JP3002459B2 - 複合工程型マシニングセンタおよびその並列機構構造 - Google Patents
複合工程型マシニングセンタおよびその並列機構構造Info
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- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
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- B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
- B23Q1/545—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces
- B23Q1/5462—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces with one supplementary sliding pair
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- B23Q2210/006—Curved guiding rails
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマシニングセンタに
関するもので、特に単一セットアップによって５面加工
が可能であり、ミーリング作業だけでなく旋削、ボーリ
ング、ドリリング、研削等の複合工程が可能になるよう
にする並列機構構造および、このような並列機構構造を
有する複合工程型マシニングセンタを提供する。
関するもので、特に単一セットアップによって５面加工
が可能であり、ミーリング作業だけでなく旋削、ボーリ
ング、ドリリング、研削等の複合工程が可能になるよう
にする並列機構構造および、このような並列機構構造を
有する複合工程型マシニングセンタを提供する。
【０００２】
【従来の技術】マシニングセンタを用いて所望の形状お
よび模様を有する製品を加工するためには、マシニング
センタの中の工具部分の３次元位置および姿勢の制御が
必要である。このための最も基本的な機構学的な構造は
図２０に示すような直列機構構造である。直列機構構造
は、ベース１０００から主軸１２００までの各軸が直角
の構造である。このような直列機構構造は、作業空間が
広く、これを作動させるための運営ソフトウエアおよび
制御部が簡単であるという長所がある。
よび模様を有する製品を加工するためには、マシニング
センタの中の工具部分の３次元位置および姿勢の制御が
必要である。このための最も基本的な機構学的な構造は
図２０に示すような直列機構構造である。直列機構構造
は、ベース１０００から主軸１２００までの各軸が直角
の構造である。このような直列機構構造は、作業空間が
広く、これを作動させるための運営ソフトウエアおよび
制御部が簡単であるという長所がある。
【０００３】このような直列機構構造に比して、最近は
６自由度運動ができる並列機構構造を採用したマシニン
グセンタに関する研究が活発に行われている。並列機構
構造は、ベースと主軸とが複数個のリンクによって並列
連結されていることが特徴である。
６自由度運動ができる並列機構構造を採用したマシニン
グセンタに関する研究が活発に行われている。並列機構
構造は、ベースと主軸とが複数個のリンクによって並列
連結されていることが特徴である。
【０００４】図２１は従来の並列機構構造であって、ヘ
キサポッド構造を説明する図面である。図２１に示した
ヘキサポッド構造は、ベース２１００と主軸２２００が
六個のリンクによって連結されており、六個のリンクを
伸縮することによって６自由度運動をすることができ
る。
キサポッド構造を説明する図面である。図２１に示した
ヘキサポッド構造は、ベース２１００と主軸２２００が
六個のリンクによって連結されており、六個のリンクを
伸縮することによって６自由度運動をすることができ
る。
【０００５】しかし、ヘキサポッド構造を有するマシニ
ングセンタは、主軸の位置によって垂直型マシニングセ
ンタと水平型マシニングセンタとに分かれている。した
がって、垂直型マシニングセンタでは、被加工物の垂直
面しか加工できず、また、水平型マシニングセンタは被
加工物の水平面しか加工することができないので、単一
のマシニングセンタでは垂直面と水平面との両方を加工
することができない。また、従来の並列機構構造のマシ
ニングセンタでは旋削工程が不可能であるので、旋盤を
用いた別途の作業が必要である。
ングセンタは、主軸の位置によって垂直型マシニングセ
ンタと水平型マシニングセンタとに分かれている。した
がって、垂直型マシニングセンタでは、被加工物の垂直
面しか加工できず、また、水平型マシニングセンタは被
加工物の水平面しか加工することができないので、単一
のマシニングセンタでは垂直面と水平面との両方を加工
することができない。また、従来の並列機構構造のマシ
ニングセンタでは旋削工程が不可能であるので、旋盤を
用いた別途の作業が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
従来技術の並列機構構造を改善するためのもので、本発
明の目的は、従来技術に比して主軸の傾斜度が拡張され
た６自由度並列機構構造を提供することにある。
従来技術の並列機構構造を改善するためのもので、本発
明の目的は、従来技術に比して主軸の傾斜度が拡張され
た６自由度並列機構構造を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、作業空間で主軸の傾
斜が９０°まで可能であって、この姿勢で主軸が被加工
物の周囲を旋回することができるので、単一マシニング
センタによって垂直面および水平面を加工することがで
きるだけでなく、垂直旋削加工もできる並列機構構造を
提供することにある。
斜が９０°まで可能であって、この姿勢で主軸が被加工
物の周囲を旋回することができるので、単一マシニング
センタによって垂直面および水平面を加工することがで
きるだけでなく、垂直旋削加工もできる並列機構構造を
提供することにある。
【０００８】本発明のさらに他の目的は、前記の６自由
度並列機構構造を有する６軸マシニングセンタを提供す
ることにある。
度並列機構構造を有する６軸マシニングセンタを提供す
ることにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、前記の６軸マ
シニングセンタの駆動関節の特異点問題を解決するため
に超過駆動マシニングセンタを提供することにある。
シニングセンタの駆動関節の特異点問題を解決するため
に超過駆動マシニングセンタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による並列機構構造は、主軸に三個の固定
長さリンクが相互に並列に連結され、前記三個のリンク
をそれぞれ垂直方向に移送するための三個の直線形垂直
ガイド、前記の垂直ガイドが３６０°平衡移送すること
ができる単一の円形水平ガイドを含んでいる。前記の主
軸と三個の固定長さリンクとの連結は３軸回転関節によ
ってなされ、前記の固定長さリンクとそれぞれの直線形
垂直ガイドとは１軸回転関節によって連結されている。
前記固定長さリンクがそれぞれの直線形垂直ガイド上で
垂直移送されるための直線上の１軸並進移送関節およ
び、前記三個の直線形垂直ガイドが前記の円形水平ガイ
ド上を水平移送するための円弧状の１軸並進移送関節を
含んでいる。
めに、本発明による並列機構構造は、主軸に三個の固定
長さリンクが相互に並列に連結され、前記三個のリンク
をそれぞれ垂直方向に移送するための三個の直線形垂直
ガイド、前記の垂直ガイドが３６０°平衡移送すること
ができる単一の円形水平ガイドを含んでいる。前記の主
軸と三個の固定長さリンクとの連結は３軸回転関節によ
ってなされ、前記の固定長さリンクとそれぞれの直線形
垂直ガイドとは１軸回転関節によって連結されている。
前記固定長さリンクがそれぞれの直線形垂直ガイド上で
垂直移送されるための直線上の１軸並進移送関節およ
び、前記三個の直線形垂直ガイドが前記の円形水平ガイ
ド上を水平移送するための円弧状の１軸並進移送関節を
含んでいる。
【００１１】本発明による並列機構構造を用いると、単
一セットアップによって５面加工が可能であるだけでな
