(57)【要約】【課題】  既知の位置に姿勢を含めて位置決めすることにより、位置決め後の計測を要しないパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】  ６本の駆動軸によって、所定の架台に支持されたベースとエンドエフェクタとが連結されたパラレルメカニズム機構において、エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、パラレルメカニズム機構の外部に設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする。これにより、エンドエフェクタの姿勢を含む正確な位置情報と、そのときの駆動軸の相対座標とを取得し、これらの取得された情報から正確な機構パラメータを同定する。【選択図】      図１
2006243983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、
当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、
を備えたパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、
前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、
所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、
を備えることを特徴とするパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項２】
前記調整用工具は、座標調整部と姿勢調整部とを備えており、
前記位置決め工程は、前記基準座標系の所定の位置に形成され、穴中心軸に垂直な基準面と穴中心軸を中心軸とする円筒形状の側面とを有する基準穴の座標値と前記座標調整部による測定値とから前記調整用工具の位置決め位置が特定できる位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより空間座標を固定し、前記姿勢調整部を主軸中心線周りに回転させ、前記姿勢調整部の回転面と前記基準面との相対関係から前記エンドエフェクタの姿勢のうち前記主軸中心線の傾きを表す２つの姿勢角度座標を特定できる姿勢位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより前記エンドエフェクタの前記２つの姿勢角度座標を固定し、前記エンドエフェクタの基準側面が所定の直線と平行になるように調整することにより前記エンドエフェクタの前記主軸中心線周りの姿勢角度座標を固定することを特徴とする請求項１記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項３】
前記座標調整部は前記基準穴の直径より大きな直径のスタイラスを有するトレーサヘッドであり、前記スタイラスを前記基準穴に接触させたときに、前記スタイラスに前記基準面に対して垂直な方向の力のみがかかるように位置決めすることにより空間座標を固定することを特徴とする請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項４】
前記基準穴は底面を備え、前記穴中心軸に平行な円筒形状をなし、
前記座標調整部は前記基準穴に挿入可能であり、前記基準面に平行な方向にレーザ光を出射する第１のレーザ測長器と、前記基準面に垂直な方向にレーザ光を出射する第２のレーザ測長器とからなり、前記第１のレーザ測長器により測定された前記基準穴の側面までの距離が等しくなるように位置決めするか、又は前記第１のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の座標値とから前記基準面に平行な２方向における空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に平行な２方向の空間座標を固定し、前記第２のレーザ測長器により測定された前記基準穴の底面までの距離が所定の値になるように位置決めするか、又は前記第２のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の底面の座標値とから前記基準面に垂直な方向の空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に垂直な方向の空間座標を固定することを特徴とする請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項５】
前記姿勢調整部はダイヤルゲージを含んで構成され、前記姿勢調整部を前記主軸中心線周りに回転させたとき、前記ダイヤルゲージにより測定された前記基準面までの距離が前記姿勢調整部の回転角度によらず等しくなるように調整することにより、前記姿勢調整部の回転面と前記基準面とを平行にすることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項６】
前記姿勢調整部は第３のレーザ測長器を含んで構成され、前記姿勢調整部を前記主軸中心線周りに回転させたとき、前記第３のレーザ測長器により測定された前記基準面までの距離が前記主軸中心線周りの回転角度によらず等しくなるように姿勢の位置決めをするか、又は前記第３のレーザ測長器の測定値から前記エンドエフェクタの姿勢を表す３つの姿勢角度座標のうち、主軸中心線の傾きである２つの姿勢角度座標が特定できる姿勢位置まで位置決めすることにより、当該２つの姿勢角度座標を固定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項７】
前記基準穴は底面を備えず、前記穴中心軸に平行な円筒形状をなし、
前記座標調整部は前記基準穴に挿入可能であり、前記基準面に平行な方向にレーザ光を出射する第１のレーザ測長器からなり、前記姿勢調整部は前記基準面に向かう方向にレーザ光を出射する第２のレーザ測長器からなり、前記第１のレーザ測長器により測定された前記基準穴の側面までの距離が等しくなるように位置決めするか、又は前記第１のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の座標値とから前記基準面に平行な２方向における空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に平行な２方向の空間座標を固定し、前記姿勢調整部を主軸中心線周りに回転させたとき、前記第２のレーザ測長器により測定された前記基準面までの距離が前記姿勢調整部の回転角度によらず等しくなるように調整し、かつそのときの前記基準面までの距離が所定の距離になるように位置決めするか、又は前記第２のレーザ測長器により測定された値と前記基準面までの距離とから前記基準面に垂直な方向の空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより、前記基準面に垂直な方向の空間座標を固定し、かつ前記姿勢調整部の回転面と前記基準面とを平行にすることを特徴とする請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項８】
前記基準座標系のＸＹ平面内の一方向にレーザ光を出射する第４及び第５のレーザ測長器を備え、当該第４及び第５のレーザ測長器によりそれぞれ測定された前記エンドエフェクタの基準側面までの距離に基づいて当該基準側面が前記所定の直線に平行になるように調整することにより、前記エンドエフェクタの主軸中心線周りの姿勢角度を固定することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項９】
前記所定の架台に支持されたベースの法線方向が鉛直方向と直交する場合、前記エンドエフェクタの基準側面上に水準器をさらに配置し、前記水準器の指示結果に基づいて当該基準側面が前記所定の直線に平行になるように調整することにより、前記エンドエフェクタの主軸中心線周りの姿勢角度を固定することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記算出工程においては、前記取得工程により取得されたエンドエフェクタの姿勢を含む位置決め位置における当該エンドエフェクタのジョイントと、前記ベースのジョイントとの２点間の距離が、前記記録工程により記録された当該ジョイント間を連結する駆動軸の駆動軸座標と当該駆動軸の原点のずれを表すオフセット座標との和に等しくなるという条件に基づいて、パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法における算出方法により算出された機構パラメータを前記数値制御装置に再設定した後、前記位置決め工程により前記調整用工具を位置決めし、前記取得工程により取得した当該姿勢を含む位置決め位置の座標と前記数値制御装置が運動学に基づいて制御した後の前記調整用工具の座標との差を補正値として算出し、当該補正値を前記基準座標系における位置決めを行った座標に対応させて記録することを特徴とする空間位置補正における補正データ採取方法。
【請求項１２】
所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、を備えたパラレルメカニズム機構を表現する数学モデルであって、キャリブレーション前の前記数値制御装置に設定されている誤差を含む機構パラメータを有するＮＣモデルを生成するＮＣモデル生成工程と、
前記数学モデルであって、前記ＮＣモデルとは異なり、実寸に相当する正しい機構パラメータを有する実モデルを生成する実モデル生成工程と、
前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、
所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記ＮＣモデルにおいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、
前記算出工程により算出された機構パラメータが、正しい機構パラメータである前記実モデルの機構パラメータと一致するか否かを検証する検証工程と、
をコンピュータ上で実行することを特徴とするキャリブレーションの検証方法。
【請求項１３】
所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、を備えたパラレルメカニズム機構を表現する数学モデルであって、キャリブレーション前の前記数値制御装置に設定されている誤差を含む機構パラメータを有するＮＣモデルを生成するＮＣモデル生成工程と、
前記数学モデルであって、前記ＮＣモデルとは異なり、実寸に相当する正しい機構パラメータを有する実モデルを生成する実モデル生成工程と、
