專利名稱：并行連接操作器及其控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將終端操作裝置(end effector)相對(duì)特定的平面維持在保持平行的姿勢(shì)下移動(dòng)的操作器(manipulator)。
背景技術(shù)：
產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人等采用的操作器通過控制與終端操作裝置相連的臂部來確定進(jìn)行對(duì)象物的移動(dòng)、檢查、處理等的終端操作裝置的空間位置。并且，為了可將終端操作裝置朝任意的空間位置移動(dòng)，必須擁有較高的自由度。作為這樣的操作器，已知一種將具有驅(qū)動(dòng)器的直動(dòng)伸縮型的并行連接操作器相對(duì)終端操作裝置以6組連接的、所謂管家平臺(tái)型操作器(自由度為6)，并且該裝置已實(shí)際應(yīng)用于機(jī)床等上。
然而，將操作器用于某種作業(yè)(例如，物品的箱裝、整隊(duì)、分類、機(jī)床中的工件出入、物品的檢查等)時(shí)，不必使終端操作裝置在空間內(nèi)回轉(zhuǎn)，終端操作裝置能在特定的平面方向和高度方向移動(dòng)就可。即，自由度可以為3?？捎糜谏鲜鲇猛镜淖杂啥葹?的操作器的一例已由日本特公平4-45310號(hào)公報(bào)所公開。
前述的以往的操作器的構(gòu)成原理由圖10所示。該操作器10采用了在作為基準(zhǔn)的基座部1上裝有三組臂件4，并且由這三組臂件4的前端支承終端操作裝置9的結(jié)構(gòu)。各臂件4安裝成從基座部1呈放射狀地朝三方以大致等分的角度間隔外伸設(shè)置，由一端與設(shè)置在基座部1上的回轉(zhuǎn)軸2連接的單連桿部5，和通過另外一個(gè)回轉(zhuǎn)軸6而與該單連桿部5的另一端連接、并且由二根相同長(zhǎng)度的桿件組成的平行連桿部7構(gòu)成。基座部1的三個(gè)回轉(zhuǎn)軸2位于同一平面內(nèi)，而另外的回轉(zhuǎn)軸6設(shè)置成平行于該回轉(zhuǎn)軸2。平行連桿部7通過球形接頭、普通萬向節(jié)、萬向聯(lián)結(jié)器等自由度在2個(gè)以上的萬向接頭8a，8b而與上端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸6以及下端側(cè)的終端操作裝置9的每一個(gè)連接。并且，三組臂件4每個(gè)中的連接平行連桿部7的前端部與終端操作裝置9的萬向接頭8b也配置在同一平面(以下，稱作“特定平面”)內(nèi)。另外，設(shè)置在基座部1上的回轉(zhuǎn)軸2與使其繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3連接。
前述結(jié)構(gòu)的操作器10中，臂件4中的單連桿部5可與回轉(zhuǎn)軸2成一體地圍繞著基座部1的回轉(zhuǎn)軸2自由回轉(zhuǎn)，單連桿部5和平行連桿部7可變更兩者所成角度地方式圍繞著回轉(zhuǎn)軸6回轉(zhuǎn)，此外，平行連桿部7可以萬向接頭8為中心相對(duì)上端的回轉(zhuǎn)軸6和下端的回轉(zhuǎn)軸9自由回轉(zhuǎn)。因此，通過采用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3，分別轉(zhuǎn)動(dòng)基座部1的三個(gè)回轉(zhuǎn)軸2，就可控制三個(gè)臂件4各自的姿勢(shì)，并將終端操作裝置9移動(dòng)到所希望的位置上。而且，通過平行連桿部7的機(jī)構(gòu)上的特性，其即使采用任一姿勢(shì)，通常也能夠?qū)⑾露藗?cè)的萬向接頭8b相對(duì)上端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸6維持在平行關(guān)系上。因此，由三組臂件4的前端部支承的終端操作裝置9在因臂件4的姿勢(shì)變更而發(fā)生位置變更時(shí)，通常也能相對(duì)前述特定平面維持在平行的姿勢(shì)上。即，該操作器10可在將終端操作裝置9通常保持在平行于特定平面的狀態(tài)下朝任意的位置移動(dòng)。
前述以往的操作器10由于是一種將臂件4全體的載荷靠基端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸2支承的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)該回轉(zhuǎn)軸2，以控制臂件4的姿勢(shì)的機(jī)構(gòu)，因此，存在著作用于構(gòu)成臂件4的單連桿部5和平行連桿部7上的載荷負(fù)擔(dān)過大的問題。例如，假定存在著在將適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)用裝置裝到終端操作裝置9上以進(jìn)行物品的移動(dòng)和載置的情況。在由用于物品移動(dòng)和載置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸2時(shí)，在作用有終端操作裝置9把持的物品的載荷的狀態(tài)下，因進(jìn)行各臂件4的姿勢(shì)的變更，在各單連桿部5和平行連桿部7的連桿部件上會(huì)作用上較大的彎曲力矩。結(jié)果，連桿部件發(fā)生撓曲等變形，使物品移動(dòng)和載置時(shí)的位置精度變差。并且，縮短了連桿部件的耐用時(shí)間。此外，這些缺點(diǎn)因在作為作業(yè)對(duì)象的物品的載荷越大則越顯著，因此，對(duì)于較重的物品，進(jìn)行有效且正確的移動(dòng)和載置作業(yè)是困難的。
并行連接操作器(parallel link manipulator)為一種將移動(dòng)基礎(chǔ)等的終端操作裝置通過多個(gè)并列的連桿連接到固定的基座上的機(jī)構(gòu)，關(guān)節(jié)的一部分為被動(dòng)關(guān)節(jié)，其他為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。使用并行連接操作器時(shí)，對(duì)于以往的系列機(jī)構(gòu)，期望可進(jìn)行困難的、在高剛性和高精度下從目前位置朝目標(biāo)位置的直線地高速移動(dòng)。但是，因在并行連接機(jī)構(gòu)中，存在被動(dòng)關(guān)節(jié)，所以順運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算困難，幾乎不能進(jìn)行在作業(yè)坐標(biāo)變量下的控制。特別是，在將驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量轉(zhuǎn)換為作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值時(shí)，必須成為導(dǎo)數(shù)矩陣J的逆矩陣J-1。公知的導(dǎo)數(shù)矩陣的各要素不是常數(shù)，而是作業(yè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，在作業(yè)坐標(biāo)變量的數(shù)值的每個(gè)中評(píng)價(jià)該逆矩陣的數(shù)值，在計(jì)算上有很大的負(fù)擔(dān)。如此計(jì)算上的負(fù)擔(dān)會(huì)妨礙并行連接機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。
