JPH0966480A - 工具ハンドおよびそれを用いた工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トラベリングプレートの移動方向および姿勢変
更に関わらずトラベリングプレートの位置および姿勢を
測定可能にする。 【解決手段】基台とトラベリングプレートとの中心間を
連結する測定リンクを有する工具ハンドにおいて、前記
測定リンクは、前記基台に支持され、この基台と平行な
第１軸回り、および、この第１軸に直交する第２軸回り
に回転変位可能な第１ジョイント部と、前記トラベリン
グプレートに支持され、このトラベリングプレートと平
行な第４軸回り、および、この第４軸に直交する第５軸
回り、並びに、前記第４軸と前記第５軸との両方に直交
する第６軸回りに回転変位可能な第２ジョイント部と、
前記第１ジョイント部および前記第２ジョイント部を結
ぶ第３軸方向に直動変位可能な伸縮リンクとを備えたこ
とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パラレルリンク機
構の工具ハンドおよびそれを用いた工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パラレルリンク機構を用いた工具
ハンドとして、特開平３−２９４１９３号に開示された
ものがある。すなわち、この工具ハンドは、図１３に示
すように、伸縮可能な６本のリンク３（図１３において
は、２本のリンク３のみが図示され、他の４本は省略さ
れている）によりベース部材１とエンドエフェクタ２が
連結され、さらに、ベース部材１およびエンドエフェク
タ２の中心間を６自由度のシリアルリンク４にて連結し
たものである。このシリアルリンク４は、各リンク３の
長さから算出することが困難なエンドエフェクタ２の位
置および姿勢を直接測定する計測手段として使用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のシ
リアルリンク４は、エンドエフェクタ２の移動および姿
勢変更に伴い各軸Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ６回りの
回転と、軸Ｐ４方向の直動とによって６自由度を有して
変位するが、回転軸である軸Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５，
Ｐ６がベース部材１に垂直な軸Ｐ１と、この軸Ｐ１に直
交する軸Ｐ２と、この軸Ｐ２に直交する軸Ｐ３と、エン
ドエフェクタ２に垂直な軸Ｐ６と、この軸Ｐ６に直交す
る軸Ｐ５とから構成される構造上、変位不可能な特異な
方向を有している。このため、エンドエフェクタ２の空
間移動に伴って全ての方向（位置および姿勢）に変位す
ることができず、エンドエフェクタ２の位置および姿勢
を常に測定することができないといった問題があった。
すなわち、シリアルリンク４が図１３に示される状態に
ある場合に、アーム３の伸縮によりエンドエフェクタ２
が図面左右方向に移動されると、シリアルリンク４はそ
の方向に変位することができず、その方向にエンドエフ
ェクタ２を移動させるとシリアルリンク４が破損する恐
れがあった。

【０００４】また、上述した従来技術の工具ハンドにお
いては、シリアルリンク４により測定されたエンドエフ
ェクタ２の位置および姿勢を用いて行う具体的な制御手
段についての技術開示はなされていない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るための請求項１に記載された発明の手段は、基台と、
工具ユニットが装着されるトラベリングプレートと、前
記基台と前記トラベリングプレートとを連結する複数の
アームと、前記基台と前記トラベリングプレートとの中
心間を連結する測定リンクとからなる工具ハンドにおい
て、前記測定リンクは、前記基台もしくは前記トラベリ
ングプレートの何れか一方に支持され、この支持される
前記基台もしくは前記トラベリングプレートに平行な第
１軸回り、および、この第１軸に直交する第２軸回りに
回転変位可能な第１ジョイント部と、前記基台もしくは
前記トラベリングプレートの他方に連結され、この連結
される前記基台もしくは前記トラベリングプレートに平
行な第４軸回り、および、この第４軸に直交する第５軸
回り、並びに、前記第４軸と前記第５軸との両方に直交
する第６軸回りに回転変位可能な第２ジョイント部と、
前記第１ジョイント部および前記第２ジョイント部を結
ぶ第３軸方向に直動変位可能な伸縮リンクとを備えたこ
とことからなる。

【０００６】よって、トラベリングプレートの空間移動
および姿勢変更に伴い、測定リンクはいかなる方向にも
変位される。請求項２に記載された発明の手段は、前記
測定リンクに、前記第１軸、第２軸、第４軸、第５軸お
よび第６軸回りの回転変位量を測定する５つの回転エン
コーダと、前記第３軸方向の直動変位量を測定する１つ
の直動エンコーダをさらに有することからなる。

【０００７】これにより、トラベリングプレートの空間
移動および姿勢変更に伴い、測定リンクはいかなる方向
にも変位され、トラベリングプレートの位置および姿勢
が各エンコーダにより測定される。請求項３に記載され
た発明の手段は、前記アームが少なくとも３組の平行リ
ンクから構成され、前記測定リンクに、前記第１軸およ
び前記第２軸回りの回転変位量を測定する２つの回転エ
ンコーダと、前記第３軸方向の直動変位量を測定する１
つの直動エンコーダをさらに有することからなる。

