JP2011115922A

JP2011115922A - 旋回装置

Info

Publication number: JP2011115922A
Application number: JP2009277649A
Authority: JP
Inventors: Kimito Mushigami; 公人虫上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】旋回部分の高強度化および小型化を図ることができるとともに、旋回角度を大きくとることのできるロボットの旋回装置を得ること。
【解決手段】本発明の旋回装置は、支持筐体２と、支持筐体に旋回可能に支持された旋回筐体４と、支持筐体と旋回筐体との境界を貫通するケーブル１０と、を有する旋回装置であって、ケーブルを通過させる通過孔が形成されて旋回部に連結される旋回板１６と、旋回筐体を旋回駆動する駆動部６に連結される駆動板１４と、旋回板と駆動板とを所定の間隔で対向させた状態で接続する柱部１８とを備えるクランク軸８を支持筐体の内部に有し、ケーブルは、境界部分および通過孔において略旋回軸Ｐ上を通過し、旋回板と駆動板との間を通過して旋回軸から離間し、駆動板の旋回板と対向する面の反対面側で、再度、旋回軸近傍を通過するように引き回される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの旋回装置、特にケーブルが貫通する旋回部分の旋回装置に関する。

産業用ロボット等のロボットは、旋回可能な関節等の旋回部分を備えることで、そのロボットの使用目的や使用環境に応じた多様な動作を行うことができるようになっている。ロボットの旋回部分の内部には、電源や信号を送るためのケーブルが貫通される場合がある。この場合、ロボットの旋回動作に伴うケーブルの捩れや旋回部分の内壁との接触によってケーブルが破損してしまうことを防ぐ必要がある。

例えば、特許文献１、特許文献２には、ロボットの旋回部分を支持筐体と旋回筐体とで構成し、その内部に断面コ字状のケーブルガイドを備える技術が開示されている。ケーブルをケーブルガイドに沿わせることで、筐体内部でのケーブルの動きや捩れを規制して、ケーブルを破損しにくくしている。

特開昭６２−２８５６１３号公報特開昭６２−１３６３９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術によれば、ケーブルガイドよりも外周に軸受けを設けることによって旋回軸のモーメント剛性を高めているため、旋回筐体を小型化することが困難であるという問題があった。

また、特許文献２に開示の技術によれば、旋回筐体を切り欠いているので、動作角度を大きく取ろうとした場合に、旋回筐体の切欠きも大きくなってしまい、機械剛性が低くなってしまうという問題があった。

また、どちらの文献に開示された技術も、支持筐体と旋回筐体に、旋回軸から離れた位置に開口が形成され、その開口にケーブルガイドとケーブルを通過させているので、ケーブルの通過部分よりも旋回筐体を小型化することが困難であるという問題があった。また、開口を通過するケーブルガイドとケーブルが邪魔になって、旋回筐体を大きく旋回させることができないという問題があった。具体的には、旋回筐体をある程度旋回させたところで、支持筐体と旋回筐体に形成された開口にケーブルガイドとケーブルとが挟まれてしまい、それ以上旋回させることができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、旋回部分の高強度化および小型化を図ることができるとともに、旋回角度を大きく取ることのできるロボットの旋回装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、支持筐体と、支持筐体に旋回可能に支持された旋回筐体と、支持筐体と旋回筐体との境界を貫通するケーブルと、を有する旋回装置であって、ケーブルを通過させる通過孔が形成されて旋回筐体に連結される旋回板と、旋回筐体を旋回駆動する駆動部に連結される駆動板と、旋回板と駆動板とを所定の間隔で対向させた状態で接続する柱部とを備えるクランク軸を支持筐体の内部に有し、ケーブルは、境界部分および通過孔において略旋回軸上を通過し、旋回板と駆動板との間を通過して旋回軸から離間し、駆動板の旋回板と対向する面の反対面側で、再度、旋回軸近傍を通過するように引き回されることを特徴とする。

本発明によれば、ケーブルは、旋回筐体と支持筐体の境界部分を旋回軸に沿って貫通するので、旋回筐体と支持筐体に形成する貫通孔の開口面積を小さくすることができ、旋回筐体の小型化、および支持筐体の高強度化を図ることができるという効果を奏する。また、支持筐体内を引き回されたケーブルのうち、支持筐体内で旋回軸から離間して引き回された部分が、旋回筐体の旋回方向に変形しやすくなり、旋回筐体が旋回してクランク軸の柱部がケーブルに当接した後も旋回筐体の旋回が可能となるので、旋回筐体の旋回角度を大きく取ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係るロボットの旋回装置の内部構成を示す横断面図である。図２は、クランク軸の概略構成を示す斜視図である。図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、旋回筐体が旋回する前の初期状態を示す図である。図４は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、旋回筐体が旋回してクランク軸の柱部がケーブルに当接した状態を示す図である。図５は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、図４に示す状態からさらに旋回筐体が旋回した状態を示す図である。図６は、比較例としての従来の旋回装置を示す平面断面図である。

