(57)【要約】【課題】  利用者が可動機構の振動解析のための情報入力並びに操作を容易に行うことができ、また、熟練者が可動機構のモデル作成やモデル情報の変更などを迅速且つ簡単に行うことができること。【解決手段】  モデル作成部１４によって種々の可動機構のモデル形状を表示し、この表示中から利用者が操作選択した可動機構モデルに対応するパラメータ項目データをモデルＤＢ１１から読み込んでパラメータ項目を、モデルデータ表示制御部１５の制御によって表示部２２に表示すると共に、その選択された可動機構モデルに対応する物性データを物性ＤＢ１２から読み込んで該当パラメータ値として表示する。【選択図】      図１
2006098356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を伴う可動機構の固有振動数を、当該固有振動数を求める数式に必要なパラメータ値を適用して演算する可動機構振動解析装置において、
種々の可動機構のモデル形状を表示するための形状データと、前記パラメータ値の入力項目を表示するためのパラメータ項目データと、前記可動機構を構成する材料の物理定数及び材料特性を含む物性データとを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から前記形状データを読み込んで各種可動機構のモデル形状を表示し、この表示中から操作により選択された可動機構に対応する前記パラメータ項目データを前記記憶手段から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する前記物性データを読み込んで該当パラメータ値として表示する制御手段と
を備えたことを特徴とする可動機構振動解析装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記物性データを読み込んで表示したパラメータ値を、操作変更可能なように表示し、表示中のパラメータ値の変更操作が行われた際に変更操作後のパラメータ値を新たに表示して用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の可動機構振動解析装置。
【請求項３】
前記制御手段は、操作入力されたパラメータ値と、前記物性データを読み込んだパラメータ値とを一覧表示する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可動機構振動解析装置。
【請求項４】
前記制御手段は、表示中の可動機構のパラメータ項目の説明及び表示内容に対する操作指示を文字及び図柄で記述したガイダンスを表示する
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の可動機構振動解析装置。
【請求項５】
前記制御手段によって一覧表示されたパラメータ値と、このパラメータ値で固有振動数が解析される可動機構のモデル形状を表示する形状データとを、ファイル記憶手段に記憶すると共に、その記憶されたパラメータ値及び形状データを前記制御手段へ入力するファイル入出力手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の可動機構振動解析装置。
【請求項６】
前記ファイル入出力手段は、前記データファイルを汎用エディタで変更可能なフォーマット形式のテキストファイルで入出力する処理を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の可動機構振動解析装置。
【請求項７】
振動を伴う可動機構の固有振動数を求める数式を用いて当該固有振動数を演算する可動機構振動解析装置に対して前記数式に必要なパラメータ値を入力する可動機構振動解析パラメータ入力方法において、
種々の可動機構のモデル形状を表示するための形状データと、前記パラメータ値の入力項目を表示するためのパラメータ項目データと、前記可動機構を構成する材料の物理定数及び材料特性を含む物性データとを記憶する第１のステップと、
前記第１のステップにて記憶された形状データを読み込んで各種可動機構のモデル形状を表示する第２のステップと、
前記第２のステップにて表示された各種可動機構のモデル形状の中から操作により選択された可動機構に対応するパラメータ項目データを、前記第１のステップで記憶されたデータ中から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する物性データを前記記憶されたデータ中から読み込んで該当パラメータ値として表示する第３のステップと
を含むことを特徴とする可動機構振動解析パラメータ入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットにおける柔軟な構成部材から成るアーム機構の振動や、物体の搬送機構の振動、更には、位置決めが必要な駆動機械が設置された架台機構の振動をシミュレーションする可動機構振動解析装置及び可動機構振動解析パラメータ入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アーム機構等の可動機構系の設計では機構を構成しているリンク部材は剛体と考え、その挙動を解析していた。しかし、最近では機構系の軽量化を図るための要求からリンク部材の剛性が十分でなくなり、剛体と考えられない場合がでてきている。また、高速・高精度の位置決めを行うための要求も強く、これまで無視してきた微小振動を考慮しなければならなくなっている。
