JP2007175849A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アームの駆動に伴ってアーム内に内線されたケーブルの表面が摩耗して断線することないロボットを提供する
【解決手段】アーム１２，１３の駆動に伴ってケーブルが干渉し磨耗・断線する第１アーム１２の基端上側嵌合凹部１８及び先端下側嵌合凹部２１、第１駆動モータ１６の下端部、第２駆動モータ１９の上端部に、緩衝部材Ｓ１〜Ｓ４（環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４）を設けた。特にアームの回転角が増大した時にケーブルが捩れてケーブル径がふくれあがり、強く環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４に当接する。各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄは当接している環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４と連れ回りするため、同環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４と強く擦れることはない。その結果、回動による内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄの摩耗・断線を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット内部にケーブル挿入孔を通して配線する可動するケーブルがその回動により、強く当たる干渉箇所に接してこすれ摩耗・断線しない構造に関するものである。

従来より、複数の関節を備えた多関節ロボットの開発が行われている。この種の多関節ロボットの中で内部配線をする場合、ロボット動作によりケーブルが捩じられ、部材干渉し断線に至る問題があった。

そこで、例えば一例として配線の表面全体を保護材で覆うようにしたものが活用されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平１−３２１１８９号公報

しかしながら、そのような構造のものでは、アームが多角度・高速且つ多回数可動することによって、金属類の保護材では座屈してしまったり、他部品に干渉すると徐々に保護材が摩耗して断線してしまう。保護材を巻くとさらにケーブルが太くなり接触部がより拡大してしまう。以外の汎用手段での干渉箇所への低摩擦対策(フッ素系)でも多回数・高速の可動により同様な問題は発生してしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、アームの駆動に伴ってアーム内に内線されたケーブルの表面が摩耗して断線することないロボットを提供する。

本発明のロボットは、アームが他のアームに対して回動可能に駆動連結され、前記各アームの内部に形成されたそれぞれの内部空間に他のアームの内部空間と連通する貫通孔を備えた連通部材を備え、前記連通部に形成した貫通孔に形成した貫通孔を貫挿して前記各内部空間にケーブルを配置したロボットにおいて、前記連通部材の開口端に、前記連通部材に対して回動可能な環状緩衝体を備えた。

これによれば、各アームが他のアームに対して回動駆動すると、そのアームの貫通孔を貫通するケーブルは環状緩衝体に連れ回りするため、同環状緩衝体と強く擦れることはない。この結果、アームの回動によるケーブルの摩耗を抑えることができる。

このロボットにおいて、前記環状緩衝体は、ベアリングを介して前記連通部材に対して回転可能に支持されていてもよい。
これによれば、環状緩衝体は連通部材に対して滑らかに回動する。従って、アームが高速で回動した場合であってもケーブルは環状緩衝体に連れ回りするため、同環状緩衝体と強く擦れることはない。この結果、アームの回動によるケーブルの摩耗を抑えることができる。

このロボットにおいて、前記連通部材にはガイド部材が設けられ、前記環状緩衝体は、前記ガイド部材によって前記連通部材に対して回動可能に支持されていてもよい。
これによれば、ベアリングを使用していないので、構造が簡単となる。従って、低コストで、ケーブルの摩耗の防止がなされたロボットを提供することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係るロボットについて図１〜図４に従って説明する。
まず本発明に属するロボットの構造と配線について簡単に説明する。

図１は、本実施形態におけるロボット１０の外観構成を示す図であり、図２は、ロボット１０の一部概略断面図である。尚、本実施形態のロボット１０は、水平多関節（４軸）ロボットである。

図１に示すように、ロボット１０は、ベース１１、第１アーム１２、第２アーム１３が回動可能に連結された構成をしている。第２アーム１３にはＺ方向に上下駆動とＸＹ方向に回転する軸１４が連結されている。また、ロボット１０は、ケーブル１５を介してコントローラＫに接続されている。コントローラＫは、メモリ、ＣＰＵ、電源回路等を内蔵し、コンピュータＱからロボット１０の動作内容を規定する動作プログラム等をそのメモリに記憶して、ＣＰＵによってメモリに記憶された各種プログラムを起動しロボット１０を統括制御する。ケーブル１５は、前記電源回路からの電源をロボット１０に内蔵された各駆動モータにそれぞれ供給する電源線やＣＰＵによって生成された各種制御信号を同各駆動モータにそれぞれ供給する信号線といった複数の配線が束ねられて構成されている。

ベース１１は、その下部が基台Ｍに固着されている。図２に示すように、ベース１１は、円筒状を成し、その内部空間Ｋ１に第１駆動モータ１６が取り付けられている。詳しくは、ベース１１の上端部の内部には、第１駆動モータ１６が固着されている。第１駆動モータ１６の上端側には、第１減速機１７が連通する。第１駆動モータ１６と第１減速機１７は、その中空部の軸線方向に貫通孔１６ａを備えている。