く、垂直旋削加工、ボーリング、ドリリング、研削等の
工程を複合的に遂行することができる複合工程型マシニ
ングセンタを具現することができる。
一セットアップによって５面加工が可能であるだけでな
く、垂直旋削加工、ボーリング、ドリリング、研削等の
工程を複合的に遂行することができる複合工程型マシニ
ングセンタを具現することができる。
【００１２】本発明による並列機構構造を用いて具現さ
れた基本的な６軸複合工程型マシニングセンタは、前記
三個の固定長さリンクがそれぞれの直線形垂直ガイド上
で垂直移送されるようにするために、直線上の１軸並進
移送関節を駆動する三個のアクチュエータと、前記三個
の直線形垂直ガイドが前記の円形水平ガイド上を水平移
送するようにするために、円弧状の一軸並進移送関節を
駆動する三個のアクチュエータとを含んでおり、合計六
個のアクチュエータによって工具の６自由度運動を駆動
する。
れた基本的な６軸複合工程型マシニングセンタは、前記
三個の固定長さリンクがそれぞれの直線形垂直ガイド上
で垂直移送されるようにするために、直線上の１軸並進
移送関節を駆動する三個のアクチュエータと、前記三個
の直線形垂直ガイドが前記の円形水平ガイド上を水平移
送するようにするために、円弧状の一軸並進移送関節を
駆動する三個のアクチュエータとを含んでおり、合計六
個のアクチュエータによって工具の６自由度運動を駆動
する。
【００１３】本発明はまた、並列機構構造に発生しやす
い駆動装置の特異点問題を解決するために、超過駆動マ
シニングセンタを提案する。本発明で提案する７軸超過
駆動マシニングセンタは、６軸マシニングセンタにおけ
る基本的な六個のアクチュエータ以外に、前記三個の１
軸回転関節のうちのいずれか１つの１軸回転関節を超過
駆動する超過駆動アクチュエータをさらに含んでおり、
合計七個のアクチュエータによって工具の６自由度運動
を駆動する。このような７軸超過駆動マシニングセンタ
によって駆動装置の特異点問題は或る程度は解決できる
がまだ完全なものではない。
い駆動装置の特異点問題を解決するために、超過駆動マ
シニングセンタを提案する。本発明で提案する７軸超過
駆動マシニングセンタは、６軸マシニングセンタにおけ
る基本的な六個のアクチュエータ以外に、前記三個の１
軸回転関節のうちのいずれか１つの１軸回転関節を超過
駆動する超過駆動アクチュエータをさらに含んでおり、
合計七個のアクチュエータによって工具の６自由度運動
を駆動する。このような７軸超過駆動マシニングセンタ
によって駆動装置の特異点問題は或る程度は解決できる
がまだ完全なものではない。
【００１４】したがって、本発明では駆動装置の特異点
問題を完全に解決する８軸超過駆動マシニングセンタを
提案する。８軸超過駆動マシニングセンタは、６軸マシ
ニングセンタの基本的な六個のアクチュエータ以外に、
前記三個の１軸回転関節のうちの二個の１軸回転関節を
超過駆動する二個の超過駆動アクチュエータを含んでお
り、合計八個のアクチュエータで工具の６自由度運動を
駆動する。このような８軸超過駆動マシニングセンタで
は駆動装置の特異点の問題は全然発生しない。
問題を完全に解決する８軸超過駆動マシニングセンタを
提案する。８軸超過駆動マシニングセンタは、６軸マシ
ニングセンタの基本的な六個のアクチュエータ以外に、
前記三個の１軸回転関節のうちの二個の１軸回転関節を
超過駆動する二個の超過駆動アクチュエータを含んでお
り、合計八個のアクチュエータで工具の６自由度運動を
駆動する。このような８軸超過駆動マシニングセンタで
は駆動装置の特異点の問題は全然発生しない。
【００１５】また、本発明では超過駆動マシニングセン
タの対称性を考え、マシニングセンタの強性を高めるた
めに、前記三個の１軸回転関節の全てに超過駆動する三
個の超過駆動アクチュエータを含む９軸超過駆動マシニ
ングセンタを提案する。
タの対称性を考え、マシニングセンタの強性を高めるた
めに、前記三個の１軸回転関節の全てに超過駆動する三
個の超過駆動アクチュエータを含む９軸超過駆動マシニ
ングセンタを提案する。
【００１６】本発明による並列機構構造を具現した複合
工程型マシニングセンタによると、単一セットアップに
よって５面加工ができ、特に垂直旋削加工が可能であ
る。
工程型マシニングセンタによると、単一セットアップに
よって５面加工ができ、特に垂直旋削加工が可能であ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下の添付図面を参照し、本発明
の実施形態を詳細に説明する。 図１１は本発明による
並列機構構造を示している。図１に示したように、主軸
７２に三個の固定長さリンク７３、７４、７５が連結さ
れている。三個の固定長さリンク７３、７４、７５の長
さは同一な場合もあり、互いに異なる場合もある。図１
は、三個の固定長さリンク７３、７４、７５の長さが同
一な場合を示している。このような三個の固定長さリン
ク７３、７４、７５は、それぞれ対応する三個の直線形
垂直ガイド８３、８４、８５に沿って垂直方向に移送す
る。円形水平ガイド７６は、前記三個の直線形垂直ガイ
ド８３、８４、８５が円弧上を３６０°水平移送できる
ようにする。
の実施形態を詳細に説明する。 図１１は本発明による
並列機構構造を示している。図１に示したように、主軸
７２に三個の固定長さリンク７３、７４、７５が連結さ
れている。三個の固定長さリンク７３、７４、７５の長
さは同一な場合もあり、互いに異なる場合もある。図１
は、三個の固定長さリンク７３、７４、７５の長さが同
一な場合を示している。このような三個の固定長さリン
ク７３、７４、７５は、それぞれ対応する三個の直線形
垂直ガイド８３、８４、８５に沿って垂直方向に移送す
る。円形水平ガイド７６は、前記三個の直線形垂直ガイ
ド８３、８４、８５が円弧上を３６０°水平移送できる
ようにする。
【００１８】主軸７２、前記三個の固定長さリンク７
３、７４、７５、および三個の垂直ガイド８３、８４、
８５と単一の円形水平ガイド７６の連結を説明する。主
軸７２と三個の固定長さリンク７３、７４、７５とは、
それぞれ３軸回転関節Ｓによって連結され、前記固定長
さリンク７３、７４、７５と対応するそれぞれの垂直ガ
イド８３、８４、８５とは、１軸回転関節Ｒによって連
結される。また、前記固定長さリンク７３、７４、７５
が対応するそれぞれの直線形垂直ガイド８３、８４、８
５上で垂直移送されるために前記の１軸回転関節Ｒは、
直線形垂直ガイドに直線上の１軸並進移送関節Ｐによっ
て連結される。前記三個の直線形垂直ガイド８３、８
４、８５が前記の円形水平ガイド７６上を水平移送する
ために、前記三個の直線形垂直ガイド８３、８４、８５
と、前記の円形水平ガイド７６とは、円弧状の１軸並進
移送関節Ｐ′によって連結される。
３、７４、７５、および三個の垂直ガイド８３、８４、
８５と単一の円形水平ガイド７６の連結を説明する。主
軸７２と三個の固定長さリンク７３、７４、７５とは、
それぞれ３軸回転関節Ｓによって連結され、前記固定長
さリンク７３、７４、７５と対応するそれぞれの垂直ガ
イド８３、８４、８５とは、１軸回転関節Ｒによって連
結される。また、前記固定長さリンク７３、７４、７５
が対応するそれぞれの直線形垂直ガイド８３、８４、８
５上で垂直移送されるために前記の１軸回転関節Ｒは、
直線形垂直ガイドに直線上の１軸並進移送関節Ｐによっ
て連結される。前記三個の直線形垂直ガイド８３、８
４、８５が前記の円形水平ガイド７６上を水平移送する
ために、前記三個の直線形垂直ガイド８３、８４、８５
と、前記の円形水平ガイド７６とは、円弧状の１軸並進
移送関節Ｐ′によって連結される。
【００１９】前記のような並列機構構造の基本的な駆動
関節は、前記三個の固定長さリンク７３、７４、７５を
三個の直線形垂直ガイド８３、８４、８５上で垂直移送
するための直線上の１軸並進移送関節Ｐと、前記三個の
直線形垂直ガイド８３、８４、８５を前記の円形水平ガ
イド７６上で水平移送するための円弧状の１軸並進移送
関節Ｐ′である。このように、六個の関節を駆動して主
軸の基本的な６自由度運動を実現することができる。
関節は、前記三個の固定長さリンク７３、７４、７５を
三個の直線形垂直ガイド８３、８４、８５上で垂直移送
するための直線上の１軸並進移送関節Ｐと、前記三個の
直線形垂直ガイド８３、８４、８５を前記の円形水平ガ
イド７６上で水平移送するための円弧状の１軸並進移送
