CN118984762A - 工业设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

控制装置(Cu)控制连杆动作装置(7)中的姿势控制用致动器(10)，该连杆动作装置(7)设置有通过姿势控制用致动器(10)可移动的前端部件(40)。平行连杆机构是将前端侧的连杆枢毂(13)经由三组连杆机构(14)以可变更姿势的方式连接在基端侧的连杆枢毂(12)上的机构。控制装置(Cu)具有参数切换机构(65b)，该参数切换机构(65b)对应作用于前端部件(40)的负荷，以调整姿势控制用致动器(10)或前端部件(40)的加加速度的方式，切换控制参数。参数切换机构(65b)切换多个控制参数，该多个控制参数包括移动平均滤波器的滤波时间常数和模型跟踪控制增益中的至少一个。

Description

工业设备的控制装置

关联申请

本申请要求2022年3月29日申请的JP特愿2022-053430号申请的优先权，通过引用使其全部内容构成本申请的一部分作为参考。

技术领域

本发明涉及一种工业设备的控制装置，该控制装置需要例如医疗设备或外观检查装置那样的工业设备等的高速度、高精度和宽的操作范围。

背景技术

在专利文献1中，提出了一种作业装置，该作业装置具有底板和移动板，两者之间由多个连杆结合，并通过平行连杆机构执行预定的作业，该平行连杆机构通过这些连杆的协调动作移动移动板。

在专利文献2中，提出了一种连杆动作装置，它结构紧凑、能以高速、高精度，在很宽的操作范围内动作。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：JP特开2000-94245号公报

专利文献2：美国专利第5893296号说明书

发明内容

[本发明要解决的问题]

在专利文献1的平行连杆机构中，每个连杆的动作角都很小，因此为了给移动板设定较大的动作范围，有必要增加连杆的长度。由于该连杆长度变长整个机构的尺寸变大，从而产生了装置大型化的问题。此外，增加连杆长度不仅会招致降低机构整体的刚性，而且当在移动板上搭载工具等时，还存在搭载物的惯性力矩变大，从而搭载在移动板上的工具的重量，即移动板的可运送重量被限制在很小的范围内的问题。

专利文献2所示的平行连杆机构和连杆动作装置的构成中，虽然能在高速状态下进行精细的姿势变更，但存在以下问题。由于增速机构使前端测的连杆枢毂的姿势移动量为姿势控制用致动器的旋转角度的两倍，如果搭载了重量大的重物，则会出现整定(settling，日文：整定)时的振动就会变得很大，为了进行高速动作搭载重量(负荷)被限制在很小的范围内的问题。

本发明的目的是提供一种工业设备的控制装置，该控制装置能够对应宽范围的搭载重量并能提高通用性。

[解决问题的手段]

为了便于理解，下面，为了方便，将参照实施形态的附图标记对本发明进行说明。

本发明的工业设备的控制装置为工业设备的控制装置Cu，该控制装置Cu控制工业设备中的致动器10，该工业设备设置有通过上述致动器10可移动的前端部件40，

该控制装置具有参数切换机构65b，该参数切换机构65b对应作用于上述前端部件40的负荷，以调整上述致动器10或上述前端部件40的加加速度的方式，切换控制参数。

上述“加加速度”是每单位时间内加速度的变化率，也称为“jerk”或“跃度”。

根据这种结构，例如，通过在搭载重量等的负荷增加时降低加加速度，可以减少工业设备的前端部件40的动作中以及整定时的振动。因此，由于在不降低指令速度的情况下调整加加速度，因此可实现高速动作的同时，能以单个机械体对应宽范围的搭载重量。由此，能够提高工业设备的通用性。

上述工业设备是连杆动作装置7，该连杆动作装置7中，前端侧的连杆枢毂13经由三组以上的连杆机构14以可变更姿势的方式连接在基端侧的连杆枢毂12上，上述各连杆机构14包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件15、16，该基端侧和前端侧的端部连杆部件15、16的一端分别以可旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂12和上述前端侧的连杆枢毂13上；以及中间连杆部件17，该中间连杆部件17的两端分别以可旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件15、16的另一端上，在上述三组以上的连杆机构14中的两组以上的连杆机构14上设置姿势控制用的上述致动器10，该姿势控制用的上述致动器10任意变更上述前端侧的连杆枢毂13相对于上述基端侧的连杆枢毂12的姿势。

根据这种结构，连杆动作装置7采用平行连杆机构，不需要在可动部中布置伺服马达，并且由于可动部重量轻，因此擅长提高加加速度，高速地进行精细动作。在这种连杆动作装置7中，因为加加速度对速度即节拍时间有显著影响，而增加搭载重量会使可动部更重，更容易产生振动，因此，切换控制参数以调整加加速度的参数切换机构65b更有效。

上述参数切换机构65b也可切换多个控制参数，该多个控制参数包括移动平均滤波器的滤波时间常数和模型跟随控制增益中的至少一个。在这种情况下，通过增大移动平均滤波器的滤波时间常数或减小模型跟踪控制增益，可以减小加加速度，从而减小加速度的变化所产生的冲击。因此，当搭载重量(负荷)较大时，可通过参数切换机构65b改变这些控制参数，从而增大移动平均滤波器的滤波时间常数或减小模型跟踪控制增益。这样就可以在不降低工业设备速度的情况下，减小整定时的振动和致动器10的扭矩，并可减小整定时以及动作中的前端部件40的振动。

