JP2019025602A - リンク作動式作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク作動装置の構造上の原因による位置決め精度不良を生じさせることなく、エンドエフェクタを精度良く位置決めすることができるリンク作動式作業装置を提供する。
【解決手段】リンク作動式作業装置は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が３組以上のリンク機構３４を介して姿勢を変更可能に連結され、姿勢制御用駆動源３１で駆動するリンク作動装置２９を備える。このリンク作動装置２９の先端側のリンクハブ３３に、エンドエフェクタ１２０と撮像装置１００とが搭載される。撮像装置１００の画像を処理してエンドエフェクタ１２０の目標位置Ｓを求め、作用点Ｐとのずれを求める画像処理装置１１０を設ける。姿勢制御用駆動源３１に制御指令を出す姿勢制御手段１３０に、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐが目標位置Ｓと一致するように補正する機能を持たせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の高速、高精度、および広範な作動範囲を必要とする機器やロボット等に用いられるリンク作動式作業装置に関する。

特許文献１，２の多関節ロボットは、複数の関節部のうちの少なくとも１つの関節部に、この関節部の両側のアーム部同士を互いに直交２軸周りに相対回転させるリンク作動装置が用いられている。アームの先端に搭載されたエンドエフェクタにより作業対象物に対して作業を行う。

前記リンク作動装置は、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°( 無制限）の範囲に設定できる。複数の関節部のうち少なくとも１つの関節部に上記リンク作動装置を用いることで、折れ角９０°、旋回角３６０°の作動範囲において特異点を持たないスムーズな動作が可能となり、木目細かい動作を実現できる。また、素早い動作が可能で、動作の安全性が高く、人と共存する作業現場で使用するのに適する。

このようなリンク作動装置を用いた作業装置では、リンク作動装置の姿勢制御用駆動源を制御して、前記折れ角および旋回角を調整することで、エンドエフェクタを希望する目標位置に位置決めする。

特開２０１６−１４７３５０号公報 特開２０１６−１４７３５１号公報

しかしながら、リンク作動装置を用いた作業装置には、以下の課題がある。
すなわち、リンク作動装置は、前述したように、基端側のリンクハブと先端側のリンクハブとが３組以上のリンク機構で連結されているが、各リンク機構は、それぞれ基端側の端部リンク部材、先端側の端部リンク部材、および中央リンク部材で構成され、各リンク部材がそれぞれ回転軸で連結されている。また、特許文献１，２の例の場合、各リンク機構に姿勢制御用駆動源の動力を伝えるために、歯車機構が用いられている。例えば、歯車機構の歯車は、姿勢制御用駆動源の回転軸と基端側の端部リンクにそれぞれ設けられている。
このようにリンク作動装置は、複数の部材で構成されているため、剛性を高めることが難しい。また、各部材の組立精度や歯車のバックラッシュの影響もある。このため、リンク作動装置を用いた作業装置には、エンドエフェクタを希望する位置に正確に位置決めできないという課題がある。

この発明の目的は、リンク作動装置の構造上の原因による位置決め精度不良を補正することができて、エンドエフェクタを精度良く位置決めすることができるリンク作動式作業装置を提供することである。

この発明のリンク作動式作業装置は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が３組以上のリンク機構３４を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構３４は、それぞれ前記基端側のリンクハブ３２および前記先端側のリンクハブ３３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３組以上のリンク機構３４のうちの２組以上のリンク機構３４に設けられ、前記基端側のリンクハブ３２に対する前記先端側のリンクハブ３３の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用駆動源９０が設けられたリンク作動装置２９と、
前記先端側のリンクハブ３３に搭載され、作業対象物Ｗに対して作業を行うエンドエフェクタ１２０と、
前記作業対象物Ｗに対して前記エンドエフェクタ１２０が作用する作用点を光軸ＯＡ上の視野内でかつ被写界深度内に位置するように前記先端側のリンクハブ３３に搭載され、前記作業対象物Ｗを撮影する撮像装置１００と、
前記撮像装置１００が撮影した画像を処理し、前記エンドエフェクタ１２０の前記作用点Ｐを一致させるべき目標位置Ｓを検出し、前記目標位置Ｓと前記画像上の前記作用点Ｐの位置とのずれを求める画像処理装置１１０と、
与えられた位置決め指令に従って前記姿勢制御用駆動源３１に制御指令を出し、かつ前記姿勢制御用駆動源３１が動作を完了したときに、前記目標位置Ｓと前記画像から定まる前記作用点Ｐの位置が一致するように前記先端側リンクハブの位置補正を前記姿勢制御用駆動源３１に行わせる姿勢制御手段１３０と、
を備える。

