(57)【要約】【課題】回転関節機構の内部を通されるケーブルやチューブの破損を抑制するとともに回転運動に対する阻害を軽減する取り回しの実現。【解決手段】  ロボットアーム機構において、回転関節部Ｊ１を備えた支柱部２が基台１に立設されている。支柱部２は、支柱下部と支柱上部とを有する。支柱上部に固定された円筒状のモータ収容部２１１内にモータユニット２１２が固定され、モータユニットの出力軸２１３が基台に固定され、モータユニット自体がモータ収容部及び支柱上部を伴って軸回転する。支柱下部と支柱上部との間に可撓性のケーブル２３０が配線される。ケーブル２３０は、一端側が支柱下部の下部取付位置２０４に取り付けられ、他端側が支柱上部の上部取付位置２０５に取り付けられ、モータ収容部の外周を螺旋状に巻かれつつ下部取付位置から上部取付位置まで取り回され、支柱上部の順逆回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回用の回転関節部を備えた支柱部が基台に立設され、前記支柱部上にはアーム部の起伏用の回転関節部を備えた起伏部が搭載され、前記アーム部の先端には姿勢変更用の複数の回転関節部が組み合わされてなる手首部が装備されるロボットアーム機構において、
前記支柱部は、支柱下部と前記支柱下部に回転自在に支持される支柱上部とを有し、前記支柱上部を回転する動力を発生するモータユニットが、前記支柱上部に固定された円筒状のモータ収容部内で固定され、前記モータユニットの出力軸が前記基台又は前記支柱下部の底部に固定され、前記出力軸の回転により前記モータユニット自体が前記モータ収容部及び前記支柱上部を伴って軸回転する構造を有し、前記支柱下部と前記支柱上部との間に可撓性のケーブルが配線され、
前記ケーブルは、一端側が前記支柱下部の下部取付位置に取り付けられ、他端側が前記支柱下部に対して相対的に回転する前記支柱上部の上部取付位置に取り付けられ、前記円筒状のモータ収容部の外周を螺旋状に巻かれつつ前記下部取付位置から前記上部取付位置まで取り回され、前記支柱上部の順逆回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化することを特徴とするロボットアーム機構。
【請求項２】
前記支柱上部は前記支柱下部に対して所定の可動範囲を離間された第１位置と第２位置との間で回転自在に支持され、
前記支柱上部が前記第１位置にあるとき前記ケーブルは第１の巻数で巻かれ、前記支柱上部が前記第１位置から前記第２位置に回転するとき前記ケーブルは前記第１の巻数より少ない第２の巻数まで巻き戻されることを特徴とする請求項１記載のロボットアーム機構。
【請求項３】
前記第１の巻数は前記可動範囲を超過し前記可動範囲の２倍未満に相当し、前記第２の巻数は前記可動範囲未満に相当することを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
【請求項４】
前記上部取付位置は前記支柱上部が前記第１位置にあるとき前記下部取付位置に対して前記可動範囲の１／２ずれた位置に設けられることを特徴とする請求項２記載のロボットアーム機構。
【請求項５】
相対回転する第１部と第２部とを有する回転関節機構において、
前記第１部と前記第２部との間に可撓性のケーブルが配線され、
前記ケーブルは、一端側が前記第１部の第１取付位置に取り付けられ、他端側が前記第２部の第２取付位置に取り付けられ、前記第１部と前記第２部との間を螺旋状に巻かれつつ前記第１取付位置から前記第２取付位置まで取り回され、前記第１部と前記第２部との間の相対回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化することを特徴とする回転関節機構。
【請求項６】
旋回用の回転関節部を備えた支柱部が基台に立設され、前記支柱部上にはアーム部の起伏用の回転関節部を備えた起伏部が搭載され、前記アーム部の先端には姿勢変更用の複数の回転関節部が組み合わされてなる手首部が装備されるロボットアーム機構において、
前記支柱部は、支柱下部と前記支柱下部に回転自在に支持される支柱上部とを有し、前記支柱上部を回転する動力を発生するモータユニットが、前記支柱上部に固定された円筒状のモータ収容部内で固定され、前記モータユニットの出力軸が前記基台又は前記支柱下部の底部に固定され、前記出力軸の回転により前記モータユニット自体が前記モータ収容部及び前記支柱上部を伴って軸回転する構造を有し、前記支柱下部と前記支柱上部との間に可撓性のチューブが配管され、
前記チューブは、一端側が前記支柱下部の下部取付位置に取り付けられ、他端側が前記支柱下部に対して相対的に回転する前記支柱上部の上部取付位置に取り付けられ、前記円筒状のモータ収容部の外周を螺旋状に巻かれつつ前記下部取付位置から前記上部取付位置まで取り回され、前記支柱上部の順逆回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化することを特徴とするロボットアーム機構。
【請求項７】
相対回転する第１部と第２部とを有する回転関節機構において、
前記第１部と前記第２部との間に可撓性のチューブが配管され、
