータにおいて
も、マニピュレータの位置制御および/または対象物へ
の接触・力制御するための運動学計算に、各リンクの精
密な長さが必要であり、これを得るために、制御原点に
おいてのリンクパラメータ同定を、容易・低コストで行
うことが実用上重要である(制御原点でのリンクパラメ
ータが明確になれば、そこからの各リンクの相対的な長
さ変化は、リンク駆動モータの回転角度から精度よく容
易に求められる)。
【0006】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、パラレルリン
クマニピュレータのリンクパラメータ同定を、容易かつ
安価に実施できる手法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の方法は、パラレルリンクマニピュレータにお
いては、各リンクに生じる支持力はモーメントを持たな
い(軸力のみ)特性を活かし、難しい3次元的な位置
(絶対値X,Y,Z)と姿勢(各軸回転角)の計測の代
わりに、計測の易しい、外力による各リンク軸反力を計
測し、リンクパラメータ情報が各リンクの軸反力分布に
含まれていることを利用して、リンクパラメータの同定
を行う。
【0008】すなわち、複数本の直線状のリンクの一端
が、自在継ぎ手を介してベースプレートに結合され、前
記リンクの他端に、自在継ぎ手を介して手先効果器を取
り付け、前記複数本のリンクの長さを制御、または、前
記リンクのベースプレートへの取り付け位置を移動可能
として、その取り付け位置を制御して、前記手先効果器
の位置・姿勢および/または発生力を制御するパラレル
リンクマニピュレータにおいて、前記手先効果器に既知
の負荷をかけ、これによって生じる前記複数本の直線状
のリンクの軸反力を計測し、軸反力の計測データからリ
ンクパラメータ同定を行うことを特徴とする。
【0009】
【作用】図3に示すように、6本のリンクの長さを変化
させることにより手先効果器の運動を制御するパラレル
リンクマニピュレータは、6本のリンク2a〜2fの両
端に3軸または2軸の自在継ぎ手3(例えば球面軸受)
を設け、上端が手先効果器10に結合され、下端がベー
スプレート11に結合されている。
【0010】この機構において、線形運動学から(例え
ば日本ロボット学会誌vol.10(1992),pp526
〜533)各リンクで発生する軸力をT=〔t1 ,…,
6T 、手先効果器で発生する力とモーメントをF=
〔fx ,fy ,fz ,mx ,my ,mz T とすると F=JT T (1) 図2に示すように、変換マトリクスJは各リンクの方向
単位ベクトルzi (i=1〜6)と、手先効果器上で局
所座標表現されたジョイント関節点座標si (i=1〜
6)より
【数1】
【0011】ここで、リンクiの長さをli とし、リン
クと手先効果器との結合点をハンド座標{h}で記述し
た位置ベクトルを hi 、リンクとベースとの結合点を
ベース座標{b}で記述した位置ベクトルを bbi、ハ
ンド座標の原点をベース座標で記述した位置ベクトルを
bG、手先効果器の姿勢行列Rとすると、 si =R hi bi bG (3) Wi bi bbi (4) li =|Wi |=(Wi ・Wi 1/2 (5) zi =Wi /li (6) (1)式において、計測できる状態変数であるFとリン
クパラメータ(誤差要因)φとの関係式をF=f(φ)
と表すと、偏差ΔFは
【数2】 精度を向上させるためm個の測定点で測定し、これを行
列表示すると b=DΔφ (8) ここに、b=〔ΔF1 ΔF2 …ΔFm T 、D=〔C1
2 …Cm T (8)式は最小自乗誤差を求める式であり、最小自乗誤
差解Δφは、 Δφ=(DT D)-1T b (9) (7)式に用いた
【数3】 にパラメータφの推定値を用いているので、(9)式で
求められるΔφによってパラメータを更新しφi+1 =φ
i +Δφとして、Δφ≦εに収束するまで繰り返し、最
も誤差の少ないパラメータφを得る。
【0012】
【実施例】偏差計測の具体的な方法としては、計測のた
めの外力Fa (錘などの既知の荷重)を手先効果器10
にかけてその時に生じる各リンク軸反力Ta を計測して
(市販のロードセルを各リンクに組み込むことで容易に
計測可能)、 ΔF=JT a −Fa (10) パラレルリンクのリンクパラメータ(誤差要因)φは、
リンク長さおよび自在継ぎ手の取り付け位置であるが、
誤差の最も大きいのはリンクの基本長さであり、ベース