第１駆動モータ１６の回転が正逆回転すると、第１アーム１２は、ベース１１に対しての第１駆動モータ１６の中心軸線を回動中心として水平方向に（ＸＹ平面内を）正逆回転する。

第１アーム１２の先端部と第２アーム１３の基端部は連結されている。第２アーム１３に形成した空間Ｋ２に、第２駆動モータ１９と第２減速機２０が連通されている。又、第２駆動モータ１９と第２減速機２０は、その中空部の軸線方向に貫通孔１９ａを備えている。

第２駆動モータ１９が正逆回転すると、第２アーム１３は、第１アーム１２に対して第２駆動モータ１９の中心軸線を回動中心としての中心軸線を回動中心として水平方向に（ＸＹ平面内を）正逆回転する。

第１アーム１２の基端部と先端部との間の中間位置には、上下方向に貫通した貫通穴Ｈが形成され、その貫通穴Ｈの上側開口部は第１アーム１２の上面に上カバー２２によって覆われて上側密閉空間Ｋ３が形成される。また、貫通穴Ｈの下側開口部は第１アーム１２の下面に下カバー２３によって覆われて下側密閉空間Ｋ４が形成される。

一方、第２アーム１３の上端部に形成した空間Ｋ２は、同第２アーム１３の上側全体を覆うカバー２４によって密閉されている。そして、カバー２４によって密閉された空間Ｋ２は、第２アーム１３の先端部まで連通している。

次に、配線構造について図２で説明する。
ベース１１の内部空間Ｋ１は、第１駆動モータ１６と第１減速機１７の貫通孔１６ａ、
第１アーム１２の上側密閉空間Ｋ３、貫通穴Ｈ、下側密閉空間Ｋ４、第２駆動モータ１９と第２減速機２０の貫通孔１９ａ、第２アーム１３の空間Ｋ２と連通し、この連通した経路によって配線経路が形成されている。

次に、本発明の第１実施形態について図２及び図３で説明する。
第１アーム１２の基端上側嵌合凹部１８、第１駆動モータ１６の下端部、第２駆動モータ１９の上端部、第１アーム１２の先端下側嵌合凹部２１には、緩衝部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４がそれぞれ取り付けられている。緩衝部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、その構成は同じなので、基端上側嵌合凹部１８に設けた緩衝部材Ｓ１について説明し、以下、第１駆動モータ１６の下端部に設けた緩衝部材Ｓ２と第２駆動モータ１９の上端部に設けた緩衝部材Ｓ３、第１アーム１２の先端下側嵌合凹部２１に設けた緩衝部材Ｓ４についての説明は便宜上省略する。

図３に示すように、緩衝部材Ｓ１は、連通部材としての取り付け板２５、ベアリング２６、環状緩衝体Ｃ１を有している。取り付け板２５は、基端上側嵌合凹部１８の底面にネジ２７にて固定されている。取り付け板２５の内周面にはベアリング２６が連通している。ベアリング２６のアウターレース２６ｂが取り付け板２５にネジ２７で固設され、インナーレース２６ａがアウターレース２６ｂに対して回転可能に支持されている。インナーレース２６ａには、その内側面と上面を覆うように合成樹脂製の環状緩衝体Ｃ１が圧入固定され、環状緩衝体Ｃ１はインナーレース２６aとともにアウターレース２６ｂに対して
回動可能である。ネジ２７は取り付け板２５とベアリング２６のアウターレース２６ｂと基端上側嵌合凹部１８の底面を固設できればネジ以外の部材でもよい。環状緩衝体Ｃ１は合成樹脂製以外の材質であってもよい。

図２に示すように、前記配線通路には、ケーブルとしての内部ケーブルＲが配線されている。この内部ケーブルＲは、ベース１１に設けたコネクタを介して前記コントローラＫ（図１参照）からのびるケーブル１５と電気的に接続されている。そして、ロボット１０に内蔵された第１及び第２駆動モータ１６，１９を含む各駆動モータに対して前記電源を供給する内部電源線や前記制御信号を供給する内部信号線といった複数本の配線やエアチューブ複数本から構成されている。

