并行机构的制作方法

专利名称：并行机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于高速高精度机器人的并行机构。
背景技术：
近年来，由于在工业用机器人的领域中要求高速化以及高精度化，所以关注并行机构的利用。作为并行机构的现有技术，例如在专利文献I中记载的内容是公知的。在该现有技术中，4个致动器分别通过具有平行连杆的4个联动机构使可动平台以3个平移自由度进行移动，并且使组装在可动平台上的加工工具相对于垂直轴旋转，由此来实现4自由度驱动。现有技术文献专利文献I日本特表2008-529816号公报

发明内容
发明所要解决的课题

但是，上述现有技术需要使4个联动机构在产生并行运动的力的同时，还产生旋转运动的扭矩。为了使机器人进行高速并行运动，必须减小联动机构间的扭转量，基本不对平行连杆施加扭矩，所以，需要用到大幅扩大可动平台的旋转变形的放大装置。另外，当该放大装置不成为可动平台的较大负担时，很难提高输出精度。即，在上述现有技术中存在难以同时实现高速化和高精度化的问题。本发明是鉴于这样的问题点而做出的，其目的是提供能够同时实现高速化和高精度化的、以至少4自由度进行驱动的并行机构。用于解决课题的手段为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，应用如下这样的并行机构，其具备固定板、4个旋转致动器、4个周边驱动机构和可动板，4个上述旋转致动器经由4个上述周边驱动机构来驱动上述可动板，在上述并行机构中，4个上述旋转致动器以相邻的2个上述旋转致动器的旋转轴垂直、且相对的2个上述旋转致动器的旋转轴平行的方式设置在上述固定板的4个方向上，全部的上述周边驱动机构具有上臂、下臂、连接上述上臂与上述下臂的上关节和连接上述下臂与上述可动板的下关节，全部的上述上臂由与对应的上述旋转致动器的转子一体化的单杆构成，以包含绕沿着上述可动板的表面方向的轴的I个旋转自由度在内的至少4自由度来驱动上述可动板。发明效果能够实现可同时达到高速化和高精度化的、以至少4自由度进行驱动的并行机构。


图1是概念性示出第I实施方式的并行机构的整体结构的概念结构图。
图2是概念性示出第I实施方式的变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图3是概念性示出第I实施方式的其它变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图4是概念性示出第I实施方式的另一变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图5是概念性示出第I实施方式的另一变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图6是概念性示出第2实施方式的并行机构的整体结构的概念结构图。图7是概念性示出第2实施方式的变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图8是概念性示出第2实施方式的其它变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图9是概念性示出第2实施方式的另一变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图10是概念性示出第2实施方式的另一变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图11是概念性示出第2实施方式的另一变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图12是概念性示出第3实施方式的并行机构的整体结构的示意结构图。图13是概念性示出第3实施方式的变形例的并行机构的整体结构的概念结构图。图14是提取地概念性示出第3实施方式的其它变形例的并行机构的一部分结构的概念结构图。图15是提取地概念性示出第4实施方式的并行机构的一部分结构的概念结构图。图16是表示第4实施方式的并行机构的手腕机构的详细构造的纵剖视图。
具体实施例方式<第I实施方式>以下，参照附图来说明第I实施方式。本实施方式构成了 4自由度驱动的并行机构 100。如图1所示，本实施方式的并行机构100具有固定板1、4个旋转致动器31、32、33、34、4个周边驱动机构41、42、43、44和可动板2。以下，为了便于对机构的配置等进行说明，以把固定板I的中心作为原点O、且xoy平面与固定板I平行的方式设置绝对座标(xyzo),以把可动板2的中心作为原点O、且XOY平面与可动板2平行的方式设置相对座标(XYZO)。旋转致动器31、33以关于绝对座标原点ο对称并且各自的旋转轴与y轴平行的方式配置在X轴上。另外，旋转致动器32、34以关于绝对座标原点ο对称并且各自的旋转轴与X轴平行的方式配置在I轴上。全部周边驱动机构41 44具备上臂411、421、431、441、下臂412、422、432、442、连接上臂411、421、431、441与下臂412、422、432、442的上关节413、423、433、443以及连接下臂 412、422、432、442 与可动板 2 的下关节 414、424、434、444。上臂 411、421、431、441 全部由与旋转致动器31、32、33、34的转子一体化的单杆构成，并在与xoy平面垂直的平面上摆动。另一方面，下臂412、422、432、442全部由平行连杆构成，所述平行连杆由通过旋转对偶连接的两两平行的4节构成。以下，将构成平行连杆的4节中的、与上关节连接的节称为上节、与下关节连接的节称为下节。另外，上关节413、423、433、443全部为旋转对偶，并且设置成，对偶轴与平行连杆的上节以及对应的旋转致动器31、32、33、34的旋转轴平行。另外，下关节424、444都由旋转对偶构成，并且设置成，各自的对偶轴与平行连杆422、442的下节以及X轴平行。另一方面，下关节414、434都由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶(例如,万向节)构成，并且设置成各自的平行连杆侧的对偶轴与平行连杆412、432的下节平行，并且下关节414的可动板侧的对偶轴与下关节434的可动板侧的对偶轴都处于X轴(或者与X轴平行的直线)上。以下，对并行机构100的工作原理进行说明。当假设周边驱动机构41、43的下关节414、434以与周边驱动机构42、44的下关节424、444相同的方式具有I自由度的旋转对偶时，设置为，全部周边驱动机构41 44的上关节的对偶轴与平行连杆的上节以及对应的旋转致动器31 34的旋转轴平行，所以可动板2不会改变姿势，只能以3个平移自由度进行移动。但是，周边驱动机构41、43的下关节414、434都由2自由度旋转对偶构成，并且设置成该2个下关节414、434的可动板侧的对偶轴都处于X轴上，因此在可动板2进行平移运动的同时，还可以相对于作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴进行旋转运动。因此，通过控制4个旋转致动器31 34，能够以3个平移自由度以及绕X轴的I个旋转自由度这4自由度，择一地对可动板2进行驱动。另外，可动板2不会绕Z轴进行旋转，所以不需要使平行连杆产生长度方向的扭矩，因此对精度影响大的平行连杆的长度方向的扭转量变小。而且也不需要上述现有技术那样的成为可动板的负担的放大装置。