(57)【要約】【課題】高剛性で作業速度も高く、動作制御も容易な作業用マニピュレータを提供する。【解決手段】基端支持部４と手先部５との間に両端部がそれぞれ回動自在に連結された３本のリンクのうち、２本を互いに平行で同一長さに形成して第１平行リンク機構ＰＬ１を形成する第１動力伝達軸Ｌ１および第２動力伝達軸Ｌ２とし、残りの１本を、第１平行リンク機構ＰＬ１の面Ｆ０に直交する面内で、第１，第２動力伝達軸Ｌ１，Ｌ２と互いに平行で同一長さの第２平行リンク機構ＰＬ２を形成する駆動アームＡとした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端支持部と手先部との間に両端部がそれぞれ回動自在に連結された３本のリンク部材のうち、２本のリンク部材を互いに平行で同一長さに形成して第１平行リンク機構を形成するとともに、残りの１本のリンク部材を前記第１平行リンク機構の構成部と互いに平行で同一長さに形成して前記第１平行リンク機構が動作される面に直交する面内で動作される第２平行リンク機構を形成し、
前記３本のリンク部材のうち、１本を手先部を移動させる駆動アームに構成するとともに、残りの２本を前記基端支持部から手先部の駆動機構を駆動する第１動力伝達軸および第２動力伝達軸とした
マニピュレータ。
【請求項２】
手先部に、手先部に設けられた作業装置を第１軸周りに旋回させる旋回駆動機構と、前記作業装置を第１軸に沿って出退させる出退駆動機構と、前記作業装置を第１軸に直交する第２軸周りに揺動させる揺動駆動機構とを設け、
基端支持部に、各動力伝達軸を介して前記各駆動機構のいずれかをそれぞれ駆動する２個の駆動装置を設けた
請求項１記載のマニピュレータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のマニピュレータを使用した容器整列装置であって、
前記マニピュレータの基端支持部に、容器を撮像する画像計測手段を設けるとともに、作業装置として手先部に容器の保持具を設け、
容器搬入手段により搬入された容器を前記画像計測手段により検出したデータに基いて前記保持具で容器を保持し姿勢変更して容器搬出手段に整列させるように構成した
容器整列装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送や加工などの作業を行う作業用マニピュレータおよびそのマニピュレータを使用した容器整列装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の作業用マニピュレータには、アームが直列に連結された特許文献１に示すシリアルリンク式と、アームを並列に接続した特許文献２のパラレルリンク式とがある。
【特許文献１】特公平６−４１１１７号公報（図３）
【特許文献２】特開２０００−１３０５３５（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示すシリアルリンク式マニピュレータは、作業領域が広いが、複数のアームが直列に接続されているため、アームの基端部側に大きい荷重がかかり、基端部側ほど高い剛性と大きい駆動力が必要とされ、パラレルリンク式マニピュレータに比較して剛性が低く、動作速度が遅いという問題がある。
【０００４】
特許文献２に示すパラレルリンク式マニピュレータは、手先部が少なくとも３本以上のリンクで支持されることから、高い剛性を確保でき、高速動作が可能であるが、作業領域が狭く、またリンクの長さや配置を決定するのが難しい。