特許 7440201 位置制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】位置制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 3/00 20060101AFI20240220BHJP

   G03B 17/56 20210101ALI20240220BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

G05D3/00 Z

G05D3/00 A

G05D3/00 B

G03B17/56 A

G03B15/00 P

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021513582

(86)(22)【出願日】2020-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2020014579

(87)【国際公開番号】W WO2020209128

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2023-01-24

(31)【優先権主張番号】P 2019074074

(32)【優先日】2019-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】395018251

【氏名又は名称】マッスル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100164013

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 隆一

(72)【発明者】

【氏名】玉井 博文

(72)【発明者】

【氏名】北島 知子

(72)【発明者】

【氏名】奥 博司

(72)【発明者】

【氏名】蘭 豊礼

【審査官】堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２９９６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０９－５００３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０４３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ ３／００

Ｇ０３Ｂ １７／５６

Ｇ０３Ｂ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御対象物を移動空間内における任意の位置に移動させる位置制御装置であって、
前記制御対象物に接続される複数の索体と、
前記各索体が連結されており、前記各索体に張力を作用させつつ、前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させる複数の索体操作部と、
前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させるように前記各索体操作部を制御することにより、前記移動空間内における前記制御対象物の位置を制御する制御部と、
を備え、
前記移動空間内における任意の方向を第１方向とし、前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記第１方向および前記第２方向に直交する方向を第３方向として、
前記複数の索体は、前記各索体に作用する張力の前記第１方向成分、前記第２方向成分、および前記第３方向成分により、前記制御対象物に対して、前記第１方向の正逆方向への保持力、前記第２方向の正逆方向への保持力、および前記第３方向の正逆方向への保持力が作用するように配置されており、
前記索体操作部は、
前記索体を巻き取って収容する巻取部と、
前記巻取部による前記索体の巻き取りと繰り出しを案内する案内部と、を有し、
前記索体操作部の位置は、前記案内部が配置される位置であるとし、
前記巻取部および前記案内部は、離隔して配置されており、
少なくとも前記案内部を支持する支持部を有し、
前記巻取部から供給された前記索体が前記案内部を介して前記制御対象物に接続され、
同一の前記支持部には、複数の前記案内部が設けられており、
前記同一の支持部に設けられている前記複数の案内部は、一方の前記案内部に対して、他方の前記案内部が、相対的に前記支持部の軸方向に交差する方向にずらして配置されている、
位置制御装置。

【請求項2】

前記複数の索体は、前記制御対象物における複数の位置に接続されており、
前記制御部が前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させるように前記各索体操作部を制御することにより、前記制御対象物の姿勢を制御する、
請求項１に記載の位置制御装置。

【請求項3】

前記制御対象物を移動させる一方向を進退方向とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の一方の端部を第１端部とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の他方の端部を第２端部とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第１端部側に接続される前記索体を第１索体とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第２端部側に接続される前記索体を第２索体とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第２端部よりも前記第１端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第１索体操作部とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第１端部よりも前記第２端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第２索体操作部として、
前記第１索体は、前記第１索体操作部に連結されており、
前記第２索体は、前記第２索体操作部に連結されている、
請求項１または請求項２に記載の位置制御装置。

【請求項4】

前記制御対象物を移動させる一方向を進退方向とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の一方の端部を第１端部とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の他方の端部を第２端部とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第１端部側に接続される前記索体を第１索体とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第２端部側に接続される前記索体を第２索体とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第２端部よりも前記第１端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第１索体操作部とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第１端部よりも前記第２端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第２索体操作部として、
前記第１索体は、前記第２索体操作部に連結されており、
前記第２索体は、前記第１索体操作部に連結されている、
請求項１または請求項２に記載の位置制御装置。

【請求項5】

前記進退方向における、前記第１索体操作部から前記第２索体操作部までの距離は、前記制御対象物の前記第１端部から前記第２端部までの距離よりも大きい、
請求項３または請求項４に記載の位置制御装置。

【請求項6】

前記第１索体操作部および前記第２索体操作部が配列された列を有する、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の位置制御装置。

【請求項7】

前記第１索体操作部および前記第２索体操作部がそれぞれ１体ずつ配列された列が、前記移動空間の外部において相互に離隔するように３列配置されている、
請求項６に記載の位置制御装置。

【請求項8】

前記第１索体操作部および前記第２索体操作部がそれぞれ１体ずつ配列された列が、前記移動空間の外部において相互に離隔するように４列配置されている、
請求項６に記載の位置制御装置。

【請求項9】

前記移動空間は、
前記複数の索体操作部の位置を頂点とする空間である、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の位置制御装置。

【請求項10】

前記索体操作部は、
前記巻取部および前記案内部の間に配置されて前記索体を案内する索体案内部をさらに有し、
前記複数の巻取部は、前記支持部の一方の端部付近に配置されている、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の位置制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動空間内において制御対象物を任意の位置に移動させる位置制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば立体物を造形する３Ｄプリンタでは、プリントヘッドをＸＹＺ軸方向に移動させる機構として、リニアガイドなどの直動システムを複数使用した移動機構や、パラレルリンク方式の移動機構が用いられている。

