采用回旋曲线的工业制品设计方法、数值控制方法及装置制造方法及图纸

Ａ．采用切线方向的倾角及偏转角分别由曲线长或曲线长变量的二次式给出的三维曲线（称为三维回旋曲线），设计机械元件的运动的轨道。Ｂ．采用切线方向的倾角及偏转角分别由曲线长或曲线长变量的二次式给出的三维曲线（称为三维回旋曲线），表现工具轨迹或工件的轮廓形状，通过该三维曲线控制工具的运动。

Industrial product design method, numerical control method and device using convolution curve

A. uses the inclination angle and the deflection angle in the tangent direction, and designs the moving track of the mechanical element by the three-dimensional curve (called the three dimensional curve curve) given by the two curve of the length of the curve or the long variable of the curve. B. uses the tangent angle and the deflection angle respectively by the 3D curve of two given curve or curve of length variable (called 3D clothoid), contour shape performance tool or workpiece trajectory, the 3D curve motion control tool.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
在以下的说明书中，在有关“采用回旋曲线的工业制品的设计方法及用该设计方法设计的工业制品”(以下，只称为采用回旋曲线的工业制品的设计方法)的说明中附记A，在有关“采用回旋曲线的数值控制方法及装置”(以下，只称为采用回旋曲线的数值控制方法)的说明中附记B。A.采用回旋曲线的工业制品的设计方法本专利技术涉及采用回旋曲线的工业制品的形状的设计方法，尤其涉及在包含使具有质量的机械元件运动的机构的机械中，设计使该机械元件的运动流畅的运动轨道的方法。B.采用回旋曲线的数值控制方法此外，本专利技术涉及采用回旋曲线，控制机器人、机床、装配机械、检查机械等作业机械(称为机器人等)中的工具(包括把手等把持部或各种工具)的运动的数值控制方法及装置。
技术介绍
A.采用回旋曲线的工业制品的设计方法随着机械的小型化及高精度化，高速运动机械元件的机构变得重要。强烈要求设计力学上合理的流畅的运动轨迹，减少振动或运动误差，抑制时效变化或损伤，实现高速、高精度的运动。关于自由运动轨迹的设计方法，以往采用连接直线或圆弧等解析的曲线的方法，或样条曲线插补(用回旋曲线插补给出的点列的方法)(参照非专利文献1)。B.采用回旋曲线的数值控制方法在进行焊接、涂装、粘合剂涂布等的数控的机器人中，一般作为离散的点列数据输入输入图形。因此，要生成连续的图形，需要采用任何方法插补点列。作为插补任意给出的点列间的方法，已知有圆角加工折线的角部的方法或B样条插补、三次式样条插补等，但是作为可严格通过给出的各点的插补法，已知有三次式样条插补(参照非专利文献1)。但是，三次式样条插补，由于作为参变量表现不具有几何学的意思的自变量，所以具有自变量和曲线的几何学的诸量的关系不稳定这大的缺陷。该三次式样条插补，从始点的移动距离和曲率的关系复杂，在使线速度固定的控制中不适宜。非专利文献1穗坡衛·佐田登志著，“统合化CAD/CAM系统”Ohm出版社，1997非专利文献2仇時雨、牧野洋、須田大春、横山恭男，“利用回旋的自由曲线插补”(日本机器人学会志8卷6号，pp40-47)非专利文献3Li Guiqing、Li Xianmin、Li Hua，“3D Discrete ClothoidSplines”，(CGI’01，pp321-324)
技术实现思路
