JP2000176779A - リンク構造体にて保持される可動部の位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライド可能な複数のリンク棒の先端にてス
ピンドル等の可動部を連結し、この可動部を所定の位置
へ移動する際、リンク構造体の加工及び組立て誤差を求
めて正しく位置決めする方法の提供。 【解決手段】 可動部の移動量をセンサーで測定し、可
動部への直交座標系の動きをコンピュータに入力するこ
とでリンク棒のスライド量を計算する直交座標系から、
リンク座標系への変換式を内蔵し、且つ各リンク点の座
標値を書き換え可能なパラメータで内蔵し、入力として
直交座標値Ａを入力し、この場合、フィードバック制御
により可動部の位置座標が約Ａになるまで該入力Ａを収
束させて入力Ｂを与え、同じくデータを複数点とってｆ
(A) = ｆ(B) の式を成り立たせ、ｆ(B) の式には加工及
び組み立て誤差がリンク点の座標誤差として含まれる為
にｆ(A) = ｆ(B) の式は１本のリンク棒の両端の座標値
の式にも成り立ち、該式にデータを入れて座標誤差を求
め、該座標誤差を含んだ両リンク点間距離からリンク棒
の実質長さを求めて可動部を正しく移動・位置決めす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガイド機構を持たな
いでパラレルリンク機構にて工作機械等のスピンドルや
テーブル等の可動部を移動・位置決めする為に、外部セ
ンサーとフィードバック制御系とコンピュータにより、
入力値と出力位置を近似入力値に収束させ、複数のデー
タよりリンク構造体の加工及び組み立て誤差を簡単な式
で求め、この誤差を是正した上で正しく位置決めをする
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機のテーブルには加工されるワーク
が固定され、このワークはテーブルと共に縦方向及び横
方向へ移動して所定の位置に位置決めされたところで所
定の形状に加工される。機械工作ではこのテーブルの位
置決め精度がワークの寸法精度に大きく影響している訳
であって、その為にテーブルを移動する為のガイド並び
に送り装置は工作機械の最も重要な箇所の１つである。

【０００３】テーブルの移動は一般にＸ方向とＹ方向に
分離され、それぞれに独立したガイド並びに送り装置が
備わっている。そして、Ｘ方向、Ｙ方向への移動をそれ
ぞれ行うことで、あらゆる位置への位置決めが出来るよ
うになる。ところで、このようなＸ方向とＹ方向の位置
決め移動をそれぞれ独立して構成している従来の装置で
は、両装置を同一面にて構成することが出来ず、すなわ
ちＸ方向へ移動するＸテーブル上にＹ方向へ移動するＹ
テーブルが組み合わされている。

【０００４】そしてガイドを備えた従来の移動機構では
Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への三次元空間内での移動を具
現することは構造的に容易ではなく、さらに傾きを与え
る動きともなれば不可能である。そこで、出願人は平成
１０年５月１６日付で「テーブルの位置決め装置」に関
する特許出願を行っている。この装置は「工作機械等の
テーブルを固定ベース上で位置決めする為の装置におい
て、テーブルには所定の距離をおいて２か所に軸を設
け、各軸には２本のシャフトを揺動出来るように連結す
ると共に、これら各シャフトには駆動部を設けて固定ベ
ースに取り付けし、該駆動部によってシャフトをスライ
ドさせることでテーブルを移動し、所定の位置にて位置
決めすることが出来るようにしたことを特徴とするテー
ブルの位置決め装置」である。

