JP6629145B2

JP6629145B2 - 作業装置、作業装置システム

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Publication number: JP6629145B2
Application number: JP2016122352A
Authority: JP
Inventors: 明宏浮田; 靖小梁川
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: JP2017226030A

Description

本発明は、作業対象に対して各種作業をなす作業装置に関する。

台盤に関節を介して枢着されるアームの先端にハンドを設け、組立、溶接等の各種作業を自動的になす装置が知られている。この一例として、特許文献１には、台盤を中心とした前後荷重モーメントを平衡させる自動バランス装置を具備する多関節ロボット装置が開示されている。

特開昭６１−１５２３８９号公報

このような装置については、生産性向上のため動作の高速化が求められている。発明者が検討したところによると、装置のアームの先端に設けられたハンドを高速で動作させると、その装置はハンドの動作の反力によって振動やアームの撓みを生じ、作業精度が低下するケースがあるとの知見を得た。すなわち発明者は、特許文献１の構造では、アーム自身の前後荷重モーメントを静的に平衡させ得るとしても、ハンドを高速で動作させた場合の作業精度の低下を抑制する観点からは改善の余地があることを認識した。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的は、高速化しても作業精度の低下を抑制しうる作業装置の技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の作業装置は、支持機構に支持される作業装置であって、作業対象に対して作業をなすための作業モジュールと、作業モジュールを第１方向に移動させる駆動機構と、作業モジュールの移動反力の少なくとも一部を打ち消すように錘体を移動させる錘体駆動部と、を備える。第１方向に延びる直線と直交する平面に投影したとき、作業モジュールの重心は錘体の錘重心の近傍に位置するように配置され、前記平面に投影したとき、前記重心は前記作業モジュールの外部に位置するように配置される。

この態様によると、作業モジュールの重心が錘体の重心の近傍に位置するように配置されるから、駆動時に発生するモーメントが小さくなり、作業モジュール装置を支持する支持機構への影響が抑制される。

本発明の別の態様は、上記した作業装置と、この作業装置を支持する多関節型ロボットまたは直交座標型ロボットと、を備える。

本発明によれば、高速化しても加工精度の低下を抑制しうる作業装置の技術を提供することができる。

本実施の形態に係る作業装置を含む作業装置システムを示す平面図である。本実施の形態に係る作業装置を含む作業装置システムを示す側面図である。本実施の形態に係る作業装置を示す側面図である。本実施の形態に係る作業装置を示す正面図である。図３の作業装置の重心の運動を説明する説明図である。第２実施形態に係る作業装置を示す側面図である。図６の作業装置の重心の位置を示す正面図である。図６の作業装置の重心の運動を説明する説明図である。参考例に係る作業装置システムを示す平面図である。参考例に係る作業装置システムを示す側面図である。

まず、本発明に至った経緯を説明する。図９は参考例に係る作業装置システム３００を示す平面図である。図１０は作業装置システム３００を示す側面図である。作業装置システム３００は、アーム機構１０２と、アーム機構１０２によって支持される作業装置３１０とを備える。アーム機構１０２は、作業装置３１０を支持する支持機構であって、いわゆる産業用の多関節型ロボットの可動アームである。アーム機構１０２は、関節１０２ｆ、関節１０２ｃ、関節１０２ｅ、関節１０２ｇ、関節１０２ｈ、関節１０２ｊ、アーム１０２ｄ、アーム１０２ｋおよびアーム１０２ａを含む。特に、関節１０２ｆ、関節１０２ｇおよび関節１０２ｊは入力側に対して出力側を回転駆動する。関節１０２ｃ、関節１０２ｅおよび関節１０２ｈは入力側に対して出力側を曲げ駆動する。アーム１０２ｄは関節１０２ｆおよび関節１０２ｃを介して基台１０２ｂに支持される。アーム１０２ｋは関節１０２ｅを介してアーム１０２ｄに支持される。アーム１０２ａは関節１０２ｇ、関節１０２ｈおよび関節１０２ｊを介してアーム１０２ｋに支持される。作業装置３１０はアーム１０２ａの先端に固定される。作業装置３１０は、作業モジュール３１２と、作業モジュール３１２を矢印Ｐの方向に沿って任意の位置に移動させる駆動機構３１４とを含む。作業モジュール３１２は、作業対象であるワーク１０８に対して例えばレーザ加工や計測などの各種の作業をなすように構成される。作業装置システム３００は、アーム機構１０２によって作業モジュール３１２を粗動させると共に、駆動機構３１４によって作業モジュール３１２を微動させることで、作業モジュール３１２をワーク１０８上の所望の軌跡に沿って移動しながら所定の作業（例えばレーザ加工）をすることができる。

