(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのアームを経由し、複数の軸線回りの回転自由度を有する手首装置の先端の手首要素に付加される作業装置に繋がる、配線及び配管の少なくともどちらか一方から成る線条体を、前記手首装置の動作に従動して案内するロボットの線条体案内装置であって、
前記作業装置は前記手首装置の先端の手首要素にアダプタを介して取付けられ、
前記アダプタは、前記線条体を前記手首装置の先端の手首要素の回転軸線に概ね垂直な方向に該回転軸を横切るように貫通させて案内する案内孔を備え、該案内孔により、前記線条体の前記案内孔を貫通する部分の、その長手方向への移動が許容され、かつ該長手方向と直交した方向への移動が所定範囲内に規制され、かつ、前記線条体を保持するための保持部を有する案内手段を備え、該案内手段は前記手首装置の先端の手首要素の回転軸線回りに回転自在に支持され、該案内手段の回転中心部が前記案内孔内に配置されるように設けられ、前記案内孔に導かれる線条体が前記保持部により、該保持部と該線条体との間の滑りが許容されるように緩く保持され、前記案内孔を貫通した後作業装置に取り付けられるようにしたことを特徴とするロボットの線条体案内装置。
【請求項２】
前記手首装置の側面に、前記線条体を該線条体の長手方向への移動が許容され、かつ該長手方向と直交した方向への移動が所定範囲内に規制されるように案内する第２の案内手段を設けることを特徴とする請求項１に記載のロボットの線条体案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットの手首装置の先端に取り付けられる作業装置へ作業用気体、液体、電力、さらには電気信号等を供給するためのケーブル及び／又は配管で構成される線条体の案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットは、ロボットアームの先端に設けられる手首装置にハンドや溶接ガン、塗装ノズル等の種々の作業装置を装着して、ロボットに所望の作業を遂行させるように構成されている。作業装置には、作業用気体、液体、電力、さらには電気信号等のためのケーブル、配管等を接続する必要があり、これらケーブル、配管等からなる線条体は、ロボットアームに沿って手首装置位置まで導かれ、ロボットアームの所定位置で一旦、固定され、該固定点から更に手首装置先端側へ適量の弛みを与えて作業装置に接続する構成がとられている。
【０００３】
すなわち、作業装置は手首装置の先端に取り付けられ、手首装置は２つ又は３つの軸回りに相対回転する要素を有し、２若しくは３自由度を有する。通常３自由度を有する手首装置が使用される。そのため、この手首装置の先端に取り付けられた作業装置は、ロボットアームに対して相対的に移動、回転することになる。この移動、回転を許容できるようにするために、ケーブルや配管で構成された線条体は、ロボットアームの所定位置で固定された後、適量な弛みを持たせて作業装置に接続され、この線条体の弛みによって、手首装置が作動しても該線条体に無理な引っ張りや捩れが生じないようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ロボット手首装置の相対回転運動を許容させるために、ケーブルや配管からなる線条体は、ロボット手首装置の側面位置を弛みを持って沿わせ、手首装置の先端取り付けられた作業装置に接続されているが、この線条体の弛み部分は、手首装置の各要素の相対回転運動に伴って、回転、移動、曲げ、伸縮等が発生する。この動作中に手首装置の側面に線条体が接触し擦れ、線条体であるケーブルや配管を破損させる原因となる。さらには、この線条体の弛みは、ロボット動作中にロボット機体の周囲に設けられた周辺機器に接触する恐れがあり、線条体の損傷や周辺機器の損傷を招くという危惧もある。
【０００５】
また、ロボットのオフラインシミュレーションを行う際、線条体の弛みの挙動を確定できないために、ロボット機体の周辺に設けられた周辺機器との干渉を確認できず、オフラインシミュレーションの実効性が損なわれるという問題もあった。
【０００６】
このような問題を回避するために、ロボット機体の動作範囲を縮小したり、周辺機器を充分にロボット機体から離して置くだけの空間的余裕を設ける等の対策が必要となるが、このような対策は、ロボットの有効利用、省スペース化に反し、現実的ではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ロボット手首装置の相対回転部に張設される線条体に余分な弛みを与えることなく、且つ無理な引っ張りや捩れの作用が生じないように、線条体を案内するロボットの線条体案内装置を提供することにある。
