JP6245096B2 - ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、ロボットおよびロボットシステムに関する。
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。かかる送給はワイヤを複数の回転ローラで挟持して送り出すワイヤ送給装置(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)。
前述の複数の回転ローラを含む送給機本体は、たとえば前述の先端可動部を支持するアームの外側に取り付けられる。すなわち、ワイヤはアームの外側を通って送給される。
特開2006−051581号公報
しかしながら、上述した従来技術には、周辺物との干渉を確実に防いだり、ロボット周辺に設ける空間を小さく抑えたりするという点で更なる改善の余地がある。
たとえば、上述したロボットでは、前述の送給機本体がアームの外側に設けられ、ワイヤはアームの外側を通るため、周辺物へ干渉しやすく、かかる干渉を防止するためにロボットの周辺に広い空間を設ける必要があるという問題があった。
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、外形をコンパクトにして周辺物との干渉をより確実に防ぎ、周辺に設けるべき空間を抑えることができるロボットおよびロボットシステム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、空間と、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。前記空間は、前記回転軸の軸線に沿って前記アーム部の先端部および基端部の間に形成される。前記送給機は、前記空間に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、前記送給機は、送出機構と、モータとを備える。前記送出機構は、前記回転軸の軸線に沿って前記ワイヤを送り出す。前記モータは、前記空間に面する前記アーム部の内壁および前記送出機構の間に配置されて前記送出機構を駆動させる。また、前記モータは、該モータの出力軸の軸線と前記回転軸の軸線とがねじれの位置となるように配置されると共に、該モータの出力軸の軸線および前記回転軸の軸線に共に直交する方向から見た際に、前記アーム部の内壁と前記回転軸の軸線との間に収まるように配置される。
実施形態の一態様によれば、外形をコンパクトにして周辺物との干渉をより確実に防ぎ、周辺に設けるべき空間を抑えることができる。
図1Aは、実施形態に係るロボットの側面模式図である。 図1B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2は、ロボットシステムの全体構成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、送給機の構成を示す斜視模式図である。 図3Cは、送給機の構成を示す側面模式図である。 図3Dは、上部アーム周辺の平面模式図である。 図3Eは、上部アーム周辺の底面模式図である。 図3Fは、上部アーム周辺の正面模式図である。 図3Gは、トーチクランプ周辺の斜視模式図である。 図4は、変形例に係る上部アーム周辺の斜視模式図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットおよびロボットシステム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1Aは、実施形態に係るロボット10の側面模式図である。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1A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1Aに示す状態を、ロボット10の「基本姿勢」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1Aには、説明をわ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次元の直交座標を図示している。かかる直交座標は、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1A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個の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。
コンジットケーブルC1および溶接電源ケーブルC2は、上部アーム14の基端部外側に接続される。なお、溶接電源ケーブルC2は、下部アーム13に沿って配索される。また、サーボモータケーブルC3(図示略)は、配管部16の内部で配索され、サーボモータM1〜M6それぞれに接続される。また、ガスホースC4(図示略)は、たとえば下部アーム13に沿って配索され、上部アーム14の方へ導かれる。
なお、コンジットケーブルC1は、後述するワイヤケーブル41に対応する。また、溶接電源ケーブルC2は、上部アーム14の基端部外側で分岐され、後述のパワーケーブル43として配索される。また、ガスホースC4は、後述するガスホース42に対応する。
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する。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する。
