JP2017185603A

JP2017185603A - ロボットの線条体処理構造

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Publication number: JP2017185603A
Application number: JP2016077495A
Authority: JP
Inventors: 井上　俊彦; Toshihiko Inoue; 俊彦井上; 智之本門; Tomoyuki Motokado; 航雨宮; Wataru Amemiya
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP6441255B2; CN107263442B; US10427308B2; DE102017205411A1; US20170291305A1; CN107263442A

Abstract

【課題】前腕の先端に複数の作業ツールを装着する場合であっても、各作業ツールの制御用の線条体が周辺装置に干渉しないように配線する。【解決手段】基端側が前腕４に第１軸線Ａ回りに回転可能に連結され先端側に複数の作業ツール１１，１２が装着された手首５を有するロボット２の線条体処理構造１であって、前腕４から手首５の先端までにわたって第１軸線Ａに沿って配置された可撓性を有する第１の導管１９と、第１の導管１９内に長手方向に沿って配置された可撓性を有する第２の導管２０とを備え、一の作業ツール１１用の第１の線条体１３が、第２の導管２０内を長手方向に貫通するように配置され、他の作業ツール１２用の第２の線条体２３が、第１の導管１９と第２の導管２０との間の空間に長手方向に貫通するように配置されているロボット２の線条体処理構造１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの線条体処理構造に関するものである。

従来、前腕の先端に装着された作業ツールを制御する線条体を前腕内部に貫通させてルーティングした線条体処理構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この線条体処理構造においては、前腕の先端に装着された作業ツールが複数ある場合には、１つの作業ツールを制御するための線条体は前腕内部を貫通させられるが、残りの作業ツールを制御するための線条体については、前腕の外側を通すことが通常であった。

特許第４２８６６８４号公報

しかしながら、特許文献１の線条体処理構造では、前腕の外側を通されて手首要素まで導かれる線条体は、前腕の長手軸回りの第１手首要素の回転に伴って前腕の外側を周方向に移動させられるため、第１手首要素の回転に必要な余裕を持たせて配線する必要がある。その結果、前腕の外側を通される線条体が、前腕の径方向外方に弛むため、線条体が周辺装置に干渉する可能性が高くなるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、前腕の先端に複数の作業ツールを装着する場合であっても、各作業ツールの制御用の線条体が周辺装置に干渉しないように配線することができるロボットの線条体処理構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、基端側が前腕に第１軸線回りに回転可能に連結され先端側に複数の作業ツールが装着された手首を有するロボットの線条体処理構造であって、前記前腕から前記手首の先端までにわたって前記第１軸線に沿って配置された可撓性を有する第１の導管と、該第１の導管内に長手方向に沿って配置された可撓性を有する第２の導管とを備え、一の前記作業ツール用の第１の線条体が、前記第２の導管内を長手方向に貫通するように配置され、他の前記作業ツール用の第２の線条体が、前記第１の導管と前記第２の導管との間の空間に長手方向に貫通するように配置されているロボットの線条体処理構造を提供する。

本態様によれば、可撓性を有する第１の導管および第２の導管が、２重管構造を形成して、第１軸線に沿って配置され、一の作業ツール用の第１の線条体は、内側の第２の導管内を貫通させられて配線され、他の作業ツール用の第２の線条体は、２つの導管の間の筒状の空間を貫通させられて配線される。これにより、複数の作業ツール用の線条体を前腕に対する手首の回転軸線である第１軸線の近傍に同時に配置することができ、前腕に対して手首を第１軸線回りに回転させても線条体の経路を大きく変動させずに済み、周辺装置と線条体との干渉を低減することができる。

上記態様においては、前記手首の先端に、複数の前記作業ツールを取り付ける取付フランジ部材を備え、該取付フランジ部材に、前記第２の導管を貫通させる貫通孔と、前記第１の導管と前記第２の導管との間の空間を径方向外方に開口させ、前記第２の線条体を貫通させる窓部とが設けられていてもよい。