またリンクの基端部近傍に撮像装置を配置して手先部で作業する作業対象物の画像を得る場合、手先部が作業対象物から離れた状態でも、何れかのリンクが撮像装置の視野に写り込むため、画像処理が困難になりやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、高剛性で作業速度も高く、動作制御も容易な作業用マニピュレータおよび容器整列装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のマニピュレータは、基端支持部と手先部との間に両端部がそれぞれ回動自在に連結された３本のリンク部材のうち、２本のリンク部材を互いに平行で同一長さに形成して第１平行リンク機構を形成するとともに、残りの１本のリンク部材を前記第１平行リンク機構の構成部と互いに平行で同一長さに形成して前記第１平行リンク機構が動作される面に直交する面内で動作される第２平行リンク機構を形成し、前記３本のリンク部材のうち、１本を手先部を移動させる駆動アームに構成するとともに、残りの２本を前記基端支持部から手先部の駆動機構を駆動する第１動力伝達軸および第２動力伝達軸としたものである。
【０００７】
請求項２記載のマニピュレータは、手先部に、手先部に設けられた作業装置を第１軸周りに旋回させる旋回駆動機構と、前記作業装置を第１軸に沿って出退させる出退駆動機構と、前記作業装置を第１軸に直交する第２軸周りに揺動させる揺動駆動機構とを設け、基端支持部に、各動力伝達軸を介して前記各駆動機構のいずれかをそれぞれ駆動する２個の駆動装置を設けたものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のマニピュレータを使用した容器整列装置であって、前記マニピュレータの基端支持部に、容器を撮像する画像計測手段を設けるとともに、作業装置として手先部に容器の保持具を設け、容器搬入手段により搬入された容器を前記画像計測手段により検出したデータに基いて前記保持具で容器を保持し姿勢変更して容器搬出手段に整列させるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、３本のリンク部材のうち、１本を手先部を移動させる駆動アームとし、残りの２本を動力伝達軸とし、これら３本のリンク部材により互いに直交する２つの面でそれぞれ動作される平行リンク機構を構成したので、手先部を平行移動させることにより、手先部における動作制御を容易化でき、また３本のリンク部材により手先部を高強度で支持する高剛性構造とすることができる。さらに駆動装置を基端支持部に設け、２本の動力伝達軸を介して手先部の駆動機構を駆動することができるので、手先部の軽量化を図ることができる。また１本の駆動アームで動作させることで、軽量化に加えて高速動作が可能となる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、手先部に設けられた３つの駆動機構により、手先部の自由度を高めて作業範囲を広く確保できるとともに、基端支持部の２つの駆動装置により２本の動力伝達軸を介して２つの駆動機構をそれぞれ駆動することができ、手先部による自由度を確保できて高度で高速な作業が可能となる。
【００１１】
請求項３記載の容器整列装置によれば、互いに平行な駆動アームおよび２本の動力伝達軸により手先部を側方に移動させることで、基端支持部近傍に配置された画像計測手段により、駆動アームおよび２本の動力伝達軸が写り込むことなく容器搬入手段上の容器を広範囲で検出することができ、高速で正確な容器の整列作業が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
この容器整列装置は、図１に示すように、搬入コンベヤ装置（容器搬入手段）５１によりたとえばブロー成形されて不規則な倒伏姿勢で搬入された容器Ｂを、マニピュレータ１により順次保持し、容器Ｂを倒伏姿勢から正立姿勢に変更し、一側方で幾分上位に配置された搬出コンベア装置５２上に順次整列して搬出するものである。マニピュレータ１は、複数の支柱５３を介して支持された天井部である基端支持部４に設けられている。
【００１３】