関節Ｐ′である。このように、六個の関節を駆動して主
軸の基本的な６自由度運動を実現することができる。
【００２０】前記の本発明による並列機構構造は、作業
空間が狭くなることを防止するために、前記三個の直線
形垂直ガイド８３、８４、８５のうちの二個８３、８４
は、円形水平ガイド７６を基準として上方に配置され、
残りの一個８５は下方に配置される。
空間が狭くなることを防止するために、前記三個の直線
形垂直ガイド８３、８４、８５のうちの二個８３、８４
は、円形水平ガイド７６を基準として上方に配置され、
残りの一個８５は下方に配置される。
【００２１】図２は、図１に図示した本発明による並列
機構構造であって、主軸の傾斜が９０°である場合を示
している。図２に示すとおり、本発明による並列機構構
造では主軸の傾斜が９０°の運動が可能である。従来の
並列機構構造では主軸の傾斜を９０°まで高めることが
難しかった。これは主軸と複数個のリンク間を連結する
３軸回転関節の回転角度に限界があるためである。
機構構造であって、主軸の傾斜が９０°である場合を示
している。図２に示すとおり、本発明による並列機構構
造では主軸の傾斜が９０°の運動が可能である。従来の
並列機構構造では主軸の傾斜を９０°まで高めることが
難しかった。これは主軸と複数個のリンク間を連結する
３軸回転関節の回転角度に限界があるためである。
【００２２】図３は、図１に図示した本発明による並列
機構構造であって、主軸の傾斜が９０°の状態で工具が
被加工物の周囲を旋回することを示す平面図である。図
３に示すとおり、主軸が９０°傾斜の状態で第一位置か
ら第二位置に旋回するとしても、第一、第二、第三の三
個の固定長さリンクは相対的な位置を維持して三個の直
線形垂直ガイドが円形水平ガイドを移送するようになる
ので、主軸と三個の固定長さリンクを連結する３軸回転
関節Ｓの角度に変化がない。
機構構造であって、主軸の傾斜が９０°の状態で工具が
被加工物の周囲を旋回することを示す平面図である。図
３に示すとおり、主軸が９０°傾斜の状態で第一位置か
ら第二位置に旋回するとしても、第一、第二、第三の三
個の固定長さリンクは相対的な位置を維持して三個の直
線形垂直ガイドが円形水平ガイドを移送するようになる
ので、主軸と三個の固定長さリンクを連結する３軸回転
関節Ｓの角度に変化がない。
【００２３】以下、図４から図９を参照しながら、前記
において説明した本発明による並列機構構造を具現した
複合工程型マシニングセンタを詳細に説明する。
において説明した本発明による並列機構構造を具現した
複合工程型マシニングセンタを詳細に説明する。
【００２４】図４は本発明による並列機構構造が具現さ
れた６軸複合工程型マシニングセンタの斜視図であり、
図５は図４の平面図、図６は図５のＡ−Ａ線断面図であ
る。
れた６軸複合工程型マシニングセンタの斜視図であり、
図５は図４の平面図、図６は図５のＡ−Ａ線断面図であ
る。
【００２５】本発明による複合工程型マシニングセンタ
は、工具１と工具の回転運動を駆動する主軸モーター２
とから構成された主軸系と、工具の位置および姿勢を決
定する移送系とから構成される。
は、工具１と工具の回転運動を駆動する主軸モーター２
とから構成された主軸系と、工具の位置および姿勢を決
定する移送系とから構成される。
【００２６】三個の固定長さリンク４０１、４０２、４
０３が３軸回転関節３０１、３０２、３０３によって主
軸系に連結される。三個の固定長さリンク４０１、４０
２、４０３の長さは同一な場合もあり互いに異なる場合
もある。図４に示すのは、三個の固定長さリンク４０
１、４０２、４０３の長さが互いに同一な場合である。
ここにおいて用いられる３軸回転関節３０１、３０２、
３０３は、許容傾斜角が６０°以上となるように特別に
製作したものであって、従来の３軸回転関節の最大許容
傾斜角が５０°程度であることに比して許容傾斜角が大
きいという長所がある。
０３が３軸回転関節３０１、３０２、３０３によって主
軸系に連結される。三個の固定長さリンク４０１、４０
２、４０３の長さは同一な場合もあり互いに異なる場合
もある。図４に示すのは、三個の固定長さリンク４０
１、４０２、４０３の長さが互いに同一な場合である。
ここにおいて用いられる３軸回転関節３０１、３０２、
３０３は、許容傾斜角が６０°以上となるように特別に
製作したものであって、従来の３軸回転関節の最大許容
傾斜角が５０°程度であることに比して許容傾斜角が大
きいという長所がある。
【００２７】三個の固定長さリンク４０１、４０２、４
０３は、対応する１軸回転関節５０１、５０２、５０３
によってそれぞれの直線形垂直ガイド６０１、６０２、
６０３に連結されている。１軸回転関節５０１、５０
２、５０３に連結された三個の固定長さリンク４０１、
４０２、４０３の垂直移送は、それぞれの垂直移送用ア
クチュエータ７０１、７０２、７０３によって駆動され
る。直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３は、円形
水平ガイド８を基準として上方に配置された二個の上向
式直線形垂直ガイド６０２、６０３と、円形水平ガイド
８を基準として下向に配置された一個の下向式直線形垂
直ガイド６０１とから構成される。また他の例として、
一個の直線形垂直ガイドを上向式に構成し、残りの二個
の直線形垂直ガイドを下向式に構成することもできる。
０３は、対応する１軸回転関節５０１、５０２、５０３
によってそれぞれの直線形垂直ガイド６０１、６０２、
６０３に連結されている。１軸回転関節５０１、５０
２、５０３に連結された三個の固定長さリンク４０１、
４０２、４０３の垂直移送は、それぞれの垂直移送用ア
クチュエータ７０１、７０２、７０３によって駆動され
る。直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３は、円形
水平ガイド８を基準として上方に配置された二個の上向
式直線形垂直ガイド６０２、６０３と、円形水平ガイド
８を基準として下向に配置された一個の下向式直線形垂
直ガイド６０１とから構成される。また他の例として、
一個の直線形垂直ガイドを上向式に構成し、残りの二個
の直線形垂直ガイドを下向式に構成することもできる。
【００２８】図７は、図６のＢ−Ｂ線断面図であって、
上向式垂直ガイドの断面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ
線断面図であり下向式垂直ガイドの断面図である。
上向式垂直ガイドの断面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ
線断面図であり下向式垂直ガイドの断面図である。
【００２９】直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３
は、それぞれの垂直移送用アクチュエータ７０１、７０
２、７０３によってそれぞれの固定長さリンク４０１、
４０２、４０３が垂直移送するボールスクリュー６２
１、６２２、６２３、各固定長さリンク４０１、４０
２、４０３と連結された１軸回転関節５０１、５０２、
５０３とボールスクリュー６２１、６２２、６２３とを
連結するためのボールナット６１１、６１２、６１３お
よび、前記ボールスクリュー６２１、６２２、６２３と
それぞれの垂直移送用アクチュエータ７０１、７０２、
７０３とを連結するカップリング６３１、６３２、６３
３から構成される。
は、それぞれの垂直移送用アクチュエータ７０１、７０
２、７０３によってそれぞれの固定長さリンク４０１、
４０２、４０３が垂直移送するボールスクリュー６２
１、６２２、６２３、各固定長さリンク４０１、４０
２、４０３と連結された１軸回転関節５０１、５０２、
５０３とボールスクリュー６２１、６２２、６２３とを
連結するためのボールナット６１１、６１２、６１３お
よび、前記ボールスクリュー６２１、６２２、６２３と
それぞれの垂直移送用アクチュエータ７０１、７０２、
７０３とを連結するカップリング６３１、６３２、６３
３から構成される。
【００３０】垂直移送用アクチュエータ７０１、７０
２、７０３の回転駆動力がボールスクリュー６２１、６
２２、６２３を通してボールナット６１１、６１２、６
１３に伝達され、ボールナット６１１、６１２、６１３
に連結された１軸回転関節５０１、５０２、５０３を通
して固定長さリンク４０１、４０２、４０３に伝達さ
