JP4635301B2

JP4635301B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP4635301B2
Application number: JP2000195235A
Authority: JP
Inventors: 保良北澤
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2002011687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、支持筐体に旋回筐体が回動可能に取り付けられ、内部に両筐体に亘ってケーブル等が配設された産業用ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットには、基台に固定された支持筐体（固定筐体）の上に旋回筐体が回動可能に設けられ、この旋回筐体にアームが揺動可能に取り付けられているものがある。
【０００３】
この種の産業用ロボットにおいては、アーム及び旋回筐体より上に位置する機器の動作信号ケーブルやホース等（以下、ケーブル類という）は、支持筐体から旋回筐体を介して導入するのが一般的である。そのようにした場合、旋回筐体の旋回動作に支障を来さないように、また、ケーブル類にストレスがかからないように、ケーブル類は旋回動作を吸収するような構造で配置しておく必要がある。
【０００４】
従来の産業用ロボットにおけるケーブル類の処理構造としては、例えば、特許公報第２６４８１８４号に開示されたものがある。この処理構造では、図８及び図９に示すように、多数のケーブル１００をコの字形に曲げ、これを筒状をなす支持筐体１０３内に該支持筐体１０３の内壁１０３ａに沿って円弧状に配置し、このケーブル１００の一端をクランプ装置１０５によって支持筐体１０３の底部に固定し、他端をクランプ装置１０６によって旋回筐体１０４に固定している。この構造においては、ケーブル１００は、そのコの字形の上下部における曲げ変形、及び曲げ位置の移動で旋回動作を吸収するようにしている。
【０００５】
この場合、旋回筐体１０４を旋回すると、ケーブル１００の外皮が支持筐体１０３の内壁に接触し擦れて損傷する虞があるため、ケーブル１００をスプリングやチューブで保護する必要がある。前記公報の例では、ケーブル１００を保護ホース１０２に収容して保護している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された従来の産業用ロボットでは、例えケーブル１００を保護ホース１０２で保護したとしても、保護ホース１０２内においてケーブル１００同士が接触したり、ケーブル１００が保護ホース１０２の内壁に接触して、ケーブル１００の外皮が擦れて摩耗する虞があり、耐久性の点で問題がある。
【０００７】
また、ケーブル１００同士あるいはケーブル１００と保護ホース１０２との間で干渉が起こるため、ケーブル１００や保護ホース１０２にストレスがかかり、耐久性を低下させる要因になりかねない。
【０００８】
さらに、旋回筐体が旋回した際に、ケーブル１００には糸を撚るような動作が生じて、締めたり緩めたりの動作が繰り返されるため、ケーブル１００の捩れ方向の長さを十分に取る必要がある。その結果、ケーブル１００の長さが長くなり、ケーブル１００の移動スペースも大きくなるため、装置が大型化するという問題がある。
【０００９】
また、内部にケーブル類を収容した別の産業用ロボットの構造として、特公平７ー２７５号公報に開示されているものもあるが、この場合にも、前述同様の問題がある。
そこで、この発明は、ケーブル等の耐久性に富み、装置の小型化を図ることができる産業用ロボットを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、固定筐体と、該固定筐体に旋回中心を中心として回動可能に支持された旋回筐体と、前記固定筐体および前記旋回筐体の内部にこれら両筐体間に亘って配設されそれぞれの筐体に旋回中心軸方向に離間して固定部が固定されている複数のケーブルと、を備えた産業用ロボットにおいて、前記各ケーブルは、前記固定筐体の前記固定部と前記旋回筐体の前記固定部との間で互いに非拘束状態にされ、且つ、前記固定筐体の前記固定部と前記旋回筐体の前記固定部との間の長さを同一寸法にすることによって前記旋回筐体の旋回時における前記各ケーブルの捻れ量がほぼ同じになるようにされており、前記旋回筐体の旋回動作によって、前記ケーブルの前記旋回筐体の前記固定部が前記固定筐体の前記固定部を中心に円弧状に推移することを特徴とする。
