(57)【要約】【課題】線条体収容型アームを備えたロボットにおいて、ツール管理中継装置がアーム動作に及ぼす影響を低減しつつ、線条体の交換作業を円滑に遂行できるようにする。【解決手段】ロボット１０は、貫通路３４を有する前腕部１８と、前腕部１８に関節連結される手首部２０と、前腕部１８の貫通路３４に挿通され、手首部２０に沿って敷設される線条体３８と、貫通路３４の近傍で前腕部１８に搭載され、線条体３８が接続される接続部４４を有するツール管理中継装置４６と、ツール管理中継装置４６を、接続部４４が貫通路３４の開口に隣接して配置される第１位置と、接続部４４が貫通路３４の開口から離隔して配置される第２位置との間で、移動可能に担持する搭載機構６８とを備える。搭載機構６８は、ツール管理中継装置４６を、第１位置で前腕部１８に解除可能に固定するとともに、第２位置で前腕部１８に静止可能に担持する。【選択図】図１
2008229762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通路を有する前腕部と、該前腕部に関節連結される手首部と、該前腕部の該貫通路に挿通され、該手首部に沿って敷設される線条体と、該貫通路の近傍で該前腕部に搭載され、該線条体が接続される接続部を有するツール管理中継装置とを具備するロボットにおいて、
前記ツール管理中継装置を、前記接続部が前記貫通路の開口に隣接して配置される第１位置と該接続部が該貫通路の該開口から離隔して配置される第２位置との間で移動可能に担持して、該第１位置で前記前腕部に解除可能に固定する搭載機構を具備すること、を特徴とするロボット。
【請求項２】
前記搭載機構は、前記ツール管理中継装置を前記第１位置と前記第２位置との間で案内する案内部と、該案内部と協働して前記ツール管理中継装置を前記第１位置に解除可能に固定する固定部とを備える、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記案内部は、前記前腕部と前記ツール管理中継装置とのいずれか一方に設けられ、前記第１位置と前記第２位置との間の前記ツール管理中継装置の移動方向に平行な方向へ長軸を配置する長穴を含む、請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記固定部は、前記長穴に摺動係合可能に挿通されて、前記長穴を有さない方の前記前腕部と前記ツール管理中継装置とのいずれかに螺着されるボルトを含む、請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記固定部は、前記長穴から独立して前記前腕部と前記ツール管理中継装置とのいずれか一方に設けられる通し穴と、該通し穴に挿通されて、該通し穴を有さない方の前記前腕部と前記ツール管理中継装置とのいずれかに螺着されるボルトとを含む、請求項３又は４に記載のロボット。
【請求項６】
前記搭載機構は、前記ツール管理中継装置に脱離可能に装着される取付部材を備え、該取付部材が、前記第１位置と前記第２位置との間を移動可能に前記前腕部に取り付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記ツール管理中継装置を前記第１位置に配置したときに、前記接続部が前記前腕部の前記貫通路の中に受容される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項８】
前記手首部は、第１軸線を中心に回転可能に前記前腕部に連結される第１手首要素と、該第１軸線に直交する方向へ延びる第２軸線を中心に回転可能に該第１手首要素に連結される第２手首要素と、該第２軸線に直交する方向へ延びる第３軸線を中心に回転可能に該第２手首要素に連結される第３手首要素とを備え、該第３手首要素に、前記線条体が接続される作業ツールが取り付けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記前腕部の前記貫通路は、前記第１軸線に同軸に配置され、前記手首部は、前記貫通路に連通して前記線条体を受容する内部空間を少なくとも部分的に有する、請求項８に記載のロボット。
【請求項１０】
前記搭載機構は、前記ツール管理中継装置を前記第１位置と前記第２位置との間で前記第１軸線に平行な方向へ直線移動可能に担持する、請求項８又は９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、線条体収容型アームを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット（以下、「ロボット」と略称する）において、アーク溶接加工、レーザ加工、シーリング加工等の加工作業や、ローディング、アンローディング、ビンピッキング等のハンドリング作業を遂行する場合には、ロボットのアーム構造（すなわちマニピュレータ）の末端部に装着した溶接トーチ、ハンド等の作業ツール（すなわちエンドエフェクタ）に、電力、レーザ光、作動流体等のエネルギや、電気、光等の信号や、ワイヤ、ガス、シール材等の材料を供給する必要がある。これらエネルギ、信号、材料等の供給には、ケーブル、導管等が一般に用いられる。
【０００３】
例えば、アーク溶接ロボットにおいては、アーム末端部に装着した溶接トーチ（作業ツール）に対し、溶接電流、溶接ワイヤ、アシストガス等を供給するためのケーブルや導管が敷設される。また、ハンドリングロボットにおいては、アーム末端部に装着したハンド（作業ツール）に対し、電気信号、作動流体、真空等を供給するためのケーブルや導管が敷設される。ここで、本願では、作業ツールにエネルギ、信号、材料等を送るために用いられるケーブル、導管等の部材を、「線条体」と総称する。
【０００４】
