并联运动装置、并联运动装置的校准方法及校准程序产品的制作方法

专利名称：并联运动装置、并联运动装置的校准方法及校准程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种并联运动装置(parallel kinematic machine)及一种用来确定该种并联运动装置的运动学参数的校准技术。
背景技术：
由多根驱动轴将基座和末端执行器相互并列连接的并联运动机构(parallelkinematic mechanism)，与有悬臂的机构相比，具有刚度高、定位精度高等特点。并联运动机构的代表性例子是斯图尔特平台(Stewartplatform)。该平台通过直线型驱动轴(支柱)的伸缩来控制末端执行器的姿势(包括位置和方向)。但为了进行高精度定位，有必要精确计算支柱的长度、连接支柱与基座的接头和连接支柱与末端执行器的接头的坐标等运动学参数。该工作即并联运动机构的校准，产业界、政府及学术界的各种研究机构对此均有研究，并发表了相关成果。
一般而言，为了进行校准，必须求解与运动学参数相同个数的多元联立方程式。为此，必须固定末端执行器的位置及方向，确定该状态下的全部或部分位置坐标(X，Y，Z)和方向坐标(A，B，C)。
日本专利特开2002-91522号公报中揭示了一种技术，它使用双球杆(DBB)型测距器，测定令末端执行器以给定姿势做圆周运动时圆周运动轨迹的半径误差，然后由该测定值求取运动学参数，从而确定位置坐标和方向坐标。此外，在日本专利特开2003-200367号公报中还揭示了一种技术，它将上述多元联立方程式分为表示末端执行器的位置与运动学参数之关系的11组以上的方程式和表示末端执行器的方向与运动学参数之关系的1组方程式，然后求解这些方程式来计算运动学参数进行校准。
但是，上述两种现有技术均采用小规模运动学来确定运动学参数。用解析的方法很难求解运动学问题，特别是正向运动学问题。小规模运动学也称为微分运动学或位移运动学，是一门研究用算术方法来求解这类问题的学科。小规模运动学中，描述正向运动学的非线性方程式对相应的运动学参数求微分，以计算满足两种误差之间关系的线性表达式，一种误差是运动学参数的小规模位移，一种是位置坐标的小规模位移，以便用解析法求解这些线性方程式。换言之，小规模运动学处理的是某一数值误差与另一数值误差之间的数学表达式。
但可以看到，揭示前一现有技术的文献中指出，至少有一个运动学参数无法获得。此外，在后一文献所揭示的技术中，要求必须在定位后进行测量，特别是要求必须在该姿势下至少进行一次非常困难的测量。另外，这两种现有技术文献采用的小规模运动学在抑制有关小规模位移关系表达式的数值误差方面也存在困难。因此，尤其是在使用大型机具时，当重力变形等因素不可避免地需要考虑时，确定运动学参数数值的收敛性很差，这就给运动学参数的精确确定带来了困难。

发明内容
本发明旨在提供一种不存在现有技术中所存在问题的新颖校准技术。
本发明的另一个目标是提供一种并联运动装置，它使得数值误差能够得到抑制，并且所有运动学参数都能够通过直接使用运动学方程式来精确地确定。本发明还提供一种校准方法和一种校准程序产品，用来校准此类并联运动装置。
本发明的并联运动装置，包括，并联运动机构，具有由支撑平台支撑的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器固定在所述基座中的并联连接机构；数控装置，根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向；姿势调节装置，在所述并联运动机构外部预先设定的基准坐标系中，根据规定的测量方法将安装在所述末端执行器上的调整工具调节至已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；数据获取装置，数据获取装置，用来获取具有与测量方法选择代码相对应的形式的数据，该测量方法选择代码在将所述调整工具调节至已知姿势时指定所述姿势调节装置所使用的测量方法，该数据还定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；以及计算装置，直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算出所述运动学参数。
结合附图阅读下面的详细说明，将可更清楚地了解本发明的这些及其它目标、特点和优势。


图1是实施本发明的一并联运动装置的机械结构的透视图。
图2是表示上述并联运动装置的主要部件之间的功能关系的框图。
图3是表示上述并联运动装置中可采用的一例6自由度6×6斯图尔特平台的结构概略图。
图4A和4B说明上述实施例第一种模式中的数据获取过程。
图5是表示上述第一种模式中执行数据获取过程的操作流程图。
图6是说明根据上述实施例执行校准的操作流程图。
图7A和7B说明上述实施例第二种模式中的数据获取过程，其中图7A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图7B是从Y轴方向观察所得的侧视图。
图8A至8C说明上述实施例第三种模式中的数据获取过程，其中图8A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，图8B是沿平行于X轴的平面截取的断面图，而图8C是从Z轴方向观察所得的顶视图。
图9A和9B说明上述第三种模式的修改模式中的数据获取过程，其中图9A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图9B是图9A的放大视图。
图10A和10B说明上述实施例第四种模式中的数据获取过程，其中图10A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图10B是图10A的放大视图。
图11A和11B说明上述实施例第五种模式中的数据获取过程，其中图11A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图11B是一DBB系统的放大视图。
图12是表示一实施本发明的并联运动装置中可采用的一例6自由度3×3斯图尔特平台的结构概略图。
图13A至13D是表示一平直夹具板及一倾斜夹具板的概略图，其中图13A是从末端执行器观察所得的平直夹具板图，图13B是图13A的侧视图，图13C是从末端执行器观察所得的倾斜夹具板图，而图13D是图13C的侧视图。
具体实施例方式
以下将参照

本发明的优选实施例。对该实施例的说明将参照一6×6并联运动装置。作为实施本发明的并联运动装置的实例，该装置的末端执行器上有6个接头，基座上也有6个接头；更明确地说，该装置为斯图尔特平台形式，以直动型驱动器即支柱作为驱动轴。应注意，附图中数字或符号相同的元件或步骤执行相似的操作、功能和处理，本说明书省去了对相似操作、功能和处理的重复说明。
图1是表示实施本发明的并联运动装置的机械结构的透视图。并联运动装置1包括由支撑平台2支撑的基座10和末端执行器20。基座10上具有6个接头11至16，末端执行器20上也具有6个接头21至26。6根支柱31至36分别与接头11至16和接头21至26相连。支柱31至36在数控装置的控制下独立收缩，从而移动末端执行器20，对加工台3上的工件进行规定的处理。
具体而言，末端执行器20经由一并联连接机构固定在基座10中，该并联连接机构由基座10上的接头11至16、支柱31至36和末端执行器20上的接头21至26组成。基座10、该并联连接机构以及末端执行器20构成并联运动机构4。加工台3或作为基准物体的基准板60(稍后将说明)包括一经过精密加工或处理的基准表面5。为执行校准，调整工具50被安装在末端执行器20上，调整工具50的轴线与末端执行器20的轴线一致。
在本说明书中，将基于并联运动装置1中和并联运动机构4中的支柱31至36的长度来求取末端执行器20的姿势(包括位置坐标和方向坐标)的计算称为“正向运动学”。与此相对，将基于末端执行器20的位置坐标和方向坐标来求取支柱31至36的长度的计算称为“逆运动学”。“位置坐标”指表示末端执行器20在X、Y和Z轴上的位置的坐标值(X，Y，Z)，“方向坐标”指表示末端执行器20的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的方向坐标值(A，B，C)，即绕末端执行器20的X、Y和Z轴旋转的旋转角或方位角。
图2是表示根据本发明实施例的并联运动装置的概略功能结构的框图。本图所示的各框代表数据获取和数据分析中执行的各处理步骤，并不一定与并联运动装置的各功能一致。例如，在并联运动装置1中，坐标驱动控制器121与方向驱动控制器122均通过数控装置100的逆运动学驱动。
并联运动装置1具备由支撑平台2支撑的基座10、末端执行器20、经由基座10和末端执行器20上提供的接头来连接底座10与末端执行器20的六根支柱31至36以及加工台3或基准板60。并联运动装置1还具备数控装置100。数控装置100根据运动学，通过调整支柱坐标，即代表作为驱动轴的支柱31至36的各自长度的驱动轴坐标，来控制末端执行器20的位置和方向，并根据逆运动学，基于末端执行器20的位置和方向来控制支柱坐标。
数控装置100中存储有方向命令和支柱坐标。方向命令是有关末端执行器20的方向的数据，数控装置100中也存储了末端执行器20的方向。支柱坐标和方向命令与基于数控装置100中设置的运动学参数的运动学密切相关。例如，根据基于数控装置100中设置的运动学参数的逆运动学，通过转换数控装置100中存储的方向命令所得到的支柱坐标，刚好与数控装置100中存储的支柱坐标一致。
数控装置100能够执行被请求程序的功能，只要通过驱动器500将该被请求程序从记录有各种信息的记录媒质中安装进来。记录媒质如磁盘501、磁光盘502、光盘503或半导体存储器504等，其中存储有程序，程序执行的处理可以实现本发明的校准技术，程序还能处理所请求的算术表达式、表格等。
