JP2010036231A - アーク溶接用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】一定以上の曲げ半径を有しつつ、アーム動作によって不都合な応力を受けないように引き回された溶接ワイヤ用コンジットを備えたアーク溶接用ロボットを提供する。
【解決手段】溶接ワイヤ用コンジット５６は、ロボット架台１４の後部から架台の貫通穴７０を通り、架台に設けられた第２支持部材９６によって支持され、旋回胴２６の前方を通過し、必要な最小曲げ半径を有した状態で、その途中部分が旋回胴２６の上部の第１支持部材７２に支持されている。第１支持部材７２を通過したコンジット５６は、上腕３０の後方に回り込み、ワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４に、必要な最小曲げ半径を有した状態で接続されており、全体としてＳ字状に引き回される。
【選択図】図４

Description

本発明は、アーク溶接用ロボットに関する。

近年、アーク溶接用ロボットにおいては、溶接に必要となる配線・配管を、ロボット駆動用のサーボモータの制御用ケーブルと一緒にロボットアーム内に内蔵する形態が主流となってきている。しかし、ワイヤ送給装置とワイヤ供給源を接続する溶接ワイヤ用コンジットは、内部に溶接ワイヤを挿通させるため、柔軟性がなく、また、定期的な保守が必要なため、狭いアーム内に内蔵させることは困難であった。つまり、従来はロボットアームの動作に追従できるよう、ロボットアームにコンジットを沿わせて要所を固定する必要があり、手間がかかっていた。

そこで近年、溶接ワイヤ用コンジットの改良が進み、柔軟性に優れたものが開発されており、またロボットを架台に搭載し、ロボットアームに沿ってワイヤコンジットを取り回し、ロボット旋回部の中空部に挿通する技術も開発されている。例えば特許文献１には、ベースの下面から旋回部の上部フレームを貫通するガイドチューブを設け、加工用ツールに溶接用心線等を送るツール用ホース類を該ガイドチューブに通した構成を有する産業用ロボットが開示されている。

特開平８−１５５８８１号公報

従来技術の構成では、近年のロボットの上腕に求められる動作範囲、例えば、上腕がロボット設置面に対して垂直方向に延びている状態を基準位置（姿勢）とした場合に、上腕がロボット前方に１６０°揺動した場合やロボット後方に９０°揺動した場合等に、溶接ワイヤ用コンジットの曲げ半径が小さくなり、コンジット内部の溶接ワイヤがコンジットの内壁に局所的に強く押し付けられ、溶接ワイヤの安定送給が阻害される問題があった。溶接ワイヤはコンジット内を溶接中は連続的に送給されており、局所的に強く押し付けられると、溶接ワイヤの安定送給が阻害されるだけでなく、コンジット内壁が損傷する場合もあり、さらに安定送給の阻害が助長される虞があった。またロボットが上腕に連結された前腕を有する場合、前腕が上腕に対し前側又は後側に畳み込まれた姿勢となったときも、溶接ワイヤ用コンジットの曲げ半径が小さくなり、上記と同様の問題が発生する虞があった。

また、溶接ワイヤが正常送給されている場合にも、溶接ワイヤ用コンジットの内側では磨耗粉が生じるので、これを除去するために、コンジットは定期的に内部清掃又は交換の必要があった。ここで、コンジットを旋回部の中空部から引き抜き、清掃後のコンジット又は交換品を中空部内に戻すには、従来のようにコンジットをロボットの外周に沿わせた場合より、作業に時間がかかる問題点があった。つまり、コンジットをロボット外周に這わせる場合に比べ、コンジットが旋回部の中空部を挿通されている場合は、設置面に近い架台側からワイヤコンジットを引き抜き、再度、一般に細径の中空部に、コンジットを挿通する作業が必要となるため、手間がかかっていた。

そこで本発明は、引き回し作業が容易であって、一定以上の曲げ半径を有しつつ、アーム動作によって不都合な応力を受けないように引き回された溶接ワイヤ用コンジットを備えたアーク溶接用ロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロボット架台と、該ロボット架台上に旋回自在に搭載された旋回胴と、該旋回胴に揺動自在に結合された上腕と、該上腕に揺動自在に結合された前腕と、該前腕の後部に配置された、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、該前腕の先端部に取り付けられた、溶接を行う溶接トーチとを有するアーク溶接用ロボットにおいて、前記ロボットの周辺に配置された溶接ワイヤ供給源と、該溶接ワイヤ供給源と前記ワイヤ送給装置とに両端が接続され、内部に溶接ワイヤが挿通されたコンジットと、該架台は、設置面に設置される底部板状部材と、該底部板状部材上に所定距離隔てて立設される２つの柱状部材と、該２つの柱状部材の上端に取り付けられるとともに前記ロボットの旋回胴が固定される上部板状部材と、を有し、前記２つの柱状部材は、前記ロボットの旋回胴の旋回中心からオフセットした位置で前記底部板状部材及び前記上部板状部材に接続されるとともに、前記溶接ワイヤ供給源から延びるコンジットを前記オフセットした側から前記旋回中心側に通すための貫通穴を協働して形成し、該柱状部材が形成した前記貫通穴を通された前記コンジットは、前記底部板状部材と前記上部板状部材に挟まれた空間を通過してから、前記旋回胴に設けられた第１支持部材により支持されて前記ワイヤ送給装置まで、略Ｓ字状に引き回されることを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアーク溶接用ロボットにおいて、前記コンジットは、前記架台に設けられた第２支持部材により支持されることを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のアーク溶接用ロボットにおいて、前記第１支持部材及び第２支持部材は、前記コンジットをその軸方向に移動可能に支持することを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接用ロボットにおいて、前記コンジットは、前記上腕に設けられた第３支持部材により支持されることを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のアーク溶接用ロボットにおいて、前記第３支持部材は、前記コンジットをその軸方向に移動可能に支持することを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアーク溶接用ロボットにおいて、前記柱状部材は、前記旋回胴の旋回中心より後方側に配置されていることを特徴とする、アーク溶接用ロボットを提供する。

