ロボット手首機構および回転アームの左右配置替え方法
【課題】 ロボット動作域にワーク保持装置などの配置を余儀なくされる場合に、基準軸線からオフセット状態にあるアーム本体を反転させ、周囲物との干渉を回避すると共にその位置から左右略同等量の回転を可能にする。
【解決手段】 制御ケーブル１０，１１を中空駆動シャフト３Ｃから出る時点で通過する引出し部１４，１５を、中空駆動シャフト３Ｃに１８０度隔てて二箇所設ける。アーム本体３Ｂの過回転を阻止するストッパの取付部も１８０度隔てて二箇所設けられる。制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４，１５と駆動すべきモータ８，９との間で切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４を介在させておく。コンジットケーブルの延伸経路を反転後も変えないようにしつつ、アーム本体の動きを周囲物に影響されない状態にしておくことができる。
【解決手段】 制御ケーブル１０，１１を中空駆動シャフト３Ｃから出る時点で通過する引出し部１４，１５を、中空駆動シャフト３Ｃに１８０度隔てて二箇所設ける。アーム本体３Ｂの過回転を阻止するストッパの取付部も１８０度隔てて二箇所設けられる。制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４，１５と駆動すべきモータ８，９との間で切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４を介在させておく。コンジットケーブルの延伸経路を反転後も変えないようにしつつ、アーム本体の動きを周囲物に影響されない状態にしておくことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットの手首機構および回転アームの左右配置替え方法に係り、詳しくは、基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、その基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延ばされている手首機構にあって、偏在状態にあるアーム本体が周囲物と干渉するのを回避すべく配置替えできる機構ならびに配置替え方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多関節型アーク溶接ロボットは一般的に６つの軸を備え、各軸の回転や傾動さらには旋回といった動作を重ね合わせて、溶接用トーチを所望する姿勢に保持すると共に、その先端を目的とする位置へ変位させる。図１１の（ａ）はその一例のロボット３０であり、それに示される６つの軸部は以下のものからなる。
【０００３】
それらは、装着された溶接用トーチ（図示せず）を矢印３１の方向へ旋回または回転させる第６軸部７、この第６軸部を支持する傾動アーム５に首振り等の矢印２８方向の動作を与える第５軸部６、この第５軸部を先端に備える上アーム３を矢印３２方向に回転させる第４軸部３３、略水平に延びた姿勢であることの多い上アーム３の非回転部３Ａを、直立した状態で傾動する下アーム３４に対し矢印３５方向へ回転して俯仰させる第３軸部３６、下アーム３４を旋回台３７に対して矢印３８方向に傾動させるための第２軸部３９、旋回台３７を基台上で矢印４０のごとく水平に回すための第１軸部４１である。
【０００４】
このような溶接ロボットにおいては、第４軸線２の回りに回転する上アーム３のアーム本体３Ｂが左右いずれかの側に偏在されていることがある。このような形態の一例が特開２００２−３７０１９０にも開示されており、現在では決して珍しいことでない。詳しく述べれば、上アーム３は上記した非回転部３Ａの外に、主として中空駆動シャフト３Ｃとそれに一体のアーム本体３Ｂとからなる回転部で形成される。
【０００５】
アーム本体３Ｂは、その基端にあって第４軸線２を中心に持つ中空駆動シャフト３Ｃから第４軸線２の一方の側、図１１の例では右手から左後方を眺めた場合に右側へオフセットしており、その状態で第４軸線２に沿うように延ばされている。このアーム本体３Ｂの先端は、第４軸線２に直交して水平をなす交差軸線４の回りに傾動する傾動アーム５を片持ち的に支承している。
【０００６】
このような片持ちオフセット形式の上アーム３が採用される所以は、（１）図１２の（ｂ）に示すように、溶接ワイヤや溶接用電力、シールドエア等を溶接用トーチ４２に供給するために欠くことのできないコンジットケーブル４３を、（ａ）の平面矢視にあるように第４軸線２上にできるだけ定置させ、ロボット動作域にある別装置等にケーブルが触れたり絡んだりするのを可及的に少なくできることである。
【０００７】
さらに、（２）傾動アーム５が上アーム３に対して傾動するとき、コンジットケーブル４３が（ｂ）に示すように上または下に凸となるような曲がりを許容すべく空間を上下に大きく確保できることや、（３）図１２の（ａ）に示すごとく一方のスペース４４が空くことになるので、コンジットケーブル４３の点検や交換のための保守作業が行いやすくなるということも挙げられる。ちなみに、（ｂ）においては傾動アーム５が標準的な垂直姿勢となっている状態で表されているが、（ａ）は傾動アーム５が上アーム３の延長線上となる水平姿勢にした状態で描かれている。
【０００８】
ところで、図１３の（ａ）のごとくワークを保持するための装置や他のロボットといった周囲物４５が溶接ロボット３０の動作域に存在し、かつ上アーム３に運悪く近接させざるを得ない場合がある。上アーム３に片持ちオフセット形式のアーム本体３Ｂが採用されている場合、その周囲物４５に触れるようなことが起こればロボットの稼働は論外となるか、周囲物を不便な位置にずらせるなどしなければならなくなる。
【０００９】
このような事態を想定するなら、左右反対形状の（ｂ）に示した上アーム体を準備しておけばよい。すなわち、中空駆動シャフト（図示せず）からアーム本体を外して対称形のアーム本体３Ｂにつけ替えると、上アーム３の側方には周囲物４５と間に余空間４６を生じさせることができる。この場合、アーム本体を二種類保有しなければならないという費用や保管の面で負担が大きくなるだけでなく、交換にも面倒な作業が課せられることになる。
【００１０】
このような不利不便の解消手立てとして考えられるのは、第４軸線２の回りに回転させることができる上アーム３を、図１３の（ａ）の状態から（ｂ）のように１８０度反転させることである。上で述べた先行文献には、この種の要領による左右勝手違い操作が開示されている。反転前状態からも反転後の状態からも、例えば±１９０度程度の回転が許容されるようになっているなら、所期の目的は達成されることになる。
【００１１】
ちなみに、±１９０度としておけば、左右いずれへの回転であるにせよ傾動アーム５や第６軸部７をトータル３６０度を少し上回るように振らせることができ、溶接用トーチに如何なる姿勢をも与えることができるからである。しかし、片側で約１９０度を超えないようにしているのは、後述する制御ケーブルやコンジットケーブルに大きな捻じれを与えないように、さらにはそれらがアームに絡んで動けなくならないようにしておくためである。
【００１２】
ところで、第４軸線２を中心にして上アーム３を矢印３２の方向へ１８０度回転し、その回転によって天地逆となった第６軸部７と後述する第６軸駆動用モータ９（後述する図１６の右部分を参照）とを、傾動アーム５の矢印２８方向への１８０度傾転により正規の姿勢に戻せば、図１３（ｂ）のようにすることができる（図１１の（ｂ）も参照）。上記した余空間４６が確保されることになっても、第６軸部７の周囲物（ワーク保持装置４５）に対する離間距離Ｌtwは残しておくことができる。もちろん、ワーク等にさらに近づけることも可能となる。なお、上記した先行文献に開示のロボットではアーム本体を反転させることができても、第６軸部のモータは周囲物側に残されており、勝手違いが全うされているわけではない。
【００１３】
いずれにしても問題となるのは、図１２に示した第５軸部６やそれより先に設けられた第６軸部７を個々に駆動するモータ８，９のための制御ケーブル１０，１１が、上アーム３の回転角を大きくするに伴ってひきつれないかどうかということである。もちろん、図１４の（ａ）から分かるように、中空駆動シャフト３Ｃの外周に上アーム３の回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２が設けられ、±１９０度程度の回転が許容されると共に、上アーム３の回転に追従させる際に過度な緊張を制御ケーブルに生じさせない長さが与えられる。
【００１４】
ちなみに、下アーム３４内を上がりショルダ２０に到達してからこの弛ませ部１２を含めてコネクタ２３，２４の近傍まで保護管１３で覆われている制御ケーブルは、中空駆動シャフト３Ｃの前端のフランジ１６の一部を切り欠いて形成された引出し部１４（図１４の（ｂ）も参照）に通される。この引出し部の手前でクランプ１７により固縛されることもあって、上アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２におけるケーブルのばたつきを抑え、また引出し部１４からコネクタ２３，２４に至るまでも、上アーム３の回転の影響を左右大きく違わないようにして、ケーブル１０，１１の損傷を少なくする配慮がなされる。
【００１５】
