JP2023146304A - 産業機器の制御装置 - Google Patents
産業機器の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023146304A JP2023146304A JP2022053430A JP2022053430A JP2023146304A JP 2023146304 A JP2023146304 A JP 2023146304A JP 2022053430 A JP2022053430 A JP 2022053430A JP 2022053430 A JP2022053430 A JP 2022053430A JP 2023146304 A JP2023146304 A JP 2023146304A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- link
- control
- control device
- industrial equipment
- proximal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 69
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 52
- 230000036461 convulsion Effects 0.000 claims description 31
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 15
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 29
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 206010034719 Personality change Diseases 0.000 description 8
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
【課題】幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる産業機器の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置Cuは、姿勢制御用アクチュエータ10により先端部材40が移動可能に設けられたリンク作動装置7における、姿勢制御用アクチュエータ10を制御する。パラレルリンク機構は、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13を3組のリンク機構14を介して姿勢変更可能に連結したものである。制御装置Cuは、先端部材40に作用する負荷に応じて、姿勢制御用アクチュエータ10または先端部材40の加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段65bを備えている。パラメータ切替手段65bは、移動平均フィルタのフィルタ時定数およびモデル追従制御ゲインの少なくともいずれか1つを含む複数の制御パラメータを切り替える。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、医療機器または外観検査装置のような産業機器等の高速、高精度および広範な作動範囲を必要とする産業機器の制御装置に関する。
特許文献1では、ベースプレートとトラベリングプレートとを有し、両者の間を複数のリンクで結合し、これらのリンクを協調動作させることによりトラベリングプレートを移動させるパラレルリンク機構によって所定の作業を行う作業装置が提案されている。
特許文献2では、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能なリンク作動装置が提案されている。
特許文献2では、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能なリンク作動装置が提案されている。
特許文献1のパラレルリンク機構では、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定するためには、リンク長さを長くする必要がある。このリンク長さが長くなることにより、機構全体の寸法が大きくなって装置が大型になってしまうという課題があった。また、リンク長さを長くすると、機構全体の剛性の低下を招くだけでなく、トラベリングプレートにツール等を搭載した場合に、搭載物の慣性モーメントが大きくなり、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートの可搬重量も小さいものに制限されるという課題もあった。
特許文献2に示すパラレルリンク機構およびリンク作動装置の構成では、細かい姿勢変更を高速に行えるが、以下の課題があった。姿勢制御用アクチュエータの回転角度に対して先端側のリンクハブの姿勢が2倍動く増速機構のため、重量が大きいものを搭載すると、整定時の振動が大きくなり、高速動作を行うには搭載重量(負荷)が小さいものに制限されるという課題があった。
本発明の目的は、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる産業機器の制御装置を提供することである。
本発明の産業機器の制御装置は、アクチュエータ10により先端部材40が移動可能に設けられた産業機器における、前記アクチュエータ10を制御する産業機器の制御装置Cuであって、
前記先端部材40に作用する負荷に応じて、前記アクチュエータ10または前記先端部材40の加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段65bを備えている。
前記「加加速度」とは、単位時間あたりの加速度の変化率であり、「ジャーク」または「躍度」とも呼ばれる。
前記先端部材40に作用する負荷に応じて、前記アクチュエータ10または前記先端部材40の加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段65bを備えている。
前記「加加速度」とは、単位時間あたりの加速度の変化率であり、「ジャーク」または「躍度」とも呼ばれる。
この構成によると、例えば、搭載重量等の負荷の増加時に加加速度を小さくすることで、産業機器の先端部材40の動作中および整定時の振動を小さくすることができる。したがって、指令速度を低下させることなく加加速度を調整するため、高速動作を実現しながら、1つの機械体で幅広い搭載重量に対応することができるようになる。これにより産業機器の汎用性を高めることができる。
前記産業機器はリンク作動装置7であり、このリンク作動装置7は、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13が3組以上のリンク機構14を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構14が、それぞれ前記基端側のリンクハブ12および前記先端側のリンクハブ13に一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材15,16と、これら基端側および先端側の端部リンク部材15,16の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材17とを有し、前記3組以上のリンク機構14のうちの2組以上のリンク機構14に、前記基端側のリンクハブ12に対する前記先端側のリンクハブ13の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用の前記アクチュエータ10が設けられていてもよい。
この構成によると、リンク作動装置7は、パラレルリンク機構を採用しており、可動部にサーボモータを配置する必要がなく、可動部が軽量のため、加加速度を大きくして、細かい動作を高速で行うことが得意である。このようなリンク作動装置7では、加加速度が速度つまりタクトタイムに大きく影響し、搭載重量を増加させると可動部が重たくなって振動が発生しやすくなるため、加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段65bがより有効になる。
前記パラメータ切替手段65bは、移動平均フィルタのフィルタ時定数およびモデル追従制御ゲインの少なくともいずれか1つを含む複数の制御パラメータを切り替えてもよい。この場合、移動平均フィルタのフィルタ時定数を大きくする、または、モデル追従制御ゲインを小さくすることで、加加速度を小さくできるため、加速度の変化により発生する衝撃が小さくなる。そのため、搭載重量(負荷)が大きい場合に、移動平均フィルタのフィルタ時定数を大きくする、または、モデル追従制御ゲインを小さくするように、パラメータ切替手段65bでこれらの制御パラメータを変更する。これにより、産業機器の速度を低下させることなく、整定時の振動およびアクチュエータ10のトルクを低減でき、整定時および動作中の先端部材40の振動を小さくできる。
