JP6407736B2 - 産業用ロボットに実装される複合ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットに実装される複合ケーブルに関する。

産業ロボットに実装される種々の複合ケーブルが知られている（例えば、特許文献１〜４）。

特開２００３−２３０９６３号公報 特開２００５−２７１００３号公報 特開平２−１２６５１３号公報 実開平６−７２１１９号公報

上述のような複合ケーブルは、信号線と、該信号線よりも大きな電力を伝送する動力線とを備える。従来、このような複合ケーブルにおいて、信号線によって伝送される信号への電磁波の影響を抑制するとともに、複合ケーブルを、よりコンパクト且つ高効率に製造することが求められている。

本発明の一態様において、産業用ロボットに実装される複合ケーブルは、産業用ロボットの作業に用いられる流体または線材を送給するための中心部材と、中心部材の外周側に配置される第１の信号線と、第１の信号線を取り囲み、電磁波を遮断するシールドと、シールドの外周側に配置される動力線と、動力線を取り囲む筒状のシースとを備える。

複合ケーブルは、第１の信号線とシールドとの間、または、シールドと動力線との間に配置される第２の信号線をさらに備えてもよい。中心部材は、筒状部材であり、流体または線材は、中心部材の内部空間に配置されてもよい。第１の信号線は、中心部材の周方向に並ぶように複数配置されてもよい。動力線は、シールドの周方向に並ぶように複数配置されてもよい。

本発明の一実施形態に係る複合ケーブルが実装されたロボットシステムの図である。 図１に示す複合ケーブルの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る複合ケーブルの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、ロボットシステム１０について説明する。ロボットシステム１０は、例えば溶接や機械加工といった作業を行うための産業用ロボットシステムであって、ロボット１２、制御部１４、および複合ケーブル３０を備える。

ロボット１２は、第１のベース部１６、第２のベース部１７、上腕部１８、前腕部２０、および手首部２２を備える。第１のベース部１６は、作業セルの床の上に固定される。第２のベース部１７は、第１のベース部１６に鉛直軸周りに回動可能に取り付けられる。上腕部１８は、第２のベース部１７に水平軸周りに回動可能に取り付けられている。前腕部２０は、上腕部１８の先端に回動可能に取り付けられている。

手首部２２は、前腕部２０の先端に取り付けられている。手首部２２には、溶接ガン等のエンドエフェクタ（図示せず）が取り付けられる。手首部２２は、サーボモータによって駆動されて、エンドエフェクタを３軸の周りに回動するように動作させる。制御部１４は、ロボット１２の各要素を直接的または間接的に制御する。

複合ケーブル３０は、第１のベース部１６に設けられたコネクタ１６ａから、ロボット１２の構成要素における予め定められた位置まで延在するように、配線される。一方、制御部１４とコネクタ１６ａとは、ケーブル２４によって接続される。本実施形態においては、複合ケーブル３０は、コネクタ１６ａから前腕部２０の基端部の位置Ｐまで配線されている。

次に、図２を参照して、複合ケーブル３０の構成について説明する。なお、以下の説明における軸方向とは、複合ケーブル３０の中心軸線Ｏに沿う方向を示し、径方向とは、中心軸線Ｏから放射状に延びる仮想線に沿う方向を示す。

複合ケーブル３０は、中心部材３２、モータ制御用信号線（第１の信号線）３４、シールド３６、汎用信号線（第２の信号線）３８、動力線４０、およびシース４２を備える。中心部材３２は、軸線Ｏに沿って延びる円筒状の部材である。

モータ制御用信号線３４は、中心部材３２の外周側に配置されている。具体的には、モータ制御用信号線３４は、中心部材３２の外周面３２ａの上で、該中心部材３２の周方向へ並ぶように、複数配置されている。

モータ制御用信号線３４の各々は、互いに稔回された２本の導線３４ａを有する。モータ制御用信号線３４の各々は、軸方向へ延在する。

シールド３６は、軸方向に延びる円筒状の部材またはテープ状の部材を円筒状に巻きつけて形成した部材であって、複数のモータ制御用信号線３４を径方向外側から取り囲むように配置されている。シールド３６は、電磁波を遮断可能な材料から作製される。シールド３６の内周面３６ａは、ドレイン線３５と接触している。ドレイン線３５は、その一端が接地されており、シールド３６の電位をグランド電位とする。

汎用信号線３８は、シールド３６の外周側、すなわち、シールド３６と動力線４０との間に配置されている。具体的には、汎用信号線３８は、シールド３６の外周面３６ｂの上で、該シールド３６の周方向へ略等間隔で並ぶように、複数配置されている。

汎用信号線３８と動力線４０との間には、筒状の仕切り材４４が設けられている。仕切り材４４は、例えば紙材料から作製され、汎用信号線３８を径方向外側から覆う。仕切り材４４は、汎用信号線３８と動力線４０とを、互いに別々の径方向の層に区切る機能を果たす。

