JP3886497B2 - 産業用ロボットのための線条体処理構造 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットのための線条体処理構造に関し、例えばアーク溶接ロボットにおけるトーチケーブルの処理構造に適用される。

一般に、産業用ロボットは、その手首先端に作業ツールを取り付けた状態で使用される。そして、この作業ツールには、電気エネルギ、電気信号、気体や液体等の物質がケーブル、パイプ等を用いて供給される。また、溶接トーチを作業ツールとして装着した溶接ロボットにおいては、溶接トーチにトーチケーブルを介して溶接ワイヤが送給される。以下、これら作業ツールのためになんらかのエネルギ、信号あるいは物質（溶接ワイヤを含む）を送るために用いられるケーブル、パイプ等をまとめて「線条体」と表現する。

ところで、産業用ボット（以下、単に「ロボット」という）を用いる現場では、ロボットの周りにワーク、治具、周辺機器などが存在するため、ロボットの作業ツールをそれら諸物体の間の狭い空間に入り込ませて作業を行う場合が珍しくない。そのような場合、ロボット先端部のアームや作業ツール自体は、周辺との干渉する領域が比較的狭いのであまり問題とはならないが、上記したように作業ツールのために用いられる線条体の処理が難しくなる。線条体には最小曲げ半径を確保する必要がある故、緩やかなカーブを描くような取回しがされており、その分、周辺物体と干渉する領域が広くなる。言い換えれば、該線条体とワーク、治具、周辺機器との干渉が起こり易い。

特に、溶接トーチに溶接ワイヤを送給する必要があるアーク溶接ロボットにおいては、ワイヤ送給装置がロボットアームの支持べ一スに装着されるケースが多いが、トーチケーブルにかかる負担は非常に大きくなる。このようなトーチケーブルに対する負担を軽減するための技術は既にいくつか提案されている。その１つを図１（ａ）、（ｂ）に示した。図１（ａ）にはロボットシステムの全体構造の概略が正面図で示され、図１（ｂ）には、図１（ａ）において左方より右方を見た側面図（右側面図）が示されている。

先ず、図１（ａ）に描かれているように、ロボット機構部１の手首先端に溶接トーチ２が装着され、該溶接トーチ２にトーチケーブル３を介して溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置４がロボットアーム（前腕）の支持ベース５に装着されている。

このワイヤ送給装置４は、ロボットアームの制御部により位置制御されるシフトユニットを介して溶接ワイヤの送給方向に沿って進退調整自在（スライド自在）となっている。従って、手首、ロボットアーム等がある程度動いても、トーチケーブルにかかる張力は緩和される。しかし、ロボットの手首軸の姿勢が変更される場合は、特に図１（ｂ）における破線３ａ、３ｂで示したように、溶接トーチ２の周回（破線２ａ、２ｂ参照）に伴ってケーブルの挙動が大きく変化し、周辺と干渉する可能性が増大する。また、トーチケーブルが過剰に引っ張られて前腕に絡まったり、あるいは、トーチケーブルが過剰に弛んでその曲率が大きく変化したりする問題がある。

他の技術としては、建築物の天井等にトーチケーブル支持スライダを設ける方式に係るものが下記特許文献１に開示されている。また、下記特許文献２には、ロボット前腕上にトーチケーブル支持部材を設ける方式が提案されている。更に、本出願時点では未公開であるが、下記特許文献３において、図１（ａ）、（ｂ）に示した技術の改良型が提案されている。この提案では、トーチケーブルの過剰な緊張や弛みの防止が図られている。

特開２００１−１７９４４３号公報 特開２００２−１６６３８６号公報 特願２００３−１４９４２号

図１（ａ）、（ｂ）で例を示したように、ロボットの手首先端に装着された溶接トーチ等の作業ツールの姿勢を変更する場合には、作業ツールが前腕に対し旋回する。そのため、作業ツール姿勢が作業中に変更される場合、作業ツール用のケーブル又はパイプ等の線条体は、過剰に引っ張られたり、あるいは、過剰に弛んでその曲率が大きく変化したりする。過剰な引っ張りが起れば、線条体が前腕に絡まる可能性がある。また、過剰に弛めば周辺機器との干渉が生じ易くなる。また、別の問題としては、このような複雑な線条体の挙動をシュミレーションすることは事実上困難であり、作業の動作プログラムをオフラインで作成する際のネックになっていた。

