JP3801059B2 - ロボットの関節部構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１のアームのフレームに軸部を介して第２のアームのフレームを回転可能に連結すると共に、第２のアームのフレームに、軸部の外周側に位置してケーブルの通路となる配線挿通孔を設けるようにしたロボットの関節部構造に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば複数のアームを順に回転可能に連結した多関節型ロボットにおいては、アームの内部を配線（ケーブル）が通されるようになっている。例えば、小型水平多関節ロボットにおける、第１アームと第２アームとの関節部分にあっては、第１アームのフレームに、第２アームのフレームが回動可能に連結されており、その第２アームのフレームに形成された挿通孔内をケーブル（配線）が通されるようになっている。
【０００３】
この場合、第２アームの第１アームに対する相対回転に伴い、ケーブルが、第１アームのフレームに挟み込まれ、ひいては断線してしまうといったこと防止するため、前記挿通孔を周方向に円弧状に延びる長孔状として、ケーブルがその挿通孔内を相対的に移動できるようにすることが考えられている。尚、この場合、第１アームに対する第２アームの回動範囲が、ソフトウエア的及びハードウエア的に規制されるようになっているのであるが、上記挿通孔を長孔としてケーブルがその中を移動し得ることにより、比較的広い回動範囲を確保できるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記のように挿通孔を長孔としたものでも、ケーブルの挟み込みはなくなるものの、軸方向に見て挿通孔が第１アームのフレームにラップする位置まで第２アームが回動すると、ケーブルが金属（鋳物）製の第１アームのフレームに直接接触することがあるため、ケーブルが擦れてその被覆が傷んだり、悪くすると断線したりする虞は依然として残っていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸部の外周側に位置してケーブルの通路となる配線挿通孔を設けるようにしたものにあって、ケーブルがアームのフレームに直接接触することを防止してケーブルの保護を図ることができるロボットの関節部構造を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のロボットの関節部構造は、第２のアームのフレームに設けられる配線挿通孔を、周方向に延びる長孔状に形成すると共に、ケーブルを、その配線挿通孔の内部を周方向にスライド移動自在に設けられた内側ケーブルホルダに保持させた状態で設け、第２のアームの第１のアームに対する相対回転に応じて、その内側ケーブルホルダが第１のアームのフレームに当接するように構成したものである（請求項１の発明）。
【０００７】
これによれば、ケーブルは、内側ケーブルホルダに保持された状態で配線挿通孔内を通されることにより、第１のアームのフレームにその配線挿通孔がラップする位置まで第２のアームが回転しても、内側ケーブルホルダが第１のアームのフレームに当接するだけで、ケーブルが、第１のアームのフレームに直接接触することを防止することができる。また、内側ケーブルホルダが第１のアームのフレームに当接した場合でも、その内側ケーブルホルダがケーブルを保持した状態で長孔状の配線挿通孔内を相対的にスライド移動することにより、第２のアームの第１のアームに対する所要の回動範囲を確保することができる。
【０００８】
従って、請求項１のロボットの関節部構造によれば、配線挿通孔に要求される機能を確保した状態で、ケーブルが第１のアームのフレームに直接接触することを防止してケーブルの保護を図ることができ、また、内側ケーブルホルダを設けるだけの簡単な構成で済ませることができる。尚、本発明にいう第１のアームとは、ある一つのアーム、第２のアームとは、そのアームに回転連結される別のアームといった意味であり、ロボットアーム全体の中での特定の位置や順序のアームを示すものではないことは勿論である。
