JP6277850B2

JP6277850B2 - 天吊りロボット

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Publication number: JP6277850B2
Application number: JP2014095733A
Authority: JP
Inventors: 政次母倉; 雅人横田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: JP2015211999A; CN105082122A; CN105082122B; US20150321361A1

Description

本発明は、天吊りロボットに関する。

多関節アームを有する産業用ロボットは、通常、地上側に設置され、例えば、作業台上で所定の構造体を組み立てるように構成されている。この多関節アームの可動領域は、地上側に設置される産業用ロボットの基台と干渉する領域を除いた領域となる。
天吊りロボットは、多関節アームと基台との干渉を回避させるために、産業用ロボットの基台を天井側に設置したものである。この多関節アームは、基台を中心とした３６０°以上の広い可動領域を有することが可能となる。

このような天吊りロボットとして、下記特許文献１に記載の天吊りスカラ型ロボットが知られている。この天吊りロボットは、基台と、基台に第１関節部を介して回動可能に設けられた第１アーム部と、第１アーム部に第２関節部を介して回動可能に設けられた第２アーム部と、を有し、第２アーム部に設けられた可動軸部の先端部に、ハンド装置等の所定のツールを取り付けることが可能な構成となっている。

国際公開第２０１２／０２９１７３号

ところで、産業用ロボットでは、例えば、多関節アームにカメラを設置し、構造体に対する多関節アームの先端部の位置等を確認可能とするものがある。基台が地上側に設置された産業ロボットでは、このようなカメラの通信ケーブル等の中継ケーブルと外部に設置したコントローラー等とを直接繋げることが可能である。
しかしながら、天吊りロボットでは、多関節アームにカメラ等を設置し、中継ケーブルと外部とを直接繋げると、可動領域が広いために、多関節アームに中継ケーブルが絡まって、中継ケーブルに負荷がかかることがある。

ここで、中継ケーブルを多関節アームの内部に通して、上記絡まりを防止することが考えられる。しかし、多関節アームには、中継ケーブルの他に電源ケーブル等が通されており、また、近年の多機能化により、配線数をさらに増やしたいという要求がある。このように、多関節アームの内部での配線部の占める割合が増えると、互いに回動する第１アーム部と第２アーム部との関節部において配線部が捩れた際に、その関節部の狭い通過スペースで擦れが発生し、配線部に大きな負荷がかかることがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、配線部にかかる負荷を低減することができる天吊りロボットを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、第１の部材と、前記第１の部材に第１関節部を介して回動可能に設けられた第１アーム部と、前記第１アーム部に第２関節部を介して回動可能に設けられた第２アーム部と、一端部が前記第１アーム部に固定され、他端部が前記第２アーム部に挿入された配管部と、前記配管部に挿通された配線を前記配管部の他端部に固定する第１固定部と、前記配線を前記第２アーム部に固定する第２固定部と、を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、互いに回動する第１アーム部と第２アーム部との第２関節部を通過するように配管部を配設し、その配管部の内部に配線を通す。ここで、配管部を通された配線は不安定であるため、配線を配管部の他端部と第２アーム部に固定する。配管部の他端部は第２アーム部に挿入されているため、配管部よりも広い第２アーム部の内部で配線の捩れを発生させることができ、配線が配管部に擦れてしまうことを防止できる。

また、本発明においては、前記第１固定部は、重力方向における前記第２アーム部の中央よりも上側で、前記配線を固定し、前記第２固定部は、重力方向における前記第２アーム部の中央よりも下側で、前記配線を固定する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、第２アーム部の内部において第１固定部と第２固定部との間隔を長くとることができ、配線の捩れを低減することができる。

また、本発明においては、前記第２アーム部は、前記第２固定部付近に開口部を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、第２アーム部に設けた開口部を介して第２固定部に直接アクセスできるため、メンテナンス作業等を容易に行うことができる。なお、「第２固定部付近」とは、天吊りロボットの外部から第２の固定部を視認することが可能な位置を意味する。

また、本発明においては、前記配線は、通信ケーブルを含む、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、配管部の占有率が上がる径の大きな通信ケーブルを通すことができる。

本発明の実施形態における天吊りロボットを示す全体構成図である。本発明の実施形態における天吊りロボットの内部構成を示す部分断面図である。本発明の実施形態における第２固定部の構成を示す正面図である。図３に示すＡ−Ａ線に対応する断面矢視図である。本発明の実施形態における天吊りロボットに外部デバイスを取り付けた様子を示す模式図である。本発明の別実施形態における天吊りロボットを示す全体構成図である。

