JP4261598B2 - 産業用ロボットの線条体処理構造 - Google Patents

Description

本発明は、手首の先端側に備わる作業ツールに接続する線条体が、前腕に装着されたツール管理中継装置を経由して、手首に沿って配索されている産業用ロボットの線条体処理構造に関するものである。

一般に、作業ツールに接続する線条体が手首に沿って配索されている産業用ロボットとして、線条体が前腕中空部及び手首内部に通される形態のいわゆる線条体内蔵ロボットが知られている。この場合、手首軸動作時の線条体の挙動を安定させる為、線条体を導管に通すケースがある。線条体は手首軸動作による曲げや捻りを受けても、その線径が比較的小さい場合は、寿命に影響がない範囲でそれらを吸収することができるが、導管は曲げを吸収できても捩れを吸収できない為、導管のどちらか一方の端部に回転支持部材を設ける必要があった。

特開２００５−２７１００３号公報

回転支持部材を、導管の外周部に設けることは可能であるが、導管を通す手首および前腕が大型するという問題があった。一方、回転支持部材を導管先端に設けた場合、その分だけ導管の長さが延長することになり、作業ツール又は作業ツール管理装置を導管の延長方向に遠ざけなければならず、その分だけロボットに作用する負荷が厳しくなり、また、周辺装置との干渉を発生しやすくなるという問題があった。

また、回転支持部材は、導管に無理な力が作用しないよう、その両端に回転機構を持たせる場合もあるが、作業ツール側においては、作業ツールを作業に応じてその姿勢を変化させる場合があり、作業ツールの装着位置が遠くなる分、ロボットの動作領域中における姿勢を取れる範囲がその分を狭くなってしまう問題もある。つまり、作業ツール内にあるツール先端点を固定し、姿勢のみを変化させる場合、ロボットのフランジからツール先端点が遠くなればなるほど、同じ姿勢をとる為にロボットの基本軸が動作しなければならない角度が増加する問題があった。

本発明は、作業ツール及び手首が複雑な動きをした場合であっても、手首に配索される線条体の挙動を安定させることができ、線条体の接続信頼性を高めることができる産業用ロボットの線条体処理構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の産業用ロボットの線条体処理構造は、ツール管理中継装置を有する前腕と、基端側が前記前腕に回動自在に連結され、先端側に作業ツールが装着された手首とを備え、前記作業ツールに接続する線条体が、前記ツール管理中継装置を経由して、前記手首に沿って配索されている産業用ロボットの線条体処理構造において、前記前腕が、駆動源の回転数を所定の減速比で減速して前記手首を回転駆動する第１減速装置を有し、該第１減速装置の内部には前記線条体を通す第１挿通孔を存しており、前記手首が、前記第１挿通孔に連通する貫通路を有し、前記前腕に回転可能に連結された第１手首要素と、前記貫通路に連通する第２挿通孔を有し、前記第１手首要素に回転可能に連結された第２手首要素と、該第２手首要素に回転可能に連結された第３手首要素と、を具備し、前記線条体を一端から他端へ通す導管が、前記前腕の前記第１挿通孔、前記第１手首要素の前記貫通路、及び前記第２手首要素の前記第２挿通孔に設けられ、前記導管の一端が該導管の軸方向及び外周方向で前記第１挿通孔に移動可能に挿入された状態で、前記導管の他端が該導管の軸方向への移動が規制されるように導管保持部材で前記第２手首要素に片持ち状態で保持されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の産業用ロボットの線条体処理構造において、前記導管は外周面に環状の溝を有し、前記導管保持部材は前記溝に係合する凸部を内面に有し、前記導管が前記導管保持部材で保持された状態で前記溝に前記凸部が係合し、前記導管が該導管の外周方向で回転可能に前記第２手首要素に片持ち保持されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の産業用ロボットの線条体処理構造において、前記第１挿通孔に挿入された前記導管の端部が、筒状のパイプ部材で覆われていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の産業用ロボットの線条体処理構造において、前記導管保持部材が、前記第２手首要素の回転軸からオフセットした位置で前記第２手首要素に固定されていることを特徴とする。

