JP5187425B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ツールが連結される移動可能な可動体と固定体との間にケーブルが配索されたロボットに関する。

少なくとも平面上の一方向に移動可能な台車を備え、台車上に取付けられたアームが旋回可能なロボットに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは、アームがワークに処置を施す作業部を有しており、台車が移動した先の位置においてアームを旋回させ、作業部によりワークに処置を施すものである。従って、アームと電源とをつなぐ電力供給ラインおよびコントローラとアームとを接続する信号線を必要としており、電線ケーブルによりアームと固定体とを互いに相対移動可能に接続する必要があった。

ところで、これまでロボットの固定体と可動体との間をケーブルで接続する場合、通常、ケーブルベア（登録商標）を使用していた。ケーブルベアは合成樹脂材料等により形成された複数のフレームがピンにより屈曲可能に連結され、その内部に複数のケーブルが収容されたものである。これによりケーブルはフレームにより保護されながら可動体の移動により自由に撓むことが可能で、可動体に対して安定して電力の供給あるいは信号の伝達を行うことができた。

しかし、ケーブルベアはフレームを有することによりスペースを多くとり、ケーブルが配索された装置の長大化を招いていた。また、固定体と可動体との相対移動に伴いケーブルがフレームと擦れ合い、ケーブルの被覆およびフレームの磨耗粉が発生し、これを除去するための手間が面倒であった。
そこで、上述した従来技術においては、固定体と可動体との接続をフラットケーブルを用いて行っている。フラットケーブルは複数のケーブルが並列の状態で互いを接合したもので、撓み自由とされている。ケーブルベアに代えてフラットケーブルを使用することにより、装置の小型化が可能となり、ケーブルがフレームと擦れ合うことによる磨耗粉の発生も防止することができる。

特開平１０−２１７１７９号公報

しかしながら、上記従来技術では、フラットケーブルを導入することで、装置の小型化やケーブルベアの擦れ合いによる磨耗粉発生を抑制できることと引き換えに、フラットケーブルが元々備えている特性であるフレキシビリティ性により、固定体に対し可動体が移動することにより自由に撓むことになる。
その結果、フラットケーブルが撓んだ部分が他の物体に干渉するという事態が発生すると、逆にその場合には、今までのようなケーブルベアによる保護が無くフラットケーブルが剥き出しになっていることが原因で、フラットケーブルが損傷してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フラットケーブルを剥き出しで使用しても、他の物体へ干渉することなく、フラットケーブルが損傷しない構造を持つロボットを提供することにある。

本発明の課題を解決するために、請求項１のロボットによれば、ケーブル束体は固定体および上下方向可動体への取付部位の間において下方に垂れ下がっている垂れ下がり部を有し、上下方向可動体が固定体に対して最も上昇した状態において、ケーブル束体の垂れ下がり部は上下方向可動体の下端および固定体の上下方向可動体と接する側の下端よりも上方に位置し、上下方向可動体が下降している下降中状態において、ケーブル束体の垂れ下がり部は上下方向可動体の下端よりも上方に位置することを維持しながら上下方向可動体の下降に合わせて降下し、上下方向可動体が固定体に対して最も下降した状態において、ケーブル束体の垂れ下がり部は上下方向可動体の下端よりも上方に位置する。

これにより、常に、ケーブル束体が上下方向可動体の下端よりも上方にあり、換言すれば、可動体が先に下降し、その後にケーブル束体の撓みが追従していくので、仮にケーブル束体の撓み先に他の物体が存在しても、先に可動体が他の物体に接触することで可動体による他の物体の押し退けが行われるので、後から追従して下降するケーブル束体は他の物体に干渉しない。

このため、ケーブル束体を剥き出しで使用しても、他の物体へ干渉することなく、ケーブル束体が損傷しないようにすることができる。
また、請求項１のロボットによれば、上下方向可動体が固定体に対して最も上昇した状態では、垂れ下がり部のうち最小曲げ部分の曲率半径（以下、曲率半径を「Ｒ」とする。）が小さく、垂れ下がり部に大きなストレスが作用するにしても、上下方向可動体が固定体に対して下降している下降中状態、或いは最も下降した状態においては、垂れ下がり部の最小曲げＲが、上下方向可動体が固定体に対して最も上昇した状態に比べて大きくなるので、ケーブル束体に対するストレスを緩和することができる。

