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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025145200
(43)【公開日】2025-10-03
(54)【発明の名称】作業装置
(51)【国際特許分類】
B25J 11/00 20060101AFI20250926BHJP
F16H 21/54 20060101ALI20250926BHJP
F16H 25/22 20060101ALI20250926BHJP
【ＦＩ】
B25J11/00 D
F16H21/54
F16H25/22 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024045262
(22)【出願日】2024-03-21
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】御堂前 純
【テーマコード（参考）】
3C707
3J062
【Ｆターム（参考）】
3C707AS14
3C707AS35
3C707BS24
3C707CY36
3C707HS26
3C707HS27
3C707HT11
3C707HT20
3C707KS01
3C707KT01
3C707LV19
3J062AA21
3J062AB22
3J062AB28
3J062AC07
3J062AC10
3J062BA12
3J062CB03
3J062CD04
(57)【要約】
【課題】従来構造よりもコンパクト化を図ると共に製造コストの低減を図ることができる作業装置を提供する。
【解決手段】作業装置１は、直交２軸の直動アクチュエータを有する直動機構部６０と、回転アクチュエータＲａを有する回転機構部８０と、作業体Ｅを回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータ１０を有する角度制御機構部７とを備える。さらに直動機構部６０、回転機構部８０および角度制御機構部７の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部７０を備える。制御部７０からの移動指令に従って、作業体の取付け位置と作業位置との距離が指定した値となるように作業を行う。回転機構部８０の回転軸Ｃ１と、角度制御機構部７の基端側中心軸ＱＡとが角度を保った状態で、回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置を変更できるように、回転機構部８０および角度制御機構部７の少なくともいずれか一方を直動機構部６０に搭載した。
【選択図】図１
【解決手段】作業装置１は、直交２軸の直動アクチュエータを有する直動機構部６０と、回転アクチュエータＲａを有する回転機構部８０と、作業体Ｅを回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータ１０を有する角度制御機構部７とを備える。さらに直動機構部６０、回転機構部８０および角度制御機構部７の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部７０を備える。制御部７０からの移動指令に従って、作業体の取付け位置と作業位置との距離が指定した値となるように作業を行う。回転機構部８０の回転軸Ｃ１と、角度制御機構部７の基端側中心軸ＱＡとが角度を保った状態で、回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置を変更できるように、回転機構部８０および角度制御機構部７の少なくともいずれか一方を直動機構部６０に搭載した。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータを有する直動機構部と、
被作業体を１回転軸回りに回転させる回転アクチュエータを有する回転機構部と、
作業体を回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータを有する角度制御機構部と、
前記直動機構部、前記回転機構部および前記角度制御機構部の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部と、を備える作業装置であって、
前記作業体は、前記制御部からの移動指令に従って、作業を行う前記作業体の取付け位置と、前記作業体にて作業が行われる作業位置との距離が指定した値となるように作業を行うように備えられ、
前記回転機構部の回転軸と、前記角度制御機構部の基端側中心軸とが角度を保った状態で、前記回転機構部と前記角度制御機構部の相対位置を変更できるように、前記回転機構部および前記角度制御機構部の少なくともいずれか一方を、前記直動機構部に搭載した作業装置。
被作業体を１回転軸回りに回転させる回転アクチュエータを有する回転機構部と、
作業体を回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータを有する角度制御機構部と、
前記直動機構部、前記回転機構部および前記角度制御機構部の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部と、を備える作業装置であって、
前記作業体は、前記制御部からの移動指令に従って、作業を行う前記作業体の取付け位置と、前記作業体にて作業が行われる作業位置との距離が指定した値となるように作業を行うように備えられ、
前記回転機構部の回転軸と、前記角度制御機構部の基端側中心軸とが角度を保った状態で、前記回転機構部と前記角度制御機構部の相対位置を変更できるように、前記回転機構部および前記角度制御機構部の少なくともいずれか一方を、前記直動機構部に搭載した作業装置。
【請求項2】
請求項１に記載の作業装置において、前記回転機構部における、前記回転軸が移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面または前記回転軸が移動しない場合の回転軸と、前記角度制御機構部における、前記基端側中心軸が移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面または前記基端側中心軸が移動しない場合の基端側中心軸と、が平行または同一平面上にある作業装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の作業装置において、前記制御部は、前記被作業体の作業位置情報および作業方向から前記回転機構部への指令回転角度を決定する回転演算部と、
この回転演算部で決定された前記指令回転角度から、前記直動アクチュエータへの指令位置と、前記角度制御機構部への指令角度を決定する座標変換部と、を有する作業装置。
この回転演算部で決定された前記指令回転角度から、前記直動アクチュエータへの指令位置と、前記角度制御機構部への指令角度を決定する座標変換部と、を有する作業装置。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の作業装置において、前記角度制御機構部はリンク作動装置であり、このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、
前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータである前記回転アクチュエータを備えた作業装置。
前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータである前記回転アクチュエータを備えた作業装置。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の作業装置において、前記直動機構部の前記２軸の直動アクチュエータの移動方向それぞれに直交する移動方向の他の直動アクチュエータをさらに備え、前記他の直動アクチュエータは、前記被作業体の座標から機械座標に変換する座標変換を微調整可能なストロークを有する作業装置。
【請求項6】
請求項１または請求項２に記載の作業装置において、前記作業体は、前記被作業体と接触しない非接触型である作業装置。
【請求項7】
請求項６に記載の作業装置において、前記作業体はカメラを含み、前記被作業体を検査する外観検査装置である作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、医療機器または産業機器等の高速、高精度、広範な作動範囲、および木目細かい動作を必要する機器に用いられるコンパクトな作業装置に関する。
【背景技術】
【0002】
被作業体に対して、作業体にて作業を行う作業装置として、特許文献１，２のような構成が提案されている。
特許文献１の図１に示す装置では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向にヘッド部を移動させる機構、および前記ヘッド部の先端に回転機構を介して作業体が取り付けられた技術等が開示されている。
