(57)【要約】【課題】案内部材等を使用せずとも、線条体と周辺機器等との接触や干渉を効率的に回避できるロボットアーム部の線条体配設機構を提供する。【解決手段】線条体配設機構は、非回転部に取り付けられ、線条体（１４）が摺動不能に固定される第１固定部材（２４）と、回転部（２２）と一体に回転可能に構成され、線条体が摺動不能に固定される第２固定部材（２５）とを有し、回転部が長手軸線（１８）回りの回転動作範囲の中心位置にあるときに、第１固定部材は、第１接線方向に線条体が方向付けられるように配置され、第２固定部材は、第１接線に略垂直な第２接線方向に線条体が方向付けられるよう配置され、かつ長手軸線を含み第２接線に平行な境界面によって画定される２つの領域について、両固定部材は同じ領域に存在するように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボットの前腕を経由し、手首部先端に取り付けられたエンドエフェクタまで配設され、前記エンドエフェクタに動力又は信号を供給するケーブル、及び、冷却水又は駆動用エアを供給するチューブの少なくとも一方から成る線条体を設けたロボットアーム部の線条体配設機構において、
前記前腕の長手方向に沿う長手軸線を含む非回転部と、
前記非回転部の一端にて前記長手軸線回りに回転可能に取り付けられた回転部と、
前記非回転部に取り付けられ、前記線条体が摺動不能に固定される第１固定部材と、
前記回転部と一体に回転可能に構成され、前記線条体が摺動不能に固定される第２固定部材とを有し、
前記第２固定部材は、前記第１固定部材より前記長手軸線方向についての距離が少なくとも前記線条体の長手方向に垂直な断面方向長さ以上離れた位置に配置され、
前記回転部が前記長手軸線回りの回転動作範囲の中心位置にあるときに、前記第１固定部材は、前記長手軸線方向にみたときに前記長手軸線を中心とする円の第１接線方向に前記線条体が方向付けられるように配置され、かつ、前記第２固定部材は、前記長手軸線方向にみたときに前記円の第２接線方向に前記線条体が方向付けられるよう配置されており、前記第１接線及び前記第２接線は概ね垂直であり、かつ、前記長手軸線を含み第２接線に平行な境界面によって画定される２つの領域について、前記第１固定部材及び前記第２固定部材は同じ領域に存在するように配置される、ロボットアーム部の線条体配設機構。
【請求項２】
前記線条体は、複数本のケーブル又はチューブを相互に撚りながら組み合わせて束状にすることにより構成される、請求項１に記載のロボットアーム部の線条体配設機構。
【請求項３】
前記複数本のケーブル又はチューブの撚りの方向又は単位長さ当たりの撚りの回数は、回転半径方向への線条体の張り出しを抑えるように選定される、請求項２に記載のロボットアーム部の線条体配設機構。
【請求項４】
前記線条体は、該線条体を覆うカバー及び該線条体が挿通されるコイルバネの一方又は双方を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットアーム部の線条体配設機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットのロボットアーム部に設けられた線条体配設機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットを用いて作業を行う場合には、動力又は信号を供給するケーブルや冷却水又は駆動用エアを供給するチューブといった線条体を、該ロボットの前腕を経由し、該ロボットの手首部先端に取り付けられた溶接用ガンやハンドに接続する必要がある。ロボットの前腕部に配設された線条体には、前腕部の回転動作に際して無理な力が作用しないように、ある程度の長さ（余長）を持たせる必要がある。しかし一方で、余長を有する線条体には、ロボットの前腕部の位置・姿勢によっては弛みが生じることがあるため、周辺設備（隣接するロボット、ハンド、治具、ワーク等）に干渉しないようにすることが望まれる。
【０００３】
例えば特許文献１には、線条体の余長による干渉を防止するための案内部材が開示されている。具体的には案内部材１５は、上部アーム１と同心を成す円筒部材であり、溶接ケーブル７の上部アーム１に巻き回された部分を覆って、溶接ケーブル７を上部アーム１と案内部材１５の間のドーナッツ状の空間に保持するものである、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１に記載の構成では、線条体が案内機構に拘束されるので、拘束された部分において線条体に無理な力が作用して、線条体の耐久性に悪影響を及ぼす恐れがある。また線条体の交換時には、案内機構に対する線条体の取外し及び取付け作業を行う必要があるため、作業者の負担が少なくない。
【０００６】
