连杆动作装置的控制装置的制造方法
【专利说明】
[oow] 相关申请
[0002] 本申请要求申请日为2013年3月26日、申请号为JP特愿2013-063948号申请； 申请日为2013年7月29日、申请号为JP特愿2013-156546号申请的优先权，通过参照其 整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而引用。
技术领域
[0003] 本发明设及医疗器械、产业机械等的必须要求精密、范围较广的动作范围的器械 的连杆动作装置的控制装置。
【背景技术】
[0004] 具有平行连杆机构的作业装置的一个例子在专利文献1中公开。因为各连杆的动 作角小，为将移动板的动作范围进行较大的设定，该作业装置的平行连杆机构的连杆长度 有必要设置的很长。由此，机构整体的尺寸变大，会产生装置变大的问题。又，如果将连杆 的长度加长，会导致机构整体的刚性的降低。因此，存在下述问题，移动板上所搭载的工件 的重量，即移动板的可搬重量也被限制在很小。 阳0化]作为克服上述问题点的方案，提案有设置=组W上的4节连锁的连杆机构的连杆 动作装置（比如，专利文献2、3)。如果是该构成，可W在结构紧凑的基础上，进行精密且较 宽的动作范围的动作。
[0006] 图22~图23显示=组W上的=节连锁的连杆机构的连杆动作装置的一个例子。 该连杆动作装置1由基端侧的连杆枢穀14和前端侧的连杆枢穀15、将运些连杆枢穀14、15 相互连接的=组的连杆机构11、12、13构成。各连杆机构11、12、13W基端侧的端部连杆部 件1la、12日、13a;前端侧的端部连杆部件1化、12b、13b;化及中间连杆部件11c、12c、13c构 成，形成由四个旋转对偶构成的=节连锁的连杆机构。又，在图22、图23中，基端侧的端部 连杆部件13a并没有被图示。又，上述基端侧的端部连杆部件11a、12a、13a在W下称为臂 部lla、12a、13a。
[0007] 根据该连杆动作装置1的构成，由基端侧的连杆枢穀14和前端侧的连杆枢穀15、 =组的连杆机构11、12、13构成有：前端侧的连杆枢穀15相对基端侧的连杆枢穀14W垂直 的两个轴方向自由移动的两个自由度机构构成。该两个自由度机构在紧凑的同时，扩大前 端侧的连杆枢穀15的活动范围。比如，基端侧的连杆枢穀14的中屯、轴QA和前端侧的连杆 枢穀15的中屯、轴地的最大折角为约±90°，可将前端侧的连杆枢穀15相对基端侧的连杆 枢穀14的转向角4设定在0°~360°的范围内。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:JP特开2000-94245号公报
[0011] 专利文献2 :US5893296号专利文献 阳01引专利文献3:JP特开2011-240440号公报
[0013] 专利文献4 :JP特许第4476603号
【发明内容】
[0014] 发明要解决的课题
[0015] 如图22~图23例子中那样的设置S节连锁的S组的连杆机构11、12、13的连杆 动作装置中，在将两个自由度的连杆机构11、12、13 个电动机等的促动器（图中未示 出）进行驱动的场合，根据折角0和转向角4,决定前端侧的连杆枢穀15的姿势。折角 0为相对于基端侧的连杆枢穀14的中屯、轴QA，前端侧的连杆枢穀15的中屯、轴地的倾斜 角度，转向角4为相对于基端侧的连杆枢穀14的中屯、轴QA，前端侧的连杆枢穀15的中屯、 轴地的转向角度。通过其折角0和转向角4,求出作为上述基端侧的端部连杆部件的各 臂部lla、12a、13a的旋转角下，称为"臂部旋转角"）（Pln、P化、P化），使驱动臂部 1la、12日、13a的促动器进行定位。
