(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸回りに相対回転する旋回関節における第一の部材と第二の部材に跨って巻回されるケーブルの配線構造であって、
前記ケーブルは、複数の系統を有し、巻回方向を互いに逆として前記一軸に沿って螺旋状に交差して巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消すように配線されていることを特徴とするケーブルの配線構造。
【請求項２】
一軸回りに相対回転する屈曲関節における第一の部材と第二の部材に跨って巻回されるケーブルの配線構造であって、
前記ケーブルは、複数の系統を有し、巻回方向を互いに逆として前記一軸回りにα状に巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消すように配線されていることを特徴とするケーブルの配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブルの配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多関節ロボットに採用されるケーブルの配線構造であって、一軸回りに相対回転する第一の部材と第二の部材とに跨って巻回されるケーブルの配線構造として、以下の特許文献１、２に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、図８に簡略化して示すように、同軸に並設されて相対回転可能とされた第一の部材１０１及び第二の部材１０２と、これらの第一、第二の部材１０１，１０２に跨って（亘って）巻回されたケーブル１０３と、を備え、ケーブル１０３は、その一方側の端部が、第一の部材１０１の一方側の端部の周面に固定部材１０４により固定されると共に、その他方側の端部が第二の部材１０２の他方側の端部の周面に固定部材１０５により固定され、当該ケーブル１０３が、第一、第二の部材１０１，１０２に対して螺旋状に巻回されて成る技術が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、同軸に並設されて相対回転可能とされた第一の部材及び第二の部材（特許文献１の第一の部材１０１及び第二の部材１０２とほぼ同じ）と、これらの第一、第二の部材に跨って配設された一対のケーブル（長手体）と、を備え、一対のケーブルは、その一方側の端部同士が第一の部材の一方側の端部のほぼ同位置に固定されると共に、その他方側の端部同士が第二の部材の他方側の端部のほぼ同位置に固定され、さらに、各ケーブルは周方向にＵ字状且つ相互に逆方向に凸になるように湾曲して配置されると共に、各ケーブルの相互に対向する凸部の頂点部分を当接した状態で固定する保持具を有し、当該保持具が第一、第二の部材の相対回転に追従して周方向に移動し、これにより、軸線方向に沿うＵ字状に湾曲した凸部が周方向に移動する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１５９３０２号公報
【特許文献２】実開平７−３１２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１にあって、螺旋状を成すケーブル１０３には、巻回する前の元の真っ直ぐな状態に戻ろうとスプリングのように働く弾性力と、部材１０１，１０２との間の摩擦力とが作用するため、負荷トルクが発生し、また、例えば第二の部材１０２が第一の部材１０１に対して回転すると、図８に示すように、ケーブル１０３は、二点鎖線で示すケーブル１０３，１０３間の範囲で緩んだり、巻き付いたりするため、図９に示すように、回転角に応じて変化する負荷トルク（抵抗負荷）が発生することになり、この負荷トルクの分が装置のトルク損失となる。
【０００６】
また、特許文献２にあっては、各ケーブルを周方向にＵ字状且つ相互に逆方向に凸になるように湾曲して配置し、このような構成により、第一、第二の部材の相対回転時のトルク損失の低減が図られるとしているが、実際には、ケーブルの負荷トルクは減少せず、トルク損失の低減は図られない。
【０００７】
そして、このようにトルク損失があると、アクチュエータやバッテリーを大型のものにする必要があり、コスト高となってしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、トルク損失を大幅に低減できるケーブルの配線構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるケーブルの配線構造は、一軸回りに相対回転する旋回関節における第一の部材と第二の部材に跨って巻回されるケーブルの配線構造であって、ケーブルは、複数の系統を有し、巻回方向を互いに逆として前記一軸に沿って螺旋状に交差して巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消すように配線されていることを特徴としている。
【００１０】
このようなケーブルの配線構造によれば、複数の系統のケーブルが、複数の系統の弾性力を互いに打ち消すように配線されているため、総合弾性力としては中立な状態とされる。このため、負荷トルクをゼロ近くにすることが可能とされ、トルク損失を大幅に低減できる。具体的には、複数の系統のケーブルが、巻回方向を互いに逆として一軸に沿って螺旋状に交差して巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消されるようになる。
【００１１】
