JP2012161903A - ケーブル支持装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ケーブルのたるみを大きくすることなく且つ保持部のストロークを長大化することなく、ロボット手首の自由度に十分に追従させることができるケーブル支持装置を提供する。
【解決手段】ケーブル11を保持する保持部52と、第2アーム24の長手方向に沿って移動自在な直動スライダ70を有する直動機構54と、第2アーム24の周方向に沿って回転自在な回動スライダ92、93を有する回動機構56とを備える。直動機構54及び回動機構56により、保持部52が第2アーム24の長手方向及び周方向に変位自在となっている。
【選択図】図2
【解決手段】ケーブル11を保持する保持部52と、第2アーム24の長手方向に沿って移動自在な直動スライダ70を有する直動機構54と、第2アーム24の周方向に沿って回転自在な回動スライダ92、93を有する回動機構56とを備える。直動機構54及び回動機構56により、保持部52が第2アーム24の長手方向及び周方向に変位自在となっている。
【選択図】図2
Description
本発明は、ロボットのアームを経由し、ロボットの手首先端に設けられたエンドエフェクタに繋がるケーブルを支持及び案内するケーブル支持装置に関する。
例えば、自動車の製造工程では、ロボット(産業用ロボット)を用いてワークを抵抗溶接することが行われている。そのようなロボットは、多関節アームを有し、当該アームの手首先端にはエンドエフェクタとしての溶接ハンドが設けられている。当該溶接ハンドには、ロボットのアームを経由してケーブルが接続されている。
ケーブルがロボットに隣接する機器に干渉したり、ケーブルがアームに巻き付いて断線したりすることを防止するために、ケーブル支持装置がロボットに装備される。従来、ケーブル支持装置として、ケーブルを保持する保持部をロボットのアームの長手方向に沿って移動自在に設け、ケーブルの張りやたるみを調整するように構成したものがある(例えば、下記特許文献1を参照)。
従来のケーブル支持装置において、ロボット手首の自由度に追従させるためには、ケーブルを長くして大きなたるみを持たせるか、保持部のストローク長さを十分にとる必要がある。しかしながら、ケーブルを大きくたるませると、ロボットの先端にあるエンドエフェクタの作業エリア周辺の治具やワークに干渉しやすくなる。また、保持部のストロークを十分にとると、ロボットのアーム上に装備できる実用長さを大きく超えてしまうという問題がある。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ケーブルのたるみを大きくすることなく且つ保持部のストロークを長大化することなく、ロボット手首の自由度に十分に追従させることができるケーブル支持装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、ロボットのアームを経由し、ロボットの手首部の先端に設けられたエンドエフェクタに繋がるケーブルを支持及び案内するケーブル支持装置であって、前記ケーブルを保持する保持部と、前記アームの長手方向に沿って移動自在な直動部を有する直動機構と、前記アームの周方向に沿って回転自在な回動部を有する回動機構とを備え、前記直動機構及び前記回動機構により、前記保持部が前記アームの長手方向及び周方向に変位自在となっていることを特徴とする。
上記の構成によれば、直動機構及び回動機構により、保持部が、ロボットの手首部の動作(姿勢変更)によって移動するケーブルに追従してアームの長手方向及び周方向に動くので、ケーブルのたるみを大きくすることなく且つ保持部のストロークを長大化することなく、ロボット手首の自由度に十分に追従させることができる。また、ロボットの手首部の種々の動作に対して、いつも同じテンションをケーブルに与え、かつ、ケーブルのたるみを規制でき、よって、ケーブルの位置の再現性を高めることができる。そして、これにより、ケーブルの最小曲げ角度が大きくなり、ケーブルの損傷を低減でき、ケーブルの寿命を延ばすことができる。
上記のケーブル支持装置において、前記保持部は、前記直動機構の直動部に取り付けられ、前記直動機構は、前記回動機構の回動部に取り付けられ、前記保持部と一体的に前記アームの周方向に沿って回動自在であるとよい。
このように、直動機構を回動機構で支持する構成を採用することにより、ロボットのアームの長手方向及び周方向に可動な機構を、ロボットのアームに容易に装備することができる。
上記のケーブル支持装置において、前記直動機構は、前記アームの長手方向に沿って延在する直動ガイドレールと、前記直動ガイドレールに沿って移動可能な前記直動部である直動スライダと、前記直動スライダをその原点位置に向けて弾性的に付勢する第1付勢手段とを有し、前記回動機構は、前記アームの周方向に沿って延在する回動ガイドレールと、前記回動ガイドレールに沿って移動可能な前記回動部である回動スライダと、前記回動スライダをその原点位置に向けて弾性的に付勢する第2付勢手段とを有するとよい。
