(57)【要約】２自由度の位置決めマニプレータ装置を提供する。前記装置は、第１従動軸線の周りで回転可能な第１従動部材と、前記従動軸線の周りで前記第１従動部材を回転させるために前記第１従動部材に連結される第１駆動部材と、前記第１従動部材に固定して接続されたリンク部材と、を含む。  前記装置は、第２従動軸線の周りを回転するために前記リンク部材に回転可能に取り付けられた第２従動部材と、前記第２従動軸線は前記第1従動軸線と概ね並行であり、前記第２従動軸線の周りで前記第２従動部材を回転させるために駆動点において前記第２従動部材に連結される第２駆動部材とを更に含む。  前記駆動点は前記第１従動軸線と概ね一致する。【選択図】図３
2010526676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第１従動軸線の周りにおいて回転可能な第１従動部材と；
前記第１従動軸線の周りに前記第１従動部材を回転させるために前記第１従動部材に連結される第１駆動部材と；
前記第１従動部材に固定して接続されるリンク部材と；
前記第１従動軸線と概ね平行である第２従動軸線の周りを回転するために前記リンク部材に回転可能に取り付けられた第２従動部材と；
前記第２従動軸線の周りに前記第２従動部材を回転させるために駆動点において前記第２従動部材に連結される第２駆動部材と、を備え、
ここにおいて、前記駆動点は前記第１従動軸線と概ね一致する。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１従動部材は概ね円筒形のセクタであり；
前記第２従動部材は概ね円筒形または円筒形のセクタを備える。
【請求項３】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１従動軸線と第２従動軸線とはオフセットされて概ね平行である。
【請求項４】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源から回転入力を受ける。
【請求項５】
請求項４に記載の位置決めマニプレータ装置であって、固定された基準フレームを更に含み、ここにおいて、前記第１の機械的な回転動力源は前記基準フレームに固定して取り付けられる。
【請求項６】
請求項５に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源は前記第１従動部材の回転に対して固定して取り付けられる。
【請求項７】
請求項５に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対して固定された前記基準フレームに回転可能に取り付けられる。
【請求項８】
請求項４に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２従動部材に固定されたアームを更に備える。
【請求項９】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１駆動部材は第１ケーブル手段により前記第１従動部材と連結しており、前記第２駆動部材は第２ケーブル手段により前記第２従動部材と連結している。
【請求項１０】
請求項９に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源から回転入力を受ける。
【請求項１１】
請求項１０に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記装置は固定された基準フレームを更に含み、ここにおいて、前記第１および第２の機械的な回転動力源の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対し固定された前記基準フレームに回転可能に取り付けられる。
【請求項１２】
２自由度の測定装置であって：
概ね円筒状の第１従動部材と概ね扇形の筒状の第１駆動部材とを備える第１回転駆動装置を備え、前記第１駆動部材は第１駆動軸線の周りを回転可能であり、かつ、前記第１従動部材に連結されており、ここにおいて、前記第１駆動部材の回転が前記第１従動部材を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動部材と第１従動部材とは概ね平行であり；
概ね円筒状の第２従動部材と概ね円筒状または扇形の筒状である第２駆動部材とを備える第２回転駆動装置を備え、前記第２駆動部材は第２駆動軸線の周りを回転可能であり、かつ、前記第２従動部材に連結されており、ここにおいて、前記第２駆動部材の回転が前記第２従動部材を第２従動軸線の周りに回転させ、前記第２駆動軸線と第２従動軸線とは概ね平行であり、
ここにおいて、前記第２駆動部材は、前記第２駆動軸線の周りを回転するために、前記第１駆動部材に固定されたリンクに回転可能に取り付けられ、前記第１駆動軸線と第２駆動軸線とはオフセットされており、概ね平行であり、前記第２従動軸線は前記第１駆動軸線と概ね一致し；
前記第１従動部材に連結された第１測定手段と；
前記第２従動部材に連結された第２測定手段と、を備える。
【請求項１３】
３自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第３従動軸線の周りを回転可能な第３従動部材と；
前記第３従動部材に連結され前記第３従動軸線の周りに前記第３従動部材を回転させる第３駆動部材と；