内部ケーブルＲは、ベース１１の内部空間Ｋ１において、第１ケーブルバンドＰ１にてベース１１の内壁に支持固定されている。そして、内部ケーブルＲは、ベース１１の内部空間Ｋ１から第１駆動モータ１６と第１減速機１７の貫通孔１６ａに貫挿され、上側密閉空間Ｋ３に案内され、続いて屈曲されて貫通穴Ｈに挿通されて下側密閉空間Ｋ４に案内される。下側密閉空間Ｋ４に案内された内部ケーブルＲは、第２駆動モータ１９と第２減速機の貫通孔１９ａに貫挿されて第２アーム１３の空間Ｋ２に案内される。内部ケーブルＲは、空間Ｋ２において第２ケーブルバンドＰ２にて第２アーム１３の内壁に支持固定され、第２アーム１３の先端部へと導かれるようになっている。

このとき、内部ケーブルＲにおいて、ベース１１の内部空間Ｋ１から第１駆動モータ１６と第１減速機１７の貫通孔１６ａに屈曲した状態で貫挿された屈曲部分Ｒａの屈曲側は、緩衝部材Ｓ２の環状緩衝体Ｃ２と当接した状態となっている。また、内部ケーブルＲにおいて、第１駆動モータ１６と第１減速機１７の貫通孔１６ａの上側密閉空間Ｋ３に屈曲した状態で突出する屈曲部分Ｒｂの屈曲側は、緩衝部材Ｓ１の環状緩衝体Ｃ１と当接した状態となっている。さらに、内部ケーブルＲにおいて、下側密閉空間Ｋ４から第２駆動モータ１９と第２減速機２０の貫通孔１９ａに屈曲した状態で貫挿され屈曲部分Ｒｃの屈曲側は、緩衝部材Ｓ４の環状緩衝体Ｃ４と当接した状態となっている。さらにまた、内部ケーブルＲにおいて、第２駆動モータ１９と第２減速機２０の貫通孔１９ａから空間Ｋ２に屈曲した状態で突出する屈曲部分Ｒｄの屈曲側は、緩衝部材Ｓ３の環状緩衝体Ｃ３と当接
した状態となっている。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ロボット１０の第１アーム１２、第２アーム１３が回動すると、その回動に伴って内部ケーブルＲも回動する。この時、内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄも捩じられながら回動する。特にアームの回転角が増大した時にケーブルが捩れてケーブル径がふくれあがり強く環状緩衝体Ｃ1〜Ｃ４に当接する。各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄは当接している環
状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４と連れ回りするため、同環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４と強く擦れることはない。その結果、回動による内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄの摩耗・断線を抑えることができる。

尚、配線通路に配線された内部ケーブルＲは、その一部のケーブル（電源線及び信号線）が所定の箇所で分岐して第１駆動モータ１６及び第２駆動モータ１９に電気的に接続され、該駆動モータ１６，１９に対して電源及び制御信号がそれぞれ供給される。
（２）本実施形態によれば、各緩衝部材Ｓ１〜Ｓ４を構成するベアリング２６は、ボールベアリングとした。従って、ロボットが高速で回動した場合であっても内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄが環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４とともに滑らかに追従して連れ回すことから相対的に擦れながら動くことはない。この結果、内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄが環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４に強く擦れることによる摩耗や断線を確実に防止することができる。
（３）本実施形態によれば、ベース１１及び第２アーム１３の内部に内部ケーブルＲを結束するケーブルバンドＰ１，Ｐ２を設けた。従って、各駆動モータ１６，１９の回転運動に伴ってベース１１及び第２アーム１３の内部にて内部ケーブルＲが絡まるのを抑制することができる。また、ケーブルバンドＰ１，Ｐ２の取り付け位置を適宜調整することで、内部ケーブルＲを環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ４に貫通孔１６ａ，１９ａよりも干渉させるように配置することができる。この結果、内部ケーブルＲの表面の摩耗や断線を確実に防止することができる。
（４）上記のような実施形態をとれば、ケーブルは屈曲部において、干渉磨耗をさける為に通常は屈曲Ｒａ〜Ｒｄを大きくする必要があるが本考案を活用すると、逆に屈曲Ｒａ〜Ｒｄは小さくとる事ができアーム１２、アーム１３のＺ方向の高さを小さくする事が可能である。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態のロボットについて図４に従って説明する。本実施形態においては、緩衝部材の取り付け構造が異なっている他は上記第１実施形態のロボットと同じ構成である。従って、以下、緩衝部材の取り付け構造のみ説明し、その他の構成については上記第１実施形態のロボットと同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。

図４は、第１実施形態のＳ１〜Ｓ４に代わる緩衝部材の構成を説明するための図である。尚、説明の便宜上、第１アーム１２の基端上側嵌合凹部１８に設けられる緩衝部材Ｓ５についてのみ説明し、他の箇所に設けられる緩衝部材の構成については、緩衝部材Ｓ５と同じ構成であるので、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、緩衝部材Ｓ５は、合成樹脂製の環状緩衝体Ｃ５からなり、その環状緩衝体Ｃ５を基端上側嵌合凹部１８の底面に配置する。そして、基端上側嵌合凹部１８に配置した環状緩衝体Ｃ５の外側に例えば３箇所にガイド部材としてのネジ２８で囲み、環状緩衝体Ｃ５を水平方向に回動可能に支持している。ネジ２８はガイド部材の一例である。

