(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端部に第１の軸線周りに回転可能に連結される第１の可動要素、および、該第１の可動要素の先端部に前記第１の軸線と直交する第２の軸線周りに回転可能に連結される第２の可動要素を有する手首であって、
前記第１の可動要素は、
前記ロボットアームの先端部に前記第１の軸線周りに回転可能に連結される第１の中空部と、
該第１の中空部から先端側へ延びる第１の延長部と、を有し、
前記第２の可動要素は、
第２の中空部と、
該第２の中空部から基端側へ延びる第２の延長部であって、前記第１の延長部の先端部に、前記第２の軸線周りに回転可能に連結される、第２の延長部と、を有する、手首と、
前記手首の先端部に連結されるエンドエフェクタと、
前記第１の中空部および前記第２の中空部の内部を通るように配線される線条体と、
前記第１の延長部と前記第２の延長部との連結部分と、前記第１の中空部と前記第２の中空部との間で延在する前記線条体とを取り囲んで該連結部分への外部からの異物の進入を防止するように前記手首に装着されるカバーと、を備え、
前記カバーは、
前記第１の中空部を取り囲むように配置された開口基端部、及び該開口基端部とは反対側の開口先端部を有する、円筒状の第１の部分であって、前記開口先端部は、前記第１の中空部よりも先端側へ離隔した位置に配置される、第１の部分と、
前記第１の部分の前記開口先端部から先端側へ延び、該第１の部分よりも高い可撓性を有する、蛇腹状の第２の部分であって、前記第１の延長部と前記第２の延長部との前記連結部分を取り囲むように配置される、第２の部分と、を有する、ロボット。
【請求項２】
前記手首は、前記第１の可動要素とは反対側となるように前記第２の可動要素に前記第２の軸線と直交する第３の軸線周りに回転可能に連結された第３の前記可動要素をさらに有し、
前記エンドエフェクタは、前記第３の可動要素の先端部に固定され、
前記第２の部分は、前記第２の可動要素と前記第３の可動要素との間の連結部分をさらに取り囲む、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記線条体が通る前記第１の中空部または前記第２の中空部の内部を液密に封止する第１のシール部材をさらに備える、請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
前記エンドエフェクタは、前記第２の中空部から延出する前記線条体を受容する孔を有し、
前記ロボットは、前記孔を液密に封止する第２のシール部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空の可動要素と防水構造とを有する手首を備えるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのロボットハンドを袋体で覆い、該ロボットハンドの防水性を高める技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−００３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
産業用ロボットの分野において、工作機械の内部に進退可能に設けられ、工作機械の内部にワークを設置したり、工作機械の内部からワークを取り出したりする作業を実行することができるロボットが、広く用いられている。
【０００５】
このような工作機械においては、腐食性の高い切削液を使用する場合がある。腐食性の高い切削液は、ロボットの構成要素（例えば、電気コード等を含む線条体）を損傷してしまう虞がある。したがって、このようなロボットにおいて、該ロボットの構成要素に切削液等が付着することを防止する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様において、ロボットは、ロボットアームと、ロボットアームの先端部に連結される手首であって、互いに可動に連結された複数の可動要素を有し、該可動要素の各々は中空である、手首とを備える。
【０００７】