【０００３】
このため、可動機構に組み込まれているモータを機構と切離して考えることは難しく、その一部として機構系と融合させて考えなければならない。つまり、現在、要求動作仕様を満足するモータ制御を考える際には、機構系の動特性を無視することはできなくなっている。このため、可動機構である機械システムをシミュレートできるシミュレーションプログラムが多く市販され、手離し難い有力な解析手段として定着しつつある。
【０００４】
この種の従来の解析装置として、例えば非特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平９−２８０９４３号公報
【非特許文献１】広島県立東部工業技術センター研究報告Ｎｏ．１３（２０００）「機械の動的評価と信頼性技術に関する研究」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の可動機構の振動を解析する市販プログラムツールは、より汎用性を持つと共に多機能なものとする点を重視しているため、プログラム自体が大きくなり、モデルの入力情報も複雑なものとなっている。例えば機構形状や材料物性、物理定数などの入力情報は、その項目数が非常に多く、更に、その入力項目が複雑で且つ難解である。また、物理的な意味合いも不明瞭である入力項目も多々ある。また、解析精度を重んじるばかりに解析時間も数時間かかる場合があり、そのことが、より現場等でのシミュレーションの活用を困難なものとしている。つまり、実際の設計者や現場での作業者（オペレータ）等の利用者にとって使いづらいという問題があった。
【０００６】
そこで、利用者にとって、意味不明瞭な入力項目に対して気にしなくても解析が可能であるデータの取扱い容易さが求められているが、その反面、熟練者にとっては、モデル作成やモデル情報の変更などを迅速且つ簡単に実行できるシミュレーションプログラムが求められている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、利用者が可動機構の振動解析のための情報入力並びに操作を容易に行うことができ、また、熟練者が可動機構のモデル作成やモデル情報の変更などを迅速且つ簡単に行うことができる可動機構振動解析装置及び可動機構振動解析パラメータ入力方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による可動機構振動解析装置は、振動を伴う可動機構の固有振動数を、当該固有振動数を求める数式に必要なパラメータ値を適用して演算する可動機構振動解析装置において、種々の可動機構のモデル形状を表示するための形状データと、前記パラメータ値の入力項目を表示するためのパラメータ項目データと、前記可動機構を構成する材料の物理定数及び材料特性を含む物性データとを記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記形状データを読み込んで各種可動機構のモデル形状を表示し、この表示中から操作により選択された可動機構に対応する前記パラメータ項目データを前記記憶手段から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する前記物性データを読み込んで該当パラメータ値として表示する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、種々の可動機構の形状を表示し、この表示中から利用者が操作選択した可動機構に対応するパラメータ項目データを記憶手段から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する物性データを読み込んで該当パラメータ値として表示するようにした。このように表示することによって、利用者は自分が固有振動数を求めて振動解析をしたい可動機構のパラメータ値を容易に入力することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２による可動機構振動解析装置は、請求項１において、前記制御手段は、前記物性データを読み込んで表示したパラメータ値を、操作変更可能なように表示し、表示中のパラメータ値の変更操作が行われた際に変更操作後のパラメータ値を新たに表示して用いることを特徴とする。
この構成によれば、利用者が物性データに対応するパラメータ値を任意に入力することができるので、熟練者に対して、より詳細な解析や、種々のケースの解析等を行う場合に有用なシミュレーションツールとすることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項３による可動機構振動解析装置は、請求項１または２において、前記制御手段は、操作入力されたパラメータ値と、前記物性データを読み込んだパラメータ値とを一覧表示することを特徴とする。
