JP7072489B2 - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置及び溶接方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の溶接装置が知られている。この溶接装置は、上下に仮接続された柱部品の側面に多関節型溶接ロボットを固定し、多関節型溶接ロボットで溶接トーチを操作して、柱部品同士を溶接して鉄骨柱を構築するものである。

特開2001-334364号公報

しかしながら、上記の溶接装置においては、柱部品の側面に多関節型溶接ロボットが固定されるので、溶接トーチが移動可能な位置及び姿勢が限られている。このため、複雑な形状の部材の溶接にこの溶接装置を適用することは困難であった。そこで、本発明は、ロボットを用いた自動溶接において複雑な形状の溶接対象に対応可能な溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明の溶接装置は、溶接対象に対して位置固定される固定アームと当該固定アームに対して鉛直軸周りに回動可能な第１アームと当該第１アームに対して鉛直軸周りに回動可能な第２アームとを少なくとも含む駆動機構と、駆動機構によって溶接対象に対し水平面内で移動するロボット取付部と、を有する移動用アクチュエータと、移動用アクチュエータのロボット取付部に取付けられ、溶接ツールを移動させて溶接対象の溶接を行う垂直多関節ロボットと、を備える。

この溶接装置では、移動用アクチュエータによって垂直多関節ロボット自体が溶接対象に対する平面位置を変更することができる。従って、溶接ツールの位置及び姿勢の可動範囲が広くなり、複雑な形状の溶接対象に対応可能となる。

また、移動用アクチュエータは、アーム同士を相対的に回動可能に接続する関節部を複数有し、関節部は、当該関節部によって接続される一方のアームに対して他方のアームを回動方向の一方に常時付勢する付勢手段を含むこととしてもよい。

移動用アクチュエータにおいては、アームの駆動機構に含まれる歯車のバックラッシュ等の影響でアーム同士が回動方向にガタつくことが考えられる。このガタつきが垂直多関節ロボットの位置精度に影響し、溶接精度の低下を招く虞がある。これに対して、上記構成によれば、各関節部において、一方のアームに対して他方のアームが回動方向の一方に常時付勢されるので、アーム同士がガタつき範囲の一方側に押し付けられて固定され、その結果、上記ガタつきの影響が低減される。

また、垂直多関節ロボットの第１軸は、ロボット取付部に固定されるベース部に対し当該ベース部以外の他部位を所定軸線周りに旋回させる旋回軸であり、垂直多関節ロボットは、所定軸線が鉛直方向に対して傾斜し且つ水平面に対して傾斜するような姿勢でロボット取付部に取付けられることとしてもよい。

この場合、溶接時に必要な溶接ツールの移動範囲を、垂直多関節ロボットの可動範囲の中で好適な範囲に合わせることが容易になる。

本発明の溶接方法は、上述の何れかに記載の溶接装置を用いて溶接を行う溶接方法であって、移動用アクチュエータがロボット取付部の移動を停止した状態で、垂直多関節ロボットが溶接対象の溶接を実行する工程を備える。

この方法によれば、移動用アクチュエータの動作精度が、溶接精度に影響を及ぼすことを回避することができる。

本発明の溶接方法は、上述の何れかに記載の溶接装置を用いて、建て方治具で鉛直方向に仮接続された柱部品同士の間を溶接対象として溶接する溶接方法であって、建て方治具と柱部品との間の隙間に溶接ツールを挿入して柱部品同士を溶接する処理を含み、柱部品の全周の溶接を完成させる溶接工程と、溶接工程の後、建て方治具を柱部品から撤去する治具撤去工程と、を備える。

この溶接方法では、上述の何れかに記載の溶接装置を用いることで、建て方治具と柱部品との間の隙間に溶接ツールを挿入するといったような、溶接ツールの複雑な位置及び姿勢が可能になる。このため、建て方治具が存在する状態で柱部品の全周の溶接が可能である。そして、建て方治具に隠れていた部位を建て方治具の撤去後に改めて溶接するといった作業が不要になる。

本発明によれば、ロボットを用いた自動溶接において複雑な形状の溶接対象に対応可能な溶接装置及び溶接方法を提供することができる。

実施形態に係る溶接装置とその溶接対象の柱部品とを示す斜視図である。 図１の溶接装置の水平関節アームを示す平面図である。 水平関節アームの１つの関節部を拡大して示す平面図である。 図１の溶接装置の垂直多関節ロボットを示す側面図である。 溶接方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）は、溶接装置の変形例を示す側面図である。 （ａ），（ｂ）は、溶接装置の他の変形例を示す平面図である。 実施形態に係る溶接装置とその溶接対象の柱・梁とを示す斜視図である。 溶接装置の更に他の変形例を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら溶接装置及び溶接方法の実施形態について説明する。以下の説明においては、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、図面には、Ｚ軸を鉛直軸としてＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸により規定される直交座標系を示し、説明においては、Ｚ軸方向を上下方向として「上」及び「下」の語を用いる場合がある。

