JP7328442B2 - ロボットの線条体処理構造 - Google Patents

Description

本開示は、ロボットの線条体処理構造に関するものである。

ロボットのベースと旋回胴との間に、旋回胴の回転軸線に沿ってパイプ材を設け、パイプ材の内部を挿通してベース内から旋回胴の上方に取り出した線条体をベース、旋回胴、上部アームおよび下部アームのそれぞれに固定する線条体処理構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１の線条体は、旋回胴の旋回中心から上方に取り出された後、旋回胴の旋回中心よりも後方を回り込む形態に曲げられて、第１アームの下部側方において旋回胴に固定されている。線条体は、その後、第１アームの側面に沿う方向に湾曲させられて、第１アームの側面に固定されている。

旋回胴における固定位置においては、線条体は、大まかに第１アームの回転軸線に向かう方向に延びている。また、第１アームにおける固定位置においても、線条体は、大まかに第１アームの回転軸線に向かう方向に延びている。

このため、旋回胴に対して第１アームが揺動すると、旋回胴における固定位置と第１アームにおける固定位置とが第１アームの回転中心を挟んで概略直線上に並ぶ第１アームの揺動角度位置において、線条体は最も延ばされる。また、その揺動角度位置から第１アームが旋回胴に対して、回転軸線回りに前後いずれの方向に揺動しても、２つの固定位置どうしが近接するため、２つの固定位置間の可動部分の線条体は撓まされる。

特許第５５９１８９４号公報

特許文献１においては、可動部分の線条体は、最も延ばされる第１アームの揺動角度位置を基準として、第１アームが前後いずれの方向に揺動させられても、旋回胴の回転中心から離れる方向に撓む。
２本の線条体を並列に配線する場合に、特許文献１の線条体処理構造を採用すると、２本の線条体を第１アームの回転軸線に沿う方向に配列して、いずれの線条体も同様に動作させる必要がある。

この場合には、２つの線条体を第１アームの回転軸線方向に十分に隙間をあけて配置しなければ、両線条体が同時に撓む際に接触して擦れるので、線条体の寿命が低下する。したがって、２本の線条体を並列に配線しても、線条体が相互に擦れることを防止して、線条体の寿命の低下を防止することが望まれている。

本開示の一態様は、被設置面に設置されるベースと、鉛直な第１軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、水平な第２軸線回りに前記旋回胴に対して揺動可能に支持されたアームとを備えるロボットの前記旋回胴から前記アームに線条体を配線する線条体処理構造であって、前記旋回胴の側方を該旋回胴の前後方向に延びた前記線条体の第１の途中位置を、前記ベースと前記アームの基端との間において、第１固定部材によって前記旋回胴に固定し、前記第１固定部材の前方に延びる前記線条体の第２の途中位置を、前記第２軸線よりも前記アームの先端側において、第２固定部材によって前記アームの側面に固定し、前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に位置する前記線条体の可動部分に、前記アームの動作に必要な長さの余裕を与えるとともに、一方向の捻じりを付与することにより、前記アームが後方揺動端まで揺動して前記可動部分が前記アームの前記側面から離れる方向に湾曲している状態から、前記アームを前方揺動端に向かって揺動させていくに従って、前記可動部分が前記アームの前記側面に近接する方向に変位していくロボットの線条体処理構造である。

本開示の一実施形態に係るロボットの線条体処理構造を示すロボットの部分的な側面図である。 図１の線条体処理構造を示すロボットの部分的な平面図である。 図１の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図１の線条体処理構造において、第１アームが後側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図４の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図１の線条体処理構造において、第１アームが前側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図６の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図１のロボットの線条体処理構造において、後付けの線条体を装着した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図８の線条体処理構造において、第１アームが後側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図９の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図８の線条体処理構造において、第１アームが前側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図１１の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図１のロボットの線条体処理構造の変形例を示すロボットの部分的な側面図である。 図１３の線条体処理構造において、第１アームが後側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図１４の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。 図１３の線条体処理構造において、第１アームが前側揺動端まで揺動した状態を示すロボットの部分的な側面図である。 図１６の線条体処理構造を示すロボットの部分的な正面図である。

