JP2004314189A

JP2004314189A - Positioning device using parallel mechanism

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Publication number: JP2004314189A
Application number: JP2003107369A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ritsuya; 宏立矢; Yoshiyuki Kaneko; 義幸金子
Original assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Current assignee: Takamatsu Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP4249530B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small, high-rigid positioning device using a parallel mechanism, used as various machine tools easily performing highly precise processing. <P>SOLUTION: The positioning device is composed of: a two-dimensional position adjusting mechanism 4 relatively and positionally adjusting a first support 1 in relation to a second support 5 in a two-dimensional direction on a plane; and a parallel mechanism 6 with three-dimensional freedom, which three-dimensionally spatially moves the second support 5. The parallel mechanism 6 is provided with: three movable arms 7a-7c which are positioned to surround working space S and whose one ends are supported on a base 3 so that they can swing around support shafts 8 respectively; supporting members 12 provided on these respective movable arms and supporting the second support 5 through universal joint means 14 respectively; and movable arm effective length adjusting means 23 adjusting a distance between the supporting member 12 of each movable arm and the support shaft 8 in the movable arm length direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工作機械などに応用できるパラレルメカニズム利用の位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パラレルメカニズム利用の位置決め装置は、特許文献１〜４に開示されるように、ツールなどの位置決め制御対象物を支持するサポートを６本の伸縮リンクによって支持させ、これら６本の伸縮リンクの伸縮運動により、前記サポートを作業空間内で三次元方向に移動させると共に姿勢を任意に変更制御できるように構成されたものが一般的であるが、この６本の伸縮リンクでサポートを支持する構成は、高い剛性が得られるが、反面、前記サポートで支持されるツールなどを位置決めできる作業領域が非常に小さく、必要十分な大きさの作業領域を確保するためには機構全体を大型化する必要がある。このように機構全体を大型化すると、リンクの節や対偶部の弾性変形量が増大し、位置決め精度が安定しない。このため、現在工作機械として実用化されているものについても、高い加工精度を必要としない部材の加工にしか使用できないという問題点があった。
【０００３】
【特許文献１】
ＧＢ２０８３７９５Ａ
【特許文献２】
ＵＳＰ３２８８４２１
【特許文献３】
ＵＳＰ４９８８２４４
【特許文献４】
ＵＳＰ５９８７７２６
