JP2007268681A

JP2007268681A - Space 3-degree-of-freedom parallel mechanism and multi-spindle control machine tool using the space 3-degree-of-freedom parallel mechanism

Info

Publication number: JP2007268681A
Application number: JP2006099991A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ota; 浩充太田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP4984114B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a space 3-degree-of-freedom parallel mechanism having a simplified mechanism, essentially having high rigidity, wider in the swivel angle movable range of a mobile body (spindle head), having the high absolute accuracy of positioning, facilitating the calibration of a mechanism parameter and having favorable feedback controllability. <P>SOLUTION: A spindle head 30 is supported by first and second movable support bodies 23, 25 freely movable in the axes of Z, A and B. Driving sliders 33, 33 and 33 moving on three linear guides 21 fixed in a stationary system and the spindle head 30 are connected to one another by three rods 35, 35 and 35. A spherical joint 36 and a universal joint 37 are used for connection. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、工作機械の主軸頭やテーブルを３自由度で移動位置決めさせるパラレル機構に関し、特に航空機部品を加工するミーリング機械に適用するに好適な空間３自由度パラレル機構に関する。 The present invention relates to a parallel mechanism for moving and positioning a spindle head and a table of a machine tool with three degrees of freedom, and more particularly to a spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism suitable for application to a milling machine that processes aircraft parts.

この種のパラレル機構としては、米国特許ＵＳ６，４３１，８０２Ｂに開示された図１０のようなものがある。これは、３本のボールスクリュー５でＺ軸方向に駆動される３つのキャリッジ３により主軸頭１２をパラレル駆動するものである。３つのキャリッジ３と主軸頭１２は３つの連結ロッド（８、９）により連結されている。キャリッジ３と連結ロッド８との連結手段はＺ軸に垂直なピン１０により、主軸頭１２と連結ロッド９との連結手段はユニバーサルジョイント１１によりなされている。この機構は簡略であるという利点がある。しかし、主軸頭の位置、角度を主軸頭から離れた３つのキャリッジ３の位置で検出し制御するため、連結ロッド８，９などの部品寸法に加工誤差があると直接位置決め誤差に響いてしまう。また、連結ロッド８，９等の熱変形による誤差が補正できない、といった問題点があった。このような誤差が出たまま制御すると、位置決め誤差が悪くなる、位置制御の制御性（応答性）が悪くなるという問題点があった。また、ピン１０による連結であるので、換言するとロッド８，９両端のジョイントの自由度の和が４であり５より少ないため、連結ロッド９に曲げ応力が掛かり機構としての剛性が弱くなる、という問題点があった。 An example of this type of parallel mechanism is shown in FIG. 10 disclosed in US Pat. No. 6,431,802B. In this case, the spindle head 12 is driven in parallel by three carriages 3 driven in the Z-axis direction by three ball screws 5. The three carriages 3 and the spindle head 12 are connected by three connecting rods (8, 9). The connecting means for the carriage 3 and the connecting rod 8 is a pin 10 perpendicular to the Z axis, and the connecting means for the spindle head 12 and the connecting rod 9 is a universal joint 11. This mechanism has the advantage of simplicity. However, since the position and angle of the spindle head are detected and controlled at the positions of the three carriages 3 away from the spindle head, if there is a processing error in the component dimensions such as the connecting rods 8 and 9, the positioning error directly affects the positioning error. In addition, there is a problem that errors due to thermal deformation of the connecting rods 8 and 9 cannot be corrected. If the control is performed with such an error, the positioning error is deteriorated and the controllability (responsiveness) of the position control is deteriorated. In addition, since it is connected by the pin 10, in other words, the sum of the degrees of freedom of the joints at both ends of the rods 8 and 9 is 4 and less than 5, so that bending stress is applied to the connecting rod 9 and the rigidity as the mechanism is weakened. There was a problem.

また、ヨーロッパ特許ＥＰ１，２４５，３４９Ｂには、図１１に示すようなものが開示されている。これは、Ｚ方向の３本のガイドウエイ２にスライダ４を乗せ、各スライダ４にペアとなったアーム３を連結し６本のアーム３で主軸頭に相当するヘッドプラットホーム５を支承する。各アーム３とスライダ４及びヘッドプラットホーム５との連結には球面ジョイント６，７が用いられる。この装置は球面ジョイント６、７を使用しているのでアーム３に曲げ応力が掛からず剛性が高い。しかし、ヘッドプラットホーム５から離れたスライダ４の位置でヘッドプラットホーム５の位置姿勢を検出し制御するため、上記と同様に、アーム３などの部品寸法に加工誤差があると直接位置決め誤差に響いてしまう。また、アーム３等の熱変形による誤差が補正できない、といった問題点があった。このような誤差を残したまま制御すると、位置決め誤差が悪くなる、位置制御の制御性（応答性）が悪くなるという問題点がある。また、隣接したアーム３とスライダ４、ガイドウエイ２が干渉するため、ヘッドプラットホーム５の旋回範囲が小さくなるという問題点があった。 Further, European Patent EP1,245,349B discloses the one shown in FIG. In this method, sliders 4 are placed on three guideways 2 in the Z direction, a pair of arms 3 is connected to each slider 4, and the head platform 5 corresponding to the spindle head is supported by the six arms 3. Spherical joints 6 and 7 are used to connect each arm 3 to the slider 4 and the head platform 5. Since this apparatus uses spherical joints 6 and 7, the arm 3 is not subjected to bending stress and has high rigidity. However, since the position and orientation of the head platform 5 is detected and controlled at the position of the slider 4 away from the head platform 5, as in the above case, if there is a machining error in the component dimensions of the arm 3 or the like, it directly affects the positioning error. . There is also a problem that errors due to thermal deformation of the arm 3 and the like cannot be corrected. If the control is performed while such an error remains, there are problems that the positioning error is deteriorated and the controllability (responsiveness) of the position control is deteriorated. Further, since the adjacent arm 3, slider 4 and guide way 2 interfere with each other, there is a problem that the turning range of the head platform 5 becomes small.

日本特許、特開平１１−１０５７５号には、図１２に示すようなものが開示されている。これは、エンドプレート６を駆動する３本のリンク７及びボールねじ１９の他に、エンドプレート６の位置姿勢を検出するためのマスト１を設け、このマスト１のベースプレート３位置付近での位置姿勢を検出するようにしたものである。これも、位置検出精度は上記２件のものより良くなるものの、エンドプレート６から離れた位置で検出しているため、上記と同様に、マスト１の部品寸法に加工誤差があると直接位置決め誤差に響いてしまう。また、マスト１等の熱変形による誤差が補正できない、といった問題点があった。このような誤差を残したまま制御すると、位置決め誤差が悪くなる、位置制御の制御性（応答性）が悪くなるという問題点がある。また、この装置では、検出されたマスト１の３軸（ｌ、θ、φ）を逆変換して各アクチュエーターの指令値にフィードバックをかけているが、逆変換関数の機構パラメータに製造誤差、熱変位等により実際の機械と誤差が生じた場合、いかんとも対処できないという問題点があった。 Japanese Patent No. 11-10575 discloses a device as shown in FIG. This is because the mast 1 for detecting the position and orientation of the end plate 6 is provided in addition to the three links 7 and the ball screw 19 that drive the end plate 6, and the position and orientation of the mast 1 near the position of the base plate 3 is provided. Is to be detected. Although the position detection accuracy is also better than the above two cases, since the detection is performed at a position away from the end plate 6, similarly to the above, if there is a processing error in the part dimensions of the mast 1, a direct positioning error is detected. It will sound. Further, there is a problem that an error due to thermal deformation of the mast 1 or the like cannot be corrected. If the control is performed while such an error remains, there are problems that the positioning error is deteriorated and the controllability (responsiveness) of the position control is deteriorated. In this apparatus, the detected three axes (l, θ, φ) of the mast 1 are inversely converted and feedback is applied to the command value of each actuator. There was a problem that it was not possible to cope with any errors caused by the displacement of the actual machine.

また、出願人はかって、特開２００２−２６３９７３号で、６本のロッドでトラベリングプレートを保持するパラレルリンク機構であって演算位置情報と測定位置情報から機構パラメータの校正を行うものを提案した。しかしながら、測定位置情報の基礎となる現在位置の検出器が６個のモータ位置検出用エンコーダと各ロッドの回転角を検出する６個の角度センサであるので、トラベリングプレートの位置を直接的に検出するものではない。このため、１２個の検出器により位置を検出し５自由度のトラベリングプレートの機構パラメータを推定しようとするものであり、演算負荷が大きいという問題点があった。また、トラベリングプレートから離れた箇所で現在位置を検出しフィードバックをかけて制御することになるから、機構パラメータに誤差があると、位置決め誤差が悪くなる、位置制御の制御性（応答性）が悪くなる、という問題点があった。さらに、検出軸が１２軸となって機構が複雑であるという問題点もあった。 In addition, the applicant has proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263973 a parallel link mechanism that holds a traveling plate with six rods and calibrates mechanism parameters from calculated position information and measured position information. However, since the current position detector, which is the basis of the measurement position information, is six motor position detection encoders and six angle sensors that detect the rotation angle of each rod, the position of the traveling plate is directly detected. Not what you want. Therefore, the position is detected by 12 detectors and the mechanism parameter of the traveling plate having 5 degrees of freedom is to be estimated, and there is a problem that the calculation load is large. In addition, since the current position is detected at a location away from the traveling plate and feedback is used for control, if there is an error in the mechanism parameters, the positioning error will deteriorate, and the controllability (responsiveness) of the position control will deteriorate. There was a problem of becoming. Furthermore, there is a problem that the detection mechanism is 12 axes and the mechanism is complicated.

