(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームの先端側面でＡ軸回りに回動する第１ケースと、該第１ケースの端部でＢ軸回りに回動する第２ケースと、該第２ケースの端部でＣ軸回りに回動する中心軸と、該中心軸の端部に装着された塗装ガンと、から構成されたロボット手首機構において、
互いに交差する前記Ａ、Ｂ、及びＣ軸の中心線に沿って延在し、互いに連通する空間を、前記第１ケースと前記第２ケースと前記中心軸との内部に設け、
前記空間に連通する開口を、前記第１ケースと前記第２ケースとに設け、
前記Ａ軸の空間に連通するチューブ挿通孔を、前記第１ケースが設けられた前記アームの先端側面とは反対の側面に設け、
前記チューブ挿通孔から前記空間へ挿通させたチューブの端部を前記塗装ガンに接続させたことを特徴とするロボット手首機構。
【請求項２】
アームの先端側面でＡ軸回りに回動する第１ケースと、該第１ケースの端部でＢ軸回りに回動する第２ケースと、該第２ケースの端部でＣ軸回りに回動する中心軸と、該中心軸の端部に装着された塗装ガンと、から構成されたロボット手首機構において、
前記第１ケース内に、第１、２、３及び４のパイプからなり、接合部分でそれぞれが連通した第１の十字状パイプを収納するとともに、前記第１のパイプが前記Ａ軸方向に延在して、前記第１ケースが設けられた前記アームの先端側面とは反対の側面に開口するよう前記アームに挿入し、前記第２のパイプが前記Ｂ軸方向に延在するように設け、前記第３及び４のパイプが前記第１ケースの外側に開口するように設け、
前記第２ケース内に、第５、６、７及び８のパイプからなり、接合部分でそれぞれが連通した第２の十字状パイプを収納するとともに、前記第５及び６のパイプが前記第２ケースの外側に開口するように設け、前記第７のパイプを前記中心軸の内部空間に挿入し、前記第８のパイプと前記第２のパイプとを回動自在に嵌合させたことを特徴とするロボット手首機構。
【請求項３】
請求項１または２記載のロボット手首機構を備えたことを特徴とする塗装用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボット手首機構に係り、特に手首機構に支持された治具に接続されたチューブを配設するのに好適なロボット手首機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動化された塗装ラインに設置される塗装用ロボットには、主にプレイバック形の多関節ロボットが使用されている。この種の塗装用ロボットは、水平方向に延在する第２アームの先端に取り付けられた手首機構に塗装ガンが支持されており、アームの動作と共に塗装ガンをティーチングされた通りに移動させてワークへの塗装作業を行う。
【０００３】
手首機構は、互いに直交するように交差するＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向の各回転力が伝達されて駆動され、３次元動作を行うことができるので、塗装ガンの塗装方向を自在に変えることができる。
また、塗装用ロボットでは、塗料供給ユニットあるいはアームに設置された色替ユニットから引き出された塗料チューブ及び空気チューブを塗装ガンに接続しなければならない。すなわち、塗装用ロボットの場合、塗料供給ユニットのポンプにより送液された塗料及び圧縮空気を塗装ガンに供給するための塗料チューブ及び空気チューブがアームに沿って配設されている。そして、塗料チューブ及び空気チューブは、手首機構の３次元動作を妨げないようにするため、大きく撓ませた状態で塗装ガンに接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のロボット手首機構では、塗料チューブ及び空気チューブが手首機構の外側に大きく膨らんだ状態に配設されているため、外観上見苦しく、且つチューブが周囲の機器に接触しやすいので、チューブが周囲の機器に引っ掛かり無理な力が作用して破損するおそれがある。
【０００５】
