JPWO2012017722A1

JPWO2012017722A1 - パラレル機構

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Publication number: JPWO2012017722A1
Application number: JP2012527628A
Authority: JP
Inventors: 張　文農; 文農張; 中村　裕司; 裕司中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: WO2012017722A1; EP2602068A4; JP5403303B2; EP2602068A1; US20130142608A1; CN103052475A

Abstract

【課題】高速化と高精度化を共に達成することができる少なくとも４自由度で駆動するパラレル機構を提供することを目的とする。【解決手段】固定プレート（１）に設置された４つの回転アクチュエータ（３１〜３４）が、回転アクチュエータ（３１〜３４）の回転子と一体化された上アーム（４１１，４２１，４３１，４４１）と、平行リンクで構成された下アーム（４１２，４２２，４３２，４４２）と、上アームと下アームとを連結する上ジョイント（４１３，４２３，４３３，４４３）及び下アームと可動プレート（２）とを連結する下ジョイント（４１４，４２４，４３４，４４４）とを有する４つの周辺駆動機構（４１〜４４）を介し、可動プレート（２）を完全にパラレルで４自由度で駆動する。４つの下ジョイントのうち、２つの下ジョイント（４１４，４３４）は共に２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成されている。

Description

開示の実施形態は、高速高精度ロボットに好適であるパラレル機構に関する。

近年、産業用ロボットの分野では、高速化及び高精度化が求められているため、パラレル機構の利用が注目されている。パラレル機構の従来技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この従来技術では、４つのアクチュエータがそれぞれ平行リンクを有する４つの連鎖を通して可動プラットフォームを並進３自由度移動させながら、可動プラットフォームに組み付けられた加工工具を垂直軸に対して回転させることによって、４自由度駆動を図っている。

特表２００８−５２９８１６号公報

しかしながら、上記従来技術は、４つの連鎖が並行運動の力を発生すると同時に回転運動のトルクも発生する必要がある。ロボットに高速並行運動をさせるために、平行リンクにねじりトルクがあまり掛からないように連鎖間のねじり量を小さくしなければならないので、可動プラットフォームの回転変形を大きく拡大する増幅装置が必要になる。また、その増幅装置は可動プラットフォームの大きな負担にならないようにすると、出力精度を上げることが困難となる。すなわち、上記従来技術では、高速化と高精度化を両立させることが困難であるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高速化と高精度化を共に達成することができる、少なくとも４自由度で駆動するパラレル機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定プレートと、４つの回転アクチュエータと、４つの周辺駆動機構と、可動プレートと、を備え、４つの前記回転アクチュエータが４つの前記周辺駆動機構を介して前記可動プレートを駆動するパラレル機構において、４つの前記回転アクチュエータは、隣接する２つの前記回転アクチュエータの回転軸が直交し、対向する２つの前記回転アクチュエータの回転軸が平行となるように前記固定プレートの４方向に設置され、全ての前記周辺駆動機構は、上アームと、下アームと、前記上アームと前記下アームとを連結する上ジョイントと、前記下アームと前記可動プレートとを連結する下ジョイントとを有し、全ての前記上アームは、対応する前記回転アクチュエータの回転子と一体化された１つのバーで構成され、前記可動プレートは、前記可動プレートの面方向に沿った軸回りの回転１自由度を含む少なくとも４自由度で駆動されるパラレル機構が適用される。

高速化と高精度化を共に達成することができる、少なくとも４自由度で駆動するパラレル機構を実現できる。

第１実施形態のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第１実施形態の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第１実施形態の他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第１実施形態のさらに他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第１実施形態のさらに他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態の他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態のさらに他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態のさらに他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第２実施形態のさらに他の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第３実施形態のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第３実施形態の変形例のパラレル機構の全体構成を概念的に示す概念構成図である。第３実施形態の他の変形例のパラレル機構の一部構成を抽出して概念的に示す概念構成図である。第４実施形態のパラレル機構の一部構成を抽出して概念的に示す概念構成図である。第４実施形態のパラレル機構の手首機構の詳細構造を表す縦断面図である。

＜第1実施形態＞
以下、第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態は、４自由度駆動のパラレル機構１００を構成するものである。

本実施形態のパラレル機構１００は、図１に示すように、固定プレート１と、４つの回転アクチュエータ３１，３２，３３，３４と、４つの周辺駆動機構４１，４２，４３，４４と、可動プレート２とを有する。以下では、機構の配置などを説明しやすくするため、固定プレート１の中心を原点ｏとしてｘｏｙ平面が固定プレート１と平行するように絶対座標（ｘｙｚｏ）を設け、可動プレート２の中心を原点ＯとしてＸＯＹ平面が可動プレート２と平行するように相対座標（ＸＹＺＯ）を設ける。

回転アクチュエータ３１，３３は、絶対座標原点ｏに対して対称となりそれぞれの回転軸がｙ軸と平行となるようにｘ軸上に配置される。また、回転アクチュエータ３２，３４は、絶対座標原点ｏに対して対称となりそれぞれの回転軸がｘ軸と平行となるようにｙ軸上に配置される。

すべての周辺駆動機構４１〜４４は、上アーム４１１，４２１，４３１，４４１と、下アーム４１２，４２２，４３２，４４２と、上アーム４１１，４２１，４３１，４４１と下アーム４１２，４２２，４３２，４４２とを連結する上ジョイント４１３，４２３，４３３，４４３及び下アーム４１２，４２２，４３２，４４２と可動プレート２とを連結する下ジョイント４１４，４２４，４３４，４４４とを備える。上アーム４１１，４２１，４３１，４４１のすべては、回転アクチュエータ３１，３２，３３，３４の回転子と一体化された１本のバーで構成されｘｏｙ平面と直交する平面上で振り回される。一方、下アーム４１２，４２２，４３２，４４２のすべては、回転対偶により連結される２本ずつが平行な４本の節により構成される平行リンクで構成される。以下、平行リンクを構成する４本の節のうち、上ジョイントと連結される節を上節、下ジョイントと連結される節を下節と称する。

また、上ジョイント４１３，４２３，４３３，４４３のすべては、回転対偶であり、対偶軸が平行リンクの上節及び対応する回転アクチュエータ３１，３２，３３，３４の回転軸と平行するように設置される。また、下ジョイント４２４，４４４は、共に回転対偶で構成され、それぞれの対偶軸が平行リンク４２２，４４２の下節及びＸ軸と平行するように設置される。一方、下ジョイント４１４，４３４は共に２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）で構成され、それぞれの平行リンク側の対偶軸が平行リンク４１２，４３２の下節に平行し、そして下ジョイント４１４の可動プレート側の対偶軸と下ジョイント４３４の可動プレート側の対偶軸とが共にＸ軸（或いはＸ軸に平行する直線）上にあるように設置される。

以下、パラレル機構１００の動作原理について説明する。仮に周辺駆動機構４１，４３の下ジョイント４１４，４３４を周辺駆動機構４２，４４の下ジョイント４２４，４４４と同じように１自由度の回転対偶をもつものとすると、すべての周辺駆動機構４１〜４４の上ジョイントの対偶軸が平行リンクの上節及び対応する回転アクチュエータ３１〜３４の回転軸と平行するように設置されているため、可動プレート２は姿勢が変えられず並進３自由度移動しかできない。ところが、周辺駆動機構４１，４３の下ジョイント４１４，４３４は共に２自由度回転対偶で構成され、そしてこの２つの下ジョイント４１４，４３４の可動プレート側の対偶軸が共にＸ軸上にあるように設置されたため、可動プレート２は並進運動すると同時に、可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸に対して回転運動もできるようになる。よって、４つの回転アクチュエータ３１〜３４を制御することによって並進３自由度及びＸ軸まわりの回転１自由度で一意的に可動プレート２を４自由度で駆動することができる。また、可動プレート２をＺ軸まわりに回転させないため、平行リンクに長手方向のねじりトルクを発生させる必要がなくなるので、精度に大きく影響する平行リンクの長手方向のねじり量が小さくなる。また、前述した従来技術のように可動プレートの負担となる増幅装置も不要である。

