特許 7289644 作業装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-02

(45)【発行日】2023-06-12

(54)【発明の名称】作業装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/02 20060101AFI20230605BHJP

【ＦＩ】

B25J17/02 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018229687

(22)【出願日】2018-12-07

(65)【公開番号】P2020089954

(43)【公開日】2020-06-11

【審査請求日】2021-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野瀬 賢蔵

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９３００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９１０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２３４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８７３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１直動ユニットと、
第１球面リンク作動装置を有するとともに、前記第１直動ユニットに取り付けられた第１回転ユニットと、
前記第１回転ユニットに取り付けられるとともに、ワークに対する作業を行う第１エンドエフェクタとを備え、
前記第１直動ユニットは、前記第１回転ユニットを並進３自由度で移動させるように構成されており、
前記第１球面リンク作動装置は、前記第１球面リンク作動装置の回転中心を中心とし、第１半径を有する球面上を移動可能であり、かつ前記第１半径が可変となっている第１先端部材を含むとともに、前記第１先端部材を移動させることにより前記第１エンドエフェクタの位置及び姿勢を変更可能に構成されており、
前記第１球面リンク作動装置は、第１基端部材と、第１リンク機構、第２リンク機構及び第３リンク機構とをさらに有し、
前記第１リンク機構、前記第２リンク機構及び前記第３リンク機構の各々は、第１回転対偶部において前記第１基端部材に回転可能に接続されている第１リンク部材と、第２回転対偶部において前記第１リンク部材に回転可能に接続されている第２リンク部材と、第３回転対偶部において前記第２リンク部材に回転可能に接続されている第３リンク部材と、第４回転対偶部において前記第３リンク部材に回転可能に接続されており、かつ第５回転対偶部において前記第１先端部材に回転可能に接続されている第４リンク部材とを有し、
前記第１リンク機構、前記第２リンク機構及び前記第３リンク機構において、前記第５回転対偶部の中心軸は互いに重なっており、
前記第１リンク機構、前記第２リンク機構及び前記第３リンク機構において、前記第１回転対偶部の中心軸、前記第２回転対偶部の中心軸及び前記第５回転対偶部の中心軸は、前記第１球面リンク作動装置の回転中心と交わっている、作業装置。

【請求項2】

前記第１回転ユニットは、第１回転アクチュエータをさらに有しており、
前記第１回転アクチュエータは、前記第１エンドエフェクタを第１中心軸周りに回転させるように構成されている、請求項１に記載の作業装置。

【請求項3】

前記ワークが載置される設置台をさらに備え、
前記第１直動ユニットは、前記設置台とは反対側にステージが設けられた直動アクチュエータで構成されている、請求項２に記載の作業装置。

【請求項4】

前記第１球面リンク作動装置は、前記第１先端部材の中心軸である第２中心軸が前記第１球面リンク作動装置の原点姿勢において前記第１中心軸に一致するように配置される、
請求項２又は請求項３に記載の作業装置。

【請求項5】

前記第１基端部材は、前記第１回転アクチュエータに取り付けられており、
前記第１回転アクチュエータは、前記第１直動ユニットに取り付けられ、
前記第１エンドエフェクタは、前記第１先端部材に取り付けられる、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載の作業装置。

【請求項6】

第２直動ユニットと、
第２球面リンク作動装置を有するとともに、前記第２直動ユニットに取り付けられた第２回転ユニットと、
前記第２回転ユニットに取り付けられるとともに、前記ワークに対する作業を行う第２エンドエフェクタとをさらに備え、
前記第２直動ユニットは、前記第２回転ユニットを並進３自由度で移動させるように構成されており、
前記第２球面リンク作動装置は、前記第２球面リンク作動装置の回転中心を中心とし、第２半径を有する球面上を移動可能であり、かつ前記第２半径が可変となっている第２先端部材を含むとともに、前記第２先端部材を移動させることにより前記第２エンドエフェクタの位置及び姿勢を変更可能に構成されており、
前記第２球面リンク作動装置は、第２基端部材と、第４リンク機構、第５リンク機構及び第６リンク機構とをさらに有し、
前記第４リンク機構、前記第５リンク機構及び前記第６リンク機構の各々は、第６回転対偶部において前記第２基端部材に回転可能に接続されている第５リンク部材と、第７回転対偶部において前記第５リンク部材に回転可能に接続されている第６リンク部材と、第８回転対偶部において前記第６リンク部材に回転可能に接続されている第７リンク部材と、第９回転対偶部において前記第７リンク部材に回転可能に接続されており、かつ第１０回転対偶部において前記第２先端部材に回転可能に接続されている第８リンク部材とを有し、
前記第４リンク機構、前記第５リンク機構及び前記第６リンク機構において、前記第１０回転対偶部の中心軸は互いに重なっており、
前記第４リンク機構、前記第５リンク機構及び前記第６リンク機構において、前記第６回転対偶部の中心軸、前記第７回転対偶部の中心軸及び前記第１０回転対偶部の中心軸は、前記第２球面リンク作動装置の回転中心と交わっている、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の作業装置。

