JP2015033748A - 産業用ロボット - Google Patents

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Abstract

【課題】旋回部の旋回動作に支障を来すことがなく、ケーブルを配置する空間における旋回部の旋回中心にデッドスペースが形成されることを回避し、ケーブル同士の干渉を防止・抑制可能なケーブル処理を適用した産業用ロボットを提供する。【解決手段】基準状態において旋回中心軸Cに対する膨出量が最大となる複数のケーブル9を旋回中止軸C周りに均等又は略均等に配置して、これら複数のケーブル9によって囲まれる旋回中心周辺空間9Sに構造物を配置可能に構成し、旋回部の旋回動作に伴って各ケーブル9が捻れた状態においても構造物と干渉しないように設定した。【選択図】図10

Description

本発明は、産業用ロボット、特に旋回部の旋回動作に支障を来さないケーブル処理が要求される産業ロボットに関するものである。
従来より、所定の機能を発揮するために旋回動作可能な旋回部を備えた産業用ロボットが種々の用途において実用化されている。このような産業用ロボットの内部空間には、モータの動力線やエンコーダの信号線などの各種ケーブルが配置されており、旋回動作に支障を来さないように適宜のケーブル処理が施されている。
図11に示すように、上方に旋回部100を旋回可能に支持する筐体内103におけるケーブル処理の一例として、各ケーブル104の下端部を集合させて、筐体103の底壁のうち旋回部100の旋回中心C(同図において二点鎖線で示す)から離間した部分に接続して固定するとともに、各ケーブル104の上端部を集合させて、正逆何れの方向にも予め設定した最大旋回角度まで旋回可能な中立状態にある旋回部100のうち旋回中心Cから離間した部分に接続し、旋回部100が中立状態にある場合に、図11における正面から見て各ケーブルが旋回中心を跨ぐ(横切る)姿勢となるように設定したケーブル処理を挙げることができる。
このようなケーブル処理であれば、旋回部100を正方向又は逆方向に旋回させた場合、図12に示すように、各ケーブル104の上端部が旋回部100の旋回動作に伴って移動し、その移動量に応じて各ケーブル104の捻れ量、或いは撓み量が変化することによって、所定角度範囲内における旋回部100の旋回動作に支障を来さすことがない。
また、下記特許文献1に開示されているように、予めコイル状に捻った状態のケーブルを所定の内部空間に配置し、旋回部の旋回角度に応じてケーブルの捻れ量を変化させることにより、旋回部の旋回動作に支障を来さないようにしたケーブル処理も知られている。
特開2003−170384号公報
ところで、前者のケーブル処理(図11及び図12に示すケーブル処理例)を採用した場合、旋回部を中立状態にした際に各ケーブルが旋回中心を横切る姿勢になるため、筐体内における旋回中心に他の部品や機構を配置することができず、この旋回中心周りの空間がデッドスペースとなる。また、図11及び図12に示すケーブル処理のように、各ケーブルの上端部及び下端部をそれぞれ集合させた状態で所定の接続部に接続する構成であれば、旋回部を旋回させた場合におけるケーブル毎の捻れ量が異なり、特定のケーブルに過度の負荷が集中する事態や、捻れ状態にあるケーブル同士が相互に干渉する事態が生じる可能性も比較的高いと考えられる。
また、上述した不具合は、ケーブルの種類を問わず、図11及び図12に示すケーブル処理を採用した場合に生じ得るものである。
なお、本出願人は、各ケーブルを、一つの水平面上において互いに平行となる平行姿勢領域と、一つの垂直面上において互いに平行となる垂直姿勢領域と、平行姿勢領域と垂直姿勢領域との間であって且つ円弧状に曲げた姿勢となる円弧状領域とによって構成し、各ケーブルのうち平行姿勢領域の所定部分を共通の第1クランプによって互いに隣接するケーブル間に若干の隙間を確保した状態で保持するとともに、各ケーブルのうち垂直姿勢領域の所定部分を共通の第2クランプによって互いに隣接するケーブル間に若干の隙間を確保した状態で保持する構成に関して特許出願をしている(特開2002−011687号公報)。このような構成において、第2クランプを固定した旋回部が旋回した場合に、第2クランプのみが旋回し、第1クランプを移動させずに固定したままとすることで、第2クランプの旋回移動に伴って各ケーブルの円弧状領域を変形させて所定パーツの旋回動作を吸収することができる。
しかしながら、このような構成であっても、ケーブルの水平姿勢領域や円弧状領域が旋回中心を横切る姿勢になるため、旋回中心に他の部品や機構を配置することができず、この旋回中心周りの空間を有効活用することが困難である。さらには、相互に平行に配置されたケーブルを若干の隙間を確保した状態でクランプによって保持する構成であるため、ケーブル同士が干渉する可能性を低減することができるものの、相互に直交する2つの平面(水平面、垂直面)において各ケーブルを第1クランプ及び第2クランプによって保持する構成であるため、旋回部が旋回した場合に、第1クランプにより保持されている部分と第2クランプにより保持されている部分同士の距離がケーブル毎に異なり、旋回角度に大きいほどケーブル毎の捻れ量も大きく異なってしまう。このような点において、前記特開20037−011687号公報に開示されている構成も再考の余地があるといえる。
また、特許文献1に開示された構成は、ケーブルが1本である場合には好適であると考えられるが、ケーブルが複数本である場合には、それら複数のケーブルを束ねた状態でコイル状にすること自体が困難であり、またケーブル同士の干渉も生じ易いと思われる。特に、特許文献1に開示された構成では、ケーブルの本数が多い場合や、多芯ケーブルの場合、重量が大きいことに起因して、ケーブルのうち下端に近い部分ほど上下方向のケーブル間隔が狭くなり、上下に隣り合うケーブル同士が相互に接触して擦れる可能性が高くなる。
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、旋回部の旋回動作に支障を来すことがなく、ケーブルを配置する空間における旋回部の旋回中心にデッドスペースが形成されることを回避できるとともに、ケーブル同士の干渉を防止・抑制可能なケーブル処理を適用した産業用ロボットを提供することにある。
