DE102007037634B4

DE102007037634B4 - Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine und Steuerungsvorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102007037634B4
Application number: DE102007037634.2A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ueno; Tetsuya Matsushita
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP4960038B2; US20080039973A1; US20080140258A1; JP2008040930A; CN101226386A; CN101226386B; US7706922B2; ITMI20071655A1; DE102007037634A1

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, welche umfasst: eine Basis (1), die mit der Außenseite verbunden ist; eine Vielzahl von Streben (4), die mit der Basis (1) über erste Kugelgelenke (2) verbunden sind; Stellglieder (3), die die einzelnen Streben (4) antreiben; ein Endbetätigungsglied (6), welches jeweils mit einer Strebe (4) über zweite Gelenkkupplungen (5) verbunden ist; Steuerungsmittel (16), um Stellgliedsteuerungsbefehle auf ein jedes Stellglied (3) auszugeben; Mittel (12) zum Speichern von Drehwiderstandswerten, die bereit gestellt werden mit den Steuerungsmitteln (16) zum Speichern von Drehwiderstandswerten der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: einen ersten Schritt, welcher die Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) abschätzt, und einen jeden Stellgliedsteuerungsbefehlswert für die Endausführungsteilpositionssteuerungsbefehlswerte und die Ausrichtungssteuerungswerte auf Basis der vorbestimmten kinematischen Parameter in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bestimmt; einen zweiten Schritt, welcher Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) aus den Drehwiderstandswertspeichermitteln (12) erhält; einen dritten Schritt, welcher die Kraft und das Drehmoment berechnet, welches auf eine jede Gelenkkupplung (5) unter Verwendung der Drehwiderstandswerte einwirkt; einen vierten Schritt, welcher die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment ermittelt, welche auf das Endausführungsteil (6) aus der Kraft und dem Drehmoment, welches auf eine jede Gelenkkupplung (5) einwirken, ausgeübt werden; ...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, in welcher ein Endausführungsteil, welches mit einer Vielzahl von Streben verbunden ist, die über Gelenke durch Stellglieder angetrieben werden, durch die Streben bewegt wird, und auf eine Vorrichtung zum Implementieren dieses Verfahrens.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Steuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5, wie jeweils aus der DE 10 2004 061 581 A1 bekannt.
Beschreibung des Stands der Technik:
Als herkömmliches Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine ist ein in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2006-011752 A beschriebenes Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird in einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine zum Erreichen eines Schneidwiderstands zum Zeitpunkt der maschinellen Bearbeitung zusätzlich zum Effekt des Zuführwiderstandes einer aktiven Welle, die durch Stellglieder positiv angetrieben wird, eine Störung modelliert, wobei der Drehwiderstand, der in passiven Wellen erzeugt wird, die nicht durch die Stellglieder positiv angetrieben werden, ein Trägheitsterm und ein Schwerkraftterm als Parameter verwendet werden, und wobei jeder Parameter identifiziert wird durch die Verwendung eines Störungsbeobachters, um die Genauigkeit beim maschinellen Bearbeitungsvorgang zu verbessern. Nun sind in diesem Verfahren nicht alle passiven Wellen betroffen, sondern nur ein Teil hiervon wird modelliert.
Zusätzlich ist als herkömmliche Steuerungsvorrichtung für maschinelle Bearbeitungswerkzeuge eine Steuerungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP H05-285788 A beschrieben ist, bekannt. Diese Vorrichtung steuert ohne auf die Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine fokussiert zu sein, sondern führt eine Steuerung durch über eine Diagnose unter Verwendung der Lasten von Stellgliedern allgemeiner Bearbeitungswerkzeuge. Bei dieser Steuerung werden, wenn das Bearbeitungswerkzeug normal ist, Normalzeit-Messdaten für Lasten der Stellglieder im vorhinein erhalten, und diese Messdaten für die Normalzeit und die Messdaten zum Zeitpunkt der Diagnose werden miteinander verglichen, um eine Diagnose anzustellen.
Bei den herkömmlichen Verfahren wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2006-011752 A wird die Genauigkeit in einem gewissen Maße verbessert, dadurch dass der Drehwiderstand einer passiven Welle zusätzlich zu dem Vorschubwiderstand einer aktiven Welle betrachtet wird. Da jedoch Effekte der nicht betroffenen passiven Wellen nicht berücksichtigt werden, wird der Fehler dementsprechend durch die vorliegenden Bedingungen vergrößert. Zusätzlich wird der Drehwiderstand durch Kombinationen mit den Faktoren bei herkömmlichen Verfahren identifiziert. Somit verschmelzen Effekte aus den Faktoren und den Effekten der passiven Wellen miteinander und der Fehler vergrößert sich entsprechend den vorliegenden Bedingungen. Weiterhin gilt, dass selbst wenn eine Kompensation unter Verwendung von Messwerten des Drehwiderstands in passiven Wellen durchgeführt wird, dass eine Wechselwirkung mit den Faktoren auftritt und eine hochgenaue Kompensation nicht erhalten werden kann.
Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine sowie eine Steuerungsvorrichtung hierfür bereitzustellen, welche die Position und die Ausrichtung des Endausführungsteils mit erhöhter Genauigkeit bestimmt durch Durchführen einer Kompensation, die lediglich Effekte des Drehwiderstandes eliminiert, und durch Auswählen aller passiver Wellen als Objekte zur Betrachtung und zum Aufbau eines Modells unabhängig von Trägheitseffekten, der Schwerkraft oder ähnlichem.
Zusätzlich ist es das Ziel der Erfindung ein Steuerungsverfahren und eine Steuerungsvorrichtung für die Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bereitzustellen, welche Effekte der Verformungsfehler der mechanischen Elemente eliminiert, die verursacht werden durch Drehwiderstand und die Abschätzgenauigkeit der Kinematikparameter verbessert.
Andererseits gilt, dass selbst wenn die herkömmliche Vorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP H05-285788 A beschrieben ist, einfach nur angewendet wird auf eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, dass eine Diagnose nur durchgeführt werden kann unter den Messbedingungen, die sich auf die Normalzeit-Messdaten bezieht, die vorab in einer herkömmlichen Vorrichtung erhalten worden sind. Somit sind die Messbedingungen zum Zeitpunkt der Diagnose entsprechend den Bedingungen der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine beschränkt und es ist schwer, eine genaue Diagnose durchzuführen, wenn sich die Messbedingungen von den Messbedingungen unterscheiden, die sich auf die Normalzeit-Messdaten beziehen. Weiterhin gilt, dass wenn eine detaillierte Diagnose, die auf spezielle Streben oder Gelenke abzielt, durchgeführt wird, es nicht klar ist, unter welchen Messbedingungen die Normalzeit-Messdaten erhalten werden sollen, und es ist schwierig, eine genaue Diagnose für spezielle Streben oder Gelenke zu implementieren. Weiterhin gilt, dass obwohl ein normaler/anomaler Status der Streben oder Gelenke ermittelt werden kann durch Vergleich von Daten mit den Normalzeit-Daten, es schwierig ist, anomale Gelenke oder Streben zu identifizieren.
Weiterhin offenbart die DE 10 2005 028 915 A1 , welche ein Verfahren zum Schätzen des Schneidwiderstands eines Bearbeitungswerkzeugs einer Parallelkinematikvorrichtung betrifft, bereits Mittel zum Speichern von Drehwiderstandswerten, die bereit gestellt werden mit den Steuerungsmitteln zum Speichern von Drehwiderstandswerten der ersten Gelenkkupplung und/oder der zweiten Gelenkkupplung wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
einen zweiten Schritt, welcher Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplung und/oder der zweiten Gelenkkupplung aus den Speichermitteln erhält;
einen dritten Schritt, welcher die Kraft und das Drehmoment berechnet, welches auf eine jede Gelenkkupplung unter Verwendung der Drehwiderstandswerte einwirkt.
Aus der WO99/28097 A1 , die ein System und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Hexapod-Positionierungsvorrichtung betrifft, ist ein Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine mit einem Endausführungsteil bekannt, welches zu verbinden ist mit einer jeden Strebe über zweite Gelenkkupplungen, Stellglieder, welche eine jede Strebe antreiben, Steuerungsmittel zum Steuern eines jeden Stellglieds durch Ausgeben von Stellgliedssteuerungsbefehlen und Mitteln zum Speichern eines Drehwiderstandswerts, welche versehen sind mit den Steuerungsmitteln zum Speichern der Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen und/oder zweiter Gelenkkupplungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Messen der Position und/oder Ausrichtung oder Messen des Abstandes von einem gegebenen Punkt, wenn das Endausführungsteil an einer Vielzahl von Positionen und Ausrichtungen positioniert ist,
Abschätzen der kinematischen Parameter der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine und Durchführen der Kalibrierung auf der Basis der tatsächlichen Messwerte und
Berücksichtigung der Verformungsfehler aufgrund des Drehwiderstands der ersten Gelenkkupplungen und/oder zweiten Gelenkkupplungen, wenn eine Berechnung durchgeführt wird.
Weiterer Stand der Technik ist zum Beispiel in folgenden Dokumenten zu finden:
HUANG, S.; SCHIMMELS, J. M.: „Synthesis of spatial compliance with simple serial elastic mechanisms”, In: Proceedings of the 2000 International Conference on Robotics and Automation, 24–28 April 2000, Vol. 4, S. 3328–3333
LI, D.; SALCUDEAN, S. E.: „Modeling, Simulation, and Control of a Hydraulic Stewart Platform”, In: Proceedings of the 1997 International Conference on Robotics and Automation, April 1997, Vol. 4, S, 3360–3366
WAVERING, A. J.: ”Parallel Kinematic Machine Research at Nist: Past, Present, and Future”, In: First European-American Forum on Parallel Kinematic Machines, Theoretical Aspects and Industrial Requirements, 31 August–1 September, 1998, Milan, Italy
Zusätzlich gilt, dass wenn eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine einer Diagnose unterworfen wird, vom Standpunkt des Identifizierens anomaler Bereiche die Steuerungsvorrichtung eine Vergrößerung des Drehwiderstands der Gelenke erfassen muss. Um den Gelenkdrehwiderstandswert zu ermitteln, gilt jedoch, dass es der einzige Weg ist, das Gelenk zu zerlegen und zu messen.
Deshalb bestehen die Ziele der vorliegenden Erfindung darin, ein Steuerungsverfahren und eine Steuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bereitzustellen, welche den Drehwiderstandswert eines jeden Gelenks auf leichte Weise und mit hoher Genauigkeit ermitteln kann.
Zusätzlich liegen die Ziele der vorliegenden Erfindung darin, ein Diagnosesteuerungsverfahren bereitzustellen sowie eine Diagnosesteuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, welche anomale Orte leichter diagnostizieren und auch identifizieren kann durch Verwendung der zum Zeitpunkt der Diagnose erhaltenen Drehwiderstandswerte.
Zusammenfassung der Erfindung:
Um die oben genannten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Steuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine nach dem unabhängigen Anspruch 8 bereit.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens bzw. dieser Vorrichtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Effekt erzielt, dass ein Steuerungsverfahren und eine Steuerungsvorrichtung einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bereitgestellt werden, welche die Position und Ausrichtung des Endausführungsteils noch genauer bestimmen durch Durchführung einer selektiven Kompensation, die die Effekte des Drehwiderstands für alle passiven Wellen berücksichtigt und durch Durchführen einer Kompensation, welche nur die Effekte des Drehwiderstands berücksichtigt durch Aufbau eines Modells, welches unabhängig ist von Effekten der Trägheit, der Schwerkraft oder ähnlichem.
Zusätzlich werden gemäß der vorliegenden Erfindung Verformungsfehler aufgrund eines Drehwiderstands des ersten Universalgelenks und/oder des zweiten Universalgelenks im Falle der Berechnung der Schätzung der kinematischen Parameter berücksichtigt, die sich auf die Kalibrierung beziehen. Somit können Effekte der Verformungsfehler mechanischer Elemente aufgrund des Drehwiderstands eliminiert werden und die Schätzgenauigkeit der Kinematikparameter kann nochmals verbessert werden.
