CN109070341A - 作业装置和双臂型作业装置 - Google Patents

Abstract

作业装置(1)为采用末端执行器(5)而进行作业的六自由度的结构，该作业装置包括：三自由度的直线运动单元(3)，该直线运动单元(3)由3个直线运动促动器(11、12、13)组合而成；三自由度的旋转单元(4)，该旋转单元(4)由具有1个自由度以上的旋转自由度的多个旋转机构(21、22、23)组合而成，直线运动单元(3)的基部固定于支架(2)上。旋转单元(4)的基部固定于直线运动单元(3)的输出部(13a)上。在旋转单元(4)的输出部(23a)上，装载末端执行器(5)。

Description

作业装置和双臂型作业装置

相关申请

本申请要求申请日为2016年4月20日，申请号为JP特愿2016－084171的申请的优先权，通过参照，将其整体作为构成本申请的一部分的内容而引用。

技术领域

本发明涉及医疗设备、产业设备等的必须要求高速、高精度的作业的设备，必须要求组装这样的精细的作业的设备，与人共存的机器人等所采用的作业装置和双臂型作业装置。

背景技术

在专利文献1、2中，提出有六自由度的多关节机器人型的作业装置。专利文献1涉及单臂型的结构，专利文献2涉及双臂型的结构。这些作业装置通过将6个旋转1个自由度的机构组合，整体上构成六自由度的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005－329521号公报

专利文献2：JP第4528312号专利公报

发明内容

发明要解决的课题

由于专利文献1的作业装置全部由旋转1个自由度的机构组合而构成，故具有下述的课题1～6。

(课题1)在稍稍变更装载于前端上的末端执行器的姿势的场合、进行直线移动的场合，必须要求以协调方式驱动多个电动机，无法高速地进行精细的作业。

(课题2)由于即使在仅仅稍稍地变更末端执行器的姿势的情况下，不仅腕关节(接近末端执行器的关节)，而且臂(离开末端执行器的部位)的移动量仍大，作业装置的一部分容易与周围的部件接触。为了完全地避免接触，必须要求设置大的围罩，占地面积宽大。

(课题3)具有在相对于末端执行器的1个姿势，存在多个解的情况，在进行教导时，即使在使各轴运动的情况下，仍难以对前端在哪个方向运动的情况进行映像。由此，为了进行操作，必须要求知识和经验。

(课题4)由于可活动范围宽大，故必须估计与人和物的接触，充分落实安全功能，装置整体的价格高。

(课题5)为了避免与人和物的接触，必须要求降低动作速度而进行作业，或必须在动作范围内，抑制在小于等于能力的程度而进行作业，无法充分地发挥能力。

(课题6)即使在充分落实安全功能的情况下，作业人员相对与作业装置接触的情况，仍具有阻力，人与作业装置难以共存。

专利文献2的作业装置也具有与专利文献1的作业装置相同的课题。此外，在作为双臂型的专利文献2的作业装置中，具有下述的课题7、8。

(课题7)由于各臂的可活动范围宽大，故臂之间产生妨碍的区域也宽大。为了按照臂之间不接触的方式进行动作，必须要求知识和经验。

(课题8)由于具有2个可活动范围宽大的臂，故在设置围罩的场合，占地面积更宽大。

本发明的目的在于提供一种作业装置，其中，进行精细的作业时的装置整体的动作量小，可与人共存，可自动地精细接近人所进行的手动作业的作业。

用于解决课题的技术方案

本发明的作业装置为采用末端执行器而进行作业的六自由度的作业装置，该作业装置包括：三自由度的直线运动单元，该直线运动单元由3个直线运动促动器组合而成；三自由度的旋转单元，该旋转单元由具有1个自由度以上的旋转自由度的多个旋转机构组合而成。上述直线运动单元的基部固定而设置于上述作业装置的支架上。上述旋转单元的基部固定于上述直线运动单元的输出部上，并且在上述旋转单元的输出部上，装载上述末端执行器。

按照该方案，主要通过三自由度的直线运动单元来确定末端执行器的位置，并且通过三自由度的旋转单元来确定末端执行器的姿势。直线运动单元的各直线运动促动器和旋转单元的各旋转机构与通过正交坐标***而表示的末端执行器的位置、姿势相对应。由此，容易对相对末端执行器的位置、姿势的各直线运动促动器和各旋转机构的动作进行映像，姿势教导作业等的动作方式的设定容易。另外，相对末端执行器的位置、姿势，各直线运动单元的动作位置和各旋转机构的动作角度专门地确定。即，不具有特别的方面。由于这些原因，即使没有熟练的知识和经验，仍可进行作业装置的操作。

此外，获得下述的作用、效果(效果1～5)。

(效果1)在进行组装作业这样的精细的作业的场合，可主要仅仅使旋转单元动作，进行作业。由此，直线运动单元的动作量小，可减小装置整体的可活动范围。另外，可使必须要求设置围罩的面积变窄。

(效果2)由于在大大地影响可活动范围的部分，采用直线运动促动器，故可对应于作业内容、周围的环境，采用机械止动器、限位传感器，容易限制动作范围。

(效果3)由于分别设置直线运动单元和旋转单元，故在变更作业装置的样式的场合，可仅仅变更任意的单元。由此，谋求样式不同的作业装置之间的部件的共同化。

(效果4)由于通过直线运动促动器来确定末端执行器的位置，故可高速并且正确地进行末端执行器的直线动作。

(效果5)可通过长方体等的简单的形状而设置外罩等的围罩。在此场合，围罩的内部空间体积和装置的活动部所运动的区域的体积基本相等。由此，即使在包括围罩的情况下，仍可实现紧凑的结构。

