JP7392326B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。各種ロボットとしては、例えば、特許文献１に示すような多関節型ロボットが挙げられる。この多関節型ロボットは、基台と、基台に支持された第１アームと、第１アームに接続された第２アームと、第２アームに支持され、回転および上下動可能な第３アームとしてのシャフトと、基台と第２アームとを接続し、内部に配線が挿通されている配管とを有する。

また、特許文献１に記載されている多関節型ロボットでは、シャフトの先端に力覚センサーやエンドエフェクターが設置されている。これら力覚センサーおよびエンドエフェクターには、信号線や電力供給線等の配線が接続されている。これらの配線は、基台、配管、第２アームおよびシャフトの内部に引き回され、力覚センサーおよびエンドエフェクターにそれぞれ接続されている。

特開２００１－２７７１７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている多関節型ロボットでは、シャフト内の中空部を配線が挿通する構成であるため、シャフトの回転に伴って配線も捩じれる。このため、シャフトの回転量によっては、配線が過剰にねじれて負荷が大きくなる。

本発明は、前述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下により実現することが可能である。

本適用例のロボットは、基台と、
前記基台に接続され、第１軸回りに回動する第１アームと、
前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回動する第２アームと、
前記第２アームに接続され、前記第１軸と平行な第３軸回りに回転するとともに、前記第３軸に沿って移動する、中空部を有する第３アームと、
前記中空部に設けられた電気配線と、
前記第３アームに固定され、筒状であり、内周部に第１端子を有する第１部材と、前記第１部材の内部に設けられ、前記第１部材に対し相対的に回転し、外周部に前記電気配線と電気的に接続された第２端子を有する第２部材と、を有し、前記第２部材が前記第１部材に対して相対的に回転する際、前記第１端子と前記第２端子との接触状態を維持する回転部材と、を備える。

本発明のロボットの第１実施形態を備えるロボットシステムを示す側面図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す第３アームの拡大縦断面図である。 図３中のＡ－Ａ線断面図である。 図１に示す第３アームの拡大縦断面図であって固定部材を示す図である。 図１に示す第３アームの拡大縦断面図であって固定部材を示す図である。 図５および図６に示す固定部材の斜視図である。 本発明のロボットの第２実施形態の概略模式図である。

以下、本発明のロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットの第１実施形態を備えるロボットシステムを示す側面図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す第３アームの拡大縦断面図である。図４は、図３中のＡ－Ａ線断面図である。図５は、図１に示す第３アームの拡大縦断面図であって固定部材を示す図である。図６は、図１に示す第３アームの拡大縦断面図であって固定部材を示す図である。図７は、図５および図６に示す固定部材の斜視図である。

また、図１、図３および図８では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」と言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」と言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」と言う。また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「－（マイナス）」と言い、＋ｘ軸方向に平行な方向を「＋ｘ軸方向」と言い、－ｘ軸方向に平行な方向を「－ｘ軸方向」と言い、＋ｙ軸方向に平行な方向を「＋ｙ軸方向」と言い、－ｙ軸方向に平行な方向を「－ｙ軸方向」と言い、＋ｚ軸方向に平行な方向を「＋ｚ軸方向」と言い、－ｚ軸方向に平行な方向を「－ｚ軸方向」と言う。また、ｚ軸回りの方向およびｚ軸に平行な軸回りの方向を「ｕ軸方向」と言う。

また、以下では、説明の便宜上、図１中の＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、－ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。また、ロボットアーム２０については、図１中の基台２１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター７側を「先端」と言う。また、図１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。

図１および図２に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム１００は、制御装置１と、ロボット２と、エンドエフェクター７と、を備えている。その他、ロボットシステム１００は、表示装置４１や、入力装置４２等を備えている。

制御装置１は、ロボット２とは異なる位置、すなわち、ロボット２の外側に配置されている。また、図示の構成では、ロボット２と制御装置１とは、ケーブル２００で電気的に接続（以下、単に「接続」とも言う）されているが、これに限定されずケーブル２００を省略し、無線方式で通信を行うようになっていてもよい。すなわち、ロボット２と制御装置１とは、有線通信で接続されていてもよく、また、無線通信で接続されていてもよい。また、制御装置１は、基台２１に内蔵されていてもよい。

ロボット２は、図示の構成では、水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットである。また、ロボット２は、天井や、設置棚の天面に設置されて用いられる、いわゆる天吊りタイプのスカラロボットである。なお、図示の構成に限定されず、第２実施形態で説明するように床に設置して用いてもよく、図示はしないが壁に設置して用いてもよい。

