JP2009125844A - マニピュレータ型ロボットおよび結線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ロボット背面部のケーブル処理スペースを狭くすることにより、安価でかつ容易に生産ラインの省スペース化が可能なマニピュレータと外部装置のケーブル接続構造を提供する。
【解決手段】マニピュレータベース部２に機外ケーブル５の取り付け部を備えたマニピュレータ型ロボット１において、前記マニピュレータベース部２の前記機外ケーブル取り付け部に接続ケース３を設け、前記機外ケーブル５が前記接続ケース３の下方向から上向きに挿入されたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、マニピュレータ型ロボットに関し、特に産業用ロボットの機外ケーブルと機内ケーブルの接続構造に関する。

産業用ロボットは、工場内で物品の溶接、ハンドリング、塗装といった様々な工程で用いられている。このような産業用ロボットは、1台配置されて使用されるケースもあるが、一般的には複数台のロボットが１つの物品に対して作業するケースが多く、そのような場合、ロボットの設置面積を小さくすることが要求される。つまり、設置面積が小さくできれば、それだけ工場を狭くできるので空調設備を大型化する必要もなくなり、設備投資を押さえられるメリットがあるためである。
このために、産業用ロボットには、ロボット自体の小型化が要求されるとともに制御盤とのケーブル線の接続ボックスおよびケーブル処理方法についても設置面積を小さくするには考慮する必要が出てきている。
一般的に産業用ロボットでは、マニピュレータの各関節軸を駆動するモータやマニピュレータに搭載された溶接用送給装置や各種センサ機器及びハンドリング用把持装置などの周辺機器で使用する電気ケーブル及びエアやガス等を供給するための流体導管などの各種線条体が配線される。これら配線線条体は、マニピュレータベース部の接続ケースに配置したコネクタ及びケーブル出し口において、制御装置及び溶接電源等の外部装置とケーブル接続される。
従来の産業用ロボットのマニピュレータと外部装置との接続において、図５に示すように機外ケーブルの接続部位はロボットの背面に取り付けられており、ケーブル処理を行うためにロボットベース端面よりコネクタ寸法Ｌとケーブル曲げＲとケーブル径Ｄを足し合わせたスペースが必要であった。
このように、従来の産業用ロボットでは、ケーブル水平出ししていたために、設置面積を小さくすることができず、課題となっていた。これらの問題を解決するために、接続ケースの接続面を斜面で形成し、内部でコネクタ接続する構成が発案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来のマニピュレータの接続ケースにおけるケーブル接続を図６に示す。図６は接続ケース１０３内部の配線図であり、信号接続部１０６において機内ケーブル側内部接続コネクタ１６２の接続先として、外部装置ａ用外部装置ａ側接続コネクタ６１ａ及び外部装置ｂ用外部装置ｂ側接続コネクタ６１ｂを備えている。外部装置ａ 用外部装置ａ側接続コネクタ１６１ａに接続した機内ケーブル１０８の信号線は、外部装置ａ用外部接続コネクタ１４４ａと外部装置ａ用外部接続コネクタ１０４ａと外部装置ａ 用機外ケーブル１０７ａを介して外部装置ａ（ここでは例えば制御装置）とケーブル接続される。また、外部装置ｂ用外部装置ｂ側接続コネクタ１６１ｂに接続した機内ケーブル１０８の信号線は、外部装置ｂ用内部接続コネクタ１４４と外部装置ｂ用外部接続コネクタ１０４ｂと外部装置ｂ用機外ケーブル１０７ｂを介して外部装置ｂ（ここでは例えば溶接電源など）とケーブル接続される。
なお、機内ケーブル側内部接続コネクタ１６２と外部装置ｂ 用内部接続コネクタ１６１ｂとを接続することにより、マニピュレータ に搭載され機内ケーブル１０８に接続された周辺機器などの所定の信号線は外部装置ｂと接続される。
また、機内ケーブル側内部接続コネクタ１６２を外部装置ｂ 用外部装置ｂ側接続コネクタ１６１ｂから外部装置ａ 用外部装置ａ側接続コネクタ１６１ａに繋ぎ変えることにより、マニピュレータ に搭載した周辺機器などの所定の信号線は外部装置ａと接続される。そして、周辺機器と外部装置ａ との間で信号の伝達が可能となる。
以上のように、マニピュレータの内部ケーブル１０８と外部ケーブル１０７との信号線等の接続先を変更可能な構成とすることにより、マニピュレータに搭載する送給装置などの周辺機器を変更する必要が生じた場合などに周辺機器の変更交換が容易となり、複数の異なる用途に対応することが可能となる。
特開２００６−３１５１２４号公報（第５−６頁、図３）

