JP2006289503A - アーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤの送りの安定と耐久性の向上を図り、高い溶接品質を達成できるようにするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構を提供する。
【解決手段】溶接用トーチを装着して回動させる手首作用部、手首を上アームの先端部で傾動させる傾動作用部、上アームをアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部が備えられ、溶接ワイヤ送給装置が上アームの基端部に装着され、トーチケーブルが、溶接用トーチに向けて配備され、導電性の給電機構がトーチケーブルの基端部に接続されて、回転作用部及び／又は手首作用部が回転したときにトーチケーブルが回転するとともに回転し、溶接ワイヤ送給装置から送出された溶接ワイヤが給電機構内を挿通してトーチケーブルに挿入されて、このトーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされて溶接用トーチに至るように配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明はアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構に係り、詳しくは、トーチケーブルを短くしても、溶接用トーチの姿勢の如何にかかわらず溶接ワイヤの供給速度や供給量の安定を促し高い溶接品質が得られるようにすると共に、トーチケーブルの損耗抑制ならびにロボットの動作領域の拡大も図られるようにした多関節形のアーク溶接ロボットに関するものである。

例えばアーク溶接ロボットにおいては、溶接ワイヤをワイヤリール等から繰り出させ、これを溶接トーチへ送給して電気エネルギで溶かし連続的に溶接する。そのため、溶接ワイヤの送りを制御する溶接ワイヤ送給装置が、ロボットシステムに導入される。その溶接ワイヤ送給装置は、通常、ワイヤの進行方向に対して垂直となる向きから挾圧する幾つかのロールで構成され、その摩擦力でワイヤを送り出す。

図１２は多関節ロボットの一例であり、第１軸から第６軸までの６つの関節７１〜７６が備えられ、それぞれが矢印で示したように回転したり傾動することによって、手首に装着された溶接用トーチ７７の位置や姿勢が任意に変えられる。このようなロボットの場合、溶接ワイヤ送給装置７８は下アーム７９に対して傾動すると共にそれ自体の軸線回りに回転する上アーム８０の非回転部に装着されることが多い。

図においては、上アームのうち基部となる非回転部８０Ｆの上に溶接ワイヤ送給装置７８が載せられている。この場合、ワイヤリール８１から溶接ワイヤ送給装置７８までと、溶接ワイヤ送給装置７８から溶接用トーチ７７までとは、それぞれケーブルによって接続される。そのうちとりわけ後者は、溶接ワイヤだけでなく溶接のための電力の供給やシールドガスの送給をも可能にした多重構造となっていることが多い。

その断面構造の詳細は後掲するが、多重層をなすトーチケーブル８２は曲折させにくく、従って溶接用トーチが動くときのひきつれを少なくしておくために、長さに余裕を持たせて弛ませている。すなわち、ケーブルの変形を可能にするため溶接ワイヤ送給装置７８から溶接用トーチ７７までもアーム外空間に位置させる外配とされ、溶接用トーチが図の実線、二点鎖線や破線のように俯仰してもトーチケーブル８２のその都度の複雑な変形をある程度許容させている。

その場合、ケーブル８２はいろいろな形をとるが、ロボットが単独で動作していたり周囲に治具が存在しない場合、さらにはワークの形状が単純である場合などでは、外配のトーチケーブルが溶接作業を直ちに阻害することはない。しかし、溶接用トーチの動きはあくまでもトーチケーブルの変形可能な範囲に限られ、またケーブルが繰り返す屈曲動作によって損耗をきたすことは避けられない。

もちろん、他のロボットと協調動作していたり周囲に複雑な形の治具が配備されていたり、またワークが筒状もしくは箱状でその中に溶接を施すなどの場合には、作業に直接影響を及ぼす。すなわち、その典型は外配トーチケーブルがワークや周囲の装置等と接触したりひっかかったりするトラブルの発生である。加えて、トーチケーブルの変形が酷くなれば、その中の溶接ワイヤの送りも安定を欠き、溶接品質にばらつきを生じさせる。

上記したトラブルの発生とまではいかないが、溶接用トーチ自体が大きく回るなどしたときケーブルが上アームに当たったりひっかかったりすれば、その続きの動作が阻まれて一筆書き的な溶接は不可能となる。この場合、溶接用トーチを反転させるなど切り返さなければならず、作業が不連続となって溶接時間の増長をきたしたり溶接ビードの連続性が得られなくなったりする。このことは、ティーチングするときも同様であって、作業者に強いられる負担は一向に軽減されない。

