JP2009184099A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＡＴＣを使用する場合でも、複数個のツールを１個の電動モータで駆動することができ、さらに制御用信号の電気的なロボットコントローラとの接続を遮断することなく、タクトタイムの短縮を可能とする産業用ロボットを提供する。
【解決手段】手首軸１を含む複数の関節構造からなり、前記手首部１にオートツールチェンジャ２、４を備え、前記オートツールチェンジャ２、４によりツール５を取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、前記手首部１に前記ツール５の動力を伝達する少なくとも１つのアクチュエータ１３が備えられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、手首軸にツールを備えた産業用ロボットに関する。

産業用ロボットは、車体を溶接したり、ハンドリングしたりするようなロボットに用いられ、抵抗溶接式のスポット溶接や産業用ロボットの手首軸に把持部を設けてハンドリンクするのに用いられている。このような産業用ロボットは、ハンドリングの場合、把持できる部品の重量や形状に合わせて、把持部を使い分けて使用している。また、溶接の場合、車体に対して多点でスポット溶接を行うためにタクトタイムの短縮が望まれている。また、電極チップの磨耗による溶接品質の低下を防止するために定期的にチップドレスを行う必要ある。またはスポット溶接の電動ガンを車体の厚さや箇所に応じて取り替えて溶接作業を行うためのオートツールチェンジャ（以下、ＡＴＣ）を備えるようになってきた。チップドレスやＡＴＣを用いたツールチェンジを如何に速くするかは、タクトタイムの短縮に関わる大きな課題であった。このために、従来の産業用ロボットは、たとえば、発明者らによって図７に示すようなツールチェンジャ−を使用して１台のロボットで電動スポットガンを複数台使用しているものが提案されている。
図７において、１は産業用ロボットの手首軸、２はロボット側ツールチェンジャ、３は前記ツールチェンジャ内部の爪状クランプで４のツール側ツールチェンジャをクランプする。ツール側ツールチェンジャ２には、スポット溶接ガン５が取り付けられている。前記スポット溶接ガン５は電動モータ６を１個装備しており、前記電動モータ６の回転力をプーリ７とベルト８をかいしてボールネジ９に伝達し、ボールネジナット１０により往復運動動作へ変換し、前記ボールネジナット１０に取り付けられたロッド１１と前記ロッド１１に装着された電極チップ１２を往復運動動作し、加圧開放動作を行う。
図８はスポット溶接ガン５を他のスポット溶接ガンに交換するためにロボット側ツールチェンジャ２とツール側ツールチェンジャ４を爪状クランプ３によるクランプをはずして切り離した図である。電動モータ６はツール側のスポット溶接ガン５に装備された状態である。
また、スポット溶接ガンを仮置き台に載置してチップドレスを行うことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。スポット溶接ガンを支持するフォークとフォークを支持するスタンドとからなり、フォークにはスポット溶接ガンのＡＴＣとの括れ部分およびアクチュエータを受け入れる溝を形成している。
このように、従来の産業用ロボットは、スポット溶接ガンを動作させる電動モータは、スポット溶接ガンに装備されている構成となっていた。

