多関節ロボット
【課題】多関節ロボットにおいて、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転できるようにする。
【解決手段】多関節ロボット１は、回転軸部６Ｂが、回転軸１６ａが挿通された状態で関節筐体６ｂ内部に固定され、ケーブルを固定支持する支持板１４と、回転軸１６ａが固定され支持板１４と対向するように第３アーム７内部に固定され、ケーブルを第３アーム７内部で固定支持する連結板２０と、回転軸１６ａを周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が連結板２０に固定され、他方の筒端部が支持板１４の近傍に配置された筒状部材と、を備え、回転軸部６Ｂには、複数のケーブルと複数の筒状部材が同心状に設置され、筒状部材のそれぞれの外周には、支持板１４および連結板２０に固定されたケーブルが、筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された構成とする。
【解決手段】多関節ロボット１は、回転軸部６Ｂが、回転軸１６ａが挿通された状態で関節筐体６ｂ内部に固定され、ケーブルを固定支持する支持板１４と、回転軸１６ａが固定され支持板１４と対向するように第３アーム７内部に固定され、ケーブルを第３アーム７内部で固定支持する連結板２０と、回転軸１６ａを周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が連結板２０に固定され、他方の筒端部が支持板１４の近傍に配置された筒状部材と、を備え、回転軸部６Ｂには、複数のケーブルと複数の筒状部材が同心状に設置され、筒状部材のそれぞれの外周には、支持板１４および連結板２０に固定されたケーブルが、筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、種々の作業を行うマニピュレータなどの装置において、独立駆動可能な複数の関節部によって複数のアーム部材が連結された多関節ロボットが広く用いられている。
多関節ロボットの関節部は、基端側に位置する駆動側のアーム部材に対して、より先端側に位置する従動側のアーム部材を回転させる回転アクチュエータを備えている。このため、多関節ロボットの各回転アクチュエータには、動力を供給したり信号を伝達したりするためのケーブルがそれぞれ接続されている。
このケーブルの配回しは種々の方式があるが、外側に配回されている場合にはケーブルがむき出しとなるため、作業環境によっては損傷しやすく、また作業自体の障害となるおそれもある。そのため、ケーブルを関節部およびアーム部材の内部に収容する配回しが知られている。
このようなケーブルを内部に配回す多関節ロボットとして、例えば、特許文献１には、アームの回動中心軸に沿って支持柱を取り付け、エア配管あるいは電気配線等のケーブルをこの支持柱の回りに巻き方向に弾性的に巻回した状態でアームの内部に収容する水平多関節ロボットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５７７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の多関節ロボットには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術は、ケーブルを、回転中心軸に沿って形成された支持軸回りに巻き方向に弾性的に巻回すものであるため、ケーブルを複数収容するとケーブル同士が絡まり、回転時にケーブルが引張され破損や断線するおそれがあるという問題がある。
ケーブルを１本にまとめることも考えられるが、多関節ロボットは複雑な作業を行うための自由度が大きく、これに伴って、ケーブルの本数が多くなるものである。このため、ケーブルをまとめると、特に装置基端側では柔軟性がなくなり、支持軸回りに弾性的に巻き回すことができなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができる多関節ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させる関節部が装置基端側から装置先端側に向かって複数配置され、動力または信号を伝達する複数のケーブルが、前記駆動側筐体、前記従動側筐体、および前記関節部の内部に収容された多関節ロボットであって、前記関節部は、前記回転軸が挿通された状態で前記駆動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材と、前記回転軸が挿通または固定されるとともに前記駆動側ケーブル支持部材と対向するように前記従動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材と、前記回転軸を周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に固定され、他方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方の近傍に配置された筒状部材と、を備え、前記関節部には、内部に貫通して収容された前記複数のケーブルと複数の前記筒状部材が同心状に設置され、前記筒状部材のそれぞれの外周には、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材に固定された前記ケーブルが、前記筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方は、前記筒状部材の前記他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した前記複数のケーブルを前記回転軸の延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材はそれぞれ、前記回転軸を囲む筒状部が円筒形状を有し、前記回転軸を中心とする同心円状に配置された配置された構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材は、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に対して、互いに独立して着脱可能に設けられた構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材は、透明材料で形成された構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の多関節ロボットによれば、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの駆動側ケーブル支持部材の構成を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの従動側ケーブル支持部材および筒状部材の構成を示す模式的な分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の概略構成を示す模式的な断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの駆動側ケーブル支持部材の構成を示す模式的な斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの従動側ケーブル支持部材および筒状部材の構成を示す模式的な分解斜視図である。
【００１４】
本発明の実施形態に係る多関節ロボットについて説明する。
本実施形態の多関節ロボット１は、図１に示すように、基端部と先端部との間に複数の回転関節が複数のアームを介して配列されることにより、基端部に対して、先端部を移動および姿勢制御できるようにしたロボット本体１Ａと、ロボット本体１Ａの先端部に連結され作業対象を把持するハンド部１１と、ロボット本体１Ａおよびハンド部１１の動作を制御する制御部１Ｂとを備える。
このため、多関節ロボット１は、例えば、部品組立工程等において部品を把持および把持解除して移動させたり、部品同士の組立作業を行ったりするのに好適に用いることができる。
【００１５】
ロボット本体１Ａの概略構成は、第１関節部２、第１アーム３、第２関節部４、第２アーム５、第３関節部６、第３アーム７、第４関節部８、第４アーム９、および第５関節部１０を備え、これらが基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。
なお、以下では、簡単のため、第１関節部２、第２関節部４、第３関節部６、第４関節部８、および第５関節部１０を総称して、「第１関節部２等の関節部」と称する場合がある。また、第１アーム３、第２アーム５、第３アーム７、および第４アーム９を総称して、「第１アーム３等のアーム」と称する場合がある。
【００１６】
第１関節部２は、第１関節部２にとっての駆動側筐体である関節筐体２ａが水平面に載置され、第１関節部２にとっての従動側筐体である第１アーム３を鉛直軸に平行な回転軸線Ｏ１回りに回転させるものである。
第１アーム３は、回転軸線Ｏ１に沿って延ばされた中空の筒状の筐体であり、下端部において回転軸線Ｏ１回りに回転する第１関節部２の不図示の回転軸に連結されている。
【００１７】
第２関節部４は、第２関節部４にとっての駆動側筐体である関節筐体４ａが第１アーム３の上端部に固定され、第２関節部４にとっての従動側筐体である第２アーム５を回転軸線Ｏ１に直交する方向に延びる回転軸線Ｏ２回りに回転させるものである。
第２アーム５は、回転軸線Ｏ２に直交するとともに回転軸線Ｏ１を含む平面に設定された回転軸線Ｏ３に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において第２関節部４の不図示の回転軸に連結されている。
【００１８】
第３関節部６は、互いに９０度をなして交差する回転軸線Ｏ４、Ｏ５回りの回転運動を行う屈曲軸部６Ａ、回転軸部６Ｂからなり、これにより２自由度の回転自由度を有する関節部である。ここで、回転軸線Ｏ４は、回転軸線Ｏ３に直交しかつ回転軸線Ｏ２に平行となる位置関係に設定されている。
屈曲軸部６Ａは、屈曲軸部６Ａにとっての駆動側筐体である関節筐体６ａが第２アーム５の他方の端部（第２関節部４が連結されたのと反対側の端部）に固定され、屈曲軸部６Ａにとっての従動側筐体である回転軸部６Ｂの関節筐体６ｂを、回転軸線Ｏ４回りに回転させるものである。
回転軸部６Ｂは、回転軸部６Ｂにとっての駆動側筐体である関節筐体６ｂが関節筐体６ａに固定され、回転軸部６Ｂにとっての従動側筐体である第３アーム７を回転軸線Ｏ５回りに回転させるものである。
第３アーム７は、回転軸線Ｏ５に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において回転軸部６Ｂの不図示の回転軸に連結されている。
【００１９】
第４関節部８は、第４関節部８にとっての駆動側筐体である関節筐体８ａが第３アーム７の他方の端部（回転軸部６Ｂが連結されたのと反対側の端部）に固定され、第４関節部８にとっての従動側筐体である第４アーム９を回転軸線Ｏ５に直交しかつ回転軸線Ｏ４に平行な方向に延びる回転軸線Ｏ６回りに回転させるものである。
第４アーム９は、回転軸線Ｏ６に直交する軸線である回転軸線Ｏ７に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において第４関節部８の不図示の回転軸に連結されている。
【００２０】
第５関節部１０は、第５関節部１０にとっての駆動側筐体である関節筐体１０ａが第４アーム９の他方の端部（第４関節部８が連結されたのと反対側の端部）に固定され、第５関節部１０にとっての従動側筐体であるハンド部１１のハンド部筐体１１ａを回転軸線Ｏ７回りに回転させるものである。
ハンド部１１は、回転軸線Ｏ７を挟む位置関係に設けられた１対のハンド１１ｂが回転軸線Ｏ７に直交する方向に進退し、作業対象となる部品等を把持および把持解除することができるようにしたものである。ハンド部筐体１１ａは、第５関節部１０の不図示の回転軸に連結されている。
【００２１】