又，在通常的控制中，由于没有考虑到移动平均滤波器产生的加速度的连续变化，因此将该加速度的连续变化视为扰动的影响，自动调整自动控制回路，因此可能达不到预期效果。在这种情况下，如果不仅调整移动平均滤波器的滤波时间常数，还一并调整模型跟随控制增益，就可以将通常时的指令那样的直线形作为理想形，将位置控制、速度控制、电流控制控制为接近与负荷大小对应的理想形。由此，就可以抑制振动、冲击的产生，能够实现整定时间的减少以及最高速度的维持。

上述参数切换机构65b也可切换多个控制参数，该多个控制参数用于调整上述致动器10或上述前端部件40的加速度。在该情况下，通过对应搭载重量不仅调整加加速度，还调整加速度，控制参数的调节范围扩大，可以在不降低工业设备的速度的情况下，降低整定时以及动作中的振动以及致动器10的扭矩。

调整上述加速度的多个控制参数可以包括加速时间、减速时间和指令速度中的至少一个。如果使与加速度有关的控制参数包括加速时间、减速时间和指令速度中的至少一个，则可以很简单地调整加速度。

上述参数切换机构65b可以随着上述负荷越增大越减小上述加加速度、增大上述加速度。由于对工业设备的前端部件40的冲击受加加速度的影响要大于加速度，因此以这种方式调整控制参数可使工业设备更高速地动作。

上述工业设备具有操作装置Ou，该操作装置Ou至少设定上述前端部件40的动作模式和上述控制参数，该操作装置Ou具有对负荷条件进行选择以及变更的操作机构61。在这种情况下，根据操作装置Ou的操作机构61，不仅可以设置控制装置Cu的动作模式和控制参数等，还可以根据负荷条件简单地将控制参数切换为与负荷条件相对应的值。

本发明也包括权利要求和/或说明书和/或附图中公开的至少两种构成的任意组合。特别是，权利要求书的各权利要求的两个以上的任何组合都包含在本发明中。

附图说明

通过参照附图的以下的优选实施形态的说明，本发明将被更清楚地理解。然而，实施形态和附图仅用于图示和说明，不应被用来限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书来确定。在附图中，多个附图中的同一符号表示相同或相当的部件。

图1：本发明的第一实施形态的连杆动作装置的控制装置的方框图及作为其控制对象的连杆动作装置的立体图。

图2：该控制装置的操作装置的主视图。

图3：该连杆动作装置的立体图。

图4：省略该连杆动作装置的两个连杆机构的简化模型的主视图。

图5A：图5B的单点划线所包围部分的放大图。

图5B：图4的VA-VA线的局部剖面图。

图6：以直线表现该连杆动作装置的一个连杆机构的图。

图7：显示该连杆动作装置的最大折角等的图。

图8：显示该连杆动作装置的负荷条件与控制参数之间的关系的图。

图9A：参考而显示未设定滤波时间常数时的速度波形等的图。

图9B：显示该控制系统中，设定滤波时间常数时的速度波形等的图。

图10A：未设定滤波时间常数时的控制系统的方框图。

图10B：该控制装置中，未设定滤波时间常数时的控制系统的方框图。

图11：本发明的第二实施形态的连杆动作装置等的主视图。

图12：本发明的第三实施形态的连杆动作装置等的立体图。

图13A：本发明的第四实施形态的工业设备等的主视图。

图13B：本发明的第五实施形态的工业设备等的主视图。

具体实施方式

[第一实施形态]

结合图1至图10B来说明本发明的实施形态相关的工业设备的控制装置。

如图1所示那样，本实施形态中，首先说明作为控制对象的工业设备的连杆动作装置7，然后说明该连杆动作装置7的控制装置Cu和图2所示的操作装置Ou。以下的说明还包括对工业设备的控制方法的说明。

<连杆动作装置>

如图3所示，连杆动作装置7配备有平行连杆机构9、使该平行连杆机构9动作的姿势控制用致动器(致动器)10和后述的操作装置Ou(图2)。

<平行连杆机构>

平行连杆机构9是将前端侧的连杆枢毂13经由三组以上的连杆机构14以可变更姿势的方式连接在基端侧的连杆枢毂12上的机构。连杆机构14的组数可以是四组以上。在图4中，只显示了一组连杆机构14，其余两个连杆机构省略。

各连杆机构14包括基端侧的端部连杆部件15、前端侧的端部连杆部件16和中间连杆部件17，构成由四个旋转运动副构成的四节连锁的连杆机构。

如图3所示，基端侧和前端侧的端部连杆部件15、16呈L形，一端分别以可旋转的方式连接于基端侧的连杆枢毂12和前端侧的连杆枢毂13上。中间连杆部件17的两端分别以可旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件15、16的另一端上。

如图4所示，平行连杆机构9是将两个球面连杆机构组合而得到的结构。基端侧的连杆枢毂12与基端侧的端部连杆部件15的各旋转运动副、以及基端侧的端部连杆部件15与中间连杆部件17的各旋转运动副的中心轴在基端侧的球面连杆中心PA进行交叉。同样，前端侧的连杆枢毂13与前端侧的端部连杆部件16的各旋转运动副、以及前端侧的端部连杆部件16与中间连杆部件17的各旋转运动副的中心轴在前端侧的球面连杆中心PB进行交叉。

