(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対してエンドエフェクタで作業を行う作業装置であって、
前記エンドエフェクタを姿勢変更可能に支持するパラレルリンク機構と、このパラレルリンク機構を作動させる姿勢制御用アクチュエータとを備え、
前記パラレルリンク機構は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとの間に設けられ、前記先端側のリンクハブを前記基端側のリンクハブに対して姿勢を変更可能に連結する３組以上のリンク機構とを備え、前記リンク機構は、それぞれが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、
前記姿勢制御用アクチュエータは、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するように、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設けられ、
前記先端側のリンクハブに、前記エンドエフェクタとして、前記ワークに対して主作業を行う１つのメインエンドエフェクタと、前記ワークに対して補助作業を行う１つまたは複数のサブエンドエフェクタとが取り付けられていて、
前記パラレルリンク機構を動作させることにより、前記ワークに対して作業に用いる前記エンドエフェクタを、前記メインエンドエフェクタと前記サブエンドエフェクタとの間で切り替えることが可能であり、
前記メインエンドエフェクタおよび前記サブエンドエフェクタが、それぞれの先端の中心軸が互いに角度をなすように前記先端側のリンクハブに取り付けられ、
前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が基端側の球面リンク中心と称され、この基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が基端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
前記メインエンドエフェクタおよび前記サブエンドエフェクタは、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブが所定の姿勢にある状態において、それぞれの先端の中心軸が前記基端側のリンクハブの中心軸と一致するように前記先端側のリンクハブに取り付けられているパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、
前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が先端側の球面リンク中心と称され、この先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が先端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
前記メインエンドエフェクタの先端の中心軸が前記先端側のリンクハブの中心軸と一致しているパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、
前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が基端側の球面リンク中心と称され、この基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が基端側のリンクハブの中心軸と称され、かつ前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が先端側の球面リンク中心と称され、この先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が先端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
前記サブエンドエフェクタの先端の中心軸と前記基端側のリンクハブの中心軸とが一致する状態における前記基端側の球面リンク中心から前記サブエンドエフェクタの先端までの距離が、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸とが一致する状態における前記基端側の球面リンク中心から前記メインエンドエフェクタの先端までの距離と比べて同じかまたは短いパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、１軸以上の直動アクチュエータを有する直動機構に前記基端側のリンクハブが取り付けられたパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のパラレルリンク機構を用いた作業装置において、前記メインエンドエフェクタが溶接トーチであり、前記サブエンドエフェクタが加熱装置であるパラレルリンク機構を用いた作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接、塗装等の作業を高速、高精度で行うことができ、かつ１台で複数の作業を適宜切り替えながら行うことができるパラレルリンク機構を用いた作業装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な産業分野で、自動で作業を行う作業装置が使用されている。自動で作業を行う作業装置の一例として、特許文献１，２，３に、多関節ロボットを用いた自動溶接機が記載されている。特許文献４，５には、自動で作業を行う作業装置に用いられるパラレルリンク機構およびリンク作動装置が記載されている。また、特許文献６には、特許文献５のパラレルリンク機構と基本的に同じ構成のパラレルリンク機構を用いた自動溶接機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−７９４７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２００９３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５３５３８号公報
【特許文献４】特開２０００−９４２４５号公報
【特許文献５】米国特許第５，８９３，２９６号明細書
【特許文献６】特開２０１５−１００８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１，２，３に示す自動溶接機のような多関節ロボットを用いた作業装置は、作業範囲を広く取れるが、ロボット本体が大型となるため、動作範囲等を考慮すると、設置するのに広い占有スペースが必要となる。また、多関節ロボットは複数の軸で構成されるため、木目細かい動作を高速で行うことができず、精密な作業が難しい。
【０００５】
多関節ロボットの代わりに、特許文献４，５に示すようなパラレルリンク機構を使用すると、占有スペースを比較的狭くすることができ、かつ木目細かい動作を高速で行うことが可能となる。