【０００５】ところで、上記テーブルの位置決め装置も
含めてパラレルリンク機構においては、各リンク点の座
標位置が正確に測定又は把握されていなければ可動部の
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の回転位置決めの誤差と
なる。そこで各部品の加工組み立て精度を限界まで高め
て誤差を出来る限り小さくする方法がある。又各部品の
加工組み立て精度をそこそこにし、三次元空間上で動か
しながら実測し、その補正値を三次元配列上に記憶して
おき、補正しながら移動する方法がある。さらに各部品
の加工組立精度をそこそこにしておき、実際に三次元空
間上で動かしながら実測し、入力値と移動後の実測値の
２７回以上のデータを膨大な計算式を使用して各部品の
誤差を求め、この誤差を是正した移動量を与えて可動部
を正しく位置決めする方法がある。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】上記従来の方法に
て、加工組立精度を限界まで高める方法は加工組立費の
コスト高となる。又各部品の加工組立精度をそこそこに
しておき、実際の三次元空間上で動かしながら実測し、
その補正値を三次元配列上に記憶しておいて補正しなが
ら移動する方法は、実測範囲が広いと測定器が高価にな
り、補正値を記憶しておく間隔を細かくすると記憶容量
が膨大になる。又、移動時に補正計算を常に行わなくて
はならない為に、移動速度を高める為には高速なＣＰＵ
やプロセッサーを必要とし、各台ごとに測定しなくては
ならないこともあり、コスト高を招くといった問題があ
る。

【０００７】そこで本発明では上記最後の方法を採用
し、膨大な計算式を簡単な計算式に置き換えることでリ
ンク構造体の加工及び組み立て誤差を求めて各リンク点
の正確な座標を計算し、可動部の移動位置決めを行うこ
とが出来るリンク構造体の加工組み立て誤差解析方法を
提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は複数のリンク棒
にて可動部を保持し、リンク棒の伸縮（スライド）にて
可動部を移動させるリンク構造体である。ここで各リン
クの伸縮手段は限定しないが、リンクと可動部との連結
及びリンクの伸縮駆動部には加工並びに組み立て誤差が
存在し、本発明ではこの誤差を把握する。そしてこの誤
差を考慮した上で可動部を移動させ所定の位置に正しく
位置決めする。

【０００９】本発明のリンク構造体から成る位置決め方
法は所定の距離をおいて設けた可動部の少なくとも２点
にそれぞれ２本のリンク棒を揺動出来るように連結して
いる。そして各リンク棒には駆動部を備え、駆動部は固
定ベースに対してその方向を自由に変えることが出来る
ように揺動可能に軸支されている。そして駆動部に備え
ているモーターにてリンク棒は伸縮（スライド）して可
動部を移動させる。ここで上記リンク棒のスライド手段
としてはモーターやシリンダーを使用することも出来
る。

【００１０】例えばリンク構造体の形態として、上記駆
動部を所定の距離をおいて互いに対を成して配置し、両
駆動部間距離を底辺とし両リンク棒を両辺とした三角形
を構成することが出来る。そして複数のリンク構造体に
て可動部を保持し、各駆動部にてリンク棒をスライドさ
せるならば各三角形は変形して該可動部はあらゆる方向
へ移動することが出来る。例えば、各三角形が連携を保
ちながら変形することで、可動部はその向きを変えるこ
となくＸ、Ｙ、Ｚ方向へ自由に移動することも出来る。

【００１１】可動部はこのようにして所定の位置へ移動
し、そこで必要に応じて何らかのロック手段によって固
定することも出来る。この可動部の応用について本発明
は限定せず、例えば工作機械の場合であれば可動部をテ
ーブルとしてワークを固定し、該可動部を所定の位置へ
移動させて加工することが出来る。又逆に工具を可動部
に取り付けし、該工具を所定の位置へ移動して加工する
場合もある。

【００１２】ところで、可動部が正確に移動して正しく
位置決めされなくてはならず、上記リンク棒のスライド
量をリンク構造体の加工及び組み立て誤差を考慮した上
で定める。その為にまず上記加工及び組み立て誤差を知
る必要がある。可動部のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への移
動量、Ｘ軸回りの回転、Ｙ軸回りの回転、Ｚ軸回りの回
転を測定するセンサーが固定ベースに取り付けられ、該
センサーにて測定された移動量の信号は接続しているコ
ンピュータに入力される。