以上の如く、本発明によれば、線条体を通す導管の他端が第２手首要素に片持ち状態で保持されているから、手首要素が動作した場合にも導管には無理な力が作用しなくなり、導管の耐久性が向上する。導管の内部には作業ツール用の線条体が通されるが、これらの線条体は個々の線径が細い場合が多く、手首要素動作時にも、導管内部の空間で、その動作により曲げとねじりを吸収することができる。導管の支持構造は単純であり、導管内部の線条体交換も簡単に行うことができ、ユーザは導管の内径内であれば、作業ツールに合う希望の線条体を自由に通すことができる。したがって、導管内での線条体の挙動を安定させることができ、線条体の接続信頼性を高めることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、導管の溝に導管保持部材の凸部が係合することにより、導管の他端が第１手首要素の回転軸の回りで回転可能に第２手首要素に保持されるから、第１手首要素の回転で導管に捩じりが作用することを防止することができ、導管の耐久性をより一層高めることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、手首動作時の曲げに対し、導管をよりスムースにその軸線方向に往復動作させることが可能となる。また、導管には、製造上の都合から曲がり癖があるものがあり、また、余長分の導管の経路が導管軸線に対しオフセットしている場合もあり、第２手首要素回転時には、導管にわずかに捩れが作用する可能性がある。また、導管内部の線条体の線径が大きい場合、第３手首要素回転時に線条体が捩れ力により、線条体の全長に渡る範囲で、螺旋状になる。このような場合にも、導管は摺回するので、線条体に無理な力をかけずに、スムースに動作することが可能になる。

また、請求項４記載の発明によれば、導管保持部材は第２手首要素の回転軸に対してオフセットした位置にあるため、第２手首要素の回転動作時に、導管と導管保持部材とが干渉することはなく、導管は第２手首要素の回転動作による曲げを上下に開放された十分な空間で処理することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、作業用ツールを有するハンドリングロボットシステムを示した図である。作業ツール（ハンド）に接続する線条体（ハンドケーブル）は、前腕及び第１〜３手首要素の内部に通されている。また、図２には、作業ツール（溶接トーチ）に接続する線条体（トーチケーブル）が前腕及び第１〜３手首要素の内部に通された他の例として、アーク溶接ロボットシステムが示されている。

図１に示すロボット２は、ロボット本体ベース４上で第１回転軸回りを回転する旋回胴５と、旋回胴５の上部に第２の回転軸回りで回転自在に連結する上腕６と、上腕６の先端部に第３の回転軸回りで回転自在に連結する前腕７と、３軸の自由度を有する手首と、から成る合計６軸の自由度を持つハンドリングロボットである。手首は、第１〜第３の手首要素８〜１０から構成されている。このロボット２は、ロボットコントローラ３からの指令に従い、手首先端に装着されたハンド１５をハンドリングする部品の位置に、指定された姿勢で、目標位置まで移動するように、６軸の駆動部（関節）に各々装着されたサーボモータが、制御用ケーブルを介し、制御されている。

ロボットコントローラ３は、上記サーボモータへの動作指令と同時に電磁弁ボックス（ツール管理中継装置）１２及びハンド１５へエア供給および確認信号を出力する。これにより、ハンド１５は規定のハンド動作シーケンスに従って対象物を吸着することができる。

前腕７後部に搭載された電磁弁ボックス１２は、図示しない電磁弁と真空発生装置を有している。ハンド１５の吸着パット１６でワークを吸着する際は、電磁弁と真空発生装置により、吸着パット１６をワークに密着させ、その内部を真空にすることで、ワークを吸着する。ハンド１５にエア、信号を供給するハンドケーブル２０は、前腕７の内部（第１挿通孔３３）及び第２手首要素９の内部（第２挿通孔３９）を通して、手首先端側のハンド１５まで導出されている。

電磁弁ボックス１２には、ロボットコントローラ３からのハンド制御ケーブル２２と、図示しない一次エア供給源からのエア配管２３が電磁弁ボックス内の電磁弁と真空発生装置に接続している。ハンド制御ケーブル２２は、電磁弁の駆動用動力線、シリンダ位置を指令する信号線、電磁弁や吸着パットの真空状態を確認する信号線等から構成されている。エア配管２３は電磁弁に接続している。電磁弁と真空発生装置もエア配管などに接続している。これらのハンド制御ケーブル２２とエア配管２３はロボット２の上腕６内のロボットモータ用制御ケーブル２１と一緒に上腕６内を取り回してもよいし、図示するように上腕６の外側からモータ制御ケーブル２１と別々にして、取り回してもよい。