また、本発明によるケーブルの配線構造は、一軸回りに相対回転する屈曲関節における第一の部材と第二の部材に跨って巻回されるケーブルの配線構造であって、ケーブルは、複数の系統を有し、巻回方向を互いに逆として前記一軸回りにα状に巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消すように配線されていることを特徴としている。
【００１２】
このようなケーブルの配線構造によれば、複数の系統のケーブルが、複数の系統の弾性力を互いに打ち消すように配線されているため、総合弾性力としては中立な状態とされる。このため、負荷トルクをゼロ近くにすることが可能とされ、トルク損失を大幅に低減できる。具体的には、複数の系統のケーブルが、巻回方向を互いに逆として一軸回りにα状に巻回されることによって、複数の系統の弾性力が互いに打ち消されるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明によるケーブルの配線構造によれば、トルク損失を大幅に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るケーブルの配線構造の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。先ず、本発明に係るケーブルの配線構造が適用されるロボットの一例について説明する。
【００１５】
図６に示すように、ロボット１００は、多関節ロボットであり、このロボット１００は、旋回関節を構成する部材１，２，３，５，７を有すると共に、屈曲関節を構成する部材４，６，８を有する構成とされている。
【００１６】
ここでいう旋回関節とは、例えば、円柱状又は円筒状を成す部材を他の同軸の円柱状又は円筒状を成す部材に対して当該同軸回りに回転可能としたもので、屈曲関節とは、例えば、部材の端部を他の部材の端部に対して一軸を支点として揺動可能（一軸回りに回転可能）としたものである。
【００１７】
ここで、旋回関節の一例について図７を参照しながら簡単に説明する。図７にあっては、旋回関節を構成する第一、第二の部材４１，４２は、同軸に配置され、当該軸Ａ３回りにベアリング４４を介して相対回転可能とされている。このベアリング４４は、一個で構成される場合には、例えばクロスローラベアリングのように、ラジアル、スラスト両方向に位置決め可能なものが用いられる。また、第一、第二の部材４１，４２を各々回転駆動するためのアクチュエータ４５は、第一、第二の部材４１，４２との間に配設されている。
【００１８】
ワイヤーハーネス（ケーブル）４６は、第一、第二の部材４１，４２に跨って（亘って）配線されると共に、途中で分岐しアクチュエータ４５に結線されている。そして、このワイヤーハーネス４６は、第一、第二の部材４１，４２が相対回転すると捩れるため、引っ張られたり、負荷にならないように、図１の第一実施形態に示すように、螺旋状に巻回する構成が採用される。
【００１９】
図１は、本発明の第一実施形態に係る配線構造を示す斜視図であり、ここに示す第一、第二の部材１１，１２は、図６に示すロボット１００の旋回関節を構成する部材１，２，３，５，７に対応するものである。
【００２０】
この第一実施形態にあっては、第一、第二の部材１１，１２が円柱状又は円筒状とされ、同軸に配置されると共に当該軸（中心軸；一軸）Ａ１回りに相対回転可能とされ、これらの第一、第二の部材１１，１２に跨って巻回されるワイヤーハーネスが、二系統とされている。
【００２１】
実線で示される一方のワイヤーハーネス１３ａは、その一方側の端部が、第一の部材１１の一方側の端部の周面の図示上側に固定部材１４ａにより固定されると共に、その他方側の端部が、第二の部材１２の他方側の端部の周面の図示下側に固定部材１５ａにより固定され、また、点線で示される他方のワイヤーハーネス１３ｂは、その一方側の端部が、第一の部材１１の一方側の端部の周面の図示下側に固定部材１４ｂにより固定されると共に、その他方側の端部が、第二の部材１２の他方側の端部の周面の図示上側に固定部材１５ｂにより固定され、これらのワイヤーハーネス１３ａ，１３ｂは、巻回方向を互いに逆として一軸Ａ１に沿って螺旋状に巻回されている。
【００２２】
ここで、一方のワイヤーハーネス１３ａには、前述の図８で説明したように、螺旋状に巻回する前の元の真っ直ぐな状態に戻ろうとスプリングのように働く弾性力と、部材１１，１２との間の摩擦力とが作用するため、図２の上側に一点鎖線で示すように、図９と同様なプラスの負荷トルクＴ１が発生する。これに対し、他方のワイヤーハーネス１３ｂには、螺旋が逆巻きのため、図２の下側に二点鎖線で示すように、プラスの負荷トルクＴ１と同程度の大きさのマイナスの負荷トルクＴ２が発生する。従って、全体としては、負荷トルクＴ１，Ｔ２同士が打ち消し合い、図２に実線で示す負荷トルクＴとされる。
【００２３】
すなわち、複数の系統のワイヤーハーネス１３ａ，１３ｂを、巻回方向を互いに逆として一軸Ａ１に沿って螺旋状に巻回し、複数の系統の弾性力を互いに打ち消すように配線しているため、総合弾性力としては中立な状態とされ、負荷トルクをゼロ近くにすることができ、その結果、トルク損失を大幅に低減できる。
【００２４】
図３は、本発明の第二実施形態に係るケーブルの配線構造を示す正面図、図４は、図３の側面図、図５は、図３の配線構造の動作を示す図であり、ここに示す第一、第二の部材２１，２２は、図６に示すロボット１００の屈曲関節を構成する部材４，６，８に対応するものである。
【００２５】