前記チューブは、一端側が前記第１部の第１取付位置に取り付けられ、他端側が前記第２部の第２取付位置に取り付けられ、前記第１部と前記第２部との間を螺旋状に巻かれつつ前記第１取付位置から前記第２取付位置まで取り回され、前記第１部と前記第２部との間の相対回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化することを特徴とする回転関節機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はロボットアーム機構及び回転関節機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりロボットアーム機構が産業用ロボットなど様々な分野で用いられている。発明者らはこのようなロボットアーム機構に適用できる直動伸縮機構を開発した（特許文献１）。直動伸縮機構のロボットアーム機構への採用は肘関節部を不要とし、容易に特異点を解消することができるので、高い安全性を達成しており、作業者の近傍に搬送し作業者の協働作業を実現できる非常に有益な構造である。
【０００３】
ロボットアーム機構に装備される回転関節機構は、固定部に対して可動部が回転自在に支持されてなり、固定部と可動部との間で電力及び信号を供給するためのケーブルが掛け渡されている。固定部に対する可動部の回転運動の繰り返しにより、ケーブルのねじれ、ケーブルの取付位置での局所的な屈曲及び折り返り等が繰り返され、ケーブルの断線等の破損が発生するおそれがあった。また回転運動に伴うケーブルの屈曲等により軽快な回転運動が阻害されるおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第5435679号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目的は、ロボットアーム機構及び回転関節機構におけるケーブルの破損を抑制するとともに回転運動に対する阻害を軽減するようケーブルを取り回すことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るロボットアーム機構は、旋回用の回転関節部を備えた支柱部が基台に立設され、支柱部上にはアーム部の起伏用の回転関節部を備えた起伏部が搭載され、アーム部の先端には姿勢変更用の複数の回転関節部が組み合わされてなる手首部が装備される。支柱部は、支柱下部と、支柱下部に回転自在に支持される支柱上部とを有する。支柱上部を回転する動力を発生するモータユニットが、支柱上部に固定された円筒状のモータ収容部内に固定され、モータユニットの出力軸が基台又は支柱下部の底部に固定される。出力軸の回転によりモータユニット自体がモータ収容部及び支柱上部を伴って軸回転する。支柱下部と支柱上部との間には可撓性のケーブルが配線される。ケーブルは、一端側が支柱下部の下部取付位置に取り付けられ、他端側が支柱下部に対して相対的に回転する支柱上部の上部取付位置に取り付けられる。ケーブルは、円筒状のモータ収容部の外周を螺旋状に巻かれつつ下側取付位置から上側取付位置まで取り回され、支柱上部の順逆回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態に係る回転関節機構を備えるロボットアーム機構の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。
【図３】図３は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。
【図４】図４は、図１の支柱部内の旋回用回転関節部を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４の旋回用回転関節部の縦断面図である。
【図６】図６は、図５の旋回用回転関節部の可動範囲の両端位置におけるケーブルの変形を示す平面図である。
【図７】図７は、図５の旋回用回転関節部の可動範囲の両端位置におけるケーブルの変形を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る回転関節機構を説明する。本実施形態に係る回転関節機構は、単独の機構（関節）として使用することができる。以下の説明では、複数の関節部のうち一の回転関節部が本実施形態に係る回転関節機構で構成されたロボットアーム機構を例に説明する。ロボットアーム機構として、ここでは直動伸縮機構を備えた垂直多関節型のロボットアーム機構を説明するが、他のタイプのロボットアーム機構であってもよい。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る回転関節機構を備えるロボットアーム機構の外観を示す斜視図である。図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。ロボットアーム機構は、基台１、支柱部（旋回部）２、起伏部４、アーム部５及び手首部６を備える。支柱部２、起伏部４、アーム部５及び手首部６は、基台１から順番に配設される。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基台１から順番に配設される。基台１には円筒体をなす支柱部２が典型的には鉛直に設置される。支柱部２は旋回回転関節部としての第１関節部Ｊ１を収容する。第１関節部Ｊ１はねじり回転軸ＲＡ１を備える。