JP3236893B2

JP3236893B2 - 溶接ロボット工具交換システム

Info

Publication number: JP3236893B2
Application number: JP52615497A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．ポールカレン; パメラビー．ビリングス; ダグラスエヌ．ギャロップ
Original assignee: Applied Robotics Inc
Current assignee: Applied Robotics Inc
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: EP0961673A1; DE69712106T2; WO1997026118A1; JPH11504869A; US5779609A; EP0961673B1; AU1748197A; DE69712106D1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景技術分野本発明は一般的には自動化された交換システムに関す
る。より詳細には、本発明はスタッド溶接に使用するロ
ボット工具交換システムに関する。

関連技術の説明過去数十年に亘って、ロボット技術に対する信頼性は
非常に高まった。ロボットの使用は一時、電子機器製造
及び自動車製造の分野に最も集中したが、原子力発電、
海洋開発、災害予防等の他の種々の分野及び困難で危険
な状態の下で遠隔操作ロボットシステムが迅速かつ正確
にその機能を果たす分野にまで、ロボット技術の適用は
広がった。特に現在では、ロボットは、コンクリート仕
上げ、高い建物の塗装、医療看護のような多様化した機
能を果たすのに用いられている。ロボットの経済的及び
社会的な役割は、ロボット技術の進歩が商業的用途をよ
り広くし、工業生産性並びに製品の品質を改良するにつ
れて、将来引き続き拡大することが予想される。

産業ロボットの発展及び医療に資した一つのロボット
の開発は、単一のロボットシステムによって多様な異な
る仕事の遂行を容易にするように考案されたロボット工
具交換システムである。例えば、あるロボット工具交換
システムでは、単一のロボットによって、スタッド及び
スポット溶接、重量物のパレット輸送、金属除去作業を
行うことができる。このロボット工具交換システムは、
これらの様々な仕事を行うために必要な工具の自動交換
を可能にする。典型的には、ロボット工具交換システム
は二つの主たる組立体、ロボットアダプター組立体及び
ツーリングアダプター組立体から成る。ロボットアダプ
ター組立体はロボットに取付けられ、ツーリングアダプ
ター組立体は工具に取付けられる。二つのアダプター組
立体は結合されて、機械結合及び信号インターフェース
（電気的、空間的等）を形成し、ロボットが特定の仕事
を遂行できるようにする。

ロボット技術の他の分野への拡張にも関わらず、ロボ
ット技術は自動車製造に見られるような、工業的使用に
おいて依然として重要性を保っている。例えば、ロボッ
トは自動車のスタッド溶接において引き続き重要な役割
を果たしている。ロボットをスタッド溶接に使用する場
合は、スタッド溶接ガンがロボットに取り付けられ、こ
のロボットは、操作員を要せず、スタッド溶接ガンを所
望の溶接場所に位置付けて、自動的にスタッド溶接を行
うようにプログラムされている。

従来の自動スタッド溶接システムでは、システムの資
源ユーティリティライン又はケーブルが、典型的には直
接スタッド溶接ガン内に通されている。例えば、スタッ
ド供給管、即ち、空洞のユーティリティライン又はケー
ブルが直接スタッド溶接ガン内に通され、複数のスタッ
ドを遠隔スタッド供給器からスタッド溶接ガンへ移送す
る。遠隔スタッド供給器は、スタッドを供給管を通して
移送するように空気圧をかけることができる。スタッド
溶接ガンはスタッドの流れを受け取って、スタッド溶接
作業を連続的に行うことができる。別のユーティリティ
ライン又はケーブルもスタッド溶接ガン内に直接通し
て、ガンに溶接電流を供給することができる。通常、こ
のケーブルは遠隔電源／コントローラから延びて、必要
な電流及びその持続期間を与える。他のユーティリティ
ラインも直接ガン内に導入することが出来る。例えば、
ガンを操作するための空気圧ライン、溶接面を清掃する
ための空気または液体ラインである。

