JP5833901B2 - 多関節型産業用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、アーム部と、アーム部の先端部に連結される手首部と、手首部を駆動する複数のモータとを備える多関節型産業用ロボットに関する。特に、エンドエフェクタに電力等を供給するためのエフェクタ用ケーブルが手首部の中心を通過する多関節型産業用ロボットに関する。

多関節型産業用ロボットは、溶接及び塗装等の各種作業に広く利用されている。例えば特許文献１には、手首部にスポット溶接ガンを装着したスポット溶接ロボットが開示されている。このロボットでは、手首部を駆動するモータの幾つかがアーム部後端に取り付けられている。手首部では、スポット溶接ガンに電力を供給するためのケーブルが取り付けられている。このケーブルは手首部の外側で取り回されている。

特開２００３−１３６４６２号公報

しかし、モータが特許文献１に開示されるようにアーム部後端に取り付けられると、モータから手首部の手先端部まで動力を伝達するための動力伝達機構を配置しなくてはならない。その結果、部品点数が増えて手首部の組立てが煩雑となったり、手首部の構成を全体として大型化する必要が生じたりする。

特に、スポット溶接用のロボットでは、大電流を溶接ガンに供給するためケーブルが大径化しがちである。ケーブルが手首部の外側で取り回されていると、ケーブルが外部構造と干渉するおそれがある。これを防ぐには、ケーブルの保護のため、手首部に大型の保護構造を取り付ける必要が生ずる。また、ケーブルが大径であると、ケーブルとの干渉を避けるようにして動力伝達機構を配置することも非常に困難になる。

そこで本発明は、手首部の構成を全体として小型化しながら、円滑な作業の妨げとならないように且つケーブルの損傷を抑制するようにケーブルを取り回すことを目的としている。

本発明は、上記の目的を達成すべくなされたものである。本発明に係る多関節型産業用ロボットは、アーム部と、前記アーム部の先端部に連結される手首部と、前記手首部を駆動する複数のモータと、を備え、前記手首部が、前記アーム部に連結され、前記アーム部に対して第１手首軸線周りに回転する第１可動部と、前記第１可動部に連結され、前記第１可動部に対して前記第１手首軸線と異なる方向に延びる第２手首軸線周りに回転する第２可動部と、前記第２可動部に連結され、前記第２可動部に対して前記第２手首軸線と異なる方向に延びる第３手首軸線周りに回転し、エンドエフェクタが装着される第３可動部と、前記エンドエフェクタに電力、動力、信号及び材料の少なくともいずれかを供給するためのエフェクタ用ケーブルを挿通させるガイド孔を有したケーブルガイドと、を有し、前記複数のモータのうち２つのモータが、前記第１可動部に取り付けられ、前記ケーブルガイドを前記第１手首軸線に直交する方向に挟むようにして配置され、前記ケーブルガイドが、前記第１可動部に前記第１手首軸線上に位置するように設けられ、前記ガイド孔の断面形状が、前記第１手首軸線の軸線方向の中央部でくびれており、両端部で拡開している。

前記構成によれば、エフェクタ用ケーブルが、第１可動部の回転中心となる第１手首軸線上に位置するケーブルガイドのガイド孔に挿通される。このため、手首部の動作に伴ってエフェクタ用ケーブルが大きく振れ回ったり、ロボット外部の周辺構造と干渉したりするのを抑制することができる。ケーブルガイドのガイド孔は軸線方向の中央部でくびれて両端部で拡開している。このため、エフェクタ用ケーブルがケーブルガイドの端部に引っ掛かって損傷したり、ケーブルガイドの端部で磨耗して損傷したりするのを抑制することができる。そして、２つのモータは第１可動部に取り付けられるので、２つのモータから第２可動部又は第３可動部までの距離が短くなり、動力伝達機構の簡素化を図ることができる。２つのモータは第１可動部の回転中心となる第１手首軸線を挟むので、第１可動部の回転時に第１可動部の重量バランスが安定する。２つのモータはケーブルガイドを挟むので、ケーブルガイドを第１可動部に保持することができ、ケーブルガイドを第１可動部に取り付けるための構造の簡単化を図ることができる。

前記第２手首軸線が前記第１手首軸線に垂直であり、前記ガイド孔の前記中央部が、前記第１手首軸線及び前記第２手首軸線に直交する方向に幅狭となるようにしてくびれており、前記第２手首軸線の延在方向に長寸であってもよい。

ケーブルの挙動において、基準姿勢から第１可動部もしくは第３可動部が回転していてエフェクタ用ケーブルが第１手首軸線周りに捩られている状態で第２可動部が回転しようとすると、エフェクタ用ケーブルは、第１手首軸線に直交する方向に振れようとする。前記構成によれば、このような場合でも、ケーブルガイドが当該直交する方向に長寸であるので、中央部をくびれさせてケーブルガイドの小型化及び端部での損傷抑制を図りながら、エフェクタ用ケーブルの振れを許容することも可能になる。

前記第１可動部が、前記ケーブルガイドを取り付けるためのガイド取付壁を有し、前記ケーブルガイドは、前記第１手首軸線の軸線方向手先側の端部で前記ガイド取付壁に取り付けられ、前記第１手首軸線の軸線方向手元側の端部で前記２つのモータに挟まれていてもよい。

前記構成によれば、ケーブルガイドは、軸線方向手先側端部で第１可動部に取り付けられる一方、手元側端部では第１可動部に直接的に固定されない。このため、ケーブルガイドを第１可動部に取り付ける作業を簡単に行うことができる。ケーブルガイドは、一見片持ち梁状になるところ、軸線方向手先側の端部で２つのモータにより挟まれている。このため、エフェクタ用ケーブルがガイド孔の内面に押し付けられても、その応力をモータで受けることができ、ケーブルガイドの軸線方向手先側端部やガイド取付壁に作用する応力が軽減される。