そこで、トーチケーブルをロボットアームに内蔵させることにより、適用ワークの拡大や溶接品質、信頼性、運転上の利便を図ろうとする提案が幾つかなされている。特開平５−３０９５８６号公報にはその一例が記載されているが、これはアームに内装させるといってもスペースに制約があるので、上アーム等とトーチケーブルをフレキシブルカバーで覆ってしまうものである。カバーは例えば円筒形の蛇腹であって、周囲のものと接触することはあってもひっかかることは少なくなると期待される。

特開２００２−２８３２７５号公報はアーク溶接ロボットではなくスポット溶接ガンを装着したロボットの例であるが、上アームに空洞部が設けられ、そこに配管・配線部材をはめ込むようにしている。いずれにしてもケーブルや配管の損耗を抑制することを目的としていることに変わりがない。
特開平５−３０９５８６号公報 特開２００２−２８３２７５号公報 特開平４−３１９０７１号公報 特開平９−２９５１５３号公報 実願平５−２８５３８号（実開平６−８３１６９号）のＣＤ−ＲＯＭ 特開平１−２５７５９２号公報 特開２００２−３７０１９０号公報 特開平６−２２６４５０号公報

上記したようにトーチケーブルを上アーム内に収めてケーブルの全体的な大きい変形が出ないようにしたとすれば、トーチケーブルの変形挙動を最小限にとどめて溶接ワイヤへの影響も小さくしておくことができるかのように見える。しかし、ケーブルが短ければ屈曲するのはある特定の箇所、例えば手首を上アームの先端部において傾動させる傾動作用部およびその近傍に集中することになるのは言うまでもなく、局部的な損耗を早期に招く。また、内装しても上アームの軸芯から外れるなどしていると、ロボットの動作のたびに二次的な変化を誘発してケーブルの安定を欠く。

ケーブルが短くなると、ケーブル内で溶接ワイヤの遊びを持たせるにしてもその余裕は極めて少なく、ケーブルの変形に対して溶接ワイヤを不感状態に置くことはもはや不可能となる。すなわち、ケーブルの弛みが少なくなるから曲げが作用しても、その急激な曲げと溶接ワイヤとの長さのずれを吸収する余力はほとんど与えられなくなるからである。

従って、溶接用トーチの姿勢の変化量やとらせるべき位置さらには移動速度に制限を課すなどしてケーブルへの負担を抑えなければならず、結果として、ロボットの動作上の許容範囲を狭めざるを得なくなる。関節の動きに回転が加わってトーチケーブルに捩れも作用するような場合には、一層の安全性確保のためのスペックダウンが余儀なくされる。

ところで、溶接品質が高く要求される場合、溶接ワイヤの送りの安定は極めて重要な課題となる。トーチケーブルを空洞部に収めるなどして変形を抑制しておく場合、内部を進行する溶接ワイヤに加わる抵抗は曲げが頻繁に発生する部分でその都度大きく変化する。ましてや捩りも入れば、溶接ワイヤの挙動の複雑化を招来し、ワイヤの動きをより一層不安定なものにする。

それによってケーブル内での通路抵抗が増し、例えば溶接ワイヤにブレが出たりひっかかりが生じると、それが僅かであっても送給速度を乱してコンタクトチップからの送出量に変動をきたす。これでは一様なビードの形成は果たし得ず、高品質の要求には応えられない事態を招く。

本発明は、アーク溶接ロボットの各軸における傾動や回転に基づくトーチケーブルの曲げや捩れの発生を抑止して、溶接ワイヤの送りの安定と耐久性の向上を図り、そして高い溶接品質を達成できるようにするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構を提供することを目的としている。

第１の発明は、
溶接用トーチを装着して回動させる手首作用部、手首を上アームの先端部で傾動させる傾動作用部、上アームをアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部が備えられ、各作用部が減速機を介してモータ駆動され、溶接ワイヤ送給装置が上アームに取りつけられてこの溶接ワイヤ送給装置から送出される溶接ワイヤ、この溶接ワイヤを挿通させて保護案内するワイヤコンジット、シールドガスをワイヤコンジットの外周部で送気させるガスホース、溶接のための電力を供給する導電線がガスホースの外周部にそれぞれ略同心状となるよう一本に纏めて被覆されたトーチケーブルが、溶接用トーチに向けて配備されるアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構において、
前記溶接ワイヤ送給装置が上アームの基端部に装着され、
導電性の給電機構がトーチケーブルの基端部に接続されて回転作用部と溶接ワイヤ送給装置との間に設けられて、回転作用部及び／又は手首作用部が回転したときにトーチケーブルが回転するとともに回転し、
溶接ワイヤ送給装置から送出された溶接ワイヤが給電機構内を挿通してトーチケーブルに挿入されて、このトーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされて溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。