発明者は、参考例の作業装置システム３００について作業を高速化する検討を行い、以下のような知見を得た。駆動機構３１４によって作業モジュール３１２を移動させると、その移動反力が駆動機構３１４に入力される。その移動反力によって駆動機構３１４が振動することで作業モジュール３１２の軌跡が乱れ、作業精度が低下することがある。作業モジュール３１２の移動を高速化すると作業精度は一層低下する。作業精度を維持するために、作業モジュール３１２を移動させた後、振動が収まるまで待って作業を開始することも考えられるが、この場合にはトータルの作業時間が永くなり高速化に逆行する。つまり、発明者は高速化と作業精度の維持とは二律背反の関係にあることを認識した。

また、作業モジュール３１２の移動反力の影響はアーム機構１０２にも及び、関節やアームに撓みを生じさせ、作業精度を一層低下させることがある。アーム機構１０２の各部の撓みを抑制するため、アーム機構１０２の剛性を高くすることが考えられるが、このためにアーム機構１０２が大型化して重量も増加する。例えば、作業精度を維持しながら所望の高速化を実現するために、質量が２０ｋｇの作業装置３１０を可搬推力が１５０ｋｇの大型のアーム機構１０２によって支持するべきとの知見を得ている。つまり発明者は、作業を高速化するとアーム機構１０２が大型化して空間効率が低下し投資負担が増大する可能性が高いことを認識した。
本発明はこのような知見に基づき移動反力の影響を緩和するためになされた。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために用いることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る作業装置１０を含む作業装置システム１００を示す平面図である。図２は、作業装置システム１００を示す側面図である。以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は水平な左右方向に対応し、Ｙ軸方向は水平な前後方向に対応し、Ｚ軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれＸ軸方向に直交する。Ｘ軸方向は左方向、右方向あるいは横方向と、Ｙ軸方向は前方向あるいは後方向と、Ｚ軸方向は上方向、下方向あるいは縦方向と表記することがある。
図１において作業装置システム１００を矢印Ｑの方向から視て向かって右側を右と、左側を左という。

（作業装置システム）
図１および図２に示すように、作業装置システム１００は、アーム機構１０２と、アーム機構１０２によって支持される作業装置１０を備える。アーム機構１０２は、いわゆる産業用の多関節型ロボットの可動アームである。アーム機構１０２は、関節１０２ｆ、関節１０２ｃ、関節１０２ｅ、関節１０２ｇ、関節１０２ｈおよび関節１０２ｊの６個の関節によって、アーム１０２ｄ、アーム１０２ｋおよびアーム１０２ａを支持する。特に、関節１０２ｆ、関節１０２ｇおよび関節１０２ｊは入力側に対して出力側を回転駆動する。関節１０２ｃ、関節１０２ｅおよび関節１０２ｈは入力側に対して出力側を曲げ駆動する。アーム１０２ｄは関節１０２ｆおよび関節１０２ｃを介して基台１０２ｂに支持される。アーム１０２ｋは関節１０２ｅを介してアーム１０２ｄに支持される。アーム１０２ａは関節１０２ｇ、関節１０２ｈおよび関節１０２ｊを介してアーム１０２ｋに支持される。作業装置１０はアーム１０２ａの先端に固定される。

（作業装置）
次に、作業装置１０について説明する。図３は第１の実施の形態に係る作業装置１０を示す側面図である。図４は作業装置１０を示す正面図である。作業装置１０は、作業モジュール１２と、駆動機構１４と、錘体駆動機構１６と、支持フレーム１８とを主に含む。作業装置１０は、駆動機構１４によって作業モジュール１２を駆動してワーク１０８上の所望の軌跡に沿って移動させながら予め定めた作業をなす。支持フレーム１８は、作業モジュール１２と、駆動機構１４と、錘体駆動機構１６とが搭載される台状のベース部材で、アーム１０２ａの先端に固定される。