【０００６】
但し、特許文献４のパラレルリンク機構は、構成が比較的簡単であるが、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定すると、リンク長が長くなることにより、機構全体の寸法が大きくなって装置の大型化を招くという問題がある。また、機構全体の剛性が低く、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートにおける可搬重量が小さいものに制限されるという問題もある。
【０００７】
その点、特許文献５のパラレルリンク機構は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結した構成であるため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。
【０００８】
よって、特許文献５のパラレルリンク機構と基本的に同じ構成のパラレルリンク機構を用いた特許文献６の自動溶接機は、高速、高精度で、広い範囲に溶接を行うことができる。しかし、特許文献６の自動溶接機は、１つのパラレルリンク機構に溶接トーチのみが搭載されている構成であるため、溶接に伴う他の作業、例えば溶接の前後に実施する加熱作業等は別の作業装置で行う必要がある。このため、加熱作業用の作業装置と自動溶接機間でワークを搬送しなければならず、作業能率が悪く、かつ搬送時にワークが温度低下するという問題がある。
自動溶接機以外の他のパラレルリンク機構を用いた作業装置も、１つのパラレルリンク機構に１つのエンドエフェクタだけが搭載されていたため、上記自動溶接機の場合と同様の問題がある。
【０００９】
この発明の目的は、１台で高速、高精度の作業を複数行うことができ、能率の良い作業が可能なパラレルリンク機構を用いた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】
【００１０】
この発明のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、ワークに対してエンドエフェクタで作業を行う作業装置であって、
前記エンドエフェクタを姿勢変更可能に支持するパラレルリンク機構と、このパラレル  リンク機構を作動させる姿勢制御用アクチュエータとを備え、
前記パラレルリンク機構は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、前記基端側のリンクハブと前記先端側のリンクハブとの間に設けられ、前記先端側のリンクハブを前記基端側のリンクハブに対して姿勢を変更可能に連結する３組以上のリンク機構とを備え、前記リンク機構は、それぞれが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、
前記姿勢制御用アクチュエータは、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するように、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設けられ、
前記先端側のリンクハブに、前記エンドエフェクタとして、前記ワークに対して主作業を行う１つのメインエンドエフェクタと、前記ワークに対して補助作業を行う１つまたは複数のサブエンドエフェクタとが取り付けられていて、
前記パラレルリンク機構を動作させることにより、前記ワークに対して作業に用いる前記エンドエフェクタを、前記メインエンドエフェクタと前記サブエンドエフェクタとの間で切り替えることが可能である。
【００１１】
この構成によると、パラレルリンク機構の先端側のリンクハブにメインエンドエフェクタとサブエンドエフェクタとが取り付けられているため、１台でメインエンドエフェクタによる主作業とサブエンドエフェクタによる補助作業とを行うことができる。
【００１２】
パラレルリンク機構は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸周りに回転自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。例えば、基端側のリンクハブの中心軸と先端側のリンクハブの中心軸の折れ角の最大値は約±９０°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。このように可動範囲が広くスムーズな動作が可能なパラレルリンク機構を使用することで、高速で木目細かい作業を行うことができる。
【００１３】
前記メインエンドエフェクタおよび前記サブエンドエフェクタは、それぞれの先端の中心軸が互いに角度をなすように前記先端側のリンクハブに取り付けられている。
この構成であると、パラレルリンク機構の動作のみで、メインエンドエフェクタで作業する状態とサブエンドエフェクタで作業する状態とに切り替えることができる。
【００１４】
前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が基端側の球面リンク中心と称され、この基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が基端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
前記メインエンドエフェクタおよび前記サブエンドエフェクタは、前記基端側のリンクハブに対して前記先端側のリンクハブが所定の姿勢にある状態において、それぞれの先端の中心軸が前記基端側のリンクハブの中心軸と一致するように前記先端側のリンクハブに取り付けられている。
この構成であると、パラレルリンク機構を動作させるだけで、メインエンドエフェクタで行う作業の方向とサブエンドエフェクタで行う作業の方向とを同じにすることができる。これにより、素早い作業の切り替えが可能となり、作業能率が向上する。
【００１５】
この発明において、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が先端側の球面リンク中心と称され、この先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が先端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
前記メインエンドエフェクタの先端の中心軸が前記先端側のリンクハブの中心軸と一致していると良い。
この構成であると、メインエンドエフェクタの可動範囲がパラレルリンク機構の作動範囲と一致し、メインエンドエフェクタの可動範囲が最大となる。この場合、サブエンドエフェクタの可動範囲はある程度制限される。このことから、メインエンドエフェクタはワークに対して傾斜姿勢で作業を行い、かつサブエンドエフェクタはワークに対して垂直に対向する姿勢のままで作業を行う場合に有利である。
【００１６】