米国特許ＵＳ６，４３１，８０２ＢUS Patent US 6,431,802B ヨーロッパ特許ＥＰ１，２４５，３４９ＢEuropean patent EP1,245,349B 特開平１１−１０５７５号JP-A-11-10575 特開２００２−２６３９７３号JP 2002-263973 A

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、簡易な機構で本質的に剛性が高く、可動体（主軸頭）の旋回角度可動範囲が広く、位置決めの絶対精度が本質的に高い空間３自由度パラレル機構を提供することにある。そして、機構パラメータの校正が行い易くフィードバック制御の制御性（応答性）を高めるのが容易な空間３自由度パラレル機構を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a simple mechanism with essentially high rigidity and a wide range of rotation angle of the movable body (spindle head), An object of the present invention is to provide a spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism having an essentially high positioning accuracy. Another object of the present invention is to provide a spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism in which mechanism parameters can be easily calibrated and the controllability (responsiveness) of feedback control can be easily improved.

上記の目的を達成するため、第１の態様の発明では、相対的に静止した系であるハウジングに固定された直線ガイドと、可動体と、前記直線ガイドに案内され直線ガイドの方向（以下Ｚ軸方向という）に移動自在であると共に、互いに略直交する回転軸２軸（以下Ａ軸及びＢ軸という）で回転可能に前記可動体を支承する可動体サポート体と、一端が前記ハウジングに連結され他端がロッド等を介して前記可動体に連結され可動体を移動可能にする３つのアクチュエーターと、を備えることを特徴とする空間３自由度パラレル機構が提供される。 In order to achieve the above object, in the first aspect of the invention, a linear guide fixed to a housing which is a relatively stationary system, a movable body, and a direction of the linear guide guided by the linear guide (hereinafter referred to as Z). And a movable body support body that supports the movable body so as to be rotatable about two rotation shafts (hereinafter referred to as A-axis and B-axis) that are substantially orthogonal to each other, and one end connected to the housing. And a three-degree-of-freedom parallel mechanism characterized in that the other end is connected to the movable body via a rod or the like and is movable.

上記のように構成すると、ロッドの一端はアクチュエーターの出力端に連結され、ロッドの他端は可動体に連結される。このため、３本のロッドには伸縮力と圧縮力しか働かず、曲げ応力が発生しないので駆動機構の剛性が高くなるという効果を奏する。さらに、３本のみのロッドが直接可動体に連結されているので、直線ガイドとの干渉も起こらず、可動体（主軸頭）の旋回角度可動範囲が広くなるという効果がある。さらに、可動体がＺ軸．Ａ軸及びＢ軸に移動可能に可動体サポート体に支承されているから、各軸の動きを殆ど直接的に位置検出器（エンコーダ）で検出することができ、変換演算の殆どいらない位置検出値を検出することができる。このため、位置決めの絶対精度が本質的に高く、機構パラメータの校正も容易であるという効果を奏する。 If comprised as mentioned above, the end of a rod will be connected with the output end of an actuator, and the other end of a rod will be connected with a movable body. For this reason, only the expansion and contraction force and the compression force are applied to the three rods, and no bending stress is generated, so that the rigidity of the drive mechanism is increased. Further, since only three rods are directly connected to the movable body, there is no interference with the linear guide, and there is an effect that the movable angle range of the movable body (spindle head) is widened. Furthermore, the movable body is the Z-axis. Since it is supported by the movable body support body so as to be movable along the A axis and the B axis, the movement of each axis can be detected almost directly by the position detector (encoder), and the position detection value that requires almost no conversion calculation. Can be detected. For this reason, the absolute accuracy of positioning is essentially high, and the mechanism parameters can be easily calibrated.

ここで、第２の態様の発明として、前記可動体の位置を検出する３つの可動***置検出器を備え、その可動***置検出器が、可動体のＺ軸位置を検出するＺ軸位置検出器とＡ軸姿勢を検出するＡ軸位置検出器とＢ軸姿勢を検出するＢ軸位置検出器である、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、可動体の位置姿勢（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）をより直接的に検出することができ、位置決め精度が向上すると共に制御性（応答性）が良くなるという効果がある。 Here, as a second aspect of the invention, there are provided three movable body position detectors for detecting the position of the movable body, and the movable body position detector detects the Z-axis position of the movable body. And an A-axis position detector for detecting the A-axis posture and a B-axis position detector for detecting the B-axis posture. With this configuration, the position and orientation (Z-axis, A-axis, B-axis) of the movable body can be detected more directly, and the positioning accuracy is improved and controllability (responsiveness) is improved. is there.

そして、第３の態様の発明として、前記可動体サポート体が、前記直線ガイドに案内されＺ軸方向に移動自在にされた第１の可動サポート体と、前記第１の可動サポート体にＢ軸方向に回転自在に支承された第２の可動サポート体とからなり、前記第２の可動サポート体にＡ軸方向に回転自在に前記可動体が支承されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、第１の可動サポート体と第２の可動サポート体とでユニバーサルジョイントを構成し、そのユニバーサルジョイントがＺ軸方向に移動自在にされているから、３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）方向には移動自在に、他の方向には剛性を強く、機構を構成することができる。また、可動体の３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）の位置を直接的に検出するのが容易になるという効果を奏する。 As a third aspect of the invention, the movable body support body is guided by the linear guide and made movable in the Z-axis direction, and the first movable support body has a B-axis. And a second movable support body supported rotatably in the direction. The movable body is supported on the second movable support body so as to be rotatable in the A-axis direction. . With this configuration, the first movable support body and the second movable support body constitute a universal joint, and the universal joint is movable in the Z-axis direction. The mechanism can be configured to be movable in the (axis, B axis) direction and rigid in the other directions. Further, there is an effect that it is easy to directly detect the positions of the three axes (Z axis, A axis, B axis) of the movable body.

第４の態様の発明として、前記３つのアクチュエーターが、Ｚ軸方向に３つの駆動スライダを移動させる直線アクチュエーターであり、前記３つの駆動スライダと前記可動体が３本のロッドで連結され、その連結手段が、いずれか一方の連結手段が３自由度を有するジョイントであり、他方の連結手段が２自由度以上を有するジョイントであることと、からなることを特徴とすることができる。このように構成すると、各ロッドの両端が合わせて５自由度以上の自由度で連結されるので、各ロッドには伸縮力と圧縮力しか働かず、曲げ応力が全く発生しないので駆動機構の剛性が高くなるという効果を奏する。このため、ロッドの曲げ変形による機構パラメータの変動ということが全くなく、空間３自由度パラレル機構の制御性（応答性）が向上するという効果を奏する。 As a fourth aspect of the invention, the three actuators are linear actuators that move three drive sliders in the Z-axis direction, the three drive sliders and the movable body are connected by three rods, and the connection The means may be characterized in that any one of the connecting means is a joint having three degrees of freedom and the other connecting means is a joint having two or more degrees of freedom. With this configuration, since both ends of each rod are joined together with a degree of freedom of 5 degrees or more, each rod can only operate with expansion and contraction force and compression force, and no bending stress is generated. Has the effect of becoming higher. For this reason, there is no change in the mechanism parameters due to bending deformation of the rod, and the controllability (responsiveness) of the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism is improved.

第５の態様の発明として、前記アクチュエーターの位置を検出するアクチュエーター位置検出器を備え、前記３つの可動***置検出器がそれぞれ前記アクチュエーター位置検出器よりも前記可動体の近傍に配置され、その３つの可動***置検出器からの情報に基づき前記３つのアクチュエーターをフィードバック制御するフィードバック制御手段を備える、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、前記３つの可動***置検出器が可動体の近傍に配置されることになるから、可動体から可動***置検出器に至る部材が小さくなり、それだけ正確に可動体の３軸位置を検出できる。したがって、正確な３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）の位置情報に基づきアクチュエーターが制御され３本のロッドが制御されるから、正確で制御性の良い３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）フィードバック制御が行われるという優れた効果を奏する。 As a fifth aspect of the invention, an actuator position detector for detecting the position of the actuator is provided, and the three movable body position detectors are arranged closer to the movable body than the actuator position detector, respectively. Feedback control means for feedback-controlling the three actuators based on information from two movable body position detectors may be provided. If comprised in this way, since the said 3 movable body position detector will be arrange | positioned in the vicinity of a movable body, the member from a movable body to a movable body position detector will become small, and the 3 of a movable body will be exactly that much. Axis position can be detected. Therefore, since the actuator is controlled based on the accurate position information of the three axes (Z axis, A axis, B axis) and the three rods are controlled, the three axes (Z axis, A axis, B axis) An excellent effect is achieved in that feedback control is performed.

第６の態様の発明として、前記Ｚ軸位置検出器が前記第１の可動サポート体のＺ軸位置を検出する位置検出器であり、前記Ｂ軸位置検出器が前記第２の可動サポート体の回転位置を検出する回転位置検出器であり、前記Ａ軸位置検出器が前記第２の可動サポート体に対する前記可動体の回転位置を検出する回転位置検出器である、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、可動体の３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）をそれぞれの軸上で直接的に検出することができるという効果がある。 As a sixth aspect of the invention, the Z-axis position detector is a position detector that detects the Z-axis position of the first movable support body, and the B-axis position detector is a position detector of the second movable support body. A rotational position detector for detecting a rotational position, wherein the A-axis position detector is a rotational position detector for detecting a rotational position of the movable body with respect to the second movable support body. it can. If comprised in this way, there exists an effect that three axes | shafts (Z-axis, A-axis, B-axis) of a movable body can be detected directly on each axis | shaft.

