JP2019025630A - 回転軸ケーブル配線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組立時の作業性を良くすると共に、ケーブルが正しく配置されているか否かの信頼性を高めた回転軸ケーブル配線構造、及びロボットを提供すること。【解決手段】回転軸ケーブル配線構造２は、相対回転可能な固定部材３及び可動部材４と、固定部材３及び可動部材４の間に配置され、可動部材４に対して回転可能な円筒状の中空パイプ部材５と、中空パイプ部材５を介して、固定部材３及び可動部材４の一方から他方に通される複数のケーブル束６と、ケーブル束６を固定部材３に固定する第１ケーブル固定手段７と、ケーブル束６を可動部材４に固定する第２ケーブル固定手段８と、を備え、ケーブル束６は、複数のケーブル６０と、中空パイプ部材５の内径よりも小さい外径を有し、互いの相対配置が維持される状態で複数のケーブル６０を束ねるケーブル集束部材６１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状の回転軸部にケーブルを挿通させた回転軸ケーブル配線構造、及びこの回転軸ケーブル配線構造を備えたロボットに関する。

従来、産業用ロボットでは、相対回転する部材の一方から他方に配置されたケーブルを保護するために、中空パイプを使う例がある（例えば、特許文献１及び２参照）。このような産業用ロボットでは、ビジョンやセンサなどに対応するために、内部を通すケーブルの本数が多くなる傾向がある。

特開２０１５−１６８０３７号公報 特開２００３−３０５６８４号公報

しかしながら、中空パイプの径が小さい、又はケーブルの充填度が高いという理由から、多数のケーブルをケーブルクランプで束ねたケーブルアッシーを、ケーブルクランプごと丸ごと中空パイプに通せないケースがある。

また、ケーブルを中空パイプに通した後、ケーブルを固定する必要がある。この場合、ケーブルが中空パイプ内で交差（クロス）しないように気を使う必要があるが、中空パイプ内のケーブルの充填度が高いとき、確認自体も困難なケースがある。その結果、組立に時間を要するうえ、ケーブルが正しく配置されているか否かの信頼性が低いという問題があった。

本発明は、組立時の作業性を良くすると共に、ケーブルが正しく配置されているか否かの信頼性を高めた回転軸ケーブル配線構造、及びロボットを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る回転軸ケーブル配線構造（例えば、後述する回転軸ケーブル配線構造２）は、相対回転可能な第１部材（例えば、後述する固定部材３）及び第２部材（例えば、後述する可動部材４）と、前記第１部材及び前記第２部材の間に配置され、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に対して回転可能な円筒状の回転軸部（例えば、後述する中空パイプ部材５）と、前記回転軸部を介して、前記第１部材及び前記第２部材の一方から他方に通される一又は複数のケーブル束（例えば、後述するケーブル束６）と、前記ケーブル束を前記第１部材に固定する第１ケーブル固定手段（例えば、後述する第１ケーブル固定手段７）と、前記ケーブル束を前記第２部材に固定する第２ケーブル固定手段（例えば、後述する第２ケーブル固定手段８）と、を備え、前記ケーブル束は、複数のケーブル（例えば、後述するケーブル６０）と、前記回転軸部の内径よりも小さい外径を有し、互いの相対配置が維持される状態で前記複数のケーブルを束ねるケーブル集束部材（例えば、後述するケーブル集束部材６１）と、を有する。

（２） （１）の回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブルは、前記ケーブル集束部材で束ねられた部分から、端部に設けられたコネクタ（例えば、後述するコネクタ６０ａ）までの長さ（例えば、後述の長さＬ１）が、前記回転軸部の軸方向の長さ（例えば、後述の長さＬ２）よりも長くてもよい。

（３） （１）又は（２）の回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブル束は、前記ケーブル集束部材を、間隔を空けた位置に二つ備え、前記複数のケーブルは、前記第１部材及び前記第２部材が相対回転していない所定の状態において、前記ケーブル集束部材に挟まれた区間内で互いに平行に配置されてもよい。

（４） （１）〜（３）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記第１部材及び前記第２部材が相対回転していない所定の状態は、前記回転軸部が基準角度に位置する状態であり、前記回転軸部は、前記基準角度より正逆両回転方向に等しい許容最大捻じれ角度を有していてもよい。