制御部１Ｂは、多関節ロボット１の全体動作を制御するものであって、少なくとも、多関節ロボット１の基端部である第１関節部２の設置位置に対する多関節ロボット１の先端部であるハンド部１１の位置を制御するために、第１関節部２等の関節部のそれぞれの回転量を制御する。また、制御部１Ｂは、ハンド部１１のハンド１１ｂの動作を制御して、作業対象の把持および把持解除する動作を行う。
このような制御を行うため、制御部１Ｂと、第１関節部２等の関節部およびハンド部１１とは、動力または信号を伝達する不図示の複数の配線によって電気的に接続されている。
また、これら複数の配線は適宜数ずつ束ねられて不図示の複数のケーブルを構成している。また、後述するように、これら不図示の複数のケーブルはロボット本体１Ａの内部に配回されており、図１に示すように、ロボット本体１Ａの基端部である第１関節部２の関節筐体２ａからケーブル集合体１２として延出されて制御部１Ｂに導かれている。
また、制御部１Ｂには、ハンド部１１を移動させる位置を入力したり、ハンド部１１の把持動作を制御したりする等の操作を行うため、操作パネルやキーボード等の入力手段を備える操作部１Ｃが接続されている。
【００２２】
第１関節部２等の関節部の構成は、いずれも駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させるものであり、その詳細構成はいずれも略同様である。したがっていずれか一例を説明すれば、他は当業者に容易に理解される。
以下では、本実施形態の関節部の一例として、回転軸部６Ｂおよび第４関節部８の詳細構成について、第３アーム７の構成とともに説明する。
なお、以下では、関節筐体６ｂにおける軸方向に沿う位置関係を表す場合、第３アーム７側の端部の方を関節筐体６ｂの先端側、屈曲軸部６Ａ側の端部の方を関節筐体６ｂの基端側と称する。また第３アーム７における軸方向に沿う位置関係を表す場合、関節筐体６ｂ側の端部の方を第３アーム７の基端側、その反対側を先端側と称する。
【００２３】
回転軸部６Ｂの関節筐体６ｂは、図１に示すように中空の円筒状の部材である。
関節筐体６ｂの内部には、図２に示すように、支持板１４、回転アクチュエータ１６Ａ、およびケーブル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが設けられている。
【００２４】
支持板１４は、関節筐体６ｂの先端側の端部近傍の内側において、関節筐体６ｂの中心を通る回転軸線Ｏ５と直交する位置関係に固定された円板状の部材であり、中心部には回転アクチュエータ１６Ａの回転軸１６ａを挿通させる回転軸挿通孔１４ａが設けられている。
また、支持板１４には、回転軸挿通孔１４ａから径方向外側に向かって、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを挿通させるケーブル挿通孔１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが互いに径方向に離間して設けられている。
ケーブル挿通孔１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心からの距離は、図３に示すように、本実施形態では、それぞれ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄ（ただし、ｒｂ＞ｒｃ＞ｒｄ）とされている。
また、支持板１４の基端側の表面には、図２に示すように、回転アクチュエータ１６Ａを固定するための複数の支柱１５が立設されている。支持板１４に対する支柱１５の固定方法は特に限定されず、例えば、ねじ止め、溶接等の適宜の固定方法を採用することができる。
【００２５】
回転アクチュエータ１６Ａは、本実施形態では、回転軸１６ａを回転させる電動モータからなり、回転軸１６ａを回転軸挿通孔１４ａに基端側から挿通させた状態で、支持板１４に設けられた複数の支柱１５を介して固定されている。
回転軸１６ａは、関節筐体６ｂの基端側の端部まで延出され、後述する第３アーム７の連結板２０に固定されている。以下では、回転軸１６ａの半径はｒＲと表す。
回転アクチュエータ１６Ａのモータ構成は、適宜の構成を採用することができるが本実施形態では、一例として、サーボモータを採用している。このため、回転アクチュエータ１６Ａには、回転量、回転方向、および回転速度を検出するためのエンコーダ１６ｂと、目標の回転位置で停止するためのブレーキ１６ｃが設けられている。
【００２６】
ケーブル１２Ａは、回転軸部６Ｂに設けられた回転アクチュエータ１６Ａに電気的に接続され、回転アクチュエータ１６Ａに動力を供給する電源線と駆動制御信号を供給する配線１２ａと、エンコーダ１６ｂに接続されエンコーダ１６ｂの信号出力を制御部１Ｂに伝達する配線１２ｂと、ブレーキ１６ｃに制御信号を供給する配線１２ｃとが、１本に束ねられたケーブルである。
ケーブル１２Ａの関節筐体６ｂ内の端部は、回転アクチュエータ１６Ａの近傍における関節筐体６ｂの内壁部にケーブル固定部材１３を介して固定されている。
ケーブル固定部材１３としては、適宜のケーブルクランプや結束バンドなどを採用することができる。
ケーブル１２Ａの配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、ケーブル固定部材１３で固定された端部からそれぞれ個別に分岐して延出され、それぞれ、回転アクチュエータ１６Ａ、エンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃと電気的に接続されている。
【００２７】
ケーブル１２Ｂは、後述する第４関節部８に設けられた回転アクチュエータ１６Ａと同様の構成を有する回転アクチュエータ１６Ｂに動力を伝達し、回転アクチュエータ１６Ｂと、回転アクチュエータ１６Ｂのエンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃと、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ケーブル１２Ａと同様な配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが１本に束ねられたケーブルからなる。
ケーブル１２Ｃは、第５関節部１０に設けられた回転アクチュエータ１６Ａと同様の構成を有する回転アクチュエータ（不図示）に動力を伝達し、この回転アクチュエータと、そのエンコーダおよびブレーキ（いずれも不図示）と、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ケーブル１２Ａと同様な配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが１本に束ねられたケーブルからなる。
ケーブル１２Ｄは、ハンド部１１に設けられた不図示のハンド駆動機構に動力を伝達するとともに、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ハンド部１１の制御構成に応じた複数の配線が１本に束ねられたケーブルからなる。
これら、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配回しは、第３アーム７、第４関節部８の構成を説明した後にまとめて説明する。
【００２８】
第３アーム７は、図１に示すように断面が矩形状の筒状の部材であり、基端側の内部には、連結板２０が固定され、先端側の端部には、第４関節部８の関節筐体８ａが固定されている。
連結板２０は、図２、４に示すように、第３アーム７の基端側の端部において、関節筐体６ｂの内側に回転軸線Ｏ５と直交する位置関係に固定された円板状の部材であり、中心部には回転軸部６Ｂの回転アクチュエータ１６の回転軸１６ａを固定する回転軸固定孔２０ａが設けられている。このため、回転軸固定孔２０ａに回転軸１６ａが固定された組立状態では、連結板２０は、支持板１４と距離ｈだけ離間して平行に対向されている。
また、連結板２０には、回転軸固定孔２０ａから径方向外側に向かって、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを挿通させるケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが互いに径方向に離間して設けられている。
ケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの中心からの距離は、図４に示すように、本実施形態では、それぞれ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄとされている。
また、連結板２０の少なくとも基端側の面には、筒状部材１７、１８、１９を固定するため、例えば、回転軸固定孔２０ａの中心を中心とする半径ｒｂ、ｒｃ、ｒｄの同心円上に雌ねじ部２０ｅが設けられている。
【００２９】
連結板２０の基端側の板面には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１７ａと円筒部１７ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１７ｂとを備える筒状部材１７が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１７ａの外半径ｒ１７は、円筒部１７ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃとの間を通る位置関係になるように、ｒｂ＞ｒ１７＞ｒｃとされている。
また、フランジ部１７ｂの外半径は連結板２０の外半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１７ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１７ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｂと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｂよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１７ｃがフランジ部１７ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１７ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１７ｄがフランジ部１７ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１７は、ケーブル挿通孔１７ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１７ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３０】
筒状部材１７の内側には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１８ａと円筒部１８ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１８ｂとを備える筒状部材１８が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１８ａの外半径ｒ１８は、円筒部１８ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｃ、２０ｄとの間を通る位置関係になるように、ｒｃ＞ｒ１８＞ｒｄとされている。