図１に示すように、ロボット２は、基台２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、作業ヘッドである第３アーム２４と、力検出部５と、を備えている。第１アーム２２、第２アーム２３および第３アーム２４によりロボットアーム２０が構成される。

また、ロボット２は、第１アーム２２を基台２１に対して回転させる駆動ユニット２５と、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させる駆動ユニット２６と、第３アーム２４のシャフト２４１を第２アーム２３に対して回転させるｕ駆動ユニット２７と、シャフト２４１を第２アーム２３に対してｚ軸方向に移動させるｚ駆動ユニット２８と、角速度センサー２９とを備えている。

図１および図２に示すように、駆動ユニット２５は、第１アーム２２の筐体２２０内に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２５１と、モーター２５１の駆動力を減速する減速機２５２と、モーター２５１または減速機２５２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２５３とを有している。

駆動ユニット２６は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２６１と、モーター２６１の駆動力を減速する減速機２６２と、モーター２６１または減速機２６２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２６３とを有している。

ｕ駆動ユニット２７は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２７１と、モーター２７１の駆動力を減速する減速機２７２と、モーター２７１または減速機２７２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２７３とを有している。

ｚ駆動ユニット２８は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２８１と、モーター２８１の駆動力を減速する減速機２８２と、モーター２８１または減速機２８２の回転軸の回転角度を検出する位置センサー２８３とを有している。

モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。

また、減速機２５２、減速機２６２、減速機２７２および減速機２８２としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、位置センサー２５３、位置センサー２６３、位置センサー２７３および位置センサー２８３は、例えば、角度センサーとすることができる。

駆動ユニット２５、駆動ユニット２６、ｕ駆動ユニット２７およびｚ駆動ユニット２８は、それぞれ、対応する図示しないモータードライバーに接続されており、モータードライバーを介して図２に示す制御装置１のロボット制御部１１により制御される。

また、角速度センサー２９は、図１に示すように、第２アーム２３に内蔵されている。このため、第２アーム２３の角速度を検出することができる。この検出した角速度の情報に基づいて、制御装置１は、ロボット２の作動を制御する。

基台２１は、例えば、ボルト等によって設置面に固定されている。基台２１の下端部には第１アーム２２が連結されている。第１アーム２２は、基台２１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｏ１回りに回転可能となっている。第１アーム２２を回転させる駆動ユニット２５が駆動すると、第１アーム２２が基台２１に対して第１軸Ｏ１回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２５３により、基台２１に対する第１アーム２２の回転量が検出できるようになっている。

また、第１アーム２２には、第２アーム２３が連結されている。第２アーム２３は、第１アーム２２の基台２１と接続されている部分と反対側の端部で、かつ、－ｚ軸側に接続されている。

第２アーム２３は、第１アーム２２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｏ２回りに回転可能となっている。第１軸Ｏ１の軸方向と第２軸Ｏ２の軸方向とは同一である。すなわち、第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１と平行である。第２アーム２３を回転させる駆動ユニット２６が駆動すると、第２アーム２３が第１アーム２２に対して第２軸Ｏ２回りに水平面内で回転する。また、位置センサー２６３により、第１アーム２２に対する第２アーム２３の駆動量、具体的には、回転量が検出できるようになっている。

また、第２アーム２３は、第２軸Ｏ２からずれた位置で、第３アーム２４を支持している。第３アーム２４は、シャフト２４１を有している。シャフト２４１は、第２アーム２３に対して、鉛直方向に沿う第３軸Ｏ３回りに回転可能であり、かつ、上下方向、すなわち、第３軸Ｏ３方向に沿って移動可能となっている。また、シャフト２４１の＋ｚ軸側の端部は、第２アーム２３の筐体２３０内に位置しており、第３アーム２４の－ｚ軸側の端部は、第２アーム２３から－ｚ軸側に突出している。

具体的には、シャフト２４１は、回転支持部材２４２によって支持されている。この回転支持部材２４２は、図示はしないが、外筒と、外筒の内側に設けられた回転体を有する。外筒は、第２アーム２３の筐体２３０内の底部、すなわち、ベースに固定されている。一方、回転体は、シャフト２４１には固定されているが、シャフト２４１とともにｚ軸回りに回転可能に外筒に支持されている。

また、シャフト２４１の長手方向の途中には、ボールねじナット２４３と、スプラインナット２４４と、が設置されている。これらボールねじナット２４３およびスプラインナット２４４は、回転支持部材２４２の＋ｚ軸側に設置されている。また、ボールねじナット２４３およびスプラインナット２４４は、この順で＋ｚ軸側から離間して配置されている。

