JP2001071285A

JP2001071285A - 作業ロボット

Info

Publication number: JP2001071285A
Application number: JP24745599A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubo; 直樹久保; Jun Koreishi; 純是石
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】作業ロボットにおいてツールの姿勢変化を抑
え、かつ、ワークのほぼ全面に対して適切な作業を行う
こと。【解決手段】作業ロボット１００には、ワーク９のほ
ぼ中心位置で直交する２つの回転軸Ａ１，Ａ２が設定さ
れており、それぞれの回転軸を中心にワーク９を自在に
回動させることで、ツール３に対してワーク表面の任意
の位置を接近させることが可能になっている。つまり、
作業ロボット１００は固定されたツール３にてワーク９
の表面のほぼ全面にわたって所定の作業を行うロボット
である。ワーク９を動作させるために、回転駆動部１
１、回転駆動部２１および摺動駆動部３０が設けられて
おり、これらの駆動部を駆動することで、ツール３の姿
勢変化をなくし、かつ、ワーク９のほぼ全面に対して適
切な作業を行うことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワークに対して
所定の作業を行う作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、３次元モデル等を生成するた
めの立体造形方法として、Ｘ−Ｙ−Ｚステージを設置
し、そのステージに切削工具をツールとして装着し、基
台に固定されたワークに対し、例えばワークの上側から
ツールをアクセスさせてワーク表面の形状を所定の形状
に切削加工を施すような手法が行われる。

【０００３】しかしながら、このような手法では、ワー
クに対してツールが一方向からのアクセスしかできない
ため、ワークの横方向や下方向からの切削加工を行うこ
とができないという問題がある。

【０００４】そこで、上記のような問題を解決するため
に、特開昭６０−７１１７８号公報に記載されているよ
うな、固定されたワークの周囲略全面に亘ってツールを
アクセスさせることができるようにした作業ロボットの
構成が知られている。

【０００５】図１５は、従来の作業ロボット９００の一
例を示す図である。図１５に示すように、従来の作業ロ
ボット９００では、基台９０１上に第１アーム駆動機構
９０３が取り付けられており、この第１アーム駆動機構
９０３に対して第１アーム９０２が取り付けられてい
る。また、基台９０１の中心位置からは、ワーク９１０
を支持するための支持柱９０９が鉛直方向に配置されて
おり、この支持柱９０９の先端部にワーク９１０が配置
される。第１アーム９０２は第１アーム駆動機構９０３
によって支持柱９０９の中心軸９１１を回転中心（回転
軸）として回動自在となっている。そして第１アーム９
０２の先端部には、第２アーム駆動機構９０４が設置さ
れており、この第２アーム駆動機構９０４によって回転
部材９０５を回転軸９１２の周りに回動させることがで
きる。回転部材９０５には第２アーム９０６が連結され
ており、第２アーム９０６の先端部には所定のツール９
０８をワーク９１０に向かって進退させるための駆動機
構９０７が設けられている。

【０００６】このような作業ロボット９００では、第１
アーム駆動機構９０３の回転軸９１１と第２アーム駆動
機構９０４の回転軸９１２とは、ワーク９１０のほぼ中
心位置で互いに直交するように構成されているので、各
駆動機構をそれぞれに駆動することで、ツール９０８の
先端部を固定されたワーク９１０の表面のほぼ全面にア
クセスすることが可能となっている。

【０００７】したがって、従来の作業ロボット９００
は、ワーク９１０に対してツール９０８が任意の方向か
らのアクセスすることが可能となっており、ワーク９１
０の横方向や下方向からの切削加工をも行うことが可能
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な作業ロボット９００では、ワーク９１０のほぼ全面に
対して任意の方向からアクセスすることは可能である
が、そのようなアクセスの際にツール９０８の姿勢が下
向き、横向き、上向きというようにあらゆる方向を向く
ようになる。したがって、この作業ロボット９００で適
切な作業を行うためには、ツール９０８の先端部が下向
きだけでなく、上向きであっても使用することの可能な
ツール９０８であることが必要となる。

【０００９】しかし、ツール９０８がワーク９１０の表
面に対して彩色を行うためのツールであって、例えばイ
ンクジェット方式のヘッドである場合、ヘッド先端部が
上方向を向いてしまうと、適切にインクを吐出すること
ができない場合がある。つまり、インクジェット方式の
ヘッドでは多くの場合、ヘッドの姿勢はその先端部を下
向きないし横向きにした状態で使用することに限定され
ており、ヘッド先端部を上向きにして使用することは困
難である。

【００１０】このため、従来の作業ロボット９００では
使用するツールに制限があり、特にインクジェットヘッ
ドをツールとして使用してワークのほぼ全面に彩色を行
うような作業は行うことができないという問題があっ
た。

【００１１】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、ツールの姿勢変化を抑え、かつ、
ワークのほぼ全面に対して適切な作業を行うことのでき
る作業ロボットを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ワークに対する所定の作
業を行う作業ロボットであって、前記ワークを支持し、
少なくとも互いに直交する第１回転軸および第２回転軸
のそれぞれについて前記ワークを回動させるワーク駆動
手段と、前記ワークに対して前記作業を行う所定のツー
ルを支持するツール支持手段とを備えている。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の作業ロボットにおいて、前記第１回転軸と前記第２回
転軸とが、前記ワークのほぼ中心位置にて互いに直交す
ることを特徴としている。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の作業ロボットにおいて、前記ワーク駆
動手段が、一端側が所定の部材に連結され、他端側に前
記第１回転軸についての回転駆動を行う第１回転駆動手
段が設けられた第１アームと、一端側が前記第１回転駆
動手段に連結されて前記第１回転軸について回動自在と
なるとともに、他端側に前記第２回転軸についての回転
駆動を行う第２回転駆動手段が設けられた第２アーム
と、前記第２回転駆動手段によって回動自在となるとと
もに、前記ワークを保持する保持部材とを備えている。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の作業ロボットにおいて、前記ワーク駆動手段が、基台
に対して垂直な方向に所定の摺動部材を摺動させる摺動
駆動手段をさらに備えており、前記第１アームの前記一
端側が前記摺動部材に連結されることを特徴としてい
る。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の作業ロボットにおいて、前
記ツール支持手段が、前記ツールの姿勢または位置を変
化させるツール駆動手段を備えている。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の作業ロボットにおいて、前記ツール駆動手段による前
記ツールの姿勢変化が所定範囲内に制限されることを特
徴としている。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項５または
請求項６に記載の作業ロボットにおいて、前記ツール駆
動手段が、前記ツールの中心軸を回転軸とする回転駆動
手段を備えている。