發(fā)明的目的本發(fā)明的基本目的是在計(jì)算作業(yè)坐標(biāo)變量之際，無需導(dǎo)數(shù)矩陣(jacobian)的逆矩陣J-1。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在向驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)反饋時(shí)，無需導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣J-1。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種將終端操作裝置的姿勢(shì)保持一定的同時(shí)，可在高剛性的條件下使終端操作裝置運(yùn)動(dòng)的并行連接操作器。
本發(fā)明的并行連接操作器在于解決了前述以往的問題，具有構(gòu)成為將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)特定的平面通常保持平行的輔助機(jī)構(gòu)，其特征在于，至少設(shè)有3組以上的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由基端側(cè)被支承的同時(shí)前端側(cè)通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與終端操作裝置連接的驅(qū)動(dòng)軸，和將該驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)基部側(cè)的支承點(diǎn)進(jìn)退的驅(qū)動(dòng)源構(gòu)成。
如此結(jié)構(gòu)的并行連接操作器除了將終端操作裝置的姿勢(shì)限制成相對(duì)特定平面保持平行的輔助機(jī)構(gòu)外，還獨(dú)立設(shè)有進(jìn)行終端操作裝置的位置控制的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因相對(duì)該直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的載荷作用于驅(qū)動(dòng)軸的軸向，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸不會(huì)因載荷發(fā)生撓曲變形。因此，可提高終端操作裝置的位置控制的精度。另外，將終端操作裝置朝平面內(nèi)的任意位置運(yùn)動(dòng)，必須要有3組以上的直動(dòng)型起動(dòng)機(jī)構(gòu)。
此外，作為將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)特定的平面通常保持平行用的輔助機(jī)構(gòu)至少設(shè)有2組以上的臂件，該臂件由一端安裝在位于基座部上的一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)軸上的第一連桿部，和兩端分別通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與第一連桿部的另一端和終端操作裝置連接的相互平行的二根以上的連桿部件組成的第二連桿部構(gòu)成。
而對(duì)于直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)考慮為，通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承將螺母部件安裝到基座部上并使形成在驅(qū)動(dòng)軸表面上的螺紋部與該螺母部件螺旋配合，在所述驅(qū)動(dòng)源作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸或螺母部件，從而該驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)螺母部件進(jìn)退。
或者，直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可由兩端分別通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與終端操作裝置和基座部連接的、通過流體壓而伸縮致動(dòng)的缸體機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
本發(fā)明的一種并行連接操作器的控制裝置，是對(duì)使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)和多個(gè)被動(dòng)關(guān)節(jié)使終端操作裝置運(yùn)動(dòng)的并行連接操作器進(jìn)行如下控制，即，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值，通過順運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，為了解除推定的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的偏差，更新作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值，通過控制機(jī)構(gòu)，為了將目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值一致，反饋控制驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其特征在于，在所述順運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中，將所述偏差與將作業(yè)坐標(biāo)變量的微分轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的微分的導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣和增益相乘并積分，以更新作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值。
最好是，在所述控制機(jī)構(gòu)中，將目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值的偏差與所述導(dǎo)數(shù)矩陣和增益相乘，以求出對(duì)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的控制量。
更好地是，作為控制對(duì)象的并行連接操作器本體由將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)固定基座保持一定的機(jī)構(gòu)，和使終端操作裝置的位置發(fā)生變化的直動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，將該直動(dòng)機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)控制。