この発明において、前記サブエンドエフェクタの先端の中心軸と前記基端側のリンクハブの中心軸とが一致する状態における前記基端側の球面リンク中心から前記サブエンドエフェクタの先端までの距離が、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸とが一致する状態における前記基端側の球面リンク中心から前記メインエンドエフェクタの先端までの距離と比べて同じかまたは短いと良い。
主作業を行うメインエンドエフェクタについては、パラレルリンク機構がどの姿勢にあるときに先端がどの位置にあるかを作業者が十分に把握しているが、補助作業を行うサブエンドエフェクタについては、先端の位置を作業者があまり把握していないことがある。上記構成であると、パラレルリンク機構がどの姿勢にあっても、メインエンドエフェクタの先端よりもサブエンドエフェクタの先端が作業平面の側に突出することがないので、サブエンドエフェクタが作業平面と干渉する危険性を低くすることができる。
【００１７】
この発明において、１軸以上の直動アクチュエータを有する直動機構に前記基端側のリンクハブが取り付けられていると良い。
この構成であると、直動機構でパラレルリンク機構ごとメインエンドエフェクタおよびサブエンドエフェクタを直線移動させることで、メインエンドエフェクタおよびサブエンドエフェクタを同じ角度に保ったまま、メインエンドエフェクタによる作業とサブエンドエフェクタによる作業とを切り替えることが可能となる。
【００１８】
この発明において、前記メインエンドエフェクタが溶接トーチであり、前記サブエンドエフェクタが加熱装置であっても良い。
この構成であると、溶接前後のワークの急激な温度変化を抑えるために、加熱装置で溶接前の加熱を行い、溶接トーチで溶接を行い、加熱装置で溶接後の加熱を行うことができる。その場合、加熱装置と溶接トーチの切り替えをパラレルリンク機構の動作のみで迅速に行えるため、切り替え時の温度低下を防ぐことができ、効率的な加熱を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のパラレルリンク機構を用いた作業装置は、１台で高速、高精度の作業を複数行うことができ、能率の良い作業が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態にかかるパラレルリンク機構を用いた作業装置の一状態の一部を省略して表した正面図である。
【図２】同作業装置の異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図３】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４】同リンク作動装置の一状態の斜視図である。
【図５】同リンク作動装置の異なる状態の斜視図である。
【図６】（Ａ）は図１のVI−VI断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図７】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８】参考提案例にかかるパラレルリンク機構を用いた作業装置の一部を省略して表した正面図である。
【図９】他の参考提案例にかかるパラレルリンク機構を用いた作業装置の一状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１０】同作業装置の異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１１】同作業装置のさらに異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１２】さらに他の参考提案例にかかるパラレルリンク機構を用いた作業装置の一状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１３】同作業装置の異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１４】同作業装置のさらに異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１５】この発明のさらに異なる実施形態にかかるパラレルリンク機構を用いた作業装置の一状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１６】同作業装置の異なる状態の一部を省略して表した正面図である。
【図１７】（Ａ）はウィービング動作を含む溶接軌道の一例を示す図、（Ｂ）はウィービング動作を含む溶接軌道の異なる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の一実施形態に係るパラレルリンク機構を用いた作業装置を図１〜図７と共に説明する。
図１、図２はこの作業装置の互いに異なる状態を示す正面図である。作業装置１は、床面２またはワーク載置台（図示せず）に載置されたワーク３に対して複数のエンドエフェクタ４，５によって複数種の作業を行う装置であって、架台等の支持部材６に設置された直交２軸の直動機構７と、この直動機構７に下向きに設けられたリンク作動装置８とを備える。
【００２２】
直動機構７は、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７ａと、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７ｂとからなる。Ｙ軸直動アクチュエータ７ａの固定部分が支持部材６に固定され、Ｘ軸直動アクチュエータ７ｂの進退部分に取付部材９を介してリンク作動装置８の後記基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。直動機構７は、１軸の直動アクチュエータのみで構成されたものであって良く、また３軸以上の直動アクチュエータで構成されたものであっても良い。
【００２３】
リンク作動装置８は、エンドエフェクタ４，５を姿勢変更可能に支持する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、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を、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、先端側のリンクハブ１３にエンドエフェクタ４，５が取り付けられている。
図１、図２の例では、基端側のリンクハブ１２が上側となる配置であるが、先端側のリンクハブ１３が上側となる配置としてもよい。いずれの場合も、直動機構７に基端側のリンクハブ１２が取り付けられる。
【００２４】
複数のエンドエフェクタは、ワーク３に対して主作業を行う１つのメインエンドエフェクタ４と、ワーク３に対して補助作業を行う残りのサブエンドエフェクタ５とからなる。図の例では、サブエンドエフェクタ５の数が１つであるが、サブエンドエフェクタ５の数が複数であっても良い。なお、以下の説明では、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５を、まとめてエンドエフェクタ４，５と呼ぶ場合がある。
