JP2018192607A

JP2018192607A - 産業用ロボット

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Publication number: JP2018192607A
Application number: JP2017101025A
Authority: JP
Inventors: 井上　俊彦; Toshihiko Inoue; 俊彦井上; 徹長井; Toru Nagai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: JP6546216B2; CN108927798B; DE102018111464A1; DE102018111464B4; CN111251286B; CN108927798A; US20180333844A1; US10406680B2; CN111251286A

Abstract

【課題】ケーブルの交換にかかる手間を軽減して保守容易性を向上する。【解決手段】第１軸線Ｂ回りに揺動可能な第１アーム４先端に、第１軸線Ｂに平行な第２軸線Ｃ回りに揺動可能に設けられた第２アーム５と、第２アーム５先端に配置され、第２軸線Ｃに対してオフセットした位置に配置された第２アーム５の長手軸Ｄ回りに回転可能に設けられた第１手首要素１０を含む複数の手首要素１０，１１，１２を有する手首６とを備え、第１手首要素１０以外の手首要素１１，１２を駆動するモータ１７，１８が、第１手首要素１０内部の空間に収容され、第２アーム５が第２軸線Ｃ近傍に空間に連絡する中空部を備え、モータ１７，１８に配線されるケーブル２４が、第２アーム５の壁部を内外に貫通する貫通孔を介して第２アーム５の外側から中空部内に配線されるとともに、貫通孔の位置において壁部に固定されたコネクタ２５により中継されている産業用ロボット１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットに関するものである。

従来、直立多関節型の産業用ロボットとして、制御装置からロボットの最下位に配置されている旋回軸のベースに接続され、ベースから、より上位のロボットの各部に配置されているモータへの配線過程で枝分かれして各軸のモータに接続される一体のケーブルを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１７５１８８号公報

しかしながら、特許文献１の産業用ロボットの旋回胴に水平な軸線回りに揺動可能に設けられている第１アームの揺動端部に配置されている各軸のモータに配線されるケーブルが、保守容易性を向上するために第１アームの外面に沿って配置されているため、周辺機器と干渉し易く、損傷する可能性が高い。そして、ケーブルの一部が損傷した場合においても、一体的に構成されているケーブル全体を交換する必要があり、手間がかかるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ケーブルの交換にかかる手間を軽減して保守容易性を向上することができる産業用ロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、第１軸線回りに揺動可能な第１アームの先端に、前記第１軸線に平行な第２軸線回りに揺動可能に設けられた第２アームと、該第２アームの先端に配置され、前記第２軸線に対してオフセットした位置に配置された前記第２アームの長手軸回りに回転可能に設けられた第１手首要素を含む複数の手首要素を有する手首とを備え、該手首の前記第１手首要素以外の前記手首要素を駆動するモータが、前記第１手首要素内部の空間に収容され、前記第２アームが、前記第２軸線近傍に、前記空間に連絡する中空部を備え、前記モータに配線されるケーブルが、前記第２アームの壁部を内外に貫通する貫通孔を介して前記第２アームの外側から前記中空部内に配線されるとともに、前記貫通孔の位置において前記壁部に固定されたコネクタにより中継されている産業用ロボットを提供する。

本態様によれば、第１軸線回りに第１アームを揺動させることにより、第２軸線を並進移動させ、第２軸線回りに第２アームを揺動させることにより、複数の手首要素を有する手首の先端に取り付けた機器の位置を移動させることができる。そして、複数の手首要素を作動させることにより、手首先端に取り付けた機器の姿勢を変更することができる。

この場合において、第１手首要素を除く手首要素を駆動するモータへの配線は、第１アーム側から延びてきて、第２軸線近傍において第２アームの壁部に形成された貫通孔を貫通し第２アーム内の中空部を経由して、該中空部に連絡する第１手首要素内部の空間に配置されたモータに接続される。そして、このケーブルは第２アームの壁部を貫通する位置においてコネクタにより中継されているので、コネクタを切り離すことにより、第２アームの中空部から第１手首要素内のモータまでの配線をそのままにして、コネクタよりも第１アーム側のケーブルのみの交換を容易に行うことができる。

