JP2622374B2 - 危険な場所で使用するための電気ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、危険な環境で使用する電気駆動ロボツトに
関し、特に可燃性ガス又は蒸気を含んでいる環境で動作
可能な電気駆動ロボツトに関する。

従来の技術 ペイント・スプレ機械が多く自動車の車体のような量
産品をペイントするために導入されてきている。一般的
に、そのようなペイント・スプレ機械は、その機械がし
そこねな領域を人間の操作者が修正しなければならない
点で、使用上に制限があつた。そのような機械もまた往
復運動システム上の水平そして／又は垂直経路でペイン
トするようにのみ設計されている。物体を完全にペイン
トするためには、もしその物体の輪郭が複雑ならば、深
さ方向や横方向の動作が必要とされる。手首を使用する
ことは、操作者が特定の方法でペイント・スプレ銃の角
度を定めて複雑な輪郭表面にペイントを塗布するときに
しばしば必要になるので、重要である。

従来技術のペイント・スプレ機械の多くには、外部表
面の大部分をペイントしようとする、大容量の中央ペイ
ント貯蔵室から供給される電池式スプレ銃が含まれてい
る。ホイール・アーチなどの接近し難い領域、トランク
やエンジン室の内側、ドアの端部は、車の車体が自動ペ
イント工程を経た後、ペイントされていない領域を見つ
ける操作者がペイントしなければならない。

電気ペイント装置を含むペイント機械が多くの従来技
術の特許において開示されている。それらの特許は、チ
ヤプマンの米国特許第2,858,947号、シエリイ等の米国
特許第3,007,097号、ピアソン等の米国特許第3,481,499
号、リヒタの米国特許第4,030,617号、ヨシオの米国特
許第4,113,115号、バーンズ等の米国特許第4,196,049
号、シヤムの米国特許第4,398,863号及び4,407,625号、
ジヤコツト−デスコンムベス等の米国特許第4,424,472
号、そしてゴーマンの米国特許第4,424,473号である。
ポラルドの米国特許第2,213,108号、及び第2,286,571号
は、共にペイント・スプレ用の電気ロボットについて開
示している。ストリツカの米国特許第4,170,751号は、
同様に、ペイント・スプレ・コボツトに関係した電気装
置について開示している。

量産品に商品質のペイント仕上げを行うために、スプ
レ・ロボツトを使用すには多くの理由が存在する。ロボ
ツトは厳しいペイント環境に対処することができ、全体
として消費されるエネルギが少なくなるペイント工程が
可能になり、そしてペイントの質が改良され、更に、材
料費や労働費の減少に結局はつながるので望ましい。高
い生産率が期待され、且つ、比較的短い利用時間で１回
のペイントでなく数回のペイントが行なわれて完成する
ような場所では、上記の利点が車の車体をペイントする
ときに特に大切である。

スプレ・ロボツトは、表面をエナメル化したり／又は
パウダリングする場合にも使用される。例えば、ガラス
状のエナメルをプラスチツク製のバスタツプに塗布する
ときに、車体にペイントを塗布するときに使用されるの
と同じ技術が多く利用される。

スプレイ・ペイントに使用されてきているロボツト
は、人間の操作者の動作に匹敵する連続経路の機械から
成つている。一般的に、そのようなロボツトは、実際の
ペイントの仕事を通してペイントの専門家に学習モード
でそれぞれのロボツトを指導させることで、教育されて
いる。

自動車産業界での平均的なスプレ・ブースは、相対的
に小さな幅を持つように標準化されてきている。このよ
うに幅が小さいので、そのようなスプレ・ブース内で使
用される、ロボツトはその大きさや動作が制限される。
現存するスプレ・ブースを再設計することはコスト的に
採算が合わない。

従来のペイント・スプレ・ブース内ではロボツトが利
用できる大きさが制限されているので、電気駆動装置を
有するロボツトを使用することは、一見して、小型電気
ロボツトが小型水力駆動ロボツトよりコストの点で有利
であるという理由により望ましい。そのようなコストに
は、ロボツトのコストだけでなく設置メインテナンスや
他の動作上の費用が含まれる。しかし、ペイント・スプ
レイや他の同様な使用において、環境によつては水力駆
動装置や空気圧駆動装置を使用することが有利である。
そのような環境では電気モータの爆発の危険性が生じる
ので、電気ロボツトは耐爆発性であるか、又は燃焼可能
な環境を点火しないように本質的に安全であるかいずれ
かでなければならない。水力駆動ロボツトは、爆発性の
燃料−空気の混合物を点火するほど一般的に十分な量の
電気エネルギを使用しない。