ハンド制御ケーブル２２とエア配管２３を上腕６内に通して配索する場合は、ロボット本体ベース４の分線盤にあるコネクタ又は継手を介して、ハンド制御ケーブル２２とエア配管２３が上腕６内に引き込まれる。ハンド制御ケーブル２２とエア配管２３は、モータ制御ケーブル２１に束ねられ、旋回胴５の第１回転軸Ｃ１と同心の中空を通り、旋回胴５の上部に導出される。導出されたケーブル２１〜２３類は、上腕６の下部側面から、上腕６の長手方向に沿って、上腕６の上部側面に導かれた後、前腕７に搭載された電磁弁ボックス１２に接続する。第１〜第３手首要素８〜１０を駆動するモータ用制御ケーブル２１は、ハンド制御ケーブル２２とエア配管２３と一緒にロボット本体ベース４内部、旋回胴５内部、上腕６側面を通り、前腕７前面に導かれる。

図２は、他のロボットシステムの一事例としてアーク溶接ロボットシステム１Ａを示した図である。ツール管理中継装置はワイヤ送給装置１２Ａ、作業ツールは溶接トーチ１５Ａとなっている。溶接トーチ１５Ａとワイヤ送給装置１２Ａの間には、溶接トーチ１５Ａに給電するパワーケーブル、アシストガスを供給するガス配管、溶接ワイヤを供給するワイヤライナなどから構成されるトーチケーブル（線条体）２０Ａが配索されている。ワイヤ送給装置１２Ａには、溶接電源６０から導出された溶接用給電ケーブル６１、ロボットコントローラから導出したワイヤ送給装置用制御ケーブル６２、一次ガス供給源から導出したガスホース６３、溶接ワイヤドラムまたはリールから導出したワイヤコンジット６４がそれぞれ接続している。

ロボットコントローラは３、溶接電源６０と通信線で接続しており、ロボット２Ａの動作と同期させ、溶接電源６０を制御し、アーク溶接開始点にロボット２Ａが動作した際に、予め設定された溶接条件で溶接トーチ１５Ａにて溶接を実行させる。ワイヤ送給装置１２Ａに接続するケーブル類６１〜６４などは、図１と同様に、ロボット本体ベース４内部、旋回胴５内部、上腕６内部を通して配索されたり、図示するように上腕６の外側に取り回されて配索されたりすることができる。上記のケーブル類６１〜６４などが上腕６内を通して配索される場合でも、ワイヤコンジット６４については、溶接ワイヤの曲げ半径を十分に取れないため、上腕６の外側にて処理されることが望ましい。

図３及び図４は、今回の発明の主となっている作業ツールとしてのハンド１５に接続するハンドケーブル２０の処理構造を示した図である。図１に示すハンドリングロボット２の例を示しているが、もちろん、アーク溶接ロボット２Ａの場合でも同様となる。ハンド１５と電磁弁ボックス１２との間のハンドケーブル２０は、図５に示す可撓性を有する導管１３内に通されるようになっている。導管１３は、一端が前腕７の内部に挿入された状態で、第２手首要素９に片持ち保持されている。

図５に示すように、導管１３は、樹脂成形された可撓性を有するパイプ状の部材である。導管１３の外周面は、所定のピッチで環状溝１４が多数形成された波形状をなしているため、形状的にも、導管１３は、曲げや捩じりに対して耐久性が高まるように成形されている。ハンドケーブル２０やトーチケーブル２０Ａなどの線条体は、導管１３の一端から他端に向かって挿入され、手首要素８〜１０の回転に伴って動くケーブル２０，２０Ａの可動部分が導管１３で保護されるようになっている。

導管１３の自由端としての一端は、前腕７内において、パイプ１７に摺動・摺回可能に挿入されている。パイプ１７は、モータの回転数を所定の減速比で減速して第１手首要素８を回転駆動する第１減速装置３０の内部（第１挿通孔３３）に一体的に設けられている。これにより、導管１３の一端は、導管１３の外周方向及び軸方向で移動可能になっている。

