(57)【要約】空間において対象物を操作するためのパラレル機構１０を提供する。パラレル機構１０は、操作しようとする対象物を支持するための端部プラットフォーム１２と、端部プラットフォーム１２から離隔して配置され、連結要素によって端部プラットフォーム１２に連結された中間プラットフォーム２２とを含む。複数の第１リンク１４が端部プラットフォーム１２に連結され、複数の第２リンク１４が中間プラットフォーム２２に連結されている。第１および第２リンク１４の端部２８を並進させて、端部プラットフォーム１２および中間プラットフォーム２２を移動させるために、リニアモータ１６が各第１リンク１４および各第２リンク１４に関連づけられている。
2005536703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間において対象物を操作するためのパラレル機構であって、
操作しようとする対象物を支持するための端部プラットフォームと、
前記端部プラットフォームから離隔して配置され、連結要素によって前記端部プラットフォームに連結された中間プラットフォームと、
各々が第１回転可能継ぎ手によって前記端部プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第１リンクと、
各々が第２回転可能継ぎ手によって中間プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第２リンクと、
前記第１および第２リンクの端部を並進させて、前記端部および中間プラットフォームを移動させるための、各第１リンクおよび各第２リンクに関連づけられている線形アクチュエータとを備え、
前記第１および第２継ぎ手の各々が回転中心を有し、前記第１継ぎ手のそれぞれの前記回転中心は、第１軸の周りに実質的に同じ角度間隔で互いに離隔し、前記第２継ぎ手のそれぞれの前記回転中心は、第２軸の周りに実質的に同じ角度間隔で互いに離隔し、前記第１継ぎ手の前記回転中心は第１平面内にあり、前記第２継ぎ手の前記回転中心は前記第１平面に平行な第２平面内にある、
パラレル機構。
【請求項２】
前記第１リンクの各々と前記第２リンクの各々が実質的に真っ直ぐである、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項３】
前記第１軸と第２軸とが同軸である請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項４】
前記端部プラットフォームによって回転可能に支持された回転可能支持部材をさらに含む、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項５】
前記端部プラットフォームから離隔した前記回転可能支持部材を回転するための、前記回転可能支持部材に駆動式に連結された駆動部材をさらに含む、請求項４に記載のパラレル機構。
【請求項６】
前記駆動部材が前記回転可能支持部材を、前記端部プラットフォームの前記駆動部材に対するさまざまに変化する角度と位置とで回転させることができるように、前記駆動部材が前記回転可能支持部材に連結されている、請求項５に記載のパラレル機構。
【請求項７】
前記線形アクチュエータの各々が、前記第１および第２のリンクの１つにおける、対向する第２端部に連結されている、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項８】
前記線形アクチュエータの各々が支持される基部をさらに含む、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項９】
前記基部が一対の線形アクチュエータを有する複数のポスト要素を含み、一対の線形アクチュエータは各ポスト要素に取り付けられている、請求項８に記載のパラレル機構。
【請求項１０】
前記各ポスト要素に取り付けられた線形アクチュエータの前記対が、第１リンクに関連づけられている１つの線形アクチュエータと、第２リンクに関連づけられている１つの線形アクチュエータとを含む、請求項９に記載のパラレル機構。
【請求項１１】
前記ポストのそれぞれが第３軸の周りに等角度の間隔で離隔している、請求項９に記載のパラレル機構。
【請求項１２】
前記各ポストが前記第３軸の上に中心を置く円の上にある、請求項１１に記載のパラレル機構。
【請求項１３】
前記基部が複数の第３リンクによって支持された移動プラットフォームを含み、各第３リンクは前記移動プラットフォームに連結された第１端部を有し、さらに複数の第２アクチュエータを含み、各アクチュエータは、前記第３リンクの前記第１端部を並進させて前記移動プラットフォームを動かすために前記複数の第３リンクのそれぞれ１つに関連づけられている、請求項８に記載のパラレル機構。
【請求項１４】
前記中間プラットフォームが前記端部プラットフォームよりも比較的小さい、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項１５】
前記複数の第１リンクが３本の第１リンクからなり、前記複数の第２リンクが３本の第２リンクからなる、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項１６】
前記線形アクチュエータの動作を指示するコントローラと交信する触覚インタフェースをさらに含む、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項１７】
前記触覚インタフェースは、操作者から手動入力位置情報を受けとって、前記位置情報に基づく位置信号を前記コントローラに連絡するようになされており、前記コントローラは、前記線形アクチュエータの動作を指示する前に前記位置信号に所定の調整を行うようになされている、請求項１６に記載のパラレル機構。
【請求項１８】
前記第１軸と第２軸とは同軸であり、前記第１軸に対する前記第１継ぎ手の前記回転中心は、前記第２軸に対する前記第２継ぎ手の前記回転中心からある角度だけずれている、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項１９】
前記第１および第２リンクに関連づけられている前記線形アクチュエータがリニアモータを備えている、請求項１に記載のパラレル機構。
【請求項２０】
空間において対象物を操作するためのパラレル機構であって、
操作しようとする対象物を支持するための端部プラットフォームと、
前記第１プラットフォームから離隔して配置され、連結要素によって前記第１プラットフォームに連結された中間プラットフォームと、
各々が前記端部プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第１リンクと、
各々が前記中間プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第２リンクと、
第１アクチュエータのそれぞれ１つが、前記第１および第２リンクの前記端部を並進させて前記端部および前記中間プラットフォームを移動させるための、各第１リンクおよび各第２リンクに関連づけられている、複数の第１アクチュエータと、
前記第１アクチュエータの各々を支持するための基部プラットフォームと、