ボールねじナット２４３は、図示はしないが、内輪と、内輪の外周側に同心的に配置された外輪とを有する。これら内輪および外輪の間には、図示しない複数のボールが配置されており、ボールの移動とともに内輪および外輪は、互いに相対的に回転する。なお、ボールねじナット２４３の外輪は、第２アーム２３の任意の部位に固定されている。

また、内輪は、外輪から露出した部分を有し、この露出した部分にベルトが掛け回されており、このベルトを介してｚ駆動ユニット２８からの駆動力が伝達される。これにより、シャフト２４１は、ｚ軸方向に沿って移動することができる。

スプラインナット２４４は、内輪と、内輪の外周側に同心的に配置された外輪とを有する。これら内輪および外輪の間には、図示しない複数のボールが配置されており、ボールの移動とともに内輪および外輪は、互いに相対的に回転する。また、内輪の内周部およびシャフト２４１の外周部の少なくとも一方には、図示しないスプライン溝が設けられており、この溝内には、複数のボールが配置されている。なお、ボールねじナット２４３の外輪は、第２アーム２３の任意の部位に固定されている。

また、内輪は、外輪から露出した部分を有し、この露出した部分にベルトが掛け回されており、このベルトを介してｚ駆動ユニット２８からの駆動力が伝達される。これにより、内輪が外輪に対して回転する。この際、回転力が、スプライン溝と複数のボールによってｚ軸方向の力に変換されてシャフト２４１が上下動することができる。

また、シャフト２４１がｚ軸回りに回転する際、図２に示す位置センサー２７３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１の回転量が検出できるようになっている。また、シャフト２４１がｚ軸に沿って上下動する際、図２に示す位置センサー２８３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１のｚ軸方向の移動量が検出できるようになっている。

また、シャフト２４１の先端部には、電子機器の一例であるエンドエフェクター７が着脱可能に連結される。エンドエフェクター７は、図示の構成では、電力を供給することにより作動する電動ドライバーである。なお、エンドエフェクター７としては、図示の構成に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの、検査に使用するもの等が挙げられる。

また、図２に示すように、ロボット２は、シャフト２４１に加わった力を検出する力検出部５を有する。力検出部５は、電子機器の一例である。力検出部５の設置場所としては、特に限定されないが、例えば、シャフト２４１の先端部や、シャフト２４１の長手方向の途中等が挙げられる。この力検出部５は、後述する電気配線５０１を介して制御装置１と電気的に接続される。

力検出部５は、水晶等の圧電体で構成された素子を有する構成とすることができる。これにより、シャフト２４１が外力を受けると、力検出部５に伝達され、素子が電荷を出力する。この電荷の量に関する情報が制御装置１に送信される。そして、制御装置１は、この情報に基づいてロボットアーム２０の作動を制御することができる。
このようなロボット２には、ケーブル２００を介して制御装置１が接続されている。

図２に示すように、制御装置１は、ロボット制御部１１と、ロボット２の各部、エンドエフェクター７および表示装置４１等、ロボットシステム１００の各部の駆動をそれぞれ制御する。

また、制御装置１は、ロボット制御部１１と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５との間で、それぞれ、通信可能に構成されている。すなわち、ロボット制御部１１と、表示制御部１３と、記憶部１４と、受付部１５とは、互いに、有線または無線通信で接続されている。

ロボット制御部１１は、ロボット２の駆動、すなわち、ロボットアーム２０等の駆動を制御する。ロボット制御部１１は、ＯＳ等のプログラムがインストールされたコンピューターである。このロボット制御部１１は、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムが記憶されたＲＯＭとを有する。また、ロボット制御部１１の機能は、例えば、ＣＰＵにより各種プログラムを実行することにより実現することができる。

表示制御部１３は、表示装置４１にウィンドウ等の各種の画面や文字等を表示させる機能を有している。すなわち、表示制御部１３は、表示装置４１の駆動を制御する。この表示制御部１３の機能は、例えばＧＰＵ等により実現することができる。

記憶部１４は、データやプログラム等の各種の情報を記憶する機能を有する。この記憶部１４は、制御プログラム等を記憶する。記憶部１４の機能は、ＲＯＭ等のいわゆる外部記憶装置によって実現することができる。

受付部１５は、入力装置４２からの入力を受け付ける機能を有している。この受付部１５の機能は、例えばインターフェース回路によって実現することができる。なお、例えばタッチパネルを用いる場合には、受付部１５は、ユーザーの指のタッチパネルへの接触等を検知する入力検知部としての機能を有する。

表示装置４１は、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等で構成された図示しないモニターを備えており、例えば、ウィンドウ等の各種の画面等を含む各種の画像や文字等を表示する機能を有する。

