(57)【要約】【課題】全体構成がコンパクトでありながら、ワークに対する作業範囲を大きくとることができ、ワークに対して様々な方向から能率良く作業することが可能な作業装置を提供する。【解決手段】作業装置は、回転２自由度機構３に搭載されたエンドエフェクタ１により、ワーク２に対して作業を行う。ワーク２は、直動位置決め機構５によってエンドエフェクタ１に対して１軸以上の方向に位置決めされると共に、回転位置決め機構４によってエンドエフェクタ１に対して回転位置決めされる。回転２自由度機構３の中立軸ＫＡと回転位置決め機構４の回転中心軸Ｃ３とが成す角度を傾斜角θ１、回転２自由度機構３の折れ角の最大値を最大折れ角とθｍａｘとした場合、０＜θ１≦θｍａｘ  の関係が成り立つ。【選択図】図１
2019049311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドエフェクタによりワークに対して作業を行う作業装置であって、
基端側部材に対し先端側部材が２自由度で回転可能で前記先端側部材に前記エンドエフェクタが搭載された回転２自由度機構と、
前記ワークと前記回転２自由度機構とを相対的に１軸以上の方向に位置決めする直動位置決め機構と、
前記ワーク、前記回転２自由度機構、および前記直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を搭載して回転する回転位置決め機構とを備え、
前記回転２自由度機構は、前記基端側部材に対して前記先端側部材を基端側の中心軸回りに旋回させる動作と、前記先端側部材に搭載されたエンドエフェクタの作業部を通り前記基端側の中心軸と交差する先端側の中心軸の角度を変更する動作とを行い、
前記基端側の中心軸と前記先端側の中心軸とが一致した状態における前記先端側の中心軸を中立軸と称し、この中立軸と前記先端側の中心軸とが成す角度を折れ角と称し、前記回転２自由度機構の機構上における前記折れ角の最大値である最大折れ角をθｍａｘ、前記中立軸と前記回転位置決め機構の回転中心軸とが互いに交差する状態における前記中立軸と前記回転中心軸とが成す角度である傾斜角をθ１とした場合、
０＜θ１≦θｍａｘ
の関係が成り立つことを特徴とする作業装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業装置において、前記回転位置決め機構は、前記ワークを載せて１軸回りに回転する回転テーブルである作業装置。
【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、前記回転２自由度機構は、前記基端側部材である基端側のリンクハブに対し前記先端側部材である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、前記各リンク機構は、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、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置である作業装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の作業装置において、前記傾斜角θ１が前記最大折れ角θｍａｘと一致する作業装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の作業装置において、前記最大折れ角θｍａｘが４５°以上であり、かつ前記傾斜角θ１が４５°である作業装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の作業装置において、前記直動位置決め機構は、前記ワークと前記回転２自由度機構とを相対的に直交３軸方向に位置決めする作業装置。
【請求項７】
請求項３に記載の作業装置において、前記回転位置決め機構は前記ワークを載せて１軸回りに回転する回転テーブルであり、前記最大折れ角θｍａｘが４５°以上であり、かつ前記傾斜角θ１が４５°であり、
前記直動位置決め機構は、前記中立軸と前記先端側の中心軸の両方を含む平面、および前記回転テーブルの回転中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータを有し、この直動アクチュエータのストロークが、次式
【数３】
2019049311.tif 000005
但し、
Ｓｔ：直動アクチュエータのストローク
Ｌｐ：基端側のリンクハブの球面リンク中心から先端側のリンクハブの球面リンク中心までの距離
θ１：基端側のリンクハブの中心軸と回転テーブルの回転中心軸とが成す角度である傾斜角
Ｌｅ：先端側のリンクハブの球面リンク中心からエンドエフェクタの作業部の先端までの距離
ＷＤ：エンドエフェクタの作業部の先端からワークの作業対象部までの距離
Ｌｒｍａｘ：回転テーブルの回転中心軸からワークの外周までの最大距離
の条件を満たす作業装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の作業装置において、前記エンドエフェクタが、前記ワークを撮影するカメラおよび前記ワークを照らす照明のいずれか、または両方である作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンドエフェクタによりワークに対して、加工、流動体の塗布、洗浄、部品の組立て、検査等の作業を行う作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記作業装置では、ワークの各面に対してエンドエフェクタで作業ができるように、ワークやエンドエフェクタを様々な角度に位置決めする必要がある。このようなワークやエンドエフェクタの角度位置決め機構が、例えば特許文献１、２に記載されている。特許文献１，２に記載の角度位置決め機構は物品の形状測定装置や検査装置に用いられている。特許文献１の場合、ワークは定盤の上に固定で、エンドエフェクタであるカメラを角度位置決め機構により角度位置決めする。特許文献２の場合、エンドエフェクタであるカメラは固定で、ワークを角度位置決め機構により角度位置決めする。
【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に記載の角度位置決め機構は、一般的な垂直多関節ロボットの手首関節と同じ構成の回転３軸の回転機構からなる。このような回転３軸の回転機構は、先端の姿勢を少し変更させる場合でも、回転機構全体を大きく動かす必要があるため、動作速度が遅いという課題がある。具体的には、角度位置決め機構の先端の位置を変えずに姿勢を変更する場合、先端の角度変更量に比べて基端側の旋回軸（特許文献１では第１回転軸１３１に相当）を大きく動かす必要がある。
【０００５】
特許文献２に記載の角度位置決め機構は、垂直多関節ロボットからなる。垂直多関節ロボットからなる角度位置決め機構は、先端の姿勢を少し変えるだけでも、回転３軸の回転機構からなる角度位置決め機構と同じ問題が生じる。また、ロボット全体の移動量が大きいため、安全柵等を設ける必要がある。
【０００６】