上記種類のロボットにおいて、アーム動作に伴う線条体の位置及び姿勢の変動を抑制してエネルギ、材料等の供給を安定化する目的で、線条体をアームの内部に敷設する構成が、従来提案されている。例えば特許文献１は、６軸垂直多関節型のアーク溶接ロボットにおいて、アーム末端部に装着した溶接トーチに溶接ワイヤ、溶接電流、アシストガス等を供給するためのコンジットケーブル（線状体）を、上部アーム（本願では「前腕部」と称する）の側方からアーム内側の空間に導入して敷設する構成を開示する。さらに概説すれば、このアーク溶接ロボットは、側方に開口する貫通路を有する上部アームと、上部アームに関節連結される３自由度の手首部と、上部アームの貫通路に挿通され、手首部の内側の空間に沿って敷設されるコンジットケーブルと、貫通路の側方開口の近傍で上部アームに搭載され、コンジットケーブルがその一端で接続される接続部を有するワイヤ送給装置とを備える。
【０００５】
ワイヤ送給装置は、ロボット外部のワイヤ供給源から供給された溶接ワイヤを、コンジットケーブルを通して溶接トーチに制御下で送り出すように作用する。さらに、ワイヤ送給装置は、ロボット外部の溶接電源及びガス供給源からそれぞれ供給される溶接電流及びアシストガスを、コンジットケーブル内の専用の配線及び配管を介して溶接トーチに供給するための中継部としても機能する。ここで、本願では、上記ワイヤ送給装置のように、ロボットのアームに敷設される線条体と、ロボット外部に配備される制御機器やエネルギ、材料等の供給源との間に介在して、作業ツールに対する信号の送受、エネルギ、材料等の供給を中継する装置を、「ツール管理中継装置」と総称する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２００３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるアーク溶接ロボットのように、線条体収容型のアーム構造を備えたロボットにおいては、アーム動作中に生じ得るツール管理中継装置とロボットの周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減する目的で、ツール管理中継装置とアーム構造との間に形成される隙間を可及的に削減してツール管理中継装置を関節の近傍に設置することが有利である。他方、ツール管理中継装置とアーム末端部の作業ツールとの間に敷設される線条体は、アーム動作を繰り返す間に曲げや捻りにより劣化や損傷を生じ得るので、定期的に交換することが望まれる。線条体の交換時には、従来、手作業により、ツール管理中継装置の接続部から線条体を分離している。しかし、上記したようにツール管理中継装置とアーム構造との間の隙間が削減された配置構成では、作業者が線条体分離作業を円滑に遂行するに十分な空間をツール管理中継装置とアーム構造との間に確保することが難しく、結果として、線条体の交換が滞り、ロボットの安全管理を適切に実行することが困難になる懸念がある。
【０００８】
この点で、特許文献１のアーク溶接ロボットは、上部アームの貫通路をアーム側方に開口させて、ワイヤ送給装置から導出したコンジットケーブルをアーム側方から貫通路に導入する構成を有しているから、ワイヤ送給装置とコンジットケーブルとの接続部が露出しており、上記分離作業を円滑に遂行できることが期待される。しかし、このような配置構成では、ワイヤ送給装置の重心が、上部アームに対する手首部の回転中心軸線から側方へ偏倚しているので、アーム構造のバランスが崩れ、ワイヤ送給装置自体の慣性や周辺機器との干渉がアーム動作に影響を及ぼす危惧を排除できない。
【０００９】
本発明の目的は、線条体収容型アームを備えたロボットにおいて、アーム動作中のツール管理中継装置とロボット周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減でき、しかも、線条体の交換作業を円滑に遂行して、ロボットの安全管理を適切に実行できる、信頼性に優れたロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、貫通路を有する前腕部と、前腕部に関節連結される手首部と、前腕部の貫通路に挿通され、手首部に沿って敷設される線条体と、貫通路の近傍で前腕部に搭載され、線条体が接続される接続部を有するツール管理中継装置とを具備するロボットにおいて、ツール管理中継装置を、接続部が貫通路の開口に隣接して配置される第１位置と接続部が貫通路の開口から離隔して配置される第２位置との間で移動可能に担持して、第１位置で前腕部に解除可能に固定する搭載機構を具備すること、を特徴とするロボットを提供する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットにおいて、搭載機構は、ツール管理中継装置を第１位置と第２位置との間で案内する案内部と、案内部と協働してツール管理中継装置を第１位置に解除可能に固定する固定部とを備える、ロボットを提供する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロボットにおいて、案内部は、前腕部とツール管理中継装置とのいずれか一方に設けられ、第１位置と第２位置との間のツール管理中継装置の移動方向に平行な方向へ長軸を配置する長穴を含む、ロボットを提供する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のロボットにおいて、固定部は、長穴に摺動係合可能に挿通されて、長穴を有さない方の前腕部とツール管理中継装置とのいずれかに螺着されるボルトを含む、ロボットを提供する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のロボットにおいて、固定部は、長穴から独立して前腕部とツール管理中継装置とのいずれか一方に設けられる通し穴と、通し穴に挿通されて、通し穴を有さない方の前腕部とツール管理中継装置とのいずれかに螺着されるボルトとを含む、ロボットを提供する