JP2001287033A - ワイヤ供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーチ部に装着するモータを有するワイヤ送
給装置部をコンパクトに構成し、他のものとの干渉を少
なくし、衝突を確実に検知できるようにする。 【解決手段】 ロボット手首１ａに剛性のある取付け手
段３１を介してワイヤ送給装置３を取り付ける。ワイヤ
送給部３２を減速手段３４を介して駆動するサーボモー
タ３３をワイヤ送給部３２よりも、ロボット手首１ａの
中心軸Ｊ６側に配置する。サーボモータ３３を駆動して
ワイヤ送給部３２のローラ３５を回転させ、ワイヤ９を
トーチ１０先端の溶接部に供給する。手首１ａがその回
転軸（Ｊ６、Ｊ５等）周りに回転したとき、ワイヤ送給
部３２の旋回領域の内側にモータ３３があるので、ワイ
ヤ送給装置３の旋回占有領域が小さく、他のものとの干
渉、衝突を少なくする。トーチ１０が衝突は手首等を駆
動するサーボモータの制御系に組み込まれた外乱推定オ
ブザーバでこの衝突を直ちに検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットを用いて
溶接を行うアーク溶接ロボットシステムにおけるワイヤ
供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接ロボットシステムでは、ワイ
ヤ送り速度の安定化のため、モータのサーボ制御によっ
てワイヤの送りを行うワイヤ送り機構を、ロボット手首
（トーチ部分）に設けたものが開発されている。図６
は、このようなワイヤ供給にモータを使用したワイヤ送
り機構をトーチ部分に配設した溶接ロボットの従来例を
示す図である（特開平１１−１０３３８号公報参照）。
ロボットアーム１００ｂの先端に設けられた手首１００
ａのフランジに取付部材１０１が取り付けられており、
該取付部材１０１にショックセンサ１０２を介してワイ
ヤ送給機構１０４、トーチ１０３が取り付けられてい
る。ショックセンサ１０２は、トーチ１０３等が他のも
のと衝突したときこのトーチ１０３等を保護するため
に、衝突の衝撃を検出するためのものである。

【０００３】又、ワイヤ送給機構１０４の上部には、該
機構１０４を駆動してワイヤをトーチ１０３の先端から
溶接部へ送り出すモータ１０５が配設されている。

【０００４】上記構成によって、ロボットの各アーム、
ロボット手首１００ａを回転移動させ、トーチ１０３を
溶接線に沿って移動させながら、モータ１０５を駆動し
ワイヤをトーチ先端に供給し、かつ、トーチとワーク間
に電圧を印加してアーク溶接を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ロボット手首１００ａ
は、図６において、軸Ｊ４の周りに回転し、ワイヤ送給
機構１０４、トーチ等を該軸Ｊ４周りに旋回させる。
又、手首１００ａの中心Ｐを通り、紙面垂直方向の軸
（この軸をＪ５と呼ぶ）周りにも手首１００ａは旋回
し、ワイヤ送給機構１０４を旋回させる。更に、ロボッ
トアーム１００ｂの中心軸Ｊ６周りにも手首１００ａは
旋回する。そのため、ワイヤ送給機構１０４もこの軸Ｊ
６周りに旋回することになる。

【０００６】図６に示すような従来例では、モータ１０
５がワイヤ送給機構１０４の上部に突き出た位置にある
ことから、溶接時等にロボット手首１００ａを駆動し、
該ロボット手首１００ａが前記Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６周りに
回転したとき、ワイヤ送給機構１０４，モータ１０５等
が占める旋回空間領域は、従来のトーチ部にモータを備
えないワイヤ送り機構と比較し、モータを備えている分
拡大する。その結果、周辺機器との干渉が発生しやすく
なるという欠点がある。