国家電気法であるNFPA70の第500条規定の“危険”
（すなわち、第１級の区分１の場所）として分類される
領域に位置される電気装置は、加圧コンテナ中に配置さ
れるか又は耐爆発性にしなければならない。このような
手段が採られるならば、その電気装置の周辺領域は第１
級の区分１の場所としてもはや分類されない。むしろ、
密閉容器又は耐爆発性コンテナに隣接した場所のみが通
常の動作状態において可燃性ガスや蒸気を点火可能にす
る濃度を含む第１級の区分２の場所として分類される。
その密閉容器の加圧化には、十分な圧力で流れを連続的
にしたり又はしなかつたりしてその容器にきれいな空気
や不活性ガスを供給してその容器内に時々流入する燃焼
性ガスや蒸気が入り込まないようにすることが必要であ
る。電気装置が付勢されているときにその容器を少なく
とも25パスカル（0.1インチ（約2.5mm）の水）の圧力に
維持するならば、“危険”な環境において爆発の危険性
が相当除去される。

上記の規準に従う一方法は、モータのような装置用の
コンテナを耐爆発性にすることである。しかし、耐爆発
性モータを使用するとモータのコストが増加するだけで
なく、ロボツトの重量及び大きさが増加する。その上、
耐爆発性モータを使用すると耐爆発性モータの使用が必
要となる。そのようなケーブルは、高価であつて重いだ
けでなく、柔軟性に欠けて扱いにくい。そのような耐爆
発性モータやケーブルは、また、ロボツト内部において
又はロボツト上において、結果として、ペイント・スプ
レ・ブース内で貴重な空間を占める。

発明の開示 本発明の目的は、危険な環境において使用される改良
型電気駆動ロボツトを提供することである。

本発明の別の目的は、危険な環境において使用される
相対的にコンパクトであつて、内部に電気モータを収容
するための一対の加圧室を備えるロボツトを提供するこ
とである。

しかも本発明の他の目的は、危険な環境で使用するた
めの相対的にコンパクトで安価な電気駆動ロボツトを提
供することである。このロボツトは、ベースと、腕組立
体と、第１及び第２の電気モータをそれぞれ備える第１
及び第２の駆動システムとを備えていて、少なくとも１
つの電気モータがベース内に位置する第１の加圧室に位
置し、そして少なくとも１つの電気モータが腕組立体の
内部に位置する第２の加圧室に位置するものである。

本発明の上記の目的や他の目的を実行するときに、本
発明により構成された電気駆動ロボツトが内部に含まれ
る第１の加圧室を有するベースと、内部に含まれる第２
の加圧室を有する腕組立体とを備えている。この腕立体
は、その一方の端部でベース上において動作するように
支持されている。腕組立体は、その反対の端部を流体放
出工具に接続とするための手首を備えている。ロボツト
もまた第１及び第２の駆動システムを備えている。その
第１の駆動システムは、第１の加圧室に配置された少な
くとも１つの電気モータを備えていてその腕組立体を駆
動する。その第２の駆動システムは、第２の加圧室に配
置された少なくとも１つの電気モータを備えていてその
手首を駆動する。

電気モータは、ブラシレスDCモータ又はACサーボ・モ
ータとして一般的に知られているブラシレス・サーボ・
モータから成るのが望ましい。

その上、ロボツトは、ベースの外側表面に取り付けら
れた加圧管路に収容されたケーブルを備えていることが
望ましい。ケーブルは、電気モータに電気的に接続され
ていてロボツトコントローラに接続されるようになつて
いる。その管路は、第１及び第２の加圧室に流体的に通
じている。それ故、ケーブルは、強力な耐爆発性ケーブ
ルよりむしろ通常使用ケーブルから構成されることもあ
る。

加圧手段は、第１及び第２の室に、更に望ましくはそ
の管路内に正圧を与える圧力調整器を備えている。

この方法で作られた電気スプレ・ロボツトは、相対的
に小型で軽量だけでなく水力駆動ロボツトより低価格で
ある。この電気スプレ・ロボツトは、通常使用のケーブ
ルも備えていて、強力な耐爆発性ケーブルを使用する必
要がなく、それに伴う短所が生じない。一対の加圧室−
そのうちの１つは腕組立体内に配置されている−を使用
することによつてそこに必要とされるギヤ装置や他の機
構が減少して、駆動モータの回転運動を腕組立体の自由
端に取り付けられた手首機構に伝達する。