【０００９】
この場合、配線挿通孔に、プラスチックから該配線挿通孔の延びる方向に沿って円弧状に湾曲した筒状に形成された外側ケーブルガイドを設け、この外側ケーブルガイド内に、プラスチック製の内側ケーブルホルダをスライド移動自在に支持させる構成とすることができる（請求項２の発明）。これによれば、プラスチック製の部材同士の摺動によりスライド移動が行われるため、内側ケーブルホルダのスライド移動がスムーズに行われるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を小形の水平多関節（４軸）型ロボットに適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施例における水平多関節型ロボットの本体１の外観構成を原点位置にある状態で示しており、まず、このロボット本体１の全体構成について簡単に述べる。
【００１１】
即ち、設備の設置面に固定的に設置されるベース２上には、図で左方に延びる第１アーム３の基端部（図で右端部）が垂直軸Ｊ１を中心に回動（旋回）可能に連結されている。前記第１アーム３の先端上面部には、図で左方に延びる第２アーム４の基端部（図で右端部）が垂直軸Ｊ２を中心に回動（旋回）可能に連結されている。そして、この第２アーム４の先端部には、上下に延びるシャフト状をなす上下アーム５が、上下動及び同軸回転可能に設けられている。前記上下アーム５の先端（下端）部には、図示しないハンド等のツールが着脱可能に取付けられるようになっている。
【００１２】
詳しく図示はしないが、前記ベース２内には、前記第１アーム３をベース２に対して回転駆動するための１軸用サーボモータが配設されている。これと共に、前記第２アーム４内には、該第２アーム４を第１アーム３に対して回転駆動する２軸用サーボモータ６（図１参照）、前記上下アーム５を上下動するためのＺ軸用サーボモータ、上下アーム５を同軸回転駆動するためのＴ軸用サーボモータ等が設けられている。
【００１３】
また、このロボット本体１（ベース２）には、図示しないロボットコントローラが接続され、上記各モータはそのロボットコントローラにより制御されるようになっている。従って、ロボット本体１内においては、図１に一部のみ図示するように、ケーブル（配線）７がベース２から第１アーム３を通って第２アーム４内まで通されるようになっている。
【００１４】
次に、図１及び図２は、ロボット本体１の原点位置における、前記第１アーム３と第２アーム４とを連結する関節部、特に第２アーム４部分の構成を示しており、この関節部は、本実施例に係る関節部構造を備えている。この場合、第１アーム３が、本発明にいう第１のアームとして機能し、第２アーム４が、本発明にいう第２のアームとして機能するようになっている。以下、この関節部構造について詳述する。
【００１５】
まず、図１に示すように、前記第１アーム３は、全体としてほぼ薄形の箱状（中空状）をなす金属（鋳物）製のフレーム８からその外殻が構成され、そのフレーム８の上壁部のうち左端部側には、図２，図３にも示すように、第２アーム４を連結するためのほぼ円形の連結部８ａが設けられている。連結部８ａの周囲のうち左側及び前後部は開口しており、また、連結部８ａの右側には前後において曲線状にくびれたくびれ部８ｂが形成されている。尚、前記フレーム８の左端部の底壁部は開口しており、その開口部は取外し可能な下カバー９により塞がれるようになっている。
【００１６】
これに対し、前記第２アーム４は、やはり箱状をなす金属（鋳物）製のフレーム１０からその外殻が構成され、その上面は取外し可能な上カバー１１により覆われている。そして、前記フレーム１０内の図で右側部位に、前記２軸用サーボモータ６や、減速機ユニット１２が組込まれている。このとき、フレーム１０の図で右端部下面側には、前記連結部８ａに対応して、円筒状の取付筒部１０ａが一体に形成されており、この取付筒部１０ａの内部に前記減速機ユニット１２が組込まれていると共に、取付筒部１０ａの上端部に前記２軸用サーボモータ６がボルト締めにより下向きに固定されるようになっている。
