JP4286684B2 - アーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造 - Google Patents

Description

本発明はアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造に係り、詳しくは、例えば多関節型アーク溶接ロボットにおいて、トーチケーブルを短くしても、溶接用トーチの姿勢の如何にかかわらず溶接ワイヤの供給速度や供給量の安定性を高めて所望する溶接品質が達成されるようにすると共に、トーチケーブルの損耗抑制ならびにロボットの動作領域の拡大が図られるようにしたトーチケーブルの配設構造に関するものである。

ワイヤリール等から繰り出させた溶接ワイヤ（消耗電極）を溶接用トーチへ送給し、電気エネルギで溶融して連続的に溶接するアーク溶接ロボットには、溶接ワイヤに送りを与えるワイヤ送給装置が搭載される。そのワイヤ送給装置は、ワイヤを挾圧する幾つかのロールで構成され、その摩擦力でワイヤを溶接用トーチに向けて送り出す。

アーク溶接ロボットは多関節を備えることが一般的で、例えば第一軸から第六軸までの６つの関節をそれぞれに回転または捻り動作させてアームにそれぞれの回転、旋回、揺動または傾動を行わせ、手首等のエンドエフェクタに装着された溶接用トーチの位置や姿勢を変える。前記したワイヤ送給装置は、立ち姿勢にあるロアアームの上端で第三軸により傾動すると共に、軸線回りに回転するアッパアーム（以下、回転アームともいう）を支持する傾動台に装着される。

ワイヤリールからワイヤ送給装置までと、ワイヤ送給装置から溶接用トーチまでとは、それぞれケーブルによって接続される。前者のケーブルは溶接ワイヤの移行をガイドするコンジットパイプである。後者は、溶接ワイヤを送給するコンジットパイプだけでなく、その外周に沿って送気されるシールドガスのための通路を形成するホース、その外周を被覆して溶接電力を供給する導電線および最外周の絶縁被覆からなる多重構造の一線式パワーケーブル（トーチケーブル）となっている。

多重層をなすことからトーチケーブルは曲げ剛性が高くて曲折させにくく、従って溶接用トーチが動くときのひきつれを少なくしておくために、長さに余裕を持たせた状態で装着される。すなわち、ケーブルの変形を可能にするためワイヤ送給装置から溶接用トーチまでもアーム外空間に位置させる外配とされ、溶接用トーチが俯仰したり旋回しても、その都度の複雑な変形をある程度許容できるようにしている。

ロボットが単独で動作していたり周囲に治具が存在しない場合、さらにはワークの形状が単純である場合などでは、外配のトーチケーブルが溶接作業を直ちに阻害することはない。しかし、溶接用トーチの動きはあくまでもトーチケーブルの変形可能な範囲に限られる。ケーブルは繰り返されるアームの屈曲動作によって損耗をきたす。アームの動きを止めても慣性でケーブルのふらつきが残ると、溶接ワイヤのコンジットパイプ内移行に円滑性を欠く。従って、アームの加減速を抑えなければならず、ロボットの運動性の低下が余儀なくされる。

他のロボットと協調動作していたり、周囲に複雑な形状の治具が配備されていたり、また筒状もしくは箱状ワークの内側を溶接する場合、外配ケーブルは作業に直接影響を及ぼす。すなわち、典型的にはトーチケーブルがワークや周囲の装置等と接触したりひっかかったりする。そのようなトラブルの発生に加えて、トーチケーブルの変形が酷くなれば、溶接ワイヤとケーブル内面との接触点が変化し、摩擦力の変動が定速送給性の低下を招来して溶接品質にばらつきを生じさせる。

トーチケーブルをロボットアームに内蔵させることにより、適用ワークの拡大や溶接品質、信頼性、運転上の利便を図ろうとする提案が幾つかなされている。特開昭６２−１４０７９４号公報に記載された例は、三軸駆動式手首における中空駆動軸の軸線部にケーブル、エアパイプもしくは塗料パイプ等を配するようにしている。特開平２−１５５５７２号公報にも、トーチケーブルを回転、曲げ、ひねりの各関節部の回転中心を通るようにしたことが記載されている。いずれにしてもケーブルや配管の損耗を抑制することを目的としていることに変わりがない。

