ロボットの回転規制装置
【課題】ワイヤによってリンクの回転動作範囲を規制するロボットの回転規制装置において、ワイヤをロボットの内部に収納でき、また、リンクの回転動作範囲をリンク毎に所望の角度に設定することができるようにする。
【解決手段】ワイヤ２７の両端部を、一のリンクのフレーム９と、当該フレーム９の内側に位置され他のリンクが連結される回転軸１３とに連結し、他のリンクの回転に伴ってワイヤ２７が回転軸１３に巻き取られて伸び切ることにより他のリンクの回転動作範囲を規制する。
【解決手段】ワイヤ２７の両端部を、一のリンクのフレーム９と、当該フレーム９の内側に位置され他のリンクが連結される回転軸１３とに連結し、他のリンクの回転に伴ってワイヤ２７が回転軸１３に巻き取られて伸び切ることにより他のリンクの回転動作範囲を規制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転リンクの許容された範囲を超える回転を強制的に停止させるロボットの回転規制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多関節型ロボットでは、回転関節によって連結された複数のアーム（リンク）を備えており、各アームは、回転関節を中心にして回転（旋回）するようになっている。各アームには予め可動範囲が設定されており、通常は、駆動源であるモータの回転数制御によって可動範囲内での回転動作に規制されるのであるが、何らかの原因、例えば作業者がアームを強制的に可動範囲を超えて回転させようとしたような場合、その回転を機械的に阻止するために、特許文献１に見られるように回転規制装置が設けられている。
【０００３】
特許文献１の回転規制装置は、支持体に回転可能に設けられた第１回転軸に第１アームを取り付け、第１アームの先端部に回転可能に設けられた第２回転軸に第２アームを取り付けてなる水平多関節型ロボットにおいて、支持体から第１回転軸の側面、第１アームの側面、第２回転軸の側面を経て第２アームの側面の所定箇所まで延在するワイヤを設けて当該ワイヤの両端部を支持体と第２アームとに固定すると共に、第１アームおよび第２アームの側面にワイヤをスライド可能にガイドする第１ガイド部材および第２ガイド部材を設け、ワイヤが伸び切った状態を第１アームおよび第２アームの動作規制位置に設定するという構成のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものでは、ロボットの外面にワイヤを沿わせるので、ロボットの作業中にワイヤが他部材に引っ掛ったり、或いは、ロボットの掃除をするような場合に、ワイヤが邪魔になったりするという問題を生ずる。
また、特許文献１のものでは、支持体に対する第１アームの回転角と第１アームに対する第２アームの回転角との和が所定角度を超えると、ワイヤが伸び切って第１アームおよび第２アームの回転が強制的に停止される構成であるため、第１アームおよび第２アームの個々のアーム毎に回転角を所望の角度に規制することができない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワイヤによってリンクの回転動作範囲を規制するロボットの回転規制装置において、ワイヤをロボットの内部に収納でき、また、リンクの回転動作範囲をリンク毎に所望の角度に設定することができるロボットの回転規制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、ワイヤの両端部を、一のリンクの外殻と、当該一のリンクの外殻の内側に位置する巻き胴とに連結し、回転リンクの回転に伴ってワイヤが巻き胴に巻き取られて伸び切ることにより回転リンクの回転動作範囲を規制する構成であるので、ワイヤをロボットの内側に収容することができる。しかも、回転リンクを複数有するロボットであっても、回転リンク毎に、それぞれを所望の回転動作範囲に規制することができる。
【０００８】
また、連結軸の中心が、巻き胴の回転中心に対し、当該巻き胴の半径ｒにワイヤの太さｄの半分ｄ/２を加えた長さだけオフセットされているので、ワイヤが巻き胴に巻きつけられて伸び切った状態になったとき、リング状連結部材への連結部分が巻き胴の外周面から浮き上がらず、接触した状態となる。このため、ワイヤの長さを管理することで、回転リンクの回転動作範囲を所望の角度に設定し易くなる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、ワイヤを、当該ワイヤの太さと同一外径以下のリング状連結部材に連結するので、リング状連結部材の外径寸法がワイヤの太さよりも大きく、そのために巻き胴の外周面にリング状連結部材を逃がすための凹部を形成しなければならない場合とは異なり、巻き胴に形成された凹部の角部にワイヤが当たって摺り切れ易くなるといったワイヤの寿命を縮めるような事態は生じない。従って、ワイヤの寿命についての信頼性を高めることができ、ワイヤがリンクの外殻内に収容されて外部から見えないことについて生じる問題、例えばワイヤの点検のためのロボットの分解の高頻度化といった問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部の縦断面図
【図２】ワイヤの巻き戻しと巻取り過程を示す概略図
【図３】回転規制装置を示すもので、（ａ）はワイヤの両端を連結する支持片の正面図、（ｂ）は支持片にワイヤを連結した状態の断面図
【図４】回転規制装置の分解斜視図
【図５】細線の撚りを解いた状態で示すワイヤの端部の斜視図
【図６】ワイヤの端部へのローラの固着構成を示すもので、（ａ）はローラの径方向の断面、（ｂ）はローラの幅方向の断面図
【図７】巻き胴の回転動作範囲とワイヤの長さとの関係を説明するためのもので、（ａ）はワイヤが伸び切った第１の規制位置で示す図、（ｂ）は基準位置で示す図
【図８】本発明の効果を説明するための図で、（ａ）は本発明におけるワイヤの巻き胴への連結構成を示す断面図、（ｂ）はローラが径大であった場合のワイヤの巻き胴への連結構成を示す断面図
【図９】ロボットの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図９には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットからなるもので、ベース２と、このベース２に回転関節によって水平方向に回転可能に連結されたショルダ３と、このショルダ３に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された下アーム４と、この下アーム４に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に回転関節によって捻り回転可能に連結された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された手首アーム７と、この手首アーム７に回転関節によって捻り回転可能に連結されたフランジ８とから構成されている。
【００１２】