このようにすることで、内側の第２の導管は、手首の先端に取り付けられた取付フランジ部材の貫通孔を貫通して取付フランジ部材によって手首の先端に取り付けられた一の作業ツールまで到達し、内部を貫通する第１の線条体を一の作業ツールまで容易に配線することができる。また、２つの導管の間の空間を経由してきた第２の線条体は、取付フランジ部材の窓部を通過して他の作業ツールの直近において径方向外方に引き出されるので、取付フランジ部材によって手首の先端に取り付けられた他の作業ツールまで容易に配線することができる。

また、上記態様においては、前記第１の導管が、前記前腕および前記手首に設けられた孔内に両端を嵌合させられるとともに、先端または基端の少なくとも一方が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されていてもよい。例えば、手首の先端側は先端にて第２手首要素に固定され、作業ツール制御機器側は基端にて前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されている場合もある。
このようにすることで、手首の回転または曲げによって第１の導管の経路長が変動しても、前腕の孔内において基端を、または手首の孔内において先端を第１軸線に沿う方向に移動させることによって、経路長の変動を吸収することができる。

また、上記態様においては、前記第１の導管の先端が、前記手首に設けられた孔内に前記第１軸線に沿う方向に移動可能に嵌合させられ、前記第１の導管の前記第１軸線に沿う方向の移動を前記手首の先端面より前記取付フランジ部材側に突出しないように制限する移動制限部を備えていてもよい。
このようにすることで、手首に設けられた孔内に第１軸線に沿う方向に移動可能に嵌合された第１の導管の移動を移動制限部によって制限し、２つの導管の間の空間を経由してきた第２の線条体の窓部からの取り出しを容易にすることができる。

また、上記態様においては、前記第２の導管が、前記前腕に固定された部材および前記取付フランジ部材または前記作業ツールに設けられた孔内に両端を嵌合させられるとともに、先端または基端の少なくとも一方が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されていてもよい。例えば、作業ツール制御機器側は基端にて第２の線条体に固定され、手首の先端側は先端にて前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されている場合もある。
このようにすることで、手首の回転または曲げによって第２の導管の経路長が変動しても、前腕に固定された部材の孔内において基端を、または作業ツールの孔内において先端を第１軸線に沿う方向に移動させることによって、経路長の変動を吸収することができる。

また、上記態様においては、前記第２の導管の先端が、前記作業ツールに設けられた孔内に前記第１軸線に沿う方向に移動可能に嵌合させられ、前記作業ツールによって、該第２の導管の前記第１軸線に沿う先端側への移動が制限されていてもよい。
このようにすることで、作業ツールに設けられた孔内に第２の導管の先端を嵌合させるだけで、第２の導管の先端が第１軸線に沿う方向に移動可能に支持されるとともに、先端側への移動が制限され、第２の導管の基端側が前腕に固定された部材の孔から外れることを防止することができる。

また、上記態様においては、前記第１の導管および前記第２の導管の基端が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されるとともに、前記前腕に固定された部材が、前記作業ツールを制御する作業ツール制御機器であり、前記第１の導管および前記第２の導管の前記第１軸線に沿う基端側への移動が、前記作業ツール制御機器により制限されていてもよい。

このようにすることで、作業ツール制御機器に設けられた孔内に第２の導管の基端を嵌合させるだけで、第２の導管の基端が第１軸線に沿う方向に移動可能に支持されるとともに、作業ツール制御機器によって第１の導管および第２の導管の基端側への移動が制限されることにより、第１および第２の導管の先端側が手首または作業ツールに設けられた孔から外れることを防止することができる。

本発明によれば、前腕の先端に複数の作業ツールを装着する場合であっても、各作業ツールの制御用の線条体が周辺装置に干渉しないように配線することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットの線条体処理構造を示す前腕および手首の側面図である。図１のロボットの線条体処理構造における線条体の配線を説明する横断面図である。図１のロボットの線条体処理構造の第１の変形例であって、導管の先端側が固定されている一例を示す横断面図である。図１のロボットの線条体処理構造の第２の変形例であって、導管の基端側が固定されている一例を示す横断面図である。

