JPH05506948A - 別個に連結されたパラレル機構を幾何学的に簡易に制御する方法及び装置 - Google Patents

別個に連結されたパラレル機構を幾何学的に簡易に制御する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 別個に連結されたパラレル機構を幾何学的に簡易に制御する方法及び装置技術分 野 本発明は、幾何学的な相対運動システムに係り、特に、パラレルに動く複数の脚 によって特定幾何学的関係を保って接続された2つのプラットフォームを有する 機械装置を制御する方法及び装置に関する。ここに挙げる好適な実施例は、中で も、荷役装置、フォースlトルクセンサ、ロボットマニュピユレータ、または、 フライトトレイニングシュミレータとして用いられる。
従来の技術 近年、パラレル機構の現実の産業問題への直接応用に対する関心が高まっている 。正確性、及び安定性を得るためには広い作業スペースを必要とする状況におい ては、パラレル機構が、直列機構に代わり得る有効な手段を提供する。
パラレル機構は、通常、複数のプリズムジヨイント、あるいは、パラレルに動く 脚によって接続された2つのプラットフォームから構成される。最も一般的な構 成は、6本の脚から成るもので、この脚は、油圧シリンダなどのリニアアクチニ エータである。プラットフォームの1つが「可動プラットフォーム」となり、「 ベース」であるもう1つのプラットフォームに対し、6自由度を有する。この゛ 6自由度によって、可動プラットフォームは、3つの線方向、または3つの角方 向の、1方向、及びそのどの組み合わせの方向にも移動可能である。
プリズム脚の連結点の位置が、2つのプラットフォームに対して知られていて、 6本のプリズム脚の長さを変更し、感知する手段が与えられている場合には、ペ ースプラットフォームに対する、可動プラットフォームの位置及び方向の閉ルー プコントロールが可能であり、それは、2つの幾何学的計算の解に依存する。第 1に、可動プラットフォームの所望の位置及び方向が知られている場合は、それ に対応する6本の脚の所望の脚長が、いわゆる「後退変位分析」によって決定す る。
一方、実脚長が知られている場合には、可動プラットフォームの実際の位置及び 方向の決定は、いわゆる「前進変位分析Jによって行われる。この問題には、複 数の数学的解くすなわち、可能性のある別の幾何学的系の閉鎖ループ)があるの ようなパラレル装置の複雑性のために、現在の発明者の間では、可動プラットフ ォームの位置及び方向の閉ループ制御に対し、先行技術が有効に用いることがで きるのは、反復前進変位分析をより簡単な後退変位分析とともに用いた場合だけ であると信じられている。
前進変位分析を行うための反復方法には多くの欠点がある。第1に、解は所定の 規定時間内に得られない。このタイプの装置の数学的計算に対する反復的体は、 通常、多次元の検索サイクルで処理されるが、この検索サイクルはきわめて時間 の消費が多く、一定の検索サイクル時間を持たない。このタイミングが決定的で あることは、閉ループ制御システムを研究する者にとっては周知のことである。
第2に、反復解は可動プラットフォームの位置及び方向の、適当な初期推量に依 存する。これを解決するため、初期推量として、最新の実際位置及び方向を用い て、「新しい」実際の位置及び方向を確かめるのが通例である。しかし、この技 術を用いると、メカニズムが反復アルゴリズムから「逃げるj可能性がある。
反復アルゴリズムの制御できる以上の速さで脚が動くことができる場合には、ア ゛ 第3に、反復解はメカニズム特異性の領域を定める方法を持たない。この領 域では、脚肉にどんな力があろうと可動プラットフォームを十分に抑制すること はできない。このような制御不能な領域においては、パラレル機構が静的不安定 を引き起こす。この領域には、系の多重閉鎖ループが存在可能である。このため 、反復アルゴリズムに数多くの問題が起きる。アルゴリズムは、誤った系の閉鎖 ループ内のメカニズムを実際に観測し得るからである。言い替えれば、反復アル ゴリズムには、系の閉鎖ループを決定する数学的方法がないということである。
先行技術によるパラレル機構の1つは、「スチュワード」プラットフォームとし て知られている。この型は、航空機シュミレータに使用するため、1965年に 導入された。それ以来、D、スチニワートは、もともと2つの異なった構成を提 案しただけであったにも関わらず、プリズムのジヨイントを有する多くのパラ、 レルメカニズムが、スチュワードブラットフォームと呼ばれている。スチュワー ドの提案した2つの構成とは、3−3プラツトフオーム(図1及び2参照)、及 び6−3プラツトフオーム(図3及び4参照)であった。r3−3Jの名称は、 ペースプラットフォームに3つ、可動プラットフォームに3つの連結点があるこ とを意味し、r6−3Jは、ペースプラットフォームに6つ、可動プラットフォ ームに3つの連結点があることを意味する。
スチュワード型パラレル機構は、少なくとも1つのプラットフォームにおいて、 6本の脚が3つのポイントで1対ずつ相接しているプラットフォーム、と定義さ れる。すなわち、3−3、及び6−3プラツトフオームはスチュワードブラット フォームである。いわゆる3−3スチユワート型プラツトフオームにおいては、 ペースプラットフォームに3つ、可動プラットフォームに3つの連結点があり、 各連結点において、2本の脚が相交わっている。3−3スチユワート型プラツト フオームの脚の各対は、2本の脚の端部を合わせる同心のボールとソケットの1 対、または他のタイプの自在継手(ジヨイント)によって結合されなければなら ず、これは、可動部分間に不必要な妨害を与える、困難で複雑な構成である。
連結部における複雑化を避けるためには、6−3プラツトフオームにおいて達成 されたように、連結点の数を増やすことが望ましい。6−3プラツトフオームは 、ペースプラットフォームに6つの連結点を有し、可動プラットフォームに、2 本の脚の端部を結合する3つの連結点を有する。それゆえ、3−3プラツトフオ ームは幾何学的には最も簡単な型であるが、設計の観点から、6つの共通(ダブ ル)連結点のうち、3つを削除した6−3プラツトフオームを用いることはより 望ましい。
幾何学的な複雑性は徹底的に増すが、共通連結点の必要性を完全に削除するため に、設計者たちは6−6プラツトフオームを開発することによってスチュワード 型プラットフォームを発展させた。6−6ブラツトフオームにおいては、6つの 連結点がペースプラットフォームにも可動プラットフォームにも設けられ、その ため各脚がペースプラットフォーム、及び可動プラットフォームの別個のポイン トに接し、複数の脚を結合させている連結点は1つもない。現在の業界の慣習で は、各プラットフォームで、この6つの連結点を同一平面上になるように選び、 各プラットフォームで六角形が形成されるようにしている。この6−6型は、脚 が連結点を共有する必要性を完全に取り除いた物で、現在フライトシュミレーシ ョン産業において、最も幅広く用いられている型の装置である。六角形のプラッ トフォームを有するこの業界標準6−6プラツトフオームは、ここでは「一般型 6−6」と呼び、幾何学的にはるかに複雑なため、スチュワード型プラットフォ ームとは定義しない。
多くの論文研究によって、パラレル機構に対し本質的に簡単な、既知の後退変位 分析(すなわち、ペースプラットフォームに対する可動プラットフォームの所望 の位置を与え、1組の脚長を計算する)に、広範囲にわたる貢献がなされてきた 。後退変位問題に関する以下のような記述がされている。すなわち、可動プラッ トフォームの位置及び方向を示す1組のベクトルを与えられることによって、6 本の脚の脚長を決定する。このように、この問題は簡単に解決され、業界標準一 般型6−6プラツ(・フオーム同様、スチュワード型プラットフォームにも応用 可能である。
与えられた制御ルールにおいて後退変位分析だけを用いれば、ペースプラットフ ォームに対する可動ブラフ)フオームの位置及び方向の開ループ制御が構成され る。言い替えれば、コントローラは、可動プラットフォームの所望の位置及び方 向を指令するだけで、実際の位置及び方向については、周期的に更新されること はない。このため、コントローラの次の操作は、後退変位分析から得た指令位置 に脚が到達したことが条件となる。
一方、可動プラットフォームの位置及び方向に関するフィードバック情報を有す るデカルト座標コントローラを新たに設けることにより、前進変位分析を用いる ことができ、この結果前記「ループを閉鎖することができる」。従って、前進変 位分析は、6本の脚の実脚長を与えられて可動プラットフォームの実際の位置及 び方向を示すベクトルの計算に依存する。前進変位分析は後退変位分析よりもは るかに困難である。これは、6本の脚の1組の脚長(及び2つのプラットフォー ム)が与えられたため、多くの異なった「系の閉鎖ループ」があるという事実に 起因する。この多くの系の閉鎖ループは、可動プラットフォームの位置及び方向 を表す多くの異なったベクトルの解が存在するために生じる。一般型6−6ブラ ツトフオームに対する真の系の閉鎖ループは少なくとも24、恐らくそれ以上存 在する。
一方、幾何学的により簡易なスチュワード型プラットフォーム(3−3及び6− 3プラツトフオーム)に対しては、最高16の真の系の閉鎖ループがある。系の 閉鎖ループは、ペースプラットフォームに関する鏡映によって対にグループ化さ れる。例えば、図5Aから5Fは、同じ脚長を有する、3−3スチユワート型プ ラツトフオームの6つの別の系の閉鎖ループを示したものである。すぐに明らか になるように、「凸」閉鎖ループである、図5Bの系の閉鎖ループだけが、例え ば図1の配置から図示の位置及び方向に達するために、お互いに交わる脚が1本 もないという意味から、現実の系の閉鎖ループといえる。しかし、「凹」閉鎖ル ープである、他の5つの系の閉鎖ループも、脚長だけを用いては、数学的に凸閉 鎖ループと識別することはできない。また、図かられかるように、5A及び5C から5Fの系の閉鎖ループは交差する脚を有し、これは構成上不可能である。
しかし、これらは数学的分析に対する実際の解を表している。
計算が単一変数の単一多項式に減じられることから、[閉鎖型前進変位分析」に よる制御は反復前進変位分析とは大きく異なる。多項式の次数は、脚長を与えら れたメカニズムの真の系の閉鎖ループの最大数に一致する。多項式そのものが単 一諸元のサーチを伴う方法に依存しているとしても、多項式は既知の諸元から直 接得られるため、この制御方法は運動学者によって「閉鎖型」とされている。
スチュワード型プラットフォーム(3−3及び6−3)は、偶数乗の係数を持っ た16次多項式である。一方、一般型6−6の多項式の次数は知られていないが 、少なくとも24次、あるいはそれ以上であろう。
スチュワード型プラットフォーム及び、−膜室6−6型プラットフォームの、閉 型前進変位分析を組み込んだ閉ループコントローラは、さまざまな方法で質の向 上がはかれる。第1に、可動プラットフォームの位置及び方向を決定するために 、コンピュータ時間レベルの反復可能で信頼性のあるプロセスを供給することが できる。第2に、分析が反復方法よりはるかに速く行われるように、パラレルコ ンピュータアーキテクチャ内において操作されことによって効果を表す。第3に 、制御不能な領域における系の閉鎖ループを正確に1別できる。
閉型前進変位分析は、パラレル機構の幾何学及び運動学についての多くの重要な 情報を提供することも明かである。例えば、スチュワ−I・プラットフォームに 対する閉型の解は、所定の1組の脚長に対して、ペースプラットフォームに対す る可動プラットフォームの真の配置の正確な数値を提供するだけでなく、可動プ ラットフォームの位置及び方向に関して脚長の位置誤差の結果をも計る。さらに 、スチュワードプラットフォームマニピュレータに対する閉型前進変位コントロ ーラでは、必要なフィードバック情報、すなわち、ペースプラットフォームに対 する可動プラットフォームの位置及び方向、を伴った(高次レベルでの)ベクト ル座標コントローラを用いることができる。このことは、可動プラットフォーム の実際の位置及び方向が直接感知できず、マニピュレータの配置が、プリズムを 構成する連結脚の脚長によってのみ決定される場合、特に重要となる。
さらに、力制御の分野では、閉型前進変位分析は、必要な分析論を用いてフォー スlトルクセンサーとしてのスチュワードプラットフォームの使用を拡大する。
パラレル構造に基づいたスチュワードプラットフォームのデザインは、特にねじ 理論(分力定理)を用いた場合、静的力解析に大いに役に立つ。可動プラットフ ォームに加わるひずみ力は、プリズムを構成する6本の脚の量線に沿って測定さ れた力の累計に静的に等価になる。これまでは、スチュワードブラットフォーム のこの特定の適用は、比較的「小さい」脚の反れに依存し、その結果「一定の」 脚の配置が得られた。しかし、前進変位分析を用いれば、スチュワードブラット フォームの大きい反れをモニターすることができ、より好適なフォースlトルク センサーが得られる。言い替えれば、前進変位分析を行うようプログラムされた コントローラは、スチュワードプラットフォームのプリズムを構成する6本の連 結脚のジオメトリ(連結構造)を生成することができ、その結果、脚長における 限定された変化の結果は、可動プラットフォームに与えられる力(フォース)、 及びトルク(ひずみ)に関連させることができる。
従って、簡単な構造の3−3及び6−3プラツトフオーム、さらにはより複雑な 構造の一般型6−6プラントフオームに対する、閉型前進変位分析に基づいたコ ントローラを従来技術に供給する必要があるわけである。
発明の開示 簡単に説明すると、本発明は、−膜種のパラレル機構の閉ループデカルト座標制 御回路に閉型前進変位分析を組み込んだ方法及び装置を供給する。特に、3−3 及び6−3のスチュワードブラットフォーム、さらに新型特別6−6ブラツトフ オームのデザインは、この新規の方式で制御される。本発明は、フライトシュミ レータモーションプラットフォーム、重量の大きい物体のリフト、受動フォース / トルクセンサ、及びパラレル機構を利用したその他のシステムに用いられる 。
特に、本発明は、実時間モーシジンコントロールを必要とする場合に応用される と有益である。
本発明による運動システムは、6自由度の動きが可能であり、第1面に少なくと も3つの連結点を有するペースプラットフォームから成る。可動プラットフォー ムは、第2面に少なくとも3つの連結点を有する。少なくとも6本の線形で伸張 可能な支持部材が、ペースプラットフォームの連結点から可動プラットフォーム の連結点に伸びている。結合手段により、支持部材は、連結点において少なくと も2回転自由度を持つ。閉型前進変位手段が可動プラットフォームの位置及び方 向を決定し、線形伸張可能部材の長さにおける選択的変化を励起(感知)し、そ れによって運動を起こす(感知する)。
好適な実施例において、ペースプラットフォーム、及び可動プラットフォームの 両者における連結点の数は、それぞれであり、支持部材は6本である。ここに開 示される「特定6−6」プラットフォームの好適な例では、6本の支持部材のそ れぞれが両方のプラットフォームにそれぞれ別個の連結点を持つ。しかし、3− 3プラツトフオームの例では、支持部材は両方のプラットフォームの連結点にお いて対になって結合している。6−3プラツトフオームの例では、支持部材は1 つのプラットフォームにおいてのみ、連結点で対になって結合する。
本発明の好適な実施例は、既知の後退変位制御手段を組み込んだ腹合制御レベル コントローラに用いられる。本発明を利用して6本の脚の脚長を変化させ、感知 することにより、後退変位分析と閉型前進変位分析の両者を用いて、可動プラッ トフォームの位置及び方向の閉ループ制御が達成される。コントローラの高次制 御レベルによる指令で、可動プラットフォームの所望の位置及び方向は、後退変 位分析によって所望の1組の脚長に変換される。観測を再び高次制御レベルに戻 すために、閉型前進変位制御手段は、1組の実脚長を可動プラットフォームの実 際の位置及び方向を表すデータに変換する。
より詳細に説明すると、好適な閉型前進変位制御手段は、可動プラットフォーム とペースプラットフォームの間に伸びる線の長さく脚長)を捕らえる変換器手段 を有する。捕捉された線長に反応する計算手段は、可動プラットフォーム、ペー スプラットフォーム、及び捕捉された線長によって形成される多面体のジオメト リ(構成)に対する、少なくとも1つの閉型前進変位前を計算するために操作さ れる。この閉型前進変位前に反応する手段が、ペースプラットフォームに対する 可動プラットフォームの位置及び方向を決定する。
好適な閉型前進変位解計算手段は、複数の閉型前進変位前を供給する。その中に は、実際には不可能な、あるいは不連続の、可動プラットフォームの運動経路を 表す解もある。このため、可動プラットフォームの歴史的な運動経路に対応する データをメモリ内に記憶するための手段がさらに設けられている。記憶された運 動経路データに反応する手段が、複数の閉型前進変位前の中から、可動ブラフ、 ドアオームの真の、連続的運動経路に対応する特定解を選択し、確定する。閉型 前進変位前の確定された特定解が、ペースプラットフォームに対する可動ブラフ □ ドアオームの適当な角座標を確定し、この1つの角座標から残りの2つの角 座標が直ちに決定される。
さらに詳しく説明すると、前期計算手段は、反復計算の代わりに、閉型前進変位 計算を解くための方法を行うために、実時間で操作される。この方法は、ペース プラットフォームの各頂点に関する、球状の4腕結合に対応する決定定数を伴う 。この定数を用いて、ペースプラットフォームの球状の4腕結合のそれぞれに関 連する多項式が決定する。球状四腕結合に対する角の入力と出力の関係を示す3 つの変数を用いた3つの多項方程式が立てられる。3つの多項方程式はそれぞれ 、4次で前記の3つの変数のうち2つを含んでいる。3つの変数のうちの1つを 用いて、消去式多項式が決定され、その根が、3つの4次多項式に対する、3つ の変数のすべての可能な解の組に存在する、すべての可能な変数の値を含むよう にする。次に、消去式多項式の真の根のすべてが計算される。続いて、消去式多 項式の真の根の1つが、所定の根選択基準に基づいて選択される。最後に、消去 式多項式の確定された1つの真の根を用いて、ペースプラットフォームに対する 可動プラットフォームの1つの角座標が計算され、残る2つの角座標が続いて直 ちに決定される これまで説明した閉型前進変位前は、スチュワードプラットフォームのタイプ、 すなわち3−3、及び6−3プラツトフオームに直接適用可能である。さらにこ こでは、新規の特定6−6パラレル機構が発見され開示される。この機構の構成 はきわめて簡単であり、前記同様の閉型前進変位分析が、幾何学的簡略に従って 行われる。新規の特定6−6機構は、6自由度の運動が可能であり、ベース面を 決定する少なくとも3点を有するペースプラットフォームから成る。この3点が 第1の三角形を決定する。可動プラットフォームは、第2面を決定する少なくと も3点を有する。この3点が第2の三角形を決定する。6本の線状の伸張可能な 支持部材が、ペースプラットフォームと可動プラットフォームの間に伸びている 。
各支持部材は、運動製造システムに対して作動し、運動感知システムに対して、 受動的になり、抵抗する。それぞれの支持部材は、1つの連結点が支持部材のは 、かのどの連結点とも異なる、ペースプラットフォームの第1面における3点の うち2点によって決定する線上の1点から、連結点が支持部材のほかのどの点と も別個である、第2の三角上の対応する1点に接続され、支持部材の長さにおけ る選択的変化に従って、ペースプラットフォームに対する可動プラットフォーム の運動を伝え、または、認める。少なくとも3本の支持部材が第1の三角形の頂 点において連結され、少なくとも3本の支持部材が第2の三角形の頂点において 連結される。支持部材の長さにおける選択的変化を励起するため(あるいは変化 に反応するため)、制御手段が設けられる。これによって、支持部材が作動する 場合には、可動プラットフォームを運動させ、支持部材が受動的に抵抗する場合 には、可動プラットフォームの運動を感知する。
従って、本発明の目的は、運動ンユミレータ、フォース及びトルクセンサ、大型 荷物荷役装置、乗物懸架システムなどとして、適当に用いられる、改良された複 数脚プラットフォームマニピュレータ機構を提供することである。
本発明のもう1つの目的は、反復前進変位分析に代わり、閉型前進変位分析を用 いて制御を行うスチュワードブラットフォームなどのパラレル機構に対する、改 良された運動コントローラを提供することである。
本発明の別の目的は、新規のパラレル機構、具体的には、構造が簡単で最も簡単 な3−3プラツトフオームの構造にまで簡略化できる特定6−6ブラツトフオー ムを提供することである。
本発明の別の目的は、互いに交差する連結脚同士が妨害し合う可能性のないよう に構成され、同心球の、あるいは自在型のジヨイントを設計及び使用せず済むよ うにした6本の支持脚を有する、特定6−6プラツトフオームマニビユレータを 提供することである。この目的は、可動プラットフォーム、及びペースプラット フォームの両方におけるそれぞれに別個の連結点を各脚に供給することにより、 本発明によって達成される。その結果、簡単な構造及び個別の連結という利点を 得ることができる。
本発明の別の目的は、ベクトル座標コントローラに可動プラットフォームの位置 を制御するためのフィードバックデータを供給するために、スチュワード型(3 −3)プラットフォームの構成、あるいは3−3型の構成に簡略化可能な特、定 6−6型の構成のいずれかを有するプラットフォーム型パラレル機構の前進変位 分析を行うための方法を提供することである。
本発明の別の目的は、フォースlトルクセンサとして用いられるプラットフォー ム型パラレル機構の大きい反れをモニターし、脚長における有限の変化の結果が 可動プラットフォームに与えられたフォース及びトルクに関連するように、プラ ットフォームを支持する、プリズムを構成する6本の連結脚の線のジオメトリを 決定する、反れのモニタ一方法、及び装置を提供することにある。