また、ロボットは、手首の先端部に連結されるエンドエフェクタと、各々の可動要素の内部を通るように配線される線条体と、互いに連結された２つの可動要素の間の連結部分を取り囲むように手首に装着されるカバーとを備える。
【０００８】
手首は、ロボットアームの先端部に第１の軸線周りに回転可能に連結される第１の可動要素と、第１の可動要素の先端部に第１の軸線と直交する第２の軸線周りに回転可能に連結される第２の可動要素とを有してもよい。カバーは、第１の可動要素と第２の可動要素との間の連結部分を取り囲んでもよい。
【０００９】
第１の可動要素は、ロボットアームの先端部に第１の軸線周りに回転可能に連結される第１の中空部と、該第１の中空部から延びる第１の延長部とを有してもよい。第２の可動要素は、第２の中空部と、第２の中空部から延びる第２の延長部とを有してもよい。該第２の延長部は、第１の延長部の先端部に、第１の軸線と直交する第２の軸線周りに回転可能に連結されてもよい。
【００１０】
線条体は、第１の中空部および第２の中空部の内部を通るように配線されてもよい。カバーは、第１の中空部と第２の中空部との間で延在して、第１の延長部と第２の延長部との連結部分と、第１の中空部と第２の中空部との間で延在する線条体とを取り囲んでもよい。
【００１１】
手首は、第１の可動要素とは反対側となるように第２の可動要素に第２の軸線と直交する第３の軸線周りに回転可能に連結された第３の可動要素をさらに有してもよい。エンドエフェクタは、第３の可動要素の先端部に固定されてもよい。カバーは、第２の可動要素と第３の可動要素との間の連結部分を取り囲んでもよい。
【００１２】
ロボットは、線条体が通る可動要素の内部を液密に封止する第１のシール部材をさらに備えてもよい。エンドエフェクタは、手首の可動要素から延出する線条体を受容する孔を有してもよい。ロボットは、孔を液密に封止する第２のシール部材をさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット、および加工機の図である。
【図２】図１に示すロボットの手首およびエンドエフェクタの斜視図である。
【図３】図２に示すロボットの手首およびエンドエフェクタを、図２とは別の方向から見た斜視図である。
【図４】図２に示すロボットの手首およびエンドエフェクタの側面図である。
【図５】図４に示す第１の可動要素、第２の可動要素、第３の可動要素、およびエンドエフェクタの断面図であって、（ａ）は、図４中のＶ（ａ）−Ｖ（ａ）に沿った断面図を示し、（ｂ）は、図４中のＶ（ｂ）−Ｖ（ｂ）に沿った断面図を示し、（ｃ）は、図４中のＶ（ｃ）−Ｖ（ｃ）に沿った断面図を示し、（ｄ）は、図４中のＶ（ｄ）−Ｖ（ｄ）に沿った断面図を示す。
【図６】図４に示すロボットの第２可動要素が、第１可動要素に対して回転移動した状態を示す。
【図７】他の実施形態に係るカバーの側面図を示す。
【図８】図７に示すカバーを、図４に示す手首に装着した図を示す。
【図９】さらに他の実施形態に係るカバーを、図４に示す手首に装着した図を示す。
【図１０】図９に示す手首を、図９の紙面上側から見た側面図である。
【図１１】さらに他の実施形態に係るカバーを、図４に示す手首に装着した図を示す。
【図１２】図１１に示す手首を、図１１の紙面上側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るロボット１０について説明する。ロボット１０は、加工機１００の内部空間ＳにワークＷを出し入れするためのものである。
【００１５】
加工機１００は、加工軸１０２と、該加工軸１０２が設置される内部空間Ｓを画定する柵１０４とを備える。加工軸１０２は、内部空間Ｓに設置されたワークＷを機械加工する。
【００１６】
柵１０４には、開口部１０６が設けられている。この開口部１０６には、該開口部１０６を開閉可能な扉（図示せず）が設けられている。ロボット１０は、扉の開放時に内部空間Ｓへ進退することができる。
【００１７】
ロボット１０は、例えば垂直多関節型ロボットであり、ベース１２、ロボットアーム１４、手首１６、およびエンドエフェクタ１８を備える。ベース１２は、ガントリの上に固定されている。ロボットアーム１４は、ベース１２に回動可能に連結されている。
【００１８】
