JP2019077031A - 双腕型の作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業空間を広くとりながらも、作業装置同士が干渉し難い双腕型の作業装置を提供する。【解決手段】双腕型の作業装置は、先端に搭載されたエンドエフェクタ５を用いて作業を行う作業装置１が幾何学的に対称となるように２つ並べて配置されている。作業装置１は、第１〜第３の直動アクチュエータ１１，１２，１３を組み合わせた直動ユニット３と、３自由度の回転自由度を持つ回転機構を組み合わせた回転ユニット４とを備えている。回転ユニット４の出力部に、エンドエフェクタ５が搭載されている。第３の直動アクチュエータ１３のスライドテーブル１３ｂが、第２の直動アクチュエータ１２のスライドテーブル１２ｂに固定されている。回転ユニット４が、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃに対して任意の角度で設置されている。【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、組立てのようなきめ細かい作業を必要とする機器や人と共存するロボット等に用いられる双腕型の作業装置の構成に関する。

双腕型の作業装置として、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１の作業装置は、回転１自由度の機構を６つ組み合わせることで、全体で６自由度の構成としている。

特許４５２８３１２号公報

しかしながら、特許文献１の双腕型の作業装置には、以下の課題がある。
すべて回転１自由度の組合せで構成されているので、先端に搭載するエンドエフェクタの姿勢を少し変更するだけでも、ある関節を大きく動かす、もしくは複数のモータを協調させてアーム全体を動かす必要がある。そのため、きめ細かい作業を高速にできなかった。また、アーム全体が大きく動いてしまうので、周囲のものと接触しやすく、大きな囲いを設ける（専有面積が大きい）必要があった。また、各アーム同士（双腕の作業装置）が干渉しやすくなり、アーム同士が接触しないように操作を行うには知識や経験が必要であった。

さらに、作業体（エンドエフェクタ）の１つの姿勢に対して複数の解（複数の各関節角度の組合せ）が存在したり、教示を行う際に各軸を動かしても先端がどのような方向に移動するかイメージし難かったりする。このため、操作を行うには知識や経験が必要であった。また、可動範囲が広いので、物との接触を回避させる機構が必要である。このため、装置全体が高価になる、速度を落として作業を行う必要がある、動作範囲を限定して作業を行う必要があるなどの課題があった。

この発明は、作業空間を広くとりながらも、作業装置同士が干渉し難い双腕型の作業装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の双腕型の作業装置は、先端に搭載されたエンドエフェクタを用いて作業を行う作業装置が、幾何学的に対称となるように２つ並べて配置された双腕型の作業装置である。前記作業装置は、１軸もしくは複数軸の直動アクチュエータを組み合わせた直動ユニットと、１自由度以上の回転自由度を持つ回転機構を組み合わせた回転ユニットとを備えている。前記回転ユニットの出力部に、前記エンドエフェクタが搭載されている。前記直動アクチュエータは、駆動源と、前記駆動源の動力によりガイド部材に対して相対移動するスライド部材とを有している。前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのスライド部材が、架台もしくは他の直動アクチュエータのスライド部材に固定されている。前記回転ユニットが、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのガイド部材に対して任意の角度で設置されている。

ここで、「直動ユニットの出力側の直動アクチュエータ」とは、回転ユニットが取り付けられる直動アクチュエータをいう。例えば、直動ユニットが１軸の直動ユニットで構成される場合、直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのスライド部材は架台に固定される。また、直動ユニットが複数軸の直動アクチュエータを組み合わせた直動ユニットで構成される場合、直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのスライド部材は他の直動アクチュエータのスライド部材に固定される。

この構成によれば、回転ユニットが取り付けられる出力側の直動アクチュエータのスライド部材が固定部を構成し、ガイド部材が可動部を構成している。そのため、直動アクチュエータの体積の大部分を占めるガイド部材が、回転ユニットと連動して移動する。その結果、作業空間を広くとることができる。また、左右対称に配置した作業装置同士が接触し難くなるうえに、直動アクチュエータが他の構成部品やワークと接触し難くなる。したがって、作業装置の動作設定が容易になる。さらに、回転ユニットと直動ユニットが別々に設けられているので、仕様に応じて一方のユニットのみを変更できるなど、部品の共通化を図ることができる。

この発明において、前記直動ユニットは第１〜第３の３つの直動アクチュエータから構成され、前記第３の直動アクチュエータが前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータを構成し、前記第１の直動アクチュエータのガイド部材が前記架台に固定され、前記第２の直動アクチュエータのガイド部材が前記第１の直動アクチュエータのスライド部材に固定され、前記第３の直動アクチュエータのスライド部材が前記第２の直動アクチュエータのスライド部材に固定され、前記回転ユニットが前記第３の直動アクチュエータのガイド部材に固定されていてもよい。

この構成によれば、主に３自由度の直動ユニットによってエンドエフェクタの位置が決められ、かつ３自由度の回転ユニットによってエンドエフェクタの姿勢が決められる。直動ユニットの各直動アクチュエータおよび回転ユニットの各回転機構が、それぞれ直交座標系で表現されるエンドエフェクタの位置、姿勢に対応するので、エンドエフェクタの位置、姿勢に対する各直動アクチュエータおよび各回転機構の動作をイメージし易く、姿勢教示作業等の動作パターンの設定が容易である。また、エンドエフェクタの位置、姿勢に対して、各直動アクチュエータの動作位置および各回転機構の動作角度が一意に決まる。つまり、特異点を持たない。これらのことから、熟練した知識や経験が無くても、作業装置の操作を行うことができる。

また、組立て作業のような、きめ細かい作業を行う場合、主に回転ユニットだけを動かして作業を行うことができる。そのため、直動ユニットの動作量が小さくて済み、装置全体の可動範囲が小さくなる。その結果、物との接触を回避させる機構を設ける領域を狭くできる。さらに、可動範囲に大きく影響する部分に直動アクチュエータが使用されているので、作業内容や周囲の環境に応じて、メカストッパやリミットセンサを用いて容易に動作範囲を制限できる。

また、直動アクチュエータによってエンドエフェクタの位置が決められるので、エンドエフェクタの直線動作を高速かつ正確に行うことができる。しかも、直方体のような簡単な形状でカバー等の囲いを設置することができる。その場合、囲いの内部空間体積と装置の可動部が移動する領域の体積とをほぼ等しくできる。このため、接触回避用の囲いを含めてもコンパクトな構成を実現できる。