特開昭６２−１４０７９４号公報 特開平２−１５５５７２号公報

上記したごとくトーチケーブルが駆動軸や関節部の中心を通過させるように、回転アームに沿って長手軸線上もしくはその近傍を通過させるようにしているのは、各軸すなわち各関節が動作しても、トーチケーブルの変形を最少限に抑えることができるとの見識に基づくものである。なぜなら、関節中心配置や軸線上配置はアームの回転や傾動の影響を最も受けにくく、関節中心や軸線からならいずれの方向へもケーブルは同程度の変形を呈するに止まると考えられるからである。

この考えが適用できるのは関節における回転やひねりが多用され揺動や傾動といった曲げが少ない多関節型ロボットの場合であって、曲げ動作が多用されるロボットまたは曲げた状態を維持することの多いロボット、さらには回転角やひねり量の大きいロボットにおいては必ずしも理想的と言えない。例えばアーク溶接ロボットの場合、溶融池の形成の良し悪しが溶接品質を左右するので、溶接用トーチに所望する姿勢を与えたり維持させておかなければならないことが多い。例えば６軸ロボットなら第五軸を０度から１２０度までにも曲げたり、曲げた角度を保ったりしておくことが要求される。

このような場合に、トーチケーブルが駆動軸や関節部の中心を通過し、回転アームに沿って長手軸線上もしくはその近傍を通過するようにしておくなら、第四軸の中心を通った後のトーチケーブルは回転アームの長手軸線から徐々に上方へ離れ、第五軸回りでの下向き曲げを達成すべく疑問符（？）状に変形する。トーチケーブルがこのような形を保持すると、回転アームの長手軸線から反り上がる箇所と下向き急湾曲箇所でコンジットパイプにストレスが蓄積して、トーチケーブルの損耗を早める。

コンジットパイプの内径は溶接ワイヤの直径より大きく与えられているので、湾曲部位においては、コンジットパイプの曲がりと溶接ワイヤのそれとは一致しない。曲率半径の違いは、曲がりの少なくとも前後二箇所において溶接ワイヤの擦れをきたす。湾曲度が変化すれば、擦れをきたしている位置も変わる。コンジットパイプと溶接ワイヤとの間に働く摩擦力は、コンジットパイプの変形ごとに変動し、送給速度は不安定となる。

また、第五軸の曲げ量（傾動角）を変化させると、その動きが上流側のトーチケーブルに影響する。すなわち、第四軸と第五軸との間でケーブルの曲がりが変わり、コンジットパイプの長さと溶接ワイヤのそれとに差が生じる。コンジットパイプの長さ変化に相当する溶接ワイヤが溶接用トーチから突出したり引っ込んだりして、ワイヤ供給量が所望外に変化する。これによってアークが乱れ、溶接品質の大幅な向上は望み得なくなる。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、その目的は、外配を避けて内配したトーチケーブルをもってしても達成され得ない問題、すなわち、関節における曲げ状態の持続や曲げ動作の繰り返しにより上流側のトーチケーブルに及ぶ影響を可及的に排除して溶接ワイヤの送りの安定と耐久性の向上を図る。そして高い溶接品質を達成できるようにし、ロボットの動作仕様を低下させることなく広い運動領域と高い運動性を持たせることができるようにしたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造を提供することである。

本発明は、揺動軸が先端部に、長手方向軸線回りの回転軸をなす回転軸体が基端部に備えられた回転アームの内部や近隣空間で、各関節の動作に付随して基端部から先端部に向けて延びるトーチケーブルの屈曲や捩れの増大を抑制するため、トーチケーブルを回転アームの長手方向に沿わせるようにしたロボットのケーブル配設構造に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、回転軸体７内には、遊転自在に軸承されて長手方向へ延びるガイド筒３７が設けられ、そのガイド筒３７の内部には、トーチケーブル８を支持するための支持部材３５が一体的に備えられ、その支持部材３５には、回転アーム２に沿わせるトーチケーブル８を通過させる挿通孔３６が形成され、そして、この挿通孔３６の開口全面を回転軸体７内において回転アーム２の回転軸線２ａからオフセットして位置させたことである。

図６の例えば（ｂ）に示すように、挿通孔３６は、トーチケーブル８の動きを許容するために、回転アームの回転軸線２ａを取り巻くごとく形成された長孔となっている。もしくは、図６の（ｄ）にあるように、挿通孔はトーチケーブル８が挿通できる程度に開口された小孔３６Ａとしておく。