又，基端侧的连杆枢毂12和基端侧的端部连杆部件15的旋转运动副的中心、与基端侧的球面连杆中心PA间的距离相同。基端侧的端部连杆部件15与中间连杆部件17的旋转运动副的中心与基端侧的球面连杆中心PA间的距离相同。同样，前端侧的连杆枢毂13与前端侧的端部连杆部件16的旋转运动副的中心、与前端侧的球面连杆中心PB间的距离相同。前端侧的端部连杆部件16与中间连杆部件17的旋转运动副的中心、与前端侧的球面连杆中心PB间的距离相同。基端侧以及前端侧的端部连杆部件15、16与中间连杆部件17的各旋转运动副的中心轴，可以具有某个交叉角γ，也可以是平行的。

图5B中，示出基端侧的连杆枢毂12与基端侧的端部连杆部件15的各旋转运动副的旋转轴O1、与球面连杆中心PA的关系。前端侧的连杆枢毂13(图4)和前端侧的端部连杆部件16(图4)的形状和位置关系也未图示但与图5B相同。在图5B中，基端侧的连杆枢毂12与基端侧的端部连杆部件15的各旋转运动副中心轴O1，与基端侧的端部连杆部件15和中间连杆部件17(图5A)的各旋转运动副中心轴O2之间的角度α为90°。但是，角度α也可为90°以外的角度。

三组的连杆机构14从几何学的角度，为同一形状。从几何学的角度来说同一的形状指像图6所示的那样，通过直线而表示各连杆部件15、16、17的几何学模型，即，通过各旋转运动副，与将这些旋转运动副之间连接的直线表示的模型无论采用何种姿势，中间连杆部件17中的相对中间部的基端侧部分和前端侧部分成对称的形状。图6为通过直线而表示一组的连杆机构14的图。本实施方式的平行连杆机构9为旋转对称型，即，基端侧的连杆枢毂12和基端侧的端部连杆部件15，与前端侧的连杆枢毂13和前端侧的端部连杆部件16的位置关系相对中间连杆部件17的中心线C，构成旋转对称的位置构成。各中间连杆部件17的中间部位于共同的轨道圆D上。

通过基端侧的连杆枢毂12和前端侧的连杆枢毂13与三组的连杆机构14，构成二自由度机构，在该二自由度机构中，前端侧的连杆枢毂13围绕与基端侧的连杆枢毂12正交的两个轴自由旋转。换言之，形成下述的机构，其中，相对基端侧的连杆枢毂12，将前端侧的连杆枢毂13设为旋转为两个自由度且姿势变更自如的机构。该二自由度机构在紧凑的同时，扩大前端侧的连杆枢毂13相对基端侧的连杆枢毂12的可活动范围。

比如，在通过基端侧以及前端侧的球面连杆中心PA、PB，将与基端侧以及前端侧的连杆枢毂12、13和基端侧以及前端侧的端部连杆部件15、16的各旋转运动副的中心轴O1(图5B)相垂直地交叉的直线设为基端侧以及前端侧的连杆枢毂12、13的中心轴QA、QB的场合，可使基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA与前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB的折角θ的最大值的最大折角θ_max为约±90°。另外，可将前端侧的连杆枢毂13相对基端侧的连杆枢毂12的回转角设定在0°～360°的范围内。折角θ为相对基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB倾斜的垂直角度。一方面，回转角φ为相对基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB倾斜的水平角度。又，最大折角θ_max为90°以上也是可以的。

前端侧的连杆枢毂13相对基端侧的连杆枢毂12的姿势变更以基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB的交点O为旋转中心而进行。图7的实线表示在基端侧的连杆枢毂12的中心轴OA与前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB位于同一线上的状态，图7的双点划线表示相对基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB取某动作角(折角)的状态。如图6所示那样，即使在前端侧的连杆枢毂13相对基端侧的连杆枢毂12的姿势变化的情况下，基端侧和前端侧的球面连杆中心PA、PB之间的距离L仍没有变化。

如图5B以及图6所示的那样，该平行连杆机构9中，在满足下述的各条件的场合，从几何学对称性来说，由基端侧的连杆枢毂12和基端侧的端部连杆部件15，与由前端侧的连杆枢毂13和前端侧的端部连杆部件16相同地动作。于是，平行连杆机构9在从基端侧向前端侧的旋转传递的场合，用作基端侧和前端侧为相同的旋转角，等速地旋转的等速旋转接头。

条件1：各连杆机构14中的基端侧以及前端侧的连杆枢毂12、13和基端侧以及前端侧的端部连杆部件15，16的旋转运动副的中心轴O1的角度和来自基端侧和前端侧的球面连杆中心PA、PB的长度相互相等。

条件2：各连杆机构14中的基端侧以及前端侧的连杆枢毂12、13和基端侧以及前端侧的的端部连杆部件15、16的旋转运动副的中心轴O1、以及基端侧以及前端侧的端部连杆部件15、16与中间连杆部件17的旋转运动副的中心轴O2在基端侧和前端侧，与基端侧以及前端侧的球面连杆中心PA、PB交叉。

条件3：基端侧的端部连杆部件15和前端侧的端部连杆部件16的几何学形状相等。

条件4：中间连杆部件17中的基端侧部分和前端侧的几何学形状相等。

条件5：相对中间连杆部件17的对称面，中间连杆部件17和基端侧以及前端侧的端部连杆部件15、16的角度位置关系，在基端侧与前端侧相同。

像图3所示的那样，基端侧的连杆枢毂12具有：平板状的基端部件6、以及与该基端部件6一体设置的三个旋转轴连接部件21。如图5B所示，基端部件6在其中间部，具有圆形的通孔6a，在该通孔6a的周围，在圆周方向等间隔地设置三个旋转轴连接部件21。上述通孔6a的中心位于图4所示的基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA上。在各旋转轴连接部件21上，自由旋转地连接有如图5A所示的旋转轴22。旋转轴22的轴心与基端侧的连杆枢毂12的中心轴OA交叉。在该旋转轴22上连接有基端侧的端部连杆部件15的一端。