本発明の一実施形態に係るロボット２の線条体処理構造１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る線条体処理構造１が適用されるロボット２は、図１に示されるように、上腕３の先端に水平軸線Ｐ回りに揺動可能に支持された前腕４と、該前腕４に第１軸線Ａ回りに回転可能に支持された手首５とを備えている。

手首５は、第１軸線Ａ回りに回転させられる第１手首要素６と、第１軸線Ａに直交する第２軸線Ｂ回りに回転させられる第２手首要素７と、第２軸線Ｂに直交する第３軸線Ｃ回りに回転させられる第３手首要素８とを備えている。図１には、第１軸線Ａと第３軸線Ｃとが一直線上に配置された状態が示されている。

前腕４、第１手首要素６、第２手首要素７および第３手首要素８には、第１軸線Ａ近傍に、第１軸線Ａに沿って、前腕４の後方から第３手首要素８の前方まで貫通する貫通経路９が設けられている。前腕４の後部には、作業ツールを制御する作業ツール制御機器が固定されるようになっている。

本実施形態においては、作業ツールとして、溶接トーチ１１および該溶接トーチ１１による溶接状態を検出するセンサ１２の２つが手首５の先端に装着された場合について説明する。したがって、本実施形態において、作業ツール制御機器は、溶接トーチ１１へのワイヤの送給を制御するワイヤ送給装置１０であり、ワイヤ送給装置１０から溶接トーチ１１まで導かれる線条体（第１の線条体）１３は、アシストガスを供給するガスホース１４、溶接ワイヤを供給するワイヤコンジット１６および溶接トーチ１１に給電する給電ケーブル１７等を含んでいる。また、センサ１２まで導かれる線条体（第２の線条体）２３は、センサ１２への給電および検出信号の伝送用のケーブル１８およびセンサ１２をパージするエアを供給する配管２４である。

本実施形態に係るロボット２の線条体処理構造１は、図１に示されるように、前腕４の後方から第３手首要素８の前方まで貫通する貫通経路９内に収容された可撓性を有する第１の導管１９と、該第１の導管１９内を長手方向に貫通して配置された可撓性を有する第２の導管２０と、第３手首要素８の先端面に固定され、第３手首要素８に溶接トーチ１１およびセンサ１２を固定する取付フランジ部材２１とを備えている。

第１の導管１９および第２の導管２０は、例えば、樹脂成形されたチューブ状の部材であり、縦断面が波形に形成されて、容易に湾曲することができるようになっている。
図２に示されるように、第２の導管２０の外径は、第１の導管１９の内径よりも十分に大きく、２つの導管１９，２０の間には筒状空間Ｑが形成されるようになっている。

本実施形態に係る線条体処理構造１においては、図１および図２に示されるように、内側の第２の導管２０内を長手方向に貫通して溶接トーチ１１用の第１の線条体１３が配線され、第１の導管１９と第２の導管２０との間の筒状空間Ｑを長手方向に貫通してセンサ１２用の第２の線条体２３が配線されている。

第１の導管１９は、第２手首要素７および第３手首要素８に貫通経路９を形成している横断面円形の貫通孔内に、先端を嵌合させている。また、第１の導管１９は、前腕４に貫通経路９を形成している横断面円形の貫通孔に基端を嵌合させている。これにより、第１の導管１９は、その両端を貫通経路９を形成している貫通孔に嵌合させることによって第３手首要素８と前腕４とにより支持されている。第１の導管１９は、その両端を長手軸に沿う方向に移動可能に貫通孔に嵌合されている。

取付フランジ部材２１は、第２の導管２０を貫通させる貫通孔を有するとともに、第１の導管１９の外径寸法より大きな外径寸法を有する略円板状部材である。取付フランジ部材２１の貫通孔は、第２の導管２０の外径寸法より大きくかつ第１の導管１９の外径寸法より小さく設定されている。

また、取付フランジ部材２１には、第３手首要素８の先端面に取り付けられたときに、貫通孔に嵌合されている第１の導管１９とその内側に配置されている第２の導管２０との間の筒状空間Ｑに連通し、該筒状空間Ｑを外周面に開口させる窓部２２が設けられている。窓部２２は、上述したセンサ１２用の第２の線条体２３を貫通させることができる口径を有している。

