JP4112570B2 - 産業用ロボットの線条体処理構造 - Google Patents

Description

本発明は産業用ロボットの線条体処理構造に関する。

周知のように、産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と言う）においては、作業ツールがロボットの手首先端に装着され、該作業ツールに材料、エネルギまたは信号（例えばエア、電気エネルギ、光エネルギ、電気信号等）を供給する作業ツール用線条体（ケーブル及び／またはチューブ；以下、単に「線条体」とも言う）がロボット前腕の上方を通って作業ツールまで配設されるケースが多い。図１はそのような従来技術の例を示している。

同図において、符号１はロボットコントローラ２で制御されるロボットであり、前腕１０に第１手首要素１１が前腕長手方向の第１軸線Ａ周りで回転可能に設けられ、該第１手首要素１１には、第１軸線Ａと略垂直に交わる第２軸線Ｂ周りで回転可能に第２手首要素１２が設けられている。そして、第２手首要素１２に、第２軸線Ｂと略垂直な第３軸線Ｃ１周りで回転可能に取付けられた第３手首要素１３の先端フランジ部に作業ツールＨが設けられている。作業ツールＨは本例では吸盤を用いたハンドである。符号３は外部に設けたエア供給／吸気装置で、同装置３に接続されたエアチューブ３１は、電力及び電気信号等を供給するケーブル２１と適所で合流し、電磁弁ボックス４に接続されている。電磁弁ボックス４からハンドＨまではチューブ（線条体）７でエアの供給／吸気が行なわれるようになっており、ロボットコントローラ２は、周知の態様でエア供給／吸気装置３と電磁弁ボックス４を制御し、それによってハンドＨの吸盤へのエア供給（把持ＯＦＦ）とエア吸気（把持ＯＮ）との切替が行なわれる。

ここで問題となるのは、ロボット１が動作すると各軸線Ａ、Ｂ、Ｃ１周り等で回転が起ることで、線条体７が前腕１０と接触したり、手首要素１１、１２にからみ付いたり、強く引っ張られたりする現象が起ると言うことである。これら現象を避けるために、従来は、図示されているように線条体７を大きく外側にふくらませるように取り回してからハンド（作業ツール）Ｈに接続するという手法を採用していた。

しかし、このように線条体７を大きく外側にふくらませて配設すると、ロボット手首軸が動作した時に、線条体７の挙動が不安定となり、周辺機器と線条体７が接触（干渉）して、線条体自身あるいは周辺機器を破損する危険性があった。前腕１０上にＬ字状部材５と弾性体６で線条体７を吊して動きを弾力的に規制する手法もあるが、干渉防止効果が十分であるとは言えない。

そこで本発明の目的は上記従来技術の問題を解決することにある。即ち、本発明は、ロボットの手首先端に装着された作業ツールにエアまたは電気等を供給する作業ツール用線条体を大きく張り出すことがなく敷設することができ、且つ、前腕と線条体の干渉を防止できる線条体の処理構造を提供することにある。

本発明は、第２手首要素上に線条体をその前面でガイドする板状ガイド部材を設け、その板状ガイド部材を、作業ツールから離れた側に自由端を持つ可撓性部材で構成する手法を導入して、上記問題を解決するものである。より具体的に言えば、請求項１に記載の発明は、ロボットの前腕に、該前腕長手方向の第１軸線周りで回転可能に設けられた第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線周りで回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直な第３軸線周りで回転可能に設けられた第３手首要素と、該第３手首要素と一体で動くように設けられた作業ツールとを備えたロボットの、該作業ツールに接続されるケーブル及び／又はチューブからなる線条体を敷設処理する産業用ロボットの線条体処理構造に適用される。

そして、その特徴は、前記第２手首要素上に板状ガイド部材が、前記第２軸線と略平行な幅方向を持ち、前記第２手首要素よりも大きい幅を持つとともに、前記幅方向と直交する長手方向に沿って前記作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成するように取り付けられており、前記板状ガイド部材は可撓性部材であり、前記前腕の基部周辺から延在して前記作業ツールに接続される前記線条体が、該作業ツールに接続される手前において、前記板状ガイド部材のガイド面に、前記板状ガイド部材の長手方向と前記線条体の延在方向がほぼ一致するように、前記ガイド面に弾力的に接触してガイドされ、該線条体は該第２手首要素より高い位置まで延長されているとともに、クランプにて該線条体の軸方向に摺動可能に保持されており、該第２手首要素の正面及び上部に沿って処理されていることにある。