米国特許第3,309,495号が、スタッドを直接スタッド
ガンに供給する手動による管の接続について開示してい
る。

製造工程中において頻々、スタッド溶接ガンの交換が
必要になる。例えば、システム故障又は定期点検のため
に、ロボットがその時使用しているスタッド溶接ガンを
バックアップ又は第二ガンに交換する必要が生じること
がある。生産時間にロスを生じさせることなく製造工程
を効果的に継続するためには、一つのスタッド溶接ガン
を別のものに交換する自動化された方法が存在すること
が絶対必要である。そのような自動化のために、従来の
ロボットのスタッド溶接システムは典型的には単一の作
業セルに対して二つのスタッド溶接ガンを有する。しか
し、上述のように、従来のシステムの全てのユーティリ
ティラインは直接スタッド溶接ガンに取付けられてい
る。全てのユーティリティラインを直接スタッド溶接ガ
タンに取付けることによる問題は、交換能力及び効率が
制限されることであり、従って、ロボットの生産性の向
上が制限されることになる。

それゆえ、工具交換組立体を通ってインターフェース
する全てのスタッド溶接ユーティリティを持つ統合ロボ
ット工具交換システムが必要とされている。本発明の構
造、即ち、スタッド溶接に使用する単一工具交換システ
ムに全ユーティリティを組み入れたロボットシステム
が、この必要を満たすものである。

発明の概要簡単に述べれば、本発明はファスナーを工具へ移送す
るための自動化された交換システム用の装置を設けるこ
とによって、上記必要を満たし、先行技術の欠点を克服
するものである。第一アダプター組立体は第一通路を持
っており、この第一通路はその一端（第一端）に第一開
口部を持ち、他端（第二端）に第二開口部を有してい
る。第二アダプター組立体は第二の通路を持っており、
この第二通知はその一端（第一端）に第一開口部を、他
端（第二端）に第二開口部を有している。第一アダプタ
ー組立体と第二のアダプター組立体が結合すると、第一
通路と第二通路は互い連通し、連通した通路を通って、
ファスナー（例えばスタッド）の工具（例えば、スタッ
ド溶接工具）への移送を可能にする。

それゆえ、本発明の第一の目的は、ロボット交換シス
テムを介して全てのスタッド溶接ユーティリティライン
を統合したスタッド溶接ロボット交換システムを提供す
ることである。

本発明のもう一つの目的は、システムに用いたスタッ
ド溶接工具のユーティリティラインの寿命を伸ばすスタ
ッド溶接ロボット交換システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、従来のロボットによるスタ
ッド溶接システムよりも維持及び修理の必要性が少なく
てすむスタッド溶接ロボット交換システムを提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、スタッド溶接工具間の切替
えの際のロボットアームのプログラムされた動作を簡単
にする統合スタッド溶接ロボット交換システムを提供す
ることである。

本発明の更に別の目的は、スタッド溶接ガンに取付け
たユーティリティラインを手動で接続解除することを必
要としないで、作業セルからスタッド溶接ガンの取り外
しができるスタッド溶接ロボット交換システムを提供す
ることである。

図面の簡単な説明本発明と見なす主題は、この明細書の最終部分に特定
しかつ明瞭に請求してある。しかし、本発明は、構成及
び実施方法について、さらに別の目的及び利点と共に、
添付の図面を参照して記載した下記の詳細な説明によっ
て、最も良く理解することができる。

第１図は、本発明の原理に従って構成され、スタッド
溶接ガンと共に用いらる自動ロボット工具交換システム
の三次元部分展開図である。

第２図は、第１図の自動工具交換アダプター組立体の
等尺図、即ち、全て本発明の原理に従って構成され、結
合されたロボットアダプター組立体及びツーリングアダ
プター組立体を示す等尺図である。

第３図は、第２図に示したアダプター組立体の部分断
面図であり、二つの組立体を僅かに分離して示してあ
り、ファスナー（即ち、スタッド）を、ロボット工具交
換システムを介して移送するためのインターフェース結
合部の実施態様の構造を詳細に示すものである。

第４図は、第一スタッド溶接ガンと第二スタッド溶接
ガンを具備した従来のロボットスタッド溶接システムで
あって、各ガンが全ての必要な供給源に対して専用ソー
スを持ち、ガンに対する全ユーティリティラインは天井
に繋がれて各ガンに直接取付けられていることを示すシ
ステム図である。

第５図は、ガンに対するそれぞれのユーティリティラ
インが自動ロボット交換システムの自動ロボットアダプ
ター組立体内へ直接導入され、第一スタッド溶接ガンと
第二スタッド溶接ガンとを具備し、本発明の原理に従っ
て構成された自動化ロボット工具交換システムを示すシ
ステム図である。

