JP4742496B2 - 溶接システム - Google Patents

Description

本発明は溶接ロボットを用いた溶接システムに関し、特に、所定の姿勢で保持された第１のワークと第２のワークとを溶接ロボットを用いて溶接一体化するときの作業者の負担を軽減し、作業工程を低減し、かつシステムとして汎用化することを可能とした、改良された溶接システムに関する。

所定の姿勢で保持された第１のワークと第２のワークを工業用の溶接ロボットを用いて溶接一体化することは、自動車の組み立て工場などで広く採用されている。第１のワークが自動車の床部分のような大型のものであり、第２のワークが床部分に取り付ける小物である場合、通常の溶接システムでは、作業エリア内の台座に床部分（第１のワーク）が支持され、作業者がその所定位置に複数種の小物（第２のワーク）を運び込み、位置決めをする。位置決め後、クランプ専用治具が第１のワークに対してすべての第２のワークを同時にクランプ（固定）し、その状態で溶接ロボットが所定の移動軌跡を取って両者を一体に溶接していく。溶接工程の終了後、クランプ専用治具のクランプは解かれ、溶接後の製品は作業エリアから取り出される。

作業者が手作業により第２のワークの位置決めを行う作業を簡素化するために、第１のワークに対する第２のワークの位置決めと固定（クランプ）とをハンドリングロボット機構を用いて同時に行うようにする技術が特許文献１（特開２００３−１４６２６４号公報）に記載されている。また、溶接ロボットを位置決め手段に兼用するようにしたワークの位置決め方法も特許文献２（特開平１１−９０６４１号公報）に記載されている。いずれの場合も、それを用いることにより、溶接システム全体でのある程度の省力化が期待できる。

また、比較的大形の複数個のワークを溶接するような場合には、台座上に位置決めピンなどを用いて複数個のワークを位置決めしておき、クランプ専用治具で溶接すべき複数の場所近傍のすべてを同時にクランプした状態で、溶接ロボットが所定の軌跡に沿って移動し、所要の溶接を連続的に行うことも行われる。

特開２００３−１４６２６４号公報 特開平１１−９０６４１号公報

上記のように、工業用溶接ロボットを用いたこれまでの溶接システムでは、溶接ロボットが溶接作業を行うに先立って、作業者が作業エリア内の台座にセットされた第１のワークに対して手作業で複数個の第２のワークを運び込み位置決めすること、その後、クランプ専用治具によりすべての第２のワークを第１のワークにクランプ（固定）すること、などの作業を必要としており、作業者の負担は大きい。また、クランプ専用治具は汎用性に欠けており、被溶接物が変わる毎にクランプ専用治具を新たに作り直すことが必要となる。さらに、作業者の安全確保のために、すべてのワークをクランプした後に、溶接ロボットが溶接作業を開始するようになっており、溶接ロボットの稼働時間が制限を受けざるを得ない。

溶接ロボットの溶接作業に付随する諸作業を工業用ロボットが補助できれば、上記のような不都合は容易に解消する。しかし、これまで組み立て工場などで用いられている工業用ロボットを、そのまま溶接システムでの補助ロボットとして使用することはできない。その理由は、これまでの工業用ロボットは極座標型多関節ロボット、すなわち、図１３にその一例を示すように、基部３に第１アーム１が揺動自在に取り付けられ、該第１アーム１の先端に第２アーム２が揺動自在に取り付けられ、その先端に多方向型の手首機構４が備えられる形態の多関節ロボットが主流であり、このような極座標型多関節ロボットは、それ自体が大形であることに加え、関節数が少ないことから、ロボットに近い作動エリアでは第１アーム１と第２アーム２の折れ曲がりによるデッドスペースが大きくなる。そのために、限られた作業スペースである溶接エリア内に、極座標型多関節ロボットを補助的作業を委ねるロボット（例えば、第１のワークに対する第２のワークの位置決め作業やクランプ作業を主目的とする補助ロボット）として配置することは、ロボットの実作業の面からも、作業エリアでのスペース確保の面からも、事実上不可能であったことによる。

