JP2020019137A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アーム部の内部に線条体が挿通されるタイプの産業用ロボットにおいて、手首部の揺動動作に伴って生じていた従来の不具合を解消すること。【解決手段】このロボットは、長手軸線J4を有するアーム部4と、アーム部4の先端に設けられ、長手軸線J4に直交する揺動軸線J5周りに揺動可能な手首部5と、アーム部4の内部に挿通され、手首部5に装着されるエンドエフェクタ7に接続される線条体9と、アーム部4の長手軸線J4に沿って線条体9を手首部5から離れる離反方向に付勢するための付勢手段17と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、産業用ロボットに係わり、特に、手首部を有するアーム部の内部に線条体が挿通された産業用ロボットに関する。

産業用ロボットは、その用途に応じて選択されたエンドエフェクタがアーム部の先端に装着されている。アーム部の先端に手首部が設けられている場合には、エンドエフェクタは手首部に装着される。手首部は、アーム部の長手軸線に直交する揺動軸線周りに揺動可能である。

産業用ロボットのアーム部の先端に装着されるエンドエフェクタには、その用途に応じて必要な動力や材料を供給するために、各種の線条体（配線や配管）が接続されている。

例えば、塗装用ロボットの場合、エンドエフェクタ（塗装ガン）に塗料を供給するための配管や、塗料を噴霧するための圧縮空気を供給する配管などが、エンドエフェクタに接続されている。また、溶接用ロボットの場合には、エンドエフェクタ（溶接用トーチ）に溶接ワイヤを供給するための配管や、エンドエフェクタに溶接電流を供給するための配線などが、エンドエフェクタに接続されている。

ところで、ロボットのアーム部の先端に接続された手首部にエンドエフェクタを装着した場合、手首部の揺動動作によって、エンドエフェクタに接続された線条体が引っ張り出され、或いは逆に押し戻されたりする。

すなわち、アーム部の長手軸線と手首部の中心軸線とが整合している状態（真っ直ぐな状態）から、手首部をその揺動軸線周りに傾けると、エンドエフェクタに接続された線条体に引っ張り力または押圧力が発生する場合がある。また、傾けた状態の手首部を真っ直ぐな状態に戻すときも、線条体に対して押圧力または引っ張り力が発生する場合がある。

このように手首部の揺動動作に伴って線条体に引っ張り力や押圧力が発生すると、手首部の動作に不具合が生じたり、或いは繰り返し応力によって線条体が損傷したりする可能性がある。

このような問題に対処するためには、例えば、線条体をアーム部から外側に向けて大きく膨らませ、線条体自身に予め余裕（遊び）を持たせておき、手首部の揺動動作による線条体の変位を該余裕（遊び）の部分で吸収させることが考えられる（特許文献１）。

特開２００５−３４２８６０号公報

ここで、線条体をアーム部の外側で引き回すタイプのロボットの場合には、上記のように線条体自身に予め余裕（遊び）を持たせることができるが、線条体をアーム部の内部に挿通するタイプのロボットにおいては、上記のような方法を採用することが極めて困難若しくは不可能である。

さらに言えば、ロボットのアーム部の内部に線条体を挿通した場合、手首部の揺動動作によって変位する線条体が、アーム部の内部に形成された線条体用の挿通孔の縁部に引っ掛かってしまう可能性がある。

図１１は、従来の産業用ロボットのアーム部１００の内部に線条体１０１を挿通するタイプのロボットにおいて、アーム部１００の内部の壁部１０２に形成された挿通孔１０３に線条体１０１が引っ掛かり、線条体１０１の一部１０４が山形に膨出した状態を示している。

図１１に示した状態で手首部１０５の揺動動作を繰り返すと、手首部１０５の動作に不具合が生じたり、或いは繰り返し応力によって線条体１０１が損傷したりする可能性がある。