【請求項7】

前記第２回転ユニットは、第２回転アクチュエータをさらに有しており、
前記第２回転アクチュエータは、前記第２エンドエフェクタを第３中心軸周りに回転させるように構成されている、請求項６に記載の作業装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２００５－３２９５１号公報）には、多関節型ロボットが記載されている。特許文献２（特許第４５２８３２１号公報）には、双腕ロボットの肩幅空間制限装置が記載されている。特許文献３（特開２０１７－１９３００９号公報）には、作動装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３２９５１号公報

【文献】特許第４５２８３２１号公報

【文献】特開２０１７－１９３００９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に記載の多関節型ロボットの各関節は、全て回転１自由度の関節となっている。そのため、多関節型ロボットの先端に取り付けられるエンドエフェクタの位置及び姿勢を僅かに変更する場合であっても、複数のモータを協調させて駆動させる必要がある。したがって、特許文献１に記載の多関節型ロボットに細かい作業を高速に行わせることは困難である。特許文献２に記載の双腕ロボットの肩幅空間制限装置に関しても、特許文献１に記載の多関節型ロボットと同様の問題がある。

【0005】

特許文献３に記載の作動装置において、エンドエフェクタは、パラレルリンク機構を含むリンク作動装置に取り付けられており、リンク作動装置は、複数の直動アクチュエータにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に沿って移動可能になっている。特許文献３に記載の作動装置においては、エンドエフェクタの先端をその軸方向に沿って移動させる場合に、複数の直動アクチュエータを動作させることが不可欠となる。その結果、特許文献３に記載の作動装置においては、振動が発生しやすく、位置決め精度が低下しやすい。

【0006】

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、細かい作業を効率的かつ精度よく行うことが可能な作業装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る作業装置は、第１直動ユニットと、第１球面リンク作動装置を有する第１回転ユニットと、第１回転ユニットに取り付けられるとともにワークに対する作業を行う第１エンドエフェクタとを備える。第１直動アクチュエータは、第１回転ユニットを並進３自由度で移動させるように構成されている。第１球面リンク作動装置は、第１球面リンク作動装置の回転中心を中心とし、第１半径を有する球面上を移動可能であり、かつ第１半径が可変となっている第１先端部材を含む。第１球面リンク作動装置は、第１先端部材を移動させることにより、第１エンドエフェクタの位置及び姿勢を変更可能に構成されている。

【0008】

上記の作業装置によると、第１エンドエフェクタの大きな移動は第１直動ユニットが担い、第１エンドエフェクタの小さな移動は第１回転ユニットが担う。そのため、上記の作業装置によると、細かい作業を行う際に第１直動ユニットを駆動する必要が無いため、細かい作業を効率的かつ精度よく行うことが可能となる。

【0009】

上記の作業装置において、第１回転ユニットは、第１回転アクチュエータをさらに有していてもよい。第１回転アクチュエータは、第１エンドエフェクタを第１中心軸周りに回転させるように構成されていてもよい。

【0010】

上記の作業装置は、ワークが載置される設置台をさらに備えていてもよい。第１直動ユニットは、設置台とは反対側にステージが設けられた直動アクチュエータで構成されていてもよい。この場合、設置台周辺の空間（作業空間）を広く確保することが可能になるとともに、作業者が作業空間内に手を入れた際等の安全性を向上させることができる。

【0011】

上記の作業装置において、第１球面リンク作動装置は、第１先端部材の中心軸である第２中心軸が第１球面リンク作動装置の原点姿勢において第１中心軸に一致するように配置されていてもよい。この場合、第１エンドエフェクタの先端位置の計算が容易になる。

【0012】

上記の作業装置において、第１球面リンク作動装置は、第１回転アクチュエータに取り付けられた第１基端部材をさらに含んでいてもよい。第１回転アクチュエータは、第１直動ユニットに取り付けられていてもよい。第１エンドエフェクタは、第１先端部材に取り付けられていてもよい。この場合、第１球面リンク作動装置の負荷を軽減することができるため、第１球面リンク作動装置をコンパクトにすることができる。

