JPH0724777A - 配管・配線を備えるロボットアーム構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 産業用ロボットにおいて、工具への配線や配
管等のためのケーブルがロボットアームに絡みつくこと
がなくしかも確実な接続と周辺機器への干渉をなくす。 【構成】 ロボットのアーム１に連接するベースフレー
ム５と、このベースフレーム５の旋回軸と直交して回転
するヘッドフレーム６と、このヘッドフレーム６の旋回
軸と直交して回転するツール取付けフランジ７とを備
え、工具に接続するケーブル８を挿し通す通し孔７ｂを
ツール取付けフランジ７に設け、ケーブル８にはベース
フレーム５の基端側からツール取付けフランジ７までの
間をコイル部８ａを設け、このコイル部８ａをアーム１
とツール取付けフランジ７と同軸配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば産業用ロボット
に係り、特にロボットの手首と配管・配線用のケーブル
の絡みの無い配管・配線を備えたロボットアーム構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、溶接用スポットガンや各種の
工具類を備えた産業用ロボットでは、ロボットアームと
工具との間に動力用電気ケーブル，信号用電気ケーブ
ル，冷却水ホース，動力用エアホース等の配線や配管を
設けることが必要である。

【０００３】このような配線や配管においては、ロボッ
トアームの先端の出力軸がその軸線周りに３６０°に近
い可動範囲を持つので、ロボットとその他の周辺装置と
の間での配線及び配管が干渉しないようにすることが一
つの課題となる。

【０００４】このような干渉を避けるため、たとえば、
配線を出力軸の周りに螺旋状に巻き付けたり、ロボット
アームの上空に支柱から腕を出してケーブルを吊り下げ
たりする等の作業が従来から行われている。

【０００５】ところが、ケーブルを支柱に掛ける作業も
含めてこのケーブルをロボットアームに螺旋状に配線す
る作業は非常に面倒であり、他の周辺装置との間での干
渉を無くそうとしても配線・配管自体は剛的に固定され
たものではないため、安定した作動は保証されない。ま
た、配線や配管に使う素材は、合成樹脂やゴムであるた
め、経時変化によって形状が次第に変化していく。この
ため、当初教示作業時には起きなかった他の装置との干
渉を生じるようになり、たとえば冷却水ホースを引きち
ぎって水浸しの事故を招くこともある。更に、ケーブル
の干渉を避けるために、ケーブルの弛みを少なくする
と、ケーブルはロボットの手首部の複雑な動きに追従で
きずに絡みついて切断事故を起こし、一方ケーブルの弛
みを増やすと干渉によって切断事故が起きやすくなると
いう矛盾を生じる。

【０００６】このような配管や配線に或る程度の余裕を
持たせる方式に代えて、たとえば実開平１−１６８０９
０号公報に記載されたロータリジョイントがある。

【０００７】このロータリジョイントは、円筒状の固定
部の中に回転部をその軸線周りに回転可能に組み込むと
共に、回転部の軸線方向の一端に配線を接続し、他端か
らツール側への配線・配管の接続を可能としたものであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この公報に記載のロー
タリジョイントは、内部に流体用のパッキンや配線用の
ロータリコネクタを備え、ツールが旋回するときの配線
や配管の破損や断線を防止することができる。

【０００９】ところが、回転部のシールには高いシール
圧を持たせることが必要であることから、複数の流体流
路用の配管を接続すると、ロボットアーム側とツール側
との間の動作には大きなトルクが発生する。このため、
ロボットの運動性を損なうことになり、ツールによる機
械加工の精度にまで影響を及ぼす。

【００１０】また、ジョイントに内蔵された配線用のロ
ータリコネクタやスリップリング及びパッキン等は、繰
り返し互いに摺動し合う。このため、摺動部の摩耗は避
けられず、流体の漏れや配線系の接触不良を生じやす
く、ツールの作動不良を招くほか、定期的な部品交換の
作業も必要になる。

【００１１】本発明において解決すべき課題は、配線や
配管等のためのケーブルがロボットアームに絡みつくこ
とがなくしかも確実な接続と周辺機器への干渉をなくす
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロボットのア
ームと同軸上で旋回動作するベースフレームと、該ベー
スフレームの先端側に連接され該ベースフレームの旋回
軸と直交する回転軸線を持つヘッドフレームと、該ヘッ
ドフレームの先端に連接され前記ヘッドフレームの旋回
軸と直交する回転軸線を持つツール取付けフランジと、
該ツール取付けフランジに結合する工具への配管・配線
のためのケーブルとを備え、前記ツール取付けフランジ
は前記ケーブルを挿し通し可能な通し孔を軸線方向に備
え、前記ケーブルは前記ベースフレームの基端側から前
記ツール取付けフランジまでの間をコイル部とし、該コ
イル部を前記アームとツール取付けフランジと同軸配置
してなることを特徴とする。

