(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉ループ形状の固定部を有する位置決め装置であって、
前記固定部の上を移動する第１および第２可動部と、前記第１可動部に搭載された一方向の回転軸周りに回転する第１回転関節と、前記第２可動部に搭載された一方向の回転軸周りに回転する第２回転関節と、前記第１回転関節に一端が支持される第１アームと、前記第２回転関節に一端が支持される第２アームと、前記第１アームの他端および前記第２アームの他端を連結し、一方向の回転軸周りに回転する第３回転関節と、前記第３回転関節、前記第１アームの他端または前記第２アームの他端に取り付けられたエンドエフェクタと、を有するエンドエフェクタ駆動機構を複数備え、
複数の前記エンドエフェクタ駆動機構が有する複数の前記エンドエフェクタのうち、少なくとも１つは、前記固定部の前記閉ループ形状の内側および外側に位置することが可能である
ことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記エンドエフェクタ駆動機構は、
前記第１可動部に設けられ、前記第１可動部の移動方向を回転軸として前記第１回転関節を回転することが可能な第１アクチュエータと、
前記第２可動部に設けられ、前記第２可動部の移動方向を回転軸として前記第２回転関節を回転することが可能な第２アクチュエータと、
前記エンドエフェクタに接続され、前記第３回転関節の回転軸の方向と垂直な一方向の回転軸周りに前記エンドエフェクタを回転することが可能な第４回転関節と、
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のエンドエフェクタを備えた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置決め装置としては、位置決めの作業効率を高めるために複数のエンドエフェクタを持つ装置が従来知られており、複数のエンドエフェクタの干渉を避けて作業領域を広くする必要がある。特許文献１では、複数の作業ヘッドが互いに干渉するのを回避する制御方法が示されている。【０００３】
特許文献１においては、基板搬送コンベアを跨ぐように設けられた一対の固定レール部に沿って移動可能な複数のアームが構成されており、アームの両端部に設けられた可動子と固定レール部の固定子によって構成されたリニアモータによって、アームに取り付けられたエンドエフェクタは固定レール部が伸びている方向であるＹ方向に移動することが可能である。【０００４】
特許文献１に示される部品実装装置を構成する複数のエンドエフェクタは、それぞれ異なる部品供給部から部品を調達し、中央の作業エリアで部品を位置決めしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３８３３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の位置決め装置は、上述したようにアームの両端部に可動子が設けられているので、複数のエンドエフェクタをＹ方向ですれ違おうとさせようとしても、可動子同士が干渉するために複数のエンドエフェクタのＹ方向でのすれ違いはできない。したがって、エンドエフェクタの作業エリアが狭くなるという問題点があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のエンドエフェクタが互いに干渉せずにすれ違うことを可能とすることにより作業エリアを広くする位置決め装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、閉ループ形状の固定部を有する位置決め装置であって、固定部の上を移動する第１および第２可動部と、第１可動部に搭載された一方向の回転軸周りに回転する第１回転関節と、第２可動部に搭載された一方向の回転軸周りに回転する第２回転関節と、第１回転関節に一端が支持される第１アームと、第２回転関節に一端が支持される第２アームと、第１アームの他端および第２アームの他端を連結し、一方向の回転軸周りに回転する第３回転関節と、第３回転関節、第１アームの他端または第２アームの他端に取り付けられたエンドエフェクタと、を有するエンドエフェクタ駆動機構を複数備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる位置決め装置は、複数のエンドエフェクタが互いに干渉せずにすれ違うことを可能とすることにより作業エリアを広くするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる位置決め装置の構成を示す平面概略図