在本发明中，上述直线运动单元的上述各直线运动促动器可按照由相应的进退部分构成的台相对于通过上述末端执行器而进行作业的作业空间，朝向外侧的方式设置。通过各直线运动促动器的台按照相对于作业空间，朝向外侧的方式设置，可扩大作业空间。

在本发明中，在上述旋转单元中，上述多个旋转机构中的至少1个也可为二自由度的连杆促动装置。可形成下述的结构，其中，在该连杆促动装置中，相对于基端侧的连杆枢毂，前端侧的连杆枢毂经由3组以上的连杆机构，以姿势可变更的方式连接，上述各连杆机构包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件，在该基端侧和前端侧的端部连杆部件中，其一端分别以可旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂上；中间连杆部件，该中间连杆部件的两端分别以可旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件的另一端，在上述3组以上的连杆机构中的2组以上的连杆机构上，设置姿势控制用促动器，该姿势控制用促动器任意地变更上述前端侧的连杆枢毂相对上述基端侧的连杆枢毂的姿势。

连杆促动装置通过基端侧端的连杆枢毂、前端侧的连杆枢毂和3组以上的连杆机构，构成相对于基端侧的连杆枢毂，前端侧的连杆枢毂围绕正交的2个轴而自由旋转的二自由度机构。该二自由度机构在紧凑的同时，扩大前端侧的连杆枢毂的可活动范围。比如，基端侧的连杆枢毂的中心轴与前端侧的连杆枢毂的中心轴的折角的最大值约为±90°，可将前端侧的连杆枢毂相对基端侧的连杆枢毂的回旋角设定在0°～360°的范围内。另外，在折角90°、回旋角360°的动作范围，不具有特别方面的顺利的动作是可能的。

可像上述那样，通过采用可活动范围宽大的，可进行顺利的动作的连杆促动装置，进行高速而精细的作业。另外，由于连杆促动装置在为紧凑的结构的同时，可活动范围宽大，故作业装置整体为紧凑的结构。

在旋转单元中包括连杆促动装置的场合，上述基端侧的连杆枢毂的中心轴或上述前端侧的连杆枢毂的中心轴，与上述连杆促动装置以外的其它旋转机构的旋转轴心可位于同一线上。

在这里，在上述基端侧的连杆枢毂和上述基端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴，与上述基端侧的端部连杆部件和上述中间连杆部件的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点称为基端侧的球面连杆中心的场合，上述基端侧的连杆枢毂的中心轴为通过该基端侧的球面连杆中心，与上述基端侧的连杆枢毂和上述基端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴垂直地交叉的直线。另外，在前端侧的连杆枢毂和上述前端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴，与上述前端侧的端部连杆部件和上述中间连杆部件的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点称为前端侧的球面连杆中心的场合，前端侧的连杆枢毂的中心轴为通过该前端侧的球面连杆中心，与上述前端侧的连杆枢毂和上述前端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴垂直地交叉的直线。

如果连杆枢毂的中心轴与其它旋转机构的旋转轴心位于同一线上，则坐标计算容易。另外，由于作业人员容易对作业装置的动作进行映像处理，故可简单地进行操作。比如，可固定通过直线运动单元而决定的三自由度的位置，并且固定通过旋转单元而决定的三自由度的角度中的2个自由度的角度，可仅仅变更剩余的1个自由度的角度(比如，前端侧的连杆枢毂围绕中心轴的角度)，在改变末端执行器的姿势的同时，进行作业。

在上述方案中，还可在上述连杆促动装置的上述基端侧的连杆枢毂上，直接或间接地连接上述其它旋转机构的旋转部分，在上述连杆促动装置的上述前端侧的连杆枢毂上，装载上述末端执行器。

由于像这样，在于连杆促动装置的基端侧设置其它旋转机构，并且在前端侧设置末端执行器的场合，必须要求考虑连杆促动装置的姿势控制用促动器用缆线，故旋转角不受到限制，但是由于可减轻连杆促动装置的负荷，故可实现连杆促动装置的紧凑化、轻量化。

上述连杆促动装置在将转矩从基端侧传递给前端侧的场合，形成基端侧和前端侧为相同回旋角，等速地旋转的等速接头的结构。于是，通过连杆促动装置和其它旋转机构的协调控制，在仅仅以围绕前端侧的连杆枢毂的中心轴的角度，改变末端执行器的姿势的同时，所进行的作业容易。

也可在上述方案中，上述连杆促动装置的上述2个以上的姿势控制用促动器为旋转促动器，其形成下述的结构：其按照该旋转输出轴与上述基端侧的连杆枢毂的中心轴平行的方式设置，上述旋转中心轴的旋转驱动力经由轴正交型的减速器，传递给上述连杆机构，在上述各姿势控制用促动器的并列的中心部，设置上述其它旋转机构。在此场合，旋转单元为紧凑的结构。

在上述方案中，上述其它旋转机构也可在至少旋转的部分，具有于轴向贯通的布线用孔。在此场合，通过让布线通过其它旋转机构的布线用孔，可在不受到连杆机构的妨碍的情况下，从连杆促动装置的内部空间侧，在末端执行器上连接布线。

在本发明中，上述旋转单元的上述基部相对上述直线运动单元的上述输出部的安装角度也可变更。在此场合，可对应于作业内容、周围的环境而容易变更装置的结构。

在本发明的双臂型作业装置中，本发明的作业装置按照相互从几何学的方面对称的方式2个并列地设置。通过使作业装置为2个并列的双臂型，人通过两只手而进行这样的作业是可能的。由此，可进行代替人的作业，特别是进行部件组装这样的作业。

上述2个作业装置也可设置于门型的上述支架上。如果形成该方案，可使作业装置的部件从作业装置之下而通过。比如，在输送线上设置作业装置。另外，由于可将作业装置的宽度方向的可活动范围限制在支架方向内，故作业装置的占地面积小。另外，由于限制作业装置的可活动范围，故即使在作业人员位于作业装置的宽度方向位置的情况下，仍可安心地进行作业。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为表示本发明的第1实施方式的作业装置的示意性结构的主视图；