这样，通过采用本实施方式的并行机构100，能够在不使平行连杆产生长度方向的扭矩的情况下完全并行地驱动可动板2，因此能够实现可同时达到高速化和高精度化的4自由度驱动的并行机构。此外，可利用周边驱动机构42以及周边驱动机构44来约束可动板2的绕Y轴的旋转以及绕Z轴的旋转，所以可以使周边驱动机构41的下关节414与周边驱动机构43的下关节434中的任意一个以上的关节成为球面关节。此外，另外，不限定于上述第I实施方式，可在不脱离其要旨及技术思想的范围内进行各种变形。以下，按照顺序说明这样的变形例。(1-1)全部下关节由2自由度旋转对偶构成的情况如图2所示，本变形例的并行机构100A为如下结构将上述第I实施方式中的周边驱动机构42、44的下关节424、444都从I轴旋转对偶置换为2自由度旋转对偶，并且利用约束机构5来连接固定板I的中心与可动板2的中心。在图2中，下关节424、444都是2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶，并且设置成各自的平行连杆侧的对偶轴与平行连杆422、442的下节平行，而且下关节424的可动板侧的对偶轴与下关节444的可动板侧的对偶轴都处于Y轴(或者与Y轴平行的直线)上。约束机构5由如下部分构成由单杆构成的中心杆51、将中心杆51与固定板I的中心点ο连接的上部中心关节52、以及将中心杆51与可动板2的中心点O连接的下部中心关节53，并且，上部中心关节52和下部中心关节53都为球面关节。下关节424、444都是2自由度旋转对偶，并且设置为下关节424的可动板侧的对偶轴与下关节444的可动板侧的对偶轴都处于Y轴上，所以可动板2可相对于Y轴进行旋转。另一方面，因为利用约束机构5将固定板I的中心ο与可动板2的中心O连接，所以可动板2的中心O只能在以固定板I的中心ο为中心的球面上进行2自由度(绕X轴以及y轴的旋转自由度)的移位。因此，可动板2可相对于X轴以及y轴、和作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴以及Y轴，以4个旋转自由度进行移位。根据本变形例，与上述第I实施方式相比，虽然限制了可动板2的平移运动，但能够实现多个旋转运动。另外，可以只通过4个周边驱动机构41 44中的任意一个来约束可动板2的绕Z轴的旋转，所以可以使其余的3个周边驱动机构的下关节中的任意一个以上成为球面关节。(1-2)由球面关节构成2个周边驱动机构的上下关节的情况如图3所示，本变形例的并行机构100B构成为如下将上述第I实施方式中的周边驱动机构41、43的下臂412、432从平行连杆置换为单杆，并且将周边驱动机构41、43的上关节413、433和下关节414、434全部置换为球面关节。将周边驱动机构41、43设置为上关节423、443的对偶轴分别与平行连杆422、442的上节以及旋转致动器32、34的旋转轴平行，并且，下关节424、444的对偶轴分别与平行连杆422、442的下节以及X轴平行。而且，由于旋转致动器32、34的旋转轴被设置为与X轴平行，因此以X轴始终与X轴平行的方式约束可动板2。另一方面，由于在周边驱动机构41、43中上关节413、433和下关节414、434全都是球面关节，所以对于可动板2没有约束自由度。因此，与上述第I实施方式相同，可动板2能够根据4个旋转致动器31 34的驱动控制，以包含3个平移自由度以及绕作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴的I个旋转自由度在内的4自由度进行移位。根据本变形例，与上述第I实施方式相比，由于使用了球面关节，所以可动范围变小，但由于下臂412、432都由单杆构成，所以机构变得简单。另外，也可以使周边驱动机构41的上关节413和下关节414中的任意一个成为万向节。同样，可以使周边驱动机构43的上关节433和下关节434中的任意一个成为万向节。(1-3)连接了固定板、可动板并在2个周边驱动机构中采用了球面关节的情况本变形例的并行机构100C如图4所示构成为如下将上述第I实施方式中的周边驱动机构42、44的下臂422、442从平行连杆置换为单杆，并且将周边驱动机构42、44的上关节423、443和下关节424、444全部置换为球面关节，而且利用约束机构5来连接固定板I的中心与可动板2的中心。在图4中，约束机构5由作为单杆的中心杆51、将中心杆51与固定板I的中心点ο连接的上部中心关节52和将中心杆51与可动板2的中心点O连接的下部中心关节53构成，并且上部中心关节52和下部中心关节53都为球面关节。根据本变形例，与上述第I实施方式相比,周边驱动机构42、44的上关节423、443和下关节424、444都是球面关节，所以对可动板2取消了绕Y轴的旋转约束，但取而代之，利用约束机构5连接了固定板I的中心ο与可动板2的中心0，因此可动板2的中心O只能在以固定板I的中心ο为中心的球面上进行2自由度(绕X轴以及y轴的旋转自由度)的移位。由此与上述的变形例(1-1)相同，可动板2可相对于X轴以及y轴、和作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴以及Y轴，以4个旋转自由度进行移位。
与上述的变形例(1-1)相比，在采用本变形例的技术的情况下，因为使用了球面关节，所以可动范围变小，但由于下臂422、442都是单杆，所以机构变得简单。另外，可以使周边驱动机构42的上关节423和下关节424中的任意一个成为万向节。同样，可以使周边驱动机构44的上关节443和下关节444中的任意一个成为万向节。(1-4)连接了固定板、可动板并在全部周边驱动机构中采用了球面关节的情况如图5所示，本变形例的并行机构100D构成为如下将上述变形例(1-3)中的周边驱动机构41、43的下臂412、432都从平行连杆置换为单杆，并且将周边驱动机构41、43的上关节413、433与下关节414、434都置换为球面关节，并且约束机构5的上部中心关节52和下部中心关节53都为万向节。在周边驱动机构41 44中，因为上关节与下关节全部都由球面关节构成，所以对可动板2没有自由度的约束。但是，因为约束机构5的上部中心关节52和下部中心关节53都为万向节，所以约束了绕与万向节的2个对偶轴同时垂直的轴即Z轴的旋转。S卩，可动板2可以相对于上部中心关节52的2个对偶轴以及下部中心关节53的2个对偶轴(也就是作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴以及Y轴)，以4个旋转自由度进行移位。根据本变形例，与上述的变形例(1-1)相比，由于使用了球面关节，所以可动范围变小，但由于全部下臂412 442都由单杆构成，从而机构变得简单。另外，在全部周边驱动机构41 44中，可以使上关节和下关节中的任意一个成为万向节。〈第2实施 方式>接着，参照附图来说明第2实施方式。本实施方式构成了 6自由度驱动(可动板是5自由度驱动，末端执行器是I自由度驱动)的并行机构1000。如图6所示，本实施方式的并行机构1000具有固定板1001、4个周边驱动机构1041 1044、中心驱动机构1005、可动板1002以及末端执行器1003。在本实施方式中，也是与上述第I实施方式同样，为了便于对机构的配置等进行说明，以把固定板1001的中心作为原点O、且xoy平面与固定板1001平行的方式设置绝对座标(xyzo)，以把可动板1002的中心作为原点O、且XOY平面与可动板1002平行的方式设置相对座标(XYZO)。