【０００８】これにより、トラベリングプレートの空間
移動に伴い、測定リンクはいかなる方向にも変位され、
トラベリングプレートの位置が各エンコーダにより測定
される。請求項４における発明の手段は、工作物を載置
するテーブルに対向してフレームに設けられた工具ハン
ドを具備し、前記工具ハンドは、前記フレームに固定さ
れる基台と、工具ユニットが装着されるトラベリングプ
レートと、前記基台と前記トラベリングプレートとを連
結する複数のアームと、前記基台と前記トラベリングプ
レートとの中心間を連結する測定リンクとからなる工作
機械において、前記測定リンクは、前記基台もしくは前
記トラベリングプレートの何れか一方に支持され、この
支持される前記基台もしくは前記トラベリングプレート
に平行な第１軸回り、および、この第１軸に直交する第
２軸回りに回転変位可能な第１ジョイント部と、前記基
台もしくは前記トラベリングプレートの他方に連結さ
れ、この連結される前記基台もしくは前記トラベリング
プレートに平行な第４軸回り、および、この第４軸に直
交する第５軸回り、並びに、前記第４軸と前記第５軸と
の両方に直交する第６軸回りに回転変位可能な第２ジョ
イント部と、前記第１ジョイント部および前記第２ジョ
イント部を結ぶ第３軸方向に直動変位可能な伸縮リンク
とを備えたことからなる。

【０００９】これにより、トラベリングプレートの空間
移動および姿勢変更に伴い、測定リンクはいかなる方向
にも変位され、トラベリングプレートの位置および姿勢
が測定される、よって、工具ユニットの工具を所望の位
置および姿勢に制御でき、高精度な加工が行われる。

【００１０】

【発明の実施形態】以下に図面に基づき、本発明の実施
形態である工具ハンドを用いた工作機械について詳細に
説明する。図１は本実施形態の工具ハンド１０を用いた
工作機械Ｍを示した全体構成図である。工具ハンド１０
は、工作物Ｗを載置するテーブル５２を具備した門型フ
レーム５０の天井に支持柱５１を介して吊設されてお
り、制御装置７０により工具ハンド１０を駆動して、そ
の先端に装着された工具ユニットＴを所望の位置に移動
したり、所望の方向（姿勢）に向けたりして工作物Ｗの
加工を行うものである。

【００１１】次に、図２から図６に基づき、工具ハンド
１０について詳細に説明する。図２および図３に示すよ
うに工具ハンド１０は、主に、門型フレーム５０の天井
に支持柱５１を介して吊設された基台１１と、この基台
１１の下方に位置し、下面に工具ユニットＴを装着する
トラベリングプレート１２と、このトラベリングプレー
ト１２を前記基台１１に連結する６本のアーム１３Ｕ，
１３ｕ，１３Ｖ，１３ｖ，１３Ｗ，１３ｗと、基台１１
とトラベリングプレート１２との中心間を連結し、基台
１１に対するトラベリングプレート１２の位置および姿
勢（詳細にはトラベリングプレート１２の下面に装着さ
れる前記工具ユニットＴの刃具先端の位置および姿勢）
を測定する測定リンク４０とから構成される。

【００１２】基台１１は六角形状の平板部材であり、一
つ置きの辺部に後述する構成のアーム１３Ｕ，１３ｕ，
１３Ｖ，１３ｖ，１３Ｗ，１３ｗが、アーム１３Ｕとア
ーム１３ｕ、アーム１３Ｖとアーム１３ｖ、アーム１３
Ｗとアーム１３ｗとの２本ずつを一組として３方向に放
射状に取り付けられている。各アーム１３Ｕ，１３ｕ，
１３Ｖ，１３ｖ，１３Ｗ，１３ｗの構成は全て同じであ
るためアーム１３Ｕについてのみ説明すると、アーム１
３Ｕはロッド１５Ｕおよびガイド２０Ｕから構成されて
いる。なお、他のアームの構成に関しては番号に付され
た英字が対応しているものとし、また、全ロッド１５
Ｕ，１５ｕ，１５Ｖ，１５ｖ，１５Ｗ，１５ｗの長さは
全てＲとする。

【００１３】ガイド２０Ｕはベース２２Ｕ、スライドテ
ーブル２６Ｕ、ボールネジ２４Ｕ、サーボモータ２５Ｕ
およびモータ位置検出用エンコーダ３１Ｕから構成され
ている。ベース２２Ｕは断面形状がコ型をした部材であ
り、基台１１に対して所定角度Ｋ（例えば４５度）傾斜
して基台１１に固定部材３２により固定されている。こ
のベース２２Ｕにはその長手方向にスライドテーブル２
６Ｕが摺動可能に支持されている。また、ベース２２Ｕ
にはスライドテーブル２６Ｕの図略のナットと螺合する
ボールネジ２４Ｕが回動可能に支持されており、ベース
２２に固定され前記ボールネジ２４に連結されるサーボ
モータ２５Ｕを駆動することにより、ボールネジ２４Ｕ
を回動し、結果としてスライドテーブル２６Ｕをベース
２２Ｕの長手方向に移動するようになっている。

