JP2000176867A - ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多関節ロボットにおいて、ポジショナのみでワ
ーク中心位置を基準に３６０°全方向の姿勢変換を可能
にした。 【解決手段】固定部１３に設けられ、第１軸１９ａと交
差する軸線方向に延在し前記第１軸１９ａ回りに旋回す
るポジショナ第１アーム２５と、前記ポジショナ第１ア
ーム２５に第２軸２２ａ回りに旋回可能に結合されたポ
ジショナ第２アーム２６と、前記ポジショナ第２アーム
２６に第３軸２１ａ回りに回転するワーク把持部材とか
らなるフランジＦを設け、前記第２軸２２ａは第１軸１
９ａと４５°の角度を持つ軸線上に配置され、前記第３
軸２１ａは前記第１軸１９ａと前記第２軸２２ａとの交
点Ｐを通りかつ前記第２軸２２ａと４５°の角度を持つ
軸線上に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを加工する
工業用のロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接やシーリング作業において
は、溶接によって形成されるビードやシーリングによっ
て形成されるシーラが、ワークの設置状態によって重力
の影響を受けるとビードやシーラがその場で留まらず流
れ出しビード形状やシーラ塗布形状が変化してしまい品
質が低下してしまう恐れがある。このため、アーク溶接
やシーリングを２台のロボットの協調作業により行い、
高品質化を図ろうとするシステムがある。従来では、例
えばアーク溶接の場合、図６で示すように、ワークＷを
把持する第１ロボット５０と溶接トーチＴを把持した第
２ロボット６０の２台の多関節６軸ロボットを対向配置
し、アーク溶接溶融池が重力により垂れないようワーク
Ｗの姿勢を制御しながら、溶接トーチＴとワークＷの相
対軌跡と速度を制御して加工している。このものは第１
ロボット５０はワークＷの制御の他、ワークＷの搬入、
搬出も行える。また、ワークの姿勢を１軸又は２軸で制
御しながら溶接トーチとワークの相対軌跡と相対速度を
制御して加工するものもある。このものでは、ワークＷ
の姿勢制御のみを行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の第１ロボッ
ト５０において、ワーク中心を基準にワークＷの姿勢を
変化させようとすると、手首の３軸のみでは対応できな
いため、手首以外の基本３軸を回動させているが、基本
３軸の動作が大きくなるため、サイクルタイムが長くな
る。また、基本３軸の動作が大きくなることからロボッ
トが振動し易くなり加工品質の低下を招いている。ま
た、図６に示すようなシステムでは手首の５軸７０の動
作角度の制限によりワークに対するツール（溶接トーチ
Ｔ）のアプローチ方向の作業方向が制限される。また、
構造上、手首の５軸からハンド部重心位置までの距離が
大きく、モータや減速機が大きくなりコストアップとな
る問題がある。更に、制御軸数が多いため教示作業に時
間を要する。また、ワークの姿勢を１軸又は２軸で制御
するものにおいては、制御軸数が少ないが、ワークとト
ーチとの相対的な姿勢関係は無限であるため、このよう
な教示作業には熟練を要する。

【０００４】本発明の目的は、ワークの姿勢を３６０°
全方向に変換可能にし、このようなロボットを用いるこ
とで、多様な協調ロボットを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、請求項１に記載の通り、多関節ロボットに
おいて、固定部に設けられ、第１軸線と交差する軸線方
向に延在し、前記第１軸線回りに旋回するポジショナ第
１アームと、前記ポジショナ第１アームに第２軸線回り
に旋回可能に結合されたポジショナ第２アームと、前記
ポジショナ第２アームに第３軸線回りに回転するワーク
把持部材とからなるフランジを設け、前記第２軸線は第
１軸線と４５°の角度を持つ軸線上に配置され、前記第
３軸線は前記第１軸線と前記第２軸線との交点を通りか
つ前記第２軸線と４５°の角度を持つ軸線上に配置され
ていていることを特徴とするものである。

【０００６】請求項２に記載の通り、多関節ロボットに
おいて、第１鉛直軸線回りに水平旋回し、かつ前記第１
鉛直軸線に対し直交する第１水平軸線回りに回転するア
ームと、このアームに設けられ第２鉛直軸線回りに水平
旋回し、かつこの第２鉛直軸線に対し直交する第２水平
軸線回りに旋回し第２水平軸線と交差する軸線方向に延
在したポジショナ第１アームと、前記ポジショナ第１ア
ームに結合され第３水平軸線回りに旋回するポジショナ
第２アームと、前記ポジショナ第２アームに結合され第
４水平軸線回りに回転するワーク把持部材とからなるフ
ランジを設け、前記第３水平軸線は第２水平軸線と４５
°の角度を持つ軸線上に配置され、前記第４水平軸線は
前記第２水平軸線と前記第３水平軸線との交点を通りか
つ前記第３水平軸線と４５°の角度を持つ軸線上に配置
されていていることをことを特徴とするものである。

