(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのアームを経由して手首先端の作業装置に繋がる配線又は配管からなる線条体の敷設構造において、
前記アームはアーム取付け部に対し該アームの長手軸線である第１の軸線の回りに回転可能に支持されており、
前記手首は、前記アームの先端部に固定される第１の手首要素と、該第１の手首要素に対し第２の軸線回りに回転可能に支持された第２の手首要素と、該第２の手首要素に対し第３の軸線の回りに回転可能に支持された第３の手首要素とを備え、
前記線条体は、前記アーム又は第１の手首要素と、第２の手首要素と、第３の手首要素にそれぞれ固定され、
前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分と、前記第２の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分は、前記第３の軸線に垂直で、且つ前記第２の軸線を含む平面とそれぞれ異なる部分で交わるように前記手首に固定されていることを特徴とするロボットの手首における線条体の敷設構造。
【請求項２】
ロボットのアームを経由して手首先端の作業装置に繋がる配線又は配管からなる線条体の敷設構造において、
前記アームはアーム取付け部に固定されており、
前記手首は、前記アームの先端部に対し第１の軸線回りに回転可能に支持された第１の手首要素と、該第１の手首要素に対し第２の軸線回りに回転可能に支持された第２の手首要素と、該第２の手首要素に対し第３の軸線の回りに回転可能に支持された第３の手首要素とを備え、
前記線条体は、前記第１の手首要素と、第２の手首要素と、第３の手首要素にそれぞれ固定され、
前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分と、前記第２の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分は、前記第３の軸線に垂直で、且つ前記第２の軸線を含む平面とそれぞれ異なる部分で交わるように前記手首に固定されていることを特徴とするロボットの手首における線条体の敷設構造。
【請求項３】
前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分が、Ｕ字形状あるいはＪ字形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットの手首における線条体の敷設構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットの手首に関し、該手首に取り付けられるハンドやガン等の作業装置への電源、エアー、給水、排水等のための配線・配管等から成る線条体の敷設構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットのアーム先端手首には、該ロボットが行う各種作業のためのハンドやガン等の作業装置が取り付けられる。この作業装置へ供給されるエアー、水等の液体、電気などのための配線・配管の線条体はロボットのアームを経由して配設される。ロボットのアーム及びロボット手首は複合的な動作をすることから、この配線・配管の線条体はロボットの要素や外部周辺機器に干渉し、その耐久性を低下する。そのため、この配線・配管の線条体をロボットアームや手首に内装化した技術として、特開２０００−３３４６８９号公報、特開平１０−３２９０７９号公報が知られている。また、手首周辺への配線・配管から成る線条体の案内手段を設置した技術も特開２００１−１５０３８２号公報で知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
手首に取付けられる作業装置への配線・配管の線条体をロボットアーム或いは手首の内部や外部に取り付けたとしても、これら線条体は、ロボット手首の複合的な動作に従動して複合的な曲げ、捻れ、移動などが発生する。
【０００４】
ロボットの手首は、通常、３つの関節を有し、第１から第３の異なる軸線回りに３つの回転自由度を有している。各関節は、それぞれの軸回りに独立して回転可能な手首要素を有している。そのため、例えば、ロボットアームに対して手首のベースとなる第１の手首要素が第１の軸線回りに回転すると、該第１の手首要素に連接される第２、第３の手首要素及びその先端に取り付けられた作業装置も回転し、ロボットアームから作業装置までの配線・配管から成る線条体は、全体にわたって曲げや捻れが生じる。また、第２、第３の軸線回りに各手首要素が回転した場合も同様に線条体はその全体にわたって、その回転の影響を受ける。
【０００５】
