JPH08155880A - 産業用ロボットのケーブル類処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットのロボット可動要素が回動と
直線移動との複合動作をする領域にケーブル類を配設す
る簡単なケーブル処理装置を得ること。 【構成】 ロボット機体の外筒２８、内筒３０の内部に
送電線、送信線、流体供給チューブ等を含むケーブル類
５０の配線と配管領域をロボット可動要素２２、２４の
回動と直線動作との複合動作領域に形成した環状空間４
０を設け、該複合動作における直線動作分に順応して該
環状空間４０の長さが変位するようにし、該環状空間４
０内にケーブル類５０を余裕長によって遊動自在に設け
た構成としたケーブル処理装置を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットのケー
ブル類処理装置に関し、特に、ロボット機体を構成する
可動要素、すなわちロボット胴部、ロボット腕、ロボッ
ト手首等の回転と直線動作の複合動作に順応して送電
線、送信線および流体供給チューブを含めたケーブル類
が自由にロボット機体内部で匍匐、遊動し、ケーブル類
への負担が掛かることのないようにするケーブル類処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、産業用ロボットの機体の内部
に電気線及び主として圧力空気から成る作動流体または
アシストガス等を供給する可撓管を含めたケーブル類を
配線、配管する場合のケーブル類処理装置は種々のもの
が提供されている。このようなケーブル類処理装置は、
ロボット機体における可動要素、つまり、各関節、ロボ
ット胴部、ロボット腕、ロボット手首等の動作に伴って
機体内に配設された上記ケーブル類に曲げ、ねじり、し
ごき、引っ張り等の負担が掛けられてケーブル損傷、断
線の原因にならないように、また可及的にケーブル類の
耐用寿命の長期化を図る工夫が凝らされている。

【０００３】従来のこの種のケーブル類処理装置は、ロ
ボット可動部が直線動作成分のみを有した領域では、
(1) 多数の駒形部材を順次に連設してチェーン構造にし
てケーブルの支持と保護とを図るケーブル支持具を用い
てケーブル類をＵ字形に配設、かつ案内し、ケーブル類
の一端を固定、他端を移動端として余裕を保持させるこ
とにより、ケーブル類の円滑な動きと負担を回避するよ
うにしたもの、(2) ケーブル類を予めらせん状に巻いた
蔓巻体に形成し、ロボット機体の直線移動要素に対して
吊具を利用して懸垂し、該ロボット機体の直線移動に応
じてケーブル類も同方向に伸縮変位するようにしたもの
等が提供されている。

【０００４】他方、ロボット可動部が回転運動を行う領
域にケーブル類を匍匐、配設する場合には、(3) ケーブ
ル類の一端を固定端とし、充分に長さ余裕を持たせた上
で他端をロボット機体の回転要素に止着し、同回転要素
の回動に従ってケーブル類の余裕長さ部分が回転要素の
回転中心回りに従動するようにしてケーブル類に対する
引っ張りやねじれ、曲げ等の負担が掛からないようにし
たもの、(4) ロボット胴のような縦旋回要素の回りに匍
匐、配設する場合に適用され、内部にケーブル類の配設
空間を有した中空リンク要素を多数、自在撓み式に連設
したケーブル支持具を用い、同支持具を上下にＵ字型に
配置すると共に旋回要素の周囲に円弧状に配置し、この
ケーブル支持具の内部にケーブル類を匍匐、配置するこ
とにより、ケーブル支持具の蛇行動作でロボットの縦旋
回要素の旋回動作に従動することによりケーブル類を案
内、保護する構造としたもの、(5) ケーブル類を予め螺
旋状に巻設して一端を固定端とし、他端はロボット機体
の回転要素の回動に応じてケーブル螺旋領域が順応伸縮
する構造としたもの、(6) ロボット機体の中空旋回胴の
内部空間において、該旋回胴の旋回中心線に沿ってケー
ブル類を配設することにより、旋回胴の回動時にもケー
ブル類に掛かるねじれや引っ張り等の負担を可及的に軽
減させる構造としたもの、等の多数の提案がなされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
(1)〜(6) の諸ケーブル類処理装置は、ロボット機体に
おける可動要素が直線動作と回動の複合動作を行う領域
にケーブル類を配設する場合にも該ケーブル類に繰り返
しの曲げ、ねじり、しごき、引っ張り等の負担が掛から
ないようにしてケーブル類の長寿命化を図る処理手段と
しては利用し得ない。特に、上記(4) の中空リンク要素
を多数、連設したケーブル支持具を用いるものでは、リ
ンク要素の構造上から、可動ロボット要素の回転には順
応、追従して移動し得るが、直線動作に順応することが
できない不利がある。

