JPH09168991A - 工業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率の高い掃気処理を行うことができる工業
用ロボットを得ること。 【解決手段】 本発明は、マニピュレータ内に内蔵され
たサーボモータ４1〜４4等を収容する内圧容器５1〜５3
と、内圧容器５1〜５3内の気圧を調整する掃気バルブ７
1〜７3と、内圧容器５1〜５3内の圧力を検出する圧力ス
イッチ９1〜９3と、掃気バルブ７1〜７3への圧縮空気Ａ
ｏの供給を制御する二方電磁弁１２1と、内圧容器５1〜
５3内への掃気用圧縮空気Ａａまたは給気用圧縮空気Ａ
ｂの供給を制御する二方電磁弁１２2と、掃気処理に関
する制御を行う掃気処理制御部とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防爆システムを有
する工業用ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、モータやエンコーダ等の引火
の原因となるものを、危険雰囲気から隔離する内圧容器
内に収容してなる内圧防爆システムを有する工業用ロボ
ットが知られている。この種の工業用ロボットのコント
ローラの立ち上げ時においては、始めに上記内圧容器内
の雰囲気を排出する掃気処理を、例えば５分間行った
後、内圧容器内へ圧縮空気を供給して、内圧容器内の空
気圧力を常に大気圧以上に保つ給気処理を行う。このよ
うに、爆発の恐れのある雰囲気が内圧容器内に侵入しな
いようにした後、システムが立ち上げられ、工業用ロボ
ットが動作可能状態とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した工
業用ロボットにおいては、コントローラの立ち上げ時に
は、必ず掃気処理を行うシーケンスとされている。すな
わち、緊急停止、瞬停、停止指示等により工業用ロボッ
トが停止した後、すぐにコントローラが立ち上げられた
場合、内圧容器内の空気圧力が高く、掃気処理が必要な
い状態であっても、掃気処理が行われる。従って、従来
の工業用ロボットにおいては、防爆上問題が無い場合で
あっても、掃気処理に要する時間分、工業用ロボットを
稼動することができないことから、稼動率の低下、無駄
な掃気処理による電力浪費および騒音等の問題があっ
た。本発明は、このような背景の下になされたもので、
効率の高い掃気処理を行うことができる工業用ロボット
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電動装置を収容してなる容器内を掃気する掃気手段
と、前記容器内へ大気を供給して前記容器内を大気圧以
上の圧力に維持する給気手段とを有する工業用ロボット
において、前記給気手段の停止時間を算出する停止時間
算出手段と、前記停止時間算出手段により得られた情報
に基づいて、前記掃気手段の掃気時間を制御する掃気時
間制御手段とを具備することを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について、防爆システムが必要な塗装ロボットを
例にとり説明する。図１は本発明の一実施形態による工
業用ロボットの外観構成を示す斜視図である。この図に
おいて、１は、４軸型のマニピュレータであり、アーム
１ａの先端部（手首）に塗装ガン２が取り付けられてお
り、図示しないワークに対して塗装を行なう。このマニ
ピュレータ１には、内圧防爆構造の内圧容器内に収容さ
れたサーボモータと、各関節角度を検出するエンコーダ
が組み込まれており、マニピュレータ１は、該サーボモ
ータにより各関節が駆動される。３は、上記内圧容器内
の圧力制御等を行なう空圧ユニットである。

【０００６】ここで、上述した空圧ユニット３および内
圧容器等からなる内圧防爆システムの構成を図２に示
す。この図において、４1〜４4は、各々第１〜４軸用の
サーボモータである。サーボモータ４1は内圧容器５1
に、サーボモータ４2は内圧容器５2に、サーボモータ４
3および４4は内圧容器５3に各々収容されている。な
お、図示しないが、エンコーダ、電磁弁等の電動装置も
上記内圧容器５1〜５3内に収容されている。これら内圧
容器５1〜５3は、管路６1および６2により連結されてい
る。

【０００７】上記内圧容器５1〜５3は、引火の原因とな
るサーボモータ４1〜４4およびエンコーダを危険雰囲気
（例えば、シンナー雰囲気）から隔離するためのもので
あり、空圧ユニット３により内部の空気圧力が常に大気
圧以上に保たれる。これにより、内圧容器５1〜５4内に
は、爆発の恐れのある危険雰囲気が侵入することがな
い。