以下に、本発明にかかるロボットの旋回装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るロボットの旋回装置の内部構成を示す横断面図である。旋回装置１は、支持筐体２、旋回筐体４、モータ５、減速機（駆動部）６、クランク軸８、ケーブル１０を有して構成される。旋回装置１は、旋回軸Ｐを中心に旋回筐体４を旋回させるもので、例えば、産業用ロボットの旋回部分に用いられる。

支持筐体２は、例えば床面等に固定されて、旋回筐体４を回転可能に支持する。支持筐体２の内部には、モータ５、減速機６、クランク軸８を収容可能な空間が形成される。支持筐体２の内部には、減速機６を固定するための床部１２が形成されている。床部１２には、ケーブル１０を貫通させるための開口であって、平面視においてＵ字状の形状をなすＵ字開口１２ａが形成されている（図３も参照）。

支持筐体２の天面には、ケーブル１０を貫通させるための天面開口２ａが形成されている。また、支持筐体２の側壁にも、床部１２よりも下方となる位置に、ケーブル１０を貫通させるための側壁開口２ｂが形成されている。

旋回筐体４は、支持筐体２の天面側に配置される。旋回筐体４は、支持筐体２の天面開口２ａに設けられたベアリング２０に対して上方から固定される。ベアリング２０に固定されることで、旋回筐体４は旋回軸Ｐを中心に円滑な旋回運動が可能となる。旋回筐体４の内部には、ケーブル１０の通過可能な空間が形成される。また、旋回筐体４には、支持筐体２に取り付けられた状態で、支持筐体２の天面開口２ａと連通する底面開口４ａが形成されている。これにより、支持筐体２の内部空間と旋回筐体４の内部空間とが、天面開口２ａおよび底面開口４ａを介してつながることとなる。なお、図１では、旋回筐体４の上方部分の形状を省略して表しているが、この省略された部分の形状は、旋回装置１の使用目的や使用状態によって様々な形状を採用することができる。

減速機６は、床部１２の上面に固定される。減速機６は、モータ５からの動力を減速させて、回転部６ａに伝える。減速機６は、回転部６ａの回転軸を旋回軸Ｐに一致させて配置される。

図２は、クランク軸８の概略構成を示す斜視図である。クランク軸８は、円板形状の円板状部（駆動板）１４、中央部に通過孔１６ａが形成された円環状部（旋回板）１６を有して構成され、円板状部１４と円環状部１６は、所定の間隔で対向させた状態を保持するように柱部１８で連結されている。柱部１８は、円板状部１４と円環状部１６の外周に沿った位置に設けられる。円板状部１４は、減速機６の回転部６ａに固定される。これにより、クランク軸８は、回転部６ａの回転に伴って回転する。円環状部１６は、ベアリング２０に対して下方から固定される。すなわち、円環状部１６と旋回筐体４とでベアリング２０を挟み込むこととなる。これにより、クランク軸８と旋回筐体４とは、ベアリング２０を介して連結され、クランク軸８の回転を、ベアリング２０を介して旋回筐体４に伝えることが可能となる。クランク軸８が回転部６ａに固定された状態で、円環状部１６に形成された通過孔１６ａは、支持筐体２の天面開口２ａおよび旋回筐体４の底面開口４ａと連通する。

ケーブル１０は、旋回筐体４の内部空間と支持筐体２の内部空間を通過する。ケーブル１０は、旋回筐体４と支持筐体２の境界部分を通って、旋回筐体４の内部空間側から支持筐体２の内部空間に引き回される。ケーブル１０は、旋回筐体４と支持筐体２との境界部分を貫通する際に、旋回筐体４の底面開口４ａ、支持筐体２の天面開口２ａ、円環状部１６に形成された通過孔１６ａを旋回軸Ｐに沿うように引き回される。旋回筐体４と支持筐体２との境界部分を通ったケーブル１０は、クランク軸８の円板状部１４と円環状部１６の間を通って、旋回軸Ｐから離間される。旋回軸Ｐから離間したケーブル１０は、そのまま下方に引き回されて、床部１２に形成されたＵ字開口１２ａを貫通する。Ｕ字開口１２ａを貫通したケーブル１０は、円板状部１４の円環状部１６と対向する面の反対面側、すなわち床部１２の下方で側壁開口２ｂに向けて引き回され、再度、旋回軸Ｐと交差する。旋回軸Ｐと交差したケーブル１０は、側壁開口２ｂを貫通して支持筐体２の外部へと引き回される。

このように、ケーブル１０を、旋回筐体４と支持筐体２との間に貫通させる際に、旋回軸Ｐに沿わせているので、旋回筐体４を旋回させても、旋回筐体４と支持筐体２との境界部分でケーブル１０はほとんど移動することがない。したがって、旋回筐体４の形成する底面開口４ａをコンパクトにしても、旋回筐体４を旋回させることができる。底面開口４ａの開口面積をコンパクトにすることができるので、旋回筐体４自体もコンパクトにすることができる。また、支持筐体２の天面開口２ａの開口面積もコンパクトにすることができるので、支持筐体２の高強度化を図ることができる。