【００１３】可動部の直交座標系の動きをコンピュータ
に入力すると、該コンピュータは内蔵しているプログラ
ムにて直交座標系からリンク座標系への理論変換式（各
リンク点の座標値から計算する）を用いてリンク棒のス
ライド量を計算し、且つ各リンク点の座標値を求めるこ
とが出来る。入力に直交座標値Ａを入力し、可動部の位
置座標が約Ａになるまで入力値Ａを収束させる入力Ｂを
与える。この要領でデータを複数点取り、全体でのｆ
(A) ＝ｆ(B) の式を成り立たせるならば、ｆ(B)の式に
は加工及び組み立て誤差がリンク点の座標誤差として含
まれる。又ある移動リンク点のみを考える時に、目的点
に近似した点にある移動リンク点も移動したことにな
り、ｆ(A) ＝ｆ(B) の式は１本のリンク棒両端の座標値
の式にも成り立つので、この式にデータを入れ、座標誤
差（加工及び組み立て誤差）を求めることが出来、式が
いたって簡略化される。

【００１４】

【作用】ところで、ｆ(A) ＝ｆ(B) の式は１本のリンク
棒両端の座標値の式にも成り立つ為、例えばリンク棒６
本のリンク点１２個とした時に加工及び組み立て誤差は
各リンク点の誤差に置き換えられ、リンク点の座標値数
は３６個と成る。式は１本のリンク棒両端の座標値の式
にも成立する為に、単純に計算しても未知数６個の連立
二次方程式６式を６回解く計算式となり、計算の負担は
軽減される。しかも、式が小さく且つ同じ式での繰り返
し計算となり、簡単に全箇所の加工組み立て誤差（全シ
ャフト端の誤差）を求めることが出来る。以下、本発明
に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１５】

【実施例】図１はリンク構造体を用いたスピンドルの位
置決め装置の正面図、図２は該装置の側面図を示してい
る。同図において１は筐体、２は固定ベースを示し、こ
の固定ベース２にユニバーサル軸受け３、３…が所定の
位置に取りつけられている。ユニバーサル軸受け３はそ
の詳細を図３に示すように、その中心にナット４が配置
され、このナット４はユニバーサル軸受け３に設けてい
るサーボモータ５のプーリ６とベルト７を介して繋がれ
ている。

【００１６】そしてナット４のネジ穴には外周にネジを
形成したリンク棒８が螺合していて一方のリンク点を構
成し、該リンク棒８の他端はユニバーサルリンク部９と
連結して回転しないようになっている。このユニバーサ
ルリンク部９は他方のリンク点となるが、リンク棒８は
回転しない為に、サーボーモータ５にてナット４が回転
するならば該リンク棒８はスライド（伸縮動）すること
になる。

【００１７】この実施例では工作機械を対象として説明
しており、工具を取り付ける為のスピンドル１０を備え
ている本体１１を６本のリンク棒８、８…によって吊設
している。このリンク棒８、８は２本が対を成して設け
られ、所定の間隔をおいて固定ベースに配置されている
両ユニバーサル軸受け３、３から下方へ延び、その下端
はユニバーサルリンク部９に連結している。すなわち、
ユニバーサル軸受け３、３に設けていてリンク棒８、８
が螺合している両ナット４、４間を底辺とし、ユニバー
サルリンク部９の連結軸となるリンク点を頂点とする三
角形が形成される。

【００１８】この三角形が３か所に設けられて、計６本
のリンク棒８、８…にて吊設されると共に、正しく位置
決めがなされる。そして各リンク棒８、８…がスライド
（伸縮）することによりスピンドル１０の位置は変化
し、又その向きも変わる。スピンドル１０を取り付けし
ている本体１１の後方端はピン１２を介してスライド部
１３と連結している。スライド部１３は筐体１の後方に
設けている垂直レール１４に沿って上下動することが出
来る。

