(57)【要約】本発明は、物体を動かすようになっているハイブリッドロボットマニピュレーターに関する。一実施の形態では、このマニピュレーターは、ベースと、ベースに取り付けられているとともに、ベース上で回転するように構成される腰部と、腰部に取り付けられている一対のアームとによって達成され、各アームは、腰部に連結されている上側アームと、肘部において上側アームにシリアル連結されている前方アームと、一対の接続部材によって一対のアームを遠位端において連結するように構成される手首部とを含み、手首部は、手首部に取り付けられているとともに物体を把持して所望の位置まで動かすように構成されるエンドエフェクターを更に含む。【選択図】図２
2013526426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を動かすようになっているハイブリッドロボットマニピュレーターであって、
ベースと、
前記ベースに取り付けられているとともに、前記ベース上で回転するように構成される腰部と、
前記腰部に取り付けられている一対のアームと
を備え、
各アームは、
前記腰部に連結されている上側アームと、
肘部において前記上側アームに直列に連結されている前方アームと、
一対の接続部材によって前記一対のアームを遠位端において連結するように構成される手首部と
を含み、
前記手首部は、該手首部に取り付けられているとともに前記物体を把持して所望の位置まで動かすように構成されるエンドエフェクターを更に含む、
ハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項２】
前記一対の接続部材は、複数の歯車によって互いに連結されている、
請求項１に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項３】
前記複数の歯車は、前記手首部内に配置されている、
請求項２に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項４】
前記複数の歯車は、互いに対して横断する軸において回転するように構成される、
請求項２に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項５】
前記一対のアームのそれぞれの前記上側アーム及び前記前方アームの運動は、複数のモーターによって制御される、
請求項１に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項６】
前記一対のアームは、前記ベースの中心軸に対して横断する軸において前記上側アームを回転させるように構成される回転関節を用いて、前記腰部に取り付けられている、
請求項１に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項７】
前記複数のモーターは、前記回転関節付近に位置決めされている、
請求項６に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項８】
添付の図面を参照して本明細書に記載されている、ロボットマニピュレーター。
【請求項９】
物体を動かすようになっているハイブリッドロボットマニピュレーターであって、
ベースと、
前記ベースに取り付けられているとともに、該ベース上で回転するように構成される腰部と、
前記腰部に取り付けられている一対の可動アームと
を備え、
各アームは、
前記腰部に連結されている上側アームと、
肘部において前記上側アームに直列に連結されている前方アームであって、各一対のアームのうちの前記上側アーム及び該前方アームの運動は、複数のモーターによって作動される、前方アームと、
一対の接続部材によって前記一対のアームを遠位端において連結するように構成される手首部と
を含み、
前記手首部は、
該手首部に取り付けられているとともに前記物体を把持して所望の位置まで動かすように構成されるエンドエフェクターと、
前記一対の接続部材を連結するように構成される複数の歯車と、
を更に含む、ハイブリッドロボットマニピュレーター。
【請求項１０】
前記複数のモーターは、複数の回転関節付近に位置決めされている、
請求項９に記載のハイブリッドロボットマニピュレーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的にはロボットマニピュレーターに関し、より詳細には、限定ではないが、シリアルリンク機構及びパラレルリンク機構の双方を用いるハイブリッドロボットマニピュレーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