本発明は、上記の問題を解決するために、ロボットの前腕上に、線条体を保持するスライダを有するスライド機構を設けるか、あるいは、前腕上にスライド機構を介して作業ツール用線条体制御装置を搭載し、線条体をスライド可能とする一方、スライド機構のスライダあるいは作業ツール用線条体制御装置を、作業ツールと反対の方向に引き寄せる力を付与できるようにすることで、手首の姿勢に応じて線条体の保持位置と取り回しを決めることができるようにしたものである。

より具体的に言えば、本発明は、前腕の先端に、該前腕長手方向の第１軸線回りに回転可能に設けられた第１手首要素と、前記第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線回りに回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第１軸線と所定距離隔たった第３軸線回りに回転可能に設けられた作業ツールとを備えた産業用ロボットにおける作業ツール用の線条体を処理する、産業用ロボットのための線条体処理構造に適用される。

請求項１に係る線条体処理構造においては、前記前腕上に設けられ、前記線条体を支持するとともに、前記第１軸線に略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダを有するスライド機構と、前記スライダを前記第１軸線に略平行で前記作業ツールと反対の方向に引き寄せる力を付与する手段が具備される。
ここで、前記力を付与する手段には、前記作業ツール用線条体制御装置に一端が接続された力付与用のワイヤを含むものが用いられ、該力付与用ワイヤは、前記前腕の所定位置に回転自在に設けられた滑車を介して折り返されて、該力付与用ワイヤの他端が前記前腕上に配置された張力発生装置に接続される。

また、請求項２に係る線条体処理構造においては、前記前腕上に、前記線条体を支持するとともに、前記第１軸線に略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダを有するスライド機構を介して搭載された作業ツール用線条体制御装置と、該作業ツール用線条体制御装置を前記第１軸線に略平行で前記作業ツールと反対の方向に引き寄せる力を付与する手段が具備される。
ここで、前記力を付与する手段には、前記作業ツール用線条体制御装置に一端が接続された力付与用のワイヤを含むものが用いられ、該力付与用ワイヤは、前記前腕の所定位置に回転自在に設けられた滑車を介して折り返されて、該力付与用ワイヤの他端が前記前腕上に配置された張力発生装置に接続される。

これらいずれのケースにおいても、前記作業ツールは溶接トーチとすることができる（請求項３）。ツール用線条体制御装置を使用し、前記作業ツールを溶接トーチとする場合、前記作業ツール用線条体制御装置を溶接ワイヤ送給装置とすることができる（請求項４）。また、線条体はコンジット内に収納された形態で存在しても良く（請求項５）、前記第２手首要素上に線条体支持ガイドを設けることもできる（請求項６）。

本発明によれば、線条体の最小曲げ半径の確保が可能となり、トーチケーブルが過剰に引っ張られること、また、それによってトーチケーブルが前腕に絡まることが防止される。またそれと同時に、トーチケーブルが過剰に弛んでその曲率が大きく変化する現象が防止される。その結果、溶接ワイヤの安定送給が可能となり、溶接作業が安定して行えるようになり、トーチケーブル等の線条体の寿命延長も期待できる。
更に、線条体の挙動の不確定さが小さくなるため、作業の動作プログラムをオフラインで作成する上での困難さが除去され、例えばアーク溶接ロボットでは従来困難とされてきたアーク溶接動作プログラムのオフラインでのシュミレーションも可能となる。その結果、教示に要する時間の短縮が可能になる。

先ず、図２〜図４の図面を参照して本発明で用いられる張力発生機構について述べる。なお、説明の都合上、ロボット形態としては、本発明に即した作業ツールの支持構造を示した図５の形態と若干異なるものを用いている。また、ここでは、作業ツールはアーク溶接トーチであり、線条体はトーチケーブルであるとして説明を行なうが、他の作業ツールに対してその作業ツールに必要なエネルギー、信号、物質等を送る線条体の処理のためにも、以下に説明するのと同様の手法が適用できることは言うまでもない。また、線条体はコンジット内に収納された形態で存在しても良く、ロボットは６軸構成の垂直関節型ロボットとして説明するが、線条体の処理に関連する構造が同様であれば、５軸構成の垂直関節型ロボットであっても構わない。

