DE102020113098A1

DE102020113098A1 - Werkstück-drehvorrichtung und robotersystem

Info

Publication number: DE102020113098A1
Application number: DE102020113098.8A
Authority: DE
Inventors: Ryouji Kitamura
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-11-26
Also published as: US11298781B2; CN111975250A; JP7227073B2; JP2020189318A; US20200368854A1

Abstract

Eine Werkstück-Drehvorrichtung 1 umfasst eine erste Schwenkvorrichtung 5 und eine zweite Schwenkvorrichtung 6, welche in einer Richtung entlang einer im Wesentlichen horizontalen Drehachse A einander gegenüberstehend angeordnet sind, welche jeweils einen Endabschnitt und den anderen Endabschnitt eines langen Werkstücks W halten und welche das Werkstück W um die Drehachse A drehen können, einen Linearmotor 7, welcher die zweite Schwenkvorrichtung 6 in der Richtung entlang der Drehachse A linear bewegt, eine Motorsteuerung, welche den Linearmotor 7 steuert, um eine Position der zweiten Schwenkvorrichtung 6 in einer Richtung entlang der Drehachse A einzustellen, und die Motorsteuerung steuert den Linearmotor 7 so, dass die Größe der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf den Linearmotor 7 wirkende Kraft gleich oder kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird.

Description

{Technisches Gebiet}
Diese Erfindung betrifft eine Werkstück-Drehvorrichtung und ein Robotersystem.
{Stand der Technik}
Herkömmlicherweise wird bei einem Robotersystem zum Schweißen eines Werkstücks mittels eines Roboters eine Werkstück-Drehvorrichtung verwendet, welche ein langes Werkstück horizontal trägt und das Werkstück um eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Drehachse des Werkstücks dreht (siehe zum Beispiel PTL 1 und PTL 2). Die Werkstück-Drehvorrichtung weist ein Paar Schwenkvorrichtungen auf, welche in einer horizontalen Richtung einander gegenüberstehend angeordnet sind und welche beide Enden des Werkstücks halten, und mindestens eine der Schwenkvorrichtungen ist entlang der Drehachsenlinie linear beweglich.
{Literaturliste}
{Patentliteratur}

{PTL 1} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H07-164188
{PTL 2} Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H06-292991

{Kurzdarstellung der Erfindung}
{Technisches Problem}
Lange Werkstücke, welche horizontal getragen werden, können sich durch ihr Eigengewicht durchbiegen. Wenn sich der Betrag der Durchbiegung der Werkstücke ändert, werden beide Enden der Werkstücke in einer Richtung verlagert, um sich aufeinander zu oder voneinander weg zu bewegen. Daher wirkt bei einem solchen Fall, bei dem der Betrag der Durchbiegung der Werkstücke in Abhängigkeit von der Stellung der Werkstücke verschieden ist, als ein Ergebnis der Änderung der Stellung der Werkstücke eine Zugkraft oder Druckkraft, welche in einer Richtung entlang der Drehachse wirkt, von den Werkstücken auf die Schwenkvorrichtungen. Zu diesem Zeitpunkt versucht ein Motor zur Linearbewegung der Schwenkvorrichtungen, sich gegen die Zugkraft oder die Druckkraft zu bewegen, um die Schwenkvorrichtungen an ihren Positionen zu halten, was dazu führt, dass eine Last auf den Motor aufgebracht wird.
{Lösung des Problems}
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Werkstück-Drehvorrichtung, welche eine erste Schwenkvorrichtung und eine zweite Schwenkvorrichtung, welche in einer Richtung entlang einer annähernd horizontalen Drehachse einander gegenüberstehend angeordnet sind und welche jeweils einen Endabschnitt und den anderen Endabschnitt eines sich parallel zu der Drehachse erstreckenden langen Werkstücks halten und welche das Werkstück um die Drehachse drehen können, einen Linearmotor, welcher die zweite Schwenkvorrichtung in der Richtung entlang der Drehachse linear bewegt, und eine Motorsteuerung umfasst, welche den Linearmotor steuert, um eine Position der zweiten Schwenkvorrichtung in der Richtung entlang der Drehachse einzustellen, wobei die Motorsteuerung den Linearmotor so steuert, dass die Größe der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks über die zweite Schwenkvorrichtung auf den Linearmotor wirkende Kraft kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird.
Figurenliste

{1} 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Gesamtkonfiguration eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
{2} 2 ist eine perspektivische Ansicht des Robotersystems von 1, welches aus einer anderen Richtung betrachtet wird.
