WO2016035165A1

WO2016035165A1 - 旋回ケーブルガイド

Info

Publication number: WO2016035165A1
Application number: PCT/JP2014/073179
Authority: WO
Inventors: 周一平田
Original assignee: 富士機械製造株式会社
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-10
Also published as: JPWO2016035165A1

Abstract

　コンパクトな旋回ケーブルガイドの提供を目的としたものであり、バネ用鋼によって形成された帯状円弧形状のガイドプレート(４１０)が、その一端部(４１６)と他端部(４１５)とが同じ方向を向くように、弾性変形によって中間部分に湾曲した返し部(４１２)が形成されたものであり、ガイドプレート(４１０)は、返し部(４１２)と一端部(４１６)との間の第１円弧部(４１３)と、返し部(４１２)と他端部(４１５)との間の第２円弧部(４１１)とが旋回軸方向に所定距離をとり、ケーブル材を保持した状態で旋回機構に取り付けられ、前記旋回機構の駆動により、返し部(４１２)が周方向に変位しながら一端部(４１６)が他端部(４１５)に対して周方向に移動するように構成されている。

Description

旋回ケーブルガイド

　本発明は、産業用ロボット等の可動部に接続された電気線や流体管などのケーブル材を、その可動部の動きに応じて取り回すためのガイドであり、特に旋回部に構成されたコンパクトな旋回ケーブルガイドに関する。

　下記特許文献１には、産業用ロボットの旋回部に構成された旋回ケーブルガイドが開示されている。この旋回ケーブルガイドには、固定ベースの外周を円筒形状のカバーが囲み、固定ベースとカバーとの間に円環状の収容室が形成されている。収容室の内部にはバスケーブルを通すためのフレキシブルチューブが入れられ、そのフレキシブルチューブは、固定ベースと旋回ヘッドに対してクランプによって２箇所で固定されている。２箇所のクランプ部分の周方向の変位を吸収するフレキシブルチューブは、円環状の収容室形状に従って円周方向に沿って上下に往復し、途中の返し部分が上下方向に湾曲したＵ字形状になっている。また、平面視でのフレキシブルチューブの配置は半円状である。そして、固定ベースに対して旋回ヘッドが回転すれば、フレキシブルチューブは、Ｕ字形状部分が周方向に移動するようにして収容室内で状態を変化させる。

特開２００７－１２５６５１号公報

　アームロボットのような産業機械などは動きが複雑になる傾向にあり、複数のモータやアクチュエータを搭載し、それらを駆動させるための電気線や信号線あるいは、エアチューブやオイルチューブが接続されている。一方で、産業機械などには小型化の要求があり、電気線や流体管など（以下、これらを「ケーブル材」という）の可動部分での配置が問題になっている。この点、前記従来例の場合では収容室がスペースをとってしまうことになる。そこで他の構成として、例えば複数のケーブル材を保持し、可動部分の動きに応じて変形するケーブルガイドなどが考えられる。しかし、ケーブルガイドは動きに自由度があるため、旋回部の遠心力などによって振れが生じてしまう。ケーブル材の振れは、ケーブルガイドやケーブル材自体に負荷がかかる他、狭小空間では他の部品などへケーブルガイドが当たってしまう。そのため、ケーブルガイドの動きを規制するガイドが必要になってしまい、結局、構造が複雑でスペースを大きくとってしまう。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、コンパクトな旋回ケーブルガイドを提供することを目的とする。

　本発明の一態様における旋回ケーブルガイドは、バネ用鋼によって形成された帯状円弧形状のガイドプレートが、その一端部と他端部とが同じ方向を向くように、弾性変形によって中間部分に湾曲した返し部が形成されたものであり、前記ガイドプレートは、前記返し部と前記一端部との間の第１円弧部と、前記返し部と前記他端部との間の第２円弧部とが旋回軸方向に所定距離をとり、ケーブル材を保持した状態で旋回機構に取り付けられ、前記旋回機構の駆動により、前記返し部が周方向に変位しながら前記一端部が前記他端部に対して周方向に移動するものである。