發(fā)明的作用和效果在本發(fā)明的并行連接操作器的控制裝置中，通過順運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換，根據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量求出作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值的過程中，不必使用導(dǎo)數(shù)矩陣的逆矩陣，而是可使用導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣如求出或?qū)?shù)矩陣就可容易地求出，因此，在將驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為作業(yè)坐標(biāo)變量之際的、計(jì)算上的負(fù)擔(dān)可較小。并且發(fā)明人通過實(shí)施例所述的輔助定理或模擬確認(rèn)出在這種結(jié)構(gòu)中，可推定作業(yè)坐標(biāo)變量。
獲得作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值，以判定與目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量的偏差時(shí)，必須向驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)反饋。確定添加到驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)上的控制量，盡管必須是導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣，但為求出逆矩陣，計(jì)算上的負(fù)擔(dān)較重。為此，在本發(fā)明中，由于是將偏差與導(dǎo)數(shù)矩陣和增益相乘來求出控制量，因此不必求出導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣。另外，發(fā)明人通過模擬確認(rèn)，在該結(jié)構(gòu)中，可將并行連接操作器沿著目標(biāo)軌道控制。


圖1為示出本發(fā)明的并行連接操作器的構(gòu)成原理的透視圖，圖2為示出本發(fā)明的并行連接操作器中使用的臂件的一構(gòu)成例的視圖，圖(A)為主視圖，圖(B)為側(cè)視圖，圖3為示出本發(fā)明的并行連接操作器的一實(shí)施例的透視圖，圖4為本發(fā)明的并行連接操作器中使用的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例，示出螺母部件的安裝構(gòu)造的俯視的斷面圖，圖5本發(fā)明的并行連接操作器中使用的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例，為圖4的(a)-(a)線的側(cè)剖視圖，
圖6為本發(fā)明的并行連接操作器中使用的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例，為圖4的(b)-(b)線的側(cè)剖視圖，圖7為本發(fā)明的并行連接操作器中使用的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例，示出驅(qū)動(dòng)軸與螺母部件的螺旋配合關(guān)系的正視剖視圖，圖8為示出本發(fā)明的并行連接操作器中終端操作裝置的一構(gòu)成例的俯視圖，圖9為示出本發(fā)明的并行連接操作器中終端操作裝置的另一構(gòu)成例的俯視圖，圖10為示出以往的操作器的構(gòu)成原理的透視圖，圖11為示出實(shí)施例的并行連接操作器的控制裝置以順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部為中心的框圖，圖12為示意地示出實(shí)施例中所使用的并行連接操作器的視圖，圖13為示出使用圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部的作業(yè)坐標(biāo)變量X的模擬結(jié)果的視圖，圖14為示出使用圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部的作業(yè)坐標(biāo)變量Y的模擬結(jié)果的視圖，圖15為示出使用圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部的作業(yè)坐標(biāo)變量Z的模擬結(jié)果的視圖，圖16為示出實(shí)施例的并行連接操作器的控制裝置的控制系統(tǒng)的框圖，圖17為示出實(shí)施例中的、并行連接操作器的運(yùn)動(dòng)控制的模擬結(jié)果中有關(guān)作業(yè)坐標(biāo)變量X的視圖，圖18為示出實(shí)施例中的、并行連接操作器的運(yùn)動(dòng)控制的模擬結(jié)果中有關(guān)作業(yè)坐標(biāo)變量Y的視圖，圖19為示出實(shí)施例中的、并行連接操作器的運(yùn)動(dòng)控制的模擬結(jié)果中有關(guān)作業(yè)坐標(biāo)變量Z的視圖，圖20為示出實(shí)施例的并行連接操作器的控制裝置的全體構(gòu)成的框圖，
圖21為實(shí)施例中使用的并行連接操作器的透視圖，圖22為示出圖21的并行連接操作器中的、終端操作裝置相對(duì)固定基座的姿勢(shì)保持的機(jī)構(gòu)的透視圖，圖23為示出圖21的并行連接操作器的圓頭螺釘驅(qū)動(dòng)用伺服電機(jī)的姿勢(shì)的自由度的視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為示出本發(fā)明的并行連接操作器M的構(gòu)成原理圖。作為基準(zhǔn)的基座部11上裝有三組臂件14，其是作為將終端操作裝置19的姿勢(shì)保持平行的輔助機(jī)構(gòu)，終端操作裝置19由這三組臂件14的前端支承。各臂件14安裝成從基座部11呈放射狀地朝三方以大致等分的角度間隔外伸設(shè)置，由一端與設(shè)置在基座部11上的回轉(zhuǎn)軸12連接的單連桿組成的第一連桿部15，和通過另外一個(gè)回轉(zhuǎn)軸16而與該第一連桿部15的另一端連接、并且由二根相同長(zhǎng)度的桿件組成的平行連桿而成的第二連桿部17構(gòu)成。基座部11的三個(gè)回轉(zhuǎn)軸12以相互不平行的方式位于同一平面內(nèi)。而另外一個(gè)回轉(zhuǎn)軸16設(shè)置成分別平行于回轉(zhuǎn)軸12。
第二連桿部17通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承例如球形接頭、普通萬向節(jié)、萬向聯(lián)結(jié)器等萬向接頭18a，18b而與上端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸16以及下端側(cè)的終端操作裝置19這兩者連接。并且，三組臂件14各自中的連接第二連桿部17的下端部與終端操作裝置19的萬向接頭18b也配置在同一平面(以下，稱作“特定平面”)內(nèi)。
