JP2002346959A - パラレルメカニズムのフレーム変形補正方法およびその装置 - Google Patents
パラレルメカニズムのフレーム変形補正方法およびその装置Info
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- JP2002346959A JP2002346959A JP2001159894A JP2001159894A JP2002346959A JP 2002346959 A JP2002346959 A JP 2002346959A JP 2001159894 A JP2001159894 A JP 2001159894A JP 2001159894 A JP2001159894 A JP 2001159894A JP 2002346959 A JP2002346959 A JP 2002346959A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 構造物の形状、剛性に関わりなく、工作物と
ツールとの間の相対的位置・姿勢精度を向上させること
を可能にしたパラレルメカニズムのフレーム変形補正方
法およびその装置を提供する。 【解決手段】 有限個の取付部を介してジョイントと接
続されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列
に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記ジョイン
ト取付部１４相互間と工作物を固定する定盤１０間の相
対的変位・姿勢変化を複数個の変位センサ１７を用いて
インプロセス計測することによって、前記工作物とジョ
イント間の相対位置関係を修正し、力学的、熱的な変形
を補償する。
ツールとの間の相対的位置・姿勢精度を向上させること
を可能にしたパラレルメカニズムのフレーム変形補正方
法およびその装置を提供する。 【解決手段】 有限個の取付部を介してジョイントと接
続されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列
に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記ジョイン
ト取付部１４相互間と工作物を固定する定盤１０間の相
対的変位・姿勢変化を複数個の変位センサ１７を用いて
インプロセス計測することによって、前記工作物とジョ
イント間の相対位置関係を修正し、力学的、熱的な変形
を補償する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リンク機構を並列
に連結した、いわゆるパラレルメカニズムを用いた機械
のフレームの変形挙動を計測して、工作物とツール間等
の精度向上を図るパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置に関する。
に連結した、いわゆるパラレルメカニズムを用いた機械
のフレームの変形挙動を計測して、工作物とツール間等
の精度向上を図るパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業用ロボットや工作機械の分野
において、リンク機構を並列に連結したパラレルメカニ
ズムの研究が盛んに行われている。従来の積重ね構造か
らなる直交座標型工作機械やアーム型ロボット等のシリ
アルメカニズムと比較して、梁構造でなく剛性の高いト
ラス構造であり、各軸の質量が累積せず移動速度も高
く、各軸の位置決め誤差が累積せず精度の平均化が可能
で、精密機械の基本であるアッベの原理（三次元座標測
定機における測定点を測長ユニット（スケール）の延長
線上として、測定値を機構の姿勢変化の影響を受けにく
くして測定誤差を少なくできる。）を満たすことができ
る、等の特長があり、剛性、精度、運動速度等の面で有
利であるからである。そして、測定機器や工作機械の運
動精度向上のためには、ツールと工作物の相対位置関係
が安定していることが重要であり、そのために、各々の
構成要素の運動精度の向上のみならず、それらを保持す
るベースやコラム等の静的な構造物つまり機械のフレー
ム側が静的にも動的にも安定していることが不可欠であ
る。
において、リンク機構を並列に連結したパラレルメカニ
ズムの研究が盛んに行われている。従来の積重ね構造か
らなる直交座標型工作機械やアーム型ロボット等のシリ
アルメカニズムと比較して、梁構造でなく剛性の高いト
ラス構造であり、各軸の質量が累積せず移動速度も高
く、各軸の位置決め誤差が累積せず精度の平均化が可能
で、精密機械の基本であるアッベの原理（三次元座標測
定機における測定点を測長ユニット（スケール）の延長
線上として、測定値を機構の姿勢変化の影響を受けにく
くして測定誤差を少なくできる。）を満たすことができ
る、等の特長があり、剛性、精度、運動速度等の面で有
利であるからである。そして、測定機器や工作機械の運
動精度向上のためには、ツールと工作物の相対位置関係
が安定していることが重要であり、そのために、各々の
構成要素の運動精度の向上のみならず、それらを保持す
るベースやコラム等の静的な構造物つまり機械のフレー
ム側が静的にも動的にも安定していることが不可欠であ
る。
【０００３】そのようなパラレルメカニズム型工作機械
の代表的な例として図１１に示したようなものがある。
これは一般的な６自由度のもので、ベース１とフレーム
２によって６個の球面ジョイント３が支持されている
が、負荷や工作時の熱的なフレームの変形により、これ
ら球面ジョイント３の位置は稼働中に変位する。ツール
４を搭載したエンドエフェクタ５は、ユニバーサルジョ
イント６およびアクチュエータ８により伸縮する直動ジ
ョイント７（パラレルメカニズムの閉リンク機構を構成
する）を介して球面ジョイント３に接続される。前記ユ
ニバーサルジョイント６、直動ジョイント７、球面ジョ
イント３およびアクチュエータ８はそれぞれ６組配設さ
れ、エンドエフェクタ５を中心に並列的に配置される。
６個のアクチュエータ８によって６本の直動ジョイント
７をそれぞれ伸縮させることによって、エンドエフェク
タ５は３次元空間内を並進３方向および回転３方向に６
自由度の運動を行う。また、ワーク９は定盤１０を介し
てベース１上に固定され、一般的な６自由度のパラレル
メカニズム型機械では、図示のように球面ジョイント３
が２個ずつ対となり、円周上１２０°間隔で配置される
ことが多い。
の代表的な例として図１１に示したようなものがある。
これは一般的な６自由度のもので、ベース１とフレーム
２によって６個の球面ジョイント３が支持されている
が、負荷や工作時の熱的なフレームの変形により、これ
ら球面ジョイント３の位置は稼働中に変位する。ツール
４を搭載したエンドエフェクタ５は、ユニバーサルジョ
イント６およびアクチュエータ８により伸縮する直動ジ
ョイント７（パラレルメカニズムの閉リンク機構を構成
する）を介して球面ジョイント３に接続される。前記ユ
ニバーサルジョイント６、直動ジョイント７、球面ジョ
イント３およびアクチュエータ８はそれぞれ６組配設さ
れ、エンドエフェクタ５を中心に並列的に配置される。
６個のアクチュエータ８によって６本の直動ジョイント
７をそれぞれ伸縮させることによって、エンドエフェク
タ５は３次元空間内を並進３方向および回転３方向に６
自由度の運動を行う。また、ワーク９は定盤１０を介し
てベース１上に固定され、一般的な６自由度のパラレル
メカニズム型機械では、図示のように球面ジョイント３
が２個ずつ対となり、円周上１２０°間隔で配置される
ことが多い。
【０００４】しかしながら、このようなパラレルメカニ
ズム型機械や一般の直交座標型機械等においては、実際
には、図１２に示すように、基礎部側から伝わる外乱や
切削抵抗等の加工負荷によりフレーム（ベース、コラム
およびビーム等）は変形し、その結果、工作物とツール
との間の相対的位置に誤差を生じる。さらには、室温変
動や加工時に発生する熱等によりフレームが熱変位を引
き起こして、同様に工作物とツールとの間の相対位置精
度が低下する虞れがあった。従来の技術では、このよう
な力学的変形を最小限に抑制するために、フレーム部の
断面積を増大させたり、剛性を高くして対処してきた。
あるいは、熱変位を抑制するために、フレームとしてコ
ンクリートのような熱膨張率の小さな材料を用いたり、
フレーム部に温度センサや室温センサ等を設置して熱変
形を補償することが行われている。
ズム型機械や一般の直交座標型機械等においては、実際
には、図１２に示すように、基礎部側から伝わる外乱や
切削抵抗等の加工負荷によりフレーム（ベース、コラム
およびビーム等）は変形し、その結果、工作物とツール
との間の相対的位置に誤差を生じる。さらには、室温変
動や加工時に発生する熱等によりフレームが熱変位を引
き起こして、同様に工作物とツールとの間の相対位置精
度が低下する虞れがあった。従来の技術では、このよう
な力学的変形を最小限に抑制するために、フレーム部の
断面積を増大させたり、剛性を高くして対処してきた。
あるいは、熱変位を抑制するために、フレームとしてコ
ンクリートのような熱膨張率の小さな材料を用いたり、
