JP4633450B2

JP4633450B2 - 追従装置

Info

Publication number: JP4633450B2
Application number: JP2004352298A
Authority: JP
Inventors: 郁夫坂谷; 毅淺田; 忠義前田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-12-06
Also published as: JP2006159230A

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

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。
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。
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。