JPH07156093A - 産業用ロボットの関節部におけるケーブル処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボットの水平回転中心を有した関節
部に設けられるケーブル処理装置を改善してロボット構
成部材の回転角度量の増加を図り、かつケーブル損傷お
よび破損の防止を図る。 【構成】 ロボット機体の関節部に適宜のケーブル巻取
り面を備えた筒体(16、38)を回転部材側(14、34)と一体
回転自在に設け、同筒体(16、38)にケーブル支持部材(2
0、40)の一端を止着し、同ケーブル支持部材の他端は、
上記関節部の中心線回りの運動に関して非回転部材(1
2、30)である部材側に止着し、かつ、回転部材(14、34)
の回転角度量に対応して選定される所定長を有した上記
ケーブル支持部材を非回転部材(12、30)側に沿って確保
した空間(32)内に遊動または下垂せしめ、上記回転部材
と筒体の回転に応じてケーブル支持部材(20、40)を巻取
り、巻戻しするようにした構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットの関節
部におけるケーブル処理装置に関し、特に、多関節垂直
形ロボット等、少なくとも一つの水平軸心回りに相対回
転する２つのロボット構成部材を有したロボット機体に
おける関節領域を通過するケーブルをロボット動作機能
の低減をもたらすことなく、かつ、ケーブル損傷を生起
することなく敷設処理するためのケーブル処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットは、各種の多量生産ライ
ン等において生産能率の向上、省力化並びに生産工場の
省面積等に寄与すべく多用されている。特に、自動車生
産ライン等においては、より生産性の向上と省面積化を
増進すべく、各産業用ロボットの機動性と作業可動範囲
の拡大が求められ、かつ、ロボット動作に伴うロボット
機体自体の干渉領域の縮小化が求められている。

【０００３】他方、産業ロボットの可動部であるロボッ
ト胴、ロボット腕、ロボット手首、ロボットハンドなど
のエンドエフェクタ等の動作には、駆動源としての電動
モータや流体作動シリンダが必須の要素として搭載さ
れ、更にエンドエフェクタが行う溶接、切断等の作業に
対する作業補助流体の供給手段も必須の要素として設け
られる。このために、ロボット機体上にはモータに対す
る駆動電力の供給、制御用信号の送受信、圧力空気や補
助流体ガス等の供給に電気ケーブルや配管パイプ（これ
らを総称してケーブルと言う）の敷設が必須であり、か
つ、同ケーブルをロボット機体の内部や周囲に適切に配
線、配管等の敷設を行うケーブル処理技術の改善が常に
求められている。

【０００４】産業用多関節形ロボットにおいては、ロボ
ット機体が多数の関節部を有し、これらの関節部を通過
するケーブルは、機体の回転動作量を制限する原因とな
り、またケーブル自体の曲げ、伸び、捩れによる損傷劣
化や破断の原因ともなる。従って、従来より、産業用ロ
ボットにおけるケーブル処理には種々の提案がなされて
いる。特に、垂直多関節形ロボットにおける水平軸心回
りに回動するロボット腕の関節部におけるケーブル処理
装置としては、図６に示すように、多関節形産業用ロボ
ットにおいて、ロボット胴１の上端１ａにロボット腕２
の後端２ａを枢着させ、同枢着点を関節部３とするロボ
ット機体内を利用してケーブル処理を行う構成として、
ロボット胴１側からロボット腕２を経由して先端のロボ
ット手首（図示なし）に向けてケーブル４を延設する場
合に、ロボット胴１の中心から上記関節部３の回転中心
を通過してロボット腕２の中心線に向けてケーブル４を
湾曲、敷設する構成をとる例がある。

【０００５】また、他の１例として、図７に示すよう
に、ロボット胴１の上端１ａの側面にロボット２の後端
２ａを片持ち式に軸受５を介して枢着し、同枢着部を回
転関節３にして当該関節３の回転中心を中心にして回転
するロボット腕２に向けてロボット胴１から配線すると
き、回転関節３の中心をケーブル４が通過することによ
り、回転中心においてケーブル４のねじりが生ずる構成
としたものがある。

