JP7260987B2 - Dual-arm work device - Google Patents
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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。 The present invention relates to the configuration of a dual-arm working device used for equipment that requires high-speed, high-precision and detailed work such as assembly, such as medical equipment and industrial equipment, and for robots that coexist with humans.
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。
For example,
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。
However, the dual-arm working device of
Since everything is composed of a combination of 1 rotational degrees of freedom, even if the posture of the end effector mounted on the tip is slightly changed, it is necessary to move a certain joint greatly, or to move the entire arm by coordinating multiple motors. . Therefore, detailed work could not be performed at high speed. In addition, since the entire arm moves greatly, it is likely to come into contact with surrounding objects, and it is necessary to provide a large enclosure (large occupied area). In addition, the arms (dual-arm working device) are likely to interfere with each other, and knowledge and experience are required to operate the arms so that they do not come into contact with each other.
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。 In addition, there are multiple solutions (combinations of multiple joint angles) for one posture of the working body (end effector), and even if each axis is moved during teaching, the tip will move in any direction. It's hard to imagine how to move. For this reason, knowledge and experience were required for operation. Also, since the movable range is wide, a mechanism for avoiding contact with objects is required. For this reason, there are problems such as the cost of the entire apparatus, the need to reduce the speed of the work, and the need to limit the range of operation to perform the work.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a double-arm working device that does not easily interfere with each other while securing a wide working space.
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。 In order to achieve the above object, the dual-arm working device of the present invention has two working devices that perform work using an end effector mounted at the tip thereof and are arranged side by side so as to be geometrically symmetrical. It is a dual-arm work device. The working device includes a linear motion unit that combines linear motion actuators of one axis or multiple axes, and a rotation unit that combines a rotation mechanism having one or more rotational degrees of freedom. The end effector is mounted on the output section of the rotating unit. The linear motion actuator has a drive source and a slide member that moves relative to the guide member by the power of the drive source. A slide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit is fixed to a frame or a slide member of another linear motion actuator. The rotary unit is installed at an arbitrary angle with respect to the guide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit.
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。 Here, "the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit" refers to the linear motion actuator to which the rotary unit is attached. For example, when the linear motion unit is composed of a single-axis linear motion unit, the slide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit is fixed to the base. Further, when the linear motion unit is composed of a combination of linear motion actuators with a plurality of axes, the slide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit is fixed to the slide member of the other linear motion actuator. .
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。 According to this configuration, the slide member of the linear motion actuator on the output side to which the rotation unit is attached constitutes the fixed portion, and the guide member constitutes the movable portion. Therefore, the guide member, which occupies most of the volume of the linear motion actuator, moves in conjunction with the rotating unit. As a result, the work space can be widened. In addition, it becomes difficult for the working devices arranged symmetrically to come into contact with each other, and it becomes difficult for the direct-acting actuator to come into contact with other components and workpieces. Therefore, it becomes easy to set the operation of the working device. Furthermore, since the rotary unit and the linear motion unit are provided separately, parts can be shared, for example, only one unit can be changed according to the specifications.
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。 In the present invention, the linear motion unit is composed of three linear motion actuators, first to third, the third linear motion actuator constitutes the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit, and the first The guide member of the linear motion actuator is fixed to the base, the guide member of the second linear motion actuator is fixed to the slide member of the first linear motion actuator, and the slide member of the third linear motion actuator is fixed to It may be fixed to the slide member of the second linear actuator, and the rotating unit may be fixed to the guide member of the third linear actuator.
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。 According to this configuration, the position of the end effector is determined mainly by the linear motion unit with three degrees of freedom, and the posture of the end effector is determined by the rotation unit with three degrees of freedom. Since each linear motion actuator of the linear motion unit and each rotation mechanism of the rotation unit correspond to the position and orientation of the end effector expressed in the orthogonal coordinate system, each linear motion actuator and each rotation relative to the position and orientation of the end effector It is easy to imagine the operation of the mechanism, and it is easy to set operation patterns such as posture teaching work. Further, the operating position of each linear actuator and the operating angle of each rotating mechanism are uniquely determined with respect to the position and orientation of the end effector. That is, it has no singularity. For these reasons, the work device can be operated even without skilled knowledge and experience.