前記第３従動部材に取り付けられる請求項１の装置と、を備え；
ここにおいて、前記第１および第２従動軸線の回転軸線は前記第３従動部材の回転軸線に対し概ね垂直である。
【請求項１４】
請求項１６に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第３従動部材は概ね円筒形または円筒形のセクタを備える。
【請求項１５】
請求項１７に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第３駆動部材はケーブル手段により前記第３従動部材に連結されている。
【請求項１６】
請求項１６に記載の位置決めマニプレータ装置であって、第１、第２および第３駆動軸線は、それぞれ、第１、第２および第３の機械的な回転動力源から回転入力を受け、前記第３従動軸線は第２および第３駆動軸線の回転動力源の本体を通過する。
【請求項１７】
３自由度の測定装置であって：
第１回転駆動装置と、
前記第１回転駆動装置は、概ね円筒状または扇形の筒状である第１駆動部材と、概ね円筒状の第１従動部材とを備え、前記第１駆動部材は第１駆動軸線の周りに回転可能であり、前記第１従動部材に連結されており、ここにおいて、前記第１駆動部材の回転が前記第１従動部材を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動軸線と第１従動軸線とは概ね平行であり；
請求項１３の２自由度の測定装置と、を備え；
ここにおいて、前記２自由度の測定装置は前記駆動部材に固定して接続され、これにより、前記駆動部材の回転軸線は、前記２自由度の測定装置における回転駆動部材の回転軸線に概ね平行であり、
測定手段が前記第１従動部材に連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は米国特許法１１９条に基づいて２００７年５月１０日に出願された米国仮出願番号６０/９１７，０７９による優先権を主張し、前記仮出願の全ての開示はここに参照として組み込まれる。
【０００２】
本発明は２自由度の位置決めマニプレータ装置（positioning and manipulating apparatus：位置決め操作装置）に関するものであり、同様に、３自由度の同装置にも関する。より具体的には、本発明は回転駆動装置で構成される２自由度および３自由度のマニプレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許番号５，４２９，０１５および５，５５３，５０９の全ての開示は参照としてここに組み込まれ、前記２件の米国特許は、より小さな質量、より小さな慣性、より小さな摩擦、および、継手のより小さな粗さを実現する回転駆動装置で構成される２または３自由度のマニプレータ装置を開示する。図１は米国特許５，４２９，０１５に記載された２自由度装置の構造を示す。このような構造は構成要素の減少を特徴とし、利用される型は最小限の部品で組立が容易である。さらに、固定モータから連続チェーンにおける第２リンクに動力を伝達する補助の動力伝達部品が不要である。前記回転駆動装置は回転を非常にスムーズにする。さらに、移動部材がモータを運ぶ必要がないため、移動部材が軽くなり、かつ、剛性が増す。小さな摩擦、小さな慣性およびスムーズな可動が、素早く、正確で、かつ、組み立てるのに経済的な２自由度のマニプレータ装置を実現させる。
【０００４】
図２は米国特許５，５５３，５０９に記載された３自由度を有する装置を示す。前記装置は、２自由度の構造に対し垂直に第３回転駆動装置を取り付けることで、理想的な構造の単純化、小さな摩擦および小さな慣性を維持している。非常に大きな２自由度のマニプレータ装置の複数の駆動モータは第３駆動の回転軸線に沿って配置されており、慣性の不利を最小限にしている。
【０００５】
密着したはめ込み構造または表面処理において要求されるように、マニプレータ装置の周辺環境との相互作用の順応性のためにマニプレータ装置が小さな慣性および小さな抵抗でエンドエフェクタ（end-effector）を制御することが重要である。したがって、摩擦、慣性および質量などが小さい複数の自由度のマニプレータ装置の技術について大きなニーズがある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、速くて正確な動作を行い、かつ、エンドエフェクタに加えられた外力に対し動的に反応する２または３自由度のマニプレータ装置を設けることによる欠点に対応する。
【０００７】
より具体的には、本発明は構成要素の数およびサイズを減少し、構造的剛性を増大させ、移動部材の慣性を減少させ、必要となるモータトルクの数を減少させる。
【０００８】
２自由度の機械的マニプレータ装置は主に回転駆動装置で構成される。前記回転駆動装置は、より大きな直径を有する円筒状の従動部材に連結されるより小さな直径を有する円筒状の駆動部材からなる。従動部材の部分的な回転のみが要求されるため、部分的に円形で構成されてよく、第２回転駆動装置が接続リンクを通じて第１回転駆動装置からオフセットされて平行に取り付けられることが可能となる。前記第２回転駆動装置の駆動部材の回転軸線が前記第１回転駆動装置の従動部材の回転軸線と一致する状態で第２回転駆動装置の駆動部材は配置される。
【０００９】