【0013】

上記の作業装置は、第２直動ユニットと、第２球面リンク作動装置を有する第２回転ユニットと、第２回転ユニットに取り付けられるとともに、ワークに対する作業を行う第２エンドエフェクタとをさらに備えていてもよい。第２直動アクチュエータは、第１回転ユニットを並進３自由度で移動させるように構成されていてもよい。第２球面リンク作動装置は、第２球面リンク作動装置の回転中心を中心とし、第２半径を有する球面上を移動可能であり、かつ第２半径が可変となっている第２先端部材を含んでいてもよい。第２球面リンク作動装置は、第２先端部材を移動させることにより第２エンドエフェクタの位置及び姿勢を変更可能に構成されていてもよい。この場合、作業者の代わりとなる作業（例えば、部品の組み立て）を行うことが可能となる。

【0014】

上記の作業装置において、第２回転ユニットは、第２回転アクチュエータをさらに有していてもよい。第２回転アクチュエータは、第２エンドエフェクタを第３中心軸周りに回転させるように構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様に係る作業装置によると、細かい作業を効率的かつ精度よく行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係る作業装置１０の斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る作業装置１０の正面図である。

【図3】第１実施形態に係る作業装置１０における球面リンク作動装置３２の斜視図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。

【図5】図４のＶ－Ｖにおける断面図である。

【図6】第２実施形態に係る作業装置２０の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

【0018】

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る作業装置１０に関する説明を行う。

【0019】

＜第１実施形態に係る作業装置の概略構造＞
図１は、第１実施形態に係る作業装置１０の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る作業装置１０の正面図である。図１及び２に示されるように、作業装置１０は、架台１と、直動ユニット２（第１直動ユニット）と、回転ユニット３（第１回転ユニット）と、エンドエフェクタ４（第１エンドエフェクタ）と、設置台５とを有している。設置台５上には、ワークＷが載置されている（なお、図２中において、ワークＷは、点線で示されている）。

【0020】

直動ユニット２は、架台１に取り付けられている。回転ユニット３は、直動ユニット２に取り付けられている。エンドエフェクタ４は、回転ユニット３に取り付けられている。直動ユニット２は、回転ユニット３を並進３自由度で移動させるように構成されている。エンドエフェクタ４は、ワークＷに対する作業を行う部分である。

【0021】

＜架台＞
架台１は、第１部分１１と、第２部分１２とを有している。第１部分１１は、第１方向Ｘに沿って延在している。なお、第１方向Ｘは、例えば作業装置１０の設置面に平行な方向である。第２部分１２は、第１部分１１の一方端に接続されている。第２部分１２は、第１部分１１の一方端から作業装置１０の設置面に向かって延在することにより、作業装置１０の設置面上において第１部分１１を支持している。第２部分１２は、例えば第３方向Ｚに沿って延在している。第３方向Ｚは、例えば作業装置１０の設置面に直交している方向である。

【0022】

＜直動ユニット＞
直動ユニット２は、第１直動アクチュエータ２１と、第２直動アクチュエータ２２と、第３直動アクチュエータ２３とを有している。

【0023】

第１直動アクチュエータ２１は、架台１（具体的には、第１部分１１）に取り付けられている。第１直動アクチュエータ２１は、ステージ２１ａと、駆動部２１ｂとを有している。駆動部２１ｂは、例えばモータで構成されている。駆動部２１ｂは、ステージ２１ａを第１方向Ｘに沿って移動させる。

【0024】

第２直動アクチュエータ２２は、第１直動アクチュエータ２１（具体的には、ステージ２１ａ）に取り付けられている。第２直動アクチュエータ２２は、ステージ２２ａと、駆動部２２ｂとを有している。駆動部２２ｂは、例えばモータで構成されている。駆動部２２ｂは、ステージ２２ａを第２方向Ｙに沿って移動させる。なお、第２方向Ｙは、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚに直交する方向である。

【0025】

第３直動アクチュエータ２３は、第２直動アクチュエータ２２（具体的には、ステージ２２ａ）に取り付けられている。第３直動アクチュエータ２３は、ステージ２３ａと、駆動部２３ｂとを有している。駆動部２３ｂは、例えばモータで構成されている。駆動部２３ｂは、ステージ２３ａを第３方向Ｚに沿って移動させる。なお、第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに直交している。

