JP3860087B2 - 産業用ロボット上腕の配線処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボット上腕の手首先端に取付けられる作業工具へ接続されるケーブル・ホースの引き回しをコンパクトにし、かつ低コストに提供できる産業用ロボット上腕の配線処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の産業用ロボットは、図１０に示すように、据付部であるベース５０と、ベース５０上の垂直第１軸ａの回りに旋回自在に軸支された旋回フレーム５１と、旋回フレーム５１上の水平第２軸ｂの回りに前後方向に回転自在に軸支された下腕５２と、下腕５２の上部の水平第２軸ｂと平行な水平第３軸ｃの回りに上下方向に回転自在に軸支された上腕１と、上腕１の先端部に長手方向第４軸ｄの回りに回転自在に軸支された手首基部２と、手首基部２に第４軸ｄと直交する第５軸ｅの回りに回転自在に軸支された手首可動部３と、手首可動部３に第５軸ｅと直交する第６軸ｆの回りに回転自在に軸支された手首フランジ４とを有する。
【０００３】
前記手首フランジ４に取付けられた作業工具３０と接続するためのケーブル・ホース２６、２７は図１１および図１２に示すようなサポート部品５３を使用して引き回されるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１１、図１２および特開2001-150382 に開示する公知の解決手段は、ケーブル・ホース２６、２７がロボット自身と干渉するのを防ぐため、ロボットの上腕および手首から離すように配置されている。そのため、上腕および手首まわりの干渉半径が大きくなるため、上腕および手首を狭い空間に進入させることができないといった問題があった。特に、第６軸ｆの動作によりロボット自身と干渉しやすいため、実質的に使用できる第６軸ｆの動作範囲に制限を受けてしまう。図１２および特開2001-150382 に開示する公知の解決手段は、第６軸ｆの動作範囲を確保するために、第５軸ｅと第６軸ｆの間でケーブル・ホース２６、２７を弛ませており、周辺機器と干渉しやすいといった問題があった。また、ケーブル・ホース２６、２７の伸び曲げ挙動がロボット毎に異なるため、ケーブル・ホースの信頼性の確保（寿命の推定）が困難であるといった問題があった。
【０００５】
また近年、ロボットへの教示作業は実際のロボットを用いないパソコン上でのオフラインティーチングが主流となっているが、ケーブルやホースの伸び曲げ挙動をパソコンでシミュレーションすることは困難である。そのため、実際には、ケーブルやホースがロボット自身や周辺機器と干渉しないように、実際のロボットにおいて教示内容を修正したり、ケーブルやホースの引き回しを修正する必要があった。
【０００６】
本発明の課題は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ロボット自身および周辺機器との干渉が少なく、かつケーブルやホースの伸び曲げ挙動を考慮する必要のないコンパクトな産業用ロボット上腕の配線処理装置を低コストに提供することある。
本発明の別の課題は、ロボットの第４軸ｄおよび第６軸ｆにおいて±１８０°の動作を可能とする産業用ロボットの配線処理装置を提供すること、さらに、ケーブル・ホースの交換が容易な産業用ロボット上腕の配線処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明では、下腕の上部の水平第３軸（ｃ）の回りに上下方向に回転自在に軸支された上腕と、上腕の先端部に長手方向第４軸（ｄ）の回りに回転自在に軸支された手首基部と、手首基部に第４軸（ｄ）と直交する第５軸（ｅ）の回りに回転自在に軸支された手首可動部と、手首可動部に第５軸（ｅ）と直交する第６軸（ｆ）の回りに回転自在に軸支された手首フランジと、を有する産業用ロボットにおいて、前記上腕の外周部に、上腕に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドと前記半環状のガイドと対向して前記手首基部に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドで構成された１対の第１配線処理装置と、前記手首可動部の外周部に、前記手首可動部に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドと前記半環状のガイドと対向して手首フランジに固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドで構成された１対の第２配線処理装置とを有し、