[0016] 例如，关于前端侧的连杆枢穀15的某个姿势A(0a、4a)与B(0b、4b)，各姿势 所对应的各臂部旋转角根据基端侧W及前端侧的连杆枢穀14、15与臂部旋转角的关系式， 作为A(eia、62曰、P3a)与B(Mb、P2b、P3b)而求出。在此，从姿势A向姿势B的移 云力，W各臂部lla、12a、13a的旋转角从Pla向Mb、P2a向P2b、P3a向P3b进行移动 而实行。 阳017]图24W虚线的曲线L1~L3来显示臂部旋转角P的指令值与折角0的关系。如 该图所示，例如，在旋转角W15°固定后的状态下，将折角0从-60°变化到60°而改变 姿势的场合，各臂部11曰、12曰、13a从起点A向终点B，个臂部11曰、12曰、13a进行点对点 任oint-to-Point)的控制，W同步等速运动来进行控制。
[001引但是，折角0比如根据-60°、-45。、-30。、15°分别进行分割，采用前端侧枢穀 15与臂部旋转角的关系式，从各前端侧枢穀15的姿势求出各自的臂部旋转角，若如此，W 通过图24的实线所示曲线Ml~M3路径决定各姿势。如该图可W明白，特别是曲线L1与 曲线Ml中，在折角0°附近，路径的乖离比较大。
[0019] 如此，如果W曲线L1~L3的路径实施驱动的指令，则与W曲线Ml~M3的路径 实施驱动的指令的场合相比，各臂部旋转角61、62、63在除了起点与终点的途中的路径 中，各臂部lla、12a、13a的位置相对连杆枢穀与臂部旋转角的关系式，经过有很大不同的 位置，成为定位指令。
[0020] 此时，臂部1la、12日、13a相互连接，根据前端侧枢穀15的姿势，=个臂部旋转角的 相对位置唯一地确定，由此，臂部旋转角的相对位置走样，=个臂部11曰、12a、13a产生过大 的干设。目P，=个臂部1la、12a、13a采用对各自的促动器的指令值产生偏差的臂部旋转角。 因此，在曲线L1~L3的路径上，连杆的驱动需要更大的转矩。
[0021] 运意味着，每次的驱动的姿势变更量越大，在路径途中，越会作出与下述臂部旋转 角更大不同位置的定位指令，该臂部旋转角由基端侧W及前端侧的连杆枢穀14、15与臂部 旋转角P的关系式而规定。由此意味着，各臂部lla、12a、13a之间产生干设，连杆机构11、 12、13的驱动需要过大的转矩。此时，连杆机构11、12、13也负担荷载，会产生连杆机构11、 12、13的组装不佳、异常磨损等问题，成为定位精度恶化的原因。为了克服该问题，为了经过 靠近图24的曲线Ml~M3的路径，有驱动各臂部的必要。
[0022] 但是，为了在前端侧的连杆枢穀15的姿势A到姿势B的整个路径中不产生干设 (即，相对指令值，与个连杆机构11、12、13的关系而规定的位置产生的偏差）的方式而 控制各臂部1la、12日、13a的旋转角，需要从前端侧的连杆枢穀15的姿势到各臂部1la、12日、 13a的旋转角的变换运算时间，移动时间会变长。又，在预先存储整个路径的坐标而进行控 制的场合，有需要更大的存储器的问题。
[0023] 本发明的目的在于，提供一种连杆动作装置的控制装置，在前端侧连杆枢穀的姿 势进行较大变更时，不会与W多个连杆机构的相互关系唯一确定的各臂部旋转角产生大的 偏移而进行各臂部的促动器的定位控制，能够对连杆机构的各部分W不施加过大负荷的方 式进行驱动，而且，运算时间产生的延迟也能够回避，可W谋求高速移动，用于控制的存储 器的容量也可较小。
[0024] 解决课题用的技术方案