【０００６】僅かに上記(5) のケーブル類を螺旋状に形
成して回転体の周囲に配設する構造のケーブル処理装置
が、回転と同時に回転軸線と同方向に直線動作する構造
のロボットの機体に適用可能でるが、極端にケーブル類
の所要長さが長く、しかも回転すると螺旋径が変化する
ために、それを見越して大きな空間を確保しておくこと
が必要であり、故にロボット機体の大型化につながる欠
点がある。

【０００７】依って、本発明の主目的は、産業用ロボッ
トのロボット機体において、可動ロボット要素が、回転
と直線動作を複合した複合動作を行う領域に適用して該
複合動作に順応してケーブル類が遊動し、該ケーブル類
に掛かる曲げ、しごき、ねじり、引っ張り等の負担を充
分に軽減または解消することのできるケーブル処理装置
を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、特に、水平多関節形
ロボットの胴部や手首部等の回転と直線移動の両動作を
複合的に遂行する領域でコンパクトに、かつ、ケーブル
類の長さを適正な長さ範囲内でケーブル類の耐用寿命を
可及的に永く維持することが可能なケーブル類の匍匐、
配設手段を提供することにある。本発明の更に他の目的
は、ロボット機体の内部に匍匐、配設されて外部からの
ケーブル類に損傷が及ぶことを回避できると共に回動、
直線動作の複合動作に順応したケーブル類の遊動によっ
て、いたずらにケーブル類の長さ余裕を取ることなく実
現可能な低コスト型のケーブル処理装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的に鑑みて、
本発明は、ロボット機体内におけるケーブル類の配線と
配管領域をロボット可動要素の回動と直線動作との複合
動作領域にケーブル類の専用匍匐、配設空間として環状
空間を設け、該複合動作における直線動作分に順応して
該環状空間の長さが変位するようにし、該環状空間内に
ケーブル類を遊動自在に匍匐、配設する構成のケーブル
処理装置を提供するものである。また、上記の環状空間
は、外筒、内筒から成る可動ロボット要素の間に設け、
従って、外筒によってケーブル類が外部から外力による
損傷を受けることのないように、構成したものである。

【００１０】すなわち、本発明によれば、産業用ロボッ
トの機体内部に配設される送電、送信線や流体供給管等
のケーブル類を可動ロボット要素の回転と直線の複合動
作に順応して遊動可能に匍匐、配設するケーブル類処理
装置において、前記可動ロボット要素を内筒、外筒構造
に形成すると共に該内、外筒を環状空間を介して対設せ
しめ、該内、外筒の直線動作分に対応して前記環状空間
長さが増減変位可能に設けられ、該環状空間を前記ケー
ブル類の専用遊動空間として設けた産業用ロボットのケ
ーブル類処理装置が提供される。

【００１１】

【作用】上述の構成によれば、ロボット機体における外
筒、内筒から成る可動要素が回動と直線動作との複合動
作を行う場合でも、環状空間内に匍匐、配設されたケー
ブル類は、常に、該環状空間内で順応的に遊動して該ケ
ーブル類に曲げ、引っ張り、しごき、ねじり等の負担が
負荷されることを回避可能にしている。また、外筒によ
ってケーブル類は外部からの外力で損傷を受ける危惧か
らも回避することができる。

【００１２】なお、上記内、外筒構造は、ロボット機体
の胴部、腕部、手首部等に適用して当該胴部、腕部、手
首部等におけるケーブル類の処理を行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る産業
用ロボットのケーブル処理装置の実施例の基本構成を示
した略示機構図であり、図２（イ）、（ロ）および図３
（イ）、（ロ）は図１に示すケーブル処理装置における
ケーブル類の専用遊動空間における遊動状態を説明する
略示説明図、図４は、本発明を有効に適用可能な円筒座
標型ロボットの機体の外観構造を示す斜視図である。