従来の産業用ロボットは、ＡＴＣを使用してスポット溶接ガンやハンドリングツールを複数個使い分けるような場合はスポット溶接ガンやハンドリングツールごとに電動モータが必要であり、コストがかかるというような問題もあった。
また、特に、スポット溶接ガンの場合には、電動モータが電極チップの移動軸から径方向に張り出した構成となるためにワークへ接近する場合に、電動モータがワークに干渉する恐れがあり、使用できる領域が制限されていた。干渉しないように電動モータとワークをぎりぎりに調整すると、ワークの部品精度や搬送精度によっては干渉し、ワークを傷つけたり、逆に電動モータが破損するといった問題が生じしていた。
さらに、電動モータは制御用信号を電気的にロボットコントローラと接続しているが、ＡＴＣによってスポット溶接ガンを交換する場合、ＡＴＣのツール側に電動ガン用電動モータがあるため、制御用信号を一時的に切り離す処理を行わなければ制御用信号の通信が途絶えた状態になり、アラームとなる。この制御用信号の切り離し処理には、ある程度の時間を必要とするため、タクトタイムが長くなるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ＡＴＣを使用する場合でも、複数個のツールを１個の電動モータで駆動することができ、さらに制御用信号の電気的なロボットコントローラとの接続を遮断することなく、タクトタイムの短縮を可能とする産業用ロボットを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャによりツールを取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、前記手首部に前記ツールの動力を伝達する少なくとも１つのアクチュエータが備えられたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記アクチュエータが、前記手首部と前記オートツールチェンジャとの間に配置されたものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記オートツールチェンジャが、中央部が所定の寸法で貫通した中空円筒形状が形成されたものである。
また、請求項４に記載の発明は、手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャにスポット溶接ガンが取り付けられ、前記オートツールチェンジャによりスポット溶接ガンを取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、前記手首部に前記スポット溶接ガンの電極チップを駆動するアクチュエータを備えたものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記アクチュエータの出力軸が、前記電極チップを駆動する駆動軸に連結されて前記電極チップを駆動するものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記オートツールチェンジャが、ロボット側ツールチェンジャとツール側ツールチェンジャから構成され、前記ロボット側ツールチェンジャおよび前記ツール側ツールチェンジャはともに同軸上に貫通した中空円筒部が形成されたものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記アクチュエータの出力軸が、前記電極チップを駆動する駆動軸と、前記ツールチェンジャに形成された中空円筒部の内部で連結されたものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記オートツールチェンジャが、ロボット側ツールチェンジャとツール側ツールチェンジャから構成され、前記ロボット側ツールチェンジャの軸方向の端面にはガイドピンが備えられ、前記ツール側ツールチェンジャの端面には前記ガイドピンが挿入されるテーパ穴が形成され、前記アクチュエータの出力軸が前記電極チップを駆動する駆動軸に挿入されるより前に、前記ガイドピンが前記テーパ穴に挿入されるものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記アクチュエータが、回転型電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されているものである。
また、請求項１０に記載の発明は、前記アクチュエータが、直動回転電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されているものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記アクチュエータが、直動回転電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されており、前記アクチュエータの直動動作により前記電極チップを駆動する駆動軸に前記出力軸を連結させ、前記アクチュエータの回転動作により前記駆動軸を回転させることで前記電極チップを直動させるものである。
また、請求項１２に記載の発明は、前記アクチュエータの出力軸が、前記電極チップを駆動する駆動軸に連結され、前記駆動軸は回動運動し、前記駆動軸は螺旋形状に形成されたボールネジからなり、前記駆動軸の回動をボールネジナットで直動運動に変換し、前記電極チップを駆動するものである。
また、請求項１３に記載の発明は、手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャにハンドリング冶具が取り付けられ、前記オートツールチェンジャによりハンドリング冶具を取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、前記手首部に前記ハンドリング冶具の把持部を駆動するアクチュエータを備えたものである。