しかしながら、従来の産業用ロボットは、接続ケース内でコネクタによる接続を行っているが、接続スペースを最小限にするような技術思想はなく、単にコネクタ接続を行っているために、接続ケース内にはデットスペースが生じており、必ずしも小型化された接続ケースとなっておらず、世の中の要求する産業用ロボットの設置面積を小さくすることができなくなっていた。また、接続ケース斜面から配線ケーブルを取り出す構成では、ケーブルの曲げ半径が接続スペースとして必要となるために、それを含んだ面積を設置面積とすると、省スペース化することができない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、ロボット背面部のケーブル処理スペースを狭くすることにより、安価でかつ容易に生産ラインの省スペース化が可能なマニピュレータと外部装置のケーブル接続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、マニピュレータベース部に機外ケーブルの取り付け部を備えたマニピュレータ型ロボットにおいて、前記マニピュレータベース部の前記機外ケーブル取り付け部に接続ケースを設け、前記機外ケーブルが前記接続ケースの下方向から上向きに挿入されたものである。
また、請求項２記載の発明は、信号用機外ケーブルとパワー用機外ケーブルを接続ケース内で１本に束ね、前記機外ケーブルとして制御盤に接続したものである。
請求項３に記載の発明は、前記接続ケースは、ボックスとカバからなり、カバが開閉するものである。
請求項４に記載の発明は、前記機外ケーブルが、ボックス下面で機外ケーブル用コネクタにより接続され、前記接続ケースの中で機外信号用ケーブルと機外パワーケーブルとに分岐され、前記機外信号用ケーブルと前記機外パワーケーブルが噴水状に形成されて分岐配線されたものである。
請求項５に記載の発明は、前記接続ケースの奥行き長さが、コネクタの差込深さと、前記コネクタ長と、前記機外ケーブルコネクタの直径または機外信号用ケーブルと機外パワー用ケーブルが形成する噴水状の直径の何れかの直径とを足し合わせた長さにより決定されたものである。
請求項６に記載の発明は、前記機外ケーブルの差込高さが、前記機外ケーブルの外径と前記機外ケーブルの曲げ半径を足し合わせた長さから決定されたものである。
請求項７に記載の発明は、機外ケーブル挿入部から接続ケースの上内面の高さが、噴水状に形成された機外信号用ケーブルの曲げ半径または機外パワー用ケーブルの曲げ半径の何れか１つの曲げ半径から決定されたものである。
請求項８に記載の発明は、マニピュレータベース部に機外ケーブルの取り付け部を備え、前記機外ケーブルがコネクタを用いて機内ケーブルへ接続されるマニピュレータ型ロボットの結線方法において、制御盤から延びる１本からなる前記機外ケーブルが、前記機外ケーブルの前記取り付け部に備えられた接続ケースに下から上向きに前記機外ケーブルのコネクタを用いて接続されたものである。
請求項９に記載の発明は、前記機外ケーブルは、前記コネクタにより前記接続ケースに下から上向きに接続され、前記接続ケース内で機外信号用ケーブルと機外パワー用ケーブルとに分岐され、前記機外信号用ケーブルと前記機外パワー用ケーブルが噴水状に形成されて分岐配線され、ハウジングに接続されたものである。

請求項１から９記載の発明によると、機外ケーブル接続ケースのロボット後方部張り出し寸法を最小限に設定することで生産ラインの省スペース化が可能となる。つまり、ロボットの設置面積が小さくすることができ、空調設備を小型のものにすることも可能となり、工場のランニングコストを低減することも可能となる。
また、機外ケーブルを２本から１本に減らすことが出来るため、コストダウン及びケーブル取り回しスペースの削減が可能となる。