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットにおいて、搭載機構は、ツール管理中継装置に脱離可能に装着される取付部材を備え、取付部材が、第１位置と第２位置との間を移動可能に前腕部に取り付けられる、ロボットを提供する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロボットにおいて、ツール管理中継装置を第１位置に配置したときに、接続部が前腕部の貫通路の中に受容される、ロボットを提供する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボットにおいて、手首部は、第１軸線を中心に回転可能に前腕部に連結される第１手首要素と、第１軸線に直交する方向へ延びる第２軸線を中心に回転可能に第１手首要素に連結される第２手首要素と、第２軸線に直交する方向へ延びる第３軸線を中心に回転可能に第２手首要素に連結される第３手首要素とを備え、第３手首要素に、線条体が接続される作業ツールが取り付けられる、ロボットを提供する。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のロボットにおいて、前腕部の貫通路は、第１軸線に同軸に配置され、手首部は、貫通路に連通して線条体を受容する内部空間を少なくとも部分的に有する、ロボットを提供する。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載のロボットにおいて、搭載機構は、ツール管理中継装置を第１位置と第２位置との間で第１軸線に平行な方向へ直線移動可能に担持する、ロボットを提供する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、アーム動作中は、ツール管理中継装置を第１位置に固定することで、ツール管理中継装置とロボットの周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減でき、線条体を交換する際には、ツール管理中継装置を第２位置に移動することで、ツール管理中継装置と前腕部との間に、作業者が線条体を接続部から分離する作業を円滑に遂行するに十分な空間を確保することができる。したがって、ツール管理中継装置がアーム動作に及ぼす影響を低減する一方で、線条体の交換作業を円滑に遂行してロボットの安全管理を適切に実行できる、信頼性に優れたロボットが提供される。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、案内部の作用により、前腕部上でツール管理中継装置を、第１位置と第２位置との間で容易かつ正確に移動させることができるので、線条体の交換作業に要する時間が短縮される。また、固定部の作用により、ツール管理中継装置を前腕部上の第１位置に常に正確に位置決めして固定できるので、線条体の変位挙動を含むロボットの動作の再現性を高めることができ、以って、シミュレーションによるプログラミングの精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、長穴に摺動係合可能な突起を相手方に設け、突起が長穴の長軸方向両端縁に係合する位置をそれぞれ、ツール管理中継装置の第１位置及び第２位置とすることで、ツール管理中継装置を第１位置及び第２位置のそれぞれに容易かつ正確に位置決めできる。しかも、第１位置と第２位置との間の距離を、長穴の寸法によって正確に設定できる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、ツール管理中継装置を第１位置に配置したときに、ボルトを相手方に強固に螺着することで、ツール管理中継装置を第１位置に安定して強固に固定することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、通し穴に挿通したボルトを相手方に強固に螺着することで、ツール管理中継装置を第１位置に、安定して強固に固定できる。
【００２５】
請求項６に記載の発明によれば、ロボットに実行させる作業の変更に伴ってツール管理中継装置の種類が変更された場合にも、変更後のツール管理中継装置に取付部材を付け替えるだけで、搭載機構の構成自体は変更することなく、ツール管理中継装置を前腕部に適正に搭載できる。また、形状や寸法の異なる複数種類の取付部材を用意しておけば、前腕部に搭載される外面領域の形状が異なるツール管理中継装置であっても、対応形状の取付部材を選択して使用することで、前腕部に適正に搭載できる。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、前腕部とツール管理中継装置との間の隙間を最大限に削減して、ツール管理中継装置がアーム動作に及ぼす影響を可及的に低減することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、第１軸線〜第３軸線を制御軸とする個々の関節の駆動により手首部を多彩に動作させて、作業ツールを指定の位置及び姿勢に順次配置しながら種々の作業を実行することができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、線条体の長さを可及的に削減して、アーム動作に伴う線条体の、前腕部及び手首部内での変位挙動を効果的に抑制できる。しかも、ツール管理中継装置の重心を第１軸線上に配置できるので、アーム構造の所期のバランスを維持して、ツール管理中継装置自体の慣性やロボット周辺機器との干渉がアーム動作に影響を及ぼす危惧を、確実に排除できる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明によれば、前腕部の貫通路の開口とツール管理中継装置との間に、ツール管理中継装置の最小の移動距離で最大の隙間を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１及び図２は、本発明の一実施形態によるロボット１０の主要部を示す。また図３は、ロボット１０を含むロボットシステムの全体構成の一例を概略で示す。図示のロボット１０は、６軸垂直多関節型の機械構成を有するが、本発明に係るロボットの機械構成は、これに限定されない。なお本願では、ロボットという用語は、制御装置類を除く機構部を意味するものとする。