【００１４】上述したスライドテーブル２６Ｕにはロッ
ド１５Ｕがボールジョイント１６Ｕにより連結され、ボ
ールジョイント１６Ｕを支点としてロッド１５Ｕはスラ
イドテーブル２６Ｕに対して３次元方向に揺動可能とな
っている。また、ロッド１５Ｕの他端はトラベリングプ
レート１２にボールジョイント１７Ｕにて連結され、ボ
ールジョイント１７Ｕを支点としてロッド１５Ｕはトラ
ベリングプレート１２に対して３次元方向に揺動可能と
なっている。

【００１５】トラベリングプレート１２は基台１１より
小さな六角形状の平板部材であり、上述したボールジョ
イント１７Ｕ，１７ｕ，１７Ｖ，１７ｖ，１７Ｗ，１７
ｗが、前記基台１１の辺部に対応した一つ置きの辺部に
て、同一平面上に連結されている。そして、このトラベ
リングプレート１２の下面には、例えばドリルやエンド
ミル等の刃物と回転駆動装置からなる工具ユニットＴが
装着されている。

【００１６】測定リンク４０は、図３から図５に示すよ
うに、２軸Ｏ１，Ｏ２回りの回転変位が可能な第１ジョ
イント部４６ａと、３軸Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６回りの回転変
位が可能な第２ジョイント部４６ｂと、１軸Ｏ３方向の
直動変位が可能な伸縮リンク４６ｃと、各５軸Ｏ１，Ｏ
２，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６回りの回転変位量をそれぞれ測定
する５つの回転エンコーダ４２，４５，５３，５６，６
０と１軸Ｏ３方向の直動変位を測定する１つの直動エン
コーダ５１とから構成される。

【００１７】第１ジョイント部４６ａは以下のように構
成される。すなわち、Ｌ字形状をした第１支持部材４１
が基台１１の下面中央に固定され、この第１支持部材４
１の耳部４１ａに円柱状の第１中間部材４３が、基台１
１と平行な第１軸Ｏ１を中心に回転可能に支持されてい
る。この第１中間部材４３の第１支持部材４１（詳細に
は基台１１）に対する第１軸Ｏ１回りの回転変位量αは
第１回転エンコーダ４２にて測定されるようになってい
る。

【００１８】第１中間部材４３の側面には、Ｌ字形状を
した第２支持部材４４の耳部４４ａが、前記第１軸Ｏ１
と直交する第２軸Ｏ２を中心として回転可能に支持され
ており、第１中間部材４３に対する第２支持部材４４の
回転変位量βが第２回転エンコーダ４５により測定され
るようになっている。前記第２支持部材４４の底面には
伸縮リンク４６ｃが前記第１軸Ｏ１および第２軸Ｏ２に
のれぞれに直交する第３軸Ｏ３方向に固定されている。
伸縮リンク４６ｃは、側面の一方が切り欠かれ断面形状
がＣ字状の円筒部材４７と、円筒部材４７の中心穴に摺
動可能に嵌合された円柱部材４８から構成されている。
円筒部材４７の側面には、一定のスリットが設けられた
ゲージ４９が前記切り欠き部分に沿って取り付けられて
いる。また、円柱部材４８の側面には突出部４８ａが形
成されており、円筒部材４７の前記切り欠きと係合し
て、円筒部材４７と円柱部材４８との第３軸Ｏ３方向の
直動変位を許容すると共に、第３軸Ｏ３回りの回転を規
制している。さらに、前記突出部４８ａには、前記ゲー
ジ４９に対向する位置にセンサ５０が取り付けられてお
り、センサ５０がゲージ４９の前記スリットをカウント
することにより円筒部材４７に対する円柱部材４８の直
動変位量、すなわち、伸縮リンク４６ｃの長さＬ（詳細
には前記第２軸Ｏ２と後述する第４軸Ｏ４間の距離）を
測定するようになっている。このゲージ４９とセンサ５
０にて直動エンコーダ５１を構成している。

【００１９】伸縮アーム４６ｃの先端には第２ジョイン
ト部４６ｂが取り付けられている。第２ジョイント部４
６ｂは以下のように構成されている。すなわち、前記円
柱部材４８の先端にはＬ字状をした第３支持部材５２が
取り付けられている。この第３支持部材５２の耳部５２
ａには、円筒状の第２中間部材５４がその側面にて、第
１軸Ｏ１と平行な第４軸Ｏ４を中心として回転可能に支
持されており、第３支持部材５２に対する第２中間部材
５４の回転変位量γが第３回転エンコーダ５３にて測定
されるようになっている。