【００２５】
メインエンドエフェクタ４とサブエンドエフェクタ５の組合せの一例を以下に示す。
・メインエンドエフェクタ４がインク塗装機、接着剤塗布機、樹脂材塗布機である場合、サブエンドエフェクタ５として乾燥機、冷却装置のいずれか、または両方が使用される。
・メインエンドエフェクタ４が溶接機である場合、サブエンドエフェクタ５として加熱装置が使用される。
・メインエンドエフェクタ４がグリス塗布機またはボルトランナーである場合、サブエンドエフェクタ５としてカメラ等の外観検査装置が使用される。
【００２６】
リンク作動装置８について詳しく説明する。
図３はリンク作動装置８の正面図、図４、図５はリンク作動装置８の互いに異なる状態を示す斜視図である。リンク作動装置８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。なお、図３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組以上であっても良い。
【００２７】
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。
【００２８】
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３）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３）を持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００２９】
図６（Ａ）は図１のVI−VI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と中心軸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°以外であっても良い。
【００３０】
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７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７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Ｄ上に位置している。
【００３１】
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。
【００３２】
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６）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７）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７）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。
【００３３】
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４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５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３、図７）は変化しない。
【００３４】
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。
【００３５】
図３〜図５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６（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３）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。
【００３６】
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６（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図３〜図５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。
【００４０】
リンク作動装置８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。
【００４１】
図６（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。
【００４２】
リンク作動装置８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に伝達されて、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の角度が変更する。それにより、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の位置および姿勢が決まる。
【００４３】
次に、図１、図２と共に、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５の先端側のリンクハブ１３への取付位置および取付姿勢について説明する。
【００４４】
メインエンドエフェクタ４は、その先端の中心軸４ａが先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致するように取り付けられている。パラレルリンク機構１０が図１のように原点位置にあるとき、メインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡとも一致する。
【００４５】
サブエンドエフェクタ５は、その先端の中心軸５ａがメインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａに対して角度をなすように斜めに取り付けられている。パラレルリンク機構１０が図２のように所定の姿勢にある状態において、サブエンドエフェクタ５の先端の中心軸５ａが、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致する。
【００４６】
また、サブエンドエフェクタ５の先端の中心軸５ａと基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡとが一致する状態（図２）における基端側の球面リンク中心ＰＡからサブエンドエフェクタ５の先端までの距離Ｋ２が、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とが一致する状態（図１）における基端側の球面リンク中心ＰＡからメインエンドエフェクタ４の先端までの距離Ｋ１と比べて同じかまたは短くしてある（Ｋ２≦Ｋ１）。