挿通孔３６は、揺動軸５が図８の（ａ）のように水平となるときの回転アーム２の姿勢における支持部材３５の上部側に形成される（図６を参照）。図２の例えば（ａ）に示すように、トーチケーブル８の一つは、その中心にワイヤ送給装置により送り出される溶接ワイヤ９が進行する一線式パワーケーブルとしておく。図１に示すように、ワイヤ送給装置１５の溶接ワイヤ送出口１５ａは、回転アーム２の回転軸線２ａにおける延長線の上方空間に配置される。

支持部材３５には、挿通孔３６のほかに、図２の例えば（ｂ）に示すように、開口全面が回転軸体７の内部において回転アームの回転軸線２ａからオフセットした位置に他のケーブル等４０，４３を配装させるための他の挿通孔４１，４１Ａ，４１Ｂも形成される。挿通孔３６と他の挿通孔４１，４１Ａ，４１Ｂとは、ガイド筒３７を放射状に間仕切って生じる空間の開口があてがわれる。

図９に示すように、回転軸体４５は円筒状であり、その回転軸体の外周に他のケーブル等例えば制御ケーブル４３が配設される。

本発明によれば、トーチケーブルを沿わせる回転アームの基端部でトーチケーブルを通過させる挿通孔の開口全面を、回転アームの回転軸線からオフセットした位置としているので、回転アームの先端部で揺動軸が動作してトーチケーブルが曲げられても、回転軸線からオフセットした位置にあるトーチケーブルに及ぶその曲げの影響を可及的に少なくすることができる。例えば、揺動軸の動きによって溶接用トーチを俯仰させるときには、回転アームの基端部ではトーチケーブルを回転アームの回転軸線から上方へオフセットさせておくことができるからである。

支持部材が回転軸体内で遊転するガイド筒に設けられるので、回転アームに対して相対回転するガイド筒がケーブル等の弛みやふらつきを抑止し、ケーブル等の無用な変形が防止される。支持部材はガイド筒と共に遊転するから、回転アームに対するケーブル等の相対回転はより滑らかなものとなる。これによって、トーチケーブルの変位吸収する限度以上に回転アームが回転しても、ケーブル等を過回転に対して不感状態におくことができ、ケーブル等に蓄積されるストレスを最小限に止められる。

産業用ロボットが関節を持ったアーク溶接ロボットであるから、本発明の効果が一層顕著に発揮される。ましてや、６軸マニピュレータにおける第四軸と第五軸の間に適用すれば、第五軸における曲げの持続や曲げ動作の繰り返しが第四軸に至る上流側のトーチケーブルに及ぼす影響を可及的に少なくする。溶接用トーチの動作範囲の拡大と動作速度の増加を実現すると共に溶接ワイヤの送給性を高めて高品質溶接が達成され、コンジットパイプの耐久性向上も図られる。

挿通孔を回転アームの回転軸線を取り巻くごとくの長孔に形成しておけば、回転アームが回転したとき捩れによりひきつれようとするケーブル等の相対動きを挿通孔の箇所で許容し、ケーブル等を自由状態もしくはそれに近い状態におくことができる。すなわち、回転アームの回転の影響をケーブル等に及ぼしにくくすることができる。

挿通孔はケーブル等が挿通できる程度に開口された小孔としておく場合には、小孔が形成された支持部材を回転軸体内で遊転自在に軸承しておけば、回転アームに対して相対回転することができる支持部材によって、ケーブル等を回転アームの回転に対して捩れ等の影響を受けにくくなる方向へ変位させて、ストレスの蓄積を抑制することができる。

挿通孔を、揺動軸が水平となるときの回転アームの姿勢における支持部材の上部側に形成させておけば、ケーブル等を揺動軸の箇所で下向きに９０度曲げた状態において、支持部材のところから始まるケーブル等の反り上がりが可及的に少なくなり、ケーブル等に掛かる負担が軽減される。揺動軸での曲げ量を減らしたときに支持部材と揺動軸との間で生じるケーブル等の長さ吸収のために生じる曲がりも緩やかとなる。

ケーブル等としては、その中心にワイヤ送給装置から送り出される溶接ワイヤが進行する一線式パワーケーブルとしておけば、溶接ワイヤ、溶接用電力、溶接用シールドガスというアーク溶接に不可欠なものを一本のケーブルを介して溶接用トーチに供給することができる。

ワイヤ送給装置のワイヤ送出口を回転アームの回転軸線における延長線の上方空間に配置しておけば、ワイヤ送給装置から支持部材までのトーチケーブルは回転アームの回転軸線から上方へオフセットして位置することになり、曲げ剛性が大きいトーチケーブルのワイヤ送給装置直後での曲がりを排除して、溶接ワイヤの送り出しが円滑となる。