チュエータの感知された脚長に基づく、プラットフォームのジオメトリに対する 閉型前進解の実時間計算によって、パラレル機構のプラットフォームの位置及び 方向を制御するための方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、スチュワード型プラットフォーム、あるいは、その他のパ ラレル機構に対する閉ループベクトル座標コントローラにおいて用いられる、改 良された制御システムを提供することにある。
本発明の、これまでに挙げた、及び他の目的、特徴、利益については、後述する 開示された実施例の詳細な説明を再検討することによって、また、添付の図面及 びフレイムを参照することにより、より明確に了解され、認められるであろう。
図面の簡単な説明 図1は、本発明の前進変位制御方法が実施される、従来技術の3−3スチユワー ト型プラツトフオームを示す。
図2は、図1の3−3スチユワート型プラツトフオームの平面図である。
図3は、本発明の前進変位制御方法が実施される、従来技術の6−3スチユワー ト型プラツトフオームを示す。
図4は、図3の6−3スチユワート型プラツトフオームの平面図である。
図5は、図5Aから図5Fで構成され、閉型前進変位前の与えられた数値例に対 する、3−3スチユワート型プラツトフオームの与えられた1組の脚長の6つの 別の系の閉鎖ループを示す。
図6は、六角形の可動プラットフォーム、及び六角形のペースプラットフォーム を有する、−膜室6−6プラツトフオームの斜視図である。
図7は、図6の一般型プラットフオームの平面図である。
図8は、図8A及び図8Bで構成され、パラレル機構の開ループと閉ループのデ カルト座標制御回路を比較し、特に、このようなパラレル機構の閉ループデカル ト座標コントローラにおける本発明の使用を示す。
図9は、本発明の閉型前進変位方法を説明するために用いられる、3頂点球状の 4腕機構を概略的に示す。
図10は、図9のq点におけるユニット球をより詳細に示す。
図11は、図9に示されたような一般化した球状の4腕機溝の座標及びパラメー タ(助変数、媒介変数)を概略的に示す。
図12は、本発明によって構成された、中間−頂点の、新規の特定6−6パラレ ルブラツトフオームの好適な例を示す。
゛ 図13は、本発明によって構成された、頂点−頂点の、特定6−6パラレル ブラツトフオームの第二の好適な例を示す。
図14は、3−3仮想等価型数学モデルを説明するための、図11の特定6−6 ブラツトフオームの中間−頂点例の簡略図である。
図15は、図12及び図14の中間−頂点特定6−6ブラツトフオームの簡易化 された平面図である。
図16は、特定6−6ブラツトフオームを3−3仮想等価モデルに簡略化する場 合に用いられる一定の変数間の幾何学的関係を示す、図12及び図14の特定6 −6ブラツトフオームの簡易化された斜視図である。
図】7は、特定6−6ブラツトフオームを3−3仮想等価モデルに簡略化する場 合に用いられる変数間の幾何学的関係を、図式で、及び一般的に示す。
図18は、図12の特定6−6ブラツトフオームを形成する線の、無限大への延 長を示す。
図19は、本発明に用いられるコントローラの好適な例の概略図である。
図20は、図19に示されたコントローラ上を作動する階層型実時間制御システ ムのソフトウェアの好適な例を概略的に示す。
図21は、図19に示されたコントローラに用いられる単−脚に対する単一の流 体コントローラの概略図である。
添付書類rは、本発明による閉型前進変位解を計算するための、図19のコント ローラで用いられたレベル1の結合座標モジュールによるソフトウェアの一部を 記載した疑似コードプログラムである。
添付書類11は、好適な特定6−6パラレル機構を仮想の3−3専任モデルに簡 略化するための、好適な例で用いられるレベル1の結合座標モジュールのその他 の一部を記載した疑似コードプログラムである。
実施例 3−3スチユワート型プラツトフオームまたは特定6−6ブラツトフオーム等の パラレル機構の制御に対して閉鎖形解が必要であることを完全に理解し、そのよ うな閉鎖形解コントローラの作成及び使用方法を理解するためには、これらの機 構の幾何学的説明から始めるのが適切だと思われる。これが後に検討する数学に 対する基礎となるからである。各図を通じ、同一符号は同等の構成要素を示す。
図1は、従来技術における3−3スチユワート型プラツトフオーム10の幾何学 的構造を示す。3−3プラツトフオーム10は、可動プラットフォーム12及び べ−スブラヅトフォーム14から成る。可動プラットフォーム12により面を定 める3点15「、15s、15tが、そしてベース14により別の面を定める3 点19o、19p、19qが、それぞれ与えられている。
可動プラットフォーム12は、6個の電力供給制御された線形伸長可能なプリズ ム形継手または脚20a−20fによりベース14上に支持されている。これら 脚は、ベース14上の3点19o、19p、19qの各々を可動プラットフォー ム12上の2個の隣接点と接続している。脚20として、流体シリンダまたは他 のリニアアクチュエータを用いた装置が多い。プリズム形脚20a−2Of。
可動プラットフォーム12の点15「、15g、15t、及びベース14の点1 9 o、 19 p、 19 Qによって、八面体の三角面の辺及び頂点が定め られている。
ベースプラットフォーム14を上部プラットフォーム12へ接続する各脚20の 端点は、継手30のような6段階自由度の直列鐘形運動学的継手で終止している 。当業者であれば、運動学的継手は、ネジ込み継手、多関節継手、プリズム形継 手、円柱形継手、球形継手、平面対継手、フック形汎用継手等の多自由度機構を 含むことが理解される。これら各種継手の内いくつかは、本発明での使用に適し ている。好適な実施例で使用される各脚20は6段階の独立した自由度を有して いる。
従来の3−3スチユワート型プラツトフオームにおいて、球形継手30は、各プ リズム形脚20の各端部に固定されている。球形継手は「汎用」継手として機能 し、6段階の自由動作に対して最大の柔軟性を備えるものと一般に見なされてい る。各継手30は、2個の脚20を終止させる複雑な機械的構造をもつ2重また は同心球形継手であり、これが継手に柔軟性を与えていることに留意しなければ ならない。換言すれば、一つの接続点には、独立動作する2本のプリズム形脚2 0へ接続された2個の独立球形継手が存在するということである。
図2に、3−3スチユワート型プラツトフオーム10の八面体形態をより分かり やすく示した。閉鎖形前進変位解析のため、6個の多面脚20の長さ及び上部プ ラットフォーム12及びペースプラットフォーム〕4の辺の長さが与えられる。
すなわち、八面体の全速の長さがわかっているということである。従って、閉鎖 形前進変位解析による制御を行うには、図2中の8個の三角形をその辺が3個の 隣接三角形の辺と正しく共有するように組み立て可能な方法を全て見いだす必要 がある。
2重または同心状球形継手30は、共交差接続した各脚間で干渉を起こすという 設計上の問題を抱えていることが周知であるので、できるだけ使用しないことが 重要である。この問題点に関し、当該分野では図1及び2の3−3スチユワート 型プラツトフオームで必要となる6個の同心状球形継手の少なくとも3個を除去 する努力が為されてきた。今この点に関して図3−4を参照すると、6−3スチ ユワート型プラツトフオーム10は三角形可動プラットフォーム12と八面体形 のペースプラットフォーム14° とを含み、同心状球形継手30は3個しか使 われていない。6個の球形または汎用継手32はベース14′上の脚の端点に設 けられているが、これらは同心(2重)形ではなく、従って機械的にはより簡素 である。6個の脚20の各々は各端点において同様に球形継手で終止してはいる が、ベース14゛上の球形継手32は、ベース上の共通接続点で交差する同心状 球形ジヨイントではなく、分離された形となっている。
本発明者等は、このような6−3スチユワート型プラツトフオーム10° は、 3−3スチユワート型プラツトフオームの数学的体を延長することによって制御 できることを見いだした。すなわち、図3及び4より、「仮想」の3−3スチユ ワート型プラツトフオームは、八面体ベース14′の辺を延長して想像点0Sp s及びqで結合させると共に、33.34等のラインを可動プラットフォーム1 2の三角頂点から想像点os p及びqへ延長させることによって達成されるこ とが分かる。この結果が図1の八面体形状であることが明かである。八面体ベー ス14°の各頂点の想像点0、p及びqからの距離及び相互距離が把握できるの て、仮想3−3ブラフ トフォームの幾何学的形状は6−3プラツトフオームの 脚、ここでは6本の伸長可能プリズム形脚20a−2Ofの判明している長さに 基づき容易に定めることができる。
ここで再び触れておかなければならないのは、“スチュワード型プラットフォー ム°として知られるパラレル機構の覆類は、3−3または6−3重機構であるこ とである。スチュワード型プラットフォームは全てパラレル機構であるが、全て のパラレル機構がスチュワード型プラットフォームであるとは限らない。例えば 、汎用6−6型プラツトフオームはスチュワード型プラットフォームではない。
従って、本発明の閉鎖形前進変位制御はスチュワード型プラットフォーム及び他 種のパラレル機構にも適用でき、本発明はスチュワード型プラットフォームに限 定されるものではないことが理解される。
従来技術のオープンループデカルト座標後退変位制御本発明の閉鎖形前進変位制 御方法に対する必要な理解を得るためには、従来技術の変位制御及び反復前進変 位制御方法を検討することが一部となる。図6及び7において、−膜化された6 −6プラツトフオーム101の場合、ペースプラットフォーム14゛ は6点0 .P、Q、R,S及びTを含む。(T′ 丁 マ)座標系は、このプラットフォ ーム上でOを原点として選択された。単位ベクトル1、J及びkは、それぞれX 軸、Y軸及びZ軸を示す。各点はX軸上に点Pがある状態で常にXY面に存在す るので、ペースプラットフォームを形成する6点の位置は判明している。
可動八面体プラットフォーム12°は、6点0% ps 4% r、S及びtか ら成る。A(寸’ilF w)座標系はこのプラットフォームに対して0を原点 として選択された。単位ベクトルUはこの座標系のX軸を示し、単位ベクトルV 及びWはそれぞれ同じくX軸及び2軸をそれぞれ示す。可動プラットフォーム1 2゛ を表す6点の位置は、可動プラットフォームの座標系に対して判明してい る。即ち、これらは点pがX軸上にある状態で、そのxy面内に存在している。
ベクトルX−Xは、ヘースプラットフォーム14°の点0から上部プラットフォ ーム12゛の点0まで伸長しており、この値がベース座標系に関して表されてい ると考える。0から0まで伸長している脚の長さは、Xの大きさ即ち1[xll として演算される。
単位ベクトルU、V及びWはベース座標系に関して判明している。従って、他の 5本の脚に沿って伸長する位置ベクトルは、脚P−p等に対する関係によって演 算することができる: 式1において、回転マトリックス[R]はコラムベクトル[R] = [u v  w]から形成される。ここで、ベクトルpは点pを可動プラットフォームの座 標系にで伸長する脚の長さを示す。
他の5本の脚長は、ベース座標系に関して判明一定ベクトル(0−0) 、P、 Q、R,S、T、及び可動プラットフォーム座標系に関して知られる一定ベクト ル(o−0) 、p、q、r、s及びtによって変化する同様の関係を用いて得 ることができる。式1のような6個の式は後退変位表現を構成し、−膜化された 6−6プラツトフオーム10″の6本の脚長をマ及び[R]の関数として定める 。
実際には、回転マトリックス[R]は、ベクトルU及びWの知識のみに基づいて 構成することができる。v −w X uであることによる。従って、後退変位 解析問題は次のように表すことが出来る:X、U及びWが与えられると、6本の 脚長が定まる。
オーブンループデカルト座標後退変位制御には、6本の個々の脚制御ループに関 する後退変位解析を用いることが含まれる。この点に関して図8Aを参照すると 、オーブンループデカルト座標コントローラ40は後退変位コントローラ41を 含み、このコントローラ41は、可動プラットフォーム(不図示)の指令された デカルト座標位置及び方向を高次レベルコントローラ42からのデカルト座標ベ クトルX、U 及びW という形で受け取る。以下に詳述するように、高次CC C レベルコントローラ42は、別個の制御コンピュータまたは制御コンピュータ用 の別個のプログラムである。その後、後退変位コントローラ41は、上述の後退 変位ベクトル解析に基づいて対応する指令された脚長1 を発生する。この脚長 自体は、各脚毎にオーブンループ脚コントローラ43内で制御される。各脚コン トローラ43は、その後ドライバ44を介して脚長を制御する。ドライバ44は 所定の制御規則(例えば加速、slew等に対して)に従って作動し、実脚長信 号の形態でフィードバックを受け取る。指令された脚長1 と位置エンコーダに よって検出された実脚長l との差である脚の位置誤差信号は脚コントローラ4 3内で発生し、ドライバ44への入力として使用される。
検出された実脚長という形のフィードバックは存在するわけであるが、このよう なフィードバックは、可動プラットフォームの実位置及び方向を知るという面か らは、上述した幾何に対するいくつもの解が存在することになるので、真の位置 フィードバックとはなり得ない。更に、オーブンループ方法では、高次レベルコ ントローラ42に対し、各脚がその指令された位置に実際に到達したことを告知 できるまで、アイドル状態に置くことが必要となる。換言すれば、可動プラット フォームの実デカルト座標位置及び方向は高次レベルコントローラ42へはフィ ードバックされないのであり、従ってこの方法は「オーブンループデカルト座標 後退変位制御」と呼ばれる。
′従来技術の反復前進変位制御 図8Bに示すように、クローズトループデカルト座標コントローラ50は更に前 進変位コントローラ51を含む。このコントローラ51は、実脚長1aに応答し て、可動プラットフォームの実位置及び方向に対応した真の位置フィードバック をベクトルマ、テ 及び7 という形で高次レベルコントローラ42へ供給a  a a する。前進変位コントローラ50は当該技術分野で周知の反復型のものでもよい し、或いは本発明で用いた適切な閉鎖形のものでもよい。
前進変位解析を導入することによって、可動プラットフォームの位置及び方向に 関するフィードバック情報が高次レベルコントローラ42へ供給され、ループが 閉鎖される。前進変位解析は、脚長1 の実値が与えられると、ベクトルマ、U 及びWの実値を演算する。前進変位解析は後退変位解析よりも遥かに複雑である が、それは次の事実に起因する。即ち、与えられた一組の脚長(及び2個のプラ ットフォームの寸法)に対して多くの異なる閉鎖ループが存在可能であるから、 xSu及びWの異なる解が多く存在するということである。この問題に対する閉 鎖形解は、その度が閉鎖ループの最大数を示す単一多項式(単一変数)により表 すことができる。
しかし、従来技術では、前進変位解析は、これら全てのパラレル機構即ち3−3 .6−3、特定6−6及びより複雑な一般化された6−6に対し、反復型によっ てのみ実行し得ることが示唆されている。従って、図8Bにおけるクローズトル ープコントローラ50は、反復型解法技術の妨げとなるあらゆる危険及び欠点を 備えているということになる。一般的従来技術を記載するという目的で、次に図 6及び7の一般化されたら一6ブラツトフオームに対する反復型前進変位解析を 説明する。
反復法を用いる場合、まずベクトルマ、1及び7の初期推定をしなければならな い。その後、実脚長と推定した脚長との差を最小限に抑制する最適化処理が行わ れる。
実脚長の組は、6xlベクトルL であるとする。上部プラットフォームの推− 〇 定された位置及び方向x、u及びWに対して、対応する推定脚長りは、後退変位 解析長との差のスカラー関数が次の式で表される:素子を表す。スカラー関数が 0になると、前進変位解析に対する一つの解が得られる。換言すれば、式2が最 小化されると、即ちL−L であることによってC(X−X)−0となると、前 進変位解析は最適化処理によって解かれる。
最小化は、従来技術のコントローラでは、通常第1順序検索(オーダーサーチ) により行われる。第1順序検索は、目的関数C(X)の第1導関数に依存する。
誤差値ε−L−L であり、9個の基本ベクトルXは3個のベクトルXSU及び −−〇 Wを含むものと考える。従って、最大下落方向を定めるために必要な6x9ヤコ ブ[J]は、次のように得られる: ここでXlはXの1成分であり、X2はXのj成分であり、X9はWのに成分で ある。従って、解ベクトル Xにおける無限小変化によって誤差ベクトル 中に 無限小変化が生じ、これらは次のような関係を持っ;最大下落 Sの方向は、傾 き(これはXの各成分に対する微分(式2)から得られる)の負である; 一ム12°の最後に判明した位置となる。従って、前進変位解析は有限数のステ u−w=Oand u−uxw−w=1. (式6)式6のこれら等価制限は、 U工W及びそれらは単位ベクトルであるという事実によるものである。前進変位 解析に対するこの反復解に基づき、可動プラットフォームの動作は、それ自体が 配置されたアルゴリズムを逸脱することが分かる。
換言すれば、許容精度内における可動プラットフォームの位置及び方向を定める ために必要な反復繰り返し数は非常に大きいので、プラットフォームの速度及び 加速度に対する実際上の制限は、ブラフ(・フオームが未知あるいは不確定な位 置におかれないように他の制御機構によって行わなければならない。
[J]が単一になる傾向がある場合には、他の数値問題が発生する。こうした問 題は、多数の閉鎖ループが存在する近傍領域に発生し、これらの領域においては 各閉鎖ループ相互を識別する方法がないので、反復型前進変位制御技術方法を用 いると誤った閉鎖ループへと飛び越えてしまうことさえある。
3−3プラツトフオームに対する閉鎖形前進変位制御本発明においては、3−3 スチユワート型プラツトフオームの幾何に対する閉鎖形解法が発見され、この閉 鎖形解法は、スチュワード型プラットフォーム等の機構や他種のパラレル機構に 対する図7Bのクローズトループデカルト座標コントローラ50に適用された。
閉鎖形解は、図1に示したようなスチュワード型プラットフォームに関して後に 詳述する。図1における6本の脚は、頂部または可動プラントフオーム12とベ ースプラットフォーム14との間で対となって迎合る幾何学的八面体である。機 構に関しては、可動プラットフォーム12は、パラレル動作する6本のリニアア クチュエータまたは脚20により支持されている。
しかし、図1における脚20と迎合する仮想ラインは、リニアアクチュエータは 使わずその代わりに角(レバー)型及び他種のアクチュエータ或いはショックア ブソーバまたは粘液緩衝装置等の受動力抵抗手段を含むパラレル機構から導き出 すことができる。従って、装置によっては「仮想」脚長だけを与えることが必要 となり、この実脚長は、可動プラットフォーム、ベースプラットフォーム、及び これら間の点により定められる多面体(3−3スチユワート型プラツトフオーム では八面体)の辺を構成するラインに対応することとなる。
前進変位解析では、3−3スチユワート型プラツトフオームにおける6本のプリ ズム形継手または脚20の長さが、可動及びベースプラットフォームの辺長と共 に与えられる。換言すれば、八面体の全12辺の長さが認知されていることとな る。その後、各三角の辺が隣接した3個の三角の辺と正しく対応して共有するよ うに、八面体を構成する8個の三角を組み立てるためのあらゆる可能な方法を把 握する。
前進変位解析問題を解決するため、3連立4乗ベキ方捏式の組から不必要な正接 半角対を除去することが必要である。当業者であれば、この種の式の組は機構の 動的解析においてしばしば現れるものであり、一般エリミナントは他の多くの運 動学的及び幾何学的問題に対する閉鎖形解法を与えるものであることが理解され る。3−3スチユワート型プラツトフオームに対するエリミナントを拡大すると 、単一正接半角の自乗における8度の多項式が得られる。図1に示された3−3 スチユワート型プラツトフオーム10には、最大16通りの実際の組立形態が存 在することが確認された。ベースプラットフォーム14を介した機構を反映し、 これらの組立形態体構造は対でグループ分けされている。従って、与えられた脚 長組に対しては、この前進変位解析に対する真の解の鏡映対が最大8個存在する こととなる。
図9において、3−3スチユワート型プラツトフオーム10のベースプラットフ ォーム14の3個の各コーナの各々は、当該技術分野において「球状4腕リンケ ージ」として知られる機械的構造の等画体を本来含むものであることが理解され る。3個の球状4腕リンケージ70a、70b、70cが図9に示されている。
ここで、ベースプラットフォーム14上の頂点は0゜p及びqであり、上部プラ ットフォーム12上の頂点はr、s及びtである。換言すれば、三角ベース14 内にある八面体頂点の各々即ちO+1)及びqは、それぞれ同心状球形継手30 a130b、30Cの中心であり、これらは一対の脚20をベースプラットフォ ームに接続している。特にリンケー970aを見ると、これら3個の各頂点から 4本のラインがでており、そのうちの2本がプラットフォーム脚20a120b であり、他の2本が三角ベースop及びoqの辺となっている。各頂点において 、4本のラインが対となって4面を形成している。
図10において、単位半径の球72が頂点q等の所定頂点を中心として配置され ており、この頂点を介した4面がそれを大きな円73a−73dの4個の弧に切 断している。球状4腕等価体を用いたこの表現は、特に点「、S及びtを用いて 可動プラットフォーム12から形成された時にも有効である。大形用73のこれ ら4個の弧は、mobflity oneとの4R球状機構の肯格モデルである 球状四辺形を形成する。
単一の一般化した球状の4腕リンケージ70が図11に示されている。リンケー ジ70は4個のリンク、すなわち出力リンク75、接続リンク76、入力リンク 77、及び接地(固定)リンク78を含み、これらはそれぞれ角度α12、α2 3、α34及びα41で示されている。この一般化した球状4腕リンケージに対 する入力角は 4て示され、出力角は 1で示されている。