このような形態で制御ケーブルが敷設されるにしても、上アーム３を反転させ、そこを基準にしても少なくとも±１８０度の回転を確保しようとすると、次に示す図１５の説明からも明らかなように、制御ケーブルには＋１８０度、−３６０度の回転に耐える長さを与えておかなければならなくなる。すなわち、制御ケーブルにはトータル５４０度分の動きを許容する長さが必要とされる。
【００１６】
引出し部１４が上に位置するときをニュートラル（Ａ0 と表す）として、（ａ）から（ｂ）や（ｃ）のように±１８０度回転（Ａ+180、Ａ-180と表す）させるという挙動は当然であるが（図１４（ａ）から図１６および図１７に変化する）、（ｃ）をニュートラルとみなして（ｄ）や（ｅ）のように±１８０度回転（Ａ-180+180＝Ａ0 、Ａ-180-180＝Ａ-360と表す）させるという挙動も可能にしておかなければならない。なお、（ｄ）は（ａ）に戻っているが、（ｅ）は（ａ）から見れば３６０度も離れる方向に回転しており、制御ケーブルにはこの３６０度分に耐える弛ませ量が確保されねばならない。
【００１７】
制御ケーブルの捻じれ抑止の観点から±１９０度を超えて回転させないことはすでに述べたとおりであり、一方の側のみとはいえ３６０度の回転を許容しておくことは好ましいことでない。それはともかくとして、通常、ロボットには±１９０度以上の過回転を阻止しておくために、図１４に示すごとく中空駆動シャフト３Ｃを囲繞するショルダ２０にストッパ１８を取り付けておくなど、メカニカルストッパ機構が導入される。
【００１８】
詳しく述べると、中空駆動シャフト３Ｃにはドグ１９が植設され、中空駆動シャフトの回転に伴われたドグ１９がショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８に上からもしくは下から当接すると、中空駆動シャフトのそれ以上の回転が阻まれるようになっている（図１６および図１７を参照）。
【００１９】
なお、ストッパやドグには厚みがあってドグが±１８０度まで回転できないことから、若干の工夫が施される。簡単に述べると、図１８の（ａ）に示すように、中空駆動シャフト３Ｃの外周の一部に補助リング２５（図１４も参照）が嵌められ、その一箇所には周方向へ延びる切欠き２６または長溝が形成される。中空駆動シャフト３Ｃに植設されたインナドグ１９Ａを切欠き２６に臨ませ、その間での遊動を許容しておく。補助リング２５にはアウタドグ１９Ｂを設けておくが、これがストッパ１８に当たることによって１８０度未満しか回転を許されなくても、インナドグ１９Ａすなわち中空駆動シャフト３Ｃは１８０度を超えて回転することができる。
【００２０】
以上の説明からすれば、図１８の（ａ）から（ｂ）を経て（ｃ）に至る反時計方向回転においても、（ａ）から（ｄ）へ至る時計方向回転においても±１９０度前後まで上アーム３を回転させることができる。ところが、図１３の（ｂ）のように反転させると、すなわち、図１９において（ａ）から反時計方向に（ｂ）を経て（ｃ）へ１８０度反転させたとすれば、この（ｃ）から（ｅ）を経て（ｆ）まで約１９０度時計方向に回転させることはできても、（ｃ）から（ｄ）のように反時計方向回転では、１０数度も回転しないうちにアウタドグ１９Ｂがストッパ１８に衝突する。
【００２１】
図２０は（ａ）から時計方向に（ｂ）まで１８０度分反転させた場合であるが、この（ｂ）から（ｃ）を経て（ｄ）まで約１９０度反時計方向へ回転させることはできるにしても、（ｂ）から（ｅ）のように時計方向回転では、１０数度も回転しないうちにアウタドグ１９Ｂがストッパ１８に衝突する。なお、ニュートラルを図２１の（ａ）のＡ'0の状態に置いたとしても、すなわち、インナドグ１９Ａを切欠き２６の中間に位置させたとしても、それぞれの方向へ１８０度反転させて得られる（ｃ）や（ｅ）から始める±１９０度の回転は、図１９および図２０の場合と同様に不可能であることを、図２１は暗に教えている。
【００２２】
以上の説明から分かるように、制御ケーブル等の過大な捻じれを阻止するメカニカルストッパが存在するかぎりは、図１５で説明した動作は不可能であることが分かる。すなわち、制御ケーブルを＋１８０度から−３６０度の回転に耐える長さを与えておくことができたとしても、図１９や図２０の挙動が発生して反転後の±１９０度の回転の実現は不可能となる。
【００２３】
仮に何らの方法により実現できるとしても、制御ケーブルには＋１８０度は当然としても−３６０度の回転を許容しなければならず、それに伴いひきつれ回避用弛ませ部において保護管が中空駆動シャフトの外面で擦れる機会を多くしてしまう。制御ケーブルの劣化が数ケ月で進行し、交換頻度を高めるなど保守点検の機会を多くせざるを得なくなる。
【００２４】
上記した特許文献においては、アーム本体を反転させるに先立ち制御ケーブルが取り外され、過大な捻じれをケーブルに蓄積させておかない配慮がなされているが、如何せん制御ケーブルを第４軸部のみならずその手前の第３軸部から以降の全部を取外しの対象としている。加えて、アーム本体とそれより先の各機構との分離操作も課せられ、アーム本体の１８０度反転という簡易操作に着目した割りには付随的な手間を伴う。これらの点を考慮して、これよりも操作工数の少ない勝手違い要領やそのための機構の提案が望まれるところである。
【特許文献１】特開２００２−３７０１９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、ロボット動作域にワーク保持装置などの周囲物の配置を余儀なくされる場合に、ロボット動作中に第４軸線を基準軸線としてそれからオフセット状態にある上アームのアーム本体が周囲物と干渉するおそれがあるなら、逆側にオフセットさせることによってアーム本体の動きが周囲物に影響されない状態にできると共に、周囲物に干渉するおそれの高いコンジットケーブルの延伸経路を反転後も変更をきたさないようにしておくことができることである。
【００２６】
さらに、逆オフセットのために左右対称な形のアーム本体を別途準備しておく必要がなく、アーム本体を１８０度反転操作しても、そこから例えば±１９０度の回転が過回転阻止用のメカニカルストッパに邪魔されることなく許容されること、過回転阻止によって保護される制御ケーブルには反転させてもひきつれ回避用弛ませ量を変更しなくてよいようにしておくこと、もちろん、多くの工数を要しない反転操作要領やそのための機構を実現したロボット手首機構および回転アームの左右配置替え方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、その基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、制御ケーブル１０，１１を中空駆動シャフト３Ｃから出る時点で通過する引出し部１４，１５が、その中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けられる。その中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突設し中空駆動シャフト３Ｃの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグ１９を当接させるストッパ１８の取付部２１，２２（図５の（ａ）を参照）が、１８０度隔てて二箇所設けられる。そして、各制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４と該当するモータ８，９との間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４が介在されていることである。
【００２８】
回転アームの左右配置替え方法の発明は、以下の手順により進められる。アーム本体３Ｂを、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置とする。ひきつれ回避用弛ませ部１２と制御ケーブル１０，１１が接続されるモータ８，９との間に介在させたコネクタ２３，２４を切り離す。中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に形成された引出し部１４から制御ケーブル１０，１１を取り外して、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にする。アーム本体３Ｂを右もしくは左方向へ１８０度回転させる。中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８を現用取付部２１から取り除き、その取付部から１８０度隔ててショルダ２０内に設けられた未用取付部２２につけ替える。そして、制御ケーブル１０，１１が取り外された引出し部１４から１８０度隔てた未用引出し部１５に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを通過させた後に、コネクタ２３，２４を接続するようにしたことである。
【発明の効果】
【００２９】
制御ケーブルを中空駆動シャフトから出る時点で通過する引出し部を、中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けたので、周囲物との干渉を回避するためにアーム本体を反転させても、他の引出し部に制御ケーブルを通し替えできる。その引出し部を基準にして左右必要量の回転を行わせてもコンジットケーブルの延伸経路の変更はきたさず、アーム本体の動きに対する制御ケーブルの挙動も反転前とほとんど同等にしておくことができ、結局はひきつれ回避用弛ませ量を過度に与えておく必要もなくなる。