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、手首部を有するアーム部の内部に線条体が挿通されるタイプの産業用ロボットにおいて、手首部の揺動動作に伴って生じていた従来の不具合を解消することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による産業用ロボットは、長手軸線を有するアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、前記長手軸線に直交する揺動軸線周りに揺動可能な手首部と、前記アーム部の内部に挿通され、前記手首部に装着されるエンドエフェクタに接続される線条体と、前記アーム部の前記長手軸線に沿って前記線条体を前記手首部から離れる離反方向に付勢するための付勢手段と、を備えた、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記付勢手段は、前記線条体を前記離反方向に引っ張る力を生じる弾性体を有する、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記弾性体は、その一部が前記アーム部に固定されたバネ部材である、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれかにおいて、前記線条体は、前記アーム部の基端から延出した部分に湾曲部を有し、前記付勢手段は、前記線条体の前記湾曲部に付勢力を付与するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第１乃至第４の態様のいずれかにおいて、前記アーム部は、その先端の部分に、前記長手軸線および前記揺動軸線の両方に直交する方向に開放した開放空間を有する、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記開放空間は、前記アーム部の内部において前記手首部に対向する側に設けられた壁部によってその一部が画成されており、前記壁部には、前記線条体が挿通される挿通孔が形成されている、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第１乃至第６の態様のいずれかにおいて、前記アーム部の内部には、複数の前記線条体が挿通されており、前記付勢手段は、前記複数の線条体の全体を付勢するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかにおいて、前記線条体は、弾性を有する管状部材の中に挿通されている、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記付勢手段は、前記管状部材の前記弾性により生じる弾性力を利用して前記線条体を付勢するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記線条体は、前記アーム部の基端から延出した部分に湾曲部を有し、前記線条体の前記湾曲部は、前記管状部材の中に挿通されており、前記付勢手段は、前記線条体の前記湾曲部に対応する部分の前記管状部材において生じる前記弾性力を利用して前記線条体を付勢するように構成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、手首部を有するアーム部の内部に線条体が挿通されるタイプの産業用ロボットにおいて、手首部の揺動動作に伴って生じていた従来の不具合を解消することができる。

本発明の一実施形態による産業用ロボットを示した斜視図。 図１に示した産業用ロボットのアーム部を拡大して示した斜視図であり、手首部が真っ直ぐな状態を示した図。 図１に示した産業用ロボットのアーム部を拡大して示した斜視図であり、手首部を曲げた状態を示した図。 図１に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した斜視図。 図１に示した産業用ロボットの主要部を拡大して示した平面図。 図１に示した産業用ロボットにおける付勢手段の作用を説明するための図。 図１に示した実施形態の一変形例による産業用ロボットの主要部を示した平面図。 図７に示した産業用ロボットにおける付勢手段の作用を説明するための図。 図１に示した実施形態の他の変形例による産業用ロボットの主要部を示した斜視図。 図１に示した実施形態の他の変形例による産業用ロボットの主要部を示した平面図。 従来の産業用ロボットの問題点を説明するためのアーム部の斜視図。

以下、本発明の一実施形態による産業用ロボットについて、図面を参照して説明する。

図１に示したように、本実施形態による産業用ロボット１は、第１軸線（旋回軸線）Ｊ１周りに回転可能な基台２を有し、この基台２には、第２軸線Ｊ２周りに回転可能に下部アーム３の基端が接続されている。下部アーム３の先端には、第３軸線Ｊ３周りに回転可能に上部アーム４の基端が接続されている。

上部アーム４は、その長手軸線（第４軸線）Ｊ４周りに回転可能である。上部アーム４の先端には、第５軸線（揺動軸線）Ｊ５周りに揺動可能に手首部５が接続されている。第５軸線Ｊ５は、上部アーム４の長手軸線（第４軸線）Ｊ４に直交している。

手首部５の先端面には、手首部５の中心軸線（第６軸線）Ｊ６周りに回転可能な回転体６が設けられている。回転体６には、塗装ガンや溶接用トーチなどのエンドエフェクタ７が装着されている。

図２および図３に示したように、上部アーム４の内部には、その長手軸線Ｊ４に沿って延在する中空部分８が形成されている。上部アーム４の中空部分８には、エンドエフェクタ７に材料や動力を供給するための配管や配線である複数の線条体９が挿通されている。複数の線条体９は、それらの全体が管状カバー部材１０で覆われている。

複数の線条体９の先端は、塗装ガンや溶接用トーチなどのエンドエフェクタ７に接続されている。管状カバー部材１０で被覆された複数の線条体９は、上部アーム４の基端から外部に延出した部分に湾曲部（Ｕ字状部）１１を有する。複数の線条体９の湾曲部１１の折り返し部１１ａは、ブラケット１２およびクランプ１３から成る取付け部材によって上部アーム４の基端の側面に固定されている。

