JP2011194495A - ロボットのアーム連結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図るとともに関節の可動範囲を拡大することができるロボットのアーム連結装置を提供する。
【解決手段】ロータリジョイント３７は、ハウジング１０に固定されたスリーブ１７の円筒内に回転可能な状態で挿入されたシャフト１５を介して駆動源１２の回転力を第２の上アーム６に伝達するとともに、第１の上アーム５側から供給される圧縮空気をスリーブ１７とシャフト１５との間に設けられた空気通路を通じて第２の上アーム６側に排出する。回転関節用配線装置２０は、スリーブ１７の外周を囲むように設けられた筒状をなすケース４１と、ケース４１の内周に沿ってスパイラル状に緩く巻かれた状態で収容されたフラットケーブル４２とから構成される。第１の上アーム５側から供給される電気信号は、回転関節用配線装置２０のフラットケーブル４２を通じて第２の上アーム６側へと伝達される。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源が配置される駆動元のアームと、その駆動源により回転駆動される駆動先のアームとを連結するロボットのアーム連結装置に関する。

例えば、産業用ロボットの関節部分には、駆動源（モータおよび減速機）が配置される駆動元のアームと、その駆動源により回転駆動される駆動先のアームとを連結するためのアーム連結装置が設けられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のアーム連結装置には、駆動源から駆動先のアームに対して回転力を伝達するためにクランク部を有する軸（クランクシャフト）が使用されている。また、この場合、上記クランク部の内側を通すように中空状のパイプが設けられ、そのパイプの中に圧縮空気などを供給するための配管や電気信号を伝達するための配線を通すといった構造が採用されることになる。

上記構造によれば、配管や配線は、駆動源とは異なる位置（駆動元アームよりベースに近いアーム側の位置）から引き出されることになる。このため、クランクシャフトの回転中心付近に配管や配線を通すためだけの軸方向に延びる空間が必要となる。さらに、アームが回転される際に配管や配線の動きを許容するための空間（動きしろ）も必要となる。特に、配線に関しては回転に伴い捻れ運動するので、その分の空間を確保する必要がある。通常、ロボットには、ベース側から手先側まで引き回さなければならない配線が少なくとも十数本は存在する。このような事情から、配線が多くなるため、上記軸方向に延びる空間を広くとる必要があり、これに伴い、クランクシャフトの軸方向長さを長くしなければならず、その分だけアームが長くなっていた。

さて、ロボットは、周辺の設備との衝突の可能性を出来る限り抑えるため、そのサイズは小さいほうが望ましい。また、ロボットは、ユーザが要求する様々な動作に対応できるように、すなわち動作の多様化を実現できるように、その関節の可動範囲は広いほうが望ましい。このようなことから、ロボットには、小型化させることが求められるとともに、関節の可動範囲を拡大させることが求められている。このような要望を満たすためには、上記構造では限界があった。そこで、上記要望に答えるため、回転力を伝達する軸として中空状の回転軸を採用することが考えられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２３９９６７号公報 国際公開第２００４／０７８４２３号パンフレット

特許文献２記載の中空状の回転軸を採用すれば、クランクシャフトを用いた場合と比べてアームの長さを短くすることができる。しかし、配管や配線は、中空状の回転軸の中心を通ることになる。このため、配管や配線が捻れによる回転限界を有することになり、関節の可動範囲を拡大することが難しくなる。すなわち、中空状の回転軸を採用した場合、小型化の要望は達成可能であるかもしれないが、動作多様化の要望を達成することはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図るとともに関節の可動範囲を拡大することができるロボットのアーム連結装置を提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、２つのアームのうち一方のアーム（以下、駆動元アームと称す）に設けられた駆動源により発生された回転力は、ロータリジョイントのシャフトを介して他方のアーム（以下、駆動先アームと称す）に伝達される。このロータリジョイントは、駆動元アームのフレームに固定された筒状をなすボディと、そのボディの中央部（筒の内部空間）に回転可能な状態で挿入されるシャフトとから構成されている。また、シャフトの一端は、駆動元アームに設けられた軸受により回転可能に支持されている。そして、駆動元アーム側から供給される気体（例えば圧縮空気など）は、ボディとシャフトとの間に設けられた気体通路を通じて駆動先アーム側に排出される。このような構成により、従来技術のような配管を用いることなく、駆動元アームから駆動先アームへと圧縮空気などを供給することができる。従って、従来技術のように、アームが回転する際における配管の動作を許容するための空間（動きしろ）を確保する必要がなくなり、その分だけ装置の小型化を図ることができる。