（作業モジュール）
作業モジュール１２はワーク１０８に対して例えば加工や計測などの各種の作業をなす装置である。作業装置１０では、作業モジュール１２はレーザ光１２ｒを出力可能に構成され、レーザ光１２ｒによってワーク１０８に対して切断や溶接などの加工をなす。作業モジュール１２は、モジュール本体１２ｂと、延伸部１２ｃと、ウエイト部材１２ｅとを主に含む。モジュール本体１２ｂは上下方向（Ｚ軸方向）に延在する略円筒形状を有し、その下端からワーク１０８に向けてレーザ光１２ｒを出力する。レーザ光１２ｒは図示しない光ケーブルを用いて外部から導入されてもよい。延伸部１２ｃはモジュール本体１２ｂの側部または上部からＹ軸方向で後側である錘体駆動機構１６側に張出す。特に、延伸部１２ｃは錘重心１５ｇおよび錘体駆動機構１６を覆うように設けられる。延伸部１２ｃは、例えば棒状に形成されてもよい。作業モジュール１２はモジュール本体１２ｂと延伸部１２ｃを含むことでＸ軸方向に視て屈曲するくの字状を有する。ウエイト部材１２ｅは、延伸部１２ｃの端部１２ｄに取付けられる例えば円筒状やリング状の部材である。ウエイト部材１２ｅの質量や位置を変更することで、作業モジュール１２の重心の位置を変更することができる。作業モジュール１２がくの字状を有することで、モジュール本体１２ｂのＹ軸方向で前側（負方向側）は開放されて遮る物がない。このため、例えばワーク１０８が立体的で上向きの突出部がある場合にも、この突出部の干渉を受けにくい。

（駆動機構）
駆動機構１４は、作業モジュール１２をその可動方向であるＸ軸方向の任意の位置に移動させる。駆動機構１４は、駆動源であるモータ（不図示）と、モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構１４ｂと、モータを駆動する駆動回路（不図示）と、作業モジュール１２を支持するスライダ機構１４ｃとを主に含む。モータと、ボールねじ機構１４ｂと、スライダ機構１４ｃとは支持フレーム１８に支持される。ボールねじ機構１４ｂは、回転軸の外周にらせん状のリード溝を有しＸ軸方向に延伸する回転軸（不図示）と、リード溝上においてボールを介して移動可能に設けられるナット（不図示）と、回転軸の両端を回転自在に支持する軸受（不図示）とを含む。回転軸の一端は軸受から突出しており、その突出部にモータの出力軸が結合される。例えば、モータを正方向に回転させることで、ナットがリード溝の回転に沿ってＸ軸で正方向に移動し、モータを逆方向に回転させることで、ボールがＸ軸で負方向に移動する。作業モジュール１２はナットの移動に同期してＸ軸で正方向および負方向に移動する。

（錘体駆動部）
錘体駆動機構１６は、駆動源であるモータ（不図示）と、モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構であるボールねじ機構１６ｂと、モータを駆動する駆動回路（不図示）と、錘体１５と、スライダ機構１６ｃとを主に含む。モータと、ボールねじ機構１６ｂと、錘体１５とは支持フレーム１８に支持される。ボールねじ機構１６ｂはボールねじ機構１４ｂと同様に構成されており、重複する説明は省く。錘体１５はボールねじ機構１６ｂのスライダ機構１６ｃ上に配設されており、モータを正方向に回転させることでＸ軸で正方向に移動し、モータを逆方向に回転させることで、Ｘ軸で負方向に移動する。錘体１５の移動軌跡は作業モジュール１２の移動軌跡と平行に設けられる。

錘体駆動機構１６は、作業モジュール１２の移動反力の少なくとも一部を打ち消すように錘体１５を移動させる。例えば、錘体１５を作業モジュール１２の移動方向と反対の方向に作業モジュール１２と同じ速度で移動させるようにしてもよい。この場合、錘体１５が駆動機構１４に与える移動反力は作業モジュール１２が駆動機構１４に与える移動反力と逆方向になるから、これらの反力は少なくとも一部で打ち消し合う。また、錘体１５の質量を作業モジュール１２の質量と実質的に一致させるようにしてもよい。この場合、これらの反力は打ち消し合う。