本開示の一実施形態に係るロボット１００の線条体処理構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る線条体処理構造１を適用するロボット１００は、図１から図７に示されるように、被設置面、例えば、床面に設置されるベース１１０と、鉛直な第１軸線Ａ回りにベース１１０に対して回転可能に支持された旋回胴１２０とを備えている。

また、ロボット１００は、水平な第２軸線Ｂ回りに旋回胴１２０に対して回転可能に支持された第１アーム（アーム）１３０と、第１アーム１３０の先端に支持された図示しない上側可動部とを備えている。

第１アーム１３０は、図２および図３に示されるように、旋回胴１２０に、第２軸線Ｂに沿って一方向に、第１軸線Ａに対してオフセットした位置に配置されている。
上側可動部は、第１アーム１３０の先端に第２軸線Ｂに平行な第３軸線回りに回転可能に支持された長手軸を有する第２アームと、第２アームの先端に支持された手首ユニットとを備えている。

ベース１１０に対して旋回胴１２０を回転駆動するモータ１１１は、図２に示されるように、旋回胴１２０の上面１２０ａに固定されている。
旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を回転駆動するモータ１２２は、旋回胴１２０に固定されている。

第１アーム１３０に対して第２アームを回転駆動するモータは、第２アームに固定されている。手首ユニットを駆動する３つのモータ（図示略）は、第２アーム内および第１手首要素に内蔵されている。

ロボット１００は、各モータ１１１，１２２に動力および制御信号を伝送するための基本ケーブル（線条体、以下、第１線条体という。）１５０を備えている。
本実施形態に係る線条体処理構造１は、第１線条体１５０の処理構造である。

第１線条体１５０は、図１に示されるように、ベース１１０の背面に設けられた分線盤１１２に、コネクタ１１３によって一端が接続されている。
第１線条体１５０は、ベース１１０内部から、ベース１１０および旋回胴１２０の第１軸線Ａ近傍を上下方向に貫通する中空部１６０を経由して立ち上がり、旋回胴１２０の上面１２０ａにおける中空部１６０の開口から上方に引き出される。

第１線条体１５０のうち、旋回胴１２０を駆動するモータ１１１へのケーブルおよび旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を駆動するモータ１２２へのケーブルは、他の第１線条体１５０から分岐して、モータ１１１，１２２に接続される。
旋回胴１２０の上方に引き出された残りの第１線条体１５０は、図１および図２に示されるように、旋回胴１２０の上方に引き出された位置から旋回胴１２０の後方に曲げられた後、旋回胴１２０の上面１２０ａよりも下方まで下降させられる。

そして、第１線条体１５０は、上面１２０ａよりも低い高さ位置において、旋回胴１２０の側方を回り込む形態に曲げられて第１アーム１３０の下方に導かれる。第１線条体１５０は、第１アーム１３０の下方位置において、水平方向に沿ってロボット１００の前後方向にまっすぐに延ばされて、第１固定部材２によって旋回胴１２０に取り付けられる。

第１固定部材２は、図示しないボルトによって旋回胴１２０に固定され、第１線条体１５０を沿わせた状態で、結束バンド１２によって第１線条体１５０を縛り付けることにより固定する。
第１線条体１５０は、図１に示されるように、第１固定部材２の前方において上方に湾曲させられる。これにより、第１線条体１５０は、第１アーム１３０に沿う方向に導かれ、第２軸線Ｂよりも第１アーム１３０の先端側において、第１アーム１３０の側面に、第２固定部材３および結束バンド１２によって固定される。

第１固定部材２と第２固定部材３との間に位置する第１線条体１５０は、旋回胴１２０に対して第１アーム１３０が第２軸線Ｂ回りに揺動する際に可動する可動部分となる。
本実施形態においては、この第１線条体１５０の可動部分に、第１アーム１３０の動作に必要な長さの余裕を与えられているとともに、所定の捻じりが付与されている。