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。 Further, when performing detailed work such as assembly work, the work can be performed mainly by moving only the rotating unit. Therefore, the movement amount of the linear motion unit is small, and the movable range of the entire device is reduced. As a result, it is possible to narrow the area where the mechanism for avoiding contact with an object is provided. Furthermore, since linear actuators are used in parts that greatly affect the range of motion, the range of motion can be easily limited using mechanical stoppers and limit sensors according to the work content and the surrounding environment.
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。 In addition, since the position of the end effector is determined by the linear motion actuator, the linear motion of the end effector can be performed accurately at high speed. Moreover, an enclosure such as a cover can be installed in a simple shape such as a rectangular parallelepiped. In that case, the volume of the internal space of the enclosure and the volume of the region in which the movable part of the device moves can be approximately equal. Therefore, a compact configuration can be realized even if the enclosure for avoiding contact is included.
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。
In this case, each of the first to third direct acting actuators may be arranged such that the slide member faces outward with respect to a work space in which work is performed by the end effector. Here, "the slide member faces outward with respect to the work space" means that the mounting surface of the slide member to which each member is mounted faces the side opposite to the work space. According to this configuration, the work space is widened, and it is easy to avoid contact with objects.
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。 In this invention, the drive source of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit may be arranged on the slide member. According to this configuration, since the drive source is provided in the slide member, which is the fixed portion, the weight of the movable portion can be reduced. As a result, it is possible to reduce the capacity of the output-side direct-acting actuator, thereby making it possible to reduce the size of the entire device and achieve high-speed operation. Further, since the drive source is arranged on the slide member, which is the fixed portion, wiring to the drive source can be easily routed.
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。 In the present invention, an additional end effector different from the end effector may be mounted on the guide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit. According to this configuration, an end effector that performs work only by linear motion and an end effector that performs work by combining linear motion and rotary motion can be installed in one work device. As a result, the end effector can be selected according to the characteristics of the work, thereby improving the accuracy and efficiency of the work. For example, extraction/attachment of parts, insertion of parts, press-fitting, etc., can be performed using only linear motion.
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。 Since the linear motion unit needs to move the rotary unit, a drive source larger than that of the rotary unit is used. Therefore, the weight capacity of the linear motion unit is larger than that of the rotary unit. Therefore, the additional end effector installed in the linear motion unit can perform relatively heavy-load work such as press-fitting.
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。 In this case, the rotating unit may be arranged such that the entire rotating unit is positioned above the lowermost surface of the additional end effector when the posture is changed from the original posture. According to this configuration, the rotating unit is less likely to come into contact with the work when performing work with the additional end effector.
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。 In the present invention, in the rotating unit, at least one of the plurality of rotating mechanisms is a two-degree-of-freedom link actuating device, and the link actuating device has a link hub on the distal end side with respect to a link hub on the proximal end side. Three or more sets of link mechanisms are connected so as to be able to change their posture, and each of the link mechanisms includes a proximal end link member having one end rotatably connected to the proximal link hub; A distal end link member having one end rotatably connected to a distal link hub, and a center having both ends rotatably connected to the other ends of the proximal and distal end link members, respectively. and a link member, and causes two or more link mechanisms out of the three or more link mechanisms to arbitrarily change the attitude of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side. may be provided.
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。 According to this configuration, the link actuating device includes a proximal link hub, a distal link hub, and three or more sets of link mechanisms, and the distal link hub is orthogonal to the proximal link hub. A two-degree-of-freedom mechanism that can freely rotate about two axes is constructed. This two-degree-of-freedom mechanism is compact, but allows a wide movable range of the link hub on the tip side. For example, the maximum value of the bending angle between the center axis of the link hub on the proximal side and the center axis of the link hub on the distal side is about ±90°. It can be set in the range of 0° to 360°. In addition, smooth operation without singular points is possible in the operation range of a bending angle of 90° and a turning angle of 360°.