　本発明の旋回ケーブルガイドは、帯状円弧形状のバネ用鋼によって形成されたガイドプレートが弾性変形して旋回機構に取り付けられ、それによってケーブル材を保持するコンパクトなものである。

加工機械ラインの一部分を示したオートローダーの斜視図である。加工機械ラインの一部分を示したオートローダーの斜視図である。オートローダーに組み付けられた旋回ケーブルガイドを示した斜視図である。旋回時の旋回ケーブルガイドを示した斜視図である。旋回時の旋回ケーブルガイドを示した斜視図である。旋回ケーブルガイドを構成するガイドプレートの変形状態を示した図である。

　次に、本発明に係る旋回ケーブルガイドの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、オートローダーに設けられた旋回ケーブルガイドを例に挙げて説明する。図１及び図２は、加工機械ラインの一部分を示したオートローダーの斜視図である。このオートローダー１は、複数の工作機械からなる加工機械ラインに組み込まれたものである。多関節ロボットアーム３が走行装置５に搭載され、走行装置５の駆動により横並びに配列した各々の工作機械に対して移動し、所定の位置に停止した多関節ロボットアーム３が各工作機械との間でワークの受け渡しを行うものである。

。
　図１は、多関節ロボットアーム３が工作機械側に伸びた状態であり、図２は多関節ロボットアームが折りたたまれて走行や旋回が可能な状態である。オートローダー１は、工作機械を搭載するベース８の前方側（図面左側）に配置され、Ｙ軸方向に横並びに搭載された複数の工作機械の前方を移動する。図１及び図２には工作機械の２台分についてだけ示している。加工機械ラインは、複数の工作機械やオートローダー１の可動範囲全体が、不図示の外装カバーによって覆われる。従って、加工機械ラインのコンパクト化に対応するため、オートローダー１は、それ自体の構成だけではなく、走行や旋回の作動を含めて外装カバーの狭小空間内に収まるようにしなければならない。

　オートローダー１の走行装置５は、ベース８の前面部に支持板１１が固定され、その支持板１１に複数の工作機械の配列方向であるＹ軸方向に延びたラック１２や２本のレール１３が上下に固定されている。一方、走行台１５にはレール１３を掴んだ状態で摺動する走行スライドが設けられている。そのため、走行台１５は、一定の姿勢を保ってＹ軸方向に移動することができる。走行台１５には走行用モータ１７が設けられ、その回転軸に固定されたピニオン１６がラック１２に噛合している。従って、走行用モータ１７の駆動によってピニオン１６に回転が与えられると、ピニオン１６がラック１２を転動することにより走行台１５がＹ軸方向に移動することになる。

　走行台１５には多関節ロボットアーム３が旋回機構を介して搭載されている。その旋回機構は、走行台１５の上方に軸受けを介して旋回テーブル２１が回転自在に取り付けられている。そして、走行台１５の内側には旋回用モータ２２が固定され、その回転軸には減速機を介して旋回テーブル２１が連結されている。その旋回テーブル２１上には支持ブロック２３が固定され、その支持ブロック２３に対して多関節ロボットアーム３や反転装置７が搭載されている。

　多関節ロボットアーム３は、旋回テーブル２１の回転により時計方向及び反時計方向に９０°ずつ回転する。すなわち、多関節ロボットアーム３が工作機械に向いた図示する方向（Ｘ軸方向）を０°とした場合、走行方向（Ｙ軸方向）の前後に向きが変えられる。従って、工作機械とのワークの受渡しだけではなく、加工機械ラインへワークを搬入及び搬出を行うため外部に配置されたワーク供給パレットやワーク排出パレットへ向きを変えることができる。また、加工機械ラインに複数の多関節ロボットアーム３を搭載した場合には、両機の間のワーク作業も可能である。