さらに、ロボット手首装置の相対回転部に張設される線条体をコンパクトに配置できるロボットの線条体案内装置を提供することにある。
また、ロボットのオフラインシミュレーションを行う際に、線条体の弛みの挙動の範囲を確定可能とし、ロボット機体周辺に設けられた周辺機器と線条体をも含めたロボットとの干渉を確認できるようにしたロボットの線条体案内装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ロボットのアームを経由し、複数の軸線回りの回転自由度を有する手首装置の先端の手首要素に付加される作業装置に繋がる、配線及び配管の少なくともどちらか一方から成る線条体を、前記手首装置の動作に従動して案内するロボットの線条体案内装置において、請求項１に係わる発明は、前記作業装置は前記手首装置の先端の手首要素にアダプタを介して取付けられ、前記アダプタは、前記線条体を前記手首装置の先端の手首要素の回転軸線に概ね垂直な方向に該回転軸を横切るように貫通させて案内する案内孔を備え、該案内孔により、前記線条体の前記案内孔を貫通する部分の、その長手方向への移動が許容され、かつ該長手方向と直交した方向への移動が所定範囲内に規制され、かつ、前記線条体を保持するための保持部を有する案内手段を備え、該案内手段は前記手首装置の先端の手首要素の回転軸線回りに回転自在に支持され、該案内手段の回転中心部が前記案内孔内に配置されるように設けられ、前記案内孔に導かれる線条体が前記保持部により、該保持部と該線条体との間の滑りが許容されるように緩く保持され、前記案内孔を貫通した後作業装置に取り付けられるようにした。
【０００９】
さらに、請求項２に係る発明は、前記手首装置の側面に、前記線条体を該線条体の長手方向への移動が許容され、かつ該長手方向と直交した方向への移動が所定範囲内に規制されるように案内する第２の案内手段を設けた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のロボットの線条体案内装置の一実施形態を適用した産業用ロボットの概略図である。
この図１に示す例では、旋回胴１に対して水平軸回りに揺動するアーム２を有し、該アーム２の先端に設けられたアーム取付基台３に第２のアーム４が該アーム４の長手軸線回りに回転可能に取り付けられている。この第２のアーム４の先端には、ロボットの手首装置５が取り付けられ、該手首先端のフランジにはアダプタ６が取り付けられている。さらに、このアダプタ６には、ハンド、溶接ガン、塗装ノズル等の種々の作業装置７が取りつけられる。
【００１１】
この実施形態で示した例では、手首装置５は３自由度を有し、手首要素のベースとなる第１の手首要素が第２のアーム４の先端に固定され、該アーム４の長手軸線方向の第１の軸回りにアーム４と共に回転する。また、この第１の手首要素に対して第１の軸線と直交する第２の軸線回りに回転する第２の手首要素を備え、該手首要素に対して第２の軸線と直交する第３の軸線回りに回転する第３の手首要素を備える。
【００１２】
また、手首装置５の側面には、ロボット手首装置５の先端に取り付けられる作業装置７に供給される作業用気体、液体、電力、さらには電気信号等のためのケーブル及び／又は配管等からなる線条体１０を係止する複数の案内手段を備える。図１に示す例では、手首装置５の第１の手首要素に案内手段９（以下、後述するアダプタ内に設ける案内手段と区別するために第２の案内手段という）が設けられ、さらに、第２の手首要素に第２の案内手段９’が設けられている。これらの第２の案内手段９，９’によって、線条体１０を手首装置５の側面に沿って這わせるように案内する。
【００１３】
図２は、手首装置５の先端の手首要素である第３の手首要素に設けられたフランジ１１に取りつけられたアダプタ６の側面図である。
アダプタ６は、手首装置５の第３の手首要素のフランジ１１に、第３の手首要素の（フランジ１１）の回転中心の軸である第３の軸線Ｌとその中心が一致するように取りつけられている。すなわち、第３の軸線Ｌはフランジ１１の面に垂直でその中心にあり、アダプタ６は、その中心位置をこの第３の軸線Ｌが通るように取りつけられ、フランジ１１（第３の手首要素）と共にこの第３の軸線Ｌの回りに回転する。
【００１４】
アダプタ６は、２つの平板１２，１２’と該２つの平板を接続する複数の柱１３で構成されている。この実施形態では柱１３は２つ設けられている。この複数（２個）の柱１３の間隔によって、線条体１０を通す案内孔１４を形成している。すなわち、アダプタ６の回転軸線（第３の軸線）Ｌと直交する方向に案内孔１４が設けられている。この案内孔１４は、複数のケーブルや配管等の束で構成された線条体１０の直径よりも比較的大きな孔に構成されており、この案内孔１４に導入される線条体１０を、該線条体１０の長手方向には移動自在に案内可能に、且つ、この長手方向と直交する方向には、この案内孔１４の大きさ以上の移動を拘束するようになっている。また、案内孔１４は、第３の手首要素、すなわちフランジ１１の回転中心軸（第３の軸線Ｌ）を横切って線条体１０を通過ることができるものであればよく、その形状は円形でも、またこの実施形態に示すように、矩形状のものでもよい。好ましくは、フランジ１１の回転中心軸（第３の軸線Ｌ）方向を短辺とする長方形の形状が望ましい。