各々が前記基部プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第３リンクと、
第２アクチュエータのそれぞれ１つが、前記第３リンクの前記端部を並進させて前記基部プラットフォームを移動させるための、前記第３リンクの各々に関連づけられている、複数の第２アクチュエータと
を備えたパラレル機構。
【請求項２１】
前記第１リンクの各々と前記第２リンクの各々が実質的に真っ直ぐである、請求項２０に記載のパラレル機構。
【請求項２２】
前記端部プラットフォームによって回転可能に支持された回転可能支持部材をさらに含む、請求項２０に記載のパラレル機構。
【請求項２３】
前記端部プラットフォームから離隔した前記回転可能支持部材を回転するための、前記回転可能支持部材に駆動式に連結された駆動部材をさらに含む、請求項２２に記載のパラレル機構。
【請求項２４】
前記駆動部材が前記回転可能支持部材を、前記端部プラットフォームの前記駆動部材に対するさまざまに変化する角度と位置とで回転させることができるように、前記駆動部材が前記回転可能支持部材に連結されている、請求項２３に記載のパラレル機構。
【請求項２５】
前記基部プラットフォームによって支持された複数のポスト要素をさらに含み、一対の前記第１アクチュエータは各ポスト要素に取り付けられている、請求項２０に記載のパラレル機構。
【請求項２６】
前記各ポスト要素に取り付けられた第１アクチュエータの前記対が、第１リンクに関連づけられている１つの第１アクチュエータと第２リンクに関連づけられている１つの第１アクチュエータとを含む、請求項２５に記載のパラレル機構。
【請求項２７】
前記ポストのそれぞれが第１軸の周りに等角度の間隔で互いに離隔している、請求項２６に記載のパラレル機構。
【請求項２８】
前記各ポストが前記第１軸の上に中心を置く円の上にある、請求項２７に記載のパラレル機構。
【請求項２９】
前記複数の第１リンクが３本の第１リンクからなり、前記複数の第２リンクが３本の第２リンクからなる、請求項２０に記載のパラレル機構。
【請求項３０】
前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータの動作を指示するコントローラと交信する触覚インタフェースをさらに含む、請求項２０に記載のパラレル機構。
【請求項３１】
前記触覚インタフェースは、操作者から手動入力位置情報を受けとって、前記位置情報に基づく位置信号を前記コントローラに連絡するようになされており、前記コントローラは、前記第１および第２アクチュエータの動作を指示する前に前記位置信号に所定の調整を行うようになされている、請求項３０に記載のパラレル機構。
【請求項３２】
空間において対象物を操作するためのパラレル機構であって、
操作しようとする対象物を支持するための端部プラットフォームと、
前記端部プラットフォームから離隔して配置され、連結要素によって前記端部プラットフォームに連結された中間プラットフォームと、
各々が前記端部プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第１リンクと、
各々が前記中間プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第２リンクと、
前記第１および第２リンクの前記端部を並進させて前記端部および中間プラットフォームを移動させるための、各第１リンクおよび各第２リンクに関連づけられている複数の線形アクチュエータと、
前記端部プラットフォームによって支持され、前記端部プラットフォームに対して固定された回転軸を有する回転可能支持部材と、
前記回転可能支持部材を回転させるための駆動部材と、
を備えたパラレル機構。
【請求項３３】
前記第１リンクの各々と前記第２リンクの各々が実質的に真っ直ぐである、請求項３２に記載のパラレル機構。
【請求項３４】
前記線形アクチュエータの各々が支持される基部をさらに含む、請求項３２に記載のパラレル機構。
【請求項３５】
前記基部が複数のポスト要素を含み、一対の線形アクチュエータが各ポスト要素に取り付けられている、請求項３４に記載のパラレル機構。
【請求項３６】
前記各ポスト要素に取り付けられた線形アクチュエータの前記対が、第１リンクに関連づけられている１つの線形アクチュエータと第２リンクに関連づけられている１つの線形アクチュエータとを含む、請求項３５に記載のパラレル機構。
【請求項３７】
前記ポストのそれぞれが第３軸の周りに等角度の間隔で互いに離隔している、請求項３６に記載のパラレル機構。
【請求項３８】
前記各ポストが前記第３軸の上に中心を置く円の上にある、請求項３７に記載のパラレル機構。
【請求項３９】
前記基部が複数の第３リンクによって支持された移動プラットフォームを含み、各第３リンクは前記移動プラットフォームに連結された第１端部を有し、さらに複数の第２アクチュエータを含み、各アクチュエータは、前記第３リンクの前記第１端部を並進させて前記移動プラットフォームを動かすために前記複数の第３リンクのそれぞれ１つずつに関連づけられている、請求項３４に記載のパラレル機構。
【請求項４０】
前記線形アクチュエータの動作を指示するコントローラと交信する触覚インタフェースをさらに含む、請求項３２に記載のパラレル機構。
【請求項４１】
前記触覚インタフェースは、操作者から手動入力位置情報を受けとって、前記位置情報に基づく位置信号を前記コントローラに連絡するようになされており、前記コントローラは、前記線形アクチュエータの動作を指示する前に前記位置信号に所定の調整を行うようになされている、請求項４０に記載のパラレル機構。
【請求項４２】
前記回転可能支持部材を回転させるための前記駆動部材が、前記端部プラットフォームから離隔しており、前記回転可能支持部材に駆動式に連結されている、請求項３２に記載のパラレル機構。
【請求項４３】
前記駆動部材が前記回転可能支持部材を、前記端部プラットフォームの前記駆動部材に対するさまざまに変化する角度と位置で回転させることができるように、前記駆動部材が前記回転可能支持部材に連結されている、請求項４２に記載のパラレル機構。
【請求項４４】
空間において対象物を操作するためのパラレル機構であって、
操作しようとする対象物を支持するための端部プラットフォームと、
前記端部プラットフォームから離隔して配置され、連結要素によって前記端部プラットフォームに連結された中間プラットフォームと、
各々が前記端部プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第１リンクと、
各々が前記中間プラットフォームに連結された端部を有する、複数の第２リンクと、
前記第１および第２リンクの前記端部を並進させて前記端部および中間プラットフォームを移動させるための、各第１リンクおよび各第２リンクに関連づけられているリニアモータと
を備えたパラレル機構。
【請求項４５】
前記第１リンクの各々と前記第２リンクの各々が実質的に真っ直ぐである、請求項４４に記載のパラレル機構。
【請求項４６】
前記リニアモータの各々が支持される基部をさらに含む、請求項４４に記載のパラレル機構。
【請求項４７】
前記基部が複数のポスト要素を含み、一対のリニアモータが各ポスト要素に取り付けられている、請求項４６に記載のパラレル機構。