全部周边驱动机构1041 1044具备旋转致动器1410 1440、上臂1411 1441、下臂1412 1442、连接上臂1411 1441与下臂1412 1442的上关节1413 1443、以及连接下臂1412 1442与可动板1002的下关节1414 1444。旋转致动器1410、1430以关于绝对座标原点ο对称并且各自的旋转轴与y轴平行的方式配置在X轴上。另外，旋转致动器1420、1440以关于绝对座标原点ο对称并且各自的旋转轴与X轴平行的方式配置在y轴上。上臂1411、1421、1431、1441全部由与旋转致动器1410 1440的转子一体化的单杆构成，并在与xoy平面垂直的平面上摆动。另一方面，下臂1412、1422、1432、1442全部由平行连杆构成，所述平行连杆由通过旋转对偶连接的、两两平行的4节构成。另外，全部上关节1413、1423、1433、1443都是旋转对偶，并设置成，对偶轴与平行连杆的上节以及对应的旋转致动器1410 1440的旋转轴平行。另外，下关节1414、1424、1434、1444全部由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶(例如,万向节)构成,并且设置成平行连杆侧的对偶轴与平行连杆的下节平行，并且下关节1424和下关节1444的2个可动板侧的对偶轴都处于X轴(或者与X轴平行的直线)上，下关节1414和下关节1434的2个可动板侧的对偶轴都处于Y轴(或者与Y轴平行的直线)上。
中心驱动机构1005具备旋转致动器1050、直动致动器1051、上部中心关节1052以及下部中心关节1053和轴承1054。旋转致动器1050以其旋转轴与固定板1001的平面方向垂直的方式设置在固定板1001的中心。另一方面,直动致动器1051经由作为2自由度旋转对偶的上部中心关节1052与旋转致动器1050的动子连接。另外，末端执行器1003通过轴承1054以只能绕Z轴旋转的方式约束在可动板1002的中心，并且经由作为2自由度旋转对偶的下部中心关节1053与直动致动器1051连接。以下，对并行机构1000的工作原理进行说明。当假设周边驱动机构1041 1044的下关节1414 1444全部由对偶轴与平行连杆的下节平行这样的I自由度的旋转对偶构成时，设置成全部周边驱动机构1041 1044的上关节1413 1443的对偶轴与平行连杆的上节以及对应的旋转致动器1410 1440的旋转轴平行，所以可动板1002的姿势不会发生改变，只能以3个平移自由度进行移动。但是，周边驱动机构1041 1044的下关节1414 1444全部由2自由度旋转对偶构成，并且设置成相对的2个下关节的可动板侧的对偶轴都处于X轴或Y轴上，所以可动板1002可以在进行平移运动的同时相对于X轴以及Y轴进行旋转运动。即，仅约束了可动板1002的绕Z轴的旋转。另外，通过控制直动致动器1051来决定固定板1001与可动板1002的中心之间的距离。因此，可通过控制4个旋转致动器1410 1440和I个直动致动器1051，能够以3个平移自由度和绕作为沿着可动板2的表面方向的轴的X轴以及Y轴的2个旋转自由度这5自由度，择一地对可动板1002进行驱动。另一方面，末端执行器1003以只能绕Z轴旋转而进行驱动的方式，被轴承1054约束在可动板1002上，并且通过控制旋转致动器1050来唯一地决定绕Z轴的旋转。因此，通过控制4个旋转致动器1410 1440和直动致动器1051以及旋转致动器1050，能够按照6自由度，择一地驱动末端执行器1003。这样，通过采用本实施方式的并行机构1000，能够在不使平行连杆产生长度方向的扭矩的情况下，完全并行地驱动可动板1002，因此能够实现可同时达到高速化和高精度化的5自由度驱动(对于末端执行器1003而言是6自由度驱动)的并行机构。另外，因为4个旋转致动器1410 1440与旋转致动器1050是并行的，所以能够使并行机构1000轻量化。虽然直动致动器1051与其它5个致动器1410 1440、1050串行，但如果将其重心设置在尽量接近于固定板1001的位置，则能够减轻4个旋转致动器1410 1440的负担。另一方面，因为旋转致动器1050不会使可动板1002旋转而是直接驱动末端执行器1003，所以原本负荷就较轻，因此即使加上直动致动器1051的量，也不会给高速运转带来障碍。另外，可通过旋转致动器1050独立地驱动末端执行器1003的绕Z轴的旋转来实现任意的旋转量。绕X轴与绕Y轴的可旋转范围都能够达到±180°附近。此外，全部的驱动都是并行或垂直的，所以能够使各个致动器1410 1440、1050、1051的驱动精度平均化且独立化，与相乘各个致动器的驱动精度的串行机构相比，也能够实现高精度。因此，并行机构1000可同时实现较大的可动范围、高速且高精度。另外，不限定于上述第2实施方式，可在不脱离其要旨及技术思想的范围内进行各种变形。以下，按照顺序说明这样的变形例。(2-1)在可动板上设置旋转致动器的情况如图7所示，本变形例的并行机构1000A构成为如下变更了上述第2实施方式中的中心驱动机构1005的上部中心关节1052以及下部中心关节1053，并且在可动板1002上设置了旋转致动器1050。中心驱动机构1005具备旋转致动器1050、直动致动器1051和上部中心关节1052以及下部中心关节1053。旋转致动器1050以旋转轴与可动板1002的平面方向垂直的方式设置在可动板1002的下表面上。另一方面，直动致动器1051经由上端是球面关节的上部中心关节1052与固定板1001的中心连接，而且经由下端是球面关节的下部中心关节1053与可动板1002的中心连接。另外，末端执行器1003与旋转致动器1050的动子直接连接。此外，可以使上部中心关节1052和下部中心关节1053中的任意一个成为万向节。本变形例与上述第2实施方式相比，在可动板1002上设置了旋转致动器1050，所以4个旋转致动器1410 1440与直动致动器1051的负荷变重，可动板1002的平移运动与绕X轴及Y轴的旋转运动的加速度减小，但由于末端执行器1003直接与旋转致动器1050连接，所以绕Z轴的旋转加速度以及精度变高。(2-2)由球面关节构成2个周边驱动机构的上下关节的情况如图8所示，本变形例的并行机构1000B构成为如下将上述第2实施方式中的周边驱动机构1042、1044的下臂1422、1442从平行连杆置换为单杆，并且将周边驱动机构1042、1044的上关节1423、1443和下关节1424、1444全部置换为球面关节。当假设周边驱动机构1041的下关节1414以及周边驱动机构1043的下关节1434都由对偶轴与平行连杆的下节平行的I自由度的旋转对偶构成时，以Y轴始终与I轴平行的方式约束可动板1002。S卩，可动板1002的绕X轴与Z轴的2自由度的旋转运动被约束。但是，周边驱动机构1041的下关节1414以及周边驱动机构1043的下关节1434都由2自由度旋转对偶构成，并且设置为可动板侧的对偶轴都处于X轴上，所以取消了可动板1002的绕X轴的旋转约束。另一方面，在周边驱动机构1042、1044中，因为上关节1423、1443和下关节1424、144 4全部是球面关节，所以对于可动板1002没有自由度的约束。由此，与上述第2实施方式同样，通过控制4个旋转致动器1410 1440和直动致动器1051，以3个平移自由度和绕X轴以及Y轴的2个旋转自由度这5自由度，择一地对可动板1002进行驱动，因此，通过控制4个旋转致动器1410 1440、直动致动器1051以及旋转致动器1050，能够按照6自由度择一地驱动末端执行器1003。