【0026】

第１直動アクチュエータ２１は、第２直動アクチュエータ２２及び第３直動アクチュエータ２３を第１方向Ｘに沿って移動させる。第２直動アクチュエータ２２は、第３直動アクチュエータ２３を第２方向Ｙに沿って移動させる。第３直動アクチュエータ２３は、ステージ２３ａを第３方向Ｚに沿って移動させる。そのため、ステージ２３ａは、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚの３方向に沿って移動することになる（並進３自由度を有している）。後述のとおり、ステージ２３ａには回転ユニット３が取り付けられるため、直動ユニット２は、回転ユニット３を並進３自由度で移動させることができる。

【0027】

ステージ２１ａ、ステージ２２ａ及びステージ２３ａは、作業装置１０の作業空間の外側を向くように配置されていることが好ましい。すなわち、ステージ２１ａ、ステージ２２ａ及びステージ２３ａは、第１直動アクチュエータ２１、第２直動アクチュエータ２２及び第３直動アクチュエータ２３の設置台５とは反対側の面に設けられていることが好ましい。

【0028】

＜回転ユニット＞
回転ユニット３は、回転アクチュエータ３１（第１回転アクチュエータ）と、球面リンク作動装置３２（第１球面リンク作動装置）とを有している。なお、回転ユニット３は、回転アクチュエータ３１を有していなくてもよい。

【0029】

［回転アクチュエータ］
回転アクチュエータ３１は、例えば、第１中心軸周りに回転する回転軸を有するモータで構成されている。回転アクチュエータ３１は、直動ユニット２（より具体的には、ステージ２３ａ）に、取り付け部材３３を介して取り付けられている。

【0030】

［球面リンク作動装置］
図３は、第１実施形態に係る作業装置１０における球面リンク作動装置３２の斜視図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖにおける断面図である。図３～５に示されるように、球面リンク作動装置３２は、基端部材３２ａ（第１基端部材）と、先端部材３２ｂ（第１先端部材）と、リンク機構３２ｃ、リンク機構３２ｄ及びリンク機構３２ｅとを有している。

【0031】

基端部材３２ａは、板状の部材である。基端部材３２ａの平面形状は、例えば、円形である。但し、基端部材３２ａの平面形状はこれに限られない。基端部材３２ａは、外周部において、固定部３２ａａと、固定部３２ａｂと、固定部３２ａｃとを有している。固定部３２ａａ～固定部３２ａｃは、板状の形状を有している。固定部３２ａａ～固定部３２ａｃには、それぞれ、貫通穴３２ａｄが形成されている。貫通穴３２ａｄは、固定部３２ａａ～固定部３２ａｃを厚さ方向に貫通している。

【0032】

姿勢制御用駆動源３２ａｅ、姿勢制御用駆動源３２ａｆ及び姿勢制御用駆動源３２ａｇは、それぞれ、回転軸３２ａｈを有している。姿勢制御用駆動源３２ａｅ～姿勢制御用駆動源３２ａｇの回転軸３２ａｈは、それぞれ、固定部３２ａａ～固定部３２ａｃの貫通穴３２ａｄに挿入されている。姿勢制御用駆動源３２ａｅ～姿勢制御用駆動源３２ａｇは、回転軸３２ａｈを中心軸周りに回転させる。

【0033】

リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅは、それぞれ、第１リンク部材３２ｆと、第２リンク部材３２ｇと、第３リンク部材３２ｈと、第４リンク部材３２ｉとを有している。

【0034】

第１リンク部材３２ｆは、例えば、円弧状に延びる棒状の部材である。第１リンク部材３２ｆは、第１回転対偶部において、基端部材３２ａに回転可能に接続されている。より具体的には、第１リンク部材３２ｆの一方端には、貫通穴３２ｆａが形成されている。第１リンク部材３２ｆは、貫通穴３２ｆａに回転軸３２ａｈが挿入されることにより、基端部材３２ａに接続されている。なお、第１リンク部材３２ｆは、回転軸３２ａｈにナット等が取り付けられることにより、回転軸３２ａｈからの脱落が抑制されている。

【0035】

第１リンク部材３２ｆと基端部材３２ａとの接続は、回転軸３２ａｈの中心軸周りに回転可能になっている。すなわち、第１回転対偶部は、第１リンク部材３２ｆの一方端に形成された貫通穴３２ｆａと回転軸３２ａｈとで構成されており、その中心軸は、回転軸３２ａｈの中心軸に一致している。

【0036】

第１リンク部材３２ｆの他方端には、軸部３２ｆｂが形成されている。例えば、軸部３２ｆｂは、第１リンク部材３２ｆの外周側側面（ここで、第１リンク部材３２ｆの外周側側面とは、第１リンク部材３２ｆの内周側側面（基端部材３２ａの中心側を向いている側面）の反対面である）に形成されている。軸部３２ｆｂは、基端部材３２ａの径方向に沿って基端部材３２ａの外側へと突出している。