前記第１および第２配線処理装置は、前記上腕後端部より前記手首フランジに取付け可能な作業工具へ接続するための連続したケーブル・ホースを前記第１および第２配線処理装置の内部に前記ロボットの第４軸（ｄ）又は第６軸（ｆ）において±１８０°の動作を可能とするよう、それぞれ各前記開口部の上腕側開口孔から前記ケーブル・ホース又はフレキシブルホースは周方向に入れられた後、軸方向にＵターンして曲げられ、各前記開口部の手首側開口孔から取り出されるようにＵ字状に曲げて収納し連通させ、各配線処理装置を分解することなく内部に収納したケーブル・ホースを交換可能にし、前記手首フランジに取付けられた作業工具上の接続手段又は前記手首フランジ先端部のケーブル・ホースと作業工具とを接続するためのコネクタに連結し、かつ前記第１および第２配線処理装置間の前記ケーブル・ホースは前記手首基部及び手首可動部に固定し、前記上腕の各前記第４軸（ｄ）、第５軸（ｅ）及び第６軸（ｆ）の回転動作に対して、前記第１および第２配線処理装置に収容された前記連続したケーブル・ホースは前記各軸の動きにそれぞれ独立に追随し曲げ動作できるようにしたことを特徴とする産業用ロボット上腕の配線処理装置を提供することによって上述した従来技術の課題を解決した。
【０００８】
【発明の効果】
係る構成によれば、ロボットの第４軸（ｄ）、第５軸（ｅ）及び第６軸（ｆ）の動作による、手首フランジに取付けられた作業工具と接続するケーブル・ホースの伸び曲げ挙動が第１および第２配線処理装置内の断面Ｕ字形の半環状のガイド内で行われるため、ロボット自身および周辺機器との干渉を考慮する必要がなく、実際のロボットを用いないパソコン上でのオフラインティーチングの精度が向上し、教示内容を修正したり、ケーブルやホースの引き回しを修正する必要がなくなった。また、ロボットの動作に連動してケーブル・ホースが一定の伸び曲げ挙動を行うだけでなく、ロボットの第４軸（ｄ）、第５軸（ｅ）及び第６軸（ｆ）のそれぞれの動作に対して、ケーブル・ホースの伸び曲げ挙動がそれぞれ独立しているので、信頼性が高くかつ、寿命推定が容易な産業用ロボット上腕の配線処理装置を提供するものとなった。さらに、前記ロボットの第４軸（ｄ）又は第６軸（ｆ）において±１８０°の動作を可能とするよう、それぞれ各前記開口部の上腕側開口孔から前記ケーブル・ホース又はフレキシブルホースは周方向に入れられた後、軸方向にＵターンして曲げられ、各前記開口部の手首側開口孔から取り出されるようにＵ字状に曲げて収納し連通させ、各配線処理装置を分解することなく内部に収納したケーブル・ホースを交換可能にし、配線処理装置自身およびケーブル・ホースの取付け・取外しが容易でかつ、ロボットの第４軸（ｄ）又は第６軸（ｆ）において±１８０°の動作を可能とする産業用ロボット上腕の配線処理装置を低コストで提供することが可能となった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１乃至図９を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の産業用ロボット上腕の配線処理装置の外観図で、（ａ）は一部を切り欠いた部分概略立面側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向部分概略平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視方向正面図である。図２は、図１（ｂ）のＸ−Ｘ線に沿った一部を切り欠いた部分断面側面図、図３は図１（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った概略断面図、図４は図１（ａ）のＺ−Ｚ線に沿った概略断面図、図５は図４の要部断面部分の対向部材部分を含めたケーブル・ホースの鳥瞰図、図６は図１の実施形態を搭載した産業用ロボット上腕の動作図、図７（ａ）は図１の産業用ロボット上腕の配線処理装置の実施形態の側面外観側面図、（ｂ）は内部に収納したケーブル・ホースを取り外した状態の立面側面外観図、図８は図６の動作による、内部に収納したケーブル・ホースの伸び曲げ挙動を示す動作展開図で、（ａ）は基本状態、（ｂ）は第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ正転動作した状態を示し、（ｃ）は第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ逆転動作した状態を示し、図９は図１とは異なる本発明の第２の実施の形態の産業用ロボット上腕の配線処理装置の外観図で、（ａ）は一部を切り欠いた部分概略立面側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向部分概略平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視方向正面図である。