また、チューブを手首機構の内部に挿通させることが考えられているが、各軸やギヤ等が内蔵されているので、手首機構の内部にチューブが捩じれないように収納することが難しかった。しかも、手首機構の内部でチューブが破損した場合、破損箇所を特定できないばかりか手首機構の内部に塗料が充満してギヤや軸受の抵抗が増大して駆動できなくなるといった問題が生ずる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題を解決したロボット手首機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、アームの先端側面でＡ軸回りに回動する第１ケースと、該第１ケースの端部でＢ軸回りに回動する第２ケースと、該第２ケースの端部でＣ軸回りに回動する中心軸と、該中心軸の端部に装着された塗装ガンと、から構成されたロボット手首機構において、互いに交差する前記Ａ、Ｂ、及びＣ軸の中心線に沿って延在し、互いに連通する空間を、前記第１ケースと前記第２ケースと前記中心軸との内部に設け、前記空間に連通する開口を、前記第１ケースと前記第２ケースとに設け、前記Ａ軸の空間に連通するチューブ挿通孔を、前記第１ケースが設けられた前記アームの先端側面とは反対の側面に設け、前記チューブ挿通孔から前記空間へ挿通させたチューブの端部を前記塗装ガンに接続させたことを特徴とするものである。
或いは、アームの先端側面でＡ軸回りに回動する第１ケースと、該第１ケースの端部でＢ軸回りに回動する第２ケースと、該第２ケースの端部でＣ軸回りに回動する中心軸と、該中心軸の端部に装着された塗装ガンと、から構成されたロボット手首機構において、前記第１ケース内に、第１、２、３及び４のパイプからなり、接合部分でそれぞれが連通した第１の十字状パイプを収納するとともに、前記第１のパイプが前記Ａ軸方向に延在して、前記第１ケースが設けられた前記アームの先端側面とは反対の側面に開口するよう前記アームに挿入し、前記第２のパイプが前記Ｂ軸方向に延在するように設け、前記第３及び４のパイプが前記第１ケースの外側に開口するように設け、前記第２ケース内に、第５、６、７及び８のパイプからなり、接合部分でそれぞれが連通した第２の十字状パイプを収納するとともに、前記第５及び６のパイプが前記第２ケースの外側に開口するように設け、前記第７のパイプを前記中心軸の内部空間に挿入し、前記第８のパイプと前記第２のパイプとを回動自在に嵌合させたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、本発明によれば、チューブが回転軸の中心線に沿って延在する空間に挿通され、空間に連通する開口がケース外側に設けられているので、チューブの挿通作業が容易に行えると共に、手首機構の内部に挿通されたチューブが破損してもケース外側の開口から破損箇所を確認でき、チューブ交換作業も容易に行える。また、チューブから液が漏出しても空間内に充満するだけなので、軸受やギヤの抵抗が増大しないようにできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明になるロボット手首機構の一実施例が適用された塗装用ロボットの斜視図である。
【００１０】
塗装用ロボット１は、塗装エリア２内に設置されており、被塗装物が搬送されると、予めティーチングされた塗装動作を行うプレイバック形の多関節ロボットである。塗装用ロボット１は、大略、基台３と、基台３上でＡ軸回りに旋回する旋回ベース４と、旋回ベース４上で起立しＢ軸回りに揺動する第１アーム５と、第１アーム５の上端から水平方向に延在しＣ軸回りに揺動する第２アーム６と、第２アーム６の先端に設けられた手首機構７とよりなる。
【００１１】
また、旋回ベース４のブラケット４ａには、第１アーム５を駆動する第１アーム駆動モータ８が取り付けられ、第２アーム６の回動軸中心には第２アーム６を駆動する第２アーム駆動モータ９が取り付けられている。
本実施例の場合、手首機構７の先端には塗装ガン１５が取り付けられている。塗装ガン１５は、第１アーム５及び第２アーム６の揺動により所定の塗装高さ位置に移動し、手首機構７により塗料噴射方向が変更される。
【００１２】
