JP5001799B2 - ロボット関節のワイヤハーネス配線構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えばロボットアーム等の関節にワイヤハーネスを配線するロボット関節のワイヤハーネス配線構造に関するものである。

従来におけるロボット関節のワイヤハーネス配線構造としては、例えば特許文献１に記載されているように、ワイヤハーネスを関節部に螺旋状に巻き付けてなるものが知られている。
特開２００５−１４４６１０号公報

しかしながら、上記従来技術のようにワイヤハーネスを関節部に螺旋状に巻き付けると、関節部の外径が大きくなってしまう。このため、例えば関節部にアクチュエータ等が内蔵されている場合には、ロボット自体が大型になるばかりでなく、ロボットの外形形状の悪化につながる。

本発明の目的は、ロボットの外形形状を最適化することができるロボット関節のワイヤハーネス配線構造を提供することである。

本発明は、互いに相対回転可能な第１関節形成部材及び第２関節形成部材を備えたロボット関節にワイヤハーネスを配線するロボット関節のワイヤハーネス配線構造において、第１関節形成部材に固定され、第２関節形成部材側に向かって延在するバイパス部材を設け、バイパス部材の先端と第２関節形成部材との境界部を含む部分にワイヤハーネスを可動となるように配線し、バイパス部材は、第２関節形成部材の一部を取り囲むように配置された筒状部と、第１関節形成部材と筒状部とを繋ぐ連結部とを有し、ワイヤハーネスは、筒状部と第２関節形成部材との境界部を含む部分に可動となるように配線されており、筒状部と第２関節形成部材との間にはベアリングが介在されていることを特徴とするものである。

例えばロボット関節において、第１関節形成部材と第２関節形成部材との境界部分の外径が第２関節形成部材の他の部分の外径よりも大きい場合には、第１関節形成部材と第２関節形成部材との境界部分にワイヤハーネスを配線すると、当該境界部分の外径が更に大きくなる。このため、ロボット関節の外面に存在する凹凸が増大する。そのような場合、本発明のワイヤハーネス配線構造では、第１関節形成部材から第２関節形成部材の上記他の部分まで延在するバイパス部材を設け、このバイパス部材の先端と第２関節形成部材との境界部を含む部分にワイヤハーネスを可動となるように配線することにより、ロボット関節の外面に存在する凹凸が小さくなる。これにより、ロボット関節の外形形状を最適化することができる。

また、バイパス部材は、第２関節形成部材の一部を取り囲むように配置された筒状部と、第１関節形成部材と筒状部とを繋ぐ連結部とを有し、ワイヤハーネスは、筒状部と第２関節形成部材との境界部を含む部分に可動となるように配線されている。この場合には、バイパス部材を簡単な構造で且つ確実に実現できると共に、バイパス部材の筒状部と第２関節形成部材との境界部を含む部分にワイヤハーネスを容易に可動となるように配線することができる。

このとき、筒状部と第２関節形成部材との間にはベアリングが介在されている。この場合には、例えばバイパス部材の剛性が低い場合でも、バイパス部材の筒状部の揺れ動きが抑制されるようになる。

本発明によれば、ロボットの外形形状を最適化することができるので、ロボットの性能向上等を図ることが可能となる。

以下、本発明に係わるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の一実施形態が適用されるロボットの一例の外観を示す斜視図である。同図において、ロボット１は、４つの車輪２ａを有する移動ベース２を備え、この移動ベース２の上面にはロボット胴体３が固定されている。ロボット胴体３の上部には、ロボット頭部４と２本のロボットアーム５が取り付けられている。各ロボットアーム５の先端にはロボットハンド６が連結され、このロボットハンド６には作業用エンドエフェクタ７が設けられている。

ロボットアーム５は、ロボット胴体３に旋回関節８を介して連結された屈曲関節９と、この屈曲関節９に旋回関節１０を介して連結された屈曲関節１１とを有している。ロボットハンド６は、屈曲関節１１に旋回関節１２を介して連結されている。なお、ロボット頭部４及びロボット胴体３の上部は、旋回関節構造を有している。