【００３０】
アーム過回転阻止用ドグを当接させるストッパの取付部も１８０度隔てて二箇所設けられるので、アーム本体を反転させても他の取付部を使用してストッパを配置することができる。反転後を基準にして左右回転を行わせる場合も、制御ケーブルの捻じれ許容量を依然として左右略同等に確保でき、また上アームの回転角をそれぞれの回転方向で所要量与えることができる。
【００３１】
このようなことは、引出し部とモータとの間で制御ケーブルの切り離しをコネクタによって可能にしたからであるが、これはまた、反転操作中も制御ケーブルをロボット上に残しておくことを許し、勝手違い変更機構を簡素な構造で与えることができると共に、勝手違い操作を極めて容易なものとする。
【００３２】
回転アームの左右配置替え方法においては、アーム本体を左右それぞれの方向の限界回転角が略等しくなる中間基準位置とし、コネクタを切り離し、引出し部から制御ケーブルを取り外してから、アーム本体を１８０度回転させるようにしたので、アーム本体の反転操作中主たる装着品をロボットから離脱させる必要がない。ストッパは現用取付部から未用取付部につけ替えそしてコネクタを接続すれば、その反転操作は極めて簡単になされ、追加部品や治具が必要となることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明に係るロボット手首機構および回転アームの左右配置替え方法を、その実施の形態を表した図面を参照しながら詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明が適用された６軸アーク溶接ロボット１の上半図である。その概略構成は図１１ないし図１４のところですでに述べたとおりであるが、本発明においては、着目すべき第４軸線２を基準軸線と称することにする。この軸線回りに回転する上アーム３を回転アームと称し、それを構成するアーム本体３Ｂが、その基端にあって基準軸線２を中心に持つ中空駆動シャフト３Ｃから基準軸線の一方の側（向かって右側）へオフセットして延びている。
【００３４】
そのアーム本体３Ｂの先端には、第４軸線２に直交する交差軸線４の回りに傾動する傾動アーム５が片持ち的に軸承されている。その交差軸は第５軸であり、この第５軸部６とそれより先に設けられた他の軸すなわち溶接用トーチを旋回させるなどする第６軸部７とを個々に駆動するモータ８，９の制御ケーブル１０，１１が、各モータへ向うように敷設される。
【００３５】
そして、回転アーム３が、図２に示すように、基準となるＡ0 の姿勢である（ａ）から（ｂ）、もしくは（ａ）から（ｃ）を経て（ｄ）の左右いずれの方向に対しても所要の角をなすまで回転できるように、回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２（図１の（ａ）を参照）が中空駆動シャフト３Ｃの外周の一部に残される。すなわち、制御ケーブルの一部が保護管１３で覆われるなどするが、アーム本体３Ｂに至る前の段階では中空駆動シャフト３Ｃに部分的に巻きつき巻き戻されている。
【００３６】
このような構成をベースにして、本発明においては、回転アーム３の基準姿勢を１８０度変更してもコンジットケーブル（図示せず）の延伸経路の変更をきたさず、ワークを固定している装置等のロボット周囲物との干渉を回避できるように、アーム本体３Ｂの基準姿勢を１８０度反転させることができるようにすることを主たる目的とする。その際に制御ケーブルのねじれ許容量を依然として左右略同等に確保しておくことができると共に、制御ケーブルの弛ませ量の増大を可及的に回避できるようにしようとする。
【００３７】
制御ケーブルは給電、制動、接地、位置速度トルク制御、センサ電力、センサデータバックアップ用電力供給等に供され、溶接ワイヤを送給するコンジットケーブルと共に欠くことのできないケーブルである。その制御ケーブルをアーム本体に出す時点で通過する図１の（ｂ）に示す引出し部１４，１５が１８０度隔てて二箇所設けられる。これらは、アーム本体が反転前位置にあるときに使用される引出し部１４と、それに対して正反対の反転後位置にあるとき使用されるもう一つの引出し部１５である。いずれも制御ケーブルのうち保護管１３によって覆われた部位を図１の（ａ）のようにひっ掛けておき、その位置から下流側における制御ケーブル１０，１１のアーム本体３Ｂの回転に伴う挙動を、可及的に変化の少ないものにしておこうとする意図である。
【００３８】
なお、中空駆動シャフト３Ｃにはアーム本体を一体化させるためのフランジ１６を備えるので、その一部を切り欠いて引出し部１４，１５を容易に形成しておくことができる。引出し部は当然に中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に設けられるから、その手前部分でクランプ１７により保護管１３をフランジ１６に固縛しても、上記したひきつれ回避用弛ませ部１２を中空駆動シャフト３Ｃの外周面上だけに形成させることができる。
【００３９】
このフランジ１６に設けられた引出し部１４，１５は、制御ケーブル１０，１１の挙動をフランジ１６を境にして独立させる効果を発揮する。もし、中空駆動シャフト側における挙動がアーム本体側を延びる制御ケーブルに及んだり、その逆の現象が生じることになると、ケーブルの挙動は予測し難くなり、制御ケーブルに無用の絡み付きが生じたり予期しないひきつれが現れたりする事態を招くが、それを回避するために引出し部はおおいに寄与する。
【００４０】
アーム本体３Ｂを反転させ、その姿勢を基準に左右回転させるという意味で無視することができないのは、メカニカルストッパである。ストッパ１８は、中空駆動シャフト３Ｃの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグ１９を当接させるべく、中空駆動シャフトを格納するショルダ２０の内側へ突設される。図２の（ａ）に示すように、このストッパ１８を螺着させるための差し込み口２１，２２も、引出し部と同様に１８０度隔てて二箇所設けられる。
【００４１】
これらは、アーム本体３Ｂが反転前の位置にあるときに使用される差し込み口２１と、それに対して正反対の位置にあるとき使用されるもう一つの差し込み口２２である。これらのストッパの取付部２１，２２はショルダケーシング等に設けられるが、図２においてはショルダ外皮が便宜上厚く描かれている。実際には、螺着部を形成するためにねじ座を外面もしくは内面に形成させるなどすれば十分である。１８０度反対側においては図とは違って該当位置に外皮がないとしても、取付部を形成するに相応しいブラケットを立てたり装着するなどして、それにねじ座を与えればよい。ショルダの背後のカバー２０ａを開けば、ストッパ１８を取付部２２に向けて挿入することができる（後述する図５の（ａ）を参照）。
【００４２】
一方、制御ケーブルはアーム本体の反転に際してロボットから離脱させる必要のないようにしておくと共に、アーム本体の反転前の状態から見て過回転となる反転状態からの左右回転時に無用の力や捻じれが掛からないように、中間で分離可能とされる。そのため、図１の（ａ）に示すように、各制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４，１５と該当するモータ８，９との間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４が介在される。
【００４３】
このような構成としたロボット手首機構によれば、以下のようにして回転アームの左右位置替えを行うことができる。まず、アーム本体が如何なる位置にあろうとも、例えば図３の（ａ）のＣi のようであっても、インナドグ１９Ａが補助リング２５の切欠き２６の上端に当接した状態で、（ｂ）を経て（ｃ）のように回転すれば、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置に整えられる。これは、取りも直さず、反転させる以前の動作における基準姿勢である。
【００４４】
次に、図４の（ａ）に示すように、ひきつれ回避用弛ませ部１２と制御ケーブル１０，１１が接続されるモータ８，９との間に介在させたコネクタ２３，２４を切り離す。中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に形成されたフランジ１６の引出し部１４から保護管１３で覆われた制御ケーブルを取り外し、クランプ１７も外して、（ｂ）のように、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にする。
【００４５】
そこで、図３の（ｃ）から（ｄ）のように、上アーム３を反転させる。その様子は図５の（ａ）にも表される。アーム本体３Ｂを例えば左方向（反時計方向回転）へ１８０度回転させる。このとき制御ケーブル１０，１１は分断状態にあるから第５軸用モータ８、第６軸用モータ９は不作動状態にある。第４軸用モータ２７の制御ケーブル（図示せず）は断線されているわけではないので、ティーチペンダント等での操作で上アームをいずれの方向であっても１８０度回転させることができる。もちろん、制御系を解除して手動操作で１８０度回転させることもできる。反転前位置や反転後位置を教える罫書き線をアーム本体のケーシングとショルダのケーシングに渡って与えておけば、難しいことでない。