上記ベース２、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首アーム７、フランジ８は、特許請求の範囲におけるリンクに相当する。また、回転関節によって連結された２つのリンクの関係において、ベース２側のリンクは特許請求の範囲における一のリンクに相当し、フランジ８側のリンクは特許請求の範囲における他のリンクに相当し且つ一のリンクに対して回転する回転リンクに相当する。つまり、ベース２とショルダ３との関係において、ベース２は一のリンクに相当し、ショルダ３は他のリンクに相当し、且つベース２に対して回転する回転リンクに相当する。以下、同様に、ショルダ３と下アーム４とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、下アーム４と第１の上アーム５とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第１の上アーム５と第２の上アーム６とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第２の上アーム６と手首アーム７とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、手首アーム７とフランジ８とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当するものである。
【００１３】
図１には、フランジ８を手首アーム７に回転可能に連結する回転関節の構成が示されている。なお、他の回転関節も図１の回転関節と同様の構成となっている。図１に示すように、手首アーム７の主体を構成するフレーム９は筒形をなしている。このフレーム９には、内部に後述する波動歯車減速装置（減速装置）１０およびサーボモータ（駆動モータ）１１などを組み込むための開口部（図示せず）が形成されており、この開口部はカバーによって塞がれている。そして、これらフレーム９とカバーとによって手首アーム７の外殻が構成されている。
【００１４】
手首アーム７のフレーム９の先端部分の内側には、クロスローラベアリング１２が配設されている。このクロスローラベアリング１２は、内輪１３と、外輪１４と、この内輪１３および外輪１４間に回転自在に保持された複数のころ１５とから構成されている。外輪１４は、前記ころ１５の組み込みのために軸方向に第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとに分割されており、これら第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとはねじ１６により相互に連結されている。そして、この外輪１４はねじ１７により手首アーム７のフレーム９に固定されている。
【００１５】
このようなクロスローラベアリング１２の内輪１３は、回転関節の回転軸として機能し、外輪１４が手首アーム７のフレーム９に固定されることにより、当該手首アーム７に対して回転可能となっている。そして、この内輪１３に継手軸１８が宛がわれ、フランジ８がこの継手軸１８と共に１９によって内輪１３に固定されている。これにより、フランジ８が回転関節によって手首アーム７に回転可能に連結された状態となる。
【００１６】
サーボモータ１１は内輪１３ひいてはフランジ８を回転駆動するもので、このサーボモータ１１の回転は波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達される。波動歯車減速装置１０はハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる周知構成のもので、主要構成品として、内歯２０ａを有する環状のサーキュラスプライン２０と、外歯２１ａを有する弾性変形可能な有底円筒状のフレクスプライン２１と、弾性変形可能なウェーブジェネレータ２２と、楕円状カム２３とを有して構成されている。そして、フレクスプライン２１は、サーキュラスプライン２０の内側に配設されて、外歯２１ａを内歯２０ａに噛合させている。なお、外歯２１ａの数は内歯２０ａの数より例えば２つ少ない。
【００１７】
ウェーブジェネレータ２２は、フレクスプライン２１の内側に嵌合されている。このウェーブジェネレータ２２の内側に弾性変形可能に構成されたボールベアリング２４が装着され、このボールベアリング２４の内側に前記楕円状カム２３が嵌着されている。楕円状カム２３は、その中心部にボス部２３ａを有している。
【００１８】
以上の波動歯車減速装置１０において、楕円状カム２３が入力部で、フレクスプライン２１が出力部となっており、楕円状カム２３のボス部２３ａにフレーム９に固定されたサーボモータ１１の回転軸１１ａが連結され、フレクスプライン２１がクロスローラベアリング１２の内輪１３に連結されている。そして、サーボモータ１１が回転すると、その回転が波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達され、フランジ８が回転する。
【００１９】
フランジ８は、手首アーム７に対し、図２（ｆ）に示す基準位置から時計回り方向にα度回転した図２（ａ）の第１の規制位置と、図２（ｆ）に示す基準位置から反時計回り方向にα度回転した図２（ｋ）の第２の規制位置との間で回転可能になっている。本実施形態では、上記α度は（３６０＋δ）度に定められている。なお、αは（３６０＋δ）に限られない。δについては後述する。そして、フランジ８は、通常は第１の規制位置と第２の規制位置との間の所定の角度範囲おいて回転されるが、何らかの原因で第１の規制位置或いは第２の規制位置を超えて回転しようとすると、その回転は回転規制装置２６によって強制的に停止されるようになっている。
【００２０】
この回転規制装置２６は図３および図４に示されている。これら図３および図４のように、回転規制装置２６は、ワイヤ２７を主体とするもので、このワイヤ２７は、手首アーム７のフレーム９の内側であって前記継手軸１８の外側に位置する空間Ａ内に配設されており、一端部が手首アーム７のフレーム９に回転可能に連結され、他端部が継手軸１８に回転可能に連結されている。
【００２１】
このワイヤ２７のフレーム９および継手軸１８への連結構成を説明する。まず、ワイヤ２７は、複数本の例えばカーボンファイバー（細線）２７ａを撚り合わせた撚り線からなる。このワイヤ２７の両端部には、それぞれ中心孔２８ａ，２９ａを有したローラ（リング状連結部材）２８，２９が固着されている。なお、カーボンファイバー２７ａは、曲げられると真直ぐになろうとする弾発力を有する。
【００２２】
ワイヤ２７の両端部のローラ２８，２９への固着は次のようにして行われる。即ち、ローラ２８，２９の両端部において、図５に示すように、複数本のカーボンファイバー２７ａの撚りを解いて２組に分ける。この場合、カーボンファイバー２７ａの総本数が偶数（２ｎ；ｎは１以上の自然数）のとき、ｎ本ずつの２組に分ける。カーボンファイバー２７ａの総本数が奇数（２ｎ＋１）のとき、ｎ本とｎ＋１本の２組に分ける。ただし、必ずしもこのように正確に２分する必要はない。
【００２３】