手首機構７は、第２アーム６の先端側面にＡ軸回りに回動する第１ケース１０と、第１ケース１０の端部でＢ軸回りに回動する第２ケース１１と、第２ケース１１の端部でＣ軸回りに回動する中心軸１２とよりなる。ケース１０，１１及び中心軸１２は、第２アーム６の基端部に取り付けられた手首駆動用モータユニット１３内の各モータにより個別に駆動される。そして、各モータの回転駆動力は、第２アーム６及び手首機構７の内部に設けられた伝達機構（図１では隠れて見えない）を介して手首機構７のケース１０，１１及び中心軸１２に伝達される。
【００１３】
中心軸１２は端部にブラケット１４を支持するフランジ１２ａを有し、ブラケット１４の端部には塗装ガン１５が装着されている。この塗装ガン１５は圧縮空気の圧力により塗料を霧化して被塗装物に吹き付ける構成であるので、塗装ガン１５には、塗料供給ユニットあるいは色替ユニット（共に図示せず）から引き出された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が接続されている。この塗料チューブ１６及び空気チューブ１７は、第２アーム６に沿ってアーム長手方向に装架されており、後述するように第２アーム６の先端側面に設けられたチューブ挿通孔１８（図２参照）から手首機構７の内部に挿通されている。
【００１４】
また、手首機構７の中心軸１２から引き出された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７の端部は、塗装ガン１５に接続されている。
次に、本発明の要部である手首機構７の内部構成について、図２を参照して説明する。
【００１５】
第２アーム６の先端部には、Ａ軸を中心として回動する中空状の軸２１，２２，２３が同軸的に設けられている。各軸２１，２２，２３は、筒状に形成されており、外側軸２１の内部空間に中間軸２２が挿通され、中間軸２２の内部空間に中心軸２３が挿通されている。外側軸２１は、第２アーム６の側面に保持された軸受２４により軸承されており、中間軸２２は外側軸２１の内周に嵌合された軸受２５により軸承されている。そして、中心軸２３は中間軸２２の内周に嵌合された軸受２６により軸承されている。
【００１６】
また、各軸２１，２２，２３の一端には、プーリ２７，２８，２９が取り付けられており、各プーリ２７，２８，２９にはタイミングベルト３０，３１，３２が巻き掛けされている。そして、タイミングベルト３０，３１，３２は、夫々第２アーム６の基端部に取り付けられた手首駆動用モータユニット１３内の各モータにより個別に駆動される。
【００１７】
外側軸２１の他端は第１ケース１０に固着されており、第１ケース１０と一体に回動する。すなわち、第１ケース１０は、タイミングベルト３０を介してプーリ２７が回動すると、外側軸２１が駆動されるため、外側軸２１を駆動軸として回動する。
【００１８】
また、中間軸２２，中心軸２３の他端には、傘歯車３３，３４が取り付けられている。さらに、中心軸２３の一端は、第２アーム６の先端側面に設けられた孔６ａに挿通され、チューブ挿通孔１８として開口している。そのため、中心軸２３の内部空間２３ａは、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を挿通するためのチューブ挿通路となる。
【００１９】
第１ケース１０は外周に、Ａ軸を中心とする開口１０ａと、Ｂ軸を中心とする開口１０ｂとが設けられている。そして、第１ケース１０の内部には、開口１０ａに挿通されてＡ軸方向に延在する第１のパイプ３５と、開口１０ｂに挿通されてＢ軸方向に延在する第２のパイプ３６とがＬ字状に組み合わされた第１空間部材３７が取り付けられている。第１のパイプ３５の内部空間３５ａと第２のパイプ３６の内部空間３６ａとは、互いに交差しているため、互いに連通されており、後述するようにメンテナンス用通路として機能する。
【００２０】
第１のパイプ３５の一端は、開口１０ａを介して第１ケース１０の外部に連通されており、第２のパイプ３６の一端は、開口１０ｂを介して第１ケース１０の外部に連通されている。そのため、第１ケース１０の外部からパイプ３５，３６の内部空間３５ａ，３６ａを点検することができる。