【０００７】請求項３に記載の通り、共通のコラムベー
スの立面の下側に前記請求項１又は請求項２に記載のロ
ボットを配置し、上側に工具を鉛直方向姿勢で把持した
ロボットを配置し、前記フランジにワークを把持させ、
前記ロボットと前記ポジショナとによる協調作業により
ワークを加工するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。

【実施例１】図１は本発明による実施例１のロボットの
全体を示す斜視図であり、アーク溶接ロボットを例示す
る。１はフロア上に立設されているコラムベースであ
り、このコラムベース１の共通の立面の上側に溶接ロボ
ット２を、また、下側にワーク把持ロボット３を配置
し、前記コラムベース１と並設された制御装置２８によ
って前記アーク溶接ロボット２とワーク把持ロボット３
との２台を協調作業させるようにしたものである。

【０００９】前記上側の溶接ロボット２は、コラムベー
ス１の立面に基台４が固定され、この基台４に鉛直軸線
の第１軸７により水平旋回する第１アーム６と、この第
１アーム６に水平軸線の第２軸９ａにより上下旋回する
第２アーム８と、この第２アーム８に鉛直軸線の第３軸
１１により水平旋回し、かつ水平軸線の第２軸９ｂ回り
に回動する工具把持アーム１０とから構成されており、
前記工具把持アーム１０には溶接トーチＴを把持してい
る。前記第２アーム８にはリンク１２が第２アーム８と
平行に設けられており、第２アーム８の上下旋回時に前
記溶接トーチＴが常に鉛直方向姿勢を保つよう工具把持
アーム１０を制御するものである。

【００１０】前記下側のワーク把持ロボット３は、前記
上側の溶接ロボット２の基台４の下方のコラムベース１
の立面に固設された基台１３の固定部１３ａに固定され
ている。前記固定部１３ａは水平面に対し４５°の傾斜
面である。前記ワーク把持ロボット３は固定部１３ａに
対して直交（水平面に対して４５°の角度）する第１軸
１９ａ（第１軸線）と交差する軸線方向に延在し前記第
１軸１９ａ（第１軸線）回りに旋回するポジショナ第１
アーム２５と、前記ポジショナ第１アーム２５に第２軸
２２ａ（第２軸線）回りに旋回可能に結合されたポジシ
ョナ第２アーム２６と、前記ポジショナ第２アーム２６
に第３軸２１ａ（第３軸線）回りに回転するフランジＦ
に取り付けられたワーク取付台２４（ワーク把持部材）
とからなるポジショナ２３によって構成されており、前
記ポジショナ第１アーム２５が基台４に形成されている
固定部１３ａの傾斜面に対して直交する方向の第１軸１
９ａ（第１軸線）回りに旋回するよう設けられている。
前記第２軸２２ａ（第２軸線）は第１軸１９ａと４５°
の角度を持つ軸線上に配置され、前記第３軸２１ａは前
記第１軸１９ａ（第１軸線）と前記第２軸２２ａ（第２
軸線）との交点を通り、かつ第２軸２２ａ（第２軸線）
と４５°の角度を持つ軸線上に配置されていている。
尚、この実施例１において、固定部１３ａは水平面に対
し４５°の傾斜面としたが、ワーク取付台２４上にクラ
ンプするワークの形状に応じて０°〜９０°の範囲で選
択する。

【００１１】

【実施例１の作用】下側のワーク把持ロボット３は作業
者によりフランジＦにワークが取り付けられた後、溶接
加工作業時にはワークの姿勢を制御して溶接部位を重力
方向に対して常にある姿勢、例えば、溶接トーチＴに対
してワークの溶接部位が鉛直状態の姿勢となるように、
あるいは、溶接部位が溶接トーチＴの前進方向または後
退方向に少し傾いた姿勢となるようにワークの姿勢を一
定に保つように制御し、上側の溶接ロボット２と協調し
て作業を行うものである。

【００１２】すなわち、下側のワーク把持ロボット３は
ワークの３次元空間内の姿勢の自由度を有し、上側の溶
接ロボット２は溶接トーチＴが常に鉛直方向に姿勢を固
定された状態で３次元空間内の自由度を有してワークを
溶接加工する。従って、下側のワークの溶接部位が溶接
トーチＴに対して鉛直状態の姿勢となるよう制御するこ
とにより、このワークに対し上側から常に鉛直方向姿勢
の溶接トーチＴによってアーク溶接溶融池が重力により
垂れることなく溶接部位に留まった状態で溶接すること
ができる。