フレーム部に温度センサや室温センサ等を設置して熱変
形を補償することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の解決手段では、フレームの剛性を高くしようとす
ればする程、機械構造物が重厚長大化する傾向にあり、
装置自体の質量が大きくなって、自重による基礎部の変
形や部材自体の変形を招く虞れがあった。さらに慣性質
量の増加によって、運動精度が低下する弊害も生じてい
る。また、有限個の温度センサによる熱変形予測では、
構造物のごく一部の局所的な温度しか計測できないた
め、全体の変形を高精度にて予測することは困難であっ
た。しかも、一般的な梁構造のフレームの場合、熱変形
は部材の長さ方向だけでなく、撓みとしても発生するた
め、梁構造が積み重なった複雑な構造物の熱変形挙動の
把握はさらに複雑で、その予測は著しく困難となってい
る。また、熱膨張率の低い材料は一般に熱伝達率が小さ
いため、急激な室温変動があった際には、部材の内外お
よび部材間での温度差が生じて熱変形の予測は困難を究
めた。したがって、温度センサによる変形補償は、温度
の時間的変化の勾配が比較的緩やか場合に限定されてし
まっていた。
従来の解決手段では、フレームの剛性を高くしようとす
ればする程、機械構造物が重厚長大化する傾向にあり、
装置自体の質量が大きくなって、自重による基礎部の変
形や部材自体の変形を招く虞れがあった。さらに慣性質
量の増加によって、運動精度が低下する弊害も生じてい
る。また、有限個の温度センサによる熱変形予測では、
構造物のごく一部の局所的な温度しか計測できないた
め、全体の変形を高精度にて予測することは困難であっ
た。しかも、一般的な梁構造のフレームの場合、熱変形
は部材の長さ方向だけでなく、撓みとしても発生するた
め、梁構造が積み重なった複雑な構造物の熱変形挙動の
把握はさらに複雑で、その予測は著しく困難となってい
る。また、熱膨張率の低い材料は一般に熱伝達率が小さ
いため、急激な室温変動があった際には、部材の内外お
よび部材間での温度差が生じて熱変形の予測は困難を究
めた。したがって、温度センサによる変形補償は、温度
の時間的変化の勾配が比較的緩やか場合に限定されてし
まっていた。
【０００６】そこで、本発明では、リンク機構を並列に
連結したパラレルメカニズムでは、そのメカニズムを支
持するフレーム部が、有限個（通常３〜６個）の取付部
を介してメカニズムの対隅（ジョイント）と接続されて
いることに着目して、ジョイント取付部相互間と工作物
を固定する定盤側間との力学的および熱的変形による相
対的変位・姿勢変化を計測、補正することによって、構
造物の形状、剛性に関わりなく、工作物とツールとの間
の相対的位置・姿勢精度を向上させることを可能にした
パラレルメカニズムのフレーム変形補正方法およびその
装置を提供することを目的とする。
連結したパラレルメカニズムでは、そのメカニズムを支
持するフレーム部が、有限個（通常３〜６個）の取付部
を介してメカニズムの対隅（ジョイント）と接続されて
いることに着目して、ジョイント取付部相互間と工作物
を固定する定盤側間との力学的および熱的変形による相
対的変位・姿勢変化を計測、補正することによって、構
造物の形状、剛性に関わりなく、工作物とツールとの間
の相対的位置・姿勢精度を向上させることを可能にした
パラレルメカニズムのフレーム変形補正方法およびその
装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、有限
個の取付部を介してジョイント（対偶）と接続されて静
的なフレームに支持され、リンク機構を並列に連結した
パラレルメカニズムにおいて、前記ジョイント取付部相
互間と工作物を固定する定盤間の相対的変位・姿勢変化
を複数個の変位センサを用いてインプロセス計測すると
ともに、前記工作物とジョイント間の相対位置関係を修
正することによって、工作物とツール間の相対的位置・
姿勢精度を向上させることを特徴とする。また本発明
は、有限個の取付部を介してジョイント（対偶）と接続
されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列に
連結したパラレルメカニズムにおいて、前記フレームに
おけるジョイント取付部と工作物を固定する定盤側との
間にスーパーインバーロッドを配設するとともに、定盤
側にスーパーインバーロッドの変位を検出する変位セン
サを設置したことを特徴とする。また本発明は、前記ス
ーパーインバーロッドは、フレームにおけるジョイント
取付部と定盤側との間の最短距離を結んで配設されたこ
とを特徴とする。また本発明は、前記スーパーインバー
ロッドが、フレームにおけるジョイント取付部と定盤側
との間を迂回形態にて結んで配設されたことを特徴とす
る。また本発明は、有限個の取付部を介してジョイント
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側とのいずれかに、これらの間の距離を計測す
るレーザー干渉測長器を設置したことを特徴とする。ま
た本発明は、前記フレームにおける複数のジョイント取
付部における隣接する一対のジョイント取付部相互間に
スーパーインバーロッドを配設するとともに、前記一対
のジョイント取付部のいずれか一方にスーパーインバー
ロッドの変位を検出する変位センサを設置したことを特
徴とする。また本発明は、リンク機構を並列に連結した
パラレルメカニズムにおいて、前記パラレルメカニズム
の閉リンク機構を構成するリンク部分の基部をワークを
支持するベースに球面ジョイントにより取着するととも
に、前記リンク部分の先端部分側に支持されたツールを
移動可能に構成し、前記ワークを支持する基準プレート
とベースとの間に変位センサを設置したスーパーインバ
ーロッドを配設したことを特徴とする。また本発明は、
リンク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおい
て、前記パラレルメカニズムの閉リンク機構を構成する
リンク部分の基部をベースに球面ジョイントにより取着
するとともに、前記リンク部分の先端部分側にワークを
支持するエンドエフェクタを取着し、前記ベースと静的
なフレームとの間に変位センサを設置したスーパーイン
バーロッドを配設したことを特徴とする。また本発明
は、少なくとも３自由度を有するリンク機構を並列に連
結したことを特徴とするもので、これらを課題解決のた
めの手段とするものである。
個の取付部を介してジョイント（対偶）と接続されて静
的なフレームに支持され、リンク機構を並列に連結した
パラレルメカニズムにおいて、前記ジョイント取付部相
互間と工作物を固定する定盤間の相対的変位・姿勢変化
を複数個の変位センサを用いてインプロセス計測すると
ともに、前記工作物とジョイント間の相対位置関係を修
正することによって、工作物とツール間の相対的位置・
姿勢精度を向上させることを特徴とする。また本発明
は、有限個の取付部を介してジョイント（対偶）と接続
されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列に
連結したパラレルメカニズムにおいて、前記フレームに
おけるジョイント取付部と工作物を固定する定盤側との
間にスーパーインバーロッドを配設するとともに、定盤
側にスーパーインバーロッドの変位を検出する変位セン
サを設置したことを特徴とする。また本発明は、前記ス
ーパーインバーロッドは、フレームにおけるジョイント
取付部と定盤側との間の最短距離を結んで配設されたこ
とを特徴とする。また本発明は、前記スーパーインバー
ロッドが、フレームにおけるジョイント取付部と定盤側
との間を迂回形態にて結んで配設されたことを特徴とす
る。また本発明は、有限個の取付部を介してジョイント
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側とのいずれかに、これらの間の距離を計測す
るレーザー干渉測長器を設置したことを特徴とする。ま
た本発明は、前記フレームにおける複数のジョイント取
付部における隣接する一対のジョイント取付部相互間に
スーパーインバーロッドを配設するとともに、前記一対
のジョイント取付部のいずれか一方にスーパーインバー
ロッドの変位を検出する変位センサを設置したことを特
徴とする。また本発明は、リンク機構を並列に連結した
パラレルメカニズムにおいて、前記パラレルメカニズム
の閉リンク機構を構成するリンク部分の基部をワークを
支持するベースに球面ジョイントにより取着するととも
に、前記リンク部分の先端部分側に支持されたツールを
移動可能に構成し、前記ワークを支持する基準プレート
とベースとの間に変位センサを設置したスーパーインバ
ーロッドを配設したことを特徴とする。また本発明は、
リンク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおい
て、前記パラレルメカニズムの閉リンク機構を構成する
リンク部分の基部をベースに球面ジョイントにより取着
するとともに、前記リンク部分の先端部分側にワークを
支持するエンドエフェクタを取着し、前記ベースと静的
