JP5135925B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアーム内に、可撓性を有するエアチューブを配設してなるロボットに関する。

例えば組立用の多関節型ロボットにおいては、例えば、アームに取付けられるハンド（チャック）の駆動用のエア（圧縮空気）を得るために、ユーザが必要に応じて使用できるエアコネクタを、先端側のアーム（例えば第４アーム）に設けることが行われる。そのため、ロボット本体のベースから先端側アームまで、アームの内部に、駆動用エアを供給するためエアチューブを通し、そのエアチューブの先端が、前記エアコネクタに接続されるマニホールドバルブに接続されるようになっている。

このようなロボットにあっては、ロボットアーム内の比較的狭い空間に、エアチューブの先端側部分が湾曲状とされた形態で配設される事情がある。この場合、一般に、前記エアチューブは、可撓性を有するポリウレタン製であり、折れが発生することのない最小曲げ半径がメーカによって規定されている。従って、エアチューブは、折れが発生しない程度の曲げ半径で使用されるようになっている。ところが、許容された曲げ半径で使用しているといっても、使用を続けることによって、エアチューブの折れが発生し、エアの流通を妨げてしまうことが稀に起こっていた。

このような不具合に対処するために、従来では、フレキシブルチューブの外周に、スチール細線を網状に編んだネットチューブを被せるように設けることにより、フレキシブルチューブの一定の可撓性（曲げ性）を確保しながらも、曲げを繰返すことによるフレキシブルチューブの亀裂の発生を防止するようにしたものが考えられている（例えば特許文献１参照）。
実開昭６２−５４９３５号公報

上記のような、チューブの外周にスチール細線を網状に編んだネットチューブを被せる構成を、ロボットアーム内に配設されるエアチューブに採用すれば、エアチューブの折れの発生を防止することが可能となる。しかしながら、ネットチューブを被せたエアチューブは、エアチューブを単体で用いる場合に比べて、著しく高価なものとなってしまう欠点がある。また、ネットチューブをエアチューブの外周に被せる構成のため、全体の外径が必要以上に大きくなってしまう不具合もあった。

尚、ガス器具用のガスホースにおいても、例えば人が踏んでも潰れないように、ゴム管の内部あるいは内周部に、金属鋼線をネット状に編んだ補強材を設けるようにした、いわゆる強化ガスホースがある。しかし、この強化ガスホースについても、かなり高価なものとなる不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロボットアーム内に可撓性を有するエアチューブを配設してなるものにあって、前記エアチューブの折れの発生を効果的に防止することができ、しかもそのための構成を簡単で安価に済ませることができるロボットを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、ロボットアーム内に可撓性を有するエアチューブを配設してなるものにおいて、前記エアチューブのうち少なくとも湾曲して配置される部分の内部に、ステンレス製の細線をより合わせて形成されたワイヤからなる線材を、該エアチューブ内に必要な流路断面積を確保した状態で挿入配置したところに特徴を有する（請求項１の発明）。

本発明においては、ロボットアーム内に配置されるエアチューブのうち、湾曲して配置される部分の内部に線材が挿入配置される。ステンレス製の細線をより合わせて形成されたワイヤからなる線材は、エアチューブの使用可能な最小曲げ半径まで折曲げても塑性変形を起こさない弾性体なので、エアチューブと共に例えば前記最小曲げ半径まで湾曲されても、塑性変形する（折れる）ことなくその湾曲状態が維持される。エアチューブ内には、必要な流路断面積が確保されるので、線材がエアの流通を妨げることもない。

従って、前記線材がいわば芯となることによって、エアチューブを、湾曲状態のまま保持することができ、折れの発生を効果的に防止することができる。この場合、弾性体からなる細長い線材を用いるだけであり、しかも、その線材は必要個所（エアチューブのうち湾曲して配置される部分）にのみ設ければ良いので、例えばネットチューブを被せるものと比較して、きわめて安価で簡単な構成で済ませることができる。尚、エアチューブ内に挿入配置される線材は、エアチューブ等に対して特に固定する必要はない。

以下、本発明を、例えば組立作業用の垂直多関節型（６軸型）ロボットに適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図３は、本実施例に係るロボットの本体１の外観構成を概略的に示しており、このロボット本体１の全体構成について簡単に述べる。

