JP2006159305A - ロボットの線条体案内装置及び線条体案内装置を備えたロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 他の構成部材又は外部と線条体との干渉を最小限に抑えるとともに剛性の高い線条体案内装置、及び該装置を備えたロボットを提供する。
【解決手段】 線条体案内装置すなわちアダプタ２０は、第３手首要素１８に固定される第１板状部材２１と、第１板状部材２１と略平行に対向配置された第２板状部材２２と、第１板状部材２１及び第２板状部材２２を互いに連結する連結部材２３とを有する。第１及び第２板状部材２１及び２２並びに連結部材２３は協働して、線条体３２をアダプタ内部に導入するための第１開口部２５を画定する。第２板状部材２２の、エンドエフェクタ３０に固定される固定部分からいくらかオフセットして（すなわち手首第３軸５４からずれた位置に）延びる延長部分には、線条体３２を挿通可能な第２開口部２６が設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボットの配線及び配管等を含む線条体を扱う線条体案内装置、及び該装置を備えたロボットに関する。

ロボットで作業を行う場合には、手首先端に取付けたエンドエフェクタに動力や信号を伝えるための配線、配管等からなる線条体が必要となる。これらの線条体をロボットのアームや手首周辺に沿って引回すときは、線条体がアームや他の周辺機器等と接触して破損又は摩耗する場合がある。このような不具合を解消するために、これまでいくつかの提案がなされている。

例えば特許文献１には、手首周辺の要所に配置されたクランプを用いて線条体を保持する布設形態が開示されている。クランプは、線条体の手首周りでの擦れや絡まりを軽減するために、アーム旋回軸等の要所に、手首に対し旋回可能に取付けられて線条体を保持する。クランプは手首各軸の動作に伴って旋回するので、線条体のアームへの巻き付き等が防止される。

また特許文献２には、２つのフランジを互いに連結する２つの接続部材を備えた中間部材を手首フランジとエンドエフェクタとの間に配置する構造が開示されている。線条体は、中間部材内部すなわち２つの接続部材の間を通して配設される。

さらに特許文献３には、連結部材の中央に開口部を設け、線条体をその開口部に挿通させる構造が開示されている。連結部材は、ロボットの回転関節において回転の駆動を伝達する略円筒状の部材であり、側面及び片側の端面が大きく開口している。線条体は連結部材の側面の開口部から連結部材に導入され、端面の開口部から導出される。

特開２００１−１５０３８２号公報 特開２００３−１３６４６２号公報 特開平７−１２４８８６号公報

特許文献１のようなクランプで線条体を保持する構造では、手首各軸の動作範囲を広く確保しようとすると、クランプ近傍では線条体とアーム又は手首等との接触は生じないが、それ以外の部分では接触が生じる場合がある。従ってクランプ間で線条体を大きく弛ませる必要があり、結果として線条体が大きく張り出して周辺機器等との接触が生じ易い。また手首各軸の回転時にクランプ同士が干渉することを避けるために、手首の動作範囲を制限する必要もある。

特許文献２のような構成では、接続部材が２つに分割されているため中間部材の剛性が低く、ロボット動作時にエンドエフェクタが振動しやすくなる。振動を抑えるためには、ロボット動作速度を制限しなければならず、動作のサイクルタイムが増加する。

特許文献３に開示されるような連結部材の構成を手首フランジとエンドエフェクタとの間に適用する場合は、手首フランジとエンドエフェクタとの間に配置される部材には、エンドエフェクタ側の固定面の略中央に開口部が設けられることになる。この部材に線条体を配設すると、線条体はエンドエフェクタ固定面の中央付近から引出さねばならず、線条体とエンドエフェクタとの干渉が生じる。

そこで本発明は、他の構成部材又は外部と線条体との干渉を最小限に抑えるとともに剛性の高い線条体案内装置、及び該装置を備えたロボットを提供する。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、前腕、前記前腕の先端に回転可能に設けられる手首要素、前記手首要素の１つに取付けられるエンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタに接続される可撓性の線条体を有するロボットに設けられる、前記線条体を前記ロボットの動作に適応させて案内する線条体案内装置であって、前記手首要素に固定される第１板状部材と、前記エンドエフェクタに固定されるとともに、前記第１板状部材から少なくとも前記線条体の直径だけ離れて前記第１板状部材に対向配置される第２板状部材と、前記第１及び第２板状部材を互いに連結する連結部材と、を有し、前記第１及び第２板状部材並びに前記連結部材は、前記線条体を通すための通路を形成し、前記第１及び第２板状部材並びに前記連結部材は協働して、前記通路内に前記線条体を導入するための前記通路の第１開口部を画定し、前記第２板状部材は、前記線条体を前記通路から導出するための前記通路の第２開口部を有する、線条体案内装置を提供する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の線条体案内装置において、前記第２開口部は、前記手首要素の回転軸に略平行な方向に開口する、線条体案内装置を提供する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の線条体案内装置において、前記第２板状部材は、前記エンドエフェクタに固定される固定部分と、該固定部分から前記手首要素の回転軸から離れる方向に延びる延長部分とを有し、前記第２開口部は前記延長部分に形成される、線条体案内装置を提供する。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の線条体案内装置において、前記連結部材は、前記手首要素の回転軸から前記第２開口部と同じ側に離れた位置に形成される、線条体案内装置を提供する。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の線条体案内装置において、前記第２板状部材は、前記第２開口部近傍に前記線条体を保持するホルダをさらに有する、線条体案内装置を提供する。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の線条体案内装置を備えたロボットを提供する。