したがって、特許文献１，２に記載されているような従来の角度位置決め機構によってエンドエフェクタおよびワークのどちらか一方だけを動かして角度位置決めするのは、動作に時間がかかるため作業能率の向上を図るのが難しく、また、動作が大きいため装置全体のサイズが大きくなる。
【０００７】
この発明の目的は、全体構成がコンパクトでありながら、ワークに対する作業範囲を大きくとることができ、ワークに対して様々な方向から能率良く作業することが可能な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】
【０００８】
この発明の作業装置は、エンドエフェクタによりワークに対して作業を行う作業装置であって、基端側部材に対し先端側部材が２自由度で回転可能で前記先端側部材に前記エンドエフェクタが搭載された回転２自由度機構と、前記ワークと前記回転２自由度機構とを相対的に１軸以上の方向に位置決めする直動位置決め機構と、前記ワーク、前記回転２自由度機構、および前記直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を搭載して回転する回転位置決め機構とを備える。
前記回転２自由度機構は、前記基端側部材に対して前記先端側部材を基端側の中心軸回りに旋回させる動作と、前記先端側部材に搭載されたエンドエフェクタの作業部を通り前記基端側の中心軸と交差する先端側の中心軸の角度を変更する動作とを行い、
前記基端側の中心軸と前記先端側の中心軸とが一致した状態における前記先端側の中心軸を中立軸と称し、この中立軸と前記先端側の中心軸とが成す角度を折れ角と称し、前記回転２自由度機構の機構上における前記折れ角の最大値である最大折れ角をθｍａｘ、前記中立軸と前記回転位置決め機構の回転中心軸とが互いに交差する状態における前記中立軸と前記回転中心軸とが成す角度である傾斜角をθ１とした場合、
０＜θ１≦θｍａｘ・・・式１
の関係が成り立つ。
【０００９】
この構成によると、回転２自由度機構の先端側部材に搭載されたエンドエフェクタにより、ワークに対して作業を行う。その際、回転２自由度機構によりエンドエフェクタの姿勢を２軸回りに変更して、ワークに対して角度位置決めを行う。また、直動位置決め機構により、ワークと回転２自由度機構とを相対的に１軸以上の方向に位置決めすると共に、回転位置決め機構によりワークとエンドエフェクタとの相対回転位置を位置決めする。
【００１０】
回転位置決め機構の回転中心軸に対して回転２自由度機構の中立軸が傾斜角θ１だけ傾いているため、折れ角方向、すなわち中立軸と先端側の中心軸の両方を含む平面でのエンドエフェクタの可動範囲θ´は次式のようになる。
θ１−θｍａｘ≦θ´≦θｍａｘ＋θ１・・・式２
上記可動範囲θ´のうち片側にだけエンドエフェクタが可動であれば、ワーク、回転２自由度機構、および直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を回転位置決め機構により回転させることで、エンドエフェクタによりワークの様々な位置に作業をすることができる。つまり、回転２自由度機構を傾斜して設置し、かつ回転位置決め機構を設けることで、回転２自由度機構の最大折れ角よりも広い範囲で作業をすることができる。
【００１１】
また、この構成は、回転２自由度機構が傾斜しておらず、かつ回転位置決め機構を有しない構成と比べて、直動位置決め機構の動作を小さくできるので、装置全体がコンパクトになる。さらに、回転２自由度機構と回転位置決め機構を同時に動作させることで、タクトタイムの短縮を図ることができる。
【００１２】
この発明において、前記回転位置決め機構は、前記ワークを載せて１軸回りに回転する回転テーブルであってもよい。
回転２自由度機構や直動位置決め機構を回転させるよりも、ワークを回転させる方が、回転位置決め機構自体および装置全体をコンパクトにできる。
【００１３】
この発明において、前記回転２自由度機構はリンク作動装置であってもよい。リンク作動装置は、前記基端側部材である基端側のリンクハブに対し前記先端側部材である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、前記各リンク機構は、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、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられた装置である。
【００１４】
リンク作動装置は、一般的なパン・チルトの回転２自由度機構に比べ、素早く滑らかに動作することができる。このため、作業能率を向上させることができる。さらに、各リンク機構の内側の空間にエンドエフェクタを配置することができるため、動作範囲が小さくなりコンパクトな装置にすることができる。
【００１５】
この発明において、前記傾斜角θ１が前記最大折れ角θｍａｘと一致していてもよい。
この場合、前記式２から、ワークに対する折れ角方向の作業範囲が２θｍａｘとなり、最大の作業範囲が得られる。
【００１６】
この発明において、前記最大折れ角θｍａｘが４５°以上であり、かつ前記傾斜角θ１が４５°であってもよい。
この場合、ワークに対する折れ角方向の作業範囲が９０°以上となり、ワークの上面および側面を作業することができる。
【００１７】
この発明において、前記直動位置決め機構は、前記ワークと前記回転２自由度機構とを相対的に直交３軸方向に位置決めする構成であってもよい。
この場合、エンドエフェクタの様々な姿勢に対して、エンドエフェクタとワークとの距離を一定に保つようにワークの位置を決定することができる。また、直動位置決め機構は直動機構からなるため、直感的なティーチング作業が可能である。
【００１８】
前記直交２自由度機構が前記リンク作動装置である場合、前記回転位置決め機構は前記ワークを載せて１軸回りに回転する回転テーブルであり、前記最大折れ角θｍａｘが４５°以上であり、かつ前記傾斜角θ１が４５°であり、
前記直動位置決め機構は、前記中立軸と前記先端側の中心軸の両方を含む平面、および前記回転テーブルの回転中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータを有し、この直動アクチュエータのストロークが、次式
【数１】
2019049311.tif 000003
但し、
Ｓｔ：直動アクチュエータのストローク
Ｌｐ：基端側のリンクハブの球面リンク中心から先端側のリンクハブの球面リンク中心までの距離
θ１：リンク作動装置の中立軸と回転テーブルの回転中心軸とが成す角度である傾斜角
Ｌｅ：先端側のリンクハブの球面リンク中心からエンドエフェクタの作業部の先端までの距離
ＷＤ：エンドエフェクタの作業部の先端からワークの作業対象部までの距離
Ｌｒｍａｘ：回転テーブルの回転中心軸からワークの外周までの最大距離
の条件を満たすとよい。
なお、前記基端側のリンクハブの球面リンク中心は、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点を指す。また、前記先端側のリンクハブの球面リンク中心は、先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点を指す。
この場合、直動アクチュエータのストロークを最小限にして、作業装置をコンパクトにすることができる。