　旋回テーブル２１上の固定支持ブロック２３は、一対の支持プレート２３１が起立している。多関節ロボットアーム３は、その支持プレート２３１に対して上腕部材２５が第１関節機構２６を介して連結され、更に上腕部材２５には前腕部材２７が第２関節機構２８を介して連結されている。そのため、多関節ロボットアーム３は、第１関節機構２６および第２関節機構２８の駆動により、図１に示す伸び状態と図２に示す起立した折りたたみ状態との間で姿勢を変化させることが可能である。また、この多関節ロボットアーム３は、上腕部材２５がベース８側に開放した収納空間を有する立体的な形状をしており、その収納空間に前腕部材２７が入り込むことが可能である。よって、図２に示すようなコンパクトな折りたたみ状態になる。

　第１関節機構２６には、支持プレート２３１の下方側に不図示の第１関節用モータが取り付けられ、その駆動によって上腕部材２５が所定角度に傾けられる。また、第２関節機構２８には第２関節用モータ２９が設けられ、その駆動により前腕部材２７が所定角度に傾けられる。更に、前腕部材２７の先端には、ワークを把持するロボットハンド３０が取り付けられている。ロボットハンド３０は、前腕部材２７に対する回転と３本のチャック爪によるワークの把持と解放とが可能なものである。ロボットハンド３０の回転には、前腕部材２７に固定されたハンド用モータが使用され、チャック爪の開閉には、ロボットハンド３０にラックピストンが構成され、外部から作動油の供給と排出とが行われる。

　一方、多関節ロボットアーム３と共に支持ブロック２３に搭載された反転装置７は、左右一対の把持爪３３を有し、その把持爪３３を開閉させる把持用シリンダ３４が設けられている。把持用シリンダ３４はエアシリンダである。把持用シリンダ３４の作動により一対の把持爪３３が互いに接近してワークを掴み、離れることによりワークを解放する。また、把持用シリンダ３４の下には圧縮エアを作動流体として回転を発生させる回転アクチュエータ３５が設けられ、把持爪３３によって把持したワークを水平面上で１８０°回転させることができる。

　以上、説明したように、旋回テーブル２１上の多関節ロボットアーム３や反転装置７は、複数のモータやアクチュエータなどの駆動部を有している。そのため、加工機械ラインには制御装置や油圧ユニットなどが搭載され、各駆動部は、旋回部分を介して電源線、通信線、エアチューブやオイルチューブなどのケーブル材が配線や配管されている。なお、旋回部分では複数のケーブル材がフレキシブルチューブなどによって一つの束にされ、そのフレキシブルチューブが旋回運動に合わせて変形するように旋回ケーブルガイドが構成される。

　本実施形態のオートローダー１についてガイドを検討してみる。例えば、従来例で示したようにフレキシブルチューブを収容室でガイドする構成が考えられる。しかし、そのガイドは走行台１５などを囲む構成となるため、径方向に寸法をとって大型なものになってしまう。また、周方向に移動するフレキシブルチューブの自由な変形は、収容室の内壁とフレキシブルチューブとの摩擦抵抗によりスムーズな旋回作動を妨げるおそれもある。そこで、他の案として複数のケーブル材を保持し、旋回運動に従って変形するケーブルガイドが考えられる。しかし、旋回部分ではケーブルガイドに遠心力が作用し、更に走行と停止を繰り返すオートローダー１では慣性力が作用して、不安定なケーブルガイドが他の構成部品と衝突してしまう。これは、狭小空間に搭載するオートローダー１の場合は特に顕著な問題である。

　そこで、本実施形態では、オートローダー１のように、旋回に伴う遠心力や走行に伴う慣性力が作用するケーブル材に適応した旋回用ケーブルガイドを提供する。すなわち、オートローダー１が設置される狭小空間に適するだけではなく、旋回や走行に対してケーブル材を安定的に保持する旋回ケーブルガイドである。図３は、オートローダー１の旋回ケーブルガイドを示した斜視図である。ここでのケーブル材は、旋回テーブル２１に搭載された多関節ロボットアーム３と反転装置７に接続された電源線や信号線、エアチューブやオイルチューブなどである。そして、複数本のケーブル材は、フレキシブルチューブからなる収集管４２によって一本にまとめられている。