本発明の一実施形態によるロボットの設置状態における全体斜視図 図１に示したロボットの正面図 図２の下面図 図３の一部を簡略した拡大図 昇降部の作動機構を示した部分断面図 図５において第１昇降部および第２昇降部が最も下降した状態を示した図 昇降部が上死点にある状態を示した図（ａ）、第１昇降部が最も下降した状態を示した図（ｂ）および昇降部が下死点にある状態を示した図（ｃ）

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、これに限定されることはないが、ロボット１は一対のスタンド２ａ、２ｂによって上端のスライド部３が両端から懸架されることにより水平に支持されており、下方に設置されたコンベア（図示せず）により運搬された部品に対して所定の処置を施すことができる。
スライド部３の下面には、長手方向（図２において左右方向）に延びたガイドレール４が取付けられており、ガイドレール４に移動体５が移動可能に係合している。また、スライド部３には直動軸としてのボールねじ（図示せず）が収容されている。スライド部３に内蔵されたボールねじには図示しないナット部材が螺合しており、ナット部材には上述した移動体５が連結されている。図２におけるスライド部３の右端部には直動用モータ６が取付けられ、直動用モータ６の出力軸（図示せず）は前述のボールねじに連結されている。スライド部３の側面に取付けられた電源ボックス７（図３示）には外部からパワーサプライ用ケーブルが導かれ、前述の直動用モータ６へと接続されている。これにより、直動用モータ６を駆動してボールねじを回転させると、スライド部３に対して回転不能であるナット部材がボールねじ上を移動するため、移動体５は図２において左右方向（Ｘ軸方向）に移動する。

移動体５の下方には、アーム８（本発明の固定体に該当する）が移動体５に対して鉛直なＲ軸を中心に回転可能に取付けられている（図１示）。移動体５には旋回用モータ９が取り付けられており、旋回用モータ９はケーブルベア１０により保護されたパワーサプライ用ケーブルにより電源ボックス７と接続されている。尚、ケーブルベア１０は一般的に使用されているものと同様のものであるが、図１および図３において、その外形状は簡素化されて表わされている。旋回用モータ９はパワーサプライ用ケーブルを介して電力が供給されることにより駆動され、アーム８をＲ軸を中心に水平面内に回転させることができる。

一方、アーム８は上下方向には不動であり、このアーム８に対して上下方向に移動可能に第１昇降部１１が連結され、さらに第１昇降部１１に対して上下方向に相対移動可能に第２昇降部１２が接続されている（以下、第１昇降部１１および第２昇降部１２を包括して昇降部という）。これにより、第１昇降部１１および第２昇降部１２はアーム８に対してテレスコピック（伸縮自在）に形成されており、アーム８とともに水平面内に回転可能となっている。第１昇降部１１は本発明の第１可動体に該当し、第２昇降部１２は後述する回転軸用モータ３０とともに本発明の第２可動体に該当し、また第１昇降部１１および第２昇降部１２を包括したものが本発明の上下方向可動体に該当する。

図５に示すように、第１昇降部１１の第１レール部材１３はアーム８の上下一対の第１ガイド部材１４と係合している。また、第２昇降部１２の第２レール部材１５は第１昇降部１１の上下一対の第２ガイド部材１６と係合している。これらにより、アーム８と第１昇降部１１および第１昇降部１１と第２昇降部１２は、互いに上下方向（Ｚ軸方向）に相対移動可能に形成されている。

アーム８を形成するアームハウジング１７中には昇降用モータ１８が設けられており、昇降用モータ１８の出力軸１９はアームハウジング１７に形成された貫通孔２０に挿通され、第１昇降部１１に形成されたスロット２１を貫通した後、先端に固着されたピニオンギヤ２２が第２昇降部１２に形成されたラック２３と噛合している。昇降用モータ１８には前述のパワーサプライ用ケーブルが接続されており、これを介して電力を供給することにより昇降用モータ１８を駆動すると、ピニオンギヤ２２が回転しラック２３を介して第２昇降部１２を上下動させることができる。