商業用ロボット及び産業用ロボットは、複雑なタスクを実行するのに広く用いられている。ロボットは、人間と比べて経済的にかつ正確にタスクを実行する。さらに、ロボットはまた、人間にとっては危険であり、困難であり、不向きでありかつ安全でない或る特定の仕事を実行するのに用いられている。
【０００３】
ロボットの構造は、それぞれが１以上の自由度を可能にするように構成されるリンクと、アクチュエーターと、継手とを有する運動連鎖機構を備える。物体を作業スペース内に正確に位置決めする、６自由度を有するロボット機構が設計され、産業界で用いられてきた。従来の６自由度を有するロボットの機構は、物体を位置決めするのにシリアルリンク機構又はパラレルリンク機構のいずれかを用いる。任意の固体物体の６自由度は、ｘ座標、ｙ座標及びｚ座標によって示される直交３次元空間における物体の重心の位置と、ヨー、ピッチ及びロールとして示されることが多い３つの角度によって示される重心を中心とした物体の向きとを含む。位置及び向きは多くの場合に組み合わされて、まとめて位置決めと称される。
【０００４】
概して開ループ連鎖機構であるシリアルリンク機構は、位置に対してはアームリンク機構によって、また向きに対しては手首リンク機構によって物体の位置決めを提供する。シリアル連鎖機構における各連続的リンクは、その先行リンク（predecessor）によって担持され、各リンクを動かすのに必要な動力は、その後続リンク（successors）に動力供給する一群のアクチュエーターによって構成される。したがって、連鎖機構における最後のアクチュエーターを除いて、全てのアクチュエーターのサイズ及びコストが大きくなる。必要とされる更なる動力は、ロボットが位置決めする物体の移動に寄与しない。これは、ロボットが位置決めすることができる物体の質量又はペイロードに対するロボットの質量の比を大きくする。
【０００５】
概して閉ループ連鎖機構であるパラレルリンク機構は、６つのアームリンクによって物体の位置決めを提供する。このような機構では、全てのアクチュエーターが物体の移動に寄与するように組み合わされる。しかしながら実際には、物体を位置決めすることができるスペースは、１つのリンクが隣接のリンクを妨げることによって制限される。パラレルリンクロボットは、ペイロードに対する重量比がシリアルリンクロボットよりも小さく、パラレルリンクロボットの限られた作業スペースが用途にとって十分である場合に用いられる。
【０００６】
さらに、シリアルリンク機構及びパラレルリンク機構の組合せを用いるマニピュレーターを組み立てる試みがなされてきた。１つのそのようなマニピュレーターが、Stocco他に付与された米国特許である特許文献１（以下、米国特許第‘６１０号）に開示されている。図１は、米国特許第‘６１０号によって開示されている６自由度を有するロボットマニピュレーターＭの構造を示す。米国特許第‘６１０号のマニピュレーターＭは、回転可能なベース４及び５上にそれぞれセットされた第１の５節リンク機構２及び第２の５節リンク機構３を備える。５節リンク機構２及び３は、それぞれの自在継手Ｕ２及びＵ３を介してプラットフォームＰに取り付けられている。さらに、５節リンク機構２を形成するリンクはシリアルリンク機構を用いることによって互いに直列に接続されていることが図１から明らかである。同様に、５節リンク機構３を形成するリンクは、シリアルリンク機構を用いることによって互いに直列に接続されている。さらに、５節リンク機構２及び３のそれぞれがプラットフォームＰと係合して、閉ループ連鎖機構、すなわちパラレルリンクを形成する。
【０００７】
５節リンク機構２及び３のそれぞれの運動は、リンク２がリンク３を妨げる（またその逆も同様である）ことによって制限されることに留意すべきである。したがって、米国特許第‘６１０号に開示されているように、マニピュレーターＭが操作する作業スペースの大きさは実質的により小さいものであり、パラレルリンクロボットの作業スペースと同一である。
【０００８】
したがって、ロボットがパラレルリンクロボットよりも実質的に大きな作業スペースを操作することを可能にするとともに、シリアルリンクロボットよりも小さい重量対ペイロード比を有する機構が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，０４７，６１０号
【発明の概要】
【００１０】