【００２０】第２中間部材５４の軸方向には、Ｌ字状を
した第４支持部材５５の耳部５５ａが、第４軸Ｏ４と直
交した第５軸Ｏ５を中心に回転可能に支持され、第２中
間部材５４に対する第４支持部材５５の回転変位量δが
第４支持部材５５に取り付けられた第４回転エンコーダ
５６にて測定されるようになっている。第４支持部材５
５の底面は、前記トラベリングプレート１２の中心部分
に、トラベリングプレート１２と直交する第６軸Ｏ６を
中心に回転可能に支持されており、第４支持部材５５に
対するトラベリングプレート１２の回転変位量εがトラ
ベリングプレート１２取り付けられた第５回転エンコー
ダ６０にて測定されるようになっている。

【００２１】なお、各回転エンコーダ４２，４５，５
３，５６，６０の取り付けを第５回転エンコーダ６０を
例にとり図６に基づいて説明すると、トラベリングプレ
ート１２の中心部分に設けられた取付穴の小径部１２ａ
に、第４支持部材５５の底面に形成された大径軸部５５
ｂが軸受５８により支持されている。そして、前記大径
軸部５５ｂの先端に同軸的に形成された小径軸部５５ｃ
が、トラベリングプレート１２の取付穴の大径部１２ｂ
に固定された第５回転エンコーダ６０にキー結合される
ことにより取り付けられている。

【００２２】したがって、上述した構成で基台１１およ
びトラベリングプレート１２の間で６自由度を有する測
定リンク４０は、トラベリングプレート１２の移動に伴
い、いかなる方向にも変位可能なっている。そして、各
回転エンコーダ４２，４５，５３，５６，６０および直
動エンコーダ５１の出力により、基台１１に対するトラ
ベリングプレート２（最終的には工具ユニットＴの刃物
の先端）の位置および姿勢を極座標系（α，β，Ｌ，
γ，δ，ε）として測定可能になっている。詳細には、
第１回転エンコーダ４２と第２回転エンコーダ４５と直
動エンコーダ５１によりトラベリングプレート２の位置
が測定され、第３回転エンコーダ５３と第４回転エンコ
ーダ５６と第５回転エンコーダ６０とによりトラベリン
グプレート１２の姿勢が測定される。

【００２３】続いて、図７に基づき制御装置７０につい
て説明する。制御装置７０は中央処理装置（ＣＰＵ）７
１、メモリ７２、インタフェース７３，７４，７５から
構成される。メモリ７２には後述する誤差マップ作成処
理および実加工処理を実行するためのプログラムが記憶
されていると共に、作成された誤差マップや座標変換し
た座標値等を記憶する作業領域が確保されている。イン
タフェース７３には上述したサーボモータ２５Ｕ，２５
ｕ，２５Ｖ，２５ｖ，２５Ｗ，２５ｗを駆動するデジタ
ルサーボユニット８１〜８６が接続されている。各デジ
タルサーボユニット８１〜８６はＣＰＵ７１からの指令
値（目標値）に基づいてサーボモータ２５Ｕ，２５ｕ，
２５Ｖ，２５ｖ，２５Ｗ，２５ｗをそれぞれ駆動し、各
モータ位置検出用エンコーダ３１Ｕ，３１ｕ，３１Ｖ，
３１ｖ，３１Ｗ，３１ｗからの出力によってフィードバ
ック制御行う。そして、サーボモータ２５Ｕ，２５ｕ，
２５Ｖ，２５ｖ，２５Ｗ，２５ｗによって駆動されるス
ライドテーブル２６Ｕ，２６ｕ，２６Ｖ，２６ｖ，２６
Ｗ，２６ｗを所望の位置にそれぞれ移動することによ
り、結果として、ロッド１５Ｕ，１５ｕ，１５Ｖ，１５
ｖ，１５Ｗ，１５ｗを介して連結されるトラベリングプ
レート１２を所望の位置および姿勢に制御するようにな
っている。なお、上述したインタフェース７３には各６
軸をそれぞれ駆動する６つのデジタルサーボユニット８
１〜８６が個別に接続されているが、複数軸（例えば６
軸）を同時に制御するＮＣボード８０等を使用しても構
わない。

【００２４】インタフェース７４には、上述した測定リ
ンク４０の各回転エンコーダ４２，４５，５３，５６，
６０および直動エンコーダ５１が接続され、各回転変位
量α，β，γ，δ，εおよび直動変位量Ｌがそれぞれ入
力されるようになっている。インタフェース７５には、
後述する加工データ等を入力するキーボード７６、加工
データや現在の工具ハンド１０の状態等を表示する画面
表示装置（ＣＲＴ）７７、後述する誤差マップ作成処理
にて作成された誤差マップを記憶する外部記憶装置７８
（例えばハードディスク等）が接続されている。