従って、ロボットアームを経由し、該ロボットの手首に取り付けられた作業装置に供給されるエアー、液体、電気等のための配線・配管から成る線条体は、手首の複数の関節での回転運動に伴って、それぞれの関節での回転運動の影響を受け、線条体の全体に曲げ、捻れ、並進移動などの動きが生じる。
手首が例えば３つの自由度でそれぞれ回転運動を行うと、配線・配管から成る線条体の特定区間は、各関節の動きが重畳して、同時に曲げや捻れが発生し、所望の耐久性が得られなくなると言う問題がある。さらに、他の軸位置によって動作角度の制限などが発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、ロボットアームを経由し、該ロボットの手首に取り付けられるハンドやガン等の作業装置に供給される電気、エアー、液体等のための配線・配管から成る線条体の耐久性を向上させることを目的とし、該線条体が手首の複合的な動作に従動して複合的な挙動により耐久性が低下することを防止し、他軸による動作角度の制限を緩和することを目的とするものである。
さらに、配線・配管から成る線条体がロボット本体や周辺機器に干渉し、耐久性が低下するという問題点も解決することをも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る発明は、ロボットのアームを経由して手首先端の作業装置に繋がる配線又は配管からなる線条体の敷設構造において、前記アームはアーム取付け部に対し該アームの長手軸線である第１の軸線の回りに回転可能に支持されており、前記手首は、前記アームの先端部に固定される第１の手首要素と、該第１の手首要素に対し第２の軸線回りに回転可能に支持された第２の手首要素と、該第２の手首要素に対し第３の軸線の回りに回転可能に支持された第３の手首要素とを備え、前記線条体は、前記アーム又は第１の手首要素と、第２の手首要素と、第３の手首要素にそれぞれ固定され、前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分と、前記第２の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分は、前記第３の軸線に垂直で、且つ前記第２の軸線を含む平面とそれぞれ異なる部分で交わるように前記手首に固定されていることを特徴とするロボットの手首における線条体の敷設構造である。
【０００８】
又、請求項２に係る発明は、ロボットのアームを経由して手首先端の作業装置に繋がる配線又は配管からなる線条体の敷設構造において、前記アームはアーム取付け部に固定されており、前記手首は、前記アームの先端部に対し第１の軸線回りに回転可能に支持された第１の手首要素と、該第１の手首要素に対し第２の軸線回りに回転可能に支持された第２の手首要素と、該第２の手首要素に対し第３の軸線の回りに回転可能に支持された第３の手首要素とを備え、前記線条体は、前記第１の手首要素と、第２の手首要素と、第３の手首要素にそれぞれ固定され、前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分と、前記第２の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分は、前記第３の軸線に垂直で、且つ前記第２の軸線を含む平面とそれぞれ異なる部分で交わるように前記手首に固定されていることを特徴とするロボットの手首における線条体の敷設構造である。
さらに、請求項３に係る発明は、上記各発明において、前記第３の軸線回りの回転運動に従動する線条体の部分が、Ｕ字形状あるいはＪ字形状となるように形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態を適用したロボットの全景を示す図で、図２は、本発明の一実施形態を適用した手首構造を示す図である。
旋回胴１に対して揺動自在に取り付けられたアーム２の先端には、アーム取付け部３が設けられ、該アーム取付け部３に、第１の軸線４の回りに回転可能に支持されたアーム５が設けられ、このロボットアーム５の長手方向と第１の軸線４は一致する。アーム５の先端には、手首６の第１の手首要素１２が固定され、該手首６が、ロボットの先端のアーム５に取り付けられている。
【００１０】
アーム５の内部には、手首６に取り付けられるハンド、ガンなどの作業装置への電気、エアー、水などの液体を供給する配線・配管から成る線条体１０を導くための空間が形成されている。アーム取付け部３には該アーム５の内部空間につながる開口部７を備え、且つこの開口部付近に線条体１０をクランプする線条体固定部８を備える。また、アーム５の先端部にも前記アーム５の内部空間につながる開口部９を備え、該開口部９の付近の該アーム５の内部及び外側に線条体１０をクランプする線条体固定部１１，１１’を備える。なお、第１の手首要素１２はアーム５に一体的に固定されたていることから、これら線条体固定部１１，１１’は第１の手首要素１２に設けてもよい。