【００１３】そこで、本発明はボジショナ２３によって
図略のワーク取付台上にクランプされているワークを、
点Ｐを基準に３６０°全方向の姿勢変換を可能とするも
のである。すなわち、第１軸１９ａ（水平面に対し４５
°軸線）回りに旋回するポジショナ第１アーム２５の旋
回動と、前記第１軸１９ａの軸線に対し４５°の角度で
第２軸２２ａ回りに旋回するポジショナ第２アーム２６
の旋回動と、前記第１軸１９ａと前記第２軸２２ａとの
交点を通り、かつ前記第２軸２２ａ軸に対し４５°の角
度の第３軸２１ａ回りに旋回するワーク取付台２４の回
転との相合作用によりワーク取付台のワークは、そのワ
ーク中心位置を基準に３６０°全方向に姿勢を変換す
る。

【００１４】

【実施例２】図２は本発明の実施例２の全体構成を示す
斜視図である。この実施例２もアーク溶接ロボットを例
示する。１は立設されているコラムベースであり、この
コラムベース１の共通の立面の上側に溶接ロボット２
を、また、下側にワーク把持ロボット３を配置し、前記
コラムベース１と並設された制御装置２８によって前記
２台のアーク溶接ロボット２とワーク把持ロボット３と
を協調作業させるようにしたものである。

【００１５】前記上側の溶接ロボット２は、コラムベー
ス１の立面に基台４が固定され、この基台４に固定され
ている固定アーム５に鉛直軸線の第１軸７により水平旋
回する第１アーム６と、この第１アーム６に水平軸線の
第２軸９により上下旋回する第２アーム８と、この第２
アーム８に鉛直軸線の第３軸１１により水平旋回する工
具把持アーム１０とから構成されており、前記工具把持
アーム１０には溶接トーチＴを把持している。前記第２
アーム８にはリンク１２が第２アーム８と平行に設けら
れており、第２アーム８の上下旋回時に前記溶接トーチ
Ｔが常に鉛直方向姿勢を保つよう工具把持アーム１０を
制御するものである。

【００１６】前記下側のワーク把持ロボット３は、前記
溶接ロボット２の基台４の下方のコラムベース１の立面
に基台１３が固定され、この基台１３に鉛直軸線の第１
軸１５により水平旋回し、かつこの第１軸１５と交差す
る水平軸線の第２軸１６により上下旋回する第１アーム
１４と、この第１アーム１４に鉛直軸線の第３軸１８に
より水平旋回し、かつこの第３軸１８と交差する水平軸
線の第４軸１９（第１水平軸線）により水平旋回する第
２アーム２０と、この第２アーム２０のフランジＦにワ
ーク取付台２４が取付けられたボジショナ２３とから構
成されている。このワーク把持ロボット３の第１アーム
１４にもリンク２７が設けられており、第１アーム１４
の上下旋回時に第２アーム２０との結合部を常に水平姿
勢を保つようにしている。

【００１７】前記ポジショナ２３は、前記第４軸１９の
軸線に対し４５°の角度で第２アーム２０の前方に傾斜
し、前記第４軸１９により水平軸線（第１水平軸線）回
りに旋回するポジショナ第１アーム２５と、このポジシ
ョナ第１アーム２５に設けられ、前記第４軸１９の軸線
（第１水平軸線）に対し４５°の角度で第２アーム２０
側に傾斜した軸線の第５軸２２の軸線（第２水平軸線）
回りに旋回するポジショナ第２アーム２６と、前記第４
軸１９の軸線（第１水平軸線）と前記第５軸２２の軸線
（第２水平軸線）の交点Ｐを通り、かつ前記第５軸２２
の軸線（第２水平軸線）に対し４５°の角度の第６軸２
１の軸線で（第３水平軸線）回りに旋回するフランジＦ
を備えている。このフランジＦには前記ワーク取付台２
４が取付けられている。前記ポジショナ第１アーム２５
は、その全体を第４軸１９の水平軸線に対し４５°の角
度で前方に傾斜させたものに限定されるものではなく、
前記第４軸１９の水平軸線に対し直交して延在させ、ポ
ジショナ第２アーム２６との結合部を第４軸１９の水平
軸線に対し４５°の角度で前方に屈曲した形状でも良
い。

