WO2023248349A1

WO2023248349A1 - 駆動装置および駆動装置を備えるロボット

Info

Publication number: WO2023248349A1
Application number: PCT/JP2022/024742
Authority: WO
Inventors: 一隆中山
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-12-28
Also published as: TW202400373A

Abstract

ロボットは、回転軸に沿う方向に延びる空洞部を有する駆動装置と、空洞部の内部を挿通するように配置されている光ケーブルとを備える。ロボットは、光ケーブルを支持する第１の支持部材および第２の支持部材を備える。第１の支持部材は、駆動装置が駆動した時に静止している部材に固定されている。第２の支持部材は、駆動装置が駆動した時に回転する部材に固定されている。第１の支持部材および第２の支持部材は、回転軸上にて光ケーブルを支持するように形成されている。

Description

駆動装置および駆動装置を備えるロボット

　本発明は、駆動装置および駆動装置を備えるロボットに関する。

　ロボット装置は、作業を行う作業ツールと、作業ツールを移動するロボットとを備える。ロボットは、アーム等の構成部材を駆動することにより、作業ツールの位置および姿勢を変更することができる。ロボットには、構成部材を動かすための電動機を含む駆動装置が配置される。例えば、ロボットの関節部にはそれぞれの構成部材を動かすための駆動装置が配置される。駆動装置は、一つの構成部材に対して他の構成部材を回転することができる。

　駆動装置を駆動するための電力ケーブルおよび信号線等の線条体は、ロボットのアーム等の構成部材の内部に配置されることが知られている（例えば、特開２００８－１８４７５号公報）。この場合に、関節部に配置されている駆動装置に貫通部が形成される。線条体は、貫通部を挿通して一つの構成部材の内部空間から他の構成部材の内部空間に配置される。例えば、回転軸に沿った配管が配置され、配管の内部に電力ケーブル等の線条体が配置される（例えば、特開２０１５－２１１９９９号公報）。

特開２０１５－２１１９９９号公報特開２００８－１８４７５号公報

　ロボットの関節部においては、一つの構成部材に対して他の構成部材が回転するために、構成部材同士の相対的な角度が変化する。ロボットの構成部材の内部に線条体を配置した場合に、線条体の延びる向きは構成部材の回転と共に変化する。このために、関節部に配置された線条体には、所定の方向の力が加わる。例えば、線条体に、曲がる力、または捩じる力が作用する。

　従来の技術においては、制御信号を送信する通信線として電線が用いられてきた。ところが、通信線として電線を使用する場合に、電気信号がノイズの影響を受けやすいという問題がある。または、電線からは電磁ノイズが発生する場合が有る。そこで、通信線としては、電線の代わりに光ケーブルを使用することができる。通信線として光ケーブルを使用することにより、電磁ノイズの発生源にはならず、また周辺からのノイズの影響を受けにくいという特徴を有する。しかしながら、光ケーブルは、ロボットの構成部材の動きに依存して加わる力にて損傷する可能性が有る。

　本開示の態様のロボットは、ロボットの第１の構成部材に対して回転軸の周りにロボットの第２の構成部材を回転する駆動装置を備える。ロボットは、回転軸に沿う方向に延びる空洞部を構成する部材を備える。ロボットは、空洞部の内部を挿通するように配置されている光ケーブルを備える。ロボットは、空洞部の軸方向の一方の側に配置され、光ケーブルを支持する第１の支持部材と、空洞部の軸方向の一方の側と反対側に配置され、光ケーブルを支持する第２の支持部材とを備える。第１の支持部材は、駆動装置が駆動した時に静止している部材に固定されている。第２の支持部材は、駆動装置が駆動した時に回転する部材に固定されている。第１の支持部材および第２の支持部材は、ほぼ回転軸上にて光ケーブルを支持するように形成されている。第１の支持部材および第２の支持部材は、駆動装置が駆動した時に、第１の支持部材に対して第２の支持部材が回転して第１の支持部材と第２の支持部材との間において光ケーブルが捩じれるように構成されている。

　本開示の態様の駆動装置は、互いに異なる２つの部材を回転軸の周りに相対的に回転し、回転軸に沿う方向に延びる空洞部を有する。駆動装置は、回転力を発生する電動機を備える。駆動装置は、空洞部の軸方向の一方の側に配置され、空洞部の内部を挿通するように光ケーブルを支持する第１の支持部材と、空洞部の軸方向の一方の側と反対側に配置され、光ケーブルを支持する第２の支持部材とを備える。第１の支持部材は、電動機が駆動した時に静止している駆動装置の構成部材に固定されている。第２の支持部材は、電動機が駆動した時に回転する駆動装置の構成部材に固定されている。第１の支持部材および第２の支持部材は、ほぼ回転軸上にて光ケーブルを支持するように形成されている。第１の支持部材および第２の支持部材は、電動機が駆動した時に、第１の支持部材に対して第２の支持部材が回転して第１の支持部材と第２の支持部材との間において光ケーブルが捩じれるように構成されている。

　本開示の態様によれば、通信線としての光ケーブルの損傷を抑制する駆動装置および駆動装置を備えるロボットを提供することができる。

実施の形態におけるロボットの斜視図である。実施の形態における第１の駆動装置が配置された関節部の概略断面図である。第１の駆動装置を第２の支持部材の側から見たときの概略部分断面図である。実施の形態における光ケーブルの斜視図である。光ケーブルの概略断面図である。実施の形態における第２の駆動装置が配置された関節部の概略断面図である。実施の形態における第３の駆動装置が配置された関節部の概略断面図である。実施の形態における第４の駆動装置が配置された関節部の概略断面図である。第４の駆動装置を第２の支持部材の側から見たときの概略部分断面図である。実施の形態における第５の駆動装置を第２の支持部材の側から見たときの概略部分断面図である。実施の形態における第６の駆動装置を第２の支持部材の側から見たときの概略部分断面図である。