この構成によれば、利用者が初心者であっても全てのパラメータ値を容易に確認することができるので、固有振動数を求める際のパラメータ値の入力ミスを低減させることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項４による可動機構振動解析装置は。請求項１から３の何れか１項において、前記制御手段は、表示中の可動機構のパラメータ項目の説明及び表示内容に対する操作指示を文字及び図柄で記述したガイダンスを表示することを特徴とする。
この構成によれば、利用者が初心者であってもパラメータ値を容易に入力して固有振動数を求めることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項５による可動機構振動解析装置は、請求項１から４の何れか１項において、前記制御手段によって一覧表示されたパラメータ値と、このパラメータ値で固有振動数が解析される可動機構のモデル形状を表示する形状データとを、ファイル記憶手段に記憶すると共に、その記憶されたパラメータ値及び形状データを前記制御手段へ入力するファイル入出力手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、利用者が各種可動機構の中から選択し、この選択された可動機構に対して操作入力及び記憶手段から読み出されたパラメータ値と、当該可動機構のモデル形状を表示するための形状データとを記憶できるようにしたので、利用者が再度同じ可動機構の固有振動数をパラメータ値を変更して求める場合などの操作を行う場合に容易に対応することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項６による可動機構振動解析装置は、請求項５において、前記ファイル入出力手段は、前記データファイルを汎用エディタで変更可能なフォーマット形式のテキストファイルで入出力する処理を行うことを特徴とする。
この構成によれば、可動機構のパラメータ値を直接テキストファイルで作成し、シミュレーションプログラムに読み込ませることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の請求項７による可動機構振動解析パラメータ入力方法は、振動を伴う可動機構の固有振動数を求める数式を用いて当該固有振動数を演算する可動機構振動解析装置に対して前記数式に必要なパラメータ値を入力する可動機構振動解析パラメータ入力方法において、種々の可動機構のモデル形状を表示するための形状データと、前記パラメータ値の入力項目を表示するためのパラメータ項目データと、前記可動機構を構成する材料の物理定数及び材料特性を含む物性データとを記憶する第１のステップと、前記第１のステップにて記憶された形状データを読み込んで各種可動機構のモデル形状を表示する第２のステップと、前記第２のステップにて表示された各種可動機構のモデル形状の中から操作により選択された可動機構に対応するパラメータ項目データを、前記第１のステップで記憶されたデータ中から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する物性データを前記記憶されたデータ中から読み込んで該当パラメータ値として表示する第３のステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
この方法によれば、種々の可動機構の形状を表示し、この表示中から利用者が操作選択した可動機構に対応するパラメータ項目データを事前に記憶したデータ中から読み込んでパラメータ項目を表示すると共に、その選択された可動機構に対応する物性データを読み込んで該当パラメータ値として表示するようにした。このように表示することによって、利用者は自分が固有振動数を求めて振動解析をしたい可動機構のパラメータ値を容易に入力することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明の可動機構振動解析装置によれば、利用者が可動機構の振動解析のための情報入力並びに操作を容易に行うことができ、また、熟練者が可動機構のモデル作成やモデル情報の変更などを迅速且つ簡単に行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る可動機構振動解析装置の構成を示すブロック図である。
図１に示す可動機構振動解析装置１０は、可動機構の振動特性を解析するシミュレーションツールであり、モデルＤＢ（データベース）１１及び物性ＤＢ（データベース）１２を有する記憶部１３と、モデル作成部１４と、モデルデータ表示制御部１５と、解析ソルバ部１６と、解析結果保持部１７と、ファイル入出力部１８と、表示部２２とを備えて構成されている。
【００１９】
また、このような構成要素を有する可動機構振動解析装置１０には、外付け装置として、モデル作成部１４に入力装置２１が接続され、ファイル入出力部１８にファイル記憶装置２３が接続されている。
