JPH046434A - 六軸動作モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、六本の加振機により六自由度の運動（前後、
左右、上下、ロール、ピンチ、ヨー）をするモーション
ベースにおいて、ベース上の実際の動作をモニタする装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に六自由度モーションベースは六本の油圧シリンダ
の操作により、三軸方向の並進運転である前後運動、左
右運動、上下運動および三軸周りの回転運動であるヨー
運動、ピッチ運動、ロール運動の各運動を行うことがで
きるばかりでなく、これらの運動を組合せて行うことが
できるように構成されている。

その−例を第２図および第３図について説明する。３４
はモーションベースで、モーションベース３４は床面上
に固定された固定ベース３５上に配置された六本の油圧
シリンダ４ないし９により支持されている。これらの油
圧シリンダ４ないし９の両端は第３図に示すように固定
ベース３５上の軸受点１０ないし１５．および、モーシ
ョンベース３４上の軸受点１６ないし２１でそれぞれ支
持されている。２２ないし２７は油圧シリンダ４ないし
９にそれぞれ取付けられた電気油圧サーボ弁で、このサ
ーボ弁２２ないし２７は後述する制御回路からえられる
制御信号により油圧シリンダ４ないし９を操作する。２
８ないし３３は油圧シリンダ４ないし９の変位を検圧す
る変位検出器である。

このような構成の六自由度モーションベースでは、電気
油圧サーボ弁２２ないし２７により操作される油圧シリ
ンダ４ないし９を、第４図に示す制御回路の計算処理装
置３７から出力される六自由度運動指令信号Ｘ、に追従
するようにサーボ制御することにより、モーションベー
ス３４は六自由度の運転を行う。

第４図に示すように、計算処理装置３７から出力される
六自由度運動指令信号Ｘ＋は演算装置３８に入力される
。この演算装置３５は指令信号Ｘｌを入力し、油圧シリ
ンダ４ないし９の変位指令信号Ｌ１を演算してサーボ制
御回路３６へ出力する。このサーボ制御回路３６は変位
指令信号り、ｔ　と各油圧シリンダ４ないし９の変位検
出器２８ないし３３の信号Ｌｆを入力し、モーションベ
ース３４に六自由度運動指令信号ＸＩに対応する運動を
行わせるように油圧シリンダ４ないし９を制御する。

このように計算処理装置３７から出力される六自由運動
指令信号Ｘｌを演算装置３８への入力信号とし、この演
算装置３８により各油圧シリンダ４ないし９のストロー
クへの変換を行っている。

従って、各油圧シリンダ４ないし９の位置をサーボ制御
装置のフィードバック信号として用いることにより、モ
ーションベース３４に所要の六自由度運動を与えること
ができる。

このように六自由度の運動を実現できるが、六自由度の
運動の全てを、直接、観測する手段がないため、各シリ
ンダの実際の変位を情報として演算する手法がある。こ
の方法は、六自由度の運動変位量から各加振機の変位量
を求める演算式を用いる。この演算式は、逆に、各加振
機の変位量から六自由度の変位量を代数的に求められな
いため、六自由度の運動変位量を未知数として、観測さ
れた加振機の変位量と前述の演算式の計算結果とが一致
するよう、収束演算する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の方法では、下記の問題点があった。

すなわち。

（１）演算精度を上げるには、演算繰返し回数が増え、
演算時間を要し、リアルタイム性が失なわれる。

（２）演算繰返し回数を減らし演算時間の短縮化を図っ
た場合には、演算精度が悪くなり、モニタとしての機能
が失なわれる。

（３）高速、及び、高精度化を図るには、高価な大型の
計算機が必要になり、経済性を失なう。

本発明の目的は、短時間で高精度の演算結果を安価な機
器構成で実現できる六軸動作モニタ装置を提供すること
にある６ 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は角変位を、直接、
計測する手段及び、加振機の変位量、及び、前述の手段
より得られる角変位量より六軸の動作変位量を高速に演
算する手段を設けた。高速、かつ、高精度の演算を実現
するため、演算方法が収束演算から代数演算で実現する
のに必要で、かつ、直接、計測が可能である角変位を計
測する手段を設けた。また、角変位の計測器が高価な反
面、演算回路が非常に安価に実現できるため、大型計算
機で実現する方法に比へて安価にできる。

