JP5895914B2

JP5895914B2 - ロボット

Info

Publication number: JP5895914B2
Application number: JP2013194668A
Authority: JP
Inventors: 篤寺田; 一裕安冨
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: US20150076213A1; US10596664B2; CN104440942B; JP2015058459A; EP2851163B1; EP2851163A1; CN104440942A

Description

開示の実施形態は、ロボットに関する。

従来、アーク溶接用途に用いられるロボットが知られている。かかるロボットは、多軸アームを有して構成され、かかる多軸アームの先端可動部には、エンドエフェクタとして溶接用トーチ（以下、「トーチ」と記載する）が取り付けられる。

なお、トーチには、溶接用ワイヤが送給される必要があるが、かかる送給はワイヤ送給装置（以下、「送給機」と記載する）によって行われる（たとえば、特許文献１参照）。

送給機は、たとえば、ワイヤの送給動作の応答性を高めるため、前述の先端可動部とトーチとの間に介在させて取り付けられる。

特開２００５−６６６１０号公報

しかしながら、上述した従来技術には、干渉を防止しつつ、多様な溶接姿勢をとりやすくするという点で更なる改善の余地がある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、干渉を防止しつつ、多様な溶接姿勢をとりやすくすることができるロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るロボットは、取付部と、アーム部と、アーム支持部と、送給機とを備える。前記取付部は、溶接用トーチを取り付け可能である。前記アーム部は、先端部において前記取付部を揺動可能に支持する。前記アーム支持部は、先端部において前記アーム部を前記取付部の揺動軸に垂直な回転軸まわりに回転可能に支持するとともに、基端部において前記回転軸に垂直な支持軸まわりに回転可能に支持される。前記送給機は、前記アーム部の基端部および先端部の間で前記回転軸の軸線と交わるように配置され、前記取付部に取り付けられる前記溶接用トーチへワイヤを送給する。また、前記取付部は、前記揺動軸および前記支持軸が平行であり、かつ、前記揺動軸および前記回転軸が前記支持軸よりも高い位置の同一水平面上にある基準姿勢において、当該取付部の先端部が前記支持軸よりも高い位置となる長さ寸法を有する。

実施形態の一態様によれば、干渉を防止しつつ、多様な溶接姿勢をとりやすくすることができる。

図１は、実施形態に係るロボットの斜視模式図である。図２は、ロボットの各軸の動作および送給機の位置を示す模式図である。図３Ａは、上部アーム周辺の斜視模式図である。図３Ｂは、上部アーム周辺の平面模式図である。図３Ｃは、上部アーム周辺の正面模式図である。図３Ｄは、上部アーム周辺の左側面模式図である。図４は、実施形態に係る送給機の配置構造がもたらす効果の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、アーク溶接用途に用いられるロボットを例に挙げて説明を行う。また、溶接用トーチについては「トーチ」と記載する。

まず、実施形態に係るロボット１０の概略について述べる。図１は、実施形態に係るロボット１０の斜視模式図である。なお、以下では、説明の便宜上、ロボット１０の旋回位置および姿勢が基本的に図１に示す状態にあるものとして、ロボット１０における各部位の位置関係を説明する。また、かかる図１に示す状態を、ロボット１０の「基準姿勢」と呼ぶ場合がある。また、ロボット１０の基台部１１が据え付けられる設置面側を「基端側」と呼び、各部材の基端側周辺を「基端部」と呼ぶ。また、ロボット１０のフランジ部１５ａ側を「先端側」と呼び、各部材の先端側周辺を「先端部」と呼ぶ。

また、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。なお、本実施形態では、Ｘ軸の正方向がロボット１０の前方を指すものとする。

図１に示すように、ロボット１０は、いわゆるシリアルリンクの垂直多関節型であり、６個回転関節軸である軸Ｓ、軸Ｌ、軸Ｕ、軸Ｒ、軸Ｂおよび軸Ｔを有している。また、ロボット１０は、６個のサーボモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５およびＭ６を有している。また、ロボット１０は、基台部１１と、旋回ベース１２と、下部アーム１３と、上部アーム１４と、取付部１５と、送給機３０とを備える。