前記天井部５４でマニピュレータ１の近傍には、搬入コンベヤ装置５１上の容器Ｂを撮像する撮像装置（画像計測手段）５５が設けられており、この撮像信号がコントローラ５０のボトル検出部５０ａに入力されて目的とする容器Ｂの位置や角度が演算される。
【００１４】
前記マニピュレータ１は、図２〜図３に示すように３本のリンク部材を具備し、これら３本のリンク部材は、上方の基端支持部４に、基端側が天井側の第１平面Ｆ１上に配置された基端連結部２ａ〜２ｃを介してそれぞれ回動自在に支持されるとともに、遊端側が第１平面Ｆ１と平行な第２平面Ｆ２上に配置された手先連結部３ａ〜３ｃを介して手先部５にそれぞれ回動自在に連結され、同一長さでかつ互いに平行に配置されている。これら３本のリンク部材のうち、１本は手先部５を駆動する駆動アームＡであり、残りの２本は基端支持部４に設けられた第１駆動装置６Ａおよび第２駆動装置６Ｂの動力を手先部５の旋回駆動機構３１および昇降駆動機構３２にそれぞれ伝達する第１動力伝達軸Ｌ１および第２動力伝達軸Ｌ２である。
【００１５】
さらに第１動力伝達軸Ｌ１と第２動力伝達軸Ｌ２とにより、Ｙ軸，Ｚ軸を含む面Ｆ０内で動作する第１平行リンク機構ＰＬ１が構成されている。また面Ｆ０（第１平行リンク機構の構成部）と駆動アームＡとにより、面Ｆ０に直交するＹ軸，Ｘ軸を含む面で動作される第２平行リンク機構ＰＬ２が構成されている。（ここで、第２平行リンク機構ＰＬ２は、駆動軸Ａと第１動力伝達軸Ｌ１、または駆動軸Ａと第２動力伝達軸Ｌ２とで構成することもできる。）
以下詳細を説明する。
【００１６】
基端支持部４には、駆動アームＡを基端連結部２ａを中心に回動させる主駆動装置８が設けられている。前記主駆動装置８は、図４に示すように、Ｘ軸回動装置（減速機付きモータ）８ｘとＺ軸回動装置（減速機付きモータ）８ｚからなり、また基端連結部２ａはＸ軸支持部１１ＸとＺ軸支持部１１Ｚとで構成されている。前記Ｚ軸支持部１１Ｚでは、駆動アームＡの基端部がＺ軸方向の第１水平軸１１ａを介してコの字形の第１支持体１１ｂにＺ軸心周りに回動自在に支持され、Ｘ軸回動装置８ｘのＸ軸方向で第１水平軸１１ａに直交交差する出力軸１１ｃが第１支持体１１ｂに連結固定されている。したがって、駆動アームＡはＺ軸周りに回動自在に支持されるとともに、Ｘ軸回動装置８ｘにより第１支持体１１ｂを介してＸ軸周りに回動することができる。
【００１７】
また駆動アームＡの基端部からスプラインナット１１ｋを介して軸心方向に沿ってスライド自在に突出されたスプライン軸１１ｄの上端部にコの字形の第２支持体１１ｅが取付けられ、第２支持体１１ｅにＸ軸方向の第２水平軸１１ｆを介してスライダー１１ｇがＸ軸周りに回動自在に支持されている。一方、Ｚ軸回動装置８ｚにＺ軸方向の出力軸１１ｈが、Ｘ軸回動装置８ｘの出力軸１１ｃと同一平面上に配置されており、その出力軸１１ｈから上方の伸びる揺動アーム１１ｉを介してＺ軸方向に摺動軸１１ｊが突設されている。そしてこの摺動軸１１ｊに前記スライダー１１ｇがスライド自在に外嵌され、これによりＺ軸支持部１１Ｚにおける出力軸１１を中心とする回動時の位置ずれを吸収している。
【００１８】
したがって、Ｘ軸回動装置８Ｘにより第１支持体１１ｂを介して駆動アームＡをＸ軸周りに回動させる。この時スプライン軸１１ｄ上端の第２支持体１１ｅおよびスライダー１１ｇの第１水平軸１１ａを中心とする揺動は、スプライン軸１１ｄの伸縮とスライダー１１ｇの摺動軸１１ｊでの摺動により吸収される。またＺ軸回動装置８ｚにより、揺動アーム１１ｉ、スライド軸１１ｊ、スライダー１１ｇおよびスプライン軸１１ｄを介して駆動アームＡを第１水平軸１１ａ周りに回動させる。さらに、駆動アームＡに設けられたスプラインナット１１ｋおよびスプライン軸１１ｄにより、駆動アームＡはその長手方向の軸心周りに捩れないようにＸ軸支持部１１Ｘに拘束支持されている。