图2A为该作业装置的直线运动单元的主视图；

图2B为该作业装置的直线运动单元的俯视图；

图3A为该作业装置的旋转单元的主视图；

图3B为该作业装置的旋转单元的俯视图；

图4为表示本发明的第2实施方式的作业装置的示意性结构的主视图；

图5为通过剖面而表示该作业装置的旋转单元的一部分的主视图；

图6为该旋转单元的连杆促动装置的平行连杆机构的立体图；

图7为该平行连杆机构的不同状态的立体图；

图8为沿图5中的VIII—VIII线的剖视图；

图9为通过直线而表示该连杆促动装置的1个连杆机构的图；

图10为表示本发明的第3实施方式的作业装置的旋转单元的主视图；

图11为表示本发明的第4实施方式的作业装置的示意性结构的图；

图12为该作业装置的旋转单元的主要部分的主视图；

图13为沿图12中的XIII—XIII线的剖视图；

图14为本发明的第5实施方式的作业装置的旋转单元的主要部分的主视图；

图15为表示本发明的第6实施方式的双臂型作业装置的示意性结构的图；

图16为该双臂型作业装置的立体图；

图17为该双臂型作业装置的直线运动单元的俯视图；

图18为本发明的第7实施方式的双臂型作业装置的直线运动单元的俯视图。

具体实施方式

参照根据附图，对本发明的实施方式进行描述。

图1～图3B表示本发明的第1实施方式的作业装置。如图1的表示示意性结构的那样，该作业装置包括：支架2；以基部固定于该支架2上的方式设置的直线运动单元3；以基部固定于该直线运动单元3的输出部上的方式设置的旋转单元4；末端执行器5，该末端执行器5装载于该旋转单元4的输出部上。末端执行器5对装载于工件装载台6上的工件7进行作业。末端执行器5既可与工件7接触而对其进行作业，也可以被接触的方式对其进行作业。末端执行器5对工件7的作业可在支架2的下方的作业空间S的范围内。

直线运动单元3为由3个直线促动器组合的三自由度的结构。旋转单元4为由具有1个自由度以上的旋转自由度的多个旋转机构组合的三自由度的结构。于是，该作业装置1在整体上为六自由度的结构。

图2A、图2B为直线运动单元3的主视图和俯视图。直线运动单元3包括第1直线运动促动器11、第2直线运动促动器12与第3直线运动促动器13。第1直线运动促动器11包括台11a，该台11a设置于支架2的水平部2a上，该台11a于左右方向(X轴方向)进退。第2直线运动促动器12包括台12a，该台12a设置于第1直线运动促动器11的台11a上，于前后方向(Y轴方向)进退。第3直线运动促动器13包括台13a，该台13a设置于第2直线运动促动器12的台12a，于上下方向(Z轴方向)进退。

第1～第3直线运动促动器11、12、13分别为电动促动器，该电动促动器以电动机11b、12b、13b为驱动源。在第1～第3直线运动促动器11、12、13中，相应的台11a、12a、13a按照朝向外侧的方式设置于作业空间S(图1)中。第1直线运动单元11中的不进行进退动作的固定部分构成固定于支架2上的直线运动单元3的基部。另外，第3直线运动单元13的台13a构成固定旋转单元4的基部的直线运动单元3的输出部。

图3A、图3B为旋转单元4的主视图和俯视图。旋转单元4包括：旋转单元安装部件20，该旋转单元安装部件20固定于直线运动单元3(图1)的输出部上；第1旋转机构21，该第1旋转机构21安装于该旋转单元安装部件20上；第2旋转机构22，该第2旋转机构22安装于第1旋转机构21的旋转部分21a上；第3旋转机构23，该第3旋转机构23安装于该第2旋转机构22的旋转部分22a上。第1～第3旋转机构21、22、23的旋转轴心21b、22b、23b相互正交。该各旋转机构21、22、23的旋转驱动源为比如电动机21c、22c、23c。

旋转单元安装部件20构成固定于直线运动单元3的输出部上的旋转单元4的基部。另外，第3旋转机构23的旋转部分23a构成安装末端执行器5的旋转单元4的输出部。

如图2A所示那样，在作为直线运动单元3的输出部的直线促动器13的台13a上，开设有用于固定旋转单元安装部件20的第1螺纹孔14、第2螺纹孔15与定位孔16。第1螺纹孔14仅仅按照1个而开设于台13a中的固定旋转单元安装部件20的部位的中心部。第2螺纹孔15按照多个(在本实施方式中，为8个)而开设于台13a中的以第1螺纹孔14为中心的圆周上。定位孔16按照与第2螺纹孔15相同的数量而开设于作为台13a中的以第1螺纹孔14为中心的圆周上的、其半径小于开设有第2螺纹孔15的圆周。

在旋转单元安装部件20上，开设有3个螺栓插孔(在图中没有示出)与2个定位用突起(在图中没有示出)，该3个螺栓插孔在与第1螺纹孔14和第2螺纹孔15相对应的直线上并列，该2个定位用突起穿过定位孔16。

相对于作为第3直线运动单元13的输出部的台13a的旋转单元安装部件20的固定按照下述的工序进行。首先，将旋转单元安装部件20的2个定位用突起与台13a的2个定位孔16卡合。由此，确定旋转单元安装部件20相对于台3a的正视的角度。

