(57)【要約】第１ロボットアーム（２２ａ）と第２ロボットアーム（２２ｂ）と第３ロボットアーム（２２ｃ）と駆動系（２４）とを有する連続動作ロボット装置である。ロボットアームは、同軸上に配置され、各々が物体に対して有用な作業を行うエンドエフェクタ（３２）を有し、完全３６０度連続回転することができる。駆動系は、３つのロボットアームを共通に制御し、装置が回転する際の中心となる中心軸（３６）を画定する。ロボットアームが、中心軸を中心に回転することにより種々の作業環境ステーションに逐次提示されるという点で、本装置は高速動作が可能である。１つの好ましい実施形態では、ロボットアームの各々は３自由度を提供する。別の好ましい実施形態では、各ロボットアームは、少なくとも第１一次関節（３６）と第２一次関節（３８）とを有し、第１一次関節は結合され第２一次関節は結合される。代替的に、一次関節は分離される。
2004534665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を処理する連続動作ロボット装置であって、
第１ロボットアームと、
第２ロボットアームと、
第３ロボットアームと、
複数の前記ロボットアームを共通に制御し、該複数のロボットアームが回転する際に中心となる中心軸を画定する駆動系と、
を備え、
前記複数のロボットアームが、各々全３６０度連続して回転するように構成され、各々物体に対する作業を行うエンドエフェクタを有し、さらに互いに対して同軸上に配置される、
装置。
【請求項２】
前記複数のロボットアームが同一である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のロボットアームの各々が、第１、第２および第３一次リンクを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記駆動系が、前記第１一次リンクの各々を駆動する第１入力と、前記第２一次リンクの各々を共通に駆動する第２入力と、前記第３一次リンクの各々を共通に駆動する第３入力と、を備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１、第２および第３入力のうちの少なくとも１つが、サーボモータを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１、第２および第３入力のうちの少なくとも１つが、カムを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記カムが、バレルカムである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のロボットアームの各々が、第１一次リンクと、第２一次リンクと、前記第１一次リンクを前記駆動系に連結する第１一次関節と、前記第１および第２一次リンクを連結する第２一次関節と、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第２一次関節が、回転関節である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２一次関節が、摺動関節である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記駆動系により、前記第１一次関節が互いに結合され、前記第２一次関節が互いに結合され、それにより、前記駆動系の起動時に、前記複数のロボットアームが実質的に同一経路を通るように向けられ、前記エンドエフェクタがいずれの時点でも前記中心点に対して実質的に同一半径距離に配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のロボットアームが、各々、第３一次関節により前記第２一次リンクに連結された第３一次リンクをさらに備え、前記第３一次関節の各々が前記駆動系により互いに結合される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記駆動系が、
第１中心シャフトと第１ハブとを備える第１入力であって、前記第１一次リンクが、前記第１ハブが前記第１一次関節を画定し前記第１ハブの回転により前記第１一次リンクが共通して回転するように、前記第１ハブに固定取付けされる第１入力と、
第２中心シャフトと第２ハブとを備える第２入力であって、前記第２一次関節が、前記第２ハブの回転により前記第２一次リンクが夫々前記第２一次関節を中心に共通して回転するように、前記第２ハブによって共通に結合される第２入力と、
第３中心シャフトと第３ハブとを備える第３入力であって、前記第３一次関節が、前記第３ハブの回転により前記第３一次リンクが夫々前記第３一次関節を中心に共通して回転するように、前記第３ハブによって共通に結合される第３入力と、
を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第３入力が、複数の二次コネクタをさらに備え、該二次コネクタの夫々が、前記第３一次関節の夫々と前記第３ハブとを結合し、前記複数の二次コネクタが前記第３ハブによって共通に駆動される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記二次コネクタのうちの少なくとも１つが、プーリベルトである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２ハブを前記第２一次リンクに連結する二次リンクをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記第３ハブを前記第３一次リンクに連結する二次リンクをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１一次関節と前記第２一次関節とが、互いに独立して移動することにより、前記駆動系の起動時に、前記複数のロボットアームが実質的に同一経路を通るように向けられ、前記エンドエフェクタが、少なくとも一時点では前記中心点に対して異なる半径距離で配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１９】
前記駆動系が、
前記中心点を画定するいずれの時点でも瞬間中心を有する閉ループ軌道と、
前記軌道に別々にかつ移動可能に結合され、夫々が前記第１一次リンクの夫々を画定し、前記軌道の前記瞬間中心点が前記第１一次関節を画定する複数の第１カートと、
を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ロボットアームの各々が、第３一次関節により前記第２一次リンクに連結された第３一次リンクをさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記駆動系は、複数の第２関節サーボモータをさらに備え、それらの夫々が前記第２一次関節の夫々に連結され夫々を駆動する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記ロボットアームの各々が、第３一次関節により前記第２一次リンクに連結された第３一次リンクをさらに備え、さらに、前記駆動系が、複数の第３関節サーボモータをさらに備え、それらの夫々が前記第３一次関節の夫々に連結され夫々を駆動する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記駆動系が、
前記軌道に別々にかつ移動可能に取付けられ、夫々が前記第２一次関節の夫々に連結される複数の第２カートをさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記駆動系が、
前記複数の第２カートの夫々を前記第２一次関節の夫々に連結する複数のカプラリンクをさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ロボットアームの各々が、各々、第３一次関節により前記第２一次リンクに連結された第３一次リンクを備え、
前記駆動系が、
前記軌道に別々にかつ移動可能に結合され、夫々が前記第３一次関節の夫々に連結される複数の第３カートをさらに備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記駆動系は、前記複数の第３カートの夫々を前記第３一次関節の夫々に連結する複数のカプラリンクをさらに備える、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記軌道が、内側ガイド部材と外側ガイド部材とを備え、前記カートの各々が、前記ガイド部材の間に移動可能に取付けられる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２８】
前記駆動系は、
前記軌道の下に同軸上に配置され、前記内側ガイド部材に隣接して延在する歯付き面を有する固定歯車と、
夫々が前記複数のカートの夫々に固定され、最終組立時に前記固定歯車と接合するように構成された複数の駆動歯車と、
をさらに備え、
前記駆動歯車の回転により、前記夫々のカートが前記固定歯車を介して前記軌道上で連接する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記駆動系が、
前記軌道の下に配置された磁石システムと、
夫々が前記カートの夫々に固定され、最終組立時に前記磁石システムによって生成される磁界と相互作用するように構成された、複数のリニアモータと、