【００１１】
図２に示すように、手首６の第１の手首要素１２はアーム５の先端に固定され、第１の手首要素１２とアーム５は一体となり、アーム５と共に第１の手首要素１２は第１の軸線４の回りに回転する。
第１の手首要素１２には、第１の軸線４と交わる第２の軸線１４の回りに回転可能に第２の手首要素１３が支持されている。該第２の手首要素１３には、線条体１０をクランプする２つの線条体固定部１５，１５’を備えている。また、第２の手首要素１３の先端には、第２の軸線１４と交わる第３の軸線１７の回りに回転可能に第３の手首要素１６が支持されている。該第３の手首要素１６の側面には、該第３の手首要素１６の内部空間につながる開口部１８を複数備え、さらに、第３の手首要素１６は、各開口部１８付近に線条体１０をクランプする線条体固定部１９を備える。さらに、該手首６において、線条体１０が外部に露出する部分には、線条体を覆うカバーが設けられているが、図２では、その一部である第２の手首要素１３に設けられたカバー２２のみが図示されている。そして、該カバー２２内にも線条体１０をクランプする線条体固定部２３が設けられている。
【００１２】
線条体１０は、アーム２を経由し、開口部７からアーム５内の空間に導かれ、開口部９から該アーム５の外側に導き出される。開口部７の付近で線条体固定部８によって該線条体１０はアーム取付け部３に固定され、また、開口部９の内と外で線条体固定部１１，１１’でクランプされ、アーム５に固定される。さらに、線条体１０は、第１の手首要素１２、第２の手首要素１３の外側を通り、第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部１５，１５’でクランプされて折り返しされ、さらに、第２の手首要素１３に設けられているカバー２２内で線条体固定部２３でクランプされ、さらに、略Ｕ字状又は略Ｊ字状に屈曲されて、第２の軸線１４と第３の軸線１６の交点付近の空間２５を通り、第３の手首要素１６の内部に導かれ、該第３の手首要素１６の側面に設けられた複数の開口部１８から分割して外に導き出される。該開口部１８付近の第３の手首要素１６に設けられている線条体固定部１９によってクランプされ固定される。そして、この外部に導き出された電気、エアー、水等の液体を通す配線・配管から成る線条体１０は、第３の手首要素１６に取り付けられるハンドやガン等の作業装置に接続される。なお、線条体固定部１５，１５’，２３は第２の手首要素１３に設けられているものでその相対位置は変化がないものであるから、線条体固定部１５’は必ずしも設ける必要がないが、線条体１０が第２の手首要素１３の外側に這わせるようにするために線条体固定部１５’を設けているものである。さらに、線条体固定部１１’，１５では線条体１０が完全に固定されてなくても、ほぼ固定されていれば同様の効果が得られる。例えば、線条体１０自体を直接クランプせず、ケーブルコンジットやケーブルトラックを介して固定する場合や、線条体１０とクランプ装置の間に間隙がある場合などである。
【００１３】
以上のように、線条体１０は線条体固定部８，１１，１１’，１５，１５’，２３，１９によってクランプされ順次各手首要素に繋止されていることから、手首６の各関節の各軸回りの回転により、線条体固定部間に相対移動があっても、その線条体固定部間内のみで、線条体１０の曲げ、捻れ、並進移動が生じるのみで、この線条体固定部間の区間以外の区間では、回転した関節の影響は受けない。
例えば、アーム５が第１の軸線４の回りに回転し、該アーム５に固定されている第１の手首要素１２が回転すると、アーム取付け部３に設けられている線条体固定部８とアーム５の先端付近に設けられている線条体固定部１１は相対的に移動し、その区間Ｓ１の線条体１０は捻れ等が生じるが、線条体固定部１１より手首先端側に設けられている線条体固定部１１’，１５，１５’，２３，１９は線条体固定部１１と共に回転し、その相対位置関係は変化しないことから、線条体１０の捻れや曲げ、移動はこの線条体固定部８と線条体固定部１１間の区間Ｓ１以外の区間では生じない。
【００１４】
さらに、第２の手首要素１３が第２の軸線１４の回りに回転した場合、この第２の手首要素１３と共に第３の手首要素１６も回転するから、線条体固定部１５，１５’，２３，１９の相対位置関係は変化せず、アーム５に設けられた線条体固定部１１’と第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部１５の位置関係が変化するのみであり、この線条体固定部１１’と線条体固定部１５の区間Ｓ２の線条体１０に曲げ、捻れ、移動が生じるのみである。さらに、第３の手首要素１６が第３の軸線１７の回りに回転した場合、線条体１０に曲げ、捻れ、移動が生じる区間は、第３の手首要素１６に設けられた線条体固定部１９と第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部２３間の区間Ｓ３のみであり、これ以外の区間は、線条体固定部２３でその曲げ、捻れ、移動は阻止され、第３の手首要素１６の回転の影響をうけない。このように各手首要素の回転に対して、線条体１０が追従して曲げ、捻れ、移動を生じるのは、限られた範囲で他の手首要素への影響がないことから、線条体１０の挙動の影響によって、他の手首要素の動作角度が制限されるということはない。
