JP5180621B2

JP5180621B2 - 多関節ロボット

Info

Publication number: JP5180621B2
Application number: JP2008053162A
Authority: JP
Inventors: 雅次蓮沼; 正大場; 啓一高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: US20090224109A1; JP2009208194A; CA2657152A1

Description

本発明は、所定関節がロール回転する多関節ロボットに関し、特に、該所定関節に接続された作業機と、該作業機に接続されたケーブルとを有する多関節ロボットに関する。

自動車のボディを大量に製造する工程では、先端に溶接ガンを設けた多関節ロボットが用いられている。溶接ガンでは、スポット溶接等をするために大電流の電力が必要とされ、所定のトランスから電力を供給している。

この電力線は適度に太く、多関節ロボットの内部に挿通することは難しく、外部に配設されている。

また、多関節ロボットは、溶接ガンの姿勢の自由度を高めるために、複数の関節構造を有し、特に、先端関節はロール回転する機構となっている場合がある。

先端関節がロール回転すると、溶接ガンに対する電力線が巻き取られることになり、相当に余裕を持たせなければならないが、過度に余裕を持たせると、無駄な弛みが発生して作業機に引っ掛かる懸念がある。結局、先端関節の機構的な回転角度範囲が大きくても、運用上、電力線の弛みを少なくし、ロール回転の角度を制限して使用することになり、効率が低下することがある。

このような背景から、例えば、特許文献１では、ケーブルを遊動可能な複数のクランプ部材で支持し、該クランプ部材の取付をロボット部位の駆動軸方向と交差する方向にすることを提案している。

特開２００１−１５０３８２号公報

前記の特許文献１記載のロボットでは、クランプ部材が複雑であり、しかもケーブルに相当に弛みを設けておかなければならず、無駄な弛みが作業機に引っ掛かる懸念がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡便な構成で、しかもケーブルが作業機等に引っ掛かることを相当に抑制することのできる多関節ロボットを提供することを目的とする。

本発明に係る多関節ロボットは、所定関節がロール回転する多関節ロボットであって、前記所定関節に接続された作業機と、一部が前記作業機に接続され、他の一部が前記多関節ロボットの所定の第１支持部で支持されたケーブルと、前記作業機に接続され、前記所定関節のロール軸を基準として径方向に張り出したフランジとを有し、前記フランジは、前記ロール軸を中心として少なくとも一部が前記作業機より大径であり、前記作業機と前記第１支持部との間で前記ケーブルの一部を支持する第２支持部を備えることを特徴とする。

このようなフランジを設けることにより、ケーブルが作業機に当接しにくくなり、簡便な構成で、ケーブルが作業機等に引っ掛かることを相当に抑制することができる。

この場合、前記第２支持部は、前記ケーブルを前記ロール軸と略平行に支持してもよい。これにより、ケーブルを作業機から離間する方向に案内することができる。

前記フランジと前記所定関節との間に、環状凹部を形成する円筒体を有してもよい。これにより、所定関節がロール回転するときにケーブルが環状凹部に巻き掛けられ、無駄に移動することを防止できる。

本発明に係る多関節ロボットでは、作業機に接続され、所定関節のロール軸を基準として径方向に張り出したフランジを設けることにより、ケーブルが作業機に当接しにくくなり、簡便な構成で、ケーブルが作業機等に引っ掛かることを相当に抑制することができる。

以下、本発明に係る多関節ロボットについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図９を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る多関節ロボット１０は、いわゆる産業用ロボットであり、ワークＷに対してスポット溶接することに用いられ、例えば、自動車のフレームを製造する工程に適用される。

多関節ロボット１０は、基台１２を基端側として、第１関節１４、第２関節１６、第３関節２０、第４関節２４、第５関節２８及び第６関節３０を有し、さらに、溶接ガン３２と、フランジ４２と、ケーブル４４とを有する。

第１関節１４は基台１２に対して水平回転する。第２関節１６は、第１関節１４と近接配置されており、第１アーム１８を傾動させるように回動する。第３関節２０は、第１アーム１８の先端に設けられており、第２アーム２２を俯仰させるように回転する。第４関節２４は、同軸状の第２アーム２２と第３アーム２６との間に設けられ、第２アーム２２に対して第３アーム２６をロール回転させる。第５関節２８は、第３アーム２６の先端に設けられ、先端関節の第６関節（所定関節）３０を揺動させるように回転する。第６関節３０は、第５関節２８と近接配置されており、作業機（ツール又はエンドエフェクタとも呼ばれる。）である溶接ガン３２をロール軸Ｊを中心としてロール回転させる。第４関節２４及び第６関節３０は、基準位置を中心として±３６０°、つまり合計７２０°のロール回転が可能である。第５関節２８は、２６０°の回動が可能である。