回転軸ＲＡ１は鉛直方向に平行である。支柱部２は支柱下部２−１と支柱上部２−２とからなる。支柱下部２−１は、円筒形状の下部カバー３１を備える。支柱上部２−２は、円筒形状の上部カバー３２を備える。上部カバー３２の内部には円筒形状の上部フレーム２２が設けられる。支柱下部２−１の一端は基台１に接続される。支柱下部２−１の他端は、第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。支柱上部２−２の一端は第１関節部Ｊ１の回転部に接続される。支柱上部２−２の他端には起伏部４が載置される。第１関節部Ｊ１の回転に伴って支柱上部２−２は支柱下部２−１に対して回転軸ＲＡ１を中心に軸回転し、それにより起伏部４はアーム部５とともに水平に旋回する。円筒体をなす支柱部２の内部中空には後述する直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列５１、５２が収納される。
【００１０】
支柱部２の上部には起伏回転関節部としての第２関節部Ｊ２を収容する起伏部４が設置される。第２関節部Ｊ２は曲げ回転関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は回転軸ＲＡ１に垂直である。起伏部４は、第２関節部Ｊ２の固定部（支持部）としての一対のサイドフレーム２３を有する。一対のサイドフレーム２３は、支柱上部２−２に連結される。一対のサイドフレーム２３は、鞍形形状のカバー３３により覆われる。一対のサイドフレーム２３にモータハウジングを兼用する第２関節部Ｊ２の回転部としての円筒体２４が支持される。円筒体２４の周面には、送り出し機構２５が取り付けられる。送り出し機構２５は、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及びローラユニット５８を保持する。円筒体２４の軸回転に伴って送り出し機構２５は回動し、送り出し機構２５に支持されたアーム部５が上下に起伏する。送り出し機構２５は円筒形状のカバー３４により覆われる。鞍形カバー３３と円筒カバー３４との間の間隙は断面Ｕ字形状のＵ字蛇腹カバー１４により覆われる。Ｕ字蛇腹カバー１４は、第２関節部Ｊ２の起伏動に追従して伸縮する。
【００１１】
第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在であるが、中心軸（伸縮中心軸ＲＡ３）に沿ってアーム部５の根元の送り出し機構２５から前方に送り出されるときには屈曲が制限され、直線的剛性が確保される。アーム部５は後方に引き戻されるときには屈曲が回復される。アーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有する。第１コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１コマ５３からなる。第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２は複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は横断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体に構成される。第２コマ５４は底板端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２の屈曲は、第２コマ５４の側板の端面どうしが当接する位置で制限される。その位置では第２コマ列５２は直線的に配列する。第１コマ列５１の先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２の先頭の第２コマ５４とは結合コマ５５により接続される。例えば、結合コマ５５は第１コマ５３と第２コマ５４とを合成した形状を有している。
【００１２】
第１、第２コマ列５１，５２は送り出し機構２５のローラユニット５８を通過する際にローラ５９により互いに押圧されて接合する。接合により第１、第２コマ列５１，５２は直線的剛性を発揮し、柱状のアーム部５を構成する。ローラユニット５８の後方にはドライブギア５６がガイドローラ５７とともに配置される。ドライブギア５６は図示しないモータユニットに接続される。第１コマ５３の内側の面、つまり第２コマ５４と接合する側の面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギアが形成されている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギア５６はガイドローラ５７に押圧された第１コマ５３のリニアギアに噛み合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア５６とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ドライブギア５６が順回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８から前方に送り出される。ドライブギア５６が逆回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８とドライブギア５６との間で互いに分離される。分離された第１、第２コマ列５１，５２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。屈曲可能な状態に復帰した第１、第２コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、支柱部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行にほぼ揃った状態で収納される。