（５） （１）〜（４）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブル束は、前記第１ケーブル固定手段及び前記第２ケーブル固定手段のうちの一方にあらかじめ固定されるケーブルキットであってもよい。

（６） （１）〜（５）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブル集束部材は、全てが同一の部材であってもよい。

（７） （１）〜（６）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブル集束部材は、前記ケーブル束の幅と略同じ幅を有する板状部材であると共に、前記第１ケーブル固定手段又は前記第２ケーブル固定手段に対してボルト固定可能な構造を有していてもよい。

（８） （１）〜（６）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブル集束部材は、テープ状部材であってもよい。

（９） （１）〜（８）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造において、前記ケーブルの識別手段を更に備えていてもよい。

（１０） 本発明に係るロボット（例えば、後述するロボット１）は、（１）〜（９）のいずれかの回転軸ケーブル配線構造を備える。

本発明によれば、組立時の作業性を良くすると共に、ケーブルが正しく配置されているか否かの信頼性を高めた回転軸ケーブル配線構造、及びロボットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロボットの回転軸ケーブル配線構造を示す概略図である。 図１に示す回転軸ケーブル配線構造を構成するケーブル束を示す概略図である。 図１に示す回転軸ケーブル配線構造のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図１は、ロボット１の回転軸ケーブル配線構造２を示す概略図である。図２は、図１に示す回転軸ケーブル配線構造２を構成するケーブル束６を示す概略図である。

図１に示すように、ロボット１の回転軸ケーブル配線構造２は、相対回転する部材３，４の一方から他方に配置された複数のケーブル６０を保護する構造であり、捻れ（捻回）に起因する断線などの破損を防止する。

具体的に、回転軸ケーブル配線構造２は、固定部材（第１部材）３と、可動部材（第２部材）４と、中空パイプ部材（回転軸部）５と、複数のケーブル束６と、第１ケーブル固定手段７と、第２ケーブル固定手段８と、を備えている。

固定部材３は、内部に空間を有する部材であり、中空パイプ部材５の一端を固定するように支持して中空パイプ部材５と連通している。この固定部材３は、中空パイプ部材５を介して可動部材４から通されているケーブル６０を、第１ケーブル固定手段７によって固定している。

可動部材４は、内部に空間を有する部材であり、中空パイプ部材５の他端を回転可能に支持して中空パイプ部材５と連通している。この可動部材４は、中空パイプ部材５を介して固定部材３に通されているケーブル６０を、第２ケーブル固定手段８によって固定している。

中空パイプ部材５は、ロボット１の手首を構成する円筒状の部材であり、一端が固定部材３に固定されるように支持されて固定部材３と連通していると共に、他端が可動部材４に回転可能に支持されて可動部材４と連通している。

ケーブル束６は、中空パイプ部材５を介して、可動部材４から固定部材３に通されている。図１及び図２に示すように、ケーブル束６は、複数のケーブル６０と、二つのケーブル集束部材６１と、を備えている。

複数のケーブル６０は、それぞれ、端部にコネクタ６０ａを有している。これら複数のケーブル６０は、ケーブル集束部材６１同士の相対配置が維持される状態で二つのケーブル集束部材６１で束ねられ、コネクタ６０ａ寄りのケーブル集束部材６１で束ねられた部分から、端部に設けられたコネクタ６０ａまでの長さＬ１が、中空パイプ部材５の軸方向の長さＬ２よりも長い。また、複数のケーブル６０は、固定部材３及び可動部材４が相対回転していない所定の状態（初期の基準状態）において、ケーブル集束部材６１に挟まれた区間内で互いに平行に配置されている。

このような複数のケーブル６０は、一方の方向に最大限捻られる角度と、他方の方向に最大限捻られる角度と、が均等になる構造となっている。このため、固定部材３及び可動部材４は、相対回転していない初期状態から、一方の方向へ回転可能な角度と、他方の方向へ回転可能な角度と、が一致する。従って、上述の固定部材３及び可動部材４が相対回転していない所定の状態（初期の基準状態）とは、中空パイプ部材５が基準角度に位置する状態を意味する。このとき、中空パイプ部材５は、該基準角度より正逆両回転方向に等しい許容最大捻じれ角度を有する。