【０００６】つまり、上述した２例では、何れもロボッ
ト回転要素が回動するとき、その回転中心をケーブルが
通過することにより、ケーブル４自体の曲げ半径を可及
的に縮小値に設定し、同ケーブル４に生ずる局部的な引
張荷重を低減させる構造、または、回転中心においてケ
ーブル４に捩じりが負荷されるようにして極力、ケーブ
ル４る掛かる負荷を低減した構造がとられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、図６に示
す前者のケーブル処理手段では、ロボット胴１に対して
ロボット腕２が回転する場合に、ケーブル４に屈曲作用
が繰り返されることから屈曲角が大きいとケーブル４の
疲労損傷が発生し易く、故に、ロボット腕２の回転運動
角を充分に大きくして運動機能の拡大を図ることが難し
いと言う問題が発生する。しかも、ロボット機体の構造
上から、ロボット胴１の中心領域や関節３の回転中心線
上、或いはロボット腕２の中心領域にケーブル４を敷設
するケーブルルートが確保できない場合等には適用困難
であると言う欠点を有している。

【０００８】他方、図７に示す後者のケーブル処理手段
でもケーブル４に捩じり応力が作用することから、ロボ
ット胴１に対するロボット腕２の相対回転角度は、例え
ば、３６０°（１回転角）のような大きな回転角に設定
できないことから、ロボット機能上で制限を受ける欠点
があり、しかもケーブル敷設作業、保守作業が容易でな
いと言う難点を有している。

【０００９】かくして、従来、図６、図７のようなケー
ブル処理手段には問題点の解消が充分でなく、しかもこ
のような中心領域敷設式のケーブル処理手段が採用不可
能な場合には、結局、ロボット機体の外周囲に周知の商
品名ケーブルトラックと呼称されるケーブルを内包、支
持するケーブル支持部材を巡回、敷設し、ケーブル保護
を図りながら、配線処理するケーブル処理手段が採用さ
れるが、このような回部露出型のケーブル処理手段は、
ロボットの使用現場で機械的な干渉を起こし易い問題点
を有している。

【００１０】上述した従来のケーブル処理装置の問題に
鑑みて、本発明の主目的は、産業用ロボットの関節部、
特に、水平回転軸心を有したロボット機体の関節部を通
過してロボット機体内にケーブル敷設を可能にし、か
つ、ロボット回転要素の運動機能の向上を達成すること
が可能な産業用ロボットの関節部におけるケーブル処理
装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、ロボット機体
における各ロボット構成要素の中心領域にケーブルの敷
設が困難な機体構造の場合にも選択、利用可能なケーブ
ル処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、上
述の目的に鑑みて、ロボット機体における相対回転する
２部材の枢着点を成す関節部に適宜のケーブル巻取り面
を備えた筒体、特に好ましくは円筒体を回転部材側と一
体回転自在に設け、この筒体にケーブル支持部材を成す
ケーブルトラックの一端を止着し、同ケーブルトラック
の他端は、上記関節部の中心線回りの運動に関しては非
回転部材である他方の部材側に止着し、かつ、回転部材
の回転角度量に対応して選定される所定長を有したケー
ブルトラックを上記非回転部材側に沿って確保した空間
内に遊動自在に設け、回転部材と一体の筒体の回転に応
じてケーブルトラックを巻取り、巻戻しするようにした
構成をとり、このケーブルトラック内部をケーブルの敷
設空間としたケーブル処理手段を提供するものである。

【００１３】依って、本発明によれば、産業用ロボット
における水平軸心回りに相対回転する２つのロボット構
成部材の関節に延設されるケーブルの処理装置におい
て、前記２つの部材における回転部材側と一体に前記水
平軸心回りに回動可能に設けた筒体と、該筒体に先端が
止着され、前記２つの部材における非回転部材側に他端
が止着されると共に所定の遊動長を有し、前記筒体の回
転に応じてその周囲に巻上げ、巻戻し可能に配設された
ケーブル収納用の可撓ケーブル支持部材と、前記非回転
部材側に確保され、前記可撓ケーブルト支持部材の遊動
部を受容可能な容積領域を形成するケーブル動作室とを
具備して構成された産業用ロボットの関節部におけるケ
ーブル処理装置が提供される。