また、上部アーム１４は、第１アーム１４ａと、第２アーム１４ｂとを備える。第１アーム１４ａは、アーム支持部の一例であり、第２アーム１４ｂは、アーム部の一例である。

基台部１１は、床面などに固定される支持ベースであり、旋回ベース１２を軸Ｓまわりに回転可能に支持する。そして、サーボモータＭ１の駆動により、基台部１１と旋回ベース１２とが軸Ｓまわりに相対的に回転される。旋回ベース１２は、下部アーム１３の基端部を軸Ｓに垂直な軸Ｌまわりに回転可能に支持する。そして、サーボモータＭ２の駆動により、旋回ベース１２と下部アーム１３とが軸Ｌまわりに相対的に回転される。

下部アーム１３は、その先端部において、上部アーム１４の第１アーム１４ａの基端部を、軸Ｌに平行な軸Ｕまわりに回転可能に支持する。そして、サーボモータＭ３の駆動により、下部アーム１３と第１アーム１４ａとが軸Ｕまわりに相対的に回転される。第１アーム１４ａは、その先端部において、第２アーム１４ｂの基端部を軸Ｕに垂直な軸Ｒまわりに回転可能に支持する。そして、サーボモータＭ４の駆動により、第１アーム１４ａと第２アーム１４ｂとが軸Ｒまわりに相対的に回転される。なお、軸Ｒは回転軸の一例である。

第２アーム１４ｂは、その先端部において、取付部１５の基端部を軸Ｒに垂直な軸Ｂまわりに回転可能に支持する。そして、サーボモータＭ５の駆動により、第２アーム１４ｂ内部に内蔵された動力伝達機構（ベルト、プーリなど）を介して動力が伝達され、第２アーム１４ｂと取付部１５とが軸Ｂまわりに相対的に回転される。なお、軸Ｂは揺動軸の一例である。

そして、取付部１５には、トーチ２０が取り付けられる。なお、取付部１５は、軸Ｂに垂直な軸Ｔまわりに回転可能なフランジ部１５ａを有しており、トーチ２０は、かかるフランジ部１５ａを介して取付部１５に取り付けられる。そして、サーボモータＭ６の駆動により、第２アーム１４ｂ内部に内蔵された動力伝達機構（ベルト、プーリなど）を介して動力が伝達され、フランジ部１５ａが軸Ｔまわりに回転される。

なお、上記した「垂直」あるいは「平行」などは、必ずしも数学的に厳密な精度を必要とするものではなく、実質的な公差や誤差などを許容するものである。また、本実施形態における「垂直」は、２つの直線（回転軸）が同一平面上で直交することのみを意味するのではなく、２つの直線（回転軸）の関係がねじれの位置である場合をも含むものとする。

送給機３０は、第２アーム１４ｂの基端部および先端部の間で軸Ｒの軸線と交わるように配置され、トーチ２０へワイヤＷを送給する。

ここで、説明を分かりやすくするために、ロボット１０の各軸の動作および送給機３０の位置を図２に模式的に示す。図２は、ロボット１０の各軸の動作および送給機３０の位置を示す模式図である。なお、図２では、右側面方向（Ｙ軸の負方向）からみたロボット１０を、関節を示す図記号等を用いてごく模式的に示している。

図２に示すように、旋回ベース１２は、基台部１１に支持されて、軸Ｓまわりに旋回する（図中の矢印２０１参照）。下部アーム１３は、旋回ベース１２に支持されて、軸Ｌまわりに前後方向に揺動する（図中の矢印２０２参照）。

第１アーム１４ａは、下部アーム１３に支持されて、軸Ｕまわりに上下方向に揺動する
（図中の矢印２０３参照）。また、第２アーム１４ｂは、第１アーム１４ａに支持されて、軸Ｒまわりに回転する（図中の矢印２０４参照）。