この特徴により、線条体は第２手首要素に沿わせて配置することが可能となり、前腕に対し大きく張り出させなくても安定した挙動でロボット手首軸の動作を吸収させることが可能となる。従って、先ず周囲の物体との干渉防止効果が発揮される。
また、ロボットのアプリケーションによってはロボットの手首軸の動作範囲が大きくない場合、線条体はほぼ同じような形態を維持することになるが、この場合でも、線条体が常に板状ガイド部材に沿って挙動する故に線条体の疲労がより少なくなり、その分線条体の寿命が延びるという利点が得られる。更に、手首軸の動作範囲が大きく、線条体が板状ガイド部材の幅より大きい範囲で移動するようなケースでも、線条体自体が第２手首要素と干渉せずにすむという利点がある。次に、請求項２に記載の発明は、ロボットの前腕に、該前腕長手方向の第１軸線周りで回転可能に設けられた第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線周りで回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第１軸線と所定距離隔てた第３軸線周りで回転可能に設けられた第３手首要素と、作業ツールとを備えたロボットの、該作業ツールに接続されるケーブル及び／又はチューブからなる線条体を敷設処理する産業用ロボットの線条体処理構造に適用される。

そして、その特徴は、前記作業ツールが、前記第３手首要素に、前記第３手首要素の前記第３軸線周りの回転運動を、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第３軸線と一致しない第４軸線周りの回転運動に変換する伝動機構を介して取付けられており、前記第２手首要素上に板状ガイド部材が、前記第２軸線と略平行な幅方向を持ち、前記第２手首要素よりも大きい幅を持つとともに、前記幅方向と直交する長手方向に沿って前記作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成するように取り付けられており、前記板状ガイド部材は可撓性部材であり、前記前腕の基部周辺から延在して前記作業ツールに接続される前記線条体が、該作業ツールに接続される手前において、前記板状ガイド部材のガイド面に、前記板状ガイド部材の長手方向と前記線条体の延在方向がほぼ一致するように、前記ガイド面に弾力的に接触してガイドされ、該線条体は該第２手首要素より高い位置まで延長されており、クランプにて該線条体の軸方向に摺動可能に保持されており、該第２手首要素の正面及び上部に沿って処理されていることにある。

この請求項２に記載の発明では、請求項１の発明とは異なり、作業ツールが第３軸線と一致しない第４軸周りで回転可能に支持されている。ここで、前記作業ツールは、該第３手首要素の前記第３軸線周りの回転を前記第４軸線周りの回転に変換する伝動機構を介して前記第３手首要素に取付けられており、ロボットの最終軸（第３手首要素を第３軸線周りで回転させる軸）が動作した時に、その回転運動は第４軸線周りの作業ツールの回転動作に変換される。そのため、線条体にはねじれは発生するが、第３軸線周りで左右前後に線条体を振り回すような移動は起らなくすることができる。その結果、ロボット最終軸が大きく動作した場合にも線条体は常に該板状ガイド部材上にあることになり、手首最終軸動作範囲が広い場合でも、適正に対応して線条体を守ることが可能となる。

なお、これらいずれの発明においても、前記板状ガイド部材として、前記第２手首要素上への取付箇所から前記自由端部に向かって厚さが漸減するものを用いることが好ましい（請求項３に記載の発明）。また、例えばテフロン（登録商標）を前記板状ガイド部材の材質に採用し、前記板状ガイド部材が低摩擦性のガイド面を有するようにすることが好ましい（請求項４に記載の発明）。板状ガイド部材が低摩擦性のガイド面を持てば、線条体は板状ガイド部材上をよりなめらかに滑動できるようになる。
また、前記板状ガイド部材の少なくとも一部において、前記ガイド面は、該板状ガイド部材の長手方向に沿った凹曲面形状部を有することが好ましい（請求項５に記載の発明）。このようなガイド面を用いれば、板状ガイド部材による線条体の保持がしやすくなる。

本発明により、ロボットの手首軸の動作時、特に最終軸が大きく動作する場合においても、作業ツール用の線条体が前腕に対して大きく張り出すことがなく、且つ、安定した挙動を示すようになる。従って、周囲の物体との干渉防止効果が得られるとともに、線条体の寿命を延ばす効果も期待できる。

以下、図２〜図６を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、ここではアプリケーションとしてハンドリングロボットシステムを想定するが、これはあくまで例示である。先ず図２は、本発明の第１の実施形態に係る線条体処理構造を持つ産業用ロボットについて、全体構成を正面図（ａ）で示し、手首周辺を右側面図（ｂ）で示したものである。

図２（ａ）、（ｂ）において、符号１はロボットコントローラ２で制御される６軸の自由度を持つハンドリングロボットであり、前腕１０に第１手首要素１１が前腕長手方向の第１軸線Ａ周りで回転可能に設けられ、該第１手首要素１１には、第１軸線Ａと略垂直に交わる第２軸線Ｂ周りで回転可能に第２手首要素１２が設けられている。そして、第２手首要素１２に、第２軸線Ｂと略垂直な第３軸線Ｃ２周りで回転可能に第３手首要素１３が取り付けられている。作業ツールＨは、ここでは吸盤を用いたハンドであり、第３手首要素１３の先端の作業ツール取付け面（フランジ面）１５に取付けられている。