駆動機構１４および錘体駆動機構１６のモータとしては、ステッピングモータやＤＣモータなど各種原理に基づくモータを使用してもよい。本実施の形態における作業装置１０ではＡＣサーボモータを使用している。

次に、作業モジュール１２の重心１２ｇと錘体１５の錘重心１５ｇについて説明する。作業モジュール１２の重心１２ｇが錘体１５の錘重心１５ｇから離れている場合、作業モジュール１２の反力と錘体１５の反力とで駆動機構１４に回転モーメントを入力し、作業装置１０や作業装置システム１００に振動を与えるおそれがある。そこで、本実施の形態では、作業装置１０を可動方向であるＸ軸方向に垂直な平面（ＹＺ平面という）に投影したとき、作業モジュール１２の重心１２ｇは錘体１５の錘重心１５ｇの近傍に位置するように配置される。回転モーメントを低減する観点から、ＹＺ平面に投影したとき、重心１２ｇは、錘体１５の内部に位置するように配置されてもよく、錘体駆動機構１６の内部に位置するように配置されてもよく、錘重心１５ｇと重なるように配置されてもよい。

図５は作業装置１０の重心の運動を説明する説明図である。図５を参照して重心１２ｇと錘重心１５ｇの運動を説明する。図５において線Ｘは重心１２ｇを通りＸ軸に平行な直線である。重心１２ｇと錘重心１５ｇがＸ軸方向に視て重なる位置にある場合、これらの重心は線Ｘに沿って運動する。この場合に、重心１２ｇが矢印１２ｐの方向に運動し、錘重心１５ｇが矢印１２ｐと逆の矢印１５ｐの方向に運動するように制御することで、これらの移動反力は打ち消しあって小さくなる。また、これらの重心のＸ軸方向に視たずれが小さい場合は、これらの移動反力による回転モーメントも小さくなり、これらの重心が重なる場合に回転モーメントも最小となる。作業装置１０は、この動作原理に基づき、移動反力と回転モーメントを小さくするように、これらの重心の質量、位置、移動速度、移動方向などが設定される。

駆動源や運動変換機構が大きいとスペースが狭くなり重心１２ｇと錘重心１５ｇの配置の自由度が損なわれることがある。作業装置１０では、ＡＣサーボモータでボールねじ機構を駆動する構成を採用したことで、スペースが拡がり、重心１２ｇと錘重心１５ｇの配置の自由度を拡げることができる。

作業モジュール１２の重心１２ｇが作業モジュール１２の内部に位置する場合、重心１２ｇを錘重心１５ｇに接近させることが難しい。そこで、本実施の形態における作業モジュール１２では、図３に示すように、ＹＺ平面に投影したとき、重心１２ｇは作業モジュール１２の外部に位置するように配置される。つまり、作業モジュール１２はモジュール本体１２ｂと延伸部１２ｃとにより屈曲形状を有することで、重心１２ｇは作業モジュール１２外の空間に形成される。

作業モジュール１２の重心１２ｇは、モジュール本体１２ｂと延伸部１２ｃの中間に形成される。特に、重心１２ｇは、ＹＺ平面に投影したとき、延伸部１２ｃの延伸端１２ｈと、モジュール本体１２ｂの作業対象であるワーク１０８側の端部１２ｋとを結ぶ直線Ｌよりモジュール本体１２ｂ側に位置する場合が多い。このため、錘重心１５ｇも直線Ｌよりモジュール本体１２ｂ側に位置するように配置される。重心１２ｇを錘重心１５ｇに寄せ易くする観点で有利になる。

作業モジュール１２は、目的の作業に応じてモジュール本体１２ｂを異なるアタッチメントに交換することがある。形状や質量が異なるアタッチメントに交換すると、作業モジュール１２の重心１２ｇの位置が変化することが考えられる。そこで、本実施の形態における作業モジュール１２は、図３に示すように、着脱可能に装着されるウエイト部材１２ｅを含む。一例として、モジュール本体１２ｂの延伸部１２ｃの先端に設けた雄ねじ１２ｍに、ウエイト部材１２ｅに設けた雌ねじ１２ｆをねじ込むように構成してもよい。ウエイト部材１２ｅは雌ねじ１２ｆを緩めることで取り外すことができ、雌ねじ１２ｆをねじ込むことで装着できる。