【図２】実施の形態１にかかる位置決め装置においてエンドエフェクタ同士の干渉を回避してすれ違わせる様子を示す平面概略図
【図３】実施の形態１にかかるエンドエフェクタ駆動機構において角度Ａが１８０°の特異点となった場合の様子を示す平面概略図
【図４】実施の形態１にかかるエンドエフェクタ駆動機構において角度Ａが１８０°を超えた場合の様子を示す平面概略図
【図５】実施の形態１にかかる位置決め装置として電子部品の実装装置を想定した場合のエンドエフェクタの作業エリアを示す平面概略図
【図６】本発明の実施の形態２にかかる位置決め装置の構成を示す平面概略図
【図７】実施の形態２にかかる位置決め装置におけるエンドエフェクタの動きを時系列の順に示す正面概略図および平面概略図
【図８】実施の形態２にかかる位置決め装置におけるエンドエフェクタの動きを時系列の順に示す正面概略図および平面概略図
【図９】実施の形態２にかかる位置決め装置におけるエンドエフェクタの動きを時系列の順に示す正面概略図および平面概略図
【図１０】実施の形態２にかかる位置決め装置におけるエンドエフェクタの動きを時系列の順に示す正面概略図および平面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる位置決め装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる位置決め装置１０の構成を示す平面概略図である。位置決め装置１０は、図示せぬ土台で支えられた閉ループ形状の固定部１と、１つのエンドエフェクタ１８を駆動するエンドエフェクタ駆動機構１００と、もう１つのエンドエフェクタ２８を駆動するエンドエフェクタ駆動機構２００を備える。図１の紙面の左右方向がＸ方向で右方向がＸの正方向であり、紙面の上下方向がＹ方向で上方向がＹの正方向であり、紙面に垂直な方向がＺ方向で紙面から手前に向かう方向がＺの正方向である。
【００１３】
図１では、固定部１の例として、４つの直線部と４つの曲線部が交互に接続された構成を示してある。固定部１の下を部分的に土台が支えているので、固定部１の大半は地面からＺの正の方向に浮いた構造になっている。従って、後述するように固定部１の下を潜らせて固定部１の外側にエンドエフェクタ１８，２８を位置決めすることが可能である。
【００１４】
エンドエフェクタ駆動機構１００は、固定部１の上を移動する第１および第２可動部である可動部１１，１２と、可動部１１，１２にそれぞれ搭載された第１および第２回転関節である回転関節１３，１４と、回転関節１３，１４にそれぞれ一端が回転支持される第１および第２アームであるアーム１５，１６と、アーム１５，１６の他端を連結する第３回転関節である回転関節１７と、回転関節１７の先に取り付けられたエンドエフェクタ１８と、を備える。なお、エンドエフェクタ１８は回転関節１７ではなく、アーム１５あるいはアーム１６の他端に取り付けられていてもかまわない。回転関節１３，１４と、アーム１５，１６と、回転関節１７により閉リンク構造が構成される。
【００１５】
固定部１が永久磁石なら可動部１１，１２はコイルで構成し、固定部１がコイルなら可動部１１，１２は永久磁石で構成することにより、リニアモータの駆動システムとしてエンドエフェクタ駆動機構１００を実現することが可能である。
【００１６】
回転関節１３，１４，１７はＺ方向の回転軸周りに回転することが可能であるので、エンドエフェクタ１８はＺ方向の定められた位置にあるＸ−Ｙ平面内、即ち２次元平面内で動くことができる。エンドエフェクタ１８の先端には、作業ハンドあるいはノズルといった図示せぬ作業部が取り付けられており、エンドエフェクタ１８を位置決めすることにより、目標とする位置に作業部が部品を位置決めするといった作業が可能となる。
【００１７】
エンドエフェクタ駆動機構１００においては、２つの可動部１１，１２がそれぞれ独立に移動し、回転関節１３，１４にそれぞれ支持されるアーム１５，１６が回転関節１３，１４を支点として水平に回転することで閉リンク構造の先端にあるエンドエフェクタ１８の位置が定まる。したがって、エンドエフェクタ１８は、可動部１１および可動部１２の固定部１の上での位置により位置決めされる。
【００１８】
図１では、エンドエフェクタ１８が固定部１の閉ループの内側に位置しており、そのときにアーム１５，１６が成す内角である角度Ａは１８０°未満の状態になっているが、後述するように１８０°より大きくなることも可能である。角度Ａが１８０°より大きい場合は、エンドエフェクタ１８が固定部１の閉ループの外側に位置決めされる。即ち、可動部１１および可動部１２の固定部１の上での位置が定まると、角度Ａが１８０°より小さいか大きいかによってエンドエフェクタ１８は上記Ｘ−Ｙ平面内で２通りの位置をとり得る。したがって、角度Ａが１８０°未満であるという図１に示した条件下では、可動部１１および可動部１２の固定部１の上での位置によってエンドエフェクタ１８の位置は一意に定まる。同様に、角度Ａが１８０°より大きいという条件下でも、可動部１１および可動部１２の固定部１の上での位置によってエンドエフェクタ１８の位置は一意に定まる。