発明の詳細な説明本発明の構成要素は図面でほぼ記載しまた説明してい
るが、異なった形状で広範囲に設計変更できることは容
易に明らかである。従って、図１乃至図５に図示した統
合スタッド溶接ロボット工具交換システムの現時点で好
ましい実施態様についての下記の記述は、単に現段階の
発明の好ましい実施態様を示すに過ぎないものである。
発明について現在好ましいとされている実施態様は、図
面を参照することによって最も良く理解出来るであろ
う。図面中、同様の部分は同様の符号で示している。

図面、特に図１において、本発明の原理による自動交
換システム、即ち、統合スタッド溶接ロボット工具交換
システム10の一実施態様が示されている。工具交換シス
テム10は、第一アダプター組立体、即ちロボットアダプ
ター組立体12と、これを補足する自動連結可能な第二ア
ダプター組立体、即ちツーリングアダプター組立体14か
ら成る。図１の展開図に示すように、ロボットアダプタ
ー組立体12はツーリングアダプター組立体14の上に位置
し、両組立体は一緒に組合わせられる状態にある。

ロボットアダプター組立体12はロボットアダプターユ
ニット16及びロボットアダプタープレート18を備えるこ
とができる。ロボットアダプターユニット16は従来の機
械固定手段によってロボットアダプタープレート18に着
脱可能に取付けることができ、アーム20のロボット端は
ロボットアダプタープレート18に機械的に固定すること
ができる。同様に、ツーリングアダプター組立体14はツ
ーリングアダプターユニット22及びツーリングアダプタ
ープレート24を備えることができる。ツーリングアダプ
ター組立体14は多数の異なった工具に機械的に取付ける
ことができ、好ましい実施態様では、スタッド溶接ガン
26に取付けることができる。

図１に最も良く示されているが、ロボットシステム10
によって種々の応用ができるように、ロボットアダプタ
ーユニット16とツーリングアダプターユニット22との双
方から種々のコネクタ及びケーブルを延ばすことができ
る。それゆえ、工具交換システム10は、電気的、空気
式、その他のインターフェース接合をその中に組み込む
ことができる。

遠隔操作器（図示せず）から延びてロボットアダプタ
ーユニット16へ入る第１電気ケーブル25は、工具交換シ
ステム10を操作する入力／出力（I/O）制御信号の移送
を容易にする。アダプターユニット16と22との連結中に
は、ロボットアダプターユニット16の雌の電気ピンコネ
クタ28は、これに相応するツーリングアダプターユニッ
ト22の雄の電気ピンコネクタ30と組合わさってアダプタ
ーユニット間で電気制御信号を移送する。第１電気ケー
ブル25に連係する第二電気ケーブル32はツーリングアダ
プターユニット22から延びて、スタッド溶接ガン26に接
続される。

スタッド溶接ガン26を操作するためには、空気圧ライ
ン34を遠隔供給源（図示せず）からロボットアダプター
ユニット16へ延ばし、これに相応するライン36をアダプ
ターユニット22からガン26へ延ばすようにする。ロボッ
トアダプターユニット16上の雌のインターフェース孔38
はツーリングアダプターユニット22上の雄のインターフ
ェース孔40に一致するので、アダプターユニット16,22
が結合すれば、その通路は、空気圧ライン34からロボッ
トアダプターユニット16とツーリングアダプターユニッ
ト22を貫通し、相応するツーリングアダプターユニット
22の空気圧ライン36を通ってスタッド溶接ガン26内へ、
空気の流れを送る。

空気ライン42はロボットアダプターユニット16内へ延
び、これに相応するライン44はツーリングアダプターユ
ニット22から外へ延びて、遠隔空気供給源（図示せず）
からの空気の流れを運び、溶接表面に集積することがあ
る異物その他の廃物を最終的に吹き飛ばすようにする。
ロボットアダプターユニット16の孔43はツーリングアダ
プターユニット22の孔45と相応し、連結した組立体を貫
通する空気の通路を提供する。スタッド溶接工具26の本
体から外に延びる管状ノズル46は、溶接表面を清掃して
溶接に備えるという適当な目的をもち、そのための空気
の方向付けをする。同様に、流体ライン（図示せず）を
工具変換システム10に組み込んで、溶接表面を清掃し溶
接に備えるためのフラクシング又は汚れ防止液の流れを
もたらすようにすることもできる。