　図１から図１１を参照して、実施の形態における駆動装置および駆動装置を備えるロボットについて説明する。本実施の形態の駆動装置は、ロボットの一つの構成部材に対して、予め定められた回転軸の周りに他の構成部材を回転する。駆動装置に情報を送信するための通信線または駆動装置から情報を受信するための通信線として、光ケーブルが配置されている。

　図１は、本実施の形態におけるロボットの斜視図である。本実施の形態のロボット１は、複数の関節部１０ａ～１０ｆを含む多関節ロボットである。本実施の形態のロボット１は、作業者と協働して作業を行うことができる協働ロボットである。協働ロボットは、ロボット１に所定の外力が作用したときに、ロボット１の動作が制限されるように構成されている。例えば、協働ロボットは、作業者がロボットに接触したことを検出し、ロボット１が停止するように構成されている。

　ロボット１は、関節部１０ａ～１０ｆにおいて回転可能な複数の構成部材を含む。それぞれの構成部材は、回転軸としての駆動軸Ｊ１～Ｊ６の周りに回転するように形成されている。本実施の形態の駆動装置は、ロボット１の構成部材を駆動するために関節部１０ａ～１０ｆの内部に配置されている。

　ロボット１は、設置面に固定されるベース部１４と、ベース部１４に支持された旋回ベース１３とを含む。旋回ベース１３は、ベース部１４に対して駆動軸Ｊ１の周りに回転する。ロボット１の上腕アーム１２は、旋回ベース１３に対して駆動軸Ｊ２の周りに回転する。ロボット１の前腕アーム１１は、上腕アーム１２に対して駆動軸Ｊ３の周りに回転する。更に、前腕アーム１１は、前腕アーム１１の延びる方向に平行な駆動軸Ｊ４の周りに回転する。ロボット１は、前腕アーム１１に支持されている手首１５を含む。手首１５は駆動軸Ｊ５の周りに回転する。また、手首１５は、駆動軸Ｊ６の周りに回転するフランジ１６を含む。フランジ１６には、ロボット装置が行う作業に応じた作業ツールが固定される。

　本実施の形態のロボット１は、ロボット１の構成部材として、ベース部１４、旋回ベース１３、上腕アーム１２、前腕アーム１１、および手首１５を備える。本実施の形態のロボットは、６個の駆動軸を有するが、この形態に限られない。任意の機構にて位置および姿勢を変更するロボットを採用することができる。

　図２に、本実施の形態における第１の駆動装置を含む関節部の概略断面図を示す。図１および図２を参照して、第１の駆動装置２は、関節部１０ｂに配置されている。第１の駆動装置２は、第１の構成部材としての旋回ベース１３に対して、回転軸７１としての駆動軸Ｊ２の周りに、第２の構成部材としての上腕アーム１２を回転する。

　本実施の形態では、関節部１０ｂに配置されている上腕アーム１２を駆動する駆動装置を例に取り上げて説明するが、この形態に限られない。本実施の形態の駆動装置は、ロボットの第１の構成部材に対して回転軸の周りにロボットの第２の構成部材を回転する関節部に配置することができる。すなわち、本実施の形態の駆動装置は、任意の関節部に配置され、任意の構成部材を回転することができる。

　駆動装置２は、回転力を発生する電動機２１と、電動機２１が出力するトルクを増幅する減速機２２とを含む。電動機２１が駆動することにより、駆動装置２が駆動する。減速機２２の筐体は、上腕アーム１２の筐体１２ａに固定されている。電動機２１は、減速機２２に固定されている。電動機２１が駆動すると、減速機２２および電動機２１は、上腕アーム１２の筐体１２ａと共に回転軸７１の周りに回転する。

　駆動装置２は、駆動装置２から出力されるトルクを検出するトルクセンサ２３を含む。本実施の形態のトルクセンサ２３は、内輪部、外輪部、および内輪部と外輪部との間を繋ぐ複数のスポーク状の検出部にて構成されている。トルクセンサ２３の外輪部は、旋回ベース１３の筐体１３ａに固定され、内輪部は減速機２２の出力部に固定されている。電動機２１が駆動した時に、旋回ベース１３の筐体１３ａおよびトルクセンサ２３は、回転せずに静止している。トルクセンサ２３は、駆動装置２が駆動した時に回転軸７１の周りのトルクを検出する。ロボットの制御装置は、通信線を介してトルクに関する信号を受信する。ロボットの制御装置は、トルクセンサにて検出されるトルクからロボットの自重に関するモーメントおよびロボットの動作に関するモーメントを減算する。算出されるモーメントは、ロボットに加わる外力に対応する。

　ロボットの制御装置は、外力が予め定められた判定値よりも大きい場合に、ロボットの動作を制限することができる。本実施の形態の駆動装置はトルクセンサを含んでいるが、この形態に限られない。駆動装置にはトルクセンサが配置されていなくても構わない。この場合には、減速機の出力軸が旋回ベース１３の筐体１３ａに固定されることができる。