この場合、前記第１〜３の各直動アクチュエータは、前記スライド部材が、前記エンドエフェクタによって作業が行われる作業空間に対して外側を向くように配置されていてもよい。ここで、「スライド部材が作業空間に対して外側を向く」とは、スライド部材にお
ける各部材が取り付けられる取付面が、作業空間と反対側を向くことをいう。この構成によれば、作業空間が広くなるうえに、物との接触を回避させやすい。

この発明において、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータの駆動源がスライド部材に配置されていてもよい。この構成によれば、固定部であるスライド部材に駆動源が設けられているので、可動部を軽量化できる。これにより、出力側の直動アクチュエータの容量の小形化が可能となり、装置全体のコンパクト化や、高速動作が可能になる。また、駆動源が、固定部であるスライド部材に配置されているので、駆動源への配線の取り回しが容易である。

この発明において、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのガイド部材に、前記エンドエフェクタとは別の追加のエンドエフェクタが搭載されていてもよい。この構成によれば、１つの作業装置で、直線運動のみで作業を行うエンドエフェクタと、直線運動と回転運動を組み合わせた動作で作業を行うエンドエフェクタを設置できる。これにより、作業の特徴に応じてエンドエフェクタを選択できるので、作業の正確性や効率が向上する。例えば、部品の抜き取り／取り付けや、部品の挿入、圧入作業等を直線運動のみの動作で実施できる。

直動ユニットは、回転ユニットを移動させる必要があるため、回転ユニットよりも大きな駆動源が用いられている。そのため、直動ユニットの可搬重量は、回転ユニットの可搬重量よりも大きくなる。したがって、直動ユニットに設置された追加のエンドエフェクタでは、圧入作業のような比較的負荷の大きい作業を行うことができる。

この場合、回転ユニットは、原点姿勢から姿勢変更時に回転ユニット全体が前記追加のエンドエフェクタの最下面よりも上方に位置するように配置されていてもよい。この構成によれば、追加のエンドエフェクタで作業を行う際に、回転ユニットがワークに接触し難くなる。

この発明において、前記回転ユニットは、前記複数の回転機構のうちの少なくとも１つが２自由度のリンク作動装置であり、前記リンク作動装置は、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、前記基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の端部リンク部材と、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先端側の端部リンク部材と、前記基端側および前記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アクチュエータが設けられていてもよい。

この構成によれば、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°の範囲に設定できる。また、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である。

上記のように、可動範囲が広くスムーズな動作が可能なリンク作動装置を使用することで、高速できめ細かい作業を行うことができる。例えば、手首関節の姿勢を少しだけ変化させたい場合、一般的な垂直多関節ロボットの手首関節では、一部の関節を大きく動かす
、または複数のモータを協働させてアーム全体を動かす必要があるので、速度が低下する。しかしながら、上記構成では、リンク作動装置が最短距離で移動できるので、滑らかで素早い動作を実現できる。また、リンク作動装置はコンパクトな構成でありながら可動範囲が広いので、作業装置全体がコンパクトな構成になる。

この場合、前記基端側のリンクハブの中心軸または前記先端側のリンクハブの中心軸と、前記リンク作動装置以外の他の回転機構の中心軸とが同一線上に位置していてもよい。

ここで、「基端側のリンクハブの中心軸」とは、基端側の球面リンク中心を通り基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線をいい、「先端側のリンクハブの中心軸」とは、先端側の球面リンク中心を通り先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線をいう。また、「基端側の球面リンク中心」とは、基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸および基端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点をいい、「先端側の球面リンク中心」とは、先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸および先端側の端部リンク部材と中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点をいう。

この構成によれば、リンクハブの中心軸とリンク作動装置以外の他の回転機構の回転軸心とが同一線上に位置しているので、座標計算が容易となる。また、作業者が作業装置の動作をイメージし易いので、簡単に操作できるようになる。例えば、直動ユニットで決定される３自由度の位置を固定し、かつ回転ユニットで決定される３自由度の角度のうち２自由度の角度を固定し、残りの１自由度の角度（例えば、先端側のリンクハブの中心軸周りの角度）だけを変更してエンドエフェクトの姿勢を変えながら作業を行うことができる。

前記回転ユニットが２自由度のリンク作動装置である場合、前記リンク作動装置の基端側に前記リンク作動装置以外の他の回転機構が設けられ、前記リンク作動装置の先端側に前記エンドエフェクタが設けられていてもよい。この構成によれば、例えば、リンク作動装置の姿勢制御用アクチュエータ用のケーブルについて考慮する必要があるので、回転角は制限されるが、リンク作動装置の負荷を軽減できるので、リンク作動装置のコンパクト化、軽量化を実現できる。また、リンク作動装置は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合に、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の構成である。このため、リンク作動装置と他の回転機構との協調制御により、エンドエフェクトの姿勢を先端側のリンクハブの中心軸周りの角度だけ変えながら行う作業が容易である。

この場合、前記リンク作動装置の２つ以上の姿勢制御用アクチュエータは、前記基端側のリンクハブの中心軸周りに円周上に配置され、円周上に配置した前記姿勢制御用アクチュエータの中心部に前記他の回転機構が設けられ、前記他の回転機構は、前記リンク作動装置を前記基端側のリンクハブの中心軸周りに回転させてもよい。この構成によれば、リンク作動装置の駆動源の中心部に他の回転機が設けられるので、回転ユニットがコンパクトな構成になる。