【００２１】
また、Ａ軸方向のパイプ３５の他端には、上記中心軸２３が回転可能に挿入されている。そして、中心軸２３の外周には、パイプ３５との間をシールするシール部材３８が嵌合している。
また、Ｂ軸方向のパイプ３６の他端には、Ｂ軸方向に延在する中心軸３９が回転可能に挿入されている。そして、中心軸３９の外周には、パイプ３６との間をシールするシール部材４０が嵌合している。
【００２２】
この中心軸３９は中空状のパイプよりなり、一端がパイプ３６の内部空間３６ａに連通している。そして、中心軸３９の内部空間３９ａは、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を挿通するためのチューブ挿通路となる。
また、中心軸３９の外周には、軸受４１が嵌合しており、中心軸３９と同軸的に配設された外側軸４２が軸受４１の外周に嵌合している。そして、軸４２の外周は第１ケース１０に保持された軸受４３に嵌合して軸承されている。
【００２３】
中心軸３９の一端には、傘歯車３４に歯合する傘歯車４４が取り付けられ、外側軸４２の一端には、傘歯車３３に歯合する傘歯車４５が取り付けられている。また、中心軸３９の他端は、傘歯車４６が取り付けられており、第２ケース１１内に挿入されている。外側軸４２の他端は、第２ケース１１に固着されている。
【００２４】
そのため、第２ケース１１は、タイミングベルト３１を介してプーリ２８が回動すると、中間軸２２が駆動されるため、中間軸２２の傘歯車３３に歯合する傘歯車４５を介して外側軸４２が駆動される。よって、第２ケース１１は外側軸４２を駆動軸として回動する。
【００２５】
第２ケース１１は外周に、Ｂ軸を中心とする開口１１ａと、Ｃ軸を中心とする開口１１ｂとが設けられている。そして、第２ケース１１の内部には、開口１１ａに挿通されてＢ軸方向に延在する第１のパイプ４７と、開口１１ｂに挿通されてＣ軸方向に延在する第２のパイプ４８とがＬ字状に組み合わされた第２空間部材４９が取り付けられている。尚、第１のパイプ４７の内部空間４７ａと第２のパイプ４８の内部空間４８ａとは、互いに交差しているため、互いに連通されている。
【００２６】
第１のパイプ４７の一端は、開口１１ａを介して第２ケース１１の外部に連通されており、第２のパイプ４８の一端は、開口１１ｂを介して第２ケース１１の外部に連通されている。そのため、第２ケース１１の外部からパイプ４７，４８の内部空間４７ａ，４８ａを点検することができる。
【００２７】
また、Ｃ軸方向のパイプ４８の他端には、上記中心軸１２が回転可能に挿入されている。そして、中心軸１２の外周には、パイプ４８との間をシールするシール部材５０が嵌合している。
また、中心軸１２は中空状のパイプよりなり、第２ケース１１に保持された軸受５１により軸承されている。中心軸１２の一端は、塗装ガン１５のブラケット１４に連結されるフランジ１２ａを有し、他端はＣ軸方向のパイプ４８に挿入されており、中心軸１２を軸方向（Ｃ軸方向）に貫通する内部空間１２ｂは塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を挿通するためのチューブ挿通路となる。
【００２８】
さらに、中心軸１２には、傘歯車４６に歯合する傘歯車５２が取り付けられている。そのため、中心軸１２は、タイミングベルト３２を介してプーリ２９が回動すると、中心軸２３が駆動されるため、傘歯車３４，４４を介して中心軸３９が駆動され、さらに傘歯車４５，５２を介して中心軸１２が駆動される。よって、塗装ガン１５は中心軸１２を駆動軸としてＣ軸回りに回動する。
【００２９】
上記構成とされた手首機構７では、第２アーム６の側面に沿って装架された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が第２アーム６の先端側面に開口するチューブ挿通孔１８に引き込まれ、Ａ軸方向に延在する中心軸２３の内部空間２３ａに挿通され、第１ケース１０内に組み込まれた空間部材３７の内部空間３５ａ，３６ａでＢ方向に折曲され、Ｂ方向に延在する中心軸３９の内部空間３９ａに挿通される。