ロボットアダプターユニット16とツーリングアダプタ
ーユニット22とを自動的に結合させ又は自動的に外すた
めに、ラッチ機構48を用いることができる。操作中は、
係合したラッチ機構48により大概のロボットのペイロー
ド要件を超えるペイロード容量が与えられる。空気圧ラ
イン（図示せず）は空気の流れをロボットアダプター組
立体12に運び、その中に組み込まれて、アダプターユニ
ットを結合又は分離する時にラッチ機構48を固定用のシ
リンダー（図示せず）を作動させる。

ロボット工具交換システムの相互接続及び操作に関す
る更に詳しい詳細については、発明の名称「遠隔操作可
能なエレメントを中央制御源へ接続し交換する装置及び
方法」と称するニューエル他に付与され、本発明の譲受
人、アプライドロボティックスインコーポレーテッ
ドと共有の米国特許第4,664,588号を参照することがで
き、この開示全体は、この明細書に参照して含められて
いる。また、12302ニューヨークグレンヴィルサラ
トガロード648のアプライドロボティックスイン
コーポレーテッドの商標「XChange」「XC−50」のロボ
ット工具変換器（使用者の手引き90516R02）を参照する
ことができ、この開示全体は、この明細書に参照して含
められている。現在のところ、商標「XChange」「XC−5
0」の工具変換器が、そのペイロード能力により、本発
明の統合スタッド溶接ロボット工具交換システムに用い
るのに好ましい。しかし、本発明は、自動工具交換組立
体を直接通ってファスナーを移送するためのラインを含
む全てのユーティリティラインに通じることが望まれる
自動化された交換システムに組み込むように考案されて
いる。

工具交換システム10の各アダプター組立体はまた、電
力モジュール、即ち、ロボット電力モジュール50及びツ
ーリング電力モジュール52を含むことができる。図１及
び図２において最も良く示されているように、各モジュ
ールはそれぞれのアダプターユニットに着脱可能に取付
けることができる。双方のモジュールは、ロボットアダ
プター組立体12がツーリングアダプター組立体14に結合
したとき、嵌合可能なユニオンとなるよう形作られてい
る。一旦嵌合すると、スタッド溶接ガン26を作動させる
のに十分な電力が、遠隔動力源（図示せず）からアダプ
ター組立体12及び14を通って、ガン26へと送られる。二
つの電源ケーブル51は一つ以上の遠隔動力源（図示せ
ず）からロボット電力モジュール50へ延びていることが
好ましい。ツーリング電力モジュール52から出てスタッ
ド溶接工具26に入るのは二つの電力ケーブル51のうちの
一つに相応する一つの電気ケーブル53である。

図１に示すように、アダプター組立体間での動力の移
送をするために、各電力モジュール50,52は一つ又はそ
れ以上の高出力の電気接点54,55を具備することができ
る。好ましい実施態様では、各モジュールは、二つの異
なる電力要件を受容するための二つの電気接点を備えて
いる。それゆえ、異なったアンペア要件を持つ二つの異
なったタイプの溶接を、工具交換システム10によって行
うことができる。ロボット電気モジュール50上の各接点
54は、これに相応するツーリング電気モジュール52上の
接点55と嵌合可能としてあるので、電力をアダプター組
立体16及び22の間で移送することができる。

各電力モジュール50,52に用いられている接点は、交
換可能な高出力電気接点であることが好まく、これらに
ついては、発明の名称「ロボット工具交換システム用の
交換可能な高出力電気接点」と題する、カレンに対して
付与され、本発明の譲受人、アプライドロボティック
スインコーポレーテッドと共有の米国特許第5,460,53
6号に記載され、その開示全体がこの明細書に参照して
含められている。交換可能な高出力電気接点は、接点の
収容する電力モジュールを取り外して再度取付けるとい
う困難なしに、普通のハンドツールを用いることによっ
て簡単かつ容易に交換することができるので、ロボット
使用の効率性及び生産性を向上させる。