支持部材に、開口全面が回転軸体の内部において回転アームの回転軸線からオフセットした位置で他の挿通孔も形成しておけば、冷却水ホースや制御ケーブルをその他の挿通孔に通して支持しておくことができる。このようにすれば、トーチケーブルとその他のケーブル類との絡みつきを防止しやすくなる。

ガイド筒を放射状に間仕切って生じる空間を挿通孔と他の挿通孔とに割りふれば、各挿通孔を可能なかぎり大きく確保できる。トーチケーブルの回転アームに対する相対動きを大きく許容し、トーチケーブルに掛かるストレスが一層軽減される。

回転軸体は円筒状であり、回転軸体の外周に他のケーブル等を配設できるようにしておくと、支持部材に支持させなくても、他のケーブル等に対する回転アームの回転の影響を及ばないようにしておくことができる。他のケーブル等の外配は、トーチケーブルのために広く長い挿通孔をあてがうことができるようになる。

以下に、実施の形態を表した図面を基にして、本発明に係るアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造を詳細に説明する。図４および図５は、本発明が適用される多関節型アーク溶接ロボット１を示している。図４の（ａ）はロボット正面図、（ｂ）はそのII−II線矢視図、図５の（ａ）は図４（ａ）中のIII −III 線矢視図、（ｂ）はロボット平面図である。図５の（ａ）を除いて、いずれの図にも本発明が適用されるアッパアーム２が示され、その形状とその装着形態を教えている。図３は、アッパアーム２におけるケーブル等の配設構造が見えるように描かれた平面図と正面図である。

このアーク溶接ロボット１は、図４の（ａ）中に矢印で示した動きをする６つの関節が備えられており、それぞれが回転または捻りを行って、アームを回転、旋回、揺動または傾動させる。このアーク溶接ロボットにおける６つの軸のうち、第六軸３はエンドエフェクタとしての手首に装着した溶接用トーチ４を旋回させる。第五軸５はそれ自体の軸線回りに回転するアッパアーム（回転アーム）２の先端部においてトーチ支持腕６を傾動させたり揺動させ、この揺動軸５が溶接用トーチ４を俯仰させる機構として働く。第四軸７はアッパアーム２の基端部に位置してアッパアームをその長手方向軸線２ａの回りに回転させる。

いずれの関節も、その軸には減速機を介したモータが装備され、図示しないロボットコントローラからの指令を受けて駆動される。アーク溶接のためには溶接ワイヤ、溶接のための電力、シールドガスが必要であり、モータ駆動系とは独立してそのためのトーチケーブルがロボットに配備される。このトーチケーブルは後述する図２の（ａ）において符号８が付された一線式パワーケーブルであり、溶接ワイヤ、電力、シールドガスの供給を同時に行うべく多重構造となっている。従って、このケーブルは柔軟性が高いとは言えず、また捩じりが作用すれば、捻り戻そうする力を生じるほどの剛性を持つ。従って、トーチケーブル８はアッパアーム２の長手方向に沿わせるように配置されるとはいえ、図３の（ｂ）に示すように、初期的な曲がりが復元力に抗して与えられる。

図２の（ａ）を参照して、トーチケーブル８の中心には溶接ワイヤ９が通過し、その前進をガイドすると共に疵がつかないように保護するコイルライナ１０がある。コイルライナはコンジットパイプとして機能するものであるが、その外周部にはシールドガス１１が流れ、これがホース１２によって溶接用トーチまで導かれる。その外周は導電線１３で覆われ、ケーブル全体に絶縁被覆１４が施されている。

図４に戻って、上記のトーチケーブル８に溶接ワイヤ９を送るワイヤ送給装置１５は、立ち姿勢にあるロアアーム１６の上端において傾動すると共に、アッパアーム２の基部端を回転自在に支持する傾動台１７に装着されている。ワイヤ送給装置は、そのワイヤ送出口１５ａがアッパアーム２の回転軸線２ａにおける延長線の上方空間に位置するように搭載される。このようにワイヤ送出口１５ａを回転軸線２ａから上方へオフセットさせる意図は、トーチケーブル８をアッパアーム２の長手方向に沿わせるに際して溶接ワイヤ９を直進容易な状態に置いて、できるだけ湾曲度を抑えておこうとすることにある。