　本実施の形態の駆動装置２は、回転軸７１に沿う方向に延びる空洞部２４ａを構成する部材としての保護管２４を含む。保護管２４の内部の空間は、駆動装置２の一方の端面から他方の端面まで貫通する空洞部２４ａに相当する。本実施の形態の空洞部２４ａを構成する部材は、駆動装置２に配置されている。電動機２１は、回転軸７１に沿った方向に延びる空洞部２１ａを有する。減速機２２は、回転軸７１に沿った方向に延びる空洞部２２ａを有する。トルクセンサ２３は、回転軸７１に沿った方向に延びる空洞部２３ａを有する。本実施の形態では、これらの空洞部２１ａ，２２ａ，２３ａは、ほぼ同一の内径を有し、同軸状に配置されている。保護管２４は、空洞部２１ａ，２２ａ，２３ａの内部に、空洞部２１ａ，２２ａ，２３ａを貫通するように配置されている。本実施の形態では、保護管２４は、ロボット１の関節部１０ｂに配置されている。そして、空洞部２４ａは、回転軸７１と同軸状に形成されているが、この形態に限られない。空洞部２４ａの軸線が回転軸７１から離れていても構わない。また、空洞部を構成する部材は、駆動装置の外部に配置された部材であっても構わない。すなわち、光ケーブルが挿通する空洞部は、駆動装置の内部に形成されていなくても構わない。例えば、ロボットの構成部材の筐体に空洞部が形成されていても構わない。

　本実施の形態の保護管２４は、樹脂にて形成されている。保護管２４の内部には、線条体を挿通させることができる。本実施の形態では、線状に延びる部材を線条体と称する。本実施の形態の少なくとも一部の線条体は、アーム等のロボット１の構成部材の筐体の内部に敷設されている。保護管２４は、内部に配置される線条体を保護するために配置されている。保護管２４の先端のフランジ部は、トルクセンサ２３の内輪部に固定されている。保護管２４は、電動機２１が駆動した時に静止した状態を維持する。なお、保護管２４は、配置されてなくても構わない。例えば、空洞部２１ａ，２２ａ，２３ａにて駆動装置を貫通する空洞部が構成されていても構わない。この場合に、電動機２１、減速機２２、およびトルクセンサ２３が、空洞部を構成する部材に相当する。

　本実施の形態におけるロボット１では、それぞれの関節部１０ａ～１０ｆごとに、駆動装置が配置されている。すなわち、１個の関節部に１個の駆動装置が配置されている。本実施の形態のロボット１の複数の駆動装置は、互いにシリアル通信を行うように構成されている。駆動装置２は、電動機２１に供給する電気を制御するドライバ２５を含む。ドライバ２５は、例えば、インバータを含み、直流の電気を交流に変換して電動機２１に供給する。ロボットの制御装置からドライバ２５には、電動機２１を制御するための信号が送信される。

　本実施の形態においては、ドライバ２５に接続される通信線として、電線を用いずに光ケーブル５１が採用されている。すなわち、駆動装置２の信号線として光ケーブル５１が採用されている。光ケーブル５１は、それぞれの関節部に配置された駆動装置同士を接続する。または、光ケーブル５１は、関節部に配置された駆動装置と、ロボットの制御装置とを接続する。例えば、電気信号を光信号に変換して、光ケーブルにて信号を送信したり受信したりすることができる。

　本実施の形態においては、光ケーブルにてシリアル通信が可能な任意の通信プロトコルを採用することができる。例えば、EtherCAT（登録商標）等の産業用イーサネット（登録商標）またはRS-485等のフィールドバスと同様の手法にて光通信を行う通信プロトコルを採用することができる。なお、ロボットの駆動装置の通信方法は、シリアル通信に限られず、任意の方法を採用することができる。例えば、光ケーブルにてパラレル通信を行うように構成されていても構わない。

　本実施の形態では、ロボットの制御装置は、光ケーブルにて駆動軸Ｊ１に配置された駆動装置のドライバに接続される。駆動軸Ｊ１に配置された駆動装置のドライバは、光ケーブルにて、図２に示す駆動軸Ｊ２に配置された駆動装置２のドライバ２５に接続される。また、駆動軸Ｊ２に配置された駆動装置２のドライバ２５は、光ケーブルにて、駆動軸Ｊ３に配置された駆動装置のドライバに接続される。このように、駆動軸Ｊ６に配置された駆動装置まで、互いに隣り合う駆動装置同士が光ケーブルにて接続される。

　光ケーブルにて通信する情報は、それぞれの駆動装置の電動機の位置指令、電動機の回転速度の指令、電動機の電流指令および電動機の電圧指令などが含まれる。すなわち、電動機に供給する電気に関する情報が含まれる。それぞれのドライバの電気に関する情報は、ロボットの制御装置にて生成され、通信線を介してそれぞれの駆動装置にて受信される。

　また、光ケーブルにて通信される情報は、ロボットに配置されたセンサにて検出される情報を含むことができる。例えば、電動機に取り付けられた回転位置検出器（エンコーダ）にて検出される位置または速度に関する情報、およびドライバに配置された電流検出器にて検出される電流に関する情報が含まれる。または、トルクセンサから出力されるトルクに関する情報が含まれていても構わない。これらのセンサの出力に関する情報は、ドライバから出力される信号に含まれる。光ケーブルにて通信する情報は、前述の複数の情報のうち少なくとも一つを含む。

　駆動装置２のドライバ２５は、光ケーブルにて通信される情報を送信および受信する通信装置２６を含む。本実施の形態における通信装置２６は、駆動装置２に配置されている。図２を参照して、駆動軸Ｊ１に配置された駆動装置のドライバは、光ケーブル５０に接続されている。光ケーブル５０は、コネクタ６６を介して光ケーブル５１に接続される。光ケーブル５１は、保護管２４の内部の空洞部２４ａを挿通する。光ケーブル５１は、コネクタ６６を介してドライバ２５の通信装置２６から延びる光ケーブル５３に接続されている。