先ず図２（ａ）、（ｂ）を参照すると、トーチケーブル処理構造を持つ産業用アーク溶接ロボットの全体構成が、正面図（ａ）、右側面図（ｂ）で示されている。ロボット（機構部）１は６軸の自由度を持つアーク溶接ロボットで、ロボット制御装置２０から出力される指令に従い、手首先端に装着された溶接卜一チ２を溶接する継手の位置に、指定された姿勢で、目標位置まで移動する。そのために、６軸の駆動部に各々装着されたサーボモータが制御用ケーブル（いずれも図示省略）を介し、制御される。

ロボット制御装置２０は、上記サーボモータへの動作指令と同時に溶接電源２１への溶接指令も出力する。溶接電源２１からは給電ケーブル２２が、後述する態様で前腕１０上に設けられたワイヤ送給装置４まで延びている。ワイヤ送給装置４内で給電ケーブル２２は溶接ワイヤと電気的に接触している。溶接電源２１はロボット１の動作と同期して、給電ケーブル２２を介して溶接トーチ２の先端から繰り出される溶接ワイヤ部の溶接電圧、溶接電流を制御することができる。

ロボット１の前腕は符号１０で示されている。前腕１０の先端には、該前腕１０の長手方向の第１軸線Ａ（破線）周りに回転可能に第１手首要素１１が設けられており、更に、該第１手首要素１１には、第１軸線と略垂直に交わる第２軸線（点Ｂを通り紙面に垂直な軸線）回りに回転可能に第２手首要素１２が設けられている。なお、図３は、手首要素の接合形態の参考例を示している。この参考例では、前腕１０に例えば先細り形状を持つ延長部１０ａを設け、同延長部１０ａに対して第１手首要素１１が設けられ、更に、該第１手首要素１１に第２手首要素１２が設けられている。各手首要素１１、１２の回転自由度（軸線Ａ周り及び軸線Ｂ周り）は同様である。

このような手首の接合形態の変形は、後述する例（図５及び関連説明参照）においてもあり得る。また、本明細書では、これら両手首要素１１、１２（あるいは後述する両手首要素６１、６２）も適宜前腕１０の一部とみなすものとする。前腕１０上には支持ベース５が形成されており、この支持ベース５上に、ガイドレール（図示省略）上で第１軸線Ａに略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダ７を有するスライド機構６が設けられている。なお、後述するように、スライダ７（あるいはスライド機構６全体）に、第１軸線Ａに略平行な方向に沿った運動自由度に加えて、「首振り運動」の自由度が与えられる場合もある。

溶接トーチ２へワイヤ送給を行なうためのワイヤ送給装置４は、上記のスライド機構６を介して前腕１０上に支持されている。ワイヤ送給装置４は、スライダ７と一体的に動くようになっている。ワイヤ送給装置４自体は、周知のもので、図示しない溶接ワイヤドラムから溶接ワイヤの供給を受け、そこからトーチケーブル３を通して溶接トーチ２へ溶接ワイヤを送給する。

なお、溶接トーチ２の姿勢を変更する場合には、溶接トーチ２を溶接トーチ軸回りに回転させるため、トーチケーブルにねじりが加わるおそれがあるが、これを防止するためには、溶接トーチ２とトーチケーブル３の結合部は回転可能な状態に支持することが好ましい。この技術自体は周知である。また、必要に応じて、柔軟性のあるトーチケーブル３がワイヤ送給装置４のスライド時にスムースに前腕長手方向に移動できるよう、第１手首要素１１または第２手首要素１２の１つ以上の個所で保持ガイドにより案内することもできる。

更に、近年、ワイヤ送給装置もサーボ化により小型化が進んでいる。そのように小型化されたワイヤ送給装置を採用する場合、ワイヤ送給装置を第１手首要素１１上に搭載し、溶接トーチ２とワイヤ送給装置４間の距離を短くするとともに、溶接ワイヤの安定送給を計ることも可能である。