作業モジュール１２の重心１２ｇの位置は容易に調整できることが望ましい。そこで、本実施の形態における作業モジュール１２は、ウエイト部材１２ｅを装着したままで、重心１２ｇの位置を調整可能な調整機構１２ｊを含む。一例として、雌ねじ１２ｆの雄ねじ１２ｍに対するねじ込み深さを変更可能に構成してもよい。雌ねじ１２ｆのねじ込み深さを変更することで重心１２ｇの位置を変更することができる。また別の一例として、延伸部１２ｃのモジュール本体１２ｂに対する角度θｍを変更可能に構成してもよい。角度θｍを変更することで重心１２ｇの位置を変更することができる。例えば、延伸部１２ｃとモジュール本体１２ｂの接続部分に可撓性を有する可撓部１２ｎを設けるようにしてもよい。

錘重心１５ｇは錘体駆動機構１６のボールねじ機構１６ｂ上を移動する。このため、錘重心１５ｇを重心１２ｇに寄せやすくする観点から、ＹＺ平面に投影したとき、錘体駆動機構１６のボールねじ機構１６ｂは重心１２ｇの近傍に位置するように設けられる。特に、ＹＺ平面に投影したとき、ボールねじ機構１６ｂは重心１２ｇを含むように設けられる。ボールねじ機構１６ｂが重心１２ｇから離れて配置される場合に比べて、錘重心１５ｇを重心１２ｇに接近させ易くなる。

次に、このように構成された作業装置１０の利点、効果を説明する。
作業装置１０では、作業モジュール１２の移動反力の少なくとも一部を打ち消すように錘体１５を移動させる錘体駆動機構１６を備え、ＹＺ平面に投影したとき、作業モジュール１２の重心１２ｇは錘体１５の錘重心１５ｇの近傍に位置するように配置される。この構成によれば、錘体駆動機構１６を備えるから作業モジュール１２の移動反力の影響が緩和される。また、重心１２ｇが錘重心１５ｇから離れている場合に比べて、これらの反力に起因する回転モーメントを小さくすることができる。この結果、作業装置１０や作業装置システム１００に与える振動を小さくして作業精度の低下を抑制することができる。

作業装置１０では、ＹＺ平面に投影したとき、重心１２ｇは作業モジュール１２の外部に位置するように配置される。この構成によれば、重心１２ｇが作業モジュール１２の内部に位置する場合と比べて、重心１２ｇを錘重心１５ｇに寄せて近づけることができる。

作業装置１０では、作業モジュール１２は、作業対象であるワーク１０８に作業をなすためのモジュール本体１２ｂと、モジュール本体１２ｂから錘体駆動機構１６側に延伸する延伸部１２ｃと、を有し、ＹＺ平面に投影したとき、錘重心１５ｇは、延伸部１２ｃの延伸端１２ｈとモジュール本体１２ｂのワーク１０８側の端部ｋとを結ぶ直線Ｌよりモジュール本体１２ｂ側に位置するように配置される。この構成によれば、錘重心１５ｇが直線Ｌの外側に配置される場合に比べて、重心１２ｇを錘重心１５ｇの近傍に寄せ易くなる。

作業装置１０では、作業モジュール１２は、着脱可能に装着されるウエイト部材１２ｅを含む。この構成によれば、着脱可能なウエイト部材１２ｅを含むから、作業モジュール１２の形状や質量に対応してより適した質量のウエイト部材１２ｅに取り換えることができる。

作業装置１０では、作業モジュール１２は、ウエイト部材１２ｅを装着したままで、重心１２ｇの位置を調整可能な調整機構１２ｊを含む。この構成によれば、調整機構１２ｊを含むから、ウエイト部材を脱着する場合に比べて、重心１２ｇの位置を微調整することができる。