{3} 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausgestaltung einer Steuerung des Robotersystems von 1 zeigt.
{4} 4 ist eine Seitenansicht einer Werkstück-Drehvorrichtung.
{5} 5 ist ein Diagramm, welches die Durchbiegung des Werkstücks erläutert, wenn die Stellung des Werkstücks 0 Grad beträgt.
{6} 6 ist ein Diagramm, welches die Durchbiegung des Werkstücks erläutert, wenn die Stellung des Werkstücks 90 Grad beträgt.
{7} 7 ist ein Diagramm, welches die Durchbiegung des Werkstücks erläutert, wenn die Stellung des Werkstücks 180 Grad beträgt.
{8} 8 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb der Werkstück-Drehvorrichtung und des Robotersystems zeigt.

{Beschreibung von Ausführungsformen}
Eine Werkstück-Drehvorrichtung 1 und ein Robotersystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Robotersystem 100 die Werkstück-Drehvorrichtung 1, welche ein langes Werkstück W trägt, um in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung positioniert zu werden, einen Schweißroboter 2 zum Schweißen des Werkstücks W und eine Steuerung 3.
Die Werkstück-Drehvorrichtung 1 weist eine im Wesentlichen horizontale Drehachse A auf, und indem das Werkstück W, welches parallel zu der Drehachse A getragen wird, um die Drehachse A gedreht wird, ist die Werkstück-Drehvorrichtung 1 in der Lage, die Stellung des Werkstücks W zu ändern. Insbesondere umfasst die Werkstück-Drehvorrichtung 1 eine lineare und lange Schiene 4, welche sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, eine erste Schwenkvorrichtung 5 und eine zweite Schwenkvorrichtung 6, welche auf der Schiene 4 angeordnet sind und welche beide Endabschnitte des Werkstücks W halten, und einen Linearmotor 7, welcher die zweite Schwenkvorrichtung 6 entlang der Schiene 4 linear bewegt. Die Drehachse A verläuft parallel zu der Schiene 4 und die Schwenkvorrichtungen 5 und 6 sind in einer Richtung entlang der Drehachse A einander gegenüberstehend angeordnet.
Die erste Schwenkvorrichtung 5 ist auf einem an einem Endabschnitt der Schiene 4 befestigten Befestigungstisch 8 vorgesehen und eine Spannvorrichtung 9 zum Befestigen eines Endabschnitts des Werkstücks W ist an der ersten Schwenkvorrichtung 5 angebracht. Ein Drehmotor 10 ist ferner an der ersten Schwenkvorrichtung 5 vorgesehen. Der Drehmotor 10 ist ein Servomotor. Die erste Schwenkvorrichtung 5 kann die Spannvorrichtung 9 und den einen Endabschnitt des Werkstücks durch den Drehmotor 10 um die Drehachse A drehen. Die erste Schwenkvorrichtung 5 positioniert die Spannvorrichtung 9 und den einen Endabschnitt des Werkstücks W durch den Drehmotor 10 ferner um die Drehachse A herum und ist in der Lage, das Werkstück W in einer beliebigen Stellung um die Drehachse A herum zu halten.
Die zweite Schwenkvorrichtung 6 ist auf einem beweglichen Tisch 11 angeordnet, welcher entlang der Schiene 4 beweglich ist, und eine Spannvorrichtung 12 zum Befestigen des anderen Endabschnitts des Werkstücks W ist an der zweiten Schwenkvorrichtung 6 angebracht. Die zweite Schwenkvorrichtung 6 hält die Spannvorrichtung 12 um die Drehachse A herum drehbar. Daher dreht sich der durch die zweite Schwenkvorrichtung 6 gehaltene andere Endabschnitt des Werkstücks W gemäß der Drehung des einen Endabschnitts des Werkstücks W durch die erste Schwenkvorrichtung 5 und dreht sich das gesamte Werkstück W um die Drehachse A.
Der Linearmotor 7 ist ein Servomotor. Der Linearmotor 7 wird von einer Linearmotorsteuerung 14, welche nachstehend beschrieben wird, so gesteuert, dass der bewegliche Tisch 11 entlang der Schiene 4 in eine Zielposition 11 bewegt wird und der bewegliche Tisch in der Zielposition gehalten wird. Daher können Positionen des beweglichen Tisches 11 und der zweiten Schwenkvorrichtung 6 gemäß der Länge des Werkstücks W geändert werden und kann eine Mehrzahl von Arten von Werkstücken mit unterschiedlicher Länge durch die gleiche Werkstück-Drehvorrichtung 1 gehalten werden.
Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst die Werkstück-Drehvorrichtung 1 eine äußere Kraft-Erfassungseinheit 13, welche eine auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft erfasst, eine Linearmotorsteuerung 14, welche den Linearmotor 7 steuert, und eine Drehmotorsteuerung 15, welche den Drehmotor 10 steuert. Die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13, die Linearmotorsteuerung 14 und die Drehmotorsteuerung 15 sind innerhalb der Steuerung 3 vorgesehen, welche mit den Motoren 7, 10 und dem Schweißroboter 2 verbunden ist.
Die Steuerung 3 ist mit einem Speicher 16 mit einem RAM, einem ROM und dergleichen versehen. Die Motorsteuerungen 14, 15 steuern jeweils die Motoren 7, 10 gemäß einem in dem Speicher 16 gespeicherten Betriebsprogramm für die Werkstück-Drehvorrichtung 1.
Die äußere Krafterfassungseinheit 13 erfasst eine Größe und Richtung der äußeren Kraft, welche von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf den Linearmotor 7 wirkt. Die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfasst zum Beispiel auf der Grundlage des Antriebsstroms des Linearmotors 7 eine Größe und Richtung des Lastdrehmoments, welches auf den Linearmotor 7 aufgebracht wird.
In 4 bis 7 wird der Zusammenhang zwischen der Stellung des Werkstücks W um die Drehachse A herum, welches von den Schwenkvorrichtungen 5, 6 getragen wird, und der Durchbiegung des Werkstücks erläutert. Wie es in 4 und 5 gezeigt ist, wird die zweite Schwenkvorrichtung 6 durch den Linearmotor 7 in einer Position gehalten, welche der Länge des Werkstücks W zum Zeitpunkt des Anbringens des Werkstücks W an den Schwenkvorrichtungen 5, 6 entspricht.
Das lange Werkstück W, welches durch die Schwenkvorrichtungen 5, 6 horizontal gehalten wird, kann durch sein Eigengewicht durchgebogen werden, wie es durch die strichpunktierten Linien in den 5 und 7 angedeutet ist. Wenn sich der Betrag der Durchbiegung des Werkstücks W aufgrund der Änderung der Stellung des Werkstücks W um die Drehachse A herum ändert, wird das andere Ende des Werkstücks W in eine Richtung auf das eine Ende des Werkstücks W zu oder von ihm weg verlagert, demzufolge eine Zugkraft oder Druckkraft von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W auf die zweite Schwenkvorrichtung 6 und wirkt die äußere Kraft auf der Grundlage der Zugkraft oder der Druckkraft auf den Linearmotor 7.
In 4 bis 7 beträgt die Stellung des Werkstücks W in den 4 und 5 0 Grad, beträgt die Stellung des Werkstücks W in 6 90 Grad und beträgt die Stellung des Werkstücks W in 7 180 Grad. In einem solchen Fall, bei dem die Stellung des Werkstücks W 0 Grad und 180 Grad beträgt, wird das Werkstück W durch sein Eigengewicht stark durchgebogen.
Wenn die Stellung des Werkstücks W von 0 Grad auf 90 Grad geändert wird, verringert sich der Betrag der Durchbiegung des Werkstücks W und wird das andere Ende des Werkstücks W in der Richtung weg von dem einen Ende des Werkstücks W verlagert. Aus diesem Grund wirkt die Druckkraft in einer Richtung zu einer gegenüberliegenden Seite von der ersten Schwenkvorrichtung 5 hin auf die zweite Schwenkvorrichtung 6 von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W. Wenn andererseits die Stellung des Werkstücks W von 90 Grad auf 180 Grad geändert wird, vergrößert sich der Betrag der Durchbiegung des Werkstücks W und wird das andere Ende des Werkstücks W in die Richtung zu dem einen Ende des Werkstücks W hin verlagert. Aus diesem Grund wirkt die Zugkraft in einer Richtung zu der ersten Schwenkvorrichtung 5 hin auf die zweite Schwenkvorrichtung 6 von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W.
