并行连接操作器及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种并行连接操作器及其控制装置，克服了以往的由终端操作装置操作重物时、操作器的臂件上会作用上较大的弯曲力矩，从而发生挠曲，使动作部的位置控制的精度劣化的问题。并行连接操作器在基座部（１１）上装有３组臂件（１４），臂件（１４）由一端与基座部（１１）的回转轴（１２）连接的第一连杆部（１５），和通过另一回转轴（１６）而连接的第二连杆部（１７）构成。第二连杆部（１７）通过万向接头（１８ａ，１８ｂ）与回转轴（１６）和动作部（１９）连接。直动型驱动机构（１３）由驱动轴（１３ａ）和带动驱动轴（１３ａ）进退的驱动源构成，通过带动驱动轴（１３ａ）进退，可将动作部（１９）移动到所希望的位置上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将终端操作装置(end effector)相对特定的平面维持在保持平行的姿势下移动的操作器(manipulator)。
技术介绍
产业用机器人等采用的操作器通过控制与终端操作装置相连的臂部来确定进行对象物的移动、检查、处理等的终端操作装置的空间位置。并且，为了可将终端操作装置朝任意的空间位置移动，必须拥有较高的自由度。作为这样的操作器，已知一种将具有驱动器的直动伸缩型的并行连接操作器相对终端操作装置以6组连接的、所谓管家平台型操作器(自由度为6)，并且该装置已实际应用于机床等上。然而，将操作器用于某种作业(例如，物品的箱装、整队、分类、机床中的工件出入、物品的检查等)时，不必使终端操作装置在空间内回转，终端操作装置能在特定的平面方向和高度方向移动就可。即，自由度可以为3。可用于上述用途的自由度为3的操作器的一例已由日本特公平4-45310号公报所公开。前述的以往的操作器的构成原理由图10所示。该操作器10采用了在作为基准的基座部1上装有三组臂件4，并且由这三组臂件4的前端支承终端操作装置9的结构。各臂件4安装成从基座部1呈放射状地朝三方以大致等分的角度间隔外伸设置，由一端与设置在基座部1上的回转轴2连接的单连杆部5，和通过另外一个回转轴6而与该单连杆部5的另一端连接、并且由二根相同长度的杆件组成的平行连杆部7构成。基座部1的三个回转轴2位于同一平面内，而另外的回转轴6设置成平行于该回转轴2。平行连杆部7通过球形接头、普通万向节、万向联结器等自由度在2个以上的万向接头8a，8b而与上端侧的回转轴6以及下端侧的终端操作装置9的每一个连接。并且，三组臂件4每个中的连接平行连杆部7的前端部与终端操作装置9的万向接头8b也配置在同一平面(以下，称作“特定平面”)内。另外，设置在基座部1上的回转轴2与使其绕轴转动的伺服电机等的驱动机构3连接。前述结构的操作器10中，臂件4中的单连杆部5可与回转轴2成一体地围绕着基座部1的回转轴2自由回转，单连杆部5和平行连杆部7可变更两者所成角度地方式围绕着回转轴6回转，此外，平行连杆部7可以万向接头8为中心相对上端的回转轴6和下端的回转轴9自由回转。因此，通过采用驱动机构3，分别转动基座部1的三个回转轴2，就可控制三个臂件4各自的姿势，并将终端操作装置9移动到所希望的位置上。而且，通过平行连杆部7的机构上的特性，其即使采用任一姿势，通常也能够将下端侧的万向接头8b相对上端侧的回转轴6维持在平行关系上。因此，由三组臂件4的前端部支承的终端操作装置9在因臂件4的姿势变更而发生位置变更时，通常也能相对前述特定平面维持在平行的姿势上。即，该操作器10可在将终端操作装置9通常保持在平行于特定平面的状态下朝任意的位置移动。前述以往的操作器10由于是一种将臂件4全体的载荷靠基端侧的回转轴2支承的同时，转动该回转轴2，以控制臂件4的姿势的机构，因此，存在着作用于构成臂件4的单连杆部5和平行连杆部7上的载荷负担过大的问题。例如，假定存在着在将适当的作业用装置装到终端操作装置9上以进行物品的移动和载置的情况。在由用于物品移动和载置的驱动机构3转动回转轴2时，在作用有终端操作装置9把持的物品的载荷的状态下，因进行各臂件4的姿势的变更，在各单连杆部5和平行连杆部7的连杆部件上会作用上较大的弯曲力矩。结果，连杆部件发生挠曲等变形，使物品移动和载置时的位置精度变差。并且，缩短了连杆部件的耐用时间。此外，这些缺点因在作为作业对象的物品的载荷越大则越显著，因此，对于较重的物品，进行有效且正确的移动和载置作业是困难的。