在该状态，如图1所示那样，将安装螺栓24穿过旋转单元安装部件20的3个螺栓插孔，将各安装螺栓24与台13a的第1螺纹孔14和2个第2螺纹孔15螺合。由此，将旋转单元安装部件20固定于台13a上。通过变更卡合旋转单元安装部件20的定位用突起的台13a的定位孔16，旋转单元4的基部相对于直线运动单元3的输出部的安装角度是可变更的。

对该作业装置1的作用进行说明。

按照该方案，主要通过三自由度的直线运动单元3来确定末端执行器5的位置，并且通过三自由度的旋转单元4来确定末端执行器5的姿势。直线运动单元3的第1～第3直线运动促动器11、12、13和旋转单元4的第1～第3旋转机构21、22、23与通过直角坐标***而表示的末端执行器5的位置、姿势相对应。于是，容易对相对于末端执行器5的位置、姿势的第1～第3直线运动促动器11、12、13和第1～第3旋转机构21、22、23的动作进行映像处理，姿势教导作业等的动作方式的设定容易。

另外，相对末端执行器5的位置、姿势，专门地确定第1～第3直线运动促动器11、12、13的动作位置和第1～第3旋转机构21、22、23的动作角度。即，不具有特别的方面。由于这些原因，在进行教导时，如果使各轴运动，则容易对前端在哪个方向移动的情况进行映像处理。由此，即使在没有熟练的知识和经验的情况下，仍可进行作业装置1的操作。

在通过末端执行器5对工件7进行组装作业这样的精细的作业的场合，可主要仅仅使旋转单元4运动而进行作业。另外，直线运动单元3的动作量小，可使装置整体的可活动范围减小。另外，可具有使设置围罩的必要的面积变窄。

由于通过第1～第3直线运动促动器11、12、13确定末端执行器5的位置，故可高速并且正确地进行末端执行器5的直线动作。另外，由于在大大影响可活动范围的部分，采用第1～第3直线运动促动器11、12、13，故可对应于作业内容和周围的环境，采用机械止动件、限位传感器等，容易限制动作范围。

由于直线运动单元3的第1～第3直线运动促动器11、12、13按照朝向外侧的方式设置于作业空间S中，故可扩大作业空间S。

由于分别设置直线运动单元3和旋转单元4，故在变更作业装置1的样式的场合，可仅仅变更任意的单元。比如，可将旋转单元4从图3A、图3B所示的方式，变更为后述的图5所示的方式、图12所示的方式、图14所示的方式等。由此，可谋求样式不同的作业装置1之间的部件的共同化。

另外，相对于作为直线运动单元3的输出部的第3直线运动促动器13的台3a，作为旋转单元4的基部的旋转单元安装部件20通过安装螺栓24，以可变更安装角度的方式安装。由此，可对应于作业内容和周围的环境，容易变更设备结构。

由于像以上描述的那样，在该作业装置1中进行细致的作业时的装置整体的动作量小，故可与人共存。即，可自动地进行接近人所进行的手工作业的作业。另外，由于可缩短步骤、制品切换的时间、调整时间，可进行高速动作，故可提高生产性。

在作业装置1与人共存的场合，最好设置覆盖作业装置1的外罩等的围罩(在图中没有示出)。由于作业装置1的可活动范围主要由第1～第3直线运动促动器11、12、13确定，故围罩可为长方体等的简单的形状。在此场合，围罩的内部空间体积与设备的可活动部移动的区域的体积几乎相等。由此，即使在包括围罩的情况下，仍可实现紧凑的结构。

图4～图9表示本发明的第2实施方式。如图4所示那样，在该作业装置1中，旋转单元4由作为1个自由度的旋转机构的第1旋转机构21，与通过二自由度的连杆促动装置29形成的第2旋转机构构成。即，将图1的第1实施方式的第2旋转机构22和第3旋转机构23置换为连杆促动装置29。第1旋转机构21构成“连杆促动装置29以外的其它旋转机构”。此以外的结构与图1的第1实施方式相同。

如图5所示那样，连杆促动装置29包括平行连杆机构30，以及使该平行连杆机构30动作的姿势控制用促动器31。图6和图7为平行连杆机构30的立体图，它们表示相互不同的状态。如该图5～图7所示那样，平行连杆机构30包括基端侧的连杆枢毂32、前端侧的连杆枢毂33与3组连杆机构34，该3组连杆机构34以可姿势变更的方式将前端侧的连杆枢毂33连接于基端侧的连杆枢毂32上。在图5中，仅仅示出1组的连杆机构34。连杆机构34的数量也可为4组以上。

各连杆机构34为由4个旋转对偶构成的4节连锁的连杆机构，其包括基端侧的端部连杆部件35、前端侧的端部连杆部件36与中间连杆部件37。基端侧和前端侧的端部连杆部件35、36呈L状。基端侧的端部连杆部件35的一端自由旋转地连接于基端侧的连杆枢毂32上，前端侧的端部连杆部件36的一端自由旋转地连接于前端侧的连杆枢毂33上。在中间连杆部件37的两端，分别自由旋转地连接基端侧和前端侧的端部连杆部件35、36的另一端。

平行连杆机构30为通过2个球面连杆机构组合的结构，基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35的旋转对偶，与基端侧的端部连杆部件35和中间连杆部件37的旋转对偶的中心轴在基端侧的球面连杆中心PA(图5)处交叉。另一方面，前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的旋转对偶，与前端侧的端部连杆部件36和中间连杆部件37的旋转对偶的中心轴在前端侧的球面连杆中心PB(图5)处交叉。

另外，从基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35的各旋转对偶到基端侧的球面连杆中心PA的距离相等，从基端侧的端部连杆部件35和中间连杆部件37的各旋转对偶到基端侧的球面连杆中心PA的距离也相等。同样地，从前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的各旋转对偶到前端侧的球面连杆中心PB的距离也相等，从前端侧的端部连杆部件36和中间连杆部件37的各旋转对偶到前端侧的球面连杆中心PB的距离也相等。基端侧和前端侧的端部连杆部件35、36和中间连杆部件37的各旋转对偶的中心轴既可具有某交叉角γ(图5)，也可是平行的。