Wenn die Zugkraft oder die Druckkraft von dem Werkstück W in der vorstehend beschriebenen Weise auf die zweite Schwenkvorrichtung 6 wirkt, wirkt der Linearmotor 7 gegen die Zugkraft oder die Druckkraft, um die zweite Schwenkvorrichtung 6 in der Zielposition zu halten, und daher wird das Lastdrehmoment auf der Grundlage der Zugkraft oder der Druckkraft auf den Linearmotor 7 aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einen Fall, bei dem der Linearmotor 7 nicht in der Lage sein darf, die zweite Schwenkvorrichtung 6 in der Zielposition zu halten, und die zweite Schwenkvorrichtung 6 aufgrund der Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W aus der Zielposition verschoben wird. In einem solchen Fall, bei dem das Werkstück W lang und schwer ist, kann der Bewegungsbetrag der Schwenkvorrichtung 6 zu diesem Zeitpunkt zum Beispiel ein paar mm betragen.
Die Linearmotorsteuerung 14 steuert den Linearmotor 7, um die Position der zweiten Schwenkvorrichtung 6 auf der Grundlage der Größe und Richtung des Lastdrehmoments einzustellen, welche durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfasst werden.
Genauer gesagt, steuert in einem solchen Fall, bei dem die Größe des Lastdrehmoments kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, die Linearmotorsteuerung 14 den Linearmotor 7, um die Schwenkvorrichtung 6 in der gegenwärtigen Zielposition zu halten. Der vorgegebene Schwellenwert ist ein Wert, welcher kleiner als die Größe des maximalen Drehmoments des Linearmotors 7 ist.
Andererseits ändert in einem solchen Fall, bei dem die Größe des Lastdrehmoments größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, die Linearmotorsteuerung 14 auf der Grundlage der Richtung des Lastdrehmoments die Zielposition in die Richtung, in welcher das Lastdrehmoment kleiner wird, und steuert den Linearmotor 7, um die zweite Schwenkvorrichtung 6 in die Zielposition zu verlagern. Als Ergebnis wird die zweite Schwenkvorrichtung 6 verlagert, um die durch die Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W verursachte Verlagerung des anderen Endabschnitts des Werkstücks W zu ermöglichen, und wird die von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W auf die zweite Schwenkvorrichtung 6 wirkende Zugkraft oder Druckkraft kleiner. Die Linearmotorsteuerung 14 bewegt die zweite Schwenkvorrichtung 6 in eine Zielposition, in welcher die Größe des durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfassten Lastdrehmoments kleiner als der vorgegebene Schwellenwert wird.
Die Linearmotorsteuerung 14 kann einen Alarm auf der Grundlage des durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfassten Lastdrehmoments erzeugen. Die Linearmotorsteuerung 14 startet zum Beispiel Takten, wenn das Lastdrehmoment das maximale Drehmoment erreicht, und in einem solchen Fall, bei dem das maximale Drehmoment über eine vorgegebene Zeitspanne kontinuierlich erfasst worden ist, erzeugt die Linearmotorsteuerung 14 den Alarm und stoppt den Linearmotor 7.
Der Schweißroboter 2 weist einen Roboterarm 2a auf und ein Schweißbrenner 2b ist mit einem abgelegenen Ende des Roboterarms 2a verbunden. Der Schweißroboter 2 ist zum Beispiel ein sechsachsiger Vertikal-Gelenk-Roboter. Der Schweißroboter 2 schweißt das Werkstück W, welches in der Nähe der Schiene 4 angeordnet ist und durch die Werkstück-Drehvorrichtung 1 getragen wird. In einem solchen Fall zum Beispiel, bei dem das Werkstück W eine rechteckige Form mit vier Seitenflächen aufweist, dreht die Werkstück-Drehvorrichtung 1 das Werkstück W jedes Mal um 90 Grad, wenn der Schweißroboter 2 eine Schweißposition auf den jeweiligen vier Seitenflächen des Werkstücks W schweißt, und daher können die vier Seitenflächen des Werkstücks W durch den Schweißroboter 2 nacheinander geschweißt werden.
Der Schweißroboter 2 wird durch die in der Steuerung 3 vorgesehene Robotersteuerung 17 gesteuert. Die Robotersteuerung 17 synchronisiert sich mit der Steuerung der Motoren 7, 10, welche durch die Motorsteuerung 14 durchgeführt wird, um den Schweißroboter 2 gemäß dem in dem Speicher 16 gespeicherten Betriebsprogramm für den Schweißroboter 2 zu steuern. Die Schweißposition des Schweißroboters 2 wird durch Berührungsabtastung festgelegt, bei welcher zum Beispiel ein abgelegenes Ende des Schweißbrenners 2b mit der Schweißposition an dem Werkstück W in Kontakt gebracht wird.