この構成のリンク作動式作業装置によると、前記姿勢制御手段１３０は、基本的には、与えられた位置決め指令に従って前記姿勢制御用駆動源３１に制御指令を出し、姿勢制御用駆動源３１により先端側のリンクハブ３３の姿勢を変更させることで、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐの位置決めを行う。姿勢制御手段１３０への前記位置決め指令を与える手段は、例えばこの姿勢制御手段１３０や上位制御手段（図示せず）に記憶された動作プログラム、あるいはティーチングコンソール１３１等である。
エンドエフェクタ１２０を位置決めしたときに、リンク作動装置２９の持つ各部の遊び等によって位置決め精度が出ていないことがあるが、これを次のように画像処理を用いて補正する。
画像処理装置１１０は、撮像装置１００の撮像した画像を処理し、定められた規則により、前記エンドエフェクタ１２０の前記作用点Ｐを位置させる目標位置Ｓを検出し、前記目標位置Ｓと前記画像から定まる前記作用点Ｐとのずれを求める。前記「定められた規則」は、例えば、得られた画像上の前記作業対象物Ｗにおける所定の平面の中心、あるいは所定の角部や所定の特徴点を目標位置Ｓとする特徴抽出等の規則とされ、これにより画像から目標位置Ｓを検出することができる。
前記姿勢制御手段１３０は、前記位置決め制御指令に従って前記姿勢制御用駆動源３１が動作を完了したときに、前記画像処理によって検出された前記目標位置Ｓと前記作用点Ｐとのずれを解消するように前記先端側リンクハブ３３の位置決め補正を前記姿勢制御用駆動源３１に行わせる。なお、前記「画像から定まる前記作用点Ｐ」は、例えば画像の中心等に設定することができる。

目標位置Ｓの検出に画像処理を用いる場合、画像を撮影するための撮像装置１００は、その光軸ＯＡがリンク作動装置の先端側のリンクハブ３３の中心軸に一致するように配置される方がよい。先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとの距離をあらかじめ求めておき、この距離を考慮して目標位置Ｓを求める方法も考えられるが、熱的影響などで撮像装置１００の取付位置が時間的に変化する可能性もある。このような場合、定期的に距離を補正する手順が必要となり効率的ではない。このため、先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとの距離を最小にして、できれば一致させておくことが望ましい。このため、この発明は、先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとを一致させたリンク作動式作業装置としている。

この発明は、このように、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐが、光軸ＯＡ上における視野内でかつ被写界深度内に位置するように撮像装置１００を先端側のリンクハブ３３に搭載し、エンドエフェクタ１２０から見た現在の目標位置Ｓを計測して目標位置Ｓとのずれを算出し、位置ずれが小さくなるようにエンドエフェクタ１２０を位置決めする制御方法を採用するため、目標位置Ｓが撮像装置１００の視野に入っていれば、目標位置Ｓを実際に計測して目標位置Ｓとのずれを算出し、ずれが小さくなるようにエンドエフェクタ１２０を位置決めすることができ、高精度な位置決めを実現できる。

ここで、作用点Ｐおよび目標位置Ｓにつき、具体的に説明する。
作用点Ｐは、エンドエフェクタ１２０の位置を示す点であり、エンドエフェクタ１２０の形態に合わせて定められる。例えば、エンドエフェクタ１２０が把持装置である場合、把持装置が作業対象物Ｗと接触する点の近傍に定められる。また、エンドエフェクタ１２０がディスペンサや、レーザ光のようなエネルギービーム、ジェット等を発する装置である場合、作用点Ｐは、吐出される液体や、エネルギービーム、ジェット等の移動線上の一点とされる。
目標位置Ｓは、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐを位置させる目標となる位置、詳しくは、エンドエフェクタ１２０が作用するために、位置決めの目標となる作業対象物Ｗ上または周囲空間に固定された点である。
エンドエフェクタ１２０が目標位置Ｓに正しく位置決めされたとき、目標位置Ｓと作用点Ｐは一致する。エンドエフェクタ１２０がディスペンサである場合、前記移動線が目標位置Ｓと重なったときに、作用点Ｐと目標位置Ｓとが一致する。

この発明において、前記エンドエフェクタ１２０は、前記先端側のリンクハブ３３の中心軸からオフセットした位置で前記先端側のリンクハブ３３に固定されていてもよい。
エンドエフェクタ１２０が先端側のリンクハブ３３の中心軸からオフセットした位置にあると、撮像装置１００を先端側のリンクハブ３３の中心軸上に設けた場合に、撮像装置１００の光軸ＯＡをエンドエフェクタ１２０が遮らない。
なお、前記先端側のリンクハブ３３の中心軸は、前記先端側のリンクハブ３３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を前記先端側のリンクハブ３３の球面リンク中心と称する場合に、この球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブ３３と前記先端側の端部リンク部材の回転対偶の中心軸と直角に交わる直線のことである。

この発明において、前記撮像装置１００の光軸ＯＡが前記先端側のリンクハブ３３の中心軸と一致していてもよい。
この場合、現在の目標位置Ｓと作用点Ｐとのずれ量を計算しやすいので、エンドエフェクタ１２０の位置決め制御が容易である。
なお、撮像装置１００の光軸ＯＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸とが一致していなくても、先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとの距離を予め求めておけば、この距離を考慮して目標位置Ｓを求めることで、エンドエフェクタ１２０の位置決め制御は可能である。しかし、その場合、熱的影響等で撮像装置１００の取付け位置が時間的に変化する可能性があるため、定期的に前記距離を補正することが必要となる。このため、先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとの距離を最小にしておくことが望ましく、先端側のリンクハブ３３の中心軸と撮像装置１００の光軸ＯＡとを一致させておくことがより望ましい。