前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、
前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、
所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記ＮＣモデルにおいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、
前記算出工程により算出された機構パラメータが、正しい機構パラメータである前記実モデルの機構パラメータと一致するか否かを検証する検証工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするキャリブレーションの検証プログラム。
【請求項１４】
所定の架台に支持されたベースと、
エンドエフェクタと、
前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、
当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、
を備えたパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法の一部であって、
前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めすることにより、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を求めることを特徴とするパラレルメカニズム機構のデータ採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルメカニズム機構において、位置決め後の計測を要しないキャリブレーションの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベースとエンドエフェクタとが複数の駆動軸によって並列に接続されているパラレルメカニズム機構は、片持ち梁を有する機構に比較して剛性が高く、位置決めを高精度に行えるなどの特徴を有している。その中でも、直線状の駆動軸（ストラット）が伸縮することによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する構成であるスチュワートプラットフォームは、最も代表的な形態である。しかしながら、高精度の位置決めを行うためには、ストラットの長さや、ストラットとベースあるいはエンドエフェクタとの結合部であるジョイントの座標などの機構パラメータを正確に求める必要がある。この作業がパラレルメカニズム機構のキャリブレーションであり、産官学の様々な機関で研究され、その成果が発表されている。
【０００３】
一般に、このキャリブレーションを行うためには、機構パラメータと同数の多元連立方程式を解く必要がある。そのためには、エンドエフェクタの位置及び姿勢を固定し、その状態で得られる位置情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と姿勢情報（Ａ，Ｂ，Ｃ）とを決定しなければならない。
【０００４】
この位置情報と姿勢情報とを決定する方法として、例えば特許文献１には、ダブルボールバー（ＤＢＢ）型の距離計を用いて、エンドエフェクタを任意姿勢で円運動させたときの円運動軌跡の半径誤差を側定し、この測定値から機構パラメータを求める技術が開示されている。また、特許文献２には、前述の多元連立方程式をエンドエフェクタの位置と機構パラメータとの関係を表す１１組以上の方程式と、姿勢と機構パラメータとの関係を表す１組の方程式とに分離し、当該方程式から機構パラメータを推定してキャリブレーションを行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−９１５２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２００３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術によれば、少なくとも１つの機構パラメータは同定することができないことが示唆されている。また、特許文献１と同様に、特許文献２に開示されている技術においても、機構パラメータを同定するためには位置決め後の測定が必要とされており、特に測定が困難な姿勢を少なくとも１組は測定しなければならない。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、既知の位置に姿勢を含めて位置決めすることにより、位置決め後の計測を要しないパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法、キャリブレーションの検証方法、キャリブレーションの検証プログラム、データ採取方法及び空間位置補正における補正データ採取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、パラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、
を備えたパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記調整用工具は、座標調整部と姿勢調整部とを備えており、前記位置決め工程は、前記基準座標系の所定の位置に形成され、穴中心軸に垂直な基準面と穴中心軸を中心軸とする円筒形状の側面とを有する基準穴の座標値と前記座標調整部による測定値とから前記調整用工具の位置決め位置が特定できる位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより空間座標を固定し、前記姿勢調整部を主軸中心線周りに回転させ、前記姿勢調整部の回転面と前記基準面との相対関係から前記エンドエフェクタの姿勢のうち前記主軸中心線の傾きを表す２つの姿勢角度座標を特定できる姿勢位置まで前記調整用工具を位置決めすることにより前記エンドエフェクタの前記２つの姿勢角度座標を固定し、前記エンドエフェクタの基準側面が所定の直線と平行になるように調整することにより前記エンドエフェクタの前記主軸中心線周りの姿勢角度座標を固定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記座標調整部は前記基準穴の直径より大きな直径のスタイラスを有するトレーサヘッドであり、前記スタイラスを前記基準穴に接触させたときに、前記スタイラスに前記基準面に対して垂直な方向の力のみがかかるように位置決めすることにより空間座標を固定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記基準穴は底面を備え、前記穴中心軸に平行な円筒形状をなし、前記座標調整部は前記基準穴に挿入可能であり、前記基準面に平行な方向にレーザ光を出射する第１のレーザ測長器と、前記基準面に垂直な方向にレーザ光を出射する第２のレーザ測長器とからなり、前記第１のレーザ測長器により測定された前記基準穴の側面までの距離が等しくなるように位置決めするか、又は前記第１のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の座標値とから前記基準面に平行な２方向における空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に平行な２方向の空間座標を固定し、前記第２のレーザ測長器により測定された前記基準穴の底面までの距離が所定の値になるように位置決めするか、又は前記第２のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の底面の座標値とから前記基準面に垂直な方向の空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に垂直な方向の空間座標を固定することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記姿勢調整部はダイヤルゲージを含んで構成され、前記姿勢調整部を前記主軸中心線周りに回転させたとき、前記ダイヤルゲージにより測定された前記基準面までの距離が前記姿勢調整部の回転角度によらず等しくなるように調整することにより、前記姿勢調整部の回転面と前記基準面とを平行にすることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記姿勢調整部は第３のレーザ測長器を含んで構成され、前記姿勢調整部を前記主軸中心線周りに回転させたとき、前記第３のレーザ測長器により測定された前記基準面までの距離が前記主軸中心線周りの回転角度によらず等しくなるように姿勢の位置決めをするか、又は前記第３のレーザ測長器の測定値から前記エンドエフェクタの姿勢を表す３つの姿勢角度座標のうち、主軸中心線の傾きである２つの姿勢角度座標が特定できる姿勢位置まで位置決めすることにより、当該２つの姿勢角度座標を固定することを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項２記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記基準穴は底面を備えず、前記穴中心軸に平行な円筒形状をなし、前記座標調整部は前記基準穴に挿入可能であり、前記基準面に平行な方向にレーザ光を出射する第１のレーザ測長器からなり、前記姿勢調整部は前記基準面に向かう方向にレーザ光を出射する第２のレーザ測長器からなり、前記第１のレーザ測長器により測定された前記基準穴の側面までの距離が等しくなるように位置決めするか、又は前記第１のレーザ測長器により測定された値と前記基準穴の座標値とから前記基準面に平行な２方向における空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより前記基準面に平行な２方向の空間座標を固定し、前記姿勢調整部を主軸中心線周りに回転させたとき、前記第２のレーザ測長器により測定された前記基準面までの距離が前記姿勢調整部の回転角度によらず等しくなるように調整し、かつそのときの前記基準面までの距離が所定の距離になるように位置決めするか、又は前記第２のレーザ測長器により測定された値と前記基準面までの距離とから前記基準面に垂直な方向の空間座標を特定できる位置まで位置決めすることにより、前記基準面に垂直な方向の空間座標を固定し、かつ前記姿勢調整部の回転面と前記基準面とを平行にすることを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記基準座標系のＸＹ平面内の一方向にレーザ光を出射する第４及び第５のレーザ測長器を備え、当該第４及び第５のレーザ測長器によりそれぞれ測定された前記エンドエフェクタの基準側面までの距離に基づいて当該基準側面が前記所定の直線に平行