また、駆動元アーム側から供給される電気信号（制御用の信号や、電力供給用の信号など）は、回転フラットケーブルユニットを介して駆動先アーム側へと伝達される。この回転フラットケーブルユニットは、ロータリジョイントのボディの外周部の少なくとも一部を囲むように設けられた筒状をなすケースと、そのケースの外周よりも長い帯状をなすフラットケーブルとから構成されている。フラットケーブルは、ケースの内周に沿って少なくとも１回転された状態で収容されている。つまり、フラットケーブルを収納するための空間は、ロータリジョイントの軸方向に重なる位置に設けられている。このようなフラットケーブルは、通常、同じ数の信号を伝達するための配線と比べて非常にコンパクトになっている。さらに、アームが回転する際におけるフラットケーブルの動作を許容するための空間（動きしろ）は、ロータリジョイントのボディの外周側の空間となる。すなわち、フラットケーブルの動きしろのための空間についても、ロータリジョイントの軸方向に重なる位置に設けられている。従って、従来技術のように、電気信号を伝達する配線を収納する空間や、その動作を許容する空間を軸方向に広く確保する必要がなくなり、その分だけ装置の小型化を図ることができる。特に、軸方向の長さを短くすることができる。

また、上記構成によれば、従来技術の構成に比べてアームの回転可能な角度範囲を大きくとることができる。すなわち、駆動先アームの回転可能な角度範囲は、フラットケーブルの長さに依存して決定される。このため、フラットケーブルを長くすればするほど、関節の可動範囲を拡大することが可能となる。しかも、フラットケーブルを長くしたとしても、上記構成によれば、フラットケーブルをケースの内周に収容する際の巻き回転が増えるだけである。また、このようにケースの内周に沿って収容されるフラットケーブルとしては、通常、その厚み方向の長さが通常のケーブルに比べて格段に短い（通常のケーブルに比べて格段に薄い）、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）が用いられる。このため、この巻き回数が増えてもフラットケーブルの厚み分だけ余分に収容空間および動作の許容空間が必要になるだけであり、これら空間を大幅に増やす必要はない。従って、関節の可動範囲を拡大させるためにフラットケーブルを長くしたとしても、アームの小型化への支障は生じない。このように、本手段によれば、ロボットの小型化を実現可能にするとともに、その関節の可動範囲を拡大させることが可能となる。

請求項１記載の手段では、ロータリジョイントのシャフトは、駆動元アームに設けられた軸受によってのみ支持された状態（いわゆる片持ちの状態）となっていた。ロボットを最高負荷状態で動作させた場合、上記片持ち状態のシャフトには大きな応力が加わる。そして、ロータリジョイントにおけるボディとシャフトとの間の距離（ボディの内径およびシャフトの外径）は、最高負荷状態での動作時にシャフトに加わる応力によるシャフトのずれを考慮した上で気密性が確保できるように設計されている。しかし、例えば、軸受の経年劣化などが原因でシャフトが想定されるよりも大きくずれた場合には、気体通路を通過する気体が外部に漏れる事態（エア漏れ）が生じてしまう。
このような問題は、ロータリジョイントのシャフトの両側に（駆動先アーム側と駆動元アーム側に）軸受を設けた構成を採用することで解消可能であるが、この構成を採用することは、ロボットの小型化を実現するという目的に相反することになる。そこで、請求項２記載の手段を採用するとよい。

請求項２記載の手段によれば、ロータリジョイントのボディは、一方のアームのフレームに固定される側の端に鍔部を備えた筒状をなし、その鍔部に形成された孔に挿入されたショルダボルトを介して駆動元アームのフレームに固定されている。また、ショルダボルトの胴部の一部と孔の内壁との間には、その内壁に接した弾性部材が設けられている。そして、このような構成において、胴部の一部とは異なる部分と孔の内壁との間には第１の隙間が設けられ、胴部の一部と弾性部材との間には第２の隙間が設けられている。第１の隙間と第２の隙間との関係は、「第１の隙間＞第２の隙間」となっている。すなわち、ロータリジョイントのボディと駆動元アームのフレームとの間は、フローティング支持構造を介して固定されていることになる。