第２の発明は、
第１の発明に記載の給電機構が、溶接ワイヤの挿通孔が中心軸に形成されてこの中心軸で回転し、パワーケーブルが外周面に連結されてこのパワーケーブルから供給された電力が給電機構を流れてトーチケーブルへ供給されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。

第３の発明は、
第１の発明又は第２の発明に記載の給電機構が、ガスホースが外周面に連結されてこのガスホースから供給されたシールドガスが給電機構内を通過してトーチケーブルに流れていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。

第４の発明は、
前記溶接用トーチが手首作用部の先端部に装着され、
トーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされ、傾動作用部の残余空間を経て手首作用部内を挿通して溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とする第１の発明から第３の発明のいずれか１発明に記載のアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。

第５の発明は、
第４の発明記載の残余空間が、手首作用部の俯仰中にトーチケーブルが傾動作用部の第５軸と干渉することがないように、上アームと手首とがそれぞれの傾動作用部側を薄くするＬ字状に形成されて、傾動作用部が手首作用部を上アームに対して片持ち構造で軸承して形成されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。

本発明のアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構は、溶接ワイヤをトーチケーブルの中で安定して進行させ、ワイヤ送給不良の発生を抑制すると共にケーブルの耐久性の向上も図ることができる。

以下に、実施の形態を表した図面を基にして、本発明に係るアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構を詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明が適用されるアーク溶接ロボット１の平面図であり、（ｂ）は正面図である。いずれも、上アーム２から溶接用トーチ３に至るまで内部構造が見えるように描かれている。

このアーク溶接ロボット１は、従来技術のところで述べた図１２と、本発明に係る部分を除けば本質的に同じ構造である。すなわち、６つの関節が備わっており、それぞれにおける回転や傾動等の動作は同じである。このアーク溶接ロボットにおける６つの軸のうち、第６軸は溶接用トーチ３を装備して回動させる手首作用部４であり、第５軸は手首を上アーム２の先端部において傾動させる傾動作用部５であり、第４軸は上アーム２をアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部６となっている。

いずれの関節も、その軸には減速機を介したモータが装備され、図示しないロボットコントローラからの指令を受けて駆動される。アーク溶接のためには溶接ワイヤ、溶接のための電力、シールドガスが必要であり、駆動系とは独立してそのためのトーチケーブル７がロボットに配備される。このトーチケーブルは図４の右側に示すように多層構造となっていて、溶接ワイヤ、電力、シールドガスの供給をすべく三重の通路等が形成されている。従って、このケーブルの柔軟性は高いとは言えず、また捩りが作用したとすれば、そのかなりの部分を伝えるほどの剛さを持っている。

すなわち、中心には溶接ワイヤ８が通過し、その前進をガイドすると共に疵がつかないように保護するコイルライナ９がある。コイルライナはワイヤコンジットとして機能するものであるが、その外周部にはシールドガス１０が流れ、これがガスホース１１によって溶接用トーチまで導かれるようになっている。その外に導電線１２がリング状に配され、いずれもが略同心状をなすように纏められて被覆１３が施されている。

図１に戻って、上記したトーチケーブル７に溶接ワイヤ８を送る溶接ワイヤ送給装置１４は上アーム２に取りつけられている。その点では図１２と変わるところがないが、注目すべきは上アーム２の基端部に装着されていることである。すなわち、上アーム２の長手方向に延びる軸線（実際に存在するわけではないが）の基部背後の延長線上に取りつけられている。

この意図するところは、溶接ワイヤ８を上アーム２の長手方向に通過させるに際して直進可能な状態に置いて、すなわちできるだけ曲折を伴わないようにしておこうとするためである。後述するが、溶接のための電力を供給する外配パワーケーブル１５やシールドガスを供給する外配ガスホース１６は上アーム２の基部側面または下面に接続され、電力やシールドガスの供給経路が上アーム内で９０度変向されることにしているのと大いに違った組み付けとされる。