また、通常の制御では、移動平均フィルタによる加速度の連続的な変化を考慮していないため、この加速度の連続的な変化を外乱による影響とみなし、自動制御ループを自動で調整するため、意図した結果が得られないことがある。このような場合には、移動平均フィルタのフィルタ時定数だけでなく、モデル追従制御ゲインと合わせて調整すれば、通常時の指令のような直線形を理想形として、位置制御、速度制御、電流制御を負荷の大きさに応じた理想形に近づくように制御できるようになる。これにより、振動・衝撃の発生を抑制し、整定時間の減少および最大速度の維持を実現することができる。
前記パラメータ切替手段65bは、前記アクチュエータ10または前記先端部材40の加速度を調整する複数の制御パラメータを切り替えてもよい。この場合、搭載重量に応じて、加加速度だけでなく、加速度を調整することで、制御パラメータの調整幅が広がり、産業機器の速度を低下させることなく、整定時および動作中の振動およびアクチュエータ10のトルクを低減できる。
前記加速度を調整する複数の制御パラメータは、加速時間、減速時間および指令速度のうち、少なくともいずれか1つを含んでもよい。加速度に関わる制御パラメータを、加速時間、減速時間および指令速度のうち、少なくともいずれか1つを含むようにすれば、加速度を簡単に調整することができる。
前記パラメータ切替手段65bは、前記負荷が大きい程、前記加加速度を小さくし、前記加速度を大きくしてもよい。産業機器の先端部材40に与える衝撃は、加速度よりも加加速度の影響が大きいため、このように制御パラメータを調整することで、より高速に産業機器を動作させることが可能になる。
前記産業機器は、少なくとも前記先端部材40の動作パターンおよび前記制御パラメータを設定する操作装置Ouを備え、この操作装置Ouは、負荷条件を選択および変更する操作手段61を有してもよい。この場合、操作装置Ouの操作手段61により、制御装置Cuの動作パターンおよび制御パラメータ等を設定するだけでなく、負荷条件に合わせて、制御パラメータを、負荷条件に応じた値に簡単に切り替えることができるようになる。
本発明の産業機器の制御装置は、先端部材に作用する負荷に応じて、アクチュエータまたは先端部材の加加速度を調整するように制御パラメータを切り替える。このため、産業機器として、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる。
[第1の実施形態]
本発明の実施形態に係る産業機器の制御装置を図1ないし図10Bと共に説明する。
図1に示すように、本実施形態では、先ず制御対象となる産業機器としてリンク作動装置7を説明し、その後、このリンク作動装置7の制御装置Cuおよび図2に示す操作装置Ouを説明する。以下の説明は産業機器の制御方法についての説明も含む。
本発明の実施形態に係る産業機器の制御装置を図1ないし図10Bと共に説明する。
図1に示すように、本実施形態では、先ず制御対象となる産業機器としてリンク作動装置7を説明し、その後、このリンク作動装置7の制御装置Cuおよび図2に示す操作装置Ouを説明する。以下の説明は産業機器の制御方法についての説明も含む。
<リンク作動装置>
図3に示すように、リンク作動装置7は、パラレルリンク機構9と、このパラレルリンク機構9を作動させる姿勢制御用アクチュエータ(アクチュエータ)10と、後述する操作装置Ou(図2)とを備える。
<パラレルリンク機構>
パラレルリンク機構9は、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13を3組のリンク機構14を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構14の組数は4組以上であってもよい。図4では、1組のリンク機構14のみが示され、残りの2つのリンク機構が省略されている。
図3に示すように、リンク作動装置7は、パラレルリンク機構9と、このパラレルリンク機構9を作動させる姿勢制御用アクチュエータ(アクチュエータ)10と、後述する操作装置Ou(図2)とを備える。
<パラレルリンク機構>
パラレルリンク機構9は、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13を3組のリンク機構14を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構14の組数は4組以上であってもよい。図4では、1組のリンク機構14のみが示され、残りの2つのリンク機構が省略されている。
各リンク機構14は、基端側の端部リンク部材15、先端側の端部リンク部材16、および中央リンク部材17を有し、4つの回転対偶からなる4節連鎖のリンク機構をなす。
図3のように、基端側および先端側の端部リンク部材15,16はL字形状であり、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ12および先端側のリンクハブ13に回転可能に連結されている。中央リンク部材17は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材15,16の他端がそれぞれ回転可能に連結されている。
図3のように、基端側および先端側の端部リンク部材15,16はL字形状であり、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ12および先端側のリンクハブ13に回転可能に連結されている。中央リンク部材17は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材15,16の他端がそれぞれ回転可能に連結されている。
図4に示すように、パラレルリンク機構9は、2つの球面リンク機構を組み合わせた構造である。基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15の各回転対偶、および基端側の端部リンク部材15と中央リンク部材17の各回転対偶の中心軸が、基端側の球面リンク中心PAで交差している。同様に、先端側のリンクハブ13と先端側の端部リンク部材16の各回転対偶、および先端側の端部リンク部材16と中央リンク部材17の各回転対偶の中心軸が、先端側の球面リンク中心PBで交差している。
また、基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15との回転対偶の中心と基端側の球面リンク中心PA間の距離は同じである。基端側の端部リンク部材15と中央リンク部材17との回転対偶の中心と基端側の球面リンク中心PA間の距離は同じである。同様に、先端側のリンクハブ13と先端側の端部リンク部材16との回転対偶の中心と先端側の球面リンク中心PB間の距離は同じである。先端側の端部リンク部材16と中央リンク部材17との回転対偶の中心と先端側の球面リンク中心PB間の距離は同じである。基端側および先端側の端部リンク部材15,16と中央リンク部材17との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。
図5Bに、基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15の各回転対偶の中心軸O1と、球面リンク中心PAとの関係が示されている。先端側のリンクハブ13(図4)および先端側の端部リンク部材16(図4)の形状ならびに位置関係も、図示しないが図5Bと同様である。図5Bでは、基端側のリンクハブ12と基端側の端部リンク部材15との各回転対偶の中心軸O1と、基端側の端部リンク部材15と中央リンク部材17(図5A)との各回転対偶の中心軸O2とが成す角度αが90°となっている。但し、前記角度αは90°以外であってもよい。
3組のリンク機構14は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図6に示すように、各リンク部材15,16,17を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材17の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図6は、1組のリンク機構14を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構9は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ12および基端側の端部リンク部材15と、先端側のリンクハブ13および先端側の端部リンク部材16との位置関係が、中央リンク部材17の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材17の中央部は、共通の軌道円D上に位置している。