【００２５】以上により構成された本実施形態の工具ハ
ンド１０を用いた工作機械Ｍの作用を説明する。本発明
の実施形態である工作機械Ｍは、図８に示す処理に従っ
て工作物Ｗの加工が行われるようになっている。まず、
ステップ１０１に示すように、加工データの作成を行
う。この加工データとは、工作物Ｗの加工点や工具の移
動点における工具ユニットＴの刃物先端（以下、単に工
具先端という）の位置および姿勢を後述する直交座標系
にて指定したデータを列記したものである。この加工デ
ータの作成については、制御装置７０にて接続されたキ
ーボード７６から入力しても構わないし、図略した専用
のデータ作成装置を使用しても構わない。

【００２６】ここで、図９に示す工具ハンド１０のモデ
ル図に基づき直交座標系における工具先端の位置および
姿勢の指定方法について説明する。なお、説明を簡単に
するため図９のモデル図においては、各ボールジョイン
ト１６Ｕ，１６ｕ，１６Ｖ，１６ｖ，１６Ｗ，１６ｗは
ボールネジ２４Ｕ，２４ｕ，２４Ｖ，２４ｖ，２４Ｗ，
２４ｗ上を移動し、工具先端はトラベリングプレート１
２の中心位置Ｏｔに一致しているものとする。

【００２７】直交座標系は、基台１１の中心を原点Ｏｂ
とし、基台１１上でアーム１３Ｕおよびアーム１３ｕが
取り付けられている辺部に直交する方向をＸ軸、基台１
１上で前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸、前記Ｘ軸および
Ｙ軸のそれぞれに直交する方向（基台１１に垂直な方
向）をＺ軸とする。そして、指定される工具先端の位置
Ｏｔは前記原点Ｏｂからの各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸毎の座標値で
指定され、工具先端の姿勢は各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りのそれ
ぞれの回転角度Ａ，Ｂ，Ｃにて設定され、（Ｘ，Ｙ，
Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ）と表記される。こうして、加工点や移
動点における工具先端の位置および姿勢を指定して加工
データを作成する 加工データの作成が完了すると、ステップ１０３（図
８）に示すように、誤差マップ作成処理が行われる。こ
の誤差マップ作成処理とは、ステップ１０１にて作成さ
れた加工データによって工具ハンド１０を実際に駆動し
た時に、移動される工具先端の位置および姿勢を上述し
た測定リンク４０にて測定し、加工データ（指令値）と
測定された工具先端の位置および姿勢（実測値）との誤
差を算出した誤差マップを作成する処理である。この誤
差マップ作成処理を、図１０に示すフローチャートに基
づき詳細に説明する。なお、この誤差マップ作成処理で
は、工作物Ｗはテーブル５２には載置されておらず、空
運転にて行われるようになっている。

【００２８】まず、ステップ２０２にて、図８のステッ
プ１０１にて作成された加工データの１番目の指令値
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）を入力する。
ステップ２０３に移行すると、この直交座標系で指定さ
れた指令値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）
が、各デジタルサーボユニット８１，８２，８３，８
４，８５，８６に出力される出力座標系の指令値（Ｕ
１，ｕ１，Ｖ１，ｖ１，Ｗ１，ｗ１）に座標変換され
る。

【００２９】ここで、出力座標系について図９を基づい
て説明する。出力座標系は、各ボールネジ２４Ｕ，２４
ｕ，２４Ｖ，２４ｖ，２４Ｗ，２４ｗの端点（図９にお
いては基台１１との交点）をそれぞれの原点ＯＵ，Ｏ
ｕ，ＯＶ，Ｏｖ，ＯＷ，Ｏｗとし、各ボールネジ２４
Ｕ，２４ｕ，２４Ｖ，２４ｖ，２４Ｗ，２４ｗの方向を
Ｕ軸、ｕ軸、Ｖ軸、ｖ軸、Ｗ軸、ｗ軸とした６軸から構
成され、（Ｕ，ｕ，Ｖ，ｖ，Ｗ，ｗ）と表記される。

【００３０】次に、直交座標系の指令値（Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）から出力座標系の指令値（Ｕ
１，ｕ１，Ｖ１，ｖ１，Ｗ１，ｗ１）への変換について
説明する。ただし、出力座標系（Ｕ，ｕ，Ｖ，ｖ，Ｗ，
ｗ）への変換処理は、各出力軸Ｕ，ｕ，Ｖ，ｖ，Ｗ，ｗ
毎にそれぞれ同様の演算を行って変換するため、Ｕ軸
（アーム１３Ｕ）についてのみ説明する。