まず図１～図４を参照しながら溶接装置１の構成について説明する。図１に示される溶接装置１は、建物の施工現場において、柱部品３同士の溶接を行うための現場溶接装置である。柱部品３は例えば角形の鋼管であり、複数の柱部品３が鉛直方向に重ねられ互いに溶接されることで角形の鋼管柱が構築される。溶接される柱部品３，３同士は、互いの材軸を一致させ、柱部品３，３の水平な端部同士が全周に亘って近接し対向するように配置される。この端部同士が対向する箇所が、溶接装置１による溶接対象箇所Ｗであり、溶接対象箇所Ｗは、柱部品３の全周に亘って水平面内に延在している。

溶接対象箇所Ｗの近傍において、柱部品３，３の４つの側面の中央部には、それぞれエレクションピース４が溶接されている。上の柱部品３に設けられたエレクションピース４と、下の柱部品３に設けられたエレクションピース４とが鉛直方向に並び、建て方治具５によって互いに接続されている。このようなエレクションピース４及び建て方治具５によって柱部品３，３同士が仮接続されている。

溶接装置１は、下の柱部品３に基端が固定された水平関節アーム１０（移動用アクチュエータ）と、水平関節アーム１０の先端に取付けられた垂直多関節ロボット２０と、制御部４０と、を備えている。制御部４０は、水平関節アーム１０及び垂直多関節ロボット２０の動作を制御するコンピュータシステムである。

図２に一例が示されるように、水平関節アーム１０は、垂直多関節ロボット２０が取付けられるロボット取付部１１と、ロボット取付部１１を水平面内で移動させる駆動機構１３と、を備えている。ロボット取付部１１は、垂直多関節ロボット２０が固定される取付座面１１ａを有し、取付座面１１ａは鉛直面をなしている。

水平関節アーム１０の駆動機構１３は、
溶接対象箇所Ｗに対して位置が固定される固定アームＡ０と、
固定アームＡ０に対して第１関節部Ｂ１で連結され、固定アームＡ０に対して鉛直軸Ｄ１周りに回動可能な第１アームＡ１と、
第１アームＡ１に対して第２関節部Ｂ２で連結され、第１アームＡ１に対して鉛直軸Ｄ２周りに回動可能な第２アームＡ２と、
…、
第（ｎ－１）アームＡ（ｎ－１）に対して第ｎ関節部Ｂｎで連結され、第（ｎ－１）アームＡ（ｎ－１）に対して鉛直軸Ｄｎ周りに回動可能な第ｎアームＡｎと、
を備えている（ｎは２以上の自然数）。図２ではｎ＝３とした場合が例示されている。水平関節アーム１０は、各アームＡ１～Ａｎをそれぞれ回動させるモータ等の駆動源（図示せず）を備えており、当該駆動源は制御部４０の制御信号に従って動作する。

固定アームＡ０の一端は断面Ｌ字状をなし、溶接対象箇所Ｗの近傍において下方の柱部品３の角部にボルト止め等によって固定される。第ｎアームＡｎ（図２の場合は第３アームＡ３）には、前述のロボット取付部１１が固定されている。

制御部４０によって第１アームＡ１～第ｎアームＡｎの回動が制御されることで、ロボット取付部１１に取付けられた垂直多関節ロボット２０を水平移動させることができる。上記の通り、水平関節アーム１０の軸数ｎが２以上であるので、水平関節アーム１０は、溶接対象箇所Ｗに対して垂直多関節ロボット２０を水平面内で２次元的に移動することができ、垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置を決定することができる。なお、水平関節アーム１０が備える各アームはすべて鉛直軸周りに回動するものであるので、水平関節アーム１０は、垂直多関節ロボット２０を水平面内のみで移動可能なものである。例えば、水平関節アーム１０として、汎用の水平多関節ロボットが採用されてもよい。

また、水平関節アーム１０の各関節部Ｂ１～Ｂｎには、連結される一方のアームに対して他方のアームを回動方向の一方に常時付勢するアーム付勢部Ｃ１～Ｃｎがそれぞれ設けられている。以下では、図３に示されるように第２関節部Ｂ２に設けられたアーム付勢部Ｃ２を例として説明するが、他のアーム付勢手段についても同様の構成であるので、重複する説明は省略する。