この第二実施形態にあっては、第一の部材２１が、その一端面の中央を横切るように軸線方向に凹む溝２１ａを有する構成とされると共に、第二の部材２２が、その一端面に溝２１ａに進入可能な突部２２ａを有する構成とされ、第一の部材２１の溝２１ａに第二の部材２２の突部２２ａが進入した状態で、これらの端部同士がピン２６を介して相対回転可能（相対的に揺動可能）とされ、これらの第一、第二の部材２１，２２に跨って巻回されるワイヤーハーネスが、二系統とされている。
【００２６】
一方のワイヤーハーネス２３ａは、第一、第二の部材２１，２２の表側（図３の手前側）に配置され、その一方側の端部が、第一の部材２１の表側の面でピン２６より図示下側の位置に固定部材２４ａにより固定されると共に、その他方側の端部が、第二の部材２２の表側の面でピン２６より図示上側の位置に固定部材２５ａにより固定され、また、他方のワイヤーハーネス２３ｂは、その一方側の端部が、第一の部材２１の裏側の面でピン２６より図示下側の位置に固定部材２４ｂにより固定されると共に、その他方側の端部が、第二の部材２２の裏側の面でピン２６より図示上側の位置に固定部材２５ｂにより固定され、これらのワイヤーハーネス２３ａ，２３ｂは、巻回方向を互いに逆としてピン２６の中心軸（一軸）Ａ２回りにα状に巻回されている。
【００２７】
具体的には、図３に示すように、一方のワイヤーハーネス２３ａは、ピン２６の左側から巻き始め／巻き終わり、他方のワイヤーハーネス２３ｂは、ピン２６の右側から巻き始め／巻き終わり、文字“α”を構成する交差部が、ワイヤーハーネス２３ａ，２３ｂ同士で逆に位置する構成とされている。
【００２８】
このような第二実施形態にあっても、図５に示すように、例えば第二の部材２２が一点鎖線／二点鎖線で示すように第一の部材２１に対して時計回り／反時計回りに回転すると、一方のワイヤーハーネス２３ａは、一点鎖線／二点鎖線で示す一方のワイヤーハーネス２３ａ，２３ａ間の範囲で緩んだり、巻き付いたりし、他方のワイヤーハーネス２３ｂはこれとは逆の動作となるため、第一実施形態と同様に、一方のワイヤーハーネス２３ａには、図２に示すのと同様に負荷トルクＴ１が生じ、他方のワイヤーハーネス２３ｂには、これとは逆の負荷トルクＴ２が生じ、全体としては、負荷トルクＴ１，Ｔ２同士が打ち消し合い、図２に実線で示す負荷トルクＴとなる。
【００２９】
すなわち、複数の系統のワイヤーハーネス２３ａ，２３ｂを、巻回方向を互いに逆として一軸Ａ２回りにα状に巻回し、複数の系統の弾性力を互いに打ち消すように配線しているため、総合弾性力としては中立な状態とされ、負荷トルクをゼロ近くにすることができ、その結果、トルク損失を大幅に低減できる。
【００３０】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、ワイヤーハーネスに対する適用を述べているが、ケーブル全般に対して適用可能であり、さらには、ロボット以外に対しても適用可能であり、要は、一軸回りに相対回転する一の部材と他の部材に跨って巻回されるケーブル全てに対して適用可能である。
【００３１】
また、ワイヤーハーネスを始めとしたケーブルは、二系統に限定されるものではなく、三系統以上に対しても適用可能であり、要は、複数の系統の弾性力が互いに打ち消すように配線されていれば良い。
【００３２】
なお、本発明は、ケーブルをスプリングのように働かすべく、第一実施形態のように一軸に沿って螺旋状に巻回したり、第二実施形態のように一軸回りにα状に巻回するようにし、さらに、螺旋の逆巻きやα状の逆巻きを加えることでスプリング作用を相殺するようにし、トルク損失の大幅な低減を図るものであるが、従来技術で説明した特許文献２に記載の技術では、各ケーブルを周方向にＵ字状且つ相互に逆方向に凸になるように湾曲して配置する構成であるため、ケーブルはスプリングのように働かず、従って、トルク損失を低減することはできない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一実施形態に係るケーブルの配線構造を示す斜視図である。
【図２】図１の配線構造の回転角−負荷トルクの関係を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るケーブルの配線構造を示す正面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】図３の配線構造の動作を示す図である。
【図６】第一、第二実施形態の配線構造が適用されるロボットを示す斜視図である。
【図７】旋回関節の一例を示す半縦断面図である。
【図８】従来のケーブルの配線構造を簡略化して示す斜視図である。
【図９】図８の配線構造の回転角−負荷トルクの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，２，３，５，７…旋回関節、４，６，８…屈曲関節、１１，２１…第一の部材、１２，２２…第二の部材、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ…ワイヤーハーネス（ケーブル）、Ａ１，Ａ２…一軸。
【図１】
0005001800.tif 000002
【図２】
0005001800.tif 000003
【図３】
0005001800.tif 000004
【図４】
0005001800.tif 000005
【図５】
0005001800.tif 000006
【図６】
0005001800.tif 000007
【図７】
0005001800.tif 000008
【図８】
0005001800.tif 000009
【図９】
0005001800.tif 000010