JP2009090381A - ロボットおよび配線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の中空穴を有する減速機を適用するとともに、この複数の中空穴にケーブルを通す構造とし、関節構造をコンパクトにすることができる産業用ロボットの関節構造を提供する。
【解決手段】駆動用モータ２と、前記駆動用モータ２に備えられた歯車と噛み合う平歯車と前記平歯車に連結する差動型減速機とからなる減速機１から構成された関節構造を備えたロボットにおいて、前記減速機に少なくとも２つの中空穴１１、１２が備えられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、関節構造を備えたロボットとケーブルの配線方法に関する。

従来の産業用ロボットは、３つの方式が提案されている。中空減速機を用いてケーブルを処理する場合、減速機の回転センターに空いた中空穴にケーブルを通してケーブルを捻回によって処理している（例えば、特許文献１、２、３参照）。
第１の産業用ロボットは、図５に示すように、ロボットにおける各関節構造１１０が、関節駆動モータＭＲからの回転入力を歯車機構１３２、１３４を介して伝動されたとき、それを減速する減速機１４０を設け、同減速機の中心部に比較的大きな径を有した中空筒状領域１１６ａを確保し、又、同中空減速機１１０の中心軸線Ａの上下領域１１６ｂ、１１６ｃには部材、要素を結合することなく、空所域として確保し、上記中空領域及び空所域を配線ケーブル類１５０や配管ホース１５２の配線、配管路として適用し、それら配線ケーブル１５０や配管ホース等１５２が関節の旋回中心線Ａに沿って通過するように構成されている。
また、第２の産業用ロボットは、図６に示すように固定部２１２に対して相対回転する回転部２３０を備え、同回転部２３０の回転駆動力を駆動源Ｍから中空減速機２２０を介して該回転部２３０に伝動するとき、該減速機の貫通孔２２２を減速機２２０を挟む上下ユティリティー領域２１４、２３８の連通領域に形成し、ケーブル類２４０の配線、配管空間として利用可能にし、かつ、中空減速機２２０の出力要素の外周に外部荷重に対して大きな荷重支持力を発揮する軸受２１６を設けた構成とされている。
また、第３の産業用ロボットは、図７に示すように外歯車３５２（駆動モータ３５０の出力軸３５１）と円筒状歯車３５５との間にクランクピン３３７ａに固定された外歯車３５３を位置させたので、これら外歯車３５２、３５３、円筒状歯車３５５を小径とすることができ、旋回時における騒音が低減される。
特開平０６−１４３１８６号公報 特開平０７−１０８４８５号公報 特開平０９−０５７６７８号公報