図9に戻り、3個の球状4腕リンケージ70a−70cには、図11に示した一 般化した球状4腕リンケージ70が設けられている。これら球状4腕リンケージ に対する接地リンクは、全てベースプラットフォーム14に固定されている。
それらは、実際にはベースプラットフォーム14を形成する三角の3個の内部角 となっている。これら球状4腕リンケージに対する接続リンクは、三角ors。
pst及びqrt内に包含された角である。入力及び出力リンクは、ベースプラ ットフォーム14と辺を共有することがわかっている3個の三角、OpS、pq t及びqorから採られた6個の角である。
要約すると、図9の3個の球状4腕機構70 a、 −70cを定めるためには 、表Iに示すように12個のリンク角が必要となることが理解される。
表13個の球状4腕リンケージを定めるリンク角出力り〉りα12 1a、or  1aps Zpqt接続リンクす23 Zros 、jspt 1tqr入カ リンクa34 1SOp 1tpq 1rq0接地リンクa41 *poq Z qpo joqp次に、これら12個の角の余弦は、平面三角の内部角に対する 余弦規則によって得ることができる。これらのリンク角を適切に定めるため、1 2個の角のサインを説明することが必要である。まず、接地リンク78の正弦の 印は判明していると考える。点0、p、qの位置が知られているからである。次 に、一般化された球状4腕リンケージ70に対する入出力関係は結合リンクの正 弦の関数ではないことが理解される。これによって結合リンクの正弦の印は必要 なくなる。
最後に、入出力リンクの対の正弦の印は、知られていない。これは単一4腕球状 機構に対する問題を提示することはない。しかしながら、3個の球状4腕機構7 0a−70cの近接入出力リンクは、正弦の印と一致していなくてはならない。
例えば、角Z80p及びZ角opsの正弦は、双方共に正であるか或いは双方共 に負でなければならない。角の対(jtpq’、pqt)及び(、j r Q  o、 、<q Or)に対しても同様である。これら8個の組み合わせの何れか を選択することにより、同一の組立体構造が得られることとなる。
−の球状4腕機構の入力角は図9における検討より理解されるように、その近接 角に対する出力角そのものである。例えば、Oにおける球状4腕リンケージ70 aに対する入力角は、θyとラベルされている。この角は、pにおける球状4腕 リンケージ70bに対する出力角でもあり、ベースプラットフォーム14に対す る三角Opqの仰角である。同様に、θ2及びθXはベースプラットフォーム1 4に対する三角pqt及びqorの仰角を測定するものである。角θx1θy及 びθ2は、「折曲角」と定められる。これら3個の球状4腕リンケージ70a− 700に対し、これらの折曲角は、表IIを用いてθ1及びθ4に関連すること ができる; 表I! 原点 o p q 出力角θl θX θy θ2 人力角θ4 θy θ2 θX 3−3スチニワート型プラットフォームを定める八面体に対する12個の辺長が 与えられたとすると、三角の内部角に対する余弦規則の適用によって、3球状4 腕リンケージ70a−70cを定める12の角が決まることとなる。可動形のこ れら3個の球状機構が一旦定められると、折り曲げ角即ちθX、θy及びθ2の 全ての可能な組をめなければならない。折り曲げ角の各3個組に対して、3−3 スチユワート型プラツトフオームの組立体構造は一つだけ存在する。
3−3スチユワート型プラツトフオームにおけるベースプラットフォーム14に 対する可動プラットフォーム12の位置及び方向に対する閉鎖形前進変位解を得 るため、角θX、θy及びθ2を演算することが必要である。これら3個の角は 、上述した3個の球状4腕リンケージ70a−70cに対する入出力関係を介し て関連される。
図11の一般化された球状4腕リンケージ70に対し、入力角(θ4)と出力角 (θ1)との間の関係は出力リンク、結合リンク、人力リンク及び接地リンクに 依存し、これらにはそれぞれ符号α12、α23、α34、α41が付されてい る。この関係は、数学的には以下のように表される:ここで、5L2=sin  (α12)、、、、、c4− cos (θ4)である。この入出力関係は、結 合リンクα23の正弦を含まない。
θ4及びclに対しては正接半角関係を導入するのが便利である。
ここで、wj−tan(θj/2) (j−1及び4) である。
式7は、次の式を仮定する: ここで、単一人出力関係に対する5個の係数は次の通りである=Dw −4sI νy E ” J12C41J34 +j12J411:’34 + j41j3&1 2 + C’23− Cl2C41C34変数を交換することにより、式9はペ ースプラットフォーム14上の3個の球状4腕70a−70cに対する入出力式 を得るために使用することができる。表I及びIIのroJコラムを用いること により、式9は次の形式に表すことがでここで、5個の係数A 9.、、E は A、、、、、Eと交換されており、α1゛1 12”41は表■の0コラムにおいてZqo r、、、、、jpoQにより与え られている。また、表IIの「o」コラムから、関係x−tan(θx/2)及 びy−<ayl2)はwl及びW4と交換される。同様に、次の2式はそれぞれ コラムI及びIIの「q」及びrpJコラムを用いることにより得られる。
、42z2x2 + B2z2+C2xl + D2zx + E2 = O( 式11)、43y2z2 + E3y2+ C3z2 + D3yz + E3  = Oc式12)いま、係数A 、、、、E 及びA 、、、、E は式9の A、、、、、E2° 23′3 に代入され、第3正接半角関係z−tan(θz/2)が導入される。
八面体の全速が等しい場合、全ての三角面は等辺となり各球状4腕機構70a− 70Cに対する全4リンクは60度となる。従って、式10.11及び12はx y=zx−yz−1/2と減少する。これはプラトニック固体である正8面体に 対する唯一の解θX−θy−θz−70.53度を生じる。
−膜化した3−3機構の場合、それは式10.11及び12からy及び2を除去 しつづけ、Xにおいて多項を得る。式10及び11は圧縮型式に書き換えること が好適である: ayl + 2bHy + cl = O(式13)a2z2+2iz+qzo  (式、4)ある。
式12.13及び14のエリミナントΔは、Xに関する次の多項式として表され る: Δ=α2−4β2ρl九 (式15) %式% エリミナント△が0になると、式12.13及び14は変数y及び2において一 同時に解をもつ。式△−0は、X において8度の多項式である。Xに対しては −16の解法があり、y及び2に対しては対応する16対の解法がある。
エリミーhント、式15は、まず式13及び14を次のように表すことによって 得られる・ 式13及び14のこれらの形式は式12へ代入され、これによって次の収線式が 得られる: a3yz + b3y + clz + d3 =+ 0. (式16)0′: ″” a3 = 4A3b)lyz + D3a1az。
b3 = 2A3bltl −ZE3a2b1゜d3 = A3CIC’l +  E31ff!a2− B3a2cl −C3aIc2゜である。
これに続き、式11及び12に対する解法は、次の形に表される:ここで、pi  −bl 2−aj clである。式17を式16へ代入し、再構成すると、次 式が得られる: a3’&マpx+cd3a1a2−c3a1bx−b3a2bx+a3b+Iy x) (式18)= ((Z3b2− b3axX±々;B−+ Ca3b 1 − c3a + X±”” (式19)式18の両辺を自乗し、再編成し、そし て全体を外部因子81a 2で割ると、次式が得られる・ α= 2(a3b3b2c1+ a3c3b1c2 + b3d3a2bl +  c3d3a1b2)−Toltyz<a3d3+ 1cx)△に対する式15 の最終形態は、式20を自乗し、その結果得られた左辺を右辺へ移項し、式16 で得られたa3、b3、c3及びd3に対する式を逆代入することによって得ら れる。
閉鎖形解決の数値例 次に示すのは、ベースプラットフォーム14及び可動プラットフォーム12に対 する寸法組、及び図9の座標系に対する脚20の長さ組の数値例である。式15 のエリミナントに対する16通りの解法は、ペースプラットフォーム14を介し た8通りの解決法の対形反射である。0.4.8.12または16通りの真の解 法が存在し得る。従って、0.2.4.6、または8対の真の反射解決が存在し 得る。次の数値例は、可動プラットフォーム12の位置に対する12通りの真の 解法を示し、そのうち6通りはペースプラットフォームを介して反射する。与え られた辺の所定組は、次のようになる:or os ps pt qt qr  op pq qo rs sr tr17.8 19.8 18 18 17  14.9 12 12 12 6 6 6重要なのは上記の比のみである。ベー ス14及び可動プラットフォーム12は等辺三角形(必要条件ではない)である が、脚長は更なる対称性を表さない。
この例に対し、次の多項式が式15(△−Q)のエリミナントを拡大することに よって得られた。
Δ=x”−13,3、、、r14 + 73.4 、、 、x12−2!5.5  、 、、x10+ 368.2 、、 、、J8−374.1 、、r6+2 20.4.、、x4−69.0.、、、z2+8.8 =0゜C式21) この多項式が次の16の根を持つことは、コンピュータ上で実行可能な周知の数 値方法によって定められる xW±0.862 、 、 、、±1.078....±1.395 、 、  、。
±1.382 、 、 、、±1.701 、 、 、±1.922 、 、  、。
(0,711,、、±io、o17 、 、 、)、 and (−0,7!  ! 、 、 、±i0.017...)。
これら16通りのルートの内、6個の真の形態(即ち、Xの値が正であり虚数部 を含まないもの)が存在している。もちろん、ベース14には6個の対応反射が 存在するが(負根であるから)、図1には−の解法のみ、即ち凸状閉鎖ループが 示されている。これら6通りの解法の内の残存する5個が凹状多面体を形成する 。
この点に関して図5A−5Fを参照すると、−の凸型解法が図5Bに示され、他 の解法が図5A及び図5C−5Fに係る5個の凹状閉鎖ループを形成している。
従って、閉鎖形前進変位決定に対する解法は、図5Bのものであると評価されよ う。図5Bは、認知された脚長が与えられた時のプラットフォーム12の実位置 及び方向を表している。
Xルート及び対応するy及び2ルートが決定された後、それらの各角 xly、 及び 2がめられ、これによって可動プラットフォームの位置及び方向が定めら れる。この点に関して図9を参照すると、ベース14上の座標系の原点は0であ り、頂点pはX軸上にあり、モしてqは正x−y面内にある。可動プラットフォ ーム12に対する座標系の原点はrであり、頂点SはX軸上にあり、モしてtは 正x−y面上にある。ベースプラットフォーム14上の座標系に関して、点r、 s、tの位置は以下の表IIIに列挙されている。これらの結果を証明するため 、後退変位解析が行われた。複合形を含む全16通りの解法によって、与えられ た辺及び脚長の組が、少なくとも8桁の精度で生成された。更に、入出力リンク の適切な対の正弦の印が正にとられたか負にとられたかについて、同一の解法が 得られたことが証明された。
表I11 数値例に対する前進変位解析のデカルト座標結果(8以上の反射のみ が与えられた) X y z 解1 r 3.09.、、 9.70.、、 14.5.、。
s 8.835.、、 11.2 、、、 13.7.、。
t 7.48.、、 8.QO,、、1B、L、。
解2 r 5.94.、、 8.05.、、 14・7・・・s 8.835.、、  3.51.、、 17.!1..。
t 11.!1... 8.50.、、 15.8.、。
解3 r 9.08.、、 8.24.、、 L3.9.、。
s 8.+135.、、 12.1.、、 12.9.、。
t 13.8.、、 9.89.、、 L5.0.、。
解4 r 8.97.、、 6.31.、、 14.0.、。
s 8.895.、、 1.5L、、 17.8.、。
t B、71.、、 3.11!1.、、 15.5.、。
解5 r 11.1.、、 5.02.、、 12.8.、。
s 8.835.、、 10.3.、、 14J、、。
t 6.19.、、 5.2B、、、 1B、2.、。
解6 r 12.3.、、 4.38.、、 12.0.、。
s 8.835.、、 5.54.、、 16.8.、。
t 13.2.、、 9.33.、、 15J、、。
r 0.787.、、+IO,2112,,,11,Q3.、、−10.183 .、、 13.9.、、+IO,l13..。
s 8.835 1!、79.、、+14.01.、、 14.2.、−13. 33.、。
t 4J5.、、+I4.l14... 4.20.、、+12.79.、、  I[i、7.、、+11.50.、。
解8 r O,7821,、−10,282,、、11,O,、、+10.163.、 、 13.9.、、−io、113.、。
s 8.835 11.7.、、−t4.ol、、、 14.2. 、、+I3 .33.. 。
t 4J5.、、−14.84.、、 4.20.、、−12.79.、、 L 6.7.、、−11.50.、。
6−6ブラツトフオーム及び他の幾何構造に対する閉鎖型前進変位制御に関する 追加 幾何構成、即ち与えられた幾何構造を等価の解可能構造へ減少することによって 、前記閉鎖形前進変位位置決定方法は多くの他のパラレル機構へ直接適用可能で ある。例えば、3−3スチユワート型プラツトフオームのベース上の同心状球状 ジヨイントが分離されているが同じ面に保持されていると、図3の6−3スチユ ワート型プラツトフオーム10′が得られる。ここに記載した同じ前進変位解析 は、この6−3装置に適用される。スチュワードは最初に「リニア座標制御」に よると記載した6−3機構を提案した。
図3を再度参照すると、6−3スチユワート型プラツトフオームは、図3に示゛ したように、八面体ベース14°の各辺を延長することによって3−3プラツト フオームとしてモデル可能である。上部プラットフォーム12の辺長、点0、p lqの位置、及び6個の接続プリズム形ジヨイント20a−2Ofの長さは分か っている。従って、6本の「仮想」接続脚長即ち。「、OS −、p S %  pi −q を及びqrは独自に演算可能であり、これによって「仮想」3−3 スチユワート型プラツトフオームが形成可能となる。従って、この6−3スチユ ワート型プラツトフオーム10゛ は、幾何学的には3−3バージヨンと類似し ている。更に、図1の3−3スチユワート型プラツトフオーム10のベースプラ ットフォーム14上の同心状球形ジヨイント30は、分離されて図3の6個の個 別ジヨイント32と交換されるが、これによって機構が更に複雑化することはな い。
閉鎖型前進変位制御を演算すると共に位置及び方向を制御する性能を尚維持しつ つ、機械的複雑性を更に低減することは尚可能であることが理解される。この点 に関し、図12及び13を参照する。これらの各図は、本発明に従って構成され た特定6−6パラレル機構100及び100゛を示す。これらの機構及びその制 御方法について述べる前に、次の点を理解しておく必要がある。すなわち、これ らの装置100.100は三角ベースプラットフォーム114及び可動上部プラ ットフォーム112を見れば幾らかの視覚的類似性をもつといえるが、「スチニ ワート」プラットフォームではないパラレル機構であるということである。
特定6−6プラツトフオーム100.100′のもつ、一般化された6−6ブラ ツトフオームから区別されるべき特徴とは、スチュワード型プラットフォームに 対する同じ閉鎖形前進変位解析が次の幾何学的低減に適用可能なことである(上 記記述より、一般化された6−6ブラツトフオームはスチュワード型プラットフ ォームよりも(viz、33及び6−6構成)幾何学的に遥かに複雑であること が思い出されよう。従って、一般化された6−6ブラツトフオームに対する閉鎖 形前進変位解は更に複雑化するため、それをここで言及することは避ける)図1 に示した3−3スチユワート型プラツトフオームの上部プラットフォーム12及 びベースプラットフォーム14双方上の同心状球形ジヨイント30の対を除去し 、球形または汎用ジヨイント130に関する個別の異なる点と交換することによ り、図12の特定6−6ブラツトフオーム100が構成される。特定6−6ブラ ツトフオーム100の上部プラットフォーム112上には6個の個別の接続点1 30a−13Ofが存在し、またベースプラットフォーム114上には6個の接 続点130A−130Fが存在する。上部プラットフォーム112上の6個の接 続点130a−13Ofの各々は面内に存在し、同様にベースプラットフォーム 114上の6個の接続点130A−130Fもまた面内に存在する。上部プラッ トフォーム112上の接続点の配列は、プラットフォーム112の頂点における 3個の接続点130b、130d、130fが三角を形成し、そしてこの三角の 辺上の任意部位に残りの3接続点130a、130c、130eが存在するよう に設定されている。
以下に詳しく述べるように、各頂点上に存在しない3個の異なる接続点130a 、130C1130eは、図18に示すようにプラットフォーム112.114 の頂点間に伸長した無限線(infinfte 1ine)に沿った任意部位に 存在し得る。図18において、個別の各接続点の内の−がプラットフォーム11 2.114の頂点130に存在している限り、残りの個別の接続点は各頂点間に 伸長及び各頂点を越えて伸長した線に沿った任意部位、例えば他の点131に存 在し、本発明の制御方法はなお機能し得る。
図12において、ベースプラットフォーム114上には同じ接続点配列が存在し 、異なる接続点130A、130C,130Eが三角を形成すると共に、残りの 異なる接続点130B、130D、130Fがこの三角の各辺上に存在している 。
図1に示した3−3スチユワート型プラツトフオーム10及び図3に示したら一 3スチュワード型プラットフォーム10゛の場合同様、特定6−6プラツトフオ ーム100は同じ構造の6本の脚20a−2Ofを有する。スチュワード型プラ ットフォームの場合のように、これらの脚20は能動的に伸長可能であるか或い は受動的抵抗性をもち、これは適用対象による。
本発明に係る特定6−6ブラツトフオームの好適な実施例において、脚20には 2種の可能構造が存在する。−の構造100を示した図12(及び簡素化形態を 示した図14及び図15)において、脚20a−2Ofは、各脚がコーナ接続点 、すなわち対向プラットフォームの中線に固定されるよう配設されている。この 特定構造は「中線−頂点」例として知られている。換言すれば、接続点Aは、ベ ースプラットフォーム14のコーナまたは頂点と共に、可動プラットフォーム1 12の辺に沿って配置された接続点a及びジヨイント130aへ伸長している。
同様に、ペースプラットフォーム114の辺またはエツジ上のジヨイント130 B及び接続点Bは、三角可動プラットフォーム112の頂点に配置された接続点 B及びジヨイント130bへ伸長している。
第2の好適な構造は図13に示すような「頂点−頂点」例100゛ として知ら れ、3本の脚20a、20c、20eはプラットフォーム112.114のコー ナまたは頂点に固定され、残りの3本の脚20b、20d、2Ofはプラントフ オームの辺またはエツジへ固定されている。
一対の同心状ボール及びソケットジヨイントによって接合された3−3スチユワ ート型プラツトフオーム内の各脚対から生じ、また6−3スチユワート型プラツ トフオームの2個のプラットフォームの内一方上に存在する可動部品間の問題と なる複雑な干渉作用は、図12及び13の特定6−6ブラツトフオーム100に よって完全に除去される。
図14−17に、特定6−6プラツトフオーム100の等価へ面体への幾何変換 を示す。この変換によって、3−3スチュワード型ブラットフ中−ム法に従った 解法及び制御が可能となる。(特定6−6ブラツトフオームは3−3スチユワー ト型プラツトフオームへ幾何学的低次化可能なものであり、これによって閉鎖形 方法を適用可能であることに留意。また、一般化された6−6ブラツトフす一ム はこれらの特徴を備えていないので、この閉鎖形方法は適用できないことも思い 出されたい)。図14において、プラットフォーム112.114の6本の脚2 0a−2Ofの長さ及び寸法がわかっている。しかし、プラットフォーム112 .114の頂点間に伸長する破線115の長さはわかっていない。3−3スチユ ワート型プラツトフオームの脚に対応したこれらの不明ライン長115が得られ れば、それらは「仮想」八面体を生成する。従って、3−3スチユワート型プラ ツトフオームの位置及び方向の閉鎖形前進変位解析は、仮想八面体の寸法に適用 できる。
図14において、ベース三角(即ちペースプラットフォーム114)の頂点には 符号00”O’QOを、そして可動三角(即ち可動プラットフォーム112)の 頂点には符号rt、Sl、tlを、それぞれ割り当てる。次に、ペースプラット フォーム114の三角の「辺」上に存在する各点に対してro −11a S、  eoを割当て、可動プラットフォーム112の三角の「辺」上に存在する各点 には、01”1、qLを割り当てる。「辺上」ということは、各点は、図18に 示すように三角の特定辺を定める2個の頂点を含む無限長線状の任意部位に存在 し得ることを意味する。換言すれば、S は、点0゜及びp。を含む(無限長) ライン上の任意部位に存在し得る。原点は0゜であり、ベース頂点p。ラインは X軸上にあり、他の4個のベース点はxy面上にある。
好適な実施例として、「辺」点はプラットフォーム112.114の頂点間の任 意部位に存在するよう選択することが望ましく、また01)(−p。oo〉0) で表される点0 とp との間の距離は0030とsOI’0との和になる。
QO 換言すれば、ベースプラットフォーム114に対しては次の関係が成り立つ=o opo ” 0GSO+ 5O1)01Poqo = poto + toqo 。