【００１５】
図３は、図２において案内孔１４を通る中央断面図である。また、図４は、アダプタ６の一方の平板１２’（フランジ１１側ではない方）を取り除いて、線条体１０の移動を説明する説明図である。
【００１６】
この図４に示されるように、アダプタ６の柱１３は少なくとも線条体１０が接する側の角は面取りされ丸く形成されている。この実施形態では図４に示すように断面長円形の柱１３で構成されている。これによって、線条体１０が柱１３に接触し摺動したとしても、その摩耗を最小限にすることができる。
【００１７】
また、この実施形態では、図３に示すように、アダプタ６は、線条体１０を保持する保持部１６を備えた回動する案内手段１５（以下、回動する案内手段を第１の案内手段という）を備える。この第１の案内手段１５は必ずしも必要とせず、設ける場合と設けない場合があるが、設けたときの方が、後述するように設けないときよりも優れた作用効果を有する。
【００１８】
この第１の案内手段１５はフランジの回転軸（第３の軸線Ｌ）回りに回転可能に軸支されている。図３に示したこの実施形態では、フランジ１１に固定される平板１２のフランジ１１の回転中心軸（第３の軸線Ｌ）の位置に、ベアリング等で回動可能に軸支されている。また、この第１の案内手段１５の先端部に設けられた線条体保持部１６は、アダプタ６及びそのアダプタ６を構成する平板１２，１２’の外周付近に配置され、その外周に沿って回動可能としている。なお、第１の案内手段１５は、２つの平板１２，１２’のどちら側に設けてもよく、その設ける位置は、平板１２，１２’の内側面（案内孔１４側の面）、平板１２，１２’の周面、さらには外側面でもよい。すなわち、線条体１０を保持する保持部１６が、フランジの回転軸（第３の軸線Ｌ）を中心に、しかも、アダプタ６の外周付近で、保持する線条体１０がアダプタ６と接触しないような位置で回転するように構成すればよい。
【００１９】
さらに、第１の案内手段１５の線条体１０を保持する保持部１６は、該保持部１６で保持する線条体１０をその長手方向及び、該長手方向回りの線条体の回転（捻れ）には移動自在に案内可能で、且つ線条体１０の長手方向と直交する方向にはその移動を拘束する形状とされている。この実施形態では、線条体１０の直径よりもやや大きい直径の孔部を備えることによりこの保持部１６を形成している。
【００２０】
また、アダプタ６の作業装置７を取りつける側の平板１２’には、線条体１０を保持する固定具１８が設けられている。この固定具１８で固定されたあと、線条体１０は作業装置７に接続されるものであり、平板１２’に固定される作業装置７と固定具１８の位置関係が変化することはないから、線条体１０はこの固定具で平板１２’の該位置で固定されることになる。
【００２１】
以上のように、線条体１０は、フランジ１１の相対回転軸線Ｌを横切って、配設されていることから、フランジ１１が相対回転し、作業装置７が回転したとき生じる線条体１０の移動、曲げは、このフランジ１１の中心部、すなわち手首装置５の中心部を通る部分でも発生し、それを吸収することから、線条体１０がロボット手首装置５の側方に多く弛むことを防止できる。
【００２２】
図５は、手首装置５の側面に設けられる第２の案内手段９，９’の説明図である。この案内手段９，９’は、線条体１０を通し、ある範囲内で拘束し、その範囲内では移動自在に案内可能とするものであればよく、図５（ａ）に示すように、手首装置５の側面に線条体１０の直径よりも比較的大きい孔を持つ案内手段であればよい。また、この第２の案内手段９，９’での拘束範囲内で線条体１０は移動するが、その移動によって、線条体１０が該第２の案内手段９，９’に接触して摩耗する恐れが想定されるような場合には、図５（ｂ）に示すように、回転ローラ１９を設けてもよい。図５（ｂ）で示した例では、一方の側のみに回転ローラ１９を設けた例を示しているが、図５（ｂ）における上下の位置、さらには、ロボット手首装置５への取りつけ側にも回転ローラを設けてもよい。
【００２３】
