JP2004299002A - 配線・配管処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットのアーム先端に取付けたツールに接続される配線・配管の処理構造を改良して干渉範囲を縮小する。
【解決手段】アーム先端の回転軸部材の中空部の取出し口から取出され、その近傍に設けた中継部により中継されてツール取付け面に取付けられたツールに接続される。中継部のコネクタ類、継手類は、ツール取付け面より手首側に収納される。中継部の各中継コネクタ４０は、ツール取付け面に略平行な面上で、配線・配管の接続方向が半径方向を基準にして所定角度θ傾くように配置される。干渉範囲Ａ１は非傾斜時に比して小さくなる。コネクタ４０を配線・配管の接続方向が接線方向となるように配置しても良く、ツール取付け面の厚さ方向に並列に並べてコネクタ数を増やしても良い。中空部から配線・配管を取り出す部位にはシールを施すことが好ましい。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットのアーム先端に取付けたツールに接続される配線・配管の処理を行う装置に関する。本発明に従った配線・配管装置は、典型的には、産業ロボットのアーム先端部における電気配線や流体供給管の配管に利用される。なお、本明細書において、「配線・配管」なる表現を、「配線と配管の少なくとも一方を少なくとも１本含む線条体」を指す語として用いる。この線条体の例としては、「複数本の電気配線と複数本の流体配管を含むケーブル」、「複数本の電気配線と１本の流体配管を含むケーブル」、「複数の電気配線のみを含むケーブル」、「複数の流体配管のみを含むケーブル」などがある。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、ロボットのアーム先端に取り付けられるツールの多くは、電気信号、電力あるいは流体（ガス、液体など）の供給を要するものである。また、ツール側から信号をロボット制御装置等に伝える信号線が必要な場合も多い。従って、ロボットのアーム先端に取付けたツールに接続される配線・配管の処理をいかに行なうかは重要な問題である。
【０００３】
ロボットの手首先端までの配線・配管の処理形態としては、次のような方式がある。
（１）配線・配管を、ロボットアームの外部を経由してツールまで延ばし、ツールに直結させる方式；この方式を採用した場合、配線・配管がアームや手首まわりで擦れたり絡まったりするのを防止するための工夫が必要となる。その１つは、配線・配管をまとめてバネで吊り下げるブラケットを設け、このブラケットを介して配線・配管を手首先端のツールに接続するというものである。また、下記特許文献１では、擦れや絡まりを軽減する目的で手首の動きを吸収するための配線・配管取り回しブラケットを用いる方式も提案されている。
【０００４】
（２）ツール取付け面（フランジ）付近で半径方向に中継接続する方式；これは、下記特許文献２に記載されているもので、ロボット手首先端の回転中心を中空構造とし、配線・配管をツール取付け面付近で一旦半径方向に向けて（即ち、放射状に）取り出し、これを半径方向を向いた継手やコネクタで中継し、そこからツールへ接続する形式のものである。この方式によれば、ツール直前のツール取付け面部まで配線配管を外部に露出させることなく導くことができる。
【０００５】
（３）ツール取付け面付近で回転軸方向に中継接続配線・配管を回転軸方向に配置して中継する方式；この方式も採用可能な方式の１つと考えられるが、コネクタ類の長手方向がツールと干渉し易いため、エルボタイプのコネクタや継手を用いるケースに限って適用されることが多い。特殊な例として、下記特許文献３で提案されているように、ツール取付け面（フランジ）と自動工具交換装置を一体化することにより配線・配管を簡賂化したものがある。この提案では、ロボット手首先端の回転中心を中空構造とするとともに配線・配管をツール取付け面周囲に配置し、工具交換に際して、回転軸方向に向けて全ての配線・配管を同時に着脱するようになっている。
【０００６】
（４）その他の中継接続の方式；その他、ロボットの手首における中継方式として、相対回転部で配線・配管を接続するロータリジョイント（下記特許文献４、及び特許文献５参照）や、手首先端で複数のツールを交換して使い分ける為に、配線・配管を同時に着脱する自動ツール交換装置（下記特許文献６参照）などがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５０３８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２９０７９号公報