さらに特異な点は、回転作用部６における減速機、すなわち第４軸を駆動するハーモニック減速機１７の軸芯が中空にされていることである。そして、これには、図２に示すように、トーチケーブル７に接続される前のワイヤコンジット１８が挿通される。なお、このワイヤコンジットはトーチケーブル７に繋げられ、それが上アーム２内を長手方向に延び、傾動作用部５（図１を参照）を経て溶接用トーチ３に至るように配設される。

その傾動作用部５は手首作用部４を上アーム２に対して片持ち構造で軸承する構造となっており、上アーム２から溶接用トーチ３に至るトーチケーブル７が傾動作用部の片持ち部残余空間１９を通過する。そのトーチケーブル７の曲がり角は概ね図示した状態で最も大きく、俯仰角度が変われば減る方向にある。ちなみに、その第５軸はベルト２０の掛けられた減速機２１を介して駆動される。

その傾動作用部５は両持ち構造の軸承形態としてもよいが、その場合、トーチケーブル７は第５軸の上もしくは下の空間を通過して溶接用トーチ３まで延ばされることになる。俯仰の際に第５軸を取り巻くトーチケーブル７が軸と接触する機会が多くなることを考慮すれば、片持ちの軸承構造の方が望ましいと言える。手首作用部４の俯仰中でもトーチケーブルは第５軸と干渉することはなく、最小限の曲がり方にとどめておくことができるからである。

次に、手首作用部４における減速機２２も、回転作用部６の減速機１７と同様に軸芯が中空となっている。その構造は図５，図６により後述するので、ここでは詳細に述べない。回転作用部６から傾動作用部５の空間を経て溶接用トーチ３に至るトーチケーブル７が、この減速機２２の軸芯を挿通させるようにしておけば、トーチケーブル７は上アーム２から溶接用トーチ３に至るまでを最短距離で結ぶことができる。トーチケーブル７が短くなるとはいえども常に中心に位置することになるので、ロボットの動きに伴うケーブルの二次的な挙動を無くすことができる。

以上の説明からも分かるように、ワイヤコンジット１８は回転作用部における減速機１７の軸芯から傾動作用部５に束縛されることなく手首作用部４に入り、そこでの減速機２２においても軸芯を通過することになるから、たとえ傾動作用部５で曲げが頻発しても、その挙動は第５軸に左右されない自由なものとなる。曲がり部前後のケーブルは軸芯に位置して無用な挙動を生じさせず、傾動作用部５におけるケーブルの曲がりは略±９０度の範囲にとどめられ、かつその曲率半径は可及的に大きく確保され、ケーブルに掛かる負担を軽減して損耗を抑えることができる。

それゆえ、進行する溶接ワイヤの長さ変動を吸収できるようにしておかなければならないという配慮をする必要もほとんどなくなる。ケーブルの変形に対して溶接ワイヤを不感状態に置きやすくもなるので溶接ワイヤ８のブレは可及的に抑えられ、また、トーチケーブル７の耐用期間を延ばすこともできる。溶接用トーチの姿勢変化量や変位位置・変位速度に対する制約も少なくして、ロボットの動作仕様を拡大することも可能となる。これは、ティーチング作業時の負担も軽減されることを意味する。

曲げ角が小さいか、曲げ幅が狭ければ、その曲がり部におけるワイヤコンジット１８の抵抗は大幅に変化せず、従って送給速度の変動は低減し、均一な溶接ビードの形成など溶接品質の向上が図られる。たとえ回転作用部６の減速機１７においてのみ軸芯を通過させる場合であっても、手首作用部４の減速機２２においてのみ軸芯を通過させる場合であっても、程度の差こそあれ、溶接ワイヤ８の進行中のブレは少なくなることは言うまでもない。それによって、溶接線の狙い外れも少なくなる。

図２は回転作用部６における減速機１７の近傍を表した拡大図である。この減速機１７の左側すなわちトーチケーブル７の上流側には給電ドラム２５が導入されている。これは給電を中継するためのものであるが、給電ブラシ２６と共にスリップ式の給電機構を構成している。

詳しく述べると、上アーム２の基部の側面または下面で接続される外配パワーケーブル１５を介して導入される溶接のための電力は、図３に示すように、給電ブラシ２６から、それに摺接する給電ドラム２５、回転作用部減速機１７（図２を参照）の軸芯を挿通する通電軸２７を経てトーチケーブル７内の導電線１２（図４を参照）に供給される構造となっている。