また、フランジ部１８ｂの外半径は筒状部材１７の内半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１８ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１８ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｃと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｃよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１８ｃがフランジ部１８ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１８ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１８ｄがフランジ部１８ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１８は、ケーブル挿通孔１８ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｃに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１８ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３１】
筒状部材１８の内側には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１９ａと円筒部１９ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１９ｂとを備える筒状部材１９が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１９ａの外半径ｒ１９は、円筒部１９ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｄと回転軸１６ａとの間を通る位置関係になるように、ｒｄ＞ｒ１９＞ｒＲとされている。
また、フランジ部１８ｂの外半径は筒状部材１７の内半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１９ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１９ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｄと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｄよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１９ｃがフランジ部１９ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１９ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１９ｄがフランジ部１９ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１９は、ケーブル挿通孔１９ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｄに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１９ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３２】
このように、筒状部材１７、１８、１９は、回転軸１６ａを周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が従動側ケーブル支持部材である連結板２０固定され、他方の筒端部が駆動側ケーブル支持部材である支持板１４の近傍に配置された部材となっている。
また、連結板２０上において、筒状部材１７、１８、１９は、円筒部１７ａ、１８ａ、１９ａが、それぞれ回転軸１６ａの中心軸である回転軸線Ｏ５を中心とする同心円上に、径方向に入れ子構造をなして配置されている。そして、筒状部材１７、１８、１９は、互いに独立に着脱することが可能になっている。
【００３３】
また、このような組立状態において、円筒部１７ａ、１８ａ、１９ａは、支持板１４と連結板２０との間の空間を４つの同心円筒状の領域に仕切る仕切り板となっている。このため、図２に示すように、ケーブル挿通孔２０ｂ、１４ｂは、関節筐体６ａの内壁部と円筒部１７ａの外周面との間の領域Ｓｂに開口しており、ケーブル挿通孔２０ｃ、１４ｃは、円筒部１７ａの内周面と円筒部１８ａの外周面との間の領域Ｓｃに開口しており、ケーブル挿通孔２０ｄ、１４ｄは、円筒部１８ａの内周面と円筒部１９ａの外周面との間の領域Ｓｄに開口している。
【００３４】
このように、ケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、筒状部材１７、１８、１９の他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した複数のケーブルであるケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを回転軸１６ａの延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を構成している。
このような位置関係にケーブル案内孔を設けることにより、各ケーブルを、径方向に配回すことなく軸方向の基端側、先端側に案内することができる。このため、支持板１４と連結板２０との間の空間を省スペース化することができるとともに、ケーブルを支持板１４や連結板２０上で径方向に配回す場合に比べて、ケーブルの全長を短縮することができる。
【００３５】
筒状部材１７、１８、１９の材質は、適宜の合成樹脂や金属材料を採用することができる。特に、合成樹脂を採用する場合、例えば、ポリカーボネート樹脂やポリメタクリル酸メチル樹脂等の透明材料を採用することができる。
本実施形態では、筒状部材１７、１８、１９として、ポリカーボネートの透明グレードを採用している。
このように、筒状部材１７、１８、１９を透明材料で構成する場合、配回されたケーブルの視認性が向上し、製造工程において、ケーブルの配回し不良になっていないか、ただちに目視で確認できるため、生産性を向上することができる。
【００３６】
第３アーム７の先端側の内壁部には、図２に示すように、回転軸線Ｏ６に沿う方向に複数の支柱２１が立設され、各支柱２１の先端部に支持板２２が固定されている。
支持板２２は、第４関節部８の内部に挿通されるケーブルがケーブル１２Ｃ、１２Ｄの２本であることに対応して、支持板１４からケーブル挿通孔１４ｂを削除したものである。
支持板２２において、支柱２１で支持された板面には、支持板１４と同様に、支柱１５を介して、第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂが固定されている。このため、第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂの回転軸１６ａは、支持板２２の回転軸挿通孔１４ａを挿通して、回転軸線Ｏ６と同軸に延ばされている。
回転軸１６ａの先端には、円筒状の連結板固定部材８ｂに固定された円板状の連結板２３が固定されている。
連結板２３は、連結板２０からケーブル挿通孔２０ｂと、回転軸固定孔２０ａを中心としてケーブル挿通孔２０ｂと同じ同心円上にある雌ねじ部２０ｅを削除した部材であり、外径が連結板固定部材８ｂに内嵌できる大きさに調整されたものである。
このため、連結板２３の回転軸固定孔２０ａに回転アクチュエータ１６の回転軸１６ａが固定された組立状態では、連結板２３は、支持板２２と距離ｈだけ離間して平行に対向されている。
連結板２３の支持板２２側の板面には、筒状部材１８、１９が、連結板２０におけるのと同様な位置関係で着脱可能に固定されている。
【００３７】
連結板固定部材８ｂは、関節筐体８ａ内で、回転軸線Ｏ５回りに回転可能に収容され、関節筐体８ａに設けられた不図示の開口を通して、第４アーム９と連結されている。
【００３８】
次に、回転軸部６Ｂにおけるケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配回しについて説明する。
図２に示すように、関節筐体６ｂ内でケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｂは、回転アクチュエータ１６Ａの回転の中立位置では、ケーブル挿通孔１４ｂに挿通されて、支持板１４の先端側の板面で、ケーブル固定部材１３によって固定された後、筒状部材１７の外周面に沿って、外周面から離間した状態で螺旋状に周回され、本実施形態では３回転半だけ周回されてから、連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂに挿通されて第３アーム７の内部に導かれている。
ケーブル１２Ｂの周回方向は、一例として、支持板１４から連結板２０に向かうにしたがって反時計回り（右ねじの回転方向と反対回り）に周回されている。
【００３９】
また、ケーブル１２Ｂは、ケーブル挿通孔２０ｂの近傍のフランジ部１７ｂ上で、ケーブル固定部材１３によって位置が固定されている。
このため、筒状部材１７を周回するケーブル１２Ｂの長さは領域Ｓｂ内で一定に保たれている。この結果、回転アクチュエータ１６が回転することにより、支持板１４に対して連結板２０が回転すると、領域Ｓｂ内のケーブル１２Ｂが、支持板１４および連結板２０と固定しているケーブル固定部材１３の間で、回転方向にねじられることになる。
本実施形態では、回転アクチュエータ１６が１回転しても、ケーブル１２Ｂが、筒状部材１７の外周面および関節筐体６ｂの内壁部に接触しないようにケーブル固定部材１３の固定位置と、ケーブル固定部材１３間のケーブル１２Ｂの長さとが調整されている。
【００４０】
同様に、関節筐体６ｂ内でケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｃ（Ｄ）は、回転アクチュエータ１６Ａの回転の中立位置では、ケーブル挿通孔１４ｃ（１４ｄ）に挿通されて、支持板１４の先端側の板面で、ケーブル固定部材１３によって固定された後、筒状部材１８（１９）の外周面に沿って、外周面から離間した状態で螺旋状に周回され、本実施形態では３回転半だけ周回されてから、連結板２０のケーブル挿通孔２ｃ（２０ｄ）に挿通されて第３アーム７の内部に導かれている。
また、ケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）は、ケーブル挿通孔２０ｃ（２０ｄ）の近傍のフランジ部１８ｂ（１９ｂ）上で、ケーブル固定部材１３によって位置が固定されている。
このため、筒状部材１８（１９）を周回するケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）の長さは領域Ｓｃ（Ｓｄ）内で一定に保たれている。この結果、回転アクチュエータ１６が回転することにより、支持板１４に対して連結板２０が回転すると、領域Ｓｃ（Ｓｄ）内のケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）が、支持板１４および連結板２０と固定しているケーブル固定部材１３の間で、回転方向にねじられることになる。
本実施形態では、回転アクチュエータ１６が１回転しても、ケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）が、筒状部材１８（１９）の外周面および筒状部材１７（１８）の内周面に接触しないようにケーブル固定部材１３の固定位置と、ケーブル固定部材１３間のケーブル１２Ｂの長さとが調整されている。
【００４１】
第３アーム７内に導かれたケーブル１２Ｂは、支柱２１においてケーブル固定部材１３によって固定されてから、回転軸部６Ｂにおけるケーブル１２Ａと同様に、ケーブル１２Ｂ内の配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、それぞれ第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂ、および回転アクチュエータ１６Ｂのエンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃに電気的に接続されている。