本発明の主な目的は、シリアルリンク機構及びパラレルリンク機構の双方を用いるハイブリッドロボットマニピュレーターを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、シリアルリンクマニピュレーターの位置作業スペース（position workspace）と同様の位置作業スペースと、人間の手首によって提供される向き作業スペース（orientation workspace）と同等な向き作業スペースとを有するハイブリッドロボットマニピュレーターを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、アクチュエーターの大部分をロボットのベースのより近くに配置することによって、ロボットのリンクを動かすためのより小さくかつより安価なモーターの使用を促進するハイブリッドロボットマニピュレーターを提供することである。
【００１３】
本発明を、同様の参照文字／符号が種々の図面の対応する部分を指す添付の図面に示す。本明細書における実施形態は、図面を参照して以下の説明からより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】関連技術に開示されているロボットマニピュレーターを示す図である。
【図２】本明細書に開示されている一実施形態によるハイブリッドロボットマニピュレーターを示す図である。
【図２Ａ】図２に示されるハイブリッドロボットマニピュレーターの手首部分を示す図である。
【図３】別の実施形態によるハイブリッドロボットマニピュレーターを示す図である。
【図３Ａ】図３に示されるハイブリッドロボットマニピュレーターの手首部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書における実施形態並びにその種々の特徴及びその有利な詳細を、添付の図面に示されており以下の説明に詳述されている非限定的な実施形態を参照してより十分に説明する。本明細書における実施形態を不必要に曖昧にすることのないように、既知の構成要素及び処理技術の説明は省略される。本明細書において用いられる例は、本明細書における実施形態を実施することができる方法の理解を促進するとともに、更に当業者が本明細書における実施形態を実施することを可能にするように意図されるものでしかない。したがって、これらの例を本明細書における実施形態の範囲を制限するものとして解釈するべきではない。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態によるハイブリッドロボットマニピュレーター２００を示す。ハイブリッドロボットマニピュレーター２００は、その一端にベース２０２を有する。ベース２０２は、ハウジング２０２ｂを支持するベースプレート２０２ａを含む。ハウジング２０２ｂは、少なくとも１つのモーターＭ０を内部に収納するように構成される。さらに、マニピュレーター２００は、ハウジング２０２ｂ上に設けられた腰部すなわちリンクＬを含む。リンクＬは下部Ｌ１及び上部Ｌ２を有する。リンクＬは、下部Ｌ１において、回転関節Ｒ０を介して可動な態様でハウジング２０２ｂに接続されている。回転関節Ｒ０は、ベースプレート２０２ａに対して垂直である回転軸を有する。リンクＬの上部Ｌ２は、一対のアーム２０４及び２０６をそれぞれの関節Ｒ１及びＲ２（図示せず）を介して更に支持する。一対のアーム２０４及び２０６は、遠位端において、それぞれ一対の接続部材２０４ｃ及び２０６ｃによって手首部２１０に連結されている。回転関節Ｒ１及びＲ２のそれぞれの回転軸が、回転関節Ｒ０の回転軸に対して実質的に横断している。
【００１７】
アーム２０４は、上側アームすなわち上側アームリンク２０４ａと、前方アームすなわち前方アームリンク２０４ｂとを含む。上側アームリンク２０４ａの第１の端が回転関節Ｒ１と枢動係合しており、上側アームリンク２０４ａの第２の端が、肘部すなわち回転関節Ｒ３と枢動係合している。回転関節Ｒ３は、回転関節Ｒ１の回転軸に対して実質的に平行な回転軸を有する。さらに、前方アームリンク２０４ｂの第１の端が、回転関節Ｒ３と枢動係合しており、したがって前方アームリンク２０４ｂの第１の端は、上側アームリンク２０４ａに可動な態様で接続されている。前方アームリンク２０４ｂの第２の端が、回転関節Ｒ５（図示せず）を介して接続部材２０４ｃに接続されている。回転関節Ｒ５の回転軸が、回転関節Ｒ３の回転軸に対して横断している。
【００１８】