第７の態様の発明として、前記直線ガイドが、３本の平行な直線ガイドからなり、前記３つのアクチュエーターが、前記３つの直線ガイドと一体に構成され前記直線ガイド上を摺動する駆動スライダを、駆動するものである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、直線ガイドが可動体サポート体をＺ軸方向に案内するものと、駆動スライダをＺ軸方向に案内するものが共有化され、空間３自由度パラレル機構の構造が簡略化されるという効果を奏する。 As a seventh aspect of the invention, the linear guide is composed of three parallel linear guides, and the three actuators are configured integrally with the three linear guides and slide on the linear guide. It can be characterized by being driven. With this configuration, the linear guide that guides the movable body support body in the Z-axis direction and the one that guides the drive slider in the Z-axis direction are shared, and the structure of the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism is simplified. There is an effect that.

第８の態様の発明として、前記直線ガイドが、前記Ｚ軸に垂直な平面上の円周で１２０°毎に配置された３本の平行な直線ガイドからなり、前記第１の可動サポート体が、前記３本の直線ガイドに案内された３つの直線スライダに固定された環状の部材であり、前記第２の可動サポート体が、前記第１の可動サポート体に半径中心方向に突出して設けられた２本の軸により回転自在に支承された環状の部材であり、前記可動体が、前記第２の可動サポート体に半径中心方向に突出して設けられた軸により回転自在に支承されたブロック状の部材である、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、可動体の３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）には移動自在で、他の軸方向には剛性が強い簡易な機構を提供することができるという効果がある。また、１２０°毎に配置されているから、３本の直線スライダに掛かる力が平均化し、均整のとれた空間３自由度パラレル機構とすることができるという効果がある。 As an invention according to an eighth aspect, the linear guide includes three parallel linear guides arranged every 120 ° on a circumference on a plane perpendicular to the Z-axis, and the first movable support body includes The annular movable member is fixed to three linear sliders guided by the three linear guides, and the second movable support body is provided to protrude in the radial center direction from the first movable support body. A ring-shaped member that is rotatably supported by two shafts, and the movable body is rotatably supported by a shaft that protrudes in the radial center direction from the second movable support body. It is the member of this. With this configuration, there is an effect that it is possible to provide a simple mechanism that is movable on the three axes (Z axis, A axis, and B axis) of the movable body and strong in the other axial directions. In addition, since they are arranged every 120 °, the force applied to the three linear sliders is averaged, and there is an effect that it is possible to provide a balanced three-degree-of-freedom parallel mechanism.

第９の態様の発明として、前記３つの直線アクチュエーター及び前記３本のロッドが、前記Ｚ軸に垂直な平面上の円周で１２０°毎に配置されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、１２０°毎に配置されているから、３本のロッドに掛かる力が平均化し、均整のとれた空間３自由度パラレル機構とすることができるという効果がある。 As a ninth aspect of the invention, the three linear actuators and the three rods may be arranged every 120 ° on a circumference on a plane perpendicular to the Z axis. . When configured in this manner, since the arrangement is made every 120 °, the force applied to the three rods is averaged, and there is an effect that it is possible to provide a well-balanced space three-degree-of-freedom parallel mechanism.

第１０の態様の発明として、前記Ａ軸上に前記Ａ軸位置検出器が配置され、前記Ｂ軸上に前記Ｂ軸位置検出器が配置され、前記Ａ軸と前記Ｂ軸が直交して交差し、その交差点を含むＺ軸に垂直な平面上に前記Ｚ軸位置検出器が配設されており、前記交差点が前記可動体の中心付近にある、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、より直接的に３軸（Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸）の位置を検出でき、制御が正確に、容易になるという効果がある。 As a tenth aspect of the invention, the A-axis position detector is disposed on the A-axis, the B-axis position detector is disposed on the B-axis, and the A-axis and the B-axis intersect at right angles. The Z-axis position detector is disposed on a plane perpendicular to the Z-axis including the intersection, and the intersection is in the vicinity of the center of the movable body. If comprised in this way, the position of three axes (Z-axis, A-axis, B-axis) can be detected more directly, and there exists an effect that control becomes easy easily.

第１１の態様の発明として、前記３自由度を有するジョイントが、前記駆動スライダと前記ロッドを連結する球面ジョイントであり、前記２自由度以上を有するジョイントが、前記ロッドと前記可動体とを連結するユニバーサルジョイントである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、ロッドの両端の結合自由度の合計が５とし、ロッドに掛かる曲げモーメントを０とすることが容易に実現できる。 As an invention of an eleventh aspect, the joint having the three degrees of freedom is a spherical joint connecting the drive slider and the rod, and the joint having the two degrees of freedom connects the rod and the movable body. A universal joint. If comprised in this way, it can implement | achieve easily that the sum total of the freedom degree of coupling | bonding of the both ends of a rod shall be 5 and the bending moment concerning a rod shall be 0.

第１２の態様の発明として、前記３つのアクチュエーターが、前記ハウジングの３カ所に一端がユニバーサルジョイントで連結され、出力端が球面ジョイントで前記可動体に連結された３本の直線伸縮型アクチュエーターである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、駆動スライダを使用せず、直線伸縮型アクチュエーターにロッドの役割を果たさせることができるから、より簡易な構造の空間３自由度パラレル機構を提供できる。 As an invention of a twelfth aspect, the three actuators are three linear telescopic actuators having one end connected to three locations of the housing by a universal joint and an output end connected to the movable body by a spherical joint. , That can be characterized. If comprised in this way, since a linear expansion-contraction type actuator can be played the role of a rod, without using a drive slider, the space 3 freedom degree parallel mechanism of a simpler structure can be provided.

第１３の態様の発明として、前記３つのアクチュエーターが、前記ハウジングの３カ所に固定された３つの回転アクチュエーターであり、前記３つの回転アクチュエーターの出力端に固定された３つの第１のリンクレバーと、前記３つの第１のリンクレバーに一端がユニバーサルジョイントにより連結され、他端が前記可動体に球面ジョイントにより連結された３つの第２のリンクレバーと、からなることを特徴とすることができる。このように構成すると、回転アクチュエーターを使用した空間３自由度パラレル機構が提供できる。 As an invention of a thirteenth aspect, the three actuators are three rotary actuators fixed at three positions of the housing, and three first link levers fixed to output ends of the three rotary actuators; , And three second link levers having one end connected to the three first link levers by a universal joint and the other end connected to the movable body by a spherical joint. . If comprised in this way, the space 3 freedom degree parallel mechanism which uses a rotation actuator can be provided.

第１４の態様の発明として、請求項１乃至１３のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構を用いた多軸数値制御工作機械であって、工作物を保持するワークテーブルと、前記ワークテーブルに対して１直線方向（以下Ｘ軸方向という）に相対移動可能なコラムと、前記コラムに対して前記Ｘ軸と垂直なＹ軸方向に移動可能なヘッドストックと、前記ヘッドストックに設けられ、該ヘッドストックに対して前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸と垂直なＺ軸方向に移動可能であるとともに、直交２回転軸（以下Ａ軸及びＢ軸という）回りに回転可能である主軸頭と、前記主軸頭に回転駆動可能に軸承され先端に工具を保持する主軸と、前記主軸頭の直交３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の直線移動および直交２回転軸回り（Ａ軸回り、Ｂ軸回り）の回転移動を数値制御する数値制御装置と、を備え、前記空間３自由度パラレル機構の前記ハウジングは前記ヘッドストックであり、前記空間３自由度パラレル機構の前記可動体が前記主軸頭を形成することを特徴とする多軸数値制御工作機械が提供される。このように構成すると、多軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸及びＢ軸）のパラレル機構を用いた多軸数値制御工作機械が実現でき、ミーリング機械等への適用が可能になるという効果がある。 As a fourteenth aspect of the invention, there is provided a multi-axis numerically controlled machine tool using the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 1 to 13, a work table holding a workpiece, and the work table A column movable relative to one linear direction (hereinafter referred to as X-axis direction), a head stock movable relative to the column in a Y-axis direction perpendicular to the X-axis, and the head stock. A spindle head that is movable in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis with respect to the headstock, and that is rotatable about two orthogonal rotation axes (hereinafter referred to as A-axis and B-axis); A spindle that is rotatably supported by the spindle head and holds a tool at the tip, linear movement in the three orthogonal directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) of the spindle head and two orthogonal rotation axes (A Around the axis, around the B axis A numerical control device that numerically controls the rotational movement of the space, wherein the housing of the space 3 degrees of freedom parallel mechanism is the headstock, and the movable body of the space 3 degrees of freedom parallel mechanism forms the spindle head A multi-axis numerically controlled machine tool is provided. With this configuration, a multi-axis numerically controlled machine tool using a multi-axis (X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and B-axis) parallel mechanism can be realized and can be applied to a milling machine or the like. There is an effect.

以上述べたように、本発明の空間３自由度パラレル機構は、簡易な機構で本質的に剛性が高く、可動体（主軸頭）の旋回角度可動範囲が広く、位置決めの絶対精度が本質的に高いという効果がある。このため、機構パラメータの校正が行い易く、位置制御の制御性（応答性）を良くすることが容易であるという優れた効果を奏する。 As described above, the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism of the present invention is a simple mechanism and inherently high in rigidity, has a wide range of movable angle of the movable body (spindle head), and essentially has absolute positioning accuracy. High effect. For this reason, it is easy to calibrate the mechanism parameters, and there are excellent effects that it is easy to improve the controllability (responsiveness) of the position control.