【００１９】
この発明において、前記エンドエフェクタが、前記ワークを撮影するカメラおよび前記ワークを照らす照明のいずれか、または両方であってもよい。
この場合、作業装置が外観検査装置として構成される。この外観検査装置は、ワークに対して様々な位置や角度から素早く検査することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の作業装置は、エンドエフェクタによりワークに対して作業を行う装置であって、基端側部材に対し先端側部材が２自由度で回転可能で前記先端側部材に前記エンドエフェクタが搭載された回転２自由度機構と、前記ワークと前記回転２自由度機構とを相対的に１軸以上の方向に位置決めする直動位置決め機構と、前記ワーク、前記回転２自由度機構、および前記直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を搭載して回転する回転位置決め機構とを備え、前記回転２自由度機構は、前記基端側部材に対して前記先端側部材を基端側の中心軸回りに旋回させる動作と、前記先端側部材に搭載されたエンドエフェクタの作業部を通り前記基端側の中心軸と交差する先端側の中心軸の角度を変更する動作とを行い、前記基端側の中心軸と前記先端側の中心軸とが一致した状態における前記先端側の中心軸を中立軸と称し、この中立軸と前記先端側の中心軸とが成す角度を折れ角と称し、前記回転２自由度機構の機構上における前記折れ角の最大値である最大折れ角をθｍａｘ、前記中立軸と前記回転位置決め機構の回転中心軸とが互いに交差する状態における前記中立軸と前記回転中心軸とが成す角度である傾斜角をθ１とした場合、
０＜θ１≦θｍａｘ
の関係が成り立つため、全体構成がコンパクトでありながら、ワークに対する作業範囲を大きくとることができ、ワークに対して様々な方向から能率良く作業することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図２】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図３】比較例としての作業装置の一状態を示す正面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図５】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図６】同作業装置のリンク作動装置の一部を省略した正面図である。
【図７】同リンク作動装置の一状態を示す図である。
【図８】同リンク作動装置の異なる状態を示す図である。
【図９】（Ａ）は図６のXIV−XIV断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図１０】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１１】この発明の第３の実施形態にかかる作業装置の一状態を示す正面図である。
【図１２】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図１３】同作業装置の各部の寸法を示す図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）はワークの平面形状の例を示す図である。
【図１５】この発明の第４の実施形態にかかる作業装置の正面図である。
【図１６】この発明の第５の実施形態にかかる作業装置の正面図である。
【図１７】この発明の第６の実施形態にかかる作業装置の正面図である。
【図１８】この発明の第７の実施形態にかかる作業装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１、図２は共にこの発明の第１の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、エンドエフェクタ１によりワーク２に対して作業を行う。作業の種類は切削、研磨等の加工、グリース等の流動体の塗布、洗浄、部品の組立て、検査等であり、これら作業のうち１つまたは複数を行う。作業装置は、エンドエフェクタ１が搭載された回転２自由度機構３と、ワーク２を載せて回転する回転テーブル４と、この回転テーブル４を直交３軸方向に移動させてワーク２と回転２自由度機構３とを相対的に直交３軸方向に位置決めする直動位置決め機構５とを備える。
【００２３】
回転２自由度機構３は、基端側部材３ａに対し先端側部材３ｂが２自由度で回転可能な機構であって、天井面６に固定の設置枠７に基端側部材３ａが固定され、先端側部材３ｂにエンドエフェクタ１が搭載される。設置枠７における回転２自由度機構３が設置される設置面７ａは、鉛直方向に対して反時計回りの方向に傾く、すなわちワーク２の可動域の側を向く傾斜面（傾斜角θ１）であり、回転２自由度機構３は斜めの吊り下げ姿勢で設置されている。
【００２４】
この実施形態の回転２自由度機構３はパン・チルト機構からなる。詳しくは、回転２自由度機構３は、前記基端側部材３ａと、この基端側部材３ａに対して回転軸心Ｃ１回りに回転可能な第１回転部材３ｃと、この第１回転部材３ｃに対して回転軸心Ｃ２回りに回転可能な第２回転部材３ｄと、この第２回転部材３ｄに固定された前記先端側部材３ｂとからなる。
【００２５】
この実施形態の場合、回転軸心Ｃ１は設置枠７の設置面７ａに直交し、回転軸心Ｃ２は回転軸心Ｃ１と直交している。基端側部材３ａに対して第１回転部材３ｃは、回転軸心Ｃ１回りに３６０°の範囲で回転可能である。また、第１回転部材３ｃに対して第２回転部材３ｄは、回転軸心Ｃ２回りの有限範囲（後で説明する）内で回転可能である。よって、基端側部材３ａに対して先端側部材３ｂが、回転軸心Ｃ１回りに旋回する動作と、回転軸心Ｃ２回りに角度変更する動作とが可能である。
【００２６】
言い換えると、回転２自由度機構３は、基端側部材３ａに対して先端側部材３ｂを回転軸心Ｃ１である基端側の中心軸ＫＡ回りに旋回させる動作と、先端側部材３ｂに搭載されたエンドエフェクタ１の作業部１ａを通り基端側の中心軸ＫＡと交差する先端側の中心軸ＫＢの角度を変更する動作とが可能である。
【００２７】
回転２自由度機構３において、基端側の中心軸ＫＡと先端側の中心軸ＫＢとが一致した状態、つまり先端側の中心軸ＫＢが図１、図２の紙面と平行である状態（図１、図２の状態）における先端側の中心軸ＫＢを「中立軸ＫＮ」とする。この実施形態のように、基端側の中心軸ＫＡと第１回転部材３ｃの回転軸心Ｃ１が一致する場合、常に中立軸ＫＮと基端側の中心軸ＫＡとが一致する。中立軸ＫＮと先端側の中心軸ＫＢとが成す角度を折れ角と称し、回転２自由度機構３の機構上における前記折れ角の最大値を最大折れ角θｍａｘとした場合、中立軸ＫＮの傾斜角θ１は、
０＜θ１≦θｍａｘ・・・式１
を満たす角度とされている。
【００２８】
回転テーブル４は、後述する支持台７４の上に設置され、鉛直方向の回転中心軸Ｃ３回りに回転可能である。回転テーブル４の上面は水平面とされ、その上にワーク２が載せられる。回転テーブル４は、請求項で言う「回転位置決め機構」に相当し、さらにこの実施形態の場合、ワーク２を支持するワーク支持体でもある。
【００２９】