图8为图5中的VIII—VIII线的剖视图。在该图中，示出基端侧的连杆枢毂32与基端侧的端部连杆部件35的各旋转对偶的中心轴O1，与中间连杆部件37和基端侧的端部连杆部件35的各旋转对偶的中心轴O2，以及基端侧的球面连杆中心PA的关系。即，中心轴O1和中心轴O2交叉的点为基端侧的球面连杆中心PA。

前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的形状以及位置关系也与图8相同(在图中没有示出)。在图8中，连杆枢毂32(33)和端部连杆部件35(36)的各旋转对偶的中心轴O1与端部连杆部件35(36)和中间连杆部件37的各旋转对偶的中心轴O2之间的角度α为90°。但是，上述角度α也可为90°以外的角度。

3组连杆机构34从几何学的角度来说为同一形状。“从几何学的角度来说为同一形状”指如图9所示那样，在通过直线而表示各连杆部件35、36、37的几何学模型，即通过各旋转对偶以及将这些旋转对偶之间连接的直线而表示的模型中，相对于中间连杆部件37中的中间部的基端侧部分和前端侧部分对称的形状。图9为通过直线而表示一组连杆机构34的图。

本实施方式的平行连杆机构30为旋转对称型，基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35，与前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的位置关系处于相对于中间连杆部件37的中心线C而旋转对称的位置关系。中间连杆部件37的中间部位于共同的轨道圆上。

通过基端侧的连杆枢毂32和前端侧的连杆枢毂33与3组连杆机构34构成二自由度机构，在该二自由度机构中，前端侧的连杆枢毂33相对于基端侧的连杆枢毂32，围绕相正交的2个轴而自由旋转。换言之，构成下述的机构，其中，前端侧的连杆枢毂33以旋转2个自由度的方式，相对于基端侧的连杆枢毂32而进行姿势自由变更。该二自由度机构在紧凑的同时，扩大前端侧的连杆枢毂33相对于基端侧的连杆枢毂32的可活动范围。

比如，通过球面连杆中心PA、PB，与连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的各旋转对偶的中心轴O1(图8)相垂直地交叉的直线为连杆枢毂32、33的中心轴OA、QB。在此场合，可使基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的折角θ(图9)的最大值为±90°。另外，可将前端侧的连杆枢毂33相对于基端侧的连杆枢毂32的回转角φ(图9)设定在0°～360°的范围。折角θ指相对于基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB倾斜的垂直角度。回转角φ指相对于基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB倾斜的水平角度。

前端侧的连杆枢毂33相对于基端侧的连杆枢毂32的姿势变更以基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的交点O为旋转中心而进行。图6表示基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB位于同一线上的状态。另一方面，图7表示相对于基端侧的连杆枢毂32的中心轴OA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB取某动作角的状态。即使在姿势变化的情况下，基端侧和前端侧的球面连杆中心PA、PB之间的距离L(图9)仍没有变化。

在各连杆机构34满足以下的条件1～5的场合，从几何学的对称性来说，基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35，与前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36以相同方式动作。由此，在平行连杆机构30从基端侧向前端侧进行转矩传递的场合，基端侧和前端侧用作形成相同旋转角，等速地旋转的等速自由接头。

条件1：各连杆机构34中的连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的旋转对偶的中心轴O1的角度与长度相互相等；

条件2：连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的旋转对偶的中心轴O1与端部连杆部件35、36和中间连杆部件37的旋转对偶的中心轴O2在基端侧和前端侧，于球面连杆中心PA、PB处交叉；

条件3：基端侧的端部连杆部件35和前端侧的端部连杆部件36的几何学形状相等；

条件4：中间连杆部件37中的基端侧部分和前端侧部分的几何学形状相等；

条件5：相对于中间连杆部件37的对称面，中间连杆部件37与端部连杆部件35、36的角度位置关系在基端侧和前端侧是相同的。

如图5～图7所示那样，基端侧的连杆枢毂32包括基端部件40和3个旋转轴连接部件41，该3个旋转轴连接部件41与该基端部件40一体地设置。如图8所示那样，在基端部件40的中间部，形成圆形的通孔40a，在该通孔40a的周围，于圆周方向而等间隔地设置3个旋转轴连接部件41。通孔40a的中心位于基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA(图5)上。在各旋转轴连接部件41上，自由旋转地连接旋转轴42，该旋转轴42的轴线与基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA交叉。在该旋转轴42上，连接基端侧的端部连杆部件35的一端。

旋转轴42经由2个轴承43，自由旋转地支承于旋转轴连接部件41上。轴承43为比如深槽滚珠轴承、角接触滚珠轴承等的滚珠轴承。轴承43以嵌合状态设置于筒状的旋转轴连接部件41的中空孔44中。通过压配合、粘接、压紧等的方式而固定。设置于其它旋转对偶部上的轴承的种类和设置方法也相同。

在旋转轴42上，连接基端侧的端部连杆部件35的一端和后述的扇形的伞齿轮45，两者与旋转轴42一体地旋转。具体来说，在基端侧的端部连杆部件35的一端上，形成缺口部46，在作为该缺口部46的两侧部分的内外的旋转轴支承部47、48之间，设置旋转轴连接部件41。伞齿轮45以抵接的方式设置于内侧的旋转轴支承部件47的内侧面上。

