JP4633450B2 - 追従装置 - Google Patents

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Description

この発明は、追従装置に関するものである。
溶接作業を行う場合、一般には産業用ロボットのアームの先端にトーチを装着し、この産業用ロボットのアームの揺動させることによって、トーチを溶接線に沿って移動させることになる。この際、トーチに溶接用電流を供給するために、トーチに溶接ケーブルを接続する。また、溶接中は、ロボットのアームを揺動させることになるので、この揺動に伴って溶接ケーブルも揺動する必要がある。そのため、従来から溶接ケーブルを支持するための溶接ケーブル吊り装置があり、この種の装置として、溶接トーチのコンジットケーブル支持装置がある(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来の一般的な溶接ケーブル吊り装置は、図5に示すように、支持アーム51と、この支持アーム51の先端から垂下されるコイルスプリングからなる弾性部材52とを備え、弾性部材52に溶接ケーブル53が吊り下げられている。すなわち、支持アーム51は、基端側の上下方向に延びる第1部51aと、この第1部51aの先端から水平方向に延びる第2部51bと、第2部51bの先端から垂下される第3部51cとを有し、第1部51aがロボット54の本体部55に設けられた支持部56に支持されている。そして、第3部51cの端部から弾性部材52が垂下され、この弾性部材52の先端(下端)が溶接ケーブル53に締結されている。
ところで、ロボット54のアーム50は本体部55から突設される。すなわち、アーム50は、本体部55側の回転軸57から突設される第1アーム58と、この第1アーム58に第1軸59を介して揺動自在に連結される第2アーム60と、この第2アーム60に第2軸61を介して揺動自在に連結される第3アーム62と、この第3アーム62に連結される先端ツール取付部64とを備える。
また、ロボット54の本体部55には溶接ワイヤ供給機65が設けられ、この溶接ワイヤ供給機65を介して溶接ケーブル53がアーム50に沿って配置され、アーム50の先端のトーチ66に達している。そして、上記弾性部材52の先端(下端)が溶接ケーブル53の先端側において締結されている。
特開平8−174223号公報
しかしながら、ロボット54のアーム50は、第1アーム58と第2アーム60と第3アーム62と先端ツール取付部64とを有するものであり、複雑かつ大きく揺動するので、上記のような溶接ケーブル吊り装置では、このような揺動に対応することができず、アーム50の揺動に支障を来したり、または溶接ケーブル吊り装置が損傷したりするおれがあった。
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロボットのアームの揺動に溶接ケーブルが追従するように溶接ケーブルを支持することができる追従装置を提供することにある。
そこで請求項1の追従装置は、ロボット本体部に設けたロボット回転軸にアームを介して連結されるトーチ取付部にトーチを取付けた産業用ロボットに付設されるものであって、支持アームと、この支持アームの先端側から垂下されて溶接ケーブルを吊り下げ支持する弾性部材とを有するケーブル支持体を備え、ケーブル支持体をロボットアームの揺動に従って移動させる追従装置であり
上記ケーブル支持体をロボット回転軸の回転方向へ回転移動させるよう制御する制御部を設け、この制御部は、ロボット回転軸が現時点の停止位置から次の停止位置まで回転した場合において、この回転角度が所定角度以上であるときに上記ケーブル支持体をロボット回転軸の回転方向に回転させることを特徴としている。
請求項2の追従装置は、上記ケーブル支持体の回転を、ロボット本体部に配置された一対のシリンダの伸縮によって行い、上記一方の第1シリンダのピストンロッドが縮むと共に、他方の第2シリンダのピストンロッドが伸びることにより、上記ケーブル支持体の基端部が正回転し、第1シリンダのピストンロッドが伸びると共に、第2シリンダのピストンロッドが縮むことにより、上記ケーブル支持体の基端部が逆回転することを特徴としている。
請求項3の追従装置は、第1シリンダのヘッド部と第2シリンダのヘッド部とを接続状態として上記ケーブル支持体への衝撃を緩和するエアクッション状態とすることを特徴としている。