【００１９】そして後方に配置しているユニバーサルリ
ンク部９は筐体１とスライド部１３を繋ぐピン１２に連
結している。そして同図の１５はセンサーを示し、筐体
１の所々に取り付けされ、本体１１の上面、側面、及び
後端面に接し、該本体１１のＸ、Ｙ、Ｚ方向の動き、並
びにＸ、Ｙ、Ｚ方向を軸とした回転を測定することが出
来る。図４に示すように、上記サーボモータ５、５…は
サーボアンプ１６、１６…と接続し、又該サーボアンプ
１６、１６…はセンサー１５、１５…と共にコンピュー
タ１７に接続している。

【００２０】コンピュータ１７には直交座標系入力を６
本のリンク棒８の長さに変換して動かす為のプログラム
Ｐ１が備わっている。又図５のフローチャートに示して
いるように直交座標系入力をプログラムＰ１で動作しな
がらセンサー１５の測定値と比較し、差分を繰り返し入
力し、該差分を収束させながらセンサー１５の値が初期
入力値の近似又は同値になった時に収束時の入力値と初
期入力値のデータを収集するプログラムＰ２を備えてい
る。そしてデータより各リンク点の座標位置の加工及び
組み立て誤差を算出する各リンク棒毎の式より構成して
いるプログラムＰ３を有している。

【００２１】例えば、スピンドル１０の中心先端部の可
動範囲を、Ｘ＝０〜４００ｍｍ、Ｙ＝０〜４００ｍｍ、
Ｚ＝０〜４００ｍｍ方向と、Ｚ軸回転＝±１０°、Ｘ軸
回転＝±５°、Ｙ軸回転＝±５°とし、初期状態のスピ
ンドル１０の中心先端部の大まかな位置をＸ＝２００ｍ
ｍ、Ｙ＝２００ｍｍ、Ｚ＝０ｍｍ、Ｚ軸回転＝±０°、
Ｘ軸回転＝±０°、Ｙ軸回転＝±０°とする。

【００２２】プログラムＰ２の直交座標系入力にＸ方向
のみ５ｍｍピッチで６回、Ｘ＝２０５ｍｍ、Ｘ＝２１０
ｍｍ、Ｘ＝２１５ｍｍ、Ｘ＝２２０ｍｍ、Ｘ＝２２５ｍ
ｍ、Ｘ＝２３０ｍｍとし、他はＹ＝２００ｍｍ、Ｚ＝０
ｍｍ、Ｚ軸回転＝±０°、Ｘ軸回転＝±０°、Ｙ軸回転
＝±０°と入力し、６回分のデータを収集し、この６回
分のデータをプログラムＰ３に入れて加工及び組み立て
誤差を算出し、プログラムＰ１の各リンク点の設計座標
位置を加工及び組み立て誤差を含む座標位置に修正す
る。

【００２３】すなわち、各リンク棒のリンク点座標が加
工及び組み立て誤差を含んだ値として求められること
で、両リンク点間距離は分かり、可動部を正しく位置決
めすることが出来る。従って、従来のように加工及び組
み立て精度を極限に上げることや、誤差を三次元配列上
に測定配列することや、膨大な計算式を解くことがな
く、簡単で少ない式を解くことで高精度の位置決めが可
能となる。

【００２４】

【発明の効果】入力として直交座標値Ａを入力し、可動
部の位置座標が約Ａになるまで入力Ａを収束させて入力
Ｂを得ると、全体でのｆ(A)=f(B)の式が成り立ち、f(B)
の式には加工及び組み立て誤差がリンク点の座標誤差と
して含まれる。そしてｆ(A)=f(B)の式は１本のリンク棒
の両端座標値の式にも成り立つので、例えばリンク棒６
本のリンク点１２個とした時、加工及び組み立て誤差は
各リンク点の誤差に置き換えられ、リンク点の座標数値
は３６個となるが、上記式は１本のリンク棒の両端の座
標値にも成り立ち、単純に計算しても未知数６個の連立
二次方程式６個を６回解く計算式となる。すなわち、式
が小さく且つ同じ式の繰り返し計算となり、プログラム
に向いた形となって、簡単に全箇所の加工及び組み立て
誤差を求めることが出来、該誤差を考慮して可動部を正
しく移動し、正確に位置決めすることが出来る。この手
法はアルゴリズム開発やプログラムングにおいてコスト
の低減となり、且つ機械の位置決め精度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リンク構造体から成るスピンドルの位置決め装
置の正面図。