すなわち本発明は、旋回中心軸を中心に旋回可能な旋回部を備えた産業用ロボットに関するものであって、相対的に旋回部に近い第1ケーブル接続部に接続されて旋回部の旋回動作に伴って移動する可動端部と、相対的に旋回部から遠い第2ケーブル接続部に接続されて旋回部が旋回しても移動しない固定端部とを両端部に有し、且つ第1ケーブル接続部に対する可動端部の接続位置である可動端部接続位置から第2ケーブル接続部に対する固定端部の接続位置である固定端部接続位置までのケーブル長を、旋回中心軸方向に沿った可動端部接続位置から固定端部接続位置までの直線距離よりも長く設定した複数のケーブルを、旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置し、各ケーブルの可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸方向に向かい合う基準状態において、ケーブルのうち可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の領域が旋回中心軸から離れる方向に膨出するケーブル膨出量が最大となり、基準状態から旋回部の旋回角度が大きくなるにしたがって増大する各ケーブルの可動端部の移動量に伴って、各ケーブルを、ケーブル膨出量が小さくなる捻れ状態に変形可能に構成し、各ケーブルが基準状態にある場合にこれら各ケーブルによって囲まれて特定の領域が膨張している旋回中心軸周りの空間に所定の構造物を配置し、旋回部を予め設定した最大旋回角度まで旋回させた場合に、最も捻れた最大捻れ状態となる各ケーブルがその構造物に干渉しないように構成していることを特徴としている。
本発明に係る産業用ロボットであれば、旋回中心軸方向に沿った各ケーブルの可動端部接続位置と固定端部接続位置との直線距離を、ケーブルのうち可動端部接続位置から固定端部接続位置までの長さ(可動端部接続位置から固定端部接続位置までのケーブル長)よりも短く設定して、基準状態においてケーブル膨出量が最大となるように設定した複数のケーブルを旋回部の旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置することによって、基準状態にある各ケーブルによって囲まれる旋回中心軸を含む旋回中心軸周辺に、ケーブル膨出量に応じて特定の領域が他の領域よりも旋回中心軸から離れる方向に膨出した空間(以下「旋回中心周辺空間」と称す)を形成することができる。そして、本発明に係る産業用ロボットでは、この旋回中心周辺空間に構造物を配置している。つまり、本発明の産業用ロボットによれば、従来のケーブル処理であれば構造物を配置することができず、デッドスペースとなっていた旋回中心周辺空間に構造物を配置することが可能になる。
しかも、本発明に係る産業用ロボットは、旋回部の旋回動作に伴って各ケーブルの可動端部が旋回中心軸周りに移動した場合に、旋回中心軸周りに均等または略均等に配置した各ケーブルを基準状態から捻れ状態に変形させることにより、旋回部の旋回動作に支障を来すことがなく、旋回部を予め設定した最大旋回角度まで旋回した場合に、最大捻れ状態となる各ケーブルが構造物に干渉しないように構成しているため、旋回角度が大きくなる方向への旋回部の旋回動作に伴って各ケーブルにおける可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の特定領域の膨出量が漸次小さくなっても、これら各ケーブルの捻り変形に応じて所定部分の膨らみ具合が小さくなる旋回中心周辺空間に配置している構造物の配置条件を、例えば旋回部の旋回角度(言い換えればケーブルの変形量)に応じて変更する機構や構成が不要であり、従来であればデッドスペースであった旋回中心周辺空間を構造物設置空間として有効に活用することができる。
特に、本発明に係る産業用ロボットでは、複数のケーブルを旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置しているため、各ケーブルの可動端部同士や固定端部同士を集合させて接続する態様や、各ケーブルをコイル状に捻った状態にして配置する態様と比較して、基準状態及び捻れ状態の何れにおいても旋回中心軸周りに隣り合うケーブル同士が干渉する確率を飛躍的に低減することができ、ケーブルの本数が少ないほど、或いは旋回中心軸周りのケーブル同士の離間距離が大きいほど、ケーブル同士が干渉する確率をゼロに近付けることができる。もちろん、本発明におけるケーブル処理を採用することによって、ケーブルの本数や旋回中心軸周りのケーブル同士の離間距離に左右されることなく、ケーブル同士が干渉する事態を完全に回避することも期待できる。また、複数のケーブルを旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置したケーブル処理を採用することによって、旋回部の旋回動作に伴い各ケーブルの捻れ量を、ケーブル同士で均一又は略均一に揃えることができ、特定のケーブルに過度の負荷が作用する事態も回避することができる。加えて、本発明では、複数のケーブルを旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置することによって、旋回中心周辺空間を構造物設置空間として有効活用することが可能でありながら、上述の特許文献1に開示された構成であれば生じる不具合、つまり、ケーブルの本数が多い場合や多芯ケーブルの場合には、重量が大きいことに起因して、ケーブルのうち下端に近い部分ほど上下方向のケーブル間隔が狭くなり、上下に隣り合うケーブル同士が相互に接触して擦れるという不具合が生じ得ず、この点においても有利である。
また、本発明に係る産業用ロボットであれば、旋回部が旋回していない状態において旋回中心軸からの膨出量が最大となる各ケーブルは、可動端部接続位置と固定端部接続位置を旋回軸方向に向かい合わせた基準状態において捻れていない状態にあるため、常に捻れ変形による負荷が作用し続ける態様(各ケーブルをコイル状に捻った状態で配置する態様など)と比較して、捻れ変形に起因する負荷を受ける時間を旋回部が旋回した場合にのみ限定することで捻れ変形による影響を受け難くすることができ、各ケーブルの長寿命化に貢献する。
