JP7047713B2 - ロボットアーム及びロボットアームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はロボットアーム及びロボットアームの製造方法に関する。

従来技術として、複数のアーム部材から構成されるロボットアームを備える作業用ロボットが知られている。例えば、特許文献１には、基端側から先端側に向かって順次設けられた複数のアーム部材と、各アーム部材間に介在された関節軸とを備える作業用ロボットが開示されている。

特開２００９－１１３１８８号公報（２００９年５月２８日公開）

しかしながら、特許文献１に開示されている作業用ロボットを製造する場合、ロボットアーム内の空間に配線を配置し、当該配線をモータ等に設けられた電極とロボットアーム外部からの入力電極等との間で接続する作業が必要である。また、ロボットアームにおいて配線が通る空間が必要になるため、ロボットアームのサイズが大きくなる。

さらに、ロボットアームはモータ駆動されるため、モータによるノイズがロボットアーム内の配線から外部へ放出される問題がある。すなわち、ロボットアーム内の配線にはノイズ対策が必要であるが、ノイズ対策のための構造を採用する場合、配線構造が複雑になるという問題もある。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組立コストの軽減及び装置の小型化を実現するともに、ノイズ対策も実現されているロボットアーム及びその製造方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るロボットアームは、樹脂によって中実に構成されるアーム部材と、前記アーム部材を構成する前記樹脂の内部に埋め込まれた、導電性材料によって構成される少なくとも２本の配線と、を備え、２本の前記配線は、（１）それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される構成、（２）それぞれの周囲にシールド線が設けられる構成、（３）それぞれ螺線形状である構成、または（４）互いに撚り線状になっている構成である。

前記構成によれば、配線が、アーム部材を構成する樹脂の内部に既に埋め込まれているため、配線を接続する作業を低減することができ、製造コストの削減を実現することができる。配線を覆う被膜が不要になるため、被膜が不要になった分だけロボットアームのサイズを小さくすることができる。また、配線がアーム部材の内部に埋め込まれているため、配線が断線する可能性を低減することができるとともに、ロボットアーム内の空間に配置される配線が不要となる。さらに、アーム部材を構成する樹脂の内部に導電性材料が埋め込まれるため、この導電性材料によりアーム部材の補強効果を向上させることができる。

また、例えば、ロボットアームは駆動にモータが使用されるため、モータで発生するノイズが配線に伝わり、配線から外部に放出される場合がある。これに対して、前記（１）～（４）の構成は、ノイズが外部に放出されることを抑制できる構造、及び外部からのノイズが配線に流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制できる構造である。このため、外部へのノイズ放出、及び外部からのノイズによる影響が抑制されたロボットアームを提供することができる。

２つの前記アーム部材を第１アーム部材及び第２アーム部材と称し、前記第１アーム部材の少なくとも一部と前記第２アーム部材の少なくとも一部とが互いに重なった状態で、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とが互いに回転可能に接続され、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とが互いに回転する際に、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体である第１アーム部材側電極は、前記第２アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体である第２アーム部材側電極と導通を維持した状態で摺動してもよい。

前記構成によれば、第１アーム部材に埋め込まれた配線と一体である第１アーム部材側電極は、第２アーム部材に埋め込まれた配線と一体である第２アーム部材側電極と導通を維持した状態で摺動する。このため、第１アーム部材に埋め込まれた配線と第２アーム部材に埋め込まれた配線とを接続するための配線が不要になる。よって、配線を接続する作業を低減することができるとともに、配線が断線する可能性を低減することができる。

また、第１アーム部材と第２アーム部材とが互いに回転するときでも導通を維持することができる。これにより、第１アーム部材に埋め込まれた配線と第２アーム部材に埋め込まれた配線とを接続するための配線を設ける場合と比べて、下記の効果が得られる。具体的には、例えば、第１アーム部材と第２アーム部材との関節軸の回転に係る可動範囲に制限が生じることを防いだり、関節軸の回転を許容するために配線の長さに余裕を持たせることによって装置が大型化することを防ぐことができる。

前記第１アーム部材側電極及び前記第２アーム部材側電極のうち一方はスリップリングであり、前記第１アーム部材側電極及び前記第２アーム部材側電極のうち他方はブラシであってもよい。

前記構成によれば、２つのアーム部材の間における配線の接続部分を簡単な構造にすることができる。また、ブラシ及びスリップリングについては、２つのアーム部材に埋め込まれたそれぞれの配線と一体であるため、ブラシとスリップリングとが導通を維持した状態で摺動する部分を簡単な構造にすることができる。