このように、第1付勢手段により直線スライダを原点位置に向けて付勢するとともに、第2付勢手段により回動スライダを原点位置に向けて付勢することにより、ロボットの手首部の動作位置及び姿勢に応じてケーブルの位置が一義的に決まるので、ケーブルの再現性を一層向上できる。
上記のケーブル支持装置において、前記直動機構は、前記直動ガイドレールに沿って移動自在であり前記第1付勢手段に連結されたスライド部材と、前記直動スライダの移動に機械的に連動して前記直動スライダの移動距離よりも少ない距離だけ前記スライド部材を前記直動ガイドレールに沿って移動させる伝達機構とを有するとよい。
これにより、保持部が取り付けられた直動スライダの移動距離に対して、スライド部材に取り付けられた第1付勢手段の移動距離が短くなるため、その分、直動機構全体としてのばね定数は、第1付勢手段自体のばね定数よりも小さくなる。したがって、ケーブルに与えるテンションの変化を小さくでき、これによりケーブルに対する負荷を一定化できるので、ケーブルの寿命を一層向上できる。
上記のケーブル支持装置において、前記第2付勢手段は、前記アームを囲むように配置されたリング体と、前記リング体に沿って摺動可能に設けられ、前記直動機構に固定された可動ブロックと、前記リング体に沿って円形をなすように直列配置された複数のコイルスプリングと、前記複数のコイルスプリング間に配置された中間部材とを有するとよい。
このように、複数のコイルプリング間に中間部材を配置したことで、コイルスプリングの伸縮がスムーズに行われるので、可動ブロックをリング体に沿ってスムーズに移動させることができる。よって、可動ブロックの位置に関わらず、可動ブロックを安定的に付勢することができ、保持部を介してケーブルに安定的にテンションを与えることができる。
上記のケーブル支持装置において、前記直動機構及び前記回動機構の原点は、前記ロボットの前記手首部の作動範囲の中間点であるとよい。
これにより、直動機構及び回動機構の原点を基準としたロボットの作動範囲が均等になり、ロボット軸に追従する範囲を最小にすることができる。これにより、直動機構及び回動機構の必要ストロークを最小とすることができ、ロボットへのケーブル支持装置の搭載が容易となる。
上記のケーブル支持装置において、前記アームは、第1アームと、前記アームの先端に回動自在に連結された第2アームとを有し、前記手首部は前記第2アームの先端に設けられ、前記ケーブル支持装置は、前記第2アームに設置されるとよい。
これにより、ロボットの手首部の動きに追従しやすくなり、ケーブルの最小曲げ半径を大きくできるため、ケーブルの損傷をより低減でき、ケーブルの寿命を一層効果的に延ばすことができる。
上記のケーブル支持装置において、前記アームは、回動可能に支持された基端部と、前記基端部から延出するアーム本体とを有し、前記ケーブル支持装置は、前記基端部に固定された支持部によって支持されることで前記アーム本体に沿って配置されるとよい。
これにより、既存のロボットに対して追加装備として、簡単にケーブル支持装置を備え付けることができる。
本発明のケーブル支持装置によれば、ケーブルのたるみを大きくすることなく且つ保持部のストロークを長大化することなく、ロボット手首の自由度に十分に追従させることができる。
以下、本発明に係るケーブル支持装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るケーブル支持装置10を備えたロボット12の側面図である。図示した構成例のロボット12は、自動車の製造工程で抵抗溶接を行うロボット12して構成されたものであり、ロボット本体14と、このロボット本体14に取り付けられた溶接ハンド(溶接ガン)16とを有する。
ロボット本体14は、ベース台18と、鉛直な第1駆動軸a1を中心としてベース台18に回動可能に支持された旋回部20と、旋回部20に回動可能に支持されたアーム21と、アーム21の先端に設けられ3自由度を有する手首部26と、ケーブル11を支持及び案内するケーブル支持装置10とを備える。
ロボット本体14は、6つの駆動軸(第1〜第6駆動軸a1〜a6)を有する多関節ロボットであり、アーム及び手首部26の動作により、3次元空間上で手首部26の先端(溶接ハンド16)の位置及び姿勢を変化させる。ロボット12は、制御装置28と通信可能であって、当該制御装置28は、6つの駆動軸を数値制御して、3次元空間上で手首部26の先端の位置及び姿勢を制御する。