【請求項４８】
前記各ポスト要素に取り付けられたリニアモータの対が、第１リンクに関連づけられている１つのリニアモータと第２リンクに関連づけられている１つのリニアモータとを含む、請求項４７に記載のパラレル機構。
【請求項４９】
前記ポストのそれぞれが第３軸の周りに等角度の間隔で互いに離隔している、請求項４８に記載のパラレル機構。
【請求項５０】
前記各ポストが前記第３軸の上に中心を置く円の上にある、請求項４９に記載のパラレル機構。
【請求項５１】
前記線形アクチュエータの動作を指示するコントローラと交信する触覚インタフェースをさらに含む、請求項４４に記載のパラレル機構。
【請求項５２】
前記触覚インタフェースは、操作者から手動入力位置情報を受けとって、前記位置情報に基づく位置信号を前記コントローラに連絡するようになされており、前記コントローラは、前記線形アクチュエータの動作を指示する前に前記位置信号に所定の調整を行うようになｓれている、請求項５１に記載のパラレル機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータに関し、特に多自由度（ＤＯＦ）パラレルマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願は、米国仮特許出願番号６０／３０３１５３の恩典を主張するものである。
ロボット適用またはテレオペレータ適用の分野において使用される多自由度機構の大部分は、いわゆる直列機構である。直列機構とは、複数のリンクが共に連結されて開連鎖を形成し、リンク間に連結されたアクチュエータによって互いに相対的に動かされ、リンクの連鎖の遠端部に支持された対象物を操作するようになっているものである。この形式の機械的機構は、大きな作業空間にアクセスする能力があり、かつ設計と幾何学的解析が簡単であるという利点を有する。順運動学的（ｆｏｒｗａｒｄ  ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）問題は、直列機構に対しては、常に直接解決可能であることがわかっている。順運動学的問題とは、リンクのすべての長さと相接するリンク間の角度とが与えられていることを条件に、工具が取り付けられている機構の遠端部の位置と方向とを解くという課題として定義される。
【０００３】
前述した利点にもかかわらず、直列機構は本質的に多くの欠点を抱えている。その一つとして、直列機構の基部におけるリンクは、機構のそれより遠いすべてのリンクを支えなければならないことがある。この結果、機構の基部において作動される継ぎ手を駆動するためには大きなアクチュエータが必要となる。精確な制御のためには、アクチュエータによって駆動される工具またはその他の対象物のできるだけ近くにアクチュエータを有することが有利である。アクチュエータは一般的に重い電動機であるから、直列機構においては、駆動される対象物の近くにアクチュエータを有することは機械的システムの全体的性能を落とすことになる。例えばロボット手首の場合、設計者は、ロボット手首を駆動するアクチュエータを直接手首関節に置くこと、および、手首用アクチュエータをロボットの基部に向けて置き、手首アクチュエータを手首関節に連結するために複雑な一連のケーブル、ギヤ、またはその他の伝達装置を使用すること、のいずれかを選択しなければならない。前者を選択すると、手首の精確な制御を可能にするが、一方で、基部により近く置かれた肘アクチュエータおよび肩アクチュエータがこれらの手首アクチュエータを支持することを必要とし、この結果、大きな負荷が肘アクチュエータおよび肩アクチュエータにかかる。後者を選択した場合は、肘アクチュエータおよび肩アクチュエータが支えなければならない移動質量を低下させるが、バックラッシ、摩擦、摩耗を含む手首の位置および／または力の制御における誤差の多くの潜在的源泉をもたらすことにもなる。直列機構のその他の問題は、支持構造から離れた機構の位置が、機構の継ぎ手に位置して相接リンク間の角度を測定するエンコーダなどのセンサによって決定されるときに発生する。エンコーダによる測定の誤差は累積するものであり、すなわち、機構の遠端部の測定された位置における誤差は、個々のエンコーダの誤差を合計したものであるから、精確に遠端部の位置を決定することは困難である。エンコーダがない場合でも、遠端部の位置の計算は、直列機構を形成するリンクの曲がりによって不正確になる可能性がある。これらの問題はロボット手首のみにおけるものではなく、一般に直列機構において発生する。
【０００４】
その他さまざまな多自由度機構がパラレル（並列）「機構（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と呼ばれている。パラレル機構では、複数のアクチュエータが工具またはその他の対象物を、一般的には複数の剛性のリンクまたは継ぎ手を介して「パラレル」的に駆動する。この観念におけるパラレルという用語は、各リンクが機構によって支持されている負荷を共用することを意味し、これはリンクが幾何学的に平行であること、またはそうであることを意味することを必要としない。パラレル機構は、直列機構よりも本質的に剛性、迅速で、より精確であり、より高い負荷を支えることができる。これは、パラレル機構が、基礎支持構造と支持される目的物との間に複数の機械的継筋（ｔｉｅ）を有するので、対象物の重量は複数の部材の間で分割されるが、直列機構では各リンクが対象物の全重量を支持しなければならないからである。パラレル機構は一般的に、基礎支持構造の上またはこれに比較的接近して取り付けられたそのアクチュエータのすべてを有しているので、これらのアクチュエータは機構の操作中に移動しないか、またはほとんど移動しない。これは機構の移動質量を最小限に抑え、機構を等価の直列機構よりもはるかに迅速なものにする。さらにまた、この機構によって支えられる負荷全体は直列機構におけるように各アクチュエータに加えられず、各アクチュエータの間で分配されるので、機構の負荷容量を、大容量の（したがってかさばって重い）アクチュエータを必要とすることなく、直列機構の容量に較べて大幅に増加することができる。さらに、エンコーダまたはパラレル機構を形成するリンクの位置と方向付けを検知するためのセンサにおける誤差は、直列機構におけるように加算されるものではなく平均化されるので、負荷の位置と方向付けを高い精度で決定することができる。パラレル機構は、負荷が単一経路によるのではなく地面への複数経路によって支持されている、トラス構造または立体骨組構造に類似している。直列に連結されたアクチュエータを持たない場合には、機構は完全にパラレルであると考えられる。
【０００５】
このような利点があるにもかかわらず、パラレル機構は、多くの欠点があるためにロボット式または遠隔操作式装置としての広範な容認を得ていない。欠点の１つとして、従来のパラレル機構は直列機構と比較して到達可能な作業空間が限られているので、これらは大きな作業空間を必要としない仕事に限定される。この原因は一部では、パラレル機構が１つの固定支持構造に対して複数の機械的継筋を有するのに、直列機構はただ１つしか有していないこと、また一部では、パラレル機構のパラレルリンクがある位置では互いに干渉し合う可能性があることである。さらに、パラレル機構に関する順運動学的問題は数学的に極めて複雑になる可能性があり、多くの場合これは解明不可能であり、パラレル機構のリアルタイム制御を困難または不可能にする。