このような配置は移動部材の質量および慣性を減少させ、より高性能を実現する。縦割り陳列において、前記第１従動部材の真上に第２従動部材がある状態で、第１従動部材は第２従動部材に対する部分的な釣り合いおもり（counterweight）としての役割を果たし、必要なモータトルクの数を減少させる。前記マニプレータ装置は、従来のデザインに比べ、よりコンパクトであり、より構造的に剛性があり、より質量が小さく、かつ、より慣性が小さい。
【００１０】
２自由度のマニプレータ装置は、追加の回転従動部材を垂直に取り付けることによって３自由度にすることができる。モータの質量中心が垂直の回転軸線に概ね沿った状態で２自由度機構に動力を供給するモータが取り付けられる。２自由度機構の質量中心は前記垂直回転軸線に接近して配置される。前記マニプレータ装置は、よりコンパクトで、より構造的に剛性が大きく、より質量が小さく、かつ、より慣性が小さい。したがって、高性能が実現される。
【００１１】
移動部材の摩擦および慣性が小さいので、本装置は所望の測定ポイントにエンドエフェクタを接触させるために手動で位置づけられることが可能である。そして、関節位置を調べることにより前記ポイントの位置が計算される。このタイプの装置はＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ（ＣＭＭ）として知られており、その機能はモータの変わりに角度測定センサを設けることにより達成される。
【００１２】
本発明のある態様によると、２自由度の位置決めマニプレータ装置が提供される。前記装置は第１従動軸線の周りにおいて回転可能な第１従動部材と、前記第１従動軸線の周りに前記第１従動部材を回転させるために前記第１従動部材に連結される第１駆動部材と、前記第１従動部材に固定して接続されるリンク部材と、を含む。前記装置は、前記第１従動軸線と概ね平行である第２従動軸線の周りを回転するために前記リンク部材に回転可能に取り付けられた第２従動部材と、前記第２従動軸線の周りに前記第２従動部材を回転させるために駆動点において前記第２従動部材に連結される第２駆動部材と、を更に含む。前記駆動点は前記第１従動軸線と一致する。
【００１３】
本発明の別の態様によると、前記第１従動部材は概ね円筒形のセクタであり、前記第２従動部材は概ね円筒形または円筒形のセクタを含む。
【００１４】
本発明の別の態様によると、前記第１従動軸線および第２従動軸線はオフセットされ概ね平行である。
【００１５】
他の態様によると、前記第１および第２駆動部材は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（rotary power source）から回転入力を受ける。
【００１６】
更に別の態様によると、前記装置は、固定された基準フレーム（fixed reference frame）を含み、前記第１の機械的な回転動力源は前記基準フレームに固定して取り付けられる。
【００１７】
更に別の態様によると、前記第２の機械的な回転動力源は前記第１従動部材の回転に対して固定して取り付けられる。
【００１８】
更に別の態様によると、前記第２回転動力源の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対して前記固定された基準フレームに回転可能に取り付けられる。
【００１９】
別の態様によると、前記装置は前記第２従動部材に固定されたアームを含む。
【００２０】
別の態様によると、前記第１駆動部材は第１ケーブル手段（cable means）を通じて前記第１従動部材と連結しており、前記第２駆動部材は第２ケーブル手段を通じて前記第２従動部材と連結している。
【００２１】
別の態様によると、前記第１および第２駆動部材は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（rotary power source）から回転入力を受ける。
【００２２】
別の態様によると、前記装置は固定された基準フレーム（fixed reference frame）を含み、ここにおいて、前記第１および第２回転動力源の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対し前記基準フレームに回転可能に取り付けられる。
【００２３】
別の態様によると、２自由度の測定装置が提供される。前記装置は概ね円筒形状の第１従動部材と概ね円筒形状の第１駆動部材とを有する第１回転駆動装置を含み、前記第１駆動部材は第１駆動軸線の周りを回転可能であり、かつ、前記第１従動部材に連結されている。ここにおいて、前記第１駆動部材の回転が前記第１従動部材を第１従動軸線の周りに回転させる。前記第１駆動部材と第１従動部材は概ね平行である。前記装置は、概ね円筒状の第２従動部材と概ね円筒状または扇形の筒状である第２駆動部材とを有する第２回転駆動装置を含む。前記第２駆動部材は第２駆動軸線の周りを回転可能であり、かつ、前記第２従動部材に連結されている。ここにおいて、前記第２駆動部材の回転が前記第２従動部材を第２従動軸線の周りに回転させる。前記第２駆動軸線および第２従動軸線は概ね平行である。前記第２駆動部材は前記第１駆動部材に固定されたリンクに回転可能に取り付けられ、前記第２駆動軸線の周りを回転する。前記第１駆動軸線および第２駆動軸線はオフセットされており、概ね平行である。前記第２従動軸線は前記第１駆動軸線と概ね一致する。前記装置は、前記第１従動部材に連結された第１測定手段と、前記第２従動部材に連結された第２測定手段とを更に含む。
