パラレルキネマティック高精度ポジショニングシステム

ヘキサポッドおよびSpaceFABの6つのモーション軸

  • ヘキサポッドプラットフォームは、6方向すべて(3つの直線軸と3つの回転軸)での搭載物の位置決め、配置、移動に使用されます。ヘキサポッドは、6つのドライブが単一の移動プラットフォーム上で一緒に動作するパラレルキネマティック構造となっています。
  • 各ドライブの長さは可変であるため、システムは空間内の6方向すべてに移動できます。特殊なヘキサポッド設計により、システム全体の剛性を最大化しながら中心部に大きな開口部を備えています。
  • 設計に応じて、数kgから数百kg、あるいは数百トンの荷重の位置決めを、取付方向によらずあらゆる空間方向に沿って高精度で行うことができます。

動作原理

モーターとドライブ

弊社のヘキサポッドは>> 圧電ドライブまたは>> 電気機械ドライブをベースとしており、フライトシミュレーターやドライブシミュレーターで知られる油圧式ヘキサポッドよりもはるかに高い精度を誇ります。高精度のリードネジドライブ、もしくは磁気またはピエゾベースのリニアモーターを使用しています。ほとんどのシステムがセルフロッキング式です。直接駆動式のヘキサポッドではより高い速度が得られ、産業用途にはブラシレスモーター(BLDC)が特に適しています。

適したドライブ技術は用途によって決まります。圧電式の>> PiezoWalkステッピングドライブを備えたヘキサポッドは超高真空用途に適しており、非常に強い磁界内でも動作可能です。

精度が非常に高く直線性の低い偏向や角度の場合、>> フレクシャジョイントを利用可能です。これらのジョイントには摩擦やあそびがなく、潤滑剤も不要です。

ジョイント

多くの高精度ポジショニング用ヘキサポッドは、2つの軸が直交配置されたカルダンジョイントを備えています。これは、2つの自由度と構造の剛性を最適に組み合わせたものです。ボールソケットジョイントは比較的シンプルな設計でより高い自由度を備えています。ただし、外部から荷重やトルクがかかった場合、全体的な剛性および精度が損なわれる可能性があります。補正用のプリロードをかけることが推奨されますが、その場合>> NEXLINEピエゾモータードライブのような高出力ドライブが必要になります。

ワークスペース

ヘキサポッドが任意の位置から実施可能な平行移動および回転の組み合わせすべてを総称してワークスペースと言い、使用する座標系の原点を基準として指定します。ワークスペースは、障害物や搭載物の寸法および位置などの外的要因により制限されます。

弊社では、ワークスペースをシミュレーションし、環境内の物体との衝突の可能性をチェックできる>> ソフトウェアツールを提供しています。

高度なモーションコントロール

ヘキサポッドの各ドライブは、必ずしも移動方向を向いているわけではありません。このため、リアルタイムに必要な座標変換を処理できる高性能なコントローラーが必要になります。

弊社では、ユーザーフレンドリーなソフトウェアを備えた高性能デジタルコントローラーを用意しています。モーションコマンドはすべて直交座標で指定し、各アクチュエータに対する座標変換はすべてコントローラー内部で行われます。

ヘキサポッドの主要な特性は、回転中心を自由に定義可能であることです。空間内のあらゆる点を回転の中心にできるため新たな用途を開拓可能であり、またヘキサポッドプラットフォームはプロセス全体に統合できます。

SpaceFAB

SpaceFABは、ストラットの長さを一定にしたもう一つのパラレルキネマティック構造です。2軸以上でパッシブストラットを移動させることで6つの自由度を達成しています。SpaceFABでは、リニアステージをXY方向に配置することで各ストラットを移動させます。

ヘキサポッドスペースFAB
設計長さを変更可能なストラット6本3つのXYステージが移動プラットフォーム上で並列に動作
形状コンパクトな外観薄型
平面上の直線トラベルレンジ制限ありXYステージの選択により柔軟に設定可能
垂直方向の直線トラベルレンジ長長い制限あり
回転移動範囲X軸およびY軸を中心として大角度で傾斜可能制限あり
剛性高い垂直剛性X方向およびY方向で高い剛性

特性

連続的に積層したシステムの1番下の軸は、ペイロードの質量だけでなく、上にある他すべてのドライブの質量も移動させることになります。

パラレルキネマティック連続積層設計
サイズコンパクト構造比較的大サイズ、ベース部に安定化機構必須
移動質量プラットフォーム+搭載物各ステージで搭載物に加えて上部に搭載されているステージも動かすため、適切に設計する必要あり
ダイナミクス/剛性移動質量が小さいため比較的高く、すべてのモーション軸で同じ動的軸は上部からできるだけ離して設置する必要あり
精度すべてのモーション軸で同じ 「最下部」から「最上部」までのすべての誤差が積算され、構造の高さのため並列誤差が大きい
ケーブル管理ケーブルの移動がなく、精度に影響なし必須
コマンド弊社モーションコントローラーにより直交座標系でコマンドを記録し、各ストラットのモーションに変換可能軸ごとに直交座標で指定
回転中心弊社ソフトウェアを使用することで空間内のあらゆる点を選択可能選択したステージ形状により固定
ワークスペース通常は制限あり選択したステージ形状により固定

オートメーションでのヘキサポッド:統合を容易にする制御装置とインターフェイス

ジャーク制限付きの高精度経路制御

ヘキサポッドコントローラーでは、速度および加速度を定義した複雑な軌道に基づいてモーションを行わせることができます。たとえば>> メカニカルエンジニアリングではヘキサポッドにより、機械システムに振動を起こさせることなく、ジャークを制御しながら高い精度でワークピースやツールを移動させることができます。

 

ユーザー定義の座標系

用途の要件に軌道を完全に適合させるため、ワークピースまたはツールの位置などを参照するさまざまな座標系を定義可能です。このため、産業オートメーション用途やファイバーアライメントに非常に適しています。

 

インターフェイス

EtherCATインターフェイス:標準化された>> フィールドバスインターフェイスにより親PLCまたはCNC制御装置へ簡単に接続できるため、ヘキサポッドをオートメーションラインの別のコンポーネントと同期させて動作させることが可能です。

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ダウンロード

Parallel-Kinematic Precision Positioning Systems

バージョン/日付
TEC73 10/2017
ドキュメントの言語 英語