(57)【要約】【課題】簡潔な機構で小型電子機器などの組立作業に適した作業装置を提供する。【解決手段】パラレルリンク型機構部１のベース５に設けられた３つのアクチュエータ６により、平行リンク機構１１を介して可動部１０を駆動する。ベース５に設けられた回転型アクチュエータ７により、伸縮自在の伝達シャフト１７を介して可動部１０に設けた回転軸１６を駆動する。基台３には直交する２軸の回りに回動し、ワークを取り付ける２軸傾斜テーブル部２を有する。回転軸１６にエンドエフェクタ１９を取り付ける。パラレルリンク型機構部１で可動部１０の位置を制御し、２軸傾斜テーブル部２でワークの姿勢を変えて、ワークに対するエンドエフェクタに対する位置、姿勢を制御する。可動部は軽量である。又、エンドエフェクタはワークに対してその姿勢を大きく変化でき、回転できるから、ねじる動作も可能となり小型電子機器の組立作業が容易となる。【選択図】図１
2008264881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４自由度のパラレルリンク型機構部と２自由度の２軸傾斜テーブル部からなる６自由度の作業装置であって、
前記パラレルリンク型機構部は、
ベースと、該ベースに対して所定の位置に固定される３つのアクチュエータと、各アクチュエータの出力部とそれぞれの平行リンク機構を介して連結された可動部と、該可動部に設けられ、エンドエフェクタが取り付けられる回転機構と、前記ベースに固定された回転型アクチュエータと、該回転型アクチュエータの動力を前記回転機構に伝達する動力伝達手段とを備え、
前記２自由度の傾斜テーブルは、
前記回転機構の出力軸の中心線と平行でない２軸まわりに揺動可能であって、前記パラレルリンク型機構部の動作範囲内の所定位置に、前記回転機構と対向して配置されていることを特徴とする作業装置。
【請求項２】
前記平行リンク機構は、前記アクチュエータの出力部と一体的に運動するリンクと、２本のロッドと、該各ロッドを前記リンク及び前記可動部とを接続するジョイントとを備え、前記リンクと前記ロッド及び前記可動部で平行リンクを構成する請求項１に記載の作業装置。
【請求項３】
前記動力伝達手段は、伸縮して全長が変化するように複数の部材から構成され、その両端に２自由度のジョイントを有している請求項１又は請求項２に記載の作業装置。
【請求項４】
前記２自由度傾斜テーブル部は、テーブルに載置される作業対象のワークを固定する手段を備える請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の作業装置。
【請求項５】
前記２自由度傾斜テーブル部にワークを供給するワーク供給機構と、前記２自由度傾斜テーブルからワークを取り出し搬送するワーク搬送機構を備え、前記２自由度傾斜テーブル部のテーブルを所定の姿勢に保持して、ワークを該２自由度傾斜テーブル部への搬入、搬出を行うようにした請求項４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、パラレルリンク型機構部と２軸傾斜テーブル部からなる作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベースとなる固定部材に複数のアクチュエータを取り付け、該アクチュエータの出力軸に連結されたリンクをそれぞれ駆動して、各リンクの先端に取り付けた可動部の位置、姿勢を制御するようにしたパラレルリンク型機構部で構成されたパラレルリンク型ロボットは、種々の形態のものが開発されている。このパラレルリンク型ロボットには、構造がシンプルである、可動部が軽量であるために高加速度を得ることができる、可動部の支持剛性が高い、モータの動力を効率よく使用することができる、などのメリットがある。一方、動作範囲が狭い、姿勢の変化量が小さい、というデメリットがある。しかし、例えば、小型電子機器の組み立て作業のような、狭エリア内で小さな部品を扱う組み立て作業のロボット化に対しては、姿勢の変化量についての問題を何らかの方法で解決すれば、パラレルリンク型ロボットは前記メリットにより好適である。
【０００３】
パラレルリンク型ロボットの代表的な形態として、