図６では、第１減速装置３０の内部にパイプ１７が一体的に設けられた状態が示されている。図７には、同じくパイプ１７が挿入された第１減速装置３０の内部が示されている。パイプ１７には滑り特性のよい素材が適用されているため、導管１３を信頼性の高い状態で通すことができる。このため、手首要素８〜１０回転時に、導管１３が自由に動くことで導管１３の曲げ・捩じりが吸収されるようになっている。第２手首要素９が第５回転軸Ｃ６を回りで回転し、導管１３が曲げを受けた場合は、導管１３が前腕７のパイプ１７内で前に摺動することになるが、導管１３はパイプ１７に十分に深く挿入されているので、パイプ１７から抜けることはなく、しかもパイプ１７の内壁が導管１３に対し、滑り特性が良い為、スムースに往復でき、導管に無理な力が作用することもない。

一方、導管１３の拘束端としての他端は、導管保持部材２４で第２手首要素９に保持されている。ここで、導管１３の保持方法には、２つの方法がある。一つの方法は、導管１３の外周方向の回転を許容し、導管１３の軸方向の移動を規制して保持する方法である。他の方法は、導管１３の回転と軸方向の移動の両方を規制して保持する方法である。以下、本明細書では、前者の導管保持方法を回転可能保持方法といい、後者の導管保持方法を完全固定保持方法ということとする。

回転可能保持方法及び完全固定保持方法の両方法において、導管１３を保持する導管保持部材２４は、第２手首要素９に固定される固定ブラケット（固定部）２５と、固定部２５に連結されて導管１３を把持する把持部２６とを備えている（図８）。導管保持部材２４についての詳細は後述するが、導管保持部材２４は本実施形態に制限されるものではなく、種々の形態で実施することができる。弾力性のある円筒部材や、ナイロンバンドなどで導管を保持することも可能である。導管１３が、摺動及び摺回不能に完全固定保持される場合は、簡単な保持構造を適用することができるものの、導管１３は複雑な動きをする手首要素８，９に沿って（手首要素の内部）設けられるため、導管の定期交換を考慮して保持する必要がある。したがって、導管１３は、脱着可能な簡単な構造で保持されることが望ましい。

導管１３の他端が第２手首要素９に完全固定保持されている場合、第１手首要素８回転時に、導管１３は第１手首要素８と一体的に回転する。第３手首要素１０回転時には、導管１３内部のハンドケーブル２０は第３手首要素１０と共に回転するため、ハンドケーブル２０には捩れ力が作用するが、導管１３には作用しない。しかしながら、導管１３に曲がり癖がある場合や、導管１３内部のハンドケーブル２０の線径が大きい場合は、導管１３がパイプ１７に対し、わずかに摺回することになる。わずかに摺回することで、ハンドケーブル２０と導管１３に無理な力が作用することなく、スムースな処理が可能となっている。

導管１３内のハンドケーブル２０は、信号ケーブルやエア配管などであり、各々の外径は導管１３の外径に比べて小さい。このため、導管１３内で余長を持たせておくことで、手首動作時に発生する曲げや捩りも無理なく吸収できるようになっている。外径が小さい為、それ自体では、その挙動を安定させることはできないが、導管１３に覆われているので、手首要素８〜１０回転動作時にも安定した挙動で処理することができるのである。ハンドケーブル２０の一側は電磁弁ボックス１２に接続し、ハンドケーブル２０の他側は、第２手首要素９内において、第３手首要素１０を所定の減速比で回転駆動する第２減速装置３６の内部（第２挿通孔３９）を通過し、信号線はハンド１５にある近接スイッチなどに、エア配管は吸着パット１６の後部に接続している。

また、図６及び７には、前腕７の構造が示されている。一組のハイポイドピニオン３２及びハイポイドギア３１からなるギアセットと軸受３４からなる第１減速装置３０内の第１挿通孔３４には、導管１３の一端を保護する保護部材として、パイプ１７が一体的に設けられている。前腕７の後部には、図３及び図４に示すように、電磁弁ボックス１２が、前腕７後部の空間で、前腕７近傍に配置されている。これにより、手首要素８〜１０回転時の慣性を低減でき、ロボット２に対する負荷を小さくできる。また、電磁弁ボックス１２と周辺装置との干渉を防ぐことができる。

第２手首要素９又は第３手首要素１０に搭載されたモータ用制御ケーブル２１は、本ケーブル２１の可動部（摺動部）での信頼性を確保する為、ハンドケーブル２０とは、空間を分けて処理される。減速装置およびケーブル可動部処理は、モータの配置に影響なく第４軸方向の長さを最小にすることができる。これにより、ハンドケーブル２０とモータ制御ケーブル２１が絡むことはなくなり、モータ制御ケーブル２１の可動部での信頼性を確保することができる。