【００３１】まず、所定の角度Ｋにて基台１１に固定さ
れているＵ軸（ボールネジ２４Ｕ）の直交座標系におけ
る直線の方程式を求める。次に、第１番目の指令値（Ｘ
１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）にトラベリングプ
レート１２が移動された場合のボールジョイント１７Ｕ
の座標ＴＵを直交座標系にて算出し、さらに、この座標
ＴＵを中心とした半径Ｒ（ロッド１５Ｕの長さＲ）の球
の方程式を求める。そして、上記求めた直線の方程式と
球の方程式から交点を算出し、この交点とＵ軸の原点Ｏ
Ｕとの距離を求めて、この値を出力座標系に変換された
指令値Ｕ１とする。以上の演算をｕ軸、Ｖ軸、ｖ軸、Ｗ
軸、ｗ軸についてそれぞれ同様に行い、出力座標系にお
ける指令値（Ｕ１，ｕ１，Ｖ１，ｖ１，Ｗ１，ｗ１）を
得る。なお、上述した出力座標系への変換は各ボールジ
ョイント１６Ｕが各ボールネジ２４Ｕ上を移動する図９
のモデルについて説明されているため、実際に行われる
座標変換においては、ボールネジ２４Ｕからボールジョ
イント１６Ｕまでの距離を考慮して座標変換を行う必要
がある。

【００３２】ステップ２０４に移行すると、ステップ２
０３にて出力座標系に変換された指令値（Ｕ１，ｕ１，
Ｖ１，ｖ１，Ｗ１，ｗ１）をデジタルサーボユニット８
１，８２，８３，８４，８５，８６にそれぞれ出力し、
工具ハンド１０を駆動する。すると、各サーボモータ２
５Ｕ，２５ｕ，２５Ｖ，２５ｖ，２５Ｗ，２５ｗがそれ
ぞれ駆動され、各スライドテーブル２６Ｕ，２６ｕ，２
６Ｖ，２６ｖ，２６Ｗ，２６ｗが各ベース２２Ｕ，２２
ｕ，２２Ｖ，２２ｖ，２２Ｗ，２２ｗ上をそれぞれ移動
し、アーム１３Ｕ，１３ｕ，１３Ｖ，１３ｖ，１３Ｗ，
１３ｗにより連結されているトラベリングプレート１
２、すなわち、工具先端は指令された位置および姿勢に
移動される。この時、基台１１とトラベリングプレート
１２との間に連結された測定リンク４０はトラベリング
プレート１２の移動に伴い変位される。

【００３３】工具先端（トラベリングプレート１２）が
指令値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）に移動
されると、ステップ２０５にて、測定リンク４０に取り
付けられた６つのエンコーダ４２，４５，５１，５３，
５６，６０の測定値（α１，β１，Ｌ１，γ１，δ１，
ε１）が入力される。ステップ２０６に移行すると、ス
テップ２０５にて測定された測定値（α１，β１，Ｌ
１，γ１，δ１，ε１）が前記直交座標系の測定値（ｘ
１，ｙ１，ｚ１，ａ１，ｂ１，ｃ１）に座標変換され
る。すなわち、測定リンク４０にて測定される刃物先端
の位置および姿勢の測定値は極座標系として測定される
ため、これを次式により直交座標系に変換する。

【００３４】

【数１】

【００３５】なお、上式は第１軸Ｏ１をＸ軸方向に向け
た場合の式である。また、上式においては、第１軸Ｏ１
から原点Ｏｂまでの距離と、第４軸Ｏ４から工具先端ま
での距離が考慮されていないため、実際の変換に際して
はこれらの距離を考慮して直交座標系の測定値（ｘ１，
ｙ１，ｚ１，ａ１，ｂ１，ｃ１）を求める必要がある。

【００３６】ステップ２０７に移行すると、ステップ２
０６にて直交座標系に変換された測定値（ｘ１，ｙ１，
ｚ１，ａ１，ｂ１，ｃ１）とステップ２０２にて入力し
た指令値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）との
差である誤差値（Δｘ１，Δｙ１，Δｚ１，Δａ１，Δ
ｂ１，Δｃ１）が算出され、ステップ２０８にてこの誤
差値（Δｘ１，Δｙ１，Δｚ１，Δａ１，Δｂ１，Δｃ
１）を指令値（ｘ１，ｙ１，ｚ１，ａ１，ｂ１，ｃ１）
に対応させ、誤差マップとして外部記憶装置７８に記憶
する。そして、ステップ２０９にて次の指令値の有無が
判別され、指令値が存在する場合には上述したステップ
２０２からステップ２０８の処理を繰り返し、次の指令
値が存在しない場合には誤差マップ作成処理を終了す
る。

【００３７】上述したように、誤差マップ作成処理が完
了すると、図８のステップ１０５に示すように、実際に
工作物Ｗの加工を行う実加工処理が実行される。実加工
処理について図１１のフローチャートに基づき説明す
る。なお、この実加工処理が実行される前に工作機械Ｍ
のテーブル５２には工作物Ｗが取り付けられてるものと
する。

【００３８】ステップ３０２にて、前記ステップ１０１
にて作成された加工データの１番目の指令値（Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）が入力される。続くステ
ップ３０４にて、上述した誤差マップ作成処理にて外部
記憶装置７８に記憶された誤差マップより、指令値（Ｘ
１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）に対応する誤差値
（Δｘ１，Δｙ１，Δｚ１，Δａ１，Δｂ１，Δｃ１）
が入力される。

