CN1876304A - 电弧焊用转动换位器及电弧焊机器人系统 - Google Patents

电弧焊用转动换位器及电弧焊机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电弧焊用转动换位器及包括该转动换位器和电弧焊机器人的电弧焊机器人系统，该电弧焊用转动换位器能够通过可动构件少的更简单的构成及其最小限度的动作，根据焊接部位将工件的姿势进行最佳变更。转动换位器具备：一对支撑构件；第1构件，其两端支撑在支撑构件上，可围绕与设置面平行的第1轴线旋转；第2构件，其两端支撑在第1构件的一对支撑部上，可围绕与第1轴线垂直的第2轴线旋转；以及用于将工件固定在第2构件上的工件固定部。

Description

电弧焊用转动换位器及电弧焊机器人系统
技术领域
本发明涉及一种电弧焊用转动换位器和包括电弧焊用转动换位器及电弧焊机器人的产业用电弧焊机器人系统。
背景技术
一般说来，在使用机器人在被加工物即工件上进行电弧焊的系统中，为了提高焊接质量，与电弧焊机器人组合使用变更工件的姿势的转动换位器，以使焊炬的前进角及目标角以及焊缝的倾斜角成为最佳角。这种场合的机器人能够根据工件的位置及姿势来将焊炬的姿势最佳化。例如，在特开平6-301411号公报中公开的设置误差校正方法及装置，该装置具备焊炬移动装置和装备有转动换位器的工件操作装置，控制机器人以使焊炬的位置成为工件基座坐标系统的原点。该转动换位器有4个连杆及各连杆之间的关节，通过控制各自的动作来变更工件的姿势。另外，在专利第3511485号公报中公开的机器人是在上下配置2个多关节机器手，由上侧及下侧的机器手分别把持焊炬及工件。该机器人具备使工件的中心一直位于下侧的机器手的第1、第2臂及工件把持构件的轴线的交点的构成，由此可使机器人的动作区域最小化并实现节省整体的空间及缩短周期。
上述的转动换位器虽然能够适宜地变更工件的姿势，但其是具备包括多个臂、连杆及关节等多个可动构件的复杂构成，因此其控制及示教作业也变得复杂。另外，如果可动构件的件数多，还易发生与机器人的协调控制的滞后或伴随各可动构件的加减速而来的振动。尤其是振动会使焊接作业不稳定，同时对溶池的形状产生不好的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电弧焊用转动换位器以及包括该转动换位器和电弧焊机器人的电弧焊机器人系统，该电弧焊用转动换位器能够通过可动构件少的更简单的构成及其最小限度的动作，根据焊接部位最佳变更工件的姿势。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方式提供的电弧焊用转动换位器用于变更要焊接的工件的姿势，其具备：一对支撑构件；将两端支撑在上述支撑构件上，可围绕与上述设置面平行的第1轴线旋转的第1构件；将两端支撑在设于上述第1构件的一对支撑部上，可围绕与上述第1轴线垂直的第2轴线旋转的第2构件；用于将上述工件固定在上述第2构件上的工件固定部；使上述第1构件围绕上述第1轴线旋转的第1驱动部；使上述第2构件围绕上述第2轴线旋转的第2驱动部；以及控制上述第1驱动部及上述第2驱动部的控制部。
上述一对支撑构件可立设于上述转动换位器的设置面上。或者也可以是转动换位器进一步具备转动换位器基座，该转动换位器基座设于上述转动换位器的设置面上并具备可围绕与上述设置面大致垂直的轴线旋转的基座板，将上述一对支撑构件立设于上述基座板上。
最好是上述第1轴线及上述第2轴线相互正交，上述工件固定在上述第2构件上，使得该工件的重心与上述第1轴线及上述第2轴线的交点大致一致。
在这种场合下，上述第1构件最好是具备其重心相对于上述第1轴线偏置了的形状，使得上述第2构件能够收容在该第1构件内。
根据本发明的其他的方式提供的电弧焊机器人系统包括：本发明涉及的电弧焊用转动换位器；以及对固定在该转动换位器上的工件进行焊接的电弧焊机器人。
上述电弧焊机器人可具备：前臂；设于上述前臂的前端的第1手腕单元，可围绕在该前臂的长度方向延伸的第3轴线旋转；设于上述第1手腕单元上的第2手腕单元，可围绕与上述第3轴线大致垂直的第4轴线旋转；设于上述第2手腕单元上的焊炬，可围绕与上述第4轴线大致垂直且与上述第3轴线离开规定距离的第5轴线旋转。
