JP5145901B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、７関節ロボットを使用してスポット溶接やハンドリングを行うロボットシステムに関する。

従来のスポット溶接ロボット装置では、スポットガンをロボットの手首部に備えたロボットとスポットガンの電極を研磨する電極研削機から構成されたものが開示されている（例えば、特許文献１）。図４を用いて従来のスポット溶接ロボット装置について説明する。制御装置１に接続された電極研削機２が、溶接ロボット３のアーム４の先端に取付けられた溶接ガン５の溶接電極６を研削する。
電極研削装置２は溶接ロボット３とは分離された状態で、スタンド状の固定台上に設置されている。溶接ロボット３は６関節を有する。ロボットにはモータを駆動または制御する動力用ケーブル及び信号ケーブル１０が制御装置１からロボットまで配設されている。同様に電極研削装置を駆動または制御する動力用ケーブル及び信号ケーブル１１も制御装置１から電極研削装置まで配設されていた。
溶接ロボット３は、ライン上を流れてくる自動車の車体等の被加工物の所定箇所にスポット溶接を施す。
電極研削機２は、周知の電極チップカッタであり、制御装置１からの指令に応じて、溶接ガン５に取付けられた溶接電極６を研削する。制御装置１は、溶接ロボット３を制御して、所定の溶接作業を行わせる従来の溶接ロボット制御装置としての機能に加えて、溶接電極６の損耗を推定し、この推定値に基づいて電極研削機２を制御し、溶接電極６を適切に研削するための機能も備える。
また、従来のハンドリングロボットとしては、治具を持ち替えながら作業するロボットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。ハンドリングロボットは、該当する車種の部品セット治具を前記部品セット治具収納ラックの中から選択して持ち替えた上で、その選択した部品セット治具で前記部品搬送台車上のリアパネルをクランプして部品セット治具ごと前記部品セット治具位置決め装置に位置決めする機能を有し、前記ハンドリングロボットのロボットアームの先端の手首部には部品セット治具を持ち替えるためのツールチェンジャが設けられている。
特開平８−１６８８８８号公報 特許２５６１５６６号公報

従来、電極研削装置や治具置き台はロボットと分離された状態である場合、生産ラインを立ち上げ時に、電極研削装置や治具置き台とロボットの供給業者は異なっているために、電極研削装置や治具置き台はロボットの近傍に設置されるにも関わらず、動力、信号供給ケーブルや固定台など分離された状態で供給されていた。従って、個別にケーブルの敷設、固定台の設置が必要であり、立ち上げ時間や管理工数の増大が問題となっており、生産ラインの稼動までの時間を短縮したいという要望があった。
また、生産ラインが短い方が、工場自体の増大を防ぎ、空調設備等の設備投資を抑制するために、ロボットシステムのフットプリントを小さくするとともに、ロボットを極力接近させて配置したいという要望がある。
また、生産数が多くなるに従って、ロボットの作業に関係のないエアーカットの時間を短縮して作業効率を上げたいといった要望もある。
しかしながら、従来のスポット溶接ロボット装置やハンドリングロボット装置では、電極研削装置と溶接ロボットが分離して構成されていたために、生産ラインの稼動までの時間を短縮できないという問題が生じていた。また、電極研削装置や治具置き台はロボットと分離された状態で、スタンド状の固定台上に設置されているため、生産設備を設計するにあたって、予めロボットの動作に支障をきたさない位置に配置する必要があるため、設備検討に時間がかかる問題も生じていた。この問題を解決するために、ロボットシミュレータを使って、事前にロボットの干渉チェックや動作チェックを行うことができるが、実機での確認作業を行う必要はあり、再度調整を行う必要があった。
また、電極研削装置設置や治具置き台の位置は作業に支障をきたさないように、作業時のロボット動作エリア外に設置するため、スポット溶接のチップ研磨作業時や治具交換作業時にはロボットは作業エリア外まで移動する必要があり、生産に寄与しない無駄な動作時間を必要といった問題も生じていた。
また、作業エリア外に電極研削装置設備エリアや治具置き台エリアが必要となり、設置面積の増加を招くといった問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数台のロボットを接近配置でき、生産に寄与しない無駄な動作時間を最小にするロボットシステムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、基部に回転支持された旋回部、該旋回部に一端が水平軸周りに回転支持された下腕部、前記下腕部の他方端に一端が回転支持された肘部、前記肘部の他方端に一端が回転支持された上腕部、前記上腕部の他方端に手首部を備え、溶接を行うための器具が、溶接対象の反対側に相当するロボット背面側の前記旋回部に備えられたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記溶接を行うための器具が、スポット溶接を行うために電極研削装置、スポット溶接ガンの取り替え可能とするツールチェンジャ、または仮置き台の少なくともいずれか１つであるものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記電極研削装置の制御用ケーブルを、前記ロボット制御用ケーブルと一体に配設したものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記電極研削装置の制御用ケーブル及び動力用線状体が、前記ロボット内部に配設されているものである。