【０００７】又、狭い部分にトーチ１０３を挿入して溶
接等を行うような場合、トーチ１０３と共に移動する部
材の占有空間が大きいことから、トーチ１０３を挿入で
きない場合があり、使い勝手が悪いという問題がある。
又ショックセンサ１０２用のケーブルも必要なため、ト
ーチ部の配線・配管も煩雑となるという問題もある。更
に、ショックセンサ１０２は、トーチ１０３だけではな
くモータ１０５，ワイヤ送り機構１０４をも含めた質量
も合わせて支えねばならず、かつ、通常動作時にトーチ
先端が揺れないようにバネで保持する必要がある。しか
し、バネ定数が大きいとショックセンサ１０２の衝突に
対する感度が鈍くなり、万一の衝突時にトーチ部の保護
ができないという問題がある。即ち、ショックセンサで
衝突を検出するような場合、通常動作ではトーチ先端が
揺れないようにし、かつ衝突を感度よく検出することは
二律背反の事項である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
課題を解決するために、ロボットの手首フランジに取り
付けられるワイヤ送給装置を、フランジに取付けるため
の取付手段と、該取付手段に接続されたワイヤ送給部
と、ワイヤ送給の駆動用モータとで構成し、ワイヤ送給
部は、前記モータに連動する減速手段と、該減速手段に
接続されたワイヤ送給用ローラとを備え、かつ、前記モ
ータは手首フランジ前方に位置し、且つ前記モータのシ
ャフト方向が前記手首フランジ面と概ね平行となるよう
に配置した。又、前記取付手段にワイヤ供給装置の位
置、傾きを調整するための機構を設けた。さらに、ロボ
ットの各軸を駆動するモータの内少なくとも１以上のモ
ータに対して、外乱負荷トルクを推定する外乱推定オブ
ザーバを組み込み、該オブザーバでトーチ等と他のもの
との衝突を検出するようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のワイヤ送給装置
を用いたアーク溶接ロボットシステムの概要図である。
ロボット本体１のアーム先端手首１ａには、本発明のワ
イヤ送給装置３が取り付けられている。符号４は、この
ロボット本体１の各軸を駆動制御するロボット制御装置
であり、該制御装置４内に設けられたサーボアンプ５ａ
によって、ロボット各軸を駆動するサーボモータが駆動
制御される。又、符号５ｂはこのロボット制御装置４に
設けられた付加軸制御手段における付加軸サーボアンプ
である。この付加軸サーボアンプ５ｂを介して前記ワイ
ヤ送給装置３のサーボモータが駆動制御されるようにな
っている。なお、符号１１は、各サーボアンプ５ａ，５
ｂと各サーボモータを接続するケーブルである。

【００１０】ワイヤ９は該ワイヤ９が巻回されたワイヤ
ドラム６から、ワイヤコンジット８で保護され、ワイヤ
送給装置３に供給されている。又、符号７は、溶接制御
手段を有する溶接電源で、ケーブル１２，１３を介し
て、トーチ１０とワーク２に接続され、この間に電圧を
印加してワーク２を溶接するようになっている。

【００１１】溶接を行う場合には、ロボット制御装置４
によってロボット本体１の各軸を駆動するサーボモータ
を駆動制御して、トーチ１０の先端を教示溶接線に沿っ
て移動させると共に、付加軸サーボアンプ５ｂを介して
溶接条件に適した送給速度でワイヤ９を送るようにワイ
ヤ送給装置３のサーボモータを制御し、かつ、溶接電源
より、トーチとワーク２間に溶接条件に適した電圧かけ
て溶接を行う。