アームハウジング１７の側端部の上下位置からは一対の係合部２４ａ、２４ｂが突出している。また、第１昇降部１１の上端には、アームハウジング１７の上部係合部２４ａと対向し、これに対して上方から係合可能な上部ストッパ部２５ａが形成されている。また、第１昇降部１１の下端には、アームハウジング１７の下部係合部２４ｂと対向して、これに対して下方から係合可能な下部ストッパ部２５ｂが形成されている。また、第１昇降部１１のストッパ部２５ａ、２５ｂが形成された側と反対側の面には、上下方向の略中央部に停止部２６が突出しており、また、下方には係止部２７が突出している。

一方、第２昇降部１２の第１昇降部１１と対向した側の上端には、前述した第１昇降部１１の停止部２６に対して上方から係合可能な位置決め部２８が形成されており、下端には第１昇降部１１の係止部２７に対して下方から係合可能な支承部２９が突出している。また、第２昇降部１２の第１昇降部１１と対向した側と反対側の面の下方には、回転軸用モータ３０が取付けられている。回転軸用モータ３０の下端部先端には減速機３１が形成され、減速機３１を介して、ワークを把持する、あるいはワークに穴あけ加工等の処置を施す図示しないツール（本発明において作業部に該当する）が回転軸用モータ３０に対し連結可能になっている。尚、上述した直動用モータ６、旋回用モータ９、昇降用モータ１８および回転軸用モータ３０の作動は、図外の制御装置により制御されている。

回転軸用モータ３０は上述したパワーサプライ用ケーブルに接続されたフラットケーブル（本発明のケーブル束体に該当する）３２により電力が供給（電気を授受）されて、ツールを回転駆動することが可能となっている。フラットケーブル３２は電線をゴムあるいは樹脂材料等により被覆した一対のケーブル３３、３４（図４示）を、並列状態にした上で互いに溶着により接合して平板状に形成したものである。図７（ａ）に示すように、フラットケーブル３２はアームハウジング１７の第１昇降部１１との対向方向（図４において左右方向）に対する側面３５から引き出され、側面３５に沿って、一旦、上方へと昇った後、第１昇降部１１へ近づくように横方向（図４において右方）に移動する。

その後、フラットケーブル３２は下方へと延びてケーブルクランプ３６により、アームハウジング１７の側面３５に固定されている。ケーブルクランプ３６は鋼板あるいは板バネ材をプレス成型して形成されており、図７（ａ）に示すように、アームハウジング１７の側面３５にボルト締めされて固定されている。ケーブルクランプ３６は切片が鉤状に曲げられることによって形成された一対のクランプ部３７ａ、３７ｂを備えており、フラットケーブル３２はこのクランプ部３７ａ、３７ｂに挟持されることにより、アームハウジング１７の側面３５から所定距離だけ離れて（図４示）、アーム８と第１昇降部１１および第２昇降部１２との移動方向と平行の方向で、かつ垂れ下がっている部位のある方向からアーム８への方向に保持されている（図２示）。

ケーブルクランプ３６の上端には水平方向に延びるケーブルガイド３８が形成されており、これによりアームハウジング１７の側面３５から引き出されたフラットケーブル３２は水平方向に保持されている。また、ケーブルクランプ３６の下端には斜め方向に延びた撓みガイド３９（本発明の案内手段に該当する）が形成されており、これにより第２昇降部１２が下降した時のフラットケーブル３２の撓みを規制している（図１示）。この撓みガイド３９の先端部はフラットケーブル３２と反対側に折曲形成されている。これは、撓みガイド３９の先端部がフラットケーブル３２に接触することによる損傷を防止するためである。