請求項１から１３に記載の発明によると、ツールを移動させるアクチュエータをロボットの手首部に設けたことにより、電動モータが径方向に大きくはみ出すことがなくなり、ロボットの接近性を向上することができる。また、ツールを移動させるアクチュエータをロボットの手首部に設けたことにより、電動モータのケーブルをコントローラに接続したままにＡＴＣを用いてツールが交換できるので、ツールの取替え時に制御用信号の切り離し作業がなくなり、取替え作業に要する時間をなくすことができることからタクトタイムが長くなるといった問題を解消できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の産業用ロボットの実施例である。図において、１は産業用ロボットの手首軸、１３は電動モータ、１３ａはスプラインシャフト、２はロボット側ツールチェンジャ、２ａはガイドピン、３は爪状クランプ、４はツール側ツールチェンジャ、５はスポット溶接ガン、９はボールねじ、９ａはスプラインカップリング、１０はボールネジナット、１１はロッド、１２は電動チップである。
本発明が従来技術と異なる部分は、電動モータが産業用ロボットの手首軸に内蔵されていることとその回転力がＡＴＣを介してボールネジに伝達される部分である。
はじめに図１および図２を用いて産業用ロボットおよびスポット溶接ガンについて説明する。不図示の多関節を備えた産業用ロボットの手首軸１の先端には回転型の電動モータ１３が備えられており、手首軸１を通して産業用ロボットを内通するように電動モータ１３の駆動用ケーブルが配線されている。また、電動モータ１３の出力軸にはスプラインシャフト１３ａが備えられており、スプラインシャフト１３ａはスプラインカップリング９ａと勘合し、電動モータ１３の回転力が伝達されている。
電動モータ１３の端面にはロボット側ツールチェンジャ２が取り付けられており、ガイドピン２ａおよび爪状クランプ３を備え、スプラインシャフト１３が通るように中央部が中空円筒構造を形成している。
ガイドピン２ａはスプラインシャフト１３ａよりも軸方向に突出して形成されており、ツール側ツールチェンジャ４に形成された勘合孔に、スプラインシャフト１３ａがスプラインカップリング９ａに挿入されるよりも先に挿入され、スプラインシャフト１３ａの自動調芯を行う。
ロボット側ツールチェンジャ２の対向面には、ツール側ツールチェンジャ４が配置されている。ガイドピン２ａの勘合孔が対向面に複数個形成され、爪状クランプがロックするピンが形成されている。また、ロボット側ルールチェンジャ２同様にスプラインシャフト１３が通るように中央部が中空円筒構造を形成している。
スプラインシャフト１３ａは、ボールネジ９の一方端に形成されたスプラインカップリング９ａとツール側ツールチェンジャの中空円筒部で噛み合う。ボールネジナット１０はボールネジ９の回転力を往復運動動作へ変換し、ロッド１１とその先端に装着された電極チップ１２を往復運動動作させ、加圧開放動作を行う。
このような構成にすることにより、電動モータの交換を行うことなく、スポット溶接ガンの取替えを行うことができるので、タクトタイムを長くすることない。

図2はロボット側ツールチェンジャ2とツール側ツールチェンジャ4を切り離した図であり、図１がロボット側ツールチェンジャ２とツール側ツールチェンジャ４を勘合した図である。図２の切り離した状態から、産業用ロボットを動作させ、ロボット側ツールチェンジャ２の先端に取り付けられたガイドピン2aをツール側ツールチェンジャ４に前記ガイドピン２ａの勘合孔に挿入させる。このガイドピン２ａとガイドピンの勘合孔によってロボット側ツールチェンジャ２とツール側ツールチェンジャ４は位置ズレを起こすことなく勘合可能な位置へ案内される。勘合可能な位置へ案内された後、スプラインシャフト１３ａとスプラインカップリング９ａが勘合し、ロボット側ツールチェンジャ２とツール側ツールチェンジャ４の勘合面が接触するまで産業用ロボットを接近させる。ロボット側ツールチェンジャ２の内部の図示しないシリンダをエアにて駆動する事により爪状クランプ３を駆動し、ツール側ツールチェンジャ４に設けられた爪状クランプ３と対をなすピンをロックする事によりロボット側ツールチェンジャ２とツール側ツールチェンジャ３の勘合が完成する。