【００１４】先ず、図４を参照すると、産業用ロボット
における円筒座標型ロボットの外観構造が図示されてお
り、この種水平多関節型ロボットには、典型的に回転動
作と直線動作とを複合的に遂行する複合動作部が組み込
まれている。従って、このようなロボット機体に、本発
明に係るケーブル処理装置を組み込むことにより、ケー
ブル類の保護と耐用性の向上とを図ることができる。

【００１５】図４において、ロボット機体は基台１１を
有し、この基台１１に対してコラム部分１２ａを有する
Ｚ軸機構１２は縦軸回りに所定の角度に渡って回転動作
θが可能であると共に縦軸（Ｚ軸）方向に所定のストロ
ークに渡って直線動作が可能に構成されている。上記Ｚ
軸機構１２の頂部には手首基台１３が搭載され、手首軸
１４が同手首基台１３に対して案内軸１４ａに沿って直
線動作Ｒが可能に設けられている。そして、この手首軸
１４の先端に手首部１５が備えられ、この手首部１５の
先端１５ａは２つの回転軸αおよびβの回りに所定の回
転角度に渡って回転可能に構成されている。

【００１６】上述したＺ軸機構１２の回転動作θと直線
動作Ｚとは基台１１の内部に具備されているサーボモー
タ等のモータを回転駆動源とする回転伝動機構および別
の駆動モータを周知のボールねじ機構等を介して直線動
作に変換する直動変換機構を介して遂行される構成を有
している。このような円筒座標型ロボットの機体におい
て、送電線、送信線等の電気ケーブルと、手首部１５の
先端１５ａに装着されるエンドエフェクタ（図示なし）
へ作動流体としての圧力空気や溶接ロボットに用いるア
シストガス等の流体を供給するチューブ等とを含むケー
ブル類を機体内部に配線、配管する場合には、ケーブル
処理を適正に行わねばならない。すなわち、このような
ケーブル類は、例えば、基台１１の一部から同基台１１
内を経てＺ軸機構１２のコラム１２ａ内に導入され、更
に該Ｚ軸機構１２から手首基台１３へと配線、配管され
が、このようなケーブル類をロボット機体の外部を迂回
することなく、機体内部に配設することによりケーブル
類を外部機器類との干渉や外力から保護し、かつ、ロボ
ット機体の外観的な美化にも寄与せしめるようにするも
のであるが、その場合に、ロボット可動要素であるＺ軸
機構１２等のロボット動作に応じてケーブル類に曲げ、
引っ張り、ねじれ、しごき等の負担が負荷されることの
ないように保護するケーブル処理が必要となるのであ
る。

【００１７】本発明は、ロボット機体における上述した
Ｚ軸機構１２の如く、ロボット可動要素が回転と直線動
作との複合動作を遂行するときにも、その複合動作に順
応してケーブル類が遊動し、ケーブル類に曲げ、引っ張
り、ねじれ、しごき等の負担が負荷されることのないよ
うにするケーブル処理装置を構成したものである。ここ
で、図１を参照すると、本発明によるケーブル処理装置
の基本的な構造が図示されている。

【００１８】図１において、軸２０の内部に上方に向け
て貫通するスプライン軸２２が設けられ、このスプライ
ン軸２２は内周面と外周面とにスプライン溝を形成され
たスプライン外筒２３に噛合し、図示されない送りねじ
機構から成る上下駆動機構からの上下作動力に従って矢
印ｒで示す上下に直線動作する。このスプライン軸２２
の上端には支持板２４が止着され、上記のスプライン軸
２２の上下直線動作に応じて該支持板２４も上下に直線
動作することは言うまでもない。そして、この支持板２
４の上面には、後述のケーブル類における接続具、例え
ば、電気コネクタ２５ａが装着されている。

【００１９】上記の軸２０は軸受２６を介して固定機枠
２７に対して回転可能に設けられ、この軸２０の回転
は、同軸２０の上端に結合した上部軸２０ａ及び同上部
軸２０ａとスプライン結合したスプライン外筒２３を介
してスプライン軸２２を回転駆動し、従って支持板２４
をも矢印ｓで示すように、回転せしめ得る構成を有して
いる。

【００２０】ここで、本発明によれば、固定機枠２７
と、上記の上下直線移動および回動が可能な支持板２４
との間には、テレスコピック（入れ子式）構造を有した
外筒２８と、同外筒２８の内側に同じくテレスコピック
（入れ子式）構造を有して配設された内筒３２が設けら
れ、両筒２８、３２の間に環状の空間４０が形成されて
いる。

