多軸ロボットアーム
【課題】アームの姿勢が変化する場合であっても、線状部材の変形を大きく抑えることのできる多軸ロボットアームを提供する。
【解決手段】多関節ロボットアーム１は、アーム部材１０と、アーム部材１０同士を連結する関節軸１１と、を有するアーム８と、アーム部材１０に先端側と根元側とが支持される線状部材１７と、を備える多関節ロボットアーム１において、線状部材１７の根元側を支持するアーム部材１０Ｃに設置され、アーム８の動きに追従させるように線状部材１７の根元側を支持する追従支持装置２０を備え、追従支持装置２０は、アーム部材１０Ｃに固定されるアーム固定部２１と、線状部材１７を支持する線状部材支持部２２と、複数の追従可動軸２５を有し、固定部２１と線状部材支持部２２とを連結する追従可動部２３，２５と、追従可動軸２５を駆動する追従駆動手段２７と、を有する。
【解決手段】多関節ロボットアーム１は、アーム部材１０と、アーム部材１０同士を連結する関節軸１１と、を有するアーム８と、アーム部材１０に先端側と根元側とが支持される線状部材１７と、を備える多関節ロボットアーム１において、線状部材１７の根元側を支持するアーム部材１０Ｃに設置され、アーム８の動きに追従させるように線状部材１７の根元側を支持する追従支持装置２０を備え、追従支持装置２０は、アーム部材１０Ｃに固定されるアーム固定部２１と、線状部材１７を支持する線状部材支持部２２と、複数の追従可動軸２５を有し、固定部２１と線状部材支持部２２とを連結する追従可動部２３，２５と、追従可動軸２５を駆動する追従駆動手段２７と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の可動軸を有する多軸ロボットアームに関し、特に、アームにワイヤやケーブル等の線状部材が接続される構成の多軸ロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のロボットアームが提供されており、下記特許文献１〜３には、アーム先端に溶接用トーチが具備された溶接ロボットが開示されている。溶接ロボットには、溶接用トーチに供給するために、トーチケーブル内に通したワイヤをアーム先端へ向けて送り出すための送給装置が設置されており、このワイヤ送給装置は、アームの所定部分に設置されている。
【０００３】
ここで、溶接ロボットにおいては、溶接に適した位置へと順次アーム先端が自在に移動して溶接が行われる。アーム先端の移動は、アームの関節軸においてアーム部材が回転やスライドをすることで実現されるため、アームの移動により、上述したトーチケーブルに捩り、曲げ、引っ張り等の力が作用してしまう。
【０００４】
このような力が作用することでトーチケーブルが変形し、折れ曲がるような箇所が生じてしまうと、ワイヤをトーチケーブル内にスムーズに通すことができず、ワイヤの送給に支障が出るおそれがある。
【０００５】
このため、特許文献１乃至３においては、ワイヤ送給装置をアームに対してスライド可能に設置したり、アームに対して揺動可能に設置したりすることが開示されている。このように、ワイヤ送給装置をアームに対して移動可能に設置しておけば、トーチケーブルに過剰な力が作用した際に、トーチケーブルの動きに応じてワイヤ送給装置も移動することで、トーチケーブルに働く力を逃がして、ワイヤの送給に悪影響を与えるようなトーチケーブルの変形を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６７８９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２５４４０４号公報
【特許文献３】実開平５−６０６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜３に開示されているアームロボットでは、アーム先端が動くことでトーチケーブルに作用する力をケーブルの剛性によりワイヤ送給装置に伝達して、ワイヤ従動的にアームに対して移動させている。
【０００８】
このため、特許文献１〜３においては、トーチケーブルの形状や柔軟度等によってワイヤ送給装置に作用する力が大きく変化する。例えば、ケーブルが軟らかい場合には、アーム先端が移動してもワイヤ送給装置が十分に移動することができない。
【０００９】
また、ケーブルがある程度の剛性を有していたとしても、ケーブルは一般に変形しやすく、ケーブルの動きに従動するだけでは、アーム先端の動きに比べて、ワイヤ送給装置は僅かに動くだけになってしまう。これでは、ワイヤの送給に悪影響を与えるようなトーチケーブルの変形を抑えることは困難である。
【００１０】
このような問題は、溶接ロボットのトーチケーブルに限らず、アームロボットの溶接用トーチ等の作業ツールに、エネルギー、信号、物質等を供給するために用いられるケーブル、チューブ、パイプ等の線状部材全体に生じうる。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、アームの姿勢が変化する場合であっても、アーム部材に支持される線状部材の変形を大きく抑えることのできる多軸ロボットアームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る多軸ロボットアームは、少なくとも3つのアーム部材と、前記アーム部材同士を連結する少なくとも2つの可動軸と、を有する多軸アームと、前記アーム部材に先端側と根元側とが支持される線状部材であって、先端側を支持する前記アーム部材と、根元側を支持する前記アーム部材との間に少なくとも2つの前記可動軸が介在している線状部材と、を備える多軸ロボットアームにおいて、前記線状部材の根元側を支持する第一の前記アーム部材に設置され、前記多軸アームの動きに追従させるように前記線状部材の根元側を支持する追従支持装置を備え、前記追従支持装置は、前記第一のアーム部材に固定されるアーム固定部と、前記線状部材を支持する線状部材支持部と、複数の追従可動軸を有し、前記固定部と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する追従可動部と、前記追従可動軸を駆動するための追従駆動手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アームの姿勢が変化した場合であっても、追従支持装置により線状部材をアームの動きに追従させることで、線状部材の変形を大きく抑えることが可能な多軸ロボットアームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る追従支持装置の正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る追従支持装置の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る多軸ロボットアームである多関節ロボットアームについて説明する。本実施形態では、ろう付けにより金属を接合する溶接装置に用いられるロボットアームを例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの構成を示す図であり、図１（ａ）は、多関節ロボットアームの正面図、図１（ｂ）は、多関節ロボットアームの左側面図、図１（ｃ）は、多関節ロボットアームの右側面図である。なお、図１に示す姿勢が、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１の基本姿勢である。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部を拡大して示す拡大正面図である。図３及び図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【００１７】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１は、アーム８と、アーム８の先端部にろう材となるワイヤ１８を供給するワイヤ供給装置１５と、後述するワイヤ案内チューブ１７の根元側をアーム８の先端側の動きに追従させるための追従支持装置２０とを備えている。
【００１８】
アーム８は、床に設置されるスタンド５と、5つのアーム部材Ｂ−Ｆ１０Ｂ〜１０Ｆと、スタンド５を含むアーム部材１０同士を相対的に可動可能に連結する6つの関節軸Ａ−Ｆ１１Ａ〜１１Ｆと、アーム８の先端に設置されるトーチ１４とを備えている。なお、本実施形態では、スタンド５もアーム８を構成するアーム部材の一つである。
【００１９】
各関節軸１１は、各軸を駆動するための関節駆動アクチュエータＡ−Ｆ１３Ａ〜１３Ｆをそれぞれ備えている。但し、関節駆動アクチュエータＡ，Ｅ，Ｆについては、アーム８内部に設置されているため、図示を省略する。スタンド５は、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ａ１１Ａにより、地面に対して固定された土台に連結されており、関節駆動アクチュエータＡ１３Ａの駆動により、関節軸Ａ１１Ａ周りに旋回回動する。
【００２０】