ロボットアダプターユニット16とツーリングアダプタ
ーユニット22との結合を容易にするために、複数の弾丸
状の突出ピン56がロボットアダプターユニット16から延
びて、相応するツーリングアダプターユニット22の整合
口58に整合して挿入されるようになっている。

図２及び図３に最もよく図示されているように、ロボ
ットアダプターユニット16とツーリングアダプターユニ
ット22は相互に自動的に結合できる。これらアダプター
ユニットを結合する際には、遠隔スタッド供給器（図示
せず）からスタッド溶接ガン26へのファスナー（例え
ば、スタッド27）の流れのための導管又は通路を設ける
ように、コネクタ、即ち、インターフェース結合部60を
取り付ける。スタッド27は工具交換システム10を通って
輸送されるので、図１では、幾つかの異なった場所に図
示してある。好ましい実施態様において（そして図１及
び図２に見られるように）、ロボット工具交換システム
10は、二つの別個のスタッド供給器からスタッドの流れ
が得られるように二つのインターフェース結合部60を備
えている。しかし、本発明は決してインターフェース結
合部60を二つに限定するものではない。特定の状況下で
は単一のインターフェース結合部60のみを用いることが
望ましいこともある。一方、ロボットの使用によって
は、二つ以上のインターフェース結合部60を有すること
が望ましい場合もある。例えば、３つ又は４つ（又はそ
れ以上）のインターフェース結合部を利用することが望
ましいこともある。サイズが異なるスタッドを収納する
ことが出来るからである。このようなロボットシステム
においては、ロボット作業セル中に異なったタイプのス
タッド溶接を行う能力を有することができる。

図２及び図３が最も良く示しているが、各インターフ
ェース結合部60は第一部材62と第二部材64の二部材から
なり、これら双方はそれぞれのアダプター組立体に取付
けられている。好ましい実施態様においては、第一部材
62はロボットアダプター組立体12のロボットアダプター
プレート18に取付けられ、第二部材64はツーリングアダ
プター組立体14のツーリングアダプタープレート24に取
付けられている。

第一部材62は筒型形状で、第一端部68から第二端部70
まで軸方向に連通して延びる第一通路66を具備している
ことが好ましい。第一開口部72（即ち、入口）は第一端
部68に設けてあり、第二開口部74（即ち、出口）は第二
端部70に設けてある。

第一部材62の第一端部68は供給管、例えばスタッド供
給管76（第２図に示す）に取付けられるのが好ましい。
スタッド供給管76への取付けを容易にするために、第一
端部68にスタッド供給管76を取付ける手段を設けること
ができる。公知のどんな取付手段によっても、供給管76
を第一部材62の第一端部68に固定することができる。一
つの実施態様が図３に示されているが、ここでは、迅速
取り外し可能コネクタを付けた供給管への取付けを容易
にするために、第一部材62の外周壁に周溝78を形成して
いる。しかし、接続手段が、供給管76から第一部材62へ
のスタッドの輸送をスムーズに行わせるのであれば、ど
のような接続手段を使用してもよい。

第一部材62はロボットアダプタープレート18の延長部
分80に固定されるのが好ましい。この実施態様において
は、第一部材62を受入れる開口82が延長部分80に形成さ
れている。どのような公知の機械的接続手段、例えば、
従来の止めネジ84を用いても、第一部材62をロボットア
ダプタープレート18の延長部分80に取付けることができ
る。止めネジ84を延長部分80に取付けるためには、第一
部材62にこのネジが螺合するネジ切り開口部86を形成し
てもよい。第一部材62にネジ切り開口部86を形成するた
めは、第一部材62の一部分が87の所で拡径していること
が好ましい。

第一通路66は第一端部68の第一開口部72から延びて第
二端部70の第二開口部74で終わっている。第一通路66は
断面が円形で、スタッドの通路となる導管を構成する内
側通路壁88を形成することが好ましい。第一通路66は第
一開口部72から第二開口部74まで延びており、内径は一
定とするのが好ましい。しかし、スタッドが通過してス
ムーズに移動するための第一部材62と第二部材64の嵌合
を容易にするために、第二端部70の所を雌コネクタ形状
とすることができる。したがって、内側通路壁88は内部
突出棚92で終止し、そこで第一通路の内径は内側コネク
タ壁90のところまでせり出している。内側コネクタ壁90
は94の所で外方に張り出し、第二部材64を受け入れるた
めに第二開口部74の所が引き込み部となっている。