二つのケーブル集束部材６１は、間隔を空けた位置で、ケーブル集束部材６１同士の相対配置が維持される状態で複数のケーブル６０を束ねる。このケーブル集束部材６１は、中空パイプ部材５よりも小さい外径を有しており、中空パイプ部材５内を挿通させることが可能となっている。具体的に、ケーブル集束部材６１は、ケーブル束６の幅Ｗ１よりも若干大きく、且つケーブル束６の幅Ｗ１と略同じ幅Ｗ２を有している板状部材であり、第１ケーブル固定手段７又は第２ケーブル固定手段８に対してボルト固定可能な構造を有している。全てのケーブル束６を構成する複数のケーブル集束部材６１は、全てが同一の部材である。

このようなケーブル束６の全ては、第１ケーブル固定手段７及び第２ケーブル固定手段８のうち、ケーブル束６の基端寄り（コネクタ６０ａとは反対寄り）に位置する一方である第２ケーブル固定手段８にあらかじめ固定されているケーブルキットである。すなわち、ケーブル集束部材６１が第２ケーブル固定手段８にあらかじめ固定されており、その後の作業によって、ケーブル集束部材６１が第１ケーブル固定手段７に固定される。なお、この場合には、第１ケーブル固定手段７及び第２ケーブル固定手段８は、固定部材３及び可動部材４に対し、脱着可能な構造である必要がある。

図１に戻って説明する。第１ケーブル固定手段７は、固定部材３の内部に設けられており、ケーブル集束部材６１がボルト固定されることで、ケーブル束６の全てを固定部材３に固定している。すなわち、第１ケーブル固定手段７は、中空パイプ部材５の近傍でケーブル６０を固定して、固定部材３及び可動部材４が相対回転した際に、ケーブル６０が第１ケーブル固定手段７に対して、ケーブル６０の長手方向やケーブル６０を捻じる回転方向に相対的に動くことのないようにしている。

第２ケーブル固定手段８は、可動部材４の内部に設けられており、ケーブル集束部材６１がボルト固定されることで、ケーブル束６の全てを可動部材４に固定している。すなわち、第２ケーブル固定手段８は、中空パイプ部材５の近傍でケーブル６０を固定して、固定部材３及び可動部材４が相対回転した際に、ケーブル６０が第２ケーブル固定手段８に対して、ケーブル６０の長手方向やケーブル６０を捻じる回転方向に相対的に動くことのないようにしている。

次に、図３を用いて、中空パイプ部材５の内部の一例を説明する。図３は、図１に示すケーブル配置２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図３に示すように、中空パイプ部材５の内部には、複数のケーブル６０が配置されている。中空パイプ部材５の中空穴径（内径）が４０ｍｍであり、且つ中空パイプ部材５の内部に、直径９ｍｍのケーブル６０が４本、直径８ｍｍのケーブル６０が４本、直径６ｍｍのケーブル６０が４本配置されている場合、中空穴断面積に対するケーブル６０の総断面積の占める割合は、５４．３％である。ただし、ケーブル６０同士の間に隙間が生じるため、中空穴断面積に対するケーブル６０が占める部分（ハッチングで図示する部分）の割合（中空穴占有率）は、７５．７％となる。

以上のように、中空パイプ部材５におけるケーブル占有率（充填度）が高い場合であっても、本実施形態に係るロボット１の回転軸ケーブル配線構造２によれば、組立時の作業性を良くすると共に、ケーブル６０が正しく配置されているか否かの信頼性を高めることができる。

また、中空穴断面積に対し中空穴占有率が高い場合であっても、中空パイプ部材５の内部で複数のケーブル６０がクロスしないように、中空パイプ部材５の内部に複数のケーブル６０を通し、且つ多くのケーブル６０の配列をこと細かく確認しなくとも、組立時に配列の秩序が確保され、作業性が良く、信頼性も高い。