【００４７】
このパラレルリンク機構を用いた作業装置１の作用・効果を以下に記す。
（１）作業装置１は、直交２軸の直動機構７によりエンドエフェクタ４，５をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させると共に、リンク作動装置８によりエンドエフェクタ４，５の姿勢を変更して作業を行う。先端側のリンクハブ１３にメインエンドエフェクタ４とサブエンドエフェクタ５とが取り付けられているため、１台でメインエンドエフェクタ４による主作業とサブエンドエフェクタ５による補助作業とを行うことができる。
【００４８】
（２）メインエンドエフェクタ４とサブエンドエフェクタ５とが互いに角度をなして取り付けられているため、パラレルリンク機構１０の動作のみで、メインエンドエフェクタ４で作業する状態とサブエンドエフェクタ５で作業する状態とに切り替えることができる。
【００４９】
（３）メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５は、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３が所定の姿勢にある状態において、それぞれの先端の中心軸４ａ，５ａが基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致するため、パラレルリンク機構１０を動作させるだけで、メインエンドエフェクタ４で行う作業の方向とサブエンドエフェクタ５で行う作業の方向とを同じにすることができる。これにより、素早い作業の切り替えが可能となり、作業能率が向上する。
【００５０】
（４）メインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａが先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致しているため、メインエンドエフェクタ４の可動範囲がパラレルリンク機構１０の作動範囲と一致し、メインエンドエフェクタ４の可動範囲が最大となる。この場合、サブエンドエフェクタ５の可動範囲はある程度制限される。このことから、メインエンドエフェクタ４はワーク３に対して傾斜姿勢で作業を行い、かつサブエンドエフェクタ５はワーク３に対して垂直に対向する姿勢のままで作業を行う場合に有利である。
【００５１】
（５）主作業を行うメインエンドエフェクタ４については、パラレルリンク機構１０がどの姿勢にあるときに先端がどの位置にあるかを作業者が十分に把握しているが、補助作業を行うサブエンドエフェクタ５については、先端の位置を作業者があまり把握していないことがある。その場合でも、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５の各先端の位置関係が（Ｋ２≦Ｋ１）であると、パラレルリンク機構１０がどの姿勢にあっても、メインエンドエフェクタ４の先端よりもサブエンドエフェクタ５の先端が作業平面の側に突出することがないので、サブエンドエフェクタ５が作業平面と干渉する危険性を低くすることができる。
【００５２】
（６）リンク作動装置８を直交２軸方向に移動させる直動機構７を有するため、直動機構７でパラレルリンク機構１０ごとメインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５を直線移動させることができる。これにより、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５を同じ角度に保ったまま、メインエンドエフェクタ４による作業とサブエンドエフェクタ５による作業とを切り替えることが可能となる。
【００５３】
以下、参考提案例について説明する。
図８に示す作業装置１は、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５を、それぞれの先端の中心軸４ａ，５ａが互いに平行となるように、先端側のリンクハブ１３に取り付けてある。また、各エンドエフェクタ４，５の先端の中心軸４ａ，５ａは、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致せず、かつパラレルリンク機構１０がどの姿勢にあるときでも基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致しない。他は、図１、図２の実施形態と同じである。
この構成であると、前記（１），（６）の作用・効果は得られるが、他の作用・効果は得られない。
【００５４】
図９、図１０、図１１に示す作業装置１は、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５が、それぞれの先端の中心軸４ａ，５ａが互いに角度をなすように先端側のリンクハブ１３に取り付けられているが、両中心軸４ａ，５ａは共に先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致していない。また、両中心軸４ａ，５ａは、パラレルリンク機構１０がどの姿勢にあるときでも基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致しない。さらに、直動機構が設けられておらず、取付部材９を介して、支持部材６にパラレルリンク機構１０の基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。他は、図１、図２の実施形態と同じである。
【００５５】
図９はパラレルリンク機構１０が原点位置の状態を示し、図１０はメインエンドエフェクタ４で作業を行う状態を示し、図１１はサブエンドエフェクタ５で作業を行う状態を示す。この構成であると、前記（１），（２）の作用・効果が得られる。
【００５６】
図１２、図１３、図１４に示す作業装置１は、図９〜図１１の参考提案例と同様に、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５が、それぞれの先端の中心軸４ａ，５ａが互いに角度をなすように先端側のリンクハブ１３に取り付けられて、かつ両中心軸４ａ，５ａは共に先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致していない。図９〜図１１の実施形態と異なる点は、メインエンドエフェクタ４およびサブエンドエフェクタ５が、パラレルリンク機構１０が所定の姿勢にある状態において、それぞれの先端の中心軸４ａ，５ａが基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致するように取り付けられていることである。他は、図９〜図１１の参考提案例と同じである。
【００５７】