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する。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する。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と取付部15とが軸Bまわりに相対的に回転する。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、フランジ部15aが軸Tまわりに回転する。
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)がねじれの位置である場合を含むものとする。
また、第2アーム14bは、上面方向(Z軸の正方向)からみて、先端部側が開口された二股状(U字状)であり、かかる二股の間には軸Rの軸線に沿ってZ軸方向に開放された空間Hが形成されている。送給機30は、かかる空間Hにおいて第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Wiを送給する。なお、送給機30の詳細については、図3Bおよび図3Cを用いて後述する。
ここで、これまでの説明をわ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1Bに模式的に示しておく。図1B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1B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1B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。
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、実施形態に係るロボット10では、送給機30を第2アーム14bの先端部および基端部の間に形成される前述の空間Hに軸Rの軸線と交わるように配置し、ワイヤWiをかかる軸Rの軸線に沿って送り出すこととした。これにより、空間Hに面した第2アーム14bの内壁側にワイヤWiを通すことができ、第2アーム14bの外形をコンパクト化することが可能となる。
したがって、ロボット10や送給機30と周辺物との干渉をより確実に防ぎ、ロボット10の周辺に設けるべき空間を抑えることができる。また、ロボット10の外観の美観を維持することもできる。
次に、実施形態に係るロボットシステム1の全体構成について、図2を用いて説明する。図2は、ロボットシステム1の全体構成を示す模式図である。なお、図2では、各構成要素を簡略化して示している。
図2に示すように、ロボットシステム1は、ロボット10と、アーク溶接装置50とを備える。また、アーク溶接装置50は、ワイヤ貯蔵装置60と、溶接電源70と、制御装置80と、ガスボンベ90と、ポジショナPとを備える。
ワイヤ貯蔵装置60は、ワイヤWiの供給源となる装置であり、たとえばワイヤリール等を含んで構成される。ワイヤ貯蔵装置60とロボット10とは、コンジットケーブルC1を介して接続される。そして、ワイヤWiは、ロボット10に配置された送給機30によってトーチ20へ送り出される。
溶接電源70は、アーク溶接用の電源装置であり、溶接電源ケーブルC2を介してロボット10と接続される。そして、溶接電源70は、ケーブル46を介してポジショナP(ワークWk)と接続され、アーク溶接のための溶接電力をトーチ20とポジショナP(ワークWk)との間へ供給する。さらに不図示のケーブルを介して送給機30へワイヤWiの送給のための駆動電力を供給するとともに、後述するモータ31を制御する。
制御装置80は、サーボモータケーブルC3やケーブル45,45’よりロボット10や溶接電源70、ポジショナPといった各種装置と情報伝達可能に接続され、これら各種装置の動作を制御する。具体的には、制御装置80は、ロボット10の位置や姿勢を制御するとともに溶接電源70を介してワイヤWiの送給速度やワイヤWiおよびワークWk間の電圧を制御する。
また、制御装置80には、ケーブル47あるいは不図示の有線LAN(Local Area Network)や無線LANといった通信ネットワークを介して操作装置100が接続可能である。操作装置100は、たとえば、アーク溶接の作業内容を作業者がプログラムする場合やアーク溶接の状態を作業者が監視する場合などに用いられる。
ガスボンベ90は、シールドガス用のガス供給源であり、ガスホースC4を介してロボット10と接続されてトーチ20へシールドガスを供給する。かかるシールドガスはトーチ20の先端から吐出され、ワイヤWiの先端から発生するアークを雰囲気から遮蔽する。
ポジショナPは、上述したようにケーブル46を介して溶接電源70と接続されて溶接電力が供給される。さらに制御装置80によってケーブル45’を介して制御される不図示のアクチュエータを備え、ロボット10がワークWkを溶接し易いようにワークWkの位置や姿勢を変化させる。
このように、実施形態に係るロボットシステム1は、トーチ20の位置や姿勢を変化させつつワイヤWiを送給機30にトーチ20へ送給させるとともに、溶接電力を溶接電源70からトーチ20へ供給させる。そして、ワイヤWiの先端からアークを発生させつつ所定の溶接予定線に沿ってワークWkをアーク溶接する。