アーム部材Ｂ１０Ｂは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｂ１１Ｂによってスタンド５に連結されており、関節駆動アクチュエータＢ１３Ｂの駆動により、関節軸Ｂ１１Ｂ周りに回動する。アーム部材Ｃ１０Ｃは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｃ１１Ｃによってアーム部材Ｂ１０Ｂに連結されており、関節駆動アクチュエータＣ１３Ｃの駆動により、関節軸Ｃ１１Ｃ周りに回動する。
【００２１】
アーム部材Ｄ１０Ｄは、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ｄ１１Ｄによってアーム部材Ｃ１０Ｃに連結されており、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動により、関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動する。アーム部材Ｅ１０Ｅは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｅ１１Ｅによってアーム部材Ｄ１０Ｄに連結されており、関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅの駆動により、関節軸Ｅ１１Ｅ周りに回動する。
【００２２】
アーム部材Ｆ１０Ｆは、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ｆ１１Ｆによってアーム部材Ｅ１０Ｅに連結されており、関節駆動アクチュエータＦ１３Ｆの駆動により、関節軸Ｆ１１Ｆ周りに回動する。アーム部材Ｆ１０Ｆの先端に、トーチ１４が設置されており、トーチ１４に供給されるワイヤ１８は、トーチ１４が発生する火炎によって加熱されて溶融する。なお、ここでは、トーチ１４への燃焼ガスの供給路や制御ケーブル等の図示を省略している。
【００２３】
なお、本実施形態では、アーム８の延在方向に垂直な回動軸であり、アーム８を手首のように折れ曲げるように動かす関節軸Ｂ，Ｃ，Ｅ１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｅを手首関節軸と称し、アーム８の延在方向に平行な回動軸であり、アーム８を延在方向周りに旋回するように動かす関節軸Ａ，Ｄ，Ｆ１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｆを旋回関節軸と称する。
【００２４】
ワイヤ供給装置１５は、ワイヤ送給装置１６と、ワイヤ案内チューブ１７と、ワイヤ１８とを備えている。ワイヤ１８は、図示しないワイヤロールにロール状に収容されており、このワイヤロールから引き出されたワイヤ１８がトーチ１４へと供給される。ワイヤ案内チューブ１７は、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在する中空の可撓性チューブである。
【００２５】
すなわち、ワイヤ案内チューブ１７の先端側がトーチ１４等を介してアーム部材Ｆ１０Ｆに支持され、根元側がワイヤ送給装置１６及び追従支持装置２０を介してアーム部材Ｃ１０Ｃに支持されている。ワイヤ案内チューブ１７の内部には、ワイヤ１８が挿通されている。
【００２６】
ワイヤ送給装置１６は、ワイヤ１８をトーチ１４へと送り出したり、引き戻したりするための駆動ローラーを有する駆動装置であり、追従支持装置２０を介して、アーム部材Ｃ１０Ｃに設置されている。
【００２７】
追従支持装置２０は、ワイヤ送給装置１６が設置されているアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側のアーム８の動きにワイヤ案内チューブ１７の根元側を追従させるように支持するめの装置であり、ワイヤ送給装置１６を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持している。
【００２８】
このように、ワイヤ案内チューブ１７をアーム８の先端の動きに追従させることで、アーム８の移動によってワイヤ案内チューブ１７に過大な曲げや捩りなどの変形が生じたり、ワイヤ案内チューブ１７が多関節ロボットアーム１周囲の周辺機器と干渉したりしてしまうことを防止することができる。
【００２９】
追従支持装置２０は、アーム固定枠２１と、送給装置支持枠２２と、中間枠２３と、追従可動軸Ａ，Ｂ２５Ａ，２５Ｂと、リンク機構Ａ，Ｂ２７Ａ，２７Ｂと、ワイヤガイド２９とを備えている。以下、図５〜図１０をさらに参照しながら、追従支持装置２０の構成について詳細に説明する。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図、図６は、本実施形態に係るロボットアームの上部拡大斜視図である。図５及び図６においては、リンク機構Ａ２７Ａの構成を分かり易くするために、ワイヤ送給装置１６、送給装置支持枠２２及びリンク機構Ｂ２７Ｂ等を除いて示している。
【００３１】
図７は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図、図８は、本実施形態に係るロボットアームの上部拡大斜視図である。図７及び図８においては、リンク機構Ｂ２７Ｂの構成を分かり易くするために、アーム固定枠２１、追従可動軸Ａ，Ｂ２５Ａ，２５Ｂ及びリンク機構Ａ２７Ａ等を除いて示している。
【００３２】
図９は、本実施形態に係る追従支持装置の正面図、図１０は、本実施形態に係る追従支持装置の斜視図である。
【００３３】
図６等に示すように、アーム固定枠２１は、アーム部材Ｃ１０Ｃの根元側端部（図６において、右下側端部）に固定されている。中間枠２３は、アーム部材Ｃ１０Ｃの延在方向に平行な回動軸である追従可動軸Ａ２５Ａによって、アーム固定枠２１に連結されている。中間枠２３は、リンク機構Ａ２７Ａによって駆動力を伝達供給されて、追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する。
【００３４】
図１０等に示すように、送給装置支持枠２２は、アーム部材Ｃ１０Ｃの延在方向に垂直な回動軸である追従可動軸Ｂ２５Ｂによって、中間枠２３に連結されており、リンク機構Ｂ２７Ｂによって駆動力を伝達供給され、追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに回動する。
【００３５】
ここで、追従可動軸Ａ２５Ａは、関節軸Ｄ１１Ｄに対応する追従軸であり、これと同一軸上の回動軸である。追従可動軸Ｂ２５Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅに対応する追従軸であり、関節軸Ｅ１１Ｅと平行な回動軸である。もちろん、追従可動軸Ａ２５Ａと関節軸Ｄ１１Ｄが偏心していても良い。
【００３６】
リンク機構Ａ２７Ａは、関節軸Ｄ１１Ｄを駆動させる関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動力を追従可動軸Ａ２５Ａに機械的に直接伝達する駆動力伝達部材である。リンク機構Ａ２７Ａは、高剛性の金属製の部材から構成され、その一端が関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動するアーム部材Ｄ１０Ｄに固定され、他端が追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する中間枠２３に固定されている。
【００３７】
これにより、リンク機構Ａ２７Ａは、アーム部材Ｄ１０Ｄと中間枠２３とが、関節軸Ｄ１１Ｄ及び追従可動軸Ａ２５Ａ周りに一体に動くように固定・連結する連結固定部材として機能する。すなわち、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動によりアーム部材Ｄ１０Ｄが関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回転すると、リンク機構Ａ２７Ａによって連結された中間枠２３も、追従回動軸Ａ２５Ａ周りにアーム部材Ｄ１０Ｄに追従して一体に同じ角度だけ回転する。
【００３８】
なお、中間枠２３が追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する際には、追従支持装置２０において、中間枠２３よりも先端側に設置されている追従可動軸Ｂ２５Ｂ、送給装置支持枠２２及びワイヤ送給装置１６も中間枠２３と一体に回動することになる。
【００３９】
リンク機構Ｂ２７Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅを駆動させる関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅの駆動力を追従可動軸Ｂ２５Ｂに機械的に伝達する駆動力伝達部材である。リンク機構Ｂ２７Ｂは、高剛性の金属製の部材を組み合わせて構成され、その一端が関節軸Ｅ１１Ｅ周りに回動するアーム部材Ｅ１０Ｅに固定され、他端が追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに回動する送給装置支持枠２２に固定されている。