図１は、本発明の第１の実施の形態を示す空間３自由度パラレル機構の斜視図である。円筒状のハウジング（図示せず）に３本の直線ガイド２１が固定されている。図示しないハウジングは相対的に静止した系である。３本の直線ガイド２１は互いに平行でＺ軸方向を向き１２０°毎に配置されている。その３本の直線ガイド２１上に案内されＺ軸方向に移動自在に３つの従動スライダ２２が設けられている。その３つの従動スライダ２２に環状の第１の可動サポート体２３が固定されている。従って、第１の可動サポート体２３はＺ軸方向にのみ移動自在である。３つのうち１つの従動スライダ２２にリニアエンコーダ４５が組み込まれており、第１の可動サポート体２３のＺ軸位置を検出するＺ軸位置検出器４５をなしている。 FIG. 1 is a perspective view of a parallel three-degree-of-freedom parallel mechanism showing a first embodiment of the present invention. Three linear guides 21 are fixed to a cylindrical housing (not shown). A housing (not shown) is a relatively stationary system. The three linear guides 21 are parallel to each other and are arranged every 120 ° in the Z-axis direction. Three driven sliders 22 are provided on the three linear guides 21 so as to be movable in the Z-axis direction. An annular first movable support body 23 is fixed to the three driven sliders 22. Therefore, the first movable support body 23 is movable only in the Z-axis direction. A linear encoder 45 is incorporated in one of the three driven sliders 22 to form a Z-axis position detector 45 that detects the Z-axis position of the first movable support body 23.

その第１の可動サポート体２３に半径中心方向に突出して設けられた軸２４により、Ｂ軸方向に回転自在に第２の可動サポート体２５が支承されている。第２の可動サポート体２５は環状の部品である。第２の可動サポート体２５の回転位置は軸２４に設けられたロータリエンコーダ４７により検出される。このロータリエンコーダ４７は第２の可動サポート体２５の回転軸であるＢ軸位置を検出するＢ軸位置検出器４７をなしている。 A second movable support body 25 is supported by a shaft 24 provided on the first movable support body 23 so as to protrude in the radial center direction so as to be rotatable in the B-axis direction. The second movable support body 25 is an annular part. The rotational position of the second movable support body 25 is detected by a rotary encoder 47 provided on the shaft 24. The rotary encoder 47 constitutes a B-axis position detector 47 that detects a B-axis position that is a rotation axis of the second movable support body 25.

第２の可動サポート体２５上の上記Ｂ軸と垂直な方向に、中心を通る中心軸２６がロータリージョイント２７，２７により回転自在に第２の可動サポート体２５に支承されている。一方のロータリージョイント２７にはロータリエンコーダ４６が組み込まれ中心軸２６の回転位置すなわちＡ軸位置を検出する。ロータリージョイント２７に組み込まれたロータリエンコーダ４６はＡ軸位置を検出するＡ軸位置検出器４６をなしている。上記の第１の可動サポート体２３、第２の可動サポート体２５、中心軸２６により可動体サポート体を構成する。 A central axis 26 passing through the center in a direction perpendicular to the B axis on the second movable support body 25 is rotatably supported by the second movable support body 25 by rotary joints 27 and 27. One rotary joint 27 incorporates a rotary encoder 46 to detect the rotational position of the central shaft 26, that is, the A-axis position. A rotary encoder 46 incorporated in the rotary joint 27 forms an A-axis position detector 46 that detects the A-axis position. The first movable support body 23, the second movable support body 25, and the central axis 26 constitute a movable body support body.

中心軸２６の中央部には主軸頭３０が一体に固定されている。主軸頭３０は可動体を成すものであり、Ｚ軸方向に移動可能であり、Ａ軸、Ｂ軸の回りを回転可能である。換言すれば、Ｘ軸、Ｙ軸方向の移動、Ｃ軸回りの回転を拘束されている。主軸頭３０には主軸モータが搭載され主軸に装着された工具３１を回転駆動し加工物を切削加工する。Ａ軸とＢ軸との交差点３２が主軸頭３０の回転中心である。 A spindle head 30 is integrally fixed to the central portion of the central shaft 26. The spindle head 30 forms a movable body, can move in the Z-axis direction, and can rotate about the A-axis and the B-axis. In other words, movement in the X-axis and Y-axis directions and rotation around the C-axis are restricted. A spindle motor is mounted on the spindle head 30, and a tool 31 mounted on the spindle is rotationally driven to cut a workpiece. The intersection 32 of the A axis and the B axis is the rotation center of the spindle head 30.

一方、３本の直線ガイド２１には従動スライダ２２とは別に駆動スライダ３３が配設され直線移動自在に支持されている。各駆動スライダ３３は、各直線ガイド２１に一端が固定された直線アクチュエーター３４の出力端に連結され、Ｚ軸方向に直線駆動され移動される。各直線アクチュエーター３４にはアクチュエーター軸モータ３８が内蔵されている。各駆動スライダ３３、３３、３３と主軸頭３０の底部は各ロッド３５、３５、３５により連結されている。すなわち、各駆動スライダ３３と各ロッド３５とは３自由度を有する球面ジョイント３６により連結され、各ロッド３５と主軸頭３０とは２自由度を有するユニバーサルジョイント３７により連結されている。 On the other hand, in addition to the driven slider 22, a driving slider 33 is disposed on the three linear guides 21 and is supported so as to be linearly movable. Each drive slider 33 is connected to the output end of a linear actuator 34 having one end fixed to each linear guide 21 and is linearly driven in the Z-axis direction and moved. Each linear actuator 34 incorporates an actuator shaft motor 38. The drive sliders 33, 33, 33 and the bottom of the spindle head 30 are connected by rods 35, 35, 35. That is, each drive slider 33 and each rod 35 are connected by a spherical joint 36 having three degrees of freedom, and each rod 35 and the spindle head 30 are connected by a universal joint 37 having two degrees of freedom.

ここで、３つの駆動スライダ３３、３３、３３のＺ軸位置座標をそれぞれＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３とし、その位置座標を検出するリニアエンコーダ４１、４２、４３はそれぞれの駆動スライダ３３、３３、３３に組み込まれている。また、主軸頭３０のＺ軸位置を検出するリニアエンコーダ４５は１つの従動スライダ２２の中に、Ａ軸の位置座標を検出するロータリエンコーダ４６はロータリージョイント２７の中に、Ｂ軸の位置座標を検出するロータリエンコーダ４７は軸２４の中に、それぞれ組み込まれていることは前述の通りである。このように、主軸頭３０の位置（ｚ，Ａ，Ｂ）を直接的にエンコーダからなる各位置検出器４５、４６、４７で検出できる点が、本実施の形態の利点である。このため主軸頭３０の現在位置検出精度が本質的に高くなる。 Here, the Z-axis position coordinates of the _three drive sliders 33, 33, 33 are respectively U ₁ , U ₂ , U _3, and the linear encoders 41, 42, 43 that detect the position coordinates are respectively driven sliders 33, 33. , 33. A linear encoder 45 for detecting the Z-axis position of the spindle head 30 is set in one driven slider 22, and a rotary encoder 46 for detecting the position coordinates of the A-axis is set in the rotary joint 27. As described above, the rotary encoder 47 to be detected is incorporated in the shaft 24. In this way, the position (z, A, B) of the spindle head 30 can be directly detected by the position detectors 45, 46, 47 made of encoders, which is an advantage of the present embodiment. For this reason, the current position detection accuracy of the spindle head 30 is essentially increased.

従って、３つの直線アクチュエーター３４，３４，３４を駆動し、３つの駆動スライダ３３，３３，３３のＺ軸上の位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）を制御することにより主軸頭３０のＺ軸、Ａ軸、Ｂ軸の位置を制御することができる。例えば、３つの駆動スライダ３３，３３，３３（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）を同時に同じ距離だけ負方向へ移動させると主軸頭３０はその姿勢を保ったまま−Ｚ軸方向に移動する。また、図面で上の直線ガイド２１上の駆動スライダ３３（Ｕ_１）を前進させ、下の２本の直線ガイド２１，２１上の駆動スライダ３３，３３（Ｕ_２、Ｕ_３）を後退させると、主軸頭３０はＢ軸の回りを回転する。３つの駆動スライダ３３，３３，３３の位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）により主軸頭３０の位置姿勢がどのように変わるかは、ロッド３５の長さ、主軸頭３０での連結の位置、等で決定される機構パラメータＰにより決定される。換言すれば、主軸頭３０のＺ軸、Ａ軸、Ｂ軸位置は３つの駆動スライダ３３，３３，３３の位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）と機構パラメータＰの関数として表現される。 Therefore, by driving the three linear actuators 34, 34, 34 and controlling the positions (U ₁ , U ₂ , U ₃ ) of the _three drive sliders 33, 33, 33 on the Z axis, the Z of the spindle head 30 can be controlled. The positions of the axis, the A axis, and the B axis can be controlled. For example, when the three drive sliders 33, 33, 33 (U ₁ , U ₂ , U ₃ ) are simultaneously moved in the negative direction by the same distance, the spindle head 30 moves in the −Z-axis direction while maintaining its posture. Further, when the drive slider 33 (U ₁ ) on the upper linear guide 21 is moved forward in the drawing, and the drive sliders 33 and 33 (U ₂ , U ₃ ) on the lower two linear guides 21 and 21 are moved backward. The spindle head 30 rotates about the B axis. How the position and orientation of the spindle head 30 changes depending on the positions (U ₁ , U ₂ , U ₃ ) of the _three drive sliders 33, 33, 33 depends on the length of the rod 35 and the position of the connection at the spindle head 30. , Etc., is determined by the mechanism parameter P. In other words, the Z-axis, A-axis, and B-axis positions of the spindle head 30 are expressed as a function of the positions (U ₁ , U ₂ , U ₃ ) of the _three drive sliders 33, 33, 33 and the mechanism parameter P.