次に、図８〜１０を参照しながら、第１〜３手首要素８〜１０の内部構造と導管１３を保持する導管保持部材２４について説明する。図８及び図９に示すように、第１手首要素８には、第２、３の手首要素９，１０を駆動する一対のモータ４５，４６が、第４回転軸Ｃ４に対してオフセットした位置で縦方向（第４回転軸方向）に並んで搭載されている。各モータ４５，４６の回転軸には、所定の減速比でモータの回転速度を減速する各一組のギアセット３７，３８，４２，４３を有する減速装置３６，４１が連結されている。第３のギアセット３７，３８には、一組のベベルギア４０ａ，４０ｂが噛合している。これにより、第２手首要素９は、第４回転軸Ｃ４に直交する第５回転軸Ｃ５回りを回転でき、第３手首要素１０は、第５回転軸Ｃ５に直交する第６回転軸Ｃ６回りを回転できるようになっている。図示例では、第１手首要素８の第４回転軸Ｃ４と第３手首要素１０の第６回転軸Ｃ６が同軸となる姿勢をとっており、ハンドケーブル２０を通す導管１３は直線になっている。

前腕６内部の第１挿通孔３３、第１手首要素８の貫通孔１１、第２手首要素９内部の第２挿通孔３９を通る導管１３は、第２手首要素９に固定された導管保持部材２４で端部が片持ち保持されている。導管１３内部では、一端から他端にかけてハンドケーブル２０が通っている。図１０に示す導管保持部材２４は、回転可能保持方法で導管１３を保持するものであり、第２手首要素９に締結部材で固定される固定部２５と、導管１３を把持する筒状の把持部２６と、Ｃリング２７と、Ｃリング２７を固定する止めねじ２８とから構成されている。把持部２６には、Ｃリング２７を挿入するために、外周方向でスリット状に細溝２９が貫通形成されている。細溝２９の溝壁には、Ｃリング２７を細溝２９内で固定するために、止めねじ２８に螺合するねじ孔２６ａが形成されている。把持部２６の細溝２９に挿入されたＣリング２７は、内側のエッジ部分が把持部２６に把持される導管１３の環状溝１４に係合する位置まで、把持部２６の内面から内方に突出するように挿入される。

これにより、把持部２６に挿入された導管１３は、把持部２６の内側でＣリング２７に係止され、導管１３は、導管１３の外周方向での回転が許容されつつ、軸方向での移動が規制され、第１手首要素８の回転で導管１３に捩じりが作用することが防止されるようになっている。なお、導管１３を把持部２６から取り外す場合は、止めねじ２８を緩めることで、導管１３を把持部２６から容易に取り外すことができるようになっている。この場合は、導管１３内部のハンドケーブル２０をハンド１５と電磁弁ボックス１２から予め分離しておく必要がある。

また、導管保持部材２４は第２手首要素９の第５回転軸Ｃ５に対し、オフセットした位置で第２手首要素９に固定されている。従って、導管保持部材２４の把持部２６の筒部分のみが手首要素９の動作時に導管１３に接触することはあるが、固定部２５が接触することは避けられる。また、第２手首要素９および第３手首要素１０の第２，３減速装置３６，４１及びモータ４５，４６は導管１３に対し、オフセットした位置にあるので、導管１３の動きを妨げることはない。また、第２手首要素９の第２挿通孔３９の入り口では、導管１３が把持部２６の円筒部分に触れることはあっても、導管保持部材２４のエッジにはあたらないよう、導管保持部材２４の形状が工夫されている。

図１１〜１３は、導管保持部材の変形例を示す。この変形例において、導管１３は、図１０の導管保持部材２４と同様に回転可能保持方法で導管保持部材２４Ａに保持されるようになっている。導管保持部材２４Ａは、第２手首要素９に固定される固定ブラケット２５Ａと、一対の半割環状の把持部材２６Ａ，２６Ａとを備えている。固定ブラケット２５Ａと、一対の半割環状の把持部材２６Ａ，２６Ａとが、別部材になっている点が図８に示す導管保持部材２４と相違する。図１２に示すように、固定ブラケット２５Ａはコの字型を成しており、把持部２６Ａがねじ２８Ａで固定ブラケット２５Ａに固定されるようになっている。