なお、本発明では、ケーブルのうち可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の領域の膨出量が最大となる基準状態のケーブルは、ケーブル単位で捉えた場合に全く捻れていないことが望ましいが、基準状態において任意の量(微量であるか否かを問わず)だけ捻れている態様を本発明の範疇から積極的に排除するものではない。
また、本発明におけるケーブルの基準状態は、「可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸方向に向かい合う」状態であり、「可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸と平行な方向から見て真正面に向かい合う」状態は勿論のこと、「可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸と平行な方向から見て真正面ではないものの旋回中心軸方向に対して任意の角度で向かい合う」状態も包含する。後者の場合、つまり、「可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸と平行な方向から見て真正面ではないものの旋回中心軸方向に対して任意の角度で向かい合う」状態は、各ケーブル単位で捉えた場合に、可動端部接続位置から旋回中心軸までの距離と、固定端部接続位置から旋回中心軸までの距離とが相互に異なる場合に生じる状態である。
ところで、可動端部接続位置から旋回中心軸までの距離と、固定端部接続位置から旋回中心軸までの距離とを相互に大きく異ならせた態様を採用した場合、旋回中心軸周りに隣り合う可動端部接続位置同士の間隔と、旋回中心軸周りに隣り合う固定端部接続位置同士の間隔もまた大きく異なることになる。すなわち、可動端部接続位置又は固定端部接続位置のうち旋回中心軸までの距離が短い方の接続位置同士の旋回中心軸周りのピッチ(離間距離)が、旋回中心軸までの距離が長い方の接続位置同士の旋回中心軸周りのピッチよりも短くなる。このことと、各ケーブルが基準状態から捻れ状態に変形した場合に、各ケーブルの可動端部側領域の捻れ変形量と固定端部側領域の捻れ変形量とが大きく異なることとが相俟って、各ケーブルのうち、旋回中心軸までの距離が短い方の接続位置近傍領域が、旋回中心軸周りに隣り合うケーブルの同じ領域と干渉したり、或いは干渉せずとも接近し過ぎる事態が起こると考えられる。
そこで、本発明の産業用ロボットでは、旋回中心軸を中心とする円周上に各ケーブルの可動端部接続位置を等ピッチで並べるとともに、旋回中心軸を中心とし且つ各ケーブルの可動端部接続位置が等ピッチで並ぶ円周と同一の半径又は略同一半径の円周上に、各ケーブルの固定端部接続位置を等ピッチで並べるように設定することが好ましい。このようなケーブル処理を採用すれば、各ケーブルにおける捻れ変形量が可動端部側領域と固定端部側領域とで大きく異なる事象を防止・抑制することができ、上述したような旋回中心軸周りに隣り合うケーブル同士の干渉を回避することができる。
本発明において、前記旋回中心周辺空間に配置する構造物は特定に限定されるものではないが、本発明の産業ロボットが、旋回部を昇降可能に構成したものである場合、旋回部を昇降可能に移動させる昇降機構の構成部品を旋回中心周辺空間に配置する構造物として採用することができる。
また、本発明は、様々な分野で用いる産業用ロボットに関するものであるが、産業用ロボットの好適な一例としては、所定の進退方向に沿って進退動作可能なハンドを先端部に設け且つ少なくとも基端部を旋回中心軸周りに旋回可能に構成したアームを備えた搬送ロボットを挙げることができる。
本発明によれば、基準状態において旋回中心軸に対する膨出量が最大となる複数のケーブルを旋回中止軸周りに均等又は略均等に配置して、これら複数のケーブルによって囲まれる旋回中心周辺空間に構造物を配置可能に構成し、旋回部の旋回動作に伴って各ケーブルが捻れた状態においても構造物と干渉しないように設定しているため、旋回部の旋回動作に支障を来すことがなく、ケーブルを配置する空間における旋回部の旋回中心にデッドスペースが形成されることを回避できるとともに、ケーブル同士の干渉を防止・抑制することが可能になる。
本発明の一実施形態に係る搬送ロボットの全体構成概略図。 同実施形態においてハンドが受渡位置にある搬送ロボットの図1対応図。 同実施形態に係る搬送ロボットにおいて基準状態の各ケーブルを筐体内に配置した構成を示す図。 図3の要部を示す図。 図3の要部を旋回中心軸と直交する方向から見た図。 図4のx−x線断面図。 図4のy−y線断面図。 同実施形態に係る搬送ロボットにおいて旋回部が上昇移動した状態の図3対応図。 同実施形態において筐体内の各ケーブルが最大捻れ状態にある図4対応図。 同実施形態において筐体内の各ケーブルが最大捻れ状態にある図5対応図。 従来のケーブル処理の一例を示す図。 従来のケーブル処理を採用した構成において旋回部が所定角度旋回した状態を示す図11対応図。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態では、産業用ロボットが、図1及び図2に示すように、所定の進退方向に沿って進退動作可能なハンド11を先端部に設け且つ少なくとも基端部を旋回可能に構成したアーム12を備えた搬送ロボットTである場合について説明する。
搬送ロボットTは、先端部に設けたハンド11を図1に示す搬送開始位置(S)と、図2に示す受渡位置(E)との間で直線状の移動経路に沿って移動させることが可能なアーム12と、アーム12の基端部を旋回可能に支持する本体部13とを有する搬送駆動機構1を備え、直線動作及び旋回動作によってハンド11を搬送開始位置(S)から受渡位置(E)に移動させて、ハンド11上の搬送対象物Wを所定の搬送目的位置まで搬送可能なものである。搬送対象物としては、円盤状の半導体ウェーハWや図示しない液晶パネルなどを挙げることができる。