この発明において、前記基端側のリンクハブ３２は姿勢制御用駆動源収納部材９０に固定され、この姿勢制御用駆動源収納部材９０の内部に前記姿勢制御用駆動源３１が収納されていてもよい。
姿勢制御用駆動源収納部材９０の内部に姿勢制御用駆動源３１が収納されていると、リンク作動式作業装置の突出部分が減り、コンパクトな構成を実現できる。また、装置全体の安全性が向上するため、人と共存する作業現場で使用するのに適する。

この発明において、前記撮像装置１００は映像ケーブル１０１を介して前記画像処理装置１１０と接続され、前記映像ケーブル１０１は、前記中央リンク部材に固定され前記各リンク機構３４の内側に位置するケーブル案内部材１０４に案内されると共に、前記基端側のリンクハブ３２に設けられたコネクタ１０２に挿通されていてもよい。
この場合、映像ケーブル１０１が常に各リンク機構３４の内側を通るように保持されるため、映像ケーブル１０１と他の部材、例えば中央リンク部材や端部リンク部材と干渉することを防止できる。

この発明において、前記リンク作動装置２９を搭載して、このリンク作動装置２９を位置決めする補助位置決め機構３を備えていてもよい。
上記補助位置決め機構３を備えると、エンドエフェクタ１２０の可動範囲が広がり、作業対象物Ｗの様々な部位に対して作業を行うことができる。この場合、補助位置決め機構３の構造上の原因による作用点Ｐと目標位置Ｓのずれが生じる可能性があるが、作用点Ｐが目標位置Ｓと一致するように姿勢制御用駆動源３１を駆動することで、エンドエフェクタ１２０を精度良く位置決めすることが可能である。

この発明において、前記作業対象物Ｗを前記エンドエフェクタ１２０に対して移動させる補助位置決め機構１５０を備えていてもよい。
上記補助位置決め機構１５０を備えると、作業対象物Ｗを移動させることで、エンドエフェクタ１２０により作業対象物Ｗの様々な部位に対して作業を行うことができる。この場合も、補助位置決め機構１５０の構造上の原因による作用点Ｐと目標位置Ｓのずれが生じる可能性があるが、作用点Ｐが目標位置Ｓと一致するように姿勢制御用駆動源３１を駆動することで、エンドエフェクタ１２０を精度良く位置決めすることが可能である。

この発明のリンク作動式作業装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ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させる姿勢制御用駆動源が設けられたリンク作動装置と、前記先端側のリンクハブに搭載され、作業対象物に対して作業を行うエンドエフェクタと、前記作業対象物に対して前記エンドエフェクタが作業する作用点を光軸上の視野内でかつ被写界深度内に位置するように前記先端側のリンクハブに搭載され、前記作業対象物を撮影する撮像装置と、前記撮像装置が撮影した画像を処理し、前記エンドエフェクタの前記作用点を一致させるべき目標位置を検出し、前記目標位置と前記画像上の前記作用点の位置とのずれを求める画像処理装置と、与えられた位置決め指令に従って前記姿勢制御用駆動源に制御指令を出し、かつ前記姿勢制御用駆動源が動作を完了したときに、前記目標位置と前記作用点の位置が一致するように前記先端側リンクハブの位置補正を前記姿勢制御用駆動源に行わせる姿勢制御手段、とを備えるため、リンク作動装置の構造上の原因による位置決め精度不良を生じさせることなく、エンドエフェクタを精度良く位置決めすることができる。

この発明の第１の実施形態にかかるリンク作動式作業装置の概略構成を示す図である。 同リンク作動式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。 同リンク作動装置のパラレルリンク機構の一状態の正面図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態の正面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 同パラレルリンク機構の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 同パラレルリンク機構に撮像装置およびエンドエフェクタを搭載した状態を示す図である。 図１のVIII−VIII断面図である。 （Ａ）は撮像装置およびエンドエフェクタとその周辺の正面図、（Ｂ）はその左側面図である。 同撮像装置で撮影した画像の一例を示す図である。 同撮像装置で撮影した画像の異なる例を示す図である。 （Ａ）は撮像装置および他のエンドエフェクタとその周辺の正面図、（Ｂ）はその左側面図である。 図１２（Ｂ）とは異なる状態を示す撮像装置およびエンドエフェクタとその周辺の左側面図である。 この発明の第２の実施形態にかかるリンク作動式作業装置の概略構成を示す図である。 この発明の第３の実施形態にかかるリンク作動式作業装置の概略構成を示す図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図９はこの発明の第１の実施形態を示す。
図１に示すように、このリンク作動式作業装置は、作業対象物Ｗに対してエンドエフェクタ１２０で作業を行う装置であり、エンドエフェクタ１２０を位置決めするリンク作動装置２９を備える。リンク作動装置２９には、エンドエフェクタ１２０の他に、撮像装置１００が搭載される。また、リンク作動装置２９を含む機構部とは別に、画像処理装置１１０、姿勢制御手段１３０等を備える。

