JP6067805B1 - リンク作動装置を用いた複合作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速、高精度の動作が可能な２つのリンク作動装置により２つの被作業体に対して同時に作業を行うことができ、２つの被作業体間の距離が短くて全体的にコンパクトな複合作業装置を提供する。【解決手段】 複合作業装置１は、２つの作業体３をそれぞれ個別に姿勢変更可能に支持する２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒと、これら２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒと２つ以上の被作業体２とを相対的に移動させる３つ以上の直動アクチュエータ５，６Ｌ，６Ｒとを備える。リンク作動装置７Ｌ，７Ｒは、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が、３組以上のリンク機構１４を介して姿勢を変更可能に連結され、３組以上のリンク機構１４のうちの２組以上のリンク機構１４に、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ１０が設けられている。【選択図】 図１

Description

この発明は、医療機器や産業機器等の高速、高精度で、広範な作動範囲を必要とする機器に用いられるリンク作動装置を用いた複合作業装置に関する。

医療機器や産業機器等の各種作業装置に用いられるパラレルリンク機構およびリンク作動装置が、特許文献１、２、３に提案されている。

特許文献１のパラレルリンク機構は、構成が比較的簡単であるが、各リンクの作動角が小さいため、トラベリングプレートの作動範囲を大きく設定すると、リンク長が長くなることにより、機構全体の寸法が大きくなって装置の大型化を招くという問題がある。また、機構全体の剛性が低く、トラベリングプレートに搭載されるツールの重量、つまりトラベリングプレートにおける可搬重量が小さいものに制限されるという問題もある。

特許文献２や特許文献３のリンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結した構成としたパラレルリンク機構を用いたことにより、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。

特開２０００−９４２４５号公報 米国特許第５，８９３，２９６号明細書 特開２０１４−５９２６号公報

上記長所を有する特許文献２、３のリンク作動装置の活用範囲を広げるために、２つのリンク作動装置を他の機構と組み合わせて使用することを検討した。例えば、自動車部品の製造ライン等で、コンベアラインを左右セットで部品が流れてくる状況において、流れてくる部品にグリース塗布、検査、組立て等の作業を行うことを想定した。

図１６、図１７は、２つのリンク作動装置を用いた複合作業装置の検討例を示す。この検討の複合作業装置１は、床面４に載置された２つの被作業体２，２に対し、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒにそれぞれ姿勢変更可能に支持された２つの作業体３，３で作業を行うものであり、各リンク作業装置７Ｌ，７Ｒは、図の左右方向（Ｘ軸方向）に移動させる直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒと、図の前後方向（Ｙ軸方向）に移動させる直動アクチュエータ８１Ｌ，８１Ｒとにより、それぞれが独立して前後左右に移動可能となっている。左右移動用の直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒは、例えば同軸上に配置される。図１６は２つ被作業体２，２に対し左右外側から作業を行う場合を示し、図１７は２つの被作業体２，２に対し左右内側から作業を行う場合を示す。

図１６、図１７の構成とすると、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒの左右方向の移動範囲に制限がある。この例のように左右移動用の直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒが同軸上に配置されている場合、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒの移動範囲が各直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒの有効ストロークＳＬ，ＳＲに限定され、リンク作業装置７Ｌ，７Ｒは複合作業装置１の左右中央を越えて移動することができない。このため、図１７のように被作業体２，２に対し左右内側から作業を行うとき２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒが互いに干渉しないように、被作業機間距離ｄを大きく取って被作業体２，２を設置する必要があり、複合作業装置１の全体が左右方向に大きくなる。

左右移動用の直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒを前後にずらして配置し、左側の直動アクチュエータ８０Ｌの右端を右方に延ばし、かつ右側のアクチュエータ８０Ｒの左端を左方に延ばした構成とすれば、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒの左右方向の移動範囲を広く取れる。しかし、上記構成とすると、各直動アクチュエータ８０Ｌ，８０Ｒ，８１Ｌ，８１Ｒおよび各リンク作業装置７Ｌ，７Ｒの動作を正確に管理しないと、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒが互いに干渉する可能性があり、現実的には採用するのが難しい。