本発明に係るアーク溶接用ロボットによれば、ロボットが溶接システムとして適用される際、ロボットの高さを溶接対象であるワークに合わせてロボット動作領域を有効に利用できるように、ロボット架台が提供される。このロボット架台に溶接ワイヤ用コンジットを挿通させ、一定以上の曲率を有してＳ字状に引き回した後にワイヤ送給装置に接続することにより、ロボットのアームに倣ってコンジットが安定した挙動で、アームの動作を吸収できるようになり、かつ、保守も簡単にできるアーク溶接用ロボットを実現することができる。

コンジットを、ロボット正面から見て、上腕とは反対側に所定距離オフセットした位置で支持してワイヤ送給装置に接続することにより、コンジットは、上腕と前腕の動作時に、上記オフセットの分だけ、動作を吸収するための余長を長くすることができる。従ってより大きな曲げ半径でロボット動作に追従することが可能となる。

溶接ワイヤ用コンジットの途中部分を架台上の第２支持部材により支持することにより、架台とワイヤ供給源の間でコンジットに不都合な外力が作用しても、第２支持部材から第１支持部材までの間でのコンジットに影響は及ばない。

上腕において第３支持部材によりコンジットの途中部分を支持することにより、上腕の前後の動作には第１支持部材と第３支持部材との間のコンジットの余長で追従可能となり、前腕の前後の動作には第３支持部材とワイヤ送給装置との間で追従可能となる。一方、旋回胴の回転動作には、架台のロボット正面側に開放された底部板状部材と上部板状部材に挟まれた空間と旋回胴に設けられた第１支持部材までの旋回胴のロボット正面の空間におけるコンジットにより追従可能である。従って、旋回胴の回転、上腕の揺動、前腕の揺動の３つの動作をそれぞれ３つに分割したワイヤコンジットの区間で、処理ができるようになり、ケーブル挙動の安定化と寿命が予測しやすくなる。

第１〜第３支持部材の少なくとも１つが、溶接ワイヤ用コンジットをその軸方向に移動可能に支持することにより、各部位間での余長の調節が可能となるため、旋回胴の旋回動作や上腕・前腕の揺動動作によってコンジットの余長が不足するような場合でも、ワイヤ供給源から必要に応じてコンジットを引き出すことができ、より広いロボットの動作範囲への追従が可能となる。

架台の柱状部材を旋回胴の旋回中心より後方に配置することにより、旋回胴がロボット正面を向いているときを旋回角度ゼロとした場合に、殆どのアーク溶接システムに適用可能な旋回胴の±９０°以上の旋回動作に対してコンジットが追従可能となる。

図１は、本発明に係るアーク溶接ロボットシステム１０の構成を示す図である。システム１０にて使用されるロボット１２は６軸の自由度を持つアーク溶接ロボットであり、ロボット架台１４に搭載されている。ロボット１２は、ロボット制御ケーブル１６を介してロボット１２に接続されたロボット制御装置１８からの指令に従って制御される。またロボット１２には給電ケーブル２０を介して溶接電源２２が接続され、また溶接電源２２は通信ケーブル２４を介してロボット制御装置１８に接続される。溶接電源２２は、ロボット制御部１８からの指令に基づいて溶接の制御を行っている。また給電ケーブル２０と実質一体的又は並列に、後述する溶接ワイヤ送給装置を制御するための制御ケーブル（図示例では給電ケーブル２０と一体的に図示）が設けられる。

６軸のロボット１２は通常、基本３軸と手首３軸とで構成されている。ここでいう基本３軸とは、架台１４上に旋回自在に配置されたロボット１２の旋回胴２６の旋回軸線２８、旋回胴２６に揺動自在に連結された上腕３０の揺動軸線３２、及び上腕３０に揺動自在に連結された前腕３４の揺動軸線３６の３軸を指す。一方手首３軸とは、前腕３４の先端側に回転自在に装着された第１手首要素３８の回転軸である第１軸線４０、第１手首要素３８の先端側に回転自在に取付けられた第２手首要素４２の回転軸である第２軸線４４、及び第２手首要素４２の先端側に回転自在に取付けられた第３手首要素４６の回転軸である第３軸線４８を指す。なお本実施形態では、第１軸線４０と第２軸線４４とが直交し、第２軸線４４と第３軸線４８とが直交しており、さらに第３手首要素４６の先端には溶接トーチ５０が装着されている。