以下、本発明に係る天吊りロボットの一実施形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態における天吊りロボット１を示す全体構成図である。
本実施形態の天吊りロボット１は、図１に示すように、天井面２より吊設された水平多関節ロボットである。この天吊りロボット１は、基台１０（第１の部材）と、基台１０を中心とした少なくとも３６０°の可動範囲を有する多関節アーム２０と、を備える。本実施形態の多関節アーム２０は、例えば、第１アーム部２１が±２２５°の回動が可能であり、また、第２アーム部２２が±２２５°の回動が可能である。

基台１０は、据付部１１を有する。据付部１１は、基台１０の下部に取り付けられた板状部材である。据付部１１は、天井面２に据え付けられる。天井面２は、例えば、作業台の上方に位置する据付用構造体の一対の梁部材等によって形成されている。据付部１１は、一対の梁部材の間を架け渡すようにして配置され、ネジ部材等により据え付けられる。この基台１０には、多関節アーム２０を駆動させる第１モーターＭ１が設けられている。

多関節アーム２０は、第１アーム部２１と、第２アーム部２２と、を有する。第１アーム部２１は、基台１０に第１関節部２３を介して回動可能に設けられている。第１関節部２３は、第１アーム部２１を軸心Ｃ１を中心として回動可能に支持する軸受部と、第１モーターＭ１の回転を減速する減速部と、を含む。第１アーム部２１は、第１モーターＭ１とベルトで接続された減速機構を介して駆動し、軸心Ｃ１を中心にして水平面内で回動可能とされている。この第１アーム部２１には、第２アーム部２２を駆動させる第２モーターＭ２が設けられている。

第２アーム部２２は、基台１０に第２関節部２４を介して回動可能に設けられている。第２関節部２４は、第１アーム部２１を軸心Ｃ２を中心として回動可能に支持する軸受部（後述）と、第２モーターＭ２の回転を減速する減速部（後述）と、を含む。第２アーム部２２は、第２モーターＭ２とベルトで接続された減速機構を介して駆動し、軸心Ｃ２を中心にして水平面内で回動可能とされている。この第２アーム部２２には、作業軸２５（可動軸部）と、作業軸２５を駆動させる第３モーターＭ３及び第４モーターＭ４が設けられている。

作業軸２５は、作業台上で所定の作業を行うための軸であって、その下端部２５ａには、ハンド装置や溶接装置等のエンドエフェクターが取り付け可能とされている。作業軸２５は、中空円柱状の軸体であって、その周面にはスプライン溝とボールねじ溝とが形成されている。作業軸２５のスプライン溝には、スプラインナット２６が係合している。また、作業軸２５のボールねじ溝には、ボールねじナット２７が係合している。

作業軸２５は、第３モーターＭ３とベルトで接続したスプラインナット２６を回転させると、トルクが作業軸２５に伝達され、その軸心を中心として回転可能（自転可能）とされている。また、作業軸２５は、第４モーターＭ４とベルトで接続したボールねじナット２７を回転させると、スプラインナット２６が回り止めとなることで、第２アーム部２２に対して重力方向（所定方向）に可動（直動）可能とされている。

この多関節アーム２０においては、第１アーム部２１のアーム長と、第２アーム部２２のアーム長とが等しくされている。なお、第１アーム部２１のアーム長は、第１関節部２３による軸心Ｃ１と第２関節部２４による軸心Ｃ２との間の距離とする。また、第２アーム部２２のアーム長は、第２関節部２４による軸心Ｃ２と作業軸２５の中心の間の距離とする。この第１アーム部２１と第２アーム部２２とは、回動面が上下にずれていることにより、互いに干渉することなくすれ違い可能に構成されている。

本実施形態の多関節アーム２０には、内部に配線部３０（配線、中継ケーブル）が通されている。配線部３０は、複数の配線を束にしたケーブルハーネスであり、そのケーブルハーネスには、通信ケーブル（例えばＭ／Ｃケーブル、ＬＡＮケーブルや光ケーブル等）が含まれる。本実施形態の配線部３０は、第１アーム部２１の内部及び第２アーム部２２の内部に挿通されており、第２アーム部２２においてケーブル３０ａ，３０ｂに分離し、ケーブル３０ａがコネクタ部３１（３１ａ）に接続され、ケーブル３０ｂがコネクタ部３１（３１ｂ）に接続されている。

