JP3421992B2 - ロボット塗装装置 - Google Patents

ロボット塗装装置

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JP3421992B2 JP50507595A JP50507595A JP3421992B2 JP 3421992 B2 JP3421992 B2 JP 3421992B2 JP 50507595 A JP50507595 A JP 50507595A JP 50507595 A JP50507595 A JP 50507595A JP 3421992 B2 JP3421992 B2 JP 3421992B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は塗装する物体を周囲から隔離する壁を有する
室（cabin）の内部で該物体を塗装するためのロボット
装置に関する。
プログラム可能ロボットは当業界において一般的に知
られておりそして文献に十分に記述されている。特殊な
タイプのそのようなロボットが特定の物体、例えば自動
車の塗装に使用されるように設計されており、そしてこ
のタイプのロボットは自動車ボデーの選択部分に規定の
塗料層を塗装するために塗装用具の適切な運動を行うよ
うに熟練操作者によって“教えられる”かまたは予めプ
ログラムされる。
自動車の工業的規模での塗装は通常は塗装室（painti
ng cabin）内で行われ、それを通って自動車ボデーは
列をなして連続的にコンベヤで移動される。そのような
室は周囲からの健康上有害な塗装領域の十分な隔離を保
証する。
そのような室内における自動車ボデーの外部塗装のた
めには通常は簡単かつ経済的な往復運動装置などが使用
される。このタイプの装置は垂直方向における往復運動
の十分な範囲を有するが、塗装室の横寸法における運動
の可能性はかなり制限されており、そして塗装する物体
を、室を通るコンベヤの運動方向に追跡（tracking）す
るための選択の自由が事実上無い。したがって、合理的
なコンベヤ速度および塗料塗布量（paint coverage）
を維持するには、室の長さ方向に沿って重なり合う作業
範囲を有するいくつかのそのような往復運動装置が使用
されねばならない。
均一の塗料層および最適の塗装品質を達成するため、
塗料は制御された態様で被覆面に対して垂直に塗装用具
からスプレーされねばならない。したがって、用具の運
動パターンは自動車ボデーの湾曲した面および縁に対し
てそれ相応にプログラムされねばならない。これは塗装
する物体の効率的追跡と塗装室を通るいっそう高いコン
ベヤ速度とをも可能にする、６つまたはそれ以上の運動
軸線を備えたロボットマニピュレータによってのみ達成
され得るであろう。その上そのようなロボットは塗装室
それ自体の内部に配置されねばならず、このことは上に
論じられた往復運動装置実施例の場合よりもかなり幅の
広い室を必要とするであろう。
しかし、より幅の広い室は該室を通る通気用空気のよ
り大きい体積流量を必要とし、そして室の内部に設けら
れている多数の運動軸線を有するロボットのマニピュレ
ータ部品は空気流内に乱流をかなり発生させるであろ
う。
しかし、均一に塗装面に向かって塗装用具から導かれ
る分散噴霧化塗料粒子を乱さないために、塗装する物体
に沿う空気の流れが均一であることは不可欠である。
上に説明されたように、壁に取付けられる往復運動装
置の使用および高性能ロボットの塗装室内設置はともに
ある種の欠点を有する。したがって、本発明の主目的は
すべてのそのような欠点を顕著な程度に克服するロボッ
ト装置を提供することである。
しかし、本発明は専ら上記および同様の目的のための
ロボットの取付けおよび据付けに指向されており、塗装
ロボットそれ自体の設計或いは構造、または塗装する物
体の形態および運動と一致しての効率的かつ満足な塗装
作業のためのロボットのプログラミングには関係してい
ないことが留意されるべきである。
そのような設計およびプログラミングは他のところ、
例えば本出願人に交付された英国特許第1,431,413号お
よび米国特許第4,920,500号によく記述されている。
かくて、本発明は塗装する物体を周囲から隔離する壁
を有する室の内部で当該物体を塗装するためのロボット
装置に関し、当該装置は塗装用具を担持するロボットシ
ャフトにして前記室内に通じるスロットを通して突出し
且つスロットに沿ってサーボ制御された運動をするロボ
ットシャフトと、塗装用具のための予めプログラムされ
た運動パターンに従ってロボットシャフトの運動を制御
するサーボ駆動手段とを有する。
周知先行技術のこの背景に基づいて、本発明によるロ
ボット装置は、前記スロットが前記室壁内または室壁上
に支持された回転可能要素に配置されており、前記サー
ボ駆動手段が予めプログラムされた運動パターンに従っ
て回転可能要素の回転運動を制御するための手段を有す