【００４６】
第４軸を電気操作して反転させる場合には、その後に第４軸用モータにブレーキを掛けておくことができ、以後の操作を容易にすることができ、都合がよい。反転されたアーム本体は反転前と全く同じ形状でなければならないということはないが、アーム本体を予め上下対称に製作しておくなら、反転後の見栄えが変らないようにすることができる。逆に言えば、形もしくは塗装を上下で異ならせておけば、基準姿勢が反転前であるか後であるかが教えられやすくなる。
【００４７】
図５の（ａ）に示すごとく、中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８を現用取付部２１から取り除き、その取付部から１８０度隔ててショルダ内に設けられた未用取付部２２につけ替える。図３の（ｅ）はそれを模式的に表している。予めもう一本のストッパを準備しているなら、現用取付部での取り除きと未用取付部での取り付けを同時に行うこともできる。最後に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルの保護管１３を、図５の（ｂ）に示すように、上に位置する未用引出し部１５に通過させ、コネクタ２３，２４を接続する。ケーブルが復旧すれば、天地逆となっている第６軸用モータ９の姿勢を、傾動アーム５の矢印２８方向の傾転により正す。
【００４８】
反転前においては図６や図７のように左右方向へ回転させていたものを、反転後は図８や図９のような回転となる。いずれにしても反転のための上記した一連の操作によって、回転アームの反転後の基準姿勢をきっちりと与え、これが原点となるように制御上のリセットを行えば、反転前には干渉するおそれがあった周囲物からアーム本体を遠ざけると共に（図１３の（ａ）から（ｂ）へ）、変更された基準位置からも制御ケーブルの捻じれ許容量を左右略同等に確保しておくことができる。上記した図８は上アーム３の動きが図１０の（ａ）を基準にして（ｂ）の方向へ移り、図９は図１０の（ａ）から（ｃ）を経て（ｄ）の方向へ移るものである。
【００４９】
このように、アーム本体を左右それぞれの方向の限界回転角が略等しくなる中間基準位置とし、コネクタを切り離し、引出し部から制御ケーブルを取り外してから、アーム本体を右もしくは左方向へ１８０度回転させるようにしておけば、アーム本体の反転操作中に複雑に配線された制御ケーブルをアームから取り除いたり、主要な動作部品をロボットから外す必要がない。ストッパも１８０度反対側へつけ替えるだけであり、コネクタを接続すればその反転操作は終わり、特殊な追加部品が特に必要となるわけでもない。
【００５０】
以上の詳細な説明から分かるように、引出し部を基準にして左右必要量の回転を反転の前後いずれにおいて行ってもコンジットケーブルの延伸経路の変更は起こらず、ロボットの複雑な動きによってはコンジットケーブルが例えば２，３ケ月で劣化していたものを、その交換頻度を大きく低下させる。アーム本体の動きに対する制御ケーブルの挙動も反転前とほとんど変わらなく、ケーブルに与える余裕量も変更する必要がない。
【００５１】
アーム本体を反転させたときには１８０度反対に位置する取付部にストッパを設置することで、反転後を基準にして左右回転を行わせる場合も、制御ケーブルの捻じれ許容量を依然として左右略同等に確保でき、また上アームの回転角がそれぞれの回転方向で所要量与えられる。引出し部と該当するモータとの間で制御ケーブルの切り離しをコネクタによって可能にしているので、制御ケーブルを常時ロボット上に残しておくことができ、アーム本体の反転とコネクタ操作によって勝手違い操作を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るロボット手首機構が適用された溶接ロボットであり、（ａ）はその上半部の斜視図、（ｂ）は中空駆動シャフトの拡大斜視図。
【図２】中空駆動シャフトが初期状態から左右各方向へ回転できることの動作説明図。
【図３】任意の位置にあった中空駆動シャフトをニュートラルに整え、その後に１８０度反転させかつストッパをつけ替える作業手順図。
【図４】回転アームの左右配置替えの要領を表し、（ａ）は初期状態図、（ｂ）は制御ケーブルを完全に解放した状態図。
【図５】図４に続く動作であり、（ａ）はストッパを１８０度異なる位置の未用取付部へ移す作業図、（ｂ）は制御ケーブルの接続完了寸前の作業図。
【図６】図１の初期状態から上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図７】図１の初期状態から上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図８】反転されたときを基準にして上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図９】反転されたときを基準にして上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１０】ストッパのつけ替え後の反転位置から左右各方向へ回転できることの動作説明図。
【図１１】溶接ロボットの一例の設置状態で、（ａ）は初期状態斜視図、（ｂ）は１８０度反転後の状態の斜視図。
【図１２】溶接ロボットの中空駆動シャフト部分を断面で表した上アーム、傾動アームおよび第６軸部からなる手首機構を表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図１３】上アームの側方にワーク保持装置等が近接する状態を表し、（ａ）は干渉のおそれの極めて高い状態にあるアーム本体の平面図、（ｂ）は反転操作により干渉のおそれをなくした状態のアーム本体の平面図。
【図１４】上アームにおける制御ケーブルの敷設状態を表し、（ａ）は各モータ側コネクタとの繋がりを説明する斜視図、（ｂ）は中空駆動シャフトの単体斜視図。
【図１５】中空駆動シャフトの回転の変遷を表した説明図。
【図１６】上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１７】上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１８】中空駆動シャフトの過回転阻止用ストッパの存在時の中空駆動シャフトの回転の変遷を表した説明図。
【図１９】上アームを反時計方向へ１８０度反転させ、その状態から左右それぞれに回転を試みたときの動作説明図。
【図２０】上アームを時計方向へ１８０度反転させ、その状態から左右それぞれに回転を試みたときの動作説明図。
【図２１】中空駆動シャフトの初期状態を少し違えたときの反時計方向および時計方向に１８０度反転させたときのニュートラル状態の再現図。
【符号の説明】
【００５３】
１…アーク溶接ロボット、２…第４軸線（基準軸線）３…上アーム（回転アーム）、３Ｂ…アーム本体、３Ｃ…中空駆動シャフト、４…交差軸線、５…傾動アーム、６…第５軸部、７…第６軸部、８，９…モータ、１０，１１…制御ケーブル、１２…ひきつれ回避用弛ませ部、１４…引出し部（現用引出し部）、１５…引出し部（未用引出し部）、１８…ストッパ、１９…アーム過回転阻止用ドグ、１９Ａ…インナドグ、１９Ｂ…アウタドグ、２０…ショルダ、２１…差し込み口（取付部：現用取付部），２２…差し込み口（取付部：未用取付部）、２３，２４…コネクタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットの手首機構および回転アームの左右配置替え方法に係り、詳しくは、基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、その基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延ばされている手首機構にあって、偏在状態にあるアーム本体が周囲物と干渉するのを回避すべく配置替えできる機構ならびに配置替え方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多関節型アーク溶接ロボットは一般的に６つの軸を備え、各軸の回転や傾動さらには旋回といった動作を重ね合わせて、溶接用トーチを所望する姿勢に保持すると共に、その先端を目的とする位置へ変位させる。図１１の（ａ）はその一例のロボット３０であり、それに示される６つの軸部は以下のものからなる。
【０００３】
それらは、装着された溶接用トーチ（図示せず）を矢印３１の方向へ旋回または回転させる第６軸部７、この第６軸部を支持する傾動アーム５に首振り等の矢印２８方向の動作を与える第５軸部６、この第５軸部を先端に備える上アーム３を矢印３２方向に回転させる第４軸部３３、略水平に延びた姿勢であることの多い上アーム３の非回転部３Ａを、直立した状態で傾動する下アーム３４に対し矢印３５方向へ回転して俯仰させる第３軸部３６、下アーム３４を旋回台３７に対して矢印３８方向に傾動させるための第２軸部３９、旋回台３７を基台上で矢印４０のごとく水平に回すための第１軸部４１である。
【０００４】
このような溶接ロボットにおいては、第４軸線２の回りに回転する上アーム３のアーム本体３Ｂが左右いずれかの側に偏在されていることがある。このような形態の一例が特開２００２−３７０１９０にも開示されており、現在では決して珍しいことでない。詳しく述べれば、上アーム３は上記した非回転部３Ａの外に、主として中空駆動シャフト３Ｃとそれに一体のアーム本体３Ｂとからなる回転部で形成される。
