JP6886562B2

JP6886562B2 - 多関節ロボットアーム

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Publication number: JP6886562B2
Application number: JP2020530761A
Authority: JP
Inventors: 加藤　正樹; 正樹加藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: WO2020016931A1; JPWO2020016931A1

Description

本発明は、ケーブルを切粉から保護する保護部材を関節部分に備えた多関節ロボットアームに関する。

多関節ロボットアームは、各技術分野で使用されているが、例えば下記特許文献１には加工機械ラインのオートローダを構成するものが開示されている。その多関節ロボットアームは、並べられた工作機械の間を行き来する走行台の上に搭載され、工作機械などの作業機とワークの受渡しを行うものである。多関節ロボットアームの構成は、前腕部材と上腕部材とが関節機構を介して連結され、先端部にはロボットハンドが組み付けられている。そのため、前腕部材と上腕部材との屈伸動作によってロボットハンドの位置を調整することができ、そのロボットハンドはワークの把持が可能になっている。

こうした多関節ロボットアームは、ロボットハンドを構成するチャック機構の開閉動作に油圧が使用され、また関節機構の回転にはサーボモータなどが使用されている。そのため、多関節ロボットアームは、前腕部材から上腕部材にかけて複数の油圧ホースやケーブルが配管および配線されている。ところで、下記特許文献２にも同様に多関節ロボットが開示されている。この多関節ロボットにも、各関節に設けたアーム駆動用アクチュエータや、アーム先端のエンドエフェクタを駆動するために、電力や信号を伝達するケーブルが配線されている。そして、ケーブルユニットの途中の数箇所が保護チューブによって被覆され、各ケーブルダクトとの接触による損傷防止の構成が設けられている。

国際公開ＷＯ２０１５／１４５５７６号公報特開平５−１３８５８１号公報

特許文献１に記載の多関節ロボットアームは、工作機械の加工室内に入り込んでワークの受渡しを行うため、関節機構の僅かな窪みのような凹状部分に切粉が入り込んで堆積してしまう。その凹状部分がケーブルの配線部分に存在すると、回転動作によって凹状部分の容積が小さくなることで、堆積した切粉がケーブルに押し付けられてしまう。そして、状況によっては切粉の鋭角部分がケーブルを損傷させてしまうことになる。この点について特許文献２では、保護チューブによってケーブルが保護されている。しかし、ケーブルと周辺装置との干渉や引っ掛かりを対象とした保護チューブでは十分に保護できず、切粉が突き破ってケーブルを損傷させてしまう。そこで、強度の高い保護チューブを使用することも考えられるが、それでは関節機構の動作を妨げてしまい、多関節ロボットアームの動作の障害になってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ケーブルを切粉から保護する保護部材を関節部分に設けた多関節ロボットアームを提供することを目的とする。

本発明の一態様における多関節ロボットアームは、支持部材に対して第１関節によって回転支持された第１アーム部材と、前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転支持された第２アーム部材と、前記第２アーム部材に取り付けられたロボットハンドと、前記第２関節に配線されたケーブルの湾曲部を保護するケーブル保護部材とを有し、前記ケーブル保護部材は、前記ケーブルの下側で湾曲するように、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材に両端部が固定された可撓性材料からなる第１帯状プレートと、前記第１アーム部材および前記第２アーム部材に対して一端部がいずれか一方に固定され、他端部が自由端となるように、前記ケーブルの上側に位置する可撓性材料からなる第２帯状プレートと、前記ケーブルおよび、その湾曲部を挟んだ状態の前記第１帯状プレートと前記第２帯状プレートを一つに包み込む筒状の保護カバーとを有する。

前記構成によれば、湾曲したケーブルを可撓性材料の第１帯状プレートと第２帯状プレートで挟み込み、さらに筒状の保護カバーによって一つに包み込むことにより、第１アーム部材と第２アーム部材とが角度を変化させて関節部を動作させたとしても、保護カバーはケーブルの動きに倣うことができ、しかもケーブルを切粉から保護することができる。