次に、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。なお、図3Aでは、前述の空間Hに面した第2アーム14bの内壁側の構造を明らかにするために、第2アーム14bの一部を省略して示している。
既に述べたように、また、あらためて図3Aに示すように、第2アーム14bは、その基端部および先端部の間に同図に示すZ軸方向に開放された空間Hを有する。そして、送給機30は、かかる空間Hにおいて軸Rの軸線と交わるように配置される。
図3Aに示すように、送給機30は、モータ31と、送出部32とを備える。モータ31は、送出部32の駆動源であり、シャフト31a(後述)を軸Rの軸線とねじれの位置関係にして第2アーム14bの内壁に配置される。すなわち、モータ31は、シャフト31aの先端を同図に示すY軸の負方向に向けて配置される。
このようにモータ31を配置することで、送給機30自体が第2アーム14bの内部の空間H内において占めるスペースを抑えることが可能となる。したがって、第2アーム14bをコンパクト化しつつロボット10や送給機30と周辺物との干渉をより確実に防ぐことができる。
また、モータ31は、同図に示すZ軸の正方向からみて、第2アーム14bの内壁および軸Rの軸線の間に収まるように設けられる。このようにすることで、第2アーム14bの外観の美観を維持しつつロボット10や送給機30と周辺物との干渉をさらに確実に防ぐことができる。
なお、モータ31としては、筐体のアスペクト比(軸方向寸法/径方向寸法)が1未満のいわゆる「扁平モータ」を使用することが好ましい。なお、かかるアスペクト比は、0.1以上0.4以下であればさらに好ましい。
これにより、送給機30ならびに第2アーム14bの同図に示すY軸方向の寸法を短縮することができる。したがって、第2アーム14bをさらにコンパクト化することができる。なお、送給機30の詳細については、図3Bおよび図3Cを用いて後述する。
送出部32には、ワイヤWiの送給経路であるワイヤケーブル41が連結される。かかるワイヤケーブル41は、軸Rの軸線に沿って配索される。一方、トーチ20へシールドガスを供給するガスホース42およびトーチ20へ溶接電力を供給するパワーケーブル43は、ワイヤケーブル41とは別の経路で配索される。
なお、以下では、ワイヤケーブル41、ガスホース42およびパワーケーブル43を総称して「ケーブル類40」と呼ぶ場合がある。ケーブル類40の具体的な配索方法については、図3D〜図3Fを用いて後述する。また、本実施形態におけるケーブル類40はいずれも可撓性を有し、パワーケーブル43は、図3Aに示すように、たとえば2本に分岐されているものとする。
そして、図3Aに示すように、ケーブル類40は、同図に示す規制板15eに屈曲方向を規制されつつ、取付部15を貫いて設けられた通過口15aaへ挿通されてトーチ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。トーチクランプ21や取付部15周辺の詳細については、図3Fおよび図3Gを用いて後述する。
次に、第2アーム14bの具体的な構成を含め、送給機30の配置構成について図3B〜図3Gを用いてさらに詳しく説明する。図3Bは、送給機30の構成を示す斜視模式図である。図3Cは、送給機30の構成を示す側面模式図である。
図3Dは、上部アーム14周辺の平面模式図である。図3Eは、上部アーム14周辺の底面模式図である。図3Fは、上部アーム14周辺の正面模式図である。図3Gは、トーチクランプ21周辺の斜視模式図である。
まず、送給機30の具体的な構成について図3Bおよび図3Cを用いて説明する。なお、図3Bでは、説明をわかりやすくするためにカバー34を透視して示している。図3Aで既に説明したように、送給機30は、モータ31と、送出部32とを備える。
図3Bに示すように、モータ31はシャフト31aを有し、シャフト31aには駆動ローラ33aが設けられる。なお、図3Bには、駆動ローラ33a(シャフト31a)の回転軸を軸r1として示している。
送出部32は、ローラ支持部32aと、ワイヤ保持部32bと、ブラケット32cと、調整部32dとを備える。上述したモータ31およびワイヤ保持部32bは、図3Cに示すように、ブラケット32cを介して第2アーム14bに固定される。この点の詳細については図3Eを用いて後述する。
また、図3Bに示すように、ローラ支持部32aは、従動ローラ33bを軸r1に平行な軸r2まわりに回転可能に支持しつつ後述する方法でワイヤ保持部32bに取り付けられる。
ワイヤ保持部32bは、1対のケーブル固定部32baを有する。図3Bに示すように、ケーブル固定部32baは、軸Rの軸線方向において駆動ローラ33aおよび従動ローラ33bを間に介在させつつ、軸Rの軸線と交わるように設けられる。そして、ケーブル固定部32baのそれぞれの外側には、ワイヤケーブル41が固定具41aを介して取り付けられる。
ワイヤケーブル41は、図3Cに示すように、ケーブル固定部32ba(固定具41a)間においてワイヤWiを露出させて取り付けられる。そして、かかるワイヤWiの露出部位は駆動ローラ33aおよび従動ローラ33bによって軸Rの軸線に沿うように挟持される。このように挟持されたワイヤWiは、駆動ローラ33aおよび従動ローラ33bの回転によってトーチ20(図3A参照)へ送給される。
このように、実施形態に係る送給機30では、駆動ローラ33aをモータ31のシャフト31aに設けることとした。これにより、シャフト31aから駆動ローラ33aへの動力伝達機構を省略することが可能となる。したがって、送給機30をコンパクト化しつつ機構を簡素化することができる。