　また、ドライバ２５の通信装置２６から延びる他の光ケーブル５４は、コネクタ６６を介して、光ケーブル５２に接続されている。光ケーブル５２は、駆動軸Ｊ３に配置された駆動装置のドライバに接続される。このように、通信線として光ケーブルを採用し、ロボット１に光通信のための通信装置を配置することにより、光通信を実施することができる。

　本実施の形態の光ケーブルは、少なくとも２本の信号線として２本の光ファイバを含む。１本の信号線は、駆動軸Ｊ１に配置されている駆動装置から駆動軸Ｊ６に配置されている駆動装置に向かって信号を送信する。もう１本の信号線は、駆動軸Ｊ６に配置されている駆動装置から駆動軸Ｊ１に配置されている駆動装置に向かって信号を送信する。

　駆動装置２のドライバ２５には、電動機２１を駆動する電力を供給するための電力ケーブルが接続される。第１の駆動装置２においては、電動機２１に電気を供給する電力ケーブルは、例えば、ロボットの筐体の外部に敷設することができる。このように、電力ケーブルは、ロボットの構成部材の内部に配置されていなくても構わない。

　駆動軸Ｊ１に配置された駆動装置のドライバからの信号には、駆動軸Ｊ２の電動機２１を駆動する為の信号が含まれている。例えば、電動機２１に供給する電流を生成するインバータを制御する信号が含まれている。駆動装置２のドライバ２５は、電動機２１を駆動するための信号に基づいて、電動機２１に電気を供給する。

　また、駆動装置２のドライバ２５は、駆動装置２に配置されているセンサの出力に関する情報を出力信号に含める。例えば、ドライバ２５は、トルクセンサ２３の出力、回転位置検出器の出力、または、電流検出器の出力に関する情報のうち少なくとも一つの情報をドライバ２５から出力する信号に含める。

　本実施の形態の通信装置２６は、ロボット１の第２の構成部材としての上腕アーム１２の筐体１２ａの内部に配置されている。通信装置２６をロボットの構成部材の筐体の内部に配置することにより、ロボットが大型になることを抑制できる。

　図３に、第１の駆動装置における第２の支持部材の部分の部分断面図を示す。図２および図３を参照して、本実施の形態における駆動装置２は、光ケーブル５１を支持する第１の支持部材３１と第２の支持部材３２とを備える。それぞれの第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、光ケーブル５１の一点を支持するように形成されている。第１の支持部材３１は、駆動装置２が駆動した時に静止している部材に固定されている。ここでの例では、第１の支持部材３１は、旋回ベース１３の筐体１３ａに固定されている。または、第１の支持部材３１は、トルクセンサ２３の内輪部に固定されていても構わない。

　第２の支持部材３２は、駆動装置２が駆動した時に回転する部材に固定されている。ここでの例では、第２の支持部材３２は、電動機２１の筐体に固定されている。電動機２１が駆動した時に、第２の支持部材３２は、矢印９１に示すように、電動機２１の筐体と共に回転軸７１の周りに回転する。なお、第２の支持部材３２は、筐体１２ａに固定されていても構わない。

　図２および図３では、ロボットが基準となる位置で停止しているときの状態を示している。第２の支持部材３２は、第１の支持部材３１の位相と同一の位相に配置されている。第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、光ケーブル５１等の線条体が第１の支持部材３１と第２の支持部材３２との間の区間で撓むように線条体を支持する。

　本実施の形態では、第１の支持部材３１および第２の支持部材３２には、同一の方法にて線条体が固定されている。第１の支持部材３１は、先端に固定部３１ａを有する。固定部３１ａは板状の形状を有する。固定部３１ａには、結束バンド４１にて光ケーブル５１が固定されている。同様に、第２の支持部材３２は、先端に固定部３２ａを有する。固定部３２ａは、板状に形成されている。光ケーブル５１は、結束バンド４２にて固定部３２ａに固定されている。結束バンド４１，４２は、ナイロン等の弾性を有する部材にて構成されることができる。なお、本実施の形態の固定部３１ａ，３２ａは、回転軸７１の方向において、保護管２４の外側を向くように形成されているが、この形態に限られない、固定部は、回転軸７１の方向において、保護管２４の内側を向くように形成されていても構わない。更には、それぞれの支持部材が保護管の内部に向かって曲がることにより、固定部が保護管の内部に配置されていても構わない。

　図４に、本実施の形態における光ケーブルの斜視図を示す。図５に、本実施の形態の光ケーブルの断面図を示す。図５は、光ケーブル５１が延びる方向に垂直な面で切断した時の断面図である。本実施の形態では、１つの心線を含む１つの線状の部材を光ファイバと称する。例えば、心線は、線状の光伝播部としてのコアを含み、コアの周りが樹脂で覆われた構造を有する。コアは、例えば、石英ガラスまたはアクリル樹脂等のプラスチックにて形成することができる。また、光ファイバは、心線の周りを更に樹脂等のシースで覆った構造を有することができる。本実施の形態では、少なくとも１本の光ファイバを含む通信線を光ケーブルと称する。例えば、光ケーブルは、複数の光ファイバが樹脂で一体化された構造を有することができる。

　図４および図５を参照して、本実施の形態における光ケーブル５１は、２本の光ファイバ５１ａ，５１ｂが互いに固定されて一体化された構造を有する。２本の光ファイバ５１ａ，５１ｂは、樹脂にて形成されたシース５１ｃにて互いに固定されている。それぞれの光ファイバ５１ａ，５１ｂは、互いに平行に延びるように固定されている。