本発明の他の利点は、添付図面及び実施例を参照する
ことによつて理解されるだろう。

実施例 第１図は、本発明によつて作られたペイント・スプレ
・ロボツトを示している。このペイント・スプレ・ロボ
ツトの全体を数値10で示す。ロボツト10は、ベース12を
備えており、このベース12は上方ベース部14及び下方ベ
ース部16を有している。上方ベース部14は、静止してい
る下方ベース部16に関して回転可能である。ロボツト10
は、腕組立体18も備えていて、その一方の端には上方ベ
ース部14に枢動するように接続され、且つ、その反対端
には外側の腕22に枢動するように接続された内側の腕20
が含まれている。手首又は手首機構24は、外側の腕22の
自由端に接続されていて、３本の軸の手首機構から成る
のが望ましい。この手首機構24は、その自由端でペイン
ト・スプレ銃のようなスプレ工具を持つようにされてい
る。

以下に説明するように、ロボツト10は、ベース12及び
腕組立体18加圧するための空気システムを備えており、
スパークを生じない電気モータを内部に配置していて爆
発防止用の電気モータを使用する必要がない。そのう
え、手首機構24を駆動する電気モータがベース12内でな
くて腕組立体18内にあるので、電気モータを手首機構に
相互接続するのに必要な伝動装置が相当少なくなる。第
２の加圧室をここで説明したように内側の腕の内部に、
もし望むならば外側の腕22内部に配置することができ
る。

第１図に示したように、ロボツト10は、26で示される
壁を有するペイント・スプレ・ブースの内部のような危
険な周囲又は環境で使用するようになつている。下方ベ
ース部16は、ジヤツキ組立体が、第２図において最善に
示されているように、下方ベース部16の下方コーナにそ
れぞれ位置するように水平にして調整可能に取り付けら
れる。

ペイント・スプレ・ブース内の領域は、可燃性の気体
又は蒸気が十分な濃度で空中に存在していてその場所が
国家電気法であるNFPA70の第500条で規定される危険度
とされる。そのような環境ではそこに含まれる爆発性の
溶剤−空気の混合物が非常に可燃性の性質であることか
ら、爆発や火事の危険性が生じる。

ロボツトの電源及び制御信号はケーブル（図示せず）
によつて供給され、そのケーブルはペイント・スプレ・
ブースの外部にある。ロボツトローラから延びている。
加圧管路30はケーブルを収容しており、下方ベース部16
に取り付けられている。下方ベース部16は、アダプタプ
レート34によつて加圧管路30に接続されるようになつて
いて、このアダプタプレート34は、さらに、ボルト32に
よつて下方ベース部16の前面ハウジングプレート36に取
り付けられている。管路30内に含まれるケーブルは、前
面壁36を通つて延びている通路38を通つて延びていて、
第４図に示されるように端子ストリツプ40に電気的に結
合されている。

アダプタプレート34は、電気流入通路42を備えてお
り、この通路42は、空気流入管44と流体的に導通してお
り、この管44は、ペイント・スプレ・ブースの壁26を通
つて延びていて相対的にきれいな空気や不活性ガスがペ
イント・スプレ・ブースの周囲から下方ベース部16に流
入する。

空気流入通路を通つて流れたのち、空気は管46を通つ
て流れ、この管46は圧力調整器48と流体的に結ばれてい
る。この調整器48は、下方ベース部16の内壁50に取り付
けられている。内壁50は、下方ベース部16の内室59を限
定している。

圧力調整器48は、空気圧力が所定の制限間で下方ベー
ス部16内の第１室52内にあるようにしている。この第１
室に含まれているのは低圧力スイツチ54であり、この低
圧力スイツチ54は、第１室52内の圧力が圧力調整器48の
維持しようとしている圧力以下であることを示すもので
ある。圧力スイツチ54は、管56によつて、基準周囲圧力
レベルに近づく手段としてコネクタ58で非加圧室59に接
続されている。加圧スイツチ54も、アラーム信号を与え
るために、ケーブル（図示せず）によつてロボツト・コ
ントローラ28に接続されていて、第１室内の圧力が低い
のでロボツトを停止しなければならないことを示してい
る。