上部アーム４は、その先端に、長手軸線（第４軸線）Ｊ４および揺動軸線（第５軸線）Ｊ５の両方に直交する２つの方向に開放した開放空間１４を有する。図３に最も良く示されているように、開放空間１４は前方にも開放しており、前方に開放した部分を利用して手首部５が配置されている。

上部アーム４の開放空間１４は、上部アーム４の内部において手首部５に対向する側に設けられた壁部１５によって画成されている。壁部１５には、管状カバー部材１０で被覆された複数の線条体９が挿通される挿通孔１６が形成されている。

なお、本例では、上部アーム４の開放空間１４が、長手軸線（第４軸線）Ｊ４および揺動軸線（第５軸線）Ｊ５の両方に直交する２つの方向に開放しているが、変形例としては１つの方向に開放するように開放空間を形成しても良い。

図４および図５に示したように、本実施形態による産業用ロボットは、上部アーム４の長手軸線Ｊ４に沿って複数の線条体９を手首部５から離れる離反方向（後方）に付勢するための付勢手段１７を有する。より具体的には、付勢手段１７は、複数の線条体９を後方に引っ張るための板バネ（弾性体）１８を有する。

板バネ（弾性体）１８は、その基端が、ブラケット１２およびクランプ１３から成る取付け部材を介して上部アーム４に固定されている。板バネ１３は、複数の線条体９の湾曲部１１に沿って弾性的に変形されて延在しており、これにより、板バネ１８が線条体９の湾曲部１１に付勢力を付与する。すなわち、弾性的に変形された板バネ１８の復元力によって、上部アーム４の内部に延在する複数の線条体９が、上部アーム４の長手軸線Ｊ４に沿って常時後方に引っ張られている。

そして、本実施形態による産業用ロボット１においては、図２に示した状態、すなわち手首部５が真っ直ぐな状態から、図３に示した状態、すなわち手首部５を曲げた状態に変化させると、複数の線条体９が前方に引き込まれ、その結果、図６に示したように板バネ１８が更に湾曲する。

図６に示した状態から、図２に示した手首部５が真っ直ぐな状態に戻すと、板バネ１８の弾性力（復元力）によって線条体９が後方に引き出される。このため、上部アーム４内部の壁部１５に形成された挿通孔１６の縁部に、管状カバー部材１０で被覆された線条体９が引っ掛かることがない。

これに対して、既に述べたように、図１１に示した従来の産業用ロボットにおいては、曲げた状態にある手首部１０５を真っ直ぐな状態に戻す際に、線条体１０１の一部が、上部アーム１００の内部の壁部１０２に形成された挿通孔１０３の縁部に引っ掛かって動けなくなり、図１１に示したように線条体１０１の一部１０４が山形に膨出してしまう可能性がある。この状態で手首部１０５の揺動動作を繰り返すと、前述したように手首部１０５の動作に不具合が生じ、或いは複数の線条体１０１が損傷する可能性がある。

一方、本実施形態による産業用ロボット１においては、上述したように板バネ１８から成る付勢手段１７によって線条体９を後方に付勢することにより、手首部５の揺動動作に応じて線条体９が前後に円滑に変位するので、従来の産業用ロボットにおける上記問題点が解消されている。

上述した実施形態の一変形例としては、付勢手段１７として、図４および図５に示した板バネ１８に代えて、図７に示したように弦巻バネ（弾性体）１９を用いることもできる。弦巻バネ１９の一端は、リング部材(取付け部材)２０を介して複数の線条体９の湾曲部１１に固定されている。弦巻バネ１９の他端は、ブラケット(取付け部材)２１を介して上部アーム４に固定されている。弦巻バネ１９は常時引っ張り状態にある。

本変形例による産業用ロボットにおいては、図２に示した手首部５が真っ直ぐな状態から、図３に示した手首部５を曲げた状態に変化させると、複数の線条体９が前方に引き込まれ、図８に示したように弦巻バネ１９が更に伸張する。この状態から、図２に示した手首部５が真っ直ぐな状態に戻すと、弦巻バネ１９の弾性力（復元力）によって線条体９が後方に引き戻される。このため、上部アーム４の内部の壁部１５に形成された挿通孔１６の縁部に、管状カバー部材１０で被覆された複数の線条体９が引っ掛かることがない。