根据本变形例，与上述第2实施方式相比，由于使用了球面关节，所以可动范围变小，但下臂1422、1442都由单杆构成，所以机构变得简单。另外，可以使周边驱动机构1042的上关节1423与下关节1424中的任意一个成为万向节。同样，可以使周边驱动机构1044的上关节1443和下关节1444中的任意一个成为万向节。(2-3)在可动板上设置了旋转致动器、在2个周边驱动机构中采用了球面关节的情况如图9所示，本变形例的并行机构1000C构成为，变更了上述变形例(2-2)中的中心驱动机构1005的上部中心关节1052以及下部中心关节1053。中心驱动机构1005具备旋转致动器1050、直动致动器1051、上部中心关节1052以及下部中心关节1053。旋转致动器1050以旋转轴与可动板1002的平面方向垂直的方式设置在可动板1002的下表面上。另一方面，直动致动器1051经由上端是球面关节的上部中心关节1052与固定板1001的中心连接，并且经由下端是球面关节的下部中心关节1053与可动板1002的中心连接。另外，末端执行器1003与旋转致动器1050的动子直接连接。此外，可以使上部中心关节1052和下部中心关节1053的任意一个成为万向节。与上述变形例(2-2)相比，在本变形例的并行机构1000C中，因为旋转致动器1050被设置在可动板1002上，所以4个旋转致动器1410 1440和直动致动器1051的负荷变重，可动板1002的平移运动和绕X轴及Y轴的旋转运动的加速度减小，但由于末端执行器1003直接与旋转致动器1050连接，因此绕Z轴的旋转加速度以及精度变高。(2-4)在全部周边驱动机构中采用了球面关节的情况如图10所示，本变形例的并行机构1000D构成为，将上述第2实施方式中的4个周边驱动机构1041 1044的下臂1412 1442全部从平行连杆置换为单杆，并且将上关节1413 1443以及下关节1414 1444全部置换为球面关节，而且还变更了中心驱动机构 1005。中心驱动机构1005具备旋转致动器1050、直动致动器1051、上部中心关节1052以及下部中心关节1053。旋转致动器1050以旋转轴与固定板1001的平面方向垂直的方式设置在固定板1001的中心。另一方面，直动致动器1051经由上端是2自由度旋转对偶的上部中心关节1052与旋转致动器1050的动子连接，经由下端是2自由度旋转对偶的下部中心关节1053与可动板1002的中心连接。另外，末端执行器1003直接设置在可动板1002的下表面上。在周边驱动机构1041 1044中，由于上关节1413 1443和下关节1414 1444全部由球面关节构成，所以对于可动板1002没有自由度的约束，但取而代之，作为万向节的中心驱动机构1005的上部中心关节1052和下部中心关节1053以绕万向节的2个对偶轴旋转的方式约束可动板1002。根据本变形例，与上述第2实施方式相比，在周边驱动机构1041 1044的上关节1413 1443和下关节1414 1444中采用了球面关节，所以平移运动的可动范围变小，但因为下臂1412 1442全部由单杆构成，所以机构变得简单。此外，可以使全部周边驱动机构1041 1044中的上关节和下关节中的任意一个成为万向节。(2-5)在可动板上设置了旋转致动器、在全部周边驱动机构中采用了球面关节的情况如图11所示，本变形例的并行机构1000E构成为，在可动板1002上设置了上述变形例(2-4)的旋转致动器1050。旋转致动器1050以旋转轴与可动板1002的平面方向垂直的方式设置在可动板1002的下表面上。另一方面，直动致动器1051经由上端是2自由度旋转对偶的上部中心关节1052与固定板1001的中心连接，并且经由下端是2自由度旋转对偶的下部中心关节1053与可动板1002的中心连接。另外，末端执行器1003与旋转致动器1050的动子直接连接。此外，可以使上部中心关节1052和下部中心关节1053中的任意一个成为万向节。根据本变形例，与上述变形例(2-4)相比，在可动板1002上设置了旋转致动器1050，所以4个旋转致动器1410 1440和直动致动器1051的负荷变重，可动板1002的平移运动和绕X轴及Y轴的运动的加速度减小，但由于末端执行器1003直接与旋转致动器1050连接，因此绕Z轴的旋转加速度以及精度变高。此外，可以使全部周边驱动机构1041 1044中的上关节和下关节中的任意一个成为万向节。
〈第3实施方式>接着，参照附图来说明第3实施方式。本实施方式构成了 6自由度驱动(可动板为4自由度驱动，末端执行器为2自由度驱动)的并行机构2000。如图12所示，本实施方式的并行机构2000具有固定板2001、4个周边驱动机构2041 2044、中心驱动机构2005、可动板2002、差动机构2100以及末端执行器2003。末端执行器2003以可绕第I旋转轴2104旋转的方式设置在可动板2002的下方。此外，在本实施方式中，也是以把固定板2001的中心作为原点O、且xoy平面与固定板2001平行的方式设置绝对座标(xyzo)，以把可动板2002的中心作为原点O、且XOY平面与可动板2002平行的方式设置相对座标(XYZO)。周边驱动机构2041 2044的结构基本上与上述并行机构100、1000相同，但在本实施方式中，在Y轴方向上相对的周边驱动机构2042、2044的下关节2424、2444由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶(例如，万向节)构成，在X轴方向上相对的周边驱动机构2041,2043的下关节2414、2434由I自由度旋转对偶构成。对周边驱动机构2041 2044的其它结构省略说明。中心驱动机构2005具有设置在固定板2001上的2个旋转致动器2050、用于向末端执行器2003传递各个旋转致动器2050的驱动力的2个传递杆2051、2个上部中心关节2052以及下部中心关节2053、沿着x轴方向设置在可动板2002上的2个第I轴承2055和2个第2旋转轴2054。在此例中，2个旋转致动器2050以其旋转轴与固定板2001的平面方向垂直的方式沿着X轴方向设置在固定板2001上。传递杆2051是可伸缩的嵌套构造，而且构成为，可通过未图示的突起与槽的卡合等，将旋转致动器2050的旋转驱动力传递给第2旋转轴2054。该传递杆2051的上端经由作为2自由度旋转对偶的上部中心关节2052与旋转致动器2050的动子连接，传递杆2051的下端经由作为2自由度旋转对偶的下部中心关节2053与第2旋转轴2054连接。通过第I轴承2055以能够绕与Z轴平行的轴进行I自由度旋转的方式约束第2旋转轴2054。差动机构2100具有相对配置的一对伞齿轮2102，它们在第2旋转轴2054的旋转的作用下，经由涡轮2101而旋转；以及与这一对伞齿轮2102双方都啮合的伞齿轮2103。伞齿轮2103通过第I旋转轴2104与末端执行器2003连接。在通过旋转致动器2050的驱动使得一对伞齿轮2102以相同方向进行旋转的情况下，绕与X轴平行的轴对伞齿轮2103以及末端执行器2003进行旋转驱动。另一方面，在使一对伞齿轮2102以彼此不同的方向进行旋转的情况下，绕第I旋转轴2104对末端执行器2003进行旋转驱动。这样，差动机构2100以包含绕第I旋转轴2104的I个旋转自由度以及绕与X轴平行的轴的I个旋转自由度在内的2自由度，来驱动末端执行器2003。根据以上的并行机构2000，通过控制4个旋转致动器2410 2440，能够以3个平移自由度以及绕Y轴的I个旋转自由度这4自由度，择一一地驱动可动板2002。另一方面，如上所述，末端执行器2003相对于可动板2002以2自由度进行驱动。