【００１４】

【作用】上述した構成によれば、可撓ケーブル支持部材
を成すケーブルトラックが、筒体周囲のケーブル巻取り
面に巻取りされ、また、そこから巻戻しされるので、ケ
ーブルトラック長さを予めロボットの２つの相対回転部
材間の回転所望角に応じて充分に確保しておけば、回転
部材側の運動角を充分に大きく確保しつつ、機体内部に
ケーブル敷設を実行することも可能となり、しかも、可
撓ケーブルトラック内に収納されたケーブルに無理な荷
重等が掛からないために、ケーブル寿命も充分に長期化
させることができる。

【００１５】また、可撓ケーブルトラックが非回転部材
側に沿って単に遊動自在に敷設される構造により、従来
ロボット機体の外周に敷設するケーブル処理手段には必
須であったケーブル支持部材の案内用ガイド部材が不要
であり、故にケーブル処理手段の構造の簡素化が図れ、
コスト低減を得ることも可能となる。なお、上記筒体
は、一般的にロボット関節部に回転駆動源を成すサーボ
モータ等の電動モータや減速機を装着する場合に用いら
れる円筒体を併用することが好ましい。また、上述した
相対回転する２部材がロボット胴とロボット腕とから成
る場合には、可撓ケーブルトラックの上記動作室は鉛直
空間から成り、故に、ケーブルトラックは下垂状態でケ
ーブル動作室内を上下に遊動する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に、詳細に説明する。図１の（ａ）、（ｂ）
は、本発明に係る産業用ロボットの関節部におけるケー
ブル処理装置の構成の原理を示す略示正面図と１−１矢
視線から見た側面図、図２（ａ）、（ｂ）は図１の
（ａ）と同じ正面図で、ロボット機体の回転部材側と筒
体の回転に伴うケーブルトラックの動作原理を説明する
図、図３は、本発明に係る産業用ロボットの関節部にお
けるケーブル処理装置の具体的な実施例を示す正面断面
図、図４及び図５は図３と同様の正面図でロボット機体
の回転部材側及びケーブル巻取り面を有した円筒体の回
転に呼応して変位するケーブルトラックの様子を示した
図である。

【００１７】先ず、図１（ａ）、（ｂ）を参照すると、
垂直多関節形産業用ロボットにおける２つの相対回転部
材、特に、ロボット胴とロボット上腕とが相互に枢着さ
れる関節部に設けられた本発明に係るケーブル処理装置
の構成の原理図が図示されている。同図１（ａ）、
（ｂ）において、ロボット胴１２は図示されていないロ
ボットベースに立設され、縦軸回りに回転可能なロボッ
ト構成要素を成し、その上端域１２ａに、ロボット上腕
１４の後端１４ａが水平軸心１５の回りに回動可能に枢
着されており、このとき、同ロボット腕１４は、ロボッ
ト胴１２の上端域１２ａの側部に横設、突出した円筒体
１６と共に図示されていない回転軸受機構を介してロボ
ット胴１２に対して相対的に一体回転可能に設けられ、
この円筒体１６の外周表面がケーブル支持部材を成す可
撓ケーブルトラック２０の巻取り面を形成している。上
記ケーブルトラック２０は、充分な長さを有して（ａ）
図からも明らかなように、ロボット胴１２の縦側部に沿
って下垂状態で上下に遊動可能に設けられ、先端側２０
ａは固定金具２２を介して円筒体１６の適所に止着され
ている。また、ケーブルトラック２０の後端側２０ｂ
は、適宜のクランプ２４を用いてロボット胴１２の機側
の適所に止着されている。そして、このケーブルトラッ
ク２０の内部のケーブル通路に電力ケーブル、信号ケー
ブル、流体供給ケーブル等を束にしたケーブル２６が収
納、敷設されており、ロボット胴１２の下方から図示の
ケーブルトラック２０内部のケーブル通路を通過してロ
ボット腕１４の内部に配線、配管され、ロボット手首
（図示なし）に向けて敷設されている。