図１３に示すように、把持部２６Ａの内周面には、導管１３の環状溝１４に係合する凸部７０が設けられている。一対の把持部２６Ａ，２６Ａが導管１３を把持した状態で、導管１３の環状溝１４に把持部２６Ａの凸部７０が係合することにより、導管１３が外周方向での回転が許容されつつ、軸方向での移動が規制されるようになっている。一対の把持部２６Ａ，２６Ａを一体化する固定方法や、固定ブラケット２５Ａを第２手首要素９に固定する方法は、制限されるものではない。簡易な方法としては、ねじなどの締結部材を使用して固定することができる。なお、導管保持部材２４Ａが第５回転軸Ｃ５に対し、オフセットした位置で第２手首要素９に固定されている点などは、図１０及び１１と同様である。

また、別の方法では、導管把持部２６Ａに弾性体のリングを装着し、導管１３の外径に対し締め代があり、導管１３を圧入した状態で固定することもできる。導管１３は圧入されているので、手首要素８〜１０軸動作時にも導管１３は導管保持部材２４Ａと一体的に動作する。導管１３は波型状に成形されているため、前記弾性体に食い込む状態でしっかりと固定される。逆に、取り外す場合は、引き抜けばよいので、脱着も容易になる。実際に交換作業を行う場合は、内部の線条体も一緒に交換する場合が多く、その場合は、ハンド１５と電磁弁ボックス１２に接続されているハンドケーブル２０を取り外してから行う。

図１４は、導管保持部材の他の変形例を示したものである。この変形例による導管保持方法は、導管１３の回転と軸方向の移動の両方を規制して保持する完全固定保持方法である。導管１３は、導管１３の外周面で２組の把持リング２６Ｂ，２６Ｂが導管１３に食い込むことにより固定されるようになっている。導管保持部材２４Ｂは、第２手首要素９に固定される固定部としての押え板２５Ｂと、押え板２５Ｂにより径方向内側への力が加えられることにより収縮する２組の把持リング（把持部）２６Ｂ，２６Ｂとから構成されている。２組の把持リング２６Ｂ，２６Ｂが導管１３の環状溝１４の位置で導管１３を把持することで導管１３を保持する。これにより、導管１３は第２手首要素９に固定される。把持リング２６Ｂ，２６Ｂの突起状の先端は弾性体で構成され、導管１３の径方向で締め代を持たせることで、押え板２５Ｂと一体的に動作する。また、微小な隙間を設けることで、第２手首要素９回転動作時に導管１３が第２手首要素９（押え板２５Ｂ）に対し、傾くことができるようになり、これにより、導管１３に作用する曲げ力を軽減することができる。押え板２５Ｂの内周部に適切なＲ形状を持たせることで摩擦を軽減でき、導管１３の異常な磨耗を防ぐこともできる。また、押え板２５Ｂを半割の構造とすることで、その半割を結合するネジ等を取外せば、導管１３の脱着も容易に行える。もちろん、この場合も前述と同様に導管１３内部のハンドケーブル２０をハンド１５と電磁弁ボックス１２から分離しておく必要がある。

次に、図１５には、第１手首要素８回転時の導管１３の挙動が示されている。（ｂ）には第１手首要素８の基本姿勢が示されている。(ａ)は、（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素８が時計方向に９０度回転した姿勢を示す。(ｃ)は、（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素８が反時計方向に９０度回転した姿勢を示す。第１手首要素８回転動作時は、導管１３は、第２手首要素９に完全固定保持されており、第１手首要素８と一緒に回転する。導管１３の一端は前腕６のパイプ１７内に挿入されており、パイプ１７とも一体的に回る。但し、導管１３に曲がり癖があったり、余長分の導管１３の経路が第４回転軸Ｃ４に対し、オフセットしたりしている場合は、第２手首要素９回転時にわずかに摺回する場合がある。また、導管１３内のハンドケーブル２０の線径が大きい場合は、ハンドケーブル２０が第２手首要素９回転により、捩れ力を受け、螺旋状になる為、導管１３に捩れ力が作用する場合もある。前述の構造により、導管１３はパイプ１７内で摺回可能に支持されているので、スムースに回ることができるのである。導管１３内部のハンドケーブル２０は、ハンド１５に固定されており、第１手首要素８回転動作による捩れを各々の信号線とエア配管が吸収する。第３手首要素１０回転時にも、前述のように処理することができるのである。なお、第２手首要素９の第２挿通孔３９内で導管１３が外周方向に固定されていない場合は、導管１３が摺回し、捩じりに対する耐久性が高められるようになっている。