【０００６】
上記の問題のほかに、従来の設計によるパラレル機構と直列機構は両方とも、構成要素におけるバックラッシ、比較的高い摩擦、狭い運用帯域幅、および高い位置分解能と高度に敏感な力の制御を達成困難にする高い慣性を蒙る傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、６自由度またはそれ以上の自由度で動作でき、周知のパラレルマニピュレータが有する欠点の多くを克服することができるロボット適用またはテレオペレータ（マスタ／スレーブ）適用のための、パラレルマニピュレータまたはパラレル機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるパラレルマニピュレータは大きな機械的帯域幅、小さな慣性、高い器用さ、および小さな抵抗を有することができ、これらのすべてが結合することによってパラレルマニピュレータは、従来の直列およびパラレル機構では達成できない高度の位置および力の制御によって動作することができる。
【０００９】
本発明によるパラレルマニピュレータは、対象物が１自由度またはそれ以上の自由度で空間を操作される必要があるどの適用においても使用可能である。さまざまな分野における可能な適用のいくつかの例を以下に説明する。
【００１０】
産業上の適用
本発明によるパラレル機構を、組み立てようとする部品、加工しようとする被加工物、製作工具（切削工具、溶接工具、センサ、塗装具など）、および画像を形成するため、またはマニピュレータが位置する作業環境に関する情報を集めるためのセンサ（カメラ、距離センサ、移動センサ、温度センサなど）を含む、産業上の適用においてあらゆる所望の装置を操作するための汎用マニピュレータまたはロボットアームとして使用することができる。マニピュレータが回転工具プレートを装備すると、工具プレートを、穴あけ、ねじ締め、固着、フライス加工、ばり取り、および締付けを含むさまざまな目的のために、被加工物または工具を回転させるために使用することができる。マニピュレータを小型化することも、また望みに応じて大型化することも可能であるから、これを重工業から超小型組立てまたは超小型切削までにわたる適用分野で使用することができる。
【００１１】
医療上の適用
本発明によるマニピュレータの端部プラットフォームを、診断装置または手術用器具などの医療装置を支えるために使用することができる。リンクおよび端部プラットフォームは極めて小さくすることができるので、マニピュレータを大きな手術用開口部を通じて行う外科手術、または小さな手術用開口部もしくは身体の孔部を通じて行う腹腔鏡もしくは内視鏡下手術のいずれにも使用することができる。端部プラットフォームは高い精度と器用さで操作可能であり、かつ使用者に力フィードバックを提供することができるので、パラレルマニピュレータは遠隔制御による手術における使用に特に適している。ミクロン単位の分解能で単部プラットフォームの位置を調節するマニピュレータの能力は、マニピュレータを、精確で微細な動きを必要とする医療適用に、また特に、眼科手術、耳鼻咽喉科手術、神経科手術、マイクロハンドまたは微小整形外科手術を含む顕微鏡を用いて行う微小手術に適したものにする。
【００１２】
支援装置
パラレルマニピュレータは剛性および負荷の位置を力学的に調節するための能力を有しているので、これを汎用支持物として使用することができる。例えば、これをカメラ、測量計器、または望遠鏡を支持するために使用することができる。
【００１３】
制御装置
本発明によるパラレルマニピュレータを、マスタスレーブシステムにおいて６自由度までのマスタ制御装置として使用することができる。端部プラットフォームを負荷の支持に使用するのではなく、端部プラットフォームまたは端部プラットフォームに取り付けられたハンドルを使用者が握ることができ、使用者は端部プラットフォームをジョイスティックのように望みの方式で操作する。端部プラットフォームから遠いリンクの端部の移動、または端部プラットフォームの移動によって生ずるリンクの長さの変化を検知して、マスタの端部プラットフォームの移動を決定することができ、マスタの検知された移動に基づいて、スレーブマニピュレータを制御するための指令を発生させることができる。本発明によるパラレルマニピュレータは、制御されるべきスレーブ装置が本発明による別のパラレルマニピュレータである場合に、マスタ制御装置として特に適している。
【００１４】
構造とメンテナンス
本発明によるパラレルマニピュレータを、機器、材料、または作業者を支えるための従来型のクレーンまたは「チェリーピッカー」に似た方法で使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面の図１〜３を特に参照すると、本発明に従って構成されたパラレルマニピュレータ１０の例証的な実施形態が示されている。図示されたパラレルマニピュレータ１０は、器具、センサ、被加工物、または空間で支持し操作することが望まれる別の部材などの、負荷を支持して操作するために使用することができる端部プラットフォーム１２を含む。マニピュレータ１０はさらに複数のリンク１４を含み、各リンクは、それに関連づけられているアクチュエータ１６を有する。後でさらに詳細に説明するように、アクチュエータ１６の動作を通じて、リンク１４は端部プラットフォーム１２を支持して６自由度またはそれ以上の自由度で動かすことができる。
【００１６】
図示された実施形態では、端部プラットフォーム１２は一般に皿形であるが、多角形または多角形と湾曲形状の組合せなどの、端部プラットフォーム１２が支持することを必要とする機器、または端部プラットフォーム１２が操作されるべき空間の形状に適したいかなる形状を有することもできる。同様に、図示された端部プラットフォーム１２は実質的に平らな上表面を有するが、これは凸状、凹状、段付き、またはそれ以外の平坦形状から外れたものであってもよい。当業者には理解されるであろうが、端部プラットフォーム１２を、実施されるべき課題に応じて、さまざまな工具、センサ、またはその他の対象物を支持するために使用することができ、その形状またはその他の構造的特徴は、支持されるべき対象物の性質に応じて選択することができる。
【００１７】
本発明のマニピュレータ１０は、端部プラットフォーム１２を操作する場合に望まれる自由度の数に応じてさまざまな個数のリンク１４を有することができる。一般的には、図示された実施形態におけるように、マニピュレータ１０は、端部プラットフォーム１２を６自由度で制御することができるように６本のリンク１４を有するが、より低い自由度を望む場合には、より少ない数のリンクを有してもよい。多数のリンクを有することは一般的に制御の複雑さを増し、リンクが互いに妨げ合う前にプラットフォーム１２の移動の範囲を減らす可能性があるが、７本以上のリンクを有することは可能である。構造と制御を簡単にするために、リンク１４は一般に互いに同じ長さを有するが、リンク間で長さを変えることも可能である。
【００１８】