になるように調整することにより、前記エンドエフェクタの主軸中心線周りの姿勢角度を固定することを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項２乃至７のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記所定の架台に支持されたベースの法線方向が鉛直方向と直交する場合、前記エンドエフェクタの基準側面上に水準器をさらに配置し、前記水準器の指示結果に基づいて当該基準側面が前記所定の直線に平行になるように調整することにより、前記エンドエフェクタの主軸中心線周りの姿勢角度を固定することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法であって、前記算出工程においては、前記取得工程により取得されたエンドエフェクタの姿勢を含む位置決め位置における当該エンドエフェクタのジョイントと、前記ベースのジョイントとの２点間の距離が、前記記録工程により記録された当該ジョイント間を連結する駆動軸の駆動軸座標と当該駆動軸の原点のずれを表すオフセット座標との和に等しくなるという条件に基づいて、パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載のパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法における算出方法により算出された機構パラメータを前記数値制御装置に再設定した後、前記位置決め工程により前記調整用工具を位置決めし、前記取得工程により取得した当該姿勢を含む位置決め位置の座標と前記数値制御装置が運動学に基づいて制御した後の前記調整用工具の座標との差を補正値として算出し、当該補正値を前記基準座標系における位置決めを行った座標に対応させて記録することを特徴とする空間位置補正における補正データ採取方法である。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、キャリブレーションの検証方法であって、所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、を備えたパラレルメカニズム機構を表現する数学モデルであって、キャリブレーション前の前記数値制御装置に設定されている誤差を含む機構パラメータを有するＮＣモデルを生成するＮＣモデル生成工程と、前記数学モデルであって、前記ＮＣモデルとは異なり、実寸に相当する正しい機構パラメータを有する実モデルを生成する実モデル生成工程と、前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記ＮＣモデルにおいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、前記算出工程により算出された機構パラメータが、正しい機構パラメータである前記実モデルの機構パラメータと一致するか否かを検証する検証工程と、をコンピュータ上で実行することを特徴とする。
【００１９】
請求項１３記載の発明は、キャリブレーションの検証プログラムであって、所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、を備えたパラレルメカニズム機構を表現する数学モデルであって、キャリブレーション前の前記数値制御装置に設定されている誤差を含む機構パラメータを有するＮＣモデルを生成するＮＣモデル生成工程と、前記数学モデルであって、前記ＮＣモデルとは異なり、実寸に相当する正しい機構パラメータを有する実モデルを生成する実モデル生成工程と、前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、当該姿勢を含む位置決め位置の座標を取得する取得工程と、前記位置決め工程により前記調整用工具が位置決めされたときに、前記ＮＣモデルにおいて、前記数値制御装置が逆運動学に基づいて制御した駆動軸座標を記録する記録工程と、所定個の異なる位置に対して前記位置決め工程を行い、当該位置決め工程ごとに前記取得工程及び前記記録工程を行い、前記取得工程により取得された姿勢を含む位置決め位置の座標と、前記記録工程により記録された駆動軸座標とに基づいて、前記ＮＣモデルにおいて、前記パラレルメカニズム機構の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程と、前記算出工程により算出された機構パラメータが、正しい機構パラメータである前記実モデルの機構パラメータと一致するか否かを検証する検証工程と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２０】
請求項１４記載の発明は、パラレルメカニズム機構のデータ採取方法であって、所定の架台に支持されたベースと、エンドエフェクタと、前記ベース及びエンドエフェクタにそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース及びエンドエフェクタを連結する複数の駆動軸と、当該駆動軸の長さなどの駆動軸座標を制御し運動学を用いて前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置を制御し、あるいは前記エンドエフェクタの姿勢を含めた位置から逆運動学を用いて前記駆動軸座標を制御する数値制御装置と、を備えたパラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法の一部であって、前記エンドエフェクタと主軸を一にして取り付けられた調整用工具を、前記パラレルメカニズム機構の基準座標系とすべく当該パラレルメカニズム機構の外部に予め設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めすることにより、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、既知の位置に姿勢を含めて位置決めしているために、位置決め後の計測を要しない。特に、計測が困難な任意の位置での姿勢を測定する作業を含まないために、パラレルメカニズム機構において、高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、既知の位置に姿勢を含めて位置決めするとき、座標調整部及び姿勢調整部に区分して座標調整と姿勢調整とを個別に実施することができるので、調整用工具の位置決めを容易に行うことができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、１つのトレーサヘッドを用いるだけでＸＹＺの３方向の空間座標をまとめて位置決めすることができるので、効率的である。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、レーザ測長器により基準穴の底面あるいは側面までの距離を正確に測定することができるので、ＸＹＺの３方向の空間座標を精密に固定することができる。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、ダイヤルゲージを備えるだけでよいので、簡易な構成でありながら、主軸中心線の傾きを表す２つの姿勢角度座標を有効に固定することができる。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、レーザ測長器により基準面までの距離を正確に測定することができるので、主軸中心線の傾きを表す２つの姿勢角度座標を精密に固定することができる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、第１及び第２の２つのレーザ測長器のみを用いるので構成が簡易でありながら、ＸＹＺの３方向の空間座標と２つの姿勢角度座標を精密に固定することができる。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、レーザ測長器により基準側面までの距離を正確に測定することができるので、主軸中心線周りの姿勢角度座標の基準位置を精密に決定することができる。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、水準器を備えるだけでよいので、簡易な構成でありながら、主軸中心線周りの姿勢角度座標の基準位置を有効に決定することができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、偏微分やフーリエ級数などの複雑な解析を行うことなく、ただ所定の２つの長さが等しくなるという条件から機構パラメータを算出するので式の意味が明確であり、かつ機構パラメータを正確に算出することができる。
【００３１】
請求項１１記載の発明によれば、不均一な重力変形に起因し、キャリブレーション後にも残存する位置決め誤差を補正する空間位置補正用の補正データを採取することができる。
【００３２】
請求項１２記載の発明によれば、実機で想定される繰り返し精度、バックラッシュ等の誤差要因を取り除いた数学モデルを用いているために、キャリブレーション結果が正常か否かを高い精度で検証することができる。
【００３３】
請求項１３記載の発明によれば、実機で想定される繰り返し精度、バックラッシュ等の誤差要因を取り除いた数学モデルを用いているために、キャリブレーション結果が正常か否かを高い精度で検証することが可能なプログラムを提供できる。
【００３４】
請求項１４記載の発明によれば、既知の位置に姿勢を含めて位置決めしているために、位置決め後の計測を要しないデータ採取方法を実現できる。特に、困難な姿勢計測作業を含まないために、このデータ採取方法を用いれば、高精度なキャリブレーションを実施するのに必要なデータを確実に採取できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態においては、６×６パラレルメカニズム工作機械（エンドエフェクタのジョイント数が６個、ベースのジョイント数が６個）について説明する。さらに、駆動軸として直動型アクチュエータ、つまりストラットを備えるスチュワートプラットフォームを取り上げて説明する。尚、各図において同一の符号を付した構成又は処理は、同一の構成又は処理であることを示し、その詳しい説明を省略する。
【００３６】
図１は、本発明の一実施形態に係るパラレルメカニズム工作機械の機械的構成を示す斜視図である。パラレルメカニズム工作機械（以下、工作機械と略す。）１は、所定の架台２に支持されたベース１０上に６個のジョイント（結合部）１１〜１６を有している。そして、このジョイント１１〜１６にはそれぞれ１本ずつ、計６本のストラット３１〜３６が接続されている。このストラット３１〜３６が数値制御装置（ＮＣ装置）の制御のもとに独立して伸縮することで、ジョイント２１〜２６を介してエンドエフェクタ２０を間接的に動かし、加工台３上の対象物に加工等の処理を行う構成となっている。また、キャリブレーション時、エンドエフェクタ２０には、当該エンドエフェクタと主軸を一にして調整用工具５０が取り付けられている。