直動位置決め機構５は、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）に進退するＸ軸直動アクチュエータ７１と、紙面と直交する前後方向（Ｙ軸方向）に進退するＹ軸直動アクチュエータ７２と、上下方向（Ｚ軸方向）に進退するＺ軸直動アクチュエータ７３とからなる。これら各直動アクチュエータ７１，７２，７３は、それぞれモータ７１ａ，７２ａ，７３ａで駆動される。
【００３０】
Ｘ軸直動アクチュエータ７１は地面８に設置され、このＸ軸直動アクチュエータ７１のステージにＹ軸直動アクチュエータ７２が設置され、このＹ軸直動アクチュエータ７２のステージにＺ軸直動アクチュエータ７３が設置されている。そして、Ｚ軸直動アクチュエータ７３のステージに固定された水平状の支持台７４の上に、回転テーブル４が設けられている。
【００３１】
この作業装置の動作を説明する。
この作業装置は、回転２自由度機構３の先端側部材３ｂに搭載されたエンドエフェクタ１により、回転テーブル４に載せられたワーク２に対して作業を行う。その際、回転２自由度機構３によりエンドエフェクタ１の姿勢を回転軸心Ｃ１，Ｃ２の２軸回りに変更して、ワーク２に対して角度位置決めを行う。つまり、エンドエフェクタ１の回転軸心Ｃ１回りの旋回位置および回転軸心Ｃ２回りの折れ曲がり位置を決定する。また、直動位置決め機構５によりエンドエフェクタ１に対してワーク２を直交３軸方向に位置決めすると共に、回転テーブル４によりエンドエフェクタ１に対してワーク２の回転位置を位置決めする。
【００３２】
図１はワーク２の左側面に対して作業を行っている状態を示し、図２はワーク２の上面に対して作業を行っている状態を示す。ワーク２の右側面や前後側面については、回転テーブル４を回転させることで、図１と同じ状態で作業を行うことができる。中立軸ＫＮの傾斜角θ１と最大折れ角θｍａｘとの関係につき、θ１≦θｍａｘとしているため、図２のように、回転２自由度機構３に搭載したエンドエフェクタ１を作業部１ａが真下を向く姿勢にすることができる。
【００３３】
回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３に対して回転２自由度機構３の中立軸ＫＮが傾斜角θ１だけ傾いているため、図１、図２の紙面と平行な平面におけるエンドエフェクタ１の可動範囲θ´は次式のようになる。
θ１−θｍａｘ≦θ´≦θｍａｘ＋θ１・・・式２
回転テーブル４でワーク２を回転させることで、ワーク２の前後左右各面に作業をすることができるため、エンドエフェクタ１が図１の位置と図２の位置との間で移動可能であれば、エンドエフェクタ１によりワーク２の様々な位置に作業をすることができる。換言すると、エンドエフェクタ１が図２よりも図の左側へ移動させる必要がない。つまり、回転２自由度機構３を傾斜して設置し、かつ回転テーブル４を設けることにより、回転２自由度機構３の最大折れ角θｍａｘよりも広い範囲で作業をすることができる。
【００３４】
比較のための作業装置を図３に示す。この作業装置は、回転テーブルが設けられておらず、回転２自由度機構３が真下を向いて設置されている。この作業装置の場合、ワーク２の右側面に作業するときは、実線で示すようにワーク２をエンドエフェクタ１の左側に移動させ、ワーク２の左側面に作業するときは、鎖線で示すようにワーク２をエンドエフェクタ１の右側に移動させる。つまり、エンドエフェクタ１によりワーク２の全側面に作業をする場合、直動位置決め機構５によりワーク２を大きく動かす必要がある。このため、装置全体が大きくなると共に、ワーク２の移動に要する時間が長くなり、作業効率が悪い。
【００３５】
これに対し、第１の実施形態にかかる作業装置は、直動位置決め機構５の動作を小さくできるので、装置全体がコンパクトになる。さらに、回転２自由度機構３と回転テーブル４とを同時に動作させることで、タクトタイムの短縮を図ることができる。
【００３６】
この実施形態のように、回転位置決め機構がワーク２を載せて１軸回りに回転する回転テーブル４であると、回転位置決め機構が回転２自由度機構３や直動位置決め機構５を回転させる構成よりも、装置全体をコンパクトにできる。なお、後で示すように、回転位置決め機構が回転２自由度機構３や直動位置決め機構５を回転させる構成であってもよい。
【００３７】
また、この実施形態のように、直動位置決め機構５がワーク２を直交３軸方向に位置決めする構成であると、エンドエフェクタ１の様々な姿勢に対してワーク２との距離を一定に保つようにワーク２の位置を決定することができる。また、直動位置決め機構５は複数の直動機構からなる直動アクチュエータ７１，７２，７３で構成されるため、直感的なティーチング作業が可能である。
【００３８】
この第１の実施形態は、上部に回転２自由度機構３を固定して設置し、下部に直動位置決め機構５および回転テーブル４を設置した構成であるが、これに限定されない。例えば、上部に直動位置決め機構５および回転２自由度機構３を設置し、下部に回転テーブル４を設置してもよい。また、上部に直動位置決め機構５のうちのＸ軸、Ｙ軸直動アクチュエータ７１，７２、および回転２自由度機構３を設置し、下部に直動位置決め機構５のうちのＺ軸直動アクチュエータ７３、および回転テーブル４を設置してもよい。さらに、直動位置決め機構５のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各直動アクチュエータ７１，７２，７３を上記以外の配置で上部と下部に分散して設置してもよい（図１７参照）。
【００３９】
また、第１の実施形態は、ワークディスタンス、すなわちエンドエフェクタ１からワーク２までの距離を一定に保つために直動位置決め機構５として直交３軸の直動機構を採用しているが、ワーク２の作業範囲や作業内容によっては、直動位置決め機構５の軸数を増やしても減らしてもよい（図示せず）。また、回転２自由度機構３の中立軸ＫＮの傾斜方向は、この実施形態のような鉛直方向に対して反時計回り方向に限らず、時計回り方向等の任意の方向に傾けてもよい。
【００４０】
［第２の実施形態］
図４、図５は共にこの発明の第２の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、エンドエフェクタ１が搭載される回転２自由度機構として、リンク作動装置３Ａが用いられている。
【００４１】
図６はリンク作動装置３Ａの一部を省略した正面図である。リンク作動装置３Ａは、パラレルリンク機構１０と、このパラレルリンク機構１０を作動させる姿勢制御用アクチュエータ１１とで構成される。パラレルリンク機構１０は、基端側部材である基端側のリンクハブ１２に対し先端側部材である先端側のリンクハブ１３を、複数のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものであり、図４、図５のように、基端側のリンクハブ１２が設置枠７に固定され、先端側のリンクハブ１３にエンドエフェクタ１が搭載される。
【００４２】
リンク作動装置３Ａについて詳しく説明する。
図７はリンク作動装置３Ａの一状態を示す図、図８はリンク作動装置３Ａの異なる状態を示す図である。リンク作動装置３Ａのパラレルリンク機構１０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てなる。図６では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。