【００１３】
アーム部５の先端には手首部６が取り付けられる。手首部６は第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６を装備する。第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタは揺動回転される。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタは前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４と第５回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタは軸回転される。
【００１４】
エンドエフェクタ（手先効果器）は、手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部下部に設けられたアダプタ７に取り付けられる。エンドエフェクタはロボットが作業対象（ワーク）に直接働きかける機能を持つ部分であり、例えば把持部、真空吸着部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンなどのタスクに応じて様々なツールが存在する。エンドエフェクタは、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、基台１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にエンドエフェクタを到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。
【００１５】
図３は回転関節機構の構成を図記号表現により示している。回転関節機構において、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３とにより３つの位置自由度が実現される。また、手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの姿勢自由度が実現される。図３に示すように、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１は鉛直方向に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は水平方向に設けられる。第２関節部Ｊ２は第１関節部Ｊ１に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１には交差しない。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第３関節部Ｊ２は第２関節部Ｊ２に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３の回転軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２には交差しない。複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの曲げ関節部を直動伸縮関節部Ｊ３に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、ロボットアーム機構は、特異点姿勢を構造上解消している。
【００１６】
図４は、図１の支柱部２内の旋回用回転関節部（第１関節部）Ｊ１を示す斜視図である。図５は、図４の旋回用回転関節部Ｊ１の縦断面図である。図６は、図５の旋回用回転関節部Ｊ１の可動範囲の両端位置におけるケーブルの変形を示す平面図である。図７は、図５の旋回用回転関節部Ｊ１の可動範囲の両端位置におけるケーブルの変形を模式的に示す図である。図５（ａ）、図６（ａ），図７（ａ）は、支柱上部２−２が後述の第１位置にあるときのケーブルバンドル２３０の取り回し状態を示している。図５（ｂ）、図６（ｂ），図７（ｂ）は、支柱上部が後述の第２位置にあるときのケーブルバンドル２３０の取り回し状態を示している。
【００１７】