[0025] 对本发明的连杆动作装置的控制装置赋予实施方式中所采用的符号进行说明。本 发明的连杆动作装置的控制装置1中，该连杆动作装置经由=组W上的连杆机构11~13， W可变更姿势的方式将前端侧的连杆枢穀15连接于基端侧的连杆枢穀14上，上述各连杆 机构11~13由基端侧和前端侧的端部连杆部件11a~13a、Ub~13b与中间连杆部件 11c~13c构成，该基端侧和前端侧的端部连杆部件11a~13a、Ub~13b的一端分别W 可旋转方式连接于上述基端侧的连杆枢穀14和前端侧的连杆枢穀15上，该中间连杆部件 11c~13c的两端W可旋转的方式分别连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件11a~ 13a、l化~13b的另一端，在上述各连杆机构11~13中，通过直线表示该连杆机构11~ 13的几何学模型为：相对上述中间连杆部件11c~13c的中间部的基端侧部分和前端侧部 分呈对称的形状，该连杆动作装置还设置促动器3,该促动器3分别设置于上述=组W上的 连杆机构11~13中，通过旋转作为上述基端侧的端部连杆部件的臂部11a~13a，任意地 改变作为上述前端侧的连杆枢穀15相对上述基端侧的连杆枢穀14的姿势；其中，该连杆动 作装置的控制装置W下述方式控制上述各促动器3,将上述前端侧的连杆枢穀15相对上述 基端侧的连杆枢穀14的姿势，从起点姿势A向所指令的终点姿势B进行变更。
[00%] 该控制装置1还设置有姿势变更控制机构41和中转姿势设定机构42,该姿势变 更控制机构41对上述各促动器3W点对点的方式相互同步驱动，该点对点的方式为：从作 为构成上述起点姿势A时的上述臂部11a~13a的旋转角的起点到作为构成上述终点姿势 B时的旋转角的终点，该中转姿势设定机构42将从上述起点姿势向终点姿势的姿势变更时 的上述前端侧的连杆枢穀15的姿势变更量与规定量进行比较，在为规定量W上的场合，在 从上述起点姿势向终点姿势变更的姿势变更路径的中途，根据已规定的规则设定一个W上 的中转姿势，求出并设定到达该中转姿势时的构成上述各臂部11a~13a的旋转路径的中 转点的旋转角。上述姿势变更控制机构41进行下述位置控制，使上述各臂部11a~13a同 时通过上述中转姿势设定机构42所设定的上述中转点。
[0027]根据该构成，根据中转姿势设定机构42,在前端侧的连杆枢穀15的姿势变更量为 规定量W上的场合，设定中转姿势，设定到达该中转姿势时的构成上述各臂部11a~13a的 旋转路径的中转点。姿势变更控制机构W上述各臂部11a~13a同时通过的方式对该已经 设定的中转点进行位置控制。
[002引如此，设定前端侧的连杆枢穀15的中转姿势，W各臂部11a~13a同时通过构成 该中转姿势时的中转点的方式进行控制。由此，在将该前端侧的连杆枢穀15的姿势W较 大幅度进行变更时，不会与W多个连杆机构11~13的相互关系唯一确定的各臂部旋转角 产生大的偏移，能够进行各臂部11a~13a的促动器3的定位控制。因此，能够对连杆机构 11~13的各部分W不施加过大负荷的方式进行驱动。
[0029] 又，求出中转点的运算是必要的，基本上W点对点的方式进行控制，因此，与为了 在前端侧的连杆枢穀15的姿势变更的整个路径中不产生干设而控制旋转角的情况不同， 控制所必须的运算时间很短就可W完成，不会发生运算时间导致的延迟，可W谋求高速移 动。又，与预先存储整个路径的坐标而进行控制的情况不同，较小存储器容量即可。
[0030] 又，上述的"前端侧的连杆枢穀15的姿势变更量与规定量进行比较"中的姿势变 更量W及规定量可W根据折角0、转向角4而直接确定，但是W点对点进行控制的场合， 在上述促动器3所产生的最大转矩也可为成为规定值的折角0、或转向角4、或折角0与 转向角4运两者的值。