　このように、本実施の形態における光ケーブル５１は、１対の光ファイバ５１ａ，５１ｂが互いに固定された構造を有する。本実施の形態では、シリアル通信を実施するために、ロボット１の先端の駆動軸Ｊ６の駆動装置に向かって情報を伝達する通信線と、先端の駆動軸Ｊ６から駆動軸Ｊ１およびロボットの制御装置に向かって情報を伝達する通信線とが必要になる。

　本実施の形態の光ケーブル５１は、シリアル通信に必要な最小の本数である２本の光ファイバ５１ａ，５１ｂにて構成されている。そして、２本の光ファイバ５１ａ，５１ｂが互いに固定されて一体化されているために、光ケーブル５１の径を小さくすることができる。この結果、駆動装置２を小さくすることができる。または、空洞部２４ａに占める光ケーブル５１の割合が小さくなり、空洞部２４ａに他の線条体を配置することができる。また、この構成により、ロボットのアーム等の構成部品の内部に光ケーブルを敷設する時の作業性が向上する。なお、本実施の形態の光ケーブルは、２本の光ファイバにて構成されているが、この形態に限られない。光ケーブルは、任意の本数の光ファイバを含むことができる。

　本実施の形態においては、光ケーブル５１を保護するために、光ケーブル５１に緩衝材６１が巻かれている。緩衝材６１は、例えば、スポンジまたはゴム等の弾性部材にて構成されることができる。緩衝材６１は、例えば、結束バンド４１，４２にて固定部３１ａ，３２ａに固定される領域に配置することができる。または、図２を参照して、保護管２４の軸方向の一方の側に配置されたコネクタ６６から保護管２４の軸方向の他方の側に配置されたコネクタ６６までの区間の光ケーブル５１の周りに、緩衝材６１を配置することができる。または、光ケーブルの周りに緩衝材が配置されていなくても構わない。

　ところで、発明者は、光ケーブルの様々な動きに対する光ケーブルの損傷について、研究および実験を行った結果、光ケーブルは、曲げる運動には比較的に弱いが捩じる運動には比較的に強いという特徴を見出した。すなわち、光ケーブルは、延びる方向を変える運動よりも、光ケーブルの軸線の周りに捩じる運動の方が強いという特徴を見出した。発明者は、この特徴に基づいて、本実施の形態のように、光ケーブルの曲がる運動が抑制され、捩じる運動が優先的に生じる構造を想到した。

　図２に示す状態では、第１の支持部材３１と第２の支持部材３２とが同一の位相に配置されている。図２に示す状態では、第２の支持部材３２は、予め定められた基準位置に配置されている。第１の支持部材３１における線条体の断面形状と、第２の支持部材３２における線条体の断面形状とは、軸線（回転軸７１）の方向の空洞部２４ａの中央面７３に関して、互いに面対象になる。図２および図３を参照して、光ケーブル５１は、光ファイバ５１ａ，５１ｂが水平方向に並ぶように固定部３１ａ，３２ａに固定されている。光ケーブル５１は、回転軸７１上に配置されている。

　本実施の形態では、第１の支持部材３１は、空洞部２４ａの軸方向の一方の側に配置されている。特に、第１の支持部材３１は、保護管２４の空洞部２４ａの軸方向の中央面７３に関して一方の側に配置されている。第２の支持部材３２は、空洞部２４ａの軸方向の一方の側と反対側に配置されている。特に、第２の支持部材３２は、空洞部２４ａの軸方向の中央面７３に関して、第１の支持部材３１と反対側に配置されている。第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、空洞部２４ａの中央面７３に対して互いに反対側に配置されている。第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、空洞部２４ａの両側の出口の近傍に配置されていることが好ましい。

　第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、ほぼ回転軸７１上に光ケーブル５１を支持するように形成されている。ここで、「ほぼ回転軸上に支持する」とは、回転軸または回転軸の近傍にて支持されていることを示す。すなわち、第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、光ケーブル５１を回転軸７１上または回転軸７１の近傍にて支持するように形成されている。例えば、図３を参照して、固定部３１ａ，３２ａは、固定部３１ａ，３２ａの部分で切断したときに光ケーブル５１の領域の内部に回転軸７１が配置されることが好ましい。または、例えば、光ケーブル５１の断面形状の重心位置が、保護管２４の内径の半分の領域に配置されていることが好ましい。

　電動機２１が駆動すると、第１の支持部材３１に対して第２の支持部材３２が回転する。第２の支持部材３２は、電動機２１および上腕アーム１２と共に、回転軸７１を中心に矢印９１に示す方向に回転する。上腕アーム１２が回転した場合においても、固定部３２ａは、回転軸７１上または回転軸７１の近傍に維持される。

　固定部３２ａが回転軸７１の周りに回転することにより、第１の支持部材３１と第２の支持部材３２との間において、光ケーブル５１の可動部が捩じれる。第１の支持部材３１および第２の支持部材３２は、回転軸７１または回転軸７１の近傍で光ケーブル５１を支持しているために、光ケーブル５１に曲がる動きが生じることを抑制できる。光ケーブル５１は捩じる動きに対しては損傷に強いために光ケーブル５１の損傷を抑制することができる。

　また、本実施の形態では、第１の支持部材３１の位相と第２の支持部材３２の位相とが同一である場合に、第１の支持部材３１と第２の支持部材３２との間で、光ケーブル５１が撓むように支持されている。このために、電動機２１が駆動して光ケーブル５１が捩じれた場合に、光ケーブル５１の延びる方向に強い張力が加わることを抑制できる。