さらに、アーム２０６は、上側アームリンク２０６ａと前方アームリンク２０６ｂとを含む。上側アームリンク２０６ａの第１の端が回転関節Ｒ２（図示せず）と枢動係合しており、上側アームリンク２０６ａの第２の端が、肘部すなわち回転関節Ｒ４（図示せず）と枢動係合している。回転関節Ｒ４は、回転関節Ｒ２の回転軸に対して実質的に平行な回転軸を有する。さらに、前方アームリンク２０６ｂの第１の端が、回転関節Ｒ４と枢動係合しており、したがって前方アームリンク２０６ｂの第１の端は、上側アームリンク２０６ａに可動な態様で接続されている。前方アームリンク２０６ｂの第２の端が、回転関節Ｒ６（図示せず）を介して接続部材２０６ｃに接続されている。回転関節Ｒ６の回転軸が、回転関節Ｒ４の回転軸に対して横断している。
【００１９】
さらに、一対のアーム２０４及び２０６のそれぞれの上側アーム及び前方アームの運動は、複数のモーターによって制御される。２つのモーターＭ１及びＭ２は、リンクＬの上部Ｌ２と下部Ｌ１との間に設けられている。モーターＭ１は、回転関節Ｒ１を回転させることによって上側アームリンク２０４ａの運動を作動するように構成され、モーターＭ２は、回転関節Ｒ２を回転させることによって上側アームリンク２０６ａの運動を作動するように構成される。さらに、２つのモーターＭ３及びＭ４が、リンクＬの上部Ｌ２上に設けられている。代替的には、モーターＭ３を上側アームリンク２０４ａの第１の端付近に設けることができ、モーターＭ４を上側アームリンク２０６ａの第１の端付近に設けることができる。モーターＭ３は、回転関節Ｒ３を回転させることによって、前方アームリンク２０４ｂの運動を作動するように構成される。モーターＭ４は、回転関節Ｒ４を回転させることによって、前方アームリンク２０６ｂの運動を作動するように構成される。
【００２０】
マニピュレーター２００は、手首部２１０に接続されているエンドエフェクターＥを更に備える。ベース２０２、リンクＬ、及びアーム２０４は、開連鎖機構、すなわちシリアルリンクを形成する。さらに、ベース２０２、リンクＬ、及びアーム２０６は、別の開連鎖機構すなわちシリアルリンクを形成する。マニピュレーター２００に、それぞれの接続部材２０４ｃ及び２０６ｃを介してアーム２０４及び２０６に接続されている手首部２１０を設けることによって、実質的に連鎖機構を閉鎖し、事実上パラレルリンクを形成する。したがって、マニピュレーター２００の位置作業スペースはシリアルリンクマニピュレーターの位置作業スペースと同一であり、向き作業スペースは、人間の手首によって提供される向き作業スペースと同等である。
【００２１】
図２Ａに示される手首部２１０は、ケーシング２１２を有する。ケーシング２１２は、複数の歯車（図示せず）を内部に有する。ケーシング２１２は、頂部２１２ｔと、底部２１２ｂと、前部２１２ｆと、後部２１２ｒとを更に有する。さらに、手首部２１０は、第１の頂部連結部材２１４ａと、第１の底部連結部材２１４ｂとを有する第１の連結部材２１４を含む。手首部２１０は、第２の頂部連結部材２１６ａと、第２の底部連結部材２１６ｂ（図示せず）とを有する第２の連結部材２１６を更に含む。少なくとも第１の歯車及び第２の歯車（図示せず）が、ケーシング２１２の後部２１２ｒ内に設けられている。第１の歯車は、第１の歯車をケーシング２１２の頂部２１２ｔ及び底部２１２ｂに接続する第１の歯車軸（図示せず）を有し、第２の歯車は、第２の歯車をケーシング２１２の頂部２１２ｔ及び底部２１２ｂに接続する第２の歯車軸（図示せず）を有する。さらに、第１の歯車及び第２の歯車は、それぞれの第１の歯車軸及び第２の歯車軸に沿った回転軸を有し、第１の歯車の回転軸は、第２の歯車の回転軸に対して平行である。後部２１２ｒ内に設けられている第１の歯車及び第２の歯車は、互いに噛み合って動きを伝達する。
【００２２】
第１の頂部連結部材２１４ａの第１の端が、ケーシング２１２の頂部２１２ｔにおいて第１の歯車軸に固定されている。第１の底部連結部材２１４ｂの第１の端が、ケーシング２１２の底部２１２ｂにおいて第１の歯車軸に固定されている。同様に、第２の頂部連結部材２１６ａの第１の端が、ケーシング２１２の頂部２１２ｔにおいて第２の歯車軸に固定されており、第２の底部連結部材２１６ｂの第１の端が、ケーシング２１２の底部２１２ｂにおいて第２の歯車軸に固定されている。
【００２３】