請求項1の追従装置によれば、ケーブル支持体をロボットアームの揺動に追従することができる。さらに、溶接ケーブルがケーブル支持体の弾性部材に支持されているので、ロボットアームが上下方向に揺動しても、この揺動に溶接ケーブルを追従させることができる。これにより、回転と上下方向の移動とが組み合わされた複雑なロボットアームの揺動に対しても溶接ケーブルは追従することができる。このため、ロボットアームの揺動に対して溶接ケーブルが干渉せず、ロボットアームは滑らかに揺動することができ、高精度の溶接作業を行うことができる。また、ロボット回転軸の移動角度の方向へ移動し、かつその移動は現時点の停止位置から次の停止位置までにロボット回転軸が所定角度以上移動した場合に有効となるので、ロボットアームの揺動に対する揺動が安定すると共に、効率良く追従することができる。
請求項2の追従装置によれば、第1シリンダのピストンロッドが縮むと共に、第2シリンダのピストンロッドが伸びることにより、上記ケーブル支持体の基端部が正回転し、第1シリンダのピストンロッドが伸びる共に、第2シリンダのピストンロッドが縮むことにより、上記ケーブル支持体の基端部が逆回転するので、ケーブル支持体を確実に正回転又は逆回転させることができ、アーム揺動に対する追従性が向上する。
請求項3の追従装置によれば、第1シリンダのヘッド部と第2シリンダのヘッド部とを接続状態としてエアクッション状態となので、ケーブル支持体への衝撃衝撃を緩和することができ、装置の耐久性の向上や溶接作業性の向上を図ることができる。
次に、この発明の追従装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1はこの追従装置を使用した溶接ケーブル吊り装置の簡略図を示す。この溶接ケーブル吊り装置は、溶接ケーブル1を吊り下げて支持するケーブル支持体2を備える。このケーブル支持体2は産業用ロボット3に付設される。産業用ロボット3は、ロボット本体部4と、このロボット本体部4から突設されるロボットアーム5(以下、アーム5と呼ぶ場合がある)とを備える。アーム5は、本体部4側のロボット回転軸6(以下、回転軸6と呼ぶ場合がある)から突設される第1アーム7と、この第1アーム7に第1軸8を介して揺動自在に連結される第2アーム9と、この第2アーム9に第2軸10を介して揺動自在に連結される第3アーム11と、この第3アーム11に連結される先端ツール取付部12とを備える。そして、この先端ツール取付部12にトーチ14が取付られている。また、このトーチ14に上記溶接ケーブル1が接続されている。
上記ケーブル支持体2は、支持アーム16と、この支持アーム16の先端から垂下されるコイルスプリングからなる弾性部材17とを備え、弾性部材17に溶接ケーブル1が吊り下げられている。すなわち、支持アーム16は、基端側の上下方向に延びる第1部16aと、この第1部16aの先端から水平方向に延びる第2部16bと、第2部16bの先端から垂下される第3部16cとを有する。そして、第1部16aの基端部がロボット3の本体部4に設けられた支持部15に支持されている。そして、第3部16cの端部から弾性部材17が垂下され、この弾性部材17の先端(下端)が溶接ケーブル1に締結されている。
そして、追従装置18は、ケーブル支持体2の基端部41を正回転させたり、逆回転させたりしてロボット3のアーム5の揺動にケーブル支持体2を追従させるものである。この追従装置18は第1シリンダ19と第2シリンダ20とを備え、第1シリンダ19のピストンロッド19aと第2シリンダ20のピストンロッド20aとが線条体21にて連結されている。また、ケーブル支持体2の第1部16aには回転ローラ22が付設され、この回転ローラ22に線条体21が巻回されている。この際、回転ローラ22には固定片23が設けられ、固定片23に線条体21の長手方向中間部位が固定されている。この場合、回転ローラ22がケーブル支持体2の基端部41を構成することになる。
具体的には、追従装置18は図2に示す回路を構成している。すなわち、この回路は切換弁25を有し、この切換弁25と第1シリンダ19とが第1回路26を介して接続され、切換弁25と第2シリンダ20とが第2回路27を介して接続されている。第1回路26は、チェック弁28を有する流路29と、このチェック弁28をバイパスするバイパス流路30とを有し、このバイパス流路30には絞り31が介設されている。また、第2回路27は、チェック弁32を有する流路33と、このチェック弁32をバイパスするバイパス流路34とを有し、バイパス流路34には絞り35が介設されている。