このように構成することで、前記旋回筐体が旋回したときにも、前記ケーブルが固定筐体の内面に接触することがなく、したがって、ケーブルの外皮が擦れて摩耗することがない。また、ケーブルが固定筐体の内面に接触することがないので、ケーブルを保護するための保護部材が不要になる。また、固定部間においてケーブル同士の干渉が低減され、各ケーブルに加わる力を小さくすることが可能となる。さらに、各ケーブルの捻れ量がほぼ同じであるので、各ケーブルの耐久性をほぼ同じにすることができる。
【００１１】
また、前記複数のケーブルは、前記固定筐体の前記固定部と前記旋回筐体の前記固定部との間の長さが同一寸法にされているので、支持筐体内および旋回筐体内におけるケーブルの移動スペースを小さくすることができ、他の部材との干渉を少なくすることができる。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明は、互いに隣接する前記ケーブル間に隙間が設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、両固定部における及び両固定部間におけるケーブル同士の干渉および接触を少なくすることができ、ケーブルに加わる力および摩擦力を小さくすることができる。
【００１４】
次に、請求項３に記載した発明は、前記各ケーブルの外皮表面が摩擦係数の小さい材質で形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、両固定部間においてケーブル同士が接触したとしても、そのときに生じる摩擦力を小さくすることができるができる。
【００１５】
次に、請求項４に記載した発明は、前記旋回筐体の旋回動作における中立位置で、前記複数のケーブルはその軸心を略一平面上で平行に延ばすように配列されていることを特徴とする。
このように構成することで、ケーブル同士の干渉や接触を少なくすることができ、その結果、ケーブルに加わる力を小さくすることができる。
【００１６】
次に、請求項５に記載した発明は、前記ケーブルは、前記旋回筐体の前記固定部から前記固定筐体側に延びる部分の軸心が前記旋回中心とほぼ平行し、前記固定筐体の前記固定部から前記旋回筐体側に延びる部分の軸心が前記旋回中心と交差するように配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、ケーブルは、固定筐体の固定部から旋回筐体側に延びる部分における曲げと、旋回筐体の固定部から固定筐体側に延びる部分における僅かな捻れにより、旋回筐体の旋回動作を吸収することができる。したがって、旋回動作時にケーブルに加わる力を小さくすることができる。また、各ケーブルの捻れ量をほぼ同一にすることができ、各ケーブルの耐久性をほぼ同じにすることができる。
【００１７】
次に、請求項６に記載した発明は、前記ケーブルは前記中立位置で、前記旋回筐体の前記固定部から前記固定筐体側に延びる部分と、前記固定筐体の前記固定部から前記旋回筐体側に延びる部分とが、該ケーブルの許容曲げ半径以上の曲率半径で曲がる円弧部によって接続されていることを特徴とする。
このように構成することで、旋回動作時に各ケーブルは許容曲げ半径以上の曲率半径を保ちつつ旋回するので、旋回動作時にケーブルに無理な力が加わらなくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る産業用ロボットの一実施の形態を図１から図７の図面を参照して説明する。
図１及び図２はこの実施の形態における産業用ロボットの正面図及び左側面図であり、産業用ロボット１は、基台２の上に固定された支持筐体（固定筐体）１０と、この支持筐体１０の上に回転可能に支持された旋回筐体２０と、一対の作業アーム３０，３０を備えている。
