直交座標系平行マニピュレータ

ロボット工学において、直交平行マニピュレータは、直交座標系に沿って並んだ平行接続された運動リンク(「リム」) を使用してプラットフォームを移動するマニピュレータです。複数のリムが移動プラットフォームをベースに接続します。各リムはリニア アクチュエータによって駆動され、リニア アクチュエータは相互に垂直です。ここでの「平行」という用語は、運動リンクが組み合わされる方法を指し、幾何学的に平行、つまり等距離の線を意味するものではありません。

一般的に、マニピュレータ (「ロボット」または「メカニズム」とも呼ばれる) は、物体の位置と方向を決定する機械装置です。3 次元 (3D) 空間における物体の位置は、「座標」と呼ばれる 3 つの数値X、Y、Zで指定できます。直交 座標系(マニピュレータを制御するための数学的基礎である解析幾何学を提唱したルネ・デカルトにちなんで名付けられた) では、座標は 3 つの相互に垂直な基準面からの距離を指定します。3D における物体の方向は、方向角に対応する 3 つの追加数値で指定できます。最初の マニピュレータは、第二次世界大戦後にアルゴンヌ国立研究所で高放射性物質を安全に遠隔操作するために開発されました。最初の数値制御マニピュレータ (NC マシン) は、パーソンズ社とMIT サーボメカニズム研究所でフライス加工用に開発されました。これらの機械は、(PP)Pジョイントトポロジーを備えた3つの相互に垂直なリニアアクチュエータ（直動Pジョイント）を使用して、直交座標系に対して切削工具を配置します。最初の産業用ロボット^[1] Unimateは1950年代に発明されました。その制御軸は球面座標系に対応し、RRPジョイントトポロジーは直動Pジョイントと直列に接続された2つの回転Rジョイントで構成されています。今日のほとんどの産業用ロボットは、回転RジョイントRRRRRRのシリアルチェーンで構成された多関節ロボットです。

直交パラレルマニピュレータは、直交とパラレルという2 つの広いマニピュレータのカテゴリの交差点に位置します。直交マニピュレータは、互いに垂直なリニアアクチュエータによって駆動されます。アクチュエータのリニア位置と移動プラットフォームのX、Y、Z位置座標の間には通常 1 対 1 の対応関係があるため、制御が容易です。さらに、直交マニピュレータは移動プラットフォームの向きを変更しません。最も一般的な直交マニピュレータはシリアル接続されています。つまり、単一の運動学的リンクチェーンで構成されており、最初のリニアアクチュエータが 2 番目のリニアアクチュエータを動かします。一方、直交パラレルマニピュレータは並列接続されています。つまり、複数の運動学的リンクで構成されています。並列接続マニピュレータには、剛性^{[2] 、 [3]}、精度^[4] 、動的性能^{[5] [6]} 、および重い負荷のサポートの点で固有の利点があります。^[7]

ここでは、さまざまなタイプの直交平行マニピュレータの概要を示します。完全に並列接続された機構のみが含まれます。つまり、移動プラットフォームの自由度と同じ数の肢を持ち、肢ごとに 1 つのアクチュエータを備えた機構です。

Multipteron ^[8] マニピュレータファミリーのメンバーは、3、4、5、または 6 自由度 (DoF) を持ちます。Tripteron 3-DoF メンバーは 3 つの並進自由度3T DoF を持ち、Multipteron ファミリーの後続メンバーはそれぞれ回転R自由度を追加します。ファミリーの各メンバーは、固定ベースに接続された相互に垂直なリニアアクチュエータを持っています。移動プラットフォームは通常、3 つの幾何学的に平行な回転Rジョイントを介してリニアアクチュエータに接続されます。マニピュレータ構成を説明するために使用される省略形のジョイント表記 (たとえば回転Rジョイント)の説明については、運動学ペアを参照してください。

Multipteronファミリーの3自由度Tripteron ^{[9] [10] [11] [12] [13]のメンバーには、3つの回転}Rジョイント3( P RRR)と直列に接続されたリニアアクチュエータ(アクティブ直動Pジョイント)で構成される3つの並列接続された運動学チェーンがあります。3つの平行四辺形Paリム3 ( PR PaR)を備えた同様のマニピュレータ は、Orthoglide ^{[14] [15]}とParallelcube-manipulator[ ^{16]です。Pantepteron [17]}も Tripteronに似ており、プラットフォームの動きを高速化するためのパンタグラフリンクを備えています。

4自由度クワドラプター^[18]は、 ( 3P RRU)( P RRR)関節トポロジーを備えた3T1R自由度を有する。

5自由度ペンタテロン^[19]は、 5( P RRRR)関節トポロジーを持つ3T2R自由度を有する。

6自由度ヘキサプテロン^{[20]は、円筒形の}C関節と球形のS関節を備えた6( P CRS)関節トポロジーの3T3R自由度を持っています。

Isoglideファミリー^{[21] [22] [23] [24]}には、2～6自由度のさまざまな直交座標系平行マニピュレータが含まれています。

4自由度または5自由度の結合直交座標マニピュレータファミリー^[25]は、 2T2R自由度または3T2R自由度を持つガントリー型直交座標パラレルマニピュレータである。