一対のかさ形穴60も第１室52と内壁50の内室59との間
に備けられていて、最大所定制限値以上に圧力調整器48
によつて生成された過剰圧力を軽減している。このかさ
形穴60は、第１室52から内室59に過剰圧力を伝達してい
る。

第１室52は、下方ベース部16の上方壁に形成された開
口部64を介して、上方ベース部14に形成された第２室62
に液体的に通じている。この開口部64は、上方ベース部
14と下方ベース部16との間に配置された駆動板68に形成
された開口部66と一直線になつている。さらに、この開
口部66はカラー部材72に形成された開口部76と一直線に
なつていて、このカラー部材72は、第５図に示されてい
るように、取り付けボルト74によつて駆動板68に取り付
けられている。円形シール78がカラー部材72と上部ベー
ス部14の下方壁との間に設けられていて、カラー部材72
とその付属板68と上方ベース部14との間を相対的に回転
する間室62を密封する。

80で示される方向付け手段又は機構がカラー部材72に
取り付けられて固定しており、複数の通常使用のケーブ
ルを支持している。このケーブル82は、下方室52内で端
子ストリツプ40に電気的に接続されている。第４図から
第６図までに示されているように、ケーブル82は相対的
に柔軟であり、ケーブル82を相対的に小さな曲率半径に
そつて曲げられるリボン状に形成することができる。こ
のケーブルは、非常に柔軟であるのでカラー部材72をそ
の方向付機構80と上方ベース部14との間の相対的な回転
の間そのリボン状のものを曲げることができる。

ケーブル82にはそれぞれに含まれているより小さなケ
ーブル84が３本含まれている。２本の小さなケーブル84
は、上方室62の内部に取り付けられた電気駆動システム
の電気駆動モータ86のそれぞれに用いられている。１本
の小さなケーブル84は電源信号を供給していて、もう１
本の小さなケーブル84は制御信号を供給している。駆動
モータ86が上方室62に３ケ配置されていて、腕組立体18
の回転軸のそれぞれに対して１ケ配置されている。駆動
モータは、一般にACサーボモータやブラシレスDCモータ
として知られているように、スパークを生じないブラシ
レスサーボモータから成るのが望ましい。

２本のケーブル82は、第６図及び第７図に示されてい
るように、内側の腕20に含まれた第３の加圧室88の内部
に屈くように経路が定められ固定されている。そのケー
ブルは、第２の加圧室62から内側の腕20の外側の壁92
に、且つ、上方ベース部14の外側の壁に形成された開口
部を介して第３の加圧室88に延びている。ケーブル82
は、第３室88内に取り付けられた電気モータ94にそれぞ
れ電気的に接続されている。ケーブル82のリボンの特定
の構成及び動作のより詳細な説明は、同じ譲受人を有
し、本出願と同日に提出されたアターニ・ドケツト番号
Ｐ−306である“改良されたケーブルの経路及び固定法
を有するロボツト（Robot with Improved Cable Routin
g and Clamping）”という米国特許出願にされている。
その特許出願を参考に含めている。

モータ94の駆動軸96が加圧室88を制限している内壁98
を介して延びており、それぞれのタイミングベルト100
と駆動的にかみ合つている。タイミングベルト100は、
さらに中空の同軸駆動管を介して３本の軸から成る手首
機構24の別々の軸を駆動するためのギヤ装置にそれぞれ
動作するように接続されている。

浄化孔（図示せず）が幾つか室52,62,88を制限する内
壁に設けられていて、それぞれの室には、十分な流量及
び圧力を有するきれいな空気または不活性ガスが与えら
れていて全ての室を汚染している可燃性ガス又は蒸気を
許容できる安全な濃度まで減少させている。圧力調整器
48には手動バイパスが設けられていて、必要なときにこ
の浄化作用を行うことができる。

そのうえ、空気の流量が過剰にならないで室52,62,88
の内部の正圧を維持できるように、ロボツトの各種の可
動部と非可動部との間に適当なシールを設けることがで
きる。

発明の効果 前記の構成を採用することで、従来のペイント・スプ
レ・ブースで見られるような危険な環境において相対的
に小さく、且つ、高価でない電気ロボツトを使用するこ
とができる。加圧室52,62,88は互いに流体的に通じてい
て、可燃性ガスや蒸気が電気駆動モータを備えている電
気装置を収容している室に入らないようにしている。