すなわち、第１手首要素内部の空間に収容されているモータへの接続を取り外す必要がないので、第１手首要素等を分解する手間を省くことができるとともに、第２アームの壁部に固定されたコネクタから、第２アームの長手軸回りに回転する第１手首要素に固定されたモータまでの可動ケーブルの取り外し作業および再取付作業を行う必要がなく、ケーブルの交換にかかる手間を軽減して保守容易性を向上することができる。

上記態様においては、前記コネクタが、前記第２アームの外面に形成された凹部に収容されていてもよい。
このようにすることで、コネクタの第２アームの外側に露出する部分が凹部内に収容されることによって外部機器との接触から保護される。

また、上記態様においては、前記凹部が、前記第２アームの外面に前記第２軸線に沿う方向に間隔をあけて配置されたリブの間に形成されていてもよい。
このようにすることで、第２アームの剛性を向上するために必要なリブの間に形成される凹部を利用して、コネクタを保護することができる。

また、上記態様においては、前記第２アームに対して前記第１手首要素が交換可能に設けられ、前記中空部内に配置される前記ケーブルの端部に設けられた前記コネクタが、前記中空部側に取り外し可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、第２アームに対して第１手首要素を取り外す際に、中継位置のコネクタを切り離すとともに、中空部内に配置されているケーブルのコネクタ第２アームの壁部から中空部側に取り外すことにより、モータにケーブルが接続された状態の第１手首要素を第２アームから取り外すことができる。これにより、破損した第１手首要素を交換する際や、長さの異なる第１手首要素に交換する際に、第２アームより第１アーム側のケーブルを取り外すことなく、交換作業を行うことができる。

本発明によれば、ケーブルの交換にかかる手間を軽減して保守容易性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボットを示す斜視図である。図１の産業用ロボットの第２アームの内部構造を示す部分的な縦断面図である。図１の産業用ロボットの第１アームから第２アームへのケーブルのルーティング例を示す部分的な側面図である。図３のルーティング例を示す部分的な正面図である。図２の第２アームに固定されたレセプタクルコネクタの構造を示す分解縦断面図である。図１の産業用ロボットの手首を示す部分的な斜視図である。図５の手首を第２アームベースから取り外した状態を示す部分的な斜視図である。図５の手首より長い手首を装着した状態を示す部分的な斜視図である。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボット１は、図１に示されるように、地面に設置されるベース２に鉛直な第１の軸線Ａ回りに回転可能に支持された旋回胴３と、該旋回胴３に水平な第２の軸線（第１軸線）Ｂ回りに揺動可能に支持された第１アーム４と、該第１アーム４の先端に第２の軸線Ｂに平行な第３の軸線（第２軸線）Ｃ回りに揺動可能に支持された第２アーム５と、該第２アーム５の先端に取り付けられた３軸構成の手首６とを備えている。

旋回胴３を駆動する第１モータ７および第１アーム４を駆動する第２モータ８は、旋回胴３に固定されている。ベース２と旋回胴３、旋回胴３と第１アーム４との間には図示しない減速機が配置されており、第１モータ７および第２モータ８の回転が減速されて旋回胴３および第１アーム４に伝達されることにより、旋回胴３および第１アーム４が大きなトルクで回転させられるようになっている。

第１アーム４に対して第２アーム５を駆動する第３モータ９は、第２アーム５に固定され、第１アーム４と第２アーム５との間に配置される減速機３０によって増幅された大きなトルクによって第１アーム４に対して第２アーム５を揺動させるようになっている。