【特許文献３】
特開２００２−７９４８７号公報
【特許文献４】
特開平０５−２９３７８８号公報
【特許文献５】
特開平０５−１３８５８０号公報
【特許文献６】
特表平１１−５０４８６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来技術には下記のように種々の問題点がある。先ず、ロボットアームの外部を経由してツールまで直結する上記（１）の方式では、配線・配管が全体にわたって露出しており、アームや手首、周辺機器と接触したり、引っ掛けたりして損傷し易い。また、配線・配管を交換する場合もツールからアーム根元のところまで、長い区間をすべて交換する必要があり、交換費用や時間が掛かり、メンテナンス性が良いとは言えない。
【０００９】
ツール取付け面寸近で半径方向に中継接続する上記（２）の方式では、手首で配線・配管を中継するため、例えば手首から先のケーブルが損傷した場合に、短い区間を交換するだけで済む。一般に、手首から先のケーブルは損傷し易いから、これはかなりのメンテナンス上の利点と言える。ところがこの方式には、半径方向（放射状）にコネクタや継手が向くため、コネクタを含めた最大径が大きくなってしまうという欠点がある。
【００１０】
換言すれば、動作時の干渉範囲が非常に大きくなり、外部との接触を起こす可能性が高まる。更に、ロボット自身にも接触し易くなる。そのため、場合によっては動作範囲の制限が必要となる可能性もある。また、中空部でケーブルやホースが動けるようにする一方、粉塵などが中空部内に侵入しないように密閉する機構が必要になる。
【００１１】
次に、ツール取付け面付近で回転軸方向に中継接続する上記（３）の方式を採用した場合には、コネクタや継手とツールとの干渉が起こり易く、この干渉を避けるためにコネクタや継手がツール取付け面よりツール側に出ないように、エルボタイプのコネクタや継手を使い、更にツール取付け面を含む部材（回転軸部材）を厚くする必要が生じる。結果的に、ツールまでの距離が増し、手首の負荷が増大してしまう。
【００１２】
上記（４）の方式にも欠点がある。例えば上記特許文献４のロータリジョイントを用いる方式や、上記特許文献４の自動ツール交換装置との組合せ方式などでは、半径方向にコネクタ接続されているため、最大径が大きくなり、構造も複雑で高価となる。
そこで、本発明の目的は、これら従来技術の問題点を克服し、配線・配管がツール付近で破損しても交換が容易であり、しかもコンパクトで外部機器との干渉が生じ難くすることのできる配線・配管装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、ロボットのアーム先端に取付けたツールに接続される配線・配管の処理を行う装置を次のように構成する。即ち、ロボットのアーム先端の回転軸部材に、その回転中心軸線が通る中空部と、該回転軸部材先端に設けたツール取付け面とを具備させ、配線・配管を、前記中空部に導き、次いで前記回転軸部材の側面に設けた取出し口より前記中空部から取出し、更に該取出し口の近傍に設けた中継手段により中継して前記ツール取付け面に取付けられたツールに接続するようにする。
【００１４】
そして、前記中継手段による接続方向について、前記ツール取付け面に略平行であり、且つ、前記回転中心軸線周りの回転半径方向に対して０度でない所定角度を成すという条件を課す。ここで、前記取出し口と該取出し口に対応する前記中継手段を複数組設け、多数の配線・配管を扱えるようにすることもできる。また、前記取出し口と前記配線・配管の取出し口通過部位との隙間には、シールを施して外部からの被水や粉塵の侵入を防止することが好ましい。
【００１５】
このように、本発明では、配線・配管の外部との干渉を無くすため、少なくとも手首先端の回転軸が中空構造のロボットを使用し、その内部に配線・配管を挿通し、手首先端でこれを取り出す。また、メンテナンス性を向上させる為、手首ツール取付け面付近で全ての配線・配管を中継する方式をとる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の配線・配管装置を利用するロボット全体の外観を例示した図である。符号１で全体を示したロボットのアーム先端にはツール（ここではハンドを例示）３が取り付けられており、ロボット１の手首部２はその直前に位置している。本発明による配線・配管装置は、手首部２の先端のツール取付け面近傍における配線・配管の処理のために適用されるもので、そこに至るまでの配線・配管処理については任意であり、特に制限はない。