図１６は、第２手首要素９回転時の導管１３の挙動を示した図である。（ｂ）には第２手首要素９の基本姿勢が示されている。(ａ)は、（ｂ）の基本姿勢から第２手首要素９が第５回転軸Ｃ５回りを反時計方向に９０度回転した姿勢を示す。(ｃ)は、（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素８が時計方向に９０度回転した姿勢を示す。第２手首要素９回転動作時は、導管１３には、曲げ力が発生する。第２手首要素９の第２挿通孔３９内で導管１３が完全固定保持されている場合、前腕６の第１挿通孔３３内で導管１３が摺動する。導管１３は第１挿通孔３３内にあるパイプ１７に挿入され、かつ、第１手首要素８の貫通路１１内では余長を持っているため、第２手首要素９の回転動作による曲げを受けてもスムースに回ることができる。つまり、貫通路１１には導管１３の曲がりが、許容値以下とならないよう十分な空間を有しており、第２手首要素９の動きに応じて導管１３が曲げられた場合にも十分な曲げ半径で処理することが可能になる。また、曲がりにより、第１挿通孔３３と第２挿通孔３９間の導管１３長さが長くなるが、これは、貫通路１１内の余長分とパイプ１７内に挿入された余長分で吸収することが可能である。導管１３内部のハンドケーブル２０は、ハンド１５に固定されており、第１手首要素８回転動作による導管１３の捩れを各々の信号線とエア配管が吸収するようになっている。

図１７は、ハンドケーブル２０と電磁弁ボックス（ツール管理中継装置）１２の結合方法を示す図である。ハンドケーブル２０の端部には、プラグコネクタ７２が設けられている。電磁弁ボックス１２には、レセプタクルコネクタ７３が設けられている。プラグコネクタ７２とレセプタクルコネクタ７３とがコネクタ結合することで、ハンドケーブル２０が電磁弁ボックス１２に接続する。ハンドケーブル２０交換時には、プラグコネクタ７２にある結合用ネジを緩める必要があり、この部分に手を挿入する必要があるが、前腕６後部の干渉半径を小さくするには、プラグ７２の一部をレセプタクルコネクタ７３の内側に挿入するのが良いが、この場合には、結合用ネジを緩めることが困難になるため、交換作業時は電磁弁ボックス１２を前腕６後部に移動させる必要がある。

図１８はグロメット結合の例である。電磁弁などの空圧機器を搭載した電磁弁ボックス１２にグロメット７５を設けられ、そこにハンドケーブル２０が固定されている。最終的には、ハンドケーブル２０は、電磁弁ボックス１２内の電磁弁や端子台に接続する。ハンドケーブル２０を交換する場合は、電磁弁ボックス１２の天井の蓋を外し、ハンドケーブル２０を外す。この状態でグロメット７５を緩め、ハンドケーブル２０をグロメット７５から引き抜く。グロメット７５を緩めるには、そのための空間が必要であるが、孔内にグロメット７５が挿入されている場合は、グロメット７５を緩めることができない為、電磁弁ボックス１２を前腕６後部に移動させる必要がある。

以上の構成により、導管１３の保持方法を見直し、導管１３を第２手首要素９に保持し、前腕６の内部では軸方向に摺動可能かつ周方向に摺回可能にすることで、線条体内蔵型ロボット２，２Ａにおいて、単純な構成でありながら、作業ツール１２，１２Ａに接続する線条体２０，２０Ａをロボットユーザはロボット導入後に自由に通すことができ、さらに、その線条体２０，２０Ａの挙動も安定させることができる。また、線条体２０，２０Ａの保守性を向上することもできる。