トーチケーブル８はワイヤ送出口１５ａ以降の下流側の部分であるので、ケーブル基端には、その内部構造の説明を省くが、図１に示す溶接電力とシールドガスの受給機構１８が設けられている。溶接のための電力を供給するパワーケーブル１９とシールドガスを供給するガスホース２０とは、受給機構１８に接続される。

アッパアーム２を回転させる第四軸７は基端部に位置する回転軸体であり、図４に示したモータ２１で駆動される減速機２２、その出力軸に取りつけられた小プーリ２３、図示しないタイミングベルト、図１に示す大プーリ２４を介して駆動される。駆動機構はこのようなものに限られるものでなく、例えば中空構造のハーモニック減速機（商品名）を介してアッパアームを公知の要領で回転させるようにしてもよい。なお、回転軸体７は、アッパアーム２のアーム材２Ａの基端にコロ軸受のインナレース２５と大プーリ２４とをボルト２６により一体化して形成される。これは、アウタレース２７を備え、第三軸２８（図４の（ａ）を参照）により傾動される傾動台１７に固定された軸受ケース２９により支承される。

第五軸５は図３の（ｂ）に示すようにアッパアーム２の先端部でトーチ支持腕６を傾動させるが、図３の（ａ）に示すようにアーム材２Ａが回転軸線２ａから側方へオフセットされているので、トーチ支持台３０はトーチ支持腕６に対して片持ち支持構造となっている。アッパアーム２から溶接用トーチ４（図３の（ｂ）を参照）に至るトーチケーブル８は第五軸部位の側方空間３１を回転軸線２ａに沿って通過することができる。そのトーチケーブルの湾曲度は概ね図３の（ｂ）に示した状態で最も大きく、トーチ支持腕６の俯仰角度が小さくなれば減る方向となる。ちなみに、その第五軸５はベルト３２の掛けられたプーリ３３，３４を介して駆動される。

アッパアーム２のアーム材２Ａは、上記したごとく回転軸線２ａから側方にずれて形成された一本からなる。しかし、図示しないが、アーム材を平行な二本から構成し、その対向空間にトーチケーブルを配するようにしてもよいし、アッパアーム自体を筒状にしておき、その内部を伝わせるようにしても差し支えない。これらの場合にはトーチ支持台を両持ち構造とすることができるが、トーチケーブルは第５軸の上もしくは下の空間を通過させて溶接用トーチまで延ばされることになるので、第五軸との干渉を考慮すれば、片持ち構造が望ましいと言える。

以上の説明からも分かるように、本発明は、溶接用トーチを揺動させる関節５を先端部に、長手方向軸線２ａの回りの回転を与える関節７を基端部に備えたアッパアーム２の内部や近隣空間で、各関節の動作に付随して基端部から先端部を経てエンドエフェクタに向かうケーブル等の屈曲や捩れの増大を抑制できるようにしようとするものである。すなわち、ケーブル等をアッパアーム２の長手方向に沿わせるようにしたロボットに適用して、ケーブル等の配設の最適化を図ることである。

詳しく述べると、図１に示すように、トーチケーブル８を沿わせるアッパアーム２は、その基端部に位置する回転軸体７に内装されて回転軸線２ａと垂直をなした支持部材３５を備える。この支持部材にはトーチケーブル８を通過させる挿通孔３６が形成され、その開口全面はアッパアーム２の回転軸線２ａからオフセットした位置にある。その挿通孔３６は、トーチケーブル８の動きを許容するため、すなわち、アッパアーム２との相対変位を可能にするため、図６の（ａ）や（ｂ）に示すごとくアッパアームの回転軸線２ａを取り巻くように形成された長孔となっている。

この長孔３６は、アッパアーム２が回転したとき捩れによってひきつれようとするトーチケーブル８の相対的な動きを許容し、ケーブルを可及的に自由状態もしくはそれに近くして、アッパアーム２の回転の影響がケーブルに及ばないようにしている。従って、トーチケーブルに蓄積するストレスは軽減されるか、解放されることになる。

この長孔３６は図６の（ｂ）にあるように逆Ｕ字形や馬蹄形であってもよく、トーチケーブル８が矢印の方向に動くことができるようになっていればよい。図２は図６の長孔３６を具現化したもので、支持部材３５自体は放射状の仕切り３５Ａにより形成される。すなわち、長孔３６は、次に述べるガイド筒３７と仕切り３５Ａによって画成された空間に当たる。図１においては、回転軸体７内にガイド筒３７が遊転自在に軸承されるので、支持部材３５はそれに形成されている。