符号３は外部に設けたエア供給／吸気装置で、同装置３に接続されたエアチューブ３１は、電力及び電気信号等を供給するケーブル２１と適所で合流し、電磁弁ボックス４に接続されている。電磁弁ボックス４からハンドＨまではチューブ（線条体）７でエアの供給／吸気が行なわれるようになっており、ロボットコントローラ２は、周知の態様でエア供給／吸気装置３と電磁弁ボックス４を制御し、それによってハンドＨの吸盤へのエア供給（把持ＯＦＦ）とエア吸気（把持ＯＮ）との切替が行なわれる。

ロボットコントローラ２は、周知の態様で、プログラム等に基づく指令に従ってロボット１の各軸の駆動用のサーボモータを動作させ、ハンドＨをハンドリング対象物（図示省略）の吸着に適した位置、姿勢をとらせ、目標位置まで移動させる。また、ロボットコントローラ２は動作指令とともに、適時にハンドＨによる吸着指令及び吸着解除指令を出力し、エア供給／吸気装置３及び電磁弁ボックス４内の電磁弁を制御する指令を出力する。
このような方式によるハンドリング自体は周知なので、詳細説明は省略するが、ロボット１は適宜ハンドリング位置に応じてアームの姿勢を変え、ハンドＨの位置と姿勢を制御しながら、ハンドリング作業を行っている。もちろん、対象物の在席確認などのための信号線がハンドＨに接続されている場合もある。その場合、同信号線も線条体７に含まれることになる。また、このように作業ツールへ供給する材料、エネルギ、信号等が１種類でない場合には、線条体７は複数本のケーブル／またはホースを束ねた形態、１本の複合ケーブル／またはホースにまとめた形態などをとり得る。

さて、ロボットアームの姿勢を変える際には、第１手首要素１１の第１軸線Ａ周りの回転、第２手首要素１２の第２軸線Ｂ周りの回転、第３手首要素１３の第３軸線Ｃ２周りの回転の一部または全部を多様に組み合わせた運動が起る。前述したように、ここで重要となるのが、電磁弁ボックス４を設けた前腕１０の基部周辺から作業ツールＨまで延在する線条体７の処理をいかに行なうかということであるが、本発明では、作業ツールＨに線条体７が接続される手前において、板状ガイド部材のガイド面に、該板状ガイド部材の長手方向と線条体７の延在方向がほぼ一致するように接触させてガイドする手法を採用する。

図２において、板状ガイド部材は符号Ｇで示されており、第２手首要素１２の側部に適当な固着手段（ネジ止め、接着等）によって取付けられている。取付け箇所Ｇ２は、作業ツールＨに近い側の端部の近傍にある。板状ガイド部材Ｇは可撓性の材料で構成され、第２軸線Ｂと略平行な幅方向を持つとともに、第３軸線Ｃ２と略平行となる長手方向に沿って作業ツールＨから離れる側に延在し、自由端Ｇ１を形成している。また、板状ガイド部材Ｇの厚さは、適所（例えば取付け箇所Ｇ２付近）から自由端Ｇ１に向かって徐々に減じている。

そして、板状ガイド部材Ｇの前面（第２手首要素１２と反対側の面）が線条体７を接触させてガイドするガイド面Ｇ３を提供している。これにより、前腕１０の基部周辺の電磁弁ボックス４から作業ツールＨに至る線条体７は、ロボット１の機体から大きく張り出すことなく自由端Ｇ１付近でガイド面Ｇ３に柔らかく（弾力的に）接触し、そこから板状ガイド部材Ｇの長手方向に沿うようにガイドされた後、作業ツールＨに接続されている。なお、ガイド面Ｇ３は、例えばテフロン（登録商標）等の材料を利用した低摩擦性の面に仕上げておけば、線条体７をガイド面Ｇ３上でより円滑に滑動させることが可能になる。また、板状ガイド部材Ｇの上部（自由端Ｇ１の周辺）に、線条体７を板状ガイド部材Ｇ上に摺動可能に保持するクランプ８を設ければ、線条体７の挙動はより安定する。また、図６（ａ）に示したように、ガイド面Ｇ３を直平面としても良いが、図６（ｂ）に示したように、ガイド面の中央部を凹曲面形状Ｇ３’とした板状ガイド部材Ｇ’を用いることで、幅方向のガイド機能を持たせることも可能である。このような凹曲面形状は、例えば板状ガイド部材Ｇの長手方向全長にわたって形成しても良いが、一部区間に形成しても良い。