【０００５】
アーム本体３Ｂは、その基端にあって第４軸線２を中心に持つ中空駆動シャフト３Ｃから第４軸線２の一方の側、図１１の例では右手から左後方を眺めた場合に右側へオフセットしており、その状態で第４軸線２に沿うように延ばされている。このアーム本体３Ｂの先端は、第４軸線２に直交して水平をなす交差軸線４の回りに傾動する傾動アーム５を片持ち的に支承している。
【０００６】
このような片持ちオフセット形式の上アーム３が採用される所以は、（１）図１２の（ｂ）に示すように、溶接ワイヤや溶接用電力、シールドエア等を溶接用トーチ４２に供給するために欠くことのできないコンジットケーブル４３を、（ａ）の平面矢視にあるように第４軸線２上にできるだけ定置させ、ロボット動作域にある別装置等にケーブルが触れたり絡んだりするのを可及的に少なくできることである。
【０００７】
さらに、（２）傾動アーム５が上アーム３に対して傾動するとき、コンジットケーブル４３が（ｂ）に示すように上または下に凸となるような曲がりを許容すべく空間を上下に大きく確保できることや、（３）図１２の（ａ）に示すごとく一方のスペース４４が空くことになるので、コンジットケーブル４３の点検や交換のための保守作業が行いやすくなるということも挙げられる。ちなみに、（ｂ）においては傾動アーム５が標準的な垂直姿勢となっている状態で表されているが、（ａ）は傾動アーム５が上アーム３の延長線上となる水平姿勢にした状態で描かれている。
【０００８】
ところで、図１３の（ａ）のごとくワークを保持するための装置や他のロボットといった周囲物４５が溶接ロボット３０の動作域に存在し、かつ上アーム３に運悪く近接させざるを得ない場合がある。上アーム３に片持ちオフセット形式のアーム本体３Ｂが採用されている場合、その周囲物４５に触れるようなことが起こればロボットの稼働は論外となるか、周囲物を不便な位置にずらせるなどしなければならなくなる。
【０００９】
このような事態を想定するなら、左右反対形状の（ｂ）に示した上アーム体を準備しておけばよい。すなわち、中空駆動シャフト（図示せず）からアーム本体を外して対称形のアーム本体３Ｂにつけ替えると、上アーム３の側方には周囲物４５と間に余空間４６を生じさせることができる。この場合、アーム本体を二種類保有しなければならないという費用や保管の面で負担が大きくなるだけでなく、交換にも面倒な作業が課せられることになる。
【００１０】
このような不利不便の解消手立てとして考えられるのは、第４軸線２の回りに回転させることができる上アーム３を、図１３の（ａ）の状態から（ｂ）のように１８０度反転させることである。上で述べた先行文献には、この種の要領による左右勝手違い操作が開示されている。反転前状態からも反転後の状態からも、例えば±１９０度程度の回転が許容されるようになっているなら、所期の目的は達成されることになる。
【００１１】
ちなみに、±１９０度としておけば、左右いずれへの回転であるにせよ傾動アーム５や第６軸部７をトータル３６０度を少し上回るように振らせることができ、溶接用トーチに如何なる姿勢をも与えることができるからである。しかし、片側で約１９０度を超えないようにしているのは、後述する制御ケーブルやコンジットケーブルに大きな捻じれを与えないように、さらにはそれらがアームに絡んで動けなくならないようにしておくためである。
【００１２】
ところで、第４軸線２を中心にして上アーム３を矢印３２の方向へ１８０度回転し、その回転によって天地逆となった第６軸部７と後述する第６軸駆動用モータ９（後述する図１６の右部分を参照）とを、傾動アーム５の矢印２８方向への１８０度傾転により正規の姿勢に戻せば、図１３（ｂ）のようにすることができる（図１１の（ｂ）も参照）。上記した余空間４６が確保されることになっても、第６軸部７の周囲物（ワーク保持装置４５）に対する離間距離Ｌtwは残しておくことができる。もちろん、ワーク等にさらに近づけることも可能となる。なお、上記した先行文献に開示のロボットではアーム本体を反転させることができても、第６軸部のモータは周囲物側に残されており、勝手違いが全うされているわけではない。
【００１３】
いずれにしても問題となるのは、図１２に示した第５軸部６やそれより先に設けられた第６軸部７を個々に駆動するモータ８，９のための制御ケーブル１０，１１が、上アーム３の回転角を大きくするに伴ってひきつれないかどうかということである。もちろん、図１４の（ａ）から分かるように、中空駆動シャフト３Ｃの外周に上アーム３の回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２が設けられ、±１９０度程度の回転が許容されると共に、上アーム３の回転に追従させる際に過度な緊張を制御ケーブルに生じさせない長さが与えられる。
【００１４】
ちなみに、下アーム３４内を上がりショルダ２０に到達してからこの弛ませ部１２を含めてコネクタ２３，２４の近傍まで保護管１３で覆われている制御ケーブルは、中空駆動シャフト３Ｃの前端のフランジ１６の一部を切り欠いて形成された引出し部１４（図１４の（ｂ）も参照）に通される。この引出し部の手前でクランプ１７により固縛されることもあって、上アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２におけるケーブルのばたつきを抑え、また引出し部１４からコネクタ２３，２４に至るまでも、上アーム３の回転の影響を左右大きく違わないようにして、ケーブル１０，１１の損傷を少なくする配慮がなされる。
【００１５】
このような形態で制御ケーブルが敷設されるにしても、上アーム３を反転させ、そこを基準にしても少なくとも±１８０度の回転を確保しようとすると、次に示す図１５の説明からも明らかなように、制御ケーブルには＋１８０度、−３６０度の回転に耐える長さを与えておかなければならなくなる。すなわち、制御ケーブルにはトータル５４０度分の動きを許容する長さが必要とされる。
【００１６】
引出し部１４が上に位置するときをニュートラル（Ａ0 と表す）として、（ａ）から（ｂ）や（ｃ）のように±１８０度回転（Ａ+180、Ａ-180と表す）させるという挙動は当然であるが（図１４（ａ）から図１６および図１７に変化する）、（ｃ）をニュートラルとみなして（ｄ）や（ｅ）のように±１８０度回転（Ａ-180+180＝Ａ0 、Ａ-180-180＝Ａ-360と表す）させるという挙動も可能にしておかなければならない。なお、（ｄ）は（ａ）に戻っているが、（ｅ）は（ａ）から見れば３６０度も離れる方向に回転しており、制御ケーブルにはこの３６０度分に耐える弛ませ量が確保されねばならない。
【００１７】
制御ケーブルの捻じれ抑止の観点から±１９０度を超えて回転させないことはすでに述べたとおりであり、一方の側のみとはいえ３６０度の回転を許容しておくことは好ましいことでない。それはともかくとして、通常、ロボットには±１９０度以上の過回転を阻止しておくために、図１４に示すごとく中空駆動シャフト３Ｃを囲繞するショルダ２０にストッパ１８を取り付けておくなど、メカニカルストッパ機構が導入される。
【００１８】
詳しく述べると、中空駆動シャフト３Ｃにはドグ１９が植設され、中空駆動シャフトの回転に伴われたドグ１９がショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８に上からもしくは下から当接すると、中空駆動シャフトのそれ以上の回転が阻まれるようになっている（図１６および図１７を参照）。
【００１９】
なお、ストッパやドグには厚みがあってドグが±１８０度まで回転できないことから、若干の工夫が施される。簡単に述べると、図１８の（ａ）に示すように、中空駆動シャフト３Ｃの外周の一部に補助リング２５（図１４も参照）が嵌められ、その一箇所には周方向へ延びる切欠き２６または長溝が形成される。中空駆動シャフト３Ｃに植設されたインナドグ１９Ａを切欠き２６に臨ませ、その間での遊動を許容しておく。補助リング２５にはアウタドグ１９Ｂを設けておくが、これがストッパ１８に当たることによって１８０度未満しか回転を許されなくても、インナドグ１９Ａすなわち中空駆動シャフト３Ｃは１８０度を超えて回転することができる。
【００２０】
以上の説明からすれば、図１８の（ａ）から（ｂ）を経て（ｃ）に至る反時計方向回転においても、（ａ）から（ｄ）へ至る時計方向回転においても±１９０度前後まで上アーム３を回転させることができる。ところが、図１３の（ｂ）のように反転させると、すなわち、図１９において（ａ）から反時計方向に（ｂ）を経て（ｃ）へ１８０度反転させたとすれば、この（ｃ）から（ｅ）を経て（ｆ）まで約１９０度時計方向に回転させることはできても、（ｃ）から（ｄ）のように反時計方向回転では、１０数度も回転しないうちにアウタドグ１９Ｂがストッパ１８に衝突する。
【００２１】
図２０は（ａ）から時計方向に（ｂ）まで１８０度分反転させた場合であるが、この（ｂ）から（ｃ）を経て（ｄ）まで約１９０度反時計方向へ回転させることはできるにしても、（ｂ）から（ｅ）のように時計方向回転では、１０数度も回転しないうちにアウタドグ１９Ｂがストッパ１８に衝突する。なお、ニュートラルを図２１の（ａ）のＡ'0の状態に置いたとしても、すなわち、インナドグ１９Ａを切欠き２６の中間に位置させたとしても、それぞれの方向へ１８０度反転させて得られる（ｃ）や（ｅ）から始める±１９０度の回転は、図１９および図２０の場合と同様に不可能であることを、図２１は暗に教えている。