【００４０】
但し、リンク機構Ｂ２７Ｂは、リンク機構Ａ２７Ａのようにアーム部材Ｄ１０Ｄと中間枠２３とを一体に固定して連結するのではなく、関節軸Ｅ１１Ｅ周りのアーム部材Ｅ１０Ｅの回転運動をいったん直線運動に変換し、この直線運動を追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りの送給装置支持枠２２の回転運動に再度変換して駆動力を伝達するように、アーム部材Ｅ１０Ｅと送給装置支持枠２２とを連結している。
【００４１】
このため、リンク機構Ｂ２７Ｂは、アーム部材Ｅ１０Ｅに固定されるアーム側固定部２７Ｂ−１と、直線運動を行うスライド部２７Ｂ−３と、送給装置支持枠２２に固定される追従側固定部２７Ｂ−５と、回転運動と直線運動とを変換するための5つの変換軸２７Ｂ−７と、を備えている（図７〜図１０参照）。
【００４２】
アーム側固定部２７Ｂ−１とスライド部２７Ｂ−３とは、3つの変換軸２７Ｂ−７によって連結されており、アーム部材Ｅ１０Ｅの関節軸Ｅ１１Ｅ周りの回転に伴ってアーム側固定部２７Ｂ−１が回転すると、スライド部２７Ｂ−３が直線運動を行う。スライド部２７Ｂ−３には、スライドユニット２７Ｂ−４が設置されており、スライド部２７Ｂ−３に固定されるレールと、リンク機構Ａ２７Ａ側に固定される二つのユニットとにより、スライド部２７Ｂ−３が直線運動をするように規制している。
【００４３】
スライド部２７Ｂ−３と追従側固定部２７Ｂ−５とは、2つの変換軸２７Ｂ−７によって連結されており、スライド部２７Ｂ−３が直線運動を行うと、追従側固定部２７Ｂ−５が回転運動を行う。なお、本実施形態では、追従側固定部２７Ｂ−５と変換軸２７Ｂ−７の一方がほぼ同じ場所に設置されている。
【００４４】
リンク機構Ｂ２７Ｂが追従する関節軸Ｅ１１Ｅは、アーム８の延在方向に垂直な方向の回動軸であり、アーム部材Ｅ１０Ｅの回転を回転運動のまま追従可動軸Ｂ２５Ｂに伝達しようとすると、リンク機構全体が回転運動することでアーム８から大きく離れてしまう場合が生じ、ロボットアーム１の操作性に支障をきたすおそれもある。これに対して、本実施形態のように、いったん直線運動に変換して回転運動を伝達することで、リンク機構をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態では、リンク機構Ｂ２７Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅの回転角と同じ角度だけ追従可動軸Ｂ２５Ｂにおいても回転するように駆動力を伝達するように構成されているが、変換軸２７Ｂ−７の位置等を調整することで、追従可動軸Ｂ２５Ｂ側の回転角度を適宜調整することもできる。
【００４６】
続いて、本実施形態では、主として、関節軸Ｆ１１Ｆが回転したときにワイヤ案内チューブ１７に作用する力のうち、捩りの動きにワイヤ案内チューブ１７が追従することができるように、ワイヤ案内チューブ１７は、回転自在にトーチ１４及びワイヤ送給装置１６に支持されている。
【００４７】
ワイヤガイド２９は、アーム部材Ｄ１０Ｄに一体に固定されたガイド部材であり、旋回関節軸である関節軸Ｄ１１Ｄ周りにアーム部材Ｄ１０Ｄやリンク機構Ａ２７Ａと一体となって回動する。ワイヤガイド２９は、二本の棒状部材に挟まれたスリット領域にワイヤ案内チューブ１７を通すことで、ワイヤ案内チューブ１７の位置を規制しており、ワイヤ案内チューブ１７もワイヤガイド２９等と一体となって、関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動する。
【００４８】
以上、ロボットアーム１の構成について説明したが、続いて、本実施形態における追従支持装置２０の動作について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。図１１〜図１３は、本実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【００４９】
図１１は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅにより関節軸Ｅ１１Ｅのみを駆動した状態を示しており、図１１（ａ）は、図中左回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示し、図１１（ｂ）は、図中右回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示している。
【００５０】
同図（ａ）に示すように、アーム部材Ｅ１０Ｅが左回りに回転したときには、リンク機構Ｂ２７Ｂによって、この回転力が送給装置支持枠２２へと伝達され、送給装置支持枠２２もアーム部材Ｅ１０Ｅに追従して追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに左回りに回転する。また、同図（ｂ）に示すように、アーム部材Ｅ１０Ｅが右回りに回転したときには、同じく送給装置支持枠２２も右回りに回転する。
【００５１】
送給装置支持枠２２がアーム部材Ｅ１０Ｅの動きに追従して回転しない場合には、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在するワイヤ案内チューブ１７において、ワイヤ送給装置１６側が固定端となるのに対して、トーチ１４側のみが図１１において左右方向に大きく移動するため、ワイヤ案内チューブ１７が折り曲げられたり、引っ張られたりする。
【００５２】
このため、ワイヤ案内チューブ１７内をワイヤ１８がスムーズに移動することができなくなって、溶接に支障が生じたり、ワイヤ案内チューブ１７に繰り返し大きなストレスがかかることで、チューブが劣化したりといった不具合が発生してしまう。
【００５３】
これに対して、本実施形態のように、送給装置支持枠２２をアーム部材Ｅ１０Ｅの動きに追従して動かすことで、ワイヤ案内チューブ１７に過大な変形が発生するのを抑え、良好なワイヤ１８の供給等を実現することができる。
【００５４】
続いて、図１２は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄにより関節軸Ｄ１１Ｄのみを駆動し、アーム部材Ｄ１０Ｄが関節軸Ｄ１１Ｄ周りに60°程度回転した状態を示している。また、回転方向は、アーム８先端側（図中、左側）から見た場合に、右回りである。
【００５５】
同図に示すように、アーム部材Ｄ１０Ｄが回転したときには、リンク機構Ａ２７Ａによって、この回転力が中間枠２３へと伝達され、中間枠２３もアーム部材Ｄ１０Ｄに追従して追従可動軸Ａ２５Ａ周りに一体となって回転する。
【００５６】
よって、中間枠２３がアーム部材Ｄ１０Ｄの動きに追従して回転しない場合には、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在するワイヤ案内チューブ１７において、ワイヤ送給装置１６側が固定端となるのに対して、トーチ側１４のみがアーム部材Ｄ１０Ｄと一緒に関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回転するため、ワイヤ案内チューブ１７に余計な力が作用してしまう。
【００５７】
これに対して、本実施形態のように、中間枠２３をアーム部材Ｄ１０Ｄの動きに追従して一体に動かすことで、ワイヤ案内チューブ１７に余計な力が作用するのを抑え、良好なワイヤ１８の供給等を実現することができる。
【００５８】
続いて、図１３は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＤ，Ｅ１３Ｄ，１３Ｅにより、関節軸Ｄ，Ｅ１１Ｄ，１１Ｅの双方を駆動した状態を示している。関節軸Ｄ，Ｅ１１Ｄ，１１Ｅのそれぞれの動きは、上述した図１１及び図１２に示した動きと同じであり、図１３（ａ）が、図中左回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示し、図１３（ｂ）が、図中右回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示している。
【００５９】
同図に示すように、アーム部材Ｄ，Ｅ１０Ｄ，１０Ｅの双方が各軸周りに回転した場合であっても、各アーム部材１０の動きに追従させて、中間枠２３及び送給装置支持枠２２を同じように回転させることで、ワイヤ案内チューブ１７に過剰な力が作用するのを防止することができる。
【００６０】