【００１８】上述の構成によれば、ロボット胴１２の上
端域１２ａに設けられた関節部の中心軸線１５の回りに
ロボット腕１４がロボット制御装置による指令に応じて
回動するとき、円筒体１６が一体と成って同じく中心軸
線１５の回りに矢印Ｒで示す両方向に回動する。このと
き、図示例では、（ａ）図上で円筒体１６の回転方向Ｒ
が反時計回り方向の時には、ケーブルトラック２０は円
筒体１６の外周の巻取り面に対して巻取られ、故に、ロ
ボット胴１２の機側に下垂したケーブルトラック部分は
上動する。同時に、このケーブルトラック２０の内部に
敷設されたケーブル２６も円筒体１６のケーブル巻取り
面に巻き取られる。

【００１９】逆に円筒体１６の回転が、時計回り方向の
時には、ケーブルトラック２０は、円筒体１６の外周か
ら巻戻される。そして、ケーブルトラック２０は両端２
０ａおよび２０ｂが円筒体１６上及びロボット胴１２に
止着されているため、同ケーブルトラック２０の遊動
部、つまり、ロボット胴１２の機側に沿って下垂した部
分が下方向に漸次に下動する。斯くしてケーブルトラッ
ク２０の内部に敷設されたケーブル２６も下動する。

【００２０】ここで図２（ａ）、（ｂ）を参照すると、
同（ａ）図側では、ロボット腕１４と円筒体１６とが、
図１（ａ）に図示された状態からロボット胴１２に対し
て時計回り方向に回動し、故に、ケーブルトラック２０
がケーブル２６共々、円筒体１６の巻取り面から巻戻さ
れ、ロボット胴１２の機側に沿って自由落下的に下垂し
た状態で遊動し、この結果、円筒体１６及びロボット腕
１４を略１８０°の回動角に渡り回動を許容した状態を
示している。

【００２１】（ｂ）図側では、ロボット腕１４と円筒体
１６とが、図１（ａ）に図示された状態からロボット胴
１２に対して反時計回り方向に略１８０°の回動角に渡
って回動し、故に、ケーブルトラック２０がケーブル２
６共々、円筒体１６の外周の巻取り面に巻き取られ、か
つロボット胴１２の機側に沿って上向きに遊動して円筒
体１６に巻き付いた状態を図示している。

【００２２】以上の記載から明らかなように、本発明に
係るケーブル処理装置の原理によれば、ケーブル支持部
材を成すケーブルトラック２０が円筒体１６の外周の巻
取り面に巻取りされ、または巻戻しされるので、同ケー
ブルトラック２０の内部に敷設されるケーブル２６には
全く無理な曲げや捩じ力が負荷される危惧はないのでケ
ーブル２６の損傷の危惧が解消され、故に、ロボット腕
１４と円筒体１６との一体と成った回動角度を充分に大
きく取ることが可能となる。勿論、このときにロボット
腕１４に設定される回動角度量に従ってケーブルトラッ
ク２０及び内部のケーブル２６の遊動長が決定される。
しかも、ケーブルトラック２０や内部のケーブル２６の
敷設に中心配置を必要とする制限が撤廃されるので、ケ
ーブルトラック２０の遊動々作領域（ケーブルトラック
動作室）さえ確保できれば、どのようなロボット機体に
も本発明に係るケーブル処理装置を設けることが可能と
なる。

【００２３】しかも、ケーブルトラック２０は自由落下
状態で遊動を許容されるから、ケーブルトラックガイド
のようなケーブル敷設上の補助手段を要しない利点も備
えている。なお、円筒体１６は一般的にロボット機体の
関節部における駆動モータや減速機の取付け筒体を併用
しているので、ケーブル処理装置の構成に殊更、新規部
材を導入することなく構成可能であり、故に、製造コス
ト面からも極めて有利である。なお、円筒体１６は円形
断面を有しているが、必要に応じて多角形筒体で形成す
る等の方法を取っても同様な作用、効果が得られること
は言うまでもない。