図２は、本発明の実施形態における天吊りロボット１の内部構成を示す部分断面図である。
図２に示すように、第１アーム部２１は、配線部３０が挿通可能な中空構造の筐体２１ａを有する。また、第２アーム部２２は、配線部３０が挿通可能な中空構造の筐体２２ａを有する。配線部３０は、第１アーム部２１の筐体２１ａ内部から第２関節部２４を通り第２アーム部２２の筐体２２ａ内部に導入される構成となっている。

第２関節部２４は、第２モーターＭ２にベルト３２で接続された中空円筒状の軸部３３と、軸部３３を回転可能に支持する軸受部３４と、軸部３３の回転をボールやローラー等の転動体で減速して第２アーム部２２に伝動する減速部３５と、を有する。このように第２関節部２４は、中空減速機からなり、中央に貫通孔３６が形成されている。この貫通孔３６には、配線部３０を第２アーム部２２に導入する中空配管４０（配管部）が配されている。

中空配管４０は、その一端部４０Ａが第１アーム部２１に固定され、その他端部４０Ｂが第２関節部２４を通過して第２アーム部２２に挿入されるものである。中空配管４０は、中空円筒状の配管であり、その一端部４０Ａがフランジ状に構成されており、複数の支柱３７を介して第１アーム部２１の筐体２１ａの内側に吊設されている。中空配管４０は、貫通孔３６とは非接触で設けられている。すなわち、中空配管４０の他端部４０Ｂは、貫通孔３６の径よりも小さく形成されて、第２アーム部２２の筐体２２ａの内部に挿入されている。

第２アーム部２２に挿入された中空配管４０の他端部４０Ｂには、配線部３０を固定する第１固定部４１が設けられている。第１固定部４１は、配線部３０を中空配管４０の他端部４０Ｂに対して固定するものである。本実施形態の第１固定部４１は、配線部３０と中空配管４０との間に圧入可能なシリコン等のチューブ状の樹脂部材から形成されている。この第１固定部４１は、第１アーム部２１から吊設された第２アーム部２２の重力方向における中央（図２においてＫで示す）よりも上側において、配線部３０を固定する構成となっている。

第２アーム部２２の重力方向における中央Ｋよりも下側には、配線部３０の第２固定部４２が設けられている。第２固定部４２は、配線部３０を第２アーム部２２に対して固定するものである。第２アーム部２２には、この第２固定部４２を外部から臨める向きに開口する作業窓５０（開口部）が形成されている。作業窓５０には、蓋部材５１が不図示のネジ部材によって取り外し可能に取り付けられている。

図３は、本発明の実施形態における第２固定部４２の構成を示す正面図である。図４は、図３に示すＡ−Ａ線に対応する断面矢視図である。
図３及び図４に示すように、第２固定部４２は、第２アーム部２２の筐体２２ａの内側に取り付けられた板部４３と、板部４３に設けられた結束部４４と、から形成されている。板部４３は、段状に曲げ加工された板金であり、第２アーム部２２に接触して取り付けられる取付部４３ａと、第２アーム部２２に非接触で結束部４４を支持する支持部４３ｂと、を有する。支持部４３ｂには、一対の孔部４３ｂ１が形成されている。

結束部４４は、一対の孔部４３ｂ１に通される弾性部材４４ａと、一対の孔部４３ｂ１に通されて配線部３０を板部４３に結束する結束部材４４ｂと、を有する。弾性部材４４ａは、結束部材４４ｂが挿入可能なシリコン等のチューブ状の樹脂部材から形成されている。結束部材４４ｂは、帯状のバンド部４４ｂ１と、バンド部４４ｂ１の一端部に設けられ、バンド部４４ｂ１の他端部を係止するロック部４４ｂ２と、を有する。この結束部材４４ｂは、図４に示すように、弾性部材４４ａに挿通され、弾性部材４４ａを介して配線部３０を結束する構成となっている。

この第２固定部４２に固定された配線部３０は、図２に示すように、コネクタ部３１と接続されている。コネクタ部３１は、雌型及び雄型少なくともいずれか一方の接続部を有する。本実施形態のコネクタ部３１は、雌型の接続部を第２アーム部２２の外部に露出させ、多関節アーム２０に取り付けられた外部デバイスと接続可能な構成となっている。コネクタ部３１ａは、第１アーム部２１から重力方向に吊設された第２アーム部２２の底面２２Ａ（軸心Ｃ２に対応する位置）から外部に露出するようになっている。また、コネクタ部３１ｂは、第１アーム部２１から重力方向に吊設された第２アーム部２２の側面２２Ｂ（蓋部材５１に対応する位置）から外部に露出するようになっている。