【0003】

しかしながら、プリントヘッドを移動させる空間内に障害物があると、プリントヘッド若しくは移動機構が干渉するため、３次元で造形できる形状に制約が生じる。

【0004】

また、プリントヘッドの位置制御を精密に行うにはプリンタヘッドを取付けるステージの剛性が必要である。しかしながら、造形物を大型化しようとすると移動機構部の重量が増加してステージの位置が不安定になるなどの問題があり、３Ｄプリンタを大型の造形物に対応させることは困難である。

【0005】

一方、撮影機材等を３次元方向に移動させる移動機構として、複数のワイヤで撮影機材を吊り下げる移動機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。この移動機構によれば、各ワイヤの長さを調節することにより、撮影機材等を３次元方向に移動させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－５０３３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１記載の移動機構では、撮影機材はワイヤによって吊り下げられた状態で不安定であり、撮影機材が高い剛性をもって支持されているとは言えない。このため、例えば、特許文献１記載の移動機構を３Ｄプリンタのプリントヘッドの移動機構に適用すると、３Ｄプリンタを大型化することは可能であるが、プリンタヘッドの位置制御を精密に行うことは困難である。

【0008】

本発明は、制御対象物の移動空間を広くすることができるとともに、制御対象物の位置制御を精密に行うことができる位置制御装置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】

【0009】

本発明の位置制御装置は、
制御対象物を移動空間内における任意の位置に移動させる位置制御装置であって、
前記制御対象物に接続される複数の索体と、
前記各索体が連結されており、前記各索体に張力を作用させつつ、前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させる複数の索体操作部と、
前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させるように前記各索体操作部を制御することにより、前記移動空間内における前記制御対象物の位置を制御する制御部と、
を備え、
前記移動空間内における任意の方向を第１方向とし、前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記第１方向および前記第２方向に直交する方向を第３方向として、
前記複数の索体は、前記各索体に作用する張力の前記第１方向成分、前記第２方向成分、および前記第３方向成分により、前記制御対象物に対して、前記第１方向の正逆方向への保持力、前記第２方向の正逆方向への保持力、および前記第３方向の正逆方向への保持力が作用するように配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の位置制御装置によれば、制御対象物の移動空間を広くすることができるとともに、制御対象物の位置制御を精密に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る位置制御装置の全体構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、３Ｄプリンティング制御システムの構成を示す概略図である。

【図3】図３は、位置制御装置をＹ１方向に見た側面図である。

【図4】図４は、位置制御装置をＺ２方向に見た側面図である。

【図5】図５は、位置制御装置の動作の一例を示す側面図である。

【図6】図６は、位置制御装置の動作の一例を示す側面図である。

【図7】図７は、本発明の第２実施形態に係る位置制御装置の全体構成を示す斜視図である。

【図8】図８は、位置制御装置をＹ１方向に見た側面図である。

【図9】図９は、位置制御装置をＺ２方向に見た側面図である。

【図10】図１０は、本発明の第３実施形態に係る位置制御装置の全体構成を示す斜視図である。

【図11】図１１は、位置制御装置をＹ１方向に見た側面図である。

【図12】図１２は、位置制御装置をＺ２方向に見た側面図である。

【図13】図１３は、本発明の第４実施形態に係る位置制御装置をＹ１方向に見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態にかかる位置制御装置は、
制御対象物を移動空間内における任意の位置に移動させる位置制御装置であって、
前記制御対象物に接続される複数の索体と、
前記各索体が連結されており、前記各索体に張力を作用させつつ、前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させる複数の索体操作部と、
前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させるように前記各索体操作部を制御することにより、前記移動空間内における前記制御対象物の位置を制御する制御部と、
を備え、
前記移動空間内における任意の方向を第１方向とし、前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記第１方向および前記第２方向に直交する方向を第３方向として、
前記複数の索体は、前記各索体に作用する張力の前記第１方向成分、前記第２方向成分、および前記第３方向成分により、前記制御対象物に対して、前記第１方向の正逆方向への保持力、前記第２方向の正逆方向への保持力、および前記第３方向の正逆方向への保持力が作用するように配置されている、位置制御装置である（第１の構成）。

【0013】

上記構成によれば、制御対象物は、複数の索体によって移動空間内の任意の位置に移動される。このため、制御対象物の移動空間を広くすることができる。また、複数の索体により、制御対象物に対して、第１方向の正逆方向への保持力、第２方向の正逆方向への保持力、および第３方向の正逆方向への保持力が作用している。このため、制御対象物の位置を安定させることができ、制御対象物の位置制御を精密に行うことができる。

【0014】

上記第１の構成において、
前記複数の索体は、前記制御対象物における複数の位置に接続されており、
前記制御部が前記各索体の引き取り量および引き出し量を変化させるように前記各索体操作部を制御することにより、前記制御対象物の姿勢を制御してもよい（第２の構成）。

【0015】

上記構成によれば、第１方向の正逆方向への保持力、第２方向の正逆方向への保持力、および第３方向の正逆方向への保持力を作用させた状態で制御対象物の姿勢制御を行うため、制御対象物の姿勢を安定させることができるとともに、制御対象物の姿勢制御を精密に行うことができる。