[0031] 在该发明中，上述中转姿势设定机构42也可基于下述数值对上述各臂部11a~ 13a的旋转量进行分割，该数值为将上述前端侧的连杆枢穀15的上述起点姿势到终点姿势 的姿势变更量W规定量W下进行分割的数值。上述"规定量"比如也可将驱动前端侧的连 杆枢穀15的上述各促动器3W点对点的方式控制，W规定值W下可驱动的移动量，运是由 连杆装置的几何学上的尺寸W及给予连杆的初期增压决定的。又，所谓的关于驱动的促动 器3的规定的值，表示为连杆装置的输入转矩允许值W下的值。在连杆装置于输入部具有 减速机的场合，表示为该减速机的输入转矩允许值W下的值。
[0032] 通过如此分割姿势变更时的路径，缓和了各轴的臂部11a~13a的干设，能W不会 产生连杆机构的组装不佳、异常磨损的合适的促动器转矩进行驱动。从起点姿势到终点姿 势的前端侧的连杆枢穀15的移动路径也可近似求出。
[0033] 在该发明中，上述连杆机构为=组，根据上述中转姿势设定机构42而设定上述中 转点的上述已规定的规则如下，在上述前端侧的连杆枢穀15的上述起点姿势到终点姿势 的姿势变更的过程进行动作的=个臂部11a~13a中，选出两个臂部，将该选出的两个臂部 的旋转路径等分，剩下一个臂部位于根据与其它的两个臂部的相对位置关系而唯一确定的 位置。
[0034] 在该场合，作为从=个臂部11a~13a中选出两个臂部的基准，可W选择旋转量大 的臂部。在该控制中，旋转量大的两个臂部能够W各轴的最大速度进行等速移动，因此，能 够W最短的移动时间进行驱动。又，如果不考虑旋转时间，=个臂部11a~13a中的两个臂 部的选择可W任意地选出。但是，此时连杆前端的轨迹不保证为最短路径的通过。
[0035] 如上述那样，从=个臂部11a~13a中选出两个臂部的场合，关于确定剩下一个 的臂部的旋转角，从已选择两个臂部的旋转角，W将上述前端侧的连杆枢穀15的姿势（0、 4)进行的顺序变换的变换式而求出，也可根据上述连杆枢穀15的姿势（0、4)进行逆序 变换的变换式而规定上述剩下一个的臂部的旋转角。据此，能够将剩下一个的臂部的旋转 角合适地求出。
[0036] 在该场合，上述前端侧的连杆枢穀15的姿势（0、4)也可使用上述=个臂部 11a~13a中的两个臂部的旋转角与顺序变换的变换式进行收敛运算而求出。通过进行收 敛运算，前端侧的连杆枢穀15的姿势（0、4)从两个臂部的旋转角可容易且合适地求出。
[0037] 在本发明中，作为求出上述各臂部的中转点而确定的规则，上述中转姿势设定机 构42也可在上述前端侧的连杆枢穀15于最短距离而移动的路径上作出一个W上的中转姿 势，在上述路径上的上述起点姿势、中转姿势、W及终点姿势中的任意一个的各姿势中，构 成相邻姿势之间所形成距离等的量为规定量W下的连杆枢穀15的姿势（0、4)所对应的 各臂部的旋转角作为上述中转点。在该场合下，也可根据上述连杆枢穀15的姿势（0、4) 通过逆序变换的变换式求出各臂部的旋转角。
[0038]旨P，关于前端侧的连杆枢穀15的某个起点姿势（折角、旋转角）A( 0a、4a)与终 点姿势B( 0b、4b)，在姿势A、B之间移动的前端侧的连杆枢穀15的姿势变更路径能W尽量 短的方式求出。此时，根据需要进行适合的近似，由此，能够缩短求出路径的时间。通过将姿 势A向姿势B的路径分割为多个姿势，从前端侧的连杆枢穀15的姿势N( 0n、4n)，根据逆 序变换算法得到相对前端侧的连杆枢穀15的姿势的臂部轴的旋转角N(PIn,P2n，P化）。 连杆姿势控制W将各轴的位置同步移动的方式进行。
[0039] 在该发明中也可为下述结构，上述连杆机构为=组，在将上述前端侧的连杆枢