【００１９】
支持筐体１０は上部を開口させた円筒状をなし、旋回筐体２０は上下を底板部２１及び天板部２２で塞がれた円筒状をなしており、旋回筐体２０は、支持筐体１０と同心状に配置されるとともに、軸受１１を介して支持筐体１０に回動可能に支持されている。この実施の形態では、支持筐体１０および旋回筐体２０の軸中心は回動中心になり、旋回筐体２０の旋回中心Ｃに一致する。
【００２０】
また、支持筐体１０の上部には、その周縁部から中央部に延びるモータ取付用サポート１２が設けられており、このモータ取付用サポート１２の先端部に形成された環状部１２ａに、旋回筐体２０を回転駆動するための駆動モータ１３が取り付けられている。駆動モータ１３は支持筐体１０内に収容され、環状部１２ａの下側から固定されており、その出力軸は、旋回筐体２０の旋回中心Ｃ上に位置し、環状部１２ａの内側開口を貫通して上方に延びている。この駆動モータ１３の出力軸は、旋回筐体２０の底板部２１の開口２１ａを貫通する図示しない連結装置を介して、旋回筐体２０の天板部２２に連結されている。そして、駆動モータ１３の出力軸を正逆回転させることにより、旋回筐体２０が旋回中心Ｃを中心として旋回せしめられるようになっている。旋回筐体２０は、中立位置を中心にして正逆方向へ同角度だけ旋回できるようになっている。換言すれば、旋回筐体２０が旋回の中央に位置したときを旋回筐体２０の中立位置と称している。
【００２１】
旋回筐体２０の天板部２２には、二つの作業アーム３０，３０を回転駆動するための駆動モータ２３，２３が取り付けられている。駆動モータ２３，２３は旋回筐体２０内に収容され、天板部２２の下側から固定されており、各出力軸は支持筐体１０および旋回筐体２０の中心軸から偏心して互いに１８０度離間して配置されていて、天板部２２に設けられた開口を貫通して上方に延びている。
【００２２】
各作業アーム３０は、旋回筐体２０の天板部２２に固定された第１アーム３１と、この第１アーム３１の先端に固定された第２アーム３２と、第２アーム３２の先端に回動可能に取り付けられた第３アーム３３とを備えている。
【００２３】
旋回筐体２０が前記中立位置に位置したときを基準にして説明すると、各作業アーム３０の第１アーム３１は、その筒部３１ａをそれぞれ対応する前記駆動モータ２３の出力軸と同心上に配置して天板部２２から起立させており、筒部３１ａからアーム本体３１ｂを前方に延ばしている。各第１アーム３１のアーム本体３１ｂは互いに平行をなすように配置されている。第１アーム３１のアーム本体３１ｂの先端上部に第２アーム３２の基部が固定されており、第２アーム３２はその先端を第１アーム３１の延長方向に延ばしている。さらに、第２アーム３２の先端上部に第３アーム３３の基部が回動可能に取り付けられており、第３アーム３３の先端部には把持部３３ａが形成されている。
【００２４】
前記各駆動モータ２３の出力軸は、第１アーム３１および第２アーム３２に内蔵された図示しない動力伝達手段を介して第３アーム３３に連結されており、各駆動モータ２３の出力軸を正逆回転させることにより、各作業アーム３０の第３アーム３３をそれぞれ独立して揺動せしめることができるようになっている。
【００２５】
前記各駆動モータ２３や旋回筐体２０およびそれよりも上部に設けられた機器に接続されるケーブル４０が、支持筐体１０および旋回筐体２０の内部に敷設されている。尚、この実施の形態では、ケーブル４０は、多数の平型ケーブル４１と、多数の丸型ケーブル４２からなる。
【００２６】
ケーブル４０は、支持筐体１０の後方側壁下部に形成された開口から支持筐体１０内に導入され、まず支持筐体１０の底部に沿って直径方向に水平に延びるように配置され、この水平部４３の途中をクランプ装置（固定部）１４によって支持筐体１０に固定されている。図５から図７に示すように、このクランプ装置１４によって、各丸型ケーブル４２は一つの水平面上において支持筐体１０の直径方向に沿って互いに平行に配置され、互いに隣接する丸型ケーブル４２間に若干の隙間を有して固定されている。また、各平型ケーブル４１についても、クランプ装置１４によって、丸型ケーブル４２の上側に位置する別の水平面上において支持筐体１０の直径方向に沿って互いに平行に配置され、互いに隣接する平型ケーブル４１間に若干の隙間を有して固定されている。