ところで、本例が示すハンドリングロボットの場合、対象物は上方からピックアップするのが通例であり、従って、対象物を吸着する際の姿勢、対象物を開放する際の姿勢はおのずと決まったものとなる。つまり、対象物の吸着から開放までの動作において、第１手首要素１１の姿勢は標準的なロボット姿勢における手首姿勢とほぼ一致したものとなり、第２手首要素１２の姿勢は標準的なロボット姿勢における手首姿勢からフランジ面１５が下面に向く方向にほぼ９０度回転した姿勢になる。このような手首姿勢の状況は、ハンドリング用途のみならず、アーク溶接やシーリングなど他の用途でも共通して認められる一般的なものである。

一方、ロボット最終軸（ここでは第６軸）で駆動される第３手首要素１３の姿勢については、ケースバイケースで大きく回転動作することが十分に考えられる。本実施形態の処理構造は、そのような回転動作においても、適正に対処できる。図３（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態において、第３手首要素が大きく回転動作した時の線条体の動きを説明する図で、（ａ）はロボットの一部を省略して示した正面図、（ｂ）は手首周辺を示した右側面図である。

最終軸が回転動作するとハンドＨは第３軸線Ｃ２周りで回転する。最終軸の回転位置としては３通りの回転位置を考え、各回転位置におけるロボットの姿勢を姿勢１、姿勢２、姿勢３とする。符号Ｈ１は姿勢１における吸盤位置を例示したもので、同様に、符号Ｈ２、Ｈ３は夫々姿勢２、３における吸盤位置を例示したものである。ここで姿勢２は標準的なロボットの姿勢に対応している。また、ロボットの上方から見た時、姿勢１は姿勢２から時計周りでほぼ９０度回転した時のロボット姿勢に対応し、姿勢３は姿勢２から反時計周りでほぼ９０度回転した時のロボット姿勢に対応している。

姿勢２の形態においては、線条体７は板状ガイド部材Ｇに沿った状態で前腕１０の後方に敷設されており（符号７ｂ参照）、最終軸が多少動作する程度であれば、線条体７は板状ガイド部材Ｇ上で動作するだけであり、線条体７がスムーズに処理されることは明白である。
一方、最終軸が大きく動作し、姿勢１または姿勢３のような姿勢になると、線条体７のハンドＨに近い部分は板状ガイド部材Ｇから板状ガイド部材Ｇの幅方向に外れるが、板状ガイド部材Ｇの上方（自由端に近い部分）では線条体７は板状ガイド部材Ｇに沿ってガイドされており（符号７ａ、７ｃ参照）、この場合も、線条体７が第２手首要素１２に接触して擦れたりする事態は避けられる。また、姿勢１から姿勢３の動きの中で線条体７が大きくロボット機体から離れて振り回されることもない。

次に、図４は、本発明の第２の実施形態に係る線条体処理構造を持つ産業用ロボットについて、全体構成を正面図（ａ）で示し、手首周辺を右側面図（ｂ）で示したものである。図４（ａ）、（ｂ）において、符号１はロボットコントローラ２で制御される６軸の自由度を持つハンドリングロボットであり、手首先端部に取付けられる作業ツールＨは、第１実施形態で用いたと同じく吸盤を利用したハンドである。

符号３は外部に設けたエア供給／吸気装置で、同装置３に接続されたエアチューブ３１は、電力及び電気信号等を供給するケーブル２１と適所で合流し、電磁弁ボックス４に接続されている。電磁弁ボックス４からハンドＨまではチューブ（線条体）７でエアの供給／吸気が行なわれるようになっており、ロボットコントローラ２は、周知の態様でエア供給／吸気装置３と電磁弁ボックス４を制御し、それによってハンドＨの吸盤へのエア供給（把持ＯＦＦ）とエア吸気（把持ＯＮ）との切替が行なわれる。

前腕１０には、第１手首要素１１が前腕長手方向の第１軸線Ａ周りで回転可能に設けられており、該第１手首要素１１には、第１軸線Ａと略垂直に交わる第２軸線Ｂ周りで回転可能に第２手首要素１２が設けられている。そして、第２手首要素１２に、第２軸線Ｂと略垂直な第３軸線Ｃ２周りで回転可能に第３手首要素１３が取り付けられている。また、第１実施形態で用いたと同様の板状ガイド部材Ｇが、第２手首要素１２の側部に適当な固着手段（ネジ止め、接着等）によって取付けられている。取付け箇所Ｇ２は、作業ツールＨに近い側の端部の近傍にある。

既述の通り、板状ガイド部材Ｇは可撓性の材料で構成され、第２軸線Ｂと略平行な幅方向を持つとともに、第３軸線Ｃ２と略平行となる長手方向に沿って作業ツールＨから離れる側に延在し、自由端Ｇ１を形成している。また、板状ガイド部材Ｇの厚さは、適所（例えば取付け箇所Ｇ２付近）から自由端Ｇ１に向かって徐々に減じている。

