連桿動作裝置的控制裝置的制造方法
【專利說明】
[oow] 相關申請
[0002] 本申請要求申請日為2013年3月26日、申請號為JP特愿號申請； 申請日為2013年7月29日、申請號為JP特愿號申請的優先權，通過參照其 整體，將其作為構成本申請的一部分的內容而引用。
技術領域
[0003] 本發明設及醫療器械、產業機械等的必須要求精密、范圍較廣的動作范圍的器械 的連桿動作裝置的控制裝置。
【背景技術】
[0004] 具有平行連桿機構的作業裝置的一個例子在專利文獻1中公開。因為各連桿的動 作角小，為將移動板的動作范圍進行較大的設定，該作業裝置的平行連桿機構的連桿長度 有必要設置的很長。由此，機構整體的尺寸變大，會產生裝置變大的問題。又，如果將連桿 的長度加長，會導致機構整體的剛性的降低。因此，存在下述問題，移動板上所搭載的工件 的重量，即移動板的可搬重量也被限制在很小。 陽0化]作為克服上述問題點的方案，提案有設置=組W上的4節連鎖的連桿機構的連桿 動作裝置（比如，專利文獻2、3)。如果是該構成，可W在結構緊湊的基礎上，進行精密且較 寬的動作范圍的動作。
[0006] 圖22~圖23顯示=組W上的=節連鎖的連桿機構的連桿動作裝置的一個例子。 該連桿動作裝置1由基端側的連桿樞穀14和前端側的連桿樞穀15、將運些連桿樞穀14、15 相互連接的=組的連桿機構11、12、13構成。各連桿機構11、12、13W基端側的端部連桿部 件1la、12日、13a;前端側的端部連桿部件1化、12b、13b;化及中間連桿部件11c、12c、13c構 成，形成由四個旋轉對偶構成的=節連鎖的連桿機構。又，在圖22、圖23中，基端側的端部 連桿部件13a并沒有被圖示。又，上述基端側的端部連桿部件11a、12a、13a在W下稱為臂 部lla、12a、13a。
[0007] 根據該連桿動作裝置1的構成，由基端側的連桿樞穀14和前端側的連桿樞穀15、 =組的連桿機構11、12、13構成有：前端側的連桿樞穀15相對基端側的連桿樞穀14W垂直 的兩個軸方向自由移動的兩個自由度機構構成。該兩個自由度機構在緊湊的同時，擴大前 端側的連桿樞穀15的活動范圍。比如，基端側的連桿樞穀14的中屯、軸QA和前端側的連桿 樞穀15的中屯、軸地的最大折角為約±90°，可將前端側的連桿樞穀15相對基端側的連桿 樞穀14的轉向角4設定在0°~360°的范圍內。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:JP特開2000-94245號公報
[0011] 專利文獻2 :US5893296號專利文獻 陽01引專利文獻3:JP特開號公報
[0013] 專利文獻4 :JP特許第4476603號

【發明內容】

[0014] 發明要解決的課題
[0015] 如圖22~圖23例子中那樣的設置S節連鎖的S組的連桿機構11、12、13的連桿 動作裝置中，在將兩個自由度的連桿機構11、12、13 個電動機等的促動器（圖中未示 出）進行驅動的場合，根據折角0和轉向角4,決定前端側的連桿樞穀15的姿勢。折角 0為相對于基端側的連桿樞穀14的中屯、軸QA，前端側的連桿樞穀15的中屯、軸地的傾斜 角度，轉向角4為相對于基端側的連桿樞穀14的中屯、軸QA，前端側的連桿樞穀15的中屯、 軸地的轉向角度。通過其折角0和轉向角4,求出作為上述基端側的端部連桿部件的各 臂部lla、12a、13a的旋轉角下，稱為"臂部旋轉角"）（Pln、P化、P化），使驅動臂部 1la、12日、13a的促動器進行定位。