坐标驱动控制器121和方向驱动控制器122分别控制安装在末端执行器20上的调整工具50的位置和方向。执行校准时，末端执行器20与调整工具50二者的轴线一致。如果数控装置100中设置的运动学参数不准确，则数控装置100的运动学中处理的代表末端执行器20的方向坐标的坐标系统也不准确。此种不准确坐标系统不适合作为并联运动装置1的坐标系统。有鉴于此，校准前就需要在基准板60(见图3)上的规定位置建立并联运动装置1的基准坐标系统6，其独立于并联运动机构4。基准坐标系统6是一个XYZ右手笛卡儿坐标系统，其X轴和Y轴平行于基准表面5。
坐标驱动控制器121和方向驱动控制器122执行定位步骤，将末端执行器20设置在规定姿势或定位位置，它能够定义相对于基准物体的定位关系，该基准物体位于基准坐标系6上的已知位置，并具有已知结构。本说明书中，“能够定义相对于基准物体的定位关系的规定姿势或定位位置”不仅包括该基准物体所处的已知位置，还包括能够测量相对于该基准物体的差异的姿势。基准物体的实例包括基准平面、基准孔、基准针和基准球。也可以使用双球杆(DBB)系统。在执行精确定位，包括末端执行器的方向角的情况下，在基准板60的经过精密加工或处理的上表面中形成的基准孔，或者安装在基准板60的经过精密加工或处理的表面上的基准针，均可用作基准物体。
提供一个测量方法选择器131，以便在手动操作时，装置1的操作员可以手动输入测量方法选择代码，指定用于获取数据的测量方法，即选择用于定位的基准物体。测量方法选择器131将指定的测量方法选择代码发送到数据获取装置114。另一方面，自动操作时，由于已将测量方法选择代码写入描述数据获取步骤的程序中，因此测量方法选择器131读出所要的测量方法选择代码，并将读出的代码发送到数据获取装置114。该实施例中，将对由手动操作获取数据的情形加以说明。
误差评估函数存储器132至少存储一个由测量方法选择代码指定(其由测量方法选择器131选择)的函数，用来评估所获取的数据，对此稍后将加以说明。该函数为误差评估函数，用作描述并联运动装置1的并联运动机构4的正向运动学的关系表达式。
数据获取装置114执行数据获取步骤，获取具有测量方法选择代码所决定的格式的数据，测量方法选择代码指定上述将调整工具50设置在规定姿势的定位步骤所使用的测量方法，并且这些数据定义并联运动机构4的运动学所要求的运动学参数与基准坐标系6之间的相关性。所获取的数据包括末端执行器姿势指定信息，用于定义末端执行器20在基准坐标系6中的至少一部分位置和方向，包括测量方法选择代码，以及驱动轴坐标，用于定义末端执行器20的定位与运动学参数之间的相关性。数据获取装置114将获取的数据发送到计算装置113。数据获取步骤中获取的数据应有足够的数量，用来定义多个彼此独立的关系表达式，从而确定运动学参数。为此，有必要改变末端执行器20的方向，以便获得足够数量的数据。
驱动轴坐标对应于支柱坐标或方向命令。以下所说明的情形中，支柱坐标是作为驱动轴坐标来获取。如果获取的是方向命令，基于数控装置100中设置的运动学参数，可以根据逆运动学将方向命令转换为支柱坐标。
计算装置113具备一台计算机，执行定位步骤，将末端执行器20设置在规定的不同姿势。每次执行定位步骤时，都会执行数据获取步骤，并且计算装置113执行计算步骤，根据数据获取步骤中获取的数据，计算并联运动机构4的运动学所需的运动学参数。
执行计算步骤时，计算装置113使用所获取的用于确定运动学参数的足够数量的数据集，并且最小化误差评估函数存储器132中存储的误差评估函数之和，以计算运动学参数。计算运动学参数时，计算装置113从误差评估函数存储器132中存储的误差评估函数中提取各获取数据中的测量方法选择代码所指定的误差评估函数，并使用所提取的误差评估函数。
图3概略显示了并联运动装置1中采用的具有6自由度6×6斯图尔特平台的结构，基准坐标系6的原点为O，如图所示。O’是固定在末端执行器20上的坐标系，即末端执行器坐标系的原点。
基座10具有的6个接头11至16，表示为以基准坐标系6的原点O为起点的位置向量N[j](j＝1，2，3，4，5，6)。例如，N[1]代表接头11的位置向量，其中j＝1。末端执行器20具有的6个接头21至26，表示为以末端执行器坐标系原点O’为起点的位置向量T[j](j＝1，2，3，4，5，6)。各支柱31至36的原点41至46表示为起点在基座10的接头11至16上的位置向量o[j](j＝1，2，3，4，5，6)。以下将位置向量o[j]称为“原点偏移”。上述位置向量N[j]、T[j]和o[j]是并联运动装置1的运动学参数。以下将这些运动学参数的全体或一部分通称为x[j](j＝1，2，3，…，n)，其中n表示需获得的运动学参数个数。
另一方面，定位后的末端执行器20的接头21至26的位置表示为以基准坐标系6的原点O为起点的位置向量t[j](j＝1，2，3，4，5，6)，而从各支柱31至36的原点41至46到末端执行器20的接头21至26的向量表示为s[j](j＝1，2，3，4，5，6)。应注意，如果运动学参数是准确的，没有重力变形或间隙等会引起机械误差的因素影响，则位置向量N[j]与t[j]之间的距离与向量s[j]、o[j]的和相同。
如上所述，当执行校准时，调整工具50安装在末端执行器20上，调整工具50的轴线与末端执行器20的轴线一致。在基准坐标系6上，调整工具50的顶端位置表示为位置向量为p[1]、p[2]、p[3](分别为X、Y、Z坐标值)，调整工具50顶端的方向坐标表示为p[4]、p[5]、p[6](分别为绕A、B、C旋转轴旋转的角度或方向角)。对于末端执行器20，为了确定其相对于末端执行器20轴线的基准方向，指定一侧表面为基准表面。
为了进行校准，在基准坐标系6的规定位置提供基准物体(图中未示出)，如基准孔、基准针、基准球、基准平面或DBB系统的固定球等。末端执行器20的定位是通过将调整工具50设置在相对于基准物体的某一姿势而实现的。另外，就执行末端执行器20的定位，包括其方向角而言，最好是采用具有经过精密加工或处理的平直表面和多个基准孔的基准夹具，每个基准孔都是精密地、垂直地形成于该平直表面中。基准坐标系6的Z轴正交于基准板60的基准表面5，Y轴在基准板60的基准表面5上垂直延伸，X轴在基准板60的基准表面5上水平延伸，并且正交于X轴和Y轴，原点位于三轴相交处。具体而言，Z轴上从原点到并联运动装置1的坐标值为正值，Y轴上原点以上的坐标值为正值，X轴上原点以后的坐标值为正值。因此，X、Y、Z轴坐标构成右手笛卡儿坐标系。此外，绕X轴旋转时，X轴称为A旋转轴；绕Y轴旋转时，Y轴称为B旋转轴；绕Z轴旋转时，Z轴称为C旋转轴。在正方向上绕各旋转轴A、B和C顺时针旋转具有正值。
接下来将说明第一种模式中的并联运动装置1，它使用一包括度盘规的基准工具为调整工具50，而末端执行器20的定位，包括其方向角，是相对于一夹具板的经过精密加工或处理的上表面中形成的一基准孔来手动完成。第二种模式中，使用测量探针为调整工具50，测量探针与一基准块的基准表面直接接触。第三种模式中，也使用测量探针为调整工具50，但测量探针与一基准块的内壁相接触。第四种模式中，也使用测量探针为调整工具50，但测量探针与一基准球相接触。第五种模式中则使用DBB系统。
无需赘言，在所有上述五种模式中，调整工具的精确长度是存储在数控装置100中。在第二至第五种模式中，调整工具的长度指从末端执行器20的侧表面到测量探针顶端上的球或到DBB系统的可动球中心的长度。
第一种模式描述的情形是，并联运动机构4的全部运动学参数(以下也称为“全体运动学参数”)中的一部分是固定的，为已知运动学参数，要计算的是固定运动学参数之外的运动学参数。在关于计算装置113的说明中，对确定全体运动学参数的计算方法的说明使用了一个前提，即该计算方法普遍适用。如果将上述计算方法运用于某个情形，该情形中，全体运动学参数的一部分是作为固定的已知参数来处理，则运动学参数x[]是按要计算的运动学参数(即全体运动学参数除去固定的已知运动学参数后剩下的运动学参数)与固定的已知运动学参数的顺序来排列的。这种情况下，描述为运动学中的运动学参数(有时简称为运动学参数)的运动学参数x[]被认为是全体运动学参数，而描述为需由计算装置113计算的物体的运动学参数x[]则被认为是需计算的运动学参数。应注意，对被描述为需由计算装置113计算的物体的参数运用了对运动学参数求偏微分法。
此外，对第一种模式中的计算装置113的说明包括了对同时计算未知运动学参数与需计算的运动学参数的说明。因此，第一种模式中，运动学参数x[](有时简称为运动学参数)包括未知运动学参数，其中运动学参数x[]是按需计算的运动学参数、未知运动学参数与固定的已知运动学参数的顺序排列的。如果运动学参数x[](有时简称为运动学参数)被描述为运动学中的运动学参数，则运动学参数x[]表示全体运动学参数。如果运动学参数x[]被描述为需计算的运动学参数，则运动学参数x[]表示需计算的运动学参数以及未知运动学参数。
<第一种模式>
第一种模式中，使用一三维测量装置或类似设备来计算末端执行器20各接头的位置，然后通过固定各接头的位置来计算除固定运动学参数之外的运动学参数。第一种模式采用了数据获取过程，相对于一基准夹具的经过精密加工或处理的上表面中形成的一基准孔，并利用度盘规，通过操作手柄来执行包括末端执行器20的方向角在内的精确定位。可以应用该模式的情况是，数控装置100中设置的运动学参数所用的坐标系原点与在加工台3附属的基准夹具上新定义的基准坐标系6的原点存在较大差异。这种模式中，通过操作手柄来调整X、Y、Z轴和A、B、C旋转轴，以执行术端执行器20相对于基准板70中的基准孔71的定位。这种模式中，假设末端执行器20的接头21至26的位置向量T[j](j＝1，2，3，4，5，6)已知，要计算的是已知位置向量之外的运动学参数。通过操作手柄执行定位的过程与利用5轴装置的调整操作类似。因此，装置操作员很容易学会定位操作。另外，可以利用已知的装置工具来执行定位过程，而无需进行任何修改。