図５は、本発明の実施形態における天吊りロボット１に外部デバイスＤ１，Ｄ２を取り付けた様子を示す模式図である。
図５に示すように、外部デバイスＤ１，Ｄ２は、第２アーム部２２の外表面に取り付けられている。外部デバイスＤ１は、例えば、作業軸２５を撮像するカメラ（撮像部）である。この外部デバイスＤ１は、コネクタ部ｄ１が接続されたケーブルｄ２を有し、コネクタ部３１ｂと接続されている。外部デバイスＤ２は、例えば、作業台上の構造物に対する距離を計測する距離計測ユニットである。この外部デバイスＤ２は、コネクタ部ｄ３が接続されたケーブルｄ４を有し、コネクタ部３１ａと接続されている。

以上説明したように、本実施形態では、基台１０と、基台１０に第１関節部２３を介して回動可能に設けられた第１アーム部２１と、第１アーム部２１に第２関節部２４を介して回動可能に設けられた第２アーム部２２と、を備え、第１アーム部２１の内部及び第２アーム部２２の内部に挿通された配線部３０と、配線部３０と接続されるコネクタ部３１と、を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、図５に示すように、第１アーム部２１の内部及び第２アーム部２２の内部に配線部３０を挿通し、その配線部３０にコネクタ部３１を接続することで、多関節アーム２０に設置した外部デバイスＤ１，Ｄ２と接続可能とする。この構成によれば、配線部３０が多関節アーム２０の内部を通って配線されるため、多関節アーム２０が可動しても配線部３０が絡まることはない。

また、本実施形態においては、コネクタ部３１ａは、第２アーム部２２の重力方向下側の底面２２Ａに設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、図５に示すように、作業をする作業軸２５（作用点）に近い第２アーム部２２から外部にコネクタ部３１を露出させ、作業軸２５の近くに設置した外部デバイスＤ２と短距離で接続できる。また、第２アーム部２２の底面２２Ａは、その側面２２Ｂよりも作業軸２５の近くに設置した外部デバイスＤ２とより短距離で接続できる。

また、本実施形態においては、コネクタ部３１ｂは、第２アーム部２２の側面２２Ｂに設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、作業をする作業軸２５に近い第２アーム部２２から外部にコネクタ部３１を露出させ、作業軸２５の近くに設置した外部デバイスＤ１と短距離で接続できる。また、第２アーム部２２の側面２２Ｂは、その底面２２Ａよりも上方において、作業軸２５の近くに設置した外部デバイスＤ１と接続できるため、ケーブルｄ２の弛みによる垂れを抑制できる。

また、本実施形態においては、コネクタ部３１は、複数設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、多関節アーム２０に複数の外部デバイスＤ１，Ｄ２を設置し、それらとコネクタ部３１を介して接続される配線部３０を絡めることなく配線することができる。したがって、天吊りロボット１に複数の機能を追加することが可能となる。

このように本実施形態では、配線部３０を多関節アーム２０の内部に通して、絡まりを防止するが、配線部３０に複数のケーブル３０ａ，３０ｂや通信ケーブルのような径の大きいものが含まれていると、中空配管４０における占有率が高くなり、互いに回動する第１アーム部２１と第２アーム部２２との第２関節部２４における狭い通過スペースで擦れが発生し易く、それにより配線部３０に大きな負荷がかかることがある。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、基台１０と、基台１０に第１関節部２３を介して回動可能に設けられた第１アーム部２１と、第１アーム部２１に第２関節部２４を介して回動可能に設けられた第２アーム部２２と、一端部４０Ａが第１アーム部２１に固定され、他端部４０Ｂが第２アーム部２２に挿入された中空配管４０と、中空配管４０に挿通された配線部３０を中空配管４０の他端部４０Ｂに固定する第１固定部４１と、配線部３０を第２アーム部２２に固定する第２固定部４２と、を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、互いに回動する第１アーム部２１と第２アーム部２２との第２関節部２４を通過するように中空配管４０を配設し、その中空配管４０の内部に配線部３０を通す。ここで、中空配管４０を通された配線部３０は、配線部３０を中空配管４０の他端部４０Ｂと第２アーム部２２に固定する。中空配管４０の他端部４０Ｂは第２アーム部２２に挿入されているため、中空配管４０よりも広い第２アーム部２２の内部で配線部３０の捩れ（図２において符号Ｔで示す）を発生させることができ、配線部３０が中空配管４０に擦れてしまうことを防止できる。

