(57)【要約】【課題】  ロボットにケーブルを引き回す作業が容易になるようにするとともに、ロボットのアームが動作したときにケーブルが損傷したり、あばれたりすることを防止する。【解決手段】  ロボット１０１の下アーム６から上アーム１１の第１上アーム部１２に引き込まれたケーブル９は、第２上アーム部１３の第１孔部３３からロボット１０１の外側空間部Ｑに引き出される。このケーブル９は、第２上アーム部１３の側壁部１３ａに当接して引き回され、第２孔部３４を通ってリスト配置部１７に配置される。そして、リスト配置部１７においてリスト１８が回動したときに引っ張られる長さ分を考慮したたるみ部３５が形成され、リスト１８の貫通孔２１ａを通って工具２４に引き回される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体に対して回動自在に取り付けられるアームと、前記アームに対して回動自在に取り付けられるリストと、を備えた産業用ロボットであって、
前記アームには、前記ロボット本体から引き回されるケーブルを内装して収容するケーブル収容部と、前記リストを配置するリスト配置部とが設けられているとともに、前記ケーブル収容部と前記アームの外側空間部を連通する第１孔部と、前記リスト配置部と前記アームの外側空間部を連通する第２孔部とが設けられ、
前記ロボット本体から前記ケーブル収容部に引き回されたケーブルは、前記第１孔部を通って前記アームの外側空間部に引き出され、さらに前記アームの外側空間部から前記第２孔部を通って前記リスト配置部に引き入れられて、前記リストに引き回されることを特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記第１孔部と前記第２孔部の少なくとも一方が、前記アームの複数個所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記ケーブルにおいて、前記第１孔部の出口部から前記第２孔部の入口部に配置される部分が前記アームに固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の産業用ロボット。
【請求項４】
前記リストには、作業用の工具が取り付けられるとともに、リストを貫通する貫通孔が設けられ、
前記リスト配置部に引き入れられたケーブルは前記貫通孔を通って前記工具に引き回されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項５】
前記アームは、前記ロボット本体に回動自在に取り付けられる第１アーム部と、
前記第１アーム部から延設され、前記リスト配置部が設けられるとともに、前記第１アーム部に対して回動自在に取り付けられる第２アーム部と、を備え、
前記第１孔部と前記第２孔部は、前記第２アーム部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
前記ケーブルは、前記第２孔部と前記リストとの間において一定のたるみを有して引き回され、そのたるみ長さは、前記リストが前記アームに対して最大に回動したときに引っ張られる長さよりも長いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項７】
前記アームに一対のリスト支持部が設けられ、前記リストは前記一対のリスト支持部に挟み込まれて回動自在に支持されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット本体に対して回動自在に取り付けられるアームと、前記アームに対して回動自在に取り付けられるリストと、を備えた産業用ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な産業用ロボット（以下、単に「ロボット」と記載する。）は、ロボット本体と、ロボット本体に対して回動自在に取り付けられるアームと、アームに対して回動自在に取り付けられるとともに、作業用の工具（エンドエフェクタ）が取り付けられるリストとを備える。アームやリストを回動させるための駆動手段（例えば、サーボモータ）に電源を供給する電源線や、工具に設けられたエアシリンダにエアを供給するためのエアチューブ等は１本の束にまとめられて（以下、この状態のものを「ケーブル」と記載する。）、ロボット本体の内部に収容されたり、外部に固定されたりして引き回される。
【０００３】
ロボットのアームやリストは、所定の角度だけ回動自在に設けられている。アームやリストが回動したときにケーブルが極度に引っ張られると、断線等の損傷が引き起こされるおそれがある。このため、ケーブルは、アームやリストが最大に回動したときであっても損傷しないように、たるみ（余裕長さ）をもって引き回されている。しかし、このたるみが大きいと、アームやリストが回動するときの抵抗となったり、周辺の部材と干渉したりするおそれがある。また、アームやリストが高速で動作したときにケーブルが「あばれる」という現象が生じてしまう。さらに、ロボットの外観も悪くなる。