この発明の目的は、高速、高精度の動作が可能な２つのリンク作動装置により２つの被作業体に対して同時に作業を行うことができ、２つの被作業体間の距離が短くて全体的にコンパクトな複合作業装置を提供することである。

この発明のリンク作動装置を用いた複合作業装置は、２つ以上の被作業体に対して２つの作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う装置であって、前記２つの作業体をそれぞれ個別に姿勢変更可能に支持する２つのリンク作動装置と、これら２つのリンク作動装置と前記２つ以上の被作業体とを相対的に移動させる３つ以上の直動アクチュエータとを備える。
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、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、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。
前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの一つである第１の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を互いに同一間隔に保ったまま定められた直線に沿って直接または間接的に移動させるものである。
前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの前記第１の直動アクチュエータ以外の２つの直動アクチュエータである第２の直動アクチュエータおよび第３の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を、前記第１の直動アクチュエータの移動方向と直交する方向に直接または間接的に移動させるものである。

この構成によると、第１の直動アクチュエータで２つのリンク作動装置または２つ以上の被作業体を定められた直線に沿って移動させると共に、第２の直動アクチュエータおよび第３の直動アクチュエータで２つのリンク作動装置または２つ以上の被作業体を第１の直動アクチュエータの移動方向と直交する方向に移動させて、２つのリンク作動装置と２つ以上の被作業体とを相対的に移動させる。また、上記リンク作動装置と被作業体の相対移動と同期して、リンク作動装置で作業体の姿勢を変更する。これにより、２つの作業体で２つ以上の被作業体に対して同時に作業を行うことができ、かつ２つ以上の被作業体の様々な面に対して作業を行うことができる。

前記検討例のように２つのリンク作動装置または２つ以上の被作業体を２つの直動アクチュエータで個別に定められた直線に沿って移動させるのではなく、２つのリンク作動装置または２つ以上の被作業体を１つの直動アクチュエータで互いに同一間隔に保ったまま定められた直線に沿って移動させるため、２つのリンク作業装置が複合作業装置の左右中央を越えて移動することが可能である。このため、２つ以上の被作業体間の距離を狭くすることが可能となり、複合作業装置全体をコンパクトにすることができる。第１の直動アクチュエータで２つのリンク作動装置を移動させる場合、２つ以上の２つのリンク作動装置は互いに同一間隔に保たれるので、両リンク作動装置が互いに干渉する可能性が皆無である。

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軸回りに回転自在な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。

このように、リンク作動装置はコンパクトでありながら作動範囲が広い機構であるため、他の機構を用いて同じように作業体の姿勢を変更する場合と比べて、作業体の周囲に姿勢変更用の機構の一部がほとんど存在しないように構成できる。これにより、作業体を被作業体に接近させて作業を行うことができる共に、複合作業装置全体をより一層コンパクトにすることが可能である。

この発明において、前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの少なくとも１つは、前記２つのリンク作動装置、前記２つ以上の被作業体、および前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの他の直動アクチュエータの何れかからなる被移動体を固定するステージが、この直動アクチュエータの移動方向に沿って並んで２つ設けられていても良い。
直動アクチュエータにステージが２つ設けられていると、有効ストロークは短くなるが、直動アクチュエータと被移動体との連結部の剛性が向上する。このため、この直動アクチュエータの搭載質量が大きくなっても高速動作が可能となり、１つの作業に要する時間が短縮され、生産性が向上する。

この発明において、前記３つ以上の直動アクチュエータは全部で前記第１の直動アクチュエータ、前記第２の直動アクチュエータ、および前記第３の直動アクチュエータの３つであり、前記第１の直動アクチュエータのステージに取付板が設置され、この取付板に前記第２の直動アクチュエータおよび前記第３の直動アクチュエータが固定され、これら前記第２の直動アクチュエータおよび前記第３の直動アクチュエータに前記２つのリンク作動装置がそれぞれ個別に設置されていても良い。
この構成とすると、被作業体を固定した状態で作業が行われる。このため、被作業体を動かしたくない用途での使用や、作業者が被作業体の設置・取り出しを行わない自動化ラインでの使用に適する。