装置1具有选择手柄模式的按钮或选择开关，还具有从X、Y、Z、A、B、C轴和支柱轴共计12个轴中选择其一进行手柄操作的选择开关。旋转装置1上的手柄时，手柄会产生一个正的或负的移动脉冲，使末端执行器20相对所选轴移动。此外，在手柄的特定部位上，装置1还具备用来选择每刻度移动量单位的选择开关。装置1还具有数值控制功能，接收所产生的移动脉冲作为相对所选轴的移动命令，并通过将对应移动脉冲的坐标加到当前坐标上来计算移动后的坐标，由此改变末端执行器20的方向。
但在以下所说明的情况中，只进行末端执行器20相对X、Y、Z轴和A、B、C的调整，使末端执行器20的位置和方向发生改变，而没有进行末端执行器20相对支柱轴的调整。
图4A和4B说明第一种模式中的数据获取过程，其中图4A说明获取末端执行器20相对于X、Y、Z轴的位置坐标和相对于A、B轴的方向角的步骤，而图4B说明获取末端执行器20相对于C轴的方向角的步骤。C轴被定义为末端执行器的基准方向。这种模式中，首先将夹具板70精确设置在基准坐标系6中的已知位置。夹具板70中有多个基准孔71分别形成在基准孔上表面75中的规定位置，基准孔上表面75与经过精密加工或处理的平直表面——基准上表面73平齐。基准孔上表面75构成夹具板70的上表面，其中形成有基准孔71，并且它与各基准孔71的圆柱形内壁的轴线正交。基准孔71内壁的轴线与基准孔上表面75的交点被定义为基准孔71的中心位置坐标。
“精确设置夹具板70”指将夹具板70安装在这样一个位置，使得具有基准孔71的夹具板70的基准孔上表面75平行于基准坐标系6的XY平面，并得以确定基准孔71在基准坐标系6上的中心位置坐标。基准孔71的中心位置坐标被定义为(x0，y0，z0)。有规定数量的基准孔71形成在夹具板70中的相应位置处，但图4A仅显示两个基准孔71。这种模式中，如图4A所示，将附有度盘规56和57的基准工具55用作调整工具50。
如图4B所示，末端执行器20的侧表面上有一水准器53，用来确定末端执行器20的基准方向，即C轴。具体而言，这种模式中，水平安装的并联运动装置1用来确定末端执行器20的基准方向，即C轴，其中基座10的法线方向与图1平面上的垂直方向正交。末端执行器20的基准方向，即C轴，是通过水平放置末端执行器20的侧表面来确定的。
这种模式中，末端执行器20的定位是相对于基准板70的基准孔71和基准孔上表面75来执行。因此，操作员在校准前通过操作测量方法选择器131，选择表1所示的类型＝1作为测量方法。作为第一种模式中需测量的基准物体的“基准孔”，包括基准孔所在的基准孔上表面。计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝1的误差评估函数，即方程式(4)或方程式(9)，并将所提取的误差评估函数用于计算运动学参数。
图5是表示上述第一种模式中执行数据获取的操作流程图。当装置1的操作员通过选择开关选择手柄模式时(步骤S301)，将完成标记设为“1”(步骤S302)。在操作员通过选择开关选择X、Y、Z、A、B、C轴中需调整的一个目标轴后，选择所需的手柄移动单位(步骤S303)，并旋转手柄(步骤S304)。
数控装置100检测选定的移动单位和指示手柄旋转量的刻度，并计算末端执行器20相对所选轴的移动量，以及移动后末端执行器20的位置或角度。移动后的位置或角度是通过将算出的移动量与末端执行器当前的位置或角度相加得到的。数控装置100用逆运动学根据算出的位置或角度计算支柱坐标，通过驱动支柱使末端执行器20移动(步骤S305)。在这种手柄操作模式中，相对A、B或C轴的方向变化是绕基准工具55的顶端进行的。
接着，操作员对基准工具55手动旋转360度，同时保持末端执行器20不动(步骤S306)。此时，操作员看到度盘规56、57发生变化，由此判断该变化是否在允许范围内(步骤S307)。这种操作中，每次旋转基准工具55时，度盘规56、57便与基准孔71的内壁和基准孔上表面75接触，从而检测零点。并不需要获得相对X、Y轴和A、B轴的变化的绝对值。如果该变化超出允许范围(步骤S307的结果为“否”)，流程返回到步骤S303。另一方面，如果判断该变化是在允许范围内(步骤S307的结果为“是”)，则流程前进至Z方向定位。
这种模式中，使用厚度已知的块规72，将其插入夹具板70的基准表面与基准工具55的顶端之间，进行Z方向的定位(步骤S308)。然后设置末端执行器20的基准方向，即C轴。
设置末端执行器20的基准方向即C轴时，首先由位于末端执行器20侧表面上的水准器53检测末端执行器20侧表面的倾斜度Δc。如果检测结果显示|Δc|＞ea(步骤S310的结果为“是”)，则末端执行器20绕C轴旋转Δc(步骤S311)，并且将完成标记设为“0”(步骤S312)。另一方面，如果步骤S310的检测结果为否(步骤S310的结果为“否”)，则完成标记仍为“1”，末端执行器20基准方向即C轴的设置已完成。
接下来将判断完成标记是否仍为“1”(步骤S313)。如果判断结果显示完成标记被设为“0”(步骤S313的结果为“否”)，则判断结果意味着流程通过了步骤S311和S312，换言之，C轴已改变，并且由于C轴的变化，X、Y、Z、A、B轴的位置也发生了轻微的偏移。因此，流程返回到步骤S302，重新定义末端执行器20的位置坐标。另一方面，如果判断结果显示完成标记仍为“1”(步骤S313的结果为“是”)，则判断结果意味着所有相对X、Y、Z、A、B、C轴的调整皆已完成。末端执行器20的方向坐标由方向驱动控制器122确定。
接下来执行精确定位。首先将块规72的厚度设为基准工具55顶端的定位校正量w(步骤S314)。由此，进行精确定位的末端执行器20的位置坐标被设为(x0，y0，z0+w)。另外还将末端执行器20的方向角设置为(0，0，0)(步骤S315)。这样就完成了精确定位。然后，数据获取装置114向计算装置113发送所获得的位置坐标和方向坐标，以及作为末端执行器姿势指定信息的测量方法选择代码(类型＝1)。接着，数据获取装置114读出数控装置100中存储的支柱坐标(步骤S316)，并且将所获取的支柱坐标作为驱动轴坐标发送给计算装置113。这样就完成了获取并联运动装置1的运动学参数计算所需的数据的数据获取过程。
在前面的说明中，定位包括末端执行器20基准方向即C轴的设置。或者可以省略末端执行器20基准方向即C轴的设置，也可以省略水准器53。换言之，在这种模式中，只有至少确定了X、Y、Z、A和B轴，就可以准确计算运动学参数。具体而言，通过获取末端执行器20在基准坐标系6中的某一姿势的位置坐标(X，Y，Z)和两个方向坐标(A，B)，就可以获得末端执行器姿势指定信息。在第一种模式描述的情形中，数据是基于单一基准物体，即单一测量方法获取的。替代实施例中，可以附加使用第二至第五种模式中获取的数据。
接下来说明使用数据获取过程中获取的数据对并联运动装置1进行校准的过程。在第一至第五种模式中，校准是基于描述并联运动机构4中的正向运动学的关系表达式来进行。可以对上述方式进行修改，以基于描述逆运动学的关系表达式来执行校准。在基于使用逆运动学的关系表达式的校准中，仅使用第一种模式的数据获取过程中获取的数据。换言之，不能附加使用第二至第五种模式的数据获取过程中获取的数据。描述正向运动学和逆运动学的关系表达式分别为以下的方程式(1)和(2)p[]＝g(s[]，x[])…(1)s[]＝f(p[]，x[])…(2)具体而言，在正向运动学中，使用支柱坐标s[]和运动学参数x[]，根据描述正向运动学的函数g来计算位置坐标和方向坐标p[]。类似地，在逆运动学中，使用位置坐标和方向坐标p[]，根据描述逆运动学的函数f来计算支柱坐标s[]。一般而言，描述逆运动学的函数f的函数形式可以明确界定，而描述正向运动学的函数g的函数形式则无法明确界定。
图6是说明根据上述实施例执行校准的操作流程图。首先，计算装置113从数据获取装置114中接收定位数据，即数据获取步骤S315中获取的位置坐标和方向坐标p[idx][]，表示测量方法的类型[idx]，以及数据获取步骤S316中获取的支柱坐标s[idx][](步骤S151)。该模式中，类型[idx]恒为“1”。当附加使用第二至第五种模式的数据获取过程所获取的数据时，类型[idx]是一个重要的因数。中括号[]中的数据是从1到6。[1]、[2]和[3]分别表示X、Y、Z坐标，即位置坐标。[4]、[5]和[6]分别表示A、B、C坐标，即方向坐标。[idx]是指示数据集的指数，idx＝1、2、3、……、n(n为数据获取所需的数据集数量)。
使用一台三维测量装置所获得的测量值来指定末端执行器20六个接头的位置。因此，有必要获取与需计算的运动学参数数量相同的关系表达式，而不是测量值。换言之，需要二十四个关系表达式或坐标数据18(＝3×6)个数据用来指定基座10六个接头的位置，其中3表示X、Y、Z三个坐标；以及6个数据用来指定六个支柱的原点偏移。另一方面，如果在某一情形中，将末端执行器20设置在某一姿势，以便获得关于X、Y、Z、A、B和C轴的所有坐标数据，则从一个数据集就可以获得六个关系表达式或坐标数据。此时需要收集四个以上的数据集。如果包括末端执行器20六个接头的位置在内全体运动学参数均需得到确定，则需要四十二个关系表达式或坐标数据18(＝3×6)个数据用来指定基座10六个接头的位置；18(＝3×6)个数据用来指定末端执行器20六个接头的位置；以及6个数据用来指定六个支柱的原点偏移。此时需要收集七个以上的数据集。
本说明书中的关系表达式数量指彼此独立的关系表达式的数量。如果从所获数据中导出的一个关系表达式从属于另一个关系表达式，则需要将末端执行器设置在适当的姿势或定位位置以获取数据。
接下来，相对于所需的数据集数量或更多数量，计算装置113计算使得误差评估函数d之和量小的运动学参数x[]。
F=Σidx=1n{d(type[idx],p[idx][],s[idx][],x[],u[idx][]}···(3)]]>根据用于获取有关位置坐标和方向坐标的坐标数据的基准物体类型的不同，换言之，根据测量方法的不同，误差评估函数d有其自己的形式。误差评估函数是一个关系表达式，用于描述并联运动装置1的正向运动学。换言之，误差评估函数是一个直接导出自描述正向运动学的关系表达式的关系表达式。表1显示了与需测量的基准物体相对应的误差评估函数的实例。