れ、結果的に固定長さリンク４０１、４０２、４０３が
ボールスクリュー６２１、６２２、６２３によって提供
された垂直移送経路に沿って移送される。
２、７０３の回転駆動力がボールスクリュー６２１、６
２２、６２３を通してボールナット６１１、６１２、６
１３に伝達され、ボールナット６１１、６１２、６１３
に連結された１軸回転関節５０１、５０２、５０３を通
して固定長さリンク４０１、４０２、４０３に伝達さ
れ、結果的に固定長さリンク４０１、４０２、４０３が
ボールスクリュー６２１、６２２、６２３によって提供
された垂直移送経路に沿って移送される。
【００３１】前記の直線形垂直ガイド６０１、６０２、
６０３は、それぞれの水平移送用アクチュエータ９０
１、９０２、９０３によって駆動されて円形水平ガイド
８上を水平移送する。このような水平移送のために、円
形水平ガイド８の外側面にはリングギア８１が配設され
ており、直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３に
は、水平移送用アクチュエータ９０１、９０２、９０３
によって駆動されるピニオンギア８２１、８２２、８２
３が配設されている。水平移送用アクチュエータ９０
１、９０２、９０３はピニオンギア８２１、８２２、８
２３を駆動して、ピニオンギア８２１、８２２、８２３
が前記のリングギア８１に噛み合って回転するようにし
て、直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３の水平移
送を行う。
６０３は、それぞれの水平移送用アクチュエータ９０
１、９０２、９０３によって駆動されて円形水平ガイド
８上を水平移送する。このような水平移送のために、円
形水平ガイド８の外側面にはリングギア８１が配設され
ており、直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３に
は、水平移送用アクチュエータ９０１、９０２、９０３
によって駆動されるピニオンギア８２１、８２２、８２
３が配設されている。水平移送用アクチュエータ９０
１、９０２、９０３はピニオンギア８２１、８２２、８
２３を駆動して、ピニオンギア８２１、８２２、８２３
が前記のリングギア８１に噛み合って回転するようにし
て、直線形垂直ガイド６０１、６０２、６０３の水平移
送を行う。
【００３２】固定長さリンク４０１、４０２、４０３の
垂直移送時の垂直方向の荷重と、直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３自体の水平移送時の水平方向の遠心
力および鋼体間の水平方向または垂直方向の内部力とに
耐えるため、ローラ８３が配設されている。
垂直移送時の垂直方向の荷重と、直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３自体の水平移送時の水平方向の遠心
力および鋼体間の水平方向または垂直方向の内部力とに
耐えるため、ローラ８３が配設されている。
【００３３】前記において説明したとおり、三個の固定
長さリンク４０１、４０２、４０３の直線形垂直ガイド
６０１、６０２、６０３上の垂直移送と、三個の直線形
垂直ガイド６０１、６０２、６０３の円形水平ガイド８
上の水平移送によって構成される主軸の６自由度運動に
より、工具の位置および姿勢が決定される。図４に示す
とおり、三個の垂直移送用アクチュエータと三個の水平
移送用アクチュエータとからなる六個のアクチュエータ
を含む場合、これを６軸マシニングセンタという。
長さリンク４０１、４０２、４０３の直線形垂直ガイド
６０１、６０２、６０３上の垂直移送と、三個の直線形
垂直ガイド６０１、６０２、６０３の円形水平ガイド８
上の水平移送によって構成される主軸の６自由度運動に
より、工具の位置および姿勢が決定される。図４に示す
とおり、三個の垂直移送用アクチュエータと三個の水平
移送用アクチュエータとからなる六個のアクチュエータ
を含む場合、これを６軸マシニングセンタという。
【００３４】このような６軸マシニングセンタで工具の
位置および姿勢の軌跡は、垂直移送用アクチュエータと
水平移送用アクチュエータの回転運動成分によって決定
されるので、コンピューター数値制御マシニングセンタ
の場合、機構学的な解釈を通して決定された各移送アク
チュエータの入力値等を数値的に制御し、被加工物に対
する工具の相対的な位置および姿勢を制御して所望の形
状の製品が得られる。
位置および姿勢の軌跡は、垂直移送用アクチュエータと
水平移送用アクチュエータの回転運動成分によって決定
されるので、コンピューター数値制御マシニングセンタ
の場合、機構学的な解釈を通して決定された各移送アク
チュエータの入力値等を数値的に制御し、被加工物に対
する工具の相対的な位置および姿勢を制御して所望の形
状の製品が得られる。
【００３５】図９に示すとおり、本発明による６軸複合
工程型マシニングセンタでは、主軸が被加工物に対して
垂直の姿勢を有し得るので、単一セットアップによって
被加工物の側面加工まで可能である。
工程型マシニングセンタでは、主軸が被加工物に対して
垂直の姿勢を有し得るので、単一セットアップによって
被加工物の側面加工まで可能である。
【００３６】一方、本発明による複合工程型マシニング
センタにおいて工具の位置および姿勢を決定する場合に
最も制限的な要素は、固定長さリンク４０１、４０２、
４０３を主軸系に連結する３軸回転関節３０１、３０
２、３０３の回転角度である。本発明では、固定長さリ
ンク４０１、４０２、４０３が直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３上を垂直移送する範囲を限定して、
３軸回転関節３０１、３０２、３０３に無理が加えられ
ないようにする。このために、各直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３は、固定長さリンク垂直移送制限用
のリミットスイッチ１１を配設している。
センタにおいて工具の位置および姿勢を決定する場合に
最も制限的な要素は、固定長さリンク４０１、４０２、
４０３を主軸系に連結する３軸回転関節３０１、３０
２、３０３の回転角度である。本発明では、固定長さリ
ンク４０１、４０２、４０３が直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３上を垂直移送する範囲を限定して、
３軸回転関節３０１、３０２、３０３に無理が加えられ
ないようにする。このために、各直線形垂直ガイド６０
１、６０２、６０３は、固定長さリンク垂直移送制限用
のリミットスイッチ１１を配設している。
【００３７】本発明による６軸複合工程型マシニングセ
ンタでは、三個の直線形垂直ガイド６０１、６０２、６
０３がそれぞれの水平移送用アクチュエータ９０１、９
０２、９０３によって駆動され、円形水平ガイド８上で
３６０°水平移送するので、直線形垂直ガイド６０１、
６０２、６０３が衝突した状況に対応しなければならな
い。このために本発明では、直線形垂直ガイド６０１、
６０２、６０３に衝突防止用リミットスイッチ１０、１
０′が配設されている。
ンタでは、三個の直線形垂直ガイド６０１、６０２、６
０３がそれぞれの水平移送用アクチュエータ９０１、９
０２、９０３によって駆動され、円形水平ガイド８上で
３６０°水平移送するので、直線形垂直ガイド６０１、
６０２、６０３が衝突した状況に対応しなければならな
い。このために本発明では、直線形垂直ガイド６０１、
６０２、６０３に衝突防止用リミットスイッチ１０、１
０′が配設されている。
【００３８】コンピューター数値制御複合工程型マシニ
ングセンタの駆動は、一般的に工具の初期位置および姿
勢によって決定される初期値に対する変位値によって制
御されるので、初期値を決定する原点を決める必要があ
る。このために、本発明では水平移送原点復帰用のリミ
ットスイッチ１２と、垂直移送原点復帰用のリミットス
イッチ１３とが配設されている。
ングセンタの駆動は、一般的に工具の初期位置および姿
勢によって決定される初期値に対する変位値によって制
御されるので、初期値を決定する原点を決める必要があ
る。このために、本発明では水平移送原点復帰用のリミ
ットスイッチ１２と、垂直移送原点復帰用のリミットス
イッチ１３とが配設されている。
【００３９】本発明による６軸複合工程型マシニングセ