【００１３】

【作用】配管・配線用のケーブルのコイル部をロボット
の手首の内部に含ませることにより、ベースフレーム，
ヘッドフレーム及びツール取付けフランジの動作に対し
て、コイル部の捩じれ変形及び曲げ変形を利用して追従
させることができる。

【００１４】また、ケーブルのコイル部をアーム側及び
ツール取付けフランジ側に対して同軸配置としたことに
よって、曲がりによるコイル部の変位を二次元方向に限
ることができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の産業用ロボットの手首構造を
示す縦断面図である。

【００１６】図において、ロボットのアーム１の内部に
はパイプ状の第１駆動軸２，第２駆動軸３及び第３駆動
軸４をそれぞれ同軸配置として組み込む。第１駆動軸２
及び第２駆動軸３はそれぞれパイプ状であって二重管構
造として配置され、第３駆動軸３は第２駆動軸３の中に
収めたロッド状である。そして、これらの第１，第２，
第３駆動軸２，３，４は、それぞれロボット側の駆動系
に連接され、独立して回転制御される。

【００１７】第１駆動軸２の先端には、減速機構を介し
てベースフレーム５を連接し、第２駆動軸３の先端を軸
受を介してこのベースフレーム５の基端に連接する。第
３駆動軸４は第２駆動軸３の先端に軸受を介して連接す
ると共に、その先端を軸受を介してベースフレーム５に
対して回転自在に取り付ける。そして、ベースフレーム
５の先端にはヘッドフレーム６を回転自在に連接する。

【００１８】図２はアーム１の軸線を含む面で切った横
断面図であり、図１と併せて詳細を説明する。

【００１９】ベースフレーム５は図１において手前側と
奥側とを開放した形状を持ち、第１駆動軸２の回転によ
りアーム１の軸線周りに旋回動作可能である。

【００２０】第２駆動軸３の先端にはプーリ３ａを設
け、ベースフレーム５の先端には回動軸５ａを備え、こ
のプーリ３ａと回動軸５ａとの間にベルト５ｂを掛け
る。そして、回動軸５ａは減速機構を介してヘッドフレ
ーム６を連接する。これにより、第２駆動軸３が回転す
るとベルト５ｂ及び回動軸５ａによってヘッドフレーム
６は、図２において矢印方向に旋回動作する。

【００２１】第３駆動軸４の先端にも同様にプーリ４ａ
を設け、ベースフレーム５に回転自在に設けた伝達プー
リ５ｃとの間にベルト５ｄを掛ける。そして、この伝達
プーリ５ｃからヘッドフレーム６に設けたツール取付け
フランジ７のプーリ７ａとの間にベルト５ｅを掛け、減
速機構を介してツール取付けフランジ７を回転駆動可能
とする。

【００２２】ツール取付けフランジ７は、図２に示すよ
うにヘッドフレーム６に軸受によってその軸線周りに回
転可能に連接されたものである。そして、ツール取付け
フランジ７には軸線方向に通し孔７ｂを開け、外側の端
面を自動工具交換装置等の工具の取付け面とする。

【００２３】このような駆動系では、第１駆動軸２の回
転によってベースフレーム５がアーム１の軸線周りに旋
回動作し、第２駆動軸３が回転するとベースフレーム５
が図２の矢印方向に旋回動作する。そして、第３駆動軸
４の回転によって、ツール取付けフランジ７がその軸線
周りに旋回する。したがって、これらのベースフレーム
５，ヘッドフレーム６及びツール取付けフランジ７の旋
回動作の合成によって、ワークに対する加工が可能とな
る。

【００２４】ツール取付けフランジ７に連結する工具に
対して通電及び作動流体の給排のためのケーブル８を外
部からベースフレーム５及びヘッドフレーム６を経てツ
ール取付けフランジ７を通り抜けるまで配線する。この
ケーブル８は、ベースフレーム５からヘッドフレーム６
までの間をコイル部８ａとしたもので、一端をベースフ
レーム５の保持具５ｆに支持され他端をツール取付けフ
ランジ７に一体に設けた保持具７ｃによって支持されて
いる。これらの保持部５ｆ，７ｃは、ケーブル８を通し
てこれを拘束すると共に円筒状の形状とすることによっ
て、コイル部８ａの両端部が嵌まり込めるようにしたも
のである。

【００２５】ケーブル８のコイル部８ａの軸線は、図１
に示すようにアーム１の軸線と同軸配置となるように組
み込む。これにより、先端のツール取付けフランジ７と
も同軸配置とすることができる。そして、ツール取付け
フランジ７の通し孔７ａから出たケーブル８は工具（図
示せず）に接続されて作動可能な態勢とする。