ると云う特徴的要件を備えている。
前記回転可能要素は、室壁の平面と同一または平行の
平面内での回転運動のために配置された円板であって、
好ましくは前記スロットが該円板の直径に沿って延びて
いるもの、または代替的に、前記室壁の中またはそれと
平行の、好ましくは垂直な軸線の回りでの回転運動のた
めに配置された、好ましくは中空のシリンダであり得
る。両場合において、塗装する物体の移動方向における
効率的な追跡は、必要であれば前記スロット内のロボッ
トシャフトの運動と組み合わされて、前記回転可能要素
の回転によって達成される。
有益には、サーボ駆動手段は少なくとも２つの軸線の
回りで枢動運動によって前記スロット内での前記ロボッ
トシャフトの運動を生じさせるために前記中空シリンダ
の内部に設けられ得る。
また実際上、前記ロボットシャフトは少なくとも１つ
そして好ましくは３つまたはそれ以上の運動軸線を有す
るマニピュレータリンク手段を介して前記塗装用具と結
合され得る。
次に本発明によるロボット装置は例示される実施例に
よって添付図面を参照してさらに説明されるであろう。
図面において： 第１図は室内に取付けられた４つの塗装ロボットを有
する先行技術塗装室を概略的に示しており、 第２図は本発明による壁と一体化されたロボットを有
する塗装室を概略的に示しており、 第３図は第１実施例での本発明による突出ロボットシ
ャフトを備えた回転可能スロット付き要素の壁との一体
化を原理的に示しており、ここでは前記要素はスロット
付き円板であり、そして 第４図から第６図はさらなる実施例での本発明による
突出ロボットシャフトを備えた回転可能スロット付き要
素の壁との一体化を原理的に示しており、ここでは前記
要素はスロット付きシリンダである。
本発明はロボットマニピュレータの設計および構造ま
たはそれらの構成部品自体に関するものではなく、単に
特定の可動ロボット要素の適切な室壁一体化（cabin w
all integration）に関するものであるから、そのよう
な一体化と関連する要素のみが諸図面に原理的に示され
そして以下に記述される。
第１図には側壁WAおよび端壁WBを有する在来塗装室CA
が断面にて概略的に示されており、そして自動車ボデー
AUが前記室の中心に位置されている。さらに４つの塗装
ロボットPRが自動車ボデーの効率的な塗装のために前記
壁に沿って室内に適切に設けられている。これらロボッ
トは多数の運動軸線を有する高性能ロボットマニピュレ
ータでありしたがって当該特定タイプの自動車ボデーに
適合されている“予め教えられた”塗装プログラムに従
って精密な塗装作業を効率的に行うことができる。次い
でこのタイプの自動車ボデーはコンベヤ（図中に太い矢
印で表示されている）によってこの目的のための入口お
よび出口開口CI、COを有する塗装室CAの中へそしてそれ
を通って連続的に移動され、間欠コンベヤ速度は塗装ロ
ボットによる移動中の自動車ボデーAUの均一塗料塗布量
および最適追跡を可能にするためのロボットマニピュレ
ータの塗装プログラムに適合されている。
第１図から明らかなように、塗装ロボットPRはこの在
来実施例においては室容積の過度に大きい部分を占めて
いる。さらにロボットマニピュレータの大きな運動部品
およびそれらの広範囲にわたる運動は室を通る通気用空
気流内におそらく乱流を生じさせ、それは自動車ボデー
表面上に噴霧化形態でスプレーされる塗料の層の均一性
に好ましくない影響を及ぼすであろう。
これらの欠点は、上に論じられたように、室壁の狭い
スロットを通って延びるアームに取付けられそして該ス
ロットに沿っての垂直往復運動のために配置された塗装
用具による自動車の塗装のための簡単な往復運動装置が
備えられたより狭い室によって顕著な程度に克服され得
る。
しかし、そのような解決策では塗装の品質が著しく低
下され、それは均一な塗料塗布量および常に信頼できる
塗装工程が主要件である多くの場合に実行できない。
したがって、狭い室を、通気用空気の減少された撹乱
によって高品質の塗装をもたらし得るロボットマニピュ
レータと組み合わせるために、ロボットを室壁と一体化
することが本発明により提案される。
壁と一体化されたロボット装置を有するそのような塗
装室CAが第２図に示されており、ここにおいて第１図の
ものと同じ全体構成の室が同じ形式でかつ対応構成部品
を同じ参照符号で表示して示されている。ここでは２つ
の壁一体化ロボットと比較的短い室とを有する室実施例
が図面の上部分に示されている一方、３つの壁一体化ロ
ボットと拡大された室長さとを有する実施例が下部分に
示されている。両場合において各ロボットの作業範囲は
符号Ｎで表示されている。このようにして広い作業範囲
と十分な追跡能力とを有するロボット装置が、減少され
た室寸法と組み合わされて実現される。
ロボットマニピュレータを室壁内に一体化する一つの
仕方が第３図に示されている。ここでは直径スロットLS
を有する円板CDが室壁WA内に回転可能に支持されている