さらに、ケーシング２１２の前部２１２ｆは、ウォームとウォーム歯車とを有するウォーム駆動部（図示せず）を含む。ウォームは、ウォームをケーシング２１２の頂部２１２ｔ及び底部２１２ｒに接続するウォーム軸（図示せず）を有する。ウォームの回転軸が第１の歯車の回転軸に対して平行である。さらに、ウォーム歯車軸（図示せず）は、ウォーム歯車をケーシング２１２の前部２１２ｒに対して水平に接続する。ウォーム歯車は、ウォームの回転軸に対して横断する回転軸を有する。エンドエフェクターＥは、ケーシング２１２の前部２１２ｆにおけるウォーム歯車軸に接続されている。ウォーム駆動部のウォームを駆動する手首部モーターＭ５が、ケーシングの頂部２１２ｔ付近に設けられている。
【００２４】
手首部２１０は、ヘッド部２１８ａ及びテール部２１８ｂを有する第１のロック部材２１８と、ヘッド部２１９ａ及びテール部２１９ｂを有する第２のロック部材２１９とを更に含む。第１のロック部材２１８のヘッド部２１８ａは、第１の頂部連結部材２１４ａの、第１の端から離間している第２の端と、第１の底部連結部材２１４ｂの、第１の端から離間している第２の端との間で枢動係合している。同様に、第２のロック部材２１９のヘッド部２１９ａは、第２の頂部連結部材２１６ａの、第１の端から離間している第２の端と、第２の底部連結部材２１６ｂの、第１の端から離間している第２の端との間で枢動係合している。第１のロック部材２１８のテール部２１８ｂは、接続部材２０４ｃと係合するようになっており、第２のロック部材２１９のテール部２１９ｂは、接続部材２０６ｃと係合するようになっている。
【００２５】
第１の頂部連結部材２１４ａ及び第１の底部連結部材２１４ｂを、上記で示すような意図された機能を妨げることなく単一部材として設けることができることが当業者によって理解されるであろう。例えば、ダブルオープンエンドのレンチ／スパナの形状と実質的に同様の形状を有する接続部材を、第１の頂部連結部材２１４ａ及び第１の底部連結部材２１４ｂの代わりに用いることができる。同様に、第２の頂部連結部材２１６ａ及び第２の底部連結部材２１６ｂを単一部材として設けることができる。
【００２６】
さらに、エンドエフェクターＥは、作業スペース内に位置決めされる物体の形状及びサイズに基づいて、かつ／又はマニピュレーター２００が実行する作業の性質に基づいて様々な形状を有することができる。
【００２７】
さらに、手首部２１０及びエンドエフェクターＥに関連付けられる運動を非限定的な例として以下で説明する。動作時に、モーターＭ０はリンクＬの回転運動を作動し、これによって更にアーム２０４と、アーム２０６と、手首部２１０と、エンドエフェクターＥとが回転する。手首部２１０及びエンドエフェクターＥがヨー運動、すなわち手首部２１０の、左から右への（またその逆も同様である）旋回を規定するように、モーターＭ１及びＭ２のうちの一方を作動して対応する上側アームリンク２０４ａ及び２０６ａを動かす。この例では、モーターＭ１は、対応する上側アームリンク２０４ａを作動するものと見なされる。これにより、上側アームリンク２０４ａは回転関節Ｒ１の軸の回りに回転するように構成される。上側アームリンク２０４ａの回転によって、対応する前方アームリンク２０４ｂが動く。代替的には、モーターＭ３を作動して前方アームリンク２０４ｂを動かすことができる。上側アームリンク２０４ａ及び前方アームリンク２０４ｂが動いている間、アーム２０６は固定されたままである。さらに、前方アームリンク２０４ｂの運動がロック部材２１９を前方に動かし、これによって更に連結部材２１６が連結部材２１４から離れるように動く。連結部材２１６の運動は更に、手首部２１０をアーム２０６に向けて動かし、したがって手首部２１０及びエンドエフェクターＥのヨー運動をもたらす。
【００２８】
さらに、エンドエフェクターＥがピッチ運動、すなわちエンドエフェクターＥの、手首部２１０に対する前後又は上下への傾斜運動を規定するように、モーターＭ５が用いられる。モーターＭ５は、ウォーム駆動部の運動を作動し、これによって更に、エンドエフェクターＥが所望のように前後に動き、したがってエンドエフェクターＥのピッチ運動をもたらす。
【００２９】
手首部２１０がロール運動、すなわち手首部２１０の、エンドエフェクターＥと合わせた左右への傾斜運動を規定するように、接続部材２０４ｃ及び２０６ｃのうちの一方又は双方がそれぞれの回転関節Ｒ５及びＲ６の軸の回りに回転する。接続部材２０４ｃ及び２０６ｃの回転は、手首部２１０が所望の方向に傾斜することをもたらし、したがってロール運動を規定する。
【００３０】