以上のように、駆動アームＡの３つの回転自由軸のうち、Ｘ軸，Ｚ軸の各軸周りには回転が許され、それぞれ回転駆動される一方、長手方向の軸心周りの回転は拘束されている。これに応じて手先部５は、駆動アームＡのＸ軸周りの回転駆動によってＺ軸方向に、Ｚ軸周りの回転駆動によってＸ軸方向に、それぞれ独立に並進移動される。一方、Ｘ−Ｚ平面内では回転しない。この構造によって、手先部５の局所座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）と全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で見ると、Ｘ−Ｘ’軸，Ｚ−Ｚ’軸の平行が何ら制御することなく保持されることになる。
【００１９】
また基端支持部４に設けられた第１駆動装置６Ａおよび第２駆動装置６Ｂは、出力軸６ａ，６ｂにそれぞれユニバーサルジョイントからなる基端連結部２ｂ，２ｃを介して第１動力伝達軸Ｌ１および第２動力伝達軸Ｌ２が折り曲げ自在に連結されている。また前記手先部５側では、互いに平行な駆動アームＡおよび第１動力伝達軸Ｌ１ならびに第２動力伝達軸Ｌ２は、第２平面Ｆ２上でそれぞれユニバーサルジョイントからなる手先連結部３ａ〜３ｃを介して操作アーム２１および第１入力軸２２ならびに第２入力軸２３にそれぞれ折り曲げ自在に連結されている。
【００２０】
図５〜図７に示すように、手先部５は、第１入力軸２２を有する旋回用ギヤボックス２０Ａと、第２入力軸２３を有する出退用ギヤボックス２０Ｂと、旋回用ギヤボックス２０Ａおよび出退用ギヤボックス２０Ｂを連結する連結フレーム２０Ｃと、旋回用ギヤボックス２０Ａに旋回軸２４を介してＺ軸周りに回動自在に支持され出退用スプライン軸２６を出退自在に支持する揺動用ギヤボックス２０Ｄとを具備し、連結フレーム２０Ｃに操作アーム２１の先端部が固定され支持されている。また出退用スプライン軸２６の先端部には作業具である吸着パット３０が設けられている。この手先部５には、旋回用ギヤボックス２０Ａ内で出退用スプライン軸２６を介して吸着パット３０を垂直軸心周りに回動させる旋回駆動機構３１と、出退用ギヤボックス２０Ｂ内で出退用スプライン軸２６をその軸心方向に出退させて吸着パット３０を昇降させる昇降駆動機構（出退駆動機構）３２と、揺動用ギヤボックス２０ＤをＺ軸方向の旋回軸２４周りに回動して吸着パット３０を揺動させる揺動駆動機構３３が設けられている。
【００２１】
すなわち前記旋回駆動装置３１は、旋回用ギヤボックス２０Ａで第１入力軸２２とＺ軸方向の旋回軸２４との間に介在された旋回入力用マイターギヤ２５Ａ，２５Ｂと、揺動用ギヤボックス２０Ｄ内で旋回軸２４と、出退用スプライン軸２６を軸心方向にのみスライド自在に外嵌されたスプライン筒２７との間に介在された旋回出力用マイターギヤ２８Ａ，２８Ｂとが具備されている。
【００２２】
したがって、第１駆動装置６Ａの出力軸６ａにより基端連結部２ｂを介して第１動力伝達軸Ｌ１が回転され、さらに手先連結部３ｂを介して第１入力軸２２が回転駆動される。そして旋回駆動機構３１では、第１入力軸２２から旋回入力用マイターギヤ２５Ａ，２５Ｂ、旋回軸２４および旋回出力用マイターギヤ２８Ａ，２８Ｂを介して出退用スプライン軸２６に回転力が順次伝達され、出退用スプライン軸２６を介して吸着パット３０が旋回される。
【００２３】
前記昇降駆動機構３２は、出退用ギヤボックス２０Ｂ内で、第２入力軸２３と、旋回軸２４と同一軸心上に回転自在に支持された出退軸３５との間に出退用マイターギヤ３６Ａ，３６Ｂが介在されて連動連結されている。さらに出退軸３５と出退用スプライン軸２６の先端部との間に出退リンク機構３７Ａ，３７Ｂが介在されている。この出退リンク機構３７Ａ，３７Ｂは、出退軸３５に半径方向にリンクアーム３７Ａが固定され、出退用スプライン軸２６の下部に軸心周りの回転のみ自在に外嵌された受動スリーブ３８に、Ｚ軸方向のピンを介してリンクアーム３７Ｂが回動自在に連結され、これら２本のリンクアーム３７Ａ，３７ＢがＺ軸方向の連結ピン３９を介して折畳み自在に連結されて構成されている。