をさらに備え、
前記リニアモータの励磁により、前記夫々のカートが前記軌道上で連接する、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記駆動系が、
前記軌道の下に配置され、各々が少なくとも１つのカム軌道を形成する、４つのバレルカムと、
夫々が前記カートの夫々から延在し、前記カム軌道内で摺動可能に係合されるようにサイズが決められた複数の従動車と、
をさらに備え、
複数の前記バレルカムの回転により、前記カートが前記夫々の従動車と前記カム軌道との間の相互作用を介して前記軌道上で連接する、請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記駆動系が、
夫々が前記第１一次関節の夫々を画定する複数の第１回転可能シリンダと、
夫々が前記第２一次関節の夫々に連結された複数の第２回転可能シリンダと、
を備え、
複数の前記シリンダが同軸上に積重ねられ別々に回転可能である、請求項１８に記載の装置。
【請求項３２】
前記ロボットアームの各々が、第３一次関節により前記第２一次リンクに連結された第３一次リンクをさらに備え、前記駆動系が、
夫々が前記第３一次関節の夫々に連結される複数の第３回転可能シリンダをさらに備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記第１および第２シリンダの各々が、カム経路を形成する内面を有するリングである、請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記３つのロボットアームの各々が、同一平面である、請求項１に記載の装置。
【請求項３５】
前記複数のロボットアームの各々が、異なる平面で前記駆動系のハブから延在する、請求項１に記載の装置。
【請求項３６】
物体を処理する連続動作ロボット装置であって、
複数のロボットアームおよび駆動系を有し、該複数のロボットアームの各々は、
第１一次リンクと、
前記第１一次リンクが回転する際に中心となる第１一次関節と、
第２一次リンクと、
前記第２一次リンクを前記第１一次リンクに連結する第２一次関節と、
物体に対する作業を行い、空間位置が前記夫々の第１および第２一次リンクによって規定される、エンドエフェクタと、を備え、
前記第１一次リンクの各々が共通軸を中心に連続的に回転可能であり、
前記第１一次関節が互いに結合され前記第２一次関節が互いに結合され、
前記駆動系は、前記ロボットアームを制御し、前記第１一次関節を共通に駆動する第１入力と前記第２一次関節を共通に駆動する第２入力とを備える、
連続動作ロボット装置。
【請求項３７】
前記第２一次関節が、回転関節である、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第２一次関節が、摺動関節である、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１入力が、前記第１一次リンクを画定する回転可能ハブと前記第１一次関節を画定する前記ハブの中心点とを備える、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
作業空間内で物体を処理する方法であって、
各々がエンドエフェクタを備える同軸上に配置された３つのロボットアームを備える連続動作ロボットシステムであって、前記複数のロボットアームが駆動系によって画定されるハブから放射状に延在し、前記駆動系が前記３つのロボットアームを共通に駆動する、ロボットシステムを提供するステップと、
第１の作業空間のパラメータに基づいて前記エンドエフェクタに対する第１所望経路を画定するステップと、
前記第１所望経路を通して前記エンドエフェクタを連接するように前記駆動系を構成するステップと、
前記ロボットシステムを前記第１作業空間内に配置するステップと、
前記エンドエフェクタが前記第１所望経路を通過して前記第１作業空間内で物体を処理するように、前記駆動系を操作するステップと、
を含む方法。
【請求項４１】
前記第１所望経路が、いずれの時点でも前記ハブの中心に対して実質的に同一半径距離に配置される前記エンドエフェクタの各々を備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１所望経路が、少なくとも一時点の間に前記ハブの中心に対して異なる半径距離に配置される前記エンドエフェクタのうちの少なくとも２つを備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
各ロボットアームが３つの一次リンクを有し、前記駆動系が、前記３つの一次リンクの各々の移動を夫々制御する３つの入力を備え、さらに、前記駆動系を構成するステップが、前記第１所望経路を形成するように前記入力の各々を構成するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
第２作業空間のパラメータに基づいて前記エンドエフェクタに対する第２所望経路を画定するステップと、
前記第２所望経路を通して前記エンドエフェクタを連接するように前記駆動系を再構成するステップと、
前記ロボットシステムを前記第２作業空間内に配置するステップと、
前記エンドエフェクタが前記第２所望空間を通過して前記第２作業空間内で物体を処理するように、前記駆動系を操作するステップと、
をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記ロボットアームの各々が３つの一次リンクを備え、前記駆動系が、前記３つの一次リンクの各々を夫々制御する３つの入力を備え、さらに、前記駆動系を再構成するステップが、前記３つの入力を再構成するステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記３つの入力の各々がカムを備え、さらに、前記３つの入力を再構成するステップが、前記カムのうちの少なくとも１つを変更するステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記３つの入力の各々がサーボモータを備え、さらに、前記３つの入力を再構成するステップが、前記サーボモータのうちの少なくとも１つの出力を変更するステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１作業空間の訂正されたパラメータに基づいて、前記エンドエフェクタに対する第２所望経路を画定するステップと、
前記第２所望経路を通して前記エンドエフェクタを連接するように前記駆動系を再構成するステップと、
前記エンドエフェクタが前記第２所望経路を通過して前記第１作業空間内で物体を処理するように、前記駆動系を操作するステップと、
をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
前記訂正されたパラメータが、フィードバックセンサによって提供される情報に基づく、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
作業空間内で物体を処理する方法であって、
各々が第１一次リンクと、前記第１一次リンクが回転する際に中心となる第１一次関節と、第２一次リンクと、前記第１および第２一次リンクを連結する第２一次関節と、前記第１および第２一次リンクによって位置決めされるエンドエフェクタと、駆動系と、を備える複数のロボットアームを有する連続動作ロボットシステムであって、前記第１一次リンクが互いに結合され前記第２一次リンクが互いに結合される、ロボットシステムを提供するステップと、
第１作業空間のパラメータに基づいて前記エンドエフェクタに対する第１所望経路を画定するステップと、
前記第１所望経路を通して前記エンドエフェクタを連接するように前記駆動系を構成するステップと、
前記ロボットシステムを前記第１作業空間内に配置するステップと、
前記エンドエフェクタが前記第１所望経路を通過して前記第１作業空間内で物体を処理するように、前記駆動系を操作するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットベースの自動物体操作装置に関する。より詳細には、同軸上に配置された複数のロボットアームを組込んだ連続動作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無数の産業上の利用において、自動物体ハンドリング装置が利用されている。たとえば、自動処理装置は、製品またはコンポーネントの作製、組立、包装、検査等のために有用である。これに関して、自動処理装置は、多種多様の形態をとることができるが、概して２つの別個の部類のうちの１つに類別される。自動処理装置の第１部類は、高速の専用機械であり、その機械が高速で円滑に動作するのを可能にする、回転ターンテーブル等の連続動作機構という特徴を有する。第２部類は、概してロボットと呼ばれ、往復運動をするコンピュータ制御ロボットアームを利用していくつかの動作を実行する。どちらの部類の自動機械も、いくつかの利点と欠点とを有する。たとえば、専用機械は、典型的には、連続動作設計のために、ロボット機械と比較して複雑ではなく、あらゆるステーションを通してずっと多量のコンポーネントを処理することができる。逆に、ロボット機械は、典型的には、より複雑な動作を行うことができ、異なる作業環境／操作要件に対してより容易に再構成するかまたはプログラムすることができる。