動力線４０は、シールド３６の外周側に配置される。具体的には、動力線４０は、汎用信号線３８の径方向外側において、シールド３６の周方向へ略等間隔で並ぶように、複数配置されている。

シース４２は、軸方向に延びる円筒状の部材であって、動力線４０を径方向外側から取り囲むように配置されている。シース４２は、例えば樹脂から作製される。シースは、複合ケーブル３０を一体的な構造とするために、中心部材３２との間で、モータ制御用信号線３４、シールド３６、汎用信号線３８、および動力線４０を挟持している。

なお、本実施形態においては、動力線４０とシース４２との間に、仕切り材４６が介装されている。この仕切り材４６は、上述の仕切り材４４と同様の構成を有しており、動力線４０を外側から環囲している。

次に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る複合ケーブル３０の機能について説明する。複合ケーブル３０は、上述したように、コネクタ１６ａから位置Ｐまで配線されている。

複合ケーブル３０のモータ制御用信号線３４は、その一端が、ケーブル２４を介して制御部１４に電気的に接続され、その他端が、例えば、図１に示すサーボモータ４８および５０に内蔵されたエンコーダ（図示せず）に接続される。サーボモータ４８および５０は、手首部２２を駆動するためのものであって、前腕部２０に組み込まれている。

モータ制御用信号線３４は、位置Ｐから前腕部２０の内部へさらに延び、前腕部２０の内部を通って、上記エンコーダに接続されている。モータ制御用信号線３４は、エンコーダから制御部１４へ送信される信号を伝送する。

汎用信号線３８は、その一端が、ケーブル２４を介して制御部１４に電気的に接続され、その他端が、手首部２２に取り付けられるエンドエフェクタに接続される。汎用信号線３８は、例えば、制御部１４からエンドエフェクタへ送信される種々の指令信号を伝送する。

動力線４０は、その一端が、ケーブル２４を介して制御部１４に接続され、その他端が、サーボモータ４８および５０に接続される。動力線４０は、これらサーボモータ４８および５０を駆動するための電力を伝送する。なお、動力線４０は、サーボモータ４８および５０に内蔵するブレーキを駆動する電力を伝送してもよい。

ここで、サーボモータ４８および５０を駆動するための電力（またはブレーキを駆動する電力）は、エンコーダから制御部１４へ送信される信号、および、エンドエフェクタへ送信される指令信号の電力よりも、大きい。したがって、動力線４０は、モータ制御用信号線３４および汎用信号線３８の各々よりも大きな電力の信号を伝送することができるように、構成される。

中心部材３２は、ロボット１２の作業に用いられる流体または線材を送給する。一例として、手首部２２に溶接トーチが取り付けられて、ロボット１２がワークへの溶接作業を行う場合、中心部材３２は、溶接トーチにアシストガスを送給する。または、その内部空間に溶接ワイヤのライナ等を収容し、該溶接ワイヤを溶接トーチへ送給する。

また、他の例として、手首部２２に工具が取り付けられて、ロボット１２がワークへの加工作業を行う場合、中心部材３２は、その内部空間で圧縮エアを流動させ、該圧縮エアを工具へ送給する。

図２を用いて説明したように、本実施形態においては、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０を、互いに略同心となるように径方向に積層し、中心部材３２とシース４２との間で挟持して、一体構造としている。

この構成によれば、中心部材３２とシース４２との間の空間におけるデッドスペースを低減し、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０を密に収容できるので、複合ケーブル３０の断面積を小さくできる。

また、本実施形態においては、中心部材３２、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０が一体構造となっていることにより、これらの線が種類ごとに個別のケーブルで構成される従来技術に比べて、取り扱うケーブルの本数を削減することができる。これにより、ロボット１２へ複合ケーブル３０を組み付ける作業を簡易化することができる。

また、本実施形態によれば、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０の層を形成するときに、各層毎に同種類の線材を用いて組立作業を行うことになる。これにより、複合ケーブル３０の製造工程を簡易化することができる。

また、本実施形態においては、モータ制御用信号線３４は、シールド３６の径方向内側に配置される一方、動力線４０は、シールド３６の径方向外側に配置されている。この構成によれば、シールド３６は、外部から複合ケーブル３０内へ伝搬して径方向内側へ向かう電磁波と、動力線４０から放射されて径方向内側へ向かう電磁波の双方を遮断できる。

これにより、モータ制御用信号線３４は、外部からの電磁波のみならず、動力線４０からの電磁波からもシールドされることになる。したがって、モータ制御用信号線３４によって伝送される信号に、外部からのノイズおよび動力線４０からのノイズが混信してしまうのを抑制できる。