アーム付勢部Ｃ２は、第１アームＡ１に対して第２アームＡ２を右回りに回動させる方向（矢印Ｑ方向）に常時付勢している。但し、アーム付勢部Ｃ２の付勢力は、制御部４０の制御に反して第２アームＡ２を回動させるほどの強い力ではない。このような機能をもつアーム付勢部Ｃ２としては、例えば第２関節部Ｂ２に内蔵される回転バネ等が採用される。また、第１アームＡ１及び第２アームＡ２の位相に関わらず一定の付勢力が付与されるように、アーム付勢部Ｃ２として定トルクバネが採用されてもよい。この構成によれば、図３に示されるように、第２アームＡ２が第１アームＡ１に対して回動方向にガタつく場合であっても、第２アームＡ２がガタつき範囲の一方側に押し付けられて固定され、その結果、上記ガタつきの影響が低減される。

図４に一例が示されるように、垂直多関節ロボット２０は、
ロボット取付部１１に固定されるベース部位Ｈ０と、
ベース部位Ｈ０に対して第１関節部Ｋ１で連結され、ベース部位Ｈ０に対して第１軸Ｊ１周りに旋回可能な第１部位Ｈ１と、
第１部位Ｈ１に対して第２関節部Ｋ２で連結され、第１部位Ｈ１に対して第２軸Ｊ２周りに回動可能な第２部位Ｈ２と、
第２部位Ｈ２に対して第３関節部Ｋ３で連結され、第２部位Ｈ２に対して第３軸Ｊ３周りに回動可能な第３部位Ｈ３と、
…、
第（ｍ－１）部位Ｈ（ｍ－１）に対して第ｍ関節部Ｋｍで連結され、第（ｍ－１）部位Ｈ（ｍ－１）に対して第ｍ軸Ｊｍ周りに回動可能な第ｍ部位Ｈｍと、
を備えている（ｍは自然数）。図４ではｍ＝６とした場合が例示されている。

垂直多関節ロボット２０は、各部位Ｈ１～Ｈｍをそれぞれ回動させるモータ等の駆動源（図示せず）を備えており、当該駆動源は制御部４０の制御信号に従って動作する。

ベース部位Ｈ０は、ロボット取付部１１の取付座面１１ａにボルト止め等によって固定される。第ｍ部位Ｈｍ（図４の場合は第６部位Ｈ６）には、ツール３０が保持されている。制御部４０によって第１部位Ｈ１～第ｍ部位Ｈｍの回動が制御されることで、第ｍ部位Ｈｍに保持されたツール３０の位置及び姿勢が制御される。

ツール３０が開先センサ３１である場合には、垂直多関節ロボット２０が溶接対象箇所Ｗに沿って開先センサ３１を移動させながらセンシングを行い、溶接対象箇所Ｗの開先形状に関する情報を取得することができる。開先センサ３１としては、例えば、非接触式で開先の位置情報を取得可能なセンサ（例えば、レーザーセンサ）が用いられる。なお、開先センサ３１は、センシングした開先形状に応じた電気信号を制御部４０に送信する。

また例えば、ツール３０が溶接ツール３３（例えば、溶接トーチ）である場合には、垂直多関節ロボット２０が溶接対象箇所Ｗに沿って溶接ツール３３を移動させながら、溶接対象箇所Ｗを溶接することができる。なお、垂直多関節ロボット２０の第ｍ部位Ｈｍには、ツール３０が複数（例えば、開先センサ３１及び溶接ツール３３）保持されてもよい。

例えば、垂直多関節ロボット２０としては、汎用の垂直多関節６軸ロボットが採用される。汎用の垂直多関節６軸ロボットにおいては、上記の軸数ｍ＝６であり、第２軸Ｊ２は第１軸Ｊ１に対して直交する方向に延び、第３軸Ｊ３は第２軸Ｊ２に対して平行であり、第４軸Ｊ４は第３軸Ｊ３に対して直交する方向に延び、第５軸Ｊ５は第４軸Ｊ４に対して直交する方向に延び、第６軸Ｊ６は第５軸Ｊ５に対して直交する方向に延びる。このような垂直多関節６軸ロボットによれば、ツール３０の３次元的な位置及び３次元的な姿勢が制御される。なお、垂直多関節ロボット２０としては、５軸以下のロボットや７軸以上のロボットが採用されてもよい。