本発明に係る産業用ロボットの線条体処理構造が適用されるロボットシステムの第１の実施形態を示す正面図(ａ)と側面図（ｂ）である。 本発明に係る産業用ロボットの線条体処理構造が適用されるロボットシステムの第２の実施形態を示す正面図(ａ)と側面図（ｂ）である。 図１に示すハンドリングロボットのハンドと電磁弁ボックスとの間で線条体が配索されている状態を示す正面図である。 同じく図１に示すハンドリングロボットのハンドと電磁弁ボックスとの間で線条体が配索されている状態を示す平面図である。 線条体を通す導管の斜視図である。 前腕の内部構造を示す正面図である。 同じく前腕の内部構造を示す側面図である。 第１手首要素の内部構造と、導管の他端を第２手首要素で片持ち保持する導管保持部材とを示した図である。 同じく第１手首要素の内部構造を示した図である。 図８に示す導管保持部材の斜視図である。 第１手首要素の内部構造と共に、導管保持部材の他の例を示す図である。 図１１に示す導管保持部材の断面図である。 図１２に示す一対の半割り状の把持部の斜視図である。 第１手首要素の内部構造と共に、導管保持部材の他の例を示す図である。 本発明に従った第１手首要素回転時の導管の挙動を示した図であり、(ａ)は（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素が時計方向に９０度回転した姿勢を示し、（ｂ）は第１手首要素の基本姿勢を示し、(ｃ)は（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素が反時計方向に９０度回転した姿勢を示す。 本発明に従った第２手首要素回転時の導管の挙動を示した図であり、(ａ)は（ｂ）の基本姿勢から第１手首要素が反時計方向に９０度回転した姿勢を示し、（ｂ）は第２手首要素の基本姿勢を示し、(ｃ)は（ｂ）の基本姿勢から第２手首要素が時計方向に９０度回転した姿勢を示す。 本発明に従ったハンドケーブルと電磁弁ボックスのコネクタ結合方法の一例を示した図である。 本発明に従ったハンドケーブルと電磁弁ボックスのグロメット結合の一例を示した図である。

符号の説明

１ ハンドリングロボットシステム
２ ロボット
６ 上腕
７ 前腕
８ 第１手首要素
９ 第２手首要素
１０ 第３手首要素
１１ 貫通路
１２ 電磁弁ボックス（作業ツール管理中継装置）
１３ 導管
１４ 溝
１５ ハンド（作業ツール）
１７ パイプ
２０ ハンドケーブル（線条体）
２４ 導管保持部材
２５ 固定部
２５ 把持部
２７ Ｃリング
３０ 第１減速装置
３３ 第１挿通孔
３６ 第２減速装置
３９ 第２挿通孔

Claims (4)

1. ツール管理中継装置を有する前腕と、基端側が前記前腕に回動自在に連結され、先端側に作業ツールが装着された手首とを備え、前記作業ツールに接続する線条体が、前記ツール管理中継装置を経由して、前記手首に沿って配索されている産業用ロボットの線条体処理構造において、
   前記前腕が、駆動源の回転数を所定の減速比で減速して前記手首を回転駆動する第１減速装置を有し、該第１減速装置の内部には前記線条体を通す第１挿通孔を存しており、
   前記手首が、前記第１挿通孔に連通する貫通路を有し、前記前腕に回転可能に連結された第１手首要素と、前記貫通路に連通する第２挿通孔を有し、前記第１手首要素に回転可能に連結された第２手首要素と、該第２手首要素に回転可能に連結された第３手首要素と、を具備し、
   前記線条体を一端から他端へ通す導管が、前記前腕の前記第１挿通孔、前記第１手首要素の前記貫通路、及び前記第２手首要素の前記第２挿通孔に設けられ、
   前記導管の一端が該導管の軸方向及び外周方向で前記第１挿通孔に移動可能に挿入された状態で、前記導管の他端が該導管の軸方向への移動が規制されるように導管保持部材で前記第２手首要素に片持ち状態で保持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. 前記導管は外周面に環状の溝を有し、前記導管保持部材は前記溝に係合する凸部を内面に有し、前記導管が前記導管保持部材で保持された状態で前記溝に前記凸部が係合し、前記導管が該導管の外周方向で回転可能に前記第２手首要素に片持ち保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の産業用ロボットの線条体処理構造。
3. 前記第１挿通孔に挿入された前記導管の端部が、筒状のパイプ部材で覆われていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の産業用ロボットの線条体処理構造。
4. 前記導管保持部材が、前記第２手首要素の回転軸からオフセットした位置で前記第２手首要素に固定されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の産業用ロボットの線条体処理構造。

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