特許 6800044 リンク作動装置の制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6800044

(24)【登録日】2020年11月26日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】リンク作動装置の制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20201207BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20201207BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/10 A

   B25J11/00 D

   G05B19/4093 A

【請求項の数】5

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-33520(P2017-33520)

(22)【出願日】2017年2月24日

(65)【公開番号】特開2018-138323(P2018-138323A)

(43)【公開日】2018年9月6日

【審査請求日】2020年1月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】坂田 清悟

(72)【発明者】

【氏名】志村 祐紀

(72)【発明者】

【氏名】磯部 浩

(72)【発明者】

【氏名】丸井 直樹

【審査官】 松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５５１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９６１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８８９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０７３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ｇ０５Ｂ １９／１８ − １９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２ − １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パラレルリンク機構と直動機構とが組み合わせられ、対象ワークの被作業平面上の角部となる境界面を跨がるラインに沿ってエンドエフェクタを連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置を制御する制御装置であって、
前記パラレルリンク機構は、前記エンドエフェクタが取付けられた先端側のリンクハブが基端側のリンクハブに対し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、前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させる複数のアクチュエータを有し、
前記直動機構は、アクチュエータの駆動により直交する２軸方向または３軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブを移動させ、または対象ワークを移動させるように設けられ、
前記制御装置は、前記ラインを線分データで記憶するライン記憶手段と、記憶したラインから前記パラレルリンク機構および前記直動機構を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構および前記直動機構の前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、
前記動作指令生成手段は、
前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分ける領域分割部と、
前記直線領域において前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部と、
前記コーナー領域において前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部とを有し、
前記コーナー領域動作指令生成部は、前記コーナー領域の始点から終点までの経路を通過点で指定個数の区間に分割し、分割した各区間における前記直動機構の移動量と、前記パラレルリンク機構を構成する前記各アクチュエータの移動量とを計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータの移動量とから、各区間における前記各アクチュエータの移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータを加減速なしで連続位置決めする前記指令を生成し、
前記領域分割部は、前記コーナー領域動作指令生成部における指定された目標移動速度と分割した各通過点から求められる前記直動機構の移動速度と、前記直動機構の制限速度から、コーナー領域の大きさを計算するリンク作動装置の制御装置。

【請求項2】

パラレルリンク機構と直動機構とが組み合わせられ、対象ワークの被作業平面上の角部となる境界面を跨がるラインに沿ってエンドエフェクタを連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置を制御する制御装置であって、
前記パラレルリンク機構は、前記エンドエフェクタが取付けられた先端側のリンクハブが基端側のリンクハブに対し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、前記先端側のリンクハブの姿勢を変更させる複数のアクチュエータを有し、
前記直動機構は、アクチュエータの駆動により直交する２軸方向または３軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構の前記基端側のリンクハブを移動させ、または対象ワークを移動させるように設けられ、
前記制御装置は、前記ラインを線分データで記憶するライン記憶手段と、記憶したラインから前記パラレルリンク機構および前記直動機構を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構および前記直動機構の前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、
前記動作指令生成手段は、
前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分ける領域分割部と、
前記直線領域において前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部と、
前記コーナー領域において前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部とを有し、
前記コーナー領域動作指令生成部は、前記コーナー領域の始点から終点までの経路を通過点で指定個数の区間に分割し、分割した各区間における前記直動機構の移動量と、前記パラレルリンク機構を構成する前記各アクチュエータの移動量とを計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータの移動量とから、各区間における前記各アクチュエータの移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータを加減速なしで連続位置決めする前記指令を生成し、
前記領域分割部は、前記コーナー領域の大きさと指定された目標移動速度との関係を示すテーブルを有し、このテーブルを用いて、前記目標移動速度から前記コーナー領域の大きさを算出するリンク作動装置の制御装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のリンク作動装置の制御装置において、前記動作指令生成手段は、前記コーナー領域の前記各区間の設定を全て、実際に前記リンク作動装置が動作する前に演算して動作指令記憶手段に記録し、前記制御手段が、前記リンク作動装置を動作させる時に前記区間に応じた設定を前記動作指令記憶手段から読み出して制御するリンク作動装置の制御装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３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、前記エンドエフェクタが作業する前記被作業平面が直方体の外周面であるリンク作動装置の制御装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４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、前記エンドエフェクタが作業する前記被作業平面が直方体の内周面であるリンク作動装置の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、産業機器等の精密で広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるリンク作動装置の制御装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、３次次元方向に姿勢変更可能なパラレルリンク機構と直動装置とを組み合わせ、前記パラレルリンク機構に、レーザ加工、塗装、溶接等を行うエンドエフェクタを取付けて複雑な作業が行えるようにした作業装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−１４４６２７公報

【特許文献2】特開２０１６−１０７３７４号公報

【特許文献3】特開２０１５−１５５１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなパラレルリンク機構において、エンドエフェクタが作業する対象ワークは、２次元形状のものだけではなく、３次元形状に対して作業する用途も多い。例えば、３次元ワークの側面の全周に対してエンドエフェクタを作用させる場合、ワークを搭載したターンテーブルとエンドエフェクタがワーク側面へ向くように付加した直動機構を協調動作することで実現可能と考えられるが、ワークサイズや重量が大きくなった場合、ワークを回転させることが困難になる。それに対して、パラレルリンク機構と直動機構を組み合わせた構成にすることで、ワークを回転させることなく、ワーク側面の全周に対してエンドエフェクタを作用させることが可能となる。

【0005】

例えば、図１５に示すように、パラレルリンク機構１がＸＹステージ３４に吊り下げ状態に設置され、Ｚ軸ステージであるワーク台３９上に直方体形状の対象ワークＷが設置されている構成で説明する。なお、同図は後に図２で説明する構成と同様である。このような構成において、直方体の対象ワークＷの側面全周に対してエンドエフェクタ２９を作用させるには、一般的に次のような方法がある。

【0006】

図１５の構成の作用の説明の為に、同図の構成を上面から見た時の対象ワークとパラレルリンク機構の位置関係を図１６に示す。
まず、ＸＹステージ３３（図１５）が（i）の位置に移動し、パラレルリンク機構１は、エンドエフェクタ２９がワーク側面上のａ点を指す位置に移動する。その後、エンドエフェクタ２９を起動すると同時に、パラレルリンク機構１は固定したまま直動機構３１（ここでは、ＸＹステージ３４のＹ軸）のみを (ii) の位置まで移動させ、(ii) の位置へ移動完了後、エンドエフェクタ２９を停止させる。次に、ＸＹステージが（iii）の位置に移動し、パラレルリンク機構１は、エンドエフェクタ２９がワーク側面上のｂ点を指す位置に移動する。