第二部材64は筒状であって、第一端部102から第二端
部104まで軸方向に連通して延びる第二通路100を有する
ことが好ましい。第一開口部106（即ち、入口）が第一
端部102に位置し、第二開口部108（即ち、出口）が第二
端部104に位置している。

第一及び第二部材62,64は相互に整合して嵌合し、ス
タッドが容易に搬送されるようになっている。第一部材
62と第二部材64の嵌合を容易にするためには、第二部材
64の第一端部102を、第一部材62の第二端部70のところ
に形成された雌形状と結合する雄コネクタ形状とすれば
よい。

第二部材64はツーリングアダプタープレート24の延長
部分110に取付けることができる。ツーリングアダプタ
ープレート24の延長部分110には開口112が形成され、こ
の中に第二部材64が挿入される。第二部材64の外周壁に
張り出し棚112を設けて第二部材64が開口112からすり抜
けるないようにすることができる。また、周溝114を第
二部材64の外周壁に形成し、そこにスナップリング116
を収容して第二部材を延長部分110に固定することもで
きる。

ばね、例えば、従来のコイルばね130を第二部材64の
周にり設けて、部材62と64が結合したとき、一定の程度
の遊び又はコンプライアンスがあるようにすることもで
きる。コイルばね130の一端は第二部材64の外周壁に形
成されたリップ132に当接し、その他端は延長部分110当
接するように位置付けられている。アダプター組立体12
及び14を分離させるおそれがある衝突又は重力の変化を
補正するために、コイルばね130を本発明の工具交換シ
ステム10に統合することが好ましい。即ち、ばね130を
組み込むことによって、コンプライアンスがなかったら
生じるであろうインターフェース結合部60に対する構造
上の損傷を最小にするのである。コイルばね60の代わり
に、インターフェース結合部60に一定のコンプライアン
スを持たせるその他の方法を採用することができる。

第二通路100は、第一端部102の第一開口部106から延
びで第二端部104の第二開口部108で終わっている。第一
通路66同様、第二通路110は断面が円形で、内側通路壁1
22を構成する。第二通路100は第一開口部102から第二開
口部104へ延びており、内側通路壁100の内径は一定で且
つ第一部材66の内側通路壁88の内径と同一であることが
好ましい。第一端部102において、内側通路壁122には面
取り壁124が設けられ、インターフェース結合部60を通
るスタッドの移送をスムーズなものにすることができ
る。

第二部材64の第一端部102において、第二部材64の外
周壁は、第一部材62の内側コネクタ壁90に摺動可能に挿
入できるサイズとしてある。それゆえ、内側コネクタ壁
90の内径と第一外周壁134の外径とは摺動可能に合体で
きるよう形成されるべきである。第二部材64の雄コネク
タ形状が第一部材62の雌コネクタ形状内に容易に配置さ
れるように、第二部材64の外周壁の選択された場所に張
り出し棚136を形成する。

第一外周壁134の周面に円周空隙138を形成してその中
にＯリング140を収容している。合体した部材62と64を
スタッドが通過している間、インターフェース結合部60
を通るスタッドの移送に関わっている空気圧は、Ｏリン
グ140に力をかけて第一部材62の内側コネクタ壁90に当
接させ、部材62と64の間に漏れのないシールを提供す
る。

第二部材64の第二端部104は、スタッド溶接ガン26内
に導入される供給管118に取付けられることが好まし
い。スタッド供給管118への取付けを容易にするため
に、スタッド供給管118を第二端部104に取付ける手段
を、第二端部に設けることができる。供給管118を第二
部材64の第二端部104に取付けるためには公知のどんな
取付け手段を用いてもよい。迅速取り外し可能コネクタ
を付けた供給管へ取付けを容易にするために、第二端部
104近傍の第二部材64の外周壁に周溝120を形成してもよ
い。しかし、接続手段が第二部材64から供給管118への
スタッドの移送をスムーズにする限り、どのような接続
手段を用いてもよい。