次に、溶接ワイヤ送給装置４を第１軸線Ａに略平行で溶接トーチ２と反対の方向に引き寄せるような力の付与について説明する。図２（ａ）に示したように、前腕１０上の適所には、引っ張りバネ機構を用いた張力発生装置３０と滑車９が設置されている。張力発生装置３０と滑車９は適当に距離をおいて前腕１０に固定されている。また、力付与用ワイヤ８の一端はワイヤ送給装置４に繋がれるとともに、滑車９で折り返され、他端で張力発生装置３０に繋がれている。これにより、力付与用ワイヤ８は常時ほぼ一定の張力で引っ張られている。従って、溶接ワイヤ送給装置４には、該溶接ワイヤ送給装置４を、第１軸線Ａに沿って溶接トーチ２と反対方向に引き寄せようとする力が常時作用することになる。

なお、このようなほぼ一定の張力を引っ張りバネ機構を用いて発生する張力発生装置３０自体は周知であるから詳細構造の説明は省略する。また、引っ張りバネ機構に代えて圧縮バネ機構を用いた張力発生装置もあり、それについては後述する。また、力付与用ワイヤ８の一端を、溶接ワイヤ送給装置４に直接つなぐ代わりに、スライダ７に繋いでも同様の作用が得られることは言うまでもない。

さて、このように、溶接ワイヤ送給装置４に対して第１軸線Ａに沿って溶接トーチ２と反対方向に引き寄せようとする力が作用するということは、溶接ワイヤ送給装置４から溶接トーチ２へ向かうトーチケーブル３にも同様の力が作用することを意味する。換言すれば、トーチケーブル３は溶接ワイヤ送給装置４を介してスライダ機構によって間接的に支持されているということができる。

また、例えばアーク溶接ロボット以外のアプリケーションで、溶接ワイヤ送給装置のような作業ツール用線条体制御装置を用いずに、線条体をツールに送給する場合もある。その場合には、線条体をスライダで支持し、スライダに力付与用ワイヤの一端を繋ぐことで、線条体に同様の力（張力）を及ぼさせることもできる。

さて、手首の姿勢に変化があった場合のトーチケーブル３の挙動と溶接ワイヤ送給装置４の位置の決まり方を考えてみる。上記の如く、溶接ワイヤ送給装置４には、溶接ワイヤ送給装置４自身の重量による重力の他、同装置を溶接トーチ２から引き離そうとする力（引き寄せ力）が作用する一方、トーチケーブル３からは、手首の姿勢変化に応じて、トーチケーブル３自身の重量による重力を含む力が作用する。従って、溶接ワイヤ送給装置４の第１軸線Ａに沿った位置は、これらの力（第１軸線Ａに沿った成分）がつりあったところで決まると考えて良い。

そこで、張力発生装置３０が力付与用ワイヤ８を引っ張る力（バネ機構のバネ力の強さ）を適当な大きさに設定することで、トーチケーブル３が大きく弛むことがないようにすることができる。具体的な目安としては、溶接ワイヤ送給装置４及びトーチケーブル３自体総重量よりも若干大きめの張力を張力発生装置３０が発生するようにすることが適当である。このようにすれば、トーチケーブル３に必要最小限の負荷だけを与えつつ、前腕１０が下向きになった特に溶接ワイヤ送給装置４とトーチケーブル３の重量に負けてトーチケーブル３が弛むのを防ぐことが可能となる。

図４は、第２手首要素１２の回転位置が変化して溶接トーチ２が姿勢１、姿勢２、姿勢３をとった時のトーチケーブル３の状態を表わしている。なお、本例では、第２手首要素１２の適所にトーチケーブル３を挿通させてガイドする保持ガイド１３が設けられ、トーチケーブル３はこの保持ガイド１３を経由して溶接トーチ２に延びている。これらの描示から理解されるように、姿勢１、姿勢２、姿勢３と第２手首要素１２が大きく回動（３６０度近い回転動作）しても、上述した張力発生装置３０に由来する適度の引き寄せ力が存在するため、トーチケーブル３が保持ガイド１３と溶接ワイヤ送給装置４の間で大きく弛むことが無く、且つ、過剰に緊張して前腕１０にからまったりすることも無い。