【００１９】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載の作業ロボットにおいて、前
記ツールが、前記ワークの表面に対して着色を行うイン
クジェットヘッドであることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】＜１．第１の実施の形態＞まず、
この発明の第１の実施の形態について説明する。図１お
よび図２は、この発明の第１の実施の形態の作業ロボッ
ト１００を示す図である。この作業ロボット１００は、
ワーク９のほぼ中心位置で直交する２つの回転軸Ａ１，
Ａ２が設定されており、それぞれの回転軸を中心にワー
ク９を自在に回動させることで、ツール３に対してワー
ク表面の任意の位置を接近させることが可能になってい
る。つまり、作業ロボット１００は固定されたツール３
にてワーク９の表面のほぼ全面にわたって所定の作業を
行うロボットであり、例えばツールとして切削工具が設
置されると切削作業ロボットとして作用し、また、彩色
用のインクジェットヘッドがツールとして設置されると
彩色作業ロボットとして作用することになる。

【００２１】図１および図２に示すように、作業ロボッ
ト１００は、ワーク駆動手段として、第１回転駆動手段
となる回転駆動部１１、第２回転駆動手段となる回転駆
動部２１および摺動駆動手段となる摺動駆動部３０を備
えている。

【００２２】摺動駆動部３０は摺動部材３１をＺ軸（基
台１に対して垂直な方向の軸）に平行に摺動させる駆動
部であり、支持部７によって基台１に固定されている。
したがって、この摺動駆動部３０による摺動部材３１の
Ｚ軸に沿った摺動で、ワーク９の表面位置とツール３の
先端部（作業位置）との間隔を所定の間隔に調整するこ
とが可能になる。この摺動駆動部３０は空気圧シリンダ
等で構成されてもよいし、ラックとピニオンによる機構
で構成してもよい。また、その他の周知の機構によって
構成されてもよい。

【００２３】そして、摺動部材３１の上端部には第１ア
ーム１０が設けられており、第１アーム１０の上端部に
は第１回転軸Ａ１を中心に回転駆動を行う回転駆動部１
１が設けられている。回転駆動部１１はモータ等によっ
て構成されて第１アーム１０の上端部に固定されてい
る。この回転駆動部１１は回動自在に配置された回転部
材１２を回転軸Ａ１周りに回動させるとともに、任意の
回転位置で回動運動を停止することができるように構成
されている。

【００２４】回転部材１２には第２アーム２０の一端側
が連結されている。第２アーム２０は、ワーク９に干渉
しないように例えばＬ字状に折り曲げられた構造を有し
ており、その他端部には第２回転軸Ａ２を中心に回転駆
動を行う回転駆動部２１が設けられている。第２アーム
２０は、回転駆動部１１の駆動によって第１回転軸Ａ１
を中心に回転運動を行う。したがって、その端部に取り
付けられている回転駆動部２１は、回転駆動部１１の駆
動によって回転軸Ａ１に垂直な面内において、回転軸Ａ
１を中心とする円軌道上を移動することになる。

【００２５】また、回転駆動部２１にはワーク９を保持
する保持部材２２が設けられており、回転駆動部２１は
保持部材２２を第２回転軸Ａ２周りに回動させるととも
に、任意の回転位置で回転運動を停止することができる
ように構成されている。

【００２６】保持部材２２は、その先端部分がワーク表
面の所定位置に形成された保持部材嵌入孔に挿通される
ことによってワーク９を所定位置に保持することが可能
である。また、ワーク９の保持形態としては任意の形態
が適用でき、例えば、真空チャック方式等で保持部材２
２がワーク９を保持するように構成してもよいし、他の
方式で保持してもよい。

【００２７】ここで、回転駆動部１１，２１のそれぞれ
の回転軸Ａ１，Ａ２は、図１に示すように、互いにワー
ク９のほぼ中心位置にて直交するようなジンバル機構に
て構成されている。したがって、回転駆動部１１および
２１が駆動されてワーク９の姿勢が変化したとしても、
ワーク９の占める空間的な位置はほとんど変化すること
がない。

【００２８】また、ツール３はツール支持手段となる支
持柱８に固定されており、その先端部にてワーク９の表
面に対して所定の作業が行われる。そして、ツール３の
中心軸を含むツール軸（ツール３による作業方向）は、
第１回転軸Ａ１と第２回転軸Ａ２との交点（すなわち、
ワーク９のほぼ中心位置）を向くように設置されてい
る。このようにツール軸をワーク９のほぼ中心位置に向
けた状態で固定することにより、例えば、ワーク９が球
体である場合には、ワーク表面に対して常にツール３が
法線方向から作用することができるので、適切な作業を
行うことができるのである。

【００２９】このように、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ではツール３は固定されているため、ツール自
体の自由度が０であるのに対し、ワーク９はその表面全
体に対して任意の作業が適切に行えるように合計３自由
度（回転駆動部１１、回転駆動部２１および摺動駆動部
３０による回転２自由度と直動１自由度）を有するよう
に構成されている。

【００３０】この実施の形態における作業ロボット１０
０は、上記のように構成されているので、固定されたツ
ール３の先端部は常にワーク９の中心方向を向いてお
り、かつ、第１回転駆動部１１と第２回転駆動部２１と
によってワーク９の表面のほぼ全面をツール３による作
業位置に位置させることが可能である。したがって、ツ
ール３を常に下方向に向けた状態でワーク９のほぼ全面
にわたって所定の作業を行うことが可能となっている。
例えば、ツール３がインクジェットヘッドであっても、
その先端部を上方向に向けることがないので、常に適切
にインクを吐出することができ、ワーク９のほぼ全面に
対して適切な彩色作業を行うことが可能となっている。