【００１０】
本発明の実施形態の産業用ロボット上腕の配線処理装置構造は、下腕５２の上部の水平第３軸ｃの回りに上下方向に回転自在に軸支された上腕１の先端部に長手方向第４軸ｄの回りに回転自在に軸支された手首基部２と、手首基部２に第４軸ｄと直交する第５軸ｅの回りに回転自在に軸支された手首可動部３と、手首可動部３に第５軸ｅと直交する第６軸ｆの回りに回転自在に軸支された手首フランジ４と、を有する産業用ロボットに使用される。産業用ロボットの上腕１の外周部に、上腕１にブラケット１２を介してプレート６が取り付けられ、プレート６に半環状のガイド７、８が取り付けられる。同じく前記上腕１の外周部に前記プレート６、ガイド７、８と対向して産業用ロボットの手首基部２にブラケット１３を介してプレート９が取り付けられ、プレート９に半環状のガイド１０、１１が取り付けられている。プレート６、ガイド７、８、プレート９、ガイド１０、１１で囲まれた空間は、内部にケーブル２６およびホース２７をＵ字状に曲げて収納することにより、開口部３１、３２（図２）を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドをそれぞれ形成し、相対的に動作可能な１対の第１配線処理装置を構成する。図７（ｂ）に示すようにガイド７、１０にはそれぞれ開口部である開口孔７′、１０′が設けられ、図４に示すように、第１配線処理装置内（第２配線処理装置内でも同じ）では上腕側開口孔７′からケーブル・ホース２６、２７を収容するフレキシブルホース２４は周方向に入れられた後、軸方向にＵターンして曲げられ、手首側開口孔１０′から取り出されるようにされ、分解することなく、ケーブル・ホース２６、２７を挿入、収納、取り出し可能にされている。
【００１１】
手首基部２の片側のブラケット１３の中間部にサポート１４が取り付けられ、中にケーブル・ホース２６、２７を挿通可能にされている。サポート１４と同一側の手首基部２にはガイド１６、１７が取り付けられ、中にケーブル・ホース２６、２７を挿通可能にされている。手首フランジ４には手首延長フランジ５が取り付けられ、手首延長フランジ５の先端には作業工具が取り付けられている。
手首可動部３の外周部に、手首可動部３に支持部材１５、１８を介してプレート１９が取り付けられ、プレート１９に、第１配線処理装置と同様に、半環状のガイド２０が取り付けられている。同じく手首延長フランジ５の外周部にプレート１９、ガイド２０と対向して手首延長フランジ５にプレート２１および半環状のガイド２２、２３が取り付けられている。図７（ｂ）に示すように、ガイド２０、２２にはそれぞれ開口部である上腕側開口孔２０′、手首側開口孔２２′を有し、プレート１９、ガイド２０、手首延長フランジ５、プレート２１、ガイド２２、２３で囲まれた空間は、内部にケーブル２６、ホース２７をＵ字状に曲げて収納することにより、開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドをそれぞれ形成し、分解することなく、ケーブル・ホース２６、２７を挿入、収納、取り出し可能にされている。
【００１２】
プレート２１（図２）に取り付けられた支持プレート２８（図１（ｃ））には、作業工具３０と接続するためのケーブル用およびホース用コネクタ２９が取り付けられている。産業用ロボットの上腕後端部からコネクタ２９まで連続したケーブル・ホース２６、２７は、前記第１配線処理装置内でＵ字状に曲げて収納され、ブラケット１３に固定したサポート１４を挿通し、支持ガイド１６、１７で囲まれた空間を挿通し、第２配線処理装置内でＵ字状に曲げて収納され、前記コネクタ２９にそれぞれ接続している。
【００１３】
図９に示すように、図１、図２とは異なり、ケーブル・ホース２６、２７は、第２配線処理装置内でＵ字状に曲げて挿入、収納された後、直接手首フランジ４に取付けられた作業工具３０上の接続手段である接続口２９ａ及び端子箱２９ｂに直接連結されてもよい。 図９に示す構成により、手首部のケーブル・ホース２６、２７を作業工具３０と接続するためのコネクタ２９及び、プレート２１（図２）に取り付けられたコネクタ２９を取り付けるための支持プレート２８（図１（ｃ））を廃止できるため、手首まわりをよりコンパクトにでき、かつ低コストにできるものとなった。
【００１４】
図３、図４に示すように、ケーブル・ホース２６、２７のそれぞれＵ字状に曲げた部分は、フレキシブルガイド２４、２５に覆われており、フレキシブルガイド２４の一端はプレート６に固定され、他端はプレート９に固定されている。また、フレキシブルガイド２５の一端はプレート１９に固定され、他端はプレート２１に固定されている。
【００１５】