Kurze Figurenbeschreibung:
1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, die durch das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu steuern ist.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Beineinheit in 1 zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung, die sich auf die Kompensation eines Steuerungsbefehlswerts eines Stellglieds in der vorliegenden Erfindung bezieht.
4 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, die ein Steuerungsverfahren betrifft, welches sich auf die Kompensation eines Befehlswerts für ein Stellglied in der vorliegenden Erfindung bezieht.
5 ist eine erläuternde Ansicht einer Drehwelle oder der Welle einer Gelenkkupplung, die mit der Gelenkkupplung in 1 in Beziehung steht.
6 ist eine erläuternde Ansicht der Beziehung zwischen der Verschiebung des Drehzentrums und einem Strebenwellenvektor, welche sich auf die ersten und zweiten Gelenkkupplungen in 1 beziehen.
Die 7A und 7B sind Diagramme von Schaltkreismessergebnissen mittels des DBB-Verfahrens in der in 1 gezeigten Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine: 7A zeigt, dass die vorliegende Erfindung nicht angewendet wird; und 7B zeigt, dass die vorliegende Erfindung angewendet wird.
8 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel zeigt für den Übergang des Drehwiderstands der zweiten Gelenkkupplung, wenn keine lineare Approximation durchgeführt wird.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Verformung eines Kugelgewindes durch den Drehwiderstand einer zweiten Gelenkkupplung zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel zeigt für den Übergang des Drehwiderstands der ersten Gelenkkupplung oder der zweiten Gelenkkupplung, wenn eine lineare Approximation durchgeführt wird.
Die 11A und 11B sind Diagramme, die die geschätzten Fehlerwerte aufgrund des DBB-Verfahrens zeigen: 11A zeigt, dass keine lineare Approximation angewendet wird; und 11B zeigt, dass eine lineare Approximation angewendet wird.
Die 12A und 12B sind Diagramme, die sich auf eine Servomotorlast während der Anwendung des DBB-Verfahrens beziehen: 12A zeigt, dass keine lineare Approximation durchgeführt wird; und 12B zeigt, dass eine lineare Approximation durchgeführt wird.
13 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel zeigt für einen Verformungsfehlerbetrag, der in der DBB-Trajektorie aufgrund des Drehwiderstands des ersten Universalgelenks und/oder des zweiten Universalgelenks auftritt.
14 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, die sich auf die in 1 gezeigte Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bezieht.
Die 15A und 15B sind Diagramme von Schaltkreismesswerten aufgrund des DBB-Verfahrens: Die 15A zeigt, dass die Kalibrierung der 14 nicht durchgeführt wird; und 15B zeigt, dass die Kalibrierung der 14 durchgeführt wird.
16 ist eine erläuternde Ansicht, die die erste Gelenkkupplung in 1 zeigt.
17 ist eine erläuternde Ansicht, die die zweite Gelenkkupplung in 1 zeigt.
18 ist ein Blockdiagramm eines Teiles der Steuerungsvorrichtung sowie des Steuerungszielobjekts, welches sich auf die Schätzung des Drehwiderstandswerts der vorliegenden Erfindung bezieht.
19 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, die sich auf ein Steuerungsverfahren bezieht, welches im Zusammenhang steht mit der Schätzung des Drellwiderstandswerts bei der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, die sich auf das Steuerungsverfahren zur Schätzung des Drehwiderstandswerts bei der vorliegenden Erfindung bezieht.
21 ist ein Diagramm, welches Messwerte zeigt für den Drehwiderstandswert einer Beineinheit und die geschätzten Werte, die sich auf die vorliegende Erfindung in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine der 1 beziehen.
Die 22A bis 22F sind Diagramme, die tatsächliche Messwerte zeigen sowie Schätzwerte einer Last in einem entsprechenden Servomotor.
23 ist ein Diagramm, welches tatsächliche Messwerte der DBB-Trajektorie zeigt sowie die DBB-Trajektorie, die aus den Schätzwerten ermittelt worden ist, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird im folgenden eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine mit Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine erläuternde Darstellung einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine vom Steward-Plattform-Typ mit sechs Freiheitsgraden. Diese Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine umfasst einen Rahmen 1 als eine am Boden befestigte Basis, sechs erste Gelenkkupplungen 2A bis 2F, die am Rahmen befestigt sind, Servomotoren 3A bis 3F als Stellglieder, die mit jedem der ersten Gelenkkupplungen 2A bis 2F verbunden sind, und Kugelgewinde 4A bis 4F als Streben, welche angetrieben werden von einem jeden der Servomotoren 3A bis 3F, zweite Gelenkkupplungen 5A bis 5F, die verbunden sind mit dem unteren Ende eines jeden Kugelgewindes 4A bis 4F, einem Endausführungsteil 6 mit den zweiten Gelenkkupplungen 5A bis 5F und einem Tisch 7, der am Rahmen 1 am gegenüberliegenden Ende des Endausführungsteils 6 befestigt ist.
Das Endausführungsteil 6 umfasst einen Schneidwerkzeugaufsetzbereich und einen Schneidwerkzeugdrehmechanismus an der unteren Oberfläche. Der Tisch 7 umfasst einen Mechanismus zum Fixieren eines zu bearbeitenden Werkstücks. An einem jeden der Servomotoren 3A bis 3F ist ein Kodierer (nicht gezeigt) angeschlossen, welcher numerische Werte ausgibt, die dem Drehwinkel oder der Drehgeschwindigkeit relativ zum Bezugszustand entsprechen und die vom Kodierer ausgegebene Information wird auf die Steuerungsmittel 16 (3) zurückgekoppelt.
Zusätzlich umfasst die Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 eine Gesamtheit von sechs Sätzen von Beineinheiten, wobei eine jede konfiguriert wird durch die erste Gelenkkupplung 2A, den Servomotor 3A, das Kugelgewinde 4A und die zweite Gelenkkupplung 5A. Im folgenden werden für den Fall, dass die Bauteile in einer Beineinheit dieselben sind, eine Beschreibung gegeben für ein repräsentatives Beispiel, welches nur mit Hauptbezugszeichen dargestellt ist, wobei a bis f ausgenommen sind. Es sei angemerkt, dass 2 einen Satz von Beineinheiten zeigt.
Die erste Gelenkkupplung 2 hat einen Kardanaufbau, welcher drei Ringe verwendet, welche zwei Freiheitsgrade der Drehung bereitstellen. Der äußerste Ring ist am Rahmen 1 befestigt und umfasst ein Lager, welches eine Welle in radialer Richtung trägt. Zusätzlich ist der mittlere Ring, welcher eine Welle aufweist, als Gelenk aufgesetzt, was es dem Lager des äußersten Rings ermöglicht, diese Welle zu tragen. Weiterhin sind, genauso wie beim äußersten und dem mittleren Ring der mittlere und der innere Ring als Gelenke aufgesetzt. Jedoch steht die Richtung der Welle des innersten Rings senkrecht zur Richtung der Welle des mittleren Rings. Auf diese Weise kann durch die Kombination zweier Gelenke die erste Gelenkkupplung 2 mit zwei Freiheitsgraden gebildet werden.
Die zweite Gelenkkupplung 5 umfasst einen Flansch mit drei Freiheitsgraden der Drehung, zwei Wellen und einen Stab. Der Flansch 31 (5) ist senkrecht fixiert zur seitlichen Oberfläche, die im rechten Winkel steht zur unteren Oberfläche des Endausführungsteils 6. Die Welle 32 (5) ist über das Lager auf den Flansch 31 aufgesetzt und dreht sich um die Drehwelle senkrecht zur Seitenoberfläche des Endausführungsteils 6. Der Stab 33 (5) ist über das Lager auf die Welle 32 gesetzt und dreht sich um die Drehwelle, die im rechten Winkel steht zur oben genannten Drehwelle. Es sei angemerkt, dass der Stab 53 auf der Welle 52 aufgesetzt ist und ein Lager umfasst, welches sich um seine eigene Achse dreht, und das Kugelgewinde 4 ist mit diesem Lager verbunden. Auf diese Weise wird durch Kombinationen von drei Lager (Gelenken) die zweite Gelenkkupplung 5 mit drei Freiheitsgraden ausgebildet.
Die Beineinheit der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 bildet eine geschlossene Schleife und zusätzlich kann jede Beineinheit betrachtet werden als ein serieller Verbindungsmechanismus mit sechs Freiheitsgraden, der eine aktive Welle und fünf passive Wellen aufweist, wie als nächstes gezeigt. Das heißt, dass eine jede Beineinheit das Kugelgewinde 4 umfasst, welches durch den Servomotor 3 zu einer aktiven Welle ausgebildet wird, wobei die erste Gelenkkupplung 2 eine passive Welle mit zwei Freiheitsgraden in der Rotation ist, und die zweite Gelenkkupplung 5 eine passive Welle mit drei Freiheitsgraden der Rotation ist, und wobei diese eine aktive Welle sowie fünf passive Wellen in ihrer Gesamtheit umfasst.
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine. Die Steuervorrichtung umfasst eine CPU (nicht gezeigt), einen Speicher (nicht gezeigt), welcher vorübergehend einen jeden Schritt oder ähnliches eines Programms steuert, welches die CPU zur Steuerung ausführt, eine Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), welche verschiedene Arten von Informationen anzeigt, eine Eingabeeinheit (nicht gezeigt), welche verschiedene Eingaben empfängt, Speichermittel (nicht gezeigt), welche Programme oder ähnliches im Speicher speichern, eine Schnittstelle zwischen diesen und der CPU (nicht gezeigt), einer Schnittstelle 17 zwischen einem jeden Servomotor 3 (Stellglied) und der CPU, und eine Treibereinheit (nicht gezeigt) für einen jeden Servomotor 3. In den Speichermitteln sind Gelenkdrehachsenwinkelberechnungsmittel 10, Berechnungsmittel 11 für die resultierende Kraft, Speichermittel 12 für den Drehwiderstandswert, Berechnungsmittel 13 für die Befehlswerte des Endausführungsteils, arithmetische Berechnungsmittel 14 für den Ausgleichsbetrag, und Mittel 15 zum Berechnen des Stellgliedsteuerbefehlswerts als Teil der Programme gespeichert.
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches sich auf das Steuerungsverfahren bezieht, welches die Steuerungsvorrichtung der auf diese Weise konfigurierten Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 ausführt. Zunächst wird im Schritt S1 als erstem Schritt durch die Berechnungsmittel 15 für den Stellgliedsteuerungswert in der Steuerungsvorrichtung der Steuerwert L_I für einen jeden Servomotor 3 gemäß der Position und Ausrichtungsbefehlswerte X_REF des Endausführungsteils 6 berechnet. Die kinematischen Parameter in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 sind der Drehzentrumspositionsvektor Qi (i: 1–6; die nacheinander Elementen entsprechen, die in Bezug stehen mit den Symbolen a bis f; dies gilt auch jeweils im folgenden) der ersten Gelenkkupplung 2, des Drehmittelpunktpositionsvektors Ri einer jeden zweiten Gelenkkupplung 5 in dem Koordinatensystem, das sich auf das Endausführungsteil 6 bezieht, und der Strebenreferenzlänge l_BI. Die Berechnungsmittel 15 für die Stellgliedbefehlswerte bestimmen den Steuerwert l_i für die Strebenlänge gemäß der nachfolgenden [Gl. 1] aus den Befehlswerten X_ref (x, y, z, a, b, c), welche den Positionssteuerwert (x, y, z) des Endausführungsteils 6 und des Positionierungssteuerungswerts (a, b, c) zusammenfassen, wobei E eine Matrix ist, die gebildet wird durch Zusammenfügen von Parallel- und Drehverschiebungen, die sich auf X_ref beziehen. [Gl. 1] l_i = |Q_i – E^T(R_i)|
Es sei angemerkt, dass die Arithmetikmittel 10 für den Gelenkdrehwellenwinkel den Drehwellenwinkel Θ_I der ersten und zweiten Gelenkkupplung 2 und 5 einer jeden Beineinheit berechnen. Der Drehwellenwinkel Θ_I bezeichnet auch die Länge des Kugelgewindes 4.