前記ケーブルガイドは、分割可能に第１ガイド半体及び第２ガイド半体を結合してなり、前記ガイド取付壁に設けられた取付穴に挿入された状態で前記ガイド取付壁に取り付けられ、前記第１ガイド半体を前記第２ガイド半体に結合するための結合部が、前記ケーブルガイドを前記ガイド取付壁に取り付けた状態で、又は、前記ケーブルガイドを前記取付穴から引き出した状態で、前記第１可動部の外からアクセス可能であってもよい。

前記構成によれば、ケーブルガイドが半割り構造を有し、結合部が第１可動部の外からアクセス可能である。このため、手首部がアーム部に連結され、エフェクタ用ケーブルが手首部に設けられている状態のまま、ケーブルガイドのみを第１可動部から取り外したり組み入れたりすることができる。

本発明によれば、円滑な作業の妨げとならないようにしてケーブルを取り回しつつ、手首部の構成を全体として小型化することができる。

本発明の実施形態に係る多関節型ロボットの全体構成を示す斜視図である。 図１に示す先端アーム及び手首部の斜視図である。 図２に示すケーブルガイドの側面図である。 図２に示すケーブルガイドの平面図である。 図４のａ−ａ矢視図、ｂ−ｂ断面図及びｃ−ｃ断面図を重ね合わせた図である。 図１に示す手首部の平面視断面図である。 図１に示す手首部の側面視断面図である。 図８（ａ）は、ケーブルガイドが取り付けられている状態における手首部の部分平面図である。図８（ｂ）は、ケーブルガイドが引き出された状態における手首部の部分平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。

（多関節型ロボットの全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る多関節型ロボット（以下、単に「ロボット」と称す）の全体構成を示す斜視図である。図１に示すロボット１は、例えば、垂直多関節型６軸ロボットである。ロボット１は、作業現場に据え付けられた基台１０と、基台１０に連結されたアーム部２と、アーム部２の先端部に連結された手首部３と、アーム部２及び手首部３を駆動する複数のモータ２１〜２６とを備えている。

手首部３の先端部には、作業用のエンドエフェクタ８が取外し可能に装着される。エンドエフェクタ８には、例えば、スポット溶接作業を行うためのスポット用接ガン、アーク溶接作業を行うためのアーク溶接トーチ、塗装作業を行うための塗装ガン、ピッキング作業を行うための把持具又は吸着具など、様々なツール又はエフェクタを適用することができる。ロボット１には、装着されたエンドエフェクタ８に電力、動力、信号及び材料（例えば塗料や接着剤等）の少なくともいずれかを供給するためのエフェクタ用ケーブル９が取り付けられる。スポット溶接ガン又はアーク溶接トーチがエンドエフェクタ８に適用される場合、エフェクタ用ケーブル９には、ガン又はトーチに電力を供給するための電気ケーブルなど複数本のケーブルが含まれる。エフェクタ用ケーブル９は、これら複数本のケーブルを束ねたものである。

アーム部２は、基端アーム１１、中間アーム１２及び先端アーム１３を有している。基端アーム１１は、基台１０の上面側に連結され、基台１０に対して第１腕軸線Ａ１周りに回転する。中間アーム１２は、その基端部にて基端アーム１１に連結され、基端アーム１１に対して第２腕軸線Ａ２周りに回転する。先端アーム１３は、中間アーム１２の先端部に連結され、中間アーム１２に対して第３腕軸線Ａ３周りに回転する。先端アーム１３はアーム部２の先端部を成し、手首部３は先端アーム１３に連結されている。

手首部３は、第１可動部１４、第２可動部１５及び第３可動部１６を有している。第１可動部１４は、その基端部にて先端アーム１３に連結され、先端アーム１３に対して第１手首軸線Ｓ周りに回転する。第２可動部１５は、第１可動部１４の先端部に連結され、第１可動部１４に対して第２手首軸線Ｂ周りに回転する。第３可動部１６は、第２可動部１５に連結され、第２可動部１５に対して第３手首軸線Ｔ周りに回転する。第３可動部１６は手首部３の先端部を成し、エンドエフェクタ８は第３可動部１６に装着される。

第１手首軸線Ｓは、第３腕軸線Ａ３に対して垂直な方向であって第１可動部１４の長手方向に延在している。第１手首軸線Ｓの向きは、基端アーム１１の第１腕軸線Ａ１周りの回転位置、中間アーム１２の第２腕軸線Ａ２周りの回転位置及び先端アーム１３の第３腕軸線Ａ３周りの回転位置に応じて変化する。第１手首軸線Ｓの向きが変化すると、手首部３及びエンドエフェクタ８の姿勢が変化する。

第２手首軸線Ｂは、第１手首軸線Ｓに対して垂直な方向に延在している。第２手首軸線Ｂの向きは、基端アーム１１、中間アーム１２及び先端アーム１３の回転位置、第１可動部１４の第１手首軸線Ｓ周りの回転位置に応じて変化する。第２手首軸線Ｂの向きが変化すると、第２可動部１５、第３可動部１６及びエンドエフェクタ８の姿勢が変化する。

第３手首軸線Ｔは、第２手首軸線Ｂに対して垂直な方向に延在している。第３手首軸線Ｔの向きは、基端アーム１１、中間アーム１２、先端アーム１３及び第１可動部１４の回転位置、第２可動部１５の第２手首軸線Ｂ周りの回転位置に応じて変化する。第３手首軸線Ｔの向きが変化すると、第３可動部１６及びエンドエフェクタ８の姿勢が変化する。

なお、以降では、図１に示されたロボット１の姿勢を「基準姿勢」と称す。アーム部２及び手首部３を構成している部分１１〜１６が所定の基準回転位置に位置していれば、ロボット１は基準姿勢をとる。図１に示すように、基準姿勢では、３つの手首軸線Ｓ，Ｂ，Ｔが水平に向けられ、第３手首軸線Ｔが第１手首軸線Ｓと同軸状に位置し、第２手首軸線Ｂが第１手首軸線Ｓ及び第３手首軸線Ｔに垂直に交差する。部分１１〜１６は、基準回転位置から正方向にも逆方向にも回転可能である。基準回転位置からの回転により、ロボット１の姿勢が基準姿勢から変化する。