手首６は、第２アーム５の先端に、第３の軸線Ｃに対してオフセットするとともに第１の軸線Ａに交差する第４の軸線（第２アーム５の長手軸）Ｄ回りに回転可能に支持された第１手首要素（手首要素）１０と、該第１手首要素１０の先端側において第４の軸線Ｄと交差する第５の軸線Ｅ回りに回転可能に支持された第２手首要素（手首要素）１１と、第２手首要素１１の先端側で、第５の軸線Ｅと交差する最終軸としての第６の軸線Ｆ回りに回転可能に支持された第３手首要素（手首要素）１２とを備えている。

第１手首要素１０を駆動する第４モータ１３は、第２アーム５を駆動する第３モータ９と並んで第２アーム５に固定されている。
第２アーム５は、図１および図２に示されるように、第１アーム４の先端に第３の軸線Ｃ回りに揺動可能に取り付ける第２アームベース１４と、該第２アームベース１４にベアリング３１によって第４の軸線Ｄ回りに回転可能に取り付けられる円筒状部材１５とにより囲まれた筒状の空間をシール部材３２によって密封したギヤボックス１６を備えている。円筒状部材１５には第１手首要素１０を駆動する第４モータ１３に取り付けられた図示しないギヤに噛み合うリング状のギヤ３３が固定されており、ギヤ３３の噛み合いが空間内に封入されたグリスにより潤滑されている。第４モータ１３の回転はギヤ比によって減速され、円筒状部材１５が大きなトルクで回転させられるようになっている。

円筒状部材１５の先端には、中空の第１手首要素１０が固定されている。第１手首要素１０の内部空間には、図１に示されるように、第２手首要素１１および第３手首要素１２を駆動するためのモータ１７，１８が内蔵されている。
第２アームベース１４のギヤボックス１６の後方には、蓋部材１９によって閉塞される中空部２０が設けられている。蓋部材１９には、第４の軸線Ｄに沿って延び、円筒状部材１５の径方向内方に隙間を空けて配置される円筒状のスリーブ部材２１が固定されている。

これにより、第２アームベース１４のギヤボックス１６の後方の中空部２０は、円筒状部材１５とスリーブ部材２１との間の円筒状の隙間を介して第１手首要素１０内の空間に連絡している。
第４の軸線Ｄを略水平に配置した図２の状態で、ギヤボックス１６後方の中空部２０の下部の壁部２２には、中空部２０と外部空間とを連通するように貫通する貫通孔２３が設けられている。

そして、この貫通孔２３を介して、第１手首要素１０内の空間に配置されている第２手首要素１１および第３手首要素１２用のモータ１７，１８へのケーブル２４が配線されている。
貫通孔２３の位置の第２アーム５の壁部２２にはレセプタクル（コネクタ）２５が固定され、後述するようにベース２から配線されてきたケーブル２４のコネクタ２９が接続されるようになっている。

レセプタクル２５から第２アーム５の中空部２０内に延びるケーブル２４は、図２に破線で示すように、中空部２０内で２本に分岐している。分岐した各ケーブル２４は、円筒状部材１５とスリーブ部材２１との間の円筒状の空間を弛ませられた状態で貫通させられて第１手首要素１０内に内蔵されている第２手首要素１１および第３手首要素１２用の２つのモータ１７，１８に接続されている。

第２アームベース１４は、図２に示されるように、第１アーム４に取り付けられ、第２アーム５を駆動するための第３モータ９を取り付ける第１部分１４ａと、第４の軸線Ｄ回りに配置されギヤボックス１６および中空部２０を形成する第２部分１４ｂとを一体的に連結するように略Ｌ字状の縦断面形状を有している。略Ｌ字状の内側部分には、図２に二点鎖線Ｘで示すように、溶接ワイヤの送給装置のような作業ツール制御用装置（図３参照。）３５を設置するスペースが設けられている。作業ツールへの溶接ワイヤ、ケーブル、配管等（図示略）はスリーブ部材２１内部の空間を通って、第４の軸線Ｄ近傍を手首６の先端まで導かれるようになっている。