Als nächstes wird im Schritt S2 als zweiten Schritt der Drehwiderstand F_I, bei dem es sich um den Drehwiderstandsmesswert einer jeden passiven Welle handelt, der in den Mitteln 12 zum Speichern der Drehwiderstandswerte für die passive Welle gespeichert ist, erhalten. Im Falle, dass ein beliebiges Gelenk von dem betrachteten Objekt entfernt wird, werden die Komponenten der relevanten f_i auf Null gesetzt. Auf diese Weise kann das zu betrachtende Gelenk optional ausgewählt werden.
Dann wird für eine jede Beineinheit angenommen, dass es sich um einen seriellen Verbindungsmechanismus mit sechs Freiheitsgraden handelt, wie oben beschrieben, um die Wirkungen der passiven Welle in einer jeden Beineinheit der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 zu analysieren, und durch die folgende [Gl. 2] werden die Kraft und das Drehmoment, welche auf die zweite Gelenkkupplung 5 ausgeübt werden, unter Verwendung des Drehwiderstandswerts einer jeden passiven Welle (Schritt S3 als dritter Schritt) berechnet. [Gl. 2] F_i = (Js_i ^T)^–1·f_i
Dabei sind:
f_i: Drehwiderstand der passiven Welle
J_S: Die Jacobische Matrix der seriellen Verbindung
F_i: Die Kraft, die auf die zweite Gelenkkupplung 5 (Verbindungskopfende) ausgeübt wird.
Weiterhin bestimmt im Schritt S4 als vierten Schritt das Arithmetikmittel 11 für die resultierende Kraft der Steuerungsvorrichtung die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment (F) der inneren Kraft, die ausgeübt werden auf das Endausführungsteil 6, welche durch die folgende [Gl. 3] aus der Kraft und dem Drehmoment festgelegt sind, die ausgeübt werden auf das Kopfende der Verbindung, wie in Schritt S3 bestimmt, wobei Ti die Transformationsmatrix von der zweiten Gelenkkupplung 5 auf das Endausführungsteil 6 bezeichnet, und welche festgelegt ist durch die unten stehende [Gl. 4]:
wobei P_i: Positionsvektor von der zweiten Gelenkkupplung 5 auf das Endausführungsteil 6.
R_i: Rotationsmatrix von der zweiten Gelenkkupplung 5 auf das Endausführungsteil 6
P ~_i: Schief symmetrische Matrix von P_i.
Die Arithmetikmittel 14 für den Kompensationsbetrag der Steuerungsvorrichtung berechnen den Korrekturwert des Steuerungswerts für einen jeden Servomotor 3 durch die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-186210 beschriebene Technik, die sich auf die vorhergehende Anmeldung des Anmelders der vorliegenden Anmeldung bezieht, unter Verwendung der resultierenden Kraft und des resultierenden Drehmoments F, welches auf das Endausführungsteil 6 wie in Schritt S4 bestimmt ausgeübt wird, und korrigiert den Verschiebungsbetrag des Endausführungsteils 6 (Schritte S5 und S6). Weitere Erläuterungen werden im folgenden gegeben.
Das bedeutet, dass in Schritt S5 als fünftem Schritt, da es einen Zusammenhang zwischen der folgenden [Gl. 5] zwischen einer 6×6 Jacobi-Matrix J, die durch ein bekanntes Verfahren aus den kinematischen Parametern in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 ermittelt wird sowie den Position- und Positionierungssteuerungsbefehlen des Endausführungsteils 6 und des Lastvektors W gibt, die aus Lasten w_i in axialer Richtung einer jeden Strebe und der oben genannten resultierenden Kraft F gebildet werden, dass ein Bestimmen der inversen Matrix J^–1 der Jacobi-Matrix J, die folgende [Gl. 6] bestimmt, wodurch der Lastvektor W und die Last w_i in axialer Richtung einer jeden Strebe bestimmt werden. Es sei angemerkt, dass der Lastvektor W durch die folgende [Gl. 7] dargestellt wird. [Gl. 5] F = J·W [Gl. 6] W = J^–1·F [Gl. 7] W = [w₁, w₂, w₃, w₄, w₅, w₆]^T
Weiterhin berechnen die Arithmetikmittel 14 zur Berechnung des Kompensationsbetrags die Zerlegungskräfte in axialer Richtung der Streben, die wie oben in individuelle axiale Richtungen der Gelenke (axiale Richtung der Gelenkkupplung) in beiden Gelenkkupplungen 2 und 5 zerlegt werden. 5 ist ein Modell der zweiten Gelenkkupplung 5 und definiert Wellen P_I, P_J, P_K der Gelenkkupplung, die an dem Endausführungsteil 6 jeweils separat von den Drehwellen P_a, P_b, U_i der zweiten Gelenkkupplung 5 befestigt sind. Jedoch ist U_i ein Einheitsvektor in axialer Richtung der Strebe (in Richtung des Kugelgewindes 4). Die Wellen P_I bis P_K der Gelenkkupplungen stehen rechtwinkelig zueinander am selben Kreuzungspunkt und definieren ein orthogonales Koordinatensystem, wobei der Schnittpunkt derselbe ist wie der Schnittpunkt der senkrecht zueinander stehenden Drehwellen Pa bis P_c, welche jedoch in der Figur voneinander abweichen, wie leicht ersichtlich ist. Zusätzlich liegen die Drehwelle P_a und die Welle P_K der Gelenkkupplung in derselben Richtung und die Welle P_J der Gelenkkupplung liegt parallel zur unteren Oberfläche des Endausführungsteils 6, und die Welle P_I der Gelenkkupplung ist als senkrecht stehend zur unteren Oberfläche des Endausführungsteils 6 angenommen.
Die berechnete Last in axialer Richtung einer jeden Strebe wirkt auf die zweite Gelenkkupplung 5 ein. Die Steuerungsvorrichtung zerlegt die beaufschlagten Lasten in jeweilige Richtungen der Wellen P_I der Gelenkkupplungen P_I bis P_K, die am Endausführungsteil 6 angebracht sind, auf welches die zweite Gelenkkupplung 5 aufgesetzt ist. Diese Zerlegung wird durch die folgende [Gl. 8] durchgeführt. Es sei angemerkt, dass die Wellen P_I, P_J und P_K der Gelenkkupplung variiert werden durch die Positionen und die Positionierung des Endausführungsteils 10 und sich hinsichtlich ihrer Oberflächen (Winkel) unterscheiden, unter denen die zweite Gelenkkupplung 5 auf das Endausführungsteil 6 der zweiten Gelenkkupplung 5 aufgesetzt ist.
wobei w_PIi, w_PJi, w_PKi Lasten sind, die in die Richtungen der Wellen P_I, P_J und P_K der Gelenkkupplung zerlegt werden.
Dabei sind P_Ii, P_Ji und P_Ki: ein Einheitsvektor der Wellen P_I, P_J und P_K der Gelenkkupplung.
Mit Hinblick auf die erste Gelenkkupplung 2 kann die in axialer Richtung einer Strebe wirkende Last in axialer Richtung einer jeden Gelenkkupplung zerlegt werden, wie dies auch bei der zweiten Gelenkkupplung der Fall ist. Jedoch gilt für die Gelenkkupplungswelle, dass die am Rahmen 1 der ersten Gelenkkupplung 2 befestigte Welle verwendet werden sollte. Die auf die erste Gelenkkupplung 2 einwirkende Last w_i' wird durch die folgende [Gl. 9] dargestellt. [Gl. 9] w ' / i = w_i + w_PCi + w_BSi
Anschließend berechnen die Arithmetikmittel 14 zur Berechnung des Kompensationsbetrages die elastische Deformation eines jeden Elements in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1. Die Steuerungsvorrichtung schätzt zunächst den elastischen Verformungsbetrag eines jeden Elements in axialer Richtung einer jeden Strebe (axiale Richtung des Stellglieds). Auf jedes Element in einer jeden axialen Richtung einer jeden Strebe wirkt die Last w_i in axialer Strebenrichtung ein.
Die Steuerungsvorrichtung kann den elastischen Verformungsbetrag Δl_i in axialer Richtung einer jeden Strebe als Betrag der dritten elastischen Verformung gemäß der folgenden [Gl. 10] aus der Fügsamkeit (Kehrwert der Steifigkeit) in axialer Richtung der Strebe in einem jeden Element und für eine jede Last unter Beachtung der Tatsache bestimmen, dass beaufschlagte Lasten gemäß den Positionierungsbeziehungen aller in 5 gezeigter Elemente variieren. Dann bezeichnet l_i' die Länge, mit der das Kugelgewinde 4 zu der der Strebenlänge beiträgt, die aus den Steuerungswerten für die Positionen und die Positionierung des Endausführungsteils 6 bestimmt wird, und C_LOi, C_LAi beziehungsweise C_LBi sind jeweils Fügsamkeitswerte der Elemente für das Kugelgewinde 4, und Fügsamkeitswerte, die umgewandelt worden sind aus den Dehnungswerten des Kugelgewindes 4 aufgrund des Gewichts, welches auf das Kugelgewinde einwirkt, und welche aufeinander folgend variieren entsprechend der Strebenlänge und wobei C_MOi, C_MAi beziehungsweise C_MBi jeweils Fügsamkeitswerte sind des Flansches 51, der Wellen 52 und 53, verschiedener Lager, einer Mutter des Kugelgewindes 4, eines Rings der ersten Gelenkkupplung 2, sowie Fügsamkeitswerte verschiedener Lager, einer Mutter des Kugelgewindes 4, eines Rings der ersten Gelenkkupplung 2 sowie Fügsamkeitswerte verschiedener Lager, einer Mutter des Kugelgewindes 4 und von Ringen 41 und 44 (teilweise weg gelassen), welche unabhängig sind von der Länge einer Strebe. [Gl. 10] Δl_i – (c_LOil ' / i + c_MOi)w_i + (c_LAil ' / i + c_MAi)w_PCi + (c_LBil ' / i + c_MBi)w_BSi
Als nächstes schätzt die Steuerungsvorrichtung den Betrag der elastischen Verformung der zweiten Gelenkkupplung 5 ab. Die Fügsamkeitswerte eines jeden Elements der zweiten Gelenkkupplung 5 werden im Allgemeinen unterteilt in axiale Richtung eines jeden Lagers in den Elementen und in eine radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung. Wie in 5 gezeigt gilt, wenn man an die Gelenkkupplungswellen P_I bis P_K denkt, dass die axiale Richtung eines Lagers, welche bezogen ist auf die Welle 51, die axiale Richtung P_K der Gelenkkupplung ist und die radiale Richtung die künstliche Ausrichtung der Gelenkkupplungsachsen P_I und P_J. Es sei angemerkt, dass es mit Bezug auf die Lager, die mit der Welle 52 und der Stange 53 in Beziehung stehen, keine Notwendigkeit gibt, eine Last in axialer Richtung einer Strebe zu betrachten oder dass die einzige Strebe, auf die eine axiale Last einwirkt, weiter funktioniert, und dass man deshalb die Last in axialer Strebenrichtung nicht zum Berechnen des elastischen Verformungsbetrags (erster oder zweiter elastischer Verformungsbetrag) der ersten oder zweiten Gelenkkupplung zerlegen muss.