また、図3Cに示すように、ワイヤ保持部32bには、軸Rの軸線方向におけるローラ支持部32aの一方の端部が、同図に示す軸r3まわりに揺動自在に設けられる(図3Cの矢印207参照)。また、軸Rの軸線方向におけるローラ支持部32aの他方の端部は、たとえば後述する調整部32dによってワイヤ保持部32bに係止される。
これにより、ローラ支持部32aをワイヤ保持部32bから取り外さなくても、ケーブル固定部32ba間のワイヤWiの露出部位を外部に露出させることが可能となる。したがって、送給機30のメンテナンス作業の煩雑化を防止することができる。
また、実施形態に係る送給機30によれば、第2アーム14bの下方(図中のZ軸の負方向)からケーブル固定部32ba間におけるワイヤWiの配索作業などを行うことが可能となる。したがって、第2アーム14bが高所にある場合でも、足場等を用いずにメンテナンス作業を容易に行うことができる。
つづいて、調整部32dについて図3Cを用いて説明する。図3Cに示すように、調整部32dは、係止部材32daと、付勢部材32dbと、当接部材32dcとを備える。係止部材32daは、たとえばボルトなどの締結部材であり、ローラ支持部32aへ挿通されつつ、ワイヤ保持部32bに設けられた不図示のボルト穴に固定される。図3Cには、かかるボルトの軸線を軸r4として示している。
付勢部材32dbは、バネやゴムなどの弾性体であり、係止部材32daを挿通させつつ、弾性方向を軸r4と平行にして係止部材32daおよび当接部材32dcの間に挟み込まれる。当接部材32dcは、係止部材32daを挿通させつつローラ支持部32aと当接し、付勢部材32dbによってローラ支持部32aの方へ付勢される。
すなわち、係止部材32da(ボルト)は、ワイヤ保持部32bのボルト穴への締め込みによって軸r4の方向に沿って付勢部材32dbを圧縮する。そして、当接部材32dcは、圧縮された付勢部材32dbの反発力によりローラ支持部32a(従動ローラ33b)を駆動ローラ33aへ押圧する。
したがって、調整部32dによれば、付勢部材32dbの選定や係止部材32daの締込量を調整することで、ワイヤWiの挟持圧を容易に調整することができる。なお、かかる挟持圧の調整が不要な場合では、調整部32dを設けずにローラ支持部32aをワイヤ保持部32bに固定することとしてもよい。
また、送給機30は、図3Bおよび図3Cに示すように、カバー34を有することとしてもよい。カバー34は、モータ31のシャフト31aおよび駆動ローラ33aの外周の一部を覆う庇部34aを有する。そして、図3Cに示すように、ガスホース42およびパワーケーブル43は、庇部34aの上側(図中のZ軸の正方向)を通るように配索される。これにより、ガスホース42およびパワーケーブル43と、シャフト31aや駆動ローラ33aといった回転物との干渉を防止することができる。
なお、図3Bおよび図3Cを用いた説明では、ローラ支持部32aがワイヤ保持部32bに揺動自在に設けられる場合を例に挙げて説明したが、ローラ支持部32aはワイヤ保持部32bに着脱可能に設けられてもよい。
このようにすることで、ケーブル固定部32ba間のワイヤWiの露出部位に対する作業領域を拡大することが可能となる。したがって、送給機30のメンテナンス作業を行いやすくすることができる。
なお、この場合においても、調整部32dによってローラ支持部32aをワイヤ保持部32bへ係止することとすれば、ワイヤWiの挟持圧を容易に調整することができる。また、調整部32dは1つに限られず、たとえば軸Rの軸線方向におけるローラ支持部32aの両端等に複数設けられることとしてもよい。
つづいて、第2アーム14bにおける送給機30の配置およびケーブル類40の配索経路について図3Dおよび図3Eを用いて説明する。
図3Dおよび図3Eに示すように、第2アーム14bは、底部14ba(図3D参照)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と間隔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。そして、底部14baの下側(図中のZ軸の負方向側)からは、軸Rの軸線に沿って張り出した張り出し部14beが設けられる。
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、第2アーム14bの底部14baより基端側には、サーボモータM5およびM6を収める収納室14bd(図3D参照)が形成されている。
そして、図3Eに示すように、送給機30は、ブラケット32cが張り出し部14be(図3D参照)の底面に締結部材等によって固定されることによって、第2アーム14bに固定される。これにより、送給機30の固定や取り外しにかかる作業を第2アーム14bの下側(図中のZ軸の負方向側)から容易に行うことができる。
また、送給機30は、取付部15の揺動軸(軸B)から図中のX軸の負方向に少なくとも「一定の間隔」をあけて配置される。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。したがって、送給機30への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(図3A参照)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ワイヤケーブル41が屈曲したり、ひいては座屈したりするのを防ぐことが可能となる。したがって、ワイヤWiの送給が阻害される事態を回避することができる。