【０００４】
この不具合を解消するため、多数の出願がなされている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−４９１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した不具合に鑑み、たるみを多くしたり、外観を悪化させたりすることなく、ケーブルの引き回し作業が容易になり、ロボットの動作時にケーブルがあばれないロボットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明のロボットは、
ロボット本体に対して回動自在に取り付けられるアームと、前記アームに対して回動自在に取り付けられるリストと、を備えた産業用ロボットであって、
前記アームには、前記ロボット本体から引き回されるケーブルを内装して収容するケーブル収容部と、前記リストを配置するリスト配置部とが設けられているとともに、前記ケーブル収容部と前記アームの外側空間部を連通する第１孔部と、前記リスト配置部と前記アームの外側空間部を連通する第２孔部とが設けられ、
前記ロボット本体から前記ケーブル収容部に引き回されたケーブルは、前記第１孔部を通って前記アームの外側空間部に引き出され、さらに前記アームの外側空間部から前記第２孔部を通って前記リスト配置部に引き入れられて、前記リストに引き回されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
ロボット本体から引き回されたケーブルは、アームのケーブル収容部に収容される。このケーブルは、ケーブル収容部から第１孔部を通って、アームの外側空間部に引き出されてアームの外側に配置され、外側空間部からアームの第２孔部に引き入れられて、アームのリスト配置部に引き回される。このとき、アームの外側空間部に配置されたケーブル（即ち、第１孔部から出て、第２孔部に入るまでのケーブル）をたるみがない（もしくは少ない）状態で配置し、アームのリスト配置部に配置されたケーブル（即ち、第２孔部から出てリストに引き回されるまでのケーブル）をたるみを有する状態で配置することができる。これにより、リストが回動したときに、リストが引っ張ったケーブルの引張り長さは、たるみによって吸収され、ケーブルが過度に引っ張られることはない。また、アームの外側空間部に配置されたケーブルにはたるみがない（もしくは少ない）ため、ケーブルの長さを長くさせないまま、アームやリストが高速で回動したときにケーブルがあばれることが防止される。さらに、ケーブルが外側空間部を通って引き回されるため、アームのリスト配置部にケーブルが配置されるスペースが小さくて済み、リスト配置部の省スペース化、ひいてはロボットの小型化が図られる。
【０００９】
前記第１孔部と前記第２孔部の少なくとも一方を、前記アームの複数個所に設けることができる。
【００１０】
ケーブルを構成する電源線やエアチューブ等の本数が多くなったり、それらの外径が大きくなったりするとケーブルの外径も大きくなり、ケーブルの引き回しの作業が困難になる。しかし、この発明の場合では、第１孔部と第２孔部の少なくとも一方が複数箇所に設けられているため、ケーブルを途中で分岐させることにより、それらの外径を小さくして引き回すことができる。ケーブルの分岐位置は、第１孔部を出る前であっても、第１孔部を出た後であってもよい。
【００１１】
前記ケーブルにおいて、前記第１孔部の出口部から前記第２孔部の入口部に配置される部分が前記アームに固定されていることが望ましい。
【００１２】
これにより、ケーブルがアームと一体に動作するため、アームが高速で回動してもケーブルがあばれることを確実に防止できる。
【００１３】
前記リストには、作業用の工具が取り付けられるとともに、リストを貫通する貫通孔が設けられ、
前記リスト配置部に引き入れられたケーブルは前記貫通孔を通って前記工具に引き回すことができる。
【００１４】
前記アームは、前記ロボット本体に回動自在に取り付けられる第１アーム部と、
前記第１アーム部から延設され、前記リスト配置部が設けられるとともに、前記第１アーム部に対して回動自在に取り付けられる第２アーム部と、を備え、
前記第１孔部と前記第２孔部は、前記第２アーム部に設けられている。
【００１５】
前記ケーブルは、前記第２孔部と前記リストとの間において一定のたるみを有して引き回され、そのたるみ長さは、前記リストが前記アームに対して最大に回動したときに引っ張られる長さよりも長い。
【００１６】
リストが最大に回動したとき、リストが引っ張ったケーブルの長さ分は、予め設定されたたるみによって吸収される。このため、リストが過度にケーブルを引っ張ることはなく、ケーブルが損傷しにくい。