【００３１】ツール３がインクジェットヘッドの場合、
インクタンク内部を適正な負圧に保つ必要があるが、イ
ンクジェットヘッドとインクタンクが一体型のタイプ
で、姿勢が頻繁に変化するようなときには、タンク内部
を適正な負圧に保つことが困難となるため、できる限り
インクジェットヘッドの姿勢の変化は少ないことが望ま
しい。また、インクジェットヘッドとインクタンクが別
体型のタイプにおいても適正な負圧を保つためにインク
を吐出部に導くための配管等のインク供給系もできる限
り静止させることが望ましい。また、インクジェットヘ
ッドのインク吐出部においては吐出したインク粒がワー
クに付着しきれずに再び落下し、インク吐出面を汚すこ
とを防止する為に下方向から横方向の姿勢を維持するこ
とが望ましい。したがって、この実施の形態の作業ロボ
ット１００では、常にツール３の先端部を下方向に向け
た状態で固定しているので、インクジェットヘッドには
特に好ましい構成となっている。

【００３２】なお、ワーク９は球体状のものに限定され
るものではなく、任意の３次元形状物であってよい。な
ぜなら、この実施の形態の作業ロボット１００には、摺
動駆動部３０が設けられており、ワークである３次元形
状物の表面への適切な作業を実現するために、ツール３
の先端部と３次元形状物の表面との距離を調節すること
が可能なように構成されているからである。

【００３３】＜２．第２の実施の形態＞次に、この発明
の第２の実施の形態について説明する。上記の第１の実
施の形態の作業ロボット１００では、ツール軸が常にワ
ークの中心を向いている。このため、ワーク９の表面に
凹凸のあるような３次元形状物である場合に、適切な作
業を行うためには常に凹凸面の法線方向からツール軸を
作用させることが望ましいが、第１の実施の形態の作業
ロボット１００ではそのような作業を行うことが困難で
ある。例えば、彩色用のインクジェットヘッドや切削用
のヒートカッタや超音波カッタ等をツールとして使用す
る場合も、ワーク表面の法線方向からツールを作用させ
ることが望ましいが、ワークが球体以外の凹凸のある３
次元形状物である場合、第１の実施の形態の作業ロボッ
ト１００では、そのような方向から作用させることがで
きない。

【００３４】そこで、以下の実施の形態では、ツールの
姿勢をワークに対して相対的に変化させるための自由度
を追加することで、ツールがワークの表面に対して所定
の姿勢を常に保ちつつワーク全面に対する作業を行うこ
とが可能なように構成された作業ロボットについて説明
する。

【００３５】図３および図４は、この発明の第２の実施
の形態の作業ロボット１００ａを示す図である。これら
の図において、既述したものと同様の部材については同
一符号を付している。

【００３６】この作業ロボット１００ａはワーク９のほ
ぼ中心位置で直交する３つの回転軸が設定されており、
それぞれの回転軸を中心にワーク９を自在に回動させる
ことで、ツール３に対してワーク表面の任意の位置を接
近させることが可能になっている。さらに、加えてワー
ク９の表面をツール３に対して垂直となるように、所定
曲率半径の円弧状のガイドに沿った動作を行うことでワ
ーク９を傾斜させる機能を有するように構成される。そ
して、ツール３には、ツール軸を中心に回動させるため
の１自由度の駆動機構が配置されている。

【００３７】図３および図４に示すように、作業ロボッ
ト１００ａはワーク駆動手段として、回転軸Ａ１を中心
に回転駆動を行う回転駆動部１１、回転軸Ａ２を中心に
回転駆動を行う回転駆動部２１、回転軸Ａ３を中心に回
転駆動を行う回転駆動部５１、ワーク９を回転軸Ａ３に
沿って移動させる摺動駆動部３０、および、ツール３の
先端部を中心にワーク９を傾斜させる曲動駆動部４０を
備えている。

【００３８】曲動駆動部４０は、ツール３の先端部を中
心とする所定半径を有する円弧状のガイド４１に沿って
移動可能なように構成されている。例えば、曲動駆動部
４０の内部には、モータの回転軸にローラが取り付けら
れ、このローラが円弧状のガイド４１を転がることによ
り、曲動駆動部４０がガイド４１に沿った曲動動作を行
うように構成される。ただし、他の駆動形態によって曲
動動作が実現されてもよいことは勿論である。

【００３９】そして、ガイド４１は図示しない部材によ
って基台に固定されており、曲動駆動部４０がガイド４
１に沿って移動することで、その移動量に応じてワーク
９がツール３に対して傾斜することになる。この結果、
ワーク９の表面はツール軸に対して任意の角度を形成す
ることが可能となるため、ワーク９の表面に凹凸面があ
っても、その面をツール軸に対して垂直な状態にするこ
とができる。

【００４０】曲動駆動部４０には摺動駆動部３０が連結
されており、摺動駆動部３０は曲動駆動部４０と一体と
なって円弧状のガイド４１に沿って移動可能となってい
る。摺動駆動部３０は、第１の実施の形態において説明
したものと同様であり、摺動部材３１を回転軸Ａ３に平
行に摺動させる駆動部である。

【００４１】そして、摺動部材３１の上端部にはワーク
９のほぼ中心位置を通る回転軸Ａ３周りに回転駆動を行
う回転駆動部５１が設けられている。回転軸Ａ３は、曲
動駆動部４０が最下点に位置するときには、ツール３の
ツール軸と一致する。回転駆動部５１はモータ等によっ
て形成され、回転部材５２を回転軸Ａ３周りに回動させ
るとともに、任意の回転位置で回動運動を停止すること
ができるように構成されている。回転部材５２の先端側
には、第１アーム１０の一端側が取り付けられている。

