JP2010094768A - マニピュレータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような動作のタクトタイムのや移動位置制御の煩雑性の問題を回避し、広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動等を、ロースペックで実現すること。
【解決手段】周辺装置７Ａ〜７Ｅ等が配置されたエリア３の周辺に、周辺装置７Ａ〜７Ｅ等に対する相対位置が固定されたベース９を配置する。外力の付加によりエリア３の床面３Ａ上を走行移動する従動台車１１とベース９との間に、パラレルリンク機構によるマクロマニピュレータ１３を架設する。マクロマニピュレータ１３により従動台車１１を床面３Ａ上で各周辺装置７Ａ〜７Ｅ間に走行移動させて、従動台車１１に設置された多関節型のマイクロマニピュレータ１５を各周辺装置７Ａ〜７Ｅ等にアクセスさせ、あるいは、マイクロマニピュレータ１５により仕掛品５を移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動生産システム等において使用可能なマニピュレータシステムに係り、詳しくは、ワークの搬送やワークの加工等のために、所定のアクセス位置に移動したり、複数のアクセス位置間を移動する等の動作を行うマニピュレータシステムに関するものである。

自動生産システム等においてマニピュレータがワークにアクセスする場合は、マニピュレータの先端のハンドやツールが届く範囲に、ワークや組立装置、部品供給装置、ラック等の周辺装置が配置される（例えば、特許文献１，２）。

この場合、マニピュレータのハンドやツールが届く範囲は、マニピュレータのリーチによって制約されるので、多くの周辺装置を必要とする作業や、大きなサイズのワークの広範囲な場所にアクセスする必要がある作業では、リーチを大きく取る必要がある。このため、マニピュレータのサイズが大型化し、システム全体のコンパクト化を図りにくくなる。

一般的にマニピュレータサイズが大型化するほどマニピュレータの可搬重量は大きくなり、可搬重量の増加に対してコストも増加する。そこで、マニピュレータとして適正な可搬重量のものを選定し、そのマニピュレータを周辺装置に対して移動可能とした移動式のマニピュレータを用いることで、上述したような点を解消することができる。最も単純な移動式のマニピュレータは、１軸の精密テーブルによる直線方向移動形のものであり（例えば、特許文献３）、ＸＹ平面での移動を要する場合は直交２軸の精密テーブルやガントリが用いられる（例えば、特許文献４）。

上述した精密テーブルやガントリは、マニピュレータを広範囲で作業させる場合に、マニピュレータを無用に長リーチ化する必要が無い利点がある。

その一方で、搬送するワークの変更や周辺装置のレイアウト変更等により、マニピュレータのアクセス範囲が変わると、その範囲をさらにカバーするように精密テーブルやガントリを追加敷設して既存の部分と接続しなければならない。この場合、マニピュレータのアクセス範囲がわずかに変化しただけでもそれを上回るスペースを精密テーブルやガントリの追加敷設のために確保しなければならないので、システム全体のコンパクト化の面で弱点がある。

また、精密テーブルやガントリにおいては、ラックピニオン機構やスクリューシャフトによるスライダ機構等の精密位置決め機構が用いられるが、これらの機構は広い占有面積を持ち、しかも、その精度を損なわないように慎重かつ精密に敷設する必要がある。そのため、非常に工数と手間がかかる敷設作業となってしまう。上述の変更に伴い、精密テーブルやガントリを追加敷設する場合の作業に至っては、既存の部分と精度良く接続しなければならないので、その作業にかかる工数と手間は、新規の敷設作業にも増して大きなものとなる。

そこで、上述した精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを周辺装置に対して移動可能とする代わりに、無軌道方式の自走台車上にマニピュレータを搭載して移動可能とすることが、注目されるに至った（例えば、特許文献５，６）。

自走台車は、障害物がない限り移動範囲に制約がなく広範囲に移動でき、しかも、無軌道方式であることから精密テーブルやガントリのような大型の固定設備も必要ない。そのため、自走台車にマニピュレータを搭載する上記の方式は、マニピュレータのアクセス範囲の自由度を高め、かつ、システム全体のコンパクト化を図る上で、一つの理想型と言ってもよい方式である。

しかし、自走台車の位置制御は、車輪等の走行機構部分の動作量を検出しそれに基づいて行うため、自走台車が走行面に対してスリップした場合等にはその精度が著しく悪化してしまう。そのような事態を招かないようにするためには、スリップ等を防止するため低速走行する必要があるが、そうすると、ワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムに制約が生じ、作業の迅速性を要求される場面での使用が困難になってしまう。

また、走行機構部分の動作量に基づく自走台車の位置制御は、通常、制御量として指示した走行機構部分の動作量を累積することによって行うものであるため、制御量と実際の動作量との間に誤差がある場合はその誤差が累積されることになる。この誤差が累積すると、制御量を累積した制御上の動作量と実際の動作量との間に大きな開きが生じることになる。

自走台車にマニピュレータを搭載してワークの搬送やアクセス位置への移動等を行う場合、マニピュレータをワークに対して常に正確にアプローチさせるためには、上述した誤差の累積への対策が必要になる。具体的には、例えば、自走台車の移動エリアのような位置座標が固定のものに対するハンドの相対位置をセンシングにより検出し、その結果により自走台車の正確な位置を把握して、以後の自走台車の位置制御に用いる制御量に補正をかける等の処理が必要になる。

また、場合によっては、ワークに対するハンドの相対位置をセンシングにより検出して、その結果に基づいて、以後の自走台車の位置制御に用いる制御量に補正をかける等の処理を併用する必要もある。このような処理は非常に複雑であり、それを実現する制御系のハードウェアにハイスペックなものを用いなければならない。

自走台車を用いずに無軌道方式でワーク搬送やアクセス位置への移動等を実現する方策としては、宇宙用作業機や高所作業機の分野で利用されているマクロ−マイクロシステムを採用することが考えられる。マクロ−マイクロシステムは、可動エリアの広いマクロ（大型）マニピュレータの先端に、可動エリアの狭いマイクロ（小型）マニピュレータを取り付けたものである（例えば、特許文献７，８）。

このマクロ−マイクロシステムでは、マクロマニピュレータによって大まかな位置制御を行い、マクロマニピュレータで発生した誤差の補償をマイクロマニピュレータにおいて行うことで、自走台車にマニピュレータを搭載してワークの搬送を行う場合よりも、制御系のハードウェアをロースペックなもので済ませることができる。