このように、ガイド筒を放射状に間仕切って生じる空間を挿通孔として割り振ることにすれば、挿通孔を可能なかぎり大きく確保することができる。一線式パワーケーブル、冷却水ホース、制御ケーブルといったケーブル等の回転アームに対する相対動きを大きく許容して、ケーブル等に掛かるストレスを軽減しやすくしておくことができる。

ガイド筒３７に支持部材３５を一体的に設ければ、アッパアーム２に対して相対回転するガイド筒がケーブル等の弛みやふらつきを抑止し、その無用な変形が防止される。ガイド筒はプラスチック成形品としておけば、ラバーブーツ３８もしくはプラスチックブーツが被せられているとはいえ、トーチケーブル８の絶縁を果たすためや、仕切りとの一体成形には好適となる。支持部材３５はガイド筒３７と共に遊転するから、アッパアーム２に対するケーブル等の相対回転はより一層滑らかとなる。なお、符号３９はガイド筒を遊転させるためのコロ軸受またはメタルライナである。

長孔３６を形成した支持部材３５を回転軸体７内で遊転自在に軸承した格好となっているから、長孔でケーブル等の変位を吸収する限度以上にアッパアーム２が回転しても、支持部材３５のアッパアーム２に対する相対回転によって、トーチケーブル８を過回転に対して不感状態におくことができ、ケーブル等に蓄積されるストレスを最小限に止めておくことができる。

ところで、挿通孔３６は、トーチ支持腕６を俯仰させるべく第五軸５が水平となるときのアッパアーム２の姿勢における支持部材３５の上部側に形成される（図６の（ａ）ないし（ｃ）を参照）。すなわち、回転軸線２ａの上方で左右対称となる形状とされる。こうしておけば、図３の（ｂ）のように、トーチケーブル８を第五軸５の箇所で下向きに例えば９０度曲げた状態において、支持部材３５のところから始まるトーチケーブル８の反り上がりが可及的に少なくなり、ケーブル等に掛かる負担が軽減される。その様子は図７の（ａ）に明瞭に現れている。トーチケーブル８の曲がりは、支持部材３５の位置において回転軸線２ａ上を通過させたトーチケーブル８’の曲がりと対比すれば、なだらかであることが分かる。

揺動軸５での曲げ量を減らしたときに、支持部材３５と揺動軸との間で生じるトーチケーブル８の長さ吸収のために生じる曲がりも、緩やかなものとすることができる。図７の（ｂ）はトーチ支持腕６を水平にした例であるが、トーチケーブル８はほぼ一直線となるが、支持部材３５の位置において回転軸線２ａ上を通過させたトーチケーブル８’は弓状に変形し、トーチケーブル８のような変曲点のない曲がりとはならなくなる。

以上の説明から分かるように、トーチケーブル８を沿わせるアッパアーム２の基端部で開口する挿通孔３６の全面は、アッパアームの回転軸線２ａからオフセットした位置にあるので、アッパアーム２の先端部で揺動軸５が動作してトーチケーブル８が大きく曲げられても、回転軸線２ａからオフセットした位置にあるトーチケーブル８に及ぶその曲げの影響を可及的に少なくすることができる。図８の（ａ）は図３の（ｂ）に対応する姿を表している。図８の（ｂ）は（ａ）の状態からアッパアーム２を第四軸７の９０度回転によって溶接用トーチ４を横向きにしたものである。

この姿勢のときもトーチケーブル８にとっては最もストレスが蓄積しやすいのである。仮に、トーチケーブル８が支持部材の箇所で回転軸線上に位置させていたとすれば、このときの捩じりストレスは最大となるところであるが、支持部材３５においてトーチケーブル８が長孔３６内で変位するから捩れ負担は極めて小さく抑えられる。しかも、その姿勢で揺動軸５が動いたり第六軸により溶接用トーチ４を旋回させるようなことがあっても、捩れの蓄積は軽微となる。これは、挿通孔３６がアッパアーム２の回転軸線２ａからオフセットしており、かつ長孔であること、さらには回転軸体７に対して遊転自在であるからに外ならない。