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。

図１は、本発明の実施形態における産業用ロボットのマニピュレータ側面図であり、１はマニピュレータであり、２はマニピュレータ１を設置するためのベース、３は制御装置等の外部装置とケーブル接続するためのコネクタなどを備えた接続ケースである。マニピュレータ１は、たとえば、溶接やハンドリングのガンや治具をマニピュレータ１の先端に取り付けて作業を行う産業用ロボットで、ベース２上に関節を備えている。また、ベース２には、不図示の制御盤間との配線の結線がされる接続ケース３が備えられている。
図２および３は、それぞれ接続ケース３の側面断面図及び上面断面図である。３ａはボックス、３ｂはボックス３ａの上面に取り付けられるカバである。４は機内ケーブルであり、４ａは機内信号用ケーブル、４ｂは機内パワー用ケーブルである。５は機外ケーブルであり、５ａは機外信号用ケーブル、５ｂは機外パワー用ケーブルである。６は機内ケーブル４と機外ケーブル５の接続部位を示しており、６１ａは機内信号用ケーブル４ａの機内信号用コネクタ、６１ｂは機内パワー用ケーブル４ｂの機内パワー用コネクタ、６２ａは機外信号用ケーブル５ａの機外信号用コネクタ、６２ｂは機外パワー用ケーブル５ｂの機外パワー用コネクタである。７ａ，７ｂはそれぞれ信号用コネクタ６１ａ，６２ａ及びパワー用コネクタ６１ｂ，６２ｂを収納する信号用ハウジング及びパワー用ハウジングである。８は機外ケーブル５をボックス３ａ内へ挿入する入り口部分の機外ケーブル用コネクタであり、機外ケーブル５はボックス３ａ内へ下方向より挿入される。機外ケーブル５の信号用コネクタ６２ａ及びパワー用コネクタ６２ｂの取り付け、取り外しはカバ３ｂをボックス３ａより取り外して行う。
機外ケーブル５は、機外ケーブル用コネクタ８にボックス３ａの下面に機外ケーブル５が下から上向きになるように接続され、接続ケース３の中で、機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂに分岐して配線される。この時、カバ３ｂの高さを極力低くするために、機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂは、噴水状に形成されて分岐配線されている。機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂはボックス３ａを通り、信号用ハウジング７ａ及びパワー用ハウジング７ｂで信号用コネクタ６１ａ，６２ａ及びパワー用コネクタ６１ｂ，６２ｂで接続され、機内ケーブル４（機内信号用ケーブル４ａ、機内パワー用ケーブル４ｂ）が、各関節を駆動する電動機へ配線される。
以上のように信号用コネクタ６１ａ，６２ａとパワー用コネクタ６１ｂ、６２ｂを接続ケース３に収納することで機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂを１本に束ねることが可能となる。通常機内信号用ケーブル４ａと機外信号用ケーブル５ａは機内パワー用ケーブル４ｂと機外パワー用ケーブル５ｂからノイズの影響を受けないようにシールドにて保護されているが、ケーブル接続部ではシールドを外して、バラ線の状態にする必要があるため、機内信号用ケーブル４ａと機外信号用ケーブル５ａは信号用ハウジング７ａに接続し、機内パワー用ケーブル４ｂと機外パワー用ケーブル５ｂはパワー用ハウジング７ｂに接続し、信号とパワーで別々のハウジングを使用している。そのため、機外ケーブル５は機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂの２本設けていた。しかし、以上のように信号用ハウジング７ａとパワー用ハウジング７ｂを接続ケース３に収納することで機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂを接続ケース３内にて１本に束ねることが可能となる。ケーブルを１本に束ねることでケーブル径及びケーブル曲げＲは大きくなるが、ケーブルの本数は２本から１本に減少するため、トータルのケーブル処理に必要な設置面積は小さくすることが可能となる。
次に、機外配線の結線手順について説明する。カバ３ｂを取り外した後、信号用コネクタ６２ａ及びパワー用コネクタ６２ｂをボックス３ａに形成された機外ケーブル用コネクタ８の取付孔を通じて挿入し、ボックス３ａを通じて信号用ハウジング７ａ及びパワー用ハウジング７ｂで信号用コネクタ６１ａ，６２ａ及びパワー用コネクタ６１ｂ，６２ｂで接続する。この時、機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂは、噴水状に形成されて分岐配線される。そのあとで、信号用ハウジング７ａ及びパワー用ハウジング７ｂが接続されている機外ケーブル用コネクタ８を取付孔に取り付け、機外ケーブル５を機外ケーブル用コネクタ８に接続する。さらに、カバ３ｂを取り付け、作業を完了する。
次に、接続ケース３の主要寸法とケーブルの関係について図４を用いて説明する。ロボット後方部のＡ寸法は機外ケーブル５の信号用コネクタ６２ａ及びパワー用コネクタ６２ｂを取り付け取り外しするためのスペースＬ１とハウジング７ａ，７ｂの出っ張り寸法Ｌ２と機外ケーブル５の挿入部のコネクタ８を配置するためのスペースＬ３より決定できる。すなわち、コネクタの差込深さに相当するスペースＬ１とコネクタ構造で決定されるＬ２、機外ケーブルコネクタ８の直径または機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂが、噴水状に形成したときの直径の何れか一方の直径から決定されるＬ３を足し合わせた寸法として求められる。後方部への張り出し寸法が最適化されたことにより、従来の構造よりもロボット後方部のケーブルを処理するためのスペースを小さくすることが可能となる。
また、地面から機外ケーブル５をボックス３ａに挿入する部分までの高さ寸法Ｂは機外ケーブル５のケーブル外径Ｄとケーブル曲げ半径とコネクタ高さＬ４より決定できる。つまり、寸法Ｂはケーブル外径Ｄと曲げ半径とＬ４を足し合わせた寸法となる。これにより寸法Ｂを変更することで多様なケーブルに対応することが可能となる。
また、機外ケーブル５の挿入部から接続ケース３の上面までの高さ寸法Ｃはケーブルを処理するためのスペースＬ５によって決定できる。つまり、寸法Ｃは機外信号用ケーブル５ａと機外パワー用ケーブル５ｂが、噴水状に形成したときのケーブルの曲げ半径の寸法となる。
これにより寸法Ｃを最小限に抑えることで、接続ケース３上部のロボット本体または外部の設備等との干渉領域を小さくすることが可能となる。