QoOo ” qoro ” ’0OO1(式22) %式% (式23) 長さ’OpO”OqO’ QoOOl ’1 sl”l tl及び1irtのト ラックを保持することが必要である。理由は、これらは低次化された「仮想」八 面体(低次化された3−3プラツトフオーム)の12辺のうちの6辺を構成して いるからである。可動及びペースプラットフォーム112.114の幾何が設定 されれば、これらの長さ全ては一定となる。
6本の脚20a−2Ofが図14の実施例100で使用されている。脚は、点o oと01とをつなぐ脚0o01として表されている。図14において、これらの 脚は3−3スチユワート型プラントフオームに対するプリズム形脚20に対応し ており、これらは受動装置に対する動作または力抵抗部材を与えるためのアクチ ュエータである。同様に、他の5個の脚は、順にsOsl’ pOpl”Otl ”Oql及びrorlとなる。これらは、6本の脚の延長を測定するものである から、その長さは機構の作用によって変化する。
このようにして、24個の周知長さが存在するーそのうち6個(oool 5O 8l pOpl tOtl qOql、 ’O’l)が可変長さであり、18個 (00pO°OsOsOpOpOqOpO’0 OqOqO°OQO’O’O° 0 ’lsl ’1°1 °lsl ’l tl sl、’L ”ltl tl rl tlql qlrl)が固定長さである。ここで、JoJlまたはjk  またはjk 等の組み合わせが判明しているものとし、joko 0 1 1 1等の組み合わせを未知であると考えるのが都合がよい。
次に、「仮想」3−3機構は図14の6−6機構と同時に作動すると考える。
この仮想3−3機構は、頂点op 及びQOを含むペースプラットフォームOゝ  0 114と、頂点r1、sl及びtlを含む可動プラットフォームと、を有する。
全てのプラットフォーム寸法oOpO”OqO’ qooo”l ’1、slを 及びtr が知られており、従って6本の仮想長00 rl 0n J p1ゝ  11 osl potl qotl qorlを定めることが残されている。これらの 長さは、図14及び15に破線で示した。仮想長(の自乗)は特定6−6ブラツ トフオームの脚長(の自乗)とリニア変化するように定められた。
特定6−6機構から3−3機構への低次化は、まずベータ及びガンマ関係を導入 することによって行われる。この低次化は、各仮想脚長の一つ即ち08r1が、 6本の真の脚20a−2Ofの長さにのみ依存する線形代入により得られるよう に展開される。一旦0+)rtが得られると、採るべき次のステップは他の5本 の仮想長をめることであり、12本の長は点「1、Sl、tlの所望位置を演算 する関数を通すために適切な順序に組み立てられる。このことは、特定6−6ブ ラツトフオーム100に対するコントローラ用ソフトウェアに関連して以下に更 に詳述する。
ベータ及びガンマ関係を視覚化するため、図16を参照する。この図は、可動プ ラットフォーム112下方から対向ベース頂点0 を見た時の頂点T)oSQ0 間のペースプラットフォーム114の辺の傍に立った観察者が見た特定6二6ブ ラツトフオーム100の図(簡略化のため、一部のみ)である。角ガンマ(rl )は、辺pO”Oに沿ったベースプラットフォーム114上のアタッチメントS Oのその点における脚20bと可動プラットフォームb点との間の角である。角 ベータ(β1)は、辺r1、Slに沿った可動プラットフォーム112上のアタ ッチメン]・olのその点における脚20aとペースプラットフォーム0゜上の アタッチメントの点との間の角である。後述するように、第1のベータ及びガン マ関係が決定された後、2個の更なるベータ及びガンマ関係γ2、γ3、β2、 β3が続く。
ベータ及びガンマ関係を詳述する前に、これらに対する基礎を設定することが必 要である。この点に関しては、uv面内に存在する4点go1g1、β2及びg lが示された図17を参照されたい。ここでの目的は、長1aとlb(破線で示 した)とを関連づける式をめることである。まず、三角Δc b 1 bを考え る。
包含角ψの余弦は、次の式で表される・これは、平面三角に対する余弦規則から 派生する。次に、点goは(−a、0)である(uv)座標を有し、点g3は( c cosψ、c sinψ)でOゝ 0 ある(uv)座標を有する。その後、点g。とglとの間の距離1aは、3ゝ  3 次式25によって座標に関連づけられる:1”、 = (u3− uo)2+  (v3−vo)2= (c cos tp 十a)2+ (c sin (P) 2a c2(cos2ψ匂112(p)軸2 + 2 a c cosψ° 。
式25)上式からcosψを代入して簡素化すると:12=c2+a2+!(b 2+c2−12)b 再グループ化すると、2個の長1aと1.との間の所望の(対称)関係が得られ (式27) ベータ関係は、ベース頂点て交差する仮想長の対(の自乗)に関連するものであ ると定義される。例えば、長Or 及び0゜Slに関する式が派生する。図15 及び17において、図17のg を図185のOlに代入したものと考える。
同様に、点sr 及びOoはそれぞれgl、β2及びglに代入したものと考え る。各図より、β工はψに代入したものであり、長01S1、「lO□及びo  Oはそれぞれ長aSb及びCに代入したものである。最後に、長Q iSt及び or はそれぞれ1 及び1bに代入する。従って、変数が代入された式1式% 27によって次の所望ベータ関係が得られる:Ml = ((Ot3+ )+( riot)) (OoO+)2+ (OllXr+0t)2+ (Oll)2( riot>。
または もちろん、上記関係における未知のものは、図14及び15における3−3スチ ユワート型プラツトフオームの長Or 及び0(181である。2個の同様の式 をそれぞれps 及びpt そしてqotl及びqO’Iに関して派生さ0 1  0 1ゝ せることかできる。これら2個の関係はそれぞれ 2及び 3を含み、これらは それぞれ定数M2及びM3を生成する。次の表は、式27における代入に基づく ベータ関係を要約したものである: 表4 ベータ関係の要約 ψgo g1g2’ gl a b C1m lbβI ol sl rl 0 0 0IS1 rloI 0001 0051 00rlβ2 P+ t+ J  Po p+t+ S+Pi pop1pot+ postβ3 q+ rl  L+ Qo Qtr+ t+q+ Qoqt Qor+ Qot+ガンマ関係は 、頂部頂点で交差する仮想長の対に関連するものと定義される。
例えば、長0゜sl及びp。slに関する式が派生する。再度図15及び17を 参照し、図15のS を図17のgoに代入したと考える。同様に、点p。、0 。、slをそれぞれgg 及びg3に代入する。各図より、γ1がψに代入lゝ  2 され、そして長sOpO”OsO”0 ’lはそれぞれ長aSb及びCに代入さ れることが明かである。最後に、長po st ” O’tはそれぞれ1a及び 1、に代入される。従って、差し替えられた変数の式27によって次の所望のベ ータ関係が得られる。
ooso (pos+)2+ 5oPo (OoS+)2− M4゜(式29) %式%) もちろん、上記関係において未知のものは、仮想3−3長00SI及びpOjL である。2個の同様の式も、それぞれpOtl及びqotl、そしてqorl及 び0゜「1に関して派生することができる。これらの最後の2個の関係はそれぞ れγ2及びγ3を含み、これらはそれぞれ定数M5及びM8を生成する。次の表 は、式27における代入に基づくガンマ関係を要約したものである。
表5 ガンマ関係の要約 仮想長oor1 oosl posl potl qOtl qorlを得るた めの解は、このようにして未知数が6個の6線形式のシステムの解、即ち(0ス テムは次の形をとる (式30) これらの式に基づき、次のことが示されるA−皿、 B ノ血、 (−m、 p  = 蛤、 E −自、卸dp =9!B1110+ 5+pt LIQl 0 050 Po1o roo。
上記A、B、C,D、E及びFは幾何学的低次化式における定数である(ここで 使用される定数であるA、B、C,D、E及びFを、式9の定数A、BSC,D 、Eと混同しないこと)。更に、各Miは次の関係に代入することが可能である :可動及びペースプラットフォームの幾何が与えられると、ki及びmlは定数 となることに留意されなければならない。上記を式31へ代入すると、次の解が 得ここで、定数Kiは次のように表されるPco −p−AB Co E (k 6− ki + Cks −CE kz + B CE 5c4− B CD  E k+)。
(式34) 式30及び弐32で定められた定数を用い、他の5個の仮想長の自乗は線形代入 で得られる・ (OoS+)” = k、+ m+(OoO+)” −A(Oor+)”(Po st)” −k4+ ml(SoSl)” −D(OaS’)”(’o’+)”  = k2” ml(Po’+)”(Pot+)2(qot’)” = ks=  n】5(tot+)” −E(P、s’)2(qor・)” = k、+ m l(qoq+)”−Qqot+)”、、、3.。
これらの仮想長で、図14の特定6−6プラツトフオーム100が制御可能とな り、また可動プラットフォーム112の位置及び方向は、プラットフォームが3 −3スチユワート型プラツトフオームであるかの如く定められる。本発明の好適 な実施例において、この制御はコンピュータ制御コントローラにより実行される 。
このコントローラは、3−3スチユワート型プラツトフオームに対しては閉鎖形 前進変位解を演算し、特定6−6ブラツトフオームまたは他の等価構造に対して は等価3−3スチユワート型プラツトフオームへの効果的な低次化を決定し、閉 鎖形解を演算する。
好適な実施例で使用されるコントローラ図19を参照しつつ、本発明に従って構 成されたコントローラ200の好適な実施例を次に説明する。このコントローラ は、図1に示した3−3スチユワート型プラツトフオーム10、図3に示した6 −3スチユワート型プラツトフオーム10°、または図12及び13に示した特 定6−6ブラツトフオーム100.100゛ に対して、上記の閉鎖形前進変位 制御法を実行するのに適している。以下の説明によって、コントローラ200は プラットフォーム自体の外部のソースから供給された指令及び脚20の長さを示 す信号に応答し、閉鎖形前進変位法を用いて可動プラットフォーム12または1 12(実施例による)の位置及び方向のデカルト座標を演算すると共に、これら の座標を他の更に高次レベルの制御装置へ供給し、これによってフライトシミュ レーシッン、重い物体の持ち上げ、力/トルク感知等の有用作業を実行すること ができる。このように、コントローラ200は、図8Bに全体を示したクローズ トループデカルト座標コントローラ50を作動させるための手段をハードウェア 及びソフトウェアとして含むことになる。
開示した実施例がフライトンミュレータまたは重量物体リフタとしての使用に適 したプラットフォームに関するものであるとすれば、好適なコントローラ200 は流体アクチュエータシステム204を制御するために作動する電子サブシステ ム202を含む。好適な電子サブシステム202は、マルチスロットコンビエー タシャンを含む。このシャシは、符号CPUI、CPU2、CPU3が付された 3個の中央処理装置(rcPUJ )205を含む。これらCPU205の各々 は、インテル社により製造されている周知のMultibusllまたは周知の VMEbus等の共通バス206へ接続される。好適なCPU205は、ユタ州 プローボ所在(1’) 7 t−ス:7 ンビュータ(Eyring Re5e arch In5titute社)により製造されている32ビツトシングルボ ードマイクロコンピユータのモデル5YS68に/CPU30ファミリー中の何 れかなどの高速単一ボードマイクロコンピュータであることが望ましい。当業者 であれば、単一ボードマイクロコンピュータのCPU−30フアミリーは本発明 等のコントローラ装置に対して最適であるよう構成されており、16.7−25 MHz程度の速度で機能するモトローラ68030マイクロプロセツサで構成さ れ、数メガバイトのメモリを備えている。好適なCPU205の詳細仕様は、メ ーカの発行している書類に記載されている。
CPU205のCPUI、CPU2、CPU3の各々は、後述するように異なる 制御機能を発揮する。特に、コントローラ200のアーキテクチャは、CPU1 、CPU2、CPU3の各々が異なる制御レベルに対応するようになっており、 テレロボット制御システムアーキテクチャ(NASREM)に対するNASA/ NBS標準基準モデルのNl5Tテクニカルノート1235 (1989年版) に記載のようなものが好適である。これらの異なる制御レベルは以下に図20を 参照しつつ説明する。ここで、プラットフォーム位置及び方向の閉鎖形前進変位 解を定めるため、以下に記した方法でプログラムされるのは、各コンピュータの うちCPUIのみである。他のコンピュータは、本発明内容とは関連しない他の 高次レベル機能のために使用される。
マルチCPU205の各々の作動は非同期であり、各プロセッサ間に種々のパラ メータが授受される共有ランダムアクセスメモリ(RAM>207を介して通信 している。CPU205の各々は、例えば周知の08−9作動システムのMul ti−buslNまたはVME b u s環境で使用するのに適したリアルタ イムマルチタスキング作動システムを駆動することが好ましい。
電子サブシステムには更に3個の2重シリンダ流体制御回路209が設けられて おり、これらは流体コントローラ1、流体コントローラ2、流体コントローラ3 として示されている。これらの回路202は、図7A及び7Bの脚コントローラ 43に対応している。好適な実施例において、これら流体コントローラの各々は 、ニューハンプシャー州レバノン所在のフレオエックス社製のクレオニックスV MEバス動作制御カード(MCC)回路を含む。好適な流体制御回路209の詳 細は、メーカより発行される書類に記載されている。回路209の各々は、2個 の流体シリンダを制御し、従って脚20の流体シリンダを駆動するサーボバルブ 駆動モータ(SV)の速度、加速度及び減速度制御とともに、クローズトループ 点一点位置状めの2軸を与える。
また好適な電子サブシステム202中にはアナログ/デジタル(A/D)コンバ ータ212が含まれ、このコンバータ212は、流体系204内の流体シリンダ に設けられた圧力センサPi−P6からのアナログ入力を受信するように構成さ れている。各流体シリンダ内で検出された「圧力」信号からデジタル読み取りさ れた圧力は、その後コントローラ内で更に高次レベルのために使用されることと なる。
第2A/DコンバータまたはデジタルI10チャンネル213は、ジョイスティ ックまたはデカルト座標指令発生器等のソース215からの指令または制御人力 を受信するためのものである。或種の装置(例えば重量物体リフティング)では 特にジョイスティックまたは他の直接マニュアル制御が適するが、フライトシミ ュレータ装置等の他の装置ではデカルト座標指令は高次レベルの制御段からデジ タル形態で与えられる。フライトシミュレータ装置では、可動プラットフォーム 上に設けられた視覚システムは、模擬空間に対応したイメージを提示して「仮想 」多次元空間を生成することで、動作をシミュレートする。プラットフォーム1 2に対する通路に対するデカルト座標は、高次レベル処理段によって発生すると 共に、適切な指令に変換され、これがプラットフォームを異なる位置及び/また は方向へ移動させ、この結果、横揺れ、縦揺れ、偏揺、加速、乱流等がンミュレ ートされることとなる。これらの指令は、デジタルl10213を介してデジタ ル形式で与えられることとなる。
最後に、電子サブンステム202は更にハードディスク及び216への対応コン トローラ等の大容量データ記憶装置を含む。このデータ記憶装置は、コンピュー タ205により要求される適切なソフトウェア及びデータを記憶する。
流体アクチュエータシステム204は、プリズム形脚脚20の動作制御のために 適切な、当業者間で周知のサーボバルブ等の駆動機構を含み、好適な実施例にお いては流体シリンダが用いられている。従って、当業者であれば、ここで記載し た3−3,6−3及び特定6−6プラツトフオームに対して6個の流体シリンダ 20a−2Ofが存在し、その各々は位置エンコーダE 1サーボバルブ及び増 幅器Sv そして差動圧力センサP を含むことが理解できる。各脚20は対n  n 応流体コントローラ回路209へ供給される指令に応答して伸長または退避する 。
このコントローラ回路209は適切な信号を発生して対応サーボバルブSv を 駆動すること、脚長が位置エンコーダE により検出されること、そして高次し ベル制御アルゴリズムが必要とする任意の圧力信号が対応圧力センサP から読 み出されること、が理解される。当業者であれば、種々の方法によってエンコー ダ様信号を生成できることがわかる。低いノイズ感度のリゾルバ信号を例えばエ ンコーダ信号に変換すること等も可能である。
力/トルクセンサ等の受動釣力抵抗装置では、流体駆動システムはプラットフォ ームを能動的に移動させないことが理解される。こうした装置において、粘液ま たは流体緩衝シリンダ等の受動釣力抵抗素子が流体シリンダに代用される。そし て、プラットフォームに加えられた力を表す信号を発生する圧力センサP また は、異なる各接続点に設けられたロードセル等の個別カドランスデューサによっ て、力が検出される。
いずれの場合でも、受動釣力抵抗装置では、力はなお高次レベル処理機能に対す る入力として与えられるものであり、この機能は本発明を構成するものではない 。しかしそうした装置においても本発明は、印加力によって変形または移動され た可動プラットフォーム12の位置及び方向を閉鎖形前進変位法を用いて定める ために機能できることが理解されよう。可動プラットフォーム12の位置及び方 向は、高次レベル機能により用いられ、可動プラットフォームに適用された力の ベクトルを演算する。このように、可動プラットフォームの位置及び方向を認識 できるので、力が印加される前の開始位置及び方向、そして認知されている力の 量に対し、力ベクトルをめるのは比較的簡単な演算となる。
図20において、本発明の好適な実施例で用いられる特殊ソフトウェアモジュー ルを説明する前に、図19におけるCPU205上で実行されるプログラムに対 するソフトウェアアーキテクチャは、0−3の各レベルで与えられることが理解 される。本実施例では、少なくとも4111の制御レベルが存在する。
レベル0は、サーボバルブSVに対するサーボ機構ドライバに対応している。
このレベルは、流体コントローラ回路209に対応した実質的なノ1−ドウエア レベルである。これらのコントローラ回路は、脚20の流体シリンダを制御する ための出力として脚駆動信号を発生する。脚駆動信号は、与えられた脚に対して サーボバルブ(SV)を駆動し、この脚を伸縮させる。もちろん、レベルOサー ボ機構ドライバは指令に応答して脚20を移動させ、これによって特定脚長を達 成する。脚駆動信号は、こうした指令に応答して発生する。
脚20に設けられたリニア位置センサ(E)からの位置フィードバックは、実脚 長信号を含む。位置エンコーダまたはセンサからのエンコーダカウント信号から 得た実脚長信号は、与えられた脚に対する線形移動の方向及び量を示し、図8A 及び8Bにおける実脚長信号1aに対応している。このようにして、サーボ機構 ドライバは、現在の脚長である実脚長を、位置エンコーダから供給されたエンコ ーダカウントで変調された開始脚長に基づき閉ループ状に定め、現脚長をレベル 1機能に対して告知する。
ジヨイント座標モジュールと呼ばれるレベル1は、好適な実施例ではCPUIの 発揮する機能に対応するものである。この特定コンピュータは、添付書類■及び IIに記載された方法でプログラムされ、これによって閉鎖形前進変位演算を実 行することで、入力実脚長または仮想脚長として与えられた可動プラットフォー ム12の特に座標r、 s、及びt等の座標の解が得られる。
更に、後退変位演算は、レベル2により与えられた可動プラットフォームの指令 されたデカルト座標位置及び方向を対応する指令脚長組へレベル1で変換し、こ れによって後段の処理のためにレベル0をダウンロードさせる。上述した後退変 位法に従って所望脚長がリアルタイムで決定され、脚駆動信号によって脚が所望 脚長となるように移動する。このように、CPUIに対するジヨイント座標モジ ュールソフトウェアは機能Reverse□を含み、この機能が図8A及び8B の後退変位コントローラ41に対応して後退変位制御を行う。
ここで明確に理解すべきであることは、レベル1が後に詳述する図8Bの前進変 位コントローラ51に対応したソフトウェアを含む点であり、このソフトウェア は、3−3スチユワート型プラツトフオームの可動プラットフォーム座標の閉鎖 形解をめるため、或いは図1.2及び13で説明したような特定6−6パラレル 機構を等価3−3スチユワート型プラツトフオームへ低次化するために必要な仮 想脚長を定めるためのものである。これは、機能ForvardOで実行される 。
図20のレベル2(プリミティブ)は、コントローラ200中のCPU2によっ て実行される。CPU2に対するソフトウェアは、圧力センサ、脚回避検討、速 度及び加速度からプラットフォーム軌跡考慮変数を演算するように機能する。
このレベルへの入力には、図19における圧力センサPからの圧力信号、レベル 1のジヨイント座標モジュールから与えられた可動プラットフォームの現デカル ト座標位置1、そして可動プラットフォームに対する所望位置に関する指令等の 高次レベルコントローラからの指令最終目標等が含まれる。従って、レベル2は 、可動プラットフォームの所望位置、及びこの所望最終位置が可能であるか否か を定め、もしそうであるならレベル1へ適切なデカルト座標駆動指令を供給する 。
更に、レベル2は可動プラットフォームに対する動作の限界となるトラックを保 持したり、脚が当接するプラットフォーム位置のトラックを保持する機能をも有 し、これによってプラットフォームが不安定となったり脚と衝突してしまうよう な指令が発生することが餌止される。
更に、レベル2は、指令された最終目標に対する可動プラットフォームの現位置 及び方向をレベル3へ告知する。レベル2(プリミティブ)の機能は本発明を構 成するものではないので、ここでそれを更に言及することはない。