上述控制部是控制上述电弧焊机器人的机器人控制装置的一部分，最好是将上述第1驱动部及上述第2驱动部作为上述电弧焊机器人的附加轴进行控制。
附图说明
参照附图说明以下最佳实施方式，进一步明确本发明的上述或其他的目的、特征及优点。
图1是表示包括本发明涉及的电弧焊用转动换位器的机器人系统的概略构成的图；
图2是表示工件的具体例及工件固定部的图；
图3是表示焊接时的焊炬及工件的姿势的图；
图4是表示焊接图2的工件的各部位时的转动换位器的动作的图；
图5是表示焊接图2的工件的各部位时的转动换位器的动作的图；
图6是表示焊接图2的工件的各部位时的转动换位器的动作的图；
图7是表示焊接图2的工件的各部位时的转动换位器的动作的图；
图8是表示在图1的主视图中使第1构件反转了的状态的转动换位器的图；
图9是表示包括本发明涉及的电弧焊用转动换位器的其他的实施方式的机器人系统的概略构成的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明。
图1是包括本发明涉及的电弧焊机器人系统的最佳实施方式的概略的主视图、俯视图及右侧视图的图。电弧焊机器人系统包括对要焊接的工件100(仅在俯视图中图示)进行电弧焊的电弧焊机器人10和保持工件的转动换位器30，它们可由控制装置22分别进行控制，并在焊接中进行协调控制。电弧焊机器人10可以是公知的6轴关节型，例如，最好是如特开2004-223576号中记载的6轴关节型的电弧焊机器人。即：电弧焊机器人10具备：前臂12；可围绕向前臂12的长度方向延伸的第3轴A旋转地设于前臂12的前端的第1手腕单元14，；可围绕与轴线A大致垂直的第4轴线B旋转地设于第1手腕单元14上的第2手腕单元16；以及可围绕与轴线B大致垂直且与轴线A离开规定距离的第5轴线C旋转地设于第2手腕单元16上的焊炬18。根据这样的构造，在焊接工件100的外周部时，能够防止焊炬18或连接在焊炬18上的焊炬缆线20与前臂12、工件或周边机器的干扰，能够自由变更焊炬18的位置及姿势。可使焊炬18相对于前臂12旋转360°。
转动换位器30具备：立设于转动换位器30的设置面G上的一对支撑构件32；第1构件36，两端支撑在支撑构件32上，可围绕与设置面G平行的第1轴线34旋转；第2构件42，两端支撑在第1构件36的一对支撑部40上，可围绕与第1轴线34垂直的第2轴线38旋转；以及工件固定部44(仅在俯视图中图示概略，详细后述)，用于将工件100固定在第2构件42上。围绕第1构件36的第1轴线34的旋转是通过装备有马达及减速机的第1驱动部46进行的。同样，围绕第2构件42的第2轴线38的旋转是通过装备有马达及减速机的第2驱动部48进行的。第1及第2驱动部分别可以通过适宜的控制部49进行控制，但也能够通过上述的机器人10用的控制装置22的一部分来进行控制。在这种场合下，能够将转动换位器30作为机器人10的附加轴进行控制，作为包括机器人及转动换位器的焊接机器人系统整体的控制变得更简单。
如上所述，第1构件36的旋转轴线即第1轴线34及第2构件42的旋转轴线即第2轴线38是相互垂直的，最好是相互正交。因此，如图1所示，第1构件36最好是具备重心相对于第1轴线34偏置了的コ字型或箱型等的形状，以使第2构件42能够收容在内部。另外，焊接对象工件100最好固定在第2构件42上，使其重心与第1轴线34和第2轴线38的交点大致一致或位于其近旁。根据这样的构成，能够仅通过围绕第1轴线34及第2轴线38的旋转这样简单的动作来适宜地进行工件100的姿势变更。
另外，由于本发明涉及的转动换位器具备的第1构件36及第2构件42都是两端被支撑，所以即便是工件比较大的场合，也不会在两构件或工件上产生实质性弯曲，能够保持工件。这样能够使转动换位器的加速度与机器人同等地提高，由此在协调动作时也能够进行不滞后的控制。
另外，大致如图1的俯视图所示，虽然在工件100上需要连接负极侧的焊接电缆(地线)L，但在本发明中，为了将该地线L连接在工件100上，只要将没有固定第1轴线34及第2轴线38的马达46及48的一侧的端部做成中空，将地线L穿通在这些端部中即可。
图2表示工件100的形状的具体例。一般说来，焊接工件的外周部的情况在汽车用冲压零件上较多，在图2所示的例中，被冲压加工成碗状的上板102及下板104配置为相互覆盖，两者的接合部位被焊接，形成中空的零件。另外，由于每次在焊接作业结束时要依次将工件更换成新的工件，所以需要用于将工件固定在第2构件42上的规定的基准位置上的夹具。图2一并图示了将工件100固定在第2构件42上的工件固定部即焊接夹具44。固定部44具备用于将工件100保持在适当位置的几个支撑部或夹持部44a～44f。