特許文献２では、垂直多関節ロボットを用いて物品を検査する技術が開示されている。
特許文献１の図１に示す装置では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向にヘッド部を移動させる機構、および前記ヘッド部の先端に回転機構を介して作業体が取り付けられた技術等が開示されている。
特許文献２では、垂直多関節ロボットを用いて物品を検査する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－６４６４４号公報
【特許文献2】特開２０１７－２６４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１のような構成では、定盤上に支持された被作業体の側面全周に対して作業する場合、作業体を被作業体の全周方向に移動させる必要がある。このため、装置サイズが大きくなるうえ、部品点数が多くなり構造が複雑化することにより製造コストが嵩む等の課題があった。
【0005】
特許文献２のような垂直多関節ロボットの構成では、ロボット全体の移動量が大きいため、安全柵等を設けると装置全体のサイズが大きくなるといった課題があった。
【0006】
本発明の目的は、従来構造よりもコンパクト化を図ると共に製造コストの低減を図ることができる作業装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の作業装置は、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータを有する直動機構部と、
被作業体を１回転軸回りに回転させる回転アクチュエータを有する回転機構部と、
作業体を回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータを有する角度制御機構部と、
前記直動機構部、前記回転機構部および前記角度制御機構部の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部と、を備える作業装置であって、
前記作業体は、前記制御部からの移動指令に従って、作業を行う前記作業体の取付け位置と、前記作業体にて作業が行われる作業位置との距離が指定した値となるように作業を行うように備えられ、
前記回転機構部の回転軸と、前記角度制御機構部の基端側中心軸とが角度を保った状態で、前記回転機構部と前記角度制御機構部の相対位置を変更できるように、前記回転機構部および前記角度制御機構部の少なくともいずれか一方を、前記直動機構部に搭載した。
被作業体を１回転軸回りに回転させる回転アクチュエータを有する回転機構部と、
作業体を回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータを有する角度制御機構部と、
前記直動機構部、前記回転機構部および前記角度制御機構部の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部と、を備える作業装置であって、
前記作業体は、前記制御部からの移動指令に従って、作業を行う前記作業体の取付け位置と、前記作業体にて作業が行われる作業位置との距離が指定した値となるように作業を行うように備えられ、
前記回転機構部の回転軸と、前記角度制御機構部の基端側中心軸とが角度を保った状態で、前記回転機構部と前記角度制御機構部の相対位置を変更できるように、前記回転機構部および前記角度制御機構部の少なくともいずれか一方を、前記直動機構部に搭載した。
【0008】
この構成によると、直動機構部の１自由度分を回転機構部と角度制御機構部の相対位置関係で補うことができる。このため、直動機構部が２自由度でも、被作業体の複数方向から作業体に対して作業でき、従来構造よりも作業装置の幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。直動機構部の１自由度分を低減できる分、従来構造よりも部品点数を低減し構造を簡単化することで、製造コストの低減を図れる。但し、直動機構部の１自由度分を減らしたことで、所望の位置に作業するための教示作業に制限項目が増え、ある程度の専門知識を有していないと教示作業が難しくなることが懸念される。しかし、本発明の作業装置は制御部を有しているため、自動で複雑な座標変換を制御部で実施でき、作業者は専門知識を有していなくても簡単に教示作業を実施できる。
【0009】
前記回転機構部における、前記回転軸が移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面または前記回転軸が移動しない場合の回転軸と、前記角度制御機構部における、前記基端側中心軸が移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面または前記基端側中心軸が移動しない場合の基端側中心軸と、が平行または同一平面上にあってもよい。
回転機構部の回転軸移動平面または回転軸と、角度制御機構部の基端側中心軸移動平面または基端側中心軸とを平行に配置することで、直動機構部の移動方向と角度制御機構部の基端側中心軸とが平行になり、教示作業が容易になる。さらに、回転機構部と角度制御機構部が同一平面上を動く構成にすると、余分なスペースが少なくなり、作業装置の幅方向または奥行方向のサイズが最もコンパクトになる。
回転機構部の回転軸移動平面または回転軸と、角度制御機構部の基端側中心軸移動平面または基端側中心軸とを平行に配置することで、直動機構部の移動方向と角度制御機構部の基端側中心軸とが平行になり、教示作業が容易になる。さらに、回転機構部と角度制御機構部が同一平面上を動く構成にすると、余分なスペースが少なくなり、作業装置の幅方向または奥行方向のサイズが最もコンパクトになる。
【0010】
前記制御部は、前記被作業体の作業位置情報および作業方向から前記回転機構部への指令回転角度を決定する回転演算部と、
この回転演算部で決定された前記指令回転角度から、前記直動アクチュエータへの指令位置と、前記角度制御機構部への指令角度を決定する座標変換部と、を有してもよい。
この構成によると、座標変換を容易に実施できるようになる。
この回転演算部で決定された前記指令回転角度から、前記直動アクチュエータへの指令位置と、前記角度制御機構部への指令角度を決定する座標変換部と、を有してもよい。
この構成によると、座標変換を容易に実施できるようになる。
【0011】
前記角度制御機構部はリンク作動装置であり、このリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、
前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータである前記回転アクチュエータを備えてもよい。
前記各リンク機構が、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、
前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に制御する姿勢制御用アクチュエータである前記回転アクチュエータを備えてもよい。
【0012】
角度制御機構部が一般的なパン・チルト機構のような構成では、先端の姿勢を少し変更させる場合だけでも、回転機構部全体が大きく動いてしまい、動作速度が遅くなるといった課題がある。
角度制御機構部がリンク作動装置であると、所望の角度に直線的に移動できるため、角度制御を高速で行うことができ、パン・チルト機構等のような構成よりもタクトタイムを短縮できる。またリンク作動装置の内部空間にケーブルを通すことができ、旋回動作を繰り返してもケーブルが捻じれることはないため、配線の取り回しが容易となる。
角度制御機構部がリンク作動装置であると、所望の角度に直線的に移動できるため、角度制御を高速で行うことができ、パン・チルト機構等のような構成よりもタクトタイムを短縮できる。またリンク作動装置の内部空間にケーブルを通すことができ、旋回動作を繰り返してもケーブルが捻じれることはないため、配線の取り回しが容易となる。
【0013】
前記直動機構部の前記２軸の直動アクチュエータの移動方向それぞれに直交する移動方向の他の直動アクチュエータをさらに備え、前記他の直動アクチュエータは、前記被作業体の座標から機械座標に変換する座標変換を微調整可能なストロークを有してもよい。
この構成によると、作業装置の幅方向または奥行方向をコンパクトな構成にしながら、前述の教示作業の実施が容易になる。
この構成によると、作業装置の幅方向または奥行方向をコンパクトな構成にしながら、前述の教示作業の実施が容易になる。
【0014】
前記作業体は、前記被作業体と接触しない非接触型であってもよい。
【0015】
前記作業体はカメラを含み、前記被作業体を検査する外観検査装置であってもよい。