特許文献１には位置決めと固定（クランプ）作業とを同時に行うことのできるハンドリングロボット機構が記載されるが、ハンドリングロボット機構そのものを所定の軌跡に沿って移動させる制御ロボットが従来の極座標型多関節ロボットであるとすれば、スペース確保の面での不都合は従来と同様である。また、その構成上、ハンドリングロボット機構は当該組み立て工程での専用治具とならざるを得ず、汎用性に欠けることから、異なった部品同士を組み立てる場合には、その都度、それに合ったハンドリングロボットを作る必要がある。特許文献２に記載のものも同様であり、ここでも、従来の極座標型多関節ロボットを用いていることから、ロボットアームの作業エリアにも制限があると共に、限られたスペースでロボットの実作業をスムースに遂行することはきわめて困難である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、所定の姿勢で保持された第１のワークと第２のワークとを溶接ロボットを用いて溶接一体化するための溶接システムにおいて、溶接ロボットが所期どおりの溶接を行いうる環境を整えるための補助的な作業を効率的にロボットが行うことを可能として作業者の負担を低減すること、被溶接物が変更した場合でも、当該ロボットが効果的にそれに対応できるようにして汎用性のある溶接システムとすること、さらに、溶接ロボットの稼働時間を向上させることを可能とした、新たな溶接システムを提供することを目的とする。

本発明による溶接システムは、第１のワークに複数の第２のワークを溶接する溶接システムにおいて、一台の溶接ロボットと、複数台の補助ロボットと、一台の溶接ロボット及び複数台の補助ロボットが配置される溶接エリアと、溶接エリアの外側に分離されて位置し、作業者によって補助ロボットのワーク保持治具に第２のワークを装着する作業が行われる装着エリアとを有し、各補助ロボットは、溶接エリアで一台の補助ロボットが溶接ロボットの溶接作業を補助している間に、装着エリアで他の補助ロボットに第２のワークが装着され、装着エリアでは、補助ロボットのワーク保持治具に第２のワークを装着する作業を作業者が背筋を伸ばした立ち姿勢で行うことができるように予め設定された位置にワーク保持治具をセットし、溶接エリアでは、ワーク保持治具に装着された第２のワークを第１のワーク上の所定位置に位置決め固定して溶接ロボットの溶接作業を補助することを特徴とする。

本発明の溶接システムにおいて、補助ロボットがワーク保持治具に第２のワークを装着する装着エリアと溶接ロボットの作業エリアとは分離していることが好ましい。その場合、本発明の溶接システムでは、従来のように専用のクランプ装置を必要としないので、補助ロボットが溶接ロボットと協働して第２のワークを第１のワークに溶接する作業の補助を行っているときに、もう一つのワーク保持治具に第２のワークを装着する作業を前記装着エリアで安全に行うことが可能となり、溶接ロボットの実稼働時間を向上させることができる。２台以上の補助ロボットを第２のワークのために使用する場合には、いずれかの一方の補助ロボットに溶接ロボットとの協働作業をさせ、その間に他の補助ロボットのワーク保持治具に第２のワークを装着する作業を装着エリアで行うことにより、同様に、溶接ロボットの実稼働時間を向上させることができる。

本発明の溶接システムでは、溶接ロボットが所期どおりの溶接を行いうる環境を整えるための補助的な作業を補助ロボットによって効率的に行うようにしたので、作業者の負担は大きく低減すると共に安全性も向上する。また、被溶接物が変更した場合でも、補助ロボットが効果的にそれに対応できるので、汎用性のある溶接システムが得られる。さらに、溶接エリア内に作業者が立ち入る回数を少なくできるので、溶接ロボットの稼働時間を向上させて、溶接効率を高めることもできる。

以下、実施の形態により本発明を説明する。最初に、本発明の溶接システムにおいて補助ロボットとして効果的に用いられる斜動多関節ロボットを説明する。図１と図２は、斜動多関節ロボット１０の一実施の形態を示しており、この例において、関節数は６であり、関節アームは７個で構成されている。第１の関節アームＡ１はベースＧに固定されて機台として機能するものであり、駆動源としてのモータＭ１とケーブル類の導入孔１１を備える。モータＭ１はエンコーダとブレーキ装置を内蔵した形式のものであり、回転駆動軸１２を水平方向に向け、その先端にベベルギア１３を取り付けている。