【０００８】７1〜７3は、管路８1〜８3を介して内圧容
器５1〜５3に各々連結された掃気バルブである。これら
掃気バルブ７1〜７3は、後述する管路１０1を介して供
給される圧縮空気Ａｏにより開閉が同時に制御される。
９1〜９3は、管路８1〜８3の途中に取り付けられた圧力
スイッチであり、内圧容器５1〜５3内の各空気圧力が設
定値以上であるとき接点が閉とされる。上記圧力スイッ
チ９1〜９3の各接点は、直列接続されており、この直列
回路には、図示しない接点信号変換器を介して、微弱な
電流が供給されている。ここで、接点信号変換器とは、
危険雰囲気内に設置される接点の開閉信号を本質的に安
全なエネルギーレベルに変換する防爆用の装置である。
なお、上記圧力スイッチ９1〜９3の接点の開閉状態は、
後述する制御演算装置３０（図３参照）により監視され
ている。

【０００９】空圧ユニット３において、１２1は、管路
１０1と管路１１1との間に介挿された二方電磁弁であ
り、掃気バルブ７1〜７3への圧縮空気Ａｏの供給を制御
する。すなわち、二方電磁弁１２1は、３系統からなる
掃気バルブ７1〜７3の開閉を制御している。１３1は、
管路１１2の途中に介挿されたレギュレータであり、供
給される圧縮空気Ａｏを圧力調整して掃気用圧縮空気Ａ
ａとして出力する。１４1は、掃気用空気Ａａの圧力計
測を行なう圧力計である。１３2は、管路１１3の途中に
介挿されたレギュレータであり、供給される圧縮空気Ａ
ｏを圧力調整して給気用圧縮空気Ａｂとして出力する。
１４2は、給気用圧縮空気Ａｂの圧力計測を行なう圧力
計である。１２2は、二方電磁弁であり、供給される掃
気用圧縮空気Ａａ、給気用圧縮空気Ａｂのいずれかを、
管路１０2を介して内圧容器５1〜５3へ供給する。

【００１０】図１において、１５は、装置各部を制御す
るコントローラであり、エンコーダより供給される信号
によって手首先端に取り付けられた塗装ガン２の位置
や、マニピュレータ１の姿勢を把握しつつマニピュレー
タ１を制御する。１６は、動作指令やデータ管理のため
の各種入力操作に用いられる手元操作装置である。

【００１１】図３は、上述したコントローラ１５の電気
的構成を示すブロック図である。この図において、制御
演算装置３０は、手元操作装置１６から供給される操作
信号Ｓkや緊急停止信号Ｓt等により装置各部を制御す
る。この制御演算装置３０の動作の詳細については後述
する。１７は演算手順などのプログラムを記憶するＲＯ
Ｍ（リードオンリメモリ）である。１８は演算結果や教
示データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアク
セスメモリ）である。上記教示データとは、マニピュレ
ータ１の姿勢や速度、塗装ガン２のオン／オフ、動作開
始の条件等、実際に塗装ロボットを動作させるためのデ
ータである。１９はサンプリング時間クロックを生成す
るタイマである。２０は、制御演算装置３０の制御によ
り、サーボモータ４1〜４4（図２参照）の動作を指令す
る動作指令信号Ｓｓを生成するサーボ制御部である。２
１は、サーボドライバであり、サーボ制御部２０から供
給される動作指令信号Ｓｓに応じたサーボモータ動作信
号Ｓｍを生成し、このサーボモータ動作信号Ｓｍによ
り、サーボモータ４1〜４4を駆動する。また、このサー
ボドライバ２１には、エンコーダより位置信号Ｓpが入
力され、この位置信号Ｓpにより、制御演算装置３０
は、マニピュレータ１の姿勢を把握する。

【００１２】２２は、日付、時刻の時間情報を生成する
リアルタイムクロックである。２３は、後述する掃気制
御を行う掃気制御装置である。２４は、上記時間情報を
記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Progra
mable ＲＯＭ）であり、電気的に情報の消去、書き込み
が可能なデバイスである。