【0016】

上記第１または第２の構成において、
前記制御対象物を移動させる一方向を進退方向とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の一方の端部を第１端部とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の他方の端部を第２端部とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第１端部側に接続される前記索体を第１索体とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第２端部側に接続される前記索体を第２索体とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第２端部よりも前記第１端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第１索体操作部とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第１端部よりも前記第２端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第２索体操作部として、
前記第１索体は、前記第１索体操作部に連結されており、
前記第２索体は、前記第２索体操作部に連結されていてもよい（第３の構成）。

【0017】

上記構成によれば、制御対象物の第１接続部および第２接続部にそれぞれ第１索体および第２索体が接続されるため、制御対象物の位置および姿勢を安定させることができるとともに、制御対象物の位置制御および姿勢制御を精密に行うことができる。

【0018】

上記第１または第２の構成において、
前記制御対象物を移動させる一方向を進退方向とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の一方の端部を第１端部とし、
前記進退方向における、前記制御対象物の他方の端部を第２端部とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第１端部側に接続される前記索体を第１索体とし、
前記複数の索体のうち、前記制御対象物の前記第２端部側に接続される前記索体を第２索体とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第２端部よりも前記第１端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第１索体操作部とし、
前記複数の索体操作部のうち、前記第１端部よりも前記第２端部に近い位置に配置される前記索体操作部を第２索体操作部として、
前記第１索体は、前記第２索体操作部に連結されており、
前記第２索体は、前記第１索体操作部に連結されていてもよい（第４の構成）。

【0019】

上記構成によれば、第１索体は、第２索体操作部に連結されており、第２索体は、第１索体操作部に連結されているため、制御対象物の位置および姿勢を安定させることができるとともに、制御対象物の位置制御および姿勢制御を精密に行うことができる。また、索体と制御対象物のなす角度を小さくできるため、制御対象物の移動空間を広くすることができるとともに、移動空間内の障害物等に索体および制御対象物を干渉させにくくすることができる。

【0020】

上記第３または第４の構成において、
前記進退方向における、前記第１索体操作部から前記第２索体操作部までの距離は、前記制御対象物の前記第１端部から前記第２端部までの距離よりも大きくしてもよい（第５の構成）。

【0021】

上記構成によれば、第１索体操作部から第２索体操作部までの距離は、制御対象物の第１端部から第２端部までの距離よりも大きい。このため、制御対象物の移動空間を大きくすることができる。

【0022】

上記第３から第５の構成において、
前記第１索体操作部および前記第２索体操作部が配列された列を有してもよい（第６の構成）。

【0023】

上記構成によれば、第１索体操作部および第２索体操作部が配列された列を有する。このため、第１索体操作部および第２索体操作部の配列が容易になるとともに、制御対象物の移動空間を広くすることができる。

【0024】

上記第６の構成において、
前記第１索体操作部および前記第２索体操作部がそれぞれ１体ずつ配列された列が、前記移動空間の外部において相互に離隔するように３列配置されていてもよい（第７の構成）。

【0025】

上記構成によれば、６軸の索体によって制御対象物の位置および姿勢を制御するため、制御対象物の位置および姿勢を安定させることができるとともに、制御対象物の位置制御および姿勢制御を精密に行うことができる。

【0026】

上記第６の構成において、
前記第１索体操作部および前記第２索体操作部がそれぞれ１体ずつ配列された列が、前記移動空間の外部において相互に離隔するように４列配置されていてもよい（第８の構成）。

【0027】

上記構成によれば、８軸の索体によって制御対象物の位置および姿勢を制御するため、制御対象物の位置および姿勢を安定させることができるとともに、制御対象物の位置制御および姿勢制御を精密に行うことができる。

【0028】

上記第１から第８の構成において、
前記移動空間は、
前記複数の索体操作部の位置を頂点とする空間としてもよい（第９の構成）。

【0029】

上記構成によれば、移動空間は複数の索体操作部の位置を頂点とする空間であるため、複数の索体により、制御対象物に対して、第１方向の正逆方向への保持力、第２方向の正逆方向への保持力、および第３方向の正逆方向への保持力が作用する。これにより、制御対象物の位置を安定させることができ、制御対象物の位置制御を精密に行うことができる。

【0030】

上記第１から第９の構成において、
前記索体操作部は、
前記索体を巻き取って収容する巻取部と、
前記巻取部による前記索体の巻き取りと繰り出しを案内する案内部と、を有し、
前記索体操作部の位置は、前記案内部が配置される位置であるとしてもよい（第１０の構成）。

【0031】

上記構成によれば、索体操作部の位置は、案内部が配置される位置であるとしたため、索体操作部の構成の自由度を高めるとともに、巻取部と案内部の配置の自由度を高めることができる。

【0032】

上記第１０の構成において、
前記巻取部および前記案内部は、離隔して配置されており、
少なくとも前記案内部を支持する支持部を有し、
前記巻取部から供給された前記索体が前記案内部を介して前記制御対象物に接続されてもよい（第１１の構成）。

【0033】

上記構成によれば、索体操作部を構成する巻取部と案内部を離隔して配置できるため、索体操作部の構成の自由度を高めるとともに、巻取部と案内部の配置の自由度を高めることができる。また、制御対象物の移動空間を広くすることができる。