またロボット１２は、上記６軸の駆動部に各々装着されたサーボモータ（図示せず）を有し、各サーボモータはロボット制御装置１８からの指令に基づいて制御され、これにより溶接トーチ４８は、溶接対象である部品の指定箇所を溶接できる目標位置まで、指定された姿勢で移動することができる。

ロボット１２は前腕３４上に配置されたワイヤ送給装置５２を有し、上記サーボモータへの動作指令と同時にワイヤ送給装置５２を介して溶接トーチ５０へ溶接ワイヤ、アシストガス及び溶接電流を供給し、溶接トーチ５０はロボット１２の動作と同期して、規定の溶接動作シーケンスに従って対象物を溶接することができる。ここで図１に示すように、溶接ワイヤは溶接ワイヤドラム５４等のワイヤ供給源から溶接ワイヤ用コンジット５６（以降、コンジットと略称）内を通して供給され、アシストガスはガスボンベ５８等のガス供給源からガスホース６０を介して供給される。

ワイヤ送給装置５２は、コンジット５６内を通ってワイヤ送給装置５２に供給された溶接ワイヤ６２を両側から挟むように構成された少なくとも１組（図示例では２組）のワイヤ送給ローラ６４と、溶接電源２２からの指令を送給装置制御ケーブルを介して受信し、ワイヤ送給ローラ６４を回転させるワイヤ送給用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤ送給ローラ６４を回転させることにより、溶接ワイヤはトーチケーブル（図示せず）に送られ、最終的に溶接トーチ５０先端まで供給される。一方アシストガスは、ワイヤ送給装置５２内にある電磁弁（図示せず）を、溶接電源２２からの指令に基づいて開閉することにより、ガスボンベ５８からガスホース６０を介してトーチケーブル内に送られ、最終的に溶接トーチ５０先端のノズル部分に供給される。また溶接電源２２から供給される溶接電流は、給電ケーブル２０及びトーチケーブルを介して溶接トーチ５０先端のチップ（図示せず）に送られ、溶接ワイヤに給電される。本実施形態では、トーチケーブルは前腕に内蔵された構成とすることができるが、前腕３４の外側に沿わせる構成としてもよい。

上述の送給装置制御ケーブル、給電ケーブル２０及びガスホース６０はロボット制御ケーブル１６と同様に、ロボット１２の旋回胴２６の下方部位である固定ベース６６の後部に設けられた分線盤６８にコネクタ又は継手を介して接続され、さらにロボット本体内に引き込まれる。引き込まれたケーブル・ホース類は、制御ケーブル１６に沿って、旋回胴２６の回転軸２８と同心の中空部を通り、旋回胴２６の上部に引出される。引出されたケーブル・ホース類は、上腕３０の下部側面に導かれ、上腕３０の長手方向に沿って上腕３０の上部側面に導かれた後、前腕３４に搭載されたワイヤ送給装置５２に接続される。一方制御ケーブル１６は、各モータ制御用ケーブルを含み、本体ベース６６の分線盤６８においてコネクタ又は継手により中継され、その後、送給装置制御ケーブル、給電ケーブル及びガスホースとともにロボット本体ベース内部、旋回胴中空部、上腕側面を通り、前腕前面に導かれており、その途中でロボットの旋回胴２６に搭載された旋回胴駆動用モータ（図示せず）及び上腕駆動用モータに枝分かれして接続され、その他の要素を駆動するモータ制御用ケーブルは、前腕３４及び第１手首要素３８に搭載された各モータに最終的に接続される。

溶接ワイヤを内包するコンジット５６は、ロボットの分線盤６８と同じ側から架台１４に設けられた開口部７０（図２参照）に挿入され、ロボット１２の正面側に引出されている。引出されたコンジット５６は、旋回胴２６の正面を通り、旋回胴２６上に設けられた第１支持部材７２に支持されている。コンジット５６はさらに上腕３０の側方を通過し、前腕３４の後方付近において緩やかに湾曲して、最終的にワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４に接続される。コンジット５６内の溶接ワイヤ６２はワイヤ送給装置５２内のワイヤ送給ローラ６４に挿通され、トーチケーブル内を通過し、最終的に溶接トーチ５０先端まで供給される。

図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、上述のアーク溶接ロボットシステム１０を実際の溶接現場で使用する例を示す正面図、側面図及び上面図である。図１と同様の構成のアーク溶接ロボットシステム１０が、溶接治具７６が搭載されたポジショナ７８と組み合わせられ、溶接治具７６に固定された溶接対象であるワーク８０に対して溶接作業を行うための溶接セルとして構成されている。ポジショナ７８はロボットの付加軸として、ロボット制御装置１８（図１）によって付加軸制御ケーブル８２を介して制御可能であり、溶接のための協調動作をロボット１２と行うことができる。ワーク８０は溶接治具７６の所定の場所にロケータやクランプ等により再現性があるように固定されており、その固定位置は、作業者８４がワーク８０をセットしやすい高さに設定されている。