第１線条体１５０の可動部分は、長さの余裕を持たせて固定されることにより、第１アーム１３０の繰り返し動作によっても、過度に湾曲させられることがなく、十分な耐久性を有する。そして、第１線条体１５０の可動部分に捻じりが付与されることにより、可動部分の動作は、以下に説明する通りとなる。

すなわち、図３に示されるように、第１固定部材２および第２固定部材３に、第１線条体１５０の長手軸回りに逆方向の捻じりモーメントＭを付与することにより、可動部分が一方向に捻じられる。本実施形態においては、第１固定部材２には、前方から見て反時計回り、第２固定部材３には、第１アーム１３０の先端側から見て時計回りの捻じりモーメントＭを付与する。

これにより、可動部分には、第１固定部材２の近傍において前方から見て時計回り、第２固定部材３の近傍において、第１アーム１３０の先端側から見て反時計回りに、可動部分の弾性復元力による捻じりモーメントｍが作用する。

図４および図５に示されるように、第１アーム１３０が後側揺動端側に揺動しているときと、図６および図７に示されるように、第１アーム１３０が前側揺動端側に揺動しているときとでは、第２固定部材３の向きが逆転する。その結果、図４および図５に示されるように、第１アーム１３０が後側揺動端側に揺動しているときには、可動部分は弾性復元力による捻じりモーメントｍにより、第１アーム１３０の側面から離れる方向に変位する。

一方、図６および図７に示されるように、第１アーム１３０が前側揺動端側に揺動しているときには、可動部分は弾性復元力による捻じりモーメントｍにより、第１アーム１３０の側面に近接する方向に変位する。
そして、可動部分は、第１アーム１３０が図４および図５に示される後方揺動端から図６および図７に示される前方揺動端に向かって揺動していく間には、第１アーム１３０の側面から離れた位置から近接する位置まで概ね一方向に変位する。

このように、本実施形態に係る線条体処理構造１によれば、次のような利点がある。
すなわち、ロボット１００には、基本ケーブル１５０とは異なる後付けの線条体（以下、第２線条体という。）１７０が装着される。
第２線条体１７０は、例えば、手首ユニットの先端に取り付けるツール（図示略）に動力、制御信号、圧縮空気あるいは冷却媒体等を供給するための１以上のケーブルあるいはチューブであって、ユーザによってロボット１００に装着される。

このような第２線条体１７０は、図８から図１２に示されるように、ベース１１０内から第１線条体１５０と並列に配線される。この場合において、本実施形態に係る線条体処理構造１により、第１線条体１５０については、第１アーム１３０が動作範囲全域にわたって動作する間に、第１線条体１５０の可動部分が第１アーム１３０の側面から離間した状態から近接する状態まで一方向に変位する。

第２線条体１７０については、第１線条体１５０とは逆方向に変位させる。すなわち、第１アーム１３０の揺動により、第１線条体１５０の可動部分が第１アーム１３０の側面に近接する位置から離れる位置に変位する間に、第２線条体１７０の可動部分を第１アーム１３０の側面から離れた位置から近接する位置に変位させる。

そして、第１線条体１５０の可動部分と第２線条体１７０の可動部分の位置が入れ替わるときに、第１線条体１５０の可動部分と第２線条体１７０の可動部分とが、第２軸線Ｂに直交する平面内において重複する位置を通過しない位置に配線する。

これにより、第１線条体１５０と第２線条体１７０の接触を回避することができる。すなわち、２本の線条体１５０，１７０を並列に配線しても、線条体１５０，１７０どうしが相互に擦れることを防止して、線条体１５０，１７０の寿命の低下を防止することができるという利点がある。

第２線条体１７０の可動部分を第１線条体１５０の可動部分とは逆方向に変位させる配線方式としては、図８に示されるように、第２線条体１７０に捻じりを加えることなく、第１アーム１３０に固定するための第３固定部材４の角度を調整する。図８に示す例では、第１アーム１３０の長手軸に対して、第３固定部材４の第２線条体１７０の先端側の一端（先端）が他端（基端）よりも第１アーム１３０の後方側に近づく角度に傾斜させている。