そして、板状ガイド部材Ｇの前面（第２手首要素１２と反対側の面）が線条体７を接触させてガイドするガイド面Ｇ３を提供している。前腕１０の基部周辺の電磁弁ボックス４から作業ツールＨに至る線条体７は、ロボット１の機体から大きく張り出すことなく自由端Ｇ１付近でガイド面Ｇ３に柔らかく（弾力的に）接触し、そこから板状ガイド部材Ｇの長手方向に沿うようにガイドされた後、作業ツールＨに接続される。なお、ガイド面Ｇ３は、例えばテフロン（登録商標）等の材料を利用した低摩擦性の面に仕上げておけば、線条体７をガイド面Ｇ３上でより円滑に滑動させることが可能になることや、板状ガイド部材Ｇの上部（自由端Ｇ１の周辺）に、線条体７を板状ガイド部材Ｇ上に摺動可能に保持するクランプ８を設ければ、線条体７の挙動はより安定することも第１実施形態の場合と同様である。

更に、ガイド面Ｇ３の形状については、図６（ａ）に示したように、ガイド面Ｇ３を直平面としても良いが、図６（ｂ）に示したように、ガイド面の中央部を凹曲面形状Ｇ３’とした板状ガイド部材Ｇ’を用いることで、幅方向のガイド機能を持たせることも可能である。このような凹曲面形状は、例えば板状ガイド部材Ｇの長手方向全長にわたって形成しても良いが、一部区間に形成しても良い。

ここまでの構成は、上述の第１の実施形態と基本的に変わりはない。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる主要な点は、作業ツールＨの支持形態である。
即ち、本実施形態では、作業ツールＨを第３軸線Ｃ２とは別の第４軸線Ｃ３周りで回転可能に支持するとともに、第３軸線Ｃ２周りの回転運動を第４軸線Ｃ３周りの回転運動に変換する伝動機構Ｒを設けることにより、最終軸の回転により線条体７にねじれは生じるものの、線条体７が第３軸線周りで振られることがないようにした構成例となっている。

図５は、上記伝動機構を含む手首部の構造例を拡大断面図で示したものである。同図において、符号４０はサーボモータを表わし、符号５０は同サーボモータ４０の出力軸（図示省略）を入力側に結合するとともに、第３手首要素１３を出力側に結合した減速機構を表わしている。これらサーボモータ４０と減速機構５０は第２手首要素１２に搭載されている。即ち、サーボモータ４０はロボットの最終軸を駆動するサーボモータで、第３手首要素１３を第３軸線Ｃ２周りで回転駆動するものである。

本実施形態では、この第３手首要素１３の第３軸線Ｃ２周りの回転運動をギア機構を用いて第３軸線Ｃ２とは異なる第４軸線Ｃ３周りの回転運動に変換して作業ツールＨを回転させる。ギア機構は入力ギア５１と、該入力ギア５１に噛み合う出力ギア５５を有している。符号５２は入力ギア５１、出力ギア５５を収容するギアボックス５２で、第２手首要素１２に固定されている（第２手首要素１２に固定された要素、例えばサーボモータ４０や減速機構５０の筐体に固定しても良い）。第３手首要素１３の先端（ロボット出力フランジ）は入力ギア５１に結合されている。従って、サーボモータ４０が駆動されると減速機構５０、第３手首要素１３を介して入力ギア５１が駆動される。

一方、作業ツールＨは中空穴５３を持つ筒状の延在部を有し、この延在部が軸受け（ベアリング）５４を介して第４軸線Ｃ３周りで回転可能に支持されるとともに、出力ギア５５に結合（一体化）されている。従って、上記のように、サーボモータ４０が駆動されて入力ギア５１が動作すると、それに応じて出力ギア５５が動作し、作業ツールＨが中空穴５３を通る第４軸線Ｃ３周りで回転駆動される。なお、軸受け（ベアリング）５４は、第２手首要素１２に固定されているが、第２手首要素１２に固定された要素、例えばサーボモータ４０や減速機構５０の筐体、あるいは、ギアボックス５２に対して固定する設計も採用できる。

このように、本実施形態では、第２手首要素１２の先端にあるサーボモータ（ここではロボットの第６軸駆動モータ）４０により減速機構５０を介して、第３手首要素１３のロボット出力フランジ部が回転制御され、それが更に入力ギア５１、出力ギア５５を介して作業ツールＨに伝えられる。

従って、作業ツールＨの第４軸線Ｃ３周りの姿勢をロボットコントローラ２からの指令に応じ、自由に変えることができる。姿勢を変える場合の回転向き（時計周り／反時計周り）もサーボモータ４０の回転向きに対応して自由に選ぶことができる。なお、入力ギア５１、出力ギア５５の変速比は作業ツールＨに必要な回転速度、トルク、減速機構５０の減速比等を考慮して設計的に定めれば良い。また、ここではギア機構を用いた回転力伝達の例を示したが、他の回転力伝達機構、例えばベルトとプーリを使った機構などが利用可能であることは言うまでもない。