【００１７】
図１では、配線・配管１０がロボット１のベース付近から導入され、主にロボット機構の内部を通過して（破線参照）、手首部２先端付近に至るルートが、一般的なケースとして描かれているが、これはあくまで例示である。例えば、ツール３に接続される配線・配管の一部または全部が、ロボット機構の外部を通って手首部２先端付近に至る場合もある。また、多くの場合、ロボット１のベース付近から導入された配線・配管１０からは、順次、各軸のサーボモータ及びエンコーダへの接続のための配線が分岐している。これらの一般事項は、本発明と特に関係がないので、ここでは詳細説明を省く。
【００１８】
図２は手首先端の断面を示す図で、同図に示した通り、ロボット１のアーム先端の回転軸部材２０は、その先端にツール取付け面２１を備える一方、その回転中心軸線に沿って延在する中空部２２を備えている。符号１１、１２で例示された１本又は複数本の配線・配管（ここでは２本が描かれている）は、手首部２（図１参照）から中空部２２に導かれ、次いで回転軸部材２０の側面に設けた取出し口２３、２４より中空部２２から取出され、更に該取出し口２３、２４の近傍に設けた中継部３１、３２により中継されてツール取付け面２１に取付けられたツール３に接続されている。中継部３１、３２のコネクタ類、継手類は、ツール取付け面２１より手首側に収納されている事が望ましい。
【００１９】
ここで、中継部３１、３２の設け方について、本発明固有の考え方が取入れられている。即ち、中継部３１、３２の設け方について、それらに中継部３１、３２による配線・配管の線接続方向がツール取付け面２１に略平行となり、且つ、回転中心軸線周りの回転半径方向に対して０度でない所定角度を成すという条件が課せられている。
【００２０】
図３はその１番目の具体例（実施形態１）について説明する図で、軸方向から見た様子が描かれている。ここでは８個の中継コネクタ４０を用いた例が示されており、各中継コネクタ４０は、図示されている通り、ツール取付け面２１に略平行な面上（紙面に平行な面上）で、配線・配管の接続方向が半径方向を基準にして角度θだけ傾くように配置されている。所定角度θは０度でない所定角度（ここではθ＝約４５度を例示）とする。このような傾斜配置により、符号Ａ１で示したようなほぼ円形の干渉範囲が得られる。この干渉範囲Ａ１は、傾斜方式を採用していない従来の中継方式における干渉範囲と比較して明らかに小さくなっている。
【００２１】
図４及び図５は、比較のための２つの従来例１、２を表わしている。先ず、図４に示した従来例１では、ロボットのアーム先端のツール取付け面５１にツール３が取付けられる一方、回転部材の開口部５２、５３から配線・配管６１、６２が取り出され、エルボタイプのコネクタ類７１、７２で中継され、ツール３に接続されている。この場合、配線・配管の接続方向は軸方向を向いており、コネクタ類にエルボタイプを用いているため、ツール３との干渉を防ぐ観点から、ツール取付け面５１を含む回転軸部材の厚さを大きくとっている。
【００２２】
即ち、この従来例１は前述の（３）の方式に属し、コネクタや継手とツールとの干渉が起こり易く、この干渉を避けるためにコネクタや継手がツール取付け面よりツール側に出ないように、エルボタイプのコネクタや継手を使い、更にツール取付け面を含む部材（回転軸部材）を厚くする必要が生じている。結果的に、ツールまでの距離が増し、手首の負荷が増大してしまう。
【００２３】
次に、図５に示した従来例２は、中継部のコネクタ配置に従来方式を採用するもので、図示されている通り、図３に示した実施形態１と同種の中継コネクタ４０が、ツール取付け面２１に略平行な面上（紙面に平行な面上）で、配線・配管の接続方向が半径方向を向くように配置されている。換言すれば、この従来例２は、図３に示した配置で角度θ＝０度としたケースに相当する。このような非傾斜配置では、符号Ａ２で示したようなほぼ円形の干渉範囲が得られるが、この干渉範囲Ａ２は、当然、Ａ１より大きく、Ａ１＜Ａ２である。
【００２４】
即ち、この従来例２は前述の（２）の方式に属し、コネクタ類を回転中心から半径方向を向くように配置したために、干渉範囲が大きくならざるを得ない。 このように、従来例１、２にはそれぞれ欠点がある一方、上記したように、図３に示した実施形態１では、これら欠点が緩和されている。
【００２５】