多関節ロボットアームの一実施形態について伸びた状態を示した斜視図である。多関節ロボットアームの一実施形態について折り畳まれた状態を示した斜視図である。多関節ロボットアームの第２関節部を示した斜視図である。多関節ロボットアームの第２関節部を示した斜視図である。多関節ロボットアームの第２関節部を示した斜視図である。ワーク自動搬送機の一例を示した斜視図である。

次に、本発明に係る多関節ロボットアームの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、加工機械ラインにおけるワーク自動搬送機であって、その一部を構成する多関節ロボットアームを例に挙げて説明する。加工機械ラインでは、ワークに対して一連の加工を行う複数の工作機械が並べられ、ワーク自動搬送機は、複数ある工作機械の各々に対して順番にワークを搬送するものである。

ここで、図６は、ワーク自動搬送機の一例を示した斜視図であり、特に工作機械に対してワークの受渡しを行う状態、つまり多関節ロボットアームの伸びた状態が示されている。ワーク自動搬送機１００は、工作機械を搭載するベース１０８の前面部に走行装置１０３が組み付けられ、走行装置１０３の上に多関節ロボットアーム１０５が搭載されている。多関節ロボットアーム１０５は、図示するような伸びた姿勢によって不図示の工作機械内部にまで入り込み、一方で折り畳まれて起立した姿勢でコンパクトになり、狭小な搬送空間内を移動することが可能になっている。

その多関節ロボットアーム１０５を移動させる走行装置１０３は、鉛直な支持板１１１にラック１１２と２本のレール１１３が水平に固定され、そのレール１１３に対して走行台１１５が摺動可能に組み付けられている。走行台１１５には、ピニオンギヤ１１７を備えた走行用モータ１１６が取り付けられ、ラック１１２に噛合したピニオンギヤ１１７の回転によって水平方向への移動が可能になっている。そして、その走行台１１５には、旋回テーブル１１８を介して多関節ロボットアーム１０５が搭載されている。

多関節ロボットアーム１０５は、旋回テーブル１１８に固定された支持台１２０に対し、上腕部材１２１が第１関節機構１２３を介して連結され、更に上腕部材１２１には前腕部材１２２が第２関節機構１２４を介して連結されている。また、前腕部材１２２の端部にはロボットハンド１２５が軸受部材を介して回転可能に取り付けられている。そして、ワーク自動搬送機１００には、第１関節機構１２３、第２関節機構１２４及びロボットハンド１２５の各モータや油圧機器などを制御する制御装置が設けられている。

多関節ロボットアーム１０５は、先端部のロボットハンド１２５が不図示の工作機械内部にまで入り込み、ロボットハンド１２５の油圧チャックが開閉動作することによりワークの受渡しが行われる。その際、加工室内部ではワークの加工毎にエアブローによって主軸チャックの清掃が行われるため、飛び散った切粉が多関節ロボットアーム１０５に降りかかってしてしまう。そして、搬送作業が繰り返されて第２関節機構１２４のような動きのある部分に切粉が堆積してしまうと、その切粉が押し付けられたケーブルが損傷を受けるなどの問題があった。

そこで、本実施形態の多関節ロボットアームにはケーブルを保護するための構成が採られている。図１は、本実施形態の多関節ロボットアームについて伸びた状態を示した斜視図である。また、図２は、その多関節ロボットアームについて折り畳まれた状態を示した斜視図である。この多関節ロボットアーム１は、図６に示したものと形状に多少の違いはあるものの同じ構造を有するものである。ただし、上腕部材１１から前腕部材１２側へと配線される複数のケーブル１７を、第２関節機構１４の位置（第２関節部１０）で保護するよう構成されている。