本発明の双腕型の作業装置によれば、作業空間を広くとりながらも、作業装置同士が干渉するのを抑制することができる。

この発明の第1実施形態に係る双腕型の作業装置の正面図である。 同作業装置の直動ユニットの正面図である。 同直動ユニットの平面図である。 同作業装置の回転ユニットの正面図である。 同回転ユニットの平面図である。 この発明の第２実施形態に係る双腕型の作業装置の正面図である。 同作業装置の回転ユニットの部分断面図である。 同作業装置の別の回転ユニットの部分断面図である。 同回転ユニットのリンク作動装置のパラレルリンク機構の斜視図である。 同パラレルリンク機構の異なる状態の斜視図である。 同パラレルリンク機構の基端側の端部リンク部材に対する中央リンク部材と基端側のリンクハブの回転対偶部を説明する断面図である。 同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 この発明の第３実施形態に係る双腕型の作業装置の正面図である。 同作業装置の回転ユニットの駆動機構部の部分断面図である。 同回転ユニットのリンク作動装置のパラレルリンク機構の基端側の端部リンク部材に対する中央リンク部材と基端側のリンクハブの回転対偶部を説明する断面図である。 同作業装置の回転ユニットの変形例の断面図である。 この発明の第４実施形態に係る双腕型の作業装置の正面図である。 同作業装置の直動ユニットの正面図である。 同直動ユニットの説明図である。 同作業装置の直動ユニットの変形例の正面図である。 この発明の第５実施形態に係る双腕型の作業装置の正面図である。 同作業装置の回転ユニットの姿勢が異なる状態を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図３Ｂは、この発明の第１実施形態に係る双腕型の作業装置を示す。図１に示すように、この発明の双腕型の作業装置は、一対の作業装置１，１が幾何学的に対称となるように２つ並べて配置されている。各作業装置１，１は、架台２に支持されている。架台２は、地面Ｇとほぼ水平に延びる水平部２ａと、水平部２ａと地面Ｇとを繋ぐ２つの柱部２ｂとを有しており、全体で門形の架台２を構成している。各作業装置１，１は、架台２の水平部２ａに取り付けられている。

各作業装置１は、架台２に固定された直動ユニット３と、直動ユニット３に固定された回転ユニット４と、回転ユニット４の出力部（先端）に搭載されたエンドエフェクタ５とを備えている。門形の架台２の内側に、ワーク載置台６が設置され、このワーク載置台６の上にワーク７が載置されている。エンドエフェクタ５は、このワーク７に対して作業を行う。エンドエフェクタ５は、ワーク７に対して接触して作業を行うものであってもよく、非接触で作業を行うものであってもよい。エンドエフェクタ５によるワーク７に対する作業は、作業空間Ｓの範囲内で可能である。

この実施形態の直動ユニット３は、３つの直動アクチュエータを組み合わせた３自由度の構成である。また、回転ユニット４は、１自由度の回転自由度を持つ３つの回転機構を組み合わせた３自由度の構成である。よって、この実施形態の作業装置１は、全体で６自由度の構成である。ただし、直動ユニット３は、これに限定されず、１軸もしくは複数軸の直動アクチュエータを組み合わせたものであればよい。また、回転ユニット４も、これに限定されず、１自由度以上の回転自由度を持つ回転機構を組み合わせたものであればよい。したがって、作業装置１も、６自由度の構成に限定されない。

図２Ａは直動ユニット３の正面図で、図２Ｂは直動ユニット３の平面図である。直動ユ
ニット３は、第１の直動アクチュエータ１１と、第２の直動アクチュエータ１２と、第３の直動アクチュエータ１３とを備えている。この実施形態の直動アクチュエータ１１〜１３は、ねじ軸、ナット、ボール等からなるボールねじ機構（図示せず）により駆動源の回転運動が直線運動に変換されている。詳細には、各直動アクチュエータ１１，１２，１３は、駆動源であるモータ１１ａ，１２ａ，１３ａと、前記ナット（図示せず）に連結されたスライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂと、スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂに相対移動可能に支持するガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃとを有している。

つまり、スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、モータ（駆動源）１１ａ，１２ａ，１３ａの動力によりガイド部材（ガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ）に対して相対移動するスライド部材１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを構成する。この実施形態では、ガイド１１ｃ，１２ｃは、スライド部材１１ｂ，１２ｂを移動自在に案内し、ガイド１３ｃは、スライド部材１３ｂに対して相対移動する。ただし、直動アクチュエータは、ボールねじ機構に限定されず、例えば、ベルトプーリ機構であってもよい。

この実施形態では、第１の直動アクチュエータ１１は、架台２の水平部２ａに固定され、スライドテーブル１１ｂが左右方向（Ｘ軸方向）に進退する。第２の直動アクチュエータ１２は、第１の直動アクチュエータ１１のスライドテーブル１１ｂに設置され、スライドテーブル１２ｂが前後方向（Ｙ軸方向）に進退する。第３の直動アクチュエータ１３は、第２の直動アクチュエータ１２のスライドテーブル１２ｂに設置され、ガイド１３ｃが上下方向（Ｚ軸方向）に進退する。

この実施形態では、モータ１１ａ，１２ａ，１３ａの軸心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の方向が、スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの進退方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）と平行になっている。この実施形態では、第１〜第３の直動アクチュエータ１１，１２，１３は、ガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃにモータ１１ａ，１２ａ，１３ａが取り付けられている。

ガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃは、この実施形態では、進退方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に沿って延びるガイドレールを有しており、直動アクチュエータ１１，１２，１３の体積の大部分を占めている。スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、ガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃに移動自在に支持されている。スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂおよびガイド１１ｃ，１２ｃ，１３ｃの構造は、この実施形態に限定されない。

この実施形態では、第２の直動アクチュエータ１２のガイド１２ｃが、第１の直動アクチュエータ１１のスライドテーブル１１ｂに対して第１連結固定部材１４を介して固定されている。また、第３の直動アクチュエータ１３のスライドテーブル１３ｂが、第２の直動アクチュエータ１２のスライドテーブル１２ｂに対して第２連結固定部材１５を介して固定されている。

詳細には、第１連結固定部材１４は、鋼製の平板からなり、第１の直動アクチュエータ１１のスライドテーブル１１ｂの上端にボルト連結されている。第２の直動アクチュエータ１２のガイド１２ｃが、第１連結固定部材１４の上面にボルト連結されている。

第２連結固定部材１５は、板金を９０°折り曲げて、縦断面Ｌ字形に形成されている。つまり、第２連結固定部材１５は、上下方向（Ｚ軸方向）に主面を有する第１部分１５ａと、左右方向（Ｘ軸方向）に主面を有する第２部分１５ｂとを有している。第２の直動アクチュエータ１２のスライドテーブル１２ｂの上端が、第２連結固定部材１５の第１部分１５ａにボルト連結され、第２連結固定部材１５の第２部分１５ｂに第３の直動アクチュ
エータ１３のスライドテーブル１３ｂがボルト連結されている。ただし、ガイド１２ｃおよびスライドテーブル１３ｂは、連結固定部材１４，１５を介さずスライドテーブル１１ｂ，１２ｂに直接固定されてもよい。