図３は、本発明の別の実施形態によるハイブリッドロボットマニピュレーター３００を示す。ハイブリッドロボットマニピュレーター３００は、その一端にベース３０２を有する。ベース３０２は、ハウジング３０２ｂを支持するベースプレート３０２ａを含む。ハウジング３０２ｂは、少なくとも１つのモーターＭ０を内部に収納するように構成される。さらに、マニピュレーター３００は、ハウジング３０２ｂ上に設けられた腰部すなわちリンクＷを含む。リンクＷは下部Ｗ１及び上部Ｗ２を有する。リンクＷは、下部Ｗ１において、回転関節Ｒ０（図示せず）を介して可動な態様でハウジング３０２ｂに接続されている。回転関節Ｒ０は、ベースプレート３０２ａに対して垂直である回転軸を有する。リンクＷの上部Ｗ２は、一対のアーム３０４及び３０６をそれぞれの関節Ｒ１及びＲ２（図示せず）を介して更に支持する。一対のアーム３０４及び３０６は、遠位端において、それぞれ一対の接続部材３０４ｃ及び３０６ｃによって手首部３１０に連結されている。回転関節Ｒ１及びＲ２のそれぞれの回転軸が、回転関節Ｒ０の回転軸に対して実質的に横断している。
【００３１】
アーム３０４は、上側アームすなわち上側アームリンク３０４ａと、前方アームすなわち前方アームリンク３０４ｂとを含む。上側アームリンク３０４ａの第１の端が回転関節Ｒ１と枢動係合しており、上側アームリンク３０４ａの第２の端が、肘部すなわち回転関節Ｒ３と枢動係合している。回転関節Ｒ３−は、回転関節Ｒ１の回転軸に対して実質的に平行な回転軸を有する。さらに、前方アームリンク３０４ｂの第１の端が、回転関節Ｒ３−と枢動係合しており、したがって前方アームリンク３０４ｂの第１の端は、上側アームリンク３０４ａに可動に接続されている。前方アームリンク３０４ｂの第２の端が、回転関節Ｒ５（図示せず）を介して接続部材３０４ｃに接続されている。回転関節Ｒ５−の回転軸が、回転関節Ｒ３の回転軸に対して横断している。
【００３２】
さらに、アーム３０６は、上側アームすなわち上側アームリンク３０６ａと、前方アームすなわち前方アームリンク３０６ｂとを含む。上側アームリンク３０６ａの第１の端が回転関節Ｒ２（図示せず）と枢動係合しており、上側アームリンク３０６ａの第２の端が、肘部すなわち回転関節Ｒ４（図示せず）と枢動係合している。回転関節Ｒ４は、回転関節Ｒ２の回転軸に対して実質的に平行な回転軸を有する。さらに、前方アームリンク３０６ｂの第１の端が、回転関節Ｒ４と枢動係合しており、したがって前方アームリンク３０６ｂの第１の端は、上側アームリンク３０６ａに可動な態様で接続されている。前方アームリンク３０６ｂの第２の端が、回転関節Ｒ６−（図示せず）を介して接続部材３０６ｃに接続されている。回転関節Ｒ６の回転軸が、回転関節Ｒ４の回転軸に対して横断している。
【００３３】
さらに、一対のアーム２０４及び２０６のそれぞれの上側アーム及び前方アームの運動は、複数のモーターによって制御される。２つのモーターＭ１及びＭ２は、リンクＷの上部Ｗ２と下部Ｗ１との間に設けられている。モーターＭ１は、回転関節Ｒ１を回転させることによって上側アームリンク３０４ａの運動を作動するように構成される。モーターＭ２は、回転関節を回転させることによって上側アームリンク３０６ａの運動を作動するように構成される。さらに、２つのモーターＭ３及びＭ４は、リンクＷの上部Ｗ２上に設けられている。代替的には、モーターＭ３−を上側アームリンク３０４ａの第１の端付近に設けることができ、モーターＭ４−を上側アームリンク３０６ａの第１の端付近に設けることができる。モーターＭ３は、回転関節Ｒ３を回転させることによって、前方アームリンク３０４ｂの運動を作動するように構成される。モーターＭ４は、回転関節Ｒ４を回転させることによって、前方アームリンク３０６ｂの運動を作動するように構成される。
【００３４】
マニピュレーター３００は、手首部３１０に接続されているエンドエフェクターＥ３（図示せず）を更に備える。ベース３００、リンクＷ、及びアーム３０４は、開連鎖機構、すなわちシリアルリンクを形成する。さらに、ベース３００、リンクＷ、及びアーム３０６は、別の開連鎖機構すなわちシリアルリンクを形成する。マニピュレーター３００に、それぞれの接続部材３０４ｃ及び３０６ｃを介してアーム３０４及び３０６に接続されている手首部３１０を設けることによって、実質的に連鎖機構を閉鎖し、したがって事実上パラレルリンクを形成する。したがって、マニピュレーター３００の位置作業スペースはシリアルリンクマニピュレーターの位置作業スペースと同一であり、向き作業スペースは、人間の手首によって提供される向き作業スペースと同等である。
【００３５】