上記したように溶接ワイヤ送給装置１４が上アーム２の基端部に取りつけられるので、図１から分かるように、溶接ワイヤ８は上アーム２の全長にわたって長手方向に沿うよう配置することができる。しかし、溶接ワイヤ送給装置１４が上アーム２の基端部を占めている関係から、その他のものは基端部以外から上アーム２に導入しそして９０度変向させざるを得ない。外配パワーケーブル１５をそのまま上アーム２内に挿入して這わせるとすれば、基部側で固定状態にあるパワーケーブルが第４軸の回転を受けたとき捩れることになってしまう。

そこで、外配パワーケーブル１５を上アーム２の中へは入れないことにし、スリップ式給電機構を介して上アーム２の回転の影響を排除できるようにする。図３に示したスプリング材２８によって付勢されたピン２９が給電ブラシ２６を給電ドラム２５に圧した状態に保ち、給電ドラム２５が上アームと共に回転してもまた回転が停止しているときも通電を維持しておくことができるように配慮される。

このようにしておけば、溶接用トーチに送られる電流は、図２に示した外配パワーケーブル１５から給電ブラシ２６、給電ドラム２５、そのドラム軸３０、それに繋がる通電軸２７、そして接続部の構造は後述するトーチケーブル７の導電線１２（図４を参照）へと流れる。上アーム２が回転すればトーチケーブル７も回転するが、それに一体化されている通電軸２７および給電ドラム２５も回転するので、固定状態にある外配パワーケーブル１５の影響を受けてトーチケーブル７に捩れが発生することはない。

この給電ドラム２５の存在は上アーム２の軸芯を遮蔽することになるので、溶接ワイヤ８およびそのためのワイヤコンジット１８を通すに十分な挿通孔３１が形成される。この挿通孔はドラム軸３０にも設けられることは述べるまでもないが、通電軸２７もワイヤコンジット１８を通すことができるように中空部が形成される。

ちなみに、減速機１７はギヤー３２の回転で駆動される例となっている。それには入力軸３３が一体化されており、両者の軸芯にも通電軸２７を通すための空間が確保されている。なお、通電軸を流れる電流が減速機１７との間で短絡しないように、ギヤー３２ならびに入力軸３３には絶縁シリンダ３４が嵌め込まれている。

図２の給電ドラム２５には上記したドラム軸３０が設けられているが、これは給電ドラム２５を軸支するためのジャーナル部を形成すると共に、シールドガスを導入する回転給気式のガス導入ポート３５を備えたロータリジョイントとしても機能するように構成されている。なお、このドラム軸３０は通電機能もあるからジャーナル軸受部３６は非電導体で製作される。

アーク溶接時に外気の混入を遮断するシールドガスも上アーム２の基端部からは導入することができないので、外配パワーケーブル１５の場合と同様に、外配ガスホース１６にも工夫が加えられる。回転することのないジャーナル軸受部３６からドラム軸３０に入ったシールドガス１０（図４を参照）は、ワイヤコンジット１８の外周部を通過して、トーチケーブル７の送気通路３７（図４を参照）に送られる。

外配ガスホース１６は固定状態にあることは言うまでもないが、ドラム軸３０に導入されたシールドガスは上アーム２の回転の有無によらず流れる。外配ガスホース１６がトーチケーブル７と直結されているわけではないから、一方が他方に捩れを及ぼすということも有り得ない。ここで、通電軸２７とトーチケーブル７の接続構造について図４をもとに説明する。この接続のために、両者間でかしめて固定されるジョイントカラー３８が使用される。

通電軸２７の端部にはシールドガス１０の漏れを防止するＯ−リング３９を持った導電カラー４０が挿入され、その先端にガスホース１１が被せられる。導電線１２が被覆１３からむき出され、この先端を導電カラー４０の外周に密接させると、ジョイントカラー３８をかしめて固定する。なお、溶接ワイヤ８が挿通しているワイヤコンジット１８は螺旋状の鋼線で作られたチューブであり、トーチケーブル７を上アーム２等に装入した後、トーチケーブル７から下流側に向けて出ている部分が給電ドラム２５の挿通孔３１（図２を参照）に向けて差し込まれる。

このように給電はスリップ式であり、送気はロータリ式であるので、第４軸の回転がその場で吸収され、いずれの機構も回転に対して不感な状態に置くことができる。従って、上アーム２が図７の矢印２３のように回転すればトーチケーブル７も回転するが、固定側である上アーム２の非回転部２Ｂからは独立しているので、トーチケーブル７には何らの捩りも及ばない。トーチケーブル７に捩りの変形が発生しなければ、その中を通過する溶接ワイヤも何の影響も受けないから、溶接ワイヤの送り速度も安定させやすくなる。