また、第３アーム７内に導かれたケーブル１２Ｃ、１２Ｄは、支柱２１においてケーブル固定部材１３に固定されてから、回転軸部６Ｂにおけるのと同様に、第４関節部８の支持板２２および連結板２３の間に配回されている。
連結板２３上にケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ連結板２３のケーブル挿通孔２０ｃ、２０ｄに挿通され、連結板固定部材８ｂ、連結板２３、および関節筐体８ａで囲まれた空間に導入され、不図示の第４アーム９内に導かれている。
【００４２】
同様にして、ロボット本体１Ａにおける第１関節部２等の関節部には、それぞれ回転アクチュエータ１６Ａと同様な構成の回転アクチュエータが設けられており、各回転アクチュエータには、回転アクチュエータの駆動および駆動制御に必要な動力や信号を伝達するケーブルが電気的に接続されている。そして、各ケーブルは、ロボット本体１Ａの内部に配回されている。
第１関節部２等の関節部におけるケーブルの配回しは、各関節部に配回されるケーブルの本数に応じて、筒状部材の数のみが異なっている。
【００４３】
このように多関節ロボット１では、例えば、支持板１４、２２は、それぞれ、関節部である回転軸部６Ｂ、第４関節部８において、回転軸１６ａが挿通された状態で駆動側筐体内部に固定され、ケーブルを駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材を構成している。
また、例えば、連結板２０、２３は、それぞれ、関節部である回転軸部６Ｂ、第４関節部８において、回転軸１６ａが固定されるとともに駆動側ケーブル支持部材と対向するように従動側筐体内部に固定され、ケーブルを従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材を構成している。
なお、本実施形態では、連結板２０、２３は、回転軸が固定される部材を兼ねているが、従動側ケーブル支持部材は、従動側筐体に対してケーブルのみを固定する部材であってもよい。この場合には、回転軸は、従動側ケーブル支持部材に挿通され、従動側ケーブル支持部材と別に設けられた連結板等の部材に固定される。
【００４４】
次に、多関節ロボット１の動作について、関節部の作用を中心に説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の動作説明図である。
【００４５】
操作部１Ｃを通して、ハンド部１１の移動位置が入力されると、制御部１Ｂは、入力された移動位置にハンド部１１を移動させるのに必要な、第１関節部２等の関節部の回転量を演算し、ケーブル集合体１２を通して、各関節部の回転アクチュエータ１６に制御信号を送出して、各回転アクチュエータ１６を回転させる。
例えば、回転軸部６Ｂの回転の中立位置から、回転軸線Ｏ５を中心として、回転軸部６Ｂから見て時計回りとなる方向（図１、図５（ａ）の矢印Ｒ方向）に第３アーム７を１回転させると、図５（ａ）に示すように、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、１周分巻き戻される。このとき、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ関節筐体６ｂの内壁面、筒状部材１７の内周面、筒状部材１８の内周面に当接することなく周回径を拡径することができる。また、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ筒状部材１７、１８、１９によって、個別の空間に収容されているため、互いに絡まり合うことがない。
このため、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、回転軸部６Ｂの回転の負荷を増大させたり回転の支障となったりすることはない。
【００４６】
また、同様にして、例えば、回転軸部６Ｂの回転の中立位置から、回転軸線Ｏ５を中心として、回転軸部６Ｂから見て反時計回りとなる方向（図１、図５（ｂ）の矢印Ｌ方向）に第３アーム７を１回転させると、図５（ｂ）に示すように、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、１周分巻き進められる。このとき、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ関節筐体６ｂの内壁面、筒状部材１７の内周面、筒状部材１８の内周面に当接することなく周回径を縮径することができる。また、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ筒状部材１７、１８、１９によって、個別の空間に収容されているため、互いに絡まり合うことがない。
このため、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、回転軸部６Ｂの回転の負荷を増大させたり回転の支障となったりすることはない。
【００４７】
また、第１関節部２等の関節部は、すべて、回転軸部６Ｂと同様のケーブル配回し構造を備えているため、回転軸部６Ｂと同様な作用を備える。
したがって、本実施形態の多関節ロボット１によれば、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができる。
【００４８】
なお、上記の説明では、筒状部材が、従動側ケーブル支持部材に固定された場合の例で説明したが、筒状部材は、駆動側ケーブル支持部材に固定された構成としてもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、複数の筒状部材が円筒状であって、回転軸を中心として同心円状に設けられた場合の例で説明したが、ケーブルを外周面から離間した状態で配回すことができる領域を確保することができれば、筒状部材は円筒以外の形状、例えば、四角断面や楕円断面等の筒状としてもよい。
【００５０】
また、上記の説明では、ケーブル案内孔が、筒状部材の他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した複数のケーブルを回転軸の延びる方向に沿って案内する場合の例で説明した。このような構成とすれば、筒状部材と、ケーブル案内孔が設けられた駆動側ケーブル支持部材または従動側ケーブル支持部材との間の距離を短縮することができ、装置の小型化が可能となる。
ただし、筒状部材の他方の筒端部とこれに対向する駆動側ケーブル支持部材との間に、ケーブルを通す隙間を設けてもよい場合には、ケーブル案内孔の位置は、輪帯状の領域に対向する位置からずれた位置に設けてもよい。
【００５１】
また、上記の説明では、１つの従動側ケーブル支持部材に固定された複数の筒状部材が独立に着脱可能に設けられた場合の例で説明したが、筒状部材の部品共通化が不要である場合には、独立に着脱可能としなくてもよい。また、容易に外せない固定方法を採用してもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、回転アクチュエータが電動モータの場合の例で説明したが、回転アクチュエータは、ガスやオイル等の流体圧力によって動作する流体アクチュエータを採用してもよい。この場合、ケーブルは流体を供給するチューブを含むものであってもよい。
【００５３】
また、上記の説明では、ロボット本体１Ａと制御部１Ｂとは別体で構成された場合の例で説明したが、制御部１Ｂは、ロボット本体１Ａに内蔵された構成としてもよい。
【００５４】
また、上記の説明では、ケーブルは、回転アクチュエータのそれぞれに対して１本設けられた場合の例で説明したが、ケーブルの形態は、適宜まとめたり、分岐させたりしてもよい。
例えば、１本当たりのケーブルの剛性が小さい場合には、基端部側の関節部に配回す場合には、複数のケーブルを結束して１本にまとめることにより、関節部における筒状部材の個数を低減することができる。
【００５５】
また、上記の説明では、筒状部材とケーブルとが回転動作の間に常に接触しない場合の例で説明したが、回転アクチュエータの回転の支障とならず、かつ、ケーブルの耐久性に影響しない程度の接触であれば、回転動作の間で一部が接触する構成としてもよい。
すなわち、筒状部材とケーブルとは、少なくとも回転アクチュエータの回転の中立位置において、筒状部材の外周面から離間して周回されていればよい。
【００５６】
また、上記の実施形態で説明した構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 多関節ロボット
１Ａ ロボット本体
１Ｂ 制御部
２ 第１関節部（関節部）
２ａ、４ａ、６ａ、６ｂ、８ａ、１０ａ 関節筐体
２ｃ ケーブル挿通孔
３ 第１アーム
４ 第２関節部（関節部）
５ 第２アーム
６ 第３関節部（関節部）
６Ａ 屈曲軸部
６Ｂ 回転軸部
７ 第３アーム
８ 第４関節部（関節部）
９ 第４アーム
１０ 第５関節部（関節部）
１１ ハンド部
１１ａ ハンド部筐体
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ ケーブル
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 配線
１３ ケーブル固定部材
１４、２２ 支持板（駆動側ケーブル支持部材）
１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ ケーブル挿通孔（ケーブル案内孔）
１６Ａ、１６Ｂ 回転アクチュエータ
１６ａ 回転軸
１６ｂ エンコーダ
１６ｃ ブレーキ
１７、１８、１９ 筒状部材
１７ａ、１８ａ、１９ａ 円筒部
１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ フランジ部
１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ、１８ｄ、１９ｃ、１９ｄ ケーブル挿通孔
２０、２３ 連結板（従動側ケーブル支持部材）
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ ケーブル挿通孔
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６、Ｏ７ 回転軸線
Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、種々の作業を行うマニピュレータなどの装置において、独立駆動可能な複数の関節部によって複数のアーム部材が連結された多関節ロボットが広く用いられている。
多関節ロボットの関節部は、基端側に位置する駆動側のアーム部材に対して、より先端側に位置する従動側のアーム部材を回転させる回転アクチュエータを備えている。このため、多関節ロボットの各回転アクチュエータには、動力を供給したり信号を伝達したりするためのケーブルがそれぞれ接続されている。
このケーブルの配回しは種々の方式があるが、外側に配回されている場合にはケーブルがむき出しとなるため、作業環境によっては損傷しやすく、また作業自体の障害となるおそれもある。そのため、ケーブルを関節部およびアーム部材の内部に収容する配回しが知られている。
このようなケーブルを内部に配回す多関節ロボットとして、例えば、特許文献１には、アームの回動中心軸に沿って支持柱を取り付け、エア配管あるいは電気配線等のケーブルをこの支持柱の回りに巻き方向に弾性的に巻回した状態でアームの内部に収容する水平多関節ロボットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５７７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の多関節ロボットには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術は、ケーブルを、回転中心軸に沿って形成された支持軸回りに巻き方向に弾性的に巻回すものであるため、ケーブルを複数収容するとケーブル同士が絡まり、回転時にケーブルが引張され破損や断線するおそれがあるという問題がある。
