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パラレルメカニズム（Parallel mechanism、In-parallel actuated mechanism[1]、Paralell kinematics Machine）はアクチュエータを有するリンク機構を並列に配置した機構（メカニズム）で、パラレルマニピュレータ、パラレルキネマティックスマシン（PKM）などの呼び名もある。フライトシミュレータや工作機械、ロボット、ハプティックインターフェースに使用され、ロボットの分野ではパラレルリンクロボット（Parallel Link Robot）と呼ばれることもある。パラレルは並行ではなく並列の意味である。
6自由度機構としては、GoughやStwertが開発したスチュアートプラットフォーム、入力節がクランク型のヘキサ（HEXA）、3自由度機構としてはデルタロボット（DELTA）が有名である。産業用ロボットとしてはABBの基本特許が切れキャリブレーション技術が進んだ2010年前後からは普及が進んでいる。リンク機構でなく並列なワイヤを用いたパラレルワイヤ機構も開発されている。
パラレルメカニズムはアクチュエータを直列に配したシリアル機構に対し、作業領域が狭かったりキャリブレーションが難しいといった短所もある。しかし複数のリンクで支持するため誤差の平均化や負荷の分散がなされ、一般に高剛性で高い繰り返し位置決め精度を持つ。また、設計法やキャリブレーション法の研究が進んでおり、多くの用途に展開されている。
歴史[編集]
Goughの発明が発端である。その後、スチュワートが論文を発表する。
198x年にはDELTAが開発される。
東北大学、・・・大学、豊田工機の共同研究でクランク入力型の6自由度機構「HEXA」が開発される。
1990年頃、日本ロボット学会にパラレルメカニズム研究会が発足し、1992年には日本ロボット学会で特集が組まれた。1995年には日経メカニカルで[2]、1997年には精密工学会誌において[3]、パラレルメカニズムの特集が組まれた。この頃、工作機械の分野でスチュワートプラットフォーム型の6自由度マシニングセンタが登場するようになった。
概要[編集]
-
フライトシミュレータ -
産業用ロボット -
3Dプリンタ -
平面パラレル機構 -
力覚提示装置
種類と表現[編集]
特定の名称を持つもの[編集]
固有名詞を持つものとして、
- Gough-Stewert Platform
- 。
- DELTA
- 。改良型DELTA機構も考案されている。
- HEXA
- 。
が著名である。
機構の表現[編集]
連結連鎖がシリアル（直列）構造の場合、
- R - 回転関節/対偶（Revolute joint/pair）
- P - 直動関節/直進対偶（Prismatic joint/pair）
- U - 自在継手（Universal joint）
- S - 球面関節/対偶（Spherical joint/pair）
を用いて表現することが多い。スチュワートプラットフォームだと「3-SPS」もしくは「3-UPS」となる。
連結連鎖に閉ループを持つ機構については3-λ機構と呼ばれるものもある。
運動学[編集]
機構総合[編集]
パラレルメカニズムの関節構成を決定する「構造の総合」としては、
から構造を導出することが多い。
具体的な機構定数を決定する「量の総合」としては、
を作業領域において最適化させることになる。また、これらの量の下記の特異点と密接な関係があり、特異点を考慮した実用作業領域の検討が重要である。
特異点[編集]
パラレルメカニズムには、大別して
- ある方向に速度を発生できない特異点。シリアルメカニズムと共通のもの。
- ある方向に負荷を支持できない特異点。閉ループ機構特有のもの。
の2種類がある。また、6自由度未満のパラレル機構においては、
- 拘束特異点 - リンクの構成により自由度を拘束している力・モーメントが従属になる。
- 駆動特異点 - アクチュエータにより支持する力・モーメントが従属となる。
を考慮することになる。
代表的なスチュアートプラットフォームは
解析の特徴[編集]
- 順運動学より逆運動学が容易
- シリアルメカニズムに比較し、先端のポーズから関節変位を求める逆運動学
- キャリブレーションが難しい
脚注[編集]
注釈[編集]
出典[編集]
参考文献[編集]
- 「特集 パラレルメカニズム」『日本ロボット学会誌』第10巻、1992年。
- 「特集 パラレルメカニズムと実用化」『日本ロボット学会誌』第30巻第2号、2012年3月。
- 西橋信孝「連載 正確な動きを可能にするパラレルリンク機構の制御手法」『機械設計』第49巻12号 - 第50巻第2号、2005年9月 - 2006年2月。
- 武田行生『パラレルマニピュレータの運動伝達性を考慮した機構総合に関する研究』東京工業大学〈博士論文（乙第2824号）〉、1995年12月31日。NAID 500000137489。
- 立矢宏『パラレルメカニズム』 森北出版、2019年5月、ISBN 978-4-627-62531-0。
外部リンク[編集]
- Parallemic - the Parallel Mechanisms Information Center
- 1987 Manipulation「パラレルマニピュレータ」- 『日本のロボット研究開発の歩み』
- 1994 Manipulation「高速パラレルロボットHEXA」- 『日本のロボット研究開発の歩み』
- 1994 Manipulation「パラレルワイヤ駆動を用いた超高速ロボット開発」- 『日本のロボット研究の歩み』
- 2011 Manipulation「高精度柔軟ばねパラレルメカニズム」 - 『日本のロボット研究の歩み』