モデルＤＢ１１は、可動機構のモデルの形状を表示するための形状データと、その形状の寸法や質量等のパラメータの項目を表示するためのパラメータ項目データとを記憶するものである。物性ＤＢ１２は、可動機構の固有振動数の解析を行う上で必要となる当該可動機構を構成する材料の物理定数や材料特性などの物性データを記憶するものである。
【００２０】
入力装置２１は、実際の設計者や現場の作業者（オペレータ）などの利用者が、解析対象となる可動機構のモデルのパラメータ値及び物性データ並びに他の命令等を入力するものである。
モデル作成部１４は、各種の可動機構の形状を表示するための形状データをモデルＤＢ１１から読み込んで表示部２２に各種の可動機構のモデルを表示し、入力装置２１の選択操作によって表示中のモデルから選択されたモデルのパラメータ項目データをモデルＤＢ１１から読み込んでパラメータ項目を表示し、この表示されたパラメータ項目に従って操作入力されたパラメータ値と、物性ＤＢ１２から読み込んだ選択モデルに対応する物性データによるパラメータ値とからモデルデータを作成するものである。
【００２１】
但し、物性データの選択は、物性ＤＢ１２からではなく、利用者が入力装置２１から直接入力することも可能となっている。
モデルデータ表示制御部１５は、モデル作成部１４で作成されたモデルデータに基づき、全てのパラメータ値の一覧を表示部２２に表示するものである。この表示されたパラメータ値は利用者が入力装置２１を操作して修正可能となっている。
【００２２】
解析ソルバ部１６は、モデル作成部１４で作成されたモデルデータの全パラメータ値に基づき解析対象である可動機構の運動や振動特性を計算し、この解析結果を表示部２２に表示するものである。
解析結果保持部１７は、解析ソルバ部１６で得られた解析結果を保持するものである。
ファイル入出力部１８は、解析結果保持部１７に保持された解析結果を読み出してファイル記憶装置２３へ出力すると共に、ファイル記憶装置２３に記憶された解析結果を読み出して解析結果保持部１７へ出力する。また、モデル作成部１４で作成されたモデルデータをファイル記憶装置２３へ出力すると共にファイル記憶装置２３に記憶されたモデルデータをモデル作成部１４へ出力するようになっている。
【００２３】
また、ファイル入出力部１８は、ファイル記憶装置２３との間で入出力するデータファイルを、汎用エディタで変更可能なフォーマット形式のテキストファイルで構成する処理を行う。これによって、可動機構のモデルのパラメータ入力値を直接テキストファイルで作成し、シミュレーションプログラムに読み込ませることも可能としている。
なお、モデル作成部１４、モデルデータ表示制御部１５及び表示部２２にて制御手段が構成されている。
【００２４】
また、解析ソルバ部１６での可動機構の運動や振動特性の計算には、例えば次の（１）〜（４）のような４通りの方法がある。
（１）可動機構が図２に示すようなアーム機構３０であるとする。このアーム機構３０は、ベース３１に矢印Ｙ１で示すように移動自在に取り付けられたステージ３２と、このステージ３２に一端が可動自在に取り付けられた柔軟な棒状の構成部材から成るアーム３３と、このアーム３３の先端に取り付けられたコ字形状の負荷３４とから構成され、ベース３１に対するステージ３２の移動によってアーム３３が作業空間を移動できるようになっている。
【００２５】
このアーム機構３０は、ステージ３２によって、アーム３３を矢印Ｙ１方向に移動させた場合にアーム３３の剛性が十分でない場合には、図３に示すように、仮想的な点３５を回転中心として微小振動Ｙ２が発生する。そこで、そのアーム３３のモデルを、図４に示すように１つのバネ３６で剛体３３ａ，３３ｂを連結して構成し、このバネ特性によってアーム機構３０の振動特性のモデル化を図っている。
【００２６】
このモデルの場合は、図５にその記号を示す下式（１）によって、柔軟な構成部材から成るアーム３３を有するアーム機構３０の固有振動数ｆ１を正確に計算することができる。
固有振動数ｆ１＝（１／２π）√（ｋθ／ＪａＬＬ）  …（１）
バネ定数ｋθ＝４ＥＩ／３Ｌ
等価質量ＪａＬＬ＝Ｊ０＋Ｊａ＋ｍＬ２＋ｍａ（Ｌ／２）２
ここで、
Ｅ：アームのヤング率
Ｉ：アームの断面２次モーメント（アーム断面の形状によって変わる曲げ・たわみ等の変形し易さの度合を数値的に表現したもの）
Ｌ：アーム長
Ｊ０：負荷の重心３７回りの慣性モーメント
Ｊａ：アームの重心３８回りの慣性モーメント
ｍ：負荷の質量
ｍａ：アームの質量
である。
【００２７】
このアーム機構３０の固有振動数ｆ１を計算するために、アーム機構材料特性（アーム３３のヤング率Ｅ）と、アーム機構断面形状特性（アーム３３の断面２次モーメントＩ）と、アーム機構長さ（アーム長Ｌ）と、アーム負荷質量（アーム３３の先端負荷３４の質量ｍ及びアーム３３の質量ｍａ）とを、パラメータとして入力することによって、固有振動数ｆ１を計算する。即ち、上式（１）の等価質量が、ＪａＬＬ＝ｍＬ２＋ｍａ（Ｌ／２）２となるように入力パラメータを制限する。
【００２８】