【0037】

第２リンク部材３２ｇは、直線状に延びている棒状の部材である。第２リンク部材３２ｇは、第２回転対偶部において、第１リンク部材３２ｆにそれぞれ回転可能に接続されている。より具体的には、第２リンク部材３２ｇの一方端には、貫通穴３２ｇａが形成されている。第２リンク部材３２ｇは、貫通穴３２ｇａに軸部３２ｆｂが挿入されることにより、第１リンク部材３２ｆに接続されている。第２リンク部材３２ｇは、軸部３２ｆｂにナット等が取り付けられることにより、軸部３２ｆｂからの脱落が抑制されている。

【0038】

第１リンク部材３２ｆと第２リンク部材３２ｇとの接続は、軸部３２ｆｂの中心軸周りに回転可能となっている。すなわち、第２回転対偶部は、第２リンク部材３２ｇの一方端に形成された３２ｇａと軸部３２ｆｂとで構成されており、その中心軸は、軸部３２ｆｂの中心軸に一致している。

【0039】

第１回転対偶部の中心軸及び第２回転対偶部の中心軸は、球面リンク作動装置３２の球面リンク中心点３２ｊにおいて交差している。すなわち、回転軸３２ａｈ及び軸部３２ｆｂの中心軸は、球面リンク中心点３２ｊにおいて交差している。

【0040】

第３リンク部材３２ｈは、直線状に延びている棒状の部材である。第３リンク部材３２ｈは、第３回転対偶部において、第２リンク部材３２ｇに回転可能に接続されている。より具体的には、第２リンク部材３２ｇの他方端には、第３リンク部材３２ｈの一方端を受け入れる凹部が形成されている。第２リンク部材３２ｇの他方端には、貫通穴が形成されている。当該貫通穴は、上記の凹部に面する位置に形成されている。第３リンク部材３２ｈの一方端には、貫通穴３２ｈａが形成されている。

【0041】

第２リンク部材３２ｇの他方端に形成された貫通穴と第３リンク部材３２ｈの一方端に形成された貫通穴３２ｈａは、第３リンク部材３２ｈの一方端が上記の凹部に受け入れられた状態において、直線状に並んでいる。第２リンク部材３２ｇの他方端に形成された貫通穴及び第３リンク部材３２ｈの一方端に形成された貫通穴３２ｈａに連結部材３２ｈｂを挿入することにより、第３リンク部材３２ｈは、第２リンク部材３２ｇに回転可能に接続されている。なお、連結部材３２ｈｂは、例えばボルト及びナットである。

【0042】

第２リンク部材３２ｇと第３リンク部材３２ｈとの接続は、連結部材３２ｈｂの中心軸周りに回転可能となっている。すなわち、第３回転対偶部は、第３リンク部材３２ｈの一方端に形成された貫通穴３２ｈａと、第２リンク部材３２ｇの他方端に形成された貫通穴と、連結部材３２ｈｂとで構成されており、その中心軸は、連結部材３２ｈｂの中心軸に一致している。第３回転対偶部の中心軸（すなわち、連結部材３２ｈｂの中心軸）は、第２回転対偶部の中心軸（すなわち、軸部３２ｆｂの中心軸）と直交していることが好ましい。

【0043】

第３リンク部材３２ｈの他方端には、貫通穴３２ｈｃが形成されている。第４リンク部材３２ｉには、第３リンク部材３２ｈの他方端を受け入れる凹部が形成されている。第４リンク部材３２ｉは、当該凹部に面する壁部３２ｉａを有している。壁部３２ｉａには、当該凹部につながる貫通穴が形成されている。

【0044】

第３リンク部材３２ｈの他方端に形成された貫通穴３２ｈｃ及び壁部３２ｉａに形成された貫通穴は、直線状に並んでいるとともに、連結部材３２ｉｂが挿入されている。連結部材３２ｉｂは、例えばボルト及びナットである。これにより、第３リンク部材３２ｈと第４リンク部材３２ｉとの接続は、連結部材３２ｉｂの中心軸周りに回転可能となっている。

【0045】

すなわち、第４リンク部材３２ｉは、第４回転対偶部において、第３リンク部材３２ｈに回転可能に接続されている。そして、第４回転対偶部は、第３リンク部材３２ｈの他方端に形成された貫通穴３２ｈｃと、壁部３２ｉａに形成された貫通穴と、連結部材３２ｉｂとで構成されており、その中心軸は、連結部材３２ｉｂの中心軸に一致している。第４回転対偶部の中心軸（すなわち、連結部材３２ｉｂの中心軸）は、第３回転対偶部の中心軸（すなわち、連結部材３２ｈｂの中心軸）と平行になっていることが好ましい。

