JP2018047526A

JP2018047526A - ロボット関節のケーブル保持装置

Info

Publication number: JP2018047526A
Application number: JP2016184384A
Authority: JP
Inventors: 謙一川添; Kenichi Kawazoe
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-03-29

Abstract

【課題】従来のケーブル保持装置は、ケーブルの数を増加することが難しいという問題点があった。【解決手段】固定体Ａに可動体Ｂを連結したロボット関節において、固定体Ａ及び可動体Ｂに沿って配置される複数のケーブルＣを保持する装置であって、固定体Ａが、回転駆動源１を収容した支持体２と、固定側外筒３と、保持部１０を有する固定側保持部材４とを備え、可動体Ｂが、回転体５と、可動側外筒６と、保持部１１を有する可動側保持部材７とを備え、支持体２と固定側及び可動側の外筒３，６と固定側及び可動側の保持部材４，７との間で形成した収容空間Ｆに、各ケーブルＣを弛みを持たせた状態で収容し、各ケーブルＣを夫々の弛みにより一斉に回転に追従させる。収容空間Ｆの容積を有効利用し、収容空間Ｆを拡大せずに多数のケーブルＣを配置し得るものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、多軸制御型ロボットやマニピュレータなどの各種ロボット関節において、アーム間に沿って配置されるケーブルを保持するのに用いられるロボット関節のケーブル保持装置に関するものである。

従来において、ロボット関節のケーブル保持装置としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載のケーブル保持装置は、多関節型ロボットのベースを構成するものであって、下段側に、モータと、二重筒構造の固定側ケーブルガイドを備えている。また、ケーブル保持装置は、上段側に、モータにより回転駆動される二重筒構造の回転側ケーブルガイドを備えている。

さらに、ケーブル保持装置は、固定側ケーブルガイド及び回転側ケーブルガイドに沿って、複数のケーブルから成るケーブル群をフラット状に配置し、この際、ケーブル群をＵ字状に曲げた状態にする。ケーブル群の下端部及び上端部は、夫々のケーブルガイドにおいて、下端固定部材及び上端固定部材により固定されている。このケーブル保持装置は、固定側ケーブルガイドに対して回転側ケーブルガイドが回転すると、ケーブル群が、Ｕ字を成すように曲げられた状態のまま回転に追従する。

特開２０１０−２８４７７７号公報

ところが、上記したような従来のケーブル保持装置にあっては、ケーブル群をＵ字状に曲げると共に、フラット状に配置することから、ケーブル群のＵ字の折り曲げ部分を移動させるために充分な空間が必要である。しかも、この種の保持装置は、ケーブルの収容空間が狭く限られている。このため、従来のケーブル保持装置では、ケーブルの数を増加することが難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、ケーブルの収容空間を拡大しなくても、多数のケーブルを配置することができるロボット関節のケーブル保持装置を提供することを目的としている。

本発明に係わるロボット関節のケーブル保持装置は、固定体に対して可動体を回転可能に連結した構造を有するロボット関節において、固定体及び可動体に沿って配置される複数のケーブルを保持する装置である。このケーブル保持装置は、固定体が、回転駆動源を収容した円筒状の支持体と、支持体の外側に同心状に配置した固定側外筒と、支持体と固定側外筒を連結する固定側保持部材とを備え、可動体が、回転駆動源により回転駆動される回転体と、回転体の外側に同心状に配置した可動側外筒と、回転体と可動側外筒を連結する可動側保持部材とを備えている。

そして、ケーブル保持装置は、固定側及び可動側の保持部材が、各ケーブルの保持部を備えており、支持体と、固定側及び可動側の外筒と、固定側及び可動側の保持部材との間で、各ケーブルの収容空間を形成すると共に、各ケーブルが、可動体の回転を許容する弛みを持たせた状態で収容空間に収容してあることを特徴としている。

本発明に係わるロボット関節のケーブル保持装置は、各ケーブルが、可動体の回転を許容する弛みを持たせた状態で固定体及び可動体の軸線方向に配置される。そして、ケーブル保持装置は、回転駆動源により、固定体に対して可動体が回転する。このとき、ケーブル保持装置は、各ケーブルが夫々の弛みにより一斉に回転に追従するので、ケーブルの移動空間を充分に確保しておく必要がなく、ケーブルの収容空間の容積を有効に利用し得る。これにより、上記のケーブル保持装置は、ケーブルの収容空間を拡大しなくても、多数のケーブルを配置することができる。