一方、ローラ２８，２９は、図６に示すように、外径Ｄがワイヤ２７の太さ（直径ｄ）と同一寸法で、外周に溝２８ｂ，２９ｂを有している。溝２８ｂ，２９ｂは、カーボンファイバー２７ａの総数の半数以上、本実施形態では、カーボンファイバー２７ａの総本数が偶数（２ｎ）のとき、ｎ本のカーボンファイバー２７ａを収容できる断面積を有する大きさに形成され、カーボンファイバー２７ａの総本数が奇数（２ｎ＋１）のとき、ｎ＋１本のカーボンファイバー２７ａを収容できる断面積を有した大きさに形成されている。
【００２４】
そして、２組に分けられたカーボンファイバー２７ａの両端部を、図６（ａ）に示すように、それぞれローラ２８，２９の径方向両側から溝２８ｂ，２９ｂ内に収容して当該溝２８ｂ，２９ｂをほぼ半周させ、先端を切り揃えて互いに付き合わせた状態で溝２８ｂ，２９ｂ内に接着剤を注入することにより、カーボンファイバー２７ａをローラ２８，２９に固着する。この場合、溝２８ｂ，２９ｂ内のカーボンファイバー２７ａは、ローラ２８，２９の外周面から外側に出ないようにする。
【００２５】
このようにしてワイヤ２７の両端部にローラ２８，２９が固着されている。そして、各ローラ２８，２９の中心孔２８ｂ，２９ｂには、段付きねじ（連結軸）３０，３１が通される。段付きねじ３０，３１は、軸部３０ａ，３１ａの一端に径大な頭部３０ｂ、３１ｂ、他端に径小なねじ部３０ｃ，３１ｃを形成してなる。なお、軸部３０ａ，３１ａの長さ寸法は、ローラ２８，２９の長さ寸法より若干大きく定められている。また、頭部３０ｂ，３１ｂの外形寸法は、ローラ２８，２９の外形Ｄ以下に定められている。
【００２６】
フレーム９の円筒状の内周面および継手軸１８の円筒状の外周面には、それぞれ支持片３２，３３が突設されており、各支持片３２，３３にはねじ孔３２ａ，３３ａが形成されている。この場合、フレーム９の支持片３２のねじ孔３２ａおよび継手軸１８の支持片３３のねじ孔３３ａは、その中心がフレーム９の内周面および継手軸１８の外周面からワイヤ２７の太さｄの１／２だけ離れた位置となるように形成されている。
【００２７】
そして、段付きねじ３０，３１は、軸部３０ａ，３１ａがローラ２８，２９の中心孔２８ａ，２９ａに通され嵌合された状態で、ねじ部３２ｃ，３３ｃが支持片３２，３３のねじ孔３２ａ，３３ａに螺着されている。これにより、ローラ２８，２９を軸部３２ａ，３３ａで回転可能に支持した状態で段付きねじ３２，３３がそれぞれフレーム９および継手軸１８に固定され、ローラ２８，２９がフレーム９および継手軸１８に回転可能に取り付けられた状態となる。
【００２８】
このワイヤ２７の取り付け状態において、当該ワイヤ２７の他端部の段付きねじ３３は、図３に示すように、継手軸１８の回転中心Ｏに対し、当該継手軸１８の半径ｒにワイヤ２７の太さｄの半分ｄ／２を加えた長さだけオフセットされた状態となる。
【００２９】
このようにして両端部がフレーム９および継手軸１８に連結されたワイヤ２７は、継手軸１８によりフランジ８が時計回り方向および反時計回り方向に回転されると、継手軸１８を巻き胴としてその外周面に巻かれ或いはその外周面から巻き戻されるようになる。そして、フランジ８が基準位置から時計回り方向にα度および反時計回り方向にα度だけ回転して第１の規制位置および第２の規制位置に至ると、ワイヤ２７は継手軸１８に巻き取られて伸び切った状態となり、フランジ８がそれ以上時計回り方向および反時計回り方向に回転しようとすると、その回転がワイヤ２７によって強制的に停止される。なお、伸るとは、弾性的に伸びるという意味ではなく、ぴんと張って緊張した状態を伸び切った状態という。
【００３０】
以下にワイヤ２７によるフランジ８の強制停止過程を図２により説明する。以下の説明では、継手軸１８を巻き胴１８と称して説明する。今、フランジ８、従って巻き胴１８が図２（ａ）に示す第１の規制位置にあるものとする。この第１の規制位置では、ワイヤ２７は巻き胴１８に巻き取られて伸び切った状態にある。この図２（ａ）の位置から、フランジ８が反時計回り方向に回転してゆくと、ワイヤ２７は図２（ｂ）〜（ｆ）に示すように次第に巻き胴１８から巻き戻されてゆく。このとき、ワイヤ２７は真直ぐになろうとする弾発力を有しているため、巻き胴１８の外周面から離れるように緩み、やがてフレーム９の内周面に接しつつ巻き戻されてゆくようになる。
【００３１】
反時計回り方向に回転するフランジ８が図２（ｆ）に示す基準位置に至ると、以後、ワイヤ２７は、図２（ｇ）〜（ｋ）に示すように、巻き胴１８に次第に巻き取られてゆくようになる。このときも、ワイヤ２７は真直ぐになろうとする弾発力を有しているため、フレーム９の内周面や巻き胴１８の外周面に接しつつ巻き取られてゆく。
そして、図２（ｋ）に示すように、フランジ８が第２の規制位置に至ると、ワイヤ２７は巻き胴１８に巻き取られて伸び切った状態となる。その後、更に、フランジ８が反時計回り方向に回転しようとすると、伸び切った状態にあるワイヤ２７によってその第２の規制位置を超える回転が強制的に阻止され、巻き胴１８ひいてはフランジ８は第２の規制位置を超えることなく、そこで停止する。
【００３２】
フランジ８ひいては巻き胴１８が図２（ｋ）の第２の規制位置から図２（ｆ）の基準位置を経て図２（ａ）の第１の規制位置まで時計回り方向に回転する場合も、上述したと同様にして巻き胴１８から巻き戻され且つ巻き取られてゆく。そして、基準位置からα度だけ回転すると、ワイヤ２７が巻き胴１８に完全に巻き取られて伸び切った状態となり、フランジ８がそれ以上時計回り方向に回転しようすると、その回転が強制的に阻止されフランジ８が第１の規制位置を超えることなく、当該第１の規制位置で停止する。
【００３３】
ここで、図２（ｆ）に示す基準位置から図２（ａ）に示す第１の規制位置までの回転角度αおよび図２（ｆ）に示す基準位置から図２（ｋ）に示す第２の規制位置までの回転角度αと、ワイヤ２７の長さＬとの関係を、図７（ａ），（ｂ）に示す角度θ，β，δ（いずれも度）および長さＲ，Ｓ，ｌを用いて説明する。なお、図７の（ａ）は第１の基準位置、（ｂ）は基準位置での状態で示す。ここで、Ｒは巻き胴１８の半径ｒとワイヤ２７の太さｄの半分ｄ／２の和、つまり巻き胴１８に巻き取られたときのワイヤ２７の中心線の半径、Ｓは巻き胴１８の回転中心とローラ２８，２９の回転中心とが一直線に並んだときの両ローラ２８，２９の回転中心間の距離、ｌは第１の規制位置および第２の規制位置においてローラ２８の回転中心から半径Ｒの円に接線を引いたとき、当該ロ接線のーラ２８の回転中心と半径Ｒの円の接点との間の長さである。
【００３４】
図７（ａ）から明らかなように、ワイヤ２７の全長（両端部のローラ２８，２９の回転中心間の長さ）Ｌは、次の（１）式で表わされる。
Ｌ＝ｌ＋２πＲ・θ／３６０…（１）
従って、θ＝（Ｌ−ｌ）・３６０／２πＲ…（２）
【００３５】
次に、ＳとＲとβの関係は次の（３）式で示される。
ｃｏｓβ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｓ）…（３）
従って、βは次の（４）式で示される。
β＝ｃｏｓ-1（Ｒ／（Ｒ＋Ｓ））…（４）
また、ｔａｎβ＝ｌ／Ｒ…（５）、従って、ｌは次の（６）式で表わされる。
ｌ＝Ｒ・ｔａｎβ…（６）