ンタは、以上に説明した主軸系および移送系の以外に、
被加工物自体を回転させるための被加工物回転系をさら
に含む。被加工物回転系は、被加工物２０を固定するた
めの固定部材３１、前記の固定部材３１を支持するチャ
ック３２、前記のチャック３２に連結された空圧シリン
ダー３５、前記のチャックを回転させるためのプーリ３
３、および前記のプーリ３３を駆動するためのプーリ駆
動用モーター３６を含んでいる。プーリ駆動用モーター
３６が直結式でない場合は、プーリ駆動用モーター３６
の回転駆動力を前記のプーリ３３に伝達するためのＶ−
ベルト３４をさらに含むことができる。
ンタは、以上に説明した主軸系および移送系の以外に、
被加工物自体を回転させるための被加工物回転系をさら
に含む。被加工物回転系は、被加工物２０を固定するた
めの固定部材３１、前記の固定部材３１を支持するチャ
ック３２、前記のチャック３２に連結された空圧シリン
ダー３５、前記のチャックを回転させるためのプーリ３
３、および前記のプーリ３３を駆動するためのプーリ駆
動用モーター３６を含んでいる。プーリ駆動用モーター
３６が直結式でない場合は、プーリ駆動用モーター３６
の回転駆動力を前記のプーリ３３に伝達するためのＶ−
ベルト３４をさらに含むことができる。
【００４０】このような被加工物回転系を含むと、図９
の図示のとおり主軸が被加工物に対して垂直な形態で、
被加工物を回転させつつ垂直旋削加工が可能になる。
の図示のとおり主軸が被加工物に対して垂直な形態で、
被加工物を回転させつつ垂直旋削加工が可能になる。
【００４１】一方、本発明による並列機構構造は、駆動
装置特異点の問題があり得る。並列機構構造の駆動装置
の特異点問題は以下のとおり解決される。
装置特異点の問題があり得る。並列機構構造の駆動装置
の特異点問題は以下のとおり解決される。
【００４２】並列機構構造の拘束式は下記のとおり表す
ことができる。
ことができる。
【００４３】 ｇ（ｕ，ｖ）＝０、 ｕ∈Ｒn、 ｖ∈Ｒm、 ｇ；Ｒn×Ｒm→Ｒm ここにおいてｕは駆動関節、ｖは受動関節を意味する。
【００４４】前記の式から関節空間は（ｎ＋ｍ）次元空
間に置かれているｎ次元多様体を形成することが分か
る。
間に置かれているｎ次元多様体を形成することが分か
る。
【００４５】もし、∂ｇ／∂ｖが陰関数定理によって、
転換可能であれば、ｖはｕの関数で表現され得る。
転換可能であれば、ｖはｕの関数で表現され得る。
【００４６】もし、∂ｇ／∂ｖの階数が離れて、ｖがｕ
の関数で表現され得ない場合は全ての駆動関節を独立的
に駆動することができなくなる。これを駆動装置特異点
といい、物理的にはこのような特異点において外力に対
してどのような反力も発生させ得ないので、局所的にが
たんとするようになる。
の関数で表現され得ない場合は全ての駆動関節を独立的
に駆動することができなくなる。これを駆動装置特異点
といい、物理的にはこのような特異点において外力に対
してどのような反力も発生させ得ないので、局所的にが
たんとするようになる。
【００４７】本発明による６軸マシニングセンタの駆動
装置特異点を調べてみる。
装置特異点を調べてみる。
【００４８】図１０は図４から図９に示された本発明に
よる６軸マシニングセンタにおいて、主軸の傾斜角が０
°から９０°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に
対して微分したヤコビアンの状態を表したものである。
図１０で横軸は主軸の傾斜角であり、縦軸は主軸自体の
回転角γである。
よる６軸マシニングセンタにおいて、主軸の傾斜角が０
°から９０°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に
対して微分したヤコビアンの状態を表したものである。
図１０で横軸は主軸の傾斜角であり、縦軸は主軸自体の
回転角γである。
【００４９】図１０で、薄い色で表示される領域は、主
軸がスムースに傾くことができる好ましい状態であり、
濃い色で表示された領域は、駆動装置の特異点が存在す
る位置であって、この特異点では全ての駆動関節を独立
的に駆動することができなくなり、局所的にがたんとす
るようになる。
軸がスムースに傾くことができる好ましい状態であり、
濃い色で表示された領域は、駆動装置の特異点が存在す
る位置であって、この特異点では全ての駆動関節を独立
的に駆動することができなくなり、局所的にがたんとす
るようになる。
【００５０】主軸の回転角γが０°の場合、主軸傾斜角
のうちの３６°付近と５７°付近で特異点が発生するこ
とが分かる。図１０で濃い色で表示されたこのような特
異点領域は、主軸の回転角γを如何に設定するとして
も、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾くときに必ず生
じるようになる。即ち、主軸自体を回転させることによ
って得られる余分の自由度である主軸回転角γを用いて
も、駆動装置の特異点を回避することができなくなる。
のうちの３６°付近と５７°付近で特異点が発生するこ
とが分かる。図１０で濃い色で表示されたこのような特
異点領域は、主軸の回転角γを如何に設定するとして
も、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾くときに必ず生
じるようになる。即ち、主軸自体を回転させることによ
って得られる余分の自由度である主軸回転角γを用いて
も、駆動装置の特異点を回避することができなくなる。
【００５１】したがって、本発明では前記の駆動装置の
特異点問題を解決するために、六個の駆動関節を駆動す
るための六個のアクチュエータの以外に、本来アクチュ
エータによって駆動されない受動関節を駆動（超過駆
動）するための付加的なアクチュエータを含む超過駆動
マシニングセンタを提案する。本発明で付加されるアク
チュエータは少なくとも一つである。
特異点問題を解決するために、六個の駆動関節を駆動す
るための六個のアクチュエータの以外に、本来アクチュ
エータによって駆動されない受動関節を駆動（超過駆
動）するための付加的なアクチュエータを含む超過駆動
マシニングセンタを提案する。本発明で付加されるアク
チュエータは少なくとも一つである。
【００５２】まず、本発明の一実施形態として一つの超
過駆動アクチュエータが装着された７軸マシニングセン
タを詳細に説明する。
過駆動アクチュエータが装着された７軸マシニングセン
タを詳細に説明する。
【００５３】図１１は、超過駆動アクチュエータが装着
され得る受動関節を示す。６軸マシニングセンタで直線
形垂直ガイド３３１、３３２、３３３の１軸回転関節５
１、５２、５３は受動関節である。７軸マシニングセン
タでは前記の１軸回転関節５１、５２、５３のうちのい
ずれか１つに超過駆動アクチュエータを装着してこの１
軸回転関節５１、５２、５３を駆動させる。対称構造の
ために、超過駆動アクチュエータは下向式直線形垂直ガ
イド３３１の１軸回転関節５１に装着されることが好ま
しい。
され得る受動関節を示す。６軸マシニングセンタで直線
形垂直ガイド３３１、３３２、３３３の１軸回転関節５
１、５２、５３は受動関節である。７軸マシニングセン
タでは前記の１軸回転関節５１、５２、５３のうちのい
ずれか１つに超過駆動アクチュエータを装着してこの１
軸回転関節５１、５２、５３を駆動させる。対称構造の
ために、超過駆動アクチュエータは下向式直線形垂直ガ
イド３３１の１軸回転関節５１に装着されることが好ま
しい。
【００５４】図１２は下向式直線形垂直ガイドの１軸回
転関節に超過駆動アクチュエータが装着された７軸マシ
ニングセンタを示しており、主軸の傾斜角が０°から９
０°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に対して微
分したヤコビアン(Jacobian)の状態を表示したものであ
る。図１２において横軸は主軸の傾斜角であり、縦軸は
主軸自体の回転角γである。図１２に示すとおり、７軸
マシニングセンタの場合には特異点領域がなくなり、そ
の代わりに特異点が点として存在することが分かる。ま
た、主軸の傾斜角が３６°付近は特異点領域ではない
が、まだ状態がよくないことが分かる。
転関節に超過駆動アクチュエータが装着された７軸マシ
ニングセンタを示しており、主軸の傾斜角が０°から９
０°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に対して微