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような従来の問題点を解消し得るパラレルメカニズム利用の位置決め装置を提供することを目的とするものであって、その手段を後述する実施形態の参照符号を付して示すと、第一サポート１と、当該第一サポート１に作業空間Ｓを隔てて対向する第二サポート５と、前記第一サポート１を第二サポート５に対して平面上の二次元方向に相対的に位置調整する二次元位置調整機構４と、前記第二サポート５を三次元空間運動させる３自由度のパラレルメカニズム６とから成り、当該パラレルメカニズム６は、前記作業空間Ｓの周囲を取り囲むように配置されてそれぞれ一端が固定フレーム（基台３）に支軸８の周りに揺動自在に支承された３本の可動アーム７ａ〜７ｃと、この各可動アーム７ａ〜７ｃに設けられて前記第二サポート５をそれぞれ自在継ぎ手手段１４を介して支持する支持部材１２と、各可動アーム７ａ〜７ｃの前記支持部材１２と前記支軸８との間の可動アーム長さ方向の距離を調整する可動アーム有効長さ調整手段２３とを備えた構成となっている。
【０００５】
上記構成の本発明を実施する場合、前記第一サポート１は、前記二次元位置調整機構４を介して基台３上に支持し、前記３本の可動アーム７ａ〜７ｃは、その下端を前記基台３の周辺に前記支軸８により支承させることができる。
【０００６】
又、前記パラレルメカニズム６の各支持部材１２は、各可動アーム７ａ〜７ｃにその長さ方向移動可能に支持し、前記可動アーム有効長さ調整手段２３は、各可動アーム７ａ〜７ｃの長さ方向と平行に支承された螺軸１０と、前記支持部材１２に設けられて前記螺軸１０に螺合する雌ねじ体１３と、前記可動アーム７ａ〜７ｃの遊端部に支持されて前記螺軸１０と連動連結されたモーター１１とから構成することができる。
【０００７】
本発明の位置決め装置を工作機械として応用する場合、第一サポート１で加工用ツールＴを支持させると共に、第二サポート５で被加工ワークＷを支持させることも可能であるが、パラレルメカニズム６で制御される第二サポート５で加工用ツールＴを支持させ、二次元位置調整機構４で制御される第一サポート１を被加工ワークＷの支持台２から構成する方が、被加工ワークＷが重量物であっても位置決め精度に悪影響が及ぶことが少ないので望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適実施形態を添付図に基づいて説明すると、図１において、１は例えば被加工ワークＷの支持台２から構成された第一サポートであって、水平に設置される基台３上に当該第一サポート１を水平面上の二次元方向に位置調整する二次元位置調整機構４を介して支持されている。５は前記第一サポート１に作業空間Ｓを隔てて対向する第二サポートであって、例えば加工用ツールＴを把持するツールクランプを備えており、当該第二サポート５を三次元空間運動させる３自由度のパラレルメカニズム６を介して前記基台３上に支持されている。
【０００９】
３自由度のパラレルメカニズム６は、前記基台３の周辺で前記作業空間Ｓを取り囲むように周方向等間隔おきに配置された３本の可動アーム７ａ〜７ｃを備えている。各可動アーム７ａ〜７ｃは、その下端が、前記作業空間Ｓの垂直中心線と同心の一水平仮想円に対する接線方向に沿った水平支軸８の周りで起伏揺動自在に軸支され、内側には、図４にも示すように、可動アーム長さ方向に沿って固着された２本のスライドガイドレール９ａ，９ｂと、両スライドガイドレール９ａ，９ｂ間で可動アーム長さ方向に沿って支承された１本の自転可能な螺軸１０とが配設され、当該螺軸１０を正逆回転駆動するモーター１１が各可動アーム７ａ〜７ｃの上端（遊端）に、モーター軸心が可動アーム長さ方向と平行になるように取り付けられている。
【００１０】
尚、前記螺軸回転駆動用モーター１１は、可動アーム７ａ〜７ｃの上端部の外側に軸心が可動アーム長さ方向と平行になるように並設し、モーター出力軸と螺軸１０とをタイミングベルトや歯車機構により連動連結させても良い。又、前記螺軸回転駆動用モーター１１は、可動アーム７ａ〜７ｃの下端部の内側又は外側に並設することも可能である。
【００１１】
各可動アーム７ａ〜７ｃの内側には、前記スライドガイドレール９ａ，９ｂによって可動アーム長さ方向に移動可能に支持部材１２が支持され、当該支持部材１２の内側に突設された雌ねじ体１３が前記螺軸１０に螺嵌している。各支持部材１２は、前記第二サポート５の周辺等間隔おきの３カ所に自在継ぎ手手段１４を介して連結されている。この実施形態における前記自在継ぎ手手段１４は、図４にも示すように、支持部材１２側に取り付けられた受け部材１５に把持された球体１６と、第二サポート５側に取り付けられて前記球体１６を保持する軸部１７が突設されたブラケット１８とから成る球継ぎ手１９を使用しているが、如何なる構造の自在継ぎ手手段１４であっても良い。例えば図５に示すように、２本の軸部材２０，２１を互いに直交する十字形中継軸２２でそれぞれ揺動自在に連結し、２本の軸部材２０，２１の少なくとも一方を、支持部材１２又は第二サポート５に対してその軸中心軸線の周りで回転自在にした回転軸継ぎ手２３を利用することもできる。
【００１２】