〔作用〕

モニタ演算手法を述べる前に、六軸の運動変位から加振
機の変位量を求める方法を述べる。

加振機の両端は、一方は六自由度の動作するベース（以
下モーションベースと呼ぶ）と、一方は基礎あるいはベ
ース（以下、固定ベースと呼ぶ）の運動しない一点に接
続される。接続点は回転自由な継手を介して加振機の傾
きを許容できる構造である。固定ベース上の一点○を原
点とする静止座標系を○−ｘｙｚ、モーションベース上
の一点Ｏ′を原点とする運動座標系を○′−ｘ′ｙ′ｚ
とする。シリンダ、の位置ベクトルは式（１）で得られ
る。

Ωｒ　＝Ａ＋　　十ＲＢｔ　　（＋　　＝１〜６）　・
・・（１）ユニで、Ｒは○とＯ′を結ぶ位置ベクトルで
、モーションベースの並進運動の前後、左右、上下に変
化する。また、Ｂ、は加振機ｊの固定ベースに取付く点
の位置ベクトルで一定ベクトルである。

Ａ、は加振機ｌのモーションベースに取付く点の静止座
標系から見た位置ベクトルで、モーションベースの回転
運動ヨー、ピッチ、ロールによって変化する。

即ち１式（２）の関係が成立つ。

Ａ、＝Ａ□・Ｔ　　　　　　　　　　　・・・（２）こ
こでＡ１．はモーションベース上に固定された運動座標
系から見た加振機ｉの取付く点の位置ベクトルで一定ベ
クトルである。Ｔは、ロール角φ。

ピッチ角θ、ヨー角ψとした時の運動座標系から静止座
標系の変換行列であり、式（３）で表される。

従って、各回転角変位が与えられると１式（２）。

（３）よりＡ１が定まり、並進運動変位が与えられると
式（１）より加振機ｉの方向ベクトルが定まり、この大
きさ１Ｊ２１＋　　が加振機の長さとなる。加振機の変
位量は角変位及び並進運動本位がＯの時の加振機ｊの長
さとの差となる。

次に、モニタ演算の手法について述へる。

角変位量を計測することにより、直接、モニタ量として
出力できる。

並進運動変位量は以下に速入る方法で演算できる。式（
１）を変形すると下式が得られる。

Ｑｔｌ　＝　ＩＲ−Ｍ１＋　　　　　　　　　・・・（
４）ここで、Ｍｓは−Ａ　Ｉ＋　Ｂ　ｔであり角変位が
与えられた時、式（２）、　（３）により各加振機毎に
一定ベクトルとなる。

式（４）の両辺を二乗すると式（５）が得られる。

Ｉ　Ｑ１１２＝ｌＲ１２＋１Ｍ１＋２−２Ｒ−門、　　
・・・（５）同様にして他の加振機三本について求める
と式％式％） 式（５）及び（６）〜（８）よりｌＲ１２の項を消去し
て整理すると行列式（９）を得る。

・・・（９） 左辺のベクトルは、加振機の変位量、及び、角変位量よ
り式（２）、（３）を用いて得られる。同様に右辺の行
列も、角変位量より式（２）　、　（３）を用いて得ら
れる。

並進運動変位ベクトルは、式（９）に右辺の行列の逆行
列を乗じることにより得られる。

右辺の逆行列が存在しない場合として、ロール角、及び
、ピッチ角が同時にＯの場合がある５この際には、式（
９）で２座標に関する行、あるいは、列を省略し、並進
運動変位のＸ、Ｙ座標について求め、２座標については
、得られた変位量を用いて式（５）〜（８）のいずれか
により求められる。

このように、直接得られる角変位と、これを用いて代数
的に並進運動変位を演算することができ。

高速、かつ、高精度に演算することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

加振機の変位１及びモーションベースの角変位２を演算
装置３に入力する。加振機変位は１例えば、加振機に取
付けた変位計からの出力信号をＡ／Ｄ変換して入力する
。また、モーションベースの角変位量は１例えば、ジャ
イロスコープをモーションベース上に設置し、出力信号
をＡ／Ｄ変換して入力する。また、入力データの同期化
を図るため、固有のサンプリング周期で入力する。