複数のモータには、基端アーム１１を第１腕軸線Ａ１周りに回転させる第１アームモータ２１と、中間アーム１２を第２腕軸線Ａ２周りに回転させる第２アームモータ２２と、先端アーム１３を第３腕軸線Ａ３周りに回転させる第３アームモータ２３とが含まれる。更に、複数のモータには、第１可動部１４を第１手首軸線Ｓ周りに回転させる第１手首モータ２４と、第２可動部１５を第２手首軸線Ｂ周りに回転させる第２手首モータ２５と、第３可動部１６を第３手首軸線Ｔ周りに回転させる第３手首モータ２６とが含まれる。これら６つのモータ２１〜２６は、例えばブラシレスサーボモータである。

第２及び第３手首モータ２５，２６は第１可動部１４に取り付けられる。他のモータ２１〜２４の配置は特に限定されない。例えば、第３アームモータ２３及び第１手首モータ２４は、先端アーム１３に取り付けられる。

第１、第２及び第３アームモータ２１〜２３が動作すると、エンドエフェクタ８は、手首部３と共に、第１、第２及び第３腕軸線Ａ１〜Ａ３周りに回転可能である。第１手首モータ２４が動作すると、エンドエフェクタ８は、手首部８と共に先端アーム１３に対して旋回するようにして第１手首軸線Ｓ周りに回転する。第２手首モータ２５が動作すると、エンドエフェクタ８は、第２及び第３可動部１５，１６と共に、第１可動部１４に対して屈曲するようにして第２手首軸線Ｂ周りに回転する。第３手首モータ２６が動作すると、エンドエフェクタ８は、第３可動部１６と共に、第２可動部１５に対して捻られるようにして第３手首軸線Ｔ周りに回転する。これにより、アーム部２及び手首部３が姿勢を変えながらエンドエフェクタ８が所望の経路に沿って移動する。

（第１〜第３可動部、第１〜第３手首モータ）
図２は、図１に示す先端アーム１３及び手首部３の斜視図である。以降の説明では、第１手首軸線Ｓ又は第３手首軸線Ｔの延在方向のうち、エンドエフェクタ８に近付く側を「手先側」、反対にアーム部２に近付く側を「手元側」と称する。

図２に示すように、先端アーム１１は、モータ収容部３１、手首受け部３２及びモータステー部３３を有している。モータ収容部３１は、両端が開放された円筒状に形成され、第３アームモータ２３を収容する。手首受け部３２は、モータ収容部３１の外周側に一体的に設けられ、手先側が開放されて手元側が閉鎖された円筒状に形成されている。手首部３の第１可動部１４は、手首受け部３２の開口を介して手首受け部３２に受容される。モータステー部３３は、手首受け部３２の手元側に設けられ、第１手首モータ２４は、このモータステー部３３に取り付けられている。手首受け部３２内には、第１手首モータ２４の回転を第１可動部１４に伝達する動力伝達機構（図示せず）が収容される。

第１可動部１４は、筒部４１、一対の梁部４３，４４及びブリッジ部４５を有している。筒部４１は、円筒状に形成され、その手元端部にて手首受け部３２に受容され、先端アーム１３に対して中心軸線周りに回転可能に連結される。筒部４１の中心軸線は、手首受け部３２の中心軸線と一致し、第１手首軸線Ｓと一致する。一対の梁部４３，４４は、筒部４１の手先端部から突出し、第１手首軸線Ｓと略平行に延在し、第１手首軸線Ｓと垂直な方向（第２手首軸線Ｂの延在方向）に向き合っている。ブリッジ部４５は、一対の梁部４３，４４の間に架け渡されている。

第２可動部１５は、一対の梁部４３，４４の手先端部の間に挟み込まれる。第２可動部１５は、ディスク部５３から手元側へ突出する一対のフランジ部５１，５２を有し、第１フランジ部５１は、第１梁部４３の内面に回転可能に連結され、第２フランジ部５２は、第２梁部４４の内面に回転可能に連結される。第１フランジ部５１の回転軸線は第２フランジ部５２の回転軸線と同軸状に位置し、この共通の回転軸線が第２手首軸線Ｂと一致する。第３可動部１６は、円筒状に形成され、ディスク部５３に対して中心軸線周りに回転可能に連結される。第３可動部１６の中心軸線は、第２手首軸線Ｂに垂直であり、第３手首軸線Ｔと一致する。

ブリッジ部４５は、一対の梁部４３，４４の長手方向中間部同士を接続している。一対の梁部４３，４４及びブリッジ部４５は、第１手首軸線Ｓとも第２手首軸線Ｂとも垂直な方向（基準姿勢では鉛直方向）から見てＨ字状を呈している。ブリッジ部４５を設けることにより、第１可動部１４の強度が高くなり、第１可動部１４は、第２可動部１５、第３可動部１６及びエンドエフェクタ８を好適に支持することができる。

第１可動部１４は、ブリッジ部４５よりも手元側に、筒部４１、一対の梁部４３，４４により囲まれた基端スペースを有する。第１可動部１４は、ブリッジ部４５よりも手先側に一対の梁部４３，４４及び第２可動部１５により囲まれた先端スペース４９を有する。逆に言えば、ブリッジ部４５は、筒部４１、一対の梁部４３，４４及び第２可動部１５で囲まれたスペースを第１手首軸線Ｓの延在方向に二分している。

基端スペースは、後述するケーブルガイド９２により、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向（基準姿勢では鉛直方向）に二分される。ここで、二分された基端スペースのうち、基準姿勢で上側に位置するものを第１基端スペース４７とし、基準姿勢で下側に位置するものを第２基端スペース４８とする。