分したヤコビアン(Jacobian)の状態を表示したものであ
る。図１２において横軸は主軸の傾斜角であり、縦軸は
主軸自体の回転角γである。図１２に示すとおり、７軸
マシニングセンタの場合には特異点領域がなくなり、そ
の代わりに特異点が点として存在することが分かる。ま
た、主軸の傾斜角が３６°付近は特異点領域ではない
が、まだ状態がよくないことが分かる。
【００５５】かかる問題は、超過駆動アクチュエータを
さらに付加することによって解決することができる。
さらに付加することによって解決することができる。
【００５６】したがって、本発明では二個の超過駆動ア
クチュエータを付加した８軸マシニングセンタを提案す
る。超過駆動アクチュエータを付加する受動関節を選択
するために、図１１に図示した各受動関節５１、５２、
５３に対する敏感度実験を行った。
クチュエータを付加した８軸マシニングセンタを提案す
る。超過駆動アクチュエータを付加する受動関節を選択
するために、図１１に図示した各受動関節５１、５２、
５３に対する敏感度実験を行った。
【００５７】図１１に図示した各受動関節５１、５２、
５３のうちの下向式直線形垂直ガイド３３１の１軸回転
関節５１を一番目の受動関節といい、上向式直線形垂直
ガイド３３２の１軸回転関節５２を二番目の受動関節と
いい、また他の上向式直線形垂直ガイド３３３の１軸回
転関節５３を三番目の受動関節ということにする。
５３のうちの下向式直線形垂直ガイド３３１の１軸回転
関節５１を一番目の受動関節といい、上向式直線形垂直
ガイド３３２の１軸回転関節５２を二番目の受動関節と
いい、また他の上向式直線形垂直ガイド３３３の１軸回
転関節５３を三番目の受動関節ということにする。
【００５８】図１３は、図１０に表れている左側の特異
点領域（主軸の傾斜角が約３６°付近）に沿って行きな
がら各受動関節の敏感度を求めたものであり、図１４は
図１０に表れている右側の特異点領域（主軸の傾斜角が
約５５°付近）に沿って行きながら各受動関節の敏感度
を求めたものである。
点領域（主軸の傾斜角が約３６°付近）に沿って行きな
がら各受動関節の敏感度を求めたものであり、図１４は
図１０に表れている右側の特異点領域（主軸の傾斜角が
約５５°付近）に沿って行きながら各受動関節の敏感度
を求めたものである。
【００５９】図１３に示すとおり、左側の特異点領域に
対しては、一番目の受動関節５１の敏感度が他の受動関
節５２、５３の敏感度に比して非常に小さいが、主軸の
回転角が大きくなることによって敏感度が大きくなるこ
とが分かる。しかし、図１４に示すとおり、右側の特異
点領域に対しては二番目の受動関節５２および三番目の
受動関節５３の敏感度が一番目の受動関節５１の敏感度
に比して小さいことが分かる。
対しては、一番目の受動関節５１の敏感度が他の受動関
節５２、５３の敏感度に比して非常に小さいが、主軸の
回転角が大きくなることによって敏感度が大きくなるこ
とが分かる。しかし、図１４に示すとおり、右側の特異
点領域に対しては二番目の受動関節５２および三番目の
受動関節５３の敏感度が一番目の受動関節５１の敏感度
に比して小さいことが分かる。
【００６０】図１３および図１４から分かるように、一
番目の受動関節５１に一個の超過駆動アクチュエータを
装着した７軸マシニングセンタの場合、主軸の傾斜角が
３７°付近における駆動装置の特異点問題を完全に解決
できない。
番目の受動関節５１に一個の超過駆動アクチュエータを
装着した７軸マシニングセンタの場合、主軸の傾斜角が
３７°付近における駆動装置の特異点問題を完全に解決
できない。
【００６１】本発明で提案する８軸マシニングセンタに
おいては、一番目の超過駆動アクチュエータは、下向式
直線形垂直ガイドの１軸回転関節である一番目の受動関
節５１に装着され、二番目の超過駆動アクチュエータは
二個の上向式直線形垂直ガイドのうちのいずれか一個の
上向式直線形垂直ガイドの１軸回転関節に装着される。
即ち、二番目の超過駆動アクチュエータは二番目の受動
関節５２または三番目の受動関節５３に装着され得る。
おいては、一番目の超過駆動アクチュエータは、下向式
直線形垂直ガイドの１軸回転関節である一番目の受動関
節５１に装着され、二番目の超過駆動アクチュエータは
二個の上向式直線形垂直ガイドのうちのいずれか一個の
上向式直線形垂直ガイドの１軸回転関節に装着される。
即ち、二番目の超過駆動アクチュエータは二番目の受動
関節５２または三番目の受動関節５３に装着され得る。
【００６２】本発明による８軸超過駆動マシニングセン
タでは、駆動装置の特異点がなくなり、主軸の傾斜角が
０°から９０°までスムーズに傾くことを観察した。
タでは、駆動装置の特異点がなくなり、主軸の傾斜角が
０°から９０°までスムーズに傾くことを観察した。
【００６３】次は、図１５から図１９を参照しつつ、本
発明による８軸超過駆動マシニングセンタを詳細に説明
する。
発明による８軸超過駆動マシニングセンタを詳細に説明
する。
【００６４】図１５は、本発明による８軸超過駆動マシ
ニングセンタの斜視図、図１６は図１５の８軸マシニン
グセンタの平面図、図１７は図１６のＡ−Ａ線断面図で
ある。図１８は本発明による８軸超過駆動マシニングセ
ンタの上向式直線形垂直ガイドの詳細図である。図１９
は、本発明による８軸超過駆動マシニングセンタの下向
式直線形垂直ガイドの詳細図である。
ニングセンタの斜視図、図１６は図１５の８軸マシニン
グセンタの平面図、図１７は図１６のＡ−Ａ線断面図で
ある。図１８は本発明による８軸超過駆動マシニングセ
ンタの上向式直線形垂直ガイドの詳細図である。図１９
は、本発明による８軸超過駆動マシニングセンタの下向
式直線形垂直ガイドの詳細図である。
【００６５】８軸超過駆動マシニングセンタは一般的な
マシニングセンタのように、工具と工具の回転を駆動す
る主軸モーター３８とから構成された主軸系、工具の位
置と姿勢を決定する移送系、および被加工物の回転のた
めの被加工物回転系から構成される。
マシニングセンタのように、工具と工具の回転を駆動す
る主軸モーター３８とから構成された主軸系、工具の位
置と姿勢を決定する移送系、および被加工物の回転のた
めの被加工物回転系から構成される。
【００６６】特に、工具の位置と姿勢とを決定する移送
系は、三個の垂直移送用アクチュエータ１１１、１１
２、１１３と三個の水平移送用アクチュエータ１２１、
１２２、１２３とから構成された六個の基本的なアクチ
ュエータに、二個の超過駆動アクチュエータ１３０、１
３１を含んで、合計八個のアクチュエータを含む。
系は、三個の垂直移送用アクチュエータ１１１、１１
２、１１３と三個の水平移送用アクチュエータ１２１、
１２２、１２３とから構成された六個の基本的なアクチ
ュエータに、二個の超過駆動アクチュエータ１３０、１
３１を含んで、合計八個のアクチュエータを含む。
【００６７】三個の垂直移送用アクチュエータ１１１、
１１２、１１３は、固定長さリンク３５１、３５２、３
５３が直線形垂直ガイド上を移動するように駆動する。
垂直移送用アクチュエータ１１１、１１２、１１３の回
転駆動力がそれぞれのボールスクリュー９２を通してボ
ールナット９１に伝達され、ボールナット９１に連結さ
れた１軸回転関節３６１、３６２、３６３を通して固定
長さリンク３５１、３５２、３５３に伝達され、結果的
に固定長さリンク３５１、３５２、３５３がボールスク
リュー９２によって提供された垂直移送経路に沿って移
動する。
１１２、１１３は、固定長さリンク３５１、３５２、３
５３が直線形垂直ガイド上を移動するように駆動する。
垂直移送用アクチュエータ１１１、１１２、１１３の回
転駆動力がそれぞれのボールスクリュー９２を通してボ
ールナット９１に伝達され、ボールナット９１に連結さ
れた１軸回転関節３６１、３６２、３６３を通して固定
長さリンク３５１、３５２、３５３に伝達され、結果的
に固定長さリンク３５１、３５２、３５３がボールスク
リュー９２によって提供された垂直移送経路に沿って移
動する。
【００６８】三個の水平移送用アクチュエータ１２１、
１２２、１２３は、それぞれの直線形垂直ガイドが円形
水平ガイド３１によって提供された円周経路に沿って移
動するように駆動する。
１２２、１２３は、それぞれの直線形垂直ガイドが円形
水平ガイド３１によって提供された円周経路に沿って移
動するように駆動する。