図５は第６軸に取りつけられた溶接ワイヤ等の供給機構を示す。符号の４１は第６軸を駆動するモータであり、ギヤー４２，４３を介してハーモニック減速機２２が駆動される。その減速機の軸芯部は前述したように中空となっており、トーチケーブル７のうちのワイヤコンジット１８が、その中心を通過する。図４においてジョイントカラー３８により接続されたトーチケーブル７は、この図５においては圧着金具４４のところで終わっているように見える。しかし、その実、給電・送気・ワイヤ送給機能については、減速機中空軸４５に到っても機能するように配慮されている。

この機構もスリップ式給電機構となっているので、滑り接触構造が採用されている。なお、この減速機２２へのトーチケーブル７の取りつけは、図６に示すように抜き差し式の簡便化が図られたものとなっている。これから分かるように、トーチケーブル７からは溶接用トーチに向かうワイヤコンジット１８だけが長く出ており、これが図５のように減速機内の滑り接触構造に嵌め込まれると、給電もできればシールドガスの送気も多重構造化によって達成される。

減速機２２の中空軸４５は元来減速機入力軸であるが、その内側には絶縁シリンダ４６が嵌められ、短絡が防止される。その構造の特徴的なところは、回転することのない給電アダプタ４７と、手首の回転運動につれて回転する給電シャフト４８を備える。後者は給電アダプタからの電力を溶接用トーチの給電チップ（コンタクトチップ）へ中継するものであるが、絶縁フランジ４９を介して出力軸となるアダプタ５０と一体化されている。

上記の給電アダプタ４７は、上端がやや細くなった中空体である。トーチケーブル７の先端に圧着金具４４で固定されたクランプ５１を被せて締めつけると、導電線１２からクランプ５１を経て電力が供給される。トーチケーブル７が上アーム２内にある部分（図２を参照）では上アームと共に回転するが、手首作用部４から見れば回転はしていない。従って、給電アダプタ４７は、トーチケーブル７と共に第６軸に関して見れば非回転状態にある。

減速機出力部となるべき絶縁フランジ４９を介したアダプタ５０からは図６に示すように中継パワーケーブル５２が出され、ショックセンサ５３を迂回して溶接用トーチに向けられる。上記した給電アダプタ４７と給電シャフト４８とは摺接状態を形成するように、前者の下端部が後者の上端開口内に嵌め込まれるが、これだけでは確実な通電が達成されないので、以下の配慮も払われる。

図５を参照して、まず給電シャフト４８の中心部には円柱状の空所５４が形成される。これには、スプリング材５５と押込みコーン５６と給電ブラシ５７が収容される。給電アダプタ４７と給電シャフト４８との間の給電ブラシ５７がスプリング材５５の弾発力によって付勢されると、給電アダプタ４７に摺接している給電シャフト４８への通電性が向上される。

このようなスリップ式給電機構によれば、第６軸の回転もその場で吸収され、この軸においても回転による捩れがワイヤコンジット１８や溶接ワイヤ８に及ぶことはなくなる。なお、シールドガスはトーチケーブル７を流通する場合と同様に、給電アダプタ４７や給電シャフト４８内においても、その内面とワイヤコンジット１８の外面との空隙部をたどって、またショックセンサ５３のケーシング内を通過して溶接用トーチに供給される。

このように第４軸以降にスリップ式給電機構が２か所も設けられることになれば、回転を生じさせる軸が存在しても、その回転による影響がトーチケーブルに及ぶことがない。ワイヤコンジットに曲げが作用するのは避けられないが、捩りが掛からなければ溶接ワイヤをワイヤコンジット中で余裕を持たせておく必要もほとんどないわけであり、しかもワイヤ送給装置による送給速度の安定は保たれやすくなる。給電チップから送出されるワイヤ量も安定し、またその出口でのブレも生じにくくなる。溶接線への狙い精度は高まり、溶融量の安定も図られ、溶接品質の向上におおいに寄与する。

ちなみに、溶接用トーチ３の動きを以下に説明する。第６軸駆動モータ４１の動力はギヤー４２，４３を介して減速機２２に伝えられ、その出力部４９の回転が溶接用トーチを回転させる。すなわち、溶接用トーチ３の回転は第６軸の回転そのものとなる。それゆえ、第６軸の回転によって図１や図７中の矢印５８，５９の動きが得られ、他の関節の動きと組み合わせると雑多な半径に対応した内法溶接をはじめとして外法溶接についても簡単に行えるようになる。