本發(fā)明的并行連接操作器M的特色在于，使前述終端操作裝置19的位置變更的至少3組以上的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13設(shè)置成獨(dú)立于前述臂件14。該直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13由前端側(cè)通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承與前述終端操作裝置19連接并，且相對(duì)基部側(cè)的支承點(diǎn)可進(jìn)退的驅(qū)動(dòng)軸13a、和驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)軸13a使之進(jìn)退的驅(qū)動(dòng)源(圖中未示出)構(gòu)成。作為支承著驅(qū)動(dòng)軸13a使之可進(jìn)退的機(jī)構(gòu)考慮如下結(jié)構(gòu)，例如，設(shè)有螺母部件13b，形成于驅(qū)動(dòng)軸13a表面的螺紋部與上述螺母部件13b螺旋配合，同時(shí)，還設(shè)有使驅(qū)動(dòng)軸13a繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(參照?qǐng)D7)。此時(shí)，各螺母部件13b位于與基座部11上或位于平行于基座部11的平面內(nèi)，并且，基座部11或平行于基座部11的平面內(nèi)，至少可在二個(gè)方向自由回轉(zhuǎn)，即，自由度在2個(gè)以上。
如圖2所示，前述并行連接操作器M的臂件14的結(jié)構(gòu)為，第一連桿部15圍繞著基座部11的回轉(zhuǎn)軸12可自由回轉(zhuǎn)，第一連桿部15和第二連桿部17圍繞著回轉(zhuǎn)軸16回轉(zhuǎn)并且可變更兩者所構(gòu)成的角度，此外，第二連桿部17分別相對(duì)于上端的回轉(zhuǎn)軸16和下端的終端操作裝置19以擺動(dòng)軸承(萬向接頭)18a，18b為中心可自由回轉(zhuǎn)。因此，通過分別驅(qū)動(dòng)直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13中的三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸13a使之進(jìn)退，終端操作裝置19可朝所希望的位置移動(dòng)。并且，在該位置變更之際，通過平行連桿部17的機(jī)構(gòu)方面的特性，因?yàn)橄露藗?cè)的萬向接頭18b相對(duì)上端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸16通常維持在平行的關(guān)系上，所以由三組臂件14支承的終端操作裝置19與臂件14的姿勢(shì)無關(guān)，相對(duì)特定平面通常維持在平行的姿勢(shì)上。即，終端操作裝置19保持在通常平行于特定平面的狀態(tài)下，朝任意位置移動(dòng)。
在本發(fā)明中，在作業(yè)之際施加在終端操作裝置19的載荷作用于直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13中的驅(qū)動(dòng)軸13a的軸向。因此，使驅(qū)動(dòng)軸13a進(jìn)退，以變更終端操作裝置19的位置之際，驅(qū)動(dòng)軸13a不會(huì)發(fā)生撓性變形。因而，即使在終端操作裝置19處置重物時(shí)，也可高精度地控制位置。
另外，限制終端操作裝置19的動(dòng)作的臂件14從穩(wěn)定性上考慮，希望設(shè)有3組以上，但即使只是2組臂件14，也可將終端操作裝置19的姿勢(shì)維持成平行于特定平面。
作為使直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13中的驅(qū)動(dòng)軸13a進(jìn)退的機(jī)構(gòu)，也可采用保持驅(qū)動(dòng)軸13a不繞軸回轉(zhuǎn)并使螺母部件13b回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)?；蛘撸部煽紤]通過由油壓、水壓或空氣壓等流體壓驅(qū)動(dòng)直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使之伸縮的缸體機(jī)構(gòu)，以使驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)支承點(diǎn)進(jìn)退的機(jī)構(gòu)。
實(shí)施例圖3示出本發(fā)明的并行連接操作器M的一實(shí)施例。本例的并行連接操作器M為，通過直立設(shè)置在基臺(tái)G上的縱向支架H，板狀基座部11被支承于該基臺(tái)G上，在該基座部11上設(shè)有3組臂件14和3組直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13，由各臂件14和直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13的下端部支承終端操作裝置19。
3組臂件14分別安裝成從基座部11呈放射狀地朝三方以大致等分的角度間隔外伸設(shè)置，由圍繞著位于基座部11上的回轉(zhuǎn)軸12回轉(zhuǎn)的第一連桿部15，和通過另外一個(gè)回轉(zhuǎn)軸16而與該第一連桿部15的另一端連接的、二根相同長(zhǎng)度的平行連桿組成的第二連桿部17構(gòu)成。在各臂件14中，另外一個(gè)回轉(zhuǎn)軸16設(shè)置成分別平行于基座部11的回轉(zhuǎn)軸2。第二連桿部17通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承例如球形接頭、普通萬向節(jié)、萬向聯(lián)結(jié)器等萬向接頭18a，18b而與上端側(cè)的回轉(zhuǎn)軸16以及下端側(cè)的終端操作裝置19這兩者連接。
使前述終端操作裝置19的位置變更的3組直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13采用的結(jié)構(gòu)為，下端部通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承13c而與終端操作裝置19連接的驅(qū)動(dòng)軸13a的中途部分由設(shè)置在基座部11上的螺母部件13b支承。如圖4所示，在形成于基座部11中的開口部11a內(nèi)，托架20通過軸22可自由回轉(zhuǎn)地安裝著，在該托架20內(nèi)，通過與該托架20的軸22成直角方向的軸21可自由回轉(zhuǎn)地安裝著螺母部件13b。由此，如圖5和圖6所示，該螺母部件13b相對(duì)基座部11可在二個(gè)方向上自由回轉(zhuǎn)。并且如圖7，在驅(qū)動(dòng)軸13a的表面的適當(dāng)場(chǎng)所，形成螺紋部，該螺紋部與上述螺母部件13b螺紋配合，同時(shí)，還設(shè)有使驅(qū)動(dòng)軸13a繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)源R。因此，通過由驅(qū)動(dòng)源控制驅(qū)動(dòng)軸13a的回轉(zhuǎn)量，可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸13a相對(duì)螺母部件13b的進(jìn)退量，從而可實(shí)現(xiàn)終端操作裝置19的位置控制。
如圖8所示，3組臂件14中的第二連桿部17的下端部以及直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13中的驅(qū)動(dòng)軸13a的下端部通過萬向接頭18b，13c以自由度在2個(gè)以上的方式與終端操作裝置19連接。該萬向接頭18b，13c位于同一平面內(nèi)。