上記構成の場合、床面の上方に水平に設けられた天板を有し、前記第１の直動アクチュエータは前記天板に固定され、前記先端側のリンクハブが下向きとなるように前記リンク作動装置が設置されていると良い。
先端側のリンクハブが下向きになっていると、被作業体に対して上側から作業することができる。このため、例えば被作業体がコンベアラインで流れてくるような製造ラインで使用するのに適する。製造ラインで使用する場合、２つのリンク作動装置や作業体が被作業体の搬送の邪魔にならない。

この発明において、前記２つのリンク作動装置は、前記２組以上のリンク機構に設けられた前記姿勢制御用アクチュエータのうちの１つの姿勢制御用アクチュエータ同士が互いに同一平面上で平行となるように配置され、かつ前記１つの姿勢制御用アクチュエータが前記３組以上のリンク機構に対して外向きに配置されていても良い。
この場合、２つ以上の被作業体間の距離を短くできるため、装置全体がコンパクトとなる。

この発明において、前記３つ以上の直動アクチュエータ、および前記２つのリンク作動装置の前記各姿勢制御用アクチュエータが通信ネットワークで互いに接続され、前記各アクチュエータを制御する１つのコントローラが設けられていると良い。
この構成であると、２つのリンク作動装置に対してコントローラを共有化でき、３つ以上の直動アクチュエータと２つのリンク作動装置の協調制御を実現できる。

この発明のリンク作動装置を用いた複合作業装置は、２つ以上の被作業体に対して２つの作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う装置であって、前記２つの作業体をそれぞれ個別に姿勢変更可能に支持する２つのリンク作動装置と、これら２つのリンク作動装置と前記２つ以上の被作業体とを相対的に移動させる３つ以上の直動アクチュエータとを備え、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、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、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、前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの一つである第１の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を互いに同一間隔に保ったまま定められた直線に沿って直接または間接的に移動させるものであり、前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの前記第１の直動アクチュエータ以外の２つの直動アクチュエータである第２の直動アクチュエータおよび第３の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を、前記第１の直動アクチュエータの移動方向と直交する方向に直接または間接的に移動させるものであるため、高速、高精度の動作が可能な２つのリンク作動装置により２つの被作業体に対して同時に作業を行うことができ、２つの被作業体間の距離が短くて全体的にコンパクトに構成できる。

この発明の一実施形態にかかる複合作業装置の一状態の正面図である。 同複合作業装置の異なる状態の正面図である。 同複合作業装置のさらに異なる状態の正面図である。 同複合作業装置の一部分の平面図である。 同複合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一状態の斜視図である。 同リンク作動装置の異なる状態の斜視図である。 （Ａ）は同リンク作動装置の基端側のリンクハブ、基端側の端部リンク部材等の断面図、（Ｂ）のその部分拡大図である。 同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。 同複合作業装置の制御系を示すブロック図である。 この発明の異なる実施形態にかかる複合作業装置の一状態の正面図である。 同複合作業装置の一部分の平面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる複合作業装置の一状態の正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる複合作業装置の一状態の正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる複合作業装置の一状態の正面図である。 提案例の複合作業装置の一状態の正面図である。 同複合作業装置の異なる状態の正面図である。

この発明の一実施形態に係るリンク作動装置を用いた複合作業装置を図１〜図１０と共に説明する。
図１〜図３はこの複合作業装置のそれぞれ異なる状態の正面図、図４は同複合作業装置の一部分の平面図である。この複合作業装置１は、２つの被作業体２，２に対して２つの作業体３，３で非接触作業を行う装置である。２つの被作業体２，２は、水平状の床面４に、所定の被作業体間距離ｄを開けて左右方向（Ｘ軸方向）に並んで載置されている。２つの作業体３，３は、２つの被作業体２，２の上方に、左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能で、かつ姿勢変更可能に設けられ、被作業体２，２に対して上方から作業を行う。作業体３は、被作業体２に対して非接触で作業を行うもの、例えばグリース塗布機、レーザ検査機、スプレー式塗装機、溶接機、外観検査機等である。