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。
As described above, by using the link actuating device that has a wide movable range and is capable of smooth operation, it is possible to perform detailed work at high speed. For example, if you want to slightly change the posture of the wrist joint, it is necessary to move a part of the wrist joint of a general vertical multi-joint robot greatly, or to move the entire arm by coordinating multiple motors. so it slows down. However, in the above configuration, the link actuating device can move in the shortest distance, so smooth and quick operation can be realized. In addition, since the link actuating device has a wide movable range while having a compact structure, the working device as a whole has a compact structure.
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。 In this case, the central axis of the link hub on the base end side or the central axis of the link hub on the distal end side and the central axis of the rotation mechanism other than the link actuating device may be located on the same line.
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。 Here, "the center axis of the base end link hub" is perpendicular to the center axis of each rotation pair of the base end link hub and the base end link member that passes through the center of the base end spherical link. "Center axis of the link hub on the tip side" means a line that passes through the center of the spherical link on the tip side and is perpendicular to the center axis of each rotation pair of the link hub on the tip side and the end link member on the tip side. A straight line that intersects. In addition, the "base end spherical link center" means the center axis of each rotation pair of the base end link hub and the base end link member, and the center axis of the base end link member and the center link member. Refers to the point where the central axes of each rotating pair intersect, and "the center of the spherical link on the tip side" is the center axis of each rotating pair of the link hub on the tip side and the end link member on the tip side and the end on the tip side. The point at which the central axes of the rotational pairs of the link member and the central link member intersect.
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。 According to this configuration, since the center axis of the link hub and the rotation axis of the rotation mechanism other than the link actuating device are located on the same line, coordinate calculation is facilitated. In addition, since the operator can easily imagine the operation of the working device, the operator can easily operate the device. For example, the position of 3 degrees of freedom determined by the linear motion unit is fixed, the angle of 2 degrees of freedom among the angles of 3 degrees of freedom determined by the rotation unit is fixed, and the angle of the remaining 1 degree of freedom (for example, , the angle around the central axis of the link hub on the tip side) can be changed to change the posture of the end effect while working.
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。 When the rotating unit is a link actuating device with two degrees of freedom, a rotating mechanism other than the link actuating device is provided on the base end side of the link actuating device, and the end effector is provided on the distal end side of the link actuating device. may be provided. According to this configuration, for example, since it is necessary to consider the cable for the attitude control actuator of the link actuating device, the rotation angle is limited, but the load on the link actuating device can be reduced, so the link actuating device can be made compact. can be made smaller and lighter. Further, the link actuating device has a configuration of a constant velocity universal joint in which the proximal side and the distal side rotate at the same rotation angle and constant velocity when rotation is transmitted from the proximal side to the distal side. Therefore, the coordinated control of the link actuating device and other rotating mechanisms facilitates the work of changing the attitude of the end effect by the angle about the central axis of the link hub on the tip side.
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。 In this case, the two or more attitude control actuators of the link actuating device are arranged on a circle around the central axis of the link hub on the base end side, and the center of the attitude control actuators arranged on the circumference is The portion may be provided with the other rotating mechanism, and the other rotating mechanism may rotate the link actuating device around the central axis of the link hub on the base end side. According to this configuration, another rotating machine is provided at the center of the drive source of the link actuating device, so that the rotating unit has a compact configuration.
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。 According to the dual-arm working device of the present invention, interference between the working devices can be suppressed while securing a wide working space.