上記構成の位置決め装置では、各可動アーム７ａ〜７ｃの前記支持部材１２と前記支軸８との間の可動アーム長さ方向の距離を調整する可動アーム有効長さ調整手段２３が、螺軸１０と支持部材１２側の雌ねじ体１３、及び螺軸回転駆動用モーター１１によって構成されているが、可動アーム有効長さ調整手段２３は、他の如何なる構成のものでも良い。例えば、リニアモーターを利用して支持部材１２を可動アーム長さ方向に駆動することもできる。又、可動アーム７ａ〜７ｃに対し支持部材１２を可動アーム長さ方向に移動可能に支持するのではなく、可動アームとしてそれ自体が伸縮駆動可能な伸縮部材を利用し、当該伸縮部材の下端を前記水平支軸８で基台３の周辺に軸支すると共に、当該伸縮部材の上端に前記支持部材１２を固着することも可能である。
【００１３】
基台３上に第一サポート１（ワーク支持台２）を水平面上の二次元方向に位置調整する二次元位置調整機構４は、図２及び図３にも示すように、基台３上に敷設された並列スライドガイドレール２４ａ，２４ｂによってＸ軸方向（左右方向）に移動可能に支持された第一可動台２５と、前記並列スライドガイドレール２４ａ，２４ｂの中間位置でＸ軸方向（左右方向）向きに第一可動台２５に支承され且つ前記第一可動台２５の底部に突設された雌ねじ体に螺合貫通する第一螺軸２６と、当該第一螺軸２６を正逆回転駆動するモーター２７と、前記第一可動台２５上に敷設された並列スライドガイドレール２８ａ，２８ｂによってＹ軸方向（前後方向）に移動可能に支持されたワーク支持台（第二可動台）２と、前記並列スライドガイドレール２８ａ，２８ｂの中間位置でＹ軸方向（前後方向）向きに第一可動台２５上に支承され且つ前記ワーク支持台２の底部に突設された雌ねじ体に螺合貫通する第二螺軸２９と、当該第二螺軸２９を正逆回転駆動するモーター３０とから構成されたものであり、モーター２７による第一螺軸２６の正逆回転駆動により第一可動台２５をＸ軸方向（左右方向）に往復移動させることと、モーター３０による第二螺軸２９の正逆回転駆動によりワーク支持台（第二可動台）２をＹ軸方向（前後方向）に往復移動させることとの組み合わせにより、ワーク支持台２を水平面上Ｘ−Ｙ二次元方向の任意の位置に移動させることができる。尚、第一可動台２５とワーク支持台（第二可動台）２の駆動機構は、図示の螺軸利用のものに限定されるものではない。例えば、リニアモーターを利用したものや、ラックピニオンギア機構利用のものなどでも良い。
【００１４】
上記構成のパラレルメカニズム利用の位置決め装置においては、例えば第一サポート１であるワーク支持台２上にセットされたワークＷは、先に説明した通り、二次元位置調整機構４の２つの螺軸２６，２９の正逆回転駆動により、水平面上Ｘ−Ｙ二次元方向の任意の位置に移動させることができる。一方、ツールＴを支持する第二サポート５は、３自由度のパラレルメカニズム６の各可動アーム７ａ〜７ｃごとの第二サポート５の支持高さ（支軸８から支持部材１２までの可動アーム長さ方向の距離）を、各可動アーム７ａ〜７ｃごとの可動アーム有効長さ調整手段２３のモーター１１による螺軸１０の正逆回転駆動により調整することにより、垂直方向（Ｚ軸方向）の位置とその姿勢（ツールＴの向き）を自在に変えることができる。このとき各可動アーム７ａ〜７ｃは、水平支軸８の周りでの起伏運動のみ可能であるから、第二サポート５の周囲３カ所と各可動アーム７ａ〜７ｃとの接合点が決まることにより、第二サポート５の位置と姿勢が確定することになる。従って、第一サポート１であるワーク支持台２の水平面上Ｘ−Ｙ二次元方向の運動と、ツールＴを支持する第二サポート５の三次元空間運動との組み合わせにより、ツールＴによるワークＷの表面全域に対する所要の加工が行えることになる。
【００１５】
尚、本発明の実施形態は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、第一サポート１に加工用ツールＴを支持させ、第二サポート５で被加工ワークＷを支持させるように構成することも可能である。又、上記実施形態では、第二サポート５を三次元空間運動させる３自由度のパラレルメカニズム６を構成する３本の可動アーム７ａ〜７ｃは、その下端を支軸８の周りに揺動自在に固定フレーム（第一サポート１（ワーク支持台２）を支持する基台３を利用）に軸支したが、理論的には、第二サポート５に対して第一サポート１のある側とは反対側、即ち、第二サポート５の上方に３本の可動アーム７ａ〜７ｃの支軸８を配置することも可能である。具体的には、作業空間Ｓを取り囲む門形の固定フレームを配設し、この門形固定フレームの上部に支軸８で各可動アーム７ａ〜７ｃの上端を軸支することになる。
【００１６】