この構成によると、コンパクトな構成で被作業体を検査する工程を自動化することができる。
この構成によると、コンパクトな構成で被作業体を検査する工程を自動化することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の作業装置は、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータを有する直動機構部と、被作業体を１回転軸回りに回転させる回転アクチュエータを有する回転機構部と、作業体を回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータを有する角度制御機構部と、前記直動機構部、前記回転機構部および前記角度制御機構部の位置・角度を決定して各アクチュエータに移動指令を与える制御部とを備える。前記作業体は、前記制御部からの移動指令に従って、作業を行う前記作業体の取付け位置と、前記作業体にて作業が行われる作業位置との距離が指定した値となるように作業を行うように備えられる。前記回転機構部の回転軸と、前記角度制御機構部の基端側中心軸とが角度を保った状態で、前記回転機構部と前記角度制御機構部の相対位置を変更できるように、前記回転機構部および前記角度制御機構部の少なくともいずれか一方を、前記直動機構部に搭載した。このため、従来構造よりもコンパクト化を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図2】同作業装置の制御部のブロック図である。
【図3】同作業装置のリンク作動装置の斜視図である。
【図5】同リンク作動装置の２つのリンク機構を省略した簡易モデルの正面図である。
【図6】同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。
【図7】同作業装置のワーク座標系のイメージを概念的に示す図である。
【図8】同作業装置の座標変換のイメージを概念的に示す図である。
【図9】本発明の第２の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図10】本発明の第３の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図11A】本発明の第４の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図11B】同作業装置を部分的に変更した変形例の作業装置の斜視図である。
【図12A】本発明の第５の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図12B】同作業装置を部分的に変更した変形例の作業装置の斜視図である。
【図14】本発明の第６の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図15】本発明の第７の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図16A】本発明の第８の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図16B】同作業装置の平面図である。
【図17A】本発明の第９の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【図17B】同作業装置の平面図である。
【図18】本発明の第１０の実施形態に係る作業装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る作業装置を図１ないし図８と共に説明する。
図１のように、作業装置１は、直動機構部６０と、回転機構部８０と、角度制御機構部であるリンク作動装置７と、制御部７０（図２）とを備える。この作業装置１は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。
本発明の実施形態に係る作業装置を図１ないし図８と共に説明する。
図１のように、作業装置１は、直動機構部６０と、回転機構部８０と、角度制御機構部であるリンク作動装置７と、制御部７０（図２）とを備える。この作業装置１は、例えば、医療機器または産業機器等に用いられる。
【0019】
＜作業装置の概略構造：直動２自由度、回転３自由度＞
図示外の架台等に、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータ６１，６２を有する直動機構部６０が設置されている。この例では、直動アクチュエータ６１，６２のうち、Ｘ軸方向に進退する一方の直動アクチュエータ６１に、回転機構部８０が取り付けられる。回転機構部８０は、ワーク等の被作業体ＷをＺ軸方向に延びる１回転軸Ｃ１回りに回転させる回転アクチュエータＲａを有する。Ｚ軸方向に進退する他方の直動アクチュエータ６２に、リンク作動装置７が取り付けられている。リンク作動装置７は、後述する作業体Ｅを回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータ１０を有する。
図示外の架台等に、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータ６１，６２を有する直動機構部６０が設置されている。この例では、直動アクチュエータ６１，６２のうち、Ｘ軸方向に進退する一方の直動アクチュエータ６１に、回転機構部８０が取り付けられる。回転機構部８０は、ワーク等の被作業体ＷをＺ軸方向に延びる１回転軸Ｃ１回りに回転させる回転アクチュエータＲａを有する。Ｚ軸方向に進退する他方の直動アクチュエータ６２に、リンク作動装置７が取り付けられている。リンク作動装置７は、後述する作業体Ｅを回転２自由度の角度に位置決めする回転アクチュエータ１０を有する。
【0020】
作業装置１は、リンク作動装置７の先端部材４０に取り付けられた作業体Ｅを、回転機構部８０に支持された被作業体Ｗに対し位置決めして作業を行う。リンク作動装置７、直動機構部６０および回転機構部８０は、制御部７０に接続され、この制御部７０により同期制御される。図１の作業装置１は、図８に示すように、制御部７０からの移動指令に従って、作業を行う作業体Ｅの取付け位置ＥＰと、作業体Ｅにて作業が行われる被作業体Ｗの作業位置との距離Ｌｗが指定した値となるように作業を行う。距離Ｌｗが指定した値となるように作業を行うとは、任意に設定した距離Ｌｗを一定に保った状態で作業を行うことである。このような構成とすることで、作業中に作業体Ｅと被作業体Ｗの作業位置との距離を変更することなく作業が可能である。
【0021】
＜リンク作動装置＞
図３のように、リンク作動装置７は、パラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９を作動させる回転アクチュエータである姿勢制御用アクチュエータ１０とを備える。
＜パラレルリンク機構＞
パラレルリンク機構９は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構１４の組数は４組以上であってもよい。図５では、１組のリンク機構１４のみが示され、残りの２つのリンク機構が省略されている。
図３のように、リンク作動装置７は、パラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９を作動させる回転アクチュエータである姿勢制御用アクチュエータ１０とを備える。
＜パラレルリンク機構＞
パラレルリンク機構９は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。リンク機構１４の組数は４組以上であってもよい。図５では、１組のリンク機構１４のみが示され、残りの２つのリンク機構が省略されている。
【0022】
各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７を有し、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。
基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６は、図３のように、略Ｌ字形状であり、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転可能に連結されている。図５のように、中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転可能に連結されている。
基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６は、図３のように、略Ｌ字形状であり、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転可能に連結されている。図５のように、中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転可能に連結されている。