【００３９】ステップ３０５にて、指令値（Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）を誤差値（Δｘ１，Δｙ
１，Δｚ１，Δａ１，Δｂ１，Δｃ１）に基づき補正し
て、補正指令値（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ１’，Ａ１’，Ｂ
１’，Ｃ１’）を算出する。この補正は、例えば、指令
値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）から誤差値
（Δｘ１，Δｙ１，Δｚ１，Δａ１，Δｂ１，Δｃ１）
を減算することにより行われる。

【００４０】ステップ３０６にて、ステップ３０５にて
算出された補正指令値（Ｘ１’，Ｙ１’，Ｚ１’，Ａ
１’，Ｂ１’，Ｃ１’）を、上述した誤差マップ作成処
理のステップ２０３と同様に、出力座標系の補正指令値
（Ｕ１’，ｕ１’，Ｖ１’，ｖ１’，Ｗ１’，ｗ１’）
に座標変換し、ステップ３０７にてこの座標変換された
補正指令値（Ｕ１’，ｕ１’，Ｖ１’，ｖ１’，Ｗ
１’，ｗ１’）をデジタルサーボユニット８１，８２，
８３，８４，８５，８６にそれぞれ出力し、工具ハンド
１０を駆動してトラベリングプレート１２（工具先端）
を指令値（目標値）に移動して工作物Ｗの加工を行う。

【００４１】ステップ３０８にて次の指令値が存在する
か否かが判別され、次の指令値が存在する場合には、ス
テップ３０２から３０７が繰り返されて加工が継続さ
れ、次の指令値が存在しない場合は加工を完了する。以
上に述べたように本発明の実施形態である工具ハンド１
０を用いた工作機械Ｍは、測定リンク４０がトラベリン
グプレート１２の移動に伴い、全方向に変位可能な構成
であるため、いかなるトラベリングプレート１２の移動
に対しても、トラベリングプレート１２（詳細には、ト
ラベリングプレート１２の下面に装着される工具ユニッ
トＴの刃物先端）の位置および姿勢を測定することが可
能である。

【００４２】また、本実施形態の工作機械Ｍにおいて
は、作成した加工データにより工具ハンド１０を実際に
駆動して、その時に測定リンク４０により測定される工
具先端の位置および姿勢から誤差マップを作成し、実際
の加工においてはこの作成された誤差マップの誤差値を
指令値に加味した補正値にて工具ハンド１０を駆動する
ため、指令値どおりに工具先端の位置決めおよび姿勢決
めが行え、高精度な工作物Ｗの加工が可能であるといっ
た効果がある。

【００４３】なお、上述した本発明の実施形態における
工具ハンド１０の測定リンク４０は基台１１に対して第
１軸Ｏ１および第２軸Ｏ２回りに回転可能な２自由度を
有する第１ジョイント部４６ａと、トラベリングプレー
ト１２に対して第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５および第６軸Ｏ
６回りに回転可能な３自由度を有する第２ジョイント部
４６ｂとによって、基台１１とトラベリングプレート１
２との間に接続されているが、その取り付けの方向を逆
向きにし、基台１１に対して３自由度を有し、トラベリ
ングプレート１２に対して２自由度を有して接続しても
上述した工具先端（トラベリングプレート１２）の位置
および姿勢の測定は可能である。

【００４４】また、上述した本発明の実施形態である工
作機械Ｍにおいては、誤差マップ作成処理にて、工具ハ
ンド１０を加工データに基づき空運転し、この時出力さ
れる指令値と測定リンク４０にて測定される実測値とか
ら誤差マップを作成して、実加工処理時に、この誤差マ
ップに基づいて補正された指令値により工具ハンド１０
を駆動して工作物Ｗの加工を行うようにしているが、制
御装置７０にて行われる座標変換等の演算速度に余裕が
ある場合には、加工データの指令値にて工具ハンド１０
を駆動し、この時測定リンク４０にて測定される測定値
を直接フィードバックして工作物Ｗの加工を行うように
しても構わない。

【００４５】さらに、本発明の他の実施形態として、図
１２に示すような基台１１とトラベリングプレート１２
とを３組の平行リンクからなるアーム９３Ｕ，９３Ｖ，
９３Ｗにて連結した工具ハンド９０を用いる場合には、
トラベリングプレート１２は基台１１に対し常に平行に
保たれるため、トラベリングプレート１２の姿勢を測定
する測定リンク４０の第３回転エンコーダ５３、第４回
転エンコーダ５６および第５回転エンコーダ６０は省略
することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の工具ハンド
は、トラベリングプレートの移動および姿勢変更に伴
い、測定リンクがいかなる方向にも変位可能な構成であ
るため、トラベリングプレートの移動方向や姿勢に関わ
らず常にトラベリングプレートの位置および姿勢を測定
できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である工具ハンド用いた工作
機械の全体構成図である。