各直動アクチュエータ１１，１２，１３は、モータ１１ａ，１２ａ，１３ａを駆動源とする電動アクチュエータである。各直動アクチュエータ１１，１２，１３のスライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは作業領域Ｓに対して外側を向くように配置されている。ここで、「スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが作業空間Ｓに対して外側を向く」とは、スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂにおける各部材が取り付けられる取付面が、作業空間Ｓと反対側を向くことをいう。

具体的には、スライドテーブル１１ｂにおけるガイド１２ｃ（第１連結固定部材１４）が取り付けられる取付面は、作業空間Ｓと反対の上側を向いている。また、スライドテーブル１２ｂにおけるスライドテーブル１３ｂ（第２連結固定部材１５）が取り付けられる取付面は、作業空間Ｓと反対の上側を向いている。さらに、スライドテーブル１３ｂにおけるスライドテーブル１２ｂ（第２連結固定部材１５）が取り付けられる取付面は、作業空間Ｓと反対のＸ軸方向外側を向いている。ただし、スライドテーブル１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが作業空間Ｓに対して内側を向くように配置してもよい。

第３の直動アクチュエータ１３は、直動ユニット３の出力側の直動アクチュエータを構成する。ここで、「直動ユニット３の出力側の直動アクチュエータ」とは、回転ユニット４が取り付けられる直動アクチュエータをいう。つまり、回転ユニット４が、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃに固定されている。詳細には、回転ユニット４が、回転ユニット取付部材２０を介して第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃに対して任意の角度で設置されている。回転ユニット４の設置角度は、回転ユニット取付部材２０の形状を調整することにより任意に設定される。この実施形態では、回転ユニット４が、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃに対して４５°傾けた状態で設置されている。

図３Ａ、図３Ｂは、回転ユニット４の正面図と平面図である。回転ユニット４は、回転ユニット取付部材２０に取り付けられた第１の回転機構２１と、第１の回転機構２１の回転部分２１ａに取り付けられた第２の回転機構２２と、第２の回転機構２２の回転部分２２ａに取り付けられた第３の回転機構２３とを備えている。第１〜３の回転機構２１，２２，２３の各回転軸心２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、互いに直交している。各回転機構２１，２２，２３の回転駆動源は、例えば、モータ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃである。

第３の回転機構２３の回転部分２３ａに、エンドエフェクタ５が取り付けられている。つまり、第３の回転機構２３の回転部分２３ａが、エンドエフェクタ５が取り付けられる回転ユニット４の出力部を構成する。

この作業装置１の作用を説明する。
この構成によると、主に３自由度の直動ユニット３によってエンドエフェクタ５の位置が決められ、かつ３自由度の回転ユニット４によってエンドエフェクタ５の姿勢が決められる。直動ユニット３の各直動アクチュエータ１１，１２，１３および回転ユニット４の各回転機構２１，２２，２３が、それぞれ直交座標系で表現されるエンドエフェクタ５の位置、姿勢に対応するので、エンドエフェクタ５の位置、姿勢に対する各直動アクチュエータ１１，１２，１３および各回転機構２１，２２，２３の動作をイメージし易く、姿勢教示作業等の動作パターンの設定が容易である。

また、エンドエフェクタ５の位置、姿勢に対して、各直動アクチュエータ１１，１２，
１３の動作位置および各回転機構２１，２２，２３の動作角度が一意に決まる。つまり、特異点を持たない。これらのことから、教示を行う際に、各軸を動かすと先端がどのような方向に移動するかをイメージしやすい。そのため、熟練した知識や経験が無くても、作業装置１の操作を行うことができる。

また、組立て作業のような、きめ細かい作業を行う場合、主に回転ユニット４だけを動かして作業を行うことができる。そのため、直動ユニット３の動作量が小さくて済み、装置全体の可動範囲が小さくなる。その結果、物との接触を回避させる機構を設ける領域を狭くできる。さらに、可動範囲に大きく影響する部分に直動アクチュエータ１１，１２，１３が使用されているので、作業内容や周囲の環境に応じて、メカストッパやリミットセンサを用いて容易に動作範囲を制限できる。

また、直動アクチュエータ１１，１２，１３によってエンドエフェクタ５の位置が決められるので、エンドエフェクタ５の直線動作を高速かつ正確に行うことができる。しかも、直方体のような簡単な形状でカバー等の囲いを設置することができる。その場合、囲いの内部空間体積と装置の可動部が移動する領域の体積とをほぼ等しくできる。このため、接触回避用の囲いを含めてもコンパクトな構成を実現できる。

直動ユニット３の各直動アクチュエータ１１，１２，１３が作業空間Ｓに対して外側を向くように配置されているので、作業空間Ｓを広くすることができるうえに、物との接触を回避させやすい。

上記構成によれば、回転ユニット４が取り付けられる第３の直動アクチュエータ１３のスライドテーブル１３ｂが固定部を構成し、ガイド１３ｃが可動部を構成している。そのため、第３の直動アクチュエータ１３の体積の大部分を占めるガイド１３ｃが、回転ユニット４と連動して移動する。その結果、作業空間Ｓを広くとることができる。また、左右対称に配置した作業装置１，１同士が接触し難くなるうえに、第３の直動アクチュエータ１３が他の構成部品やワーク７と接触し難くなる。したがって、作業装置１の動作設定が容易になる。

さらに、回転ユニット４と直動ユニット３が別々に設けられているので、仕様に応じて一方のユニットのみを変更できるなど、部品の共通化を図ることができる。例えば、回転ユニット４を、図３Ａ，図３Ｂに示す形態から、後述の図５に示す形態、図１２に示す形態、図１４に示す形態等に変更することができる。これにより、仕様が異なる作業装置１間での部品の共通化を図れる。

この実施形態では、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃの下端部に回転ユニット連結部材２０を介して回転ユニット４が設置されているが、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃの他の場所に回転ユニット４を設置してもよい。