　旋回ケーブルガイド４１は、支持ブロック２３から下方に位置する旋回部５０に構成されている。収集管４２は、ベース８側から旋回部５０の下方側に進入し、その旋回部５０では、図３に示すように旋回に従って変形が可能な状態がつくられている。すなわち、収集管４２は、旋回部５０の下方側では、円弧状に時計方向へと横向きに進んだ下方円弧部４２１を有し、その下方円弧部４２１から上方向に弧を描いて立ち上がった返し部４２２が連続し、更に旋回部５０の上方側では、返し部４２２から円弧状に反時計方向へと横向きに進んだ上方円弧部４２３が連続している。従って、収集管４２は、この下方円弧部４２１、返し部４２２および上方円弧部４２３が変形して旋回に対応している。

　旋回ケーブルガイド４１は、旋回に伴って変形する収集管４２の下方円弧部４２１、返し部４２２および上方円弧部４２３を保持するものである。その旋回ケーブルガイド４１は、Ｃ形（或いは一部が切断され非連続の円形でもよい）の帯状薄肉鋼板によって形成されている。具体的には、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰなどのバネ用ステンレス鋼であり、肉厚が０．３～０．５ｍｍ程度のものが使用される。本実施形態のガイドプレート４１０は、耐食性に優れバネ用ステンレス鋼として最も広く使われているＳＵＳ３０４ＣＳＰで形成された０．３ｍｍ厚のＣ形プレートである。なお、ガイドプレート４１０の材質や厚さなどは、ここで示したものに限定されるわけではなく、本発明の効果を奏するものであれば様々な選択が可能である。

　ガイドプレート４１０は、図６（Ａ）に示すように、両端部が同じ方向を向くように中間部分を湾曲させ、上下に円弧が所定の距離をとって重なるように弾性変形が行われる。つまり、Ｃ形帯状鋼板のガイドプレート４１０を曲げることにより、前述した旋回部５０の収集管４２に対応するように、下方円弧部４１１、返し部４１２および上方円弧部４１３が形成される。そして、ガイドプレート４１０は、下方側の固定端部４１５が基礎プレート４５側に固定され、上方側の旋回端部４１６が支持ブロック２３側に固定される。そこで、ガイドプレート４１０は、旋回テーブル２１が時計方向に９０°回転した場合には図６（Ｂ）に示すように変形し、逆に旋回テーブル２１が反時計方向に９０°回転した場合には図６（Ｃ）に示すように変形する。

　つまり、旋回端部４１６の位置が周方向に移動した場合、旋回方向に応じてガイドプレート４１０における返し部４１２の位置が変位し、下方円弧部４１１と上方円弧部４１３の長短が交互に変化する。そして、このガイドプレート４１０が弾性変形している場合には、下方円弧部４１１と上方円弧部４１３は円弧形状のままであり、旋回軸（旋回用モータ２２の回転軸）５００の方向に見た平面視では両方とも重なった位置からほとんどずれることはない。ここで、図４及び図５は、旋回部５０を示した斜視図である。なお、図３～図５に示す旋回ケーブルガイド４１は、そのガイドプレート４１０の状態が、図３は図６（Ａ）に対応し、図４は図６（Ｂ）に対応し、図５は図６（Ｃ）に対応している。

　収集管４２は、ガイドプレート４１０の外側を回るようにして取り付けられている。下方円弧部４１１では下側に配置され、上方円弧部４１３では上側に配置されている。ガイドプレート４１０の外側にはＵ字形の保持金具４３が所定間隔で複数取り付けられ、その保持金具４３によって支えられた収集管４２がガイドプレート４１０に沿って取り付けられる。収集管４２は、保持金具４３に軽く保持され、自由度を持った状態でガイドプレート４１０と一体的になり、ガイドプレート４１０の変形に従うこととなる。保持金具４３は、両端部に雌ネジが形成され、ガイドプレート４１０には、対応する貫通孔が幅方向両端部に形成されている。保持金具４３は、貫通孔を通したボルト４４を締結させてガイドプレート４１０に固定される。