【0007】

その後、エンドエフェクタ２９を再度起動すると同時に、パラレルリンク機構１は固定したまま直動機構３１（ここでは、Ｘ軸ステージ３３）のみを（iv）の位置に移動させ、（iv）の位置に移動完了後、エンドエフェクタ２９を停止させる。同様の動作を（v）→（vi）→（vii）→（viii）と繰り返すことで、直方体の対象ワークＷの側面全周に対してエンドエフェクタ２９を作用させることができる。

【0008】

この方法においては、一連動作の中でエンドエフェクタ２９を起動、停止させている為、側面の境界部分でエンドエフェクタ２９の繋ぎ目（切れ目）が生じる。そこで、一連動作において、各コーナーの移動時、エンドエフェクタ２９を停止せず、起動させたままパラレルリンク機構１および直動機構３１を動作する方法が望まれる。
その際、例えばｂ点のコーナーにおいて、ＸＹステージ３４は、ｂ点を中心に中心角９０度で（ii）から（iii）へ円弧補間移動し、同時にパラレルリンク機構１はエンドエフェクタ２９がｂ点を指すように９０度旋回することになる。その為、直動機構３１およびパラレルリンク機構１が（ii）から（iii）へ移動する時間の分だけ、エンドエフェクタ２９がｂ点を作用し続けることになり、ｂのコーナー部でエンドエフェクタ２９が過度に作用することになる。

【0009】

いずれの方法においても、レーザによる加工や、ディスペンサ、インクジェットによる塗布、または溶接を行う場合、加工ムラや塗装ムラ、あるいは溶接の際の肉厚ムラの発生原因となる。

【0010】

この発明の目的は、パラレルリンク機構と直動機構を組み合わせた作業装置において、上記の課題を解消し、対象ワーク表面の急峻な角度を有する境界面に対して、エンドエフェクタが境界面を実質的に等速に移動しながら作業を行うことができて、前記境界面でムラを生じることなく作業が行えるリンク作動装置の制御装置および制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この発明のリンク作動装置の制御装置は、パラレルリンク機構１と直動機構３１とが組み合わせられ、対象ワークＷの被作業平面Ｓ上の角部となる境界面Ｂを跨がるラインＬに沿ってエンドエフェクタ２９を連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置４１を制御する制御装置であって、
前記パラレルリンク機構１は、前記エンドエフェクタ２９が取付けられた先端側のリンクハブ３が基端側のリンクハブ２に対し３組以上のリンク機構４を介して姿勢を変更可能に連結され、前記先端側のリンクハブ３の姿勢を変更させる複数のアクチュエータ５３〜５５を有し、
前記直動機構３１は、アクチュエータ３５〜３７の駆動により直交する２軸方向または３軸方向に直線移動する機能を有し、前記パラレルリンク機構１の前記基端側のリンクハブ２を移動させ、または対象ワークＷを移動させるように設けられ、
前記制御装置６１は、前記ラインＬを線分データで記憶するライン記憶手段６４と、記憶したラインＬから前記パラレルリンク機構１および前記直動機構３１を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段６５と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構１および前記直動機構３１の前記アクチュエータ３５〜３７を制御する制御手段６６とを有し、
前記動作指令生成手段６５は、
前記被作業平面Ｓ上のラインＬを、前記境界面Ｂを基準に、定められた規則に従い直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣとに分ける領域分割部６７と、
前記直線領域ＬＳにおいて前記パラレルリンク機構１の姿勢を固定したまま前記直動機構３１のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部６８と、
前記コーナー領域ＬＣにおいて前記直動機構３１と前記パラレルリンク機構１が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ２９の作用点Ｐが実質的に等速で前記境界面Ｂを通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部６９とを有する。

【0012】

この構成の制御装置によると、前記領域分割部６７は、対象ワークＷの被作業平面Ｓ上の角部となる境界面Ｂ、いわば急峻な角度を有する境界面Ｂを跨がるラインＬに沿ってエンドエフェクタ２９を連続的に作用させる動作において、前記ラインＬを直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣに分ける。
直線領域ＬＳでは、パラレルリンク機構１は所望する姿勢に固定したまま直動機構３１のみを動作させる。コーナー領域ＬＣでは直動機構３１とパラレルリンク機構１が協調動作を行うように制御することで、エンドエフェクタ２９の作用点Ｐを実質的に等速で前記境界面Ｂを通過させる。
このように、被作業平面Ｓの急峻な角度を有する境界面Ｂ上をエンドエフェクタ２９が連続的に作用する動作において、エンドエフェクタ２９の作用点Ｐが実質的に等速で動作することができて、前記エンドエフェクタ２９による作業のムラをなくすことができる。例えば、前記エンドエフェクタ２９として、レーザ、ディスペンサ、インクジェット、または溶接等をリンクに取付けて作業を行う際、レーザの加工ムラやディスペンサ、インクジェットによる塗布ムラ、溶接による溶接ムラをなくすことができる。
前記直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣとに分け、コーナー領域ＬＣのみ協調動作させるため、協調動作させる指令の生成が、効率良く短時間で行える。また、直動領域ＬＳではパラレルリンク機構１は直動機構３１のみを動作させるため、高速で動作させることができ、またエンドエフェクタ２９の姿勢が変化しないため、作業の品質の面からも好ましい。

【0013】

前記協調動作の具体的な方法は、例えば、まずコーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで複数の区間に分割する。各区間における直動機構３１の位置とパラレルリンク機構１の姿勢は、エンドエフェクタ２９の作用する角度が滑らかに変化するように設定する。このとき、エンドエフェクタ２９の作用する角度の変化は、エンドエフェクタ２９の作用後の品質に影響を与えない程度に小さいものとする。分割した各区間における直動機構３１（ＸＹＺステージ）の移動量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、パラレルリンク機構１を構成する各アクチュエータ５３〜５５の移動量（β1 、β2 、β3 ）を算出する。次に、指定した目標移動速度（ワーク側面上をなぞる速度）と各区間の距離から定まる各区間内の移動時間と、各区間における各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５の移動量とから、各区間における各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５の移動速度を算出する。分割した各区間において、各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５を加減速なしで連続位置決めすることにより、コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでをエンドエフェクタ２９が実質的に等速に移動する。「実質的に等速」とは、換言すれば「近似的に等速」であり、エンドエフェクタ２９による作業の観点から等速であると見なせる程度に速度の変化が生じないことを言う。また、コーナー領域ＬＣと直線領域ＬＳの繋ぎ目においては、同様に加減速なしの連続動作を行う。これにより、レーザによる加工や、ディスペンサ、インクジェットによる塗布、または溶接を行う場合は、境界部Ｂでの加工ムラや塗装ムラ、及び溶接の際の肉厚ムラをなくすことができる。

