JP2015066613A

JP2015066613A - 産業用ロボット

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Publication number: JP2015066613A
Application number: JP2013201467A
Authority: JP
Inventors: 輝樹伊東; Teruki Ito; 高田　昌幸; Masayuki Takada; 昌幸高田; 幸二七澤; Koji Shichizawa
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN104511910A; JP6164009B2; CN104511910B

Abstract

【課題】他端にリストが設けられたアーム内にケーブルを挿通したロボットにおいて、ロボットの動作に伴うケーブルのばらけによる不具合の発生を防止する。
【解決手段】中空部１２の一端側１１にケーブル７ａが挿通可能な開口部１１ａを設ける。ケーブル７の一端側をアームの基部に設けられた中継部材２６、２７に接続し、中継部材と開口部との間に折り返された曲がり部７ａを設ける。曲がり部のケーブル７ａを束ねる規制具３１と、中空部からリスト１５に向かって挿通される他端部７ｂを設ける。規制具は開口部の開口より大きく、開口部に当接及び離接移動可能に設ける。規制具から他端部端までの長さはリストの動作によるケーブル必要長さより大きくする。規制具はケーブルを挟んで分離・組立可能にする。規制具と開口部とが当接する位置で、規制具と開口部の中心軸とが一致するように規制具を誘導する誘導部材２９を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は一端部がロボット本体に対して回動自在に取り付けられ、他端部に回動自在なリストが取り付けられたアーム内にケーブルを設けた産業用ロボットに関する。

一般的な産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と記載する。）は、ロボット本体と、ロボット本体に対して回動自在に取り付けられるアームと、アームに対して回動自在に取り付けられるとともに、エンドエフェクタが取り付けられるリストとを備える。アームやリストを回動させるための駆動手段（例えば、サーボモータ）に電源を供給する電源線や、エンドエフェクタに取り付けられたエアシリンダにエアを供給するためのエアチューブ等は1本の束にまとめられて（以下、この状態のものを「ケーブル」と記載する。）、ロボット本体の内部に収容されたり、外面部に固定されたりして引き回される。

しかし、かかるケーブルをロボットの外部に引き回したものはロボットの回りのケーブル引き回し空間が大きくなる。また、外観も悪い。そこで、ケーブルをアーム内に納め、さらに可撓性導管内に納めて外観を改良した多数の出願がなされている。このものは、ケーブル等をアーム内に配置することにより、ケーブルの長さを短くし、アーム軸、リスト軸回転はねじれにより吸収し、リスト回転による変形量を少なくしている。また、アーム内に納めることでケーブルの軸直角方向の変形を阻止し、また、可撓性導管に通すことで、さらに変形を阻止している。さらに、特許文献１では、アーム内に設ける可撓性導管のリスト側をリストに固定し、本体アーム側をアーム軸方向に摺動（移動）可能に設け、ケーブルの引っ張り方向の力を逃がして、リスト（手首要素）が動作した場合に可撓性導管及びケーブルに無理な力が係らないようにしている。

特開２００９−２８８７５号公報

しかし、図８（ａ）に示すように、アーム１１内の貫通孔（あるいは可撓性導管内）１９にケーブル７を挿通させたものでは、ロボットのアームやリストの回動に伴い、ケーブル７が伸縮、ねじられたりする。この動作が何度も繰り返されると、図８の（ｂ）に示されるように、ケーブル７がばらけてからみ合い、ばらけ状態のケーブル７の最大外径が貫通孔１９の内径より大きくなるおそれがある。すると、ケーブル７が第１上アーム部１１に衝突し、ケーブル７が損傷してしまうという問題があった。さらには、ばらけたケーブルが貫通孔に進入することができずに過度に引っ張られる。これによって、ケーブルの寿命が短くなってしまう。これを抑止するために、ケーブルに結束バンド等を巻き付けることにより、強制的に積層を保持することが考えられる。しかし、ロボットの動作により結束バンドが切断するおそれがあるため、ケーブルの可動部に結束バンドを巻き付けることは困難である。