本発明に係わるロボット関節のケーブル保持装置の第１実施形態を説明する断面図である。図１中のＡ−Ａ線矢視に基づく端面図（Ａ）、及びＢ−Ｂ線矢視に基づく端面図（Ｂ）である。ケーブル保持装置の原位置の状態を説明する断面図及び端面図（Ａ）、原位置から時計回りに１８０度回転させた状態を説明する断面図及び端面図（Ｂ）、並びに原位置から反時計回りに１８０度回転させた状態を説明する断面図及び端面図（Ｃ）である。本発明に係わるロボット関節のケーブル保持装置の第２実施形態を説明する要部の正面図である。

〈第１実施形態〉
図１に示すロボット関節のケーブル保持装置は、固定体Ａに対して可動体Ｂを回転可能に連結した構造を有するロボット関節において、固定体Ａ及び可動体Ｂに沿って配置される複数のケーブルＣを保持する装置である。

上記のケーブル保持装置は、例えば、多軸制御型のロボットに適用可能である。多軸制御型のロボットは、ベースからハンド部に至る間に、複数の関節部及びアーム部を順に備えている。このようなロボットにおいて、上記の固定体Ａは、ベースや、隣接するアーム部同士のベース側のアーム部に適用することができ、他方、上記の可動体Ｂは、固定体Ａに対してハンド側となるアーム部や、ハンド部に適用することができる。つまり、固定体Ａ及び可動体Ｂは、ロボットの部分的な構成に相当するもので、固定体Ａは必ずしも不動の構成部位ではない。

上記のケーブル保持装置において、固定体Ａは、ロボットの一方のアーム部であって、回転駆動源１を収容した円筒状の支持体２と、支持体２の外側に同心状に配置した固定側外筒３と、支持体２と固定側外筒３を連結する固定側保持部材４とを備えている。支持体２、固定側外筒３、及び固定側保持部材４は、図２（Ａ）に示すように、互いの軸線が一致する同心円状に配置してある。

他方、可動体Ｂは、ロボットの他方のアーム部であって、回転駆動源１により回転駆動される回転体５と、回転体５の外側に同心状に配置した可動側外筒６と、回転体５と可動側外筒６を連結する可動側保持部材７とを備えている。回転体５、可動側外筒６、及び可動側保持部材７は、図２（Ｂ）に示すように、互いの軸線が一致する同心円状に配置してある。

図示例の固定体Ａにおいて、支持体２は、互いに同じ外径を有するモータケース２Ａ及びベアリングケース２Ｂを同軸上に連結したものである。モータケース２Ａ内には、モータＭ及び減速機構Ｇが収容してある。ベアリングケース２Ｂ内には、回転体５を回転自在に保持する複数のベアリング８が設けてある。

固定側外筒３は、支持体２の外径よりも大きい内径を有し、可動体Ｂ側に外側への段差状を成す接続部９を有している。固定側保持部材４は、図２（Ａ）に示すように、支持体２と固定側外筒３との隙間に対応する環状部材であり、外周寄りの部分に各ケーブルＣの保持部１０を有している。図示例の保持部１０は、各ケーブルＣを貫通状態にして保持する孔であって、固定側外筒３の円周方向に等間隔で設けてある。

図示例の可動体Ｂにおいて、回転体５は、円柱状部材であって、減速機構Ｇの出力軸Ｐに連結してあると共に、先述のベアリング８により回転自在に保持されている。可動側外筒６は、固定側外筒３と同等の直径を有し、その端部が、固定側外筒３の接続部９に対して円周方向に摺動自在に嵌合している。なお、固定体Ａと可動体Ｂとの連結は、上記接続部９の構成に限らず、回転継手等の各種の連結機構を採用し得る。

可動側保持部材７は、図２（Ｂ）に示すように、回転体５と可動側外筒６との隙間に対応する環状部材であり、外周寄りの部分に各ケーブルＣの保持部１１を有している。保持部１１は、固定側と同様に、各ケーブルＣを貫通状態にして保持する孔であって、固定側保持部材４の保持部１０と同数で且つ同間隔に配置してある。なお、固定側及び可動側の保持部材４，７に設ける保持部１０，１１は、必ずしも等間隔や互いに同間隔である必要は無く、ケーブルＣの本数や径などにより大きさや形状、及び配置等を適宜選択することができる。

そして、ケーブル保持装置は、支持体２と、固定側及び可動側の外筒３，６と、固定側及び可動側の保持部材４，７との間で、各ケーブルＣの収容空間Ｆを形成すると共に、各ケーブルＣが、可動体Ｂの回転を許容する弛みを持たせた状態で収容空間Ｆに収容してある。なお、図１には２本のケーブルＣを示したが、図示例の場合には、保持部１０，１１の数のケーブルＣが配置可能である。