この制限された各パラメータからバネ定数のｋθ＝４ＥＩ／３Ｌと、等価質量のＪａＬＬ＝ｍＬ２＋ｍａ（Ｌ／２）２とを計算し、この計算されたｋθとＪａＬＬとを上式（１）に当てはめることによって、アーム機構３０の固有振動数ｆ１を計算する。これによって、計算負荷（計算時間）、解析誤差ともに実用的なレベルを満足しながら固有振動数ｆ１が求められるようになっている。
【００２９】
（２）可動機構が図６に示すような搬送機構４０であるとする。この搬送機構４０は、ベース４１に矢印Ｙ３で示すように移動自在に取り付けられたステージ４２と、このステージ４２に一端が固定された柔軟な柱状の構成部材から成る２本の柱状構造体４３と、これら柱状構造体４３の先端に載置固定されたステージ４４と、このステージ４４の上に搬送物体４５を載置固定するために当該ステージ４４上に固定された取付部４４ａとから構成され、取付部４４ａに取り付けられた搬送物体４５を、ステージ４２の移動によって移動可能なようになっている。
【００３０】
この搬送機構４０は、図７に示す通り、ステージ４２を矢印Ｙ３方向に移動させた際に柱状構造体４３の剛性が十分でない場合、仮想的な点４６を回転中心として微小振動Ｙ４が発生し、タクト時間の短縮や高精度な位置決めを行う場合に不都合となる。このため、搬送物体４５が先端に取り付けられた柱状構造体４３の振動解析が必要となっている。なお、図３中の破線描画部分は、微小振動１６に伴う柱状構造体４３、ステージ４４、取付部４４ａ及び搬送物体４５の振動状態を表現したものである。
【００３１】
そこで、その柱状構造体４３のモデルを、図８に示すように１つのバネ４７で剛体４８ａ，４８ｂを連結して構成し、このバネ特性によって搬送機構４０の振動特性のモデル化を図っている。
このモデルの場合は、図９にその記号を示す下式（２）によって、柔軟な構成部材から成る柱状構造体４３を有する搬送機構４０の固有振動数ｆ２を正確に計算することができる。但し、式（２）では上式（１）と同記号を引用したが、当該式(２)以降の説明で出てくる記号は全て当該式（２）に引用されるものであるとする。
【００３２】
固有振動数ｆ２＝（１／２π）√（ｋθ／ＪａＬＬ）  …（２）
バネ定数ｋθ＝３２ＥＩ／３Ｌ
等価質量ＪａＬＬ＝Ｊ０＋Ｊａ＋Ｊｂ＋ｍＬ２＋ｍａＬａ２＋ｍａＬａ２
ここで、
Ｅ：柱状構造体のヤング率
Ｉ：柱状構造体の断面２次モーメント（柱状構造体断面の形状によって変わる曲げ・たわみ等の変形し易さの度合を数値的に表現したもの）
Ｌｍ：柱状構造体の回転中心４８から搬送物体重心４９までの距離
Ｌｂ：柱状構造体の回転中心４８からステージ重心５０までの距離
Ｌａ：柱状構造体の回転中心４８から柱状構造体重心５１までの距離
Ｊ０：搬送物体の重心４９回りの慣性モーメント
Ｊｂ：ステージの重心５０回りの慣性モーメント
Ｊａ：柱状構造体の重心５１回りの慣性モーメント
ｍ：搬送物体の質量
ｍｂ：ステージの質量
ｍａ：柱状構造体（回転部分）の質量
である。
【００３３】
また、上式（２）において、搬送機構４０の振動特性を表す固有振動数ｆ２を、柱状構造体材料と、柱状構造体断面形状と、柱状構造体長さと、負荷質量のみで計算するようにしてもよい。但し、負荷質量は、上式（２）のＪａＬＬ＝ｍＬ２＋ｍａＬａ２＋ｍａＬａ２で計算する。ここでは、Ｌ＝Ｌｂ＝√｛Ｌ２＋（Ｂ／２）２｝，Ｌａ＝Ｌ／３と近似、Ｌ：柱状構造体の長さ、Ｂ：２本の柱状構造体間の間隔寸法とすることで、より現実に即したパラメータ入力方式を用いている。
つまり、入力パラメータから慣性モーメントＪ０，Ｊｂ，Ｊａを削除して、入力パラメータを厳密解の場合より絞ることによって等価質量を、ＪａＬＬ＝ｍＬ２＋ｍａＬａ２＋ｍａＬａ２とした。この場合でも現実的にツールとして使用するに耐えうる解析誤差を満足している。
【００３４】
従って、柱状構造体４３材料のヤング率Ｅと、柱状構造体４３の断面２次モーメントＩと、柱状構造体長Ｌと、柱状構造体間の間隔寸法Ｂと、搬送物体の質量ｍと、ステージの質量ｍｂと、柱状構造体の質量ｍａとの各パラメータをもとに、バネ定数のｋθ＝３２ＥＩ／３Ｌと、等価質量のＪａＬＬ＝ｍＬ２＋ｍａＬａ２＋ｍａＬａ２とを計算し、この計算されたｋθとＪａＬＬとを上式（２）に当てはめることによって、搬送機構４０の固有振動数ｆ２を計算する。これによって、上述のように計算負荷（計算時間）、解析誤差ともに実用的なレベルを満足しながら固有振動数ｆ２が求められるようになっている。
【００３５】
（３）可動機構が図１０に示すような架台機構６０であるとする。この架台機構６０は、棒状や板状の鋼材等で構成される脚部６１と、脚部６１に支えられ、その上に機械６２が設置された天板６３とを備えて構成されている。但し、脚部６１は、床面に垂直に互いに所定間隔離して固定された２本の架台脚６１ａと、これらの架台脚６１ａを補強するために２本の脚６１ａの下方を固定するための筋交い６４ａとから構成されている。但し、機械６２は、本例では図示せぬ物体を保持して運搬可能なアーム付き駆動体６５であるとする。また、アーム付き駆動体６５は、作業空間を移動可能とするためにステージ６６等の移動手段を介して天板６３の上に固定されている。
【００３６】