本発明によると、７関節ロボットを使用してスポット溶接を行う場合に、電極研削装置を省スペースでロボット一体に配置できるので、電極研削装置の設置検討が不要になり設備検討時間が短縮できる。また、ロボットの近傍に電極研削装置が設置できるので、電極研削装置までのロボットの移動時間を短縮できる。
また、７関節ロボットのデッドスペースに電極研削装置を配置できるので、電極研削装置面積を削減することができる。
また、７関節ロボットと電極研削装置の信号及びパワーケーブルをロボットの配線に取り込むことができるので、ユーザでの立ち上げ時の立ち上げ時間や管理工数の削減が可能になる。
また、ガン置き台を省スペースでロボット一体に配置できるので、ガン置き台の設置検討が不要になり設備検討時間が短縮できる。また、ロボットの近傍にガン置き台が設置できるので、ガン置き台までのロボットの移動時間を短縮できる。
また、仮置き台を省スペースでロボット一体に配置できるので、仮置き台の設置検討が不要になり設備検討時間が短縮できる。また、ロボットの近傍に仮置き台が設置できるので、仮置き台までのロボットの移動時間を短縮できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のスポット溶接装置の斜視図である。図１において、３は７関節溶接ロボットであって、固定ベース４に固定されている。Ｃ１は旋回部であり第１のアーム体であり、Ｊ１軸周りに回転する。Ｃ２は下腕であり第２のアーム体であり、Ｊ２軸周りに回転する。Ｃ３は肘部であり第３のアーム体であり、Ｊ３軸周りに回転する。Ｃ４は上腕であり第４のアーム体であり、Ｊ４軸周りに回転する。Ｃ５は第５のアーム体であり、Ｊ５軸周りに回転する。Ｃ６は第６のアーム体であり、Ｊ６軸周りに回転する。Ｃ７は第７のアーム体（エンドエフェクタ）であり、Ｊ７軸周りに回転する。Ｃ５、Ｃ６及びＣ７で手首部を構成する。エンドエフェクタにはスポット溶接ガン５が取り付けられている。また、２は電極研削装置であり固定台９に取り外し可能にネジ止め設置されており、固定台９は７関節ロボット１のアーム体Ｃ１に取り外し可能にネジ止め設置されている。８は溶接対象物であり、たとえば自動車のボディや、パーツ部品等のスポット溶接接合が施行される対象ワークである。
本発明が特許文献１と異なる点は、スポット溶接ロボットを７軸関節で構成し、電極研削装置をスポット溶接ロボットの固定部に備えた部分である。

７関節ロボットは、肘部Ｃ３の折り返し動作により旋回部後方に制御点を動作することが可能となる。図１では肘部の第３のアーム体Ｃ３がＪ３軸周りに回転し、これに連動するように第４から第７のアーム体Ｃ４〜Ｃ７が回転することで、溶接対象８の反対側に相当するロボット背面に設置された溶接電極用研削装置２に電極部６を到達させている。

次に制御装置からスポット溶接ロボット装置への配線について図１を用いて説明する。電極研削装置２は７関節溶接ロボットに付帯されるようになるため、同一経路の配線となる。本発明では一体ケーブル１２に構成することを提供している。一体ケーブル１２には、動力用ケーブル、信号ケーブルや流体を流すホース等が一体となって形成されている。この場合、動力用ケーブルと信号ケーブルとを、ケーブル内部で分離しても一体化したケーブルとして取り扱うことができる。
動力や冷却に流体を用いる場合も同様に一体化できるのは当然であり、全ての動力用線条体を指し、装置の要求により一体化を選択できる。
同様に、ロボット機体内の配線に電極研削装置を駆動または制御するパワーケーブルや信号ケーブルを内蔵することにより、ロボット製造時に電極研削装置用のロボット内部配線を完成させておき、ロボット完成後に、コネクタ等により電極研削装置との結合を完了するようなことが可能となる。

次に、スポット溶接ロボット装置の設置状態について図２および図３を用いて説明する。図２は、スポット溶接ロボット装置の上面図であり、図３は背面図である。図２において、１３のハッチングは、第２アーム体Ｃ２を投影した部分である。また、１４は旋回部のアーム体Ｃ１の旋回中心を中心として第２のアーム体Ｃ２の旋回領域を示したものである。第２のアーム体Ｃ２の旋回領域は、６関節溶接ロボットの第２のアーム体の旋回領域と同等であり、必然的に占有される領域である。溶接電極研削装置２は、第２のアーム体Ｃ２の旋回領域の内側の固定台９に配置されている。
このように、必然的に占有される領域に溶接電極研削装置を配置することで、通常生産ラインで配置される複数台の溶接ロボットが互いに干渉することがなくなるので、よりワークへの接近性やスポットガンの姿勢を形成できる。
また、複数台のロボットが横方向に接近して配置される場合には、図３に示すようにロボット後方から見て、ロボットの幅寸法１５内もしくは幅寸法１５に近い溶接電極用研削装置設置幅寸法１６で配置することで、接近配置の妨げにならずに済む。