第２手首モータ２５は、第２基端スペース４８に配置され、第３手首モータ２６は、第１基端スペース４７に配置される。このように、第２及び第３手首モータ２５，２６は、第１手首軸線Ｓを挟むように且つ第１手首軸線Ｓと垂直な方向に重なり合うように第１手首部１４に取り付けられる。第２及び第３手首モータ２５，２６がこのように取り付けられるので、第１可動部１４が第１手首軸線Ｓ周りに回転するときに第１可動部１４の重量バランスが安定する。

第２手首モータ２５の出力軸及び第３手首モータ２６の出力軸は両方とも、第１手首軸線Ｓと垂直な方向であって第２手首軸線Ｂと平行な方向（基準姿勢では水平方向）に延在している。換言すれば、第２手首モータ２５の出力軸及び第３手首モータ２６の出力軸は、第１可動部１４の長手方向に垂直な方向に延在している。したがって、第１可動部１４に第２及び第３手首モータ２５，２６を取り付けても、第１可動部１４の長手方向の寸法が大きくなるのを抑制することができる。

第１梁部４３の手元端部及び第２梁部４４の手元端部は、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向（基準姿勢では鉛直方向）にズレて配置されている。第１梁部４３の手元端部は、第１手首軸線Ｓよりも第１基端スペース４７側（基準姿勢では上側）に配置され、第２梁部４４の手元端部は、第１手首軸線Ｓよりも第２基端スペース４８側（基準姿勢では下側）に配置される。一対の梁部４３，４４を例えば第１手首軸線Ｓ周りに１８０度回転対称に配置することにより、このような構造が実現される。

この配置により、第１基端スペース４７は、第２手首軸線Ｂと平行な方向のうち一側では第１梁部４３で覆われる一方、他側では第２梁部４４で覆われず開放される。このため、第３手首モータ２６のハウジングを、第２梁部４４の内面よりも他側へとはみ出すように配置することができる。第２基端スペース４８、一対の梁部４３，４４及び第２手首モータ２５も同様である。逆に言えば、一対の梁部４３，４４の間隔を、手首モータ２５，２６の出力軸線方向の寸法よりも短くすることができる。したがって、第１可動部１４の長手方向の寸法を短くするように第１可動部１４に第２及び第３手首モータ２５，２６を取り付けつつ、第１可動部１４の第２手首軸線Ｂの延在方向の寸法を短くすることもできる。また、モータ２５，２６を配置するスペース４７，４８がモータ２５，２６の出力軸線方向における何れか一方の側で開放されるので、第２及び第３モータ２５，２６を簡単に第１可動部１４に取り付け且つ第１可動部１４から取り外すことができ、第２及び第３手首モータ２５，２６を簡便に組み立てたり整備したりすることができる。

第１梁部４３は第１サイドカバー７１で覆われ、第２梁部４４は第２サイドカバー７２で覆われる。第２手首モータ２６は、第１梁部４３の内面に取り付けられ、第３手首モータ２６の出力軸は、第１梁部４３と第１サイドカバー７１とで囲まれた空間（図示せず）内に配置される。この空間内に、第３手首モータ２６の回転を第３可動部１６に伝達する動力伝達機構（図示せず）が収容される。第２手首モータ２５は、第２梁部４４の内面に取り付けられ、第２手首モータ２５の出力軸は、第２梁部４４と第２サイドカバー７２とで囲まれた空間（図示せず）内に配置される。この空間内に第２手首モータ２５の回転を第２可動部１５に伝達する動力伝達機構（図示せず）が収容される。

このように、一対の梁部４３，４４は、単に第１可動部１４のフレームメンバとしての機能だけでなく、第２及び第３手首モータ２５，２６が取り付けられるステーとしての機能も、２つの動力伝達機構（図示せず）を個別に収容するハウジングメンバとしての機能も有している。一対の梁部４３，４４を設けたことにより、２つの動力伝達機構が、第１手首軸線Ｓと垂直な方向に離れるように、また、第１手首軸線Ｓを当該垂直な方向において挟むように配置される。このため、第１可動部１４が回転するときに第１可動部１４の重量バランスが安定する。また、第１又は第２サイドカバー７１，７２を取り外すだけで、動力伝達機構を整備することができる。しかも、一方の動力伝達機構を整備しようとする場合に、他方の動力伝達機構が邪魔にならず、整備作業の煩雑化を抑制することができる。

前述したとおり、手首部３には、エンドエフェクタ８が取外し可能に装着され、ロボット１には、エンドエフェクタ８に電力等を供給するためのエフェクタ用ケーブル９が設けられる。本実施形態では、エフェクタ用ケーブル９が、ロボット１の外部から先端アーム１３の手首受け部３２の内部へと導かれている。図２では詳細な図示を省略しているが、エフェクタ用ケーブル９は、手首受け部３２の内部から手首部３を通過してエンドエフェクタ８に接続される。

エフェクタ用ケーブル９は、手首部３を通過する過程では、概ね手首部３の長手方向に沿って延在する。例えば、エフェクタ用ケーブル９は、手首受け部３２の内部から、筒部４１の内部、基端スペース、ブリッジ部４５の内部、先端スペース４９、一対のフランジ部５１，５２の間隙、ディスク部５３の貫通孔及び第３可動部１６の貫通孔９１をこの順で通過する。エフェクタ用ケーブル９は、第１可動部１４では、第１手首軸線Ｓ上に位置するように設けられ、第３可動部１６では、第３手首軸線Ｔ上に位置するように設けられる。

手首部３は、エフェクタ用ケーブル９が挿通されるガイド孔９３を有したケーブルガイド９２を有している。ケーブルガイド９２は、ブリッジ部４５に取り付けられて基端スペース内に配置される。エフェクタ用ケーブル９は、ケーブルガイド９２のガイド孔９３内に挿通され、それにより基端スペース及びブリッジ部４５の内部を通過している。