この架台機構６０は、図１１に示すように、ステージ６６によってアーム付き駆動体６５のアームを矢印Ｙ５の方向に移動させた際に、脚部６１の剛性が十分でない場合は、架台脚６１ａと床面との固定点６７を基準として微小振動Ｙ６が発生し、アーム付き駆動体６５が停止しても振動が残留する。このため、タクト時間の短縮や高精度なアーム付き駆動体６５のアームの位置決めを行う場合に不都合となる。そこで、架台機構６０の振動解析が必要となる。
【００３７】
このようなモデルの場合、通常、下式（３）によって、架台機構６０の固有振動数ｆ３を計算する。但し、式（３）では上式（２）と同記号を引用したが、当該式(３)以降の説明で出てくる記号は全て当該式（３）に引用されるものであるとする。
固有振動数ｆ３＝（１／２π）√｛（１／Ｍ）×（１２ｎＥＩ／Ｌ３）  …（３）
ここで、
Ｅ：架台脚のヤング率
Ｉ：架台脚の断面２次モーメント（架台脚断面の形状によって変わる曲げ・たわみ等の変形し易さの度合を数値的に表現したもの）
ｎ：架台脚の本数
ｍ：天板と天板上の機械の合計質量
である。
【００３８】
ところで、実際の架台機構６０は、図１０に示した架台機構６０のように単純な機構ではなく、図１２に示す架台機構６０−１のように、脚部６１に更に斜めの筋交い６４ｂを有する複雑な形状のものも有るので、上式（３）はそのまま適用できないことがある。
そこで、図１３に示すように、架台脚１０の各脚６１ａをバネ６７と見做してそれらを連結し、天板６３及び機械６２の部分の質量の合計を、それらのバネ６７の連結点の中で天板６３と接する点、即ち天板６３と見做したバネ６８と接する点６９に等価的な集中質量として与えるようにモデルを構築する。このモデルの各バネ６７，６８に対して剛性方程式を導出し、それらを合成することで固有振動数ｆ３を算出する。
【００３９】
ここで、天板６３を剛体と見なしても、脚６１ａの剛性が多く寄与するため、実機との誤差が少ないことから、天板６３部分の剛性を脚６１ａに比べて十分に大きくして天板６３部分の影響を無視するモデリングとする。このようなモデリングとすることで、脚部６１の幅と、脚部６１の奥行きと、脚部６１の高さと、脚６１ａの材料と、脚６１ａの断面形状と、天板６３と天板６３の上の機械６２との各々の質量と、脚６１ａの接地面での設置状態とを入力パラメータとして入力すれば、特に、複雑な機械６２部分のモデリングを行わずに、解析精度を確保して、架台機構６０の振動特性を表す固有振動数ｆ３を計算することができるようになっている。
【００４０】
更に、固有振動数ｆ３の計算においては、計算モデルの固定条件の設定に応じて計算結果に相違が生じるため、計算モデルには、実機と整合した架台脚６１ａが完全固定の場合と、半固定の場合との各固定条件を設定するようになっている。
また、図１２に示した筋交い６４ａ，６４ｂを有する複雑な形状の架台機構６０−１に対しては、図１４に示すように、架台機構６０−１を筋交い６４ａ，６４ｂと脚６１ａとの各接合点３６で分割される複数のバネ３５，２５で表してモデリングを行い、上記の架台機構６０の場合と同様に算出を行う。従って、機構１１が解析対象の場合には、上記の入力パラメータに追加して、筋交い６４ａ，６４ｂの材料と、断面形状と、長さと、設置位置とを入力パラメータとするようになっている。
【００４１】
次に、可動機構振動解析装置１０の動作を説明する。
まず、利用者が入力装置２１において、可動機構の解析を行うための命令を行うと、モデル作成部１４の制御によって、モデルＤＢ１１から各種の可動機構の形状を表示するための形状データが読み込まれ、この形状データに応じて表示部２２に図１５に一例を示す解析機構選択画面１０１が表示される。
【００４２】
この解析機構選択画面１０１には、利用者への指示内容が記述表示されるガイダンスウィンドウ１０１ａと、解析対象となる各種の可動機構のモデル１０１，１０２，１０３，１０４の外観形状が表示されたモデル表示ウィンドウ１０１ｂとが表示されている。
利用者は、そのガイダンスウィンドウ１０１ａに記述されたガイダンスに従って、自分が解析したい可動機構のモデルを、モデル表示ウィンドウ１０１ｂに表示されたモデル１０１〜１０４の中から選択する。例えば、入力装置２１において、一軸アーム機構のモデル１０２の選択操作が実行されたとする。
【００４３】
これによって選択命令がモデル作成部１４に入力されると、当該モデル作成部１４の制御によって表示部２２に図１６に一例を示す一軸アーム機構パラメータ入力画面１１１が表示され、この画面１１１中のガイダンスウィンドウ１１１ａに利用者への指示内容が記述表示され、また、パラメータ説明ウィンドウ１１１ｂに一軸アーム機構のモデル１０２の形状が表示されると共に、当該モデル１０２の寸法及び質量などのパラメータの説明が表示される。
【００４４】
これと同時に、モデル作成部１４の制御によって、モデルＤＢ１１から一軸アーム機構のモデル１０２のパラメータ項目データと、物性ＤＢ１２から一軸アーム機構のモデル１０２の物性データとが読み込まれ、パラメータ値の入力ウィンドウ１１１ｃと、物性データの選択ウィンドウ１１１ｄとが表示される。