【００３１】
ロボット１０は、床面Ｆに固定的に設置した静止基台１２に支持される６自由度のアーム構造（すなわちマニピュレータ）を備える（図３）。このアーム構造は、床面Ｆに対して鉛直な腕部第１軸線Ｊ１を中心に回転可能に静止基台１２に連結される回転台１４と、腕部第１軸線Ｊ１に直交する水平な腕部第２軸線Ｊ２を中心に回転（腕振り）可能に回転台１４に連結される第１腕部（すなわち上腕部）１６と、腕部第２軸線Ｊ２に平行する水平な腕部第３軸線Ｊ３を中心に回転（腕振り）可能に上腕部１６に連結される第２腕部（すなわち前腕部）１８と、腕部第３軸線Ｊ３に直交する手首第１軸線Ｊ４を中心に回転可能に前腕部１８に連結される手首部２０とを備える。
【００３２】
前腕部１８に関節連結される３自由度の手首部２０は、手首第１軸線Ｊ４を中心に回転（捻り）可能に前腕部１８に連結される第１手首要素２２と、手首第１軸線Ｊ４に直交する方向へ延びる手首第２軸線Ｊ５を中心に回転（手首振り）可能に第１手首要素２２に連結される第２手首要素２４と、手首第２軸線Ｊ５に直交する方向へ延びる手首第３軸線Ｊ６を中心に回転（捻り）可能に第２手首要素２４に連結される第３手首要素２６とを備える（図１及び図２）。第３手首要素２６には、所要の機能を有する作業ツール２８が、適宜交換可能に取り付けられる。ロボット１０は、ロボットコントローラ３０（図３）からの指令に従い、腕部第１軸線Ｊ１〜手首第３軸線Ｊ６を制御軸とする個々の関節の駆動により上腕部１６、前腕部１８及び手首部２０を多彩に動作させて、作業ツール２８を指定の位置及び姿勢に順次配置しながら種々の作業を実行することができる。
【００３３】
図１に示すように、ロボット１０の前腕部１８は、手首第１軸線Ｊ４を中心に手首部２０を回転駆動するための図示しない駆動機構（電動機（一部分を図示）、歯車列、減速機等）を収容したハウジング３２を備え、ハウジング３２の内部に、手首第１軸線Ｊ４に平行（好ましくは同軸）に延びる貫通路３４が形成される。また、手首部２０の第１手首要素２２は、手首第１軸線Ｊ４に沿った方向へ貫通する内部空間３６を有する中空筒状体からなる。貫通路３４は、手首第１軸線Ｊ４の方向に見て、第１手首要素２２の内部空間３６とは反対側の前腕部１８の後端面１８ａに開口するとともに、前腕部１８の前端側で第１手首要素２２の内部空間３６に連通する。
【００３４】
前腕部１８の貫通路３４には、手首部２０の末端の第３手首要素２６に取り付けた作業ツール２８に、エネルギ、信号、材料等を送るために用いられる線条体３８が挿通される。貫通路３４に挿通された線条体３８は、第１手首要素２２の内部空間３６に収容されて、手首第１軸線Ｊ４に沿った方向へ敷設される。手首部２０の第２手首要素２４及び第３手首要素２６は、好ましくは、第１手首要素２２と同様に、手首第３軸線Ｊ６に沿った方向へ貫通する内部空間４０、４２をそれぞれに有する中空筒状体から構成できる（図１）。この場合、第１手首要素２２の内部空間３６から一旦導出された線条体３８は、第２及び第３手首要素２４、２６の内部空間４０、４２に再び連続的に収容されて、手首第３軸線Ｊ６に沿った方向へ敷設され、末端で作業ツール２８に接続される。
【００３５】
前腕部１８には、手首第１軸線Ｊ４の方向に見て貫通路３４の開口の後方近傍に、線条体３８がその一端で接続される接続部４４を有するツール管理中継装置４６が搭載される（図１）。ツール管理中継装置４６は、前腕部１８及び手首部２０に収容されて敷設される線条体３８と、ロボット外部に配備される制御機器やエネルギ、材料等の供給源との間に介在して、作業ツール２８に対する信号の送受、エネルギ、材料等の供給を中継する機能を有する。
【００３６】
例えば、図１〜図３に示す実施形態では、ロボット１０はアーク溶接ロボットの構成を有する。この場合、ロボット１０においては、作業ツール２８として、手首部２０の第３手首要素２６に溶接トーチ２８が装着されるとともに、ツール管理中継装置４６として、前腕部１８にワイヤ送給装置４６が搭載される。また、図３のロボットシステムにおいて、ロボット１０の外部に設置されるロボットコントローラ３０は、ロボット制御ケーブル４８を介してロボット１０に接続される一方で、同様にロボット１０の外部に設置される溶接電源装置５０に、電源制御ケーブル５２を介して接続される。そして溶接電源装置５０は、給電ケーブル５４及び制御ケーブル５６を介して、ワイヤ送給装置４６に接続される。さらに、ワイヤ送給装置４６には、ロボット１０の外部に設置されるガス供給源５８が、ガスホース６０を介して接続されるとともに、ロボット１０の外部に設置されるワイヤ供給源６２が、ワイヤ導管６４を介して接続される。
【００３７】
ロボット１０に敷設される線条体３８は、溶接トーチ２８に溶接電流を供給（又は溶接電圧を印加）するパワーケーブル（図示せず）と、溶接トーチ２８に溶接ワイヤを供給する管ライナ（図示せず）と、溶接トーチ２８にアシストガスを供給するエアチューブ（図示せず）とを含み、これら専用の配線・配管類を外被６６（図１、図２）に収容した複合管の構成を有する。なお、線条体３８には、溶接トーチ２８を冷却するための水冷チューブや、溶接トーチ２８の動作状況を監視するための信号線が収容される場合もある。また、図１及び図２に示すように、ワイヤ送給装置４６と溶接電源装置５０との間に架線される制御ケーブル５６は、前腕部１８を取り巻くように敷設されている。