また、マクロ−マイクロシステムは無軌道方式であることから、マニピュレータの移動手段を軌道方式とする場合に比べて、設置作業の工数や手間を抑制し、かつ、システム全体のコンパクト化を図ることができる。
特開２００４−２９９０５３号公報 特開２００６−４３８４４号公報 特開平６−１０６４８７号公報 特許第２５６９２９７号公報 特開２００１−２５２８８３号公報 特開２００６−１５９３９９号公報 特許第３３０２７９７号公報 特許第４００５６３９号公報

但し、マクロマニピュレータの先端にマイクロマニピュレータを取り付けるマクロ−マイクロシステムでは、一連のマニピュレータを構成するマクロマニピュレータとマイクロマニピュレータの全荷重が、マクロマニピュレータの基端に集中してかかる。そのため、重力の影響を基本的に無視できる宇宙用作業機の分野ではともかく、それ以外の分野では、マクロマニピュレータとマイクロマニピュレータの全荷重に対応できる高出力の駆動源によってマクロマニピュレータの基端を回転させる必要がある。

この場合、作業エリアが地上から離れている高所作業機のような特殊分野では、作業を可能にすることが先決であるため問題にされないとしても、自動生産システム等の分野においては、ワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムを速くする上で、マクロマニピュレータを高速駆動させる要求は無視できない。

即ち、自動生産システム等の分野においてマクロ−マイクロシステムを採用するには、荷重に対応するための駆動源の高出力化に加えて、高速駆動に対応するためのさらなる駆動源の高出力化を実現しなければならない。しかし、その実現は実際には非常に困難である。

結局、宇宙用作業機の分野や高所作業機のような特殊分野で提案されているマクロ−マイクロシステムを、自動組立システムや自動搬入搬出システム等の分野にそのまま応用するのは、ワークの高速搬送という元来の要求を満たす上で現実的ではない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のようなワーク搬送やアクセス位置への移動のタクトタイムの問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができるマニピュレータシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のマニピュレータシステムは、ワークや所定のアクセス位置が周辺に配置されたエリアにおいて、前記ワークの搬送や前記アクセス位置への移動、前記アクセス位置間の移動等を行うマニピュレータシステムであって、前記エリアの周辺に固定して配置されたベースと、前記エリアに配置され、外力の付加により前記エリア内の床面上を走行移動可能な従動台車と、前記ベースと前記従動台車との間に架設され、前記ベースを起点として動作することで前記従動台車を前記床面上で走行移動させるマクロマニピュレータと、前記従動台車に設置され、該従動台車を起点とする所定の作業範囲内で前記ワークの搬送動作を行うマイクロマニピュレータとを備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、ベースを起点とするマクロマニピュレータの動作によって、エリアの床面上で従動台車を走行移動させ、この従動台車に搭載されたマイクロマニピュレータの動作によって、ワークや所定のアクセス位置へのアクセス、アクセス位置間の移動等を行うことになる。

このため、マクロマニピュレータとマイクロマニピュレータとによるマクロ−マイクロシステムを構築して、無軌道方式の移動手段によるマニピュレータの移動を実現し、精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを移動させる場合に比べて、システム全体のコンパクト化を図ることができる。

また、マイクロマニピュレータを搭載した従動台車の位置制御の制御対象が、従動台車自身ではなく、固定されたベースを起点として動作するマクロマニピュレータであることから、従動台車が床面上でスリップ等を起こしたとしても、制御対象であるマクロマニピュレータの制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じない。

このため、従動台車の正確な位置制御のために従動台車を低速走行させる必要がなく、従動台車の走行速度に起因してワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等のタクトタイムに制約が生じないので、従動台車の位置制御の正確性を保ったまま従動台車の高速移動を可能として、ワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を迅速に行えるようにすることができる。

しかも、制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じないマクロマニピュレータを従動台車の位置制御における制御対象とすることから、位置座標が固定のものに対する相対位置のセンシングに基づく複雑な処理による補正を、従動台車の位置制御において行う必要がない。このため、制御系のハードウェアをロースペックなもので済ませることができる。

さらに、マクロマニピュレータに連結される従動台車やそれに搭載されたマイクロマニピュレータの荷重が、従動台車が走行移動するエリアの床面とマクロマニピュレータとに分散してかかるので、従動台車とマイクロマニピュレータの全荷重に見合った駆動源をマクロマニピュレータで用いる必要がない。このため、マクロマニピュレータの高速動作を、現実的な駆動源の高出力化の範疇で実現させることができる。

以上の点を総合すると、請求項１に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような、車輪移動等での高速化の問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができる。

また、請求項２に記載した本発明のマニピュレータシステムは、請求項１に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、前記マクロマニピュレータが、前記従動台車を走行移動させる方向を、前記床面に沿った直交２方向を少なくとも含む所定方向に制限することを特徴とする。

請求項２に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、請求項１に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、エリアの床面上における従動台車の走行移動方向が、マクロマニピュレータの動作によって、エリアの床面に沿った直交２方向を少なくとも含む所定方向に制限されることになる。

このため、マイクロマニピュレータをワークや所定のアクセス位置にアクセスさせるために従動台車をエリアの床面上で走行移動させるマクロマニピュレータの構成を、一般的なマニピュレータのような５〜６軸（又は方向）に自由度を有する複雑な構成ではなく、少なくとも床面に沿った直交２方向に移動させるための機構さえ有していれば事足りる簡略なものとすることができる。よって、マクロマニピュレータ、ひいては、マニピュレータシステム全体の低コスト化を図ることができる。

さらに、請求項３に記載した本発明のマニピュレータシステムは、請求項２に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、前記マクロマニピュレータがパラレルリンク機構を有しており、前記パラレルリンク機構が、前記従動台車と前記ベースとの間に並列接続された第１乃至第３リンクを有しており、前記第１及び第３リンクがそれぞれ、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記一端及び前記他端の間隔が変化するように駆動されるものであり、前記第２リンクが、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記ベースに対する前記他端の回転角度が変化するように駆動されると共に、前記第１及び第３リンクの駆動に従動して前記第２リンクの前記一端及び前記他端の間隔が変化することで、同一平面内の並進２軸の位置及び回転１軸の姿勢を変化させるものであることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、請求項２に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、第１リンク、第２リンク、及び、第３リンクをそれぞれ独立に駆動させることにより、従動台車の位置及び姿勢を平面３自由度（エリアの床面に沿った直交２方向、及び、床面に直交する鉛直軸を中心とする回転方向）で制御することができるので、従動台車の位置をエリア内で自由に変化させることができる。

なお、第１リンク及び第３リンクを駆動させるためには、それぞれに、一端と他端との間隔を変化させるためのモータやシリンダ等を設け、また、第２リンクを駆動させるためには、第２リンクをベースに対して回転させるためのモータを設ければよい。したがって、パラレルリンク機構を用いれば、エリアの床面に沿った直交２方向の駆動用に、別々の駆動源を設ける必要がない。