【0023】
パラレルリンク機構９は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造である。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶、および基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、基端側の球面リンク中心ＰＡで交差している。同様に、先端側のリンクハブ１３と先端側の端部リンク部材１６の各回転対偶、および先端側の端部リンク部材１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、先端側の球面リンク中心ＰＢで交差している。
【0024】
基端側のリンクハブ１２と基端側の各端部リンク部材１５との各回転対偶の中心から基端側の球面リンク中心ＰＡ間までの距離は同じである。基端側の各端部リンク部材１５と各中央リンク部材１７との各回転対偶の中心から基端側の球面リンク中心ＰＡ間までの距離は同じである。同様に、先端側のリンクハブ１３と先端側の各端部リンク部材１６との各回転対偶の中心から先端側の球面リンク中心ＰＢ間までの距離は同じである。先端側の各端部リンク部材１６と各中央リンク部材１７との各回転対偶の中心から先端側の球面リンク中心ＰＢ間までの距離は同じである。
【0025】
基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。
基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との各回転対偶の中心軸と、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸とが成す角度であるアーム角は、定められた角度に規定されている。
基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５との各回転対偶の中心軸と、基端側の端部リンク部材１５と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸とが成す角度であるアーム角は、定められた角度に規定されている。
【0026】
３組のリンク機構１４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図６に示すように、各リンク部材１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材１７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図６は、１組のリンク機構１４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構９は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材１７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。
【0027】
基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成されている。言い換えると、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構としている。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。
【0028】
例えば、基端側および先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図３）と直角に交わる直線を、基端側および先端側のリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ１２の中心軸（基端側中心軸）ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの折れ角θの最大値である最大折れ角θｍａｘを約９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φを０°～３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことである。一方、旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。なお最大折れ角θｍａｘが９０°以上であってよい。
【0029】
基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図３は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）に対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ（図５）が或る作動角（折れ角）をとった状態を示す。図６に示すように、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌは変化しない。
【0030】
このパラレルリンク機構９において、以下の条件１～５を全て満たすとき、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構９は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
【0031】
条件１：図４および図６に示すように、各リンク機構１４における基端側および先端側のリンクハブ１２，１３と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の回転対偶の中心軸Ｏ１，Ｏ２の角度α並びに基端側および先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの長さが互いに等しい。
【0032】
条件２：各リンク機構１４の基端側および先端側のリンクハブ１２，１３と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の回転対偶の中心軸、および基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の回転対偶の中心軸が、基端側および先端側において基端側および先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢと交差する。
【0033】
条件３：基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
【0034】
図３のように、基端側のリンクハブ１２は、平板状の基端部材６と、この基端部材６と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とを有する。基端部材６は中央部に円形の貫通孔６ａを有し、この貫通孔６ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔６ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の図５に示す中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと交差する図４に示す回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２に、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結されている。
【0035】
図３のように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材４０と、この先端部材４０の底面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材４１とを有する。各回転軸連結部材４１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ（図５）上に位置する。各回転軸連結部材４１には、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ（図５）と交差する回転軸４３が回転自在に連結されている。この回転軸４３に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結されている。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された回転軸４５が連結されている。
【0036】
＜姿勢制御用アクチュエータ＞