このように、本実施形態のパラレル機構１００を用いることによって、平行リンクに長手方向のねじりトルクを発生させることがなく可動プレート２を完全にパラレルで駆動することができるので、高速化と高精度化を共に達成させることができる４自由度駆動のパラレル機構を実現することができる。なお、可動プレート２のＹ軸まわりの回転及びＺ軸まわりの回転は、周辺駆動機構４２及び周辺駆動機構４４によって拘束できるので、周辺駆動機構４１の下ジョイント４１４と周辺駆動機構４３の下ジョイント４３４とのいずれか１つ以上を球面ジョイントとしても良い。

なお、上記第１実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１−１）全ての下ジョイントを２自由度回転対偶で構成する場合
本変形例のパラレル機構１００Ａは、図２に示すように、上記第１実施形態における周辺駆動機構４２，４４の下ジョイント４２４，４４４を共に１軸回転対偶から２自由度回転対偶へ置き換え、また固定プレート１の中心と可動プレート２の中心とを拘束機構５で連結する構成となっている。

図２において、下ジョイント４２４，４４４は共に２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶であり、それぞれの平行リンク側の対偶軸が平行リンク４２２，４４２の下節に平行し、そして下ジョイント４２４の可動プレート側の対偶軸と下ジョイント４４４の可動プレート側の対偶軸とが共にＹ軸（或いはＹ軸に平行する直線）上にあるように設置される。拘束機構５は、１つのバーで構成される中心ロッド５１と、中心ロッド５１を固定プレート１の中心点ｏに連結する上部中心ジョイント５２と、中心ロッド５１を可動プレート２の中心点Ｏに連結する下部中心ジョイント５３とで構成され、そして上部中心ジョイント５２と下部中心ジョイント５３とを共に球面ジョイントとする。

下ジョイント４２４，４４４は共に２自由度回転対偶となり、そして下ジョイント４２４の可動プレート側の対偶軸と下ジョイント４４４の可動プレート側の対偶軸とが共にＹ軸上にあるように設置されたため、可動プレート２はＹ軸に対して回転できるようなる。一方、固定プレート１の中心ｏと可動プレート２の中心Ｏとが拘束機構５によって連結されたため、可動プレート２の中心Ｏが固定プレート１の中心ｏを中心とする球面上における２自由度（ｘ軸及びｙ軸回りの回転自由度）での変位しかできないようになる。よって、可動プレート２は、ｘ軸及びｙ軸、並びに、可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸及びＹ軸に対して回転４自由度で変位できる。

本変形例によれば、上記第１実施形態と較べ、可動プレート２の並進運動が制限されたが、多くの回転運動が実現できるようになる。また、可動プレート２のＺ軸まわりの回転は、４つの周辺駆動機構４１〜４４のいずれか１つだけによって拘束できるので、残りの３つの周辺駆動機構の下ジョイントのいずれか１つ以上を球面ジョイントとしても良い。

（１−２）２つの周辺駆動機構の上下ジョイントを球面ジョイントで構成する場合
本変形例のパラレル機構１００Ｂは、図３に示すように、上記第１実施形態における周辺駆動機構４１，４３の下アーム４１２，４３２を平行リンクから１つのバーに置き換え、また周辺駆動機構４１，４３の上ジョイント４１３，４３３と下ジョイント４１４，４３４を全て球面ジョイントに置き換えた構成となっている。

周辺駆動機構４２，４４は、上ジョイント４２３，４４３の対偶軸がそれぞれ平行リンク４２２，４４２の上節及び回転アクチュエータ３２，３４の回転軸と平行するように設置され、そして下ジョイント４２４，４４４の対偶軸がそれぞれ平行リンク４２２，４４２の下節及びＸ軸と平行するように設置され、また、回転アクチュエータ３２，３４の回転軸がｘ軸と平行するように設置されたため、Ｘ軸が常にｘ軸に平行となるように可動プレート２が拘束される。一方、周辺駆動機構４１，４３は、上ジョイント４１３，４３３と下ジョイント４１４，４３４の全てが球面ジョイントであるため、可動プレート２に対して自由度の拘束がない。よって、上記第１実施形態と同じく可動プレート２は４つの回転アクチュエータ３１〜３４の駆動制御によって並進３自由度及び可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸まわりの回転１自由度を含む４自由度で変位することができる。

本変形例によれば、上記第１実施形態と較べ、球面ジョイントを用いたため可動範囲が狭くなるが、下アーム４１２，４３２が共に１つのバーで構成されたため機構が簡単になる。また、周辺駆動機構４１の上ジョイント４１３と下ジョイント４１４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。同じく、周辺駆動機構４３の上ジョイント４３３と下ジョイント４３４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

（１−３）固定・可動プレートを連結しつつ２つの周辺駆動機構に球面ジョイントを用いる場合
本変形例のパラレル機構１００Ｃは、図４に示すように、上記第１実施形態における周辺駆動機構４２，４４の下アーム４２２，４４２を平行リンクから１つのバーに置き換え、そして周辺駆動機構４２，４４の上ジョイント４２３，４４３と下ジョイント４２４，４４４を全て球面ジョイントに置き換え、また、固定プレート１の中心と可動プレート２の中心とを拘束機構５で連結する構成となっている。

図４において、拘束機構５は１つのバーである中心ロッド５１と、中心ロッド５１を固定プレート１の中心点ｏに連結する上部中心ジョイント５２と、中心ロッド５１を可動プレート２の中心点Ｏに連結する下部中心ジョイント５３とで構成され、そして上部中心ジョイント５２と下部中心ジョイント５３とを共に球面ジョイントとする。

本変形例によれば、上記第１実施形態と較べ、周辺駆動機構４２，４４の上ジョイント４２３，４４３と下ジョイント４２４，４４４の全てが球面ジョイントであるため、可動プレート２に対してＹ軸まわりの回転の拘束が開放されるが、代わりに固定プレート１の中心ｏと可動プレート２の中心Ｏとが拘束機構５によって連結されたため、可動プレート２の中心Ｏが固定プレート１の中心ｏを中心とする球面上における２自由度（ｘ軸及びｙ軸回りの回転自由度）での変位しかできないようになる。よって、上述した変形例（１−１）と同じく可動プレート２はｘ軸及びｙ軸、並びに、可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸及びＹ軸に対して回転４自由度で変位できる。

上述の変形例（１−１）と較べ、本変形例の技術を用いた場合は、球面ジョイントを用いたため可動範囲が狭くなるが、下アーム４２２，４４２が共に１つのバーになったため機構が簡単になる。また、周辺駆動機構４２の上ジョイント４２３と下ジョイント４２４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。同じく、周辺駆動機構４４の上ジョイント４４３と下ジョイント４４４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

（１−４）固定・可動プレートを連結しつつ全ての周辺駆動機構に球面ジョイントを用いる場合
本変形例のパラレル機構１００Ｄは、図５に示すように、上述した変形例（１−３）における周辺駆動機構４１，４３の下アーム４１２，４３２を共に平行リンクから１つのバーに置き換え、そして周辺駆動機構４１，４３の上ジョイント４１３，４３３と下ジョイント４１４，４３４を全て球面ジョイントに置き換え、また、拘束機構５の上部中心ジョイント５２と下部中心ジョイント５３とを共にユニバーサルジョイントとした構成となっている。

周辺駆動機構４１〜４４は、上ジョイントと下ジョイントの全てが球面ジョイントで構成されているため、可動プレート２に対して自由度の拘束がなくなる。ところが、拘束機構５の上部中心ジョイント５２と下部中心ジョイント５３とを共にユニバーサルジョイントとしたため、ユニバーサルジョイントの２つの対偶軸に同時に直交する軸、すなわちＺ軸まわりの回転が拘束される。すなわち、可動プレート２は上部中心ジョイント５２の２つの対偶軸及び下部中心ジョイント５３の２つの対偶軸（すなわち可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸及びＹ軸）に対して回転４自由度で変位できる。

本変形例によれば、前述した変形例（１−１）と較べ、球面ジョイントを用いたため可動範囲が狭くなるが、下アーム４１２〜４４２の全てを１つのバーで構成できるため機構が簡単になる。また、全ての周辺駆動機構４１〜４４では、上ジョイントと下ジョイントとのどれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図を参照して説明する。本実施形態は、６自由度駆動（可動プレートは５自由度駆動、エンドエフェクタは１自由度駆動）のパラレル機構１０００を構成するものである。