リンク１４は、これらのいくつかまたはすべては引張り負荷を支持するだけの可撓性ケーブルなどの引張材でもよいが、一般的に圧縮負荷を伝達することができる剛性部材である。図１〜３に示すマニピュレータ１０では、リンク１４は受動リンクと呼ばれる形式のもので、これは、マニピュレータ動作中は（応力および温度による長さの変化を無視して）リンク１４の長さが通常は一定のままであることを意味する。端部プラットフォーム１２の移動は、リンクの長さの変化によるのではなく、リンク１４の両端の並進運動によって達成される。しかしながら、受動リンクは長さの変化ができないという必要はなく、調節ねじ、またはリンクの長さを調節できるようにするその他の機構を含むこともできる。リンク１４はまた、緩衝器または振動を減らすその他の減衰装置を組み込んでもよい。
【００１９】
理解されるように、図示された実施形態の受動リンク１４を、能動リンクと呼ばれるものと取り替えることができ、各能動リンクはこれに関連づけられているアクチュエータを有し、アクチュエータによってリンクの長さを調節して、端部プラットフォーム１２の位置を調節することができる。さらに、本発明によるパラレルマニピュレータは能動リンクのみまたは受動リンクのみを有することに限定されず、２形式のリンクを単一のマニピュレータに採用することができる。さらにまた、能動リンクは移動可能に支持された下端部を有することもでき、この場合、これは能動リンクと受動リンクとのハイブリッドとして機能することができる。
【００２０】
しかしながら、受動リンクはしばしば能動リンクをしのぐ多くの利点を有する。例えば、受動リンクは一般に能動リンクよりも直径を小さくすることができるので、相接するリンク間の干渉が起る前に、より大きな範囲の移動が可能である。これに加えて、受動リンクは小型化が容易で、能動リンクよりも容易に高い剛性を有するように設計することができる。能動リンクを凌駕する受動リンクの特に重要な１つの利点は、受動リンクを有するパラレルマニピュレータの移動質量が、能動リンクを有する同じ寸法のパラレルマニピュレータよりもはるかに小さくなり得ることである。この結果、全体としてのパラレルマニピュレータの慣性ははるかに低くなり、移動方向をより迅速に変化することができる。より低い慣性は安全性を増加し、力と位置のより精確な制御を可能にし、結果的により高い機械的帯域幅が得られる。
【００２１】
外科手術、高精度切削、または微小製造部品組立てなどの高精度操作のためにマニピュレータを使用しようとする場合には、リンク１４は、マニピュレータに高い共振振動数と高い機械的帯域幅を与えるためにできるだけ剛性であることが好ましい。同時に、リンク１４は、マニピュレータに非常に低い慣性を与えるためにできるだけ軽いことが好ましい。したがって、このような適用のためには、密度に対する剛性が高い材料が、リンク１４の形成に使用するために特に適している。このような材料の一例はＡｌＢｅＭｅｔであり、これはアルミニウムとベリリウムの粉末を含む粉末金属材料の商標である。ＡｌＢｅＭｅｔは、オハイオ州ＥｌｍｏｒｅのＢｒｕｓｈ  Ｗｅｌｌｍａｎ社から入手できる。密度に対する剛性が高いことがリンク１４のために望ましい場合に適する材料の他の例は、炭素繊維合成物、マグネシウム合金、およびアルミニウム合金である。しかし、リンク１４は決してこれらの材料で形成されることに限定されず、特定の適用に望まれる物理的性質に基づいて選択することができる。
【００２２】
リンク１４を、それに関連づけられているアクチュエータ１６を介して移動させることによって、端部プラットフォーム１２の位置および／または方向付けを望みに応じて変えることができる。アクチュエータ１６は、アクチュエータ間の間隔を維持する基部１８の上に支持されている。簡単にするために、図示された実施形態では、各アクチュエータ１６は共通軸に平行な直線経路に沿って作用する。しかしながら、アクチュエータ１６の移動経路は互いに平行である必要はない。そうではなく、アクチュエータ１６は、リンク上端部の望みの移動を生じさせるいずれかの方向に、リンク１４の下端部に対して作用することができる。図示された実施形態では、線形ベアリングトラックに沿って作用する線形アクチュエータ１６またはモータが使用される。
【００２３】
代替案として、回転運動を直線運動に変換するための（ボールベアリングねじまたはラックおよびピニオンなどの）運動変換機構に連結されたロータリモータ、および液圧または空気圧シリンダなどの、別の形式の線形アクチュエータ１６を使用することができる。非線形アクチュエータも使用することができよう。さまざまな形式のアクチュエータの中で、線形電動機（リニアモータ）は、特に端部プラットフォームの精密な制御が望まれる適用に特に適している。特に、線形電動機は、マニピュレータを高度の精密さで制御できるようにする線形出力を作り出す。線形電動機はまた長い範囲の動きと非常に低い摩擦を有する。本発明において使用するために適した例示的な線形アクチュエータの利点、構造、および作動に関する追加の詳細内容は、本出願人に譲渡された米国特許第６３３０８３７号に開示されている。
【００２４】
上に指摘したように、図示された実施形態では、マニピュレータ１０は、６本のリンク１４を通じて６個のアクチュエータ１６によって駆動される６自由度の端部プラットフォーム１２から構成されている。下に説明するように、マニピュレータ１０は、端部プラットフォーム１２に平行な平面において回転可能な工具プレート３０（図１を参照）を駆動する第７のロータリアクチュエータまたはロータリモータ（例えば図２、３を参照）を含む。例えば回転可能な工具プレート３０を備えた端部プラットフォームと共に移動する第７工具ロール軸は、多くの工業的組立ておよび製造課題を容易にするので望ましい。マニピュレータは工具ロール軸を含むので、端部プラットフォーム１２は実際には５自由度で位置付けられることを必要とするだけである。第６の自由度は、さらにもう１つの望ましい方向付けにプラットフォーム１２を回転させることによる極端なマニピュレータ位置における隣接リンクまたは継ぎ手間の接触を避けるために、なお有用である。
【００２５】
線形アクチュエータが配置可能である一つの方法は、各線形アクチュエータが機械の中心軸の周りに６０度ずつ離隔された均一対称配置にある。これは、６自由度すべてにおける一様な力の出力を助長するのに有用である。それからリンクを、リンクの対が互いに交差するように配置することができる。リンクが互いに隣り合って通るように、各リンクを曲げなければならないこともある。リンクの交差はプラットフォームの能力を向上させ、マニピュレータの縦軸の周りにトルクを発生させる。しかし、マニピュレータはすでに第７工具ロール軸を含むので、リンクの交差は作業空間全体を制限する不必要な複雑化の要因である。さらに、湾曲したリンクは、負荷を加えられた条件下では同じ重量の直線リンクよりもさらに可撓性になりやすい。
【００２６】
