JP7364642B2 - 塗装ロボットおよび塗装システム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、塗装ロボットおよび塗装システムに関する。

従来、複数の関節部をそれぞれ駆動して動作するロボットが知られている。かかるロボットの先端には、溶接や把持といった用途にあわせたエンドエフェクタが取り付けられ、ワークの加工や移動といった様々な作業が行われる。

また、塗装用のエンドエフェクタを取り付けた塗装ロボットを塗装ブース内に配置し、ワークに相当する自動車のボディ外板を塗装する塗装システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３－００６２３５号公報

しかしながら、ボディ外板ではなくボディ内板を塗装する場合には、ロボットとワークとの干渉が特に問題となりやすい。そして、干渉防止のためにワークとロボットとの距離を確保しようとすると塗装ブースが大型化しやすい。

実施形態の一態様は、有効動作範囲を拡張することでワークへの接近性を向上させた塗装ロボットおよび塗装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塗装ロボットは、基台と、旋回ベースと、ロアアームと、アッパーアームと、手首部と、支持部とを備える。基台は、設置面に固定される。旋回ベースは、前記基台の上面側に基端側が支持され、鉛直向きに沿う第１軸まわりに旋回する。ロアアームは、前記旋回ベースに基端側が支持され、前記第１軸と垂直な第２軸まわりに旋回する。アッパーアームは、前記ロアアームの先端側に基端側が支持され、前記第２軸と平行な第３軸まわりに旋回する。手首部は、前記アッパーアームの先端側に基端側が支持され、先端側にエンドエフェクタを取り付け可能な３軸構成である。支持部は、ロボットの外部に配索される線条体を旋回可能に支持する。前記アッパーアームは、基端側の第１アッパーアームと、先端側の第２アッパーアームとを備える。前記第２アッパーアームは、前記ロアアームによって支持される側面側で前記第１アッパーアームの先端側によって基端側が支持され、前記第３軸と平行な第４軸まわりに旋回するとともに、アーム長が前記第１アッパーアームのアーム長よりも長く、かつ、当該アーム長の２倍よりも短い。前記支持部は、前記第１アッパーアームの正面側を横切って前記第２アッパーアームへ向けて配索される前記線条体を前記第１アッパーアームの正面側で支持する。

実施形態の一態様に係る塗装システムは、塗装ブースと、前記塗装ロボットとを備える。前記塗装ロボットは、ワークの搬送向きについて前記ワークを挟むように前記塗装ブースに少なくとも一対が配置される。一対の前記塗装ロボットは、前記搬送向きに沿う搬送中心面に対してお互いに軸構成が対称であり、前記第１軸と前記搬送中心面との距離がお互いに等しい。

実施形態の一態様によれば、ワークへの接近性を向上させた塗装ロボットおよび塗装システムを提供することができる。

図１は、実施形態に係る塗装ロボットの側面図である。 図２Ａは、床置きの設置例を示す図である。 図２Ｂは、壁掛けの設置例を示す図である。 図３Ａは、支持部の設置位置を示す側面図である。 図３Ｂは、支持部の側面図である。 図４は、実施形態に係る塗装システムの上面模式図である。 図５は、実施形態に係る塗装システムの側面模式図である。 図６Ａは、２ロールホローリストの軸構成を示すモデル図である。 図６Ｂは、レンマリストの軸構成を示すモデル図である。 図６Ｃは、インラインリストの軸構成を示すモデル図である。 図６Ｄは、３ロールホローリストの軸構成を示すモデル図である。 図７は、塗装システムの構成を示すブロック図である。 図８は、塗装ロボットの動作手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する塗装ロボットおよび塗装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、自動車などの車両が被塗装物である場合について説明するが、被塗装物は車両には限られない。また、以下では、被塗装物を「ワーク」と記載することとする。

また、以下に示す実施形態では、「垂直」、「直交」、「鉛直」、「同一」あるいは「対称」といった表現を用いるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。

まず、実施形態に係る塗装ロボット１０について図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る塗装ロボット１０の側面図である。図１では、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、後述するワークの搬送向きを正方向とするＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交するＹ軸の３次元の直交座標系を示している。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、「直交」とは、お互いに「垂直」で、かつ、「交差」することを指す。

図１に示すように、塗装ロボット１０は、基台１０ｂと、旋回ベース１１と、ロアアーム１２と、アッパーアームＵＡと、手首部ＷＵとを備える。基台１０ｂは、設置面ＩＳに固定される。旋回ベース１１は、基台１０ｂの上面側に基端側が支持され、鉛直向き（Ｚ軸）に沿う第１軸Ａ１まわりに旋回する。

ここで、「旋回」とは、隣り合うアームのなす角度を変化させる動作を指す。また、「回転」とは、隣り合うアームのなす角度を変化させずに相対的に回転させる動作を指す。なお、「旋回」とは、回転軸まわりにアームを振り回す動作を指し、「回転」とは、アームの延伸向きに沿う回転軸まわりにアームを回す動作を指すともいえる。

ロアアーム１２は、旋回ベース１１に基端側が支持され、第１軸Ａ１と垂直な第２軸Ａ２まわりに旋回する。アッパーアームＵＡは、ロアアーム１２の先端側に基端側が支持され、第２軸Ａ２と平行な第３軸Ａ３まわりに旋回する。