【００３７】
以下、本明細書においては、パラレルメカニズムにおいて、ストラット３１〜３６の長さからエンドエフェクタ２０の姿勢を含む位置を求めることを「運動学」という。それに対して、エンドエフェクタ２０の姿勢を含む位置からストラット３１〜３６の長さを求めることを「逆運動学」という。
【００３８】
図２は、本発明の一実施形態に係る概略の機能構成を示すブロック図である。尚、本図の各ブロックは、データ採取における各プロセスをイメージ化したものであり、必ずしもパラレルメカニズム工作機械の機能と一致するとは限らない。例えば、実際の工作機械では、座標駆動制御部１２１と方位駆動制御部１２２とはいずれも数値制御装置１００内の逆運動学を介して実行される。
【００３９】
工作機械１は、所定の架台２に支持されたベース１０と、エンドエフェクタ２０と、ベース１０及びエンドエフェクタ２０にそれぞれ複数個ずつ備えられたジョイントを介して当該ベース１０及びエンドエフェクタ２０を連結する６本のストラット３１〜３６とを備えている。さらに、工作機械１は数値制御装置１００を備えており、数値制御装置１００はストラット（駆動軸の一形態）３１〜３６の長さであるストラット軸座標（駆動軸座標の一形態）を調節し運動学に基づいてエンドエフェクタ２０の位置及び姿勢を制御し、あるいはエンドエフェクタ２０の位置及び姿勢から逆運動学に基づいてストラット軸座標を制御する。
【００４０】
また、座標駆動制御部１２１及び方位駆動制御部１２２は、キャリブレーション時に、エンドエフェクタ２０と主軸を一にして取り付けられた調整用工具５０の位置あるいは姿勢をそれぞれ制御する。そして、座標駆動制御部１２１及び方位駆動制御部１２２は、調整用工具５０を工作機械１の外部に設定された基準座標系上の所定の位置に姿勢を含めて位置決めする位置決め工程を実行する。この位置決め工程では、設定された基準座標系の位置が既知である所定の位置の近傍であって、所定の位置からの姿勢を含む位置の相対差が計測可能な位置へ位置決めすることを許容する。この場合、所定の位置とは、もともとの所定の位置ではなく、計測する相対差を含むエンドエフェクタ２０の実際の姿勢を含む位置決め位置の座標のことである。取得部１１４は、位置決め工程により調整用工具５０が位置決めされたときに、エンドエフェクタ２０の姿勢を含む位置決め位置を取得する取得工程を実行する。
【００４１】
記録部１１２は、位置決め工程により調整用工具５０が位置決めされたときに、数値制御装置１００が逆運動学に基づいて制御したストラット軸座標を記録する記録工程を実行する。また、算出部１１３は、例えばコンピュータ等からなり、所定個の異なる位置に対して位置決め工程が行われ、当該位置決め工程ごとに取得工程及び記録工程が行われると、取得工程により求められたエンドエフェクタ２０の姿勢を含む位置と、記録工程により記録されたストラット軸座標とに基づいて、工作機械１の運動学に必要な機構パラメータを算出する算出工程を実行する。また、本発明に係るキャリブレーション技術の各工程を実行するプログラム及び必要な演算式やテーブル等は、例えば図略のＨＤＤ等に記憶されており、数値制御装置１００等が当該プログラムにしたがって各工程を制御する構成である。
【００４２】
図３は、本発明に係る工作機械の一形態である６自由度を有する６×６スチュワートプラットフォームの構成を示す概略図である。Ｏは基準座標系原点（すなわち、キャリブレーションで設定したいパラレルメカニズム工作機械の基準座標系の原点）である。一方、Ｏ’はエンドエフェクタに固定された座標系であるエンドエフェクタ座標系の原点である。ベース１０は、Ｏを始点とする基準座標系上の位置ベクトルＮ[j] []（j＝1, 2, 3, 4, 5, 6）で表される６個のジョイント（結合部）１１〜１６を有している。また、エンドエフェクタ２０は、エンドエフェクタ座標系上の原点を始点とする位置ベクトルＴ[j][]（j＝1, 2, 3, 4, 5, 6）で表される６個のジョイント（結合部）２１〜２６を有している。また、各ストラットの原点４１〜４６は、ベース１０のジョイント位置を始点として、ベクトルｏ[j]（j＝1, 2, 3, 4, 5, 6）で表わされる。このベクトルｏ[j]のことを、以後、原点オフセットともいう。以上のＮ[j][]，Ｔ[j][]，ｏ[j]がパラレルメカニズム工作機械の機構パラメータである。
【００４３】
一方、エンドエフェクタの姿勢を含む位置に位置決めしたときのエンドエフェクタのジョイント位置を基準座標系の原点を始点とする位置ベクトルｔ[j][]（j＝1, 2, 3, 4, 5, 6）で表し、各ストラットの原点４１〜４６を始点とするエンドエフェクタ２０のジョイント２１〜２６までのベクトルを、ｓ[j]（j＝1, 2, 3, 4, 5, 6）と表す。このとき、重力変形やバックラッシュなどのメカ的な誤差要因がなければ、位置ベクトルＮ[j]とｔ[j]との距離と、ｓ[j]＋ｏ[j]とは一致する。
【００４４】
また、キャリブレーション時、エンドエフェクタ２０には、当該エンドエフェクタと主軸を一にして調整用工具５０が取り付けられている。そして、この調整用工具５０の先端の基準座標系上の座標を表す位置ベクトルをｐ[1]，ｐ[2]，ｐ[3]（それぞれＸ、Ｙ、Ｚ座標値）とし、姿勢角度座標をｐ[4]，ｐ[5]，ｐ[6]（それぞれＡ、Ｂ、Ｃ回転軸）とする。そして、エンドエフェクタ２０においては、当該エンドエフェクタ２０の主軸中心線周りの基準位置を決めるために１つの側面が基準側面として指定されている。
【００４５】
さらに、キャリブレーション時には、この工作機械１の外部に、当該工作機械１とは独立した基準座標系を有する機械テーブル（基準板）６０を用意する。この機械テーブル６０の一面は好ましくは平滑な面とされており、機械テーブル６０の所定の位置には所定の形状を有する基準穴（図略）が形成されている。以下、この基準穴の上面（調整用工具を挿入する、あるいは調整用工具が配置されている側の面）を基準面という。本発明に係る実施形態においては、この基準穴近傍に調整用工具５０を位置決めすることにより、エンドエフェクタ２０の姿勢を含む位置を固定する構成となっている。また、この機械テーブル６０は、所定の基準面に対してキャリブレーション用の冶具を取り付ける構成であってもよい。
【００４６】
以下では、基準座標系として、この機械テーブル６０に垂直方向をＺ軸の正の方向とし、機械テーブル６０の基準面に含まれる鉛直上向き方向をＹ軸の正の方向とする。そして、Ｘ軸は、機械テーブル６０の基準面に含まれ、かつ当該Ｙ軸及びＺ軸のいずれにも直交し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が右手直交座標系を構成するように決める。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの回転軸をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ軸とする。このとき、例えば、Ｘ軸の正の方向に向かって時計回りの方向をＡ軸の正の方向とする。また、Ｂ，Ｃ軸の正の方向も、それぞれＹ，Ｚ軸周りに関して同様に定義される。
【００４７】
以下、この調整用工具５０として、トレーサヘッドとダイヤルゲージとを用いる形態（実施形態１）、レーザ測長器を用いる形態（実施形態２）、及びダイヤルゲージを用いた手動位置決めを行う形態（実施形態３）について順に説明する。
【００４８】
［実施形態１］
図４は、本発明に係る実施形態１のデータ採取方法を説明するための模式図であり、（ａ）は空間座標の位置決め工程を示し、（ｂ）は姿勢角度座標の位置決め工程を示し、（ｃ）はＣ軸周りの基準位置を決める工程をそれぞれ表す。本実施形態においては、調整用工具５０はトレーサヘッド（座標調整部）５１とダイヤルゲージ（姿勢調整部）５２とを備える構成である。また、エンドエフェクタ２０の基準側面には、Ｃ軸方向の基準位置を決めるための水準器５３が備えられている。つまり、本実施形態におけるＣ軸方向の基準位置を決める一形態としては、ベース１０の法線方向が鉛直方向と直交するような、横型の工作機械１を想定している。そして、Ｃ軸方向の基準位置は、エンドエフェクタ２０の基準側面が水平となるように調整することで決定する。また、縦型の工作機械１の場合には、実施形態２において説明するレーザ測長器等を用いることができる。
【００４９】
そして、本実施形態においては、機械テーブル６０には、基準面に垂直な方向を中心軸とし、基準面に平行な底面と側面とを有する円筒形状からなる基準穴６１が所定の位置に形成されている。この位置は既知であり、ここでは（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。この座標値（基準穴の座標値）は、例えば、基準穴６１の上面の中心座標値である。また、底面の座標値も同様に、例えば、底面の中心座標値である。また、基準穴６１は、この図においては１つしか記載されていないが、その他の所定の位置に所定の個数分形成されている。
【００５０】
トレーサヘッド５１は、球形であり、基準穴６１の直径より大きな直径を有するスタイラス５１１と、当該スタイラス５１１を支持する支持部５１２とからなる。また、トレーサヘッド５１と接続された数値制御装置１００は、スタイラス５１１が変形することにより送出する信号を検知し、当該信号からＸ，Ｙ，Ｚ方向の変位量を検出する。ダイヤルゲージ５２はトレーサヘッド５１の支持部５１２に取り付けられ、主軸を回転したときの機械テーブル６０の基準面までの距離の相対差を計測する。
【００５１】
図５は、本発明に係る実施形態１のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。まず、トレーサヘッド５１を、エンドエフェクタ２０に、当該エンドエフェクタ２０と主軸を一にして取り付け、数値制御装置１００の工具長Ｌでの５軸変換機能をＯＮにする（ステップＳ１０１）。この５軸変換機能は、工具長Ｌの先端部を支点としてエンドエフェクタ２０の姿勢を制御する機能を有する技術であり、工具先端点制御機能とも呼ばれ、一般の５軸機で確立された技術である。続いて、トレーサヘッド５１を、基準穴６１の上空（ｘ０，ｙ０，ｚ０＋１００，０，０，０）へ位置決めする（ステップＳ１０２）。また、これ以降、長さを表す数字の単位はｍｍ（ミリメートル）とする。
【００５２】
次に、完了フラグを「１」とし（ステップＳ１０３）、トレーサヘッド５１の変位量が規定値ｄに近くなるまでＺ軸の負の方向に移動させ、スタイラス５１１の変形量からＸ，Ｙ，Ｚ３方向の変位量Δｘ，Δｙ，Δｚを検出する（ステップＳ１０４）。その結果、