通常、溶接対象のワーク８０と治具７６の高さが最初に定められ、それによりポジショナ７８の高さ方向の配置が自動的に定められる。ロボット１２はポジショナ７８に固定されたワーク８０が溶接しやすい高さになるよう、通常、ロボット架台１４に搭載される。本実施形態のようにロボット１２が多関節型ロボットである場合、一般に上腕３０の揺動中心３２の高さにおいて最もロボットの動作範囲が広くなる。従って、溶接トーチ５０が下向きの姿勢で溶接動作を行うことを考慮し、ロボット１２がワーク８０を溶接する場合に第１軸線４０と第２軸線４４との交点が、上腕揺動中心付近の高さになるよう、ロボット架台の高さが調整される。当然、ポジショナを使用せず、ワークが固定された治具が床に固定される場合もあるが、この場合も適切な高さ調整のために、上記と同様にロボットをロボット架台に搭載する場合がある。

なお正面図である図２（ａ）に示すように、ロボット１２とポジショナ７８との水平方向の位置関係は、ロボットによる溶接可能範囲が最大となるよう、ロボット１２の水平方向の動作領域の中心８６と、治具７６又はワーク８０の中心８８とが概ね一致するようになっている。また、上面図２（ｃ）に示すように、治具７６とワーク８０はロボット１２にできるだけ近付けて配置されており、ワーク８０が比較的大きい場合でもロボット１２の動作領域が溶接範囲をカバーできるようになっている。この場合、ワーク８０を固定するポジショナとして本願出願人による特開２００６−３４１２８３号公報に開示されているような、直交する２つの軸線回りにワークの姿勢を変更できるポジショナを使用することにより、ロボット側の動作負担を軽減してより好適な溶接セルを構築することもできる。

図２では、ロボット１２をワーク８０に接近させやすくするために、旋回胴２６を図１の状態から９０度回転させている。これにより、コンジット５６の旋回胴の前方側（ワーク側）への張り出しが最小とできるため、ロボット１２をポジショナ７８に近接配置した場合でも、コンジット５６の一定値以上の曲げ半径を確保しつつ、コンジット５６の他部材との干渉を極力回避することができる。すなわち、旋回胴２６は通常、±１８０°の動作範囲を有するが、アーク溶接ロボットシステムではロボットの前方±９０°の範囲を溶接する場合が殆どであり、故に上述の構成によって旋回胴の動作範囲が不足することはない。また、コンジットも旋回胴前方ではなく、必要な最小曲げ半径を有した状態で旋回胴側方を取り回されるので、安定した溶接ワイヤ送給を維持しつつ、ロボットをワークに近接配置できる。当然、旋回胴を−９０°回転した状態で配置することも可能であり、また、４５度回転した状態で配置することもできる。このように本発明ではロボットの配置の自由度が高いので、適用するアーク溶接ロボットシステムに最適なものを選択することができる。

図３は、コンジット５６の構造を示す図である。コンジット５６は、溶接ワイヤ６２が内部に挿通された可撓性のワイヤライナ９０と、ワイヤライナ９０の外径よりも大きい内径を有してワイヤライナ９０が内部に挿通された可撓性のコンジット部材９２とを有する。コンジット部材９２の両端にはコネクタ９４が取り付けられており、コネクタ９４の一方はワイヤワイヤドラム５４（図１）に接続され、他方はワイヤ送給装置５２に接続される。従ってコンジットの交換、定期清掃、点検等を行う際にも、ロボットアームの外側から接近し、コンジットが接続されているワイヤドラムとワイヤ送給装置にそれぞれ接続されているコネクタ９４を取り外せば、コンジットの着脱が可能になるので、作業性が向上する。

またワイヤライナ９０及びコンジット部材９２の少なくとも一方は可撓性であるとともに一定の弾性も有し、後述するコンジット５６の種々の引き回し形態において必要最小限の曲率を有するように構成されている。すなわち、ロボットアームの動作範囲が大きい場合にも、コンジット５６内の溶接ワイヤの曲げ半径を一定値以上にでき、ワイヤ送給装置への溶接ワイヤの安定送給が可能になる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、旋回胴２６に設けられた第１支持部材７２が旋回胴の旋回中心付近に配置された構成例の正面図及び側面図である。第１支持部材７２は、ロボット１２の旋回胴２６の上部の旋回軸近傍に配置されている。コンジット５６はロボット架台１４の後部から架台の貫通穴７０を通り、架台に設けられた第２支持部材９６によって支持される。詳細には、第２支持部材９６は、ロボット架台１４の前後方向に貫通している穴を有し、コンジット５６は該穴を通る状態でその途中部分が支持されている。貫通穴７０を通過したコンジット５６は、旋回胴２６の前方を通過し、必要な最小曲げ半径を有した状態で、その途中部分が旋回胴２６の上部の第１支持部材７２に支持されている。第１支持部材７２を通過したコンジット５６は、上腕３０の後方に回り込み、ワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４に、必要な最小曲げ半径を有した状態で接続されている。ここで、第１支持部材７２及び第２支持部材９６は、コンジット５６をその長手方向に摺動可能に保持することもできる。換言すれば、コンジット５６は第１支持部材７２より手前（下方）では必要な曲率を有して架台１４の前方側を延び、第１支持部材７２以降（上方）では必要な曲率を有して上腕３０の後方側を延び、ワイヤ送給装置５２に接続されており、全体としてＳ字状に引き回される。このようにコンジットは第１支持部材前後において一定の余長を有するので、より広範囲なロボットのアーム動作がなされても、コンジットは不都合な応力を受けずにアーム動作に追従することができる。