即ち、第２手首要素１２の位置に依存して溶接ワイヤ送給装置４の位置が決まることで、手首が動作してもトーチケーブル３の姿態は安定した状態に保たれ、トーチケーブル３の大きな弛みによる周囲との干渉や、過剰な緊張に伴う前腕１０へのからみつきとそれによる疲労が防止される。また、このようにトーチケーブル３の姿態が安定するということは、従来は大きな変動と不確定さのために困難であったトーチケーブル３の姿態のシミュレーションが可能になるということを意味する。トーチケーブル３の姿態の変動が小さく、しかも手首（特に、第２手首要素１２）が同じ位置をとれば、トーチケーブル３の姿態もほぼ同じように再現されるからである。

従って、トーチケーブルの挙動を含めてアーク溶接ロボットの動作をオフラインでシミュレートすることも可能となる。また、溶接トーチの姿勢が変更した場合でも、トーチケーブルの挙動が大きく変化しないことは、安定した溶接ワイヤ送給を行なう上でも非常に有利である。

なお、張力発生装置３０のバネ機構には発生する張力の大きさを調整する機構を設けることが好ましい。このような調整機構を設ければ、使用する溶接ワイヤ送給装置やトーチケーブルの重量、種類等に応じて最適の張力を力付与用ワイヤ８に与えてトーチケーブルへの負担を減じることができる。また、そのことを通して、トーチケーブルの長寿命化を計ることもできる。また、スライド機構６の両端にショックアブゾーバを配置することで、張力発生装置３０の張力が小さい場合にも、スライダ７を適切に支持することができる。
また更に、上記した説明では、前腕長手方向に沿ったスライダ７の移動は、支持ベース５上で固定されたスライド機構６上で起るものとして説明したが、スライド機構６自体（スライダ７のガイドレール）を前腕長手方向に沿って移動可能とし、その位置をロボット制御装置２０からの指令で制御するようにしても良い。

ところで、上述した手法は、第２軸線と略垂直であり、且つ、第１軸線と所定距離隔たった第３軸線回りに回転可能に作業ツールを設けた産業用ロボットにおける作業ツール（ここでは溶接トーチ）支持構造にも適用可能である。そして、本発明ではこのような作業ツール（ここでは溶接トーチ）支持構造への適用を考える。図５は、ロボット形態について本発明の適用例を示した正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）で、図１に示した溶接ロボットシステムにおいて、ロボット１をロボット５０に置き換えたものに相当している。

そこで、図５では、図１のロボットシステムと共通する諸部材乃至要素の符号はそのまま使用し、このロボットの置き換えに関連する事項のみ説明し、その他の事項の繰り返し説明は割愛することにする。図５のロボットシステムで使用されているロボット５０は、前述のロボット１と同じく、６軸構成の垂直関節型アーク溶接ロボットであるが、溶接トーチ２の支持構造が異なる。

先ず前腕６０の先端には、該前腕６０の長手方向の第１軸線Ａ（破線）周りに回転可能に第１手首要素６１が設けられており、該第１手首要素６１には、第１軸線と略垂直に交わる第２軸線（点Ｂを通り紙面に垂直な軸線）回りに回転可能に第２手首要素６２が設けられている。そして、第２手首要素６２に、第２軸線Ｂと略垂直で、且つ、第１軸線Ａと所定距離隔てた第３軸線Ｃ回りに回転可能に溶接トーチ２が支持されている。
また、溶接トーチ２の第３軸線Ｃ回りの回転運動は第２手首要素６２内に内蔵されたアクチュエータ（図示省略）によって引き起こされるようになっている。このアクチュエータの制御は、ロボット制御装置２０によって行なわれる。
なお、ロボットの形態によっては、図３に示したような手首要素の接合形態があり得ること、及び、両手首要素６１、６２も適宜前腕６０の一部とみなすことについては、前述した通りである。