在此，初期是工件100的厚度方向铅垂或相对于转动换位器30的设置面垂直地保持在转动换位器上，但在焊接中，控制转动换位器，使工件100的焊缝106成为最佳姿势。具体如图3所示，转动换位器30以焊缝106相对于设置面具有倾斜角α的状态维持工件100的姿势，以使通过电弧焊在工件100上形成的溶池108易于滞留(不会由于重力而滴下)，进而使工件100沿着焊接方向d略向下倾斜。一般说来，最佳的α是约10°，但也有因工件形状或焊接条件等而异的情况。
另一方面，如图1及图3所示，变更焊炬18的位置及姿势的电弧焊机器人10能够通过上述的构成使焊炬保持向下，使焊炬18能够沿着工件100的要焊接的外周部相对于工件100移动。
图4～图7是分别表示使用本发明涉及的转动换位器焊接图2所示的工件100的焊接部位中的100A、100B、100C及100D时的转动换位器30的动作的图。另外，以下的说明中的第1及第2轴线34及38的旋转角度分别是将从第1及第2驱动部46及48一侧看时的顺时针方向表示为正。
首先，在焊接工件100的焊接部位100A时，如图4所示，第2驱动部48使第2构件42及工件100围绕第2轴线38旋转45°，以使焊接部位100A的焊缝的大致V字的截面的顶点成为设置面即向下。进而通过第1驱动部46使第1构件36围绕第1轴线34旋转-10°，使工件100的焊缝沿着焊接方向略向下倾斜。
在焊接工件100的焊接部位100A的相反一侧的焊接部位100B时，是与图4相反的动作。即：如图5所示，第2驱动部48使第2构件42围绕第2轴线38旋转-45°，进而第1驱动部46使第1构件36围绕第1轴线34旋转10°。
接着，在焊接工件100的焊接部位100C时，如图6所示，第1驱动部46使第1构件36围绕第1轴线34旋转45°，使焊接部位100C的焊缝的大致V字的截面的顶点成为设置面即向下。进而第2驱动部48使第2构件42围绕第2轴线38旋转10°，使工件的焊缝沿着焊接方向略向下倾斜。
在焊接工件100的焊接部位100C的相反一侧的焊接部位100D时，是与图6相反的动作。即：如图7所示，第1驱动部46使第1构件36围绕第1轴线34旋转-45°，进而第2驱动部48使第2构件42围绕第2轴线38旋转-10°。
工件100除了上述的焊接部位100A～100D以外还可包括各种形状的焊接部位，在所有的部位都能够通过恰当地控制第1及第2轴线的旋转角，以仅围绕2个轴线的旋转这样少的动作最恰当地保证焊缝的姿势。
图8是作为可通过转动换位器30实现的更进一步的工件的最佳姿势变更例，是表示转动换位器30进行了反转时的图。根据工件的种类，有时要在图2所示的上板102及下板104双方焊接支架等的零件。在这种场合下，对上板102的焊接比较容易，但对下板104的焊接需要使工件100进行反转。在本发明中，通过适当地选定相对于设置面G的第1构件36及第1轴线34的位置，使第1构件36能够随着第1轴线34进行反转即旋转180°，所以在需要对下板104进行焊接时，能够以随着1个轴线的反转这样单纯的动作来应对对下板104的焊接。
在要焊接的工件非常大时，有时在机器人10的动作范围内覆盖工件的焊接部位整体很困难。在这样的场合下，不是将转动换位器30的支撑构件32固定在设置面G上，而是为了能够使工件围绕大致垂直的轴线VL旋转，设置如图9所示的可动地支撑支撑构件32的转动换位器基座50，这点是有利的。转动换位器基座50具备：载放支撑构件32的基座板52；支撑基座板52可围绕旋转轴即铅垂线VL旋转的减速机54；以及向减速机54进行动力传递的驱动源即旋转轴伺服马达56。减速机54及伺服马达56最好是如图所示通过一对锥齿轮58连接。由此，能够水平设置伺服马达56，避免与转动换位器30之间的干涉，降低转动换位器50整体的高度。但是，在这种场合下，也可以如图所示，将机器人10载放在高台60等上，进行机器人10的高度调整。另外，减速机54最好是具备中空部分，由此，能够使地线L和伺服马达的控制缆线等通过该中空部分，避免缆线等放置在机器人或转动换位器的周围的杂乱状态。进而，通过选择大尺寸的轴作为减速机54的主轴，能够使转动换位器30不振动地高速旋转。