このような構成によれば、ロータリジョイントのシャフトが軸受の経年劣化などが原因でずれた場合（芯ずれした場合）、軸受より駆動先アーム側に位置する全ての構成がシャフトのずれと同じ量だけ変位する。すなわち、シャフトがずれると、ボディもシャフトと同じ方向へ同じ量だけ移動する。さらに、このとき、上述したとおり、第１の隙間よりも第２の隙間のほうが小さいため、ショルダボルトの胴部は、ボディよりも先に弾性部材に接触することで衝撃が吸収された後（粘性を持たされた後）、ボディに接触する。このため、ショルダボルトがボディに激しく衝突することはなく、ショルダボルトとボディとの接触は、音が出ない程度の弱い衝突に過ぎない。従って、この衝突により構成部品が変形して、上記芯ずれが拡大する事態は起こり難い。また、このフローティング支持構造によるボディの移動可能な範囲は、弾性部材がショルダボルトの胴部に押されて弾性変形することで、ショルダボルトの胴部がボディに接触するまでとなる。すなわち、第１の隙間から第２の隙間を減じた間だけボディは移動可能となっている。従って、軸受の経年劣化などに起因してシャフトがずれるなどのガタが生じても、上記フローティング支持構造によるボディの移動可能な範囲のガタであれば、そのガタを拡大させることなく、ボディを含めた構成部品がシャフトのずれと同じ量だけ変位する。これにより、ロータリジョイントにおけるボディとシャフトとの位置関係が変化することがないので、気体通路におけるエア漏れの発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態を示すロボットの斜視図 回転関節部分の構造を示す一部断面図 図２の一部を拡大して示す図 回転関節用配線装置の断面図 フラットケーブルの斜視図 フローティング支持構造を示す断面図 芯ずれした場合の図２相当図 本発明の第２の実施形態を示す図６相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。
図１は、一般的な産業用ロボットの構成を示している。図１に示すロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットとして構成されている。ロボット１は、ベース２と、このベース２に水平方向に回転可能に支持されたショルダ部３と、このショルダ部３に上下方向に回転可能に支持された下アーム４と、この下アーム４に上下方向に回転可能に支持された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５に捻り回転可能に支持された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に上下方向に回転可能に支持された手首７と、この手首７に捻り回転可能に支持されたフランジ８とから構成されている。そして、アーム先端であるフランジ８には、図示はしないが、エンドエフェクタ（手先）が取り付けられる。

ベース２、ショルダ部３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首７およびフランジ８は、ロボット１のアームとして機能し、ベース２を除く各アームは、下段のアームに対し回転関節によって順次回転可能に連結されている。このアーム同士を連結する回転関節は、例えば前段のアームにシャフトを回転可能に設け、このシャフトに後段のアームを連結するという構造のもので、後段のアームがシャフトと一体的に回転するように構成される。

上記したベース２を除く各アームは、それぞれアクチュエータ、例えばモータ（図示せず）を駆動源としている。これらのモータに電源を供給したり、あるいはロボットコントローラ（図示せず）からモータの駆動回路に制御信号を送信したり、モータの近傍に設けられたロータリエンコーダ（図示せず）からロボットコントローラに回転検知信号を送信したりするために、ベース２から先端の手首７に至るまでのロボット１内部にはケーブル（図示せず）が通されている。

また、フランジ８に取り付けられるエンドエフェクタがハンドであれば、当該ハンドのアクチュエータであるモータに電源を供給したり、ハンドのモータとロボットコントローラとの間で制御信号や回転検知信号を送受信したりするためのケーブルがロボット１内部に通される。エンドエフェクタが視覚検査装置のカメラである場合には、カメラに電源を供給したり、カメラからの撮影画像信号をロボットコントローラに送信したりするためのケーブルがロボット１内部に通される。

図２は、前段のアームである第１の上アーム５に、後段のアームである第２の上アーム６を回転可能に連結する回転関節の構造を中心に示している。図３は、回転関節の構造を拡大して示している。回転関節９（ロボットのアーム連結装置に相当）において、第１の上アーム５（一方のアームに相当）のフレームを構成するハウジング１０の後端部には、第１の上アーム５を上下方向に回転させるための駆動力を発生させる駆動源１１が設けられている。ハウジング１０の中央部には、第２の上アーム６（他方のアームに相当）を捻り回転させるための駆動力を発生させる駆動源１２が設けられている。