【００２４】
別の態様によると、３自由度の位置決めマニプレータ装置は、第３従動軸線の周りを回転可能な第３従動部材と、前記第３従動部材に連結され前記第３従動軸線の周りに前記第３従動部材を回転させる第３駆動部材と、前記第３従動部材に取り付けられる前述した２自由度の位置決めマニプレータ装置とを含む。前記第１および第２従動軸線の回転軸線は前記第３従動部材の回転軸線に対し概ね垂直である。
【００２５】
別の態様によると、前記第３従動部材は概ね円筒形または円筒形のセクタを含む。
【００２６】
別の態様によると、前記第３駆動部材はケーブル手段を通じて前記第３従動部材に連結されている。
【００２７】
また、別の態様によると、第１、第２および第３駆動軸線は、それぞれ、機械的な回転動力源から回転入力を受け、前記第３従動軸線は第２および第３駆動軸線の回転動力源の本体を通過する。
【００２８】
別の態様によると、３自由度の測定装置は第１回転駆動装置を含み、前記第１回転駆動装置は、概ね円筒状または扇形の筒状である第１駆動部材と、概ね円筒状の第１従動部材とを有する。前記第１駆動部材は第１駆動軸線の周りに回転可能であり、前記第１従動部材に連結されている。ここにおいて、前記第１駆動部材の回転が前記第１従動部材を第１従動軸線の周りに回転させる。前記第１駆動軸線および第１従動軸線は概ね平行である。前記装置は、前述した２自由度の測定装置を更に含み、前記２自由度の測定装置は前記駆動部材に固定して接続される。ここにおいて、前記駆動部材の回転軸線は、前記２自由度の測定装置における回転駆動部材の回転軸線に概ね平行である。測定手段は前記第１従動部材に連結されている。
【００２９】
前述した目的および関連する目的を達成するために、本発明は以下で詳細に述べられ、かつ、特許請求の範囲で具体的に指摘される特徴を備える。以下の記述および付属の図面は本発明の説明に役立つ実施例を詳細に説明する。しかし、これらの実施例は本発明の原理が採用され得る方法のうちの幾つかを記載したに過ぎない。本発明についての異なる要素（object）、有利な効果および新規な特徴は、図面を併せて考慮した場合、本発明の以下の詳細な記述から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は先行技術である高性能な２自由度のマニプレータ装置である。
【図２】図２は先行技術である高性能な３自由度のマニプレータ装置の斜視図である。
【図３】図３は本発明の２自由度のマニプレータ装置の斜視図である。
【図４】図４は本発明の図３のマニプレータ装置の平面図である。
【図５】図５は本発明の図４のマニプレータ装置の断面図である。
【図６】図６は本発明の３自由度のマニプレータ装置の斜視図である。
【図７】図７は図６のマニプレータ装置においてアームの姿勢が異なる状態を示す斜視図である。
【図８】図８は図６の３自由度のマニプレータ装置の側面図である。
【図９】図９は図８の３自由度のマニプレータ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に示す２自由度のマニプレータ装置の構造および利益は関連する米国特許番号５，４２９，０１５に記載されている。構成要素の減少および単純化により、当該２自由度の構造は高性能、かつ、経済的な構造を提供する。従動ドラムの動きに対してモータが移動せず、したがって、急速な加速を実現するために大きなモータを使用しても性能が低下しない。移動部材へのモータトルクの伝達において、ベルト、チェーンまたはリンク部材が不要である。別個の伝達削減構造が不要である。モータから被制御出力ポイントまでの短い構造的距離は競合のデザインと比べ、より早い加速、より正確な位置決め、および、より正確な力およびトルクを可能にする。このデザインは、素早く、かつ、正確な水平移動が要求されるＳＣＡＲＡ（selective compliance articulated robot arm）のような産業ロボットに、より好適に適用される。
【００３２】
図３〜図５は、本発明の一実施例における水平多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）を示す。駆動モータ５０は固定されたスタンド部材５に取り付けられる。前記駆動モータ５０は円筒状の駆動キャプスタン１０を回転させる。キャプスタン１０はケーブル２２によって従動ドラム２０に連結される。ドラム２０がキャプスタン１０より大きな直径を有することでモータ５０にとって機械的アドバンテージが生じる。この回転駆動装置は、Sagebrush Technology, Incの商標ROTO-LOKにより知られている。先行技術の図１における従動ドラムと異なり、前記ドラム２０は完全な円形ではなく、好ましくは、完全な円形の半分よりも小さいセクタ（扇形）である。弧の長さは、達成可能な、または、必要なロボット関節の回転範囲を満たすのに十分な長さが必要である。必要な長さだけ弧の長さを有するドラム２０は質量および慣性を小さくする。また、第２リンクの取り付けに関する改良を可能にする。
【００３３】