【００３０】
さらに、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７は、中心軸３９の内部空間３９ａから第２ケース１１内に組み込まれた空間部材４９の内部空間４７ａ，４８ａでＣ方向に折曲され、Ｃ方向に延在する中心軸１２の内部空間１２ｂに挿通される。そして、中心軸１２の内部空間１２ｂから引き出された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７は、塗装ガン１５に接続される。
【００３１】
このように、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が手首機構７の内部に挿通されて塗装ガン１５に接続される構成とすることにより、従来のようにチューブを手首機構７の動作を妨げないように大きく撓ませる必要がなく、外観的にもすっきりとしたデザインにできる。また、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が手首機構７の内部に収納されることにより、周囲の機器に引っ掛かることがなく、チューブ損傷事故が防止されている。
【００３２】
また、手首機構７のケース１０，１１の外側には、空間部材３７，４９の内部空間３５ａ，３６ａ、４７ａ，４８ａが開口しているため、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を直交方向に曲げて挿通させる際に外部から操作しやすく、容易に塗料チューブ１６及び空気チューブ１７を互いに直交する方向に延在する各内部空間２３ａ，３９ａ，１２ｂに容易に挿通させることができるので、チューブ挿通作業を能率良く行うことができる。
【００３３】
また、塗料チューブ１６及び空気チューブ１７は、手首機構７の各中心軸２３，３９，１２内に挿通されており、且つ各中心軸２３，３９，１２が回動可能に取り付けられているため、手首機構７が動作しても塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が捩じれたり、擦られたりすることがない。そのため、手首機構７が動作しても内部に挿通された塗料チューブ１６及び空気チューブ１７が損傷しにくい構成となっており、各チューブの耐久性が高められている。
【００３４】
また、手首機構７の内部で塗料チューブ１６又は空気チューブ１７が破損して塗料又は空気が漏出した場合、漏出した塗料又は空気はその破損箇所の近い場所で開口する空間部材３７，４９の内部空間３５ａ，３６ａ、４７ａ，４８ａから外部に排出される。
【００３５】
そのため、手首機構７の内部に塗料チューブ１６から漏出した塗料により軸受やギヤの抵抗が増大して動作不能となることが防止され、しかも漏出した塗料又は空気が排出される内部空間３５ａ，３６ａ、４７ａ，４８ａからチューブ破損箇所を特定することができる。よって、塗料チューブ１６又は空気チューブ１７が破損した場合、破損箇所が容易に分かるので、チューブ交換作業が簡単に行える。
【００３６】
図３は本発明の変形例の縦断面図である。尚、図２と同一部分には、同一    符号を付してその説明を省略する。
６１は第１ケース１０内に収納された第１の十字パイプで、互いに直交する４方向に延在する第１〜４パイプ６２〜６５を十字状に接合させたものであり、各パイプ６２〜６５を貫通する内部空間６２ａ〜６５ａは夫々接合部分で連通されている。
【００３７】
十字パイプ６１のＡ1 方向に延在する第１パイプ６２は中心軸２３の内部空間２３ａに挿入され、Ｂ1 方向に延在する第２パイプ６３は中心軸３９の内部空間３９ａに挿入され、Ａ2 方向に延在する第３パイプ６４は開口１０ａに挿入されて第１ケース１０の外側に開口し、Ｂ2 方向に延在する第４パイプ６５は開口１０ｂに挿入されて第１ケース１０の外側に開口している。
【００３８】
６６は第２ケース１１内に収納された第２の十字パイプで、互いに直交する４方向に延在する第１〜４パイプ６７〜７０を十字状に接合させたものであり、各パイプ６７〜７０を貫通する内部空間６７ａ〜７０ａは夫々接合部分で連通されている。