因此，通过控制4个旋转致动器2410 2440和2个旋转致动器2050，能够按照6自由度择一地驱动末端执行器2003。这样，通过采用本实施方式的并行机构2000，能够在不使平行连杆产生长度方向的扭矩的情况下，完全并行地驱动可动板2002，所以能够实现可同时达到高速化和高精度化的6自由度驱动的并行机构。另外，因为在差动机构2100中采用了涡轮2101，所以能够增大末端执行器2003的2个旋转自由度的驱动扭矩。结果，能够省略旋转致动器2050的减速机，能够实现旋转致动器2050的小型化，进而实现并行机构2000的小型化。需要说明的是，以上虽然采用了涡轮2101向伞齿轮2102传递第2旋转轴2054的旋转，但也可以取代涡轮而采用准双曲面齿轮或伞齿轮。另外，以上虽然构成为可动板2002以包含绕Y轴的I个旋转自由度在内的4自由度进行驱动，末端执行器2003以包含绕与X轴平行的轴在内的2个旋转自由度进行驱动，但也可以构成为，使X轴与Y轴的对应关系相反，可动板2002以包含绕X轴的I个旋转自由度在内的4自由度进行驱动，末端执行器2003以包含绕与Y轴平行的轴在内的2个旋转自由度进行驱动。在此情况下，只要沿着y轴(Y轴)方向分别配置中心驱动机构2005的2个旋转致动器2050、传递杆2051以及第I轴承2055并且由2自由度旋转对偶(例如，万向节)构成周边驱动机构2041、2043的下关节 2414,2434 即可。另外，不限定于上述第3实施方式，可在不脱离其要旨及技术思想的范围内进行各种变形。以下，按照顺序说明这样的变形例。(3-1)设置了可相对于可动板转动的第2可动板的情况在上述第3实施方式中，通过采用差动机构2100而以2自由度来驱动末端执行器2003，但不限于此，也可以设置可相对于可动板转动的第2可动板并在该第2可动板上设置末端执行器，由此以2自由度来驱动末端执行器。如图13所示，本变形例的并行机构3000具有固定板3001、4个周边驱动机构3041 3044、中心驱动机构3005、可动板3002以及末端执行器3003。末端执行器3003以可绕旋转轴3054B旋转的方式设置在可动板3002的下方。周边驱动机构3041 3044的结构与上述并行机构2000基本上相同，但在本变形例中，在X轴方向上相对的周边驱动机构3041、3043的下关节3414、3434由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶(例如，万向节)构成，在Y轴方向上相对的周边驱动机构3042、3044的下关节3424、3444由I自由度旋转对偶构成。中心驱动机构3005具有设置在固定板3001上的2个旋转致动器3050A、3050B、2个传递杆3051A、3051B、作为2自由度旋转对偶的2个上部中心关节3052A、3052B以及下部中心关节3053A、3053B、设置在可动板3002上的I个第I轴承3055A和2个旋转轴3054A、3054B。在此例中，2个旋转致动器3050A、3050B以其旋转轴与固定板3001的平面方向垂直的方式沿着X轴方向设置在固定板3001上，旋转致动器3050B设置在固定板3001的中心。传递杆3051A、3051B可伸缩而且能够向旋转轴3054A、3054B传递旋转致动器3050A、3050B的旋转驱动力。旋转轴3054A、3054B中的旋转轴3054A被第I轴承3055A约束成可绕与Z轴平行的轴以I自由度进行旋转，在该旋转轴3054A的下部具有滚珠丝杠3056。另一方面，在可动板3002的下方借助连接板3006以及I自由度的旋转对偶3007设置了第2可动板3008 ο在该第2可动板3008上，以可在板上移动的方式设置了滑块3009,该滑块3009经由I自由度的旋转对偶3011与滚珠丝杠3056连接。并且I自由度的旋转对偶3007以及3011被设置为都能够绕与Y轴平行的轴进行转动。由此，第2可动板3008可以随着旋转轴3054A的旋转，相对于可动板3002绕与Y轴平行的轴进行转动。另外，在第2可动板3008上设置了第2轴承3055B，以可绕与第2可动板3008的表面方向垂直的轴进行I自由度旋转的方式对旋转轴3054B进行约束。此外，贯通了设置在可动板3002的中心位置处的开口 3010来设置旋转轴3054B。根据这样的结构，能够以包含绕旋转轴3054B的I个旋转自由度以及绕与Y轴平行的轴的I个旋转自由度在内的2自由度来驱动末端执行器3003。根据以上的并行机构3000，通过控制4个旋转致动器3410 3440，能够以3个平移自由度以及绕X轴的I个旋转自由度这4自由度，择一地驱动可动板3002。另一方面，如上所述，相对于可动板3002，以2自由度来驱动末端执行器3003。因此，通过控制4个旋转致动器3410 3440和2个旋转致动器3050A、3050B，能够按照6自由度，择一地驱动末端执行器3003。另外，因为不像上述并行机构2000那样设置具有涡轮或伞齿轮的差动机构2100，所以可消除齿轮机构的齿隙。需要说明的是，虽然以上构成为以包含绕X轴的I个旋转自由度在内的4自由度驱动可动板3002，以包含绕与Y轴平行的轴在内的2个旋转自由度驱动末端执行器3003，但也可以构成为使X轴与Y轴的对应关系相反，以包含绕Y轴的I个旋转自由度在内的4自由度驱动可动板3002，以包含绕与X轴平行的轴在内的2个旋转自由度驱动末端执行器3003。在此情况下，只要沿着y轴(Y轴)方向分别配置中心驱动机构3005的2个旋转致动器3050A、3050B以及传递杆3051A、3051B等，使周边驱动机构3042、3044的下关节3424、3444成为2自由度旋转对偶(例如，万向节)，而且使第2可动板3008可相对于可动板3002绕与X轴平行的轴进行转动即可。(3-2)在上臂中贯穿地插入传递杆的情况以上构成为在4个周边驱动机构的内部空间中配设了传递杆，但不限于此，也可以构成为在上臂中贯穿地插入传递杆。图14是提取地示出本变形例的并行机构4000中的4个周边驱动机构4041 4044中的I个周边驱动机构4043的图。如该图14所示，周边驱动机构4043具备上臂4431、下臂4432、连接上臂4431和下臂4432的上关节4433以及连接下臂4432和可动板4002的下关节4434。上臂4431是在中途具有弯曲部4435的圆筒状的中空管构造，由金属等刚性高的材料构成。该上臂4431的上端部与旋转致动器4430的转子4436连接，并绕转子4436的轴在x-z平面上摆动。另一方面，下臂4432由平行连杆构成。本变形例的中心驱动机构4005的2个传递杆4051中的靠周边驱动机构4043侧的传递杆4051具有贯穿地插入上臂4431的内部的第I杆4056以及第2杆4057、和与下臂4432平行地配设的第3杆4058。第I杆4056的上端经由万向节4052与设置在固定板4001上的旋转致动器4050的动子连接，在下端设置有伞齿轮4201。通过设置在上臂4431的内部的轴承4202，将该第I杆4056约束为可绕上臂4431 (比弯曲部4435靠上侧的部分)的筒轴以I自由度进行旋转。另外，第2杆4057的下端经由万向节4059与第3杆4058连接，在上端设置了与伞齿轮4201啮合的伞齿轮4203。通过设置在上臂4431的内部的轴承4204，将该第2杆4057约束成可绕上臂4431(比弯曲部4435靠下侧的部分)的筒轴以I自由度进行旋转。另外，第3杆4058的下端经由作为2自由度旋转对偶的下部中心关节4053与第2旋转轴4054连接。通过第I轴承4055，将第2旋转轴4054约束成可绕与Z轴平行的轴以I自由度进行旋转。