【0014】

上記の協調動作の具体的な方法を実現するにつき、例えば、前記コーナー領域動作指令生成部６９は、前記コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで指定個数の区間に分割し、分割した各区間における前記直動機構３１の移動量Ｘ，Ｙ，Ｚと、前記パラレルリンク機構１を構成する前記各アクチュエータ５３〜５５の移動量β１，β２
，β３を計算し、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータ５３〜５５，３５〜３７の移動量β１，β２，β３，Ｘ，Ｙ，Ｚとから、各区間における前記各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５の移動速度を計算し、分割した各区間において、前記各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５を加減速なしで連続位置決めする指令を生成するようにする。

【0015】

前記領域分割部６７は、前記コーナー領域動作指令生成部６９における指定された目標移動速度と分割した各通過点Ｆから求められる前記直動機構３１の移動速度と、前記直動機構３１の制限速度から、コーナー領域ＬＣの大きさを計算するようにしても良い。
これにより、所望の協調動作が行える適切なコーナー領域ＬＣの大きさを求めることができる。

【0016】

前記領域分割部６７は、前記コーナー領域ＬＣの大きさと指定された目標移動速度との関係を示すテーブルＴＢを有し、このテーブルＴＢを用いて、前記目標移動速度から前記コーナー領域ＬＣの大きさを算出するようにしても良い。
これによっても、所望の協調動作が行える適切なコーナー領域ＬＣの大きさを求めることができる。

【0017】

前記動作指令生成手段６５は、前記ラインＬの線分データからの動作指令の生成を、前記リンク作動装置４１の動作時、例えば直前または動作と並行して行うようにしても良いが、この他に、前記コーナー領域ＬＣの前記各区間の設定（例えば動作指令）を全て、実際に前記リンク作動装置４１が動作する前に演算して動作指令記憶手段７０に記録し、前記制御手段６６が、前記リンク作動装置４１を動作させる時に前記区間に応じた設定を前記動作指令記憶手段７０から読み出して制御するようにしても良い。
この場合、前記動作指令生成手段６５と、前記制御手段６６とは、物理的に別のコンピュータ等で構成されていても良く、生成された動作指令はオンラインで、またはオフラインで前記制御手段６６側にある動作指令記憶手段７０に記憶させるようにしても良い。

【0018】

前記エンドエフェクタ２９が作業する前記被作業平面Ｓは、直方体の外周面であってもよく、また内周面であっても良い。
このような直方体の外周面や内周面が被作業平面Ｓである場合、この発明のムラなく作業が行えると言う効果が、より効果的に発揮される。

【0019】

この発明のリンク作動装置の制御方法は、前記構成のリンク作動装置４１を制御する方法であって、
前記被作業平面Ｓ上のラインＬを、前記境界面Ｂを基準に、定められた規則に従い直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣとに分け、
前記直線領域ＬＳにおいては、前記パラレルリンク機構１の姿勢を固定したまま前記直動機構３１のみを動作させ、
前記コーナー領域ＬＣにおいては、前記直動機構３１と前記パラレルリンク機構１が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ２９の作用点Ｐが実質的に等速で前記境界面Ｂを通過するように動作させる。

【0020】

この制御方法によると、この発明の制御装置につき説明したと同様に、対象ワーク表面の急峻な角度を有する境界面Ｂに対して、エンドエフェクタ２９が境界面Ｂを実質的に等速に移動しながら作業を行うことができて、前記境界面Ｂでムラを生じることなく作業を行うことができる。

【発明の効果】

【0021】

この発明のリンク作動装置は、パラレルリンク機構と直動機構とが組み合わせられ、対象ワークの被作業平面上の角部となる境界面を跨がるラインに沿ってエンドエフェクタを連続的に作用させて作業を行うリンク作動装置を制御する制御装置であって、前記ラインを線分データで記憶するライン記憶手段と、記憶したラインから前記パラレルリンク機構および前記直動機構を動作させる動作指令を生成する動作指令生成手段と、生成された動作指令に従って前記パラレルリンク機構および前記直動機構の前記アクチュエータを制御する制御手段とを有し、前記動作指令生成手段は、前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分ける領域分割部と、前記直線領域において前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させる指令を生成する直線領域動作指令生成部と、前記コーナー領域において前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように指令を生成するコーナー領域動作指令生成部とを有するため、対象ワークの側面等の急峻な角度を有する境界面上をエンドエフェクタが連続的に作用する動作において、エンドエフェクタが作業するワーク被作業平面上の複数の座標を実質的に等速で動作することが可能となり、エンドエフェクタとして、レーザ、ディスペンサ、インクジェット、溶接等をリンクに取付けた際、レーザの加工ムラやディスペンサ、インクジェットによる塗布ムラ、溶接による溶接ムラ等の作業ムラをなくすことができる。

【0022】

この発明のリンク作動装置の制御方法は、前記構成のリンク作動装置を制御する方法であって、前記被作業平面上のラインを、前記境界面を基準に、定められた規則に従い直線領域とコーナー領域とに分け、前記直線領域においては、前記パラレルリンク機構の姿勢を固定したまま前記直動機構のみを動作させ、前記コーナー領域においては、前記直動機構と前記パラレルリンク機構が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタの作用点が実質的に等速で前記境界面を通過するように動作させるため、対象ワークの側面等の急峻な角度を有する境界面上をエンドエフェクタが連続的に作用する動作において、エンドエフェクタが作業するワーク被作業平面上の複数の座標を実質的に等速で動作することが可能となり、エンドエフェクタとして、レーザ、ディスペンサ、インクジェット、溶接等をリンクに取付けた際、レーザの加工ムラやディスペンサ、インクジェットによる塗布ムラ、溶接による溶接ムラ等の作業ムラをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】この発明の一実施形態に係るリンク作動装置の制御装置の概念構成を示す説明図である。

【図2】同制御装置の制御対象となるリンク作動装置の正面図である。

【図3】対象ワークの各領域等を示す部分斜視図である。

【図4】対象ワークの各領域を平面図で示す説明図である。

【図5】同リンク作動装置の制御装置によるコーナー長さ計算の流れ図である。

【図6】対象ワークの他の例の各領域を示す平面図で示す説明図である。

【図7】同リンク作動装置のパラレルリンク機構の斜視図である。

【図8】同パラレルリンク機構の一部のリンク機構を示す正面図である。

【図9】同パラレルリンク機構の動作の説明図である。

【図10】同パラレルリンク機構の直線モデル図である。

【図11】同パラレルリンク機構の部分拡大断面図である。

【図12】３次元直交座標から先端側のリンクハブ姿勢（折れ角θ、旋回角φ）を求める計算フローチャートである。

【図13】図７に示したパラレルリンク機構に別の寸法線を付した斜視図である。

【図14】被作業平面上でポイントツウポイントで動作させる場合の説明図である。

【図15】リンク作動装置の正面図である。

【図16】従来のリンク作動装置における動作の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このリンク作動装置の制御装置６１は、パラレルリンク機構１と直動機構３１とが組み合わせられたリンク作動装置４１を制御する装置であって、対象ワークＷの被作業平面上の角部となる境界面Ｂを跨がるラインＬに沿ってエンドエフェクタ２９を連続的に作用させて作業を行う場合に適用される。