以上、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１について詳細に説明したが、本実施形態によれば、アーム８の先端側の姿勢変化の際に、ワイヤ案内チューブ１７の先端側がアーム部材Ｆ１０Ｆと一体に移動するのに対して、ワイヤ送給装置１６を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持する追従支持装置２０により、ワイヤ案内チューブ１７の根元側を追従移動させるように構成しているので、ワイヤ案内チューブ１７に過剰な折れや捩れが発生して、ワイヤ１８の送給に悪影響を及ぼすといったことを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る追従支持装置２０は、アーム８の所定の関節軸１１に対応して同じ動きをする追従可動軸２５を備え、この追従可動軸２５を介してワイヤ送給装置１６を追従させるように構成しているので、所定の関節軸１１周りのアーム部材１０の動きにほぼ正確にワイヤ送給装置１６を追従させることができ、アーム８の姿勢変化によるワイヤ案内チューブ１７の変形を最小限に抑えることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、ワイヤ送給装置１６及び追従支持装置２０を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持するアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、手首関節軸である関節軸Ｅ１１Ｅに対応して同じ動きをする追従可動軸Ｂ２５Ｂを追従支持装置２０に設置しているので、アーム８の姿勢変化によるワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６３】
旋回関節軸である関節軸Ｄ，Ｆ１１Ｄ，１１Ｆが駆動した場合、ワイヤ案内チューブ１７には主として捩りの変形が生じるのに対して、手首関節軸である関節軸Ｅ１１Ｅが駆動した場合には、ワイヤ案内チューブ１７には主として曲げの変形が生じる。ワイヤ１８の送給に支障を来すのは、ワイヤ案内チューブ１７に曲率の小さな曲げが生じたときであるため、本実施形態のように、アーム８側の関節軸１１のうち、少なくとも手首関節軸に対応する追従可動軸２５を追従支持装置２０に設置すれば、ワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、同じくアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、根元側に位置する関節軸Ｄ１１Ｄに対応して同じ動きをする追従可動軸Ａ２５Ａを追従支持装置２０に設置していることによっても、アーム８の姿勢変化によるワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６５】
一般に、アーム８の先端部からの距離が遠いほど、関節軸１１が駆動した際のアーム８先端部の移動距離が大きくなる。よって、アーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、先端側から最も離れる根元側の関節軸Ｄ１１Ｄに対応する追従可動軸Ａ２５Ａを設置することで、アーム８の姿勢変化によるワイヤ案内チューブ１７の変形を最小限に抑えることができる。
【００６６】
なお、追従支持装置２０に複数の追従可動軸２５を設置する場合の根元側から先端側への設置順序は、本実施形態のように、各追従可動軸２５が対応する関節軸１１のアーム８における設置順序と同じにするのが望ましい。所定の関節軸１１が駆動すると、当該関節軸１１よりも先端側に位置するアーム部材１０は全て当該関節軸１１周りに回転することになるため、追従支持装置２０側でも対応する関節軸１１と同じ順序で追従可動軸２５を根元側から設置しておくことで、追従支持装置２０の先端に位置するワイヤ送給装置１６をアーム８の先端部にスムーズに追従させることができる。
【００６７】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、多関節ロボットアームを構成する関節軸の数は複数であれば適宜変更可能である。
【００６８】
また、追従支持装置における追従関節軸の数も適宜変更可能であり、複数の関節軸の何れかに対応する追従可動軸を複数有していれば良い。また、追従支持装置を設置する場所も適宜変更可能であり、先端側に複数の関節軸が設置されるアーム部材であれば、適宜所定の位置のアーム部材に設置することができる。例えば、上記実施形態におけるアーム部材Ｂやアーム部材Ｃ、床面に対して固定されるスタンド（アーム部材）に設置しても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、アーム側の関節軸の駆動力を追従支持装置側の追従可動軸に伝達する手段として、アーム部材の動きを追従支持装置の枠に機械的に伝達するリンク機構を採用しているが、追従可動軸を駆動するためのアクチュエータを別途設置するようにしても良い。
【００７０】
この場合には、追従可動軸を関節軸の動きに追従させるための追従駆動手段として、関節駆動アクチュエータへの駆動指令信号を受けて追従可動軸を同様に駆動させるように制御する制御手段を設置したり、関節軸の動きを検知するセンサを設置すると共に、このセンサ信号に基づいて追従可動軸を関節軸と同様に駆動させるように制御する制御手段を設置したりする必要がある。
【００７１】
また、上記実施形態では、追従駆動手段としてのリンク機構が、関節軸の回転角度と同じ角度で追従可動軸が駆動するように動力を伝達しているが、関節軸と追従可動軸の回転角が１：１でなくても良く、例えば、追従可動軸の追従角度を関節軸の回転角の8割程度に設定するようにしても良い。
【００７２】
また、上記実施形態では、多軸ロボットアームを構成する可動軸が手首関節軸及び旋回関節軸である場合について説明したが、可動軸の一部がスライド軸の多軸ロボットアームであっても本発明を適用することができる。スライド軸の場合には、回転駆動力ではなく、スライド駆動力を伝達するように追従支持装置を構成する必要がある。
【００７３】
また、上記実施形態では、ろう付けにより金属を接合する溶接装置において用いられるロボットアームに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、ろう付け以外のアーク溶接等による他の溶接装置を始め、移載装置、切断装置、研磨装置等の種々の多軸アームロボットに本発明を適用することができる。
【００７４】
また、線状部材も溶接装置のワイヤ案内チューブに限らず、アームにエネルギー、信号、物質等を供給するために用いられるケーブル、チューブ、パイプ等、アームに接続される種々の線状部材に適用することができる。さらに、本実施形態では、線状部材の根元側をワイヤ送給装置及び追従支持装置を介してアーム部材で支持しているが、単なる中継支持部及び追従支持装置を介して線状部材の根元側を支持する構成であっても良いのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１ 多関節ロボットアーム
５ スタンド
８ アーム
１０ アーム部材
１１ 関節軸
１３ 関節駆動アクチュエータ
１４ トーチ
１５ ワイヤ供給装置
１６ ワイヤ送給装置
１７ ワイヤ案内チューブ
１８ ワイヤ
２０ 追従支持装置
２１ アーム固定枠
２２ 送給装置支持枠
２３ 中間枠
２５ 追従可動軸
２７ リンク機構
２９ ワイヤガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の可動軸を有する多軸ロボットアームに関し、特に、アームにワイヤやケーブル等の線状部材が接続される構成の多軸ロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、種々のロボットアームが提供されており、下記特許文献１〜３には、アーム先端に溶接用トーチが具備された溶接ロボットが開示されている。溶接ロボットには、溶接用トーチに供給するために、トーチケーブル内に通したワイヤをアーム先端へ向けて送り出すための送給装置が設置されており、このワイヤ送給装置は、アームの所定部分に設置されている。
【０００３】
ここで、溶接ロボットにおいては、溶接に適した位置へと順次アーム先端が自在に移動して溶接が行われる。アーム先端の移動は、アームの関節軸においてアーム部材が回転やスライドをすることで実現されるため、アームの移動により、上述したトーチケーブルに捩り、曲げ、引っ張り等の力が作用してしまう。
【０００４】
このような力が作用することでトーチケーブルが変形し、折れ曲がるような箇所が生じてしまうと、ワイヤをトーチケーブル内にスムーズに通すことができず、ワイヤの送給に支障が出るおそれがある。
【０００５】
このため、特許文献１乃至３においては、ワイヤ送給装置をアームに対してスライド可能に設置したり、アームに対して揺動可能に設置したりすることが開示されている。このように、ワイヤ送給装置をアームに対して移動可能に設置しておけば、トーチケーブルに過剰な力が作用した際に、トーチケーブルの動きに応じてワイヤ送給装置も移動することで、トーチケーブルに働く力を逃がして、ワイヤの送給に悪影響を与えるようなトーチケーブルの変形を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６７８９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２５４４０４号公報