前記第１アーム部材に取り付けられ、かつ、前記第２アーム部材を回転させるように駆動する駆動部をさらに備え、前記第１アーム部材に設けられ、かつ、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体であるアーム側電極は、前記駆動部が前記第１アーム部材に取り付けられることにより、前記駆動部に設けられた駆動部側電極と電気的に接続されてもよい。駆動部は、例えば、モータであってもよいが、第２アーム部材を回転させることが可能であれば、特に限定されない。

前記構成によれば、駆動部が第１アーム部材に取り付けられることにより、アーム側電極と駆動部側電極とが電気的に接続されるため、第１アーム部材と駆動部との接続部分を簡単な構造にすることができる。また、アーム側電極と駆動部側電極とを接続するための配線が不要になる。よって、配線を接続する作業を低減することができる。

前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とを互いに回転させるための関節軸を備え、前記第１アーム部材側電極は、前記第１アーム部材における、前記関節軸の軸方向に垂直な側面に設けられ、前記第２アーム部材側電極は、前記第２アーム部材における、前記関節軸の軸方向に垂直な側面に設けられてもよい。前記構成によれば、第１アーム部材側電極と第２アーム部材側電極とを導通を維持した状態で摺動させる構造を簡単な構造にすることができる。

前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とを互いに回転させるための関節軸を備え、前記第１アーム部材の側面に前記関節軸と同軸の円筒型の突出部が設けられ、前記第２アーム部材の側面に当該突出部と摺動する第２アーム部材側凹部が形成され、前記第１アーム部材側電極は、前記突出部の円筒面に設けられ、前記第２アーム部材側電極は、前記第２アーム部材側凹部の円筒面に設けられてもよい。

前記構成によれば、第１アーム部材と第２アーム部材との接続部分を簡単な構造にすることができる。また、第１アーム部材側電極と第２アーム部材側電極とを導通を維持した状態で摺動させる構造を簡単な構造にすることができる。

前記ブラシは、前記第１アーム部材または前記第２アーム部材の表面に設けられた、弾性を有する弾性部の表面に形成されている導電性材料である請求項３に記載のロボットアーム。前記構成によれば、弾性部によってスリップリングとブラシとを強固に接触させることができる。

前記アーム部材に、金属からなる補強部材が設けられていてもよい。前記構成によれば、アーム部材に金属からなる補強部材が設けられているため、ロボットアームをより丈夫な構造にすることができる。また、例えば、筒状の金属部材に樹脂からなるアーム部材を嵌め込むことによって比較的容易に前記構成を実現することができる。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るロボットアームの製造方法は、造形材料を積層することにより立体造形物を造形する立体造形装置を用いてロボットアームを製造するロボットアームの製造方法であって、樹脂によって中実に構成されるアーム部材の内部に、導電性材料によって構成される少なくとも２本の配線が埋め込まれるように、前記樹脂及び前記導電性材料が含まれる前記造形材料を積層する工程を含み、前記積層する工程を、２本の前記配線が、（１）それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される構成、（２）それぞれの周囲にシールド線が設けられる構成、（３）それぞれ螺線形状である構成、または（４）互いに撚り線状になっている構成となるように実施する。

前記構成によれば、前記（１）～（４）の構成は、ノイズが外部に放出されること、及び外部からのノイズが配線に流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制できる構造である。このため、外部へのノイズ放出、及び外部からのノイズによる影響が抑制されたロボットアームを提供することができる。

前記ロボットアームの製造方法は、前記積層する工程は、２つの前記アーム部材である第１アーム部材及び第２アーム部材を形成する工程を含み、前記第２アーム部材を回転させるように駆動する駆動部を前記第１アーム部材に取り付ける工程をさらに含み、前記駆動部を前記第１アーム部材に取り付ける工程を、前記第１アーム部材に設けられ、かつ、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体であるアーム側電極が、前記駆動部に設けられた駆動部側電極と電気的に接続されるように実施する。

前記構成によれば、アーム側電極が駆動部側電極と電気的に接続されるように、駆動部を第１アーム部材に取り付けることにより、例えば、半田付けを行うことなく、駆動部を第１アーム部材に容易に取り付けることができる。