２つの作業体３，３を左右方向に移動させる手段として、第１の直動アクチュータ５が設けられている。第１の直動アクチュータ５はモータ５ａによって駆動される。２つの作業体３，３をそれぞれ個別に前後方向に移動させる手段として、第２、第３の直動アクチュータ６Ｌ，６Ｒが設けられている。第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒはそれぞれモータ６ａ，６ａによって駆動される。２つの作業体３，３をそれぞれ個別に姿勢変更する手段として、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒが設けられている。リンク作動装置７Ｌ，７Ｒについては、後で詳しく説明する。

複数本の支柱６０によって天板６１が支持され、この天板６１の下面に前記第１の直動アクチュータ５が設置されている。この第１の直動アクチュータ５のステージ５ｂに左右に長い取付板６２が固定され、この取付板６２の左右両端に前記第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ取り付けられている。このように、第１の直動アクチュータ５はステージ５ｂを１つだけ有し、その１つのステージ５ｂに取付板６２が固定されていると、各リンク作動装置７Ｌ，７Ｒの有効ストロークＳＬ，ＳＲを長く取れる。有効ストロークＳＬ，ＳＲは、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒの後述する基端側のリンクハブ１２の中心の可動範囲を示す。

また、第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒのステージ６ｂ，６ｂにリンク固定板６３，６３が固定され、このリンク固定板６３，６３からそれぞれ下方に延びる複数の吊り支柱６４の下端に前記２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒが個別に設置されている。つまり、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒは吊り下げ姿勢で設置されている。リンク固定板６３，６３と基端側のリンクハブ１２との間に吊り支柱６４を設けることで、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒの先端に設置した作業体３，３に接続した配線等を、パラレルリンク機構９の内部空間を通して、リンク固定板６３，６３と基端側のリンクハブ１２との間から外部に取り出すことができる。

リンク作動装置７Ｌ，７Ｒについて説明する。２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒは同じ構成であるので、以下の説明では符号を統一して「７」で表すこととする。

図５はリンク作動装置の正面図、図６、図７はリンク作動装置の互いに異なる状態を示す斜視図である。これらの各図は、図１〜図３に対して上下反転して表されている。リンク作動装置７は、パラレルリンク機構９と、このパラレルリンク機構９を作動させる姿勢制御用アクチュエータ１０とで構成される。パラレルリンク機構９は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。図１〜図３に示すリンク作動装置７の設置状態では、先端側のリンクハブ１３が下向きとなる。なお、図５では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であっても良い。

各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７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１５，１６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転自在に連結されている。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６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９は、二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１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７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５）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１２，１３と端部リンク部材１５，１６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１５，１６と中央リンク部材１７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１５，１６と中央リンク部材１７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８は基端側のリンクハブ１２、基端側の端部リンク部材１５等の断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６の形状ならびに位置関係も図８と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７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°以外であっても良い。

３組のリンク機構１４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９に示すように、各リンク部材１５，１６，１７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１７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９は、一組のリンク機構１４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９は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７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１７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１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸回りに回転自在な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１２に対して先端側のリンクハブ１３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１２に対する先端側のリンクハブ１３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１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図８）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図９）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１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φ（図９）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１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３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１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図６は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示し、図７は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３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９）は変化しない。

このパラレルリンク機構９において、各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの長さが互いに等しく、かつ各リンク機構１４のリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の回転対偶の中心軸Ｏ１、および、端部リンク部材１５，１６と中央リンク７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と交差し、かつ基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材１７についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６とは同じに動く。

図５〜図７に示すように、基端側のリンクハブ１２は、前記吊り支柱６４の下端に固定される平板状の基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。基端部材２０は中央部に円形の貫通孔２０ａ（図８）を有し、この貫通孔２０ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔２０ａの中心は、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡ上に位置する。各回転軸連結部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２に、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。

１つの基端側の端部リンク部材１５およびその両端周辺部を取り出した図８（Ｂ）に示すように、前記回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。軸受２３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２３は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝２４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２２は、大径部２２ａで後記減速機構５２の出力軸５２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構５２の出力軸５２ａとをボルト２９で固定すると共に、内側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。