【００３８】
上記システム構成において、ロボットコントローラ３０の指令により溶接電源装置５０が作動すると、ワイヤ送給装置４６は、給電ケーブル５４を介して与えられる溶接電流（又は溶接電圧）を、線条体３８のパワーケーブルに中継して溶接トーチ２８に供給する。同時にワイヤ送給装置４６は、溶接電源装置５０から制御ケーブル５６を介して与えられる信号及び電力により起動して、ワイヤ供給源６２から溶接ワイヤを連続的に引き出し、線条体３８の管ライナに中継して溶接トーチ２８に供給する。なお、制御ケーブル５６は、ワイヤ送給装置４６をフィードバック制御するための帰還信号を、ワイヤ送給装置４６から溶接電源装置５０に送るためにも使用できる。さらに、ワイヤ送給装置４６は、ガス供給源５８から与えられるアシストガスを、線条体３８のエアチューブに中継して溶接トーチ２８に供給する。このようにして、ロボット１０は、ロボットコントローラ３０の指令の下で、ロボット１０すなわち溶接トーチ２８の多彩な動作と連動して、ワーク（図示せず）に対し所定の溶接条件に従うアーク溶接を実行する。
【００３９】
図４及び図５は、上記構成を有するロボット１０において、手首部２０の動作に伴って変位する線条体３８の挙動を例示する。図４に示すように、第１手首要素２２と第２手首要素２４とを真っ直ぐに伸ばした姿勢では、各軸線Ｊ４〜Ｊ６（図１）の制御軸が所定の回転位置にある基準姿勢Ｉ（図４（ａ））において、作業ツール（溶接トーチ）２８とツール管理中継装置（ワイヤ送給装置）４６との間に敷設される線条体３８が、幾分弛んだ状態に置かれるように、線条体３８の長さが設定されている。この基準姿勢Ｉから、例えば前腕部１８に対して第１手首要素２２を一方向へ９０度だけ回転させた姿勢ＩＩ（図４（ｂ））では、回転に伴い線条体３８に捻りが生じてその弛みが吸収される。同様に、基準姿勢Ｉから第１手首要素２２を反対方向へ９０度だけ回転させた姿勢ＩＩＩ（図４（ｃ））でも、回転に伴い線条体３８に逆の捻りが生じてその弛みが吸収される。したがって、このような手首部２０の動作の間は、線条体３８の変位挙動が比較的小さいものとなっている。
【００４０】
また、図５に示すように、上記した基準姿勢Ｉ（図５（ａ））から、第１手首要素２２に対して第２手首要素２４を一方向へ９０度だけ回転させた姿勢ＩＶ（図５（ｂ））では、回転に伴い線条体３８に曲げが生じてその弛みが吸収される。同様に、基準姿勢Ｉから第２手首要素２４を反対方向へ９０度だけ回転させた姿勢Ｖ（図５（ｃ））でも、回転に伴い線条体３８に曲げが生じてその弛みが吸収される。このような手首部２０の動作の間は、線条体３８が手首第２軸線Ｊ５の近傍で曲げられるので、線条体３８の変位挙動は比較的大きくなる。また、図示しないが、上記した基準姿勢Ｉ（図５（ａ））から、第２手首要素２４に対して第３手首要素２６を回転させる場合は、線条体３８の変位挙動は、図４に示す変位挙動と同様のものとなる。
【００４１】
ロボット１０は、上記したような手首部２０の動作に加えて、上腕部１６及び前腕部１８が多彩に動作する。したがって、アーム動作中のツール管理中継装置（ワイヤ送給装置）４６とロボット１０の周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置４６の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減する目的で、ツール管理中継装置４６と前腕部１８との間に形成される隙間を可及的に削減した状態で、ツール管理中継装置４６を関節（腕部第３軸線Ｊ３）の近傍に設置する構成（図１）を採用している。これに加えて、ロボット１０では、既述の従来技術における線条体交換作業に関連する問題を解決するための、以下の特徴的構成を採用している。
【００４２】
すなわち、図１及び図６に示すように、ロボット１０は、ツール管理中継装置４６を、その接続部４４が前腕部１８の貫通路３４の後端開口に隣接して配置される第１位置（図１に示す位置）と、接続部４４が貫通路３４の後端開口から離隔して配置される第２位置（図６に示す位置）との間で、移動可能に担持する搭載機構６８を備えている。搭載機構６８は、ツール管理中継装置４６を、第１位置で前腕部１８に解除可能に固定するとともに、第２位置で前腕部１８に静止可能に担持するように構成される。
【００４３】
このような構成を有するロボット１０によれば、アーム動作中は、ツール管理中継装置４６を第１位置に固定することで、ツール管理中継装置４６とロボット１０の周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置４６の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減することができる。そして、線条体３８を交換する際には、ツール管理中継装置４６を第２位置に移動することで、ツール管理中継装置４６と前腕部１８との間に、作業者が線条体３８を接続部４４から分離する作業を円滑に遂行するに十分な空間を確保することができる。したがって、ロボット１０では、アーム動作を繰り返す間に曲げや捻りにより劣化や損傷を生じ得る線条体３８を、所望時期に、又は定期的に、容易に交換できるので、ロボットの安全管理を適切に実行することができる。
【００４４】
特にロボット１０は、前腕部１８の貫通路３４が、手首第１軸線Ｊ４に平行（好ましくは同軸）に配置されていて、手首部２０がその一部分に、貫通路３４に連通して線条体３８を受容する内部空間３６を少なくとも部分的に有する構成であるから、線条体３８の長さを可及的に削減して、アーム動作に伴う線条体３８の、前腕部１８及び手首部２０内での変位挙動を、効果的に抑制することができる。しかも、ツール管理中継装置４６の重心を手首第１軸線Ｊ４上に配置することができるので、アーム構造の所期のバランスを維持して、ツール管理中継装置４６自体の慣性やロボット周辺機器との干渉がアーム動作に影響を及ぼす危惧を、確実に排除できる。このように、ロボット１０は、アーム動作中のツール管理中継装置４６とロボット周辺構造物との干渉を防止するとともに、ツール管理中継装置４６の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減でき、しかも、線条体３８の交換作業を円滑に遂行してロボット１０の安全管理を適切に実行できる、信頼性に優れたものとなる。