＜リンク作動装置＞
まず、リンク作動装置２９について説明する。
図２に示すように、リンク作動装置２９は、パラレルリンク機構３０と、このパラレルリンク機構３０を作動させる姿勢制御用駆動源３１とで構成される。図３および図４は、パラレルリンク機構３０だけを取り出して示す図であり、互いに異なる状態を示している。これら図２〜図４に示すように、パラレルリンク機構３０は、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３を３組のリンク機構３４を介して姿勢変更可能に連結してなる。なお、図２では、１組のリンク機構３４のみが示されている。リンク機構３４の数は、４組以上であってもよい。

各リンク機構３４は、基端側の端部リンク部材３５、先端側の端部リンク部材３６、および中央リンク部材３７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３５，３６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ３２および先端側のリンクハブ３３に回転自在に連結されている。中央リンク部材３７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。

パラレルリンク機構３０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３２，３３と端部リンク部材３５，３６の各回転対偶、および端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７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２）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３２，３３と端部リンク部材３５，３６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３５，３６と中央リンク部材３７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３５，３６と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γ（図２）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図５は図２のＶ−Ｖ断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材３７と基端側の端部リンク部材３５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３３および先端側の端部リンク部材３６の形状ならびに位置関係も図５と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ３２（３３）と端部リンク部材３５（３６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材３５（３６）と中央リンク部材３７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°以外であってもよい。

３組のリンク機構３４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６に示すように、各リンク部材３５，３６，３７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３７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６は、一組のリンク機構３４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３０は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ３２および基端側の端部リンク部材３５と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６との位置関係が、中央リンク部材３７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３７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。

基端側のリンクハブ３２と先端側のリンクハブ３３と３組のリンク機構３４とで、基端側のリンクハブ３２に対し先端側のリンクハブ３３が直交２軸周りに回転自在な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３２に対して先端側のリンクハブ３３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３２に対する先端側のリンクハブ３３の可動範囲を広くとれる。

例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図５）と直角に交わる直線をリンクハブ３２，３３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図６）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３２に対する先端側のリンクハブ３３の旋回角φ（図６）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３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとが成す角度であり、旋回角φは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに垂直な平面に先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢを投影した直線が前記平面と中心軸ＱＡの交点を通る基準直線とが成す角度である。

基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図３は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示し、図４は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ３３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６）は変化しない。

各リンク機構３４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３２および基端側の端部リンク部材３５と、先端側のリンクハブ３３および先端側の端部リンク部材３６とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構３０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３４におけるリンクハブ３２，３３と端部リンク部材３５，３６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３２，３３と端部リンク部材３５，３６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材３５，３６と中央リンク部材３７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３５と先端側の端部リンク部材３６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材３７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３７の対称面に対して、中央リンク部材３７と端部リンク部材３５，３６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。

図２〜図４に示すように、基端側のリンクハブ３２は、基端部材４０と、この基端部材４０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材４１とで構成される。基端部材４０は中央部に円形の貫通孔４０ａを有し、この貫通孔４０ａの周囲に３個の回転軸連結部材４１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔４０ａの中心は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材４１には、軸心が基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと交差する回転軸４２（図３、図４）が回転自在に連結されている。この回転軸４２に、基端側の端部リンク部材３５の一端が連結される。

図５に示すように、前記回転軸４２は、２個の軸受４３を介して回転軸連結部材４１に回転自在に支持されている。軸受４３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４３は、回転軸連結部材４１に設けられた内径孔４４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。

回転軸４２には、この回転軸４２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材３５の一端と、後記軸直交型減速機７７の一構成要素である扇形のかさ歯車４５とが結合されている。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の一端に切欠き部４６が形成されており、この切欠き部４６の両側部分である内外の回転軸支持部４７，４８間に回転軸連結部材４１が配置される。かさ歯車４５は、内側の回転軸支持部４７の内側面に当接して配置される。そして、回転軸４２を内側から、かさ歯車４５に形成された貫通孔、内側の回転軸支持部４７に形成された貫通孔、軸受４３の内輪、外側の回転軸支持部４８に形成された貫通孔の順に挿通し、回転軸４２の頭部４２ａと回転軸４２のねじ部４２ｂに螺着したナット５０とで、かさ歯車４５、内外の回転軸支持部４７，４８、および軸受４３の内輪をそれぞれ挟み込んでこれらを互いに結合する。内外の回転軸支持部４７，４８と軸受４３との間にスペーサ５１，５２が介在させてあり、ナット５０の螺着時に軸受４３に予圧を付与する構成である。

基端側の端部リンク部材３５の他端には、回転軸５５が結合される。回転軸５５は、２個の軸受５３を介して中央リンク部材３７の一端に回転自在に連結されている。詳しくは、基端側の端部リンク部材３５の他端に切欠き部５６が形成されており、この切欠き部５６の両側部分である内外の回転軸支持部５７，５８間に中央リンク部材３７の一端が配置される。そして、回転軸５５を外側から、外側の回転軸支持部５８に形成された貫通孔、軸受５３の内輪、内側の回転軸支持部５７に形成された貫通孔の順に挿通し、回転軸５５の頭部５５ａと回転軸５５のねじ部５５ｂに螺着したナット６０とで、内外の回転軸支持部５７，５８、および軸受５３の内輪をそれぞれ挟み込んでこれらを互いに結合する。内外の回転軸支持部５７，５８と軸受５３との間にスペーサ６１，６２が介在させてあり、ナット６０の螺着時に軸受５３に予圧を付与する構成である。