【0034】

上記第１１の構成において、
同一の前記支持部に設けられている前記案内部は、
前記支持部の軸方向に交差する方向にずらして配置されていてもよい（第１２の構成）。

【0035】

上記構成によれば、同一の支持部に設けられた案内部から案内されている索体同士の干渉を抑制することができる。

【0036】

上記第１１または第１２の構成において、
前記索体操作部は、
前記巻取部および前記案内部の間に配置されて前記索体を案内する索体案内部をさらに有し、
前記複数の巻取部は、前記支持部の一方の端部付近に配置されていてもよい（第１３の構成）。

【0037】

上記構成によれば、索体操作部のうち重量物である巻取部を、支持部の一方の端部付近に配置するため、位置制御装置の設置が容易になる。

【0038】

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る位置制御装置１００について詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

【0039】

［全体構成］
まず、位置制御装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る位置制御装置１００の全体構成を示す斜視図である。位置制御装置１００は、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）を頂点とする移動空間ＡＲを構成している。位置制御装置１００は、制御対象物１０を移動空間ＡＲ内における任意の位置に移動させることが可能である。本実施形態では、位置制御装置１００を３Ｄプリンティングシステム（３Ｄプリンタ）に適用している。本実施形態の３Ｄプリンティングシステムは、ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式である。ＦＤＭ方式の３Ｄプリンティングシステムは、３Ｄデータに基づいてノズル１５から熱可塑性樹脂を造形台ＰＴに対して吐出し、立体造形物を一層ずつ積層して形成する。造形台ＰＴは、例えば、鉛直方向に立てられた壁面である。

【0040】

以下の図では、移動空間ＡＲ内における一方向をＸ１方向とし、Ｘ１方向と逆の方向をＸ２方向とする。例えば、Ｘ１方向を鉛直上方とするとＸ２方向は鉛直下方である。Ｘ１方向は、本発明の第１方向に相当する。また、Ｘ１方向およびＸ２方向は、本発明の第１方向の正逆方向に相当する。

【0041】

Ｘ１方向に直交する一方向をＹ１方向とし、Ｙ１方向と逆の方向をＹ２方向とする。例えば、Ｙ１方向およびＹ２方向は、水平方向である。Ｙ１方向は、本発明の第２方向に相当する。また、Ｙ１方向およびＹ２方向は、本発明の第２方向の正逆方向に相当する。

【0042】

Ｘ１方向およびＹ１方向に直交する一方向をＺ１方向とし、Ｚ１方向と逆の方向をＺ２方向とする。Ｚ１方向は、本発明の第３方向に相当する。また、Ｚ１方向およびＺ２方向は、本発明の第３方向の正逆方向に相当する。

【0043】

位置制御装置１００は、制御対象物１０を移動空間ＡＲ内における任意の方向および位置に移動させることが可能である。制御対象物１０を進退させる一方向であるＺ１方向およびＺ２方向は、本発明の進退方向に相当する。

【0044】

位置制御装置１００は、制御対象物１０、索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）、支持部７０（７１～７４）、および制御部９０（図２参照）を備えている。

【0045】

制御対象物１０は、移動空間ＡＲ内において任意の方向および位置に移動される部分である。制御対象物１０は、Ｚ１方向（Ｚ２方向）に延びる形状を有している。Ｚ１方向（Ｚ２方向）における一方の端部を第１端部１１とし、他方の端部を第２端部１２とする。本実施形態の制御対象物１０は、３Ｄプリンティングシステムのプリンタヘッドであり、第１端部１１には、熱可塑性樹脂を吐出するノズル１５が設けられている。

【0046】

索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）は、制御対象物１０に接続される部材である。各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）の長さを相互に同調させながら変化させることにより、制御対象物１０を移動空間ＡＲ内において任意の方向および位置に移動させる。索体３０は、所定の張力を負担することが可能であって柔軟性を有する部材であればよく、例えばワイヤ状、紐状、ベルト状の部材を用いることができる。索体３０の素材は限定されず、例えば、素材は金属、合成樹脂などであってもよい。本実施形態では、索体３０として、金属ワイヤを用いている。なお、以下の図では、索体３１１～３１４を一点鎖線で示し、索体３２１～３２４を実線で示している。

【0047】

本実施形態における索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）は、制御対象物１０の第１端部１１側および第２端部１２側に配分されて制御対象物１０に接続されている。第１端部１１側に接続される４本の索体３０（３１１～３１４）を第１索体３１とし、第２端部１２側に接続される４本の索体３０（３２１～３２４）を第２索体３２とする。以下では、索体３１１～３１４および索体３２１～３２４を個別に区別しない場合は、索体３０、あるいは第１索体３１、第２索体３２という場合がある。

【0048】

本実施形態では、第１索体３１（３１１～３１４）と第２索体３２（３２１～３２４）を制御対象物１０の異なる位置に接続したため、各索体３０の長さを同調して変化させることにより、制御対象物１０の位置だけでなく、姿勢を変化させることができる。

【0049】

また、第１索体３１（３１１～３１４）のうち、索体３１１、３１２と索体３１３、３１４は、第１端部１１側の異なる位置に接続されており、第２索体３２（３２１～３２４）のうち、索体３２１、３２２と索体３２３、３２４は、第２端部１２側の異なる位置に接続されている。このため、各索体３０の長さを同調して変化させることにより、制御対象物１０の姿勢を制御対象物１０の軸回りにも変化させることができる。