本実施形態のパラレル機構１０００は、図６に示すように、固定プレート１００１、４つの周辺駆動機構１０４１〜１０４４、中心駆動機構１００５、可動プレート１００２、及びエンドエフェクタ１００３を有する。本実施形態においても、前述の第１実施形態と同様に、機構の配置などを説明しやすくするため、固定プレート１００１の中心を原点ｏとしてｘｏｙ平面が固定プレート１００１と平行するように絶対座標（ｘｙｚｏ）を設け、可動プレート１００２の中心を原点ＯとしてＸＯＹ平面が可動プレート１００２と平行するように相対座標（ＸＹＺＯ）を設ける。

すべての周辺駆動機構１０４１〜１０４４は、回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と、上アーム１４１１〜１４４１と、下アーム１４１２〜１４４２と、上アーム１４１１〜１４４１と下アーム１４１２〜１４４２とを連結する上ジョイント１４１３〜１４４３及び下アーム１４１２〜１４４２と可動プレート１００２とを連結する下ジョイント１４１４〜１４４４とを備える。回転アクチュエータ１４１０，１４３０は、絶対座標原点ｏに対して対称となりそれぞれの回転軸がｙ軸と平行となるようにｘ軸上に配置される。また、回転アクチュエータ１４２０，１４４０は、絶対座標原点ｏに対して対称となりそれぞれの回転軸がｘ軸と平行となるようにｙ軸上に配置される。上アーム１４１１，１４２１，１４３１，１４４１のすべては、回転アクチュエータ１４１０〜１４４０の回転子と一体化された１本のバーで構成され、ｘｏｙ平面と直交する平面上で振り回される。一方、下アーム１４１２，１４２２，１４３２，１４４２のすべては、回転対偶により連結される２本ずつが平行な４本の節により構成される平行リンクで構成される。

また、上ジョイント１４１３，１４２３，１４３３，１４４３のすべては、回転対偶であり、対偶軸が平行リンクの上節及び対応する回転アクチュエータ１４１０〜１４４０の回転軸と平行するように設置される。また、下ジョイント１４１４，１４２４，１４３４，１４４４のすべては２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）で構成され、平行リンク側の対偶軸が平行リンクの下節に平行し、そして下ジョイント１４２４と下ジョイント１４４４との２つの可動プレート側の対偶軸が共にＸ軸（或いはＸ軸に平行する直線）上にあるように設置され、下ジョイント１４１４と下ジョイント１４３４との２つの可動プレート側の対偶軸が共にＹ軸（或いはＹ軸に平行する直線）上にあるように設置される。

中心駆動機構１００５は、旋回アクチュエータ１０５０と、直動アクチュエータ１０５１と、上部中心ジョイント１０５２及び下部中心ジョイント１０５３と、ベアリング１０５４とを備える。旋回アクチュエータ１０５０は、その回転軸が固定プレート１００１の平面方向に直交するように固定プレート１００１の中心に設置される。一方、直動アクチュエータ１０５１は、２自由度回転対偶である上部中心ジョイント１０５２を介して旋回アクチュエータ１０５０の可動子に連結される。また、エンドエフェクタ１００３は、Ｚ軸のみ回転できるようにベアリング１０５４によって可動プレート１００２の中心に拘束され、そして、２自由度回転対偶である下部中心ジョイント１０５３を介して直動アクチュエータ１０５１に連結される。

以下、パラレル機構１０００の動作原理について説明する。仮に周辺駆動機構１０４１〜１０４４の下ジョイント１４１４〜１４４４のすべてを対偶軸が平行リンクの下節に平行するような１自由度の回転対偶で構成すると、すべての周辺駆動機構１０４１〜１０４４の上ジョイント１４１３〜１４４３の対偶軸が平行リンクの上節及び対応する回転アクチュエータ１４１０〜１４４０の回転軸と平行するように設置されているため、可動プレート１００２は姿勢が変えられず並進３自由度移動しかできない。ところが、周辺駆動機構１０４１〜１０４４の下ジョイント１４１４〜１４４４のすべては、２自由度回転対偶で構成され、そして対向する２つの下ジョイントの可動プレート側の対偶軸が共にＸ軸又はＹ軸上にあるように設置されているため、可動プレート１００２は並進運動すると同時にＸ軸及びＹ軸に対して回転運動もできるようになる。すなわち、可動プレート１００２のＺ軸回りの回転のみは拘束されている。また、直動アクチュエータ１０５１を制御することによって固定プレート１００１と可動プレート１００２との中心間の距離が決められる。よって、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と１つの直動アクチュエータ１０５１を制御することによって、並進３自由度と可動プレート２の面方向に沿った軸であるＸ軸及びＹ軸回りの回転２自由度で一意的に可動プレート１００２を５自由度で駆動することができる。

一方、エンドエフェクタ１００３は、ベアリング１０５４によってＺ軸まわりの回転のみで駆動できるように可動プレート１００２に拘束され、そして旋回アクチュエータ１０５０を制御することによってＺ軸まわりの回転が一意的に決められる。従って、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１及び旋回アクチュエータ１０５０を制御することによって６自由度で一意的にエンドエフェクタ１００３を駆動することができる。

このように、本実施形態のパラレル機構１０００を用いることによって、平行リンクに長手方向のねじりトルクを発生させることがなく可動プレート１００２を完全にパラレルで駆動することができるので、高速化と高精度化を共に達成させることができる５自由度駆動（エンドエフェクタ１００３については６自由度駆動）のパラレル機構を実現することができる。

また、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と旋回アクチュエータ１０５０とはパラレルになっているため、パラレル機構１０００を軽量化することができる。直動アクチュエータ１０５１は他の５つのアクチュエータ１４１０〜１４４０，１０５０とシリアルになっているが、その重心をなるべく固定プレート１００１に近いところに設置すれば、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０の負担を軽減できる。一方、旋回アクチュエータ１０５０は可動プレート１００２を回すことがなく直接エンドエフェクタ１００３を駆動するので、もともとの負荷が軽いため、直動アクチュエータ１０５１の分を加えても高速運転には支障がない。また、エンドエフェクタ１００３のＺ軸まわりの回転は旋回アクチュエータ１０５０によって独立に駆動されて任意の回転量を実現できる。Ｘ軸まわりとＹ軸まわりとの回転可能範囲は共に±１８０°近く達成できる。なお、すべての駆動はパラレルか直交かになっているため、各アクチュエータ１４１０〜１４４０，１０５０，１０５１の駆動精度を平均化及び独立化でき、各アクチュエータの駆動精度が相乗されるシリアル機構に比べて高精度化も実現できる。したがって、パラレル機構１０００は、広可動範囲、高速かつ高精度を同時に達成することができる。

なお、上記第２実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（２−１）旋回アクチュエータを可動プレートに設けた場合
本変形例のパラレル機構１０００Ａは、図７に示すように、上記第２実施形態における中心駆動機構１００５の上部中心ジョイント１０５２及び下部中心ジョイント１０５３を変更すると共に、旋回アクチュエータ１０５０を可動プレート１００２に設けた構成となっている。

中心駆動機構１００５は、旋回アクチュエータ１０５０と、直動アクチュエータ１０５１と、上部中心ジョイント１０５２及び下部中心ジョイント１０５３とを備える。旋回アクチュエータ１０５０は、回転軸が可動プレート１００２の平面方向に直交するように可動プレート１００２の下面に設置される。一方、直動アクチュエータ１０５１は、上端が球面ジョイントである上部中心ジョイント１０５２を介して固定プレート１００１の中心に連結され、また下端が球面ジョイントである下部中心ジョイント１０５３を介して可動プレート１００２の中心に連結される。また、エンドエフェクタ１００３は、旋回アクチュエータ１０５０の可動子に直接連結される。なお、上部中心ジョイント１０５２と下部中心ジョイント１０５３のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

本変形例によれば、上記第２実施形態と較べ、旋回アクチュエータ１０５０が可動プレート１００２に設置されたため、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１の負荷が重くなり、可動プレート１００２の並進運動とＸ軸及びＹ軸まわりの回転運動の加速度が減るが、エンドエフェクタ１００３が直接旋回アクチュエータ１０５０に連結されたため、Ｚ軸まわりの回転加速度及び精度が高くなる。