上述した実施形態の他の変形例としては、図９および図１０に示したように、複数の線条体９のすべて、または一部を、それぞれ、弾性を有する弾性管状部材２２の中に挿通することもできる。本変形例においては、弾性管状部材２２の弾性により生じる弾性力を利用して線条体９を付勢するように付勢手段１７が構成されている。

本変形例においては、例えば、線条体９の湾曲部１１が弾性管状部材２２の中に挿通されており、付勢手段１７は、線条体９の湾曲部１１に対応する部分の弾性管状部材２２において生じる弾性力を利用して線条体９を付勢する。

弾性管状部材２２は、線条体９に対する保護部材として利用することもできる。すなわち、線条体９の湾曲部１１のみならず、エンドエフェクタ７に近い部分も弾性管状部材２２で被覆することにより、例えば溶接時のスパッタなどから線条体９を保護することができる。

なお、図９および図１０に示した構成を、図４および図５に示した構成や、図７および図８に示した構成と組み合わせることもできる。すなわち、板バネ１８や弦巻バネ１９などのバネ部材の弾性力と、弾性管状部材２２の弾性力との合力によって、複数の線条体９を後方に付勢するようにしても良い。

１ 産業用ロボット
２ 基台
３ 下部アーム
４ 上部アーム
５ 手首部
６ 手首部の回転体
７ エンドエフェクタ
８ 上部アームの中空部分
９ 線条体
１０ 管状カバー部材
１１ 線条体の湾曲部
１１ａ 線条体の湾曲部の折り返し部
１２ ブラケット（取付け部材）
１３ クランプ（取付け部材）
１４ 開放空間
１５ 上部アーム内部の壁部
１６ 壁部に形成された挿通孔
１７ 付勢手段
１８ 板バネ（弾性体）
１９ 弦巻バネ（弾性体）
２０ リング部材（取付け部材）
２１ ブラケット（取付け部材）
２２ 弾性管状部材（付勢手段）
Ｊ１ 第１軸線
Ｊ２ 第２軸線
Ｊ３ 第３軸線
Ｊ４ 第４軸線（上部アームの長手軸線）
Ｊ５ 第５軸線
Ｊ６ 第６軸線（手首部の中心軸線）

Claims (10)

1. 長手軸線を有するアーム部と、
   前記アーム部の先端に設けられ、前記長手軸線に直交する揺動軸線周りに揺動可能な手首部と、
   前記アーム部の内部に挿通され、前記手首部に装着されるエンドエフェクタに接続される線条体と、
   前記アーム部の前記長手軸線に沿って前記線条体を前記手首部から離れる離反方向に付勢するための付勢手段と、を備えた産業用ロボット。
2. 前記付勢手段は、前記線条体を前記離反方向に引っ張る力を生じる弾性体を有する、請求項１記載の産業用ロボット。
3. 前記弾性体は、その一部が前記アーム部に固定されたバネ部材である、請求項２記載の産業用ロボット。
4. 前記線条体は、前記アーム部の基端から延出した部分に湾曲部を有し、
   前記付勢手段は、前記線条体の前記湾曲部に付勢力を付与するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
5. 前記アーム部は、その先端の部分に、前記長手軸線および前記揺動軸線の両方に直交する方向に開放した開放空間を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
6. 前記開放空間は、前記アーム部の内部において前記手首部に対向する側に設けられた壁部によってその一部が画成されており、
   前記壁部には、前記線条体が挿通される挿通孔が形成されている、請求項５記載の産業用ロボット。
7. 前記アーム部の内部には、複数の前記線条体が挿通されており、
   前記付勢手段は、前記複数の線条体の全体を付勢するように構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
8. 前記線条体は、弾性を有する管状部材の中に挿通されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の産業用ロボット。
9. 前記付勢手段は、前記管状部材の前記弾性により生じる弾性力を利用して前記線条体を付勢するように構成されている、請求項８記載の産業用ロボット。
10. 前記線条体は、前記アーム部の基端から延出した部分に湾曲部を有し、
    前記線条体の前記湾曲部は、前記管状部材の中に挿通されており、
    前記付勢手段は、前記線条体の前記湾曲部に対応する部分の前記管状部材において生じる前記弾性力を利用して前記線条体を付勢するように構成されている、請求項９記載の産業用ロボット。
    

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