旋转轴42从内侧依次穿过形成于伞齿轮45中的通孔、形成于内侧的旋转轴支承部47上的通孔、形成于轴承43的内圈、外侧的旋转轴支承部48上的通孔。然后，通过旋转轴42的头部42a和与旋转轴42的螺纹部42b螺接的螺母50，夹持而连接伞齿轮45、内外的旋转轴支承部件47、48以及轴承43的内圈。在内外的旋转轴支承部件47、48与轴承43之间，介设有间隔件51、52，在螺母50的螺接时，对轴承43施加预压。

在基端侧的端部连杆部件35的另一端，连接有旋转轴55。旋转轴55经由2个轴承53，自由旋转地连接于中间连杆部件37的一端上。具体来说，在基端侧的端部连杆部件35的另一端，形成缺口部56，在作为该缺口部56的两侧部分的内外的旋转轴支承部件57、58之间，设置中间连杆部件37的一端。

旋转轴55从外侧而依次穿过形成于外侧的旋转轴支承部件58上的通孔、形成于轴承53的内圈、内侧的旋转轴支承部件57上的通孔。然后，通过旋转轴55的头部55a和与旋转轴55的螺纹部55b螺接的螺母60，夹持而连接内外的旋转轴支承部件57、58以及轴承53的内圈。在内外的旋转轴支承部件57、58与轴承53之间，介设有间隔件61、62，在螺母60的螺接时，对轴承53施加预压。

如图6、图7所示那样，前端侧的连杆枢毂33包括前端部件70和3个旋转轴连接部件71，该3个旋转轴连接部件71在圆周方向等配地设置于该前端部件70的内面。在设置旋转轴连接部件71的圆周的中心位于前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB上。在各旋转轴连接部件71上，自由旋转地连接其轴线与连杆枢毂中心轴QB交叉的旋转轴73。在该前端侧的连杆枢毂33的旋转轴73上，连接前端侧的端部连杆部件36的一端。

在前端侧的端部连杆部件36的另一端上，连接旋转轴75，该旋转轴75自由旋转地与中间连杆部件37的另一端连接。前端侧的连杆枢毂33的旋转轴73和中间连杆部件37的旋转轴75与上述旋转轴42、55相同，经由2个轴承(在图中没有示出)，分别自由旋转地连接于旋转轴连接部件71和中间连杆部件37的另一端。

如图5所示那样，平行连杆机构30将基端部件40经由多个轴81与基座部件80连接，由此，设置于第1旋转机构21上。基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA与第1旋转机构21的中心轴心21b位于同一线上。基座部件80固定于第1旋转机构21的旋转部分21a上。在基端部分40的外周缘与基座部件80的外周缘之间，安装外罩82。在基端部分40和基座部件80之间，为通过该外罩82，从外部遮蔽的遮蔽空间83。

使平行连杆机构30动作的姿势控制用促动器31设置于遮蔽空间83中，安装于基端部件40上。姿势控制用促动器31的数量为与连杆机构4相同的3个。姿势控制用促动器31比如为电动机这样的旋转促动器。安装于姿势控制用促动器31的旋转输出轴31a上的伞齿轮76与安装于基端侧的连杆枢毂32的旋转轴42上的扇形的伞齿轮45啮合。即，通过伞齿轮76和扇形的伞齿轮45，构成轴正交型的减速器77。也可采用伞齿轮以外的机构(比如，蜗轮机构)构成轴正交型的减速器。

在第2实施方式中，设置数量与连杆机构30相同的姿势控制用促动器31，但是，可在3组连杆机构34中的至少2组中，设置姿势控制用促动器31。由此，可确定前端侧的连杆枢毂33相对于基端侧的连杆枢毂32的姿势。

连杆促动装置29通过旋转驱动各姿势控制用促动器31，使平行连杆机构30动作。具体来说，如果姿势控制用促动器31旋转驱动，则其旋转速度经由轴正交型的减速器77而减小，该转矩传递给旋转轴42，基端侧的端部连杆部件35相对于基端侧的连杆枢毂32的角度变更。由此，前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的位置和姿势确定。由于基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA与第1旋转机构21的旋转轴心21b位于同一线上，故坐标计算容易。

另外，如果基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA与第1旋转机构21的旋转轴心21b位于同一线上，由于作业人员容易对作业装置1的动作进行映像，故可简单地操作。比如，可固定通过直线运动单元3而确定的三自由度的位置，并且固定通过旋转单元4而确定的三自由度的角度中的2个自由度的角度，仅仅变更剩余的1个自由度的角度(比如，围绕前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的角度)，可在改变末端执行器5的姿势的同时，进行作业。

像上述那样，由于连杆促动装置29的可活动范围宽，可进行顺利的动作，故如果在旋转单元4中包括连杆促动装置29，则可进行高速的、精细的作业。另外，由于连杆促动装置29在为紧凑的结构的同时，可活动范围宽，故作业装置1的整体为紧凑的结构。

如果像本第2实施方式那样，形成在连杆促动装置29的基端侧设置第1旋转机构21，在前端侧的连杆枢毂33上装载末端执行器5的结构，则可减轻连杆促动装置29的负荷。由此，可实现连杆促动装置29的紧凑化、轻量化。连杆促动装置29的平行连杆机构30为等速接头的结构。于是，通过连杆促动装置29和第1旋转机构21的协调控制，在仅仅以围绕前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的角度而改变末端执行器5的姿势的同时，所进行的作业容易。由于必须要求考虑与姿势控制用促动器31连接的缆线，故旋转角受到限制。

图10的第3实施方式表示第1旋转机构21和连杆促动装置29的并列与图5的第5实施方式相反的旋转单元4。在第3实施方式的场合，连杆促动装置29的前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB与第1旋转机构21的旋转轴心21b位于同一线上。其它的结构与图5的实施方式相同。

按照第3实施方式的旋转单元4，与姿势控制用促动器31连接的缆线的布线容易，难以受到旋转角的限制。与此相反，具有连杆促动装置29的负荷增加的缺点。其它的方面获得与图5的第2实施方式相同的作用、效果。