本発明の一態様によれば、組立コストの軽減及び装置の小型化を実現するともに、ノイズ対策も実現されているロボットアーム及びその製造方法を提供することができる。

（ａ）～（ｄ）は、本実施形態に係るロボットアームの配線構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態に係るロボットの構成の一例を示す図である。 ロボットアームにおいて、アーム部材と駆動部とが接続する様子を示す図である。 ロボットアームにおいて、２つのアーム部材が接続する様子を示す図である。 図４に示すロボットアームの変形例であるロボットアームにおいて、２つのアーム部材が接続する様子を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図５に示すロボットアームにおいて、第２アーム部材側凹部の円筒面に対して垂直な断面を示す断面図である。 図１の（ａ）に示す、配線を含むアーム部材が筒状の金属部材に嵌め込まれたものからなるロボットアームを示す図である。 図１の（ａ）に示す、配線を含むアーム部材の周囲がシールド線に覆われている様子を示す図である。

〔実施形態〕
本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。まず、本発明の一態様が適用される場面の一例について説明する。本発明の一態様に係るロボットアームは、３Ｄプリンタ（３次元造形機）等の立体造形装置によって造形される。具体的には、前記ロボットアームは、前記立体造形装置を用いて、絶縁性材料、導電性材料等を含む造形材料が積層されることにより製造される。前記立体造形装置は、造形材料を積層することにより立体造形物を造形する装置である。

後述するアーム部材１０、第１アーム部材１０ａ・１０ｃ、第２アーム部材１０ｂ・１０ｄ、配線２０・２０ａ～２０ｄ、シールド線Ｓ１、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４・Ｅ７・Ｅ８、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６・Ｅ９・Ｅ１０、突出部１４、弾性部４０ａ・４０ｂ、及びシールド線６０は、前記立体造形装置によって造形される。

（ロボットの構成の一例）
図２は、本実施形態に係るロボット１の構成の一例を示す図である。ロボット１は、図２に示すように、ロボットアーム１００及び本体部２００を備えている。ロボットアーム１００の内部の配線構造は、図１の（ａ）～（ｄ）に示すロボットアーム１００ａ～１００ｄの内部の配線構造のいずれであってもよい。ロボットアーム１００は、第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂを備えている。第１アーム部材１０ａの少なくとも一部と第２アーム部材１０ｂの少なくとも一部とが互いに重なった状態で、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが互いに回転可能に接続されている。なお、ロボットアーム１００は、２つのアーム部材を備えているが、３つ以上のアーム部材を備えていてもよい。

第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂは、後述するアーム部材１０と同様の構成を有する。第２アーム部材１０ｂは、本体部２００と接続されており、本体部２００の内部には、ロボット１の制御を行う制御機器が設けられている。

図１の（ａ）～（ｄ）は、本実施形態に係るロボットアーム１００ａ～１００ｄの配線構造の一例を示す斜視図である。なお、図１の（ａ）～（ｄ）は、ロボットアーム１００ａ～１００ｄの所定の位置における断面が示されている。

（ロボットアームの配線構造の一例）
ロボットアーム１００ａは、図１の（ａ）に示すように、アーム部材１０及び少なくとも２本の配線２０ａを備えている。少なくとも２本の配線２０ａは、アーム部材１０の内部に埋め込まれている。２本の配線２０ａは、それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される。なお、２本の配線２０ａは、両者によって静電容量が生じる程度であれば、完全に平行でなくてもよい。

アーム部材１０は絶縁性材料であり、例えば、樹脂によって中実に構成される。なお、「中実に構成される」とは、アーム部材１０の構造的強度を保持するための材料としての樹脂の内部に配線２０ａが埋め込まれている構成を含む。例えば、図１の（ａ）において、アーム部材１０の側面から内側に向けて凹んだ形状となっていてもよい。さらに、この凹んだ形状が、２本の配線２０ａの間まで延伸する形状となっていてもよい。この場合、２本の配線２０ａの間に空気層を設けることができる。また、アーム部材１０の断面形状は、図１の（ａ）～（ｄ）では四角形であるが、例えば、円形、楕円形、他の形状であってもよい。このように、アーム部材１０の断面形状については、特に限定されない。

配線２０ａは導電性材料によって構成される。配線２０ａは、ロボットアーム１００ａにおいて、配線２０ａと電気的に接続する各部（後述する駆動部３０等）に電力及び信号を送信するためのものである。ここで説明した配線２０ａに関する内容は、後述する配線２０・２０ｂ～２０ｄにも適用される。

これにより、配線２０ａがアーム部材１０の内部に既に埋め込まれているため、配線２０ａを接続する作業を低減することができ、製造コストの削減を実現することができる。また、配線２０ａを覆う被膜が不要になるため、被膜が不要になった分だけロボットアーム１００ａのサイズを小さくすることができる。また、配線２０ａがアーム部材１０の内部に埋め込まれているため、配線２０ａが断線する可能性を低減することができるとともに、ロボットアーム１００ａ内の空間に配置される配線が不要となる。さらに、アーム部材１０を構成する樹脂の内部に導電性材料が埋め込まれるため、この導電性材料によりアーム部材１０の補強効果を向上させることができる。