また、図９に示すように、アーム９を下向きにした場合、あるいはアーム９が水平に配置されている場合であってもロボットの旋回フレームが急速に回動（旋回）した場合に、ケーブル７の自重（遠心力）により、貫通孔１９や可撓性導管（コイルスプリング）２３内の下流側のケーブル７の湾曲部が貫通孔１９や可撓性導管２３内に引き込まれようとする。すると、ケーブル７の余長部７′が可撓性導管２３の部分で滞留する。この状態でリスト１５が回動すると、滞留状態のケーブル７の余長部７′が引っ張られたり、ねじられたりして、思いがけないトラブルが発生するおそれがある。

本発明の課題は、かかる問題点に鑑み、他端にリストが設けられたアーム内にケーブルを挿通したロボットにおいて、ロボットの動作に伴うケーブルのばらけによる不具合の発生を防止した産業用ロボットを提供することである。

本発明においては、一端部がロボット本体側に対して軸回り又は上下方向に回動自在に取り付けられ、他端部にリスト軸回り及び前記軸直角方向に回動自在なリストが取り付けられるアームを備え、前記アームの前記一端部側に設けられた中空部内に、前記ロボット本体側と前記リスト間を接続するケーブルが挿通された産業用ロボットであって、前記中空部の前記一端側に前記ケーブルが挿通可能な開口部を有し、前記ケーブルは、前記ケーブルの一端側が前記アームの基部に設けられた中継部材に接続され、前記中継部材と前記開口部との間を一重あるいは多重に折り返して前記リスト側方向に前後動可能とした曲がり部と、前記ケーブルを束ねる規制具と、前記中空部から前記リストに向かって挿通される他端部と、を有し、前記規制具は前記開口部の開口より大きく、前記開口部に当接及び離接移動可能に設けられている産業用ロボットを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、多数の電線、チューブ等のケーブルを規制具で束ねた状態で保持するとともに、開口部で規制具を通過不能とし、ロボットが動作してケーブルが軸方向に引っ張られたとき、規制具がアームの中空部（貫通孔）の開口部に当接し、それ以上ケーブルがリスト側に移動しないようにする。また、規制具近傍では、ケーブルは半径方向へ広がることがない。また、リスト、アームの動きによる伸縮量は一重あるいは多重に折り返した曲がり部で吸収する。なお、規制具よりリストよりの他端部は、結束バンドによりばらけ等を防止してもよいが、アームの貫通孔や可撓性導管に挿通させることにより、結束バンド等によらずケーブルのばらけを防止できる。

また、請求項２記載の発明においては、前記規制具から他端部端までの長さは前記リストの動作によるケーブル必要長さより大きくされている産業用ロボットとした。規制具を適切な位置とすることにより、ケーブルの他端部の長さをいたずらに伸ばすことなく、ばらけ等によるケーブルの損傷を防止する。また、請求項３記載の発明においては、前記規制具は前記ケーブルを挟んで分離・組立可能とした。

また、請求項４記載の発明においては、前記規制具と前記開口部とが当接する位置で、前記規制具の中心軸と、前記開口部の中心軸とが一致するように前記規制具を誘導する誘導部材を設けた。さらに、請求項５に記載の発明においては、前記規制具は円筒状であり、前記誘導部材は前記規制具の円筒状外周が摺接可能にされた断面Ｕ又はＶ又は凹字状の斜面を有するものとした。

本発明においては、多数の電線、チューブ等のケーブルを規制具で束ね、ケーブルが軸方向に引っ張られたとき、規制具によりケーブルがリスト側に移動しないようにしたので、ロボットのリストが回動してケーブルが引っ張られても、開口部に進入することはない。また、ケーブルが必要以上に引っ張られることはない。また、規制具近傍では、ケーブルは半径方向へ広がることがないので、ケーブルが半径方向（ケーブルの軸直角方向）に広がること、即ち「ばらける」ことが防止される。そして、規制具よりも上流側（曲がり部）でケーブルがばらけたとしても、そのばらけた状態のケーブルが開口部に進入することが防止される。また、ケーブルの余長部が可撓性導管等の部分で滞留することがない。あるいは、滞留量が少ないので、ねじれや引っ張りによるケーブルや可撓性導管等の部品の破損が少ない。

また、請求項２記載の発明においては、規制具から他端部端までの長さはリストの動作によるケーブル必要長さより大きくしたので、ケーブルが最大に引っ張られても、規制具が開口部に衝突することはなく、ケーブルに過度の引張り力が作用することはない。