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。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3B show a dual-arm working device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the dual-arm working device of the present invention, a pair of working
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。
Each
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。
The
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。
2A is a front view of the
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。
That is, the slide tables 11b, 12b, and 13b constitute
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。
In this embodiment, the first direct-acting
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。
In this embodiment, the directions of the axial centers C1, C2 and C3 of the
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。
The
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。
In this embodiment, the
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。
Specifically, the first connecting fixing
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。
The second connecting/fixing
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。
The
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。
Specifically, the mounting surface of the slide table 11b to which the
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。
The third
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。
3A and 3B are a front view and a plan view of the
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。
The
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。
The operation of this
According to this configuration, the position of the
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。
Also, the
The operating position of 13 and the operating angle of each
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。
Also, when performing detailed work such as assembly work, the work can be performed by mainly moving only the
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。
Further, since the position of the
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。
Since the
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。
According to the above configuration, the slide table 13b of the third direct acting
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。
Furthermore, since the
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。
In this embodiment, the
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。
In this embodiment, two working
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。
In this embodiment, the third
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。
4-10 show a second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 4, the
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。
As shown in FIG. 5 , the
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。
Each
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。
The
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。
In addition, the distance from each rotation pair of the base
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。
Here, "the distance from the rotational pair and the center of the spherical link" means the distance between the center of the length along the central axis of the rotational pair and the center of the spherical link. The central axis of each rotational pair between the
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。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the rotational pair of the center link member and the base end link hub with respect to the base end link member in FIG. 5 . In the figure, the central axis O1 of each rotational pair of the
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。
The three sets of
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。
The
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。
A
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。
For example, a straight line that passes through the base-side spherical link center PA and perpendicularly intersects the central axis O1 (FIG. 9) of each rotation pair of the base-
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。
In this case, the maximum value of the bending angle θ (FIG. 10) between the center axis QA of the
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。
The posture of the
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。
If each
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。
Condition 1: The angles and lengths of the central axes O1 of the rotational pairs of the
Condition 2: On the proximal side and the distal side, the central axis O1 of the rotational pair between the
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。
Condition 3: The geometric shapes of the proximal
Condition 4: The geometric shapes of the proximal side portion and the distal side portion of the
Condition 5: The angular positional relationship between the
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。
As shown in FIGS. 5, 7 and 8, the
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。
As shown in FIG. 9, the
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。
One end of the
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。
The
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。
A
An inner rotary
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。
The rotating
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。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
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。
One end of the
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。
As shown in FIG. 5 , the
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。
The
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。
In this embodiment, the same number of
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。
In the
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。
Further, when the center axis QA of the
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。
As described above, the
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。
In this embodiment, the first
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。
FIG. 6 shows the
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。
According to the configuration of the
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。
11-13 show a third embodiment of the invention. As shown in FIG. 11, in this working
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。
As shown in FIG. 12 , the first
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。
The
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。
The rotating
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。
The
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。
Wiring holes 100, 101, and 102 passing through the
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。
Similar to the configuration of FIG. 5, the three
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。
When the
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。
FIG. 14 is a front view of a main part of a modification of the rotating unit of the working device according to the third embodiment; In the
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。
The
It has a
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。
15 to 18 show a schematic configuration of a dual-arm working device according to a fourth embodiment of the invention. The working
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。
As the
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。
The
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。 Although the timing belt drive system and the rack and pinion drive system have been exemplified as the drive method of the slide table 13b, a slide screw, a ball screw, a linear motor, a steel belt, or the like may be appropriately selected. Other configurations are the same as those of the third embodiment shown in FIGS.
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。
According to the fourth embodiment, since the
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。
FIG. 19 shows a dual-arm working device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 20 shows a state in which the orientation of the
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。
As shown in FIG. 20 , the
4 is the same as the third embodiment.
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。
According to the fifth embodiment, since the amount of movement of the
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。
Furthermore, according to the fifth embodiment, one
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。
Since the
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。
Further, the
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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various additions, changes, or deletions are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, such are also included within the scope of this invention.