【図２】本発明の実施形態である工具ハンドを示した斜
視図である。

【図３】本発明の実施形態である工具ハンドの側面図で
ある。

【図４】測定リンクを示した斜視図である。

【図５】測定リンクを示した斜視図である。

【図６】第５回転エンコーダの取り付けを示した断面図
である。

【図７】制御装置を示した構成図である。

【図８】本発明の実施形態である工具ハンド用いた工作
機械の作用を示したフローチャートである。

【図９】工具ハンドの座標系を示したモデル図である。

【図１０】誤差マップ作成処理を示したフローチャート
である。

【図１１】実加工処理を示したフローチャートである。

【図１２】本発明の他の実施形態である工具ハンドを示
した全体構成図である。

【図１３】従来の工具ハンドを示した構成図である。

【符号の説明】

１０，９０ 工具ハンド １１ 基台 １２ トラベリングプレート １３Ｕ，１３ｕ，１３Ｖ，１３ｖ，１３Ｗ，１３ｗ ア
ーム １５Ｕ，１５ｕ，１５Ｖ，１５ｖ，１５Ｗ，１５ｗ ロ
ッド ４０ 測定リンク ４１ 第１支持部材 ４２ 第１回転エンコーダ ４３ 第１中間部材 ４４ 第２支持部材 ４５ 第２回転エンコーダ ４６ａ 第１ジョイント部 ４６ｂ 第２ジョイント部 ４６ｃ 伸縮リンク ５１ 直動エンコーダ ５２ 第３支持部材 ５３ 第３回転エンコーダ ５４ 第２中間部材 ５５ 第４支持部材 ５６ 第４回転エンコーダ ７０ 制御装置 Ｏ１ 第１軸 Ｏ２ 第２軸 Ｏ３ 第３軸 Ｏ４ 第４軸 Ｏ５ 第５軸 Ｏ６ 第６軸 Ｍ 工作機械 Ｔ 工具ユニット Ｗ 工作物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 和也 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 太田 浩充 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、工具ユニットが装着されるトラ
   ベリングプレートと、前記基台と前記トラベリングプレ
   ートとを連結する複数のアームと、前記基台と前記トラ
   ベリングプレートとの中心間を連結する測定リンクとか
   らなる工具ハンドにおいて、前記測定リンクは、前記基
   台もしくは前記トラベリングプレートの何れか一方に支
   持され、この支持される前記基台もしくは前記トラベリ
   ングプレートに平行な第１軸回り、および、この第１軸
   に直交する第２軸回りに回転変位可能な第１ジョイント
   部と、前記基台もしくは前記トラベリングプレートの他
   方に連結され、この連結される前記基台もしくは前記ト
   ラベリングプレートに平行な第４軸回り、および、この
   第４軸に直交する第５軸回り、並びに、前記第４軸と前
   記第５軸との両方に直交する第６軸回りに回転変位可能
   な第２ジョイント部と、前記第１ジョイント部および前
   記第２ジョイント部を結ぶ第３軸方向に直動変位可能な
   伸縮リンクとを備えたことを特徴とする工具ハンド。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の工具ハンドにおい
   て、前記測定リンクは、前記第１軸、第２軸、第４軸、
   第５軸および第６軸回りの回転変位量を測定する５つの
   回転エンコーダと、前記第３軸方向の直動変位量を測定
   する１つの直動エンコーダをさらに有することを特徴と
   する工具ハンド。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の工具ハンドにおい
   て、前記アームは少なくとも３組の平行リンクからな
   り、前記測定リンクは、前記第１軸および前記第２軸回
   りの回転変位量を測定する２つの回転エンコーダと、前
   記第３軸方向の直動変位量を測定する１つの直動エンコ
   ーダをさらに有することを特徴とする工具ハンド。
4. 【請求項４】 工作物を載置するテーブルに対向してフ
   レームに設けられた工具ハンドを具備し、前記工具ハン
   ドは、前記フレームに固定される基台と、工具ユニット
   が装着されるトラベリングプレートと、前記基台と前記
   トラベリングプレートとを連結する複数のアームと、前
   記基台と前記トラベリングプレートとの中心間を連結す
   る測定リンクとからなる工作機械において、前記測定リ
   ンクは、前記基台もしくは前記トラベリングプレートの
   何れか一方に支持され、この支持される前記基台もしく
   は前記トラベリングプレートに平行な第１軸回り、およ
   び、この第１軸に直交する第２軸回りに回転変位可能な
   第１ジョイント部と、前記基台もしくは前記トラベリン
   グプレートの他方に連結され、この連結される前記基台
   もしくは前記トラベリングプレートに平行な第４軸回
   り、および、この第４軸に直交する第５軸回り、並び
   に、前記第４軸と前記第５軸との両方に直交する第６軸
   回りに回転変位可能な第２ジョイント部と、前記第１ジ
   ョイント部および前記第２ジョイント部を結ぶ第３軸方
   向に直動変位可能な伸縮リンクとを備えたことを特徴と
   する工作機械。