なフレームとの間に変位センサを設置したスーパーイン
バーロッドを配設したことを特徴とする。また本発明
は、少なくとも３自由度を有するリンク機構を並列に連
結したことを特徴とするもので、これらを課題解決のた
めの手段とするものである。
【０００８】
【実施の形態】以下、本発明におけるパラレルメカニズ
ムのフレーム変形補正方法およびその装置の実施の形態
について詳細に説明する。図１および図２は本発明の第
１実施の形態を示すもので、図１（Ａ）は工作物を固定
する定盤と球面ジョイントの位置関係図、図１（Ｂ）は
本発明におけるパラレルメカニズムのフレーム変形補正
装置の要部斜視図、図２は各球面ジョイント取付部の座
標位置およびその位置ベクトルを説明する図である。本
発明は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、有限個の取付
部１４を介してジョイント（対偶）３と接続されて静的
なフレーム２に支持され、閉リンク機構（後述するリン
ク部分：直動ジョイント７）を並列に連結したパラレル
メカニズムにおいて、前記ジョイント取付部１４相互間
と工作物を固定する定盤１０間の相対的変位・姿勢変化
を複数個の変位センサ１７を用いてインプロセス計測す
るとともに、前記工作物とジョイント３間の相対位置関
係を修正することによって、工作物とツール間の相対的
位置・姿勢精度を向上させることを特徴とするパラレル
メカニズムのフレーム変形補正方法にある。
ムのフレーム変形補正方法およびその装置の実施の形態
について詳細に説明する。図１および図２は本発明の第
１実施の形態を示すもので、図１（Ａ）は工作物を固定
する定盤と球面ジョイントの位置関係図、図１（Ｂ）は
本発明におけるパラレルメカニズムのフレーム変形補正
装置の要部斜視図、図２は各球面ジョイント取付部の座
標位置およびその位置ベクトルを説明する図である。本
発明は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、有限個の取付
部１４を介してジョイント（対偶）３と接続されて静的
なフレーム２に支持され、閉リンク機構（後述するリン
ク部分：直動ジョイント７）を並列に連結したパラレル
メカニズムにおいて、前記ジョイント取付部１４相互間
と工作物を固定する定盤１０間の相対的変位・姿勢変化
を複数個の変位センサ１７を用いてインプロセス計測す
るとともに、前記工作物とジョイント３間の相対位置関
係を修正することによって、工作物とツール間の相対的
位置・姿勢精度を向上させることを特徴とするパラレル
メカニズムのフレーム変形補正方法にある。
【０００９】次に、本発明の原理について説明する。図
１（Ａ）は工作物を固定する定盤１０と球面ジョイント
３の位置関係を示すもので、これらの球面ジョイント３
の位置を３個の基準点１１で代表させる。さらに、定盤
の位置と姿勢を表すために定盤１０上の３か所の基準点
１２を設置する。このようにすれば、定盤１０から見た
３つの球面ジョイント取付部基準点１１の座標位置は、
図１（Ａ）中の３本の破線で示した各ジョント取付部基
準点１１間の距離、６本の一点鎖線で示したジョイント
取付部基準点１１と定盤１０上の各基準点１２との距離
および３本の二点鎖線で示した定盤１０上の各基準点１
２間の距離の合計によって一義に決定される。以上の幾
何学的関係は、図２に示す８面体として表される。
１（Ａ）は工作物を固定する定盤１０と球面ジョイント
３の位置関係を示すもので、これらの球面ジョイント３
の位置を３個の基準点１１で代表させる。さらに、定盤
の位置と姿勢を表すために定盤１０上の３か所の基準点
１２を設置する。このようにすれば、定盤１０から見た
３つの球面ジョイント取付部基準点１１の座標位置は、
図１（Ａ）中の３本の破線で示した各ジョント取付部基
準点１１間の距離、６本の一点鎖線で示したジョイント
取付部基準点１１と定盤１０上の各基準点１２との距離
および３本の二点鎖線で示した定盤１０上の各基準点１
２間の距離の合計によって一義に決定される。以上の幾
何学的関係は、図２に示す８面体として表される。
【００１０】したがって、パラレルメカニズムとしての
機械の稼働中の負荷変動等や温度変動に起因するフレー
ム２の変形による球面ジョイント取付部４の３次元的な
変位は、以上の合計１２本の破線、一点鎖線および二点
鎖線で示した１２の距離の微小な変化を、１２個の変位
センサ等で稼働中計測、すなわちインプロセスで計測す
ることによって求めることができる。球面ジョイント３
の正しい座標位置が求められれば、パラレルメカニズム
の運動学式中の球面ジョイント３の座標位置のパラメー
タを修正することにより、切削等工具であるツール位置
およびその姿勢の補正制御を容易に行うことが可能とな
る。
機械の稼働中の負荷変動等や温度変動に起因するフレー
ム２の変形による球面ジョイント取付部４の３次元的な
変位は、以上の合計１２本の破線、一点鎖線および二点
鎖線で示した１２の距離の微小な変化を、１２個の変位
センサ等で稼働中計測、すなわちインプロセスで計測す
ることによって求めることができる。球面ジョイント３
の正しい座標位置が求められれば、パラレルメカニズム
の運動学式中の球面ジョイント３の座標位置のパラメー
タを修正することにより、切削等工具であるツール位置
およびその姿勢の補正制御を容易に行うことが可能とな
る。
【００１１】以下に、球面ジョイント３の座標位置を求
める数学的な式について説明する。図２（Ａ）（Ｂ）に
示すように、３つの球面ジョイント取付部基準点１１を
含む平面をｘS −ｙS 面とする座標系をΣS とし、３つ
の定盤基準点１２を含む平面をｘB −ｙB 面とした座標
系をΣB とする。座標系ΣS から見た３つの球面ジョイ
ント取付部基準点１１を位置ベクトル SＰSi＝｛ｘSi，
ｙSi，０｝T （但しｉ＝１、２、３）で表し、座標系Σ
B から見た３つの定盤基準点１２を位置ベクトル BＰBi
＝｛ｘBi，ｙBi，０｝T （但しｉ＝１、２、３）で表わ
すものとする。定盤座標系ΣB から見た座標系ΣS の位
置を表す位置ベクトルと姿勢を表す回転変換行列をそれ
ぞれ、 BＰS および BＲS とすると、定盤座標系ΣB か
ら見た球面ジョイント取付部基準点１１の座標を示すベ
クトル BＰSiは以下の式で表される。B ＰSi＝ BＰS ＋ BＲS SＰSi
める数学的な式について説明する。図２（Ａ）（Ｂ）に
示すように、３つの球面ジョイント取付部基準点１１を
含む平面をｘS −ｙS 面とする座標系をΣS とし、３つ
の定盤基準点１２を含む平面をｘB −ｙB 面とした座標
系をΣB とする。座標系ΣS から見た３つの球面ジョイ
ント取付部基準点１１を位置ベクトル SＰSi＝｛ｘSi，
ｙSi，０｝T （但しｉ＝１、２、３）で表し、座標系Σ
B から見た３つの定盤基準点１２を位置ベクトル BＰBi
＝｛ｘBi，ｙBi，０｝T （但しｉ＝１、２、３）で表わ
すものとする。定盤座標系ΣB から見た座標系ΣS の位
置を表す位置ベクトルと姿勢を表す回転変換行列をそれ
ぞれ、 BＰS および BＲS とすると、定盤座標系ΣB か
ら見た球面ジョイント取付部基準点１１の座標を示すベ
クトル BＰSiは以下の式で表される。B ＰSi＝ BＰS ＋ BＲS SＰSi
【００１２】また、３つの球面ジョイント取付部基準点
１１間の距離をｌSi（但しｉ＝１、２、３）、定盤基準
点１２間の距離をｌBi（但しｉ＝１、２、３）とし、各
座標系の原点を基準点からなる三角形の重心に設定すれ
ば、辺の長さｌSiおよびｌBiから各基準点の座標 SＰSi
および BＰBiは容易に算出できる。これらの球面ジョイ
ント取付部基準点１１から定盤基準点１２までの距離を
ｌi （但しｉ＝１〜６）とすると、以下の６個の方程式
が得られる。 l1＝｜ BＰS1−B ＰB1｜, l2＝｜ BＰS1−B ＰB3｜, l3
＝｜ BＰS2−B ＰB1｜,l4＝｜ BＰS2−B ＰB2｜, l5＝
｜ BＰS3−B ＰB2｜, l6＝｜ BＰS3−B ＰB3｜
１１間の距離をｌSi（但しｉ＝１、２、３）、定盤基準
点１２間の距離をｌBi（但しｉ＝１、２、３）とし、各
座標系の原点を基準点からなる三角形の重心に設定すれ
ば、辺の長さｌSiおよびｌBiから各基準点の座標 SＰSi
および BＰBiは容易に算出できる。これらの球面ジョイ
ント取付部基準点１１から定盤基準点１２までの距離を
ｌi （但しｉ＝１〜６）とすると、以下の６個の方程式
が得られる。 l1＝｜ BＰS1−B ＰB1｜, l2＝｜ BＰS1−B ＰB3｜, l3
＝｜ BＰS2−B ＰB1｜,l4＝｜ BＰS2−B ＰB2｜, l5＝
｜ BＰS3−B ＰB2｜, l6＝｜ BＰS3−B ＰB3｜
【００１３】距離ｌi を用いて定盤座標系ΣB から見た
ΣS の位置 BＰS と姿勢 BＲS を求める。つまり、６個
の未知数を求めるためには、以上の非線形連立方程式を
数値解法で解く必要があるが、これは代表的な６自由度
のパラレルメカニズムの運動学の式と同一である。ある
いは、以上の球面ジョイント取付部基準点１１から定盤
基準点１２までの距離ｌi の変化Δｌi が微小であるこ
とを利用し、ヤコビ行列を用いた微小運動学を用いて、