（ケーブルガイドの構造）
図３は、図２に示すケーブルガイド９２の側面図である。図４は、図２に示すケーブルガイド９２の平面図である。図５は、図４のａ−ａ矢視図、ｂ−ｂ断面図及びｃ−ｃ断面図を重ね合わせた図である。図３乃至図５を参照した以降の説明でも、方向の概念は、特段断らない限り、ケーブルガイド９２を第１可動部１４に取り付けた状態での方向を基準とする。例えば、図３の紙面上下方向は第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向に対応し、図３の紙面左右方向は第１手首軸線Ｓの延在方向に対応する。図４の紙面上下方向は第２手首軸線Ｂの延在方向に対応し、図４の紙面左右方向は第１手首軸線Ｓの延在方向に対応する。図３及び図４の紙面右側は手元側に対応し、紙面左側は手先側に対応する。図３のａ−ａ線は、ケーブルガイド９２の手元側端部に接し、ｂ−ｂ線は、ケーブルガイド９２の第１手首軸線Ｓの延在方向の中央部を通過し、ｃ−ｃ線は、ケーブルガイド９２の手先側端部を通過する。

ケーブルガイド９２は、全体として筒状又はラッパ状に形成されている。ケーブルガイド９２は、第１手首軸線Ｓの延在方向に延びる中空のガイド孔９３を有しており、ガイド孔９３は、第１手首軸線Ｓの延在方向の両端部（すなわち手元側端部及び手先側端部）で開放されている。

ガイド孔９３の断面形状は、第１手首軸線Ｓの延在方向の中央部ではくびれている一方、第１手首軸線Ｓの延在方向の両端部（すなわち、手先側端部及び手元側端部）では拡開している。ガイド孔９３の中央部９３ｂは、両端部９３ａ，９３ｃと対比すると、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向に顕著にくびれている。一方、第２手首軸線Ｂの延在方向の寸法は、中央部９３ｂにおいて最も小さくなるが（図４、図５参照）、ケーブルガイド９２の第１手首軸線Ｓの延在方向の位置に関わらず略一定で推移するとも言える。

図５に示すｂ−ｂ断面を参照するとわかるとおり、ガイド孔９３の中央部９３ｂの断面形状は、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向には幅狭となるようにしてくびれており、第２手首軸線Ｂの延在方向には比較的長寸である。例えば、中央部９３ｂの断面形状は、第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸の長円状又は楕円状に形成されている。

ガイド孔９３の手元側端部９３ｃは、ガイド孔９３の手先側端部９３ａほどには大きく拡開していない。図５に示すｃ−ｃ断面を参照するとわかるとおり、ガイド孔９３の手元側端部９３ｃの断面形状も、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向には幅狭であり、第２手首軸線Ｂの延在方向には長寸である。例えば、手元側端部９３ｃの断面形状も、第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸の長円状又は楕円状に形成される。

ガイド孔９３の手先側端部９３ａは、中間部９３ｂと比べるともちろんのこと、手元側端部９３ｃと比べても大きく拡開している。図５に示すａ−ａ断面を参照するとわかるとおり、ガイド孔９３の手先側端部９３ａの断面形状は、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向の寸法が、第２手首軸線Ｂの延在方向の寸法と略同一となるようにして形成されている。それにより、手先側端部９３ａの断面形状は、中央部９３ｂ及び手元側端部９３ｃと比較すると、第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも垂直な方向において顕著に拡大している。例えば、手先側端部９３ａの断面形状は、菱形状、多角形状又は円形状に形成される。

ケーブルガイド９２の手先側端部には、ガイド孔９３の開口から半径方向外側に拡がった取付フランジ９４を有している。取付フランジ９４には複数のビス挿通孔９５が設けられている。ビス挿通孔９５に通されたビス（図示せず）を用いて、ケーブルガイド９２を第１可動部１４に固定することができる。本実施形態では、取付用フランジ９４が、周方向に無端状に連続して円環状に形成されているが、ビス止めがなされる部分のみに対応するようにしてガイド孔９３の開口から放射状に複数のフランジ部が配置されるようになっていてもよい。

ケーブルガイド９２は、分割可能に第１ガイド半体１０１と第２ガイド半体１０２とを結合して成る。第１ガイド半体１０１及び第２ガイド半体１０２は、同一形状に形成されており、ケーブルガイド９２を第１手首軸線Ｓにも第２手首軸線Ｂにも直交する方向に二分する。よって、ケーブルガイド９２のパーティングラインは、第１手首軸線Ｓ上に位置する。第１ガイド半体１０１は、第２手首軸線Ｂの延在方向の一方側の端部に、第１手首軸線Ｓの延在方向に間隔をおいて、複数の結合用フランジを有している。これら結合用フランジ１０３は、第１ガイド半体１０１のうちガイド孔を形成する本体部分１０５から前記一方側に突出するように設けられている。第１ガイド半体１０１は、第２手首軸線Ｂの延在方向の他方側の端部にも、同様にして複数の結合用フランジ１０３を有している。本実施形態では、第１手首軸線Ｓを基準にして、一方側と他方側とに同じ数（４つ）の結合用フランジ１０３が線対称に配置され、合計８個の結合用フランジ１０３（＃１〜＃８）が、第１手首軸線Ｓの延在方向に分かれて、また、第２手首軸線Ｂの延在方向に分かれて配置されている。

第２ガイド半体１０２にも、第１ガイド半体１０１と同様にして、ガイド孔９３を形成する本体部分１０６から、第２手首軸線Ｂの延在方向両側に突出するようにして、第１手首軸線Ｓの延在方向に分かれて且つ第２手首軸線Ｂの延在方向に分かれて、複数の結合用フランジ１０４が設けられている。

第１ガイド半体１０１を第２ガイド半体１０２と結合するにあたっては、第１ガイド半体１０１の結合用フランジ１０３を、第２ガイド半体１０２の対応する結合用フランジ１０５に合わせる。これにより、結合用フランジ１０３のビス挿通穴１０７が、結合用フランジ１０４のビス挿通穴１０８と連通する。次に、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線に垂直な方向に重なり合った合計８組の結合用フランジ１０３，１０５の全てにビスを通す。これにより、第１ガイド半体１０１が第２ガイド半体１０２に結合され、前述した断面形状を有するガイド孔９３が形成される。