Folglich können die Fügsamkeitswerte eines jeden Lagers, welche zerlegt sind in die Richtungen der Achsen P_I bis P_K der Gelenkkupplung, leicht aus einem vorbestimmten Fügsamkeitswert erhalten werden. Zusätzlich kann der Betrag der elastischen Verformung der zweiten Gelenkkupplung 5 ermittelt werden aus den Fügsamkeitswerten, die zerlegt sind in Richtungen der Achsen P_I bis P_K der Gelenkkupplung und Lasten in Richtungen der Achsen P_I bis P_K der Gelenkkupplung. Weiterhin gilt jedoch, da die zweite Gelenkkupplung 5 an dem Endausführungsteil 6 befestigt ist und beeinflusst wird durch die Verformung des Endausführungsteils 6, die verursacht wird durch Lasten, die auf die zweite Gelenkkupplung 5 einwirken, dass dieser Effekt linear approximiert und mit umfasst wird. Folglich kann durch die folgende [Gl. 11] der elastische Verformungsbetrag ΔP_i der zweiten Gelenkkupplung 5 als zweiter elastischer Verformungsbetrag abgeschätzt werden, wobei C_PIi, C_PJi beziehungsweise C_PKi Fügsamkeitswerte in den Richtungen der Achsen P_I, P_J beziehungsweise P_K der Gelenkkupplung sind und j eine axiale Zahl neben dem i-ten Kugelgewinde 4 oder ähnlichem (Strebe) sind, und K_Pj ein benachbarter Einflusskoeffizient als Proportionalitätskonstante ist. [Gl. 11] ΔP_i = (c_PIiw_PIi]P_Ii + (c_PJiw_PJi)P_Ji + (c_PKiw_PKi + k_Pjc_PKjw_PKj)P_Ki
Andererseits kann der elastische Verformungsbetrag der ersten Gelenkkupplung 2 auf dieselbe Weise ermittelt werden wie im Falle der zweiten Gelenkkupplung 5. Jedoch beeinflusst der Rahmen 1 die Umgebung. D. h. dass die auf eines der ersten Gelenkkupplungen 2 einwirkende Last Wirkungen ausübt auf den Aufsatzbereich der angrenzenden ersten Gelenkkupplung 2 und diese verformt. In solch einem Fall gilt für die Achsen der ersten Gelenkkupplungen Q_i bis Q_k, die am Rahmen 1 befestigt sind, dass Auswirkungen in Richtung der Achse Q_k der ersten Gelenkkupplung groß sind und dass jene in andere Richtungen ignoriert werden können, und deshalb ist der Koeffizient für die Einwirkungen aus nächster Nähe auf die Richtung der Gelenkkupplungsachse Q_k nur in [Gl. 11] anzuwenden.
Die Steuerungsvorrichtung wandelt die durch die elastische Verformung erzeugte Verschiebung der beiden Gelenkkupplungen nacheinander in die axiale Richtung des Stellgliedes um. D. h. dass die elastische Verformung der ersten und zweiten Gelenkkupplungen 2 und 5 wie oben beschrieben festgelegt und erfasst wird als eine Verschiebung des Drehzentrums einer jeden Gelenkkupplung 2 und 5. 6 zeigt die Beziehung zwischen den Vektoren Δ_Pi und Δ_Qi der Verschiebung des Drehzentrums der ersten und zweiten Gelenkkupplungen 2 und 5 sowie des Strebenachsenvektors L_i, wobei Q_i und P_i Drehzentren der ersten und zweiten Gelenkkupplungen 2 und 5 vor einer elastischen Verformung bezeichnen, während Q_i' und P_i' Drehzentren der ersten und zweiten Gelenkkupplungen 2 beziehungsweise 5 nach einer elastischen Verformung bezeichnen und L_i' den Strebenachsenvektor nach einer elastischen Verformung bezeichnet.
Basierend auf dieser Beziehung kann das Verhältnis zwischen dem Verschiebungsvektor des Drehzentrums einer jeden Gelenkkupplung und dem Strebenachsenvektor durch die folgende [Gl. 12] dargestellt werden. [Gl. 12] L ' / i = L_i + ΔP_i – ΔQ_i
Weiterhin gilt, da eine geringfügige Verschiebung durch die beiden Gelenkkupplungen 2 und 5 durchgeführt wird, dass diese approximiert werden kann durch die Verschiebung der Strebenachsenlänge. Das heißt, dass unter dem Gesichtspunkt der Approximation der Strebenkomponenten in axialer Richtung der Rotationsmittelpunktverschiebungsvektoren ΔP_i und ΔQ_i zur Strebenachsenlängenverschiebung Δl_Ji, die Verschiebung eines jeden Kugelgelenks 2 und 5 in die Strebenachsenlängenverschiebung Δl_Ji mittels der nachfolgenden [Gl. 13] umgewandelt werden kann. Es sei angemerkt, dass in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1, da die Strebenachsenrichtung (die Richtung des Kugelgewindes 4) und die axiale Richtung des Stellglieds (axiale Richtung des Servomotors 3) in derselben Richtung liegen, die Verschiebung der Strebenachsenlänge Δl_Ji durch die Verschiebung bezeichnet werden kann, die umgewandelt worden ist in die axiale Richtung des Stellglieds. [Gl. 13] Δl_Ji = U_i·(ΔP_i – ΔQ_i)
Im Schritt S6 als sechstem Schritt aktualisieren die Steuermittel 16 der Steuerungsvorrichtung den Befehlswert für das Stellglied. Das heißt, dass wie in der folgenden [Gl. 14] gezeigt, Verschiebungen einer jeden Strebenlänge, Δl_i und Δl_Ji, vom Zielsteuerwert l_i abgezogen werden, um eine Korrektur um den Steuerwert der Strebenlänge durchzuführen, d. h. den Steuerwert für das Stellglied, und diesen auf die Schnittstelle 17 zu übertragen. [Gl. 14] l_i ← l_i – Δl_i – Δl_Ji
Ein Steuern des Servomotors 3 auf der Grundlage dieses kompensierten Steuerbefehlswerts für das Stellglied kann den Wert des elastischen Verformungsbetrags der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 verschieben. Das heißt es ist möglich, die elastische Verformung hinsichtlich der ersten und zweiten Gelenkkupplungen 2 und 5 zu verschieben, indem man einen Befehlswert ausgibt, der um den ursprünglichen Befehlswert für das Stellglied kompensiert wurde.
7 zeigt die Messergebnisse hinsichtlich der Zirkularität der kreisbogenförmigen Trajektorien beim Doppelkugelstangen(DBB = Double Ball Bar)-Verfahren unter Verwendung der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1. 7A zeigt den Fall, bei dem keine Kompensation verwendet wird, und 7B den Fall, in welchem eine Kompensation gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Im Falle fehlender Kompensation wird eine große Hysterese aufgrund der Unterschiede in der Drehrichtung beobachtet, und die Wellenform wird ebenfalls in einer jeden Richtung stark verzerrt. Andererseits gilt in dem Falle mit Kompensation gemäß der vorliegenden Erfindung, dass bestätigt wird, dass die Hysterese stark verbessert wird und die Zirkularität in einer jeden Richtung in bemerkenswerter Weise verbessert wird.
Jedoch muss für mehr Einzelheiten, da bei der o. g. Steuerung ein vorbestimmter Drehwiderstand f_i verwendet wird und dann wenn die Drehrichtung umgekehrt wird, ein positiver und negativer Wert des Drehwiderstands f_i nur schrittweise geändert werden (siehe z. B. 8), und die auf diesem Vorgehen basierenden Verformungsfehlerschätzwerte werden schrittweise variiert, und als Ergebnis dessen wird gemäß der Umkehr der Bedienungsrichtung eine schrittweise Änderung des Radius in der Nachbarschaft der Umkehrphase des Gelenks bei den Verformungsfehlerschätzwerten auftreten, die mit der kreisbogenförmigen Trajektorie aufgrund des DBB-Verfahrens in Beziehung stehen. Tatsächlich verändert sich der Wert des Drehwiderstands f_i kontinuierlich und selbst bei der Trajektorie nach dem DBB-Verfahren ändert sich der Schätzwert in der Nachbarschaft der Umkehrphase kontinuierlich, und deshalb weicht der Schätzwert vom tatsächlichen Messwert in der Nachbarschaft der Umkehrphase des Gelenks ab.
Deshalb gibt es beim Berechnen des Verformungsfehlerschätzwerts durch die Steuerungsvorrichtung als Steuerung zum weiteren Verbessern der Genauigkeit eine Steuerung durch Anpassen der schrittweisen Änderungen der Werte des Drehwiderstands f_i zum Zeitpunkt der Umkehr der Betriebsrichtung. Und diese Anpassung entspricht dem Verhältnis der Kraft, die auf das Endausführungsteil 6 um die Drehachse der ersten Gelenkkupplung 2 und/oder der zweiten Gelenkkupplung 5 einwirkt.
Im Verhältnis dieser Kräfte ist das, was wichtig ist, wenn das Endausführungsteil 6 durch die Antriebskraft des Servomotors 3 angetrieben wird, das Vorhandensein des Drehmoments um die Drehachse. Wenn dieses Drehmoment weiter wirkt, ändert sich das Verhalten der ersten Gelenkkupplung 2 und der zweiten Gelenkkupplung 5 in Abhängigkeit von der elastischen Verformungskraft eines jeden Elements der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Einrichtungen und der Größe des Drehwiderstands der ersten Gelenkkupplung 2 oder der zweiten Gelenkkupplung 5. In diesem Falle wird eine Erläuterung gegeben hinsichtlich des Verhaltens bei der zweiten Gelenkkupplung 5, welche als Beispiel genommen wird. Ist diese elastische Verformungskraft kleiner als der Drehwiderstand der zweiten Gelenkkupplung 5 (elastische Verformungskraft < Drehwiderstand), so dreht sich die zweite Gelenkkupplung 5 nicht und die Elemente des Mechanismus verformen sich in Übereinstimmung mit der Bewegung des Endausführungsteils 6 (siehe 9). Der Pfeil G kennzeichnet die Verschiebungsrichtung des Endausführungsteils 6, während der Pfeil H auf die Verformung des Kugelgewindes durch Drehwiderstandskräfte an seinem Ziel hinweist. Addiert sich der Verformungsbetrag auf und wird die elastische Verformungskraft gleich der Drehwiderstandskraft (elastische Verformungskraft = Drehwiderstand), so beginnt sich die zweite Gelenkkupplung 5 zu drehen und danach schreitet der Zustand fort zu dem Zustand, in welchem die elastische Verformungskraft gleich groß wird wie der Drehwiderstand, bis die zweite Gelenkkupplung 5 anhält.
Folglich ist die Kraft, die auf das Endausführungsteil 6 einwirkt, die elastische Kraft, welche proportional ist zum elastischen Verformungsbetrag des Kugelgewindes 4 in dem Bereich bevor die zweite Gelenkkupplung 5 sich zu drehen beginnt und nachdem sich die zweite Gelenkkupplung 5 zu drehen begonnen hat, und die Drehwiderstandskraft hat einen konstanten Wert. Deshalb ändert sich das Drehmoment, welches auf das Endausführungsteil 6 nach der Umkehr der Betriebsrichtung einwirkt unmittelbar nach der Bewegungsumkehr linear, wie z. B. in 10 gezeigt, die im Vergleich zur 8 gezeigt ist, und wird danach ein konstanter Wert.
Deshalb kann als eine Anpassung der Änderungen des Wertes des Drehwiderstands f_i durch die Steuerungsvorrichtung das Anpassen der Änderungen des Drehwiderstands f_i unmittelbar nach der Umkehr durch eine lineare Funktion erwähnt werden. Diese lineare Funktion verwendet Elastizitätskoeffizienten der Mechanismuselemente als Parameter und als ein spezielles Beispiel kann eine Funktion erwähnt werden, die einen Gradienten aufweist, der dem elastischen Koeffizienten des Kugelgewindes 4 entspricht.