また、２本の配線２０ａは、それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される。このため、２本の配線２０ａ間の距離、及び２本の配線２０ａの幅を調整することにより、２本の配線２０ａの静電容量を調整することができる。このように、２本の配線２０ａの静電容量を調整することができるため、配線２０ａから外部に出力されるノイズを抑制することができる。また、外部からのノイズが配線２０ａに流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制することができる。前記幅とは、配線２０ａが延伸する方向（配線２０ａの長手方向）と垂直で、かつ、平板形状の面に平行な方向の長さである。

ロボットアーム１００ｂは、図１の（ｂ）に示すように、ロボットアーム１００ａと比べて、少なくとも２本の配線２０ａが少なくとも２本の配線２０ｂに変更されている点、及び２本の配線２０ｂの周囲にシールド線Ｓ１が設けられる点が異なる。シールド線Ｓ１は、配線２０ｂの周囲にシールド線Ｓ１が設けられることにより、配線２０ｂから外部に出力されるノイズを抑制することができる。また、外部からのノイズが配線２０ｂに流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制することができる。

なお、少なくとも２本の配線２０ｂの各々の周囲にシールド線Ｓ１が設けられている構造ではなく、少なくとも２本の配線２０ｂがまとめてシールド線Ｓ１に覆われている構造であってもよい。

ロボットアーム１００ｃは、図１の（ｃ）に示すように、ロボットアーム１００ａと比べて、少なくとも２本の配線２０ａが少なくとも２本の配線２０ｃに変更されている点、及び２本の配線２０ｃがそれぞれ螺線状である点が異なる。２本の配線２０ｃがそれぞれ螺線状であることにより、配線２０ｃから外部に出力されるノイズを抑制することができ、外部からのノイズが配線２０ｃに流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制することができる。また、螺線状の配線２０ｃの巻き数を変更することにより、配線２０ｃのインダクタンスを調整することができるため、配線２０ｃから外部に出力されるノイズをさらに抑制することができ、外部からのノイズが配線２０ｃに流れる電流に対して影響が及ぶことをさらに抑制することができる。

なお、図１の（ｃ）では、配線２０ｃが２本である場合を示しているが、１本の配線２０ｃが螺線状である構成であってもよい。また、２本の配線２０ｃが、それぞれ別の位置でそれぞれ螺線状となっている構成でもよい。

ロボットアーム１００ｄは、図１の（ｄ）に示すように、ロボットアーム１００ａと比べて、少なくとも２本の配線２０ａが少なくとも２本の配線２０ｄに変更されている点、及び２本の配線２０ｄが互いに撚り線状になっている点が異なる。２本の配線２０ｄが互いに撚り線状になっていることにより、配線２０ｄから外部に出力されるノイズを抑制することができる。また、外部からのノイズが配線２０ｄに流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制することができる。

以上により、例えば、ロボットアームは駆動にモータが使用されるため、モータで発生するノイズが配線に伝わり、配線から外部に放出される場合がある。これに対して、配線２０ａ～２０ｄの構成は、ノイズが外部に放出されることを抑制できる構造であるため、外部へのノイズ放出が抑制されたロボットアーム１００ａ～１００ｄを提供することができる。また、配線２０ａの静電容量、及び配線２０ｃのインダクタンスは、磁界、電界といったエネルギーを貯める効果がある。これにより、ロボットアーム１００ａ～１００ｄの動作の停止時における回生電力の蓄積、及びロボットアーム１００ａ～１００ｄの動作の加速時における力行電力の瞬時放出が可能となる。

（ロボットアームの製造方法の一例）
前述したロボットアーム１００ａ～１００ｄは、前記立体造形装置によって造形される。具体的には、樹脂によって中実に構成されるアーム部材１０の内部に、導電性材料によって構成される少なくとも２本の配線が埋め込まれるように、樹脂及び導電性材料が含まれる造形材料を積層する（積層する工程）。当該配線は、配線２０ａ～２０ｄのいずれであってもよい。

造形材料を積層する際、２本の配線が下記（１）～（４）の構成となるように実施する。（１）２本の配線２０ａがそれぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される構成。（２）２本の配線２０ｂがそれぞれの周囲にシールド線Ｓ１が設けられる構成。（３）２本の配線２０ｃがそれぞれ螺線形状である構成。（４）２本の配線２０ｄが互いに撚り線状になっている構成。