作為將第二連桿部17的下端部與終端操作裝置19連接成自由度為2的擺動(dòng)軸承的另外例子考慮圖9所示的結(jié)構(gòu)。即，通過銷P2將鉸接頭Q可自由回轉(zhuǎn)地安裝到終端操作裝置19上，通過垂直于上述銷P2方向的銷P1，將第二連桿部17的下端部可自由回轉(zhuǎn)地安裝到該鉸接頭Q上，由此，第二連桿部17可相對(duì)終端操作裝置19在不同的2個(gè)方向可自由回轉(zhuǎn)即成為2個(gè)自由度。
發(fā)明的效果本發(fā)明的并行連接操作器的結(jié)構(gòu)除了將終端操作裝置的姿勢(shì)限制成保持為平行于特定平面的臂件外，還獨(dú)立設(shè)有進(jìn)行終端操作裝置的位置控制的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且施加到終端操作裝置上的載荷作用于該直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸的軸向，從而即使在終端操作裝置進(jìn)行以重物為對(duì)象的作業(yè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸不會(huì)因載荷發(fā)生撓曲變形。因此，可提高控制終端操作裝置的位置的精度。另外，可延長(zhǎng)耐用時(shí)間。
參照?qǐng)D11～圖23，對(duì)實(shí)施例的并行連接操作器的控制裝置102進(jìn)行說明。并行連接控制裝置102大致由根據(jù)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qd求出終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104，和根據(jù)求出的作業(yè)坐標(biāo)變量Xc與目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量Xr的偏差，對(duì)并行連接操作器本體120進(jìn)行反饋控制的控制系統(tǒng)118構(gòu)成。
由驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qd與其推定值的偏差乘上導(dǎo)數(shù)矩陣J的逆矩陣J-1，乘算出適當(dāng)?shù)脑鲆鍷后，如進(jìn)行積分(積算)，可得到作業(yè)坐標(biāo)變量XE的推定值Xc。就其計(jì)算方式是公知的。在此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使不用導(dǎo)數(shù)矩陣的逆矩陣J-1，用導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣JT，也可得到作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc。
在圖11中，106為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部，將作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值并加以輸出。在減法器108中，求出與由編碼器等獲取的實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qd的差分，在導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)置矩陣處理部110中，乘算導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣JT，在增益處理部112中乘算常數(shù)或矩陣的增益K，由積分器114積分，獲得作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc(終端操作裝置的坐標(biāo)變量的推定值)。
順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104為了使驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值qc與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qd一致，可相對(duì)假想的并行連接操作器實(shí)施反饋控制。減法器108的輸出u為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)的偏差，乘以導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣后的輸出F為添加到終端操作裝置中的假想的力或力矩(moment)，將其與增益乘算并積分時(shí)，就可確定假想的終端操作裝置的位置。在順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104中，向作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc的初期值輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，將該值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值，根據(jù)與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的偏差，乘算導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣(以下稱作導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)置矩陣)。由此，求出添加到假想的終端操作裝置中的力或力矩F，將其乘以增益，轉(zhuǎn)換為假想的控制量W，并積分，以更新作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc。
通常，終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量為XE，驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量為q時(shí)，q＝f(XE)的關(guān)系成立。將對(duì)其進(jìn)行時(shí)間微分時(shí)，獲得(1)式。
q’＝JXE’，J＝σf/σXE (1)在此，’表示微分記號(hào)，實(shí)際表示差分。在此，矩陣J稱作導(dǎo)數(shù)矩陣，盡管是正方矩陣，但各要素不是常數(shù)，而是作業(yè)坐標(biāo)變量XE的函數(shù)。另外，在本說明書中，稱作坐標(biāo)或坐標(biāo)變量時(shí)，不單單稱作3維坐標(biāo)，在一般的矢量下，例如在作業(yè)坐標(biāo)變量的場(chǎng)合，意思為將終端操作裝置的位置和姿勢(shì)設(shè)置成特定情況下的變量。在驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量q的場(chǎng)合，為設(shè)置成可指定多個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的狀態(tài)的變量構(gòu)成的矢量。此外，在(1)式中，導(dǎo)數(shù)矩陣J不是正則矩陣這一點(diǎn)是特異點(diǎn)。
在添加到終端操作裝置上的力和力矩為F時(shí)，設(shè)施加在各關(guān)節(jié)上的驅(qū)動(dòng)力為u，則下式成立。
F＝JT(XE)u(2)