アーム21は、水平な第2駆動軸a2を中心として旋回部20に回動可能に支持された第1アーム22と、水平な第3駆動軸a3を中心として第1アーム22に回動可能に支持された第2アーム24とを有する。第1アーム22は、第2駆動軸a2によって動作し、主として前後方向に揺動するアームである。第2アーム24は、第3駆動軸a3によって動作し、主として上下方向に揺動するアームであり、第3駆動軸a3で回動可能に支持された基端部24aと、当該基端部24aから延出するアーム本体24bとを有する。アーム本体24bは、アーム本体24bの長手方向(軸線方向)に延在する第4駆動軸a4を中心として基端部24aに回動可能に連結されている。
ロボット本体14の第2駆動軸a2及び第3駆動軸a3は、第1駆動軸a1と直交する方向の駆動軸であり、第2駆動軸a2と第3駆動軸a3は互いに平行である。第1〜第3駆動軸a1〜a3の動作により、第2アーム24先端の位置及び姿勢が決められる。
ロボット本体14の手首部26は、第2アーム24に支持された第1手首要素30と、第4駆動軸a4に直交する方向に延在する第5駆動軸(第1手首駆動軸)a5を中心として第1手首要素30に回動可能に支持された第2手首要素32と、第2手首要素32の長手方向(軸線方向)に延在する第6駆動軸(第2手首駆動軸)a6を中心として第3手首要素34に回動可能に支持された第3手首要素34とを有する。
溶接ハンド16は、手首部26の先端部に取り付けられている。具体的には、溶接ハンド16は、接続ユニット36を介して第3手首要素34に着脱可能に接続されており、第3手首要素34と一体となって第6駆動軸a6を中心として回動する。溶接ハンド16は、基部38と、基部38に開閉可能に設けられた一対のアーム部材40a、40bと、一対のアーム部材40a、40bの先端にそれぞれ設けられた電極チップ(溶接電極)42a、42bと、基部に設けられて一対のアーム部材40a、40bを開閉する駆動機構43とを有する。
上記のように構成されたロボット12では、制御装置28による制御作用下に、ロボット本体14を駆動して、溶接ハンド16の位置及び姿勢を制御するとともに、電極チップ42a、42bでワークを挟持し、その後、電極チップ42a、42b間に通電することで、ワークを抵抗溶接できる。
ケーブル11は、手首部26に設けられたサブ保持部44にて保持されるとともに、第2アーム24に設けられたケーブル支持装置10にて支持されている。ケーブル11は柔軟性を有する円筒形状であり、ケーブル11の内部には、図示しない溶接電源から電極チップ42a、42bに至る、電力を供給するための配線、制御装置28から駆動機構43に至る、駆動機構43を制御するための配線などがまとめて収容されている。
ケーブル支持装置10は、ロボット12のアーム21(具体的には、第2アーム24)を経由し、ロボット12の手首先端に設けられたエンドエフェクタである溶接ハンド16に繋がるケーブル11を支持及び案内するものであり、支持部46を介して第2アーム24に装備され(取り付けられ)ている。支持部46は、第2アーム24の基端部24aに固定されたブラケット48と、当該ブラケット48に固定され第2アーム24のアーム本体24bに沿って延出する支持バー50とを有し、ケーブル支持装置10は支持バー50で支持されている。
図2は、図1に示すケーブル支持装置10の斜視図である。なお、図2では、ケーブル支持装置10の構成の理解を容易にするため、第2アーム24及びケーブル11を仮想線で示している。図2に示すように、ケーブル支持装置10は、ケーブル11を保持する保持部52と、保持部52を第2アーム24の長手方向に沿って移動可能にする直動機構54と、保持部52を第2アーム24の周方向に沿って移動可能にする回動機構56とを有する。
保持部52は、軸線方向に貫通した中空部を有する円筒部材58と、円筒部材58を支持する支持体60とを有する。ケーブル11は、円筒部材58の中空部に挿通されて、保持部52に対して軸線方向に移動しないように保持されている。
直動機構54は、全体として長尺状をなし、第2アーム24の長手方向に沿って配置され、保持部52を第2アーム24の長手方向に沿って移動可能に支持している。図3は、直動機構54の構成を示す斜視図である。なお、図3では、直動機構54の構成の理解を容易にするため、内部機構を覆うカバー62a、62b(図2参照)を取り外した状態を示し、かつ、回動機構56については図示を省略している。
図3に示すように、直動機構54は、ベースプレート(ベース部材)64と、このベースプレート64の長手方向の両端に設けられた一対の端部プレート66a、66bと、ベースプレート64に固定され、第2アーム24の長手方向に沿って延在する直動ガイドレール68と、直動ガイドレール68に沿って移動可能な直動スライダ(直動部)70と、直動スライダ70をその原点位置に向けて弾性的に付勢する第1付勢手段72と、直動ガイドレール68に沿って移動可能なスライド部材74と、直動スライダ70の移動に連動してスライド部材74を移動させる伝達機構76とを有する。