【００１７】
前記減速機ユニット１２は、軸受（クロスローラベアリング）１３と減速機例えば周知のハーモニックドライブとを一体化したものからなり、楕円状のカムの外周にボールベアリングを有するウェーブジェネレータ１４、その外周に配置されたカップ状のフレクスプライン（弾性歯車）１５、その外周に噛合うサーキュラスプライン（内歯車）１６を備えて構成されている。
【００１８】
このとき、前記ウェーブジェネレータ１４には、前記２軸用サーボモータ６の回転軸６ａが連結されており、前記サーキュラスプライン１６は、前記フレーム１０の取付筒部１０ａにボルト締めにより固定されている。また、前記フレクスプライン１５の先端（下端）には、取付部材１７を介して軸部としてのリング状の出力軸１８が連結されている。またこの場合、前記出力軸１８は、前記軸受１３の内輪を兼用しており、該軸受１３の２個の外輪が前記取付筒部１０ａにボルト締めにより固定されている。尚、軸受１３の先端（下端）の内外輪間には、オイルシール１９が設けられている。
【００１９】
そして、前記出力軸１８が、前記第１アーム３のフレーム８の連結部８ａに、ボルト締めにより固定されるようになっている。これにて、前記２軸用サーボモータ６が回転駆動されると、その回転が減速機ユニット１２により減速されて出力軸１８に伝達されるのであるが、このとき、出力軸１８第１アーム３の連結部８ａに固定されていることにより、第２アーム４（フレーム１０）が、第１アーム３に対して、垂直軸Ｊ２を中心に矢印Ａ及びＢ方向（図２，図３参照）に回転されるようになるのである。
【００２０】
尚、前記ロボットコントローラにおいては、前記第２アーム４の第１アーム３に対する回動範囲をソフトウエア的に規制するいわゆるソフトリミットが設けられており、さらに、図示は省略するが、上記関節部には、第２アーム４の第１アーム３に対する回動範囲を機械的に規制するメカストッパ機構が設けられている。この場合、メカストッパ機構により規制される回動範囲（例えば図２等に示す原点位置から両側に１４７．８°）は、ソフトリミットにより規制される回動範囲（原点位置から両側に１４５°）よりもやや大きいものとなっている。
【００２１】
さて、図１〜図３に示すように、前記第２アーム４のフレーム１０には、前記取付筒部１０ａ（前記連結部８ａ）の外周側のうち図で左側に位置して、前記ケーブル７の通路となる配線挿通孔１０ｂが形成されている。この場合、配線挿通孔１０ｂは、ある程度の深さ（高さ）を有し、円周方向に沿って細長く延びる長孔状（第２アーム４の回転軸を中心とした円弧状）に形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、この配線挿通孔１０ｂは、第２アーム４が第１アーム３に対して回転した際に、前記フレーム８のくびれ部８ｂに対応する位置（軸方向に見てラップする位置）に形成されている。
【００２２】
そして、本実施例では、この配線挿通孔１０ｂには、外側ケーブルガイド２０が設けられ、この外側ケーブルガイド２０に、内側ケーブルホルダ２１がスライド移動可能に支持されている。図５は、これら外側ケーブルガイド２０及び内側ケーブルホルダ２１の構成を示しており、そのうち外側ケーブルガイド２０は、プラスチック材料（例えばポリアセタール樹脂）から、前記配線挿通孔１０ｂの内周面に対応した円弧状に湾曲した筒状に形成されている。また、この外側ケーブルガイド２０には、図５（ｂ）に示すように、その前後（内外周側）の内壁面の下部寄り部分に、横方向（周方向）に延びるスライド溝部２０ａが形成され、さらに上端部の両端側には、ねじ止め部２０ｂが一体に設けられている。
【００２３】