【0025】

＜リンク作動装置４１の構成＞
図２に示すように、パラレルリンク機構１は、エンドエフェクタ２９が取付けられた先端側のリンクハブ３が基端側のリンクハブ２に対し３組のリンク機構４を介して姿勢を変更可能に連結され、前記リンク機構４に作用して前記先端側のリンクハブ３の姿勢を変更させる複数のアクチュエータ５３，５４，５５を有する。

【0026】

直動機構３１は、直交する３軸方向に対象ワークＷを直線移動する機能を有する機構である。この実施形態では、直動機構３１は、Ｘ軸，Ｙ軸の２軸方向に対象ワークＷを移動するリンク側直動機構部３１Ａと、Ｚ軸方向に対象ワークＷを移動するワーク側直動機構部３１Ｂとで構成される。前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は、それぞれ左右方向、前後方向、および上下方向であり、互いに直交している。
リンク側直動機構部３１Ａは、架台３２の上部にＸ軸方向に移動可能に設置されたＸステージ３３と、このＸステージ３３にＹ軸方向に移動可能に設置されたＸＹステージ３４とを有する。ＸＹステージ３４には、パラレルリンク機構１がその上端に位置する基端側のリンクハブ２が接続され、パラレルリンク機構１が下向きとなるように設置されている。Ｘステージ３３およびＸＹステージ３４は、それぞれモータ等のＸ軸およびＹ軸のアクチュエータ３５，３６により、架台３２およびＸステージ３３に対して進退駆動される。
ワーク側直動機構部３１Ｂは、パラレルリンク機構１が動作する領域の下方に位置して設置され、昇降機構３８を介してモータ等のＺ軸のアクチュエータ３７により昇降駆動されるワーク台３９を有している。このワーク台３９の上に前記対象ワークＷが載置される。

【0027】

前記エンドエフェクタ２９は、対象ワークＷに対して非接触等で作業を行う装置であり、例えば、レーザ加工用のレーザ、塗装用のディスペンサ、インクジェットノズル、あるいは溶接トーチ等である。

【0028】

前記パラレルリンク機構１の具体例につき、図７〜図１１と共に具体的に説明する。図９（Ａ），（Ｂ）はパラレルリンク機構１のそれぞれ異なる状態を示す正面図である。このパラレルリンク機構１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を３組のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結したものである。図９では、１組のリンク機構４のみが示されている。

【0029】

図７は、パラレルリンク機構１を三次元的に表わした斜視図である。３組の各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７で構成され、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材５，６はＬ字状をなし、基端がそれぞれ基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材７は、一端に基端側の端部リンク部材５の先端が、他端に先端側の端部リンク部材６の先端がそれぞれ回転自在に連結されている。

【0030】

基端側および先端側の端部リンク部材５，６は球面リンク構造で、３組のリンク機構４における球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図９）は一致している。また、その球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離ｄも同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γをもっていてもよいし、平行であってもよい。

【0031】

つまり、３組のリンク機構４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材５，６，７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、中央リンク部材７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１０は、一組のリンク機構４を直線で表現した図である。

【0032】

この実施形態のリンク機構４は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７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。図５（Ａ）は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢとが同一線上にある状態を示し、図９（Ｂ）は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構４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ｄは変化しない。

【0033】

基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４とで、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が直交２軸方向に移動自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡ、先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢ、および中央リンク部材７の中心線Ｃの交点Ｐを中心として、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３が姿勢を変更する。

【0034】

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２に対する先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢの折れ角θ（図７）の最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３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２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。

【0035】

このパラレルリンク機構１において、各リンク機構４の端部リンク部材５，６の軸部材１３（図８）の角度、および長さが等しく、かつ基端側の端部リンク部材５と先端側の端部リンク部材６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材７についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材７の対称面に対して、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動く。例えば、基端側と先端側のリンクハブ２，３にそれぞれの中心軸ＱＡ，ＱＢと同軸に回転軸を設け、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なる。この等速回転するときの中央リンク部材７の対称面を等速二等分面という。

【0036】

このため、基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３を共有する同じ幾何学形状のリンク機構４を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構４が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材７が等速二等分面上のみの動きに限定される。これにより、基端側と先端側とが任意の作動角をとっても、基端側と先端側とが等速回転する。

【0037】

基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３は、その中心部に貫通孔１０（図１１）が軸方向に沿って形成され、外形が球面状をしたドーナツ形状をしている。貫通孔１０の中心はリンクハブ２，３の中心軸ＱＡ，ＱＢと一致している。これら基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３の外周面の円周方向に等間隔の位置に、基端側の端部リンク部材５および先端側の端部リンク部材６がそれぞれ回転自在に連結されている。

【0038】

図１１は、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶を示す断面図である。基端側のリンクハブ２は、前記軸方向の貫通孔１０と外周側とを連通する半径方向の連通孔１１が円周方向３箇所に形成され、各連通孔１１内に設けた二つの軸受１２により軸部材１３がそれぞれ回転自在に支持されている。軸部材１３の外側端部は基端側のリンクハブ２から突出し、その突出ねじ部１３ａに基端側の端部リンク部材５が結合され、ナット１４によって締付け固定されている。

【0039】

前記軸受１２は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１１の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部材１３の外周に嵌合している。外輪は止め輪１５によって抜け止めされている。また、内輪と基端側の端部リンク部材５の間には間座１６が介在し、ナット１４の締付力が基端側の端部リンク部材５および間座１６を介して内輪に伝達されて、軸受１２に所定の予圧を付与している。

【0040】

基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶は、中央リンク部材７の両端に形成された連通孔１８に二つの軸受１９が設けられ、これら軸受１９により、基端側の端部リンク部材５の先端の軸部２０が回転自在に支持されている。軸受１９は、間座２１を介して、ナット２２によって締付け固定されている。