Δｌi が発生したときの位置と姿勢の変化ΔＸ＝｛Δ
ｘ，Δｙ，Δｚ，Δα，Δβ，Δγ｝T を求めることも
可能である。すなわち、距離の変化Δｌi と位置と姿勢
の変化ΔＸの関係は、ヤコビ行列Ｊを用いて以下の式で
表される。 Δｌi ＝ＪΔＸ この６×６行列であるＪは容易に求めることができる。
このヤコビ行列の逆行列Ｊ-1を用いれば、 ΔＸ＝Ｊ-1Δｌi となり、距離の変化Δｌi から位置、姿勢の変化ΔＸは
容易に求められる。
ΣS の位置 BＰS と姿勢 BＲS を求める。つまり、６個
の未知数を求めるためには、以上の非線形連立方程式を
数値解法で解く必要があるが、これは代表的な６自由度
のパラレルメカニズムの運動学の式と同一である。ある
いは、以上の球面ジョイント取付部基準点１１から定盤
基準点１２までの距離ｌi の変化Δｌi が微小であるこ
とを利用し、ヤコビ行列を用いた微小運動学を用いて、
Δｌi が発生したときの位置と姿勢の変化ΔＸ＝｛Δ
ｘ，Δｙ，Δｚ，Δα，Δβ，Δγ｝T を求めることも
可能である。すなわち、距離の変化Δｌi と位置と姿勢
の変化ΔＸの関係は、ヤコビ行列Ｊを用いて以下の式で
表される。 Δｌi ＝ＪΔＸ この６×６行列であるＪは容易に求めることができる。
このヤコビ行列の逆行列Ｊ-1を用いれば、 ΔＸ＝Ｊ-1Δｌi となり、距離の変化Δｌi から位置、姿勢の変化ΔＸは
容易に求められる。
【００１４】以上では、球面ジョイントは６個あり、２
個ずつ計３組の位置を基準点３個で近似させている。し
たがって、２個の球面ジョイントの位置と基準点１１は
互いに接近させる方が都合がよい（図１（Ａ）参照）。
あるいは、２個ずつ球面ジョイント３を取り付ける部材
１４を、スーパーインバーのような熱膨張係数がほぼ０
の材料として、充分な剛性を持たせて製作すれば、球面
ジョイント３の座標位置の移動量は基準点１１の座標位
置の移動量と殆ど一致させることができる。さらに、定
盤基準点１２間の距離は他の距離と比較して小さいた
め、同様に熱変形の殆どないスーパーインバー等で定盤
基準点を強固に連結すれば、定盤基準点間の距離をセン
サで測定する必要がなくなる。この場合、必要な変位セ
ンサの数は９となる。
個ずつ計３組の位置を基準点３個で近似させている。し
たがって、２個の球面ジョイントの位置と基準点１１は
互いに接近させる方が都合がよい（図１（Ａ）参照）。
あるいは、２個ずつ球面ジョイント３を取り付ける部材
１４を、スーパーインバーのような熱膨張係数がほぼ０
の材料として、充分な剛性を持たせて製作すれば、球面
ジョイント３の座標位置の移動量は基準点１１の座標位
置の移動量と殆ど一致させることができる。さらに、定
盤基準点１２間の距離は他の距離と比較して小さいた
め、同様に熱変形の殆どないスーパーインバー等で定盤
基準点を強固に連結すれば、定盤基準点間の距離をセン
サで測定する必要がなくなる。この場合、必要な変位セ
ンサの数は９となる。
【００１５】図１（Ｂ）は、本発明のパラレルメカニズ
ムのフレーム変形補正方法およびその装置の第１実施の
形態を示すもので、スーパーインバーロッド１３を用い
てジョイント取付部と定盤基準点間の距離ｌi （ｉ＝１
〜６）の変動を測定するものである。簡単のため、図１
（Ａ）における一点鎖線１本の場合について描いてあ
る。２個１組の球面ジョイントはスーパーインバー製の
ジョイント取付部１４に固定され、２個の球面ジョイン
ト間の相対的な変位を最小にしておく。同様に、定盤側
の基準点１２も定盤に取り付けたスーパーインバー製の
定盤基準プレート１５上に設置して、基準点間の相対的
な熱変位等を最小としておく。次に、スーパーインバー
ロッド１３の一端をジョイント取付部１４に固定する。
端部に曲げモーメント等が作用しないように、弾性ヒン
ジ等の対偶を介して取り付けることが望ましい。さら
に、他端がロッドホルダ１６を介して定盤基準プレート
１５に接続される。
ムのフレーム変形補正方法およびその装置の第１実施の
形態を示すもので、スーパーインバーロッド１３を用い
てジョイント取付部と定盤基準点間の距離ｌi （ｉ＝１
〜６）の変動を測定するものである。簡単のため、図１
（Ａ）における一点鎖線１本の場合について描いてあ
る。２個１組の球面ジョイントはスーパーインバー製の
ジョイント取付部１４に固定され、２個の球面ジョイン
ト間の相対的な変位を最小にしておく。同様に、定盤側
の基準点１２も定盤に取り付けたスーパーインバー製の
定盤基準プレート１５上に設置して、基準点間の相対的
な熱変位等を最小としておく。次に、スーパーインバー
ロッド１３の一端をジョイント取付部１４に固定する。
端部に曲げモーメント等が作用しないように、弾性ヒン
ジ等の対偶を介して取り付けることが望ましい。さら
に、他端がロッドホルダ１６を介して定盤基準プレート
１５に接続される。
【００１６】スーパーインバーロッド１３の定盤側の端
部はロッドホルダ１６内で軸方向に移動可能であるた
め、このロッドホルダ１６に取り付けられた変位センサ
１７を用いてロッド１３の軸方向変位を計測できる。こ
のとき、ジョイント取付部１４のロッド軸に直角方向の
変位成分は変位センサ１７では検出されない。また、機
械稼働中において、ロッド１３を変形させるような力は
作用しないため、ロッドの長さは変化しない。さらに、
室温や機械温度が変動した場合もロッド１３は伸縮しな
いため、ジョイント取付部１４と基準プレート１５との
間の直線距離の変動を正確に変位センサ１７で測定する
ことができる。本実施の形態では、変位センサ１７は定
盤基準プレート１５側に設置したが、ジョイント取付部
１４側に設置した場合も、全く同一の測定が可能である
ことは言うまでもない。また、機械稼働中に風圧や切削
液、切り屑等の付着等が予想される場合には、ロッド１
３に対してカバーを設置することもできる。さらに、ロ
ッド１３自体の自重によりロッドが静的に撓む場合があ
るが、この場合のロッドの全長の長さの変化は一般的に
僅少で、その量は一定であるためこれは無視できる。
部はロッドホルダ１６内で軸方向に移動可能であるた
め、このロッドホルダ１６に取り付けられた変位センサ
１７を用いてロッド１３の軸方向変位を計測できる。こ
のとき、ジョイント取付部１４のロッド軸に直角方向の
変位成分は変位センサ１７では検出されない。また、機
械稼働中において、ロッド１３を変形させるような力は
作用しないため、ロッドの長さは変化しない。さらに、
室温や機械温度が変動した場合もロッド１３は伸縮しな
いため、ジョイント取付部１４と基準プレート１５との
間の直線距離の変動を正確に変位センサ１７で測定する
ことができる。本実施の形態では、変位センサ１７は定
盤基準プレート１５側に設置したが、ジョイント取付部
１４側に設置した場合も、全く同一の測定が可能である
ことは言うまでもない。また、機械稼働中に風圧や切削
液、切り屑等の付着等が予想される場合には、ロッド１
３に対してカバーを設置することもできる。さらに、ロ
ッド１３自体の自重によりロッドが静的に撓む場合があ
るが、この場合のロッドの全長の長さの変化は一般的に
僅少で、その量は一定であるためこれは無視できる。
【００１７】図３は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第２実施の形態を
示すもので、ロッドのジョイント取付部１４側におい
て、球面ジョイント３やパラレルメカニズムのリンク部
分と干渉する虞れのある場合には、パラレルメカニズム
のリンク機構部分を回避させる迂回形態にて、スーパー
インバーロッド１３を配設したものである。この場合に
おいても、ロッド１３のジョイント取付側固定部のａ方
向（軸方向）の変位のみがロッド下部に現れ、ｒ方向
（軸に直交）の変位は現れないため、球面ジョイント取
付部１４と定盤基準点１２との間の直線距離の変動を変
位センサ１７にて正確に測定することができる。以上、
第１および第２実施の形態では、スーパーインバーロッ
ド１３と変位センサ１７を用いて距離の変動を測定する
方法を示したが、直線距離の変動を測定する形態は種々
の方法が採用され得る。
レーム変形補正方法およびその装置の第２実施の形態を
示すもので、ロッドのジョイント取付部１４側におい
て、球面ジョイント３やパラレルメカニズムのリンク部
分と干渉する虞れのある場合には、パラレルメカニズム
のリンク機構部分を回避させる迂回形態にて、スーパー
インバーロッド１３を配設したものである。この場合に
おいても、ロッド１３のジョイント取付側固定部のａ方
向（軸方向）の変位のみがロッド下部に現れ、ｒ方向
（軸に直交）の変位は現れないため、球面ジョイント取
付部１４と定盤基準点１２との間の直線距離の変動を変
位センサ１７にて正確に測定することができる。以上、
第１および第２実施の形態では、スーパーインバーロッ
ド１３と変位センサ１７を用いて距離の変動を測定する
方法を示したが、直線距離の変動を測定する形態は種々
の方法が採用され得る。
【００１８】図４は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第３実施の形態を
示すもので、本実施の形態では、前記フレーム２におけ