この実施形態では、６自由度の作業装置１，１が、幾何学的に対称となるように２つ並べられている。ただし、用途に応じて、作業装置１の自由度を追加するために別途直動アクチュータや回転機構などを追加してもよく、またこの実施形態で構成される直動アクチュエータや回転機構の一部を排除してもよい。

この実施形態では、第３の直動アクチュエータ１３が直動ユニット３の出力側の直動アクチュエータを構成し、そのスライドテーブル１３ｂが、第２の直動アクチュエータ１２のスライドテーブル１２ｂに固定されている。ただし、直動ユニット３が１軸の直動ユニットで構成される場合、直動ユニット３の出力側の直動アクチュエータ３のガイド部材は架台２に固定される。

図４〜図１０は、この発明の第２の実施形態を示す。
図４に示すように、この双腕型の作業装置の各作業装置１の回転ユニット４が、１自由度の回転機構である第１の回転機構２１と、２自由度のリンク作動装置２９からなる第２の回転機構とで構成されている。つまり、図１の実施形態における第２の回転機構２２および第３の回転機構２３が、リンク作動装置２９に置き換わっている。これ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。なお、第１の回転機構２１が、「リンク作動装置２９以外の他の回転機構」を構成する。

図５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アクチュエータ３１とを有している。図７および図８は、パラレルリンク機構３０だけを取り出して表わした斜視図であり、互いに異なる状態を示している。これら図６〜図８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が３組のリンク機構３４を介して姿勢変更可能に連結されている。図６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を有し、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構を構成している。基端側および先端側の端部リンク部材３５，３６はＬ字形状を有し、一端が基端側のリンクハブ３２および先端側のリンクハブ３３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材３７の両端に、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る。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、および基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７の各回転対偶の中心軸が、基端側の球面リンク中心ＰＡ（図５）で交差している。同様に、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶、および先端側の端部リンク部材３６と中央リンク部材３７の各回転対偶の中心軸が、先端側の球面リンク中心ＰＢ（図５）で交差している。

また、基端側のリンクハブ３２と基端側の端部リンク部材３５の各回転対偶と基端側の球面リンク中心ＰＡからの距離も同じであり、基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７の各回転対偶と基端側の球面リンク中心ＰＡからの距離も同じである。同様に、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶と先端側の球面リンク中心ＰＢからの距離も同じであり、先端側の端部リンク部材３６と中央リンク部材３７の各回転対偶と先端側の球面リンク中心ＰＢからの距離も同じである。

ここで、「回転対偶と球面リンク中心からの距離」とは、回転対偶の中心軸に沿った長さの中心と球面リンク中心との距離をいう。基端側の端部リンク部材３５と中央リンク部材３７との各回転対偶の中心軸と，先端側の端部リンク部材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５）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図９は図５の基端側の端部リンク部材に対する中央リンク部材と基端側のリンクハブの回転対偶部を説明する断面図である。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９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との成す角度αが９０°であるが、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である。幾何学的に同一形状とは、図１０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いう。図１０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、回転対称タイプである。つまり、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からなる基端側部分と、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からなる先端側部分との位置関係が、中央リンク部材３７の中心線Ｃに対して回転対称となっている。各中央リンク部材３７の中央部は、共通の軌道円Ｄ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軸回りに回転自在な２自由度機構が構成されている。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、基端側の球面リンク中心ＰＡを通り、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（図９）と直角に交わる直線を基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡとする。同様に、先端側の球面リンク中心ＰＢを通り、先端側のリンクハブ３３と先端側の端部リンク部材３６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図９）と直角に交わる直線を先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢとする。

この場合、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１０）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１０）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に対して先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことである。旋回角φ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が傾斜した水平角度のことである。

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７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８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が所定の作動角をとった状態を示す。姿勢が変化しても、基端側の球面リンク中心ＰＡと先端側の球面リンク中心ＰＢ間の距離Ｌ（図１０）は変化しない。

各リンク機構３４が以下の条件を満たす場合、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からなる基端側部分と、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からなる先端側部分とは同じに動く。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：基端側と先端側において、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：基端側および先端側において、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、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５、図７および図８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とを有している。図９に示すように、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（図５）上に位置する。各回転軸連結部材４１には、回転軸４２が回転自在に連結されている。回転軸４２の軸心は、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと交差する。この回転軸４２に、基端側の端部リンク部材３５の一端が連結されている。

図９に示すように、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されている。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、基端側の端部リンク部材３５の一端と後述の扇形のかさ歯車４５とが結合されている。基端側の端部リンク部材３５の一端と扇形のかさ歯車４５は、回転軸４２と一体に回転する。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側の回転軸支持部４７および外側の回転軸支持部４８が形成されている。内側および外側の回転軸支持部４７，４８間に、回転軸連結部材４１が配置されている。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ている。

回転軸４２が、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され、回転軸４２のねじ部４２ｂがナット５０に螺着される。この状態で、回転軸４２の頭部４２ａとナット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の内輪が挟持されて互いに結合されている。内側の回転軸支持部４７と軸受４３との間にスペーサ５１が介在され、外側の回転軸支持部４８と軸受４３との間にスペーサ５２が介在されている。これにより、ナット５０の螺着時に、軸受４３に予圧が付与されている。

基端側の端部リンク部材３５の他端に、回転軸５５が結合されている。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、切欠き部５６
の両側部分である内側の回転軸支持部５７および外側の回転軸支持部５８が形成されている。内側および外側の回転軸支持部５７，５８間に、中央リンク部材３７の一端が配置されている。

回転軸５５が、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され、回転軸５５のねじ部５５ｂがナット６０に螺着されている。この状態で、回転軸５５の頭部５５ａとナット６０とで、内側の回転軸支持部５７、外側の回転軸支持部５８および軸受５３の内輪が挟持されて互いに結合されている。内側の回転軸支持部５７と軸受５３との間にスペーサ６１が介在され、外側の回転軸支持部５８と軸受５３との間にスペーサ６２が介在されている。これにより、ナット６０の螺着時に、軸受５３に予圧が付与される。

図７、図８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とを有している。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、回転軸７３が回転自在に連結されている。回転軸７３の軸心は、リンクハブ中心軸ＱＢと交差する。