図４に示すように、第１関節部Ｊ１は、円筒形状又は円環形状の回転台座２０１を有する。回転台座２０１は、支柱部２の下部カバー３１に固定される。下部カバー３１は基台１に接続されるので、回転台座２０１は基台１に対して固定される。回転体２０２は、円筒形状又は円環形状をなす。回転体２０２には、支柱上部２−２の上部フレーム２２が接続される。回転体２０２はその外径が回転台座２０１の内径よりも若干短く、回転台座２０１の内側に回転自在に嵌め込まれる。典型的には回転台座２０１と回転体２０２との間にはベアリングが介在される。回転体２０２は、円筒体２１１に接続される。円筒体２１１は、下向き、つまりその底部が基台１に対峙する向きに配置される。円筒体２１１の内部には、モータユニット２１２が収容される。モータユニット２１２は、モータとギアボックスとがモータハウジング内に一体的に接続されてなる。モータユニット２１２は、円筒体２１１に収容され、その前部において円筒体２１１の底部にネジにより接続される。モータユニット２１２の回転動力を出力する出力軸２１３は円筒体２１１の底部に設けられた開口を介して基台１にネジにより接続される。モータの出力軸２１３が基台１に固定されているため、モータユニット２１２のモータが回転すると、モータユニット２１２は円筒体２１１、回転体２０２及び支柱上部２−２とともに、基台１に対して軸回転する。
【００１８】
ロボットアーム機構は外部装置のケーブルを接続するコネクタ２０３を装備する。コネクタ２０３は下部カバー３１の外周面、高さ中央付近に設けられる。ロボットアーム機構内部において、コネクタ２０３には、複数の関節部Ｊ１−Ｊ６にそれぞれ装備される複数のモータユニットをそれぞれ駆動制御する複数のモータドライバに電力及び信号を供給するための複数の可撓性のケーブル２２０が接続される。複数のケーブル２２０は、コネクタ２０３から支柱下部２−１、支柱上部２−２に取り回されモータユニット各々に配線される。第１関節部Ｊ１の回転に伴って、複数のケーブル２２０が互いに干渉しないよう、複数のケーブル２２０の支柱下部２−１から支柱上部２−２にかけた部分はバンドルされ、可撓性と一定の剛性とを両立した一本のケーブルバンドル２３０に構成される。なお、実際にはケーブルバンドル２３０は複数のケーブルがバンドルされて一本のケーブルを構成しているものであり、ここでは複数のケーブル２２０とケーブルバンドル２３０とを区別した言い回しに過ぎない。
【００１９】
ケーブルバンドル２３０の両端を固定するために、支柱下部２−１に底部には取付部２０４（以下、下部取付位置２０４と称す）が装備される。同様に、支柱上部２−２の底部、例えば回転体２０２の表面に取付部２０５（以下、上部取付位置２０５と称す）が装備される。上部取付位置２０５は支柱上部２−２が可動限界位置（後述の第１位置）にあるとき、下部取付位置２０４に対して可動範囲の１／２ずれた位置に設けられる。ケーブルバンドル２３０は、その一端側が支柱下部２−１の下部取付位置２０４に取り付けられ、他端側が支柱下部２−１に対して相対的に回転する支柱上部２−２の上部取付位置２０５に取り付けられる。具体的には、ケーブルバンドル２３０の両端には外側に突出する金属製のフランジが装備される。ケーブルバンドル２３０の両端のフランジが取付部２０４，２０５にそれぞれ取り付けられ、ネジ留めされることにより、ケーブルバンドル２３０の両端はそれぞれ下部取付位置２０４と上部取付位置２０５とに固定される。これにより、支柱上部２−２の上部取付位置２０５よりも先のケーブルは、第１関節部Ｊ１の回転動作に伴う軸回転をしない。したがって、上部取付位置２０５よりも先のケーブルの配線を、第１関節部Ｊ１の回転動作を考慮せずに行うことができる。ケーブルバンドル２３０は、円筒体２１１の外周を螺旋状に巻かれながら、下部取付位置２０４から上部取付位置２０５まで取り回される。この第１の巻数は、例えば第１関節部Ｊ１の可動範囲を超過し可動範囲の２倍未満である。支柱上部２−２が第１位置から後述の第２位置に回転するとき、ケーブルバンドル２３０は第１の巻数より少ない第２の巻数まで巻き戻される。この第２の巻数は可動範囲未満である。ケーブルバンドル２３０は、円筒体２１１、つまり支柱上部２−２の順逆回転に伴って巻数と螺旋半径とが反比例関係で変化する。このように円筒体２１１の外周を螺旋状に巻かれたケーブルバンドル２３０の巻数と螺旋半径とを、第１関節部Ｊ１の回転動作に伴って変化させる構造を採用したことが本発明の重要なポイントの一つである。支柱上部２−２が後述の第１位置にあるとき、ケーブルバンドル２３０は第１の巻数で巻かれる。
【００２０】
ここでは説明を簡単にするため、第１関節部Ｊ１の可動範囲が３６０度になるよう、支柱下部２−１に対する支柱上部２−２の回転がストッパ機構又はソフトウェエア等で制限されている。第１関節部Ｊ１の回転角度が可動範囲の一端の３６０度のときの、支柱下部２−１に対する支柱上部２−２の位置を第１位置とする。第１位置は第１関節部Ｊ１の回転限界位置である。第１関節部Ｊ１の回転角度が可動範囲の他端の０度のときの、支柱下部２−１に対する支柱上部２−２の位置を第２位置とする。第２位置は第１関節部Ｊ１の回転原点である。
【００２１】
図５、図６、図７に示すように、第１関節部Ｊ１の可動範囲が１周（３６０度）の場合、上部取付位置２０５は支柱上部２−２が第１位置（３６０度）にあるとき、下部取付位置２０４に対して可動範囲３６０度の１／２ずれた位置、つまり１８０度ずれた位置に設けられる。
【００２２】
また、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、支柱上部２−２が第１位置にあるとき、ケーブルバンドル２３０は円筒体２１１の外周面に螺旋状に巻かれた状態で、下部取付位置２０４から上部取付位置２０５まで取り回される。このとき、ケーブルバンドル２３０の巻数は１．５周（５４０度）、螺旋半径がＲ１である。この螺旋半径Ｒ１は、円筒体２１１の円筒の半径に略等価である。ケーブルバンドル２３０は、円筒体２１１の外周に螺旋状に１．５周巻きつくために必要な長さ、少なくとも円筒体２１１の円周の１．５倍超の長さに構成される。
