JP5976580B2 - リンク作動装置の制御装置 - Google Patents
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しかし、折れ角θを例えば-60 °、-45 °、-30 °と15°毎に分割し、各先端側リンクハブ15の姿勢から先端側リンクハブ15とアーム回転角との関係式を用いてそれぞれのアーム回転角を求めると、図10の実線で示す曲線M1〜M3を通過する経路で各姿勢が決まる。同図から分かるように、特に曲線L1と曲線M1とでは折れ角0°付近で経路の乖離が大きい。
しかし、先端側リンクハブ15の姿勢Aから姿勢Bまでの全経路において干渉(すなわち、指令値に対して3つのリンク機構11,12,13の関係で定まる位置との偏差)を生じないように各アーム11a,12a,13aの回転角を制御すると、先端側リンクハブ15の姿勢から各アーム各アーム11a,12a,13aの回転角への変換演算時間を要するため移動時間が長くなる。また、予め全経路の座標を記憶して制御する場合は、より大きな記憶メモリが必要になるという問題がある。
前記基端側のリンクハブ14に対する前記先端側のリンクハブ15の姿勢を、始点姿勢Aから指令された終点姿勢Bへ変更させるように、前記各アクチュエータ3を制御するリンク作動装置の制御装置1であって、
前記各アクチュエータ3を、前記始点姿勢Aとなるときの前記アーム11a〜13aの回転角である始点から前記終点姿勢Bとなるときの回転角である終点へポイントツーポイントで互いに同期して駆動する姿勢変更制御手段41と、
前記始点姿勢から終点姿勢へ姿勢変更するときの前記先端側のリンクハブ15の姿勢変更量を所定量と比較し、所定量以上である場合に、前記始点姿勢から終点姿勢へ変更する姿勢変更経路の途中に、定められた規則によって1つ以上の中継姿勢を設定し、この中継姿勢になるときの前記各アーム11a〜13aの回転経路の中継点となる回転角を求めて設定する中継姿勢設定手段42とを設け、
前記姿勢変更制御手段41は、前記中継姿勢設定手段42で設定された前記中継点を前記各アーム11a〜13aが同時に通過するように位置制御する、
ことを特徴とする。
このように先端側リンクハブ15の中継姿勢を設定して各アーム11a〜13aがその中継姿勢となる中継点を同時に通過するように制御する。そのため、先端側リンクハブ15の姿勢を大きく変更するときに、複数のリンク機構11〜13の相互の関係で一義的に定まる各アーム回転角から大きく外れることなく各アーム11a〜13aのアクチュエータ3の位置決め制御が行える。したがって、リンク機構11〜13の各部に過大な負荷を掛けずに駆動できる。また、中継点を求める演算は必要であるが、基本的にはポイントツーポイント制御であるため、先端側リンクハブ15の姿勢変更の全経路において干渉を生じないように回転角を制御するものと異なり、制御に必要な演算時間が短くて済んで、演算時間による遅れが生じず、高速移動が図れる。また、予め全経路の座標を記憶して制御するものと異なり、記憶メモリの容量が小さくて済む。
前記「所定量」は、例えば、リンクハブ15を駆動する前記各アクチュエータ3をポイントツーポイント制御で所定の値以下で駆動できる移動量としても良く、これは、リンク装置の幾何学的な寸法及びリンクに与える初期与圧によって決まる。また、駆動するアクチュエータ3についての所定の値とは、リンク装置の入力トルク許容値以下の値を示す。リンク装置が入力部に減速機を有する場合は、その減速機の入力トルク許容値以下の値を示す。
このように姿勢変更時の経路を分割することで、各軸のアーム11a〜13aの干渉を緩和し、リンクの組付け不具合や、異常な摩耗を与えないような適正なアクチュエータトルクで駆動することができる。始点姿勢から終点姿勢への先端側のリンクハブ15の移動経路は近似して求めれば良い。
この場合に、前記3つのアーム11a〜13aのうち2つのアームを選ぶ基準として、回転量の大きいアームを選択しても良い。この制御では回転量の大きい2つのアームが各軸の最大速度で等速に移動できるため、最短の移動時間で駆動できる。また、回転時間を考慮しなければ3つのアーム11a〜13aのうちの2つのアームの選択は、任意に選んでもよい。ただし、このときリンク先端の軌跡は最短経路の通過を保証しない。
これにより、残り一つのアームの回転角を適切に求めることができる。
この場合に、前記リンクハブ15の姿勢(θ,φ)から逆変換の変換式により各アームの回転角を求めるようにしても良い。