本発明のマニピュレータの側面図 本発明の接続ケースの側断面図 本発明の接続ケースの上断面図 本発明の接続ケースの側断面主要寸法図 従来のマニピュレータの上面主要寸法図 従来の接続ケースの側断面図

符号の説明

１ マニピュレータ
２ ベース
３ 接続ケース
３ａ ボックス
３ｂ カバ
４ 機内ケーブル
４ａ 信号用機内ケーブル
４ｂ パワー用機内ケーブル
５ 機外ケーブル
５ａ 信号用機外ケーブル
５ｂ パワー用機外ケーブル
６ 接続部位
６１ａ 機内信号用コネクタ
６１ｂ 機内パワー用コネクタ
６２ａ 機外信号用コネクタ
６２ｂ 機外パワー用コネクタ
７ａ 信号用ハウジング
７ｂ パワー用ハウジング
８ 機外ケーブル用コネクタ

Claims (9)

1. マニピュレータベース部に機外ケーブルの取り付け部を備えたマニピュレータ型ロボットにおいて、
   前記マニピュレータベース部の前記機外ケーブル取り付け部に接続ケースを設け、前記機外ケーブルが前記接続ケースの下方向から上向きに挿入されたことを特徴とするマニピュレータ型ロボット。
2. 信号用機外ケーブルとパワー用機外ケーブルを接続ケース内で１本に束ね、前記機外ケーブルとして制御盤に接続したことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
3. 前記接続ケースは、ボックスとカバからなり、カバが開閉することを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
4. 前記機外ケーブルは、ボックス下面で機外ケーブル用コネクタにより接続され、前記接続ケースの中で機外信号用ケーブルと機外パワーケーブルとに分岐され、前記機外信号用ケーブルと前記機外パワーケーブルは噴水状に形成されて分岐配線されたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
5. 前記接続ケースの奥行き長さは、コネクタの差込深さと、前記コネクタ長と、前記機外ケーブルコネクタの直径または機外信号用ケーブルと機外パワー用ケーブルが形成する噴水状の直径の何れかの直径とを足し合わせた長さにより決定されたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
6. 前記機外ケーブルの差込高さは、前記機外ケーブルの外径と前記機外ケーブルの曲げ半径を足し合わせた長さから決定されたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
7. 機外ケーブル挿入部から接続ケースの上内面の高さは、噴水状に形成された機外信号用ケーブルの曲げ半径または機外パワー用ケーブルの曲げ半径の何れか１つの曲げ半径から決定されたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ型ロボット。
8. マニピュレータベース部に機外ケーブルの取り付け部を備え、前記機外ケーブルがコネクタを用いて機内ケーブルへ接続されるマニピュレータ型ロボットの結線方法において、
   制御盤から延びる１本からなる前記機外ケーブルが、前記機外ケーブルの前記取り付け部に備えられた接続ケースに下から上向きに前記機外ケーブルのコネクタを用いて接続されたことを特徴とするマニピュレータ型ロボットの結線方法。
9. 前記機外ケーブルは、前記コネクタにより前記接続ケースに下から上向きに接続され、前記接続ケース内で機外信号用ケーブルと機外パワー用ケーブルとに分岐され、前記機外信号用ケーブルと前記機外パワー用ケーブルが噴水状に形成されて分岐配線され、ハウジングに接続されたことを特徴とする請求項８記載のマニピュレータ型ロボットの結線方法。
   
   
   

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