基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３５ｂで２個の軸受３６を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、内側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。

図５〜図７に示すように、先端側のリンクハブ１３は、中央部に円形の貫通孔４３ａ（図７）を有する平板状の先端部材４３と、この先端部材４３の貫通孔４３ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材４４とで構成される。貫通孔４３ａの中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材４４は、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する回転軸４５が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸４５に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された回転軸４６が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸４５および中央リンク部材１７の回転軸４６も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材４４および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。

リンク作動装置７の姿勢制御用アクチュエータ１０は、減速機構５２を備えたモータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材２０の上面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１０と減速機構５２は一体に設けられ、モータ固定部材５３により減速機構５２が基端部材２０に固定されている。この例では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ１０が設けられているが、３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ１０を設ければ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。

図８（Ｂ）において、減速機構５２はフランジ出力であって、大径の出力軸５２ａを有する。出力軸５２ａの先端面は、出力軸５２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面５４となっている。出力軸５２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部の前記回転軸２２の大径部２２ａが、減速機構５２の出力軸５２ａに設けられた内径溝５７に嵌っている。

各姿勢制御用アクチュエータ１０は、３組のリンク機構１４に対して外向きに配置されている。また、図４に示すように、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの設置状態において、３つの姿勢制御用アクチュエータ１０のうちの１つの姿勢制御用アクチュエータ１０Ａ，１０Ｂ同士が互いに同一平面上で平行となるように配置されている。図４の状態では、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒが前後方向の同位置にあるので、姿勢制御用アクチュエータ１０Ａ，１０Ｂは互いに同軸上に位置する。

図１〜図３において、作業体３は、先端部材４３の貫通孔４３ａ（図７）を貫通させて先端側のリンクハブ１３に取り付けられる。例えば、作業体３がグリース塗布機である場合、エンドエフェクタとしてのグリースノズルを下向きにして取り付けられる。

図１０は、この複合作業装置の制御系を示すブロック図である。
第１〜第３の直動アクチュエータ５，６Ｌ，６Ｒの各モータ５ａ，６ａ，６ａ、および２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの各姿勢制御用アクチュエータ（モータ）１０，…を駆動するモータドライバが通信ネットワーク７０で互いに接続されている。この通信ネットワーク７０は１つのコントローラ７１に繋がっており、この１つのコントローラ７１によって、モータ５ａ，６ａ，６ａおよび姿勢制御用アクチュエータ１０，…が制御される。

また、上記コントローラ７１には作業体３のエンドエフェクタに繋がっており、直動アクチュエータ５，６Ｌ，６Ｒおよびリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの動作と連動して作業体３のエンドエフェクタを動作させる。これにより、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒに対してコントローラ７１を共有化でき、直動アクチュエータ５，６Ｌ，６Ｒと２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの協調制御を実現できる。
図１０に破線で示すように、コントローラ７１と作業体３に上位コントローラ７２を繋いで、コントローラ７１と作業体３を管理するようにしても良い。

このリンク作動装置を用いた複合作業装置１は、第１〜第３の直動アクチュエータ５，６Ｌ，６Ｒの各１自由度と、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの各２自由度とで、計７自由度の構成である。使用時には、前記コントローラ７１の制御により、第１の直動アクチュエータ５で２つリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを左右方向に移動させると共に、第２の直動アクチュエータ６Ｌおよび第３の直動アクチュエータ６Ｒで２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを第１の直動アクチュエータ５の移動方向と直交する前後方向に移動させ、かつリンク作動装置７Ｌ，７Ｒで作業体３，３の姿勢を変更する。これにより、２つの作業体３，３で２つの被作業体２，２に対して多様な作業を行うことができる。リンク作動装置７Ｌ，７Ｒで作業体３，３の姿勢変更を高速・高精度で行えるため、高速・高精度の作業が可能である。

図１は、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを複合作業装置１の左右中央よりも右寄りの位置に移動させ、かつ２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの姿勢を先端側のリンクハブ１３，１３が左上がりとなるようにし、被作業体２，２に対して右側から作業体３，３で作業を行う状態を表している。