　図６に、本実施の形態における第２の駆動装置を含む関節部の拡大概略断面図を示す。第２の駆動装置３は、支持部材の位置が第１の駆動装置２と異なる。第２の駆動装置３においては、第１の支持部材３３は、保護管２４の内周面に固定されている。第１の支持部材３３には、固定部３３ａにおいて結束バンド４３により光ケーブル５１が固定されている。第１の支持部材３３は、電動機２１が駆動したときに静止している部材に固定されている。第１の支持部材３３は、回転軸７１上または回転軸７１の近傍において光ケーブル５１を支持している。

　第２の支持部材３４は、電動機２１が駆動すると回転するアームに固定されている。第２の支持部材３４は、上腕アーム１２の筐体１２ａの内面に固定されている。第２の支持部材３４には、固定部３４ａにおいて、結束バンド４４にて光ケーブル５１が固定されている。第２の支持部材３４は、電動機２１が駆動しても、回転軸７１上または回転軸７１の近傍において光ケーブル５１を支持するように形成されている。第２の駆動装置３においても、電動機２１が駆動したときに光ケーブル５１の曲がる動きを抑制することができて、光ケーブル５１の損傷を抑制することができる。

　なお、第１の支持部材は、電動機２１が駆動しても静止している部材に固定することができるために、例えば、旋回ベース１３の筐体１３ａの内面に固定されていても構わない。一方で、第２の支持部材は、電動機２１が駆動すると回転する部材に固定することができる。このために、例えば、電動機がエンコーダを含む場合には、エンコーダの筐体に第２の支持部材が固定されていても構わない。

　図７に、本実施の形態における第３の駆動装置を含む関節部の拡大概略断面図を示す。第３の駆動装置４は、第１の駆動装置２および第２の駆動装置３と比較して、ロボット１の構成部材に対する向きが異なる。第３の駆動装置４においては、電動機２１および減速機２２は、旋回ベース１３の筐体１３ａに固定されている。一方で、トルクセンサ２３は、上腕アーム１２の筐体１２ａに固定されている。

　第３の駆動装置４においては、減速機２２の出力軸に連結されたトルクセンサ２３は、電動機２１が駆動した時に上腕アーム１２と共に回転する。一方で、電動機２１および減速機２２は、電動機２１が駆動した時に静止した状態が維持される。第３の駆動装置４においては、第１の支持部材３５は、電動機２１の筐体に固定されている。第１の支持部材３５の固定部３５ａには、結束バンド４５にて光ケーブル５１が固定されている。第２の支持部材３６は、トルクセンサ２３の内輪部に固定されている。第２の支持部材３６の固定部３６ａには、結束バンド４６にて光ケーブル５１が固定されている。それぞれの固定部３５ａ，３６ａは、回転軸７１上または回転軸７１の近傍にて光ケーブル５１を支持するように形成されている。

　通信装置２６を含むドライバ２５は、第１の構成部材としての旋回ベース１３の筐体１３ａの内部に配置されている。ドライバ２５は、光ケーブル５０，５３を介して駆動軸Ｊ１に配置されている駆動装置のドライバに接続されている。そして、ドライバ２５は、光ケーブル５４，５１，５２を介して、駆動軸Ｊ３に配置されている駆動装置のドライバに接続されている。保護管２４の内部の空洞部２４ａには、光ケーブル５１が挿通している。

　第３の駆動装置４において、電動機２１が駆動すると、第２の支持部材３６の固定部３６ａが回転軸７１の周りに回転する。第１の支持部材３５の固定部３５ａは静止している。この結果、光ケーブル５１は捩じれる運動が生じる。光ケーブル５１の曲がる運動を抑制することができて、光ケーブル５１の損傷を抑制することができる。なお、第３の駆動装置４においては、第１の支持部材は、旋回ベース１３の筐体１３ａに固定されていても構わない。また、第２の支持部材は、上腕アーム１２の筐体１２ａに固定されていても構わない。

　図８に、本実施の形態における第４の駆動装置を含む関節部の拡大概略断面図を示す。図９に、本実施の形態における第４の駆動装置の第２の支持部材の部分の概略部分断面図を示す。前述の駆動装置２，３，４においては、保護管２４の内部の空洞部２４ａに、１本の光ケーブル５１が配置されているが、この形態に限られない。ロボットの構成部材の内部に複数の線条体を配置することができる。駆動装置の空洞部には、関節部を貫通して配置されるように、光ケーブル５１以外の複数の線条体を挿通することができる。

　図８および図９を参照して、第４の駆動装置５は、第１の支持部材２９および第２の支持部材３０が複数の線条体を支持する点で第１の駆動装置２と異なる。それぞれの支持部材２９，３０は、結束バンド３９，４０にて複数の線条体が固定されている。本実施の形態の線条体には、電動機２１を駆動する電気をドライバ２５に供給する電線としての電力ケーブル５６、作業ツールを駆動するために加圧された空気を供給する空気供給管５７、回転位置検出器（エンコーダ）にバックアップの電気を供給する電線５８、および作業ツールを駆動する信号を送信する通信ケーブル５９が含まれる。通信ケーブル５９は、電気ケーブルにて構成されているために、電線に含まれる。線条体は、この形態に限られない。捩じりまたは曲げに強い可動用の任意の線状体を採用することができる。