図２は、旋回関節１０の具体的構造を示す断面図である。同図において、旋回関節１０は、屈曲関節９に結合された関節形成部材１３と、屈曲関節１１に結合された関節形成部材１４とを有している。旋回関節１０は、関節形成部材１３，１４同士が軸Ｐ回りに相対回転することで旋回運動する関節である。

関節形成部材１３は、筒状部１５と、この筒状部１５から外側に突出するように設けられた環状突部１６とを有している。関節形成部材１４は、筒状部１７と、この筒状部１７と屈曲関節１１との間に設けられた連結部１８とを有している。筒状部１７は、環状突部１６と並ぶように筒状部１５の外側に配置されている。環状突部１６の外周面と筒状部１７の外周面は、ほぼ面一となっている。また、これらの環状突部１６及び筒状部１７の外径Ｄ１は、関節形成部材１４の連結部１８の外径Ｄ２よりも大きくなっている。

筒状部１５，１７間にはベアリング１９が介在されており、関節形成部材１３，１４が軸Ｐ回りにベアリング１９を介して相対的に回転可能となっている。ベアリング１９としては、例えばラジアル及びスラストの両方向に対して位置決め可能なクロスローラベアリング等が用いられる。

また、旋回関節１０は、関節形成部材１３，１４を軸Ｐ回りに相対回転させる駆動部２０を更に有している。駆動部２０は、モータ及び減速機からなるアクチュエータ２１と、関節形成部材１３に固定された内ハウジング２２と、関節形成部材１４に固定された外ハウジング２３とを有し、これらのハウジング２２，２３間にアクチュエータ２１が配置されている。また、ハウジング２２，２３間には、２つのベアリング２４が介在されている。アクチュエータ２１により内ハウジング２２及び外ハウジング２３が相対回転し、これに伴って関節形成部材１３，１４が相対回転する。

このような旋回関節１０には、電線や電気ケーブルを加工してなるワイヤハーネス２５が屈曲関節９側から屈曲関節１１側に向かって通っており、ワイヤハーネス２５の途中でワイヤハーネス２５ａが分岐されてアクチュエータ２１に結線されている。これにより、アクチュエータ２１に電気が供給され、アクチュエータ２１が駆動されるようになる。

関節形成部材１３の環状突部１６の外周面には、ワイヤハーネス２５を適切な箇所に配線すべく、関節形成部材１３，１４の境界部を移すためのバイパス部材２６が固定されている。バイパス部材２６は、環状突部１６の外周面から関節形成部材１４側（屈曲関節１１側）に向かって延在している。これにより、関節形成部材１３，１４が相対回転すると、バイパス部材２６と関節形成部材１４とが相対回転することとなる。

バイパス部材２６は、関節形成部材１４の連結部１８の一部を取り囲むように配置された筒状部２７と、環状突部１６と筒状部２７とを繋ぐ断面略Ｌ字状の連結部２８とを有している。連結部２８は、円筒形を有する形状であっても良いし、関節形成部材１４の周方向に断続的に設けられた橋渡し形状であっても良い。

筒状部２７は、連結部１８における関節形成部材１３側（屈曲関節９側）の部位に形成された環状溝部１８ａに配置されている。連結部１８における屈曲関節１１側の部位の外周面と筒状部２７の外周面は、ほぼ面一になっている。

また、筒状部２７と連結部１８との間には、ベアリング２９が介在されている。これにより、バイパス部材２６の剛性が高くなり、バイパス部材２６と関節形成部材１４との相対回転時にバイパス部材２６がぐらつくことが防止される。

このようなバイパス部材２６を設けることにより、関節形成部材１３，１４の境界部としては、環状突部１６と筒状部１７との境界部からバイパス部材２６の先端と連結部１８との境界部に移されることとなる。そして、上記のワイヤハーネス２５は、バイパス部材２６と連結部１８との境界部を含む部分に可動となるように配線される。

ところで、関節形成部材１３，１４が相対回転動作すると、バイパス部材２６の筒状部２７と連結部１８との境界部分でワイヤハーネス２５のねじれが発生するので、ワイヤハーネス２５が引っ張られたり負荷になってしまう。このため、ワイヤハーネス２５の配線（取り回し）は、図３に示すように行われる。

