JP5187182B2 - 多関節型ロボット - Google Patents

Description

本発明は、旋回移動されるアームを有する多関節型ロボットに関し、特に基端側及び先端側の両回転軸が平行であるアーム間に外部配線が施される多関節型ロボットに関する。

一般に、産業用ロボットとしては、６軸ロボット、水平多関節型ロボット（スカラロボット）など、複数のアームが順に回動可能に連結された多関節型ロボットが用いられることが少なくない。これらのロボットは、各アームを、連結部を介して支持する他のアーム等の支持部に対して適切な角度に変化させる旋回により、それらロボットの先端部を基台に対して相対移動させている。すなわち、対象物への作業に必要なツールなどがこのようなロボットの先端部に取り付けられることにより対象物への作業位置まで相対移動されて、同ツールなどによる対象物への作業が行われるようになる。例えば、ロボットを用いて、不規則に配置された部品をピックアップツールにて取得するような作業を行うのであれば、ロボットの先端部には同部品をピックアップするためのピックアップツールや、同部品の姿勢を認識するための画像認識装置用のカメラが必要となる。さらにそれに伴い、ロボットには、ピックアップツールに駆動用の圧縮空気を供給する空気配管や、画像認識装置用のカメラを制御装置に接続するためのビジョンケーブル（専用配線）等が必要となる。

ところで、このようなロボットは、汎用性が高いがゆえに、使用者（ユーザ）の所望とする作業が適宜選択、変更されることも少なくない。そしてそのような場合、ロボットには、その選択、変更された作業に必要とされるツールなどが、そのツールに必要とされる配管や配線等の外部配線を含めてユーザにより設置されることとなる。

例えば、特許文献１に記載のような水平多関節ロボットにツールが追加されるような場合には、その追加ツール用の外部配線は、アーム間に張り渡された外部配線用ダクトに沿って敷設される。詳述すると、図５に示すように、この水平多関節ロボットは、基台７１に第１のアーム７３が旋回軸７２を介して回動可能に連結され、第２のアーム７５が支持軸７４に回動可能に連結され、その第２のアーム７５の先端の主軸７６にツールが取り付けられる。そしてそのツールに必要とされる外部配線は、第２のアーム７５内に設けられたモーターなどの動力線やエンコーダなどの信号線を内包しつつ先端を第２のアーム７５上部に接続され、基端を旋回軸７２に干渉しない基台７１の側面に接続された可撓性を有する外部配線ダクト７７内にもしくはそれに沿って敷設されるようになる。
特開平１１−１７０１８４号公報

ところで、特許文献１に記載のロボットにて用いられているような上記外部配線ダクト７７は、同ロボットの旋回移動により基端部と先端部との距離が変化することに伴いその形状が変化し、その内部もしくはそれに沿って敷設されるツール用の外部配線にも曲げ応力などが加わるようになる。また、ツール用の外部配線が外部配線ダクト７７に特に結束バンドで締結されるような場合、この結束バンドによって押さえつけられた配線部分が外部配線ダクト７７に食い込むかたちで曲げられるようにもなる。そして、そのように曲げられた配線部分には、曲げ応力とともに外部配線ダクト７７の変形による張力変化が併せて加わるなど、電気的な信頼性の低下も避けられないものとなっている。

また近年、ロボットの先端に設けられるツールの高機能化や多様化により、そのツール
に必要とされる配線に含まれる電線の数も増加する傾向にある。そのため、配線の両端に予めコネクターが取り付けられた、いわゆる専用配線が用いられることも多い。しかも、このような専用配線は、配線自体は外部配線ダクト内を通る太さであったとしても、コネクターは同ダクトの内径を超える大きさであることが多い。こうした実情から、せっかく専用配線化されても、ユーザにとってはその扱いが困難になりつつあるという課題もある。

さらに、動力線や信号線がアーム内に配線されて、上記外部配線ダクトが設けられないロボットもある。すなわちこの場合には、ツール用の配線などを沿わせるダクト自体がないために、その敷設がより困難となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、旋回移動されるアーム間に高い信頼性のもとに、しかも容易に外部配線を敷設することのできる多関節型ロボットを提供することにある。

本発明の多関節型ロボットは、複数のアームのうちの一つである連結アームを回転軸にて同回転軸の軸心を中心として回動可能に支持する支持部と、前記回転軸に平行する支持軸にて同支持軸の軸心を中心として前記連結アームに回動可能に支持される作用アームと、
前記支持部に相対的に固定される第１保持部材と、前記作用アームに相対的に固定される第２保持部材と、管形状に形成されて内部に外部配線が配置される内部空間を有し、その基端部が前記回転軸の軸心の延長上にて前記第１保持部材により同回転軸に対して回動可能に保持され、その先端部が前記支持軸の軸心の延長上にて前記第２保持部材により同支持軸に対して回動可能に保持される保持ダクトとを備え、前記保持ダクトを前記基端部と前記先端部との間で管の軸方向に沿って外周が分断される割体としたことを要旨とする。

このような構成によれば、保持ダクトの基端部は回転軸の軸心に回動可能に、先端部は支持軸の軸心に回動可能に保持されるため、連結アームが旋回した場合に保持ダクトはその基端部と先端部との間の距離が変化されない。これにより、連結アームが旋回された場合であれ保持ダクトの形状や長さがほとんど変化されないことから保持ダクト内に敷設される配線（例えば電気配線）や配管（例えば空気チューブ）などの外部配線にも変形が生じないようになり、それら外部配線に連結アームの旋回を要因とする応力が印加されないようになる。すなわち、保持ダクト内に配置された外部配線は、それが応力や曲げに弱い配線などであれ切断や折れ等の不具合の発生されることが抑制されるようになり、それら部材の信頼性が向上される。