【００１９】
エンドエフェクタ駆動機構２００もエンドエフェクタ駆動機構１００と同様の構成である。エンドエフェクタ駆動機構２００は、固定部１の上を移動する第１および第２可動部である可動部２１，２２と、可動部２１，２２にそれぞれ搭載された第１および第２回転関節である回転関節２３，２４と、回転関節２３，２４にそれぞれ一端が回転支持される第１および第２アームであるアーム２５，２６と、アーム２５，２６の他端を連結する第３回転関節である回転関節２７と、回転関節２７の先に取り付けられたエンドエフェクタ２８と、を備える。なお、エンドエフェクタ２８は回転関節２７ではなく、アーム２５あるいはアーム２６の他端に取り付けられていてもかまわない。回転関節２３，２４と、アーム２５，２６と、回転関節２７により閉リンク構造が構成される。
【００２０】
固定部１が永久磁石なら可動部２１，２２はコイルで構成し、固定部１がコイルなら可動部２１，２２は永久磁石で構成することにより、リニアモータの駆動システムとしてエンドエフェクタ駆動機構２００を実現することが可能である。
【００２１】
回転関節２３，２４，２７はＺ方向の回転軸周りに回転することが可能であるので、エンドエフェクタ２８はＺ方向の定められた位置にあるＸ−Ｙ平面内、即ち２次元平面内で動くことができる。エンドエフェクタ駆動機構１００と同様に、エンドエフェクタ２８も、可動部２１および可動部２２の固定部１の上での位置およびアーム２５，２６が成す角度により一意に位置決めされる。エンドエフェクタ２８の先端にも、エンドエフェクタ１８と同様に作業ハンドあるいはノズルといった図示せぬ作業部が取り付けられている。
【００２２】
エンドエフェクタ駆動機構１００の可動部１１，１２と、エンドエフェクタ駆動機構２００の可動部２１，２２とはそれぞれが衝突しない限りは固定部１の上を移動自在である。図１では、可動部１１，１２と可動部２１，２２とが固定部１の上の対向する位置にあり、エンドエフェクタ駆動機構１００とエンドエフェクタ駆動機構２００とが互いにエンドエフェクタ１８とエンドエフェクタ２８とを対向させている様子を示す。
【００２３】
エンドエフェクタ駆動機構１００，２００の２つのエンドエフェクタ１８，２８を互いにすれ違うように駆動させる場合、図１の状態で可動部１１，１２の間隔を保ったままエンドエフェクタ駆動機構１００を移動させ、可動部２１，２２の間隔を保ったままエンドエフェクタ駆動機構２００を移動させると、エンドエフェクタ１８，２８が互いに干渉、即ち衝突してしまい、エンドエフェクタ１８，２８同士がすれ違うことができない。
【００２４】
図２は、実施の形態１にかかる位置決め装置１０においてエンドエフェクタ同士の干渉を回避してすれ違わせる様子を示す平面概略図である。図１の状態に対して、図２においては、エンドエフェクタ駆動機構１００の可動部１１および可動部１２が離れるように駆動されることで、図１に比べてアーム１５，１６がなす角度Ａが大きくなる。その結果、可動部１１，１２とエンドエフェクタ１８との間のＸ方向の距離が短くなっているため、エンドエフェクタ駆動機構１００の閉リンク構造とエンドエフェクタ駆動機構２００の閉リンク構造がＸ方向で重ならず、エンドエフェクタ１８とエンドエフェクタ２８のＹ方向でのすれ違いが可能となる。
【００２５】
図３は、実施の形態１にかかるエンドエフェクタ駆動機構１００において角度Ａが１８０°の特異点となった場合の様子を示す平面概略図である。図４は、実施の形態１にかかるエンドエフェクタ駆動機構１００において角度Ａが１８０°を超えた場合の様子を示す平面概略図である。図３および図４は、共に図１の位置決め装置１０の左側のみ示してある。
【００２６】
エンドエフェクタ駆動機構１００において、図２に示すように２つの可動部１１，１２が離れるように駆動されると、可動部１１，１２とエンドエフェクタ１８との間のＸ方向での距離が短くなるようにアーム１５，１６がなす角度Ａが大きくなり、図３に示すようなアーム１５，１６がなす角度Ａが１８０°となる特異点に到達する。そして、角度Ａが特異点を通過して１８０°より大きくなると、今度は可動部１１，１２が近づくように駆動されて、図４に示すように位置決め装置１０の固定部１の外側でエンドエフェクタ１８が位置決めされる。