（ロボットアームの構成の一例）
図３は、ロボットアーム１００において、第１アーム部材１０ａと駆動部３０とが接続する様子を示す図である。ロボットアーム１００は、図３に示すように、駆動部３０を備えている。駆動部３０は、第１アーム部材１０ａの側面に形成されたアーム側凹部１１に嵌め込まれる。つまり、駆動部３０は、第１アーム部材１０ａに取り付けられる。駆動部３０は、第１アーム部材１０ａと接続する第２アーム部材１０ｂを回転させるように駆動する。駆動部３０は、例えば、モータであってもよいが、第２アーム部材１０ｂを回転させることが可能であれば、特に限定されない。

アーム側凹部１１には円筒面１１ｓが形成されている。第１アーム部材１０ａの円筒面１１ｓには、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１が設けられ、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１はそれぞれ、第１アーム部材１０ａに埋め込まれた配線２０と一体である。つまり、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１はそれぞれ、配線２０と同一の材料で連続的に構成される。配線２０の構造は、図１の（ａ）～（ｄ）に示す配線２０ａ～２０ｄの構造のいずれであってもよい。駆動部３０の円筒面３０ｓには、駆動部側電極Ｅ２・Ｅ２２が設けられている。なお、第１アーム部材１０ａの円筒面１１ｓには、３つ以上のアーム側電極が設けられていてもよい。

アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１はそれぞれ、駆動部３０がアーム側凹部１１に嵌め込まれることにより、駆動部側電極Ｅ２・Ｅ２２と電気的に接続される。つまり、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１はそれぞれ、駆動部３０が第１アーム部材１０ａに取り付けられることにより、駆動部側電極Ｅ２・Ｅ２２と電気的に接続される。

駆動部３０が第１アーム部材１０ａに取り付けられることにより、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１と駆動部側電極Ｅ２・Ｅ２２とが電気的に接続されるため、第１アーム部材１０ａと駆動部３０との接続部分を簡単な構造にすることができる。例えば、従来のロボットアームのように、アーム側電極と駆動部側電極とが配線で接続されることにより、駆動部から制御機器まで複数の配線で入り乱れるような複雑な構造とはならない。また、アーム側電極Ｅ１・Ｅ１１と駆動部側電極Ｅ２・Ｅ２２とを接続するための配線が不要になる。よって、配線を接続する作業を低減することができる。

また、駆動部３０がアーム側凹部１１に嵌め込まれることにより、駆動部３０の関節軸３１がアーム側凹部１１の底面に形成された開口１２を通る。開口１２を通った関節軸３１は、第２アーム部材１０ｂに接続される。駆動部３０は、関節軸３１を回転させることにより、第２アーム部材１０ｂを回転させるように駆動する。関節軸３１は、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとを互いに回転させるためのものである。このように、ロボットアーム１００は、関節軸３１を備える。

図４は、ロボットアーム１００において、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが接続する様子を示す図である。図４では、図３に示すアーム側凹部１１及び駆動部３０を省略している。前述した関節軸３１は、開口１２を通り、第２アーム部材１０ｂの側面に形成された開口１３に入ることにより、第２アーム部材１０ｂに接続される。

また、ロボットアーム１００では、第１アーム部材１０ａにおける、関節軸３１の軸方向に垂直な側面に、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４が設けられており、第２アーム部材１０ｂにおける、関節軸３１の軸方向に垂直な側面に、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６が設けられている。これにより、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４と第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６とを導通を維持した状態で摺動させる構造を簡単な構造にすることができる。例えば、従来のロボットアームのように、第１アーム部材側電極と第２アーム部材側電極とが配線で接続されることにより、第１アーム部材と第２アーム部材との接続部分が、複数の配線で入り乱れるような複雑な構造とはならない。

なお、図４に示す例では、関節軸３１に対して、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが、第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂの長手方向と垂直な方向に沿って互いに一部が重なって配置されている構成となっているが、これに限定されるものではない。例えば、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが、第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂの長手方向に沿って重なって配置されている場合を考える。この場合において、第１アーム部材１０ａに突出部が２つ形成されており、この２つの突出部の間に第２アーム部材１０ｂに形成される突出部が挟まれ、これらの突出部を貫くように関節軸３１が設けられる構成であってもよい。また、第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂのそれぞれに突出部が複数形成されており、両者が交互にかみ合った部分において複数の突出部を関節軸３１が貫通して設けられる構成であってもよい。