【００１５】
また、第２の手首要素１３の外側に配設された線条体１０の区間Ｓ２と、第３の手首要素１６に導かれている線条体１０の区間Ｓ３が、第２の軸線方向からみて一部重なるように配置されていることから、区間Ｓ３を第２の軸線１４と第３の軸線１７の交点付近の空間２５に配置することができるので、線条体１０の導設密度を高めて導設することができ、手首装置自体をコンパクト化することができる。また、第３の手首要素１６に設けた線条体固定部１９から第２の手首要素１３に設けた線条体固定部２３又は線条体固定部１５’までの線条体１０を、折り返すように略Ｕ字形状或いは略Ｊ字形状とすることによっても、線条体１０の導設密度を高めて導設することが可能となっている。これによっても、手首装置のコンパクト化を可能にしている。
【００１６】
さらに、第２の軸線１４と第３の軸線１７の交点付近の空間２５に配線・配管から成る線条体１０が配置されていることから、手首の各手首要素１２，１３，１６が独立してそれぞれ回転したとしても、線条体１０は、この空間２５内に留まり、手首６の外周に飛び出して周辺機器と干渉することはない。
【００１７】
また、手首６の密接して配置されている各手首要素に沿って配設される線条体１０は、この手首の狭い領域内に上述したように、密接されることになるが、互いに接触し摩擦が生じないようにも導設されている。すなわち、第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部２３又は１５’よりも手先側の第３の手首要素１６の第３の軸線１７回りの回転運動のみ従動す線条体１０の区間Ｓ３と、アーム（第１の手首要素）５に設けられた線条体固定部１１’と第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部１５に挟まれた線条体の区間Ｓ２は、第２の軸線１４を含み且つ第２の軸線１４と第３の軸線１７を含む平面に対して垂直な平面とそれぞれ異なる部分で線条体１０は交わるようにしている。これによって、線条体１０をロボットアームの長手方向に直列につなげた場合と比較し、２つの領域が並列となっていることから、手首の長大化を防止しつつ、線条体１０が互いに接触し摩擦が生じることを防止し、摩擦によるすれを防ぎ、耐久性を向上させる。
【００１８】
上述した実施形態では、第１の軸線４と第３の軸線１７がほぼ同一平面内に配置している、いわゆるインライン手首形式の場合であったが、第１の軸線４と第３の軸線１７がオフセットして配置されるいわゆるオフセット手首形式にも本発明は適用できるものである。
【００１９】
図３は、上述した実施形態のインライン手首形式に本発明を適用した概略図である。第１の軸線４と第３の軸線１７は概略同一平面上に位置している。この図３においては、線条体１０がアーム５や手首６から露出している部分にカバー２０，２１，２２が設けられている。すなわち、アーム５から導出され、第１の手首要素１２の外側に沿って導設される部分にはアーム５（第１の手首要素１２）に設けられたカバー２０によって覆われ、それに続く第２の手首要素１３の外側に沿って導設される線条体１０の部分は、第２の手首要素１３に設けられたカバー２１によって覆われ、さらに、第３の手首要素１６に導かれる略Ｕ字形状又は略Ｊ字形状に屈曲された線条体１０の部分は、第２の手首要素１３に設けられたカバー２２によって覆われている。
【００２０】
図４は、オフセット形手首の１つの形態に本発明を適用した例を示す概略図である。この図４に示すオフセット形手首では、アーム５及び第１の手首要素１２の回転中心の第１の軸線４と、第３の手首要素１６の回転中心である第３の軸線１７は、第２の手首要素１３の回転中心の第２の軸線１４の方向において、離れた距離に配置されており、第１の軸線４と第３の軸線１７がオフセットとしている。この図４に示すオフセット形手首に対する本発明の適用は、図２，図３に示した実施形態と同様であり、前述した第１の軸線４と第３の軸線１７がオフセットしている点を除けば、概略同様である。
【００２１】