本発明ではユーザに届ける前に、ロボットにケーブル、固定台等全て取り付けられており、必要な調整も完了させておくことでユーザでの立ち上げ時間や管理工数の削減が可能になる。
また、電極研削装置と溶接ロボットとを一体に配置することが可能になるため、生産設備を設計するにあたって、予め溶接用ロボットの動作に支障をきたさない位置に配置する必要が無くなり、設備検討を短縮できる。
さらに、電極研削装置設置位置は溶接作業に支障をきたさないように、溶接作業エリア外に設置する必要が無く、ロボット近傍に設置できるため、研磨作業時には溶接ロボットは溶接作業エリア外まで移動する必要がなくなり、生産に寄与しない無駄な動作時間の削減が可能になる。
従来６軸のロボットでは自由度が不足に起因し、ロボットがアクセス困難なため周辺に設置されていた設備を、本発明のようにロボット旋回部に搭載することで、装置としてのまとまりを高めることができる。

尚、電極研削装置に限らず、例えば２台以上のスポットガンを持ち替えて溶接を行う場合、ガン置き台をロボットの周辺に配置していたが、電極研削装置と同じく、溶接動作領域から離した位置にしか設置できずに、ロボット動作量が増加して、サイクルタイムが伸びるという問題があったが、本発明のように、旋回部にガン置き台を取付けることで、ガンチェンジ時にロボットの動作量が減少し、段取り変えの時間が短縮できる。
この場合、ロボット用ケーブルとガン置き台設置のチャッキング装置や入出力装置の動力及び信号ケーブル及びエア等を含む線状体の一体化が可能になる。

また、ハンドリング用途においてワークの仮置き台をロボットの周辺に配置する例も見受けられるが、本発明のように、旋回部に仮置き台を設置することでサイクルタイムの短縮が可能となり、生産性の向上に貢献できる。
この場合、ロボット用ケーブルと仮置き台設置のジグ駆動や入出力装置の動力及び信号ケーブル及びエア等を含む線状体の一体化が可能になる。

本発明の第１実施例を示すスポット溶接装置の斜視図 本発明の代表設置例を示す上面図 本発明の代表設置例を示す背面図 従来型のスポット溶接装置を示す斜視図

符号の説明

Ｃ１ 第１のアーム体
Ｃ２ 第２のアーム体
Ｃ３ 第３のアーム体
Ｃ４ 第４のアーム体
Ｃ５ 第５のアーム体
Ｃ６ 第６のアーム体
Ｃ７ 第７のアーム体（エンドエフェクタ）
Ｊ１ 関節軸
Ｊ２ 関節軸
Ｊ３ 関節軸
Ｊ４ 関節軸
Ｊ５ 関節軸
Ｊ６ 関節軸
Ｊ７ 関節軸
１ 制御装置
２ 電極研削装置
３ 溶接ロボット
４ 固定ベース
５ スポットガン
６ 電極
７ 設置距離
８ 溶接対象
９ 固定台
１０ パワーケーブル及び信号ケーブル
１１ パワーケーブル及び信号ケーブル
１２ 一体ケーブル
１３ Ｃ２アームのベース面への投影図
１４ 旋回中心回りに回転させた干渉半径
１５ ロボット幅寸法
１６ 溶接電極用研削装置設置幅寸法

Claims (5)

1. 基部に回転支持された旋回部、該旋回部に一端が水平軸周りに回転支持された下腕部、前記下腕部の他方端に一端が回転支持された肘部、前記肘部の他方端に一端が回転支持された上腕部、前記上腕部の他方端に手首部を備え、
   溶接を行うための器具が、
   溶接対象の反対側に相当するロボット背面側の前記旋回部に備えられたこと
   を特徴とするロボットシステム。
2. 前記溶接を行うための器具が、スポット溶接を行うために電極研削装置、スポット溶接ガンの取り替え可能とするツールチェンジャ、または仮置き台の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
3. 前記電極研削装置が、ロボット旋回部の旋回半径の一部または全体を含む位置に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記電極研削装置の制御用ケーブルを、前記ロボット制御用ケーブルと一体に配設したことを特徴とする請求項２または３に記載のロボットシステム。
5. 前記電極研削装置の制御用ケーブル及び動力用線状体が、前記ロボット内部に配設されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のロボットシステム。
   

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