図３は、本発明の第２の実施例である産業用ロボットである。実施例１と同符号の部分については説明を省略し、実施例１と異なる部分について説明する。図３において、１４は手首軸１先端に配置された図４に示す直動回転アクチュエータである。直動回転アクチュエータとしては、例えば、特願２００５−３０７２８０に記載されているものが適用できる。
本発明が実施例１と異なる部分は、スポット溶接ガンの電極チップを駆動する電動モータに直動回転アクチュエータを用いた部分である。
直動回転アクチュエータ１４の出力軸先端にはスプラインシャフト１４ａがとりつけられ、１３ｂは直動回転アクチュエータ１４の出力軸には、また爪状クランプ押さえ１３ｂが取り付けられ、外周に回転摺動できる回転摺動部材１５が取り付けられている。２はロボット側ツールチェンジャであり、中央部に直動回転アクチュエータ１４及びスプラインシャフト１４ａ及び爪状クランプ押さえ１４ｂ及び回転摺動部材１５が貫通配置できる中空円筒構造が形成されている。４はツール側ツールチェンジャであり、直動回転アクチュエータ１４の直動軸を動作させることにより、直動回転アクチュエータ１４の出力軸に取り付けられた爪状クランプ押さえ１３ｂを直動回転アクチュエータ１４の直動動作によって爪状クランプ３を駆動することによって、ロボット側ツールチェンジャ２にクランプされる。
また、直動回転アクチュエータ１４の直動動作によって前記スプラインシャフト６ａと噛み合い、噛み合った後は直動回転アクチュエータ１４の回転動作により回転力をボールネジ９へ伝達する。これは、スプラインカップリングでなくてもオルダムカップリングやキー構造のような、はめ合いによって回転力を伝達できる機構であればよい。ボールネジナット１０は前記ボールネジ９の回転力を直線往復運動動作へ変換し、ロッド１１とその先端に装着された電極チップ１２を直線往復運動動作させ、加圧及び開放動作を行う。

図５に示すように爪状クランプ３は、直動回転アクチュエータ１４のロボット側への直動動作によって爪状クランプ押さえ１４ｂがロボット側へ移動し、爪状クランプ３への押し付けを開放した際には爪状クランプ３の位置が、初期状態である図５の状態になるように、図示しないバネにて初期荷重が掛けられている。ツールチェンジャを切り離した際、ツール側ツールチェンジャ４に装備されたスポット溶接ガン５には直動回転アクチュエータ１４は装着されていない。
産業用ロボットは、同様のツール側ツールチェンジャ構造を持つ図示しない他のスポット溶接ガンへ移動し、直動回転アクチュエータの直動軸を駆動し、このスポット溶接ガンを把持することでガンチェンジを行う。
このような構成にすることにより直動回転アクチュエータ１がロボット手首軸１先端に配置されることによって、電力線なしにガンチェンジが可能で、ガンチェンジしても同一の一つの直動回転アクチュエータで交換したスポット溶接ガンを駆動できることと、直動回転アクチュエータを電気的にも切り離すことなくスポット溶接ガンを交換することができるものもある。

図６は、本発明の第３の実施例であり、ワーク形状に合わせてワーク把持クランプの間隔を調整可能とするハンドリング冶具に適用した場合である。実施例１と同符号の部分については説明を省略し、実施例１と異なる部分について説明する。
図において、１は産業用ロボットの手首軸、１３は電動モータ、１３ａはスプラインシャフト、２はロボット側ツールチェンジャ、２ａはガイドピン、３は爪状クランプ、４はツール側ツールチェンジャ、１６はハンドリング冶具、９はボールねじ、９ａはスプラインカップリング、９ｂはベベルギヤ、１０はボールネジナット、１７はワーク把持クランプである。
本発明が実施例１および実施例２と異なる部分は、スプラインシャフト１３ａが、ボールネジ９の一方端に形成された１対のベベルギヤ９ｂを介してスプラインカップリング９ａとツール側ツールチェンジャの中空円筒部で噛み合う点である。
ボールネジナット１０はボールネジ９の回転力を往復運動動作へ変換し、ワーク把持クランプ１７を往復運動動作させ、ワーク把持を行う。
このような構成にすることにより、実施例１と同様に電動モータの交換を行うことなく、ハンドリング冶具の取替えを行うことができるので、タクトタイムを長くすることがない。