基端側のリンクハブ12と先端側のリンクハブ13と3組のリンク機構14とで、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13が直交2軸周りに回転自在な2自由度機構が構成されている。言い換えると、基端側のリンクハブ12に対して先端側のリンクハブ13を、回転が2自由度で姿勢変更自在な機構としている。この2自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の可動範囲を広くとれる。
例えば、基端側および先端側の球面リンク中心PA,PBを通り、基端側および先端側のリンクハブ12,13と基端側および先端側の端部リンク部材15,16の各回転対偶の中心軸O1(図5B)と直角に交わる直線を基端側および先端側のリンクハブ12,13の中心軸QA,QBとした場合、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと先端側のリンクハブ13の中心軸QBとの折れ角θの最大値である最大折れ角θmaxを約±90°とすることができる。また、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の旋回角φを0°~360°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ13の中心軸QBが傾斜した垂直角度のことである。一方、旋回角φは、基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ13の中心軸QBが傾斜した水平角度のことである。なお最大折れ角θmaxが90°以上であってよい。
基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢変更は、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと先端側のリンクハブ13の中心軸QBとの交点Oを回転中心として行われる。図7の実線は、基端側のリンクハブ12の中心軸QAと先端側のリンクハブ13の中心軸QBが同一線上にある状態を示し、図7の二点鎖線は、基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ13の中心軸QBが或る作動角(折れ角)をとった状態を示す。図6に示すように、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離Lは変化しない。
図5Bおよび図6に示すように、このパラレルリンク機構9において、以下の各条件を全て満たすとき、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ12および基端側の端部リンク部材15と、先端側のリンクハブ13および先端側の端部リンク部材16とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構9は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件1:各リンク機構14における基端側および先端側のリンクハブ12,13と基端側および先端側の端部リンク部材15,16の回転対偶の中心軸O1の角度および基端側および先端側の球面リンク中心PA,PBからの長さが互いに等しい。
条件2:各リンク機構14の基端側および先端側のリンクハブ12,13と基端側および先端側の端部リンク部材15,16の回転対偶の中心軸O1、および基端側および先端側の端部リンク部材15,16と中央リンク部材17の回転対偶の中心軸O2が、基端側および先端側において基端側および先端側の球面リンク中心PA,PBと交差する。
条件3:基端側の端部リンク部材15と先端側の端部リンク部材16の幾何学的形状が等しい。
条件4:中央リンク部材17における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件5:中央リンク部材17の対称面に対して、中央リンク部材17と基端側および先端側の端部リンク部材15,16との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
条件2:各リンク機構14の基端側および先端側のリンクハブ12,13と基端側および先端側の端部リンク部材15,16の回転対偶の中心軸O1、および基端側および先端側の端部リンク部材15,16と中央リンク部材17の回転対偶の中心軸O2が、基端側および先端側において基端側および先端側の球面リンク中心PA,PBと交差する。
条件3:基端側の端部リンク部材15と先端側の端部リンク部材16の幾何学的形状が等しい。
条件4:中央リンク部材17における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件5:中央リンク部材17の対称面に対して、中央リンク部材17と基端側および先端側の端部リンク部材15,16との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
図3に示すように、基端側のリンクハブ12は、平板状の基端部材6と、この基端部材6と一体に設けられた3個の回転軸連結部材21とを有する。図5Bに示すように、基端部材6は中央部に円形の貫通孔6aを有し、この貫通孔6aの周囲に3個の回転軸連結部材21が円周方向に等間隔で配置されている。前記貫通孔6aの中心は、図4に示す基端側のリンクハブ12の中心軸QA上に位置する。各回転軸連結部材21には、軸心が基端側のリンクハブ12の中心軸QAと交差する図5Aに示す回転軸22が回転自在に連結されている。この回転軸22に、基端側の端部リンク部材15の一端が連結されている。
回転軸22は、軸方向に沿って順次、大径部22a、小径部22b、および雄ねじ部22cを有し、小径部22bで2個の軸受23を介して回転軸連結部材21に回転自在に支持されている。軸受23は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受23は、回転軸連結部材21に設けられた内径溝に外輪外周面が嵌合状態で設置され固定されている。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
回転軸22は、大径部22aで後述の減速機構52の出力軸52aに同心軸上に配置されている。回転軸22には、この回転軸22と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材15の一端が連結されている。基端側の端部リンク部材15の一端に切欠き部25が形成され、この切欠き部25の両側部分が内外一対の回転軸支持部26,27を構成している。これら一対の回転軸支持部26,27に貫通孔がそれぞれ形成されている。回転軸連結部材21が切欠き部25内に配置され、回転軸22の小径部22bが前記貫通孔および軸受23の内輪内周面に挿通されている。回転軸22の雄ねじ部22cは、内側の回転軸支持部27よりも内側に突出している。
回転軸22の大径部22aの外周にスペーサ28が嵌合され、このスペーサ28を介して基端側の端部リンク部材15と減速機構52の出力軸52aとがボルト29で固定されている。さらに、回転軸22の雄ねじ部22cにナットが螺着されている。軸受23の内輪端面と一対の回転軸支持部26,27との間に、スペーサが介在されており、前記ナットの螺着時に軸受23に予圧が付与される。
基端側の端部リンク部材15の他端には、中央リンク部材17の一端に回転自在に連結された回転軸35が連結されている。この回転軸35は、基端側のリンクハブ12(図5B)の回転軸22と同様に、大径部35a、小径部35b、および雄ねじ部35cを有し、小径部35bで2個の軸受36を介して中央リンク部材17の一端に回転自在に支持されている。基端側の端部リンク部材15の他端に切欠き部37が形成され、この切欠き部37の両側部分が内外一対の回転軸支持部38,39を構成している。これら回転軸支持部38,39に貫通孔がそれぞれ形成されている。雄ねじ部35cは、内側の回転軸支持部39よりも内側に突出している。
切欠き部37内に中央リンク部材17の一端が配置され、前記小径部35bが前記貫通孔および軸受36の内輪内周面に挿通されている。さらに、雄ねじ部35cにナットが螺着されている。軸受36の内輪端面と一対の回転軸支持部38,39との間に、スペーサが介在されており、前記ナットの螺着時に軸受36に予圧が付与される。
図3に示すように、先端側のリンクハブ13は、平板状の先端部材40と、この先端部材40の底面に円周方向等配で設けられた3個の回転軸連結部材41とを有する。各回転軸連結部材41が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ13の中心軸QB(図4)上に位置する。各回転軸連結部材41には、軸心が先端側のリンクハブ13の図7に示す中心軸QBと交差する回転軸43が回転自在に連結されている。図3のように、この回転軸43に、先端側の端部リンク部材16の一端が連結されている。先端側の端部リンク部材16の他端には、中央リンク部材17の他端に回転自在に連結された回転軸45が連結されている。