｜Δｘ｜＞ｅｄ又は｜Δｙ｜＞ｅｄの場合には（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、Ｘ方向にΔｘ、Ｙ方向にΔｙだけ移動させ（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０３の処理に戻る。ここで、ｅｄは、Ｘ，Ｙ方向の変位量の許容値である。
【００５３】
それと異なり、ステップＳ１０５において、Ｘ，Ｙ２方向の変位量Δｘ，Δｙが共にｅｄ以下である場合には（ステップＳ１０５でＮＯ）、空間座標の位置決めは終了したものとし、続いて姿勢角度座標の位置決めに移る。また、以上の空間座標の位置決めは、座標駆動制御部１２１の制御のもとに行われる。
【００５４】
姿勢角度座標の位置決めにおいては、まず、トレーサヘッド５１を主軸中心線周りに０，９０，１８０，２７０度と順次回転させ、そのときのダイヤルゲージ５２の変位量を検出する（ステップＳ１０７）。このときの変位量をそれぞれｅ０，ｅ９０，ｅ１８０，ｅ２７０とすると、基準座標系でのＡ，Ｂ軸の既知の姿勢に対する誤差Δａ，Δｂは次式で与えられる（ステップＳ１０８）。
【００５５】
【数１】
2006243983.tif 000003
【００５６】
ここで、tan -1は、正接（tan）の逆関数を表す。
【００５７】
式（１），（２）により算出された値が、｜Δａ｜＞ｅａ又は｜Δｂ｜＞ｅａの場合には（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、Ａ軸周りに−Δａ、Ｂ軸周りに−Δｂだけ回転させ（ステップＳ１１０）、完了フラグを「０」にする（ステップＳ１１１）。つまり、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０の処理は、ダイヤルゲージ５２を備える調整用工具５０の回転面と基準面とが平行になるようにこれらの相対関係を調整するものである。これにより、主軸中心線の傾きを表す２つの姿勢角度座標を特定できる。そして、Ａ，Ｂ軸周りの基準位置決めは終了したものとし、続いてＣ軸周りの基準位置決めに移る。ここで、ｅａは、Ａ，Ｂ軸周りの姿勢角度の許容値である。それと異なり、ステップＳ１０９において、Δａ，Δｂが共にｅａ以下である場合には（ステップＳ１０９でＮＯ）、Ａ，Ｂ軸周りの基準位置決めは終了したものとし、続いてＣ軸周りの基準位置決めに移る。尚、ステップＳ１１０におけるΔａ及びΔｂの符号は、ダイヤルゲージ５２の設置向きにより反転する場合がある。
【００５８】
Ｃ軸周りの基準位置決めにおいては、まず、エンドエフェクタ２０の基準側面に置かれた水準器５３により、当該基準側面の傾きΔｃを検出する（ステップＳ１１２）。その結果、｜Δｃ｜＞ｅａである場合には（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、Ｃ軸周りに−Δｃだけ回転させ（ステップＳ１１４）、完了フラグを「０」にする（ステップＳ１１５）。それと異なり、ステップＳ１１３でＮＯの場合には完了フラグは「１」のままであり、Ｃ軸周りの基準位置決めは終了したものとなる。
【００５９】
そして、引き続き完了フラグが「１」か否かが判定される（ステップＳ１１６）。その結果「０」であると判定されると（ステップＳ１１６でＮＯ）、ステップＳ１１１又はＳ１１５を通過している、つまり、Ａ，Ｂ又はＣ軸周りの基準位置の設定が完了していないのでステップＳ１０３に戻り、再度空間座標の設定からやり直す。それと異なり、完了フラグが「１」であると判定されると（ステップＳ１１６でＹＥＳ）、ＸＹＺ軸及びＡＢＣ軸のすべての設定が完了したことになる。また、以上の姿勢角度座標の位置決めは、方位駆動制御部１２２の制御のもとに行われる。
【００６０】
そこで、精密位置決め位置等の確定を行う。そのために、まず、トレーサヘッド５１の先端位置補正量ｗを算出する（ステップＳ１１７）。このｗは次式（３）により求められる。
【００６１】
【数２】
2006243983.tif 000004
【００６２】
ここで、Ｒはトレーサヘッド５１のスタイラス５１１の半径であり、ｒは基準穴６１の半径である。これにより、精密位置決め位置が（ｘ０−ｕ，ｙ０−ｖ，ｚ０−ｗ）と確定する。ここで、ｕ，ｖは、それぞれスタイラス５１１の中心が主軸からどれだけずれているかを表すＸＹ方向の偏芯量である。さらに、姿勢角度を（０，０，０）に確定する（ステップＳ１１８）。以上で精密位置決め位置等の確定が終了したので、数値制御装置１００が表示するストラット軸座標を読み取り（ステップＳ１１９）、工作機械１の機構パラメータ算出に必要なデータ採取工程を終了する。
【００６３】
続いて、上記したデータ採取工程により採取されたデータを用いて、工作機械１のキャリブレーションを行う処理について説明する。図６は、本発明に係るキャリブレーションの流れを説明するためのフローチャートである。まず、図５に示したフローチャートにしたがって、姿勢を含む位置決め位置ｐ[i] [ ]（ステップＳ１１８で採取されたもの）と、数値制御装置１００からストラット軸座標ｓ[i] [ ] （ステップＳ１１９で採取されたもの）を採取する（ステップＳ１５１）。ここで[ ]には１〜６の数字が入り、[1], [2], [3]はそれぞれＹＸＺ座標を表し、[4], [5], [6]はそれぞれＡＢＣ座標（姿勢角度座標）を表す。また、「i」はi＝1, 2, 3, ・・・, nであり、ｎは採取データの必要組数である。
【００６４】
例えば、６×６のスチュワートプラットフォームの場合、採取データは、エンドエフェクタ２０の６個のジョイント位置を指定するために１８個（３×６個；３はＸＹＺを指定するため）、ベース１０の６個のジョイント位置を指定するために１８個（３×６個）、さらにストラット軸の原点オフセット量を指定するために６個の計４２個必要となる。したがって、１つの位置に位置決めした際に、ストラット軸６本分の関係式が得られるので、採取データは７組以上必要である。また、エンドエフェクタ２０のジョイント位置を３次元測定機で測定する場合には、計２４個の採取データが必要となる。したがって、この場合、採取データは４組以上必要である。
【００６５】
次に、以下に示す式（４）を最小とするストラット軸の原点オフセットｏ [j]と、ベース１０のジョイント位置Ｎ[j] [ii]と、エンドエフェクタ２０のジョイント位置Ｔ[j] [ii]とを、例えば、ニュートン−ラプソン法等により算出する（ステップＳ１５２）。
【００６６】
【数３】
2006243983.tif 000005
【００６７】
ここで、ｔ[i][j][ii] = ｐ[i][ii] + Ｔ[j][1]×ｍ[i][1][ii] +Ｔ[j][2]×ｍ[i][2][ii] +Ｔ[j][3]×ｍ[i][3][ii] である。尚、ｍ[ ][ ][ ]はエンドエフェクタの姿勢を表すマトリックスである。すなわち、ｍ[i][1][ii]（ii＝1, 2, 3）は、ｉ番目の採取データの位置ｐ[i][]におけるエンドエフェクタの姿勢でのエンドエフェクタに固定されたエンドエフェクタ基準座標系のＸ軸余弦を表す。また、ｍ[i][2][ii]及びｍ[i][3][ii]は、それぞれ同Ｙ軸余弦とＺ軸余弦とを表す。これらの値はすべて、採取データの位置決め位置ｐ[i][j]から算出できる。
【００６８】
ただし、エンドエフェクタ２０のジョイント位置Ｔ[j] [ii]を３次元測定機で測定している場合は、式（４）を最小とするストラット軸の原点オフセットｏ[j]と、ベース１０のジョイント位置Ｎ[j][ii]とを算出する。尚、ニュートン−ラプソン法では初期値が必要だが、この初期値としては現在数値制御装置１００に設定されている機構パラメータを採用すればよい。
【００６９】
この式（４）は、重力変形やバックラッシュなどのメカ的な誤差要因がなければ、位置ベクトルＮ[j]とｔ[j]との距離と、ｓ[j]＋ｏ[j]とが共にストラット軸の長さであるために等しくなることに基づいている。つまり、以下の式（５），（６）で定義される工作機械１の座標におけるストラット軸座標ｌ１と、ベース１０とエンドエフェクタ２０のジョイント間の距離ｌ２との差の２乗の総和を示している式（４）を最小にする機構パラメータを求めればよい。
【００７０】
【数４】
2006243983.tif 000006
【００７１】
これにより、従来は複雑であるとされてきたキャリブレーションアルゴリズムを単なる最小値問題に置き換えることが可能となる。すなわち、本発明は、複雑なものとされてきた従来の手法に代えて、すべての採取データとすべてのストラット軸についての式（４）を最小にする機構パラメータを算出するものである。
【００７２】
最後に、ステップＳ１５３において算出された原点オフセットｏ [j]と、ベース１０のジョイント位置Ｎ[j] [ii]と、エンドエフェクタ２０のジョイント位置Ｔ[j] [ii]とを有するスチュワートプラットフォームの数学モデルを生成し、当該モデルの運動学を用いて、前述のストラット軸座標ｓ[i] []に対応する調整用工具５０の先端位置ｐ２[i][ ]を求める。そして、このｐ２[i][ ]とｐ[i] [ ]との差を位置決め誤差（補正値）として算出する（ステップＳ１５３）。ここで算出される位置決め誤差は、採取データ個数が必要個数より多く、しかも不均一な重力変形がある場合に無視できない値を示す。この場合は、空間位置補正の機能を使用して補正することになる。
【００７３】
図７は、空間位置補正を説明するための模式図であり、工作機械１の可動域内の加工域を表している。そして、図中に黒丸で表した格子点は既知の位置決め位置であり、これらの格子点毎に補正値が登録される。
【００７４】
図８は、空間位置補正において補正値を登録する際の処理の流れを説明するためのフローチャートである。この空間位置補正を行う前に、キャリブレーション結果を数値制御装置１００に登録しておく。続いて、基準座標系上の所定位置（例えば図４の基準穴６１）に姿勢を含めて精密に位置決めする（ステップＳ４０１）。この位置決め方法は、キャリブレーション時のデータ採取における位置決め方法と全く同じである。
【００７５】
続いて、位置決めを行ったときに数値制御装置１００が表示する調整用工具５０の姿勢を含む位置の座標値（ＸＹＺ，ＡＢＣ）を読み取る（ステップＳ４０２）。この読み取られた座標値と基準座標系での精密位置決め位置座標との差が位置決め誤差である。そして、この姿勢を含む位置決め誤差を、基準座標系における精密位置決め位置座標とともに記録する（ステップＳ４０３）。
【００７６】
以上のステップをＸＹ方向に必要個数分繰返す。このとき、ステップＳ４０１における所定位置は、それまでに位置決めされた位置とは異なる位置である。そして、ＸＹ方向において必要個数分のデータ採取が終了し（ステップＳ４０４でＹＥＳ）、引き続きＺ方向にも位置を変えてデータ採取を行う場合には（ステップＳ４０５でＮＯ）、例えば、適切な段取り治具等を用いて、機械テーブル６０の基準面側に配置された治具プレート等のＺ方向の高さを、例えば、図７に示したΔＺだけ変えればよい（ステップＳ４０６）。