そこで本発明は、案内部材等を使用せずとも、線条体と周辺機器等との接触や干渉を効率的に回避できるロボットアーム部の線条体配設機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、産業用ロボットの前腕を経由し、手首部先端に取り付けられたエンドエフェクタまで配設され、前記エンドエフェクタに動力又は信号を供給するケーブル、及び、冷却水又は駆動用エアを供給するチューブの少なくとも一方から成る線条体を設けたロボットアーム部の線条体配設機構において、前記前腕の長手方向に沿う長手軸線を含む非回転部と、前記非回転部の一端にて前記長手軸線回りに回転可能に取り付けられた回転部と、前記非回転部に取り付けられ、前記線条体が摺動不能に固定される第１固定部材と、前記回転部と一体に回転可能に構成され、前記線条体が摺動不能に固定される第２固定部材とを有し、前記第２固定部材は、前記第１固定部材より前記長手軸線方向についての距離が少なくとも前記線条体の長手方向に垂直な断面方向長さ以上離れた位置に配置され、前記回転部が前記長手軸線回りの回転動作範囲の中心位置にあるときに、前記第１固定部材は、前記長手軸線方向にみたときに前記長手軸線を中心とする円の第１接線方向に前記線条体が方向付けられるように配置され、かつ、前記第２固定部材は、前記長手軸線方向にみたときに前記円の第２接線方向に前記線条体が方向付けられるよう配置されており、前記第１接線及び前記第２接線は概ね垂直であり、かつ、前記長手軸線を含み第２接線に平行な境界面によって画定される２つの領域について、前記第１固定部材及び前記第２固定部材は同じ領域に存在するように配置される、ロボットアーム部の線条体配設機構を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の線条体配設機構において、前記線条体は、複数本のケーブル又はチューブを相互に撚りながら組み合わせて束状にすることにより構成される、線条体配設機構を提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の線条体配設機構において、前記複数本のケーブル又はチューブの撚りの方向又は単位長さ当たりの撚りの回数は、回転半径方向への線条体の張り出しを抑えるように選定される、線条体配設機構を提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の線条体配設機構において、前記線条体は、該線条体を覆うカバー及び該線条体が挿通されるコイルバネの一方又は双方を有する線条体配設機構を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転部がいずれの回転角度位置にあっても、線条体の張り出しを抑制して該線条体と周辺機器との干渉を効果的に回避することができるようになる。
【００１２】
線条体を、複数本のケーブル又はチューブを相互に撚りながら組み合わせて束状にすることにより、線条体に適当な剛性又は弾性を付与することができ、線条体の張り出しをより効果的に抑制できるようになる。また剛性又は弾性は、複数本のケーブル又はチューブの撚りの方向又は単位長さ当たりの撚りの回数によって適宜変化させることができる。
【００１３】
線条体にカバー及びコイルバネの一方又は双方を設けることにより、線条体を外部からの衝撃等から保護することができ、さらにコイルバネを使用した場合は線条体に剛性又は弾性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）本発明の実施形態に係る線条体配設機構を含むロボット前腕周りの側面図であり、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）上面図である。
【図２】図１（ｂ）を模式的に表した図である。
【図３】（ａ）図１の状態から第２固定部材が回転した状態を示す側面図であり、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）上面図である。
【図４】（ａ）図１の状態から第２固定部材が図３の場合と逆方向に回転した状態を示す側面図であり、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、（ｃ）上面図である。
【図５】線条体の具体的構成例を示す図である。
【図６】線条体にカバー及びコイルバネを設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の好適な実施形態を示す図であり、具体的には産業用ロボットの前腕１０を経由して手首部先端に取り付けられたエンドエフェクタ１２まで配設される線条体１４の配設機構の側面図（ａ）、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図（ｂ）、上面図（ｃ）を示す。前腕１０は、基部１６から長手軸線１８に沿って延びる略円柱状又は円錐台状のアーム部２０を有し、アーム部２０の先端には、長手軸線１８回りに回転可能に手首部すなわち回転部２２が取り付けられる。