[0016] 例如，關于前端側的連桿樞穀15的某個姿勢A(0a、4a)與B(0b、4b)，各姿勢 所對應的各臂部旋轉角根據基端側W及前端側的連桿樞穀14、15與臂部旋轉角的關系式， 作為A(eia、62曰、P3a)與B(Mb、P2b、P3b)而求出。在此，從姿勢A向姿勢B的移 云力，W各臂部lla、12a、13a的旋轉角從Pla向Mb、P2a向P2b、P3a向P3b進行移動 而實行。 陽017]圖24W虛線的曲線L1~L3來顯示臂部旋轉角P的指令值與折角0的關系。如 該圖所示，例如，在旋轉角W15°固定后的狀態下，將折角0從-60°變化到60°而改變 姿勢的場合，各臂部11曰、12曰、13a從起點A向終點B，個臂部11曰、12曰、13a進行點對點 任oint-to-Point)的控制，W同步等速運動來進行控制。
[001引但是，折角0比如根據-60°、-45。、-30。、15°分別進行分割，采用前端側樞穀 15與臂部旋轉角的關系式，從各前端側樞穀15的姿勢求出各自的臂部旋轉角，若如此，W 通過圖24的實線所示曲線Ml~M3路徑決定各姿勢。如該圖可W明白，特別是曲線L1與 曲線Ml中，在折角0°附近，路徑的乖離比較大。
[0019] 如此，如果W曲線L1~L3的路徑實施驅動的指令，則與W曲線Ml~M3的路徑 實施驅動的指令的場合相比，各臂部旋轉角61、62、63在除了起點與終點的途中的路徑 中，各臂部lla、12a、13a的位置相對連桿樞穀與臂部旋轉角的關系式，經過有很大不同的 位置，成為定位指令。
[0020] 此時，臂部1la、12日、13a相互連接，根據前端側樞穀15的姿勢，=個臂部旋轉角的 相對位置唯一地確定，由此，臂部旋轉角的相對位置走樣，=個臂部11曰、12a、13a產生過大 的干設。目P，=個臂部1la、12a、13a采用對各自的促動器的指令值產生偏差的臂部旋轉角。 因此，在曲線L1~L3的路徑上，連桿的驅動需要更大的轉矩。
[0021] 運意味著，每次的驅動的姿勢變更量越大，在路徑途中，越會作出與下述臂部旋轉 角更大不同位置的定位指令，該臂部旋轉角由基端側W及前端側的連桿樞穀14、15與臂部 旋轉角P的關系式而規定。由此意味著，各臂部lla、12a、13a之間產生干設，連桿機構11、 12、13的驅動需要過大的轉矩。此時，連桿機構11、12、13也負擔荷載，會產生連桿機構11、 12、13的組裝不佳、異常磨損等問題，成為定位精度惡化的原因。為了克服該問題，為了經過 靠近圖24的曲線Ml~M3的路徑，有驅動各臂部的必要。
[0022] 但是，為了在前端側的連桿樞穀15的姿勢A到姿勢B的整個路徑中不產生干設 (即，相對指令值，與個連桿機構11、12、13的關系而規定的位置產生的偏差）的方式而 控制各臂部1la、12日、13a的旋轉角，需要從前端側的連桿樞穀15的姿勢到各臂部1la、12日、 13a的旋轉角的變換運算時間，移動時間會變長。又，在預先存儲整個路徑的坐標而進行控 制的場合，有需要更大的存儲器的問題。
[0023] 本發明的目的在于，提供一種連桿動作裝置的控制裝置，在前端側連桿樞穀的姿 勢進行較大變更時，不會與W多個連桿機構的相互關系唯一確定的各臂部旋轉角產生大的 偏移而進行各臂部的促動器的定位控制，能夠對連桿機構的各部分W不施加過大負荷的方 式進行驅動，而且，運算時間產生的延遲也能夠回避，可W謀求高速移動，用于控制的存儲 器的容量也可較小。
[0024] 解決課題用的技術方案