【0050】

なお、索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）を制御対象物１０に接続する位置によっては、制御対象物１０の一部が移動空間ＡＲから突出する場合がある。しかしながら、制御対象物１０の一部が移動空間ＡＲから突出した場合であっても、制御対象物１０と索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）の接続部の少なくとも一部は、移動空間ＡＲの内部に存在しており、制御対象物１０は実質的に移動空間ＡＲの内部に存在している。このため、制御対象物１０が移動空間ＡＲ内における任意の位置に移動する状態とは、制御対象物１０の一部が移動空間ＡＲから突出する状態も含めるものとする。

【0051】

索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）が連結されており、各索体３０に張力を作用させつつ、各索体３０の引き取り量および引き出し量を変化させる部分である。位置制御装置１００は、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）を頂点とする移動空間ＡＲを構成している。本実施形態では、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）により、略直方体の移動空間ＡＲが構成されている。

【0052】

索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、例えば巻取部５５、駆動部（図示せず）、および案内部５７を有している。巻取部５５は、索体３０を巻き取って収容するスプールを有している。駆動部は、スプールを正逆方向に回転させて索体３０の巻き取りと繰り出しを行うように巻取部５５を駆動させる。案内部５７は、索体３０の巻き取りと繰り出しを円滑に行うようにするために設けられている。案内部５７は、例えば支持部７０（７１～７４）に設けられた索体３０の出口であり、案内部５７は、例えば滑車を有している。巻取部５５から供給された索体３０は、案内部５７を介して制御対象物１０に接続される。

【0053】

以下で説明する索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）の位置は、索体３０の出口である案内部５７が配置される位置であるものとする。巻取部５５、駆動部、および案内部５７は、一体化されていなくてもよく、例えば、巻取部５５および駆動部を近接して配置し、案内部５７は巻取部５５から離隔して配置することも可能である。この場合も、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）の位置は、案内部５７が配置される位置であるものとする。なお、各索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）に複数の案内部５７が設けられている場合は、複数の案内部５７のうち、制御対象物１０に最も近い案内部５７の位置を各索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）が配置される位置とする。

【0054】

また、本実施形態では、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、支持部７０（７１～７４）の内部に配置されているが、これに限定されない。例えば、巻取部５５、駆動部、および案内部５７を支持部７０（７１～７４）の外部に配置してもよい。あるいは、巻取部５５および駆動部を案内部５７から離隔させて配置し、案内部５７のみを支持部７０（７１～７４）に配置して、索体３０を案内部５７から出して制御対象物１０に接続するようにしてもよい。巻取部５５および駆動部は、支持部７０（７１～７４）上に配置してもよく、支持部７０（７１～７４）から離れた位置に配置してもよい。

【0055】

索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、第１索体操作部５１および第２索体操作部５２を有している。第１索体操作部５１は、索体操作部５１１～５１４を含んでおり、制御対象物１０の第２端部１２よりも第１端部１１に近い位置に配置されている。第２索体操作部５２は、索体操作部５２１～５２４を含んでおり、制御対象物１０の第１端部１１よりも第２端部１２に近い位置に配置されている。第１索体操作部５１（５１１～５１４）には、第１索体３１（３１１～３１４）が連結されている。第２索体操作部５２（５２１～５２４）には、第２索体３２（３２１～３２４）が連結されている。

【0056】

制御対象物１０を進退させる一方向であるＺ１方向およびＺ２方向において、第１索体操作部５１（５１１～５１４）から第２索体操作部５２（５２１～５２４）までの距離Ｌ１は、制御対象物１０の第１端部１１から第２端部１２までの距離Ｌ２よりも大きくされている。このため、制御対象物１０の移動空間ＡＲを大きくすることができる。

【0057】

支持部７０（７１～７４）は、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）を支持する部分である。本実施形態では、巻取部５５および案内部５７が一体化されているため、支持部７０（７１～７４）に巻取部５５および案内部５７が設けられているが、巻取部５５および案内部５７が一体化されていない場合は、支持部７０（７１～７４）に案内部５７のみを設けてもよい。

【0058】

支持部７０（７１～７４）は、移動空間ＡＲの外部において相互に離隔するように造形台ＰＴに配置されており、Ｚ１方向に延びている。各支持部７０（７１～７４）には、第１索体操作部５１（５１１～５１４）および第２索体操作部５２（５２１～５２４）がそれぞれ１体ずつ配置されている。このため、第１索体操作部および第２索体操作部がＺ１方向に配列された列が、移動空間ＡＲの外部において相互に離隔するように４列配置されていることとなる。

【0059】

図２は、３Ｄプリンティング制御システム１１０の構成を示す概略図である。３Ｄプリンティング制御システム１１０は、３Ｄプリンティングシステムの動作を制御するシステムである。図２では、３Ｄプリンティング制御システム１１０のうち、主に索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）の動作を制御するための構成を示している。３Ｄプリンティング制御システム１１０は、制御部９０、および索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）を備えている。

【0060】

制御部９０は、メモリ９１、および索体操作制御部９３を備えている。

【0061】

メモリ９１は、各索体操作部５０の動作に関するデータを記憶している。メモリ９１には、３ＤデータＤＥ１、および索体操作データＤＥ２が保存されている。３ＤデータＤＥ１には、３Ｄプリンティングシステムで形成する立体造形物の座標情報が記憶されている。索体操作データＤＥ２には、３ＤデータＤＥ１に基づいて各索体操作部５０の動作を制御するためのデータが記憶されている。