【００２２】
以上の説明から分かるように、制御ケーブル等の過大な捻じれを阻止するメカニカルストッパが存在するかぎりは、図１５で説明した動作は不可能であることが分かる。すなわち、制御ケーブルを＋１８０度から−３６０度の回転に耐える長さを与えておくことができたとしても、図１９や図２０の挙動が発生して反転後の±１９０度の回転の実現は不可能となる。
【００２３】
仮に何らの方法により実現できるとしても、制御ケーブルには＋１８０度は当然としても−３６０度の回転を許容しなければならず、それに伴いひきつれ回避用弛ませ部において保護管が中空駆動シャフトの外面で擦れる機会を多くしてしまう。制御ケーブルの劣化が数ケ月で進行し、交換頻度を高めるなど保守点検の機会を多くせざるを得なくなる。
【００２４】
上記した特許文献においては、アーム本体を反転させるに先立ち制御ケーブルが取り外され、過大な捻じれをケーブルに蓄積させておかない配慮がなされているが、如何せん制御ケーブルを第４軸部のみならずその手前の第３軸部から以降の全部を取外しの対象としている。加えて、アーム本体とそれより先の各機構との分離操作も課せられ、アーム本体の１８０度反転という簡易操作に着目した割りには付随的な手間を伴う。これらの点を考慮して、これよりも操作工数の少ない勝手違い要領やそのための機構の提案が望まれるところである。
【特許文献１】特開２００２−３７０１９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、ロボット動作域にワーク保持装置などの周囲物の配置を余儀なくされる場合に、ロボット動作中に第４軸線を基準軸線としてそれからオフセット状態にある上アームのアーム本体が周囲物と干渉するおそれがあるなら、逆側にオフセットさせることによってアーム本体の動きが周囲物に影響されない状態にできると共に、周囲物に干渉するおそれの高いコンジットケーブルの延伸経路を反転後も変更をきたさないようにしておくことができることである。
【００２６】
さらに、逆オフセットのために左右対称な形のアーム本体を別途準備しておく必要がなく、アーム本体を１８０度反転操作しても、そこから例えば±１９０度の回転が過回転阻止用のメカニカルストッパに邪魔されることなく許容されること、過回転阻止によって保護される制御ケーブルには反転させてもひきつれ回避用弛ませ量を変更しなくてよいようにしておくこと、もちろん、多くの工数を要しない反転操作要領やそのための機構を実現したロボット手首機構および回転アームの左右配置替え方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、その基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、制御ケーブル１０，１１を中空駆動シャフト３Ｃから出る時点で通過する引出し部１４，１５が、その中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けられる。その中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突設し中空駆動シャフト３Ｃの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグ１９を当接させるストッパ１８の取付部２１，２２（図５の（ａ）を参照）が、１８０度隔てて二箇所設けられる。そして、各制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４と該当するモータ８，９との間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４が介在されていることである。
【００２８】
回転アームの左右配置替え方法の発明は、以下の手順により進められる。アーム本体３Ｂを、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置とする。ひきつれ回避用弛ませ部１２と制御ケーブル１０，１１が接続されるモータ８，９との間に介在させたコネクタ２３，２４を切り離す。中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に形成された引出し部１４から制御ケーブル１０，１１を取り外して、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にする。アーム本体３Ｂを右もしくは左方向へ１８０度回転させる。中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８を現用取付部２１から取り除き、その取付部から１８０度隔ててショルダ２０内に設けられた未用取付部２２につけ替える。そして、制御ケーブル１０，１１が取り外された引出し部１４から１８０度隔てた未用引出し部１５に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを通過させた後に、コネクタ２３，２４を接続するようにしたことである。
【発明の効果】
【００２９】
制御ケーブルを中空駆動シャフトから出る時点で通過する引出し部を、中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けたので、周囲物との干渉を回避するためにアーム本体を反転させても、他の引出し部に制御ケーブルを通し替えできる。その引出し部を基準にして左右必要量の回転を行わせてもコンジットケーブルの延伸経路の変更はきたさず、アーム本体の動きに対する制御ケーブルの挙動も反転前とほとんど同等にしておくことができ、結局はひきつれ回避用弛ませ量を過度に与えておく必要もなくなる。
【００３０】
アーム過回転阻止用ドグを当接させるストッパの取付部も１８０度隔てて二箇所設けられるので、アーム本体を反転させても他の取付部を使用してストッパを配置することができる。反転後を基準にして左右回転を行わせる場合も、制御ケーブルの捻じれ許容量を依然として左右略同等に確保でき、また上アームの回転角をそれぞれの回転方向で所要量与えることができる。
【００３１】
このようなことは、引出し部とモータとの間で制御ケーブルの切り離しをコネクタによって可能にしたからであるが、これはまた、反転操作中も制御ケーブルをロボット上に残しておくことを許し、勝手違い変更機構を簡素な構造で与えることができると共に、勝手違い操作を極めて容易なものとする。
【００３２】
回転アームの左右配置替え方法においては、アーム本体を左右それぞれの方向の限界回転角が略等しくなる中間基準位置とし、コネクタを切り離し、引出し部から制御ケーブルを取り外してから、アーム本体を１８０度回転させるようにしたので、アーム本体の反転操作中主たる装着品をロボットから離脱させる必要がない。ストッパは現用取付部から未用取付部につけ替えそしてコネクタを接続すれば、その反転操作は極めて簡単になされ、追加部品や治具が必要となることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明に係るロボット手首機構および回転アームの左右配置替え方法を、その実施の形態を表した図面を参照しながら詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明が適用された６軸アーク溶接ロボット１の上半図である。その概略構成は図１１ないし図１４のところですでに述べたとおりであるが、本発明においては、着目すべき第４軸線２を基準軸線と称することにする。この軸線回りに回転する上アーム３を回転アームと称し、それを構成するアーム本体３Ｂが、その基端にあって基準軸線２を中心に持つ中空駆動シャフト３Ｃから基準軸線の一方の側（向かって右側）へオフセットして延びている。
【００３４】
そのアーム本体３Ｂの先端には、第４軸線２に直交する交差軸線４の回りに傾動する傾動アーム５が片持ち的に軸承されている。その交差軸は第５軸であり、この第５軸部６とそれより先に設けられた他の軸すなわち溶接用トーチを旋回させるなどする第６軸部７とを個々に駆動するモータ８，９の制御ケーブル１０，１１が、各モータへ向うように敷設される。
【００３５】
そして、回転アーム３が、図２に示すように、基準となるＡ0 の姿勢である（ａ）から（ｂ）、もしくは（ａ）から（ｃ）を経て（ｄ）の左右いずれの方向に対しても所要の角をなすまで回転できるように、回転時のひきつれ回避用弛ませ部１２（図１の（ａ）を参照）が中空駆動シャフト３Ｃの外周の一部に残される。すなわち、制御ケーブルの一部が保護管１３で覆われるなどするが、アーム本体３Ｂに至る前の段階では中空駆動シャフト３Ｃに部分的に巻きつき巻き戻されている。
【００３６】
このような構成をベースにして、本発明においては、回転アーム３の基準姿勢を１８０度変更してもコンジットケーブル（図示せず）の延伸経路の変更をきたさず、ワークを固定している装置等のロボット周囲物との干渉を回避できるように、アーム本体３Ｂの基準姿勢を１８０度反転させることができるようにすることを主たる目的とする。その際に制御ケーブルのねじれ許容量を依然として左右略同等に確保しておくことができると共に、制御ケーブルの弛ませ量の増大を可及的に回避できるようにしようとする。
【００３７】