又、第一サポート１は、二次元位置調整機構によって第二サポート５に対して平面上の二次元方向に相対的に位置調整することができるものであれば良いから、理論的には、第一サポート１を位置固定し、第二サポート５を支持する３自由度のパラレルメカニズム６そのものを二次元位置調整機構によって支持することも可能である。具体的には、パラレルメカニズム６を介して第二サポート５を支持している基台３を二次元位置調整機構４によって固定面上に支持し、当該基台３に設けられた中央開口部を通じるなどして前記固定面上で支持された第一サポート１を基台３の上側に配設することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は以上のように実施し且つ使用することが出来るものであって、係る本発明によれば、次のような理由により、作業領域が広いにもかかわらず装置全体を小型化することができ、しかも位置決め精度が高い位置決め装置、換言すれば、従来のパラレルメカニズム利用の位置決め装置では応用することができなかった高精度が要求される工作機械にも活用することができる位置決め装置を容易に構成することができる。
【００１８】
即ち、従来の６本の伸縮リンク（両端とも３軸方向の自由度が必要）で構成された空間パラレルメカニズムのみで全ての運動を実現させるものでは、固定された案内部が存在しないため、高精度な位置決めが期待できないのに対し、本発明の構成では、少なくとも平面運動を受け持たせる二次元位置調整機構としては、固定された案内部を備えたものを利用することができ、この固定された案内部を備えた二次元位置調整機構を採用するだけで、装置全体としての位置決め精度を高めることができる。又、空間運動を創生する３自由度のパラレルメカニズムを構成する３本の可動アームは、その一端が固定フレームに１軸の周りに揺動自在に支承されたものであって、各可動アームには、前記１軸周りの曲げモーメントが作用しない。従って、この可動アームの断面形状だけで容易に当該可動アームの弾性変形を抑制することができるので、この点でも位置決め精度の高い装置を容易に構成することができる。
【００１９】
更に、本発明の構成では、平面運動と空間運動とをそれぞれ別の手段で分けて行わせるものであるから、広い作業領域を容易に得ることができると共に、装置全体を小型化することも容易である。又、平面運動は受け持たずに空間運動のみを受け持つパラレルメカニズム部分の質量も低減され、節や対偶部の弾性変形量も小さくなるので、この点でも位置決め精度を高めることができる。
【００２０】
又、平面運動と空間運動とをそれぞれ別の手段で分けて行わせるものであるから、例えば被加工ワークの矩形の側縁を加工用ツールで面取り切削加工などを行う場合を想定すると、被加工ワークの各側縁に対する加工用ツールの姿勢を空間運動のみを受け持つパラレルメカニズムで保持し、被加工ワークの各側縁に沿った加工用ツールの相対移動は、平面運動のみを受け持つ二次元位置調整機構によって行わせることができ、この姿勢の保持と移動の両方を１つのパラレルメカニズムのみで行わせる従来の装置と比較して、加工用ツールを支持するパラレルメカニズム側の角変位を理想的な一定値に保って、高精度な加工が容易に行えることになる。
【００２１】
尚、請求項２に記載の構成によれば、１つの固定基台上で第一サポートを支持する二次元位置調整機構と第二サポートを支持するパラレルメカニズムとを支持させることができ、大型の門形固定フレームが不要であり、装置全体を一層コンパクトに構成することができる。
【００２２】
又、請求項３に記載の構成によれば、第二サポートを支持するパラレルメカニズムの主要部材である３本の可動アームとしてそれ自体が伸縮可能なものを採用する場合と比較して、機構がシンプルで且つ高剛性に構成することが容易であり、安価に実施することができる。又、各可動アームごとに併設されるモーターが可動アームの上端に配置されるので、第一第二両サポート間の作業空間からモーターが離れるので、防塵対策の面でも好都合である。
【００２３】
更に、請求項４に記載の構成は、本発明による位置決め装置を各種工作機械に活用する場合に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ図は装置全体の平面図であり、Ｂ図は同正面図である。
【図２】基台上の第一サポートとその二次元位置調整機構とを示す平面図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】パラレルメカニズムの要部を示す横断平面図である。
【図５】同要部の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１第一サポート
２被加工ワークＷの支持台
３基台
４第一サポートの二次元位置調整機構
５加工用ツールＴを支持する第二サポート
６３自由度のパラレルメカニズム
７ａ〜７ｃ可動アーム
８水平支軸
９ａ，９ｂ，２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂスライドガイドレール
１０，２６，２９螺軸
１１，２７，３０螺軸回転駆動用モーター
１２支持部材
１３雌ねじ体
１４自在継ぎ手手段
１９球継ぎ手
２３回転軸継ぎ手
２５第一可動台
Ｓ作業空間[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning device using a parallel mechanism applicable to various machine tools and the like.