【0062】

索体操作制御部９３は、メモリ９１に記憶されている３ＤデータＤＥ１および索体操作データＤＥ２を参照して、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）の動作を制御する。索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）の動作の制御では、索体操作制御部９３は、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に張力を作用させつつ、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）の引き取り量および引き出し量を同調させながら変化させるように各索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）を制御する。これにより、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に張力を作用させた状態を保ちつつ、移動空間ＡＲ内における制御対象物１０の位置、および姿勢が制御される。なお、索体操作制御部９３は、制御対象物１０が円滑に移動できるように各索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）に対応するカム曲線に基づいて動作を制御することが好ましい。

【0063】

図３は、位置制御装置１００をＹ１方向に見た側面図である。図４は、位置制御装置１００をＺ２方向に見た側面図である。図５および図６は、位置制御装置の動作の一例を示す側面図である。

【0064】

図３および図４に示すように、制御対象物１０が移動空間ＡＲ内の任意の位置へ移動、または位置が保持されている状態において、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）には張力が作用している。各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力は、索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）によって付与されている。索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、移動空間ＡＲの各頂点に位置しているため、制御対象物１０には、Ｘ１方向およびＸ２方向への保持力、Ｙ１方向およびＹ２方向への保持力、およびＺ１方向およびＺ２方向への保持力が作用する。以下、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力について具体的に説明する。

【0065】

図３では、索体３１１、３１４、３２１および３２４が見えている。索体３１１、３１４、３２１および３２４には、それぞれ張力Ｔ１１、Ｔ１４、Ｔ２１、およびＴ２４が作用している。このうち、例えば索体３１１に作用する張力Ｔ１１をＸ１方向、Ｘ２方向、Ｚ１方向およびＺ２方向の成分に分解すると、Ｘ１方向成分Ｔ１１Ｘ１とＺ２方向成分Ｔ１１Ｚ２に分解できる。同様に、張力Ｔ１４、Ｔ２１、およびＴ２４は、それぞれＸ２方向成分Ｔ１４Ｘ２とＺ２方向成分Ｔ１４Ｚ２、Ｘ１方向成分Ｔ２１Ｘ１とＺ１方向成分Ｔ２１Ｚ１、Ｘ２方向成分Ｔ２４Ｘ２とＺ１方向成分Ｔ２４Ｚ１に分解できる。

【0066】

また、図４では、索体３２１、３２２、３２３および３２４が見えている。索体３２１、３２２、３２３および３２４には、それぞれ張力Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、およびＴ２４が作用している。このうち、例えば索体３２１に作用する張力Ｔ２１をＸ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向およびＹ２方向の成分に分解すると、Ｘ１方向成分Ｔ２１Ｘ１とＹ２方向成分Ｔ２１Ｙ２に分解できる。同様に、張力Ｔ２２、Ｔ２３、およびＴ２４は、それぞれＸ１方向成分Ｔ２２Ｘ１とＹ１方向成分Ｔ２２Ｙ１、Ｘ２方向成分Ｔ２３Ｘ２とＹ１方向成分Ｔ２３Ｙ１、Ｘ２方向成分Ｔ２４Ｘ２とＹ２方向成分Ｔ２４Ｙ２に分解できる。

【0067】

また、図３および図４では見えていないが、索体３１２、３１３にも張力Ｔ１２およびＴ１３が作用しており、張力Ｔ１２およびＴ１３についても、Ｘ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向、およびＺ１方向の成分に分解することができる。

【0068】

図５および図６では、移動空間ＡＲ内における制御対象物１０の位置および姿勢が、図３および図４の状態から変化している。図５は、図３の状態から制御対象物１０をＸ１方向に移動させた状態を示している。また、図６は、図３の状態から制御対象物１０の姿勢を変化させた状態を示している。図６に示すように、制御対象物１の姿勢を変化させることにより、例えば、造形台ＰＴが傾斜面を有する場合に、傾斜面に対してプリンタヘッドのノズル１５を垂直にすることができる。

【0069】

図５および図６に示すように、制御対象物１０の位置および姿勢を変化させても、制御対象物１０には、Ｘ１方向およびＸ２方向への保持力、Ｙ１方向およびＹ２方向への保持力、およびＺ１方向およびＺ２方向への保持力が作用する。

【0070】

このように、制御対象物１０には、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力により、Ｘ１方向およびＸ２方向への保持力、Ｙ１方向およびＹ２方向への保持力、およびＺ１方向およびＺ２方向への保持力が作用する。このため、制御対象物１０の位置を安定させることができ、鉛直方向に立てられた造形台ＰＴに対して立体物を造形することができる。また、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力を保ちつつ、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）の引き取り量および引き出し量を同調させながら変化させることにより、制御対象物１０（プリンタヘッドのノズル１５）の位置がずれにくくなり（剛性が高くなり）、制御対象物１０の位置制御を精密に行うことができる。

【0071】

［実施形態２］
実施形態２の位置制御装置１００Ａでは、第１索体操作部５１（５１１～５１４）には、第２索体３２（３２１～３２４）が連結されており、第２索体操作部５２（５２１～５２４）には、第１索体３１（３１１～３１４）が連結されている点で実施形態１の位置制御装置１００とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる構成についてのみ説明する。