在此，在圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104中，作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值的速度Xc’可通過控制輸入W控制成(3)式那樣。如此，采用Xc’的積分，可獲得作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值。
X’c＝W (3)如此，下面的輔助定理成立。
輔助定理根據(jù)式(4)確定控制輸入W。
W＝-KJ(Xc)T(qc-qd) (4)此時(shí)，相對(duì)某個(gè)整數(shù)N，c，(5)式成立時(shí)，N＜σn(J(Xc)·J(Xc)T)、‖q’d‖＜c (5)任意的ε0＞0時(shí)，相對(duì)成為K＞C/(ε0·N)的K，存在T≥0，則(6)式成立。
‖qc-qd‖＜ε0、(所有的t≥T)(6)在此，σn表示最小特異解。(6)式在根據(jù)(4)式將控制輸入添加到假想的終端操作裝置中，并且在時(shí)間T以上的時(shí)間內(nèi)使假想的終端操作裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，意思為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)的推定值收斂于實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)。在此，順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104如可假定為表現(xiàn)成與實(shí)際的并行連接操作器為同一的機(jī)構(gòu)，即如導(dǎo)數(shù)矩陣J或逆運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部106表現(xiàn)為實(shí)際的并行連接操作器，則終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc成為q＝f(XE)的一個(gè)解。
圖11的116為減法器，求出作業(yè)坐標(biāo)變量的目標(biāo)值Xr與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc的偏差，通過控制系統(tǒng)118，添加PD控制或PDI控制，以產(chǎn)生控制量(控制輸入)，來驅(qū)動(dòng)并行連接操作器本體120。實(shí)施例中的記號(hào)由表1示出。
表1記號(hào)的含義XE作業(yè)坐標(biāo)變量(終端操作裝置的坐標(biāo))
Xc作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值(終端操作裝置的推定坐標(biāo))Xr目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量(終端操作裝置的目標(biāo)坐標(biāo))qd驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qc驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值θ1～θ3 圓頭螺釘?shù)拈L(zhǎng)度’微分記號(hào)為了驗(yàn)證圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部進(jìn)行的作業(yè)坐標(biāo)變量X的推定的妥當(dāng)性，將圖12的并行連接操作器作為模型，進(jìn)行模擬。該并行連接操作器是將圖21所示的并行連接操作器模型化，將終端操作裝置132通過被動(dòng)關(guān)節(jié)相對(duì)固定基座130安裝，以使其姿勢(shì)成一定。在此，通過被動(dòng)關(guān)節(jié)限制終端操作裝置132的姿勢(shì)，以使其通常平行于固定基座130。133～135為伺服電機(jī)，為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的例子，136～138為圓頭螺釘，伺服電機(jī)133～135與終端操作裝置132間的圓頭螺釘136～138的長(zhǎng)度成為變量θ1～θ3。另外，伺服電機(jī)133～135通過2個(gè)以上的擺動(dòng)自由度的鉸接頭由固定基座130支承，圓頭螺釘136～138的前端由終端操作裝置132以2個(gè)以上的擺動(dòng)自由度支承。
終端操作裝置132由于姿勢(shì)受到限制，自由度為X，Y，Z這3個(gè)坐標(biāo)。終端操作裝置的中心位置如圖13～圖15的虛線運(yùn)動(dòng)，3個(gè)圓頭螺釘?shù)拈L(zhǎng)度θ1～θ3如式(7)變化。適當(dāng)?shù)赝贫ńK端操作裝置132的中心位置的初期位置(在時(shí)刻為0處的實(shí)線位置)，例如在此為(1，1，1)，通過圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104，模擬終端操作裝置132的位置。結(jié)果，如圖13～圖15所示，實(shí)線為終端操作裝置坐標(biāo)的推定值。另外，在該模擬下，增益K為50。從圖13～圖15可知，終端操作裝置的坐標(biāo)變量的推定值在1秒左右，收斂成實(shí)際的數(shù)值，接著，可由實(shí)時(shí)處理，求出終端操作裝置的位置。
θ1＝sinπ/2t+√10θ2＝sinπ/2t+√10，K＝50 (7)
θ3＝sinπ/2t+√10正如上述，在使用圖11的順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104時(shí)，不用導(dǎo)數(shù)矩陣的逆矩陣J-1，而是使用導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣JT，可推定終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量。為此，如推定該值，通過用控制系統(tǒng)18進(jìn)行反饋控制，以解除與作業(yè)坐標(biāo)變量的目標(biāo)值Xr的差，并可沿著目標(biāo)位置或目標(biāo)軌跡運(yùn)動(dòng)終端操作裝置。
圖16示出在并行連接操作器的控制裝置102中的控制系統(tǒng)118。在此，由于是用控制系統(tǒng)118進(jìn)行PD控制，輸入的是目標(biāo)坐標(biāo)變量Xr及其微分值Xr’和作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc及其微分值Xc’?？捎肞ID控制等代替PD控制，對(duì)于控制手法自身而言是任意的。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)，將增益KP等與Xr和Xc的變位等相乘，并將其與導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣J-T相乘，從而可獲得對(duì)伺服電機(jī)等的控制量(控制輸入)。但是，在使用J-T時(shí)，必須要有與求出導(dǎo)數(shù)矩陣的逆矩陣J-1相同程度的計(jì)算量，處理上的負(fù)擔(dān)很顯著。為此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如用J·KP·JT或J·KD·JT代替增益KP或增益KD，則JT·J-T成為恒等變換I，單單用J·KP或J·KD等的乘法就可處理。在此，增益KP，KD雖為矩陣，但也可為常數(shù)。