本発明によれば、第１板状部材と第２板状部材との間の連結部材の剛性を従来より高めることができ、結果として線条体案内装置全体の剛性を高くすることができる。従ってロボットの振動が発生しにくくなり、振動抑制のためにロボットの動作速度を下げてサイクルタイムを増加させる必要がない。また第２板状部材の第２開口部は手首要素の回転軸に略平行に開口するので、線条体の張り出し量を小さくすることができる。さらに第２開口部は手首要素の回転軸からずれた位置に形成されるので、エンドエフェクタを線条体と干渉することなく手首要素の回転中心に配置することができる。加えて、連結部材が手首要素の回転軸から第２開口部と同じ側にずれた位置に形成されることにより、連結部材と線条体との干渉が回避され、ロボットの広い動作範囲を確保することができる。

本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る線条体案内装置を含む、ロボット１の前腕先端からエンドエフェクタまでの全体構成を示す図である。図示するように、ロボット１の前腕１０の先端には手首１２が設けられる。手首１２は、前腕１０の長手軸方向の手首第１軸５０を中心として回転するように前腕１０の先端に取付けられた第１手首要素１４と、手首第１軸５０に直交する手首第２軸５２を中心として回転するように第１手首要素１４に取付けられた第２手首要素１６と、手首第２軸５２に直交する手首第３軸５４を中心として回転するように第２手首要素１６に取付けられた第３手首要素１８とから構成される。第３手首要素１８の先端には、線条体案内装置すなわちアダプタ２０が取付けられ、さらにアダプタ２０には、スポット溶接ガン又はハンドリングツール等のエンドエフェクタ３０が取付けられる。

エンドエフェクタ３０への動力や信号は、配線及び配管等からなる線条体３２によって伝達される。線条体３２は、図示しないロボットのベースから前腕１０及び手首１２に沿って配設され、断面図２に示すようにアダプタ２０の内部を通ってエンドエフェクタ３０に接続される。

線条体案内装置すなわちアダプタ２０は、図１及び図３に示すように、第３手首要素１８に固定される第１板状部材２１と、第１板状部材２１から少なくとも線条体３２の直径に相当する長さだけ離れて第１板状部材２１と略平行に対向配置された、エンドエフェクタ３０に固定される第２板状部材２２と、第１板状部材２１及び第２板状部材２２を互いに連結する連結部材２３とを有する。第１及び第２板状部材２１及び２２並びに連結部材２３は、線条体３２を通すための通路２４を形成する。また第１及び第２板状部材２１及び２２並びに連結部材２３は協働して、線条体３２をアダプタ内部すなわち第１板状部材２１と第２板状部材２２との間に導入するための入口すなわち第１開口部２５を画定する。また図３に示すように、第２板状部材２２は、エンドエフェクタ３０に固定される固定部分２２ａと、固定部分２２ａから第１の開口部２５の反対側に延びる延長部分２２ｂとを有し、さらに延長部分２２ｂには、線条体３２を挿通可能な出口すなわち第２開口部２６が設けられる。換言すれば、第２の開口部２６は、第２板状部材２２上であって手首第３軸５４からいくらかオフセットすなわちずれた位置に設けられる。第２開口部２６は、第１開口部２５に挿入された線条体３２が手首第３軸５４を横切って第２開口部２６から容易に引出されるように、手首第３軸５４に関して第１開口部２５と略反対側に位置するように形成されることが好ましい。

次に線条体３２の配設形態について説明する。図１に示すように、図示しないロボットのベースから前腕１０に沿って配設された線条体３２は、第１手首要素１４に設けられた第１ホルダ３４によって保持される。第１ホルダ３４は、線条体３２を確実に固定する構造でもよいし、線条体３２の長手方向に線条体３２を摺動可能に保持する構造でもよい。また第１ホルダ３４は、図１に示すような適当な取付具３６を介して第１手首要素１４に取付けられてもよく、さらに取付具３６は第１手首要素１４に固定されてもよいし、第１手首要素１４の外周に沿って手首第１軸５０の周りを回転可能に構成されてもよい。さらに、第１ホルダ３４は取付具３６に固定されてもよいし、手首第１軸５０に略垂直な軸を中心として取付具３６上で旋回可能に取付けられてもよい。

保持部材３４に保持された線条体３２は、第２手首要素１６及び第３手首要素１８に沿って延び、アダプタ２０の第１開口部２５内に導かれる。このとき、線条体３２が垂れ下がることによって線条体３２が手首１２に過度に巻き付いたり周辺機器に接触したりすることを防止するために、第３手首要素１８のアダプタ２０側に線条体３２を覆うカバー３８を設けてもよい。