（ケーブルガイドの配置）
図６及び図７は、基準姿勢での手首部３の部分断面図である。図６では、３つの手首軸線Ｓ，Ｂ，Ｔが図示された断面上で延在する。図７では、第１及び第３手首軸線Ｓ，Ｔが図示された断面上で延在する一方、第２手首軸線Ｂが当該断面に直交する。

図６及び図７に示すように、ケーブルガイド９２は、ガイド孔９３の中心軸線が第１手首軸線Ｓ上に位置するように第１可動部１４に設けられている。ケーブルガイド９２を第１可動部１４に取り付けるため、ブリッジ部４５には、第１手首軸線Ｓの延在方向に貫通孔４５ａが形成されている。貫通孔４５ａは円形状の断面を有し、貫通孔４５ａの中心軸線は第１手首軸線Ｓ上に位置する。ケーブルガイド９２は、貫通孔４５ａの内部に挿し込まれている。

取付用フランジ９４は、ブリッジ部４５の手先側の端面に当接され、ブリッジ部４５に例えばビス等の固定要素を用いて取外し可能に固定される。ケーブルガイド９２は、ブリッジ部４５の貫通孔４５ａよりも、第１手首軸線Ｓの延在方向において大きい寸法を有している。よって、ケーブルガイド９２は、貫通孔４５ａを抜け、ブリッジ部４５の手元側の端面から基端スペースを手元側に向かって突出するように設けられる。このようにケーブルガイド９２を設けると、ガイド孔９３の手元側端部が筒部４１の内部又は基端スペースの手元部分と連通し、手先側端部にて先端スペース４９と連通する。

本実施形態では、ブリッジ部４５が、ケーブルガイド９２を取り付けるために第１可動部１４に設けられたガイド取付壁としての機能を果たしている。また、ブリッジ部４５の貫通孔４５ａが、ケーブルガイド９２がガイド取付壁を貫通するように第１可動部１４に取り付けるべくガイド取付壁に設けられた取付穴としての機能を果たしている。

基端スペースは、ケーブルガイド９２により、基準姿勢で上側の第１基端スペース４７と第２基端スペース４８とに物理的に分離される。前述のとおり、第２手首モータ２５は、第２基端スペース４７に配置され、第３手首モータ２６が第１基端スペース４７に配置されるところ、これら第２及び第３手首モータ２５，２６は、ケーブルガイド９２の手元側端部を第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に挟むように配置される。

上記のようにケーブルガイド９２を配置することにより、エフェクタ用ケーブル９は、筒部４１の内部空間に導入された後、ケーブルガイド９２の手元側端部の開口を介してガイド孔９３に導入される。エフェクタ用ケーブル９はガイド孔９３を通過した後、ケーブルガイド９２の手先側端部の開口を介して先端スペース４９に導入される。

ケーブルガイド９２が、第１可動部１４の回転中心となる第１手首軸線Ｓ上に位置するように設けられているので、ガイド孔９３に挿通されたエフェクタ用ケーブル９も第１手首軸線Ｓ上に位置するように設けられる。このため、エフェクタ用ケーブル９が、手首部３の動作に連れて大きく振れ回ったり、作業スペース周辺の構造体やワークと干渉したりするのを抑制することができる。

また、ガイド孔９３は、軸線方向の中央部でくびれており両端部で拡開している。このため、エフェクタ用ケーブル９がケーブルガイドの端部に引っ掛かって損傷したり、ケーブルガイドの端部で磨耗して損傷したりするような自体を良好に抑制することができる。

しかも、第１手首軸線Ｓは一対の梁部４３，４４で囲まれており、ケーブルガイド９２及びエフェクタ用ケーブル９は一対の梁部４３，４４で囲まれたスペースに配置される。このため、エフェクタ用ケーブル９を一対の梁部４３，４４で保護することができる。このように、一対の梁部４３，４４は、前述のフレームメンバ、ステー及びハウジングメンバとしての機能だけでなく、エフェクタ用ケーブル９をロボット外部の周辺構造から保護するプロテクタとしての機能も有する。したがって、エフェクタ用ケーブル９を保護するために専用の構造を手首部３に設けることなく、エフェクタ用ケーブル９の外部構造との干渉を抑制することができる。

そして、ケーブルガイド９２は手先側端部で第１可動部１４のブリッジ部４５に取り付けられる一方、手元側端部では第１可動部１４へと直接的に固定されてはいない。このため、ケーブルガイド９２を第１可動部１４に取り付ける作業を簡単に行うことができる。すると、ケーブルガイド９２は、一見片持ち梁状になるが、手先側端部では第２及び第３手首モータ２５，２６によって挟まれている。このため、ケーブルガイド９２を手先側端部でブリッジ部４５に取り付けられていても、ケーブルガイド９２の全体を第１可動部１４にしっかりと固定することができる。仮に手首部３の動作に応じてエフェクタ用ケーブル９がガイド孔９３の内面を押し付けられても、その応力を第２及び第３手首モータ２５，２６で受けることができ、ケーブルガイド９２の手先側端部やブリッジ部４５に作用する応力を軽減することができる。なお、前述したとおり、第２及び第３手首モータ２５，２６は、第１可動部１４の回転中心となる第１手首軸線Ｓを挟むように第１可動部１４に取り付けられるので、第１可動部１４の回転時に第１可動部の重量バランスが安定する。また、第２及び第３手首モータ２５，２６に接続される動力伝達機構を簡素化することができる。