さらに、請求項３記載の発明においては、規制具はケーブルを挟んで分離・組立可能とした。例えば、規制具は、ケーブルを挟み込んで固定する一対の半割りリング体とすることができる。そして、その半割りリング体は、組み合わされた状態で円筒形状を成し、その外径は開口部の開口よりも大とすることができる。これにより、規制具を後付けで（例えば、ケーブルを引き回した後で）取り付けることができる。そして、この規制具は、組み合わされた状態で円筒形状を成すことが望ましい。これにより、規制具の上下左右が問題にならなくなるため、組付けが容易である。更に、規制具の外径を開口部の開口よりも大きくすることで、規制具が開口部に進入することを防止できる。

さらに、請求項４記載の発明においては、規制具と開口部の中心軸とを一致するように規制具を誘導する誘導部材を設けるので、規制具の動作がケーブルの軸方向だけに限定され、ケーブルの半径方向に動作しなくなる。この結果、ケーブルの挙動がより安定する。また、請求項５に記載の発明においては、規制具を円筒状とし、誘導部材を規制具の円筒状外周が摺接可能にされた断面Ｕ又はＶ又は凹字状の斜面としたので、規制具が開口部から遠い部分では、自由に曲げられ無理な力がかからない。規制具が開口部に近づくに従って、斜面に沿って規制具がケーブルの半径方向（ケーブルの軸直角方向）に移動して開口部と規制部の中心軸が一致した位置で規制具と開口部とが当接する。また、当接部は片当たりが少なく常に一定の当たりとなり、衝撃も少なく、安定した動作となる。

本発明の実施の形態を示す産業用ロボットの斜視図である。本発明の実施の形態を示す産業用ロボットの平面図である。要部左側面図である。本発明の実施の形態を示す産業用ロボットのケーブルの中継部、曲がり部、開口部近傍の斜視図である。本発明の実施の形態を示す産業用ロボットの要部右側面透視図である。本発明の実施の形態を示す産業用ロボットの動作を示す（ａ）は開口部と規制具とが離隔した状態、（ｂ）は、開口部と規制具とが当接した状態を示す説明図である。本発明の他の実施の形態を示す上アームが下方に向かって鉛直に配置された産業用ロボットの左側面図である。従来の産業用ロボットの動作を示す（ａ）はケーブルが良好な状態、（ｂ）は、ケーブルがばらけた状態を示す説明図である。従来の産業用ロボットのアームのリスト側を下向きにした状態における一部を破断した要部の正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の実施の形態を示す産業用ロボット１００（溶接ロボット）の全体構成について説明する。図１及び図２に示されるように、例えば床面等の設置面に設置されるベース１にフレーム２が載置されている。このフレーム２は、ベース１の上面に配置される基板部３と、基板部３から起立する起立板部４とを備える。また、基板部３の上面には、フレーム２の全体を水平面内（床面と平行な面内）で回動させるためのモータ（図示せず）が取り付けられている。モータのモータ軸を所定方向に回転させることにより、フレーム２は床面に垂直に設けられた第１回動軸線５を中心に回動する。

フレーム２の起立板部４に、下アーム６の下端部が片持ち状態で取り付けられている。下アーム６の側部には、ベース２から引き回されるケーブル７（詳細は後述する。）が配置される。下アーム６は、フレーム２の起立板部４に支持されて、第２回動軸線８を中心に回動自在である。

下アーム６の上端部に、上アーム９が片持ち状態で取り付けられている。上アーム９は、下アーム６と連結される第１上アーム部１１と、第１上アーム部１１の一端部から延設される第２上アーム部１２とを備える。第１上アーム９部１１は、下アーム６に連結された状態で、第３回動軸線１３を中心に回動する。そして、第２上アーム部１２は、第１上アーム部１１に対して、第４回動軸線１４を中心に回動自在である。

図１及び図２に示されるように、第２上アーム部１２の前端部には、片持ち状態でリスト１５が取り付けられている。リスト１５は第５回動軸線１６を中心に、第２上アーム部１２に対して回動自在である。また、リスト１５の先端部には、エンドエフェクタ取付部１７が取り付けられている。エンドエフェクタ取付部１７は、第６回動軸線１８を中心に、リスト１５に対して回動自在である。