これにより、取付フランジ部材２１を第３手首要素８の先端面に取り付けると、貫通孔を貫通して第２の導管２０が溶接トーチ１１側に延びるとともに、第１の導管１９が嵌合されている第３手首要素８の貫通孔が閉塞されて、第１の導管１９が第３手首要素８の先端面よりも先端側に移動しないように第１軸線Ａ方向に沿う移動が制限されるようになっている。すなわち、取付フランジ部材２１によって、移動制限部が構成されている。また、前腕４の貫通孔の後方に近接する位置にワイヤ送給装置１０が配置されているので、第１の導管１９はワイヤ送給装置１０によって基端側への移動を制限されている。

第１の導管１９と第２の導管２０との間の筒状空間Ｑを経由してきたセンサ１２用の第２の線条体２３は、取付フランジ部材２１の窓部２２を経由して取付フランジ部材２１の径方向外方に引き出され、取付フランジ部材２１によって第３手首要素８の先端面に固定されているセンサ１２まで配線されるようになっている。

第２の導管２０は、取付フランジ部材２１および溶接トーチ１１のブラケットに設けられた横断面円形の貫通孔に先端を嵌合させている。また、第２の導管２０は、前腕４の後部に固定されたワイヤ送給装置１０に設けられた横断面円形の貫通孔に基端を嵌合させている。これにより、第２の導管２０は、その両端を貫通孔に嵌合させることによって溶接トーチ１１とワイヤ送給装置１０とにより支持されている。また、第１の導管１９は、その両端を長手軸に沿う方向に移動可能に貫通孔に嵌合されている。

第２の導管２０の先端は溶接トーチ１１に突き当たって先端側への移動が制限されているとともに、第２の導管２０の基端はワイヤ送給装置１０の貫通孔内の段部に突き当たって基端側への移動も制限されている。

このように構成された本実施形態に係るロボット２の線条体処理構造１について、以下に説明する。
本実施形態に係るロボット２の線条体処理構造１によれば、可撓性を有する第１の導管１９および第２の導管２０が、２重管構造を形成して、第１軸線Ａに沿って配置され、溶接トーチ１１用の第１の線条体１３は、内側の第２の導管２０内を貫通させられて配線され、センサ１２用の第２の線条体２３は、２つの導管１９，２０の間の筒状の空間を貫通させられて配線される。

これにより、複数の作業ツール用の複数の線条体１３，２３を前腕４に対する手首５の回転軸線である第１軸線Ａの近傍に同時に配置することができ、前腕４に対して手首５を第１軸線Ａ回りに回転させても線条体１３，２３の経路を大きく変動させずに済み、周辺装置と線条体１３，２３との干渉を低減することができるという利点がある。

この場合において、前腕４に対して第１手首要素６を第１軸線Ａ回りに回転させたり、第２手首要素７を第２軸線Ｂ回りに揺動させたり、第３手首要素８を第３軸線Ｃ回りに回転させたりすると、第１の導管１９および第２の導管２０の経路長が変動するが、第１の導管１９および第２の導管２０が、それぞれ両端を長手軸方向に移動可能に支持されており、両端を長手軸方向に移動させることで経路長の変動を吸収することができる。

また、第１の導管１９は、取付フランジ部材２１とワイヤ送給装置１０とによって長手軸方向に挟まれて、長手軸方向の移動を所定量以下に制限されているので、貫通孔に対して大きく移動することが防止され、貫通孔との嵌合が外れることを防止することができる。
同様に、第２の導管２０は、溶接トーチ１１とワイヤ送給装置１０の貫通孔内の段部とによって長手軸方向に挟まれて、長手軸方向の移動を所定量以下に制限されているので、貫通孔に対して大きく移動することが防止され、貫通孔との嵌合が外れることを防止することができる。