また、保持ダクトにはその外周に同外周が分断される割り部が形成されることから、保持ダクトに外部配線を通す場合、外部配線の端部を保持ダクトの管端部に押し込むかたちにして同ダクトに通すのではなく、外部配線の保持ダクト内に配置したい部分だけを外周の割り部から保持ダクト内に配置させることができるようになる。これにより、配線ダクトを押し通すことのできない外部配線であれ保持ダクトへの配置が可能となり、例えば両端部に大きなコネクターを有している配線のような場合にはそれらコネクターを取り外すことなく保持ダクトへの配置ができるようになる。すなわち、多関節型ロボットの先端に取り付けられるツールに必要とされ複数のアーム間に渡り敷設される外部配線に対する制約が低減され、ロボットに取り付けられるツールそのものの選択自由度が高められるようになり、多関節型ロボットとして利用価値が高められる。

さらに、外部配線が保持ダクト内に配置されるので外部配線が保護されるようになると
ともに外見上の美観も維持される。
また、保持ダクトは、連結アームの旋回によってその両端の距離が変化しないことからその形状も当初の形状が維持されるようになるため、それが回転軸と支持軸とを結びその中間部分が山状となる半円形状で連結アーム沿いに設けられた場合に生じる同中間部分の側方への倒れも抑制される。すなわち、アーム旋回への負荷となる保持ダクトの距離や形状の変化、例えば保持ダクトの中間部分の倒れなどによる応力が生じないようになり、保持ダクトがロボットの動作性能を低下させるおそれも抑制される。

この多関節型ロボットは、前記保持ダクトを構成する割体は、開放された断面形状を有するインナーチューブと、同じく開放された断面形状を有してこのインナーチューブを覆うようにインナーチューブに嵌合されるアウターチューブとからなることを要旨とする。

この構成によるように、インナーチューブの外周断面に開放された割り部がそこに嵌合されるアウターチューブにより覆われるようにした保持ダクトであれば、保持ダクト内に配置された外部配線の飛び出しなどが抑制され、また外部機器との接触などからも保護されようになり、多関節型ロボットを用いる場合の信頼性がさらに向上される。

また、保持ダクトの形状がほとんど変形されないことから、インナーチューブにアウターチューブが嵌合されるような保持ダクトであれ、保持ダクトの変形よりインナーチューブとアウターチューブとのそれぞれに印加される応力によりインナーチューブとアウターチューブとの嵌合が外されるようなおそれも低減されるようになる。これにより、外部配線がより好適に保護されるようになる。

この多関節型ロボットは、前記インナーチューブ及びアウターチューブは、可撓性を有する部材により形成されていることを要旨とする。
このような構成によれば、保持ダクトの割り部の大きさが外部配線の太さ等よりも小さい場合であれ、その割り部を拡開して外部配線を保持ダクト内に配置させることができるようになる。

また、アームの旋回により保持ダクトの両端部の距離が多少変動するような場合であれ、保持ダクトが多少変形してその変動を吸収するとともに、アームにはその変形による負荷を与えない。これにより、保持ダクトの設置に高い精度が不要とされ保持ダクトの採用の自由度が高められるようになる。

さらに、可撓性を有する保持ダクトはその内部に収容した外部配線を摩耗させる可能性が低いことから、外部配線の耐久性の低下が抑制され機械的な信頼性が向上されるようになる。

この多関節型ロボットは、前記保持ダクトの基端部及び先端部にそれぞれ対応する前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、前記保持ダクトの基端部及び先端部にそれぞれ連結されて、フランジ部を介した開放端側外周面に雄ねじが形成された半割り継ぎ手と、この半割り継ぎ手の前記雄ねじの部分が貫通される貫通孔を有するとともに、この貫通孔の一部が外部に開放された板体からなる支持板と、この支持板の前記貫通孔に貫通された半割り継ぎ手の雄ねじの部分に螺合される雌ねじが形成された半割りナットと、を備えて構成されることを要旨とする。

このような構成によるように、開放された外周を有する貫通孔に保持ダクトの端部を回動可能に保持する継ぎ手とナットとをそれぞれ外周が開放される半割り継ぎ手と半割りナットとにして、それらの内部に外部配線の配置を可能にする。これによれば、保持ダクトの各端部をそれぞれ対応する軸心に保持する各保持部材に回動可能に設置することが容易
になり、保持ダクトによる配線などの外部配線の保護がより容易になる。

この多関節型ロボットは、前記外部配線は、外付けツール接続用の配線ケーブルであることを要旨とする。
このような構成によれば、ツールとしてビジョンカメラが採用されるなど、多関節型ロボットへ複数の電線からなるが故に応力に対する耐性の高くない配線ケーブルの敷設が必要とされる場合であれ、アームの旋回を要因として同配線ケーブルへ印可される応力が抑制されるようになる。これにより、配線ケーブルの不具合、例えば配線の切断や接触不良などを要因としてツールに生じる不具合の発生が抑制されるようになり、多関節型ロボットに用いられるツールの信頼性及び選択自由度が高められるようになり多関節型ロボットの利用価値も向上される。

以下、本発明にかかる多関節型ロボットが具体化された水平多関節型ロボットの一実施形態について図面に従って説明する。
図１は、水平多関節型ロボット（ロボット）についての全体の斜視構造を示す斜視図であり、図２は、同ロボットについての全体の正面構造を示す正面図である。

図１に示すように、ロボットは、床面等に設置された基台１１を有し、その上端部に回動可能に設けられた回転軸１２に、第１のアーム１３の基端部が連結固定されている。図２において、回転軸１２は、その基端が、基台１１内に設けられた第１モーターＭ１によって正逆回転されることで、基台１１に対して軸心Ｃ１を中心にして回動するようになっている。これにより第１のアーム１３は、回転軸１２の軸心Ｃ１を中心にして基台１１に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。

第１のアーム１３の先端部に設けられる支持軸１４は、その先端を第２のアーム１５の基端部内に配置させることにより第２のアーム１５を回動可能に支持している。第２のアーム１５は、その基端部に第２モーターＭ２が固定されており、同第２モーターＭ２の出力軸がギア等を介して支持軸１４の先端に連結されている。これにより、第２のアーム１５は、第２モーターＭ２の回動により支持軸１４を正逆回転させるときに同支持軸１４から同第２モーターＭ２が受ける反力によって、軸心Ｃ２を中心にして第１のアーム１３に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。