【００２４】
したがって、第２駆動装置６Ｂにより出力軸６ｂから基端手先連結部２ｃを介して第２動力伝達軸Ｌ２が回転駆動され、さらに手先連結部３ｃを介して第２入力軸２３が回転される。そして昇降駆動機構３２では、第２入力軸２３から出退用マイターギヤ３６Ａ，３６Ｂを介して出退軸３５が回転され、さらに出退リンクアーム３７Ａ，３７Ｂを介して出退用スプライン軸２６が軸心方向に出退されて吸着パット３０が昇降される。
【００２５】
前記揺動駆動機構３３は、旋回用ギヤボックス２０Ａにブラケットを介して第３駆動装置である揺動用アクチュエータ（流体圧シリンダ）４１が立設され、下方に出退される出力ロッド４１ａに、カム溝を形成したカム部材４２が取り付けられている。また揺動用ギヤボックス２０Ｄに突設された受けアーム４３の先端部に、前記カム部材４２のカム溝に移動自在に嵌合されるカムローラ４４が回転自在に支持されている。
【００２６】
したがって、揺動用アクチュエータ４１を伸縮することにより、カム部材４２およびカムローラ４４を介して、揺動用ギヤボックス２０Ｄを旋回軸２４周りに回動して吸着パット３０を少なくとも９０°を越えて揺動させることができる。
【００２７】
上記構成における容器の整列動作を説明する。
マニピュレータ１の手先部５が側方に移動して下方が開放された状態で、搬入コンベア装置５１上の容器Ｂが撮像装置５５により撮像され、撮像装置５５の画像信号がコントローラ５０のボトル検出部５０ａに入力されて目的の容器Ｂの位置と姿勢が演算される。この操作指令値が動作制御部５０ｂに入力され、動作制御部５０ｂから第１，第２駆動装置６Ａ，６Ｂ、Ｘ軸，Ｚ軸回動装置８ｘ，８ｚ、揺動アクチュエータ４１を操作する揺動アクチュエータ操作弁、および吸着パッド３０をオンオフ操作する吸着パット操作弁に操作信号が出力され、マニピュレータ１が操作される。
【００２８】
まず主駆動装置８のＸ軸回動装置８ｘとＺ軸回動装置８ｚがそれぞれ駆動されて駆動アームＡが回動されるとともに、第１，第２動力伝達軸Ｌ１，Ｌ２が第１，第２平行リンク機構ＰＬ１，ＰＬ２を介して駆動アームＡに追従され、これにより手先部５が平行移動される。
【００２９】
搬入コンベア装置５１上に倒伏姿勢で載置された目的の容器Ｂの上方に手先部５が停止されると、第２駆動装置６Ｂにより第２動力伝達軸Ｌ２を介して昇降駆動機構３２が駆動され出退用スプライン軸２６を介して吸着パット３０が下降され、吸着パット３０が容器Ｂに当て付けられるとともに、吸着パット操作弁が操作されて吸着パット３０により容器Ｂが保持される。
【００３０】
次いで第２駆動装置６Ｂにより昇降駆動機構３２が駆動されて吸着パット３０が上昇され容器Ｂが持ち上げられるともに、第１駆動装置６Ａにより第１動力伝達軸Ｌ１を介して旋回駆動機構３１が駆動され出退用スプライン軸２６を介して吸着パット３０が回転され容器ＢがＸ軸方向に向けられる。
【００３１】
さらに主駆動装置８により駆動アームＡが揺動されて容器Ｂが搬出コンベア装置５２側に搬送されるとともに、揺動駆動機構３３では揺動アクチュエータ４１が進展されて第１入力軸２２を中心に出退用スプライン軸２６が回動され、容器Ｂが正立姿勢にされる。そして、手先部５が搬出コンベア装置５２上の所定位置に達すると、第２駆動装置６Ｂにより昇降駆動機構３２が駆動され吸着パット３０が下降されて容器Ｂが正立姿勢で搬出コンベア装置５２上に整列される。
【００３２】