[0002]
[Prior art]
As disclosed in Patent Literatures 1 to 4, a positioning device using a parallel mechanism has a support for supporting a positioning control target such as a tool supported by six telescopic links, and the telescopic movement of the six telescopic links. In general, the support is moved in the three-dimensional direction in the work space and the posture can be arbitrarily changed and controlled. In general, the configuration in which the support is supported by the six telescopic links includes: Although high rigidity can be obtained, the working area in which the tool and the like supported by the support can be positioned is very small, and the entire mechanism needs to be enlarged in order to secure a necessary and sufficient working area. . When the entire mechanism is enlarged in this way, the amount of elastic deformation of the link node or the pair is increased, and the positioning accuracy is not stable. For this reason, there has been a problem that even a machine tool currently in practical use can be used only for machining a member that does not require high machining accuracy.
[0003]
[Patent Document 1]
GB2083795A
[Patent Document 2]
USP3288421
[Patent Document 3]
USP 4,988,244
[Patent Document 4]
USP59887726
[0004]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a positioning device using a parallel mechanism that can solve the conventional problems as described above, and the means are denoted by reference numerals in the embodiments described below. , A first support 1, a second support 5 opposed to the first support 1 via a working space S, and the first support 1 relatively to the second support 5 in a two-dimensional direction on a plane. It comprises a two-dimensional position adjusting mechanism 4 for adjusting the position, and a three-degree-of-freedom parallel mechanism 6 for moving the second support 5 in a three-dimensional space. The parallel mechanism 6 is arranged so as to surround the working space S. Three movable arms 7a to 7c each of which is supported at one end by a fixed frame (base 3) so as to be swingable around a support shaft 8, and provided on each of the movable arms 7a to 7c. Sa And a movable member for adjusting the distance in the length direction of the movable arm between the support member 12 and the support shaft 8 of each of the movable arms 7a to 7c. The arm effective length adjusting means 23 is provided.
[0005]
When carrying out the present invention having the above configuration, the first support 1 is supported on the base 3 via the two-dimensional position adjustment mechanism 4, and the lower ends of the three movable arms 7a to 7c are It can be supported around the base 3 by the support shaft 8.
[0006]
Each support member 12 of the parallel mechanism 6 is supported on each of the movable arms 7a to 7c so as to be movable in its length direction, and the movable arm effective length adjusting means 23 is provided with the length of each of the movable arms 7a to 7c. A screw shaft 10 supported in parallel to the direction, a female screw body 13 provided on the support member 12 and screwed to the screw shaft 10, and a screw shaft supported by the free ends of the movable arms 7a to 7c. 10 and a motor 11 interlockingly connected.
[0007]
When the positioning device of the present invention is applied as a machine tool, it is possible to support the processing tool T by the first support 1 and the work W to be processed by the second support 5. When the processing tool T is supported by the controlled second support 5 and the first support 1 controlled by the two-dimensional position adjustment mechanism 4 is configured from the support base 2 of the work W, the work W It is desirable that even a heavy object does not adversely affect the positioning accuracy.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first support constituted by, for example, a support 2 for a workpiece W, 3 is supported via a two-dimensional position adjusting mechanism 4 for adjusting the position of the first support 1 in a two-dimensional direction on a horizontal plane. Reference numeral 5 denotes a second support which is opposed to the first support 1 with a working space S interposed therebetween, and includes, for example, a tool clamp for gripping a processing tool T, and moves the second support 5 in a three-dimensional space. It is supported on the base 3 via a parallel mechanism 6 with a degree of freedom.
[0009]
The three-degree-of-freedom parallel mechanism 6 includes three movable arms 7a to 7c arranged at regular intervals in the circumferential direction so as to surround the work space S around the base 3. Each of the movable arms 7a to 7c has its lower end pivotally supported on a horizontal support shaft 8 along a tangent direction to a horizontal imaginary circle concentric with the vertical center line of the work space S so as to be able to swing up and down. As shown also in FIG. 4, two slide guide rails 9a and 9b fixed along the length of the movable arm and a gap between the two slide guide rails 9a and 9b along the length of the movable arm are provided. One supported rotatable screw shaft 10 is provided, and a motor 11 for driving the screw shaft 10 to rotate forward and reverse is provided at the upper ends (free ends) of the movable arms 7a to 7c, and the motor shaft is movable. It is attached so as to be parallel to the arm length direction.
[0010]
In addition, the screw shaft rotation drive motor 11 is arranged side by side outside the upper ends of the movable arms 7a to 7c so that the axis is parallel to the length direction of the movable arm, and the motor output shaft and the screw shaft 10 are connected to each other. They may be linked and connected by a timing belt or a gear mechanism. Further, the screw rotation driving motor 11 can be arranged in parallel inside or outside the lower ends of the movable arms 7a to 7c.
