JP2007015053A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 回転動作部に配索されるケーブルハーネスの耐久性を損なうことなく、ケーブルハーネスのコンパクト化を図ることができ、電気的接続の信頼性に優れる産業用ロボットを提供する。
【解決手段】 相対的に直線動作するベースと、相対的に回転動作するボディと、ベース及びボディに配索され、動作回路に電源を供給したり制御信号を伝えたりするケーブルハーネス５と、を備えた産業用ロボットにおいて、ケーブルハーネス５は、ベース内に位置する第１の束線部分１２と、ボディ内に位置する第２の束線部分１３とを一体的に有し、第１の束線部分１２は、複数の多芯ケーブル６及びチューブ１０がフラットに並び、かつ、隣り合う多芯ケーブル６及びチューブ１０が相互に接着されており、第２の束線部分１３は、複数の多芯ケーブル６及びチューブ１０が個々ばらばらになっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、相対的に直線動作する直線動作部と、相対的に回転動作する回転動作部と、
直線動作部及び回転動作部に配索されるケーブルハーネスと、を備えた産業用ロボットに関するものである。

一般に、複数の動作軸を有する産業用ロボットは、直線動作部、回転動作部、ケーブルハーネスを備えている。動作軸には、例えば２つのリンクを相対的に直線動作させる直線動作軸と、２つのリンクを相対的に回転動作させる回転動作軸の２通りがあり、１台のロボットが直線動作軸と回転動作軸とを有するケースは珍しくない。直線動作部は直線動作軸に沿って、回転動作部は回転動作軸に沿ってそれぞれ動作する。ケーブルハーネスは、電源線や信号線やチューブなどの線条体要素を組んだものであり（束ねたものであり）、ロボットの内側又は外側に沿って配索されている。

図７には、直線動作部の内側に位置するケーブルハーネス２０が部分的に示されている。ケーブルハーネス２０は、プロテクタとしてのケーブルトラック２２に並列に収容されている。ケーブルハーネス２０がケーブルトラック２２に収容されることで、線条体要素としての複数本の電線２１が絡まったり、ばらばらになったりすることが防止されている。ケーブルトラック２２はＵターン状に屈曲されていて、Ｐ方向に直線動作するケーブルハーネス２０の余長が吸収されるようになっている。

電線の絡みを防止する他の方法として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１に開示されるケーブルハーネスは、複数本の線条体要素がフラットに並べられ、隣接する線条体要素同士が接着剤で相互に一体的に接着されたものである。

特開２００３−１６８３２６号公報

図７に示すケーブルハーネス２０を保護するケーブルトラック２２は、ある程度はフレキシブルに曲げることができるものであるが、その構造上、小さい屈曲半径で曲げることができない。また、ケーブルトラック２２は、屈曲半径が大きいため、ロボット内のスペースを大きくせざるを得ず、ロボットのコンパクト化の妨げとなるという問題があった。このケーブルトラック２２は、産業用ロボットの直線動作部に配索されるケーブルハーネス２０に適用されるものであり、産業用ロボットの回転動作部に配索され、繰り返しの捩じりを受けるケーブルハーネスには適用することができないという問題があった。

一方、特許文献１に開示されているフラットケーブルは、ロボット内に大きなスペースを取る必要はなく、ロボットのコンパクト化に有利である。しかしながら、ロボットの回転動作部に配索されるケーブル部分には、捩じりにより大きな張力が作用し、隣り合う電線の接着部分が裂けたり、個々の電線が断線したりするという心配があった。このため、ロボットの回転動作部には、この種のケーブルハーネスを適用することができなかった。