圖16的控制系統(tǒng)118就是基于此，通過減法器116，117，求出目標(biāo)坐標(biāo)變量Xr與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值Xc的差分，或者求出目標(biāo)坐標(biāo)變量的微分值Xr’與推定作業(yè)坐標(biāo)變量的微分值Xc’的差分，用比例控制部122，乘算J·KP，用微分控制部123乘算J·KP，用加法器124加算這些控制量，由恒等轉(zhuǎn)換部125進(jìn)行形式上的恒等轉(zhuǎn)換，對(duì)并行連接操作器本體120增加控制。另外，恒等轉(zhuǎn)換部125在實(shí)際操作中可不需要。
作為可增加自由度控制的依據(jù)是，增益KP或KD是基本的正定矩陣，即使從兩側(cè)將其與導(dǎo)數(shù)矩陣J及其轉(zhuǎn)置矩陣JT相乘算，仍然是正定矩陣，基本的性質(zhì)是不變的。
將K值設(shè)定為50000，KP設(shè)定為200，KD設(shè)定為50，使用圖12的模型，模擬圖16的控制系統(tǒng)118中的控制結(jié)果。結(jié)果如圖17～圖19所示，虛線表示目標(biāo)軌跡，實(shí)線表示模擬結(jié)果。在該模擬中，在時(shí)刻為0時(shí)，目標(biāo)軌跡上的位置與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值是一致的。由圖17～圖19可知，在Y坐標(biāo)中，除了產(chǎn)生來自目標(biāo)軌跡的稍許誤差外，可追隨目標(biāo)軌跡控制。即使使用這樣的圖16的控制系統(tǒng)118，也可穩(wěn)定地控制并行連接操作器本體120。
圖20示出并行連接操作器的控制裝置140。與圖11，圖16的控制裝置102的不同，表示出存在用于獲得微分信號(hào)的差分器142，143，以及表示出在順運(yùn)動(dòng)學(xué)處理部104中，直到作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值收斂為止，等待控制的開始或者開環(huán)控制用的開關(guān)144，145。加法器124的輸出加到伺服電機(jī)133～135的驅(qū)動(dòng)用伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)放大器150～152中，作為輸出τ1～τ3朝伺服電機(jī)添加。隨著電機(jī)133～135的回轉(zhuǎn)，圓頭螺釘?shù)奈恢没螂姍C(jī)的實(shí)際回轉(zhuǎn)角度及其積算值等作為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量qd的成分θ1～θ3向控制裝置140反饋。
在作業(yè)坐標(biāo)變量系統(tǒng)中進(jìn)行的控制具有如下優(yōu)點(diǎn)。在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中進(jìn)行控制時(shí)，各關(guān)節(jié)中相對(duì)目標(biāo)值的誤差即控制誤差累積，不能補(bǔ)償在作業(yè)坐標(biāo)系中的相對(duì)終端操作裝置的目標(biāo)值的誤差。對(duì)此，在作業(yè)坐標(biāo)系中進(jìn)行控制時(shí)，由于可直接反饋相對(duì)終端操作裝置的目標(biāo)值的誤差，不能累積各關(guān)節(jié)中的誤差，從而可高精度地控制終端操作裝置的運(yùn)動(dòng)。
圖21示出作為實(shí)施例的控制裝置140的控制對(duì)象的、并行連接操作器本體120的例子。G為地面，H為例如3根支柱，固定著固定基座130?；剞D(zhuǎn)軸160例如平行于固定基座130的表面地方式安裝到該基座上，與回轉(zhuǎn)軸160連接的第1連桿161的另一端通過自由度在2個(gè)以上的關(guān)節(jié)163可自由擺動(dòng)地安裝著第2連桿162。第2連桿162由平行的2根臂件構(gòu)成，第2連桿162的前端通過自由度在2個(gè)以上的關(guān)節(jié)164而可自由擺動(dòng)地裝到終端操作裝置132上?；剞D(zhuǎn)軸160或關(guān)節(jié)163，164為被動(dòng)關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)163，164并不限于2個(gè)自由度，可以是在2個(gè)以上自由度的關(guān)節(jié)。166為將圓頭螺釘136～138的前端安裝到終端操作裝置132上的鉸接頭，圓頭螺釘安裝成可自由地進(jìn)行2個(gè)以上自由度的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
如圖22所示，回轉(zhuǎn)軸160平行于固定基座130的表面，連接關(guān)節(jié)163，164的直線也平行于固定基座130的表面，結(jié)果，連接關(guān)節(jié)64，64的直線也平行于固定基座30的表面。在終端操作裝置132中，由于連接第2連桿162前端的關(guān)節(jié)164，164的3根直線的任意一個(gè)也平行于固定基座130，因此在固定基座130上通常取平行于該基座的姿勢(shì)。結(jié)果，終端操作裝置132的表面通常平行于固定基座130的表面。為此，在輸送半導(dǎo)體晶片或液晶基板等的姿勢(shì)敏感的部件或者要以正確的姿勢(shì)進(jìn)行加工或裝配等作業(yè)的場(chǎng)合是便利的。另外，終端操作裝置132上可安裝合適的指針。
終端操作裝置132的位置靠圓頭螺釘136～138的伸縮而定，其由伺服電機(jī)133～135的回轉(zhuǎn)而定。并且，伺服電機(jī)133～135如圖23所示，相對(duì)固定基座130的表面可在2個(gè)軸向自由擺動(dòng)。中間部件174通過回轉(zhuǎn)軸172，172，安裝到固定基座130上，伺服電機(jī)133通過回轉(zhuǎn)軸176，176安裝到中間部件174上。結(jié)果，伺服電機(jī)133相對(duì)固定基座130可以2個(gè)自由度自由擺動(dòng)。其他的伺服電機(jī)134，135的安裝也是同樣的。
圖21的并行連接操作器本體120中，終端操作裝置132的姿勢(shì)通常保持一定，其位置由圓頭螺釘136～138調(diào)整，由于使用了直線運(yùn)動(dòng)型(直動(dòng)型)的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，可在高剛性下高精度地運(yùn)動(dòng)。因此，終端操作裝置132可在高速、高剛性和高精度下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。另外，可以使用通過油壓或空氣壓的缸體或者線性電機(jī)等伸縮的桿件來代替圓頭螺釘136～138。
在實(shí)施例中，以特定的并行連接操作器本體120的控制為例進(jìn)行了說明，由于能夠不需要導(dǎo)數(shù)矩陣J-1或?qū)?shù)轉(zhuǎn)置矩陣的逆矩陣J-T等的計(jì)算，即使是更復(fù)雜并且驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)更多的并行連接操作器也可容易地控制。
權(quán)利要求