（２−２）２つの周辺駆動機構の上下ジョイントを球面ジョイントで構成する場合
本変形例のパラレル機構１０００Ｂは、図８に示すように、上記第２実施形態における周辺駆動機構１０４２，１０４４の下アーム１４２２，１４４２を平行リンクから１つのバーに置き換え、そして周辺駆動機構１０４２，１０４４の上ジョイント１４２３，１４４３と下ジョイント１４２４，１４４４を全て球面ジョイントに置き換えた構成となっている。

仮に周辺駆動機構１０４１の下ジョイント１４１４及び周辺駆動機構１０４３の下ジョイント１４３４を共に対偶軸が平行リンクの下節に平行するような１自由度の回転対偶で構成すると、Ｙ軸が常にｙ軸に平行となるように可動プレート１００２が拘束される。すなわち、可動プレート１００２はＸ軸まわりとＺ軸まわりの２自由度の回転運動が拘束される。ところが、周辺駆動機構１０４１の下ジョイント１４１４及び周辺駆動機構１０４３の下ジョイント１４３４は共に、２自由度回転対偶で構成され、可動プレート側の対偶軸が共にＸ軸上にあるように設置されたため、可動プレート１００２のＸ軸まわりの回転の拘束が開放される。一方、周辺駆動機構１０４２，１０４４は、上ジョイント１４２３，１４４３と下ジョイント１４２４，１４４４との全てが球面ジョイントであるため、可動プレート１００２に対して自由度の拘束がない。よって、上記第２実施形態と同じく、可動プレート１００２は４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１を制御することによって並進３自由度とＸ軸及びＹ軸まわりの回転２自由度で一意的に５自由度で駆動されるため、エンドエフェクタ１００３は４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１及び旋回アクチュエータ１０５０を制御することによって６自由度で一意的に駆動される。

本変形例によれば、上記第２実施形態と較べ、球面ジョイントを用いたため可動範囲が狭くなるが、下アーム１４２２，１４４２が共に１つのバーで構成されたため機構が簡単になる。なお、周辺駆動機構１０４２の上ジョイント１４２３と下ジョイント１４２４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。同じく、周辺駆動機構１０４４の上ジョイント１４４３と下ジョイント１４４４のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

（２−３）旋回アクチュエータを可動プレートに設け、２つの周辺駆動機構に球面ジョイントを用いる場合
本変形例のパラレル機構１０００Ｃは、図９に示すように、上記変形例（２−２）における中心駆動機構１００５の上部中心ジョイント１０５２及び下部中心ジョイント１０５３を変更した構成となっている。

上記変形例（２−２）と較べ、本変形例のパラレル機構１０００Ｃは、旋回アクチュエータ１０５０が可動プレート１００２に設置されたため、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１との負荷が重くなり可動プレート１００２の並進運動とＸ軸及びＹ軸まわりの回転運動との加速度が減るが、エンドエフェクタ１００３が直接旋回アクチュエータ１０５０に連結されたため、Ｚ軸まわりの回転加速度及び精度が高くなる。

（２−４）全ての周辺駆動機構に球面ジョイントを用いる場合
本変形例のパラレル機構１０００Ｄは、図１０に示すように、上記第２実施形態における４つの周辺駆動機構１０４１〜１０４４の下アーム１４１２〜１４４２のすべてを平行リンクから１つのバーに置き換え、そして上ジョイント１４１３〜１４４３及び下ジョイント１４１４〜１４４４の全てを球面ジョイントに置き換え、また、中心駆動機構１００５を変更した構成となっている。

中心駆動機構１００５は、旋回アクチュエータ１０５０と、直動アクチュエータ１０５１と、上部中心ジョイント１０５２及び下部中心ジョイント１０５３とを備える。旋回アクチュエータ１０５０は、回転軸が固定プレート１００１の平面方向に直交するように固定プレート１００１の中心に設置される。一方、直動アクチュエータ１０５１は、上端が２自由度回転対偶である上部中心ジョイント１０５２を介して旋回アクチュエータ１０５０の可動子に連結され、下端が２自由度回転対偶である下部中心ジョイント１０５３を介して可動プレート１００２の中心に連結される。また、エンドエフェクタ１００３は、直接可動プレート１００２の下面に設置される。

周辺駆動機構１０４１〜１０４４は、上ジョイント１４１３〜１４４３と下ジョイント１４１４〜１４４４の全てが球面ジョイントで構成されているため、可動プレート１００２に対して自由度の拘束がなくなるが、代わりにユニバーサルジョイントとした中心駆動機構１００５の上部中心ジョイント１０５２と下部中心ジョイント１０５３とは、ユニバーサルジョイントの２つの対偶軸のまわりに回転するように可動プレート１００２を拘束する。

本変形例によれば、上述の第２実施形態と較べ、周辺駆動機構１０４１〜１０４４の上ジョイント１４１３〜１４４３と下ジョイント１４１４〜１４４４に球面ジョイントを用いたため並進運動の可動範囲が狭くなるが、下アーム１４１２〜１４４２のすべてが１つのバーになったため機構が簡単になる。なお、すべての周辺駆動機構１０４１〜１０４４における上ジョイントと下ジョイントのいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

（２−５）旋回アクチュエータを可動プレートに設け、全ての周辺駆動機構に球面ジョイントを用いる場合
本変形例のパラレル機構１０００Ｅは、図１１に示すように、上記変形例（２−４）の旋回アクチュエータ１０５０を可動プレート１００２に設けた構成となっている。

旋回アクチュエータ１０５０は、回転軸が可動プレート１００２の平面方向に直交するように可動プレート１００２の下面に設置される。一方、直動アクチュエータ１０５１は、上端が２自由度回転対偶である上部中心ジョイント１０５２を介して固定プレート１００１の中心に連結され、また下端が２自由度回転対偶である下部中心ジョイント１０５３を介して可動プレート１００２の中心に連結される。また、エンドエフェクタ１００３は、旋回アクチュエータ１０５０の可動子に直接連結される。なお、上部中心ジョイント１０５２と下部中心ジョイント１０５３のいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

本変形例によれば、上述の変形例（２−４）と較べ、旋回アクチュエータ１０５０が可動プレート１００２に設置されたため、４つの回転アクチュエータ１４１０〜１４４０と直動アクチュエータ１０５１の負荷が重くなり、可動プレート１００２の並進運動とＸ軸及びＹ軸まわりの回転運動の加速度が減るが、エンドエフェクタ１００３が直接旋回アクチュエータ１０５０に連結されたため、Ｚ軸まわりの回転加速度及び精度が高くなる。なお、すべての周辺駆動機構１０４１〜１０４４における上ジョイントと下ジョイントのいずれか１つをユニバーサルジョイントとしても良い。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について図を参照して説明する。本実施形態は、６自由度駆動（可動プレートは４自由度駆動、エンドエフェクタは２自由度駆動）のパラレル機構２０００を構成するものである。

図１２に示すように、本実施形態のパラレル機構２０００は、固定プレート２００１、４つの周辺駆動機構２０４１〜２０４４、中心駆動機構２００５、可動プレート２００２、差動機構２１００、及びエンドエフェクタ２００３を有する。エンドエフェクタ２００３は、可動プレート２００２の下方に第１回転軸２１０４回りに回転可能に設けられている。なお、本実施形態においても、固定プレート２００１の中心を原点ｏとしてｘｏｙ平面が固定プレート２００１と平行するように絶対座標（ｘｙｚｏ）を設け、可動プレート２００２の中心を原点ＯとしてＸＯＹ平面が可動プレート２００２と平行するように相対座標（ＸＹＺＯ）を設ける。

周辺駆動機構２０４１〜２０４４の構成は、前述のパラレル機構１００，１０００と基本的に同様であるが、本実施形態ではＹ軸方向に対向する周辺駆動機構２０４２，２０４４の下ジョイント２４２４，２４４４が、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）で構成されており、Ｘ軸方向に対向する周辺駆動機構２０４１，２０４３の下ジョイント２４１４，２４３４が、１自由度回転対偶で構成されている。周辺駆動機構２０４１〜２０４４のその他の構成については説明を省略する。

中心駆動機構２００５は、固定プレート２００１に設置された２つの旋回アクチュエータ２０５０と、各旋回アクチュエータ２０５０の駆動力をエンドエフェクタ２００３に伝達するための２つの伝達バー２０５１と、２つの上部中心ジョイント２０５２及び下部中心ジョイント２０５３と、可動プレート２００２にｘ軸方向に沿って設置された２つの第１ベアリング２０５５と、２つの第２回転軸２０５４とを有している。