【０００３】
ロボット機械の有効な速度を改良する努力がなされてきた。たとえば、米国特許第５，０４２，７７４号は、２つのロボットアームを同軸上に取付けることを記載している。動作能力は向上するが、アームは、３６０度回転することはできず、したがってより好ましい連続動作を提供することができない。逆に、米国特許第５，６７８，９８０号、同第５，７８９，８７８号および同第６，１０２，１６４号等の他の参照文献は、共通に連結されたロボットアームが中心ハブに固定されている半導体ウェハ移送装置について記載している。そのように記載されたロボットアームは、連続動作機能を実現するが、２自由度に制限され、異なる平面で動作する。結果として、記載されているロボットアセンブリは、半導体ウェハ処理に関連する特定の制約を満足するが、他の製造シナリオには最小限の有用性しかない。さらに、常に２つの物品しか操作することができない。他の連続動作ロボットアーム設計も同様に制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多数の設計上の障害が、連続動作の複数ロボットアームシステムを完全なものにすることができない要因となってきた。第１に、２つ以上のロボットアームを互いの上に単純に積重ねることは十分ではない。かかるシステムを駆動することに関連する明らかな複雑性に加えて、それらアームは、互いに関して面外に操作されるため、潜在的な製造の用途を限定する。第２に、全体の効率を最適化するために、単一装置に３つ以上のロボットアームを設けることが非常に好ましい。ここでもまた、この制約は今まで、適当な、かつ費用効率のよい駆動系を考案する際の越えられない障害を提示してきた。第３に、アームの操作を向上させるためには、各ロボットアームに３自由度を提供することが好ましい。単一アームの３自由度ロボットは周知であるが、これらのロボット装置に対する既存の駆動系は、連続動作のマルチアーム装置に従うことができない。第４に、あらゆるアーム長を連結するかまたは分離することによる所望のアーム経路の有用性は探求されてこなかった。第５に、システムは、非常に順応性があることが好ましい。すなわち、最適な連続動作ロボットシステムは、ユーザに対し、システムの一部を迅速かつ容易に変更する能力を提供することにより、結果としてのアーム経路が異なる操作用途の要件を満足させる。これらの制約は、専用機械およびロボット装置に関連する欠点を受入れようという業界の意思と組合されて、連続動作ロボット操作装置に対する設計努力を妨げる可能性が高かった。
【０００５】
マテリアルハンドリングシステムまたは機械は、開発され続けている。しかしながら、残念なことに、高速の専用機械と順応性があるロボット機械との特性を最適に結合するシステムは、目下入手可能ではない。したがって、多種多様の異なる処理用途に対して有用な複数のロボットアームを提供する連続動作ロボット装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、物体を処理する連続動作ロボット装置に関する。本システムは、第１ロボットアームと、第２ロボットアームと、第３ロボットアームと、駆動系と、を有する。ロボットアームの各々は、物体に対して有用な作業を行うエンドエフェクタを有する。さらに、ロボットアームは、互いに対して同軸上に配置される。最後に、駆動系は、３つのロボットアームを共通に制御し、装置が回転する際に中心となる中心軸を画定する。この構成により、本システムは、ロボットアームが中心軸を中心とする回転によりあらゆる作業環境ステーションに対し逐次提示されるため、高速動作が可能である。さらに、駆動系により３つのロボットアームを共通に制御することによって、エンドエフェクタの各々に対して一貫し制御された経路を提供しながら、ロボットアームのサイズが最適に決められる。１つの好ましい実施形態では、ロボットアームの各々は、３つの一次リンクと３つの一次関節とから構成され、それによって３自由度を提供する。別の好ましい実施形態では、各ロボットアームは、少なくとも第１一次関節と第２一次関節とを有し、第１一次関節は互いに連結され第２一次関節は互いに連結される。代替的に、別の好ましい実施形態では、一次関節は分離されている。
【０００７】
本発明の別の態様は、物体を処理する連続動作ロボット装置に関する。本装置は、複数のロボットアームと駆動系とを有する。複数のロボットアームの各々は、第１一次リンクと、第１一次関節と、第２一次リンクと、第２一次関節と、エンドエフェクタと、を有する。第１一次リンクは、夫々の第１一次関節を中心に回転可能である。第２一次関節は、第２一次リンクを第１一次リンクに連結する。最後に、エンドエフェクタは、物体に対して作業を行うために設けられる。この構成を念頭に置くと、第１一次リンクの各々は、ベースを介して共通軸を中心に連続的に回転可能である。さらに、第１一次関節の各々は互いに連結され、第２一次関節の各々は互いに連結される。最後に、駆動系は、ロボットアームを制御する。特に、駆動系は、第１入力と第２入力とを有する。第１入力は、第１一次関節を共通に駆動し、第２入力は第２一次関節を共通に駆動する。そして、この構成により、ロボットアームの各々が少なくとも２自由度を有する、連続動作ロボットシステムが提供される。さらに、第１および第２一次リンクを連結することにより、エンドエフェクタは、同時に同じ経路を辿るように駆動される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様は、作業空間内で物体を処理する方法に関する。本方法は、３つの同軸上に配置されたロボットアームを備える連続動作ロボット装置を提供することを含む。アームの各々は、エンドエフェクタを有し、駆動系によって画定されるハブから放射状に延在する。さらに、駆動系は、３つのロボットアームを共通に駆動する。第１作業空間のパラメータに基づいて、エンドエフェクタに対する第１所望経路を確定する。そして、駆動系を、第１所望経路を通してエンドエフェクタを連接するように構成する。ロボット装置を、第１作業空間内に配置する。最後に、駆動系を、エンドエフェクタが第１所望経路を通過して第１作業空間内で物体を処理するように操作する。１つの好ましい実施形態では、本方法はさらに、第２作業空間のパラメータに基づいてエンドエフェクタに対する第２所望経路を確定することを含む。駆動系を、第２所望経路を通してエンドエフェクタを連接するように再構成する。ロボット装置を、第２作業空間内に配置する。最後に、駆動系を、エンドエフェクタが第２所望経路を通過することにより第２作業空間内で物体を処理するように操作する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、複数の同軸上に配置されたロボットアームが駆動系によって全３６０度の動作を通して共通に駆動される、連続動作ロボット装置に関する。これに関して、および後述するあらゆる好ましい実施形態に関連して、ロボットアームを互いに関して結合または分離することができる。これを念頭に置くと、図１Ａは結合配置を示し、図１Ｂは分離構成に関する。特に、図１Ａは、非常に簡略化した形態で、連続動作ロボット装置２０の１つの好ましい実施形態を示す。装置２０は、複数のロボットアーム２２ａ〜２２ｄと駆動系２４（ブロック形態で示す）とを有する。図１Ａの実施形態では、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄの各々に、３自由度を提供し、それらは第１一次リンク２６と、第２一次リンク２８と、第３一次リンク３０と、を有する。第３一次リンク３０を、エンドエフェクタ３２（概して図１Ａに示す）で終端させるかまたはそれに連結する。エンドエフェクタ３２を、物体（図示せず）に対する作業を行うように構成する。いずれの場合も、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄを、好ましくは同一に構成し、第１一次関節３６によってベース３４に回転連結する。さらに、個々のアーム２２ａ〜２２ｄの各々に対し、第２一次リンク２８を、第２一次関節３８によって第１一次リンク２６に枢支連結する。同様に、第３一次リンク３０を、第３一次関節４０により第２一次リンク２８に枢支連結する。一次関節３６〜４０を回転関節であるように示すが、他の構成も等しく可能である。たとえば、後により詳細に説明するように、一次関節３６〜４０のうちの１つ以上は摺動（ｓｌｉｄｉｎｇ）関節であってもよい。
【００１０】
ロボットアーム２２ａ〜２２ｄの各々を、３つの一次リンク２６〜３０、したがって３自由度を有するように示したが、代替実施形態では、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄが２自由度を有するように２つの一次リンクのみを含める。逆に、アーム２２ａ〜２２ｄの各々に対して一次リンクを４つ以上設けてもよい。さらに、追加のリンクと関連する関節とを、ｚ方向（すなわち、図１Ａのページに入るおよび／またはページから出る方向）の移動を提供するように形成してもよい。
【００１１】