さらに、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが互いに回転する際に、第１アーム部材側電極Ｅ３は、第２アーム部材側電極Ｅ５と導通を維持した状態で摺動し、第１アーム部材側電極Ｅ４は、第２アーム部材側電極Ｅ６と導通を維持した状態で摺動する。また、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４はそれぞれ、第１アーム部材１０ａに埋め込まれた配線２０と一体であり、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６はそれぞれ、第２アーム部材１０ｂに埋め込まれた配線２０と一体である。つまり、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４はそれぞれ、第１アーム部材１０ａに埋め込まれた配線２０と同一の材料で連続的に構成される。また、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６はそれぞれ、第２アーム部材１０ｂに埋め込まれた配線２０と同一の材料で連続的に構成される。

これにより、第１アーム部材１０ａに埋め込まれた配線２０と第２アーム部材１０ｂに埋め込まれた配線２０とを接続するための配線が不要になる。よって、配線を接続する作業を低減することができるとともに、配線が断線する可能性を低減することができる。また、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとが互いに回転するときでも導通を維持することができる。これにより、第１アーム部材１０ａに埋め込まれた配線２０と第２アーム部材１０ｂに埋め込まれた配線２０とを接続するための配線を設ける場合と比べて、下記の効果が得られる。

具体的には、例えば、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとの関節軸３１の回転に係る可動範囲に制限が生じることを防いだり、関節軸３１の回転を許容するために配線の長さに余裕を持たせることによって装置が大型化することを防ぐことができる。

なお、図４では、第１アーム部材１０ａの側面に２つの第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４が設けられているが、第１アーム部材１０ａの側面には３つ以上の第１アーム部材側電極が設けられていてもよい。また、第２アーム部材１０ｂの側面に２つの第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６が設けられているが、第２アーム部材１０ｂの側面には３つ以上の第２アーム部材側電極が設けられていてもよい。

また、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４はそれぞれスリップリングであってもよく、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６はそれぞれブラシであってもよい。逆に、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４がそれぞれブラシであってもよく、第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６がそれぞれスリップリングであってもよい。

これにより、第１アーム部材１０ａと第２アーム部材１０ｂとの間における配線２０の接続部分を簡単な構造にすることができる。例えば、従来のロボットアームのように、第１アーム部材と第２アーム部材との接続部分が、複数の配線で入り乱れるような複雑な構造とはならない。

また、ブラシ及びスリップリングについては、第１アーム部材１０ａ及び第２アーム部材１０ｂに埋め込まれたそれぞれの配線２０と一体であるため、ブラシとスリップリングとが導通を維持した状態で摺動する部分を簡単な構造にすることができる。例えば、従来のロボットアームと比べて、ブラシ及びスリップリングと配線とが別体となっているような複雑な構造とはならない。

図５は、図４に示すロボットアーム１００の変形例であるロボットアーム１０１において、第１アーム部材１０ｃと第２アーム部材１０ｄとが接続する様子を示す図である。ロボットアーム１０１は、図５に示すように、ロボットアーム１００と比べて、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４がそれぞれ、第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８に変更されている点、及び第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６がそれぞれ、第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０に変更されている点が異なる。また、ロボットアーム１０１は、ロボットアーム１００と比べて、第１アーム部材１０ｃの側面に突出部１４が設けられている点、及び第２アーム部材１０ｄの側面に第２アーム部材側凹部１５が形成されている点が異なる。

第１アーム部材１０ｃの側面には、関節軸３１に同軸の円筒型の突出部１４が設けられ、第２アーム部材１０ｄの側面には、第２アーム部材側凹部１５が形成されている。突出部１４は第２アーム部材側凹部１５に嵌め込まれる。

また、駆動部３０の関節軸３１（図示せず）は、第１アーム部材１０ｃの開口１２を通り、突出部１４を貫通する。関節軸３１は、第２アーム部材１０ｄと接続される。これにより、第１アーム部材１０ｃに設けられた駆動部３０（図示せず）によって関節軸３１が回転することで、突出部１４が第２アーム部材側凹部１５に嵌め込まれた状態で、第２アーム部材側凹部１５は突出部１４と摺動する。

ロボットアーム１０１では、突出部１４の円筒面１４ｓには、第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８が設けられており、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓには、第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０が設けられている。これにより、第１アーム部材１０ｃと第２アーム部材１０ｄとの接続部分を簡単な構造にすることができる。また、第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８それぞれと第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０それぞれとを導通を維持した状態で摺動させる構造を簡単な構造にすることができる。例えば、従来のロボットアームのように、第１アーム部材と第２アーム部材との接続部分が、複数の配線で入り乱れるような複雑な構造とはならない。

なお、図５では、突出部１４の円筒面１４ｓに２つの第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８が設けられているが、突出部１４の円筒面１４ｓには３つ以上の第１アーム部材側電極が設けられていてもよい。また、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓに２つの第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０が設けられているが、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓには３つ以上の第２アーム部材側電極が設けられていてもよい。