作業装置１０では、錘体駆動機構１６はボールねじ機構１６ｂを含み、ＹＺ平面に投影したとき、ボールねじ機構１６ｂは重心１２ｇの近傍に位置するように設けられる。この構成によれば、錘体１５をボールねじ機構１６ｂの直上に配置することが可能になり、錘体１５がボールねじ機構１６ｂから離れている場合に比べて、これらを結ぶ部材が小型化される。また、ボールねじ機構１６ｂは比較的小型であるため、延伸部１２ｃと支持フレーム１８の間に容易に配置できる。

以上、本発明の第１の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

（第１変形例）
次に、変形例について説明する。第１の実施の形態の説明では、作業モジュール１２が錘体１５または錘体駆動機構１６にオーバーハングする部分を有することで、重心１２ｇを錘重心１５ｇに近づける例について説明したがこれに限られない。錘体と錘体駆動機構の少なくとも一方に、作業モジュールにオーバーハングする部分を設けるようにしてもよい。

（第２変形例）
第１の実施の形態の説明では、重心１２ｇの位置を調整する例について説明したがこれに限られない。錘重心１５ｇの位置を調整可能な機構を設け、錘重心１５ｇの位置を調整することで錘重心１５ｇを重心１２ｇに近づけるように構成してもよい。

（第３変形例）
第１の実施の形態の説明では、作業装置１０が、支持機構として多関節ロボットの可動アームであるアーム機構１０２に支持される例について説明したがこれに限られない。作業装置１０を支持する支持機構としてはガントリー型機構やカンチレバー型機構などの直交座標型機構であってもよい。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る作業装置１１０について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る作業装置１１０を示す側面図である。図７は作業装置１１０の重心の位置を示す正面図である。図８は作業装置１１０の重心の運動を説明する説明図である。図６から図８の説明では、第１の実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１の実施の形態と重複する説明を適宜省略し、第１の実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

作業装置１１０はアーム機構１０２に支持される。作業装置１１０は作業モジュール１２をＸ軸方向に加えてＹ軸方向にも移動させる。このため、支持機構であるアーム機構１０２によって作業モジュール１２をＸ軸、Ｙ軸方向に粗動させると共に、駆動機構１４と第２駆動機構１１４とによって作業モジュール１２をＸ軸、Ｙ軸方向に微動させることができる。

作業装置１１０は作業装置１０に対して、第２駆動機構１１４と、第２錘体駆動部１１６と、第２支持フレーム１１８と、をさらに備える点で相違し他の構成は同様である。第２駆動機構１１４は、駆動機構１４と、錘体駆動機構１６と、作業モジュール１２とを搭載した状態の支持フレーム１８（以下、第２方向移動体という。）を、Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に移動させるように構成される。つまり、第２方向移動体に重心は第２駆動機構１１４によってＹ軸方向に移動させられる部分の重心である。第２錘体駆動部１１６は、第２駆動機構１１４の駆動による第２方向移動体の移動反力の少なくとも一部を打ち消すように第２錘体１１５を移動させるように構成される。作業装置１１０をＹ軸方向に視た重心の位置を図７に示す。図７に示すように、Ｙ軸方向に垂直なＸＺ平面に投影したとき、第２駆動機構１１４によってＹ軸方向に移動させられる質量の重心１０ｇは第２錘体１１５の錘重心１１５ｇの近傍に位置するように配置される。重心１０ｇは、ＸＺ平面に投影したとき、第２錘体１１５の内部に位置するように配置されてもよく、第２錘体駆動部１１６の内部に位置するように配置されてもよく、錘重心１１５ｇと重なるように配置されてもよい。

図８を参照して重心１０ｇと錘重心１１５ｇの運動を説明する。図８において線Ｙは重心１０ｇを通りＹ軸に平行な直線である。重心１０ｇと錘重心１１５ｇがＹ軸方向に視て重なる位置にある場合、これらの重心は線Ｙに沿って運動する。この場合に、重心１０ｇが矢印１０ｐの方向に運動し、錘重心１１５ｇが矢印１０ｐと逆の矢印１１５ｐの方向に運動するように制御することで、これらの移動反力は打ち消しあって小さくなる。これらの重心のＹ軸方向に視たずれが小さい場合は、これらの移動反力による回転モーメントも小さくなり、これらの重心が重なる場合に回転モーメントも最小となる。作業装置１１０は、この動作原理に基づき、移動反力と回転モーメントを小さくするように、これらの重心の質量、位置、移動速度、移動方向などが設定される。