る球面ジョイント取付部１４と工作物を固定する定盤１
０側とのいずれかに、これらの間の距離を計測するレー
ザー干渉測長器８を設置したことを特徴とするものであ
る。つまり、図示の例では、球面ジョイント取付部１４
側にレーザー干渉測長器８を設置するとともに、ベース
１上における定盤１０の基準プレート１５上にコーナー
キューブミラー１９を設置し、前記レーザー干渉測長器
８から照射されたレーザー光をコーナーキューブミラー
１９にて反射させて、再びレーザー干渉測長器８にて受
光することにより、球面ジョイント取付部１４と定盤１
０側との距離の変動を測定するものである。
レーム変形補正方法およびその装置の第３実施の形態を
示すもので、本実施の形態では、前記フレーム２におけ
る球面ジョイント取付部１４と工作物を固定する定盤１
０側とのいずれかに、これらの間の距離を計測するレー
ザー干渉測長器８を設置したことを特徴とするものであ
る。つまり、図示の例では、球面ジョイント取付部１４
側にレーザー干渉測長器８を設置するとともに、ベース
１上における定盤１０の基準プレート１５上にコーナー
キューブミラー１９を設置し、前記レーザー干渉測長器
８から照射されたレーザー光をコーナーキューブミラー
１９にて反射させて、再びレーザー干渉測長器８にて受
光することにより、球面ジョイント取付部１４と定盤１
０側との距離の変動を測定するものである。
【００１９】図５は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第４実施の形態を
示すもので、本実施の形態では、球面ジョイント取付部
基準点１４間の距離ｌSi（ｉ＝１〜３）の変動を計測す
る。図はフレーム部分２を上方から見た平面図で、フレ
ーム２における複数のジョイント取付部１４における隣
接する一対のジョイント取付部１４相互間にスーパーイ
ンバーロッド１３を配設するとともに、前記一対のジョ
イント取付部１４のいずれか一方にスーパーインバーロ
ッド１３の変位を検出する変位センサ１７を設置したこ
とを特徴とする。つまり、スーパーインバー製ジョイン
ト取付部１４にスーパーインバーロッド１３の一端を固
定するとともに、他端をロッドホルダ１６を介して他の
ジョイント取付部１４に設置する。スーパーインバーロ
ッド１３にはフレーム２にかかる負荷等の力は加わら
ず、熱膨張率もほぼ０であるため、フレーム２の伸縮等
によってジョイント取付部１４が変位する際の変形量を
変位センサ１７で正確に測定できるものである。前述の
定盤基準点１４間の距離ｌBi（ｉ＝１、２、３：図１
（Ａ）の二点鎖線）の変動も図５の本実施の形態の方法
によって正確に測定できることは言うまでもない。ま
た、このような基準点間の距離ｌSiおよびｌBiの変動の
測定においても、図４に示したレーザー干渉測長器のよ
うな光学的測定機を用いることができることは言うまで
もない。
レーム変形補正方法およびその装置の第４実施の形態を
示すもので、本実施の形態では、球面ジョイント取付部
基準点１４間の距離ｌSi（ｉ＝１〜３）の変動を計測す
る。図はフレーム部分２を上方から見た平面図で、フレ
ーム２における複数のジョイント取付部１４における隣
接する一対のジョイント取付部１４相互間にスーパーイ
ンバーロッド１３を配設するとともに、前記一対のジョ
イント取付部１４のいずれか一方にスーパーインバーロ
ッド１３の変位を検出する変位センサ１７を設置したこ
とを特徴とする。つまり、スーパーインバー製ジョイン
ト取付部１４にスーパーインバーロッド１３の一端を固
定するとともに、他端をロッドホルダ１６を介して他の
ジョイント取付部１４に設置する。スーパーインバーロ
ッド１３にはフレーム２にかかる負荷等の力は加わら
ず、熱膨張率もほぼ０であるため、フレーム２の伸縮等
によってジョイント取付部１４が変位する際の変形量を
変位センサ１７で正確に測定できるものである。前述の
定盤基準点１４間の距離ｌBi（ｉ＝１、２、３：図１
（Ａ）の二点鎖線）の変動も図５の本実施の形態の方法
によって正確に測定できることは言うまでもない。ま
た、このような基準点間の距離ｌSiおよびｌBiの変動の
測定においても、図４に示したレーザー干渉測長器のよ
うな光学的測定機を用いることができることは言うまで
もない。
【００２０】図６は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第５実施の形態を
示すもので、前述の各実施の形態では６自由度のパラレ
ルメカニズムに適用した例を説明してきたが、本実施の
形態では、少なくとも３自由度を有するリンク機構を並
列に連結したことを特徴とするものである。図６の実施
の形態のものでは、球面ジョイント３は原理上３個であ
るため、前述の図２における８面体そのものとなり、取
付部基準点１か所当たりのジョイントが１個となり、構
造的に簡略化している。
レーム変形補正方法およびその装置の第５実施の形態を
示すもので、前述の各実施の形態では６自由度のパラレ
ルメカニズムに適用した例を説明してきたが、本実施の
形態では、少なくとも３自由度を有するリンク機構を並
列に連結したことを特徴とするものである。図６の実施
の形態のものでは、球面ジョイント３は原理上３個であ
るため、前述の図２における８面体そのものとなり、取
付部基準点１か所当たりのジョイントが１個となり、構
造的に簡略化している。
【００２１】図７は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第６実施の形態を
示すもので、リンク機構を並列に連結したパラレルメカ
ニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク機
構を構成するリンク部分（直動ジョイント７）の基部を
ワークを支持するベース１に球面ジョイント３により取
着するとともに、前記リンク部分７の先端部分側に支持
されたツール４を移動可能に構成し、前記ワークを支持
する基準プレート１５とベース１との間に変位センサ１
７を設置したスーパーインバーロッド１３を配設したこ
とを特徴とする。つまり、球面ジョイント３をベース１
面近くに配設したもので、ジョイント取付部（３）と定
盤基準点（１５）間の距離ｌi （ｉ＝１〜６）の変動を
測定する。
レーム変形補正方法およびその装置の第６実施の形態を
示すもので、リンク機構を並列に連結したパラレルメカ
ニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク機
構を構成するリンク部分（直動ジョイント７）の基部を
ワークを支持するベース１に球面ジョイント３により取
着するとともに、前記リンク部分７の先端部分側に支持
されたツール４を移動可能に構成し、前記ワークを支持
する基準プレート１５とベース１との間に変位センサ１
７を設置したスーパーインバーロッド１３を配設したこ
とを特徴とする。つまり、球面ジョイント３をベース１
面近くに配設したもので、ジョイント取付部（３）と定
盤基準点（１５）間の距離ｌi （ｉ＝１〜６）の変動を
測定する。
【００２２】図８は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第７実施の形態を
示すもので、リンク機構を並列に連結したパラレルメカ
ニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク機
構を構成するリンク部分（７）の基部をベース１に球面
ジョイント３により取着するとともに、前記リンク部分
（７）の先端部分側にワーク９を支持するエンドエフェ
クタ５を取着し、前記ベース１と静的なフレーム２との
間に変位センサを設置したスーパーインバーロッド１３
を配設したことを特徴とする。つまり、ツール４を支持
している主軸にスーパーインバー製基準プレート１５を
設置することで、球面ジョイント取付部基準点１１との
距離の変動を測定するものである。本実施の形態ではワ
ーク９が移動する。
レーム変形補正方法およびその装置の第７実施の形態を
示すもので、リンク機構を並列に連結したパラレルメカ
ニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク機
構を構成するリンク部分（７）の基部をベース１に球面
ジョイント３により取着するとともに、前記リンク部分
（７）の先端部分側にワーク９を支持するエンドエフェ
クタ５を取着し、前記ベース１と静的なフレーム２との
間に変位センサを設置したスーパーインバーロッド１３
を配設したことを特徴とする。つまり、ツール４を支持
している主軸にスーパーインバー製基準プレート１５を
設置することで、球面ジョイント取付部基準点１１との
距離の変動を測定するものである。本実施の形態ではワ
ーク９が移動する。
【００２３】図９は、本発明のパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置の第８実施の形態を
示すもので、図９（Ａ）に示したものは、球面ジョイン
ト取付部基準点を６点とし、スーパーインバーロッド１
３を６本によって定盤上基準点１２間を連結することに
よっても、同様の効果を得ることができる。つまり、定