11A zeigt geschätzte Fehler der DBB-Trajektorie, wenn der Wert des Drehwiderstands f_i schrittweise auf diskontinuierliche Weise verändert wird, wie in 8 gezeigt und 11 zeigt geschätzte Fehler der DBB-Trajektorie, die durch die Steuerungsvorrichtung berechnet werden, wenn eine lineare Approximation durchgeführt wird, wie in 10 gezeigt. Die Figuren zeigen, dass diese die geschätzten Fehler im Falle einer linearen Approximation verringern könnte und einen hohen Grad an Übereinstimmung erreichen könnte bezüglich tatsächlicher Messwerte und geschätzter Werte. 12A zeigt Lasten, die auf den Servermotor 3 einwirken, wenn der Wert des Drehwiderstands f_i schrittweise auf diskontinuierliche Weise geändert wird, wie in 8 gezeigt, und 12B zeigt Lasten auf den Servomotor 3, wenn eine lineare Approximation, wie in 10 gezeigt, durchgeführt wird. Die Zahlen zeigen, dass dann, wenn eine lineare Approximation durchgerührt wird, die Schätzwerte sich den tatsächlichen Messwerten nähern, insbesondere in der Nähe des Umkehrvorgangs. Dementsprechend gilt selbst in einer Übergangsregion, die in Zusammenhang steht mit der Umkehrung der Betriebsrichtung, dass bestätigt wird, dass durch Durchführung einer linearen Approximation für Veränderungen des Drehwiderstands f_i die Genauigkeit des Schätzwerts verbessert werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Approximation durch eine lineare Funktion für Veränderungen des Drehwiderstandes f_i durch die Steuerungsvorrichtung durchgeführt wird, welche zwischen Änderungen des Drehwiderstands f_i von positiven zu negativen Werten oder umgekehrt unterscheidet, wobei die Umkehrphase als Referenz eingestellt wird, oder dies durchgeführt wird durch Zuordnen von wandernden Mittelwerten für Parameter anstelle der Elastizitätskoeffzienten der Mechanismuselemente, die sich auf die Tatsache konzentrieren, dass das Durchführen einer wandernden Mittelwertsbildung in 8 Wellenformen entsprechend den in 10 gezeigten herbeiführen kann. Insbesondere gilt im zuletzt genannten Fall im Vergleich zu den zuvor genannten, dass Änderungen, die der 10 entsprechen, ohne spezielle Bearbeitung erhalten werden können, wie z. B. einem Unterscheidungsvorgang oder ähnlichem, und dass die Durchsätze noch weiter reduziert werden können, während die Genauigkeit beibehalten wird.
Im folgenden wird nun Bezug genommen auf die Effekte des Parallel-Kinematik-Mechanismus auf die Kalibrierung aufgrund des Drehwiderstands eines Gelenks bei der Kalibrierung. Wie oben beschrieben können der Drehwiderstand f_i des ersten Kugelgelenks 2 und/oder des zweiten Kugelgelenks 5 eine Änderung der Verformungsfehler durch die Betriebsrichtung herbeiführen, wie z. B. in 13 gezeigt, selbst dann, wenn das Endausführungsteil 6 an derselben Position angebracht ist und dieselbe Positionierung einnimmt. Dementsprechend kann dies, wenn die Durchführung der Kalibrierung der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine 1 ohne Berücksichtigung des Drehwiderstands f_i des ersten Kugelgelenks 2 und/oder des zweiten Kugelgelenks 5 erfolgt, zu einer Variierung der Kalibrierungsergebnisse in Abhängigkeit von der Bedienungsrichtung zum Zeitpunkt der Kalibrierung führen und kann die Genauigkeit beim Berechnen von Schätzwerten für die Kinematikparameter, die das Ziel der Kalibrierung sind, verändern oder relativ stark beeinträchtigen. Dementsprechend kann, wie in 14 gezeigt, das Durchführen einer Kalibrierung mittels der Steuerungsvorrichtung mit Drehwiderstandswerten f_i des ersten Kugelgelenks 2 und/oder des zweiten Kugelgelenks 5 die Wirkungen von Störungen durch diesen Drehwiderstand eliminieren und kann die Kalibrierungsgenauigkeit verbessern.
Das heißt, dass die Steuerungsvorrichtung die Einstellung der Messbedingungen für die Kalibrierung durchführt, wie dies der Fall ist bei einer allgemeinen Kalibrierung (Schritt S11). Beispiele für Messbedingungen umfassen die Messposition, Positionierung, die Betriebsrichtung (die in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn, d. h. in der CCW = Counter Clock Wise-Richtung angenommen ist, aber selbst im entgegengesetzten Fall kann das nachfolgende in derselben Weise angenommen werden).
Die Steuerungsvorrichtung bestimmt den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi, der in Bezug steht zu dem Drehwiderstand f_i des ersten Kugelgelenks 2 und/oder dem zweiten Kugelgelenk auf Basis der oben erwähnten Strebenachsenlängenverschiebung Δl_i und Δl_Ji (Schritt S12). Das heißt, dass die Steuerungsvorrichtung die Strebenachsenlängenverschiebung Δl_i und Δl_Ji bei jedem Messpunkt in Übereinstimmung mit den Messbedingungen bei der Kalibrierung festlegt und basierend auf diesen Verhältnissen den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi bei jedem Messpunkt bestimmt. Dann führt die Steuerungsvorrichtung Messungen gemäß den oben erläuterten Messbedingungen (Schritt S13) durch.
Die Steuerungsvorrichtung beseitigt den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi bezogen auf die Verformung der Messergebnisse und korrigiert die Messergebnisse wie unten beschrieben (Schritt S14). Das heißt, dass, wie unten gezeigt, um n-Teilgrößen der Kinematikparameter mittels [Gl. 15] zu bestimmen, die Beziehung zwischen dem Abstand r_i von Mitte zu Mitte zweier Kugeln bei der Messung der DBB-Trajektorie im allgemeinen dargestellt wird durch [Gl. 16], wie als nächstes gezeigt, und dass eine lineare Approximierung desselben die [Gl. 17] erzeugt, wie als nächstes gezeigt. In dieser [Gl. 17] wird keine Fehlerkomponente, die durch den Drehwiderstand des ersten Kugelgelenks 2 und/oder des zweiten Kugelgelenks 5 erzeugt wird, berücksichtigt, und um eine Gleichung zu haben, wo dies hinzugefügt ist, wird die als nächstes gezeigte [Gl. 18] erhalten. Mittels [Gl. 18] können genaue Radiusfehler Δr_i ausgedrückt werden. Entsprechend kann die Steuerungsvorrichtung die Messergebnisse erhalten, bei denen der Betrag des Radiusfehlers Δr_fi kompensiert wird durch Ersetzen des Betrags des Radiusfehlers Δr_fi, welcher in Schritt S12 in diese [Gl. 18] substituiert wird. [Gl. 15] P = [p₁, ..., p_n]^T [Gl. 16] r_i = g(P, X_i)
Dabei gilt g: direkte kinematische Funktion
X_i: Steuerwert am i-ten Messpunkt
r_i: Messwert am i-ten Messpunkt
Dabei gilt Δr_fi: Betrag des radialen Fehlers beim Drehwiderstand am i-ten Messpunkt.
Danach erhält die Steuerungsvorrichtung den kinematischen Parameter Δpj abzüglich der Effekte für den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi, basierend auf dem Drehwiderstand f_i durch kontinuierliches Lösen von [Gl. 18] für die kinematischen Parameter Δp_J, und darauf basierend führte die Steuerungsvorrichtung eine Kalibrierung durch, die nicht beeinflusst worden ist durch den Drehwiderstand f_i (Schritt S15). Wenn die Anzahl von Messpunkten der DBB-Trajektorie m-Punkte beträgt, so werden m-Teile von gleichzeitig zu lösenden Gleichungen in [Gl. 18] gebildet und die gleichzeitige Gleichung kann ausgedrückt werden durch eine Matrix wie in [Gl. 19] gezeigt. [Gl. 19] kann gelöst werden mittels der Methode der kleinsten Quadrate wie in [Gl. 20] gezeigt, die als nächstes vorgestellt wird. Damit kann die Steuerungsvorrichtung den kinematischen Parameterfehler ΔP erhalten, wobei Auswirkungen des Drehwiderstands f_i eliminiert worden sind.
wobei ΔP: Fehler der kinematischen Parameter. [Gl. 20] ΔP = (A^TA)^–1A^T·ΔR
15A zeigt Messwerte der DBB-Trajektorie, nachdem die Kalibrierung ohne Subtraktionseffekte für den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi durchgeführt worden ist basierend auf dem Drehwiderstand f_i und 15B zeigt Messergebnisse der DBB-Trajektorie, nachdem die Kalibrierung durchgeführt worden ist mit Subtraktionseffekten für den Betrag des radialen Fehlers Δr_fi basierend auf dem Drehwiderstand f_i, welcher wie oben abgezogen worden ist. 15A zeigt, wie eine Abweichung erzeugt wird, weil Fehler gemäß den Messrichtungen schwanken, und 15B zeigt, dass diese Abweichung verhältnismäßig gering ist und die Zirkularität der DBB-Trajektorie verbessert wird. Zusätzlich gilt, da in 15A eine Kalibrierung durchgeführt wird, bei der der Betrag des radialen Fehlers Δr_fi auf Basis des Drehwiderstands f_i enthalten ist und der Betrag des radialen Fehlers Δr_fi als kinematischer Parameterfehler ΔP ebenfalls identifiziert wird, dass der Fehler für die Zirkularität in ihrer Gesamtheit relativ groß ist, aber dass es in 15B möglich ist, zu bestätigen, dass der Absolutwert des Zirkularitätsfehlers verringert wird und die Gesamtzirkularität ebenfalls verbessert wird.
Somit kann zumindest ein Teil der Kalibrierung wie folgt zusammengefasst werden. Es gibt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine. Die Maschine umfasst ein Endausführungsteil, welches über ein zweites Kugelgelenk mit Streben verbunden ist; Stellgliedern zum kAntreiben der Streben; Steuerungsmitteln zum Ausgeben von Stellgliedbefehlswerten, um ein jedes Stellglied zu steuern; und Speichermitteln für Drehwiderstandswerte, die mit den Steuerungsmitteln bereitgestellt werden und welche Drehwiderstandswerte des ersten Kugelgelenks und/oder des zweiten Kugelgelenks speichern können. Dann wird, wenn das Endausführungsteil an eine Vielzahl von Positionen und Positionierungen positioniert wird, die Position und/oder die Positionierung gemessen oder der Abstand von einem feststehenden Punkt wird gemessen. Danach werden in Abhängigkeit von den Messwerten die Kinematikparameter der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine abgeschätzt und eine Kalibrierung wird durchgeführt. In diesem Verfahren wird dann, wenn die Steuermittel Berechnungen durchführen zum Abschätzen der Kinematikparameter, ein Verformungsfehler, der verursacht wird durch den Drehwiderstand des ersten Kugelgelenks und/oder des zweiten Kugelgelenks, berücksichtigt.
In einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, die ein Endausführungsteil umfasst, welches über das zweite Kugelgelenk mit Streben verbunden ist, werden Stellglieder bereitgestellt, welche Streben antreiben, Steuerungsmittel, welche ein jedes Stellglied durch Ausgeben von Stellgliedsteuerungsbefehlswerten steuern, und Speichermittel für Drehwiderstandswerte, die mit den Steuerungsmitteln bereitgestellt werden und welche Drehwiderstandswerte des ersten Kugelgelenks und/oder des zweiten Kugelgelenks speichern können, wobei die Steuerungsmittel Positionen und/oder Positionierungen messen und einen Abstand von einem feststehenden Punkt messen, wenn das Endausführungsteil an einer Vielzahl von Positionen und Positionierungen positioniert ist, und wobei basierend auf den Messwerten eine Kalibrierung durchgeführt wird durch Schätzen der Kinematikparameter der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, und wobei Verformungsfehler in Betracht gezogen werden, die verursacht werden durch den Drehwiderstand des ersten Kugelgelenks 2 und/oder des zweiten Kugelgelenks, wenn der Schätzwert der Kinematikparameter bezogen auf die Kalibrierung berechnet wird.
Im folgenden wird eine Erläuterung gegeben für die Schätzung des Drehwiderstands f_i, der bevorzugterweise verwendet wird zur Steuerung hinsichtlich der Kompensation des Stellgliedsteuerungsbefehlswerts.
Das erste Kugelgelenk 2 und das zweite Kugelgelenk 5 sind bereits zuvor erläutert worden, werden aber nochmals erklärt. 16 ist ein erläuterndes Diagramm des ersten Kugelgelenks 2. Das erste Kugelgelenk 2 hat einen Kardanaufbau, welcher Doppelringe verwendet. Der äußere Ring 41 ist drehbar am Rahmen 1 gelagert über eine Achse 42 in radialer Richtung. Der innere Ring 44, der eine Achse 43 aufweist, welche rechtwinkelig steht zur Achse 42, ist als Gelenk aufgesetzt und erlaubt es einem Lager 45 des äußeren Rings 41, diese Achse aufzunehmen. Auf diese Weise wird durch Kombinieren der zwei Gelenke die erste Gelenkkupplung 2 ausgebildet durch zwei passive Drehachsen 60 und 61, welche im rechten Winkel zueinander stehen.