プレートおよび手先効果器への自在継ぎ手の取り付け部
寸法誤差を無視できるとすると、(7)式の誤差要因Δ
φは、基本状態での各リンクの長さ誤差Δli0(i=1
〜6)となり、各式の未知数は bi のみとなる。
【0013】実際の(7)式の係数マトリクスCの計算
は、(2)式で表されるJの転置行列を測定状態におけ
るli (i=1〜6)で偏微分しTa を乗じたものとな
るが、(3)式〜(6)式より分かるように、li から
手先効果器10の姿勢と位置bi を解析的には求めら
れないので、
【数4】 は陽には求められない。このため、収束法でli から b
i を求め、収束した点の
【数5】 を数値解として求める。
【0014】手先効果器10の位置や姿勢を変えてm回
の測定を行うと、各回でのリンク反力測定データ群Tak
(k=1〜m)と、制御原点からの各リンクの長さ変化
δlik(k=1〜m)が駆動モータの回転量から計測で
きるので、 lik=li k-1 +δlik (11) Takとlikによる(2)式〜(7)式の計算を逐次行う
ことで(8)式のDを得、(9)式の計算を収束するま
で行う。以上の本発明の一連の処理フローを図1に示
す。
【0015】なお、ハンド座標の原点Gは、手先効果器
上の3点から定まる平面の任意の点とできるが、リンク
と手先効果器との結合点を結んでできる三角形の図心位
置とするのが好ましい。
【0016】また、本実施例では可動リンクの基準長さ
i0(i=1〜6)のみを誤差要因としたが、自在継ぎ
手の、手先効果器やベースプレートへの取り付け寸法も
誤差要因として取り込み(図4のパラレルリンクマニピ
ュレータではベースプレートへの取り付け寸法が誤差の
主要因となる)、本発明の方法でパラメータ同定できる
ことはいうまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、複数本の
直線状のリンクの一端が、自在継ぎ手を介してベースプ
レートに結合され、前記リンクの他端に、自在継ぎ手を
介して手先効果器を取り付け、前記複数本のリンクの長
さを制御、または、前記リンクのベースプレートへの取
り付け位置を移動可能として、その取り付け位置を制御
して、前記手先効果器の位置・姿勢および/または発生
力を制御するパラレルリンクマニピュレータにおいて、
安価迅速なリンクパラメータ同定を可能にし、パラレル
リンクマニピュレータの機構の応用範囲を広げ、重量物
のハンドリングの自動操作、もしくは遠隔操作の精度向
上に大きな効果が発揮できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリンクパラメータ同定フローを示す図
である。
【図2】本発明のリンクパラメータ同定方法を適用でき
る、パラレルリンクマニピュレータ機構の一例を示す図
である。
【図3】リンクパラメータ同定のための幾何学的関係を
説明する図である。
【図4】本発明のリンクパラメータ同定方法を適用でき
る、他のパラレルリンクマニピュレータ機構の一例を示
す図である。
【符号の説明】
1 移動ブロック 2 リンク 3 自在継ぎ手 10 手先効果器 11 ベースプレート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数本の直線状のリンクの一端が、自在
    継ぎ手を介してベースプレートに結合され、前記リンク
    の他端に、自在継ぎ手を介して手先効果器を取り付け、
    前記複数本のリンクの長さを制御、または、前記リンク
    のベースプレートへの取り付け位置を移動可能として、
    その取り付け位置を制御して、前記手先効果器の位置・
    姿勢および/または発生力を制御するパラレルリンクマ
    ニピュレータにおいて、 前記手先効果器に既知の負荷をかけ、これによって生じ
    る前記複数本の直線状のリンクの軸反力を計測し、軸反
    力の計測データからリンクパラメータを同定することを
    特徴とするパラレルリンクマニピュレータのリンクパラ
    メータ同定方法。
JP8524495A 1995-04-11 1995-04-11 パラレルリンクマニピュレータのリンクパラメータ同定方法 Withdrawn JPH08281581A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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