続いて、上述のような溶接装置１を用いた柱部品３同士の現場溶接方法の一例について図５のフローチャートを併せて参照しながら説明する。

まず、図１に示されるように、建て方治具５を用いて柱部品３，３が仮接続された状態から、柱部品３に溶接装置１が設置される。具体的には、溶接対象箇所Ｗの直ぐ下方の位置で、下の柱部品３の角部に、溶接装置１の基端（固定アームＡ０）がボルト止めで固定される（ステップＳ１０１）。続いて、制御部４０の制御下で水平関節アーム１０が駆動され、垂直多関節ロボット２０が所定のＸＹ位置に移動される（ステップＳ１０３）。

続くステップＳ１０５は、水平関節アーム１０の動作を完全に停止させ、垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置が固定された状態で実行される。また、ステップＳ１０５では、垂直多関節ロボット２０の先端（第ｍ部位Ｈｍ）にツール３０としての開先センサ３１が取付けられた状態とされる。この状態から、制御部４０の制御下で垂直多関節ロボット２０が駆動され、所定の溶接範囲で、溶接対象箇所Ｗに沿って開先センサ３１を移動させる。このとき開先センサ３１は、当該溶接範囲で、溶接対象箇所Ｗをセンシングして開先形状に関する情報を取得し制御部４０に電気信号として送信する（ステップＳ１０５：センシング工程）。制御部４０は、上記のように取得された溶接対象箇所Ｗの開先形状に関する情報を一時的に記憶する。なお、ここで溶接対象箇所Ｗの開先形状とは、溶接対象箇所Ｗで上下に対向する柱部品３，３の端面の形状のみならず、前回までの溶接工程（後述のステップＳ１０７）によって溶接対象箇所Ｗに既に付着されている溶接材の形状も含めた形状を意味する。

続くステップＳ１０７も、水平関節アーム１０の動作を完全に停止させ、垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置が固定された状態で実行される。また、ステップＳ１０７では、垂直多関節ロボット２０の先端（第ｍ部位Ｈｍ）にツール３０としての溶接ツール３３が取付けられた状態とされる。なお、ここでは、ツール３０が開先センサ３１から溶接ツール３３に付け替えられてもよく、最初から第ｍ部位Ｈｍに２種のツール３０（開先センサ３１及び溶接ツール３３）が取付けられていてもよい。

この状態から、制御部４０の制御下で垂直多関節ロボット２０が駆動され、前述の溶接範囲で溶接対象箇所Ｗに沿って溶接ツール３３が移動され、溶接対象箇所Ｗの溶接が実行される（ステップＳ１０７：溶接工程）。このとき、制御部４０は、前述のステップＳ１０５で記憶された溶接対象箇所Ｗの開先形状に適した溶接を実行する。例えば、制御部４０は、記憶された開先形状に基づいて、溶接対象箇所Ｗの幅方向における溶接ツール３３の移動軌跡、溶接ツール３３の移動速度、溶接ツール３３の姿勢等を所定のアルゴリズムによって計画し、この計画に従って溶接ツール３３を移動させる。

ここでは、溶接ツール３３の位置及び姿勢が垂直多関節ロボット２０によって比較的自由に移動される。更には、前述のステップＳ１０３で、垂直多関節ロボット２０自体のＸＹ位置も、水平関節アーム１０によって、水平面内で比較的自由な位置に配置されている。従って、建て方治具５と柱部品３との狭い隙間から溶接ツール３３を溶接対象箇所Ｗに挿入して溶接するといったことが可能である。よって、ここでは、建て方治具５が取付けられたままの状態で、溶接対象箇所Ｗの溶接がなされる。

前述の溶接範囲における溶接対象箇所Ｗの溶接が完了するまで、上記のようなセンシング工程（ステップＳ１０５）及び溶接工程（ステップＳ１０７）が繰り返される（ステップＳ１０９）。そして、１つの溶接範囲における溶接対象箇所Ｗの溶接が完了したとき（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、溶接対象箇所Ｗの全周分の溶接が完了していなければ（ステップＳ１１１でＮＯ）、溶接範囲を変えて再びステップＳ１０３からの処理が行われる。すなわち、再び制御部４０の制御下で水平関節アーム１０が駆動され、垂直多関節ロボット２０が次の溶接範囲の処理に適したＸＹ位置に移動される（ステップＳ１０３）。その後、前述と同様にしてセンシング工程（ステップＳ１０５）及び溶接工程（ステップＳ１０７）が繰り返され当該溶接範囲の溶接が行われる。