【００４５】
次に、搭載機構６８の具体的構成例を説明する。図１、図２（ａ）、図６及び図７（ａ）に示すように、搭載機構６８は、ツール管理中継装置４６を第１位置（図１、図２）と第２位置（図６、図７）との間で案内する案内部７０と、案内部７０と協働してツール管理中継装置４６を第１位置に解除可能に固定する固定部７２とを備える。このような構成によれば、案内部７０の作用により、前腕部１８上でツール管理中継装置４６を、第１位置と第２位置との間で誰でも容易かつ正確に移動させることができるので、線条体３８の交換作業に要する時間が短縮される。また、固定部７２の作用により、ツール管理中継装置４６を前腕部１８上の第１位置に常に正確に位置決めして固定できるので、線条体３８の変位挙動を含むロボット１０の動作の再現性を高めることができ、以って、シミュレーションによるプログラミングの精度を向上させることができる。
【００４６】
上記構成において、案内部７０は、ツール管理中継装置４６に設けられ、第１位置（図１）と第２位置（図６）との間のツール管理中継装置４６の移動方向に平行な方向へ長軸を配置する長穴７４を含むことができる。この構成では、長穴７４に摺動係合可能な突起（図示せず）を前腕部１８に設け、突起が長穴７４の長軸方向両端縁に係合する位置をそれぞれ、ツール管理中継装置４６の第１位置及び第２位置とすることで、ツール管理中継装置４６を第１位置及び第２位置のそれぞれに容易かつ正確に位置決めできる。しかも、第１位置と第２位置との間の距離を、長穴７４の寸法によって正確に設定できる。長穴７４によって規定される第１位置と第２位置との間の距離は、例えば５０ｍｍ以上であることが好ましく、線条体３８の分離作業の内容に応じて、最適な寸法に設定できる。なお、ツール管理中継装置４６を第２位置に配置した状態では、長穴７４の端縁に突起が係合することによりツール管理中継装置４６が静止支持されることに加えて、ツール管理中継装置４６の重量を、長穴７４と突起との係合によって安定支持できることが肝要である。
【００４７】
また、上記構成において、固定部７２は、長穴７４に摺動係合可能に挿通されて、前腕部１８の所定箇所に設けた雌ねじ部（図示せず）に螺着されるボルト７６を含むことができる。この場合、ツール管理中継装置４６を第１位置に配置したときに、ボルト７６を前腕部１８の雌ねじ部に強固に締め付けることで、ツール管理中継装置４６を第１位置に安定して強固に固定する構成とすることができる。また、ツール管理中継装置４６を第１位置から第２位置へ移動する際には、ボルト７６を適当に緩めればよい。このとき、ボルト７６を前腕部１８の雌ねじ部に部分的に螺着した状態を維持すれば、ボルト７６が長穴７４に摺動係合する突起として作用して、ツール管理中継装置４６を第１位置と第２位置との間で正確に案内することができる。
【００４８】
さらに、上記構成において、固定部７２は、長穴７４から独立してツール管理中継装置４６に設けられる通し穴７８（図６）と、通し穴７８に挿通されて、前腕部１８の所定箇所に設けた雌ねじ部（図示せず）に螺着される第２のボルト８０（図１）とを含むことができる。この構成では、長穴７４に挿通したボルト７６と共に、通し穴７８に挿通したボルト８０を前腕部１８の雌ねじ部に強固に締め付けることで、ツール管理中継装置４６を第１位置に、一層安定して強固に固定できる。また、ツール管理中継装置４６を第１位置から第２位置へ移動する際には、ボルト８０を脱離すればよい。この場合、長穴７４とボルト７６との位置関係に関わらず、ツール管理中継装置４６における通し穴７８の位置と前腕部１８における対応の雌ねじ部の位置とによって、第１位置を規定することができる。また、長穴７４に挿通されるボルト７６の代わりに、前述した単純構造の突起を採用することもできる。
【００４９】
搭載機構６８はさらに、ツール管理中継装置４６に脱離可能に装着される取付部材８２を備えることができる。取付部材８２は、ツール管理中継装置４６と一体に第１位置と第２位置との間を移動できるように、ツール管理中継装置４６と前腕部１８との間に介在して、前腕部１８に取り付けられる。この構成によれば、ロボット１０に実行させる作業の変更に伴ってツール管理中継装置４６の種類が変更された場合（例えばワイヤ送給装置４６から後述するハンド制御器等の他の装置に交換された場合）にも、変更後のツール管理中継装置４６に取付部材８２を付け替えるだけで、搭載機構６８の構成自体は変更することなく、ツール管理中継装置４６を前腕部１８に適正に搭載できる。また、形状や寸法の異なる複数種類の取付部材８２を用意しておけば、前腕部１８に搭載される外面領域の形状が異なるツール管理中継装置４６であっても、対応形状の取付部材８２を選択して使用することで、前腕部１８に適正に搭載できる。
【００５０】
図６に示すように、取付部材８２は、手首第１軸線Ｊ４の方向に見て貫通路３４の後方に形成される前腕部１８の頂面８４に、摺動可能に支持することができる。図示の頂面８４は、腕部第３軸線Ｊ３と手首第１軸線Ｊ４との双方に平行な平面である。これに対応して、搭載機構６８は、ツール管理中継装置４６を第１位置（図１）と第２位置（図６）との間で、手首第１軸線Ｊ４に平行な方向へ直線移動可能に担持する。このような構成により、前腕部１８の貫通路３４の後端開口とツール管理中継装置４６との間に、ツール管理中継装置４６の最小の移動距離で最大の隙間を確保できる。ここで、ツール管理中継装置４６を第１位置から第２位置へ障害無く移動させるためには、ツール管理中継装置４６が第１位置に在るときに、所要の移動距離に応じた弛みを、予め線条体３８に与えておく必要があるが、上記構成により、そのような初期弛みを可及的に削減できる。なお、このような観点から、ツール管理中継装置４６を第１位置から第２位置へ移動させる際には、手首部２０を、図４及び図５に示す基準姿勢Ｉに配置することが有利である。