入力装置４２は、例えば、マウスやキーボード等で構成されている。したがって、ユーザーは、入力装置４２を操作することで、制御装置１に対して各種の処理等の指示を行うことができる。

具体的には、ユーザーは、表示装置４１に表示されるウィンドウ等の各種画面に対して入力装置４２のマウスでクリックする操作や、入力装置４２のキーボードで文字や数字等を入力する操作により、制御装置１に対する指示を行うことができる。

なお、本実施形態では、表示装置４１および入力装置４２の代わりに、表示装置４１および入力装置４２を兼ね備えた表示入力装置を設けてもよい。表示入力装置としては、例えば静電式タッチパネルや感圧式タッチパネル等のタッチパネルを用いることができる。また、入力装置４２は、音声等の音を認識する構成であってもよい。
以上、ロボットシステム１００の全体構成について説明した。

次に、第３アーム２４の内部および周辺の構造について詳細に説明する。
シャフト２４１は、中空部２４０を有する筒状をなしている。中空部２４０内には、電気配線束５００が設置されている。電気配線束５００は、単数または複数の電気配線５０１が束ねられたものである。電気配線５０１は、制御装置１と、シャフト２４１の先端側に配置されている電子機器とを電気的に接続する配線である。本実施形態では、電子機器は、エンドエフェクター７や力検出部５であり、電気配線５０１は、これらと制御装置１とをそれぞれ電気的に接続している。このように、電気配線５０１は、制御信号、電力、受けた外力の大きさに関する信号等を伝搬するものである。

なお、本実施形態では、電気配線束５００は、一例として、４本の電気配線５０１が互いに絶縁された状態で束ねられたものとして説明する。

図１および図３に示すように、電気配線束５００は、本実施形態では、基台２１の内部、第１アーム２２の内部、第３アーム２４の内部およびシャフト２４１の中空部２４０内に引き回されている。また、電気配線束５００は、一端部が中空部２４０内に設けられている回転部材３に接続されている。

なお、電気配線束５００は、一部がシャフト２４１の中実部に埋設されていてもよく、一部がシャフト２４１の外側に引き回されていてもよい。

図３に示すように、回転部材３は、シャフト２４１の先端部付近の中空部２４０内に設置されている。回転部材３は、第１部材としての外筒３１と、外筒３１内に設けられた第２部材としての回転体３２とを有する。

外筒３１は、シャフト２４１に固定されている。このため、シャフト２４１が第３軸Ｏ３回りに回転する際、外筒３１は、シャフト２４１とともに回転する。また、外筒３１は、その－ｚ軸側の端部に設けられ、外径が拡径した拡径部３１１を有する。この拡径部３１１は、シャフト２４１の－ｚ軸側に露出している。この拡径部３１１は、ネジ３１２によりシャフト２４１に固定されている。これにより、外筒３１をシャフト２４１に対して固定することができる。

なお、ネジ止めする箇所は、図示のように複数であってもよく１つであってもよい。また、拡径部３１１でのネジ止めを省略して、他の方法で外筒３１をシャフト２４１に対して固定してもよい。他の方法としては、特に限定されないが、例えば、外筒３１をシャフト２４１内に圧入する方法や、接着剤を介して固定する方法等が挙げられる。

また、外筒３１は、＋ｚ軸側に開放する開口部３１３を有する有底筒状をなしている。開口部３１３は、後述する回転体３２のコネクタ部３２２が挿通される部分である。また、外筒３１の開口部３１３と反対側の端部の内壁には、－ｚ軸側に凹没した凹部３１４が形成されている。

回転体３２は、第１部材としての外筒３１の内側で外筒３１に対して相対的に回転する第２部材である。回転体３２は、外筒３１と同心的に配置され、その中心軸が第３軸Ｏ３と一致している。

回転体３２は、円柱状の胴部３２１と、胴部３２１の＋ｚ軸側の端部から＋ｚ軸側に突出して設けられたコネクタ部３２２と、胴部３２１の－ｚ軸側の端部から－ｚ軸側に突出して設けられた突出部３２３とを有する。

胴部３２１は、その外周部が外筒３１の内周部から離間して外筒３１内に収納されている。また、胴部３２１の外周部には、複数、本実施形態では４つの第２端子３４が設けられている。

コネクタ部３２２は、前述したように外筒３１の開口部３１３内を挿通している。コネクタ部３２２は、筒状をなし、内側に電気配線束５００が挿入、固定される。また、回転体３２は、電気配線５０１の本数に対応した数、本実施形態では４本の内部配線３２４を有する。コネクタ部３２２に電気配線束５００が接続された状態では、各電気配線５０１と各内部配線３２４とがそれぞれ電気的に接続された状態となる。また、各内部配線３２４は、後述する第２端子３４にそれぞれ接続されている。