先端側のリンクハブ13の回転軸43および中央リンク部材17の回転軸45も、前記回転軸35(図5A)と同じ形状であり、かつ2個の軸受(図示せず)を介して回転軸連結部材41および中央リンク部材17の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
<姿勢制御用アクチュエータ>
姿勢制御用アクチュエータ10は、減速機構52を備えたサーボモータから成るロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ12の基端部材6の表面に図5Aに示す前記回転軸22と同軸上に設置されている。図5Bの姿勢制御用アクチュエータ10と図5Aに示す減速機構52は一体に設けられ、モータ固定部材53により減速機構52が図5Bの基端部材6に固定されている。なお、姿勢制御用アクチュエータ10は、ブレーキ付きのものを使用してもよい。
姿勢制御用アクチュエータ10は、減速機構52を備えたサーボモータから成るロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ12の基端部材6の表面に図5Aに示す前記回転軸22と同軸上に設置されている。図5Bの姿勢制御用アクチュエータ10と図5Aに示す減速機構52は一体に設けられ、モータ固定部材53により減速機構52が図5Bの基端部材6に固定されている。なお、姿勢制御用アクチュエータ10は、ブレーキ付きのものを使用してもよい。
この例では、3組のリンク機構14のすべてに姿勢制御用アクチュエータ10が設けられているが、3組のリンク機構14のうち少なくとも2組に姿勢制御用アクチュエータ10を設ければ、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13(図3)の姿勢を確定することができる。
3つの姿勢制御用アクチュエータ10は、それらの回転軸22(図5A)が基端側リンクハブ12の中心軸QA(図4)と直交するように配置され、これらの姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸22(図5A)の交点である中央位置P10が、基端側のリンクハブ12の中心軸QA(図4)上にある。また3つの姿勢制御用アクチュエータ10のうち2つの姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸22(図5A)の二等分線が、回転アクチュエータ10の回転軸22(図5A)と基端側のリンクハブ12の中心軸QA(図4)が成す平面上にある。前記二等分線は、図5Aに示す「回転軸22」の軸心に直交し、且つ、「回転軸22」の大径部22aの基端部と雄ねじ部22cの先端部との長手方向中間部を通る線である。さらに、回転アクチュエータ10(図5B)の回転軸22と基端側のリンクハブ12(図5B)の中心軸QA(図4)が成す角度の鋭角側に前記二等分線が位置している。
図5Aに示すように、減速機構52はフランジ出力であって、大径の出力軸52aを有する。出力軸52aの先端面は、出力軸52aの中心線と直交する平面状のフランジ面54となっている。出力軸52aは、前記スペーサ28を介して、基端側の端部リンク部材15の回転軸支持部26にボルト29で接続されている。基端側のリンクハブ12(図4)と基端側の端部リンク部材15の回転対偶部を構成する、回転軸22の大径部22aが、減速機構52の出力軸52aに設けられた内径溝57に嵌っている。
図4に示すように、リンク作動装置7は、各姿勢制御用アクチュエータ10を回転駆動することで、パラレルリンク機構9が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ10を回転駆動すると、その回転が図5Aの減速機構52を介して減速して回転軸22に伝達される。それにより、図4に示す基端側のリンクハブ12に対する基端側の端部リンク部材15の角度が変わり、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢が任意に変更される。
<エンドエフェクタについて>
先端側のリンクハブ13の先端部材40には、図示外のエンドエフェクタが取り付けられている。先端部材40に取り付けられたエンドエフェクタが前記姿勢制御用アクチュエータ10により移動可能に構成される。エンドエフェクタは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、画像処理機器等が挙げられる。
先端側のリンクハブ13の先端部材40には、図示外のエンドエフェクタが取り付けられている。先端部材40に取り付けられたエンドエフェクタが前記姿勢制御用アクチュエータ10により移動可能に構成される。エンドエフェクタは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、画像処理機器等が挙げられる。
<制御装置および操作装置>
図1に示すように、制御装置Cuは、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢を、現在の姿勢から、この制御装置Cuに対する外部の外部指令手段Edから与えられる目標姿勢へ変更するように、各姿勢制御用アクチュエータ10を制御する。制御装置Cuは、コンピュータによる数値制御式のものであり、主に姿勢変更制御手段58により構成される。姿勢変更制御手段58は、サーボドライバまたはプログラマブルロジックコントローラ(略称PLC)等で構成され、各姿勢制御用アクチュエータ10は、制御装置Cu内の個別制御部59に電気的に接続されている。
図1に示すように、制御装置Cuは、基端側のリンクハブ12に対する先端側のリンクハブ13の姿勢を、現在の姿勢から、この制御装置Cuに対する外部の外部指令手段Edから与えられる目標姿勢へ変更するように、各姿勢制御用アクチュエータ10を制御する。制御装置Cuは、コンピュータによる数値制御式のものであり、主に姿勢変更制御手段58により構成される。姿勢変更制御手段58は、サーボドライバまたはプログラマブルロジックコントローラ(略称PLC)等で構成され、各姿勢制御用アクチュエータ10は、制御装置Cu内の個別制御部59に電気的に接続されている。
姿勢変更制御手段58は、先端側のリンクハブ13を、外部指令手段Edから与えられた目標姿勢である最終目標姿勢へ現在の姿勢から姿勢変更させるにつき、通常は、途中で通過させる複数のポイント(ポイント間毎に移動量が異なる)を所定の演算により求めて登録しておき、各登録ポイントへ順次移動させるように、指令を順次行う。前記複数のポイントを演算により求めて登録する図示外のポイント演算手段は、姿勢変更制御手段58の内部または外部で、後述の指令変換部60の上位に設けられる。この他、外部指令手段Edが各ポイントを指令するようにしてもよい。
制御装置Cuは、上位PLC、操作スイッチ等の外部指令手段Ed、またはプログラマブル表示機等の操作装置Ouと繋がっており、それら外部指令手段Ed、操作装置Ouから指令を受けることで、リンク作動装置7の姿勢制御を行う。操作装置Ouは、先端部材40の動作パターンおよび制御パラメータ等を設定する機能を有する。この操作装置Ouは、負荷条件を選択および変更するボタン等の操作手段61を有する。前記負荷条件における負荷とは、例えば、前記エンドエフェクタ、およびこのエンドエフェクタ等に搭載するワークを含む搭載重量である。
図2の操作装置Ouは、表示部62の例えばタッチパネルから成るボタン63または物理的なボタン64等の操作手段61により、図1の制御装置Cuへの指令が可能な他、制御装置Cu内の制御パラメータを表示部62(図2)に表示すること、および制御装置Cu内の制御パラメータを書き込み・更新することが可能である。なお外部指令手段Edは、操作装置Cuに設けられてもよい。前記制御パラメータを、単に、パラメータまたはパラメータ値という場合がある。
図2に示すように、操作装置Ouは、負荷条件を1~n(n:2以上の自然数)に切り替えるボタン63aと、先端部材40(図3)の加加速度・加速度に関わる後述の制御パラメータA~mである複数の制御パラメータを表示・数値入力できるパラメータ表示・数値入力部63bと、複数の制御パラメータを制御装置Cu(図1)に書き込むパラメータ書込ボタン63cとを有する。
複数の制御パラメータA~mは、図8のように、負荷条件1~nと連動している。負荷条件を切り替えると、図2の操作装置Ouの表示部62に表示される制御パラメータA~mの数値も切り替わり、また図1に示す制御装置Cuの初期パラメータ生成規則部65(後述する)にもパラメータ切替指令が送信される。
複数の制御パラメータA~mは、図8のように、負荷条件1~nと連動している。負荷条件を切り替えると、図2の操作装置Ouの表示部62に表示される制御パラメータA~mの数値も切り替わり、また図1に示す制御装置Cuの初期パラメータ生成規則部65(後述する)にもパラメータ切替指令が送信される。