また、本実施形態においては、複合ケーブル３０の中心部に中心部材３２を配置し、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０を、中心部材３２の径方向外側に配置している。この構成によれば、モータ制御用信号線３４、汎用信号線３８、および動力線４０は、ロボット１２の動作時に損傷を受け易い複合ケーブル３０の中心部を避けて配置されるので、複合ケーブル３０の長寿命化を実現できる。

また、本実施形態においては、ロボット１２の作業に用いられる流体または線材を送給するための中心部材３２を、複合ケーブル３０の中心部に内蔵している。この構成によれば、複合ケーブル３０をよりコンパクトに構成できる。また、中心部材３２を溶接スパッタや切粉から保護する保護部材が不要となるので、複合ケーブル３０のコストを削減できる。

なお、上述の実施形態においては、モータ制御用信号線３４と汎用信号線３８との間に、１つのシールド３６を設けた場合について述べた。しかしながら、これに限らず、複合ケーブルに複数のシールドを設けてもよい。

このような実施形態について、図３を参照して説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る複合ケーブル６０は、上述の複合ケーブル３０と、以下の点で相違する。

すなわち、複合ケーブル６０は、上述の仕切り材４４の代わりに、第２のシールド６２を備えている。具体的には、第２のシールド６２は、汎用信号線３８と動力線４０との間に配置され、モータ制御用信号線３４を外側から取り囲む。第２のシールド６２は、シールド３６と同様に、電磁波を遮断可能な円筒状部材である。

本実施形態によれば、第２のシールド６２によって、モータ制御用信号線３４のみならず、汎用信号線３８に関しても、外部および動力線４０からの電磁波に対してシールドできるので、モータ制御用信号線３４および汎用信号線３８が電磁波の影響を受けるのを抑制できる。

なお、図３に示す複合ケーブル６０において、シールド３６の代わりに、筒状の仕切り材を適用してもよい。この場合においても、モータ制御用信号線３４および汎用信号線３８を、複合ケーブルの外部からの電磁波と、動力線からの電磁波の双方からシールドできる。

なお、上述の実施形態においては、動力線４０が、手首部２２の駆動用のサーボモータ４８、５０に接続されている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、動力線は、上腕部１８または前腕部２０等、ロボット１２の如何なる構成要素を駆動するためのサーボモータに接続されてもよい。

同様に、モータ制御用信号線３４は、如何なるサーボモータに内蔵されたエンコーダに接続されてもよい。また、モータ制御用信号線３４は、エンコーダに限らず、例えばホール素子等、サーボモータの動作に関する如何なるセンサ、素子に接続されてもよい。

また、上述の実施形態においては、中心部材３２、シールド３６および６２、ならびにシース４２が円筒状である場合について述べた。しかしながら、これに限らず、中心部材３２、シールド３６および６２、ならびにシース４２のうちの少なくとも１つは、例えば、中空の多角形または楕円形等の形状であってもよい。

また、中心部材３２は、中実部材であってもよい。この場合において、例えば、溶接ワイヤのライナ等の線材を中心部材３２の内部に埋め込み、これら線材を中心部材３２によって溶接ガンへ導いてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ ロボットシステム
１２ ロボット
３０，６０ 複合ケーブル
３２ 中心部材
３４ モータ制御用信号線
３６，６２ シールド
３８ 汎用信号線
４０ 動力線
４２ シース

Claims (4)

1. 産業用ロボットに実装される複合ケーブルであって、
   前記産業用ロボットの作業に用いられる流体または線材を送給するための中心部材と、
   前記中心部材の外周側に配置される第１の信号線であって、前記産業用ロボットを駆動するサーボモータに内蔵されたエンコーダまたはホール素子に接続され、該エンコーダまたは該ホール素子から送信される第１の信号を伝送するように構成された、第１の信号線と、
   前記第１の信号線を取り囲み、電磁波を遮断するシールドと、
   前記シールドの外周側に配置される第２の信号線であって、前記産業用ロボットのエンドエフェクタに接続され、前記第１の信号とは異なる第２の信号を伝送するように構成された、第２の信号線と、
   前記第２の信号線の外周側に配置される動力線と、
   前記第２の信号線を取り囲むように前記第２の信号線と前記動力線との間に配置され、前記第２の信号線と前記動力線とを別々の層に区切る、紙材料の仕切り材と、
   前記動力線を取り囲む筒状のシースと、を備え、
   前記複合ケーブルの外部から該複合ケーブルの内方へ向かって伝搬する電磁波が前記シールドに達して該シールドで遮断されるように構成されている、複合ケーブル。
2. 前記中心部材は、筒状部材であり、
   前記流体または前記線材は、前記中心部材の内部空間に配置される、請求項１に記載の複合ケーブル。
3. 前記第１の信号線は、前記中心部材の周方向に並ぶように複数配置される、請求項１または２に記載の複合ケーブル。
4. 前記動力線は、前記シールドの周方向に並ぶように複数配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合ケーブル。

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