また、パラレルリンク機構を用いれば、第１乃至第３リンクの駆動状態によって、床面に直交する鉛直軸を中心とする回転方向における従動台車の姿勢（回転角度）を、独立した機構を用いることなく制御することができる。

このため、パラレルリンク機構を用いることで、平面３自由度を実現するマクロマニピュレータの機構を小型軽量化することができ、その結果、ワークの高速搬送を実現することができる。

また、請求項４に記載した本発明のマニピュレータシステムは、請求項１、２又は３に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、前記マクロマニピュレータと前記従動台車とが、前記マクロマニピュレータの動作による前記従動台車の前記ベースに対する相対移動が可能な方向以外の方向において、所定の従動自由度を有して連結されていることを特徴とする。

請求項４に記載した本発明のマニピュレータシステムによれば、請求項１、２又は３に記載した本発明のマニピュレータシステムにおいて、マクロマニピュレータによりベースに対して従動台車を相対移動させた際に、マクロマニピュレータの動作によって従動台車を走行移動させることができる仮想平面に対して、実際のエリアの床面が精密な平行面でない場合であっても、それによって生じる従動台車のマクロマニピュレータに対する位置や姿勢のずれを、両者の連結部分において吸収することができる。

本発明のマニピュレータシステムによれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような、車輪移動等での高速化の問題や位置制御の煩雑性の問題を回避し、マニピュレータ単独では実現できない広範囲で正確性と迅速性の高いワーク搬送やアクセス位置への移動、アクセス位置間の移動等を、ロースペックで実現することができる。

具体的な例を交えて詳説すると、例えば、本発明のマニピュレータシステムを適用して組立セルを構成すると、人用の組立セルと完全に同じ、もしくは非常に近い形態で構成できるようになる。つまり、組立セルがそのように構成できるようになると、従動台車をマクロマニピュレータとの連結部分から外して作業員が押すことで、組立セルのエリアから外に従動台車を撤去できるようになる。

したがって、マニピュレータが重大な異常・故障等で停止してしまった場合や、品種変更等により必要となったマニピュレータへの再教示等を、通常通り生産を継続したい昼間を避けて夜間等に行いたい場合等に、エリアが平面空間であることから従動台車を組立セルから楽に撤去できる。また、撤去後のエリアをそのまま人用セルとして利用し、生産計画等に対してフレキシブルに対応できるというメリットもある。

以上は、本発明を組立セルに適用した場合の具体例であり、本発明を組立セル以外のマニピュレータシステムに適用した場合にも、当然に同様の効果が得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムの概略構成を示す平面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

図１中引用符号１で示す本実施形態のマニピュレータシステムは、エリア３において仕掛品５（請求項中のワークに相当）の組み立てを行う組立セルに適用されたものである。この組立セルは、作業用のエリア３を有している。エリア３の床面３Ａ上で走行移動する従動台車１１と、この従動台車１１をエリア３の床面３Ａ上で走行移動させるマクロマニピュレータ１３と、従動台車１１に設置されたマイクロマニピュレータ１５とを備えている。

エリア３の床面３Ａの周辺部分には、５つの自動装置７Ａ〜７Ｅが順次配置されており、自動装置７Ｃ，７Ｄの間に、ツール変更台７Ｆと作業台７Ｇとが配置されている。

ツール変更台７Ｆには、マイクロマニピュレータ１５の先端に着脱されるツールの交換用アタッチメントが収納されている。作業台７Ｇは、マイクロマニピュレータ１５のツールの変更作業を行うための台である。この作業台７Ｇは、ツールの交換作業をマイクロマニピュレータ１５が行う間、搬送中の仕掛品５を仮置きする仮置台を兼ねている。

また、自動装置７Ａ，７Ｂ，７Ｄの横には、それらの自動装置７Ａ，７Ｂ，７Ｄにおいて仕掛品５に組み付ける部品をマイクロマニピュレータ１５に供給する部品供給台７Ｈ〜７Ｊがそれぞれ配置されている。さらに、エリア３の周辺部分には、仕掛品５を搬入するための仕掛品搬入部８Ａと、各自動装置７Ａ〜７Ｅにおける仕掛品５への部品の組み付けや加工等を終えた完成品を搬出するための完成品搬出部８Ｂとがそれぞれ配置されている。

なお、上述した自動装置７Ａ〜７Ｅや作業台７Ｇ、部品供給台７Ｈ〜７Ｊ、仕掛品搬入部８Ａ、及び、完成品搬出部８Ｂは、請求項中の所定のアクセス位置に相当する。そして、これらに対する相対位置が固定となるように、エリア３の周辺部分にベース９が設けられている。

前記従動台車１１は、基台１１Ａと、基台１１Ａを支持してエリア３の床面３Ａに接地する３つの全方向車輪１１Ｂとを備えている。基台１１Ａは円柱状に形成されており、３つの全方向車輪１１Ｂは、基台１１Ａの周面の周方向に１２０度ずつ位相をずらした箇所にそれぞれ設けられている。図２に示すように、各全方向車輪１１Ｂは、車輪の回転による移動方向だけでなく、それと直交する方向にも移動できるように構成されている。

図１に示すように、前記マクロマニピュレータ１３は、従動台車１１の基台１１Ａとベース９との間に架設されている。図３は、図１のマニピュレータシステムの拡大平面図である。

図３に示すように、前記マクロマニピュレータ１３は、水平方向に並列に配列された第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃを有している。これらの第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの一端は従動台車１１の基台１１Ａの周面に取り付けてこれと一体化した出力部材１３Ｄに対して、また、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの他端はベース９の側面に対して、それぞれ、床面３Ａ（ＸＹ平面）に対する鉛直軸（Ｚ軸）を介して回転可能に各々枢支されている。出力部材１３Ｄやベース９による第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの他端の枢支箇所は、エリア３の床面３Ａの延在方向に等間隔をおいて配置されている。

前記第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃは、後述する第１及び第３アクチュエータ１３Ｆ，１３Ｈ（図４参照）によって伸縮駆動され、伸縮用の駆動源を持たない第２リンク１３Ｂは、第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃの伸縮駆動に従動して伸縮される。また、第２リンク１３Ｂの他端は、後述する第２アクチュエータ１３Ｇ（図４参照）によってベース９に対して回転駆動され、回転用の駆動源を持たない第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃの両端と第２リンク１３Ｂの一端は、第２リンク１３Ｂの回転に従動して、基台１１Ａやベース９に対して回転する。