なお、上述した一定の間隔の設定方法としては、たとえば、ロボット10の動作やケーブル類40の可撓性等に基づいて、あらかじめ実験等により最適な値を定めておく方法が挙げられる。
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X軸の負方向側)等に配置されるのに比べ、ワイヤWi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Wi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の周辺物への干渉を防ぎつつ、ワイヤWiの送給動作の応答性を高めることができる。
また、図3Dおよび図3Eに示すように、ワイヤケーブル41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ワイヤケーブル41自体が暴れるのを防ぐことができる。すなわち、ワイヤWiの送給が阻害される事態を回避することができる。
また、ワイヤケーブル41を含むケーブル類40の配索方法を述べると、図3Dに示すように、第1アーム14aの有する中空部に挿通され、第1アーム14a側から配索されてきたケーブル類40のうち、ワイヤケーブル41については上述のように軸Rの軸線に沿って配索される。
そして、ガスホース42およびパワーケーブル43については、緩やかに湾曲させながらカバー34の庇部34a(図3C参照)の上側(図中のZ軸の正方向側)を通過させてワイヤケーブル41とともに取付部15の方向へ配索される。
このようにケーブル類40を配索することで、ワイヤWiの送給が阻害されるのを防ぎつつ、ケーブル類40に大きな圧縮力がかかって断線するのを防止することができる。
とりわけ、太く、可撓性が低くありがちなパワーケーブル43を、本実施形態のようにワイヤケーブル41とは別体にかつ分岐型にすることで、ケーブル負荷を分散させることができる。したがって、取付部15の揺動等で大きな圧縮力を受けても、ケーブル類40に座屈や断線等を生じにくくすることができる。
ここで、取付部15の構成について述べておく。図3D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字型(図3F参照)となる二股状をなす形状に形成されている。
そして、図3Fに示すように底部14ba(図3D参照)から軸Rの軸線に沿って配索されるワイヤケーブル41をはじめとするケーブル類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、トーチクランプ21を介してトーチ20へ連結されることとなる。
かかるトーチクランプ21では、次のようにケーブル類40が配索され、トーチ20へ連結される。すなわち、図3Gに示すように、トーチクランプ21は、支柱部21aと、端子21bと、合流部21cとを備える。
支柱部21aは、フランジ部15aに取り付けられた部位からトーチ20の方へ柱状に延在する部材であり、トーチクランプ21の支柱をなす。端子21bは、パワーケーブル43の接続端子であり、後述の合流部21cの側端部に設けられる。
合流部21cは、ワイヤケーブル41、ガスホース42およびパワーケーブル43を合流させ、トーチ20へ導通させる部材である。なお、合流部21cにおけるワイヤケーブル41およびガスホース42の接続部(図示略)は、通過口15aaに面した側に設けられている。
図3Gに示すように、取付部15側から通過口15aaを通過したワイヤケーブル41およびガスホース42は、上述の接続部を介し、図中のZ軸方向から合流部21cへ接続される。これに対し、パワーケーブル43は、通過口15aaから支柱部21aの外側を迂回するように配索され、さらに支柱部21aにたすき掛け(すなわち、斜め交差)される。
そのうえで、パワーケーブル43は、端子21bを介し、軸Tに略垂直な方向(図中のX軸方向参照)から合流部21cへ接続される。これにより、フランジ部15aの軸Tまわりの回転にともない動くパワーケーブル43から、端子21bに加わるせん断力等を抑えることができる。
すなわち、ワイヤケーブル41およびガスホース42よりも太く、可撓性が比較的低いパワーケーブル43から端子21bに過剰な応力がかかるのを防止することができる。また、パワーケーブル43自体に対する過剰な応力集中を防止することができる。したがって、ロボット10が多様な溶接姿勢をとりやすくすることができる。また、弛んだパワーケーブル43を取りまとめ、パワーケーブル43が周囲に干渉するのを防止することができる。
ここで、上述してきた送給機30の配置構造ならびにケーブル類40の配索方法がもたらす効果についてまとめて説明する。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ついては、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、ケーブル類40にかかる負荷を軽減するために、取付部15の近傍すなわち第2アーム14bに設けられていた。しかしながら、かかる従来技術では、送給機30の送出部32が第2アーム14bの外側に設けられ、これにともないケーブル類40が第2アーム14bの外側を通るように配索されていた。
このため、従来技術によれば、送給機30やワイヤケーブル41を含む第2アーム14bが大型化しやすかった。したがって、第2アーム14bが周辺物へ干渉しやすく、かかる干渉を防止するためにロボット10の周辺に広い空間を設ける必要があった。また、第2アーム14bの外観の美観も損なわれやすかった。