第２上アーム部１２の後半部（第１上アーム部１１の側）は中空部を形成し円筒形状となっていて、第２上アーム部１２を長手方向に沿って貫通する貫通孔１９が設けられている。貫通孔１９は、円孔、角孔のいずれであってもよい。ベース１から下アーム６の側部を通って第１上アーム部１１に引き回されたケーブル７は、中継部材２６、２７に一度中継され、さらに曲がり部７ａを形成して、第２上アーム部１２の貫通孔１９を通ってリスト１５に引き回される。また、第２上アーム部１２の前半部の側部は切除されていて、この切除された部分にリスト１５を回動（揺動）させるためのモータ２１と、エンドエフェクタ取付部１７を回動させるためのモータ２２とが配置されている。また、貫通孔１９の延長線上には、貫通孔１９を通って引き回されたケーブル７を通すとともに、貫通孔１９の出口部からリスト１５までの空間部を案内するための可撓性導管（ガイドスプリング）２３が取り付けられている。

前述したように、本実施例のロボット１００は、第１ないし第６の回動軸線５，８，１３，１４，１６，１８が設けられた６軸の多関節ロボットである。ロボット１００のケーブル７は、ロボット１００の外部からベース１内に引き込まれ、フレーム２で立ち上がり、下アーム６の側部、第１上アーム部１１の上部（基部）に設けられた中継部材２６，２７、曲がり部７ａ、第２上アーム部１２の貫通孔１９から可撓性導管（ガイドスプリング）２３及びリスト１５を通って、エンドエフェクタ取付部１７に引き回される。

図１に示されるように、ベース１から下アーム６の側部を通って立ち上がるケーブル７は、電線２４とチューブ２５に分岐する。電線２４は中継ボックス（中継部材）２６に進入し、チューブ２５は中継コネクタ（中継部材）２７に連結される。そして、図３及び図４に示されるように、中継ボックス２６から突出された電線２４ａと、中継コネクタ２７を介して各チューブ２５に接続されたチューブ２５ａは、サドル２８の部分で集合し、再び一体化する。

図４及び図５に示されるように、サドル２８よりも下流側に配置されるケーブル７ａは、所定の曲率をもって曲げられながら、曲がり部７ａを形成し、下方に下ろされ、第１上アーム部１１の貫通孔１９に挿通される。そして、図１及び図２に示されるように、下流側のケーブルの他端部７ｂは、そのまま貫通孔１９を通過し、ガイドスプリング２３及びリスト１５を通って、エンドエフェクタ取付部１７に引き回される。

図４及び図５に示されるように、第１上アーム部１１の端面部には、ケーブル７ａを支持する誘導部材（ブラケット）２９が取り付けられている。このブラケット２９は、上面が開放されていて、両側の壁部２９ａ，２９ｂが下面に向かうにつれて徐々に狭くなる形状、即ち断面視において略Ｖ字状、あるいは斜め凹（皿）状となっている。なお、図３においてはブラケット２９の図示は省略している。

図４及び図５に示されるように、ケーブル７ａには、第１上アーム部１１の貫通孔１９の入口の開口部１１ａの直前で、規制具３１が取り付けられている。規制具３１は一対の半割りリング体となっている。この規制具（半割りリング体）３１は、ケーブル７ａの外径よりも少し小さい内径を有する円筒体を半径方向で２分割し、それらを一体に連結したものである。半割りリング体３１の外径は、第１上アーム部１１の貫通孔１９の開口部１１ａの開口よりも少し大きい。このため、規制具３１が開口部１１ａから貫通孔１９に進入することはない。規制具３１の外径は誘導部材（ブラケット）２９の両側の壁部２９ａの傾斜角度に対応しており、規制具３１がブラケット２９の底部２９ｂに接触した状態で、規制具３１の外周面（側面）とブラケット２９の両壁部２９ａの内面との間に僅かな隙間ができる。このため、規制具３１は、外周面をブラケット２９の壁部２９ａに規制されながらその軸方向に移動可能である。換言すれば、ブラケット２９により、規制具３１がケーブル７ａの半径方向（軸直角方向）に移動することが規制されている。また、開口部１１ａと規制具３１の中心が一致するようにされる。

規制具（半割りリング体）３１の軸方向の中央部には、全周に亘って溝部３１ａが形成されている。この半割りリング体３１は、ケーブル７ａを挟み込んだ状態でその溝部３１ａに巻回された結束バンド（図示せず）を締め込むことにより一体に固定される。規制具（半割りリング体）３１は半割り形状となっているため、ケーブル７の引き回しが終了した後であってもケーブル７に組み込むことができるという利点を有する。本実施例では、半割りリング体３１を結束バンドで連結しているが、ボルト（図示せず）で連結してもよい。