【００２３】
一方、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、支柱上部２−２が第２位置にあるとき、ケーブルバンドル２３０は、円筒体２１１の周囲、下部カバー３１の内周に沿って螺旋状に０．５周巻かれた状態で、下部取付位置２０４から上部取付位置２０５まで取り回される。このとき、ケーブルバンドル２３０の巻数は０．５周（１８０度）、螺旋半径がＲ２である。この螺旋半径Ｒ２は、円筒体２１１の円筒の半径よりも長く、下部カバー３１の内周の半径よりも短い。支柱上部２−２が第１位置から第２位置に回転する過程で、円筒体２１１に巻かれた状態のケーブルバンドル２３０の巻数が少しずつ戻され、それに反比例して螺旋半径が大きくなる。このケーブルバンドル２３０の螺旋半径の変動は、円筒体２１１の外周面と下部カバー３１の内周面との間の距離をある程度確保することで許容でき、ケーブルバンドル２３０の巻数が戻され、螺旋半径が大きくなっても、その螺旋半径が下部カバー３１の内周の半径よりも小さいのであれば、ケーブルバンドル２３０が螺旋状に巻かれた状態を阻害することはない。また、下部取付位置２０４と上部取付位置２０５との間の高さをある程度確保することで、ケーブルバンドル２３０を円筒体２１１に螺旋間隔を広げて、つまり緩やかに巻き付けることができ、それによりケーブルバンドル２３０同士が接触することを回避することができる。
【００２４】
このように、ケーブルバンドル２３０は、第１関節部Ｊ１が回転動作した場合であっても、その螺旋半径と巻数とを変化させるだけで、円筒体２１１を中心に螺旋状に巻かれた状態は維持される。したがって、第１関節部Ｊ１の回転動作に伴うケーブルバンドル２３０の折り返しの発生、ケーブルバンドル２３０の取付位置での取り回し方向の切り替わりを回避することができる。ここでのケーブルバンドル２３０の折り返しとは、ケーブルバンドル２３０の途中部分が鋭角、例えば４５度程度の角度で折り曲げられることをいう。また、ケーブルバンドル２３０の下部取付位置２０４での取り回し方向の切り替わりとは、順方向に取り回していたケーブルバンドル２３０が、逆方向に取り回されることをいう。ケーブルバンドル２３０の折り返しとケーブルバンドルの切り替わりとは、その屈曲部分に負荷を生じさせ、ケーブル破損、負荷による第１関節部Ｊ１の回転運動の阻害に繋がる。
【００２５】
本実施形態に係り回転関節機構のケーブルバンドル２３０の取り回しによれば、第１関節部Ｊ１の回転動作に伴って、螺旋半径と巻数とを変化させるだけで、円筒体２１１を中心に螺旋状に巻かれた状態を維持できるため、ケーブルバンドル２３０の折り返し、切り替わりは発生しない。そのため、本実施形態に係る回転関節機構のケーブルの取り回し構造は、ケーブルの破損を抑制するとともに回転運動に対する阻害を軽減することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、複数のケーブル２２０が支柱下部２−１から支柱上部２−２にかけて配線されるとしたが、本発明のコンセプトは、支柱下部２−１と支柱上部２−２との間に配線される線条体の螺旋半径と巻数とを回転関節の回転動作とともに変化させることにあるため、実施形態は支柱下部２−１から支柱上部２−２にかけて掛け渡される線条体の種類、本数を限定しない。例えば支柱下部２−１から支柱上部２−２にかけて単一のケーブルが掛け渡される実施形態に対しても、本実施形態を適用することができる。同様に、アダプタ７に取り付けられたエンドエフェクタに接続される可撓性のチューブをロボットアーム機構の内部を通す構造にも、本実施形態を適用することができる。チューブは、アダプタ７に取り付けられるエンドエフェクタを動作させる媒体に応じて、例えばエアチューブ、液体チューブ等である。
【００２７】
また、本実施形態では、支柱上部２−２が第１位置にあるときの巻数（第１巻数）は、第１関節部Ｊ１の可動範囲を超過し可動範囲の２倍未満であるとしたが、２倍以上を否定するものではない。第１巻数が多いほど、ケーブルバンドル２３０の巻数が戻されることによる螺旋半径の増大を抑えられる。つまり、円筒体２１１の外周と下部カバー３１の内周との間の間隙を小さくでき、これは支柱下部２−１の小型化に寄与する。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２９】
Ｊ１…第１回転関節部、１…基台、２…支柱部、２−１…支柱下部、２−２…支柱上部、２２…上部フレーム、３１…下部カバー、２０１…回転台座、２０２…回転体、２０３…コネクタ、２０４…下部取付位置、２０５…上部取付位置、２１１…円筒体、２１２…モータユニット、２１３…出力軸、２２０…ケーブル、２３０…ケーブルバンドル。
【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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【図７】
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