手首部ＷＵは、アッパーアームＵＡの先端側に基端側が支持され、先端側にエンドエフェクタＥＥを取り付け可能な３軸構成の機構である。具体的には、手首部ＷＵは、第５アーム１５と、第６アーム１６と、第７アーム１７とを備える。第５アーム１５は、アッパーアームＵＡの先端側に基端側が支持され、第４軸Ａ４と直交する第５軸Ａ５まわりに回転する。第６アーム１６は、第５アーム１５の先端側に基端側が支持され、第５軸Ａ５と交差する第６軸Ａ６まわりに回転する。

ここで、第５軸Ａ５と第６軸Ａ６との傾き角は、鋭角側が０度よりも大きく、９０度よりも小さい任意の角度とすることができる。第７アーム１７は、第６アーム１６の先端側に基端側が支持され、第６軸Ａ６と交差する第７軸Ａ７まわりに回転する。そして、第７アーム１７の先端側には塗装用のエンドエフェクタＥＥ（図１の破線参照）を取り付け可能である。なお、図１に示した手首部ＷＵは、いわゆる、塗装用の「２ロールホローリスト（2 Roll Hollow Wrist）」である。このように、手首部ＷＵを中空とすることで、中空部にホースやチューブ、ケーブル等を配索することが可能となる。したがって、複雑な形状のワークに対してもホースやチューブ、ケーブル等の干渉を懸念することなく塗装作業を容易に行うことができる。

ここで、アッパーアームＵＡは、基端側の第１アッパーアーム１３と、先端側の第２アッパーアーム１４とを備える。第１アッパーアーム１３は、ロアアーム１２の先端側に基端側が支持され、上記した第３軸Ａ３まわりに旋回する。第２アッパーアーム１４は、第１アッパーアーム１３の先端側に基端側が支持され、第３軸Ａ３と平行な第４軸Ａ４まわりに旋回する。つまり、アッパーアームＵＡは、いわゆる「冗長軸」に相当する第４軸Ａ４を有する２アーム構成であり、第４軸Ａ４まわりの旋回動作によってアームの屈伸動作が可能である。

本実施形態では、第３軸Ａ３と第４軸Ａ４との距離を第１アッパーアーム１３のアーム長とし、第５軸Ａ５と第６軸Ａ６との交点であるＰ点Ｐと第４軸Ａ４との距離を第２アッパーアーム１４のアーム長とする。ここで、第２アッパーアーム１４のアーム長は、第１アッパーアーム１３のアーム長よりも長く、かつ、第１アッパーアーム１３のアーム長の２倍よりも短い。

つまり、第１アッパーアーム１３のアーム長を「Ｌ１」とし、第２アッパーアーム１４のアーム長を「Ｌ２」とすると、「Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ１×２」の関係を有する。このようにすることで、ワークへの干渉防止と、ワークへの接近性との両立を図ることができる。なお、「Ｌ２＝１．２×Ｌ１」程度とすると干渉防止および接近性の両立性の観点から、さらに好ましい。

このように、アッパーアームＵＡに冗長軸を持たせるとアッパーアームＵＡの屈伸動作が可能となるので、ワークとの干渉を回避しつつ塗装ロボット１０の設置位置をよりワークに近づけることができる。また、第２アッパーアーム１４を第１アッパーアーム１３よりも長くすることで、ワークとの干渉を回避した動作範囲である「有効動作範囲」を拡張することができ、ワークへの接近性をさらに向上させることが可能となる。

なお、図１に示した塗装ロボット１０の軸構成を、鉛直軸（Ｚ軸）と平行な対称面に対してミラー構成とすることもできるが、この点については、図４等を用いて後述する。また、図１に示した手首部ＷＵを異なる軸構成のものとしてもよいが、この点については、図６Ａ～図６Ｄを用いて後述することとする。

次に、図１に示した塗装ロボット１０の塗装ブース２００への設置例について図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、床置きの設置例を示す図であり、図２Ｂは、壁掛けの設置例を示す図である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、塗装ブース２００は、床面２０１と、一対の壁面２０２（一方は図示略）と、天面２０３とに囲まれ、ワークの搬送向きの上流側（Ｘ軸負方向側）と下流側（Ｘ軸正方向側）とを開放可能な半閉空間である。

なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、ワークの搬送向き（Ｘ軸正方向）について塗装ブース２００における右側（Ｙ軸負方向側）の壁面２０２付近に塗装ロボット１０を設置した場合を示している。また、図２Ａおよび図２Ｂの方向視は図１の方向視と同一である。

図２Ａに示すように、塗装ロボット１０を床置きにする場合には、基台１０ｂの底面を塗装ブース２００の床面２０１に固定する。ここで、塗装ロボット１０の第１軸Ａ１は、鉛直軸（Ｚ軸）と平行である。なお、図２Ａでは、基台１０ｂを床面２０１に直接固定する場合を示したが、床面２０１に固定された台の上に基台１０ｂを固定することとしてもよい。