【特許文献３】実開平５−６０６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜３に開示されているアームロボットでは、アーム先端が動くことでトーチケーブルに作用する力をケーブルの剛性によりワイヤ送給装置に伝達して、ワイヤ従動的にアームに対して移動させている。
【０００８】
このため、特許文献１〜３においては、トーチケーブルの形状や柔軟度等によってワイヤ送給装置に作用する力が大きく変化する。例えば、ケーブルが軟らかい場合には、アーム先端が移動してもワイヤ送給装置が十分に移動することができない。
【０００９】
また、ケーブルがある程度の剛性を有していたとしても、ケーブルは一般に変形しやすく、ケーブルの動きに従動するだけでは、アーム先端の動きに比べて、ワイヤ送給装置は僅かに動くだけになってしまう。これでは、ワイヤの送給に悪影響を与えるようなトーチケーブルの変形を抑えることは困難である。
【００１０】
このような問題は、溶接ロボットのトーチケーブルに限らず、アームロボットの溶接用トーチ等の作業ツールに、エネルギー、信号、物質等を供給するために用いられるケーブル、チューブ、パイプ等の線状部材全体に生じうる。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、アームの姿勢が変化する場合であっても、アーム部材に支持される線状部材の変形を大きく抑えることのできる多軸ロボットアームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る多軸ロボットアームは、少なくとも3つのアーム部材と、前記アーム部材同士を連結する少なくとも2つの可動軸と、を有する多軸アームと、前記アーム部材に先端側と根元側とが支持される線状部材であって、先端側を支持する前記アーム部材と、根元側を支持する前記アーム部材との間に少なくとも2つの前記可動軸が介在している線状部材と、を備える多軸ロボットアームにおいて、前記線状部材の根元側を支持する第一の前記アーム部材に設置され、前記多軸アームの動きに追従させるように前記線状部材の根元側を支持する追従支持装置を備え、前記追従支持装置は、前記第一のアーム部材に固定されるアーム固定部と、前記線状部材を支持する線状部材支持部と、複数の追従可動軸を有し、前記固定部と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する追従可動部と、前記追従可動軸を駆動するための追従駆動手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アームの姿勢が変化した場合であっても、追従支持装置により線状部材をアームの動きに追従させることで、線状部材の変形を大きく抑えることが可能な多軸ロボットアームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る追従支持装置の正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る追従支持装置の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る多軸ロボットアームである多関節ロボットアームについて説明する。本実施形態では、ろう付けにより金属を接合する溶接装置に用いられるロボットアームを例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの構成を示す図であり、図１（ａ）は、多関節ロボットアームの正面図、図１（ｂ）は、多関節ロボットアームの左側面図、図１（ｃ）は、多関節ロボットアームの右側面図である。なお、図１に示す姿勢が、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１の基本姿勢である。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部を拡大して示す拡大正面図である。図３及び図４は、本発明の実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大斜視図である。
【００１７】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１は、アーム８と、アーム８の先端部にろう材となるワイヤ１８を供給するワイヤ供給装置１５と、後述するワイヤ案内チューブ１７の根元側をアーム８の先端側の動きに追従させるための追従支持装置２０とを備えている。
【００１８】
アーム８は、床に設置されるスタンド５と、5つのアーム部材Ｂ−Ｆ１０Ｂ〜１０Ｆと、スタンド５を含むアーム部材１０同士を相対的に可動可能に連結する6つの関節軸Ａ−Ｆ１１Ａ〜１１Ｆと、アーム８の先端に設置されるトーチ１４とを備えている。なお、本実施形態では、スタンド５もアーム８を構成するアーム部材の一つである。
【００１９】
各関節軸１１は、各軸を駆動するための関節駆動アクチュエータＡ−Ｆ１３Ａ〜１３Ｆをそれぞれ備えている。但し、関節駆動アクチュエータＡ，Ｅ，Ｆについては、アーム８内部に設置されているため、図示を省略する。スタンド５は、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ａ１１Ａにより、地面に対して固定された土台に連結されており、関節駆動アクチュエータＡ１３Ａの駆動により、関節軸Ａ１１Ａ周りに旋回回動する。
【００２０】
アーム部材Ｂ１０Ｂは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｂ１１Ｂによってスタンド５に連結されており、関節駆動アクチュエータＢ１３Ｂの駆動により、関節軸Ｂ１１Ｂ周りに回動する。アーム部材Ｃ１０Ｃは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｃ１１Ｃによってアーム部材Ｂ１０Ｂに連結されており、関節駆動アクチュエータＣ１３Ｃの駆動により、関節軸Ｃ１１Ｃ周りに回動する。
【００２１】
アーム部材Ｄ１０Ｄは、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ｄ１１Ｄによってアーム部材Ｃ１０Ｃに連結されており、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動により、関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動する。アーム部材Ｅ１０Ｅは、アーム８の延在方向に垂直な回動軸である関節軸Ｅ１１Ｅによってアーム部材Ｄ１０Ｄに連結されており、関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅの駆動により、関節軸Ｅ１１Ｅ周りに回動する。
【００２２】
アーム部材Ｆ１０Ｆは、アーム８の延在方向に平行な回動軸である関節軸Ｆ１１Ｆによってアーム部材Ｅ１０Ｅに連結されており、関節駆動アクチュエータＦ１３Ｆの駆動により、関節軸Ｆ１１Ｆ周りに回動する。アーム部材Ｆ１０Ｆの先端に、トーチ１４が設置されており、トーチ１４に供給されるワイヤ１８は、トーチ１４が発生する火炎によって加熱されて溶融する。なお、ここでは、トーチ１４への燃焼ガスの供給路や制御ケーブル等の図示を省略している。
【００２３】
なお、本実施形態では、アーム８の延在方向に垂直な回動軸であり、アーム８を手首のように折れ曲げるように動かす関節軸Ｂ，Ｃ，Ｅ１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｅを手首関節軸と称し、アーム８の延在方向に平行な回動軸であり、アーム８を延在方向周りに旋回するように動かす関節軸Ａ，Ｄ，Ｆ１１Ａ，１１Ｄ，１１Ｆを旋回関節軸と称する。
【００２４】
ワイヤ供給装置１５は、ワイヤ送給装置１６と、ワイヤ案内チューブ１７と、ワイヤ１８とを備えている。ワイヤ１８は、図示しないワイヤロールにロール状に収容されており、このワイヤロールから引き出されたワイヤ１８がトーチ１４へと供給される。ワイヤ案内チューブ１７は、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在する中空の可撓性チューブである。
【００２５】
すなわち、ワイヤ案内チューブ１７の先端側がトーチ１４等を介してアーム部材Ｆ１０Ｆに支持され、根元側がワイヤ送給装置１６及び追従支持装置２０を介してアーム部材Ｃ１０Ｃに支持されている。ワイヤ案内チューブ１７の内部には、ワイヤ１８が挿通されている。
【００２６】
ワイヤ送給装置１６は、ワイヤ１８をトーチ１４へと送り出したり、引き戻したりするための駆動ローラーを有する駆動装置であり、追従支持装置２０を介して、アーム部材Ｃ１０Ｃに設置されている。
【００２７】
追従支持装置２０は、ワイヤ送給装置１６が設置されているアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側のアーム８の動きにワイヤ案内チューブ１７の根元側を追従させるように支持するめの装置であり、ワイヤ送給装置１６を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持している。