図２は、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを複合作業装置１の左右中央よりも左寄りの位置に移動させ、かつ２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの姿勢を先端側のリンクハブ１３，１３が右上がりとなるようにし、被作業体２，２に対して左側から作業体３，３で作業を行う状態を表している。

また、図３は、片方のリンク作動装置７Ｌの姿勢を先端側のリンクハブ１３が右上がりとなるようにし、かつもう片方のリンク作動装置７Ｒの姿勢を先端側のリンクハブ１３が左上がりとなるようにし、１つの被作業体２（図の例では左の被作業体２）に対して２つの作業体３，３で同時に作業を行う状態を表している。

このように、２つの被作業体２，２に対して２つの作業体３，３でそれぞれ作業を行うことも、１つの被作業体２に対して２つの作業体３，３で同時に作業を行うこともできる。また、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒによって作業体３の姿勢を変更することで、被作業体２の様々な面に対して作業を行うことができる。なお、図１〜図３の例では、被作業体２の数が２つであるが、被作業体２を３つ以上配置しても良い。その場合も、各被作業体２の様々な面に対して作業を行うことができる。

図１〜図１０の複合作業装置１は、図１６、図１７の提案例のように２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを２つの直動アクチュエータ５Ｌ，５Ｒで個別に、定められた直線に沿って移動させるのではなく、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを１つの直動アクチュエータ５で互いに同一間隔に保ったまま定められた直線に沿って移動させるため、２つのリンク作業装置７Ｌ，７Ｒが複合作業装置１の左右中央を越えて移動することが可能である。このため、２つの被作業体２，２の被作業体間距離ｄを狭くすることが可能となり、複合作業装置１の全体をコンパクトにすることができる。２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを同一間隔に保ったまま移動させるので、両リンク作動装置７Ｌ，７Ｒが互いに干渉する可能性が皆無である。

リンク作動装置７Ｌ，７Ｒは、前述したように、コンパクトでありながら作動範囲が広い機構であるため、他の機構を用いて同じように作業体の姿勢を変更する場合と比べて、作業体３の周囲に姿勢変更用の機構の一部がほとんど存在しないように構成できる。これにより、作業体３を被作業体２に接近させて作業を行うことができる共に、複合作業装置１の全体をより一層コンパクトにすることが可能である。

この構成の複合作業装置１は、第１の直動アクチュエータ５のステージ５ｂに取付板６２が設置され、この取付板６２に第２の直動アクチュエータ６Ｌおよび第３の直動アクチュエータ６Ｒが固定され、これら第２の直動アクチュエータ６Ｌおよび第３の直動アクチュエータ６Ｒに２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒがそれぞれ個別に設置されている。そして、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒに姿勢変更可能に支持された作業体３，３によって、固定した状態の被作業体２，２に対して作業が行われる。このため、被作業体２を動かしたくない用途での使用や、作業者が被作業体２の設置・取り出しを行わない自動化ラインでの使用に適する。

また、この構成の複合作業装置１は、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒが先端側のリンクハブ１３が下向きとなるように被作業体２の上方に設置され、このリンク作動装置７Ｌ，７Ｒに支持された作業体３，３によって、被作業体２，２に対して上側から作業する。このため、図１〜図３のように被作業体２，２が床面４に位置固定で載置されているのでなく、例えば被作業体２，２がコンベアラインで流れてくるような製造ラインでの使用にも適する。リンク作動装置７Ｌ，７Ｒが被作業体２，２の上方に設置されているため、製造ラインで使用する場合、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒや作業体３，３が被作業体２，２の搬送の邪魔にならない。

２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒは、１つの姿勢制御用アクチュエータ１０Ａ，１０Ｂ(図４)同士が互いに同一平面上で平行となるように配置され、かつその姿勢制御用アクチュエータ１０Ａ，１０Ｂが３組以上のリンク機構１４に対して外向きに配置されている。この構成とすることで、２つの被作業体２，２の被作業体間距離ｄを短くでき、装置全体をコンパクトにできる。