第１の関節アームＡ１には中空の固定軸１４が垂直方向に立設しており、該軸１４に外嵌合するように水平旋回軸（本発明でいう「第１の旋回軸」に相当する）１５が装着されている。水平旋回軸１５の下端にはベベルギア１６が取り付けてあり、モータの回転駆動軸１２に取り付けたベベルギア１３と噛み合っている。なお、ベベルギア１３とベベルギア１６との噛み合いは１つの減速機構を形成している。図２の拡大図によく示すように、第１の関節アームＡ１の上端面には、中空の固定軸１４の軸心線Ｌ１（同時に水平旋回軸１５の軸心線でもある）と同心円上に、ベアリングＢのアウターレースＢ１が固定されている。一方、水平旋回軸１５側にはベアリングＢのインナーレースＢ２が適宜の手段を介して固定されると共に、その上端には、スラストベアリング１７などを介して円筒形状である第２の関節アームＡ２の下端面２１が固定されている。従って、モータＭ１が回転駆動すると、その回転はベベルギア１３およびベベルギア１６を介して水平旋回軸１５に伝えられ、第２の関節アームＡ２は３６０度の範囲で回転する。この水平旋回軸１５の部分は第１関節を構成する。

第２の関節アームＡ２は円筒形であり、上端面はその軸心線（軸心線Ｌ１と一致している）に対して４５度で傾斜した傾斜面２２とそれに続く水平面２３とで形成され、内部に空間２４を有している。なお、水平面２３は第２の関節アームＡ２の高さを低く抑えるためのものであり、高さ制限がない場合には、上端面すべてが傾斜面２２とされていてもよい。

第２の関節アームＡ２の上には、下端面がその軸心線に対して４５度で傾斜した傾斜面３１とされた円筒形の第３の関節アームＡ３が位置している。第２の関節アームＡ２と第３の関節アームＡ３とは、その傾斜面２２と傾斜面３１とが、軸心線Ｌ１に対して４５度で傾斜しかつ軸心線Ｌ１と交差する軸心線Ｌ２を持つ傾斜旋回軸（本発明でいう「第２の旋回軸」に相当する）３２により相対回転可能に連接されている。

すなわち、第２の関節アームＡ２の傾斜面２２には軸心線Ｌ２を中心線とする開口２５が形成され、また、軸心線Ｌ２の同心円上には、上記したベアリングＢと同様のベアリングＢのインナーレースＢ２が固定されている。一方、第３の関節アームＡ３の傾斜面３１には、前記軸心線Ｌ２を中心線とする中空の固定軸３３が傾斜面３１に対して垂直方向に取り付けてあり、該固定軸３３は第２の関節アームＡ２の前記空間２４に達している。固定軸３３に外嵌合するようにして傾斜旋回軸３２が装着されており、その上端（第３の関節アームＡ３側）には歯車３４が取り付けられる。傾斜旋回軸３２の外周部は、第３の関節アームＡ３の傾斜面３１に固定された前記ベアリングＢのアウターレースＢ１と適宜の手段を介して一体化している。

第３の関節アームＡ３内にはモータＭ２が備えられており、モータＭ２の回転駆動軸に取り付けた歯車３５と歯車３４は噛み合っている。従って、モータＭ２が回転駆動すると、その回転は歯車３５および歯車３４を介して傾斜旋回軸３２に伝えられ、それにより、第３の関節アームＡ３は第２の関節アームＡ２に対して相対的に３６０度の範囲で回転することができる。この傾斜旋回軸３２の部分は第２関節を構成する。

第３の関節アームＡ３の上端面は水平面３６となっており、そこには、前記第１の関節アームＡ１の上端面におけると実質的に同じようにして水平旋回軸１５Ａが装着される。すなわち、水平面３６の中心には開口３７が形成されており、その中心線は図示のように斜動多関節ロボット全体が垂直姿勢となったときに、前記軸心線Ｌ１と一致するようにされる。前記開口３７の軸心線を中心線とする中空の固定軸１４Ａが垂直方向に固定され、該固定軸１４Ａに外嵌合するように水平旋回軸１５Ａが装着される。

水平旋回軸１５Ａの下端には歯車１６Ａが取り付けてあり、第３の関節アームＡ３内に装着されたモータＭ３の回転駆動軸に取り付けた歯車（図１、図２には示されない）と噛み合っている。第３の関節アームＡ３の上端水平面３６には、固定軸１４Ａの軸心線と同心円上にベアリングＢのアウターレースＢ１が固定され、水平旋回軸１５Ａの外周部にはベアリングＢのインナーレースＢ２が適宜の手段を介して固定される。そして、水平旋回軸１５Ａの上端には、スラストベアリング１７Ａなどを介して、前記第２の関節アームＡ２と同じ構成の第４の関節アームＡ４が同様にして固定される。従って、モータＭ３が回転駆動すると、その回転はその歯車と歯車１６Ａを介して水平旋回軸１５Ａに伝えられ、第４の関節アームＡ４を第３の旋回アームＡ３に対して相対的に３６０度の範囲で回転させる。この水平旋回軸１５Ａの部分は第３関節を構成する。