【0041】

軸受１９は、例えば深溝玉軸受等の転がり軸受であり、その外輪（図示せず）が前記連通孔１８の内周に嵌合し、その内輪（図示せず）が前記軸部２０の外周に嵌合している。外輪は止め輪２３によって抜け止めされている。軸部２０の先端ねじ部２０ａに螺着したナット２２の締付力が間座２１を介して内輪に伝達されて、軸受１９に所定の予圧を付与している。

【0042】

以上、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶、および基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶について説明したが、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶も同じ構成である（図示省略）。

【0043】

このように、各リンク機構４における４つの回転対偶、つまり、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶、先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７と回転対偶、および先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶に、軸受１２，１９を設けた構造とすることにより、各回転対偶での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。

【0044】

図８において、パラレルリンク機構１は、基端側のリンクハブ２がＸＹステージ３４の下面に固定され、先端側のリンクハブ３が垂下した状態となっている。ＸＹステージ３４の上面には、モータまたは他のロータリアクチュエータからなるアクチュエータ５３が設置されている。同図は一つのリンク機構４を示しているが、他の２つリンク機構４についても、上記と同様にアクチュエータ５４，５５が設けられ、以下の説明と同様にリンク機構４に接続されている。アクチュエータ５３の出力軸５３ａはＸＹステージ３４を貫通して下方に突出し、その出力軸５３ａに取付けたかさ歯車５１と基端側のリンクハブ２の軸部材１３に取付けた扇形のかさ歯車５８とが噛み合っている。

【0045】

アクチュエータ５３を回転させると、その回転が一対のかさ歯車５７，５８を介して軸部材１３に伝達されて、基端側のリンクハブ２に対する基端側の端部リンク部材５の角度が変わる。各アクチュエータ５３の動作量を制御して、リンク機構４ごとに基端側の端部リンク部材５の角度を調整することにより、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢（以下、「先端姿勢」とする）が決まる。各アクチュエータ５３〜５５の動作は、図１の制御装置６１により制御される。

【0046】

＜制御装置６１の構成＞
図１に示すように、制御装置６１は、対象ワークＷの被作業平面Ｓの前記ラインＬの線分データ等から動作指令を生成する指令生成部６２と、生成された動作指令に従ってリンク作動装置４１を制御する制御部６３とを備える。これら指令生成部６２と制御部６３とは、一つのコンピュータ等に設けられて概念的に区別される構成であっても、また互いに異なるコンピュータ等の別装置に設けられていて、オンラインで接続されていても、オフラインであって記録媒体等でデータを授受できるようにされていても良い。別装置とする場合、互いに離れて遠隔地に設置されていても良い。

【0047】

前記制御部６３は、制御手段６６と動作指令記憶手段７０とを備える。制御手段６６は、生成された動作指令に従ってパラレルリンク機構１の各アクチュエータ５３，５４，５５および直動機構３１の各アクチュエータ３５，３６，３７を制御する手段であり、いわば数値制御装置である。制御手段６６は、例えばパラレルリンク機構１の各アクチュエータ５３，５４，５５および直動機構３１の各アクチュエータ３５，３６，３７を、例えばポイントツーポイントで位置制御および速度制御を行う。前記動作指令記憶手段７０は、制御手段６６で実行する動作指令を記憶し、また指令生成部６２で生成された動作指令を記憶する手段である。なお、指令生成部６２と制御部６３とが離れて構成される場合は、両方に有していて、両者間で動作指令が転送されるようにしても良い。

【0048】

指令生成部６２は、ライン記憶手段６４と動作指令生成手段６５とを備える。
ライン記憶手段６４は、ラインＬを数値による線分データとして記憶する。ライン記憶手段６４に記憶される線分データは、例えば、順次繋がる複数の各線分のデータとされ、各線分毎に始点と終点を示す３次元の座標により構成される。また、ライン記憶手段６４に記憶される線分データは、さらにその線分が直線であるか曲線であるか等の線形状の識別用のデータ等を含んでいてもよい。

【0049】

動作指令生成手段６５は、ライン記憶手段６４に記憶されたラインＬの線分データから前記パラレルリンク機構１および直動機構３１を動作させる動作指令を生成する手段である。動作指令生成手段６５は、領域分割部６７、直線領域動作指令生成部６８、およびコーナ領域動作生成部６９を有する。

【0050】

領域分割部６７は、被作業平面Ｓ上のラインＬを、境界面Ｂを基準に、定められた規則に従い直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣとに分ける手段である。
直線領域動作指令生成部６８は、前記直線領域ＬＳにおいて前記パラレルリンク機構１の姿勢を固定したまま前記直動機構３１のみを動作させる指令を生成する手段である。 コーナー領域動作指令生成部６９は、前記コーナー領域ＬＣにおいて前記直動機構３１と前記パラレルリンク機構１が協調動作を行うことで、前記エンドエフェクタ２９の作用点Ｐが実質的に等速で前記境界面Ｂを通過するように指令を生成する手段である。

【0051】

領域分割部６７は、前記規則として、例えば、前記コーナー領域動作指令生成部６９における指定された目標移動速度、および分割した各通過点Ｆから求められる前記直動機構３１の移動速度と、直動機構３１の制限速度とから、コーナー領域ＬＣの大きさを計算するようにしても良い。これにより、所望の協調動作が行える適切なコーナー領域ＬＣの大きさを求めることができる。
この他に、領域分割部６７は、コーナー領域ＬＣの大きさと指定された目標移動速度との関係を示すテーブルＴＢを有し、このテーブルＴＢを用いて、目標移動速度からコーナー領域ＬＣの大きさを算出するようにしても良い。

【0052】

コーナー領域動作指令生成部６９は、例えば、コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで指定個数の区間に分割する。そしてコーナー領域動作指令生成部６９は、分割した各区間における前記直動機構３１の移動量Ｘ，Ｙ，Ｚと、パラレルリンク機構１を構成する各アクチュエータ５３〜５５の移動量β１，β２，β３とを計算する。次に、コーナー領域動作指令生成部６９は、指定した目標移動速度と各区間の距離とから定まる各区間内の移動時間と、各区間における前記各アクチュエータ５３〜５５，３５〜３７の移動量β１，β２，β３，Ｘ，Ｙ，Ｚとから、各区間における前記各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５の移動速度を計算する。そして、コーナー領域動作指令生成部６９は、分割した各区間において、各アクチュエータ３５〜３７，５３〜５５を加減速なしで連続位置決めする指令を生成する。