図20におけるレベル3(基本動作)は、図19におけるコントローラ200の CPU3により与えられる機能に対応している。基本動作は、適切な座標系にお けるコースまたは通路の発生に対応している。例えば、フライトシミュレーショ ン装置では、座標を模擬空間から可動プラットフォーム12のための軌道へ変換 することが必要であり、これによって縦揺れ、横揺れ、偏揺、加速等のシミュレ ーションが行われ、人が可動プラットフォーム上で経験することができる。この ようにして、横傾斜または加速の「感覚」を起こすための可動プラットフォーム のコースまたは通路の演算がここで実行されることが理解される。
レベル3の機能は本発明を構成するものではないので、ここでそれを更に言及す ることは避ける。
好適な流体コントローラ回路209は、図21に示した装置を含む。好適なりレ オエックス回路209の各々は2個の流体シリンダを駆動するが、これらは同一 であるのでその一方のみについて述べる。図20に記載したレベル0サーボ機構 ドライバからの脚駆動信号は、コントローラカード209の出力であり、入力は 目標エンコーダ値となっている。目標エンコーダ値は、加算器220で位置レジ スタ223からの信号と加算され、この位置レジスタ223は検出された脚の現 位置を表す現エンコーダ位置を記憶している。位置レジスタは、リニア位置エン コーダ(E)からのエンコーダカウント信号を受信する。このエンコーダは、脚 を含む流体シリンダ20のアクチュエータロッド221に物理的に接続されてい る。もちろん、シリンダ20は汎用継ぎ手130または他の多自由度運動学的継 ぎ手を介してベースプラットフォーム14に物理的に接続されており、またアク チュエータロッド221の端部は同様にスラストベアリング222及び汎用継ぎ 手130または他の多自由度運動学的継ぎ手を介して可動プラットフォーム12 に接続されていることが理解される。従って、線形位置エンコーダEは、脚20 のアクチュエータロッド221の方向及び増分動作を表す信号を発生し、これが ここで記載したように可動プラットフォーム12の位置及び方向の演算に使用さ れることとなる。
位置レジスタ223内に記憶された実エンコーダ値信号は、また実エンコーダ値 としてコンピュータ制御下(即ちCPU1により)で読み出し可能である。
加算器220の出力は、脚誤差信号として制御規則回路226へ供給され、この 信号は周知の方法で、流体シリンダ20を駆動するための指令信号を、サーボバ ルブ(SV)へ供給するのに適切な上昇、回転、及び下降の信号分節をもつ適切 な電圧レベルに変換するために機能する。制御規則回路226からの出力は、ま ず周知の方法で増幅器227により増幅され、これによってサーボバルブSVへ 直接供給するための適切な駆動レベルが得られることとなる。サーボバルブ(S V)は、周知の方法で増幅器227からの駆動信号を受信すると共に、供給源2 28からの加圧液源をシリンダ20の延長または退避ボートへ接続して適切な延 長または退避が周知の方法で行われるように機能する。
閉鎖形前進変位コントローラソフトウェア次に添付書類I−11を参照しつつ、 コントローラ200特にCPUIに対するソフトウェアについて説明する。添付 書類1−11は、CPUIに対する好適なプログラムを実施化した各ステップの シーケンスを示した偽コードリストであり、図20の階層制御におけるレベル1 、即ちジヨイント座標モジュールを構成する。
まず、これら各図における偽コードリストは、偽−Cコードとして与えられてい ることが理解されなければならない。当業者であれば、フォーマットはポピユラ ーCプログラミング言語のフォーマットに類似しており、従ってこの特定プログ ラミング言語を用いれば最も容易に実行できることがわかるであろう。しかしな がら、本発明では他のプログラミング言語もまた適切に使用できること、そして 偽コードリストは当業者がコントローラ200特にCPUI内で実行するための ソフトウェアモジュールまたはルーチンを、過度な実験なしに準備可能とするた めだけに設けられている。
添付書類Iの偽コードは図9の特定幾何及び変数名を参照している。これは、こ れらの特定モジュールの目的が、上述した4腕リンケージ構造の使用に基づく3 −3スチユワート型プラツトフオームに対する閉鎖形前進変位解を演算すること であるからである。従って、点0、p及びqはベースプラットフォーム14の頂 点に対応し、rSs及びtは可動プラットフォーム12の頂点に対応している。
原点は点0であり、点pはX軸上に存在し、そして点qはxy面内に存在する。
点0とpとの間等の距離は、op (op−po>0)として示す。従って、6 本の脚20a−20fの長さは、順にor、os、psSptSqt及びqrと なる。これら3本のベースプラットフォーム14の長さは、順にop、pq及び qOとなり、3本の可動プラットフォーム12の長は順にrs、st及びt「と なる。
八面体の前記周知の12本の辺長は、その後火の順で組み立てられる=OrO8 pS pt qt qr op T)Q po rs St ire これは、 アレイし中におけるデータの順であり、アレイLを通る全モジュールにより予測 されるデータの順である。偽C機能八面体0はソフトウェアの主要機能であり、 周知の辺長に対応したアレイし中のデータを受け取ると共に、その現位置及び方 向を示す可動プラットフォーム12のデカルト座標である変数rSs及びtの値 を戻す。
機能0ctahed ran O内部で、3個の球状4腕リンケージ70の幾何 (図11の「リンク」長75−78及びαij)が適切な辺長に基づいて生成さ れる。与えられたベース点に対して、12本の辺長のうちの8本は平面三角の4 個組を形成するために必要とされ、これらはそのベース頂点において中心に位置 する球形4腕リンケージ70の ijを完全に決定する。各 ijは、その後モ ジュール5phere4BarOで必要な係数(Ai、Bi、C1%D 1 % 及びEf、但し1.−1.2.3)に変換される。
機能5phere4Bar Qは、包括的サブルーチンrcoslavOJを用 いて球状4腕リンケージの解が容易化される。機能Co51avOは、与えられ た辺に対向した包含角の余弦を戻す。5phere4BarOはまた、内蔵C言 語機能「5qrtJを用い、特定値の平方根を演算する。5phere4Bar  0機能はまた、図10に示すようにL[+、1]。
L [i2]、、、、L [t8]の各値を通り、式9の定数A、B、C%D、 Eを戻す。
また機能0ctahedron□内部には、x−tan(θx/2)の(8度) 多項式が、機能psultOを繰り返し適用し式15のエリミナントを機能ce tPolyOで拡大することで生成される。
Ge t Pa l y Oは、エリミ±ントをXにおける多項式に関して拡大 する。これは、包括的に定められた機能5calepolyO1addpoly □、 psult□を用いてアルファ多項式を作成することによって行われる。
Xの多項式は、その後0に等しくセットされると共に、機能polyOでルート される。この機能polyOは、プログラム技術分野の当業者であれば周知の数 値方法を用いて多項式のルートを定める。polyO機能は、エリミナントが0 になる(△−0)ようなXに対する全ての可能な真の値を見いだす作用を果たす 。これは、虚数機が捨てられるように最終的に選択されたルートの選択に対する −の基準を実行する効果を有する。エリミナントがOにされると、3個の式12 .13及び14はy及び2の共通同時解をもつ。
ルーチング後、機能ChooseRoot Oは、前ヒストリーに基づき、どの 真ルートが正しいかを決定する。機能ChooseRootOは、エリミナント の解から定められた(最大)8個の真ルートを調べ、どのルートが可動プラット フォームの定められた最終目的位置を示す選択されたルートであるかを決める作 用を果たす。機能chooseRoot Oは、所定の選択基準に応答し、−の ルートを除いて全ての真のルートを除去する。この−のルートは、閉鎖形移動演 算を表す選択されたルートである。
好適な実施例において、選択基準はXへの解の排除を含み、これによってx ( t)の前ヒストリーに基づくプラットフォームに対する動作の非連続路が得られ る。
2個またはそれ以上のルートが「選択ルート」である所定許容範囲内にある時、 機構は確実にその走行路を単独で通過し、従って機能ChooseRoot O は次の高次制御レベル(レベル2)を速やかにアラートし、これによって可動プ ラットフォームの指令された通路を適切な変化させて状況に対処することができ る。選択されたルートに対する適切な所定公差値の設定は、構成される実施例の 具体的な状況に基づいて行われる選択の問題である。この公差は、所望または許 容された動作の種々の判明している限界におけるプラットフォームの配置により 、そして幾何の式を解き、ルートの数値近接性を観察することによって確認され ることが理解される。
予測された値である所定公差内にルートが存在しないというあまり有り得ない事 態が起こった場合、機能ChooseRoot Oが同様にレベル2をエラー条 件に関してアラートする。
好適な実施例において、ChooseRootOは過去の Xのヒストリーを解 析し、例えば最終5データの5次多項式フィツトに基づいて次の値を予測する。
しかし、当業者であれば他の方法でも行える。人力は、全て真ルート(Xルート )及び真ルート数(nreal)である。機能は、グローバルTHETAX、K OUNT。
及びDELTを用いる。この機能は、第1オーダ後方変位演算を用いて速度及び 加速度を演算する: いま、変数に−KOUNTがx (t)−THETAX [k]と共に循環数( 0−99)であるとする。更に、ある瞬間においてアルゴリズムの時刻がkであ り、時刻に+1におけるXの値を予測したいとする。これを行うには、5次多項 式がデータ上でフィツトしていると考える:xest(t)xag+alt+a 2t2+a3t3+a4t’+a5c5. (式37)これは、ここではそれぞ れに符号pr、pi、vf、V1% af、及びalが付され、それぞれが位置 (最後及び最初の)、速度(最後及び最初の)、加速度(最終及び初期)を表す xk 5xk−2、x’ k、x’ k−21,x”k及びx”k−2をマツチ ングすることによって為される。係数の解は、次によって与えられる:ここで、 a =a、/2. a mv 及びa O−p 1であり、多項式2式% 従って、時刻に+1における予測値は、次のようになる:アルゴリズムChoo seRoot □は、上記式を実行して、所定公差(TOL)内より:も上の最 近接X root [:lを見いだす。もしTOL内に2つの値が存在するなら ば、或いは全く存在しないならば、グローバルerror□機能が呼び出されて 、単一性または他の問題が存在する次の高次制御レベル(例: レベル2)をア ラートす□る。
また、アレイT)IETAX[]はパパワーアラして)(=jan (θx/2 )の初期値で、満たされ、KOUNT−7をセットする。アレイT)IETAX Oは、その後θXのトラベルヒストリで満たされる。
機能ChooseRoot Oは、エリミナントの任意のルートを除去するため の手段を与える。この手段は、TOLにより表される誤差値の所定範囲外の可動 プラットフォームに対する通路に対応している。また、CPUI上で実行された 機能ChooseRoot Oは、可動プラットフォームに対するヒストリカル 通路に対応したデータ(アレイT)IETAX口内のデータ)を記憶するための 手段と、記憶された通路データに応答して可動プラットフォームに対する連続通 路に対応する複数の閉鎖形前進変位解の内の特定の−を確認する手段と、を含む 。
上記より、当業者であれば、単一の最終解またはルートを分離するための他の技 術を創案可能であることが理解される。例えば、角位置θXが演算される多面体 の頂点と物理的に付設された角位置トランスデユーサを用いることが明かにされ ている。トランスデユーサから供給された測定角位置とは所定エラー値だけ異な る演算角位置を生成する解ルートが除去される。更に、もし2個のルートが互い に近い(所定公差内にある)場合には、可動プラットフォームはほぼ単一という ことであり、高次レベル制御アルゴリズム(レベル2)はこのことを告知される ことか理解される。図20のレベル2等の高次レベル制御アルゴリズムは、脚干 渉、安定性等を考慮するように機能し、これによって単一性が回避される。従っ て、これらの高次レベル制御プロセスは、どこにプラットフォームがあるかを知 らせるレベル1によって告知され、そしてこのレベル1において考慮されたファ クタに基づき、プラットフォームが単一性で移動され得るかどうかを定める。
機能YZl?ootOは、選択されたXのルートに対応するy−tan(θy/ 2)及びz−tan、(θz/2)を、選択されたXのルートに対して定める。
正接tanが決定されると、機能GetVecS□が点r、s、tの位置を決定 するために必要なデータを有する。これらの点は、可動プラットフォーム12の 頂点である。Getrees Oは、2回転及びストレッチによって各頂点の位 置を定める。例えば、点rを定めるには、xy面に存在し0からqに向かうop 脚へ[massaged]される単位ベクトルで始める。このベクトルは、z軸 を中心として左へ角アルファだけ回転され、この結果得られるベクトルはその後 0からqに向かう単位ベクトルを中心として角thxだけ回転される。最後に、 この値は第1脚長によってスケールされる。
上記より、コントローラ200のCPUIは、各脚長が与えられると先述のよう に3−3スチユワート型プラツトフオームを制御するようプログラムされ、脚長 組が与えられると、可動プラットフォーム12の位置及び方向は唯一に決定され ると共に他の制御レベルへ供給可能となる。しかし、図12及び13に示したよ うな特定6−6パラレル機構はソフトウェアにおける等価3−3機構に低次化す ることができ、上述の機能0ctahedronOは記述の方法で、これらパラ レル機構の可動プラットフォーム112の位置及び方向が得られることも理解さ れる。この低次化のためのソフトウェアを次に述べる。
添付書類IIを参照して、次に図20のレベル1のジヨイント座標モジュールに おけるソフトウェアモジュールのための偽Cコードを述べる。これは、図12及 び13の100.100°等のような特定6−6パラレル機晴を等価の3−3ス チユワート型プラツトフオームへ低次化するためのものである。特定6−6プラ ツトフオーム100の閉鎖形前進変位制御は、一般に2部処理である。まず、特 定6−6型プラツトフオーム100は3−3スチユワート型プラツトフオーム1 0へ「低次化」しなければならず、次いで可動プラットフォームの位置及び方向 の前進変位演算が先に添付書類Iを参照して説明した機能0ctahedron Oを呼び出すことによって実行されなければならない。0ctahedronO の呼び出しによって、特定6−6型プラツトフオームの点r1、Sl及びtlの 所望位置の帰還が行われる。
機構の実行または動作に先立ち、定数の決定及びグローバル定数を初期化するこ とが必要であり、これによってそれらを主要動作機能であるForward□が 呼び出される度に演算しなくてもよくなる。この初期化は、式31の係数ASB 、C。
D、ESFの値、式32のk及びmの値、及び式34のMの値を定める機能1n ftOにより実行される。機能1n1.tOは、コントローラ200のパワーア ップにおいて、グローバル変数を初期化するために実行される。グローバル変数 L[12]は、特定6−6ブラツ)・フオームにより定められる八面体の仮想エ ツジであり、L−[oOrl °Os1 pOsl pOtl qOtl qO rl °Op1 poqo qoOo rISI Sl tl t1r1]とな る@#derIne記述の全ては、プラットフォーム112.114の幾何によ って定められる定数値であることが理解される。
In1tOモジユールが実行された後、アレイL [n]の最終6個の値が初期 化され(それらは定数であるから)、この結果アレイは0ctahedron□ 機能を通ることができる。ReducesO機能は、アレイL rsコの第1の 6素子を満たす。特定6−6ブラツトフオームの脚長が与えられると、[仮想」 3−3プラツトフオームの脚長が演算されなければならない。アレイRealL egs[nコは実脚長値を含み、これは位置エンコーダにより定められるが、一 方アレイLegs [n]は満たされた時に「仮想」3−3スチユワート型プラ ツトフオームの「仮想」脚長を含む。ReducesO機能は、アレイl?ea  [Legs Cnゴを通り、Legs [nゴを戻す。
前述したように、主要機能ルーチンは、PorvardO機能である。この機能 は、アレイRea l Legs Cn]を通過すると共に、機能Reduce sOを呼び出し、その後に0CtahedronOを呼び出す。機能0ctah edronOは、可動プラットフォーム112の座標である「1、Sl、及びt lの値を上述の方法で戻す。
添付書類IIにはまた、図20のレベル1のジヨイント座標モジュールのための 偽コード分節例が示されている。このCPUIに対する主プログラムである鰯a 1nOは、図8Bの閉鎖形前進変位コントローラ51を駆動するための機能Fo rwardOを実行し、そして図8Bの後退変位コントローラ41を駆動するた めの機能ReverseOを実行することによって、図8Bに示したようなデカ ルト座標クローズトループ形態の可動プラットフォームの位置及び方向を制御す るよう作用する。
後退変位演算は当業者であれば考慮可能なものでありまた先に全て述べているか ら、ここでは繰り返さない。
以上、添付書類IIを検討することにより、レベル1のジヨイント座標モジュー ルに対する全ての主プログラム−ainOが機能1nit□を呼び出しその後、 プラットフォームの動作中に受信された位置エンコーダ入力に接続された所望位 置へプラットフォームを移動させる指令に従って、可動プラットフォームの位置 及び方向を決定することを要求される度に、ForwardOが繰り返し呼び出 される。今、Forward Oが検出された脚長に対応したエンコーダ値に応 答すると共に、可動プラットフォームのデカルト座標を出力として発生し、一方 ReverseOは可動プラットフォームに対する所望位置として一組のデカル ト座標を受信すると共に出力として図8Bの与えられた脚コントローラ43に対 する指令されたエンコーダ値(指令された脚長)に対応したアレイVantLe gs[]を出力として発生する。l0toLEVEL20機能は、Forwar d□ ヘのコールとReverse□ ヘのコールとの間で実行され、これによ って指令されたデカルト座標位置情報と実デカルト座標位置情報とが図20のレ ベル2の高次レベル制御処理に対して交換される。このようにして、本発明は、 ここで述べたようなパラレル機構に対するクローズトループデカルト座標コント ローラに対する有効作用素子を含む。
以上は閉鎖形前進変位法に従って制御可能なパラレル機構の好適な実施例の構造 及び機能の記載である。システムの他の別の機能及びシーケンスも、本発明の範 囲内でここで述べた構造により実行可能であることが理解される。当業者であれ ば、ここで開示したシステム及びソフトウェアは、システムの機能作用が或回路 接続を変更し或いはソフトウェアのプログラムまたはシーケンスを変更すること によって容易に改良できるように配列することを認識できる。
添付書類■ 3−3スチユワート型プラツトフオームに対する閉鎖形解を演算するための擬似 コードData Types: int Global Variables: vec X= 11001 ; vec Z −10011; f 1oat THETAX [100コ ;/* θXの前ヒストリーを保持 */ int KOUNT; /* THETAX口の現位置を保持 */float  DELT; /* ルート選択における加速度及び速度決定に用いられるデル タ“t゛を定める */ /***************本******************/ /* 3−3“スチュワード型プラットフォームに対する前進解析を実行するための機 能L−(or os ps pt qt pr op pq po rs st  trl*1 0ctahedron (r、s、t、L)vec r、s、t; f 1oat L [12] ; f 1oat Al、A2.A3.Bl、B2,83.CI、C2,C3,Di 。
’ D2.D3.El、B2.E3i float coeffs [17コ 、 xroots [8]、 thx、  thy、 thz、x。
y、z; int i、nrealH /* 15球状4腕定数を定める。
順序を記す。 */ 5phere4Bar (L、AI、B1.C1,Dl、El、8,0.1,6 ,5.9゜2、 7) ; 5phere4Bar (L、A2.B2.C2,D2.B2,7,4,5.8 .3,11゜’0.6); 5phere4Bar (L、A3.B3.C3,D3.B3,6.2.3,7 .1.10゜4、8) ; /* 多項式を発生し、全てが常に0となる奇数係数に圧縮*/ GetPoly (coef fs、AI、A2.A3.B1.B2.B3.C 1,C2゜C3,DI、 D2. D3. El、B2. B3) ;for  (i−1;i<9;i++) coeffs [il −coeffs [2*i] r*/ poly (coeffs、xroots、8.nreal);x−Choos eRoot (xroots、nreal);thx−2,1+atan (x ); /* 対応するy、thy−θy及びz、 thz−θ2を定める*/ 1hy−2,+katan (y); thz−2,*atan (z): /* 点r、s、及びtの位置を定める*/ GetVecs (r、s、t、lhx、thy、ehz、L);/***** *****************************//* 球状4腕リンケージに対する入出力関係を発生する。各入力は、その頂点におけ る球状4腕リンケージを定める8本の辺長L[tll、L[i2]、、、、、L [t8]である。
各出力は、係数A、 B、 C,D、Eである。