また、第２アームベース１４の略Ｌ字状の角部の第１部分１４ａと第２部分１４ｂとを一体的に接続する接続部２６には、図２および図４に示されるように、第３の軸線Ｃの長手方向に間隔をあけた２枚のリブ２８によって挟まれた凹部２７が形成されている。そして、上述したように第２アームベース１４の貫通孔２３部分に固定されたレセプタクル２５に接続されるコネクタ２９は、図２に示されるように、この凹部２７内に収容されるようになっている。

本実施形態の産業用ロボット１の各軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各モータ７，８，９，１３，１７，１８へのケーブル２４の配線は、図１、図３および図４に示されるように行われる。
すなわち、図示しない制御装置からのケーブル２４は、産業用ロボット１の最下位のベース２に備えられた配電盤３６においてコネクタ３７により中継されている。本実施形態においては、電力および信号の両方を単一のケーブル２４により供給するようになっている。

配電盤３６からベース２内に入る機構部のケーブル２４は、第１の軸線Ａ近傍において立ち上がって旋回胴３の上部開口３ａから外部に露出する。この位置で、旋回胴３および第１アーム４駆動用の２つの第１および第２モータ７，８へのケーブル２４が枝分かれして各モータ７，８に接続されている。

残りのケーブル２４は、可動用の余長部分を設けた後に、第２の軸線Ｂから第３の軸線Ｃまでの間において第１アーム４の長手軸Ｚに沿わされた状態で第１アーム４の外側面に固定され、第３の軸線Ｃ近傍で、可動用の余長を残して第２アーム５に導かれている。この位置で、図３および図４に示されるように、第２アーム５および第１手首要素１０駆動用の２つの第３および第４モータ９，１３へのケーブル２４が枝分かれして各モータ９，１３に接続されている。残りのケーブル２４の末端にはコネクタ２９が備えられており、上述したように第２アームベース１４の下部のリブ２８の間に露出しているレセプタクル２５に接続されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る産業用ロボット１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボット１によれば、第１手首要素１０内部の空間に収容されている第２手首要素１１と第３手首要素１２駆動用のモータ１７，１８に接続するケーブル２４が、第２アームベース１４の下部においてコネクタ２９により中継されることにより、機構部の外部に露出する他のケーブル２４から切り離し可能である。

機構部の外部に露出するケーブル２４は、外部から容易にアクセスできるため保守容易である反面、周辺機器との接触により損傷を受けやすい。ケーブル２４が損傷を受けた場合には、コネクタ２９によって接続を切り離すことにより、第２アームベース１４から第１手首要素１０内部の空間に配置されているケーブル２４を取り外すことなく、露出しているケーブル２４のみを取り外すことができる。

その結果、第１手首要素１０内部のケーブル２４を取り外すための分解作業が不要であるとともに、再度取り付ける作業も不要とすることができる。特に、第２アームベース１４の中空部２０から円筒状の隙間を通って第１手首要素１０内の空間まで導かれる可動ケーブルの適正な調整作業には手間がかかるため、これを不要とすることで、保守容易性を大幅に向上することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る産業用ロボット１によれば、第２アームベース１４の第１部分１４ａと第２部分１４ｂとの間の接続部２６の剛性を向上するために設けられた２枚のリブ２８間に形成される凹部２７を利用して、第１アーム４側から導かれてきたケーブル２４の端部のコネクタ２９を凹部２７に収容することとしている。これにより、外側に開放されたリブ２８間の凹部２７へのアクセスは容易であり、コネクタ２９の着脱時の作業が容易であるとともに、凹部２７に収容されたコネクタ２９を、リブ２８によって外部の周辺機器との干渉から保護することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、第２アームベース１４および第１手首要素１０内のケーブル２４をそのままに維持して、第１アーム４側のケーブル２４を交換する場合について説明したが、これに代えて、第２アーム５から手首６を取り外して交換する場合においてもメリットがある。
すなわち、第２アームベース１４に固定されたレセプタクル２５を、図５に示されるようにケーブル２４に取り付けられたインサート３８と第２アームベース１４に取り付けられた取付部品３９の２部品により構成し、これらをスナップフィット等によって簡易に着脱できる構造とすることにより、端子部品のみをケーブル２４とともに第２アームベース１４の中空部２０内に引き込むことができるように構成してもよい。