【0046】

第４リンク部材３２ｉは、ベース部３２ｉｃを有している。ベース部３２ｉｃの平面形状は、円形である。ベース部３２ｉｃの中央には、貫通穴が形成されている。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅのベース部３２ｉｃは、当該貫通穴が互いに重なるように、積層されている。ベース部３２ｉｃは、合わせて先端部材３２ｂを構成している。当該貫通穴には、連結部材３２ｉｄが挿入されている。連結部材３２ｉｄは、例えばボルト及びナットである。

【0047】

第４リンク部材３２ｉは、連結部材３２ｉｄの中心軸（第２中心軸）に回転可能に先端部材３２ｂに接続されている。すなわち、ベース部３２ｉｃに形成された貫通穴及び連結部材３２ｉｄで第５回転対偶部が構成されており、リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅの第５回転対偶部は、一カ所に重なるように配置されていることになる。第５回転対偶部の中心軸（すなわち、連結部材３２ｉｄの中心軸）は、第１回転対偶部の中心軸及び第２回転対偶部の中心軸と球面リンク中心点３２ｊにおいて交差している。第５回転対偶部の中心軸は、第３回転対偶部の中心軸及び第４回転対偶部の中心軸とねじれた配置になっている。例えば、第５回転対偶部の中心軸は、第３回転対偶部の中心軸及び第４回転対偶部の中心軸と直交している。

【0048】

リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅの第１リンク部材３２ｆにおいて、第１回転対偶部の中心軸周りの回転角度をそれぞれ変更することにより、先端部材３２ｂの位置を任意に変更することができる。より具体的には、球面リンク作動装置３２においては、上述のような構成とすることにより、球面リンク中心点３２ｊを中心とする球面上を先端部材３２ｂが移動する。すなわち、先端部材３２ｂの位置は、球面リンク中心点３２ｊを原点とする極座標（ｒ，θ，φ）で表すことができる。

【0049】

ここで、中心間距離ｒ（第１半径）は、球面リンク中心点３２ｊと先端部材３２ｂの中心との距離である。折れ角θは、先端部材３２ｂの中心から垂直方向に降ろした直線が基端部材３２ａとリンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅの第１回転対偶部の中心軸を含む平面と交わる点と球面リンク中心点３２ｊとを通る直線と第５回転対偶部の中心軸とがなす角度である。旋回角φは、先端部材３２ｂの中心から垂直方向に降ろした直線がリンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅの第１回転対偶部の中心軸を含む平面と交わる点と球面リンク中心点３２ｊとを通る直線とリンク機構３２ｃの第１回転対偶部の中心軸とがなす角度である。

【0050】

以上のように、球面リンク作動装置３２において、先端部材３２ｂは、球面リンク中心点３２ｊを中心とする半径が中心間距離ｒの球面上を移動可能であるとともに、当該移動とは独立して第５回転対偶部の中心軸に沿って先端部材３２ｂを移動させて中心間距離ｒを可変とすることができる。このように、球面リンク作動装置３２は、先端部材３２ｂを合計３自由度で移動させることができる。

【0051】

球面リンク作動装置３２は、基端部材３２ａにおいて、回転アクチュエータ３１に取り付けられている。また、エンドエフェクタ４は、先端部材３２ｂにおいて、球面リンク作動装置３２に取り付けられている。なお、図示されていないが、球面リンク作動装置３２は、基端部材３２ａにおいて直動ユニット２（ステージ２３ａ）に取り付けられていてもよく、回転アクチュエータ３１は、先端部材３２ｂにおいて球面リンク作動装置３２に取り付けられていてもよい。この場合、エンドエフェクタ４は、回転アクチュエータ３１に取り付けられる。いずれの場合においても、エンドエフェクタ４は、直動ユニット２の動作及び回転ユニット３の動作により、合計７自由度の移動が可能となる。なお、回転ユニット３が回転アクチュエータ３１を有していない場合は、直動ユニット２の動作及び回転ユニット３の動作により、合計６自由度の移動が可能となる。

【0052】

球面リンク作動装置３２は、原点姿勢にある状態において連結部材３２ｉｄの中心軸が回転アクチュエータの中心軸と一致するように配置されていることが好ましい。球面リンク作動装置３２は、先端部材３２ｂの位置が極座標（ｒ，θ，φ）＝（ｒ，０，０）で表される状態にある際、原点姿勢にあることになる。