次に、主軸頭３０の座標（ｚ、Ａ、Ｂ）から３つの直線アクチュエーター３４，３４，３４つまり３つの駆動スライダ３３，３３，３３のＺ軸上の位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）を求める逆変換式について説明する。
図２は、図面上方の駆動スライダ３３の位置Ｕ_１を求める逆変換式を説明する空間３自由度パラレル機構の斜視図である。主軸頭３０には工具３１が装着されている。主軸頭３０の回転中心の座標がＯである。ロッド３５のジョイント位置は、トラベリングプレート座標系から見るとＳ_ＯＴであり、グローバル座標系から見るとＳ_Ｏである。直線ガイド２１の前端の座標がＳ_１、後端の座標がＳ_２、駆動スライダ３３の座標がＵ_１である。ロッド３５の長さをＲＬとする。 Next, the positions (U ₁ , U ₂ , U ₃ ) of the three linear actuators 34, 34, 34, that is, the three drive sliders 33, 33, 33 on the Z-axis are determined from the coordinates (z, A, B) of the spindle head 30. ) Will be described.
Figure 2 is a perspective view of a space 3 DOF Parallel mechanism to explain the inverse transform formula for determining the position U ₁ of the drawing above the drive slider 33. A tool 31 is mounted on the spindle head 30. The coordinate of the rotation center of the spindle head 30 is O. Joint position of the rod 35 is S _OT when viewed from the traveling plate coordinate system, a S _O when viewed from the global coordinate system. The front end coordinate of the linear guide 21 is S ₁ , the rear end coordinate is S ₂ , and the drive slider 33 coordinate is U ₁ . The length of the rod 35 is RL.

主軸頭３０の回転中心の座標Ｏは、数式１で表される。 A coordinate O of the rotation center of the spindle head 30 is expressed by Equation 1.

トラベリングプレート座標系から見たロッド３５のジョイント位置Ｓ_ＯＴは、数式２で表される。

The joint position _SOT of the rod 35 viewed from the traveling plate coordinate system is expressed by Equation 2.

これにより、グローバル座標系におけるジョイント位置Ｓ_Ｏが数式３のように表現される。

Accordingly, the joint position S _O in the global coordinate system is expressed as Equation 3.

ここで、Ｒは数式４で示されるマトリックスである。

Here, R is a matrix expressed by Equation 4.

直線ガイド２１の両端の位置をＳ_１、Ｓ_２とし、Ｓ_０、Ｓ_１の辺と、ロッド３５の辺と、Ｓ_１，Ｕ_１（駆動スライド３３の位置）の辺とからなる三角形に余弦定理を適用すれば、ロッド３５の長さをＲＬとして、数式５のようになる。

The positions of both ends of the linear guide 21 and _{_{_{S 1, S 2, S 0}}} , and _{S 1} side, and the side of the rod _35, S 1, _{U 1} cosine a triangle consisting of the side of the (position of the drive slide 33) If the theorem is applied, the length of the rod 35 is RL, and Equation 5 is obtained.

ここで、最後の余弦項が＋になっているのは、Ｓ_２１＝Ｓ_２−Ｓ_１と逆方向のベクトルとなっているためである。
数式５をアクチュエーター座標Ｕ_１について解けば数式６が得られる。

Here, the reason that the last cosine term is + is that the vector is in the reverse direction to S ₂₁ = S ₂ −S ₁ .
Solving Equation 5 with respect to the actuator coordinate U ₁ yields Equation 6.

このときアクチュエーター座標Ｕ_１は、主軸頭３０の位置Ｘ＝（ｚ，Ａ、Ｂ）の関数として得られるので、数式７のように表現することができる。

At this time, the actuator coordinate U ₁ is obtained as a function of the position X = (z, A, B) of the spindle head 30 and therefore can be expressed as Equation 7.

ここで、数式８で表されるベクトルＰは、アクチュエーターの位置Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３と主軸頭３０の位置及び姿勢Ｘ＝（ｚ，Ａ、Ｂ）との幾何学的な関係を定義する機構パラメータであり、たとえば、ロッド３５の長さや、主軸頭３０上のジョイント位置、駆動スライド３３の位置、角度、等を表す「機構パラメータ」である。ここで、ｎは機構パラメータの数である。

Here, the vector P expressed by Equation 8 defines the geometric relationship between the actuator positions U ₁ , U ₂ , U ₃ and the position and orientation X = (z, A, B) of the spindle head 30. For example, it is a “mechanism parameter” representing the length of the rod 35, the joint position on the spindle head 30, the position and angle of the drive slide 33, and the like. Here, n is the number of mechanism parameters.

次に、機構パラメータの同定演算について説明する。主軸頭位置Ｘ_ｉは数式９で表される。

Next, the mechanism parameter identification calculation will be described. The spindle head position X _i is expressed by Equation 9.

ここで、ｉが１からｋまであるのは、ｋ箇所での主軸頭位置を示している。
主軸頭位置Ｘ_ｉにおけるアクチュエーター座標Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３への逆変換式は、数式１０で表現することができる。

Here, i from 1 to k indicates the spindle head position at k locations.
An inverse conversion formula to the actuator coordinates U ₁ , U ₂ , U _{3 at the} spindle head position X _i can be expressed by Formula 10.

それぞれの機構パラメータについて全微分すると、数式１１が得られる。

Equation 11 is obtained by fully differentiating each mechanism parameter.

ｋ個の主軸頭位置について上式がｋ組得られることになる。つまり、ｋ個の主軸頭位置について３ｋ個の逆変換式が得られることになる。機構パラメータの数ｎより多い数の逆変換式が得られるように（ｎ≧３ｋとなるように）、主軸頭位置の数ｋを決める。これらを行列表記すると、数式１２が得られる。

For the k spindle head positions, k sets of the above equations are obtained. That is, 3k inverse transformation formulas are obtained for k spindle head positions. The number k of spindle head positions is determined so that a number of inverse transformation formulas greater than the number n of mechanism parameters can be obtained (so that n ≧ 3k). When these are expressed in a matrix, Expression 12 is obtained.

数式１２を書き直せば、数式１３のように表現できる。

If Formula 12 is rewritten, it can be expressed as Formula 13.

したがって、パラメータ誤差ｄＰは、最小２乗法による解として、数式１４のようになる。

Therefore, the parameter error dP is expressed by Equation 14 as a solution by the least square method.

ここでＪ^＊は、疑似逆行列であり、たとえば、数式１５で求められる。

Here, J ^* is a pseudo-inverse matrix, and is obtained by, for example, Expression 15.

パラメータ誤差ｄＰを求めるのに最小２乗法の手法が用いられる。
これにより、１回目の機構パラメータの推定値Ｐ１が、数式１６のように求められる。

A least square method is used to obtain the parameter error dP.
As a result, the estimated value P1 of the first mechanism parameter is obtained as in Expression 16.

関数ｆは非線形であるため、初回に求められたＰ１を新たな機構パラメータ値として、上記演算を数式１７のように繰り返し、パラメータ誤差ｄＰが所定の許容値ε以下になるまで、収束計算を実行する。

Since the function f is non-linear, the above calculation is repeated as shown in Equation 17 using P1 obtained as the first time as a new mechanism parameter value, and convergence calculation is performed until the parameter error dP becomes equal to or less than a predetermined allowable value ε. To do.

図３は、主軸頭位置（ｚ，Ａ、Ｂ）をアクチュエーター位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）に逆変換しフィードバック制御をする制御装置のブロック図である。主軸頭位置指令位置Ｘ（ｚ，Ａ、Ｂ）と、各エンコーダ５１（図１の４５、４６、４７）からの主軸頭位置エンコーダ値Ｘ’（ｚ’，Ａ’、Ｂ’）をそれぞれの逆変換手段５２、５３でアクチュエーター座標Ｕ（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）、Ｕ’（Ｕ_１’、Ｕ_２’、Ｕ_３’）に逆変換する。逆変換された指令位置Ｕとエンコーダ値Ｕ’は各軸毎に加算器５４に入れられ減算されて差分が取られ（フィードバックされ）、位置誤差として出力される。位置誤差は位置比例ゲイン増幅器５５で位置ループゲインＫｐｐ倍されて出力される。位置比例ゲイン増幅器５５の出力は加算器５６に送られ、軸の速度出力との差分が取られ速度フィードバックがかけられる。加算器５６の出力は速度比例ゲイン増幅器５７で速度ループゲインＫｖｐ倍されて図示しないサーボアンプに送られ、アクチュエーター軸モータ５８（図１で３８、３８、３８）を駆動する。アクチュエーター軸モータ５８の速度出力は加算器５６にフィードバックされる。アクチュエーター軸モータ５８の出力により各軸が動きアクチュエーター軸エンコーダ値Ｕ_１が変化する。つまり、速度出力の積分処理５９である。 FIG. 3 is a block diagram of a control device that performs feedback control by inversely converting the spindle head positions (z, A, B) to actuator positions (U ₁ , U ₂ , U ₃ ). The spindle head position command position X (z, A, B) and the spindle head position encoder value X ′ (z ′, A ′, B ′) from each encoder 51 (45, 46, 47 in FIG. 1) Inverse conversion means 52 and 53 perform inverse conversion to actuator coordinates U (U ₁ , U ₂ , U ₃ ), U ′ (U ₁ ′, U ₂ ′, U ₃ ′). The inversely converted command position U and encoder value U ′ are put into an adder 54 for each axis and subtracted to obtain a difference (feedback), which is output as a position error. The position error is output by the position proportional gain amplifier 55 after being multiplied by the position loop gain Kpp. The output of the position proportional gain amplifier 55 is sent to an adder 56, where the difference from the speed output of the shaft is taken and speed feedback is applied. The output of the adder 56 is multiplied by a speed loop gain Kvp by a speed proportional gain amplifier 57 and sent to a servo amplifier (not shown) to drive an actuator shaft motor 58 (38, 38, 38 in FIG. 1). The speed output of the actuator shaft motor 58 is fed back to the adder 56. Each axis by the output of the actuator shaft motor 58 is an actuator shaft encoder value U ₁ motion varies. That is, the speed output integration process 59.