由于本发明涉及的转动换位器能够通过工件围绕重心旋转使工件的焊缝的姿势变化，所以能够以最小限度的工件的动作保证工件为最佳姿势。另一方面，只要焊接机器人将焊炬固定为向下，沿着工件的外周部变更焊炬的位置即可。在这种场合下，如果使用上述特开2004-223576号记载的6轴关节型的电弧焊机器人，则能够避免焊炬与工件之间的干扰，连续进行焊接，并能够构造效率非常高的焊接机器人系统。一般说来，在组合有机器人和转动换位器的系统中，由于其自由度大，所以能够进行各种姿势下的焊接，但反之示教作业变和繁杂的情况也较多。通过使用本发明涉及的转动换位器，转动换位器及机器人的动作分配明确，示教作业容易进行。
根据本发明涉及的电弧焊用转动换位器，能够以使2个构件分别围绕相互垂直的2个轴线旋转这样的简单的动作实现与焊接部位相应的工件的最佳姿势变更。另一方面，只要焊接机器人将焊炬固定为向下，沿着工件的外周部变更焊炬的位置即可。一般说来，在组合有机器人和转动换位器的系统中，由于其自由度大，所以能够进行各种姿势下的焊接，但反之示教作业变得繁杂的情况也不少。通过使用本发明涉及的电弧焊机器人系统，转动换位器及机器人的动作分配明确，示教作业容易进行。
参照为了说明而选定的特定的实施方式说明了本发明，本行业技术人员可不脱离本发明的基本概念及范围地进行多种变更，这是很明确的。

Claims (8)

1.一种电弧焊用转动换位器(30)，用于变更要焊接的工件(100)的姿势，其特征在于，
具备：一对支撑构件(32)；两端支撑在上述支撑构件(32)上且可围绕与上述转动换位器(30)的设置面(G)平行的第1轴线(34)旋转地构成的第1构件(36)；两端支撑在设于上述第1构件(36)上的一对支撑部(40)上且可围绕与上述第1轴线(34)垂直的第2轴线(38)旋转地构成的第2构件(42)；用于将上述工件(100)固定在上述第2构件(42)上的工件固定部(44)；使上述第1构件(36)围绕上述第1轴线(34)旋转的第1驱动部(46)；使上述第2构件(42)围绕上述第2轴线(38)旋转的第2驱动部(48)；以及控制上述第1驱动部(46)及上述第2驱动部(48)的控制部(22)。
2.根据权利要求1所述的电弧焊用转动换位器，其特征在于，
上述一对支撑构件(32)立设于上述转动换位器的设置面(G)上。
3.根据权利要求1所述的电弧焊用转动换位器，其特征在于，
还具备转动换位器基座(50)，其设于上述转动换位器的设置面(G)上，同时具有可围绕与上述设置面(G)大致垂直的轴线(VL)旋转地构成的基座板(52)，上述一对支撑构件(32)立设于上述基座板(52)上。
4.根据权利要求1所述的电弧焊用转动换位器，其特征在于，
上述第1轴线(34)及上述第2轴线(38)相互正交，上述工件(100)固定在上述第2构件(42)上，使得该工件(100)的重心与上述第1轴线(34)及上述第2轴线(38)的交点大致一致。
5.根据权利要求4所述的电弧焊用转动换位器，其特征在于，
上述第1构件(36)具有其重心相对于上述第1轴线(34)偏置了的形状，使得上述第2构件(42)能够收容在该第1构件(36)内。
6.一种电弧焊机器人系统，其特征在于，
包括：权利要求1～5中的任一项所述的电弧焊用转动换位器(30)；以及对固定在该转动换位器(30)上的工件(100)进行焊接的电弧焊机器人(10)。
7.根据权利要求6所述的电弧焊机器人系统，其特征在于，
上述电弧焊机器人(10)具备：前臂(12)；可围绕在该前臂(12)的长度方向延伸的第3轴线(A)旋转地设于上述前臂(12)的前端上的第1手腕单元(14)；可围绕与上述第3轴线(A)大致垂直的第4轴线(B)旋转地设于上述第1手腕单元(14)上的第2手腕单元(16)；以及可围绕与上述第4轴线(B)大致垂直且与上述第3轴线(A)离开规定距离的第5轴线(C)旋转地设于上述第2手腕单元(16)上的焊炬(18)。
8.根据权利要求6所述的电弧焊机器人系统，其特征在于，
上述控制部是控制上述电弧焊机器人(10)的机器人控制装置(22)的一部分，将上述第1驱动部(46)及上述第2驱动部(48)作为上述电弧焊机器人(10)的附加轴进行控制。
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