【００４３】
図６〜図８において、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で構成され、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Ｌ字状をなし、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に回転自在に連結されている。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自在に連結されている。
【００４４】
パラレルリンク機構１０は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図６）で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。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（図６）を持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００４５】
図９（Ａ）は図６のXIV−XIV断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と回転軸心Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。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の形状ならびに位置関係も図６と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、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Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。
【００４６】
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１０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、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１０は、一組のリンク機構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１０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。
【００４７】
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軸回りに回転自在な２自由度機構が構成される。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である。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。
【００４８】
例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図９）と直角に交わる直線をリンクハブ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ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図１０）の最大値を約±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（図１０）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り、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。
【００４９】
なお、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡは請求項で言う「基端側の中心軸」に相当し、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢは請求項で言う「先端側の中心軸」に相当する。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とが一致した状態における先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＡが、リンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮである。この中立軸ＱＮは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致する。
【００５０】
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７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が同一線上にある原点位置の状態を示し、図８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が或る作動角をとった状態を示す。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（図１０）は変化しない。
【００５１】
各リンク機構１４が次の各条件を満たす場合、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１０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。
条件１：各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
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。
【００５２】
図６〜図８に示すように、基端側のリンクハブ１２は、基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。図９（Ａ）に示すように、基端部材２０は中央部に円形の貫通孔２０ａを有し、この貫通孔２０ａ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２０ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図６）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の一端が連結される。
【００５３】
１つの基端側の端部リンク部材１５およびその両端周辺部を取り出した図９（Ｂ）に示すように、前記回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。軸受２３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受２３は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