上述のようにコンジット５６を略Ｓ字状に引き回すことにより、架台１４のロボット正面側に開放された底部板状部材と上部板状部材（後述）とに挟まれた空間と旋回胴２６に設けられた第１支持部材７２までの空間で、コンジット５６が旋回胴２６の旋回動作に余裕を持って追従することができる。一般にアーク溶接ロボットでは、ロボットの正面側において対象部品の溶接を行うことが多く、旋回胴の旋回動作は、ロボット正面を旋回角度０°とすると、±１２０°の範囲が確保されていれば、殆どのアーク溶接システムに対応可能であり、故に旋回胴の旋回範囲を±１８０°にする必要性は小さい。

本発明では、溶接ワイヤ用コンジットがロボットアームの動作に追従するための十分な余長を確保するのに必要な空間を各部に有しているので、溶接ワイヤがワイヤコンジット内で局部的に押し付けられることがない。また、コンジットは、消耗品であるため定期交換が必要であるが、ロボットアームに沿って引き回されているため、作業者は保守時に旋回部の中空部のような狭い空間を挿通する必要はなく、ロボットアームの外側からのアプローチでコンジットの交換でき、作業が容易になる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、図４の変形例であって、第１支持部材７２が旋回胴２６上の上腕３０とは反対側の部位に設置された構成例の正面図及び側面図である。コンジット５６は、ロボット架台１４の貫通穴７０及び第２支持部材９６を通過し、本体ベースの前方を、旋回胴２６の上腕とは反対側に斜め上方に引き回されて、第１支持部材７２を通過する。第１支持部材７２を通過したコンジット５６は、旋回胴２６の旋回中心に向けて斜め上方に取り回しされ、ワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４に必要な最小曲げ半径を有した状態で接続される。図５の例では、旋回胴２６が−９０°の位置（正面図に対し、ロボットのアームが左側に見える方向）に移動する場合、第１支持部材は旋回胴と一緒に連れ回り、コンジットは、旋回胴２６の外周部で湾曲した状態で、回転動作に伴う不都合な応力を受けない。旋回胴が＋９０°の位置（正面図に対し、ロボットのアームが右側に見える方向）にある場合も、同様に、第１支持部材７２は旋回胴２６と一緒に連れ回り、コンジット５６は、旋回胴２６の外周部で湾曲した状態で、回転動作に伴う不都合な応力を受けない。

図５の構成では、コンジット５６は、第２支持部材９６から本体ベース６６、本体ベース６６及び旋回胴２６の前方を通って湾曲しながら第１支持部材７２に導入されている。上述の−９０°の位置へロボットが移動した場合、初期位置で既にコンジット５６が９０°曲げられていることを考慮すると、さらにコンジットに曲げが加わることになるが、高さ方向に一定の空間が確保されているため、コンジットの曲げ半径が過度に小さくなることはない。第１支持部材７２及び第２支持部材９６がコンジットをその軸方向に移動可能に支持していれば、より広範囲な旋回胴の旋回動作に追従可能となる。すなわち、第１支持部材７２がコンジットを軸方向に移動可能に支持していれば、第１支持部材７２においてコンジット５６が下方に移動することにより、第１支持部材７２と第２支持部材９６と間の余長不足分を補うことができる。また第２支持部材９６がコンジット５６をその軸方向に移動可能に支持していれば、第２支持部材９６においてコンジットが第１支持部材側に移動することにより、第１支持部材７２と第２支持部材９６との間の余長不足分を補うことができる。

ここで図６を参照して、第１及び第２支持部材がコンジットをその軸方向に移動可能に支持する構成について説明する。なお図６は第１支持部材７２を図示しているが、第２支持部材も同様の構成とすることができる。図６に示すように、第１支持部材７２は、旋回胴２６等に取り付けられるアタッチメント９８と、アタッチメント９８に対して軸受１００等を介して回転可能に一端が取り付けられる回転シャフト１０２と、回転シャフト１０２の他端に取り付けられ、コンジット５６の外径よりいくらか大きい内径を有する略リング状のコンジット支持部１０４とを有する。またコンジット支持部１０４の両端から軸方向両側に所定長離れたコンジット５６の外周部位には、略リング状の当接部材１０６及び１０８が取り付けられ、当接部材１０６とコンジット支持部１０４の一端との間、及び当接部材１０８とコンジット支持部１０４の他端との間にはそれぞれコイルばね１１０及び１１２が配置される。このような構成によれば、コンジット５６は、ある基準位置（図示例では当接部材１０６及び１０８の略中間）を中心として当接部材１０６及び１０８間の距離を上限として軸方向に移動可能であり、また回転シャフト１０２によって旋回胴２６等に対して回転することもでき、より自由度の高いコンジット挙動が可能となる。なおコイルばねの代わりに、ゴムバンドやスプリングバランサ等を用いてもよい。