駆動源１２を構成する減速装置１３は、ハウジング１０の中間部の内側に固定されている。減速装置１３の図示しない入力軸には、駆動源１２を構成するモータ１４の回転軸が連結されている。また、減速装置１３の図示しない出力軸には、シャフト１５が連結されている。シャフト１５には、連結部材１８を介して第２の上アーム６が連結されている。シャフト１５は、減速装置１３側の端部において、軸受１６により回転可能に支持されている。軸受１６は、ハウジング１０に固定されている。従って、シャフト１５は、減速装置１３の出力トルクを第２の上アーム６に伝達する機能と、第２の上アーム６を片持ち支持する機能を有する。このような構成により、モータ１４が駆動されると、その回転が減速装置１３により減速されてシャフト１５に伝達され、第２の上アーム６が捻り回転する。

シャフト１５の外側には、スリーブ１７（ボディに相当）が設けられている。このスリーブ１７は円筒状をなしており、その円筒内（中央部）にシャフト１５が回転可能に嵌合（収納）されている。また、スリーブ１７は、その後端（図２中、右端）部に鍔部１９を有している。この鍔部１９は、後述するフローティング支持構造により、ハウジング１０に固定された軸受１６に固定されている。スリーブ１７の鍔部１９以外の外周部を囲むように、回転関節用配線装置２０が設けられている。この回転関節用配線装置２０は、ロボット１内部に前述した各電気信号を伝達するためのケーブルを通す配線のうち、回転関節部分を通す配線に用いられるものである（詳細は後述する）。

さて、フランジ８の先端部には、エンドエフェクタとしての例えばハンドを駆動する空圧アクチュエータが配設されている（いずれも図示せず）。この空圧アクチュエータには、作動用の圧縮空気（気体に相当）が供給される。また、空圧アクチュエータに供給された圧縮空気は作動後、空圧アクチュエータから吐出される。本実施形態では、各アームのハウジング内を通るように、圧縮空気を空圧アクチュエータに供給するための給気用通路と、空圧アクチュエータから吐出された空気を所定の排気場所まで導くための排気用通路が配設されている。

給気用通路および排気用通路は、第１の上アーム５に対する第２の上アーム６の回転を吸収しなければならないため、それら通路の一部は回転関節９のシャフト１５およびスリーブ１７を利用して形成されている。すなわち、スリーブ１７には、軸方向に位置を異ならせて２つの中継路、つまり給気入口側中継路２１および排気出口側中継路２２が形成されている。これら給気入口側中継路２１および排気出口側中継路２２は、スリーブ１７を内外方向に貫通して形成されており、その両端開口のうち、スリーブ１７の外周面における一端開口には、後段の下アーム４へと通じる給気用通路および排気用通路（いずれも図示せず）が接続されている。図示はしないが、これら給気用通路および排気用通路は、いずれかのアーム、例えばベース２内まで、各アーム内に形成された空気通路を介して延長され、ベース２から外方に導出される。給気用通路の一端部は、圧縮空気供給源であるコンプレッサ（図示せず）に接続され、排気用通路の一端部は、所定の排気場所まで延長されるようになっている。

シャフト１５の外周面には、軸方向に隔てて２本の環状溝、つまり給気用環状溝２３および排気用環状溝２４がシャフト１５の外周面を一周するように形成されている。これら給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の軸方向の形成位置は、それぞれスリーブ１７の給気入口側中継路２１および排気出口側中継路２２の形成位置に一致している。従って、給気入口側中継路２１は、給気用環状溝２３内に開口して当該給気用環状溝２３と常時連通した状態に維持される。また、排気出口側中継路２２は、排気用環状溝２４内に開口して当該排気用環状溝２４と常時連通した状態に維持される。

シャフト１５の中には、２本の中継路、つまり給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６がＬ形に形成されている。これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の一端開口は、それぞれ給気用環状溝２３および排気用環状溝２４内に開口されている。また、これら給気出口側中継路２５および排気入口側中継路２６の他端開口は、それぞれシャフト１５の外面、例えば第２の上アーム６側の一端面において開口されている。これら給気出口側中継路２５および排気入口側中経路２６の他端開口には、それぞれ管継手２７、２８を介して給気用接続管２９および排気用接続管３０が接続されている。

給気用接続管２９および排気用接続管３０は、第２の上アーム６以降の給気用通路および排気用通路（いずれも図示せず）にそれぞれ接続されている。そして、これら第２の上アーム６以降の給気用通路および排気用通路は、空圧アクチュエータの２つの空気出入口にそれぞれ接続されている。