図示した構成例において、直動スライダ70及びスライド部材74は、共に直動ガイドレール68に案内され、同一軌道上で案内されるように直列に配置されている。図2において、直動スライダ70及びスライド部材74は、第1付勢手段72によって弾性的に付勢されることで、それぞれの原点位置(初期位置)にあるが、ロボット12の手首軸が動作してケーブル11が図2で左方向に引っ張られることに伴って、第1付勢手段72の付勢力に抗して、保持部52に固定された直動スライダ70がケーブル11の移動方向と同じ方向に移動する。
図示した構成例の第1付勢手段72は、その長手方向を直動ガイドレール68の延在方向と平行にして配置されたガススプリング72Aとして構成されており、そのロッド部78がベースプレート64に固定され、そのシリンダ部80が、スライド部材74に固定されている。ロッド部78は端部プレート66aに固定されてもよい。図示した構成例とは逆に、ロッド部78がスライド部材74に固定され、シリンダ部80がベースプレート64又は端部プレート66aに固定されてもよい。第1付勢手段72としては、ガススプリング72Aに代えて、弾性的な付勢力を発揮する他の機構、例えば、コイルスプリング等のバネ部材を用いた機構であってもよい。
伝達機構76は、直動スライダ70の移動に機械的に連動して直動スライダ70の移動距離よりも少ない距離だけスライド部材74を直動ガイドレール68に沿って移動させるように構成されている。図示例の構成に即して、より具体的に説明すると、伝達機構76は、ベースプレート64に固定された固定ラック部材(第1ラック部材)82と、直動スライダ70に固定された可動ラック部材(第2ラック部材)84と、固定ラック部材82及び可動ラック部材84と噛み合うピニオン86とを有する。
固定ラック部材82は、直動ガイドレール68と平行に配置され、ベースプレート64に対して長手方向に相対移動しないように固定されている。固定ラック部材82には、長手方向に沿って複数の歯82aが刻設されており、当該歯82aとピニオン86の歯86aとが噛み合っている。
可動ラック部材84は、直動ガイドレール68と平行に、ピニオン86に対して固定ラック部材82とは反対側に配置され、直動スライダ70に対して長手方向に相対移動しないように固定されている。可動ラック部材84には、長手方向に沿って複数の歯84aが刻設されており、当該歯84aとピニオン86の歯86aとが噛み合っている。
スライド部材74には、介在部材88が固定されており、当該介在部材88に設けられた軸部89にてピニオン86が回転自在に支持されている。スライド部材74、介在部材88及びピニオン86は、一体となって、直動ガイドレール68に沿って移動可能である。
上記のように構成された直動機構54において、直動スライダ70が直動ガイドレール68に沿って移動するとき、直動スライダ70に固定された可動ラック部材84も一緒に移動する。そうすると、可動ラック部材84と噛み合うピニオン86は、これを軸支する介在部材88とともに、回転しながら直動スライダ70の移動方向と同じ方向に移動するが、このときの介在部材88及びスライド部材74の移動量は、直動スライダ70の移動量の半分である。
換言すれば、直動スライダ70は、スライド部材74に対して2倍の距離を移動する。直動スライダ70及びスライド部材74が第1付勢手段72の付勢力(弾性力)に抗して移動するときの移動方向(図2で左方向)に関して、直動スライダ70はスライド部材74の前方に設けられている。これにより、直動スライダ70及びスライド部材74が第1付勢手段72の付勢力に抗して移動するとき、移動方向の前方にある直動スライダ70のほうが、スライド部材74よりも移動距離が長いので、両者の距離が広がり、直動ガイドレール68上で直動スライダ70とスライド部材74とが干渉することがない。
次に、回動機構56の構成を説明する。図2に示すように、回動機構56は、アームの周方向に沿って延在する回動ガイドレール90、91と、回動ガイドレール90に沿って移動可能な回動スライダ(回動部)92、93と、回動スライダ92をその原点位置(中立位置)に向けて弾性的に付勢する第2付勢手段94とを有する。
本実施形態において、回動ガイドレール90、91は第2アーム24の長手方向に沿って間隔を置いて複数(図示例では、2つ)設けられている。各回動ガイドレール90、91は、全体的に円形のリング状であり、取付部材96、97を介して、第2アーム24に沿って配設された支持バー50によって支持され、第2アーム24の外周部から所定間隔を空けた状態で、第2アーム24を囲んで配置されている。
回動スライダ92、93は、第2アーム24の長手方向に沿って間隔を置いて複数(図示例では、2つ)設けられ、各回動ガイドレール90、91に対して周方向に摺動可能に配置されている。