【００６９】一番目の超過駆動アクチュエータ１３０は
下向式直線形垂直ガイド３３１の１軸回転関節を超過駆
動し、二番目の超過駆動アクチュエータ１３１は上向式
直線形垂直ガイド３３２の１軸回転関節を超過駆動す
る。
下向式直線形垂直ガイド３３１の１軸回転関節を超過駆
動し、二番目の超過駆動アクチュエータ１３１は上向式
直線形垂直ガイド３３２の１軸回転関節を超過駆動す
る。
【００７０】二個の付加的な超過駆動アクチュエータ１
３０、１３１によって駆動装置の特異点問題が完全に解
決され、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾く時がたん
とする現象を解決した。
３０、１３１によって駆動装置の特異点問題が完全に解
決され、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾く時がたん
とする現象を解決した。
【００７１】超過駆動マシニングセンタの対称性を考
え、強靱性をさらに高めるために、本発明ではまた三個
の直線形垂直ガイドの１軸回転関節の全てに超過駆動ア
クチュエータを装着した９軸マシニングセンタを提案す
る。９軸マシニングセンタは、九個のアクチュエータを
用いて工具の位置および姿勢を制御する。
え、強靱性をさらに高めるために、本発明ではまた三個
の直線形垂直ガイドの１軸回転関節の全てに超過駆動ア
クチュエータを装着した９軸マシニングセンタを提案す
る。９軸マシニングセンタは、九個のアクチュエータを
用いて工具の位置および姿勢を制御する。
【００７２】
【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明による超
過駆動マシニングセンタは、並列機構構造が有し得る駆
動装置の特異点問題を解決して、主軸の傾斜が９０°で
ある状態で旋削加工ができるようにする。
過駆動マシニングセンタは、並列機構構造が有し得る駆
動装置の特異点問題を解決して、主軸の傾斜が９０°で
ある状態で旋削加工ができるようにする。
【図１】本発明による並列機構構造を説明する斜視図で
ある。
ある。
【図２】図１に図示した本発明による並列機構構造で、
主軸の傾斜が９０°の場合を説明する斜視図である。
主軸の傾斜が９０°の場合を説明する斜視図である。
【図３】図１に図示した本発明による並列機構構造で、
主軸の傾斜が９０°の状態で工具が被加工物の周囲を旋
回することを示している平面図である。
主軸の傾斜が９０°の状態で工具が被加工物の周囲を旋
回することを示している平面図である。
【図４】本発明による並列機構構造が具現された６軸複
合工程型マシニングセンタの斜視図である。
合工程型マシニングセンタの斜視図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図であり、上向式垂直ガイ
ドの断面図である。
ドの断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線断面図であり、下向式垂直ガイ
ドの断面図である。
ドの断面図である。
【図９】図４に示した６軸複合工程型マシニングセンタ
であって、主軸の傾斜が９０°である場合の斜視図であ
る。
であって、主軸の傾斜が９０°である場合の斜視図であ
る。
【図１０】図４から図９に図示した本発明による６軸マ
シニングセンタであって、主軸の傾斜角が０°から９０
°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に対して微分
したヤコビアンの状態を表すグラフである。
シニングセンタであって、主軸の傾斜角が０°から９０
°に傾く時、前記の拘束式を受動関節変数に対して微分
したヤコビアンの状態を表すグラフである。
【図１１】超過駆動アクチュエータが装着され得る受動
関節を説明する斜視図である。
関節を説明する斜視図である。
【図１２】下向式直線形垂直ガイドの１軸回転関節に超
過駆動アクチュエータが装着された７軸マシニングセン
タで、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾く時、前記の
拘束式を受動関節変数に対して微分したヤコビアンの状
態を表すグラフである。
過駆動アクチュエータが装着された７軸マシニングセン
タで、主軸の傾斜角が０°から９０°に傾く時、前記の
拘束式を受動関節変数に対して微分したヤコビアンの状
態を表すグラフである。
【図１３】図１０に示した左側の特異点領域（主軸の傾
斜角が約３６°付近）に沿って行きながら各受動関節の
敏感度を表すグラフである。
斜角が約３６°付近）に沿って行きながら各受動関節の
敏感度を表すグラフである。
【図１４】図１０に示した右側の特異点領域（主軸の傾
斜角が約５５°付近）に沿って行きながら各受動関節の
敏感度を表すグラフである。
斜角が約５５°付近）に沿って行きながら各受動関節の
敏感度を表すグラフである。
【図１５】本発明による８軸超過駆動マシニングセンタ
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１６】図１５の８軸超過駆動マシニングセンタの平
面図である。
面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線断面図である。
【図１８】本発明による８軸超過駆動マシニングセンタ
の上向式直線形垂直ガイドの詳細を示す側面図である。
の上向式直線形垂直ガイドの詳細を示す側面図である。
【図１９】本発明による８軸超過駆動マシニングセンタ
の下向式直線形垂直ガイドの詳細を示す側面図である。
の下向式直線形垂直ガイドの詳細を示す側面図である。
【図２０】従来技術による直列機構構造を示す斜視図で
ある。
ある。
【図２１】従来技術によるヘキサポッド型の並列機構構
造を説明する斜視図である。
造を説明する斜視図である。
１：工具 ２：主軸モーター ８、７６：円形水平ガイド １０、１０’、１１、１２、１３：リミットスイッチ ２０：被加工物 ３１：固定部材 ３２：チャック ３３：プーリ ３４：Ｖ−ベルト ３６：モーター ７２：主軸 ７３、７４、７５：固定長さリンク ８１：リングギア ８３、８４、８５：直線形水平ガイド ９１：ボールナット ９２：ボールスクリュー １３０：超過駆動アクチュエータ
フロントページの続き (72)発明者 チョンウー パク 大韓民国 135−080 ソウル カンナム −ク ヨクサム−ドン 789−29 (72)発明者 ウォク−クワン バエ 大韓民国 431−053 キュンキ−ドウ アンヤン−シ ドンガン−ク ビサン３ −ドン サムホ−アパートメント 17− 109 (72)発明者 セオン−ジュン リュウ 大韓民国 138−200 ソウル ソンパ− ク ミュンジョン−ドン ファミリー− アパートメント 215−703 (72)発明者 ジンウーク キム 大韓民国 122−010 ソウル ユンピョ ン−ク ユンガム−ドン 116−８ (72)発明者 ジャエ−チュル フワン 大韓民国 151−061 ソウル クワナク −ク ボンチョン−11−ドン 196−238 (72)発明者 チャンブム パク 大韓民国 609−312 プサン ケウンジ ョン−ク クソ−２−ドン 184−26 (72)発明者 ハン−サン チョー 大韓民国 122−070 ソウル ユンピョ ン−ク ヨクチョン−ドン 32−42 (72)発明者 ギュ−ヤン リー 大韓民国 158−096 ソウル ヤンチョ ン−ク シンウォール−ドン シンナン ヤクス−アパートメント ３−502 (72)発明者 キハ リー 大韓民国 152−059 ソウル クロ−ク クロボン−ドン 443−51 (72)発明者 ヨンフン リー 大韓民国 137−041 ソウル ソチョ− ク バンポ−１−ドン ジュゴン−アパ ートメント 344−401 (72)発明者 コーネル イウラスキュ 大韓民国 110−510 ソウル チョング ロ−ク ドンスン−ドン ククジェ−ホ イクワン 452 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 23/02 B23P 23/00 B25J 11/00
Claims (11)
- 【請求項１】 複合工程型マシニングセンタの工具の位
置および姿勢を決定するための、ベースと主軸とが複数
個のリンクによって並列連結された並列機構構造におい
て、 工具の主軸に連結された三個の固定長さリンクと、 前記三個の固定長さリンクを垂直方向に移送するための
