CN202241313U - 机器人的管线处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通过当机器人手腕轴动作时使作业工具用管线的动作稳定而能够灵活地应对系统的变更的管线处理装置。在前臂基部的背面一侧设置开口部，由此导入管线。管线通过中空装置的减速机的中空部，再由设置在第1手腕单元的侧面的开口部(第1开口部)向外部引出。管线的构成单元中、焊接电流用缆线以及保护气体供给用管直接连接到被设置成绕第3轴线可以旋转的焊炬上。焊丝由送丝机的送给滚筒引导并输送，与焊接电流用缆线及保护气体供给用管一同连接到焊炬上。送给滚筒的驱动通过收放在第1手腕单元内部的焊丝供给马达进行。

Description

机器人的管线处理装置

技术领域

本实用新型涉及在安装并使用了机械手、焊炬或其他作业工具的工业用机器人中的处理包含连接到该作业工具的配线及/或配管的管线的装置。

背景技术

通常工业用机器人(以下，简称为机器人)将机械手、焊炬等、某些作业工具安装在手腕前端附近而进行使用。另外，也有安装摄像机、力传感器等的情况。在本说明书中将这些安装在手腕前端附近的摄像机和力传感器也视为一种“作业工具”。这些作业工具大多需要电能、电信号或空气、保护气体、焊丝等物资的供给。而且，为了将这些被供给物输送至作业工具而使用配线或配管。这些配线或配管的形态各种各样，可以将多条配线或配管整理为一根导管缆线，也可以将几根管线单元捆在一起形成一组。另外，也有将对机器人各轴的伺服马达进行驱动控制的伺服控制用缆线捆在一起，或形成复合组的例子。在本说明书中，将这些情况归纳整理，用“管线”这一表述来代表。

以往，将这样的管线相对机器人进行配设并连接到安装在手臂前端附近的作业工具的场合，采用至前臂的跟前将管线内藏于机器人手臂内、从前臂部至手腕前端通过安装在机器人手臂外侧的悬吊装置等以悬吊的状态传送管线的方式。

图1是示例该状态的图，记载于日本特开2004-98174号公报。在该图中，符号1是在手腕附近与机械手5并排安装了模拟摄像机、数码摄像机和力传感器C/S的机器人，连接摄像机和力传感器C/S的缆线CB从设置在机器人1的底座11上的附带连接器的分线盘3起通过机器人机构部的内部，在前臂4的跟前向机器人机构部的外部引出。而且，将向该机器人自身外部引出的缆线CB用安装在前臂4附近的悬吊装置9吊起，通过前臂4外侧到达摄像机或力传感器C/S。

这样的管线处理系统在安装了手臂等、其他的作业工具的机器人中也被广泛采用。但是，像这样在将管线在机器人前臂上方传送方式中，机器人手臂轴进行动作作业工具的姿势发生较大的变化时，由于弯曲或扭曲的负荷，难以避免构成管线的配线或配管较快地开始疲劳，另外，难以避免管线的动作的不稳定性。其结果是，将产生配线或配管的寿命的低下、由于破损而导致的定期维护的频度的增加等问题。另外，也有管线的动作的不稳定性产生干涉的危险的情况。

对待这样的问题，也提出了例如在同一个特开2004-98174号公报中也被提案的那样，将管线内装在机器人前臂的内部的处理方式。通过该提案，问题虽然得到相当大的改善，但根据以往提案中机器人使用的系统的内容，需要对机器人进行个别的准备工作，结果，产生机器人制造成本增大的问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的在于消除上述以往技术的问题点。即，本实用新型的目的之一是提供一种机器人的管线处理装置，即使手腕轴进行动作作业工具的姿势发生较大变化，管线的动作也不会较大变化，因此，施加在构成管线的配线或配管的负担减小。另外，本实用新型的另一个目的在于提供一种机器人管线的处理装置，能够容易地在现场实现管线的配设，能够灵活地应对系统的变更。

(二)技术方案

本实用新型使用如下处理装置来解决上述问题，即，在绕相对于机器人的最终轴的旋转轴有一定量偏离的平行的轴可以旋转地保持作业工具的同时，作业工具用的管线通过第1手腕单元用的减速机构的中空部，从设置在前臂前方(第1手腕单元)侧面的开口部被导向外部，在该处利用适当的保持构件一度加以保持，而且被连接到作业工具上。