【００１７】
前記アームに一対のリスト支持部が設けられ、前記リストは前記一対のリスト支持部に挟み込まれて回動自在に支持されることが望ましい。
【００１８】
これにより、リストの剛性が高くなる。しかし、リストが１つのリスト支持部に片持ち構造で支持されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例のロボット１０１の斜視図である。
【図２】図１に示したロボットの上アーム１１の平面断面図である。
【図３】図１に示したロボットのケーブル９の断面図である。
【図４】第１実施例のケーブル９のたるみ部３５の作用説明図である。
【図５】第２実施例のロボット１０２の斜視図である。
【図６】第３実施例のロボット１０３の上アーム１１の平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
最初に、第１実施例のロボット１０１の全体構成について説明する。図１に示されるように、例えば床面等の設置面に設置されるベース１にフレーム２が載置されている。このフレーム２は、ベース１の上面に配置される基板部３と、基板部３の周縁部から斜め上方に向かって起立する一対の起立板部４とを備える。また、基板部３の上面には、フレーム２の全体を水平面内（床面と平行な面内）で回動させるためのモータ（図示せず）が取り付けられている。モータのモータ軸を所定方向に回転させることにより、フレーム２は設置面に垂直に設けられた第１回動軸線５を中心に回動する。
【００２２】
フレーム２における一対の起立板部４の間に、下アーム６の下半部が取り付けられている。下アーム６の下半部は略円筒形状をなし、円筒部７を形成しているとともに、下アーム６の上半部は円筒部７の軸方向に二股に分かれていて、一対の挟込み部８となっている。一対の挟込み部８の少なくとも一方側の内部は、ケーブル９（図３参照）を引き込ませることができるように空洞となっている。下アーム６は、円筒部７がフレーム２の一対の起立板部４に挟み込まれて支持され、円筒部７の軸線上に設けられた第２回動軸線１０を中心に回動自在である。
【００２３】
下アーム６における一対の挟込み部８の間には、上アーム１１が取り付けられている。上アーム１１は、下アーム６の一対の挟込み部８によって挟み込まれる第１上アーム部１２と、第１上アーム部１２の一端部から延設される第２上アーム部１３とを備える。第１上アーム部１２は、下アーム６に連結された状態で第３回動軸線１４を中心に回動する。そして、第２上アーム部１３は、第１上アーム部１２に対して、第４回動軸線１５を中心に回動自在である。
【００２４】
第２上アーム部１３の先端部（第１上アーム部１２と連結される側と反対側の端部）には、一対のリスト支持部１６が延設されていて、それらの間に形成されたリスト配置部１７にリスト１８が取り付けられている。リスト１８は、円板状で、第２上アーム部１３の一対のリスト支持部１６に対向して配置される一対の第１リスト部１９と、一対の第１リスト部１９に対してほぼ直角に固定される円板状の第２リスト部２１とを備える。第２リスト部２１の中心線の部分には、貫通孔２１ａが設けられている。第１リスト部１９は、第２上アーム部１３の一対のリスト支持部１６に支持され、第５回動軸線２２を中心に回動自在である。また、リスト１８の第２リスト部２１は、第１リスト部１９に対し、第６回動軸線２３を中心に回動自在である。第２上アーム部１３におけるリスト配置部１７の部分には、リスト１８が回動したときに干渉を避けるための逃げ部２０が設けられている。上記したように、本実施例のロボット１０１は、第１ないし第６の回動軸線５，１０，１４，１５，２２，２３が設けられた６軸の多関節ロボットである。そして、図２に示されるように、ロボット１０１の各部を動作（回動）させるためのケーブル９は、ロボット１０１の外部からベース１内に引き込まれ、フレーム２、下アーム６、上アーム１１及びリスト１８を通って、工具２４（エンドエフェクタ）に引き回される。
【００２５】
次に、第１実施例のロボット１０１における本発明に係る特徴的部分について詳細に説明する。なお、本明細書では、ロボット１０１においてケーブル９を引き回すための構成についてのみ詳細に説明する。このため、各アーム６，１１やリスト１８を動作（回動）させるための部材（モータ、減速機、軸受、歯車等）の構成については、説明及び図示を省略する。図２に示されるように、上アーム１１の第１上アーム部１２における第３回動軸線１４の周辺部には、ケーブル９を収容するための空間部（第１ケーブル収容部２５）が設けられている。第１ケーブル収容部２５は、連通孔２６によって下アーム６を構成する少なくとも一方側の挟込み部８と連通している。ケーブル９は、下アーム６の挟込み部８から連通孔２６を通って、第１ケーブル収容部２５に引き込まれる。
【００２６】