ケーブルを１本にまとめることも考えられるが、多関節ロボットは複雑な作業を行うための自由度が大きく、これに伴って、ケーブルの本数が多くなるものである。このため、ケーブルをまとめると、特に装置基端側では柔軟性がなくなり、支持軸回りに弾性的に巻き回すことができなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができる多関節ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させる関節部が装置基端側から装置先端側に向かって複数配置され、動力または信号を伝達する複数のケーブルが、前記駆動側筐体、前記従動側筐体、および前記関節部の内部に収容された多関節ロボットであって、前記関節部は、前記回転軸が挿通された状態で前記駆動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材と、前記回転軸が挿通または固定されるとともに前記駆動側ケーブル支持部材と対向するように前記従動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材と、前記回転軸を周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に固定され、他方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方の近傍に配置された筒状部材と、を備え、前記関節部には、内部に貫通して収容された前記複数のケーブルと複数の前記筒状部材が同心状に設置され、前記筒状部材のそれぞれの外周には、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材に固定された前記ケーブルが、前記筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の多関節ロボットにおいて、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方は、前記筒状部材の前記他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した前記複数のケーブルを前記回転軸の延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材はそれぞれ、前記回転軸を囲む筒状部が円筒形状を有し、前記回転軸を中心とする同心円状に配置された配置された構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材は、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に対して、互いに独立して着脱可能に設けられた構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節ロボットにおいて、前記筒状部材は、透明材料で形成された構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の多関節ロボットによれば、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの駆動側ケーブル支持部材の構成を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの従動側ケーブル支持部材および筒状部材の構成を示す模式的な分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の概略構成を示す模式的な断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの駆動側ケーブル支持部材の構成を示す模式的な斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの従動側ケーブル支持部材および筒状部材の構成を示す模式的な分解斜視図である。
【００１４】
本発明の実施形態に係る多関節ロボットについて説明する。
本実施形態の多関節ロボット１は、図１に示すように、基端部と先端部との間に複数の回転関節が複数のアームを介して配列されることにより、基端部に対して、先端部を移動および姿勢制御できるようにしたロボット本体１Ａと、ロボット本体１Ａの先端部に連結され作業対象を把持するハンド部１１と、ロボット本体１Ａおよびハンド部１１の動作を制御する制御部１Ｂとを備える。
このため、多関節ロボット１は、例えば、部品組立工程等において部品を把持および把持解除して移動させたり、部品同士の組立作業を行ったりするのに好適に用いることができる。
【００１５】
ロボット本体１Ａの概略構成は、第１関節部２、第１アーム３、第２関節部４、第２アーム５、第３関節部６、第３アーム７、第４関節部８、第４アーム９、および第５関節部１０を備え、これらが基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。
なお、以下では、簡単のため、第１関節部２、第２関節部４、第３関節部６、第４関節部８、および第５関節部１０を総称して、「第１関節部２等の関節部」と称する場合がある。また、第１アーム３、第２アーム５、第３アーム７、および第４アーム９を総称して、「第１アーム３等のアーム」と称する場合がある。
【００１６】
第１関節部２は、第１関節部２にとっての駆動側筐体である関節筐体２ａが水平面に載置され、第１関節部２にとっての従動側筐体である第１アーム３を鉛直軸に平行な回転軸線Ｏ１回りに回転させるものである。
第１アーム３は、回転軸線Ｏ１に沿って延ばされた中空の筒状の筐体であり、下端部において回転軸線Ｏ１回りに回転する第１関節部２の不図示の回転軸に連結されている。
【００１７】
第２関節部４は、第２関節部４にとっての駆動側筐体である関節筐体４ａが第１アーム３の上端部に固定され、第２関節部４にとっての従動側筐体である第２アーム５を回転軸線Ｏ１に直交する方向に延びる回転軸線Ｏ２回りに回転させるものである。
第２アーム５は、回転軸線Ｏ２に直交するとともに回転軸線Ｏ１を含む平面に設定された回転軸線Ｏ３に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において第２関節部４の不図示の回転軸に連結されている。
【００１８】
第３関節部６は、互いに９０度をなして交差する回転軸線Ｏ４、Ｏ５回りの回転運動を行う屈曲軸部６Ａ、回転軸部６Ｂからなり、これにより２自由度の回転自由度を有する関節部である。ここで、回転軸線Ｏ４は、回転軸線Ｏ３に直交しかつ回転軸線Ｏ２に平行となる位置関係に設定されている。
屈曲軸部６Ａは、屈曲軸部６Ａにとっての駆動側筐体である関節筐体６ａが第２アーム５の他方の端部（第２関節部４が連結されたのと反対側の端部）に固定され、屈曲軸部６Ａにとっての従動側筐体である回転軸部６Ｂの関節筐体６ｂを、回転軸線Ｏ４回りに回転させるものである。
回転軸部６Ｂは、回転軸部６Ｂにとっての駆動側筐体である関節筐体６ｂが関節筐体６ａに固定され、回転軸部６Ｂにとっての従動側筐体である第３アーム７を回転軸線Ｏ５回りに回転させるものである。
第３アーム７は、回転軸線Ｏ５に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において回転軸部６Ｂの不図示の回転軸に連結されている。
【００１９】
第４関節部８は、第４関節部８にとっての駆動側筐体である関節筐体８ａが第３アーム７の他方の端部（回転軸部６Ｂが連結されたのと反対側の端部）に固定され、第４関節部８にとっての従動側筐体である第４アーム９を回転軸線Ｏ５に直交しかつ回転軸線Ｏ４に平行な方向に延びる回転軸線Ｏ６回りに回転させるものである。
第４アーム９は、回転軸線Ｏ６に直交する軸線である回転軸線Ｏ７に沿って延ばされた細長い中空の筒状の筐体であり、一方の端部において第４関節部８の不図示の回転軸に連結されている。
【００２０】
第５関節部１０は、第５関節部１０にとっての駆動側筐体である関節筐体１０ａが第４アーム９の他方の端部（第４関節部８が連結されたのと反対側の端部）に固定され、第５関節部１０にとっての従動側筐体であるハンド部１１のハンド部筐体１１ａを回転軸線Ｏ７回りに回転させるものである。
ハンド部１１は、回転軸線Ｏ７を挟む位置関係に設けられた１対のハンド１１ｂが回転軸線Ｏ７に直交する方向に進退し、作業対象となる部品等を把持および把持解除することができるようにしたものである。ハンド部筐体１１ａは、第５関節部１０の不図示の回転軸に連結されている。
【００２１】
制御部１Ｂは、多関節ロボット１の全体動作を制御するものであって、少なくとも、多関節ロボット１の基端部である第１関節部２の設置位置に対する多関節ロボット１の先端部であるハンド部１１の位置を制御するために、第１関節部２等の関節部のそれぞれの回転量を制御する。また、制御部１Ｂは、ハンド部１１のハンド１１ｂの動作を制御して、作業対象の把持および把持解除する動作を行う。
このような制御を行うため、制御部１Ｂと、第１関節部２等の関節部およびハンド部１１とは、動力または信号を伝達する不図示の複数の配線によって電気的に接続されている。
また、これら複数の配線は適宜数ずつ束ねられて不図示の複数のケーブルを構成している。また、後述するように、これら不図示の複数のケーブルはロボット本体１Ａの内部に配回されており、図１に示すように、ロボット本体１Ａの基端部である第１関節部２の関節筐体２ａからケーブル集合体１２として延出されて制御部１Ｂに導かれている。
また、制御部１Ｂには、ハンド部１１を移動させる位置を入力したり、ハンド部１１の把持動作を制御したりする等の操作を行うため、操作パネルやキーボード等の入力手段を備える操作部１Ｃが接続されている。
【００２２】
第１関節部２等の関節部の構成は、いずれも駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させるものであり、その詳細構成はいずれも略同様である。したがっていずれか一例を説明すれば、他は当業者に容易に理解される。
以下では、本実施形態の関節部の一例として、回転軸部６Ｂおよび第４関節部８の詳細構成について、第３アーム７の構成とともに説明する。
なお、以下では、関節筐体６ｂにおける軸方向に沿う位置関係を表す場合、第３アーム７側の端部の方を関節筐体６ｂの先端側、屈曲軸部６Ａ側の端部の方を関節筐体６ｂの基端側と称する。また第３アーム７における軸方向に沿う位置関係を表す場合、関節筐体６ｂ側の端部の方を第３アーム７の基端側、その反対側を先端側と称する。
【００２３】
回転軸部６Ｂの関節筐体６ｂは、図１に示すように中空の円筒状の部材である。
関節筐体６ｂの内部には、図２に示すように、支持板１４、回転アクチュエータ１６Ａ、およびケーブル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが設けられている。
【００２４】
支持板１４は、関節筐体６ｂの先端側の端部近傍の内側において、関節筐体６ｂの中心を通る回転軸線Ｏ５と直交する位置関係に固定された円板状の部材であり、中心部には回転アクチュエータ１６Ａの回転軸１６ａを挿通させる回転軸挿通孔１４ａが設けられている。
また、支持板１４には、回転軸挿通孔１４ａから径方向外側に向かって、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを挿通させるケーブル挿通孔１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが互いに径方向に離間して設けられている。
ケーブル挿通孔１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心からの距離は、図３に示すように、本実施形態では、それぞれ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄ（ただし、ｒｂ＞ｒｃ＞ｒｄ）とされている。