図３Ａに示される手首部３１０は、ケーシング３１２を有する。ケーシング３１２は、複数の歯車（図示せず）を内部に有する。ケーシング３１２は、頂部３１２ｔと、底部３１２ｂと、前部３１２ｆ（図示せず）と、後部３１２ｒとを更に有する。さらに、手首部３１０は、第１の頂部連結部材３１４ａと、第１の底部連結部材３１４ｂとを有する第１の連結部材３１４を含む。手首部３１０は、第２の頂部連結部材３１６ａと、第２の底部連結部材３１６ｂとを有する第２の連結部材３１６を更に含む。少なくとも第１の歯車及び第２の歯車（図示せず）が、ケーシング３１２の後部３１２ｒ内に設けられている。第１の歯車は、第１の歯車をケーシング３１２の頂部３１２ｔ及び底部３１２ｂに接続する第１の歯車軸（図示せず）を有し、第２の歯車は、第２の歯車をケーシング３１２の頂部３１２ｔ及び底部３１２ｂに接続する第２の歯車軸（図示せず）を有する。さらに、第１の歯車及び第２の歯車のそれぞれは、それぞれの第１の歯車軸及び第２の歯車軸に沿った回転軸を有し、第１の歯車の回転軸は、第２の歯車の回転軸に対して平行である。後部３１２ｒ内に設けられている第１の歯車及び第２の歯車は、互いに噛み合って動きを伝達する。
【００３６】
第１の頂部連結部材３１４ａの第１の端が、ケーシング３１２の頂部３１２ｔにおいて第１の歯車軸に固定されている。第１の底部連結部材３１４ｂの第１の端が、ケーシング３１２の底部３１２ｂにおいて第１の歯車軸に固定されている。同様に、第２の頂部連結部材３１６ａの第１の端が、ケーシング３１２の頂部３１２ｔにおいて第２の歯車軸に固定されており、第２の底部連結部材３１６ｂの第１の端が、ケーシング３１２の底部３１２ｂにおいて第２の歯車軸に固定されている。
【００３７】
さらに、ケーシング３１２の前部３１２ｆ（図示せず）は、エンドエフェクターＥ３（図示せず）に接続されている。
【００３８】
手首部３１０は、ヘッド部３１８ａ及びテール部３１８ｂを有する第１のロック部材３１８と、ヘッド部３１９ａ及びテール部３１９ｂを有する第２のロック部材３１９とを更に含む。第１のロック部材３１８のヘッド部３１８ａは、第１の頂部連結部材３１４ａの、第１の端から離間している第２の端と、第１の底部連結部材３１４ｂの、第１の端から離間している第２の端との間で枢動係合している。同様に、第２のロック部材３１９のヘッド部３１９ａは、第２の頂部連結部材３１６ａの、第１の端から離間している第２の端と、第２の底部連結部材３１６ｂの、第１の端から離間している第２の端との間で枢動係合している。第１のロック部材３１８のテール部３１８ｂは、接続部材３０４ｃと係合するようになっており、第２のロック部材３１９のテール部３１９ｂは、接続部材３０６ｃと係合するようになっている。
【００３９】
ロック部材３１８のテール部３１８ｂ、及び接続部材３０４ｃは、回転関節Ｒ７によって互いに接続されている。回転関節Ｒ７の回転軸が、回転関節Ｒ３の回転軸に対して実質的に平行である。同様に、ロック部材３１９のテール部３１９ｂ、及び接続部材３０６ｃは、回転関節Ｒ８によって互いに接続されている。回転関節Ｒ８の回転軸が、回転関節Ｒ４の回転軸に対して実質的に平行である。さらに、手首部の動きを作動するモーターＭ５が、回転関節Ｒ７及びＲ８の付近に設けられている。
【００４０】
第１の頂部連結部材３１４ａ及び第１の底部連結部材３１４ｂを、上記で示すような意図された機能を妨げることなく単一部材として設けることができることが当業者によって理解されるであろう。例えば、両口レンチ／スパナの形状と実質的に同様の形状を有する接続部材を、第１の頂部連結部材３１４ａ及び第１の底部連結部材３１４ｂの代わりに用いることができる。同様に、第２の頂部連結部材３１６ａ及び第２の底部連結部材３１６ｂを単一部材として設けることができる。
【００４１】
さらに、エンドエフェクターＥ３は、作業スペース内に位置決めされる物体の形状及びサイズに基づいて、かつ／又はマニピュレーター３００が実行する作業の性質に基づいて様々な形状を有することができる。
【００４２】
さらに、手首部３１０及びエンドエフェクターＥ３に関連付けられる運動を非限定的な例として以下で説明する。動作時に、モーターＭ０はリンクＷの回転運動を作動し、これによって更にアーム３０４と、アーム３０６と、手首部３１０と、エンドエフェクターＥ３とが回転する。手首部３１０及びエンドエフェクターＥ３がヨー運動、すなわち手首部３１０の、左から右への（またその逆も同様である）旋回を規定するように、モーターＭ１及びＭ２の一方を作動して対応する上側アームリンク３０４ａ及び３０６ａを動かす。この例では、モーターＭ１は、対応する上側アームリンク３０４ａを作動するものと見なされる。これにより、上側アームリンク３０４ａは回転関節Ｒ１の軸の回りに回転するように構成される。