選択ウィンドウ１１１ｄは、物性ＤＢ１２からの物性データを用いることで、入力パラメータを数値でなく物性項目の選択だけでパラメータ入力ができるような表示形態となっている。
【００４５】
入力ウィンドウ１１１ｃは、直接、数値入力が可能となっているが、初期値として物性データを用いて入力値の標準的な数値が予め表示される。
ここで、利用者が選択ウィンドウ１１１ｄにて適切な物性項目を選択すると共に、入力ウィンドウ１１１ｃにて所定なパラメータ値を入力して、次の画面へ移行する操作を行うと、表示部２２に図１７に一例を示すアーム断面寸法入力画面１２１が表示される。
【００４６】
アーム断面寸法入力画面１２１には、ガイダンスウィンドウ１２１ａに利用者への指示内容が記述表示され、また、パラメータ説明ウィンドウ１２１ｂに一軸アーム機構のモデル１０２のアーム断面の形状が表示されると共に、当該モデル１０２の寸法及び質量などのパラメータの説明が表示される。
更に、パラメータ値の入力ウィンドウ１２１ｃが表示される。この入力ウィンドウ１２１ｃにも上記同様、直接、数値入力が可能となっているが、初期値として物性データを用いて入力値の標準的な数値が予め表示される。
【００４７】
ここで、利用者が入力ウィンドウ１１１ｃにて所定のパラメータ値を入力すると、モデル作成部１４によって、入力された全てのパラメータ値と、選択又は入力された物性データによるパラメータ値とからモデルデータが作成される。
そして、モデルデータ表示制御部１５によって、その作成されたモデルデータに応じて入力された全てのパラメータ値の一覧表が、図１８に一例を示す入力パラメータ表示画面１３１に表示される。ここで、利用者は、その表示されたパラメータ値を入力装置２１から修正することも可能である。
【００４８】
入力パラメータ表示画面１３１には、パラメータ説明ウィンドウ１３１ｂと、入力された全てのパラメータ値を一覧表示した入力パラメータ表示ウィンドウ１３１ｅとが表示される。また、操作ボタンの中に、入力パラメータ表示ウィンドウ１３１ｅに表示されているパラメータ値を用いた可動機構の固有振動数の計算を実行するための機械特性解析実施ボタン１３１ｆと、一覧表示されたパラメータ値のモデルデータを保存するための保存ボタン１３１ｇとが表示される。
【００４９】
ここで、利用者によって機械特性解析実施ボタン１３１ｆがクリックされると、解析ソルバ部１６において、そのモデルデータの全パラメータ値に基づき解析対象である一軸アーム機構のモデル１０２の固有振動数が前述したｆ１のように計算され、この解析結果が表示部２２に表示される。また、その解析結果は、解析結果保持部１７に保持され、ファイル入出力部１８を介してファイル記憶装置２３に記憶される。
【００５０】
以上説明したように本実施の形態の可動機構振動解析装置１０によれば、モデル作成部１４によって種々の可動機構のモデル形状を表示し、この表示中から利用者が操作選択した可動機構モデルに対応するパラメータ項目データをモデルＤＢ１１から読み込んでパラメータ項目を、モデルデータ表示制御部１５の制御によって表示部２２に表示すると共に、その選択された可動機構モデルに対応する物性データを物性ＤＢ１２から読み込んで該当パラメータ値として表示するようにした。このように表示することによって、利用者は自分が固有振動数を求めて振動解析をしたい可動機構のパラメータ値を容易に入力することができる。
【００５１】
また、モデルデータ表示制御部１５が、物性データのパラメータ値を操作変更可能なように表示し、表示中のパラメータ値の変更操作が行われた際に変更操作後のパラメータ値を新たに表示して用いるようにした。これによって、利用者が物性データに対応するパラメータ値を任意に入力することができるので、熟練者に対して、より詳細な解析や、種々のケースの解析等を行う場合に有用なシミュレーションツールとすることができる。
【００５２】
また、モデルデータ表示制御部１５が、操作入力されたパラメータ値と、物性データを読み込んだパラメータ値とを一覧表示するようにした。これによって、利用者が初心者であっても全てのパラメータ値を容易に確認することができるので、固有振動数を求める際のパラメータ値の入力ミスを低減させることができる。
また、モデル作成部１４が、表示中の可動機構モデルのパラメータ項目の説明及び表示内容に対する操作指示を文字及び図柄で記述したガイダンスを表示するようにした。これによって、利用者が初心者であってもパラメータ値を容易に入力して固有振動数を求めることができる。
【００５３】
また、ファイル入出力部１８が、一覧表示されているパラメータ値と、このパラメータ値で固有振動数が解析される可動機構モデル形状を表示する形状データとを、ファイル記憶装置２３に記憶すると共に、その記憶されたパラメータ値及び形状データをモデル作成部１４へ入力するようにした。
これによって、利用者が各種可動機構モデルの中から選択し、この選択された可動機構モデルに対して操作入力及び記憶部１３から読み出されたパラメータ値と、当該可動機構モデル形状を表示するための形状データとを記憶することができる。従って、利用者が再度同じ可動機構モデルの固有振動数をパラメータ値を変更して求める場合などの操作を行う場合に容易に対応することができる。