本実施形態の搬送ロボットTは、図1及び図2に示すように、ウェーハ搬送室A内に配置され、ウェーハ搬送室Aに隣接するロードロック室B内のポートB1にウェーハWを受け渡したり、或いはウェーハ搬送室Aに隣接するロードポート(図示省略)上のウェーハ収納容器内にウェーハWを受け渡すことが可能なものである。なお、図1及び図2では、ウェーハ搬送室Aに1つのロードロック室Bが隣接した構成を例示しているが、ウェーハ搬送室Aに複数のロードロック室Bが隣接し、各ロードロック室B内のポートB1にウェーハWを受け渡しできるように構成してもよい。
搬送駆動機構1を構成するアーム12は、図1及び図2に示すように、アーム12のうち最も基端側(本体部13側)に配置した第1リンク要素14と、第1リンク要素14の先端部に水平旋回可能に連結した第2リンク要素15と、第2リンク要素15の先端部に水平旋回可能に連結したエンドエフェクタであるハンド11とを備えたものである。このアーム12は、アーム長が最小になる折畳状態(図1参照)と、アーム長が折畳状態時よりも長くなる伸長状態(図2参照)との間で形状が変わるリンク構造(多関節構造)のものである。また、第1リンク要素14の内部空間には、第2リンク要素15に動力を伝達して第2リンク要素15を回転させる動力伝達機構(例えばプーリ及びベルト)を設け、第2リンク要素15の内部空間にも、ハンド11に動力を伝達してハンド11を回転させる動力伝達機構(例えばプーリ及びベルト)を設けている(図示省略)。図1ではハンド11として先端を二股状に分岐させたフォーク状に形成したものを示しているが、例えば先端を平面視略矩形状に形成したのものなど、他の形状をなすハンド11を適用してもよい。
このようなアーム12は、基端部を旋回中心軸C回りに水平旋回させたり、リンク要素14,15同士を関節部分で水平旋回させてアーム12全体の形状を適宜変形させながら、ハンド11を搬送開始位置(S)から受渡位置(E)に移動させて、ウェーハWを所定の搬送目的位置(正規の移載位置)にまで搬送するものである。なお、アーム12を高さ方向に複数段設けたり、同じ水平面内に複数組設けた搬送ロボットを構成し、アーム12毎に異なる動きをさせたり、同じ動きをさせて、搬送効率及び処理効率の向上を図ることもできる。
本実施形態に係る搬送ロボットTは、搬送駆動機構1の作動を制御部2によって制御している。なお、図1及び図2では、制御部2を本体部13に内蔵又は付帯させた態様を例示しているが、本体部13にそれとは別体の情報処理装置等を接続することによって制御部2を構成することもできる。
本実施形態に係る搬送ロボットTの本体部13は、図3乃至図5に示すように、固定部3と、固定部3に対して旋回可能な旋回部4とを備えている。本実施形態では、旋回部4を固定部3の上方に配置している。なお、図3は、搬送ロボットTの内部構造を示す断面図であるが、説明の便宜上、切断面に付す平行斜線を省略している。
固定部3は、側壁31と上壁32と底壁33によって囲まれた内部空間3Sを有し、この内部空間3Sに、複数のケーブル9を収容可能なケーブル収容部5と、ケーブル収容部5を昇降可能に移動させる昇降機構6を配置している。
ケーブル収容部5は、側壁51と上壁52と底壁53によって囲まれたケーブル収容空間5Sを有し、このケーブル収容空間5Sのうち上壁52に近い部分に設けた第1ケーブル接続部7と、ケーブル収容空間5Sのうち底壁53に近い部分に設けた第2ケーブル接続部8とを備えている。本実施形態では、各ケーブル9全体がケーブル収容空間5Sに配置されるのではなく、各ケーブル9の上端部を含む上端部側部分は旋回部4の内部空間4Sに配置され、各ケーブル9の下端部を含む下端部側部分は、固定部3の内部空間3S内であって且つケーブル収容空間5S外の所定位置(図示例ではケーブル収容部5の下端部近傍)に設けたケーブルガイド34を通じてケーブル収容空間5S外に引き出されている。ここで、ケーブル収容部5に収容する各ケーブル9のうち、第1ケーブル接続部7に接続される部分を「可動端部」とし、第2ケーブル接続部8に接続される部分を「固定端部」とする。ケーブルガイド34は、一端部をケーブル収容部5の側壁51に取り付け、他端部を固定部3の底壁33に起立姿勢で配置されるケーブルガイド支持部35に支持されている。本実施形態では、ケーブル収容部5の側壁51のうちケーブルガイド34の取付位置近傍に、ケーブル収容空間5Sを固定部3の内部空間3Sに連通させる側方開口部(図示省略)を形成し、側方開口部を通じてケーブル収容空間5Sから引き出した各ケーブル9の下端部側部分をケーブルガイド34に通している。
第1ケーブル接続部7は、旋回部4の旋回中心Cを中心とする円筒状をなし、図3及び図6(図6は、図5のx−x線断面図である)に示すように、内向き面(内周面)に、各ケーブル9の可動端部が挿入可能であって且つ挿入した可動端部を保持可能な第1ケーブル挿入保持部71を周方向に等ピッチで設けた第1ケーブル接続筒状体72を備えている。これら複数の第1ケーブル挿入保持部71は、旋回部4の旋回中心Cを中心とする同一半径の円周上に並ぶとともに、周方向に隣り合う第1ケーブル挿入保持部71同士の間隔は略等しくなる。ここで、「周方向に隣り合う第1ケーブル挿入保持部71同士の間隔が等しくなる」のではなく、「周方向に隣り合う第1ケーブル挿入保持部71同士の間隔が略等しくなる」のは、1周分360度の角度を第1ケーブル挿入保持部71の数(図示例では「7」)で均等に割り切れないことによる。
第1ケーブル挿入保持部71は、高さ方向に貫通し且つ第1ケーブル接続筒状体72の中心から見て外向きに開放された第1開口部73を有し、第1ケーブル接続筒状体72の内周面に取り付けた状態で高さ方向にのみ貫通する第1開口部73に挿入されている各ケーブル9の可動端部を保持するものである。本実施形態では、第1ケーブル接続筒状体72の外向き面(外周面)から第1ケーブル挿入保持部71に螺合可能なボルト74によって、第1ケーブル接続筒状体72に対する第1ケーブル挿入保持部71の良好な取付状態及びケーブル9の可動端部に対する第1ケーブル挿入保持部71の良好な保持状態(締付状態)を維持できるように構成している(図6参照)。
本実施形態の搬送ロボットTでは、ケーブル収容部5の収容する各ケーブル9の可動端部を、第1ケーブル接続部7に計7つ設けた各第1ケーブル挿入保持部71に挿入して保持させることができる。したがって、本発明(本実施形態)における「第1ケーブル接続部7に対する可動端部の接続位置である可動端部接続位置91」は、各第1ケーブル挿入保持部71の位置によって規定されているといえる。