図３、図４に示すように、先端側のリンクハブ３３は、先端部材７０と、この先端部材７０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７１とで構成される。先端部材７０は中央部に長方形の貫通孔７０ａ（図４）を有する。各回転軸連結部材７１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材７１には、軸心が先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと交差する回転軸７３が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ３３の回転軸７３に、先端側の端部リンク部材３６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材３６の他端には、中央リンク部材３７の他端に回転自在に連結された回転軸７５が連結される。先端側のリンクハブ３３の回転軸７３および中央リンク部材３７の回転軸７５は、それぞれ前記回転軸４２，５５と同様に、２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材７１および中央リンク部材３７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。

図２に示すように、パラレルリンク機構３０を作動させる姿勢制御用駆動源３１は、前記基端部材４０に設置されて、姿勢制御用駆動源収納部材９０の内部に配置されている。姿勢制御用駆動源収納部材９０は、基端と先端とにそれぞれ配置された基端エンド部材９１と先端エンド部材９２とを複数本のシャフト９３で連結したシャフト連結型のアーム部である。先端エンド部材９２は、前記基端部材４０と同一部材である。図５に示すように、シャフト９３の本数は姿勢制御用駆動源３１と同数（この実施形態では３）であり、隣合う姿勢制御用駆動源３１の間にシャフト９３が１つずつ配置されている。姿勢制御用駆動源３１およびシャフト９３は、共に円周方向に等配に配置されている。

姿勢制御用駆動源３１の出力軸３１ａは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと平行である。姿勢制御用駆動源３１の数は、リンク機構３４と同数の３個である。姿勢制御用駆動源３１はロータリアクチュエータからなり、その出力軸３１ａに取り付けられたかさ歯車７６と基端側のリンクハブ３２の前記回転軸４２に取り付けられた前記扇形のかさ歯車４５とが噛み合っている。これら一対のかさ歯車７６，４５からなる歯車機構は、入力側軸と出力側軸とが互いに直交した軸直交型減速機７７を構成する。図５に示すように、姿勢制御用駆動源３１および軸直交型減速機７７は、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５との回転対偶部よりも内径側に配置されている。

なお、この例では、リンク機構３４と同数の姿勢制御用駆動源３１が設けられているが、３組のリンク機構３４のうち少なくとも２組に姿勢制御用駆動源３１が設けられていれば、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の姿勢を確定することができる。

また、この実施形態では、姿勢制御用駆動源３１の出力軸３１ａを基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと平行に配置し、軸垂直型減速機７７と組み合わせたことで、姿勢制御用駆動源３１が設けられている部分の半径方向の寸法が小さくなっている。出力軸３１ａの方向および姿勢制御用駆動源３１の配置は、リンク作動式作業装置の使用条件により最適のものを選択することができる。

リンク作動装置２９は、各姿勢制御用駆動源３１を回転駆動することで、パラレルリンク機構３０を作動させる。詳しくは、姿勢制御用駆動源３１を回転駆動すると、その回転が一対のかさ歯車７６，４５からなる軸直交型減速機７７を介して回転軸４２に伝達されて、基端側のリンクハブ３２に対する基端側の端部リンク部材３５の角度が変更する。それにより、基端側のリンクハブ３２に対する先端側のリンクハブ３３の位置および姿勢が決まる。ここでは、軸直交型減速機７７が一対のかさ歯車７６，４５からなるが、その他に、ウォームギヤとピニオンギヤを用いた機構、ハイポイドギヤ（商標名）を用いた機構等であってもよい。

＜撮像装置、エンドエフェクタのリンク作動装置への取り付け＞
撮像装置１００およびエンドエフェクタ１２０は、例えば図７のようにリンク作動装置２９（図２）の先端側のリンクハブ３３に取り付けられる。

すなわち、撮像装置１００は、光軸ＯＡが先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと一致するように、先端側のリンクハブ３３の先端部材７０に取り付けられる。具体的には、撮像装置１００は、先端部材７０の貫通孔７０ａに挿通した状態で、図９に示すようにフランジ部１００ａで先端部材７０の基端側を向く面に取り付けられる。撮像装置１００は、例えばデジタルカメラである。

エンドエフェクタ１２０は、撮像装置１００の光軸ＯＡを遮らないように、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢから径方向にオフセットした位置で先端部材７０に取り付けられる。その場合、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐが、撮像装置１００の光軸ＯＡ上に位置し、かつ撮像装置１００の被写界深度内に位置するようにしてある。
前記作用点Ｐとは、エンドエフェクタ１２０の位置の基準となる点であり、エンドエフェクタ１２０の形態に合わせて定められる。例えば、エンドエフェクタ１２０が把持装置である場合、作業対象物Ｗを把持する点の近傍に定められる。