表1

该模式中，测量方法为类型[idx]＝1。因此，计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝1的误差评估函数，并根据所提起的误差评估函数，即以下方程式(4)的中括号{}内的数学表达式执行计算。换言之，计算装置113根据所获取的数据，直接使用描述并联运动机构4的正向运动学的方程式(1)来计算运动学参数。
F=Σidx=1n{Σi(p[idx][i]-g(s[idx][],x[])[i])2}…(4)]]>此处，g(s[]，x[])[i]表示函数g的第i个值。方程式(4)的导出前提是，如果运动学参数是准确的，不受重力变形或间隙等引起机械误差因素的影响，则根据正向运动学的基本方程式，如方程式(1)所示，末端执行器20的位置坐标(以及方向坐标)p[]与g(s[]，x[])一致。使方程式(4)最小的解x[]满足以下非线性联立方程式(5)，该方程式是通过使用相应的运动学参数对方程式(4)求偏微分而得到的。
∂F∂x[i]=0(i=1,2,3,···,m)···(5)]]>此处，m表示运动学参数数量。由于无法分析求解非线性联立方程式(5)，因此用Newton-Raphson法等渐近法求解方程式(5)。由于描述正向运动学的函数g的函数形式没有明确界定，因此很难分析求解函数g。然而，即使该函数形式没有明确界定，但只要函数g的一个解、对函数g的相应运动学参数的一次微分值和二次微分值是已知的，就可以使用渐近法。
首先设置运动学参数x[]的初始值x0[]。数控装置100中当前设置的运动学参数可以用作初始值。然后通过渐近法求解方程式(5)。方程式(5)的求解方法如下使用F中的运动学参数x[i]在一次偏微分x[]＝x0[]中获得值c[j]，使用F中的运动学参数x[j]在二次偏微分x[]＝x0[]中获得值a[i][j]，然后求解以下线性联立方程式(6)，其中c[i]、a[i][j]为系数。
a[i][1]×(x[1]-x(0)[1])+…+a[i][m]×(x[m]-x0[m])＝-C[i](i＝1，2，3，…，m)…(6)进而将求解方程式(6)所得的解，即使用渐近法求解非线性方程式(5)所得的解，重新确定为初始值x0[]。循环重复此计算，直到值x0[]收敛。但是，有必要使用运动学参数对函数g执行一次偏微分和二次偏微分，以便获得a[i][j]。例如，可以使用以下方程式(7)进行近似计算，从而进行一次偏微分，其中x1[i]＝x0[i]-e/2(e为给定的较小量)，x1[j]＝x0[j](j≠i)，x2[i]＝x0[i]+e/2，x2[j]＝x0[j](j≠i)。
∂g(s[],x[0])∂x[i]≈(g(s[],x1[])+g(s[],x2[]))e···(7)]]>此处的符号“≈”表示方程式左右两侧几乎相等，g(s[]，x1[])是g(s[]，x[])在x[]＝x1[]时的解。与一次偏微分类似，可以使用以下方程式(8)进行近似计算来执行二次偏微分，其中x1[j]＝x0[j]-e/2，x1[k]＝x0[k](k≠j)，x2[j]＝x0[j]+e/2，x2[k]＝x0[k](k≠j)。
∂∂x[j](∂g(s[],x0[]∂x[i])≈(∂g(s[],x1[])∂x[i]+∂g(s[],x2[])∂x[i])e···(8)]]>上述使用渐近法来最小化方程式(4)的算法仅仅是一个例子，其它最小化算法也可以使用。另外，上述算法使得可以用简单的最小化问题来代替传统的复杂校准算法。换言之，本发明旨在揭示一种计算运动学参数的方法以替代传统的复杂方法，它基于获取的所需数量的数据集，使方程式(4)相对于所有坐标数据，包括XYZ位置坐标和ABC方向坐标最小化。
此外，还可以将方程式(4)转换为以下的方程式(9)。
F=Σidx{Σi((p[idx][i]-g(s[idx][],x[])[i])×u[idx][i])2}···(9)]]>使方程式(9)最小化的解x[]可以通过运用与最小化方程式(4)的方法类似的方法，即方程式(5)至(8)来获得。方程式(9)中的系数u[idx][i]是已获取数据p[idx][i]的误差评估系数。每个误差评估系数都是给定的权重系数，需与每个位置坐标和方向坐标相乘。例如，在数据p[idx][i]的一部分无法获取的情况下，数据p[idx][i]的未获取部分的误差评估系数被设为“0”，而对于数据p[idx][i]的已获取部分，将乘以适当的误差评估系数。该方法适用的情形是根据相对于X、Y、Z、A和B轴的坐标数据来执行校准，不包括相对于C轴的坐标数据，不使用水准器53；或者仅使用以下第二至第五种模式中描述的坐标数据的一部分，抛弃其余坐标数据。
具体而言，如果第idx1个数据表示X轴方向上的位置坐标，则指定u[idx1][1]＝1且u[idx][i]＝0(i＝2，3，…)。如果第idx2个数据分别表示X、Y、Z轴方向上的位置坐标，则指定u[idx2][1]＝1(i＝1，2，3)且u[idx2][i]＝0(i＝4，5，6)。该方法使得在获取数据进行校准时，相对于多个轴同时测量坐标的情形得以消除，由此使得可以相对这些轴单独执行测量。
通过改变这些单位的各权重系数，也可以使用误差评估系数来调整位置系数(X，Y，Z)及方向系数(A，B，C)。另外，允许操作员来设置误差评估函数的值。针对需要相对于所有目标轴获取的目标数据，可以将误差评估函数的值设置为例如“1000”；针对目标数据以外的数据，可以将误差评估函数的值设置为例如“1”，由此便能执行高精度校准，其中对末端执行器20的基准定位位置应用非常大的权重系数。
第一种模式中，至少一部分已根据基准孔71定义的位置坐标和方向坐标，即至少X、Y、Z、A、B坐标与根据所获取的支柱坐标、使用方程式(1)所描述的正向运动学计算所得的位置坐标和方向坐标的至少一部分坐标g[s[]，x[]]一致，只要运动学参数是准确的并且不受重力变形或间隙等引起机械误差的因素影响。具体而言，定位误差(posturingerror)是指末端执行器坐标系与基准坐标系之间的位置坐标和方向坐标差异，例如基准孔71的X坐标与利用正向运动学计算的X坐标之间的差异。对应于类型＝1的误差评估函数由定位误差定义。换言之，误差评估函数明确包括定位误差，且用于评估定位误差。第二至第五种模式中应用了该思想。
接下来，计算装置113使用方程式(4)中描述的误差评估函数d计算运动学参数x，它使得相对于所有获取的有关表1所示类型＝1的数据的误差评估函数之和最小。
如果用方向命令代替第一种模式(以及第二至第五种模式)中的支柱坐标，计算装置113将根据数控装置100中当前设置的运动学参数，使用逆运动学将方向命令转换成支柱坐标，然后使用支柱坐标计算运动学参数。
<第二种模式>
图7A和7B说明本发明第二种模式中的数据获取过程，其中图7A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图7B是从Y轴方向观察所得的侧视图。第二种模式使用尺寸已知的长方体形基准块610，它有一个处在规定位置的基准平面。基准孔610的尺寸是结构指定信息的实例。基准块610的基准平面是需测量的基准物体的实例，由平直表面上的一点和正交该平面的一个向量定义。
首先将经过精密加工或处理的基准块610精确放置在基准坐标系6中的已知位置。“精确放置基准块610”指将基准块610安装在这样一个位置，以便确定基准平面接触区域上的一点的精确坐标值，在该接触区域上，下述测量探针与对应于基准块610的上表面或侧表面的基准表面彼此接触，以及确定正交于基准平面的一向量的精确值。
然后，将测量探针520(球形探针的实例)用作调整工具50，测量探针520的半径r和长度L均已知。半径r为测量探针520顶端上的球的半径，长度L为测量探针520杆部分的长度，包括顶端球的直径。测量探针520安装在末端执行器20上，测量探针520的轴与末端执行器20的轴一致。
测量探针520内置有接触式传感器，能够感知与之接触的物体。结构与测量探针520相似，但没有内置接触式传感器的工具称为“球杆”，它是球形探针的又一实例。测量探针520可以执行自动测量，而球杆只能执行手动测量。第二至第五种模式说明使用测量探针520或DBB系统的自动测量。但是，也可以将关于自动测量的数据获取程序和使用数据获取程序的校准方法应用于手动测量。
第二种模式中，对应于基准块610上表面或侧表面的基准平面用作需测量的基准物体。因此，装置1的操作员在校准前通过操作测量方法选择器131，选择表1中的类型＝2作为测量方法。在不同的情形中，如果基准块610表面的标准向量分别与X、Y、Z轴平行，则选择类型＝1，换言之即选择定义X、Y、Z坐标值的模式，将相对于进行数据获取的目标轴的误差评估系数设为“1”，而将相对于目标轴以外的轴的误差评估系数设为“0”。选择类型＝2后，计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝2的误差评估函数，将该误差评估函数用于运动学参数计算。在第二至第四种模式中，为了便于说明，假设测量探针520顶端球的半径r为零，从而在表1所示的误差评估函数中不考虑该半径。
接下来，如图7A所示，通过自动启动末端执行器20，测量探针520与基准块610的基准平面接触。此时，数据获取装置114获取数控装置100中存储的支柱坐标s。数据获取装置114向计算装置113发送所获取的作为驱动轴坐标的支柱坐标，以及基准平面上接触点处的坐标值、基准平面的正交向量和作为末端执行器姿势指定信息的测量方法选择代码(类型＝2)。改变末端执行器20的方向，或者改变基准块610的基准平面或测量区域，然后循环重复上述数据获取过程，直到获得某一足以用于确定运动学参数的数量的数据为止。