更に、本例では第４回転軸線Ｃ３は第３回転軸線Ｃ３と所定距離隔てた平行関係にあるが、これはあくまで典型例を示したもので、適宜変更することも可能である。例えば、アプリケーションによっては、第４回転軸線Ｃ３を第３回転軸線Ｃ３に対して適当な角度傾斜させることが好都合であるケースも考えられる。そのような場合には、例えば互いに傾斜した関係で噛み合う入力ギアと出力ギアを用いて、回転運動を回転軸線を傾けて伝えることができる。

本実施形態においては、ロボット最終軸が大きく動作する場合、即ち、作業ツールＨが第４軸線Ｃ３周りの姿勢を大きく変える場合でも、作業ツールＨが第３軸線Ｃ３周りで公転することがないので、線条体７の作業ツールＨ側の端部は安定した位置を保つことになる。ねじれは生じるが、その分の余裕を線条体７の長さ（電磁弁ボックス４から作業ツールＨまで）に与えておけば良く、従来（図１参照）のように、線条体７を大きく張り出す必要はない。また、第１軸線周りＡ、第２軸線周りの動作により、線条体７は多少の振れ運動を起こすが、既述の通り、板状ガイド部材Ｇのガイド面に接触、案内されることで、乱れた挙動を起こすことはない。

ところで、以上説明した各実施形態においては、第２手首要素１２に取付けられる板状ガイド部材Ｇ（またはＧ’）として、自由端Ｇ１に向かって厚さが漸減するものを用いたが、「可撓性を有し、作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成する板状ガイド部材」である限り、この厚さに関する条件を外すことも可能である。即ち、板状ガイド部材の作業ツールから離れた側の端部に求められている主たる機能は、線状体を同端部付近のガイド面に柔らかく（弾力的に）接触させることであり、そのためには、板状ガイド部材が「可撓性を有し、作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成」していれば十分であり、厚さの推移については特に制限はなく、例えば「自由端に向かって均一な厚さで延在する可撓性の板状ガイド部材」を採用することができる。

図７（ａ）、（ｂ）はそのような事例を示す図で、図７（ａ）は、上述した第１の実施形態において板状ガイド部材Ｇ（またはＧ’）を「均一な厚さで延在する可撓性の板状ガイド部材Ｇ”」で代替した例（第１の実施形態の変形例）を表わし、図７（ｂ）は、上述した第２の実施形態において板状ガイド部材Ｇ（またはＧ’）を「均一な厚さで延在する可撓性の板状ガイド部材Ｇ”」で代替した例（第２の実施形態の変形例）を表わしている。両変形例ともに、ロボットの一部を省略して示した正面図で描かれており、板状ガイド部材について上記代替を行った点を除けば、構成、作用共に上述した第１あるいは第２の実施形態と特に変わるところはない。

そこで、両変形例について、繰り返しを極力避け、板状ガイド部材の関連部分を中心に簡単に説明する。先ず、図７（ａ）において、ベース側部分を割愛して描示したロボット１は、６軸の自由度を持つハンドリングロボットで、構造は既述の通りである。即ち、前腕１０に第１手首要素１１が前腕長手方向の第１軸線Ａ周りで回転可能に設けられ、該第１手首要素１１には、第１軸線Ａと略垂直に交わる第２軸線Ｂ周りで回転可能に第２手首要素１２が設けられている。そして、第２手首要素１２に、第２軸線Ｂと略垂直な第３軸線Ｃ２周りで回転可能に第３手首要素１３が取り付けられている。作業ツールＨは、ここでは吸盤を用いたハンドであり、第３手首要素１３の先端の作業ツール取付け面（フランジ面）１５に取付けられている。

既述の通り、外部に設けたエア供給／吸気装置に接続されたエアチューブが電力及び電気信号等を供給するケーブルと適所で合流し、電磁弁ボックス４に接続されている。電磁弁ボックス４からハンドＨまではチューブ（線条体）７でエアの供給／吸気が行なわれる。但し、第１の実施形態で説明した通り、線条体７には必要に応じてハンドＨのための信号線等も含まれる。また、ハンドＨの吸盤へのエア供給（把持ＯＦＦ）とエア吸気（把持ＯＮ）との切替制御、ロボット１の各軸の駆動制御についても既述の通りである。

線条体７をガイドするための板状ガイド部材は符号Ｇ”で示されており、前述の板状ガイド部材Ｇと同じく、第２手首要素１２の側部に適当な固着手段（ネジ止め、接着等）によって取付けられている。板状ガイド部材Ｇ”は可撓性の材料で構成され、第２軸線Ｂと略平行な幅方向を持つとともに、第３軸線Ｃ２と略平行となる長手方向に沿って作業ツールＨから離れる側に延在し、自由端Ｇ１を形成している。先述の通り、板状ガイド部材Ｇ”の厚さは全体にわたって均一である。