此外，万向节4052被配置成其中心点位于旋转致动器4430的转子4436的旋转轴上，万向节4059被配置成其中心点位于下臂4432的平行连杆的上节的旋转轴上。根据这样的构造，传递杆4051被贯穿地插入上臂4431的内部，经由设置在弯曲部4435上的伞齿轮4201、4203向第2旋转轴4054传递旋转致动器4050的驱动力。虽然并行机构4000的其它部分的结构省略了图示，但它们与上述的并行机构2000相同。即，本变形例的并行机构4000构成为，将上述并行机构2000中的周边驱动机构2043和对应侧的旋转致动器2050、传递杆2051、上部中心关节2052以及下部中心关节2053置换为图14所示的结构。因此，通过第2旋转轴4054的旋转，经由图12所示的差动机构2100的涡轮2101使得伞齿轮2102进行旋转。根据以上的并行机构4000，可获得与上述第3实施方式同样的效果。另外，因为可将传递杆4051收纳到上臂4431的内部，所以提高了外观性。此外，4个周边驱动机构4041 4044的内部空间为空，所以还可以将该空间用于其它用途。此外，以上虽然使用了伞齿轮将第I杆4056的旋转传递给第2杆4057，但也可以取代伞齿轮而采用涡轮。在此情况下，能够增大第2旋转轴4054的驱动扭矩，所以可省略旋转致动器4050的减速机，能够实现旋转致动器4050的小型化，进而实现并行机构4000的小型化。另外，虽然以上构成为将上述并行机构2000中的周边驱动机构2043置换为图14所示的结构，但还可以构成为将沿着X轴相对配置的周边驱动机构2041、2043双方都置换为图14所示的结构。〈第4实施方式〉接着，参照附图来说明第4实施方式。本实施方式构成了 6自由度驱动(可动板是3自由度驱动，末端执行器是3自由度驱动)的并行机构5000。图15是提取地示出本变形例的并行机构5000内的3个周边驱动机构5041 5043中的I个周边驱动机构5043的图。如图15所示，本实施方式的并行机构5000具有固定板5001、均匀地配置在该固定板5001的周向上的3个位置处的3个周边驱动机构5041 5043、中心驱动机构5005、可动板5002、手腕机构5100以及末端执行器5003。此外，在本实施方式中，也是以把固定板5001的中心作为原点O、且xoy平面与固定板5001平行的方式设置绝对座标(xyzo)，以把可动板5002的中心作为原点O、且XOY平面与可动板5002平行的方式设置相对座标(XYZO)。在固定板5001以及可动板5002的周向上的3个位置处均匀地配置了周边驱动机构5041 5043,并且任意一个周边驱动机构都是与上述的并行机构4000的周边驱动机构4043同样的结构。在本实施方式中，任意的周边驱动机构5041 5043的下关节5414 5434也由I自由度旋转对偶构成。周边驱动机构5041 5043的其它结构省略说明。中心驱动机构5005具有设置在固定板5001上的3个旋转致动器5050、用于将各个旋转致动器5050的驱动力传递给末端执行器5003的3个传递杆5051、3个上部中心关节5052以及下部中心关节5053、均匀地配置在可动板5002的周向上的3个位置处的3个第I轴承5055和3个第2旋转轴5054。中心驱动机构5005的传递杆5051的构造与上述并行机构4000的传递杆4051相同，贯穿地插入周边驱动机构5043的上臂5431的内部，经由设置在弯曲部5435上的伞齿轮5201、5203向第2旋转轴5054传递旋转致动器5050的驱动力。虽然省略图示，但对于其它2个周边驱动机构5041、5042而言，也同样是在上臂5411、5421的内部贯穿地插入传递杆5051的构造。根据上述结构，通过控制3个旋转致动器5410 5430，能够按照3个平移自由度，择一地驱动可动板5002。另一方面，利用手腕机构5100，以相对于可动板5002具有3自由度的方式来驱动末端执行器5003。使用图16说明该手腕机构5100的详细构造。如图16所示，手腕机构5100具有第I手腕部件5010、第2手腕部件5011和使末端执行器5003绕F轴转动的夹具支承部5013。手腕部件5010、5011通过彼此的相对旋转，使得手腕机构5100绕D轴进行旋转，或者绕E轴弯曲。利用3个旋转致动器5050来驱动第I手腕部件5010、第2手腕部件5011以及夹具支承部5013。3个旋转致动器5050的旋转驱动力经由与各个周边驱动机构5041 5043对应地设置的3个传递杆5051以及第2旋转轴5054传递给第I手腕部件5010、第2手腕部件5011以及夹具支承部5013。如上所述，在设置于可动板5002的第I轴承5055上保持3个第2旋转轴5054，在各个第2旋转轴5054的下端部设置有齿轮5036 5038。另外，在可动板5002的下表面上设置有支承部件5041，在该支承部件5041的内侧，通过轴承5051以可绕D轴旋转的方式支承圆筒轴5052。设置在圆筒轴5052的上端的齿轮5053与第2旋转轴5054的齿轮5036啮合。另外，在圆筒轴5052的下端设置有凸缘(Flange) 5054。此外，在圆筒轴5052的内侧嵌合着轴承5055，在该轴承5055的内周侧，以可绕D轴旋转的方式支承着圆筒轴5056。在该圆筒轴5056的上端设置有齿轮5057，第2旋转轴5054的齿轮5037与该齿轮5057啮
八
口 ο另外，在圆筒轴5056的下端设置有锥齿轮5058。并且在圆筒轴5056的内侧嵌合着轴承5059，在该轴承5059的内周侧，以可绕D轴旋转的方式支承着圆筒轴5060。在圆筒轴5060的上端设置有齿轮5061，第2旋转轴5054的齿轮5038与该齿轮5061啮合。另外在圆筒轴5060的下端设置有锥齿轮5062。此外，在圆筒轴5060的内侧，贯穿地插入中空部件5063，该中空部件5063的上端固定于可动板5002的下表面。另外，在中空部件5063的下端设置有锥齿轮5046。在圆筒轴5052的凸缘5054上安装有第I手腕部件5010的壳体5064。关于该壳体5064，通过内侧的轴承5065以可绕E轴转动的方式支承圆筒轴5066。在圆筒轴5066的上端设置有与锥齿轮5058啮合的锥齿轮5067。另外，在圆筒轴5066的下端设置有凸缘5068。此外，轴承5069与圆筒轴5066的内侧嵌合，在该轴承5069的内周侧，以可绕E轴旋转的方式支承圆筒轴5070。另外，在圆筒轴5070的上端设置有与锥齿轮5062啮合的锥齿轮5071。此外，在圆筒轴5070的下端设置有锥齿轮5072。并且，在圆筒轴5070的内侧嵌合着轴承5073。在该轴承5073的内周侧，以可绕E轴旋转的方式支承中空部件5074。在中空部件5074的上端设置有与中空部件5063的锥齿轮5046啮合的锥齿轮5075。此外，在中空部件5074的下端设置有锥齿轮5076。另外，在圆筒轴5066的凸缘5068上安装有第2手腕部件5011的壳体5077。关于该壳体5077，通过内侧的轴承5078以可绕F轴旋转的方式支承夹具支承部5013。此外，在夹具支承部5013的上端设置有与锥齿轮5072啮合的锥齿轮5080。另外，在夹具支承部5013的下端设置有凸缘5081。在该凸缘5081上安装有末端执行器5003。