即ち、設備に固定的に設置されるベース２上には、第１アーム３が、垂直方向に延びる軸Ｊ１を中心に回転（旋回）されるように連結されている。前記第１アーム３の先端には、第２アーム４が、水平方向に延びる軸Ｊ２を中心として回転（旋回）されるように連結されている。前記第２アーム４の先端には、第３アーム５が、水平方向に延びる軸Ｊ３を中心として回転（旋回）されるように連結されている。

前記第３アーム５の先端には、第４アーム６が、軸Ｊ４を中心に同軸回転されるように連結されている。前記第４アーム６の先端には、第５アーム７が、軸Ｊ５を中心に回転（旋回）されるように連結されている。前記第５アーム７の先端には、第６アーム８が、軸Ｊ６を中心に同軸回転されるように連結されている。また、詳しく図示はしないが、このロボット本体１内には、前記各アーム３〜８を夫々駆動するための、サーボモータ（後述する図２に一部のみ図示）が組込まれている。

さらに、図示はしないが、前記第６アーム８の先端のフランジ面には、必要なツール、例えばエアシリンダを駆動源とするハンド（チャック）等が取付けられるようになっている。このとき、前記第４アーム６の外壁部には、ユーザ用のエアコネクタ９が設けられており、このエアコネクタ９にエア配管を接続することにより、前記エアシリンダに対する駆動用エア（圧縮空気）の供給が可能とされている。尚、後述するように、前記エアコネクタ９は、第４アーム６内に設けられたマニホールドバルブ１０に接続されている。

上記したロボット本体１には、マイコン等から構成される図示しないロボットコントローラが接続され、このロボットコントローラにより、前記各サーボモータやマニホールドバルブ１０の各電磁バルブが通電制御されるようになっている。このとき、前記ベース部２の背壁部には、コネクタ部１１が設けられており、このコネクタ部１１に、前記ロボットコントローラが電気的に接続されると共に、図示しないエアコンプレッサからの圧縮空気を供給するためのエア配管が接続されるようになっている。

そして、ロボット本体１内においては、前記コネクタ部１１に接続されたケーブル束１２が、ベース部２内から第１〜第４のアーム３〜６を順に通されるようになっている。図１（ａ）に一部示すように、前記ケーブル束１２は、複数本の電線にコネクタを接続してなる複数のワイヤハーネス１３と、例えば２本のエアチューブ１４とを、保護チューブ１５によって結束した形態で配設されている。前記エアチューブ１４は、例えばポリウレタン製のフレキシブルなチューブが採用されている。尚、前記各ワイヤハーネス１３は、ケーブル束１２から必要に応じて（所定の場所で）引出されるようになっている。

前記ケーブル束１２の先端部、つまり第４アーム６内に配置される部分においては、図１（ａ）に示すように、２本のエアチューブ１４の先端部が保護チューブ１５から露出した状態とされ、これと共に、３本のワイヤハーネス１３も保護チューブ１５から露出した状態とされている。これにて、３本のワイヤハーネス１３及び２本のエアチューブ１４は、相互に分離して（束から個々に別れ出て）他と接続可能とされる。

後述するように、そのうちワイヤハーネス１３の先端部（コネクタ）は、２個のサーボモータ及びマニホールドバルブ１０（電磁バルブ）に夫々接続されるようになっており、これと共に、各エアチューブ１４の先端は、マニホールドバルブ１０の接続口に接続されるようになっている。

図２は、ロボットアームたる第４アーム６の内部構成（右側面のカバーを取外した状態）を示している。ここで、第４アーム６の外殻を構成する金属（鋳物）製のフレーム１６は、その基端部（図２で右側）が角筒状に構成され、前記第３アーム５に回動可能に連結されている。このとき、第４アーム６は、第３アーム５に設けられた図示しない駆動機構によって、軸Ｊ４を中心に同軸回転されるようになっている。また、これも図示はしないが、第４アーム６の基端面の中心部には開口部が設けられ、前記ケーブル束１２が通されるようになっている。