【００２７】
そして、ケーブル４０の水平部４３は、平型ケーブル４１および丸型ケーブル４２の許容曲げ半径以上の曲率半径で円弧状に曲げられた円弧部４４を介して、支持筐体１０の軸線方向に沿って垂直上方に延びる垂直部４５に連なっている。ケーブル４０の垂直部４５は、旋回筐体２０の旋回中心Ｃよりも前方に偏位した位置に配置されており、支持筐体１０の上部開口、および旋回筐体２０の底板部２１に設けられた図示しない開口を介して旋回筐体２０内に導入されている。この実施の形態では、旋回筐体２０が中立位置に位置しているときに、水平部４３におけるケーブル４０の軸心と垂直部４５におけるケーブル４０の軸心は直交するように位置しているということができる。
【００２８】
旋回筐体２０内において、ケーブル４０の垂直部４５は、旋回筐体２０が前記中立位置に位置したときに旋回の中央に位置するように配置されており、この垂直部４５の途中は、旋回筐体２０の底板部２１に起立して固定されたサポート２４に、クランプ装置（固定部）２５によって固定されている。図４に示すように、このクランプ装置２５によって、各丸型ケーブル４２は一つの垂直面上において旋回筐体２０の旋回中心方向に沿って互いに平行に配置され、互いに隣接する丸型ケーブル４２間に若干の隙間を有して固定されている。また、各平型ケーブル４１についても、クランプ装置２５によって、丸型ケーブル４２よりも内側に位置する別の垂直面上において旋回筐体２０の旋回中心方向に沿って互いに平行に配置され、互いに隣接する平型ケーブル４１間に若干の隙間を有して固定されている。
【００２９】
ケーブル４０の全ての平型ケーブル４１は、クランプ装置１４からクランプ装置２５までの長さ寸法を同じに設定されており、全ての丸型ケーブル４２も、クランプ装置１４からクランプ装置２５までの長さ寸法を同じに設定されている。また、クランプ装置１４からクランプ装置２５までの間では、平型ケーブル１４と丸型ケーブル４２はいずれも拘束されておらず、自由にされている。
【００３０】
次に、このこの産業用ロボット１の作用を説明する。前述したように、この産業用ロボット１において、旋回筐体２０は中立位置を中心にして左右両方向に同じ角度だけ旋回可能になっている。旋回筐体２０内に導入されたケーブル４０の垂直部４５はクランプ装置２５およびサポート２４を介して旋回筐体２０に固定されているので、旋回筐体２０を支持筐体１０に対して旋回したときには、ケーブル４０の垂直部４５においてクランプ装置２５でクランプされている部分は、旋回筐体２０とともに旋回することになる。一方、ケーブル４０の水平部４３はクランプ装置１４によって支持筐体１０に固定されているので、旋回筐体２０が旋回したときにも、ケーブル４０の水平部４３においてクランプ装置２５でクランプされている部分は、旋回することなく停止している。したがって、旋回筐体２０の旋回動作によって、ケーブル４０の旋回筐体２０における固定部であるクランプ装置２５は、ケーブル４０の支持筐体１０における固定部であるクランプ装置１４を中心に円弧状に推移することになる。そして、ケーブル４０は、クランプ装置１４とクランプ装置２５の間にある部分が曲がることにより旋回筐体２０の旋回動作を吸収することになる。
【００３１】
図６および図７を参照しながら旋回筐体２０の旋回時における丸型ケーブル４２の動きを説明する。図６および図７における実線は旋回筐体２０が中立位置に位置し、したがって垂直部４５が旋回の中央に位置しているときの丸型ケーブル４２を示しており、図６において二点鎖線は旋回筐体２０が左旋回したときの丸型ケーブル４２を示しており、図７における二点鎖線は旋回筐体２０が左旋回あるいは右旋回したときの丸型ケーブル４２を示している。
【００３２】
旋回筐体２０が旋回したときに、丸型ケーブル４２は、水平部４３から円弧部４４に亘る部分において曲がるとともに垂直部４５において僅かに捻れることにより、旋回筐体２０の旋回動作を吸収する。したがって、旋回動作時に丸型ケーブル４２に加わる力は極めて小さい。
【００３３】