上アーム１１の第１上アーム部１２と第２上アーム部１３との連結部で、第４回動軸線１５の軸線上には、両者に跨ってパイプ材２７が取り付けられている。第２上アーム部１３にも、第１上アーム部１２と同様に第２ケーブル収容部２８が設けられている。第１上アーム部１２の第１ケーブル収容部２５に引き込まれたケーブル９は、このパイプ材２６を通って第２上アーム部１３の第２ケーブル収容部２８に引き込まれる。パイプ材２６の中心線は第４回動軸線１５と一致しているため、第２上アーム部１３が第４回動軸線１５を中心に回動したときに、ケーブル９はねじられるだけで済み、ケーブル９の耐久性が良好である。
【００２７】
ここで、本実施例のロボット１０１について使用されるケーブル９について説明する。このケーブル９は、図３に示されるように、多数本の素線が束ねられた状態で外周を絶縁体で被覆された電源線２９と、樹脂材よりなる複数本のエアチューブ３１，３２が束ねられたものである。なお、ケーブル９における電源線２９及びエアチューブの外径や本数は、ロボット１０１に取り付けられる工具２４によって各種のものが存在する。
【００２８】
図１及び図２に示されるように、第２上アーム部１３における一方側（図２の図面視における下側）の側壁部１３ａには、上アーム１１の長手方向に所定の間隔をおいて２つの孔部（第１孔部３３と第２孔部３４）が設けられている。第１孔部３３は、第１上アーム部１２との連結部の近傍に設けられ、第２孔部３４は、リスト支持部１６の付け根の部分に設けられている。第１孔部３３により、第２ケーブル収容部２８とロボット１０１の外側空間部Ｑとが連通される。また、第２孔部３４によって、リスト配置部１７と外側空間部Ｑとが連通される。
【００２９】
パイプ材２７を通って第２上アーム部１３の第２ケーブル収容部２８に収容されたケーブル９は、第１孔部３３を通って外側空間部Ｑに引き出され、外側空間部Ｑに露出したまま第２上アーム部１３の側壁部１３ａの壁面にほぼ当接するように、かつケーブル９の軸方向に移動が困難となるように配置され、第２孔部３４を通ってリスト配置部１７に引き込まれる。そして、リスト１８を構成する一対の第１リスト部１９の間から第２リスト部２１の貫通孔２１ａに入り込み、リスト１８を抜けて工具２４に引き回される。外側空間部Ｑに露出したケーブル９が軸方向に移動しないように、またケーブル９と側壁部１３ａとの隙間が大きくならないように、ケーブル９をサドル（図示せず）等の部品で第２上アーム部１３の側壁部１３ａに固定させることが望ましい。
【００３０】
図２及び図４に示されるように、リスト１８が第５回動軸線２２を中心に回動すると、リスト１８に引き回されたケーブル９が引っ張られる。このときの引っ張りにより、ケーブル９が損傷することを防止するため、第２孔部３４の出口部分からリスト１８の貫通孔２１ａの入口部分までの間に配置されるケーブル９は、一定のたるみを有して配置されている（たるみ部３５）。この結果、リスト１８が回動したときにリスト１８が引っ張るケーブル９の長さ分は、リスト配置部１７においてたるませたケーブル９のたるみ長さによって吸収される。
【００３１】
ここで、図４に示されるように、第２孔部３４の中心線３４ａは、リスト１８の第６回動軸線２３と直角に配置される。リスト１８が原点位置（図１に示される位置）に配置されているとき、平面視においてリスト配置部１７に配置されるケーブル９のたるみ部３５は、所定長さのたるみを有した屈曲状態（略Ｕ字状態）で配置されている。リスト１８が回動するとそれに伴い、ケーブル９のたるみ部３５は自身のたるみ（余裕長さ）を徐々に短くしながらリスト１８に連れ回りする。図４において、リスト１８が最大に回動したときのたるみ部３５の状態を二点鎖線で示す。
【００３２】
本実施例のロボット１０１の作用について、上アーム１１とリスト１８が回動したときのケーブル９の挙動を説明する。上アーム１１が第３回動軸線１４を中心に回動すると、第２上アーム部１３の側壁部１３ａに配置されたケーブル９が上アーム１１と一体に回動される。第２上アーム部１３の側壁部１３ａから露出したケーブル９は側壁部１３ａにほぼ密着状態で、かつケーブル９の軸方向への移動が困難なように取り付けられていて、上アーム１１と一体に回動する。このため、上アーム１１が高速で回動しても、ケーブル９があばれることはない。なお、第２上アーム部１３が、第１上アーム部１２に対して第４回動軸線１５を中心に回動したときも全く同様である。
【００３３】
リスト１８が第５回動軸線２２を中心に回動すると、リスト配置部１７に配置されたケーブル９は、徐々にたるみを短くしながらリスト１８の回動に連れ回りする。回動するリスト１８が引っ張るケーブル９の引っ張り長さは、予め設定されていたたるみ部３５によって吸収されるため、ケーブル９が過度に引っ張られて損傷することはない。また、ケーブル９は、リスト１８の一対の第１リスト部１９によって挟まれているため、ここでもケーブル９があばれることはない。