在夹具支承部5013的内侧嵌合着轴承5082。在该轴承5082的内周侧，以可绕F轴旋转的方式支承中空部件5083。在该中空部件5083的上端设置有与锥齿轮5076啮合的锥齿轮5084。根据以上这样的结构，手腕机构5100以包含绕D轴的I个旋转自由度、绕E轴的I个旋转自由度以及绕F轴的I个旋转自由度在内的3自由度来驱动末端执行器5003。根据以上的并行机构5000，通过控制3个旋转致动器5410 5430，能够按照3个平移自由度，择一地驱动可动板5002。另一方面，如上所述，以相对于可动板5002具有3自由度的方式来驱动末端执行器5003。因此，通过控制3个旋转致动器5410 5430和3个旋转致动器5050，能够按照6自由度，择一地驱动末端执行器5003。这样，通过采用本实施方式的并行机构5000，能够在不使平行连杆产生长度方向的扭矩的情况下，完全并行地驱动可动板5002，所以能够实现可同时达到高速化和高精度化的6自由度驱动的并行机构。另外，除了以上已经说明的例子以外，还可以适当组合上述实施方式和各变形例的方法来加以利用。此外，虽然没有一一例示，但可以在不脱离其要旨的范围内，施加各种变更来实施。符号说明I固定板2可动板31、32、33、34 旋转致动器41、42、43、44周边驱动机构100U00A 100D 并行机构411、421、431、441 上臂412、422、432、442 下臂413、423、433、443 上关节414、424、434、444 下关节51中心杆(杆)52上部中心关节(球面关节、万向节)53下部中心关节(球面关节,万向节)1000、1000A 1000E 并行机构1001 固定板1002 可动板1003末端执行器1005中心驱动机构1041、1042、1043、1044 周边驱动机构1050旋转致动器1051直动致动器1052上部中心关节1053下部中心关节1054 轴承1410、1420、1430、1440 旋转致动器
1411、1421、1431、1441 上臂1412、1422、1432、1442 下臂1413、1423、1433、1443 上关节1414、1424、1434、1444 下关节2000并行机构2001 固定板2002 可动板2003末端执行器2005 中心驱动机构2041、2042、2043、2044 周边驱动机构2050旋转致动器2052上部中心关节2053下部中心关节2410、2420、2430、2440 旋转致动器2411、2421、2431、2441 上臂2412、2422、2432、2442 下臂2413、2423、2433、2443 上关节2414、2424、2434、2444 下关节3000并行机构3001 固定板3002 可动板3003末端执行器3005中心驱动机构3041、3042、3043、3044 周边驱动机构3050A.3050B 旋转致动器3052A.3052B上部中心关节3053A.3053B下部中心关节3410、3420、3430、3440 旋转致动器3411、3421、3431、3441 上臂3412、3422、3432、3442 下臂3413、3423、3433、3443 上关节3414、3424、3434、3444 下关节4000并行机构4001 固定板4002 可动板4005 中心驱动机构4041、4042、4043、4044 周边驱动机构4050旋转致动器4052上部中心关节
4053 下部中心关节4410、4420、4430、4440旋转致动器4411、4421、4431、4441上臂4412、4422、4432、4442下臂4413、4423、4433、4443上关节4414、4424、4434、4444 下关节
权利要求
1.一种并行机构，该并行机构具备固定板、4个旋转致动器、4个周边驱动机构和可动板，4个所述旋转致动器经由4个所述周边驱动机构来驱动所述可动板，该并行机构的特征在于， 4个所述旋转致动器以相邻的2个所述旋转致动器的旋转轴垂直、且相对的2个所述旋转致动器的旋转轴平行的方式设置在所述固定板的4个方向上， 全部的所述周边驱动机构具有上臂、下臂、连接所述上臂与所述下臂的上关节和连接所述下臂与所述可动板的下关节， 全部的所述上臂由与对应的所述旋转致动器的转子一体化的单杆构成， 以包含绕沿着所述可动板的表面方向的轴的I个旋转自由度在内的至少4自由度来驱动所述可动板。
2.根据权利要求1所述的并行机构，其特征在于， 以4自由度来驱动所述可动板，该4自由度包含绕沿着所述可动板的表面方向的X轴的I个旋转自由度以及绕沿着所述可动板的表面方向并与所述X轴垂直的Y轴的I个旋转自由度中的任意一个旋转自由度。
3.根据权利要求2所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下臂由平行连杆构成， 全部的所述上关节由旋转对偶构成，并设置成，对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行， 4个所述下关节中的相对的2个所述下关节都由旋转对偶构成，并设置成各自的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行， 其余的2个所述下关节都由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，各自的所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，各自的所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上。
4.根据权利要求3所述的并行机构，其特征在于， 所述其余的2个下关节中的任意一个以上为球面关节。
5.根据权利要求2所述的并行机构，其特征在于， 在4个所述周边驱动机构中的相对的2个所述周边驱动机构中，各个下臂由平行连杆构成，各个所述上关节与所述下关节都由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的旋转致动器的旋转轴以及所连接的平行连杆的节平行， 在其余的2个所述周边驱动机构中，各个下臂由单杆构成，各个所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成。
6.根据权利要求1所述的并行机构，其特征在于， 以4自由度来驱动所述可动板，该4自由度包含绕沿着所述可动板的表面方向的X轴的I个旋转自由度以及绕沿着所述可动板的表面方向并与所述X轴垂直的Y轴的I个旋转自由度双方。
7.根据权利要求6所述的并行机构，其特征在于， 利用2个球面关节和单杆，将所述固定板的中心和所述可动板的中心连接， 全部的所述下臂由平行连杆构成， 全部的所述上关节由旋转对偶构成，并设置成，对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行， 全部的所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，相对的2个所述下关节的所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上。
8.根据权利要求7所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下关节中的3个以下为球面关节。
9.根据权利要求6所述的并行机构，其特征在于， 利用2个球面关节和单杆，将所述固定板的中心和所述可动板的中心连接， 在4个所述周边驱动机构中的相对的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由平行连杆构成，各个所述上关节由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行，各个所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，相对的2个所述周边驱动机构的所述下关节的可动板侧的对偶轴位于与相邻的旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上， 在其余的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由单杆构成，各个所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成。