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
12 second linear actuator (another linear actuator)
13 Third linear actuator (output side linear actuator)
11a, 12a, 13a motor (driving source)
11b, 12b, 13b slide table (slide member)
11c, 12c, 13c guide (guide member)
21 first rotation mechanism (rotation mechanism)
22 Second rotation mechanism (rotation mechanism)
23 Third rotation mechanism (rotation mechanism)
23a Rotating part of the third rotating mechanism (output part of the rotating unit)
29
Claims (8)
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、
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、
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。 A double-arm type working device in which two working devices that perform work using an end effector mounted at the tip are arranged side by side so as to be geometrically symmetrical,
The work device includes a linear motion unit that combines linear motion actuators of one axis or multiple axes, and a rotation unit that combines a rotation mechanism having one or more degrees of freedom of rotation,
The end effector is mounted on the output part of the rotating unit,
The linear motion actuator has a drive source and a slide member that moves relative to a guide member by power of the drive source,
a slide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit is fixed to a frame or a slide member of another linear motion actuator;
the rotary unit is installed at an arbitrary angle with respect to a guide member of a linear motion actuator on the output side of the linear motion unit;
An additional end effector different from the end effector is mounted on the guide member of the linear motion actuator on the output side of the linear motion unit,
The rotating unit is a dual-arm working device arranged so that the entire rotating unit is positioned above the lowermost surface of the additional end effector when the posture is changed from the original posture.
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。 2. The dual-arm work device according to claim 1, wherein the linear motion unit is composed of three linear motion actuators, first to third,
the third linear motion actuator constitutes an output side linear motion actuator of the linear motion unit;
A guide member of the first linear motion actuator is fixed to the base, a guide member of the second linear motion actuator is fixed to a slide member of the first linear motion actuator, and a guide member of the third linear motion actuator is fixed to the base. a slide member fixed to the slide member of the second linear actuator;
A dual-arm working device, wherein the rotating unit is fixed to the guide member of the third direct-acting actuator.
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。 In the dual-arm working device according to any one of claims 1 to 4 ,
in the rotating unit, at least one of the plurality of rotating mechanisms is a two-degree-of-freedom link actuator;
In the link actuating device, the link hub on the distal end side is connected to the link hub on the proximal end side via three or more sets of link mechanisms so that the posture can be changed,
Each of the link mechanisms includes a proximal end link member having one end rotatably connected to the proximal link hub, and a distal end link member having one end rotatably connected to the distal link hub. end link members, and a center link member having both ends rotatably connected to the other ends of the end link members on the base end side and the tip end side,
Two or more of the three or more link mechanisms are provided with attitude control actuators for arbitrarily changing the attitude of the tip side link hub with respect to the base side link hub. working equipment.
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。 6. The dual-arm working device according to claim 5 , wherein the central axis of each rotation pair of the proximal side link hub and the proximal side end link member, and the proximal side end link member and the center axis of each rotational pair of the central link member intersect is called the base end spherical link center,
A straight line that passes through the center of the base end spherical link and perpendicularly intersects the center axes of the rotation pairs of the base end link hub and the base end link member is the center axis of the base end link hub. is called
The point at which the central axis of each rotational pair of the tip-side link hub and the tip-side end link member and the central axis of each rotational pair of the tip-side end link member and the center link member intersect is the tip. called the spherical link center on the side,
A straight line that passes through the center of the spherical link on the tip side and perpendicularly intersects the center axes of the rotational pairs of the link hub on the tip side and the end link member on the tip side is called the center axis of the link hub on the tip side,
A dual-arm working device in which the center axis of the link hub on the base end side or the center axis of the link hub on the tip end side and the center axis of a rotating mechanism other than the link actuating device are located on the same line.
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。 8. The dual-arm work device according to claim 7 , wherein the two or more attitude control actuators of the link actuation device are arranged circumferentially around the central axis of the link hub on the base end side,
The other rotating mechanism is provided at the center of the attitude control actuators arranged on the circumference,
The other rotating mechanism is a dual-arm working device that rotates the link actuating device around the central axis of the link hub on the base end side.
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