図４に、従来のロボットによる完全なスタッド溶接シ
ステム200が示されている。この従来のシステムは、ア
ーム204を具備したロボット202を備えており、アーム20
4に沿って色々な旋回点が配置されている。工具１とし
た第一スタッド溶接ガン206がロボット202のアーム端20
8に取付けられ、工具２とした第二スタッド鋲溶接ガン2
10がバックアップ用取付部212上に置かれているのが示
されている。空の取付部214は、ロボットが第一ガン206
から第二スタッド溶接ガン210に取り替えるときに、第
一スタッド鋲溶接ガン206が置かれるのを待っている。
ソース１とした第一供給源216は第一スタッド溶接ガン2
06の供給源を表し、ソース２とした第二供給源218は第
二スタッド溶接ガン210用の供給源となっている。資源
の全ては第一供給源216（ソース１）か第二供給源219
（ソース２）から出ているように図示しているが、種々
の資源を供給する物理的に別体の構成要素がある場合が
多い。例えば、スタッド供給器は電力供給源とは別体と
することもできる。第一及び第二供給源216,218から供
給される資源の全ては二つのライン、ライン220及びラ
イン222によって代表されている。しかし、実際には、
それらは、臍の緒のように組合わされたラインまたはケ
ーブルの束を表している。

全てのラインはシステムが置かれている場所の天井22
6から下がっているフック224に繋がれていて、ユーティ
リティラインは天井の種々の点から垂れ下がっている。
臍の緒状のライン網の垂れ下がり又は繋がりは、ライン
を摩耗させることになる。更に、本発明のシステムと同
じようにシステム200の全てのユーティリティラインを
ロボット工具交換システムのロボットアダプター組立体
に直接取付ける代わりに、全てのユーティリティライン
又はケーブルは各スタッド溶接ガンに直接通じている。
それゆえ、第一供給源216（ソース１）から出ている全
てのユーティリティケーブルは第一スタッド溶接ガン20
6（工具１）に直接取付けられ、第二供給源218（ソース
２）から出ている全てのユーティリティケーブルは第二
スタッド溶接ガン210（工具２）に直接取付けられる。

もし何かの理由で、即ち、保守のためとかシステム故
障のために、第一スタッド溶接ガン206から第二スタッ
ド溶接ガン210へ変更することが必要となったときは、
第一ガン206が第一取付部214に置かれ、その後ロボット
が第二スタッド溶接ガン210を掴むようにすればよい。
もし作業セルから第一スタッド溶接ガン206を取り外す
ことが必要となったときは、第一工具206に直接導入さ
れた全てのユーティリティラインを作業者の手によって
取り外させることが必要となろう。第一スタッド溶接ガ
ン206が作業セルのところへ戻って継続作動状態になっ
たときは、ライン220から出ている全てのユーティリテ
ィラインを手動で第一スタッド溶接ガン206に再接続す
る必要がある。

第５図は、本発明の原理に従って構成された完全なロ
ボットによるスタッド溶接システム300を示す。このシ
ステムはアーム304を具備したロボット302から成り、ア
ーム304に沿って種々の旋回点が設けられている。ロボ
ット工具交換システムはスタッド溶接システム300に組
み込まれており、ロボット及びツーリングアダプター組
立体306,308は相互に連結されて、ロボットアダプター
組立体306はロボット302のアーム端310に取付けられて
いる。工具１とした第一スタッド溶接ガン312は、ツー
リングアダプター組立体308に取付けられ、一方、第二
スタッド溶接ガン314はスタッド溶接システム用のバッ
クアップユニットとしての取付部316上に置かれてい
る。空の取付部317は、ロボットが第一ガン312を第二ス
タッド溶接ガン314に代えるとき、その上に第一スタッ
ド溶接ガン312が置かれるのを待つ。第二スタッド溶接
ガン314には、ロボットアダプター組立体306と連結する
ツーリングアダプター組立体318が設けられている。

ソース１とした第一供給源320は、電力、空気供給、
制御（I/O）及びスタッド供給を含む、第一スタッド溶
接ガン312（工具１）に望まれる全資源を供給する供給
源を表す。ソース２とした第二供給源322は、第二スタ
ッド溶接ガン314（工具２）の資源を供給する。図４で
は資源は全て、単一の物理的に中央に位置した場所から
供給されているが、第一供給源320（ソース１）あるい
は第二供給源322（ソース２）は、種々の資源を供給す
る物理的に別個の複数のコンポーネントすることもでき
る。例えば、スタッド供給器を電力供給源から切り離す
ことができる。しかし、本発明は第一ガン312と第二ガ
ン314に供給される資源の単一の供給源を使用すること
によって、重複的な資源装置を削除している。