【００４２】第１アーム１０は、ワーク９の動作に干渉
しないように例えばＬ字状に折り曲げられた構造を有し
ており、その他端部には回転軸Ａ１を中心に回転駆動を
行う回転駆動部１１が設けられている。第１アーム１０
は、回転駆動部５１の駆動によって回転軸Ａ３を中心に
回転運動を行う。したがって、その端部に取り付けられ
ている回転駆動部１１は、回転駆動部５１の駆動によっ
て回転軸Ａ３に垂直な面内において、回転軸Ａ３を中心
とする円軌道上を移動することになる。

【００４３】第１アーム１０の回転駆動部１１はモータ
等によって構成されており、回動自在に配置された回転
部材１２を回転軸Ａ１周りに回動させるとともに、任意
の回転位置で回動運動を停止することができるようにな
っている。

【００４４】回転部材１２には第２アーム２０の一端側
が連結されている。第２アーム２０も、ワーク９の動作
に干渉しないように例えばＬ字状に折り曲げられた構造
を有しており、その他端部には第２回転軸Ａ２を中心に
回転駆動を行う回転駆動部２１が設けられている。第２
アーム２０は、回転駆動部１１の駆動によって回転軸Ａ
１を中心に回転運動を行う。したがって、その端部に取
り付けられている回転駆動部２１は、回転駆動部１１の
駆動によって回転軸Ａ１に垂直な面内において、回転軸
Ａ１を中心とする円軌道上を移動することになる。

【００４５】また、回転駆動部２１にはワーク９を保持
する保持部材２２が設けられており、回転駆動部２１は
保持部材２２を回転軸Ａ２周りに回動させるとともに、
任意の回転位置で回転運動を停止することができるよう
に構成されている。

【００４６】保持部材２２は、その先端部分でワーク９
を所定位置に保持することが可能なように構成されてお
り、ワーク９の保持形態としては任意の形態が適用でき
る。

【００４７】ここで、回転駆動部１１，２１，５１のそ
れぞれの回転軸Ａ１，Ａ２，Ａ３は、図３に示すよう
に、互いにワーク９のほぼ中心位置にて直交するように
構成されている。したがって、回転駆動部１１，２１お
よび５１が駆動されてワーク９の姿勢が変化したとして
も、ワーク９の占める空間的な位置はほとんど変化する
ことがない。また、曲動駆動部４０の動作半径の中心
は、ツール３の先端部に位置するように構成されている
ので、曲動駆動部４０が駆動することで、ワーク９の表
面のツール軸に対する角度を調整することが可能になっ
ている。

【００４８】また、ツール３はツール支持手段となる支
持部材９１によって所定位置で、かつ、所定方向を向い
た状態で保持されている。そして、支持部材９１の先端
部には、ツール３をツール軸を中心に回転させるツール
回転駆動部９０が取り付けられており、このツール回転
駆動部９０によってツール３がツール軸に垂直な面内で
の回転動作を行うように構成されている。

【００４９】つまり、ツール回転駆動部９０は、ツール
３をツール軸に垂直な面内での回動させることでツール
の姿勢を変化させるツール駆動手段として機能するので
ある。このツール回転駆動部９０は、ツール３がその先
端部の１点でワーク表面に対して所定の作業を行うよう
なものである場合には必要のないものである。しかしな
がら、ツール３がその先端部の多点にてワーク表面に対
して所定の作業を行うようなものである場合には有用な
ものとなる。

【００５０】例えば、ツール３が複数色のインクを別々
の吐出ノズルから吐出するようなインクジェットヘッド
であるような場合には、図５に示すようにツール先端部
には複数の吐出ノズル３ａ〜３ｄが所定方向に配列され
た構造を有している。したがって、このようなインクジ
ェットヘッドをツール３として使用する場合には、吐出
ノズル３ａ〜３ｄの配列方向をワーク９に対する作業に
適した方向に変化させることが必要となる。そこで、こ
の実施の形態の作業ロボット１００ａでは、ツール駆動
手段としてツール回転駆動部９０を設け、ツール３をツ
ール軸周りに回動可能なように構成しているのである。

【００５１】なお、この実施の形態でも、ツール３は常
に所定方向すなわち下方向を向いた状態であるため、ツ
ール３が傾斜するような姿勢変化を抑えることができ、
インクジェットヘッドのようなツールの姿勢に許容範囲
のあるツールであっても適切に使用することができ、ワ
ーク９のほぼ全面に対して適切な作業を行うことが可能
になるのである。

【００５２】このように、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ａでは、ツール３は下方向に向いた状態で支持
されるとともに、ツール軸を中心に回動するように構成
されており、ツール自体には回転１自由度が与えられて
いる。これに対して、ワーク９はその表面全体に対して
任意の作業が適切に行えるとともに、ワーク表面に対し
てツール軸を垂直な状態にすることができるように合計
５自由度（回転駆動部１１、回転駆動部２１および回転
駆動部５１による回転３自由度と、摺動駆動部３０によ
る直動１自由度と、曲動駆動部４０による曲動１自由
度）を有するように構成されている。

【００５３】したがって、作業ロボット１００ａは、回
転駆動部１１、２１および５１によってワーク９の表面
のほぼ全面をツール３による作業位置に位置させること
が可能であるとともに、曲動駆動部４０によってツール
３の先端部を常にワーク９の表面の法線方向からワーク
９に接触または接近させることが可能になる。このた
め、ツール３を常に下方向に向けた状態でワーク９のほ
ぼ全面にわたって所定の作業を行うことが可能となって
いる。例えば、ツール３がインクジェットヘッドであっ
ても、その先端部を上方向に向けることがないので、常
に適切にインクを吐出することができ、ワーク９のほぼ
全面に対して適切な彩色作業を行うことが可能となって
いる。また、ツール３を回動させるツール回転駆動部９
０を備えているので、特にツール３としてインクジェッ
トヘッドを用いる場合に、ワーク９に対する適切な作業
を行うことができるような方向にツール３の姿勢を変化
させることができ、ワーク表面に対して適切な彩色を実
現することができる。

【００５４】＜３．第３の実施の形態＞次に、この発明
の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態
では、上記第２の実施の形態における合計６自由度を別
の形態で構成する例について説明する。