姿勢変更制御手段58は、各姿勢制御用アクチュエータ10を、現在姿勢であるときの
基端側の端部リンク部材15の各回転角から、目標姿勢となるときの基端側の端部リンク部材15の各回転角までの指令アーム回転角度だけ駆動する手段である。姿勢変更制御手段58は、具体的には、初期パラメータ生成規則部65、指令変換部60、同期制御部66および個別制御部59を備える。
基端側の端部リンク部材15の各回転角から、目標姿勢となるときの基端側の端部リンク部材15の各回転角までの指令アーム回転角度だけ駆動する手段である。姿勢変更制御手段58は、具体的には、初期パラメータ生成規則部65、指令変換部60、同期制御部66および個別制御部59を備える。
初期パラメータ生成規則部65は、パラメータ記憶部65aとパラメータ切替手段65bとを有する。パラメータ記憶部65aは、負荷条件毎の加加速度・加速度に関わる複数のパラメータ値を記憶しており、そのパラメータ値は操作装置Ouまたは外部指令手段Edから更新することが可能である。パラメータ記憶部65aのパラメータは、操作装置Ouまたは外部指令手段Edに表示されず、また操作装置Ouまたは外部指令手段Edから更新できない書き込み不可のパラメータを有していてもよい。
<パラメータ切替手段>
パラメータ切替手段65bは、先端部材40に作用する負荷に応じて、姿勢制御用アクチュエータ10または先端部材40の加加速度および加速度を調整するように制御パラメータを切り替える。具体的には、パラメータ切替手段65bは、操作装置Ouまたは外部指令手段Edから指令された負荷条件1~nに対応したパラメータをパラメータ記憶部65aから呼び出し、指令変換部60の初期パラメータ生成部60aの規則として送信する。
パラメータ切替手段65bは、先端部材40に作用する負荷に応じて、姿勢制御用アクチュエータ10または先端部材40の加加速度および加速度を調整するように制御パラメータを切り替える。具体的には、パラメータ切替手段65bは、操作装置Ouまたは外部指令手段Edから指令された負荷条件1~nに対応したパラメータをパラメータ記憶部65aから呼び出し、指令変換部60の初期パラメータ生成部60aの規則として送信する。
また、パラメータ切替手段65bは、移動平均フィルタのフィルタ時定数およびモデル追従ゲインの少なくともいずれか1つを含む複数の制御パラメータを切り替える。初期パラメータ生成部60aでは、定められた規則に沿って、制御パラメータを生成する。
加加速度・加速度に関わる制御パラメータA~mの例として、加速時間、減速時間、指令速度における最大速度、フィルタ時定数、慣性モーメント比、位置ループゲイン、速度ループゲイン、速度ループ積分時定数等があるが、この例に限定されるものではない。
加加速度・加速度に関わる制御パラメータA~mの例として、加速時間、減速時間、指令速度における最大速度、フィルタ時定数、慣性モーメント比、位置ループゲイン、速度ループゲイン、速度ループ積分時定数等があるが、この例に限定されるものではない。
<フィルタ時定数を設定しなかった場合の速度波形等>
図9Aに、フィルタ時定数を設定しなかった場合の速度波形・加速度波形を参考に示す。制御パラメータとしてフィルタ時定数を設定しない場合、指令速度Vまでの加速時と姿勢制御完了時の減速時に、加速度の急激な変化が生じる(すなわち加加速度が大きい)。そのため、負荷である搭載重量が大きいと、動作時、整定時の振動が大きくなる。パラレルリンク機構の位置決め時等の加速または減速時において、パラレルリンク機構の停止状態から等速運動になるまでの加速領域、またはその反対にパラレルリンク機構の等速運動から停止状態になるまでの減速領域を、「整定時」という。
図9Aに、フィルタ時定数を設定しなかった場合の速度波形・加速度波形を参考に示す。制御パラメータとしてフィルタ時定数を設定しない場合、指令速度Vまでの加速時と姿勢制御完了時の減速時に、加速度の急激な変化が生じる(すなわち加加速度が大きい)。そのため、負荷である搭載重量が大きいと、動作時、整定時の振動が大きくなる。パラレルリンク機構の位置決め時等の加速または減速時において、パラレルリンク機構の停止状態から等速運動になるまでの加速領域、またはその反対にパラレルリンク機構の等速運動から停止状態になるまでの減速領域を、「整定時」という。
<フィルタ時定数を設定した場合の速度波形等>
図9Bは、本実施形態でありフィルタ時定数を設定した場合の速度波形・加速度波形を示している。加加速度・加速度に関わる制御パラメータとして、フィルタ時定数tdを設けることで、加速時と減速時の加加速度を小さくしている。但し、フィルタ時定数tdを設けるだけでは、指令速度Vまでの加速、または速度ゼロまでの減速に必要な時間が長くなり、高速動作ができない。
図9Bは、本実施形態でありフィルタ時定数を設定した場合の速度波形・加速度波形を示している。加加速度・加速度に関わる制御パラメータとして、フィルタ時定数tdを設けることで、加速時と減速時の加加速度を小さくしている。但し、フィルタ時定数tdを設けるだけでは、指令速度Vまでの加速、または速度ゼロまでの減速に必要な時間が長くなり、高速動作ができない。
そこで図9Bの加速時間ta´・減速時間tc´を、図9Aの加速時間ta・減速時間tcよりも短くするか、または図9Bの最大加速度A´を図9Aの最大加速度Aよりも大きくするか、または図示していないが指令速度Vを大きくするか、それらの内のいずれか一つまたは複数を組み合わせて行う。これにより、動作時・整定時の振動を小さくしながら高速動作を実現する。
<フィルタ時定数を設定しなかった場合の制御方法>
図10Aの参考例に示すように、通常、目標位置への移動指令を行うと、リンク作動装置の姿勢変更制御手段58Aは、先端側のリンクハブ13(図3)の現在位置での位置、姿勢を認識すると共に、指令された目標位置での位置、姿勢を演算する。これらの演算後、姿勢変更制御手段58Aは、目標位置までの距離、指令速度、加速時間および減速時間から、制御装置に接続されたサーボモータMである姿勢制御用アクチュエータ10(図3)の実際の移動量および移動速度を演算し、速度指令および位置指令として前記サーボモータMへ出力する。
図10Aの参考例に示すように、通常、目標位置への移動指令を行うと、リンク作動装置の姿勢変更制御手段58Aは、先端側のリンクハブ13(図3)の現在位置での位置、姿勢を認識すると共に、指令された目標位置での位置、姿勢を演算する。これらの演算後、姿勢変更制御手段58Aは、目標位置までの距離、指令速度、加速時間および減速時間から、制御装置に接続されたサーボモータMである姿勢制御用アクチュエータ10(図3)の実際の移動量および移動速度を演算し、速度指令および位置指令として前記サーボモータMへ出力する。
前記姿勢変更制御手段58Aは、出力された指令情報と、サーボモータMのエンコーダEから現在位置のフィードバック情報、および現在の移動速度のフィードバック情報を加えながら、位置制御部59a、速度制御部67および電流制御部68でそれぞれ、比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを調整する。電流制御部68の後段に電力変換部69が設けられこの電力変換部69にて所定の交流電力に変換される。
<フィルタ時定数を設定した場合の制御方法>
図10Bに示す本実施形態のように、速度指令の要素にフィルタ時定数tdを追加すると、通常の速度指令および位置指令だけでは、位置制御部59aまたは速度制御部67での比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの調整では収束できなくなる。そのため、フィルタ時定数tdの影響を各制御部に与えるための要素を追加する必要がある。この追加の制御要素の調整、指令を行う制御部をモデル追従制御部70と呼ぶ。例えば、モデル追従制御部70は、位置制御部59aにモデル追従制御ゲイン、速度制御部67には速度フィードフォワード、電流制御部68にはトルクフィードフォワードをそれぞれ加えることで、サーボモータEの応答性を向上させることができる。
図10Bに示す本実施形態のように、速度指令の要素にフィルタ時定数tdを追加すると、通常の速度指令および位置指令だけでは、位置制御部59aまたは速度制御部67での比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの調整では収束できなくなる。そのため、フィルタ時定数tdの影響を各制御部に与えるための要素を追加する必要がある。この追加の制御要素の調整、指令を行う制御部をモデル追従制御部70と呼ぶ。例えば、モデル追従制御部70は、位置制御部59aにモデル追従制御ゲイン、速度制御部67には速度フィードフォワード、電流制御部68にはトルクフィードフォワードをそれぞれ加えることで、サーボモータEの応答性を向上させることができる。
<指令変換部等>