２つの旋回アクチュエータ２０５０は、その回転軸が固定プレート２００１の平面方向に直交するように、この例ではｘ軸方向に沿って固定プレート２００１に設置される。伝達バー２０５１は、伸縮可能な入れ子構造となっており、且つ、図示しない突起と溝との係合等により、旋回アクチュエータ２０５０の回転駆動力を第２回転軸２０５４に伝達可能な構造となっている。この伝達バー２０５１の上端は、２自由度回転対偶である上部中心ジョイント２０５２を介して旋回アクチュエータ２０５０の可動子に連結され、伝達バー２０５１の下端は、２自由度回転対偶である下部中心ジョイント２０５３を介して第２回転軸２０５４に連結される。第２回転軸２０５４は、Ｚ軸に平行する軸回りに１自由度で回転できるように第１ベアリング２０５５によって拘束されている。

差動機構２１００は、第２回転軸２０５４の回転によりウォームギア２１０１を介して回転される対向配置された一対の傘歯車２１０２と、これら一対の傘歯車２１０２の両方に噛合する傘歯車２１０３とを有している。傘歯車２１０３は、第１回転軸２１０４によりエンドエフェクタ２００３と連結されている。旋回アクチュエータ２０５０の駆動により、一対の傘歯車２１０２が同じ方向に回転された場合には、傘歯車２１０３及びエンドエフェクタ２００３はＸ軸に平行な軸回りに回転駆動される。一方、一対の傘歯車２１０２が互いに異なる方向に回転された場合には、エンドエフェクタ２００３は第１回転軸２１０４回りに回転駆動される。このように、差動機構２１００は、エンドエフェクタ２００３を第１回転軸２１０４回りの回転１自由度、及び、Ｘ軸に平行な軸回りの回転１自由度を含む２自由度で駆動させる。

以上のパラレル機構２０００によれば、４つの回転アクチュエータ２４１０〜２４４０を制御することによって並進３自由度及びＹ軸まわりの回転１自由度で一意的に可動プレート２００２を４自由度で駆動することができる。一方、エンドエフェクタ２００３は、上述したように可動プレート２００２に対し２自由度で駆動される。従って、４つの回転アクチュエータ２４１０〜２４４０と２つの旋回アクチュエータ２０５０を制御することによって６自由度で一意的にエンドエフェクタ２００３を駆動することができる。このように、本実施形態のパラレル機構２０００を用いることによって、平行リンクに長手方向のねじりトルクを発生させることがなく可動プレート２００２を完全にパラレルで駆動することができるので、高速化と高精度化を共に達成させることができる６自由度駆動のパラレル機構を実現することができる。

また、差動機構２１００でウォームギア２１０１を用いるため、エンドエフェクタ２００３の回転２自由度の駆動トルクを増大できる。その結果、旋回アクチュエータ２０５０の減速機を省略することが可能となり、旋回アクチュエータ２０５０の小型化、ひいてはパラレル機構２０００の小型化を図ることができる。

なお、以上ではウォームギア２１０１を用いて第２回転軸２０５４の回転を傘歯車２１０２に伝えるようにしたが、ウォームギアに代えてハイポイドギアや傘歯車を用いてもよい。また、以上では可動プレート２００２がＹ軸回りの回転１自由度を含む４自由度で駆動し、エンドエフェクタ２００３がＸ軸に平行な軸回りを含む回転２自由度で駆動する構成としたが、Ｘ軸とＹ軸の対応関係を反対にし、可動プレート２００２がＸ軸回りの回転１自由度を含む４自由度で駆動し、エンドエフェクタ２００３がＹ軸に平行な軸回りを含む回転２自由度で駆動する構成としてもよい。この場合には、中心駆動機構２００５の２つの旋回アクチュエータ２０５０、伝達バー２０５１及び第１ベアリング２０５５をｙ軸（Ｙ軸）方向に沿ってそれぞれ配置し、周辺駆動機構２０４１，２０４３の下ジョイント２４１４，２４３４を２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）で構成すればよい。

なお、上記第３実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（３−１）可動プレートに回動可能な第２可動プレートを設置する場合
上記第３実施形態では、差動機構２１００を用いることでエンドエフェクタ２００３を２自由度で駆動させるようにしたが、これに限らず、可動プレートに対し回動可能な第２可動プレートを設け、この第２可動プレートにエンドエフェクタを設置することで、エンドエフェクタを２自由度で駆動させるようにしてもよい。

図１３に示すように、本変形例のパラレル機構３０００は、固定プレート３００１、４つの周辺駆動機構３０４１〜３０４４、中心駆動機構３００５、可動プレート３００２、及びエンドエフェクタ３００３を有する。エンドエフェクタ３００３は、可動プレート３００２の下方に回転軸３０５４Ｂ回りに回転可能に設けられている。周辺駆動機構３０４１〜３０４４の構成は、前述のパラレル機構２０００と基本的に同様であるが、本変形例ではＸ軸方向に対向する周辺駆動機構３０４１，３０４３の下ジョイント３４１４，３４３４が、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）で構成されており、Ｙ軸方向に対向する周辺駆動機構３０４２，３０４４の下ジョイント３４２４，３４４４が、１自由度回転対偶で構成されている。

中心駆動機構３００５は、固定プレート３００１に設置された２つの旋回アクチュエータ３０５０Ａ，３０５０Ｂと、２つの伝達バー３０５１Ａ，３０５１Ｂと、２自由度回転対偶である２つの上部中心ジョイント３０５２Ａ，３０５２Ｂ及び下部中心ジョイント３０５３Ａ，３０５３Ｂと、可動プレート３００２に設置された１つの第１ベアリング３０５５Ａと、２つの回転軸３０５４Ａ，３０５４Ｂとを有している。

２つの旋回アクチュエータ３０５０Ａ，３０５０Ｂは、その回転軸が固定プレート３００１の平面方向に直交するように、この例ではｘ軸方向に沿って固定プレート３００１に設置されており、旋回アクチュエータ３０５０Ｂは、固定プレート３００１の中心に設置されている。伝達バー３０５１Ａ，３０５１Ｂは、伸縮可能且つ旋回アクチュエータ３０５０Ａ，３０５０Ｂの回転駆動力を回転軸３０５４Ａ，３０５４Ｂに伝達可能である。回転軸３０５４Ａ，３０５４Ｂのうち、回転軸３０５４Ａは、Ｚ軸に平行する軸回りに１自由度で回転できるように第１ベアリング３０５５Ａによって拘束されており、その下部にボールねじ３０５６を有している。

一方、可動プレート３００２の下方には、連結板３００６及び１自由度の回転対偶３００７を介して第２可動プレート３００８が設けられている。この第２可動プレート３００８にはスライダ３００９がプレート上を移動可能に設けられており、このスライダ３００９が１自由度の回転対偶３０１１を介してボールねじ３０５６と連結されている。そして、１自由度の回転対偶３００７および３０１１は共にＹ軸に平行な軸回りに回動可能となるように設置されている。これにより、第２可動プレート３００８は、回転軸３０５４Ａの回転によって可動プレート３００２に対しＹ軸に平行な軸回りに回動可能となっている。また、第２可動プレート３００８には、第２ベアリング３０５５Ｂが設けられており、回転軸３０５４Ｂを第２可動プレート３００８の面方向に直交する軸回りに１自由度で回転できるように拘束する。なお、回転軸３０５４Ｂは、可動プレート３００２の中心位置に設けられた開口３０１０を貫通して設けられている。このような構成により、エンドエフェクタ３００３は、回転軸３０５４Ｂ回りの回転１自由度、及び、Ｙ軸に平行な軸回りの回転１自由度を含む２自由度で駆動される。

以上のパラレル機構３０００によれば、４つの回転アクチュエータ３４１０〜３４４０を制御することによって並進３自由度及びＸ軸まわりの回転１自由度で一意的に可動プレート３００２を４自由度で駆動することができる。一方、エンドエフェクタ３００３は、上述したように可動プレート３００２に対し２自由度で駆動される。従って、４つの回転アクチュエータ３４１０〜３４４０と２つの旋回アクチュエータ３０５０Ａ，３０５０Ｂを制御することによって６自由度で一意的にエンドエフェクタ３００３を駆動することができる。また、前述のパラレル機構２０００のようにウォームギアや傘歯車を有する差動機構２１００を設けないため、ギア機構によるバックラッシュを無くすことができる。