ここで、ケーブル群をＵ字状に曲げた従来の装置では、ケーブル群の内周側と外周側とでケーブルの長さが異なる。これに対して、ケーブル保持装置は、固定側保持部材４と可動側保持部材７との間において、各ケーブルＣの長さをいずれも同じにすることができる。各ケーブルＣは、一例として可動体Ｂを１回転させる場合、固定側保持部材４と可動側保持部材７との間隔に、少なくとも収容空間Ｆの半周分、若しくは収容空間Ｆの外径の半周分を加えた長さがあれば良い。

各ケーブルＣの長さは、厳密には、固定側保持部材４と可動側保持部材７との間隔をＬとし、当該保持装置の中心軸からケーブルＣまで距離をｒとすると、縦横辺の長さがＬ及びπｒである長方形の対角線の長さ、すなわち√（Ｌ^２＋（πｒ）^２）になる。これは、１本のケーブルＣの固定側及び可動側の保持部１０，１１を軸線方向に一致させた状態を原位置として、可動体Ｂを一方向に１８０度回転させる場合であり、それ以外の回転角度θを設定する場合には、各ケーブルＣの長さは、√（Ｌ^２＋（θｒ）^２）である。

なお、弛みを含むケーブルＣの長さは、固定側保持部材４と可動側保持部材７との間である収容空間Ｆに収容される部分の長さであり、全長を示すものではない。また、各ケーブルＣは、固定体Ａと可動体Ｂとの間の電気的接続を行うものや、流体の流通を行うもの、機械的な遠隔操作を行うためのワイヤーを挿入したものなどを用いることができる。

また、ケーブル保持装置は、各部材の材料がとくに限定されるものではないが、より好ましい実施形態として、各ケーブルＣが、滑らかな表面を有するものにする。さらに、ケーブル保持装置は、より好ましい実施形態として、支持体２の外周面、固定側及び可動側の外筒３，６の内周面が、いずれも滑らかな面であるものとする。さらに、ケーブル保持装置は、より好ましい実施形態として、各ケーブルＣの表面、支持体２の外周面、固定側及び可動側の外筒３，６の内周面のうちの少なくとも１つの面に、潤滑剤を塗布することができる。

上記構成を備えたケーブル保持装置は、各ケーブルＣが、可動体Ｂの回転を許容する弛みを持たせた状態で固定体Ａ及び可動体Ｂの軸線方向に配置される。このとき、ケーブル保持装置は、図３（Ａ）に示す原位置では、１本のケーブルＣを通した固定側及び可動側の保持部１０，１１が軸線方向に一致した状態になる。

そして、ケーブル保持装置は、モータＭを駆動すると、回転体５、可動側外筒６及び可動側保持部材７が一体的に回転することとなり、ケーブルＣに持たせた弛みの分だけ固定体Ａに対して可動体Ｂが軸線回りに回転する。

この際、ケーブル保持装置は、図３（Ｂ）に示すように、原位置から可動体Ｂを時計回りに回転させると、ケーブルＣの弛みが回転に追従し、先述したように、ケーブルＣが、両保持部材４，７の間隔に少なくとも収容空間Ｆの半周分を加えた長さを有するので、可動体Ｂを約１８０度回転させることができる。また、ケーブル保持装置は、図３（Ｃ）に示すように、原位置から可動体Ｂを反時計回りに回転させると、同様にケーブルＣの弛みが回転に追従し、可動体Ｂを約１８０度回転させることができる。すなわち、ケーブル保持装置は、ケーブルＣを短くしたうえで可動体Ｂをほぼ１回転（片側１８０度回転でトータル３６０度回転）させることができる。

なお、可動体Ｂを１回転させるには、弛みを含むケーブルＣの長さを、両保持部材４，７の間隔に少なくとも収容空間Ｆの半周分を加えた長さとするが、先述の如く、１本のケーブルＣの固定側及び可動側の保持部１０，１１を軸腺方向に一致させた状態を原位置とした場合には、片側半回転でトータル１回転可能である。また、１本のケーブルＣの固定側及び可動側の保持部１０，１１が１８０度ずれている状態を原位置とした場合には、ケーブルＣが弛む方向に１回転可能である。ケーブルＣの長さやその原位置は、とくに限定されるものではなく、当該ケーブル保持装置の運用に応じて適宜選択し得る。

図３には便宜上１本のケーブルＣを示したが、ケーブル保持装置は、固定体Ａに対して可動体Ｂを回転させると、各ケーブルＣが夫々の弛みにより一斉に回転に追従するので、ケーブルＣの移動空間を充分に確保しておく必要が無く、ケーブルＣの収容空間Ｆの容積を有効に利用し得る。また、ケーブル保持装置は、原位置から可動体Ｂを往復回転させるのであるから、ケーブルＣ同士が絡まるような可能性は実質的に無い。これにより、ケーブル保持装置は、ケーブルＣの収容空間Ｆを拡大しなくても、多数のケーブルＣを配置することができる。