また、本実施形態の第1ケーブル接続部7は、高さ方向に貫通したケーブル挿通空間7Sを有する第1ケーブル接続筒状体72として、内向き面における下端部に第1ケーブル挿入保持部71を設けた下側筒状部75と、段部76を介して下側筒状部75のよりも上方に配置される上側筒状部77と、上側筒状部77の上端部に設けた鍔部78とによって構成している。ケーブル挿通空間7Sは、第1ケーブル接続筒状体72の上端部において旋回部4の内部空間4Sに連通し、第1ケーブル接続筒状体72の下端部においてケーブル収容部5のケーブル収容空間5Sに連通している。ケーブル挿通空間7Sのうち径方向のスペースは、下側筒状体75よりも上側筒状体77の方が狭くなるように設定し、各ケーブル9のうち、下側筒状体75に設けた第1ケーブル挿入保持部71に保持されている部分よりも上方の所定領域は、上側筒状体77の内部空間では相互に接触又は近接した状態となっている(図6参照)。また、本実施形態の第1ケーブル接続筒状体72は、これら下側筒状部75、段部76、上側筒状部77及び鍔部78を一体に形成している。本実施形態では、旋回部4の内部空間4Sに配置した第1保持部42によって第1ケーブル接続筒状体72を保持し、第1ケーブル接続筒状体72が旋回部4と一体回転するように構成している(図3参照)。
各ケーブル9のうち各第1ケーブル挿入保持部71に保持された可動端部よりも上端部側部分は、第1ケーブル接続筒状体72のケーブル挿通空間7Sを経由して旋回部4の内部空間4Sに配置される。そして、旋回部4の内部空間4Sに配置されるケーブル9の先端にはそれぞれ適宜の接続端子が設けられ、各接続端子を旋回部4の内部空間4Sにおいて各モータMやエンコーダ(図示省略)に接続している。図3には旋回部4の内部空間に2つのモータMと、各モータMの動力線であるケーブル9を例示している。この2つのモータMのうち、相対的に紙面向かって右側のモータMは、旋回部4を固定部3に対して旋回させる駆動力を出力するものであり、相対的に紙面向かって左側のモータMは、アーム12のハンド11を進退移動させる駆動力を出力するものである。
そして、各第1ケーブル挿入保持部71に各ケーブル9の可動端部を挿入して保持させた状態で、旋回部4が固定部3に対して旋回すると、各ケーブル9の可動端部は、各第1ケーブル挿入保持部71による保持状態を維持したまま周方向に移動する。
また、本実施形態の搬送ロボットTは、各ケーブル9の固定端部を、筐体3内において第1ケーブル接続部7よりもモータMから遠い位置(本実施形態では、第1ケーブル接続部7よりも低い位置)に設けた第2ケーブル接続部8に接続している。
第2ケーブル接続部8は、図7(同図は、図5のy−y線断面図である)に示すように、内向き面を平面視円形に設定し且つ外向き面を平面視多角形状に設定した環状体81を主体としてなり、各ケーブル9の固定端部が挿入可能な複数の挿入用凹部82を環状体81の外向き面における平坦なフラット部分に形成し、各挿入用凹部82に挿入した各ケーブル9の固定端部を環状体81の外向き面側から押圧して抜脱不能に固定可能な押圧固定部83を備えている。本実施形態では、挿入用凹部82と押圧固定部83との組み合わせによって、各ケーブル9の固定端部が挿入可能であって且つ挿入した固定端部を保持可能な第2ケーブル挿入保持部84を構成している。環状体81の中心及び第1ケーブル接続筒状体72の中心は何れも旋回部4の旋回中心Cと一致又は略一致している。また、本実施形態では、ケーブル収容部5の底壁53に設けた第2保持部54によって環状体81を保持し、旋回部4が旋回した場合においても第2ケーブル挿入保持部84の位置が移動しないように構成している(図3参照)。なお、本実施形態では、押圧固定部83に挿入したボルト85を環状体81に螺合することによって、環状体81に対する押圧固定部83の良好な取付状態及びケーブル9の固定端部に対する第2ケーブル挿入保持部84の良好な保持状態(締付状態)を維持できるように構成している(図7参照)。
このような構成の各第2ケーブル挿入保持部84に各ケーブル9の固定端部を挿入して保持させた状態で、旋回部4が固定部3に対して旋回しても各ケーブル9の固定端部は、各第2ケーブル挿入保持部84による保持状態を維持したままその位置に留まり、周方向に移動することはない。
本実施形態の搬送ロボットTでは、複数の第2ケーブル挿入保持部84を、図7に示すように、旋回部4の旋回中心Cを中心とする同一半径の円周上に並ぶように設け、周方向に隣り合う第2ケーブル挿入保持部84同士の間隔を略等しくなるように設定している。なお、本実施形態では、第1ケーブル挿入保持部71と同様に、1周分360度の角度を第2ケーブル挿入保持部84の数(図示例では7つ)で均等に割り切れないことため、周方向に隣り合う第2ケーブル挿入保持部84同士の間隔は「略同一」となる。
本実施形態の搬送ロボットTでは、第2ケーブル接続部8に計7つ設けた各第2ケーブル挿入保持部84に、各ケーブル9の固定端部を挿入して保持させることができる。したがって、本発明(本実施形態)における「第2ケーブル接続部8に対する固定端部の接続位置である固定端部接続位置92」は、各第2ケーブル挿入保持部84の位置によって規定されているといえる。
そして、本実施形態の搬送ロボットTでは、第1ケーブル接続部7に対する可動端部の接続位置である可動端部接続位置91から、第2ケーブル接続部8に対する固定端部の接続位置である固定端部接続位置92までのケーブル長を、旋回中心軸C方向に沿った可動端部接続位置91から固定端部接続位置92までの直線距離よりも長く設定した複数のケーブル9をケーブル収容部5のケーブル収容スペース5Sに、旋回中心軸C周りに均等又は略均等な間隔で配置している。したがって、図4及び図5に示すように、各ケーブル9の可動端部接続位置91及び固定端部接続位置92が旋回中心軸C方向において略真正面に相互に向かい合う状態では、ケーブル9のうち可動端部接続位置91と固定端部接続位置92との間の領域が旋回中心軸Cから離れる方向に膨出するケーブル膨出量が最大となる。この状態をケーブル9の基準状態とすると、基準状態では、可動端部接続位置91及び固定端部接続位置92から遠い部分ほど、つまり可動端部接続位置91と固定端部接続位置92との真ん中に近い部分ほど、ケーブル膨出量が大きくなる。このような基準状態にあるケーブル9によって囲まれる旋回中心Cを含むその周辺空間(以下、「旋回中心周辺空間9S」と称す)は、旋回中心軸C方向における中央部分が旋回中心軸Cから離間する方向に膨らんだ凸面を有する樽形状(正面視または側面視において切頭楕円形状)の空間となり、本実施形態では、この旋回中心周辺空間9Sに構造物を配置している。