第２のアーム１５の先端部には、主軸筒１５Ａが設けられている。主軸筒１５Ａは、主軸１６を回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持している。主軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた回転モーターＭ３の正逆回転によって自らの軸心Ｃ３を中心にして正逆回転される。また、主軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた昇降モーターＭ４の正逆回転によって上下方向に昇降移動され、その昇降移動によりその下端部１７を上下方向に距離Ｌ１だけ離間する上端位置と下端位置との間で昇降させる。主軸１６の下端部１７には、ツール、例えば被搬送物を把持するハンドや被加工物を加工するハンド等の取り付けが可能になっている。すなわちツールは、下端部１７とともに上端位置と下端位置との間を昇降される。そして、ロボットは、下端部１７に取り付けられた各ツールによって、部品を搬送したり、部品を加工したりするようになっている。なお本実施形態では、下端部１７には、不規則に配置された部品を取得することのできるピックアップツール（図示略）がツールとして取り付けられる。

第２のアーム１５の先端面には、取付具１８を介してビジョンカメラ（カメラ）１９が取り付けられている。カメラ１９は、第２のアーム１５の先端位置から同第２のアーム１５の下方を撮像することができるように設置されており、第２のアーム１５の先端が作業位置に移動されたときには、下端部１７に取り付けられるピックアップツールと、そのツ
ールによる作業の行なわれる対象物としての部品とを同時に撮像する。そしてカメラ１９により撮像された画像が伝達された画像処理装置（図示略）により画像処理され、同処理により得られたピックアップツールや部品の座標位置に基づいてロボットやそのツールの位置決め制御が行なわれるようになっている。

カメラ１９の上部には、カメラのコネクター（図示略）が設けられており、そのコネクターには、カメラ用の複数の電力線や複数の信号線がひとまとめにされた外部配線としての配線ケーブルＣＢが同コネクターに接離可能な構造を有する先端側コネクターＣＮ１を介して接続されている。

図２に示すように、配線ケーブルＣＢは、カメラ１９をその制御装置（図示略）に電気的に接続させるものであって、その先端側には前記先端側コネクターＣＮ１が設けられ、基台１１側であるその基端側には基端側コネクターＣＮ２が設けられている。先端側コネクターＣＮ１には、カメラ１９のコネクターの各端子に対応する外部端子がそれぞれ設けられており、配線ケーブルＣＢの各電力線や各信号線が、それぞれ対応するそれら外部端子に好適な導電性の確保される圧着や半田付けなど不可分な方法により各々接続されている。すなわち先端側コネクターＣＮ１は、配線ケーブルＣＢに不可分なかたちで同配線ケーブルＣＢの先端部に取り付けられている。基端側コネクターＣＮ２は、前記制御装置のコネクターに接離可能な構造を有し同コネクターに接続される。基端側コネクターＣＮ２には、前記制御装置のコネクターの各端子に対応する外部端子がそれぞれ設けられており、これにも配線ケーブルＣＢの各電力線や各信号線が、それぞれ対応する外部端子に好適な導電性の確保される圧着や半田付けなど不可分な方法により各々接続されている。すなわち基端側コネクターＣＮ２は、配線ケーブルＣＢに不可分なかたちで同配線ケーブルＣＢの基端側に取り付けられている。

また、配線ケーブルＣＢは、第２のアーム１５の上面と基台１１とにはワイヤークリップなどの図示しない公知の配線固定具により固定され、第２のアーム１５の上面と基台１１との間では外部配線機構３０に支持される態様にて、カメラ１９と制御装置の間に敷設されている。

外部配線機構３０は、基台１１の上部に設けられた第１保持部材２１と、第２のアーム１５の上部に設けられた第２保持部材２５と、それら第１保持部材２１と第２保持部材２５との間に掛け渡される配線ダクト３１とを有し構成されている。

第１保持部材２１は、その基端としての固定部２２が同基台１１において回転軸１２に干渉しない位置に固定されている。また、固定部２２に支持されたその先端に設けられる板体としての支持板２３が第１のアーム１３の旋回面に平行にかつ軸心Ｃ１の軸心線上に位置されるように固定部２２の位置から回転軸１２の上方に張り出されるかたちに配置されている。なお第１保持部材２１では、配線ケーブルＣＢは第１保持部材２１の表面にワイヤークリップなどの図示しない公知の配線固定具により固定される。第２保持部材２５は、その基端としての固定部２６が第２のアーム１５の上部であって支持軸１４の上方となる位置に固定されている。また、固定部２６に支持されたその先端に設けられる板体としての支持板２７が第１のアーム１３の旋回面に平行にかつ軸心Ｃ２の軸心線上に位置されるように支持軸１４の上方に配置されている。なお第２保持部材２５では、配線ケーブルＣＢは固定部２６の表面にワイヤークリップなどの図示しない公知の配線固定具により固定される。配線ダクト３１は軸心Ｃ１と軸心Ｃ２を含む面に対して半円形状の円弧をもって配設された管体であって、その基端部３１ａがその管中心を軸心Ｃ１中心に回動可能に第１保持部材２１の支持板２３に接続具を介して支持され、その先端部３１ｂがその管中心を軸心Ｃ２中心に回動可能に第２保持部材２５の支持板２７に接続具を介して支持されている。なお配線ダクト３１では、配線ケーブルＣＢは配線ダクト３１の管内の内部空
間に配置される。

これにより、ロボットの第１のアーム１３が軸心Ｃ１を中心に旋回された場合や、第２のアーム１５が軸心Ｃ２を中心に旋回された場合であれ、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２との間の距離は変化せず一定となることから、配線ダクト３１は、ロボットの旋回運動の有無に関わらず、その基端部３１ａと先端部３１ｂとの間の距離が一定に保たれるようになる。すなわち、配線ダクト３１の形状が変形されないため同配線ダクト３１の内部空間に配置される配線ケーブルＣＢにも曲げなどの変形による応力が印加されないようになり、同ケーブルの電気的、機械的な信頼性などが高く維持されるようになる。