图11～图13表示本发明的第4实施方式。如图11所示那样，该作业装置1也与图4的第2实施方式相同，旋转单元4包括作为1个自由度的旋转机构的第1旋转机构21与作为二自由度的旋转机构的连杆促动装置29。第4实施方式的作业装置1与图4的第2实施方式的区别在于在连杆促动装置29的各姿势控制用促动器31的中心部，设置第1旋转机构21。

如图12所示那样，第1旋转机构21包括：固定部分90，该固定部分90固定于基座部件80上；旋转部分91，该旋转部分91固定于连杆促动装置29的基端部件40上；2个轴承92，该轴承92自由旋转地将旋转部分91支承于固定部分90上；作为驱动源的电动机93，该电动机93设置于固定部件90上；一对平齿轮94、95，该一对平齿轮94、95将该电动机3的转矩传递给旋转部分91。

基座部件80固定于旋转单元安装部件20上。固定部分90包括：截面为马蹄形的第1安装部件96，该第1安装部件96固定于基座部件80上；第2安装部件97，该第2安装部件97通过底部97a而固定于该第1安装部件96上。第2安装部件97包括筒状部97b，该筒状部97b从底部97a的外周缘延伸到图12的上方。旋转部分91按照其旋转轴心91a位于与基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA相同的轴上的方式，固定于基端侧的连杆枢毂32的基端部件40上。2个轴承92设置于第2安装部件97的筒状部97b的内周上。

电动机93设置于截面为马蹄形的第1安装部件96的凹部96a中，固定于第2安装部件97的底部97a上。电动机93的输出轴93a贯穿第2安装部件97的底部97a，向上方而延伸，在其顶端安装驱动侧的平齿轮94。驱动侧的平齿轮94与安装于旋转部分91上的从动侧的平齿轮95啮合。从动侧的平齿轮95与旋转部分91的外周嵌合。在旋转部分91的底端设置螺纹部，通过与该螺纹部螺合的螺母98，将平齿轮95紧固于旋转部分91上。

在第2安装部件97的底部97a、旋转部分91和基端部件40上，分别开设沿旋转部分91的旋转轴心91a而贯穿的布线用孔100、101、102。在基端部件40的外周缘上，安装外罩82，该外罩82延伸到基座部件80的外周缘附近。外罩82与基座部件80没有连接。

与图5的第2实施方式相同，连杆促动装置29的3个姿势控制用促动器31设置于基端部件40的假想的圆周上，各姿势控制用促动器31的旋转输出轴31a的旋转驱动力经由轴正交型的减速器77传递给连杆机构34。按照这样的姿势控制用促动器31的配置，则像第4实施方式那样，可在各姿势控制用促动器31的并列的中心部设置第1旋转机构21。由此，旋转单元4为紧凑的结构。

如果电动机93驱动，则与旋转部分91一起，连杆促动装置29的整体和外罩82进行旋转。可通过使布线穿过布线用孔100、101、102，不对连杆机构34造成妨碍，从连杆促动装置29的内部空间侧将布线连接于末端执行器5上。由此，涉及与姿势控制用促动器31连接的缆线的布线的制约小。连杆促动装置29的内部空间指由基端侧的连杆枢毂32、前端侧的连杆枢毂33和各连杆机构34包围的空间。

图14为本发明的第5实施方式的作业装置的旋转单元的主要部分的主视图。在第5实施方式的旋转单元4中，在连杆促动装置29的各姿势控制用促动器31的中心部设置第1旋转机构21。此方面与图12所示的第4实施方式相同，但是，第1旋转机构21的驱动源为中空轴电动机110的方面与图12所示的第4实施方式不同。

中空轴电动机110中的电动机主体110a经由电动机安装部件111固定于基座部件80上。在中空轴电动机110的输出轴10b上固定基端侧的连杆枢毂32的基端部件40。中空轴电动机110具有在轴向而贯穿电动机主体110a和输出轴110b的布线用孔112。另外，还在基端侧的连杆枢毂32的基端部件40上，在与布线用孔112相同的轴上，开设布线用孔113。此外的结构与图12所示的第4实施方式相同，获得与第4实施方式相同的作用、效果。

图15～图17表示本发明的第6实施方式的双臂型作业装置的示意性结构。如图15的主视图、图16的立体图所示那样，在该双臂型作业装置120中，图11所示的第4实施方式的作业装置1按照从几何学方面来说对称的方式，2个并列地设置。在各作业装置1的支架2、2中，相应的水平部2a、2a的前端之间连接，整体上构成门型的支架2A。本第6实施方式采用图11所示的第4实施方式的作业装置1，但是也可采用其它实施方式的作业装置。

像这样，通过使作业装置1为2个并列的双臂型，可进行人通过双手而进行这样的作业。由此，可进行代替人的作业，特别是进行部件组装这样的作业。

如果2个作业装置1、1设置于门型的支架2A上，则作业对象的工件7可从作业装置1之下而通过。比如，可使工件装载台6为可于与图15的纸面相正交的方向运送工件7的输送装置，在该输送线上设置作业装置1、1。另外，由于可将作业装置1、1的宽度方向的可活动范围限制在支架2A的宽度方向内，故作业装置1、1的占地面积小。另外，由于限制作业装置1、1的可活动范围，故作业人员即使在位于作业装置1、1的横向上，仍可安心地作业。

图17为图15、图16所示的双臂型作业装置120的直线运动单元3、3的俯视图。这些直线运动单元3、3与图1、图4、图11所示的各作业装置1的直线运动单元3、3相同，第1直线运动促动器11和第2直线运动促动器12的各电动机11b、12b设置于直线运动促动器11、12的中心轴上。