ロボット手首装置５の先端に取り付けられる作業装置７に供給される作業用気体、液体、電力、さらには電気信号等のためのケーブル及び／又は配管等からなる線条体１０は、ロボットの旋回胴１、第１のアーム２に沿って、又は旋回胴１，第１のアーム内を通り、アーム取付基台３に固定具等で係止された後、アーム取付基台３から第２のアーム４の中空部を通って該アーム４の先端部から外部に導き出され、該位置でクランプ装置８によって、このアーム４に固定されている。さらに、線条体１０は、第１の手首要素に設けられた第２の案内手段９で係止され、次に、第２の手首要素に設けられた第２の案内手段９’で係止される。
【００２４】
さらに、アダプタ６に第１の案内手段１５を設けない場合には、線条体１０を案内孔１４を通し、固定具１８でアダプタ６の平板９’に固定し、その後、該平板９’に取りつけられた作業装置７に接続する。また、アダプタ６に第１の案内手段１５を設けた場合には、該第１の案内手段１５の保持部１６の孔に線条体１０を導通させ、アダプタ６の案内孔１４を通し、固定具１８でアダプタ６の平板９’に固定し、その後、該平板９’に取りつけられた作業装置７に接続する。
【００２５】
第２のアーム４が第１の軸線回りに回転したとき、すなわち手首装置５の第１の手首要素が回転したとき、アーム取付基台３に設けられた固定具とクランプ装置８間の区間で線条体１０は移動、回転、捻れるだけで、他の区間にはその変化は生じない。また、第２の手首要素が第１の手首要素に対して回転したときは、第１の手首要素に設けられた第２の案内手段９と第２の手首要素に設けられた第２の案内手段９’で案内保持されて、線条体１０は移動、曲げ、捻れを起こす。しかし、第２の案内手段９，９’で案内保持されているから、線条体１０が手首装置５の側面から大きく離れて弛むことはなく、所定範囲内に保持される。
【００２６】
次に、第３の手首要素が第２の手首要素に対して相対回転したときの線条体１０の挙動について説明する。この場合、アダプタ６に第１の案内手段１５を設けたときと設けないときに分けてその挙動を説明する。
【００２７】
まず、アダプタ６に第１の案内手段１５が設けられていない場合について説明する。
第３の手首要素が第２の手首要素に対して相対回転し、フランジ１１が第３の軸線Ｌ回りに回転すると、該フランジ１１に連結されたアダプタ６及び該アダプタ６に固定された作業装置７もフランジ１１と共に回転する。このアダプタの回転に伴って該アダプタ６の案内孔１４内を貫通する線条体１０には曲げが発生する。しかし、この案内孔１４は線条体１０の直径よりも比較的大きな孔であることから、線条体１０は、その長手方向には自由に案内され、その長手方向と直交する方向には、アダプタ６の平板１２，１２’、柱１３によってその移動はある範囲内に拘束される。
【００２８】
従って、線条体１０に対する無理な曲げが回避される。その結果、線条体１０の耐久性を高めることができる。さらに、線条体１０は、フランジ１１及び第３の手首要素の相対回転中心軸の第３の軸線Ｌを横切り、アダプタ６の中心部を通る敷設経路となっているから、線条体１０が第３の手首要素（フランジ１１，作業装置７）の回転により、その曲がりが変化しても、アダプタ６及び手首装置５の中心部で発生し、アダプタ６や手首装置５の側方に大きく飛び出すことはない。
【００２９】
そのため、線条体１０がロボット機体の周辺に配設されている周辺機器に接触する可能性は低くなる。また、ロボット手首装置５の相対回転部に張設される線条体１０をコンパクトに配置することができる。さらに、線条体１０がアダプタ６や手首装置５の側方に大きく飛び出すことはなく、且つ、その飛び出し量も想定可能であるから、ロボットのオフラインシミュレーションを行う際、線条体１０の弛みの挙動を確定でき、ロボット機体の周辺に設けられた周辺機器との干渉を確認することが可能となり、オフラインシミュレーションの実効性を上げることができる。
【００３０】
次に、アダプタ６に第１の案内手段１５を設けたときの線条体１０の挙動について説明する。
上述した第１の案内手段１５を設けない場合では、第３の手首要素（フランジ１１）が第２の手首要素に対して相対回転したとき、この回転に伴って線条体１０は、この回転軸線Ｌをほぼ中心に曲げが生じると共に同時に、回転軸線Ｌと直交する軸線を中心とする曲げも変化する。このため、線条体１０が手首装置５やアダプタ６に接触する場合が生じる。しかし、第１の案内手段１５を設けた場合、線条体１０は、この第１の案内手段１５に設けられている保持部１６によって保持されることにより、線条体１０は、回転軸線Ｌと直交する軸線を中心とする曲げが拘束されることになる。
【００３１】
すなわち、第１の案内手段１５はフランジ１１の相対回転の軸線Ｌの回りに回転可能であり、線条体１０は、この第１の案内手段１５の保持部１６で保持されているから、第１の案内手段１５を回転させて回転軸線Ｌの回りに拘束されずに回転可能であるが、この回転軸線Ｌに直交する軸線を中心とする曲げに対しては拘束されることになる。これにより、線条体１０には、フランジ１１の相対回転を吸収する曲げのみが発生することになり、相対回転軸線Ｌに直交する軸線の回りの曲げが発生しないことから、線条体１０がアダプタ６に接触することを防止でき、線条体１０の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