次に、配線ダクト３１の保持部材への接続構造について図３を参照して説明する。
図３は、ロボットに設けられている配線ダクト３１を各保持部材２１，２５へ接続具を介して接続する接続構造を主に示す図であって、（ａ）及び（ｃ）〜（ｅ）は接続構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）の配線ダクトの３ｂ−３ｂ線断面構造を断面図である。

図３（ａ）において、配線ダクト３１は、円筒形状の外周に凸部３１ｍと凹部３１ｖとが平行に交互に繰返されるジャバラ形状に形成されており、同ジャバラ形状により柔軟に湾曲させ任意の形状に変形させることができるようになっている。これにより、配線ダクト３１は、第１保持部材２１と第２保持部材２５との間に略半円の円弧形状の部分を有し掛け渡される形状に変形されて配設されている。

図３（ｂ）において、配線ダクト３１は、開放された外周断面形状を有するインナーチューブ３２と、同じく開放された外周断面形状を有し、インナーチューブ３２を覆うようにインナーチューブ３２に嵌合されるアウターチューブ３３とを有し構成されている。インナーチューブ３２は、その外周をその管の軸方向の全長に渡り分断させるように形成された分割面３２ｓにて、その外周面の一部が管の軸方向全長に渡り切り取られるかたちの幅Ｄｅの割り部が形成されて、その割り部により管の内部空間が開放される。これにより、内部空間には、割り部を通じて管の軸方向全長にわたり外部配線などが挿入配置されるようになっている。すなわち、インナーチューブ３２には、その割り部の幅Ｄｅよりも小さい直径Ｃｄを有する配線ケーブルＣＢが同割り部を通じて内部空間に配置される。また、インナーチューブ３２はその内周の直径が内径Ｄｄに形成されており、この内径は直径Ｃｄの配線ケーブルＣＢの配設には十分な大きさであるが、同配線ケーブルＣＢよりも格段に大きな先端側コネクターＣＮ１や基端側コネクターＣＮ２を通すことができない大きさである。しかし、配線ケーブルＣＢをインナーチューブ３２の割り部を介してその内部空間に配置することで、配線ケーブルＣＢと不可分のコネクターをその基端側や先端側にそれぞれ有する配線ケーブルＣＢがインナーチューブ３２にきわめて容易に収容されるようになる。

インナーチューブ３２の外周には、アウターチューブ３３が嵌合される嵌合部３２ａが、各分割面３２ｓから６分の１周程度の円弧状の範囲にて外周面が削りとられるようなかたちに形成されている。

アウターチューブ３３は、その外径がインナーチューブ３２の外径と同じ大きさに形成されており、その管の厚みは、インナーチューブ３２の外周面に対する嵌合部３２ａの深さと同じになっている。アウターチューブ３３は、その外周をその管の軸方向の全長に渡り分断させるように形成された分割面３３ｓにて、その外周面の一部が管の軸方向全長に渡り切り取られるかたちの割り部が形成されて、その割り部により管が開放されている。すなわち、アウターチューブ３３はその割り部がインナーチューブ３２の嵌合部３２ａに押し開かれつつ挟持部３３ａが嵌合部３２ａを挟み込み同嵌合部３２ａに嵌合されるようになっている。そして、嵌合部３２ａに嵌合されたアウターチューブ３３は、同嵌合部３
２ａにより配線ダクト３１の変形や振動によってもインナーチューブ３２の外周を回動せず、インナーチューブ３２から容易に離脱することがないようになっている。なお本実施形態では、配線ダクト３１はほとんど変形しないことからアウターチューブ３３がインナーチューブ３２から離脱されるおそれが極めて低くなる。

すなわち、インナーチューブ３２にアウターチューブ３３が嵌合されて構成される配線ダクト３１は、その外周がインナーチューブ３２もしくはアウターチューブ３３により必ず閉鎖されており、インナーチューブ３２に配置（敷設）された配線ケーブルＣＢは外部の機器などの接触から保護されるようになる。なお、配線ダクト３１（インナーチューブ３２）に収容される外部配線の断面積は内部空間の断面積の６０％〜７０％以下であることが好ましく、そうであれば外部配線に配線ダクト３１や他の外部配線との間の高い摩擦力の生じることが抑制されて、同摩擦力を要因として印加される拘束力や張力などが好適に抑制されるようになる。

インナーチューブ３２とアウターチューブ３３とが嵌合された配線ダクト３１は、その基端部３１ａが半割り継ぎ手Ｊ１に固定される。
図３（ｃ）において、半割り継ぎ手Ｊ１は、一つの円筒を中心軸の方向に２分割された２つの半円筒Ｊａと半円筒Ｊｂとが、それぞれの円周方向端面である連結対向面Ｊａ１と連結対向面Ｊｂ１、及び、開放対向面Ｊａ２と開放対向面Ｊｂ２をそれぞれ合わせることで円筒形状に形成される。なお本実施形態では、開放対向面Ｊａ２と開放対向面Ｊｂ２との間は開放されるものの、連結対向面Ｊａ１と連結対向面Ｊｂ１はその外周面側が蝶番のように連結されており、２つの半円筒Ｊａと半円筒Ｊｂとが分離されないようになっている。

２つの半円筒Ｊａと半円筒Ｊｂには、それぞれその内周面の上部に複数の平行溝からなるダクト保持部４１と、その外側面中ほどに外面から凸出される六角形状のフランジ部としての締め付け部４２と、同締め付け部４２の下部に雄ねじ部４３とがそれぞれ形成されている。すなわち、半割り継ぎ手Ｊ１は、その内周面の上部にダクト保持部４１が形成され、その外側面中ほどに締め付け部４２が形成され、同締め付け部４２の下部には雄ねじ部４３が形成される態様となっている。