【００７７】
以上のステップをＸＹ方向及びＺ方向に必要個数分繰り返し、随時位置決め誤差を、基準座標系における精密位置決め位置座標とともに記録する。そして、データ採取が完了すると（ステップＳ４０５でＹＥＳ）、これまでに記録された位置決め誤差と精密位置決め位置座標とを空間位置補正テーブルに登録する（ステップＳ４０７）。以上で、空間位  置補正の補正値のデータ採取と、空間位置補正用パラメータの設定は終了する。
【００７８】
続いて、上記の処理で作製された空間位置補正テーブルを用いて、空間位置補正を行う処理について説明する。図９は、数値制御装置１００が行う空間位置補正の処理の流れを説明するためのフローチャートである。ここでは、エンドエフェクタが現在位置から指定された終点位置まで移動するとして説明する。
【００７９】
まず、エンドエフェクタ２０の現在位置がＰ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１，ａ１，ｂ１，ｃ１）であるとする。ここで、数値制御装置１００が、終点位置をＰ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２，ａ２，ｂ２，ｃ２）とする移動指令を読み取ったとする（ステップＳ５０１）。数値制御装置１００は、Ｐ１，Ｐ２間を十分に細かく分割し、各分割位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ）における位置決め誤差（ｅｘ，ｅｙ，ｅｚ，ｅａ，ｅｂ，ｅｃ）を，空間位置補正テーブルをもとに算出する（ステップＳ５０２）。そして、分割位置Ｐと、当該分割位置Ｐにおける位置決め誤差とから、修正位置Ｑ（ｘ−ｅｘ，ｙ−ｅｙ，ｚ−ｅｚ，ａ−ｅａ，ｂ−ｅｂ，ｃ−ｅｃ）を算出する（ステップＳ５０３）。
【００８０】
数値制御装置１００は、当該修正位置Ｑを逆運動学によりストラット軸座標に変換し、エンドエフェクタ２０を移動させる（ステップＳ５０４）。そして、当該移動後の位置がまだ終点位置Ｐ２に到達していないと判定されると（ステップＳ５０５でＮＯ）、次の分割位置が指定され（ステップＳ５０６）、ステップＳ５０２の処理に戻る。この処理を続けていき、エンドエフェクタ２０が終点位置Ｐ２に到達したと判定されると（ステップＳ５０５でＹＥＳ）、空間位置補正処理は終了する。この空間位置補正は、エンドエフェクタ２０の姿勢が大きく傾斜している場合には不完全な補正になることが推測されているが、姿勢角度座標（ＡＢＣ）がゼロに近い場合は適切に補正される。
【００８１】
実機での検証は上記で示した空間位置補正機能用の補正値の採取方法で採取された位置決め誤差を確認することで検証できる。しかしながら、実機での検証は、繰り返し精度、バックラッシュ補正等の誤差要因が工作機械本体に残っている場合には、これらの誤差要因と絡み合い、検証が不可能となることがある。そこで、本発明に係る実施形態においては、実機と切り離した環境をコンピュータ上に仮想マシンを作ることで創成し、当該マシン上でキャリブレーションの検証を行う。
【００８２】
図１０は、シミュレーションソフトウェアによるキャリブレーション方法の検証を行う際の処理の流れを説明するためのフローチャートである。まず、キャリブレーション前の数値制御装置１００に設定されている機構パラメータを有するスチュワートプラットフォームの数学モデル（以下、ＮＣモデルという）と、実寸相当の機構パラメータを有するスチュワートプラットフォームの数学モデル（以下、実モデルという）とをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）上に生成する（ステップＳ６０１）。このＰＣは、工作機械１と接続されていても、また接続されていなくてもよい。続いて、実モデル上で調整用工具５０を基準穴６１へ姿勢を含めて位置決めしたときのエンドエフェクタ２０のジョイント位置を算出する（ステップＳ６０２）。
【００８３】
次に、当該エンドエフェクタ２０のジョイント位置と、ＮＣモデルにおけるベースのジョイント位置と、ストラット軸原点オフセット量とからＮＣストラット軸座標を求め、基準穴６１の座標と共にキャリブレーション用採取データとして出力する（ステップＳ６０３）。上記のステップＳ６０１〜Ｓ６０３を必要個数分繰返して、すべてのキャリブレーション用採取データを出力する（ステップＳ６０４）。尚、この個数は、同定する機構パラメータの数によって異なる。すべての機構パラメータを同定する場合には７組以上、エンドエフェクタ２０のジョイント位置を３次元測定機の測定値を用い、定数として扱う場合には４組以上である。さらには、不均一な重力変形の影響を抑えるために、すべての機構パラメータを同定する場合には１０組、エンドエフェクタ２０のジョイント位置を定数として扱う場合には６組が最適なデータの組数である。
【００８４】
引き続き、キャリブレーションアルゴリズムを実装したソフトウェアをシミュレータ上で実行し、機構パラメータを算出する（ステップＳ６０５）。ここで算出する機構パラメータが、数値制御装置１００の丸め誤差の影響の範囲で実モデルの機構パラメータと一致するか否かを判定することで、キャリブレーションアルゴリズムが正常に機能しているか否かを検証できる。尚、丸め誤差の影響は、数値制御装置１００の最小設定単位の２倍程度と考えてよい。また、より確実に検証する目的で、キャリブレーションで生成された機構パラメータをＮＣモデルに再設定する（ステップＳ６０６）。以降、再設定したＮＣモデルと実モデルとを用いて、任意の位置決め位置における位置決め誤差を検証することができる。
【００８５】
ＮＣモデル上で様々な位置決め指令を実行し、その各々の位置決め指令に対して数値制御装置１００が算出するＮＣストラット軸座標を、逆運動学を用いて算出する（ステップＳ６０７）。続いて、当該算出されたＮＣストラット軸座標に対応する実モデル上でのエンドエフェクタ２０の位置を、運動学を用いて算出する（ステップＳ６０８）。そして、当該実モデル上での調整用工具５０の位置と、ＮＣモデル上でのもともとの位置決め指令位置との差として位置決め誤差を算出し出力する（ステップＳ６０９）。以上の処理を各位置決め位置に対して実行し、位置決め誤差を確認することでキャリブレーション結果が正常か否かを確実に検証することができる。
【００８６】
［実施形態２］
実施形態２のデータ採取方法においては、実施形態１におけるトレーサヘッド５１に代わる特殊工具５４を用いる。この特殊工具５４は、工具先端部にＸＹ方向の距離を測長するレーザ測長器５４２と、主軸中心線から充分離れた位置に設置され、主軸を０度、９０度、１８０度及び２７０度回転させて、各角度での基準穴上空を測長するレーザ測長器５４１と、Ｚ方向の距離を測長するレーザ測長器５４３とを有する構成である。
【００８７】
図１１は、本発明に係る実施形態２のデータ採取方法を説明するための模式図であり、（ａ）は空間座標及び姿勢角度座標の位置決め工程を示し、（ｂ），（ｃ）はＣ軸周りの基準位置を決める工程をそれぞれ表す。ここで、（ｂ）はＸ軸の負の方向からＹＺ面を見た場合、（ｃ）はＺ軸の正の方向からＸＹ面を見た場合の図である。本実施形態においては、調整用工具５０はエンドエフェクタ２０と主軸を一にして取り付けられた支持部５４９と、当該支持部５４９に取り付けられた３つのレーザ測長器５４１〜５４３とを備える特殊工具５４である。本実施形態においても、前述の実施形態１と同様に機械テーブル６０には、基準面に垂直な方向を中心軸とし、基準面に平行な底面と側面とを有する円筒形状からなる基準穴６１が所定の位置に形成されている。この位置は既知であり、ここでは（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。また、基準穴６１は、この図においては１つしか記載されていないが、その他の所定の位置に所定の個数分形成されている。
【００８８】
レーザ測長器（第３のレーザ測長器）５４１はＡＢ軸調整用に用いられ、支持部５４９が主軸を中心に回転する際に、機械テーブル６０の基準面までの距離を計測する。レーザ測長器（第１のレーザ測長器）５４２はＸＹ軸調整用に用いられ、基準穴６１の側面までの距離を計測する。レーザ測長器（第２のレーザ測長器）５４３はＺ軸調整用に用いられ、基準穴６１の底面までの距離を計測する。本実施形態においては、レーザ測長器５４２，５４３が座標調整部としての機能を有し、レーザ測長器５４１が姿勢調整部としての機能を有する。
【００８９】
図１２は、本発明に係る実施形態２のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。まず、レーザ測長器５４１〜５４３の端点をゼロ基準とするようにレーザ測長器５４１〜５４３それぞれを更正する。そして、工具長Ｌの先端部とレーザ測長器５４３のゼロ基準との距離ｚ２と、レーザ測長器５４１の工具中心線（主軸）とのＸ方向距離Ｆと、基準穴６１の底面とレーザ測長器５４３との距離であるＺ位置決め基準値を求めておく。レーザ測長器５４１，５４２のゼロ基準は、測長する値を相対値としてのみ使用するため、おおまかに求めておくだけでよい。
【００９０】
続いて、Ｃ軸方位の検出に使用するレーザ測長器（第４及び第５のレーザ測長器）５４４，５４５のゼロ点を更正する。これは、基準座標系のＸ軸に平行でＺ軸に垂直な平面（ＸＺ平面）までの距離を測定したときに、レーザ測長器５４４，５４５が同一の長さを示すように調整を行えばよい。このとき、レーザ測長器５４４とレーザ測長器５４５との間隔Ｇも求めておく。また、レーザ測長器５４６，５４７に関しても、同様の調整を行う。以上の更正をステップＳ２００として行っておく。
【００９１】
続いて、特殊工具５４を、エンドエフェクタ２０に、当該エンドエフェクタ２０と主軸を一にして取り付けた後、数値制御装置１００の工具長Ｌでの５軸変換機能をＯＮにする（ステップＳ２０１）。このとき、工具長をＬ＋ｚ２としてもよい。尚、特殊工具５４をエンドエフェクタ２０に取り付けるときは、主軸の回転角度が０度のとき、レーザ測長器５４１が主軸中心線に対してほぼＸ方向にのみ偏芯しているように設置することが必要である。次に、予め規定した基準座標系の原点と現在の数値制御装置１００に設定している機構パラメータ上での座標系原点を合わせておく。このときの原点合わせは、特殊工具５４を基準穴６１のＺ方向へ下降させて侵入させるときに、干渉しない程度の精度ですべての位置決めに対して一度だけ実施すればよい。また、数値制御装置１００上で原点オフセットを指定しておくだけでよい。
【００９２】
続いて、特殊工具５４を基準穴６１の上空（ｘ０，ｙ０，ｚ０＋１００，０，０，０）へ位置決めし（ステップＳ２０２）、Ｚ軸をレーザ測長器５４３による測長値が予め規定した値であるｚ３を示すまで下降させる（ステップＳ２０３）。
【００９３】