図４は、制御装置の第２の実施例を示すブロック図である。図３と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。上記の図３の例では、速度ループのフィードバック情報をアクチュエーター軸モータ５８の速度出力から取ったが、ここでは主軸頭位置エンコーダ値Ｘ’の逆変換値Ｕ’を微分器６０で微分することにより速度情報を得、速度フィードバック値として加算器５６に返している。 FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the control device. The same members as those in FIG. In the example of FIG. 3 described above, the feedback information of the speed loop is taken from the speed output of the actuator shaft motor 58. Here, the reverse conversion value U ′ of the spindle head position encoder value X ′ is differentiated by the differentiator 60. Speed information is obtained and returned to the adder 56 as a speed feedback value.

上記図３、図４のブロック図において加算器、増幅器等がハードとして存在するかのように記載して説明したが、これらの機能は全てＭＰＵの処理として実現されることは云うまでもない。 In the block diagrams of FIGS. 3 and 4, the adder, the amplifier, etc. are described as if they exist as hardware, but it goes without saying that these functions are all realized as MPU processing.

図５は、機構パラメータＰの同定作業を行う処理を示したフローチャートである。処理が始まると、まずステップＳ０１で、そのときの指令位置を記憶する。同時に、ステップＳ０２で、そのときのエンコーダ測定位置を記憶する。次に、ステップＳ０３で、現在が機構パラメータの同定を行う時機か否かが判断される。同定を行う時機か否かの判断は、使用する工作機械、工作物により異なるが、例えば、ある程度のデータが記憶蓄積されたとき、あるいは、数個の加工物の加工が終了したとき、等が考えられる。ＮＯであればステップＳ０１に戻り情報の収集を続け、ＹＥＳであればステップＳ０４に進み機構パラメータの同定作業を実行する。 FIG. 5 is a flowchart showing a process of performing identification work of the mechanism parameter P. When the process starts, first, in step S01, the command position at that time is stored. At the same time, in step S02, the encoder measurement position at that time is stored. Next, in step S03, it is determined whether or not the present time is the timing for identifying the mechanism parameter. Judgment of whether or not it is time to perform identification differs depending on the machine tool and workpiece to be used. Conceivable. If NO, the process returns to step S01 to continue collecting information, and if YES, the process proceeds to step S04 to perform mechanism parameter identification work.

ステップＳ０４では、数式１４にしたがってパラメータ誤差ｄＰが計算される。パラメータ誤差ｄＰを計算する際に、冗長度の高い情報から演算するため最小２乗法の手順が用いられる。次に、ステップＳ０５では、従前の機構パラメータＰに算出されたパラメータ誤差ｄＰを加えて機構パラメータＰの補正、キャリブレーションを行う。数式１６の作業である。次に、ステップＳ０６で、パラメータ誤差ｄＰが許容値εより小さいか否かが判断される。所定値εより大きくＮＯであればステップＳ０４に戻り、補正された機構パラメータＰに基づいて新たなパラメータ誤差ｄＰを算出する。そして、ステップＳ０５では、従前の機構パラメータＰに算出されたパラメータ誤差ｄＰを加えて機構パラメータＰの再補正、再キャリブレーションを行う。ステップＳ０４からステップＳ０６を何度も繰り返し、パラメータ誤差ｄＰが許容値εより小さくなるのを待つ。数式１７の収束計算の作業である。 In step S04, the parameter error dP is calculated according to Equation 14. When calculating the parameter error dP, a least-squares procedure is used to calculate from the highly redundant information. Next, in step S05, the calculated parameter error dP is added to the previous mechanism parameter P to correct and calibrate the mechanism parameter P. This is the work of Equation 16. Next, in step S06, it is determined whether or not the parameter error dP is smaller than the allowable value ε. If NO is greater than the predetermined value ε, the process returns to step S04, and a new parameter error dP is calculated based on the corrected mechanism parameter P. In step S05, the calculated parameter error dP is added to the previous mechanism parameter P, and the mechanism parameter P is recorrected and recalibrated. Steps S04 to S06 are repeated many times to wait for the parameter error dP to become smaller than the allowable value ε. This is the work of convergence calculation of Formula 17.

収束計算の結果、パラメータ誤差ｄＰが許容値εより小さくなると、ステップＳ０７に進み、収束計算された新しい機構パラメータＰを記憶する。次に、ステップＳ０８で現在加工中の加工物の加工の終了を待つ。これは、１つの加工物の加工中に機構パラメータＰが変更されると、加工面に小さな段差が付いたりするおそれがあるので加工の終了を待つのである。加工が終了すると、ステップＳ０９に進み、機構パラメータＰを置き換え更新する。そして、処理を終了する。この処理は、工作機械の加工中も同定情報の収集が行われるから、加工中の熱変位等も機構パラメータに取り入れることができるという利点がある。 If the parameter error dP is smaller than the allowable value ε as a result of the convergence calculation, the process proceeds to step S07, and the new mechanism parameter P calculated for convergence is stored. Next, in step S08, the end of machining of the workpiece currently being machined is awaited. This is because if the mechanism parameter P is changed during processing of one workpiece, there is a possibility that a small step is formed on the processing surface, so that the end of the processing is awaited. When the machining is completed, the process proceeds to step S09, where the mechanism parameter P is replaced and updated. Then, the process ends. This process is advantageous in that identification information is collected even during machining of the machine tool, so that thermal displacement during machining can be taken into the mechanism parameters.

上記Ｓ０１〜Ｓ０９の処理では、加工物を加工中に位置情報等を収集することとしたが、加工をしていない状態で工作機械を所定の特別な複数の位置に位置決めし、そのときの位置情報等から機構パラメータＰの同定を行っても良い。特別な複数の位置としては、たとえば、Ｚ＝０、−１００、−２００、（単位はｍｍ）、Ａ＝−３０、−１５、０、＋１５、＋３０、（単位は度）、Ｂ＝−３０、−１５、０、＋１５、＋３０、（単位は度）、の組合せで、３×５×５＝７５の座標ができ、逆変換式が７５×３＝２２５組の位置情報が収集できる。これらの式から機構パラメータの同定を行う。通常、機構パラメータの数より式の数を多くし、最小２乗法により測定誤差の影響を最小化する。 In the processing of S01 to S09, position information and the like are collected during machining of the workpiece, but the machine tool is positioned at a plurality of predetermined special positions without machining, and the position at that time The mechanism parameter P may be identified from information or the like. For example, Z = 0, −100, −200 (unit is mm), A = −30, −15, 0, +15, +30 (unit is degree), B = −30. , -15, 0, +15, +30 (unit is degree), 3 × 5 × 5 = 75 coordinates can be obtained, and 75 × 3 = 225 sets of position information can be collected by the inverse transformation formula. The mechanism parameters are identified from these equations. Usually, the number of equations is larger than the number of mechanism parameters, and the influence of measurement error is minimized by the least square method.

図６は、機構パラメータＰの同定に必要な特別な複数の位置に機械を位置決めし、そのときのエンコーダ位置情報から機構パラメータＰの同定を行う処理を示すフローチャートである。特別な複数の位置としては上記の７５個の座標を採用するものとする。ステップＳ１１では、機構パラメータの同定時機を待つ。同定時機としては工作機械を動作させる最初の時期、同じ工作物の加工が終わって次の種類の工作物を加工する前、等が考えられる。ステップＳ１２では、７５個の座標のうち次に測定する座標に各軸を移動させる。そして、ステップＳ１３で、指令位置を記憶し、ステップＳ１４で、各軸エンコーダによる測定位置を記憶する。そして、ステップＳ１５で、７５の同定座標位置を全て終了したか否かを調べ、未だ終了していなければステップＳ１２に戻り、同定情報収集を繰り返す。同定情報収集が終了したら、ステップＳ１５からステップＳ１６に移る。 FIG. 6 is a flowchart showing a process of positioning the machine at a plurality of special positions necessary for identifying the mechanism parameter P and identifying the mechanism parameter P from the encoder position information at that time. The above 75 coordinates are adopted as the special plural positions. In step S11, a mechanism parameter identification timing is awaited. The identification time may be the first time the machine tool is operated, before the same workpiece is processed and before the next type of workpiece is processed. In step S12, each axis is moved to the coordinates to be measured next among the 75 coordinates. In step S13, the command position is stored, and in step S14, the measurement position by each axis encoder is stored. In step S15, it is checked whether or not all 75 identification coordinate positions have been completed. If not, the process returns to step S12 to repeat identification information collection. When the identification information collection is completed, the process proceeds from step S15 to step S16.