図1に示すように、指令変換部60は、外部指令手段Edから前記ポイント演算手段を介して、または直接に折れ角θと旋回角φとで与えられる目標姿勢の指令B(θb,φb)を、各リンク機構14の基端側の端部リンク部材15の回転角βに変換することを基本の機能とする手段であり、その変換された各基端側の端部リンク部材15の回転角βn(β1~β3)と、現在の各回転角αとの差が、指令アーム回転角度となる。折れ角θと旋回角φから各リンク機構14の基端側の端部リンク部材15の回転角βを求める演算は、定められた関係式(1)による逆変換で行われる。
図1に示すように、指令変換部60は、外部指令手段Edから前記ポイント演算手段を介して、または直接に折れ角θと旋回角φとで与えられる目標姿勢の指令B(θb,φb)を、各リンク機構14の基端側の端部リンク部材15の回転角βに変換することを基本の機能とする手段であり、その変換された各基端側の端部リンク部材15の回転角βn(β1~β3)と、現在の各回転角αとの差が、指令アーム回転角度となる。折れ角θと旋回角φから各リンク機構14の基端側の端部リンク部材15の回転角βを求める演算は、定められた関係式(1)による逆変換で行われる。
前記関係式(1)より、先端側のリンクハブ13のある姿勢A(θa、φa)と姿勢B(θb、φb)について、姿勢A、Bに対応するアーム回転角は、それぞれ姿勢Aのアーム回転角(β1a、β2a、β3a)、姿勢Bのアーム回転角(β1b、β2b、β3b)として関係が成り立つ。
指令変換部60は、前記基本の機能を有する手段に加えて、初期パラメータ生成部60aおよび判断・変更部60bを有する。指令変換部60で変換して得られた指令アーム回転角度は、同期制御部66を介して、各姿勢制御用アクチュエータ10に対応する各個別制御部59に与えられる。つまり指令変換部60内で初期パラメータ生成、所定の判断・変更をして、各ポイント間の速度および各姿勢制御用アクチュエータ(モータ位置)座標を予め計算する。
同期制御部66は、各基端側の端部リンク部材15の回転の同期制御を行わせる手段であり、同期タイミングに合わせてアクチュエータドライバである個別制御部59へ毎時毎の位置指令を送信する。個別制御部59では同期制御部66の指令に応じて対応する姿勢制御用アクチュエータ10を駆動する。同期制御部66は、各個別制御部59へ指定するパラメータおよび位置をそれぞれ設定するパラメータ設定部66aおよび位置設定部66bを有し、パラメータ設定部66aには、指令変換部60により初期に生成された制御パラメータを、変更したときはその変更した制御パラメータを設定する。位置設定部66bにおいては指令アーム回転角度を設定する。
各個別制御部59は、対応する姿勢制御用アクチュエータ10の動作を、各基端側の端部リンク部材15の現在角度から目標角度へ回転させるように制御する手段であり、サーボドライバからなる位置制御部59aおよび指令実行手段59bを有する。同期制御部66より各制御パラメータおよびアーム指令回転角度に従い、パルス払い出し等によって位置制御部59aへ動作指令を与え、指令実行手段59bで姿勢制御用アクチュエータ10を駆動する。位置制御部59aは、その与えられた動作指令と、回転角検出手段であるエンコーダE(図10B)の検出値を用いてフィードバック制御を行う。
指令変換部60の初期パラメータ生成部60aは、上位から与えられた各基端側の端部リンク部材15の指令アーム回転角度だけ、各基端側の端部リンク部材15が同時に回転を始めて同時に回転が止まるように制御する制御パラメータを、定められた規則に従って制御パラメータの初期値として生成する。
初期パラメータ生成部60aは、制御パラメータのうち、加速時間と減速時間を、リンク作動装置7の共振周波数の1周期に設定する。ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブ13にエンドエフェクタ等の、搭載された全ての搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。
初期パラメータ生成部60aは、制御パラメータのうち、加速時間と減速時間を、リンク作動装置7の共振周波数の1周期に設定する。ここで言う共振周波数は、先端側のリンクハブ13にエンドエフェクタ等の、搭載された全ての搭載物を設置した状態での共振周波数のことである。
判断・変更部60bは、初期パラメータ生成部60aで生成された制御パラメータを、定められた基準で判断し、変更すべきと判断した場合に変更する手段である。判断・変更部60bは、動作時間推定手段60ba、条件選定手段60bb、およびパラメータ変更手段60bcを有する。動作時間推定手段60baは、姿勢制御用アクチュエータ10の加速時間、減速時間、指令速度、および指令アーム回転角度から動作時間を推定する。条件選定手段60bbは、この推定された推定動作時間と、加速時間および減速時間の合計とを比較する手段である。パラメータ変更手段60bcは、条件選定手段60bbによる比較の結果により、前記制御パラメータの初期値を変更する。
<作用効果>
以上説明したリンク作動装置7の制御装置Cuによると、例えば、搭載重量等の負荷の増加時に加加速度を小さくすることで、先端部材40の動作中および整定時の振動を小さくすることができる。したがって、指令速度を低下させることなく加加速度を調整するため、高速動作を実現しながら、1つの機械体で幅広い搭載重量に対応することができるようになる。これにより産業機器であるリンク作動装置7の汎用性を高めることができる。
以上説明したリンク作動装置7の制御装置Cuによると、例えば、搭載重量等の負荷の増加時に加加速度を小さくすることで、先端部材40の動作中および整定時の振動を小さくすることができる。したがって、指令速度を低下させることなく加加速度を調整するため、高速動作を実現しながら、1つの機械体で幅広い搭載重量に対応することができるようになる。これにより産業機器であるリンク作動装置7の汎用性を高めることができる。
リンク作動装置7は、パラレルリンク機構9を採用しており、可動部にサーボモータを配置する必要がなく、可動部が軽量のため、加加速度を大きくして、細かい動作を高速で行うことが得意である。このようなリンク作動装置7では、加加速度が速度つまりタクトタイムに大きく影響し、搭載重量を増加させると可動部が重たくなって振動が発生しやすくなるため、加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段65bがより有効になる。
パラメータ切替手段65bは、移動平均フィルタのフィルタ時定数およびモデル追従制御ゲインの少なくともいずれか1つを含む複数の制御パラメータを切り替える。この場合、移動平均フィルタのフィルタ時定数を大きくする、または、モデル追従制御ゲインを小さくすることで、加加速度を小さくできるため、加速度の変化により発生する衝撃が小さくなる。そのため、搭載重量(負荷)が大きい場合に、移動平均フィルタのフィルタ時定数を大きくする、または、モデル追従制御ゲインを小さくするように、パラメータ切替手段65bでこれらの制御パラメータを変更する。これにより、パラレルリンク機構9の速度を低下させることなく、整定時の振動およびアクチュエータ10のトルクを低減でき、整定時および動作中の先端部材40の振動を小さくできる。
また、通常の制御では、移動平均フィルタによる加速度の連続的な変化を考慮していないため、この加速度の連続的な変化を外乱による影響とみなし、自動制御ループを自動で調整するため、意図した結果が得られないことがある。このような場合には、移動平均フィルタのフィルタ時定数だけでなく、モデル追従制御ゲインと合わせて調整すれば、通常時の指令のような直線形を理想形として、位置制御、速度制御、電流制御を負荷の大きさに応じた理想形に近づくように制御できるようになる。これにより、振動・衝撃の発生を抑制し、整定時間の減少および最大速度の維持を実現することができる。
パラメータ切替手段65bは、姿勢制御用アクチュエータ10または先端部材40の加速度を調整する複数の制御パラメータを切り替える。この場合、搭載重量に応じて、加加速度だけでなく、加速度を調整することで、制御パラメータの調整幅が広がり、リンク作動装置7の速度を低下させることなく、整定時および動作中の振動および姿勢制御用アクチュエータ10のトルクを低減できる。
前記加速度を調整する複数の制御パラメータは、加速時間、減速時間および指令速度のうち、少なくともいずれか1つを含む。加速度に関わる制御パラメータを、加速時間、減速時間および指令速度のうち、少なくともいずれか1つを含むようにすれば、加速度を簡単に調整することができる。
パラメータ切替手段65bは、負荷が大きい程、加加速度を小さくし、加速度を大きくしてもよい。リンク作動装置7の先端部材40に与える衝撃は、加速度よりも加加速度の影響が大きいため、このように制御パラメータを調整することで、より高速にリンク作動装置7を動作させることが可能になる。
パラメータ切替手段65bは、負荷が大きい程、加加速度を小さくし、加速度を大きくしてもよい。リンク作動装置7の先端部材40に与える衝撃は、加速度よりも加加速度の影響が大きいため、このように制御パラメータを調整することで、より高速にリンク作動装置7を動作させることが可能になる。