手首１６は、ロボットアーム１４の先端部１４ａに回動可能に連結されている。手首１６は、エンドエフェクタ１８を、ロボットアーム１４に対して３軸周りに回転可能に保持する。なお、手首１６については、後述する。
【００１９】
本実施形態においては、エンドエフェクタ１８は、ワークＷを把持および解放することができるロボットハンドである。エンドエフェクタ１８は、手首１６の先端部（後述する第３の可動要素２８の先端部２８ａに相当）に固定されるベース１８ａと、互いに接近および離反する方向へ移動可能に該ベース１８ａに取り付けられた一対の爪部１８ｂを有する。
【００２０】
ベース１８ａには、後述する線条体５８をエンドエフェクタ１８内へ引き入れるために該線条体５８を受容する孔１８ｃ（図５（ｄ））が形成されている。エンドエフェクタ１８は、ロボットアーム１４によって１０４の扉の開扉時に、内部空間Ｓに進入および内部空間Ｓから退避される。
【００２１】
次に、図２〜図４を参照して、手首１６について説明する。手首１６は、ケーシング２２に連結されており、第１の可動要素２４、第２の可動要素２６、および第３の可動要素２８を有する。
【００２２】
ケーシング２２は、ロボットアーム１４の先端部１４ａに、アーム軸１５（図１）の周りに回転可能に連結されており、中空部３０を含む。中空部３０には、貫通孔３２が形成されている。該貫通孔３２は、第１の軸線３４に沿って延在し、中空部３０を貫通している。第１の軸線３４は、アーム軸１５の周りに回転する軸である。
【００２３】
第１の可動要素２４は、第１の軸線３４の周りに回転可能となるように、ケーシング２２の中空部３０に連結されている。第１の可動要素２４は、（第１の）中空部３６および（第１の）延長部３８を有する。
【００２４】
中空部３６は、ケーシング２２の中空部３０の先端部３０ａから第１の軸線３４に沿って延出している。中空部３６の中心部には、第１の軸線３４に沿って延在して該中空部３６を貫通する貫通孔４０が形成されている。この貫通孔４０は、ケーシング２２に形成された貫通孔３２と連通している。
【００２５】
延長部３８は、中空部３６の先端部３６ａから第１の軸線３４に沿って延出する中実の板状部材である。延長部３８は、第１の部分４２および第２の部分４４を含む。第１の部分４２は、中空部３６の先端部３６ａに固定されている。第２の部分４４は、第１の部分４２の先端部４２ａから第１の軸線３４に沿って延出する。第２の部分４４は、第１の部分４２よりも薄い厚さを有している。
【００２６】
第１の可動要素２４は、ケーシング２２の内部に収容された第１の駆動部２５（図４）によって、回転駆動される。第１の駆動部２５は、サーボモータ、およびサーボモータの出力シャフトに連結された第１の減速装置を含む。
【００２７】
第２の可動要素２６は、第１の可動要素２４の第２の部分４４の先端部４４ａに、第２の軸線４６の周りに回転可能となるように連結されている。第２の軸線４６は、第１の軸線３４と直交し、且つ第１の軸線３４周りに回転する軸線である。
【００２８】
第２の可動要素２６は、（第２の）中空部４８および（第２の）延長部５０を有する。中空部４８の中心部には、該中空部４８を貫通する貫通孔５４が形成されている。貫通孔５４は、第３の軸線５２に沿って延在している。第３の軸線５２は、第２の軸線４６と直交し、且つ第２の軸線４６の周りに回転する軸線である。
【００２９】
延長部５０は、中空部４８の基端部４８ａから延出する板状部材であって、第１の可動要素２４の第２の部分４４の先端部４４ａに、第２の軸線４６の周りに回転可能に連結されている。
【００３０】
第２の可動要素２６は、第１の可動要素２４の延長部３８に取り付けられた第２の駆動部２７（図４）によって、回転駆動される。第２の駆動部２７は、サーボモータ、およびサーボモータの出力シャフトに連結された第２の減速装置を含む。
【００３１】
第３の可動要素２８は、第２の可動要素２６の中空部４８の内部に、第３の軸線５２の周りに回転可能となるように配置されている。第３の可動要素２８は、円筒状の部材であって、その中心部に、第３の軸線５２に沿って延在して第３の可動要素２８を貫通する貫通孔５６（図５（ｃ））が形成されている。貫通孔５６は、第２の可動要素２６に形成された貫通孔５４と連通する。