第１一次リンク２６と特に第１一次関節３６とを、駆動系２４により回転駆動されるハブ４２により互いに固定結合する。後により詳細に説明するように、駆動系２４は、ハブ４２を回転駆動するか、または第１一次リンク２６を、第１一次関節３６においてハブ４２を中心に回転させる。いずれの構成によっても、第１一次リンク２６は、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄが同軸上に位置合せされるように第１一次関節３６を介してハブ４２の中心点を中心に回転する。さらに、図１Ａには特に示さないが、第２一次関節３８の各々、したがって第２一次リンク２８の各々を、駆動系２４を介して互いに連結または結合する。また、第３一次関節４０、したがって第３一次リンク３０を、駆動系２４により互いに連結または結合する。その結果、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄおよび特に夫々の一次関節３６〜４０は、互いに「結合」されているという特徴を有し、それにより、「結合した関節」は、関連する一次リンクに関して同じ期間中に同じ角度で掃引する。
【００１２】
特定の一次関節結合技術を下に説明する。大まかに言えば、夫々の一次関節３６〜４０を結合装置に直接連結するか、または関連する一次リンク２６〜３０を結合装置に直接連結することにより、対応する一次関節３６〜４０を「結合する」。しかしながら、厳密な形態に係らず、固定連結された第１一次関節３６を、駆動系２４によって画定される単一入力（図示せず）によって共通に駆動する。同様に、第２一次関節３８および第３一次関節４０もまた、駆動系２４によって夫々画定される第２および第３入力（図示せず）によって共通に駆動する。そして、この構成により、エンドエフェクタ３２を、同時に実質的に同じ経路（図１Ａにおいて「Ｐ」と示す）を移動させ、すなわちそれらは実質的に同じ経路を辿る。結果として、エンドエフェクタ３２は、ハブ４６の中心点に対して実質的に同一の半径距離に配置される。好ましくは、エンドエフェクタ３２の経路と半径位置とは同一である。しかしながら、予期された機械加工公差、関節隙間および制御系誤差／偏差が、経路および位置をわずかに変化させる可能性がある。したがって、経路および半径位置の幾分かわずかな変動（同一の経路および位置に関して）は予測される。いずれの場合も、エンドエフェクタ３２の速度を、好ましくは経路に沿って指示し、したがって短期間上昇、低下または停止（休止）さえさせることができる。
【００１３】
特に、図１Ａにおいて装置２０を４つのロボットアーム２２ａ〜２２ｄを有するように説明したが、他のいかなる数も同様に可能である。ロボットアーム２２ａ〜２２ｄの数に係らず、各々が３自由度を有するロボットアーム２２ａ〜２２ｄを駆動するためは、駆動系２４には３つの入力があればよい。
【００１４】
装置２０を、結合されたロボットアーム２２ａ〜２２ｄに関して説明した。代替的に、ロボットアーム２２ａ〜２２ｄを、上述したように結合する必要はなく、代りに本質的に「分離」してもよい。より詳細に、図１Ｂは、簡略化した形態で、代替実施形態の連続動作ロボット装置５０を示す。装置５０は、同一に構成されたロボットアーム５２ａ〜５２ｄと駆動系５４（ブロック形態で示す）とを有する。ロボットアーム５２ａ〜５２ｄの各々には、３自由度を提供し、そのためそれらは、第１一次リンク５６と、第２一次リンク５８と、第３一次リンク６０と、を有する。第３一次リンク６０を、物体（図示せず）に対する作業を行うように構成されたエンドエフェクタ６２で終端させるかまたはそれに連結する。第１一次リンク５６の各々を、第１一次関節６６においてベース６４に連結する。さらに、アーム５２ａ〜５２ｄの各々に対し、第２一次リンク５８を、第２一次関節６８によって第１一次リンク５６に連結、好ましくは回転連結し、第３一次関節７０は、第３一次リンク６０を第２一次リンク５８に連結、好ましくは回転連結する。ここでもまた、４つより多いかまたは少ないロボットアーム５２ａ〜５２ｄを設けてもよく、各アーム５２ａ〜５２ｄは、３より多いかまたは少ない自由度を有してもよい。
【００１５】
下の特定の実施形態において説明するように、駆動系５４は、一次リンク５６〜６０の各々を夫々共通に駆動する３つの入力を有する。これに関し、駆動系５４は、アーム５２ａ〜５２ｄが同軸上に位置合せされるように、共通の中心点を中心に（第１一次関節６６を介して）第１一次リンク５６を回転させる。しかしながら、装置２０（図１Ａ）とは対照的に、アーム５２ａ〜５２ｄの各々に対する夫々の一次リンク５６〜６０および一次関節６６〜７０を、互いから本質的に分離する。この構成により、エンドエフェクタ６２の各々は、実質的に同じ経路（図１Ｂにおいて「Ｐ’」として示す）を辿るが、アーム５２ａ〜５２ｄは同時に同じことは行わない。言換えれば、ロボットアーム５２ａ〜５２ｄの各々は、経路Ｐ’の実質的に同じ点において実質的に同じ動作を生成する。言換えれば、ロボットアーム５２ａ〜５２ｄを、実質的に同一経路（固有の機械加工公差、関節隙間および制御系誤差要因に関して）を通るようにし、夫々のエンドエフェクタ６２を、少なくとも一時期の間中心点に対して異なる半径距離に配置する。このため、ロボットアーム５２ａ〜５２ｄは、時間的には均一に配置されるが空間的には均一に配置されない。その結果、ロボットアーム５２ａ〜５２ｄは、特定の経路Ｐ’によってはその回転中互いに近くなるかまたは互いから遠くなる場合がある。特に、全３６０度回転に亙って変化するように分離した経路Ｐ’を選択することができる。対照的に、結合した経路Ｐ（図１Ａ）は、３６０／ｎ（ｎはロボットアームの数に等しい）に対してしか選択することができない。さらに、結合した経路Ｐと比較して、分離した経路Ｐ’を、冗長な動作が無いように選択することができ、それは概して結合した経路Ｐよりずっと円滑で高速となる。最後に、結合した経路Ｐと同様に、分離した経路Ｐ’は、エンドエフェクタ６２がいかなる空間点においても、ある期間より高速に移動し、低速に移動し、または停止（中止）さえもすることができるように、指示することができる。
【００１６】
装置２０、５０に関連するあらゆる一次関節を、回転関節であるように説明した。代替的に、図１Ｃは、簡略化した形態で、各々が摺動関節を組込んだ複数のロボットアーム７３を有する連続動作ロボット装置７２を示す。より詳細には、アーム７３の各々は、第１一次リンク７４（概略的に示すが、ハブの一部として一体的に形成される）と、第２一次リンク７５と、第３一次リンク７６と、を有する。第一一次リンク７４は、第１一次関節７７を中心に回転する。第２一次関節７８は摺動関節である。最後に、第３一次リンク７６を、第３一次関節７９により第２一次リンク７５の夫々に回転連結する。代替的にまたはさらに、第３一次関節７９は摺動関節であってもよい。さらに、関節７７、７８、７９のうちの１つ以上は、直動（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ）関節であってもよい。
【００１７】
後述するように、本発明の連続動作ロボット装置２０、５０を、種々の異なる駆動系構成によって実現してもよい。これに関し、駆動系２４、５４には２つの基本的な構成が可能である。１つの好ましい実施形態では、駆動系２４、５４は、サーボモータベースである。サーボモータは、当該技術分野において周知であり、説明したように実現することができる。代替的に、駆動系２４、５４は、本質的に機械式であってもよい。より詳細には、駆動系２４、５４は、１つ以上の特別に設計されたカム機構を含んでもよい。これを念頭に置いて、以下の代替実施形態の各々を、まず特定の駆動系技術に関連しないで説明するが、何らかのタイプの駆動系を含めなければならず、それはサーボモータベースかまたは機械ベースである、ということが理解される。また、以下の実施形態の各々において、ロボットアームの数と各アームに対して提供される自由度とは、単に例示的なものである、ということに留意しなければならない。最後に、あらゆる実施形態の各々において、図１Ａおよび図１Ｂの説明と同様に、「エンドエフェクタ」は、一般的な用語として参照する。当業者には明らかとなるように、「エンドエフェクタ」は、物体に対し何らかのタイプの作業を行うことができる多種多様な形態をとることができる。たとえば、エンドエフェクタは、真空吸引カップ、機械式グリッパ、スプレーヘッド等であってもよい。いかなるタイプのエンドエフェクタの場合も、追加のコンポーネント、機構等が必要な場合があるが図示しない、ということが理解されよう。
【００１８】
図２に、結合された連続動作ロボット装置８０の第１の好ましい実施形態を示す。装置８０は、複数のロボットアーム８２と駆動系８３とを有し、駆動系８３の一部を、第１入力８４と、第２入力８６と、第３入力８８と、を有するように示す。あらゆるコンポーネントをよりよく説明するために、ロボットアーム８２ａおよび８２ｂの一部を、図２の図から除去した。これを念頭に置いて、ロボットアーム８２の各々は、第２一次リンク９０（第１入力８４の一部として概略的に示す）と、第２一次リンク９２と、第３一次リンク９４と、を有する。第３一次リンク９４の各々は、エンドエフェクタ（図２では概略的に示す）としての役割を果たす。この構成により、ロボットアーム８２の各々に、３自由度を提供する。
【００１９】
第１一次リンク９０の各々を、効率的に、第１入力８４によって画定されるハブ９６によって形成する。後述するように、ハブ９６は、第１一次リンク９０の各々に対して共通の結合された第１関節１００が画定されるように、中心軸Ａを中心に回転可能である。第１一次リンク９０をよりよく説明するために、図２は、ハブ９６に沿って形成された個々の想像リンクを示す二点鎖線を含み、ハブ９６が、現実には、第１一次リンク９０を固定形成する連続構造である、ということが理解される。第２一次リンク９２の各々を、第２一次関節１０２により第１一次リンク９０の夫々に回転連結する。同様に、第３一次リンク９４の各々を、第３一次関節１０４により第２一次リンク９２の夫々に回転連結する。