【００２４】次に、上述した構成、作用効果を有する本
発明のケーブル処理装置を６軸系の多関節形産業用ロボ
ットの第２軸、つまり、ロボット上腕の後端関節部に適
用した実施例を図３〜図５に基づいて説明する。図３
は、同ロボットを垂直面で縦に断面した内部構造を示し
ており、ロボット胴３０の上端域にロボット上腕３４が
関節３６において枢着され、同関節３６にはロボット上
腕３４と一体回動可能な円筒体３８が一体構造により設
けられている。この円筒体３８はロボット機体の外部に
突出した領域に図示されていないロボット上腕３４の回
転駆動源を成す駆動モータや減速機を搭載しており、こ
れらを止着するボルトねじ等３９ａ、３９ｂが見えてい
る。そして、ロボット上腕３４の回動に対応した円筒体
３８の適所には可撓ケーブル支持部材であるケーブルト
ラック４０の上端４０ａが固定金具４２を用いて止着さ
れ、下端４０ｂはクランプ金具４４を用いてロボット胴
３０の内部の適所に止着されている。

【００２５】ケーブルトラック４０の長さは前述の原理
説明からも明らかなように、ロボット上腕３４の回動角
に応じて選定、設定された遊動長さを有し、ロボット胴
３０の内部に確保されたケーブル動作室３２の内部を上
下に遊動し得る構成となっている。そして、ケーブルト
ラック４０の内部にはロボット上腕３４から更に先端の
ロボット前腕やロボット手首に向けて敷設されるケーブ
ル４６が収納、敷設されていることは、前述の原理構造
によるケーブル処理装置と全く同様である。

【００２６】このように構成されたケーブル処理装置に
よれば、図４に示すようにロボット上腕３４が図３の状
態および位置から図４に矢印Ｒ１で示す反時計回り方向
に回動したとき、ケーブルトラック４０は円筒体３８の
外周のケーブル巻取り面に巻き取られ、このとき、ケー
ブル４６も一緒に円筒体３８の外周に巻き取られ、ケー
ブル先端はケーブルトラック４０の先端４０ａを出て、
更に前方のロボット上腕３４の内部に敷設されている。

【００２７】他方、図５は、図３の状態及び位置から矢
印Ｒ２で示す時計方向回りにロボット腕３４および円筒
体３８が回動したとき、ケーブルトラック４０は、円筒
体３８の外周の巻き取り面から巻き戻しされ、ロボット
胴３０の下方に形成されたケーブル動作室３２の内部に
向けて下向きに遊動する。このとき、ケーブル４６も一
緒に円筒体３８の巻き取り面から巻き戻しされ、ケーブ
ル動作室３２の内部に下垂する。この場合にもケーブル
４６はケーブルトラック４０に依って支持されているこ
とから、ケーブルトラック４０の遊動に伴い、何らの負
荷を荷重されることはないので、ケーブル４６に損傷や
破断が発生する危惧は全くない。

【００２８】しかも、ロボット腕３４及び円筒体３８の
回動は、ケーブル４６及びその支持部材であるケーブル
トラック４６の巻き付きや巻き戻しの影響を受けること
がなく、予めケーブルトラック４０および内包されるケ
ーブル４６の遊動長を回動角に合わせて十分な長さに確
保しておけば、３６０°を越えた大きな回動角を設定す
ることも可能となる。

【００２９】更に、ケーブルトラック４０は、関節部の
中心軸線を通過することなく、多関節形産業用ロボット
の同水平軸心に設けられる関節部に駆動モータや減速機
の取付座手段として設けられる筒体の周囲を通過する構
成により、ケーブルの敷設処理が達成されるので、ロボ
ット機体内や関節中心部にケーブルルートを確保しなけ
ればならないと言う制約から解放される。この結果、ロ
ボット機体の内部構造による制約を受けることなく、多
関節形ロボットを始めとする種々の産業用ロボットに本
発明に係るケーブル処理装置を適用することが可能とな
る。