それぞれの三個の直線形垂直ガイドと、 前記の直線形垂直ガイドが円弧上で３６０°水平移送す
ることができる単一の円形水平ガイドとを含むことを特
徴とする複合工程型マシニングセンタの並列機構構造。 - 【請求項２】 前記三個の固定長さリンクは前記の主軸
に３軸回転関節によって連結され、前記の固定長さリン
クと対応するそれぞれの直線形垂直ガイドは１軸回転関
節によって連結され、前記の固定長さリンクが対応する
それぞれの直線形垂直ガイド上で垂直移送されるための
直線上の１軸並進移送関節、および、前記三個の直線形
垂直ガイドが前記の円形水平ガイド上を水平移送するた
めの円弧上の１軸並進移送関節を含んでなる請求項１記
載の複合工程型マシニングセンタの並列機構構造。 - 【請求項３】 前記三個の固定長さリンクの長さが互い
に同一なものである請求項１記載の複合工程型マシニン
グセンタの並列機構構造。 - 【請求項４】 前記三個の固定長さリンクの長さが互い
に相異したものである請求項１記載の複合工程型マシニ
ングセンタの並列機構構造。 - 【請求項５】 前記三個の直線形垂直ガイドは、 前記円形水平ガイドを中心として下方に位置した１つの
下向式直線形垂直ガイドと、前記の円形水平ガイドを中
心として上方に位置した二個の上向式垂直ガイドから構
成されてなる請求項１記載の複合工程型マシニングセン
タの並列機構構造。 - 【請求項６】 並列機構構造を具現した複合工程型マシ
ニングセンタにおいて、 工具の主軸に連結された三個の固定長さリンクと、 前記三個の固定長さリンクを垂直方向に移送するための
それぞれの三個の直線形垂直ガイドと、 前記の直線形垂直ガイドが円弧上で３６０°水平移送す
ることができる単一の円形水平ガイドとを含んでおり、 前記三個の固定長さリンクは、前記主軸に３軸回転関節
によって連結され、前記の固定長さリンクと対応するそ
れぞれの直線形垂直ガイドは１軸回転関節によって連結
され、前記の固定長さリンクが対応するそれぞれの直線
形垂直ガイド上で垂直移送されるための三個の直線上の
１軸並進移送関節および、前記三個の直線形垂直ガイド
が、前記の円形水平ガイド上を水平移送するための三個
の円弧状の１軸並進移送関節を含む並列機構構造を具現
するものであって、 前記三個の直線上の１軸並進移送関節をそれぞれ駆動す
る三個の垂直移送用アクチュエータと、 前記三個の円弧状の１軸並進移送関節を駆動する三個の
水平移送用アクチュエータとを含み、合計六個のアクチ
ュエータによって工具の６自由度運動を駆動することを
特徴とする複合工程型マシニングセンタ。 - 【請求項７】 前記の複合工程型マシニングセンタは、 前記三個の直線形垂直ガイドのうちのいずれか１つの直
線形垂直ガイドの１軸回転関節を超過駆動する７番目の
アクチュエータをさらに含んでなる請求項６記載の複合
工程型マシニングセンタ。 - 【請求項８】 前記７番目のアクチュエータは、三個の
直線形垂直ガイドのうちで、円形水平ガイドを中心とし
て下方に位置した１つの下向式直線形垂直ガイドの１軸
回転関節を超過駆動するものである請求項７記載の複合
工程型マシニングセンタ。 - 【請求項９】 前記の複合工程型マシニングセンタは、 前記三個の直線形垂直ガイドのうちの二個の直線形垂直
ガイドの各１軸回転関節を超過駆動する７番目および８
番目のアクチュエータをさらに含むものである請求項６
記載の複合工程型マシニングセンタ。 - 【請求項１０】 前記二個の超過駆動アクチュエータ
は、 １つの超過駆動アクチュエータが、三個の直線形垂直ガ
イドのうちで円形水平ガイドを中心として下方に位置し
た下向式直線形垂直ガイドの１軸回転関節を超過駆動
し、残りの超過駆動アクチュエータが、三個の直線形垂
直ガイドのうちで円形水平ガイドを中心として上方に位
置した二個の上向式直線形垂直ガイドのうちのいずれか
１つの直線形垂直ガイドの１軸回転関節を超過駆動する
ものである請求項９記載の複合工程型マシニングセン
タ。 - 【請求項１１】 前記の複合工程型マシニングセンタ
は、 前記三個の直線形垂直ガイドのそれぞれの１軸回転関節
を超過駆動する三個の超過駆動アクチュエータをさらに
含むものである請求項６記載の複合工程型マシニングセ
ンタ。
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|---|---|---|---|
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| KR98-21780 | 1998-06-11 | ||
| KR97-59556 | 1998-06-11 | ||
| KR97-58254 | 1998-06-11 | ||
| KR1019980021780A KR100266904B1 (ko) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 초과 구동 복합 공정형 머시닝센터 |
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|---|---|
| JPH11207549A JPH11207549A (ja) | 1999-08-03 |
| JP3002459B2 true JP3002459B2 (ja) | 2000-01-24 |
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ID=27349628
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| CN100348378C (zh) * | 2006-01-24 | 2007-11-14 | 河北工业大学 | 一种三自由度解耦并联机构 |
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| CH672089A5 (ja) * | 1985-12-16 | 1989-10-31 | Sogeva Sa | |
| US4806068A (en) * | 1986-09-30 | 1989-02-21 | Dilip Kohli | Rotary linear actuator for use in robotic manipulators |
| FR2671505B1 (fr) * | 1991-01-11 | 1995-02-03 | Ecole Centrale Arts Manufactur | Dispositif pour le deplacement en translation spatiale d'un element dans l'espace, en particulier pour robot mecanique. |
| US5378282A (en) * | 1993-06-28 | 1995-01-03 | Pollard; Willard L. | Robotic tool manipulating apparatus |
| FR2716400B1 (fr) * | 1994-02-22 | 1996-04-26 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Dispositif manipulateur, à structure parallèle, pour déplacer un objet dans un espace de travail cylindrique. |
| JP3640087B2 (ja) * | 1994-11-29 | 2005-04-20 | 豊田工機株式会社 | 工作機械 |
-
1998
- 1998-10-29 JP JP10308819A patent/JP3002459B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-11-04 FR FR9813870A patent/FR2770432B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| FR2770432A1 (fr) | 1999-05-07 |
| FR2770432B1 (fr) | 2002-02-15 |
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