【００３２】
第３の可動要素２８は、第２の可動要素２６の中空部４８に取り付けられた第３の駆動部２９（図４）によって、回転駆動される。第３の駆動部２９は、サーボモータ、およびサーボモータの出力シャフトに連結された第３の減速装置を含む。
【００３３】
制御ボックス２０は、ケーシング２２に取り付けられており、エンドエフェクタ１８を動作するための各種制御装置を内部に収容する。例えば、制御ボックス２０は、エンドエフェクタ１８の爪部１８ｂを移動させるための圧縮流体の圧力を制御する制御装置を収容する。
【００３４】
エンドエフェクタ１８は、第３の可動要素２８の先端部２８ａに固定されている。エンドエフェクタ１８は、手首１６の動作によって、第１の軸線３４、第２の軸線４６、および第３の軸線５２の周りに回動される。
【００３５】
ロボット１０は、線条体５８およびカバー６０をさらに備える。本実施形態においては、線条体５８は、その一端が制御ボックス２０に収容された各制御装置に接続され、他端が、エンドエフェクタ１８に接続されている。
【００３６】
制御ボックス２０から引き出された線条体５８は、ケーシング２２の貫通孔３２、第１の可動要素２４の貫通孔４０、第２の可動要素２６の貫通孔５４、および第３の可動要素２８の貫通孔５６の内部を通って、エンドエフェクタ１８のベース１８ａの内部に引き込まれるように、配線される。線条体５８は、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間で、外部に露出されている。
【００３７】
本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、線条体５８が挿通されている第１の可動要素２４の貫通孔４０には、該貫通孔４０を液密に封止するための（第１の）シール部材７０が挿入されている。
【００３８】
また、図５（ｂ）に示すように、第２の可動要素２６の貫通孔５４には、該貫通孔５４を液密に封止するための（第１の）シール部材７２が挿入されている。また、図５（ｃ）に示すように、第３の可動要素２８の貫通孔５６には、該貫通孔５６を液密に封止するための（第１の）シール部材７４が設置されている。
【００３９】
また、図５（ｄ）に示すように、エンドエフェクタ１８のベース１８ａに形成されている孔１８ｃには、該孔１８ｃを液密に封止するための（第２の）シール部材７６が設置されている。
【００４０】
カバー６０は、可撓性の筒状部材であって、第１の開口端６２と、該第１の開口端とは反対側の第２の開口端６４とを有する。カバー６０は、例えば、耐腐食性に優れた繊維材料から構成される。なお、図２〜図４においては、理解の容易の観点から、カバー６０を点線によって示している。
【００４１】
本実施形態においては、第１の開口端６２は、ケーシング２２の中空部３０と、第１の可動要素２４の中空部３６の先端部３６ａとの間に配置され、第１の可動要素２４の中空部３６の外面を環囲する。一方、第２の開口端６４は、第２の可動要素２６の中空部４８の先端部４８ｂとエンドエフェクタ１８との間の隙間６６（図４）に配置され、線条体５８を環囲するように配置されている。
【００４２】
このように、カバー６０は、第１の可動要素２４の中空部３６の一部、延長部３８、第２の可動要素２６の全体、および第３の可動要素２８の一部を取り囲むように、手首１６に装着されている。
【００４３】
すなわち、カバー６０は、第１の可動要素２４の中空部３６と第２の可動要素２６の中空部４８との間で延在して、第１の可動要素２４の延長部３８と第２の可動要素２６の延長部５０との連結部分を取り囲む。
【００４４】
また、カバー６０は、第２の可動要素２６の中空部４８と第３の可動要素２８との間の連結部分を取り囲む。このように手首１６に装着されたカバー６０によって、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間で外部に露出している線条体５８の部分が、覆われることになる。
【００４５】