また、θ＋（β−δ）＝３６０…（７）、であるから、δは次の（８）式で表わされる。
【００３６】
δ＝θ＋β−３６０…（８）
そして、前記回転角αは、次の（９）式で表わされる。
α＝３６０＋δ…（９）
上記（９）式に（８）式を代入すると、α＝θ＋β…（１０）、となる。この（１０）式に（２）式と（４）式を代入することによってαとＬとＳとの関係を示す次の（１１）式が求められる。
α＝（Ｌ−ｌ）・３６０／２πＲ＋ｃｏｓ-1（Ｒ／（Ｒ＋Ｓ））…（１１）
【００３７】
ＲとＳは既知であるから、αが決まれば、Ｌを求めることができる。なお、δはワイヤ２７が巻き胴１８の外周に一周以上巻かれないようにするために、βよりも小さい角度に定めることが好ましい。これは、ワイヤ２７が一周以上巻かれると、ワイヤ２７がローラ２８の上に巻かれるようになってαが不安定となるので、これを避けるためである。
【００３８】
このように本実施形態によれば、ワイヤ２７を巻き胴１８に巻き取らせることによってフランジ８が許容された所定の回転動作範囲を超えないように当該フランジ８の回転を規制することができる。しかも、ワイヤ２７をフレーム９の内部に収容して外部に露出しないようにすることができるので、ワイヤ２７がロボットの動作中に周辺の他の部材に引っ掛かったり、掃除をする際に作業の邪魔になったりするおそれがない。
【００３９】
また、フレーム９と継手軸１８との間には、ワイヤ２７を収容できる程度のスペースがあれば良いので、回転規制装置２６を配設するためにフレーム９を径大にして空間Ａを広げたりする必要がなく、ロボットの大型化を回避できる。
【００４０】
その上、ワイヤ２７の他端部に固着されているローラ２９の回転中心が巻き胴１８の回転中心Ｏから当該巻き胴１８の半径ｒにワイヤ２７の太さｄの１／２を加えた寸法だけオフセットされているので、ワイヤ２７が巻き胴１８に巻き取られたとき、当該ワイヤ２７が特にローラ２９との固着部分において巻き胴１８の外周面から浮き上がることがない。このため、ワイヤ２７の長さＬを定めることによってフランジ８の回転動作範囲を所望する角度に精度良く定めることができる。
【００４１】
更に、本実施形態の回転規制装置２６を、他の回転関節にも設けることにより、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム７、手首アーム７といったフランジ８以外の他の回転アームをそれぞれ別々に所定の回転動作範囲に規制することができる。
その上、ローラ２９の直径Ｄがワイヤ２７の太さｄよりも大きな寸法であると、図８（ｂ）に示すように、巻き胴１８の外周面にローラ２９の逃げ用凹部３４を設けねばならず、ワイヤ２７が伸び切る際に、この凹部３４の角３４ａに当たって摺れ切れ易くなるという不具合を生ずることが考えられる。しかしながら、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、そのような凹部３４を巻き胴１８の外周面に形成する必要がないので、ワイヤ２７が長寿命となる。ただし、本発明（請求項１）は、ローラ２８，２９の直径Ｄがワイヤ２７の太さｄを超えることを否定するものではない。
また、本実施形態では、ワイヤ２７が真直ぐになろうとする弾発力を有しているので、巻き胴１８から巻き戻されて緩んだ状態になっても、絡まったり、フレーム９の内周面に接したり、回転する巻き胴１８に接したりする機会が極力少なくなる。このため、ワイヤ２７が摩耗し難く、長寿命となる。
【００４２】
このように、ワイヤ２７が早期に摺り切れたりすることがなく、ワイヤ２７の寿命に対する信頼性が向上することは、ワイヤ２７がフレーム９の内側に収容されて外部から見えないことにより、カバーを取り外してフレーム９の内部を点検する回数を減少できるといった使用上の利便性を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
ワイヤ２７の一端部はフレーム９に限られず、フレーム９と一体の部材つまりフレーム９に固定された部材、例えばカバーに連結しても良い。また、ワイヤ２７の他端部は継手軸１８に限られず、内輪１３と一体に回転する部材、例えばフランジ８であっても良く、内輪１３に連結しても良い。
【００４４】
ワイヤ２７によるフランジ８の許容された回転動作範囲２αは、２回転＋２δ度を超えても、２回転＋２δ度未満でも、或いは２回転以下でも、１回転以下であっても良い。
ローラ２８，２９の外径は、ワイヤ２７の太さｄ未満であっても良い。
ワイヤ２７は撚り線に限られず、１本の線からなるものであっても良い。また、ワイヤ２７の材質はグラスファイバに限られない。更に、ワイヤはそのような自己弾発力を有するものに限られず、柔軟な紐であっても良い。
本発明は水平多関節型ロボットに適用しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
図面中、２はベース（リンク）、３はショルダ（リンク）、４は下アーム（リンク）、５は第１の上アーム（リンク）、６は第２の上アーム（リンク）、７は手首（リンク、一のリンク）、８はフランジ（リンク、他のリンク、回転リンク）、９はフレーム（外殻）、１２はクロスローラベアリング、１３は内輪（回転軸）、１４は外輪、１８は継手軸（回転軸と一体の部材、巻き胴）、２６は回転規制装置、２７はワイヤ、２７ａは細線、２８，２９はローラ（リング状連結部材）、２８ａ，２９ａは中央孔、２８ｂ，２９ｂは溝、３０，３１は段付きねじ（連結軸）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転リンクの許容された範囲を超える回転を強制的に停止させるロボットの回転規制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、多関節型ロボットでは、回転関節によって連結された複数のアーム（リンク）を備えており、各アームは、回転関節を中心にして回転（旋回）するようになっている。各アームには予め可動範囲が設定されており、通常は、駆動源であるモータの回転数制御によって可動範囲内での回転動作に規制されるのであるが、何らかの原因、例えば作業者がアームを強制的に可動範囲を超えて回転させようとしたような場合、その回転を機械的に阻止するために、特許文献１に見られるように回転規制装置が設けられている。
【０００３】
特許文献１の回転規制装置は、支持体に回転可能に設けられた第１回転軸に第１アームを取り付け、第１アームの先端部に回転可能に設けられた第２回転軸に第２アームを取り付けてなる水平多関節型ロボットにおいて、支持体から第１回転軸の側面、第１アームの側面、第２回転軸の側面を経て第２アームの側面の所定箇所まで延在するワイヤを設けて当該ワイヤの両端部を支持体と第２アームとに固定すると共に、第１アームおよび第２アームの側面にワイヤをスライド可能にガイドする第１ガイド部材および第２ガイド部材を設け、ワイヤが伸び切った状態を第１アームおよび第２アームの動作規制位置に設定するという構成のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものでは、ロボットの外面にワイヤを沿わせるので、ロボットの作業中にワイヤが他部材に引っ掛ったり、或いは、ロボットの掃除をするような場合に、ワイヤが邪魔になったりするという問題を生ずる。