【００５１】
また、取付部材８２は、図７（ｂ）に示すように、前腕部１８の頂面８４に平行に延びる平坦な主部分８２ａと、主部分８２ａの一対の対向縁に沿って主部分８２ａに直交して延び、前腕部１８の両側面８６に摺動可能に接触する一対の側部分８２ｂとを有することができる。この構成によれば、取付部材８２が前腕部１８との摺動係合により第１位置と第２位置との間で正確に案内される。また、取付部材８２の側部分８２ｂに、前述した長穴７４や通し穴７８を形成するとともに、それに対応して前腕部１８の側面８６に、ボルト７６、８０を螺着する雌ねじ部を形成すれば、ツール管理中継装置４６を移動させる際の、作業者の手作業によるボルト操作が極めて容易になる。さらに、取付部材８２の一対の側部分８２ｂの双方に長穴７４や通し穴７８を形成するとともに、それに対応して前腕部１８の両側面にボルト７６、８０を螺着する雌ねじ部を形成することで、ツール管理中継装置４６に対する案内部７０の案内作用を一層安定化できるとともに、固定部７２の固定作用を一層強化することができる。なお、案内部７０及び固定部７２に関するこれらの部分修正は、取付部材８２を使用せずに、前腕部１８及びツール管理中継装置４６に直接に案内部７０及び固定部７２を形成する構成においても、同様に採用できる。
【００５２】
図８〜図１０は、上記した搭載機構６８の種々の変形例を示す。図８の変形例では、長軸をさらに延長した長穴７４´に対し、２個のボルト７６、８０が摺動係合可能に挿通されて、前腕部１８の対応の雌ねじ部に螺着されている。この場合、いずれか一方のボルト７６、８０を、単純構造の突起とすることもできる。また、図９の変形例では、長穴７４´の周縁の所定位置に、個々のボルト７６、８０が係合可能な一対のノッチ８８が設けられている。この構成では、両ボルト７６、８０が同時に対応のノッチ８８に係合した位置を、第１位置とすることで、搭載機構６８の位置決め機能を安定化することができる。また、図１０の変形例は、図６に示す通し穴７８を取付部材８２の主部分８２ａ（図７（ｂ））に形成して、前腕部１８の頂面８４（図７（ｂ））の所定位置に設けた雌ねじ部にボルト８０を螺着する構成を有する。
【００５３】
上記したいずれの構成においても、ボルト７６、８０の頭部を拡大してローレット等を設けることで、作業者が工具を用いずにボルト操作できるようにしたり、ボルト７６、８０にスタッドボルトを用いて、ツール管理中継装置４６に対する位置決め精度を向上させたりすることもできる。また、長穴７４や通し穴７８は、ツール管理中継装置４６ではなく、前腕部１８に設けることもできる。この場合、長穴を有さないツール管理中継装置４６に、ボルト７６、８０を螺着する雌ねじ部を設ければ良い。
【００５４】
図１１は、ロボット１０を含むロボットシステムの全体構成の第２例を概略で示す。この例では、ロボット１０はハンドリングロボットの構成を有する。この場合、ロボット１０においては、作業ツール２８として、手首部２０の第３手首要素２６にハンド２８が装着されるとともに、ツール管理中継装置４６として、前腕部１８にハンド制御器（例えば電磁弁ボックス）４６が搭載される。また、ロボット１０の外部に設置されるロボットコントローラ３０は、ロボット制御ケーブル４８を介してロボット１０に接続される一方で、ハンド制御ケーブル９０を介してハンド制御器４６に接続される。さらに、ハンド制御器４６には、ロボット１０の外部に設置される作動空気（又は真空）供給源９２が、エア配管９４を介して接続される。
【００５５】
ロボット１０に敷設される線条体３８は、ハンド２８に作動空気（又は真空）を供給するエア配管（図示せず）と、ハンド２８に制御信号を送る信号線（図示せず）とを含み、これら専用の配線・配管類を外被６６（図１、図２）に収容した複合管の構成を有する。なお、ハンド２８は、空気駆動式のグリッパや真空吸着カップを備えることができる。
【００５６】
上記システム構成において、ハンド制御器４６は、ハンド制御ケーブル９０を介してロボットコントローラ３０から指令が与えられると、例えば内蔵する電磁弁を作動して、エア配管９４を介して与えられる作動空気（又は真空）を、線条体３８のエア配管に中継してハンド２８に供給する。なお、ハンド制御ケーブル９０及び線条体３８の信号線は、ハンド２８による適正な把持（又は吸着）を確認するための帰還信号をロボットコントローラ３０に送るためにも使用できる。このようにして、ロボット１０は、ロボットコントローラ３０の指令の下で、ロボット１０すなわちハンド２８の多彩な動作により、ワーク（図示せず）に対し指定されたハンドリング作業を実行する。
【００５７】
上記システム構成においても、ハンドリングロボット１０は、前述した搭載機構６８を備えることにより、アーム動作中のハンド制御器４６とロボット周辺構造物との干渉を防止するとともに、ハンド制御器４６の慣性がアーム動作に及ぼす影響を低減でき、しかも、線条体３８の交換作業を円滑に遂行してロボット１０の安全管理を適切に実行できる、信頼性に優れたものとなる。このように、本発明は、ロボットシステムの構成（すなわちロボットの作業形態）が相違する場合にも、同一の手法によって共通課題を解決するものである。なお、前述した２つのシステム構成例では、ロボット１０に敷設される線条体３８は、複数の配線・配管類を束ねた複合管の構成を有するが、これに限らず、単一の配線又は配管からなる線条体３８を敷設する構成においても、本発明を有効に適用できる。