【００１６】
線条体１４は、エンドエフェクタ１２に動力又は信号を供給するケーブル、及び、冷却水又は駆動用エアを供給するチューブの少なくとも一方を含む可撓性の部材であり、後述するように完全な可撓性ではなく一定の弾性又は剛性も具備することが好ましい。線条体１４は、図示しない動力、信号、冷却水又は駆動用エアの供給源から延びて、非回転部に取り付けられた第１固定部材２４に固定され、さらに回転部２２に取り付けられて回転部２２と一体に回転するように構成された第２固定部材２６に固定され、エンドエフェクタ１２に接続される。なお線条体１４は、第１及び第２固定部材に対して摺動不能に（線条体長手方向に相対移動しないように）固定される。なお図示例では第１及び第２固定部材は、線条体１４を外側からクランプするリング状部材として図示されているが、線条体１４を摺動不能に固定できるものであればそのような形態には限られない。
【００１７】
第１固定部材２４は、前腕１０の非回転部であればどの部材に取り付けられてもよいが、アーム部２０の外表面から離れた位置に配置され、図示例では基部１６とアーム部２０との連結部近傍から軸線１８に略垂直な方向に延びるブラケット２８（図１（ａ））に取り付けられる。一方第２固定部材２６は、回転部２２と一体に回転するように構成され、図示例では、回転部２２に取り付けられて回転部２２から軸線１８の方向にかつ基部１６側に向けて延びるステー部材３０（図１（ｃ））に取り付けられる。両固定部材の取り付け位置は図示例のものに限られないが、両固定部材間の軸線１８の方向についての距離は、少なくとも線条体１４の長手方向に垂直な断面方向長さ（例えば直径）よりは大きい。
【００１８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す図であって、具体的には長手軸線１８の方向にかつエンドエフェクタ側から基部側に向かう方向に前腕１０を見た図であり、図２は図１（ｂ）を模式的に表した図である。図１（図２）の線条体１４の配置は、回転部２２の回転角度位置が軸線１８回りの回転動作範囲の中間にある状態を示している。より詳細に言えば、回転部２２は図２の状態を中心として矢印３２及び３４の方向にそれぞれ１８０°回転可能である。この状態において、第１固定部材２４は、アーム部２０の外表面を表す円３６からいくらか離れた位置であって、かつ第１固定部材２４から第２固定部材２６側に延びる線条体１４が円３６の第１接線３８に沿って少なくとも円３６に接するまで（好ましくは鉛直下方に）延びるような位置及び姿勢に配置される。一方第２固定部材２６は、線条体１４が第２固定部材２６からエンドエフェクタ側に延びる方向が円３６の第２接線４０の方向（好ましくは水平方向）に沿うような位置及び姿勢に配置され、かつ第１接線３８と第２接線４０は略垂直である。なお第２固定部材２６は円３６から離れていてもよいが、線条体１４を好適にアーム部２０に沿わせるという観点から、図２に示すように第２固定部材２６からエンドエフェクタ側に延びる線条体１４がアーム部２０の外表面３６に当接するように配置されることが好ましい。
【００１９】
なお第１固定部材２４と第２固定部材２６との間の線条体の長さは、図２の状態から回転部２２が矢印３２の方向に１８０°回転した場合を考慮すると、第１固定部材２４から延びる線条体１４が円３６に接するまでの距離ｄ１と、円３６の円周長さの１／４との合計長さ以上となる。一方、図２の状態から回転部２２が矢印３４の方向に１８０°回転した場合を考慮すると、第１固定部材２４と第２固定部材２６との間の距離ｄ２と、円３６の円周長さの１／２との合計長さ以上となる。
【００２０】
また図２に示すように、長手軸線１８を含みかつ第２接線４０に平行な境界面４２を考えた場合、アーム部２０の外側の領域は境界面４２より上方の領域４４（斜線で図示）と下方の領域４６とに画定されるが、第１固定部材２４及び第２固定部材２６の双方が上記２つの領域のいずれか（図示例では上方の領域４４）に含まれるように配置される。なお両固定部材を含む領域は領域４４、４６のいずれでもよいが、重力によって線条体１４をアーム部２０に沿わせやすいという観点から、上方領域４４の方が好ましい。
【００２１】
図１（図２）に示したような構成によれば、第１固定部材２４と第２固定部材２６との間を延びる線条体１４はアーム部２０から大きく張り出すことはなく、別途線条体のための案内部材等を設けなくとも、周辺機器との干渉を防止することができる。
【００２２】