また、本実施形態においては、第１固定部４１は、重力方向における第２アーム部２２の中央Ｋよりも上側で、配線部３０を固定し、第２固定部４２は、重力方向における第２アーム部２２の中央Ｋよりも下側で、配線部３０を固定する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、第２アーム部２２の内部において第１固定部４１と第２固定部４２との間隔を長くとることができ、配線部３０の捩れを低減することができる。

また、本実施形態においては、第２アーム部２２は、第２固定部４２付近に作業窓５０を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、第２アーム部２２に設けた作業窓５０を介して第２固定部４２に直接アクセスできるため、メンテナンス作業等を容易に行うことができる。

また、本実施形態においては、配線部３０は、通信ケーブルを含む、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本実施形態では、中空配管４０の占有率が上がる径の大きな通信ケーブルを通しても、配線部３０の捩れを狭いスペースの中空配管４０で発生させずに、広いスペースの第２アーム部２２の内部で発生されることができ、配線部３０が擦れてしまうことを防止できる。

このように、上述した本実施形態の天吊りロボット１によれば、配線部３０にかかる負荷を低減することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本発明は、図６に示す構成も採用し得る。
図６は、本発明の別実施形態における天吊りロボット１を示す全体構成図である。
同図の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６に示す別実施形態では、第２アーム部２２に設けられ、第２アーム部２２に対して重力方向に可動する中空の作業軸２５を有する天吊りロボット１において、配線部３０は、作業軸２５の内部に挿通されている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、配線部３０を中空の作業軸２５の内部に挿通して、その作業軸２５の下端部２５ａにおいてコネクタ部３１ｃと接続することで、作業軸２５に装着されるハンド等に設けられたセンサー（例えば荷重センサー等）と接続可能とすることができる。

また、例えば、上記実施形態では、コネクタ部３１を第２アーム部２２に設ける構成について説明したが、例えば、コネクタ部３１を基台１０に設ける構成を採用してもよい。また、配線部３０が、ＬＡＮケーブルであり、その一端部が多関節アーム２０（第２アーム部２２）の内部に設けられた天吊りロボット１の駆動系を制御する制御ユニットと接続され、その他端部が基台１０に設けられたコネクタ部３１と接続される構成であってもよい。また、このような基台１０に設けられたコネクタ部３１を介してイーサーネット等と接続し、天吊りロボット１の駆動を制御する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、天吊りロボット１が天吊りされた水平多関節型ロボット（スカラロボット）である構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、天吊りロボット１が天吊りされた垂直多関節型ロボットであってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、第１の部材が基台１０のように固定されるものであると説明したが、第１の部材がアームのように可動するものであってもよい。このように、本発明は、アームが３本以上の構成にも適用できる。

１天吊りロボット
１０基台（第１の部材）
２０多関節アーム
２１第１アーム部
２２第２アーム部
２２Ａ底面
２２Ｂ側面
２３第１関節部
２４第２関節部
２５作業軸（可動軸部）
３０配線部（中継ケーブル、通信ケーブル）
３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）コネクタ部
４０中空配管（配管部）
４０Ａ一端部
４０Ｂ他端部
４１第１固定部
４２第２固定部
５０作業窓

Claims

第１の部材と、
前記第１の部材に第１関節部を介して回動可能に設けられた第１アーム部と、
前記第１アーム部に第２関節部を介して回動可能に設けられた第２アーム部と、
一端部が前記第１アーム部に固定され、他端部が前記第２アーム部に挿入された配管部と、
前記配管部に挿通された配線を前記配管部の他端部に固定する第１固定部と、
前記配線を前記第２アーム部に固定する第２固定部と、を有する、ことを特徴とする天吊りロボット。
前記第１固定部は、重力方向における前記第２アーム部の中央よりも上側で、前記配線を固定し、
前記第２固定部は、重力方向における前記第２アーム部の中央よりも下側で、前記配線を固定する、ことを特徴とする請求項１に記載の天吊りロボット。
前記第２アーム部は、前記第２固定部付近に開口部を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の天吊りロボット。
前記配線は、通信ケーブルを含む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の天吊りロボット。