【００１８】前記ワーク取付台２４は図４及び図５で示
すように、ワーク取付台２４上にシリンダ３２によって
ワークＷをクランプ、アンクランプするクランパ３１が
設けられており、このクランパ３１によってクランプさ
れたワークＷは溶接したい箇所ＷＥを溶接ロボット２の
溶接トーチＴによって溶接加工される。尚、ワークをク
ランプする際には、ワークの中心０が点Ｐと一致するよ
うにすることによりロボットの動作領域を最少にするこ
とができる。

【００１９】

【実施例２の作用】下側のワーク把持ロボット３は、ワ
ークＷの作業領域への搬入、搬出動作を行い、溶接加工
作業時にはワークの姿勢を制御して溶接部位を重力方向
に対して常にある姿勢、例えば、溶接トーチＴに対して
ワークの溶接部位が鉛直状態の姿勢となるように、ある
いは、溶接部位が溶接トーチＴの前進方向または後退方
向に少し傾いた姿勢となるようにワークの姿勢を一定に
保つように制御し、上側の溶接ロボット２と協調して作
業を行うものである。

【００２０】すなわち、下側の６軸のワーク把持ロボッ
ト３はワークＷの３次元空間内の移動と姿勢の自由度を
有し、上側の溶接ロボット２は溶接トーチＴが常に鉛直
方向に姿勢を固定された状態で３次元空間内の移動の自
由度を有してワークを溶接加工する。従って、下側のワ
ークの溶接部位が溶接トーチＴに対して鉛直状態の姿勢
となるよう制御することにより、このワークに対し上側
から常に鉛直方向姿勢の溶接トーチＴによってアーク溶
接溶融池が重力により垂れることなく溶接部位に留まっ
た状態で溶接することができる。

【００２１】そこで、本発明はボジショナ２３によって
ワーク取付台２４上にクランプされているワークＷを、
点Ｐを基準に３６０°全方向の姿勢変換を可能とするも
のである。

【００２２】すなわち、前記第４軸１９（第１水平軸
線）の軸線回りに回転する第２アーム２０によって前記
第４軸１９（第１水平軸線）の軸線回りに旋回するポジ
ショナ第１アーム２５の旋回動と、前記第４軸１９の軸
線（第１水平軸線）に対し４５°の角度で第２アーム２
０側に傾斜した軸線の前記第５軸２２の軸線（第２水平
軸線）回りに旋回するポジショナ第２アーム２６の旋回
動と、前記第４軸１９の軸線（第１水平軸線）と前記第
５軸２２の軸線（第２水平軸線）の交点Ｐを通りかつ前
記第５軸２２の軸線（第２水平軸線）に対し４５°の角
度の第６軸２１の軸線（第３水平軸線）回りに旋回する
ワーク取付台２４の回転との相合作用によりワーク取付
台２４のワークＷは、そのワーク中心位置０を基準に３
６０°全方向に姿勢を変換する。

【００２３】上記実施例１及び実施例２の何れにおいて
も、ワークＷの動作角度が制限されることがなく、ワー
クＷに対する溶接トーチＴの作業方向の制限がなく溶接
加工することができる。また、ポジショナ２３のみでワ
ークＷの姿勢変換の動作を行うため、ロボット３の動作
が小さくなり振動が押さえられ加工品質を向上すると共
に、ワークＷの姿勢変換時に基本３軸の動作がないた
め、サイクルタイムが向上する。さらに、ワーク取付台
２４の重心位置が手首軸回転中心近傍に位置するため、
モータや減速機を小さくすることができる。

【００２４】また、上記の実施形態のように、溶接ロボ
ット２とワーク把持ロボット３は共通のコラムベース１
の１つの面に取り付けられていることにより、設置環境
温度変化時に溶接ロボット２とワーク把持ロボット３と
のアームの伸縮が相殺され、アーム伸縮誤差が低減し協
調作業時の相対位置精度が確保される。

【００２５】また、溶接ロボット２とワーク把持ロボッ
ト３の上下立体配置構成により、設備スペースを小さく
することができ、床面の省スペースが図られる。

【００２６】さらに加えて、溶接ロボット２とワーク把
持ロボット３の２台のロボットは共通のコラムベース１
をベースにしたツインアーム形態であるため、一度キャ
リブレーション作業を行うのみで設備を移設したとして
も、従来の対向配置のようなロボットのキャリブレーシ
ョン作業が不要となる。