17 ist ein erläuterndes Diagramm der zweiten Gelenkkupplung 5 und die zweite Gelenkkupplung 5 umfasst einen Flansch 51 und eine Welle 52. Der Flansch 51 ist senkrecht zur Seitenoberfläche befestigt, welche im rechten Winkel zur unteren Oberfläche des Endausführungsteils 6 steht (in 17 nicht gezeigt, aber in dieser Figur rechts hinten angebracht) und dreht sich um die passive Drehachse 64. Die Welle 52 ist auf dem Flansch 51 über ein Lager 53 aufgesetzt und dreht sich um die passive Drehachse 63 parallel zur Seitenoberfläche des Endausführungsteils 6. Andererseits gilt, dass an dem Endteil der dem Lager 53 in der Welle 52 gegenüberliegenden Seite ein Lager, welches um die passive Drehachse 62 gedreht wird, entsprechend der Achse der Welle 52 aufgesetzt ist, und dass in dieses Lager 54 das Kugelgewinde 4 (in 17 nicht gezeigt) eingeführt wird. Auf diese Weise wird die zweite Gelenkkupplung 5 mit drei Freiheitsgraden ausgebildet durch die Kombination von drei Lager (Gelenken) und die zweite Gelenkkupplung 5 wird festgelegt durch zwei passive Drehachsen 63 und 64, die rechtwinkelig zueinander stehen und einer passiven Drehachse 62, welche um die passive Drehachse 63 oszilliert.
Wie oben beschrieben, hat ein jedes Beinachsensystem der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine fünf Teile von passiven Drehachsen 60 bis 64. Weiterhin gilt, da sechs Sätze von Beinachsensystemen existieren, dass eine Gesamtheit von 30 passiven Drehachsen in der gesamten Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine existiert. Dem zufolge werden alle Gelenke der ersten Gelenkkupplung 2 und der zweiten Gelenkkupplung 5 als passive Gelenke bezeichnet ohne Unterscheidung, außer dann, wenn dies ausdrücklich erwähnt wird.
18 ist ein Blockdiagramm, welches eine Steuerungsvorrichtung einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine zeigt sowie spezifische Elemente eines mechanischen Systems als ein Teil der zu kontrollierenden Ziele. Die Steuerungsvorrichtung ist aufgebaut unter Verwendung einer NC-Vorrichtung und umfasst Trajektorienerzeugungsmittel 20, Kompensationsparameterspeichermittel 21, arithmetische Mittel 22 für den Steuerungsbetrag, Abschätzmittel 26 für den gemeinsamen Widerstandswert, Speichermittel 27 für die Historie des gemeinsamen Widerstandswerts und Zustandsdiagnosemittel 28. Es sei angemerkt, dass die vorhergehenden vier Mittel in diesen Mitteln umfasst sind in der Genauigkeitskompensationseinheit und dass die letzten zwei Mittel enthalten sind in der Zustandsdiagnoseeinheit. Zusätzlich werden bei jedem Mittel Programme in der NC-Einrichtung verwendet.
Die Steuerungsvorrichtung erzeugt eine kinetische Trajektorie des Endausführungsteils 6 in den Trajektorienerzeugungsmitteln 20. Die Steuerungsvorrichtung bestimmt den Steuerungswert eines jeden Servomotors 3 durch Lösen der kinematischen Umkehrungsrechnung des Parallel-Kinetik-Mechanismus in den arithmetischen Mitteln 22 für den Steuerungsbetrag. Die Steuerungsvorrichtung gibt diese Steuerungswerte auf die Servosteuerung 23, welche zu dem mechanischen System gehört, und die Servosteuerung 23 treibt entsprechend den Servomotor 3 auf der Basis des Befehlswerts an. An diesem Servomotor 3 wird der Lastsensor 25, welcher Lasten (Antriebsleistungswerte) zum Zeitpunkt des Antreibens erfasst, angebracht und diese Lasten können in den Schätzmitteln 26 für den Widerstandswert der Steuerungsvorrichtung erfasst oder gespeichert werden.
Auf der anderen Seite werden basierend auf der Kinetiktrajektorie, die durch die Trajektorienerzeugungsmittel 20 und den Drehwiderstand eines jeden passiven Gelenks auf der Basis der Last erzeugt werden, der durch den Lastsensor 25 gemessene Messwert des Servomotors 3 durch die Schätzmittel 26 für den Gelenkwiderstandswert berechnet, wie später erläutert.
Der Drehwiderstandswert, der auf diese Weise erhalten wird, wird zum Aktualisieren des Inhalts der Speichermittel 21 für die Kompensationsparameter verwendet, um diese als neue Parameter zu verwenden, wenn ein Betriebsfehler des Endausführungsteils 6 kompensiert wird. Es sei angemerkt, dass mit Hinblick auf das Fehlerschätzverfahren oder einer Betriebskompensation, bei der der Drehwiderstand als Parameter verwendet wird, die oben erwähnten Verfahren bevorzugterweise verwendet werden können.
Zusätzlich kann der Drehwiderstandswert verwendet werden zum Hinzufügen des Inhalts zu den Speichermitteln 27 für die Geschichte des Gelenkdrehwiderstands. Die Steuerungsvorrichtung bezieht sich auf die Speichermittel 27 für die Gelenkdrehwiderstandsaufzeichnung in den Zustandsdiagnosemitteln 28 und erfasst den Drehwiderstand und seine Veränderungen und implementiert dadurch die Zustandsdiagnose der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine.
In den Zustandsdiagnosemitteln 28 der Steuerungsvorrichtung werden Schwellwerte für den Drehwiderstandswert der passiven Gelenke und den Schwellwert des Betrags der Änderungen der Drehwiderstandswerte vorab gespeichert. Für diese Schwellwerte sollen Daten eingestellt werden, welche die Grenze zwischen dem Normalzustand (Niveau 1) und dem Zustand anzeigen, in welchem begonnen wird, eine große Last auf das passive Gelenk einwirken zu lassen oder wo eine große Änderung auftritt, wobei aber die Genauigkeit eingehalten werden kann durch Kompensieren von Fehlern durch die Steuerungsvorrichtung (Niveau 2). Weiterhin sollen Daten eingestellt werden, welche die Grenze zwischen dem relevanten Niveau 2 und dem Zustand anzeigen, in dem begonnen wird, eine übermäßige Last auf das passive Gelenk einwirken zu lassen oder wo übermäßige Belastungsänderungen auftreten (Niveau 3).
19 und 20 zeigen Flussdiagramme, die sich auf das Steuerungsverfahren beziehen, welches die Steuerungsvorrichtung der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine durchführt, welche das vorstehend Erläuterte erreicht. Zunächst schätzen die Schätzmittel 26 für den Gelenkwiderstandswert der Steuerungsvorrichtung den Drehwiderstandswert der passiven Gelenke wie folgt ab (Schritt S21 der 19).
Das heißt, dass wie oben erläutert, um die Effekte der passiven Achse in jedem Beinachsensystem der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine zu analysieren, für jedes Beinachsensystem angenommen wird, dass es sich dabei um einen seriellen Verbindungsmechanismus mit sechs Freiheitsgraden handelt. Dann können wie in [Gl. 2] Kraft und Drehmoment, welche auf die zweite Gelenkkupplung 5 einwirken, durch die Verwendung des Drehwiderstandswertes eines jeden passiven Gelenks ausgedrückt werden.
Andererseits gilt, dass die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment (F) der inneren Kraft, die auf das Endausführungsteil 6 einwirkt, durch die vorherstehende [Gl. 3] unter Verwendung der Kraft des Drehmoments ausgedrückt werden kann, welche auf das Verbindungskopfende einwirkt. Dabei bezeichnet T_i eine Transformationsmatrix von der zweiten Gelenkkupplung 5 auf das Endausführungsteil 6 und ist festgelegt durch die vorstehende [Gl. 4].
Aus [Gl. 2] und [Gl. 3] kann die nachfolgende [Gl. 21] abgeleitet werden. Andererseits kann aus der statischen Beziehung des Parallelverbindungsmechanismus die nachfolgende [Gl. 22] abgeleitet werden. Dementsprechend kann aus [Gl. 21] und [Gl. 22] die als [Gl. 23] bezeichnete Beziehung erhalten werden.
wobei J_pi: Jacobi-Matrix des Parallelverbindungsmechanismus
und τ: Lastvektor für einen jeden Servomotor 3
Weiterhin gilt, dass wenn [Gl. 23] durch eine Matrix dargestellt wird, dass die unten gezeigte [Gl. 24] erhalten wird. Und wenn diese Verknüpfungsgleichungen in simultane Gleichungen umgeformt werden unter Berücksichtigung der Tatsache, dass diese [Gl. 24] für alle Messpunkte gilt, kann sie ausgedrückt werden wie [Gl. 25], die als nächstes gezeigt wird, wobei n die Anzahl der Messpunkte bezeichnet. Falls J den ersten Term auf der rechten Seite von [Gl. 25] bezeichnet, dann kann unter Verwendung der quasi-inversen Matrix J⁺ von J der Drehwiderstandsvektor f in einer Weise unter Verwendung einer Approximation mittels kleinster Quadrate durch die unten gezeigte [Gl. 26] festgelegt werden.
[Gl. 26] f = J⁺·τ(= (J^T·J)^–1·J^T ·τ)
Lasten des Servomotors 3, die dann gemessen werden, wenn die Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine tatsächlich angetrieben wird, umfassen Komponenten für ihr eigenes Gewicht, Komponenten für die Trägheitskraft oder ähnliches zusätzlich zu Komponenten für den Drehwiderstand eines jeden passiven Gelenks. Dementsprechend muss, um den Drehwiderstand eines jeden passiven Gelenks genau abzuschätzen, nur die Komponente für den Drehwiderstand aus dem durch [Gl. 26] erhaltenen Drehwiderstandsvektor f extrahiert werden. Es ist jedoch möglich, die Effekte der Trägheitskraft durch Betreiben der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bei einer niedrigen Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Messung auf ein Minimum zu reduzieren. Somit wird die Entfernung der Komponente für die Trägheit nicht berücksichtigt, da sie ignoriert werden kann.
Auf der anderen Seite hängt die Komponente für das Eigengewicht nur von der Position und Positionierung des Endausführungsteils 6 ab, und hängt nicht von der Betriebsrichtung ab. Dementsprechend führt ein Verschieben des Endausführungsteils 6 in der CCW-Richtung (Richtung gegen den Uhrzeigersinn) oder Bewegen des Endausführungsteils 6 in der CW-Richtung (in Richtung des Uhrzeigersinns) dazu, dass Lasten aufgrund ihres eigenen Gewichts beaufschlagt werden, wenn sie mit derselben Position und in derselben Ausrichtung auf derselben Trajektorie verglichen werden. Folglich kann die Komponente aufgrund des Eigengewichts durch Messen der Lasten auf den Servomotor 3 in diese beiden Richtungen und Herausfinden der Unterschiede für relevante Messergebnisse eliminiert werden. Das heißt, wenn diese Differenzen berücksichtigt werden für [Gl. 25], wird die folgende [Gl. 27] erhalten und durch Lösen dieser [Gl. 27] für f auf dieselbe Weise wie [Gl. 25], wird [Gl. 28] erhalten. Durch diese [Gl. 28] kann der Drehwiderstandsvektor F, welcher den Drehwiderstand des passiven Gelenks darstellt, für ein jedes Beinachsensystem identifiziert werden. Werden nun optional Gelenke von den Zielen zur Identifikation ausgeschlossen, so werden entsprechende Komponenten im zweiten Term rechts eliminiert und der entsprechende Zeilenvektor wird vom ersten Term rechts in [Gl. 27] eliminiert, so dass eine Matrix gebildet wird. Dadurch können Gelenke, die zu identifizieren sind, wahlweise ausgewählt werden.