図６に示すように、産業用ロボット上腕の第４軸ｄの動作により連続したケーブル・ホース２６、２７が曲げ動作できるように第１配線処理装置が相対的に動作し、同様に、産業用ロボット上腕のの第５軸ｅの動作によりサポート１４とガイド１７の間でケーブル・ホース２６、２７は曲げ動作を行い、産業用ロボットの第６軸ｆの動作により第２配線処理装置が相対的に動作する。なお、ロボットの各軸の動作によるケーブル２６の伸び曲げ挙動を図８の動作展開図に示す。図８（ａ）は基本状態、（ｂ）は図６の第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ正転動作した状態、（ｃ）は図６の第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ逆転動作した状態を示す。
【００１６】
以上、本発明の実施形態について説明した。以上述べた実施形態によれば、第１配線処理装置および第２配線処理装置をそれぞれ取付け・取外し可能にするために、ロボットを構成する部品とは別に設けたが、第１配線処理装置および第２配線処理装置の内方ガイド又は各半環状のガイド７、８、１０、１１、２０、２２、２３を、プレート６、９、１９、２１と共にロボットを構成する部品と一体化させた構造としてもよい。例えば、ブラケット１２、プレート６、ガイド７、８を上腕１と一体に構成し、ブラケット１３、プレート９、ガイド１０、１１を手首基部２で構成してもよい。また、ブラケット１５、１８、プレート１９、ガイド２０を手首可動部３と一体に構成し、手首延長フランジ５、プレート２１、ガイド２２、２３を手首フランジ４と一体に構成してもよい。
【００１７】
〔実施の形態の効果〕本発明の実施の形態によれば、ロボットの第４軸ｄ、第５軸ｅおよび第６軸ｆの動作による、手首フランジに取付けられた作業工具と接続するケーブル・ホースの伸び曲げ挙動が第１および第２配線処理装置内の断面Ｕ字形の半環状のガイド内で行われるため、ロボット自身および周辺機器との干渉を考慮する必要がなく、実際のロボットを用いないパソコン上でのオフラインティーチングの精度が向上し、教示内容を修正したり、ケーブルやホースの引き回しを修正する必要がないコンパクトな産業用ロボットの配線処理装置を低コストで提供することが可能となった。また、ロボットの動作に連動してケーブル・ホースが一定の伸び曲げ挙動を行うだけでなく、ロボットの第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆのそれぞれの動作に対して、ケーブル・ホースの伸び曲げ挙動がそれぞれ独立しているので、信頼性が高くかつ、寿命推定が容易な産業用ロボットの配線処理装置を提供することが可能となった。
さらに、図７に示すように、ケーブル・ホースの取付け・取外しが容易な配線処理装置を提供するだけでなく、配線処理装置自身の取付け・取外しが容易でかつ、図８に示すように、ロボットの第４軸ｄおよび第６軸ｆにおいて±１８０°の動作を可能とする配線処理装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の産業用ロボット上腕の配線処理装置の外観図で（ａ）は一部を切り欠いた部分概略立面側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向部分概略平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視方向正面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った一部を切り欠いた部分断面図。
【図３】図１（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った概略断面図。
【図４】図１（ａ）のＺ−Ｚ線に沿った概略断面図。
【図５】図４の要部断面部分の対向部材部分を含めたケーブル・ホースの鳥瞰図。
【図６】図１の実施形態を搭載した産業用ロボット上腕の動作図。
【図７】（ａ）は図１の産業用ロボット上腕の配線処理装置の実施形態の側面外観図、（ｂ）は内部に収納したケーブル・ホースを取り外した状態の立面側面。
【図８】図６の動作による、内部に収納したケーブル・ホースの伸び曲げ挙動を示す動作展開図で、（ａ）は基本状態、（ｂ）は第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ正転動作した状態を示し、（ｃ）は第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸ｆがそれぞれ逆転動作した状態を示す。
【図９】図１とは異なる本発明の第２の実施の形態の産業用ロボット上腕の配線処理装置の外観図で、（ａ）は一部を切り欠いた部分概略立面側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視方向部分概略平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視方向正面図を示す。