また、各ネジ２８と環状緩衝体Ｃ５との間には公知の潤滑剤Ｌが充填され、環状緩衝体
Ｃ５がネジ２８にガイドされながら滑らかに回動可能となっている。
上記したように、本実施形態によれば第１実施形態と同じように、以下の効果を奏する。
（１）ロボット１０の第１アーム１２、第２アーム１３が回動すると、その回動に伴って内部ケーブルＲも回動する。この時、内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄも捩じられながら回動する。特にアームの回転角が増大した時にケーブルが捩れてケーブル径がふくれあがり強く環状緩衝体に当接する。各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄは当接している緩衝部材（環状緩衝体）が連れ回りするため、同緩衝部材（環状緩衝体）と強く擦れることはない。その結果、回動による内部ケーブルＲの各屈曲部分Ｒａ〜Ｒｄの摩耗・断線を抑えることができる。
（２）本実施形態によれば、緩衝部材Ｓ５（環状緩衝体Ｃ５）は、ネジ２８で回動可能に支持したので、上記第１実施形態の緩衝部材Ｓ１〜Ｓ４のようなボールベアリングに比べて緩衝部材Ｓ５（環状緩衝体Ｃ５）の構成を簡単にすることができる。この結果、ロボット１０のコストを低下させることができる。上記実施形態では、第１実施形態と同様に、ケーブルは屈曲部において、干渉磨耗をさける為に通常は屈曲Ｒａ〜Ｒｄを大きくする必要があるが本考案を活用すると、逆に屈曲Ｒａ〜Ｒｄは小さくとる事ができアーム１２、アーム１３のＺ方向の高さを小さくする事が可能である。

尚、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記実施形態では、第１アーム１２の基端上側嵌合凹部１８及び先端下側嵌合凹部２１、第１駆動モータ１６の下端部、第２駆動モータ１９の上端部に、緩衝部材Ｓ１〜Ｓ５（環状緩衝体Ｃ１〜Ｃ５）を設けた。本発明はこれに限定されるものではなく、上記位置以外の内部ケーブルＲと擦れる他の位置に緩衝部材を設けてもよい。このようにすることで第１及び第２アーム１２，１３の回動運動に伴って内部ケーブルＲの表面が摩耗し断線するのを防止することができる。

・上記実施形態では、ロボット１０は、第１及び第２アーム１２，１３を備えた水平多関節ロボットであったが、本発明はアームの数には限定されず、広く配線をアーム内部に配置した多関節ロボットに対して適用可能である。

・上記実施形態では、内部ケーブルＲは電源線及び信号線とチューブが束ねられて構成されていたが、本発明は内部ケーブルＲを構成する配線の種類に関係なく適用することができる。

・上記第２実施形態では、環状緩衝体Ｃ５をネジ２８によって回動可能に支持したが、本発明はネジに限定されない。環状緩衝体Ｃ５が内部ケーブルＲの屈曲部分とともに移動可能であればよい。

ロボットの外観構成を説明するための図。 ロボットの一部断面図。 第１実施形態に係る緩衝部材の構成を説明するための図。 第２実施形態に係る緩衝部材の構成を説明するための図。

符号の説明

Ｃ１〜Ｃ５…環状緩衝体 Ｒ…内部ケーブル Ｐ１，Ｐ２…ケーブル固定バンド、Ｌ…潤滑剤、１０…ロボット、１２，１３…アーム、１６，１９…駆動モータ、１７，２０…減速機、１６ａ，１９ａ…貫通孔、２５…取り付け板、２６…ベアリング、２８…ガイド部材としてのネジ。

Claims (3)

1. アームが他のアームに対して回動可能に駆動連結され、前記各アームの内部に形成されたそれぞれの内部空間に他のアームの内部空間と連通する貫通孔を備えた連通部材を備え、前記連通部に形成した貫通孔に形成した貫通孔を貫挿して前記各内部空間にケーブルを配置したロボットにおいて、
   前記連通部材の開口端に、前記連通部材に対して回動可能な環状緩衝体を備えたことを特徴とするロボット。
2. 請求項１記載のロボットにおいて、
   前記環状緩衝体は、ベアリングを介して前記連通部材に対して回転可能に支持されていることを特徴とするロボット。
3. 請求項１記載のロボットにおいて、
   前記連通部材にはガイド部材が設けられ、
   前記環状緩衝体は、前記ガイド部材によって前記連通部材に対して回動可能に支持されていることを特徴とするロボット。

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