第一供給源320（ソース１）から放出される資源の全
ての移送を代表する第一ライン324は、第一供給源320か
ら出てロボットアーム304の上方をロボットアーム304に
沿って延びロボットアダプター組立体306内に入る。同
様に、第二供給源322から放出される資源の全ての移送
を代表する第二ライン326は、第二供給源322から出てロ
ボットアーム304の上方をロボットアーム304に沿って延
びロボットアダプター組立体306内に入る。第一及び第
二供給源320,322から放出される全資源は、図５ではそ
れぞれ単一の線で表してあるが、実際は、ライン又はケ
ーブルの束で表されるものである。ここで意味があるの
は、ソース１及びソース２からそれぞれ第一及び第二ガ
ン312,314に延びるユーティリティラインの全ては直接
単一のロボットアダプター組立体306へ接続されている
ことである。ユーティリティラインが別々の供給源から
単一のロボットアダプター組立体306に延びるものとす
るため、複数の資源をアダプター組立体を通過させるた
めの接合コネクタ又はマニフォルド（いずれも図示せ
ず）が必要となることもある。しかし、好ましい実施態
様のスタッド移送には必要でない。好ましい実施態様で
は二つのスタッドフィーダーを収納するために二つのイ
ンターフェース結合部を想定しているからである。

以上、本発明の幾つかの態様を記述、描写したが、同
一の目的を達成するために当業者によって別の態様を構
成することも可能であろう。例えば、好ましい実施態様
では、本発明をアダプター組立体間でのスタッドの移送
について記載しているが、本発明は自動ロボット交換ユ
ニット間で別のタイプのファスナーやその他の固体物を
移送するために利用するようにすることも考えられる。
また、好ましい実施態様では、二つのインターフェース
結合部が考えられているが、ここに記載したロボット工
具交換システムに組み込まれるインターフェース結合部
の数は幾つでもよい。更に、二つの資源の供給源が考え
られているが、本発明の組み込まれる供給源の数は幾つ
でも良く、例えば単一の資源の供給源であってもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ビリングスパメラビー. アメリカ合衆国 12302 ニューヨークバルストンスパサラトガアヴェニュ 345 (72)発明者ギャロップダグラスエヌ. アメリカ合衆国 12157 ニューヨークスコハリーアール．ディ．２ボックス 253Ａ (56)参考文献特開平５−301187（ＪＰ，Ａ) 特開平６−91574（ＪＰ，Ａ) 特開平４−164587（ＪＰ，Ａ) 特開平３−125095（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−41478（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−202977（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−190373（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/04 B23K 9/20 B23Q 3/155 - 3/157

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットアームの端部へ工具を選択的、自
動的に取付けるロボット工具交換システムであって、ロボットアームの端部側へは、ロボットアダプター組立
体と、ロボットアダプター組立体に着脱可能に取り付け
られ、延長部分を有するロボットアダプタープレートを
設け、工具側へは、ツーリングアダプター組立体と、ツーリン
グアダプター組立体に着脱可能に取り付けられ、延長部
分を有するツーリングアダプタープレートを設け、ロボットアダプタープレートの延長部分には一つ以上の
第一通路構成部材を、ツーリングアダプタープレートの
延長部分にも第一通路構成部材と対応する第二通路構成
部材を設け、供給源からの第一供給管が第二通路構成部材へと繋が
り、第二通路構成部材には工具への第二供給管が繋がっ
ており、ロボットアダプター組立体とツーリングアダプター組立
体とが結合すると、第一通路構成部材と第二通路構成部
材がシール状態に係合して、供給源から工具へのスタッ
ドの移送通路が得られるように構成された溶接ロボット
工具交換システム。
【請求項２】前記第一供給管がロボットアームに沿って
延びていることを特徴とする請求項１記載の溶接ロボッ
ト工具交換システム。
【請求項３】第一通路構成部材と第二通路構成部材の少
なくとも一方がコンプライアンスを有するように取付ら
れていることを特徴とする請求項１記載の溶接ロボット
工具交換システム。