このため、図3に示すように、切換弁25を(イ)の状態とすれば、第1回路26を介して、第1シリンダ19のヘッド部36に流体(例えば、エア)が供給される。この際、第1シリンダ19のピストンロッド19aが矢印のように縮んで第2シリンダ20のピストンロッド20aが伸びる。また、第1シリンダ19のボトム38の流体が通路39を介して第2シリンダ20のボトム40に供給されると共に、第2シリンダ20のヘッド部37から流体が抜ける。これによって、回転ローラ22が矢印Aのように正回動する。また、図4に示すように、切換弁25を(ハ)の状態とすれば、第2回路27を介して、第2シリンダ20のヘッド部37に流体(エア)が供給される。この際、第2シリンダ20のピストンロッド20aが矢印のように縮んで第1シリンダ19のピストンロッド19aが伸びる。また、第2シリンダ20のボトム40の流体が通路39を介して第1シリンダ19のボトム38に供給されると共に、第1シリンダ19のヘッド部36から流体が抜ける。これによって、回転ローラ22が矢印Bのように逆回動する。
そして、図2に示すように、切換弁25を(ロ)の状態とすれば、第1シリンダ19のヘッド部36及び第2シリンダ20のヘッド部37に流体が供給される状態となる。この状態では、ケーブル支持体2に対して衝撃を緩和するエアクッション状態となる。このように、追従装置18は、正回転状態と、逆回転状態と、エアクッション状態との切換えが可能となっている。また、図1に示すように、切換弁25には角度設定部43を備えた制御部42が接続されている。
上記のように構成すれば、例えば、アーム5が回転軸6の軸心廻りに矢印A方向に回転する場合、この回転にともなって、回転ローラ22を矢印A方向に回転させれば、ケーブル支持体2はその基端部41が矢印A方向に回転する。このため、このケーブル支持体2にて支持されている溶接ケーブル1をこのアーム5の揺動に追従させることができる。また、アーム5が回転軸6の軸心廻りに矢印B方向に回転する場合、この回転にともなって、回転ローラ22を矢印B方向に回転させれば、ケーブル支持体2はその基端部41が矢印B方向に回転する。このため、このケーブル支持体2にて支持されている溶接ケーブル1をこのアーム5の揺動に追従させることができる。さらに、溶接ケーブル1がケーブル支持体2の弾性部材17に支持されているので、アーム5が上下方向に揺動しても、この揺動に溶接ケーブル1を追従させることができる。
すなわち、このケーブル支持体2は、回転と上下方向の移動とが組み合わされた複雑なアーム5の揺動に対しても追従することができるので、溶接ケーブル1はこのアーム5の複雑な揺動に追従することができる。これによって、アーム5の揺動に対して溶接ケーブル1が干渉せず、アーム5は滑らかに揺動することができ、高精度の溶接作業を行うことができる。ところで、追従装置18の切換えはロボット制御手段からの信号に基づいて行うことになり、しかも、追従させる際には、そのアーム5の回転角度に対応するようにすることができる。この場合、追従装置18の切換えは、回転軸6の旋回角度の信号が図示しないコントローラから切換装置に送信され回転軸6の旋回角度とケーブル支持体2がほぼ同じ角度になるように第1シリンダ19と第2シリンダ20とを制御することになる。このため、アーム5がある角度だけ正回転すれば、ケーブル支持体2もこのある角度だけ正回転し、また、アーム5がある角度だけ逆回転すれば、ケーブル支持体2もこのある角度だけ逆回転して、アーム5の正回転及び逆回転にケーブル支持体2は確実に追従することができる。なお、ケーブル支持体2の支持アーム16が揺動しない状態であっても、弾性部材17にて多少の横方向の揺動に対して追従させることができる。また、溶接時等において、エアクッション状態とすれば、衝撃を緩和することができ、装置の耐久性の向上や溶接作業性の向上を図ることができる。
また、第1シリンダ19のピストンロッド19aが縮むと共に、第2シリンダ20のピストンロッド20aが伸びることにより、上記ケーブル支持体2の基端部41が正回転し、第1シリンダ19のピストンロッド19aが伸びると共に、第2シリンダ20のピストンロッド20aが縮むことにより、上記ケーブル支持体2の基端部41が逆回転するので、ケーブル支持体2を確実に正回転又は逆回転させることができ、アーム揺動に対する追従性が向上する。
ところで、上記追従装置18では、図1に示すように、切換弁25には角度設定部43を備えた制御部42が接続されているので、図示しないロボットコントローラからの回転軸6の変位信号を切換弁25の制御部42へ送ることになる。この場合、制御部42は角度設定部43にて所定角度の角度設定を任意に選定可能で、選定した所定角度以上の場合のみ切換弁に信号を送り切換弁25を切換える。