ワイヤ送給装置４の設け方、溶接ワイヤ送給装置４を第１軸線Ａに略平行で溶接トーチ２と反対の方向に引き寄せるような力の付与の仕方等については、既述した通りである。概略を繰り返すと、前腕６０上に形成された支持ベース５上に、第１軸線Ａに略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダ７を有するスライド機構６が設けられている。溶接トーチ２へワイヤ送給を行なうワイヤ送給装置４は、スライド機構６を介して前腕６０上に支持されている。ワイヤ送給装置４は、スライダ７と一体的に動くようになっている。ワイヤ送給装置４は、周知のもので、図示しない溶接ワイヤドラムから溶接ワイヤの供給を受け、そこからトーチケーブル３を通して溶接トーチ２へ溶接ワイヤを送給する。なお、溶接トーチ２の姿勢を変更時のねじりを防止するために、溶接トーチ２とトーチケーブル３の結合部は回転可能な状態に支持することが好ましい。また、必要に応じて、柔軟性のあるトーチケーブル３がワイヤ送給装置４のスライド時にスムースに前腕長手方向に移動できるよう、第１手首要素６１または第２手首要素６２の１つ以上の個所で保持ガイドにより案内することもできる。ワイヤ送給装置を第１手首要素６１上に搭載し、溶接トーチ２とワイヤ送給装置４間の距離を短くするとともに、溶接ワイヤの安定送給を計ることも可能である。

図５（ａ）に示したように、前腕６０上の適所には、バネ機構を用いた張力発生装置３０と滑車９が設置されている。力付与用ワイヤ８の一端がワイヤ送給装置４に繋がれるとともに、滑車９で折り返され、他端で張力発生装置３０に繋がれている。これにより、力付与用ワイヤ８は常時一定の張力で引っ張られている。従って、溶接ワイヤ送給装置４には、該溶接ワイヤ送給装置４を、第１軸線Ａに沿って溶接トーチ２と反対方向に引き寄せようとする力が常時作用することになる。なお、力付与用ワイヤ８の一端を、溶接ワイヤ送給装置４に直接つなぐ代わりに、スライダ７に繋いでも同様の作用が得られる。

いずれしろ、溶接ワイヤ送給装置４には、該溶接ワイヤ送給装置４を、第１軸線Ａに沿って溶接トーチ２と反対方向に引き寄せようとする力が常時作用することになる。既述の通り、これによってトーチケーブル３には溶接トーチ２から離そうとする力が作用する。また、溶接ワイヤ送給装置のような作業ツール用線条体制御装置を用いずに、ツールに送給する場合もあるが、その場合には、線条体を直接スライダで支持することで、線条体に同様の力（張力）を及ぼすようにすれば良い。

トーチの姿勢に変化があった場合のトーチケーブル３の挙動と溶接ワイヤ送給装置４の位置の決まり方は、前述したものと基本的に同様である。即ち、溶接ワイヤ送給装置４には、溶接ワイヤ送給装置４自身の重量による重力の他、同装置を溶接トーチ２から引き離そうとする力（引き寄せ力）が作用する一方、トーチケーブル３からは、トーチ姿勢の変化に応じて、トーチケーブル３自身の重量による重力を含む力が作用する。従って、溶接ワイヤ送給装置４の第１軸線Ａに沿った位置は、これらの力（第１軸線Ａに沿った成分）がつりあったところで決まると考えることができる。

従って、張力発生装置３０の引っ張り力（バネ機構のバネ力の強さ）を適当な大きさに設定することで、トーチケーブル３が大きく弛むことがないようにすることができる。具体的な目安としては、既述の通り、溶接ワイヤ送給装置４及びトーチケーブル３自体総重量よりも若干大きめの張力を張力発生装置３０が発生するようにすることが適当である。このようにすれば、トーチケーブル３に必要最小限の負荷だけを与えつつ、前腕１０が下向きになった時に溶接ワイヤ送給装置４とトーチケーブル３の重量に負けてトーチケーブル３が弛むのを防ぐことが可能となる。

本例の場合、アクチュエータを作動させて溶接トーチ２を第３の軸線Ｃ周りで回転させると、トーチケーブル３も軸線Ｃ周りで振れることになる。この時、トーチケーブル３が大きく弛んでいると干渉発生の原因となる。しかし、上記した力の付与により、溶接トーチ２が軸線Ｃ周りで回転しても、トーチケーブル３は適度に上方に引っ張られた状態を維持する。従って、トーチケーブル３の軸線Ｃ周りの振れの回転半径が大きくなることはなく、干渉発生の原因とならない。