以上の点に鑑み、本発明は、回転動作部に配索されるケーブルハーネスの耐久性を損なうことなく、ケーブルハーネスのコンパクト化を図ることができ、電気的接続の信頼性に優れる産業用ロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の産業用ロボットは、相対的に直線動作する直線動作部と、相対的に回転動作する回転動作部と、前記直線動作部及び前記回転動作部に配索されるケーブルハーネスと、を備えた産業用ロボットにおいて、前記ケーブルハーネスは、前記直線動作部に位置する第１の束線部分と、前記回転動作部に位置する第２の束線部分とを一体的に有し、前記第１の束線部分は、複数本の線条体要素がフラットに並び、かつ、隣り合う線条体要素同士が相互に接着されており、前記第２の束線部分は、前記複数本の線条体要素が個々ばらばらになっていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の産業用ロボットにおいて、前記ケーブルハーネスには、少なくとも1本の多芯ケーブルが含まれることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の産業用ロボットにおいて、前記多芯ケーブルはシールドケーブルであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の産業用ロボットにおいて、前記第２の束線部分の各線状体要素が個々に異なる長さであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の産業用ロボットにおいて、前記第２の束線部分がパイプ材に挿通されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２〜５の何れか１項に記載の産業用ロボットにおいて、前記第２の束線部分で、前記多芯ケーブルの外被が除去されていることを特徴とする。

以上の如く、請求項１の発明によれば、ケーブルハーネスの第１の束線部分は、複数本の線条体要素がフラットに並び、かつ、隣り合う線条体要素同士が相互に接着されているから、第１の束線部分は、コンパクト化されると共に個々の線条体要素が絡まることが防止される。また、ケーブルハーネスの第２の束線部分は、複数本の線条体要素が個々ばらばらになっているから、個々の線条体要素は隣りの線条体要素に拘束されなくなり、第２の束線部分の可撓性が向上する。したがって、回転動作部に位置するケーブルハーネスの耐久性が損なわれず、電気的接続の信頼性が高まる。また、ケーブルトラックなどのプロテクタを必要としないから、ケーブルハーネスのコンパクト化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、ケーブルハーネスには少なくとも1本の多芯ケーブルが含まれている。多芯ケーブルは外径が太くなるものの、複数本の単芯の電線をフラットに並べる場合より、横幅が広くなるのを防止することができる。したがって、ケーブルハーネスがより一層コンパクト化される。

請求項３記載の発明によれば、複数本の電線を一括に電磁シールドすることができ、シールドケーブルを容易に製造することができる。また、多芯ケーブルに含まれる信号線の耐ノイズ性が高まり、コントローラの指令に基づいてアクチュエータなどを正確に動作させることができる。

請求項４記載の発明によれば、例えば、回転中心としての動作軸から離れている線条体要素を長くし、動作軸の近傍に位置する線条体要素を短くすることで、線条体要素に無駄な緩みを形成することなく、回転動作部の回転動作時に、個々の線条体要素に捻りによる張力が生じることを回避することができる。

請求項５記載の発明によれば、第２の束線部分がパイプ材に挿通されているから、回転動作部の回転動作時に、第２の束線部分と他部品との接触が防止され、第２の束線部分が損傷から保護される。これによっても、産業用ロボットの電気的接続の信頼性が高められる。

請求項６記載の発明によれば、第２の束線部分で、多芯ケーブルの外被が除去されているから、第２の束線部分の可撓性が向上し、多芯ケーブルの外周部分に大きな張力が生じることが防止され、ケーブルハーネスの耐久性（耐捻回性）が高まる。

以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る産業用ロボットの一実施形態であり、図２〜図６は、本実施形態の産業用ロボットに配索されるケーブルハーネスの一実施形態である。

図１に示すように、本実施形態の産業用ロボット１は、対象ワークを支持する多関節ロボットであり、ベース側から順に直線動作軸としてのＪ１軸、回転動作軸としてのＪ２軸及び直線動作軸としてのＪ３軸を有し、Ｊ１軸に沿って相対的に直線動作するベース（直線動作部）２と、ベース２上に垂直に設けられ、Ｊ２軸に沿って相対的に回転動作するボディ（回転動作部）３と、ベース２内及びボディ３内に配索されるケーブルハーネス５（図２）と、ケーブルハーネス５を通じてアクチュエータなどに電源や制御信号を送る駆動源やコントローラなどの機器（図示せず）とから構成されている。