また、上述のようにケーブル１０を引き回すことで、図１に示すように、ケーブル１０は、支持筐体２の内部で断面コ字形状を呈することとなる。これにより、ケーブル１０のうち、旋回軸Ｐから離間して引き回された部分が、旋回筐体４の旋回方向に変形しやすくなっている。

図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、旋回筐体４が旋回する前の初期状態を示す図である。図４は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、旋回筐体４が旋回してクランク軸８の柱部１８がケーブル１０に当接した状態を示す図である。図５は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、図４に示す状態からさらに旋回筐体４が旋回した状態を示す図である。ここで、初期状態とは、クランク軸８が図１に示す位置にある状態を言う。

図４に示すように、旋回筐体４が矢印Ｘに示す方向にある程度旋回すると、クランク軸８の柱部１８が、旋回軸Ｐから離間したケーブル１０に当接する。ここで、ケーブル１０は断面コ字形状を呈しているため、旋回筐体４をさらに旋回させても、図５に示すようにケーブル１０が変形可能である。これにより、旋回筐体４の旋回角度を大きく取ることができる。もちろん、旋回方向を矢印Ｙに示す方向とした場合であっても、ケーブル１０は同様に変形可能であるため、旋回筐体４の旋回角度を大きく取ることができる。このように、矢印Ｘに示す方向と、矢印Ｙに示す方向に旋回角度を大きく取ることができるので、旋回筐体４の旋回可能角度を３６０度より大きくすることができる。

また、ケーブル１０が貫通する床部１２には、平面視においてＵ字形状のＵ字開口１２ａが形成されているので、変形に伴うケーブル１０の移動が円滑に行われる。したがって、ケーブル１０に無理な力が加わり破損してしまうといった不具合を発生しにくくすることができる。なお、ケーブル１０は、旋回筐体４と支持筐体２との境界部分の近傍で、旋回筐体４の内壁にクランプ（ケーブル固定手段）１９で固定されている。クランプ１９で固定されることにより、旋回筐体４の旋回に伴ってケーブル１０にはねじれが生じる。これにより、旋回筐体４の旋回時に、クランク軸８の柱部１８が当接する前にケーブル１０が変形するので、柱部１８から無理な力がケーブル１０にかかりにくくなり、ケーブル１０が破損しにくくなる。

図６は、比較例としての従来の旋回装置を示す平面断面図である。従来は、クランク軸８の円板状部１４と円環状部１６との間を通ったケーブル１０は、そのまま矢印Ｚに示す方向に引き回されていた。なお、図１でも、比較例におけるケーブル１０の状態を破線で示す。この場合、クランク軸８の柱部１８がケーブル１０に当接した後、さらに旋回させようとしても、ケーブル１０がほとんど変形しないので、旋回筐体４の旋回可能角度は限定される。したがって、比較例に示すような旋回装置では、その旋回可能角度を３６０度より大きくすることが困難であった。

なお、本実施の形態では、旋回筐体４と支持筐体２との境界を通る際に、ケーブル１０が旋回軸Ｐに沿うようにしているが、旋回軸Ｐの近傍を通過さえすれば、旋回筐体４の底面開口４ａおよび支持筐体２の天面開口２ａをコンパクトにすることができ、旋回筐体４自体のコンパクト化および支持筐体２の高強度化を図ることができる。

また、床部１２の下方でケーブル１０を引き回す際に、旋回軸Ｐに交差するようにしているが、旋回軸Ｐの近傍を通過するように引き回しさえすれば、ケーブル１０の変形が可能な断面コ字形状を実現することができ、旋回筐体４の旋回可能角度を大きく取ることができる。

以上のように、本発明にかかる旋回装置は、ロボットの旋回装置に有用であり、特に、産業用ロボットの旋回装置に適している。

１旋回装置
２支持筐体
２ａ天面開口
２ｂ側壁開口
４旋回筐体
４ａ底面開口
５モータ
６減速機（駆動部）
６ａ回転部
８クランク軸
１０ケーブル
１２床部
１２ａＵ字開口
１４円板状部（駆動板）
１６円環状部（旋回板）
１６ａ通過孔
１８柱部
１９クランプ（ケーブル固定手段）
２０ベアリング

Claims

支持筐体と、前記支持筐体に旋回軸を中心に旋回可能に支持された旋回筐体と、前記支持筐体と前記旋回筐体との境界を貫通するケーブルと、を有する旋回装置であって、
ケーブルを通過させる通過孔が形成されて前記旋回筐体に連結される旋回板と、前記旋回筐体を旋回駆動する駆動部に連結される駆動板と、前記旋回板と前記駆動板とを所定の間隔で対向させた状態で接続する柱部とを備えるクランク軸を前記支持筐体の内部に有し、
前記ケーブルは、前記境界部分および前記通過孔において略前記旋回軸上を通過し、前記旋回板と前記駆動板との間を通過して前記旋回軸から離間し、前記駆動板の前記旋回板と対向する面の反対面側で、再度、前記旋回軸近傍を通過するように引き回されることを特徴とする旋回装置。
前記境界部分の近傍で前記旋回筐体の内壁に前記ケーブルを固定するケーブル固定手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の旋回装置。