産業用ロボットには、垂直多関節ロボットや水平多関節ロボット等、種々の形態を備えたロボットがある。これらのロボットは、各関節を駆動するための電動機を備えており、当然ながら、駆動するための配線ケーブルが電動機まで連通されている。近年においては、ロボットの先端部にセンサや外部軸が取り付けられるケースも増えてきており、多線化が進んできている。また、このようなロボットの先端部に取り付けられるものは、ユーザ側で取り付けられる場合もあり、そのような場合には、ロボットの外側面に沿って配線したりするようにしていた。しかしながら、ロボットは教示された動作にしたがって作業を行うが、その動作によってケーブルが捻られたり、予期せぬ障害物によって断線する問題が生じていた。
従来の中空減速機を用いた産業用ロボットの関節構造は、減速機の回転軸の中央部に空いた１つ中空穴にケーブルを通す構造が形成され、ロボットを駆動する電動機に必要な配線ケーブルが連通するように配線されており、さらにロボット先端部に取り付けられる器具に必要なケーブルが配線されている。しかしながら、中空穴は、配線ケーブルでいっぱいとなり、他のケーブルを通す余分なスペースがない状況となるケースが多い。さらに大きな中空穴を空けて余剰スペースを確保しようとすると、減速機の強度が低下して正常な動作が確保できないという問題が生じていた。また、強度を低下させないで余剰スペースを確保しようとすると、減速機の形状が大きくなり、それに従って関節部分が大きくなり、重量の増加やフットプリントの増加といった問題が生じていた。
また、余剰スペースがないために、たとえば、ユーザが後で必要となったセンサ線や動力線が配線できないことから、ロボット外側面に沿って配線せざるを得なくなり、ロボットの繰り返し動作による断線や、障害物に接触しての断線等が起きるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の中空穴を有する減速機を適用するとともに、この複数の中空穴にケーブルを通す構造とし、関節構造をコンパクトにすることができる産業用ロボットの関節構造を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を備えたロボットにおいて、前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられたものである。
また、請求項２に記載の発明は、駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成され、前記減速機の回転中心軸に中空穴が形成された関節構造を備えたロボットにおいて、前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられたものである。
また、請求項３に記載の発明は、駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を備えたロボットにおいて、前記差動減速機の回転中心の半径方向に関して、少なくとも１つの中空穴が備えられたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記差動型減速機に備えられた連結体に中空穴が形成されたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記連結体に形成された中空穴が、前記連結体の略中心に形成されたものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記差動型減速機に備えられた連結体が、前記減速機の回転中心を中心に同半径の位置に形成されたものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記差動型減速機に備えられた連結体が、少なくとも２つが備えられ、減速機の回転中心を中心に、対称の位置に配置されたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記差動型減速機に備えられた連結体の中空穴の中心が、前記減速機の回転中心を中心に同半径の位置に形成されたものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記差動型減速機に備えられた連結体の中空穴の中心が、少なくとも２つが備えられ、減速機の回転中心を中心に、対称の位置に配置されたものである。
また、請求項１０に記載の発明は、駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた歯車と噛み合う歯車と前記歯車に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を通してケーブルが配線されるロボットの配線方法において、前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられ、前記中空穴を通じてケーブルが配線されたものである。

請求項１から９に記載の発明によると、減速機に複数の中空穴が備えられ、その中空穴が差動減速機の連結体に形成されたことにより、減速機の強度を低下させることなく、ケーブルを通す余剰スペースを確保することができる。このような構成をとることで、減速機の形状を大きくならないことで関節部分が大きくすることがないので、関節部の重量の増加を抑制することができる。
また、請求項１０に記載の発明によると、複数の中空穴が減速機に形成されたことで、ロボットを駆動する電動機に必要なケーブルをロボット内部を連通して配線できるとともに、ユーザが後で必要になったセンサ線や動力線を余剰の中空穴を利用して配線できるようになったために、ロボットの外側面に沿って配線していた線をロボット内部を通じて配線できるようになり、ロボットの繰り返し動作による断線や、障害物に接触しての断線といった故障を回避できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。本実施例では、不図示のロボットの関節構造のみを示して説明する。

図１は、本発明の関節構造の実施例である。図において、１は減速機、２は駆動モータ、３は固定部、４は旋回体、５はケース、６は第１の出力シャフト、７は第２の出力シャフト、８は連結体、９は第１のケーブル、１０は第２のケーブル、１１は第１の中空穴、１２は第２の中空穴である。
本発明が特許文献１から３と異なる部分は、ケーブルを通せる中空穴を複数形成した点である。
本発明は、特許文献３と基本的な構造および動作は同じであるので、詳細な説明は省略し、異なる部分について説明する。
図２に示すように、連結体８はピニオン１３に形成された遊嵌孔１４内に遊嵌されており、連結体８の略中央部には第１の中空穴１１が形成されている。連結体８は、減速機１の回転中心を中心に、同半径の位置に少なくとも２つが対称の位置に形成される。図１に示すように、第２の中空穴１２には、第２のケーブル１０が配線され、旋回体４に形成された中空穴に連通され、ロボット内部へ配線される。本実施例では、第２のケーブルが配線された例で説明しているが、配線されない状態でロボットが組み立てられ、ユーザが後からこの第２の中空穴を利用して配線するようにしても良い。また、第１の中空穴１１には、ロボットの駆動源への配線ケーブルやセンサ線等で構成された第１のケーブル９が配線されている。