また、特許文献１のものでは、支持体に対する第１アームの回転角と第１アームに対する第２アームの回転角との和が所定角度を超えると、ワイヤが伸び切って第１アームおよび第２アームの回転が強制的に停止される構成であるため、第１アームおよび第２アームの個々のアーム毎に回転角を所望の角度に規制することができない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワイヤによってリンクの回転動作範囲を規制するロボットの回転規制装置において、ワイヤをロボットの内部に収納でき、また、リンクの回転動作範囲をリンク毎に所望の角度に設定することができるロボットの回転規制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、ワイヤの両端部を、一のリンクの外殻と、当該一のリンクの外殻の内側に位置する巻き胴とに連結し、回転リンクの回転に伴ってワイヤが巻き胴に巻き取られて伸び切ることにより回転リンクの回転動作範囲を規制する構成であるので、ワイヤをロボットの内側に収容することができる。しかも、回転リンクを複数有するロボットであっても、回転リンク毎に、それぞれを所望の回転動作範囲に規制することができる。
【０００８】
また、連結軸の中心が、巻き胴の回転中心に対し、当該巻き胴の半径ｒにワイヤの太さｄの半分ｄ/２を加えた長さだけオフセットされているので、ワイヤが巻き胴に巻きつけられて伸び切った状態になったとき、リング状連結部材への連結部分が巻き胴の外周面から浮き上がらず、接触した状態となる。このため、ワイヤの長さを管理することで、回転リンクの回転動作範囲を所望の角度に設定し易くなる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、ワイヤを、当該ワイヤの太さと同一外径以下のリング状連結部材に連結するので、リング状連結部材の外径寸法がワイヤの太さよりも大きく、そのために巻き胴の外周面にリング状連結部材を逃がすための凹部を形成しなければならない場合とは異なり、巻き胴に形成された凹部の角部にワイヤが当たって摺り切れ易くなるといったワイヤの寿命を縮めるような事態は生じない。従って、ワイヤの寿命についての信頼性を高めることができ、ワイヤがリンクの外殻内に収容されて外部から見えないことについて生じる問題、例えばワイヤの点検のためのロボットの分解の高頻度化といった問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部の縦断面図
【図２】ワイヤの巻き戻しと巻取り過程を示す概略図
【図３】回転規制装置を示すもので、（ａ）はワイヤの両端を連結する支持片の正面図、（ｂ）は支持片にワイヤを連結した状態の断面図
【図４】回転規制装置の分解斜視図
【図５】細線の撚りを解いた状態で示すワイヤの端部の斜視図
【図６】ワイヤの端部へのローラの固着構成を示すもので、（ａ）はローラの径方向の断面、（ｂ）はローラの幅方向の断面図
【図７】巻き胴の回転動作範囲とワイヤの長さとの関係を説明するためのもので、（ａ）はワイヤが伸び切った第１の規制位置で示す図、（ｂ）は基準位置で示す図
【図８】本発明の効果を説明するための図で、（ａ）は本発明におけるワイヤの巻き胴への連結構成を示す断面図、（ｂ）はローラが径大であった場合のワイヤの巻き胴への連結構成を示す断面図
【図９】ロボットの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図９には、産業用ロボット１が示されている。この産業用ロボット１は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットからなるもので、ベース２と、このベース２に回転関節によって水平方向に回転可能に連結されたショルダ３と、このショルダ３に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された下アーム４と、この下アーム４に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された第１の上アーム５と、この第１の上アーム５の先端部に回転関節によって捻り回転可能に連結された第２の上アーム６と、この第２の上アーム６に回転関節によって上下方向に回転可能に連結された手首アーム７と、この手首アーム７に回転関節によって捻り回転可能に連結されたフランジ８とから構成されている。
【００１２】
上記ベース２、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム６、手首アーム７、フランジ８は、特許請求の範囲におけるリンクに相当する。また、回転関節によって連結された２つのリンクの関係において、ベース２側のリンクは特許請求の範囲における一のリンクに相当し、フランジ８側のリンクは特許請求の範囲における他のリンクに相当し且つ一のリンクに対して回転する回転リンクに相当する。つまり、ベース２とショルダ３との関係において、ベース２は一のリンクに相当し、ショルダ３は他のリンクに相当し、且つベース２に対して回転する回転リンクに相当する。以下、同様に、ショルダ３と下アーム４とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、下アーム４と第１の上アーム５とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第１の上アーム５と第２の上アーム６とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、第２の上アーム６と手首アーム７とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当し、手首アーム７とフランジ８とにおいて、前者は一のリンク、後者は他のリンクで且つ回転リンクに相当するものである。
【００１３】
図１には、フランジ８を手首アーム７に回転可能に連結する回転関節の構成が示されている。なお、他の回転関節も図１の回転関節と同様の構成となっている。図１に示すように、手首アーム７の主体を構成するフレーム９は筒形をなしている。このフレーム９には、内部に後述する波動歯車減速装置（減速装置）１０およびサーボモータ（駆動モータ）１１などを組み込むための開口部（図示せず）が形成されており、この開口部はカバーによって塞がれている。そして、これらフレーム９とカバーとによって手首アーム７の外殻が構成されている。
【００１４】
手首アーム７のフレーム９の先端部分の内側には、クロスローラベアリング１２が配設されている。このクロスローラベアリング１２は、内輪１３と、外輪１４と、この内輪１３および外輪１４間に回転自在に保持された複数のころ１５とから構成されている。外輪１４は、前記ころ１５の組み込みのために軸方向に第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとに分割されており、これら第１の外輪部１４ａと第２の外輪部１４ｂとはねじ１６により相互に連結されている。そして、この外輪１４はねじ１７により手首アーム７のフレーム９に固定されている。