【図１０】（ａ）は一般的な産業用ロボットの軸構成を示す外観図。
を示し、（ｂ）は（ａ）の手首部分の部分上面図を示す。
【図１１】従来の配線処理装置（第１例）を搭載した産業用ロボットの外観図。
【図１２】従来の配線処理装置（第２例）を搭載した産業用ロボットの外観図。
【符号の説明】
１ 上腕 ２ 手首基部 ３ 手首可動部
４ 手首フランジ ５ 手首延長フランジ
６（プレート）７、８ （ガイド）断面Ｕ字形の半環状のガイド
９（プレート）１０、１１ （ガイド）断面Ｕ字形の半環状のガイド
１９（プレート）２０、５ （ガイド）断面Ｕ字形の半環状のガイド
２１（プレート）２２、２３ （ガイド）断面Ｕ字形の半環状のガイド
２４、２５ フレキシブルガイド
２６ ケーブル ２７ ホース
２８ 支持プレート ２９ コネクタ
２９ａ 接続口（接続手段） ２９ｂ 端子箱（接続手段）
３０ 作業工具 ａ 垂直第１軸 ｂ 水平第２軸 ｃ 水平第３軸
ｄ 長手方向第４軸 ｅ 第５軸 ｆ 第６軸

Claims (4)

1. 下腕の上部の水平第３軸（ｃ）の回りに上下方向に回転自在に軸支された上腕と、上腕の先端部に長手方向第４軸（ｄ）の回りに回転自在に軸支された手首基部と、手首基部に第４軸（ｄ）と直交する第５軸（ｅ）の回りに回転自在に軸支された手首可動部と、手首可動部に第５軸（ｅ）と直交する第６軸（ｆ）の回りに回転自在に軸支された手首フランジと、を有する産業用ロボットにおいて、前記上腕の外周部に、上腕に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドと前記半環状のガイドと対向して前記手首基部に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドで構成された１対の第１配線処理装置と、前記手首可動部の外周部に、前記手首可動部に固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドと前記半環状のガイドと対向して手首フランジに固定されかつ開口部を有する断面Ｕ字形の半環状のガイドで構成された１対の第２配線処理装置とを有し、
   前記第１および第２配線処理装置は、前記上腕後端部より前記手首フランジに取付け可能な作業工具へ接続するための連続したケーブル・ホースを前記第１および第２配線処理装置の内部に前記ロボットの第４軸（ｄ）又は第６軸（ｆ）において±１８０°の動作を可能とするよう、それぞれ各前記開口部の上腕側開口孔から前記ケーブル・ホース又はフレキシブルホースは周方向に入れられた後、軸方向にＵターンして曲げられ、各前記開口部の手首側開口孔から取り出されるようにＵ字状に曲げて収納し連通させ、各配線処理装置を分解することなく内部に収納したケーブル・ホースを交換可能にし、前記手首フランジに取付けられた作業工具上の接続手段又は前記手首フランジ先端部のケーブル・ホースと作業工具とを接続するためのコネクタに連結し、かつ前記第１および第２配線処理装置間の前記ケーブル・ホースは前記手首基部及び手首可動部に固定し、前記上腕の各前記第４軸（ｄ）、第５軸（ｅ）及び第６軸（ｆ）の回転動作に対して、前記第１および第２配線処理装置に収容された前記連続したケーブル・ホースは前記各軸の動きにそれぞれ独立に追随し曲げ動作できるようにしたことを特徴とする産業用ロボット上腕の配線処理装置。
2. 前記第１および第２配線処理装置内に収容される前記ケーブル・ホース又はフレキシブルホースの各端部は、それぞれ前記上腕、手首基部、手首フランジの外周部及び手首可動部に固定されたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット上腕の配線処理装置。
3. 前記第１および第２配線処理装置の各前記半環状のガイドの内側ガイド又は各前記半環状のガイド全体をそれぞれ前記上腕、手首基部、手首フランジの外周部及び手首可動部と一体的に形成されるか、又は前記第１および第２配線処理装置の各前記半環状のガイドの内側ガイド又は各前記半環状のガイド全体を、前記上腕、手首基部、手首フランジの外周部及び手首可動部に対し取付けおよび取外し自在としたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット上腕の配線処理装置。
4. 前記第１および第２配線処理装置内に前記ケーブル・ホースを収容するフレキシブルホースを設けたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット上腕の配線処理装置。

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