【００５５】図６および図７は、この発明の第３の実施
の形態の作業ロボット１００ｂを示す図である。これら
の図において、上述したものと同様の部材については同
一符号を付している。この作業ロボット１００ｂは第２
の実施の形態における６自由度のうちの曲動駆動部４０
の代わりにツール３を回転軸Ａ３に垂直な所定方向に移
動させる駆動機構を有している。

【００５６】図６および図７に示すように、作業ロボッ
ト１００ｂはワーク駆動手段として、回転軸Ａ１を中心
に回転駆動を行う回転駆動部１１、回転軸Ａ２を中心に
回転駆動を行う回転駆動部２１、回転軸Ａ３を中心に回
転駆動を行う回転駆動部５１およびワーク９を回転軸Ａ
３に沿って移動させる摺動駆動部３０を備えている。ま
た、ツール駆動手段として、ツール３をツール軸を中心
に回動させるツール回転駆動部９０、および、ツール３
をリニアガイド８１に沿って水平方向に直動させる水平
駆動部８０を備えている。

【００５７】摺動駆動部３０は図示しない基台に固定さ
れており、この摺動駆動部３０によってワーク９の高さ
位置の調整が行われる。また、ワーク９は回転駆動部１
１、２１および５１によってその空間的な位置を変える
ことなく、その姿勢を変化させることができるように構
成されている。

【００５８】また、水平駆動部８０は内部にモータ等の
駆動手段を備えており、その駆動手段を駆動すること
で、図示しない部材によって基台に対して固定されたリ
ニアガイド８１に沿って水平方向に移動するように構成
されている。この水平駆動部８０にはツール３の支持部
材９１が連結されており、支持部材９１によってツール
３は所定方向すなわち下方向を向いた状態で保持されて
いる。したがって、ツール３は水平駆動部８０が駆動さ
れることによってリニアガイド８１に沿って水平方向に
移動する。なお、支持部材９１の先端部にはツール回転
駆動部９０が取り付けられており、このツール回転駆動
部９０によってツール３がツール軸に垂直な面内での回
転動作を行うように構成されている点については第２の
実施の形態と同様である。

【００５９】したがって、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｂでは、水平駆動部８０によってツール３を水
平方向に移動させることができ、その水平方向の移動量
に応じてツール軸とワーク９の表面との角度を調整する
ことが可能になる。つまり、ワーク９が凹凸面を有する
場合であっても、回転駆動部１１、２１および５１を動
作させることによって、その凹凸面を鉛直軸に垂直な状
態にすることができ、ツール３をその凹凸面の上方位置
に水平移動させることで、ツール３をワーク９の表面に
対して垂直となるように調整することができる。そし
て、摺動駆動部３０が駆動してワーク９を上昇させるこ
とで、ワーク９の表面をツール３に対して接触または近
接する位置に配置することができる。

【００６０】このように、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｂでは、ツール３は下方向に向いた状態で支持
されるとともに、ツール軸を中心に回動可能であって、
かつ、水平方向に移動可能なように構成されており、ツ
ール自体には回転１自由度と直動１自由度が与えられて
いる。これに対して、ワーク９はその表面全体に対して
任意の作業が適切に行えるとともに、ワーク表面に対し
てツール軸を垂直な状態にすることができるように合計
４自由度（回転駆動部１１、回転駆動部２１および回転
駆動部５１による回転３自由度と、摺動駆動部３０によ
る直動１自由度）を有するように構成されている。

【００６１】したがって、作業ロボット１００ｂは、回
転駆動部１１、２１および５１によってワーク９の表面
のほぼ全面をツール３による作業位置に位置させること
が可能であるとともに、水平駆動部８０によってワーク
表面に対してツール軸を垂直な状態となる位置にツール
３を移動させることができる。このため、ツール３を常
に下方向に向けた状態でワーク９のほぼ全面にわたって
所定の作業を行うことが可能となっている。

【００６２】この実施の形態においても、ツール３がイ
ンクジェットヘッドであったとしても、その先端部を上
方向に向けることがないので、常に適切にインクを吐出
することができ、ワーク９のほぼ全面に対して適切な彩
色作業を行うことができる。また、ツール３を回動させ
るツール回転駆動部９０を備えているので、特にツール
３としてインクジェットヘッドを用いる場合に、ワーク
９に対する適切な作業を行うことができるような方向に
ツール３の姿勢を変化させることができ、ワーク表面に
対して適切な彩色を実現することができる。

【００６３】＜４．第４の実施の形態＞次に、この発明
の第４の実施の形態について説明する。この実施の形態
でも、上記第２の実施の形態における合計６自由度を別
の形態で構成する例について説明する。

【００６４】図８および図９は、この発明の第４の実施
の形態の作業ロボット１００ｃを示す図である。これら
の図において、上述したものと同様の部材については同
一符号を付している。この作業ロボット１００ｃは第３
の実施の形態における６自由度のうちの摺動駆動部３０
の代わりにツール３を鉛直方向に昇降移動させる昇降駆
動部７０を有している。

【００６５】つまり、この実施の形態における作業ロボ
ット１００ｃは、図８および図９に示すように、ワーク
駆動手段として、回転軸Ａ１を中心に回転駆動を行う回
転駆動部１１、回転軸Ａ２を中心に回転駆動を行う回転
駆動部２１、および、回転軸Ａ３を中心に回転駆動を行
う回転駆動部５１を備えている。また、ツール駆動手段
として、ツール３をツール軸を中心に回動させるツール
回転駆動部９０、ツール３を鉛直方向に昇降させる昇降
駆動部７０、および、ツール３をリニアガイド８１に沿
って水平方向に直動させる水平駆動部８０を備えてい
る。なお、回転駆動部５１は図示しない基台に固定され
ており、また、リニアガイド８１も図示しない部材によ
って基台に対して固定されている。

【００６６】昇降駆動部７０は内部にモータ等の駆動手
段を備えており、その駆動手段を駆動することで、支持
部材９１をツール軸に平行な方向（すなわち、鉛直方
向）に沿って昇降させる。したがって、ツール３とワー
ク９の表面との距離は昇降駆動部７０によって調整され
るように構成されている。