【００１５】
このようなクロスローラベアリング１２の内輪１３は、回転関節の回転軸として機能し、外輪１４が手首アーム７のフレーム９に固定されることにより、当該手首アーム７に対して回転可能となっている。そして、この内輪１３に継手軸１８が宛がわれ、フランジ８がこの継手軸１８と共に１９によって内輪１３に固定されている。これにより、フランジ８が回転関節によって手首アーム７に回転可能に連結された状態となる。
【００１６】
サーボモータ１１は内輪１３ひいてはフランジ８を回転駆動するもので、このサーボモータ１１の回転は波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達される。波動歯車減速装置１０はハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる周知構成のもので、主要構成品として、内歯２０ａを有する環状のサーキュラスプライン２０と、外歯２１ａを有する弾性変形可能な有底円筒状のフレクスプライン２１と、弾性変形可能なウェーブジェネレータ２２と、楕円状カム２３とを有して構成されている。そして、フレクスプライン２１は、サーキュラスプライン２０の内側に配設されて、外歯２１ａを内歯２０ａに噛合させている。なお、外歯２１ａの数は内歯２０ａの数より例えば２つ少ない。
【００１７】
ウェーブジェネレータ２２は、フレクスプライン２１の内側に嵌合されている。このウェーブジェネレータ２２の内側に弾性変形可能に構成されたボールベアリング２４が装着され、このボールベアリング２４の内側に前記楕円状カム２３が嵌着されている。楕円状カム２３は、その中心部にボス部２３ａを有している。
【００１８】
以上の波動歯車減速装置１０において、楕円状カム２３が入力部で、フレクスプライン２１が出力部となっており、楕円状カム２３のボス部２３ａにフレーム９に固定されたサーボモータ１１の回転軸１１ａが連結され、フレクスプライン２１がクロスローラベアリング１２の内輪１３に連結されている。そして、サーボモータ１１が回転すると、その回転が波動歯車減速装置１０により減速されて内輪１３に伝達され、フランジ８が回転する。
【００１９】
フランジ８は、手首アーム７に対し、図２（ｆ）に示す基準位置から時計回り方向にα度回転した図２（ａ）の第１の規制位置と、図２（ｆ）に示す基準位置から反時計回り方向にα度回転した図２（ｋ）の第２の規制位置との間で回転可能になっている。本実施形態では、上記α度は（３６０＋δ）度に定められている。なお、αは（３６０＋δ）に限られない。δについては後述する。そして、フランジ８は、通常は第１の規制位置と第２の規制位置との間の所定の角度範囲おいて回転されるが、何らかの原因で第１の規制位置或いは第２の規制位置を超えて回転しようとすると、その回転は回転規制装置２６によって強制的に停止されるようになっている。
【００２０】
この回転規制装置２６は図３および図４に示されている。これら図３および図４のように、回転規制装置２６は、ワイヤ２７を主体とするもので、このワイヤ２７は、手首アーム７のフレーム９の内側であって前記継手軸１８の外側に位置する空間Ａ内に配設されており、一端部が手首アーム７のフレーム９に回転可能に連結され、他端部が継手軸１８に回転可能に連結されている。
【００２１】
このワイヤ２７のフレーム９および継手軸１８への連結構成を説明する。まず、ワイヤ２７は、複数本の例えばカーボンファイバー（細線）２７ａを撚り合わせた撚り線からなる。このワイヤ２７の両端部には、それぞれ中心孔２８ａ，２９ａを有したローラ（リング状連結部材）２８，２９が固着されている。なお、カーボンファイバー２７ａは、曲げられると真直ぐになろうとする弾発力を有する。
【００２２】
ワイヤ２７の両端部のローラ２８，２９への固着は次のようにして行われる。即ち、ローラ２８，２９の両端部において、図５に示すように、複数本のカーボンファイバー２７ａの撚りを解いて２組に分ける。この場合、カーボンファイバー２７ａの総本数が偶数（２ｎ；ｎは１以上の自然数）のとき、ｎ本ずつの２組に分ける。カーボンファイバー２７ａの総本数が奇数（２ｎ＋１）のとき、ｎ本とｎ＋１本の２組に分ける。ただし、必ずしもこのように正確に２分する必要はない。
【００２３】
一方、ローラ２８，２９は、図６に示すように、外径Ｄがワイヤ２７の太さ（直径ｄ）と同一寸法で、外周に溝２８ｂ，２９ｂを有している。溝２８ｂ，２９ｂは、カーボンファイバー２７ａの総数の半数以上、本実施形態では、カーボンファイバー２７ａの総本数が偶数（２ｎ）のとき、ｎ本のカーボンファイバー２７ａを収容できる断面積を有する大きさに形成され、カーボンファイバー２７ａの総本数が奇数（２ｎ＋１）のとき、ｎ＋１本のカーボンファイバー２７ａを収容できる断面積を有した大きさに形成されている。
【００２４】
そして、２組に分けられたカーボンファイバー２７ａの両端部を、図６（ａ）に示すように、それぞれローラ２８，２９の径方向両側から溝２８ｂ，２９ｂ内に収容して当該溝２８ｂ，２９ｂをほぼ半周させ、先端を切り揃えて互いに付き合わせた状態で溝２８ｂ，２９ｂ内に接着剤を注入することにより、カーボンファイバー２７ａをローラ２８，２９に固着する。この場合、溝２８ｂ，２９ｂ内のカーボンファイバー２７ａは、ローラ２８，２９の外周面から外側に出ないようにする。
【００２５】
このようにしてワイヤ２７の両端部にローラ２８，２９が固着されている。そして、各ローラ２８，２９の中心孔２８ｂ，２９ｂには、段付きねじ（連結軸）３０，３１が通される。段付きねじ３０，３１は、軸部３０ａ，３１ａの一端に径大な頭部３０ｂ、３１ｂ、他端に径小なねじ部３０ｃ，３１ｃを形成してなる。なお、軸部３０ａ，３１ａの長さ寸法は、ローラ２８，２９の長さ寸法より若干大きく定められている。また、頭部３０ｂ，３１ｂの外形寸法は、ローラ２８，２９の外形Ｄ以下に定められている。
【００２６】
フレーム９の円筒状の内周面および継手軸１８の円筒状の外周面には、それぞれ支持片３２，３３が突設されており、各支持片３２，３３にはねじ孔３２ａ，３３ａが形成されている。この場合、フレーム９の支持片３２のねじ孔３２ａおよび継手軸１８の支持片３３のねじ孔３３ａは、その中心がフレーム９の内周面および継手軸１８の外周面からワイヤ２７の太さｄの１／２だけ離れた位置となるように形成されている。
【００２７】
そして、段付きねじ３０，３１は、軸部３０ａ，３１ａがローラ２８，２９の中心孔２８ａ，２９ａに通され嵌合された状態で、ねじ部３２ｃ，３３ｃが支持片３２，３３のねじ孔３２ａ，３３ａに螺着されている。これにより、ローラ２８，２９を軸部３２ａ，３３ａで回転可能に支持した状態で段付きねじ３２，３３がそれぞれフレーム９および継手軸１８に固定され、ローラ２８，２９がフレーム９および継手軸１８に回転可能に取り付けられた状態となる。
【００２８】