【００２１】上記の外筒２８は、固定機枠２７に円筒形
の保持ブラケット２９ａを介して固定された下部筒２８
ａ、この下部筒２８ａに対して上下に摺動変位可能な中
間筒２８ｂ、支持板２４に円筒状の取付ブラケット２９
ｂを介して取付けられ、上記の中間筒２８ｂに対して相
対的に回転と上下動とが可能な上部筒２８ｃとを具備し
て構成されている。そして、各筒２８ａ〜２８ｃの一端
または両端には図示のようにが筒体の円筒面から内方ま
たは外方に向けてかえり形状に設けられた停止係合部２
８ｄが設けられている。

【００２２】他方、内筒３０は、上部軸２０ａに止着さ
れ、上端に停止係合部３０ｄを有した下部筒３０ａ、こ
の下部筒３０ａに対して相対的に上下動が可能な中間筒
３０ｂ、この中間筒３０ｂの上方に設けられ、支持板２
４に取付ブラケット３１を介して止着された上部筒３０
ｃとを具備して構成されている。そして、各筒３０ａ〜
３０ｃの一端または両端には停止係合部３０ｄが設けら
れている。

【００２３】上述の説明から明らかなように、本発明に
よれば、外筒２８、内筒３０から成るロボット機体の可
動要素がテレスコピック構造を有し、両者間に環状空間
４０を形成することにより、上記の環状空間４０を、ロ
ボット機体内部におけるケーブル類５０を匍匐、配設す
るケーブル処理空間として設け、この環状空間４０の内
部に予め内筒３０の周囲を迂回して緩く下方から上方へ
匍匐状にケーブル類を配設したことにより、同ケーブル
類５０は環状空間４０の内部で遊動することが可能にな
っている。

【００２４】従って、同ケーブル類５０の下端は、外筒
２８の下部筒２８ａに形成した開口（図示略）を経てロ
ボット機体外に延長させ、ケーブル端に設けた接続具２
５ｂに係止された構成のケーブル処理装置を構成するこ
とができるのである。上述のように外筒２８および内筒
３０とから成る可動要素の間にケーブル類５０を匍匐、
配設する環状空間４０を設けてケーブル類５０の遊動を
可能としたケーブル処理装置を構成することにより、ス
プライン軸２２、およびその上端に固定された支持板２
４等の可動要素が回転動作と上下の直線動作を遂行する
とき、外筒２８の中間筒２８ｂ、上部筒２８ｃが下部筒
２８ａに対して相対的に回動と直線動作の複合動作を遂
行し、また、内筒３０の下部筒３０ａは回動を、中間筒
３０ｂと上部筒３０ｃとは回動と直線動作の複合動作を
遂行する。このような複合動作の過程においても、環状
空間４０の内部に配設されたケーブル類５０は、同環状
空間４０内で同複合動作に順応して上下方向成分と内筒
３０の径より大きな半径の回転方向成分を有した遊動々
作を行うので、予めこれらの両成分方向に余裕長を形成
しておけば、ケーブル類５０およびその内部の電気心線
等に曲げ、引っ張り、ねじれ、しごき等の負担が極めて
小さい状態に保持することができるのである。

【００２５】図２の（イ）、（ロ）は、上述した外筒２
８と内筒３０との間の環状空間４０が、同筒２８、３０
の上下方向における直線収縮動作に従って空間長さ自体
が短縮した状況下で（イ）の状態から（ロ）の状態へロ
ボット可動要素が縦軸線回りに回動することに順応して
ケーブル類５０が回動する場合を説明、図示したもので
ある。この（イ）、（ロ）の図示のように、ケーブル類
５０は環状空間４０をケーブル処理空間として内筒３０
の周囲に緩く巻きつくように遊動し、ケーブル類５０に
は予め、この巻き付きに対応した余裕長を付与して匍
匐、配設しておくことで、何ら有害な負担が掛からない
のである。