[0011]
Inside the movable arms 7a to 7c, a support member 12 is supported by the slide guide rails 9a and 9b so as to be movable in the length direction of the movable arm, and a female screw body 13 protruding from the support member 12 is provided. The screw shaft 10 is screwed. Each support member 12 is connected to the three positions at equal intervals around the second support 5 via universal joint means 14. As shown in FIG. 4, the universal joint means 14 in this embodiment includes a sphere 16 gripped by a receiving member 15 attached to the support member 12 and a sphere 16 attached to the second support 5 side. A ball joint 19 is used, which comprises a bracket 18 provided with a shaft portion 17 for holding the joint. However, the universal joint means 14 may have any structure. For example, as shown in FIG. 5, two shaft members 20 and 21 are swingably connected to each other by a cross-shaped relay shaft 22 orthogonal to each other, and at least one of the two shaft members 20 and 21 is connected to the support member 12. Alternatively, it is also possible to use a rotary shaft joint 23 rotatable about the axis center axis of the second support 5.
[0012]
In the positioning device having the above configuration, the movable arm effective length adjusting means 23 for adjusting the distance in the length direction of the movable arm between the support member 12 and the support shaft 8 of each of the movable arms 7a to 7c is provided by the screw shaft 10 And the female screw 13 on the support member 12 side and the motor 11 for driving the rotation of the screw shaft. However, the movable arm effective length adjusting means 23 may have any other configuration. For example, the support member 12 can be driven in the length direction of the movable arm using a linear motor. Also, instead of supporting the movable member 7a to 7c with the support member 12 so as to be movable in the length direction of the movable arm, a movable member is used as the movable arm, and a lower end of the movable member is used. It is also possible to support the base 3 around the horizontal support shaft 8 and to fix the support member 12 to the upper end of the expandable member.
[0013]
A two-dimensional position adjusting mechanism 4 for adjusting the position of the first support 1 (work supporting table 2) on the base 3 in a two-dimensional direction on a horizontal plane is mounted on the base 3 as shown in FIGS. The first movable table 25 movably supported in the X-axis direction (left-right direction) by the laid parallel slide guide rails 24a, 24b, and the X-axis direction (left-right direction) at an intermediate position between the parallel slide guide rails 24a, 24b. ), The first screw shaft 26 is supported by the first movable table 25 and screwed through a female screw body protruding from the bottom of the first movable table 25, and the first screw shaft 26 is driven forward and reverse. And a work support base (second movable base) 2 movably supported in the Y-axis direction (front-back direction) by parallel slide guide rails 28a and 28b laid on the first movable base 25, The parallel slide guide rail A second screw shaft 29 supported on the first movable table 25 in the Y-axis direction (front-rear direction) at an intermediate position between 28a and 28b and threaded through a female screw body projecting from the bottom of the work support table 2. And a motor 30 that drives the second screw shaft 29 in the forward and reverse directions. The first movable table 25 is moved in the X-axis direction (left and right) by the forward and reverse rotation of the first screw shaft 26 by the motor 27. Direction) and the reciprocating movement of the work support base (second movable base) 2 in the Y-axis direction (front-rear direction) by forward / reverse rotation driving of the second screw shaft 29 by the motor 30. The work support 2 can be moved to any position in the XY two-dimensional direction on the horizontal plane. In addition, the drive mechanism of the first movable table 25 and the work support table (second movable table) 2 is not limited to the one using the illustrated screw shaft. For example, a motor using a linear motor or a motor using a rack and pinion gear mechanism may be used.
[0014]
In the positioning device using the parallel mechanism having the above-described configuration, for example, the work W set on the work support base 2 as the first support 1 is, as described above, the two screw shafts 26 of the two-dimensional position adjustment mechanism 4. , 29 can be moved to any position in the XY two-dimensional direction on the horizontal plane. On the other hand, the second support 5 that supports the tool T has a support height (a movable arm length from the support shaft 8 to the support member 12) of the second support 5 for each of the movable arms 7a to 7c of the parallel mechanism 6 having three degrees of freedom. The distance in the vertical direction (Z-axis direction) by adjusting the forward / reverse rotation of the screw shaft 10 by the motor 11 of the movable arm effective length adjusting means 23 for each of the movable arms 7a to 7c. And its posture (the direction of the tool T) can be freely changed. At this time, since each of the movable arms 7a to 7c can only move up and down around the horizontal support shaft 8, three joints around the second support 5 and the movable arms 7a to 7c are determined. The position and posture of the second support 5 are determined. Therefore, the combination of the movement of the work support 2 as the first support 1 in the XY two-dimensional directions on the horizontal plane and the three-dimensional movement of the second support 5 supporting the tool T causes the work W to be moved by the tool T. Necessary processing can be performed on the entire surface.