第２手首モータ２５は、ケーブルガイド９２の外面に設置され、第３手首モータ２６は、ケーブルガイド９２の外面であって、第２手首モータ２５が取り付けられている側とは第１手首軸線Ｓ周りに略１８０度離れた部分に設置される。このように、ケーブルガイド９２は、第２及び第３手首モータ２５，２６を取り付けるためのステーとしての機能も有している。このように、基端スペース内にケーブルガイド９２が設けられると、第２及び第３手首モータ２５，２６を安定的に設置することもできる。また、エフェクタ用ケーブル９が第２又は第３手首モータ２５，２６と干渉するのを良好に抑制することもできる。しかも、ケーブルガイド９２は、第１梁部４３及び第２梁部４４を接続するブリッジ部４５に設けられて一対の梁部４３，４４の間に配置される一方、梁部４３，４４それぞれによって形成される一対の空間内に動力伝達機構（図示せず）が配置される。このため、エフェクタ用ケーブル９は、これら動力伝達機構と干渉することもない。

なお、モータ２５，２６の安定設置及びエフェクタ用ケーブル９の干渉抑制のため、例えば、ケーブルガイド９２の手元側端部は、第２手首モータ２５の出力軸及び第３手首モータ２６の出力軸よりも、更に手元側に突出していることが好ましい。

ケーブルガイド９２は、第２及び第３手首モータ２５，２６により挟まれる箇所において、第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸である。第２手首軸線Ｂの延在方向は、第２及び第３手首モータ２５，２６の出力軸の軸線方向でもあり、本実施形態では、第２手首モータ２５のハウジングが、出力軸線方向に長寸であり、第３手首モータ２６のハウジングが、出力軸線方向に長寸である。このため、ケーブルガイド９２が、第２及び第３手首モータ２５，２６を設置するため大きな設置面を提供するので、第２及び第３手首モータをケーブルガイド９２で安定的に支持することができる。

逆に、ケーブルガイド９２は、第２及び第３手首モータ２５，２６により挟まれる箇所において、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に短寸である。特に、中間部では、くびれのため、このような傾向が顕著となる。ガイド孔９３は当該垂直な方向において、定常状態におけるエフェクタ用ケーブル９を挿通させるために必要とされるだけの小さい寸法を有している。このため、第２及び第３手首モータ２５，２５が、エフェクタ用ケーブル９及びケーブルガイド９２、ガイド孔９３及びエフェクタ用ケーブル９を第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に挟むように配置しつつも、第２及び第３手首モータ２５，２６を当該垂直な方向に極力密集させることができる。これにより、手首部３が第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に大型化するのを良好に抑制することができる。

ケーブルガイド９２の中央部及び手元側端部が、第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸で、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｓに垂直な方向に短寸であると、第１可動部１４及び第３可動部１６が、前述した基準回転位置に位置していれば、捩られずに定常状態となる。第１可動部１４又は第３可動部１６が基準回転位置から回転すると、エフェクタ用ケーブル９が捩られる。前述のとおり、エフェクタ用ケーブル９は、複数本のケーブルを束にして成るので、捩りにより、エフェクタ用ケーブル９は前端の断面が楕円状に変形する。つまり、エフェクタ用ケーブル９は、ある方向に縮径して収縮する一方、別の方向に拡径して膨張する。ガイド孔９３は、第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸であるので、エフェクタ用ケーブル９の断面形状が捩れにより変形したとしてもこの変形が許容され、エフェクタ用ケーブル９がケーブルガイド９２の内面に圧迫されるのを抑制することができる。

更に、このように捩られた状態から第２可動部１５が基準回転位置から回転すると、エフェクタ用ケーブル９は、捩れが解消される方向へと回転しながら、第１手首軸線Ｓと直交する方向に振れようとする。ケーブルガイド９２は、中央部及び手元側端部が第２手首軸線Ｂの延在方向に長寸であるので、このようなエフェクタ用ケーブル９の振れを許容することもできる。しかも、第２手首軸線Ｂに近い側の端部である手先側端部においては、中央部よりも手元側端部よりも大きく拡開しているので、このような振れが生じてもエフェクタ用ケーブル９に損傷が生じるのを抑制することができる。

（ケーブルガイドの着脱）
図８（ａ）は、ケーブルガイド９２が取り付けられた状態の第１可動部１４の平面図、図８（ｂ）は、ケーブルガイド９２が僅かに引き抜かれた状態の第１可動部１４の平面図である。ケーブルガイド９２が、筒状に形成されており、エフェクタ用ケーブル９が、ケーブルガイド９２に挿通されているので、一旦ケーブルガイド９２にエフェクタ用ケーブル９が挿通されると、ケーブルガイド９２を第１可動部１４から取り外すことは困難をとなる。本実施形態に係るロボット１では、ケーブルガイド９２が分割可能に第１ガイド半体１０１及び第２ガイド半体１０２を結合して成るので、エフェクタ用ケーブル９の取り回しを変えることなく、ケーブルガイド９２のみを第１可動部１４から取り外すことができる。

つまり、第２可動部１５は、一対の梁部４３，４４の内面にそれぞれ連結される一対のフランジ部５１，５２を有し、ブリッジ部４５の先端側には、一対のフランジ部５１，５２により囲まれて間隙が形成されている。この間隙を活用して、手首部３を分解することなくケーブルガイド９２を手先側に引き抜くことが可能である。そして、第１可動部１４は、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に見てＨ字状に形成され、基端スペース内には当該垂直な方向のいずれの側からもアクセス可能になっている。他方、第１ガイド半体１０１の結合用フランジ１０３は、第２ガイド半体１０２の結合用フランジ１０４と、第１手首軸線Ｓ及び第２手首軸線Ｂに垂直な方向に重なり合っており、これら結合用フランジ１０３，１０４には、当該垂直な方向にビスが挿し通されている。

第２及び第３手首モータ２５，２６が重なるように配置されている箇所は、これらモータ２５，２６と干渉するので、基端スペース内にまでアクセスすることができない。本実施形態では、第２及び第３手首モータ２５，２６がブリッジ部４５の手元側の端面から更に手元側に離れて配置されている。また、第２及び第３手首モータ２５，２６が、筒部４１の手先側の端面から更に手先側に配置されている。結果として、基端スペースのうち、ブリッジ部４５と第２及び第３手首モータ２５，２６との間、及び第２及び第３手首モータ２５，２６と筒部４１との間にはそれぞれ、第１可動部１４の外側からアクセス可能なスペースが形成される。以降の説明では、ブリッジ部４５よりも手先側のアクセス可能な空間を「第１アクセス空間１１１」と称し、ブリッジ部４５とモータ２５，２６との間のアクセス可能な空間を「第２アクセス空間１１２」と称し、モータ２５，２６と筒部４１との間のアクセス可能な空間を「第３アクセス空間１１３」と称する。