上記実施の形態によれば、２本のリンク部材のうち、１本を駆動アームＡとし、他の２本を第１，第２動力伝達軸Ｌ１，Ｌ２とし、第１，第２動力伝達軸Ｌ１，Ｌ２およびその基端連結部２ｂ，２ｃとでＺ軸を含む垂直面Ｆ０上で平行移動される第１平行リンク機構ＰＬ１を形成し、垂直面Ｆ０（第１動力伝達軸Ｌ１または第２動力伝達軸Ｌ２でも可）と駆動アームＡとによりＸ軸を含む垂直面で平行移動される第２平行リンク機構ＰＬ２を形成して手先部５を平行移動させるので、シリアルリンク式マニピュレータに比較して高剛性に形成することができる。また１本の駆動アームＡにより手先部５を駆動するので、手先部５の高速動作が可能となる。
【００３３】
また第１駆動装置６Ａにより第１動力伝達軸Ｌ１を介して手先部５の旋回駆動機構３１を駆動するとともに、第２駆動装置６Ｂにより第２動力伝達軸Ｌ２を介して手先部５の昇降駆動機構３２を駆動するように構成したので、手先部に全ての駆動装置を搭載したマニピュレータに比較して、手先部５を大幅に軽量化することができ、高速動作が可能となる。
【００３４】
さらに、天井部５４に撮像装置５５を設けることにより、駆動アームＡが側方に移動した時に、下方の撮像範囲に駆動アームＡおよび第１，第２動力伝達軸Ｌ１，Ｌ２が干渉することなく、対象物である容器Ｂを広範囲で正確に検出することができ、手先部下方が確認しにくいパラレルリンク式マニピュレータに比較して目的物を容易かつ正確に画像検出することができ、正確に容器Ｂを保持できて効率のよい整列動作が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る容器整列装置の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図２】同容器整列装置に使用したマニピュレータの全体斜視図である。
【図３】同マニピュレータの全体構成図である。
【図４】図３に示すＩ部拡大図である。
【図５】図３に示すII部拡大図である。
【図６】同マニピュレータの手先部の構造を示す一部切欠き斜視図である。
【図７】同マニピュレータの手先部の構造を示す正面断面図である。
【図８】同マニピュレータの旋回駆動機構を示す側面断面図である。
【図９】同マニピュレータの昇降駆動機構を示す側面図である。
【図１０】同マニピュレータの揺動駆動機構を示す側面図である。
【図１１】同マニピュレータの動作を示す構造図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｆ１    第１平面
Ｆ２    第２平面
Ａ    駆動アーム
Ｌ１  第１動力伝達軸
Ｌ２  第２動力伝達軸
ＰＬ１  第１平行リンク機構
ＰＬ２  第２平行リンク機構
１    マニピュレータ
２ａ〜２ｃ  基端連結部
３ａ〜３ｃ  手先連結部
４    基端支持部
５    手先部
６Ａ  第１駆動装置
６ａ  出力軸
６Ｂ  第２駆動装置
６ｂ  出力軸
８    主駆動装置
８ｘ  Ｘ軸回動装置
８ｚ  Ｚ軸回動装置
２０Ａ  旋回用ギヤボックス
２０Ｂ  出退用ギヤボックス
２０Ｃ  連結フレーム
２０Ｄ  揺動用ギヤボックス
２１    入力アーム
２２    第１入力軸
２３    第２入力軸
２５Ａ，２５Ｂ  旋回入力用マイターギヤ
２６    出退用スプライン軸
２７    ボールスプライン筒
２８Ａ，２８Ｂ  旋回出力用マイターギヤ
３０    吸着パット
３１    旋回駆動機構
３２    昇降駆動機構
３３    揺動駆動機構
４１    揺動用アクチュエータ
５０    制御装置
５０ａ  ボトル検出部
５１    搬入コンベア装置
５２    搬出コンベア装置
５３    支柱
５４    天井部
５５    撮像装置
【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】
2006082157.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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