これにより、第２線条体１７０の可動部分は、図９および図１０に示されるように、旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を第２軸線Ｂ回りに後側揺動端まで揺動させると、大きな曲率半径で無理なく湾曲する。その結果、第２線条体１７０の可動部分は、第１アーム１３０の側面に近接する位置で湾曲させられる。

一方、図１１および図１２に示されるように、旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を第２軸線Ｂ回りに前側揺動端まで揺動させると、第２線条体１７０の可動部分は、比較的強く湾曲させられることにより、第１アーム１３０の側面から離れる方向に湾曲させられる。これにより、第２線条体１７０を基本ケーブルである第１線条体１５０とは逆方向に変位させることができる。

また、本実施形態に係る線条体処理構造１によれば、第１線条体１５０は、第１固定部材２によって、被設置面に平行に、ロボット１００の前後方向にまっすぐに延ばされた状態で旋回胴１２０に固定される。これにより、第１線条体１５０が第１軸線Ａを中心とした径方向外方に大きく突出することを防止して、旋回胴１２０の回転時に第１線条体１５０が周辺部材に干渉する可能性を低減することができる。

また、第１線条体１５０が、第１固定部材２によって被設置面に平行に、ロボット１００の前後方向にまっすぐに延ばされた状態で旋回胴１２０に固定されるので、第２軸線Ｂの位置を低くすることができる。その結果、ロボット１００の全高を抑えることができるという利点もある。

なお、本実施形態においては、第１線条体１５０のみが配線された線条体処理構造１を例示した。上述したように、この線条体処理構造１によれば、第２線条体１７０を上述した配線方式によって配線することにより、第１アーム１３０の揺動による２本の線条体１５０，１７０の接触を回避することができるという利点がある。

これに代えて、第１線条体１５０を、図１３から図１７に示されるように、上述した第２線条体１７０の配線方式によって配線してもよい。
すなわち、第１固定部材２によって旋回胴１２０に固定した第１線条体１５０を、図１３に示されるように、第１固定部材２の前方において上方に湾曲させる。これにより、第１線条体１５０は、第１アーム１３０に沿う方向に導かれ、第２軸線Ｂよりも第１アーム１３０の先端側において、第１アーム１３０の側面に、第２固定部材３および結束バンド１２によって固定される。

このとき、第２固定部材３を、図１３に示されるように、第１アーム１３０の長手軸に対して、先端が基端よりも第１アーム１３０の後方側に近づく角度に傾斜させて第１アーム１３０の側面に取り付ける。これにより、図１４および図１５に示されるように、旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を第２軸線Ｂ回りに後側揺動端まで揺動させたときに、第１線条体１５０の可動部分が大きな曲率半径で無理なく湾曲させられる。

したがって、第１アーム１３０が後側揺動端まで揺動した姿勢において、第１線条体１５０の可動部分を、第１アーム１３０の側面に近接する位置で湾曲させることができる。
一方、図１６および図１７に示されるように、旋回胴１２０に対して第１アーム１３０を第２軸線Ｂ回りに前側揺動端まで揺動させると、第１線条体１５０の可動部分が、比較的強く湾曲されることにより、第１アーム１３０の側面から離れる方向に湾曲させられる。

このような線条体処理構造１によれば、第２線条体１７０を上述した第１線条体１５０の配線方式によって配線すれば、第１線条体１５０と第２線条体１７０とを入れ替えて、上記と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態においては、図８から図１２に示されるように、２本の線条体１５０，１７０を予め装着する線条体処理構造１を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、第１線条体１５０の可動部分に一方向の捻じりモーメントを作用させたが、第１アーム１３０が旋回胴１２０の中心を挟んで逆方向にオフセットしている場合には、逆方向の捻じりモーメントを作用させればよい。

１ 線条体処理構造
２ 第１固定部材
３ 第２固定部材
４ 第３固定部材
１００ ロボット
１１０ ベース
１２０ 旋回胴
１３０ 第１アーム（アーム）
１５０ 基本ケーブル（線条体、第１線条体）
１７０ 線条体（第２線条体）
Ａ 第１軸線
Ｂ 第２軸線

Claims (3)