盤に設置した座標系ΣB に対するジョイント取付部の座
標系ΣS の位置と姿勢の微小な変化ΔＸは、６本のスー
パーインバーロッドを用いて求めることができる６組の
基準点間の距離ｌi の変化Δｌi から求めることができ
るからである。図９（Ｂ）に示したものは、定盤上基準
点１２を６点としたもので、このように構成しても全く
同様の効果が得られる。以上の実施例では、低熱膨張材
料としてスーパーインバー（鉄−ニッケル系合金）を用
いているが、その他の低熱膨張材料、例えば低膨張ガラ
ス、低膨張鋳鉄等を用いても同様の効果が得られるもの
である。
レーム変形補正方法およびその装置の第８実施の形態を
示すもので、図９（Ａ）に示したものは、球面ジョイン
ト取付部基準点を６点とし、スーパーインバーロッド１
３を６本によって定盤上基準点１２間を連結することに
よっても、同様の効果を得ることができる。つまり、定
盤に設置した座標系ΣB に対するジョイント取付部の座
標系ΣS の位置と姿勢の微小な変化ΔＸは、６本のスー
パーインバーロッドを用いて求めることができる６組の
基準点間の距離ｌi の変化Δｌi から求めることができ
るからである。図９（Ｂ）に示したものは、定盤上基準
点１２を６点としたもので、このように構成しても全く
同様の効果が得られる。以上の実施例では、低熱膨張材
料としてスーパーインバー（鉄−ニッケル系合金）を用
いているが、その他の低熱膨張材料、例えば低膨張ガラ
ス、低膨張鋳鉄等を用いても同様の効果が得られるもの
である。
【００２４】最後に、パラレルメカニズムの３つの形態
を図１０に示す。工作機械や測定機に用いられる場合、
図１０（ａ）の伸縮型が一般的であるが、図１０（ｂ）
の屈曲型や図１０（ｃ）の開閉型も使用される。ベース
に対して（ａ）の伸縮型では３自由度の球面ジョイント
が、（ｂ）の屈曲型では１自由度の回転ジョイントが、
そして（ｃ）の開閉型では１自由度の直動ジョイントが
取り付けられている。したがって、（ａ）の伸縮型の場
合には本発明の手法を用いて球面ジョイントの取付位置
の補正を行うのに最も適しているが、他の（ｂ）および
（ｃ）の場合では、負荷や熱変位によるフレームの移動
に伴い、回転ジョイントや直動ジョイントの位置の移動
だけではなく、姿勢変化も生じてしまい、変位と同時に
姿勢も測定するためには、変位センサの数を増加させて
行う必要がある。
を図１０に示す。工作機械や測定機に用いられる場合、
図１０（ａ）の伸縮型が一般的であるが、図１０（ｂ）
の屈曲型や図１０（ｃ）の開閉型も使用される。ベース
に対して（ａ）の伸縮型では３自由度の球面ジョイント
が、（ｂ）の屈曲型では１自由度の回転ジョイントが、
そして（ｃ）の開閉型では１自由度の直動ジョイントが
取り付けられている。したがって、（ａ）の伸縮型の場
合には本発明の手法を用いて球面ジョイントの取付位置
の補正を行うのに最も適しているが、他の（ｂ）および
（ｃ）の場合では、負荷や熱変位によるフレームの移動
に伴い、回転ジョイントや直動ジョイントの位置の移動
だけではなく、姿勢変化も生じてしまい、変位と同時に
姿勢も測定するためには、変位センサの数を増加させて
行う必要がある。
【００２５】以上本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明の趣旨の範囲内で、パラレルメカニズムとし
てのベースの形状、リンク部を構成する直動ジョイント
等の形状、形式、本数およびそのベースとの位置関係、
球面ジョイントの形状、形式、球面ジョイントのベース
およびフレームへの設置形態、フレームの形状、形式、
球面ジョイント等取付部基準点とベース側定盤等との間
の距離の計測形式（スーパーインバーロッドと変位セン
サによるもの、レーザー干渉測長器によるものの他に適
宜のものが採用され得る）、フレームの変形補正方式
（パラレルメカニズムの運動学式中の球面ジョイントの
座標位置のパラメータを修正するものとして、リンク部
を構成する直動ジョイント等における伸縮制御を補正す
る他、適宜の別途の制御手段を設置することもでき
る）、変位センサーの形式および設置位置および設置形
態等については適宜選定できるものである。
が、本発明の趣旨の範囲内で、パラレルメカニズムとし
てのベースの形状、リンク部を構成する直動ジョイント
等の形状、形式、本数およびそのベースとの位置関係、
球面ジョイントの形状、形式、球面ジョイントのベース
およびフレームへの設置形態、フレームの形状、形式、
球面ジョイント等取付部基準点とベース側定盤等との間
の距離の計測形式（スーパーインバーロッドと変位セン
サによるもの、レーザー干渉測長器によるものの他に適
宜のものが採用され得る）、フレームの変形補正方式
（パラレルメカニズムの運動学式中の球面ジョイントの
座標位置のパラメータを修正するものとして、リンク部
を構成する直動ジョイント等における伸縮制御を補正す
る他、適宜の別途の制御手段を設置することもでき
る）、変位センサーの形式および設置位置および設置形
態等については適宜選定できるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、有限個の取付部を介してジョイント（対偶）と接
続されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列
に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記ジョイン
ト取付部相互間と工作物を固定する定盤間の相対的変位
・姿勢変化を複数個の変位センサを用いてインプロセス
計測するとともに、前記工作物とジョイント間の相対位
置関係を修正することによって、工作物とツール間の相
対的位置・姿勢精度を向上させるように構成したことに
より、パラレルメカニズムを支持する静的なフレームが
パラレルメカニズム稼働時に発生する力学的、熱的変形
が生じても、工作物側から見たジョイント取付部の変形
量（座標値）を、構造物の形状、剛性に関わりなく正確
に把握して、フレームに対するパラレルメカニズムの取
付部基準点である球面ジョイントの座標位置のパラメー
タを修正できるので、工作物とツール間の相対的位置・
姿勢精度を向上させて、高精度にて工作物の加工が可能
となる。
れば、有限個の取付部を介してジョイント（対偶）と接
続されて静的なフレームに支持され、リンク機構を並列
に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記ジョイン
ト取付部相互間と工作物を固定する定盤間の相対的変位
・姿勢変化を複数個の変位センサを用いてインプロセス
計測するとともに、前記工作物とジョイント間の相対位
置関係を修正することによって、工作物とツール間の相
対的位置・姿勢精度を向上させるように構成したことに
より、パラレルメカニズムを支持する静的なフレームが
パラレルメカニズム稼働時に発生する力学的、熱的変形
が生じても、工作物側から見たジョイント取付部の変形
量（座標値）を、構造物の形状、剛性に関わりなく正確
に把握して、フレームに対するパラレルメカニズムの取
付部基準点である球面ジョイントの座標位置のパラメー
タを修正できるので、工作物とツール間の相対的位置・
姿勢精度を向上させて、高精度にて工作物の加工が可能
となる。
【００２７】また、有限個の取付部を介してジョイント
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側との間にスーパーインバーロッドを配設する
とともに、定盤側にスーパーインバーロッドの変位を検
出する変位センサを設置した場合は、熱膨張係数がほぼ
０で熱変形の殆どないスーパーインバー等で定盤基準点
を強固に連結して、簡素な構造にて正確にフレームと定
盤間の距離を測定できる。さらに、前記スーパーインバ
ーロッドは、フレームにおけるジョイント取付部と定盤
側との間の最短距離を結んで配設された場合は、これら
の間の直線距離の変動を正確に変位センサで測定するこ
とができる。さらにまた、前記スーパーインバーロッド
が、フレームにおけるジョイント取付部と定盤側との間
を迂回形態にて結んで配設された場合は、ロッドのジョ
イント取付部側等において、球面ジョイントやパラレル
メカニズムのリンク部分と干渉する虞れのある場合で
も、スーパーインバーロッドが配設でき、配設設計の自
由度が向上する。
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側との間にスーパーインバーロッドを配設する
とともに、定盤側にスーパーインバーロッドの変位を検
出する変位センサを設置した場合は、熱膨張係数がほぼ
０で熱変形の殆どないスーパーインバー等で定盤基準点
を強固に連結して、簡素な構造にて正確にフレームと定
盤間の距離を測定できる。さらに、前記スーパーインバ
ーロッドは、フレームにおけるジョイント取付部と定盤
側との間の最短距離を結んで配設された場合は、これら
の間の直線距離の変動を正確に変位センサで測定するこ
とができる。さらにまた、前記スーパーインバーロッド
が、フレームにおけるジョイント取付部と定盤側との間
を迂回形態にて結んで配設された場合は、ロッドのジョ
イント取付部側等において、球面ジョイントやパラレル