＜撮像装置と画像処理装置の接続＞
図１に示すように、画像処理装置１１０は、リンク作動装置２９と離れた位置に設置されており、撮像装置１００が撮影した画像を表示するモニタ１１１を備える。撮像装置１００と画像処理装置１１０とは、映像ケーブル１０１を介して接続される。映像ケーブル１０１は、撮像装置１００の画像信号を画像処理装置１１０に送る役割と、画像処理装置１１０を経由して撮像装置１００に電力を送る役割とを有している。

映像ケーブル１０１は、第１の映像ケーブル１０１ａと第２の映像ケーブル１０１ｂとからなる。第１の映像ケーブル１０１ａと第２の映像ケーブル１０１ｂは、基端部材４０の貫通孔４０ａの中心部に設けられたコネクタ１０２によって互いに接続されている。また、第１の映像ケーブル１０１ａは、その中央部がケーブル案内部材１０４によって、各リンク機構３４の内側を通るように案内される。

ケーブル案内部材１０４は、図８に示すように、１つのリンク機構３４の中央リンク部材３７に固定された支持部１０４ａと、この支持部１０４ａの先端に一体に設けられたＣ字状の案内部１０４ｂとでなる。案内部１０４ｂの切れ目１０４ｂａは第１の映像ケーブル１０１ａが通らない寸法であり、中央に第１の映像ケーブル１０１ａを通す開口１０４ｃが形成されている。この開口１０４ｃの中心は、中央リンク部材３７の軌道円１０５の中心１０６と合致する位置とされる。このように、第１の映像ケーブル１０１ａをケーブル案内部材１０４によって案内することにより、第１の映像ケーブル１０１ａが常に各リンク機構３４の内側を通るように保持され、他の部材、例えば中央リンク部材３７や端部リンク部材３５，３６と干渉することを防止できる。

＜姿勢制御手段＞
図１に示すように、姿勢制御手段１３０は、姿勢制御用駆動源３１と制御ケーブル１０７で接続され、制御プログラム（図示せず）の位置決め指令に基づいて姿勢制御用駆動源３１に駆動電流を供給する。前記制御プログラムは、姿勢制御手段１３０が有する記憶手段に記憶されていても、このリンク作動式作業装置に対する上位制御手段（図示せず）等に記憶されていても良い。
姿勢制御手段１３０は、画像処理装置１１０にケーブル１０８で接続されていて、停止位置の位置決めの補正が可能とされ、またティーチングコンソール１３１に接続されていて、前記制御プログラム等で制御するときの停止位置の教示が可能である。この教示は、例えば画面操作等による数値入力の操作とされる。この他に、ティーチングコンソール１３１からの手動入力により直接に姿勢制御用駆動源３１の操作が可能とされている。
姿勢制御手段１３０は、基本制御部１３０ａと画像対応補正部１３０ｂとを有し、画像処理を用いた補正は前記画像対応補正部１３０ｂにより、その他の制御、例えば前記制御プログラムによる制御等は基本制御部１３０ａが行う。

＜エンドエフェクタの位置決め制御および画像処理による補正＞
エンドエフェクタ１２０の位置決め制御は、基本的には前述のように制御プログラムに従って姿勢制御手段１３０により姿勢制御用駆動源３１を制御することにより行う。この制御は、フィードフォアード制御であっても、フィードバック制御であっても良い。
このように位置決めしたときに、リンク作動装置２９の持つ各部の遊び等によって位置決め精度が出ていないことがあるが、これを次のように画像処理を用いて補正する。
撮像装置１００により作業対象物Ｗを撮影し、その画像を画像処理装置１１０に送る。画像処理装置１１０は、撮像装置１００から取得した画像を処理して目標位置を求めると共に、その目標位置と画像から定まるエンドエフェクタ１２０の作用点とのずれを求める。前記「画像から定まる前記作用点」は、例えぱ画像の中心等に設定することができる。 前記画像処理は、例えば撮影した画像を２値画像等の演算し易いデータに変換し、その画像から定められた規則により前記目標位置を求める。前記「定められた規則」は、例えば、特徴抽出により目標位置を求めることであり、具体的には、得られた画像上の前記作業対象物における所定の平面の中心、あるいは所定の角部や所定の特徴点を目標位置とする等の規則とされる。これにより画像から目標位置を検出することができる。この画像処理によって求められた目標位置と作用点とのずれ量を画像処理装置１１０により求め、姿勢制御手段１３０は、画像処理装置１１０から得たずれ量に基づいて制御指令を姿勢制御用駆動源３１に出力する。これにより、リンク作動装置２９が動作して、エンドエフェクタ１２０の位置決めの補正を行う。

画像処理による補正の具体例を図で説明する。
図１０は、撮像装置１００（図９参照）で撮像した画像の一例を示す。この画像Ｒは、作用点Ｐと目標位置Ｓが一致している状態を示している。縦の点線１１２と横の点線１１３の交点は画像中心に対応し、ハッチングで示す領域はエンドエフェクタ１２０が作業する作業対象物Ｗを示す。ここでは、作業対象物Ｗの形状は立方体とする。図１０は、この作業対象物Ｗにおけるある１つの平面Ａ（ｄＭｘ×ｄＭｙ）を法線方向から観察した図であり、撮像装置１００の光軸と観察面Ａの法線方向が一致している。エンドエフェクタ１２０（図９参照）は、観察面Ａの中心に対して作業する。撮像装置１００の光軸ＯＡ上に作用点Ｐが位置する場合、図１０のように画像中心に作用点Ｐが来る。