図4は、回動機構56の回動ガイドレール90及び回動スライダ92の概略図である。回動スライダ92は、ハウジング98と、ハウジング98に回転自在に支持された複数(図示例では、3つ)のローラ99とを有し、ハウジング98に設けられた軸部98aよって軸支されたローラ99が転動することにより回動ガイドレール90に沿って第2アーム24の周方向にスムーズに移動できるようになっている。
回動スライダ92の、回動ガイドレール90に対する姿勢を保持するために、複数のローラ99は、回動ガイドレール90の内周部に接するもの(以下、「内周側ローラ99a」という)と、回動ガイドレール90の外周部に接するもの(以下、「外周側ローラ99b」という)とがあり、内周側ローラ99aと外周側ローラ99bのうち少なくとも一方は、複数設けられる。図示例では、内周側ローラ99aは1つ設けられ、外周側ローラ99bは2つ設けられている。回動スライダ93も、回動スライダ92と同様に構成されている。
回動ガイドレール90には、回動スライダ92の可動範囲を規制する一対のストッパ100a、100bが設けられている。ストッパ100a、100bは、回動ガイドレール90に取り付けられた(固定された)ブロック状の部材である。図4において、回動スライダ92は、可動範囲の中立位置にあり、同図で反時計回り方向に関しては一方のストッパ100aに当接する位置で移動が規制され、時計方向に関しては他方のストッパ100bに当接する位置で移動が規制される。
ストッパ100a、100bは、回動ガイドレール90の延在方向(すなわち、第2アーム24の周方向)に沿って位置調整可能に構成されており、ストッパ100a、100bの位置調整をすることで、回動スライダ92の可動範囲を所望の(任意の)範囲に調整することができる。なお、図2に示す構成例では、ストッパ100a、100bは、一方の回動ガイドレール90のみに設けられているが、他方の回動ガイドレール91にも同様のストッパ100a、100bを設けてもよい。
図5に示すように、第2付勢手段94は、全体的に円形のリング状であり、取付部材101を介して支持バー50に支持及び固定されている。図示例に即してより詳細に説明すると、第2付勢手段94は、アームを囲むように配置された円形のリング体102と、リング体102に沿って摺動可能に設けられて直動機構54に固定された可動ブロック104と、リング体102に沿って円形に直列配置された複数のコイルスプリング106a〜106fと、コイルスプリング106a〜106f間に配置された中間部材108a〜108dとを有する。
リング体102は、パイプ状の第1円弧部材110と、パイプ状の第2円弧部材111とが、接続部材112a、112bを介して互いに連結して構成されたものである。可動ブロック104は、中空円筒形をなし、その内側にリング体102が挿通され、リング体102をガイドとしてリング体102に沿って周方向にスライド自在であり、直動機構54のベースプレート64に固定されている。可動ブロック104、直動機構54及び保持部52は、一体となってリング体102に沿って周方向に移動可能である。
複数のコイルスプリング106a〜106fは、それらの内側にリング体102が挿通され、リング体102に沿って弾性的に伸縮可能に配設されている。複数の中間部材108a〜108dは、中空円筒形をなし、その内側にリング体102が挿通され、コイルスプリング106a〜106f間に挟持された状態で、リング体102をガイドとしてリング体102に沿って周方向にスライド可能である。
可動ブロック104は、一方側のコイルスプリング106a〜106cにより図5で時計方向に付勢され、他方側のコイルスプリング106d〜106fにより図5で半時計方向に付勢される。よって、保持部52が周方向の外力を受けていないときは、一方側のコイルスプリング106a〜106cの付勢力(弾発力)と他方側のコイルスプリング106d〜106fの付勢力(弾発力)とがバランスした位置で、可動ブロック104が保持される。
保持部52が図5で半時計方向の力を受けると、可動ブロック104は、一方側のコイルスプリング106a〜106cの付勢力に抗して半時計方向に移動する。このとき、一方側のコイルスプリング106a〜106cは、弾性的に圧縮されるとともに、コイルスプリング106a〜106c間に配置された中間部材108a、108bも半時計方向に移動する。一方、保持部52が図5で時計方向の力を受けたとき、可動ブロック104は、他方側のコイルスプリング106d〜106fの付勢力に抗して時計方向に移動する。このとき、他方側のコイルスプリング106d〜106fは、弾性的に圧縮されるとともに、コイルスプリング106d〜106f間に配置された中間部材108c、108dも時計方向に移動する。
本実施形態に係るケーブル支持装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について説明する。