このように構成されたマクロマニピュレータ１３においては、前記第２リンク１３Ｂの他端を第２アクチュエータ１３Ｇによりベース９に対して回転させる角度と、前記第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃを第１及び第３アクチュエータ１３Ｆ，１３Ｈにより伸縮させる伸縮長さとを、適切な組み合わせの値に設定する。

これにより、目的の自動装置７Ａ〜７Ｅ、作業台７Ｇ、部品供給台７Ｈ〜７Ｊ、仕掛品搬入部８Ａ、又は、完成品搬出部８Ｂにマイクロマニピュレータ１５が相対するように、従動台車１１を床面３Ａ上で走行移動させ、かつ、従動台車１１をマクロマニピュレータ１３に対して回転させることができる。

なお、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの一端と出力部材１３Ｄとは、両者の枢支軸である鉛直軸（Ｚ軸）の軸方向において、若干の相対移動が可能な所定の従動自由度を有して連結されている。

また、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの一端と出力部材１３Ｄとは、エリア３の床面３Ａに沿った第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの伸縮方向の中心軸（Ｘ軸）と、これと直交してエリア３の床面３Ａに沿うＹ軸とのそれぞれの周りに、若干の相対回転可能に連結されている。つまり、両者は、Ｘ軸の周方向及びＹ軸の周方向にもそれぞれ所定の従動自由度を有して連結されている。

このように、Ｚ軸方向とＸ軸及びＹ軸の各周方向とにそれぞれ所定の従動自由度を有する第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの一端と出力部材１３Ｄとの連結部分は、マクロマニピュレータ１３によって従動台車１１が移動される方向（床面３Ａに沿った従動台車１１の走行移動方向＝Ｘ軸及びＹ軸、及び、マクロマニピュレータ１３に対する姿勢の変化方向＝Ｚ軸の周方向）を除く、他の方向（Ｘ軸の周方向、Ｙ軸の周方向、Ｚ軸方向）について、マクロマニピュレータ１３と従動台車１１との位置誤差を吸収する誤差吸収機構１３Ｅを構成している。

なお、マクロマニピュレータ１３のシリンダ部分とベース９は、敷板２３によって覆われている。この敷板２３は、図２に示すように、床面３Ａよりも一段高いエリア３の周辺部分と同じ高さに配置される。敷板２３の上面は、任意の物品の配置スペースとして活用することができる。

前記マイクロマニピュレータ１５は、従動台車１１の基台１１Ａに設置されている。このマイクロマニピュレータ１５は、多関節型アーム１５Ａの先端にフランジ１５Ｃを有している。このフランジ１５Ｃには、仕掛品５の搬送用のツールアタッチメント１５Ｂが着脱される。このツールアタッチメント１５Ｂは、必要に応じて、ツール変更台７Ｆの他のツールアタッチメント（図示せず）と交換することができる。

このように構成されたマイクロマニピュレータ１５においては、多関節型アーム１５Ａに内蔵した不図示のロータリアクチュエータに、適切な制御値を与えることで、基台１１Ａに対して多関節型アーム１５Ａを適切な姿勢とする。

これにより、フランジ１５Ｃに取り付けた搬送用のツールアタッチメント１５Ｂが、目的の自動装置７Ａ〜７Ｅ、作業台７Ｇ、部品供給台７Ｈ〜７Ｊ、仕掛品搬入部８Ａ、又は、完成品搬出部８Ｂに相対するように、従動台車１１上でマイクロマニピュレータ１５を動作させることができる。

以上に説明した従動台車１１、マクロマニピュレータ１３、及び、マイクロマニピュレータ１５を有する本実施形態のマニピュレータシステム１は、図１に示すように、仕掛品５を、仕掛品搬入部８Ａから自動装置７Ａ、自動装置７Ｂ、自動装置７Ｃ、作業台７Ｇ、自動装置７Ｄ、及び、自動装置７Ｅに順次搬送する。そして、それぞれにおいて仕掛品５に対する部品の組み付けや加工等が行われて完成品となった後に、その完成品を完成品搬出部８Ｂに搬出する。

そのために、マクロマニピュレータ１３は、仕掛品搬入部８Ａ、自動装置７Ａ、自動装置７Ｂ、自動装置７Ｃ、作業台７Ｇ、自動装置７Ｄ、自動装置７Ｅ、完成品搬出部８Ｂの順に従動台車１１を移動させる。また、マイクロマニピュレータ１５は、従動台車１１の各移動先との間で仕掛品５の受け渡しを行う（但し、仕掛品搬入部８Ａでは仕掛品５の受け取りのみ、完成品搬出部８Ｂでは完成品の引き渡しのみ）。

このような動作を可能とするために、本実施形態のマニピュレータシステム１では、マクロマニピュレータ１３及びマイクロマニピュレータ１５の現在の位置及び姿勢を示す座標値を管理する。そして、この座標値に基づいて、マクロマニピュレータ１３及びマイクロマニピュレータ１５の次の位置及び姿勢を示す目標座標値を決定する。決定した目標座標値にマクロマニピュレータ１３及びマイクロマニピュレータ１５が実際に移動すると、以後はその目標座標値が、マクロマニピュレータ１３及びマイクロマニピュレータ１５の現在の座標値となる。

図４は、図１のマニピュレータシステムの電気的な概略構成を示すブロック図である。図１に示すマニピュレータシステム１の動作制御には、図４に示すコントローラ１７、マクロマニピュレータ制御ユニット１９、及び、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１が用いられる。

前記コントローラ１７は、マニピュレータシステム１の位置と姿勢に関する全体制御を行う。そのために、コントローラ１７は、マニピュレータシステム１の４つのポイントの座標値を管理する。この４つのポイントは、図３に示すマクロマニピュレータ原点Ｏ１、誤差吸収機構原点Ｏ２、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３、及び、図２に示すツールセンターポイントＴＣＰである。

このうち、マクロマニピュレータ原点Ｏ１は、図３に示すように、第２リンク１３Ｂの他端及びベース９の枢支軸（Ｚ軸）と、第２リンク１３Ｂのシリンダロッドの中心軸（Ｘ軸）との交点である。また、誤差吸収機構原点Ｏ２は、第２リンク１３Ｂのシリンダロッドの中心軸（Ｘ軸）と、第２リンク１３Ｂの一端及び出力部材１３Ｄの枢支軸（Ｚ軸）との交点である。さらに、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３は、従動台車１１の基台１１Ａの中心軸（Ｚ軸）と基台１１Ａの上面との交点である。最後に、ツールセンターポイントＴＣＰは、図２に示すように、マイクロマニピュレータ１５のフランジ１５Ｃに装着されたツールアタッチメント１５Ｂの代表点である。このツールセンターポイントＴＣＰは、フランジ１５Ｃに装着されるツールアタッチメントが変わると、そのツールアタッチメントに依存して位置が変わる場合がある。