一方、前記内側ケーブルホルダ２１は、同等のプラスチック材料（ポリアセタール樹脂）から、前記外側ケーブルガイド２０の内周面に沿うように円弧状に湾曲し、円周方向に短い寸法の筒状に形成されている。この内側ケーブルホルダ２１は、その内部を前記ケーブル７が通されるに十分な大きさをなしている。また、図５（ｂ）に示すように、この内側ケーブルホルダ２１の前後（内外周側）の外壁面の上端部寄り部分に、前記スライド溝部２０ａに係合するスライド突部２１ａが横方向（周方向）に延びて形成されている。
【００２４】
前記外側ケーブルガイド２０は、図１等に示すように、前記配線挿通孔１０ｂ内に密に嵌り込むようにして、フレーム１０にねじ止めにより取付けられるようになっている。そして、前記内側ケーブルホルダ２１は、内部にケーブル７が通されて保持した状態で、スライド突部２１ａが前記スライド溝部２０ａに係合することによって、外側ケーブルガイド２０内に周方向にスライド移動自在に支持されるようになっている。このとき、図１及び図５（ｂ）に示すように、前記内側ケーブルホルダ２１は、その一部が前記外側ケーブルガイド２０（配線挿通孔１０ｂ）から下方に突出し、その突出部分がフレーム８の連結部８ａに対応した高さ位置に配置されるようになっている。
【００２５】
これにて、次の作用説明でも述べるように、前記第２アーム４が第１アーム３に対して相対回転することに応じて、ケーブル７を保持した内側ケーブルホルダ２１が、第１アーム３のフレーム８（くびれ部８ｂ）に当接し、外側ケーブルガイド２０内を相対的にスライド移動するようになっているのである。尚、この場合、前記外側ケーブルガイド２０（配線挿通孔１０ｂ）及び内側ケーブルホルダ２１は、上記した第２アーム４の第１アーム３に対する回動範囲に応じた大きさ（位置）に形成されていることは勿論である。また、この回動範囲は、第１アーム３のフレーム８にくびれ部８ｂを形成したことによっても大きく確保されるようになっている。
【００２６】
次に、上記構成の作用について述べる。上記した第１アーム３と第２アーム４とを連結する関節部構造においては、ケーブル７が、第１アーム３のフレーム８の連結部８ａの外側及び第２アーム４のフレーム１０の軸受１３の外側部分にて両アーム３，４間を通されるのであるが、このとき、フレーム１０に形成された配線挿通孔１０ｂに外側ケーブルガイド２０が設けられると共に、ケーブル７は、内側ケーブルホルダ２１に保持された状態でその外側ケーブルガイド２０内を通されている。
【００２７】
今、例えば第２アーム４が原点位置にあるときには、図２及び図３（ａ）に示すように、内側ケーブルホルダ２１ひいてはケーブル７は、外側ケーブルガイド２０（配線挿通孔１０ｂ）のほぼ中心部に位置されている。この状態から、第２アーム４が第１アーム３に対し例えば矢印Ｂ方向（上から見て反時計回り方向）に回動されていくと、軸方向に見て、第１のアーム３のフレーム８（くびれ部８ｂ）に配線挿通孔１０ｂ（外側ケーブルガイド２０）がラップする位置に至り、遂には図３（ｂ）に示すように、内側ケーブルホルダ２１がフレーム８のくびれ部８ｂの側面に当接するようになる。
【００２８】
そして、第２アーム４が更に回動すると、内側ケーブルホルダ２１はケーブル７を保持した状態で、外側ケーブルガイド２０内を矢印Ａ方向に相対的にスライド移動するようになる。これにより、ケーブル７が、第１アーム３のフレーム８に挟み込まれ、ひいては断線してしまうといったことを未然に防止することができるのである。このとき、内側ケーブルホルダ２１と外側ケーブルガイド２０とは共にプラスチック製であるため、内側ケーブルホルダ２１のスライド移動がスムーズに行われるようになる。
【００２９】
しかして、上記した第２アーム４の動作時にケーブル７が金属（鋳物）製の第１アーム３のフレーム８に直接接触することがあると、ケーブル７が擦れてその被覆が傷んだり、悪くすると断線したりする虞がある。ところが、本実施例では、ケーブル７は内側ケーブルホルダ２１に保持されているので、フレーム８に直接接触することがなくなり、すれて傷んだりすることが未然に防止されるのである。ケーブル７が、第２アーム４のフレーム１０の配線挿通孔１０ｂの縁部に直接接することもない。