更为具体地说就是，本实用新型提供一种机器人的管线处理装置，用于铺设处理包括与该机器人的作业工具连接的配线及/或配管的管线，上述机器人具备：前臂，包括前臂基部及第1手腕单元，并且上述第1手腕单元相对于上述前臂基部绕沿上述前臂的长度方向的第1轴线可以旋转地被设置；第2手腕单元，相对于上述第1手腕单元绕与上述第1轴线大体垂直相交的第2轴线可以旋转地被设置；以及作业工具，相对于上述第2手腕单元绕与上述第2轴线大体垂直且与上述第1轴线相隔规定距离的第3轴线可以旋转地被设置，具有：减速机，是用于驱动上述第1手腕单元绕上述第1轴线旋转的中空装置，并且被配置在上述前臂基部与上述第1手腕单元之间，使得上述中空装置的减速机的旋转中心轴线和上述第1轴线一致；以及管线保持部，被设置在上述第1手腕单元的侧面，上述管线通过上述中空装置的减速机的中空部，从设置在上述管线保持部附近的第1开口部被导向外部，构成该管线的管线单元的至少一部分由上述管线保持部保持后被连接到上述作业工具上。

上述作业工具可以做成具备可以开闭的把持爪的机械手。

在上述前臂基部能够设置与上述中空装置的减速机的中空部连通的第2开口部。在该场合，可以使用焊炬作为上述作业工具，使用包括焊结电流用缆线、保护气体供给用管以及焊丝供给用的套管的管线作为上述管线，可以将送丝机设置在上述第1手腕单元上，从上述第2开口部导向上述前臂内部并朝向上述中空装置的减速机的中空部地配设上述管线。

上述送丝机也可以兼作上述管线保持构件。或者，上述管线保持构件也可以设置在上述送丝机的附近。

另外，上述送丝机的焊丝供给用马达可以收放在上述第1手腕单元的内部。

(三)有益效果

1、采用本实用新型装置即使手腕轴进行动作作业工具的姿势发生较大变化，管线的动作也不会较大变化，因此，施加在构成管线的配线或配管的负担减小。

2、本实用新型能够容易地在现场实现管线的配设，能够灵活地应对系统的变更。

附图说明

本实用新型上述或其他的目的、特征及优点，通过参照附图对以下优选实施例进行的说明会更清楚地理解。

图1是表示与以往技术的管线处理装置的示例图。

图2a是本实用新型的第1的实施例的全体配置的主视图。

图2b表示由图2a的前臂前部至作业工具的部分的侧视图。

图3a是第1实施例的前臂及其周边的详细装置的主视图。

图3b是表示由图3a的前臂前部至作业工具的部分的侧视图。

图4是对本实用新型的第1实施例中的前臂前端及其周边部分的装置进行说明的截面图。

图5是对本实用新型的第2实施例中的前臂及其周边装置进行说明的截面图。

图6是示例前臂内部的配线装置的截面图。

图7是示例本实用新型中可以采用的马达控制用缆线的配线状态的图。

具体实施方式

以下参照图2～图7对本实用新型的实施例进行说明。另外，实施例大体对以下两种实施例进行说明：机器人是安装了机械手作为作业工具的操作机器人，而且配设的管线是该机械手的控制用的控制缆线的例子(第1实施例)；机器人是安装了焊炬作为作业工具的电弧焊接机器人，而且配设的管线包括焊接电流用缆线、保护气体供给用管以及焊丝供给用套管的管线的例子(第2实施例)，但这些也仅仅是示例而已。

首先图2a及图2b是说明本实用新型的第1实施例的全体配置的图。详细地说就是，图2a是全体配置的主视图，图2b表示由前臂前部至作业工具的部分的侧视图。该图中，机器人10为6轴构成的机器人，在手腕前端附近安装了机械手17。机械手17是利用气缸(省略图示)开闭把持爪18的的众所周知的方式的机械手，用来进行该把持爪18的开闭的控制缆线(管线)6由机器人控制装置20导入机器人1的底座11内，由此经过上臂13，再到达由前臂基部14以及第1手腕单元15形成的前臂的前端附近，被配设到机器人机体内。另外，控制缆线(管线)6与驱动各轴的伺服马达的配线合并，如关于伺服马达12所示例的那样，在适当的位置朝向伺服马达进行分路。

在第1手腕单元15的侧面，设置了开口部(第1开口部)21和管线保持构件22。管线6由开口部21向机器人机体外部引出，用其附近的管线保持构件22一度保持，由此沿着第2手腕单元16引导至机械手17。在管线保持构件22上能够使用例如众所周知的固定件(夹紧部件)。另外，在保持管线6时，也可以使用容许管线6的长度方向的活动和扭转转动运动(自转)的固定件。或者，通过配置具有连接功能的连接箱，能够进一步提高功能性。这样的例子将在后面阐述。还有，在本说明书中，具有这样的管线6的连接功能的连接箱也视为“管线保持构件”。