なお、以上では可動プレート３００２がＸ軸回りの回転１自由度を含む４自由度で駆動し、エンドエフェクタ３００３がＹ軸に平行な軸回りを含む回転２自由度で駆動する構成としたが、Ｘ軸とＹ軸の対応関係を反対にし、可動プレート３００２がＹ軸回りの回転１自由度を含む４自由度で駆動し、エンドエフェクタ３００３がＸ軸に平行な軸回りを含む回転２自由度で駆動する構成としてもよい。この場合には、中心駆動機構３００５の２つの旋回アクチュエータ３０５０Ａ，３０５０Ｂ及び伝達バー３０５１Ａ，３０５１Ｂ等をｙ軸（Ｙ軸）方向に沿ってそれぞれ配置し、周辺駆動機構３０４２，３０４４の下ジョイント３４２４，３４４４を２自由度回転対偶（例えば、ユニバーサルジョイント）とした上で、第２可動プレート３００８を可動プレート３００２に対しＸ軸に平行な軸回りに回動可能な構成とすればよい。

（３−２）伝達バーを上アームの中に挿通させる場合
以上では、伝達バーを４つの周辺駆動機構の内部空間に配設した構成としたが、これに限らず、伝達バーを上アームの中に挿通させた構成としてもよい。

図１４は、本変形例のパラレル機構４０００における４つの周辺駆動機構４０４１〜４０４４のうちの１つの周辺駆動機構４０４３を抽出して示した図である。この図１４に示すように、周辺駆動機構４０４３は、上アーム４４３１と、下アーム４４３２と、上アーム４４３１と下アーム４４３２とを連結する上ジョイント４４３３及び下アーム４４３２と可動プレート４００２とを連結する下ジョイント４４３４とを備える。上アーム４４３１は、途中に屈曲部４４３５を有する円筒状の中空パイプ構造となっており、金属等の剛性の高い材料で構成されている。この上アーム４４３１の上端部は回転アクチュエータ４４３０の回転子４４３６と連結されており、回転子４４３６の軸回りにｘ−ｚ平面上で振り回される。一方、下アーム４４３２は平行リンクで構成されている。

本変形例の中心駆動機構４００５の２つの伝達バー４０５１のうち、周辺駆動機構４０４３側の伝達バー４０５１は、上アーム４４３１の内部に挿通された第１バー４０５６及び第２バー４０５７と、下アーム４４３２と平行して配設された第３バー４０５８とを有している。第１バー４０５６の上端は、ユニバーサルジョイント４０５２を介して固定プレート４００１に設置された旋回アクチュエータ４０５０の可動子に連結されており、下端には傘歯車４２０１が設けられている。この第１バー４０５６は、上アーム４４３１の内部に設置されたベアリング４２０２によって上アーム４４３１（屈曲部４４３５より上側の部分）の筒軸回りに１自由度で回転できるように拘束されている。また、第２バー４０５７の下端は、ユニバーサルジョイント４０５９を介して第３バー４０５８に連結されており、上端には傘歯車４２０１と噛合する傘歯車４２０３が設けられている。この第２バー４０５７は、上アーム４４３１の内部に設置されたベアリング４２０４によって上アーム４４３１（屈曲部４４３５より下側の部分）の筒軸回りに１自由度で回転できるように拘束されている。また、第３バー４０５８の下端は、２自由度回転対偶である下部中心ジョイント４０５３を介して第２回転軸４０５４に連結される。第２回転軸４０５４は、Ｚ軸に平行する軸回りに１自由度で回転できるように第１ベアリング４０５５によって拘束されている。

なお、ユニバーサルジョイント４０５２は、その中心点が回転アクチュエータ４４３０の回転子４４３６の回転軸上となるように配置されており、ユニバーサルジョイント４０５９は、その中心点が下アーム４４３２の平行リンクの上節の回転軸上となるように配置されている。このような構造により、伝達バー４０５１は、上アーム４４３１の内部に挿通され、屈曲部４４３５に設けられた傘歯車４２０１，４２０３を介して旋回アクチュエータ４０５０の駆動力を第２回転軸４０５４に伝達することが可能となっている。

パラレル機構４０００の他の部分の構成は、図示は省略するが、前述したパラレル機構２０００と同様である。すなわち、本変形例のパラレル機構４０００は、前述したパラレル機構２０００における周辺駆動機構２０４３と、対応する側の旋回アクチュエータ２０５０、伝達バー２０５１、上部中心ジョイント２０５２及び下部中心ジョイント２０５３を、図１４に示す構成に置き換えた構成となっている。したがって、第２回転軸４０５４の回転によって、図１２に示す差動機構２１００のウォームギア２１０１を介して傘歯車２１０２が回転されることになる。

以上のパラレル機構４０００によれば、前述の第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、伝達バー４０５１を上アーム４４３１の内部に収納できるので、外観性が向上する。さらに、４つの周辺駆動機構４０４１〜４０４４の内部空間が空になるので、当該空間を別の用途に使用することも可能である。

なお、以上では傘歯車を用いて第１バー４０５６の回転を第２バー４０５７に伝えるようにしたが、傘歯車に代えてウォームギアを用いてもよい。この場合、第２回転軸４０５４の駆動トルクを増大できるので、旋回アクチュエータ４０５０の減速機を省略することが可能となり、旋回アクチュエータ４０５０の小型化、ひいてはパラレル機構４０００の小型化を図ることができる。また、以上では、前述したパラレル機構２０００における周辺駆動機構２０４３を図１４に示す構成に置き換えた構成としたが、Ｘ軸に沿って対向配置された周辺駆動機構２０４１，２０４３の両方について図１４に示す構成に置き換えた構成としてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について図を参照して説明する。本実施形態は、６自由度駆動（可動プレートは３自由度駆動、エンドエフェクタは３自由度駆動）のパラレル機構５０００を構成するものである。

図１５は、本変形例のパラレル機構５０００における３つの周辺駆動機構５０４１〜５０４３のうちの１つの周辺駆動機構５０４３を抽出して示した図である。図１５に示すように、本実施形態のパラレル機構５０００は、固定プレート５００１、この固定プレート５００１の周方向３箇所に均一配置された３つの周辺駆動機構５０４１〜５０４３、中心駆動機構５００５、可動プレート５００２、手首機構５１００、及びエンドエフェクタ５００３を有する。なお、本実施形態においても、固定プレート５００１の中心を原点ｏとしてｘｏｙ平面が固定プレート５００１と平行するように絶対座標（ｘｙｚｏ）を設け、可動プレート５００２の中心を原点ＯとしてＸＯＹ平面が可動プレート５００２と平行するように相対座標（ＸＹＺＯ）を設ける。

周辺駆動機構５０４１〜５０４３は、固定プレート５００１及び可動プレート５００２の周方向３箇所に均一配置されており、いずれも前述のパラレル機構４０００の周辺駆動機構４０４３と同様の構成である。本実施形態では、いずれの周辺駆動機構５０４１〜５０４３の下ジョイント５４１４〜５４３４も、１自由度回転対偶で構成されている。周辺駆動機構５０４１〜５０４３のその他の構成については説明を省略する。

中心駆動機構５００５は、固定プレート５００１に設置された３つの旋回アクチュエータ５０５０と、各旋回アクチュエータ５０５０の駆動力をエンドエフェクタ５００３に伝達するための３つの伝達バー５０５１と、３つの上部中心ジョイント５０５２及び下部中心ジョイント５０５３と、可動プレート５００２の周方向３箇所に均一配置された３つの第１ベアリング５０５５と、３つの第２回転軸５０５４とを有している。

中心駆動機構５００５の伝達バー５０５１は、前述したパラレル機構４０００の伝達バー４０５１と同様の構造であり、周辺駆動機構５０４３の上アーム５４３１の内部に挿通され、屈曲部５４３５に設けられた傘歯車５２０１，５２０３を介して旋回アクチュエータ５０５０の駆動力を第２回転軸５０５４に伝達することが可能となっている。図示は省略するが、他の２つの周辺駆動機構５０４１，５０４２においても同様に伝達バー５０５１が上アーム５４１１，５４２１の内部に挿通された構造となっている。