また、コントローラ１７は、上述した４つのポイントの座標値に基づいて、マクロマニピュレータ制御ユニット１９やマイクロマニピュレータ制御ユニット２１に対して、マクロマニピュレータ１３やマイクロマニピュレータ１５の制御上の目標値を供給する。マクロマニピュレータ１３の目標値は、マクロマニピュレータ１３の代表点である誤差吸収機構原点Ｏ２と、その前提となるマクロマニピュレータ原点Ｏ１との各目標座標値である。また、マイクロマニピュレータ１５の目標値は、マイクロマニピュレータ１５の代表点であるツールセンターポイントＴＣＰと、その前提となるマイクロマニピュレータ原点Ｏ３との各目標座標値である。

そして、上述した管理や供給を行うために、図４に示すコントローラ１７は、ＣＰＵやＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータによって構成される。このコントローラ１７には、マクロマニピュレータ制御ユニット１９やマイクロマニピュレータ制御ユニット２１が接続される。

したがって、本実施形態では、コントローラ１７が、仕掛品５の仕掛品搬入部８Ａから自動装置７Ａへの搬送、自動装置７Ａから自動装置７Ｂへの搬送、自動装置７Ｂから自動装置７Ｃへの搬送、自動装置７Ｃから作業台７Ｇへの搬送、作業台７Ｇから自動装置７Ｄへの搬送、自動装置７Ｄから自動装置７Ｅへの搬送、そして、自動装置７Ｅから完成品搬出部８Ｂへの搬送のそれぞれを１つの動作単位として、マニピュレータシステム１の動作を単位毎に区切って制御する。

前記マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、マニピュレータシステム１のうちマクロマニピュレータ１３の動作を制御する。そのために、マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、マクロマニピュレータ１３の代表点である誤差吸収機構原点Ｏ２の座標値と、その前提となるマクロマニピュレータ原点Ｏ１の座標値とを管理する。

また、マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、コントローラ１７からマクロマニピュレータ１３の制御上の目標値として供給される誤差吸収機構原点Ｏ２と、その前提となるマクロマニピュレータ原点Ｏ１との各目標座標値に基づいて、マクロマニピュレータ１３を駆動させる。そして、マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、マクロマニピュレータ１３を駆動させた後のマクロマニピュレータ原点Ｏ１と誤差吸収機構原点Ｏ２との実座標値を管理する。

さらに、マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１から後述するようにして供給される、マイクロマニピュレータ１５を駆動させた後のマイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの実座標値や、自身が管理するマクロマニピュレータ原点Ｏ１と誤差吸収機構原点Ｏ２との実座標値を、マニピュレータシステム１の位置と姿勢に関する実測値として、コントローラ１７に供給する。マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの実座標値は、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１からコントローラ１７に直接供給するようにしてもよい。

そして、上述した管理や供給を行うために、マクロマニピュレータ制御ユニット１９は、ＣＰＵやＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータによって構成される。このマクロマニピュレータ制御ユニット１９には、コントローラ１７やマイクロマニピュレータ制御ユニット２１が接続される。

また、マクロマニピュレータ制御ユニット１９には、マクロマニピュレータ１３のストロークタイプの第１乃至第３アクチュエータ１３Ｆ〜１３Ｈのドライブ回路１３Ｉ〜１３Ｋと、第１及び第３アクチュエータ１３Ｆ，１３Ｈによる第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃの伸縮長さを検出するストロークセンサ１３Ｌ，１３Ｎと、ロータリタイプの第２アクチュエータ１３Ｇによる第２リンク１３Ｂのベース９に対する回転角度を検出するロータリセンサ１３Ｍとが接続される。

さらに、マクロマニピュレータ制御ユニット１９には、誤差吸収機構１３Ｅにおいて吸収されたマクロマニピュレータ１３と従動台車１１との位置誤差を、Ｘ軸の周方向、Ｙ軸の周方向、Ｚ軸方向についてそれぞれ検出するための、誤差吸収機構１３Ｅに設けられた２つのロータリセンサ１３Ｏ，１３Ｐと１つのストロークセンサ１３Ｑとが接続される。

前記ストロークセンサ１３Ｌ，１３Ｎは、第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃのシリンダ側とロッド側とに発光側と受光側とをそれぞれ設けた光学的測距手段や、第１及び第３アクチュエータ１３Ｆ，１３Ｈにそれぞれ設けたエンコーダ等によって構成することができる。また、前記ロータリセンサ１３Ｍは、第２アクチュエータ１３Ｇに設けたロータリエンコーダ等によって構成することができる。また、誤差吸収機構１３Ｅに設けられた２つのロータリセンサ１３Ｏ，１３Ｐと１つのストロークセンサ１３Ｑも、それぞれ、ストロークセンサ１３Ｌ，１３Ｎやロータリセンサ１３Ｍと同様の構成とすることができる。

前記マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、マニピュレータシステム１のうちマイクロマニピュレータ１５の動作を制御する。そのために、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、マイクロマニピュレータ１５の代表点であるツールセンターポイントＴＣＰの座標値と、その前提となるマイクロマニピュレータ原点Ｏ３の座標値とを管理する。

また、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、コントローラ１７からマイクロマニピュレータ１５の制御上の目標値として供給されるツールセンターポイントＴＣＰと、その前提となるマイクロマニピュレータ原点Ｏ３との各目標座標値に基づいて、マイクロマニピュレータ１５を駆動させる。そして、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、マイクロマニピュレータ１５を駆動させた後のマイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの実座標値を管理する。

さらに、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、自身が管理するマイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの実座標値を、マイクロマニピュレータ１５の位置と姿勢に関する実測値として、マクロマニピュレータ制御ユニット１９に供給する。マクロマニピュレータ制御ユニット１９に供給する代わりにコントローラ１７に供給するようにしてもよい。

そして、上述した管理や供給を行うために、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１は、ＣＰＵやＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータによって構成される。このマイクロマニピュレータ制御ユニット２１には、コントローラ１７やマクロマニピュレータ制御ユニット１９が接続される。

また、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１には、マイクロマニピュレータ１５の多関節型アーム１５Ａを駆動するための第１乃至第６ロータリアクチュエータ１５Ｄ〜１５Ｉのドライブ回路１５Ｊ〜１５Ｏと、第１乃至第６ロータリアクチュエータ１５Ｄ〜１５Ｉにより駆動された多関節型アーム１５Ａやフランジ１５Ｃの基台１１Ａに対する姿勢を検出するロータリセンサ１５Ｐ〜１５Ｕとが接続される。