このような相互に独立的な動作をする６関節構成の多関節ロボット１０は、コントローラ３１のプログラム処理による作用下に、先端の溶接ガン３２を動作範囲内における任意の位置で、任意の姿勢に配置可能であり、ワークＷに対して位置に配置することができる。

図２に示すように、溶接ガン３２は、いわゆるＣ型ガンであり、一端に可動電極３４、他端に固定電極３６を備えるＣ形状部材（作用部）３８と、可動電極３４の駆動制御や電流制御を行うための機構部４０とを有する。Ｃ形状部材３８、固定電極３６及び可動電極３４は、ワークＷに対して作用をする作用部である。溶接ガン３２は、機構部４０の部分が第６関節３０に接続されている。溶接ガン３２は、着脱自在である。溶接ガン３２は、Ｘ形ガンや他の作業機（例えば、塗料噴霧ガン）でもよい。

溶接ガン３２の基端部には、ロール軸Ｊを基準として径方向に張り出した円盤状のフランジ４２が接続・固定されている。フランジ４２は、適度な厚み及び強度を有する樹脂材で構成されており、簡便構成である。

溶接ガン３２に対しては、ケーブル４４によって給電がなされる。ケーブル４４は、内部の電線（図示せず）と、該電線を覆う可撓性保護チューブ４６を有する。可撓性保護チューブ４６は、樹脂材又は螺旋の金属材等である。

ケーブル４４は、一端が溶接ガン３２に接続され、他端が多関節ロボット１０における第３アーム２６の側面に設けられた第１支持部４８に支持・固定されている。ケーブル４４は、第１支持部４８を介してトランス５０（図１参照）に接続されている。第１支持部４８とトランス５０との間で、ケーブル４４は、多関節ロボット１０の内部又は外部のいずれを通って配設されていてもよい。

第１支持部４８では、ケーブル４４が第２アーム２２及び第３アーム２６の軸と略平行になるように接続・固定されている。

フランジ４２の外周端の一部には、ケーブル４４の一部をロール軸Ｊに対して平行に支持する第２支持部５２が設けられている。第２支持部５２では、ケーブル４４をフランジ４２の表側から裏側に案内できるように設けられていればよい。第２支持部５２において、ケーブル４４は、ロール軸Ｊに対して厳密に平行である必要はなく、略平行となるように固定されていればよい。これにより、ケーブル４４はロール軸Ｊの正逆いずれの回転、及び回転方向反転動作に対応しやすくなり、ねじれ、屈曲及び急な倒れ込み等を防止できる。

ケーブル４４は第２支持部５２によって堅固に固定されている必要はなく、多少傾動可能に支持されていてもよい。

ケーブル４４は、第２支持部５２と溶接ガン３２の接続部との間で、過度な張力が発生しない程度に曲がって、且つ略最短となる経路で配設されている。ケーブル４４は、第２支持部５２と第１支持部４８との間で、適度な弛みを有して設けられており、弛み部分はフランジ４２上に乗って、無駄に垂れ下がることがない。

具体的には、第４関節２４及び第６関節３０がそれぞれ基準角度（回転角度範囲の中心位置）であるとき、ロール軸Ｊの方向から見ると、図３に示すように、第１支持部４８は第３アーム２６の左側に配置されており、ケーブル４４は、該第１支持部４８を基点として延在し、フランジ４２の上面左側に当接し、該フランジ４２上を時計方向に略２７０°巻き掛けられて第２支持部５２に至っている。ケーブル４４は、フランジ４２上で緩い円弧を描くように配設されており、第３アーム２６や第５関節２８に対して適度な隙間が確保されている。

また、第２支持部５２は、ロール軸ＪからみてＣ形状部材３８に対して逆側に設けられている。

フランジ４２は適度に大径で、広く、溶接ガン３２のほとんど覆い、作用部のＣ形状部材３８だけが露呈する。また、第１支持部４８もこの範囲内に含まれている。これにより、ケーブル４４はフランジ４２上に乗りやすく、周辺から垂れ下がった場合でも、溶接ガン３２に接触することを相当に抑制できる。