図１１、図１２はこの発明の異なる実施形態を示す。この複合作業装置１は、第１の直動アクチュエータ５が２つのステージ５ｂ，５ｂを有し、これら２つのステージ５ｂ，５ｂに取付板６２が固定され、この取付板６２に第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ取り付けられている。このように２つのステージ５ｂ，５ｂに取付板６２を固定すると、ステージ５ｂが１つである場合（図１〜図３）と比べて、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒの有効ストロークＳＬ，ＳＲは短くなるが、第１の直動アクチュエータ５と被移動体である第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒとの連結部の剛性が向上する。このため、この第１の直動アクチュエータ５の搭載質量が大きくなっても高速動作が可能となり、１つの作業に要する時間が短縮され、生産性が向上する。

以下に説明する各実施形態は、図１〜図３の実施形態と比べて、２つの作業体３，３をそれぞれ個別に姿勢変更可能に支持する２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒと２つの被作業体２，２とを相対移動させる構成が異なる。

図１３に示す複合作業装置１は、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒは位置固定で、２つの被作業体２，２を移動させる構成である。すなわち、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒは、基端側のリンクハブ１２が天板６１に固定されて、吊り下げ姿勢で設置されている。また、床面４に設置した第１の直動アクチュエータ５のステージ５ｂに取付板６２が固定され、さらにこの取付板６２に第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ取り付けられ、これら第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒのステージ６ｂ，６ｂに被作業体２，２がそれぞれ載置される。

この構成の場合、２つの被作業体２，２を、第１の直動アクチュエータ５によって左右方向（Ｘ軸方向）に移動させると共に、第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒによって前後方向（Ｙ軸方向）に移動させて、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒに支持された作業体３，３で被作業体２，２に対して作業を行う。これにより、図１〜図３の実施形態と同様の作用・効果が得られる。

図１４に示す複合作業装置１は、リンク作動装置７Ｌ，７Ｒは第１の直動アクチュエータ５によって左右方向（Ｘ軸方向）に移動させ、２つの被作業体２，２は第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒによってそれぞれ前後方向（Ｙ軸方向）に移動させる構成である。すなわち、天板６１に第１の直動アクチュエータ５が設置され、この第１の直動アクチュエータ５のステージ５ｂに取付板６２が固定され、この取付板６２にリンク作動装置７Ｌ，７Ｒが取り付けられている。また、床面４に第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ設置され、これら第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒのステージ６ｂ，６ｂに被作業体２，２がそれぞれ載置される。この構成の場合も、図１〜図３の実施形態と同様の作用・効果が得られる。

なお、図示は省略するが、天板６１に設置した第２、第３の直動アクチュエータ６Ｌ，６Ｒによってリンク作動装置７Ｌ，７Ｒをそれぞれ前後方向（Ｙ軸方向）に移動させ、かつ床面４に設置した第１の直動アクチュエータ５によって２つの被作業体２，２を左右方向（Ｘ軸方向）に移動させる構成としても良い。その場合も、図１〜図３の実施形態と同様の作用・効果が得られる。

図１５に示す複合作業装置１は、図１〜図３の実施形態に対し、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒのそれぞれに、作業体３，３を１軸方向に移動させる第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒを追加したものである。第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒは、先端側のリンクハブ１３に固定され、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと平行に作業体３を移動させる。図１０に破線で示すように、第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒのモータ８ａ，８ａも通信ネットワーク７０を介してコントローラ７１に繋がっている。

このように、第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒを追加することで、作業体３，３で被作業体２，２に対して接触して作業を行うことが可能となる。被作業体２に対して接触して作業を行う作業体３としては、例えば部品組立機や加工機等がある。図１〜図３の実施形態以外の実施形態に対しても、第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒを追加することができる。その場合も、作業機３，３で被作業体２，２に対して接触して作業を行うことが可能となる。

作業体３，３を１軸方向に移動させる第４、第５の直動アクチュエータ８Ｌ，８Ｒの代わりに、上下方向の直動アクチュエータ(図示せず)を追加し、この上下方向の直動アクチュエータによってリンク作動装置７Ｌ，７Ｒまたは被作業体２，２の上下高さを変更する構成としても良い。この場合も、作業機３，３で被作業体２，２に対して非接触で行う作業の他に、接触して行う作業が可能となる。