また、ケーブル保持装置は、固定側及び可動側の保持部材４，７における保持部１０，１１が、各ケーブルＣを貫通状態にして保持する孔であるから、構造が非常に簡単であると共に、固定体Ａから可動体Ｂに至る間に、各ケーブルＣを容易に通過させることができる。なお、ケーブル保持装置は、例えば固定側及び可動側の保持部材４，７にコネクタを設け、そのコネクタを介して収容空間Ｆ内のケーブルＣと、外部のケーブルとを接続する構成にすることも可能である。

さらに、ケーブル保持装置は、各ケーブルＣが、滑らかな表面を有するものとすることで、可動体Ｂの回転時におけるケーブルＣ同士の絡まりを防止することができ、可動体Ｂの円滑な回転動作に貢献することができる。

さらに、ケーブル保持装置は、支持体２の外周面、固定側及び可動側の外筒３，６の内周面を、いずれも滑らかな面にすることで、可動体Ｂの回転時におけるケーブルＣ同士の絡まりを防止することができ、可動体Ｂの円滑な回転動作に貢献することができる。

さらに、ケーブル保持装置は、各ケーブルＣの表面、支持体２の外周面、固定側及び可動側の外筒３，６の内周面のうちの少なくとも１つの面に潤滑剤を塗布することで、可動体Ｂを回転させた際のケーブルＣの追従動作がより円滑になると共に、これにより抵抗が減少して可動体Ｂの回転動作もより一層円滑なものとなる。

〈第２実施形態〉
この実施形態のケーブル保持装置は、保持部材（４．７）に、より多くの保持部（１０，１１）を設けた構成である。図４には、可動側保持部材７を示しているが、固定側保持部材（図２Ａ参照）にも同様の構成が設けてある。すなわち、図４に一部を示す保持部１１は、各ケーブルＣを貫通状態にして保持する孔であり、図示例では、直径方向に３個の保持部１１を配列し、これを一組として、円周方向に等間隔で設けてある。

つまり、ケーブル保持装置は、先の実施形態で説明したように、可動体Ｂの回転時において各ケーブルＣが夫々の弛みにより一斉に回転に追従することとなり、ケーブルＣの収容空間Ｆの容積を有効に利用し得るので、図示例の如く保持部１１を多数設けて、より多くのケーブルＣを配置することが可能になる。

なお、本発明に係わるロボット関節のケーブル保持装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。

Ａ固定体
Ｂ可動体
Ｃケーブル
Ｆ収容空間
１回転駆動源
２支持体
３固定側外筒
４固定側保持部材
５回転体
６可動側外筒
７可動側保持部材
１０，１１保持部

Claims

固定体に対して可動体を回転可能に連結した構造を有するロボット関節において、固定体及び可動体に沿って配置される複数のケーブルを保持する装置であって、
固定体が、回転駆動源を収容した円筒状の支持体と、支持体の外側に同心状に配置した固定側外筒と、支持体と固定側外筒を連結する固定側保持部材とを備え、
可動体が、回転駆動源により回転駆動される回転体と、回転体の外側に同心状に配置した可動側外筒と、回転体と可動側外筒を連結する可動側保持部材とを備え、
固定側及び可動側の保持部材が、各ケーブルの保持部を備えており、
支持体と、固定側及び可動側の外筒と、固定側及び可動側の保持部材との間で、各ケーブルの収容空間を形成すると共に、
各ケーブルが、可動体の回転を許容する弛みを持たせた状態で収容空間に収容してあることを特徴とするロボット関節のケーブル保持装置。
固定側及び可動側の保持部材における保持部が、各ケーブルを貫通状態にして保持する孔であることを特徴とする請求項１に記載のロボット関節のケーブル保持装置。
各ケーブルが、滑らかな表面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット関節のケーブル保持装置。
支持体の外周面、固定側及び可動側の外筒の内周面が、いずれも滑らかな面であることを特徴とする請求項３に記載のロボット関節のケーブル保持装置。
各ケーブルの表面、支持体の外周面、固定側及び可動側の外筒の内周面のうちの少なくとも１つの面に潤滑剤が塗布してあることを特徴とする請求項４に記載のロボット関節のケーブル保持装置。
各ケーブルの長さが、固定側保持部材と可動側保持部材との間隔に、少なくとも収容空間の半周分を加えた長さであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット関節のケーブル保持装置。