図５は、本実施形態のマニピュレータシステム１において実行される処理の内容を示す機能ブロック図である。なお、図５中引用符号１７の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、コントローラ１７において実行される処理を示す。また、引用符号１９の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、マクロマニピュレータ制御ユニット１９において実行される処理を示す。さらに、引用符号２１の一点鎖線の枠内に記載されたブロックは、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１において実行される処理を示す。

まず、マクロマニピュレータ１３の制御上の目標値（目標位置・姿勢）としてコントローラ１７からマクロマニピュレータ制御ユニット１９に、マクロマニピュレータ原点Ｏ１と誤差吸収機構原点Ｏ２との各目標座標値が供給されると、逆運動学計算ａによって、マクロマニピュレータ１３の第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃの各伸縮駆動量と、第２リンク１３Ｂの他端のベース９に対する回転駆動量とが、それぞれ計算される。

そして、マクロマニピュレータ駆動ｂにおいて、計算された伸縮駆動量で第１及び第３リンク１３Ａ，１３を伸縮駆動させ、また、計算された回転駆動量で第２リンク１３Ｂを回転駆動させるための駆動信号が、マクロマニピュレータ制御ユニット１９から対応するドライブ回路１３Ｉ〜１３Ｋに出力され、対応する第１乃至第３アクチュエータ１３Ｆ〜１３Ｈが、計算された伸縮駆動量や回転駆動量に応じて駆動される。これにより、マクロマニピュレータ１３が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される。

さらに、マクロマニピュレータ１３が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される間、ストロークセンサ１３Ｌ，１３Ｎとロータリセンサ１３Ｍからマクロマニピュレータ制御ユニット１９への入力信号に基づいて、順運動学計算ｃによって、第１及び第３リンク１３Ａ，１３Ｃの実際の伸縮量と、第２リンク１３Ｂのベース９に対する実際の回転量とが、それぞれ計算される。また、計算された伸縮量及び回転量と、マクロマニピュレータ制御ユニット１９において管理されているマクロマニピュレータ１３の駆動前の座標値とに基づいて、マクロマニピュレータ原点Ｏ１と誤差吸収機構原点Ｏ２との各実座標値が、それぞれ計算される。

そして、差分計算ｄにおいて、計算されたマクロマニピュレータ原点Ｏ１及び誤差吸収機構原点Ｏ２の各実座標値と、コントローラ１７から供給されたマクロマニピュレータ原点Ｏ１及び誤差吸収機構原点Ｏ２の各目標座標値との差分が、マクロマニピュレータ１３の位置・姿勢誤差として計算される。

これらの処理と並行して、マクロ・マイクロマニピュレータ相対位置取得ｅにおいて、マクロマニピュレータ１３とマイクロマニピュレータ１５との相対位置として、マクロマニピュレータ制御ユニット１９において管理されている誤差吸収機構原点Ｏ２とマイクロマニピュレータ原点Ｏ３との相対位置座標が取得される。

また、取得された相対位置座標から、順運動学計算ｆにおいて、誤差吸収機構原点Ｏ２とマイクロマニピュレータ原点Ｏ３との座標値の差が計算される。

そして、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいて、順運動学計算ｆにおいて計算された誤差吸収機構原点Ｏ２とマイクロマニピュレータ原点Ｏ３との座標値の差を、差分計算ｄにおいて計算されたマクロマニピュレータ１３の位置・姿勢誤差に応じて増減した値が、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３の座標値の補正量として計算される。

以上に説明した逆運動学計算ａ、マクロマニピュレータ駆動ｂ、順運動学計算ｃ、差分計算ｄ、マクロ・マイクロマニピュレータ相対位置取得ｅ、順運動学計算ｆ、及び、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇの各処理は、マクロマニピュレータ制御ユニット１９によって実行される。

また、マイクロマニピュレータ１５の制御上の目標値（目標位置・姿勢）としてコントローラ１７からマイクロマニピュレータ制御ユニット２１に、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各目標座標値が供給されると、マイクロマニピュレータ修正目標位置・姿勢計算ｈにおいて、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいて計算された補正量に応じて、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各目標座標値の修正値が計算される。

このマイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいては、誤差吸収機構１３Ｅに設けたロータリセンサ１３Ｏ，１３Ｐとストロークセンサ１３Ｑからマクロマニピュレータ制御ユニット１９への入力信号に基づいて、誤差吸収機構１３Ｅにおいて吸収されたマクロマニピュレータ１３と従動台車１１との位置誤差が、Ｘ軸の周方向、Ｙ軸の周方向、Ｚ軸方向についてそれぞれ計算される。そして、計算された誤差吸収機構１３Ｅによるマクロマニピュレータ１３と従動台車１１との位置誤差の吸収量の分だけ、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいて計算された補正量が補正される。

したがって、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいては、再吸収機構１３Ｅによる位置誤差吸収量の分だけ補正された後の、マイクロマニピュレータ原点位置・姿勢誤差計算ｇにおいて計算された補正量を用いて、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各目標座標値の修正値が計算される。

また、逆運動学計算ｉによって、マイクロマニピュレータ１５の第１及び第２アームエレメント１５Ａ，１５Ｂとフランジ１５Ｃの各回転駆動量がそれぞれ計算される。

そして、マイクロマニピュレータ駆動ｊにおいて、計算された回転駆動量で第１及び第２アームエレメント１５Ａ，１５Ｂとフランジ１５Ｃを回転駆動させるための駆動信号が、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１から対応するドライブ回路１５Ｊ〜１５Ｏに出力され、対応する第１乃至第６ロータリアクチュエータ１５Ｄ〜１５Ｉが、計算された回転駆動量に応じて駆動される。これにより、マイクロマニピュレータ１５が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される。

さらに、マイクロマニピュレータ１５が目標座標値に応じた位置、姿勢に変位するように駆動される間、ロータリセンサ１５Ｋ，１５Ｌ，１５Ｍからマイクロマニピュレータ制御ユニット２１への入力信号に基づいて、順運動学計算ｋによって、第１及び第２アームエレメント１５Ａ，１５Ｂとフランジ１５Ｃの実際の回転量がそれぞれ計算される。また、計算された回転量と、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１において管理されているマイクロマニピュレータ１５の駆動前の座標値とに基づいて、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各実座標値が、それぞれ計算される。

以上に説明したマイクロマニピュレータ修正目標位置・姿勢計算ｈ、逆運動学計算ｉ、マイクロマニピュレータ駆動ｊ、及び、順運動学計算ｋの各処理は、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１によって実行される。