上記構成により、３つの回転アクチュエータ５４１０〜５４３０を制御することによって並進３自由度で一意的に可動プレート５００２を駆動することができる。一方、エンドエフェクタ５００３は、手首機構５１００によって、可動プレート５００２に対し３自由度で駆動される。この手首機構５１００の詳細構造について図１６を用いて説明する。

図１６に示すように、手首機構５１００は、第１手首部材５０１０と、第２手首部材５０１１と、エンドエフェクタ５００３をＦ軸回りに回動させる治具支持部５０１３とを有する。手首部材５０１０，５０１１は、各々相対回転することによって、手首機構５１００をＤ軸回りに回転させたり、Ｅ軸回りに曲げることが可能である。第１手首部材５０１０、第２手首部材５０１１、及び治具支持部５０１３は、３つの旋回アクチュエータ５０５０により駆動される。３つの旋回アクチュエータ５０５０の回転駆動力は、各周辺駆動機構５０４１〜５０４３に対応して設けられた３つの伝達バー５０５１及び第２回転軸５０５４を介して、第１手首部材５０１０、第２手首部材５０１１、及び治具支持部５０１３に伝達される。

前述したように、３つの第２回転軸５０５４は可動プレート５００２に設けられた第１ベアリング５０５５に保持されており、各第２回転軸５０５４の下端部にはギア５０３６〜５０３８が設けられている。また、可動プレート５００２の下面には支持部材５０４１が設けられており、この支持部材５０４１の内側には軸受５０５１を介して円筒軸５０５２がＤ軸回りに回転可能に支持されている。円筒軸５０５２の上端に設けられたギア５０５３は、第２回転軸５０５４のギア５０３６と噛合している。また、円筒軸５０５２の下端にはフランジ５０５４が設けられている。さらに、円筒軸５０５２の内側には、軸受５０５５が嵌合されており、この軸受５０５５の内周側には円筒軸５０５６がＤ軸回りに回転可能に支持されている。この円筒軸５０５６の上端にはギア５０５７が設けられており、このギア５０５７には第２回転軸５０５４のギア５０３７が噛合している。

また、円筒軸５０５６の下端には、ベベルギア５０５８が設けられている。そして、円筒軸５０５６の内側には軸受５０５９が嵌合されており、この軸受５０５９の内周側には円筒軸５０６０がＤ軸回りに回転可能に支持されている。円筒軸５０６０の上端にはギア５０６１が設けられており、このギア５０６１には第２回転軸５０５４のギア５０３８が噛合している。また円筒軸５０６０の下端には、ベベルギア５０６２が設けられている。さらに、円筒軸５０６０の内側には中空部材５０６３が挿通されており、この中空部材５０６３の上端は可動プレート５００２の下面に固着されている。また、中空部材５０６３の下端にはベベルギア５０４６が設けられている。

円筒軸５０５２のフランジ５０５４には、第１手首部材５０１０のケース５０６４が取り付けられている。このケース５０６４は、内側の軸受５０６５を介して円筒軸５０６６をＥ軸回りに回動可能に支持している。円筒軸５０６６の上端には、ベベルギア５０５８と噛合するベベルギア５０６７が設けられている。また、円筒軸５０６６の下端には、フランジ５０６８が設けられている。さらに、円筒軸５０６６の内側には軸受５０６９が嵌合されており、この軸受５０６９の内周側には円筒軸５０７０がＥ軸回りに回転可能に支持されている。また、円筒軸５０７０の上端には、ベベルギア５０６２と噛合するベベルギア５０７１が設けられている。さらに、円筒軸５０７０の下端には、ベベルギア５０７２が設けられている。そして、円筒軸５０７０の内側には軸受５０７３が嵌合されている。この軸受５０７３の内周側には中空部材５０７４がＥ軸回りに回転可能に支持されている。

中空部材５０７４の上端には、中空部材５０６３のベベルギア５０４６と噛合するベベルギア５０７５が設けられている。さらに、中空部材５０７４の下端には、ベベルギア５０７６が設けられている。また、円筒軸５０６６のフランジ５０６８には、第２手首部材５０１１のケース５０７７が取り付けられている。このケース５０７７は、内側の軸受５０７８を介して治具支持部５０１３をＦ軸回りに回転可能に支持している。さらに、治具支持部５０１３の上端には、ベベルギア５０７２に噛合するベベルギア５０８０が設けられている。また、治具支持部５０１３の下端には、フランジ５０８１が設けられている。このフランジ５０８１にエンドエフェクタ５００３が取り付けられている。

治具支持部５０１３の内側には軸受５０８２が嵌合されている。この軸受５０８２の内周側には中空部材５０８３がＦ軸回りに回転可能に支持されている。この中空部材５０８３の上端には、ベベルギア５０７６に噛合するベベルギア５０８４が設けられている。以上のような構成により、手首機構５１００は、エンドエフェクタ５００３をＤ軸回りの回転１自由度、Ｅ軸回りの回転１自由度、及びＦ軸回りの回転１自由度を含む３自由度で駆動させる。

以上のパラレル機構５０００によれば、３つの回転アクチュエータ５４１０〜５４３０を制御することによって並進３自由度で一意的に可動プレート５００２を駆動することができる。一方、エンドエフェクタ５００３は、上述したように可動プレート５００２に対し３自由度で駆動される。従って、３つの回転アクチュエータ５４１０〜５４３０と３つの旋回アクチュエータ５０５０を制御することによって６自由度で一意的にエンドエフェクタ５００３を駆動することができる。このように、本実施形態のパラレル機構５０００を用いることによって、平行リンクに長手方向のねじりトルクを発生させることがなく可動プレート５００２を完全にパラレルで駆動することができるので、高速化と高精度化を共に達成させることができる６自由度駆動のパラレル機構を実現することができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記各実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１固定プレート
２可動プレート
３１，３２，３３，３４回転アクチュエータ
４１，４２，４３，４４周辺駆動機構
１００，１００Ａ〜１００Ｄパラレル機構
４１１，４２１，４３１，４４１上アーム
４１２，４２２，４３２，４４２下アーム
４１３，４２３，４３３，４４３上ジョイント
４１４，４２４，４３４，４４４下ジョイント
５１中心ロッド（バー）
５２上部中心ジョイント（球面ジョイント、ユニバーサルジョイント）
５３下部中心ジョイント（球面ジョイント、ユニバーサルジョイント）
１０００，１０００Ａ〜１０００Ｅパラレル機構
１００１固定プレート
１００２可動プレート
１００３エンドエフェクタ
１００５中心駆動機構
１０４１，１０４２，１０４３，１０４４周辺駆動機構
１０５０旋回アクチュエータ
１０５１直動アクチュエータ
１０５２上部中心ジョイント
１０５３下部中心ジョイント
１０５４ベアリング
１４１０，１４２０，１４３０，１４４０回転アクチュエータ
１４１１，１４２１，１４３１，１４４１上アーム
１４１２，１４２２，１４３２，１４４２下アーム
１４１３，１４２３，１４３３，１４４３上ジョイント
１４１４，１４２４，１４３４，１４４４下ジョイント
２０００パラレル機構
２００１固定プレート
２００２可動プレート
２００３エンドエフェクタ
２００５中心駆動機構
２０４１，２０４２，２０４３，２０４４周辺駆動機構
２０５０旋回アクチュエータ
２０５２上部中心ジョイント
２０５３下部中心ジョイント
２４１０，２４２０，２４３０，２４４０回転アクチュエータ
２４１１，２４２１，２４３１，２４４１上アーム
２４１２，２４２２，２４３２，２４４２下アーム
２４１３，２４２３，２４３３，２４４３上ジョイント
２４１４，２４２４，２４３４，２４４４下ジョイント
３０００パラレル機構
３００１固定プレート
３００２可動プレート
３００３エンドエフェクタ
３００５中心駆動機構
３０４１，３０４２，３０４３，３０４４周辺駆動機構
３０５０Ａ，３０５０Ｂ旋回アクチュエータ
３０５２Ａ，３０５２Ｂ上部中心ジョイント
３０５３Ａ，３０５３Ｂ下部中心ジョイント
３４１０，３４２０，３４３０，３４４０回転アクチュエータ
３４１１，３４２１，３４３１，３４４１上アーム
３４１２，３４２２，３４３２，３４４２下アーム
３４１３，３４２３，３４３３，３４４３上ジョイント
３４１４，３４２４，３４３４，３４４４下ジョイント
４０００パラレル機構
４００１固定プレート
４００２可動プレート
４００５中心駆動機構
４０４１，４０４２，４０４３，４０４４周辺駆動機構
４０５０旋回アクチュエータ
４０５２上部中心ジョイント
４０５３下部中心ジョイント
４４１０，４４２０，４４３０，４４４０回転アクチュエータ
４４１１，４４２１，４４３１，４４４１上アーム
４４１２，４４２２，４４３２，４４４２下アーム
４４１３，４４２３，４４３３，４４４３上ジョイント
４４１４，４４２４，４４３４，４４４４下ジョイント