このワイヤ２７の取り付け状態において、当該ワイヤ２７の他端部の段付きねじ３３は、図３に示すように、継手軸１８の回転中心Ｏに対し、当該継手軸１８の半径ｒにワイヤ２７の太さｄの半分ｄ／２を加えた長さだけオフセットされた状態となる。
【００２９】
このようにして両端部がフレーム９および継手軸１８に連結されたワイヤ２７は、継手軸１８によりフランジ８が時計回り方向および反時計回り方向に回転されると、継手軸１８を巻き胴としてその外周面に巻かれ或いはその外周面から巻き戻されるようになる。そして、フランジ８が基準位置から時計回り方向にα度および反時計回り方向にα度だけ回転して第１の規制位置および第２の規制位置に至ると、ワイヤ２７は継手軸１８に巻き取られて伸び切った状態となり、フランジ８がそれ以上時計回り方向および反時計回り方向に回転しようとすると、その回転がワイヤ２７によって強制的に停止される。なお、伸るとは、弾性的に伸びるという意味ではなく、ぴんと張って緊張した状態を伸び切った状態という。
【００３０】
以下にワイヤ２７によるフランジ８の強制停止過程を図２により説明する。以下の説明では、継手軸１８を巻き胴１８と称して説明する。今、フランジ８、従って巻き胴１８が図２（ａ）に示す第１の規制位置にあるものとする。この第１の規制位置では、ワイヤ２７は巻き胴１８に巻き取られて伸び切った状態にある。この図２（ａ）の位置から、フランジ８が反時計回り方向に回転してゆくと、ワイヤ２７は図２（ｂ）〜（ｆ）に示すように次第に巻き胴１８から巻き戻されてゆく。このとき、ワイヤ２７は真直ぐになろうとする弾発力を有しているため、巻き胴１８の外周面から離れるように緩み、やがてフレーム９の内周面に接しつつ巻き戻されてゆくようになる。
【００３１】
反時計回り方向に回転するフランジ８が図２（ｆ）に示す基準位置に至ると、以後、ワイヤ２７は、図２（ｇ）〜（ｋ）に示すように、巻き胴１８に次第に巻き取られてゆくようになる。このときも、ワイヤ２７は真直ぐになろうとする弾発力を有しているため、フレーム９の内周面や巻き胴１８の外周面に接しつつ巻き取られてゆく。
そして、図２（ｋ）に示すように、フランジ８が第２の規制位置に至ると、ワイヤ２７は巻き胴１８に巻き取られて伸び切った状態となる。その後、更に、フランジ８が反時計回り方向に回転しようとすると、伸び切った状態にあるワイヤ２７によってその第２の規制位置を超える回転が強制的に阻止され、巻き胴１８ひいてはフランジ８は第２の規制位置を超えることなく、そこで停止する。
【００３２】
フランジ８ひいては巻き胴１８が図２（ｋ）の第２の規制位置から図２（ｆ）の基準位置を経て図２（ａ）の第１の規制位置まで時計回り方向に回転する場合も、上述したと同様にして巻き胴１８から巻き戻され且つ巻き取られてゆく。そして、基準位置からα度だけ回転すると、ワイヤ２７が巻き胴１８に完全に巻き取られて伸び切った状態となり、フランジ８がそれ以上時計回り方向に回転しようすると、その回転が強制的に阻止されフランジ８が第１の規制位置を超えることなく、当該第１の規制位置で停止する。
【００３３】
ここで、図２（ｆ）に示す基準位置から図２（ａ）に示す第１の規制位置までの回転角度αおよび図２（ｆ）に示す基準位置から図２（ｋ）に示す第２の規制位置までの回転角度αと、ワイヤ２７の長さＬとの関係を、図７（ａ），（ｂ）に示す角度θ，β，δ（いずれも度）および長さＲ，Ｓ，ｌを用いて説明する。なお、図７の（ａ）は第１の基準位置、（ｂ）は基準位置での状態で示す。ここで、Ｒは巻き胴１８の半径ｒとワイヤ２７の太さｄの半分ｄ／２の和、つまり巻き胴１８に巻き取られたときのワイヤ２７の中心線の半径、Ｓは巻き胴１８の回転中心とローラ２８，２９の回転中心とが一直線に並んだときの両ローラ２８，２９の回転中心間の距離、ｌは第１の規制位置および第２の規制位置においてローラ２８の回転中心から半径Ｒの円に接線を引いたとき、当該ロ接線のーラ２８の回転中心と半径Ｒの円の接点との間の長さである。
【００３４】
図７（ａ）から明らかなように、ワイヤ２７の全長（両端部のローラ２８，２９の回転中心間の長さ）Ｌは、次の（１）式で表わされる。
Ｌ＝ｌ＋２πＲ・θ／３６０…（１）
従って、θ＝（Ｌ−ｌ）・３６０／２πＲ…（２）
【００３５】
次に、ＳとＲとβの関係は次の（３）式で示される。
ｃｏｓβ＝Ｒ／（Ｒ＋Ｓ）…（３）
従って、βは次の（４）式で示される。
β＝ｃｏｓ-1（Ｒ／（Ｒ＋Ｓ））…（４）
また、ｔａｎβ＝ｌ／Ｒ…（５）、従って、ｌは次の（６）式で表わされる。
ｌ＝Ｒ・ｔａｎβ…（６）
また、θ＋（β−δ）＝３６０…（７）、であるから、δは次の（８）式で表わされる。
【００３６】
δ＝θ＋β−３６０…（８）
そして、前記回転角αは、次の（９）式で表わされる。
α＝３６０＋δ…（９）
上記（９）式に（８）式を代入すると、α＝θ＋β…（１０）、となる。この（１０）式に（２）式と（４）式を代入することによってαとＬとＳとの関係を示す次の（１１）式が求められる。
α＝（Ｌ−ｌ）・３６０／２πＲ＋ｃｏｓ-1（Ｒ／（Ｒ＋Ｓ））…（１１）
【００３７】
ＲとＳは既知であるから、αが決まれば、Ｌを求めることができる。なお、δはワイヤ２７が巻き胴１８の外周に一周以上巻かれないようにするために、βよりも小さい角度に定めることが好ましい。これは、ワイヤ２７が一周以上巻かれると、ワイヤ２７がローラ２８の上に巻かれるようになってαが不安定となるので、これを避けるためである。
【００３８】
このように本実施形態によれば、ワイヤ２７を巻き胴１８に巻き取らせることによってフランジ８が許容された所定の回転動作範囲を超えないように当該フランジ８の回転を規制することができる。しかも、ワイヤ２７をフレーム９の内部に収容して外部に露出しないようにすることができるので、ワイヤ２７がロボットの動作中に周辺の他の部材に引っ掛かったり、掃除をする際に作業の邪魔になったりするおそれがない。
【００３９】
また、フレーム９と継手軸１８との間には、ワイヤ２７を収容できる程度のスペースがあれば良いので、回転規制装置２６を配設するためにフレーム９を径大にして空間Ａを広げたりする必要がなく、ロボットの大型化を回避できる。
【００４０】
その上、ワイヤ２７の他端部に固着されているローラ２９の回転中心が巻き胴１８の回転中心Ｏから当該巻き胴１８の半径ｒにワイヤ２７の太さｄの１／２を加えた寸法だけオフセットされているので、ワイヤ２７が巻き胴１８に巻き取られたとき、当該ワイヤ２７が特にローラ２９との固着部分において巻き胴１８の外周面から浮き上がることがない。このため、ワイヤ２７の長さＬを定めることによってフランジ８の回転動作範囲を所望する角度に精度良く定めることができる。
【００４１】
更に、本実施形態の回転規制装置２６を、他の回転関節にも設けることにより、ショルダ３、下アーム４、第１の上アーム５、第２の上アーム７、手首アーム７といったフランジ８以外の他の回転アームをそれぞれ別々に所定の回転動作範囲に規制することができる。