第１の実施形態で述べたと同様に、ロボットアームの姿勢を変える際には、第１手首要素１１の第１軸線Ａ周りの回転、第２手首要素１２の第２軸線Ｂ周りの回転、第３手首要素１３の第３軸線Ｃ２周りの回転の一部または全部を多様に組み合わせた運動が起るが、本変形例においても、板状ガイド部材Ｇ”の前面（第２手首要素１２と反対側の面）が線条体７を接触させてガイドするガイド面を提供するため、前腕１０の基部周辺の電磁弁ボックス４から作業ツールＨに至る線条体７は、ロボット１の機体から大きく張り出すことなく自由端Ｇ１付近でガイド面Ｇ３に柔らかく（弾力的に）接触し、そこから板状ガイド部材Ｇの長手方向に沿うようにガイドされた後、作業ツールＨに接続される。

なお、ガイド面を低摩擦性の面に仕上げること、板状ガイド部材Ｇ”の上部（自由端Ｇ１の周辺）に、線条体７を板状ガイド部材Ｇ”上に摺動可能に保持するクランプ８を設けること、ガイド面の中央部を凹曲面形状とすること等が可能なことも、第１の実施形態と同様である。

次に、図７（ｂ）において、ベース側部分を割愛して描示したロボット１は、６軸の自由度を持つハンドリングロボットで、構造は第２の実施形態で述べた通りである。即ち、前腕１０には、第１手首要素１１が前腕長手方向の第１軸線Ａ周りで回転可能に設けられており、該第１手首要素１１には、第１軸線Ａと略垂直に交わる第２軸線Ｂ周りで回転可能に第２手首要素１２が設けられている。そして、第２手首要素１２に、第２軸線Ｂと略垂直な第３軸線Ｃ２周りで回転可能に第３手首要素１３が取り付けられている。

そして、図７（ａ）で示した同様の板状ガイド部材Ｇ”が、第２手首要素１２の側部に適当な固着手段（ネジ止め、接着等）によって取付けられている。取付け箇所は、作業ツールＨに近い側の端部の近傍にある。既述の通り、板状ガイド部材Ｇ”は可撓性の材料で構成され、第２軸線Ｂと略平行な幅方向を持つとともに、第３軸線Ｃ２と略平行となる長手方向に沿って作業ツールＨから離れる側に延在し、自由端Ｇ１を形成している。板状ガイド部材Ｇの厚さは、先述の通り、板状ガイド部材Ｇ”の厚さは全体にわたって均一である。

板状ガイド部材Ｇ”の前面（第２手首要素１２と反対側の面）が線条体７を接触させてガイドするガイド面を提供する。図７（ａ）に示した例と同様、前腕１０の基部周辺の電磁弁ボックス４から作業ツールＨに至る線条体７は、ロボット１の機体から大きく張り出すことなく自由端Ｇ１付近でガイド面に柔らかく（弾力的に）接触し、そこから板状ガイド部材Ｇの長手方向に沿うようにガイドされた後、作業ツールＨに接続される。なお、ガイド面を低摩擦性の面に仕上げること、板状ガイド部材Ｇ”の上部（自由端Ｇ１の周辺）に、線条体７を板状ガイド部材Ｇ”上に摺動可能に保持するクランプ８を設けること、ガイド面の中央部を凹曲面形状とすること等が可能なことも、先述したと同様である。なお、作業ツールＨの支持形態は、第２の実施形態で説明した通りであり、ここでは繰り返さない。

また、第２の実施形態の場合と同様、作業ツールＨが第４軸線Ｃ３周りの姿勢を大きく変えるように動作しても、作業ツールＨが第３軸線Ｃ３周りで公転することがないので、線条体７の作業ツールＨ側の端部は安定した位置を保つことになる。ねじれは生じるが、その分の余裕を線条体７の長さ（電磁弁ボックス４から作業ツールＨまで）に与えておけば良く、従来（図１参照）のように、線条体７を大きく張り出す必要はない。また、第１軸線周りＡ、第２軸線周りの動作により、線条体７は多少の振れ運動を起こすが、板状ガイド部材Ｇに代えて配置されている板状ガイド部材Ｇ”のガイド面に接触、案内されることで、乱れた挙動を起こすことはない。

従来技術に係る線条体処理構造を持つ産業用ロボットの全体構成を正面図で示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る線条体処理構造を持つ産業用ロボットについて、全体構成を示した正面図（ａ）及び手首周辺を示した右側面図（ｂ）である。 第１の実施形態において、第３手首要素が大きく回転動作した時の線条体の動きを説明する図で、（ａ）はロボットの一部を省略して示した正面図、（ｂ）は手首周辺を示した右側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る線条体処理構造を持つ産業用ロボットについて、全体構成を示した正面図（ａ）及び手首周辺を示した右側面図（ｂ）である。 第２の実施形態について、ロボットの最終軸の回転を作業ツールの回転に変換する伝動機構を含む構造例を拡大断面図で示したものである。 板状ガイド部材の断面形状の例を示した図で、（ａ）はガイド面が直平面である場合の例を示し、（ｂ）はガイド面が凹曲面形状を持つ場合の例を示している。 自由端に向かって均一な厚さで延在する可撓性の板状ガイド部材を代替採用した変形例を示す図で、（ａ）は第１の実施形態の変形例を表わし、（ｂ）は第２の実施形態の変形例を表わしている。