A VI W4÷B w1+ Cw4+ D w1w4 + E −0゜5ph ere4Bar (L、 A、 B、 C,D、E、t 1. A2. A3.  A4. 15. A6゜A7.18) float L [12]、 A、B、 C,D、E;int il、A2.A 3.A4.A5.A6.A7.A8;float c12’、c23.c34. c41.A12.A34.A41;float rl、r2.r3.r4;c1 2=coslaw(L [tll、L [i2]、L [i5]);c23=c oslaw(L [i2]、L [i3]、L [i6]);c34−cosl aw(L [A3ゴ 、L [t4]、L [f7]) ;c41−cos 1  aw (L [A4コ 、 L[tll、L[i8]) ;541−sqrt  (1−c41+l+c41);rl−A12*c41*A34 ; r2曽s12*s41*c34; r3=s41)A34*c12; r4−c23 − c12*c41*c34;A−rl−r2−r3+r4 ; B−−rl−r2+r3+r4; C−−rl+r2−r3+r4 ; D−−4*51211s34; E−rl+r2+r3+r4 ; /***********************s**********/ /* エリミナントをXにおける多項式に関して拡大する。
*/ GetPoly (coeffs、AI、A2.A3.B1.82.B3.CI 、C2,C3、DI、D2.D3.El、B2.B3)float coeff s [17] ;f 1oat Al、 A2. A3. Bl、B2. B3 . CI、C2,C3,Dl、 D2. D3、El、B2.B3; /* pmult関数に使用される「多項式アレイ」を定める。
*/ float al [3]= (C1,O,All、A2[3]−fB2.O, A21゜bl [2] −io、、5*D11 、b2 [2] −io、、5 *D2)。
cl [3] = fEl、0.Bll 、c2 [3] −fE2.0.C2 1。
alpha [9]、beta [5]、rhol [5]、rho2 [5] 。
temp [17] 、 templ [17コ 、 temp2 [17]  ;/* 5calepoly O及びaddpolyOを用いてアルファ多項式 を発生すpmalt (A2.cl、temp、2.2.4);pmult Q emp、cl、templ、4,2.6);pmalt (templ、c2. temp、6,2.8);5calepaly (temp、alpha、2. *A3*B3.8);/* 第2項; −4八3 B301k)2・ 。 結果 は6度多項式となるが、最終pmalt□がどのようにしてtemplの上位係 数を除去して(clean)それを準備し上記poly alphasに付加す るのかに注目すること。 (pmu l t (a、b。
c、 m、n、r)は、それが任意のスロットを満たす前にアレイCの第1r+ 1素子を0にセットする) */ pmult (cl、cl、templ、2,2.4);pmal t (te mpl、b2.temp2,4.1.5):pmalt (temp2.b2. templ、5.1.8);5calepoly (templ、templ、 −4,*A3*B3,8);addpoly (alpha、templ、al pha、8);*/ pmult (bl、b2.temp、1,1.4);5calepoly ( temp、beta、4.*A3*E3,4);/* 第2項: A3 D3  CL C2これを上記betaへ付加する */pmalt (cl、c2.t emp、2.2.4);5calepoly (temp、temp、A3*D 3,4);addpoly (temp、beta、beta、4);/* r hol及びrho2を得る */pmult (bl、bl、temp、1,1 .4);pmult (al、cl、templ、2,2.4):5calep oly (templ、templ、−1,,4);addpoly (tem p、tempt、rhol、、4);pmul t (A2.c2. temp l、2,2.4);5calepoly (templ、templ、−1,, 4);1ddpoly (temp、templ、rho2.4);/* 片( alpha、beta、rhol、及びrho2)を共に取る */pmal  t (alpha、alpha、coeffs、8.8.16);pmuN ( beta、beta、temp、4,4.8);pmalt(temp、rho l、templ、8,4コ、2);pmult (templ、rho2.te mp、12,4.16);5calepoly (temp、tem、p、−4 1,16);addpoly (coeffs、temp、coeffs、16 ):/***********水********************* *//* n−poIyの度合いであることに留意 */void addpo ly (a、b、c、n)float a口、b口、 C[] ;int n; int t; for (t−0;i<=nHi++)c [il −a [il +b [i l ;7******************************** **7void 5calepoly (a、as、s、n)float a口 、as口; for (i−o;i<−n; 1++)as [t] −a [il *s  ;7******率*************************** 7/* YZRootOは、選択されたXに対応する適切な唯一のy及び2を定める。a l、A2、、、、c2はまずXにそしてその後quadrat icにそれぞれ 基づいて演算さね、個別にルートさね、これによってyと2の4種類の可能な組 み合わせが生成される。これら4種の組み合わせは、どの組み合わせがそれを最 も満足させるかを調べるために「試験」*/ YZRoot (x、y、z、AI、A3.Bl、B2.B3.CI、C2,C 3,Dl、。
D2.D3.El、E2.E3) float x、y、z、A1.A2.A3.Bl、B2.B3.C1,C2, C3,Dl、D2.D3.El、E2.E3; float yroots [4コ 、 zroots [4コ 、 di、  d2. al、 A2゜bl、b2.cl、c2.discrfminant  ;int i; al−C1+A1*x*x; A2−B2+A2本X*X ; bl−,5))lD1*X; b2=−5’l’D2Xkx; cl−E1+B1)x+Icx; c2−E2+C2*x*x; discriminant−sqrt (bllbl−all+cl);yro ot [0] −(−bl+discriminant)/al ;yroot  [1] = (−bl−discriminant)/al ;yroot  [2] =yroot [0コ ;yroot [3] =yroot [1コ  ;y−yroot [0] : dfscriminant−sqrt (b2*b2−a2*c2);zroo trO]−(−b2+discriminant)/a2;zroot [2] −(b2−discriminant)/a2;zroot [1] ■zro ot[Qコ ;zroot[3コ −zroot [2] ;zroot[0コ  ; d]−fabs(E3 + D3*y*z + C3*z*z ++B3*y* y+ A3*y*y*z*z);/* 他の組み合わせの方が上記式をより良く 満足させるかどうかを調べる。 */for(t=1; i<4; i++)  (d2−fabs (E3 + D3*yroot [tコ *zroot [ iコ + C3*zroot [il zroot[il + 83)cyro ot [iコ cyroot [tコ+ A3+1cyroot [t] cy root [il *zroot[il *zroot [iコ ; if (d2<dl) i y″″yroot [il ; z−zroot[iコ ; GetVecs (r、s、t、thx、thy、thz、L)vec r、s 、t; float thx、thy、thz、L [12] ;vec P、Q、 u templ、utemp2;float alphaij、cs、sn;/*  p及びqの位置を示すベクトルP及びQを設定する。 */VecScale  (X、P、L [6] ;as−cos law (L [6] 、L [8]  、L [7] ;sn”sqrむ(1−cs*cs); Q [01−L [8] *cs ; Q [11=L [8] *sn ; Q [2] −0。
/* 点rrJを2回転により定め、その後引き伸ばす。まず、xy面に存在し 。からqへ向かうopfflへ操作される単位ベクトルで開始する。このベクト ルを2軸を中心として左へ角アルファ(ここでの球状4腕に対しては 12)だ け回転させる。その後、このベクトルを0からqへ向かう単位ベクトルを中心と して角thxだけ回転させる。そして、それを第1脚長でスケールする。*/ cs−cos law (L [8] * L [0] 、L [5] ;al phaij−acos (cs);ur+t t (Q、utempl) Hr otate (alphaij、z+ utempl、utemp2) ;ro tate (thx、utempl、utemp2.r);VecScale  (r、 r、L [0コ ) ;/* 点「の場合とほぼ同じ方法で点rsJを 定める。0がらpへ向がう単位ベクトルで開始する。それを2軸(alphai j)を中心として右に回転し、次いでX軸(thy)を中心として右へ回転させ る。
*/ cs−coslaw(L [1]、L [6]、L [2]) ;utempl  [0] −as ; utempl [11−−5qrt (1−c*c) ;utempl [2]  −0: rotate (−thy、x、utempl、s);VecSeale (s 、s、L [1コ ) ;/* 点rtJを同様の2回転、スケーリング、及び ベクトル付加によって定める。これは、脚rptJに対して作用する。
*/ cs=cos law (L [7コ 、 I、[3]、L [4] ;5n− sqrt (1−cs*cs);aLphai j−atan2 (sn、cs );VecScale (P、utempl、−1,);VecScale ( t、t、L [3] );VecAdd (t、p、t); /* 包括的支持機能 */ Data Types: int 1oat vec (3element f Ioae)Functions detai led herefloat coslawO; float dot □ ; float magO; void pmuIt O; void rotate O; void unit O; void VecAdd O; void VecCross O; void VecScale O; Functions considered typical (orcann ed routines easily found):void mattn v (float mat [nl [nl。
float matinv [nl [:nl、float det。
1ntn); /* matLnvは、matの逆数である */void matmult  (float a [m] [nl。
float c[m] 口r]、Lnt m、int n、1ntr); /* マトリック乗算:c−ab*/ void poly(float coeffs[n+1コ 。
float roots[nl、 int n、 int k);に−真ル−ト の帰還#*/ 7***********ss**g************本****** 7/* 正弦規則ご 包含角対向側rcJの余弦を戻す*/ floae coslaw(a、b、c)float a、b、c; return ((c*c−a*a−b*b)/(−2,+Ica*b))。
/*本**本**********************ls****** */float dot (a、b) veca、b; 〔 float ans=0.; int i; for (i−0;i<3;i++) ans+−a [il *b [il ;return (ans); 7*********************************** 7f 1oat mag(v) float ans−0,; int i; for (i −0; i<3 ; t++)ans+−v [iコ *v [ il ;return (sqrt (ans));/11111111111 本************************7’/* その係数の認諧により; (注: r>m+n)a[m+1]−(aO,al、 、、、、aiJb[n+1コ − fbo、bl、、、、、bn)c [r+1 ]−fco、 cl、、、、、 crl*/ void pmult (a、b、c、 m、n、r)float a Q、b  []、c口;tnt m、n、r; Intl+Ji for(t−oat<−r; t++)chiコ −O1; for(j−0; j<n; j+十ン7’* * * * * * *本** *車***********st***********7/* ベクトル「v」をベクトルrsJを中心として角rphiJだけ回転させ、その 結果を[voutJ内に記憶する。
1) q=cos (phi/2) s−(s in (phi/2)/mar (s))s2) vout −(s −v) S+q2v+2q (axv) 十sx (51XV)void ro tate (phi、s、v、vout)float phi; vec s、v、vout; vec vtemp、vtemp2; float q; q−cos (phi/2): VecSca le (s、s、s in (phf/2)/mag (s)) ;VecScale (s、vout、dot (s、v));VecScal e (v、vtemp、q*q);VecAdd (vout、vtemp、v out);VecCross (s、v、vtemp);VecScale ( vtemp、vtemp2.2.*q);VecAdd (vout、vtem p2.vout);VecCross (s、vtemp、vtemp2);V ecAdd (vout、vtemp2.vout);/********st *************************/void unit  (v、u) vecv、u; float ans−0,; fnt i; ins−mag (v); if (fabs (ins)<ZERO)ins=1. ; for (i−0;i<3;t++) u [il −v [il /ans ;7**************** *****************7void VecAdd (a、b、c )vec a、b、c; int t; for (i −0; i<3 ; i++)c [il −a [il +b  [iコ ;7***************************** **ネ*/void VecCross (a、b、c)vec a、b、c; c [01−a [1コ *b [2] −a [2] *b [11;c [ 1] =a [2] *b [0] −a [0コ *b [2] ;c [2 ] −a [0コ *b [1] −a Elコ *b [01;] 7************st********************* *7void VecScale (a、as、5)vec a、as; float s; int i; for (i+o; i<3; i++)as [il −a [iコ *S  ;/********************************** */ 。
/* */ ChooseRoot Oは、可動プラットフォームの動作の過去のヒス トリーを解析し、次の値を予測する。
*/ #define TOL #def ine DELT2 (DELT*DELT)#define FA LSE O #define TRUE 1 f 1oat ChooseRoot (xroots、nreaりfloat  xroots [8] ;int nreal; float xret、xguess;float pt、pf、vt、vf、 at、af;i n t i、k−KOUNT、s t a t e−FALS E ;/* 注・ a%bは、a / bの残存である。 */vf= (TH ETAX [:に%1001−THEAX [K%100−11 )/DELT 。
v i−(THETAX [k%100−21−THETAX [k%100− 3])/DELT; a f= (THETAX [k%100F −2*THETAX [k%10 0−11+THETAX [k%100−2] ’)/DELT2 。
a i= (THETAX [k%100−21−2*THETAX [k%1 00−3] +THETAX [k%100−41 )/DE1.T2 。
p f−THETA [k%100] ;p 1−THETA [k%100− 2]xgues s−(2*DELT* (:2kDELT+k (a f−a  1)−6* (v f+vi))+12*(pf pi)/641243 + (:2sDELT* (2+11DELT* (3*a i−2*af)+14 *vf+16m+vi)+30*(pt pf))/32*81+ (2*DE LT* (2*DELT* (a f−3*a t)−g*vf−12*vi) +20’4’(1)f pi))/16*27+a i/2*9*DELT2+ V i*3*DELT+p i 。
/* xrootsは、x rootsを含み、gqrtOの両サインがチェッ クされなければならず、これによって16通りの可能ycret’ sが得られ る*/for(t−0; i<nreal;i++)(if (fabs (s qrt (xroots [iコ −)(guess)<0Lf xret−sqrt (xroots [tコ) ;if (sta、te−T RUE) (ERROR(SINGULARITY);exitO: s t a t e −TRUE ; i f (fabs ((−sqrt (xroots [il ))−xgu ess)<TOL) f xretw−sqrt (xroots [fコ ) ;if (state− TRUE) ( ERROR(SINGULARITY);exitO; s t a t e−TRUE ; if (state−FALSE) [ERROR(NOROOT); exito; /* 全体を更新し、選択されたルートを戻す */KOUNT細KOUNT+ 1 ; i f (KOUNT>107)KOUNT−KOUNT%100;THETA X [KNOUNT%1001−xret ;return (xret); 添付書類ll 6−6平行プラットフォームから等価3−3スチユワート型プラツトフオームへ の低次化の偽コード栗鼠と、及び位置と方向をめるための0ctahedron  Oの呼びだし /**********************************本 /全体定数を定める。#defLneの各々は、その定数値、例えばr#def ine 。
Opo 12.OJを得る。
*/ #defLne oop。
#deftne oos。
#define sOp。
#define pOqO #define potO #deftne tOqO #define QOOO #define qorO #define rOoO #define rlsl #define rlol #define olsl #define 5ltl #define 5lpl #define pltl #defLne tlrl #define tlql #deftne qlrl /* 全体変数を定める */ f Ioat A、B、C,D、E、F ;float kl、に2.に3.に 4.に5.に6.ml、m2.m3.m4.m5.mf 1oat kO,kl 、に2.に3.に4.に5.に6;float L [12] ; /* 八面 体の仮想辺を含む可能性 *//*本******************* **************//率 1nit□は、全体変数上方で最大tn i tまでのパワーで実行される。ベクトルLの最後の6素子が開始さね、これ によってLは0ctahedron Oコール中で使用可能となる。従って、R educeOは、作用時間中り口の最初の6素子のみを充足する。
*/ nft0 float den; A−o1sl/rlol ; B=pltl/5lpl; C−qlrl/1lq1 ; D−sopOloOsO; E−tOqO/potO: F−qorO/rooo; kl−o1sl* (rlol+olsl);m1=rlsl/rlol ; に2−pltl)+ (slpl+pltl);m2=s 1 t 1/s l pl ;に3−qlrl* (tlql+qlrl);m3=tlrl/1lq l; に4−sopo* (oOso+5OpO);m4−oOpoloOsO; に5−toqo* (potO+tOqO);m5−poqo/pOto; に6−qoro*(rOoO+qOrO);m6−qooo/rOoO; den−F−A*B*C*D*E; KO−(k6−に3+C*に5−C*E*に2+B*C*E*に4−B*C*D *E*kl)/den ; Kl −−B*C*D*E*ml/den ;に2−B*C*E*m4/den  ; に3−−C*E*m2/den ; に4−C*m5/den ; に5−−m3/den ; に6=m6/den ; L [6] −oOpO; L [7コ −pOqO; L [8] =qOoO; L [9] =rlsl ; L [10]−5ltl; L [111=tlrl; /**********本************************ //* 6−6ブラツトフt−ムの脚長(RaalLegs 口)を与え、仮想6−6プ ラツトフオームの脚長(Legs 口)を演算する。
