JP6472854B1 - 作業装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作業装置は、回転2自由度機構3に搭載されたエンドエフェクタ1により、ワーク2に対して作業を行う。ワーク2は、直動位置決め機構5によってエンドエフェクタ1に対して1軸以上の方向に位置決めされると共に、回転位置決め機構4によってエンドエフェクタ1に対して回転位置決めされる。回転2自由度機構3の中立軸KAと回転位置決め機構4の回転中心軸C3とが成す角度を傾斜角θ1、回転2自由度機構3の折れ角の最大値を最大折れ角とθmaxとした場合、
0<θ1≦θmax
の関係が成り立つ。
【選択図】図1
Description
前記回転2自由度機構は、前記基端側部材に対して前記先端側部材を基端側の中心軸回りに旋回させる動作と、前記先端側部材に搭載されたエンドエフェクタの作業部を通り前記基端側の中心軸と交差する先端側の中心軸の角度を変更する動作とを行い、
前記基端側の中心軸と前記先端側の中心軸とが一致した状態における前記先端側の中心軸を中立軸と称し、この中立軸と前記先端側の中心軸とが成す角度を折れ角と称し、前記回転2自由度機構の機構上における前記折れ角の最大値である最大折れ角をθmax、前記中立軸と前記回転位置決め機構の回転中心軸とが互いに交差する状態における前記中立軸と前記回転中心軸とが成す角度である傾斜角をθ1とした場合、
0<θ1≦θmax・・・式1
の関係が成り立つ。
θ1−θmax≦θ´≦θmax+θ1・・・式2
上記可動範囲θ´のうち片側にだけエンドエフェクタが可動であれば、ワーク、回転2自由度機構、および直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を回転位置決め機構により回転させることで、エンドエフェクタによりワークの様々な位置に作業をすることができる。つまり、回転2自由度機構を傾斜して設置し、かつ回転位置決め機構を設けることで、回転2自由度機構の最大折れ角よりも広い範囲で作業をすることができる。
回転2自由度機構や直動位置決め機構を回転させるよりも、ワークを回転させる方が、回転位置決め機構自体および装置全体をコンパクトにできる。
この場合、前記式2から、ワークに対する折れ角方向の作業範囲が2θmaxとなり、最大の作業範囲が得られる。
この場合、ワークに対する折れ角方向の作業範囲が90°以上となり、ワークの上面および側面を作業することができる。
この場合、エンドエフェクタの様々な姿勢に対して、エンドエフェクタとワークとの距離を一定に保つようにワークの位置を決定することができる。また、直動位置決め機構は直動機構からなるため、直感的なティーチング作業が可能である。
前記直動位置決め機構は、前記中立軸と前記先端側の中心軸の両方を含む平面、および前記回転テーブルの回転中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータを有し、この直動アクチュエータのストロークが、次式
St:直動アクチュエータのストローク
Lp:基端側のリンクハブの球面リンク中心から先端側のリンクハブの球面リンク中心までの距離
θ1:リンク作動装置の中立軸と回転テーブルの回転中心軸とが成す角度である傾斜角
Le:先端側のリンクハブの球面リンク中心からエンドエフェクタの作業部の先端までの距離
WD:エンドエフェクタの作業部の先端からワークの作業対象部までの距離
Lrmax:回転テーブルの回転中心軸からワークの外周までの最大距離
の条件を満たすとよい。
なお、前記基端側のリンクハブの球面リンク中心は、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指す。また、前記先端側のリンクハブの球面リンク中心は、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指す。
この場合、直動アクチュエータのストロークを最小限にして、作業装置をコンパクトにすることができる。
この場合、作業装置が外観検査装置として構成される。この外観検査装置は、ワークに対して様々な位置や角度から素早く検査することができる。
0<θ1≦θmax
の関係が成り立つため、全体構成がコンパクトでありながら、ワークに対する作業範囲を大きくとることができ、ワークに対して様々な方向から能率良く作業することが可能である。
[第1の実施形態]
図1、図2は共にこの発明の第1の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、エンドエフェクタ1によりワーク2に対して作業を行う。作業の種類は切削、研磨等の加工、グリース等の流動体の塗布、洗浄、部品の組立て、検査等であり、これら作業のうち1つまたは複数を行う。作業装置は、エンドエフェクタ1が搭載された回転2自由度機構3と、ワーク2を載せて回転する回転テーブル4と、この回転テーブル4を直交3軸方向に移動させてワーク2と回転2自由度機構3とを相対的に直交3軸方向に位置決めする直動位置決め機構5とを備える。
0<θ1≦θmax・・・式1
を満たす角度とされている。
この作業装置は、回転2自由度機構3の先端側部材3bに搭載されたエンドエフェクタ1により、回転テーブル4に載せられたワーク2に対して作業を行う。その際、回転2自由度機構3によりエンドエフェクタ1の姿勢を回転軸心C1,C2の2軸回りに変更して、ワーク2に対して角度位置決めを行う。つまり、エンドエフェクタ1の回転軸心C1回りの旋回位置および回転軸心C2回りの折れ曲がり位置を決定する。また、直動位置決め機構5によりエンドエフェクタ1に対してワーク2を直交3軸方向に位置決めすると共に、回転テーブル4によりエンドエフェクタ1に対してワーク2の回転位置を位置決めする。