このような動作において、溶接用トーチ３の回転自体がトーチケーブル７の存在に基因して制約を受けることはないので、何れの方向に対しても３６０度以上の回転が許される。従前から提案されているロボットでトーチケーブルを極めて簡単な構造をもってして内蔵するものはあっても、スリップ式給電機構まで備えるものはない。それらでは第６軸の回転がトーチケーブルに捩りを与えることを回避し得ず、結局±２００度程度の回転域を持つにとどまる。

一方、本発明によれば、或る角度に達したからといって折り返しての逆転操作は必要でなく、その意味では一筆書き的溶接を初めて可能にしたと言える。溶接の均質化は進み、かつ連続した施工によるタクトタイムの短縮も図られる。回転作用部や手首作用部が回転してもワイヤコンジットや溶接ワイヤに影響が及ばなければ、捩れの発生を避けることを目的とした動作領域の制限も加える必要がない。内蔵することによるケーブルの短小化に基因した溶接ワイヤの送りの不安定化も排除される。

図８は第６軸におけるスリップ式給電機構の異なる駆動構造を表したもので、スリップ式給電機構自体は図５のそれと何ら変わりがない。図５の構成の場合の動きは上記したが、図８の場合は以下のようになる。符号６０自体が第６軸であり、図示しない第６軸駆動モータによって回転が与えられる。この場合、スリップ式給電機構を含めて溶接用トーチが軸線６０ｓを中心に振れ回る運動をさせるようになっている。第６軸６０の直下には第７軸用とでもいうべき駆動モータ６１が装着され、その動力がプーリベルト６２を介して減速機２２に伝えられるようになっている。

従って、溶接用トーチは減速機軸２２ｓを自転中心とし、第６軸６０を公転中心とした運動が可能となる。このような場合であっても、本発明に係る溶接ワイヤ等の供給機構を適用するにつけ何らの支障が生じることはない。ちなみに、駆動モータ６１の稼働を拘束するか搭載しなければ、溶接用トーチに公転だけをさせることもできる。

図９は溶接ワイヤ送給装置６４が上アーム２内に装着された例である。図１の場合の配置と対比すれば分かるように減速機１７の下流側に位置するに過ぎず、給電ドラム２５と減速機１７の位置関係に変更はない。この図９のようなレイアウトすれば、上アーム２内のトーチケーブル７は短くなること当然であり、それによってトーチケーブル７と溶接ワイヤ８との相対的なずれやブレが生じたとしてもより一層僅かとなる。もちろん、溶接ワイヤのトーチケーブル内における遊び量も減り、溶接品質を上げるためのワイヤ先端の送り精度（送給の安定）を高めるのにも都合がよくなる。このようなロボット１Ａの外観は図１０のごとくスマートに纏められる。

ちなみに、給電や送気機能を持たない溶接ワイヤ送給装置６４が減速機１７とトーチケーブル７との間に入ることになるので、図１１のような中継のための手立てが講じられる。それはガスバイパスパイプ６５やパワーバイパスケーブル６６の導入であり、溶接ワイヤ送給装置６４での短絡や漏気が生じないようにされる。図１１の（ａ）を参照して、溶接ワイヤ送給装置６４の上流側は通電軸２７であり、下流側はトーチケーブル７となっている。

通電軸２７には図２の場合と同じようにワイヤコンジット１８（図１１の（ｂ）を参照）との間に送気通路があるので、上流側コネクタ６７に設けた導出ポート６７ａとトーチケーブル７に取りつけられた下流側コネクタ６８の導入ポート６８ａとの間に、上記したガスバイパスパイプ６５が接続される。

一方、通電軸２７に取りつけられた上流側コネクタ６７とトーチケーブル７に取りつけられた下流側コネクタ６８との間に、図１１の（ｃ）のような構造によってパワーバイパスケーブル６６が接続される。溶接ワイヤ送給装置６４に短絡しないように、上流側コネクタ６７と溶接ワイヤ送給装置６４との間には絶縁部材６９（図１１の（ｂ）を参照）が介装される。なお、図示しないが、下流側コネクタ６８とトーチケーブル７との接続は、図４で説明した構造に準じたものとしておけばよい。