すなわち、先端側のリンクハブ15のある始点姿勢(折れ角、旋回角)A(θa 、φa )と終点姿勢B(θb 、φb )について、姿勢A、B間を移動する先端側のリンクハブ15の姿勢変更経路が、できるだけ最短になるように求める。このとき必要に応じて適切な近似を行うことで、経路を求める時間を短縮することができる。姿勢Aから姿勢Bへの経路を複数の姿勢に分割し、各リンクハブ15の姿勢N(θn 、φn)から、逆変換アルゴリズムにより各リンクハブ15の姿勢に対するアーム軸の回転角N(β1n 、β2n、β3n)を得る。リンク姿勢制御は各軸の位置を同期して移動するように行う。
このように、折れ角θの移動量Δθと旋回角φの移動量Δφが共に所定の移動量以下となるように等分することで、より一層干渉が少なくて過大な負荷が生じない駆動を行うことができる。
このように途中の点を加減速なしで位置決め制御することで、始点姿勢から終点姿勢までを一定速度で滑らかに駆動することができる。
cos (θ/2)sin βn−sin (θ/2)sin (φ+δn)cos βn+sin (γ/2)=0 …式(1)
ここで、γは、アーム11a,12a,13aに回転自在に連結された中央リンク部材11c,12c,13cの連結端軸と、先端側の端部リンク部材11b,12b,13bに回転自在に連結された中央リンク部材11c,12c,13cの連結端軸とが成す角度である。δn(δ1,δ2,δ3)(図示せず)は、基準となるアーム11aに対する各基端側の端部リンク部材11a,12a,13aの円周方向の離間角である。リンク機構11,12,13の数が3組で、各リンク機構11,12,13が円周方向に等配である場合、各アーム11a,12a,13aの離間角δ1,δ2,δ3はそれぞれ0°,120°,240°となる。
また、中継点を求める演算は必要であるが、基本的にはポイントツーポイント制御であるため、先端側リンクハブ15の姿勢変更の全経路において干渉を生じないように回転角を制御するものと異なり、制御に必要な演算時間が短くて済んで、演算時間による遅れが生じず、高速移動が図れる。また、予め全経路の座標を記憶して制御するものと異なり、記憶メモリの容量が小さくて済む。
f:cos θ sinβ1a− sinθ sinφ cosβ1a+ sinγ=0≡f(θ,φ) …式(2)
g:cos θ sinβ2a− sinθ sin(φ+σ) cosβ2a+sin γ=0≡g(θ,φ)
…式(3)
リンク姿勢制御は、同期制御部45の制御により、各軸のアクチュエータ3の位置を同期して移動するように行う。
リンク姿勢制御は、同期制御部45の制御により、各軸の位置を同期して移動するように行う。このように、折れ角θの移動量Δθと旋回角φの移動量Δφが共に所定の移動量以下となるように等分することで、より一層干渉が少なくて過大な負荷が生じない駆動を行うことができる。
3…アクチュエータ
5…基端側の支持部材
7…先端取付部材
8…エンドエフェクタ
14…基端側のリンクハブ
15…先端側のリンクハブ
11〜13…リンク機構
11a,12a,13a…基端側の端部リンク部材(アーム)
11b,12b,13b…先端側の端部リンク部材
11c,12c,13c…中央リンク部材
33…減速機
41…姿勢変更制御手段
42…中継姿勢設定手段
43…個別制御部
44…指令変換部
45…同期制御部
Claims (10)
- 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび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でなり、前記各リンク機構は、このリンク機構を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する基端側部分と先端側部分とが対称を成す形状であり、前記3組以上のリンク機構のそれぞれに、前記基端側の端部リンク部材であるアームを回転させることにより、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アクチュエータを設けたリンク作動装置において、
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、始点姿勢から指令された終点姿勢へ変更させるように、前記各アクチュエータを制御するリンク作動装置の制御装置であって、