ａ．アクチュエータと可動部間を２つの平行するリンクで平行四辺形を構成した平行リンク機構で連結し、可動部の姿勢は固定で、位置のみ変化させるようにした３自由度のタイプ、
ｂ．「ａ」の３自由度のパラレルリンク型ロボットの可動部上に固定された回転軸を１軸追加し４自由度としたタイプ（特許文献１参照）、
ｃ．可動部の位置と姿勢を変化させる６自由度のタイプ（特許文献２、３参照）がある。また、パラレルリンク機構の可動部にシリアルリンク機構を搭載したハイブリッドタイプと呼ばれる形態も公知である（特許文献４参照）。  
上述した「ａ」、「ｂ」のタイプのパラレルリンク型ロボットの構造はシンプルなため、安価に作ることができ、また保守性にも優れる反面、自由度が３または４なのでアプリケーションは限定され、主にピックアンドプレースのような搬送用途に用いられる。「ｃ」のタイプのパラレルリンク型ロボットは６自由度を有しており、可動部の位置と共に姿勢も変化させることができるが、姿勢の変化量はあまり大きくない。主にマシニングセンタなどの工作機械やフライトシミュレータ等に用いられている。
【０００４】
又、ワークに対して加工を行う作業機にパラレルリンク型機構部を適用したものにおいて、パラレルリンク型機構部の可動部にツールを取り付け、鉛直軸回りに回転すると共に水平軸回りに回転するテーブルにワークを取り付け、パラレルリンク型機構部の姿勢の変化量が小さいことを、テーブルの回転によって補うようにした発明も知られている（特許文献５参照）。
【０００５】
【特許文献１】特表昭６３−５０１８６０号公報
【特許文献２】特開平６−２７００７７号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７８８号公報
【特許文献４】特開平７−１４８６７９号公報
【特許文献５】特開２０００−９４２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小型電子機器などの組立作業では、機器内部で使用されているケーブルを捩る動作が不可欠である。小型電子機器では、複数の基板が積層されて配設される場合が多く、これら基板間を電気的に接続するフラットケーブルを折り返し、基板を配設する等の必要性がある。上述した「ｃ」のタイプのパラレルリンク型ロボットを用い可動部に作業ツールを取り付けてこの組立作業を行わせるには、捩る動作に対して可動部の姿勢の変化量が不足するという問題があった。例えば、フラットケーブルで接続された２枚の基板の一方をエンドエフェクタで把持して、フラットケーブルをねじりながら該一方の基板を他方の基板に対して所定角度、又は積層して配設するような場合、エンドエフェクタが取り付けられた可動部の姿勢の変化だけで、この作業を達成させることは難しい。また、前述のハイブリッドタイプのパラレルリンク型ロボットにおいては、可動部にねじり用の回転機構を付加すれば対応できるが、可動部が大型化する、可動部の重量が増加するといった問題があった。
【０００７】
又、特許文献５に記載された回転可能なテーブルを用いて、パラレルリンク型ロボットの可動部の姿勢変化の不足を補う方法では、作業を行うツールは回転せず固定されているものであり、作業対象のワークに対するツールの回転位置はテーブルを回転することによって制御し、ワークに対するツールの姿勢については、ツールの軸方向に対して直交する１方向に対してはテーブルの揺動によって、及びパラレルリンク型機構部の可動部の姿勢変化によって制御されるが、ツールの軸方向に対して直交する他方の向きに対しては、可動部の姿勢によってのみ対応させることから、小型電子機器などの組立作業を行うのには十分ではないという問題がある。又、ツールとテーブルに取り付けられるワークとの間の相対的な姿勢を得るために、この特許文献５に記載された発明では、ツールもテーブルもその姿勢を変えるものであり、姿勢制御機構が重畳し、かつ、パラレルリンク型ロボットが可動部（ツール）の位置も姿勢も制御することになるから、その機構が複雑になるという問題がある。  