与测量探针520接触的基准表面上的接触点的X、Y、Z坐标值分别定义为p[1]、p[2]和p[3]，基准平面的标准(单位)向量的X、Y、Z分量分别定义为p[4]、p[5]和p[6]。如果运动学参数是准确的且不受重力变形或间隙等引起机械误差的因素影响，则从p[]所表示的平直表面到位置坐标g[s[]，x[]]所表示的点的距离与测量探针520顶端球的半径r重合，位置坐标g[s[]，x[]]是根据所获取的支柱坐标s和运动学参数x，利用正向运动学计算得来，也即测量探针520顶端球中心处的位置坐标(在以下说明中称为“顶端球的中心坐标”)。换言之，基准平面与假想球之间的差异被定义为定位误差，基准平面对应于由位置坐标和基准块610的尺寸定义的基准块610的一表面，假想球的中心对应于测量探针520顶端球的中心坐标，该中心坐标是根据数控装置100中存储的支柱坐标利用正向运动学计算得来，假想球的半径对应于顶端球的半径r。对应于类型＝2的误差评估函数由定位误差定义。计算装置113计算运动学参数x，它使得表1中对应于类型＝2的误差评估函数相对于所有获取的数据之和最小，所使用的误差评估函数是方程式(3)所表示的误差评估函数d。运用该方法，便可以获得准确的运动学参数。
第二种模式中，基准块610的上表面和侧表面用作基准平面。需测量的基准物体可以是长方体形块之外的任何物体，只要基准物体满足以下条件与测量探针520接触的基准平面上的接触点的准确坐标值是已知的，正交于基准平面的向量的准确值是已知的，并且至少定义了三个彼此不平行的基准平面。与其它模式相结合，可以有利地得到第二种模式的效果。
<第三种模式>
图8A至8C说明上述实施例第三种模式中的数据获取过程，其中图8A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，图8B是沿平行于X轴的平面截取的断面图，而图8C是从Z轴方向观察所得的顶视图。首先，将夹具板611精确放置在基准坐标系6中的已知位置，夹具板611的给定位置处形成有数个基准圆柱形孔630。每个基准圆柱形孔630都具有已知半径R。半径R为结构指定信息的实例。基准圆柱形孔630是需测量的基准物体的实例，基准圆柱形孔630的内壁是需测量的基准物体的基准表面的实例。
“精确放置夹具板611”指将夹具板611安装在这样一个位置，以便确定基准圆柱形孔630的中心线或轴上某一点处坐标(Xc，Yc，Zc)(以下称为基准圆柱形孔630的中心坐标)的精确值，以及基准圆柱形孔630轴方向上单位向量的精确值。基准圆柱形孔630的中心坐标用作基准物体的位置坐标。
然后将半径r和长度L已知的测量探针520用作调整工具50。测量探针520安装在末端执行器20上，测量探针520的轴与末端执行器20的轴一致。
第三种模式中，基准圆柱形孔630用作需测量的基准物体。因此，装置1的操作员在校准前通过操作测量方法选择器131，选择表1中的类型＝3作为测量方法。选择类型＝3后，计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝3的误差评估函数，将该误差评估函数用于运动学参数计算。
接下来，如图8A和8B所示，末端执行器20自动启动，将测量探针520推入基准圆柱形孔630中，并使测量探针520沿实质上水平的目标方向移动，即沿实质上正交于基准圆柱形孔630轴的方向移动，使测量探针520与基准圆柱形孔的内壁接触。此时，数据获取装置114获取数控装置100中存储的支柱坐标s。数据获取装置114向计算装置113发送所获取的作为驱动轴坐标的支柱坐标，以及基准圆柱形孔630的中心坐标、基准圆柱形孔630半径方向和轴线方向上的单位向量和作为末端执行器姿势指定信息的测量方法选择代码(类型＝3)。改变末端执行器20的方向，或者改变需测量的基准圆柱形孔630，或者改变测量探针520为与基准圆柱形孔630的内壁接触而移动的方向，然后循环重复上述数据获取过程，直到获得某一足以用于确定运动学参数的数量的数据为止。
基准圆柱形孔630中心处的X、Y、Z坐标值分别定义为p[1]、p[2]和p[3]，基准圆柱形孔630轴线方向上的单位向量分别定义为p[4]、p[5]和p[6]。另外，将基准圆柱形孔630与测量探针520顶端球之间的半径距离定义为p[7]。
如果运动学参数是准确的且不受重力变形或间隙等引起机械误差的因素影响，则基准圆柱形孔630与测量探针520顶端球之间的半径差(R-r)与从该顶端球中心坐标所表示的点到基准圆柱形孔630轴上中心坐标所表示的点的距离一致，前一点的坐标是根据所获取的支柱坐标s和运动学参数x，利用方程式(1)表达的正向运动学来计算。换言之，定位误差指在连接基准圆柱形孔630中心与测量探针520顶端球中心的直线上，根据基准圆柱形孔630中心坐标和半径计算的基准圆柱形孔630内壁与对应于测量探针520顶端球的假想球之间的差异，该假想球是根据数控装置100中存储的支柱坐标，利用正向运动学计算得来。对应于类型＝3的误差评估函数由定位误差定义。计算装置113计算运动学参数x，它使得表1中对应于类型＝3的误差评估函数相对于所有获取的数据之和最小，所使用的误差评估函数是方程式(3)所表示的误差评估函数d。运用该方法，便可以获得准确的运动学参数。
在第三种模式所描述的配置中，基准圆柱形孔630定义于基准坐标系6中。也可以使用基准针来代替基准圆柱形孔630作为需测量的基准物体的实例。图9A和9B说明上述第三种模式的修改模式中的数据获取过程，其中图9A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图9B是图9A的局部放大视图。在该修改模式中，将柱形基准针640安装在夹具板612表面上的已知位置，夹具板612位于基准坐标系6中的已知位置。使用基准针640的修改模式与使用基准圆柱形孔630的第三种模式的不同之处在于第三种模式中，用作测量因数的是基准圆柱形孔630与测量探针520顶端球之间的半径差，而在修改模式中，用作测量因数的是基准针640与测量探针520顶端球之半径和(R+r)。利用修改后的测量方式，通过计算使表1中对应于类型＝3的误差评估函数最小的运动学参数x，便可获得准确的运动学参数。第三种模式的修改模式中获得的数据可以与其它模式中获得的数据一起使用。
<第四种模式>
图10A和10B说明本发明第四种模式中的数据获取过程，其中图10A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图10B是图10A的局部放大视图。首先，作为需测量的基准物体的实例，具有带杆基准球650的夹具板613被精确放置在基准坐标系6中的已知位置。借助杆将半径R已知的基准球650放置在夹具板613表面上的规定位置。半径R为结构指定信息的实例。“精确放置夹具板613”指将夹具板613安装在这样一个位置，以便确定基准坐标系6中基准球650中心坐标(Xc，Yc，Zc)的准确值。
然后将半径r和长度L已知的测量探针520用作调整工具50。测量探针520安装在末端执行器20上，测量探针520的轴与末端执行器20的轴一致。
第四种模式中，基准球650用作需测量的基准物体。因此，装置1的操作员在校准前通过操作测量方法选择器131，选择表1中的类型＝4作为需测量的基准物体，即测量方法。选择类型＝4后，计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝4的误差评估函数，将该误差评估函数用于运动学参数计算。
接下来，如图10A和10B所示，末端执行器20自动启动，使测量探针520与基准球650外表面接触。此时，数据获取装置114获取数控装置100中存储的支柱坐标s。数据获取装置114向计算装置113发送所获取的作为驱动轴坐标的支柱坐标，基准球650的中心坐标和半径，以及作为末端执行器姿势指定信息的测量方法选择代码(类型＝4)。改变与基准球650接触的接触区域，或者改变末端执行器20的方法，或者改变基准球650在夹具板613上的配置位置，然后循环重复上述数据获取过程，直到获得某一足以用于确定运动学参数的数量的数据为止。
基准球650中心处的X、Y、Z坐标分别定义为p[1]、p[2]和p[3]，基准球650的半径R与测量探针520顶端球的半径r之和定义为p[4]。
如果运动学参数是准确的且不受重力变形或间隙等引起机械误差因素的影响，则基准球650与测量探针520顶端球的半径和(R+r)与从基准球650中心到测量探针520顶端球中心坐标所表示的点的距离一致，后一点的坐标是根据所获取的支柱坐标s和运动坐标x，利用方程式(1)所表达的正向运动学计算得来。换言之，定位误差指在连接基准球650中心与测量探针520顶端球中心的直线上，由基准球650中心坐标和半径定义的基准球650外壁与中心对应于测量探针520顶端球中心坐标的假想球之间的差异，测量探针520顶端球中心坐标是根据数控装置100中存储的支柱坐标，利用正向运动学计算得来。对应于类型＝4的误差评估函数由定位误差定义。计算装置113计算运动学参数x，它使得表1中对应于类型＝4的误差评估函数相对于所有获取的数据之和最小，所使用的误差评估函数是方程式(3)所表示的误差评估函数d。运用该方法，便可以获得准确的运动学参数。与其它模式相结合，可以有利地得到第四种模式的效果。
<第五种模式>
图11A和11B说明本发明第五种模式中的数据获取过程，其中图11A显示执行数据获取过程时一调整工具的顶端及其邻近情况，而图11B是一DBB系统的局部放大视图。首先将作为测距计实例的DBB系统660放置在基准坐标系6中的已知位置。此时，DBB系统660所处的位置使得可以确定DBB系统660固定球662中心坐标的准确值。在图11A的实例中，DBB系统660位于夹具板614的表面上。
然后，将长度L已知的调整工具664用作调整工具50。调整工具664安装在末端执行器20上，调整工具664的轴与末端执行器20的轴一致。接下来，调整工具664与DBB系统660相互固定，使得安装在末端执行器20上的调整工具664顶端的轴与DBB系统660可动球663的旋转中心一致。
第五种模式中，由于使用DBB系统60，装置1的操作员在校准前通过操作测量方法选择器131，选择表1中的类型＝5作为测量方法。选择类型＝5后，计算装置113从误差评估函数存储器132中提取对应于类型＝5的误差评估函数，将该误差评估函数用于运动学参数计算。对应于表1中类型＝5的误差评估函数中的指示“关”代表原点偏移，稍后将加以说明。在数据获取阶段，原点偏移是未知的，因此计算装置113一并计算原点偏移与运动学参数，使得误差评估函数相时于获取的所需数量数据之和最小。