この点、本実施形態に係る送給機30の配置構造によれば、モータ31に加えて送出部32およびワイヤケーブル41が第2アーム14bの二股の間に形成される空間H(図3A参照)に配置される。したがって、ロボット10の周辺物との干渉をより確実に防ぎ、ロボット10の周辺に設けるべき空間をこれまでよりも小さくすることができる。また、ロボット10の外観の美観を維持することもできる。
また、溶接姿勢をとるにあたり、ロボット10が周囲との干渉を回避するために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3A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が周辺物と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、送給機30は、図3Cに示したように、ローラ支持部32aが図中のZ軸の負方向から従動ローラ33bとともに揺動または着脱可能に設けられる。これにより、ロボット10が基本姿勢をとった場合の第2アーム14bの下方からワイヤWiの配索作業を含む送給機30のメンテナンス作業を行うことができる。さらに、調整部32dによれば、送給機30におけるワイヤWiの挟持力を第2アーム14bの下方から簡単に調整することができる。
また、たとえば図3A等に示したように、送給機30は、第2アーム14bの二股の間で取付部15の揺動軸(軸B)から図中のX軸の負方向に少なくとも一定の間隔をあけて配置される。これにより、ワイヤケーブル41の屈曲等でワイヤWiの送給が阻害されにくく、かつ、ワイヤWiの送給速度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。
また、たとえば図3A等に示したように、ガスホース42およびパワーケーブル43が、ワイヤケーブル41とは別体に設けられているので、ワイヤWiの送給が阻害されにくく、かつ、ロボット10の動作にともなってケーブル類40にかかる負荷も分散させやすい。
これにより、ケーブル類40の座屈や断線等を防止することができる。すなわち、ロボット10が多様な溶接姿勢をとりやすくすることができる。
また、パワーケーブル43は、複数本に分岐され、たとえば、図3Gに示したように、トーチクランプ21においてはたすき掛けして合流部21cに接続される。
これにより、太く、可撓性も低くありがちなパワーケーブル43を取り回し易くできるうえ、パワーケーブル43により端子21bに負荷が集中し、端子21bを破損させるのを防止することができる。すなわち、ロボット10が多様な溶接姿勢をとりやすくすることができる。
ところで、これまでは、第2アーム14bが、第1延在部14bbおよび第2延在部14bcによって二股状に形成される場合について例示したが、第2アーム14bの形状は、かかる例示に限られない。そこで、以下では第2アーム14bを含む上部アーム14の変形例について図4を用いて説明する。
なお、本変形例は、たとえば図3A等に示した上部アーム14の変形例であって、図3A等に示した上部アーム14と同一の要素には同一の符号を付し、重複する記載を省略する。図4は、変形例に係る上部アーム14’周辺の斜視模式図である。
図4に示すように、変形例に係る上部アーム14’では、第2アーム14b’が、底部14baから軸Rの軸線に沿って延設された1本の第3延在部14bfを有する。かかる第3延在部14bfは、先端部付近で取付部15を片持ち状に軸Bまわりに回転支持する。
これにより、第2アーム14b’の先端部および基端部の間には、底部14baおよび第3延在部14bfの内壁に面しつつ軸Rの軸線に沿って空間H’が形成される。そして、送給機30は、かかる空間H’において第3延在部14bfの内壁に配置される。
このように、変形例に係る上部アーム14’では、第2アーム14b’が取付部15を片持ち状に支持することとした。そして、送給機30を第2アーム14b’の先端部および基端部の間に形成される空間H’に軸Rの軸線と交わるように配置し、ワイヤWiをかかる軸Rの軸線に沿って送り出すこととした。
これにより、空間H’に面した第2アーム14b’の内壁側にワイヤWiを通すことができ、第2アーム14b’の外形をコンパクト化することが可能となる。したがって、ロボット10’や送給機30と周辺物との干渉をより確実に防ぎ、ロボット10’の周辺に設けるべき空間を抑えることができる。
また、送給機30やケーブル類40が多方面に開放されるため、メンテナンス作業の作業領域を拡大することができる。したがって、送給機30ならびにケーブル類40周辺のメンテナンス性を高めることができる。
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、空間と、送給機とを備える。取付部は、溶接用トーチを取り付け可能である。アーム部は、先端部において取付部を揺動可能に支持する。
アーム支持部は、先端部においてアーム部を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。空間は、回転軸の軸線に沿ってアーム部の先端部および基端部の間に形成される。
送給機は、空間に回転軸の軸線と交わるように配置され、取付部に取り付けられる溶接用トーチへワイヤを送給する。また、送給機は、送出機構(送出部)と、モータとを備える。送出機構は、回転軸の軸線に沿ってワイヤを送り出す。モータは、空間に面するアーム部の内壁および送出機構の間に配置されて送出機構を駆動させる。