これにより、各開放対向面Ｊａ２，Ｊｂ２を開いた２つの半円筒Ｊａと半円筒Ｊｂとのダクト保持部４１の各平行溝に配線ダクト３１の基端部３１ａの凸部３１ｍが嵌るように同配線ダクト３１を配置させて、２つの開放対向面Ｊａ２，Ｊｂ２を閉じることで、配線ダクト３１の基端部３１ａが半割り継ぎ手Ｊ１に回動可能に保持されるようになる。すなわち、半割り継ぎ手Ｊ１の外周面であって、配線ダクト３１の保持されない開放端側にはフランジ部を介して雄ねじ部４３が形成されている。なおこのとき、配線ダクト３１の基端部３１ａからそこに敷設された配線ケーブルＣＢが延設されていた場合であれ、そのような配線ケーブルＣＢを開いた開放対向面Ｊａ２，Ｊｂ２から半割り継ぎ手Ｊ１の中に通すようにすることで、半割り継ぎ手Ｊ１に配線ダクト３１が容易に取り付けられるようになる。

図３（ｄ）において、前記第１保持部材２１の支持板２３には、それを上下に貫通する貫通孔２３ｈがその中心を軸心Ｃ１と同心に形成されており、その貫通孔２３ｈはその内周の一部が幅Ｓｄのスリット部２３ｓにより開放されている。貫通孔２３ｈはその内周が、半割り継ぎ手Ｊ１の雄ねじ部４３を挿通させつつ締め付け部４２は挿通させない径に形成されており、そこに半割り継ぎ手Ｊ１を介して配置された配線ダクト３１は、その管の軸が軸心Ｃ１と同心とされるように配置される。なおこのとき、配線ダクト３１の基端部３１ａから配線ケーブルＣＢが延設されていた場合であれ、同配線ケーブルＣＢをその直径Ｃｄよりも広い幅Ｓｄのスリット部２３ｓを介して貫通孔２３ｈに通すことで、配線ダ
クト３１を半割り継ぎ手Ｊ１を介して第１保持部材２１の支持板２３に容易に取り付けられるようになる。

図３（ｅ）において、半割りナットＮ１は、外形六角形状の一つの円筒を中心軸の方向に２分割された２つの半円筒Ｎａと半円筒Ｎｂとが、それぞれの円周方向端面である連結対向面Ｎａ１と連結対向面Ｎｂ１、及び、開放対向面Ｎａ２と開放対向面Ｎｂ２をそれぞれ合わせることで円筒形状に形成される。なお本実施形態では、開放対向面Ｎａ２と開放対向面Ｎｂ２との間は開放されるものの、連結対向面Ｎａ１と連結対向面Ｎｂ１はその外周面側が蝶番のように連結されており、２つの半円筒Ｎａと半円筒Ｎｂとが分離されないようになっている。

２つの半円筒Ｎａと半円筒Ｎｂには、それぞれその外周面に締結部４６が形成され、その内周面には前記半割り継ぎ手Ｊ１の雄ねじ部４３が螺合される雌ねじ部４５がそれぞれ形成されている。これにより、半割りナットＮ１には、その外周面に締結部４６が形成され、その内周面に雌ねじ部４５が形成される態様となっている。すなわち、締結部４６は雌ねじ部４５より大きい六角形状の外形を有するかたちになっており、締結部４６により半割りナットＮ１が第１保持部材２１の支持板２３の貫通孔２３ｈを貫通しないようになっている。

半円筒Ｎｂには、その円筒形状の上端にてその外形の一辺に、締結部４６の六角形状と同一の外形六角形状からなる板状の止め板Ｎｃがその一辺を連結され、同辺を中心に回動可能に設けられている。すなわち、止め板Ｎｃは、半円筒Ｎｂの上端に蝶番で留められたようなかたちに設けられている。止め板Ｎｃは、その内側には半割りナットＮ１の内径より大きい貫通孔Ｎｃｈが形成されており、その貫通孔Ｎｃｈは、その内周の一部が幅Ｎｄのスリット部Ｎｃｓにより開放されている。

開放対向面Ｎａ２と開放対向面Ｎｂ２とが合せられて半円筒Ｎａと半円筒Ｎｂとが略円筒形を形成するとき、各上面Ｎａ３，Ｎｂ３より形成される上面に止め板Ｎｃの固定面Ｎｃ３が結合せられると、各上面Ｎａ３，Ｎｂ３が離間されないように固定面Ｎｃ３によって固定される。すなわち、半円筒Ｎａと半円筒Ｎｂとは、その上面に止め板Ｎｃが結合されることにより、開放対向面Ｎａ２と開放対向面Ｎｂ２とが開放されないようになり、半割りナットＮ１が形成されるようになる。なお、各上面Ｎａ３，Ｎｂ３と固定面Ｎｃ３とは、例えば、各上面Ｎａ３，Ｎｂ３の嵌合溝に固定面Ｎｃ３の凸部が嵌合するかたちや、各上面Ｎａ３，Ｎｂ３に形成された段差に固定面Ｎｃ３に形成された段差が嵌るようなかたちなどの公知の方法にて固定結合されるようになっている。

そして、貫通孔２３ｈに挿通された半割り継ぎ手Ｊ１の雄ねじ部４３に半割りナットＮ１の雌ねじ部４５を螺合させ、貫通孔２３ｈを半割り継ぎ手Ｊ１の締め付け部４２と半割りナットＮ１の止め板Ｎｃとの間に挟むことにより、配線ダクト３１の基端部３１ａを第１保持部材２１の支持板２３に固定させる。なおこのとき、配線ダクト３１の基端部３１ａから配線ケーブルＣＢが延設されていた場合であれ、同配線ケーブルＣＢを止め板Ｎｃのスリット部Ｎｃｓと、開かれた２つの開放対向面Ｎａ２，Ｎｂ２の間とから半割りナットＮ１の中に通すようにすることで、半割りナットＮ１に配線ダクト３１が容易に取り付けられるようになる。