次に、ケーブルガイド９２を取り外す手順について説明する。図８（ａ）に示すように、ケーブルガイド９２が第１可動部１４に取り付けられている状態で、第２アクセス空間１１２又は第３アクセス空間１１３に露出している結合用フランジ１０３からビスを取り外す。本実施形態においては、結合用フランジ１０３（＃３），１０３（＃４），１０３（＃６）が、第２アクセス空間１１２内に露出しており、結合用フランジ１０３（＃７）が、第３アクセス空間１１３に露出している。

次に、取付用フランジ９４に挿通されているビスを取り外し、ブリッジ部４５からケーブルガイド９２を取り外す。次に、ケーブルガイド９２を手先側に引き抜く。図８（ｂ）に示すように、この引き抜く過程で、手先端部に設けられている結合用フランジ１０３（＃１），１０３（＃２）が、第１アクセス空間１１１に露出する。露出したところで、これら結合用フランジ１０３（＃１），１０３（＃２）に挿通されているビスを取り外す。また、この引き抜く過程で、その他の結合用フランジ１０３（＃５）、１０３（＃８）が第２アクセス空間に露出する。それぞれ露出したところで、各結合用フランジ１０３（＃５），１０３（＃８）に挿通されているビスを取り外す。

このようにして全ての結合用フランジ１０３（＃１〜＃８）からビスを取り外すと、第１ガイド半体１０１と第２ガイド半体１０２とが分解される。そこで、２つのガイド半体１０１，１０２を順番に１つずつ取り外す。

以上の手順を踏むことにより、エフェクタ用ケーブル９を挿通させる筒状のガイド孔９３を有したケーブルガイドを、第１可動部１４を分解したりエフェクタ用ケーブル９の取り回しを変えたりすることなく、第１可動部１４から取り外すことができる。よって、ケーブルガイド９２の交換を簡便に行うことができる。また、エフェクタ用ケーブル９のメンテナンス作業においては、ケーブルガイド９２内を挿通している状態を解除すると都合が良い場合がある。このような場合に、エフェクタ用ケーブル９のメンテナンス作業が簡便になる。なお、ケーブルガイド９２を第１可動部１４に再び取り付けるときは、これと逆の手順を踏めばよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、円滑な作業の妨げとならないようにしてケーブルを取り回しつつ手首部の構成を全体として小型化することができるという作用効果を奏し、多関節型産業用ロボットに適用すると有益である。

１ 多関節型産業用ロボット
２ アーム部
３ 手首部
１４ 第１可動部
１５ 第２可動部
１６ 第３可動部
２４ 第１手首モータ
２５ 第２手首モータ
２６ 第３手首モータ
４５ ブリッジ部
４５ａ 貫通孔
９２ ケーブルガイド
９３ ガイド孔
９４ 取付用フランジ
１０１ 第１ガイド半体
１０２ 第２ガイド半体
１０３，１０４ 結合用フランジ
Ｓ 第１手首軸線
Ｂ 第２手首軸線
Ｔ 第３手首軸線

Claims (3)

1. アーム部と、前記アーム部の先端部に連結される手首部と、前記手首部を駆動する複数のモータと、を備え、
   前記手首部が、
   前記アーム部に連結され、前記アーム部に対して第１手首軸線周りに回転する第１可動部と、
   前記第１可動部に連結され、前記第１可動部に対して前記第１手首軸線と異なる方向に延びる第２手首軸線周りに回転する第２可動部と、
   前記第２可動部に連結され、前記第２可動部に対して前記第２手首軸線と異なる方向に延びる第３手首軸線周りに回転し、エンドエフェクタが装着される第３可動部と、
   前記エンドエフェクタに電力、動力、信号及び材料の少なくともいずれかを供給するためのエフェクタ用ケーブルを挿通させるガイド孔を有したケーブルガイドと、を有し、
   前記複数のモータのうち２つのモータが、前記第１可動部に取り付けられ、前記ケーブルガイドを前記第１手首軸線に直交する方向に挟むようにして配置され、
   前記ケーブルガイドが、前記第１可動部に前記第１手首軸線上に位置するように設けられ、前記ガイド孔の断面形状が、前記第１手首軸線の軸線方向の中央部でくびれており、両端部で拡開し、
   前記第１可動部が、前記ケーブルガイドを取り付けるためのガイド取付壁を有し、
   前記ケーブルガイドは、分割可能に第１ガイド半体及び第２ガイド半体を結合してなり、前記ガイド取付壁に設けられた取付穴に挿入された状態で前記ガイド取付壁に取り付けられ、
   前記第１ガイド半体および前記第２ガイド半体が、互いに結合されるために結合具が挿し通される結合部を有し、前記結合部が、前記ケーブルガイドを前記ガイド取付壁に取り付けた状態で、又は、前記ケーブルガイドを前記取付穴から引き出した状態で、前記第１可動部の外からアクセスされうるように露出する、多関節型産業用ロボット。
2. 前記第２手首軸線が前記第１手首軸線に垂直であり、前記ガイド孔の前記中央部において、前記第１手首軸線及び前記第２手首軸線に直交する方向における長さが、前記第２手首軸線の延在方向における長さよりも短い、請求項１に記載の多関節型産業用ロボット。
3. 前記ケーブルガイドは、前記第１手首軸線の軸線方向手先側の端部で前記ガイド取付壁に取り付けられ、前記第１手首軸線の軸線方向手元側の端部で前記２つのモータに挟まれている、請求項１又は２に記載の多関節型産業用ロボット。

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