このようなトーチケーブル３の振れの挙動は、再現性も高く、シミュレート可能である。従って、前述した例と同様に、トーチケーブル３の挙動を含めてアーク溶接ロボットの動作をオフラインでシミュレートすることも可能となる。

また、溶接トーチの姿勢が変更した場合でも、トーチケーブルの挙動が大きく変化しないことは、安定した溶接ワイヤ送給を行なう上でも非常に有利である。なお、本例でも、張力発生装置３０のバネ機構には発生する張力の大きさを調整する機構を設ける調整機構を設けることが好ましいことは言うまでもない。

ここで、スライド機構と張力発生装置について、補足的な説明を行なっておく。先ず図６は、溶接ワイヤ送給装置のスライド機構の例について説明するために、溶接ロボット前腕１０上面より見た様子を描いた図で、（ａ）はスライダ機構が直線的に動作する例を示し、（ｂ）はスライダ機構が首振り式に動作する例を示している。

図６（ａ）において、符号６ａは前腕１０（または６０）上に設置されたガイドレールで、ガイドレール６ａ上でスライダ７が滑動する。ここでは、ワイヤ送給装置の図示は省略されており、既述のように、トーチケーブル３はこのワイヤ送給装置を介してスライダ７を図中下方に引っ張る一方、この力と反対方向（図中上方）に引っ張る力がワイヤ送給装置を介してスライダ７に作用している。そして、スライダ７はこれらの力がバランスした位置をとることになる。そして、既述の通り、溶接トーチ２の姿勢が第２軸線Ｂ周りあるいは第３軸線Ｃ周りで変化すると、それに応じて力の平衡点が変わり、スライダ位置が７ａ、７ｂ等に変化する。但し、このような変化があっても、トーチケーブル３の姿態はわずかしか変化しない。

図６（ｂ）に示した首振り式のスライド機構においては、スライダ７に、図中上下方向に沿った運動自由度に加えて、首振り運動の自由度が与えられている。このような運動自由度を持ったスライド機構自体は周知なので、詳細の図示は省略した。このような首振り式のスライド機構を用いた場合には、溶接トーチ２の姿勢が第２軸線Ｂ周りあるいは第３軸線Ｃ周りで変化すると、トーチケーブル３がスライダ７に対して及ぼす力の大きさと方向が変化し、スライダ位置がそれに応じて７ｃ、７ｄ等に変化する。但し、図中上下方向に沿った位置については、図６（ａ）のケースと同様に、図中上方に引っ張る力（張力発生装置３０に由来）との平衡点に決まる。従って、溶接トーチ２の姿勢が変化しても、トーチケーブル３の姿態はわずかしか変化しない。

最後に、図７を参照して、圧縮バネ機構を利用した張力発生装置の例について簡単に説明する。圧縮バネ機構７１を利用する場合には、図７に示したように、前腕１０（または６０）上で、ワイヤ送給装置４にトーチケーブル３が繋がれている側に圧縮バネ機構支持部７０を設け、そこからスライダ７（またはワイヤ送給装置４）に向けて圧縮力が作用するように圧縮バネ機構７１を設ける。この圧縮バネ機構７１によっても、スライダ７（またはワイヤ送給装置４）を第１軸軸線（前腕長手方向）に沿って、溶接トーチ２と反対側へ引き寄せる力が得られることは明らかである。従って、前述した、張力発生装置３０に代えてこの機構を用いても、同等の作用効果が得られることは改めて説明するまでもない。

従来技術の例に関して、ロボットシステムの全体構造の概略を示した正面図（ａ）と、右側面図（ｂ）である。 本発明の実施形態で用いられる張力発生機構を搭載した、トーチケーブル処理構造を持つ産業用アーク溶接ロボットの全体構成を正面図（ａ）、右側面図（ｂ）で示したものである。 手首要素の接合形態の変形例（参考例）について説明する図である。 第２手首の動作に伴うトーチケーブルの挙動を側面図で示したもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は順にトーチ姿勢が姿勢１、姿勢２、姿勢３をとった時のトーチケーブルの状態を表わしている。 ロボット形態を含めて本発明に従った実施形態について説明するために、図２に示したロボットシステムにおいて、第２手首要素に、同第２軸線と略垂直で、且つ、同第１軸線と所定距離隔てた第３軸線回りに回転可能に設けられた溶接トーチを追加したアーク溶接ロボットの全体構成を正面図（ａ）、右側面図（ｂ）で示したものである。 溶接ワイヤ送給装置のスライド機構の例について説明するために、溶接ロボット前腕１０上面より見た様子を描いた図で、（ａ）はスライダ機構が直線的に動作する例を示し、（ｂ）はスライダ機構が首振り式に動作する例を示している。 圧縮バネを使った張力発生装置の例を示した図である。