【００３４】
リスト１８の第２リスト部２１においては、リスト１８の第６回動軸線２３とケーブル９の軸心線が同一線上に配置されているため、第２リスト部２１が回動したときのねじれ量も少なくて済む。
【００３５】
上記したように、ケーブル９において第２上アーム部１３から露出した部分は、第２上アーム部１３の側壁部１３ａに略固定状態となっている。このため、上アーム１１が回動したときに、ケーブル９の露出部分は上アーム１１と一体に回動し、ケーブル９があばれることはない。また、ケーブル９を上アーム１１に略固定状態に取り付けるため（換言すれば、本実施例のロボット１０１では、上アーム１１が回動したときのケーブル９のたるみを考慮する必要がない。）、ケーブル９の引き回し作業、取付け作業も容易である。
【００３６】
そして、当該ケーブル９において自由な状態（即ち、ケーブル９が全方向に移動可能な状態）となっている部分は、上アーム１１の第２孔部３４の出口部分からリスト１８の貫通孔２１ａの入口部分までの極めて短い部分（リスト配置部１７に配置されている部分）である。しかも、リスト配置部１７の周囲は、第２上アーム部１３とリスト１８によって囲まれている。これにより、何らかの原因でケーブル９があばれても、周辺部材によって規制される。上記の通り、本実施例のロボット１０１は、ケーブル９の引き回し作業を困難にすることなくケーブル９の「あばれ」を抑止したため、ケーブル９の耐久性が良好になり、その結果ロボット１０１の高速動作が可能になる。
【００３７】
しかも、外側空間部Ｑに露出したケーブル９は、ロボット１０１の上アーム１１と一体化したような状態を呈するため、ケーブル９を露出することによってロボット１０１の外観が損なわれることはない。
【実施例２】
【００３８】
第１実施例のロボット１０１の場合、第１孔部３３と第２孔部３４は、第２上アーム部１３の一方側の側壁部１３ａに、それぞれ１つずつ設けられている。これに対し、図５に示される第２実施例のロボット１０２では、第２上アーム部１３の上壁部１３ｂに１つの第１孔部３３が設けられ、一対の側壁部１３ａのそれぞれに第２孔部３４が設けられている。このロボット１０２の場合、第２上アーム部１３の第１孔部３３から引き出されたケーブル９は、２方向に分岐して、それぞれのケーブル９が対応する第２孔部３４を通ってリスト配置部１７に配置され、再び一体となってリスト１８の貫通孔２１ａに通される。第２実施例のロボット１０２の場合、ケーブル９の外径が大きくなっても、リスト１８へのケーブル９の引き回し作業は容易であり、ロボット１０２の外観を損なうこともない。
【実施例３】
【００３９】
図６に示される第３実施例のロボット１０３では、第２上アーム部１３の一対の側壁部１３ａの両方に、第１孔部３３と第２孔部３４が設けられている。第２実施例のロボット１０２では、第１孔部３３を通過した後でケーブル９が分岐されている。これに対し、第３実施例のロボット１０３は、第１孔部３３を通過する前に（第２上アーム部１３の第２収容部２８内で）分岐された形態である。第３実施例のロボット１０３は、第２実施例のロボット１０２と同様な効果を奏する。
【００４０】
本明細書の各実施例のロボット１０１〜１０３では、上アーム１１の周囲にケーブル９が引き回される場合について説明した。しかし、上アーム１１だけでなく、下アーム６においても同様な構成でケーブル９を引き回してもよい。
【００４１】
本明細書の各実施例のロボット１０１〜１０３では、リスト１８が、一対のリスト支持部１６に挟まれ、かつそれらに支持されて回動する形態である。このため、リスト１８の剛性が高くなる。しかし、リスト１８が１つのリスト支持部１６に支持される片持ち構造であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、特に小型で、アームが高速で回動する産業用ロボットとして利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１〜１０３  産業用ロボット
１  ベース（ロボット本体）
２  フレーム（ロボット本体）
６  下アーム（ロボット本体）
９  ケーブル
１１  上アーム（アーム）
１２  第１上アーム部（第１アーム部）
１３  第２上アーム部（第２アーム部）
１６  リスト支持部
１７  リスト配置部
１８  リスト
２１ａ  貫通孔
２４  工具
２５  第１ケーブル収容部（ケーブル収容部）
２８  第２ケーブル収容部（ケーブル収容部）
３３  第１孔部
３４  第２孔部
３５  たるみ部（たるみ）
Ｑ  外側空間部
【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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