【0053】

以上をまとめると、球面リンク作動装置３２は、パラレルリンク機構を有している。このパラレルリンク機構は、基端部材３２ａと、先端部材３２ｂと、リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅとを有している。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅは、基端部材３２ａと先端部材３２ｂとを接続するように構成されている。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅは、先端部材３２ｂの基端部材３２ａに対する姿勢を変更可能に構成されている。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅのそれぞれは、第１リンク部材３２ｆと、第２リンク部材３２ｇと、第３リンク部材３２ｈと、第４リンク部材３２ｉとを有している。第１リンク部材３２ｆは、第１回転対偶部において基端部材３２ａに回転可能に接続されている。第２リンク部材３２ｇは、第１リンク部材３２ｆに第２回転対偶部において回転可能に接続されている。第３リンク部材３２ｈは、第２リンク部材３２ｇに第３回転対偶部において回転可能に接続されている。第４リンク部材３２ｉは、第３リンク部材３２ｈに第４回転対偶部において回転可能に接続されている。第４リンク部材３２ｉは、先端部材３２ｂに第５回転対偶部において回転可能に接続されている。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅにおいては、第１回転対偶部の中心軸と第２回転対偶部の中心軸とが、球面リンク中心点３２ｊにおいて交わっている。リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅの第５回転対偶部の中心軸は、互いに重なり合っているとともに、球面リンク中心点３２ｊと交わっている。

【0054】

このパラレルリンク機構において、第３回転対偶部の中心軸及び第４回転対偶部の中心軸は、互いに平行であるとともに、第２回転対偶部の中心軸と交差していてもよい。このパラレルリンク機構において、第３回転対偶部の中心軸及び第４回転対偶部の中心軸は、第２回転対偶部の中心軸に直交していてもよい。

【0055】

球面リンク作動装置３２は、さらに、姿勢制御用駆動源３２ａｅ～姿勢制御用駆動源３２ａｇを有している。姿勢制御用駆動源３２ａｅ～姿勢制御用駆動源３２ａｇは、リンク機構３２ｃ～リンク機構３２ｅにそれぞれ設置されている。姿勢制御用駆動源３２ａｅ～姿勢制御用駆動源３２ａｇは、基端部材３２ａに対する先端部材３２ｂの姿勢を任意に変更することができるように構成されている。

【0056】

＜第１実施形態に係る作業装置の効果＞
作業装置１０においては、エンドエフェクタ４の大きな移動は直動ユニット２が担い、エンドエフェクタ４の小さな移動（エンドエフェクタ４先端の姿勢制御等）は回転ユニット３が担う。直動ユニット２を駆動させると、当該駆動に伴って振動等が発生するとともに、エンドエフェクタ４の移動に必要な時間も増加する。しかしながら、作業装置１０においては、細かい作業を行う際に直動ユニット２を駆動する必要が無いため、細かい作業を効率的かつ精度よく行うことが可能となる。

【0057】

また、作業装置１０においては、直動ユニット２が第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚにおけるエンドエフェクタ４の位置の決定に寄与し、回転アクチュエータ３１がθ_３（θ_３は、回転アクチュエータ３１の回転軸周りの回転角度）の決定に寄与し、球面リンク作動装置３２がθ_１（θ_１は、回転アクチュエータ３１の回転軸に直交する平面をｘｙ平面とした場合のｘ軸周りの回転角度）及びθ_２（θ_２は、回転アクチュエータ３１の回転軸に直交する平面をｘｙ平面とした場合のｙ軸周りの回転角度）の決定に寄与する。したがって、エンドエフェクタ４の位置及び姿勢に関する各パラメータと各構成要素（直動ユニット２、回転アクチュエータ３１及び球面リンク作動装置３２）との対応関係が理解しやすく、姿勢教示作業などの動作パターンの設定が容易となる。

【0058】

さらに、作業装置１０においては、先端部材３２ｂの中心軸（すなわち、第５回転対偶部の中心軸）に沿う方向での細かい作業を行う場合に、折れ角θ及び旋回角φを固定して中心間距離ｒのみを調整すればよいため、作業装置全体の移動量を小さくすることができる。

【0059】

作業装置１０において、ステージ２１ａ、ステージ２２ａ及びステージ２３ａが設置台５とは反対側に設けられている場合、作業空間を広げることができるとともに、作業空間に作業者が手を入れるような場合でも、安全性を確保しやすくなる。