そして、溶接対象箇所Ｗの全周分の溶接が完了したときに（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１１３以降の処理が実行される。すなわち、建て方治具５及びエレクションピース４が撤去され（ステップＳ１１３：治具撤去工程）、溶接装置１は、次の溶接対象箇所Ｗに移動される（ステップＳ１１５）。

続いて、以上説明した溶接装置１及び現場溶接方法による作用効果について説明する。

溶接装置１によれば、水平関節アーム１０の軸数ｎが２以上であり、すなわち、柱部品３に対して直列に連結されたアームＡ１～Ａｎの数ｎが２以上であるので、水平関節アーム１０によって垂直多関節ロボット２０自体が柱部品３に対するＸＹ位置を変更することができる。すなわち、垂直多関節ロボット２０のベース部位Ｈ０の位置をＸＹ平面上で２次元的に変更することができる。従って、ツール３０の位置及び姿勢に関して可動範囲が広くなり、その結果、複雑な形状の溶接対象のセンシング及び溶接に対応可能である。

例えば、角形の鋼管柱に限定されず、更に複雑な断面形状の柱（例えば、Ｈ鋼、クロスＨ鋼等）等の溶接にも溶接装置１が適用可能になる。また、前述したように、建て方治具５と柱部品３との間の隙間に溶接ツール３３を挿入するといったような、溶接ツール３３の複雑な位置及び姿勢が可能になる。このため、建て方治具５が存在する状態で柱部品３の全周の溶接が可能であり、建て方治具５に隠れていた部位を建て方治具５の撤去後に改めて溶接するといった作業が不要になる。

また、溶接装置１では、水平関節アーム１０の軸数ｎが２以上であるので、アームＡ１～Ａｎをある程度長くすることにより、柱部品３の全周分の溶接対象箇所Ｗの溶接を、１台の溶接装置１で実行することも比較的容易になる。なお、溶接装置１に比較して、例えば水平関節アーム１０の軸数ｎが１であれば、垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置は第１関節部Ｂ１を中心とする円周上のみに限定され、その結果、ツール３０の位置及び姿勢の可動範囲が十分ではない場合がある。

また、溶接用の垂直多関節ロボットを柱部品３の周囲で移動させる他の方式としては、例えば、柱部品３の周囲にレールを設置し、当該レール上で水平多関節ロボットを周方向に移動させることも考えられる。この方式では、垂直多関節ロボットが一次元的に移動するのに対し、本実施形態の溶接装置１は、垂直多関節ロボット２０を二次元的に移動させることができる点で好ましい。また、本実施形態の溶接装置１は、柱部品３の周囲へのレールの設置、及びレール上への垂直多関節ロボットの設置といった煩雑な作業が省略され、溶接装置１を柱部品３に固定して準備が完了する点で好ましい。

また、水平関節アーム１０においては、アームＡ１～Ａｎの駆動機構に含まれる歯車のバックラッシュ等の影響でアーム同士が回動方向にガタつくことが考えられる。そして、このガタつきが垂直多関節ロボット２０の位置精度に影響し、溶接精度の低下を招く虞がある。これに対して、前述のようなアーム付勢部Ｃ１～Ｃｎを備える構成によれば、各関節部Ｂ１～Ｂｎにおいて、一方のアームに対して他方のアームが回動方向の一方に常時付勢されるので、アーム同士がガタつき範囲の一方側に押し付けられて固定され、その結果、各関節部Ｂ１～Ｂｎにおいて上記ガタつきの影響が低減される。よって、上記ガタつきに起因する溶接精度の低下を抑制することができる。

また、上述の現場溶接方法では、水平関節アーム１０が完全に停止し垂直多関節ロボット２０の位置が固定された状態で、垂直多関節ロボット２０による溶接対象箇所Ｗの溶接が実行される（ステップＳ１０７参照）。従って、水平関節アーム１０の動作精度が溶接精度に及ぼす影響を低減することができる。また、溶接時における垂直多関節ロボット２０の動作の制御も簡易化される。

また、上述の現場溶接方法では、溶接対象箇所Ｗの開先形状の情報取得と溶接対象箇所Ｗの溶接とが同じ１台の溶接装置１によって実行される。従って、開先形状の誤差と溶接の誤差とに共通して含まれる、溶接装置１に起因する誤差が相殺され、最終的に溶接誤差が低減される。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

上述の実施形態では、水平関節アーム１０のロボット取付部１１の取付座面１１ａ（図４参照）は鉛直面であったが、この構成には限定されない。例えば、図６（ａ）に示されるように、取付座面１１ａが水平面であってもよい。この場合において、垂直多関節ロボット２０の第１軸Ｊ１が水平関節アーム１０の鉛直軸Ｄ３の直近に位置し両者の役割がほぼ重複する場合には、鉛直軸Ｄ３を形成する第３関節部Ｂ３を省略してもよい。