[0025] 對本發明的連桿動作裝置的控制裝置賦予實施方式中所采用的符號進行說明。本 發明的連桿動作裝置的控制裝置1中，該連桿動作裝置經由=組W上的連桿機構11~13， W可變更姿勢的方式將前端側的連桿樞穀15連接于基端側的連桿樞穀14上，上述各連桿 機構11~13由基端側和前端側的端部連桿部件11a~13a、Ub~13b與中間連桿部件 11c~13c構成，該基端側和前端側的端部連桿部件11a~13a、Ub~13b的一端分別W 可旋轉方式連接于上述基端側的連桿樞穀14和前端側的連桿樞穀15上，該中間連桿部件 11c~13c的兩端W可旋轉的方式分別連接于該基端側和前端側的端部連桿部件11a~ 13a、l化~13b的另一端，在上述各連桿機構11~13中，通過直線表示該連桿機構11~ 13的幾何學模型為：相對上述中間連桿部件11c~13c的中間部的基端側部分和前端側部 分呈對稱的形狀，該連桿動作裝置還設置促動器3,該促動器3分別設置于上述=組W上的 連桿機構11~13中，通過旋轉作為上述基端側的端部連桿部件的臂部11a~13a，任意地 改變作為上述前端側的連桿樞穀15相對上述基端側的連桿樞穀14的姿勢；其中，該連桿動 作裝置的控制裝置W下述方式控制上述各促動器3,將上述前端側的連桿樞穀15相對上述 基端側的連桿樞穀14的姿勢，從起點姿勢A向所指令的終點姿勢B進行變更。
[00%] 該控制裝置1還設置有姿勢變更控制機構41和中轉姿勢設定機構42,該姿勢變 更控制機構41對上述各促動器3W點對點的方式相互同步驅動，該點對點的方式為：從作 為構成上述起點姿勢A時的上述臂部11a~13a的旋轉角的起點到作為構成上述終點姿勢 B時的旋轉角的終點，該中轉姿勢設定機構42將從上述起點姿勢向終點姿勢的姿勢變更時 的上述前端側的連桿樞穀15的姿勢變更量與規定量進行比較，在為規定量W上的場合，在 從上述起點姿勢向終點姿勢變更的姿勢變更路徑的中途，根據已規定的規則設定一個W上 的中轉姿勢，求出并設定到達該中轉姿勢時的構成上述各臂部11a~13a的旋轉路徑的中 轉點的旋轉角。上述姿勢變更控制機構41進行下述位置控制，使上述各臂部11a~13a同 時通過上述中轉姿勢設定機構42所設定的上述中轉點。
[0027]根據該構成，根據中轉姿勢設定機構42,在前端側的連桿樞穀15的姿勢變更量為 規定量W上的場合，設定中轉姿勢，設定到達該中轉姿勢時的構成上述各臂部11a~13a的 旋轉路徑的中轉點。姿勢變更控制機構W上述各臂部11a~13a同時通過的方式對該已經 設定的中轉點進行位置控制。
[002引如此，設定前端側的連桿樞穀15的中轉姿勢，W各臂部11a~13a同時通過構成 該中轉姿勢時的中轉點的方式進行控制。由此，在將該前端側的連桿樞穀15的姿勢W較 大幅度進行變更時，不會與W多個連桿機構11~13的相互關系唯一確定的各臂部旋轉角 產生大的偏移，能夠進行各臂部11a~13a的促動器3的定位控制。因此，能夠對連桿機構 11~13的各部分W不施加過大負荷的方式進行驅動。
[0029] 又，求出中轉點的運算是必要的，基本上W點對點的方式進行控制，因此，與為了 在前端側的連桿樞穀15的姿勢變更的整個路徑中不產生干設而控制旋轉角的情況不同， 控制所必須的運算時間很短就可W完成，不會發生運算時間導致的延遲，可W謀求高速移 動。又，與預先存儲整個路徑的坐標而進行控制的情況不同，較小存儲器容量即可。
[0030] 又，上述的"前端側的連桿樞穀15的姿勢變更量與規定量進行比較"中的姿勢變 更量W及規定量可W根據折角0、轉向角4而直接確定，但是W點對點進行控制的場合， 在上述促動器3所產生的最大轉矩也可為成為規定值的折角0、或轉向角4、或折角0與 轉向角4運兩者的值。