図４に示すように、フランジ４２と第６関節３０との間は、円筒体５４によって接続されている。円筒体５４におけるフランジ４２より基端側（第６関節３０の側）にはフランジ４２と略平行な補助フランジ５６が設けられている。補助フランジ５６は、フランジ４２よりも小径であり、第６関節３０及び円筒体５４よりもやや大径である。補助フランジ５６は、円筒体５４とともに溶接ガン３２に対して固定されているが、設計条件によっては第５関節２８又は第６関節３０に取り付けられていてもよい。

円筒体５４は、一方のフランジ４２及び他方の補助フランジ５６に対して、側面視で滑らかな弧を描くように接続されており、これらのフランジ４２、補助フランジ５６及び円筒体５４は、浅い環状凹部を有するボビン形状となっている。円筒体５４の高さ（つまり、フランジ４２と補助フランジ５６との間の距離）Ｌは、ケーブル４４の径Ｄの２倍よりやや大きい。

次に、このように構成される多関節ロボット１０の作用について説明する。

先ず、前記の図４の状態を基準として、第６関節３０が反時計方向に３６０°回転したときには、図５に示すように、ケーブル４４は円筒体５４の回りに１回転巻き掛けられる。このとき、高さＬは、径Ｄの２倍よりやや大きいことから、ケーブル４４が円筒体５４に対して２列に整列し、該円筒体５４の周面に接して巻き掛けられる。したがって、無駄に大径に巻き掛けられることがなく、基準時（図４参照）におけるケーブル４４の弛みが小さくて済む。

次いで、前記の図４の状態を基準として、第６関節３０が時計方向に３６０°回転したときには、図６に示すように、ケーブル４４は、一部（符号４４ａで示す。）がフランジ４２からはみ出て、多少垂れ下がる。このとき、元々のケーブル４４の弛みが小さく（図４参照）、しかもフランジ４２が適度に大径であるため、フランジ４２からはみ出る部分４４ａの長さは短い。また、フランジ４２は、ロール軸Ｊの方向から見て溶接ガン３２のほぼ全部を覆っており、フランジ４２からはみ出た部分４４ａが該溶接ガン３２に対して当接し、又は引っ掛かり（噛み込み、挟み込み、引っ張り等を含む。）が発生する可能性は相当に低い。

特に、第２支持部５２は、Ｃ形状部材３８と逆側に設けられていることから、図６に示すように、フランジ４２からはみ出た部分４４ａもＣ形状部材３８から離間した箇所となり、該Ｃ形状部材３８に当接し、又は引っ掛かる可能性が低い。図６に示す状態は、ケーブル４４の弛みが最も大きい状態といえる。

次に、図６に示す状態から溶接ガン３２をプラス（図７、図８及び図９における時計方向の傾動をプラス方向とし、逆をマイナス方向とする。）に９０°傾動させて上方に向けると、図７に示す状態となる。この場合、ケーブル４４の弛んだ部分４４ａは、溶接ガン３２及びＣ形状部材３８から離間した低い位置にあり、ケーブル４４の溶接ガン３２への当接又は引っ掛かりがない。

図６に示す状態から溶接ガン３２をマイナスに９０°傾動させて下方に向けると、図８に示す状態となる。この場合、第２支持部５２がフランジ４２の上方に配置され、ケーブル４４はこの上方部分を経由するので、下方への弛みの部分４４ａは少なく、しかも該部分４４ａとＣ形状部材３８との間はフランジ４２が略遮蔽しており、ケーブル４４が溶接ガン３２に対して当接し、又は引っ掛かることを相当に防止できる。

すなわち、フランジ４２の平面視（図３参照）で、第２支持部５２は、溶接ガン３２のうちワークに対して作用をするＣ形状部材３８と逆の位置に設けられていることから、ケーブル４４は常にＣ形状部材３８に対して逆の位置に案内され、弛みの部分４４ａがＣ形状部材３８に当接しにくい。図示を省略するが、溶接ガン３２を水平方向に向けた場合にも同様の効果がある。

第２支持部５２は、ケーブル４４をロール軸Ｊに対して平行に支持していることから、ケーブル４４は溶接ガン３２から離間する方向に案内されており、例えば図８に示す状態では、ケーブル４４は第２支持部５２より基端側で右側を指向し、左側の溶接ガン３２に当接しにくい。なお、ケーブル４４のうち、第２支持部５２と溶接ガン３２との間の部分は、ほとんど弛みがないため、引っ掛かり等が発生することはない。