RealLegs [6elementsl = totol 5osl po pl tOtl qoql rorl) Legs[first 6 elements: 0 1 2 3 4 5]  =(oorl oOsl posl potl qoti qOrll*/ Reduces (RealLegs、Legs)float RealLeg s [6]、Legs [12] :float oo2.ss2.pp2.t t2.qq2.rr2;float or2.os2.ps2.pt2.qt2 .qr2;oo2=Rea ILegs [0] *Rea ILegs [0 コ ;ss2=RealLegs [1コ *RealLegs []j ;p p2”RealLegs [2] *RealLegs [2コ ;tt2=R ealLegs [3] *RealLegs [3] ;QQ2−RealL egs [4] *RealLegs [4] ;rr2−RealLegs  [5] *RealLegs [5] ;or2−KO+に1*oo2+に2* s s2+に3*pp2+に4.*t t2+ K5本Qq2+に6*rr2; os2−kl+ml*oo2−a*or2;1)S2−に4+m4*5s2−d *os2;pt2−に2+m2*pp2−b*ps2;pt 2−に5+m5* t t 2−e+Icp t 2 ;qr2−に3+m3*qq2−c*qt2 ;Legs [01=sqrt (or2);Legs [1] −5qrt  (os2):Legs [2] −5qrt (ps2);Legs [3]  =sqrt (pt2);Legs [4] −5qrt (qt2) ;Le gs [5] −5qrt (qr2);/**************** ******************/Forward (rl、sl、tl 、RealLegs)vec rl、sl、tl; float RealLegs; Reduces (RealLegs、L); /* Lは、12素子のアレイ 全体である *1 0ctahedron (rl、sl、tl、L);/**ls******* *********************ms**/°/* ジヨイント座 標モジュール、レベル1に対するコード分節例。
本/ main。
float a、 b、 c、、、、、RealLegs [6]、WantL egs[6コ ; vec rla、 sla、 tla、 rlc、 slc 、 tie、、、 ; /* 実際の及び指令 */ int i、j、k、、、、。
whi le (1=−1) 1 /本 レベル0から脚の実エンコーダ値を得て、長さに変換する:RealLe gs*/ Forward (rla、sla、tla、RealLegs);10toL EvEL2(rla、sla、tla、rlc、tlc、、、);Revers e (rlc、slc、tic、WantLegs);/車 WantLegs を指令されたエンコーダ値に変化させ、レベル0へ送る *nd 6−3 スチェワート型プラットフ者−ムFIG 3 FIG 4 FIG 6 FIG 7 J−l hgl’−^ プ 、1−壷 ts’ t’l−壷1 く 鱈 o:1 雪 −■々へ 回 ml ”’ rth値:Y CO” Q:) a −−−+++−+++、+、1.−1」 ト嘉; 磯* 1111 ’ − Cき;= Cζ!i− 8;々喧 ←廖く!ヨ ー鴫a 田な: ” ::1 : 87さ−−〜−”−−−” j:o”’−−−−”””’−コ :′ 。 ”+  : i+ij −硬 :1′: ;;ら ″・ :;:屯 。・ : ロ : :;、蔦1 : Fl 、 、+ l nf I ;1 :・ ・ 1 j j: * −Rj :118 81.、 ・ :]: ↓七1;:響1:1 奇聞 1; : 1、 菖−H) +1 暑−鳳 1 。
3頂点球状の4腕機構 FIG 9 q点におけるユニット球 FIG 10 一般化した球状の4腕機構 ジ1イスティック又はその他のデカルト11榔指令発生器階層型実時間制御シス テムのソフトウェアアーキテクチャ発明の要約 平行機構の可動プラットフォームの位置及び方向を閉鎖形前進変位演算によって 制御するためのシステム、方法及び装置。可動プラットフォームは、リニアアー クチュエータ等の複数の平行支持脚によってペースプラットフォーム上に支持さ れている。ペースプラットフォーム及び可動プラットフォームの寸法、及び支持 脚の長さは制御システムに供給される。制御システムは、可動プラットフォーム 、ペースプラットフォーム、及び各支持脚によって形成される多面体(図示例で は八面体)の幾何の少なくとも−の閉鎖形前進変位解(51)を演算するように 機能する。制御システムは、閉鎖形解及びルートの虚数ルートを除去することに よって可動プラットフォームの最終位置及び方向を定め、これによって可動プラ ットフォームに対する不連続通路が得られる。新規な特定6−6平行機構(図1 2)もまた開示されている。制御システムは、周知の3−3または6−3スチユ ワートプラツトフオームを新規な方法で制御し、また新規な特定6−6平行機構 を制御するのに適していえる。特定6−6平行機構は、八面体への幾何学的減少 が可能であるという事実によって一般的6−6から区別され、したがってその各 脚が異なる接続をもつにも拘らず簡素化された幾何を有することとなる。また、 新規な特定6−6平行機構を等価のスチュワード型プラットフォームに低減する ための方法も開示されている。これは、開示された閉鎖形前進変位制御システム により制御される。
国際調査報告 ””””””’”””II″”PCT/US91102983

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.第1面内に少なくとも3点の接続を与えるベースプラットフォームと、第2 面内に少なくとも3点の接続を与える可動プラットフォームと、前記ベースプラ ットフォーム内の前記接続点から前記可動プラットフォーム内の前記接続点へ伸 長した少なくとも6個の線形伸長支持部材と、前記各支持部材に対して前記各接 続点に少なくとも2の回転自由度を与える接続手段と、 選択変更を前記線形伸長可能部材の長さ方向に実行し、これによって可動プラッ トフォームの予測可能動作を生成する閉鎖型前進変位制御手段と、を含むことを 特徴とする6自由度の動作が可能な動作システム。 2.請求項1に記載の動作システムにおいて、前記第1面内における前記各接続 点及び前記第2面内の前記各接続点は、異なることを特徴とする動作システム。 3.請求項2に記載の動作システムにおいて、前記第1面内には正確に6個の異 なる接続点が存在し、前記第2面内には正確に6個の異なる接続点が存在するこ とを特徴とする動作システム。 4.請求項3に記載の動作システムにおいて、前記結果として得られる機構は、 特定6−6プラットフォームであることを特徴とする動作システム。 5.請求項1に記載の動作システムにおいて、前記可動支持部材は、動作生成シ ステムに対して駆動可能線形伸長可能部材を含むことを特徴とする動作システム 。 6.請求項5に記載の動作システムにおいて、前記システムは、フライトまたは 動作シミュレータのための動作システムを含むことを特徴とする動作システム。 7.請求項5に記載の動作システムにおいて、前記システムは、重重物体リフト 機械を含むことを特徴とする動作システム。 8.請求項5に記載の動作システムにおいて、前記駆動可能線形伸長可能部材は 、流体シリンダを含むことを特徴とする動作システム。 9.請求項1に記載の動作システムにおいて、前記可動支持部材は、受動力抵抗 部材を含むことを特徴とする動作システム。 10.請求項1に記載の動作システムにおいて、前記閉鎖形前進変位制御手段は 、前記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間で伸長する線 長を得るためのトランスデューサ手段と、前記得られた線長に応答して、前記可 動プラットフォーム、前記ベースプラットフォーム、及び前記得られた線長と、 により形成された多面体の幾何の少なくとも一の閉鎖形前進変位解を演算する手 段と、前記少なくとも一の閉鎖形前進変位解に応答し、前記可動プラットフォー ムの前記ベースプラットフォームに対する位置及び方向を定める手段と、を含む ことを特徴とする動作システム。 11.請求項1に記載の動作システムにおいて、前記閉鎖形前進変位解演算手段 は、複数の閉鎖形前進変位解を供給し、前記各解のうちの幾つかは前記可動プラ ットフォームの虚数解または不可能不連続通路に対応し、更に、前記可動プラッ トフォームに対する通路に対応したデータをメモリ内に記憶する手段と、 前記各閉鎖形前進変位解の内の確認された特定の一を前記可動プラットフォーム の前記ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給する手段を含むこ とを特徴とする動作システム。 12.請求項1に記載の動作システムにおいて、更に、前記可動プラットフォー ムに対する指令されたデカルト座標位置を表すデカルト座標位置指命を発生する 手段と、 前記デカルト座標位置指令に応答して脚長指令を発生する後退変位制御手段と、 前記脚長指令に応答して前記選択変更を前記線形伸長可能部材の長さ方向に駆動 する脚制御手段と、 前記線形伸長可能部材の長さを検出して実脚長信号を発生する手段と、を含み、 前記閉鎖形前進変位制御手段は、前記実脚長信号に応答し、前記可動プラットフ ォームの実位置及び方向のデカルト座標を前記デカルト座標位置指命手段へのフ ィードバックとして供給し、 これによって前記動作システムに対するクローズドループデカルトコントローラ を形成することを特徴とする動作システム。 13.基準面を定めると共に第1三角を定める少なくとも3点を含むベースプラ ットフォームと、 第2面を定めると共に第2三角を定める少なくとも3点を発生する可動プラット フォームと、 前記ベースプラットフォームと前記可動プラットフォームとの間に伸長した6個 の線形伸長可能支持部材と、 前記各支持部材は動作生成システムに対して駆動可能であるか、或いは動作感知 システムに対して受動的力抵抗性をもち、前記各支持部材は、前記各支持部材の 任意の他のものから異なる接続点をもつ前記ベースプラットフォーム上の前記第 1面内の前記少なくとも3点の内の任意の2点により定められる線上の単一点か ら、前記各支持部材の内の任意の他のものから異なる接続点をもつ前記第2三角 上の対応単一点へ接続され、これによって前記可動プラットフォームの前記ベー スプラットフォームに対する動作が前記支持部材の長さの選択変化に従って発生 または行われ、前記支持部材の内の少なくとも3個は前記第1三角の頂点に接続 され、前記支持部材の少なくとも3個は前記第2三角の頂点に接続され、前記支 持部材の長さ変化を駆動し或いは選択変化に応答する制御手段を含み、これによ って前記支持部材が駆動可能である時に前記可動プラットフォームの予測可能動 作を生成し、或いは前記支持部材が受動力抵抗性であるときに前記可動プラット フォームの検出動作を生成することを特徴とする6自由度の動作が可能な動作シ ステム。 14.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記システムはフライトまた は動作シミューレションに使用され、更に、前記可動プラットフォームの動作に より生成された動作作用を経験するための手段が前記可動プラットフォーム上に 設けられていることを特徴とする動作システム。 15.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記システムは力/トルクセ ンサとして使用され、 更に前記支持部材の長を検出するための手段を含み、前記制御手段は前記検出手 段による前記支持部材の長さの変化の検出に応答し、該検出された変化に応答し て可動プラットフォームに適用された力及び/またはトルクを演算することに応 答することを特徴とする動作システム。 16.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記3支持部材の各々は、前 記ベースプラットフォーム上の前記第1三角の頂点から前記可動プラットフォー ムの前記第2三角の頂点へ接続されていることを特徴とする動作システム。 17.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記3個の支持部材の各々は 、前記ベースプラットフォーム上の前記第1三角の頂点から前記可動プラットフ ォームの前記第2三角の辺に沿った点に接続されていることを特徴とする動作シ ステム。 18.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記3個の支持部材の各々は 、前記ベースプラットフォームの前記第1三角または前記可動プラットフォーム の前記第2三角のいずれかの頂点から、前記三角を定めるが前記三角の辺上には ない各点の内の2点によって生成される線上の異なる接続点に接続されているこ とを特徴とする動作システム。 19.請求項13に記載の動作システムにおいて、前記制御システムは、前記可 動プラットフォームの位置及び方向のクローズドループ制御のための閉鎖形前進 変位制御手段を含むことを特徴とする動作システム。 20.請求項19に記載の動作システムにおいて、前記閉鎖形前進変位制御シス テムは、 前記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長した線の 長さを得るためのトランスデューサ手段と、前記得られた線長に応答し、前記可 動プラットフォーム、前記ベースプラットフォーム、及び前記得られた線長によ り形成される多面体の幾何の少なくとも一の閉鎖形前進変位解を演算する手段と 、前記少なくとも一の閉鎖形前進変位解に応答し、前記可動プラットフォームの 前記ベースプラットフォームに対する位置及び方向を定める手段と、を含むこと を特徴とする動作システム。 21.請求項20に記載の動作システムにおいて、前記閉鎖形前通変位解演算手 段は複数の閉鎖形前進変位解を発生し、その内のいくつかは前記可動プラットフ ォームの不可能不連続通路または虚数解に対応し、前記可動プラットフォームに 対する通路に対応したデータをメモリ内に記憶する手段と、 前記記憶された通路データに応答し、前記可動プラットフォームの真の連続通路 に対応する前記複数の閉鎖形前進変位解の内の特定の一を確認する手段と、前記 閉鎖形前進変位解の確認された特定の一を前記可動プラットフォームの前記ベー スプラットフォームに対する一の角座標として供給する手段と、を含むことを特 徴とする動作システム。 22.可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向を 制御及び決定するための装置であって、線形駆動手段を用い、前記可動プラット フォーム、前記ベースプラットフォーム、及び前記可動プラットフォームと前記 ベースプラットフォームとの間に伸長した線長が与えられる装置において、前記 可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長した前記線長 を得るためのトランスヂューサ手段と、前記得られた線長に応答し、前記可動プ ラットフォーム、前記ベースプラットフォーム、及び前記得られた線長により形 成される多面体の幾何の少なくとも一の閉鎖形前進変位解を演算する手段と、前 記少なくとも一の閉鎖形前進変位解に応答し、前記可動プラットフォームの前記 ベースプラットフォームに対する位置及び方向を決定する手段と、を含むことを 特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方 向を制御及び決定する装置。 23.請求項22に記載の装置において、前記線形駆動手段は、前記可動プラッ トフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長した前記角線の共線であ り、前記各線の長さは、前記線形駆動手段に付随した線形位置トランスヂューサ から供給されることを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォー ムに対する位置及び方向制御及び決定装置。 24.請求項23に記載の装置において、前記装置は、前記可動プラットフォー ムの頂点と前記ベースプラットフォームの頂点との間に伸長した前記線形アクチ ュエータを有し、前記多面体は、八面体であることを特徴とする可動プラットフ ォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向制御及び決定装置。 25.請求項23に記載の装置において、前記装置は特定6−6平行機構であり 、前記リニアアクチュエータは前記可動プラットフォーム上の異なる接続点と前 記ベースプラットフォーム上の異なる接続点との間に伸長し、前記多面体は、八 面体に低減可能であることを特徴とする可動プラットフォームのベースプラット フォームに対する位置及び方向の決定及び制御装置。 26.請求項23に記載の装置において、前記ベースプラットフォームは、第1 三角を定める面内の少なくとも3点を含み、前記可動プラットフォームは第2三 角を定める第2面内に少なくとも3点を含み、前記リニアアクチュエータは6個 存在することを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対 する位置及び方向の決定及び制御装置。 27.請求項26に記載の装置において、前記3個のリニアアクチュエータの各 々は、前記ベースプラットフォーム上の前記第1三角の頂点から前記可動プラッ トフォーム上の前記第2三再へ接続されていることを特徴とする可動プラットフ ォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向の決定及び制御装置。 28.請求項26に記載の装置において、前記3個のリニアアクチュエータの各 々は、前記可動プラットフォーム上の前記第2三角の頂点から前記可動プラット フォーム上の前記第1三角の辺に沿った点に接続されていることを特徴とする可 動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向の決定及び 制御装置。 29.請求項22に記載の装置において、前記閉鎖形前進変位解演算手段は、複 数の閉鎖形前進移動解を発生し、該各解のうち幾つかは前記可動プラットフォー ムの虚数解または不可能不連続通路に対応し、更に、前記可動プラットフォーム に対する通路に対応するデータをメモリ内に記憶する手段と、 前記記憶された通路データに応答し、前記可動プラットフォームの真の連続通路 に対応する前記複数の閉鎖形前進変位解の内の特定の一を確認する手段と、前記 閉鎖形前進変位解の確認された特定の一を前記可動プラットフォームの前記ベー スプラットフォームに対する各座標の一として供給する手段と、を含むことを特 徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向 を決定及び制御する装置。 30.請求項22に記載の装置において、前記多面体は、前記可動プラットフォ ームの辺または前記ベースプラットフォームの辺に沿って、或いは対向プラット フォーム上の接続点から、の何れかから伸長した4本の線の交点により定められ た複数の頂点を含み、前記閉鎖形前進変位解演算手段は、次の各機能を果たすこ とを特徴とする: (1)前記ベースプラットフォームの各頂点に対応した球状の4腕リンケージに 対応した定数を定める機能; (2)前記定数を用い、前記ベースプラットフォームの前記各球状4腕リンケー ジに対応した多項式を定める機能; (3)3多項式を、前記球状4腕リンケージに対する角入力/出力関係を表す3 変数に組み立て、前記3多項式の各々は4乗ベキであり前記3変数の内の2個を 含む機能; (4)前記3個の4乗ベキ多項式に対する前記3変数の全ての可能解組に存在す る前記一変数の全ての可能値を含むルートを有する前記3変数のうちの一におけ るエリミナント多項式を得る機能; (5)前記排除多項式の全ての真ルートを演算する機能;(6)所定のルート選 択基準に基づいた前記排除多項式の前記真ルートの一を確認する機能;及び (7)前記確認されたエリミナントの一真ルートを前記可動プラットフォームの 前記ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給する機能。 31.請求項30に記載の装置において、更に、前記可動プラットフォームに対 する通路に対応したデータをメモリ内に刻するための手段を含み、前記所定のル ート選択基準は、前記可動プラットフォームに対する演算された連続通路を含み 、前記閉鎖形前進変位解演算手段は、前記全真ルートを記憶されたデータ通路と 比較することによって前記排除多項式の前記真ルートの内の前記一を確認するよ うに機能すると共に、前記連続通路に対応する前記真ルートの内の一のみを選択 することを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する 位置及び方向を決定及び制御する装置。 32.請求項22に記載の装置において、更に、前記可動プラットフォームの前 記ベースプラットフォームに対するデカルト座標を、前記少なくとも一の閉鎖形 前進変位解を用いて定める手段を含むことを特徴とする可動プラットフォームの ベースプラットフォームに対する位置及び方向を決定及び制御する装置。 33.可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向を コンピュータを用いて制御及び決定する方法であって、リニアアクチュエータを 用いて前記可動プラットフォーム、前記ベースプラットフォームに対する所定寸 法、及び前記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長 した線長が与えられる方法において、 (1)前記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長し た前記線長を得るステップと、 (2)前記知られた線長を用い、前記可動プラットフォーム、前記ベースプラッ トフォーム、及び前記周知の線長によって形成された多面体の幾何の少なくとも 一の閉鎖形前進変位解を演算するステップと、(3)前記少なくとも一の開鎖形 前進変位解を用い、前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに 対する位置及び方向を定めるステップと、を含むことを特徴とする可動プラット フォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向の制御及び決定方法。 34.請求項33に記載の方法において、前記リニアアクチュエータ手段は、前 記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長した前記ラ インを共用し、前記線長は前記リニア駆動手段に対応したリニア位置トランスヂ ューサから与えられることを特徴とする可動プラットフォームのベースプラット フォームに対する位置及び方向の制御及び決定方法。 