【0060】

作業装置１０において、球面リンク作動装置３２が、原点姿勢にある状態において連結部材３２ｉｄの中心軸が回転アクチュエータ３１の中心軸と一致するように配置されている場合、エンドエフェクタ４の位置に関する座標計算が簡単になり、作業者が作業装置の動作をイメージしやすくなる。

【0061】

作業装置１０において、回転アクチュエータ３１が直動ユニット２に取り付けられ、球面リンク作動装置３２が回転アクチュエータ３１に取り付けられ、かつエンドエフェクタ４が球面リンク作動装置３２に取り付けられている場合、球面リンク作動装置３２は、エンドエフェクタ４のみを駆動すればよい。そのため、この場合には、球面リンク作動装置３２の駆動負荷が小さくなり、球面リンク作動装置３２をコンパクト化することが可能となる。

【0062】

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る作業装置２０に関する説明を行う。なお、第１実施形態に係る作業装置１０と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
＜第２実施形態に係る作業装置の構成＞
図６は、第２実施形態に係る作業装置２０の正面図である。図６に示されるように、作業装置２０において、架台１は、第１部分１１及び第２部分１２に加え、第３部分１３を有している。第３部分１３は、第１部分１１の他方端から作業装置２０の設置面に向かって延在することで、作業装置２０の設置面上において第１部分１１を支持している。第３部分１３は、例えば第３方向Ｚに沿って延在している。このことを別の観点からいえば、作業装置２０においては、架台１は、門型の形状を有している。

【0063】

作業装置２０は、直動ユニット２に加えて、直動ユニット６（第２直動ユニット）を有している。直動ユニット６の構成は直動ユニット２の構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。作業装置２０は、回転ユニット３に加えて、回転ユニット７（第２回転ユニット）を有している。回転ユニット７の構成は回転ユニット３の構成と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

【0064】

作業装置２０は、エンドエフェクタ４に加えて、エンドエフェクタ８（第２エンドエフェクタ）を有している。エンドエフェクタ８は、エンドエフェクタ４と同一のエンドエフェクタであってもよく、エンドエフェクタ４と異なるエンドエフェクタであってもよい。具体例としては、エンドエフェクタ４がピン等の挿入を行うハンドであり、エンドエフェクタ８がラベルの貼付等を行う真空パッドである。

【0065】

エンドエフェクタ８は、エンドエフェクタ４との間でワークＷを挟み込むように配置されている。すなわち、作業装置２０は、双腕型の構成となっている。

【0066】

＜第２実施形態に係る作業装置の効果＞
作業装置２０は、上記のとおり、双腕型の構成となっている。そのため、作業者の代わりとなる作業（例えば、部品の組み立て）を行うことが可能となる。

【0067】

作業装置２０においては、架台１が門型の構造を有している。そのため、作業装置２０によると、架台１の剛性が向上するとともに、当該門型の構造の内側にコンベアを通すことにより、ライン作業を容易に行うことが可能となる。

【0068】

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0069】

上記の実施形態は、作業装置に特に有利に適用される。

【符号の説明】

【0070】

１０ 作業装置、１ 架台、１１ 第１部分、１２ 第２部分、１３ 第３部分、２ 直動ユニット、２１ 第１直動アクチュエータ、２２ 第２直動アクチュエータ、２３ 第３直動アクチュエータ、２１ａ，２２ａ，２３ａ ステージ、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 駆動部、３ 回転ユニット、３１ 回転アクチュエータ、３２ 球面リンク作動装置、３２ａ 基端部材、３２ａａ，３２ａｂ，３２ａｃ 固定部、３２ａｄ 貫通穴、３２ａｅ，３２ａｆ，３２ａｇ 姿勢制御用駆動源、３２ａｈ 回転軸、３２ｂ 先端部材、３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ リンク機構、３２ｆ 第１リンク部材、３２ｆａ 貫通穴、３２ｆｂ 軸部、３２ｇ 第２リンク部材、３２ｇａ 貫通穴、３２ｈ 第３リンク部材、３２ｈａ 貫通穴、３２ｈｂ 連結部材、３２ｈｃ 貫通穴、３２ｉ 第４リンク部材、３２ｉａ 壁部、３２ｉｂ 連結部材、３２ｉｃ ベース部、３２ｉｄ 連結部材、３２ｊ 球面リンク中心点、３３ 取り付け部材、４ エンドエフェクタ、５ 設置台、６ 直動ユニット、７ 回転ユニット、８ エンドエフェクタ、２０ 作業装置、Ｗ ワーク、Ｘ 第１方向、Ｙ 第２方向、Ｚ 第３方向、ｒ 中心間距離。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】