制御ケーブルは給電、制動、接地、位置速度トルク制御、センサ電力、センサデータバックアップ用電力供給等に供され、溶接ワイヤを送給するコンジットケーブルと共に欠くことのできないケーブルである。その制御ケーブルをアーム本体に出す時点で通過する図１の（ｂ）に示す引出し部１４，１５が１８０度隔てて二箇所設けられる。これらは、アーム本体が反転前位置にあるときに使用される引出し部１４と、それに対して正反対の反転後位置にあるとき使用されるもう一つの引出し部１５である。いずれも制御ケーブルのうち保護管１３によって覆われた部位を図１の（ａ）のようにひっ掛けておき、その位置から下流側における制御ケーブル１０，１１のアーム本体３Ｂの回転に伴う挙動を、可及的に変化の少ないものにしておこうとする意図である。
【００３８】
なお、中空駆動シャフト３Ｃにはアーム本体を一体化させるためのフランジ１６を備えるので、その一部を切り欠いて引出し部１４，１５を容易に形成しておくことができる。引出し部は当然に中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に設けられるから、その手前部分でクランプ１７により保護管１３をフランジ１６に固縛しても、上記したひきつれ回避用弛ませ部１２を中空駆動シャフト３Ｃの外周面上だけに形成させることができる。
【００３９】
このフランジ１６に設けられた引出し部１４，１５は、制御ケーブル１０，１１の挙動をフランジ１６を境にして独立させる効果を発揮する。もし、中空駆動シャフト側における挙動がアーム本体側を延びる制御ケーブルに及んだり、その逆の現象が生じることになると、ケーブルの挙動は予測し難くなり、制御ケーブルに無用の絡み付きが生じたり予期しないひきつれが現れたりする事態を招くが、それを回避するために引出し部はおおいに寄与する。
【００４０】
アーム本体３Ｂを反転させ、その姿勢を基準に左右回転させるという意味で無視することができないのは、メカニカルストッパである。ストッパ１８は、中空駆動シャフト３Ｃの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグ１９を当接させるべく、中空駆動シャフトを格納するショルダ２０の内側へ突設される。図２の（ａ）に示すように、このストッパ１８を螺着させるための差し込み口２１，２２も、引出し部と同様に１８０度隔てて二箇所設けられる。
【００４１】
これらは、アーム本体３Ｂが反転前の位置にあるときに使用される差し込み口２１と、それに対して正反対の位置にあるとき使用されるもう一つの差し込み口２２である。これらのストッパの取付部２１，２２はショルダケーシング等に設けられるが、図２においてはショルダ外皮が便宜上厚く描かれている。実際には、螺着部を形成するためにねじ座を外面もしくは内面に形成させるなどすれば十分である。１８０度反対側においては図とは違って該当位置に外皮がないとしても、取付部を形成するに相応しいブラケットを立てたり装着するなどして、それにねじ座を与えればよい。ショルダの背後のカバー２０ａを開けば、ストッパ１８を取付部２２に向けて挿入することができる（後述する図５の（ａ）を参照）。
【００４２】
一方、制御ケーブルはアーム本体の反転に際してロボットから離脱させる必要のないようにしておくと共に、アーム本体の反転前の状態から見て過回転となる反転状態からの左右回転時に無用の力や捻じれが掛からないように、中間で分離可能とされる。そのため、図１の（ａ）に示すように、各制御ケーブル１０，１１には、引出し部１４，１５と該当するモータ８，９との間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタ２３，２４が介在される。
【００４３】
このような構成としたロボット手首機構によれば、以下のようにして回転アームの左右位置替えを行うことができる。まず、アーム本体が如何なる位置にあろうとも、例えば図３の（ａ）のＣi のようであっても、インナドグ１９Ａが補助リング２５の切欠き２６の上端に当接した状態で、（ｂ）を経て（ｃ）のように回転すれば、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置に整えられる。これは、取りも直さず、反転させる以前の動作における基準姿勢である。
【００４４】
次に、図４の（ａ）に示すように、ひきつれ回避用弛ませ部１２と制御ケーブル１０，１１が接続されるモータ８，９との間に介在させたコネクタ２３，２４を切り離す。中空駆動シャフト３Ｃのアーム本体側端に形成されたフランジ１６の引出し部１４から保護管１３で覆われた制御ケーブルを取り外し、クランプ１７も外して、（ｂ）のように、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にする。
【００４５】
そこで、図３の（ｃ）から（ｄ）のように、上アーム３を反転させる。その様子は図５の（ａ）にも表される。アーム本体３Ｂを例えば左方向（反時計方向回転）へ１８０度回転させる。このとき制御ケーブル１０，１１は分断状態にあるから第５軸用モータ８、第６軸用モータ９は不作動状態にある。第４軸用モータ２７の制御ケーブル（図示せず）は断線されているわけではないので、ティーチペンダント等での操作で上アームをいずれの方向であっても１８０度回転させることができる。もちろん、制御系を解除して手動操作で１８０度回転させることもできる。反転前位置や反転後位置を教える罫書き線をアーム本体のケーシングとショルダのケーシングに渡って与えておけば、難しいことでない。
【００４６】
第４軸を電気操作して反転させる場合には、その後に第４軸用モータにブレーキを掛けておくことができ、以後の操作を容易にすることができ、都合がよい。反転されたアーム本体は反転前と全く同じ形状でなければならないということはないが、アーム本体を予め上下対称に製作しておくなら、反転後の見栄えが変らないようにすることができる。逆に言えば、形もしくは塗装を上下で異ならせておけば、基準姿勢が反転前であるか後であるかが教えられやすくなる。
【００４７】
図５の（ａ）に示すごとく、中空駆動シャフト３Ｃを格納するショルダ２０の内側へ突出するストッパ１８を現用取付部２１から取り除き、その取付部から１８０度隔ててショルダ内に設けられた未用取付部２２につけ替える。図３の（ｅ）はそれを模式的に表している。予めもう一本のストッパを準備しているなら、現用取付部での取り除きと未用取付部での取り付けを同時に行うこともできる。最後に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルの保護管１３を、図５の（ｂ）に示すように、上に位置する未用引出し部１５に通過させ、コネクタ２３，２４を接続する。ケーブルが復旧すれば、天地逆となっている第６軸用モータ９の姿勢を、傾動アーム５の矢印２８方向の傾転により正す。
【００４８】
反転前においては図６や図７のように左右方向へ回転させていたものを、反転後は図８や図９のような回転となる。いずれにしても反転のための上記した一連の操作によって、回転アームの反転後の基準姿勢をきっちりと与え、これが原点となるように制御上のリセットを行えば、反転前には干渉するおそれがあった周囲物からアーム本体を遠ざけると共に（図１３の（ａ）から（ｂ）へ）、変更された基準位置からも制御ケーブルの捻じれ許容量を左右略同等に確保しておくことができる。上記した図８は上アーム３の動きが図１０の（ａ）を基準にして（ｂ）の方向へ移り、図９は図１０の（ａ）から（ｃ）を経て（ｄ）の方向へ移るものである。
【００４９】
このように、アーム本体を左右それぞれの方向の限界回転角が略等しくなる中間基準位置とし、コネクタを切り離し、引出し部から制御ケーブルを取り外してから、アーム本体を右もしくは左方向へ１８０度回転させるようにしておけば、アーム本体の反転操作中に複雑に配線された制御ケーブルをアームから取り除いたり、主要な動作部品をロボットから外す必要がない。ストッパも１８０度反対側へつけ替えるだけであり、コネクタを接続すればその反転操作は終わり、特殊な追加部品が特に必要となるわけでもない。
【００５０】
以上の詳細な説明から分かるように、引出し部を基準にして左右必要量の回転を反転の前後いずれにおいて行ってもコンジットケーブルの延伸経路の変更は起こらず、ロボットの複雑な動きによってはコンジットケーブルが例えば２，３ケ月で劣化していたものを、その交換頻度を大きく低下させる。アーム本体の動きに対する制御ケーブルの挙動も反転前とほとんど変わらなく、ケーブルに与える余裕量も変更する必要がない。
【００５１】
アーム本体を反転させたときには１８０度反対に位置する取付部にストッパを設置することで、反転後を基準にして左右回転を行わせる場合も、制御ケーブルの捻じれ許容量を依然として左右略同等に確保でき、また上アームの回転角がそれぞれの回転方向で所要量与えられる。引出し部と該当するモータとの間で制御ケーブルの切り離しをコネクタによって可能にしているので、制御ケーブルを常時ロボット上に残しておくことができ、アーム本体の反転とコネクタ操作によって勝手違い操作を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るロボット手首機構が適用された溶接ロボットであり、（ａ）はその上半部の斜視図、（ｂ）は中空駆動シャフトの拡大斜視図。
【図２】中空駆動シャフトが初期状態から左右各方向へ回転できることの動作説明図。
【図３】任意の位置にあった中空駆動シャフトをニュートラルに整え、その後に１８０度反転させかつストッパをつけ替える作業手順図。