Nunmehr wird nachstehend der Arbeitsablauf des Robotersystems 100 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Zuerst wird Information über das Werkstück W in die Steuerung 3 durch eine Bedienperson eingegeben (Schritt S1). Die Information über das Werkstück W umfasst zum Beispiel Art, Abmessung und dergleichen des Werkstücks W. Als nächstes wird die zweite Schwenkvorrichtung 6 durch Antreiben des Linearmotors 7 in eine geeignete Position zum Halten des anderen Endabschnitts des Werkstücks W verschoben (Schritt S2). Auf der Grundlage der Information über das Werkstück W oder auf der Grundlage der Bedienung durch die Bedienperson wird die zweite Schwenkvorrichtung 6 durch Steuern des Linearmotors 7 durch die Linearmotorsteuerung 14 verschoben.
Dann befestigt die Bedienungsperson den einen Endabschnitt des Werkstücks W an der Spannvorrichtung 9 der ersten Schwenkvorrichtung 5 und befestigt den anderen Endabschnitt des Werkstücks W an der Spannvorrichtung 12 der zweiten Schwenkvorrichtung 6, so dass das Werkstück W durch die Werkstück-Drehvorrichtung 1 getragen wird, wie es in den 4 und 5 gezeigt ist. Die Spannvorrichtungen 9, 12 und das Werkstück W sind zu diesem Zeitpunkt zum Beispiel in der vorgegebenen Ausgangsstellung (zum Beispiel 0 Grad) um die Drehachse A herum angeordnet.
Nachdem das Werkstück W an der Werkstück-Dreheinrichtung 1 befestigt ist (JA in Schritt S3), dreht die Drehmotorsteuerung 15 das Werkstück W durch Steuerung des Drehmotors 10 nach Bedarf und ordnet das Werkstück W in der ersten Stellung (zum Beispiel 0 Grad) an (Schritt S4). Die Drehmotorsteuerung 15 ermittelt zum Beispiel auf der Grundlage einer vorgegebenen Eingabe in die Steuerung 3 durch die Bedienperson, dass das Werkstück W an der Werkstück-Drehvorrichtung 1 befestigt ist.
Als nächstes erfasst die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 die äußere Kraft, wie beispielsweise das Lastdrehmoment, welche von dem Werkstück W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf den Linearmotor 7 wirkt (Schritt S5).
Wenn die Größe der äußeren Kraft kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist (JA in Schritt S6), steuert die Robotersteuerung 17 den Schweißroboter 2, um das Schweißen des Werkstücks W zu starten (Schritt S8).
Wenn andererseits die Größe der äußeren Kraft größer als der vorgegebene Schwellenwert ist (NEIN in Schritt S6), steuert die Linearmotorsteuerung 14 den Linearmotor 7, um die zweite Schwenkvorrichtung 6 in eine Richtung zu verlagern, in welcher die äußere Kraft kleiner wird (Schritt S7). Schritte S5 bis S7 werden wiederholt ausgeführt, bis die Größe der äußeren Kraft kleiner als der vorgegebene Schwellenwert wird (JA in Schritt S6). Während das Werkstück W durch den Schweißroboter 2 geschweißt wird, können die Erfassung der äußeren Kraft durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 (Schritt S5) und die Positionseinstellung der zweiten Schwenkvorrichtung 6 durch die Linearmotorsteuerung 14 (Schritte S6, S7) wiederholt durchgeführt werden.
Nachdem das Werkstück in der ersten Stellung geschweißt ist, dreht die Drehmotorsteuerung 15 das Werkstück W durch Steuerung des Drehmotors 10 und ändert die Stellung des Werkstücks W in die zweite Stellung (zum Beispiel 90 Grad) (Schritt S4). Und Schritte S5 bis S8 werden wiederholt ausgeführt.
Schritte S4 bis S8 werden wiederholt ausgeführt, bis das Schweißen des Werkstücks W in jeder im Voraus festgelegten Stellung (zum Beispiel 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad) abgeschlossen ist.
Nachdem das Schweißen des Werkstücks W in allen Stellungen abgeschlossen worden ist (JA in Schritt S9), fährt die Robotersteuerung 17 den Schweißroboter 2 in eine von dem Werkstück W entfernte Position zurück (Schritt S10). Als nächstes dreht die Drehmotorsteuerung 15 das Werkstück W so durch Steuerung des Drehmotors 10, dass das Werkstück W in die vorgegebene Ausgangsstellung zurückbewegt wird (zum Beispiel 0 Grad) (Schritt S11).