そして、マクロ・マイクロマニピュレータ目標位置・姿勢計算ｌにおいて、順運動学計算ｃにおいて計算されたマクロマニピュレータ原点Ｏ１及び誤差吸収機構原点Ｏ２の各実座標値と、順運動学計算ｋにおいて計算されたマイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各実座標値とに基づいて、次のマクロマニピュレータ１３やマイクロマニピュレータ１５の制御上の目標値（目標位置・姿勢）として、マクロマニピュレータ原点Ｏ１と誤差吸収機構原点Ｏ２との各目標座標値や、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３とツールセンターポイントＴＣＰとの各目標座標値が、それぞれ計算される。このマクロ・マイクロマニピュレータ目標位置・姿勢計算ｌの処理は、コントローラ１７によって実行される。

上述のように構成された本実施形態のマニピュレータシステム１では、ベース９を起点とするマクロマニピュレータ１３の動作によってエリア３の床面３Ａ上で従動台車１１を走行移動させ、この従動台車１１に搭載されたマイクロマニピュレータ１５の動作によって、仕掛品搬入部８Ａ、自動装置７Ａ、自動装置７Ｂ、自動装置７Ｃ、作業台７Ｇ、自動装置７Ｄ、自動装置７Ｅ、完成品搬出部８Ｂの順に従動台車１１を移動させる。そして、従動台車１１の各移動先との間でマイクロマニピュレータ１５が、仕掛品５の受け渡しを行う。

したがって、マクロマニピュレータ１３とマイクロマニピュレータ１５とによるマクロ−マイクロシステムを構築して、仕掛品５の無軌道方式による搬送を実現し、精密テーブルやガントリのような軌道方式の移動手段によりマニピュレータを移動させる場合に比べて、マニピュレータシステム１の全体のコンパクト化を図ることができる。

また、マイクロマニピュレータ１５を搭載した従動台車１１の位置制御の制御対象が、従動台車１１自身ではなく、自動装置７Ａ〜７Ｅ、作業台７Ｇ、仕掛品搬入部８Ａ、及び、完成品搬出部８Ｂに対する相対位置が固定されたベース９を起点として動作するマクロマニピュレータ１３であることから、従動台車１１がエリア３の床面３Ａ上でスリップ等を起こしたとしても、制御対象であるマクロマニピュレータ１３の制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じない。

このため、従動台車１１の正確な位置制御のために従動台車１１を低速走行させる必要がなく、従動台車１１の走行速度に起因して仕掛品５の搬送のタクトタイムに制約が生じないので、従動台車１１の位置制御の正確性を保ったまま従動台車１１の高速移動を可能として、仕掛品５の搬送を迅速に行えるようにすることができる。

しかも、制御量と実際の動作量との間に大きな誤差が生じないマクロマニピュレータ１３を従動台車１１の位置制御における制御対象とすることから、位置座標が固定であるベース９に対する、マクロマニピュレータ原点Ｏ１、誤差吸収機構原点Ｏ２、マイクロマニピュレータ原点Ｏ３、及び、ツールセンターポイントＴＣＰの相対位置の、各種センサ１３Ｌ〜１３Ｎ，１５Ｋ〜１５Ｍによる検出結果に基づく複雑な処理による補正を、従動台車１１の位置制御において行う必要がない。

このため、制御系のハードウェアであるコントローラ１７、マクロマニピュレータ制御ユニット１９、及び、マイクロマニピュレータ制御ユニット２１を、ロースペックなもので済ませることができる。

さらに、マクロマニピュレータ１３に連結される従動台車１１やそれに搭載されたマイクロマニピュレータ１５の荷重が、従動台車１１が走行移動するエリア３の床面３Ａとマクロマニピュレータ１３とに分散してかかるので、従動台車１１とマイクロマニピュレータ１５の全荷重に見合った駆動源を、マクロマニピュレータ１３の第１乃至第３アクチュエータ１３Ｆ〜１３Ｈに用いる必要がない。このため、マクロマニピュレータ１３の高速動作による仕掛品５の高速搬送を、現実的な第１乃至第３アクチュエータ１３Ｆ〜１３Ｈの高出力化の範疇で実現させることができる。

即ち、本実施形態のマニピュレータシステム１によれば、コンパクト化に適した無軌道方式でありながら、自走台車のような仕掛品５の搬送のタクトタイムの問題やマニピュレータの位置制御の煩雑性の問題を回避し、ロースペックで正確性と迅速性の高い仕掛品５の搬送を実現することができる。

なお、従動台車１１をエリア３の床面３Ａ上で走行移動させるだけでなく、従動台車１１をマクロマニピュレータ１３に対して回転させるための構成は、省略してもよい。

しかし、この構成を設ければ、マクロマニピュレータ１３に対して従動台車１１を回転させて、自動装置７Ａ〜７Ｅ、作業台７Ｇ、仕掛品搬入部８Ａ、及び、完成品搬出部８Ｂに対するマイクロマニピュレータ１５の姿勢を変化させて、その分だけマイクロマニピュレータ１５の移動範囲を広げ、マイクロマニピュレータ１５による仕掛品５の搬送可能範囲を広げることができるので、有利である。

また、本実施形態では、マクロマニピュレータ１３を、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃによるパラレルリンク機構によって構成した。このため、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃに対応する第１乃至第３アクチュエータ１３Ｆ〜１３Ｈによって、エリア３の床面３Ａに沿った直交２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）と、床面３Ａ（ＸＹ平面）に対する鉛直軸（Ｚ軸）の周方向との各方向に、従動台車１１及びマイクロマニピュレータ１５を移動及び回転させることができる。

したがって、少ない駆動源によって従動台車１１及びマイクロマニピュレータ１５を平面３自由度のある移動体として構成することができ、マニピュレータシステム１の小型軽量化と、それによる従動台車１１及びマイクロマニピュレータ１５の高速移動を可能として、仕掛品５の高速搬送を実現することができる。

しかし、本発明の実施に当たっては、パラレルリンク機構でなくシリアルリンク機構によってマクロマニピュレータ１３を構成することもできる。

例えば、図６に示すような、各節の一方の関節にロータリアクチュエータを設けた平行リンク機構１３ａや、図７に示すような、各関節にロータリアクチュエータを設けた多関節のスカラ型リンク機構１３ｂ、あるいは、図８に示すような、第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃと同様の伸縮シリンダとその両端のロータリアクチュエータをそれぞれ備えた関節とによる極座標型リンク機構１３ｃによって、マクロマニピュレータ１３を構成してもよい。

このように、平行リンク機構１３ａやスカラ型リンク機構１３ｂ、あるいは、極座標型リンク機構１３ｃによって、平面３自由度（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、ｚ軸の周方向）を有するマクロマニピュレータ１３を用いた場合にも、マクロマニピュレータ１３の構成を、一般的なマニピュレータのような５〜６軸（又は方向）に自由度を有する複雑な構成ではなく、平面３自由度を実現するための機構さえ有していれば事足りる簡略なものとすることができる。よって、マクロマニピュレータ１３、ひいては、マニピュレータシステム１全体の低コスト化を図ることができる。