フラットケーブル３２はケーブルクランプ３６よりも下方において垂れ下がり、その後、再び上昇して第２昇降部１２の側面４０（アーム８と第１昇降部１１との対向方向に対する側面に相当）に取付けられている。第２昇降部１２の回転軸用モータ３０の取付面には、ストッパプレート４１が固着されている（図１示）。ストッパプレート４１は金属板により形成されており、取付ボルト（図示せず）により第２昇降部１２に固定されている。ストッパプレート４１の側端にはＣクランプ部４２が形成されており、これにフラットケーブル３２が保持されている。Ｃクランプ部４２はストッパプレート４１の端片が巻回されて形成されており、フラットケーブル３２はこれに挟持されることにより、前述したアームハウジング１７に対する場合と同様に、第２昇降部１２の側面４０から所定距離だけ離れて（図４示）、アーム８と第１昇降部１１および第２昇降部１２との移動方向と平行の方向で、かつフラットケーブル３２の垂れ下がっている部位のある方向から第２昇降部１２への方向に固定されている（図２示）。また、アーム８と回転軸用モータ３０との間を接続するフラットケーブル３２は、各ケーブル３３、３４がアーム８および第２昇降部１２の側面３５、４０から離れる方向（図４において上方）に並ぶように取付けられている。

図１に示すように、Ｃクランプ部４２から第２昇降部１２の側面４０上を上方へと延びたフラットケーブル３２は、ストッパプレート４１の上端に形成された折曲部４３に係止されることにより下方に向けて折り返されている。折曲部４３において折り返されたフラットケーブル３２は、ストッパプレート４１の回転軸用モータ３０側を下降して回転軸用モータ３０内に引き込まれている。第２昇降部１２の側面４０上にあるフラットケーブル３２は、ストッパプレート４１の縁部４４に当接することによって回転軸用モータ３０側への撓みが規制されている。

次に、図５乃至図７に基づき、上述した構成による昇降部１１、１２の作動方法について説明する。図５および図７（ａ）に示すように、アーム８に対して第１昇降部１１および第２昇降部１２が最上位置（上死点）にある時、第２昇降部１２はラック２３が静止した昇降用モータ１８のピニオンギヤ２２と噛合することにより保持されている。一方、第１昇降部１１は係止部２７が第２昇降部１２の支承部２９と係合することにより支持されている。

昇降用モータ１８に電力を供給して一方向に駆動すると、出力軸１９を介してピニオンギヤ２２が回転するため、これと係合したラック２３の移動により第２昇降部１２が下降する。第２昇降部１２の下降により、支承部２９により支持されている第１昇降部１１も自重により第２昇降部１２と一体となって下降する。
昇降用モータ１８の駆動により、第１昇降部１１および第２昇降部１２が所定距離だけ下降して第１昇降部１１の上部ストッパ部２５ａがアームハウジング１７の上部係合部２４ａに当接すると、第１昇降部１１はアーム８に固定されてそれ以上は下降しなくなり（図６および図７（ｂ）示）、それ以降、第２昇降部１２のみがアーム８および第１昇降部１１に対して下降する。

やがて、第２昇降部１２の位置決め部２８が第１昇降部１１の停止部２６に上方から係合すると第２昇降部１２はそれ以上は下降できなくなるため、制御装置は昇降用モータ１８の駆動を停止させる（図６および図７（ｃ）示）。制御装置は第２昇降部１２の下降停止による昇降用モータ１８の負荷電流の増大を検出して昇降用モータ１８の駆動を停止させてもよいし、パルスエンコーダ等により昇降用モータ１８の駆動量を検出して昇降用モータ１８を停止させてもよい。

図６および図７（ｃ）に示したように、第１昇降部１１および第２昇降部１２がアーム８に対して最も下降した位置（下死点）にある状態から、第１昇降部１１および第２昇降部１２をアーム８に対して上昇させる場合、昇降用モータ１８を前述した場合と逆方向に駆動させると、ピニオンギヤ２２の回転によるラック２３の移動により、第２昇降部１２のみがアーム８および第１昇降部１１に対して上昇する。
第２昇降部１２の上昇により、支承部２９がアーム８に支持された第１昇降部１１の係止部２７と係合すると、第１昇降部１１も第２昇降部１２とともに上昇を開始する。やがて、第１昇降部１１の下部ストッパ部２５ｂがアームハウジング１７の下部係合部２４ｂと係合すると、第１昇降部１１および第２昇降部１２はそれ以上は上昇できなくなるため、制御装置は昇降用モータ１８の駆動を停止させる（図５および図７（ａ）示）。