図３〜図５において、ドラム２０はハブ６５に固定されている。キャプスタン３０は前記ハブ６５の内側にあり、かつ、ハブ６５と同心のベアリングに取り付けられる。キャプスタン３０はモータ６０によって駆動され、ケーブル６７を通じてドラム４０に連結される。ハブ６５において細長い穴（slot）が形成され、ドラム４０のための空間を提供し、かつ、ケーブル６７が内側に取り付けられたキャプスタン３０を通過することを可能にする。ハブ６５は、ドラム２０およびキャプスタン３０の支持と構成要素の数および質量の最小化という二重の目的を果たす。
【００３４】
図１に示す先行技術の構造において、遠位に取り付けられたドラム４０は近位に取り付けられたドラム２０と半径方向および軸線方向においてオフセットしている。図３〜図５に示すように、本発明においてドラム２０は一部が欠けた円筒となるように構成されているため、ドラム４０はドラム２０に対し半径方向のみにおいてオフセットして設けられている。これにより固定スタンド５からドラム４０までの距離が短くなり、支持構造の剛性を大きくし、かつ、支持構造の質量を小さくする。
【００３５】
ドラム４０はシャフト４５を通じてリンク部材７０に回転可能に取り付けられている。リンク部材７０はモータ６０に固定して取り付けられている。モータ６０は固定構造のフレーム部材５に取り付けられ、回転するために潤滑される。ハブ６５はモータ６０に同軸線で固定される。したがって、ドラム２０、キャプスタン３０およびモータ６０は共通の回転軸線を共有する。
【００３６】
モータ５０がドラム２０を回転させる場合、リンク７０、ドラム４０、モータ６０およびキャプスタン３０は前記共通の回転軸線の周りを旋回する。したがって、モータ６０はドラム２０の姿勢から独立してドラム４０を駆動させることができる。リンク部材８０はエンドエフェクタまたは道具を取り付けるためにドラム４０の周囲に固定される。
【００３７】
先行技術に対するこれらの改良は、より小さな質量、より少ない構成要素、および構成要素におけるより小さな曲げ（less bending）を持つ２自由度のマニプレータ装置を作り出す。比較的大きなモータを固定された部材に取り付けることにより慣性を最小限にするという先行技術の利益は保ちつつ、トルクを遠位のリンクに伝達するために予備の動力伝達要素を使用する際の質量、摩擦、粗さの問題を回避する。移動部材は軽量の部材で組み立てられることができ、さらに、急な移動および正確な位置決めを支持するために十分な剛性を有することができる。
【００３８】
この構成は、図６〜図９に示すように、第３回転駆動装置を取り付けることによって、３自由度に拡張することができる。この配置において、２自由度の構造における遠位のリンクはＳＣＡＲＡにおける回転ほどの回転は必要でなく、したがって、質量および慣性を最小限にするために部分的に円形の扇形で形成されている。
【００３９】
図６〜図９に示す３自由度のマニプレータ装置において、構成要素１０，２０，２２，３０，４０，４５，５０，６０，６５，６７，７０および８０は図３〜図５の２自由度の構造において説明された各構成要素と同一の機能を有する。
【００４０】
原理の違いは、固定された構造フレーム部材５に組立要素が取り付けられる代わりに、ブラケット７２，７５を通じて垂直なシャフト９５に取り付けられている（図９）。シャフト９５は固定された支持部材５に取り付けられ、回転するために潤滑される。さらに、ドラム９０がシャフト９５に固定されている。ドラム９０はドラム２０と同様、一部が欠けた円筒状として形成されており、モータ５５により駆動される。より具体的には、キャプスタン８５はモータ５５により駆動されており、かつ、前述した別の構造と同様、ケーブル８７を通じてドラム９０に連結されている。ドラム９０が駆動されることで、シャフト９５および２自由度構造をシャフト９５の軸線の周りに回転させる。
【００４１】
２自由度構造のモータ５０，６０はシャフト９５の回転軸線に直交して配置されており、慣性を最小限にしている。また、図６および図７に示すようにシャフト９５の回転軸線が垂直に向いている場合、ドラム２０は遠位のリンクへの部分的な釣り合いおもりとして作用する。これによりモータ５０に必要なトルクを減少させ、重力を相殺する。これにより、有効なマニプレータ装置の態様のために、より多くのトルクが使用可能になり、または、より小さな慣性および反応の向上のためにより小さなモータが使用可能となる。
【００４２】
図２の先行技術と比べると、本３自由度の装置は移動要素の質量を減らし、慣性をさらに減少させるために前記移動要素を垂直の回転軸線に近づけて配置する。支持部材の長さは短くなっており、構造的剛性および捻り剛性を増大させる。ロボットのエンドエフェクタから固定された支持部材までの機械的経路は短くなっており、ロボットの剛性および正確性を向上させる。モータには、より少ないトルクが要求される。
【００４３】
これらの改良は先行技術の利点、すなわち、長さの短い３自由度の装置と伝達における削減を行いながら各ジョイントが直接的に駆動されることとを維持しながら達成される。経済的なパッケージにおいて、小さな慣性およびスムーズかつ摩擦が小さい動きを持つ実用レベルの力の出力が達成される。
【００４４】
図３〜図５の２自由度の装置および図６〜図９の３自由度の装置はいずれも、モータ５０，６０（３自由度の装置の場合は更にモータ５５）を角度測定センサに取り替えることにより測定装置を適合させることで実行することができる。精密測定器が部材８０の端部に取り付けられ、オペレータは前記測定器を手動で所望のポイントへ導く。前記ポイントの調整は関節の角度から計算される。