【００２８】
このように、ワイヤ案内チューブ１７をアーム８の先端の動きに追従させることで、アーム８の移動によってワイヤ案内チューブ１７に過大な曲げや捩りなどの変形が生じたり、ワイヤ案内チューブ１７が多関節ロボットアーム１周囲の周辺機器と干渉したりしてしまうことを防止することができる。
【００２９】
追従支持装置２０は、アーム固定枠２１と、送給装置支持枠２２と、中間枠２３と、追従可動軸Ａ，Ｂ２５Ａ，２５Ｂと、リンク機構Ａ，Ｂ２７Ａ，２７Ｂと、ワイヤガイド２９とを備えている。以下、図５〜図１０をさらに参照しながら、追従支持装置２０の構成について詳細に説明する。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図、図６は、本実施形態に係るロボットアームの上部拡大斜視図である。図５及び図６においては、リンク機構Ａ２７Ａの構成を分かり易くするために、ワイヤ送給装置１６、送給装置支持枠２２及びリンク機構Ｂ２７Ｂ等を除いて示している。
【００３１】
図７は、本実施形態に係る多関節ロボットアームの上部拡大正面図、図８は、本実施形態に係るロボットアームの上部拡大斜視図である。図７及び図８においては、リンク機構Ｂ２７Ｂの構成を分かり易くするために、アーム固定枠２１、追従可動軸Ａ，Ｂ２５Ａ，２５Ｂ及びリンク機構Ａ２７Ａ等を除いて示している。
【００３２】
図９は、本実施形態に係る追従支持装置の正面図、図１０は、本実施形態に係る追従支持装置の斜視図である。
【００３３】
図６等に示すように、アーム固定枠２１は、アーム部材Ｃ１０Ｃの根元側端部（図６において、右下側端部）に固定されている。中間枠２３は、アーム部材Ｃ１０Ｃの延在方向に平行な回動軸である追従可動軸Ａ２５Ａによって、アーム固定枠２１に連結されている。中間枠２３は、リンク機構Ａ２７Ａによって駆動力を伝達供給されて、追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する。
【００３４】
図１０等に示すように、送給装置支持枠２２は、アーム部材Ｃ１０Ｃの延在方向に垂直な回動軸である追従可動軸Ｂ２５Ｂによって、中間枠２３に連結されており、リンク機構Ｂ２７Ｂによって駆動力を伝達供給され、追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに回動する。
【００３５】
ここで、追従可動軸Ａ２５Ａは、関節軸Ｄ１１Ｄに対応する追従軸であり、これと同一軸上の回動軸である。追従可動軸Ｂ２５Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅに対応する追従軸であり、関節軸Ｅ１１Ｅと平行な回動軸である。もちろん、追従可動軸Ａ２５Ａと関節軸Ｄ１１Ｄが偏心していても良い。
【００３６】
リンク機構Ａ２７Ａは、関節軸Ｄ１１Ｄを駆動させる関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動力を追従可動軸Ａ２５Ａに機械的に直接伝達する駆動力伝達部材である。リンク機構Ａ２７Ａは、高剛性の金属製の部材から構成され、その一端が関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動するアーム部材Ｄ１０Ｄに固定され、他端が追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する中間枠２３に固定されている。
【００３７】
これにより、リンク機構Ａ２７Ａは、アーム部材Ｄ１０Ｄと中間枠２３とが、関節軸Ｄ１１Ｄ及び追従可動軸Ａ２５Ａ周りに一体に動くように固定・連結する連結固定部材として機能する。すなわち、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄの駆動によりアーム部材Ｄ１０Ｄが関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回転すると、リンク機構Ａ２７Ａによって連結された中間枠２３も、追従回動軸Ａ２５Ａ周りにアーム部材Ｄ１０Ｄに追従して一体に同じ角度だけ回転する。
【００３８】
なお、中間枠２３が追従可動軸Ａ２５Ａ周りに回動する際には、追従支持装置２０において、中間枠２３よりも先端側に設置されている追従可動軸Ｂ２５Ｂ、送給装置支持枠２２及びワイヤ送給装置１６も中間枠２３と一体に回動することになる。
【００３９】
リンク機構Ｂ２７Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅを駆動させる関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅの駆動力を追従可動軸Ｂ２５Ｂに機械的に伝達する駆動力伝達部材である。リンク機構Ｂ２７Ｂは、高剛性の金属製の部材を組み合わせて構成され、その一端が関節軸Ｅ１１Ｅ周りに回動するアーム部材Ｅ１０Ｅに固定され、他端が追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに回動する送給装置支持枠２２に固定されている。
【００４０】
但し、リンク機構Ｂ２７Ｂは、リンク機構Ａ２７Ａのようにアーム部材Ｄ１０Ｄと中間枠２３とを一体に固定して連結するのではなく、関節軸Ｅ１１Ｅ周りのアーム部材Ｅ１０Ｅの回転運動をいったん直線運動に変換し、この直線運動を追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りの送給装置支持枠２２の回転運動に再度変換して駆動力を伝達するように、アーム部材Ｅ１０Ｅと送給装置支持枠２２とを連結している。
【００４１】
このため、リンク機構Ｂ２７Ｂは、アーム部材Ｅ１０Ｅに固定されるアーム側固定部２７Ｂ−１と、直線運動を行うスライド部２７Ｂ−３と、送給装置支持枠２２に固定される追従側固定部２７Ｂ−５と、回転運動と直線運動とを変換するための5つの変換軸２７Ｂ−７と、を備えている（図７〜図１０参照）。
【００４２】
アーム側固定部２７Ｂ−１とスライド部２７Ｂ−３とは、3つの変換軸２７Ｂ−７によって連結されており、アーム部材Ｅ１０Ｅの関節軸Ｅ１１Ｅ周りの回転に伴ってアーム側固定部２７Ｂ−１が回転すると、スライド部２７Ｂ−３が直線運動を行う。スライド部２７Ｂ−３には、スライドユニット２７Ｂ−４が設置されており、スライド部２７Ｂ−３に固定されるレールと、リンク機構Ａ２７Ａ側に固定される二つのユニットとにより、スライド部２７Ｂ−３が直線運動をするように規制している。
【００４３】
スライド部２７Ｂ−３と追従側固定部２７Ｂ−５とは、2つの変換軸２７Ｂ−７によって連結されており、スライド部２７Ｂ−３が直線運動を行うと、追従側固定部２７Ｂ−５が回転運動を行う。なお、本実施形態では、追従側固定部２７Ｂ−５と変換軸２７Ｂ−７の一方がほぼ同じ場所に設置されている。
【００４４】
リンク機構Ｂ２７Ｂが追従する関節軸Ｅ１１Ｅは、アーム８の延在方向に垂直な方向の回動軸であり、アーム部材Ｅ１０Ｅの回転を回転運動のまま追従可動軸Ｂ２５Ｂに伝達しようとすると、リンク機構全体が回転運動することでアーム８から大きく離れてしまう場合が生じ、ロボットアーム１の操作性に支障をきたすおそれもある。これに対して、本実施形態のように、いったん直線運動に変換して回転運動を伝達することで、リンク機構をコンパクトに構成することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態では、リンク機構Ｂ２７Ｂは、関節軸Ｅ１１Ｅの回転角と同じ角度だけ追従可動軸Ｂ２５Ｂにおいても回転するように駆動力を伝達するように構成されているが、変換軸２７Ｂ−７の位置等を調整することで、追従可動軸Ｂ２５Ｂ側の回転角度を適宜調整することもできる。
【００４６】
続いて、本実施形態では、主として、関節軸Ｆ１１Ｆが回転したときにワイヤ案内チューブ１７に作用する力のうち、捩りの動きにワイヤ案内チューブ１７が追従することができるように、ワイヤ案内チューブ１７は、回転自在にトーチ１４及びワイヤ送給装置１６に支持されている。
【００４７】
ワイヤガイド２９は、アーム部材Ｄ１０Ｄに一体に固定されたガイド部材であり、旋回関節軸である関節軸Ｄ１１Ｄ周りにアーム部材Ｄ１０Ｄやリンク機構Ａ２７Ａと一体となって回動する。ワイヤガイド２９は、二本の棒状部材に挟まれたスリット領域にワイヤ案内チューブ１７を通すことで、ワイヤ案内チューブ１７の位置を規制しており、ワイヤ案内チューブ１７もワイヤガイド２９等と一体となって、関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回動する。
【００４８】
以上、ロボットアーム１の構成について説明したが、続いて、本実施形態における追従支持装置２０の動作について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。図１１〜図１３は、本実施形態に係る追従支持装置が動作した状態の多関節ロボットアームの正面図である。