姿勢制御用アクチュエータ１０は、減速機構５２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材６の一平面に前記回転軸２２（図４）と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１０と減速機構５２は一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が基端部材６に固定されている。なお、姿勢制御用アクチュエータ１０は、ブレーキ付きのものを使用してもよい。
姿勢制御用アクチュエータ１０は、減速機構５２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材６の一平面に前記回転軸２２（図４）と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１０と減速機構５２は一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が基端部材６に固定されている。なお、姿勢制御用アクチュエータ１０は、ブレーキ付きのものを使用してもよい。
【0037】
この例では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用のアクチュエータ１０が設けられているが、３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組に姿勢制御用のアクチュエータ１０を設ければ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。
３つの姿勢制御用のアクチュエータ１０は、それらの回転軸２２（図４）が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）と直交するように配置され、これらの姿勢制御用アクチュエータ１０の回転軸２２（図４）の交点である中央位置が、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）上にある。
３つの姿勢制御用のアクチュエータ１０は、それらの回転軸２２（図４）が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）と直交するように配置され、これらの姿勢制御用アクチュエータ１０の回転軸２２（図４）の交点である中央位置が、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図５）上にある。
【0038】
リンク作動装置７は、各姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動することで、パラレルリンク機構９が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ１０を回転駆動すると、その回転が減速機構５２を介して減速して回転軸２２（図４）に伝達される。それにより、基端側のリンクハブ１２に対する基端側の端部リンク部材１５の角度が変わり、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢が任意に変更される。
【0039】
＜作業体＞
先端側のリンクハブ１３の先端部材４０には、作業体Ｅが取り付けられている、作業体Ｅの先端部分を作用点とする。作業体Ｅは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、後述するカメラを含む画像処理機器Ｅｇ（図１８）等が挙げられる。すなわち、作業体Ｅは被作業体Ｗに接触する接触型と、接触しない非接触型が挙げられる。作業体Ｅが接触型の場合、作業体Ｅの作用点を被作業体Ｗに接触させることで作業が行われ、作業体Ｅが非接触型の場合、作業体Ｅの作用点を被作業体Ｗに接触させることなく作業が行われる。
先端側のリンクハブ１３の先端部材４０には、作業体Ｅが取り付けられている、作業体Ｅの先端部分を作用点とする。作業体Ｅは、例えば、グリッパを含むハンド、洗浄用ノズル、ディスペンサ、溶接トーチ、後述するカメラを含む画像処理機器Ｅｇ（図１８）等が挙げられる。すなわち、作業体Ｅは被作業体Ｗに接触する接触型と、接触しない非接触型が挙げられる。作業体Ｅが接触型の場合、作業体Ｅの作用点を被作業体Ｗに接触させることで作業が行われ、作業体Ｅが非接触型の場合、作業体Ｅの作用点を被作業体Ｗに接触させることなく作業が行われる。
【0040】
＜直動機構部＞
図１のように、直動機構部６０には、直交２軸方向に進退するＸＺステージが適用されている。直動機構部６０は、移動駆動用の第１および第２の直動アクチュエータ６１，６２を有する。第１の直動アクチュエータ６１は、幅方向であるＸ軸方向に進退する。第２の直動アクチュエータ６２は、Ｘ軸方向に直交する上下方向であるＺ軸方向に進退する。なおＹ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ直交する方向である。
図１のように、直動機構部６０には、直交２軸方向に進退するＸＺステージが適用されている。直動機構部６０は、移動駆動用の第１および第２の直動アクチュエータ６１，６２を有する。第１の直動アクチュエータ６１は、幅方向であるＸ軸方向に進退する。第２の直動アクチュエータ６２は、Ｘ軸方向に直交する上下方向であるＺ軸方向に進退する。なおＹ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ直交する方向である。
【0041】
第１および第２の直動アクチュエータ６１，６２は、それぞれ駆動源であるモータ６１ａ，６２ａで駆動され、各モータ６１ａ，６２ａの回転をそれぞれ直線往復動作に変換するボールねじ等の変換機構（図示せず）を有する。各直動アクチュエータ６１，６２は、対応する軸方向に沿って延びるガイド６１ｂ，６２ｂと、各ガイド６１ｂ，６２ｂに沿って移動する。スライドテーブル６１ｃ，６２ｃと、モータ６１ａ，６２ａとを有する。この例では、第１の直動アクチュエータ６１の出力部となるスライドテーブル６１ｃに、回転機構部８０が取り付けられる。第２の直動アクチュエータ６２の出力部となるスライドテーブル６２ｃに、リンク作動装置７における基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。リンク作動装置７の中心軸ＱＡ（図３、基端側中心軸）がＸ軸方向に延びるように、基端側のリンクハブ１２が第２の直動アクチュエータ６２に設置される。
【0042】
＜回転機構部等＞
回転機構部８０は、スライドテーブル６１ｃに固定される回転アクチュエータＲａのアクチュエータ本体と、このアクチュエータ本体の上部においてＺ軸方向の回転軸Ｃ１回りに回転する回転テーブル８０ａとを有する。回転テーブル８０ａの上面に、被作業体Ｗが支持される。
回転機構部８０は、スライドテーブル６１ｃに固定される回転アクチュエータＲａのアクチュエータ本体と、このアクチュエータ本体の上部においてＺ軸方向の回転軸Ｃ１回りに回転する回転テーブル８０ａとを有する。回転テーブル８０ａの上面に、被作業体Ｗが支持される。
【0043】
本実施形態の作業装置１は、特に、回転機構部８０の回転軸Ｃ１と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡ（図３）とが一定の角度を保った状態で、回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置を変更できるように、回転機構部８０および角度制御機構部７の両方を、直動機構部６０に搭載している。
さらに、回転機構部８０における、回転軸Ｃ１が移動する場合の平面と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡが移動する場合の平面と、が平行または同一平面上にある。
さらに、回転機構部８０における、回転軸Ｃ１が移動する場合の平面と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡが移動する場合の平面と、が平行または同一平面上にある。
【0044】
＜制御部＞
制御部７０は、直動機構部６０、回転機構部８０および角度制御機構部であるリンク作動装置７の位置・角度を決定して各アクチュエータ６１，６２，Ｒａ，１０に移動指令を与える。この制御部７０は、図２のように、回転演算部７０ａと座標変換部７０ｂとを有する。回転演算部７０ａは、図１および図２のように、被作業体Ｗの作業位置情報および作業方向から、回転機構部８０への指令回転角度を決定する。座標変換部７０ｂは、回転演算部７０ａで決定された前記指令回転角度から、直動アクチュエータ６１，６２への指令位置と、角度制御機構部であるリンク作動装置７への指令角度を決定する。