なお、図７及び図８は、ケーブル４４の弛みが最も大きい状態（図６参照）を基準として溶接ガン３２の向きを変えたのであり、これよりも弛みが小さい状態（例えば、図３に示す状態）を基準として溶接ガン３２の向きを変えた場合は、図７及び図８に示す状態よりもケーブル４４が溶接ガン３２に当接し、又は引っ掛かりにくくなることはもちろんである。

次に、図４に示す状態から溶接ガン３２をプラスに１００°ほど傾動させて上方に向けると、図９に示す状態となる。この場合、円筒体５４におけるケーブル４４は基端側（第６関節３０の側）に向かってやや滑るが、補助フランジ５６に当たってボビン形状の部分で保持され、それ以上無駄に移動することがなく、残余の弛みの部分４４ａが小さい。したがって、該部分４４ａは溶接ガン３２やその他の部分（第２アーム２２等）にも当接することを防止できる。

上述したように、本実施の形態に係る多関節ロボット１０によれば、フランジ４２を設けることにより、第１支持部４８より先の第５関節２８や第６関節３０を大きく動作させてもケーブル４４が溶接ガン３２に当接しにくくなり、簡便な構成で、ケーブル４４が溶接ガン３２に引っ掛かることを相当に抑制することができる。

したがって、第５関節２８や第６関節３０の動作範囲を有効に利用したティーチング及び動作が可能になり、作業効率が向上する。

ケーブル４４は、必ずしも電力ケーブルに限らず他の可撓性ケーブル（例えば、光ファイバ、流体管路、及びこれらの複合体等）でもよい。

本発明に係る多関節ロボットは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る多関節ロボットの斜視図である。本実施の形態に係る多関節ロボットの先端部分の斜視図である。ロール軸方向からみたフランジの平面図である。本実施の形態に係る多関節ロボットの先端部分の側面図である。第６関節を反時計方向に３６０°回転させた状態における多関節ロボットの先端部分の側面図である。第６関節を時計方向に３６０°回転させた状態におけるロール軸方向からみたフランジの平面図である。図６に示す状態から溶接ガンをプラスに９０°傾動させた状態の多関節ロボットの先端部分の側面図である。図６に示す状態から溶接ガンをマイナスに９０°傾動させた状態の多関節ロボットの先端部分の側面図である。図４に示す状態から溶接ガンをプラスに１００°傾動させた状態の多関節ロボットの先端部分の側面図である。

符号の説明

１０…多関節ロボット１４…第１関節
１６…第２関節２０…第３関節
２４…第４関節２８…第５関節
３０…第６関節３２…溶接ガン
３８…Ｃ形状部材４０…機構部
４２…フランジ４４…ケーブル
４８…第１支持部５２…第２支持部
５４…円筒体５６…補助フランジ

Claims

所定関節がロール回転する多関節ロボットであって、
前記所定関節に接続された作業機と、
一部が前記作業機に接続され、他の一部が前記作業機に対し前記所定関節を挟んだ反対側の所定位置に設けられた第１支持部に支持されたケーブルと、
前記作業機に接続され、前記所定関節のロール軸を基準として径方向に張り出し、少なくとも一部が前記作業機より大径なフランジと、
を有し、
前記作業機は、前記フランジの近傍位置で該フランジの外縁よりも延出した延出部を有し、
前記フランジは、前記作業機と前記第１支持部との間且つ前記延出部の延出方向の反対側で前記ケーブルの一部を支持する第２支持部を備えることを特徴とする多関節ロボット。
請求項１記載の多関節ロボットにおいて、
前記第２支持部は、前記ケーブルを前記ロール軸と略平行に支持することを特徴とする多関節ロボット。
所定関節がロール回転する多関節ロボットであって、
前記所定関節に接続された作業機と、
一部が前記作業機に接続され、他の一部が前記作業機に対し前記所定関節を挟んだ反対側の所定位置に設けられた第１支持部に支持されたケーブルと、
前記作業機に接続され、前記所定関節のロール軸を基準として径方向に張り出したフランジと、
を有し、
前記フランジは、前記ロール軸を中心として少なくとも一部が前記作業機より大径であり、前記作業機と前記第１支持部との間で前記ケーブルの一部を支持する第２支持部を備え、
前記フランジと前記所定関節との間には、環状凹部を形成する円筒体が接続されていることを特徴とする多関節ロボット。