そして、送給機３０は、かかる第２アーム１４ｂの基端部および先端部の間で軸Ｒの軸線と交わるように配置される（図中の破線の矩形参照）。

なお、取付部１５は、第２アーム１４ｂに支持されて、軸Ｂまわりに揺動する（図中の矢印２０５参照）。また、取付部１５の先端部（前述のフランジ部１５ａ）が、軸Ｔまわりに回転する（図中の矢印２０６参照）。

このように、送給機３０が、第２アーム１４ｂの基端部および先端部の間で軸Ｒの軸線と交わるように配置されることによって、送給機３０そのものが、ワークやジグ、周辺機器等に干渉するのを防ぐことができる。

かかる送給機３０の配置構造について、図３Ａを用いて具体的に説明する。図３Ａは、上部アーム１４周辺の斜視模式図である。

既に述べたように、また、あらためて図３Ａに示すように、送給機３０は、第２アーム１４ｂの基端部および先端部の間で軸Ｒの軸線と交わるように配置される。送給機３０は、図示略のワイヤ貯蔵装置（たとえば、ワイヤリール）からワイヤＷを引き出して、トーチ２０へ送給する装置である。

送給機３０は、本体部３０ａと、駆動源３０ｂとを備える。これらは、支持具３１によって第２アーム１４ｂに支持される。

本体部３０ａは、その内部に、フィードローラ等を含んで構成されるワイヤＷの送給機構（図示略）を備える。送給機構は、駆動源３０ｂによって駆動される。

また、本体部３０ａには、ワイヤＷの送給経路であるトーチケーブル４０が連結される。トーチケーブル４０は、ワイヤＷやパワーケーブル、シールドガス供給用のホース等が内包された給電送給一体型の可撓性を有するケーブルである。無論、給電とワイヤ送給とが非一体型のケーブルを用いることもできる。

かかるトーチケーブル４０は、軸Ｒの軸線に沿って配索され、取付部１５を貫いて設けられた通過口１５ａａに挿通されたうえでトーチ２０へ連結される。なお、トーチ２０は、トーチクランプ２１を介してフランジ部１５ａへ固定されている。

ここで、第２アーム１４ｂの具体的な構成を含め、送給機３０の配置構造について図３Ｂ〜図３Ｄを用いてさらに詳しく説明する。図３Ｂは、上部アーム１４周辺の平面模式図である。図３Ｃは、上部アーム１４周辺の正面模式図である。図３Ｄは、上部アーム１４周辺の左側面模式図である。

図３Ｂに示すように、第２アーム１４ｂは、底部１４ｂａと、底部１４ｂａから軸Ｒの軸線に沿って延設された第１延在部１４ｂｂと、第１延在部１４ｂｂと間隙を有して並設される第２延在部１４ｂｃとを有し、二股状をなす形状に形成されている。第１延在部１４ｂｂおよび第２延在部１４ｂｃは、その先端部において取付部１５を支持する。また、送給機３０の上部（図３ＢにおいてＺ軸方向）には、サーボモータＭ５およびＭ６を内部に収める収納部１４ｂｄが形成されている。

送給機３０は、かかる第２アーム１４ｂの二股の間の根元寄りに配置される。ここで、具体的に根元寄りとは、第１延在部１４ｂｂおよび第２延在部１４ｂｃの連結部である底部１４ｂａに寄せて配置されることを指す。

これにより、軸Ｂまわりや軸Ｔまわりの可動部と送給機３０との間に適度な距離を置くことができるので、送給機３０が可動部による影響を受けにくくすることができる。

すなわち、取付部１５の揺動やフランジ部１５ａの回転によって送給機３０との間に大きな圧縮力がかかることでトーチケーブル４０が屈曲したり、ひいては座屈したりするのを防ぐことができるので、ワイヤＷの送給が阻害されるのを防ぐことができる。

また、少なくとも送給機３０は、トーチ２０からさほど遠くない第２アーム１４ｂの二股の間に配置されるので、たとえば、送給機３０が上部アーム１４の基端部後方側（図中のＹ軸の負方向側）等に配置されるのに比べ、ワイヤＷの送給にかかる抵抗を抑えることができる。