【００２０】
上述したように、第１入力８４は、第１一次リンク９０が固定形成されるかまたは他の方法で連結されるハブ９６を形成する。同様に、第２入力８６は、第２一次関節１０２の各々、したがって第２一次リンク９２の各々を結合し、したがってそれらの動作を共通して駆動する、親歯車１１２を形成する。これに関し、親歯車１１２と第２一次関節１０２との間の相互作用は、摩擦的であってもよく、あるいは、夫々のコンポーネント９２、１１２を、夫々の第２一次リンク９２に固定取付けされる複数の小歯車１１０等により、連動する歯を含むように形成してもよい。最後に、１つの好ましい実施形態では、複数のプーリベルト１１４を設け、それらの夫々を、第２一次リンク９２のうちの１つの中心部分を通って延在させ、夫々第３一次関節１０４のうちの１つに連結する。さらに、第３入力８８は、夫々のプーリベルト１１４に固定取付けされる複数の小歯車１１８等により、プーリベルト１１４の各々を共通して係合するハブまたは歯車１１６を形成する。このように、第３入力８８は、歯車１１６を介して、第３一次関節１０４を結合し、したがって、第３一次リンク９４を共通に駆動する。
【００２１】
ロボットアーム８２の各々と特に第１一次関節１００とを、中心軸Ａを中心に同軸上に配置する。さらに、入力８４〜８８の各々は、中心軸Ａを中心に回転する。このために、入力８４〜８８は、夫々同軸上に配置されたシャフト１２０〜１２４を有する。この構成により、第１一次関節１００の各々を、第１入力８４と特にハブ１１６とにより、互いに結合する。同様に、第２一次関節１０２の各々を、第２入力８６と特に親歯車１１２とを介して互いに結合する。最後に、第３一次関節１０４の各々を、第３入力８８と特に歯車１１６とにより互いに結合する。このように、第１入力８４の回転により、第１一次リンク９０が、第１一次関節１００を介して同じように回転する。同様に、第２入力８６の回転により、第２一次リンク９２の各々が、第２一次関節１０２を介して同じ動作を行うように駆動される。最後に、第３入力８８の回転により、第３一次リンク９４の各々が、第３一次関節１０４を介して、プーリベルト１１４を介して同じ動作を行うように駆動される。
【００２２】
駆動系８３では、ロボットアーム８２のすべて（各々が３自由度を有する）を駆動するために３つの入力８４〜８８のみあればよい。１つの好ましい実施形態では、駆動系８３を、シャフト１２０〜１２４の夫々を駆動する３つのサーボモータから構成する。代替的に、駆動系は、カムベース構成を組込んでもよく、その一実施例を図３に示す。特に、図３は、第２入力８６とバレルカム１３０とを示す。第２入力８６は、平板１３１と、複数の円周方向に間隔が空けられた従動車１３２と、を有する。参照点として、平板１３１を、シャフト１２２に、親歯車１１２（図２）に対向して固定する。従動車１３２を、バレルカム１３０の外側に形成されたカム経路または溝穴１３４内に適合しそれによって駆動されるようにサイズを決める。このため、モータ（図示せず）等によるバレルカム１３０の回転により、カム経路１３４内の従動車１３２の相互作用を介して平板１３１が中心軸Ａを中心に回転する。この回転を、シャフト１１２を介して親歯車１２２に移し、歯車１１０（図２）を介して第２一次関節１０２（図２）に与える。特に、第１入力８４と第３入力８８との各々に対し、夫々追加のバレルカムと平板とを設ける。３つのバレルカム１３０によって形成されるあらゆるカム経路１３４は同一であっても異なってもよく、多種多様の構成（または軸間隔）をとってもよい。さらに、カム経路１３４のうちの１つ以上は、夫々の入力８４〜８８のためのドエル（ｄｗｅｌｌ）に近似可能である。
【００２３】
図４Ａおよび図４Ｂに、代替実施形態の結合された連続動作ロボット装置１５０を示す。概略的に、装置１５０は、複数のロボットアーム１５２と駆動系１５３とを有し、駆動系１５３の一部を、第１入力１５４と、第２入力１５６と、第３入力１５８と、を有するように示す。ロボットアーム１５２の各々には、好ましくは３自由度を提供し、それらは第１一次リンク１６０と、第２一次リンク１６２と、第３一次リンク１６４と、を有し、第３一次リンク１６４はエンドエフェクタ１６６で終端するかまたはそれを形成する。上述した装置８０（図２）と同様に、第１一次リンク１６０の各々を、第１入力１５４の一部として一体的に形成し、したがって、それらは、視覚的に認識可能な部分として存在しない（好ましい実施形態）。しかしながら、第１一次リンク１６０をよりよく説明するために、第１入力１５４の関連部分に二点鎖線を引くことにより、コンポーネント１６０の視覚的表現を提供する。これを念頭に置いて、第１一次リンク１６０の各々を、第１一次関節１６８において第１入力１５４に結合する。後述するように、第１入力１５４は回転可能であり、それにより、第１一次関節１６８が回転関節であり互いに固定結合される。第１一次リンク１６０の各々を、第２一次関節１７０により夫々第２一次リンク１６２の夫々に連結する。最後に、各ロボットアーム１５２に対し、第２一次リンク１６２を第３一次関節１７２により夫々第３一次リンクに回転連結する。このため、１つの好ましい実施形態では、ロボットアーム１５２の各々は３自由度を有する。
【００２４】
ロボットアーム１５２の各々と特に第１一次関節１６８とは、互いに対して同軸上に配置され、第１入力１５４を介して共通軸Ｂを中心に回転可能である。これに関して、図４Ｂにもっともよく示すように、第１入力１５４は、駆動ハブ１８０と中心シャフト１８２とを有する。第１入力１５４の駆動ハブ１８０は、第１一次リンク１６０の各々を一体的に形成するかまたは画定し、第１一次関節１６８の各々を固定結合する。同様に、第２入力１５６は、駆動ハブ１８４と中心シャフト１８６とを有する。第２入力１５６の駆動ハブ１８４は、第２一次関節１７０の各々に連結され、それらを回転可能に駆動する。１つの好ましい実施形態では、ロボットアーム１５２の各々に対して第１延長アーム１８８と第１二次リンク１９０とを設け、夫々駆動ハブ１８４を第２一次関節１７０に連結する。第１延長アーム１８８を駆動ハブ１８４の固定延長として形成し、第１二次リンク１９０は第１延長アーム１８８と第２一次リンク１６２とを連結する。最後に、第３入力１５８は、駆動ハブ１９２と中心シャフト１９４とを有する。駆動ハブ１９２は、第３一次関節１７２の各々に連結され、それらを回転可能に駆動する。これに関して、１つの好ましい実施形態では、ロボットアーム１５２の各々に対して第２延長アーム１９６と第２二次リンク１９８とを設け、夫々駆動ハブ１９２を第３一次関節１７２に連結する。第２延長アーム１９６を駆動ハブ１９２の固定延長として形成し、第２二次リンク１９８を第２延長アーム１９６と第３一次リンク１６４とに連結する。これにより、駆動ハブ１９２は、第２延長アーム１９６と、第２二次リンク１９８と、第３一次リンク１６４と、を介して、第３一次関節１７２を駆動する。最後に、図４Ｂに示すように、中心シャフト１８２、１８６および１９４を同軸上に配置する（図２の装置８０と同様に）。この構成により、ロボットアーム１５２の厳密な数に関らず、３つの入力１５４〜１５８のみがあればよく、アーム１５２の各々に３自由度が提供される。
【００２５】
ここでもまた、第１入力１５４と特に駆動ハブ１８０とは、第１一次関節１６８に固定結合する。このため、第１入力１５４は、第１一次関節１６８と第１一次リンク１６０との各々の移動を共通に駆動する。第２入力１５６と特に駆動ハブ１８４とは、第２一次関節１７０の各々を夫々の第１および第２二次リンク１８８、１９０を介して連結する。特に、第２一次関節１７０を駆動ハブ１８４に連結するために他の連結設計を使用してもよい。いずれの場合も、第２入力１５６は、第２一次関節１７０と第２一次リンク１６２との各々の移動を共通に駆動する。最後に、第３入力１５８と特に駆動ハブ１９２とは、第３一次関節１７２の各々を夫々第３および第４二次リンク１９６、１９８を介して連結する。特に、第３一次関節１７２を駆動ハブ１９２に連結する他の連結技術も等しく可能である。いずれの場合も、第３入力１５８は、第３一次関節１７２と第３一次リンク１６４との各々の移動を共通に駆動する。
【００２６】
装置１５０に関連する駆動系１５３は、入力１５４〜１５８に加えて、種々の形態をとることができる。１つの好ましい実施形態では、駆動系１５３はさらに、当該技術分野において周知であるように夫々中心シャフト１８２、１８６、１９４を回転駆動する３つのサーボモータを有する。代替的に、駆動系はカムベースであってもよく、入力１５４〜１５８の各々に対して夫々１つ、３つのバレルカムを利用してもよい。これに関し、カムベースの構成は、図３に示すものと同様であってもよい。
【００２７】