【００１２】図２は、前記ワイヤ送給装置３の第１の実
施形態の説明図である。該ワイヤ送給装置３は、このワ
イヤ送給装置３をロボット手首１ａのフランジに取り付
ける取付手段３１、ワイヤ送給部３２、該ワイヤ送給部
３２を駆動するサーボモータ３３で構成されている。こ
のワイヤ送給装置３は取付手段３１を介してロボット手
首１ａのフランジ面に取り付けられたとき、サーボモー
タ３３がロボット手首１ａのフランジ面前方で、ワイヤ
送給部３２と比べて、ロボット手首１ａのフランジ中心
側に位置するように構成されている。即ち、ロボット手
首１ａが回転する回転軸Ｊ６（フランジの中心軸）から
みてサーボモータ３３は内側に、ワイヤ送給部３３は外
側に配置されるように構成されている。特に、この第１
の実施形態では、サーボモータ３３のシャフト（ロータ
軸）が手首１ａのフランジ面と略平行になるように配置
され、該サーボモータ３３の回転は、減速手段３４を介
してローラ３５伝達される。図２（ｂ）に示すように、
ワイヤ送給部３２に設けられた複数のローラ３５は、ワ
イヤ９を挟み込むように配置されており、サーボモータ
３３の回転により、減速手段３４を介して回転し、ワイ
ヤ９を引っ張り、トーチ１０の内部を通してトーチ１０
の先端の溶接部に該ワイヤ９を供給する構成とされてい
る。前述したように、サーボモータ３３は、付加軸サー
ボアンプ５ｂによって駆動され、ワイヤ９を指令した速
度でトーチ１０の先端から溶接箇所に供給される。

【００１３】前記取付手段３１は、トーチ１０が周辺機
器等の他のものと衝突したとき、その衝撃力を速やかに
ロボット本体に伝えるように十分な強度をもった、剛性
の高い部材で形成されている。なお、取付手段３１の曲
げ方向の剛性を向上するために、例えば、図２（ｃ）に
示すようにモータ側面部に補強部材３７，３７を設けて
もよい。

【００１４】又、本実施形態においては、ロボット各軸
を駆動するサーボモータの制御系に外乱推定オブザーバ
を組み、サーボモータに加わる外乱負荷トルクを推定
し、この推定負荷トルクによって、トーチの衝突を検出
するようにする。なお、外乱推定オブザーバは、例え
ば、特許第２６６５９８４号等で周知であるので詳細な
説明は省略する。

【００１５】前述したように、ワイヤ送給装置３は、剛
性のある取付手段でロボット手首１ａのフランジ面に取
り付けられているから、トーチ１０等が他のものと衝突
したときの衝撃は直ちにロボット手首１ａに伝達され、
ロボット本体１の各軸に伝達されることになるから、ロ
ボットの各軸を駆動するサーボモータに対して組み込ま
れた外乱推定オブザーバによって衝突を直ちに検出する
ことができる。

【００１６】又、この外乱推定オブザーバは、ロボット
の各軸を駆動するサーボモータの全てのサーボモータに
対して必ずしも組み込む必要はなく、１以上の軸のサー
ボモータに対して組み込むだけでもよい。例えば、手首
フランジの中心周りに回転駆動する軸Ｊ６周りに手首１
ａを駆動するサーボモータに対して外乱推定オブザーバ
を組み込むだけでもよい。さらには、追加的にＪ５周り
にロボット手首１ａを駆動するサーボモータに対しても
外乱推定オブザーバを組み込んでもよい。そして、いず
れかの外乱推定オブザーバで検出した外乱負荷トルクが
設定値を超えるようなときに、衝突発生として衝突を検
出するようにすればよい。

【００１７】ロボット手首１ａは軸Ｊ６の周りに回転す
るからロボット手首１ａのフランジ及び該フランジに取
り付けられたワイヤ送給装置３は、軸Ｊ６の周りに旋回
することになる。このとき、サーボモータ３３が回転中
心側に配置されていることから、図６に示す従来例と比
較して、旋回に伴う占有空間が小さく、その分、ワイヤ
送給装置３が他のものと干渉する可能性は少なくなる。
さらに、ロボット手首１ａは軸Ｊ５の周りにも回動する
が、この回動によって、図６に示す従来例では、モータ
１０５がワイヤ送給機構１０４の上部に配置されている
ことから、この回動範囲を狭め、かつ他のものとの干渉
する可能性も増大する。しかし、本実施形態では、サー
ボモータ３３は、ワイヤ送給部３２の上部には配置され
ておらず、ワイヤ送給部３２が軸Ｊ５の周りに回る内側
の領域に配置されていることから、このサーボモータ３
３によって、その回転が制限される割合は減少し、かつ
他のものとの、干渉、衝突発生もすくなくなる。