図４及び図５の構成において、ロボットアーム（上腕及び前腕の少なくとも一方）の動作時には、第１支持部材７２とワイヤ送給装置５２との間でのコンジット５６の余長により、アーム動作によってコンジットに不都合な応力がかかることを回避できるが、上述のようにコンジットが斜めに取り回されているので、その分、余長を確保しやすくなるという効果も得られる。また、第１支持部材及び第２支持部材が各々回転可能に支持されていれば、さらに、余長を得やすくなり、より広いロボットの動作にも追従が可能となる。このようにすれば、本体ベース及び旋回胴の前方へのコンジットの張り出しを小さくでき、図２と同じ効果を得ることができる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、第１支持部材が旋回胴の上腕側に設置されたアーク溶接ロボットシステムの構成例を示す正面図及び側面図である。第１支持部材７２は、旋回胴２６の上腕３０側の部位に設置されている。コンジット５６は、ロボット架台１４の開口部７０を通って第２支持部材９６を通過した後、本体ベース６６の前方を延びるとともに、徐々に、旋回胴２６の上腕側に斜めに引き回されて第１支持部材７２に支持されており、旋回胴２６の旋回動作に追従できる。第１支持部材７２を通過したコンジット５６は、ワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４に向け、旋回胴２６の旋回中心に向け、斜めに引き回される。ここで、上腕３０に平行して引き回されているロボット制御ケーブル１６とコンジット５６との干渉を避けるため、制御ケーブルの外周に取り回される。コンジット５６は、＋９０°の位置へロボットが移動した場合、初期位置で既にワイヤコンジットが９０°曲げられていることを考慮すると、さらにコンジットに曲げが加わることになるが、高さ方向に一定の空間が確保されているため、ワイヤコンジットの曲げ半径が過度に小さくなることはない。また第１支持部材７２及び第２支持部材９６がコンジットの途中をその軸方向に移動可能に支持している場合、又は第１支持部材及び第２支持部材が回転可能に旋回胴２６及び架台１４に支持されている場合、図５の構成例において説明した場合と同様に余長不足を補うことができる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、第１支持部材が旋回胴の上腕とは反対側の部位に設置され、さらに第３支持部材が上腕に設けられたアーク溶接ロボットシステムの構成例を示す正面図及び側面図である。図８の構成は、上腕３０に設けられた第３支持部材１１４を除き、図５の構成と同様である。第１支持部材７２を通ったコンジット５６は、ワイヤ送給装置５２に至る前に第３支持部材１１４に、好ましくはその軸方向に移動可能に支持される。これにより、上腕３０の動作には、コンジット５６の第１支持部材７２と第３支持部材１１４との間の部分が追従し、前腕３４の動作には、コンジット５６の第３支持部材１１４とワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４との間の部分が追従することができ、コンジットの挙動を予想しやすいという効果が得られる。また第１支持部材７２及び第２支持部材９６がコンジットの途中をその軸方向に移動可能に支持している場合、又は第１支持部材及び第２支持部材が回転可能に旋回胴２６及び架台１４に支持されている場合、図５の構成例において説明した場合と同様に余長不足を補うことができる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、第１支持部材が旋回胴の上腕側の部位に設置され、さらに第３支持部材が上腕に設けられたアーク溶接ロボットシステムの構成例造を示す正面図及び側面図である。図９の構成は、第１支持部材の設置位置を除き、図８の構成と同様である。図９の構成により、上腕３０の動作には、コンジット５６の第１支持部材７２と第３支持部材１１４との間の部分が追従し、前腕３４の動作には、コンジット５６の第３支持部材１１４とワイヤ送給装置５２の後部のコネクタ７４との間の部分が追従することができ、コンジットの挙動を予想しやすいという効果が得られる。また第１支持部材７２及び第２支持部材９６がコンジットの途中をその軸方向に移動可能に支持している場合、又は第１支持部材及び第２支持部材が回転可能に旋回胴２６及び架台１４に支持されている場合、図５の構成例において説明した場合と同様に余長不足を補うことができる。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した構成のロボットの旋回胴を種々の角度に旋回させた場合のコンジットの挙動を示す図である。但し図１０の上腕３０は、図４の上腕と比較して旋回胴２６に対して勝手違いに取り付けられている。旋回胴２６の旋回角度が０°の位置（図１０（ｂ））を基準位置とし、上方からみて時計回りをマイナスとした場合、図１０（ａ）及び（ｃ）はそれぞれ旋回胴が−４５°及び＋９０°の位置にある。図１０（ａ）に示すように、ロボット架台１４の貫通穴を通過したコンジット５６は、旋回胴２６の旋回動作により、ロボット正面に向かって左側に曲げられた状態で、ロボット架台１４の正面から引出されており、その後、旋回胴２６の右前方を通り、旋回胴２６の上部に配置された第１支持部材７２に支持されている。旋回胴２６の旋回によりコンジット５６には曲げが作用するが、ロボット架台１４から第１支持部材７２までの部分で、その曲げ応力を吸収できる。