ベース２は、アクチュエータとしてのサーボモータ（図示せず）と、サーボモータの回転数を減速して出力トルクを高めるための減速器（図示せず）と、直動機構としてのボールねじ（図示せず）と、ボールねじに螺合する支持テーブル２ａとを備えている。モータと共にボールねじが回動することで、支持テーブル２ａが左右（Ｊ１軸方向）に直線移動するようになっている。支持テーブル２ａの両側は、伸縮自在の蛇腹部２ｂとなっていて、支持テーブル２ａの移動によって伸縮するようになっている。このような、ベース２の構成は一般的なものである。なお、直動機構には、ラックとピニオンによる駆動やベルト駆動を適用することもできる。また、油圧シリンダで支持テーブルを直動させることもできる。

ボディ３は、ベース２の支持テーブル２ａ上に連結部３ａを介して垂直に固定されており、垂直な動作軸（Ｊ３）のまわりを回転し、かつ、上下方向（Ｊ３軸方向）に直線移動できるようになっている。ボディ３は、減速器付きのサーボモータ（図示せず）により駆動されて回転し、他のサーボモータ４及びボールねじ（図示せず）に駆動されて直線移動するようになっている。回転駆動用のモータと減速器はボディ３の内部に設けられ、直動用モータ４及び減速器はボディ３の外部に設けられている。なお、ボディ３の直動機構は、他の直動機構に代えることももちろん可能である。

ボディ３の先端には、２軸の回転軸Ｊ４，Ｊ５を備えた手首７があり、手首７の先端は、ハンドツールなどのエンドエフェクタ装着部３ｂとなっている。エンドエフェクタの仕様は、ロボット１が支持する対象ワークの寸法や形状によって異なり、対象ワークによってその仕様が定められている。手首７とエンドエフェクタとの間にロボットアームを設けることもできる。

図２などに示すように、ケーブルハーネス５は、複数の多芯ケーブル６と、多芯ケーブル６の先端に設けられた電気コネクタ（図示せず）と、エンドエフェクタの先端に冷却水や空気やガスなどを供給する中空のチューブ（図３）１０から構成され、ベース２及びボディ３の内部に配索されるようになっている。多芯ケーブル６は、ロボット１の各軸のモータやエンドエフェクタなどに電源を供給する複数の電源線（線条体要素）８、エンコーダやセンサ類や各種制御機器とコントローラとの間で制御信号を授受するために複数の信号線（線条体要素）９からなっている（図３）。

図３に示すように、電源線８及び信号線９は、それぞれ芯線８ａ，９ａの外側が絶縁性樹脂である内被８ｂ，９ｂで覆われている。複数の電源線８及び複数の信号線９は、それぞれ１本に束ねられて多芯ケーブル（線条体要素）６となっている。複数の信号線９を束ねた多芯ケーブル６は、周囲が編組線６ａで覆われ、その外側は絶縁性樹脂である絶縁外被６ｂで覆われている。編組線６ａは、細線を格子状に編んだものであるが、編組線６ａに代えて銅箔等をシールド部材として用いることも可能である。

複数の信号線９からなる多芯ケーブル６は、シールド処理が一括して行われると共に、複数の信号線９の絡みや崇高化が防止されている。また、ケーブル６の取り扱い性が非常に良くなる。信号線９がシールド処理されることで、電子機器自体から発生するノイズによる誤動作や、発生したノイズの授受が防止される。

一方、多芯ケーブル６を用いない場合は、個々の信号線９それぞれにシールド電線を用いる必要がある（図示せず）。個々のシールド電線は、導体からなる芯線と、芯線の周囲を覆う絶縁内皮と、絶縁内皮の周囲に設けられた編組線と、編組線の周囲に設けられた絶縁外皮とから構成される。