これにより、配線ケーブルＣＢが配置され、基端部３１ａからその配線ケーブルＣＢが延出されているような配線ダクト３１を第１保持部材２１に支持させるように取り付けることが容易に行えるようになる。

他方、配線ダクト３１の先端部３１ｂは、半割り継ぎ手Ｊ２に回動可能に連結され、そ
の半割り継ぎ手Ｊ２の雄ねじ部４３が第２保持部材２５の貫通孔２７ｈを挿通されて、その雄ねじ部４３に半割りナットＮ２の雌ねじ部４５が螺合されることで第２保持部材２５に回動可能に固定される。なおこのとき、配線ダクト３１の先端部３１ｂは同ダクトの基端部３１ａと、半割り継ぎ手Ｊ２は半割り継ぎ手Ｊ１と、貫通孔２７ｈは貫通孔２３ｈと、及び半割りナットＮ２は半割りナットＮ１とそれぞれ上記説明と同様の構造である。そして、それらを用いて行なう配線ダクト３１の先端部３１ｂの第２保持部材２５の貫通孔２７ｈへの接続構造は、配線ダクト３１の基端部３１ａの第１保持部材２１の貫通孔２３ｈへの接続構造と同様であることから、ここではその詳細な説明を省略する。

これにより上述のように基端部３１ａを第１保持部材２１に支持させる場合と同様に、配線ケーブルＣＢが配設され、先端部３１ｂからその配線ケーブルＣＢが延出されているような配線ダクト３１を第２保持部材２５に支持させるように取り付けることが容易に行えるようになる。

このような外部配線機構３０を有するロボットには、基台１１に対して旋回移動される第１のアーム１３を跨ぐかたちに、第１のアーム１３に対して旋回移動される第２のアーム１５と基台１１との間に高い信頼性のもと、しかも容易に配線ケーブルＣＢが敷設されるようになる。

以上説明したように、本実施形態の多関節型ロボットによれば以下のような効果を得ることができる。
（１）配線ダクト３１の基端部３１ａは回転軸１２の軸心Ｃ１に回動可能に、先端部３１ｂは支持軸１４の軸心Ｃ２に回動可能に保持されるようにした。これにより、第１のアーム１３が旋回した場合に配線ダクト３１はその基端部３１ａと先端部３１ｂとの間の距離が変化されない。すなわち、第１のアーム１３が旋回された場合であれ配線ダクト３１の形状や長さがほとんど変化されないことから配線ダクト３１内に敷設される配線ケーブルＣＢにも変形が生じないようになり、同配線ケーブルＣＢに第１のアーム１３の旋回を要因とする応力が印加されないようになる。その結果、配線ダクト３１内に配置された配線ケーブルＣＢは、それが応力や曲げに弱い配線などであれ切断や折れ等の不具合の発生されることが抑制されるようになり、それら部材の信頼性が向上される。

（２）また、配線ダクト３１にはその外周に同外周が分断される割り部を形成した。これにより、配線ダクト３１に配線ケーブルＣＢを通す場合、配線ケーブルＣＢの端部を配線ダクト３１の管端部に押し込むかたちにして同ダクトに通すのではなく、配線ケーブルＣＢの配線ダクト３１内に配置したい部分だけを外周の割り部から配線ダクト３１内に配置させることができるようになる。すなわち、配線ダクト３１を押し通すことのできない大きな先端側コネクターＣＮ１と基端側コネクターＣＮ２を有している配線ケーブルＣＢであれそれらコネクターを取り外すことなく配線ダクト３１への配置ができるようになる。その結果、多関節型ロボットの下端部１７などに取り付けられるツールに必要とされ複数のアーム間に渡り敷設される外部配線に対する制約が低減され、ロボットに取り付けられるツールそのものの選択自由度が高められるようになり、多関節型ロボットとして利用価値が高められる。

（３）さらに、配線ケーブルＣＢを配線ダクト３１内に配置したことにより、配線ケーブルＣＢが保護されるようになるとともに外見上の美観も維持される。
（４）また、配線ダクト３１は、第１のアーム１３が旋回しても当初の形状が維持されるようにされた。すなわち、第１のアーム１３沿いに、回転軸１２と支持軸１４との間にその中間部分が山状となる半円形状で掛け渡された配線ダクト３１では、同中間部分の側方への倒れが抑制される。これにより、アーム旋回への負荷となる配線ダクト３１の距離や形状の変化、例えば配線ダクト３１の中間部分の倒れなどによる応力が生じないように
なり、配線ダクト３１がロボットの動作性能を低下させるおそれも抑制される。

（５）配線ダクト３１をインナーチューブ３２の外周断面に開放された割り部がそこに嵌合されるアウターチューブ３３により覆われるようにした。これにより、配線ダクト３１内に配置された配線ケーブルＣＢの飛び出しなどが抑制され、また外部機器との接触などからも保護されようになり、このような配線ダクトを用いる多関節型ロボットの信頼性がさらに向上される。

（６）配線ダクト３１の形状がほとんど変形されない。このことから、インナーチューブ３２にアウターチューブ３３が嵌合されるような配線ダクト３１であれ、配線ダクト３１の変形よりインナーチューブ３２とアウターチューブ３３とのそれぞれに印加される応力によりインナーチューブ３２とアウターチューブ３３との嵌合が外されるようなおそれがより一層低減されるようになる。これにより、配線ケーブルＣＢがより好適に保護されるようになる。

（７）配線ダクト３１は可撓性を有するようにした。これにより割り部の大きさが配線ケーブルＣＢの太さ等よりも小さい場合であれ、その割り部を拡開して配線ケーブルＣＢを配線ダクト３１内に配置させることができるようになる。

（８）また、アームの旋回により配線ダクト３１の両端部の距離が多少変動するような場合であれ、配線ダクト３１が多少変形してその変動を吸収するとともに、第１のアーム１３にはその変形による負荷を与えない。これにより、配線ダクト３１の設置に高い精度が不要とされ配線ダクト３１の採用の可能性が高められるようになる。