旋转轴22沿轴向依次包括大直径部22a、小直径部22b与外螺纹部22c，通过小直径部22b，经由两个轴承23，自由旋转地支承于旋转轴连接部件21上。轴承23例如是深沟球轴承、角接触球轴承等的球轴承。这些轴承23以外圈外周面嵌合的状态设置于旋转轴连接部件21上所设置的内径槽中而固定。设置于其他的旋转运动副部上的轴承的种类和设置方法也相同。

旋转轴22在大直径部22a与后述的减速机构52的输出轴52a配置在同心轴上。在旋转轴22上，按照与该旋转轴22一体地旋转的方式，连接基端侧的端部连杆部件15的一端。在基端侧的端部连杆部件15的一端形成缺口部25，该缺口部25的两侧部分构成内外一对的旋转轴支承部26、27。在该一对旋转轴支承部26、27上分别形成通孔。旋转轴连接部件21设置于缺口部25的内部，旋转轴22的小直径部22b穿过上述通孔和轴承23的内圈内周面。旋转轴22的外螺纹部22c比内侧的旋转轴支承部27更向内侧突出。

在旋转轴22的大直径部22a的外周上嵌合间隔件28，经由该间隔件28，基端侧的端部连杆部件15和减速机构52的输出轴52a通过螺栓29而固定。而且，在旋转轴22的外螺纹部22c上螺合有螺母。在轴承23的内圈端面和一对旋转轴支承部26、27之间夹设间隔件，在上述螺母的螺合时，对轴承23施加预压。

基端侧的端部连杆部件15的另一端连接旋转轴35，该旋转轴35自由旋转地连接于中间连杆部件17的一端上。该旋转轴35与基端侧的连杆枢毂12(图5B)的旋转轴22相同，包括大直径部35a、小直径部35b与外螺纹部35c，通过小直径部35b，经由两个轴承36，自由旋转地支承于中间连杆部件17的一端。在基端侧的端部连杆部件15的另一端处形成缺口部37，该缺口部37的两侧部分构成内外一对的旋转轴支承部38、39。在这些旋转轴支承部38、39上分别形成通孔。外螺纹部35c比内侧的旋转轴支承部39更向内侧突出。

在缺口部37的内部设置中间连杆部件17的一端，上述小直径部35b穿过上述通孔和轴承36的内圈内周面。而且，在外螺纹部35c上螺合有螺母。在轴承36的内圈端面和一对旋转轴支承部38、39之间夹设有间隔件，在上述螺母的螺合时，对轴承36施加预压。

如图3所示的那样，前端侧的连杆枢毂13包括平板状的前端部件40与3个旋转轴连接部件41，该3个旋转轴连接部件41在圆周方向等间隔地设置于该前端部件40的底面上。设置各旋转轴连接部件41的圆周的中心位于前端侧的连杆枢毂13的中心轴QB(图4)上。在各旋转轴连接部件41上自由旋转地连接旋转轴43，该旋转轴43的轴心与前端侧的连杆枢毂13的如图7所示的中心轴QB交叉。如图3所示，在该旋转轴43上连接前端侧的端部连杆部件16的一端。在前端侧的端部连杆部件16的另一端上连接旋转轴45，该旋转轴45自由旋转地连接于中间连杆部件17的另一端。

前端侧的连杆枢毂13的旋转轴43和中间连杆部件17的旋转轴45也为与上述旋转轴35(图5A)相同的形状，并且经由两个轴承(在图中未示出)，分别自由旋转地连接于旋转轴连接部件41和中间连杆部件17的另一端上。

<姿势控制用致动器>

姿势控制用致动器10为由具有减速机构52的伺服马达构成的旋转致动器，其与图5A所示的上述旋转轴22同轴地设置于基端侧的连杆枢毂12的基端部件6的表面上。图5B的姿势控制用致动器10和图5A所示的减速机构52一体地设置，通过马达固定部件53，减速机构52固定于图5B的基端部件6上。另外，姿势控制用致动器10也可采用带有制动器的类型。

在本例中，在三组的连杆机构14的全部中设置姿势控制用致动器10，但是，如果在三组的连杆机构14中的至少两组中设置姿势控制用致动器10，则可确定前端侧的连杆枢毂13(图3)相对基端侧的连杆枢毂12的姿势。

三个姿势控制用致动器10按照它们的旋转轴22(图5A)与基端侧连杆枢毂12的中心轴QA(图4)相垂直的方式设置。作为这些姿势控制用致动器10的旋转轴22(图5A)的交点的中间位置P₁₀位于基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA(图4)上。另外，三个姿势控制用致动器10中的两个姿势控制用致动器10的旋转轴22(图5A)的二等分线位于旋转致动器10的旋转轴22(图5A)和基端侧的连杆枢毂12的中心轴QA(图4)所成的平面上。上述二等分线，如图5A所示，是与“旋转轴22”的轴心正交且通过“旋转轴22”的大直径部22a的基端部与外螺纹部22c的前端部的长度方向中间部的线。另外，上述二等分线位于旋转致动器10(图5B)的旋转轴22与基端侧的连杆枢毂12(图5B)的中心轴QA(图4)所成的角度的锐角侧。