第４の旋回アームＡ４の上には、前記第３の旋回アームＡ３と同じ構成の第５の旋回アームＡ５が同様にして配置され、両者を連接する傾斜旋回軸３２Ａの部分は第４関節を構成する。さらに、第５の旋回アームＡ５の上には、再び、前記第２の関節アームＡ２と同じ構成の第６の関節アームＡ６が同様にして配置され、両者を連接する水平旋回軸１５Ｂの部分は第５関節を構成する。そして、第６の関節アームＡ６の上に、前記第３あるいは第５の旋回アームＡ３、Ａ５から、その上端の水平旋回軸１５Ａ，１５Ｂを取り除き平坦面５０とした構成の第７の旋回アームＡ７が同様にして配置され、両者を連接する傾斜旋回軸３２Ｂの部分は第６関節を構成する。第７の旋回アームＡ７の平坦面５０はツールハンド取り付け面とされ、そこに例えばワーク保持治具、クランプ機構、溶接機構などのツールが取り付けられて、６関節からなる斜動多関節ロボット１０とされる。

なお、図１、図２において、Ｃは斜動多関節ロボット１０の操作に必要なケーブや配管、配線類であり、各関節アーム内の空間および各旋回軸に形成した中空部を通して、必要とされる箇所まで案内される。このように構成することにより、関節アームの外側にケーブルや配線類が位置しないこととなり、ケーブル類が斜動多関節ロボット周辺の機器と接触する危険性を回避することができる。もちろん、上記した中空部を利用することなくケーブル類を配設することもできる。その場合には、各旋回軸に形成した中空部が不要となる。

上記の形態では、第３と第５の関節アームＡ３，Ａ５内に、その上下端に配置した水平旋回軸および傾斜旋回軸のための２個の駆動モータ（例えば、Ｍ２とＭ３）を収容し、第２，第４，第６の関節アームＡ２，Ａ４，Ａ６内には駆動モータを収容しないようにしている。そのために、第２，第４，第６の関節アームＡ２，Ａ４，Ａ６の全長を、そこに１個のモータを収容する場合よりも短いものとすることができ、同じ関節数でありながら、個々の関節アームに駆動モータを配置する場合よりも、斜動多関節ロボットの全長を短縮することができる。

図示しないが、各関節アームに１個ずつ駆動モータを備えるようにしてもよい。すなわち、関節アームＡ２にモータＭ１を取り付けて第１の関節（水平旋回軸１５）を操作し、関節アームＡ３にモータＭ２を取り付けて第２の関節（傾斜旋回軸３２）を操作し、以下、同様に関節アームＡ７までそれを繰り返す構成としてもよい。この態様では、すべての関節アームに駆動モータを保持させたので、個々の関節アームの長さは長くなるが、アーム自体の径を細くでき、よりスリムになる利点がある。

図３は、図１、図２に示した斜動多関節ロボット１０の垂直面での動作範囲を説明している。モータＭ２を駆動して第２関節（傾斜旋回軸３２）を１８０度回転させると、垂直姿勢であった斜動多関節ロボットはＰ１あるいはＰ２で示す水平姿勢となる。その姿勢でモータＭ１を駆動すると第１関節（水平旋回軸１５）が回転し、斜動多関節ロボットは水平姿勢を保ったままで３６０度の範囲を回転する。Ｐ１またはＰ２の姿勢で第４関節（傾斜旋回軸３２Ａ）を１８０度回転させると、水平姿勢であった第４関節よりも先の部分はＰ３で示す垂直姿勢となる。その状態で第３関節（水平旋回軸１５Ａ）を回転させると、第４関節よりも先の部分はその垂直面内で３６０度の範囲で移動する。さらに、Ｐ３に示す姿勢で第６関節（傾斜旋回軸３２Ｂ）を１８０度回転させると、垂直姿勢であった第６関節よりも先の部分はＰ４で示す水平姿勢となる。その状態で第５関節部分（水平旋回軸１５Ｂ）を回転させると、第６関節よりも先の部分はその水平面内で３６０度の範囲で移動する。図３での斜動多関節ロボットの先端を結ぶ曲線はその最外縁の移動軌跡を描くものであり、図１に示す形態の斜動多関節ロボットの最大作動範囲を示している。