制御部７０は、直動機構部６０、回転機構部８０および角度制御機構部であるリンク作動装置７の位置・角度を決定して各アクチュエータ６１，６２，Ｒａ，１０に移動指令を与える。この制御部７０は、図２のように、回転演算部７０ａと座標変換部７０ｂとを有する。回転演算部７０ａは、図１および図２のように、被作業体Ｗの作業位置情報および作業方向から、回転機構部８０への指令回転角度を決定する。座標変換部７０ｂは、回転演算部７０ａで決定された前記指令回転角度から、直動アクチュエータ６１，６２への指令位置と、角度制御機構部であるリンク作動装置７への指令角度を決定する。
【0045】
制御部７０の機能としては、ワーク座標で作成された教示データ、すなわち被作業体Ｗの作業位置情報（Wx,Wy,Wzとする）、作業方向（θ’,φ’とする）の５自由度（Wx,Wy,Wz,θ’,φ’）から、回転演算部７０ａにて、装置構成を考慮し、５自由度の機械部の姿勢（直動２自由度、θ,φ, R）で表現できるように回転機構部８０の回転量を計算・設定する。
前記回転量も含めた値から座標変換部７０ｂにて機械座標に変換する。なお回転演算部７０ａと座標変換部７０ｂは一つにまとめてもよい。本制御部７０にて以上の流れでワーク座標 → 機械座標 へ変換し、各アクチュエータ６１，６２，Ｒａ，１０に対して移動指令を与える。
前記回転量も含めた値から座標変換部７０ｂにて機械座標に変換する。なお回転演算部７０ａと座標変換部７０ｂは一つにまとめてもよい。本制御部７０にて以上の流れでワーク座標 → 機械座標 へ変換し、各アクチュエータ６１，６２，Ｒａ，１０に対して移動指令を与える。
【0046】
＜ワーク座標系イメージ＞
制御部７０は、図７のように、被作業体Ｗであるワークの基準点（０,０,０）を決定する。この基準点（０,０,０）は、任意の位置であり、図７では円筒形状のワークの底面の中心点とする。制御部７０（図１）は、前記基準点から考えた被作業体Ｗの作業位置（Wx,Wy,Wz）、Wx-Wy平面と成す角度、およびWz方向から見てWxと成す角度で作業方向（θ’,φ’）を教示する。
制御部７０は、図７のように、被作業体Ｗであるワークの基準点（０,０,０）を決定する。この基準点（０,０,０）は、任意の位置であり、図７では円筒形状のワークの底面の中心点とする。制御部７０（図１）は、前記基準点から考えた被作業体Ｗの作業位置（Wx,Wy,Wz）、Wx-Wy平面と成す角度、およびWz方向から見てWxと成す角度で作業方向（θ’,φ’）を教示する。
【0047】
＜座標変換イメージ＞
図８のように、制御部７０（図１）は、ワーク座標の教示データによって指示された、被作業体Ｗの作業位置（Wx,Wy,Wz）と作業方向（θ’,φ’）を、機械座標系へ変換する。制御部７０（図１）は、作業体Ｅの取付け位置ＥＰと作業体Ｅにて作業が行われる被作業体Ｗの作業位置との距離Ｌｗが指定した値となるように機械座標系へ変換する。この制御部７０（図１）の構成によると、座標変換を容易に実施し得る。後述する他の実施形態では、制御部７０（図１）を省略している。
図８のように、制御部７０（図１）は、ワーク座標の教示データによって指示された、被作業体Ｗの作業位置（Wx,Wy,Wz）と作業方向（θ’,φ’）を、機械座標系へ変換する。制御部７０（図１）は、作業体Ｅの取付け位置ＥＰと作業体Ｅにて作業が行われる被作業体Ｗの作業位置との距離Ｌｗが指定した値となるように機械座標系へ変換する。この制御部７０（図１）の構成によると、座標変換を容易に実施し得る。後述する他の実施形態では、制御部７０（図１）を省略している。
【0048】
＜作用効果＞
以上説明した図１の作業装置１によると、回転機構部８０の回転軸Ｃ１と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡとが一定の角度を保ちつつ、回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置を変更できるように、回転機構部８０および角度制御機構部７の両方を、直動機構部６０に搭載した。このため、直動機構部６０の１自由度分を回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置関係で補うことができる。このため、直動機構部６０が２自由度でも、被作業体Ｗの複数方向から作業体Ｅに対して作業でき、従来構造よりも作業装置１の幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。直動機構部６０の１自由度分を低減できる分、従来構造よりも部品点数を低減し構造を簡単化することで、製造コストの低減を図れる。
以上説明した図１の作業装置１によると、回転機構部８０の回転軸Ｃ１と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡとが一定の角度を保ちつつ、回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置を変更できるように、回転機構部８０および角度制御機構部７の両方を、直動機構部６０に搭載した。このため、直動機構部６０の１自由度分を回転機構部８０と角度制御機構部７の相対位置関係で補うことができる。このため、直動機構部６０が２自由度でも、被作業体Ｗの複数方向から作業体Ｅに対して作業でき、従来構造よりも作業装置１の幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。直動機構部６０の１自由度分を低減できる分、従来構造よりも部品点数を低減し構造を簡単化することで、製造コストの低減を図れる。
【0049】
但し、直動機構部６０の１自由度分を減らしたことで、所望の位置に作業するための教示作業に制限項目が増え、ある程度の専門知識を有していないと教示作業が難しくなることが懸念される。しかし、作業装置１は制御部７０を有しているため、自動で複雑な座標変換を前記制御部７０で実施でき、作業者は専門知識を有していなくても簡単に教示作業を実施できる。
【0050】
回転機構部８０における、回転軸Ｃ１が移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面（「回転軸移動平面」と称す）と、リンク作動装置７の基端側中心軸である中心軸ＱＡが移動する場合の回転軸の延長線上で形成される仮想平面（「基端側中心軸移動平面」と称す）と、が平行または同一平面上にある。回転軸移動平面と基端側中心軸移動平面とを平行または同一平面上に配置した場合には、直動機構部６０の移動方向、すなわち回転軸移動平面および基端側中心軸移動平面と角度制御機構部７の基端側中心軸ＱＡとが平行、もしく回転軸移動平面および基端側中心軸移動平面の少なくとも一方が角度制御機構部７の基端側中心軸ＱＡを含むことになり、教示作業が容易になる。さらに、回転機構部８０と角度制御機構部７が同一平面上を動く構成にすると、余分なスペースが少なくなり、作業装置１の幅方向または奥行方向のサイズが最もコンパクトになる。
【0051】
角度制御機構部がリンク作動装置７であると、所望の角度に直線的に移動できるため、角度制御を高速で行うことができ、パン・チルト機構等のような構成よりもタクトタイムを短縮できる。またリンク作動装置７の内部空間にケーブルを通すことができ、旋回動作を繰り返してもケーブルが捻じれることはないため、配線の取り回しが容易となる。
【0052】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【0053】
［第２の実施形態：回転機構部固定］
図９のように、回転機構部８０を図示外の架台等に固定し、２台の直動アクチュエータ６１，６２にて角度制御機構部であるリンク作動装置７を移動させてもよい。この例では、Ｚ軸方向に進退する直動アクチュエータ６２のスライドテーブル６２ｃに、Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のガイド６１ｂが取り付けられている。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１の出力部となるスライドテーブル６１ｃに、リンク作動装置７における基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。このように回転機構部８０および角度制御機構部７のいずれか一方（この例では角度制御機構部７）を、直動機構部６０に搭載している。
図９のように、回転機構部８０を図示外の架台等に固定し、２台の直動アクチュエータ６１，６２にて角度制御機構部であるリンク作動装置７を移動させてもよい。この例では、Ｚ軸方向に進退する直動アクチュエータ６２のスライドテーブル６２ｃに、Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のガイド６１ｂが取り付けられている。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１の出力部となるスライドテーブル６１ｃに、リンク作動装置７における基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。このように回転機構部８０および角度制御機構部７のいずれか一方（この例では角度制御機構部７）を、直動機構部６０に搭載している。