上述した連続動作ロボット装置８０および１５０は、あらゆるロボットアームの夫々のリンクまたは関節を本質的に結合する。代替的に、ロボットアームを分離してもよい。かかる装置の例を、図５Ａにおいて概して２００で示す。装置２００は、複数のロボットアーム２０２と閉ループ軌道２０４とを有する。下により詳細に説明するように、軌道２０４は、ロボットアーム２０２を駆動するための駆動系（図５Ａでは概略的に示す）の１つ以上の入力としての役割を果たす。いずれの場合も、ロボットアームの各々は、第１一次リンク２０６と、第２一次リンク２０８と、エンドエフェクタ２１１を形成するかまたは維持する第３一次リンク２１０と、を有する。図５Ａの実施形態では、第１一次リンク２０６は、軌道２０４に固定されそれに沿って移動可能なカートである。このため、第１一次リンク２０６の各々は、軌道２０４によって画定される中心点を中心に回転可能である。そして、実際には、第１一次リンク２０６の各々を、軌道２０４の瞬間中心において画定される第１一次関節２１２により駆動系２０５に連結する。第１一次リンク２０６と夫々の第１一次関節２１２との間の関係をよりよく説明するために、図５Ａにおいて、２つの第１一次リンク２０６の延長を二点鎖線で示す。ここでもまた、例示的な第１一次リンク２０６と第１一次関節２１２とに関連する二点鎖線は物理的には存在せず、代りに図５では、第１一次リンク２０６の各々の回転点をよりよく示すように表す。第２一次リンク２０８を、夫々第２一次関節２１４により第１一次リンク２０６に回転連結する。最後に、第３一次リンク２１０を、夫々第３一次関節２１６により第２一次リンク２０８に回転連結する。
【００２８】
軌道２０４は、好ましくは円形であり、単一中心点を画定する。しかしながら、代替的に、軌道２０４は多種多様の他の形状を有してもよい。軌道２０４は、円形以外のものである場合、複数の瞬間中心（特定の時刻における特定のカートの位置に対して）を有効に画定する。このため、非円形軌道の場合、複数の異なる中心点（または第１一次リンク２０６の回転の点）が存在する。特定の中心点は、カートと、したがってもたらされている特定の瞬間中心と、の位置によって決まる。
【００２９】
軌道２０４は、内側ガイド２２０と外側ガイド２２２と（図５Ａに概略的に示す）を有する。内側ガイド２２０と外側ガイド２２２との間では、少なくとも第１一次リンクまたはカート２０６を移動可能に入れ子状に配置する。第１一次リンクまたはカート２０６を駆動するあらゆる技術と、他のコンポーネントおよび代替実施形態と、については後述する。しかしながら、概して、第１一次リンクまたはカート２０６の各々は、軌道２０４によって画定される経路を移動可能である。この構成により、軌道２０４は、第１一次リンクまたはカート２０６に対する第１入力としての役割を果たす。駆動系２０５はさらに、第２一次関節２１４の各々に対する第２入力２２４を提供する。第２入力２２４を、第２一次関節２１４の各々、したがって第２一次リンク２０８の各々の移動を同じように駆動するように構成することができるが、第２一次関節２１４を第２入力２２４によって互いに結合しない。すなわち、第２入力２２４は、第２一次関節２１４としたがって第２一次リンク２０８の各々とが同時に異なる角度で使用されるように、独立して駆動可能である。同様に、駆動系２０５は、第３一次関節２１６の各々に対して第３入力２２６を提供する。第２入力２２４と同様に、第３入力２２６は互いに独立しており、そのため第３一次関節２１６、したがって第３一次リンク２１０は、互いに結合されない。
【００３０】
図５Ａの一実施形態では、第２および第３入力２２４、２２６の各々は、夫々の第２および第３一次関節２１４、２１６を駆動するサーボモータである。この構成は、動作の最適な順応性を提供し、運動学的に単純であり、そのため駆動系２０５はプログラムし制御することが容易である。代替的に図５Ｂに示すように、ロボットアーム２０２の各々に、第２一次リンク２０８内の第３一次関節２６０から延在するプーリベルト２３０を設けてもよい。この実施形態により、第３入力２２６としての役割を果たすサーボモータを、第３一次関節２１６から内側に移動させるが、それらは夫々のプーリベルト２３０を介してその動作を制御する。このため、第３一次リンク２１０上のサーボモータの配置によって提示される潜在的な片持ち問題が緩和される。実際に、サーボモータを第２一次関節２１４の反対側に移動させることにより、夫々のエンドエフェクタ２１１の量と平衡させるのを助けることができる。
【００３１】
代替的に、第２および第３入力２２４、２２６はサーボモータでなくてもよく、代りに、軌道２０４によって提供される駆動系の一部として形成されてもよい。これに関し、図５Ｃは、代替的な連続動作分離ロボット装置２４０を示す。参照点として、図５Ｃは、ロボットアーム２０２のうちの１つのみと軌道２０４の概略図とを示す。ここでもまた、ロボットアーム２０２は、第１一次リンクまたはカート２０６と、第２一次リンク２０８と、第３一次リンク２１０と、第１一次関節２１２と、第２一次関節２１４と、第３一次関節２１６と、を有する。第１一次リンク２０６は、軌道２０４を介して第１一次関節２１２に対する第１入力としての役割を果たす。さらに、装置２４０は、第２入力２４２と第３入力２４４とを有する。第２入力２４２は駆動カート２４６とカプラリンク２４８とを有する。駆動カート２４６は、後により詳細に説明するように軌道２０４に移動可能に連結されそれを中心に駆動可能である。カプラリンク２４８を、第１二次関節２５０によって駆動カート２４６に回転連結し、第２二次関節２５２により第２一次リンク２０８に回転連結する。このように、駆動カート２４６は、カプラリンク２４８と第２一次リンク２０８とを介して第２一次関節２１４を駆動する。
【００３２】
第３入力２４４は、駆動カート２５８と、駆動リンク２６０と、カプラリンク２６２と、を有する。駆動カート２５８を、後述するように円形軌道２０４に移動可能に取付ける。駆動リンク２６０は、駆動カート２５８に固定取付けされそこから延在する。カプラリンク２６２を、第１二次関節２６４によって駆動リンク２６０に、および第２二次関節２６６により第３一次リンク２１０に、回転連結する。この構成により、駆動カート２５８の移動を、駆動リンク２６０、カプラリンク２６２および第３一次リンク２１０を介して第３一次関節２１６に移す。
【００３３】
図示しないが、追加の同様に構成されたアーム２０２と入力とを軌道２０４に連結する。使用中、各アーム２０２に関連するカート２０６、２４６、２５８を、所望の方法で円形軌道２０４上で連接する。カート２０６、２４６、２５８を、カート２０６、２４６、２５８の各々の間の弧長間隔が夫々のロボットアーム２０２の全３６０度回転中に変化することができるように、同一にまたは異なって移動させてもよい。この構成により、駆動系２０５は、エンドエフェクタ２１３の所望の空間位置と向きとを指示する。特に、図５Ａ〜図５Ｃの実施形態では、ロボットアーム２０２の各々と特にエンドエフェクタ２１３とは同一平面上にある。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｃに示す実施形態は、軌道２０４に対してロボットアーム２０２の許容可能な構成の単なる３つの実施例である。すなわち、他の二次的な連結手法も同様に使用可能である。しかしながら、厳密な設計に係らず、少なくとも１つのカート（第１一次リンク２０６等）は、軌道２０４に移動可能に取付けられ、軌道２０４を中心に駆動可能である。図６Ａおよび図６Ｂに、１つの好ましい取付および駆動技術を概略的に示す。参照点として、図６Ａは、円形軌道２０４の一部とロボットアーム２０２のうちの１つの一部とを示す。図６Ｂは、軌道２０４と１つのアーム２０２のカートとの拡大部分を示す。ここでもまた、軌道２０４は、内側ガイド２２０と外側ガイド２２２とを有する。内側ガイド２２０と外側ガイド２２２との間で、第１一次リンクまたはカート２０６を入れ子状に配置する。さらに、固定歯車２７０（図６Ａおよび図６Ｂでは概略的に示す）が、内側ガイド２２０に対して外側に放射状に延在する。さらに、第１一次リンクまたはカート２０６に、駆動歯車２７２とサーボモータ２７４（概略的に示す）とを設ける。歯車２７０、２７２を、相互に噛合う歯（図示せず）を有するように形成し、サーボモータ２７４が駆動歯車２７２の回転を指示する。外側ガイド２２２は、第１一次リンクまたはカート２０６を、固定歯車２７２が固定歯車２７０を離脱させないように抑制する。この構成により、サーボモータ２７４の起動によって駆動歯車２７２が固定歯車２７０に対して回転する。この動作が、外側ガイド２２２によって提供される抑制力と結合して、第１一次リンクまたはカート２０６を軌道２０４上で移動させる。特に、この構成を、第１一次リンクまたはカート２０６に対してのみ提供してもよく（図５Ａおよび図５Ｂ等）、あるいは各ロボットアーム毎に３つの異なるカートに対して提供してもよい（図５Ｃの構成等）。
【００３５】
図７Ａ〜図７Ｃに、１つ以上のカートを軌道２０４上に取付け駆動する代替手法を示す。概して、図７Ａ〜図７Ｃの実施形態では、曲線軌道２０４上で夫々の部品（第１一次リンクまたはカート２０６）を駆動するリニアモータを使用する必要がある。これを念頭に置いて、図７Ａは、軌道２０４の一部と、ツーリングカート２８０と、磁石システム２９２と、を示す。軌道２０４は、内側ガイド２２０と外側ガイド２２２とを有する。内側ガイド２２０と外側ガイド２２２との間に、ツーリングカート２８０（図５Ａの第１一次リンクまたはカート２０６と類似）を入れ子状に配置し、それはそれらガイド上で駆動可能である。最後に、磁石システム２９２を、ツーリングカート２８０の下に配置する。
【００３６】