電磁シールドされたケーブル６の端末処理は、芯線８ａ，９ａと編組線６ａとが短絡しないようにしなければならない。先ず、所定の長さだけ外皮６ｂの皮剥を行い編組線６ａを露出させ、次に、芯線８ａ，９ａの周囲を覆う内皮８ｂ，９ｂの皮剥を行い芯線８ａ，９ａを露出させ、そして、編組線６ａと芯線８ａ，９ａとが接触しないように、編組線６ａを折り返して接地する。露出した芯線８ａ，９ａは端子に圧着されて、電気コネクタに収容される。シールド電線のシールド性を損なわないようにするために、コネクタにはシールドコネクタが用いられる。

図示しない電気コネクタは、コネクタハウジングに複数の端子が収容された多極コネクタであり、ロボットの各種機器に設けられた相手方の電気コネクタに、ワンタッチでコネクタ接続することで、ケーブルハーネス５と各種機器とが電気的に相互接続されるようになっている。

図２に基づいて、ケーブルハーネス５について詳しく説明する。ケーブルハーネス５は、４本の多芯ケーブル６と１本のチューブ（線条体要素）１０が、ロボット１のベース２及びボディ３の配索経路に沿うように配索された状態にある。ロボット１のベース２及びボディ３の直線動作部分に対応する部分は、ケーブルハーネス５の可撓性が損なわれないように樹脂製の柔軟接着剤１５で接着され、フラットに並んでいる（図３）。このようにケーブルハーネス５を接着することで、ハーネス５がコンパクト化されると共に多芯ケーブル６が絡まりばらばらになることが防止されるようになっている。多芯ケーブル６を用いず単線を用いる場合も、同様にして、複数の電源線８、複数の信号線９をフラットに並べて、ケーブルハーネスを構成する。

布線状態にあるケーブルハーネス５は、ロボット１のベース２に位置する第１の束線部分１２と、ロボット１のボディ３に位置する第２の束線部分１３と、ボディ３の直線動作部分３ｃに位置する第３の束線部分１４とからなっている。

第１，３の束線部分１２，１４は、多芯ケーブル６とチューブ１０がフラットに並んだまま、かつ、隣り合う多芯ケーブル６及びチューブ１０が相互に接着された部分である。第１，３の束線部分１２，１４の間に位置する第２の束線部分１３は、多芯ケーブル６とチューブ１０が個々ばらばらになっている部分である。第１〜３の束線部分１２，１３，１４は、それぞれ余長を有しており、第１，３の束線部分１２，１４の余長はＵターン状に折り返され、第２の束線部分１３の余長は外側に膨れている（図４）。

第１，３の束線部分１２，１４は、ベース２及びボディ３の直線動作と共に動き、余長の範囲内で直線移動量を吸収し、張力によりケーブルハーネス５が断線しないようになっている。第２の束線部分１３は、ボディ３の回転動作と共に動き、余長の範囲内で回転移動量を吸収し、捩じりによりケーブルハーネス５が断線しないようになっている。殊に、第２の束線部分５は、多芯ケーブル６及びチューブ１０が接着されていなく、ばらばらになっているから、個々の多芯ケーブル６やチューブ１０が隣り合う多芯ケーブル６やチューブ１０に拘束されなくなり、第２の束線部分１３の可撓性が向上し、捩じりによる影響を受けがたくなり、断線などが防止されることとなる。

図４は、第２の束線部分１３の余長が外側に膨れている状態を示したものである。第１の束線部分１２及び第３の束線部分１４は省略されている。余長の長さは、多芯ケーブル６毎に異なっており、内側に位置する多芯ケーブル６より外側に位置する多芯ケーブル６のほうが余長が長くなっている。これは、回転中心から離れている多芯ケーブル６の余長を長くし、回転中心近傍に位置する多芯ケーブル６の余長を短くすることで、無駄な余長を形成せず、ボディ３の回転動作時に、捻りによる張力が個々の電線に生じないようにしたものである。なお、芯線ケーブル６の余長は、ロボット１動作時の振舞い方に応じて決定される。