【0054】
さらにリンク作動装置７における基端側中心軸ＱＡが移動する場合の平面ＰＱと、前記回転軸Ｃ１が移動しない場合の回転軸Ｃ１とが同一平面上（平面ＰＱが回転軸Ｃ１を含む）または平行の関係にある。図９では、基端側中心軸移動平面ＰＱと回転軸Ｃ１とが同一平面上にある。
この構成においても、従来構造より作業装置１Ａの幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。図９では、作業装置１ＡのＹ軸方向の寸法をコンパクト化できる。さらに従来構造よりも製造コストの低減を図れる。
この構成においても、従来構造より作業装置１Ａの幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。図９では、作業装置１ＡのＹ軸方向の寸法をコンパクト化できる。さらに従来構造よりも製造コストの低減を図れる。
【0055】
［第３の実施形態：角度制御機構部固定］
図１０のように、角度制御機構部であるリンク作動装置７を固定し、２台の直動アクチュエータ６１，６２にて回転機構部８０を移動させてもよい。この例では、Ｚ軸方向に進退する直動アクチュエータ６２のスライドテーブル６２ｃに、Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のガイド６１ｂが取り付けられている。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１の出力部となるスライドテーブル６１ｃに、回転機構部８０のアクチュエータ本体が固定されている。このように回転機構部８０および角度制御機構部７のいずれか一方（この例では回転機構部８０）を、直動機構部６０に搭載している。
図１０のように、角度制御機構部であるリンク作動装置７を固定し、２台の直動アクチュエータ６１，６２にて回転機構部８０を移動させてもよい。この例では、Ｚ軸方向に進退する直動アクチュエータ６２のスライドテーブル６２ｃに、Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のガイド６１ｂが取り付けられている。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１の出力部となるスライドテーブル６１ｃに、回転機構部８０のアクチュエータ本体が固定されている。このように回転機構部８０および角度制御機構部７のいずれか一方（この例では回転機構部８０）を、直動機構部６０に搭載している。
【0056】
さらに回転機構部８０における、回転軸Ｃ１が移動する場合の平面ＰＲと、前記基端側中心軸ＱＡが移動しない場合の基端側中心軸ＱＡとが、同一平面上（平面ＰＲが基端側中心軸ＱＡを含む）または平行の関係にある。図１０では、回転軸移動平面ＰＲと基端側中心軸ＱＡとが同一平面上にある。
この構成においても、従来構造より作業装置１Ｂの幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。図１０では、作業装置１ＢのＹ軸方向の寸法をコンパクト化できる。さらに従来構造よりも製造コストの低減を図れる。
この構成においても、従来構造より作業装置１Ｂの幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。図１０では、作業装置１ＢのＹ軸方向の寸法をコンパクト化できる。さらに従来構造よりも製造コストの低減を図れる。
【0057】
［第４の実施形態：アクチュエータ軸オフセット］
図１１Ａのように、２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸は、Ｙ軸方向にオフセットして配置し同一平面上にはないが、回転軸移動平面ＰＲと基端側中心軸移動平面ＰＱとが、同一平面上（一致）にある。２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸は、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトの都合等に応じてＹ軸方向に所定長さＯＦだけオフセットされる。
図１１Ａのように、２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸は、Ｙ軸方向にオフセットして配置し同一平面上にはないが、回転軸移動平面ＰＲと基端側中心軸移動平面ＰＱとが、同一平面上（一致）にある。２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸は、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトの都合等に応じてＹ軸方向に所定長さＯＦだけオフセットされる。
【0058】
リンク作動装置７の中心軸ＱＡ（基端側中心軸）は、Ｘ軸方向一方に向かうに従って、Ｚ軸方向下方に角度θａ傾斜するように、基端側のリンクハブ１２が第２の直動アクチュエータ６２に設置される。具体的には、Ｚ軸方向に進退する直動アクチュエータ６２のスライドテーブル６２ｃに、斜面台形状の取付部材６３によりリンク作動装置７がＸ軸方向に対し角度θａ傾けた状態で設置される。取付部材６３の先端部には、ＸＹ平面に対して所定角度で傾斜する傾斜面が設けられている。この傾斜面に対して、基端側のリンクハブ１２の基端部材６がボルト等で固定されている。
この場合、２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸がオフセットされる分コンパクト化の阻害要因となるが、従来構造より作業装置１Ｃのコンパクト化を図れるうえ、製造コストの低減を図れる。
この場合、２台の直動アクチュエータ６１，６２の軸がオフセットされる分コンパクト化の阻害要因となるが、従来構造より作業装置１Ｃのコンパクト化を図れるうえ、製造コストの低減を図れる。
【0059】
＜変形例：両軸傾斜＞
図１１Ｂのように、リンク作動装置７の中心軸ＱＡを傾斜させると共に、回転機構部８０の回転軸Ｃ１を傾斜させた作業装置１Ｄとしてもよい。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のスライドテーブル６１ｃに、取付部材６４により回転機構部８０がＺ軸方向に対し角度θｂ傾けた状態で設置される。取付部材６４の先端部には、ＸＹ平面に対して所定角度で傾斜する傾斜面が設けられている。この傾斜面に対して、アクチュエータ本体がボルト等で固定されている。
図１１Ｂのように、リンク作動装置７の中心軸ＱＡを傾斜させると共に、回転機構部８０の回転軸Ｃ１を傾斜させた作業装置１Ｄとしてもよい。Ｘ軸方向に進退する直動アクチュエータ６１のスライドテーブル６１ｃに、取付部材６４により回転機構部８０がＺ軸方向に対し角度θｂ傾けた状態で設置される。取付部材６４の先端部には、ＸＹ平面に対して所定角度で傾斜する傾斜面が設けられている。この傾斜面に対して、アクチュエータ本体がボルト等で固定されている。
【0060】
［第５の実施形態：パン・チルト機構］
図１２Ａおよび図１２Ｂのように、回転２自由度の角度制御機構部として、パン・チルト機構７Ａを適用した作業装置１Ｅ，１Ｆとしてもよい。図１２Ａは、図１におけるリンク作動装置７を、図１３に示すような一般的なパン・チルト機構７Ａに変更した構成であり、図１２Ｂは、図１１Ａにおけるリンク作動装置７を、図１３に示すパン・チルト機構７Ａに変更した構成である。
図１２Ａおよび図１２Ｂのように、回転２自由度の角度制御機構部として、パン・チルト機構７Ａを適用した作業装置１Ｅ，１Ｆとしてもよい。図１２Ａは、図１におけるリンク作動装置７を、図１３に示すような一般的なパン・チルト機構７Ａに変更した構成であり、図１２Ｂは、図１１Ａにおけるリンク作動装置７を、図１３に示すパン・チルト機構７Ａに変更した構成である。
【0061】
［第６の実施形態：６自由度、第３の直動アクチュエータ追加］
図１４のように、直動機構部６０の各直動アクチュエータ６１，６２の移動方向にそれぞれに直交する移動方向（この例ではＹ軸方向）の第３の直動アクチュエータ６５をさらに備えて合計６自由度の作業装置１Ｇとしてもよい。この直動アクチュエータ６５は、被作業体Ｗ（図７）の座標から機械座標に変換する座標変換のずれを微調整可能なストロークを有する。本実施形態において、座標変換の際、第３の直動アクチュエータ６５は考慮せず、ＪＯＧ操作による微調整に第３の直動アクチュエータ６５を使用する。
図１４のように、直動機構部６０の各直動アクチュエータ６１，６２の移動方向にそれぞれに直交する移動方向（この例ではＹ軸方向）の第３の直動アクチュエータ６５をさらに備えて合計６自由度の作業装置１Ｇとしてもよい。この直動アクチュエータ６５は、被作業体Ｗ（図７）の座標から機械座標に変換する座標変換のずれを微調整可能なストロークを有する。本実施形態において、座標変換の際、第３の直動アクチュエータ６５は考慮せず、ＪＯＧ操作による微調整に第３の直動アクチュエータ６５を使用する。