【００２６】以上の構成において、第１〜第３駆動軸２
〜４が作動して先端のツール取付けフランジ７が複雑な
動きをするとき、ケーブル８はこの動きに追従して収縮
したり曲がり変形する。すなわち、ケーブル８は保持具
５ｆ，７ｃの間はコイル状であって曲がり変形だけでな
く伸びたり収縮したりする変形が可能である。

【００２７】ここで、ケーブル８のコイル部８ａは、ア
ーム１及びツール取付けフランジ７と同軸配置となるよ
うにベースフレーム５からツール取付けフランジ７まで
配線されているので、ツール取付けフランジ７がその軸
線周りに旋回するときには、ケーブル８は同軸上で捩じ
れを生じるだけである。このため、ヘッドフレーム６の
旋回角度が小さい範囲では、コイル部８ａがベースフレ
ーム５から外側へ飛び出ることはない。また、図２に示
すように、ツール取付けフランジ７がアーム１の軸線と
１４０°程度の大きな交差角となるような姿勢までベー
スフレーム５が旋回しても、コイル部８の両端は円筒状
の保持具５ｆ，７ｃによって拘束されているので、中間
部分がベースフレーム５の外側へ少し突き出るだけであ
る。

【００２８】このように、ツール取付けフランジ７の軸
線周りの旋回動作に対しては、コイル部８ａの捩じれに
よってケーブル８は大きく変形することなく追従する。
また、ヘッドフレーム６が曲がり動作するときでも、ベ
ースフレーム５とツール取付けフランジ７の持つそれぞ
れの旋回中心によって形成される二次元の平面内でコイ
ル部８ａの軸心が曲げられるようにすることによって追
従し、コイル部８ａが外側へ大きく突き出ることはな
い。すなわち、コイル部８ａをベースフレーム５の側方
から逃がすようにしてベースフレーム５とツール取付け
フランジ７との間の曲げやひねりの動作に追従してケー
ブル８を変形させることができる。

【００２９】したがって、ロボットの手首の動作に追従
してケーブル８が伸縮したり曲がったりするので、従来
のようにケーブルを吊り具で吊ってアーム１の周りに巡
らせたりする手間がなくなる。また、ロータリジョイン
トの場合では、摺動摩耗による耐久性の問題があるのに
対し、コイル部８ａをケーブル８に持たせるだけの簡単
な構造で常に良好な作動が維持されるようになる。

【００３０】なお、ケーブル８のコイル部８ａの周りを
たとえばピアノ線等によって補強すれば、多数のケーブ
ルをツール取付けフランジ７に接続できるほか、第３駆
動軸４を中空のパイプとすれば、ベースフレーム５の旋
回にも影響されることのない３軸構造による配線が可能
となる。

【００３１】

【発明の効果】従来構造ではツール取付けフランジの軸
心に対して配線・配管を直角方向に引き出さなければな
らず、ツールが旋回するとツールの周囲は配線・配管を
干渉させないスペースを必要としていたのに対し、本発
明ではツール取付けフランジの軸心とコイル状の配線・
配管の軸心とを一致させることができ、ツールが旋回し
てもケーブルがツールの周囲で振り回されることもな
く、またロボットの手首に絡み付くこともない。

【００３２】また、アーム側及びツール取付けフランジ
側に対してコイル部を同軸配置としたことで、曲がりに
よるコイル部の変位を二次元方向に限ることができ、ケ
ーブルの変形量も小さくなる。このため、ケーブルの耐
久性も向上し、従来のロータリジョイント等と比べると
保守点検も簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットアームのケーブルの配線構造
を示す縦断面図である。

【図２】図１のアームの軸線を含む面で切った横断面図
である。

【符号の説明】

１ アーム ２ 第１駆動軸 ３ 第２駆動軸 ４ 第３駆動軸 ５ ベースフレーム ５ｆ 保持具 ６ ヘッドフレーム ７ ツール取付けフランジ ７ｂ 通し孔 ７ｃ 保持具 ８ ケーブル ８ａ コイル部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアームと同軸上で旋回動作す
   るベースフレームと、該ベースフレームの先端側に連接
   され該ベースフレームの旋回軸と直交する回転軸線を持
   つヘッドフレームと、該ヘッドフレームの先端に連接さ
   れ前記ヘッドフレームの旋回軸と直交する回転軸線を持
   つツール取付けフランジと、該ツール取付けフランジに
   結合する工具への配管・配線のためのケーブルとを備
   え、前記ツール取付けフランジは前記ケーブルを挿し通
   し可能な通し孔を軸線方向に備え、前記ケーブルは前記
   ベースフレームの基端側から前記ツール取付けフランジ
   までの間をコイル部とし、該コイル部を前記アームとツ
   ール取付けフランジと同軸配置してなる配管・配線を備
   えるロボットアーム構造。