【００５４】
回転軸２２は、大径部２２ａで後記減速機構６２の出力軸６２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構６２の出力軸６２ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。
【００５５】
基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３２ｂで２個の軸受３６を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、外側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。
【００５６】
図６〜図８に示すように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材５０と、この先端部材５０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材５１とで構成される。３個の回転軸連結部材５１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上に位置する。各回転軸連結部材５１は、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する回転軸５２が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸５２に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。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５５が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸５２および中央リンク部材１７の回転軸５５も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材５１および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００５７】
リンク作動装置３Ａの姿勢制御用アクチュエータ１１は、減速機構６２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２０の下面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１１と減速機構６２は一体に設けられ、モータ固定部材６３により減速機構６２が基端部材２０に固定されている。この例では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ１１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組に姿勢制御用アクチュエータ１１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。
【００５８】
図９（Ｂ）において、減速機構６２はフランジ出力であって、大径の出力軸６２ａを有する。出力軸６２ａの先端面は、出力軸６２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面６４となっている。出力軸６２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部の前記回転軸２２の大径部２２ａが、減速機構６２の出力軸６２ａに設けられた内径溝６７に嵌っている。
【００５９】
リンク作動装置３Ａは、各姿勢制御用アクチュエータ１１を回転駆動することで、パラレルリンク機構１０が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ１１を回転駆動すると、その回転が減速機構６２を介して減速して回転軸２２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２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が変更される。
【００６０】
図４、図５に示すように、エンドエフェクタ１は、先端側のリンクハブ１３の先端部材５０に、その中央の貫通孔５０ａ（図８参照）に嵌め込んだ状態で搭載される。エンドエフェクタ１の作業部１ａの中心軸は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致している。図示の例では、各リンク機構１４の内側の空間にエンドエフェクタ１の大半部分が位置するように、先端側のリンクハブ１３にエンドエフェクタ１が搭載されている。エンドエフェクタ１には、電線やホース等を内包するケーブル７７が接続されている。このケーブル７７は、各リンク機構１４の内側の空間および基端部材１０の貫通孔１０ａ（図９参照（Ａ））を通って、リンク作動装置３Ａの外部に延びている。
【００６１】
回転２自由度機構がリンク作動装置３Ａからなるこの作業装置も、回転２自由度機構３がパン・チルト機構からなる第１の実施形態と同様に、設置枠７の設置面７ａに傾斜状態で設置される。そして、リンク作動装置３Ａの機構上における折れ角の最大値を最大折れ角θｍａｘとした場合、リンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮの傾斜角θ１が、
０＜θ１≦θｍａｘ・・・式１
を満たす角度とされている。
【００６２】
この作業装置も、第１の実施形態と同様に、リンク作動装置３Ａの先端側のリンクハブ１３に搭載されたエンドエフェクタ１により、回転テーブル４に載せられたワーク２に対して作業を行う。その際、リンク作動装置３Ａの旋回角φおよび折れ角θを変更することで、エンドエフェクタ１の姿勢を２軸回りに変更して、ワーク２に対して角度位置決めを行う。また、直動位置決め機構５によりエンドエフェクタ１に対してワーク２を直交３軸方向に位置決めすると共に、回転テーブル４によりエンドエフェクタ１に対してワーク２の回転位置を位置決めする。
【００６３】
図４はワーク２の左側面に作業を行っている状態を示し、図５はワーク２の上面に作業を行っている状態を示す。ワーク２の右側面や前後側面については、回転テーブル４を回転させることで、図４と同じ状態で作業を行うことができる。中立軸ＱＮの傾斜角θ１と最大折れ角θｍａｘとの関係につき、θ１≦θｍａｘとしているため、図５のように、リンク作動装置３Ａに搭載したエンドエフェクタ１を作業部１ａが真下を向く姿勢にすることができる。
【００６４】
回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３に対してリンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮが傾斜角θ１だけ傾いているため、図４、図５の紙面と平行な平面におけるエンドエフェクタ１の可動範囲θ´は次式のようになる。