Die Größe der äußeren Kraft, welche von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf den Linearmotor 7 wirkt, ist entsprechend der Länge, des Gewichts, der Steifigkeit und dergleichen des Werkstücks W verschieden. Falls die Zielposition, in welcher die zweite Schwenkvorrichtung 6 durch den Linearmotor 7 gehalten wird, unveränderlich ist und der Abstand zwischen den Schwenkvorrichtungen 5, 6 unveränderlich ist, kann die äußere Kraft, welche das maximale Drehmoment überschreitet, aufgrund der Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W auf den Linearmotor 7 wirken. In einem solchen Fall zum Beispiel, bei dem das Werkstück W eine Länge von mehreren Metern und ein Gewicht von mehreren Tonnen aufweist, kann die äußere Kraft, welche auf den Linearmotor 7 wirkt, mehr als einige hundert Kilogramm betragen.
Wenn gemäß dieser Ausführungsform die äußere Kraft, welche größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 aufgrund der Änderung des Betrags der Durchbiegung des langen Werkstücks W, welche durch die Änderung der Stellung des Werkstücks W verursacht ist, auf den Linearmotor 7 wirkt, steuert die Linearmotorsteuerung 14 den Linearmotor 7 so, dass die zweite Schwenkvorrichtung 6 in einer Richtung verlagert wird, welche die durch die Änderung des Betrags der Durchbiegung verursachte Verlagerung des anderen Endabschnitts des Werkstücks W ermöglicht. Damit kann die Größe der auf den Linearmotor 7 wirkenden äußeren Kraft gesteuert werden, um kleiner als der Schwellenwert zu sein. Dies verhindert, dass die übermäßige äußere Kraft, welche die Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W bewirkt, auf den Linearmotor 7 wirkt, und verhindert, dass der Alarm erzeugt wird und der Linearmotor 7 durch Überschreiten des maximalen Drehmoments der äußeren Kraft stoppt.
Da die zweite Schwenkvorrichtung 6 gemäß der Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W verlagert wird, wird verhindert, dass die übermäßige äußere Kraft nicht nur auf den Linearmotor 7, sondern auch auf Komponenten der Werkstück-Drehvorrichtung 1 zum Tragen des Werkstücks W wirkt, wie beispielsweise die Schwenkvorrichtungen 5, 6, die Tische 8, 11 und dergleichen. Daher ist es nicht notwendig, die Steifigkeit der Werkstück-Drehvorrichtung 1 zu verbessern, und ist es möglich, die Werkstück-Drehvorrichtung 1 zu verkleinern.
In einem solchen Fall, bei dem verschiedene Arten von Werkstücken W durch die gleiche Werkstück-Drehvorrichtung 1 getragen werden, unterscheidet sich ferner die Größe der von dem Werkstück W auf den Linearmotor 7 wirkenden äußeren Kraft in Abhängigkeit von der Art des Werkstücks W. Gemäß dieser Ausführungsform wird in einem solchen Zustand, bei dem das Werkstück W durch die Schwenkvorrichtungen 5, 6 gehalten wird, die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft erfasst und wird die Zielposition der zweiten Schwenkvorrichtung 6 eingestellt, und kann daher die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft gesteuert werden, um unabhängig von der Art des Werkstücks W gleich oder kleiner als der Schwellenwert zu sein.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann es möglich sein, einen zulässigen Bereich der Position der zweiten Schwenkvorrichtung 6 festzulegen, und kann die Linearmotorsteuerung 14 den Alarm erzeugen, wenn sich die zweite Schwenkvorrichtung 6 außerhalb des zulässigen Bereichs bewegt. Die Linearmotorsteuerung 14 berechnet zum Beispiel die Position der zweiten Schwenkvorrichtung 6 aus einem Drehwinkel des Linearmotors 7.
Wenn die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf Grund der Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W in hohem Maß verlagert wird, kann die Schweißposition an dem Werkstück W in der horizontalen Richtung in hohem Maß verlagert werden. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, wenn die zweite Schwenkvorrichtung 6 außerhalb des zulässigen Bereichs verlagert wird, den Alarm zu erzeugen, um die Bedienperson über die Möglichkeit zu informieren, dass die Schweißpositionen an dem Werkstück W in hohem Maß verlagert sein können.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Linearmotorsteuerung 14 die zweite Schwenkvorrichtung 6 in eine Position verlagern, in welcher die Größe der durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfassten äußeren Kraft null oder fast null wird. In diesem Fall ist die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft minimiert.