図３（ａ）に示す構造では、筒状部２７と連結部１８との境界部を含む部分においてワイヤハーネス２５を螺旋状に巻き付ける。そして、筒状部２７の外周面にワイヤハーネス２５をテープ等で固定してなるワイヤ留め部３０ａを設けると共に、連結部１８の外周面にワイヤハーネス２５を同様にして固定してなるワイヤ留め部３０ｂを設ける。この場合には、関節形成部材１３に対して関節形成部材１４を回転させると、ワイヤハーネス２５が２点鎖線Ｒで示すように移動する。

図３（ｂ）に示す構造では、筒状部２７と連結部１８との境界部を含む部分においてワイヤハーネス２５をＵ字状に配置する。そして、上記と同様に、筒状部２７の外周面にワイヤ留め部３０ａを設けると共に、連結部１８の外周面にワイヤ留め部３０ｂを設ける。この場合には、関節形成部材１３に対して関節形成部材１４を回転させると、ワイヤハーネス２５が２点鎖線Ｓで示すように移動する。

上記の何れの構造においても、関節形成部材１３，１４の相対回転時にワイヤハーネス２５がスムーズに動くように、余裕のあるスペースを確保したケース３１（図２参照）にワイヤハーネス２５を収容する。このとき、ワイヤハーネス２５を螺旋状に巻き付けた構造では、関節形成部材１３，１４が相対回転すると、ワイヤハーネス２５が外側に撓むようになるために、その分を考慮した厚さを有するケース３１が必要となる。

ここで、比較例として、従来におけるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の一例を図４に示す。同図において、本比較例のワイヤハーネス配線構造では、本実施形態のようなバイパス部材２６が設けられておらず、関節形成部材１３の環状突部１６と関節形成部材１４の筒状部１７との境界部を含む部分にワイヤハーネス２５が取り回されている。

このような構造では、環状突部１６及び筒状部１７の外周面側にワイヤハーネス２５を収容したケース３１を含むスペースが必要となる。その結果、ワイヤハーネス２５及びケース３１を含むロボットアーム５の外形形状は、図４中の２点鎖線Ｑ’に示すようになる。つまり、環状突部１６と筒状部１７との境界部分の外径Ｄ３が関節形成部材１４の連結部１８の外径Ｄ４に比べて極めて大きくなってしまう。このため、ロボットアーム５の外面の凹凸が大きくなり、外観的にもロボットアーム５の見栄えが悪くなる。

これに対し本実施形態では、関節形成部材１３の環状突部１６から関節形成部材１４の連結部１８まで延びるバイパス部材２６を設け、このバイパス部材２６の筒状部２７と連結部１８との境界部を含む部分にワイヤハーネス２５を取り回すような構造としたので、関節形成部材１４において最も外径の小さい連結部１８の外周面側にワイヤハーネス２５を収容したケース３１が配置されることとなる。その結果、ワイヤハーネス２５及びケース３１を含むロボットアーム５の外形形状は、図２中の２点鎖線Ｑに示すようになる。つまり、元々最小径部である連結部８の外径Ｄ４のみが増大し、環状突部１６と筒状部１７との境界部分の外径Ｄ３を増大させなくて済む。これにより、ロボットアーム５のサイズの増大が抑えられると共に、ロボットアーム５の外面の凹凸を小さくすることができる。

このようにロボットアーム５の外径形状を最適化することにより、旋回関節１０の可動角が大きくとれるようになり、ロボットの性能を向上させることができる。また、ロボットアーム５の外面の凹凸が少なくなるため、外観的にロボットアーム５の見栄えが良好なものとなる。

図５は、屈曲関節９の構造の一例を簡略化して示す断面図である。同図において、屈曲関節９は、旋回関節８に結合された関節形成部材３２と、旋回関節１０に結合された関節形成部材３３とを有している。屈曲関節９は、関節形成部材３２，３３同士が軸Ｐ回りに相対回転することで屈曲運動する関節である。