また、支持板１４の基端側の表面には、図２に示すように、回転アクチュエータ１６Ａを固定するための複数の支柱１５が立設されている。支持板１４に対する支柱１５の固定方法は特に限定されず、例えば、ねじ止め、溶接等の適宜の固定方法を採用することができる。
【００２５】
回転アクチュエータ１６Ａは、本実施形態では、回転軸１６ａを回転させる電動モータからなり、回転軸１６ａを回転軸挿通孔１４ａに基端側から挿通させた状態で、支持板１４に設けられた複数の支柱１５を介して固定されている。
回転軸１６ａは、関節筐体６ｂの基端側の端部まで延出され、後述する第３アーム７の連結板２０に固定されている。以下では、回転軸１６ａの半径はｒＲと表す。
回転アクチュエータ１６Ａのモータ構成は、適宜の構成を採用することができるが本実施形態では、一例として、サーボモータを採用している。このため、回転アクチュエータ１６Ａには、回転量、回転方向、および回転速度を検出するためのエンコーダ１６ｂと、目標の回転位置で停止するためのブレーキ１６ｃが設けられている。
【００２６】
ケーブル１２Ａは、回転軸部６Ｂに設けられた回転アクチュエータ１６Ａに電気的に接続され、回転アクチュエータ１６Ａに動力を供給する電源線と駆動制御信号を供給する配線１２ａと、エンコーダ１６ｂに接続されエンコーダ１６ｂの信号出力を制御部１Ｂに伝達する配線１２ｂと、ブレーキ１６ｃに制御信号を供給する配線１２ｃとが、１本に束ねられたケーブルである。
ケーブル１２Ａの関節筐体６ｂ内の端部は、回転アクチュエータ１６Ａの近傍における関節筐体６ｂの内壁部にケーブル固定部材１３を介して固定されている。
ケーブル固定部材１３としては、適宜のケーブルクランプや結束バンドなどを採用することができる。
ケーブル１２Ａの配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、ケーブル固定部材１３で固定された端部からそれぞれ個別に分岐して延出され、それぞれ、回転アクチュエータ１６Ａ、エンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃと電気的に接続されている。
【００２７】
ケーブル１２Ｂは、後述する第４関節部８に設けられた回転アクチュエータ１６Ａと同様の構成を有する回転アクチュエータ１６Ｂに動力を伝達し、回転アクチュエータ１６Ｂと、回転アクチュエータ１６Ｂのエンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃと、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ケーブル１２Ａと同様な配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが１本に束ねられたケーブルからなる。
ケーブル１２Ｃは、第５関節部１０に設けられた回転アクチュエータ１６Ａと同様の構成を有する回転アクチュエータ（不図示）に動力を伝達し、この回転アクチュエータと、そのエンコーダおよびブレーキ（いずれも不図示）と、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ケーブル１２Ａと同様な配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが１本に束ねられたケーブルからなる。
ケーブル１２Ｄは、ハンド部１１に設けられた不図示のハンド駆動機構に動力を伝達するとともに、制御部１Ｂとの間で信号の授受を行うためのもので、ハンド部１１の制御構成に応じた複数の配線が１本に束ねられたケーブルからなる。
これら、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配回しは、第３アーム７、第４関節部８の構成を説明した後にまとめて説明する。
【００２８】
第３アーム７は、図１に示すように断面が矩形状の筒状の部材であり、基端側の内部には、連結板２０が固定され、先端側の端部には、第４関節部８の関節筐体８ａが固定されている。
連結板２０は、図２、４に示すように、第３アーム７の基端側の端部において、関節筐体６ｂの内側に回転軸線Ｏ５と直交する位置関係に固定された円板状の部材であり、中心部には回転軸部６Ｂの回転アクチュエータ１６の回転軸１６ａを固定する回転軸固定孔２０ａが設けられている。このため、回転軸固定孔２０ａに回転軸１６ａが固定された組立状態では、連結板２０は、支持板１４と距離ｈだけ離間して平行に対向されている。
また、連結板２０には、回転軸固定孔２０ａから径方向外側に向かって、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを挿通させるケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが互いに径方向に離間して設けられている。
ケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの中心からの距離は、図４に示すように、本実施形態では、それぞれ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄとされている。
また、連結板２０の少なくとも基端側の面には、筒状部材１７、１８、１９を固定するため、例えば、回転軸固定孔２０ａの中心を中心とする半径ｒｂ、ｒｃ、ｒｄの同心円上に雌ねじ部２０ｅが設けられている。
【００２９】
連結板２０の基端側の板面には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１７ａと円筒部１７ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１７ｂとを備える筒状部材１７が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１７ａの外半径ｒ１７は、円筒部１７ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃとの間を通る位置関係になるように、ｒｂ＞ｒ１７＞ｒｃとされている。
また、フランジ部１７ｂの外半径は連結板２０の外半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１７ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１７ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｂと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｂよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１７ｃがフランジ部１７ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１７ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１７ｄがフランジ部１７ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１７は、ケーブル挿通孔１７ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１７ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３０】
筒状部材１７の内側には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１８ａと円筒部１８ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１８ｂとを備える筒状部材１８が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１８ａの外半径ｒ１８は、円筒部１８ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｃ、２０ｄとの間を通る位置関係になるように、ｒｃ＞ｒ１８＞ｒｄとされている。
また、フランジ部１８ｂの外半径は筒状部材１７の内半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１８ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１８ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｃと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｃよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１８ｃがフランジ部１８ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１８ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１８ｄがフランジ部１８ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１８は、ケーブル挿通孔１８ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｃに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１８ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３１】
筒状部材１８の内側には、回転軸１６ａを周方向に囲む円筒状の円筒部１９ａと円筒部１９ａの端部から径方向外側に延ばされた円環状のフランジ部１９ｂとを備える筒状部材１９が回転軸１６ａと同軸となるように固定されている。
円筒部１９ａの外半径ｒ１９は、円筒部１９ａが連結板２０のケーブル挿通孔２０ｄと回転軸１６ａとの間を通る位置関係になるように、ｒｄ＞ｒ１９＞ｒＲとされている。
また、フランジ部１８ｂの外半径は筒状部材１７の内半径と同一もしくはわずかに小さい大きさとされている。
また、円筒部１９ａの軸方向の長さは、支持板１４と連結板２０との間の距離ｈよりもわずかに短い設定とされる。
フランジ部１９ｂには、連結板２０に設けられたケーブル挿通孔２０ｄと重なる位置にケーブル挿通孔２０ｄよりもわずかに大きく開口されたケーブル挿通孔１９ｃがフランジ部１９ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
また、フランジ部１９ｂには連結板２０に設けられた複数の雌ねじ部２０ｅと重なる位置に雌ねじ部２０ｅよりもわずかに大きく開口されたねじ挿通孔１９ｄがフランジ部１９ｂの厚さ方向に貫通して設けられている。
このため、本実施形態では、筒状部材１９は、ケーブル挿通孔１９ｃを連結板２０のケーブル挿通孔２０ｄに重ねた位置で、各ねじ挿通孔１９ｄに挿通した雄ねじ２４（図４参照）を雌ねじ部２０ｅに螺合することによって、連結板２０に着脱可能に固定されている。
【００３２】
このように、筒状部材１７、１８、１９は、回転軸１６ａを周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が従動側ケーブル支持部材である連結板２０固定され、他方の筒端部が駆動側ケーブル支持部材である支持板１４の近傍に配置された部材となっている。
また、連結板２０上において、筒状部材１７、１８、１９は、円筒部１７ａ、１８ａ、１９ａが、それぞれ回転軸１６ａの中心軸である回転軸線Ｏ５を中心とする同心円上に、径方向に入れ子構造をなして配置されている。そして、筒状部材１７、１８、１９は、互いに独立に着脱することが可能になっている。
【００３３】