シャフト１５の外周面には、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の両側に位置するようにして第１のＯリング溝３１、第２のＯリング溝３２および第３のＯリング溝３３が形成されている。なお、中央の第２のＯリング溝３２は、給気用環状溝２３および排気用環状溝２４の片側のＯリング溝を兼用している。これら第１のＯリング溝３１、第２のＯリング溝３２および第３のＯリング溝３３には、それぞれＯリング３４〜３６が嵌め込まれており、Ｏリング３４〜３６によってシャフト１５とスリーブ１７との間が密閉され、スリーブ１７とシャフト１５との間の僅かな隙間を通じて空気が給気用環状溝２３および排気用環状溝２４に対して出入りすることが防止される。なお、本実施形態では、シャフト１５、スリーブ１７およびＯリング３４〜３６によりロータリジョイント３７が構成される。

図４は、回転関節用配線装置２０の構成を示している。回転関節用配線装置２０（回転フラットケーブルユニットに相当）は、ケース４１内に帯状の長尺なフラットケーブル４２を収納してなる。ケース４１は、両端面が開放された円筒状をなしている。このケース４１は、スリーブ１７の外周部を囲むように、当該スリーブ１７に対して相対回転可能に組み付けられている。ケース４１には、その内周面から外周面に向かって円弧を描くようにしてスリット４１ａが形成されている。このスリット４１ａは、ケース４１の外周面において所定幅で開口している。

ケース４１内に収納されたフラットケーブル４２の一端部は、図示しない保持部材を介してスリーブ１７の外周面に保持されている。フラットケーブル４２の他端部は、ケース４１のスリット４１ａ内に挿入されている。このスリット４１ａ内に挿入されたフラットケーブル４２の他端部は、ケース４１の外周面におけるスリット４１ａの開放口を塞ぐようにして当該ケース４１に固定された押え具４４によってスリット４１ａ内面に押圧されている。このようにして両端部がケース４１とスリーブ１７に取り付けられたフラットケーブル４２は、スリーブ１７の外周に所要回数（少なくとも１回）スパイラル状に緩く巻かれた状態となっている。言い換えれば、フラットケーブル４２は、ケース４１の内周に沿ってスパイラル状に緩く巻かれた状態で収容されている。すなわち、フラットケーブル４２を収納するための空間は、シャフト１７の軸方向に重なる位置に設けられている。

図５はフラットケーブルの構成を示している。本実施形態では、フラットケーブル４２として、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を用いている。なお、フラットケーブル４２として、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を用いてもよい。このようなフラットケーブル４２は、通常、同じ数の信号を伝達するためのケーブルと比べて非常にコンパクトになる。フラットケーブル４２は、両端部に互いに逆方向に直角に延びる延長部４２ａ、４２ｂを有している。この延長部４２ａ、４２ｂの先端部には、それぞれ接続端子４５、４６が取り付けられている。このような構成により、フラットケーブル４２の両端部をケース４１から導出させることを可能としている。

図２に示すように、回転関節用配線装置２０は、ケース４１およびスリーブ１７の相対回転の中心を、第２の上アーム６および第１の上アーム５の相対回転の中心に一致させるようにして回転関節９に配置されている。ケース４１は、図示しない取付機構を介して第２の上アーム６のハウジング４７に取り付けられている。

図示はしないが、ケース４１から導出されたフラットケーブル４２の一方の延長部４２ａは第１の上アーム５内に収納され、その接続端子４５が第１の上アーム５の所定部位に固定される。そして、この接続端子４５に第１の上アーム５内に配線されたケーブルが接続端子を介して接続される。また、ケース４１から導出されたフラットケーブル４２の他方の延長部４２ｂは第２の上アーム６内に収納され、その接続端子４６が第２の上アーム６の所定部位に固定される。そして、この接続端子４６に第２の上アーム６内に配線されたケーブルが接続端子を介して接続される。以上のようにして第１の上アーム５内に配線されたケーブルと、第２の上アーム６内に配線されたケーブルとが回転関節用配線装置２０を介して接続される。

図６は、スリーブ１７を軸受１６に固定するためのフローティング支持構造を示している。図６に示すように、スリーブ１７の鍔部１９には、貫通孔５１が形成されている。この貫通孔５１の内壁の中央部分には、突起部５１ａが形成されている。一方、軸受１６には、ねじ穴５２が形成されている。鍔部１９の貫通孔５１の下部（図６中、右部）には、円筒状をなすとともに弾性変形可能な弾性部材５３の一部（上部、図６中、左部）が、内壁に接した状態で嵌め込まれている。弾性部材５３の下部は、貫通孔５１からはみ出した状態となっている。鍔部１９は、貫通孔５１に挿通されるとともに軸受１６のねじ穴５２にねじ込まれたショルダボルト５４により、軸受１６に固定される。