そこで、本発明では前述の問題を解決し、簡潔な機構で小型電子機器などの組立作業を行うことのできる作業装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、４自由度のパラレルリンク型機構部と２自由度の２軸傾斜テーブル部からなる６自由度の作業装置であって、前記パラレルリンク型機構部は、ベースと、該ベースに対して所定の位置に固定される３つのアクチュエータと、各アクチュエータの出力部とそれぞれの平行リンク機構を介して連結された可動部と、該可動部に設けられ、エンドエフェクタが取り付けられる回転機構と、前記ベースに固定された回転型アクチュエータと、該回転型アクチュエータの動力を前記回転機構に伝達する動力伝達手段とを備え、前記２自由度の傾斜テーブルは、前記回転機構の出力軸の中心線と平行でない２軸まわりに揺動可能であって、前記パラレルリンク型機構部の動作範囲内の所定位置に、前記回転機構と対向して配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記平行リンク機構は、前記アクチュエータの出力部と一体的に運動するリンクと、２本のロッドと、該各ロッドを前記リンク及び前記可動部とを接続するジョイントとを備え、前記リンクと前記ロッド及び前記可動部で平行リンクを構成する。前記パラレルリンク型機構部は、前記３つのアクチュエータが等間隔に前記ベースに対して配置、固定されている。  
前記動力伝達手段は、伸縮して全長が変化するように複数の部材から構成され、その両端に２自由度のジョイントを有するものとする。前記２自由度傾斜テーブル部は、テーブルに載置される作業対象のワークを固定する手段を備える。さらに、前記２自由度傾斜テーブル部にワークを供給するワーク供給機構と、前記２自由度傾斜テーブルからワークを取り出し搬送するワーク搬送機構を備え、前記２自由度傾斜テーブル部のテーブルを所定の姿勢に保持して、ワークを該２自由度傾斜テーブル部への搬入、搬出を行うようにした。
【発明の効果】
【００１０】
パラレルリンク型機構部を用いた作業装置において、構造がシンプルで可動部が軽量というメリットを損なうことなく、エンドエフェクタと作業対象物のワークとの相対姿勢変化量を大きくすることが可能になり、ねじる作業を必要とする小型電子機器などの組立作業を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、パラレルリンク型機構部と２軸傾斜テーブル部を用いて、作業対象のワークに対して作業を行うエンドエフェクタのワークに対する位置の制御と姿勢の制御を分離して行うようにすることによって、装置の構成を簡潔で、かつ、ねじる動作も実施できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態の概要図である。図２は、図１においてベースを取り除いて、図１の上方から見た図である。図３は位置制御用アクチュエータに結合された平行リンク機構の説明図である。  
この第１の実施形態の作業装置は、４自由度を有するパラレルリンク型機構部１と、２自由度を有する傾斜テーブル２との組み合わせて構成されている。パラレルリンク型機構部１のベース５は、一端が基台３に固定された複数の支柱４により支持されている。２軸傾斜テーブル部２は基台３におけるパラレルリンク型機構部の動作範囲内の所定位置（略中心位置）に固定されており、ベース５と２軸傾斜テーブル部２に挟まれた空間がこの作業装置の主なる作業空間となる。
【００１３】
パラレルリンク型機構部１は、３つの位置制御用アクチュエータ６と１つのエンドエフェクタ用の回転型アクチュエータ７の、合計４つのアクチュエータを備えている。各位置制御用アクチュエータ６はベース５から垂下したそれぞれのアクチュエータ固定部材８に固定されており、該位置制御用アクチュエータ６は、図２に示すように、図１において上方から見たとき、三角形の一辺を形成するように配設されている。  
【００１４】