[0015]
The embodiment of the present invention is not limited to the above configuration. For example, the first support 1 may support the processing tool T, and the second support 5 may support the workpiece W. Further, in the above embodiment, the three movable arms 7 a to 7 c constituting the three-degree-of-freedom parallel mechanism 6 for moving the second support 5 in three-dimensional space are configured such that the lower ends thereof can swing freely around the support shaft 8. Although it was pivotally supported by a fixed frame (using the base 3 supporting the first support 1 (work support 2)), it is theoretically opposite to the side of the first support 1 with respect to the second support 5. It is also possible to arrange the support shafts 8 of the three movable arms 7a to 7c on the side, that is, above the second support 5. Specifically, a gate-shaped fixed frame that surrounds the work space S is provided, and the upper ends of the movable arms 7a to 7c are supported by the support shaft 8 above the gate-shaped fixed frame.
[0016]
Further, the first support 1 may be any as long as it can be adjusted relative to the second support 5 in a two-dimensional direction on a plane by the two-dimensional position adjusting mechanism. It is also possible to fix the position of one support 1 and support the parallel mechanism 6 itself having three degrees of freedom, which supports the second support 5, by a two-dimensional position adjustment mechanism. Specifically, the base 3 that supports the second support 5 via the parallel mechanism 6 is supported on a fixed surface by the two-dimensional position adjustment mechanism 4, and the central opening provided in the base 3 is The first support 1 supported on the fixing surface through communication or the like can be disposed above the base 3.
[0017]
【The invention's effect】
The present invention can be implemented and used as described above. According to the present invention, it is possible to reduce the size of the entire apparatus despite the large working area for the following reasons. A positioning device that can be used and has high positioning accuracy, in other words, a positioning device that can be applied to a machine tool that requires high accuracy, which cannot be applied with a positioning device using a conventional parallel mechanism, easily. Can be configured.
[0018]
That is, in the case where all the movements are realized only by the spatial parallel mechanism composed of the conventional six telescopic links (both ends need a degree of freedom in three axial directions), since there is no fixed guide portion, the height is high. While accurate positioning cannot be expected, in the configuration of the present invention, at least a two-dimensional position adjusting mechanism for providing the plane movement can be provided with a fixed guide portion. Only by employing the two-dimensional position adjustment mechanism having the guide unit provided, the positioning accuracy of the entire apparatus can be improved. Each of the three movable arms, which constitutes a three-degree-of-freedom parallel mechanism for creating spatial motion, is supported at one end by a fixed frame so as to be swingable around one axis. Does not act on the bending moment about the one axis. Therefore, since the elastic deformation of the movable arm can be easily suppressed only by the cross-sectional shape of the movable arm, an apparatus having high positioning accuracy can be easily configured also in this regard.
[0019]
Further, in the configuration of the present invention, since the plane motion and the spatial motion are separately performed by different means, a wide working area can be easily obtained, and the size of the entire apparatus can be easily reduced. It is. In addition, since the mass of the parallel mechanism portion that performs only the spatial motion without performing the planar motion is reduced, and the elastic deformation of the node or the pair is reduced, the positioning accuracy can be improved also in this respect.
[0020]
In addition, since the plane motion and the space motion are performed separately by different means, for example, assuming a case where a rectangular side edge of a work to be processed is chamfered by a processing tool, a Two-dimensional position adjustment that holds the attitude of the processing tool with respect to each side edge of the workpiece by a parallel mechanism that only performs spatial motion, and the relative movement of the processing tool along each side edge of the workpiece to be processed is only plane motion In comparison with a conventional device in which both the holding and movement of this posture are performed by only one parallel mechanism, the angular displacement on the side of the parallel mechanism that supports the processing tool is an ideal constant. By keeping the value, high-precision processing can be easily performed.
[0021]
According to the configuration of the second aspect, it is possible to support the two-dimensional position adjustment mechanism that supports the first support and the parallel mechanism that supports the second support on one fixed base. Since a gate-shaped fixed frame is not required, the entire apparatus can be configured more compactly.