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の一端が連結されている。先端側の端部リンク部材３６の他端には、回転軸７５が連結されている。回転軸７５は、中央リンク部材３７の他端に回転自在に連結されている。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、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５に示すように、パラレルリンク機構３０は、基端部材４０を複数本のシャフト８１を介してベース部材８０に連結されている。これにより、パラレルリンク機構３０が第１の回転機構２１に設置される。基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと、第１の回転機構２１の回転軸心２１ｂとは同一線上に位置する。ベース部材８０は、第１の回転機構２１の回転部分２１ａに固定されている。基端部材４０の外周縁とベース部材８０の外周縁間にカバー８２が取り付けられている。これにより、基端部材４０とベース部材８０との間は外部から遮蔽された遮蔽空間８３となっている。

パラレルリンク機構３０を作動させる姿勢制御用アクチュエータ３１は、遮蔽空間８３に配置され、基端部材４０に支持されている。姿勢制御用アクチュエータ３１の数は、リンク機構３４と同数の３個である。姿勢制御用アクチュエータ３１は、例えば、モータのようなロータリアクチュエータである。姿勢制御用アクチュエータ３１の回転出力軸３１ａに、かさ歯車７６が取り付けられ、基端側のリンクハブ３２の回転軸４２に扇形のかさ歯車４５が取り付けられている。これらかさ歯車７６と扇形のかさ歯車４５が噛み合っている。かさ歯車７６と扇形のかさ歯車４５とで、軸直交型の減速機７７が構成されている。かさ歯車以外の機構（例えばウォーム機構）を用いて軸直交型の減速機を構成してもよい。

この実施形態では、リンク機構３４と同数の姿勢制御用アクチュエータ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組に姿勢制御用アクチュエータ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。

リンク作動装置２９において、各姿勢制御用アクチュエータ３１が回転駆動することで、パラレルリンク機構３０が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ３１が回転
駆動すると、その回転が軸直交型の減速機７７を介して減速されて回転軸４２に伝達される。これにより、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。その結果、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。基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと第１の回転機構２１の回転軸心２１ｂとが同一線上に位置するので、座標計算が容易である。

また、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと第１の回転機構２１の回転軸心２１ｂとが同一線上に位置すると、作業者が作業装置１の動作をイメージし易いので、簡単に操作できる。例えば、直動ユニット３で決定される３自由度の位置を固定し、かつ回転ユニット４で決定される３自由度の角度のうち２自由度の角度を固定する。この状態で、残りの１自由度の角度（例えば、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢ周りの角度）だけを変更してエンドエフェクト５の姿勢を変えながら作業を行うことができる。

上述のように、リンク作動装置２９は可動範囲が広くスムーズな動作が可能である。したがって、回転ユニット４にリンク作動装置２９が含まれていると、高速できめ細かい作業を行うことができる。例えば、手首関節の姿勢を少しだけ変化させたい場合、一般的な垂直多関節ロボットの手首関節では、一部の関節を大きく動かす、または複数のモータを協働させてアーム全体を動かす必要があるので、速度が低下する。しかしながら、上記構成では、リンク作動装置２９が最短距離で移動できるので、滑らかで素早い動作を実現できる。また、リンク作動装置２９はコンパクトな構成でありながら可動範囲が広いので、作業装置１の全体がコンパクトな構成になる。

この実施形態では、リンク作動装置２９の基端側に第１の回転機構２１が配置され、先端側のリンクハブ３３にエンドエフェクタ５が搭載されている。これにより、リンク作動装置２９の負荷を軽減できるので、リンク作動装置２９のコンパクト化、軽量化を実現できる。リンク作動装置２９のパラレルリンク機構３０は等速自在継手の構成であるので、リンク作動装置２９と第１の回転機構２１との協調制御により、エンドエフェクト５の姿勢を、先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢ周りの角度のみ変えながら行う作業が容易である。ただし、姿勢制御用アクチュエータ３１に接続するケーブルについて考慮する必要があるので、回転角は制限される。

図６は第１の回転機構２１とリンク作動装置２９の並びを、図５の構成とは逆にした回転ユニット４を示す。この場合、リンク作動装置２９の先端側のリンクハブ３３の中心軸ＱＢと、第１の回転機構２１の回転軸心２１ｂとが同一線上に位置している。その他の構成は、図５と同じである。

図６の回転ユニット４の構成によれば、姿勢制御用アクチュエータ３１に接続されるケーブルの配線が容易であり、回転角の制限を受け難い。反面、リンク作動装置２９の負荷が増大するという欠点がある。それ以外は、図５の回転ユニット４と同じ作用、効果が得られる。

図１１〜図１３は、この発明の第３の実施形態を示す。図１１に示すように、この作業装置１も、図４の第２の実施形態と同様に、回転ユニット４が、１自由度の回転機構である第１の回転機構２１と、２自由度の回転機構であるリンク作動装置２９とを有している。第３の実施形態の作業装置１は、リンク作動装置２９の各姿勢制御用アクチュエータ３１の中心部に第１の回転機構２１が配置されている点で、図４の第２の実施形態と相違している。

図１２に示すように、第１の回転機構２１は、ベース部材８０に固定された固定部分９０と、リンク作動装置２９の基端部材４０に固定された回転部分９１と、固定部分９０に
対して回転部分９１を回転自在に支持する２つの軸受９２と、固定部分９０に設置された駆動源であるモータ９３と、このモータ９３の回転を回転部分９１に伝達する一対の平歯車９４，９５とを備える。

ベース部材８０は、回転ユニット取付部材２０（図１１）に固定されている。固定部分９０は、ベース部材８０に固定された第１取付部材９６と、この第１取付部材９６に固定された第２取付部材９７とを有している。第１取付部材９６は、横断面形状がＵ字形である。第２取付部材９７は、第１取付部材９６に固定された底部９７ａと、底部９７ａの外周縁から図１２の上方に延びる筒状部９７ｂとを有している。

回転部分９１は、基端側のリンクハブ３２の基端部材４０に固定されている。回転部分９１の回転軸心９１ａは、基端側のリンクハブ３２の中心軸ＱＡと同軸上に位置する。２つの軸受９２は、第２取付部材９７の筒状部９７ｂの内周に配置されている。