メカニズムのリンク部分と干渉する虞れのある場合で
も、スーパーインバーロッドが配設でき、配設設計の自
由度が向上する。
【００２８】また、有限個の取付部を介してジョイント
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側とのいずれかに、これらの間の距離を計測す
るレーザー干渉測長器を設置した場合は、機械的な測定
部材自身の力学的、熱的変形の影響が皆無となり、測定
精度が向上する。さらに、前記フレームにおける複数の
ジョイント取付部における隣接する一対のジョイント取
付部相互間にスーパーインバーロッドを配設するととも
に、前記一対のジョイント取付部のいずれか一方にスー
パーインバーロッドの変位を検出する変位センサを設置
した場合は、フレーム側における伸縮等によってジョイ
ント取付部が変位する際の変形量を正確に測定して、こ
れを補正することができるので、加工精度がより向上す
る。さらにまた、リンク機構を並列に連結したパラレル
メカニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リン
ク機構を構成するリンク部分の基部をワークを支持する
ベースに球面ジョイントにより取着するとともに、前記
リンク部分の先端部分側に支持されたツールを移動可能
に構成し、前記ワークを支持する基準プレートとベース
との間に変位センサを設置したスーパーインバーロッド
を配設した場合は、球面ジョイントをベース面近くに配
設して、ベース側におけるジョイント取付部と定盤基準
点間の距離の変動を測定して、加工精度をさらに向上さ
せることが可能となる。
（対偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リン
ク機構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、
前記フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定
する定盤側とのいずれかに、これらの間の距離を計測す
るレーザー干渉測長器を設置した場合は、機械的な測定
部材自身の力学的、熱的変形の影響が皆無となり、測定
精度が向上する。さらに、前記フレームにおける複数の
ジョイント取付部における隣接する一対のジョイント取
付部相互間にスーパーインバーロッドを配設するととも
に、前記一対のジョイント取付部のいずれか一方にスー
パーインバーロッドの変位を検出する変位センサを設置
した場合は、フレーム側における伸縮等によってジョイ
ント取付部が変位する際の変形量を正確に測定して、こ
れを補正することができるので、加工精度がより向上す
る。さらにまた、リンク機構を並列に連結したパラレル
メカニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リン
ク機構を構成するリンク部分の基部をワークを支持する
ベースに球面ジョイントにより取着するとともに、前記
リンク部分の先端部分側に支持されたツールを移動可能
に構成し、前記ワークを支持する基準プレートとベース
との間に変位センサを設置したスーパーインバーロッド
を配設した場合は、球面ジョイントをベース面近くに配
設して、ベース側におけるジョイント取付部と定盤基準
点間の距離の変動を測定して、加工精度をさらに向上さ
せることが可能となる。
【００２９】また、リンク機構を並列に連結したパラレ
ルメカニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リ
ンク機構を構成するリンク部分の基部をベースに球面ジ
ョイントにより取着するとともに、前記リンク部分の先
端部分側にワークを支持するエンドエフェクタを取着
し、前記ベースと静的なフレームとの間に変位センサを
設置したスーパーインバーロッドを配設した場合は、フ
レームとベース間の距離の変動を測定しつつ、ワーク側
をパラレルメカニズムにて移動加工させる形式に適用で
きる。さらに、少なくとも３自由度を有するリンク機構
を並列に連結した場合は、８面体そのものとなり、取付
部基準点１か所当たりのジョイントが１個となり、構造
的に簡略化している。かくして、本発明によれば、ジョ
イント取付部相互間と工作物を固定する定盤側間との力
学的および熱的変形による相対的変位・姿勢変化を計
測、補正することによって、構造物の形状、剛性に関わ
りなく、工作物とツールとの間の相対的位置・姿勢精度
を向上させることを可能にしたパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置が提供される。
ルメカニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リ
ンク機構を構成するリンク部分の基部をベースに球面ジ
ョイントにより取着するとともに、前記リンク部分の先
端部分側にワークを支持するエンドエフェクタを取着
し、前記ベースと静的なフレームとの間に変位センサを
設置したスーパーインバーロッドを配設した場合は、フ
レームとベース間の距離の変動を測定しつつ、ワーク側
をパラレルメカニズムにて移動加工させる形式に適用で
きる。さらに、少なくとも３自由度を有するリンク機構
を並列に連結した場合は、８面体そのものとなり、取付
部基準点１か所当たりのジョイントが１個となり、構造
的に簡略化している。かくして、本発明によれば、ジョ
イント取付部相互間と工作物を固定する定盤側間との力
学的および熱的変形による相対的変位・姿勢変化を計
測、補正することによって、構造物の形状、剛性に関わ
りなく、工作物とツールとの間の相対的位置・姿勢精度
を向上させることを可能にしたパラレルメカニズムのフ
レーム変形補正方法およびその装置が提供される。
【図１】図１（Ａ）は工作物を固定する定盤と球面ジョ
イントの位置関係図、図１（Ｂ）は本発明におけるパラ
レルメカニズムのフレーム変形補正装置の要部斜視図で
ある。
イントの位置関係図、図１（Ｂ）は本発明におけるパラ
レルメカニズムのフレーム変形補正装置の要部斜視図で
ある。
【図２】同、各球面ジョイント取付部の座標位置および
その位置ベクトルを説明する図である。
その位置ベクトルを説明する図である。
【図３】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第２実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第２実施の形態を示す図であ
る。
【図４】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第３実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第３実施の形態を示す図であ
る。
【図５】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第４実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第４実施の形態を示す図であ
る。
【図６】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第５実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第５実施の形態を示す図であ
る。
【図７】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第６実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第６実施の形態を示す図であ
る。
【図８】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第７実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第７実施の形態を示す図であ
る。
【図９】本発明のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正方法およびその装置の第８実施の形態を示す図であ
る。
正方法およびその装置の第８実施の形態を示す図であ
る。
【図１０】パラレルメカニズムの３つの形態を示す図で
ある。
ある。
【図１１】代表的なパラレルメカニズム型工作機械の構
造図である。
造図である。
【図１２】一般的な機械の変形要因を示す図である。
１ ベース ２ フレーム ３ 球面ジョイント ４ ツール ５ エンドエフェクタ ６ ユニバーサルジョイント ７ 直動ジョイント ８ アクチュエータ ９ ワーク １０ 定盤 １１ 球面ジョイント取付部基準点 １２ 定盤基準点 １３ スーパーインバーロッド １４ ジョイント取付部 １５ 基準プレート １６ ロッドホルダ １７ 変位センサ １８ レーザー干渉測長器 １９ コーナーキューブミラー
Claims (9)
- 【請求項１】 有限個の取付部を介してジョイント（対
偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リンク機