图18为表示直线运动单元3、3的另一实施方式的俯视图。在图18的直线运动单元3、3中，第1直线运动促动器11和第2直线运动促动器12的各电动机11b、12b以相对于直线运动促动器11、12的中心轴而错开的方式设置，电动机11b、12b的转矩经由链条这样的动力传递机构121，传递给直线运动促动器11、12的驱动部。像这样，可对应于双臂型作业装置120的样式，将直线运动单元3变更为图17或图18的第7实施方式。由于分别设置直线运动单元3和旋转单元4，故这样的变更容易。

如上面所述，参照附图对优选的实施方式进行了说明，但是，本发明不限于以上的实施方式，在不脱离本发明的实质的范围内，可进行各种的追加、变更或删除。于是，这样的方式包含在本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示作业装置；

标号2表示支架；

标号2A表示门型的支架；

标号3表示直线运动单元；

标号4表示旋转单元；

标号5表示末端执行器；

标号11表示第1直线运动促动器；

标号11a表示台；

标号12表示第2直线运动促动器；

标号12a表示台；

标号13表示第3直线运动促动器；

标号13a表示台(直线运动单元的输出部)；

标号20表示旋转单元安装部件(旋转单元的基部)；

标号21表示第1旋转机构；

标号22表示第2旋转机构；

标号23表示第3旋转机构；

标号23a表示台(旋转单元的输出部)；

标号29表示连杆促动装置；

标号31表示姿势控制用促动器；

标号32表示基端侧的连杆枢毂；

标号33表示前端侧的连杆枢毂；

标号34表示连杆机构；

标号35表示基端侧的端部连杆部件；

标号36表示前端侧的端部连杆部件；

标号37表示中间连杆部件；

标号100、101、102、112、113表示布线用孔；

标号120表示双臂型作业装置；

标号O1表示连杆枢毂与端部连杆部件的旋转对偶的中心轴；

标号O2表示端部连杆部件与中间连杆部件的旋转对偶的中心轴；

符号PA、PB表示球面连杆中心；

符号QA、QB表示连杆枢毂的中心轴；

符号S表示作业空间。

Claims (10)

1.一种六自由度的作业装置，该作业装置采用末端执行器而进行作业，该作业装置包括：

三自由度的直线运动单元，该直线运动单元由3个直线运动促动器组合而成；

三自由度的旋转单元，该旋转单元由具有1个自由度以上的旋转自由度的多个旋转机构组合而成；

上述直线运动单元的基部固定于上述作业装置的支架上；

上述旋转单元的基部固定于上述直线运动单元的输出部上，并且在上述旋转单元的输出部上，装载上述末端执行器。

2.根据权利要求1所述的作业装置，其中，上述直线运动单元的上述各直线运动促动器按照由相应的进退部分构成的台相对于通过上述末端执行器进行作业的作业空间，朝向外侧的方式设置。

3.根据权利要求1或2所述的作业装置，其中，在上述旋转单元中，上述多个旋转机构中的至少1个为二自由度的连杆促动装置；

在该连杆促动装置中，相对基端侧的连杆枢毂，前端侧的连杆枢毂经由3组以上的连杆机构，以姿势能变更的方式连接；

上述各连杆机构包括：基端侧和前端侧的端部连杆部件，在该基端侧和前端侧的端部连杆部件中，其一端分别以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和上述前端侧的连杆枢毂上；中间连杆部件，该中间连杆部件的两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件的另一端；

在上述3组以上的连杆机构中的2组以上的连杆机构上，设置姿势控制用促动器，该姿势控制用促动器任意地变更上述前端侧的连杆枢毂相对上述基端侧的连杆枢毂的姿势。

4.根据权利要求3所述的作业装置，其中，上述基端侧端的连杆枢毂和上述基端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴，与上述基端侧的端部连杆部件和上述中间连杆部件的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点称为基端侧的球面连杆中心；

通过该基端侧的球面连杆中心，与上述基端侧的连杆枢毂和上述基端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴垂直地交叉的直线称为基端侧的连杆枢毂的中心轴；

上述前端侧的连杆枢毂和上述前端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴，与上述前端侧的端部连杆部件和上述中间连杆部件的各旋转对偶的中心轴分别交叉的点称为前端侧的球面连杆中心；

通过该前端侧的球面连杆中心，与上述前端侧的连杆枢毂和上述前端侧的端部连杆部件的各旋转对偶的中心轴垂直地交叉的直线称为前端侧的连杆枢毂的中心轴；

上述基端侧的连杆枢毂的中心轴或上述前端侧的连杆枢毂的中心轴，与上述连杆促动装置以外的其它旋转机构的旋转轴心位于同一线上。

5.根据权利要求4所述的作业装置，其中，在上述连杆促动装置的上述基端侧的连杆枢毂上，直接或间接地连接上述其它旋转机构的旋转部分；

在上述连杆促动装置的上述前端侧的连杆枢毂上，装载上述末端执行器。

6.根据权利要求5所述的作业装置，其中，在上述连杆促动装置中的上述2个以上的姿势控制用促动器为旋转促动器；

上述旋转促动器的旋转输出轴按照与上述基端侧的连杆枢毂的中心轴平行的方式设置；

上述旋转输出轴的旋转驱动力经由轴正交型的减速器，传递给上述连杆机构；

在上述各姿势控制用促动器的并列的中心部，设置上述其它旋转机构。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的作业装置，其中，上述其它旋转机构在至少旋转的部分，具有于轴向贯通的布线用孔。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的作业装置，其中，上述旋转单元的上述基部相对于上述直线运动单元的上述输出部的安装角度能变更。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的作业装置，其中，其为按照相互从几何学的方面对称的方式2个并列地设置的双臂型。

10.根据权利要求9所述的作业装置，其中，上述2个作业装置设置于门型的上述支架上。