10.根据权利要求6所述的并行机构，其特征在于， 利用2个万向节和单杆，将所述固定板的中心和所述可动板的中心连接， 全部的所述下臂由单杆构成， 在全部的所述周边驱动机构中，所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成。
11.根据权利要求1所述的并行机构，其特征在于， 以5自由度来驱动所述可动板，该5自由度包含绕沿着所述可动板的表面方向的X轴的I个旋转自由度以及绕沿着所述可动板的表面方向并与所述X轴垂直的Y轴的I个旋转自由度双方。
12.根据权利要求11所述的并行机构，其特征在于， 该并行机构还具备设置在所述可动板上的末端执行器和中心驱动机构， 所述中心驱动机构由以下部分构成设置在所述固定板的中心的旋转致动器；直动致动器；将所述直动致动器的上端与所述旋转致动器的动子连接的上部中心关节；连接所述直动致动器的下端与所述末端执行器的下部中心关节；以及设置在所述可动板的中心的轴承，该轴承以能够绕与所述X轴以及所述Y轴双方垂直的Z轴进行I自由度旋转的方式约束所述末端执行器， 通过4个所述旋转致动器、所述旋转致动器以及所述直动致动器的驱动，以6自由度驱动所述末端执行器。
13.根据权利要求12所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下臂由平行连杆构成， 全部的所述上关节由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行， 全部的所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，相对的2个所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上， 所述上部中心关节和所述下部中心关节都由2自由度旋转对偶构成。
14.根据权利要求12所述的并行机构，其特征在于， 在4个所述周边驱动机构中的相对的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由平行连杆构成，各个所述上关节由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行，各个所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，2个所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上， 在其余的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由单杆构成，各个所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成， 所述上部中心关节和所述下部中心关节都由2自由度旋转对偶构成。
15.根据权利要求12所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下臂由单杆构成， 在全部的所述周边驱动机构中，所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成， 所述上部中心关节和所述下部中心关节都由2自由度旋转对偶构成。
16.根据权利要求11所述的并行机构，其特征在于， 该并行机构还具备设置在所述可动板上的末端执行器和中心驱动机构， 所述中心驱动机构由以下部分构成直动致动器；将所述直动致动器的上端与所述固定板的中心连接的上部中心关节；将所述直动致动器的下端与所述可动板的中心连接的下部中心关节；以及旋转致动器，该旋转致动器的定子设置在所述可动板的下表面，动子与所述末端执行器连接， 通过4个所述旋转致动器、所述旋转致动器以及所述直动致动器的驱动，以6自由度驱动所述末端执行器。
17.根据权利要求16所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下臂由平行连杆构成， 全部的所述上关节由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行， 全部的所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，相对的2个所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上， 所述上部中心关节和所述下部中心关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成。
18.根据权利要求16所述的并行机构，其特征在于， 在4个所述周边驱动机构中的相对的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由平行连杆构成，各个所述上关节由旋转对偶构成，并设置成对偶轴与对应的所述旋转致动器的旋转轴以及所连接的所述平行连杆的节平行，各个所述下关节由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成，并设置成，所述平行连杆侧的对偶轴与所连接的所述平行连杆的节平行，2个所述可动板侧的对偶轴位于与相邻的所述旋转致动器的旋转轴平行的同一直线上， 在其余的2个所述周边驱动机构中，各个所述下臂由单杆构成，各个所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成， 所述上部中心关节和所述下部中心关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成。
19.根据权利要求16所述的并行机构，其特征在于， 全部的所述下臂由单杆构成， 在全部的所述周边驱动机构中，所述上关节和所述下关节由包含至少I个球面关节的2自由度以上的旋转对偶构成， 所述上部中心关节和所述下部中心关节都由2自由度旋转对偶构成。
全文摘要
本发明的目的是提供一种能够同时实现高速化和高精度化的、以至少4自由度进行驱动的并行机构。设置在固定板(1)上的4个旋转致动器(31～34)经由4个周边驱动机构(41～44)完全并行地以4自由度驱动可动板(2)，该4个周边驱动机构(41～44)具有与旋转致动器(31～34)的转子一体化的上臂(411、421、431、441)、由平行连杆构成的下臂(412、422、432、442)、连接上臂和下臂的上关节(413、423、433、443)以及连接下臂和可动板(2)的下关节(414、424、434、444)。4个下关节中的2个下关节(414、434)都由2个对偶轴彼此垂直的2自由度旋转对偶构成。
文档编号F16H21/46GK103052475SQ20118003799
公开日2013年4月17日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年8月2日
发明者张文农, 中村裕司 申请人:株式会社安川电机