ステップＳ１６からステップＳ１９は、図５のステップＳ０４からステップＳ０７と全く同じである。すなわち、機構パラメータＰの誤差ｄＰを計算し、機構パラメータＰの補正、キャリブレーションを行い、誤差ｄＰが許容値ε以下になるまで収束計算を行う。そして、補正された新しい機構パラメータＰを記憶する。最後に、ステップＳ２０で、従前の機構パラメータＰを新しい機構パラメータＰと置き換え、処理を終了する。この処理は、通常の切削加工ではめったに移動しない位置まで機械を移動位置決めし、バランスのとれた位置で同定情報を収集するから、収束計算が速いという利点がある。 Steps S16 to S19 are exactly the same as steps S04 to S07 in FIG. That is, the error dP of the mechanism parameter P is calculated, the mechanism parameter P is corrected and calibrated, and the convergence calculation is performed until the error dP is equal to or less than the allowable value ε. Then, the corrected new mechanism parameter P is stored. Finally, in step S20, the previous mechanism parameter P is replaced with a new mechanism parameter P, and the process ends. This process has the advantage that convergence calculation is fast because the machine is moved and positioned to a position where it rarely moves in normal cutting and identification information is collected at a balanced position.

図７は、本発明の第２の実施の形態を示す斜視図である。図１と同じ部材には同じ符号を付け説明を省略する。ここでは、ロッド３５ではなく、３本の直線伸縮型アクチュエーター７３により主軸頭３０の位置姿勢が制御される。静止系のプラットフォーム７１に２自由度のユニバーサルジョイント７２により直線伸縮型アクチュエーター７３が３本取り付けられている。直線伸縮型アクチュエーター７３はエンコーダ付き駆動モータ７４を有し、エンコーダ付き駆動モータ７４の回転位置にしたがって出力ロッド７５が伸縮する。直線伸縮型アクチュエーター７３の出力ロッド７５は、３自由度の球面ジョイント７６により主軸頭３０の底部に連結されている。３本の直線伸縮型アクチュエーター７３を伸縮させることにより、主軸頭３０はその位置姿勢を制御される。この実施の形態は、空間３自由度パラレル機構を構成する部品点数が少なくなるという利点がある。 FIG. 7 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. The same members as those in FIG. Here, the position and orientation of the spindle head 30 are controlled not by the rod 35 but by the three linear telescopic actuators 73. Three linear expansion and contraction type actuators 73 are attached to a stationary platform 71 by a universal joint 72 having two degrees of freedom. The linear telescopic actuator 73 has a drive motor 74 with an encoder, and the output rod 75 expands and contracts according to the rotational position of the drive motor 74 with an encoder. The output rod 75 of the linear telescopic actuator 73 is connected to the bottom of the spindle head 30 by a spherical joint 76 having three degrees of freedom. The position and orientation of the spindle head 30 are controlled by extending and retracting the three linearly extending and retracting actuators 73. This embodiment has an advantage that the number of parts constituting the space three-degree-of-freedom parallel mechanism is reduced.

図８は、本発明の第３の実施の形態を示す斜視図である。図１と同じ部材には同じ符号を付け説明を省略する。静止系のプラットフォーム８１に、３つの回転型アクチュエーター８２が取り付けられている。回転型アクチュエーター８２はその回転位置を検出するロータリエンコーダが組み込まれている。回転型アクチュエーター８２の出力端には第１のレバー８３が固定され一体に回転する。第１のレバー８３の先端には２自由度のユニバーサルジョイント８４が連結され、そのユニバーサルジョイント８４に第２のレバー８５が連結されている。第２のレバー８５は球面ジョイント８６により主軸頭３０の底部に連結されている。３つの回転型アクチュエーター８２を駆動し３本の第１のレバー８３を旋回させることにより、主軸頭３０はその位置姿勢を制御される。この実施の形態は、回転型のアクチュエーターを用いて空間３自由度パラレル機構を構成することができるという利点がある。 FIG. 8 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention. The same members as those in FIG. Three rotary actuators 82 are attached to the stationary platform 81. The rotary actuator 82 incorporates a rotary encoder that detects its rotational position. A first lever 83 is fixed to the output end of the rotary actuator 82 and rotates integrally. A universal joint 84 having two degrees of freedom is connected to the tip of the first lever 83, and a second lever 85 is connected to the universal joint 84. The second lever 85 is connected to the bottom of the spindle head 30 by a spherical joint 86. By driving the three rotary actuators 82 and turning the three first levers 83, the position and orientation of the spindle head 30 are controlled. This embodiment has an advantage that a parallel three-degree-of-freedom parallel mechanism can be configured using a rotary actuator.

図９は、図１で説明した第１の実施の形態の空間３自由度パラレル機構を横フライス盤に適用した例を、一部を透視して示す斜視図である。基台９１にコラム９２が立設されている。そのコラム９２のＹ軸方向の案内９３、９３に案内されてヘッドストック９４がＹ軸方向に摺動自在である。ヘッドストック９４はＹ軸モータ９５により駆動制御される。相対的に静止した系であるヘッドストック９４に、図１で説明した空間３自由度パラレル機構が組み込まれている。すなわち、ヘッドストック９４に３本の直線ガイド２１が固定されている。その直線ガイド２１に案内され直線アクチュエーターにより駆動される駆動スライダに連結された３本のロッド３５により、主軸頭３０の位置（ｚ，Ａ、Ｂ）及び工具３１の先端位置が制御される。 FIG. 9 is a perspective view showing a part of an example in which the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to the first embodiment described in FIG. 1 is applied to a horizontal milling machine. A column 92 is erected on the base 91. The head stock 94 is slidable in the Y-axis direction by being guided by the guides 93 in the Y-axis direction of the column 92. The head stock 94 is driven and controlled by a Y-axis motor 95. The headstock 94, which is a relatively stationary system, incorporates the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism described in FIG. That is, three linear guides 21 are fixed to the head stock 94. The position (z, A, B) of the spindle head 30 and the tip position of the tool 31 are controlled by three rods 35 that are guided by the linear guide 21 and connected to a drive slider driven by a linear actuator.

また、基台９１上にはテーブル９６が設置され、Ｘ軸方向の案内９７、９７によりテーブル９６はＸ軸方向に摺動自在である。テーブル９６はＸ軸モータ９８により駆動制御される。したがって、この工作機械は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、の５軸制御の工作機械となる。 A table 96 is installed on the base 91, and the table 96 is slidable in the X-axis direction by guides 97 in the X-axis direction. The table 96 is driven and controlled by an X-axis motor 98. Therefore, this machine tool is a 5-axis control machine tool of X, Y, Z, A, and B.

本発明の第１の実施の形態を示す空間３自由度パラレル機構の斜視図である。It is a perspective view of the space 3 freedom degree parallel mechanism which shows the 1st Embodiment of this invention. 図面上方の駆動スライダの位置Ｕ１を求める逆変換式を説明する空間３自由度パラレル機構の斜視図である。It is a perspective view of a space 3 degree-of-freedom parallel mechanism for explaining an inverse conversion formula for obtaining a position U1 of a driving slider in the upper part of the drawing. 主軸頭位置（ｚ，Ａ、Ｂ）をアクチュエーター位置（Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３）に逆変換しフィードバック制御をする制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the spindle head position (z, A, B) the actuator position _{_{_{(U 1, U 2, U}}} 3) the inverse transform to the control apparatus for feedback control. 制御装置の第２の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd Example of a control apparatus. 機構パラメータＰの同定作業を行う処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process which performs the identification operation | work of the mechanism parameter P. 機構パラメータＰの同定に必要な特別な複数の位置に機械を位置決めし、そのときのエンコーダ位置情報から機構パラメータＰの同定を行う処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which positions a machine in the special several position required for the identification of the mechanism parameter P, and identifies the mechanism parameter P from the encoder position information at that time. 本発明の第２の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3rd Embodiment of this invention. 図１で説明した第１の実施の形態の空間３自由度パラレル機構を横フライス機械に適用した例を、一部を透視して示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a part of an example in which the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to the first embodiment described in FIG. 1 is applied to a horizontal milling machine. 第１の従来例を示す一部破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows a 1st prior art example. 第２の従来例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a 2nd prior art example. 第３の従来例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a 3rd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

２１直線ガイド
２２従動スライダ
２３第１の可動サポート体（可動体サポート体）
２５第２の可動体サポート体（可動体サポート体）
２６中心軸（可動体サポート体）
３０主軸頭（可動体）
３１工具
３３駆動スライダ
３４直線アクチュエーター
３５ロッド
３６球面ジョイント
３７ユニバーサルジョイント 21 linear guide 22 driven slider 23 first movable support body (movable body support body)
25 Second movable body support body (movable body support body)
26 Central axis (movable support body)
30 Spindle head (movable body)
31 Tool 33 Drive slider 34 Linear actuator 35 Rod 36 Spherical joint 37 Universal joint

Claims

相対的に静止した系であるハウジングに固定された直線ガイドと、
可動体と、
前記直線ガイドに案内され直線ガイドの方向（以下Ｚ軸方向という）に移動自在であると共に、互いに略直交する回転軸２軸（以下Ａ軸及びＢ軸という）で回転可能に前記可動体を支承する可動体サポート体と、
一端が前記ハウジングに連結され他端がロッド等を介して前記可動体に連結され可動体を移動可能にする３つのアクチュエーターと、
を備えることを特徴とする空間３自由度パラレル機構。 A linear guide fixed to the housing which is a relatively stationary system;
A movable body,
The movable body is supported by the linear guide so as to be movable in the direction of the linear guide (hereinafter referred to as the Z-axis direction) and to be rotatable about two rotation axes (hereinafter referred to as A-axis and B-axis) that are substantially orthogonal to each other. A movable body support body,
Three actuators having one end connected to the housing and the other end connected to the movable body via a rod or the like, the movable body being movable;
A spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism characterized by comprising:

前記可動体の位置を検出する３つの可動***置検出器を備え、その可動***置検出器が、可動体のＺ軸位置を検出するＺ軸位置検出器とＡ軸姿勢を検出するＡ軸位置検出器とＢ軸姿勢を検出するＢ軸位置検出器である、ことを特徴とする請求項１に記載の空間３自由度パラレル機構。 Three movable body position detectors for detecting the position of the movable body are provided, and the movable body position detector detects the Z axis position of the movable body and the A axis position for detecting the A axis posture. The space three-degree-of-freedom parallel mechanism according to claim 1, which is a B-axis position detector that detects a detector and a B-axis posture.