したがって、本発明の重要な態様によれば、リンク１４は、器用さを強化し、負荷の下における精度を向上させ、リンク妨害の傾向を減らすマニピュレータを提供しながら、交差リンク配置を使用するマニピュレータと比較して作業空間の容積可能性を拡張させるように配置される。この目的のために、リンク１４は、リンクを交差させるかまたは湾曲リンクを使用する必要性を排除するために、マニピュレータ１０の縦軸に沿って空間的に離される。具体的には、図示されたマニピュレータ１０において使用される６本のリンク１４は、３本のリンク１４が１２０度の間隔で離隔した端部プラットフォーム１２に連結されるように配置される。他の３本のリンク１４は、この場合は端部プラットフォーム１２に平行でかつある距離だけ下に離隔した中間プラットフォーム２２に連結されている。この第２セットのリンク１４も１２０度の間隔で離隔している。このリンク配置１４は６自由度を有するマニピュレータ１０を提供するが、５自由度のみで力を提供するように最適化される。空間的に離れた直線リンク１４は、マニピュレータ１０を所定の質量においてより堅固なものにすることができ、多くの作業空間領域におけるリンクおよび継ぎ手のための衝突回避計算を行う必要性を減らす。
【００２７】
理解されるように、図示された実施形態では中間プラットフォーム２２は端部プラットフォーム１２よりも小さいが、このような寸法関係は不必要である。さらにまた、中間プラットフォーム２２の中心は、図示された実施形態におけるように端部プラットフォーム１２の中心の真下にある必要はない。マニピュレータ１０も、中間プラットフォーム２２と端部プラットフォーム１２との間の距離が可変であるようにすることができる。
【００２８】
マニピュレータ１０の基部１８は、この例では、基礎面に直角な方向に端部プラットフォーム１２に向かって上方に突き出る３本のポスト２４を含む。これら３本のポスト２４は、マニピュレータ１０の縦軸に中心を置く円の周辺に１２０度の間隔で方向付けられている。しかしながら、ポスト２４は単に対称の理由でこのように配置されており、この配置は本発明の必要な部分ではない。この場合、線形アクチュエータ１６は対で配置されており、２つの線形アクチエータ１６が各ポスト２４に取り付けられている。線形アクチュエータ１６の各対の中で、１つの線形アクチュエータ１６は直線リンク１４を介して端部プラットフォーム１２に取り付けられ、他の線形アクチュエータ１６は直線リンク１４を介して中間プラットフォーム２２に取り付けられている。線形アクチュエータ１６は、機械的およびアクセス可能性の理由で対としてグループ化され、これらの配置は設計の他のどのような任意のパラメータとも関係しない。
【００２９】
各リンク１４の端部は継ぎ手を備え、これらの継ぎ手は、マニピュレータの動作中にリンクが連結されている部材に対して複数の自由度で各端部が旋回することを可能にする。ユニバーサルジョイント（フックジョイントなど）または球形ジョイント（ボールジョイントおよびソケットジョイントなど）の、さまざまな形式の回転可能な継ぎ手をこの目的に使用することができる。図示された実施形態では、６本のリンク１４の各々は、その下端部２６においてそれぞれの線形アクチュエータ１６に３回転自由度を提供する継ぎ手を介して取り付けられている。図示された実施形態では、アクチュエータポスト２４の物理的寸法を理由に、リンク１４の下端部２６の取付け点は、５〜６０度の間で離れている半径方向ベクトル上で離隔している。リンク１４の上端部２８は、２回転自由度を有する継ぎ手を介して、端部プラットフォーム１２または中間プラットフォーム２２のいずれかに取り付けられている。リンクの上端部２８の取付け点は各プラットフォームの周りに１２０度で離隔しているが、端部プラットフォームと中間プラットフォーム２２の間における角関係の整相は可変である。この例では、最適整相角度は約１６０度である。これは、１つの線形アクチュエータ１６の対からの、任意セットのリンク１４の取付け点間における角度として定義することができる。この対のための半径方向取付けは、互いに約１６０度で放射するベクトルによって定義することになる。最適角度は０〜１８０度であり、器用さとリンク干渉の最適化に関して選択されよう。
【００３０】
ポスト２４は一般に円の上に置かれるが、線形アクチュエータ１６は必ずしも同じ円の上には方向付けられない。具体的には、線形アクチュエータ１６を、最良の作業空間容積と器用さを可能にするポスト２４の中心によって定義された円の接線に、最適の角度で配置することができる。マニピュレータ１０の器用さと作業空間容積を向上するために、各対における線形アクチュエータ１６を互いにずらすことができ、こうして端部プラットフォーム１２に連結された線形アクチュエータ１６は上方にずれて、基部１８から離れる。さらに、中間プラットフォーム２２に連結された線形アクチュエータ１６を、端部プラットフォームに連結されたアクチュエータよりも短いマニピュレータ１０の縦軸からの半径方向距離に配置することもできる。
【００３１】
上述のように、図示された実施形態における端部プラットフォーム１２の上に支えられた工具などのあらゆる所望回転角度を提供するために、端部プラットフォーム１２は回転可能な工具プレート３０を装備し、この工具プレートの上に対象物を取り付けることができ、この工具プレートを端部プラットフォーム１２に対して連続的に回転させることができる。工具ロールプレート３０は端部プラットフォーム１２に回転可能に取り付けられているので、工具ロール軸は移動する端部プラットフォームの方向付けと共に変化する。工具ロールプレート３０は、ねじ孔、ブラケット、またはチャックなどの適当な構造物を装備することもでき、これによって工具またはその他の対象物を工具プレートに確保することができる。さらに、工具ロールプレート３０を端部プラットフォーム１２上のどこにでも位置付けることができ、適当な方法で端部プラットフォーム１２によって回転可能に支持することができる。
【００３２】
工具ロールプレート３０を回転させるために、駆動機構が設けられている。この場合は適当なロータリアクチュエータまたはロータリモータ２０を含む駆動機構を、端部プラットフォーム１２自体の上または基部１８の上に取り付けることができる。図示された実施形態では、工具ロールアクチュエータ２０が基部１８の上に取り付けられ、工具ロールアクチュエータ２０に対する端部プラットフォーム１２のどの方向付けおよび位置においてもモータが駆動トルクを工具プレート３０に伝達できる方法で、工具プレート３０に連結されている。例えば、シャフト３２によって互いに駆動式に連結されている２つのユニバーサルジョイント３４（図１〜３においては上部ジョイントのみを見ることができる）を、工具ロールアクチュエータ２０と工具ロールプレート３０との間に配置することができる。上部ユニバーサルジョイント３４の上部ヨークをシャフトによって工具プレート３０に確保することができるが、下部ユニバーサルジョイントの下部ヨークは、ボールスプライン、または軸方向移動を可能にしながらトルクを伝達するための別の適当な形式の連結部材によって、工具ロールアクチュエータ２０のロータに連結されている。ボールスプラインによって、下部ユニバーサルジョイントは工具ロールアクチュエータ２０に対する軸方向の移動を受けることができ、したがってアクチュエータは工具ロールプレート３０を、基部１８からの工具ロールプレート３０のさまざまに変化する距離で回転させることができる。さらにまた、ユニバーサルジョイントは、基部１８に対する端部プラットフォーム１２のいかなる方向付けにおいても、工具プレート３０が工具ロールアクチュエータ２０によって回転されることを可能にする。図示された実施形態では、工具ロールシャフト３２上の上部ユニバーサルジョイント３４のベアリングと部品は筒形構造の中に収容され、この筒形構造は端部プラットフォーム１２と中間プラットフォーム２２を連結し、工具ロール軸と同軸である。