また、外筒３１と回転体３２とが相対的に回転する際、コネクタ部３２２は、開口部３１３で回転する。また、電気配線束５００と回転体３２とは、接続、固定されているため、外筒３１と回転体３２とが相対的に回転する際、電気配線束５００は、回転体３２とともに外筒に対して相対的に回転する。

突出部３２３は、前述したように外筒３１の凹部３１４内に挿入されている。外筒３１と回転体３２とが相対的に回転する際、突出部３２３は、凹部３１４内で回転する。

また、図４に示すように、外筒３１の内周部には、複数、本実施形態では４つの第１端子３３が設けられている。各第１端子３３は、内部配線３１６を介して後述する接続部３１５と接続されている。また、各第１端子３３は、第３軸Ｏ３に沿って等間隔で配置されている。また、各第１端子３３は、第３軸Ｏ３回りの位置、すなわち、外筒３１の周方向の位置が同じである。換言すれば、ｚ軸方向からみたとき、各第１端子３３は重なっている。なお、各第１端子３３の位置は、ｚ軸方向からみたとき、互いにずれていてもよい。

これら各第１端子３３は、同じ構成であるため、以下、１つの第１端子３３を代表的に説明する。

図４に示すように、第１端子３３は、複数本、本実施形態では、２本の導電性ワイヤー３３１で構成される、いわゆるブラシ電極である。各導電性ワイヤーは、外筒３１の内周部から内側に向かって、すなわち、回転体３２に向かって突出して設けられている。

各導電性ワイヤー３３１は、基端部、すなわち、根元が、同じ電極３３２に接続されている。また、各導電性ワイヤー３３１は、回転体３２の周方向、すなわち、回転方向に沿って、先端部が互いに離間するように突出して設置されている。換言すれば、各導電性ワイヤー３３１は、根元は互いに近い位置に位置しているが、回転体３２の回転方向に沿って互いに反対側に突出して設けられている。

また、各導電性ワイヤー３３１は、回転体３２の胴部３２１の外周部に設置された第２端子３４にそれぞれ接触している。第２端子３４は、第１端子３３の個数と同数、すなわち、４つ設けられている。各第２端子３４は、内部配線３２４を介して電気配線５０１とそれぞれ電気的に接続されている。各第２端子３４は、ｚ軸に沿って互いに離間して設けられている。第２端子３４は、所定の幅を有する電極が回転体３２の周方向の全域にわたって設けられたものである。

また、導電性ワイヤー３３１は、弾性を有しており、回転体３２に向かって湾曲するように回転体３２に向かって、すなわち、第２端子３４に向かって押し付けられた状態で設置されている。これにより、回転部材３に衝撃が加えられて外筒３１と回転体３２とに軸ずれが生じたとしても、導電性ワイヤー３３１が第２端子３４と接触した状態をより確実に維持することができる。以下、導電性ワイヤー３３１、すなわち、第１端子３３と第２端子３４と接触した状態を、単に「接触状態」という。

また、導電性ワイヤー３３１の先端部が互いに反対側を向いていることにより、回転体３２が外筒３１に対してどちらの方向に相対的に回転したとしても、接触状態をより確実に維持することができる。

このように第１端子３３は、可撓性を有するブラシ電極である。これにより、前述したように、外筒３１と回転体３２とに軸ずれが生じたとしても、接触状態をより確実に維持することができるとともに、第１端子３３にかかる負荷を軽減することができる。

また、第１端子３３は、第２部材である回転体３２に向かって突出して設けられている。これにより、前述したように、第１端子３３が回転体３２に設けられた第２端子３４に向かって押し付けられた状態となる。よって、外筒３１と回転体３２とが相対的に回転したとしても、接触状態をより確実に維持することができる。

また、前述したように、第２端子３４は、回転体３２の周方向の全域にわたって設けられている。これにより、外筒３１と回転体３２とが相対的に回転する際、どのような回転角度であっても接触状態を維持することができる。

このような２本の導電性ワイヤー３３１で構成された第１端子３３は、４つ設けられている。これら４つの第１端子３３は、それぞれ電極３３２を介して内部配線３１６と電気的に接続されている。すなわち、電極３３２は、互いに離間して４つ設けられており、内部配線３１６も互いに離間して４本設けられている。各内部配線３１６は、外筒３１の中実部に設けられており、外筒３１の－ｚ軸側に設けられた接続部３１５と接続されている。

接続部３１５は、外側から、すなわち、－ｚ軸側から４本の電気配線５０２が接続された部分である。また、各電気配線５０２は、図示はしないが、他端が力検出部５やエンドエフェクター７に電気的に接続されている。