フレーム１６内の基端側（図で右側）部分には、上下に位置して、５軸用のサーボモータ１７及び６軸用のサーボモータ１８が互いに逆向きに配設されている。一方、詳しく図示はしないが、フレーム１６の先端部（図２で左側）は、左右部分のみが二股状に先端側に延び、それらの間に前記第５アーム７が、軸Ｊ５を中心に回転可能に取付けられている。この二股状部分に、動力伝達機構が設けられ、前記５軸用のサーボモータ１７の回転が、図示しないベルト及びプーリからなる伝達機構や減速機等を介して前記第５アーム７に伝達されるようになっている。

また、一部図示するように、前記６軸用のサーボモータ１８に取付けられたプーリ１９と、軸Ｊ５に沿って設けられた６軸用シャフト２０に取付けられたプーリ２１との間にベルト２２が掛渡され、６軸用のサーボモータ１８の回転が６軸用シャフト２０に伝達される。図示はしないが、前記６軸用シャフト２０の回転が、前記二股状部分に設けられた減速機やカサ歯車機構等を介して前記第６アーム８に伝達されるようになっている。

前記フレーム１６内の天井部部分には、５軸用のサーボモータ１７の前側（図で左側）に位置して、前記マニホールドバルブ１０が配設されている。このマニホールドバルブ１０は、例えば３個の電磁バルブ２３を備えると共に、それら電磁バルブ２３により開閉（切替え）される複数のエア通路を備えて構成されている。このマニホールドバルブ１０の側面（入力側）には、２個の吸気用の接続口２４，２４と、１個の排気用の接続口２５とが設けられている。マニホールドバルブ１０の出力側は前記エアコネクタ９に接続されている。

さて、上記したケーブル束１２の先端部は、第４アーム６（フレーム１６）内に配置され、この部分で、図１（ａ）に示すように、３本のワイヤハーネス１３及び２本のエアチューブ１４が個々に露出している。詳しく図示はしないが、３本のワイヤハーネス１３は、前記５軸用のサーボモータ１７及び６軸用のサーボモータ１８並びに電磁バルブ２３に夫々接続されている。

図２に示すように、２本のエアチューブ１４の先端は、マニホールドバルブ１０の吸気用の接続口２４に夫々接続されるようになっている。この場合、各エアチューブ１４の先端部分（露出部分）は、第４アーム６内（フレーム１６内）において、サーボモータ１７，１８等の部品を避けるようにして、湾曲して配置される。尚、マニホールドバルブ１０の排気用の接続口２５には、排気用エアチューブ２６の一端が接続され、この排気用エアチューブ２６の他端は、チェック弁２７の入口に接続されている。チェック弁２７の出口側はフレーム１６の外部に連通されている。

このとき、前記エアチューブ１４は、可撓性を有しており、使用可能な最小曲げ半径（メーカにより規定されている値、例えば１５ｍｍ）以上の曲げ半径で湾曲状態とされるのであるが、本実施例では、図１に示すように、エアチューブ１４の湾曲状態で配置される部分である先端部分に、弾性体からなる細長い線材として、ステンレスワイヤ２８が挿入配置されるようになっている。この場合、ステンレスワイヤ２８は、エアチューブ１４等に対して特に固着されておらず、単純に差し込まれるだけのものであり、エアチューブ１４に倣って湾曲形状とされることによって、ずれることなくエアチューブ１４内に自ずと保持される。

このステンレスワイヤ２８は、ステンレス製の細線をより合わせて形成されたものからなり、前記エアチューブ１４の使用可能な最小曲げ半径まで折曲げても塑性変形を起こさない（折れ変形（座屈）しない）ものとされている。また、図１（ｂ）に示すように、このステンレスワイヤ２８は、エアチューブ１４内に必要なエアの流路断面積を確保した状態で挿入される。具体的な寸法をあげると、例えば、エアチューブ１４が、内径４ｍｍφ、外径６ｍｍφのものであるのに対し、ステンレスワイヤ２８としては、１．２５ｍｍφのものが採用される。尚、このステンレスワイヤ２８の挿入作業は、エアチューブ１４をマニホールドバルブ１０の接続口２４に接続する作業の直前に行うことができる。