また、ケーブル集束部材６１で束ねられた部分から、端部に設けられたコネクタ６０ａまでのケーブル６０の長さＬ１が、中空パイプ部材５の軸方向の長さＬ２よりも長いので、中空パイプ部材５の内部に、ケーブル６０の太さよりも大きなコネクタ６０ａを１個ずつ通すことが可能になり、コネクタ６０ａが中空パイプ部材５を通過した後は、ケーブル束６として中空パイプ部材５を通過させることができるため、更に作業性が向上する。

また、中空パイプ部材５の内部に通さない側（可動部材４の側）にもケーブル集束部材６１を設けることで、二つのケーブル集束部材６１の位置関係が規定され、作業性を更に向上できる。

また、中空パイプ部材５は、ある基準角度（例えば、０°）を有し、該基準角度から時計回りと反時計回りに等しい最大角度捻じることができる仕様を有する。そして、該基準角度に中空パイプ部材５が位置するときに、固定部材３と可動部材４が相対回転していないように構成されている。これにより、ケーブル６０にストレスが最も作用しない状態で各ケーブル６０が平行になるよう配線でき、時計回りと反時計回りの最大角度にて同等の最大ストレスが作用する構造とすることができるため、ケーブル６０長寿命化を実現できる。

また、ケーブル束６の全てが、第１ケーブル固定手段７及び第２ケーブル固定手段８のうち、ケーブル束６の基端寄り（コネクタ６０ａとは反対寄り）に位置する一方である第２ケーブル固定手段８にあらかじめ固定されているケーブルキットであるので、全てのケーブル束６のケーブル６０の位置関係が規定され、組立作業性を更に向上できる。

また、全てのケーブル束６の全てのケーブル集束部材６１を同一の部材とすることで、コスト低減が図れ、部品の組み間違いを防止できる。

また、ケーブル集束部材６１をシンプルで嵩張らない板状部材とすることで、更なる作業性向上やコスト低減が図れる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

上記実施形態では、相対回転可能な部材として、中空パイプ部材５に対して固定されている固定部材３と、中空パイプ部材５に対して回転可能な可動部材４と、を備えている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、相対回転可能な部材として、固定部材３に代えて、中空パイプ部材５に対して回転可能な部材を備えているようにしてもよい。

また、上記実施形態では、複数のケーブル束６を備えている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、一のケーブル束６を備えているものであってもよい。

また、上記実施形態では、板状部材であるケーブル集束部材６１で複数のケーブル６０を束ねている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、ケーブル集束部材６１に代えて、又はケーブル集束部材６１と共に、テープ状部材であるケーブル集束部材で複数のケーブル６０を束ねているものであってもよい。テープ状部材であるケーブル集束部材は、第１ケーブル固定手段７又は第２ケーブル固定手段８よりも中空パイプ部材５から遠くなる側の部位で巻くのもよいし、あるいは、第１ケーブル固定手段７又は第２ケーブル固定手段８上で、複数のケーブル６０の固定する部位の外周をそのまま巻くのもよい。つまり、ケーブル６０の非可動部位を巻いて固定する必要があるということである。可動側領域を固定してしまうと、ケーブル６０の動きを拘束することになり、結果としてケーブル６０の早期断線に繋がる恐れがある。

また、上記実施形態において、ケーブル集束部材６１の近傍に、ケーブル６０の識別手段を備えているものであってもよい。組立時に複数のケーブル６０をケーブル束６で通すため、ケーブル６０の位置関係が分からなくなる恐れがあるが、ケーブル６０の識別手段を備えていることで、このような問題は解決できる。

また、ケーブル６０が更に複数のケーブル、例えば、集束部材６１の長手方向に２本、集束部材６１の厚み（高さ）方向に２本の合計４本のケーブルで構成されていてもよい。このような場合には、集束部材６１に対して、ケーブル６０を構成する４本のケーブルが２か所の集束部材６１に対し、回転（ケーブル６０を捻じる）方向に対して同じ位相に来ているかどうかを確認することも可能となり、ケーブル６０が２か所の集束部材６１に挟まれる区間内で少しだけ捻じられた状態で配置されるのを回避することができる。もちろん１周（３６０°）単位で捻じると識別できない可能性もあるが、短い区間で意図的に１周分捻じった状態で集束部材６１にケーブル６０を固定するのは容易なことではない。そのため、実際はわずかな捻じれを回避できれば問題はない。