【００３０】
尚、図示及び説明は省略するが、第２アーム４が反対方向（矢印Ａ方向）に回動する際も同様の作用が得られる。また、上記構成では、配線挿通孔１０ｂ（外側ケーブルガイド２０）を周方向に延びる長孔状とし、しかも、第１アーム３のフレーム８にくびれ部８ｂを設けたことにより、第２アーム４の第１アーム３に対する所要の回動範囲を確保することができる。配線挿通孔１０ｂは径方向には幅狭の細長い孔であるため、関節部が直径方向に大形化することを防止でき、またフレーム１０の強度も確保できる。
【００３１】
このように本実施例のロボットの関節部構造によれば、配線挿通孔１０ｂに要求される機能を確保した状態で、ケーブル７が第１アーム３のフレーム８に直接接触することを防止してケーブル７の保護を図ることができ、また、内側ケーブルホルダ２１を付加するだけの簡単な構成で済ませることができる。また、特に本実施例では、内側ケーブルホルダ２１が、同じプラスチック製の外側ケーブルガイド２０の内面をスライド移動する構成としたので、内側ケーブルホルダ２１のスライド移動がスムーズに行われるといったメリットを得ることができる。
【００３２】
尚、上記実施例では、本発明を水平多関節型のロボットに適用したが、本発明は垂直多関節型ロボットはもとより各種の構造のロボットに適用することができる。この場合、本発明にいう第１のアーム及び第２のアームとは、ある一つのアーム及びそのアームに回転連結される別のアームといった意味であり、ロボットアーム全体の中での特定の位置や順序のアームを示すものではないことは勿論である。その他、ロボットのアーム（フレーム）の形状や、サーボモータの配置、軸受や減速機の構成等の細部の構成についても、様々な変形が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、第１アームと第２アームとの連結部の関節部の構成を示す縦断正面図
【図２】上カバーの一部を破断して示す第２アームの上面図
【図３】第２アームが原点位置にある状態（ａ）、及び第１アームに対して回転した状態（ｂ）を下カバーを外して示す底面図
【図４】ロボット本体の外観を示す正面図
【図５】外側ケーブルガイドに内側ケーブルホルダが保持された状態の斜視図（ａ）及び縦断面図（ｂ）
【符号の説明】
図面中、１はロボット本体、３は第１アーム（第１のアーム）、４は第２アーム（第２のアーム）、７はケーブル、８はフレーム、８ａは連結部、８ｂはくびれ部、１０はフレーム、１０ｂは配線挿通孔、１２は減速機ユニット、１３は軸受、２０は外側ケーブルガイド、２０ａはスライド溝部、２１は内側ケーブルホルダ、２１ａはスライド突部を示す。

Claims (2)

1. 第１のアームのフレームに軸部を介して第２のアームのフレームを回転可能に連結すると共に、前記第２のアームのフレームに、前記軸部の外周側に位置してケーブルの通路となる配線挿通孔を設けるようにしたロボットの関節部構造であって、
   前記配線挿通孔が周方向に延びる長孔状に形成されていると共に、
   前記ケーブルは、前記配線挿通孔の内部を周方向にスライド移動自在に設けられ前記第２のアームの前記第１のアームに対する相対回転に応じて該第１のアームのフレームに当接する内側ケーブルホルダに保持された状態で設けられていることを特徴とするロボットの関節部構造。
2. 前記配線挿通孔には、プラスチックから該配線挿通孔の延びる方向に沿って円弧状に湾曲した筒状に形成された外側ケーブルガイドが設けられ、この外側ケーブルガイド内に、プラスチック製の前記内側ケーブルホルダがスライド移動自在に支持されることを特徴とする請求項１記載のロボットの関節部構造。

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