【0072】

図７は、本発明の第２実施形態に係る位置制御装置１００Ａの全体構成を示す斜視図である。図７に示すように、第１索体操作部５１（５１１～５１４）は、制御対象物１０の第２端部１２よりも第１端部１１に近い位置に配置されている。第２索体操作部５２（５２１～５２４）は、制御対象物１０の第１端部１１よりも第２端部１２に近い位置に配置されている。第１索体操作部５１（５１１～５１４）には、第２索体３２（３２１～３２４）が連結されており、第２索体操作部５２（５２１～５２４）には、第１索体３１（３１１～３１４）が連結されている。

【0073】

図８は、位置制御装置１００ＡをＹ１方向に見た側面図である。図９は、位置制御装置１００ＡをＺ２方向に見た側面図である。図８に示すように、位置制御装置１００ＡをＹ１方向に見ると、第１索体３１（３１１～３１４）と第２索体３２（３２１～３２４）が交差するように見える。

【0074】

図８および図９に示すように、制御対象物１０が移動空間ＡＲ内の任意の位置へ移動、または位置が保持されている状態において、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）には張力が作用している。実施形態１と同様に、制御対象物１０に作用する張力は、Ｘ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向およびＹ２方向、Ｚ１方向およびＺ２方向の成分に分解することができる。

【0075】

制御対象物１０には、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力により、Ｘ１方向およびＸ２方向への保持力、Ｙ１方向およびＹ２方向への保持力、およびＺ１方向およびＺ２方向への保持力が作用する。このため、制御対象物１０の位置を安定させることができ、鉛直方向に立てられた造形台ＰＴに対して立体物を造形することができる。また、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）に作用する張力を保ちつつ、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）の引き取り量および引き出し量を同調させながら変化させることにより、制御対象物１０（プリンタヘッドのノズル１５）の位置がずれにくくなり（剛性が高くなり）、制御対象物１０の位置制御を精密に行うことができる。

【0076】

また、図８に示すように、各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）と制御対象物１０のなす角度（例えば角度α）を実施形態１よりも小さくできるため、制御対象物１０の移動空間ＡＲを広くすることができるとともに、移動空間ＡＲ内の障害物等に各索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）および制御対象物１０を干渉させにくくすることができる。

【0077】

また、図９に示すように、同一の支持部７０（７１～７４）に設けられている索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）は、支持部７０（７１～７４）の軸方向に交差する方向にずらして配置されている。具体的には、例えば、支持部７１に設けられている索体操作部５１１と索体操作部５２１のそれぞれの案内部５７は、支持部７１の軸方向に交差する方向（支持部７１の円周方向）にずらして配置されている。このため、同一の支持部７０（７１～７４）に設けられた索体操作部５０（５１１～５１４、５２１～５２４）に連結されている索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）同士の干渉を抑制することができる。

【0078】

［実施形態３］
実施形態３の位置制御装置１００Ｂは、支持部７０（７１～７３）が３基であり、索体３０（３１１～３１３、３２１～３２３）、索体操作部５０（５１１～５１３、５２１～５２３）が設けられている点で、実施形態１の位置制御装置１００とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる構成についてのみ説明する。

【0079】

図１０は、本発明の第３実施形態に係る位置制御装置１００Ｂの全体構成を示す斜視図である。図１０に示すように、第１索体操作部５１（５１１～５１３）は、制御対象物１０の第２端部１２よりも第１端部１１に近い位置に配置されている。第２索体操作部５２（５２１～５２３）は、制御対象物１０の第１端部１１よりも第２端部１２に近い位置に配置されている。第１索体操作部５１（５１１～５１３）には、第１索体３１（３１１～３１３）が連結されており、第２索体操作部５２（５２１～５２４）には、第２索体３２（３２１～３２３）が連結されている。

【0080】

支持部７０（７１～７３）は、移動空間ＡＲの外部において相互に離隔するように造形台ＰＴに配置されており、Ｚ１方向に延びている。各支持部７０（７１～７３）には、第１索体操作部５１（５１１～５１３）および第２索体操作部５２（５２１～５２３）がそれぞれ１体ずつ配置されている。このため、第１索体操作部および第２索体操作部がＺ１方向に配列された列が、移動空間ＡＲの外部において相互に離隔するように３列配置されていることとなる。

【0081】

図１１は、位置制御装置１００ＢをＹ１方向に見た側面図である。図１２は、位置制御装置１００ＢをＺ２方向に見た側面図である。

【0082】

図１１および図１２に示すように、制御対象物１０が移動空間ＡＲ内の任意の位置へ移動、または位置が保持されている状態において、各索体３０（３１１～３１３、３２１～３２３）には張力が作用している。実施形態１と同様に、制御対象物１０に作用する張力は、Ｘ１方向、Ｘ２方向、Ｙ１方向およびＹ２方向、Ｚ１方向およびＺ２方向の成分に分解することができる。