ショルダボルト５４は、頭部５４ａ、円筒状の胴部５４ｂおよびねじ部５４ｃから構成されている。ショルダボルト５４の頭部５４ａは、貫通孔５１の突起部５１ａの上面に接している。ショルダボルト５４の胴部５４ｂの頭部５４ａ側の部分は、突起部５１ａの内壁面と第１の隙間Ｄ１を介して対向している。ショルダボルト５４の胴部５４ｂのねじ部５４ｃ側の部分は、弾性部材５３の内壁面と第２の隙間Ｄ２を介して対向している。第１の隙間Ｄ１および第２の隙間Ｄ２の関係は、下記（１）式により表される。
Ｄ１＞Ｄ２ …（１）

ショルダボルト５４のねじ部５４ｃは、軸受１６のねじ穴５２にねじ込まれている。弾性部材５３の高さ方向（図６中、左右方向）の長さは、鍔部１９がショルダボルト５４を介して軸受１６に固定された際に、弾性部材５３の下端部が軸受１６に接触する程度の長さとなっている。このような図６に示す構成が、鍔部１９および軸受１６の複数個所（例えば３箇所）に設けられている（図２では１箇所のみ図示）。これにより、スリーブ１７は、軸受１６、ひいては第１の上アーム５のハウジング１０に固定されている。

上記構成によれば、次のような作用および効果が得られる。
圧縮空気供給源から供給される圧縮空気は、第１の上アーム５および第２の上アーム６を連結する回転関節９におけるスリーブ１７とシャフト１５との間に形成された空気通路（気体通路に相当）を含む給気用通路を通って空圧アクチュエータに供給される。空圧アクチュエータは、この圧縮空気の供給によって所定の動作を行う。一方、空圧アクチュエータの動作に伴って当該空圧アクチュエータから吐出される空気は、回転関節９におけるスリーブ１７とシャフト１５との間に形成された空気通路（気体通路に相当）を含む排気用通路を通って所定の排気場所に導かれ、当該排気場所で排出される。

従って、第１の上アーム５側の給気用通路および排気用通路と、第２の上アーム６側の給気用通路および排気用通路とを、従来技術のような配管（例えばゴムホースなど）を用いることなく、第１の上アーム５に対する第２の上アーム６の回転を吸収できる状態にして接続することができる。このため、捻りや曲げ、または絡まりを生ずる部分がなく、耐久性が向上するとともに、第２の上アーム６の回転角度に制約を受けることがない。また、第１の上アーム５から第２の上アーム６にかけての部分の小型化、ひいてはロボット１の小型化に寄与することができる。

また、回転関節用配線装置２０において、第２の上アーム６が第１の上アーム５に対して相対回転すると、その相対回転の方向により、フラットケーブル４２は、スリーブ１７に巻き付き、または、巻き戻されるように両端間において曲がるように撓み、または、曲がりが伸ばされるようになり、これによって、ケース４１とスリーブ１７、ひいては、第２の上アーム６と第１の上アーム５の相対回転を吸収する。このように、第２の上アーム６が回転する際におけるフラットケーブル４２の動作を許容するための空間は、スリーブ１７の外周側の空間となっている。

このような動作を行う回転関節用配線装置２０は、ケース４１がフラットケーブル４２をスパイラル状に収容できる程度の比較的小型のもので済むため、狭いスペースでも配線可能で、余分なスペースの余りない小型ロボットに対しても、大型化を招来せず、または、大型化を伴っても僅かに大きくするだけで済むようになる。また、回転関節用配線装置２０は、フラットケーブル４２を収容する空間およびその動作を許容するための空間を軸方向（図２中、左右方向）に広く確保する必要がないため、第１の上アーム５の軸方向の長さを短くできるという効果も得られる。