また、このような組立状態において、円筒部１７ａ、１８ａ、１９ａは、支持板１４と連結板２０との間の空間を４つの同心円筒状の領域に仕切る仕切り板となっている。このため、図２に示すように、ケーブル挿通孔２０ｂ、１４ｂは、関節筐体６ａの内壁部と円筒部１７ａの外周面との間の領域Ｓｂに開口しており、ケーブル挿通孔２０ｃ、１４ｃは、円筒部１７ａの内周面と円筒部１８ａの外周面との間の領域Ｓｃに開口しており、ケーブル挿通孔２０ｄ、１４ｄは、円筒部１８ａの内周面と円筒部１９ａの外周面との間の領域Ｓｄに開口している。
【００３４】
このように、ケーブル挿通孔２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、筒状部材１７、１８、１９の他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した複数のケーブルであるケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを回転軸１６ａの延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を構成している。
このような位置関係にケーブル案内孔を設けることにより、各ケーブルを、径方向に配回すことなく軸方向の基端側、先端側に案内することができる。このため、支持板１４と連結板２０との間の空間を省スペース化することができるとともに、ケーブルを支持板１４や連結板２０上で径方向に配回す場合に比べて、ケーブルの全長を短縮することができる。
【００３５】
筒状部材１７、１８、１９の材質は、適宜の合成樹脂や金属材料を採用することができる。特に、合成樹脂を採用する場合、例えば、ポリカーボネート樹脂やポリメタクリル酸メチル樹脂等の透明材料を採用することができる。
本実施形態では、筒状部材１７、１８、１９として、ポリカーボネートの透明グレードを採用している。
このように、筒状部材１７、１８、１９を透明材料で構成する場合、配回されたケーブルの視認性が向上し、製造工程において、ケーブルの配回し不良になっていないか、ただちに目視で確認できるため、生産性を向上することができる。
【００３６】
第３アーム７の先端側の内壁部には、図２に示すように、回転軸線Ｏ６に沿う方向に複数の支柱２１が立設され、各支柱２１の先端部に支持板２２が固定されている。
支持板２２は、第４関節部８の内部に挿通されるケーブルがケーブル１２Ｃ、１２Ｄの２本であることに対応して、支持板１４からケーブル挿通孔１４ｂを削除したものである。
支持板２２において、支柱２１で支持された板面には、支持板１４と同様に、支柱１５を介して、第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂが固定されている。このため、第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂの回転軸１６ａは、支持板２２の回転軸挿通孔１４ａを挿通して、回転軸線Ｏ６と同軸に延ばされている。
回転軸１６ａの先端には、円筒状の連結板固定部材８ｂに固定された円板状の連結板２３が固定されている。
連結板２３は、連結板２０からケーブル挿通孔２０ｂと、回転軸固定孔２０ａを中心としてケーブル挿通孔２０ｂと同じ同心円上にある雌ねじ部２０ｅを削除した部材であり、外径が連結板固定部材８ｂに内嵌できる大きさに調整されたものである。
このため、連結板２３の回転軸固定孔２０ａに回転アクチュエータ１６の回転軸１６ａが固定された組立状態では、連結板２３は、支持板２２と距離ｈだけ離間して平行に対向されている。
連結板２３の支持板２２側の板面には、筒状部材１８、１９が、連結板２０におけるのと同様な位置関係で着脱可能に固定されている。
【００３７】
連結板固定部材８ｂは、関節筐体８ａ内で、回転軸線Ｏ５回りに回転可能に収容され、関節筐体８ａに設けられた不図示の開口を通して、第４アーム９と連結されている。
【００３８】
次に、回転軸部６Ｂにおけるケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配回しについて説明する。
図２に示すように、関節筐体６ｂ内でケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｂは、回転アクチュエータ１６Ａの回転の中立位置では、ケーブル挿通孔１４ｂに挿通されて、支持板１４の先端側の板面で、ケーブル固定部材１３によって固定された後、筒状部材１７の外周面に沿って、外周面から離間した状態で螺旋状に周回され、本実施形態では３回転半だけ周回されてから、連結板２０のケーブル挿通孔２０ｂに挿通されて第３アーム７の内部に導かれている。
ケーブル１２Ｂの周回方向は、一例として、支持板１４から連結板２０に向かうにしたがって反時計回り（右ねじの回転方向と反対回り）に周回されている。
【００３９】
また、ケーブル１２Ｂは、ケーブル挿通孔２０ｂの近傍のフランジ部１７ｂ上で、ケーブル固定部材１３によって位置が固定されている。
このため、筒状部材１７を周回するケーブル１２Ｂの長さは領域Ｓｂ内で一定に保たれている。この結果、回転アクチュエータ１６が回転することにより、支持板１４に対して連結板２０が回転すると、領域Ｓｂ内のケーブル１２Ｂが、支持板１４および連結板２０と固定しているケーブル固定部材１３の間で、回転方向にねじられることになる。
本実施形態では、回転アクチュエータ１６が１回転しても、ケーブル１２Ｂが、筒状部材１７の外周面および関節筐体６ｂの内壁部に接触しないようにケーブル固定部材１３の固定位置と、ケーブル固定部材１３間のケーブル１２Ｂの長さとが調整されている。
【００４０】
同様に、関節筐体６ｂ内でケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｃ（Ｄ）は、回転アクチュエータ１６Ａの回転の中立位置では、ケーブル挿通孔１４ｃ（１４ｄ）に挿通されて、支持板１４の先端側の板面で、ケーブル固定部材１３によって固定された後、筒状部材１８（１９）の外周面に沿って、外周面から離間した状態で螺旋状に周回され、本実施形態では３回転半だけ周回されてから、連結板２０のケーブル挿通孔２ｃ（２０ｄ）に挿通されて第３アーム７の内部に導かれている。
また、ケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）は、ケーブル挿通孔２０ｃ（２０ｄ）の近傍のフランジ部１８ｂ（１９ｂ）上で、ケーブル固定部材１３によって位置が固定されている。
このため、筒状部材１８（１９）を周回するケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）の長さは領域Ｓｃ（Ｓｄ）内で一定に保たれている。この結果、回転アクチュエータ１６が回転することにより、支持板１４に対して連結板２０が回転すると、領域Ｓｃ（Ｓｄ）内のケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）が、支持板１４および連結板２０と固定しているケーブル固定部材１３の間で、回転方向にねじられることになる。
本実施形態では、回転アクチュエータ１６が１回転しても、ケーブル１２Ｃ（１２Ｄ）が、筒状部材１８（１９）の外周面および筒状部材１７（１８）の内周面に接触しないようにケーブル固定部材１３の固定位置と、ケーブル固定部材１３間のケーブル１２Ｂの長さとが調整されている。
【００４１】
第３アーム７内に導かれたケーブル１２Ｂは、支柱２１においてケーブル固定部材１３によって固定されてから、回転軸部６Ｂにおけるケーブル１２Ａと同様に、ケーブル１２Ｂ内の配線１２ａ、１２ｂ、１２ｃが、それぞれ第４関節部８の回転アクチュエータ１６Ｂ、および回転アクチュエータ１６Ｂのエンコーダ１６ｂ、ブレーキ１６ｃに電気的に接続されている。
また、第３アーム７内に導かれたケーブル１２Ｃ、１２Ｄは、支柱２１においてケーブル固定部材１３に固定されてから、回転軸部６Ｂにおけるのと同様に、第４関節部８の支持板２２および連結板２３の間に配回されている。
連結板２３上にケーブル固定部材１３によって固定されたケーブル１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ連結板２３のケーブル挿通孔２０ｃ、２０ｄに挿通され、連結板固定部材８ｂ、連結板２３、および関節筐体８ａで囲まれた空間に導入され、不図示の第４アーム９内に導かれている。
【００４２】
同様にして、ロボット本体１Ａにおける第１関節部２等の関節部には、それぞれ回転アクチュエータ１６Ａと同様な構成の回転アクチュエータが設けられており、各回転アクチュエータには、回転アクチュエータの駆動および駆動制御に必要な動力や信号を伝達するケーブルが電気的に接続されている。そして、各ケーブルは、ロボット本体１Ａの内部に配回されている。
第１関節部２等の関節部におけるケーブルの配回しは、各関節部に配回されるケーブルの本数に応じて、筒状部材の数のみが異なっている。
【００４３】
このように多関節ロボット１では、例えば、支持板１４、２２は、それぞれ、関節部である回転軸部６Ｂ、第４関節部８において、回転軸１６ａが挿通された状態で駆動側筐体内部に固定され、ケーブルを駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材を構成している。
また、例えば、連結板２０、２３は、それぞれ、関節部である回転軸部６Ｂ、第４関節部８において、回転軸１６ａが固定されるとともに駆動側ケーブル支持部材と対向するように従動側筐体内部に固定され、ケーブルを従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材を構成している。
なお、本実施形態では、連結板２０、２３は、回転軸が固定される部材を兼ねているが、従動側ケーブル支持部材は、従動側筐体に対してケーブルのみを固定する部材であってもよい。この場合には、回転軸は、従動側ケーブル支持部材に挿通され、従動側ケーブル支持部材と別に設けられた連結板等の部材に固定される。
【００４４】
次に、多関節ロボット１の動作について、関節部の作用を中心に説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットの関節部の動作説明図である。
【００４５】
操作部１Ｃを通して、ハンド部１１の移動位置が入力されると、制御部１Ｂは、入力された移動位置にハンド部１１を移動させるのに必要な、第１関節部２等の関節部の回転量を演算し、ケーブル集合体１２を通して、各関節部の回転アクチュエータ１６に制御信号を送出して、各回転アクチュエータ１６を回転させる。
例えば、回転軸部６Ｂの回転の中立位置から、回転軸線Ｏ５を中心として、回転軸部６Ｂから見て時計回りとなる方向（図１、図５（ａ）の矢印Ｒ方向）に第３アーム７を１回転させると、図５（ａ）に示すように、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、１周分巻き戻される。このとき、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ関節筐体６ｂの内壁面、筒状部材１７の内周面、筒状部材１８の内周面に当接することなく周回径を拡径することができる。また、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ筒状部材１７、１８、１９によって、個別の空間に収容されているため、互いに絡まり合うことがない。
このため、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、回転軸部６Ｂの回転の負荷を増大させたり回転の支障となったりすることはない。
【００４６】