如图5A所示的那样，减速机构52是法兰输出，具有大直径的输出轴52a。输出轴52a的顶端面成为与输出轴52a的中心线正交的平面状的凸缘面54。输出轴52a经由上述间隔件28，通过螺栓29而与基端侧的端部连杆部件15的旋转轴支承部26连接。构成基端侧的连杆枢毂12(图4)和基端侧的端部连杆部件15的旋转运动副部的旋转轴22的大直径部22a嵌入设置于减速机构52的输出轴52a上的内径槽57中。

如图4所示的那样，连杆动作装置7通过旋转驱动各姿势控制用致动器10，使平行连杆机构9动作。具体来说，如果旋转驱动姿势控制用致动器10，则该旋转经由图5A的减速机构52而减速，传递给旋转轴22。由此，基端侧的端部连杆部件15相对图4所示的基端侧的连杆枢毂12的角度变化，任意地变更前端侧的连杆枢毂13相对基端侧的连杆枢毂12的姿势。

<关于末端执行器>

在前端侧的连杆枢毂13的前端部件40上安装非图示的末端执行器。前端部件40所安装的末端执行器以通过上述姿势控制用致动器10可移动的方式构成。末端执行器例如是包含夹持器的手部、清洗用喷嘴、分配器、焊炬、图像处理设备等。

<控制装置和操作装置>

如图1所示，控制装置Cu控制各姿势控制用致动器10，以便将前端侧的连杆枢毂13相对于基端侧的连杆枢毂12的姿势从当前姿势改变为目标姿势，该目标姿势由相对于该控制装置Cu的外部的外部指令机构Ed所给出。控制装置Cu属于基于计算机的数控类型，主要由姿势变更控制机构58构成。姿势变更控制机构58由伺服驱动器或可编程逻辑控制器(简称PLC)等构成。各姿势控制用致动器10与控制装置Cu内的单独控制部59电连接。

为了将前端侧的连杆枢毂13的姿势从当前姿势改变为最终目标姿势，即外部指令机构Ed给出的目标姿势，姿势变更控制机构58通常通过规定的运算求出途中要通过的多个点(每个点之间的移动量不同)并事先登录，以依次移动到各登记点的方式，依次发出指令。通过对上述多个点进行运算而求出和登录的图中未示出的点运算机构在姿势变更控制机构58的内部或外部，设置在后述的指令转换部60的上位。此外，还可以使用外部指令装置Ed对各点进行指令。

控制装置Cu与上位PLC、操作开关等的外部指令机构Ed、或者可编程显示器等的操作装置Ou相连，并接收来自这些外部指令机构Ed、操作装置Ou的指令，以控制连杆动作装置7的姿势。操作装置Ou具有设置前端部件40的动作模式和控制参数等的功能。该操作装置Ou具有用于选择和改变负荷条件的按钮等操作机构61。上述负荷条件中的负荷例如是包括上述末端执行器以及搭载在该末端执行器等的工件等的搭载重量。

图2中的操作装置Ou可以通过显示部62的例如触摸面板构成的按钮63或物理按钮64等的操作机构61，向图1的控制装置Cu发出指令，还可以将控制装置Cu内的控制参数显示在显示部62(图2)、以及将控制装置Cu内的控制参数写入、更新。另外，外部指令机构Ed可以设置在操作装置Cu中。上述控制参数可简称为参数或参数值。

如图2所示，操作装置Ou具有：按钮63a，该按钮63a将负荷条件切换为1～n(n：2以上的自然数)；参数显示与数值输入部63b，该参数显示与数值输入部63b能够显示和数值输入多个控制参数，该控制参数为前端部件40(图3)的加加速度和加速度有关的后述的控制参数A～m；参数写入按钮63c，该参数写入按钮63c用于将多个控制参数写入控制装置Cu(图1)。

如图8所示，多个控制参数A～m与负荷条件1～n连动。当切换负荷条件时，图2的操作装置Ou的显示部62上显示的控制参数A～m的数值也随之切换，同时向图1所示的控制装置Cu的初期参数生成规则部65(后述)发送参数切换命令。

姿势变更控制机构58是仅以下述指令臂旋转角度来驱动各姿势控制用致动器10的机构，该指令臂旋转角度为，从处于当前姿势时的基端侧端部连接部件15的各旋转角到处于目标姿势时的基端侧的端部连接部件15的各旋转角。姿势变更控制机构58具体设有初期参数生成规则部65、指令转换部60、同步控制部66和单独控制部59。

初期参数生成规则部65具有参数存储部65a和参数切换机构65b。参数存储部65a存储与每个负荷条件下的加加速度和加速度有关的多个参数值，这些参数值可以从操作装置Ou或外部指令机构Ed更新。参数存储部65a的参数可具有不可写入参数，该不可写入参数不显示在操作装置Ou或外部指令机构Ed，或不能从操作装置Ou或外部指令机构Ed更新。

<参数切换机构>

参数切换机构65b切换控制参数，以便对应作用在前端部件40上的负荷调整姿势控制用致动器10或前端部件40的加加速度和加速度。具体地说，参数切换机构65b从参数存储器65a中调用与操作装置Ou或外部指令机构Ed指令的负荷条件1～n相对应的参数，并将其作为指令转换部60的初期参数生成部60a的规则进行传送。

又，参数切换机构65b可切换多个控制参数，包括移动平均滤波器的滤波时间常数和模型跟踪增益中的至少一个。初期参数生成部60a中，根据定义的规则生成控制参数。

作为与加加速度和加速度相关的控制参数A～m的例子，包括加速时间、减速时间、指令速度下的最大速度、滤波时间常数、惯性力矩比、位置环增益、速度环增益和速度环积分时间常数等，但不限于此。