【００２７】尚、上記の実施形態では上側を溶接トーチ
Ｔを把持させたアーク溶接作業で説明したが、本発明は
溶接作業の限定されるものではなく、シーリング作業、
バリ取り作業、あるいは穴明作業にも適用することがで
きる。また、溶接トーチＴを固定し、ワーク把持ロボッ
ト３によりワークの姿勢を重力方向に制御するものにも
適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、請求
項１及び請求項２のロボットにおいてはポジショナによ
りワークの３６０°の全方向の姿勢変換が実現でき作業
角度に制限なく加工することができると共に、加工品質
及びサイクルタイムを向上するすることができる。ま
た、モータや減速機を小さくすることができるのでコス
トダウンが図られる利点を有している。特に請求項１の
ロボットでは、３軸の少ない軸数によってワークの３６
０°の全方向の姿勢変換を可能とし、構成部材を低減し
ている。

【００２９】さらに、請求項３のロボットにおいては前
記の効果に加え、１つのコラムベース面の上側に工具を
把持するロボットを配置し、下側に前記ワークを把持す
るポジショナを備えたロボットを配置して協調作業する
ようにした構成により、設置環境温度の変化時のアーム
伸縮誤差が低減し、協調作業時の相対位置精度が確保さ
れ加工品質を向上する。また、上下ロボットを立体的に
配置した構成により複数のロボットを設置するスペース
の省スペース化が図られると共に、一度キャリブレーシ
ョン作業を行うのみで設備を移動したとしても各ロボッ
トの位置合わせのキャリブレーション作業を不要とし、
現地設置時の作業を容易かつ迅速に行うことができる。
また、必要最少限の軸数で協調ロボットを構成できるこ
とから、教示作業も簡単にでき教示時間も短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるロボットの全体構成を
示す斜視図

【図２】本発明の実施例２によるロボットの全体構成を
示す斜視図

【図３】本発明の実施例２によるロボットの平面図

【図４】ワーク取付台の平面図

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図

【図６】従来の協調作業をする２台のロボットを示す側
面図

【符号の説明】

１ コラムベース ２ 溶接ロボット ３ ワーク把持ロボット ４ 基台 ６ 第１アーム ８ 第２アーム １０ 工具把持アーム １３ 基台 １４ 第１アーム １９ 第４軸（第１水平軸線） １９ａ 第１軸（第１軸線） ２０ 第２アーム ２１ 第６軸（第３水平軸線） ２１ａ 第３軸（第３軸線） ２２ 第５軸（第２水平軸線） ２２ａ 第２軸（第２軸線） ２３ ポジショナ ２４ ワーク取付台 ２５ ポジショナ第１アーム ２６ ポジショナ第２アーム ２８ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 真一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 千種 俊之 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 竹内 雅彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小山 伸二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3F060 AA05 BA10 EB11 EC11 FA03 HA00 HA39

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多関節ロボットにおいて、固定部に設け
   られ、第１軸線と交差する軸線方向に延在し前記第１軸
   線回りに旋回するポジショナ第１アームと、前記ポジシ
   ョナ第１アームに第２軸線回りに旋回可能に結合された
   ポジショナ第２アームと、前記ポジショナ第２アームに
   第３軸線回りに回転するワーク把持部材とからなるフラ
   ンジを設け、前記第２軸線は第１軸線と４５°の角度を
   持つ軸線上に配置され、前記第３軸線は前記第１軸線と
   前記第２軸線との交点を通りかつ前記第２軸線と４５°
   の角度を持つ軸線上に配置されていていることを特徴と
   するロボット。
2. 【請求項２】 多関節ロボットにおいて、第１鉛直軸線
   回りに水平旋回し、かつ前記第１鉛直軸線に対し直交す
   る第１水平軸線回りに回転するアームと、このアームに
   設けられ第２鉛直軸線回りに水平旋回し、かつこの第２
   鉛直軸線に対し直交する第２水平軸線回りに旋回し第２
   水平軸線と交差する軸線方向に延在したポジショナ第１
   アームと、前記ポジショナ第１アームに結合され第３水
   平軸線回りに旋回するポジショナ第２アームと、前記ポ
   ジショナ第２アームに結合され第４水平軸線回りに回転
   するワーク把持部材とからなるフランジを設け、前記第
   ３水平軸線は第２水平軸線と４５°の角度を持つ軸線上
   に配置され、前記第４水平軸線は前記第２水平軸線と前
   記第３水平軸線との交点を通りかつ前記第３水平軸線と
   ４５°の角度を持つ軸線上に配置されていていることを
   特徴とするロボット。
3. 【請求項３】 共通のコラムベースの立面の下側に前記
   請求項１又は請求項２に記載のロボットを配置し、上側
   に工具を鉛直方向姿勢で把持したロボットを配置し、前
   記フランジにワークを把持させ、前記ロボットと前記ポ
   ジショナとによる協調作業によりワークを加工するよう
   にしたことを特徴とするロボット。