図４は斜動多関節ロボットの先端部分が垂直姿勢を取るときの作動範囲を示す図であり、各関節の具体的な移動態様の説明は省略するが、図３の場合と同様、斜動多関節ロボットの先端を結ぶ曲線により、図１，図２に示す形態の斜動多関節ロボットでの、上記姿勢での最大作動範囲を把握することができる。

図３、図４を参照して説明したように、上記の斜動多関節ロボット１０は、多くの関節を持ち３次元空間での移動の自由度が大きいことに加え、全体としてスリムな構成であることから、その先端にいろいろなツールを装着して溶接システムでの補助ロボットとして有効に用いることができる。また、溶接ロボット自体としても用いることができる。それにより、汎用化しまた簡素化した改良された溶接システムが構築される。

図５は、本発明での溶接システムで使用するときの斜動多関節ロボット１０の一例を示している。図５ａは、溶接エリアにセットされている大形のワーク（第１のワーク）に対して、小物部品（第２のワーク）を搬送し、位置決めし、固定するための補助ロボットとして使用する場合の例であり、この斜動多関節ロボット１０Ａの先端には、ワーク保持治具６０が交換自在に装着され、該ワーク保持治具６０に対して適宜のクランプ手段によりあるいは磁気的手段により小物部品（第２のワーク）９６が装着される。

図５ｂに示す斜動多関節ロボット１０Ｂは先端にクランプ機構７０が装着されている。この形態の斜動多関節ロボット１０Ｂは、例えば、溶接エリア内の適宜の台座上に位置決めピンなどを用いてセットされている第１のワークと第２のワークとを、溶接ロボットが多数点において溶接するときに、溶接ロボットの移動に追従して移動し、各溶接点の近傍で第１のワークと第２のワークとをクランプして溶接ロボットの溶接作業を確実にするための補助ロボットなどとして、効果的に用いられる。

図５ｃに示す斜動多関節ロボット１０Ｃは先端に溶接機構８０が装着されている。この場合は斜動多関節ロボット１０Ｃは補助ロボットとしてではなく、溶接システムでの溶接ロボットそのものとして用いられる。

図６は、上記の斜動多関節ロボット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを補助ロボットあるいは溶接ロボットそのものとして用いて構築された溶接システムの一例を示している。この例において、溶接システムは、４周囲を柵９０で囲まれた溶接エリア９１と、その外側に位置する小物部品（第２のワーク）装着エリア９２とを有し、溶接エリア９１内に補助ロボットとしての前記斜動多関節ロボット１０Ａが２台（１０Ａ１，１０Ａ２）と、溶接ロボットとしての斜動多関節ロボット１０Ｃが配置されている。なお、溶接ロボットは図１３に示したような従来の極座標型多関節ロボットであっても差し支えない。

溶接エリア９１のほぼ中央には適宜の台座９３の上に第１のワーク９４がセットされており、２台の斜動多関節ロボット１０Ａは、溶接エリア９１内の装着エリア９２よりに配置されている。柵９０の装着エリア９２に面する領域には、溶接エリア９１への入口１００が設けられると共に、その両側には、各斜動多関節ロボット１０Ａ１，１０Ａ２に対応して窓９５Ａ，９５Ｂが設けてある。そして、該窓９５Ａ，９５Ｂの装着エリア９２側には小物部品（第２のワーク）９６のための部品台９７Ａ，９７Ｂが置かれる。なお、図６において、１０Ｄは第２の補助ロボットであり、台座９３に支持されている第１のワーク９４の姿勢や角度を変えるのに用いられる。溶接環境によっては、台座９３を取り除き、第２の補助ロボット１０Ｄのみで第１のワーク９４を支持するようにしてもよい。

図６に示される状態で、一方の斜動多関節ロボット１０Ａ１は、小物部品（第２のワーク）９６を装着エリア９２において装着する工程にあり、他方の斜動多関節ロボット１０Ａ２は、既に装着した小物部品９６を第１のワーク９４上の所定位置に位置決めし固定する工程にある。固定された小物部品９６に対して溶接ロボット１０Ｃが移動して所要の溶接を行う。溶接工程は、作業者Ｐが溶接エリア９１に立ち入ることなく進行するので、高い安全性が確保される。