　ガイドプレート４１０は、その下方円弧部４１１が固定金具４６を介して基礎プレート４５に固定されている。門型の固定金具４６は、ガイドプレート４１０と基礎プレート４５との間に隙間を形成し、その隙間を通して収集管４２が配置される。基礎プレート４５には更に下方円弧部４１１が入り込むレール溝４７が形成されている。このレール溝４７は、下方円弧部４１１を位置決めするためのものであるが、ガイドプレート４１０が変形を繰り返しても下方円弧部４１１（上方円弧部４１３も同じ）の位置はほとんど変わらないため、必須の構成というわけではない。

　一方、ガイドプレート４１０の上方円弧部４１３側には、支持ブロック２３に固定された受台４８が設けられ、旋回端部４１６が受台４８に固定されている。受台４８は、旋回機構の回転運動をガイドプレート４１０に伝達するとともに、上方円弧部４１３がケーブル材の重さで撓んでしまわないようにするためのものである。そのため、受台４８は、旋回端部４１６から所定の長さ分だけ上方円弧部４１３を支えるように、円弧状に形成されている。所定の長さとは、短く変形する際の上方円弧部４１３の当該変形を妨げない長さである。

　旋回ケーブルガイド４１の組み付けは、例えば、先ずガイドプレート４１０が収集管４２に取り付けられる。すなわち、既に接続されているケーブル材の収集管４２が、Ｃ形をしたガイドプレート４１０の一方の帯状面に沿って当てられ、複数の保持金具４３によって取り付けられる。そして、収集管４２と一体のガイドプレート４１０が、収集管４２を外側にして返し部４１２を作るように弾性変形によって曲げられ、下方円弧部４１１の固定端部４１５が固定金具４６に固定され、上方円弧部４１３の旋回端部４１６が受台４８に固定される。

　ところで、本実施形態のオートローダー１では、旋回用モータ２２によって旋回テーブル２１を回転させる旋回機構に設けられている。旋回ケーブルガイド４１を構成するガイドプレート４１０は、この旋回機構及びその他の構成に合わせて円弧の半径や長さが決められている。具体的には、基礎プレート４５から旋回テーブル２１までの高さや、約±９０°の旋回角度、ケーブル材の本数や種類に伴う収集管４２の太さなどによって、ガイドプレート４１０の円弧の半径や長さが決定される。

　旋回部５０が図３に示す状態、すなわち多関節ロボットアーム３が工作機械（ベース８）側を向いた通常状態では、固定端部４１５と旋回端部４１６とが上下方向にほぼ重なった位置にある（図６（Ａ））。その状態から旋回用モータ２２が駆動して旋回テーブル２１が時計方向に回転すれば、図４に示すように、受台４８を介してガイドプレート４１０の旋回端部４１６が時計方向に押し出されるように移動する。すると、返し部４１２が時計方向に変位して、下方円弧部４１１が延びて長くなった分だけ上方円弧部４１３が短くなる（図６（Ｂ））。

　逆に、図３の状態から旋回用モータ２２が駆動して旋回テーブル２１が反時計方向に回転すれば、図５に示すように、受台４８を介してガイドプレート４１０の旋回端部４１６が時計方向に引っ張られる。すると、返し部４１２が反時計方向に変位して、下方円弧部４１１が短くなった分だけ上方円弧部４１１が伸びて長くなる（図６（Ｃ））。ガイドプレート４１０の変形は、返し部４１２の変位がガイドプレート４１０の円弧に沿って行われるため、旋回テーブル２１の旋回に従ったスムーズな動きである。そして、下方円弧部４１１および上方円弧部４１３は、長さが変化するものの円弧の半径が変わらない。