机器人10的各轴的伺服马达的驱动控制以众所周知的方式按照由机器人控制装置20输出的动作指令而进行。另外，机器人控制装置20向伺服马达发出动作指令的同时，也向机械手17输出把持指令，控制把持爪18的开闭动作。另外，机械手17把持到把持对象物(例如组装部品)时，把持确认信号通过控制缆线(管线)6被输送到机器人控制装置20。

图3a及图3b是关于图2a及图2b表示全体的实施例，对前臂以及其周边的详细装置进行说明的图。详细地说，图3a是该部分的主视图，图3b是表示由前臂前部起至作业工具的部分的侧视图。还有，作为管线保持构件22，就设置了连接箱的例子进行说明。

在图3a及图3b中，符号30是具有中空部31的中空装置的减速机，设置在前臂基部14上。虽然详细的结构已省略，但减速机30的输入侧与驱动第1手腕单元15绕沿着前臂(＝由前臂基部14起至第1手腕单元15的部分)的长度方向的第1轴线A旋转的伺服马达结合，输出侧与第1手腕单元15结合。管线6在前臂基部14内部由减速机30的后侧进入中空部31，贯通该中空部31导入第1手腕单元15的内部空间151内。管线6大体沿着第1轴线A通过空间151内，到达开口部21。

相对第1手腕单元15而设置的第2手腕单元16通过第5轴的伺服马达(省略图示)的驱动绕与第1轴线A大体垂直相交的第2轴线B进行旋转(摆动)动作。一方面，机械手17由机器人10的最终轴的伺服马达旋转驱动，并设置成绕与第2轴线B大体垂直，而且与第1轴线A相隔规定距离的第3轴线C可以旋转。对用于驱动机械手17(一般为作业工具)绕第3轴线C旋转的机构的例子将在后面叙述。

再者，在开口部21附近，设置连接箱23，管线6一度连接到该连接箱23上，由连接箱23至机械手17重新配设管线6。另外，在第1手腕单元15的内部，在面临开口部21的位置上设置电池阀24。该电池阀24支配向开闭机械手17的把持爪18的气缸进行空气供给/抽吸。

相对于此，在本实施例中的管线6中不仅包括驱动最终轴的伺服马达(后述)的控制缆线等的电气配线，而且还包括空气配管。在该配管上插入上述电池阀24。再者，图2中进行了省略，空气供给/吸气源配置在外部，该空气供给/吸气动作由机器人控制装置20以众所周知的方式进行控制。另外，来自于空气供给/吸气源的配管(省略图示)在适当的位置(例如底座11的跟前)与管线6合并在一起。另外，由于这些与空气供给有关的事项本身为众所周知，所以这里/不再详细说明。

当机器人10(参照图2a)进行操作作业时，使各轴的伺服马达进行动作，从而控制机械手17的位置和姿势。此时，为了控制机械手17的姿势，第4轴～第6轴频繁地动作。因此，试考虑各轴动作时对管线6产生的影响。首先，当第4轴动作时第1手腕单元15便绕第1轴线A进行旋转。但是，因为管线6由减速机30的中空部31通过第1手腕单元15的内部，到达开口部21，所以，第1手腕单元15绕第1轴线A的旋转而产生的负担较小。

当第5轴动作时，第2手腕单元16绕第2轴线B摆动。虽然由于该运动引起机械手17绕第2轴线摆动，但因为管线6在开口部21附近一度得以保持，所以从该处到机械手17的较短的部分只进行大体追随第2手腕单元16的动作。因此，还是管线6所承受的负担不大。

当第6轴线动作时，机械手17便绕第3轴线C旋转。此时，由于第3轴线C从第1轴线A偏离规定的距离，连接机械手17的管线6上只作用有扭曲力，因此管线6部没有抖动。

反过来说，正因为即使最终轴动作也没有这样的抖动发生，所以能够只考虑动作范围比较小的第2手腕单元16绕第2轴线的摆动动作，采用从第1手腕单元15的侧面引出的方式铺设管线6。这样，采用本实施方式，相对机器人最终轴的旋转动作以及第2手腕单元绕第2轴线B的摆动动作可以维持稳定的动作。另外，在到达设置在第1手腕单元15的侧面的开口部21的部分，由于管线6通过第1手腕单元15的内部和旋转用驱动机构的中空，所以，即使第1手腕单元15绕第1轴线A旋转动作，构成管线6的配线和配管也能够在前臂内部比较长的范围内吸收扭曲，使以稳定的动作进行处理变为可能。