【００２７】
図５は、実施の形態１にかかる位置決め装置１０として電子部品の実装装置を想定した場合のエンドエフェクタ１８，２８の作業エリアを示す平面概略図である。位置決め装置１０のエンドエフェクタ１８，２８の可動範囲は図４で示したように固定部１の外側にも広がっているので、エンドエフェクタ１８，２８の可動範囲は図５の可動領域ａとなる。電子部品の実装装置である位置決め装置１０に部品を供給する部品供給領域ｂおよびｃと、位置決め装置１０が部品を位置決めする部品実装領域ｄと、は共に可動領域ａに含まれている。従って、エンドエフェクタ１８，２８を、位置決め装置１０が電子部品の実装装置として機能した場合に不足ない範囲で駆動することができる。
【００２８】
実施の形態１にかかる位置決め装置１０のコントローラは、エンドエフェクタ駆動機構１００，２００を制御することにより、複数のエンドエフェクタ１８，２８を予定した位置および速度で、互いに干渉しないように動作させて位置決めさせることが可能であり、さらに閉リンク構造を構成するそれぞれの２本のアーム１５，１６および２５，２６が成す角度に特異点を通過させる指令が可能である。また、エンドエフェクタ駆動機構１００，２００はトラス構造となっているため、アームには軸力が作用し、従来の位置決め装置に比べて剛性が高くなる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態１にかかる位置決め装置１０によれば、複数のエンドエフェクタが互いに干渉せずにすれ違うことが可能となり、エンドエフェクタの作業エリアを広くすることができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１にかかる位置決め装置１０では、エンドエフェクタ駆動機構１００のエンドエフェクタ１８は、Ｚ方向の定められた位置にあるＸ−Ｙ平面内、即ち２次元平面内に動きが拘束されているとした。従って、エンドエフェクタ１８が固定部１の内側から図４に示すように外側へ駆動されるときには、図３に示したように閉リンク機構において角度Ａが１８０°の特異点となる状態を通過する構成を示していた。本実施の形態２にかかる位置決め装置ではエンドエフェクタの動きは２次元平面内に限定されない。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる位置決め装置２０の構成を示す平面概略図である。位置決め装置２０は、図示せぬ土台に取り付けられ閉ループ形状の固定部１と、１つのエンドエフェクタ１８を駆動するエンドエフェクタ駆動機構１０１と、もう１つのエンドエフェクタ２８を駆動するエンドエフェクタ駆動機構２０１を備える。図６の紙面の左右方向がＸ方向で右方向がＸの正方向であり、紙面の上下方向がＹ方向で上方向がＹの正方向であり、紙面に垂直な方向がＺ方向で紙面から手前に向かう方向がＺの正方向である。
【００３２】
エンドエフェクタ駆動機構１０１においては、実施の形態１のエンドエフェクタ駆動機構１００と異なり、固定部１の上を駆動される２つの可動部１１，１２のそれぞれに第１および第２アクチュエータであるアクチュエータ３１，３２が実装されており、アクチュエータ３１，３２にそれぞれ回転関節１３，１４が搭載されている。アクチュエータ３１，３２はそれぞれ可動部１１，１２の移動方向を回転軸として回転関節１３，１４を回転させることが可能である。これによりエンドエフェクタ１８の三次元的な動作が可能となる。
【００３３】
また、エンドエフェクタ駆動機構１０１のアーム１５，１６を連結する回転関節１７には回転関節接続板３３の一端が接続されており、回転関節接続板３３の他端には第４回転関節である回転関節３４が接続されている。さらに、回転関節３４の先にエンドエフェクタ１８が接続されている。回転関節３４は、回転関節１７の回転軸の方向と垂直な一方向の回転軸周りにエンドエフェクタ１８を回転することが可能である。図６の状態では、回転関節３４は、Ｘ軸の周りにエンドエフェクタ１８を回転することが可能になっている。アクチュエータ３１，３２、回転関節接続板３３および回転関節３４以外のエンドエフェクタ駆動機構１００と同一符号の構成要素の機能はエンドエフェクタ駆動機構１００について実施の形態１で説明した機能と同じなので説明を省略する。
【００３４】
エンドエフェクタ駆動機構２０１もエンドエフェクタ駆動機構１０１と同様の構成であり、第１および第２アクチュエータであるアクチュエータ４１，４２、回転関節接続板４３および第４回転関節である回転関節４４がエンドエフェクタ駆動機構２００に追加された構成である。これら以外のエンドエフェクタ駆動機構２００と同一符号の構成要素の機能はエンドエフェクタ駆動機構２００について実施の形態１で説明した機能と同じなので説明を省略する。