ロボット12の手首部26が動作し、これに伴ってケーブル11が引っ張られると、直動機構54及び回動機構56により、保持部52がアームの長手方向及び周方向に動く。例えば、ロボット12の手首部26が第5駆動軸a5を中心として屈曲し、ケーブル11が図1で左方向に引っ張られると、直動機構54において、直動スライダ70が第1付勢手段72の弾発力に抗して直動ガイドレール68によって案内されて第2アーム24の先端方向に移動する。この直動スライダ70の移動に伴って、保持部52も第2アーム24の先端方向に移動する(前進する)。
また、ロボット12の手首部26が第4駆動軸a4、第6駆動軸a6の一方又は両方で回転し、ケーブル11が第2アーム24の周方向に引っ張られると、回動機構56において、回動スライダが第2付勢手段94の弾発力に抗して回動ガイドレール90によって案内されて周方向に移動する。この回動スライダ92の移動に伴って、保持部52も第2アーム24の周方向に移動する。
このように、直動機構54及び回動機構56により、保持部52が、ロボット12の手首部26の動作(姿勢変更)によって移動するケーブル11に追従してアーム21の長手方向及び周方向に動くので、ケーブル11のたるみを大きくすることなく且つ保持部52のストロークを長大化することなく、ロボット12の手首部26の自由度に十分に追従させることができる。
また、ロボット12の手首部26の種々の動作に対して、いつも同じテンションをケーブル11に与え、かつ、ケーブル11のたるみを規制でき、よって、ケーブル11の位置の再現性を高めることができる。そして、これにより、ケーブル11の最小曲げ角度が大きくなり、ケーブル11の損傷を低減でき、ケーブル11の寿命を延ばすことができる。
上述したように、本実施形態では、保持部52を直動機構54で支持して第2アーム24の長手方向に移動自在とし、このような直動機構54を回動機構56で支持し、保持部52及び直動機構54を一体的に第2アーム24の周方向に移動自在に構成している。このため、第2アーム24の長手方向及び周方向に保持部52を可動にする機構を、簡単な構成で実現している。
また、本実施形態では、第1付勢手段72により直動スライダ70を原点位置に向けて付勢するとともに、第2付勢手段94により回動スライダ92を原点位置に向けて付勢することにより、ロボット12の手首部26の動作位置及び姿勢に応じてケーブル11の位置が一義的に決まるので、ケーブル11の再現性をより向上できる。
さらに、本実施形態では、回動ガイドレール90にストッパ100a、100bを設けることで、回動スライダ92の可動範囲を所定範囲に制限している。回動スライダ92の可動範囲は、例えば、原点を中心にプラスマイナス100°程度がよい。回動スライダ92の移動範囲を大きくし過ぎると、ケーブル11が初期の配置位置に戻らなくなることが懸念されるが、本実施形態のように回動スライダ92の可動範囲を所定範囲に制限することで、ケーブル11の再現性を確保できる。
本実施形態では、第1付勢手段72としてガススプリング72Aを採用しているので、ガス圧を調整することにより、ロボット12の個性(動きの特性等)に応じて、最適なテンションに容易に調整することができる。また、ガススプリング72Aは、ばね定数が低く、ほぼ一定のテンションがかけられるため、ケーブル11に与えるテンションの変化を小さくできる。
本実施形態では、伝達機構76(図3参照)の作用により、保持部52が取り付けられた直動スライダ70の移動距離に対して、スライド部材74に取り付けられた第1付勢手段72の移動距離が短くなるため、その分、直動機構54全体としてのばね定数は、第1付勢手段72自体のばね定数よりも小さくなる。したがって、ケーブル11に与えるテンションの変化を小さくでき、これによりケーブル11に対する負荷を一定化できるので、ケーブル11の寿命を一層向上できる。
なお、図3に示した伝達機構76では、固定ラック部材82と可動ラック部材84が同一のピニオン86と噛み合っているため、直動スライダ70の移動距離に対するスライド部材74の移動距離(第1付勢手段72の伸縮長さ)は2分の1であるが、このようなピニオン86に代えて、歯数の異なる大小の歯部(小ギア部及び大ギア部)を有するピニオンを用いれば、容易に例えば3分の1、4分の1にすることができる。この場合、固定ラック部材82と小ギア部とを噛み合わせ、可動ラック部材84と大ギア部とを噛み合わせればよい。
本実施形態において、第2付勢手段94(図5参照)は、複数のコイルスプリング106a〜106f間に複数の中間部材108a〜108dを配置した構成を有し、これによりコイルスプリング106a〜106fの伸縮及び移動がスムーズに行われるので、可動ブロック104をリング体102に沿ってスムーズに移動させることができる。よって、可動ブロック104の位置に関わらず、可動ブロック104を安定的に付勢することができ、保持部52を介してケーブル11に安定的にテンションを与えることができる。