【００１３】次に、上述した一実施形態による工業用ロ
ボットの動作を説明する。 ＜掃気処理＞まず、電源が供給されると、制御演算装置
３０は、掃気処理を実行する。すなわち、制御演算装置
３０は、空圧ユニット３（図２参照）の二方電磁弁１２
2を掃気側に切り替える。これにより、掃気用圧縮空気
Ａａが二方電磁弁１２1および管路１０2を介して内圧容
器５1〜５3へ供給される。次に、制御演算装置３０は、
二方電磁弁１２1を一定時間、開とする。これにより、
圧縮空気Ａｏが管路１１1、二方電磁弁１２1、管路１０
1を介して、掃気バルブ７1〜７3へ供給され、該掃気バ
ルブ７1〜７3が開とされる。この結果、内圧容器５1〜
５3が大気開放状態とされ、内部の空気が掃気される。
すなわち、内圧容器５1〜５3内の雰囲気が掃気用圧縮空
気Ａａに置換される。

【００１４】＜給気処理＞そして、一定時間経過後、制
御演算装置３０は、給気処理を行なう。すなわち、制御
演算装置３０は、二方電磁弁１２2を給気側に切り替え
た後、二方電磁弁１２1を閉とする。これにより、二方
電磁弁１２2、管路１０2を介して、給気用圧縮空気Ａｂ
が内圧容器５1〜５3へ供給され、掃気バルブ７1〜７3が
各々閉とされる。この結果、内圧容器５1〜５3内の空気
圧力が大気圧以上に保たれ、圧力スイッチ９1〜９3の各
接点が閉となり、オンの接点信号Ｓが制御演算装置３０
へ入力される。なお、給気用圧縮空気Ａｂの空気圧力
は、掃気用圧縮空気Ａａに比して低くても良い。上述し
た掃気処理に要する時間は、掃気用圧縮空気Ａａの空気
圧力、内圧容器５1〜５3の容積、管路１０2等の容積、
管路抵抗などにより決められる。

【００１５】＜ロボットシステム立ち上げ処理＞上記掃
気処理が終了すると、制御演算装置３０は、ロボットシ
ステムを立ち上げ処理を行う。すなわち、制御演算装置
３０は、サーボモータ４1〜４4、エンコーダ等へ電力を
供給し動作可能状態とする。以後、オペレータにより、
マニピュレータ１の動作に必要な情報が手元操作装置１
６より入力され、制御演算装置３０の制御によりサーボ
ドライバ２１よりサーボモータ動作信号Ｓｍがサーボモ
ータ４1〜４4（図２参照）へ供給され、マニピュレータ
１が動作する。

【００１６】今、オペレータによりロボットシステムの
終了が選択されると、制御演算装置３０は、図４（ａ）
に示す、ロボットシステムの終了処理（ステップＳＡ
１）を行なう。これにより、サーボモータ４1〜４4およ
びエンコーダへの電力の供給が停止されるとともに、Ｒ
ＡＭ１８上の教示データや、エンコーダのデータ、マニ
ピュレータ１の動作時間等のメンテナンス情報をＲＡＭ
１８に保存する処理が行われる。また、これと同時に、
図２に示す内圧容器５1〜５3への給気用圧縮空気Ａｂの
供給が停止され、内圧防爆システムが停止される。

【００１７】一方、掃気制御制御装置２３は、ロボット
システムが終了される直前にリアルタイムクロック２２
から日付、時刻の時間情報を読み込み（ステップＳＡ
２）、該時間情報をＥＥＰＲＯＭ２４に書き込む（ステ
ップＳＡ３）。これにより、ロボットシステム処理が終
了される。

【００１８】そして、オペレータによりロボットシステ
ムの立ち上げが選択されると、制御演算装置３０は、図
４（ｂ）に示すステップＳＢ１へ進み、ロボットシステ
ムが一定時間以上停止したか否かを判断する。まず、掃
気制御装置２３は、動作指令信号が制御演算装置３０に
入力されたときの日付、時刻の時間情報をリアルタイム
クロック２２から読み込み、該時間情報と、ステップＳ
Ａ３でＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれたロボットシステ
ム終了時の時間情報との差から、防爆システムの停止時
間を求め、これを制御演算装置３０へ出力する。