図２Ｂに示すように、塗装ロボット１０を壁掛けにする場合には、基台１０ｂの下面側に設けられる補助部材１０ｃを介して塗装ブース２００の壁面２０２に壁掛けする。ここで、塗装ロボット１０の第１軸Ａ１は、図２Ａに示した場合と同様に、鉛直軸（Ｚ軸）と平行である。なお、図２Ｂでは、基台１０ｂの側面が壁面２０２に接するように設置される場合を示したが基台１０ｂの側面を壁面２０２から離して設置することとしてもよい。また、補助部材１０ｃを省略して基台１０ｂの側面を壁面２０２に固定することとしてもよい。

なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、塗装ロボット１０の第１軸Ａ１が鉛直軸（Ｚ軸）と平行となるように塗装ロボット１０を配置する場合を示したが、第１軸Ａ１が鉛直軸（Ｚ軸）に対して傾いた姿勢で塗装ロボット１０を配置することとしてもよい。たとえば、第１軸Ａ１が、図２Ａおよび図２Ｂに示したＹＺ平面と平行、かつ、Ｙ軸に対して４５度から９０度の範囲となるように塗装ロボット１０を配置してもよい。ここで、９０度は図２Ａおよび図２Ｂに示した姿勢に相当する。このように、塗装ロボット１０を傾斜配置する場合、床面２０１や壁面２０２を傾斜させてもよく、基台１０ｂあるいは補助部材１０ｃを傾斜させてもよい。

次に、図１に示したエンドエフェクタＥＥへ向けて塗装ロボット１０に配索される線条体１８を支持する支持部１９について図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、支持部１９の設置位置を示す側面図であり、図３Ｂは、支持部１９の側面図である。図３Ａは、図２Ａに示した壁面２０２から塗装ロボット１０をみた側面図に相当し、図３Ｂは、支持部１９におけるスイング軸ＡＳと垂直な向きから支持部１９をみた側面図に相当する。なお、図３Ａに示した塗装ロボット１０の姿勢は、図１に示した姿勢とは異なる。

ここで、線条体１８は、エンドエフェクタＥＥへ塗料や気体を供給するホースやチューブ、電気信号を伝送するケーブル等を含む。なお、複数のホースやチューブ、ケーブルは、結束バンド等で束ねることとしてもよく、大きめのチューブ内にまとめて配置することとしてもよい。

図３Ａには、図１に示したロアアーム１２、第１アッパーアーム１３および第２アッパーアーム１４を鉛直向き上方に伸ばした姿勢をとった塗装ロボット１０を示している。つまり、ロアアーム１２、第１アッパーアーム１３および第２アッパーアーム１４の延伸向きはＺ軸と平行である。

ここで、図３Ａの姿勢において各アームの「正面」をＹ軸正方向側の面とし、「背面」は、Ｙ軸負方向側の面とする。つまり、図３Ａの姿勢において第１軸Ａ１（図１参照）から遠い側の面が各アームの「正面」であり、近い側の面が各アームの「背面」である。なお、図３Ａでは、第２アッパーアーム１４の先端側以降の記載については省略している。

図３Ａに示すように、塗装ロボット１０の第２アッパーアーム１４は、第１アッパーアーム１３がロアアーム１２によって支持される側面側で、第１アッパーアーム１３によって支持される。つまり、第２アッパーアーム１４およびロアアーム１２は、第１アッパーアーム１３における同じ側の側面にそれぞれ接続される。

線条体１８は、設置面ＩＳから導出されて塗装ロボット１０の外部に配索され、第２アッパーアーム１４の外部から手首部ＷＵ（図１参照）の中空部へ導入される。そして、線条体１８の一端は、エンドエフェクタＥＥ（図１参照）に接続される。なお、線条体１８の他端は、図２Ａ等に示した塗装ブース２００の外部に配置される塗料タンク等に接続される。また、線条体１８が塗装ブース２００を貫通する箇所は、塗装ブース２００の外周を囲む外壁（床壁や天壁を含む）のいずれであってもよい。

図３Ａに示したように、線条体１８は、ロアアーム１２における第１アッパーアーム１３とは反対側の側面からロアアーム１２の背面側を横切って湾曲しつつ、第１アッパーアーム１３の正面側を横切って第２アッパーアーム１４の正面側へ案内される。つまり、線条体１８の配索経路は、図３Ａの方向視ではＳ字状である。

ここで、塗装ロボット１０は、第１アッパーアーム１３およびロアアーム１２にそれぞれ支持部１９を備える。なお、２つの支持部１９を区別する場合には、第１アッパーアーム１３の支持部１９を支持部１９Ａ、ロアアーム１２の支持部１９を支持部１９Ｂのように記載する。

支持部１９は、線条体１８を旋回可能に支持する。具体的には、支持部１９は、支持部１９が取り付けられるアーム表面の法線方向まわりを旋回する機構を有している。そして、支持部１９は、塗装ロボット１０の姿勢変化によって線条体１８が押されたり引っ張られたりすると線条体１８の姿勢変化に従動して旋回する。これにより、支持部１９は、線条体１８にかかるストレスを緩和することができる。

第１アッパーアーム１３に設けられる支持部１９Ａは、第１アッパーアーム１３の正面側を横切って第２アッパーアーム１４の正面側へ向けて配索される線条体１８を、第１アッパーアーム１３の正面側で支持する。このように、線条体１８を旋回可能に支持する支持部１９Ａを第１アッパーアーム１３に設けることで、アッパーアームＵＡの屈伸動作によってアッパーアームＵＡの基端から先端までの距離が変化した場合であっても、線条体１８を円滑に案内することができる。