したがって、送給機３０には、溶接中のワイヤＷの正逆送給が可能なものを用いることができる。これにより、送給機３０そのものの干渉を防ぎつつ、ワイヤＷの送給動作の応答性を高めることができる。

また、図３Ｂに示すように、トーチケーブル４０は、第２アーム１４ｂの二股の間で軸Ｒの軸線に沿って配索されるので、軸Ｒまわりの回転によってトーチケーブル４０自体が暴れるのを防ぐことができる。すなわち、ワイヤＷの送給が阻害されるのを防ぐことができる。

ここで、取付部１５の構成について述べておく。図３Ｂに示すように、取付部１５は、底部１５ｂと、底部１５ｂから軸Ｔの軸線に沿って延設された第１部分１５ｃと、第１部分１５ｃと間隙を有して並設される第２部分１５ｄとを有し、正面視で略Ｕ字形となる二股状をなす形状に形成されている。

そして、図３Ｃに示すように、送給機３０から軸Ｒの軸線に沿って配索されつつ延びるトーチケーブル４０は、さらにかかる取付部１５の二股の間を配索されて通過口１５ａａへ挿通され、トーチ２０へ連結されることとなる。

さらに、送給機３０の駆動源３０ｂの配置位置についても述べておく。図３Ｄに示すように、送給機３０の駆動源３０ｂは、第２アーム１４ｂの二股の間からはみ出すように設けられる。具体的には、ロボット１０が基準姿勢（図１参照）にある場合に、駆動源３０ｂは、第１延在部１４ｂｂと第２延在部１４ｂｃとの間から下側（図中のＺ軸の負方向側）にはみ出すように設けられる。なお、送給機３０の駆動源３０ｂの形状や種別などによっては、第１延在部１４ｂｂと第２延在部１４ｂｃとの間からはみださないように設けることも無論可能である。

これにより、少なくとも駆動源３０ｂの交換やメンテナンス等を行いやすくすることができる。すなわち、送給機３０のメンテナンス性を高めることができる。

次に、上述してきた送給機３０の配置構造がもたらす効果について、図４を用いて説明する。図４は、実施形態に係る送給機３０の配置構造がもたらす効果の説明図である。

まず、従来の配置構造の一例について述べておく。なお、従来技術ではあるが、本実施形態と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付して述べるものとする。

従来技術によれば、送給機３０は、たとえば、ワイヤＷの送給動作の応答性を高めるため、取付部１５の先端に取り付けられる。したがって、この場合、送給機３０は、取付部１５とトーチ２０との間に介在することとなる。

このため、従来技術によれば、軸Ｂからトーチ２０の先端までの距離（図４の距離ｄに相当）が長くなりやすかった。このため、ロボット１０のとることのできる溶接姿勢が制限されやすかった。また、仮に要求される溶接姿勢をとることができる場合であっても、ロボット１０が無用に大きな動作を経る必要があった。

この点、本実施形態に係る送給機３０の配置構造によれば、図４に示すように、軸Ｂからトーチ２０の先端までの距離ｄを従来に比して短くすることができるので、これまでとれなかった溶接姿勢を容易にとることが可能となる。

また、溶接姿勢をとるにあたり、ロボット１０が無用に大きな動作を経る必要がないので、ロボット１０の動作時間を短縮することができる。すなわち、作業工程時間の短縮化にも資することができる。

また、図４に示すように、送給機３０は、第２アーム１４ｂの二股の間に配置されるので、送給機３０そのものが干渉するのを防止することができる。また、スパッタの付着等を抑えることができる。したがって、送給機３０の破損や故障等を防止することができる。

また、図４に示すように、送給機３０は、第２アーム１４ｂの二股の間でこの二股の根元寄りに配置されるので、トーチケーブル４０の屈曲等でワイヤＷの送給が阻害されにくく、かつ、ワイヤＷの送給動作の応答性を損ねにくい。