このようにすることで、中空部２０の後方を閉塞している蓋部材１９とスリーブ部材２１を後方に引き抜くとともに、第２アームベース１４から第１手首要素１０を前方に引き離すことにより、第１手首要素１０に内蔵されているモータ１７，１８にケーブル２４が接続されたままの状態で、図６および図７に示されるように、第２アームベース１４から取り外すことができる。そして、例えば、図６および図８に示されるように、長さの異なる第１手首要素１０に交換することができ、この際に、第２アーム５駆動用の第３モータ９および第１手首要素１０駆動用の第４モータ１３までのケーブル２４については取り外すことなくそのままの状態に維持することができる。
したがって、手首６の交換時等の作業にかかる手間を大幅に軽減することができるという利点がある。

また、ケーブル２４を中継するコネクタ２９については、任意の構造のものを採用してよいが、バヨネット方式のコネクタを採用すれば、さらに着脱を容易に行うことができる。
また、電力および信号の両方を単一のケーブル２４によって供給することにしたので、ケーブル２４およびコネクタ２９の占有スペースを縮小できているが、スペースに余裕がある場合には、電力および信号を別個のケーブル２４で供給する場合に本発明を適用してもよい。

また、第２アームベース１４を補強する２枚のリブ２８間に形成される凹部２７を利用してコネクタ２９を収容することとしたが、コネクタ２９の設置位置は任意であり、ギヤボックス１６後方の中空部２０周辺の壁部２２を貫通する任意の位置近傍で中継することにしてもよい。

１産業用ロボット
４第１アーム
５第２アーム
６手首
１０第１手首要素（手首要素）
１１第２手首要素（手首要素）
１２第３手首要素（手首要素）
１７，１８モータ
２０中空部
２２壁部
２３貫通孔
２４ケーブル
２５レセプタクル（コネクタ）
２７凹部
２８リブ
２９コネクタ
Ｂ第２の軸線（第１軸線）
Ｃ第３の軸線（第２軸線）
Ｄ第４の軸線（長手軸）

Claims

第１軸線回りに揺動可能な第１アームの先端に、前記第１軸線に平行な第２軸線回りに揺動可能に設けられた第２アームと、
該第２アームの先端に配置され、前記第２軸線に対してオフセットした位置に配置された前記第２アームの長手軸回りに回転可能に設けられた第１手首要素を含む複数の手首要素を有する手首とを備え、
該手首の前記第１手首要素以外の前記手首要素を駆動するモータが、前記第１手首要素内部の空間に収容され、
前記第２アームが、前記第２軸線近傍に、前記空間に連絡する中空部を備え、
前記モータに配線されるケーブルが、前記第２アームの壁部を内外に貫通する貫通孔を介して前記第２アームの外側から前記中空部内に配線されるとともに、前記貫通孔の位置において前記壁部に固定されたコネクタにより中継されている産業用ロボット。
前記コネクタが、前記第２アームの外面に形成された凹部に収容されている請求項１に記載の産業用ロボット。
前記凹部が、前記第２アームの外面に前記第２軸線に沿う方向に間隔をあけて配置されたリブの間に形成されている請求項２に記載の産業用ロボット。
前記第２アームに対して前記第１手首要素が交換可能に設けられ、
前記中空部内に配置される前記ケーブルの端部に設けられた前記コネクタが、前記中空部側に取り外し可能に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業用ロボット。