本実施形態では、ケーブル支持装置10は第2アーム24に設置されているため、ロボット12の手首部26の動きに追従しやすくなり、ケーブル11の最小曲げ半径を大きくできる。よって、ケーブル11の損傷をより低減でき、ケーブル11の寿命を一層効果的に延ばすことができる。
本実施形態では、ケーブル支持装置10が第2アーム24のアーム本体24bに直接取り付けられておらず、第2アーム24の基端部24aに固定された支持部46によって支持されることでアーム本体24bに沿って配置されているので、既存のロボット12に対して追加装備として、簡単にケーブル支持装置10を備え付けることができる。
本実施形態では、直動機構54及び回動機構56の原点は、ロボット12の手首部26の作動範囲の中間点に設定されている。換言すれば、ロボット12の手首部26がその作動範囲の中間点にあるとき、直動機構54の直動スライダ70がその原点位置(図3に示す直動スライダの位置)にあるとともに、回動機構56の回動スライダ92、93がその原点位置(図2及び図4に示す回動スライダ92、93の位置)にある。
ここで、手首部26の作動範囲とは、具体的には、第4駆動軸a4、第5駆動軸a5及び第6駆動軸a6の作動範囲を意味する。また、ここでいう「作動範囲」とは、第4駆動軸a4、第5駆動軸a5及び第6駆動軸a6の機構上の可動範囲ではなく、ロボット12に予定されている作業を実行する際の第4駆動軸a4、第5駆動軸a5及び第6駆動軸a6が動く範囲を意味する。
ロボット12の初期位置(ロボット12のシステムが停止しているときの位置)とロボット12の作動範囲の中間点が一致していない場合、ロボット12の初期位置に直動機構54及び回動機構56の原点を合わせると、当該原点を基準としたロボット12の作動範囲に偏りが発生する。このため、ケーブル支持装置10がケーブル11に追従するために必要とされる可動範囲が大きくなる。
すなわち、直動機構54及び回動機構56の必要ストロークが大きくなるので、ロボット12への搭載が困難となる場合がある。そこで、本実施形態では、直動機構54と回動機構56の各原点を、ロボット12の手首部26の作動範囲の中間点に設定している。これにより、それぞれの原点を基準としたロボット12の手首部26の作動範囲が均等になり、ロボット12の手首部26の動作に追従する範囲を最小にすることができる。したがって、直動機構54及び回動機構56の必要ストロークを最小とすることができ、ロボット12へのケーブル支持装置10の搭載が容易となる。
上述したロボット12では、第4駆動軸a4を中心に回転可能なアーム本体24bの回転の影響を受けないように、基端部24aからアーム本体24bに沿って延在する支持部46を介してケーブル支持装置10を取り付けたが、図6に示すロボット12aのようにアーム本体24bが基端部24aに対して回転しない構成である場合(ロボット12における第4駆動軸a4を省略し、代わりに、第4駆動軸a4をアーム本体24bの先端部に設けた形態の場合)、図6及び図7に示す取付け構造118のように、アーム本体24bにケーブル支持装置10を直接取り付けてもよい。ロボット12aでは、第1手首要素30が、アーム本体24bの軸線方向に沿った第4駆動軸a4を中心としてアーム本体24bに回動可能となっている。
取付け構造118は、アーム本体24bに固定されたリング状のベルト部材120、122を備え、当該ベルト部材120、122に固定された支持ブロック124、126を介して、アーム本体24bの外周部と回動ガイドレール90、91との間に隙間を空けた状態で、回動ガイドレール90、91をそれぞれ支持している。これにより、回動スライダ92、93がアーム本体24bから浮いた状態で回動ガイドレール90、91に沿って移動自在となっている。
支持ブロック124は、ベルト部材120、122の周方向に間隔を置いた箇所に2つ設けられているが、これらを一体化した部材であってもよい。支持ブロック126についても同様である。
またベルト部材120、122は、支持ブロック128を介して、アーム本体24bの外周部と第2付勢手段94との間に隙間を空けた状態で、第2付勢手段94を支持している。これにより、第2付勢手段94の可動ブロック104(図5参照)がアーム本体24bから浮いた状態でリング体102に沿って移動自在となっている。支持ブロック128は、アーム本体24bを基準として回動スライダ93の中立位置とは反対の箇所(180°ずれた位置)に設けられている。
上記のような取付け構造118によれば、支持部46のような長尺な構造の場合と比べて、高い剛性でケーブル支持装置10を第2アーム24に取り付けることができる。