また、第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８はそれぞれスリップリングであってもよく、第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０はそれぞれブラシであってもよい。逆に、第１アーム部材側電極Ｅ７・Ｅ８がそれぞれブラシであってもよく、第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０がそれぞれスリップリングであってもよい。

図６の（ａ）及び（ｂ）は、図５に示すロボットアーム１０１において、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓに対して垂直な断面を示す断面図である。ロボットアーム１０１では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓ（表面）に、弾性を有する弾性部４０ａ・４０ｂが設けられている。弾性部４０ａ・４０ｂの表面には、第２アーム部材側電極Ｅ９が形成されている。第２アーム部材側電極Ｅ１０においても、弾性部４０ａ・４０ｂの表面に第２アーム部材側電極Ｅ１０が形成されている構造となっている。第２アーム部材側電極Ｅ９・Ｅ１０は導電性材料である。

また、図４に示すロボットアーム１０１の第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６においても、弾性部４０ａ・４０ｂの表面に第２アーム部材側電極Ｅ５・Ｅ６が形成されている構造となっていてもよい。さらに、第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４・Ｅ７・Ｅ８がブラシである場合においても、弾性部４０ａ・４０ｂの表面に第１アーム部材側電極Ｅ３・Ｅ４・Ｅ７・Ｅ８が形成されている構造であってもよい。したがって、第１アーム部材１０ｃまたは第２アーム部材１０ｄの表面に、弾性部４０ａ・４０ｂを設けることにより、弾性部４０ａまたは弾性部４０ｂによってスリップリングとブラシとを強固に接触させることができる。

図６の（ａ）に示すように、弾性部４０ａは、第２アーム部材側凹部１５の円筒面１５ｓに対して傾斜しており、円筒面１５ｓから突出したものである。また、弾性部４０ａは、円筒面１５ｓに対して斜め上方に延伸している。また、図６の（ｂ）に示すように、弾性部４０ｂは、山型の形状を有し、円筒面１５ｓとの間の空間が弾性変形による移動空間となる。第２アーム部材１０ｄの内部に埋め込まれた配線２０は、弾性部４０ｂを通過し、第２アーム部材側電極Ｅ９と一体である。

図７は、図１の（ａ）に示す、配線２０ａを含むアーム部材１０が筒状の金属部材５０に嵌め込まれたものからなるロボットアーム１０２を示す図である。ロボットアーム１０２は、図７に示すように、筒状の金属部材５０を備えている。金属部材５０は、例えば金属パイプであってもよい。つまり、アーム部材１０には、金属からなる補強部材として金属部材５０が設けられている。

このように、アーム部材１０に金属からなる補強部材が設けられることにより、ロボットアーム１０２をより丈夫な構造にすることができる。また、筒状の金属部材５０に樹脂からなるアーム部材１０を嵌め込むことによって比較的容易に前記構成を実現することができる。

なお、前述した第１アーム部材１０ａ・１０ｃ及び第２アーム部材１０ｂ・１０ｄが金属部材５０に嵌め込まれてもよい。また、前述した少なくとも２本の配線（配線２０ｂ～２０ｄのいずれか）を含むアーム部材１０が金属部材５０に嵌め込まれてもよい。

図８は、図１の（ａ）に示す、配線２０ａを含むアーム部材１０の周囲がシールド線６０に覆われている様子を示す図である。ロボットアーム１０３は、図８に示すように、シールド線６０を備えている。シールド線６０は、アーム部材１０の周囲を覆っている。換言すると、アーム部材１０の表面にシールド線６０が形成される。このように、アーム部材１０の周囲がシールド線６０によって覆われることにより、配線２０ａから外部に出力されるノイズを抑制することができる。また、外部からのノイズが配線２０ａに流れる電流に対して影響が及ぶことを抑制することができる。

図８に示す構成は、前記立体造形装置によって造形される。具体的には、樹脂によって中実に構成されるアーム部材１０の外面に、導電性材料によって構成されるシールド線６０が形成されるように、樹脂及び導電性材料が含まれる造形材料を積層する。