さらに図７Ｂを参照すると、カート２８０は、リニアモータ２８２に連結され、さらに対向する内側ホイール２８４と、対向する外側ホイール２８６と、１つの好ましい実施形態では、エンコーダセンサ２８７と、を有する。内側ガイド２２０は、対向する内側ホイール２８４を受入れるように構成されたガイド面２８８を形成する。同様に、外側ガイド２２２は、対向する外側ホイール２８６を受入れるように構成された面２９０を形成する。さらに、磁石システム２９２は、内側ガイド２２０と外側ガイド２２２との間に延在し、後により詳細に説明するように、リニアモータ２８２を駆動するように構成される。最後に、エンコーダスケール２９４は、内側ガイド２２０に隣接して円形状に延在し、カート２８０に関連するエンコーダセンサ２８７と相互作用するように構成される。夫々の図面には示さないが、リニアモータ２８２、エンコーダセンサ２８７、磁石システム２９２およびエンコーダスケール２９４の各々に対し、適当な電気接続およびコントローラを設ける、ということが理解されよう。この構成により、リニアモータ２８２を、夫々の面２８８、２９０に沿って乗っている内側および外側ホイール２８４、２８６により、円形軌道２０４上で磁石システム２９２を介して駆動する。
【００３７】
図７Ｃは、磁石システム２９２の一部の拡大平面図を提供する。概して、磁石システム２９２を、弧状に配置された複数の磁石３００から構成する。図７Ｃはさらに、図７Ａおよび図７Ｂのリニアモータ２８２に関連するコイル３０２ａ、３０２ｂを示す。コイル３０２ａ、３０２ｂの各々の内の電流方向を矢印で示す。磁束方向は、交互の磁石３００で上方から下方に交互になる（図７Ｃに示すように）。好ましい実施形態では、磁石３００の各々は、楔形状であり、外側ガイド２２２に隣接してわずかに大きい幅（内側ガイド２２０に隣接する幅に比較して）を有する。この１つの好ましい構成により、隣接する磁石３００間に一様の間隙３０４が画定される。コイル３０２ａ、３０２ｂを流れる電流は、磁石３００によって生成される磁界を横断し、励磁されたコイル３０２ａ、３０２ｂに力を与える。コイル３０２ａ、３０２ｂ内の電流の方向および強度を制御することにより、磁界を介するコイル３０２ａ、３０２ｂに対する力を制御することができ、それによってカート２８０の移動が制御される。エンコーダセンサ２８７は、エンコーダスケール２９４との相互作用を介して円形軌道２０４に対するカート２８０の位置に関するフィードバック情報を提供する。このフィードバックにより、電流の正確な転流すなわち反転と、制御システムに対する位置、速度および加速度フィードバックが可能になる。
【００３８】
別の代替実施形態では、図５Ａ〜図５Ｃの装置２００に関連する駆動系２０５が、機械ベースである。たとえば、図８Ａおよび図８Ｂは、図５Ｃの装置２４０で有用な駆動系３２０を示す。参照点として、図８Ａは、軌道２０４と、ロボットアーム２０２（図５Ｃ）のうちの１つを駆動するカート２０６、２４６、２５８と、を示す。説明を容易にするために、あらゆる他のリンクリンク２０８、２１０、２４８、２６０、２６２（図５Ｃ）を、図８Ａの図から省略した。各追加のロボットアーム２０２が、図５Ｃの実施形態にしたがう３つのカート２０６、２４６、２５８の同一セットを有する、ということが理解されよう。代替的に、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態に関し、図８Ａに示すカート２０６、２４６、２５８の各々は、夫々の１つのロボットアーム２０２に対する第１一次リンクであってもよい。言換えれば、それが図５Ａおよび図５Ｂの実施形態に関する場合、図８Ａの構成は３つのロボットアーム２０２を提供する。いずれの場合も、駆動系３２０は、連続した円を画定するように図８Ａに示すような中心点３２４を中心に配置された４バレルカム３２２を有する。
【００３９】
内側および外側ガイド２２０、２２２（図８Ａでは概略的に示す）を含む軌道２０４を、バレルカム３２２を中心に同軸上に配置する。カート２０６、２４６、２５８の各々を、軌道２０４がカート２０６、２４６、２５８を曲線経路を通して案内するように、上述したようにガイド２２０とガイド２２２との間に移動可能に取付ける。さらに、図８Ｂにおいてもっともよく示すように、カート２０６、２４６、２５８の各々は、カム３２２によって形成されるかまたはカム３２２が部分を構成する軌道または経路内に乗るようにサイズが決められた従動車３２６を有する。特に、カム３２２の各々は、カート２０６、２４６、２５８の夫々１つを関連する従動車３２６を介して受入れ駆動するために別個の軌道を形成することができる。すなわち、カート２０６、２４６、２５８の各々を、（夫々の従動車３２６を介して）カム３２２の各々に形成された単一軌道に連結しまたそれによって駆動することができる。代替的に、カム３２２に形成された別個の軌道により、カート２０６、２４６、２５８のうちの２つまたはすべてを駆動してもよい。
【００４０】
使用中、４バレルカム３２２を合せて駆動し、回転するトロイドに類似する連続内側カム面を生成する。カム３２２によって従動車３２６を駆動し、それによって従動車３２６はカート２０６、２４６、２５８を軌道２０４上で駆動する。そのように、カート２０６、２４６、２５８の各々としたがってカート２０６、２４６、２５８に関連するロボットアーム２０２との位置、速度および加速度を、駆動系３２０によって共通に指示する。好ましくは３つの軌道（夫々カート２０６、２４６、２５８と相関する）を有する４バレルカム３２２の各々を形成することにより、ロボットアーム２０２（図５Ｃ）の各々に、３つの入力のみによって駆動される３自由度を提供する。この１つの特定の実施形態では、軌道２０４は円形である。
【００４１】
図９Ａ〜図９Ｃに、さらに別の代替実施形態の分離した連続動作ロボット装置３５０を示す。図９Ａの平面図を特に参照すると、装置３５０は、駆動系３５６（図９Ａ〜図９Ｃではその一部のみを示す）によって形成される中心ハブ３５４を中心に回転可能な、複数のロボットアーム３５２を有する。特に、ロボットアーム３５２を、中心ハブ３５４の中心線（図９Ａにおいて「Ｄ」として参照する）に対して同軸上に位置合せする。
【００４２】
図９Ｂは、ロボット装置３５０の構成をより詳細に示す。説明を容易にするために、図９Ｂにはロボットアーム３５２ａのうちの１つのみを提供するが、ロボットアーム３５２の各々が好ましくは構成が同一であり、後により詳細に説明するように互いに対して積重なる、ということが理解される。さらに図９Ａを参照すると、ロボットアーム３５２は、第１入力３５８と、第２入力３６０と、第３入力３６２と、エンドエフェクタ３６４と、を有する。第１入力３５８は、第１ハブ３６６と、固定された延長アーム３６８と、第１カプラ３７０と、を有する。第１カプラ３７０を、関節３７２によって第１延長アーム３６８に回転連結し、関節３７４によりエンドエフェクタ３６４に回転連結する。同様に、第２入力３６０は、第２ハブ３７６と、固定された第２延長アーム３７８と、第２カプラ３８０と、を有する。第２カプラ３８０を、関節３８２により第２延長アーム３７８に回転連結し、関節３８４によりエンドエフェクタ３６４に回転連結する。最後に、第３入力３６２は、第３ハブ３８６と、固定された第３延長アーム３８８と、第３カプラ３９０と、を有する。第３カプラ３９０を、関節３９２によって第３延長アーム３８８に回転連結し、関節３９４によりエンドエフェクタ３６４に回転連結する。
【００４３】
ハブ３６６、３７６、３８６の各々とそれらの夫々の延長アーム３６８、３７８、３８８とは、ロボットアーム３５２ａに対する一次入力または一次リンクとしての役割を果たし、ハブ３６６、３７６、３８６は中心点Ｄ（図９Ａ）を中心に回転可能である。さらに、入力３５８〜３６２の各々に夫々のカプラ３７０、３８０、３９０を提供することにより、入力３５８〜３６２は運動学的な二者関係としての役割を果たす。入力３５８〜３６２を積重ねて配置することにより、エンドエフェクタ３６４に、３つのハブ３６６、３７６、３８６と特に夫々の延長アーム３６８、３７８、３８８との相対位置によって制御される３自由度が提供される。そして、実際には、３つのハブ３６６、３７６、３８６のいずれも、各々がエンドエフェクタ３６４の位置を独立して指示するため、「第１一次リンク」「第２一次リンク」または「第３一次リンク」として示すことができる。これらの同じラインに沿って、軸Ｄに沿った関節３９２のいずれも、「第１一次関節」、「第２一次関節」または「第３一次関節」として指示することができる。
【００４４】
他の同一に構成されたロボットアーム３５２（図９Ａ）の各々を、同様に、入力３５８〜３６２の上または下に積重ねられた入力に連結する。図９Ｃをさらに参照すると、たとえば、３つのロボットアーム３５２ａ〜３５２ｃを示す。各ロボットアーム３５２ａ〜３５２ｃを、概して、夫々のエンドエフェクタ３６４とともに入力３５８〜３６２を有するように示す。入力３５８〜３６２を、夫々のエンドエフェクタ３６４のその動作範囲内のいずれの位置も可能であるように個々に回転させることができる。たとえば、エンドエフェクタ３６４は、完全に直線的で平坦な動作を行うことによりたとえば移動ベルトから物体を選び取り、その後下方に揺動して逆弧に一致することにより物体をダイヤルテーブル上に配置することができる。片持ち問題を相殺するために、夫々のエンドエフェクタ３６４を補強するようにロボットアーム３５２ａ〜３５２ｃに対し二重の入力３５８ａ’、３５８ｂ’、３５８ｃ’を設ける。
【００４５】
１つの好ましい実施形態では、ハブ３６６、３７６、３８６の各々は、駆動系３５６に関連する個々の中空シャフトサーボモータである。このため、サーボモータは、入力３５８〜３６２の各々に対して所望の回転速度／順序を指示することができる。
【００４６】
代替的に、装置３５０に関連する駆動系３５６をカムベースとしてもよい。より詳細には、図１０Ａは、内側カム経路４００を形成するシリンダとして構成された、第１入力３５８に関連する、第１ハブ３６６の斜視図を提供する。特に、第２および第３ハブ３７６、３８６を基本的に同様に構成するが、それらは、夫々の入力３５８〜３６２の異なる回転を実現するために異なるカム経路を形成してもよい。