【００１９】次に、制御演算装置３０は、上記防爆シス
テムの停止時間が予め設定された基準停止時間より大で
あるとき、ステップＳＢ１の判断結果を「ＹＥＳ」とし
て、ステップＳＢ２へ進み、前述した＜掃気処理＞を行
なう。ここで、基準停止時間とは、内圧容器５1〜５3内
を防爆上問題無い空気圧力に維持しうる防爆システムの
停止時間の上限である。また、基準停止時間は、内圧容
器５1〜５3の容積や給気圧縮空気Ａｂの圧力等によって
異なるが、理論的または実験的に求められたものが用い
られる。一方、防爆システムの停止時間が基準停止時間
より小であるとき、制御演算装置３０は、ステップＳＢ
１の判断結果を「ＮＯ」とし、ステップＳＢ３へ進み前
述した＜給気処理＞を行った後、ステップＳＢ４へ進
み、ロボットシステムを立ち上げる。これにより、工業
用ロボットが稼働可能状態とされる。

【００２０】なお、上述した一実施形態による工業用ロ
ボットにおいては、ロボットシステムの終了処理時（図
４（ａ）：ステップＳＡ２）に、掃気制御装置２３がリ
アルタイムクロック２２より読み込んだ時間情報をＥＥ
ＰＲＯＭ２４に書き込む例を説明したが、これに限定さ
れることなく、掃気制御装置２３が、例えば１秒おきに
上記時間情報をＥＥＰＲＯＭ２４に書き込むようにして
もよい。または、電源が遮断され電圧が降下する瞬間
に、掃気制御装置２３が割込処理等でロボットシステム
終了直前の時間情報をＥＥＰＲＯＭ２４に書き込んでも
よい。これにより、停電等で強制的に電源が遮断されて
ロボットシステムが強制終了し、正常に終了処理を行う
ことができない場合であっても、ロボットシステム終了
時の時間情報をほぼ正確に保持することができる。

【００２１】＜第１変形例＞ところで、内圧防爆システ
ムが一定時間以上停止していても、長時間停止していな
ければ、掃気の必要はあっても内圧容器５1〜５3内の雰
囲気を全て掃気用圧縮空気Ａａで置換する必要はない。
この点に着目し、図４（ｂ）に示す処理手順に代えて、
図５示す処理手順により掃気処理等（第１変形例）を行
ってもよい。この場合、ＲＯＭ１７には、図６に示す掃
気時間テーブルを記憶する必要がある。この掃気時間テ
ーブルは、内圧防爆システムの停止時間と、この停止時
間に対応する掃気時間との関係を表すテーブルであり、
掃気時間を決める際に用いられる。

【００２２】次に、上記第１変形例による工業用ロボッ
トの動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明
する。この図において、まず、ステップＳＣ１では、制
御演算装置３０は、前述したステップＳＢ１と同様にし
て、内圧防爆システムが３分間以上停止していたか否か
を判断する。今、内圧防爆システムが４分間停止してい
たとすると、この場合、制御演算装置３０は、ステップ
ＳＣ１の判断結果を「ＹＥＳ」として、ステップＳＣ２
へ進む。

【００２３】ステップＳＣ２では、制御演算装置３０
は、内圧防爆システムの停止時間が３．５分以下である
か否かを判断し、今の場合、同判断結果を「ＮＯ」と
し、ステップＳＣ４進む。ステップＳＣ４では、制御演
算装置３０は、内圧防爆システムの停止時間が４．０分
以下であるか否かを判断し、今の場合、同判断結果を
「ＹＥＳ」としステップＳＣ５へ進む。ステップＳＣ５
では、制御演算装置３０は、図６に示す掃気時間テーブ
ルを用いて、掃気時間として１．５分を求めた後、ステ
ップＳＣ９へ進み、前述した＜掃気処理＞を実行する。
すなわち、ステップＳＣ９では、図３に示す内圧容器５
1〜５3内の掃気が１．５分間行われる。この掃気処理を
終えると、制御演算装置３０は、前述した＜給気処理＞
（ステップＳＣ１０）を実行した後、ステップＳＣ１１
へ進み、ロボットシステムの立ち上げ処理を行う。