<未设置滤波时间常数时的速度波形等>

图9a参考而显示了未设置滤波时间常数时的速度波形和加速度波形。当未将滤波时间常数设置为控制参数时，在至指令速度V的加速时和姿势控制完成后的减速时，会发生加速度的突然变化(即加加速度较大)。因此，如果作为负荷的搭载重量较大，动作时、整定时的振动变大。在平行连杆机构的定位等的加速或减速时，从平行连杆机构的停止状态到匀速运动的加速区域，或者相反，从平行连杆机构的匀速运动到停止状态的减速区域，称为“整定时”。

<设置滤波时间常数时的速度波形等>

图9B显示了在本实施方式中，设定滤波时间常数时的速度波形和加速度波形。作为加加速度和加速度相关的控制参数，通过设置滤波时间常数td，将加速时和减速时的加加速度降低。但是，如果只设置滤波时间常数td，则直到指令速度V的加速、或直到速度为零的减速所需的时间会变长，无法实现高速动作。

因此，使图9B的加速时间ta’和减速时间tc’比图9A的加速时间ta和减速时间tc短，或者使图9B的最大加速度A’比图9A的最大加速度A大，或者虽然图中未显示但增大指令速度V，将其中的一个或多个组合来进行。这样既能一边减少动作时、整定时的振动，一边实现高速动作。

<未设置滤波时间常数时的控制方法>

如图10A的参考例所示那样，通常情况下，当发出向目标位置的移动指令时，连杆动作装置的姿势变更控制机构58A会识别前端侧的连杆枢毂13(图3)的当前位置的位置和姿势，并运算所指令的目标位置的位置、姿势。在这些运算之后，姿势变更控制装置58A根据到目标位置的距离、指令速度、加速时间和减速时间运算作为控制装置所连接的伺服马达M的姿势控制用致动器10(图3)的实际的移动量以及移动速度，并将其作为速度指令和位置指令输出到所述伺服马达M。

上述姿势变更控制机构58A在将输出的指令信息、来自伺服马达M的编码器E的当前位置的反馈信息、以及当前的移动速度的反馈信息相加的同时，以位置控制部59a、速度控制部67以及电流控制部68分别调整比例增益、积分增益和微分增益。在电流控制部68的后段设有电力转换部69，并通过电力转换部69转换为规定的交流电力。

<设置滤波时间常数时的控制方法>

如图10B所示的本实施形态那样，当在速度指令的要素中追加滤波时间常数td时，仅通过通常的速度指令以及位置指令，位置控制部59a或速度控制部67的比例增益、积分增益和微分增益的调整将变得无法收敛。因此，有必要追加要素，该要素为在各控制部中给予滤波时间常数td的影响。将进行该追加的控制要素的调整、指令的控制部称为模型跟踪控制部70。例如，模型跟踪控制部70可以通过向位置控制部59a追加模型跟踪控制增益、向速度控制部67追加速度前馈、以及向电流控制部68追加扭矩前馈来提高伺服马达E的响应性。

<指令转换部等>

如图1所示，指令转换部60是下述机构，其基本功能是：从外部指令手段Ed通过上述点运算机构、或直接以折角θ和转角的给予的目标姿势的指令B(θb、)转换为各连杆机构14的基端侧的端部连杆部件15的旋转角β。该转换后的各基端侧的端部连杆部件15的旋转角βn(β1～β3)与当前各旋转角度α之差构成指令臂旋转角度。根据折角θ和旋转角求出各连杆机构14的基端侧的端部连杆部件15的旋转角ββ的运算，通过规定的关系式(1)的逆转换而进行。

[数学式1]

cos(θ/2)sinβn-sin(θ/2)sin(φ+δn)cosβn+sin(γ/2)＝0

……式(1)

在式(1)中，γ是与基端侧的端部连杆部件15自由旋转地连接的中间连杆部件17的连接端轴、与前端侧的端部连杆部件15自由旋转地连接的中间连杆部件17所形成的角度。δn(δ1，δ2，δ3)是相对作为基准的基端侧的端部连杆部件15的各基端侧的端部连杆部件15的圆周方向的离间角。如果连杆机构14的数量为三组，且每个连杆机构14在圆周方向上平均分布，则各基端侧的端部连杆部件15的圆周方向的离间角δ1、δ2和δ3分别为0°、120°和240°。

根据上述关系式(1)，对于前端侧的连杆枢毂13的某个姿势 和姿势与姿势A、B对应的臂旋转角分别作为姿势A的臂旋转角(β1a、β2a、β3a)、姿势B的臂旋转角(β1b、β2b、β3b)而成立关系。

指令转换部60除了具有上述基本的功能的机构外，还具有初期参数生成部60a以及判断与变更部60b。通过指令转换部60转换而得到的指令臂旋转角度通过同步控制部66给予各姿势控制用致动器10相对应的各单独控制部59。总之，通过在指令转换部60中进行初期参数生成、规定的判断和变更，预先计算出各点之间的速度和各姿势控制用致动器(马达位置)坐标。

同步控制部66是对各基端侧的端部连接部件15的旋转进行同步控制的机构，并对应同步时机，向作为致动器驱动器的单独控制部59传送每个时刻相应的位置指令。单独控制部59中，对应同步控制部66的指令，驱动相应的姿势控制用执行器10。同步控制部66具有参数设定部66a和位置设定部66b，用于分别设定向各单独控制部59指定的参数和位置。在参数设定部66a中，在变更了由指令转换部60最初生成的控制参数时，设定该变更后的控制参数。在位置设定部66b中，设定指令臂旋转角度。