【００６７】したがって、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｃでは、水平駆動部８０によってツール３を水
平方向に移動させることができ、その水平方向の移動量
に応じてツール軸とワーク９の表面との角度を調整する
ことが可能になる。つまり、ワーク９が凹凸面を有する
場合であっても、回転駆動部１１、２１および５１を動
作させることによって、その凹凸面を鉛直軸に垂直な状
態にすることができ、ツール３をその凹凸面の上方位置
に水平移動させることで、ツール３をワーク９の表面に
対して垂直となるように調整することができる。そし
て、昇降駆動部７０が駆動してツール３を下降させるこ
とで、ワーク９の表面をツール３に対して接触または近
接する位置に配置することができる。

【００６８】このように、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｃでは、ツール３は常に下方向に向いた状態で
支持されるとともに、ツール軸を中心に回動可能であっ
て、かつ、水平方向と鉛直方向とに移動可能なように構
成されており、ツール自体には回転１自由度と直動２自
由度が与えられている。これに対して、ワーク９はその
表面全体に対して任意の作業が適切に行えるとともに、
ワーク表面に対してツール軸を垂直な状態にすることが
できるように合計３自由度（回転駆動部１１、回転駆動
部２１および回転駆動部５１による回転３自由度）を有
するように構成されている。

【００６９】したがって、作業ロボット１００ｃは、回
転駆動部１１、２１および５１によってワーク９の表面
のほぼ全面をツール３による作業位置に位置させること
が可能であるとともに、水平駆動部８０によってワーク
表面に対してツール軸を垂直な状態となる位置にツール
３を移動させることができる。そして、昇降駆動部７０
によって、そのツール３をワーク９の表面に接触または
近接させることがきるのである。このため、ツール３を
常に下方向に向けた状態でワーク９のほぼ全面にわたっ
て所定の作業を行うことが可能となっている。

【００７０】この実施の形態においても、ツール３がイ
ンクジェットヘッドの場合であったとしても、その先端
部を上方向に向けることがないので、常に適切にインク
を吐出することができ、ワーク９のほぼ全面に対して適
切な彩色作業を行うことができる。また、ツール３を回
動させるツール回転駆動部９０を備えているので、特に
ツール３としてインクジェットヘッドを用いる場合に、
ワーク９に対する適切な作業を行うことができるような
方向にツール３の姿勢を変化させることができ、ワーク
表面に対して適切な彩色を実現することができる。

【００７１】＜５．第５の実施の形態＞次に、この発明
の第５の実施の形態について説明する。上記第１ないし
第４の実施の形態では、ツール３は常に下向きである場
合の構成例について説明した。しかしながら、ツール３
が横方向（水平方向）を向いた状態であっても使用可能
な場合は、ツール３のツール軸方向を変化させることで
ワーク９の動作を抑えることが可能になる。以下の実施
の形態では、このような構成例について説明する。

【００７２】図１０は、この発明の第５の実施の形態の
作業ロボット１００ｄを示す図である。この図におい
て、上述したものと同様の部材については同一符号を付
している。この作業ロボット１００ｄは第１の実施の形
態と同様のワーク駆動手段に加えて、ツール駆動手段と
してツール３の姿勢を所定の許容範囲内で変化させるた
めのツール姿勢変化機構６０を備えている。このツール
姿勢変化機構６０は、支持柱８に固定されている。

【００７３】ツール姿勢変化機構６０について説明す
る。図１１ないし図１３は、ツール姿勢変化機構６０を
示す図である。図１１に示すように、ツール姿勢変化機
構６０は、ツール３を紙面手前側ないし奥側に傾斜させ
るために回転軸Ｂ１を中心とする回転駆動を行う第１の
ツール回転駆動部６１と、ツール３を紙面右側ないし左
側に傾斜させるために回転軸Ｂ２を中心とする回転駆動
を行う第２のツール回転駆動部６２と、ツール軸と同軸
の回転軸Ｂ３を中心にツール３を回動させる第３のツー
ル回転駆動部９０とを備えている。

【００７４】第１のツール回転駆動部６１には板状若し
くは棒状のリンク部材６９ａが取り付けられており、ツ
ール回転駆動部６１は、このリンク部材６９ａを回転軸
Ｂ１を中心に正逆２方向への回転駆動を行う。この回転
駆動が１回転することになるとツール３の先端部が上方
向を向いてしまう可能性がある。そこで、この第１のツ
ール回転駆動部６１の回動範囲は、例えば０°〜１８０
°までの範囲に限定されており、ツール３の先端部が下
向きないし横向きとなるように制限される。この結果、
ツール３の先端部は上方向を向くことがなく、ツール３
がインクジェットヘッド等であっても適切な作業を行う
ことが可能になる。ツール回転駆動部６１はモータ等に
よって構成されており、回転軸Ｂ１はツール３の先端部
付近を通過するように設計される。このため、ツール回
転駆動部６１が駆動されると、ツール３はその先端部を
回転中心として紙面手前側ないし奥側に傾斜することに
なる。

【００７５】第２のツール回転駆動部６２はモータ等に
よって構成されるとともに、リンク部材６９ａに取り付
けられており、リンク部材６９ｂを正逆２方向へ回転駆
動する。この回転駆動の結果、リンク部材６９ｂは左方
向若しくは右方向に傾斜することになり、リンク部材６
９ｃ，６９ｄ，６９ｅによる作用を介してツールを支持
するための支持部材６９ｆが左方向若しくは右方向に傾
斜することになる。各リンク部材６９ａ〜６９ｅおよび
支持部材６９ｆは、ツール回転駆動部６２が駆動された
ときにツール３がその先端部を回転中心として回動する
ように設計されている。したがって、例えば、ツール回
転駆動部６２がリンク部材６９ｂを左方向に回転させた
ときには、ツール３は図１２に示すようにその先端部の
位置を変えることなく左方向に傾斜し、逆に、ツール回
転駆動部６２がリンク部材６９ｂを右方向に回転させた
ときには、ツール３は図１３に示すようにその先端部の
位置を変えることなく右方向に傾斜する。