接下来，参照表示前臂前端及其周边部分的装置的图4，对机械手17的旋转机构驱动进行说明。如该图所示，第2手腕单元16上配置手腕最终轴(第6轴)驱动用的伺服马达40，借助于支撑轴承内藏的减速机构41，伺服马达40的旋转传递到输出凸缘42。输出凸缘42的旋转再借助于输入齿轮44和输出齿轮45传递到机械手17，机械手17旋转。伺服马达40、输出凸缘42及输入齿轮44的安装位置和姿势被设计成使它们的旋转轴线D与第1轴线A(参照图3)相交。从而，通过输出齿轮45和机械手17的旋转轴线C与旋转轴线D之间的存在距离，确保旋转轴线C和第1旋转轴线A之间的距离。该距离为“规定距离”。

输出齿轮45配置在齿轮箱43内，输入齿轮44在输出凸缘42上，另外输出齿轮45借助于轴承46可以旋转地被支撑在齿轮箱43内。机械手17固定在输出齿轮45的前端侧(远离伺服马达40一侧)，管线(这里为空气管)6可以旋转地被连接在其相反一侧。空气管连接到齿轮箱43上，内部的配线·配管通过输出齿轮45的中空部47连接到机械手17上。

下面图5是表示第2实施例的主要部分的图，表示前臂及其周边的装置。本实施例与第1实施例的基本不同点是：作业工具不是机械手而是焊炬。如图所示，在本实施例中，在前臂基部14的背面一侧(远离第1手腕单元15一侧)设置开口部(第2开口部)26，由该开口部26导入管线60。导入前臂基部14内部的管线60通过中空装置的减速机30的中空部31，从设置在第1手腕单元15的侧面的开口部(第1开口部)25向外部引出。

对应于机器人为电弧焊接机器人的情况，管线60由用焊丝供给用套管包围的焊丝61、焊接电流用缆线62以及保护气体供给用管63构成。在这些管线单元中，焊接电流用缆线62和保护气体供给用管63直接连接到被设置成绕第3轴线C可以旋转的焊炬19上。另外，绕第3轴线C可以旋转地设置焊炬19，对于驱动该焊炬的机构由于与参照图4所进行的说明内容相同，所以在此将其说明省略。

焊丝61在与焊接电流用缆线62以及保护气体供给用管63分路之前从焊丝供给用的套管内露出，利用送丝机50的送给滚筒51引导并输送，再度被包围到焊丝供给用套管内，与焊接电流用缆线62以及保护气体供给用管63一同连接到焊炬19上。另外，送给滚筒51的驱动由收放在第1手腕单元15内部的焊丝供给用马达52来进行。

另外，在图5中，由于描绘的原因，作为管线单元，只示出了连接到焊炬19上的管线单元，但对于其他的配线或配管与在图2中说明的内容相同。例如，控制缆线从机器人控制装置20借助于机器人自身的底座11的分线盘的连接器被引入机器人机构内部，引入的控制缆线通过旋转机体中心的中空部。从控制缆线分支出的一部分缆线连接到第1轴及第2轴驱动马达上。剩余的控制缆线沿着上臂13(参照图2)内藏于机器人手臂内，并导至前臂基部14。由控制缆线分支出的一部分缆线连接到第3轴以及第4轴驱动马达上，剩余的缆线与管线60分开地，由前臂基部14内部通向第1手腕单元15的内部。

图6是示例前臂内部的配线装置的截面图。如该图所示，通过前臂内部的管线单元(配管及/或配线)70通过保护管80内。电信号线为从屏蔽套和蒙皮中露出的状态，并通过保护导管80内。另外，对于马达控制用缆线81也如图7所示，以在保护导管80的外侧螺旋状盘延的状态进行配线。由此，当前臂进行旋转动作时，扭曲力的吸收变得较为容易，前臂旋转动作时(通常在±180度以上)，即使在前臂旋转轴附近受到弯曲·扭曲，也能够确保寿命。另外，虽然取掉屏蔽套部件，容易受到来自外部的噪音的影响，并且，噪音也容易向外部流出，但若通过由具有导电性的物质构成前臂，并将前臂和机器人自身底座用地线接地，来代替屏蔽套部件而进行使用的话，就能够对应噪音。再者，位于前臂的作业工具用配线·配管70和马达控制用缆线81分开铺设，但在前臂后部和第1手腕单元侧面的开口部28(也可兼用上述开口部21或25)可以由后面通过必要的缆线。