図２の（ａ）では、挿通孔３６にトーチケーブル８だけでなく溶接熱を吸収する冷却水を供給するホース４０も支持されている。図６の（ｃ）のように他の挿通孔４１を設けておき、これに冷却水ホース４０を通すこともできる。図２の（ａ）では他の挿通孔４１にカールさせた制御ケーブル４２が配されている。図２の（ｂ）は挿通孔を３つ形成させたもので、トーチケーブル８のみが挿通孔３６に位置している。挿通孔４１Ａは冷却水ホース４０が、挿通孔４１Ｂには制御ケーブル４３が通されている。

ちなみに、支持部材３５は薄い円盤で描かれているが、ガイド筒３７の例えば全長にわたってもよい。その場合、トーチケーブル８と制御ケーブル４３とを、少なくともガイド筒３７内では電気的に確実に隔離できる。トーチケーブル８が損傷したとしても、トーチケーブル８から発生するノイズを少なくともガイド筒内では制御ケーブル４３に及ばないようにしておくことができる。

トーチケーブル８、冷却水ホース４０、各モータに動力を送りつつ駆動制御するケーブル４３を本発明においてはケーブル等と称しているが、そのケーブル等はこれら以外の機能を発揮するチューブの類（例えば塗料供給パイプ）も含んで把握されるものである。上記した他の挿通孔も、その開口の全面はアッパアーム２の回転軸線２ａからオフセットした位置に形成されることは、挿通孔３６と同様である。このようにしてケーブル等の支持箇所を違えておけば、トーチケーブルとその他のケーブル類との絡みつきを防止しておくことができ、都合がよい。

ところで、図１に示したように、回転軸体７は円筒状であるが、図９に示すように、回転軸体４５を長くしておき、その外周に第五軸および第６軸用の制御ケーブル４３を配設するようにしてもよい。円筒状回転軸体４５は制御ケーブル内配式の回転軸体７に比べて長いのは、アッパアーム２の回転による制御ケーブル４３の追随余裕を確保しやすくするためである。

この例から分かるようにケーブルの種類によっては、必ずしも挿通孔を使用しなくてもよい。図１０は、挿通孔３６にトーチケーブル８だけを、他の挿通孔４１に冷却水ホース４０だけを配するということも可能となることを示している。これによって、トーチケーブルや冷却水ホースのための支持部材における挿通孔を広く長く確保することができる。ちなみに、図９においてはコロ軸受３９は前後二箇所に設置されている。

図６の（ｄ）は、挿通孔３６Ａをトーチケーブル８が挿通できる程度に開口した小孔となっている例である。この例の場合、支持部材３５もしくはガイド筒３７が回転軸体に対して遊転自在であれば、挿通孔は長孔でなくてもよいことを教えている。小孔は丸くても角張ったものであっても差し支えない。要するに、アッパアームが回転するなどしてトーチケーブル８に捩れのストレスが作用しようとしたとき、その捩れ力を利用して支持部材３５またはガイド筒３７を追従回転させることができればよい。アッパアーム２とは相対回転することによって、トーチケーブル８に蓄積されるストレスが少なくできることは、先に述べた例と変わりがない。

ところで、前記した支持部材を、回転軸体内で遊転不能としたり、ガイド筒も遊転できないようにしておいてもよい。図１１の例では、ガイド筒４７にフランジ４７ａを形成しておき、ガイド筒４７を含んでボルト２６により回転軸体４８を一体化した構造としている。図６の例えば（ｂ）のようにトーチケーブル８が長孔３６に沿って変位することができるなら、支持部材３５もガイド筒４７も敢えて遊転しなくて差し支えないこともあるとの知見に基づく。

上記したように支持部材やガイド筒を遊転させる必要のない場合には、回転軸体は敢えて円筒状である必要はない。図１２は回転軸体４９が半円弧状をなし、その前端に支持部材５０が一体化されたものとなっている。もしくは、回転軸体自体が支持部材５０の機能を兼ねたディスクであってもよい。上で述べた作用のいずれかが実現されればよい。

なお、前記したガイド筒を使用することなく、図示しないが、長孔もしくは小孔の形成された支持部材を回転軸体内で遊転自在に軸承しておくこともできる。この場合でも、回転アームの回転に対してケーブル等を不感状態におくことができる。従って、ケーブル等に蓄積されるストレスは最小限に止められる。