【００３５】
実施の形態２にかかる位置決め装置２０におけるエンドエフェクタの動作を、エンドエフェクタ駆動機構１０１を例に、図７から図１０を用いて説明する。図７から図１０は、実施の形態２にかかる位置決め装置２０におけるエンドエフェクタ１８の動きを時系列の順に示す正面概略図および平面概略図である。図７から図１０において、位置決め装置２０をＹ方向にみた正面概略図を上に、位置決め装置２０をＺ方向にみた平面概略図を下に示す。図７から図１０においては、簡単のためエンドエフェクタ駆動機構２０１の記載は省く。
【００３６】
図７で示した状態において、アクチュエータ３１，３２は、Ｙ軸を回転軸として回転関節１３，１４を回転させることが可能である。したがって、図７から図１０へと示すように、アクチュエータ３１，３２は、アーム１５，１６が成す角度Ａを維持したままアーム１５，１６およびエンドエフェクタ１８をＹ軸周りに１８０°回転させることにより固定部１の内側から外側に駆動することができる。即ち、実施の形態２にかかる位置決め装置２０においてはエンドエフェクタ１８の三次元的な動作が可能なので、実施の形態１のようにアーム１５，１６が成す角度Ａを特異点である１８０°にすること無しに、エンドエフェクタ１８を固定部１の内側から外側に駆動することができる。また逆に、位置決め装置２０は、図１０から図７へとエンドエフェクタ１８を固定部１の外側から内側に駆動することも可能である。
【００３７】
さらに、アクチュエータ３１，３２が駆動することで固定部１の内側から外側へもしくは固定部１の外側から内側へエンドエフェクタ１８が移動するとき、回転関節３４を回転させる。これにより、エンドエフェクタ１８が固定部１の内側に位置決めされている図７の場合と、エンドエフェクタ１８が固定部１の外側に位置決めされている図１０の場合の両方において、エンドエフェクタ１８の先端の作業部を地面に向かせることが可能となる。即ち、実施の形態１にかかる位置決め装置１０と同様に、実施の形態２にかかる位置決め装置２０においても、エンドエフェクタの先端の作業部を地面に向けた位置決めが可能となる。
【００３８】
また、実施の形態２にかかる位置決め装置２０によれば、エンドエフェクタ１８とエンドエフェクタ２８とをＹ方向ですれ違いさせる場合に、アクチュエータ３１，３２あるいはアクチュエータ４１，４２を用いてエンドエフェクタ１８あるいはエンドエフェクタ２８のいずれか一方をＺ方向に浮かせてすれ違わせることが可能である。従って、可動部１１，１２あるいは可動部２１，２２の２つの可動部が互いに離れる動作が不要である。
【００３９】
以上説明したように、実施の形態２にかかる位置決め装置２０によれば、２つの可動部の間隔を広げずに、エンドエフェクタの作業エリアを広くし、エンドエフェクタ同士を干渉せずにすれ違わせることが可能となる。
【００４０】
上記、実施の形態１および２の説明においては、可動部１１，１２，２１，２２が全て固定部１の上を移動することができるとして説明したが、いずれかの可動部が固定部１の上で固定されていても構わない。エンドエフェクタ同士が互いに干渉せずにすれ違うことが可能で、且つエンドエフェクタの作業エリアを広くすることができるのであれば、可動部１１が固定部１に固定されていて、可動部１２，２１および２２が固定部１の上を移動することができるようになっているといった構成であっても構わない。すなわち、いずれかのエンドエフェクタ駆動機構において、第１可動部あるいは第２可動部のいずれかが固定部１に固定されていても構わない。
【００４１】
また、上記、実施の形態１および２の説明においては、位置決め装置１０，２０がエンドエフェクタおよびエンドエフェクタ駆動機構を２つ備えた例を用いて説明したが、エンドエフェクタおよびエンドエフェクタ駆動機構を３つ以上備えていてもかまわない。
【００４２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  固定部、１０，２０  位置決め装置、１１，１２，２１，２２  可動部、１３，１４，１７，２３，２４，２７，３４，４４  回転関節、１５，１６，２５，２６  アーム、１８，２８  エンドエフェクタ、３１，３２，４１，４２  アクチュエータ、３３，４３  回転関節接続板、１００，１０１，２００，２０１  エンドエフェクタ駆動機構、ａ  可動領域、ｂ，ｃ  部品供給領域、ｄ  部品実装領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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