【００２６】図３の（イ）、（ロ）は、外筒２８と内筒
３０との間の環状空間４０が、同筒２８、３０の上下方
向における直線伸長動作に従って空間長さ自体が長尺化
し、かつ（イ）の状態から（ロ）の状態へロボット可動
要素が縦軸線回りに回動する複合動作過程の状況下で同
複合動作に順応してケーブル類５０が環状空間４０内部
で遊動する様子を示したものである。この場合には、上
記の図２の場合に比較してケーブル類５０は上下の直線
方向にも延伸された状態となるが、これに対しても予
め、ケーブル類５０に直線方向の延伸長を予測した余裕
長さを設けておけば、ケーブル類５０には何ら有害な負
担が掛かることはないのである。

【００２７】しかも、いずれの場合にも、ケーブル類５
０は外筒２８の内側の環状空間４０で遊動することか
ら、外部からの外力や、外部機器との干渉を回避するこ
とができるのである。以上、本発明の原理、機構を実施
例に従って説明したが、本発明は、特に、産業用ロボッ
トのロボット機体内にケーブル類を匍匐、配設する場合
に有効であるが、ロボット機体に限定されることなく、
同様に、種々の自動機等の産業機器類におけるケーブル
配線時のケーブル処理に対しても等しく適用可能である
ことは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明を実施例に基づいて記載し
たが、本発明によれば、ロボット機体内における送電
線、送信線、流体供給チューブ等を含むケーブル類の配
線と配管領域をロボット可動要素の回動と直線動作との
複合動作領域にケーブル類の専用匍匐、配設空間として
環状空間を設け、該複合動作における直線動作分に順応
して該環状空間の長さが変位するようにし、該環状空間
内にケーブル類を余裕長によって遊動自在に設けた構成
のケーブル処理装置としたものである。また、該ケーブ
ル類の処理環状空間は、外筒、内筒から成る可動ロボッ
ト要素の間に設け、従って、外筒によってケーブル類が
外部から外力による損傷を受けたり、外部機器との干渉
をすることのないように構成したものである。

【００２９】従って、本発明によれば、ロボット可動要
素が、回動と直線移動との複合動作を遂行する領域内に
ケーブル類を固定端と動作端との間に匍匐、配設する場
合でも、ケーブル類に曲げ、引っ張り、ねじれ、しごき
等の負担が極めて小さいいケーブル処理を実現すること
ができたのである。しかも、本発明では、ケーブル支持
具類を使用することなく、ケーブル類を空間内部に敷設
する構成にあり、しかもロボット可動要素の回動量と直
線移動量とに順応する比較的短い余裕長だけを与えて小
さな環状空間内部に配設され、ケーブル処理装置のコン
パクト構造を実現し、かつ確実に外筒の内側空間内に収
納された構成にあることから、ロボット可動要素の複合
動作時にも何ら外部の機器と干渉を起こす危惧がなく、
また、外力による損傷を受ける危惧からも防護されると
言う効果を有している。

【００３０】なお、本発明に係るケーブル類処理構造
は、ロボット機体におけるロボット胴部、ロボット腕
部、手首等において、直線動作と回動とが複合的に作用
する領域で有効に適用可能なあることを理解すべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る産業用ロボットのケーブル処理装
置の実施例の基本構成を示した略示機構図である。

【図２】（イ）、（ロ）は図１に示すケーブル処理装置
におけるケーブル類の専用遊動空間が短縮化した場合に
おける遊動状態を説明する略示説明図である。

【図３】（イ）、（ロ）は図１に示すケーブル処理装置
におけるケーブル類の専用遊動空間が長尺化した場合に
おける遊動状態を説明する略示説明図である。

【図４】図４は、本発明を有効に適用可能な円筒座標型
ロボットの機体の外観構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１…基台 １２…Ｚ軸機構 １２ａ…コラム部分 ２０…軸 ２０ａ…上部軸 ２２…スプライン軸 ２４…支持板 ２８…外筒 ３０…内筒 ４０…環状空間 ５０…ケーブル類

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットの機体内部に配設される
   送電、送信線や流体供給管等のケーブル類を可動ロボッ
   ト要素の回転と直線の複合動作に順応して遊動可能に匍
   匐、配設するケーブル類処理装置において、 前記可動ロボット要素を内筒、外筒構造に形成すると共
   に該内、外筒を環状空間を介して対設せしめ、該内、外
   筒の直線動作分に対応して前記環状空間長さが増減変位
   可能に設けられ、該環状空間を前記ケーブル類の専用遊
   動空間として設けたことを特徴とする産業用ロボットの
   ケーブル類処理装置。