このような構成によれば、電気配線５０１は、内部配線３２４、第２端子３４、第１端子３３、内部配線３１６および接続部３１５を介して電気配線５０２と電気的に接続される。これにより、力検出部５およびエンドエフェクター７と、制御装置１とを電気的に接続することができる。よって、制御装置１は、力検出部５の出力信号を受け取ったり、エンドエフェクター７に電力を供給したりすることができる。

ここで、ロボット２が作業を行う際、シャフト２４１を第３軸Ｏ３回りに回転させることがある。シャフト２４１が回転すると、シャフト２４１に固定されている外筒３１がシャフト２４１とともに回転するが、回転体３２は、回転することが防止または抑制されている。すなわち、シャフト２４１および外筒３１が回転しても、外筒３１と回転体３２が相対的に回転することにより、回転体３２の第３軸Ｏ３回りにおける位置が変化するのが防止または抑制されている。これにより、シャフト２４１が回転したとしても、回転体３２に固定されている電気配線束５００が捩じれるのが防止または抑制することができる。また、前述したように、外筒３１と回転体３２とが相対的に回転する際、第１端子３３と第２端子３４とが接触した接触状態を維持することができる。これらのことから、シャフト２４１がどれだけ回転したとしても、力検出部５およびエンドエフェクター７と制御装置１との電気的な接続を維持しつつ、電気配線束５００が過剰に捩じれるのを抑制することができる。その結果、シャフト２４１の回転量に制限がなく、所望量回転させることができるとともに、電気配線５０１に過剰な負荷がかかるのを防止することができる。

なお、電気配線５０２は、シャフト２４１とともに回転するが、電気配線５０２が接続されている力検出部５およびエンドエフェクター７もシャフト２４１と回転するため、電気配線５０２は捩じれない。

さらに、ロボット２では、シャフト２４１の上下動の際においても、電気配線５０１に過剰な負荷がかかるのを抑制することができる。以下、このことについて説明する。

図５～図７に示すように、ロボット２は、電気配線束５００の長手方向の途中を固定する固定部材８を備える。この固定部材８は、中空部２４０内に挿入され、ｚ軸方向に沿って、すなわち、第３アーム２４の長手方向に沿って伸縮可能に構成されている。

固定部材８は、互いにスライドすることにより全体の長さが可変に構成された第１レール部材８１および第２レール部材８２を有する。第１レール部材８１および第２レール部材８２は、横断面形状がコの字状をなす長尺な部材で構成されている。すなわち、第１レール部材８１および第２レール部材８２は、側方に開放した筒状をなしている。また、第１レール部材８１および第２レール部材８２は、一方に他方が挿入された状態でスライドする。本実施形態では、第１レール部材８１内に第２レール部材８２が挿入された状態でスライドする。

なお、図示はしないが、第１レール部材８１および第２レール部材８２の一方は、突起を有し、他方は、突起が挿入される溝が設けられているのが好ましい。これにより、第１レール部材８１および第２レール部材８２が不本意に離脱するのを防止することができるとともに、スライドを安定的に行うことができる。

第１レール部材８１は、ｚ軸方向に沿って配置されている。第１レール部材８１の＋ｚ軸側の端部は、第２アーム２３の筐体２３０の内側の天面に固定されている。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、固定部材を用いて固定する方法や、接着剤等を用いて固定する方法等が挙げられる。

第２レール部材８２は、ｚ軸方向に沿って配置されている。第２レール部材８２は、第１レール部材８１に挿入された状態で第１レール部材８１によってスライド可能に支持されている。第２レール部材８２の＋ｚ軸側の端部付近には、電気配線束５００の長手方向の途中が固定された固定部８２０が設けられている。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、固定部材を用いて固定する方法や、接着剤等を用いて固定する方法等が挙げられる。

また、第２レール部材８２の－ｚ軸側の端部は、回転部材３のコネクタ部３２２と当接している。また、本実施形態では、第２レール部材８２の－ｚ軸側の端部は、回転部材３と固定されていない。

なお、この構成に限定されず、第２レール部材８２の－ｚ軸側の端部は、回転部材３の他の部位と当接していてもよい。また、第２レール部材８２の－ｚ軸側の端部は、回転部材３に固定されていてもよい。

また、第２レール部材８２は、３枚の長尺な板部材８２１、８２２、８２３で構成される。板部材８２２および板部材８２３は、互いに対向しており、板部材８２２および板部材８２３の側部に板部材８２１が配置されている。換言すれば、板部材８２１の側部から一対の板部材８２２および板部材８２３が設けられている。