各单独控制部59为下述机构，即，将对应的姿势控制用致动器10的动作，以使各基端侧的端部连杆部件15从当前角度旋转到目标角度的方式控制。并具有由伺服驱动器构成的位置控制部59a以及指令实行机构59b。根据各控制参数和臂指令旋转角度，由同步控制部66通过脉冲输出等向位置控制部59a发出动作指令，以指令实行机构59b驱动姿势控制用致动器10。位置控制部59a利用其给出的动作指令和作为旋转角检测机构的编码器E(图10B)的检测值，执行反馈控制。

指令转换部60的初期参数生成部60a将下述控制参数按照规定的规则作为控制参数的初期值而生成，该控制参数以如下方式进行控制，即，使各基端侧的端部连杆部件15以仅从上位给予的各基端侧的端部连杆部件15的指令臂旋转角度，同时开始旋转，同时停止旋转。

初期参数生成部60a将控制参数中的加速时间和减速时间设定为连杆动作装置7的共振频率的一个周期。这里所说的共振频率是指，前端侧的连杆枢毂13上设置末端执行器等的被搭载的所有搭载物的状态的共振频率。

判断与变更部60b为以规定的基准对初期参数生成部60a所生成的控制参数进行判断，并在判断出应变更时，进行变更的机构。判断与变更部60b具有动作时间推定机构60ba、条件选定机构60bb和参数变更机构60bc。动作时间推定机构60ba根据姿势控制用致动器10的加速时间、减速时间、指令速度和指令臂旋转角度推定动作时间。条件选定机构60bb为将该推定的推定动作时间与总的加速时间和减速时间进行比较的机构。参数变更机构60bc根据条件选定机构60bb的比较结果变更所述控制参数的初始值。

<作用效果>

根据以上说明的连杆动作装置7的控制装置Cu，例如当搭载重量等的负荷增加时，通过降低加加速度，可以减少前端部件40的动作中以及整定时的振动。因此，由于可在不降低指令速度的情况下调整加加速度，因此可实现高速动作的同时，能以单个机械体对应宽范围的搭载重量。由此，能够提高作为工业设备的连杆动作装置7的通用性。

连杆动作装置7采用平行连杆机构9，不需要在可动部中布置伺服马达，并且由于可动部重量轻，因此擅长提高加加速度，高速地进行精细动作。在这种连杆动作装置7中，因为加加速度对速度即节拍时间有显著影响，而增加搭载重量会使可动部更重，更容易产生振动，因此，切换控制参数以调整加加速度的参数切换机构65b更有效。

参数切换机构65b切换多个控制参数，该多个控制参数包括移动平均滤波器的滤波时间常数和模型跟随控制增益中的至少一个。在这种情况下，通过增大移动平均滤波器的滤波时间常数或减小模型跟踪控制增益，可以减小加加速度，从而减小加速度的变化所产生的冲击。因此，当搭载重量(负荷)较大时，可通过参数切换机构65b改变这些控制参数，从而增大移动平均滤波器的滤波时间常数或减小模型跟踪控制增益。这样就可以在不降低平行连杆机构9的速度的情况下，减小整定时的振动和致动器10的扭矩，并可减小整定时以及动作中的前端部件40的振动。

又，在通常的控制中，由于没有考虑到移动平均滤波器产生的加速度的连续变化，因此将该加速度的连续变化视为扰动的影响，自动调整自动控制回路，因此可能达不到预期效果。在这种情况下，如果不仅调整移动平均滤波器的滤波时间常数，还一并调整模型跟随控制增益，就可以将通常时的指令那样的直线形作为理想形，将位置控制、速度控制、电流控制控制为接近与负荷大小对应的理想形。由此，就可以抑制振动、冲击的产生，能够实现整定时间的减少以及最大速度的维持。

参数切换机构65b切换多个控制参数，该多个控制参数用于调整姿势控制用致动器10或前端部件40的加速度。在该情况下，通过对应搭载重量不仅调整加加速度，还调整加速度，控制参数的调节范围扩大,可以在不降低连杆动作装置7的速度的情况下，降低整定时以及动作中的振动以及姿势控制用致动器10的扭矩。

调整上述加速度的多个控制参数可以包括加速时间、减速时间和指令速度中的至少一个。如果使与加速度有关的控制参数包括加速时间、减速时间和指令速度中的至少一个，则可以很简单地调整加速度。

参数切换机构65b可随着负荷越增大越减小加加速度、增大加速度。由于对连杆动作装置7的前端部件40的冲击受加加速度的影响要大于加速度，因此以这种方式调整控制参数可使连杆动作装置7更高速地动作。

连杆驱动装置7具有操作装置Ou，该操作装置Ou设定前端部件40的动作模式和控制参数，图2的操作装置Ou具有操作机构61，该操作机构61对负荷条件进行选择以及变更。在这种情况下，操作装置Ou的操作机构61不仅可以设定图1的控制装置Cu的动作模式和控制参数等，还可以根据负荷条件简单地将控制参数切换为与负荷条件相对应的值。

<其他实施形态>

接下来将说明其他实施形态。在以下说明中，与各实施形态中之前说明的事项相对应的部分附有相同的附图标记，略去重复的说明。在仅说明构成的一部分的情况下，除非特别记载，否则与之前说明的实施形态相同。相同的构成产生相同的作用效果。不仅各实施形态中具体说明的部分的组合，如果组合没有特别的障碍，实施形态之间的部分组合也是可能的。