【００５８】
図１２〜図１４は、上記構成を有するロボット１０における、ツール管理中継装置４６の接続部４４の幾つかの具体的構成例を示す。図１２の接続部４４は、接続部４４に設けた雌コネクタ９６に対し、線条体３８の線端に設けた雄コネクタ９８を脱離自在に結合するコネクタ型の結合構造を有する。この種の接続部４４は、前述したアーク溶接ロボットのように、溶接ケーブルやアシストガス等のための複数の配線・配管類をまとめて接続部４４に脱離自在に接続する場合に、好適に使用できる。この構成では、ツール管理中継装置４６に対して線条体３８を着脱する際に、例えば雄コネクタ９８の結合用ねじ９８ａを手動操作する必要がある。したがって、前述した搭載機構６８の作用により、線条体３８の交換時にツール管理中継装置４６を第２位置に移動させることが有効である。
【００５９】
また、図１３の接続部４４は、筒状の接続部４４に対し、線条体３８の線端に設けたピン１００を脱離自在に結合するピン型の結合構造を有する。この種の接続部４４は、例えば前述したアーク溶接ロボットでは、溶接ケーブルの配管のみを接続部４４に脱離自在に接続する場合に、好適に使用できる。この構成では、ツール管理中継装置４６に対して線条体３８を着脱する際に、例えば接続部４４に設けた止めねじ１０２を手動操作する必要がある。したがって、前述した搭載機構６８の作用により、線条体３８の交換時にツール管理中継装置４６を第２位置に移動させることが有効である。
【００６０】
また、図１４の接続部４４は、筒状の接続部４４に対し、線条体３８の線端に設けたグロメット（図示せず）を脱離自在に結合するグロメット型の結合構造を有する。この種の接続部４４は、例えば前述したハンドリングロボットにおいて、エア配管や信号線を接続部４４に脱離自在に接続する場合に、好適に使用できる。この構成では、ツール管理中継装置４６に対して線条体３８を着脱する際に、まずツール管理中継装置（ハンド制御器）４６の内部で端子類に接続された配線類を取り外し、次いで接続部４４に結合したグロメットを緩めて線条体３８を接続部４４から引き抜く必要がある。したがって、前述した搭載機構６８の作用により、線条体３８の交換時にツール管理中継装置４６を第２位置に移動させることが有効である。
【００６１】
なお、上記したいずれの構成を有する接続部４４についても、ツール管理中継装置４６を第１位置に配置したとき（すなわちロボット１０が種々の作業を実行するとき）に、接続部４４が前腕部１８の貫通路３４の中に受容される程度に、前腕部１８とツール管理中継装置４６との間の隙間を削減することが、アーム動作に及ぼす影響を可及的に低減する観点で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態によるロボットの主要部の正面図である。
【図２】図１のロボット主要部の（ａ）平面図、及び（ｂ）側面図である。
【図３】図１のロボットを含むロボットシステムの全体構成の一例を概略で示す図である。
【図４】図１のロボットにおいて、手首部の動作に伴って変位する線条体の挙動の一例を示す図で、（ａ）基準姿勢、（ｂ）＋９０度回転姿勢、及び（ｃ）−９０度回転姿勢での挙動を、それぞれ示す。
【図５】図１のロボットにおいて、手首部の動作に伴って変位する線条体の挙動の他の例を示す図で、（ａ）基準姿勢、（ｂ）＋９０度回転姿勢、及び（ｃ）−９０度回転姿勢での挙動を、それぞれ示す。
【図６】図１のロボット主要部を、第２位置で示す正面図である。
【図７】図６のロボット主要部の（ａ）平面図、及び（ｂ）主要部品を抽出して示す一部分の側面図である。
【図８】図１のロボットに組み込まれる搭載機構の変形例を示す図である。
【図９】図１のロボットに組み込まれる搭載機構の他の変形例を示す図で、（ａ）ツール管理中継装置の搭載時の図、及び（ｂ）ツール管理中継装置の単体の図である。
【図１０】図１のロボットに組み込まれる搭載機構のさらに他の変形例を示す図である。
【図１１】図１のロボットを含むロボットシステムの全体構成の他の例を概略で示す図である。
【図１２】図１のロボットに搭載されるツール管理中継装置の接続部の具体的構成例を示す図である。
【図１３】図１のロボットに搭載されるツール管理中継装置の接続部の他の具体的構成例を示す図である。
【図１４】図１のロボットに搭載されるツール管理中継装置の接続部のさらに他の具体的構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    ロボット
１８    前腕部
２０    手首部
２２    第１手首要素
２４    第２手首要素
２６    第３手首要素
２８    作業ツール
３０    ロボットコントローラ
３４    貫通路
３６、４０、４２    内部空間
３８    線条体
４４    接続部
４６    ツール管理中継装置
６８    搭載機構
７０    案内部
７２    固定部
７４、７４´    長穴
７６、８０    ボルト
７８    通し穴
８２    取付部材
【図１】
2008229762.tif 000003
【図２】
2008229762.tif 000004
【図３】
2008229762.tif 000005
【図４】
2008229762.tif 000006
【図５】
2008229762.tif 000007
【図６】
2008229762.tif 000008
【図７】
2008229762.tif 000009
【図８】
2008229762.tif 000010
【図９】
2008229762.tif 000011
【図１０】
2008229762.tif 000012
【図１１】
2008229762.tif 000013
【図１２】
2008229762.tif 000014
【図１３】
2008229762.tif 000015
【図１４】
2008229762.tif 000016