より具体的にな態様に基づき本発明の溶接システムのメリットを説明する。図７は、先端にワーク保持治具６０を取り付けた斜動多関節ロボット１０Ａを補助ロボットとして使用する場合の例であり、図６で説明した第１のワーク９４として自動車の床部分がセットされている。セットされた床部分９４に５個の小物部品（第２のワーク）９６を溶接すると仮定する。上記のように、２台の斜動多関節ロボット１０Ａ１、１０Ａ２が用いられ、１台の斜動多関節ロボット１０Ａ１の先端には２本の保持脚を持つワーク保持治具６０Ａが装着されて、そこに２つの小物部品９６ａ，９６ｂを取り付けるようにされる。他方の斜動多関節ロボット１０Ａ２の先端には３本の保持脚を持つワーク保持治具６０Ｂが装着され、そこに３つの小物部品９６ｃ，９６ｄ，９６ｅを取り付けるようにされる。

最初に、斜動多関節ロボット１０Ａ１に小物部品９６ａ，９６ｂを取り付け、斜動多関節ロボット１０Ａ１を操作して各小物部品９６ａ，９６ｂの溶接を行うとする。図８ｂに示すように、小物部品９６ａ，９６ｂは小物部品装着エリア９２側である部品台９７Ａにまとめて置かれており、かつ図９ｂに示すように斜動多関節ロボット１０Ａ１を操作してワーク保持治具６０Ａを任意の角度にセットすることができるので、作業者Ｐの歩行距離は少なく、また背筋を伸ばした立ち姿勢で小物部品９６ａ，９６ｂのワーク保持治具６０Ａへの装着が可能となる。それにより、作業者Ｐの負担は大きく低減する。また、前記のように、作業者Ｐが溶接エリア９１に入り込む必要もなく、安全性も確保される。

部品装着後、斜動多関節ロボット１０Ａ１を操作して床部分９４の所定位置に１つの小物部品９６ａを位置決めし、かつその位置にしっかりと固定する。この固定は斜動多関節ロボット１０Ａ１を制御することにより確実に行うことができる。その状態で、溶接ロボット１０Ｃを操作して第１の小物部品９６ａを床部分９４に溶接する。再び斜動多関節ロボット１０Ａ１を操作し、２つ目の小物部品９６ｂを床部分９４の所定位置に位置決めし、しっかりと固定して、溶接ロボット１０Ｃによる溶接を行う。

上記の溶接工程の間に、他方の斜動多関節ロボット１０Ａ２の先端に取り付けたワーク保持治具６０Ｂに対して３つの小物部品９６ｃ，９６ｄ，９６ｅの装着を行う。斜動多関節ロボット１０Ａ１の場合と同様、小物部品９６ｃ，９６ｄ，９６ｅは小物部品装着エリア９７Ｂにまとめて置かれており、作業者Ｐは小物部品装着エリア９２内を部品台９７Ａから部品台９７Ｂへ移動するのみで、所要の装着作業を終えることができる。作業者の負担が小さいこと、安全性も確保されることは、斜動多関節ロボット１０Ａ１へ小物部品９６ａ，９６ｂを装着する場合と同様である。

上記斜動多関節ロボット１０Ａ２に対する小物部品９６ｃ，９６ｄ，９６ｅの装着（セット）作業は、もう一つの斜動多関節ロボット１０Ａ１が溶接エリア９１内で溶接ロボット１０Ｃと協働して作動している間に行われており、一方の斜動多関節ロボット１０Ａ１が溶接ロボット１０Ｃとの協働作業を終了すると同時に、他方の斜動多関節ロボット１０Ａ２を溶接エリア９１内での溶接補助作業に参加させることができる。そのために、図１０のサイクル線図において円Ｑに示されるように、溶接ロボット１０Ｃの実稼働時間を長くすることができ、溶接作業効率は大きく改善される。

ちなみに、図８ａは従来の溶接システムでの作業形態を示している。従来は、図８ａに示すように、作業者が５つの小物部品９６を、溶接エリア９１内にセットされた床部分９４の所定位置まで１つ１つ運び込んで位置決めしていたために、必要な歩行距離は長くなり、かつすべての小物部品を固定するまで、溶接ロボットを稼働することができなかった。また、すべての小物部品を同時にクランプすることのできるクランプ専用治具（図示されない）も必要とした。さらに、溶接ロボットの操作性を考慮して床部分９４は水平姿勢に保持されているのが普通であり、そのために、作業者は小物部品を位置決めするのに、図９ａに示すように、腰を折り曲げた姿勢を取らざるを得ず、作業者にとって大きな負担となっていた。このような不都合は、本発明による溶接システムによってすべて解消されることは、上記のとおりである。