（９）さらに、配線ダクト３１はその内部に収容した配線ケーブルＣＢを摩耗させる可能性が低くなり、配線ケーブルＣＢの耐久性の低下が抑制され機械的な信頼性が向上されるようになる。

（１０）配線ダクト３１の各端部３１ａ，３１ｂを各スリット部２３ｓ，２７ｓにより開放された外周を有する各貫通孔２３ｈ，２７ｈに回動可能に、それぞれ外周が開放される各半割り継ぎ手Ｊ１，Ｊ２と各半割りナットＮ１，Ｎ２にて、それらの内部に配線ケーブルＣＢを通すようにして支持した。これにより、配線ダクト３１の各端部３１ａ，３１ｂをそれぞれ各軸心Ｃ１，Ｃ２に保持する各保持部材２１，２５に回動可能に設置することが容易になり、配線ダクト３１による配線ケーブルＣＢの保護がより容易になる。

（１１）ビジョンカメラ１９のために複数の電線からなるが故に応力に対する耐性の高くない配線ケーブルＣＢの敷設を行ったが、第１のアーム１３の旋回を要因として同配線ケーブルＣＢへ印可される応力を抑制した。これにより、配線ケーブルＣＢの不具合、例えば配線の切断や接触不良などを要因としてビジョンカメラ１９などに生じる不具合の発生が抑制されるようになり、多関節型ロボットに用いるツールの信頼性及び選択自由度が高められるようになり多関節型ロボットの利用価値も向上される。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ロボットは、床面等に設置された基台１１を有し、その上端部に回動可能に設けられた回転軸１２に、第１のアーム１３の基端部が連結固定されていた。しかしこれに限らず、ロボットはその基台が床面などではなく、例えば、壁面や天井に取り付けられるような構造であれ、高い信頼性のもとで容易に外部配線を敷設するための配線ダクトを設けることができる。例えば、図４に示されるように、ロボットは、設置ベース５１Ａを介して壁面に取り付けられる基台５１を有し、その下端部に回動可能に設けられた回転軸１２に第１のアーム１３の基端部が連結固定されるようにしてもよい。このと
きは、外部配線機構６０は、基台５１の上部に軸心Ｃ１上になるように設けられる第１保持部材２１の支持板２３と、第２のアーム１５に設置される第２保持部材２５の支持板２７との間に上部が半円形状で支持板２７側が直線状に延長される配線ダクト６１を設ける。そして、この配線ダクト６１も、インナーチューブ６２とアウターチューブ６３より構成する。これにより、ロボットには、その基台の取り付け態様に限定されること無く、高い信頼性のもとで容易に外部配線を敷設させる配線ダクトを設けることができる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１には配線ケーブルＣＢが配置されたが、これに限らず、外部配線は回転軸と支持軸との間に線状に敷設されるものであればそのほかのものであってもよい。例えば、外部配線としては、電気信号を伝達する信号線、駆動電力を伝達する動力線、圧縮空気を伝達させるエアーチューブ、液体を伝達させる流体回路用の配管、光ファイバーケーブルなどでもよい。これにより、このような配線ダクトを有するロボットへのツールや外部機器等の設置が容易になる。

・また、配線ダクトには外部配線以外に、ロボットに予め必要とされるモーターの動力線やモーターエンコーダーや各種センサーの信号線などが併せて敷設されてもよい。
・上記実施形態では、配線ダクト３１は半割り継ぎ手Ｊ１（Ｊ２）のダクト保持部４１に回動可能に支持されたが、これに限らず、配線ダクトはアームに対して回動可能に支持されるのであれば、その支持構造はこれに限られない。例えば、半割り継ぎ手Ｊ１（Ｊ２）と半割りナットＮ１（Ｎ２）との間に、支持板２３（２７）を回動可能な余裕を持って挟むようにするなどしてもよい。これにより、配線ダクトの支持構造の自由度が高められる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１はインナーチューブ３２とアウターチューブ３３より構成された。しかしこれに限らず、割体としての配線ダクトは渦巻状の外周を有しその外周の端部を開いて管内に外部配線を配置することが可能なチューブや、配線ダクトが左右対称に半分に割れその間に外部配線を配置してから重ね合わせて管状とするような管でもよい。これにより、配線ダクトの構成の選択自由度が高められ、このような配線ダクトのロボットへの設置が容易になる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１は可撓性を有したが、これに限らず、配線ダクトは可撓性を有さなくてもよい。例えば、先端部や基端部の断面が円形でありそれらに対応する軸心とが同心であれば、アームの旋回に伴う配線ダクトの変形は全く生じないことから配線ダクトが非可撓性の部材から形成されてもよい。また、配線ダクトは、可撓性の部材と、非可撓性の部材とが組み合わされて形成されてもよい。これにより、このような配線ダクトの形成の自由度、材料選択の自由度が高められる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１の基端部３１ａは軸心Ｃ１と同心であり、先端部３１ｂは軸心Ｃ２と同心であった。しかしこれに限らず、配線ダクトの基端部が軸心Ｃ１と少しずれていたり、先端部が軸心Ｃ２と少しずれていてもよい。この場合は、ロボットの旋回に伴って軸心Ｃ１と軸心Ｃ２との距離が多少変化するが、この変化を吸収可能な程度の遊びや柔軟性が配線ダクトやその接続構造などにあればよい。そして、このような多少の距離ずれであれば、外部配線に印加される応力は従来に比べて非常に小さいものとなる。これにより、このような配線ダクトの設計や製造に高い精度が要求されず、その設計や製造が容易となり、自由度が高められロボットへの採用が容易になる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１の基端部３１ａや先端部３１ｂの管端面から配線ケーブルＣＢが延出された。しかしこれに限らず、配線ダクトの基端部や先端部の管側面から外部配線が引出されるようなかたちでもよい。そうすれば、管側面に外部配線の引出し穴が必要となるものの、配線ダクトを各支持板に支持するための構造を簡素化すること
ができるようにもなる。これによって、配線ダクトのロボットへの設置が容易になり、ロボットへの採用の可能性が高められるようになる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１は、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とを含む平面に対して半円形状の円弧をもって配設されたが、これに限らず、配線ダクトは、その基端部が軸心Ｃ１に、その先端部が軸心Ｃ２に対してそれぞれ回動可能でさえあれば、軸心Ｃ１と軸心Ｃ２との間の距離が不変であることから同平面に対してどのような形状であってもよい。例えば、第１のアームと同一方向に延びる直管に軸心Ｃ１と軸心Ｃ２とに同心の管状の足部を設け、それら足部を各保持部材に回動可能に保持させるようにしてもよいし、上記実施形態の基端部もしくは先端部のみをこのような足部に置き換えてもよい。これにより、配線ダクトの形状の自由度が高められることにより、このような配線ダクトのロボットへの採用の可能性が高められるようになる。