図６は、第２の可動要素２６が第１の可動要素２４に対して第２の軸線４６の周りに所定の角度だけ回転した状態を示している。本実施形態においては、線条体５８は、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間で外部に露出するように配線されている。
【００４６】
したがって、図６に示すように第２の可動要素２６が回転した場合、貫通孔４０から外部に延出した線条体５８は、貫通孔４０と貫通孔５４との間の区間で屈曲し、貫通孔５４内へ引き込まれることになる。
【００４７】
また、上述したように、カバー６０は可撓性の部材によって構成されている。したがって、図６に示すように第２の可動要素２６が回転したとしても、カバー６０は、破断することなく、第２の可動要素２６の回転動作に応じて撓むことができる。
【００４８】
このように手首１６に装着されたカバー６０によって、ワークＷを内部空間Ｓへ搬入または搬出する作業を実行しているときに、該内部空間Ｓに存在する切削液等の異物が、互いに連結された２つの可動要素２４、２６、２８の間の連結部分から、手首１６の内部へ侵入するのを防止できる。
【００４９】
これにより、腐食性の切削液を使用している場合等において、手首１６の内部へ進入した切削液によって、手首１６の構成要素、および線条体５８が損傷してしまうのを防止できる。
【００５０】
また、本実施形態においては、カバー６０は、第１の可動要素２４の中空部３６から、第３の可動要素２８の先端部２８ａに亘って、手首１６の要素を取り囲むように装着されている。
【００５１】
この構成によれば、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間で外部に露出している線条体５８を、カバー６０によって確実に覆うことができる。このため、線条体５８を切削液等の異物から効果的に防護できる。
【００５２】
なお、第１の開口端６２および第２の開口端６４は、例えば、伸縮性のゴムリングから構成されてもよい。この場合、第１の開口端６２および第２の開口端６４において、カバー６０の内部を封止することができるので、切削液等の異物がカバー６０の内部へ侵入するのを、効果的に防止できる。
【００５３】
また、本実施形態においては、貫通孔４０、貫通孔５４、貫通孔５６、および孔１８ｃは、それぞれ、シール部材７０、シール部材７２、シール部材７４、およびシール部材７６によって封止されている。これにより、切削液等の異物がこれら孔４０、５４、５６、１８ｃの内部へ侵入してしまうのをさらに確実に防止できる。
【００５４】
次に、図７および図８を参照して、他の実施形態に係るカバー８０について説明する。カバー８０は、筒状の部材であって、第１の開口端８２と、該第１の開口端８２とは反対側の第２の開口端８４とを有する。
【００５５】
カバー８０は、第１の開口端８２を含む円筒部８６と、該円筒部８６の先端部８６ａから延び、第２の開口端８４を含む蛇腹部８８とを有する。例えば、蛇腹部８８は、円筒部８６よりも高い可撓性を有しており、円筒部８６と比べて、任意の方向へより容易に屈曲することができる。
【００５６】
図８は、本実施形態に係るカバー８０を、図４に示す手首１６に装着させた図を示す。図８に示すように、カバー８０を手首１６に装着させた状態においては、第１の開口端８２は、第１の可動要素２４の中空部３６の外面を環囲するように配置される。一方、蛇腹部８８は、第１の可動要素２４と第２の可動要素２６との連結部分を取り囲むように、配置されている。
【００５７】
本実施形態に係るカバー８０においては、図６に示すように第２の可動要素２６が第１の可動要素２４に対して回転した場合、蛇腹部８８が、第２の可動要素２６の回転移動に応じて、柔軟に屈曲する。これにより、第２の可動要素２６の回転によってカバー８０にストレスが掛かることを防止することができるので、カバーの破断を確実に防止しつつ、手首１６の各要素や線条体５８を切削液等の異物から防護することができる。
【００５８】
なお、上述の実施形態においては、カバー６０、８０が、第１の可動要素２４の中空部３６から第３の可動要素２８の先端部２８ａまで延在する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、カバーは、互いに連結された２つの可動要素の間の連結部分を取り囲むように装着されてもよい。