Alternativ verlagert die Linearmotorsteuerung 14 die zweite Schwenkvorrichtung 6 in eine Position, in welcher die Größe des durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfasste äußere Kraft größer als Null und kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird. In diesem Fall ist es möglich, die Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W innerhalb eines Bereichs zu unterdrücken, in welchem die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erfasst die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 das Lastdrehmoment als auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft, jedoch kann stattdessen die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft auf der Grundlage eines anderen Messwerts erfasst werden.
Die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 kann zum Beispiel die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft auf der Grundlage des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W indirekt erfassen. Je größer der Betrag der Durchbiegung des Werkstücks W ist, umso größer wird die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft. Die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfasst zum Beispiel den Betrag der Durchbiegung des Werkstücks W und auf der Grundlage des Messwerts des Betrags der Durchbiegung und des Zusammenhangs zwischen dem Betrag der im Voraus gemessenen Durchbiegung und der äußeren Kraft kann die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft abschätzen. Die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 umfasst zum Beispiel eine Kamera, welche an dem Schweißroboter 2 angebracht ist, und der Betrag der Durchbiegung wird von einem durch die Kamera gewonnenen Bild des Werkstücks W erfasst. Oder die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 kann den Betrag der Durchbiegung von der durch die Berührungsabtastung des Schweißroboters 2 erzielten Gestalt des Werkstücks W berechnen.
Alternativ kann die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 die externe Kraft auf der Grundlage des Verlagerungsbetrags der zweiten Schwenkvorrichtung 6 indirekt erfassen. In diesem Fall umfasst die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 einen Sensor, wie beispielsweise eine Kamera, einen optischen Verlagerungssensor und dergleichen zum Erfassen des Betrags der Durchbiegung der zweiten Schwenkvorrichtung 6.
Wenn das Lastdrehmoment, welches das maximale Drehmoment überschreitet, aufgrund der Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks auf den Linearmotor 7 wirkt, ist der Linearmotor 7 nicht in der Lage, die zweite Schwenkvorrichtung 6 in der Zielposition zu halten, und wird die zweite Schwenkvorrichtung 6 um eine Strecke verlagert, welche der Größe des Lastdrehmoments gemäß der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W aufgebrachten Zugkraft oder Druckkraft entspricht. Daher ist es möglich, die Größe der auf den Linearmotor 7 wirkenden äußeren Kraft von dem Verlagerungsbetrag der zweiten Schwenkvorrichtung 6 abzuschätzen.
Wenn der Zusammenhang zwischen der Stellung des Werkstücks W um die Drehachse A herum und der Zielposition der zweiten Schwenkvorrichtung 6, in welcher die auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft gleich oder kleiner als der Schwellenwert wird, bekannt ist, kann die Linearmotorsteuerung 14 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Zielposition der zweiten Schwenkvorrichtung 6 zu dem Zeitpunkt der Drehung des Werkstücks W auf der Grundlage des Zusammenhangs ändern und kann die zweite Schwenkvorrichtung 6 an die geänderte Zielposition verlagern.
In Bezug auf das Werkstück W, welches einmal von der Werkstückdrehvorrichtung 1 getragen wird, wird zum Beispiel der Zusammenhang zwischen der Stellung des Werkstücks um die Drehachse A herum und der Zielposition der zweiten Schwenkvorrichtung 6 in dem Speicher 16 gespeichert. Wenn dann das Werkstück W zum zweiten Mal oder später von der Werkstück-drehvorrichtung 1 getragen wird, verlagert die Linearmotorsteuerung 14 jedes Mal, wenn die Stellung des Werkstücks W geändert wird, die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf der Grundlage des in dem Speicher 16 gespeicherten Zusammenhangs an die Zielposition, welche der geänderten Stellung des Werkstücks W entspricht. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die äußere Kraft durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 zu erfassen, und kann die Zielposition der zweiten Schwenkvorrichtung 6 durch einfachere Verarbeitung und Steuerung eingestellt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Robotersteuerung 17 die Schweißpositionen des Schweißroboters 2 in Abhängigkeit von der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks W über die zweite Schwenkvorrichtung 6 auf den Linearmotor 7 wirkende äußere Kraft einstellen.