接下来，如图11A和11B所示，固定调整工具664的可动球663可以在DBB系统660的测量范围内沿不同方向绕固定球662的中心转动，固定球662与可动球663之间的距离即半径R是固定的。在以下的说明中，将可动球663的转动称为“球形运动”。在可动球6663做球形运动时，改变末端执行器20的方向至关重要。第五种模式中，“将调整工具664设置在已知姿势”指将调整工具664设置在这样一个位置，以便允许可动球663做球形运动，从而获取必要的数据。DBB系统660需测量的距离为从半径R中减去原点偏移即测量误差后获得的距离，半径R为固定球662与可动球663中心之间的距离。
将调整工具664设置在已知姿势后，数据获取装置114获取数控装置100中存储的支柱坐标s。然后，数据获取装置114向计算装置113发送所获取的作为驱动轴坐标的支柱坐标，固定球662的中心坐标， DBB系统660测得的值，以及作为末端执行器姿势指定信息的测量方法选择代码(类型＝5)。将调整工具664设置在不同的定位位置上，包括改变末端执行器20的方向，并且将DBB系统660设置在总共三到四个不同区域，然后循环重复上述数据获取过程，直到获得某一足以用于确定运动学参数的数量的数据为止。
对应于基准球650中心的X、Y、Z坐标分别定义为p[1]、p[2]和p[3]，DBB系统660所测得的值定义为p[4]。
如果运动学参数是准确的且不受重力变形或间隙等引起机械误差的因素影响，则根据所获取的支柱坐标和运动学参数，利用正向运动学计算得来的从固定球662的中心到可动球663的中心的距离，与半径R一致，半径R为DBB系统660原点偏移与DBB系统660测得的值之和。换言之，定位误差指从可动球663(对应于第二至第四种模式中测量探针520的顶端球)中心坐标所表示的点到固定球662中心坐标所表示的点的距离与DBB系统测得的值与原点偏移之和所代表的距离之间的差异，前一点的坐标是根据数控装置100中存储的支柱坐标，利用正向运动学计算得来。对应于类型＝5的误差评估函数由定位误差定义。数控装置100计算运动学参数x，它使得表1中对应于类型＝5的误差评估函数相对于所有获取的数据以及原点偏移之和最小，所使用的误差评估函数是方程式(3)所表示的误差评估函数d。运用该方法，便可以获得准确的运动学参数。
为了完全定义基准坐标系6与运动学参数之间的相关，需要将DBB系统660放置在三个或更多不同区域。如果仅将DBB系统660放置在一个测量区域来获取数据，则无法完全定义旋转轴方向上的数据，从而无法完全定义基准坐标系6与运动学参数之间的相关。利用上述测量方法，可以获得无数的解，无法确定运动学参数。这是因为使基准坐标系6绕着DBB系统660固定球662旋转只会导致获取相同的数据。这种情况下，一般来说，所获取的数据中包括冗余参数。同样的思想也应用到将DBB系统660放置在两个测量区域的情形。
<关于其它变型的说明>
(A)上述实施例描述了6×6并联运动装置工具，它包括末端执行器上的六个接头和基座上的六个接头。也可以将本发明应用于装置人、操纵器和具有并联运动机构的测量装置。更进一步，本发明不仅适用于6×6并联运动装置工具，还适用于3×3并联运动装置工具，如图12所示，它包括末端执行器上的三个接头和基座上的三个接头。
(B)在以上说明的实施例中，作为通过直线状驱动轴即支柱的伸缩来控制末端执行器的位置及方向的装置的一个例子，取斯图尔特平台进行了说明。但是，本发明并不限于上述实施例，而是可以用于旋转型的并联运动装置多根驱动轴通过接头彼此连接，通过控制连接到各驱动轴的接头角度或各驱动轴的旋转角度来控制末端执行器的位置和方向；或者也可以用于直接驱动型并联运动装置驱动轴的一端连接到末端执行器，另一端由滑块沿导轨直接驱动，以控制末端执行器的位置和方向。更进一步，本发明也适用于根据定义正向运动学和逆运动学的非线性联立方程式来控制的任何并联运动装置，即使装置的自由度少于6个。
(C)在上述实施例描述的情形中，加工台3或基准板60的基准表面5与基准坐标系6的XY平面平行。但是，基准坐标系6可以与基准板60的基准表面5成任意角度。
(D)在第一种模式描述的情形中，基准孔71形成于与夹具板70上表面73齐平的基准孔上表面75中，上表面73与基准坐标系6的XY平面平行。但是，基准孔71也可以形成在具有以已知角度倾斜的基准孔上表面75的倾斜夹具板中，末端执行器的定位可以相对于倾斜夹具板来执行。图13A至13D显示一平直夹具板及一倾斜夹具板，其中图13A是从末端执行器20观察所得的平直夹具板图，图13B是图13A的侧视图，图13C是从末端执行器20观察所得的倾斜夹具板图，而图13D是图13C的侧视图。
利用平直夹具板，只需相对于基准方向即0度定义相对于A轴和B轴的方向角。如果所使用的并联运动装置的基座接头和末端执行器接头接近平行位置关系，则即使获取了大量数据，由所获数据定义的关系表达式也仅是一个线性相关方程式。因此，全体运动学参数将无法准确确定。有鉴于此，在第一种模式使用的配置中，首先利用三维测量装置获得末端执行器接头的位置坐标，然后利用测量数据计算其它运动学参数。
另一方面，如果使用倾斜夹具板，则利用倾斜角度可变的基准孔上板中形成的基准孔，可以获得包括末端执行器20不同方向坐标(A，B)在内的数据。此修改模式中，由于没有使用水准器，故无法将末端执行器20设置在基准方向上，即C轴上。但是，使用误差评估系数便可确定运动学参数，而无需考虑末端执行器20的基准方向即C轴。该修改模式中，基于将末端执行器20设置在不同方向角所获得的数据，可以容易地获得彼此独立的多个关系表达式。由此便可精确地确定包括末端执行器接头位置在内的全体运动学参数。
(E)在第一种模式和修改模式(D)所描述的数据获取方法中，利用基准孔和基准孔上表面，至少同时获得了基准坐标系6中末端执行器20相对于X、Y、Z轴的位置坐标和相对于A、B轴的方向坐标。上述方法要求基准夹具具有经过精密加工或处理的基准上表面，并且基准孔具有圆柱形内壁，它沿着基准孔轴线垂直延伸至基准上表面。但是，基准坐标系6中末端执行器相对于各轴的位置坐标和方向坐标也可以分别获得。换言之，在第一种模式的坐标数据获取过程中，基准坐标系6中末端执行器方向坐标的获取可以独立于其位置坐标的获取。
上述修改模式说明，利用一个有基准平面而无孔的基准夹具和一个度盘规，可以获取仅定义基准坐标系6中末端执行器方向坐标的数据。在该修改模式所使用的基准夹具中，X、Y、Z位置坐标被近似定义，而末端执行器的倾斜角度被精确定义。通过调整A轴和B轴来获取数据，调整工具的轴线与基准夹具的基准平面正交。然后，将相对于X、Y、Z、A、B、C轴的误差评估系数设置成例如(0，0，0，1，1，0)，以定义由基准表面倾斜度确定的A、B轴。换言之，该修改模式中并不定义或考虑X、Y、Z和C轴。仅仅定义A、B轴的数据与其它模式中的数据获取过程所获取的数据一起使用特别有利。
例如，利用该修改模式中的数据获取过程所获取的数据和第一种模式中的数据获取过程所获取的数据，便可以确定包括末端执行器接头位置在内的全体运动学参数。在运动学参数基于上述模式中获取的数据而获得的情况下，由于重力变形等引起机械误差的因素影响，有关末端执行器位置或方向的定位误差可能仍然存在。为了使至少与末端执行器基准方向有关的方向误差接近于零，在靠近基准方向的某一方向上获取用于末端执行器的数据，并将一较大误差评估系数，例如(0，0，0，1000，1000，0)与所获取的数据相加，从而获得精确定义基准方向上末端执行器方向角的运动学参数。
(F)在第二至第四种模式中，描述了利用作为调整工具50的测量探针进行的自动测量。但是，利用球杆的手动测量在确定可靠度较小的初始运动学参数时特别有效。即使运动学参数有数量级为例如几百毫米的测量误差，通过操作手柄来定位末端执行器，也可以获得末端执行器的位置坐标和方向坐标，从而精确地确定运动学参数。
(G)第一至第五种模式中的数据获取过程可以相互合并使用。根据普通的数据获取方法，存在位置坐标无法获得的空间区域。在此空间区域中，第三种模式可以有效地获取数据。具体而言，第二种模式中，在长方体形块所处的位置，需要减少空间区域的尺寸。考虑绝对定位误差，获取相对于该块(作为需测量的基准物体)的位置坐标等数据，便能够确定运动学参数。更进一步，可以在加工台3或基准板60中形成一经过精密加工或处理的基准槽，基准槽的侧壁作为基准物体的基准平面，针对该侧壁执行第二种模式中的数据获取过程。考虑关于较大工作区域中末端执行器定位的绝对定位信息，该修改模式能够获得运动学参数。如果合并使用各种模式，则获取足以确定运动学参数的数据，利用所获取的全体数据来确定运动学参数。
(H)上述模式中，基准物体被精确放置于基准坐标系6中的已知位置。但是，也可以不太精确地放置基准物体。如果将基准物体放置在一近似位置，可以将放置位置以及运动学参数识别为未知，虽然这样会增加要获取的数据及数量。第五种模式中，需要将DBB系统放置在至少三个不同位置来获取数据。如果结合其它模式来执行数据获取，则可以只将DBB系统放置在一个位置来获取数据。例如，将DBB系统放置在一近似位置，然后另外使用第一种模式中的数据获取过程来获得三组或更多组数据。将DBB系统的放置位置以及运动学参数识别为未知，考虑圆整误差，该修改模式能够确定运动学参数。
(I)上述定位技术仅仅是几个实例。只要能够获取确定运动学参数所需的数据，可以使用除上述定位技术以外的任何定位技术。例如，第一种模式中可以使用具有半径已知的铁针的示踪头或者激光测距计。上述模式中，末端执行器的定位是通过各种模式中分别设置的测量方法来执行的。但是，也可以合并使用数种定位技术。修改模式中，可以利用根据所获取数据的形式而分别设置的误差评估函数来计算运动学参数。
一般而言，为实施本发明实施例而执行的例程，无论是作为操作系统的一部分，还是作为特定应用程序、组件、程序、对象、模型或指令序列，都将被称为“程序”。该程序包括在不同时间驻留在计算机的不同内存和存储装置中的一个或多个指令，这些指令驱使计算机执行必要的步骤，以便执行具体化本发明各方面的步骤或元件。