【0053】

領域分割部６７、直線領域動作指令生成部６８、およびコーナー領域動作指令生成部６９のより詳細な機能は、次に制御方法の具体例と共に説明する。

【0054】

＜制御装置６１の動作＞
対象ワークＷが直方体であって、その側面の外周面に対してエンドエフェクタ２９を作用させる場合の例を示す。図２の構成を上面から見た概略図を図４に示す。エンドエフェクタ２９が作用する直方体側面の外周のラインＬを、直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣ（ＬＣ１〜ＬＣ４）に分け、コーナー領域ＬＣにおいて、コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで複数の区間に分割する。数字を囲む丸プロットは、対象ワークＷの直交座標系において、エンドエフェクタ２９が作用する座標（ワーク座標：ＷＸ，ＷＹ，ＷＺ）を表し、数字を囲む四角プロットはＸＹステージ３４の直交座標系においてＸＹステージ３４が移動する座標（ステージ座標：ＳＸ、ＳＹ）を表す。ここでは、ワーク座標とステージ座標の原点は同じ位置とする。

【0055】

パラレルリンク機構１がＸＹステージ３４に搭載されていることから、四角プロットから丸プロットへの矢印は、エンドエフェクタ２９が対象ワークＷに対して作用する方向を表す。丸プロットおよび四角プロット内の数字は、一連動作において各アクチュエータが位置決めする順番を表す。ＸＹステージ３４の軌跡は、ＸＹステージ３４が滑らかに移動するように、円弧を持った軌跡にする。

【0056】

動作指令生成手段６５は、コーナー領域ＬＣにおいて分割した各区間を移動する際の直動機構３１の各軸の移動量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とパラレルリンク機構１を構成するアクチュエータ５３，５４，５５の移動量β1 、β2 、β3 を各区間ごとに算出する。なお、３次元直交座標（ＸＹＺ平面座標）上の移動量と、パラレルリンク機構１の各アクチュエータ５３〜５５の移動量β１，β２，β３との関係については、後述する。
また、動作指令生成手段６５は、指定した速度でエンドエフェクタ２９が対象ワークＷ側面上を通過するように、各区間ごとに移動量β1 、β2 、β3 および、直動機構３１の各軸の移動速度を算出する。この算出方法は後述する。

【0057】

例えば、動作の開始点Ａをコーナー領域ＬＣ１の始点Ａとすると、一連動作は次のようになる。初めに、エンドエフェクタ２９がコーナー領域ＬＣ１の始点Ａを指すように直動機構３１（ＸＹステージ３４，ワーク台３９）及びパラレルリンク機構１が移動する。その後、エンドエフェクタ２９を起動すると同時に、各アクチュエータ５３〜５５，３５〜３７が先に求めた移動量（β1 、β2 、β3 、Ｘ、Ｙ、Ｚ）および速度で、コーナー領域ＬＣ１の終点Ｅまで、各区間ごとに加減速なしの連続位置決め動作を行う。

【0058】

コーナー領域ＬＣ１の終点Ｅまで移動が完了したら、パラレルリンク機構１の姿勢はそのままで直動機構３１のＸ軸のみがコーナー領域ＬＣ２の始点Ａまで動作する。ここで、コーナー領域ＬＣと直線領域ＬＳの繋ぎ目においては、各アクチュエータ５３〜５５，３５〜３７を加減速なしで連続動作するものとする。以下、上記と同様の動作をコーナー領域ＬＣ２、コーナー領域ＬＣ３、コーナー領域ＬＣ３と繰返し、エンドエフェクタ２９の作用がコーナー領域ＬＣ１の始点Ａまで完了したら、エンドエフェクタ２９を停止させる。

【0059】

ここで、コーナー領域ＬＣの始点Ａ（丸プロット１）からコーナーエッジ（丸プロット５）までの距離および、コーナーエッジからコーナー終点Ｅ（丸プロット９）までの距離を“コーナー長さ”と定義する。領域分割部６７は、以下の方法により最適なコーナー領域ＬＣを算出する。ここで、コーナー領域ＬＣにおけるＸＹステージ３４の軌跡は、コーナー領域ＬＣの始点Ａからワーク側面に対して垂直方向に引いた線と、コーナー領域ＬＣの終点Ｅからワーク側面に対して垂直方向に引いた線の交点を中心とし、コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまで移動する円弧（四角プロット１〜９）とする。また、パラレルリンク機構１とターゲットポイントＰ（図２参照）との距離は、エンドエフェクタ２９がターゲットポイントに対して作用できる最適な距離とする。

【0060】

コーナー長さが短い場合、各コーナーにおいてＸＹステージ３４の移動速度が過大になり、コーナー部において振動が発生する恐れがある。そこで、図５に示すフローチャートの手順により、コーナー領域動作指令生成部６９は、最適なコーナー長さＬを算出する。コーナー長さＬの算出において、コーナー領域動作指令生成部６９は、基準となる最小のコーナー長さをＬint とし（ステップＴ１）、Ｌint におけるコーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆ で複数の区間に分割する（ステップ２）。ここで、分割数をＤとし、Ｄは予め計算パラメータとして持つ値とする。

【0061】

ステップＴ１では、分割した各ポイントにおける対象ワークＷのｎポイント目（ｎ：自然数）の直交座標を（ＷＸn,ＷＹn）とし、ｎ＋１ポイント目のワーク直交座標を（ＷＸn+1,ＷＹn+1）とする。同様に各ポイントにおけるステージのｎポイント目の直交座標を（ＳＸn,ＳＹn）とし、ｎ＋１ポイント目のステージ直交座標を（ＳＸn+1,ＳＹn+1）とする。コーナー領域動作指令生成部６９は、各区間におけるステージ座標および、ワーク座標の移動量（ＳＸ，ＳＹ，ＷＸ，ＷＹ，ＷＺ）を計算し、それらの値と指定された目標移動速度から、各ポイントにおけるＸステージ３３、Ｙステージ（ＸＹステージ３４のＹ軸方向）の移動速度をそれぞれ算出する。また、コーナー領域動作指令生成部６９は、ステップＴ１においてＶmaxを０にし、ステップＴ２において、ｎを１にする。

【0062】

ステップＴ３では、コーナー領域動作指令生成部６９は、分割した各ポイントにおけるステージ座標および、ワーク座標を取得する。そして、コーナー領域動作指令生成部６９は、Ｘステージ３３の移動速度Ｖx を下記の（７）式 より算出する。コーナー領域動作指令生成部６９は、分割した全ての区間においてＶx を算出し、その中で最大のＶx をＶxmaxとする（ステップＴ４〜Ｔ７）。

【0063】

【数1】

【0064】

具体的には、コーナー領域動作指令生成部６９は、ステップＴ３にて算出されたＸステージ３３の移動速度Ｖxと、Ｘステージ３３の移動速度Ｖxの最大値Ｖxmaxとを比較する（ステップＴ４）。そして、移動速度Ｖxが、最大値Ｖxmaxよりも大きい場合には（ステップＴ４でＹｅｓ）、最大値ＶmaxをＶxとする（ステップＴ５）。そして、コーナー領域動作指令生成部６９は、ｎをｎ＋１へとインクメントする（ステップＴ６）。コーナー領域動作指令生成部６９は、移動速度Ｖxが、最大値Ｖxmaxよりも以下である場合には（ステップＴ４でＮｏ）、ステップＴ６へと進む。