以上の説明から分かるように、本発明のケーブル等の配設構造を産業用ロボットに適用すれば、そのロボットはアーク溶接ロボットのみならず、スポット溶接ロボットさらにはスプレーガンを備えた塗装ロボット等の他の用途のロボットにおいても、ケーブル等に掛かるストレスを軽減して、耐用期間の長期化を図ることができる。多関節型アーク溶接用６軸マニピュレータの場合、その第四軸および第五軸の間に本発明を適用すれば、関節における曲げ状態の持続や曲げ動作の繰り返しにより上流側のトーチケーブルに及ぶ影響を可及的に排除しておくことができる。これによって、溶接用トーチの動作範囲の拡大と動作速度の増加を実現すると共に、溶接ワイヤの送給性を高めて高品質溶接が達成され、コンジットパイプの耐久性の向上も図られる。

本発明に係るアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造を表したアッパアーム部分の構造図。 ケーブル等を支持する支持部材の拡大斜視図。 本発明が適用される多関節型アーク溶接ロボットの上半部における平面図および正面図。 多関節型アーク溶接ロボットの全体図および溶接用トーチが省いて描かれた前面図。 主としてアッパアームを表したその後面図および平面図。 挿通孔の形状例 トーチケーブルに与えられることになる曲げ形状の比較図。 第四軸以降溶接用トーチまでの部分の動作状態を示す斜視図。 長い回転軸体を有したアッパアームの基部構造図。 異なる例の支持部材の拡大斜視図。 ガイド筒が固定されている場合の構造図。 回転軸体が筒状でない場合のアッパアームの斜視図。

符号の説明

１…多関節型アーク溶接ロボット、２…アッパアーム（回転アーム）、２ａ…長手方向軸線（回転軸線）、４…溶接用トーチ、５…第五軸（揺動軸、揺動関節）、７…第四軸（回転軸体、回転関節）、８，８’…トーチケーブル（一線式パワーケーブル）、９…溶接ワイヤ、１１…シールドガス、１３…導電線、１５…ワイヤ送給装置、１５ａ…ワイヤ送出口、３５…支持部材、３５Ａ…仕切り、３６…挿通孔（長孔）、３６Ａ…挿通孔（小孔）、３７…ガイド筒、３９…コロ軸受、４０…冷却水ホース、４１，４１Ａ，４１Ｂ…他の挿通孔、４３…制御ケーブル、４５…回転軸体、４７…ガイド筒、４８…回転軸体、４９…回転軸体、５０…支持部材。

Claims (9)

1. 揺動軸が先端部に、長手方向軸線回りの回転軸をなす回転軸体が基端部に備えられた回転アームの内部や近隣空間で、各関節の動作に付随して前記基端部から先端部に向けて延びるトーチケーブルの屈曲や捩れの増大を抑制するため、該トーチケーブルを回転アームの長手方向に沿わせるようにしたアーク溶接ロボットのケーブル配設構造において、
   前記回転軸体内には、遊転自在に軸承されて長手方向へ延びるガイド筒が設けられ、
   該ガイド筒の内部には、前記トーチケーブルを支持するための支持部材が一体的に備えられ、
   該支持部材には、回転アームに沿わせるトーチケーブルを通過させる挿通孔が形成され、
   該挿通孔の開口全面が前記回転軸体内において前記回転アームの回転軸線からオフセットした位置にあることを特徴とするアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
2. 前記挿通孔は、前記トーチケーブルの動きを許容するため、回転アームの回転軸線を取り巻くごとく形成された長孔となっていることを特徴とする請求項１に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
3. 前記挿通孔は、前記トーチケーブルが挿通できる程度に開口された小孔であることを特徴とする請求項１に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
4. 前記挿通孔は、揺動軸が水平となるときの回転アームの姿勢における前記支持部材の上部側に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
5. 前記トーチケーブルは、その中心にワイヤ送給装置により送り出される溶接ワイヤが進行する一線式パワーケーブルであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
6. 前記ワイヤ送給装置の溶接ワイヤ送出口は、前記回転アームの回転軸線における延長線の上方空間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
7. 前記支持部材には、前記挿通孔のほかに、開口全面が回転軸体の内部において回転アームの回転軸線からオフセットした位置に他のケーブル等を配装させるための他の挿通孔も形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
8. 前記挿通孔と他の挿通孔とは、前記ガイド筒を放射状に間仕切って生じる空間の開口があてがわれていることを特徴とする請求項７に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。
9. 前記回転軸体は円筒状であり、該回転軸体の外周に他のケーブル等が配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載されたアーク溶接ロボットにおけるケーブル配設構造。