また、板部材８２１には、電気配線束５００を挿通するための挿通孔８２４が設けられている。これにより、板部材８２１を厚さ方向に介して電気配線束５００を引き回すことができ、引き回しの自由度が向上する。

なお、固定部材８は、第１レール部材８１および第２レール部材８２のスライド限界を規制する規制部を有していてもよい。

このように、ロボット２は、中空部２４０に挿入され、第３アーム２４の長手方向に沿って伸縮可能に構成され、電気配線５０１の長手方向の途中を固定する固定部材８を備える。このような固定部材８によれば、第２レール部材８２に電気配線５０１が固定されており、この固定された固定部８２０がシャフト２４１の上下動に連動して上下に移動する。これにより、シャフト２４１が上下動しても固定部８２０より下側の電気配線５０１もシャフト２４１の上下動に連動して上下に移動する。よって、電気配線５０１の過剰な変形を防止することができる。その結果、電気配線５０１に過剰な負荷がかかるのを防止することができる。

また、前述したように、回転部材３を有することの効果、すなわち、シャフト２４１の回転の際に電気配線５０１に過剰に負荷がかかるのを防止することができることとの相乗効果で、さらに効果的に電気配線５０１に過剰に負荷がかかるのを防止することができる。

また、固定部材８は、第２アーム２３に固定される第１レール部材８１と、第１レール部材８１に対し第１レール部材８１の長手方向に沿ってスライドする第２レール部材８２と、を有し、電気配線５０１は、第２レール部材８２に固定される。このようにシャフト２４１と連動して上下動する方のレール部材に電気配線５０１が固定されているため、電気配線５０１をシャフト２４１の上下動に連動して上下に移動させることができる。よって、電気配線５０１の過剰な変形をより確実に防止することができる。

また、第２レール部材８２は、－ｚ軸側の端部、すなわち、鉛直方向下方の端部が回転部材３と当接している。これにより、シャフト２４１が上下動する際、シャフト２４１に固定されている回転部材３が第２レール部材８２と当接したまま第２レール部材８２を上下に移動させることができる。

また、第２レール部材８２の電気配線５０１が固定されている部分である固定部８２０は、中空部２４０の外側に位置している。すなわち、シャフト２４１のｚ軸方向の位置に関わらず、固定部８２０は、シャフト２４１の＋ｚ軸側に露出した状態となっている。これにより、シャフト２４１の＋ｚ軸側の開口の縁部に電気配線５０１が接触したり擦れたりするのを効果的に防止または抑制することができる。よって、電気配線５０１に過剰に負荷がかかるのをさらに効果的に防止することができる。

なお、固定部材８は、上記の構成に限定されず、例えば、一方が筒状で他方が内部に挿入される棒状であってもよく、蛇腹のような伸縮機構を有する１本の長尺体で構成されていてもよい。

以上説明したように、ロボット２は、基台２１と、基台２１に接続され、第１軸Ｏ１回りに回動する第１アーム２２と、第１アーム２２に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第２軸Ｏ２回りに回動する第２アーム２３と、第２アーム２３に接続され、第１軸Ｏ１と平行な第３軸Ｏ３回りに回転するとともに、第３軸Ｏ３に沿って移動する、中空部２４０を有する第３アーム２４と、中空部２４０に設けられた電気配線５０１と、第３アーム２４に固定され、筒状であり、内周部に第１端子３３を有する第１部材としての外筒３１と、外筒３１の内部に設けられ、外筒３１に対し相対的に回転し、外周部に電気配線５０１と電気的に接続された第２端子３４を有する第２部材としての回転体３２と、を有し、回転体３２が外筒３１に対して相対的に回転する際、第１端子３３と第２端子３４との接触状態を維持する回転部材３と、を備える。これにより、シャフト２４１がどれだけ回転したとしても、力検出部５およびエンドエフェクター７と制御装置１との電気的な接続を維持しつつ、電気配線５０１が過剰に捩じれるのを抑制することができる。その結果、シャフト２４１の回転量に制限がなく、所望量回転させることができるとともに、電気配線５０１に過剰な負荷がかかるのを防止することができる。

また、第１端子３３および第２端子３４の対は、第３軸Ｏ３に沿って互いに離間して複数設けられている。これにより、力検出部５およびエンドエフェクター７と制御装置１との間で送受信する電気信号の種類を増やすことができ、ロボット２は、さらに多彩な制御を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明のロボットの第２実施形態の概略模式図である。

以下、図８を参照して本発明のロボットの第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

図８に示すように、ロボット２は、本実施形態では、いわゆる床置きタイプである。ロボット２は、第１実施形態と同様に、基台２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、第３アーム２４と、を有している。また、第３アーム２４のシャフト２４１は、＋ｚ軸側の端部が第２アーム２３の筐体２３０から＋ｚ軸側に突出して設けられている。