可動部１０は、各位置制御用アクチュエータ６とそれぞれの平行リンク機構１１を介して連結されている。平行リンク機構１１は、位置制御用アクチュエータ６の出力シャフト９に固定され該出力シャフト９と共に回転するリンク１２と、該リンク１２にジョイント１３を介して一端が連結された２本のロッド１４と、さらに、該２本のロッド１４の他端はジョイント１３に連結された可動部１０で構成され、２本のロッド１４は平行に配置されている。リンク１２とロッド１４との連結に使用するジョイント１３は、ユニバーサルジョイント等の２自由度のジョイントでよく、可動部１０とロッド１４との連結に使用するジョイントは２以上の自由度のジョイントでもよい。
【００１５】
３つの位置制御用アクチュエータ６の回転位置を制御することによって、各位置制御用アクチュエータ６の出力シャフト９に結合された各平行リンク機構１１により、可動部１０は常にベース５に対して水平を保って、その位置が制御されることになる。
【００１６】
ベース５の中心部には、エンドエフェクタ回転用アクチュエータ７が取り付けられている。可動部１０上には回転機構１５が固定されており、前記回転機構１５の回転軸１６の一端には、エンドエフェクタ用の回転型アクチュエータ７の動力を伝達する伝達シャフト１７を接続するジョイント１８が設けられており、回転軸１６の他端には可動部１０の反対面側（伝達シャフト１７が取り付けられる面とは反対側の面）に突出するようにエンドエフェクタ１９が接続されている。伝達シャフト１７は、スプライン継手等で構成された伸縮自在なシャフトであり、伝達シャフト１７の両端に取り付けられているジョイント１８には、例えばユニバーサルジョイント等の２自由度のジョイントで構成されている。
【００１７】
この図１に示す例では、可動部１０に固定された回転軸１６は、可動部１０に対して垂直に設置されているが、ジョイント１８の動きを妨げない範囲で回転軸１６を可動部１０に対して傾斜して取り付けることもできる。
【００１８】
２軸傾斜テーブル部２は、パラレルリンク型機構部１の動作範囲内に配置され、基台３に固定されている。２軸傾斜テーブル部２は、パラレルリンク型機構部１の可動部１０上に固定された回転軸１６と平行でなく、互いに直交する２軸のまわりに揺動可能なテーブル２ｂを備えている。この図１で示す例では、回転軸１６が鉛直軸方向を向き、２軸傾斜テーブル部２はこの回転軸１６と直交する水平軸（第１の軸）回りに揺動するテーブル基台２ａと、該テーブル基台２ａ上で、水平軸（第１の軸）と直交する第２の軸回りに揺動するテーブル２ｂを備えるものであり、テーブル基台２ａを水平に保持した状態では、回転軸１６の回転中心軸と第１の軸、第２の軸は互いに直交する状態となる。この２軸傾斜テーブル部２は図示していないアクチュエータ（モータ等）によって駆動され、テーブル２ｂの傾きが制御される。  
テーブル２ｂ上にワーク（図示せず）が載置されるものであるが、テーブル２ｂの揺動の際にテーブル２ｂ上に置かれたワークが移動してしまう可能性があるので、ワーク保持手段が設けられるが、このワーク保持手段としては真空チャックなどが適している。
【００１９】
可動部１０上の回転機構１５の回転軸１６にエンドエフェクタ１９を取り付け、２軸傾斜テーブル部２のテーブル２ｂにワークを取り付け保持し、各位置制御用アクチュエータ６を駆動することによって、平行リンク機構１１を介して、可動部１０をその姿勢を変えずに保持したまま、３次元空間上の位置（直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸上の位置）を制御し、又、２軸傾斜テーブル部２のテーブル２ｂの傾きを制御し、かつ、エンドエフェクタ用の回転型アクチュエータ７を駆動し伝達シャフト１７を介して回転機構１５の回転軸１６の回転位置を制御して、エンドエフェクタ１９の回転位置を制御することによって、各種作業を実施する。
【００２０】
この第１の実施形態では、ワークに対するエンドエフェクタ１９の位置は、パラレルリンク型機構部１で制御し、ワークに対するエンドエフェクタ１９の姿勢は２軸傾斜テーブル部２のテーブル２ｂの傾斜によって制御し、ワークに対するエンドエフェクタ１９の位置の制御と姿勢の制御を分けて、異なった手段で制御するようにしている。これによって、作業装置全体をコンパクトでシンプルな構造の装置を得ることができるものである。  
又、パラレルリンク型機構部１の可動部１０に設けた回転機構はベース５に設けたエンドエフェクタ用の回転型アクチュエータ７で駆動するようにしていることから、可動部１０が軽くなり、その位置の制御が容易となっている。