【００４９】
図１１は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＥ１３Ｅにより関節軸Ｅ１１Ｅのみを駆動した状態を示しており、図１１（ａ）は、図中左回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示し、図１１（ｂ）は、図中右回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示している。
【００５０】
同図（ａ）に示すように、アーム部材Ｅ１０Ｅが左回りに回転したときには、リンク機構Ｂ２７Ｂによって、この回転力が送給装置支持枠２２へと伝達され、送給装置支持枠２２もアーム部材Ｅ１０Ｅに追従して追従可動軸Ｂ２５Ｂ周りに左回りに回転する。また、同図（ｂ）に示すように、アーム部材Ｅ１０Ｅが右回りに回転したときには、同じく送給装置支持枠２２も右回りに回転する。
【００５１】
送給装置支持枠２２がアーム部材Ｅ１０Ｅの動きに追従して回転しない場合には、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在するワイヤ案内チューブ１７において、ワイヤ送給装置１６側が固定端となるのに対して、トーチ１４側のみが図１１において左右方向に大きく移動するため、ワイヤ案内チューブ１７が折り曲げられたり、引っ張られたりする。
【００５２】
このため、ワイヤ案内チューブ１７内をワイヤ１８がスムーズに移動することができなくなって、溶接に支障が生じたり、ワイヤ案内チューブ１７に繰り返し大きなストレスがかかることで、チューブが劣化したりといった不具合が発生してしまう。
【００５３】
これに対して、本実施形態のように、送給装置支持枠２２をアーム部材Ｅ１０Ｅの動きに追従して動かすことで、ワイヤ案内チューブ１７に過大な変形が発生するのを抑え、良好なワイヤ１８の供給等を実現することができる。
【００５４】
続いて、図１２は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＤ１３Ｄにより関節軸Ｄ１１Ｄのみを駆動し、アーム部材Ｄ１０Ｄが関節軸Ｄ１１Ｄ周りに60°程度回転した状態を示している。また、回転方向は、アーム８先端側（図中、左側）から見た場合に、右回りである。
【００５５】
同図に示すように、アーム部材Ｄ１０Ｄが回転したときには、リンク機構Ａ２７Ａによって、この回転力が中間枠２３へと伝達され、中間枠２３もアーム部材Ｄ１０Ｄに追従して追従可動軸Ａ２５Ａ周りに一体となって回転する。
【００５６】
よって、中間枠２３がアーム部材Ｄ１０Ｄの動きに追従して回転しない場合には、ワイヤ送給装置１６とアーム８先端のトーチ１４との間に介在するワイヤ案内チューブ１７において、ワイヤ送給装置１６側が固定端となるのに対して、トーチ側１４のみがアーム部材Ｄ１０Ｄと一緒に関節軸Ｄ１１Ｄ周りに回転するため、ワイヤ案内チューブ１７に余計な力が作用してしまう。
【００５７】
これに対して、本実施形態のように、中間枠２３をアーム部材Ｄ１０Ｄの動きに追従して一体に動かすことで、ワイヤ案内チューブ１７に余計な力が作用するのを抑え、良好なワイヤ１８の供給等を実現することができる。
【００５８】
続いて、図１３は、図１に示す多関節ロボットアーム１の基本姿勢から、関節駆動アクチュエータＤ，Ｅ１３Ｄ，１３Ｅにより、関節軸Ｄ，Ｅ１１Ｄ，１１Ｅの双方を駆動した状態を示している。関節軸Ｄ，Ｅ１１Ｄ，１１Ｅのそれぞれの動きは、上述した図１１及び図１２に示した動きと同じであり、図１３（ａ）が、図中左回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示し、図１３（ｂ）が、図中右回りにアーム部材Ｅ１０Ｅを回転させた状態を示している。
【００５９】
同図に示すように、アーム部材Ｄ，Ｅ１０Ｄ，１０Ｅの双方が各軸周りに回転した場合であっても、各アーム部材１０の動きに追従させて、中間枠２３及び送給装置支持枠２２を同じように回転させることで、ワイヤ案内チューブ１７に過剰な力が作用するのを防止することができる。
【００６０】
以上、本実施形態に係る多関節ロボットアーム１について詳細に説明したが、本実施形態によれば、アーム８の先端側の姿勢変化の際に、ワイヤ案内チューブ１７の先端側がアーム部材Ｆ１０Ｆと一体に移動するのに対して、ワイヤ送給装置１６を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持する追従支持装置２０により、ワイヤ案内チューブ１７の根元側を追従移動させるように構成しているので、ワイヤ案内チューブ１７に過剰な折れや捩れが発生して、ワイヤ１８の送給に悪影響を及ぼすといったことを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る追従支持装置２０は、アーム８の所定の関節軸１１に対応して同じ動きをする追従可動軸２５を備え、この追従可動軸２５を介してワイヤ送給装置１６を追従させるように構成しているので、所定の関節軸１１周りのアーム部材１０の動きにほぼ正確にワイヤ送給装置１６を追従させることができ、アーム８の姿勢変化によるワイヤ案内チューブ１７の変形を最小限に抑えることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、ワイヤ送給装置１６及び追従支持装置２０を介してワイヤ案内チューブ１７の根元側を支持するアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、手首関節軸である関節軸Ｅ１１Ｅに対応して同じ動きをする追従可動軸Ｂ２５Ｂを追従支持装置２０に設置しているので、アーム８の姿勢変化によるワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６３】
旋回関節軸である関節軸Ｄ，Ｆ１１Ｄ，１１Ｆが駆動した場合、ワイヤ案内チューブ１７には主として捩りの変形が生じるのに対して、手首関節軸である関節軸Ｅ１１Ｅが駆動した場合には、ワイヤ案内チューブ１７には主として曲げの変形が生じる。ワイヤ１８の送給に支障を来すのは、ワイヤ案内チューブ１７に曲率の小さな曲げが生じたときであるため、本実施形態のように、アーム８側の関節軸１１のうち、少なくとも手首関節軸に対応する追従可動軸２５を追従支持装置２０に設置すれば、ワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、同じくアーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、根元側に位置する関節軸Ｄ１１Ｄに対応して同じ動きをする追従可動軸Ａ２５Ａを追従支持装置２０に設置していることによっても、アーム８の姿勢変化によるワイヤ１８の送給への悪影響を大きく抑えることができる。
【００６５】
一般に、アーム８の先端部からの距離が遠いほど、関節軸１１が駆動した際のアーム８先端部の移動距離が大きくなる。よって、アーム部材Ｃ１０Ｃよりも先端側に位置する関節軸Ｄ−Ｆ１１Ｄ〜１１Ｆのうち、先端側から最も離れる根元側の関節軸Ｄ１１Ｄに対応する追従可動軸Ａ２５Ａを設置することで、アーム８の姿勢変化によるワイヤ案内チューブ１７の変形を最小限に抑えることができる。
【００６６】
なお、追従支持装置２０に複数の追従可動軸２５を設置する場合の根元側から先端側への設置順序は、本実施形態のように、各追従可動軸２５が対応する関節軸１１のアーム８における設置順序と同じにするのが望ましい。所定の関節軸１１が駆動すると、当該関節軸１１よりも先端側に位置するアーム部材１０は全て当該関節軸１１周りに回転することになるため、追従支持装置２０側でも対応する関節軸１１と同じ順序で追従可動軸２５を根元側から設置しておくことで、追従支持装置２０の先端に位置するワイヤ送給装置１６をアーム８の先端部にスムーズに追従させることができる。
【００６７】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、多関節ロボットアームを構成する関節軸の数は複数であれば適宜変更可能である。
【００６８】
また、追従支持装置における追従関節軸の数も適宜変更可能であり、複数の関節軸の何れかに対応する追従可動軸を複数有していれば良い。また、追従支持装置を設置する場所も適宜変更可能であり、先端側に複数の関節軸が設置されるアーム部材であれば、適宜所定の位置のアーム部材に設置することができる。例えば、上記実施形態におけるアーム部材Ｂやアーム部材Ｃ、床面に対して固定されるスタンド（アーム部材）に設置しても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、アーム側の関節軸の駆動力を追従支持装置側の追従可動軸に伝達する手段として、アーム部材の動きを追従支持装置の枠に機械的に伝達するリンク機構を採用しているが、追従可動軸を駆動するためのアクチュエータを別途設置するようにしても良い。
【００７０】