次に、回転部２２が図２に示す中心位置から矢印３２の方向に１８０°回転した場合、すなわち第２固定部材２６が第１接線３８に接近する方向に１８０°回転した場合を考え、このときの線条体１４の取り回し状態を図３に示す。側面図３（ａ）に示すように、第１固定部材２４の位置及び姿勢は図１（ａ）のものと変化せず、第２固定部材２６がアーム部２０の下方に移動する。線条体１４は、上面図３（ｃ）に示すように略Ｕ字形状を呈してアーム部２０や回転部２２の外表面に沿うような状態となり、案内部材等を使用しなくともアーム部２０から大きく張り出さない。
【００２３】
逆に、回転部２２が図２に示す中心位置から矢印３４の方向に１８０°回転した場合、すなわち第２固定部材２６が第１接線３８から離れる方向に１８０°回転した場合を考え、このときの線条体１４の取り回し状態を図４に示す。側面図４（ａ）に示すように、第１固定部材２４の位置及び姿勢は図１（ａ）のものと変化せず、第２固定部材２６がアーム部２０の下方に移動する。線条体１４は、上面図４（ｃ）に示すように略円弧形状を呈してアーム部２０や回転部２２の外表面に沿うような状態となり、案内部材等を使用しなくともアーム部２０から大きく張り出さない。従って回転部２２がいずれの回転角度位置にあっても、線条体１４は案内部材等を使用せずにアーム部２０上又はその近傍で取り回され、アーム部２０から大きく離れて周辺機器等と干渉することが防止される。
【００２４】
例えば図３（ｂ）に示すように、第２固定部材２６は、第２固定部材２６からエンドエフェクタ側に延びる線条体１４がアーム部２０の表面に沿う方向（図２で言えば円３６の接線方向に）延びるように構成されるので、線条体１４が第２固定部材２６から出てすぐに下方に垂れ下がらないように、線条体１４はある程度の剛性又は弾性を有することが好ましい。図５は、そのような線条体の一例を示す図である。図５の例では、複数のケーブル又はチューブ４８を相互に撚りながら組み合わせて実質１つの線条体（束）とし、全体の剛性を高めている。またこのような形態では、ケーブル又はチューブ４８を相互に撚りながら組み合わせて束にする際に、撚りの方向や、単位長さ当たりの撚りの回数（すなわちピッチＰ）を適宜選定することにより線条体１４の剛性を調整でき、アームの構成や状況に応じて回転半径方向への線条体の張り出しを抑えることができる。
【００２５】
より具体的に言えば、上述の線条体１４の２つの取り回し形態（Ｕ字形状と円弧形状）について、線条体がＵ字形状を呈するときに線条体１４を構成するケーブル又はチューブ４８の撚りが締まる方向となるようにすることで線条体１４の剛性を高めることができ、線条体が垂れ下がりにくくなる。一方、線条体が円弧形状を呈するときは撚りが緩くなるため、線条体１４の剛性が低くなり、線条体をロボットアーム部の外表面に沿わせやすくなる。
【００２６】
図６は、線条体１４をカバーとバネの両方で保護する形態の一例を示す図である。線条体１４は、例えば図５に示したような束状の部材を、布又はゴムシート等を円筒状に形成してなるカバー５０によって覆い、さらにカバー５０をコイルバネ５２の内側に挿通することによって形成される。このようにして形成された線条体は、外部からの衝撃や擦過抵抗等から内部のケーブルやチューブを好適に保護することができる。
【００２７】
図６に示すような線条体を使用する場合、上述の第１固定部材２４は、ケーブル又はチューブの束をカバーとともにクランプし、コイルバネはカバーと別にクランプすることが好ましい。具体的には、第１固定部材２４は、カバー５０をクランプするためのカバークランプ部５４と、コイルばね５２をクランプするためのバネクランプ部５６とを有する。同様に、第２固定部材２６は、カバー５０をクランプするためのカバークランプ部５８と、コイルばね５２をクランプするためのバネクランプ部６０とを有する。
【００２８】
なお図６の例ではカバー５０とコイルバネ５２の双方によって線条体１４を保護する例を示しているが、いずれか一方のみを使用する形態ももちろん可能である。またコイルバネ５２を使用する場合は、その線径やピッチを適宜選定することにより、外部からの保護機能に加え、線条体１４が図５のような形態でなくとも、所望の剛性又は弾性を付与することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０    前腕
１２    エンドエフェクタ
１４    線条体
１６    基部
１８    長手軸線
２０    アーム部
２２    回転部
２４    第１固定部材
２６    第２固定部材
３８    第１接線
４０    第２接線
４２    境界面
５０    カバー
５２    コイルバネ
５４、５８    カバークランプ部
５６、６０    バネクランプ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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