また、図６（ｂ）に示されるように、取付座面１１ａが傾斜面であってもよい。この場合、ロボット取付部１１に取付けられた垂直多関節ロボット２０の第１軸Ｊ１は、鉛直方向（Ｚ方向）及び水平面（ＸＹ平面）の両方に対して傾斜する。すなわちこの場合、第１軸Ｊ１は鉛直軸でもなく水平軸でもない。この場合、水平面に対する第１軸Ｊ１の傾斜角θは、１５～７５°であることが好ましく、１５～４５°であると更に好ましく、１５～３５°であると更に好ましい。なお、第１軸Ｊ１は、水平関節アーム１０の鉛直軸Ｄ３と交差してもよい。

この構成によれば、水平に延びる溶接対象箇所Ｗに対して、センシング工程及び溶接工程で必要とされるツール３０の移動範囲を、垂直多関節ロボット２０の可動域の中で好適な可動範囲に合せることが容易になる。すなわち、例えば垂直多関節ロボット２０がアームの可動限界の付近で動作するといった状態を回避し易くなる。

なお、ここに言う「好適な可動範囲」とは、例えば、垂直多関節ロボット２０の動作によるツール３０の位置精度が高い可動範囲、重量が大きいツール３０に対応可能な可動範囲、垂直多関節ロボット２０の消費電力が小さい可動範囲、などを言う。また、「好適な可動範囲」には、以下の(1)～(4)に例示するような可動範囲が含まれてもよい。
(1)溶接ツール３３や開先センサ３１などのツール３０のケーブル処理が比較的簡単にできる可動範囲。すなわち、垂直多関節ロボット２０の動作のために必要とされる上記ケーブルの余長が小さく抑えられ、余長処理の手間が小さく抑えられるような可動範囲が好ましい。
(2)垂直多関節ロボット２０が可動域に余裕をもつような可動範囲。すなわち、溶接装置１の設置誤差等によって可動範囲が垂直多関節ロボット２０の可動域外に出てしまうことは避ける必要があるので、垂直多関節ロボット２０の可動域ギリギリの範囲にならないような可動範囲が好ましい。この場合、溶接装置１のある程度の設置誤差は垂直多関節ロボット２０の動作により補正可能であり、溶接装置１の設置精度を極端に厳しくする必要がなくなる。

(3)動作中の垂直多関節ロボット２０全体がコンパクトに収まるような可動範囲。すなわち、この種の垂直多関節ロボットは、動作中に風防とガードを兼ねた柵で覆われる場合がある。例えば、一部の関節部が外方に大きく張出すといったような動作が避けられ、動作中の垂直多関節ロボット２０全体がコンパクトに収まるような可動範囲であれば、上記の柵もコンパクトにすることができ、好ましい。
(4)垂直多関節ロボット２０の大きな動作が少ない可動範囲。すなわち、このような可動範囲が設定されれば、垂直多関節ロボット２０の各部位及び各部品の摩耗等が抑えられ、垂直多関節ロボット２０の長寿命化が図られる。

前述の通り、第１軸Ｊ１が鉛直又は水平である状態に限定されず第１軸Ｊ１の傾斜角度を適切に設定することで、垂直多関節ロボット２０が上記の例のような好適な可動範囲でセンシング及び溶接を行うことが多くなる。そうすると、垂直多関節ロボット２０の可動範囲を変更するために垂直多関節ロボット２０自体のＸＹ位置を移動させるべき状況は減り、その結果、ステップＳ１０３～Ｓ１１１（図５参照）の繰返し回数を低減することができる。

また、図７（ａ）に例示されるように、水平関節アーム１０の少なくとも１つのアーム（図７（ａ）の例では、第２アームＡ２）に、当該アームと柱部品３とを連結する枝アーム４７が設けられてもよい。図７の例では、枝アーム４７の基端が第２アームＡ２に対してヒンジ部で結合され、枝アーム４７は第２アームＡ２に対して水平に回動可能である。枝アーム４７の先端には磁石部４７ａが設けられており、枝アーム４７の先端が磁力によって柱部品３に吸着され、着脱可能な状態で固定される。枝アーム４７は、制御部４０による制御下で駆動されてもよい。