本実施形態に係る搬送ロボットTは、旋回中心周辺空間9Sに、ケーブル収容部5を昇降可能に移動させる昇降機構6の構成部品であるボールネジ61と、このボールネジ61を被覆するボールネジカバー62を配置している(図3ではボールネジカバー62を省略し、図7ではボールネジ61を省略している)。また、ボールネジ61に対して螺合進退動作可能なナット63をケーブル収容部5の底壁53に固定し、固定部3の底壁33近傍に配置したボールネジ駆動用モータ6Mを駆動させた場合に、ボールネジ61の回転角度及びボールネジ61の回転方向に応じてナット63、ひいてはケーブル収容部5全体をボールネジ61の軸方向に昇降移動させることができる(図3及び図8参照)。なお、ボールネジ61の軸中心は旋回部4の旋回中心Cに一致又は略一致させている。また、本実施形態では、ケーブル収容部5の昇降移動をガイドするガイドスライダ63を、固定部3の側壁31に設けたスライダ支持部36によってスライド動作可能に支持している。ボールネジカバー62は、ボールネジ61の機能を損なうことなくボールネジ61を被覆可能なものである。このボールネジカバー62は、ボールネジ61が作動した場合に筐体3に対して高さ方向に相対移動しない固定状態で旋回中心周辺空間9Sに配置されている。本実施形態では、ボールネジカバー62として、先端(上端)部を尖らせた円筒状のものを適用している。昇降機構6によってケーブル収容部5が昇降した場合、旋回部4及びアーム12もケーブル収容部5と共に昇降する。
旋回部4は、図3及び図8に示すように、軸受け部41によって固定部3に旋回可能に支持されたものである。本実施形態では、第1ケーブル接続筒状体72のうち上側筒状部77の外向き面に軸受け部41の内向き面を対面させて接触した状態で軸受け部41を取り付けている。旋回部4の内部空間4Sには、上述したモータMや第1保持部42に加えて、減速機Gと、旋回部4全体を旋回させる駆動力を出力するモータMと減速機Gとの間に介在する旋回駆動力伝達用ベルトG1とを配置している。このような旋回部4は、固定部3に対して旋回可能であり、且つボールネジ61の作動量(ネジ軸の回転量や回転方向)に応じてケーブル収容部5と共に同時に昇降する。
本実施形態において、少なくとも可動端部と固定端部との間の部分がケーブル収容部5内に収容されるケーブル9には、モータMの動力線の他に、各モータMに関連付けて設けたエンコーダ(図示省略)の信号線などの各種ケーブル9が含まれる。各ケーブル9のうち。以下の説明における「ケーブル9」は、特に言及しない限り、ケーブル収容部5内に収容・配置される動力線や信号線を総称したケーブル9を意味する。
本実施形態に係る搬送ロボットTは、旋回部4を、ケーブル9が上述の基準状態にある時点での旋回角度を基準(基準角度)として、正逆方向の何れにもそれぞれ旋回可能に構成している。本実施形態では、旋回部4を基準角度に対して例えば正逆方向にそれぞれ最大141度旋回可能に設定し、正方向に最大角度旋回した位置から逆方向に最大角度旋回させた場合に、その旋回角度が282度となるように設定している。ここで、旋回部4の正逆方向への旋回角度は、例えば、この搬送ロボットTによるウェーハWの搬送先(ロードロック室Bなど)の数をnとした場合、以下の式1に基づいて設定することができる。
(n−1)/n×1/2×360+α…式1
上記式1におけるαは、あそび角度に相当し、仕様などによって適宜の値に設定することが可能である。
旋回部4が基準角度から正逆何れかの方向に旋回した場合、第1ケーブル接続部7も旋回部4と同一方向に旋回する。その結果、各ケーブル9の可動端部(可動端部接続位置91)が旋回中心軸C周りに移動する。この際、各ケーブル9の固定端部(固定端部接続位置92)は移動しないため、各ケーブル9は、可動端部接続位置91の移動に応じて捻れた捻れ状態となり、可動端部接続位置91と固定端部接続位置92の間の部分のケーブル膨出量が基準状態よりも減少する。そして、旋回部4を予め設定している最大旋回角度まで旋回した場合、各ケーブル9の可動端部の移動量も最大となり、図9及び図10に示すように、ケーブル膨出量が最小となった各ケーブル9は想定している範囲内においても最も捻れた最大捻れ状態になる。
本実施形態の搬送ロボットTでは、基準状態において相互に干渉していない各ケーブル9が最大捻れ状態になった場合においても相互に干渉せず、最大捻れ状態にある複数のケーブル9の組み合わせにより、全体として概略円筒状の立体物を形成するように設定している。また、最大捻れ状態となった各ケーブル9に囲まれた旋回中心周辺空間9Sは、旋回中心軸C方向中央部の膨らみが殆ど無い中空の略円柱体状の空間となる。すなわち、旋回中心周辺空間9Sは、ケーブル9の捻れ変形に応じて空間形状が変化する。
本実施形態の搬送ロボットTは、旋回中心周辺空間9Sに、ボールネジ61及びボールネジカバー62を配置し、旋回部4の旋回動作に伴って各ケーブル9が最大捻れ状態となった場合であっても、各ケーブル9がボールネジ61及びボールネジカバー62に干渉しないように構成している。ここで、自転モータMを最大旋回角度まで旋回させた際の旋回中心周辺空間9Sの広さ(絞り具合)は、最大捻れ状態にあるケーブル9の膨出量、換言すればケーブル9から旋回中心軸Cまでの距離(半径)によって規定される。本実施形態では、最大捻れ状態にあるケーブル9のうち可動端部接続位置91から固定端部接続位置92までに亘る全体において、旋回中心軸Cまでの距離が略同一となるように設定し、この旋回中心軸Cまでの距離を、旋回中心周辺空間9Sに配置する構造物(本実施形態ではボールネジ61及びボールネジカバー62)のうち旋回中心軸Cを中心とする径方向においてケーブル9に最も近い構造物(本実施形態ではボールネジカバー62)の配置位置から旋回中心軸Cまでの距離よりも大きく設定することによって、各ケーブル9がボールネジ61及びボールネジカバー62に干渉しないように構成している。