リンク作動装置7は、先端部材40の動作パターンおよび制御パラメータを設定する操作装置Ouを備え、図2の操作装置Ouは、負荷条件を選択および変更する操作手段61を有する。この場合、操作装置Ouの操作手段61により、図1の制御装置Cuの動作パターンおよび制御パラメータ等を設定するだけでなく、負荷条件に合わせて、制御パラメータを、負荷条件に応じた値に簡単に切り替えることができるようになる。
<他の実施形態について>
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
[第2の実施形態:図11]
図11に示すように、基端側のアーム長L1が先端側のアーム長L2よりも長いパラレルリンク機構9であってもよい。基端側のアーム長L1は、基端側の端部リンク部材15と基端側のリンクハブ12との回転対偶軸の軸方向の中心点Paと、基端側の球面リンク中心PAとの距離である。前記先端側のアーム長L2は、先端側の端部リンク部材16と先端側のリンクハブ13との回転対偶軸の軸方向の中心点Pbと、先端側の球面リンク中心PBとの距離である。このパラレルリンク機構9を有するリンク作動装置においても、前記と同様の制御装置Cuを備えることで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる。
図11に示すように、基端側のアーム長L1が先端側のアーム長L2よりも長いパラレルリンク機構9であってもよい。基端側のアーム長L1は、基端側の端部リンク部材15と基端側のリンクハブ12との回転対偶軸の軸方向の中心点Paと、基端側の球面リンク中心PAとの距離である。前記先端側のアーム長L2は、先端側の端部リンク部材16と先端側のリンクハブ13との回転対偶軸の軸方向の中心点Pbと、先端側の球面リンク中心PBとの距離である。このパラレルリンク機構9を有するリンク作動装置においても、前記と同様の制御装置Cuを備えることで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる。
[第3の実施形態:図12]
図12に示すように、制御装置Cuは、3つの回転体71を姿勢制御用アクチュエータ10により回転させることにより、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13の姿勢を制御してもよい。3つの回転体71は同軸でそれぞれ回転自在に支持された状態で基端側のリンクハブ12に支持されている。姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸にプーリ72がそれぞれ支持され、3つのプーリ72のそれぞれと各回転体71との間にベルト73が掛け渡されている。これにより、姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸を回転させることでプーリ72が回転し、ベルト73を介して回転体71を回転させることで、先端側のリンクハブ13の姿勢を制御し得る。このパラレルリンク機構9を有するリンク作動装置においても、前記と同様の制御装置Cuを備えることで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる。
図12に示すように、制御装置Cuは、3つの回転体71を姿勢制御用アクチュエータ10により回転させることにより、基端側のリンクハブ12に対し先端側のリンクハブ13の姿勢を制御してもよい。3つの回転体71は同軸でそれぞれ回転自在に支持された状態で基端側のリンクハブ12に支持されている。姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸にプーリ72がそれぞれ支持され、3つのプーリ72のそれぞれと各回転体71との間にベルト73が掛け渡されている。これにより、姿勢制御用アクチュエータ10の回転軸を回転させることでプーリ72が回転し、ベルト73を介して回転体71を回転させることで、先端側のリンクハブ13の姿勢を制御し得る。このパラレルリンク機構9を有するリンク作動装置においても、前記と同様の制御装置Cuを備えることで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めることができる。
[第4の実施形態:工作機械]
産業機器として、例えば図13Aに示す工作機械74Aを適用してもよい。この工作機械74Aは、門型の架台75に直交2軸(X,Z軸)方向に進退する直動ユニット76と、この直動ユニット76の下方で前記XおよびZ軸方向にそれぞれ直交するY軸方向に搬送可能な搬送機構77とを備えている。直動ユニット76の出力部となる移動駆動用のアクチュエータ10に、ワークWを機械加工可能なツールTLが取り付けられ、搬送機構77の搬送台に、ワークWが取り付けられている。前記アクチュエータ10および搬送機構77は、制御装置Cuにより同期制御される。前記アクチュエータ10等を制御する制御装置Cuとして、前記と同様の制御装置を適用することで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めた工作機械を実現し得る。
産業機器として、例えば図13Aに示す工作機械74Aを適用してもよい。この工作機械74Aは、門型の架台75に直交2軸(X,Z軸)方向に進退する直動ユニット76と、この直動ユニット76の下方で前記XおよびZ軸方向にそれぞれ直交するY軸方向に搬送可能な搬送機構77とを備えている。直動ユニット76の出力部となる移動駆動用のアクチュエータ10に、ワークWを機械加工可能なツールTLが取り付けられ、搬送機構77の搬送台に、ワークWが取り付けられている。前記アクチュエータ10および搬送機構77は、制御装置Cuにより同期制御される。前記アクチュエータ10等を制御する制御装置Cuとして、前記と同様の制御装置を適用することで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めた工作機械を実現し得る。
[第4の実施形態:工作機械]
産業機器として、図13Bに示す工作機械74Bを適用してもよい。この工作機械74Bでは、前述の搬送機構に代えて、ワークWを例えばX軸回りに回転自在に支持する回転駆動機構78が設置されている。この場合にも前記アクチュエータ10等を制御する制御装置Cuとして、前記と同様の制御装置を適用することで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めた工作機械を実現し得る。
産業機器として、図13Bに示す工作機械74Bを適用してもよい。この工作機械74Bでは、前述の搬送機構に代えて、ワークWを例えばX軸回りに回転自在に支持する回転駆動機構78が設置されている。この場合にも前記アクチュエータ10等を制御する制御装置Cuとして、前記と同様の制御装置を適用することで、幅広い搭載重量に対応でき汎用性を高めた工作機械を実現し得る。
リンク作動装置としてパラレルリンク型構造の装置にて図示したが、折れ角θ、旋回角φを制御できる構成であればよいため、作動機構としてパン・チルト構成(図示せず)を適用してもよい。
図示しないが、産業機器として、垂直多関節ロボットまたは水平多関節ロボットを適用してもよい。
図示しないが、産業機器として、垂直多関節ロボットまたは水平多関節ロボットを適用してもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
7…リンク作動装置(産業機器)、10…姿勢制御用アクチュエータ、12…基端側のリンクハブ、13…先端側のリンクハブ、14…リンク機構、15…基端側の端部リンク部材、16…先端側の端部リンク部材、17…中央リンク部材、40…先端部材、61…操作手段、65b…パラメータ切替手段、74A,74B…工作機械(産業機器)、Cu…制御装置、Ou…操作装置
Claims (7)
- アクチュエータにより先端部材が移動可能に設けられた産業機器における、前記アクチュエータを制御する産業機器の制御装置であって、
前記先端部材に作用する負荷に応じて、前記アクチュエータまたは前記先端部材の加加速度を調整するように制御パラメータを切り替えるパラメータ切替手段を備えた、産業機器の制御装置。 - 請求項1に記載の産業機器の制御装置において、前記産業機器はリンク作動装置であり、このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが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、前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用の前記アクチュエータが設けられている産業機器の制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載の産業機器の制御装置において、前記パラメータ切替手段は、移動平均フィルタのフィルタ時定数およびモデル追従制御ゲインの少なくともいずれか1つを含む複数の制御パラメータを切り替える産業機器の制御装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の産業機器の制御装置において、前記パラメータ切替手段は、前記アクチュエータまたは前記先端部材の加速度を調整する複数の制御パラメータを切り替える産業機器の制御装置。