【図２】リンク構造体から成るスピンドルの位置決め装
置の側面図。

【図３】ユニバーサル構造の軸受け。

【図４】本発明の制御系統図。

【図５】本発明のフローチャート。

【符号の説明】 １ 筐体 ２ 固定ベース ３ ユニバーサル軸受け ４ ナット ５ サーボモータ ６ プーリ ７ ベルト ８ リンク棒 ９ ユニバーサルリンク部 10 スピンドル 11 本体 12 ピン 13 スライド部 14 垂直レール 15 センサー 16 サーボアンプ 17 コンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定ベース上に複数のリンク棒の一方を
   保持すると共にスライド可能とし、そしてリンク棒の他
   方を可動部に連結し、該リンク棒のスライドにより可動
   部を所定の位置へ移動する為に、リンク構造体の加工及
   び組立て誤差を求めて正しく位置決めする方法におい
   て、上記可動部の移動量をセンサーにて測定し、フィー
   ドバック制御とセンサーをコンピュータに接続すると共
   に入出力可能とし、可動部への直交座標系の動きをコン
   ピュータに入力することでリンク棒のスライド量を計算
   する直交座標系からリンク座標系への変換式を内蔵し、
   且つ各リンク点の座標値を書き換え可能なパラメータで
   内蔵し、入力として直交座標値Ａを入力し、この場合、
   フィードバック制御により可動部の位置座標が約Ａにな
   るまで該入力Ａを収束させて入力Ｂを与え、同じくデー
   タを複数点とってｆ(A) = ｆ(B) の式を成り立たせ、ｆ
   (B) の式には加工及び組み立て誤差がリンク点の座標誤
   差として含まれる為にｆ(A) = ｆ(B) の式は１本のリン
   ク棒の両端の座標値の式にも成り立ち、該式にデータを
   入れて座標誤差を求め、該座標誤差を含んだ両リンク点
   間距離からリンク棒の実質長さを求めて可動部を正しく
   移動・位置決めすることを特徴とするリンク構造体にて
   保持される可動部の位置決め方法。
2. 【請求項２】 加工及び組み立て誤差を求めた上でパラ
   レルリンク構造体の可動部を正しく位置決めする方法に
   おいて、可動部の姿勢を検出するセンサーを設け、パラ
   レルリンク構造体のリンク棒を伸縮動する構造とそれを
   動かすサーボ制御系を有し、又サーボ制御系とセンサー
   とを管理制御するコンピュータを有すシステムであり、
   可動部への直交座標系の動きをコンピュータに入力する
   とリンク棒の伸縮値を計算する直交座標系からリンク座
   標系への理論変換式をコンピュータは内蔵し、そして入
   力として目的座標値Ａをインプットし、可動部の位置座
   標がセンサー値で約Ａになるまで入力値と出力値の差分
   を再入力して繰り返し、前記差分を収束させる入力Ｂを
   求めることでｆ(A) = ｆ(B) の式を成立させ、同時にこ
   の式は一本のリンク棒の両端の座標値に対しても成立す
   る為に、該式にデータを入れて座標誤差を求め、該座標
   誤差を含んだ両リンク点間距離からリンク棒の実質長さ
   を求めて可動部を正しく移動・位置決めすることを特徴
   とするリンク構造体にて保持される可動部の位置決め方
   法。