　結束バンド４０は、複数の線条体を取り囲むように配置される。結束バンド４０は、複数の線条体が束になるように一体的に固定部３０ａに固定する。それぞれの線条体は、保護管２４の内部の空洞部２４ａを挿通するように配置される。第１の支持部材２９においては、第２の支持部材３０が第１の支持部材２９と同一の位相に配置されたときに、複数の線条体が第２の支持部材３０の線条体の配置に対して中央面７３に関して面対象になるように配置されている。固定部２９ａと固定部３０ａとの間の区間では、複数の線条体は撓むように支持されている。また、固定部２９ａと固定部３０ａとの間の区間では、複数の線条体は、固定されておらず、自由に変形できるように配置されている。固定部２９ａと固定部３０ａとの間の区間では、駆動装置が駆動したときに線条体が互いに離れることにより、線条体の損傷を抑制することができる。

　第１の支持部材２９および第２の支持部材３０は、回転軸７１の近傍で光ケーブル５１を支持している。第１の支持部材２９および第２の支持部材３０は、光ケーブル５１よりも回転軸７１から離れた位置に電線としての電力ケーブル５６、バックアップ用の電線５８、および通信ケーブル５９を支持している。

　ここで、発明者は、電線の損傷に関して研究および実験を行った結果、電線の束は、往復の捩り運動を与えた場合に、回転軸に近くに配置されるほど、電線の導体部が金属疲労のために断線するまでの寿命が短くなるという特性を見出した。第４の駆動装置５においては、電線を回転軸７１から離れた位置に配置することにより、電線の寿命を延ばすことができる。また、第４の駆動装置５においては、光ケーブル５１が回転軸７１の近傍に配置されている。このために、第４の駆動装置５においては、光ケーブル５１、電力ケーブル５６、電線５８、および通信ケーブル５９の寿命を延ばすことができる。

　このように、固定部２９ａ，３０ａにおいて、光ケーブル５１を回転軸７１上または回転軸７１の近傍に配置して、光ケーブル５１の周りに電線等の光ケーブル５１以外の線条体を配置することが好ましい。または、複数の線条体の束の断面において、光ケーブル５１を中央部に配置して、電線を中央部の外側の外周部に配置することができる。この構成により、光ケーブルおよび電線の両方の線条体の寿命を延ばすことができる。

　なお、圧縮空気を供給する空気供給管５７は、可撓性を有する材質にて形成されている。空気供給管５７は、例えば、ポリウレタンなどにて形成されている。空気供給管５７は、曲げる運動および捩じる運動の両方に対して損傷しにくいという特徴を有する。このために、空気供給管５７は、線条体の束の断面において、任意の位置に配置することができる。

　固定部に対して線条体を固定する部材としては、前述のナイロンバンドの他に金属の結束バンドを採用することができる。金属バンドを採用する場合には、金属バンドに接触することにより線条体が損傷しないように、金属バンドの内周面に緩衝材を配置することが好ましい。

　図１０に、本実施の形態における第５の駆動装置の第２の支持部材の部分の拡大概略断面図を示す。第５の駆動装置においては、支持部材の断面において、複数の線条体の配置が第４の駆動装置５と異なる。第５の駆動装置は、固定部３７ａを有する第２の支持部材３７を含む。固定部３７ａには、複数の線条体が結束バンド４７にて固定されている。第１の支持部材は、第２の支持部材３７と同様の構造にて複数の線条体を支持する。

　第５の駆動装置においては、光ケーブル５１は、緩衝材６１を介して固定部３７ａに接触している。光ケーブル５１は、固定部３７ａの幅方向のほぼ中央に接触している。この状態で、光ケーブル５１が回転軸７１上に配置されているように固定部３７ａの位置が調整されている。光ケーブル５１の周りには、電力ケーブル５６および電線５８が配置されている。また、光ケーブル５１の周りには、空気供給管５７が配置されている。第５の駆動装置においては、光ケーブル５１を固定部３７ａの幅方向の中央に接触させた状態で、複数の線条体を結束することができる。このために、光ケーブル５１を容易に回転軸７１上に配置して線条体を固定することができる。

　図１１に、本実施の形態における第６の駆動装置の第２の支持部材の部分の拡大概略断面図を示す。第６の駆動装置は、固定部３８ａを有する第２の支持部材３８を含む。第１の支持部材は、第２の支持部材３８と同様の構成にて線条体を支持する。

　第６の駆動装置においては、光ケーブル５１および空気供給管５７が回転軸７１の近傍に配置されている。光ケーブル５１および空気供給管５７の周りに、電力ケーブル５６および電線５８が配置されている。光ケーブル５１および空気供給管５７は、空洞部２４ａの中央部に配置されている。電力ケーブル５６および電線５８は、中央部の周りの外周部に配置されている。第１の支持部材および第２の支持部材３８は、光ケーブル５１および空気供給管５７よりも回転軸７１から離れた位置に電線を支持している。

　前述の通りに電線は、回転軸７１から離れた位置に配置されることが好ましい。空気供給管５７は、径が大きいためにスペーサとして使用することができる。光ケーブル５１および空気供給管５７を回転軸７１の近傍に配置して、光ケーブル５１および空気供給管５７の周りに電線を配置することにより、電線を回転軸７１から離れた位置に配置することができる。

　また、第６の駆動装置においては、固定部３８ａに線条体を固定する部材として断面形状がＵ字形の金具４８が採用されている。金具４８は、金属にて構成されている。金具４８は、ボルト４９等の締結部材にて固定部３８ａに固定されている。なお、線条体が損傷しないように、金具４８の内周面に緩衝材を配置しても構わない。