35.請求項34に記載の方法において、前記プラットフォームは、前記可動プ ラットフォームの頂点と前記ベースプラットフォームの頂点との間に伸長した前 記リニアアクチュエータを有し、前記多面体は八面体であることを特徴とする可 動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向の制御及び 決定方法。 36.請求項33に記載の方法において、複数の閉鎖形移動変位解が定められ、 この解のうち幾つか複数の閉鎖形前進変位解は前記可動プラットフォームの虚数 解または不可能不連続通路に対応し、更に、前記可動プラットフォームの通路に 対応するデータをメモリ内に記憶するステップと、 前記記憶された通路データを用い、前記可動プラットフォームの真の連続通路に 対応する前記複数の閉鎖形前進変位解の内の特定の一を確認するステップと、前 記閉鎖形前進変位解の確認された特定の一を前記可動プラットフォームの前記ベ ースプラットフォームに対する一の角座標として供給するステップと、を含むこ とを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及 び方向を制御及び決定する方法。 37.請求項33に記載の方法において、前記多面体は、前記可動プラットフォ ームの辺或いは前記ベースプラットフォームの辺の何れかに沿って、または対向 プラットフォーム上の接続点から伸長した4本の線の交点によって定められる複 数の頂点を含み、前記多面体の幾何の少なくとも一の閉鎖形前進変位解を演算す るステップは、 (1)前記ベースプラットフォームの各頂点に付随した球状4腕リンケージに対 応した定数を定めるステップと、 (2)前記定数を用い、前記ベースプラットフォームの前記球状4腕リンケージ の各々に対応した多項式を定めるステップと、(3)3個の多項式を前記球状4 腕リンケージに対する角入力/出力関係を表す3個の変数に組み立て、3多項式 の各々はbi−quadricであり前記3変数の内の2個を含むステップと、 (4)前記3bi−quadric多項式に対する前記3変数の全可能解組にお いて存在する前記−変数の全可能値を含むルートを有する前記3変数のうちの一 における排除多項式を得るステップと、(5)前記排除多項式の全真ルートを演 算するステップと、(6)所定ルート選択基準に基づいて前記排除多項式の前記 真ルートのうちの一を確認するステップと、 (7)前記eliminantの前記確認された一の真ルートを、前記可動プラ ットフォームの前記ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給する ステップと、 (8)前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに対する多の2 個の角座標を定めるステップと、 (9)前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに対する前記角 座標に応答し、前記可動プラットフォームのデカルト座標を定めるステップと、 を含むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対す る位置及び方向を制御及び決定する方法。 38.請求項37に記載の方法において、前記所定のルート選択基準は、前記可 動プラットフォームに対する演算された連続通路を含み、前記エリミナント多項 式の前記真のルートのうちの一を確認するステップは、更に(1)前記可動プラ ットフォームに対する通路に対応したデータをメモリ内に記憶するステップと、 (2)前記記憶された通路データを用いて、前記エリミナント多項式の前記各真 のルートの各々と前記記憶された通路データと比較するステップと、(3)前記 可動プラットフォームの前記一の角座標に対する誤差値の所定範囲外にある前記 可動プラットフォームに対する通路に対応する前記各ルートを除去するステップ と、 (4)前記各ルートのうちの残存した一のみを前記確認された一の真ルートとし て供給するステップと、 を含むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対す る位置及び方向の制御及び決定方法。 39.可動プラットフォーム及びベースプラットフォームの所定寸法、及び可変 位置決め可能リニアアクチュエータ手段の脚長が与えられた状態で、スチュワー ト型プラットフォームの位置及び方向をコンピュータを用いて制御及び決定する 方法において、 (1)前記可変位置決めアクチュエータ手段の長さをリニア位置トランスデュー サから得て、周知の脚長を得るステップと、(2)前記可動プラットフォームに 対する通路の対応するデータをメモリ内に記憶するステップと、 (3)前記得られた脚長を用い、前記ベースプラットフォームの各頂点に付随し た球形4腕リンケージに対応した定数を決めるステップと、(4)前記定数を用 い、前記ベースプラットフォームの前記球状4腕リンケージの各々に付随した4 腕多項式を決めるステップと、(5)前記4腕多項式の各々に対応したエリミナ ント多項式を決めるステップと、 (6)前記エリミナント多項式の全てのルートを演算するステップと、(7)前 記エリミナント多項式の前記各真ルートのうちの一を、前記真ルートと前記記憶 された通路データとを比較することによって確認するステップと、(8)前記エ リミナントの確認された一の真ルートを、前記可動プラットフォームの前記ベー スプラットフォームに対する一の角座標として供給するステップと、 を含むことを特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及び方向の制御 及び決定方法。 40.請求項39に記載の方法において、前記記憶された通路データは、前記可 動プラットフォームに対する突出した連続通路を演算するために使用され、前記 エリミナント多項式の真ルートの一を確認するステップは、更に(1)前記エリ ミナント多項式の真ルートの各々を前記記憶された通路データと比較するステッ プと、 (2)前記可動プラットフォームの前記一の角座標に対する誤差値の所定範囲外 で前記可動プラットフォームに対する通路に対応する前記ルートを除去するステ ップと、 (3)前記各ルートのうちの残存した一のみを前記確認された一の真ルートとし て供給するステップと、 を含むことを特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及び方向の制御 及び決定方法。 41.請求項39に記載の方法において、更に、前記可動プラットフォームの前 記ベースプラットフォームに対する前記一の角座標を、前記可動プラットフォー ムの前記ベースプラットフォームに対する残存角座標を決定するために用いるス テップを含むことを特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及び方向 の制御及び決定方法。 42.請求項41に記載の方法において、更に、前記可動プラットフォームの前 記ベースプラットフォームに対する前記角位置を、前記可動プラットフォームの 前記ベースプラットフォームに対するデカルト座標を定めるために用い、該デカ ルト座標をコントローラヘの位置フィードバックとして供給することを特徴とす るスチュワート型プラットフォームの位置及び方向の制御及び決定方法。 43.可動プラットフォーム及びベースプラットフォームの所定寸法、そして可 変位置リニアアクチュエータ手段の脚長が与えられた状態で、スチュワート型等 価平行機構の位置及び方向をコンピュータによって制御及び決定する方法におい て、 (1)リニア位置トランスデューサから前記可変位置リニアアクチュエータ手段 の長さを得て、判明している脚長を求めるステップと、(2)前記可動プラット フォームに対する通路に対応したデータをメモリ内に記憶するステップと、 (3)仮想八面体の前期可動プラットフォーム、前期ベースプラットフォーム、 そして前記認知された脚長に対応した12本の辺長を組み立てるステップと、( 4)前記12本の辺長を用いて、前記ベースプラットフォームの頂点に対応した 球状4腕リンケージを定めるステップと、(5)前記ベースプラットフォームに 対応した前記球状4腕リンケージの各々に対応した入出力関係の一定係数組を演 算するステップと、(6)前記球状4腕リンケージの角入出力関係を表す3個の 変数の3多項式を組立てるステップであって、前記3多項式の各々は、bi−q uadraticであり、前記3変数のうちの2個を含むステップと、(7)前 記3個のbi−quadratic多項式に対する3変数の全ての可能な解の組 に存在する前記−変数の全ての可能値をそのルートが含む前記3変数のうちの一 におけるエリミナント多項式を得るステップと、(8)前記エリミナント多項式 の全ての真ルートを演算するステップと、(9)前記エリミナント多項式の前記 真ルートのうちの一を所定のルート選択基準に基づいて確認するステップと、 (10)前記エリミナントの確認された一の真ルートを前記可動プラットフォー ムの前記ベースプラットフォームに対する角座標として供給するステップと、( 11)前記可動プラットフォームの残存角座標を前記第1の演算された座標を用 いて定めるステップと、 (12)前記角座標を用いて前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフ ォームに対するデカルト座標を定めるステップと、(13)前記可動プラットフ ォームのデカルト座標を位置フィードバックとしてコントローラへ供給するステ ップと、を含むことを特徴とするスチュワート型等価平行機構の位置及び方向の 制御及び決定方法。 44.請求項43に記載の方法において、前記方法は、平行機構に対するコント ローラ内でリアルタイムで実行され、更に、(14)前記可動プラットフォーム のベースプラットフォームに対する所望目的位置及び方向に対応した位置指令を 受け取るステップと、(15)前記リニアアクチュエータへの駆動信号を発生し 、これによって前記可動プラットフォームが前記ベースプラットフォームに対し て指令された方向へ動作開始するステップと、 前記各ステップ(1)−(15)を周期的に実行することにより、動作中におけ る前記可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位置及び方向に 関する位置フィードバックを得るステップと、前記可動プラットフォームが前記 所望目的位置に到達した時に前記駆動信号を除去するステップと、 を含むことを特徴とするスチュワート型等価平行機構の位置及び方向の制御及び 決定方法。 45.請求項44に記載の方法において、前記スチュワート型機構はフライトシ ミュレータの動作システムとして使用され、前記位置指令は加速、減速、及び前 記可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する方向を発生して飛行 機の動作をシミュレートするために供給されることを特徴とするスチュワート型 等価平行機構の位置及び方向の制御及び決定方法。 46.可動プラットフォーム及びベースプラットフォームに対する所定寸法、そ して可変位置リニアアクチュエータ手段の脚長が与えられた状態で、スチュワー ト型プラットフォームの位置及び方向を制御及び決定するシステムにおいて、前 記可変位置リニアアクチュエータ手段の長さを得て判明している脚長を求めるト ランスデューサ手段と、 前記可動プラットフォームに対する通路に対応したデータをメモリ内に記憶する 手段と、 前記可動プラットフォーム、前記ベースプラットフォーム、及び前記認知された 脚長により形成される八面体の辺長に対応したデータを組み立てる手段と、前記 辺長データに応答して、前記ベースプラットフォームの頂点に対応した球状4腕 リンケージを定める手段と、 前記ベースプラットフォーム頂点に対応した前記球状4腕リンケージの各々に対 応した入出力関係の一定係数の組を演算する手段と、前記球状4腕リンケージに 対する角入出力関係を表す3個の変数における3個の多項式を組み立てる手段で あって、前記3個の多項式の各々は、b1−quadraticであって前記3 変数のうちの2個を含む手段と、前記3個のbi−quadratic多項式に 対する3変数の全ての可能解の組に存在する前記−変数の全ての可能値をそのル ートが含む前記3変数のうちの一におけるエリミナント多項式を得る手段と、前 記エリミナント多項式の全ての真ルートを演算する手段と、前記エリミナント多 項式の前記真ルートの一を所定のルート選択基準に基づいて確認するステップと 、 前記エリミナントの確認された一の真ルートを前記可動プラットフォームの前記 ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給する手段と、前記一の角 座標に応答して前記可動プラットフォームの残存角座標を定める手段と、 前記角座標に応答して前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォーム に対するデカルト座標を定める手段と、前記可動プラットフォームの前記デカル ト座標を位置フィードバックとしてコントローラへ供給するフィードバック手段 と、を含むことを特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及び方向を 制御及び決定するシステム。 47.請求項46に記載のシステムにおいて、前記通路データ記憶手段、前記辺 長データ組立手段、前記球状4腕リンケージ決定手段、前記係数演算手段、前記 多項式供給手段、前記エリミナント多項式手段、前記ルート演算手段、前記ルー ト確認手段、前記角座標決定手段、前記デカルト座標決定手段、及び前記フィー ドバック手段は、プログラムされたコンピュータを含むことを特徴とするスチュ ワート型プラットフォームの位置及び方向を制御及び決定するシステム。 48.請求項47に記載のシステムにおいて、更に、前記可動プラットフォーム の前記ベースプラットフォームに対する所望の目的位置及び方向に対応する位置 指令を外部コントローラから受信する手段と、前記位置コマンドに応答して指令 された脚長を決定する後退変位制御手段と、前記指令された脚長に応答して前記 リニアアクチュエータ手段への駆動信号を発生し、これによって前記可動プラッ トフォームの前記ベースプラットフォームに対する指令された方向への移動を開 始させる手段と、前記プログラムに対して、動作中における前記可動プラットフ ォームの前記べースプラットフォームに対する位置及び方向に関する位置フィー ドバックとして、前記デカルト座標を前記外部コントローラへ供給させる手段と 、前記プログラムされたコンピュータに設けられ、前記可動プラットフォームが 前記所望目的位置へ到達した時に前記駆動信号を除去する手段と、を備えたこと を特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及び方向を制御及び決定す るシステム。 49.請求項48に記載のシステムにおいて、前記スチュワート型プラットフォ ームはフライトシミュレータの動作システムとして使用され、前記位置指令は、 加速、減速、及び前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに対 する方向を発生して航実機の動作をシミュレートするために前記外部コントロー ラにより供給されることを特徴とするスチュワート型プラットフォームの位置及 び方向を制御及び決定するシステム。 50.可動プラットフォーム及びベースプラットフォームの所定寸法、そして前 記可動プラットフォームとベースプラットフォームとの間に伸長したライン長が 与えられた状態で、可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位 置及び方向を制御及び/または決定するための方法であって、6画のリニアアク チュエータ手段の各々が前記ベースプラットフォーム上の異なる点と前記可動プ ラットフォーム上の異なる点との間に接続され、(1)前記リニアアクチュエー タ手段、前記可動プラットフォーム、及び前記ベースプラットフォームに対応し た前記ラインに基づいて等価解可能幾何構造を決定するステップと、 (2)前記可動プラットフォームと前記ベースプラットフォームとの間に伸長し た前記ラインの長さを求めるステップと、(3)前記ライン長を用い、前記等価 幾何構造の幾何の少なくとも一の閉鎖形前方変位解を演算するステップと、 (4)前記少なくとも一の閉鎖形前方変位解を用い、前記可動プラットフォーム の前記ベースプラットフォームに対する位置及び方向を決定するステップと、を 含むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する 位置及び方向を制御及び/または決定する方法。 51.請求項50に記載の方法において、前記プラットフォームは、前記可動プ ラットフォームの各頂点と前記ベースプラットフォームの各頂点との間に伸長し た前記リニアアクチュエータ手段を有し、前記等価解可能幾何構造は、八面体で あることを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する 位置及び方向を制御及び/または決定する方法。 52.請求項50に記載の方法において、複数の閉鎖形前方変位解が決定され、 該各解のうちの一部は前記可動プラットフォームの不連続通路に対応し、更に、 前記可動プラットフォームに対する通路に対応したデータを記憶するステップと 、 前記記憶された通路データを用い、前記可動プラットフォームの真の連続通路に 対応した前記複数の閉鎖形前方変位解のうちの特定の一を確認するステップと、 前記閉鎖形前方変位解の確認された特定の一を、前記可動プラットフォームの前 記ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給するステップと、を含 むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対する位 置及び方向を制御及び/または決定する方法。 53.請求項50に記載の方法において、前記解可能幾何構造は、前記可動プラ ットフォームの辺に沿って、前記ベースプラットフォームの辺に沿って、或いは 対向プラットフォーム上の接続点から、の何れかの方法で伸長した4本のライン の交差点によって定められる複数の頂点によって定められ、少なくとも位置の閉 鎖形前方変位解を演算するステップは、更に(1)前記ベースプラットフォーム の各頂点に対応した球状4腕リンケージに対応した定数を定めるステップと、 (2)前記定数を用い、前記ベースプラットフォームの前記球状4腕リンケージ の各々に対応した多項式を定めるステップと、(3)3個の多項式を前記球状4 腕リンケージに対する各入出力関係を表す3変数に組みたてるステップであって 、前記3個の多項式の各々はbi−quadraticであり前記3変数のうち の2個を含むステップと、(4)前記3画のbi−quadratic多項式に 対する前記3個の変数の全ての解の組に存在する前記一の変数の全ての可能値を そのルートが含む前記3変数の内の一におけるエリミナント多項式を得るステッ プと、(5)前記エリミナント多項式の全ての真ルートを演算するステップと、 (6)前記エリミナント多項式の前記真ルートの内の一を所定のルート選択基準 に基づいて確認するステップと、 (7)前記エリミナントの前記確認された一の真ルートを前記可動プラットフォ ームの前記ベースプラットフォームに対する一の角座標として供給するステップ と、 (8)前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに対する他の2 個の角座標を決定するステップと、 (9)前記可動プラットフォームの前記ベースプラットフォームに対する前記角 座標に応答して、前記可動プラットフォームのデカルト座標を定めるステップと 、 を含むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対す る位置及び方向を制御及び/または決定する方法。 54.請求項53に記載の方法において、前記所定のルート選択基準は前記可動 プラットフォームに対する演算された連続通路を含み、前記エリミナント多項式 の前記真ルートの一を確認するステップは、(1)前記可動プラットフォームに 対する通路に対応するデータをメモリ内に記憶するステップと、 (2)前記記憶された通路データを用い、前記エリミナント多項式の前記真ルー トの各々を前記記憶された通路データと比較するステップと、(3)前記可動プ ラットフォームの座標に対する誤差値の所定範囲外の前記プラットフォームに対 する通路に対応した前記ルートの内の一を除去するステップと、 (4)前記各ルートの残存した一のみを前記確認された一の真ルートとして供給 するステップと、 を含むことを特徴とする可動プラットフォームのベースプラットフォームに対す る位置及び方向の制御及び/または決定方法。 55.可動プラットフォーム、ベースプラットフォーム、及び前記可動プラット フォームを前記ベースプラットフォームに対して支持する複数の線形伸長可能な 脚と、を有する平行機構のための閉鎖ループ形デカルト座標コントローラに使用 される制御システムにおいて、 前記制御システム外部の高次レベル制御源からの前記可動プラットフォームに対 する指令されたデカルト座標位置及び方向を表すデカルト座標位置指令を受信す る手段と、 前記デカルト座標位置指令に応答して、前記脚の所望長に対応した脚長指令を供 給する後退変位制御手段と、 前記脚長指令に応答して、前記脚長の選択変更を実行する脚制御手段と、前記脚 の長さを検出して実脚長信号を発生する手段と、前記実脚長信号に応答し、前記 可動プラットフォームのデカルト座標実位置及び方向信号をフィードバックとし て前記高次レベル制御源へ供給する閉鎖形前進変位制御手段と、を含み、 前記可動プラットフォームに対する閉ループデカルト座標コントローラを形成す ることを特徴とする閉ループデカルト座標コントローラ用制御システム。
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