腕組立体18内の加圧室88を備えることによつて、手首
装置24の各種の軸を駆動するための相互ギア装置が相当
減少する。さらに、各種の加圧室内のスパークを生じな
いモータを使用することによつて、ロボツト10内か又は
その外部表面かのいずれかに取り付けられる相対的に重
てて高質な耐爆発性のモータの必要性がなくなる。加圧
室内にスパークを生じない電気モータを使用することに
よつて、電気モータに電源信号や制御信号を供給するケ
ーブルは通常使用のケーブルであつてよく、そのケーブ
ルと比較して高価であり相対的に柔軟性のない強力な耐
爆発性のケーブルである必要がないという別の利点が生
じる。

圧力調整器（48）を設けることにより、室内の圧力を
所定範囲内に調整することができる。即ち、必要以上に
不活性ガスを供給して加圧することがないので、不活性
ガスの浪費を防ぐことができるという利点がある。

発明を説明的に記載したけれども、使用した用語は制
限するというよりむしろ記述するという語の性質を利用
していると理解されたい。

明らかに、本発明の多くの修正や変更が上記の教えを
考慮すれば可能である。それ故、特許請求の範囲内にお
いて、詳細に記載された以外の方法で本発明を実施でき
るという事を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気スプレロボツトの透視図であ
り、 第２図は、第１図のロボツトの下方のベース部の側面立
面図であり、 第３図は、第２図の低部の側面立面図であつてそこに含
まれる各種の部品を示す図であり、 第４図はロボツトの各種ケーブルの側面立面図であつ
て、ロボツトの外部ハウジング構造を鎖線で示す図であ
り、 第５図は、第４図の一部分の拡大図でありベースの上部
と下部との間の密封機構を示す図であり、 第６図は、第４図のケーブルの平面図であつてロボツト
の他の各種の要素を鎖線で示す図であり、 第７図はロボツトの内側の腕の平面図である。 10……ペイント・スプレ・ロボツト、12……ベース、14
……上方ベース部、16……下方ベース部、18……腕組立
体、20……内側の腕、22……外側の腕、24……手首、28
……ロボツト・コントローラ、48……圧力調整器、52…
…第１の室、62……第２の室、86……駆動モータ、82…
…通常使用ケーブル、94……電気モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−125791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−106786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−92053（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−160193（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−15686（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】危険な環境で使用されるのに適した電気駆
   動ロボット（10）であって、このロボットは、ベース
   （12）と、このベースの上での移動を行うように支持さ
   れた腕組立体（18）とを含み、前記ベース及び前記腕組
   立体は、ほぼ密閉された複数の室（62、88）を形成し、
   この密閉された室は、相対的に可動な第一の室（62）及
   び第二の室（88）と、前記第一の室に設けられた少なく
   とも一つの電気モータ（86）と、前記第二の室に設けら
   れた少なくとも一つの電気モータ（94）と、ケーブル
   （82、84）とを含み、このケーブルは、前記危険な環境
   の外部から延びて前記第一の室及び第二の室の中の前記
   モータのそれぞれを接続して、そのモータを動作させる
   ロボットにおいて、 前記ベース及び前記腕組立体に設けられた第一及び第二
   の開口部（90）と、 前記第一の室及び第二の室のそれぞれをほぼ密閉に維持
   するように、前記第一の室及び第二の室をほぼ密閉して
   連通させる密閉手段と、 前記危険な環境以上の圧力でその危険な環境の外部のガ
   ス源から第一の室（62）へ不活性ガスを供給して、第一
   の室および第一の室と開口部（90）で連通された第二の
   室を前記不活性ガスで満たすためのガス供給手段（44）
   と、 第一の室に設けられ、前記ガス供給手段（44）から供給
   される不活性ガスの圧力を調整して第一の室および第二
   の室の圧力が危険な環境の圧力以上の所定範囲の圧力と
   なるように自動的に維持する維持手段（48）と、 前記第一の室及び前記第二の室の圧力が所定の最大限界
   を越えて増加したとき、前記第一の室及び前記第二の室
   の外部にそれらの室を連通させる排出手段（60）と、 前記室（62、88）に設けられ、前記室の内部の可燃性ガ
   スの濃度を許容安全レベルに減少させるように、前記室
   内部のガスを外部に放出させるための浄化手段と、 を備えることを特徴とするロボット。