図５は、ケーブルハーネス５をパイプ材１６の一方の開口から他方の開口へ挿通させ、第２の束線部分１３にパイプ材１６を位置させることで、回転動作時に第２の束線部分１３が他部品に接触して損傷することを防止したものである。第３の束線部分１４は省略されている。パイプ材１６は、金属製の長尺パイプを所定長さに切断し、ハーネス挿入側の開口に繰り広げ加工によってテーパ部１６ａを形成したものである。テーパ部１６ａによってケーブルハーネス５はガイドされつつスムーズに挿入されるようになっている。

図６は、第２の束線部分１３の個々の多芯ケーブル６の外被６ｂを除去したものである。第３の束線部分１４は省略されている。外被６ｂを除去することで、各多芯ケーブル６が細くなり、第２の束線部分１３の可撓性が良くなり、捻りによる張力が緩和されるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、ケーブルハーネス５の第１，３の束線部分１２，１４は、複数の多芯ケーブル６とチューブ１０がフラットに並び、かつ、隣り合う多芯ケーブル６とチューブ１０が相互に接着されているから、第１，３の束線部分１２，１４がコンパクト化されると共に個々の多芯ケーブル６とチューブ１０が絡まることが防止される。ケーブルハーネス５の第２の束線部分１３は、複数の多芯ケーブル６とチューブ１０が個々ばらばらになっているから、第２の束線部分１３の可撓性が向上し、第２の束線部分１３の耐久性（耐捻回性）が高まる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態の産業用ロボット１は、ベース２、ボディ３、ケーブルハーネス５から構成されているが、ボディ３にアームを設けて、アームにエンドエフェクタを装着することもできる。すなわち、本発明は、産業用ロボットの形態を限定するものではない。

また、ケーブルハーネス５は、第１，２，３の束線部分１２，１３，１４から構成されているが、第１，２の束線部分１２，１３だけから構成したり、第１，２の束線部分１２，１３を連続させて構成したりすることも可能であり、産業用ロボットの仕様に応じて任意に構成することができる。

本発明に係る産業用ロボットの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す産業用ロボットに配索されるケーブルハーネスを示す斜視図である。 図２に示すケーブルハーネスのＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 同じくケーブルハーネスの第２の束線部分を誇張して示す斜視図である。 同じくケーブルハーネスの第２の束線部分をパイプ材で保護した状態を示す斜視図である。 同じくケーブルハーネスの第２の束線部分の外被を除去した状態を示す斜視図である。 従来のケーブルハーネスの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 産業用ロボット
２ ベース（直線動作部）
３ ボディ（回転動作部）
５ ケーブルハーネス
６ 多芯ケーブル（線条体要素）
１０ チューブ（線条体要素）
１２ 第１の束線部分
１３ 第２の束線部分
１４ 第３の束線部分
１５ 接着剤
１６ パイプ材

Claims (6)

1. 相対的に直線動作する直線動作部と、
   相対的に回転動作する回転動作部と、
   前記直線動作部及び前記回転動作部に配索されるケーブルハーネスと、を備えた産業用ロボットにおいて、
   前記ケーブルハーネスは、前記直線動作部に位置する第１の束線部分と、前記回転動作部に位置する第２の束線部分とを一体的に有し、
   前記第１の束線部分は、複数本の線条体要素がフラットに並び、かつ、隣り合う線条体要素同士が相互に接着されており、
   前記第２の束線部分は、前記複数本の線条体要素が個々ばらばらになっていることを特徴とする産業用ロボット。
2. 前記ケーブルハーネスには、少なくとも1本の多芯ケーブルが含まれることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
3. 前記多芯ケーブルはシールドケーブルであることを特徴とする請求項２記載の産業用ロボット。
4. 前記第２の束線部分の各線状体要素が個々に異なる長さであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の産業用ロボット。
5. 前記第２の束線部分がパイプ材に挿通されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の産業用ロボット。
6. 前記第２の束線部分で、前記多芯ケーブルの外被が除去されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の産業用ロボット。

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