[0031] 在該發明中，上述中轉姿勢設定機構42也可基于下述數值對上述各臂部11a~ 13a的旋轉量進行分割，該數值為將上述前端側的連桿樞穀15的上述起點姿勢到終點姿勢 的姿勢變更量W規定量W下進行分割的數值。上述"規定量"比如也可將驅動前端側的連 桿樞穀15的上述各促動器3W點對點的方式控制，W規定值W下可驅動的移動量，運是由 連桿裝置的幾何學上的尺寸W及給予連桿的初期增壓決定的。又，所謂的關于驅動的促動 器3的規定的值，表示為連桿裝置的輸入轉矩允許值W下的值。在連桿裝置于輸入部具有 減速機的場合，表示為該減速機的輸入轉矩允許值W下的值。
[0032] 通過如此分割姿勢變更時的路徑，緩和了各軸的臂部11a~13a的干設，能W不會 產生連桿機構的組裝不佳、異常磨損的合適的促動器轉矩進行驅動。從起點姿勢到終點姿 勢的前端側的連桿樞穀15的移動路徑也可近似求出。
[0033] 在該發明中，上述連桿機構為=組，根據上述中轉姿勢設定機構42而設定上述中 轉點的上述已規定的規則如下，在上述前端側的連桿樞穀15的上述起點姿勢到終點姿勢 的姿勢變更的過程進行動作的=個臂部11a~13a中，選出兩個臂部，將該選出的兩個臂部 的旋轉路徑等分，剩下一個臂部位于根據與其它的兩個臂部的相對位置關系而唯一確定的 位置。
[0034] 在該場合，作為從=個臂部11a~13a中選出兩個臂部的基準，可W選擇旋轉量大 的臂部。在該控制中，旋轉量大的兩個臂部能夠W各軸的最大速度進行等速移動，因此，能 夠W最短的移動時間進行驅動。又，如果不考慮旋轉時間，=個臂部11a~13a中的兩個臂 部的選擇可W任意地選出。但是，此時連桿前端的軌跡不保證為最短路徑的通過。
[0035] 如上述那樣，從=個臂部11a~13a中選出兩個臂部的場合，關于確定剩下一個 的臂部的旋轉角，從已選擇兩個臂部的旋轉角，W將上述前端側的連桿樞穀15的姿勢（0、 4)進行的順序變換的變換式而求出，也可根據上述連桿樞穀15的姿勢（0、4)進行逆序 變換的變換式而規定上述剩下一個的臂部的旋轉角。據此，能夠將剩下一個的臂部的旋轉 角合適地求出。
[0036] 在該場合，上述前端側的連桿樞穀15的姿勢（0、4)也可使用上述=個臂部 11a~13a中的兩個臂部的旋轉角與順序變換的變換式進行收斂運算而求出。通過進行收 斂運算，前端側的連桿樞穀15的姿勢（0、4)從兩個臂部的旋轉角可容易且合適地求出。
[0037] 在本發明中，作為求出上述各臂部的中轉點而確定的規則，上述中轉姿勢設定機 構42也可在上述前端側的連桿樞穀15于最短距離而移動的路徑上作出一個W上的中轉姿 勢，在上述路徑上的上述起點姿勢、中轉姿勢、W及終點姿勢中的任意一個的各姿勢中，構 成相鄰姿勢之間所形成距離等的量為規定量W下的連桿樞穀15的姿勢（0、4)所對應的 各臂部的旋轉角作為上述中轉點。在該場合下，也可根據上述連桿樞穀15的姿勢（0、4) 通過逆序變換的變換式求出各臂部的旋轉角。
[0038]旨P，關于前端側的連桿樞穀15的某個起點姿勢（折角、旋轉角）A( 0a、4a)與終 點姿勢B( 0b、4b)，在姿勢A、B之間移動的前端側的連桿樞穀15的姿勢變更路徑能W盡量 短的方式求出。此時，根據需要進行適合的近似，由此，能夠縮短求出路徑的時間。通過將姿 勢A向姿勢B的路徑分割為多個姿勢，從前端側的連桿樞穀15的姿勢N( 0n、4n)，根據逆 序變換算法得到相對前端側的連桿樞穀15的姿勢的臂部軸的旋轉角N(PIn,P2n，P化）。 連桿姿勢控制W將各軸的位置同步移動的方式進行。
[0039] 在該發明中也可為下述結構，上述連桿機構為=組，在將上述前端側的連桿樞