・上記実施形態では、配線ダクト３１は管体であったが、各保持部材に対して回動可能に保持させることができる構造であれば、この管体の断面形状は、円形、楕円形、矩形などの多角形やそれらの組合せであってもよい。これによっても、配線ダクトの形状の自由度が高められることにより、このような配線ダクトのロボットへの採用の可能性が高められるようになる。

本発明にかかる多関節型ロボットを具体化した一実施形態の斜視構造を示す斜視図。 同実施形態の多関節型ロボットの正面構造を示す正面図。 同実施形態に用いられる配線ダクトの接続構造を示す図であって、（ａ）は配線ダクトの端部の斜視図、（ｂ）は（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面図、（ｃ）は割り継ぎ手の斜視図、（ｄ）は支持板の貫通孔の斜視図、（ｅ）は割りナットの斜視図。 本発明にかかる多関節型ロボットを具体化したその他の実施形態の斜視構造を示す斜視図。 従来の多関節型ロボットの斜視構造を示す斜視図。

符号の説明

１１…支持部としての基台、１２…回転軸、１３…連結アームとしての第１のアーム、１４…支持軸、１５…作用アームとしての第２のアーム、１５Ａ…主軸筒、１６…主軸、１７…下端部、１８…取付具、１９…ビジョンカメラ（カメラ）、２１…第１保持部材、２２，２６…固定部、２３，２７…支持板、２３ｈ，２７ｈ…貫通孔、２３ｓ，２７ｓ…スリット部、２５…第２保持部材、３０…外部配線機構、３１…保持ダクト及び割体としての配線ダクト、３１ａ…基端部、３１ｂ…先端部、３１ｍ…凸部、３１ｖ…凹部、３２…割体を構成するインナーチューブ、３２ａ…嵌合部、３２ｓ…分割面、３３…割体を構成するアウターチューブ、３３ａ…挟持部、３３ｓ…分割面、４１…ダクト保持部、４２…締め付け部、４３…雄ねじ部、４５…雌ねじ部、４６…締結部、５１…基台、５１Ａ…設置ベース、６０…外部配線機構、６１…保持ダクト、６２…インナーチューブ、６３…アウターチューブ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…軸心、ＣＢ…配線ケーブル、ＣＮ１…先端側コネクター、ＣＮ２…基端側コネクター、Ｊ１，Ｊ２…半割り継ぎ手、Ｊａ，Ｊｂ…半円筒、Ｊａ１，Ｊｂ１…連結対向面、Ｊａ２，Ｊｂ２…開放対向面、Ｍ１…第１モーター、Ｍ２…第２モーター、Ｍ３…回転モーター、Ｍ４…昇降モーター、Ｎ１，Ｎ２…半割りナット、Ｎａ，Ｎｂ…半円筒、Ｎｃ…止め板、Ｎａ１，Ｎｂ１…連結対向面、Ｎａ２，Ｎｂ２…開放対向面、Ｎａ３，Ｎｂ３…上面、Ｎｃ３…固定面、Ｎｃｈ…貫通孔、Ｎｃｓ…スリット部。

Claims (5)

1. 複数のアームのうちの一つである連結アームを回転軸にて同回転軸の軸心を中心として回動可能に支持する支持部と、
   前記回転軸に平行する支持軸にて同支持軸の軸心を中心として前記連結アームに回動可能に支持される作用アームと、
   前記支持部に相対的に固定される第１保持部材と、
   前記作用アームに相対的に固定される第２保持部材と、
   管形状に形成されて内部に外部配線が配置される内部空間を有し、その基端部が前記回転軸の軸心の延長上にて前記第１保持部材により同回転軸に対して回動可能に保持され、その先端部が前記支持軸の軸心の延長上にて前記第２保持部材により同支持軸に対して回動可能に保持される保持ダクトとを備え、
   前記保持ダクトを前記基端部と前記先端部との間で管の軸方向に沿って外周が分断される割体としたことを特徴とする多関節型ロボット。
2. 前記保持ダクトを構成する割体は、開放された断面形状を有するインナーチューブと、同じく開放された断面形状を有してこのインナーチューブを覆うようにインナーチューブに嵌合されるアウターチューブとからなる
   請求項１に記載の多関節型ロボット。
3. 前記インナーチューブ及びアウターチューブは、可撓性を有する部材により形成されている
   請求項２に記載の多関節型ロボット。
4. 前記保持ダクトの基端部及び先端部にそれぞれ対応する前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、前記保持ダクトの基端部及び先端部にそれぞれ連結されて、フランジ部を介した開放端側外周面に雄ねじが形成された半割り継ぎ手と、この半割り継ぎ手の前記雄ねじの部分が貫通される貫通孔を有するとともに、この貫通孔の一部が外部に開放された板体からなる支持板と、この支持板の前記貫通孔に貫通された半割り継ぎ手の雄ねじの部分に螺合される雌ねじが形成された半割りナットと、を備えて構成される
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。
5. 前記外部配線は、外付けツール接続用の配線ケーブルである
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の多関節型ロボット。

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