【００４５】
本発明のある好ましい実施例について記載または図示したが、本明細書を理解することによって同等の内容または改良したものを当業者が考え付くことは明らかである。本発明はそのような同等の内容または改良したものを含み、かつ、クレームの範囲内においてのみ制限される。
【図１】
2010526676.tif 000003
【図２】
2010526676.tif 000004
【図３】
2010526676.tif 000005
【図４】
2010526676.tif 000006
【図５】
2010526676.tif 000007
【図６】
2010526676.tif 000008
【図７】
2010526676.tif 000009
【図８】
2010526676.tif 000010
【図９】
2010526676.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月6日(2009.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第１駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒の一部であるセクタのように形成された第１従動部材（２０）に連結される円筒状の第１駆動部材（１０）を備える第１回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第１駆動部材（１０）の回転が前記第１従動部材（２０）を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動軸線と第１従動軸線とは平行であり；
第２駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒の一部であるセクタのように形成された第２従動部材（４０）に連結される円筒状の第２駆動部材（３０）を備える第２回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第２従動部材（４０）は前記第１従動部材（２０）に固定的に接続されたリンク部材（７０）に回転可能に取り付けられ、前記第２駆動部材（３０）の回転が前記第２従動部材（４０）を第２従動軸線の周りに回転させ、前記第２駆動軸線と第２従動軸線とは平行であり；
ここにおいて、前記第２従動部材（４０）は前記第１従動部材（２０）と同一平面上にあり、かつ、前記第２駆動軸線は前記第１従動軸線と一致する。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材（１０，３０）は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）から回転入力を受ける。
【請求項３】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、固定された基準フレーム（５）を更に含み、ここにおいて、前記第１の機械的な回転動力源（５０）は前記基準フレームに固定して取り付けられる。
【請求項４】
請求項３に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源（６０）は前記第１従動部材の回転に対して固定して取り付けられる。
【請求項５】
請求項３に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源（６０）の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対して固定された前記基準フレーム（５）に回転可能に取り付けられる。
【請求項６】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２従動部材（４０）に固定されたアーム（８０）を更に備える。
【請求項７】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１駆動部材（１０）は第１ケーブル手段により前記第１従動部材（２０）と連結されており、前記第２駆動部材（３０）は第２ケーブル手段により前記第２従動部材（４０）と連結されている。
【請求項８】
請求項７に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材（１０，３０）は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）から回転入力を受ける。
【請求項９】
請求項８に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記装置は固定された基準フレーム（５）を更に含み、ここにおいて、前記第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）の回転する構成要素は前記第１従動部材（２０）の回転に対し固定された前記基準フレーム（５）に回転可能に取り付けられる。
【請求項１０】
２自由度の測定装置であって：
第１従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒の一部であるセクタのように形成された第１駆動部材（２０）に連結される円筒状の第１従動部材（１０）を備える第１回転駆動装置を備え、ここにおいて、第１駆動軸線の周りにおける前記第１駆動部材（２０）の回転が前記第１従動部材（１０）を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動軸線と第１従動軸線とは平行であり；