また、旋回筐体２０を旋回したときにも、丸型ケーブル４２は支持筐体１０および旋回筐体２０の内壁に接触することなく動くことができるので、丸型ケーブル４２の外皮がこれら筐体１０，２０の内壁で擦って摩耗することがなく、丸型ケーブル４２の耐久性が向上する。また、丸型ケーブル４２を保護するための保護ホース等が不要であるので、産業用ロボット１を小型化することができる。
【００３４】
また、丸型ケーブル４２は前述の如く曲がる際にも、円弧部４４における曲率半径をほぼ保持しつつ曲がるので、旋回筐体２０の旋回動作時に丸型ケーブル４２に無理な力が加わることがない。
【００３５】
さらに、クランプ装置１４，２５間の各丸型ケーブル４２の長さが同じであるので、支持筐体１０および旋回筐体２０内における丸型ケーブル４２の移動スペースを小さくすることができ、したがって、産業用ロボット１を小型にすることが可能である。加えて、クランプ装置１４，２５間の各丸型ケーブル４２の長さが同じであることから、支旋回筐体２０の旋回時における各丸型ケーブル４２の捻れ量がほぼ同じになるので、特定の丸型ケーブル４２が大きく捻れるようなことがなくなり、各丸型ケーブル４２の耐久性をほぼ同じすることができる。
【００３６】
また、クランプ装置１４，２５間において各丸型ケーブル４２は拘束されておらず自由になっており、しかも、互いに隣接する丸型ケーブル４２の間に僅かながら隙間を設けているので、丸型ケーブル４２同士が干渉することは殆どない。したがって、丸型ケーブル４２の動きが妨げられることはなく、また、丸型ケーブル４２に無理な力が加わることもない。さらに、丸型ケーブル４２同士が接触した時に生じる摩擦力を小さくすることができ、丸型ケーブル４２の外皮の摩耗を低減することができる。
上述した旋回筐体２０の旋回時における丸型ケーブル４２の作用は、平型ケーブル４１についても同様である。
【００３７】
したがって、この実施の形態の産業用ロボット１によれば、ケーブル４０の耐久性が向上するため、ケーブル４０の寿命を延ばすことができ、産業用ロボット１のメンテナンスが容易になる。また、産業用ロボット１の小型化を図ることができる。
【００３８】
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではなく、例えば、ケーブル（平型ケーブル４１，丸型ケーブル４２）の外皮を外皮同士が接触したときに摩擦が小さくなるような材質で形成したり、外皮表面を摩擦の小さくなるような素材でコーティングするなどしてもよい。このようにすると、ケーブル同士が接触したときに生じる摩擦力をさらに小さくすることができ、ケーブルの耐久性をさらに向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、前記旋回筐体を旋回したときにも、ケーブルが固定筐体の内面に接触することがなく、ケーブルの外皮が擦れて摩耗することがない。また、固定部間においてケーブル同士の干渉が低減され、各ケーブルに加わる力を小さくすることが可能となる。さらに、各ケーブルの捻れ量がほぼ同じであるので、各ケーブルの耐久性をほぼ同じにすることができる。その結果、ケーブルの耐久性が向上し、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。また、ケーブルを保護するための保護部材が不要であるので、産業用ロボットを小型化することができるという効果もある。
【００４０】
また、支持筐体内および旋回筐体内におけるケーブルの移動スペースを小さくすることができ、他の部材との干渉を少なくすることができるので、装置の小型化が可能になるという効果がある。
【００４２】
請求項２に記載した発明によれば、両固定部における及び両固定部間におけるケーブル同士の干渉および接触が少なくなり、ケーブルに加わる力を小さくすることができるので、ケーブルの外皮の摩耗が減り、ケーブルの耐久性が向上して、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。
【００４３】
請求項３に記載した発明によれば、両固定部間においてケーブル同士が接触したときの摩擦力を小さくすることができるので、ケーブルの外皮の摩耗が減り、耐久性が向上して、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。