【００７６】なお、ツール回転駆動部６２の可動範囲も
例えば０°〜１８０°までの範囲に限定されており、ツ
ール３の先端部が下向きないし横向きとなるように制限
される。このような制限を加えることにより、ツール３
の先端部は上方向を向くことがなく、ツール３がインク
ジェットヘッド等であっても適切な作業を行うことが可
能になるのである。ただし、この実施の形態のようなリ
ンク構造を有する場合には、ツール回転駆動部６２に可
動範囲をあえて設定する必要はない。なぜなら、リンク
構造によってツール回転駆動部６２の可動範囲は必然的
に定まっているからである。

【００７７】第３のツール回転駆動部９０は、上記各実
施の形態で説明したものと同様であり、ツール軸と同軸
の回転軸Ｂ３を中心にツール３を回動させるものであ
る。このツール回転駆動部９０には可動範囲を設定する
必要はない。なぜなら、回転軸Ｂ３を中心とする回転駆
動を行ってもツール３の先端部が上方向を向くことがな
いからである。そして、このツール回転駆動部９０は、
ツール３がインクジェットヘッド等である場合であって
も適切にワーク９の表面に対して作業を行うことが可能
になっている。

【００７８】このように、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｄでは、ツール３の姿勢は下方向に向いた状態
から横方向に向いた状態で支持されるとともに、ツール
軸を中心に回動可能なように構成されており、ツール自
体には回転３自由度が与えられている。これに対して、
ワーク９はその表面全体に対して任意の作業が適切に行
えるとともに、ワーク表面に対してツール軸を垂直な状
態にすることができるように合計３自由度（回転駆動部
１１および回転駆動部２１による回転２自由度と摺動駆
動部３０による直動１自由度）を有するように構成され
ている。

【００７９】したがって、作業ロボット１００ｄは、回
転駆動部１１および２１によってワーク９の表面のほぼ
全面をツール３による作業位置に位置させることが可能
であるとともに、ツール姿勢変化機構６０によってツー
ル３をワーク９の表面に垂直な方向に傾斜させることが
可能である。そして、摺動駆動部３０によって、ワーク
９をツール３の表面に接触または近接させることがきる
のである。このため、この実施の形態の作業ロボット１
００ｄでは、ツール３を上方向に向けることなくワーク
９のほぼ全面にわたって所定の作業を行うことが可能と
なっている。

【００８０】また、この実施の形態のようにツール３の
傾斜角を変化させるような駆動機構を設けることでワー
ク９の表面に対して垂直な方向からツール３を作用させ
るように構成することは、上記第２ないし第４の実施の
形態のように、常にツール３を下向けた状態でワーク９
を駆動する構成に比べて、機械的動作制御を簡単にする
ことができるとともに、ワーク９の作業位置に対するツ
ール３の位置精度を高めることが可能になるという特有
の効果を有している。

【００８１】なお、上述のように、この実施の形態の作
業ロボット１００ｄにおいて、ツール姿勢変化機構６０
によるツール３の姿勢変化が所定範囲内に制限されるよ
うに構成すれば、使用するツールの許容姿勢範囲が制限
される場合であっても、その制限内で適切にそのツール
を使用することができるので、ワークのほぼ全面に対す
る適切な作業を行うことができる。

【００８２】＜６．第６の実施の形態＞次に、この発明
の第６の実施の形態について説明する。この実施の形態
では、上記第５の実施の形態の作業ロボット１００ｄに
おける構成の摺動駆動部３０の代わりにツール３を昇降
するための昇降駆動部を配置した形態について説明す
る。

【００８３】図１４は、この発明の第６の実施の形態の
作業ロボット１００ｅを示す図である。この図におい
て、上述したものと同様の部材については同一符号を付
している。この作業ロボット１００ｅでは、第１アーム
１０が直接的に基台１に固定されており、ワーク９を駆
動するためのワーク駆動手段としてジンバル機構を構成
する回転駆動部１１と回転駆動部２１とが設けられてい
る。

【００８４】また、ツール３の姿勢を変化させるため
に、上述したツール姿勢変化機構６０が設けられてお
り、このツール姿勢変化機構６０は昇降駆動部６５に固
定されている。

【００８５】昇降駆動部６５は内部にモータ等の駆動手
段を備えており、この駆動手段が駆動されることで、基
台１に対して垂直な状態に設置された支持柱８に沿って
昇降するように構成されている。

【００８６】したがって、この実施の形態の作業ロボッ
ト１００ｅでも、第５の実施の形態と同様に、ツール３
の姿勢は下方向に向いた状態から横方向に向いた状態で
支持されるとともに、ツール軸を中心とする回動と、ツ
ール３を昇降駆動するように構成されており、ツール自
体には回転３自由度と直動１自由度とが与えられてい
る。これに対して、ワーク９はその表面全体に対して任
意の作業が適切に行えるとともに、ワーク表面に対して
ツール軸を垂直な状態にすることができるように合計２
自由度（回転駆動部１１および回転駆動部２１による回
転２自由度）を有するように構成されている。

【００８７】このため、作業ロボット１００ｅは、回転
駆動部１１および２１によってワーク９の表面のほぼ全
面をツール３による作業位置に位置させることが可能で
あるとともに、ツール姿勢変化機構６０によってツール
３をワーク９の表面に垂直な方向に傾斜させることが可
能である。そして、昇降駆動部６５によって、ツール３
とワーク９との距離調整を行うことができるのである。
故に、この実施の形態の作業ロボット１００ｅでも、ツ
ール３を上方向に向けることなくワーク９のほぼ全面に
わたって所定の作業を行うことが可能となっている。

【００８８】また、この実施の形態の作業ロボット１０
０ｅも、ツール３の傾斜角を変化させるような駆動機構
を設けることでワーク９の表面に対して垂直な方向から
ツール３を作用させるように構成されているため、機械
的動作制御を簡単にすることができるとともに、ワーク
９の作業位置に対するツール３の位置精度を高めること
が可能になるという特有の効果を有している。