Die Mittel 26 zur Abschätzung des gemeinsamen Widerstands der Steuervorrichtung berechnen die Matrix J an einem jeden Messpunkt gemäß den Messbedingungen, basierend auf den vorstehenden (Schritt S31 der 20). Als Nächstes messen die Mittel 26 zur Abschätzung des gemeinsamen Widerstandes Lasten des Servomotors 3 (Stellglied) bezüglich der Richtung gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn (Schritt S32). Dann ermitteln die Mittel zur Abschätzung des Gelenkwiderstands die Differenzen für diese Messergebnisse (Schritt S33). Und die Mittel 26 zur Abschätzung des Gelenkwiderstands lösen dann [Gl. 28] unter Verwendung dieser Differenz und der Matrix J auf der Basis des Programms, welches vorab gespeichert worden ist, um eine Berechnung entsprechend [Gl. 28] (Schritt S34) zu ermöglichen. Auf diese Weise schätzen im Schritt S21 der 19 die Mittel 26 zur Abschätzung des Gelenkwiderstands den Drehwiderstand des passiven Gelenks aufgrund der Lasten des Servomotor 3 ab.
Im Schritt S22 vergleicht die Steuerungsvorrichtung den Schwellwert (Schwellwert mit dem Niveau 1 des Drehwiderstands), der in Bezug steht zu den Niveaus 1 und 2, welche den Drehwiderstand betreffen, der abgespeichert ist in den Mitteln 28 zur Diagnose des Zustandsmittels des Drehwiderstandwerts, der in den Mitteln 27 zum Speichern der Historie des Gelenkdrehwiderstands bereitgestellt wird. Als Ergebnis dessen wird in dem Falle, dass der Drehwiderstandswert geringer ist als dieser Schwellwert (Drehwiderstandswert ≤ Schwellwert des Niveaus 1 des Drehwiderstandwerts) die Steuerungsvorrichtung die Bearbeitung zum nächsten Schritt S26 führen. Andererseits gilt, dass wenn der Drehwiderstandswert den Schwellwert übertrifft (Drehwiderstandswert > Schwellwert des Niveaus 1 des Drehwiderstands) die Steuerungsvorrichtung entscheidet, dass eine Anomalität vorliegt für das passive Gelenk, welches im Bezug steht zum Drehwiderstandswert und setzt die Bearbeitung im Schritt S23 fort.
Im Schritt S23 vergleicht die Steuerungsvorrichtung den Schwellwert (Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandwerts), welcher in Verbindung steht mit den Niveaus 2 und 3 bzgl. des Drehwiderstandwerts, der gespeichert ist in den Mitteln 28 zur Diagnose des Zustands, mit dem Drehwiderstandswert, der in den Mitteln 27 zum Speichern der Chronologie des Gelenkdrehwiderstands vorgehalten wird. Als Ergebnis dessen wird dann, wenn der Drehwiderstandswert geringer ist als dieser Schwellwert (Drehwiderstandswert ≤ Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandswerts), die Steuerungsvorrichtung die Bearbeitung zum Schritt S24 führen und zeigt Warnungen an, dass der Drehwiderstandswert größer ist als der normale Wert oder dass das passive Gelenk, welches diese Art von Drehwiderstandswert erzeugt oder die Klassifizierung des Beinachsensystems, auf welches sich das passive Gelenk bezieht. Andererseits gilt, dass im Falle, dass der Drehwiderstandswert diesen Schwellwert überschreitet (Drehwiderstandswert > Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandswert), dass die Steuerungsvorrichtung den Ablauf zum Schritt S25 bringt und dort den Betrieb der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine stoppt. Es sei angemerkt, dass die Steuerungsvorrichtung anzeigt, dass die Maschine zum Zeitpunkt dieses Unterbrechens des Betriebs angehalten worden ist.
Andererseits gilt, dass in Schritt S26 die Steuerungsvorrichtung den Schwellwert (Schwellwert des Niveaus 1 des Drehwiderstandswertsinkrements) mit den Niveaus 1 und 2 betreffend Änderungen (Inkrementen) des Drehwiderstandwerts vergleicht, der in den Mitteln 28 für die Zustandsdiagnose mit den Drehwiderstandswertinkrementen gespeichert ist, die ermittelt worden sind aus der Drehwiderstandshistorie in den Mitteln 27 für die Speicherung der Historie der Gelenkdrehwiderstände. Als Ergebnis dessen wird in dem Fall, dass das Drehwiderstandswertinkrement geringer ist als dieser Schwellwert (Drehwiderstandswertinkrement ≤ Schwellwert des Pegels 1 des Drehwiderstandswertinkrements) die Steuerungsvorrichtung die Bearbeitung zum Schritt S28 weiterführen und entscheidet, dass keine Anomalität vorliegt als Ergebnis der Diagnose und setzt einen normalen Betrieb fort. Andererseits gilt, dass in dem Falle, dass der Drehwiderstandinkrementwert diesen Schwellwert überschreitet (Drehwiderstandswertinkrement > Schwellwert des Niveaus 1 des Drehwiderstandswertinkrements), die Steuerungsvorrichtung entscheidet, dass eine Anomalität in dem passiven Gelenk auftritt, welches mit dem Drehwiderstandswertinkrement in Zusammenhang steht, und schreitet zum Schritt S27 weiter.
Im Schritt S27 vergleicht die Steuerungsvorrichtung den Schwellwert, der sich auf die Niveaus 2 und 3 bezüglich des Drehwiderstandswertinkrements bezieht, welches gespeichert ist in den Mitteln 28 für die Zustandsdiagnose (Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandswertinkrements), mit dem Drehwiderstandswertinkrement, welches erhalten wird durch Bezugnahme auf die Mittel 27 zum Speichern der Historie des Gelenkdrehwiderstands. Als Ergebnis dessen wird in dem Fall, dass das Drehwiderstandswertinkrement kleiner ist als dieser Schwellwert (Drehwiderstandswertinkrement ≤ Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandswertinkrements), die Steuerungsvorrichtung die Bearbeitung zum Schritt S29 führen und zeigt Warnungen an, dass der Drehwiderstandswert größer ist als der Normalwert, oder das passive Gelenk, welches diese Art von Drehwiderstandswert erzeugt oder die Klassifikation des Einachsensystems, zu welchem das passive Gelenk gehört. Andererseits gilt es in dem Fall, dass das Drehwiderstandswertinkrement diesen Schwellwert überschreitet (Drehwiderstandswertinkrement > Schwellwert des Niveaus 2 des Drehwiderstandwertinkrements), dass die Steuerungsvorrichtung mit der Bearbeitung im Schritt S30 fortfährt und den Betrieb der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine stoppt. Es sei angemerkt, dass die Steuerungsvorrichtung anzeigt, dass die Maschine angehalten worden ist zu diesem Zeitpunkt der Unterbrechung des Betriebs.
In der zuvor beschriebenen Steuerungsvorrichtung oder dem Steuerungsverfahren gilt, da der Drehwiderstandswert des passiven Gelenkes bestimmt wird durch die Beziehung gemäß [Gl. 28] auf der Basis der Lasten, die in Beziehung stehen zum Servomotor 3, bei welchem es sich um ein Stellglied handelt, dass eine Abschätzung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Wie in 21 zu sehen, ist dort ein Graph gezeigt, welcher den Schätzwert des Drehwiderstandswertes (schwarzer Balken in 21), welcher mittels [Gl. 28] bestimmt ist, mit dem tatsächlichen Messwert des Drehwiderstandswerts (weißer Balken in 21) vergleicht, und zwar in einem jeden passiven Gelenk (Bezugszeichen 11 bis 15) unter Bezugnahme auf ein Einbeinachsensystem (von der ersten Gelenkkupplung 2a auf eine zweite Gelenkkupplung 5a). Der Graph zeigt an, dass eine Abschätzung mit ausreichender Genauigkeit mittels [Gl. 11] erhalten werden kann.
Zusätzlich gilt, dass in den 22A bis 22F Graphen gezeigt sind zum Vergleich zwischen Wellenformen der Unterscheide τi, CCW-τi und CW (Eingabewellenformen gemäß [Gl. 11], die durch eine dünne Linie in 22 gezeigt sind) von Lasten des Servomotors 3 in einer jeden Richtung bezüglich der relevanten Beinachsensysteme (es ist 22A, welche eine erste Gelenkkupplung 2A bis zu einer zweiten Gelenkkupplung 5A zeigt, und andere sind in fortschreitender Weise ähnlich) und Wellenformen (in durchgezogener Linie in 22) des Schätzwerts der Lasten, die erhalten werden aus dem Drehwiderstandswert eines jeden passiven Gelenkes, wie durch [Gl. 28] geschätzt, wobei Lasten des entsprechenden Servomotors 3 als Ordinatenwerte genommen werden und der DBB(double ball bar)-Phasenwinkel (Einheit: Grad) als Abzissenwert genommen wird. Die Graphen veranschaulichen eine hohe Übereinstimmung, die zwischen den Eingabewellenformen und Schätzwerten erhalten wird.
In der oben erläuterten Steuerungsvorrichtung oder dem Steuerungsverfahren wird beurteilt, ob oder ob nicht ein relevanter Drehwiderstandswert den Schwellwert überschreitet aufgrund der Verwendung des Drehwiderstandswerts, der auf diese Weise geschätzt wird, und wenn der Drehwiderstandswert den Schwellwert überschreitet, erfolgt die Einschätzung, dass das passive Gelenk, auf welches sich der Drehwiderstandswert bezieht, anomal ist. Somit wird der Betrieb der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine gestoppt, wenn das Gelenk als anomal eingeschätzt wird und eine Unterbrechung, Verformung, anomale Funktionen oder ähnliches, welche erzeugt werden durch die Erzeugung eines übermäßigen Drehwiderstands oder seine Veränderungen in passiven Gelenken, können verhindert werden. Weiterhin kann der Zustand angezeigt werden, in welchem Gelenke als anomal eingeschätzt werden, bevor ein übermäßiger Drehwiderstand auftritt oder eine Veränderung eintritt, so dass Bedienungspersonal darauf aufmerksam gemacht werden kann.
Durch Verwendung des Drehwiderstandswerts, der durch die vorgenannte Steuerungsvorrichtung oder das Steuerungsverfahren abgeschätzt wird, kann der Mechanismusverformungsfehler abgeschätzt werden und wie oben beschrieben kompensiert werden. Weiterhin gilt, da der Drehwiderstandswert sehr genau abgeschätzt werden kann, wie oben beschrieben, dass die Genauigkeit dieser Kompensation befriedigend ist. Weiterhin gilt, da der Drehwiderstandswert, wie oben abgeschätzt, berechnet werden kann aus den Lasten des Stellglieds in einem Zustand mit geringem Berechnungsaufwand, dass diese Kompensation auch auf einfache Weise durchgeführt werden kann. 23 zeigt einen Graphen, welcher den Vergleich der DBB-Trajektorie (CCW-Richtung) anzeigt, der abgeschätzt wird aus den Drehwiderstandswertschätzergebnissen, in diesem Falle mit den tatsächlichen Messwerten der DBB-Trajektorie (CCW-Richtung). Der Graph veranschaulicht eine ausreichende Genauigkeit der Verformungsfehlerkompensation.
Es erübrigt sich darauf hinzuweisen, dass die durch die vorliegende Erfindung kontrollierte Maschine nicht beschränkt sein soll auf eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine mit sechs Freiheitsgraden im Raum. Die Freiheitsgrade sollten nicht eingeschränkt sein auf sechs Freiheitsgrade, sondern sollten entweder größer oder auch kleiner sein als dieser Wert. Zusätzlich sollte die Gelenkkupplung nicht beschränkt sein auf Kombinationen von einem Freiheitsgrad von Drehgelenken, sondern es kann sich auch um Kugelgelenke handeln oder Gelenke mit einem anderen Aufbau. Weiterhin sollte die Maschine nicht beschränkt sein auf eine Bearbeitungsmaschine, die Schneidwerkzeuge enthält, sondern es kann sich auch um Roboter handeln, in der Industrie eingesetzte Maschinen, in Vergnügungsparks eingesetzte Maschinen, Baumaschinen oder ähnlichem.