【0065】

そして、コーナー領域動作指令生成部６９は、ｎと分割数Ｄとを比較する（ステップＴ７）。分割数Ｄがｎよりも大きい場合には（ステップＴ７でＹｅｓ）、ステップＴ３へと戻る。ｎが分割数Ｄ以上である場合には（ステップＴ７でＮｏ）、ステップＴ８へと巣進む。

【0066】

次に、コーナー領域動作指令生成部６９は、Ｖxmaxとあらかじめ計算パラメータとして持つＸステージ３３の制限速度Ｖxlmtを比較し（ステップＴ８）、ＶxmaxがＶxlmtより大きい場合（ステップＴ８でＹｅｓ）、つまりＸステージ３３の移動速度がＸステージ３３の制限速度を超える速度になった場合は、コーナー長さＬをＬ＝Ｌ＋Ｌplusとし（ステップＴ９）、ステップＴ２に戻り、再度Ｌにおけるコーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで複数の区間に分割する。Ｌplusは、あらかじめ計算パラメータとして持つコーナー長さの加算量である。以下、上記と同様の計算を行い、ＶxmaxがＶxlmt以下になった場合（ステップＴ８でＮｏ）のＬを最終的なコーナー長さＬx とする（ステップＴ１０）。

【0067】

コーナー領域動作指令生成部６９は、ＸＹステージ３４のＹ軸方向の速度についても、Ｘステージ３３場合と同様の計算を行い、最終的なコーナ長さＬyを算出する。そして、コーナー領域動作指令生成部６９は、ＬxとＬyとを比較し、大きい方を最終的なコーナー長さＬとする。

【0068】

このような構成によれば、被作業平面Ｓの急峻な角度を有する境界面Ｂ上をエンドエフェクタ２９が連続的に作用する動作において、エンドエフェクタ２９の作用点Ｐが実質的に等速で動作することができ、前記エンドエフェクタ２９による作業のムラをなくすことができる。エンドエフェクタ２９として、例えば、レーザ、ディスペンサ、インクジェット、または溶接等をリンクに取付けて作業を行う際、レーザの加工ムラやディスペンサ、インクジェットによる塗布ムラや、溶接による溶接ムラをなくすことができる。
領域分割部６７が、直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣとに分け、コーナー領域ＬＣのみ協調動作させるため、協調動作させる指令の生成が、効率良く短時間で行える。また、直動領域ＬＳではパラレルリンク機構１は直動機構３１のみを動作させるため、高速で動作させることができ、またエンドエフェクタ２９の姿勢が変化しないため、作業の品質の面からも好ましい。

【0069】

図６は、対象ワークＷの被作業平面Ｓが直方体側面の内周面に対してエンドエフェクタ９を作用させる場合の例を示す。同図は、図２の構成を上面から見た概略図である。図４に示す外周の場合と同様に、領域分割部６７が、直方体の内周のラインＬを、直線領域ＬＳとコーナー領域ＬＣ（ＬＣ１〜ＬＣ４）に分け、コーナー領域動作指令生成部６９が、コーナー領域ＬＣにおいて、コーナー領域ＬＣの始点Ａから終点Ｅまでの経路を通過点Ｆで複数の区間に分割する。

【0070】

分割した各ポイントにおける直動機構３１の各軸の座標位置は、例えば次のように決定する。始点Ａ（丸プロット１）および終点Ｅ（丸プロット９）での直動機構３１の位置は、エンドエフェクタ２９が内側から始点Ａおよび終点Ｅを指す方向で、ワーク側面に垂直なライン上に位置する（四角プロット１、四角プロット９）。コーナーエッジ点（丸プロット５）での直動機構３１（ＸＹステージ３４）の位置は、エンドエフェクタ２９が内側からコーナーエッジ点を指す方向で、コーナー角度の２等分線上に位置する（四角プロット５）。パラレルリンク機構１と分割したターゲットポイントとの距離は、エンドエフェクタ２９がターゲットポイントに対して作用できる最適な距離とする。

【0071】

始点Ａおよび、コーナーエッジ点（境界面Ｂ上の点）、終点Ｅ以外の各ポイントでの直動機構３１（ＸＹステージ３４）の位置は、始点Ａおよび、コーナーエッジ点、終点Ｅでの直動機構３１（ＸＹステージ３４）の位置（四角プロット１、四角プロット５、四角プロット９）を結ぶ直線上に設定する。丸プロットは、ワークの直交座標系においてエンドエフェクタ２９が作用する座標（ワーク座標：ＷＸ，ＷＹ，ＷＺ）を表し、四角プロットは直動機構３１の直交座標系においてＸＹステージ３４が移動する座標（ステージ座標：ＳＸ，ＳＹ ）を表す。ここでは、ワーク座標とステージ座標の原点は同じ位置とする。四角プロットから丸プロットへの矢印は、エンドエフェクタ２９が対象ワークに対して作用する方向を表す。丸プロットおよび四角プロット内の数字は、一連動作において各アクチュエータが位置決めする順番を表す。
一連の動作およびコーナー長さについては、図４と共に説明した外周の場合と同様とする。

【0072】

このように、対象ワークＷの被作業面Ｓが直方体側面の内周面である場合も、外周面である場合と同様に、対象ワークＷの表面の急峻な角度を有する境界面Ｂに対して、エンドエフェクタ２９が境界面Ｂを実質的に等速に移動しながら作業を行うことができて、前記境界面Ｂでムラを生じることなく作業を行うことができる。

【0073】

次に、３次元直交座標（ＸＹＺ平面座標）上の移動量と、パラレルリンク機構１の各アクチュエータ５３〜５５の移動量β１，β２，β３との関係を説明する。図１２に３次元直交座標（ＸＹＺ平面座標）から先端側のリンクハブ３の姿勢（折れ角θ、旋回角φ）を求める計算フローチャートと計算式を示す。同図の計算は、最小自乗法による収束演算で行うようにしている。
下記の式（１）に示すように、高さＺ上の平面の原点Ｏ’と目標座標Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）との距離をｒとすると、ｒは目標座標Ｔのｘ，ｙ座標から求められる。

【0074】

【数2】

【0075】

また、基端側のリンクハブ２の回転中心から目標座標Ｔまでの高さｈ’（図１３参照）は、リンク球面中心間距離ｄ及び、基準平面から基端側リンク球面中心までの高さｈ、目標座標Ｔの高さｚで表すと、式（２）のように表される。