モータ９３は、横断面Ｕ字形の第１取付部材９６の凹部９６ａに配置され、第２取付部材９７の底部９７ａに固定されている。モータ９３の出力軸９３ａは、第２取付部材９７の底部９７ａを貫通して上方へ延び、その上端に駆動側の平歯車９４が取り付けられている。駆動側の平歯車９４は、回転部分９１に取り付けられた従動側の平歯車９５と噛み合っている。従動側の平歯車９５は、回転部分９１の外周に嵌合されている。回転部分９１の下端にねじ部が設けられ、このねじ部にナット９８が螺合されている。このナット９８により、従動側の平歯車９５が回転部分９１に締付け固定されている。

第２取付部材９７の底部９７ａ、回転部分９１、および基端部材４０には、回転部分９１の回転軸心９１ａに沿って貫通する配線用孔１００，１０１，１０２がそれぞれ設けられている。基端部材４０の外周縁に、ベース部材８０の外周縁近傍にかけて延びるカバー８２が取り付けられている。カバー８２とベース部材８０とは、結合されていない。

図５の構成と同様に、リンク作動装置２９の３つの姿勢制御用アクチュエータ３１は、基端部材４０における仮想の円周上に配置されている。各姿勢制御用アクチュエータ３１の回転出力軸３１ａの回転駆動力は、軸直交型の減速機７７を介してリンク機構３４に伝達される。姿勢制御用アクチュエータ３１がこのような配置であると、この実施形態のように、各姿勢制御用アクチュータ３１の並びの中心部に第１の回転機構２１を配置することができる。これにより、回転ユニット４の構成がコンパクトになる。

モータ９３が駆動すると、回転部分９１と共にリンク作動装置２９の全体およびカバー８２が回転する。配線用孔１００，１０１，１０２に配線を通すことで、リンク機構３４に干渉することなく、リンク作動装置２９の内部空間側からエンドエフェクタ５に配線を行うことができる。このため、姿勢制御用アクチュエータ３１に接続されるケーブルの配線の制約が少なくなる。ここで、リンク作動装置２９の内部空間は、基端側のリンクハブ３２、先端側のリンクハブ３３および各リンク機構３４で囲まれた空間をいう。

図１４は、第３の実施形態にかかる作業装置の回転ユニットの変形例の要部を示す正面図である。この回転ユニット４は、リンク作動装置２９の各姿勢制御用アクチュエータ３１の中心部に第１の回転機構２１が配置されている。この点は、図１２に示す構成と同じであるが、第１の回転機構２１の駆動源が中空軸モータ１１０である点で、図１２の構成と相違している。

中空軸モータ１１０は、モータ本体１１０ａと出力軸１１０ｂとを有している。モータ本体１１０ａがモータ取付部材１１１を介してベース部材８０に固定され、出力軸１１０ｂに基端側のリンクハブ３２の基端部材４０が固定されている。中空軸モータ１１０は、
モータ本体１１０ａおよび出力軸１１０ｂを軸方向に貫通する配線用孔１１２を有する。また、基端側のリンクハブ３２の基端部材４０にも、配線用孔１１２と同軸に配線用孔１１３が設けられている。その他の構成は図１２の構成と同じであり、図１２に示す構成と同様の作用、効果が得られる。

図１５〜図１８は、この発明の第４の実施形態にかかる双腕型の作業装置の概略構成を示す。第４の実施形態の作業装置１は、図１１〜１４の第３の実施形態とは、第３の直動アクチュエータ１３の構成が異なる、具体的には、第４の実施形態の第３の直動アクチュエータ１３は、スライドテーブル１３ｂにモータ（駆動源）１３ａが取り付けられている。

モータ１３ａがスライドテーブルに取り付けられる直動アクチュエータ１３としては、例えば、図１７や図１８に示す構造がある。図１７の直動アクチュエータ１３は、タイミングベルト駆動方式である。詳細には、図１７の直動アクチュエータ１３は、駆動プーリ１２０と、たわみプーリ１２２と、タイミングベルト１２４とを有している。タイミングベルト１２４がガイド１３ｃの両端に固定され、スライドテーブル１３ｂに駆動プーリ１２０が設けられている。駆動プーリ１２０をモータ１３ａで回転させることで、位置決め制御が行われる。スライドテーブル１３ｂには、駆動プーリ１２０の他に、たわみプーリ１２２が設置されている。たわみプーリ１２２は、タイミングベルト１２４のたわみを調整する。

図１８の直動アクチュエータ１３は、ラック＆ピニオン方式である。Ｌ字状のモータ取付部材１３０がスライドテーブル１３ｂに固定され、モータ１３ａがモータ取付部材１３０に設置されている。モータ１３ａの出力軸に、ピニオンギヤ１３２が取り付けられている。ガイド１３ｃにラック１３４が固定されている。モータ１３ａのピニオンギヤ１３２と、ガイド１３ｃのラック１３４が噛み合っている。これにより、モータ１３ａが駆動すると、その動力がピニオンギヤ１３２およびラック１３４を介してガイド１３ｃに伝達される。

スライドテーブル１３ｂの駆動方法として、タイミングベルト駆動方式とラック＆ピニオン駆動方式を例示したが、その他に、すべりねじ、ボールねじ、リニアモータ、スチールベルト等を適宜選択してもよい。それ以外の構成は、図１１〜１４の第３の実施形態と同じである。

第４の実施形態によれば、固定部であるスライドテーブル１３ｂにモータ１３ａが設けられているので、可動部を軽量化できる。これにより、第３の直動アクチュエータ１３の容量の小形化が可能となり、装置全体のコンパクト化や、高速動作が可能になる。また、モータ１３ａが、固定部であるスライドテーブル１３ｂに配置されているので、モータ１３ａへの配線の取り回しが容易である。

図１９は、この発明の第５の実施形態にかかる双腕型の作業装置を示す。図２０は、図１９とは、回転ユニット４の姿勢が異なる状態を示す。第５の実施形態の双腕型の作業装置は、図１１〜１４の第３の実施形態とは、エンドエフェクタ５の設置個数が異なる。詳細には、各回転ユニット４に設置されたエンドエフェクタ５とは別に、直動ユニット３にも追加のエンドエフェクタ１４０が設けられている。追加のエンドエフェクタ１４０は、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃの下端部に設置されている。

回転ユニット４は、図２０に示すように、回転ユニット４の姿勢変更時に、回転ユニット全体が追加のエンドエフェクタ１４０の最下面よりも上方に位置するように、第３の直動アクチュエータ１３のガイド１３ｃに配置されている。それ以外の構成は、図１１〜１
４の第３の実施形態と同じである。