θ1−θmax≦θ´≦θmax+θ1・・・式2
回転テーブル4でワーク2を回転させることで、ワーク2の前後左右各面に作業をすることができるため、エンドエフェクタ1が図1の位置と図2の位置との間で移動可能であれば、エンドエフェクタ1によりワーク2の様々な位置に作業をすることができる。換言すると、エンドエフェクタ1が図2よりも図の左側へ移動させる必要がない。つまり、回転2自由度機構3を傾斜して設置し、かつ回転テーブル4を設けることにより、回転2自由度機構3の最大折れ角θmaxよりも広い範囲で作業をすることができる。
図4、図5は共にこの発明の第2の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、エンドエフェクタ1が搭載される回転2自由度機構として、リンク作動装置3Aが用いられている。
図7はリンク作動装置3Aの一状態を示す図、図8はリンク作動装置3Aの異なる状態を示す図である。リンク作動装置3Aのパラレルリンク機構10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てなる。図6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組以上であってもよい。
条件1: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12,13と端部リンク部材15,16との回転対偶の中心軸O1および端部リンク部材15,16と中央リンク部材17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15と先端側の端部リンク部材16の幾何学的形状が等しい。
条件4:中央リンク部材17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との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
0<θ1≦θmax・・・式1
を満たす角度とされている。
θ1−θmax≦θ´≦θmax+θ1・・・式2
回転テーブル4でワーク2を回転させることで、ワーク2の前後左右各面に作業をすることができるため、エンドエフェクタ1が図4の位置と図5の位置との間で移動可能であれば、エンドエフェクタ1によりワーク2の様々な位置に作業をすることができる。換言すると、エンドエフェクタ1が図5よりも図の左側へ移動させる必要がない。つまり、リンク作動装置3Aを傾斜して設置し、かつ回転テーブル4を設けることにより、リンク作動装置3Aの最大折れ角θmaxよりも広い範囲で作業をすることができる。
図11、図12は共にこの発明の第3の実施形態にかかる作業装置の正面図であって、互いに異なる状態を示す。この作業装置は、第2の実施形態と同様に回転2自由度機構がリンク作動装置3Aからなるが、リンク作動装置3Aの中立軸QNの傾斜角θ1が第2の実施形態と異なっている。すなわち、第3の実施形態では、傾斜角θ1が45°とされている。また、リンク作動装置3Aの最大折れ角θmaxは45°以上とされている。
ここで、
St:X軸直動アクチュエータ71のストローク
Lp:基端側のリンクハブ12の球面リンク中心PAから先端側のリンクハブ13の球面リンク中心PBまでの距離
θ1:基端側のリンクハブ12の中心軸QAに対する回転テーブル4の回転中心軸C3の傾斜角
Le:先端側のリンクハブ13の球面リンク中心PBからエンドエフェクタ1の作業部1aの先端までの距離
WD:エンドエフェクタ1の作業部1aの先端からワーク2の作業対象部2aまでの距離
Lrmax:回転テーブル4の回転中心軸C3からワーク2の外周までの最大距離
とする。
なお、図13は第3の実施形態を図示例としているが、これ以外の作業装置についても、上記寸法関係が言える。
図13の実線はエンドエフェクタ1によりワーク2の左側面に対して作業する状態を示し、鎖線はエンドエフェクタ1によりワーク2の上面に対して作業する状態を示している。ワーク2の右側面に対して作業をする場合は、エンドエフェクタ1はそのままで回転テーブル4を回転中心軸C3回りに180°回転させればよい。従って、実線位置と鎖線位置との間でワーク2を移動させることができれば、ワーク2の側面および上面のすべてについて作業をすることが可能である。
図15はこの発明の第4の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は外観検査装置として構成され、第3の実施形態に対して、エンドエフェクタをカメラ80と照明81にすると共に、画像処理システム82を別途設置してある。カメラ80と画像処理システム82は、配線83によって接続されている。画像処理システム82は、地面8に建てられた支柱84の上端に固定の支持板85の上に設けられている。また、リンク作動装置3Aが設置される設置枠7は、前記支持板85に吊り下げ状態で設けられている。他は、第3の実施形態と同じである。
図16はこの発明の第5の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第1の実施形態に対して、回転テーブル4(図1、図2)を無くし、回転2自由度機構3を鉛直方向の回転中心軸C4回りに回転させる回転位置決め機構90が追加されている。回転テーブル4を無くしたことにより、ワーク2は、Z軸直動アクチュエータ73のステージに固定された水平状の支持台74の上に載せられる。この場合、支持台74が、ワーク2を支持するワーク支持体になる。回転位置決め機構90は、天井面6に設置され、設置枠7ごと回転2自由度機構3を回転中心軸C4回りに回転させる。他は第1の実施形態と同じである。