A.采用回旋曲线的工业制品的设计方法在连接直线或圆弧等解析的曲线的方法中，难在直线和圆弧的连接点连续连接曲率。如果根据用样条曲线插补的方法，能够连续连接曲率，但由于从始点的移动距离和曲率的关系复杂，因此很难沿着轨道设计力学上合理的曲率的分布，得不到良好的运动轨迹。因此，本专利技术的目的在于，在包含使具有质量的机械元件运动的机构的机械中，提供一种使该机械元件的运动流畅的运动轨道的设计方法。该方法是由本专利技术者们提出的新的、并且崭新的方法。此处，所谓的流畅，意思是轨道的切线、接触平面(法线)或曲率等的变化沿着轨道连续，因而作用于沿着轨道上运动的机械元件的力连续变化。可是，机器人、机床、装配机械、检查机械等多用的滚珠丝杠的回归路经的形态是用直线或圆弧连接的，曲线的切线或曲率不连续，此外轨道设计的自由度也不足。本专利技术的另一目的在于，在滚珠丝杠的滚珠循环路径的设计中，为减轻滚珠丝杠的循环路径上的运动能的损失，此外防止沿着循环路径对部件造成损伤，确立循环路径的切线或曲率连续的、并且曲率变化平稳的循环路径的设计方法。滚珠丝杠的循环路径的设计方法，是设计使机械元件的运动流畅的运动的轨道的方法的应用例。B.采用回旋曲线的数值控制方法作为在二维中通过给出的各点的插补方法，已知有专利技术者们提出的回旋插补法，能够流畅地插补(参照非专利文献2)。因此认为，如果三维扩张回旋曲线，用于自由点列的插补，与作为曲线长度的函数表示的回旋曲线的特征相比，能够容易实现保持线速度固定，或根据线长变化线速度的控制。此外，由于以曲线长作为参数，所以与其它方法不同，还有不需要从后面求出线长的优点，希望三维扩张回旋曲线在数值控制等领域是有益的。以前，关于三维扩张回旋曲线，已知有Li等人的“3D Discrete ClothoidSplines”(参照非专利文献3)等，但还未发现以式的形式三维扩张回旋曲线。以式的方式的扩张，在容易算出各值这一点上具有优势。因此，本专利技术的目的在于，为了数值控制工具的运动，提供一种新的三维回旋曲线的定义式，其相对于自变量的曲率变化图形可尽量接替单纯的二维回旋曲线的特性。此外，本专利技术的目的在于，通过该三维回旋曲线插补点列。A.采用回旋曲线的工业制品的设计方法以下，说明权利要求1～10所述的回旋曲线的工业制品的设计方法的专利技术。第1专利技术，为解决上述的问题，提供一种工业制品的设计方法，其特征是采用按曲线长或曲线长变量的二次式给出切线方向的倾角(pitchangle)及偏转角(yaw angle)各自的三维曲线(称为三维回旋曲线)，设计工业制品的形状。第2专利技术，如第1专利技术所述的工业制品的设计方法，其特征是所述工业制品是包含使具有质量的机械元件运动的机构的机械；采用所述三维曲线(称为三维回旋曲线)设计所述机械元件的运动轨道。第3专利技术，如第2专利技术所述的工业制品的设计方法，其特征是所述机械是作为所述机械元件包含使滚珠运动的机构的螺丝装置；所述螺丝装置具备，在外周面具有螺旋状的滚动体滚道槽的丝杠轴、和在内周面具有与所述滚动体滚道槽对置的负荷滚动体滚道槽，同时具有连接所述负荷滚动体滚道槽的一端和另一端的回归路径的螺母、和排列在所述丝杠轴的所述滚动体滚道槽和所述螺母的所述负荷滚动体滚道槽的之间及回归路径上的多个滚动体；采用所述三维曲线(称为三维回旋曲线)，设计所述螺丝装置的所述回归路径。第4专利技术，如专利技术1～3中任何一项所述的工业制品的设计方法，按以下式定义所述三维回旋曲线。P=P0+∫0suds=P0+h∫0SudS,]]>0≤s≤h，0≤S=sh≤1]]>(1)u=EkβEjα(i)=cosβsinβ0sinβcosβ0001cosα0sinα010-sinα0cosα100=cosβcosαsinβcosα-sinα]]>(2)α＝a0+a1S+a2S2(3)β＝b0+b1S+b2S2(4)此处，P=xyz,]]>P0=x0y0z0---(5)]]>分别表示三维回旋曲线上的点的位置矢量及其初始值。将从始点的曲线的长度设为s，将其总长(从始点到终点的长度)设为h。用S表示用h除s的值。S是无纲量的值，将其称为曲线长变量。i、j、k分别是x轴、y轴及z轴方向的单位矢量。u是表示点P上的曲线的切线方向的单位矢量，由式(2)给出。Ekβ及Ejα是旋转矩阵，分别表示k轴系的角度β的旋转及j轴系的角度α的旋转。将前者称为偏转(yaw)旋转，将后者称为倾斜(pitch)旋转。式(2)，表示通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业制品的设计方法，其特征是：采用切线方向的倾角及偏转角分别由曲线长或曲线长变量的二次式给出的三维曲线（称为三维回旋曲线），设计工业制品的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村文彦，牧野洋，松尾芳一，
申请(专利权)人：THK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]