第５の実施形態によると、細かい動作において作業装置１全体の動作量が小さいので、段取り替え時間や調整時間の短縮、高速動作を実現できる。その結果、生産性が向上し、他のロボットでは困難だったきめ細かい人手作業を自動化できる。

さらに、第５の実施形態によれば、１つの作業装置１で、直線運動のみで作業を行うエンドエフェクタ１４０と、直線運動と回転運動を組み合わせた動作で作業を行うエンドエフェクタ５を設置できる。これにより、作業の特徴に応じてエンドエフェクタを選択できるので、作業の正確性や効率が向上する。例えば、部品の抜き取り／取り付けや、部品の挿入、圧入作業等を直線運動のみの動作で実施できる。

直動ユニット３は、回転ユニット４を移動させる必要があるので、回転ユニット４よりも大きな駆動源が用いられている。そのため、直動ユニット３の可搬重量は、回転ユニット４の可搬重量よりも大きくなる。したがって、直動ユニット３に設置された追加のエンドエフェクタ１４０では、圧入作業のような比較的負荷の大きい作業を行うことができる。

また、原点姿勢から姿勢変更時に、回転ユニット４の全体が追加のエンドエフェクタ１４０の最下面よりも上方に位置している。これにより、追加のエンドエフェクタ１４０で作業を行う際に、回転ユニット４がワーク７に接触し難くなる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 作業装置
２ 架台
３ 直動ユニット
４ 回転ユニット
５ エンドエフェクタ
１１ 第１の直動アクチュエータ（直動アクチュエータ）
１２ 第２の直動アクチュエータ（他の直動アクチュエータ）
１３ 第３の直動アクチュエータ（出力側の直動アクチュエータ）
１１ａ，１２ａ，１３ａ モータ（駆動源）
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ スライドテーブル（スライド部材）
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ ガイド（ガイド部材）
２１ 第１の回転機構（回転機構）
２２ 第２の回転機構（回転機構）
２３ 第３の回転機構（回転機構）
２３ａ 第３の回転機構の回転部分（回転ユニットの出力部）
２９ リンク作動装置
３１ 姿勢制御用アクチュエータ
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
１４０ 追加のエンドエフェクタ
ＰＡ 基端側の球面リンク中心
ＰＢ 先端側の球面リンク中心
ＱＡ 基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ 先端側のリンクハブの中心軸
Ｓ 作業空間

Claims (10)

1. 先端に搭載されたエンドエフェクタを用いて作業を行う作業装置が、幾何学的に対称となるように２つ並べて配置された双腕型の作業装置であって、
   前記作業装置は、１軸もしくは複数軸の直動アクチュエータを組み合わせた直動ユニットと、１自由度以上の回転自由度を持つ回転機構を組み合わせた回転ユニットとを備え、
   前記回転ユニットの出力部に、前記エンドエフェクタが搭載され、
   前記直動アクチュエータは、駆動源と、前記駆動源の動力によりガイド部材に対して相対移動するスライド部材とを有し、
   前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのスライド部材が、架台もしくは他の直動アクチュエータのスライド部材に固定され、
   前記回転ユニットが、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのガイド部材に対して任意の角度で設置されている双腕型の作業装置。
2. 請求項１に記載の双腕型の作業装置において、前記直動ユニットは、第１〜第３の３つの直動アクチュエータから構成され、
   前記第３の直動アクチュエータが、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータを構成し、
   前記第１の直動アクチュエータのガイド部材が前記架台に固定され、前記第２の直動アクチュエータのガイド部材が前記第１の直動アクチュエータのスライド部材に固定され、前記第３の直動アクチュエータのスライド部材が前記第２の直動アクチュエータのスライド部材に固定され、
   前記回転ユニットが、前記第３の直動アクチュエータのガイド部材に固定されている双腕型の作業装置。
3. 請求項２に記載の双腕型の作業装置において、前記第１〜３の各直動アクチュエータは、前記スライド部材が、前記エンドエフェクタによって作業が行われる作業空間に対して外側を向くように配置されている双腕型の作業装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の双腕型の作業装置において、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータの駆動源がスライド部材に配置されている双腕型の作業装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の双腕型の作業装置において、前記直動ユニットの出力側の直動アクチュエータのガイド部材に、前記エンドエフェクタとは別の追加のエンドエフェクタが搭載されている双腕型の作業装置。
6. 請求項５に記載の双腕型の作業装置おいて、前記回転ユニットは、原点姿勢から姿勢変更時に回転ユニット全体が、前記追加のエンドエフェクタの最下面よりも上方に位置するように配置されている双腕型の作業装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の双腕型の作業装置において、
   前記回転ユニットは、前記複数の回転機構のうちの少なくとも１つが２自由度のリンク作動装置であり、
   前記リンク作動装置は、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、前記基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の端部リンク部材と、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先端側の端部リンク部材と、前記基端側および前記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アクチュエータが設けられている双腕型の作業装置。
8. 請求項７に記載の双腕型の作業装置おいて、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点が基端側の球面リンク中心と称され、
   前記基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が基端側のリンクハブの中心軸と称され、
   前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸が交差する点が先端側の球面リンク中心と称され、
   前記先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が先端側のリンクハブの中心軸と称され、
   前記基端側のリンクハブの中心軸または前記先端側のリンクハブの中心軸と、前記リンク作動装置以外の他の回転機構の中心軸とが同一線上に位置する双腕型の作業装置。
9. 請求項７または８に記載の双腕型の作業装置において、前記リンク作動装置の基端側に前記リンク作動装置以外の他の回転機構が設けられ、前記リンク作動装置の先端側に前記エンドエフェクタが設けられている双腕型の作業装置。
10. 請求項９に記載の双腕型の作業装置において、前記リンク作動装置の２つ以上の姿勢制御用アクチュエータは、前記基端側のリンクハブの中心軸周りに円周上に配置され、
    円周上に配置した前記姿勢制御用アクチュエータの中心部に、前記他の回転機構が設けられ、
    前記他の回転機構は、前記リンク作動装置を前記基端側のリンクハブの中心軸周りに回転させる双腕型の作業装置。
    

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