構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記
ジョイント取付部相互間と工作物を固定する定盤間の相
対的変位・姿勢変化を複数個の変位センサを用いてイン
プロセス計測するとともに、前記工作物とジョイント間
の相対位置関係を修正することによって、工作物とツー
ル間の相対的位置・姿勢精度を向上させることを特徴と
するパラレルメカニズムのフレーム変形補正方法。 - 【請求項２】 有限個の取付部を介してジョイント（対
偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リンク機
構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記
フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定する
定盤側との間にスーパーインバーロッドを配設するとと
もに、定盤側にスーパーインバーロッドの変位を検出す
る変位センサを設置したことを特徴とするパラレルメカ
ニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項３】 前記スーパーインバーロッドは、フレー
ムにおけるジョイント取付部と定盤側との間の最短距離
を結んで配設されたことを特徴とする請求項２に記載の
パラレルメカニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項４】 前記スーパーインバーロッドが、フレー
ムにおけるジョイント取付部と定盤側との間を迂回形態
にて結んで配設されたことを特徴とする請求項２に記載
のパラレルメカニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項５】 有限個の取付部を介してジョイント（対
偶）と接続されて静的なフレームに支持され、リンク機
構を並列に連結したパラレルメカニズムにおいて、前記
フレームにおけるジョイント取付部と工作物を固定する
定盤側とのいずれかに、これらの間の距離を計測するレ
ーザー干渉測長器を設置したことを特徴とするパラレル
メカニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項６】 前記フレームにおける複数のジョイント
取付部における隣接する一対のジョイント取付部相互間
にスーパーインバーロッドを配設するとともに、前記一
対のジョイント取付部のいずれか一方にスーパーインバ
ーロッドの変位を検出する変位センサを設置したことを
特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のパラレ
ルメカニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項７】 リンク機構を並列に連結したパラレルメ
カニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク
機構を構成するリンク部分の基部をワークを支持するベ
ースに球面ジョイントにより取着するとともに、前記リ
ンク部分の先端部分側に支持されたツールを移動可能に
構成し、前記ワークを支持する基準プレートとベースと
の間に変位センサを設置したスーパーインバーロッドを
配設したことを特徴とするパラレルメカニズムのフレー
ム変形補正装置。 - 【請求項８】 リンク機構を並列に連結したパラレルメ
カニズムにおいて、前記パラレルメカニズムの閉リンク
機構を構成するリンク部分の基部をベースに球面ジョイ
ントにより取着するとともに、前記リンク部分の先端部
分側にワークを支持するエンドエフェクタを取着し、前
記ベースと静的なフレームとの間に変位センサを設置し
たスーパーインバーロッドを配設したことを特徴とする
パラレルメカニズムのフレーム変形補正装置。 - 【請求項９】 少なくとも３自由度を有するリンク機構
を並列に連結したことを特徴とする請求項２ないし８の
いずれかに記載のパラレルメカニズムのフレーム変形補
正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159894A JP3939935B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | パラレルメカニズムのフレーム変形測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159894A JP3939935B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | パラレルメカニズムのフレーム変形測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002346959A true JP2002346959A (ja) | 2002-12-04 |
| JP3939935B2 JP3939935B2 (ja) | 2007-07-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001159894A Expired - Fee Related JP3939935B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | パラレルメカニズムのフレーム変形測定方法およびその装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3939935B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008040930A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Okuma Corp | パラレルメカニズム機械の制御方法及び制御装置 |
| JP2009540315A (ja) * | 2006-06-16 | 2009-11-19 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 計測装置 |
| CN103217924A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-24 | 清华大学 | 面向实时控制应用的过约束重型并联机床动力学建模方法 |
| KR20150121358A (ko) * | 2014-04-18 | 2015-10-29 | (주)이빛 | 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘 |
| CN110142997A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-20 | 南京农业大学 | 一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统 |
| CN113188643A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-30 | 陕西省计量科学研究院 | 一种大型电子吊秤的检定装置 |
-
2001
- 2001-05-29 JP JP2001159894A patent/JP3939935B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008040930A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Okuma Corp | パラレルメカニズム機械の制御方法及び制御装置 |
| CN103217924A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-07-24 | 清华大学 | 面向实时控制应用的过约束重型并联机床动力学建模方法 |
| KR20150121358A (ko) * | 2014-04-18 | 2015-10-29 | (주)이빛 | 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘 |
| KR101579550B1 (ko) | 2014-04-18 | 2016-01-05 | (주)이빛 | 트러스 구조 기반의 병렬 메커니즘 |
| CN110142997A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-20 | 南京农业大学 | 一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统 |
| CN110142997B (zh) * | 2019-05-14 | 2024-01-23 | 南京农业大学 | 一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统 |
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