図１１は、リンク作動装置２９（図１参照）の位置決め誤差等により、作用点Ｐに対して目標位置Ｓがずれている場合を示す。このような場合、撮像装置１００で撮影した画像Ｇを処理して目標位置Ｓを求める。この目標位置Ｓは、エンドエフェクタ１２０から見た現在の目標位置である。画像処理装置１１０は、この現在の目標位置Ｓと作用点Ｐとのずれ量を算出し、算出結果を姿勢制御手段１３０に送信する。
姿勢制御手段１３０は、その画像補正対応補正部１３０ｂにより、受信した前記ずれ量に基づき、目標位置Ｓと作用点Ｐとを一致させる補正動作を実行する。これにより、二点鎖線で示すように、作用点Ｐと目標位置Ｓを一致させる。この方法によれば、現在の目標位置Ｓが撮像装置１００の視野に入っていれば、高精度の位置決めを実現できる。

＜エンドエフェクタの例＞
エンドエフェクタ１２０としては、例えばディスペンサ等の塗布装置やレーザ装置等の光源装置を搭載することができる。その場合、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐは、ディスペンサであれば吐出する液体の付着位置に対応し、レーザ装置であればレーザ光の照射位置に対応する。このように、エンドエフェクタ１２０の作用点Ｐを求めることができるため、高精度な位置決めが可能である。これにより、加工位置のずれ等の不良を防止することができ、作業効率を向上させることができる。

エンドエフェクタとして、ディスペンサやレーザ装置以外に、図１２、図１３に示す把持装置１４０を搭載してもよい。図１２（Ａ）は把持装置１４０の正面図、図１２（Ｂ）は左側面図である。この把持装置１４０は、第１の把持部１４１および第２の把持部１４２を有し、両把持部１４１，１４２を互いに接近させて作業対象物をつかむ構成である。図１３は、両両把持部１４１，１４２が互いに離れた開放状態を示す左側面図である。
把持装置１４０の作用点Ｐは、第１の把持部１４１および第２の把持部１４２の略先端部に対応する。撮像装置１００は、把持装置１４０が図１２の状態にあるときの作業対象物Ｗを撮影する。この状態では、第１の把持部１４１および第２の把持部１４２が撮影の妨げにならない。

［第２の実施形態］
図１４は、リンク作動装置２９を搭載して、このリンク作動装置２９を位置決めする補助位置決め機構を備えるリンク作動式作業装置を示す。この例では、補助位置決め機構が多関節アーム３であり、この多関節アーム３の先端に、第１の実施形態のリンク作動式作業装置と同じ構成のリンク作動装置式アーム部１５が搭載されている。

多関節アーム３は、基端側から先端側へ複数（図の例では４つ）のアーム部１１〜１４が直列に並んでおり、ベースユニット２と最も基端側のアーム部１１、および隣合うアーム部１１〜１４同士が、それぞれ関節部２１〜２４を介して互いに相対変位可能に連結されている。以下の説明では、各アーム部１１〜１４を、基端側のものから順に「第１のアーム部１１」、「第２のアーム部１２」、…と称し、各関節部２１〜２４を、基端側のものから順に「第１の関節部２１」、「第２の関節部２２」、…とする。

ベースユニット２と第１のアーム部１１とを連結する第１の関節部２１は、ベースユニット２の設置面５に対して直交する回転軸７周りにベースユニット２に対して第１のアーム部１１を相対回転させる回転機構からなる。第１のアーム部１１の回転駆動は、ベースユニット２に設けられたモータ等の駆動源２１ａにより行う。

第１のアーム部１１と第２のアーム部１２とを連結する第２の関節部２２は、前記設置面５と平行な回転軸８周りに第１のアーム部１１に対して第２のアーム部１２を相対回転させる回転機構からなる。第２のアーム部１２の回転駆動は、第１のアーム部１１に設けられたモータ等の駆動源２２ａにより行う。

第２のアーム部１２と第３のアーム部１３とを連結する第３の関節部２３は、前記第２の関節部２２の回転軸８と平行な回転軸９周りに第２のアーム部１２に対して第３のアーム部１３を相対回転させる回転機構からなる。第３のアーム部１３の回転駆動は、第２のアーム部１２に設けられたモータ等の駆動源２３ａにより行う。

第３のアーム部１３と第４のアーム部１４とを連結する第４の関節部２４は、第３のアーム部１３に対して第４のアーム部１４を回転軸１０周りに相対回転させる回転機構からなる。第４のアーム部１４の回転駆動は、第３のアーム部１３に設けられたモータ等の駆動源２４ａにより行う。第４のアーム部１４は、リンク作動装置式アーム部１５の姿勢制御用駆動源用収納部材９０からなる。