【００５４】
また、ファイル入出力部１８が、モデル作成部１４とファイル記憶装置２３との間で入出力されるデータファイルを、汎用エディタで変更可能なフォーマット形式のテキストファイルで入出力する処理を行うようにした。これによって、可動機構モデルのパラメータ値を直接テキストファイルで作成し、シミュレーションプログラムに読み込ませることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る可動機構振動解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置により運動が解析されるアーム機構の構成図である。
【図３】上記のアーム機構のアーム剛性が十分でない場合に生じる不都合な微小振動の様子を示す図である。
【図４】上記のアーム機構のアームが柔軟な構成部材から成る場合のアームのモデルを示す図である。
【図５】上記のアーム機構の固有振動数の計算に必要なパラメータを表す図である。
【図６】上記の可動機構振動解析装置により運動が解析される搬送機構の構成図である。
【図７】上記の搬送機構の柱状構造体剛性が十分でない場合に生じる不都合な微小振動の様子を示す図である。
【図８】上記の搬送機構の柱状構造体が柔軟な構成部材から成る場合の柱状構造体のモデルを示す図である。
【図９】上記の搬送機構の固有振動数の計算に必要なパラメータを表す図である。
【図１０】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置により振動が解析される架台機構の構成図である。
【図１１】上記の架台機構の脚部の剛性が十分でない場合に生じる不都合な微小振動の様子を示す図である。
【図１２】上記の脚部に更に斜めの筋交いを有する複雑な形状の架台機構のモデルを示す図である。
【図１３】上記の可動機構における各架台脚及び天板をバネと見做してそれらを連結した際のモデル図である。
【図１４】上記の脚部が更に斜めの筋交いを有する場合の架台機構をバネでモデル化した際の図である。
【図１５】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置に表示される解析機構選択画面の表示例を示す図である。
【図１６】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置に表示されるパラメータ入力画面（一軸アーム機構パラメータ入力画面）の表示例を示す図である。
【図１７】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置に表示されるパラメータ入力画面（アーム断面寸法入力画面）の表示例を示す図である。
【図１８】上記の実施の形態に係る可動機構振動解析装置に表示される入力パラメータ表示画面の表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  可動機構振動解析装置
１１  モデルＤＢ（データベース）
１２  物性ＤＢ（データベース）
１３  記憶部
１４  モデル作成部
１５  モデルデータ表示制御部
１６  解析ソルバ部
１７  解析結果保持部
１８  ファイル入出力部
２１  入力装置
２２  表示部
２３  ファイル記憶装置
３０  アーム機構
３１  ベース
３２  ステージ
３３  アーム
３３ａ，３３ｂ  剛体
３４  負荷
３５  仮想的な点
３６  バネ
３７  負荷の重心
３８  アームの重心
４０  搬送機構
４２  ステージ
４３  柱状構造体
４４  ステージ
４４ａ  取付部
４５  搬送物体
４６  仮想的な点
４７  バネ
４８ａ，４８ｂ  剛体
４８  柱状構造体の回転中心
４９  搬送物体重心
５０  ステージ重心
５１  柱状構造体重心
６０  架台機構
６１  脚部
６１ａ  架台脚
６２  機械
６３  天板
６４ａ  筋交い
６５  アーム付き駆動体
６６  ステージ
６７  固定点
６８  バネ
６９  接点
１０１  解析機構選択画面
１０１，１０２，１０３，１０４  可動機構のモデル
１０１ａ  ガイダンスウィンドウ
１０１ｂ  モデル表示ウィンドウ
１０２  一軸アーム機構のモデル
１１１  一軸アーム機構パラメータ入力画面
１１１ａ  ガイダンスウィンドウ
１１１ｂ  パラメータ説明ウィンドウ
１１１ｃ  入力ウィンドウ
１１１ｄ  選択ウィンドウ
１２１  アーム断面寸法入力画面
１２１ａ  ガイダンスウィンドウ
１２１ｂ  パラメータ説明ウィンドウ
１２１ｃ  入力ウィンドウ
１３１  入力パラメータ表示画面
１３１ｂ  パラメータ説明ウィンドウ
１３１ｅ  入力パラメータ表示ウィンドウ
１３１ｆ  機械特性解析実施ボタン
１３１ｇ  保存ボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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