一方旋回胴が＋９０°の位置（図１０（ｃ））に旋回した場合、ロボット架台１４の貫通穴を通過したコンジット５６は、旋回胴２６の旋回動作により、ロボット正面に向かって右側に曲げられた状態で、ロボット架台の正面から引出されており、その後、旋回胴２６の左前方を通り、旋回胴２６の上部に配置された第１支持部材７２に支持されている。旋回胴２６の旋回によりコンジット５６には曲げが作用するが、ロボット架台１４から第１支持部材７２までの部分で、その曲げ応力を吸収できる。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、図９に概ね等しい構成のロボットにおいて、上腕揺動時のコンジットの挙動を示す図である。上腕３０に第３支持部材１１４が配置されている場合、上腕の広い動作範囲を実現できるよう、第１支持部材７２は、旋回胴２６の前方に設置されている。図１１（ｂ）に示すように、上腕の揺動角度が０°（上腕の長手方向が鉛直）の位置を基準位置とし、側面視で時計回りをマイナスとした場合、図１１（ａ）及び（ｃ）は、それぞれ上腕３０が−９０°及び９０°の位置にある。図１１（ａ）に示すように、第１支持部材７２から引き出されたコンジット５６は、旋回胴２６の前方を通過し、その後、上腕３０の下部に導かれ、第３支持部材１１４に支持されている。この場合、上腕３０の揺動動作によってコンジットに生じる曲げ応力は、第１支持部材７２と第３支持部材１１４との間でのコンジット５６の余長により吸収可能である。

一方上腕が＋９０°の位置（図１１（ｃ））に揺動した場合、第１支持部材７２から引き出されたコンジット５６は、旋回胴２６の前方を通過し、その後、上腕３０の下部に導かれ、第３支持部材１１４に支持されている。この場合、上腕３０の揺動動作によってコンジットに生じる曲げ応力は、第１支持部材７２と第３支持部材１１４との間でのコンジット５６の余長により吸収可能である。

なお前腕３４は上腕３０に連動する場合が多く、故に上腕３０が揺動すれば、床に対する前腕の角度も変化する。そこで図１１では、上腕３０の動作によっても前腕が床に対する姿勢を維持するよう動作している場合の例を示しており、結果として、上腕３０と前腕３４との相対角度は変化している。しかし図１１（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、上腕と前腕との相対角度の変化によってコンジットに生じる応力は、第３支持部材１１４とワイヤ送給装置５２後部のコネクタ７４との間のコンジットの余長部分で吸収可能である。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、図１１と同様のロボット構成において、上腕と前腕が種々の異なる姿勢とった場合のコンジットの挙動を示す図である。具体的には、図１１に示す前腕３４の姿勢を基準位置とし、側面視で時計回りをマイナスとした場合、図１２（ａ）は前腕３４が基準位置から１８０°揺動したとき、図１２（ｂ）は前腕３４が基準位置から＋９０°揺動したとき、そして図１２（ｃ）は前腕３４が基準位置から−９０°回転したときのコンジットの挙動をそれぞれ示している。各要素の作用については図１１の例と概ね同様なので詳細な説明は省略するが、いずれの場合においても上腕３０及びと前腕３４の揺動動作によって生じるコンジットの応力は、第３支持部材１１４とワイヤ送給装置５２後部のコネクタ７４との間のコンジット５６の余長部分で吸収可能である。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、ロボット架台１４の具体的構造例を示す図である。ロボット架台１４は、底部板状部材１１６と、底部板状部材１１６上に互いに離間して立設された２つの柱状部材１１８と、柱状部材１１８の上端に取り付けられた上部板状部材１２０とを有する。底部板状部材１１６には、ロボット架台を床に固定するための１つ以上の通し穴（図示例では４つ）１２２が設けられている。底部板状部材１１６はこの通し穴を活用して、床にボルト等で固定される。旋回胴の旋回動作時にコンジットが追従して動作できるように、柱状部材の内壁は可能な限り大きい面積を有し、また、前面の壁の位置もできるだけロボット後方側に開口していることが望ましいが、一方でロボット架台は、ロボットの架台として十分な剛性を備える必要がある。図示例では、柱状部材の内側（他方の柱状部材に面する側）の角部にＲ加工又は面取り加工を施すことにより、コンジットがさらに大きく動作できると同時に、局部的に曲げ半径が過小とならないようにしている。

図１３（ｂ）に示すように、柱状部材１１８は、ロボットの旋回胴の旋回軸線２８（図１等参照）から後方側（図１３（ｂ）では右側）にオフセットした位置に配置されており、ワイヤ供給源からのコンジットはそのオフセット側から柱状部材の間に通される。