并行连接操作器(parallel link manipulator)为一种将移动基础等的终端操作装置通过多个并列的连杆连接到固定的基座上的机构，关节的一部分为被动关节，其他为驱动关节。使用并行连接操作器时，对于以往的系列机构，期望可进行困难的、在高刚性和高精度下从目前位置朝目标位置的直线地高速移动。但是，因在并行连接机构中，存在被动关节，所以顺运动学的计算困难，几乎不能进行在作业坐标变量下的控制。特别是，在将驱动关节坐标变量转换为作业坐标变量的推定值时，必须成为导数矩阵J的逆矩阵J-1。公知的导数矩阵的各要素不是常数，而是作业坐标变量的函数，在作业坐标变量的数值的每个中评价该逆矩阵的数值，在计算上有很大的负担。如此计算上的负担会妨碍并行连接机构的实际应用。专利技术的目的本专利技术的基本目的是在计算作业坐标变量之际，无需导数矩阵(jacobian)的逆矩阵J-1。本专利技术的另一个目的是在向驱动关节反馈时，无需导数矩阵的转置矩阵的逆矩阵J-1。本专利技术的另一个目的在于提供一种将终端操作装置的姿势保持一定的同时，可在高刚性的条件下使终端操作装置运动的并行连接操作器。本专利技术的并行连接操作器在于解决了前述以往的问题，具有构成为将终端操作装置的姿势相对特定的平面通常保持平行的辅助机构，其特征在于，至少设有3组以上的直动型驱动机构，该直动型驱动机构由基端侧被支承的同时前端侧通过自由度在2个以上的摆动轴承而与终端操作装置连接的驱动轴，和将该驱动轴相对基部侧的支承点进退的驱动源构成。如此结构的并行连接操作器除了将终端操作装置的姿势限制成相对特定平面保持平行的辅助机构外，还独立设有进行终端操作装置的位置控制的直动型驱动机构，因相对该直动型驱动机构的载荷作用于驱动轴的轴向，从而驱动机构的驱动轴不会因载荷发生挠曲变形。因此，可提高终端操作装置的位置控制的精度。另外，将终端操作装置朝平面内的任意位置运动，必须要有3组以上的直动型起动机构。此外，作为将终端操作装置的姿势相对特定的平面通常保持平行用的辅助机构至少设有2组以上的臂件，该臂件由一端安装在位于基座部上的一个自由度的回转轴上的第一连杆部，和两端分别通过自由度在2个以上的摆动轴承而与第一连杆部的另一端和终端操作装置连接的相互平行的二根以上的连杆部件组成的第二连杆部构成。而对于直动型驱动机构的结构考虑为，通过自由度在2个以上的摆动轴承将螺母部件安装到基座部上并使形成在驱动轴表面上的螺纹部与该螺母部件螺旋配合，在所述驱动源作用下，转动所述驱动轴或螺母部件，从而该驱动轴相对螺母部件进退。或者，直动型驱动机构也可由两端分别通过自由度在2个以上的摆动轴承而与终端操作装置和基座部连接的、通过流体压而伸缩致动的缸体机构构成。本专利技术的一种并行连接操作器的控制装置，是对使用多个驱动关节和多个被动关节使终端操作装置运动的并行连接操作器进行如下控制，即，通过逆运动学转换机构，将终端操作装置的作业坐标变量的推定值转换为驱动关节坐标变量的推定值，通过顺运动学转换机构，为了解除推定的驱动关节坐标变量与实际的驱动关节坐标变量的偏差，更新作业坐标变量的推定值，通过控制机构，为了将目标作业坐标变量与作业坐标变量的推定值一致，反馈控制驱动关节，其特征在于，在所述顺运动学转换机构中，将所述偏差与将作业坐标变量的微分转换为驱动关节坐标变量的微分的导数矩阵的转置矩阵和增益相乘并积分，以更新作业坐标变量的推定值。最好是，在所述控制机构中，将目标作业坐标变量与作业坐标变量的推定值的偏差与所述导数矩阵和增益相乘，以求出对驱动关节的控制量。更好地是，作为控制对象的并行连接操作器本体由将终端操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行连接操作器，具有构成为将终端操作装置的姿势相对特定的平面总是保持平行的辅助机构，其特征在于，至少设有３组以上的直动型驱动机构，该直动型驱动机构由基端侧被支承的同时前端侧通过自由度在２个以上的摆动轴承而与终端操作装置连接的驱动轴、和将该驱动轴相对基部侧的支承点进退的驱动源构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大须贺公一，中村阳一，
申请(专利权)人：村田机械株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]