Claims

固定プレートと、４つの回転アクチュエータと、４つの周辺駆動機構と、可動プレートと、を備え、４つの前記回転アクチュエータが４つの前記周辺駆動機構を介して前記可動プレートを駆動するパラレル機構において、
４つの前記回転アクチュエータは、隣接する２つの前記回転アクチュエータの回転軸が直交し、対向する２つの前記回転アクチュエータの回転軸が平行となるように前記固定プレートの４方向に設置され、
全ての前記周辺駆動機構は、上アームと、下アームと、前記上アームと前記下アームとを連結する上ジョイントと、前記下アームと前記可動プレートとを連結する下ジョイントとを有し、
全ての前記上アームは、対応する前記回転アクチュエータの回転子と一体化された１つのバーで構成され、
前記可動プレートは、前記可動プレートの面方向に沿った軸回りの回転１自由度を含む少なくとも４自由度で駆動される
ことを特徴とするパラレル機構。
前記可動プレートは、前記可動プレートの面方向に沿ったＸ軸回りの回転１自由度、及び、前記可動プレートの面方向に沿い前記Ｘ軸に直交するＹ軸回りの回転１自由度のうち、いずれか一方を含む４自由度で駆動される
ことを特徴とする請求項１記載のパラレル機構。
すべての前記下アームは、平行リンクで構成され、
すべての前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、
４つの前記下ジョイントのうち、対向する２つの前記下ジョイントは、共に回転対偶で構成されてそれぞれ対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、
残りの２つの前記下ジョイントは、共に２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、それぞれ前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置される
ことを特徴とする請求項２記載のパラレル機構。
前記残りの２つの下ジョイントのうち、いずれか１つ以上を球面ジョイントとする
ことを特徴とする請求項３記載のパラレル機構。
４つの前記周辺駆動機構のうち、対向する２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの下アームは平行リンクで構成され、それぞれの前記上ジョイントと前記下ジョイントとは共に回転対偶で構成されて対偶軸が対応する回転アクチュエータの回転軸、連結する平行リンクの節に平行するように設置され、
残りの２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの下アームは１つのバーで構成され、それぞれの前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項２記載のパラレル機構。
前記可動プレートは、前記可動プレートの面方向に沿ったＸ軸回りの回転１自由度、及び、前記可動プレートの面方向に沿い前記Ｘ軸に直交するＹ軸回りの回転１自由度の両方を含む４自由度で駆動される
ことを特徴とする請求項１記載のパラレル機構。
前記固定プレートの中心と前記可動プレートの中心とが、２つの球面ジョイントと１つのバーとで連結され、
すべての前記下アームは、平行リンクで構成され、
すべての前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、
すべての前記下ジョイントは、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、対向する２つの前記下ジョイントの前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置される
ことを特徴とする請求項６記載のパラレル機構。
前記全ての下ジョイントのうち、３つ以下を球面ジョイントとする
ことを特徴とする請求項７記載のパラレル機構。
前記固定プレートの中心と前記可動プレートの中心とが、２つの球面ジョイントと１つのバーとで連結され、
４つの前記周辺駆動機構のうち、対向する２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは平行リンクで構成され、それぞれの前記上ジョイントは回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節に平行するように設置され、それぞれの前記下ジョイントは２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、対向する２つの前記周辺駆動機構の前記下ジョイントの可動プレート側の対偶軸が隣接する回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置され、
残りの２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは１つのバーで構成され、それぞれの前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項６記載のパラレル機構。
前記固定プレートの中心と前記可動プレートの中心とが、２つのユニバーサルジョイントと１つのバーとで連結され、
すべての前記下アームは、１つのバーで構成され、
すべての前記周辺駆動機構において、前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項６記載のパラレル機構。
前記可動プレートは、前記可動プレートの面方向に沿ったＸ軸回りの回転１自由度、及び、前記可動プレートの面方向に沿い前記Ｘ軸に直交するＹ軸回りの回転１自由度の両方を含む５自由度で駆動される
ことを特徴とする請求項１記載のパラレル機構。
前記可動プレートに設けられたエンドエフェクタと、中心駆動機構と、をさらに備え、
前記中心駆動機構は、前記固定プレートの中心に設置された旋回アクチュエータと、直動アクチュエータと、前記直動アクチュエータの上端を前記旋回アクチュエータの可動子に連結する上部中心ジョイントと、前記直動アクチュエータの下端と前記エンドエフェクタとを連結する下部中心ジョイントと、前記可動プレートの中心に設置されて前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の両方に直交するＺ軸回りに１自由度で回転できるように前記エンドエフェクタを拘束するベアリングと、で構成され、
前記エンドエフェクタは、４つの前記回転アクチュエータと前記旋回アクチュエータ及び前記直動アクチュエータの駆動によって、６自由度で駆動される
ことを特徴とする請求項１１記載のパラレル機構。
すべての前記下アームは、平行リンクで構成され、
すべての前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、
すべての前記下ジョイントは、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、対向する２つの前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、共に２自由度回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１２記載のパラレル機構。
４つの前記周辺駆動機構のうち、対向する２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは平行リンクで構成され、それぞれの前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、それぞれの前記下ジョイントは、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、２つの前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置され、
残りの２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは１つのバーで構成され、それぞれの前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、共に２自由度回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１２に記載のパラレル機構。
すべての前記下アームは、１つのバーで構成され、
すべての前記周辺駆動機構において、前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、共に２自由度回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１２記載のパラレル機構。
前記可動プレートに設けられたエンドエフェクタと、中心駆動機構と、をさらに備え、
前記中心駆動機構は、直動アクチュエータと、前記直動アクチュエータの上端を前記固定プレートの中心に連結する上部中心ジョイントと、前記直動アクチュエータの下端を前記可動プレートの中心に連結する下部中心ジョイントと、固定子が前記可動プレートの下面に設置され可動子が前記エンドエフェクタと連結する旋回アクチュエータと、で構成され、
前記エンドエフェクタは、４つの前記回転アクチュエータと前記旋回アクチュエータ及び前記直動アクチュエータの駆動によって、６自由度で駆動される
ことを特徴とする請求項１１記載のパラレル機構。
すべての前記下アームは、平行リンクで構成され、
すべての前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、
すべての前記下ジョイントは、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、対向する２つの前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１６に記載のパラレル機構。
４つの前記周辺駆動機構のうち、対向する２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは平行リンクで構成され、それぞれの前記上ジョイントは、回転対偶で構成されて対偶軸が対応する前記回転アクチュエータの回転軸及び連結する前記平行リンクの節と平行するように設置され、それぞれの前記下ジョイントは、２つの対偶軸が互いに直交する２自由度回転対偶で構成され、前記平行リンク側の対偶軸が連結する前記平行リンクの節と平行し、２つの前記可動プレート側の対偶軸が隣接する前記回転アクチュエータの回転軸に平行する同一直線上にあるように設置され、
残りの２つの前記周辺駆動機構においては、それぞれの前記下アームは１つのバーで構成され、それぞれの前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１６に記載のパラレル機構。
すべての前記下アームは、１つのバーで構成され、
すべての前記周辺駆動機構において、前記上ジョイントと前記下ジョイントとは、少なくとも１つの球面ジョイントを含む２自由度以上の回転対偶で構成され、
前記上部中心ジョイントと前記下部中心ジョイントとは、共に２自由度回転対偶で構成される
ことを特徴とする請求項１６に記載のパラレル機構。