先ず、多関節ロボットアーム１は、図６に示す支持台１２０に組み付けられる上腕部材１１を有し、両者は第１関節機構を介して連結される。上腕部材１１は、左右一対の上腕プレート２１が背面板２２によって連結され、その内側空間内に前腕部材１２が入り込んで、図２に示すように折り畳み可能な構成となっている。前腕部材１２は、左右一対の前腕プレート２３にロボットハンド１５が軸支され、第２関節機構１４を介して上腕部材１１に連結されている。そして、多関節ロボットアーム１は、油圧チャックからなるロボットハンド１５を作動させるため、上腕部材１１から前腕部材１２側へと複数の油圧ホース２５が配管されている。

第２関節部１０には、切粉の侵入を防止するため、関節用モータや減速機を覆う関節部カバー２６が設けられ、更にロボットハンド１５を回転制御するためのハンド用モータを覆うカバープレート２７が前腕プレート２３に取り付けられている。多関節ロボットアーム１には、こうしたカバー部材によって覆われた関節用モータやハンド用モータへの制御信号や電源を送るため、図２に示すように４本のケーブル１７が配線されている。本実施形態では、こうした４本のケーブル１７が、図１に示すケーブル保護部材１８によって覆われている。

ここで、図３乃至図５は、多関節ロボットアーム１の第２関節部１０を示した斜視図であり、図２も含めてケーブル保護部材１８の構造が階層的に示されている。４本のケーブル１７は、第２関節部１０において油圧ホース２５と同じ位置に重ねられるように、多関節ロボットアーム１の幅方向の片側に配線されている。よって、ケーブル保護部材１８は、第２関節部１０においてケーブル１７が配線された配線部分１０ａに構成されている。

ところで、第２関節部１０に設けられたカバープレート２７は、ケーブル保護部材１８が位置する配線部分１０ａに重ならないように切られている。従来は、左右一対の前腕プレート２３に跨るようにしてカバープレートが設けられていたが（図６参照）、本実施形態では、カバープレート２７とケーブル１７（ケーブル保護部材１８）が、堆積した切粉を挟み込まないように、カバープレート２７を切り欠いたスペースが形成されている。

ケーブル保護部材１８は、先ず、図３に一点鎖線で示すように、油圧ホース２５の上を覆うようにして第１帯状プレート３１が取り付けられている。第１帯状プレート３１は、樹脂によって形成された一定幅の薄肉プレートであり、可撓性を有するため図２に示すように湾曲させた状態で固定される。配線部分１０ａには、図２に示すように４本のケーブル１７が長さを揃え、同じ形で横並びに配線されている。第１帯状プレート３１は、そうした４本のケーブル１７の下に沿って取り付けられ、特にその一端部がボルト３２によって上腕部材１１側に固定され、他端部はボルト３３によって前腕部材１２側に固定されている。

次に、ケーブル保護部材１８は、図４に示すように、ケーブル１７の上側に第２帯状プレート３５が取り付けられている。第２帯状プレート３５も、樹脂によって形成された一定幅の薄肉プレートであって可撓性を有するため、４本のケーブル１７の上を沿うように湾曲した状態で取り付けられている。ただし、第２帯状プレート３５は、その一端部が上腕部材１１側にボルト３２によって固定されるが、前腕部材１２側の他端部は固定されることなく自由端となっている。すなわち、第２帯状プレート３５は、第２関節機構１４が駆動する場合、一体的に形成された曲率半径の小さい第１帯状プレート３１の変形に倣うように構成されている。

更に、ケーブル保護部材１８は、第１帯状プレート３１と第２帯状プレート３５がケーブル１７を挟み込んだ状態でジッパーチューブ（登録商標）３６によって包み込まれている。そのため、一端部が自由な第２プレート３５であっても、第１帯状プレート３１と同じく常にケーブル１７に添えられている。そして、その第２帯状プレート３５は、自由端３５１が前腕部材１２側に形成されたカバープレート２７の上面に接するようになっている。カバープレート２７には、切り欠き部分にテーパ面２７１が形成され、そこに接した第２帯状プレート３５の自由端３５１が多関節ロボットアーム１の動作に応じて摺接することとなる。