[0022]
Further, according to the configuration of the third aspect, the mechanism is more compared with a case where the three movable arms, which are main members of the parallel mechanism supporting the second support, are capable of expanding and contracting themselves. It is simple and easy to configure with high rigidity, and can be implemented at low cost. In addition, since the motor provided for each movable arm is arranged at the upper end of the movable arm, the motor is separated from the working space between the first and second supports, which is advantageous in terms of dust prevention measures.
[0023]
Furthermore, the configuration described in claim 4 is particularly suitable when the positioning device according to the present invention is used for various machine tools.
[Brief description of the drawings]
1A is a plan view of the entire apparatus, and FIG. 1B is a front view of the same.
FIG. 2 is a plan view showing a first support on a base and a two-dimensional position adjusting mechanism thereof.
FIG. 3 is a front view of FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional plan view showing a main part of the parallel mechanism.
FIG. 5 is a side view showing a modification of the main part.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 first support 2 support base 3 for work W to be processed 3 base 4 two-dimensional position adjustment mechanism 5 for first support 5 second support 6 that supports processing tool T parallel mechanism 7a to 7c with three degrees of freedom movable arm 8 horizontal Support shafts 9a, 9b, 24a, 24b, 28a, 28b Slide guide rails 10, 26, 29 Screw shafts 11, 27, 30 Screw shaft rotation drive motor 12 Support member 13 Female screw body 14 Universal joint means 19 Ball joint 23 Rotation shaft Joint 25 First movable platform S Work space

Claims

第一サポートと、当該第一サポートに作業空間を隔てて対向する第二サポートと、前記第一サポートを第二サポートに対して平面上の二次元方向に相対的に位置調整する二次元位置調整機構と、前記第二サポートを三次元空間運動させる３自由度のパラレルメカニズムとから成り、当該パラレルメカニズムは、前記作業空間の周囲を取り囲むように配置されてそれぞれ一端が固定フレームに支軸の周りに揺動自在に支承された３本の可動アームと、この各可動アームに設けられて前記第二サポートをそれぞれ自在継ぎ手手段を介して支持する支持部材と、各可動アームの前記支持部材と前記支軸との間の可動アーム長さ方向の距離を調整する可動アーム有効長さ調整手段とを備えている、パラレルメカニズム利用の位置決め装置。A first support, a second support opposed to the first support via a working space, and a two-dimensional position adjustment for adjusting the position of the first support relative to the second support in a two-dimensional direction on a plane. And a three-degree-of-freedom parallel mechanism for moving the second support in a three-dimensional space. Three movable arms slidably mounted on the movable arm, a support member provided on each of the movable arms to support the second support via universal joint means, a support member for each movable arm, A positioning device using a parallel mechanism, comprising: a movable arm effective length adjusting means for adjusting a distance in a length direction of the movable arm from the support shaft.

前記第一サポートは、前記二次元位置調整機構を介して基台上に支持され、前記３本の可動アームは、その下端が前記基台の周辺に前記支軸により支承されている、請求項１に記載のパラレルメカニズム利用の位置決め装置。The first support is supported on a base via the two-dimensional position adjustment mechanism, and the three movable arms are supported at their lower ends around the base by the support shaft. 2. The positioning device using the parallel mechanism according to 1.

前記パラレルメカニズムの各支持部材は、各可動アームにその長さ方向移動可能に支持され、前記可動アーム有効長さ調整手段は、各可動アームの長さ方向と平行に支承された螺軸と、前記支持部材に設けられて前記螺軸に螺合する雌ねじ体と、前記可動アームの遊端部に支持されて前記螺軸と連動連結されたモーターとから成る、請求項１又は２に記載のパラレルメカニズム利用の位置決め装置。Each support member of the parallel mechanism is supported by each movable arm so as to be movable in its length direction, and the movable arm effective length adjusting means includes a screw shaft supported in parallel with the length direction of each movable arm, The female screw body provided on the support member and screwed to the screw shaft, and a motor supported by a free end of the movable arm and connected to the screw shaft in an interlocking manner. Positioning device using a parallel mechanism.

前記第一サポートは、被加工ワークの支持台から成り、前記第二サポートは、加工用ツールを支持する、請求項１〜３の何れかに記載のパラレルメカニズム利用の位置決め装置。The positioning device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first support comprises a support for a workpiece to be processed, and the second support supports a processing tool.