図６（ａ）、（ｂ）は、中継方式について、２番目の具体例（実施形態２）を説明するもので、（ａ）は接続方向を示し、（ｂ）は軸方向から見たコネクタ配置の様子を示している。中継コネクタ４０の数はここでは４個が描かれており、各中継コネクタ４０は、ツール取付け面２１に略平行な面上（紙面に平行な面上）で、配線・配管の接続方向が接線方向となるように配置されている。
【００２６】
即ち、この実施形態２は、実施形態１で特に角度θ＝約９０度とした配置に相当する。この配置により、符号Ａ３で示したようなほぼ円形の干渉範囲が得られる。この干渉範囲Ａ３は、実施形態１における干渉範囲Ａ１より更に小さくなっている。
【００２７】
この場合、ツール取付け面の厚さ方向に並列に並べてコネクタを配置することにより、干渉範囲（干渉半径）を実質的に拡大することなくコネクタの総数を増やすことも可能である。その例を、図７に実施形態３として示した。この実施形態３では、ツール取付け面２１の厚さ方向に並列に２段構成でコネクタ４０が配置され、配線・配管１３〜１６が、各コネクタ４０で中継されてツール３に取付けられている。
【００２８】
なお、上述した各実施形態において、中空部から配線・配管を取り出す部位は、塵や水滴等の侵入口となり易い。図８は、これを防ぐためにシール構造を採用した例を実施形態４として示したものである。この実施形態４では、中空部２２から配線・配管１１〜１３を取り出す部位に、斜線で示したように、シール材８０で塞がれている。シール材８０の材料は各種のものが周知であり、例えばＮＢＲなどがある。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、中継コネクタや継手の接続方向が半径方向から傾けられているため、中空手首先端の中継部の最大外形（干渉範囲）を抑えることが可能になり、また、中継部を含めた手首サイズがコンパクト化され、周辺への干渉可能性も低減する。ロボットの動作制限の必要性も飛躍的に低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線・配管処理装置が適用されるロボット全体を例示した外観図である。
【図２】手首先端回転部の断面を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１について説明する図で、軸方向から見た様子が描かれている。
【図４】比較のために、回転軸方向に中継する従来例１について説明する図で、軸の側方から見た様子が描かれている。
【図５】比較のために、半径方向に中継する従来例２について説明する図で、軸方向から見た様子が描かれている。
【図６】実施形態２について説明する図で、（ａ）は接続方向を示し、（ｂ）は軸方向から見たコネクタ配置の様子を示している。
【図７】本発明の実施形態３について説明する図である。
【図８】本発明の実施形態４について説明する図である。
【符号の説明】
１ ロボット
２ 手首部
３ ツール
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、６１、６２ 配線・配管
２０ 回転軸部材
２１、５１ ツール取付け面（フランジ面）
２２ 中空部
２３、２４、５２、５３ 開口部
３１、３２ 中継部
４０、４１ 中継コネクタ
７１、７２ コネクタ類（エルボタイプ）
８０ シール材
Ａ１、Ａ２ Ａ３ 干渉範囲

Claims (3)

1. ロボットのアーム先端に取付けたツールに接続される配線・配管の処理を行う装置において、
   前記ロボットのアーム先端の回転軸部材は、その回転中心軸線が通る中空部と、該回転軸部材先端に設けたツール取付け面とを備え、
   前記配線・配管は、前記中空部に導かれ、次いで前記回転軸部材の側面に設けた取出し口より前記中空部から取出され、更に該取出し口の近傍に設けた中継手段により中継されて前記ツール取付け面に取付けられたツールに接続されており、 前記中継手段による接続方向が前記ツール取付け面に略平行であり、且つ、前記回転中心軸線周りの回転半径方向に対して０度でない所定角度を成すように、前記中継手段が設けられていることを特徴とする、配線・配管処理装置。
2. 前記取出し口と該取出し口に対応する前記中継手段が複数組設けられている、請求項１に記載の配線・配管処理装置。
3. 前記取出し口と前記配線・配管の取出し口通過部位との隙間がシールされている、請求項１又は請求項２に記載の配線・配管処理装置。

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