よって、このような多関節ロボットアーム１では、第１および第２関節機構の駆動により、図１に示すように伸びた状態に形態を変化させ、先端部のロボットハンド１５が不図示の工作機械内部に入り込んでワークの受渡しが行われる。また、多関節ロボットアーム１は、図２に示すように折り畳まれて搬送空間内を移動する。その際、上腕部材１１と前腕部材１２の角度がそれぞれ変化するが、第２関節部１０に設けられたケーブル保護部材１８は、内部にケーブル１７を保持した状態で多関節ロボットアーム１の形態変化に柔軟に対応することができる。

工作機械内部でワークの受渡しが行われる場合、前述したようにエアブローによる主軸チャックの清掃が行われるため、飛び散った切粉が近い位置の前腕部材１２や第２関節部１０に降りかかることになる。しかし、多関節ロボットアーム１では、第２関節部１０に組み込まれたモータや減速機などは、関節部カバー２６やカバープレート２７さらに側面２８によって切粉の侵入が防止されている。

更に、ケーブル保護部材１８は、ジッパーチューブ３６内において第２帯状プレート３５が長手方向に拘束されることがなく、外に飛び出した自由端３５１がカバープレート２７のテーパ面２７１に常に接した状態が維持されている。そのため、配線部分１０ａには切粉が入り込んで堆積してしまうような隙間を無くすことができ、切粉によるケーブル１７の損傷を排除することができる。

特に、本実施形態のケーブル保護部材１８は、樹脂の第１帯状プレート３１と第２帯状プレート３５によってケーブル１７を挟んでいるため、ケーブル１７に対する保護が強化されている。また、ケーブル保護部材１８が配線部分１０ａの幅間隔で形成されているため、油圧ホース２５側への切粉の降りかかりを抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、第２帯状プレート３５の自由端３５１が前腕部材１２側に設けられているが、反対の上腕部材１１側になるように構成されたものであってもよい。
また、前記実施形態では、ケーブル１７と第１及び第２帯状プレート３１，３５を包み込む保護カバーを、取り扱いの点からジッパーチューブ３６としたが、筒状にして包み込みが可能な部材であれば単純なパイプ材などであってもよい。

１…多関節ロボットアーム１０…第２関節部１０ａ…配線部分１１…上腕部材１２…前腕部材１４…第２関節機構１５…ロボットハンド１７…ケーブル１８…ケーブル保護部材２５…油圧ホース２７…カバープレート３１…第１帯状プレート３５…第２帯状プレート３６…ジッパーチューブ

Claims

支持部材に対して第１関節によって回転支持された第１アーム部材と、
前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転支持された第２アーム部材と、
前記第２アーム部材に取り付けられたロボットハンドと、
前記第２関節に配線されたケーブルの湾曲部を保護するケーブル保護部材とを有し、
前記ケーブル保護部材は、
前記ケーブルの下側で湾曲するように、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材に両端部が固定された可撓性材料からなる第１帯状プレートと、
前記第１アーム部材および前記第２アーム部材に対して一端部がいずれか一方に固定され、他端部が自由端となるように、前記ケーブルの上側に位置する可撓性材料からなる第２帯状プレートと、
前記ケーブルおよび、その湾曲部を挟んだ状態の前記第１帯状プレートと前記第２帯状プレートを一つに包み込む筒状の保護カバーと、
を有する多関節ロボットアーム。
前記第２関節を保護するように前記第２アーム部材側に設けられ、前記ケーブル保護部材に合わせて一部が切り欠かれた形状のカバープレートを有し、
前記第２帯状プレートは、前記第２アーム部材側が自由端であり、その端部が前記カバープレートの上に接するように取り付けられた請求項１に記載の多関節ロボットアーム。
前記保護カバーがジッパーチューブである請求項１又は請求項２に記載の多関節ロボットアーム。