図１２はパラレルリンク機構１０が原点位置の状態を示し、図１３はメインエンドエフェクタ４で作業を行う状態を示し、図１４はサブエンドエフェクタ５で作業を行う状態を示す。図１３の状態において、メインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａが基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致している。また、図１４の状態において、サブエンドエフェクタ５の先端の中心軸５ａが基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致している。この構成であると、前記（１），（２），（３）の作用・効果が得られる。
【００５８】
図１５、図１６は自動溶接機として構成された作業装置を示す。メインエンドエフェクタ４は溶接機の溶接トーチであり、サブエンドエフェクタ５は加熱装置である。この作業装置１は、Ｘ軸直動アクチュエータ７ｂとＹ軸直動アクチュエータ７ａとからなる直交２軸の直動機構７を備え、この直動機構７におけるＹ軸直動アクチュエータ７ａの進退部分にパラレルリンク機構１０の基端側のリンクハブ１２が取り付けられている。パラレルリンク機構１０のリンク機構（図３参照）は図示を省略してある。パラレルリンク機構１０が前記各実施形態のものとは逆に、基端側のリンクハブ１２が下側、先端側のリンクハブ１３が上側となるように配置されている。
【００５９】
パラレルリンク機構１０の配置が図１、図２の実施形態と逆であっても、溶接トーチからなるメインエンドエフェクタ４、および加熱装置からなるサブエンドエフェクタ５は、図１、図２の実施形態と同様に、先端側のリンクハブ１３に取り付けられている。繰り返しになるが、要点を以下に記す。
・メインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａが、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致している。
・サブエンドエフェクタ５の先端の中心軸５ａとメインエンドエフェクタ４の先端の中心軸４ａとが互いに角度をなしている。
・パラレルリンク機構１０が図１６のように所定の姿勢にある状態において、サブエンドエフェクタ５の先端の中心軸５ａが、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと一致する。
・距離Ｋ１（図１５）と距離Ｋ２（図１６）の関係が、Ｋ２≦Ｋ１である。
【００６０】
自動溶接機として構成された図１５、図１６の作業装置１は、先端側のリンクハブ１３に溶接トーチ（メインエンドエフェクタ４）と加熱装置（サブエンドエフェクタ５）とが取り付けられているため、溶接前後のワーク３の急激な温度変化を抑えるために、加熱装置で溶接前の加熱を行い、溶接トーチで溶接を行い、加熱装置で溶接後の加熱を行うことができる。その場合、加熱装置と溶接トーチの切り替えをパラレルリンク機構１０の動作のみで迅速に行えるため、切り替え時の温度低下を防ぐことができ、効率的な加熱を実現することができる。
また、溶接トーチ（メインエンドエフェクタ４）および加熱装置（サブエンドエフェクタ５）は、前記のように先端側のリンクハブ１３に取り付けられているため、前記（１）〜（５）の作用・効果が得られる。
【００６１】
溶接を行う際には、直動機構７でリンク作動装置８をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させると共に、リンク作動装置８を作動させて基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を変更しながら、先端側のリンクハブ１３に取り付けられた溶接トーチ（メインエンドエフェクタ４）によりワーク３Ａ，３Ｂに対して溶接を行う。これにより、例えば図１７（Ａ），（Ｂ）に示すような溶接軌道８０Ａ，８０Ｂで溶接を行うことができる。図１７（Ａ）の溶接軌道８０Ａでの溶接は、所望の溶接位置付近に位置する基準線８１に対して、円を描きながら進行方向に進むウィービング動作を行う。図１７（Ｂ）の溶接軌道８０Ｂでの溶接は、所望の溶接位置付近に位置する基準線８１に対して、波形を描きながら進行方向に進むウィービング動作を行う。
【００６２】
図１７（Ａ）の溶接軌道８０Ａでの溶接の場合、直動機構７により基準線８１に沿う動作を行い、リンク作動装置８により円を描く動作を行う。このように、基準線８１に沿う動作と、円を描く動作をそれぞれ別の機構で行うことで、両動作の同時制御が容易となる。この例では、基準線８１は円であるが、他の基準線でも円を描きながらのウィービング動作を行うことができる。このような円を描くウィービング動作を行うと、軌道の方向が連続的に変化するため、移動速度の急な変化がなく、高速で滑らかなウィービング動作を実現できる。
【００６３】
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】
【００６４】
１…作業装置
３，３Ａ，３Ｂ…ワーク
４…メインエンドエフェクタ
４ａ…メインエンドエフェクタの先端の中心軸
５…サブエンドエフェクタ
５ａ…サブエンドエフェクタの先端の中心軸
７…直動機構
７ａ…Ｙ軸直動アクチュエータ
７ｂ…Ｘ軸直動アクチュエータ
１０…パラレルリンク機構
１１…姿勢制御用アクチュエータ
１２…基端側のリンクハブ
１３…先端側のリンクハブ
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
Ｋ１…基端側の球面リンク中心からメインエンドエフェクタの先端までの距離
Ｋ２…基端側の球面リンク中心からサブエンドエフェクタの先端までの距離
Ｏ１…基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶の中心軸
Ｏ２…基端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶の中心軸
ＰＡ…基端側の球面リンク中心
ＰＢ…先端側の球面リンク中心
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006765221.tif 000004
【図４】
0006765221.tif 000005
【図５】
0006765221.tif 000006
【図６】
0006765221.tif 000007
【図７】
0006765221.tif 000008
【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】
0006765221.tif 000014
【図１４】
0006765221.tif 000015
【図１５】
0006765221.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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