また、マイクロマニピュレータ１５についても、本実施形態のような多関節型のマニピュレータでなく、例えば図９に示すような、直交座標型のマニピュレータ１５ａをマイクロマニピュレータ１５として用いる構成としてもよい。

さらに、本実施形態では、マクロマニピュレータ１３と従動台車１１との連結部分である第１乃至第３リンク１３Ａ〜１３Ｃの一端と出力部材１３Ｄとの連結部分に、誤差吸収機構１３Ｅを設ける構成とした。そして、この誤差吸収機構１３Ｅにより、マクロマニピュレータ１３によって従動台車１１が移動される方向（床面３Ａに沿った従動台車１１の走行移動方向＝Ｘ軸及びＹ軸、及び、マクロマニピュレータ１３に対する姿勢の変化方向＝Ｚ軸の周方向）を除く、他の方向（Ｘ軸の周方向、Ｙ軸の周方向、Ｚ軸方向）について、マクロマニピュレータ１３と従動台車１１との位置誤差を吸収する構成とした。

上述した誤差吸収機構１３Ｅは必ずしも設ける必要はないが、本実施形態のようにこの構成を設ければ、マクロマニピュレータ１３によりベース９に対して従動台車１１を相対移動させた際に、マクロマニピュレータ１３の動作によって従動台車１１を走行移動させることができる仮想平面に対して、現実のエリア３の床面３Ａが精密な平行面でない場合であっても、それによって生じる従動台車１１のマクロマニピュレータ１３に対する位置や姿勢のずれを、両者の連結部分において吸収することができるので、有利である。

また、従動台車１１の全方向車輪１１Ｂは、従動台車１１の走行移動において支障がない限り、自在キャスタ等の他の構成によるフリーホイールに置き換えることができる。

本発明の第１実施形態に係るマニピュレータシステムの概略構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のマニピュレータシステムの拡大平面図である。 図１のマニピュレータシステムの電気的な概略構成を示すブロック図である。 図１のマニピュレータシステムにおいて実行される処理の内容を示す機能ブロック図である。 図１のマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの変形例を示す説明図である。 図１のマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの変形例を示す説明図である。 図１のマニピュレータシステムにおけるマクロマニピュレータの変形例を示す説明図である。 図１のマニピュレータシステムにおけるマイクロマニピュレータの変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ マニピュレータシステム
３ エリア
３Ａ 床面
５ 仕掛品
７Ａ〜７Ｅ 自動装置
７Ｆ ツール変更台
７Ｇ 作業台
７Ｈ〜７Ｊ 部品供給台
８Ａ 仕掛品搬入部
８Ｂ 完成品搬出部
９ ベース
１１ 従動台車
１１Ａ 基台
１１Ｂ 全方向車輪
１３ マクロマニピュレータ
１３Ａ 第１リンク
１３Ｂ 第２リンク
１３Ｃ 第３リンク
１３Ｄ 出力部材
１３Ｅ 誤差吸収機構
１３Ｆ 第１アクチュエータ
１３Ｇ 第２アクチュエータ
１３Ｈ 第３アクチュエータ
１３Ｉ〜１３Ｋ ドライブ回路
１３Ｌ，１３Ｎ，１３Ｑ ストロークセンサ
１３Ｍ，１３Ｏ，１３Ｐ ロータリセンサ
１３ａ 平行リンク機構
１３ｂ スカラ型リンク機構
１３ｃ 極座標型リンク機構
１５ マイクロマニピュレータ
１５Ａ〜１５ 多関節型アーム
１５Ｂ ツールアタッチメント
１５Ｃ フランジ
１５Ｄ 第１ロータリアクチュエータ
１５Ｅ 第２ロータリアクチュエータ
１５Ｆ 第３ロータリアクチュエータ
１５Ｇ 第４ロータリアクチュエータ
１５Ｈ 第５ロータリアクチュエータ
１５Ｉ 第６ロータリアクチュエータ
１５Ｊ〜１５Ｏ ドライブ回路
１５Ｐ〜１５Ｕ ロータリセンサ
１５ａ マニピュレータ
１７ コントローラ
１９ マクロマニピュレータ制御ユニット
２１ マイクロマニピュレータ制御ユニット
２３ 敷板
Ｏ１ マクロマニピュレータ原点
Ｏ２ 誤差吸収機構原点
Ｏ３ マイクロマニピュレータ原点
ＴＣＰ ツールセンターポイント

Claims (4)

1. 所定のアクセス位置が周辺に配置されたエリアにおいて、前記アクセス位置への移動や該アクセス位置間の移動等を行うマニピュレータシステムであって、
   前記エリアの周辺に固定して配置されたベースと、
   前記エリアに配置され、外力の付加により前記エリア内の床面上を走行移動可能な従動台車と、
   前記ベースと前記従動台車との間に架設され、前記ベースを起点として動作することで前記従動台車を前記床面上で走行移動させるマクロマニピュレータと、
   前記従動台車に設置され、該従動台車を起点とする所定の作業範囲内で前記ワークの搬送動作を行うマイクロマニピュレータと、
   を備えることを特徴とするマニピュレータシステム。
2. 前記マクロマニピュレータは、前記従動台車を走行移動させる方向を、前記床面に沿った直交２方向を少なくとも含む所定方向に制限することを特徴とする請求項１記載のマニピュレータシステム。
3. 前記マクロマニピュレータはパラレルリンク機構を有しており、
   前記パラレルリンク機構は、前記従動台車と前記ベースとの間に並列接続された第１乃至第３リンクを有しており、
   前記第１及び第３リンクはそれぞれ、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記一端及び前記他端の間隔が変化するように駆動されるものであり、
   前記第２リンクは、一端が前記従動台車に対して、他端が前記ベースに対して、前記床面に対する鉛直軸を中心に回転可能に各々枢支され、前記ベースに対する前記他端の回転角度が変化するように駆動されると共に、前記第１及び第３リンクの駆動に従動して前記第２リンクの前記一端及び前記他端の間隔が変化することで、同一平面内の並進２軸の位置及び回転１軸の姿勢を変化させるものである、
   ことを特徴とする請求項２記載のマニピュレータシステム。
4. 前記マクロマニピュレータと前記従動台車とは、前記マクロマニピュレータの動作による前記従動台車の前記ベースに対する相対移動が可能な方向以外の方向において、所定の従動自由度を有して連結されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のマニピュレータシステム。

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