この構成に基づいて、例えば、ステップＳ１０３（図５参照）で垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置が決定された後、枝アーム４７によって第２アームＡ２と柱部品３とが連結された状態とされる。これにより、水平関節アーム１０全体としての剛性が向上する。また、枝アーム４７により第２アームＡ２の位置が固定され前述したようなアーム同士のガタつきの影響も低減される。そして、この状態でセンシング工程（ステップＳ１０５）及び溶接工程（ステップＳ１０７）が実行される。これにより、例えば、センシング時及び溶接時に垂直多関節ロボット２０が動作する際に、当該動作に起因する水平関節アーム１０の振動が低減され、センシング精度及び溶接精度が向上する。

また、上記のような枝アーム４７は、各アームＡ１～Ａｎのすべてに設けられてもよく、一部に設けられてもよい。また、１つのアームに対して複数の枝アーム４７が設けられてもよい。この場合、１つのヒンジ部から複数の枝アーム４７が延びるようにしてもよい。また、枝アーム４７は、関節部Ｂ１～Ｂｎから延びるように設けられてもよい。

また、図７（ｂ）に例示されるように、水平関節アーム１０の少なくとも１つのアーム（図７（ｂ）の例では、第２アームＡ２）に、当該アームと床面５１とを連結する脚部４９が設けられてもよい。当該脚部４９は、水平関節アーム１０の僅かな撓みに伴って第２アームＡ２から作用する鉛直荷重を支持する。脚部４９は、制御部４０による制御下で駆動（例えば、床面５１に向けて伸縮）されてもよい。

この構成に基づいて、例えば、ステップＳ１０３（図５参照）で垂直多関節ロボット２０のＸＹ位置が決定された後、脚部４９によって第２アームＡ２と床面５１とが連結された状態とされる。そして、この状態でセンシング工程（ステップＳ１０５）及び溶接工程（ステップＳ１０７）が実行される。これにより、例えば、センシング時及び溶接時に垂直多関節ロボット２０が動作する際に、当該動作に起因する水平関節アーム１０の振動が低減され、センシング精度及び溶接精度が向上する。

なお、上記のような脚部４９は、各アームＡ１～Ａｎのすべてに設けられてもよく、一部に設けられてもよい。また、１つのアームに対して複数の脚部４９が設けられてもよい。また、脚部４９は、関節部Ｂ１～Ｂｎに設けられてもよい。

また、溶接装置１及び現場溶接方法は、柱部品３，３の溶接に限定されず、例えば図８に示されるように、柱４１の側面にＨ鋼の梁４２を溶接するための溶接に適用されてもよい。なお、この場合、溶接対象箇所Ｗは、梁４２の断面に沿ってＨ字形をなす。

また、上述の実施形態では、柱部品３の角部に溶接装置１が固定されるが、この形態には限定されない。例えば、柱部品３のフラットな側面に溶接装置１が固定されてもよい。また例えば、水平関節アーム１０の固定アームＡ０が柱部品３に直接固定されず、所定の部材を介して固定されてもよい。また、固定アームＡ０の固定方法はボルト止めには限定されず、例えば固定アームＡ０に設けられた磁石の磁力によって柱部品３に固定されてもよい。

また例えば、図９に示されるように、柱４１の角部に沿って鉛直な昇降レール４５を設置し、溶接装置１が昇降レール４５上を移動するようにしてもよい。この場合、水平関節アーム１０の固定アームＡ０には、昇降レール４５を把持可能な機構が採用されてもよく、溶接装置１の移動ごとに固定アームＡ０が昇降レール４５にボルド止め等されてもよい。この構成により溶接装置１の上下移動が容易になる。

また、溶接装置１を他の溶接対象箇所Ｗに移動させる際に、溶接装置１の水平方向の移動を容易にすべく、溶接装置１は床面上を移動する移動台車（図示せず）に載せられて水平方向に移動してもよい。また、移動先で溶接装置１が柱部品３にボルト止めされる際に、固定アームＡ０のボルト孔の高さ調整をするために、移動台車は、例えば溶接装置１を搭載する荷台を昇降させる昇降機能を備えてもよい。また、溶接時においては、例えば上記荷台を降下させることで、柱部品３に固定済みの溶接装置１と移動台車とが切り離され（絶縁され）、床面の振動が溶接装置１に伝達されないようにしてもよい。これにより、床面の振動に起因するセンシング精度及び溶接精度の低下が抑制される。

また、上述の実施形態では、水平関節アーム１０を停止させ垂直多関節ロボット２０の動作のみで溶接ツール３３を動かして溶接を実行しているが、例えば、水平関節アーム１０の動作と垂直多関節ロボット２０の動作とが一緒に制御されて溶接工程が実行されてもよい。同様に、水平関節アーム１０の動作と垂直多関節ロボット２０の動作とが一緒に制御されて開先のセンシング工程が実行されてもよい。