図17はこの発明の第6の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第1の実施形態に対し、直動位置決め機構5のうちのZ軸直動アクチュエータ73を天井面6に設置し、このZ軸直動アクチュエータ73により設置枠7ごと回転2自由度機構3を上下方向(Z軸方向)に進退させるようにしている。X軸直動アクチュエータ71およびY軸直動アクチュエータ72は、第1の実施形態と同様に床面側に設置され、Y軸直動アクチュエータ72のステージに回転テーブル4が設置されている。他は第1の実施形態と同じである。
図18はこの発明の第7の実施形態にかかる作業装置の正面図である。この作業装置は、第1の実施形態に対し、回転位置決め機構として、ワーク2を回転させる回転テーブル4に加えて、直動位置決め機構5全体を鉛直方向の回転中心軸C5回りに回転させる回転テーブル91を設置した構成である。他は第1の実施形態と同じである。
2…ワーク
3…回転2自由度機構
3a…基端側部材
3b…先端側部材
3A…リンク作動装置(回転2自由度機構)
4…回転テーブル(回転位置決め機構)
5…直動位置決め機構
11…姿勢制御用アクチュエータ
12…基端側のリンクハブ(基端側部材)
13…先端側のリンクハブ(先端側部材)
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
71…X軸直動アクチュエータ
72…Y軸直動アクチュエータ
73…Z軸直動アクチュエータ
80…カメラ(エンドエフェクタ)
81…照明(エンドエフェクタ)
90…回転テーブル(回転位置決め機構)
91…回転テーブル(回転位置決め機構)
KA…基端側の中心軸
KB…先端側の中心軸
KN…中立軸
QA…基端側のリンクハブの中心軸(基端側の中心軸)
QB…先端側のリンクハブの中心軸(先端側の中心軸)
Claims (8)
- エンドエフェクタによりワークに対して作業を行う作業装置であって、
基端側部材に対し先端側部材が2自由度で回転可能で前記先端側部材に前記エンドエフェクタが搭載された回転2自由度機構と、
前記ワークと前記回転2自由度機構とを相対的に1軸以上の方向に位置決めする直動位置決め機構と、
前記ワーク、前記回転2自由度機構、および前記直動位置決め機構のうちの一つまたは複数を搭載して回転する回転位置決め機構とを備え、
前記回転2自由度機構は、前記基端側部材に対して前記先端側部材を基端側の中心軸回りに旋回させる動作と、前記先端側部材に搭載されたエンドエフェクタの作業部を通り前記基端側の中心軸と交差する先端側の中心軸の角度を変更する動作とを行い、
前記基端側の中心軸と前記先端側の中心軸とが一致した状態における前記先端側の中心軸を中立軸と称し、この中立軸と前記先端側の中心軸とが成す角度を折れ角と称し、前記回転2自由度機構の機構上における前記折れ角の最大値である最大折れ角をθmax、前記中立軸と前記回転位置決め機構の回転中心軸とが互いに交差する状態における前記中立軸と前記回転中心軸とが成す角度である傾斜角をθ1とした場合、
0<θ1≦θmax
の関係が成り立つことを特徴とする作業装置。 - 請求項1に記載の作業装置において、前記回転位置決め機構は、前記ワークを載せて1軸回りに回転する回転テーブルである作業装置。
- 請求項1または請求項2に記載の作業装置において、前記回転2自由度機構は、前記基端側部材である基端側のリンクハブに対し前記先端側部材である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たリンク作動装置である作業装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の作業装置において、前記傾斜角θ1が前記最大折れ角θmaxと一致する作業装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の作業装置において、前記最大折れ角θmaxが45°以上であり、かつ前記傾斜角θ1が45°である作業装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の作業装置において、前記直動位置決め機構は、前記ワークと前記回転2自由度機構とを相対的に直交3軸方向に位置決めする作業装置。
- 請求項3に記載の作業装置において、前記回転位置決め機構は前記ワークを載せて1軸回りに回転する回転テーブルであり、前記最大折れ角θmaxが45°以上であり、かつ前記傾斜角θ1が45°であり、
前記直動位置決め機構は、前記中立軸と前記先端側の中心軸の両方を含む平面、および前記回転テーブルの回転中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータを有し、この直動アクチュエータのストロークが、次式
St:直動アクチュエータのストローク
Lp:基端側のリンクハブの球面リンク中心から先端側のリンクハブの球面リンク中心までの距離
θ1:基端側のリンクハブの中心軸と回転テーブルの回転中心軸とが成す角度である傾斜角
Le:先端側のリンクハブの球面リンク中心からエンドエフェクタの作業部の先端までの距離
WD:エンドエフェクタの作業部の先端からワークの作業対象部までの距離
Lrmax:回転テーブルの回転中心軸からワークの外周までの最大距離
の条件を満たす作業装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の作業装置において、前記エンドエフェクタが、前記ワークを撮影するカメラおよび前記ワークを照らす照明のいずれか、または両方である作業装置。
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