また、上記実施形態では、中空パイプ部材５は、一端が固定部材３に支持されると共に他端が可動部材４に支持されて固定部材３及び可動部材４の少なくとも一方に対して回転可能に構成されるものとしたが、これに限定されない。例えば、中空パイプ部材５が固定部材３又は可動部材４と一体化されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１ケーブル固定手段７は、ケーブル束６の全てを固定部材３に固定するものとしたが、ケーブル束６の一部を固定部材３に固定するものとしてもよい。同様に、第２ケーブル固定手段８は、ケーブル束６の全てを可動部材４に固定するものとしたが、ケーブル束６の一部を可動部材４に固定するものとしてもよい。即ち、適切な部分に中空パイプ部材５内に固定されていないケーブル６を通してもよい。

また、上記実施形態では、ケーブル束６の全てを、第１ケーブル固定手段７及び第２ケーブル固定手段８のうち、ケーブル束６の基端寄り（コネクタ６０ａとは反対寄り）に位置する一方である第２ケーブル固定手段８にあらかじめ固定されているケーブルキットとしたが、これに限定されない。ケーブル束６は、第１ケーブル固定手段７及び第２ケーブル固定手段８のうちの一方にあらかじめ固定されていればよい。

１ ロボット
２ 回転軸ケーブル配線構造
３ 固定部材（第１部材）
４ 可動部材（第２部材）
５ 中空パイプ部材（回転軸部）
６ ケーブル束
６０ ケーブル
６０ａ コネクタ
６１ ケーブル集束部材
７ 第１ケーブル固定手段
８ 第２ケーブル固定手段

Claims (10)

1. 相対回転可能な第１部材及び第２部材と、
   前記第１部材及び前記第２部材の間に配置され、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に対して回転可能な円筒状の回転軸部と、
   前記回転軸部を介して、前記第１部材及び前記第２部材の一方から他方に通される一又は複数のケーブル束と、
   前記ケーブル束を前記第１部材に固定する第１ケーブル固定手段と、
   前記ケーブル束を前記第２部材に固定する第２ケーブル固定手段と、を備え、
   前記ケーブル束は、
   複数のケーブルと、
   前記回転軸部の内径よりも小さい外径を有し、互いの相対配置が維持される状態で前記複数のケーブルを束ねるケーブル集束部材と、を有する、回転軸ケーブル配線構造。
2. 前記ケーブルは、前記ケーブル集束部材で束ねられた部分から、端部に設けられたコネクタまでの長さが、前記回転軸部の軸方向の長さよりも長い、請求項１に記載の回転軸ケーブル配線構造。
3. 前記ケーブル束は、前記ケーブル集束部材を、間隔を空けた位置に二つ備え、
   前記複数のケーブルは、前記第１部材及び前記第２部材が相対回転していない所定の状態において、前記ケーブル集束部材に挟まれた区間内で互いに平行に配置される、請求項１又は２に記載の回転軸ケーブル配線構造。
4. 前記第１部材及び前記第２部材が相対回転していない所定の状態は、前記回転軸部が基準角度に位置する状態であり、
   前記回転軸部は、前記基準角度より正逆両回転方向に等しい許容最大捻じれ角度を有する、請求項３に記載の回転軸ケーブル配線構造。
5. 前記ケーブル束の全ては、前記第１ケーブル固定手段及び前記第２ケーブル固定手段のうちの前記ケーブル束の基端寄りに位置する一方にあらかじめ固定されるケーブルキットである、請求項１〜４のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造。
6. 前記ケーブル集束部材は、全てが同一の部材である、請求項１〜５のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造。
7. 前記ケーブル集束部材は、前記ケーブル束の幅と略同じ幅を有する板状部材であると共に、前記第１ケーブル固定手段又は前記第２ケーブル固定手段に対してボルト固定可能な構造を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造。
8. 前記ケーブル集束部材は、テープ状部材である、請求項１〜６のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造。
9. 前記ケーブルの識別手段を更に備える、請求項１〜８のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の回転軸ケーブル配線構造を備える、ロボット。

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