また、ロアアーム１２に設けられる支持部１９Ｂは、ロアアーム１２の背面側を横切って第１アッパーアーム１３の正面側へ向けて配索される線条体１８を、ロアアーム１２の背面側で支持する。このように、線条体１８を旋回可能に支持する支持部１９Ｂをロアアーム１２に設けることで、第１アッパーアーム１３とロアアーム１２との相対姿勢が変化した場合であっても、線条体１８を円滑に案内することができる。

ここで、図３Ａでは、支持部１９Ａおよび支持部１９Ｂをロアアーム１２および第１アッパーアーム１３の延伸向きにおける中央部分にそれぞれ設ける場合を示した。しかしながらこれに限らず、それぞれのアームの基端側や先端側にずらした位置に各支持部１９を設けることとしてもよい。なお、支持部１９Ａまたは支持部１９Ｂを省略することとしてもよい。

図３Ｂに示すように、支持部１９は、取付部１９ａと、ホルダー部１９ｂとを備える。取付部１９ａは、塗装ロボット１０の表面に取り付けられるとともに、ホルダー部１９ｂを支持する。ホルダー部１９ｂは、ホルダー部１９ｂに対してスイング軸ＡＳまわりに旋回可能である。また、ホルダー部１９ｂは、スイング軸ＡＳと垂直な向き、すなわち、塗装ロボット１０の表面に沿う向きに線条体１８を通過させる貫通孔ＳＨを有する。

なお、貫通孔ＳＨが半円状となるようにホルダー部１９ｂを分割可能な構成とすることとしてもよい。このようにすることで、線条体１８の配索がさらに容易となる。また、ホルダー部１９ｂは、線条体１８が延伸向きにずれないように線条体１８を保持することとしてもよいし、延伸向きのずれを許容するように保持することとしてもよい。

なお、図３Ｂでは、支持部１９をロアアーム１２における背面側の表面に取り付ける場合について示したが、支持部１９は、同様の姿勢で第１アッパーアーム１３に取り付けることができる。なお、第１アッパーアーム１３に取り付ける場合には、支持部１９は第１アッパーアーム１３における正面側の表面に取り付けられることになる。

次に、図１等に示した塗装ロボット１０を備える塗装システム１について図４および図５を用いて説明する。図４は、実施形態に係る塗装システム１の上面模式図であり、図５は、実施形態に係る塗装システム１の側面模式図である。なお、図４および図５では、ワーク５００が車両である場合を示している。また、図４および図５では、一対の塗装ロボット１０をそれぞれ示したが、二対以上の塗装ロボット１０を塗装システム１に含めることとしてもよい。

また、以下では、塗装ブース２００に設けられる搬送装置２１０の搬送向き（Ｘ軸正方向）を「下流側」、逆向きを「上流側」、搬送向きに向かって右を「右側」、左を「左側」と記載する。また、上面視で、搬送装置２１０の搬送向きについて中央を通る面を搬送中心面Ｐ１とする。

なお、塗装ブース２００内に複数台設置される塗装ロボット１０については、符号の末尾に識別用の文字を付加することとする。たとえば、搬送装置２１０の右側に設置される塗装ロボット１０には「Ｒ」を、左側に設置される装置には「Ｌ」を付加する。

ここで、ワーク５００は、搬送中心面Ｐ１について、たとえば、対称な形状である。ただし、ワーク５００は厳密に対称な形状である必要はなく、ワーク５００の左側の塗装ロボット１０Ｌおよび右側の塗装ロボット１０Ｒが同じ動作を行う程度の形状であればよい。なお、ワーク５００の左側については、塗装ロボット１０Ｌが塗装作業を行い、右側については、塗装ロボット１０Ｒが塗装作業を行う。

図４に示したように、ワーク５００は、搬送中心面Ｐ１について対称な形状であるので、搬送装置２１０を挟んで対向する各ロボットは、お互いに左右対称な動作を行いつつワーク５００に対する塗装作業を行う。

以下、塗装ブース２００内に設置される各装置について説明する。塗装ブース２００内には、搬送装置２１０と、塗装ロボット１０とが設置される。ここで、塗装ブース２００は、上記したように、外部と隔離された空間を有する塗装用の部屋である。

塗装ブース２００の床面２０１（図２Ａ参照）には、コンベアなどの搬送装置２１０が設置される。そして、搬送装置２１０は、ワーク５００を、所定の搬送向き（図４におけるＸ軸正方向）へ、所定の速度で搬送する。なお、ワーク５００は、図示しない治具などによって搬送装置２１０の可動部分に固定された状態で搬送される。

塗装ロボット１０は、ワーク５００を塗装するロボットであるが、構成については図１等を用いて既に説明したので、ここでの説明を省略する。なお、塗装ロボット１０は、内部に不燃性ガスなどの気体を導入して内圧を高めることで、外部からの気体の流入を抑えることができる。