なお、上述した実施形態では、第2アーム24の上方に直動機構54を配置したが、このような構成に代えて、第2アーム24の下方や側方に直動機構54を配置してもよい。このように、第2アーム24に対する直動機構54の配置位置は、ロボット12、12aの個性(例えば、手首部26の作動範囲等)に応じて任意に設定することができる。
上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
10…ケーブル支持装置 52…保持部
54…直動機構 56…回動機構
68…直動ガイドレール 70…直動スライダ
72…第1付勢手段 74…スライド部材
76…伝達機構 90、91…回動ガイドレール
92、93…回動スライダ 94…第2付勢手段
102…リング体 104…可動ブロック
106a〜106f…コイルスプリング 108a〜108d…中間部材
54…直動機構 56…回動機構
68…直動ガイドレール 70…直動スライダ
72…第1付勢手段 74…スライド部材
76…伝達機構 90、91…回動ガイドレール
92、93…回動スライダ 94…第2付勢手段
102…リング体 104…可動ブロック
106a〜106f…コイルスプリング 108a〜108d…中間部材
Claims (8)
- ロボットのアームを経由し、ロボットの手首部の先端に設けられたエンドエフェクタに繋がるケーブルを支持及び案内するケーブル支持装置であって、
前記ケーブルを保持する保持部と、
前記アームの長手方向に沿って移動自在な直動部を有する直動機構と、
前記アームの周方向に沿って回転自在な回動部を有する回動機構とを備え、
前記直動機構及び前記回動機構により、前記保持部が前記アームの長手方向及び周方向に変位自在となっている、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項1記載のケーブル支持装置において、
前記保持部は、前記直動機構の直動部に取り付けられ、
前記直動機構は、前記回動機構の回動部に取り付けられ、前記保持部と一体的に前記アームの周方向に沿って回動自在である、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項1又は2記載のケーブル支持装置において、
前記直動機構は、前記アームの長手方向に沿って延在する直動ガイドレールと、前記直動ガイドレールに沿って移動可能な前記直動部である直動スライダと、前記直動スライダをその原点位置に向けて弾性的に付勢する第1付勢手段とを有し、
前記回動機構は、前記アームの周方向に沿って延在する回動ガイドレールと、前記回動ガイドレールに沿って移動可能な前記回動部である回動スライダと、前記回動スライダをその原点位置に向けて弾性的に付勢する第2付勢手段とを有する、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項3記載のケーブル支持装置において、
前記直動機構は、
前記直動ガイドレールに沿って移動自在であり前記第1付勢手段に連結されたスライド部材と、
前記直動スライダの移動に機械的に連動して前記直動スライダの移動距離よりも少ない距離だけ前記スライド部材を前記直動ガイドレールに沿って移動させる伝達機構とを有する、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項3又は4記載のケーブル支持装置において、
前記第2付勢手段は、
前記アームを囲むように配置されたリング体と、
前記リング体に沿って摺動可能に設けられ、前記直動機構に固定された可動ブロックと、
前記リング体に沿って円形をなすように直列配置された複数のコイルスプリングと、
前記複数のコイルスプリング間に配置された中間部材とを有する、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項3〜5のいずれか1項に記載のケーブル支持装置において、
前記直動機構及び前記回動機構の原点は、前記ロボットの前記手首部の作動範囲の中間点である、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のケーブル支持装置において、
前記アームは、第1アームと、前記アームの先端に回動自在に連結された第2アームとを有し、
前記手首部は前記第2アームの先端に設けられ、
前記ケーブル支持装置は、前記第2アームに設置される、
ことを特徴とするケーブル支持装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のケーブル支持装置において、
前記アームは、回動可能に支持された基端部と、前記基端部から延出するアーム本体とを有し、
前記ケーブル支持装置は、前記基端部に固定された支持部によって支持されることで前記アーム本体に沿って配置される、
ことを特徴とするケーブル支持装置。
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