由此，机器人的用户便可以根据现场的系统追加必要的作业工具用配线·配管。即使在该场合，由于用部件等将马达控制用缆线81和作业工具配线·配管70的处理部划分开，所以，可以提供一种不会对马达控制用缆线81的寿命产生影响的机器人。

该图6所示装置可在用户需在现场对作业工具用追加配线的场合利用。即，使追加配线通过具有大体呈圆形截面的缆线保护管80，将导入配管前臂的马达控制用缆线81及作业工具用配线·配管70的铺设部区分开，使缆线相互之间不接触，由此便能够确保马达控制用缆线81的可靠性。再者，最好在保护管中，使用特氟隆(注册商标)制等滑动性能良好的材料，减小与管线单元的摩擦。

配线·配管70由于在第2手腕单元的摆动动作时承受一定的弯曲，必须使其具有必要的富余长度，但例如操作机器人通常从水平面朝向下侧进行作业的情况较多，手腕摆动的动作范围能够限制在130度左右。因此，能够以沿着前臂的状态比较轻松地传送该部分的配线配管。

采用本实用新型，能够减轻施加在作为连接到安装在机器人手腕前端附近的作业工具的管线的构成单元的配线或配管上的负荷，而且机器人动作时的管线动作稳定。所以，能够实现这些配线或配管的长寿命化，而且也可以防止和周边器械的干涉。另外，在前臂的前部(第1手腕单元)及后部(前臂基部)分别设置开口部(第1及第2开口部)，贯通前臂内部及减速机的中空部地使两开口部的间隔连通，由此在必需进行系统变更等时的管线的变更、追加等作业便能够在现场容易地进行。因此，在进行各种的系统变更时，成为底座的机器人的种类也可以维持在最小限度，从而在经济上是有利的。

为了便于说明，参照选定的特定的实施例对本实用新型进行说明，但在不脱离本实用新型的基本概念和范围的情况下本领域的技术人员可以进行多种变更。

Claims (4)

1.一种机器人的管线处理装置，用于铺设处理包括与该机器人(10)的作业工具(17；19)连接的配线及/或配管的管线(6；60)，上述机器人(10)具备：前臂，包括前臂基部(14)及第1手腕单元(15)，并且上述第1手腕单元(15)相对于上述前臂基部(14)绕沿上述前臂的长度方向的第1轴线(A)可以旋转地被设置；第2手腕单元(16)，相对于上述第1手腕单元(15)绕与上述第1轴线(A)垂直相交的第2轴线(B)可以旋转地被设置；以及作业工具(17；19)，相对于上述第2手腕单元(16)绕与上述第2轴线(B)垂直且与上述第1轴线(A)相隔规定距离的第3轴线(C)可以旋转地被设置，其特征在于，

具有：减速机(30)，是用于驱动上述第1手腕单元(15)绕上述第1轴线(A)旋转的中空装置，并且被配置在上述前臂基部(14)与上述第1手腕单元(15)之间，使得上述中空装置的减速机(30)的旋转中心轴线和上述第1轴线(A)一致；以及管线保持部(22)，被设置在上述第1手腕单元(15)的侧面，

上述管线(6；60)通过上述中空装置的减速机(30)的中空部(31)，从设置在上述管线保持部(22)附近的第1开口部(21)被导向外部，构成该管线(6；60)的管线单元的至少一部分由上述管线保持部(22)保持后被连接到上述作业工具(17；19)上。

2.根据权利要求1所述的机器人的管线处理装置，其特征在于，

上述作业工具是具备可以开闭的把持爪(18)的机械手(17)；在上述前臂基部(14)上设置与上述中空装置的减速机(30)的中空部(31)连通的第2开口部(26)。

3.根据权利要求2所述的机器人的管线处理装置，其特征在于，

上述作业工具为焊炬(19)，上述管线为包括焊接电流用缆线(62)、保护气体供给用管(63)以及焊丝供给用套管(61)的管线(60)，送丝机(50)被设置在上述第1手腕单元(15)上，上述管线(60)从上述第2开口部(26)被导入上述前臂内部并朝向上述减速机(30)的中空部(31)地被配设。

4.根据权利要求3所述的机器人的管线处理装置，其特征在于，

上述送丝机(50)兼作上述管线保持部(22)；上述管线保持部(22)被设置在上述送丝机(50)的附近。

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