第２従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒の一部であるセクタのように形成された第２駆動部材（４０）に連結される円筒状の第２従動部材（３０）を備える第２回転駆動装置を備え、ここにおいて、第２駆動軸線の周りにおける前記第２駆動部材（４０）の回転が前記第２従動部材（３０）を第２従動軸線の周りに回転させ、前記第２駆動軸線と第２従動軸線とは平行であり；
ここにおいて、前記第２駆動部材（４０）は、前記第１駆動部材（２０）に固定して接続されたリンク部材（７０）に回転可能に取り付けられ、前記第２駆動部材（４０）は前記第１駆動部材（２０）と同一平面上にあり、前記第２従動軸線は前記第１駆動軸線と一致し；前記測定装置は更に以下を備える：
前記第１従動部材（１０）に連結された第１測定手段と；
前記第２従動部材（３０）に連結された第２測定手段。
【請求項１１】
３自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第３駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒の一部であるセクタのように形成された第３従動部材（９０）に連結される円筒状の第３駆動部材（８５）を備える第３回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第３駆動部材（８５）の回転が前記第３従動部材（９０）を第３従動軸線の周りに回転させ、前記第３駆動軸線と第３従動軸線とは平行であり；
前記第３従動部材（９０）に固定的に接続された請求項１の装置を備え；ここにおいて、前記第１および第２従動軸線は前記第３従動軸線と垂直である。
【請求項１２】
請求項１１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第３駆動部材（８５）はケーブル手段により前記第３従動部材（９０）に連結されている。
【請求項１３】
請求項１１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、第１、第２および第３駆動軸線は、それぞれ、第１、第２および第３の機械的な回転動力源（５０，６０，５５）から回転入力を受け、前記第３従動軸線は第１および第２回転動力源（５０，６０）の本体を通過する。
【請求項１４】
３自由度の測定装置であって：
第３従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒の一部であるセクタのように形成された第３駆動部材（９０）に連結された円筒状の第３従動部材（８５）を備える第３回転駆動装置を備え、ここにおいて、第３駆動軸線の周りにおける前記第３駆動部材（９０）の回転が前記第３従動部材（８５）を第３従動軸線の周りに回転させ、前記第３駆動軸線と第３従動軸線とは平行であり；
前記第３駆動部材（９０）に固定して接続された請求項１０の装置を備え；ここにおいて、前記第１および第２駆動軸線は前記第３駆動軸線と垂直であり；
前記装置は更に以下を備える：
前記第３従動部材（８５）に連結された第３測定手段。
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第１駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第１従動部材（２０）に連結される円筒状の第１駆動部材（１０）を備える第１回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第１駆動部材（１０）の回転が前記第１従動部材（２０）を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動軸線と第１従動軸線とは平行であり；
第２駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第２従動部材（４０）に連結される円筒状の第２駆動部材（３０）を備える第２回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第２従動部材（４０）は前記第１従動部材（２０）に固定的に接続されたリンク部材（７０）に回転可能に取り付けられ、前記第２駆動部材（３０）の回転が前記第２従動部材（４０）を第２従動軸線の周りに回転させ、前記第２駆動軸線と第２従動軸線とは平行であり；
ここにおいて、前記第２従動部材（４０）は前記第１従動部材（２０）と同一平面上にあり、かつ、前記第２駆動軸線は前記第１従動軸線と一致する。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材（１０，３０）は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）から回転入力を受ける。
【請求項３】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、固定された基準フレーム（５）を更に含み、ここにおいて、前記第１の機械的な回転動力源（５０）は前記基準フレームに固定して取り付けられる。