曲がり部のケーブル７ａは規制部３１に支持されているため、ケーブル７ａとブラケット２９の底部２９ｂとが直接的に接触することはない。この結果、ケーブル７ａとブラケット２９とが擦れて、曲がり部のケーブル７ａを損傷することが防止される。

かかるケーブル７の動作について説明する。図７の（ａ）に示されるように、ケーブル７ａに規制具（半割りリング体）３１が取り付けられているため、ロボット１００の動作に伴ってケーブル７ｂが伸縮しても、少なくとも第１上アーム部１１の開口部１１ａと規制具３１の対向端面との間では距離がないので、貫通ケーブル７ａがばらけるおそれはない。もし、規制具３１の反対側の端面とサドル２８との間の曲がり部のケーブル７ａがばらけたとしても、この部分が貫通孔１９に進入することはないため、問題は生じない。

ここで、第１上アーム部１１における貫通孔１９の開口部（入口部）１１ａから規制具３１の対向端面までの距離Ｌは、リスト１５が回動することによってケーブル７ｂを引っ張る長さよりも長い位置となるようにすることが望ましい。これにより、ケーブル７ｂが最大に引っ張られた場合にも、規制具３１の対向端面と開口部１１ａとが衝突することが回避され、衝突音が発生しない。

次に本発明の他の実施の形態について説明する。他の実施の形態は、図８に示されるように、ロボット１００の下アーム６が第２回動軸線８を中心に回動し、上アーム９が鉛直に配置されたものである。他の実施の形態においては、規制具３１が第１上アーム部１１の貫通孔１９の開口部１１ａに当接し、曲がり部のケーブル７ａが貫通孔１９に引き込まれるのを防止している。このため、図８に示されるように、サドル２８よりも下流側の曲がり部のケーブル７ａは、そのままの状態で保持されるため、可撓性導管２３内の部分にケーブルの他端（余長）部７ｂが滞留することはなく、ケーブルの損傷やアームの異常の発生を防止する。また、アーム９が鉛直に配置された場合の他、上アーム９が水平に配置されている場合、ロボット１００のフレーム２が急速に回動（旋回）した場合にも同様な効果を奏することができる。

６下アーム（ロボット本体側）
７ケーブル
７ａ曲がり部（のケーブル）
７ｂ（ケーブルの）他端部
９（上）アーム
１１一端部（アームの基部）
１１ａ開口部
１２中空部
１５リスト
１６軸直角方向
１８リスト軸回
２６、２７中継部材
２９誘導部材（ブラケット）
３１規制具（半割りリング体）
１００産業用ロボット
Ｌ規制具と開口部の対向端面の距離

Claims

一端部がロボット本体側に対して軸回り又は上下方向に回動自在に取り付けられ、他端部にリスト軸回り及び前記軸直角方向に回動自在なリストが取り付けられるアームを備え、前記アームの前記一端部側に設けられた中空部内に、前記ロボット本体側と前記リスト間を接続するケーブルが挿通された産業用ロボットであって、
前記中空部の前記一端側に前記ケーブルが挿通可能な開口部を有し、
前記ケーブルは、前記ケーブルの一端側が前記アームの基部に設けられた中継部材に接続され、
前記中継部材と前記開口部との間を一重あるいは多重に折り返して前記リスト側方向に前後動可能とした曲がり部と、
前記ケーブルを束ねる規制具と、前記中空部から前記リストに向かって挿通される他端部と、を有し、
前記規制具は前記開口部の開口より大きく、前記開口部に当接及び離接移動可能に設けられていることを特徴とする産業用ロボット。
前記規制具から他端部端までの長さは前記リストの動作によるケーブル必要長さより大きくされていることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
前記規制具は前記ケーブルを挟んで分離・組立可能にされていることを特徴とする請求項１又は２記載の産業用ロボット。
前記規制具と前記開口部とが当接する位置で、前記規制具の中心軸と、前記開口部の中心軸とが一致するように前記規制具を誘導する誘導部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の産業用ロボット。
前記規制具は円筒状であり、前記誘導部材は前記規制具の円筒状外周が摺接可能にされた断面Ｕ又はＶ又は凹字状の斜面を有することを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。