【００２１】
図４は、本発明の第２の実施形態の概要図である。この第２の実施形態は、図１〜図３に示した第１の実施形態にワーク供給手段、搬出手段を付加したものである。他の構成は第１の実施形態と同じである。  
この第２の実施形態では、２軸傾斜テーブル部２の一方の側にワーク供給機構３０が配設され、反対側にワーク搬送機構３１が配設されている。そして、２軸傾斜テーブル部２のテーブル２ｂには真空チャック等のワーク固定機構３２が配置されている。このワーク固定機構３２の面を水平としたとき、該ワーク固定機構３２の面とワーク供給機構３０のワーク供給面及びワーク搬送機構３１のワーク搬送面とが略同一面となるように構成されている。
【００２２】
又、ワーク（図示せず）をワーク供給機構３０からワーク固定機構３２に移動させるワーク供給手段（図示せず）と、ワークをワーク固定機構３２からワーク搬送機構３１に移動させるワーク搬送手段（図示せず）を備え、ワークの２軸傾斜テーブル部２への供給と該２軸傾斜テーブル部２からの搬送ができるように構成されている。ワーク固定機構３２として、この第２の実施形態では真空チャックを使用している。ワークは、ワーク供給手段により所定の姿勢でワーク固定機構３２上の所定の位置に置かれ、その後真空チャックを動作させることでワーク固定機構３２上に固定される。
【００２３】
以上のように、本発明の各実施形態では、パラレルリンク型機構部の可動部に設けられた回転機構にエンドエフェクタが取り付けられ、該可動部及びエンドエフェクタはその姿勢が保持され位置のみが制御される。そして、作業対象のワークは、２軸傾斜テーブル部のテーブルに取り付けられ、エンドエフェクタに対して直交する２軸方向に傾けられその傾き角度が制御されることによって、ワークに対するエンドエフェクタの姿勢が制御されるようになっており、ワークに対するエンドエフェクタの位置と姿勢の制御がパラレルリンク型機構部と２軸傾斜テーブル部によって分担して制御されることになる。このパラレルリンク型機構部と２軸傾斜テーブル部を制御装置により統一的に制御することによって、ケーブル等を捩る等の作業を伴う小型電子機器などの組立作業を実施可能にしたものである。  
しかも、パラレルリンク型機構部の可動部に取り付けられた回転機構の駆動源は、可動部には取り付けられず、可動部外のベース等の固定部に取り付けられ、該駆動源から回転機構に動力を伝達するようにしていることから、可動部の大型化、重量増を回避し、可動部の重量は軽いものとなり可動部の移動、位置の制御が正確にかつ容易となり、小型電子機器などの組立作業に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態の概要図である。
【図２】同第１の実施形態において、ベースを取り除いて、図１の上方から見た図である。
【図３】同第１の実施形態における位置制御用アクチュエータに結合された平行リンク機構の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の作業装置の概要図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  パラレルリンク型機構部
２  ２軸傾斜テーブル部
３  基台
４  支柱
５  ベース
６  位置制御用アクチュエータ
７  回転型アクチュエータ
８  アクチュエータ固定部材
９  出力シャフト
１０  可動部
１１  平行リンク機構
１２  リンク
１３  ジョイント
１４  ロッド
１５  回転機構
１６  回転軸
１７  伝達シャフト
１８  ジョイント
１９  エンドエフェクタ
【図１】
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【図２】
2008264881.tif 000004
【図３】
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【図４】
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