ことが示されている。そのような回転可能な支持は当該
技術において知られているいかなる適当な手段によって
も実現され得る。回転範囲は完全な一回転またはその適
当な一部分例えば一回転の半分または四分の一であり得
る。主マニピュレータシャフトRSが直径スロットを通っ
て突出しておりそして該スロットに沿ってのおよび該シ
ャフトの軸方向での並進運動のために配置されている。
かくして、スロット付き円板CDおよび突出するシャフ
トによってロボットマニピュレータのための３つの運動
軸線、すなわち図面においてS1によって表示される円板
の回転軸線、S2によって表示される前記スロットに沿っ
ての前記シャフトの並進運動、およびS3によって表示さ
れるシャフト軸線の方向での前記シャフトの並進運動が
実現され得る。これら手段によって設定塗装プログラム
に従う塗装用具の粗位置決めが、第３図に表示される３
直角座標ｘ、ｙおよびｚ、すなわちそれぞれ塗装室の長
さ、幅および高さ寸法のすべてにおいて、回転可能円板
およびロボットシャフトのサーボ制御駆動手段によって
行われ得る。次いで、ｘ方向における効率的追跡機能
が、壁をベースとする軸線S1によって、必要であれば壁
をベースとする他の運動軸線S2およびS3と組み合わせて
提供され得る。
次いで、前記用具のより精密かつ正確な位置決めが、
前記ロボットシャフトRSを塗装用具と連結させておりか
つサーボ駆動手段によって制御される手関節（wrist）
マニピュレータリンクMLによって提供される運動軸線S
4、S5、S6により達成される。
塗装ロボットの前記回転可能要素の壁との一体化の他
の実施例が第４図に原理的に示されている。ここでは回
転可能要素は中空スロット付きシリンダSCであり、該シ
リンダはその中心軸線の回りでの回転運動のために室壁
内に垂直に支持されている。主ロボットシャフトはシリ
ンダ壁を貫通しかつシリンダ軸線と平行の１対の互いに
整合されたスロットLSを通って突出している。
上に言及された室寸法に対応する前記座標ｘ、ｙおよ
びｚの方向での粗ロボット運動は、この場合には、運動
軸線S1によって表示されるシリンダSCのその中心軸線の
回りでの回転、並びに表示された運動軸線S2およびS3に
それぞれ対応する前記スロットに沿ってのおよびそれに
対して垂直な、主ロボットシャフトRSの並進運動により
実現され得る。この場合にも、ｘ方向での効率的追跡機
能が壁をベースとする運動軸線S1、S2およびS3によって
達成され得る。
第５図には第４図におけるのと同じタイプの実施例で
あって室壁と一体化された回転可能シリンダを有し、主
ロボットシャフトRSがスロットに沿っての並進運動のた
めに配置されないでシリンダ自体内に枢動可能に支持さ
れていることにおいてのみ異なっているものが示されて
いる。かくして、前記並進運動はここでは、図示の回転
運動軸線S2によって表示されるように、かなりより短い
１対のシリンダスロットLS内での枢動運動によって代替
されており、他の運動軸線S1およびS3は第４図における
のと同じである。
このようにして先に説明されたのと同じ前記直角軸線
ｘ、ｙおよびｚに沿っての粗サーボ制御ロボット運動お
よび連携された物体追跡が実現され得る。
第６図にも中空シリンダの形態をした壁一体化回転可
能要素が示されている。この場合にはサーボ駆動機械装
置がシリンダ自体の内部に設けられているのでシリンダ
はより頑丈なベース上に適切に支持されており、主ロボ
ットシャフトはシリンダ壁の単一スロットを通って突出
している。ここではｘ、ｙおよびｚ方向における壁をベ
ースとする粗ロボット運動は、それぞれ３つの回転運動
軸線S1、S2およびS3によって実現され、それはまた上に
論じられた所期の物体追跡を提供する。
第３図に示された実施例と同様に、第４図、第５図お
よび第６図に示された後者の実施例に関しても、塗装用
具のより精密なサーボ制御運動は手関節マニピュレータ
リンクMLの付加的な運動軸線S4、S5およびS6によって行
われる。
本発明による壁一体化ロボット装置によれば一体化ロ
ボットマニピュレータのための大きな作業範囲を維持し
つつ、塗装室のかなり減少された寸法が達成される。効
率的な追跡機能が極めて狭い室を以てしてもコンベヤ運
動の方向（ｘ方向）において提供される。ロボットマニ
ピュレータのいくつかの運動軸線の壁一体化によって、
減少された個数と寸法の可動構成部品が室壁と塗装する
物体、例えば自動車ボデーとの間の空所内で作動してお
り、このことは室を通る通気用空気におけるより小さい
乱れとそれによるより均一な塗料塗布量とを意味する。
実際的な壁一体化試験装置は10−25％ほどの節約が室
の幅方向（ｙ方向）において達成され得ることを示し
た。また、より効率的な追跡によって、25％に達する室
長さ削減が長さ方向（ｘ方向）において達成され得る。
したがって、通気する室容積の10−40％ほどの削減が達
成可能であり、このことはより少ない通気用空気、より