さらに、保持部１６は、線条体１０をその長手方向に移動自在に案内保持するものであり、長手方向と直交する方向にはその移動が拘束されるものであるから、線条体１０には自然な曲げが発生することになり、線条体１０の耐久性を向上させるものである。
【００３３】
さらに、この実施形態では、ロボットの手首装置の側面に線条体を保持し案内する第２の案内手段９，９’を備えている。そのため、手首装置５の各手首要素が相対回転しても、線条体１０はその長手方向には拘束されず移動可能であるが、長手方向に直行する方向にはこの第２の案内手段９，９’で拘束されることにより、手首側面から大きく離隔することはない。これにより、線条体１０がロボット機体の周辺に配置されている周辺機器と接触したり、手首装置５自体と大きく摺動移動することはなく、耐久性を向上させることができる。また、図５（ｂ）に示すように、この第２の案内手段９，９’に線条体１０と接する部分に回転ローラ１９を設けることによって、線条体１０の第２の案内手段９，９’との接触による摩耗を防止することによって、さらに耐久性を向上させることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、線条体１０が手首装置５の側面から大きく弛むことを防止することができるので、ロボット手首装置の相対回転部に張設される線条体１０をコンパクトに配置することができる。そのため、ロボットのオフラインシミュレーションを行う際に、線条体の弛みの挙動の範囲を確定することが可能となり、ロボット機体周辺に設けられた周辺機器と線条体１０をも含めたロボットとの干渉を確認することができる。
【００３５】
上述した実施形態では、手首装置５の作業装置７を取り付けるフランジ１１にアダプタ６を取りつけ固定し、このアダプタ６に作業装置７を取りつけるようにした例を説明した。フランジ１１とアダプタ６は、結局は固定され一体的なものとなるものであるから、フランジ１１をアダプタ６のような構成としてもよい。
【００３６】
すなわち、手首装置５の作業装置７を取りつけるフランジを上述したアダプタ６のように、２つの平板１２，１２’と該２つの平板１２，１２’を結合する柱１３で形成し、複数（例えば２つ）の柱間に案内孔１４を形成して、線条体１０をこの案内孔１４に通すようにすればよい。この場合にも、上述した実施形態と同様に第１の案内手段１５を設けてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、ロボットの手首装置の相対回転部に張設される配線及び／又は配管等の線条体に余分な弛み等を与えることなく、且つ、該線条体に無理な引っ張りや捩れの作用が及ぶことがないように調整し、案内し、且つ、ロボットの手首装置の相対回転部にコンパクトに線条体を配置できる。さらに、線条体の弛みが少なくその挙動範囲を確定することができるので、ロボットのオフラインシミュレーションを行う際に、ロボット機体の周辺に配置された周辺機器との干渉確認を行うことができ、オフラインシミュレーションの実効性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットの線条体案内装置の一実施形態を適用した産業用ロボットの概略図である。
【図２】同実施形態における、ロボット手首装置に取りつけられたアダプタの側面図である。
【図３】図２において案内孔を通る中央断面図である。
【図４】アダプタの一方の平板を取り除いて、線条体１０の移動を説明する説明図である。
【図５】同実施形態におけるロボット手首装置の側面に設けられる第２の案内手段の説明図である。
【符号の説明】
１  旋回胴
２  第１のアーム
３  アーム取付基台
４  第２のアーム
５  手首装置
６  アダプタ
７  作業装置
８  クランプ装置
９，９’  案内手段（第２の案内手段）
１０  線条体
１１  フランジ
１２，１２’  平板
１３  柱
１４  案内孔
１５  案内手段（第１の案内手段）
１６  線条体保持部
１７  ベアリング
１８  固定具
１９  回転ローラ
【図１】
0003756126.tif 000002
【図２】
0003756126.tif 000003
【図３】
0003756126.tif 000004
【図４】
0003756126.tif 000005
【図５】
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