したがって、ロボット１０による品質の高い溶接作業の実施に資することができる。また、上述したように、送給機３０には、正逆送給が可能なものを用いることができるので、やはり品質の高い溶接作業の実施に資することができる。

上述してきたように、実施形態に係るロボットは、取付部と、アーム部と、アーム支持部と、送給機とを備える。上記取付部は、溶接用トーチを取り付け可能である。上記アーム部は、先端部において上記取付部を揺動可能に支持する。

上記アーム支持部は、先端部において上記アーム部を上記取付部の揺動軸に垂直な回転軸まわりに回転可能に支持する。上記送給機は、上記アーム部の基端部および先端部の間で上記回転軸の軸線と交わるように配置され、上記取付部に取り付けられる上記溶接用トーチへワイヤを送給する。

したがって、実施形態に係るロボットによれば、干渉を防止しつつ、多様な溶接姿勢をとりやすくすることができる。

なお、上述してきた実施形態では、ロボットが、アーク溶接用途に用いられる場合を例に挙げたが、ロボットが行う作業の種別を限定するものではない。たとえば、エンドエフェクタとして溶接用トーチに代えてワークを保持可能なハンドを取り付けて、かかるハンドに送給機を用いてワイヤ状の部材を送給しながら、ワークの組立作業を行う場合などに適用してもよい。

また、ロボットのアーム部の形状についても実施形態のものに限定されない。たとえば、上述の実施形態の第２アーム１４ｂは二股形状に限らず、取付部１５を揺動可能に支持しうる形状であればよい。

また、上述した実施形態では、６軸を有する多軸ロボットを例示したが、軸数を限定するものではない。たとえば、７軸ロボットであってもよい。

また、上述した実施形態では、単腕ロボットを例示したが、これに限られるものではなく、たとえば、双腕以上の多腕ロボットの腕の少なくともいずれかに、上述した実施形態が適用されてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１０ロボット
１１基台部
１２旋回ベース
１３下部アーム
１４上部アーム
１４ａ第１アーム（アーム支持部）
１４ｂ第２アーム（アーム部）
１４ｂａ底部
１４ｂｂ第１延在部
１４ｂｃ第２延在部
１５取付部
１５ａフランジ部
１５ａａ通過口
１５ｂ底部
１５ｃ第１部分
１５ｄ第２部分
２０トーチ
２１トーチクランプ
３０送給機
３０ａ本体部
３０ｂ駆動源
３１支持具
４０トーチケーブル
Ｂ軸（揺動軸）
Ｌ軸
Ｒ軸（回転軸）
Ｓ軸
Ｔ軸
Ｕ軸
Ｗワイヤ
ｄ距離

Claims

溶接用トーチを取り付け可能な取付部と、
先端部において前記取付部を揺動可能に支持するアーム部と、
先端部において前記アーム部を前記取付部の揺動軸に垂直な回転軸まわりに回転可能に支持するとともに、基端部において前記回転軸に垂直な支持軸まわりに回転可能に支持されるアーム支持部と、
前記アーム部の基端部および先端部の間で前記回転軸の軸線と交わるように配置され、前記取付部に取り付けられる前記溶接用トーチへワイヤを送給する送給機と
を備え、
前記取付部は、
前記揺動軸および前記支持軸が平行であり、かつ、前記揺動軸および前記回転軸が前記支持軸よりも高い位置の同一水平面上にある基準姿勢において、当該取付部の先端部が前記支持軸よりも高い位置となる長さ寸法を有することを特徴とするロボット。
前記アーム部は、
平面視で二股をなす形状に形成され、
前記送給機は、
前記二股の間で該二股の根元寄りに配置されること
を特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記ワイヤの送給経路であり、前記二股の間で前記回転軸の軸線に沿って配索されるトーチケーブル
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
前記送給機の駆動源は、
前記二股の間から下側にはみ出すように設けられること
を特徴とする請求項２または３に記載のロボット。
前記溶接用トーチをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のロボット。
前記送給機は、
溶接中の前記ワイヤの正逆送給が可能であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のロボット。