上部板状部材１２０には、ロボットを搭載できるように１つ以上（図示例では４つ）のタップ１２４が設けられ、ロボット本体ベースにある通し穴（図示せず）を用いて、ボルト等でロボットを固定できるようになっている。また、上部板状部材の４つの角部にＲ加工又は面取り加工を施すことにより、コンジットがロボット架台の外周に取り回された場合に、コンジットが可能な限り内回りでき、かつ、局部的に曲げ半径が過小とならないようになっている。同様の構成は、ロボット本体ベース及び旋回胴にも適用可能である。またロボット架台の内部（図示例では板状部材１１６上）には、第２支持部材９６が固定されている。

本発明に係るアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 図１のロボットにポジショナを付加したアーク溶接ロボットシステムの構築例を正面図、側面図及び上面図で示す図である。 図１のロボットにおいて使用される溶接ワイヤ用コンジットの構造を示す図である。 第１支持部材が旋回胴の旋回中心付近に設置されたアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 第１支持部材が旋回胴の上腕とは反対側の部位に設置されたアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 第１支持部材の具体的構成例を示す図である。 第１支持部材が旋回胴の上腕側の部位に設置されたアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 第１支持部材が旋回胴の上腕とは反対側に設置され、さらに第３支持部材が上腕に設置されたアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 第１支持部材が旋回胴の上腕側の部位に設置され、さらに第３支持部材が上腕に設置されたアーク溶接ロボットを正面図及び側面図で示す図である。 （ａ）図４の構成例のロボットの旋回胴が基準位置から−４５°回転したときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｂ）旋回胴が基準位置にあるときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｃ）旋回胴が基準位置から＋９０°回転したときのコンジットの挙動を示す図である。 （ａ）図９に概ね等しい構成例のロボットの上腕が基準位置から−９０°揺動したときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｂ）上腕が基準位置にあるときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｃ）上腕が基準位置から＋９０°回転したときのコンジットの挙動を示す図である。 （ａ）図９に概ね等しい構成例のロボットの前腕が基準位置から１８０°揺動したときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｂ）前腕が基準位置から＋９０°揺動したときのコンジットの挙動を示す図であり、（ｃ）前腕が基準位置から−９０°回転したときのコンジットの挙動を示す図である。 （ａ）アーク溶接ロボットの架台の構造を示す正面図であり、（ｂ）側面図であり、（ｃ）上面図であり、（ｄ）（ｂ）のｄ−ｄ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０ アーク溶接ロボットシステム
１２ ロボット
１４ 架台
２６ 旋回胴
３０ 上腕
３４ 前腕
５０ 溶接トーチ
５２ ワイヤ送給装置
５６ コンジット
６２ 溶接ワイヤ
７０ 開口部
７２ 第１支持部材
７８ ポジショナ
９６ 第２支持部材
１１４ 第３支持部材
１１６ 底部板状部材
１１８ 柱状部材
１２０ 上部板状部材

Claims (6)

1. ロボット架台と、該ロボット架台上に旋回自在に搭載された旋回胴と、該旋回胴に揺動自在に結合された上腕と、該上腕に揺動自在に結合された前腕と、該前腕の後部に配置された、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、該前腕の先端部に取り付けられた、溶接を行う溶接トーチとを有するアーク溶接用ロボットにおいて、
   前記ロボットの周辺に配置された溶接ワイヤ供給源と、
   該溶接ワイヤ供給源と前記ワイヤ送給装置とに両端が接続され、内部に溶接ワイヤが挿通されたコンジットと、
   該架台は、設置面に設置される底部板状部材と、該底部板状部材上に所定距離隔てて立設される２つの柱状部材と、該２つの柱状部材の上端に取り付けられるとともに前記ロボットの旋回胴が固定される上部板状部材と、を有し、前記２つの柱状部材は、前記ロボットの旋回胴の旋回中心からオフセットした位置で前記底部板状部材及び前記上部板状部材に接続されるとともに、前記溶接ワイヤ供給源から延びるコンジットを前記オフセットした側から前記旋回中心側に通すための貫通穴を協働して形成し、
   該柱状部材が形成した前記貫通穴を通された前記コンジットは、前記底部板状部材と前記上部板状部材に挟まれた空間を通過してから、前記旋回胴に設けられた第１支持部材により支持されて前記ワイヤ送給装置まで、略Ｓ字状に引き回されることを特徴とする、アーク溶接用ロボット。
2. 前記コンジットは、前記架台に設けられた第２支持部材により支持されることを特徴とする、請求項１に記載のアーク溶接用ロボット。
3. 前記第１支持部材及び第２支持部材は、前記コンジットをその軸方向に移動可能に支持することを特徴とする、請求項２に記載のアーク溶接用ロボット。
4. 前記コンジットは、前記上腕に設けられた第３支持部材により支持されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接用ロボット。
5. 前記第３支持部材は、前記コンジットをその軸方向に移動可能に支持することを特徴とする、請求項４に記載のアーク溶接用ロボット。
6. 前記柱状部材は、前記旋回胴の旋回中心より後方側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアーク溶接用ロボット。

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