1.一種并行連接操作器，具有構(gòu)成為將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)特定的平面總是保持平行的輔助機(jī)構(gòu)，其特征在于，至少設(shè)有3組以上的直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由基端側(cè)被支承的同時(shí)前端側(cè)通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與終端操作裝置連接的驅(qū)動(dòng)軸、和將該驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)基部側(cè)的支承點(diǎn)進(jìn)退的驅(qū)動(dòng)源構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的并行連接操作器，其特征在于，將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)特定的平面總是保持平行的輔助機(jī)構(gòu)至少設(shè)有2組以上的臂件，該臂件由一端安裝在位于基座部上的一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)軸上的第一連桿部、和兩端分別通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與第一連桿部的另一端和終端操作裝置連接的相互平行的二根以上的連桿部件組成的第二連桿部構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的并行連接操作器，其特征在于，直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為，通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承將螺母部件安裝到基座部上，并使形成在驅(qū)動(dòng)軸表面上的螺紋部與該螺母部件螺旋配合，在所述驅(qū)動(dòng)源作用下，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)軸或螺母部件，從而該驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)螺母部件進(jìn)退。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的并行連接操作器，其特征在于，直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩端分別通過自由度在2個(gè)以上的擺動(dòng)軸承而與終端操作裝置和基座部連接的、通過流體壓而伸縮驅(qū)動(dòng)的缸體機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
5.一種并行連接操作器的控制裝置，對(duì)使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)和多個(gè)被動(dòng)關(guān)節(jié)使終端操作裝置運(yùn)動(dòng)的并行連接操作器進(jìn)行如下控制，即通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將終端操作裝置的作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的推定值，通過順運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，為解除推定的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的偏差，更新作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值，通過控制機(jī)構(gòu)，為將目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值一致，反饋控制驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其特征在于，在所述順運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)中，將所述偏差與用于將作業(yè)坐標(biāo)變量的微分轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)坐標(biāo)變量的微分的導(dǎo)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣和增益相乘并積分，以更新作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值。
6.按照權(quán)利要求5所述的并行連接操作器的控制裝置，其特征在于，在所述控制機(jī)構(gòu)中，將目標(biāo)作業(yè)坐標(biāo)變量與作業(yè)坐標(biāo)變量的推定值的偏差與所述導(dǎo)數(shù)矩陣和增益相乘，以求出對(duì)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的控制量。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的并行連接操作器的控制裝置，其特征在于，作為控制對(duì)象的并行連接操作器本體由將終端操作裝置的姿勢(shì)相對(duì)固定基座保持一定的機(jī)構(gòu)、和使終端操作裝置的位置發(fā)生變化的直動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，將該直動(dòng)機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種并行連接操作器及其控制裝置，克服了以往的由終端操作裝置操作重物時(shí)、操作器的臂件上會(huì)作用上較大的彎曲力矩，從而發(fā)生撓曲，使動(dòng)作部的位置控制的精度劣化的問題。并行連接操作器在基座部(11)上裝有3組臂件(14)，臂件(14)由一端與基座部(11)的回轉(zhuǎn)軸(12)連接的第一連桿部(15)，和通過另一回轉(zhuǎn)軸(16)而連接的第二連桿部(17)構(gòu)成。第二連桿部(17)通過萬向接頭(18a，18b)與回轉(zhuǎn)軸(16)和動(dòng)作部(19)連接。直動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)由驅(qū)動(dòng)軸(13a)和帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸(13a)進(jìn)退的驅(qū)動(dòng)源構(gòu)成，通過帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸(13a)進(jìn)退，可將動(dòng)作部(19)移動(dòng)到所希望的位置上。
文檔編號(hào)B23Q1/54GK1451896SQ0311062
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2003年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者大須賀公一, 中村陽一 申請(qǐng)人:村田機(jī)械株式會(huì)社