前記各アクチュエータを、前記始点姿勢となるときの前記アームの回転角である始点から前記終点姿勢となるときの回転角である終点へポイントツーポイントで互いに同期して駆動する姿勢変更制御手段と、
前記始点姿勢から終点姿勢へ姿勢変更するときの前記先端側のリンクハブの姿勢変更量を所定量と比較し、所定量以上である場合に、前記始点姿勢から終点姿勢へ変更する姿勢変更経路の途中に、定められた規則によって1つ以上の中継姿勢を設定し、この中継姿勢になるときの前記各アームの回転経路の中継点となる回転角を求めて設定する中継姿勢設定手段とを設け、
前記姿勢変更制御手段は、前記中継姿勢設定手段で設定された前記中継点を前記各アームが同時に通過するように位置制御する、
ことを特徴とするリンク作動装置の制御装置。 - 請求項1に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記中継姿勢設定手段は、前記リンクハブの前記始点姿勢から終点姿勢への姿勢変更量を所定量以下に分割した数をもとに前記各アームの回転量を分割するリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記リンク機構が3組であり、前記中継姿勢設定手段により前記中継点を設定する前記定められた規則は、前記リンクハブの前記始点姿勢から終点姿勢へ姿勢変更する過程で動作する3つのアームのうち、2つのアームを選び、この選んだ2つのアームの回転経路を等分し、残り1つのアームは、他の2つのアームとの相対位置関係から一意に決まる位置とするリンク作動装置の制御装置。
- 請求項3に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記3つのアームのうち2つのアームを選ぶ基準として、回転量の大きいアームを選択するリンク作動装置の制御装置。
- 請求項3または請求項4に記載のリンク作動装置の制御装置において、残り一つのアームの回転角を定めるについては、選択された2つのアームの回転角から、前記先端側のリンクハブの姿勢(θ,φ)を準変換の変換式で求め、前記リンクハブの姿勢(θ,φ)から逆変換の変換式により前記残り一つのアームの回転角を定めるリンク作動装置の制御装置。
- 請求項5に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記先端側のリンクハブの姿勢(θ,φ)は、前記3つのアームのうちの2つのアームの回転角と変換式とを用いて収束演算で求めるリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記中継姿勢設定手段は、前記各アームの中継点を求める定められた規則として、前記先端側のリンクハブが最短距離で移動する経路上に一つ以上の中継姿勢をとり、前記経路上の、前記始点姿勢、中継姿勢、および終点姿勢のいずれかである各姿勢のうち、隣合う姿勢間の成す量が所定量以下となるリンクハブの姿勢(θ,φ)に対応する各アームの回転角を前記中継点とするリンク作動装置の制御装置。
- 請求項7において、前記リンクハブの姿勢(θ,φ)から逆変換の変換式により各アームの回転角を求めるリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1または請求項2または請求項7に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記リンク機構が3組であり、前記先端側のリンクハブの前記始点姿勢(θa,φa)と終点姿勢(θb,φb)から、それぞれ折れ角θの移動量Δθと旋回角φの移動量Δφが所定の移動量以下となるように等分した各リンクハブ姿勢(θ1,θ2,…θn,φ1,φ2,…φn)(ただし、n:分割数−1)を逆変換の変換式により求め、この求めたリンクハブ姿勢(θ1,θ2,…θn,φ1,φ2,…φn)を前記中継姿勢とするリンク作動装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項9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、前記姿勢変更制御手段は、前記先端側のリンクハブの前記始点姿勢から終点姿勢への位置決め制御を、前記始点姿勢から姿勢変更を開始するときの加速区間と、前記姿勢に達する手前で減速する減速区間とを除いて、姿勢変更経路の全区間で加減速無しで行うリンク作動装置の制御装置。
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