なお、上記では、２台の斜動多関節ロボット１０Ａ１、１０Ａ２を補助ロボットとして用い、各補助ロボットの先端には異なった形態のワーク保持治具６０Ａ，６０Ｂを取り付けるようにしたが、これは本発明による溶接システムの１つの例であって、他に多くの変形例が存在する。例えば、小物部品（第２のワーク）の数が少ない場合には、１台の斜動多関節ロボット１０Ａを補助ロボットとして用いるだけで、十分に所期の目的を達成することができる。また、異なった形態の２種以上のワーク保持治具（例えば、ワーク保持治具６０Ａ，６０Ｂ）を１台の斜動多関節ロボット１０Ａの先端に選択的に取り付けるようにしてもよく、それにより多くの種類の小物部品を１台の斜動多関節ロボット１０Ａでもって床部分（第１のワーク）９４に溶接することができる。後者の場合でも、溶接ロボットの稼働時間を長くできることは容易に理解されよう。

本発明の溶接システムのさらに他の態様は、図５に１０Ｂとして示すクランプ機構７０を先端に備えた斜動多関節ロボット１０Ｂを補助ロボットとして使用する態様である。図１１に示すように、第１のワーク９４と第２のワーク９６Ａ，９６Ｂとが共に比較的大形のものである場合、溶接エリア９１内の適宜の台座（不図示）上に第１のワーク９４と第２のワーク９６Ａ，９６Ｂとが位置決めピンなどを用いてセットされ、それが多数のクランプ７５を持つ専用のクランプ治具７６で一体にクランプされ、そのクランプ点近傍を溶接ロボットが溶接することが行われる。このようなクランプ専用治具７６は、被溶接物の形状が変わることに新たに調製し直す必要があり、実際の溶接現場あるいは組み立て現場で大きな負担となっている。

本発明の溶接システムでは、従来のクランプ専用治具７６に変えて、上記したクランプ機構７０を先端に備えた斜動多関節ロボット１０Ｂを用いる。すなわち、図１２に示すように、溶接すべき第１のワーク９４と第２のワーク９６Ａ，９６Ｂは従来と同様に溶接エリア９１内の適宜の台座（不図示）上に位置決めピンなどを用いてセットされている。その周囲に、斜動多関節ロボット１０Ｂと溶接ロボット１０Ｃとが配置され、点Ｗ１を溶接するに当たっては、斜動多関節ロボット１０Ｂを操作（軌跡１）してその先端のクランプ機構７０で溶接点Ｗ１の近傍をクランプする（他の溶接点Ｗ２〜Ｗ６近傍はクランプすることなく放置しておく）。その状態で溶接ロボットを操作（軌跡１）し、点Ｗ１を溶接する。

次に、斜動多関節ロボット１０Ｂと溶接ロボット１０Ｃを共に操作（軌跡２）して、第２の溶接点Ｗ２近傍まで移動する。その位置で斜動多関節ロボット１０Ｂのクランプ機構７０で溶接点Ｗ２の近傍をクランプし、溶接ロボット１０Ｃで点Ｗ２を溶接する。以下、すべての溶接点について、同様な操作を行う。このような溶接態様も、斜動多関節ロボット１０が、広い作動エリアを持ちながらデッドスペースを小さくすることができ、また、全体をスリムなものとして構成できることから、容易に実現することができる。溶接すべき第１のワーク９４と第２のワーク９６と形状や大きさが変更する場合でも、それに追従するように斜動多関節ロボット１０Ｂの制御プログラムを変更するのみで対処可能であり、多車種への生産対応が容易であると共に、その都度クランプ専用治具を調製する必要がないことから、大幅なコストの低減にもつながる。

なお、本発明の溶接システムで補助ロボットとして用いるための、図１および図２で示した斜動多関節ロボットは、１つの好ましい形態であって、他に多くの形態を取ることができる。例えば、関節数が６のものとして説明したが、それ以上であってもよく、それ以下であってもよい。溶接現場の要求に応じて、適宜選択すればよい。また、水平旋回軸と傾斜旋回軸とを交互に配置したものを示したが、傾斜旋回軸を２個以上連続して配置することもできる。なお、その場合には、傾斜旋回軸の傾斜角度は基準となる垂直軸に対して４５度よりも小さい角度であることが望ましい。図１、図２に示した形態のロボットにおいても、傾斜旋回軸の傾斜角度を基準となる垂直軸に対して４５度以外の角度としてもよい。減速機構も歯車減速機構に限らず、他の減速機構を用いることもできる。歯車減速機構と併用することもできる。