- 請求項4に記載の産業機器の制御装置において、前記加速度を調整する複数の制御パラメータは、加速時間、減速時間および指令速度のうち、少なくともいずれか1つを含む産業機器の制御装置。
- 請求項4または請求項5項に記載の産業機器の制御装置において、前記パラメータ切替手段は、前記負荷が大きい程、前記加加速度を小さくし、前記加速度を大きくする産業機器の制御装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の産業機器の制御装置において、前記産業機器は、少なくとも前記先端部材の動作パターンおよび前記制御パラメータを設定する操作装置を備え、この操作装置は、負荷条件を選択および変更する操作手段を有する産業機器の制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022053430A JP2023146304A (ja) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 産業機器の制御装置 |
PCT/JP2023/011499 WO2023190030A1 (ja) | 2022-03-29 | 2023-03-23 | 産業機器の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022053430A JP2023146304A (ja) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 産業機器の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023146304A true JP2023146304A (ja) | 2023-10-12 |
Family
ID=88202051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022053430A Pending JP2023146304A (ja) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | 産業機器の制御装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023146304A (ja) |
WO (1) | WO2023190030A1 (ja) |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5864322B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-02-17 | Ntn株式会社 | リンク作動装置の制御方法およびその制御装置 |
KR101378668B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2014-03-26 | 현대위아 주식회사 | Cnc 공작기계장치 및 그 제어장치 |
JP6215623B2 (ja) * | 2013-09-10 | 2017-10-18 | Ntn株式会社 | リンク作動装置の制御装置 |
JP6482767B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2019-03-13 | Ntn株式会社 | 塗布装置 |
JP6545390B2 (ja) * | 2016-08-08 | 2019-07-17 | 三菱電機株式会社 | パラレルリンク機構の制御装置 |
JP6694404B2 (ja) * | 2017-03-17 | 2020-05-13 | ファスフォードテクノロジ株式会社 | ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 |
JP6445070B2 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-12-26 | ファナック株式会社 | 工作機械の制御システム |
JP7002072B2 (ja) * | 2017-10-30 | 2022-01-20 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置と制御方法 |
JP7003623B2 (ja) * | 2017-12-15 | 2022-01-20 | オムロン株式会社 | 制御システム |
JP7328065B2 (ja) * | 2019-08-08 | 2023-08-16 | Ntn株式会社 | リンク作動装置 |
JP7230872B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2023-03-01 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置及び数値制御方法 |
-
2022
- 2022-03-29 JP JP2022053430A patent/JP2023146304A/ja active Pending
-
2023
- 2023-03-23 WO PCT/JP2023/011499 patent/WO2023190030A1/ja unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023190030A1 (ja) | 2023-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pandilov et al. | COMPARISON OF THE CHARACTERISTICS BETWEEN SERIAL AND PARALLEL ROBOTS. | |
JP6602620B2 (ja) | 組合せ型リンク作動装置 | |
JP6067805B1 (ja) | リンク作動装置を用いた複合作業装置 | |
US20200384642A1 (en) | Working device using parallel link mechanism and control method thereof | |
WO2017208903A1 (ja) | パラレルリンク機構を用いた作業装置 | |
JP6576646B2 (ja) | リンク作動装置を用いた多関節ロボット | |
Shut et al. | Development of a humanoid dual arm system for a single spherical wheeled balancing mobile robot | |
JP2019198960A (ja) | リンク作動装置を用いた多関節ロボット | |
JP2017036794A (ja) | パラレルリンク機構を用いた作業装置 | |
WO2023190030A1 (ja) | 産業機器の制御装置 | |
JP6390832B2 (ja) | 加工軌道生成装置と方法 | |
US20220226992A1 (en) | Manipulator for finishing work, and control method therefor | |
US11130229B2 (en) | Link operating device control device and control method | |
KR20220047282A (ko) | 다양한 도구 방향을 갖는 병렬 운동 머신 | |
JPH08161015A (ja) | 多関節型ロボットの駆動制御方法 | |
JP6215623B2 (ja) | リンク作動装置の制御装置 | |
JP6517292B2 (ja) | リンク作動装置の制御装置 | |
WO2023054057A1 (ja) | パラレルリンク機構およびリンク作動装置 | |
Nakamoto et al. | Development of an arm for collaborative robot equipped with gravity compensation mechanism according to payload | |
JP2019209444A (ja) | ロボット制御装置及びロボット制御方法 | |
US11420324B2 (en) | Parallel link robot | |
WO2023048131A1 (ja) | 作業装置 | |
WO2019189198A1 (ja) | リンク作動装置を用いた複合作業装置 | |
US20210283772A1 (en) | Control device for link operation device | |
WO2022107652A1 (ja) | 作業装置 |