したがって、実施形態に係るロボットによれば、周辺物との干渉をより確実に防ぎ、ロボット周辺に設けるべき空間を抑えることができる。
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供給しながら、ワークの組み立て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、二股状や変形例として示した片持ち状に限らず、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、送給機がローラ支持部32aをZ軸の負方向(図3A参照)に向けて配置された場合を例に挙げた。しかしながら、送給機は、ローラ支持部32aが軸R(図3A参照)の軸線を中心とする任意の径方向を向くように設けられてよい。この場合、ローラ支持部32aと面する第2アーム14bの壁部(たとえば、第1延在部14bbや第2延在部14bc、第3延在部14bf)には、ローラ支持部32aへのアクセスを可能とする開口部や切欠き部が適宜設けられることとしてもよい。
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。さらにはサーボモータM1〜M6の配置についても実施形態のものに限定されない。
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。
また、上述した実施形態では、送出部が1組のローラでワイヤを挟持して送給する場合を例に挙げたが、ワイヤを挟持するローラの数を限定するものではない。したがって、ワイヤを挟持するローラは、3個以上であってもよい。この場合、駆動ローラおよび従動ローラは、それぞれ1以上の任意の数で適宜定められる。また、駆動ローラおよび従動ローラの径は、それぞれ異なっていても構わない。
また、上述した実施形態では、モータのシャフトに駆動ローラが設けられている場合を例に挙げたが、かかるシャフトと駆動ローラとは別体に設けられてもよい。この場合、シャフトの駆動力は、ベルトやギアといった動力伝達機構で駆動ローラに伝達されることとしてもよい。
また、上述した実施形態では、ブラケットが張り出し部の底面に固定されることとしたが、ブラケットが固定される場所は、たとえば、第2アームの内壁や底部14ba等、任意の場所であってよい。また、ブラケットを使用せずに、モータやワイヤ保持部を第2アームに直接取り付けることとしてもよい。
また、上述した実施形態では、ガスホースおよびパワーケーブルが、ワイヤケーブルとは別体に設けられる場合を例に挙げたが、少なくともパワーケーブルが別体であればよい。たとえば、ワイヤケーブルおよびガスホースが一体型であり、これに対してパワーケーブルが別体であってもよい。
また、上述した実施形態では、パワーケーブルが2本に分岐されている場合を例に挙げたが、分岐する本数を限定するものではない。したがって、3本以上であってもよい。また、複数本のパワーケーブルの少なくとも1組がたすき掛けされていればよい。
また、上述した実施形態では、パワーケーブルがたすき掛けされ、端子にX軸方向(図3G参照)から接続される場合を例に挙げたが、必ずしもたすき掛けしなくともよい。たとえば、たすき掛けをせずにパワーケーブルを弛ませて迂回させ、端子にX軸方向から接続するのみでもよい。また、軸Tに略平行でなければ、X軸方向以外の方向から端子に接続させてもよい。
また、上述した実施形態では、ワークをポジショナに設置することとしたが、ワークの位置や姿勢を変更させる必要がなければ、ポジショナに代えてワークを載置させる載置台を使用することとしてもよい。また、溶接電源と制御装置とを別体として説明したが、溶接電源と制御装置とを一体化してもよい。また上述した実勢形態では、送給機のモータが溶接電源によって制御されることとしたが、制御装置によって制御されるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、1つのワークにつき1台のロボットの溶接機器で溶接作業を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、1つのワークにつき溶接機器を有する複数のロボットで溶接作業を行うこととしてもよい。この場合、複数のロボットのうち一部または全部で溶接電源や制御装置を共有することとしても構わない。
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。
1 ロボットシステム
10、10’ ロボット
11 基台部
12 旋回ベース
13 下部アーム
14、14’ 上部アーム
14a 第1アーム
14b、14b’ 第2アーム
14ba 底部
14bb 第1延在部
14bc 第2延在部
14bd 収納部
14be 張り出し部
14bf 第3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
15e 規制板
16 配管部
20 トーチ
21 トーチクランプ
21a 支柱部
21b 端子
21c 合流部
30 送給機
31 モータ
31a シャフト
32 送出部
32a ローラ支持部
32b ワイヤ保持部
32ba ケーブル固定部
32c ブラケット
32d 調整部
32da 係止部材
32db 付勢部材
32dc 当接部材
33a 駆動ローラ
33b 従動ローラ
34 カバー
34a 庇部
40 ケーブル類
41 ワイヤケーブル
41a 固定具
42 ガスホース
43 パワーケーブル