θ１−θｍａｘ≦θ´≦θｍａｘ＋θ１・・・式２
回転テーブル４でワーク２を回転させることで、ワーク２の前後左右各面に作業をすることができるため、エンドエフェクタ１が図４の位置と図５の位置との間で移動可能であれば、エンドエフェクタ１によりワーク２の様々な位置に作業をすることができる。換言すると、エンドエフェクタ１が図５よりも図の左側へ移動させる必要がない。つまり、リンク作動装置３Ａを傾斜して設置し、かつ回転テーブル４を設けることにより、リンク作動装置３Ａの最大折れ角θｍａｘよりも広い範囲で作業をすることができる。
【００６５】
この作業装置は、回転２自由度機構をリンク作動装置３Ａとしたことにより、以下の利点がある。すなわち、リンク作動装置３Ａは、第１の実施形態のようなパン・チルト機構からなる回転２自由度機構３に比べて、素早く滑らかに動作することができる。このため、作業能率が良い。さらに、各リンク機構１４の内側の空間にエンドエフェクタ１を配置することができるため、動作範囲が小さくなりコンパクトな構成とすることができる。
【００６６】
この第２の実施形態は、上部にリンク作動装置３Ａを固定して設置し、下部に直動位置決め機構５および回転テーブル４を設置した構成であるが、これに限定されない。例えば、上部に直動位置決め機構５およびリンク作動装置３Ａを設置し、下部に回転テーブル４を設置してもよい。また、上部に直動位置決め機構５のうちのＸ軸、Ｙ軸直動アクチュエータ７１，７２、およびリンク作動装置３Ａを設置し、下部に直動位置決め機構５のうちのＺ軸直動アクチュエータ７３、および回転テーブル４を設置してもよい。さらに、直動位置決め機構５のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各直動アクチュエータ７１，７２，７３を上記以外の配置で上部と下部に分散して設置してもよい。
【００６７】
また、第２の実施形態は、ワークディスタンスを一定に保つために直動位置決め機構５として直交３軸の直動機構を採用しているが、ワーク２の作業範囲や作業内容によっては、直動位置決め機構５の軸数を増やしても減らしてもよい（図示せず）。また、リンク作動装置３Ａの傾斜方向は、この実施形態のような鉛直方向に対して反時計回り方向に限らず、時計回り方向等の任意の方向に傾けてもよい。
【００６８】
［第３の実施形態］
図１１、図１２は共にこの発明の第３の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、第２の実施形態と同様に回転２自由度機構がリンク作動装置３Ａからなるが、リンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮの傾斜角θ１が第２の実施形態と異なっている。すなわち、第３の実施形態では、傾斜角θ１が４５°とされている。また、リンク作動装置３Ａの最大折れ角θｍａｘは４５°以上とされている。
【００６９】
このように、最大折れ角θｍａｘが４５°以上であり、かつ傾斜角θ１が４５°であると、ワーク２に対する折れ角方向の作業範囲が９０°以上となり、ワーク２の上面および側面を作業することができる。なお、傾斜角θ１を最大折れ角θｍａｘと一致させると、前記式２から、ワーク２に対する折れ角方向の作業範囲が２θｍａｘとなり、最大の作業範囲が得られる。
【００７０】
図１３は、回転２自由度機構としてリンク作動装置３Ａを用いた作業装置の各部の寸法を示す図である。このようなリンク作動装置３Ａを用いた作業装置において、中立軸ＱＮと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢの両方を含む平面、および回転テーブル４の回転中心軸３Ｃに対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータであるＸ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔは、次式
【数２】
2019049311.tif 000004
の条件を満たすように設計するとよい。
ここで、
Ｓｔ：Ｘ軸直動アクチュエータ７１のストローク
Ｌｐ：基端側のリンクハブ１２の球面リンク中心ＰＡから先端側のリンクハブ１３の球面リンク中心ＰＢまでの距離
θ１：基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対する回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３の傾斜角
Ｌｅ：先端側のリンクハブ１３の球面リンク中心ＰＢからエンドエフェクタ１の作業部１ａの先端までの距離
ＷＤ：エンドエフェクタ１の作業部１ａの先端からワーク２の作業対象部２ａまでの距離
Ｌｒｍａｘ：回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３からワーク２の外周までの最大距離
とする。
なお、図１３は第３の実施形態を図示例としているが、これ以外の作業装置についても、上記寸法関係が言える。
【００７１】
この理由について説明する。
図１３の実線はエンドエフェクタ１によりワーク２の左側面に対して作業する状態を示し、鎖線はエンドエフェクタ１によりワーク２の上面に対して作業する状態を示している。ワーク２の右側面に対して作業をする場合は、エンドエフェクタ１はそのままで回転テーブル４を回転中心軸Ｃ３回りに１８０°回転させればよい。従って、実線位置と鎖線位置との間でワーク２を移動させることができれば、ワーク２の側面および上面のすべてについて作業をすることが可能である。
【００７２】
式３の右辺の第１項は、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌｐの水平距離の１／２を示す。式３の右辺全体は、実線位置の回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３と鎖線位置の回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３の水平距離を示している。この水平距離よりもＸ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔを大きくすることで、実線位置と鎖線位置との間でワーク２を移動させることができる。
【００７３】
つまり、式３の条件を満たすように設計することにより、Ｘ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔを最小限にして、作業装置をコンパクトにすることができる。図示例のように、最大折れ角θｍａｘが４５°以上、傾斜角θ１が４５°である場合、ワーク２の様々な位置に対して、エンドエフェクタ１により折れ角方向の範囲０〜９０°で作業することができる。
【００７４】
なお、基本的には、ワーク２の重心と回転テーブル４の回転中心軸Ｃ３を一致させて、回転テーブル４にワーク２を搭載する。しかし、図１４（Ａ），（Ｂ）に示す例のように、ワーク２の重心Ｇからワーク２の外周までの距離が一定でない場合もあるため、ワーク２の外周の最大距離をＬｒｍａｘとしている。