本发明的实施例已经并且还将以计算机和计算机系统的功能为背景来说明。但是，本领域的熟练技术人士应明白，本发明的各种实施例可以作为各种形式的程序产品来发布，而且不管采用何种特定媒质形式来进行发布，本发明都平等适用。媒质形式的例子包括但不限于可记录式媒质，如挥发性和不挥发性存储器、软盘和其它移动磁盘、硬盘、光盘(CD-ROM、DVD等)等，以及传输式媒质，如数字和模拟通信链路，包括因特网。
如上所述，本发明的新的并联运动装置，包括，并联运动机构，具有由支撑平台支撑的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器固定在所述基座中的并联连接机构；数控装置，根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向；姿势调节装置，在所述并联运动机构外部预先设定的基准坐标系中，根据规定的测量方法将安装在所述末端执行器上的调整工具调节至已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；数据获取装置，用来获取具有在所述调整工具通过所述姿势调节装置调节至已知姿势时，对应于指定所述姿势调节装置所使用的测量方法的测量方法选择代码的形式的数据，该数据还规定所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；以及计算装置，直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算出所述运动学参数。
所述并联运动装置，最好还包括测量方法选择器，用来选择所述测量方法选择代码；误差评估函数存储器，用来存储至少一个误差评估函数，该误差评估函数，由所述测量方法选择器选择的测量方法选择代码来指定，用来评估所获取的数据，并且是描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式；所述计算装置，从所述误差评估函数存储器存储的误差评估函数中提取测量方法选择代码所指定的误差评估函数，并且使用所提取的误差评估函数来计算所述运动学参数，这些运动学参数使所述误差评估函数相对于一定数量的足以用于确定所述运动学参数的数据集之和最小。
所述计算装置，最好利用渐近法，将首次传给计算装置的运动学参数用作初始值来获得非线性联立方程式的解，作为需测量的运动学参数，非线性联立方程式的求解方法是计算误差评估函数相对于所述数量的足以用来确定运动学参数的数据集之和，利用相应的运动学参数对该和求偏微分，然后将偏微分的结果设为零。
所述数据获取装置，获取，用于在所述基准坐标系中对所述末端执行器的位置和方向的至少一部分进行定义的末端执行器姿势指定信息，以及用于对通过将所述调整工具设置在已知姿势而予以确定的所述末端执行器的姿势与所述运动学参数之间的相关性进行定义的驱动轴坐标，作为要获取的数据。
所述调整工具，最好包括位置坐标调整器和方向坐标调整器，所述姿势调节装置，最好设置在基准坐标系中的规定位置，该姿势调节装置可以将调整工具设置在这样一个位置，以便能够根据与一基准孔轴线正交的基准平面和坐标调整器所获得的测量值来指定调整工具在基准坐标系中的位置坐标，从而固定末端执行器的位置坐标，该基准孔的内壁沿着基准孔轴线方向延伸，该姿势调节装置还可以使方向调整器绕着调整工具轴线旋转到这样一个方向，以便能够根据方向调整器旋转面与基准平面之间的相互关系，指定末端执行器在基准坐标系中的两个方向坐标，从而固定末端执行器的两个方向坐标，所述两个方向坐标分别代表末端执行器相对于末端执行器轴线的倾斜度，数据获取装置可以获取通过将调整工具设置在基准坐标系中的已知姿势而予以确定的末端执行器在基准坐标系中的位置坐标和两个方向坐标，作为末端执行器姿势指定信息。
误差评估函数最好由定位误差定义，该定位误差对应于末端执行器在基准坐标系中的至少一部分位置坐标和方向坐标与根据末端执行器坐标系中的驱动轴坐标、利用正向运动学计算得来的末端执行器的至少一部分位置坐标和方向坐标之间的差异，该位置坐标和方向坐标构成末端执行器姿势指定信息，该定位误差为基准坐标系与末端执行器坐标系中的对应坐标之间的差异。
为了定义定位误差，误差评估函数最好乘以一个相对于各坐标的规定误差评估系数。
所述调整工具，最好包括球形探针，至少球形探针顶端处的球的半径以及球形探针的长度是已知的。所述姿势调节装置，可以使球形探针与一基准物体接触，以将调整工具设置在已知姿势，基准物体的位置坐标和结构指定信息在基准坐标系中是已知的。所述数据获取装置可以获取基准物体的位置坐标和结构指定信息，作为末端执行器姿势指定信息。所述误差评估函数可以由定位误差来定义，该定位误差对应于基准物体表面与假想球之间的差异，基准物体表面根据基准物体的位置坐标和结构指定信息定义，假想球的中心对应于球形探针顶端球的中心坐标，所述中心坐标是根据驱动轴坐标利用正向运动学计算得来，假想球的半径对应于球形探针顶端球的半径。
所述姿势调节装置，最好将调整工具顶端设置在一测距计的测量范围内，所述测距计位于基准坐标系中的规定位置，具有一个固定球和一个可动球，固定球中心处的位置坐标在基准坐标系中是已知的，可动球的中心与调整工具顶端的中心一致。数据获取装置可以获取作为末端执行器姿势指定信息的一距离以及固定球中心处的位置坐标，所述距离是从可动球中心与固定球中心之间的距离减去原点偏移，即测量误差而得到的，可动球中心与固定球中心之间的距离由测距计测量。
所述误差评估函数，最好由定位误差和原点偏移定义，该定位误差对应于两个距离之间的差异，其中一个距离是从调整工具顶端中心处的位置坐标所表示的点到测距计固定球中心处的位置坐标所表示的点的距离，表示前一点的位置坐标是根据驱动轴坐标利用正向运动学计算得来，另一个距离是测距计测得的值之和所代表的距离。所述计算装置，除运动学参数外，还可以计算原点偏移，计算误差评估函数中的定位误差时需要使用原点偏移。
所述驱动轴坐标，最好存储在数控装置中。
所述驱动轴坐标，最好包括数控装置中存储的方向命令。所述计算装置，根据数控装置中设置的运动学参数，利用逆运动学，将方向命令转换成驱动轴坐标，然后利用驱动轴坐标至少计算所述运动学参数。
本发明的用于并联运动装置校准的新的方法，该并联运动装置，包括，并联运动机构，具有由支撑平台支撑的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器固定在所述基座中的并联连接机构；根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向的数控装置；该校准方法，包括以下步骤，根据预定的测量方法，将安装在所述末端执行器上的调整工具设置成定义于所述并联运动机构外部的基准坐标系中的已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；获取形式与测量方法选择代码相适应的的数据，所述测量方法选择代码用来指定所述姿势调节装置在将所述调整工具设置成已知姿势时所用的测量方法，并且定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相关性；以及通过直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算所述运动学参数。
另外，本发明的用于执行并联运动装置校准的新的程序产品，该并联运动装置，包括，并联运动机构，具有由支撑平台支撑的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器固定在所述基座中的并联连接机构；根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向的数控装置；所述程序产品，包括，执行以下步骤的程序，根据规定的测量方法，将安装在所述末端执行器上的调整工具设置成定义于所述并联运动机构外部的基准坐标系中的已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；获取形式与测量方法选择代码相适应的的数据，所述测量方法选择代码用来指定将所述调整工具设置成已知姿势时所用的测量方法，并且定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相关性；以及通过直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算所述运动学参数；以及载有信号的媒质，载有所述程序。
利用所述的新的装置、方法和程序产品，便可以容易地获取定义末端执行器在基准坐标系中的绝对姿势的数据，因为调整工具被设置在已知姿势以供测量。另外还可以有效地抑制数值误差，通过直接使用基本运动学方程式来精确地确定所有运动学参数。
本专利申请以分别于2005年10月17日和2005年11月7日提出神情的日本专利申请第2005-302105号和第2005-322294号为基础，后者的内容通过引用结合于此。
虽然已经由实例并参照附图对本发明进行了完整说明，但应了解，本领域熟练技术人士很容易看出可以进行各种变化和更改。因此，此类变化和更改在不偏离权利要求书所界定的本发明的范围内，应被视为包含在本发明中。
权利要求
1.一种并联运动装置，其特征在于，包括并联运动机构，具有支撑在支撑平台上的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器保持在所述基座的并联连接机构；数控装置，根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向；姿势调节装置，在定义在所述并联运动机构外部的基准坐标系中，根据预定的测量方法将安装在所述末端执行器的调整工具调节至已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；数据获取装置，用来获取具有与测量方法选择代码相符的格式的数据，该测量方法选择代码指定所述姿势调节装置在将所述调整工具调节至已知姿势时所使用的测量方法，该数据定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；以及计算装置，通过直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算出所述运动学参数。