【００１８】又、ロボット手首１ａは、該ロボット手首
１ａが取り付けられたアームの中心軸周り（図６におい
てアーム１００ｂの中心軸Ｊ６の周り）にも回動する
が、この回動に対しても、サーボモータ３３は、ワイヤ
送給部３２よりも回転中心側（内側）に配置されている
ことから、この回動による占有空間は、図６の従来例と
比べ小さくなり、その分、他のものとの干渉、衝突も避
けられることになる。

【００１９】図３（ａ）、図３（ｂ）は、第２の実施形
態のワイヤ送給装置の説明図である。こり第２の実施形
態と上述した第１の実施形態との相違点は、ロボット手
首１ａのフランジに取付手段をもって該ワイヤ送給装置
を取り付ける取付方法、及び、取付手段とワイヤ送給部
及びサーボモータの結合関係が相違するのみである。な
お、第１の実施形態と対応する部材は同一符号を記して
いる。

【００２０】この第２の実施形態では、図３（ｂ）に示
すように取付手段３１に長孔３９が複数設けられ、この
長孔３９を介してボルト４０によって取付部材３１がロ
ボット手首１ａのフランジ面に取り付け可能になってい
る。ボルト４０で、取付部材３１を固定する際に、長孔
３９を利用して取付手段３１を長孔３９の長径方向に移
動させてその位置を調整することができる。なお、この
長孔３９は、円弧状の孔でもよい。

【００２１】更に、ワイヤ送給部３２は、取付手段３１
に固定ボルト３８で、回動可能に取り付けられている。
そのため、図３（ａ）に破線で示すように、トーチ１０
の傾きを、この固定ボルト３８による取付手段３１に対
するワイヤ送給部３２の固定位置を調整することができ
る。この固定ボルト３８による取付部材３１に対するワ
イヤ送給部３２の取付角度と、前記長孔３９とボルト４
０によるロボット手首１ａのフランジに対する取付手段
３１の取付位置の調整によって、ワイヤ送給部３２の位
置と傾きを調整し、トーチ先端のワイヤ送給位置と傾き
が調整でき、溶接に適したワイヤ位置と傾きを得ること
ができる。

【００２２】図４（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施
形態のワイヤ送給装置の説明図である。この第３の実施
形態と前述した第２の実施形態との相違は、取付部材３
１とワイヤ送給部３２との結合を取付手段３１に設けた
長孔４１と固定ボルト３８で固定する点において相違す
るのみである。前述した取付手段３１に設けた複数の長
孔３９とボルト４０により、ロボット手首１ａのフラン
ジ面への取付手段３１の取付位置を調整すると共に、長
孔４１と固定ボルト３８により、取付手段３１に対する
ワイヤ送給部３２の取付位置、回動位置を調整して、ト
ーチ先端のワイヤ送給位置と傾きを調整するようにす
る。

【００２３】図５（ａ）、（ｂ）は本発明の第４の実施
形態のワイヤ送給装置の説明図である。この第４の実施
形態と前述した図３に示す第２の実施形態との相違は、
取付手段３１に、ロボット手首１ａのフランジ面に取り
付ける手段として複数のネジ又は通し孔からなる固定手
段４４が設けられている。取付手段３１をロボット手首
１ａのフランジ面に取り付ける際に、固定手段４４のネ
ジ又は通し孔を選択することによって取付手段３１の取
付位置を選択し、ボルト４３で固定する。又、取付手段
３１には、複数のネジ又は通し孔からなるワイヤ送給部
連結手段４５が設けられており、このワイヤ送給部連結
手段４５のネジ又は通し孔を選択して固定ボルト４６で
ワイヤ送給部３２を取付手段３１に固定する。なおこの
場合、ワイヤ送給部３２は固定ボルト４６を中心に回動
させて取付固定させてもよい。

【００２４】この第４の実施形態においても、ロボット
手首１ａのフランジ面と取付手段３１との取付位置の調
整と、取付手段３１とワイヤ送給部３２の取付位置（さ
らには取付回動位置）の調整によって、トーチ先端のワ
イヤ送給位置と傾きを調整することができる。