【００７５】
図１３の例では、リンク作動装置３Ａの傾斜角θ１を含む平面がＸ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔと平行であるため、Ｘ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔを式３で規定している。リンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮがＹ軸方向に傾いている構成である場合には、Ｙ軸直動アクチュエータ７２のストロークＳｔを式３で規定してもよい。また、リンク作動装置３Ａの中立軸ＱＮがＸ軸方向およびＹ軸方向の両方に傾いている構成である場合には、Ｘ軸直動アクチュエータ７１およびＹ軸直動アクチュエータ７２のストロークＳｔを式３で規定してもよい。
【００７６】
［第４の実施形態］
図１５はこの発明の第４の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は外観検査装置として構成され、第３の実施形態に対して、エンドエフェクタをカメラ８０と照明８１にすると共に、画像処理システム８２を別途設置してある。カメラ８０と画像処理システム８２は、配線８３によって接続されている。画像処理システム８２は、地面８に建てられた支柱８４の上端に固定の支持板８５の上に設けられている。また、リンク作動装置３Ａが設置される設置枠７は、前記支持板８５に吊り下げ状態で設けられている。他は、第３の実施形態と同じである。
【００７７】
この外観検査装置は、部品生産ラインで製造される部品等の欠陥の有無や表面状態の確認等を行う装置であって、検査対象物であるワークの検査対象部位に照明８１で光を当てながらカメラ８０で撮影する。カメラ８０で撮影された画像データが配線８３を介して画像処理システム８２に送られ、画像処理システム８２によって欠陥の有無や表面状態の確認等が行われる。この外観検査装置は、第３の実施形態と同じく、折れ角方向の作業範囲が最大９０°であるため、ワーク２の上面と側面の検査が可能である。
【００７８】
図１５はリンク作動装置３Ａにカメラ８０を取り付けた外観検査装置であるが、カメラ８０以外のエンドエフェクタを取り付けることにより、他の作業装置として構成することができる。例えば、グリースを塗布するディスペンサを取り付けた場合、グリース塗布装置となる。洗浄液を塗布するノズルを取り付けた場合、洗浄装置となる。部品の組立を行うチャックを取り付けた場合、組立装置となる。このように、リンク作動装置３Ａまたは他の回転２自由度機構に各種エンドエフェクタを選択して取り付けることで、幅広い産業の作業装置に適応できる。
【００７９】
［第５の実施形態］
図１６はこの発明の第５の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第１の実施形態に対して、回転テーブル４（図１、図２）を無くし、回転２自由度機構３を鉛直方向の回転中心軸Ｃ４回りに回転させる回転位置決め機構９０が追加されている。回転テーブル４を無くしたことにより、ワーク２は、Ｚ軸直動アクチュエータ７３のステージに固定された水平状の支持台７４の上に載せられる。この場合、支持台７４が、ワーク２を支持するワーク支持体になる。回転位置決め機構９０は、天井面６に設置され、設置枠７ごと回転２自由度機構３を回転中心軸Ｃ４回りに回転させる。他は第１の実施形態と同じである。
【００８０】
この作業装置も、第１の実施形態と同様に、折れ角方向の片側についてのエンドエフェクタ１の作業範囲が（θｍａｘ＋θ１）となり、ワーク２の様々な位置に様々な角度で作業することができる。この実施形態のように回転２自由度機構３を回転させる代わりに、直動位置決め機構５を１軸回りに回転させる構成としても、同様の作用・効果が得られる（図示せず）。
【００８１】
［第６の実施形態］
図１７はこの発明の第６の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第１の実施形態に対し、直動位置決め機構５のうちのＺ軸直動アクチュエータ７３を天井面６に設置し、このＺ軸直動アクチュエータ７３により設置枠７ごと回転２自由度機構３を上下方向（Ｚ軸方向）に進退させるようにしている。Ｘ軸直動アクチュエータ７１およびＹ軸直動アクチュエータ７２は、第１の実施形態と同様に床面側に設置され、Ｙ軸直動アクチュエータ７２のステージに回転テーブル４が設置されている。他は第１の実施形態と同じである。
【００８２】
この構成は、第１の実施形態のようにワーク２および回転テーブル４を片持ち状の支持台７４で支持しないため、ワーク２を安定して支持することができる。このため、特にワーク２の方が回転２自由度機構３よりも質量が大きい場合、ワーク２の位置決め精度が向上する。また、大型のモータやＺ軸直動アクチュエータ７３を用いる必要がないため、コンパクトな構成が可能となる。
【００８３】
［第７の実施形態］
図１８はこの発明の第７の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第１の実施形態に対し、回転位置決め機構として、ワーク２を回転させる回転テーブル４に加えて、直動位置決め機構５全体を鉛直方向の回転中心軸Ｃ５回りに回転させる回転テーブル９１を設置した構成である。他は第１の実施形態と同じである。
【００８４】
この構成にすることで、移動量の小さな動きは回転テーブル４で行わせ、移動量の大きな動きは回転テーブル９１で行わせるといった使い分けをすることができる。これにより、動作時間の短縮化が期待できる。
【００８５】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示し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】
【００８６】
１…エンドエフェクタ
２…ワーク
３…回転２自由度機構
３ａ…基端側部材
３ｂ…先端側部材
３Ａ…リンク作動装置（回転２自由度機構）
４…回転テーブル（回転位置決め機構）
５…直動位置決め機構
１１…姿勢制御用アクチュエータ
１２…基端側のリンクハブ（基端側部材）
１３…先端側のリンクハブ（先端側部材）
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
７１…Ｘ軸直動アクチュエータ
７２…Ｙ軸直動アクチュエータ
７３…Ｚ軸直動アクチュエータ
８０…カメラ（エンドエフェクタ）
８１…照明（エンドエフェクタ）
９０…回転テーブル（回転位置決め機構）
９１…回転テーブル（回転位置決め機構）
ＫＡ…基端側の中心軸
ＫＢ…先端側の中心軸
ＫＮ…中立軸
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸（基端側の中心軸）
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸（先端側の中心軸）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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