　このように、線条体を固定する部材としては、結束バンドに限られず、金具等の任意の部材を採用することできる。複数の線条体を結束する部材としては、プラスチックにて形成された断面形状がＵ字形の部材を採用しても構わない。または、複数の線条体を結束する部材としての接着剤により、線条体が固定部に固定されていても構わない。

　また、図１０を参照して、第５の駆動装置において、光ケーブル５１を回転軸７１上または回転軸７１の近傍に配置するための専用の金具を固定部に固定しても構わない。そして、この金具の回りに他の線条体を配置して、結束バンド等で複数の線条体を固定しても構わない。

　本実施の形態の駆動装置は、ロボットの関節部に配置されているが、この形態に限られない。本実施の形態の駆動装置は、互いに異なる２つの部材を回転軸の周りに相対的に回転する任意の装置に適用することができる。例えば、作業ツールに配置され、作業ツールの構成部材を駆動する駆動装置、または工作機械の自動工具交換装置の駆動装置等に、本実施の形態の装置を適用することができる。

　上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

　１　ロボット
　２，３，４，５　駆動装置
　１０ａ～１０ｆ　関節部
　１２　上腕アーム
　１２ａ　筐体
　１３　旋回ベース
　１３ａ　筐体
　２１　電動機
　２３　トルクセンサ
　２４　保護管
　２４ａ　空洞部
　２６　通信装置
　２９，３１，３３，３５　支持部材
　３０，３２，３４，３６，３７，３８,　支持部材
　２９ａ，３１ａ，３３ａ，３５ａ　固定部
　３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ　固定部
　５０，５１，５２，５３，５４　光ケーブル
　５１ａ，５１ｂ　光ファイバ
　５１ｃ　シース
　５６　電力ケーブル
　５７　空気供給管
　５８　電線
　５９　通信ケーブル
　７１　回転軸

Claims

　ロボットの第１の構成部材に対して回転軸の周りにロボットの第２の構成部材を回転する駆動装置と、
　前記回転軸に沿う方向に延びる空洞部を構成する部材と、
　前記空洞部の内部を挿通するように配置されている光ケーブルと、
　前記空洞部の軸方向の一方の側に配置され、光ケーブルを支持する第１の支持部材と、
　前記空洞部の軸方向の一方の側と反対側に配置され、光ケーブルを支持する第２の支持部材とを備え、
　前記第１の支持部材は、駆動装置が駆動した時に静止している部材に固定されており、
　前記第２の支持部材は、駆動装置が駆動した時に回転する部材に固定されており、
　前記第１の支持部材および前記第２の支持部材は、ほぼ前記回転軸上にて光ケーブルを支持するように形成されており、
　駆動装置が駆動した時に、前記第１の支持部材に対して前記第２の支持部材が回転して前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との間において光ケーブルが捩じれるように構成されている、ロボット。
　前記空洞部を構成する部材は、駆動装置に配置されている、請求項１に記載のロボット。
　電気を供給する電線を備え、
　前記電線は、前記空洞部の内部を挿通するように配置されており、
　前記第１の支持部材および前記第２の支持部材は、前記光ケーブルよりも前記回転軸から離れた位置で前記電線を支持している、請求項１または２に記載のロボット。
　加圧された空気を供給する空気供給管を備え、
　前記空気供給管は、可撓性を有する材質にて形成されており、
　前記第１の支持部材および前記第２の支持部材は、前記光ケーブルおよび前記空気供給管よりも前記回転軸から離れた位置で前記電線を支持している、請求項３に記載のロボット。
　駆動装置は、電動機に供給する電気を制御するドライバを含み、
　前記ドライバは、前記光ケーブルにて通信される情報を送信および受信する通信装置を含み、
　前記通信装置は、前記第１の構成部材の筐体の内部または前記第２の構成部材の筐体の内部に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボット。
　複数の関節部を備え、
　前記空洞部を構成する部材は、関節部に配置されており、
　それぞれの関節部ごとに駆動装置が配置されており、
　複数の駆動装置は、シリアル通信を行うように構成されており、
　前記空洞部には、２本の光ファイバにて構成されている前記光ケーブルが挿通している、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボット。
　前記光ケーブルは、２本の光ファイバが互いに固定されて一体化された構造を有する、請求項６に記載のロボット。
　前記光ケーブルにて通信される情報は、電動機の位置指令、電動機の回転速度の指令、電流指令、電圧指令、回転位置検出器にて検出される位置または速度に関する情報、電流検出器にて検出される電流に関する情報、センサにて検出される情報、作業ツールを制御する信号のうち、少なくとも一つを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボット。
　互いに異なる２つの部材を回転軸の周りに相対的に回転し、前記回転軸に沿う方向に延びる空洞部を有する駆動装置であって、
　回転力を発生する電動機と、
　前記空洞部の軸方向の一方の側に配置され、前記空洞部の内部を挿通するように光ケーブルを支持する第１の支持部材と、
　前記空洞部の軸方向の一方の側と反対側に配置され、前記光ケーブルを支持する第２の支持部材とを備え、
　前記第１の支持部材は、前記電動機が駆動した時に静止している駆動装置の構成部材に固定されており、
　前記第２の支持部材は、前記電動機が駆動した時に回転する駆動装置の構成部材に固定されており、
　前記第１の支持部材および前記第２の支持部材は、ほぼ前記回転軸上にて前記光ケーブルを支持するように形成されており、
　前記電動機が駆動した時に、前記第１の支持部材に対して前記第２の支持部材が回転して前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との間において前記光ケーブルが捩じれるように構成されている、駆動装置。