次に、完了フラグを「１」とし（ステップＳ２０４）、主軸を０度、９０度、１８０度及び２７０度回転させ、それぞれの位置でのレーザ測長器５４１，５４２による測長値を読み取る（ステップＳ２０５）。このとき、レーザ測長器５４１による測長値をそれぞれｅ０，ｅ９０，ｅ１８０，ｅ２７０とし、レーザ測長器５４２による測長値をそれぞれｘ０，ｙ９０，ｘ１８０，ｙ２７０とする。この読み取り値からエンドエフェクタ２０のＡ軸，Ｂ軸による姿勢とＸ，Ｙ軸による位置と、基準穴６１で規定される基準座標系でのＡ軸Ｂ軸における既知の姿勢に対する誤差Δａ，Δｂ、及びＸＹ位置に対する誤差ΔＸ，ΔＹを以下の式（７）〜（１０）に従って算出する。
【００９４】
【数５】
2006243983.tif 000007
【００９５】
ここで、ｅ０とｅ１８０との差、あるいはｅ２７０とｅ９０との差が小さい場合には、上記の式（７），（８）は、近似的に次のように表すこともできる。
【００９６】
【数６】
2006243983.tif 000008
【００９７】
そして、ステップＳ２０６で算出されたＸＹ位置の誤差が許容値ｅｄより大きい場合（｜Δｘ｜＞ｅｄ又は｜Δｙ｜＞ｅｄ）には（ステップＳ２０７でＹＥＳ）、Ｘ方向にΔＸ、Ｙ方向にΔＹだけ移動させ（ステップＳ２０８）、完了フラグを「０」とする（ステップＳ２０９）。それと異なり、ステップＳ２０７において、Ｘ，Ｙ２方向の変位量ΔＸ，ΔＹが共にｅｄ以下である場合には（ステップＳ２０７でＮＯ）、完了フラグは「１」のままで、続いて姿勢角度座標の調整に移る。
【００９８】
ステップＳ２０６で算出されたＡ軸Ｂ軸における既知の姿勢に対する誤差が許容値ｅａより大きい場合（｜Δａ｜＞ｅａ又は｜Δｂ｜＞ｅａ）には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、Ａ軸周りに−Δａ、Ｂ軸周りに−Δｂだけ回転させ（ステップＳ２１１）、完了フラグを「０」にする（ステップＳ２１２）。そして、Ａ，Ｂ軸周りの基準位置決めは終了したものとし、続いてＣ軸周りの基準位置決めに移る。
【００９９】
Ｃ軸周りの基準位置決めにおいては、まず、エンドエフェクタ２０の基準側面までの測長値ｌ４，ｌ５又はｌ６，ｌ７を検出する（ステップＳ２１３）。このとき、ｌ４，ｌ５又はｌ６，ｌ７の値は、いずれか１組の値を用いればよい。続いて、測長値ｌ４，ｌ５を用いた場合、以下の式（１３）に従いエンドエフェクタ２０の姿勢誤差Δｃを算出する（ステップＳ２１４）。
【０１００】
【数７】
2006243983.tif 000009
【０１０１】
その結果、｜Δｃ｜＞ｅａである場合には（ステップＳ２１５でＹＥＳ）、Ｃ軸周りに−Δｃだけ回転させ（ステップＳ２１６）、完了フラグを「０」にする（ステップＳ２１７）。それと異なり、ステップＳ２１５でＮＯの場合には完了フラグは「１」のままであり、Ｃ軸周りの基準位置決めは終了したものとなる。
【０１０２】
そして、引き続き完了フラグが「１」か否かが判定される（ステップＳ２１８）。その結果「０」であると判定されると（ステップＳ２１８でＮＯ）、ステップＳ２０９、Ｓ２１２、あるいはＳ２１７のいずれかを通過している、つまり、ＸＹ位置あるいはＡ，Ｂ又はＣ軸周りの基準位置の設定が完了していないのでステップＳ２０４に戻り、再度空間座標の設定からやり直す。それと異なり、完了フラグが「１」であると判定されると（ステップＳ２１８でＹＥＳ）、ＸＹＺ軸及びＡＢＣ軸のすべての設定が完了したことになる。また、以上の空間座標の位置決めは座標駆動制御部１２１の制御のもとに行われ、姿勢角度座標の位置決めは、方位駆動制御部１２２の制御のもとに行われる。
【０１０３】
ＸＹＺ軸及びＡＢＣ軸のすべての設定が完了すると、続いて精密位置決め位置等の確定を行う。そのために、まず、レーザ測長器５４３の測長値ｚｌを検出する（ステップＳ２１９）。次に、工具先端位置補正量ｗを次式（１４）に従い算出する（ステップＳ２２０）。
【０１０４】
【数８】
2006243983.tif 000010
【０１０５】
これにより、精密位置決め位置が（ｘ０，ｙ０，ｚ０−ｗ）と確定する。さらに、姿勢角度を（０，０，０）に確定する（ステップＳ２２１）。以上で精密位置決め位置等の確定が終了したので、数値制御装置１００が表示するストラット軸座標を読み取り（ステップＳ２２）、工作機械１の機構パラメータ算出に必要なデータ採取工程を終了する。
【０１０６】
上記の姿勢調整においては、数値制御装置１００に設定されている機構パラメータが正しくない値を持つことから、移動させていないはずの位置あるいは姿勢が微妙に動いてしまう。したがって、１つの軸でも微調整移動をさせた場合は、繰り返しの調整が必要となる。この繰り返しは、個々の軸について個別に実施しても、まとめて実施してもよい。ただし、１つの軸でも調整移動させた場合は、ステップＳ２０４に戻っての繰り返しが必要となる。
【０１０７】
尚、上記の繰り返しにおいて、大まかに位置決めしたうえで以降の繰り返しを行わない方法もある。すなわち、特殊工具５４とレーザ測長器との更正を厳密に行うことで、基準座標系上で確定している基準穴６１の姿勢と位置座標に対する基準座標系での姿勢、位置の相対誤差を算出し、基準穴６１の基準座標系位置に位置決め誤差を加算して精密位置決め位置を確定する。この手法は、相対値から算出しても基準に対する相対誤差としては正確に算出できることによる。
【０１０８】
以上説明した実施形態２においては、Ｃ軸周りの基準位置を決める際、レーザ測長機５４４，５４５あるいは５４６，５４７のうちのいずれか１組を用いるとして説明した。しかしながら、本発明に係る実施形態はそれに限られず、前述の実施形態１で説明したように水準器をエンドエフェクタ２０の基準側面に配置する構成であってもよい。この場合、
図１２のステップＳ２００においては、当該水準器のゼロ点を調整しておく必要がある。
【０１０９】
上記したデータ採取工程により採取されたデータを用いて、工作機械１のキャリブレーションを行う処理、及び当該キャリブレーションによって得られた機構パラメータを数値制御装置１００に再設定したときに無視できない誤差が生じた場合に行う空間補正処理については、前述の実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【０１１０】
［実施形態３］
前述の実施形態１及び２のデータ採取方法においては、特殊工具等を用いて自動でデータを採取する形態について説明した。本実施形態においては、手動ハンドル操作による精密位置決めを行うデータ採取方法について説明する。この方法においては、数値制御装置１００に設定されている機構パラメータでの座標系の原点と、新たに機械テーブル６０に規定する基準座標系の原点は大きく異なっていてもよい。この方法は、ＸＹＺＡＢＣの各軸をすべて手動でハンドル操作し、エンドエフェクタ２０を治具プレート７０の基準穴７１へ位置決めしていく。この手動ハンドル操作による位置決め方法は、通常の５軸機での調整作業に似ているため、機械調整者が馴染みやすいという特徴がある。また、既に設置されている既存の工作機械に対しても、新たな改造を必要とせず実施できるという特徴を有する。
【０１１１】
工作機械１は、手動ハンドルモードを選択する押しボタンあるいは切り替えスイッチを有する。さらに、手動ハンドルの対象軸をＸＹＺＡＢＣの各軸と、ストラット軸のＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６の合計１２軸の中から選択するための切り替えスイッチを有する。そして、工作機械１は選択された軸を回転操作させることで駆動する正負の移動パルスを発生させる手動ハンドルと、手動ハンドルの周りに刻印された目盛りの１目盛りあたりの移動量の単位を選択する切り替えスイッチとを備える。さらに、工作機械１は、発生させた移動パルスを選択した軸の移動指令として検出し、現在の座標に加算して移動後の座標値を算出し、エンドエフェクタ２０の姿勢を変える数値制御機能を有している。尚。本実施形態においては、エンドエフェクタ２０の位置を変えるＸＹＺ軸と、姿勢を変えるＡＢＣ軸とを選択するのみであり、ストラット軸のＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６は使用しない。
【０１１２】
図１３は、本発明に係る実施形態３のデータ採取方法を説明するための模式図である。本実施形態においては、調整用工具５０はエンドエフェクタ２０と主軸を一にして取り付けられた基準工具５５と、当該基準工具５５に取り付けられたダイヤルゲージ５６，５７とを備えている。本実施形態においては、機械テーブル６０の基準面上に治具プレート７０を設置している。そして、治具プレート７０の基準面に垂直な方向を中心軸とし、当該基準面に平行な底面と垂直な側面とを有する円筒形状からなる基準穴７１が所定の位置に形成されている。この位置は既知であり、ここでは（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。このとき、基準穴７１は底面を有さず、治具プレート７０の基準面から裏面まで穴が貫通していてもよい。また、基準穴７１は、この図においては１つしか記載されていないが、その他の所定の位置に所定の個数分形成されている。
【０１１３】
図１４は、本発明に係る実施形態３のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。まず、工作機械１の操作者が所定の切り替えスイッチにより手動ハンドルモードを選択すると（ステップＳ３０１）、完了フラグが「１」となる（ステップＳ３０２）。続いて、操作者が所定の切り替えスイッチにより対象軸をＸＹＺＡＢＣ軸の中から選択した後、目盛りの単位を選択し（ステップＳ３０３）、手動ハンドルを回転させる（ステップＳ３０４）。
【０１１４】
数値制御装置１００は、選択された目盛りの単位と手動ハンドルが回転させられた目盛り数とを検出し、それらに基づいて移動量を算出する。そして、エンドエフェクタ２０への増分指令として、現在のエンドエフェクタ２０の位置に加算した移動後の位置を求める。数値制御装置１００は、この位置を元に逆運動学を用いてストラット軸座標を算出し、ストラット軸を駆動してエンドエフェクタ２０を移動させる（ステップＳ３０５）。この手動ハンドル操作においても５軸変換機能は有効である。すなわち、Ａ，Ｂ，Ｃの姿勢変化は工具先端を支点として動作する。
【０１１５】
次に、操作者は主軸を空転にし、基準工具５５を３６０度手動回転させ（ステップＳ３０６）、そのときのダイヤルゲージ５６，５７の目盛りの目視による相対変位が許容誤差範囲内か否かを判定する（ステップＳ３０７）。その結果、相対変位が許容誤差範囲以上であると判定された場合には（ステップＳ３０７でＮＯ）、ステップＳ３０３に戻る。それと異なり、相対変位が許容誤差範囲内であると判定された場合には（ステップＳ３０７でＹＥＳ）、引き続きＺ方向の位置決めに移る。
【０１１６】