関節形成部材３３の一側面には、略円柱状の突起部３４が設けられている。突起部３４は、その中心軸が軸Ｐに一致するように構成されている。

関節形成部材３２の外面には、ワイヤハーネス２５（図２参照）を適切な箇所に配線すべく、関節形成部材３２，３３の境界部を移すためのバイパス部材３５が固定されている。バイパス部材３５は、関節形成部材３２から関節形成部材３３側に向かって突起部３４まで延在している。これにより、関節形成部材３２，３３が相対回転すると、バイパス部材３５と関節形成部材３３とが相対回転することとなる。

バイパス部材３５は、突起部３４の一部を取り囲むように配置された筒状部３６と、関節形成部材３２と筒状部３６とを繋ぐ断面略Ｌ字状の連結部３７とを有している。連結部３７は、橋渡し形状となっているが、円筒形状であっても良い。また、筒状部３６と突起部３４との間にはベアリングが介在されていても良い。

このような屈曲関節９では、バイパス部材３５の筒状部３６と突起部３４との境界部を含む部分にワイヤハーネス２５が可動となるように螺旋状またはＵ字状に取り回される（図３参照）。つまり、筒状部３６と突起部３４との境界部分の外側にワイヤハーネス２５を収容したケース３１が配置されることになる。これにより、屈曲関節９の外径Ｄ５の増大が抑えられ、ロボットアーム５の外形形状の小型化及び最適化を図ることができる。

他の旋回関節８，１２についても、上記の旋回関節１０と同様のワイヤハーネス配線構造が採用される。また、他の屈曲関節１１についても、上記の屈曲関節９と同様のワイヤハーネス配線構造が採用される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、関節形成部材の外径の小さい部分にワイヤハーネスを配線するようにバイパス部材を構成することにより、ロボットアーム自体の小型化及びロボットアームの凹凸の低減化を図るようにしたが、ロボットの種類、構造及び用途等によっては、関節形成部材の外径の大きい部分に積極的にワイヤハーネスを配線するようにバイパス部材を設けても良い。要は、バイパス部材を設けてワイヤハーネスの取り回し位置を変えることで、特に大きな設計変更を行わなくても、ロボットアームの外径形状を自由に変えることが可能となる。

また、上記実施形態は、ロボットアームの旋回関節及び屈曲関節にワイヤハーネスを配線する構造であるが、本発明は、ロボットハンドの各指の関節やロボット脚部の関節に対しても適用可能である。

本発明に係わるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の一実施形態が適用されるロボットの一例の外観を示す斜視図である。 本発明に係わるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の一実施形態を示す断面図である。 図２に示した各関節形成部材の境界部を含む部分にワイヤハーネスを取り回した状態を示す斜視図である。 比較例として、従来におけるロボット関節のワイヤハーネス配線構造の一例を示す断面図である。 図２に示したロボット関節のワイヤハーネス配線構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

５…ロボットアーム、８…旋回関節、９…屈曲関節、１０…旋回関節、１１…屈曲関節、１２…旋回関節、１３…関節形成部材（第１関節形成部材）、１４…関節形成部材（第２関節形成部材）、２５…ワイヤハーネス、２６…バイパス部材、２７…筒状部、２８…連結部、２９…ベアリング、３２…関節形成部材（第１関節形成部材）、３３…関節形成部材（第２関節形成部材）、３５…バイパス部材、３６…筒状部、３７…連結部。

Claims (1)

1. 互いに相対回転可能な第１関節形成部材及び第２関節形成部材を備えたロボット関節にワイヤハーネスを配線するロボット関節のワイヤハーネス配線構造において、
   前記第１関節形成部材に固定され、前記第２関節形成部材側に向かって延在するバイパス部材を設け、
   前記バイパス部材の先端と前記第２関節形成部材との境界部を含む部分に前記ワイヤハーネスを可動となるように配線し、
   前記バイパス部材は、前記第２関節形成部材の一部を取り囲むように配置された筒状部と、前記第１関節形成部材と前記筒状部とを繋ぐ連結部とを有し、
   前記ワイヤハーネスは、前記筒状部と前記第２関節形成部材との境界部を含む部分に可動となるように配線されており、
   前記筒状部と前記第２関節形成部材との間にはベアリングが介在されていることを特徴とするロボット関節のワイヤハーネス配線構造。

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