次に、第２実施例について図３および図４を用いて説明する。符号は、実施例１と同じなので説明を省略する。
第２実施例が第１実施例と異なる部分は、駆動モータが減速機の回転軸の略中心に配置され、駆動モータのインプットギアが２つの平歯車と噛み合い、２つの平歯車に取り付けられた差動減速機構により減速されるように減速機が構成されたロボットにおいて、ケーブルを通せる中空穴を複数形成した点である。
図３および図４に示すように、駆動モータ２の回転中心軸は減速機１の回転中心軸と同軸に配置され、インプットギア１６は２つの平歯車１７と噛み合い、歯数比分減速されて、平歯車１７の軸はクランク軸１８に連結されており、差動減速機構を形成している。差動減速機構の構成および動作については、特許文献３と同じであるので、詳細な説明は省略する。
図４に示すように、連結体８はピニオン１３に形成された遊嵌孔１４内に遊嵌されており、連結体８の略中央部には第１の中空穴１２および第２の中空穴１９が形成されている。連結体８は、減速機１の回転中心を中心に、同半径の位置に少なくとも２つが対称の位置に形成される。本実施例では、中空穴を２つの連結体に設けたが、ロボット内を連通させるケーブル数に応じては、中空穴は何れか一方の連結体に設けるだけで良い。また、図３に示すように、連結体８に形成された第１の中空穴１９および第２の中空穴１２を通じて、第１のケーブル２０および第２のケーブル１０が配線され、旋回体４に形成された中空穴に連通され、ロボット内部へ配線される。
以上の第１実施例および第２実施例で説明した構成にすることで、減速機の強度を損なうことなく、複数の中空穴を形成でき、ユーザが後から配線することもでき、ロボット外側面に沿って配線することがなくなり、断線等の故障の発生を抑制することができる。
尚、本実施例では駆動モータからクランク軸への動力の入力に平歯車減速機構を例にして説明したが、はすば歯車による伝達機構やプーリを用いた伝達機構でも良いことは当然である。

本発明の第１実施例を示すロボットの関節構造の側断面図 本発明の第１実施例を示すロボットの関節構造のＡ−Ａ矢視断面図 本発明の第２実施例を示すロボットの関節構造の側断面図 本発明の第３実施例を示すロボットの関節構造のＡ−Ａ矢視断面図 第１の従来例の断面図 第２の従来例の断面図 第３の従来例の断面図

符号の説明

１ 減速機
２ 駆動モータ
３ 固定部
４ 旋回体
５ ケース
６ 出力シャフト１
７ 出力シャフト２
８ 連結体
９ ケーブル１
１０ ケーブル２
１１ 中空穴１
１２ 中空穴２

Claims (10)

1. 駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を備えたロボットにおいて、
   前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられたことを特徴とするロボット。
2. 駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成され、前記減速機の回転中心軸に中空穴が形成された関節構造を備えたロボットにおいて、
   前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられたことを特徴とするロボット。
3. 駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた第１伝達部と、前記第１伝達部から動力が伝達される第２伝達部と、前記第２伝達部に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を備えたロボットにおいて、
   前記差動減速機の回転中心の半径方向に関して、少なくとも１つの中空穴が備えられたことを特徴とするロボット。
4. 前記差動型減速機に備えられた連結体に中空穴が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボット。
5. 前記連結体に形成された中空穴は、前記連結体の略中心に形成されたことを特徴とする請求項４記載のロボット。
6. 前記差動型減速機に備えられた連結体は、前記減速機の回転中心を中心に同半径の位置に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボット。
7. 前記差動型減速機に備えられた連結体は、少なくとも２つが備えられ、減速機の回転中心を中心に、対称の位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボット。
8. 前記差動型減速機に備えられた連結体の中空穴の中心は、前記減速機の回転中心を中心に同半径の位置に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボット。
9. 前記差動型減速機に備えられた連結体の中空穴の中心は、少なくとも２つが備えられ、減速機の回転中心を中心に、対称の位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のロボット。
10. 駆動用モータと、前記駆動用モータに備えられた歯車と噛み合う歯車と前記歯車に連結する差動型減速機とからなる減速機から構成された関節構造を通してケーブルが配線されるロボットの配線方法において、
    前記減速機に少なくとも２つの中空穴が備えられ、前記中空穴を通じてケーブルが配線されたことを特徴とするロボットの配線方法。

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