図７（ａ）に示すように、フラットケーブル３２のアーム８および第２昇降部１２への取り付け部の間に位置する下方への垂れ下がり部４５は、第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６およびアーム８の第１昇降部１１と接する側の下端４８よりも上方に位置している。
図７（ｂ）に示すように、第１昇降部１１および第２昇降部１２が下降している下降中状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６よりも上方に位置することを維持しながら第１昇降部１１および第２昇降部１２の下降に合わせて降下する。このとき、垂れ下がり部４５は、曲げ形状からの復元力により撓みガイド３９に沿って案内された状態で拡開し、それに伴って最小曲げＲが大きくなる。

図７（ｃ）に示すように、第１昇降部１１および第２昇降部１２がアーム８に対して最も下降した状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は、第２昇降部１２の下端４６よりも上方に位置する。また、図６および図７（ｃ）に示すように、第２昇降部１２がアーム８および第１昇降部１１に対して最も下降した状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１の下端４７よりも上方にある。このとき、垂れ下がり部４５は、曲げ形状からの復元力により撓みガイド３９に沿って案内された状態でさらに拡開し、最終的には最小曲げＲが最大となる。

本実施形態によれば、第１昇降部１１および第２昇降部１２がアーム８に対して最も上昇した状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６およびアーム８の第１昇降部１１と接する側の下端４８よりも上方に位置し、昇降部１１、１２が下降している下降中状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６よりも上方に位置することを維持しながら昇降部１１、１２の下降に合わせて降下し、第１昇降部１１および第２昇降部１２がアーム８に対して最も下降した状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６よりも上方に位置する。

これにより、常に、フラットケーブル３２が第１昇降部１１および第２昇降部１２の下端４７、４６よりも上方にあり、換言すれば、昇降部１１、１２が先に下降し、その後にフラットケーブル３２の撓みが追従していくので、仮にフラットケーブル３２の撓み先に他の物体が存在しても、先に昇降部１１、１２が他の物体に接触することで昇降部１１、１２による他の物体の押し退けが行われるので、後から追従して下降するフラットケーブル３２は他の物体に干渉しない。

このため、フラットケーブル３２を剥き出しで使用しても、他の物体へ干渉することなく、フラットケーブル３２が損傷しないようにすることができる。
また、フラットケーブル３２はアーム８と第２昇降部１２との対向方向に対する側面３５、４０に取付けられ、フラットケーブル３２はアーム８および第２昇降部１２に取付けられた状態で、双方への取付部位の間がアーム８、第１昇降部１１および第２昇降部１２と所定距離だけ離れて保持され、フラットケーブル３２を形成する各々のケーブル３３、３４は、アーム８および第２昇降部１２の側面３５、４０から離れる方向に並んでいる。

これにより、第１昇降部１１あるいは第２昇降部１２がアーム８に対して移動すると、平板状のフラットケーブル３２はアーム８および第２昇降部１２の側面３５、４０から所定距離だけ離れた状態で垂れ下がり部４５の形成される方向（フラットケーブル３２が平板として折り曲げられる方向）に撓むため、フラットケーブル３２はアーム８、第１昇降部１１および第２昇降部１２に干渉せず、撓むことにより無理な応力を発生させることもなく、ダメージを受けることがない。

また、昇降部１１、１２は、アーム８に対して上下移動可能に連結された第１昇降部１１と、第１昇降部１１に対して上下方向に相対移動可能に接続された第２昇降部１２により形成され、最上位置から第１昇降部１１および第２昇降部１２が一体となってアーム８に対して所定距離だけ下降した後、第１昇降部１１がアーム８に対して固定された状態で、第２昇降部１２のみがアーム８および第１昇降部１１に対して下降し、第２昇降部１２がアーム８および第１昇降部１１に対して最も下降した状態において、フラットケーブル３２の垂れ下がり部４５は第１昇降部１１の下端４７よりも上方にある。
これにより、第２昇降部１２がアーム８および第１昇降部１１に対して下降しても、フラットケーブル３２が第１昇降部１１の下端４７に当接することがなく、フラットケーブル３２の被覆がエッジ状の下端４７からダメージを受けることがない。