Durch die Änderung des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W werden die Schweißpositionen an dem Werkstück W in einer horizontalen Richtung und einer senkrechten Richtung verlagert. Die Robotersteuerung 17 berechnet zum Beispiel den Verlagerungsbetrag von jeder Schweißposition an dem Werkstück W in der horizontalen Richtung und der senkrechten Richtung auf der Grundlage des durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit 13 erfassten Lastdrehmoments, des Betrags der Durchbiegung des Werkstücks W oder des Verlagerungsbetrags der zweiten Schwenkvorrichtung 6 und stellt auf der Grundlage des berechneten Verlagerungsbetrags die Positionen ein, an welchen der Schweißroboter 2 das Schweißen durchführt. Dadurch ist es unabhängig von der Verlagerung der Schweißposition an dem Werkstück W möglich, den Schweißbrenner 2b an der Schweißposition an dem Werkstück W genau zu positionieren.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dreht die erste Schwenkvorrichtung 5 den einen Endabschnitt des Werkstücks W und lässt die zweite Schwenkvorrichtung 6 den anderen Endabschnitt des Werkstücks W die Drehung des einen Endabschnitts folgen. Stattdessen weist die zweite Schwenkvorrichtung 6 einen zu der ersten Schwenkvorrichtung 5 ähnlichen Drehmotor auf und kann die Drehmotorsteuerung 15 den Drehmotor 10 der ersten Schwenkvorrichtung 5 und den Drehmotor der zweiten Schwenkvorrichtung 6 so steuern, dass der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt des Werkstücks W gleichzeitig um einen gleichen Winkel gedreht werden.
Bezugszeichenliste

1: WERKSTÜCK-DREHVORRICHTUNG
2: SCHWEISSROBOTER
3: STEUERUNG
5: ERSTE SCHWENKVORRICHTUNG
6: ZWEITE SCHWENKVORRICHTUNG
7: LINEARMOTOR
10: DREHMOTOR
13: ÄUSSERE KRAFT-ERFASSUNGSEINHEIT
14: LINEARMOTORSTEUERUNG (MOTORSTEUERUNG)
15: DREHMOTORSTEUERUNG
17: ROBOTERSTEUERUNG
100: ROBOTERSYSTEM
A: DREHACHSE
W: WERKSTÜCK

Claims

Werkstück-Drehvorrichtung, umfassend: eine erste Schwenkvorrichtung und eine zweite Schwenkvorrichtung, welche in einer Richtung entlang einer annähernd horizontalen Drehachse einander gegenüberstehend angeordnet sind und welche jeweils einen Endabschnitt und den anderen Endabschnitt eines sich parallel zu der Drehachse erstreckenden langen Werkstücks halten und welche das Werkstück um die Drehachse drehen können; einen Linearmotor, welcher die zweite Schwenkvorrichtung in der Richtung entlang der Drehachse linear bewegt; eine Motorsteuerung, welche den Linearmotor steuert, um eine Position der zweiten Schwenkvorrichtung in der Richtung entlang der Drehachse einzustellen, wobei die Motorsteuerung den Linearmotor so steuert, dass die Größe der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks über die zweite Schwenkvorrichtung auf den Linearmotor wirkende Kraft kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird.
Werkstück-Drehvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: eine äußere Kraft-Erfassungseinheit, welche die von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks über die zweite Schwenkvorrichtung auf den Linearmotor wirkende Kraft erfasst, wobei die Motorsteuerung eine Position, in welcher die zweite Schwenkvorrichtung gehalten wird, durch den Linearmotor in eine Richtung hin ändert, in welcher die durch die äußere Kraft-Erfassungseinheit erfasste Kraft kleiner wird, und die Positionsänderung in einem Fall durchgeführt wird, bei dem die Größe der durch die externe Kraft-Erfassungseinheit erfassten Kraft größer als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Werkstück-Drehvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die äußere Kraft-Erfassungseinheit ein Lastdrehmoment des Linearmotors erfasst.
Werkstück-Drehvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die äußere Kraft-Erfassungseinheit einen Betrag der Durchbiegung des Werkstücks erfasst.
Werkstück-Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Schwenkvorrichtung einen Drehmotor aufweist, welcher den einen Endabschnitt des Werkstücks um die Drehachse herum dreht, und die zweite Schwenkvorrichtung den anderen Endabschnitt des Werkstücks hält, um um die Drehachse frei drehbar zu sein.
Robotersystem, umfassend: die Werkstück-Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und einen Schweißroboter, welcher das durch die Werkstück-Drehvorrichtung getragene Werkstück schweißt.
Robotersystem nach Anspruch 6, umfassend: eine Robotersteuerung, welche den Schweißroboter steuert, wobei die Robotersteuerung eine Schweißposition des Werkstücks durch den Schweißroboter in Abhängigkeit von der von dem anderen Endabschnitt des Werkstücks über die zweite Schwenkvorrichtung auf den Linearmotor wirkende Kraft einstellt.