【００３３】
本発明における使用のために適切な工具ロールプレートと関連づけられている駆動機構との構造と動作に関する追加の詳細は、本出願人に譲渡された米国特許第６３３０８３７号に開示されている。
【００３４】
この構造によれば、リンク１４が、端部プラットフォーム１２に直角な軸の周りに端部プラットフォームを回転させるために必要とされる時間だけが、衝突を回避するための時間である。例えば図示された実施形態では、中間プラットフォーム２２は、リンク１４によって画定されたコーンの内側に位置している。端部プラットフォーム１２のある極度の方向付けにおいては、中間プラットフォーム２２が端部プラットフォームに取り付けられたリンク１４の１つに接触する傾向がある。このような衝突が起りそうなときには、端部プラットフォーム１２を回転させるようにリンク１４を使用することができ、これによって、中間プラットフォーム２２とリンク１４が接触しない位置付けの問題に対する別の解決策を選択することができる。この形式の計算は、図示された実施形態の作業空間のほとんどにおいて３０度以上の端部プラットフォーム傾斜角のためにのみ必要である。
【００３５】
任意の時間に端部プラットフォーム１２の位置を計算するためには、各リンク１４の下端部２６の位置を知ることが望ましい。リンク１４の下端部２６の位置を直接感知することができるが、リンク１４に関連する線形アクチュエータ１６の移動部分などの、リンクに連結された部材の位置を感知することは一般により容易である。線形アクチュエータ１６の位置は、ポテンシオメータ、線形可変差動変圧器、光学エンコーダ、およびホール効果センサを含む、機械的に、磁気的に、光学的に、または別の方法で移動と位置を感知する、さまざまな種類の従来の感知機構によって感知することができる。
【００３６】
２つの直交軸の周りにおけるリンク１４の回転位置を感知するために、リンクの下部ユニバーサルジョイントは２個の回転位置センサを備えることができる。線形アクチュエータ１６用の線形位置センサと同様に、回転位置センサ１６０はどのような構造を有することもでき、どのような物理的原理に基づいても動作することができる。
【００３７】
マニピュレータ１０も、端部プラットフォームの動きを感知された力にしたがって制御することができるように、端部プラットフォーム１２に作用する外力を感知するための１つまたは複数の力センサを備えることができる。力センサをマニピュレータのさまざまな個所に配置することができ、端部プラットフォーム１２は特に適切な位置である。そこではセンサは加えられた力を直接感知することができるからである。例えば、６自由度の力トルクトランスデューサを工具ロールプレート３０の真下の端部プラットフォーム１２上に取り付けることができる。力センサを受動リンク１４の中または上に取り付けることもできる。さらに、個別の線形アクチュエータ１６は、端部プラットフォーム１２に加えられる力とトルクの決定を可能にするように、アクチュエータによって加えられた力とトルクを感知するための力センサを備えることができる。もちろん、力および／またはトルクを測定するためのどのような方法でも使用することができる。
【００３８】
図５に示すように、マニピュレータを自律ロボットとして機能させるために自律的に、または適当な入力装置または触覚インタフェース８２からの入力に基づくいずれかによって、パラレルマニピュレータ１０の線形アクチュエータ１６および工具ロールアクチュエータ２０の動作を制御するコントローラ８０を備えることができる。上記入力装置の例としては、ジョイスティック、キーボード、端部プラットフォーム１２の動きのための指令を記憶するテープメモリまたは他のデータ記憶装置、フットペダル、マウス、デジタイザ、コンピュータグローブ、または音声動作式コントローラが挙げられる。マニピュレータコントローラはまた、さまざまな線形位置センサ、リンクの回転位置センサ、工具ロールプレートの力トルクトランスデューサ、および端部プラットフォームまたは端部プラットフォームが動作する作業空間の画像を形成するためのカメラなどの、マニピュレータのある動作パラメータを感知するための他のセンサから、入力信号を受信することもできる。
【００３９】
入力装置８２からの入力と、位置センサと力／トルクトランスデューサ（単数または複数）からの信号とに基づいて、コントローラ８０は、端部プラットフォーム１２の位置、および望みの方法で端部プラットフォーム１２を移動させるために必要な個別のリンク１４の動きを計算することができ、さもなければ決定することができる。次いで、コントローラ８０は適当な制御信号を提供して、適切な線形アクチュエータ１６または工具ロールアクチュエータ２０を駆動し、端部プラットフォーム１２の所望の移動を達成する。コントローラ８０は、マニピュレータによって実施しようとする課題の要件に応じて、さまざまな方法でマニピュレータ１０を制御することができる。例えば、コントローラは、マニピュレータの位置制御、力制御、または位置制御と力制御の組合せ（ハブリッド位置／力制御）を実施することもできる。これらの制御方法、および本発明において使用が可能なその他の適当な制御方法の例、およびこれらを実施するためのアルゴリズムは、ロボット工学の分野ではよく知られており、出版された文献に詳細に記載されている。
【００４０】
例示的な実施形態では、可動配線の量を制限するためにマニピュレータ１０を、各線形アクチュエータ１６が１つのワイヤまたは筒にのみ対処するように構成することができる。この配置によって、２つの筒を使用して空気力と排気を端部プラットフォーム１２にルーティングすることができる。例えば１本の動力ワイヤ、１本の動力リターンワイヤ、１本の制御ワイヤ、および制御リターンワイヤなどの、わずかに４本のワイヤを端部プラットフォーム１２にルーティングすることができる。次に端部プラットフォーム１２から、動力をリンク１４下の線形アクチュエータ１６の移動キャリッジに配分することができる。この個所に電子装置を設けて、リンク１４における力とエンコーダからの距離を読み取ることができる。この情報を変調レーザ光によって、アクチュエータ１６の移動キャリッジから各アクチュエータキャリッジの下にある基部１８の上の受信機に伝達することができる。もう１つの従来の配線機構を使用して、例えばリンク１４の１つまたは複数とパラレルにまたは工具ロールスプラインシャフト３２の周りに制御／動力配線および空気配管をルーティングすることによって、プラットフォーム１２をマニピュレータ基部１８に連結することもできる。
【００４１】