また、同様にして、例えば、回転軸部６Ｂの回転の中立位置から、回転軸線Ｏ５を中心として、回転軸部６Ｂから見て反時計回りとなる方向（図１、図５（ｂ）の矢印Ｌ方向）に第３アーム７を１回転させると、図５（ｂ）に示すように、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、１周分巻き進められる。このとき、領域Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ内のケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ関節筐体６ｂの内壁面、筒状部材１７の内周面、筒状部材１８の内周面に当接することなく周回径を縮径することができる。また、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、それぞれ筒状部材１７、１８、１９によって、個別の空間に収容されているため、互いに絡まり合うことがない。
このため、ケーブル１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、回転軸部６Ｂの回転の負荷を増大させたり回転の支障となったりすることはない。
【００４７】
また、第１関節部２等の関節部は、すべて、回転軸部６Ｂと同様のケーブル配回し構造を備えているため、回転軸部６Ｂと同様な作用を備える。
したがって、本実施形態の多関節ロボット１によれば、関節部の内部に収容するケーブルの本数が増えても、ケーブル同士が絡まり合うことなく、円滑に関節部を回転することができる。
【００４８】
なお、上記の説明では、筒状部材が、従動側ケーブル支持部材に固定された場合の例で説明したが、筒状部材は、駆動側ケーブル支持部材に固定された構成としてもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、複数の筒状部材が円筒状であって、回転軸を中心として同心円状に設けられた場合の例で説明したが、ケーブルを外周面から離間した状態で配回すことができる領域を確保することができれば、筒状部材は円筒以外の形状、例えば、四角断面や楕円断面等の筒状としてもよい。
【００５０】
また、上記の説明では、ケーブル案内孔が、筒状部材の他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した複数のケーブルを回転軸の延びる方向に沿って案内する場合の例で説明した。このような構成とすれば、筒状部材と、ケーブル案内孔が設けられた駆動側ケーブル支持部材または従動側ケーブル支持部材との間の距離を短縮することができ、装置の小型化が可能となる。
ただし、筒状部材の他方の筒端部とこれに対向する駆動側ケーブル支持部材との間に、ケーブルを通す隙間を設けてもよい場合には、ケーブル案内孔の位置は、輪帯状の領域に対向する位置からずれた位置に設けてもよい。
【００５１】
また、上記の説明では、１つの従動側ケーブル支持部材に固定された複数の筒状部材が独立に着脱可能に設けられた場合の例で説明したが、筒状部材の部品共通化が不要である場合には、独立に着脱可能としなくてもよい。また、容易に外せない固定方法を採用してもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、回転アクチュエータが電動モータの場合の例で説明したが、回転アクチュエータは、ガスやオイル等の流体圧力によって動作する流体アクチュエータを採用してもよい。この場合、ケーブルは流体を供給するチューブを含むものであってもよい。
【００５３】
また、上記の説明では、ロボット本体１Ａと制御部１Ｂとは別体で構成された場合の例で説明したが、制御部１Ｂは、ロボット本体１Ａに内蔵された構成としてもよい。
【００５４】
また、上記の説明では、ケーブルは、回転アクチュエータのそれぞれに対して１本設けられた場合の例で説明したが、ケーブルの形態は、適宜まとめたり、分岐させたりしてもよい。
例えば、１本当たりのケーブルの剛性が小さい場合には、基端部側の関節部に配回す場合には、複数のケーブルを結束して１本にまとめることにより、関節部における筒状部材の個数を低減することができる。
【００５５】
また、上記の説明では、筒状部材とケーブルとが回転動作の間に常に接触しない場合の例で説明したが、回転アクチュエータの回転の支障とならず、かつ、ケーブルの耐久性に影響しない程度の接触であれば、回転動作の間で一部が接触する構成としてもよい。
すなわち、筒状部材とケーブルとは、少なくとも回転アクチュエータの回転の中立位置において、筒状部材の外周面から離間して周回されていればよい。
【００５６】
また、上記の実施形態で説明した構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 多関節ロボット
１Ａ ロボット本体
１Ｂ 制御部
２ 第１関節部（関節部）
２ａ、４ａ、６ａ、６ｂ、８ａ、１０ａ 関節筐体
２ｃ ケーブル挿通孔
３ 第１アーム
４ 第２関節部（関節部）
５ 第２アーム
６ 第３関節部（関節部）
６Ａ 屈曲軸部
６Ｂ 回転軸部
７ 第３アーム
８ 第４関節部（関節部）
９ 第４アーム
１０ 第５関節部（関節部）
１１ ハンド部
１１ａ ハンド部筐体
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ ケーブル
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 配線
１３ ケーブル固定部材
１４、２２ 支持板（駆動側ケーブル支持部材）
１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ ケーブル挿通孔（ケーブル案内孔）
１６Ａ、１６Ｂ 回転アクチュエータ
１６ａ 回転軸
１６ｂ エンコーダ
１６ｃ ブレーキ
１７、１８、１９ 筒状部材
１７ａ、１８ａ、１９ａ 円筒部
１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ フランジ部
１７ｃ、１７ｄ、１８ｃ、１８ｄ、１９ｃ、１９ｄ ケーブル挿通孔
２０、２３ 連結板（従動側ケーブル支持部材）
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ ケーブル挿通孔
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６、Ｏ７ 回転軸線
Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させる関節部が装置基端側から装置先端側に向かって複数配置され、動力または信号を伝達する複数のケーブルが、前記駆動側筐体、前記従動側筐体、および前記関節部の内部に収容された多関節ロボットであって、
前記関節部は、
前記回転軸が挿通された状態で前記駆動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材と、
前記回転軸が挿通または固定されるとともに前記駆動側ケーブル支持部材と対向するように前記従動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材と、
前記回転軸を周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に固定され、他方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方の近傍に配置された筒状部材と、
を備え、
前記関節部には、内部に貫通して収容された前記複数のケーブルと複数の前記筒状部材が同心状に設置され、
前記筒状部材のそれぞれの外周には、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材に固定された前記ケーブルが、前記筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された
ことを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方は、
前記筒状部材の前記他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した前記複数のケーブルを前記回転軸の延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記筒状部材はそれぞれ、
前記回転軸を囲む筒状部が円筒形状を有し、前記回転軸を中心とする同心円状に配置された配置された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記筒状部材は、
前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に対して、互いに独立して着脱可能に設けられた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記筒状部材は、
透明材料で形成された
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
【請求項１】
駆動側筐体に設けられた回転アクチュエータの回転軸によって、従動側筐体を回転させる関節部が装置基端側から装置先端側に向かって複数配置され、動力または信号を伝達する複数のケーブルが、前記駆動側筐体、前記従動側筐体、および前記関節部の内部に収容された多関節ロボットであって、
前記関節部は、
前記回転軸が挿通された状態で前記駆動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記駆動側筐体内部で固定支持する駆動側ケーブル支持部材と、
前記回転軸が挿通または固定されるとともに前記駆動側ケーブル支持部材と対向するように前記従動側筐体内部に固定され、前記ケーブルを前記従動側筐体内部で固定支持する従動側ケーブル支持部材と、
前記回転軸を周方向に囲む筒状に設けられ、一方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に固定され、他方の筒端部が前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方の近傍に配置された筒状部材と、
を備え、
前記関節部には、内部に貫通して収容された前記複数のケーブルと複数の前記筒状部材が同心状に設置され、
前記筒状部材のそれぞれの外周には、前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材に固定された前記ケーブルが、前記筒状部材の外周面から離間した状態で周回して配回された
ことを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか他方は、
前記筒状部材の前記他方の筒端部で仕切られる輪帯状の領域にそれぞれ対向する位置に、固定支持した前記複数のケーブルを前記回転軸の延びる方向に沿って案内するケーブル案内孔を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記筒状部材はそれぞれ、
前記回転軸を囲む筒状部が円筒形状を有し、前記回転軸を中心とする同心円状に配置された配置された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記筒状部材は、
前記駆動側ケーブル支持部材および前記従動側ケーブル支持部材のいずれか一方に対して、互いに独立して着脱可能に設けられた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記筒状部材は、
透明材料で形成された
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８１５２８（Ｐ２０１２−８１５２８Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２６９１０（Ｐ２０１０−２２６９１０）
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月６日（２０１０．１０．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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