少ない空気の乱れおよび塗装工程のより小さい妨害を意
味する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 欧州特許出願公開536459（ＥＰ，Ａ １) 国際公開91／14509（ＷＯ，Ａ１) 米国特許5213620（ＵＳ，Ａ) 米国特許4920500（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05B 12/00 - 13/06

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】塗装する物体（AU）を周囲から隔離する壁
    （WA,WB）を有する室の内部で該物体を塗装するための
    ロボット装置（IR）であって、 塗装用具を担持するロボットシャフト（RS）にして前記
    室内に通じるスロット（LS）を通して突出し且つ該スロ
    ットに沿ってサーボ制御された運動をするロボットシャ
    フトと、 前記塗装用具のための予めプログラムされた運動パター
    ンに従って前記ロボットシャフトの運動を制御するサー
    ボ駆動手段と、を有するロボット装置（IR）において、 前記スロット（LS）が前記室壁内または室壁上に支持さ
    れた回転可能要素に配置されており、前記サーボ駆動手
    段が前記予めプログラムされた運動パターンに従って前
    記回転可能要素の回転運動を制御するための手段を有し
    ていることを特徴とするロボット装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のロボット装置であって、
    前記回転可能要素は前記室壁（WA）の平面と同一または
    平行な平面内で回転運動するように配置された円板（C
    D）であるロボット装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のロボット装置であって、
    前記スロット（LS）は前記円板（CD）の直径に沿って延
    びているロボット装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載のロボット装置であって、
    前記回転可能要素は前記室壁内または室壁と平行な軸線
    （S1）の回りで回転運動するように配置されたシリンダ
    （SC）であり、前記スロット（LS）は該回転軸線（S1）
    に実質的に平行であるロボット装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載のロボット装置であって、
    前記回転軸線（S1）は垂直であるロボット装置。
  6. 【請求項６】請求項４または請求項５に記載のロボット
    装置であって、前記シリンダ（SC）は中空であるロボッ
    ト装置。
  7. 【請求項７】請求項４から請求項６までのいずれか１項
    に記載のロボット装置であって、前記ロボットシャフト
    （RS）は、前記サーボ駆動手段によって制御された前記
    スロット（LS）に沿う並進運動をするように配置されて
    いるロボット装置。
  8. 【請求項８】請求項６に記載のロボット装置であって、
    前記ロボットシャフト（RS）は、前記サーボ駆動手段に
    よって制御された前記スロット（LS）内における枢動運
    動を、ピボット軸線（S2）の回りでするように配置され
    ているロボット装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載のロボット装置であって、
    前記ピボット軸線（S2）は前記中空シリンダ（SC）内に
    位置することを特徴とするロボット装置。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載のロボット装置であっ
    て、サーボ駆動手段は、少なくとも２つの軸線（S2,S
    3）の回りでの枢動運動によって前記スロット（LS）内
    で前記ロボットシャフト（RS）を作動させるために前記
    中空シリンダ（SC）の内部に設けられているロボット装
    置。
  11. 【請求項１１】請求項１から請求項10までのいずれか１
    項に記載のロボット装置であって、前記ロボットシャフ
    ト（RS）は、少なくとも１つの運動軸線（S4,S5,S6）を
    有するマニピュレータリンク手段（ML）を介して前記塗
    装用具と結合されているロボット装置。
  12. 【請求項１２】請求項11に記載のロボット装置であっ
    て、前記マニピュレータリンク手段（ML）は少なくとも
    ３つの運動軸線（S4,S5,S6）を有するロボット装置。
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