　よって、本実施形態の旋回ケーブルガイド４１は、ケーブル材（収集管４２）を保持したガイドプレート４１０が一枚のＣ形帯状鋼板で形成され、ケーブル材の配置スペースにほぼ収まっている。そのため、旋回ケーブルガイド４１は、それ自体のスペースをほとんど必要としないコンパクトなものであるため、オートローダー１のような狭小空間での使用に適している。また、ガイドプレート４１０は、多関節ロボットアーム３の走行や停止によって慣性力などが作用しても径方向に振れるようなことはない。この点でも、旋回ケーブルガイド４１は、狭小空間での使用に適している。更に、旋回ケーブルガイド４１は、極めて簡易な構成であり組み付けも容易で、且つコストも低廉である。

　旋回ケーブルガイド４１は、保持金具４３を使用してガイドプレート４１０に対して収集管４２を一体にし、そのガイドプレート４１０を弾性変形によって湾曲させるだけで、旋回部５０に対して簡単に組み付けることができる。すなわち、保持金具４３の取り外しにより、ガイドプレート４１０と収集管４２とを着脱できる点で、取扱いが非常に簡単である。また、湾曲させたガイドプレート４１０は、固定端部４１５が固定金具４６に、旋回端部４１６が受台４８にそれぞれネジ止めされるが、２箇所の固定だけである点でも組み付け作業が簡単である。また、レール溝４７や受台４８によりガイドプレート４１０の端部が支持されているため、旋回によって変形が繰り返されるガイドプレート４１０の取り付け位置が常に安定している。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　前記実施形態では、オートローダー１の旋回機構に対応したものを説明したが、旋回ケーブルガイドは、これに限らず様々な旋回機構に対応可能である。
　また、前記実施形態では、上方円弧部４１３側が旋回する場合を説明したが、旋回機構によっては、逆に下方円弧部４１１側が旋回するものであってもよい。
　また、第１円弧部と第２円弧部とが上下に配置されるもの、つまり旋回機構の旋回軸が上下方向の場合に限らず、旋回ケーブルガイドは、旋回軸が横向きのものえあっても対応可能である。
　また、前記実施形態でも説明しているが、ケーブル材は電気用ケーブルだけではなくエアチューブやオイルチューブなど、旋回部を通して配線或いは配管されるものを含む概念であり、本発明の旋回ケーブルガイドは、そうしたケーブル材を対象にしたものである。

１…オートローダー　３…多関節アームロボット　５…走行装置　７…反転装置　４１…旋回ケーブルガイド　４２…収集管　４３…保持金具　５０…旋回部　４１０…ガイドプレート　４１１…下方円弧部　４１２…返し部　４１３…上方円弧部　４７…レール溝　４８…受台

Claims

　バネ用鋼によって形成された帯状円弧形状のガイドプレートが、その一端部と他端部とが同じ方向を向くように、弾性変形によって中間部分に湾曲した返し部が形成されたものであり、
　前記ガイドプレートは、前記返し部と前記一端部との間の第１円弧部と、前記返し部と前記他端部との間の第２円弧部とが旋回軸方向に所定距離をとり、ケーブル材を保持した状態で旋回機構に取り付けられ、
　前記旋回機構の駆動により、前記返し部が周方向に変位しながら前記一端部が前記他端部に対して周方向に移動するものであることを特徴とする旋回ケーブルガイド。
　前記ガイドプレートは、前記返し部の外側になる面に、前記ケーブル材を保持するための保持具が着脱可能に設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載する旋回ケーブルガイド。
　前記ガイドプレートの第１円弧部と第２円弧部とが上下に配置された場合に、上方に位置する前記第２円弧部の端部に受台が設けられたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する旋回ケーブルガイド。
　前記ガイドプレートの下方に位置する前記第１円弧部に対して円弧形状のレール溝を有するものであることを特徴とする請求項３に記載する旋回ケーブルガイド。