また、本実施形態の搬送ロボットTでは、ケーブル9膨張量が最大となる基準状態にあるケーブル9の最も旋回中心軸Cから離間している部分がケーブル収容部5の側壁51に干渉しないように設定している。
以上に述べたように本実施形態に係る搬送ロボットTは、各ケーブル9を基準状態にした場合に旋回軸C方向に対向する各ケーブル9の可動端部接続位置91と固定端部接続位置92との直線距離を、ケーブル9のうち可動端部接続位置91から固定端部接続位置92までのケーブル長よりも短く設定して、基準状態においてケーブル膨出量が最大となるように設定した複数のケーブル9を旋回部4の旋回中心軸C周りに均等又は略均等な間隔で配置しているため、基準状態にある各ケーブル9によって囲まれる旋回中心軸Cを含む旋回中心軸周辺空間Sに、旋回中心軸C方向中央部分を膨出させた空間を形成することができる。この旋回中心周辺空間9Sの広さは、旋回部4の旋回角度に応じて旋回中心軸C周りに移動する可動端部接続位置91の移動距離が長いほど大きく捻れるケーブル9の捻れ変形によって変化するケーブル膨出量に依存するものであり、本実施形態の搬送ロボットTでは、旋回部が最大旋回角度まで旋回した場合に、ケーブル膨出量が最小となる最大捻れ状態のケーブル9によって旋回中心周辺空間9Sが絞り潰されることがないように設定することで、従来のケーブル処理であれば構造物を配置することができず、デッドスペースとなっていた旋回中心周辺空間9Sに構造物を配置することができる。
さらにまた、本実施形態に係る搬送ロボットTは、複数のケーブル9を旋回中心軸C周りに均等又は略均等な間隔で配置しているため、各ケーブル9の可動端部同士や固定端部同士を集合させて接続する態様や、各ケーブル9をコイル状に捻った状態にして配置する態様、或いは相互に直交する2つの平面(水平面、垂直面)において各ケーブルを第1クランプ及び第2クランプによって保持する態様と比較して、旋回部4の旋回動作に伴い各ケーブルが捻れた場合においても、隣り合うケーブル9の可動端部同士の間隔及び隣り合うケーブル9の固定端部同士の間隔は何れも捻れる前の状態(基準状態)におけるそれぞれの間隔と何ら変わることなく、しかも可動端部接続位置91と固定端部接続位置92との距離がケーブル9毎に異なることもなく、各ケーブル9の捻れ量を全てのケーブル9で均一又は略均一に揃えることができ、特定のケーブル9に過度の負荷が集中して作用する事態を回避することができるとともに、ケーブル9の本数が多い場合や多芯ケーブルの場合であっても、各ケーブル9をコイル状に捻った状態で配置する必要もないため、重量が大きいことに起因して下方のコイルほど上下の間隔が狭くなってケーブル同士が相互に接触して擦れるという不具合も生じ得ず、基準状態及び捻れ状態(最大捻れ状態を含む)の何れにおいても旋回中心軸C周りに隣り合うケーブル9同士が干渉する確率を低減することができ、好適なケーブル処理を実現することができる。
特に、旋回部4が旋回していない状態において膨出量が最大となる各ケーブル9は、この基準状態において可動端部接続位置91と固定端部接続位置92が旋回軸C方向に略真正面に向かい合って捻れていない状態にあるため、常に捻れ変形による負荷が作用し続ける態様(各ケーブル9をコイル状に捻った状態で配置する態様など)と比較して、捻れ変形による負荷がケーブル9に作用する時間を旋回部4の旋回動作時に限定することができ、各ケーブル9の長寿命化に貢献する。
また、本実施形態における搬送ロボットTでは、旋回中心軸Cを中心とする円周上に各ケーブル9の可動端部接続位置91が等ピッチで並ぶとともに、旋回中心軸Cを中心とし且つ各ケーブル9の可動端部接続位置91が等ピッチで並ぶ円周と略同一半径の円周上に、各ケーブル9の固定端部接続位置92が等ピッチで並ぶように設定している。ここで、例えば可動端部接続位置91から旋回中心軸Cまでの距離と、固定端部接続位置92から旋回中心軸Cまでの距離との差異を大きく設定すれば、各ケーブル9の可動端部接続位置91同士のピッチと、固定端部接続位置92同士のピッチも相互に大きく異なり、このような態様において各ケーブル9が基準状態から捻れ状態に変形した場合に、各ケーブル9の可動端部側領域の捻れ変形量と固定端部側領域の捻れ変形量とが異なり、各ケーブル9のうち、旋回中心軸Cまでの距離が短い方の接続位置近傍領域が、旋回中心軸C周りに隣り合うケーブル9の同じ領域と干渉したり、或いは干渉せずとも接近し過ぎる事態が起こると想定される。しかしながら、本実施形態における搬送ロボットTでは、各ケーブル9の可動端部接続位置91及び固定端部接続位置92を何れも旋回中心軸Cを中心とする略同一半径の円周上に等ピッチで並ぶように設定しているため、各ケーブル9における捻れ変形量が可動端部側領域と固定端部側領域とで大きく異なることがなく、最大捻れ状態においても旋回中心軸C周りに隣り合うケーブル9同士の干渉を回避することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、複数のケーブルによって囲まれる旋回中心を含むその周辺空間に配置する構造物は、昇降機構を構成する部品に限らず、用途や仕様等に応じて適宜の構造物を選択することができる。
また、上述したケーブル処理を適用する産業用ロボットが、搬送ロボット以外の産業ロボット(旋回軸を有する各種産業ロボット等)であっても構わない。
ケーブルの本数は、複数であれば特に限定されることがなく、ケーブルの種類もまた特に限定されず、電源ケーブルなどの動力線や各種信号線の他、空気配管に使用される軟質チューブ等であっても自重で大きく撓まないものであれば本発明におけるケーブル処理(ケーブル配置)を適用することができる。
上述した実施形態では、旋回部の下方領域に複数のケーブルを配置する態様を例示したが、旋回部の上方領域に複数のケーブルを配置する構成や、旋回部の旋回中心軸が鉛直方向ではなく、例えば水平方向であったり、水平方向に対して90度以外の所定角度の方向であってもよい。