線条体１０はアーム取付け部３に取り付けられた線条体固定部８でクランプされ、アーム５の内部を通り、アーム５の先端部からアーム５外に導き出され、その内外でアーム５に設けられた線条体固定部１１，１１’でクランプされ、アーム５に設けられたカバー２０で覆われて第１の手首要素１２の外側を通り、第２の手首要素１３に設けられたカバー２１内に導かれ、かつ該第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部１５，１５’でクランプされ、さらに第２の手首要素１３に設けられたもう１つのカバー２２内に導かれ、このカバー２２内で線条体固定部２３でクランプされている。そして略Ｕ字形状，略Ｊ字形状に折り曲げられて第３の手首要素１６に導入され、線条体固定部でクランプされて該第３の手首要素１６に固定され、かつ開口部から分割して第３の手首要素１６から外部に引き出され、この第３の手首要素１６に取り付けるハンドやガン等の作業装置に接続される。
【００２２】
図５は、オフセット形手首の他の形態に本発明を適用した例を示す概略図である。この図５に示すオフセット形手首でも、第１の手首要素を構成するアーム５の外側部に第２の手首要素１３が第２の軸線１４の回りに回転可能に軸支され、該第２の手首要素１３に第３の手首要素１６が第３の軸線１７の回りに回転可能に軸支されている。アーム５の回転中心である第１の軸線４と、第３の手首要素１６の回転中心である第３の軸線１７は、第２の軸線１４の方向において、離れた距離に配置されオフセットしている。また、アーム５には、カバー２０が設けられず、アーム５から導く出された線条体１０は、直ちに、第２の手首要素１３に設けたカバー２１によって覆われている。他は、図３、図４に示す実施形態と同一である。
【００２３】
線条体１０はアーム取付け部３に取り付けられた線条体固定部８でクランプされ、アーム５の内部を通り、アーム５の先端部で線条体固定部１１でクランプされると共にアーム５の外に導き出され、第２の手首要素１３に設けられたカバー２１内に導かれ、かつ該第２の手首要素１３に設けられた線条体固定部１５，１５’でクランプされ、さらに第２の手首要素１３に設けられたもう１つのカバー２２内に導かれ、このカバー２２内で線条体固定部２３でクランプされている。そして略Ｕ字形状，略Ｊ字形状に折り曲げられて第３の手首要素１６に導入され、線条体固定部でクランプされて該第３の手首要素１６に固定され、かつ開口部から分割して第３の手首要素１６から外部に引き出され作業装置に接続される。
【００２４】
なお、上記各実施形態では、アーム５に手首６の第１の手首要素１２が固定されて一体的になっている例を説明したが、アーム５の先端に第１の手首要素１２が第１の軸線４回りに回転可能に軸支されて手首を構成する場合も当然本発明は適用できるものである。この場合、アーム取付け部３に設けられた線条体固定部８は、アームに設けられ、アームに設けられていた線条体固定部１１，１１’は、第１の手首要素に設けられることになる。
また、上述した各実施形態では、３軸を有し３自由度の手首の例を述べたが、２軸を有し２自由度の手首で、この２軸の関節により複合的な動作をする手首に対しても本発明は適用できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、手首の各関節の手首要素が回転し手首が複合的に動作しても、該手首に配設されている配線・配管等の線条体の挙動は、動作手首要素に関係する特定区間のみに限定され、他の区間まで影響が及ばないので、線条体の耐久性が向上し、他軸による動作角度の制限を緩和する。また、線条体の挙動が限定されることから、ロボット本体や周辺機器との干渉が避けられ、これによっても耐久性が向上する。
また、線条体の導設密度を高めることができるので、コンパクトな手首を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を適用したロボットの全景を示す図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態の手首構造の斜視図である。
【図３】同実施形態の概要図である。
【図４】オフセット形手首に本発明を適用したときの説明概要図である。
【図５】オフセット形手首の他のタイプに本発明を適用したときの説明概要図である。
【符号の説明】
１  旋回胴
２  アーム
３  アーム取付け部
４  第１の軸線
５  アーム
６  手首
７  開口部
８  線条体固定部
９  開口部
１０  線条体
１１，１１’  線条体固定部
１２  第１の手首要素
１３  第２の手首要素
１４  第２の軸線
１５，１５’  線条体固定部
１６  第３の手首要素
１７  第３の軸線
１８  開口部
１９  線条体固定部
２０，２１，２２  カバー
２３  線条体固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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