塗装ロボット１０Ｒおよび塗装ロボット１０Ｌは、搬送中心面Ｐ１について対称な位置にそれぞれ配置される。つまり、図１に示した第１軸Ａ１と搬送中心面Ｐ１との距離がお互いに等しい。また、一対の塗装ロボット１０Ｒおよび塗装ロボット１０Ｌは、それぞれの「アーム構成」が搬送中心面Ｐ１について対称である。ここで、「アーム構成」とは、各アームを旋回または回転させる各軸の配置を指す。そして、各軸の配置には、隣り合う各軸のなす角、隣り合う各軸の軸間距離が含まれる。

すなわち、「アーム構成」が対称という場合、アームの外形や、形状の差異は問わない。つまり、アームの外形や、形状が異なっていても、各軸の配置が対称であれば、アーム構成は対称であるという。同様に、アームの外形や、形状が異なっていても、各軸の配置が同一であれば、アーム構成は同一であるという。

このように、アーム構成が対称のロボットを用いることで、教示データを反転させて利用することが可能となるので、教示データの生成コストを抑制することができ、ロボットの製造コストを抑制することができる。

図４には、側方のドア５１０および後方のテールゲート５２０を開けた状態のワーク５００を示している。塗装ロボット１０は、ワーク５００との干渉を回避しつつ、ドア５１０の内側や、車内の塗装作業を行う。このように、軸構成が対称な塗装ロボット１０を搬送中心面Ｐ１についてワーク５００を挟んで等距離に配置することで、教示データの再利用が可能となり、教示作業の効率化を図ることができる。

ここで、図４に示したように、一対の塗装ロボット１０（塗装ロボット１０Ｒおよび塗装ロボット１０Ｌ）は、搬送向きについてロアアーム１２よりも上流側（Ｘ軸負方向側）に、第１アッパーアーム１３があるようにそれぞれ配置される。このように、各塗装ロボット１０を配置することで、たとえば、第１アッパーアーム１３とドア５１０との干渉を回避しやすくなり、塗装作業を迅速に行うことが可能となる。

図５は、図４に示した塗装システム１をワーク５００の搬送向きの上流側からみた側面図に相当する。図５に示すように、各塗装ロボット１０は、アッパーアームＵＡを畳んだ姿勢でワーク５００に対する塗装作業を行うことができる。また、たとえば、アッパーアームＵＡを振り上げつつ伸ばした姿勢とすることで搬送されるワーク５００を回避することができる。

なお、図５では、一対の塗装ロボット１０の第１軸Ａ１（図１参照）がそれぞれ鉛直向き（Ｚ軸）に沿う姿勢で配置される場合について示したが、第１軸Ａ１が鉛直軸（Ｚ軸）に対して傾いた姿勢で各塗装ロボット１０を配置することとしもよい。具体的には、それぞれの第１軸Ａ１が、基台１０ｂ（図１参照）よりも上方で搬送中心面Ｐ１において交差する姿勢で一対の塗装ロボット１０をそれぞれ配置することとしてもよい。このように、各塗装ロボット１０をワーク５００に対して前のめりの姿勢となるように傾けて配置することで、ワーク５００との干渉を回避しつつ、様々な形状のワーク５００に対する塗装作業を柔軟に行うことができる。

次に、図１に示した手首部ＷＵのバリエーションについて図６Ａ～図６Ｄを用いて説明する。図６Ａは、２ロールホローリストの軸構成を示すモデル図であり、図６Ｂは、レンマリストの軸構成を示すモデル図である。また、図６Ｃは、インラインリストの軸構成を示すモデル図であり、図６Ｄは、３ロールホローリストの軸構成を示すモデル図である。

ここで、図６Ａは、図１に示した手首部ＷＵに対応し、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、図１に示した手首部ＷＵのバリエーションに相当する。なお、図６Ａ～図６Ｄにそれぞれ示した手首部ＷＵは、軸構成がお互いに異なるものの、いずれも３軸構成である点については共通している。

また、図６Ａ～図６Ｄでは、手首部ＷＵの各関節部をシンボル化して示している。具体的には、矩形のシンボルは「回転関節」を、円のシンボルは「旋回関節」をそれぞれあらわしている。ここで、矩形のシンボルの対角を結ぶ直線は、関節の回転面に対応しており、もう一方の対角を結ぶ回転軸まわりに関節が回転することを示している。

また、円のシンボルに付した点は回転軸を示しており、かかる回転軸まわりに関節は回転する。なお、図６Ａ～図６Ｄでは、図１に示した第２アッパーアーム１４をシンボル化して直線として示しており、かかる直線は、第２アッパーアーム１４の延伸向きを指している。ただし、図６Ａ～図６Ｄは、単に軸構成を示しているにすぎず、中空構造または中実構造の区別を示すものではない。なお、塗装用のロボットでは、一般的に、いずれのバリエーションにおいても手首部ＷＵの内部にホースやチューブ、ケーブル等を配索可能な中空構造が採用されるケースが多い。

図６Ａに示した手首部ＷＵは、図１を用いて既に説明したように、いわゆる「２ロールホローリスト」である。図６Ａに示すように、手首部ＷＵは、シンボル化した第２アッパーアーム１４と重なる第５軸Ａ５まわりに回転するとともに、第５軸Ａ５に対して傾いて交差する第６軸Ａ６まわりに回転する。また、手首部ＷＵは、第７軸Ａ７まわりに回転する。なお、図１を用いて既に説明したＰ点Ｐは、第５軸Ａ５と、第６軸Ａ６との交点となる。