2.根据权利要求1所述的并联运动装置，其特征在于还包括测量方法选择器，用来选择所述测量方法选择代码；误差评估函数存储器，用来存储至少一个误差评估函数，该误差评估函数由所述测量方法选择器选择的测量方法选择代码来指定，用来评估所获取的数据，并且是描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，其中所述计算装置，从所述误差评估函数存储器存储的误差评估函数中提取测量方法选择代码所指定的误差评估函数，并且使用所提取的误差评估函数来计算所述运动学参数，这些运动学参数使所述误差评估函数相对于一定数量的足以识别所述运动学参数的数据集之和最小。
3.根据权利要求2所述的并联运动装置，其特征在于所述计算装置利用渐近法，将首次传给计算装置的运动学参数用作初始值来获得非线性联立方程式的解，作为需计算的运动学参数，所述非线性联立方程式的求解方法是计算所述误差评估函数相对于数量足以用来识别运动学参数的数据集之和，利用各个运动学参数各自对该和求偏微分，然后将偏微分的结果设为零。
4.根据权利要求3所述的并联运动装置，其特征在于所述数据获取装置，获取在所述基准坐标系中对所述末端执行器的位置和方向的至少一部分进行定义用的末端执行器姿势指定信息，以及定义通过将所述调整工具调节至已知姿势所限定的所述末端执行器的姿势与所述运动学参数之间的相互关系用的驱动轴坐标，作为要获取的数据。
5.根据权利要求4所述的并联运动装置，其特征在于所述调整工具，包括位置坐标调整器和方向坐标调整器，所述姿势调节装置，限定在所述基准坐标系中的预定位置，所述姿势调节装置，将所述调整工具设置在这样一个位置，即该位置能够根据与一基准孔轴线正交的基准平面和所述坐标调整器所获得的测量值来指定所述调整工具在基准坐标系中的位置坐标，从而确定所述末端执行器的位置坐标，所述基准孔具有沿基准孔轴线方向延伸的内壁，，所述姿势调节装置，使所述方向调整器绕着调整工具轴线旋转到这样一个方向，即该方向能够根据所述方向调整器旋转面与所述基准平面之间的相互关系，指定所述末端执行器在基准坐标系中的两个方向坐标，从而确定所述末端执行器的两个方向坐标，所述两个方向坐标分别代表末端执行器相对于其轴线的倾斜度，和所述数据获取装置，通过将所述调整工具调节至基准坐标系中的已知姿势获取所述末端执行器在基准坐标系中的位置坐标和两个方向坐标，作为所述末端执行器姿势指定信息。
6.根据权利要求5所述的并联运动装置，其特征在于所述误差评估函数由定位误差确定，该定位误差对应于所述末端执行器在基准坐标系中的至少一部分位置坐标和方向坐标与根据末端执行器坐标系中的驱动轴坐标、利用正向运动学计算得来的所述末端执行器的至少一部分位置坐标和方向坐标之间的差，所述末端执行器在基准坐标系中的所述位置坐标和方向坐标构成所述末端执行器姿势指定信息，该定位误差为所述基准坐标系与所述末端执行器坐标系之间的对应坐标的差。
7.根据权利要求6所述的并联运动装置，其特征在于所述误差评估函数乘以相对于各坐标的预定误差评估系数来定义所述定位误差。
8.根据权利要求4所述的并联运动装置，其特征在于所述调整工具包括球形探针，至少所述球形探针顶端处的球的半径以及所述球形探针的长度是已知的，所述姿势调节装置使所述球形探针与基准物体接触，以将所述调整工具设置在已知姿势，所述基准物体的位置坐标和结构指定信息在所述基准坐标系中是已知的，所述数据获取装置获取所述基准物体的位置坐标和结构指定信息，作为所述末端执行器姿势指定信息，和所述误差评估函数由定位误差定义，该定位误差对应于基准物体表面与假想球之间的差，所述基准物体表面根据所述基准物体的位置坐标和结构指定信息定义，所述假想球的中心对应于所述球形探针顶端球的中心坐标，所述中心坐标是根据所述驱动轴坐标利用正向运动学计算得来，所述假想球的半径对应于所述球形探针顶端球的半径。
9.根据权利要求4所述的并联运动装置，其特征在于所述姿势调节装置，将调整工具顶端设置在测距计可测量范围内，所述测距计位于所述基准坐标系中的预定位置，具有固定球和可动球，所述固定球中心处的位置坐标在所述基准坐标系中是已知的，所述可动球的中心与所述调整工具顶端的中心一致，所述数据获取装置，获取作为所述末端执行器姿势指定信息的距离以及所述固定球中心处的位置坐标，该距离是从所述可动球中心与所述固定球中心之间的距离减去原点偏移，即减去测量误差而得到的，所述可动球中心与所述固定球中心之间的距离是由所述测距计测量的数值。
10.根据权利要求9所述的并联运动装置，其特征在于所述误差评估函数由定位误差和所述原点偏移定义，所述定位误差对应于两个距离之间的差，其中一个距离是从所述调整工具顶端中心处的位置坐标所表示的点到所述测距计固定球中心处的位置坐标所表示的点的距离，另一个距离是所述测距计测得的值之和所代表的距离，所述调整工具顶端中心处的位置坐标是根据所述驱动轴坐标利用正向运动学计算得来的，所述计算装置，除所述运动学参数外，还计算所述原点偏移，所述原点偏移对于计算所述误差评估函数中的定位误差是必需的。
11.根据权利要求10所述的并联运动装置，其特征在于所述驱动轴坐标存储在所述数控装置中。
12.根据权利要求10所述的并联运动装置，其特征在于所述驱动轴坐标包括所述数控装置中存储的方向命令，所述计算装置根据所述数控装置中设置的运动学参数，利用逆运动学，将所述方向命令转换成驱动轴坐标，然后利用所述驱动轴坐标至少计算所述运动学参数。
13.根据权利要求4所述的并联运动装置，其特征在于所述驱动轴坐标存储在所述数控装置中。
14.根据权利要求4所述的并联运动装置，其特征在于所述驱动轴坐标包括所述数控装置中存储的方向命令，所述计算装置根据所述数控装置中设置的运动学参数，利用逆运动学，将所述方向命令转换成驱动轴坐标，然后利用所述驱动轴坐标至少计算所述运动学参数。
15.根据权利要求1所述的并联运动装置，其特征在于所述数据获取装置，获取在所述基准坐标系中对所述末端执行器的位置和方向的至少一部分进行定义用的末端执行器姿势指定信息，以及定义通过将所述调整工具调节至已知姿势而确定的所述末端执行器的姿势与所述运动学参数之间的相互关系用的驱动轴坐标，作为要获取的数据。
16.一种并联运动装置的校准方法，该并联运动装置，包括，并联运动机构，具有支撑在支撑平台上的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器保持在所述基座的并联连接机构，和数控装置，根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向，该校准方法，包括以下步骤，根据预定的测量方法，将安装在所述末端执行器的调整工具调节至基准坐标系中的已知姿势，所述基准坐标系定义在所述并联运动机构外部，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；获取具有与测量方法选择代码相符的格式的数据，该测量方法选择代码指定姿势调节装置在将所述调整工具调节至已知姿势时所使用的测量方法，该数据定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；以及通过直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算所述运动学参数。
17.一种用于执行并联运动装置校准的程序产品，该并联运动装置，包括并联运动机构，具有支撑在支撑平台上的基座、末端执行器、以及具有多根驱动轴用以将所述末端执行器保持在所述基座的并联连接机构，和根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向的数控装置，所述程序产品，包括执行以下步骤的程序根据预定的测量方法，将安装在所述末端执行器的调整工具调节至基准坐标系中的已知姿势，所述基准坐标系定义在所述并联运动机构外部，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；获取具有与测量方法选择代码相符的格式的数据，该测量方法选择代码指定所述姿势调节装置在将所述调整工具调节至已知姿势时所使用的测量方法，该数据定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；以及通过直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算所述运动学参数；以及载有所述程序的信号承载媒质。
全文摘要
一种并联运动装置，包括，并联运动机构，具有基座、末端执行器、以及并联连接机构；数控装置，根据所述并联运动机构的运动学，通过驱动所述驱动轴来控制所述末端执行器的位置和方向；姿势调节装置，在所述并联运动机构外部预先设定的基准坐标系中，根据规定的测量方法将安装在所述末端执行器上的调整工具调节至已知姿势，所述末端执行器的轴线与所述调整工具的轴线一致；数据获取装置，用来获取具有与测量方法选择代码相对应的形式的数据，该测量方法选择代码在将所述调整工具调节至已知姿势时指定所述姿势调节装置所使用的测量方法，该数据还定义所述并联运动机构的运动学所需的运动学参数与所述基准坐标系之间的相互关系；计算装置，直接使用描述所述并联运动机构正向运动学的关系表达式，根据所获取的数据，至少计算出所述运动学参数。
文档编号B25J13/00GK1951642SQ20061013735
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者西桥信孝, 八木一晃 申请人:新日本工机株式会社