このように溶接ワイヤ送給装置を上アームに内装することにして、その装着が可能な構造が達成されると、上アームの回転に伴う溶接ワイヤ送給装置の回転がトーチケーブルの回転と溶接ワイヤの回転を同調させるように働き、トーチケーブル内での溶接ワイヤの捩れや摩擦抵抗の可及的な排除がなされ、溶接ワイヤの送りの安定を一層増長させることができる。なお、以上までの説明は、いずれにおいても６軸のマニピュレータを用いた場合を例にしたが、それにかぎらず３以上の関節を備えたロボットにも適用可能である。

本発明に係る溶接ワイヤ等の供給機構を備えたアーク溶接ロボットの全体であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 第４軸およびその近傍のスリップ式給電機構ならびに減速機構を含む上アームの内部構造図。 図２中の III−III 線矢視図。 図２中のIV部の拡大詳細図。 第６軸およびその近傍のスリップ式給電機構ならびに減速機構を含む手首作用部の内部構造図。 スリップ式給電機構におけるトーチケーブルの脱抜説明図。 上アームの動作と内装トーチケーブルの動きの関連説明図。 第６軸近傍のスリップ式給電機構等の異なる構造図。 溶接ワイヤ送給装置が上アームに内装された場合のアーク溶接ロボットの全体であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 アーク溶接ロボットの一例の立体外観図。 溶接ワイヤ送給装置が上アームに内装された場合のワイヤ送給装置近傍の構成を示し、（ａ）は送給装置の配置構成図、（ｂ）はガスバイパスパイプの連結説明図、（ｃ）はパワーバイパスケーブルの連結説明図。 トーチケーブルが外配されている従来のアーク溶接ロボットの全体構成図ならびにトーチケーブルの変形説明図。

符号の説明

１ アーク溶接ロボット
２ 上アーム
３ 溶接用トーチ
４ 手首作用部（第６軸）
５ 傾動作用部（第５軸）
６ 回転作用部（第４軸）
７ トーチケーブル
８ 溶接ワイヤ
１０ シールドガス
１１ ガスホース
１２ 導電線
１４ 溶接ワイヤ送給装置
１７ ハーモニック減速機（第４軸の）
１８ ワイヤコンジット
１９ 残余空間
２１ 減速機（第５軸の）
２２ 減速機（第６軸の）
２５ 給電ドラム
２６ 給電ブラシ
２７ 通電軸
３１ 挿通孔
３５ ガス導入ポート
３７ 送気通路
４７ 給電アダプタ
４８ 給電シャフト
５５ スプリング材
５７ 給電ブラシ

Claims (5)

1. 溶接用トーチを装着して回動させる手首作用部、手首を上アームの先端部で傾動させる傾動作用部、上アームをアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部が備えられ、各作用部が減速機を介してモータ駆動され、溶接ワイヤ送給装置が上アームに取りつけられてこの溶接ワイヤ送給装置から送出される溶接ワイヤ、この溶接ワイヤを挿通させて保護案内するワイヤコンジット、シールドガスをワイヤコンジットの外周部で送気させるガスホース、溶接のための電力を供給する導電線がガスホースの外周部にそれぞれ略同心状となるよう一本に纏めて被覆されたトーチケーブルが、溶接用トーチに向けて配備されるアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構において、
   前記溶接ワイヤ送給装置が上アームの基端部に装着され、
   導電性の給電機構がトーチケーブルの基端部に接続されて回転作用部と溶接ワイヤ送給装置との間に設けられて、回転作用部及び／又は手首作用部が回転したときにトーチケーブルが回転するとともに回転し、
   溶接ワイヤ送給装置から送出された溶接ワイヤが給電機構内を挿通してトーチケーブルに挿入されて、このトーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされて溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
2. 請求項１記載の給電機構は、溶接ワイヤの挿通孔が中心軸に形成されてこの中心軸で回転し、パワーケーブルが外周面に連結されてこのパワーケーブルから供給された電力が給電機構を流れてトーチケーブルへ供給されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
3. 請求項１又は請求項２記載の給電機構は、ガスホースが外周面に連結されてこのガスホースから供給されたシールドガスが給電機構内を通過してトーチケーブルに流れていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
4. 前記溶接用トーチが手首作用部の先端部に装着され、
   トーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされ、傾動作用部の残余空間を経て手首作用部内を挿通して溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
5. 請求項４記載の残余空間は、手首作用部の俯仰中にトーチケーブルが傾動作用部の第５軸と干渉することがないように、上アームと手首とがそれぞれの傾動作用部側を薄くするＬ字状に形成されて、傾動作用部が手首作用部を上アームに対して片持ち構造で軸承して形成されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
   

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