図６Ｂに示した手首部ＷＵは、いわゆる「レンマリスト」である。図６Ｂに示すように、手首部ＷＵは、第２アッパーアーム１４の延伸向きと垂直な第５軸Ａ５まわりに旋回するとともに、第５軸Ａ５と直交する第６軸Ａ６まわりに回転する。また、手首部ＷＵは、第６軸Ａ６と直交する第７軸Ａ７まわりに回転する。なお、Ｐ点Ｐは、第５軸Ａ５と、シンボル化した第２アッパーアーム１４との交点となる。

図６Ｃに示した手首部ＷＵは、いわゆる「インラインリスト」である。図６Ｃに示すように、手首部ＷＵは、シンボル化した第２アッパーアーム１４と重なる第５軸Ａ５まわりに回転するとともに、第５軸Ａ５と直交する第６軸Ａ６まわりに旋回する。また、手首部ＷＵは、第６軸Ａ６と直交する第７軸Ａ７まわりに回転する。なお、Ｐ点Ｐは、第５軸Ａ５と、第６軸Ａ６との交点となる。

図６Ｄに示した手首部ＷＵは、いわゆる「３ロールホローリスト」である。図６Ｄに示すように、手首部ＷＵは、シンボル化した第２アッパーアーム１４と重なる第５軸Ａ５まわりに回転するとともに、第５軸Ａ５に対して傾いて交差する第６軸Ａ６まわりに回転する。また、手首部ＷＵは、第５軸Ａ５および第６軸Ａ６に対して傾いて交差する第７軸Ａ７まわりに回転する。つまり、第５軸Ａ５、第６軸Ａ６および第７軸Ａ７の延長線は、三角形状を形成する。なお、Ｐ点Ｐは、第５軸Ａ５と、第６軸Ａ６との交点となる。

このように、図１に示した手首部ＷＵの代わりに、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄに示した手首部ＷＵを用いることとしてもよい。また、３軸構成であることを条件として図６Ａ～図６Ｄに示した軸構成以外の機構を手首部ＷＵとして用いることとしてもよい。

次に、塗装システム１の構成について図７を用いて説明する。図７は、塗装システム１の構成を示すブロック図である。図７に示すように、塗装システム１は、塗装ブース２００内に、搬送装置２１０と、塗装ロボット１０とを備える。また、塗装システム１は、コントローラ１００を備える。なお、搬送装置２１０および塗装ロボット１０は、コントローラ１００に接続されている。

まず、塗装ロボット１０については図１等を用いて既に説明したので、ここでの説明を省略する。搬送装置２１０は、図４等を用いて既に説明したように、ワーク５００（図４参照）を所定の搬送向きに搬送するコンベアなどの装置である。なお、搬送装置２１０は、ワーク５００の位置を検出するセンサなどの検出装置（図示せず）を有しており、ワーク５００が通過したタイミングなどをコントローラ１００へ通知する。また、搬送装置２１０は一定速度でワーク５００を搬送するものとする。

コントローラ１００は、制御部１１０と、記憶部１２０とを備える。制御部１１０は、タイミング取得部１１１と、動作制御部１１２とを備える。記憶部１２０は、教示情報１２１を記憶する。なお、図７には、説明を簡略化するために、１台のコントローラ１００を示したが、搬送装置２１０と、それぞれの塗装ロボット１０とを別々のコントローラ１００に接続することとしてもよい。このように、複数台のコントローラ１００を用いる場合には、各コントローラ１００を束ねる上位のコントローラ１００を設けることとしてもよい。

ここで、コントローラ１００は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部１１０のタイミング取得部１１１および動作制御部１１２として機能する。

また、タイミング取得部１１１および動作制御部１１２の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部１２０は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、教示情報１２１を記憶することができる。なお、コントローラ１００は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。さらに、コントローラ１００を複数台の相互に通信可能な装置として構成してもよく、上位または下位の装置と通信可能な階層式の装置として構成してもよい。

制御部１１０は、搬送装置２１０から、ワーク５００（図４参照）を搬送装置２１０の可動部分に固定する台座などの治具の位置情報（パルス信号）や、各装置を排他的に動作させるためのインターロック信号を取得しつつ、各塗装ロボット１０の動作制御を行う。なお、コントローラ１００が複数台で構成される場合には、制御部１１０は、コントローラ１００間の同期をとる処理を併せて行う。

タイミング取得部１１１は、上記した位置情報やインターロック信号を搬送装置２１０から取得する。そして、タイミング取得部１１１は、取得した位置情報やインターロック信号に応じて各ロボットの動作タイミングを決定し、決定した動作タイミングを動作制御部１１２へ通知する。たとえば、タイミング取得部１１１は、ワーク５００（図４参照）が塗装ブース２００内の所定位置に達したタイミングを取得し、取得したタイミングに基づいて各塗装ロボット１０を動作させるよう動作制御部１１２へ指示する。

動作制御部１１２は、タイミング取得部１１１からの指示および教示情報１２１に基づいて各塗装ロボット１０を動作させる。動作制御部１１２は、各塗装ロボット１０の動力源であるアクチュエータ（図示せず）におけるエンコーダ値を用いつつフィードバック制御を行うなどして各塗装ロボット１０の動作精度を向上させる。