【００４４】
請求項４に記載した発明によれば、ケーブル同士の干渉および接触が少なくなり、ケーブルに加わる力を小さくすることができるので、ケーブルの外皮の摩耗が減り、ケーブルの耐久性が向上し、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。
【００４５】
請求項５に記載した発明によれば、旋回動作時にケーブルに加わる力を小さくすることができるので、ケーブルの耐久性が向上し、しかも、各ケーブルの耐久性をほぼ同じにすることができるので、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。
【００４６】
請求項６に記載した発明によれば、旋回動作時にケーブルに無理な力が加わらなくなるので、ケーブルの耐久性が向上し、産業用ロボットのメンテナンスが容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る産業用ロボットの一実施の形態の正面図である。
【図２】この発明に係る産業用ロボットの前記実施の形態における一部破断左側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】前記実施の形態におけるケーブルクランプ部の正面図である。
【図６】この発明に係る産業用ロボットの前記実施の形態における作用を説明するための要部構成斜視図である。
【図７】この発明に係る産業用ロボットの前記実施の形態における作用を説明するための要部構成平面図である。
【図８】従来技術の産業用ロボットの要部構成斜視図である。
【図９】従来技術の産業用ロボットの要部構成平面図である。
【符号の説明】
１・・・産業用ロボット
１０・・・支持筐体（固定筐体）
１４・・・クランプ装置（固定部）
２０・・・旋回筐体
２５・・・クランプ装置（固定部）
４０・・・ケーブル
４１・・・平型ケーブル
４２・・・丸型ケーブル
４４・・・円弧部
Ｃ・・・旋回中心

Claims

固定筐体と、該固定筐体に旋回中心を中心として回動可能に支持された旋回筐体と、前記固定筐体および前記旋回筐体の内部にこれら両筐体間に亘って配設されそれぞれの筐体に旋回中心軸方向に離間して固定部が固定されている複数のケーブルと、を備えた産業用ロボットにおいて、
前記各ケーブルは、前記固定筐体の前記固定部と前記旋回筐体の前記固定部との間で互いに非拘束状態にされ、且つ、前記固定筐体の前記固定部と前記旋回筐体の前記固定部との間の長さを同一寸法にすることによって前記旋回筐体の旋回時における前記各ケーブルの捻れ量がほぼ同じになるようにされており、
前記旋回筐体の旋回動作によって、前記ケーブルの前記旋回筐体の前記固定部が前記固定筐体の前記固定部を中心に円弧状に推移することを特徴とする産業用ロボット。
互いに隣接する前記ケーブル間に隙間が設けら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。
前記各ケーブルの外皮表面が摩擦係数の小さい材質で形成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。
前記旋回筐体の旋回動作における中立位置で、前記複数のケーブルはその軸心を略一平面上で平行に延ばすように配列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。
前記ケーブルは、前記旋回筐体の前記固定部から前記固定筐体側に延びる部分の軸心が前記旋回中心とほぼ平行し、前記固定筐体の前記固定部から前記旋回筐体側に延びる部分の軸心が前記旋回中心と交差するように配置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。
前記各ケーブルは前記中立位置で、前記旋回筐体の前記固定部から前記固定筐体側に延びる部分と、前記固定筐体の前記固定部から前記旋回筐体側に延びる部分とが、該ケーブルの許容曲げ半径以上の曲率半径で曲がる円弧部によって接続されていることを特徴とする請求項５に記載の産業用ロボット。