【００２５】なお、上述した各実施形態では、ワイヤ送
給部３２を駆動するサーボモータ３３のシャフト軸方向
が、ロボット手首１ａのフランジ面とほぼ並行になるよ
うにサーボモータを配置したが、このサーボモータのシ
ャフト軸方向がをロボット手首１ａのフランジ面とほぼ
垂直となるように配置してもよい。この場合において
も、サーボモータの位置が、ロボット手首の中心軸から
見て、ワイヤ送給部３２の内側にあるように配置する。
これによって、ロボット手首１ａの各軸が回動したと
き、ワイヤ送給部３２、サーボモータ３３が占める旋回
空間を小さくすることにより、他のものとの衝突、干渉
を少なくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、ワイヤ送給装置をコンパクト
に構成し、ロボット手首の各軸の回動に対してワイヤ送
給装置が占める旋回空間領域を小さくし、かつ、ワイヤ
送給部上部にモータの突出部をなくしたので、ワイヤ送
給装置と他のものとの干渉を少なくすることができる。
又、溶接などの作業の際に、トーチ部が自由な姿勢をと
ることができる。狭い箇所でも溶接を可能とする。又、
溶接に適したワイヤ位置傾きの微調整も可能である。さ
らに、ショックセンサを必要とせず、トーチ部等と他の
ものとの衝突を直接ロボットの手首部に伝え衝突をロボ
ット各軸を駆動するサーボモータの制御系に組み込まれ
た外乱推定オブザーバで、直ちに検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワイヤ送給装置を用いたアーク溶接ロ
ボットシステムの概要図である。

【図２】本発明のワイヤ送給装置の第１の実施形態の説
明図である。

【図３】本発明のワイヤ送給装置の第２の実施形態の説
明図である。

【図４】本発明のワイヤ送給装置の第３の実施形態の説
明図である。

【図５】本発明のワイヤ送給装置の第４の実施形態の説
明図である。

【図６】ワイヤ送り機構を駆動するモータをトーチ部分
に配設した従来例の説明図である。

【符号の説明】

１ ロボット本体 １ａ ロボット手首 ２ ワーク ３ ワイヤ送給装置 ４ ロボット制御装置 ５ａ サーボアンプ ５ｂ 付加軸サーボアンプ ６ ワイヤドラム ７ 溶接電源 ８ ワイヤコンジット ９ ワイヤ １０ トーチ ３１ 取付手段 ３２ ワイヤ送給部 ３３ サーボモータ ３４ 減速手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩山 貴敏 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 AA00 AA05 BA03 BA10 CA06 DA02 DA09 DC01 FA03 FB16 FB22 FB29 FC03 5H550 AA18 BB10 DD01 EE08 JJ04 LL60

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ロボットシステムにおいて、ロボッ
   トの手首フランジに取り付けられ、モータの駆動により
   ワイヤを送給するワイヤ送給装置であって、該ワイヤ送
   給装置は、該ワイヤ送給装置を前記フランジに取付ける
   ための取付手段と、該取付手段に接続されたワイヤ送給
   部と、ワイヤ送給の駆動用モータとを備え、前記ワイヤ
   送給部は、前記モータに連動する減速手段と、該減速手
   段に接続されたワイヤ送給用ローラとを備え、 前記モータは、前記手首フランジ前方に位置し、且つ前
   記モータのシャフト方向が前記手首フランジ面と概ね平
   行となるように配置されていることを特徴とするワイヤ
   供給装置。
2. 【請求項２】 前記取付手段は、前記ワイヤ供給装置の
   位置、傾きを調整するための機構を備えた請求項１記載
   のワイヤ送給装置。
3. 【請求項３】 前記ロボットの各軸を駆動するのモータ
   の内少なくとも１以上のモータに対して、外乱負荷トル
   クを推定する外乱推定オブザーバを組み込み、該オブザ
   ーバでトーチ等と他のものとの衝突を検出するようにし
   た請求項１又は請求項２記載のワイヤ送給装置。