教示情報１２１は、各塗装ロボット１０へ動作を教示するティーチング段階で作成され、各塗装ロボット１０の動作経路を規定する「ジョブ」を含んだ情報である。なお、塗装システム１では、上記したように、アーム構成が対称なロボットを用いたり、搬送装置２１０（図４参照）を挟んだ対称な位置に各ロボットを配置したりしている。したがって、一方の塗装ロボット１０の教示データに基づいて他方の塗装ロボット１０の教示データを生成することが容易となる。

たとえば、図４においてワーク５００の右側に対して作業する塗装ロボット１０Ｒの教示データは、一部の変更、または、教示データに含まれる教示位置の座標変換でワーク５００の左側に対して作業する塗装ロボット１０Ｌの教示データへ変換可能である。したがって、塗装システム１によれば、かかる教示データを含んだ教示情報１２１の生成の手間とコストとを抑制することができる。

次に、塗装システム１における塗装ロボット１０の動作手順について図８を用いて説明する。図８は、塗装ロボット１０の動作手順を示すフローチャートである。図８に示すように、ワーク５００（図４参照）が上流側から近づいてくると、塗装ロボット１０（図１参照）は、アッパーアームＵＡを伸ばした姿勢でワーク５００へアプローチする（ステップＳ１０１）。ここで、アプローチとは、ワーク５００に干渉しない程度にアッパーアームＵＡをワーク５００側へ向けることを指す。

次に、さらにワーク５００が近づいてきたならば、塗装ロボット１０は、アッパーアームＵＡを畳んだ姿勢へ姿勢を変化させる（ステップＳ１０２）。ここで、アッパーアームＵＡを畳んだ姿勢とは、ワーク５００のドア５１０と干渉しない程度に、第１アッパーアーム１３に対して第２アッパーアーム１４を屈曲させた姿勢を指す。たとえば、第１アッパーアーム１３の先端がドア５１０の上方にある状態で第２アッパーアーム１４を下方に旋回させることで手首部ＷＵをドア５１０の内側に位置付けることができる。

そして、塗装システム１は、塗装開始タイミングであるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、塗装開始タイミングであると判定した場合には（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、第４軸Ａ４まわりの回転を固定して塗装作業を実行する（ステップＳ１０４）。

このように、アッパーアームＵＡを畳んだ姿勢で第４軸Ａ４を固定することで、ワーク５００への接近性を高めつつ、ワーク５００との不慮の干渉を回避することができる。なお、ステップＳ１０３において塗装開始タイミングではないと判定された場合には（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理を繰り返す。

次に、塗装システム１は、塗装作業が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０５）、終了したと判定した場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、第４軸Ａ４の固定を解除するとともに（ステップＳ１０６）、塗装ロボット１０をワーク５００から退避させ（ステップＳ１０７）、処理を終了する。なお、ステップＳ１０５において終了していないと判定された場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理を繰り返す。

なお、図８では、塗装作業中には第４軸Ａ４を常に固定する場合を示したが、塗装作業中であっても第４軸Ａ４を意図的に動作させることとしてもよい。たとえば、アッパーアームＵＡを畳んだ姿勢で第４軸Ａ４を固定して塗装作業を開始し、塗装作業中にそのままの姿勢では遠方にアクセスしにくい場合があったとする。この場合には、第４軸Ａ４の固定を解除してアッパーアームＵＡを伸ばす向きに第４軸Ａ４を動作させることとしてもよい。また、近方にアクセスしにくい場合には、アッパーアームＵＡをさらに畳む向きに第４軸Ａ４を動作させることとしてもよい。つまり、塗装作業中であっても、冗長軸をもつ７軸のロボットとして塗装ロボット１０を動作させることとしてもよい。

上述してきたように、実施形態の一態様に係る塗装ロボット１０は、基台１０ｂと、旋回ベース１１と、ロアアーム１２と、アッパーアームＵＡと、手首部ＷＵとを備える。基台１０ｂは、設置面ＩＳに固定される。旋回ベース１１は、基台１０ｂの上面側に基端側が支持され、鉛直向きに沿う第１軸Ａ１まわりに旋回する。ロアアーム１２は、旋回ベース１１に基端側が支持され、第１軸Ａ１と垂直な第２軸Ａ２まわりに旋回する。アッパーアームＵＡは、ロアアーム１２の先端側に基端側が支持され、第２軸Ａ２と平行な第３軸Ａ３まわりに旋回する。

手首部ＷＵは、アッパーアームＵＡの先端側に基端側が支持され、先端側にエンドエフェクタＥＥを取り付け可能な３軸構成である。アッパーアームＵＡは、基端側の第１アッパーアーム１３と、先端側の第２アッパーアーム１４とを備える。第２アッパーアーム１４は、第１アッパーアーム１３の先端側に基端側が支持され、第３軸Ａ３と平行な第４軸Ａ４まわりに旋回するとともに、アーム長が第１アッパーアーム１３のアーム長よりも長く、かつ、第１アッパーアーム１３のアーム長の２倍よりも短い。

このように、塗装ロボット１０は、アッパーアームＵＡを２アーム構成とし、アッパーアームＵＡに冗長軸である第４軸Ａ４を設けることでアッパーアームＵＡの屈伸動作を可能とした。そして、第２アッパーアーム１４のアーム長を、第１アッパーアーム１３のアーム長よりも長く、かつ、２倍よりも短くした。したがって、塗装ロボット１０によれば、有効動作範囲を拡張することができ、ワーク５００への接近性を向上させることが可能となる。