【0062】
本構成とすることで、教示の際のＪＯＧ動作で直感的な操作が可能となる。また、作業装置１Ｇの組立誤差等による座標変換（ワーク座標→機械座標）の微小なズレに対して、３台の直動アクチュエータ６１，６２，６５による微調整が可能となる。第３の直動アクチュエータ６５は、微調整に必要なストロークがあれば十分である。このため、第３の直動アクチュエータ６５のストロークは、他の直動アクチュエータ６１，６２の軸と比べて十分に短くすることが可能である。具体的には、第３の直動アクチュエータ６５のストロークは、他の直動アクチュエータ６１，６２のストロークの半分以下である。
この構成によると、作業装置１Ｇの幅方向または奥行方向をコンパクトな構成にしながら、前述の教示作業の実施が容易になる。
この構成によると、作業装置１Ｇの幅方向または奥行方向をコンパクトな構成にしながら、前述の教示作業の実施が容易になる。
【0063】
［第７の実施形態：６自由度、ロール軸の追加］
図１５のように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の先端部に、ロール軸Ｃｒを追加して、直動２自由度および回転４自由度、合計６自由度の作業装置１Ｈとしてもよい。この例では、先端側のリンクハブ１３の先端部材４０に、回転アクチュエータ６６を介して作業体Ｅが取り付けられている。回転アクチュエータ６６は、アクチュエータ本体と、回転部材とを有する。先端部材４０の先端面に、前記アクチュエータ本体が取り付けられる。このアクチュエータ本体の先端部に、前記回転部材が前記先端面に垂直な回転軸回りに回転自在に取り付けられている。
この構成によると、５自由度では制御できない作業方向軸回転も制御でき、従来の６自由度構成と同様の作業をコンパクトな装置構成で行うことが可能となる。
図１５のように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の先端部に、ロール軸Ｃｒを追加して、直動２自由度および回転４自由度、合計６自由度の作業装置１Ｈとしてもよい。この例では、先端側のリンクハブ１３の先端部材４０に、回転アクチュエータ６６を介して作業体Ｅが取り付けられている。回転アクチュエータ６６は、アクチュエータ本体と、回転部材とを有する。先端部材４０の先端面に、前記アクチュエータ本体が取り付けられる。このアクチュエータ本体の先端部に、前記回転部材が前記先端面に垂直な回転軸回りに回転自在に取り付けられている。
この構成によると、５自由度では制御できない作業方向軸回転も制御でき、従来の６自由度構成と同様の作業をコンパクトな装置構成で行うことが可能となる。
【0064】
［第８の実施形態：角度制御機構部を平行配置］
図１６Ａおよび図１６Ｂのように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の中心軸ＱＡ（基端側中心軸）を、回転軸移動平面ＰＲに平行にオフセットした作業装置１Ｊとしてもよい。この場合、一部教示制限が加わる。例えば、角度制御機構部の真下付近で作業ができない座標がある。しかし、前記のようにオフセットすることで、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトに応じてコンパクトな装置構成で所望の作業を行うことが可能となる。
図１６Ａおよび図１６Ｂのように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の中心軸ＱＡ（基端側中心軸）を、回転軸移動平面ＰＲに平行にオフセットした作業装置１Ｊとしてもよい。この場合、一部教示制限が加わる。例えば、角度制御機構部の真下付近で作業ができない座標がある。しかし、前記のようにオフセットすることで、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトに応じてコンパクトな装置構成で所望の作業を行うことが可能となる。
【0065】
［第９の実施形態：角度制御機構部を自由配置］
図１７Ａおよび図１７Ｂのように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の中心軸ＱＡ（基端側中心軸）を、回転軸移動平面ＰＲの同一平面上ではなく、自由配置とした作業装置１Ｋとしてもよい。この場合、一部教示制限が加わる。例えば、角度制御機構部の可動域の制限が加わりやすい。しかし、前記のように角度制御機構部を自由配置にすることで、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトに応じてコンパクトな装置構成で所望の作業を行うことが可能となる。
図１７Ａおよび図１７Ｂのように、角度制御機構部であるリンク作動装置７の中心軸ＱＡ（基端側中心軸）を、回転軸移動平面ＰＲの同一平面上ではなく、自由配置とした作業装置１Ｋとしてもよい。この場合、一部教示制限が加わる。例えば、角度制御機構部の可動域の制限が加わりやすい。しかし、前記のように角度制御機構部を自由配置にすることで、例えば、作業スペース、周辺設備等のレイアウトに応じてコンパクトな装置構成で所望の作業を行うことが可能となる。
【0066】
［第１０の実施形態：外観検査装置］
図１８のように、作業体は、カメラＣｍを含む画像処理機器Ｅｇ（被作業体Ｗに接触しない非接触型）であり、作業装置は、被作業体Ｗを検査する外観検査装置１Ｌであってもよい。画像処理機器Ｅｇは、例えば、ワークを撮像するカメラＣｍ、およびワークを照らす照明具Ｌｅ等を含む。外観検査装置１Ｌにおいて、カメラＣｍは、配線を介して図示外のカメラ制御システムと電気的に繋がっており、前記カメラ制御システムにより撮影時の各種制御が行われる。上記の通りの非接触型の作業体（画像処理機器Ｅｇ）の場合、作業体の取付け位置ＥＰと作業体にて作業が行われる被作業体Ｗの作業位置との距離Ｌｗ２が指定した値となるように作業を行う。距離Ｌｗ２が指定した値となるように作業を行うとは、任意に設定した距離Ｌｗ２を一定に保った状態で作業を行うことである。このような構成とすることで、作業中に画像処理機器Ｅｇと被作業体Ｗの作業位置との距離を変更することなく作業が可能である。この構成によると、コンパクトな構成で被作業体Ｗを検査する工程を自動化することができる。また、作業方向回りの回転の自由度がない場合でも、検査対象がカメラＣｍの画角に入れば判定できる。このため、装置スペースが限られることが多い本用途に対し、本構成は好適である。
図１８のように、作業体は、カメラＣｍを含む画像処理機器Ｅｇ（被作業体Ｗに接触しない非接触型）であり、作業装置は、被作業体Ｗを検査する外観検査装置１Ｌであってもよい。画像処理機器Ｅｇは、例えば、ワークを撮像するカメラＣｍ、およびワークを照らす照明具Ｌｅ等を含む。外観検査装置１Ｌにおいて、カメラＣｍは、配線を介して図示外のカメラ制御システムと電気的に繋がっており、前記カメラ制御システムにより撮影時の各種制御が行われる。上記の通りの非接触型の作業体（画像処理機器Ｅｇ）の場合、作業体の取付け位置ＥＰと作業体にて作業が行われる被作業体Ｗの作業位置との距離Ｌｗ２が指定した値となるように作業を行う。距離Ｌｗ２が指定した値となるように作業を行うとは、任意に設定した距離Ｌｗ２を一定に保った状態で作業を行うことである。このような構成とすることで、作業中に画像処理機器Ｅｇと被作業体Ｗの作業位置との距離を変更することなく作業が可能である。この構成によると、コンパクトな構成で被作業体Ｗを検査する工程を自動化することができる。また、作業方向回りの回転の自由度がない場合でも、検査対象がカメラＣｍの画角に入れば判定できる。このため、装置スペースが限られることが多い本用途に対し、本構成は好適である。
【0067】
図９のように、移動しない場合の一方の回転軸Ｃ１が、基端側中心軸ＱＡが移動する場合の回転軸の延長線上で形成される他方の仮想の平面ＰＱに含まれる場合も、一方の回転軸Ｃ１と他方の仮想平面ＰＱとが平行に含まれる。この場合も、従来構造より作業装置１Ａの幅方向または奥行方向の寸法を大幅にコンパクト化できる。
【0068】
以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0069】
１～１Ｋ…作業装置、１Ｌ…外観検査装置、７…リンク作動装置（角度制御機構部）、７Ａ…パン・チルト機構（角度制御機構部）、１０…姿勢制御用アクチュエータ（回転アクチュエータ）、１２…基端側のリンクハブ、１３…先端側のリンクハブ、１４…リンク機構、１５…基端側の端部リンク部材、１６…先端側の端部リンク部材、１７…中央リンク部材、６０…直動機構部、６１，６２…直動アクチュエータ、６５…直動アクチュエータ、７０…制御部、７０ａ…回転演算部、７０ｂ…座標変換部、８０…回転機構部、Ｃｍ…カメラ、Ｅ…作業体、Ｒａ…回転アクチュエータ、Ｗ…被作業体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18】