この場合には、追従可動軸を関節軸の動きに追従させるための追従駆動手段として、関節駆動アクチュエータへの駆動指令信号を受けて追従可動軸を同様に駆動させるように制御する制御手段を設置したり、関節軸の動きを検知するセンサを設置すると共に、このセンサ信号に基づいて追従可動軸を関節軸と同様に駆動させるように制御する制御手段を設置したりする必要がある。
【００７１】
また、上記実施形態では、追従駆動手段としてのリンク機構が、関節軸の回転角度と同じ角度で追従可動軸が駆動するように動力を伝達しているが、関節軸と追従可動軸の回転角が１：１でなくても良く、例えば、追従可動軸の追従角度を関節軸の回転角の8割程度に設定するようにしても良い。
【００７２】
また、上記実施形態では、多軸ロボットアームを構成する可動軸が手首関節軸及び旋回関節軸である場合について説明したが、可動軸の一部がスライド軸の多軸ロボットアームであっても本発明を適用することができる。スライド軸の場合には、回転駆動力ではなく、スライド駆動力を伝達するように追従支持装置を構成する必要がある。
【００７３】
また、上記実施形態では、ろう付けにより金属を接合する溶接装置において用いられるロボットアームに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、ろう付け以外のアーク溶接等による他の溶接装置を始め、移載装置、切断装置、研磨装置等の種々の多軸アームロボットに本発明を適用することができる。
【００７４】
また、線状部材も溶接装置のワイヤ案内チューブに限らず、アームにエネルギー、信号、物質等を供給するために用いられるケーブル、チューブ、パイプ等、アームに接続される種々の線状部材に適用することができる。さらに、本実施形態では、線状部材の根元側をワイヤ送給装置及び追従支持装置を介してアーム部材で支持しているが、単なる中継支持部及び追従支持装置を介して線状部材の根元側を支持する構成であっても良いのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１ 多関節ロボットアーム
５ スタンド
８ アーム
１０ アーム部材
１１ 関節軸
１３ 関節駆動アクチュエータ
１４ トーチ
１５ ワイヤ供給装置
１６ ワイヤ送給装置
１７ ワイヤ案内チューブ
１８ ワイヤ
２０ 追従支持装置
２１ アーム固定枠
２２ 送給装置支持枠
２３ 中間枠
２５ 追従可動軸
２７ リンク機構
２９ ワイヤガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも3つのアーム部材と、前記アーム部材同士を連結する少なくとも2つの可動軸と、を有する多軸アームと、
前記アーム部材に先端側と根元側とが支持される線状部材であって、先端側を支持する前記アーム部材と、根元側を支持する前記アーム部材との間に少なくとも2つの前記可動軸が介在している線状部材と、を備える多軸ロボットアームにおいて、
前記線状部材の根元側を支持する第一の前記アーム部材に設置され、前記多軸アームの動きに追従させるように前記線状部材の根元側を支持する追従支持装置を備え、
前記追従支持装置は、
前記第一のアーム部材に固定されるアーム固定部と、
前記線状部材を支持する線状部材支持部と、
複数の追従可動軸を有し、前記固定部と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する追従可動部と、
前記追従可動軸を駆動するための追従駆動手段と、を有することを特徴とする多軸ロボットアーム。
【請求項２】
前記追従可動部は、
中間部材と、
前記アーム固定部と前記中間部材とを相対的に移動可能に連結する第一の前記追従可動軸と、
前記中間部材と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する第二の前記追従可動軸と、を備えることを特徴とする請求項１記載の多軸ロボットアーム。
【請求項３】
前記追従駆動手段は、前記可動軸における駆動力を前記追従可動軸における駆動力として機械的に伝達するために、前記アーム部材と前記中間部材又は前記線状部材支持部とを連結するリンク機構を備えることを特徴とする請求項２記載の多軸ロボットアーム。
【請求項４】
前記第一の追従可動軸は、前記可動軸のうち、前記第一のアーム部材の先端側を連結する第一の前記可動軸に対応して同じ動きをする軸であることを特徴とする請求項２又は３記載の多軸ロボットアーム。
【請求項５】
前記第二の追従可動軸は、前記第一の可動軸の先端側に位置する第二の前記可動軸に対応して同じ動きをする軸であることを特徴とする請求項４記載の多軸ロボットアーム。
【請求項６】
前記第一の可動軸は旋回関節軸であり、前記第二の可動軸は手首関節軸であることを特徴とする請求項５記載の多軸ロボットアーム。
【請求項７】
前記追従駆動手段は、前記第一の可動軸の動きを前記第一の追従可動軸における駆動力として伝達するために、前記第一のアーム部材と前記中間部材とを連結固定するリンク機構を備えることを特徴とする請求項６記載の多軸ロボットアーム。
【請求項８】
前記追従駆動手段は、前記第二の可動軸の動きを前記第二の追従可動軸における駆動力として伝達するために、前記第二の可動軸の先端側に位置する前記アーム部材の回転運動を直線運動に変換し、さらに直線運動を再度回転運動に変換して前記線状部材支持部に伝達するリンク機構を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の多軸ロボットアーム。
【請求項１】
少なくとも3つのアーム部材と、前記アーム部材同士を連結する少なくとも2つの可動軸と、を有する多軸アームと、
前記アーム部材に先端側と根元側とが支持される線状部材であって、先端側を支持する前記アーム部材と、根元側を支持する前記アーム部材との間に少なくとも2つの前記可動軸が介在している線状部材と、を備える多軸ロボットアームにおいて、
前記線状部材の根元側を支持する第一の前記アーム部材に設置され、前記多軸アームの動きに追従させるように前記線状部材の根元側を支持する追従支持装置を備え、
前記追従支持装置は、
前記第一のアーム部材に固定されるアーム固定部と、
前記線状部材を支持する線状部材支持部と、
複数の追従可動軸を有し、前記固定部と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する追従可動部と、
前記追従可動軸を駆動するための追従駆動手段と、を有することを特徴とする多軸ロボットアーム。
【請求項２】
前記追従可動部は、
中間部材と、
前記アーム固定部と前記中間部材とを相対的に移動可能に連結する第一の前記追従可動軸と、
前記中間部材と前記線状部材支持部とを相対的に移動可能に連結する第二の前記追従可動軸と、を備えることを特徴とする請求項１記載の多軸ロボットアーム。
【請求項３】
前記追従駆動手段は、前記可動軸における駆動力を前記追従可動軸における駆動力として機械的に伝達するために、前記アーム部材と前記中間部材又は前記線状部材支持部とを連結するリンク機構を備えることを特徴とする請求項２記載の多軸ロボットアーム。
【請求項４】
前記第一の追従可動軸は、前記可動軸のうち、前記第一のアーム部材の先端側を連結する第一の前記可動軸に対応して同じ動きをする軸であることを特徴とする請求項２又は３記載の多軸ロボットアーム。
【請求項５】
前記第二の追従可動軸は、前記第一の可動軸の先端側に位置する第二の前記可動軸に対応して同じ動きをする軸であることを特徴とする請求項４記載の多軸ロボットアーム。
【請求項６】
前記第一の可動軸は旋回関節軸であり、前記第二の可動軸は手首関節軸であることを特徴とする請求項５記載の多軸ロボットアーム。
【請求項７】
前記追従駆動手段は、前記第一の可動軸の動きを前記第一の追従可動軸における駆動力として伝達するために、前記第一のアーム部材と前記中間部材とを連結固定するリンク機構を備えることを特徴とする請求項６記載の多軸ロボットアーム。
【請求項８】
前記追従駆動手段は、前記第二の可動軸の動きを前記第二の追従可動軸における駆動力として伝達するために、前記第二の可動軸の先端側に位置する前記アーム部材の回転運動を直線運動に変換し、さらに直線運動を再度回転運動に変換して前記線状部材支持部に伝達するリンク機構を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の多軸ロボットアーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９９８２５（Ｐ２０１３−９９８２５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５３２４（Ｐ２０１１−２４５３２４）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５０８２４２２６３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５０８２４２２６３）
【Ｆターム（参考）】
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