符号の説明

１ ロボット（機構部）
２ ロボットコントローラ
３ エア供給／吸気装置
４ 電磁弁ボックス
５ Ｌ字状部材
６ 弾性体
７、３１ 線条体（エアチューブ）
８ クランプ
１０ 前腕
１１ 第１手首要素
１２ 第２手首要素
１３ 第３手首要素
１５ 作業ツール取付け面（フランジ面）
２１ ケーブル
４０ サーボモータ
５０ 減速機構
５１ 入力ギア
５２ ギアボックス
５３ 中空穴
５４ 軸受け（ベアリング）
５５ 出力ギア
Ｇ、Ｇ’、Ｇ” 板状ガイド部材
Ｇ１ 自由端
Ｇ２ 取付け箇所
Ｇ３ ガイド面
Ｇ３’ガイド面の凹曲面形状
Ｈ 作業ツール（ハンド）
Ｈ１〜Ｈ３ ハンドの吸盤
Ｒ 伝動機構

Claims (5)

1. ロボットの前腕に、該前腕長手方向の第１軸線周りで回転可能に設けられた第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線周りで回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直な第３軸線周りで回転可能に設けられた第３手首要素と、該第３手首要素と一体で動くように設けられた作業ツールとを備えたロボットの、該作業ツールに接続されるケーブル及び／又はチューブからなる線条体を敷設処理する産業用ロボットの線条体処理構造において、
   前記第２手首要素上に板状ガイド部材が、前記第２軸線と略平行な幅方向を持ち、前記第２手首要素よりも大きい幅を持つとともに、前記幅方向と直交する長手方向に沿って前記作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成するように取り付けられており、
   前記板状ガイド部材は可撓性部材であり、
   前記前腕の基部周辺から延在して前記作業ツールに接続される前記線条体が、該作業ツールに接続される手前において、前記板状ガイド部材のガイド面に、前記板状ガイド部材の長手方向と前記線条体の延在方向がほぼ一致するように、前記ガイド面に弾力的に接触してガイドされ、該線条体は該第２手首要素より高い位置まで延長されているとともに、クランプにて該線条体の軸方向に摺動可能に保持されており、
   該第２手首要素の正面及び上部に沿って処理されていることを特徴とする、産業用ロボットの線条体処理構造。
2. ロボットの前腕に、該前腕長手方向の第１軸線周りで回転可能に設けられた第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線周りで回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直な第３軸線周りで回転可能に設けられた第３手首要素と、作業ツールとを備えたロボットの、該作業ツールに接続されるケーブル及び／又はチューブからなる線条体を敷設処理する産業用ロボットの線条体処理構造において、
   前記作業ツールは、前記第３手首要素に、前記第３手首要素の前記第３軸線周りの回転運動を、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第３軸線と一致しない第４軸線周りの回転運動に変換する伝動機構を介して取付けられており、
   前記第２手首要素上に板状ガイド部材が、前記第２軸線と略平行な幅方向を持ち、前記第２手首要素よりも大きい幅を持つとともに、前記幅方向と直交する長手方向に沿って前記作業ツールから離れる側に延在して自由端を形成するように取り付けられており、
   前記板状ガイド部材は可撓性部材であり、
   前記前腕の基部周辺から延在して前記作業ツールに接続される前記線条体が、該作業ツールに接続される手前において、前記板状ガイド部材のガイド面に、前記板状ガイド部材の長手方向と前記線条体の延在方向がほぼ一致するように、前記ガイド面に弾力的に接触してガイドされ、該線条体は該第２手首要素より高い位置まで延長されており、
   クランプにて該線条体の軸方向に摺動可能に保持されており、該第２手首要素の正面及び上部に沿って処理されていることを特徴とする、産業用ロボットの線条体処理構造。
3. 前記板状ガイド部材は、前記自由端に向かって厚さが漸減していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された産業用ロボットの線条体処理構造。
4. 前記ガイド面は低摩擦性であることを特徴とする、請求項１〜請求項３の内、いずれか１項に記載された産業用ロボットの線条体処理構造。
5. 前記板状ガイド部材の少なくとも一部において、前記ガイド面は、該板状ガイド部材の長手方向に沿った凹曲面形状部を有していることを特徴とする、請求項１〜請求項４の内、いずれか１項に記載された産業用ロボットの線条体処理構造。

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