【００４７】
さらに図１０Ｂを参照すると、装置３５０の１つの好ましいカムベース構成は、各々が従動車４０６を維持する複数のリンク４０４を有する駆動チェーン４０２を有する。従動車４０６を、ハブ３６６、３７６、３８６によって形成されたカム経路４００内に収納されるようにサイズを決める。このため、駆動チェーン４０２がベースタワー３９６を通して線形移動することにより、従動車４０６が夫々のカム経路４００と係合し、それによって夫々の入力３５８〜３６２が回転する。この構成により、エンドエフェクタ３６４（図９Ｂ）の空間動作を、ハブ３６６、３７６、３８６によって形成されたカム経路４００に「プログラムする」ことができる。参照点として、図１０Ｂは、ロボットアーム３５２のうちの１つのみを示すが、追加のロボットアーム３５２を同様に構成して駆動し、本質的にベースタワー３９６が延長される、ということが理解される。
【００４８】
厳密な形態に係らず、連続動作ロボット装置２０、５０、８０、１５０、２００、２４０または３５０は、多種多様の異なる経路を通して物体の処理を容易にするだけでなく、好ましくは非常に順応性があり、ピック・アンド・プレイス動作、コーティングの塗布、物体の組み立て、他のあらゆる物体操作等の多種多様の物体処理を実行して、異なる作業環境の必要を満たすように迅速に変更することができる。たとえば、図１１Ａは、本発明による連続動作ロボット装置４４２（概して３つの分離したロボットアーム４５４を有するように示す）が維持される第１作業環境４４０を示す。装置４４２を、上述した「分離した」ロボットアーム構成にしたがうように示すが、「結合した」構成もまた適用可能である。いずれの場合も、作業環境４４０を、第１ステーション４４４、第２ステーション４４６および第３ステーション４４８を画定するように示す。図１１Ａに示す作業環境４４０は、ロボット装置４４２のあり得る応用の単なる一実施例である、ということが理解されよう。これを念頭に置いて、第１ステーション４４４は、物体４５０の供給を維持する。物体４５０をブロック形態で示すが、それは実質的にいかなる形態をとってもよい。第２ステーション４４６は、概して、物体４５０のうちの１つにコーティングが塗布される塗布器ステーションを表す。最後に、第３ステーション４４８は、一連の他の物体４５２が搬送されるコンベヤ４５１を有する。動作シーケンスには、個々の物体４５０を第１ステーション４４４からコーティングが塗布される第２ステーション４４６に移動させることが含まれる。そして、コーティングされた物体４５０を、第３ステーション４４８に移動させ、第２物体４５２のうちの１つの上に配置する。これらのパラメータを念頭に置いて、作業環境４４０内に適用される際にロボットアーム４５４に対して好ましい回転経路（図１１Ａにおいて「Ｐ１」として示す）を確定する。そして、ロボット装置４４２に関連する駆動系（図示せず）を、経路Ｐ１を通してロボットアーム４５４を駆動するように構成するかまたはプログラムする。たとえば、駆動系に関連するサーボモータまたはカムを、相応じてプログラムするかまたは選択する。適当に構成すると、ロボット装置４４２を作業環境４４０内に設置して起動する。ロボット装置４４２は、３つのロボットアーム４５４の各々が同時にかつ連続して３つのステーション４４４〜４４８の各々を通して物体４５０を処理するように動作する。
【００４９】
時に、物体４５０のわずかな変化等の環境が、作業環境４４０内の経路Ｐ１のわずかな変化を必要とする場合がある。たとえば、物体４５０は、バッチ毎にサイズが異なる場合がある。このサイズの変化により、図１１Ａに示す経路Ｐ２が必要となる場合がある。ロボット装置４４２を、駆動系に関連するサーボモータを再プログラムすることによりおよび／または１つ以上のカムを変化させることにより、この経路を提供するように迅速に変更することができる。代替的に、１つ以上のフィードバックシステム（たとえば、位置センサ、視角システム等）が、作業環境４４０内の何かが変化した（たとえば、第１セクション４４４における物体４５０の位置が予期された位置からずれる）ことを示してもよい。ロボット装置４４２は、動作パラメータの変化または訂正を示すこのフィードバック情報を利用して、経路を迅速に訂正または修正することができる。
【００５０】
同様に、図１１Ｂに示すような第２作業環境４６０において適用するように、同じロボット装置４４２を容易に再構成することができる。これに関し、第２作業環境４６０を、概して第１、第２、第３および第４ステーション４６２〜４６８を有するように示す。ここでもまた、物体４７０を、ステーション４６２〜４６８を通して処理しなければならない。ステーション４６２〜４６８のパラメータ／要件に基づいて、アーム４５４の回転経路Ｐ３を確定することができる。第２作業環境４６０に関連する経路Ｐ３は第２作業環境（図１１ＡにおけるＰ１）のものとは非常に異なるが、ロボット装置４４２を、最小の変更で第２作業環境４６０内で使用することができる。特に、駆動系（図示せず）のみを変更する。たとえば、ロボット装置４４２がサーボモータベースの駆動系を利用する場合、サーボモータのうちの１つ以上を、単に、第２作業環境３６０のアーム経路要件を達成するように再プログラムする。代替的に、ロボット装置３４２に関連する駆動系がカムを利用する場合、カムのうちの１つ以上を、第２作業環境４６０の経路要件を満足するように特にフォーマットされた異なるカムに置換えることができる。
【００５１】
本発明の連続動作ロボット装置は、先の設計に比較して著しい改良を提供する。複数のロボットアームを同軸上に配置することにより、共通の中心点を中心に連続して回転させる。１つの好ましい実施形態では、アームの各々に３自由度を提供する。自由度の数に係りなく、各アームに関連する各リンクを、単一入力によって共通に駆動し、それによって結果としての装置は、異なる作業環境要件に対して非常に順応性が高くなる。特に、非常に順応性が高く高速で動作することができることにより、本発明の連続動作ロボット装置は、従来の専用機械とロボット機械との利点を一意に結合する。
【００５２】
本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更を行うことができる、ということを容易に認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】結合されたロボットアームを組込んだ本発明による連続動作ロボット装置の簡易平面図である。
【図１Ｂ】分離されたロボットアームを組込んだ本発明による代替実施形態の連続動作ロボット装置の簡易平面図である。
【図１Ｃ】摺動関節を有するロボットアームを組込んだ本発明による連続動作ロボット装置の簡易平面図である。
【図２】結合されたロボットアームを組込んだ本発明による第１実施形態の連続動作ロボット装置の斜視図である。
【図３】図２の装置のための機械ベースの駆動機構の斜視図である。
【図４Ａ】結合されたロボットアームを有する本発明による第２実施形態の連続動作ロボット装置の平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの装置の簡易側断面図である。
【図５Ａ】分離したロボットアームを有する本発明による第３実施形態の連続動作ロボット装置の平面図である。
【図５Ｂ】第４実施形態の連続動作ロボット装置の平面図である。
【図５Ｃ】第５実施形態の連続動作ロボット装置の平面図である。
【図６Ａ】図５Ａ〜図５Ｃの装置で有用な駆動系の一部の拡大斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの駆動系の一部の拡大底面図である。
【図７Ａ】図５Ａ〜図５Ｃの装置で有用な代替駆動系の一部の拡大斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの一部の断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａの駆動系の一部の拡大略図である。
【図８Ａ】図５Ａ〜図５Ｃの装置で有用な機械ベース駆動系の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの駆動系の一部の底面図である。
【図９Ａ】分離したロボットアームを有する本発明による第６実施形態の連続動作ロボット装置の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの装置の側面斜視図である。
【図９Ｃ】図９Ａの装置の側面略図である。
【図１０Ａ】図１０Ｂの装置のカムべース駆動系の一部の斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの駆動系を組込んだ図９Ａの装置の斜視図である。
【図１１Ａ】本発明による連続動作ロボット装置の使用を例示する簡易ブロック図である。
【図１１Ｂ】本発明による連続動作ロボット装置の使用を例示する簡易ブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004534665.tif 000057
2004534665.tif 000058
【国際調査報告】
2004534665.tif 000059
2004534665.tif 000060
2004534665.tif 000061