符号の説明

１、５０ ロボット（機構部）
２、２ａ、２ｂ トーチ（アーク溶接トーチ）
３、３ａ、３ｂ トーチケーブル
４ 溶接ワイヤ送給装置
５ 支持ベース
６ スライド機構
６ａ ガイドレール
７、７ａ、７ｂ スライダ
８ 力付与用ワイヤ
９ 滑車
１０、６０ 前腕
１０ａ、６０ａ 前腕の延長部
１１、６１ 第１手首要素
１２、６２ 第２手首要素
１３ 保持ガイド
２０ ロボット制御装置
２１ 溶接電源
２２ 給電ケーブル
３０ 張力発生装置
７０ 圧縮バネ機構支持部
７１ 圧縮バネ機構

Claims (6)

1. 前腕の先端に、該前腕長手方向の第１軸線回りに回転可能に設けられた第１手首要素と、該第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線回りに回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第１軸線と所定距離隔たった第３軸線回りに回転可能に設けられた作業ツールとを備えた産業用ロボットにおいて作業ツール用の線条体を処理する、産業用ロボットのための線条体処理構造であって、
   前記前腕上に設けられ、前記線条体を支持するとともに、前記第１軸線に略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダを有するスライド機構と、
   前記スライダを前記第１軸線に略平行で前記作業ツールと反対の方向に引き寄せる力を付与する手段とを備え、
   前記力を付与する手段は、前記作業ツール用線条体制御装置に一端が接続された力付与用のワイヤを含み、該力付与用ワイヤは、前記前腕の所定位置に回転自在に設けられた滑車を介して折り返されて、該力付与用ワイヤの他端が前記前腕上に配置された張力発生装置に接続されていることを特徴とする、産業用ロボットのための線条体処理構造。
2. 前腕の先端に、該前腕長手方向の第１軸線回りに回転可能に設けられた第１手首要素と、前記第１手首要素に、前記第１軸線と略垂直に交わる第２軸線回りに回転可能に設けられた第２手首要素と、該第２手首要素に、前記第２軸線と略垂直であり、且つ、前記第１軸線と所定距離隔たった第３軸線回りに回転可能に設けられた作業ツールとを備えた産業用ロボットにおいて作業ツール用の線条体を処理する、産業用ロボットのための線条体処理構造であって、
   前記前腕上に設けられ、前記線条体を支持するとともに、前記第１軸線に略平行な方向に沿って往復移動自在なスライダを有するスライド機構を介して搭載された作業ツール用線条体制御装置と、
   該作業ツール用線条体制御装置を前記第１軸線に略平行で前記作業ツールと反対の方向に引き寄せる力を付与する手段とを備え、
   前記力を付与する手段は、前記作業ツール用線条体制御装置に一端が接続された力付与用のワイヤを含み、該力付与用ワイヤは、前記前腕の所定位置に回転自在に設けられた滑車を介して折り返されて、該力付与用ワイヤの他端が前記前腕上に配置された張力発生装置に接続されていることを特徴とする、産業用ロボットのための線条体処理構造。
3. 前記作業ツールは溶接トーチである、請求項１または請求項２に記載の産業用ロボットのための線条体処理構造。
4. 前記作業ツールは溶接トーチであり、前記作業ツール用線条体制御装置は溶接ワイヤ送給装置である、請求項２に記載の産業用ロボットのための線条体処理構造。
5. 前記線条体は、コンジット内に収納されている、請求項１乃至請求項４の内の何れか１項に記載の産業用ロボットのための線条体処理構造。
6. 前記第２手首要素上に線条体支持ガイドを備えた、請求項１乃至請求項５の内の何れか１項に記載の産業用ロボットのための線条体処理構造。

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