【0083】

制御対象物１０には、各索体３０（３１１～３１３、３２１～３２３）に作用する張力により、Ｘ１方向およびＸ２方向への保持力、Ｙ１方向およびＹ２方向への保持力、およびＺ１方向およびＺ２方向への保持力が作用する。このため、制御対象物１０の位置を安定させることができ、鉛直方向に立てられた造形台ＰＴに対して立体物を造形することができる。また、各索体３０（３１１～３１３、３２１～３２３）に作用する張力を保ちつつ、各索体３０（３１１～３１３、３２１～３２３）の引き取り量および引き出し量を同調させながら変化させることにより、制御対象物１０（プリンタヘッドのノズル１５）の位置がずれにくくなり（剛性が高くなり）、制御対象物１０の位置制御を精密に行うことができる。

【0084】

［実施形態４］
実施形態４の位置制御装置１００Ｃは、巻取部５５Ｃと案内部５７の間に索体案内部５９が配置されている点で、実施形態１の位置制御装置１００とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる構成についてのみ説明する。

【0085】

図１３は、本発明の第４実施形態に係る位置制御装置１００ＣをＹ１方向に見た側面図である。位置制御装置１００Ｃは、制御対象物１０、索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）、索体操作部５０Ｃ（５１１Ｃ～５１４Ｃ、５２１Ｃ～５２４Ｃ）、および支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）等を備えている。位置制御装置１００Ｃが設置される基台ＢＣは、水平方向に配置されている。造形台ＰＴＣは、基台ＢＣの上方において水平方向に配置されている。

【0086】

索体操作部５０Ｃ（５１１Ｃ～５１４Ｃ、５２１Ｃ～５２４Ｃ）は、巻取部５５Ｃ、駆動部（図示せず）、案内部５７、および索体案内部５９を有している。本実施形態では、巻取部５５Ｃと案内部５７が離隔して配置されている。索体案内部５９は、巻取部５５Ｃおよび案内部５７の間に配置されている。索体案内部５９は、巻取部５５Ｃから供給された索体３０を案内部５７まで案内する。索体操作部５０Ｃ（５１１Ｃ～５１４Ｃ、５２１Ｃ～５２４Ｃ）の各案内部５７により、略直方体の移動空間ＡＲが構成されている。

【0087】

支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）は、索体操作部５０Ｃ（５１１Ｃ～５１４Ｃ、５２１Ｃ～５２４Ｃ）を支持する部分である。支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）は、移動空間ＡＲの外部において相互に離隔するように基台ＢＣに配置されており、Ｚ１方向に延びている。

【0088】

本実施形態では、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）には、案内部５７および索体案内部５９が設けられている。複数の巻取部５５Ｃは、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）の基台ＢＣ側の端部付近に配置されている。巻取部５５Ｃを駆動させる駆動部（図示せず）も巻取部５５Ｃに近接して配置されている。

【0089】

上記のように、索体操作部５０Ｃ（５１１Ｃ～５１４Ｃ、５２１Ｃ～５２４Ｃ）のうち重量物である巻取部５５Ｃを、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）の基台ＢＣ側の端部付近に配置することにより、位置制御装置１００Ｃの設置が容易になる。重量物である駆動部の電源（図示せず）についても、巻取部５５Ｃに近接して配置するようにしてもよい。

【0090】

なお、本実施形態では、索体案内部５９および索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）は、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）の内部に配置されているが、これに限定されない。索体案内部５９および索体３０（３１１～３１４、３２１～３２４）を支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）の外部に配置してもよい。また、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）を基台ＢＣに配置したが、支持部７０Ｃ（７１Ｃ～７４Ｃ）を地面に立設させ、巻取部５５Ｃや駆動部を地面上に配置するようにしてもよい。

【0091】

［変形例］
本発明に係る位置制御装置は、上記説明した本実施形態に限定されない。従来のプリンティングシステムの場合、造形できる形状、大きさは３Ｄプリンタの大きさの制約を受け、投影面積、高さ共に大きなものを造型ができなかった。また３Ｄプリンタ自体の大型化も困難であった。本発明によれば、索体の長さ、および索体操作部の配置ならびに索体操作部の容量を変更することで立体造形物の大型化並びに装置の大型化を容易に図ることができる。また、本発明では、プリントヘッド部を支える構成が索体のみのため装置の大型化を行っても軽量化が可能である。さらに、索体を制御することによりプリントヘッド部の移動を行っているので造形面の周囲に障害物のある場合や周囲に既存の造形物がある場合もこれらに干渉せずに新たな造形を行うことができる。

【0092】

位置制御装置が適用される３Ｄプリンティングシステムは、造形台に立体造形物を形成することに限定されず、例えば、建築物などへの応用も可能である。例えば既存建築物の壁面や家具などの障害物のある室内への装飾物の造形、並びに吐出物を樹脂からコンクリートなどの建築用材料に置き換えることで建築物自体を製作することも可能である。

【0093】

本実施形態では、位置制御装置をＦＤＭ方式の３Ｄプリンティングシステムに適用したが、造形方式は限定されない。例えば、光造形方式など他の造形方式の３Ｄプリンティングシステムに適用することも可能である。また、索体の本数は、移動空間内の任意の位置に制御対象物を移動可能であれば本数は限定されない。

【0094】

位置制御装置は、立体造形物の作成だけでなく、制御対象物に塗装用スプレーノズルやカメラなどの装置、機構を設けることで幅広く技術の応用が可能となる。

【0095】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0096】

１００ 位置制御装置
１０ 制御対象物
３０ 索体
５０ 索体操作部
７０ 支持部
９０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】