【００３０】

【発明の効果】以上に記載した本発明の原理、具体的な
実施例の記載から明らかなように、本発明によれば、産
業用ロボットにおける水平軸心回りに相対回転する２つ
のロボット構成部材の関節に延設されるケーブルの処理
装置において、上記の２つの部材における回転部材側と
一体に上記水平軸心回りに回動可能に設けた筒体と、同
筒体に先端が止着され、上記２つの部材における非回転
部材側に他端が止着されると共に所定の遊動長を有し、
上記筒体の回転に応じてその周囲に巻上げ、巻戻し可能
に配設されたケーブル収納用の可撓ケーブル支持部材
と、上記非回転部材側に確保され、上記可撓ケーブル支
持部材の遊動部を受容可能な容積領域を形成するケーブ
ル動作室とを備えた産業用ロボットの関節部におけるケ
ーブル処理装置が提供されるので、このケーブル処理装
置を、ロボット腕やロボット手首の関節部に適用するこ
とで、ロボット腕やロボット手首の回動角度をケーブル
処理に制約を受けることなく、１回転（３６０°）ない
しこれを上回る回動角にまで設定することが可能とな
り、この結果、産業用ロボットの作業機能を向上させる
ことが可能となる。

【００３１】しかも、ケーブル支持部材としてのケーブ
ルトラックやケーブル自体に無理な荷重が負荷される危
惧もないことから、ケーブル寿命の長寿命化できる効果
も得られるのである。また、ケーブル支持部材を成すケ
ーブルトラックは、比較的簡単に入手可能なロボット構
成部材であり、また、関節部に設けられる筒体は多くの
場合、ロボットの関節部に駆動モータや減速機を取り付
ける取付座手段として設けられる円筒体を併用してケー
ブルトラックの巻回手段を形成できるので、ケーブル処
理手段の改善に伴うコスト増加を回避できる効果を得ら
れるので、ひいては、産業用ロボットの製造コストや機
能維持コストの低減を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る産業用ロボッ
トの関節部におけるケーブル処理装置の構成の原理を示
す略示正面図と１−１矢視線から見た側面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、夫々、図１の（ａ）と同じ
正面図で、ロボット機体の回転部材側と筒体の回転に伴
うケーブルトラックの動作原理を説明する図である。

【図３】本発明に係る産業用ロボットの関節部における
ケーブル処理装置の具体的な実施例を示す正面断面図で
ある。

【図４】図３と同様の正面図でロボット機体の回転部材
側及びケーブル巻取り面を有した円筒体の回転に呼応し
て変位するケーブルトラックの様子を示した図である。

【図５】図３と同様の正面図でロボット機体の回転部材
側及びケーブル巻取り面を有した円筒体の回転に呼応し
て変位するケーブルトラックの様子を示した図である。

【図６】従来の産業用ロボットの水平中心軸を有した関
節部におけるケーブル処理装置の例を示す部分略示断面
図である。

【図７】従来の産業用ロボットの水平中心軸を有した関
節部におけるケーブル処理装置の例を示す部分略示断面
図である。

【符号の説明】

１２…ロボット胴 １４…ロボット腕 １６…筒体 ２０…ケーブルトラック ２６…ケーブル ３０…ロボット胴 ３２…ケーブルトラック動作室 ３４…ロボット腕 ３８…円筒体 ４０…ケーブルトラック ４６…ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 毅 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 堀内 正優 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットにおける水平軸心回りに
   相対回転する２つのロボット構成部材の関節に延設され
   るケーブルの処理装置において、 前記２つの部材における回転部材側と一体に前記水平軸
   心回りに回動可能に設けた筒体と、 該筒体に先端が止着され、前記２つの部材における非回
   転部材側に他端が止着されると共に所定の遊動長を有
   し、前記筒体の回転に応じてその周囲に巻上げ、巻戻し
   可能に配設されたケーブル収納用の可撓ケーブル支持部
   材と、 前記非回転部材側に確保され、前記可撓ケーブル支持部
   材の遊動部を受容可能な容積領域を形成するケーブル動
   作室とを、具備して構成されたことを特徴とする産業用
   ロボットの関節部におけるケーブル処理装置。