上側アームリンク３０４ａの回転によって、対応する前方アームリンク３０４ｂが動く。代替的には、モーターＭ３を作動して前方アームリンク３０４ｂを動かすことができる。上側アームリンク３０４ａ及び前方アームリンク３０４ｂが動いている間、アーム３０６は固定されたままであるか、又はアーム３０４の運動に比べて実質的に運動がより少ないものとすることができる。さらに、前方アームリンク３０４ｂの運動がロック部材３１９を前方に動かし、これによって更に連結部材３１６が連結部材３１４から離れるように動く。連結部材３１６の運動は更に、手首部３１０をアーム３０６に向けて動かし、したがって手首部３１０及びエンドエフェクターＥ３のヨー運動をもたらす。
【００４３】
さらに、エンドエフェクターＥ３がピッチ運動、すなわちエンドエフェクターＥ３の、手首部３１０に対する前後又は上下への傾斜運動を規定するように、モーターＭ５が用いられる。モーターＭ５は、ロック部材３１８のテール部３１８ｂ及びロック部材３１９のテール部３１９ｂの運動を作動する。テール部３１８ｂ及び３１９ｂの運動は更に、連結部材３１４及び３１６を所望のように前後又は上下に動かし、したがって手首部３１０のピッチ運動を規定する。
【００４４】
手首部３１０がロール運動、すなわち手首部３１０の、エンドエフェクターＥ３と合わせた左右への傾斜運動を規定するように、接続部材３０４ｃ及び３０６ｃのうちの一方又は双方がそれぞれの回転関節Ｒ５及びＲ６の軸の回りに回転する。接続部材３０４ｃ及び３０６ｃの回転は、手首部３１０が所望の方向に傾斜することをもたらし、したがってロール運動を規定する。
【００４５】
さらに、ケーブル又は鋼索によって手首部２１０及び３１０のそれぞれの運動を作動することによって、モーターＭ５及びＭ５を、手首部２１０及び３１０上に又は手首部２１０及び３１０の付近に取り付ける必要性がなくなることも本発明の範囲内にある。手首部２１０及び３１０をケーブルによって作動することができる１つの例は、マニピュレーターを、炉内に部品を位置決めすること及び炉から部品を取り出すこと等の極限環境において用いる場合である。
【００４６】
さらに、マニピュレーター２００のモーターＭ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、及びマニピュレーター３００のモーターＭ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、それぞれのベース２０２及び３０２の付近に配置されているため、これらのモーターの質量は、マニピュレーターが動いている間の動力使用の一因とはならないことに留意すべきである。さらに、ベースの付近でのモーターの配置は重量の均衡をもたらすため、マニピュレーターの転倒が回避される。さらに、モーターＭ３及びＭ４を、リンクＬの上部Ｌ２と下部Ｌ１との間に設けることができる。同様に、モーターＭ３及びＭ４をリンクＷの上部Ｗ２と下部Ｗ１との間に設けることができる。モーターをベースの付近に設けることは本発明の範囲内に包含されることに留意すべきである。さらに、モーターＭ５及びＭ５のそれぞれは好ましくは、他のモーターに比べて小型のモーターである。モーターＭ１〜Ｍ４は同時にペイロードの移動に寄与し、そのため、モーターＭ１〜Ｍ４は、より小さいサイズ又は容量を有するものとすることができる。
【００４７】
特定の実施形態の前述の説明は、本明細書における実施形態の一般的性質を非常に十分に明らかにするので、当業者（others）が最新の知識を適用することによって、一般的な概念から逸脱することなくそのような特定の実施形態を容易に変更すること及び／又は種々の用途のために適応することができるため、そのような適応形態及び変更形態は、開示されている実施形態の均等物の意味及び範囲内で理解されるものと意図されるべきであり、そのように意図される。本明細書において用いられている表現又は用語は説明のためのものであり限定するものではないことを理解されたい。したがって、本明細書における実施形態を好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者は、本明細書における実施形態を本明細書に記載されている実施形態の精神及び範囲内の変更とともに実施することができることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【国際調査報告】
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