本発明によるようなパラレルマニピュレータの順運動学を計算する（すなわち、基部に対する端部プラットフォームの位置と方向付けを決定する）方法は、本出願人に譲渡された米国特許第６３３０８３７号に開示されている。順運動学を解明するために本発明で使用することができるアルゴリズムは、当技術分野ではよく知られており、基礎幾何学的原理から容易に導き出される。能動リンクを有するパラレルリンクマニピュレータの順運動学を解明する方法の詳細な検討は、ＳｔｏｕｇｈｔｏｎおよびＡｒａｉによる論文「Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ  ｏｆ  ａ  ６−ＤＯＦ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｌｉｎｋ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ」（６自由度パラレルリンクマニピュレータの順運動学を評価するための最適センサ配置）（ＩＥＥＥ／ＲＳＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｒｏｂｏｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＲＯＳ‘９１の会報、第２巻）に見ることができ、この論文に開示された方法は、能動リンクまたは受動リンクのいずれによっても本発明によって使用することができる。
【００４２】
本発明によるパラレルマニピュレータは、マスタスレーブ遠隔操作システムにおけるマスタデバイスとしての使用に非常に適している。これは操作者に、スレーブデバイスに加えられる力の精確なフィードバックを提供できるからである。スレーブデバイスは、本発明による別のパラレルマニピュレータなどの、どのような所望の機構であってもよい。本発明によるようなパラレルマニピュレータをマスタスレーブ遠隔操作システムにおいて使用できる方法に関する追加の詳細は、本出願人に譲渡された米国特許第６３３０８３７号に開示されている。
【００４３】
代替実施形態では、本発明のパラレルマニピュレータ１０を、図４に示すようにスチュワートプラットフォーム（Ｓｔｅｗａｒｔ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）４０に取り付けることができる。図４に示す実施形態は、より大きなスチュワートプラットフォーム４０の作業空間容積において器用さと精度を向上させることができるハイブリッドシリアル／パラレル装置を提供する。図４に示すように、代表的なスチュワートプラットフォーム４０は、複数のリンク４４、この場合は６本のリンクによって支持された移動プラットフォーム４２を含み、リンクをアクチュエータによって長さを調節して、移動プラットフォーム４２の位置と方向付けを変えることができる。その下端部４６では、リンク４４は３対にグループ分けされた継ぎ手を介して基部５０に連結されている。その上端部４８では、リンク４４をプラットフォーム４２に連結する継ぎ手はやはり３対にグループ分けされている。図示された実施形態では、図１〜３のパラレルマニピュレータ１０は、スチュワートプラットフォーム４０の移動プラットフォーム４２の下表面から吊られている。代替案として、パラレルマニピュレータ１０を移動プラットフォーム４２の上表面の上に配置することができる。さらに、図示された実施形態は地上にあるスチュワートプラットフォーム４０の基部５０を示しているが、基部５０を天井構造から吊るして作業床面を完全に空けることもできることは理解されよう。
【００４４】
この実施形態では、スチュワートプラットフォーム４０は、大きな容積にわたって精確で厳密な位置決めを提供することができ、同時にパラレルマニピュレータ１０は、より小さな作業空間にわたって力のフィードバックとサーボ制御とを組み合わせた精確で厳密な位置決めを提供することができる。パラレルマニピュレータ１０は精確で繊細な移動を作り出し、装置のスチュワートプラットフォーム４０部分は、より大きな作業空間においてパラレルマニピュレータ１０を動き回らせる。こうして、パラレルマニピュレータ１０の精度とその他の能力を、大きな容積において、追加のスチュワートプラットフォーム４０を使用することなくパラレルマニピュレータ１０をスケーリングすることによって可能となるよりも大きな角度が可能な相関結合にわたって、使用することができる。
【００４５】
これにより、ここに述べた公示、特許出願、および特許を含むすべての引用文献は、各引用文献が個別にかつ特定して参照によって組み込まれているとして示され、その全体が本明細書の中に述べられた場合と同じ程度まで、参照によって組み込まれている。
【００４６】
本発明を説明する文脈における（特に特許請求の範囲の文脈における）不定冠詞および定冠詞ならびに類似の指示語の使用は、特に本明細書に指示されないかまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数を網羅するものであると解釈すべきである。本明細書における値の範囲の詳述は、特に指示されていない限り、範囲内にある個々の値の各々を個別に述べるための即時伝達法として使用することを意図しているだけであり、個々の値の各々は、それが個別に本明細書の中で詳述されているかのように本明細書の中に組み込まれている。本明細書の中で説明したすべての方法は、特に本明細書に指示されないかまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、どのような適切な順序によっても実施することができる。本明細書の中にあるいずれかまたはすべて実施例、または例を示すための用語（例えば「例えば」、「のような」）の使用は、本発明をよりよく解明することのみを意図して用いられたものであり、特許請求の範囲において限定されていない限り、本発明の範囲に制限を付けるものではない。本明細書における用語を、あらゆる非請求要素を本発明の実施に必須のものとして示すものと解釈してはならない。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態を、本発明を実施するための発明者達に知られている最良の様式を含めてここに説明した。もちろん、これらの好ましい実施形態の変形は、上記の説明を読むことによって当業者には明確になろう。発明者達は熟練者達がこのような変形を適切なものとして使用することを期待し、また発明者達は、本発明が本明細書の中に特定して記載された以外の方法で実施されることを意図するものである。したがって本発明は、適用可能な法律によって許可されているように、本明細書に添付された特許請求の範囲に述べられている主題の変更および等価のすべてを含む。さらに、特に本明細書に指示されていないかまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、すべての可能な変形における上記要素のいかなる組合せも本発明の中に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の教示によって製造された例示的なパラレルマニピュレータの斜視図である。
【図２】完全に引っ込められた位置における端部プラットフォームを示す、図１のパラレルマニピュレータの側面図である。
【図３】完全に延長された位置における端部プラットフォームを示す、図１のパラレルマニピュレータの側面図である。
【図４】図１のパラレルマニピュレータがスチュワートプラットフォームの上に取り付けられている、本発明の代替実施形態を示す斜視図である。
【図５】図１のパラレルマニピュレータの動きを制御するために制御装置および触覚インタフェースが設けられている、本発明の一実施形態の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2005536703.tif 000009