【図４】回転アームの左右配置替えの要領を表し、（ａ）は初期状態図、（ｂ）は制御ケーブルを完全に解放した状態図。
【図５】図４に続く動作であり、（ａ）はストッパを１８０度異なる位置の未用取付部へ移す作業図、（ｂ）は制御ケーブルの接続完了寸前の作業図。
【図６】図１の初期状態から上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図７】図１の初期状態から上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図８】反転されたときを基準にして上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図９】反転されたときを基準にして上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１０】ストッパのつけ替え後の反転位置から左右各方向へ回転できることの動作説明図。
【図１１】溶接ロボットの一例の設置状態で、（ａ）は初期状態斜視図、（ｂ）は１８０度反転後の状態の斜視図。
【図１２】溶接ロボットの中空駆動シャフト部分を断面で表した上アーム、傾動アームおよび第６軸部からなる手首機構を表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図１３】上アームの側方にワーク保持装置等が近接する状態を表し、（ａ）は干渉のおそれの極めて高い状態にあるアーム本体の平面図、（ｂ）は反転操作により干渉のおそれをなくした状態のアーム本体の平面図。
【図１４】上アームにおける制御ケーブルの敷設状態を表し、（ａ）は各モータ側コネクタとの繋がりを説明する斜視図、（ｂ）は中空駆動シャフトの単体斜視図。
【図１５】中空駆動シャフトの回転の変遷を表した説明図。
【図１６】上アームを反時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１７】上アームを時計方向へ１８０度回転させたときの斜視図。
【図１８】中空駆動シャフトの過回転阻止用ストッパの存在時の中空駆動シャフトの回転の変遷を表した説明図。
【図１９】上アームを反時計方向へ１８０度反転させ、その状態から左右それぞれに回転を試みたときの動作説明図。
【図２０】上アームを時計方向へ１８０度反転させ、その状態から左右それぞれに回転を試みたときの動作説明図。
【図２１】中空駆動シャフトの初期状態を少し違えたときの反時計方向および時計方向に１８０度反転させたときのニュートラル状態の再現図。
【符号の説明】
【００５３】
１…アーク溶接ロボット、２…第４軸線（基準軸線）３…上アーム（回転アーム）、３Ｂ…アーム本体、３Ｃ…中空駆動シャフト、４…交差軸線、５…傾動アーム、６…第５軸部、７…第６軸部、８，９…モータ、１０，１１…制御ケーブル、１２…ひきつれ回避用弛ませ部、１４…引出し部（現用引出し部）、１５…引出し部（未用引出し部）、１８…ストッパ、１９…アーム過回転阻止用ドグ、１９Ａ…インナドグ、１９Ｂ…アウタドグ、２０…ショルダ、２１…差し込み口（取付部：現用取付部），２２…差し込み口（取付部：未用取付部）、２３，２４…コネクタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、該アーム本体の基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は前記基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を前記中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構において、
制御ケーブルを中空駆動シャフトから出る時点で通過する引出し部が、該中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けられ、
該中空駆動シャフトを格納するショルダの内側へ突設し中空駆動シャフトの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグを当接させるストッパの取付部が、１８０度隔てて二箇所設けられ、
各制御ケーブルには、前記引出し部と該当するモータとの間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタが介在されていることを特徴とするロボット手首機構。
【請求項２】
基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、該アーム本体の基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は前記基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を前記中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構における回転アームの左右配置替え方法において、
前記アーム本体を、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置とし、
前記ひきつれ回避用弛ませ部と制御ケーブルが接続されるモータとの間に介在させたコネクタを切り離し、
該中空駆動シャフトのアーム本体側端に形成された引出し部から制御ケーブルを取り外して、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にし、
前記アーム本体を右もしくは左方向へ１８０度回転させ、
中空駆動シャフトを格納するショルダの内側へ突出するストッパを現用取付部から取り除き、該取付部から１８０度隔ててショルダ内に設けられた未用取付部につけ替え、
制御ケーブルが取り外された引出し部から１８０度隔てた未用引出し部に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを通過させた後に、前記コネクタを接続することを特徴とするロボット手首機構における回転アームの左右配置替え方法。
【請求項１】
基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、該アーム本体の基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は前記基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を前記中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構において、
制御ケーブルを中空駆動シャフトから出る時点で通過する引出し部が、該中空駆動シャフトのアーム本体側端に１８０度隔てて二箇所設けられ、
該中空駆動シャフトを格納するショルダの内側へ突設し中空駆動シャフトの表面から突出したアーム過回転阻止用ドグを当接させるストッパの取付部が、１８０度隔てて二箇所設けられ、
各制御ケーブルには、前記引出し部と該当するモータとの間でケーブルの切り離しを可能にしたコネクタが介在されていることを特徴とするロボット手首機構。
【請求項２】
基準軸線の回りに回転する回転アームのアーム本体が、該アーム本体の基端にあって基準軸線を中心に持つ中空駆動シャフトから基準軸線の一方の側へオフセットして基準軸線に沿うように延び、アーム本体の先端は前記基準軸線に直交する交差軸線回りに傾動する傾動アームを片持ち的に軸承し、その交差軸やそれより先に設けられた他の軸があればそれらを個々に駆動するモータの制御ケーブルが、回転アーム回転時のひきつれ回避用弛ませ部を前記中空駆動シャフト外周の一部に残した後に各モータへ向うように敷設されているロボット手首機構における回転アームの左右配置替え方法において、
前記アーム本体を、右方向ひきつれ限界回転角と左方向ひきつれ限界回転角とが略等しくなる中間基準位置とし、
前記ひきつれ回避用弛ませ部と制御ケーブルが接続されるモータとの間に介在させたコネクタを切り離し、
該中空駆動シャフトのアーム本体側端に形成された引出し部から制御ケーブルを取り外して、ひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを自由状態にし、
前記アーム本体を右もしくは左方向へ１８０度回転させ、
中空駆動シャフトを格納するショルダの内側へ突出するストッパを現用取付部から取り除き、該取付部から１８０度隔ててショルダ内に設けられた未用取付部につけ替え、
制御ケーブルが取り外された引出し部から１８０度隔てた未用引出し部に自由状態にあるひきつれ回避用弛ませ部側のケーブルを通過させた後に、前記コネクタを接続することを特徴とするロボット手首機構における回転アームの左右配置替え方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−２１２９９（Ｐ２００６−２１２９９Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０３６３０（Ｐ２００４−２０３６３０）
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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