前記可動体サポート体が、前記直線ガイドに案内されＺ軸方向に移動自在にされた第１の可動サポート体と、前記第１の可動サポート体にＢ軸方向に回転自在に支承された第２の可動サポート体とからなり、前記第２の可動サポート体にＡ軸方向に回転自在に前記可動体が支承されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の空間３自由度パラレル機構。 The movable body support body is guided by the linear guide and moved in the Z-axis direction, and the second movable body is supported by the first movable support body so as to be rotatable in the B-axis direction. The space 3 degrees of freedom parallel according to claim 1 or 2, wherein the movable body is supported by the second movable support body so as to be rotatable in the A-axis direction. mechanism.

前記３つのアクチュエーターが、Ｚ軸方向に３つの駆動スライダを移動させる直線アクチュエーターであり、前記３つの駆動スライダと前記可動体が３本のロッドで連結され、その連結手段が、いずれか一方の連結手段が３自由度を有するジョイントであり、他方の連結手段が２自由度以上を有するジョイントであることと、からなることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The three actuators are linear actuators that move the three drive sliders in the Z-axis direction, the three drive sliders and the movable body are connected by three rods, and the connecting means is any one of the connections 4. The space 3 according to claim 1, wherein the means is a joint having 3 degrees of freedom, and the other connecting means is a joint having 2 degrees of freedom or more. Freedom parallel mechanism.

前記アクチュエーターの位置を検出するアクチュエーター位置検出器を備え、前記３つの可動***置検出器がそれぞれ前記アクチュエーター位置検出器よりも前記可動体の近傍に配置され、その３つの可動***置検出器からの情報に基づき前記３つのアクチュエーターをフィードバック制御するフィードバック制御手段を備える、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 An actuator position detector for detecting the position of the actuator, and each of the three movable body position detectors is disposed closer to the movable body than the actuator position detector, and from the three movable body position detectors, 5. The spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to claim 1, further comprising feedback control means for feedback-controlling the three actuators based on information.

前記Ｚ軸位置検出器が前記第１の可動サポート体のＺ軸位置を検出する位置検出器であり、前記Ｂ軸位置検出器が前記第２の可動サポート体の回転位置を検出する回転位置検出器であり、前記Ａ軸位置検出器が前記第２の可動サポート体に対する前記可動体の回転位置を検出する回転位置検出器である、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The Z-axis position detector is a position detector that detects the Z-axis position of the first movable support body, and the B-axis position detector detects the rotational position of the second movable support body. 6. The rotational position detector according to claim 3, wherein the A-axis position detector is a rotational position detector that detects a rotational position of the movable body with respect to the second movable support body. The parallel 3 degrees of freedom parallel mechanism.

前記直線ガイドが、３本の平行な直線ガイドからなり、前記３つのアクチュエーターが、前記３つの直線ガイドと一体に構成され前記直線ガイド上を摺動する駆動スライダを、駆動するものである、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The linear guide is composed of three parallel linear guides, and the three actuators are configured to drive a drive slider configured integrally with the three linear guides and sliding on the linear guide. The space three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 1 to 6.

前記直線ガイドが、前記Ｚ軸に垂直な平面上の円周で１２０°毎に配置された３本の平行な直線ガイドからなり、
前記第１の可動サポート体が、前記３本の直線ガイドに案内された３つの直線スライダに固定された環状の部材であり、
前記第２の可動サポート体が、前記第１の可動サポート体に半径中心方向に突出して設けられた２本の軸により回転自在に支承された環状の部材であり、
前記可動体が、前記第２の可動サポート体に半径中心方向に突出して設けられた軸により回転自在に支承されたブロック状の部材である、
ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The linear guide comprises three parallel linear guides arranged every 120 ° on a circumference on a plane perpendicular to the Z axis,
The first movable support body is an annular member fixed to three linear sliders guided by the three linear guides;
The second movable support body is an annular member that is rotatably supported by two shafts provided to protrude in the radial center direction on the first movable support body,
The movable body is a block-like member that is rotatably supported by a shaft that protrudes in the radial center direction from the second movable support body.
The spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 3 to 7.

前記３つの直線アクチュエーター及び前記３本のロッドが、前記Ｚ軸に垂直な平面上の円周で１２０°毎に配置されている、ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 9. The three linear actuators and the three rods are arranged every 120 ° on a circumference on a plane perpendicular to the Z-axis. Spatial 3-DOF parallel mechanism.

前記Ａ軸上に前記Ａ軸位置検出器が配置され、前記Ｂ軸上に前記Ｂ軸位置検出器が配置され、前記Ａ軸と前記Ｂ軸が直交して交差し、その交差点を含むＺ軸に垂直な平面上に前記Ｚ軸位置検出器が配設されており、前記交差点が前記可動体の中心付近にある、ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The A-axis position detector is disposed on the A-axis, the B-axis position detector is disposed on the B-axis, the A-axis and the B-axis intersect perpendicularly, and the Z-axis includes the intersection The space 3 freedom according to any one of claims 2 to 9, wherein the Z-axis position detector is disposed on a plane perpendicular to the center, and the intersection is near the center of the movable body. Degree parallel mechanism.

前記３自由度を有するジョイントが、前記駆動スライダと前記ロッドを連結する球面ジョイントであり、前記２自由度以上を有するジョイントが、前記ロッドと前記可動体とを連結するユニバーサルジョイントである、ことを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The joint having the three degrees of freedom is a spherical joint connecting the drive slider and the rod, and the joint having the two degrees of freedom or more is a universal joint connecting the rod and the movable body. The space three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 4 to 10.

前記３つのアクチュエーターが、前記ハウジングの３カ所に一端がユニバーサルジョイントで連結され、出力端が球面ジョイントで前記可動体に連結された３本の直線伸縮型アクチュエーターである、ことを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The three actuators are three linear telescopic actuators having one end connected to three locations of the housing by a universal joint and an output end connected to the movable body by a spherical joint. The spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of 1, 2, or 3.

前記３つのアクチュエーターが、前記ハウジングの３カ所に固定された３つの回転アクチュエーターであり、
前記３つの回転アクチュエーターの出力端に固定された３つの第１のリンクレバーと、
前記３つの第１のリンクレバーに一端がユニバーサルジョイントにより連結され、他端が前記可動体に球面ジョイントにより連結された３つの第２のリンクレバーと、
からなることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構。 The three actuators are three rotary actuators fixed at three positions of the housing;
Three first link levers fixed to the output ends of the three rotary actuators;
Three second link levers having one end connected to the three first link levers by a universal joint and the other end connected to the movable body by a spherical joint;
The space three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 1, 2, and 3, characterized by comprising:

請求項１乃至１３のいずれかに記載の空間３自由度パラレル機構を用いた多軸数値制御工作機械であって、
工作物を保持するワークテーブルと、
前記ワークテーブルに対して１直線方向（以下Ｘ軸方向という）に相対移動可能なコラムと、
前記コラムに対して前記Ｘ軸と垂直なＹ軸方向に移動可能なヘッドストックと、
前記ヘッドストックに設けられ、該ヘッドストックに対して前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸と垂直なＺ軸方向に移動可能であるとともに、直交２回転軸（以下Ａ軸及びＢ軸という）回りに回転可能である主軸頭と、
前記主軸頭に回転駆動可能に軸承され先端に工具を保持する主軸と、
前記主軸頭の直交３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の直線移動および直交２回転軸回り（Ａ軸回り、Ｂ軸回り）の回転移動を数値制御する数値制御装置と、
を備え、
前記空間３自由度パラレル機構の前記ハウジングは前記ヘッドストックであり、前記空間３自由度パラレル機構の前記可動体が前記主軸頭を形成することを特徴とする多軸数値制御工作機械。 A multi-axis numerically controlled machine tool using the spatial three-degree-of-freedom parallel mechanism according to any one of claims 1 to 13,
A work table for holding workpieces;
A column movable relative to the work table in one linear direction (hereinafter referred to as X-axis direction);
A headstock movable in a Y-axis direction perpendicular to the X-axis with respect to the column;
It is provided on the headstock and can move in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and Y-axis with respect to the headstock, and can rotate around two orthogonal rotation axes (hereinafter referred to as A-axis and B-axis). The spindle head,
A spindle that is rotatably supported on the spindle head and holds a tool at the tip;
A numerical controller that numerically controls linear movement of the spindle head in the three orthogonal directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) and rotational movement about the two orthogonal rotation axes (around the A-axis and B-axis); ,
With
The multi-axis numerically controlled machine tool, wherein the housing of the space three-degree-of-freedom parallel mechanism is the headstock, and the movable body of the space three-degree-of-freedom parallel mechanism forms the spindle head.