[第二实施形态：图11]

如图11所示，可以为基端侧的臂长L1长于前端侧的臂长L2的平行连杆机构9。基端侧的臂长L1为基端侧的端部连杆部件15与基端侧的连杆枢毂12的旋转运动副轴的轴方向的中心点Pa、与基端侧的球面连杆中心PA之间的距离。上述前端侧的臂长L2为前端侧的端部连杆部件16与前端侧的连杆枢毂13的旋转运动副轴的轴方向的中心点Pb、与前端侧的球面连杆中心PB之间的距离。在该具有平行连杆机构9的连杆动作装置中，也可以提供与上述相同的控制装置Cu，以对应宽范围的搭载重量，提高通用性。

[第三实施形态：图12]

如图12所示那样，控制装置Cu可通过姿势控制用致动器10旋转三个旋转体71，以便控制前端侧的连杆枢毂13相对于基端侧的连杆枢毂12的姿势。三个旋转体71为同轴，以分别被自由旋转支持的状态支持在基端侧的连杆枢毂12上。姿势控制用致动器10的旋转轴上分别支持滑轮72，三个滑轮72中的每个与各旋转体71之间架设有皮带73。由此，将姿势控制用致动器10的旋转轴旋转，以使滑轮72旋转，通过皮带73旋转旋转体71，由此，能够控制前端侧的连杆枢毂13的姿势。在具有该平行连杆机构9的连杆动作装置中，也具有与上述相同的控制装置Cu，以对应宽范围的搭载重量，提高通用性。

[第四实施形态：机床]

作为工业设备，例如可以适用图13A所示的机床74A。该机床74A具有：直线运动单元76，可沿与龙门架台75正交的两轴(X轴和Z轴)方向进退；以及运送机构77，可在该直线运动单元76的下方沿与上述X轴和Z轴方向分别正交的Y轴方向运输。在构成直线运动单元76的输出部的移动驱动用的致动器10上安装能够机械加工工件W的刀具TL，在运输机构77的运输台上安装工件W。上述致动器10以及运输机构77由控制装置Cu进行同步控制。作为控制上述致动器10等的控制装置Cu，通过适用与上述同样的控制装置，可以实现能够对应宽范围的搭载重量，提高通用性的机床。

[第五实施形态：机床]

作为工业设备，可以适用图13B所示的机床74B。在该机床74B中，代替上述运送机构，设置将工件W以比如围绕X轴自由旋转的方式支持的旋转驱动机构78。在这种情况下，作为控制上述致动器10等的控制装置Cu，通过适用与上述同样的控制装置，可以实现能够对应宽范围的搭载重量，提高通用性的机床。

作为连杆动作装置虽然以平行连杆式结构的装置进行了图示，但只要是能够控制折角θ和旋转角φ的构成，作为动作机构就可以适用横摇-俯仰(Pan and tilt)结构(未图示)。

虽然没有图示，但作为工业设备，可以适用垂直多关节机器人或水平多关节机器人。

如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施形态进行了说明，但是，在不脱离本发明的主旨的范围内，可进行各种的追加、变更或删除。于是，这样的方式包含在本发明的范围内。

[符号的说明]

7……连杆动作装置(工业设备)

10……姿势控制用致动器

12……基端侧的连杆枢毂

13……前端侧的连杆枢毂

14……连杆机构

15……基端侧的端部连杆部件

16……前端侧的端部连杆部件

17……中间连杆部件

40……前端部件

61……操作机构

65b……参数切换机构

74A、74B……机床(工业设备)

Cu……控制装置

Ou……操作装置。

Claims (7)

1.一种工业设备的控制装置，该控制装置控制工业设备中的致动器，该工业设备设置有通过上述致动器能移动的前端部件，

该控制装置具有参数切换机构，该参数切换机构对应作用于上述前端部件的负荷，以调整上述致动器或上述前端部件的加加速度的方式，切换控制参数。

2.根据权利要求1所述的工业设备的控制装置，其特征在于，上述工业设备是连杆动作装置，该连杆动作装置中，前端侧的连杆枢毂经由三组以上的连杆机构以能变更姿势的方式连接在基端侧的连杆枢毂上，上述各连杆机构包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件，该基端侧和前端侧的端部连杆部件的一端分别以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂上；以及中间连杆部件，该中间连杆部件的两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件的另一端上，在上述三组以上的连杆机构中的两组以上的连杆机构上设置姿势控制用的上述致动器，该姿势控制用的上述致动器任意变更上述前端侧的连杆枢毂相对于上述基端侧的连杆枢毂的姿势。

3.根据权利要求1或2所述的工业设备的控制装置，其特征在于，上述参数切换机构切换多个控制参数，该多个控制参数包括移动平均滤波器的滤波时间常数和模型跟随控制增益中的至少一个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工业设备的控制装置，其特征在于，上述参数切换机构切换多个控制参数，该多个控制参数用于调整上述致动器或上述前端部件的加速度。

5.根据权利要求4所述的工业设备的控制装置，其特征在于，调整上述加速度的多个控制参数包括加速时间、减速时间和指令速度中的至少一个。

6.根据权利要求4或5所述的工业设备的控制装置，其特征在于，上述参数切换机构随着上述负荷越增大越减小上述加加速度、增大上述加速度。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的工业设备的控制装置，其特征在于，上述工业设备具有操作装置，该操作装置至少设定上述前端部件的动作模式和上述控制参数，该操作装置具有对负荷条件进行选择以及变更的操作机构。