本発明の溶接システムにおいて補助ロボットとして効果的に用いられる斜動多関節ロボットの一実施の形態を示す全体図。 図１に示す斜動多関節ロボットの一部を拡大して示す断面図。 図１に示す斜動多関節ロボットの作動範囲を説明する図。 図１に示す斜動多関節ロボットの作動範囲を説明する他の図。 本発明の溶接システムで使用するときの斜動多関節ロボットの具体的な態様を説明する図であり、図５ａは先端にワーク保持治具を交換自在に装着した態様、図５ｂは先端にクランプ機構を装着した態様、図５ｃは先端に溶接機構を装着した態様を示す。 本発明による溶接システムの一例を示す概略図。 先端にワーク保持治具を取り付けた斜動多関節ロボットを補助ロボットとして使用して溶接する場合を説明する図。 従来の溶接システムでの作業態様（図８ａ）と本発明による溶接システムでの作業態様（図８ｂ）とを比較して説明する図。 従来の溶接システムでの作業者の姿勢（９ａ）と本発明による溶接システムでの作業者の姿勢（図９ｂ）とを比較して説明する図。 従来の溶接システムでのロボットの稼働時間と本発明による溶接システムでのロボットの稼働時間とを比較して説明するサイクル線図。 従来の溶接システムの他の態様を説明する概略図。 本発明による溶接システムの他の態様を説明する概略図。 従来の工業用ロボットを説明する図。

符号の説明

１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ…斜動多関節ロボット、Ａ１〜Ａ７…関節アーム、Ｍ…駆動モータ、Ｃ…ケーブル類、１５、１５Ａ、１５Ｂ…水平旋回軸（第１の旋回軸）、３２、３２Ａ、３２Ｂ…傾斜旋回軸（第２の旋回軸）、６０…ワーク保持治具、７０…クランプ機構、８０…溶接機構、９０…柵、９１…溶接エリア、９２…第２のワークの装着エリア、９３…台座、９４…第１のワーク（床部材）、９５…窓、９６ａ〜９６ｅ…小物部品（第２のワーク）、９６Ａ，９６Ｂ…比較的大型の第２のワーク、９７…部品台、Ｐ…作業者

Claims (2)

1. 第１のワークに複数の第２のワークを溶接する溶接システムにおいて、
   一台の溶接ロボットと、
   複数台の補助ロボットと、
   前記一台の溶接ロボット及び複数台の補助ロボットが配置される溶接エリアと、
   該溶接エリアの外側に分離されて位置し、作業者によって前記補助ロボットのワーク保持治具に前記第２のワークを装着する作業が行われる装着エリアと、を有し、
   前記溶接エリアは、該溶接エリアの周囲を柵で囲まれ、該柵の前記装着エリアに面する領域には前記溶接エリアと前記装着エリアとの間を連通させる窓が前記各補助ロボットに対応してそれぞれ設けられ、
   該各窓の装着エリア側には、前記各補助ロボットのワーク保持治具に装着される前記第２のワークの種類に応じて、該第２のワークが種類別に載せられる部品台がそれぞれ配置され、
   前記各補助ロボットは、
   前記溶接エリアで一台の補助ロボットが前記溶接ロボットの溶接作業を補助している間に、前記装着エリアで他の補助ロボットに前記第２のワークが装着され、
   前記補助ロボットのワーク保持治具に前記第２のワークを装着する作業を作業者が前記装着エリアで行うことができるように前記溶接エリアから前記窓を通して前記装着エリアの予め設定された位置に予め設定された角度及び制御姿勢で前記ワーク保持治具をセットし、
   前記溶接エリアでは、前記ワーク保持治具に保持された前記第２のワークを前記第１のワーク上の所定位置に位置決め固定して前記溶接ロボットの溶接作業を補助することを特徴とする溶接システム。
2. 前記一台の補助ロボットが前記溶接ロボットとの協働作業を終了すると同時に、他の補助ロボットを溶接エリア内での溶接補助作業に参加させることを特徴とする請求項１に記載の溶接システム。

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