【００５９】
一例として、図９および図１０に、上述した手首１６の第２の可動要素２６と第３の可動要素２８との間の連結部分９２を取り囲むように装着されたカバー９０を示す。なお、図９および図１０においては、理解の容易の観点から、カバー９０を点線で示している。
【００６０】
カバー９０は、筒状の部材であって、第１の開口端９４と、該第１の開口端９４とは反対側の第２の開口端９６とを有する。第１の開口端９４は、第２の可動要素２６の延長部５０を環囲するように配置されている一方、第２の開口端９６は、第３の可動要素２８を環囲するように配置されている。
【００６１】
本実施形態係るカバー９０によれば、エンドエフェクタ１８により近い位置にある連結部分９２から、切削液等の異物が手首１６の内部に侵入するのを防止できる。したがって、第２の可動要素２６および第３の可動要素２８の内部で延在する線条体５８を、異物から防護することができる。
【００６２】
なお、上述のカバー９０は、第２の可動要素２６の全体を取り囲むように構成されてもよい。このようなカバー９０の変形例を、図１１および図１２に示す。図１１および図１２に示すカバー９０’においては、第１の開口端９４’が、第１の可動要素２４の中空部３６の先端部３６ａと、第２の可動要素２６の延長部５０の基端部５０ａ（図１２）との間に配置されている。
【００６３】
これにより、カバー９０’は、上述の連結部分９２に加えて、第２の可動要素２６の全体を取り囲むことになる。この構成によれば、エンドエフェクタ１８により近い位置にある連結部分９２と、第２の可動要素２６の中空部４８の基端部４８ａの双方において、切削液等の異物が手首１６の内部に侵入するのを防止できる。また、第２の可動要素２６を異物から防護することもできる。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、エンドエフェクタ１８がロボットハンドである場合について述べた。しかしながら、エンドエフェクタ１８は、例えば、ワークＷを溶接可能な溶接トーチであってもよい。この場合、線条体５８は、溶接ケーブルおよびコンジット等を含む。
【００６５】
また、図２〜図４に示す実施形態においては、カバー６０の開口端６４が、第３の可動要素２８の先端部２８ａとエンドエフェクタ１８との間に配置されている場合について述べた。
【００６６】
しかしながら、カバー６０の開口端６４は、第２の可動要素２６の中空部４８の基端部４８ａと該中空部４８の先端部４８ｂとの間の位置で、該中空部４８の外面を環囲するように配置されてもよい。
【００６７】
換言すれば、カバー６０は、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間の領域において、手首１６の構成要素および線条体５８を取り囲むように、手首１６に装着されてもよい。
【００６８】
この場合においても、カバー６０によって、第１の可動要素２４の貫通孔４０と第２の可動要素２６の貫通孔５４との間で外部に露出された線条体５８を、切削液等の異物から防護できる。
【００６９】
以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。
【符号の説明】
【００７０】
１０    ロボット
１６    手首
１８    エンドエフェクタ
２４，２６，２８    可動要素
５８    線条体
６０，８０，９０，９０’    カバー
【図１】
0006538498.tif 000002
【図２】
0006538498.tif 000003
【図３】
0006538498.tif 000004
【図４】
0006538498.tif 000005
【図５】
0006538498.tif 000006
【図６】
0006538498.tif 000007
【図７】
0006538498.tif 000008
【図８】
0006538498.tif 000009
【図９】
0006538498.tif 000010
【図１０】
0006538498.tif 000011
【図１１】
0006538498.tif 000012
【図１２】
0006538498.tif 000013