図5は現在のロボットの停止位置Nから、次のポイントN+1に移動する際のステップについて示したものである。現在停止位置Nのロボット回転軸6の角度を検出し(ステップS1)、次にステップS2へ移行して、次のポイントN+1へ移動するとき、ロボット回転軸6が回転するか否かを判断する。そして、回転する場合にはステップS3へ移行し、回転しなければ、ステップS5へ移行する。ステップS3では、ロボット回転軸6が所定角以上に回転する場合にはステップS4へ移行し、ロボット回転軸6の回転が所定角未満であれば、ステップS5へ移行する。ステップS4では、シリンダ伸縮により追従装置18が移動し、ステップS5では、シリンダ伸縮せず追従装置18が移動しない。そして、ステップS4及びステップS5からはステップS6へ移行する。このステップS6では、ロボットの停止位置がN+1に移る。その後は、ステップS7へ移行して、次のロボット回転軸6の移動があるか否かを判断する。次の移動がなければそこでプログラムは終了しロボットは停止する。そして、次のロボットの移動がある場合のステップS8では、ロボットの停止位置N+1を現在のロボットの停止位置Nにして、ステップS2へ戻り、次のポイントN+1に移動する際のステップを繰返す。
このため、上記追従装置18は、ロボット本体部4の上部に設置された一対のシリンダ19、20の伸縮によって、ロボット回転軸6の移動角度の方向へ移動し、かつその移動は現時点の停止位置から次の停止位置までにロボット回転軸6が所定角度以上移動した場合に有効となることになる。従って、ロボットアーム5の揺動に対する揺動が安定すると共に、効率良く追従することができる。
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、追従装置18として、一対のシリンダ19、20にて構成することなく、他の種々の往復動機構(例えば、ねじ杆とこのねじ杆に螺合するナット部材等からなる)によって構成することができる。また、ケーブル支持体2の弾性部材17として、コイルスプリング以外のゴム等の各種の弾性材および巻取り装置(スリングバランサ)にても構成することができる。さらに、制御部42にて設定される所定角度は、ロボットアーム6の揺動範囲等の応じて任意に変更することができる。
この発明の追従装置の実施形態を示す簡略斜視図である。 上記追従装置の簡略図である。 上記追従装置の正回転時の簡略図である。 上記追従装置の逆回転時の簡略図である。 ロボットのポイント移動時の、ロボット回転軸の変化と、追従装置の移動のフローチャートである。 従来の溶接ケーブル吊り装置の簡略斜視図である。
符号の説明
1・・溶接ケーブル、2・・ケーブル支持体、4・・ロボット本体部、5・・ロボットアーム、16・・支持アーム、17・・弾性部材、19・・第1シリンダ、19a・・ピストンロッド、20・・第2シリンダ、20a・・ピストンロッド、36、37・・ヘッド部、41・・基端部

Claims (3)

  1. ロボット本体部に設けたロボット回転軸にアームを介して連結されるトーチ取付部にトーチを取付けた産業用ロボットに付設されるものであって、支持アームと、この支持アームの先端側から垂下されて溶接ケーブルを吊り下げ支持する弾性部材とを有するケーブル支持体を備え、ケーブル支持体をロボットアームの揺動に従って移動させる追従装置であり
    上記ケーブル支持体をロボット回転軸の回転方向へ回転移動させるよう制御する制御部を設け、この制御部は、ロボット回転軸が現時点の停止位置から次の停止位置まで回転した場合において、この回転角度が所定角度以上であるときに上記ケーブル支持体をロボット回転軸の回転方向に回転させることを特徴とする追従装置。
  2. 上記ケーブル支持体の回転を、ロボット本体部に配置された一対のシリンダの伸縮によって行い、上記一方の第1シリンダのピストンロッドが縮むと共に、他方の第2シリンダのピストンロッドが伸びることにより、上記ケーブル支持体の基端部が正回転し、第1シリンダのピストンロッドが伸びると共に、第2シリンダのピストンロッドが縮むことにより、上記ケーブル支持体の基端部が逆回転することを特徴とする請求項1の追従装置。
  3. 第1シリンダのヘッド部と第2シリンダのヘッド部とを接続状態として上記ケーブル支持体への衝撃を緩和するエアクッション状態とすることを特徴とする請求項1又は請求項2の追従装置。
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