なお、前述した第１アーム部材１０ａ・１０ｃ及び第２アーム部材１０ｂ・１０ｄの周囲がシールド線６０によって覆われてもよい。また、前述した少なくとも２本の配線（配線２０ｂ～２０ｄのいずれか）を含むアーム部材１０の周囲がシールド線６０によって覆われていてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ アーム部材
１０ａ、１０ｃ 第１アーム部材
１０ｂ、１０ｄ 第２アーム部材
１４ｓ、１５ｓ 円筒面
１４ 突出部
１５ 第２アーム部材側凹部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 配線
３０ 駆動部
３１ 関節軸
４０ａ、４０ｂ 弾性部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１０１、１０２ ロボットアーム
Ｅ１・Ｅ１１ アーム側電極
Ｅ２・Ｅ２２ 駆動部側電極
Ｅ３、Ｅ４、Ｅ７、Ｅ８ 第１アーム部材側電極
Ｅ５、Ｅ６、Ｅ９、Ｅ１０ 第２アーム部材側電極
Ｓ１ シールド線

Claims (10)

1. 樹脂によって中実に構成されるアーム部材と、
   前記アーム部材を構成する前記樹脂の内部に埋め込まれた、導電性材料によって構成される少なくとも２本の配線と、を備え、
   ２本の前記配線は、
   （１）それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される構成、
   （２）それぞれの周囲にシールド線が設けられる構成、
   （３）それぞれ螺線形状である構成、または
   （４）互いに撚り線状になっている構成
   であるロボットアーム。
2. ２つの前記アーム部材を第１アーム部材及び第２アーム部材と称し、
   前記第１アーム部材の少なくとも一部と前記第２アーム部材の少なくとも一部とが互いに重なった状態で、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とが互いに回転可能に接続され、
   前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とが互いに回転する際に、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体である第１アーム部材側電極は、前記第２アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体である第２アーム部材側電極と導通を維持した状態で摺動する請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記第１アーム部材側電極及び前記第２アーム部材側電極のうち一方はスリップリングであり、前記第１アーム部材側電極及び前記第２アーム部材側電極のうち他方はブラシである請求項２に記載のロボットアーム。
4. 前記第１アーム部材に取り付けられ、かつ、前記第２アーム部材を回転させるように駆動する駆動部をさらに備え、
   前記第１アーム部材に設けられ、かつ、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体であるアーム側電極は、前記駆動部が前記第１アーム部材に取り付けられることにより、前記駆動部に設けられた駆動部側電極と電気的に接続される請求項２または３に記載のロボットアーム。
5. 前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とを互いに回転させるための関節軸を備え、
   前記第１アーム部材側電極は、前記第１アーム部材における、前記関節軸の軸方向に垂直な側面に設けられ、前記第２アーム部材側電極は、前記第２アーム部材における、前記関節軸の軸方向に垂直な側面に設けられる請求項２から４のいずれか１項に記載のロボットアーム。
6. 前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とを互いに回転させるための関節軸を備え、
   前記第１アーム部材の側面に前記関節軸と同軸の円筒型の突出部が設けられ、前記第２アーム部材の側面に当該突出部と摺動する第２アーム部材側凹部が形成され、
   前記第１アーム部材側電極は、前記突出部の円筒面に設けられ、前記第２アーム部材側電極は、前記第２アーム部材側凹部の円筒面に設けられる請求項２から４のいずれか１項に記載のロボットアーム。
7. 前記ブラシは、前記第１アーム部材または前記第２アーム部材の表面に設けられた、弾性を有する弾性部の表面に形成されている導電性材料である請求項３に記載のロボットアーム。
8. 前記アーム部材に、金属からなる補強部材が設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載のロボットアーム。
9. 造形材料を積層することにより立体造形物を造形する立体造形装置を用いてロボットアームを製造するロボットアームの製造方法であって、
   樹脂によって中実に構成されるアーム部材の内部に、導電性材料によって構成される少なくとも２本の配線が埋め込まれるように、前記樹脂及び前記導電性材料が含まれる前記造形材料を積層する工程を含み、
   前記積層する工程を、２本の前記配線が、
   （１）それぞれ平板形状であり、かつ、当該平板形状の面に垂直な方向において互いに対向した状態で平行に配置される構成、
   （２）それぞれの周囲にシールド線が設けられる構成、
   （３）それぞれ螺線形状である構成、または
   （４）互いに撚り線状になっている構成
   となるように実施するロボットアームの製造方法。
10. 前記積層する工程は、２つの前記アーム部材である第１アーム部材及び第２アーム部材を形成する工程を含み、
    前記第２アーム部材を回転させるように駆動する駆動部を前記第１アーム部材に取り付ける工程をさらに含み、
    前記駆動部を前記第１アーム部材に取り付ける工程を、
    前記第１アーム部材に設けられ、かつ、前記第１アーム部材に埋め込まれた前記配線と一体であるアーム側電極が、前記駆動部に設けられた駆動部側電極と電気的に接続されるように実施する請求項９に記載のロボットアームの製造方法。

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