また、上述の実施形態では、柱部品３の全周分の溶接対象箇所Ｗの溶接が１台の溶接装置１で実行されるが、この形態には限定されない。例えば、図１の溶接装置１の対角側の同様の位置（図１では背面に隠れた位置）に更に別の溶接装置１が設置され、２台の各溶接装置１で柱部品３の半周分ずつの溶接対象箇所Ｗの溶接が実行されてもよい。同様にして、３台以上の溶接装置１で溶接対象箇所Ｗの溶接が実行されてもよい。

上述の実施形態の図２及び図４では、水平関節アーム１０の軸数ｎと垂直多関節ロボット２０の軸数ｍとを、ｎ＝３、ｍ＝６としているが、これには限定されない。ｎもｍも、溶接対象物の形状や溶接対象箇所Ｗの形状等に応じて適宜変更してもよい（但し、ｎは２以上とする）。ツール３０の位置及び姿勢の可動範囲を十分に確保するために、ｎは、３以上であることが好ましく、４以上であると更に好ましい。また、ｍは、５以上であることが好ましく、７以上であると更に好ましい。また、（ｎ＋ｍ）は５以上であることが好ましく、１０以上であると更に好ましい。

なお、上述の実施形態では、水平関節アーム１０は鉛直軸を形成する関節部のみを有するものとしたが、水平関節アーム１０に対して鉛直以外の回動軸を形成する関節部を追加してもよい。また、上述の実施形態では、垂直多関節ロボット２０の各間接部Ｋ１～Ｋｍは接続される部位Ｈ０～Ｈｍ同士を１軸で回動させるものとしたが、垂直多関節ロボット２０は、接続される部位同士を複数軸で回動させる関節部（例えば部位同士をボールジョイント構造で接続する関節部など）を含んでもよい。

１…溶接装置、３…柱部品、５…建て方治具、１０…水平関節アーム（移動アクチュエータ）、１１…ロボット取付部、１３…駆動機構、２０…垂直多関節ロボット、３１…開先センサ、３３…溶接ツール、Ａ０…固定アーム、Ａ１…第１アーム、Ａ２…第２アーム、Ａ１～Ａｎ…アーム、Ｂ１～Ｂｎ…関節部、Ｃ１～Ｃｎ…アーム付勢部（付勢手段）、Ｄ１～Ｄｎ…鉛直軸、Ｊ１…第１軸（旋回軸）、Ｗ…溶接対象箇所（溶接対象）。

Claims (4)

1. 溶接対象に対して位置固定される固定アームと当該固定アームに対して鉛直軸周りに回動可能な第１アームと当該第１アームに対して鉛直軸周りに回動可能な第２アームとを少なくとも含む駆動機構と、前記駆動機構によって前記溶接対象に対し水平面内で移動するロボット取付部と、を有する移動用アクチュエータと、
   前記移動用アクチュエータの前記ロボット取付部に取付けられ、溶接ツールを移動させて前記溶接対象の溶接を行う垂直多関節ロボットと、を備え、
   前記垂直多関節ロボットの第１軸は、前記ロボット取付部に固定されるベース部に対し当該ベース部以外の他部位を所定軸線周りに旋回させる旋回軸であり、
   前記垂直多関節ロボットは、
   前記所定軸線が鉛直方向に対して傾斜し且つ水平面に対して傾斜するような姿勢で前記ロボット取付部に取付けられる、溶接装置。
2. 前記移動用アクチュエータは、
   アーム同士を相対的に回動可能に接続する関節部を複数有し、
   前記関節部は、当該関節部によって接続される一方の前記アームに対して他方のアームを回動方向の一方に常時付勢する付勢手段を含む、請求項１に記載の溶接装置。
3. 請求項１又は２に記載の溶接装置を用いて溶接を行う溶接方法であって、
   前記移動用アクチュエータが前記ロボット取付部の移動を停止した状態で、前記垂直多関節ロボットが前記溶接対象の溶接を実行する工程を備える、溶接方法。
4. 請求項１又は２に記載の溶接装置を用いて、建て方治具で鉛直方向に仮接続された柱部品同士の間を前記溶接対象として溶接する溶接方法であって、
   前記建て方治具と前記柱部品との間の隙間に前記溶接ツールを挿入して前記柱部品同士を溶接する処理を含み、前記柱部品の全周の溶接を完成させる溶接工程と、
   前記溶接工程の後、前記建て方治具を前記柱部品から撤去する治具撤去工程と、を備える、溶接方法。

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