また、第２アーム２３は、筐体２３０の外側に設けられた設置部材２３１を有する。設置部材２３１は、シャフト２４１から＋ｚ軸側の突出している第１レール部材８１を固定するための部材である。設置部材２３１は、筐体２３０の外側に固定される第１部分２３２と、第１部分２３２から＋ｚ軸側に立設された第２部分２３３と、第２部分２３３から第３軸Ｏ３側に突出して設けられた第３部分２３４と、を有する。そして、第３部分２３４の－ｚ軸側に第１レール部材８１の＋ｚ軸側の端部が固定されている。

このような設置部材２３１を設けることにより、本実施形態のように、シャフト２４１が第２アーム２３の＋ｚ軸側に突出している形態であっても、固定部材８を設置することができる。よって、電気配線５０１の長手方向の途中を固定部材８に固定することができ、電気配線５０１の過剰な変形を防止することができる。

以上、本発明のロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。

また、前記実施形態では、ロボットアームの回転軸の数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回転軸の数は、例えば、２つ、または、４つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アームの数は、３つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、例えば、２つ、または、４つ以上でもよい。

１００…ロボットシステム、１…制御装置、１１…ロボット制御部、１３…表示制御部、１４…記憶部、１５…受付部、２…ロボット、３…回転部材、５…力検出部、７…エンドエフェクター、８…固定部材、２０…ロボットアーム、２１…基台、２２…第１アーム、２３…第２アーム、２４…第３アーム、２５…駆動ユニット、２６…駆動ユニット、２７…ｕ駆動ユニット、２８…ｚ駆動ユニット、２９…角速度センサー、３１…外筒、３２…回転体、３３…第１端子、３４…第２端子、４１…表示装置、４２…入力装置、８１…第１レール部材、８２…第２レール部材、２００…ケーブル、２２０…筐体、２３０…筐体、２３１…設置部材、２３２…第１部分、２３３…第２部分、２３４…第３部分、２４０…中空部、２４１…シャフト、２４２…回転支持部材、２４３…ボールねじナット、２４４…スプラインナット、２５１…モーター、２５２…減速機、２５３…位置センサー、２６１…モーター、２６２…減速機、２６３…位置センサー、２７１…モーター、２７２…減速機、２７３…位置センサー、２８１…モーター、２８２…減速機、２８３…位置センサー、３１１…拡径部、３１２…ネジ、３１３…開口部、３１４…凹部、３１５…接続部、３１６…内部配線、３２１…胴部、３２２…コネクタ部、３２３…突出部、３２４…内部配線、３３１…導電性ワイヤー、３３２…電極、５００…電気配線束、５０１…電気配線、５０２…電気配線、８２０…固定部、８２１…板部材、８２２…板部材、８２３…板部材、８２４…挿通孔、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸

Claims (8)

1. 基台と、
   前記基台に接続され、第１軸回りに回動する第１アームと、
   前記第１アームに接続され、前記第１軸と平行な第２軸回りに回動する第２アームと、
   前記第２アームに接続され、前記第１軸と平行な第３軸回りに回転するとともに、前記第３軸に沿って移動する、中空部を有する第３アームと、
   前記中空部に設けられた電気配線と、
   前記第３アームに固定され、筒状であり、内周部に第１端子を有する第１部材と、前記第１部材の内部に設けられ、前記第１部材に対し相対的に回転し、外周部に前記電気配線と電気的に接続された第２端子を有する第２部材と、を有し、前記第２部材が前記第１部材に対して相対的に回転する際、前記第１端子と前記第２端子との接触状態を維持する回転部材と、
   前記中空部に挿入され、前記第３アームの長手方向に沿って伸縮可能に構成され、前記電気配線の長手方向の途中を固定する固定部材と、を備えるロボット。
2. 前記第１端子は、可撓性を有するブラシ電極である請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１端子は、前記第２部材に向かって突出して設けられている請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記第２端子は、前記第２部材の周方向の全域にわたって設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記固定部材は、前記第２アームに固定される第１レール部材と、前記第１レール部材に対し前記第１レール部材の長手方向に沿ってスライドする第２レール部材と、を有し、
   前記電気配線は、前記第２レール部材に固定される請求項１に記載のロボット。
6. 前記第２レール部材は、鉛直方向下方の端部が前記回転部材と当接している請求項５に記載のロボット。
7. 前記第２レール部材の前記電気配線が固定されている部分は、前記中空部の外側に位置している請求項５または６に記載のロボット。
8. 前記第１端子および前記第２端子の対は、前記第３軸に沿って互いに離間して複数設けられている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。

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