その上、ローラ２９の直径Ｄがワイヤ２７の太さｄよりも大きな寸法であると、図８（ｂ）に示すように、巻き胴１８の外周面にローラ２９の逃げ用凹部３４を設けねばならず、ワイヤ２７が伸び切る際に、この凹部３４の角３４ａに当たって摺れ切れ易くなるという不具合を生ずることが考えられる。しかしながら、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、そのような凹部３４を巻き胴１８の外周面に形成する必要がないので、ワイヤ２７が長寿命となる。ただし、本発明（請求項１）は、ローラ２８，２９の直径Ｄがワイヤ２７の太さｄを超えることを否定するものではない。
また、本実施形態では、ワイヤ２７が真直ぐになろうとする弾発力を有しているので、巻き胴１８から巻き戻されて緩んだ状態になっても、絡まったり、フレーム９の内周面に接したり、回転する巻き胴１８に接したりする機会が極力少なくなる。このため、ワイヤ２７が摩耗し難く、長寿命となる。
【００４２】
このように、ワイヤ２７が早期に摺り切れたりすることがなく、ワイヤ２７の寿命に対する信頼性が向上することは、ワイヤ２７がフレーム９の内側に収容されて外部から見えないことにより、カバーを取り外してフレーム９の内部を点検する回数を減少できるといった使用上の利便性を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
ワイヤ２７の一端部はフレーム９に限られず、フレーム９と一体の部材つまりフレーム９に固定された部材、例えばカバーに連結しても良い。また、ワイヤ２７の他端部は継手軸１８に限られず、内輪１３と一体に回転する部材、例えばフランジ８であっても良く、内輪１３に連結しても良い。
【００４４】
ワイヤ２７によるフランジ８の許容された回転動作範囲２αは、２回転＋２δ度を超えても、２回転＋２δ度未満でも、或いは２回転以下でも、１回転以下であっても良い。
ローラ２８，２９の外径は、ワイヤ２７の太さｄ未満であっても良い。
ワイヤ２７は撚り線に限られず、１本の線からなるものであっても良い。また、ワイヤ２７の材質はグラスファイバに限られない。更に、ワイヤはそのような自己弾発力を有するものに限られず、柔軟な紐であっても良い。
本発明は水平多関節型ロボットに適用しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
図面中、２はベース（リンク）、３はショルダ（リンク）、４は下アーム（リンク）、５は第１の上アーム（リンク）、６は第２の上アーム（リンク）、７は手首（リンク、一のリンク）、８はフランジ（リンク、他のリンク、回転リンク）、９はフレーム（外殻）、１２はクロスローラベアリング、１３は内輪（回転軸）、１４は外輪、１８は継手軸（回転軸と一体の部材、巻き胴）、２６は回転規制装置、２７はワイヤ、２７ａは細線、２８，２９はローラ（リング状連結部材）、２８ａ，２９ａは中央孔、２８ｂ，２９ｂは溝、３０，３１は段付きねじ（連結軸）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンクを関節により連結して構成されたロボットであって、前記複数のリンクのうち、少なくとも一のリンクに他のリンクを連結する関節を回転関節として当該他のリンクを前記一のリンクに対して回転する回転リンクとしたロボットにおいて、
前記一のリンクの外殻と、
前記一のリンクの外殻の内側に回転可能に支持され、前記回転リンクを取り付けた前記回転関節の回転軸と、
前記一のリンクの前記外殻の内側に配設され、一端部を前記外殻または当該外殻と一体の部材に連結し、他端部を前記回転軸または当該回転軸と一体の部材に連結し、前記回転リンクの回転に伴い、前記回転軸または当該回転軸と一体の部材を巻き胴として当該巻き胴の外周に巻取られて伸び切ることにより前記回転リンクの回転動作範囲を規制するワイヤとを具備し、
前記ワイヤの前記他端部は、当該他端部に取り付けられ中心孔を有したリング状連結部材を有し、
前記ワイヤは、前記巻き胴に固定された連結軸に前記リング状連結部材の前記中心孔を嵌合させることにより回転可能に前記巻取り胴に連結され、
前記連結軸の中心は、前記巻き胴の回転中心に対し、当該巻き胴の半径ｒに前記ワイヤの太さｄの半分ｄ/２を加えた長さだけオフセットされていることを特徴とするロボットの回転規制装置。
【請求項２】
前記ワイヤは、複数本の細線を撚り合わせた撚り線からなり、
前記リング状連結部材は、外径が前記ワイヤの太さと同一寸法以下の寸法で、外周に、前記ワイヤを構成する前記複数本の細線の半数以上の細線を収容可能な断面積の溝を有し、
前記ワイヤの前記他端部は、前記ワイヤを構成する複数本の前記細線を２組に分け、各組の細線を前記リング状連結部材の直径方向両側から前記溝内に収容して当該２組の細線を前記リング状連結部材に固着したことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転規制装置。
【請求項１】
複数のリンクを関節により連結して構成されたロボットであって、前記複数のリンクのうち、少なくとも一のリンクに他のリンクを連結する関節を回転関節として当該他のリンクを前記一のリンクに対して回転する回転リンクとしたロボットにおいて、
前記一のリンクの外殻と、
前記一のリンクの外殻の内側に回転可能に支持され、前記回転リンクを取り付けた前記回転関節の回転軸と、
前記一のリンクの前記外殻の内側に配設され、一端部を前記外殻または当該外殻と一体の部材に連結し、他端部を前記回転軸または当該回転軸と一体の部材に連結し、前記回転リンクの回転に伴い、前記回転軸または当該回転軸と一体の部材を巻き胴として当該巻き胴の外周に巻取られて伸び切ることにより前記回転リンクの回転動作範囲を規制するワイヤとを具備し、
前記ワイヤの前記他端部は、当該他端部に取り付けられ中心孔を有したリング状連結部材を有し、
前記ワイヤは、前記巻き胴に固定された連結軸に前記リング状連結部材の前記中心孔を嵌合させることにより回転可能に前記巻取り胴に連結され、
前記連結軸の中心は、前記巻き胴の回転中心に対し、当該巻き胴の半径ｒに前記ワイヤの太さｄの半分ｄ/２を加えた長さだけオフセットされていることを特徴とするロボットの回転規制装置。
【請求項２】
前記ワイヤは、複数本の細線を撚り合わせた撚り線からなり、
前記リング状連結部材は、外径が前記ワイヤの太さと同一寸法以下の寸法で、外周に、前記ワイヤを構成する前記複数本の細線の半数以上の細線を収容可能な断面積の溝を有し、
前記ワイヤの前記他端部は、前記ワイヤを構成する複数本の前記細線を２組に分け、各組の細線を前記リング状連結部材の直径方向両側から前記溝内に収容して当該２組の細線を前記リング状連結部材に固着したことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転規制装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５６０４７（Ｐ２０１２−５６０４７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０３０３６（Ｐ２０１０−２０３０３６）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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