上記各実施形態は、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒが同一構成で、動作パターンが同じであるものとしたが、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの構成および動作パターンが互いに異なっていても良い。その場合、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒを共通の第１の直動アクチュエータ５で移動させる構成については、２つのリンク作動装置７Ｌ，７Ｒの動作完了後に第１の直動アクチュエータ５に対して動作指令を与えるようにすると良い。

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。

１…複合作業装置
２…被作業体
３…作業体
４…床面
５…第１の直動アクチュエータ
５ｂ…ステージ
６Ｌ…第２の直動アクチュエータ
６Ｒ…第３の直動アクチュエータ
７Ｌ，７Ｒ…リンク作動装置
８Ｌ…第４の直動アクチュエータ
８Ｒ…第５の直動アクチュエータ
９…パラレルリンク機構
１０…姿勢制御用アクチュエータ
１２…基端側のリンクハブ
１３…先端側のリンクハブ
１４…リンク機構
１５…基端側の端部リンク部材
１６…先端側の端部リンク部材
１７…中央リンク部材
６１…天板
６２…取付板
７０…通信ネットワーク
７１…コントローラ
ｄ…被作業体間距離

Claims (6)

1. ２つ以上の被作業体に対して２つの作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う複合作業装置であって、
   前記２つの作業体をそれぞれ個別に姿勢変更可能に支持する２つのリンク作動装置と、これら２つのリンク作動装置と前記２つ以上の被作業体とを相対的に移動させる３つ以上の直動アクチュエータとを備え、
   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、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、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、
   前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの一つである第１の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を互いに同一間隔に保ったまま定められた直線に沿って直接または間接的に移動させるものであり、
   前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの前記第１の直動アクチュエータ以外の２つの直動アクチュエータである第２の直動アクチュエータおよび第３の直動アクチュエータは、前記２つのリンク作動装置または前記２つ以上の被作業体を、前記第１の直動アクチュエータの移動方向と直交する方向に直接または間接的に移動させるものである、
   ことを特徴とするリンク作動装置を用いた複合作業装置。
2. 請求項１に記載のリンク作動装置を用いた複合作業装置において、前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの少なくとも１つは、前記２つのリンク作動装置、前記２つ以上の被作業体、および前記３つ以上の直動アクチュエータのうちの他の直動アクチュエータの何れかからなる被移動体を固定するステージが、この直動アクチュエータの移動方向に沿って並んで２つ設けられているリンク作動装置を用いた複合作業装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のリンク作動装置を用いた複合作業装置において、前記３つ以上の直動アクチュエータは全部で前記第１の直動アクチュエータ、前記第２の直動アクチュエータ、および前記第３の直動アクチュエータの３つであり、前記第１の直動アクチュエータのステージに取付板が設置され、この取付板に前記第２の直動アクチュエータおよび前記第３の直動アクチュエータが固定され、これら前記第２の直動アクチュエータおよび前記第３の直動アクチュエータに前記２つのリンク作動装置がそれぞれ個別に設置されたリンク作動装置を用いた複合作業装置。
4. 請求項３に記載のリンク作動装置を用いた複合作業装置において、床面の上方に水平に設けられた天板を有し、前記第１の直動アクチュエータは前記天板に固定され、前記先端側のリンクハブが下向きとなるように前記リンク作動装置が設置されたリンク作動装置を用いた複合作業装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のリンク作動装置を用いた複合作業装置において、前記２つのリンク作動装置は、前記２組以上のリンク機構に設けられた前記姿勢制御用アクチュエータのうちの１つの姿勢制御用アクチュエータ同士が互いに同一平面上で平行となるように配置され、かつ前記１つの姿勢制御用アクチュエータが前記３組以上のリンク機構に対して外向きに配置されたリンク作動装置を用いた複合作業装置。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のリンク作動装置を用いた複合作業装置において、前記３つ以上の直動アクチュエータ、および前記２つのリンク作動装置の前記各姿勢制御用アクチュエータが通信ネットワークで互いに接続され、前記各アクチュエータを制御する１つのコントローラが設けられたリンク作動装置を用いた複合作業装置。

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