【請求項４】
請求項３に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源（６０）は前記第１従動部材の回転に対して固定して取り付けられる。
【請求項５】
請求項３に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２の機械的な回転動力源（６０）の回転する構成要素は前記第１従動部材の回転に対して固定された前記基準フレーム（５）に回転可能に取り付けられる。
【請求項６】
請求項２に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第２従動部材（４０）に固定されたアーム（８０）を更に備える。
【請求項７】
請求項１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１駆動部材（１０）は第１ケーブル手段により前記第１従動部材（２０）と連結されており、前記第２駆動部材（３０）は第２ケーブル手段により前記第２従動部材（４０）と連結されている。
【請求項８】
請求項７に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１および第２駆動部材（１０，３０）は、それぞれ、第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）から回転入力を受ける。
【請求項９】
請求項８に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記位置決めマニプレータ装置は固定された基準フレーム（５）を更に含み、ここにおいて、前記第１および第２の機械的な回転動力源（５０，６０）の回転する構成要素は前記第１従動部材（２０）の回転に対し固定された前記基準フレーム（５）に回転可能に取り付けられる。
【請求項１０】
２自由度の測定装置であって：
第１従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第１駆動部材（２０）に連結される円筒状の第１従動部材（１０）を備える第１回転駆動装置を備え、ここにおいて、第１駆動軸線の周りにおける前記第１駆動部材（２０）の回転が前記第１従動部材（１０）を第１従動軸線の周りに回転させ、前記第１駆動軸線と第１従動軸線とは平行であり；
第２従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第２駆動部材（４０）に連結される円筒状の第２従動部材（３０）を備える第２回転駆動装置を備え、ここにおいて、第２駆動軸線の周りにおける前記第２駆動部材（４０）の回転が前記第２従動部材（３０）を第２従動軸線の周りに回転させ、前記第２駆動軸線と第２従動軸線とは平行であり；
ここにおいて、前記第２駆動部材（４０）は、前記第１駆動部材（２０）に固定的に接続されたリンク部材（７０）に回転可能に取り付けられ、前記第２駆動部材（４０）は前記第１駆動部材（２０）と同一平面上にあり、前記第２従動軸線は前記第１駆動軸線と一致し；前記測定装置は更に以下を備える：
前記第１従動部材（１０）に連結された第１測定手段と；
前記第２従動部材（３０）に連結された第２測定手段。
【請求項１１】
３自由度の位置決めマニプレータ装置であって：
第３駆動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第３従動部材（９０）に連結される円筒状の第３駆動部材（８５）を備える第３回転駆動装置を備え、ここにおいて、前記第３駆動部材（８５）の回転が前記第３従動部材（９０）を第３従動軸線の周りに回転させ、前記第３駆動軸線と第３従動軸線とは平行であり；
前記第３従動部材（９０）に固定的に接続された請求項１の位置決めマニプレータ装置を備え；ここにおいて、前記第１および第２従動軸線は前記第３従動軸線に対し垂直である。
【請求項１２】
請求項１１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第３駆動部材（８５）はケーブル手段により前記第３従動部材（９０）に連結されている。
【請求項１３】
請求項１１に記載の位置決めマニプレータ装置であって、前記第１、第２および第３駆動部材は、それぞれ、第１、第２および第３の機械的な回転動力源（５０，６０，５５）から回転入力を受け、前記第３従動軸線は第１および第２回転動力源（５０，６０）の本体を通過する。
【請求項１４】
３自由度の測定装置であって：
第３従動軸線の周りに回転可能であり、かつ、円筒状または円筒のうちの一部であるアーチ状の表面を有する第３駆動部材（９０）に連結された円筒状の第３従動部材（８５）を備える第３回転駆動装置を備え、ここにおいて、第３駆動軸線の周りにおける前記第３駆動部材（９０）の回転が前記第３従動部材（８５）を第３従動軸線の周りに回転させ、前記第３駆動軸線と第３従動軸線とは平行であり；
前記第３駆動部材（９０）に固定して接続された請求項１０の測定装置を備え；ここにおいて、前記第１および第２駆動軸線は前記第３駆動軸線と垂直であり；
前記測定装置は更に以下を備える：
前記第３従動部材（８５）に連結された第３測定手段。
【国際調査報告】
2010526676.tif 000012
2010526676.tif 000013