また、基準状態にあるケーブルのうち最も旋回中心軸から離れる方向に膨出する部分が、ケーブルの可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の中央部分ではなく、中央部分よりも可動端部接続位置又は固定端部接続位置の何れか一方側に寄った部分となるようなケーブル処理を採用しても構わない。この場合、本願請求項1の「各ケーブルによって囲まれて特定の領域が膨張している前記旋回中心軸周りの空間」における「特定の領域」は、ケーブルの可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の中央部分によって形成される領域ではなく、中央部分よりも可動端部接続位置又は固定端部接続位置の何れか一方側に寄った部分によって形成される領域を意味する。
このような場合においても、最大捻れ状態になったケーブルによって囲まれる旋回中心周辺空間に、構造物の配置スペースを確保できるように設定することで、旋回部の旋回動作に伴って各ケーブルが捻れ変形した場合にも、ケーブルが構造物に干渉しない構成を実現することができる。
基準状態から最大捻れ状態に変形したケーブルのうち、可動端部接続位置と固定端部接続位置との間の所定部分(基準状態において旋回中心から最も離間している部分)から旋回中心までの距離が、可動端部接続位置から旋回中心までの距離、或いは固定端部接続位置から旋回中心までの距離よりも短くなり、旋回中心周辺空間の一部が括れた空間(所定部分が旋回中心側に凹んだ空間)となるように設定してもよい。この場合においても、最大捻れ状態にある各ケーブルが、旋回中心周辺空間に配置した構造物に干渉しないように設定すれば、上述した種々の作用効果を得ることができる。
また、基準状態にあるケーブルは、ケーブル単位で捉えた場合に全く捻れていないことが好ましいが、基準状態において任意の量だけ捻れている態様であってもよい。
ケーブルが基準状態にある場合に、各ケーブルの可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸方向から見て真正面ではないものの旋回中心軸方向に対して任意の角度で向かい合うように設定してもよい。例えば、各ケーブル単位で捉えた場合に、可動端部接続位置から旋回中心軸までの距離と、固定端部接続位置から旋回中心軸までの距離とを相互に異ならせた場合、可動端部接続位置及び固定端部接続位置が旋回中心軸方向から見て真正面ではないものの旋回中心軸方向に対して任意の角度(この角度は、可動端部接続位置から旋回中心軸までの距離と、固定端部接続位置から旋回中心軸までの距離の差異に基づいて定まる)で向かい合うことになる。
また、ケーブルが基準状態にある時点での旋回角度を基準(基準角度)として、旋回部が一方向にのみ所定角度分まで旋回可能に設定した産業用ロボットにおいて、本発明におけるケーブル処理を適用することも可能である。
また、上述の実施形態では、ケーブル収容空間外に設けたケーブルガイドによってケーブルのうちケーブル収容空間外に引き出される部分の配線処理を行う態様を例示したが、ケーブルガイドを用いずに、ケーブル収容空間外に設けたケーブル載置台(配置箇所や形状、サイズは特に限定されない)に載置するように構成してもよい。
さらにはまた、第1ケーブル接続部や第2ケーブル接続部の具体的な構成も適宜変更することが可能であり、各ケーブル接続部を相互に異なる構成としたり、同一の構成とすることもできる。
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
11…ハンド
12…アーム
4…旋回部
61、62…構造物(ボールネジ、ボールネジカバー)
7…第1ケーブル接続部
8…第2ケーブル接続部
9…ケーブル
91…可動端部接続位置
92…固定端部接続位置
9S…旋回中心軸周りの空間(旋回中心周辺空間)
C…旋回中心軸
T…産業用ロボット(搬送ロボット)

Claims (4)

  1. 旋回中心軸を中心に旋回可能な旋回部を備えた産業用ロボットであって、
    相対的に前記旋回部に近い第1ケーブル接続部に接続されて前記旋回部の旋回動作に伴って移動する可動端部と、相対的に前記旋回部から遠い第2ケーブル接続部に接続されて前記旋回部が旋回しても移動しない固定端部を有し、且つ前記第1ケーブル接続部に対する前記可動端部の接続位置である可動端部接続位置から前記第2ケーブル接続部に対する前記固定端部の接続位置である固定端部接続位置までのケーブル長を、前記旋回中心軸方向に沿った前記可動端部接続位置から前記固定端部接続位置までの直線距離よりも長く設定した複数のケーブルを、前記旋回中心軸周りに均等又は略均等な間隔で配置し、
    前記各ケーブルの前記可動端部接続位置及び前記固定端部接続位置が旋回中心軸方向に向かい合う基準状態において、前記ケーブルのうち前記可動端部接続位置と前記固定端部接続位置との間の領域が前記旋回中心軸から離れる方向に膨出するケーブル膨出量が最大となり、前記基準状態から前記旋回部の旋回角度が大きくなるにしたがって増大する前記各ケーブルの前記可動端部の移動量に伴って、前記各ケーブルを、前記ケーブル膨出量が小さくなる捻れ状態に変形可能に構成し、
    前記各ケーブルが前記基準状態にある場合にこれら各ケーブルによって囲まれて特定の領域が膨張している前記旋回中心軸周りの空間に所定の構造物を配置し、前記旋回部を予め設定した最大旋回角度まで旋回させた場合に、最も捻れた最大捻れ状態となる前記各ケーブルが前記構造物に干渉しないように構成していることを特徴とする産業用ロボット。
  2. 前記旋回中心軸を中心とする円周上に前記各ケーブルの前記可動端部接続位置を等ピッチで並べ、前記旋回中心軸を中心とし且つ前記円周と同一又は略同一半径の円周上に前記各ケーブルの前記固定端部接続位置を等ピッチで並べている請求項1に記載の産業用ロボット。
  3. 前記構造物が、前記旋回部を昇降可能に移動させる昇降機構の構成部品である請求項1又は2に記載の産業用ロボット。
  4. 所定の進退方向に沿って進退動作可能なハンドを先端部に設け且つ少なくとも基端部を前記旋回中心軸周りに旋回可能に構成したアームを備えた搬送ロボットである請求項1乃至3の何れかに記載の産業用ロボット。
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