45、45’、46、47 ケーブル
50 アーク溶接装置
60 ワイヤ貯蔵装置
70 溶接電源
80 制御装置
90 ガスボンベ
100 操作装置
C1 コンジットケーブル
C2 溶接電源ケーブル
C3 サーボモータケーブル
C4 ガスホース
M1〜M6 サーボモータ
P ポジショナ
Wi ワイヤ
Wk ワーク
H、H’ 空間

Claims (14)

  1. 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アーム支持部と、
    前記回転軸の軸線に沿って前記アーム部の先端部および基端部の間に形成される空間と、
    前記空間に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、
    前記送給機は、
    前記回転軸の軸線に沿って前記ワイヤを送り出す送出機構と、
    前記空間に面する前記アーム部の内壁および前記送出機構の間に配置されて前記送出機構を駆動させるモータと
    を備え
    前記モータは、
    該モータの出力軸の軸線と前記回転軸の軸線とがねじれの位置となるように配置されると共に、該モータの出力軸の軸線および前記回転軸の軸線に共に直交する方向から見た際に、前記アーム部の内壁と前記回転軸の軸線との間に収まるように配置されること
    を特徴とするロボット。
  2. 前記送出機構は、
    前記モータの出力軸に設けられる駆動ローラと、
    前記駆動ローラとともに前記ワイヤを該ワイヤの軸線が前記回転軸の軸線に沿うように挟持する従動ローラとを有すること
    を特徴とする請求項に記載のロボット。
  3. 前記送給機は、
    前記空間に前記取付部の揺動軸から前記アーム支持部側へ所定の間隔を空けて設けられること
    を特徴とする請求項に記載のロボット。
  4. 前記送出機構は、
    前記従動ローラを回転可能に支持するローラ支持部を有し、
    前記ローラ支持部は、
    前記駆動ローラが配置された側とは反対側の前記従動ローラが配置された側から該従動ローラとともに着脱可能に設けられること
    を特徴とする請求項またはに記載のロボット。
  5. 前記送出機構は、
    前記回転軸の軸線方向に沿った形状を有して形成され、前記従動ローラを回転可能に支持するローラ支持部を有し、
    前記ローラ支持部は、
    前記回転軸の軸線方向における一方の端部を固定端、他方の端部を自由端として設けられ、前記固定端は前記送給機に対して前記従動ローラの支持軸の軸線に平行な枢軸を介して揺動可能に固定され、前記自由端は前記送給機に対して係止部を介して係止されること
    を特徴とする請求項またはに記載のロボット。
  6. 前記ローラ支持部は、
    前記従動ローラを前記駆動ローラへ向けて押圧する付勢部材と、
    前記従動ローラおよび前記駆動ローラの間に挟持された前記ワイヤへの前記従動ローラの当接圧を調整可能に設けられた調整部材と
    をさらに備えることを特徴とする請求項またはに記載のロボット。
  7. 前記溶接用トーチへの給電経路であり、前記ワイヤの送給経路とは別体に設けられるパワーケーブルをさらに備え、
    前記パワーケーブルは、
    複数本に分岐されて設けられていること
    を特徴とする請求項のいずれか一つに記載のロボット。
  8. 前記送給機は、
    前記モータの出力軸および前記駆動ローラの外周の一部を覆うカバー部材をさらに有し、
    前記パワーケーブルは、
    前記モータの出力軸および前記駆動ローラとは前記カバー部材によって隔てられつつ案内されて前記取付部の方向へ配索されること
    を特徴とする請求項に記載のロボット。
  9. 前記取付部に取り付けられる部位と、該部位から前記溶接用トーチの方へ柱状に延在する支柱部とを有し、該支柱部を介して前記取付部および前記溶接用トーチを連結するトーチクランプ
    をさらに備え、
    前記パワーケーブルは、
    前記複数本の少なくとも1組が前記支柱部にたすき掛けされて配索されること
    を特徴とする請求項またはに記載のロボット。
  10. 前記ワイヤの送給経路であり、前記空間に前記回転軸の軸線に沿って配索されるワイヤケーブル
    をさらに備えることを特徴とする請求項に記載のロボット。
  11. 前記取付部は、
    前記トーチクランプを前記揺動軸に垂直な第2の回転軸まわりに回転可能に支持し、
    前記トーチクランプは、
    前記パワーケーブルおよび前記ワイヤケーブルを合流させる合流部をさらに有し、
    前記パワーケーブルは、
    前記アーム部側から前記第2の回転軸沿いに前記取付部を貫いて配索されるとともに、前記合流部に対し、前記第2の回転軸に略垂直な向きから接続されること
    を特徴とする請求項10に記載のロボット。
  12. 前記溶接用トーチへのガス供給経路であるガスホース
    をさらに備え、
    前記パワーケーブル、前記ワイヤケーブルおよび前記ガスホースは、それぞれ別体に設けられること
    を特徴とする請求項11に記載のロボット。
  13. 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1〜12のいずれか一つに記載のロボット。
  14. 請求項13に記載のロボットにより溶接作業を行うロボットシステム。
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