以上説明したように、作業装置１１０は、作業装置１０のＸ軸方向の動作について前述した利点や効果を、Ｙ軸方向の動作についても得ることができる。したがって、作業装置１１０はワーク１０８に対して作業モジュール１２をＸ軸、Ｙ軸方向に細かく移動させる作業において、移動反力や回転モーメントの影響を緩和して、高速で精度の高い作業を実現することができる。

説明に使用した図面では、部材の関係を明瞭にするために一部の部材にハッチングを施しているが、当該ハッチングはこれらの部材の素材や材質を制限するものではない。

１０・・作業装置、１０ｇ・・重心、１２・・作業モジュール、１２ｂ・・モジュール本体、１２ｃ・・延伸部、１２ｄ・・端部、１２ｅ・・ウエイト部材、１２ｆ・・雌ねじ、１２ｇ・・重心、１２ｈ・・延伸端、１２ｊ・・調整機構、１２ｋ・・端部、１２ｍ・・雄ねじ、１２ｎ・・可撓部、１２ｒ・・レーザ光、１４・・駆動機構、１４ｂ・・ボールねじ機構、１４ｃ・・スライダ機構、１５・・錘体、１５ｇ・・錘重心、１６・・錘体駆動機構、１８・・支持フレーム、１００・・作業装置システム、１０２・・アーム機構、１０８・・ワーク、１１０・・作業装置、１１４・・第２駆動機構、１１５・・第２錘体、１１５ｇ・・錘重心、１１６・・第２錘体駆動部、１１８・・第２支持フレーム。

Claims

支持機構に支持される作業装置であって、
作業対象に対して作業をなすための作業モジュールと、
前記作業モジュールを第１方向に移動させる駆動機構と、
前記作業モジュールの移動反力の少なくとも一部を打ち消すように錘体を移動させる錘体駆動部と、
を備え、
前記第１方向に延びる直線と直交する平面に投影したとき、前記作業モジュールの重心は前記錘体の錘重心の近傍に位置するように配置され、
前記平面に投影したとき、前記重心は前記作業モジュールの外部に位置するように配置されることを特徴とする作業装置。
支持機構に支持される作業装置であって、
作業対象に対して作業をなすための作業モジュールと、
前記作業モジュールを第１方向に移動させる駆動機構と、
前記作業モジュールの移動反力の少なくとも一部を打ち消すように錘体を移動させる錘体駆動部と、
を備え、
前記第１方向に延びる直線と直交する平面に投影したとき、前記作業モジュールの重心は前記錘体の錘重心の近傍に位置するように配置され、
前記作業モジュールは、前記作業対象に作業をなすためのモジュール本体と、前記モジュール本体から前記錘体駆動部側に延伸する延伸部と、を有し、
前記平面に投影したとき、前記錘重心は、前記延伸部の延伸端と前記モジュール本体の前記作業対象側の端部とを結ぶ直線より前記モジュール本体側に位置するように配置されることを特徴とする作業装置。
前記作業モジュールは、着脱可能に取付けられるウエイト部材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の作業装置。
前記作業モジュールは、前記ウエイト部材を装着したままで、前記重心の位置を調整可能な調整機構を含むことを特徴とする請求項３に記載の作業装置。
前記錘体駆動部はボールねじ機構を含み、
前記平面に投影したとき、前記ボールねじ機構は前記重心の近傍に位置するように設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の作業装置。
前記作業モジュールはレーザ光を出力可能に構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の作業装置。
前記駆動機構を前記第１方向に垂直な第２方向に移動させる第２駆動機構と、
前記駆動機構の移動反力の少なくとも一部を打ち消すように第２錘体を移動させる第２錘体駆動部と、
をさらに備え、
前記第２方向に延びる直線と直交する平面に投影したとき、前記第２駆動機構によって前記第２方向に移動させられる質量の重心は前記第２錘体の重心の近傍に位置するように配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の作業装置。
請求項１から７のいずれかに記載の作業装置と、
前記作業装置を支持する多関節型ロボットまたは直交座標型ロボットと、
を備えることを特徴とする作業装置システム。