【0076】

【数3】

【0077】

ここでｄ及びｈは、リンク寸法及び装置寸法により決定される固定値である。また、前述した式（２）を用いて、Ｏ’と目標座標Ｔとの距離は式（３）に示すように、θに関係する式からｒ’として求められる。よって、式（４）に示すようにｒ（目標座標Ｔのｘ，ｙから算出）とｒ’（折れ角θから算出）との差が最小となる折れθを探索することで折れ角θを得る。

【0078】

【数4】

として、drが最小となるθを探索する。
θの範囲は0 °〜90°未満でリンクの仕様により最大角は変わる。

【0079】

図１２の計算フローチャートについて説明する。
まず、式（１）からｒを求める（ステップＳ１）。次に、計算フローの初期設定として、現在の繰返し回数ｊをゼロリセットし、折れ角θを探索する際の初期設定値θ’と、探索の繰返し回数Ｎを設定する。例えば、θ’は最大折れ角の半分の値に設定する。繰返し回数Ｎは、値が大きいほど最終的に得られる折れ角θの精度は良くなるが、計算フローの処理時間は長くなる。折れ角θの精度と、許容される処理時間の関係から最適なＮを決定する。

【0080】

次に、θ＝θ’として、式（１）でｈ’、r ’、ｄｒを計算する（ステップＳ２）。
また、ここでθ’＝θ’／２とする（ステップＳ３）。

【0081】

次にステップＳ４でｄｒの判定を行う。０＜ｄｒなら、θ＝θ＋θ’とし（ステップＳ５）、０＞ｄｒなら、θ＝θ−θ’とする（ステップＳ６）。この後、ｊ＝ｊ＋１とインクリメントする（ステップＳ７）。また、０＝ｄｒなら、解Ａｎｓθとして、θ＝θとする（ステップＳ９）。

【0082】

ステップＳ８で、で現在の繰返し回数ｊが設定された繰返し回数Ｎに達していないときは、ステップＳ３へ戻る。このフローを繰返し回数Ｎまで繰り返し、最後に得られたＡｎｓθが、求める折れ角θとなる。折れ角を求めた後、式（５）、（６）に示すように旋回角を求める。

【0083】

【数5】

【0084】

このように求められた折れ角θおよび旋回角φにより、目標とする先端姿勢が規定される。上記のように、最小二乗法による収束演算により、現在の座標位置を基準にその近辺から順に探索して折れ角θを求めると、演算回数を減らすことができる。

【0085】

上記のように求めた折れ角θおよび旋回角φから、パラレルリンク機構１１の各アクチュエータ５３〜５５を動作させる移動量（以下の説明では「回転角」称す）βｎ（ｎ：１〜３）を、次のように求めることができる。なお、回転角βｎは、図７と同じパラレルリンク機構１を示す図１３に図示し、説明に必要な各量を示した。
回転角βｎは、例えば、次の式（８）を逆変換することで求められる。逆変換とは、折れ角θおよび旋回角φから回転角βｎを算出する変換のことである。折れ角θおよび旋回角φと、回転角βｎとは相互関係があり、一方の値から他方の値を導くことができる。
cos （θ／２）sin βｎ−sin （θ／２）sin （φ＋δｎ）cos βｎ＋sin （γ／２）＝０ …（８）
ただし、ｎ＝１，２，３
ここで、γは、基端側の端部リンク部材５に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸と、先端側の端部リンク部材６に回転自在に連結された中央リンク部材７の連結端軸とが成す角度である。δｎは、基準となる基端側の端部リンク部材５に対する各基端側の端部リンク部材５の円周方向の離間角である。

【0086】

なお、必要時に式（８）を逆変換して回転角βｎを求めてもよいが、事前に、先端位置姿勢と回転角βｎとの関係を示すテーブル（図示せず）を作成しておいても良い。

【0087】

次に移動速度について説明する。
パラレルリンク機構１の単独での移動速度について説明する。簡明化のため、図１４に示す平面図で説明する。同図に示すように、エンドエフェクタ２９が平面の被作業面Ｓ上の各ポイントを指定された目標移動速度Ｖでなぞる動作において、ｎポイント目の直交座標を（Ｘｎ、Ｙｎ）とし、ｎ−１ポイント目の直交座標を（Ｘｎ−１、Ｙｎ−１）とし、ｎ−１ポイント目からｎポイント目へのβ１軸、β２軸、β３軸の各移動量をΔβ１、Δβ２、Δβ３とすると、Ｎポイント目に移動する際の各軸の移動速度Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎは次の式で表せる。

【0088】

【数6】

【0089】

パラレルリンク機構１の３軸（β1 軸、β2 軸、β3 軸）と、直動機構３１とからなる場合の、エンドエフェクタ２９が被作業平面Ｓ上の各ポイントを指定された速度Ｖで等速移動する際の合成速度Ｖｎ″について示す。ここでは、Ｚ軸の移動がない場合について説明する。
対象ワークＷの直交座標は、図１４と同様に、ｎポイント目の直交座標を（Ｘｎ、Ｙｎ）とし、ｎ−１ポイント目の直交座標を（Ｘｎ−１、Ｙｎ−１）とする。ｎ−１ポイント目からｎポイント目へのβ１軸、β２軸、β３軸、Ｘ軸、Ｙ軸の各移動量をΔβ１、Δβ２、Δβ３、Δｘ、Δｙとすると、ｎポイント目に移動する際の各軸の移動速度Ｖ１ｎ″、Ｖ２ｎ”、Ｖ３ｎ”、Ｖｘｎ”、Ｖｙｎ”は次の式で表せる。β１軸、β２軸、β３軸の移動速度は、回転角の移動速度である。

【0090】

【数7】

【0091】

以上のように、この実施形態に係るリンク作動装置の制御装置６１および制御方法によると、対象ワークＷの表面の急峻な角度を有する境界面Ｂに対して、エンドエフェクタ２９が境界面Ｂを実質的に等速に移動しながら作業を行うことができて、前記境界面Ｂでムラを生じることなく作業が行える。

【0092】

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の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。この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。

【符号の説明】

【0093】

１…パラレルリンク機構
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
２９…エンドエフェクタ
３１…直動機構
３２…架台
３３…Ｘステージ
３４…ＸＹステージ
３５〜３７…アクチュエータ
３９…ワーク台
４１…リンク作動装置
５３〜５５…アクチュエータ
６１…制御装置
６６…制御手段
６７…領域分割部
６８…直線領域動作指令生成部
６９…コーナ領域動作生成部
７０…動作指令記手段
Ｌ…ライン
Ｓ…被作業平面
Ｗ…対象ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】