また、本実施形態の回転関節用配線装置２０によれば、従来技術の構成に比べて第２の上アーム６の回転可能な角度範囲を大きくとることができる。すなわち、第２の上アーム６の回転可能な角度範囲は、フラットケーブル４２の長さに依存して決定される。このため、フラットケーブル４２を長くすればするほど、関節の可動範囲を拡大することが可能となる。しかも、フラットケーブル４２を長くしたとしても、上記構成によれば、フラットケーブル４２をケース４１の内周に収容する際の巻き回数が増えるだけである。この巻き回数が増えても、通常のケーブルと比べて格段に厚みの薄いフラットケーブル４２の厚み分だけ余分に収容空間および動作の許容空間が必要になるだけであり、これら空間を大幅に増やす必要はない。従って、関節の可動範囲を拡大させるためにフラットケーブル４２を長くしたとしても、装置の小型化への支障は生じない。このように、本実施形態の回転関節用配線装置２０によれば、ロボット１の小型化を実現可能にするとともに、その関節の可動範囲を拡大させることが可能となる。

さて、回転関節９において、シャフト１５は、第１の上アーム５に設けられた軸受１６によってのみ支持された状態（いわゆる片持ちの状態）となっている。ロボット１を最高負荷状態で動作させた場合、上記片持ち状態のシャフト１５には大きな応力が加わる。そして、このシャフト１５とスリーブ１７との間の距離（スリーブ１７の内径およびシャフト１５の外径）は、最高負荷状態での動作時にシャフト１５に加わる応力によるシャフト１５のずれを考慮した上で空気通路の気密性が確保できるように設計されている。しかし、例えば、軸受１６の経年劣化などが原因でシャフト１５が想定されるよりも大きくずれた（傾いた）場合には、空気通路を通過する圧縮空気が外部に漏れる事態（エア漏れ）が生じてしまう。

本実施形態では、スリーブ１７を第１の上アーム５のハウジング１０に固定されている軸受１６に固定する部分において、図６に示すようなフローティング支持構造を採用した。これにより、シャフト１５が軸受１６の経年劣化などが原因で芯ずれした場合、図７に示すように、軸受１６より第２の上アーム６側に位置する全ての構成がシャフト１５のずれと同じ量だけ変位する。なお、図７では、ずれる前の状態を二点鎖線で示し、ずれた後の状態を実線で示している。このため、シャフト１５がずれた場合にはスリーブ１７も同じ方向へ同じ量だけ移動する。フローティング支持構造によるスリーブ１７の移動可能な範囲は、弾性部材５３がショルダボルト５４の胴部５４ｂに押されて弾性変形することで、胴部５４ｂがスリーブ１７に接触するまでの範囲となる。

すなわち、上記フローティング支持構造においては、第１の隙間Ｄ１から第２の隙間Ｄ２を減じた範囲だけスリーブ１７が移動可能な状態となっている。従って、軸受１６の経年劣化などに起因してシャフト１５がずれるなどのガタが生じても、上記フローティング支持構造によるスリーブ１７の移動可能な範囲のガタであれば、スリーブ１７を含めた構成部品がシャフト１５のずれと同じ量だけ変位する。これにより、スリーブ１７とシャフト１５との位置関係が変化することがないので、空気通路におけるエア漏れの発生を抑制することができる。

さらに、ショルダボルト５４の胴部５４ｂと突起部５１ａの内壁面との間の第１の隙間Ｄ１よりも、ショルダボルト５４の胴部５４ｂと弾性部材５３の内壁面との間の第２の隙間Ｄ２のほうが小さくなるようにした。このため、上記フローティング支持構造によりスリーブ１７が移動する際、ショルダボルト５４の胴部５４ｂは、スリーブ１７よりも先に弾性部材５３に接触する。これにより、ショルダボルト５４の胴部５４ｂは、弾性部材５３によるクッション作用を受けて衝撃が吸収された後、スリーブ１７に接触する。このため、ショルダボルト５４とスリーブ１７との接触は、激しいものではなく、音が出ない程度の弱い衝突に過ぎない。従って、この衝突により構成部品が変形して、上記芯ずれが拡大する事態が起こり難くなる。このように、スリーブ１７の移動に伴ってガタを拡大させることが起こり難いフローティング支持構造を採用しているため、上述したシャフト１５のずれを吸収する作用および効果を確実に得ることができる。

（第２の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、スリーブ１７を軸受１６に固定するためのフローティング支持構造を変更した第２の実施形態について図８を参照しながら説明する。
図８は、第１の実施形態における図６相当図である。図８に示すフローティング支持構造は、図６に示した第１の実施形態のフローティング支持構造に対し、ショルダボルト５４に代えてショルダボルト７１を用いている点が異なる。