すなわち、第１の導管１９および第２の導管２０はいずれも、貫通孔に両端を嵌合させるだけの簡易な構造によって、貫通孔から脱落しないように支持され、各手首要素６，７，８の動作によっても線条体１３，２３に無理な外力が加わらないように保護することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、第１の導管１９および第２の導管２０がいずれも両端において貫通孔に移動可能に支持されることとしたが、先端または基端のいずれか一方が移動可能に支持され、他方は固定部材２５によって移動しないように固定されていてもよい。

具体的には、固定部材２５は、図３に示されるように、第２手首要素７にネジ等により固定され、第３手首要素８付近の貫通孔内で第１の導管１９の外面を締め付けるように構成してもよいし、図４に示されるように、前腕４にネジ等により固定され、前腕４の貫通孔内で第１の導管１９の外面を締め付けるように構成してもよい。
また、固定部材２５は、第１の導管１９と第２の導管２０との間に挿入されて、第２の導管２０の外面を締め付けるように構成してもよいし、ワイヤ送給装置１０に固定され、ワイヤ送給装置１０内において第２の導管２０の外面を締め付けるように構成してもよい。

また、本実施形態においては、溶接トーチ１１およびセンサ１２を作業ツールとして例示したが、これに限定されるものではない。また、作業ツールの数も２つに限定されるものではない。

１線条体処理構造
２ロボット
４前腕
５手首
１０ワイヤ送給装置（作業ツール制御機器）
１１溶接トーチ（作業ツール）
１２センサ（作業ツール）
１３第１の線条体
１９第１の導管
２０第２の導管
２３第２の線条体
２１取付フランジ部材（移動制限部）
２２窓部
Ａ第１軸線

Claims

基端側が前腕に第１軸線回りに回転可能に連結され先端側に複数の作業ツールが装着された手首を有するロボットの線条体処理構造であって、
前記前腕から前記手首の先端までにわたって前記第１軸線に沿って配置された可撓性を有する第１の導管と、
該第１の導管内に長手方向に沿って配置された可撓性を有する第２の導管とを備え、
一の前記作業ツール用の第１の線条体が、前記第２の導管内を長手方向に貫通するように配置され、
他の前記作業ツール用の第２の線条体が、前記第１の導管と前記第２の導管との間の空間に長手方向に貫通するように配置されているロボットの線条体処理構造。
前記手首の先端に、複数の前記作業ツールを取り付ける取付フランジ部材を備え、
該取付フランジ部材に、前記第２の導管を貫通させる貫通孔と、前記第１の導管と前記第２の導管との間の空間を径方向外方に開口させ、前記第２の線条体を貫通させる窓部とが設けられている請求項１に記載のロボットの線条体処理構造。
前記第１の導管が、前記前腕および前記手首に設けられた孔内に両端を嵌合させられるとともに、先端または基端の少なくとも一方が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されている請求項２に記載のロボットの線条体処理構造。
前記第１の導管の先端が、前記手首に設けられた孔内に前記第１軸線に沿う方向に移動可能に嵌合させられ、
前記第１の導管の前記第１軸線に沿う方向の移動を前記手首の先端面より前記取付フランジ部材側に突出しないように制限する移動制限部を備える請求項２または請求項３に記載のロボットの線条体処理構造。
前記第２の導管が、前記前腕に固定された部材および前記取付フランジ部材または前記作業ツールに設けられた孔内に両端を嵌合させられるとともに、先端または基端の少なくとも一方が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されている請求項２から請求項４のいずれかに記載のロボットの線条体処理構造。
前記第２の導管の先端が、前記作業ツールに設けられた孔内に前記第１軸線に沿う方向に移動可能に嵌合させられ、
前記作業ツールによって、該第２の導管の前記第１軸線に沿う先端側への移動が制限されている請求項５に記載のロボットの線条体処理構造。
前記第１の導管および前記第２の導管の基端が、前記第１軸線に沿う方向に移動可能に配置されるとともに、
前記前腕に固定された部材が、前記作業ツールを制御する作業ツール制御機器であり、
前記第１の導管および前記第２の導管の前記第１軸線に沿う基端側への移動が、前記作業ツール制御機器により制限されている請求項５または請求項６に記載のロボットの線条体処理構造。