また、フラットケーブル３２のアーム８および第２昇降部１２上への取付部位は、アーム８および第２昇降部１２の間の移動方向と平行の方向で、かつ垂れ下がり部４５のある方向からアーム８および第２昇降部１２への方向にそれぞれ固定されている。
これにより、昇降部１１、１２がアーム８に対して移動を繰り返してもフラットケーブル３２のアーム８および第２昇降部１２への固定部がこじられることがなく、被覆された電線がダメージを受けることがない。

また、昇降部１２がアーム８に対して最も上昇した状態では、垂れ下がり部４５の最小曲げＲが小さく、垂れ下がり部４５に大きなストレスが作用するにしても、昇降部１２がアーム８に対して下降している下降中状態、或いは最も下降した状態においては、垂れ下がり部４５の最小曲げＲが、昇降部１２がアーム８に対して最も上昇した状態に比べて大きくなるので、フラットケーブル３２に対するストレスを緩和することができる。

＜その他の実施形態＞
フラットケーブル３２を形成するケーブル数は、複数であればいくつあってもよい。
また、移動体５はＸ軸方向に移動可能であることに加えて、図３において左右方向（Ｙ軸方向）に移動可能であってもよい。
昇降部は３ピース以上の部材により伸縮自在に形成されていてもよい。

図面中、１はロボット、８はアーム（固定体）、１１は第１昇降部（第１可動体）、１２は第２昇降部（第２可動体）、３０は回転軸用モータ（第２可動体）、３２はフラットケーブル（ケーブル束体）、３３、３４はケーブル、３５はアームの側面、４０は第２昇降部の側面、４５は垂れ下がり部、４６は第２昇降部の下端、４７は第１昇降部の下端、４８はアームの下端を示している。

Claims (1)

1. 少なくとも上下方向には不動の固定体と、
   ワークに対して処置を施す作業部が連結可能であるとともに、前記固定体に対して上下方向に移動可能に接続された上下方向可動体と、
   複数のケーブルが互いに並列した状態で接合されることにより平板状に形成されるとともに、電気の授受を行うために、前記固定体と前記上下方向可動体とをつなぐように双方にそれぞれ取付けられたケーブル束体と、
   前記ケーブル束体を前記固定体に固定するケーブルクランプとを備え、
   前記ケーブル束体は前記固定体および前記上下方向可動体への取付部位の間において下方に垂れ下がっている垂れ下がり部を有し、前記上下方向可動体が前記固定体に対して最も上昇した状態において、前記ケーブル束体の前記垂れ下がり部は前記上下方向可動体の下端および前記固定体の前記上下方向可動体と接する側の下端よりも上方に位置し、前記上下方向可動体が下降している下降中状態において、前記ケーブル束体の前記垂れ下がり部は前記上下方向可動体の下端よりも上方に位置することを維持しながら前記上下方向可動体の下降に合わせて降下し、前記上下方向可動体が前記固定体に対して最も下降した状態において、前記ケーブル束体の前記垂れ下がり部は前記上下方向可動体の下端よりも上方に位置するとともに、
   前記上下方向可動体が前記固定体に対して下降している下降中状態、或いは最も下降した状態では、前記固体体と前記上下方向可動体との間で前記垂れ下がり部を形成している前記ケーブル束体の前記ケーブルクランプ側の端部を、前記固定体への取付部位から前記上下方向可動体への取付部位と反対側に案内することにより、前記垂れ下がり部全体のうち最小曲げ部分における曲率半径を前記上下方向可動体が前記固定体に対して最も上昇した状態に比べて大きくする案内手段を備えることを特徴とするロボット。

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