1. 被設置面に設置されるベースと、鉛直な第１軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、水平な第２軸線回りに前記旋回胴に対して揺動可能に支持されたアームとを備えるロボットの前記旋回胴から前記アームに線条体を配線する線条体処理構造であって、
   前記旋回胴の側方を該旋回胴の前後方向に延びた前記線条体の第１の途中位置を、前記ベースと前記アームの基端との間において、第１固定部材によって前記旋回胴に固定し、
   前記第１固定部材の前方に延びる前記線条体の第２の途中位置を、前記第２軸線よりも前記アームの先端側において、第２固定部材によって前記アームの側面に固定し、
   前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に位置する前記線条体の可動部分に、前記アームの動作に必要な長さの余裕を与えるとともに、一方向の捻じりを付与することにより、
   前記アームが後方揺動端まで揺動して前記可動部分が前記アームの前記側面から離れる方向に湾曲している状態から、前記アームを前方揺動端に向かって揺動させていくに従って、前記可動部分が前記アームの前記側面に近接する方向に変位していくロボットの線条体処理構造。
2. 被設置面に設置されるベースと、鉛直な第１軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、水平な第２軸線回りに前記旋回胴に対して揺動可能に支持されたアームとを備えるロボットの前記旋回胴から前記アームに線条体を配線する線条体処理構造であって、
   前記旋回胴の側方を該旋回胴の前後方向に延びた前記線条体の第１の途中位置を、前記ベースと前記アームの基端との間において、第１固定部材によって前記旋回胴に固定し、
   前記第１固定部材の前方に延びる前記線条体の第２の途中位置を、前記第２軸線よりも前記アームの先端側において、第２固定部材によって前記アームの側面に固定し、
   前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に位置する前記線条体の可動部分に、前記アームの動作に必要な長さの余裕を与え、前記第２固定部材を前記アームの長手軸に沿う方向よりも前記アームの先端側に向かって前記アームの後方に傾斜させることにより、
   前記アームが後方揺動端まで揺動して、前記可動部分が前記アームの前記側面に近接する位置に配置されている状態から、前記アームを前方揺動端に向かって揺動させていくに従って、前記可動部分が前記アームの前記側面から離れる方向に湾曲していくロボットの線条体処理構造。
3. 被設置面に設置されるベースと、鉛直な第１軸線回りに前記ベースに対して回転可能に支持された旋回胴と、水平な第２軸線回りに前記旋回胴に対して揺動可能に支持されたアームとを備えるロボットの前記旋回胴から前記アームに第１線条体および第２線条体を配線する線条体処理構造であって、
   前記旋回胴の側方を該旋回胴の前後方向に延びた前記第１線条体および前記第２線条体の各第１の途中位置を、前記ベースと前記アームの基端との間において、第１固定部材によって並列に前記旋回胴に固定し、
   前記第１固定部材の前方に延びる前記第１線条体の第２の途中位置を、前記第２軸線よりも前記アームの先端側において、第２固定部材によって前記アームの側面に固定し、
   前記第１固定部材の前方に延びる前記第２線条体の第３の途中位置を、前記第２軸線よりも前記アームの先端側において、第３固定部材によって前記アームの側面に固定し、
   前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に位置する前記第１線条体の可動部分に、前記アームの動作に必要な長さの余裕を与えるとともに、一方向の捻じりを付与し、
   前記第１固定部材と前記第２固定部材との間に位置する前記第２線条体の可動部分に、前記アームの動作に必要な長さの余裕を与え、前記第２固定部材を前記アームの長手軸に沿う方向よりも前記アームの先端側に向かって前記アームの後方に傾斜させることにより、
   前記アームが後方揺動端まで揺動して前記第１線条体の前記可動部分が前記アームの前記側面から離れる方向に湾曲し、前記第２線条体の前記可動部分が前記アームの前記側面に近接する位置に配置されている状態から、前記アームを前方揺動端に向かって揺動させていくに従って、前記第１線条体の前記可動部分が前記アームの前記側面に近接する方向に変位し、前記第２線条体の前記可動部分が前記アームの前記側面から離れる方向に湾曲していくロボットの線条体処理構造。

Images