また、実施形態の一態様に係る塗装システム１は、塗装ブース２００と、塗装ロボット１０とを備える。塗装ロボット１０は、ワーク５００の搬送向きについてワーク５００を挟むように塗装ブース２００に少なくとも一対が配置される。一対の塗装ロボット１０は、搬送向きに沿う搬送中心面Ｐ１に対してお互いに軸構成が対称であり、第１軸Ａ１と搬送中心面Ｐ１との距離がお互いに等しい。

このように、軸構成が対称な塗装ロボット１０を搬送中心面Ｐ１についてワーク５００を挟んで等距離に配置することで、教示データの再利用が可能となり、教示作業の効率化を図ることができる。また、塗装ロボット１０をワーク５００の近くに配置することができるので、塗装ブースの小型化に寄与することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、塗装ロボット１０が１つの冗長軸を有する７軸ロボットである場合を例示したが、複数の冗長軸を有する８軸以上のロボットとすることとしてもよい。

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例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 塗装システム
１０ 塗装ロボット
１０ｂ 基台
１０ｃ 補助部材
１１ 旋回ベース
１２ ロアアーム
１３ 第１アッパーアーム
１４ 第２アッパーアーム
１５ 第５アーム
１６ 第６アーム
１７ 第７アーム
１８ 線条体
１９ 支持部
１９ａ 取付部
１９ｂ ホルダー部
１００ コントローラ
１１０ 制御部
１１１ タイミング取得部
１１２ 動作制御部
１２０ 記憶部
１２１ 教示情報
２００ 塗装ブース
２０１ 床面
２０２ 壁面
２０３ 天面
２１０ 搬送装置
５００ ワーク
５１０ ドア
５２０ テールゲート
Ａ１ 第１軸
Ａ２ 第２軸
Ａ３ 第３軸
Ａ４ 第４軸
Ａ５ 第５軸
Ａ６ 第６軸
Ａ７ 第７軸
ＡＳ スイング軸
ＥＥ エンドエフェクタ
ＩＳ 設置面
Ｐ Ｐ点
ＳＨ 貫通孔
ＵＡ アッパーアーム
ＷＵ 手首部
Ｐ１ 搬送中心面

Claims (7)

1. 設置面に固定される基台と、
   前記基台の上面側に基端側が支持され、鉛直向きに沿う第１軸まわりに旋回する旋回ベースと、
   前記旋回ベースに基端側が支持され、前記第１軸と垂直な第２軸まわりに旋回するロアアームと、
   前記ロアアームの先端側に基端側が支持され、前記第２軸と平行な第３軸まわりに旋回するアッパーアームと、
   前記アッパーアームの先端側に基端側が支持され、先端側にエンドエフェクタを取り付け可能な３軸構成の手首部と、
   ロボットの外部に配索される線条体を旋回可能に支持する支持部と
   を備え、
   前記アッパーアームは、
   基端側の第１アッパーアームと、先端側の第２アッパーアームとを備え、
   前記第２アッパーアームは、
   前記ロアアームによって支持される側面側で前記第１アッパーアームの先端側によって基端側が支持され、前記第３軸と平行な第４軸まわりに旋回するとともに、アーム長が前記第１アッパーアームのアーム長よりも長く、かつ、当該アーム長の２倍よりも短く、
   前記支持部は、
   前記第１アッパーアームの正面側を横切って前記第２アッパーアームへ向けて配索される前記線条体を前記第１アッパーアームの正面側で支持すること
   を特徴とする塗装ロボット。
2. 前記支持部は、
   前記ロアアームの背面側を横切って前記第１アッパーアームへ向けて配索される前記線条体を前記ロアアームの背面側で支持すること
   を特徴とする請求項１に記載の塗装ロボット。
3. 前記手首部は、
   塗装用の２ロールホローリストであること
   を特徴とする請求項１または２に記載の塗装ロボット。
4. 塗装ブースと、
   請求項１、２または３に記載の塗装ロボットと
   を備え、
   前記塗装ロボットは、
   ワークの搬送向きについて前記ワークを挟むように前記塗装ブースに少なくとも一対が配置され、
   一対の前記塗装ロボットは、
   前記搬送向きに沿う搬送中心面に対してお互いに軸構成が対称であり、前記第１軸と前記搬送中心面との距離がお互いに等しいこと
   を特徴とする塗装システム。
5. 一対の前記塗装ロボットは、
   前記搬送向きについて前記ロアアームよりも上流側に前記第１アッパーアームがそれぞれ配置されること
   を特徴とする請求項４に記載の塗装システム。
6. 一対の前記塗装ロボットは、
   前記第１軸が前記基台よりも上方で前記搬送中心面において交差する姿勢でそれぞれ配置されること
   を特徴とする請求項４または５に記載の塗装システム。
7. 一対の前記塗装ロボットは、
   前記ワークに対する塗装作業中は、前記第１アッパーアームに対して前記第２アッパーアームを畳んだ姿勢で前記第４軸まわりの旋回を固定すること
   を特徴とする請求項４、５または６に記載の塗装システム。

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