アダプタ２０の第１開口部２５から導入された線条体３２は、アダプタ２０の内部すなわち通路２４内を通り、手首第３軸５４を横切って、第２板状部材２２の第２開口部２６から引出され、エンドエフェクタ３０に接続される。図２に示すように、線条体３２はアダプタ２０内部において手首第３軸５４を横切った後に手首第３軸５４に平行に近づく方向に偏向させられる。このような構成によれば、手首第３軸５４の回転によってアダプタ２０が例えば図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に変化したときの線条体３２の挙動には、アダプタ２０内部の曲げだけでなく、手首第３軸５４を横切ってから第２開口部２６に至るまでの間での捩れも含まれる。従って線条体の曲げだけが生じる場合よりも局所的な歪みが線条体に生じにくく、有利である。さらに、連結部材２３が手首第３軸５４から第２開口部２６側にオフセットしていることにより、第３手首要素１８の回転時に線条体３２と連結部材２３との干渉が生じにくく、オフセットしていない場合よりも手首第３軸５４周りの動作範囲を広く確保することが可能となる。なお、図１及び図２に示すように、第２開口部２６から引出された線条体３２は、手首第３軸５４に平行に近い方向に確実に向けられるために、アダプタ２０の第２板状部材２２の第２開口部２６近傍に設けられた第２ホルダ４０に保持されることが好ましい。

第２開口部２６は連結部材２３には設けられないので、アダプタ２０の剛性を高くすることができる。従ってロボットの高速動作時に生じ得るエンドエフェクタ３０の振動を抑制することができる。

また第２開口部２６は第２板状部材２２上の手首第３軸５４からいくらかオフセットした位置に設けられるので、第２板状部材２２に対するエンドエフェクタ３０の着脱の作業性が損なわれることはない。また線条体３２は、第２開口部２６が手首第３軸に略平行な方向に開口しているので、手首第３軸５４に対し垂直ではなくより平行に近い角度で第２開口部２６から引出される。従って、線条体３２の手首１２周辺での外部への張り出し量を最小限に抑えることができる。なお図２を参照すると、本実施形態では線条体３２がアダプタ２０の第２開口部２６から引出されるときの手首第３軸５４に対する角度θは約４５°であるが、本発明はこの角度に限定されるものではなく、手首第３軸５４の動作角度範囲、線条体３２を構成する配線の材質等に基づく線条体３２の剛性、又はエンドエフェクタ３０の形状によって適宜変更されてもよい。上述の角度が０°に近い程、線条体３２の外部への張り出し量は小さくなる。

本発明の好適な実施形態に係る線条体案内装置を含む、ロボットの前腕先端からエンドエフェクタまでの全体構成を示す図である。 図１において線条体案内装置を断面で示した図である。 線条体案内装置の斜視図である。 （ａ）図１を４−４′方向から見た、線条体案内装置内部での線条体の挙動を示す図であり、（ｂ）（ａ）の状態から第３手首要素が９０°回転した状態を示す図である。

符号の説明

１ ロボット
１０ 前腕
２０ アダプタ
２１ 第１板状部材
２２ 第２板状部材
２３ 連結部材
２４ 通路
２５ 第１開口部
２６ 第２開口部
３０ エンドエフェクタ
３２ 線条体

Claims (6)

1. 前腕、前記前腕の先端に回転可能に設けられる手首要素、前記手首要素の１つに取付けられるエンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタに接続される可撓性の線条体を有するロボットに設けられる、前記線条体を前記ロボットの動作に適応させて案内する線条体案内装置であって、
   前記手首要素に固定される第１板状部材と、
   前記エンドエフェクタに固定されるとともに、前記第１板状部材から少なくとも前記線条体の直径だけ離れて前記第１板状部材に対向配置される第２板状部材と、
   前記第１及び第２板状部材を互いに連結する連結部材と、を有し、
   前記第１及び第２板状部材並びに前記連結部材は、前記線条体を通すための通路を形成し、
   前記第１及び第２板状部材並びに前記連結部材は協働して、前記通路内に前記線条体を導入するための前記通路の第１開口部を画定し、
   前記第２板状部材は、前記線条体を前記通路から導出するための前記通路の第２開口部を有する、
   線条体案内装置。
2. 前記第２開口部は、前記手首要素の回転軸に略平行な方向に開口する、請求項１に記載の線条体案内装置。
3. 前記第２板状部材は、前記エンドエフェクタに固定される固定部分と、該固定部分から前記手首要素の回転軸から離れる方向に延びる延長部分とを有し、前記第２開口部は前記延長部分に形成される、請求項１又は２に記載の線条体案内装置。
4. 前記連結部材は、前記手首要素の回転軸から前記第２開口部と同じ側に離れた位置に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の線条体案内装置。
5. 前記第２板状部材は、前記第２開口部近傍に前記線条体を保持するホルダをさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の線条体案内装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の線条体案内装置を備えたロボット。

Images