次に、上記構成の作用及び効果について述べる。上記したロボット本体１の第４アーム６内においては、比較的狭い空間に、エアチューブ１４が湾曲状とされて配設される。この場合、エアチューブ１４は、メーカによって規定された最小曲げ半径以上の曲げ半径で使用されるようになっている。ところが、仮にポリウレタン製のエアチューブ１４をそのままで配置した場合には、使用を続けることによって、エアチューブ１４に折れが発生する虞がある。

これに対し、本実施例の構成においては、第４アーム６内に配置されるエアチューブ１４のうち、湾曲して配置される部分の内部にステンレスワイヤ２８が挿入配置されている。このステンレスワイヤ２８は、エアチューブ１４の使用可能な最小曲げ半径まで折曲げても塑性変形を起こさない弾性体からなるので、このステンレスワイヤ２８がいわば芯となることによって、エアチューブ１４と共に例えば前記最小曲げ半径まで湾曲されても、塑性変形する（折れる）ことなくその湾曲状態が維持される。

従って、ステンレスワイヤ２８によって、エアチューブ１４を湾曲状態のまま保持することができ、折れの発生を長期間にわたって効果的に防止することができるのである。このとき、エアチューブ１４内には、必要な流路断面積が確保されるので、ステンレスワイヤ２８によってエアの流通が妨げられるといったこともない。ステンレスワイヤ２８は、エアチューブ１４内に単に差し込まれるだけなので、ステンレスワイヤ２８の取付作業も極めて簡単に済む。

この場合、線材としてのステンレスワイヤ２８をエアチューブ１４内に差し込むだけであり、しかもそのステンレスワイヤ２８は、必要個所である、エアチューブ１４のうち湾曲して配置される先端部分にのみ設ければ良いので、従来のようなフレキシブルチューブの外周に、スチール細線を網状に編んだネットチューブを被せるものと比較して、きわめて安価で簡単な構成で済ませることができる。

このように本実施例によれば、第４アーム６内に可撓性を有するエアチューブ１４を配設してなるものにあって、エアチューブ１４のうち、湾曲して配置される部分の内部にステンレスワイヤ２８を挿入配置したので、エアチューブ１４の折れの発生を効果的に防止することができ、しかもそのための構成を簡単で安価に済ませることができるという優れた効果を得ることができる。また、特に本実施例では、線材としてステンレス線をより合わせて形成されたステンレスワイヤ２８を採用したので、十分に小さな曲げ半径で湾曲させても塑性変形（折れ）を生じることなく、線材として使用するに適したものとなる。

尚、上記実施例では、ステンレスワイヤ２８をエアチューブ１４内に単に差込むだけの構成としたが、エアチューブ内での線材の位置決め（ずれ防止）を行うために、係止、接着等の手段を用いて線材を保持するようにしても良い。

さらには、エアチューブ１４の先端部に１本のステンレスワイヤ２８を設けるものに限らず、例えばエアチューブのうち湾曲する部位が複数個所ある場合には、複数本の線材を複数個所にわたって設けるようにしても良い。その他、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば垂直多関節型のロボットに限らず、ロボットアーム内にエアチューブを配設してなるロボット全般に適用することができ、また、エアチューブの材質や各部の寸法等の具体的数値についても、あくまでも一例を示したに過ぎない等、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、ケーブル束の先端部を示す斜視図（ａ）及びエアチューブの先端部を一部を破断して示す斜視図（ｂ） 第４アームをカバーを取外した状態で示す側面図 ロボット本体の全体構成を示す側面図

符号の説明

図面中、１はロボット本体、２はベース、３〜８はアーム、９はエアコネクタ、１０はマニホールドバルブ、１２はケーブル束、１４はエアチューブ、２４は接続口、２８はステンレスワイヤ（線材）を示す。

Claims (1)

1. ロボットアーム内に、可撓性を有するエアチューブを配設してなるロボットにおいて、
   前記エアチューブのうち少なくとも湾曲して配置される部分の内部に、ステンレス製の細線をより合わせて形成されたワイヤからなる線材を、該エアチューブ内に必要な流路断面積を確保した状態で挿入配置したことを特徴とするロボット。

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