このリンク作動式作業装置は、回転機構からなる第１の関節部２１の１自由度、回転機構からなる第２の関節部２２の１自由度、回転機構からなる第３の関節部２３の１自由度、直動機構からなる第４の関節部２４の１自由度、およびリンク作動装置２９の２自由度の、計６自由度の構成である。６自由度の構成であると、人間の手の動作に近い動作が可能である。

このように、リンク作動装置２９を位置決めする多関節アーム３からなる補助位置決め機構を備えていると、エンドエフェクタ１２０の可動範囲が広がり、作業対象物Ｗの様々な部位に対して作業を行うことができる。この場合、多関節アーム３の構造上の原因による作用点Ｐと目標位置のずれが生じる可能性があるが、作用点Ｐが目標位置Ｓと一致するように姿勢制御用駆動源３１を駆動することで、エンドエフェクタ１２０を精度良く位置決めすることが可能である。

[第３の実施形態]
図１５は、作業対象物Ｗをエンドエフェクタ１２０に対して移動させる補助位置決め機構を備えるリンク作動式作業装置を示す。この例では、補助位置決め機構が、エンドエフェクタ１２０を上下方向に移動させる１軸の直動機構１５０である。補助位置決め機構は、エンドエフェクタ１２０を水平面に沿って１軸または２軸方向に移動させる直動機構（図示せず）であってもよく、またこれに上下方向の直動機構を組み合わせたものであってもよい。さらに、補助位置決め機構は、回転機構を含んでいてもよい。補助位置決め機構以外のリンク作動装置式機構部１５１は、第１の実施形態のリンク作動式作業装置と同じ構成である。

このように、作業対象物Ｗをエンドエフェクタ１２０に対して移動させる補助位置決め機構を備えていると、作業対象物Ｗを移動させることで、エンドエフェクタ１２０により作業対象物Ｗの様々な部位に対して作業を行うことができる。この場合も、補助位置決め機構の構造上の原因による作用点Ｐと目標位置のずれが生じる可能性があるが、作用点Ｐが目標位置と一致するように姿勢制御用駆動源３１を駆動することで、エンドエフェクタ１２０を精度良く位置決めすることが可能である。

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。

３…多関節アーム（補助位置決め機構）
１５…リンク作動装置式アーム部
２９…リンク作動装置
３０…パラレルリンク機構
３１…姿勢制御用駆動源
３２…基端側のリンクハブ
３３…先端側のリンクハブ
３４…リンク機構
３５…基端側の端部リンク部材
３６…先端側の端部リンク部材
３７…中央リンク部材
９０…姿勢制御用駆動源収納部材
１００…撮像装置
１０１…映像ケーブル
１０２…コネクタ
１０４…ケーブル案内部材
１１０…画像処理装置
１２０…エンドエフェクタ
１３０…姿勢制御手段
１４０…把持装置（エンドエフェクタ）
１５０…直動機構（補助位置決め機構）
ＯＡ…光軸
Ｐ…作用点
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸
Ｗ…作業対象物

Claims (7)

1. 基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ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させる姿勢制御用駆動源が設けられたリンク作動装置と、
   前記先端側のリンクハブに搭載され、作業対象物に対して作業を行うエンドエフェクタと、
   前記作業対象物に対して前記エンドエフェクタが作業する作用点を光軸上の視野内でかつ被写界深度内に位置するように前記先端側のリンクハブに搭載され、前記作業対象物を撮影する撮像装置と、
   前記撮像装置が撮影した画像を処理し、前記エンドエフェクタの前記作用点を一致させるべき目標位置を検出し、前記目標位置と前記画像上の前記作用点の位置とのずれを求める画像処理装置と、
   与えられた位置決め指令に従って前記姿勢制御用駆動源に制御指令を出し、かつ前記姿勢制御用駆動源が動作を完了したときに、前記目標位置と前記作用点の位置が一致するように前記先端側リンクハブの位置補正を前記姿勢制御用駆動源に行わせる姿勢制御手段と、を備えたリンク作動式作業装置。
2. 請求項１に記載のリンク作動式作業装置において、前記エンドエフェクタは、前記先端側のリンクハブの中心軸からオフセットした位置で前記先端側のリンクハブに固定されているリンク作動式作業装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のリンク作動式作業装置において、前記撮像装置の光軸が前記先端側のリンクハブの中心軸と一致しているリンク作動式作業装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリンク作動式作業装置において、前記基端側のリンクハブは姿勢制御用駆動源収納部材に固定され、この姿勢制御用駆動源収納部材の内部に前記姿勢制御用駆動源が収納されているリンク作動式作業装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のリンク作動式作業装置において、前記撮像装置は映像ケーブルを介して前記画像処理装置と接続され、前記映像ケーブルは、前記中央リンク部材に固定され前記各リンク機構の内側に位置するケーブル案内部材に案内されると共に、前記基端側のリンクハブに設けられたコネクタに挿通されるリンク作動式作業装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のリンク作動式作業装置において、前記リンク作動装置を搭載して、このリンク作動装置を位置決めする補助位置決め機構を備えたリンク作動式作業装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリンク作動式作業装置において、前記作業対象物を前記エンドエフェクタに対して移動させる補助位置決め機構を備えたリンク作動式作業装置。
   

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