本発明の第１実施例を示す産業用ロボット及びツールチェンジャの側断面図 本発明の第１実施例のツールチェンジャを切り離した際の側断面図 本発明の第２実施例を示す産業用ロボット及びツールチェンジャの側断面図 本発明の第２実施例を示す直動回転アクチュエータの側断面図 本発明の第２実施例のツールチェンジャを切り離した際の側断面図 本発明の第３実施例を示す産業用ロボット及びハンドリンク治具の側断面図 従来の産業用ロボット及びツールチェンジャの側断面図 従来のツールチェンジャを切り離した際の側断面図

符号の説明

１ 産業用ロボットの手首軸
２ ロボット側ツールチェンジャ
２ａ ガイドピン
３ 爪状クランプ
４ ツール側ツールチェンジャ
５ スポット溶接ガン
６ 電動モータ
７ プーリ
８ ベルト
９ ボールネジ
９ａ スプラインカップリング
９ｂ ベベルギヤ
１０ ボールネジナット
１１ ロッド
１２ 電極チップ
１３ 電動モータ
１３ａ スプラインシャフト
１４ 直動回転アクチュエータ
１４ａ スプラインシャフト
１４ｂ 爪状クランプ押さえ
１５ 回転摺動部材
１６ ハンドリング治具
１７ ワーク把持クランプ

Claims (13)

1. 手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャによりツールを取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、
   前記手首部に前記ツールの動力を伝達する少なくとも１つのアクチュエータが備えられたことを特徴とする産業用ロボット。
2. 前記アクチュエータは、前記手首部と前記オートツールチェンジャとの間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
3. 前記オートツールチェンジャは、中央部が所定の寸法で貫通した中空円筒形状が形成されたことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
4. 手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャにスポット溶接ガンが取り付けられ、前記オートツールチェンジャによりスポット溶接ガンを取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、
   前記手首部に前記スポット溶接ガンの電極チップを駆動するアクチュエータを備えたことを特徴とする産業用ロボット。
5. 前記アクチュエータの出力軸は、前記電極チップを駆動する駆動軸に連結されて前記電極チップを駆動することを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
6. 前記オートツールチェンジャは、ロボット側ツールチェンジャとツール側ツールチェンジャから構成され、前記ロボット側ツールチェンジャおよび前記ツール側ツールチェンジャはともに同軸上に貫通した中空円筒部が形成されたことを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
7. 前記アクチュエータの出力軸は、前記電極チップを駆動する駆動軸と、前記ツールチェンジャに形成された中空円筒部の内部で連結されたことを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
8. 前記オートツールチェンジャは、ロボット側ツールチェンジャとツール側ツールチェンジャから構成され、前記ロボット側ツールチェンジャの軸方向の端面にはガイドピンが備えられ、前記ツール側ツールチェンジャの端面には前記ガイドピンが挿入されるテーパ穴が形成され、前記アクチュエータの出力軸が前記電極チップを駆動する駆動軸に挿入されるより前に、前記ガイドピンが前記テーパ穴に挿入されることを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
9. 前記アクチュエータは、回転型電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されていることを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
10. 前記アクチュエータは、直動回転電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されていることを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
11. 前記アクチュエータは、直動回転電動機から構成され、出力軸がスプラインシャフトで構成されており、前記アクチュエータの直動動作により前記電極チップを駆動する駆動軸に前記出力軸を連結させ、前記アクチュエータの回転動作により前記駆動軸を回転させることで前記電極チップを直動させることを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
12. 前記アクチュエータの出力軸は、前記電極チップを駆動する駆動軸に連結され、前記駆動軸は回動運動し、前記駆動軸は螺旋形状に形成されたボールネジからなり、前記駆動軸の回動をボールネジナットで直動運動に変換し、前記電極チップを駆動することを特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
13. 手首軸を含む複数の関節構造からなり、前記手首部にオートツールチェンジャを備え、前記オートツールチェンジャにハンドリング部が取り付けられ、前記オートツールチェンジャによりハンドリング部を取り替えるようにした産業用ロボットにおいて、
    前記手首部に前記ハンドリング部の把持部を駆動するアクチュエータを備えたことを特徴とする産業用ロボット。
    

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