Zusätzlich gilt, dass wenn der Kompensationsbetrag des Stellgliedsteuerungsbefehls ermittelt wird aus der resultierenden Kraft, die auf das Endausführungsteil einwirkt, dass die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2005-186210 A verwendete Technik nicht verwendet werden kann, sondern dass eine Nachgiebigkeit von Mechanismuselementen verwendet werden kann, um den elastischen Verformungsbetrag des Mechanismus zu bestimmen, wobei eine inverse Transformation des Mechanismus durchgeführt werden sollte, wobei der erhaltene elastische Verformungsbetrag berücksichtigt werden sollte und dass der Stellgliedsteuerungsbefehl nach der Kompensation direkt ermittelt werden kann.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, welche umfasst: eine Basis (1), die mit der Außenseite verbunden ist; eine Vielzahl von Streben (4), die mit der Basis (1) über erste Kugelgelenke (2) verbunden sind; Stellglieder (3), die die einzelnen Streben (4) antreiben; ein Endbetätigungsglied (6), welches jeweils mit einer Strebe (4) über zweite Gelenkkupplungen (5) verbunden ist; Steuerungsmittel (16), um Stellgliedsteuerungsbefehle auf ein jedes Stellglied (3) auszugeben; Mittel (12) zum Speichern von Drehwiderstandswerten, die bereit gestellt werden mit den Steuerungsmitteln (16) zum Speichern von Drehwiderstandswerten der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: einen ersten Schritt, welcher die Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) abschätzt, und einen jeden Stellgliedsteuerungsbefehlswert für die Endausführungsteilpositionssteuerungsbefehlswerte und die Ausrichtungssteuerungswerte auf Basis der vorbestimmten kinematischen Parameter in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine bestimmt; einen zweiten Schritt, welcher Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) aus den Drehwiderstandswertspeichermitteln (12) erhält; einen dritten Schritt, welcher die Kraft und das Drehmoment berechnet, welches auf eine jede Gelenkkupplung (5) unter Verwendung der Drehwiderstandswerte einwirkt; einen vierten Schritt, welcher die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment ermittelt, welche auf das Endausführungsteil (6) aus der Kraft und dem Drehmoment, welches auf eine jede Gelenkkupplung (5) einwirken, ausgeübt werden; einen fünften Schritt, welcher den Betrag einer elastischen Verformung berechnet bei einem Mechanismus unter Verwendung der resultierenden Kraft und des resultierenden Drehmoments, welches durch das Endausführungsteil (6) ausgeübt wird und welcher die Kompensationsbeträge der Stellgliedsteuerungswerte berechnet unter Verwendung dieses Betrages; und einen sechsten Schritt, welcher die im ersten Schritt erhaltenen Stellgliedsteuerungsbefehlswerte mittels der Kompensationsbeträge aktualisiert, die im fünften Schritt ermittelt worden sind und dabei berücksichtigt werden wobei dann, wenn ein jeder abgeschätzter Drehwiderstandswert der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, eine Abschätzung durchgeführt wird, ob eine Anomalität in der ersten Gelenkkupplung (2) oder der zweiten Gelenkkupplung (5) auftritt oder nicht, die in Verbindung mit dem Drehwiderstandswert steht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im dritten Schritt die Verbindungen Streben (4) umfassen, erste Gelenkkupplungen (2), zweite Gelenkkupplungen (5), die jeweils als unabhängige, serielle Verbindungsmechanismen betrachtet werden, und wobei die Kraft und das Drehmoment, welche auf die Verbindungen zwischen der Strebe (4) und dem Endausführungsteil (6) ausgeübt werden durch den Drehwiderstand der Gelenkkupplungen in den relevanten seriellen Verbindungsmechanismen berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im dritten Schritt Änderungen der Drehwiderstandswerte zum Zeitpunkt der Umkehr der ersten Gelenkkupplungen (2) oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) durch lineare Funktionen approximiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im dritten Schritt eine Bearbeitung mit wandernder Durchschnittsbildung aus den Drehwiderstandswerten von der Drehwelle durchgeführt wird, welche umgekehrt wird zum Zeitpunkt der Umkehr der ersten Gelenkkupplungen (2) oder der zweiten Gelenkkupplungen (5).
Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Abschätzen der Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) auf der Basis der durch die Lastsensoren erfassten Last.
Verfahren zum Steuern einer Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine gemäß den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Abschätzen von Drehwiderstandswerten der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) als konstituierende Elemente von Drehwiderstandsvektoren, Auffinden von relevanten Drehwiderstandsvektoren der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) aus Lastvektoren, die aufgebaut sind aus Lasten, die durch die Lastsensoren erfasst worden sind, wobei in Übereinstimmung mit der Tatsache, dass die Gleichung, welche die innere Kraft ausdrückt, die auf das Endausführungsteil (6) ausgeübt wird durch den Drehwiderstand der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5), unter Verwendung der Jacobi-Matrix, die mit einer jeden Beineinheit und den Drehwiderstandsvektoren der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) in Beziehung steht durch Betrachten einer jeden Beineinheit unter Einschluss einer jeden ersten Gelenkkupplung (2), korrespondierenden Strebe (4) und einer korrespondierenden zweiten Gelenkkupplung (5) als serieller Verbindungsmechanismus, und gleich ist zu der Gleichung, welche die innere Kraft ausdrückt, die ausgeübt wird durch das Endausführungsteil (6) auf den Drehwiderstand der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) unter Verwendung der Jacobi-Matrix des Parallelverbindungsmechanismus und der Lastvektoren eines jeden Stellglieds aus der statischen Beziehung des Parallelverbindungsmechanismus.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, wobei die Steuerungsmittel (16) den geschätzten Drehwiderstandswert in den Mitteln (12) zum Speichern der Drehwiderstandswerte aktualisieren.
Steuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, welche umfasst: eine Basis (1), die an der Außenseite befestigt ist; eine Vielzahl von Streben (4), die mit der Basis (1) über erste Gelenkkupplungen (2) verbunden sind; Stellglieder (3), welche jede einzelne Strebe (4) antreiben; ein Endausführungsteil (6), welches jeweils mit einer Strebe (4) verbunden ist über die zweiten Gelenkkupplungen (5); Steuerungsmittel (16) zum Ausgeben von Stellgliedsteuerungsbefehlen zur Steuerung jeweils eines Stellglieds (3); und Mittel (12) zum Speichern der Drehwiderstandswerte, die bereitgestellt werden mit den Steuerungsmitteln (16) zum Speichern von Drehwiderstandswerten der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: Schätzmittel (26) zum Abschätzen der Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5); Mittel (15) zum Berechnen von Stellgliedsteuerungsbefehlswerten, um einen jeden Steuerungsbefehlswert für die Endausführungsteilpositionssteuerungsbefehlswerte und Ausrichtungsbefehlswerte auf Basis von vorbestimmten kinematischen Parametern in der Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine zu bestimmen; Mittel (11) zum Berechnen einer resultierenden Kraft, welche die Kraft und das Drehmoment berechnen, die ausgeübt werden auf eine jede der zweiten Gelenkkupplungen (5) unter Verwendung der Drehwiderstandswerte, die durch die Mittel (12) zum Speicher von Drehwiderstandswerten ermittelt worden sind und welche die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment ermitteln, die durch das Endausführungsteil (6) ausgeübt werden aus der berechneten Kraft und dem Drehmoment, welche auf eine jede der zweiten Gelenkkupplungen (5) ausgeübt werden; Mittel (14) zum Berechnen eines Kompensationsbetrags, welche einen elastischen Verformungsbetrag eines Mechanismus berechnen unter Verwendung der resultierenden Kraft und des resultierenden Drehmoments, welche auf das Endausführungsteil (6) ausgeübt werden und welches die Kompensationsbeträge der Stellgliedsteuerungsbefehlswerte berechnen unter Verwendung dieses Betrags; und Steuerungsmittel (16), welche die Stellgliedsteuerungsbefehlswerte aktualisieren, die durch die Mittel (15) zum Berechnen der Stellgliedsteuerungsbefehlswerte bestimmt worden sind und die Kompensationsbeträge berücksichtigen, die durch die Mittel (14) zum Berechnen des Kompensationsbetrags bestimmt worden sind, wobei dann, wenn ein jeder abgeschätzter Drehwiderstandswert der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, eine Abschätzung durchgeführt wird, ob eine Anomalität in der ersten Gelenkkupplung (2) oder der zweiten Gelenkkupplung (5) auftritt oder nicht, die in Verbindung mit dem Drehwiderstandswert steht.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mittel (11) zur Berechnung der resultierenden Kraft die Verbindungen, welche Streben (4), erste Gelenkkupplungen (2) und zweite Gelenkkupplungen (5) umfassen, jeweils als unabhängige serielle Verbindungsmechanik betrachten, und die Kraft und das Drehmoment berechnen, welche auf Verbindungen zwischen der Strebe (4) und dem Endausführungsteil (6) durch den Drehwiderstand der Gelenkkupplungen in relevanten, seriellen Verbindungsmechanismen ausgeübt werden.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Mittel (11) zum Berechnen der resultierenden Kraft Änderungen der Drehwiderstandswerte zum Zeitpunkt der Umkehr der ersten Gelenkkupplungen (2) oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) durch lineare Funktionen approximieren.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Mittel (11) zum Berechnen der resultierenden Kraft eine Bearbeitung mit wandernder Durchschnittsbildung für die Drehwiderstandswerte der Drehwelle durchführen, welche sich zum Zeitpunkt der Umkehr der ersten Gelenkkupplungen (2) oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) umkehren.
Steuerungsvorrichtung für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine, gemäß den Ansprüchen 8–11, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Basis (1), die mit der Außenseite verbunden ist; eine Vielzahl von Streben (4), die jeweils verbunden sind mit der Basis (1) über erste Gelenkkupplungen (2); jeweilige Stellglieder (3) zum Antreiben einer jeden Strebe (4); einem Endausführungsteil (6), welches mit einer jeden Strebe (4) über jeweilige zweite Gelenkkupplungen (5) verbunden ist; und Lastsensoren, welche die Last eines jeden Stellglieds (3) erfassen, wobei die jeweiligen Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) auf der Basis der durch den Lastsensor erfassten Lasten abgeschätzt werden.
Steuerungsvorrichtung, für eine Parallel-Kinematik-Mechanismus-Maschine gemäß den Ansprüchen 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Basis (1), die an der Außenseite befestigt ist, eine Vielzahl von Streben (4), die jeweils verbunden sind mit der Basis (1) über erste Gelenkkupplungen (2); jeweilige Stellglieder (3) zum Antreiben einer jeden Strebe (4); ein Endausführungsteil (6), welches mit einer jeden Strebe (4) verbunden ist über jeweilige zweite Gelenkkupplungen (5); und Lastsensoren, welche eine Last eines jeden Stellglieds (3) erfassen, wobei die Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplungen (5) als konstituierende Elemente von Drehwiderstandsvektoren abgeschätzt werden, durch Finden relevanter Drehwiderstandsvektoren der ersten Gelenkkupplungen (2) und/oder zweiter Gelenkkupplungen (5) aus den Lastvektoren, die aufgebaut sind aus Lasten, die durch die Lastsensoren erfasst werden, in Übereinstimmung mit der Tatsache, dass die Gleichung, welche die innere Kraft ausdrückt, die ausgeübt wird auf das Endausführungsteil (6) durch Drehwiderstandswerte der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5), unter Verwendung der Jacobi-Matrix, die sich auf eine jede Beineinheit bezieht und Drehwiderstandsvektoren der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) durch Betrachten einer jeden Beineinheit, die die erste Gelenkkupplung (2) umschließt, die korrespondierende Strebe (4) und korrespondierende zweite Gelenkkupplungen (5) als serielle Verbindungsmechanismus, gleich ist zu der Gleichung, welche die innere Kraft ausdrückt, die ausgeübt wird durch das Endausführungsteil (6) durch den Drehwiderstand der ersten Gelenkkupplung (2) und/oder der zweiten Gelenkkupplung (5) unter Verwendung der Jacobi-Matrix des Parallelverbindungsmechanismus und der Lastvektoren eines jeden Stellglieds (3) aus der statischen Beziehung des Parallelverbindungsmechanismus.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerungsvorrichtung die Speicherung von Drehwiderstandswerten aktualisiert, die in den Mitteln zum Speichern von Drehwiderstandswerten abgeschätzt werden.