図８に示すように、ショルダボルト７１は、ボルト７２およびカラー７３により構成されている。ボルト７２は、頭部７２ａおよびねじ部７２ｂを有している。カラー７３は、両端が開放された円筒状をなしている。そして、カラー７３の円筒内にボルト７２のねじ部７２ｂを挿入することで、ショルダボルト７１が構成されている。このように、ボルト７２およびカラー７３を組み合わせることにより、第１の実施形態におけるショルダボルト５４と同様の構成を有するショルダボルト７１が構成されている。なお、この場合、カラー７３がショルダボルト７１の胴部に相当する。従って、本実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
上記各実施形態では、第１の上アーム５に第２の上アーム６を回転可能に連結する回転関節９の構造について説明したが、他のアーム同士を回転可能に連結する回転関節（アーム連結装置）についても同様の構造を採用することが可能である。
スリーブ１７は、第１の上アーム５のハウジング１０に軸受１６を介して間接的に固定されていたが、これに限らずともよく、スリーブ１７は、第１の上アーム５のハウジング１０に直接的または間接的に固定されていればよい。スリーブ１７は、鍔部１９を有さない単なる筒状の構成でもよい。ただし、その場合には、図６に示したフローティング支持構造を採用することができなくなるため、別途、スリーブ１７を第１の上アーム５のハウジング１０に直接的または間接的に固定する構造を採用する必要がある。
スリーブ１７を第１の上アーム５のハウジング１０に直接的または間接的に固定する構造は、図６に示したフローティング支持構造に限らずともよく、シャフト１５のずれを吸収することができる他のフローティング支持構造を採用してもよい。さらに、シャフト１５のずれが問題にならない場合には、スリーブ１７を単に固定するだけの構造を採用してもよい。
上記各実施形態では、本発明を６軸の垂直多関節型のロボット１に適用した例を説明したが、本発明は、回転関節を有するロボット全般に適用可能である。

図面中、１はロボット、２はベース（アーム）、３はショルダ部（アーム）、４は下アーム（アーム）、５は第１の上アーム（アーム）、６は第２の上アーム（アーム）、７は手首（アーム）、８はフランジ（アーム）、９は回転関節（アーム連結装置）、１０はハウジング（フレーム）、１２は駆動源、１５はシャフト、１６は軸受、１７はスリーブ（ボディ）、１９は鍔部、２０は回転関節用配線装置（回転フラットケーブルユニット）、３７はロータリジョイント、４１はケース、４２はフラットケーブル、５１は貫通孔（孔）、５３は弾性部材、５４、７１はショルダボルト、５４ｂは胴部、７３はカラー（胴部）を示す。

Claims (2)

1. ２つのアームを回転可能に連結するロボットのアーム連結装置において、
   前記２つのアームのうち一方のアームに設けられ、前記２つのアームのうち他方のアームを回転させるための回転力を発生する駆動源と、
   前記一方のアームのフレームに固定された筒状をなすボディおよび当該ボディの中央部に回転可能な状態で挿入されるシャフトから構成され、前記シャフトを介して前記駆動源の回転力を前記他方のアームに伝達するとともに、前記一方のアーム側から供給される気体を前記ボディと前記シャフトとの間に設けられた気体通路を通じて前記他方のアーム側に排出するロータリジョイントと、
   前記一方のアーム側に設けられ、前記シャフトの一端を回転可能に支持する軸受と、
   前記ロータリジョイントのボディの外周部の少なくとも一部を囲むように設けられた筒状をなすケースおよび当該ケースの外周よりも長い帯状をなすとともに当該ケースの内周に沿って少なくとも１回転された状態で収容されたフラットケーブルから構成され、前記フラットケーブルを通じて前記一方のアーム側から供給される電気信号を前記他方のアーム側へと伝達する回転フラットケーブルユニットとを備えていることを特徴とするロボットのアーム連結装置。
2. 前記ロータリジョイントのボディは、前記一方のアームのフレームに固定される側の端に鍔部を備えた筒状をなし、前記鍔部に形成された孔に挿入されたショルダボルトを介して前記一方のアームのフレームに固定されており、
   前記ショルダボルトの胴部の一部および前記孔の内壁の間には、当該内壁に接した弾性部材が設けられており、
   前記胴部の一部とは異なる部分および前記孔の内壁の間には、第１の隙間が設けられ、
   前記胴部の一部および前記弾性部材の間には、前記第１の隙間よりも小さい第２の隙間が設けられていることを特徴とする請求項１記載のロボットのアーム連結装置。

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