本実施形態においては、厚さが既知であるブロックゲージ７２を用い、これを治具プレート７０の基準面と基準工具５５の先端との間に挿入し、Ｚ方向の位置決めを行う（ステップＳ３０８）。引き続き、Ｃ軸周りの基準位置決めに以降の処理の流れは、図５を用いて説明した実施形態１のステップＳ１１２以降と同様であるので、詳しい説明は省略する。ただし、ステップＳ１１７及びＳ１１８におけるｗは、本実施形態においてはブロックゲージ７２の厚さである。
【０１１７】
また、ダイヤルゲージ５６，５７は、主軸を回転するたびに基準穴７１の側面及び底面に接触させ、ゼロ点を切るものとする。さらに、ＸＹ、ＡＢ共に変位量の絶対値の取得は不要である。
【０１１８】
上記したデータ採取工程により採取されたデータを用いて、工作機械１のキャリブレーションを行う処理、及び当該キャリブレーションによって得られた機構パラメータを数値制御装置１００に再設定したときに無視できない誤差が生じた場合に行う空間補正処理については、前述の実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【０１１９】
上記した本発明に係る実施形態においては、パラレルメカニズム工作機械を取り上げて説明したが、本発明に係る実施形態はそれに限られず、ロボットやマニュピレータ等のパラレルメカニズム機構を備えた装置全般に適用可能である。
【０１２０】
［他の好ましい実施形態］
（Ａ）以上説明した実施形態においては、６×６パラレルメカニズム工作機械（エンドエフェクタのジョイント数が６個、ベースのジョイント数が６個）について説明したが、本発明の実施形態はそれに限られず、例えば、図１５に示す３×３パラレルメカニズム工作機械（エンドエフェクタのジョイント数が３個、ベースのジョイント数が３個）についても適用可能である。
【０１２１】
また、採取すべき適切なデータ組数は、すべての機構パラメータを同定する場合には４組以上、エンドエフェクタ２０のジョイント位置を３次元測定機の測定値を用い、定数として扱う場合には３組以上である。さらには、不均一な重力変形の影響を抑えるために、すべての機構パラメータを同定する場合には６組、エンドエフェクタ２０のジョイント位置を定数として扱う場合には４組が最適なデータの組数である。
【０１２２】
（Ｂ）以上説明した実施形態においては、直線状の駆動軸であるストラットが伸縮することでエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する形態の一例として、スチュワートプラットフォームを取り上げて説明した。しかしながら、本発明に係る実施形態はそれに限られず、例えば、回転軸周りの角度や、関節の角度を駆動軸として制御するパラレルメカニズム機構等にも適用することができる。さらに、自由度が６自由度未満であっても、運動学と逆運動学とを定義する非線形連立方程式で規定されるパラレルメカニズム工作機械すべてに適用可能である。
【０１２３】
（Ｃ）以上説明した実施形態２においては、機械テーブル６０に設けられた基準穴６１として底面を有するものを用い、当該底面までの距離を測定するためのレーザ測長器５４３を設ける構成として説明した。しかしながら、本発明に係る実施形態はそれに限られず、基準穴６１は基準面に垂直な方向を中心軸とし機械テーブル６０を貫通しており、かつ基準面に垂直な側面を有する円筒形状をなしていてもよい。この場合、図１６に示すように、レーザ測長器５４３の機能をレーザ測長器５４１に持たせればよい。つまり、レーザ測長器５４１により測定された基準面までの距離が所定の距離になるように位置決めすることにより、実施形態２においてはレーザ測長器５４３に行わせていた、基準面に垂直な方向の座標軸の調整を行うことができる。
【０１２４】
（Ｄ）以上説明した実施形態においては、機械テーブル６０（又は治具プレート７０）の基準面に基準座標系のＸＹ軸が含まれるとして説明したが、本発明に係る実施形態はそれに限られず、基準座標系は機械テーブル６０（又は治具プレート７０）の基準面に対して任意の姿勢をとってもよい。また、以上説明した実施形態においては、基準穴６１，７１の中心軸は基準座標系のＸＹ面に垂直であるとして説明したが、基準穴中心軸は基準座標系に対して任意の姿勢に配置してもよく、各基準穴６１，７１の中心軸は同じでなくてもよい。その場合は、トレーサヘッド５１や特殊工具５４によって基準座標系のＸＹ座標が固定されるのではなく、基準穴６１の上面（基準面）に平行な２方向における空間座標が固定される。
【０１２５】
（Ｅ）以上説明した実施形態においては、姿勢を含む位置決め位置ｐ[i][]と、それに対応するストラット軸座標ｓ[i][]とを取得するものとして説明した。しかしながら、本発明に係る実施形態はそれに限られず、姿勢を含む位置情報の一部が取得できていない場合にも実施できる。例えば、姿勢の一部である主軸中心線周りの姿勢角度座標Ｃが特定できない場合について説明する。この場合においても、実施形態１で説明した式（４）を最小とする機構パラメータを最小値問題として解くことに変わりはない。つまり、求めるべき機構パラメータと、ｐ[1][6], ｐ[2][6], ….., ｐ[n][6]とを未知数として解けばよい。すなわち、未知数が測定個数であるｎ個分増えるという点のみが異なるだけである。この場合、式（４）におけるｍ[][][]は次の式に展開して最小値問題の解法に使用する。
ｍ[i][1][1] = sin (ｐ[i][4])×sin (ｐ[i][5]) ×sin (ｐ[i][6]) + cos (ｐ[i][5]) × cos (ｐ[i][6])・・・（１５）
ｍ[i][1][2] = cos (ｐ[i][4])×sin (ｐ[i][6])・・・（１６）
ｍ[i][1][3] = sin (ｐ[i][4])×cos(ｐ[i][5]) ×sin (ｐ[i][6]) − sin (ｐ[i][5]) × cos (ｐ[i][6])・・・（１７）
ｍ[i][2][1] = sin (ｐ[i][4])×sin (ｐ[i][5]) ×cos (ｐ[i][6]) − cos (ｐ[i][5]) × sin (ｐ[i][6])・・・（１８）
ｍ[i][2][2] = cos (ｐ[i][4])×cos (ｐ[i][6])・・・（１９）
ｍ[i][2][3] = sin (ｐ[i][4])×cos (ｐ[i][5]) ×cos (ｐ[i][6]) + sin (ｐ[i][5]) × sin (ｐ[i][6])・・・（２０）
ｍ[i][3][1] = cos (ｐ[i][4])×sin (ｐ[i][5])・・・（２１）
ｍ[i][3][2] = −sin (ｐ[i][4])・・・（２２）
ｍ[i][3][3] = cos (ｐ[i][4])×cos (ｐ[i][5])・・・（２３）
本実施形態は、主軸中心線周りの姿勢角度を特定しなくても正しい機構パラメータを算出できることから、特に傾斜面上の基準穴を使用する場合には実用的である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るパラレルメカニズム工作機械の機械的構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る概略の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る工作機械の一形態である６自由度を有する６×６スチュワートプラットフォームの構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係る実施形態１のデータ採取方法を説明するための模式図であり、（ａ）は空間座標の位置決め工程を示し、（ｂ）は姿勢角度座標の位置決め工程を示し、（ｃ）はＣ軸周りの基準位置を決める工程をそれぞれ表す。
【図５】本発明に係る実施形態１のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明に係るキャリブレーションの流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】空間位置補正を説明するための模式図である。
【図８】空間位置補正において補正値を登録する際の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図９】数値制御装置１００が行う空間位置補正の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１０】シミュレーションソフトウェアによるキャリブレーション方法の検証を行う際の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明に係る実施形態２のデータ採取方法を説明するための模式図であり、（ａ）は空間座標及び姿勢角度座標の位置決め工程を示し、（ｂ），（ｃ）はＣ軸周りの基準位置を決める工程をそれぞれ表す。
【図１２】本発明に係る実施形態２のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明に係る実施形態３のデータ採取方法を説明するための模式図である。
【図１４】本発明に係る実施形態３のデータ採取の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明に係る工作機械の一形態である６自由度を有する３×３スチュワートプラットフォームの構成を示す概略図である。
【図１６】本発明に係る他の実施形態のデータ採取方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１    パラレルメカニズム工作機械
１０  ベース
２０  エンドエフェクタ
３１〜３６  ストラット
５０  調整用工具
６０  機械テーブル
６１，７１  基準穴
７０  治具プレート
１００  数値制御装置
１１２  記録部
１１３  算出部
１１４  取得部
１２１  座標駆動制御部
１２２  方位駆動制御部
【図１】
2006243983.tif 000011
【図２】
2006243983.tif 000012
【図３】
2006243983.tif 000013
【図４】
2006243983.tif 000014
【図５】
2006243983.tif 000015
【図６】
2006243983.tif 000016
【図７】
2006243983.tif 000017
【図８】
2006243983.tif 000018
【図９】
2006243983.tif 000019
【図１０】
2006243983.tif 000020
【図１１】
2006243983.tif 000021
【図１２】
2006243983.tif 000022
【図１３】
2006243983.tif 000023
【図１４】
2006243983.tif 000024
【図１５】
2006243983.tif 000025
【図１６】
2006243983.tif 000026