【００３９】
十字パイプ６６のＣ1 方向に延在する第１パイプ６７は開口１１ｂに挿入され、Ｂ1 方向に延在する第２パイプ６８は開口１１ａに挿入され、Ｃ2 方向に延在する第３パイプ６９は中心軸１２の内部空間１２ａに挿入され、Ｂ2 方向に延在する第４パイプ７０は十字パイプ６１の第２パイプ６３が挿入されている。
【００４０】
そして、第１十字パイプ６１の第２パイプ６３は、第２十字パイプ６６の第４パイプ７０に回動自在に嵌合されているため、第１ケース１１をＢ軸回りに駆動する際には、第１十字パイプ６１の第２パイプ６３と第２十字パイプ６６の第４パイプ７０とが相対的に回動して手首機構７の動作を妨げないように構成されている。
【００４１】
塗料チューブ１６又は空気チューブ１７は第２アーム６の側面から十字パイプ６１の第１パイプ６２に挿入された後、Ｂ方向に折曲されて第２パイプ６３及び十字パイプ６６の第４パイプ７０に挿通された後、Ｃ方向に折曲されて十字パイプ６６の第３パイプ６９に挿通される。
【００４２】
さらに、十字パイプ６６の第３パイプ６９から引き出された塗料チューブ１６又は空気チューブ１７は塗装ガン１５に接続されている。
この変形例の場合、手首機構７の各軸に第１十字パイプ６１及び第２十字パイプ６６の各パイプが挿通されているので、手首機構７の各軸が回転駆動されても各チューブ１６，１７が擦られないため、各チューブ１６，１７の摩耗が減少して各チューブ１６，１７の寿命を延ばすことができる。
【００４３】
尚、上記実施例では、中空パイプを使用して各チューブ１６，１７を挿通するための内部空間を形成したが、これに限らず、手首機構７の各軸の中心線に沿う空間が形成されていれば、各チューブ１６，１７が捩じられることなく手首機構７に内蔵することができるので、中空パイプ以外の部材を使用して各軸の中心線に沿う空間が形成するようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、チューブが回転軸の中心線に沿って延在する空間に挿通され、空間に連通する開口がケース外側に設けられているので、チューブの挿通作業が容易に行えると共に、手首機構の内部に挿通されたチューブが破損してもケース外側の開口から破損箇所を確認でき、チューブ交換作業も容易に行える。さらに、チューブが手首機構の外側に大きく撓ませる必要がなくなるため、外観的にもすっきりしたデザインになると共に、チューブが周辺機器に引っ掛かって破損することも防止できる。また、チューブから液が漏出しても空間内に充満するだけなので、軸受やギヤの抵抗が増大して手首機構が動作不可状態になることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるロボット手首機構の一実施例が適用された塗装用ロボットの斜視図である。
【図２】手首機構の内部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】手首機構の変形例の内部を拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  塗装用ロボット
５  第１アーム
６  第２アーム
７  手首機構
１０  第１ケース
１１  第２ケース
１２  中心軸
１３  手首駆動用モータユニット
１５  塗装ガン
１６  塗料チューブ
１７  空気チューブ
１８  チューブ挿通孔
２１  外側軸
２２  中間軸
２３  中心軸
２３ａ  内部空間
２７，２８，２９  プーリ
３０，３１，３２  タイミングベルト
３５  第１のパイプ
３６  第２のパイプ
３７  第１空間部材
３９  中心軸
３９ａ  内部空間
４７  第１のパイプ
４８  第２のパイプ
４９  第２空間部材
６１  第１の十字パイプ
６２〜６５  第１〜４パイプ
６６  第２の十字パイプ
６７〜７０  第１〜４パイプ
【図１】
0003873347.tif 000002
【図２】
0003873347.tif 000003
【図３】
0003873347.tif 000004