演算装置３は、演算部３−１．プログラム記憶部３−２
．データ記憶部３−３より構成される。

演算部３−１は、プログラム記憶部３−２に記憶された
プログラムによって動作する。正弦、余弦の計算を高速
化するため、ディジタルシグナルプロセッサを使用する
こともできる。データ記憶部３−３には、固有の／Ｉ標
データ及び加振機の中立長さのデータの他に演算途中結
果が記憶される。

演算結果として運動変位３−４は、Ｄ／Ａ変換器を介し
て出力される。また、出力データの同期化を図るため、
入力データと同様に、固有のサンプリング周期で出力す
る。

プログラム記憶部３−２に収納されるプログラムの概略
処理フロー例を以下に述べる。

ステップ１：加振機変位量、モーションベース角変位量
を入力する。

ステップ２：座標変換行列Ｔを計算する。

ステップ３：四本の加振機の長さ１Ωｉ、ｌ　Ｑａｆｔ
Ｊ２　ｈ＋、Ｉ　Ｑ露１をデータ記憶部３−３に収納さ
れた中立長さと入力され た変位量より計算する。

ステップ４：固定ベース上の加振機の取付点の静止座標
系での位置ベクトルＢｌ、　ＢＪ。

Ｂ　ｋ、　Ｂ　を及びモーションベース上の加振機の取
付点の運動座標系での位 置ベクトルＡ　ｉｍ、ＡＪＩＩ？　Ａｋｍｅ　Ａｘｍを
データ記憶部３−３より読み込み、 ステップ２で演算された座標変換マ トリックスを用いて、各加振機毎に 決定されるベクトル阿１．　ＭＪＩ　Ｍｋ＋阿、及びそ
の大きさを計算する。

ステップ５：式（９）の左辺のベクトルを計算する。

ステップ６：式（９）の右辺の行列を計算する。

ステップ７：ロール角φ、ピッチ角θが共に０かどうか
を判定する。成立ならばステ ップ９に進む。不成立ならば次のス テップに進む。

ステップ８ニステツプ６で計算した行列の逆行列を計算
する。得られた逆行列にステ ップ５で計算したベクトルを乗じ、 並進変位量を計算する。ステップ １０に進む。

ステップ９ニステツプ６で計算した行列の前後、左右方
向並進変位に関与する二行二 列の行列について逆行列を計算する。

得られた逆行列にステップ５で計算 したベクトルの前後、左右方向並進 変位に関与する成分を乗じ、上・下 方向以外の並進変位を計算する。上 下方向並進変位は、既に得られた計 算結果を、式（５）ないしく８）のいずれかに代入し、
計算して得られる。

ステップ１０：角度位置及び計算して得られた並進変位
量を出力する。

以上のステップ１からステップ１０を繰返すことにより
、連続的に変化する入力データに対して六軸の動作変位
を出力する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、モーションベースの角変位量を、直接
、計測する手段を用いたことにより、並進変位量を代数
的に比較的簡便に演算することができるので、下記の効
果を奏する。

（１）加振周期に比べて十分に短い時間で演算できるの
でリアルタイムでモニタすることができる。

（２）代数的な演算で結果が得られるので、収束演算に
比べて計算精度が得られる。

（３）安価な演算回路で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の六軸動作モニタ装置のブ
ロック図、第２図は、従来の六軸動作モニタ装置の斜視
図、第３図は第２図の模式説明図、第４図は従来の制御
ブロック図である。 １・・・加振変位検出部、２・モーションベース角変位
検出部、３・・・演算装置、３−１・・演算部、３−２
・・・プログラム記憶部、３−３　データ記憶部、４・
・・運動変位出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、六台の加振機と、前・後、左・右、上・下、ロール
   、ピッチ、ヨーの六自由度の運動をするベースと、前記
   加振機を回転自由に接続する自在継手と、駆動力を発生
   する駆動部と、六自由度の指令信号から前記各加振機の
   変位指令信号を演算して制御する制御部とから成る六自
   由度モーションベースにおいて、 角変位を計測する手段と、前記各加振機の変位量及び前
   記角変位量より前・後、左・右、上・下、ロール、ピッ
   チ、ヨーの六軸の動作を演算する手段とを設けたことを
   特徴とする六軸動作モニタ装置。