【００８９】＜７．変形例＞以上、この発明についての
いくつかの実施の形態について説明したが、この発明は
上記各実施の形態の内容のものに限定されるものではな
い。

【００９０】例えば、各実施の形態において第１アーム
１０および第２アーム２０は片持ち式構造となっている
例について説明したが、これに限定されるものではな
く、両持ち式構造として実現してもよい。片持ち式の場
合は装置を小型化できるという効果を有するのに対し、
両持ち式の場合は精度を高めることができるという効果
を有している。また、各アームはＬ字型であることに限
定されるものではなく、円弧状であってもよいことは勿
論である。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、ワーク駆動手段が、ワークを支持し、少
なくとも互いに直交する第１回転軸および第２回転軸の
それぞれについてワークを回動させるように構成されて
いるため、ツールの姿勢変化を抑え、かつ、ワークのほ
ぼ全面に対して適切な作業を行うことができる。

【００９２】請求項２に記載の発明によれば、第１回転
軸と前記第２回転軸とは、ワークのほぼ中心位置にて互
いに直交しているため、ワークを回動させてもワークの
空間的な位置をほとんど変化することがないので、ツー
ルによってワークのほぼ全面に対して適切な作業を行う
ことができる。

【００９３】請求項３に記載の発明によれば、ツールに
対するワークの姿勢を適切に変化させることができ、ワ
ークのほぼ全面に対して適切な作業を行うことができ
る。

【００９４】請求項４に記載の発明によれば、ワーク駆
動手段が基台に対して垂直な方向に所定の摺動部材を摺
動させる摺動駆動手段をさらに備えており、第１アーム
の一端側は摺動部材に連結されているため、ワークとツ
ールとの距離調整を行うことができ、ワークのほぼ全面
に対する適切な作業を行うことができる。

【００９５】請求項５に記載の発明によれば、ツール支
持手段は、ツールの姿勢または位置を変化させるツール
駆動手段を備えているため、ツールをワークの表面に対
して垂直な方向に設定することが可能になる。

【００９６】請求項６に記載の発明によれば、ツール駆
動手段によるツールの姿勢変化が所定範囲内に制限され
ているため、使用するツールに作業方向の制限がある場
合であっても、その制限内で適切にそのツールを使用す
ることができるので、ワークのほぼ全面に対する適切な
作業を行うことができる。

【００９７】請求項７に記載の発明によれば、ツール駆
動手段がツールの中心軸を回転軸とする回転駆動手段を
備えているため、ツールが多点にて作業を行うようなも
のである場合であっても、ワークのほぼ全面に対する適
切な作業を行うことができる。

【００９８】請求項８に記載の発明によれば、ツール
は、ワークの表面に対して着色を行うインクジェットヘ
ッドであるため、そのようなインクジェットヘッドを上
方向に向けることがないので、ワークのほぼ全面に対す
る適切な作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図４】この発明の第２の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図５】インクジェットヘッドがツールである場合の先
端部を示す図である。

【図６】この発明の第３の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図７】この発明の第３の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図８】この発明の第４の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図９】この発明の第４の実施の形態の作業ロボットを
示す図である。

【図１０】この発明の第５の実施の形態の作業ロボット
を示す図である。

【図１１】ツール姿勢変化機構を示す図である。

【図１２】ツール姿勢変化機構を示す図である。

【図１３】ツール姿勢変化機構を示す図である。

【図１４】この発明の第６の実施の形態の作業ロボット
を示す図である。

【図１５】従来の作業ロボットの一例を示す図である。

【符号の説明】

３ツール、８支持柱、９ワーク、１０第１アー
ム、２０第２アーム、１１，２１，５１回転駆動
部、３０摺動駆動部、４０曲動駆動部、６０ツー
ル姿勢変化機構、７０，６５昇降駆動部、８０水平
駆動部、９０，６１，６２ツール回転駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークに対する所定の作業を行う作業ロ
ボットであって、前記ワークを支持し、少なくとも互いに直交する第１回
転軸および第２回転軸のそれぞれについて前記ワークを
回動させるワーク駆動手段と、前記ワークに対して前記作業を行う所定のツールを支持
するツール支持手段と、を備えることを特徴とする作業
ロボット。
【請求項２】請求項１に記載の作業ロボットにおい
て、前記第１回転軸と前記第２回転軸とは、前記ワークのほ
ぼ中心位置にて互いに直交することを特徴とする作業ロ
ボット。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の作業ロ
ボットにおいて、前記ワーク駆動手段は、一端側が所定の部材に連結され、他端側に前記第１回転
軸についての回転駆動を行う第１回転駆動手段が設けら
れた第１アームと、一端側が前記第１回転駆動手段に連結されて前記第１回
転軸について回動自在となるとともに、他端側に前記第
２回転軸についての回転駆動を行う第２回転駆動手段が
設けられた第２アームと、前記第２回転駆動手段によって回動自在となるととも
に、前記ワークを保持する保持部材と、を備えることを
特徴とする作業ロボット。
【請求項４】請求項３に記載の作業ロボットにおい
て、前記ワーク駆動手段は、基台に対して垂直な方向に所定
の摺動部材を摺動させる摺動駆動手段をさらに備え、前記第１アームの前記一端側は前記摺動部材に連結され
ることを特徴とする作業ロボット。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の作業ロボットにおいて、前記ツール支持手段は、前記ツールの姿勢または位置を
変化させるツール駆動手段、を備えることを特徴とする
作業ロボット。
【請求項６】請求項５に記載の作業ロボットにおい
て、前記ツール駆動手段による前記ツールの姿勢変化が所定
範囲内に制限されることを特徴とする作業ロボット。
【請求項７】請求項５または請求項６に記載の作業ロ
ボットにおいて、前記ツール駆動手段は、前記ツールの中心軸を回転軸と
する回転駆動手段を備えることを特徴とする作業ロボッ
ト。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかに記
載の作業ロボットにおいて、前記ツールは、前記ワークの表面に対して着色を行うイ
ンクジェットヘッドであることを特徴とする作業ロボッ
ト。