【００２４】なお、上述した掃気時間テーブル（図６参
照）は、一例であって、例えば、図７に示す停止時間と
掃気時間との関係を表す別のデータを用いて、内圧防爆
システム停止時間間隔が短い掃気時間テーブルを用いて
もよい。これにより、きめ細かい掃気制御が可能とな
る。また、掃気時間テーブルの掃気時間は内圧容器５1
〜５4の容積や給気圧力、掃気バルブからの漏れ流量等
によって異なるが、上述した一実施形態と同様にして理
論的または実験的に求めたものが用いられているさら
に、図５に示す掃気時間テーブルに代えて、図８に示す
内圧防爆システム停止時間／掃気時間変換曲線のデータ
をＲＯＭ１７に記憶させ、該データにより掃気時間を求
めてもよい。

【００２５】＜第２変形例＞前述した一実施形態による
工業用ロボットにおいては、内圧防爆システムの停止時
間に応じて掃気時間を決めて掃気処理を行う例を説明し
たが、この処理に代えて、内圧容器５1〜５3内の空気圧
力に応じて掃気時間を決めて掃気処理を行ってもよい
（第２変形例）。これは、内圧防爆システムが停止して
からしばらくの間は、内圧容器５1〜５3内が空気圧力の
高い状態に持続されいることにより、掃気を行う必要が
ないという点に着目したものである。

【００２６】以下、上述した第２変形例による工業用ロ
ボットの動作を図９を参照して説明する。この図におい
て、ステップＳＤ１では、制御演算装置３０は、内圧容
器５1〜５3内の空気圧力が一定値以下か否かを判断す
る。すなわち、制御演算装置３０は、圧力スイッチ９1
〜９3（図２参照）の接点のうち１つでも開とされる
と、接点信号Ｓがオフとされるため、当該内圧容器内の
空気圧力が一定値以下になったと判断し、ステップＳＤ
１の判断結果を「ＹＥＳ」として、ステップＳＤ２へ進
み、前述した＜掃気処理＞を行った後、ステップＳＤ３
へ進み＜給気処理＞を行なう。一方、ステップＳＤ１の
判断結果が「ＮＯ」の場合、制御演算装置３０は、ステ
ップＳＤ３へ進み、＜給気処理＞を行った後、ステップ
ＳＤ４へ進みロボットシステム立ち上げ処理を行う。

【００２７】以上本発明の実施形態による工業用ロボッ
トについて詳述してきたが、具体的構成は本実施形態に
限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
の設計変更も本発明に含まれる。例えば、上述した一実
施形態においては、ＥＥＰＲＯＭ２４を記憶媒体として
用いた例を示したが、これに代えて、フラッシュメモ
リ、メモリカード、ハードディスク、フロッピディス
ク、あるいはバッテリバックアップされたＲＡＭなど、
情報の消去、書き込みが可能な他のデバイスを用いても
良い。

【００２８】また、上述した一実施形態においては、圧
力スイッチ９1〜９3を用いて内圧容器５1〜５3内の空気
圧力を検出する例を示したが、これらに代えて、例えば
半導体圧力センサ等によって圧容器５1〜５3内の空気圧
力をリニアに検出し、その圧力に応じて掃気時間を決定
しても良い。さらに、上述した一実施形態において、圧
力スイッチ９1〜９3に代えて、圧力計を設けて、この圧
力計の検出圧力と内圧防爆システムの停止時間との関係
を表すテーブルを作成して、このテーブルにより掃気時
間を求めてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、給気手段の停止時間により掃
気時間が決定され掃気処理に無駄が無いため次のような
効果が得られる。 （１）工業用ロボットの稼働率が向上する。 （２）装置の耐用年数が向上する （３）掃気に伴う電力の消費を節約することができる （４）掃気時の掃気音を抑えることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による工業用ロボットの外
観構成を示す斜視図である。

【図２】内圧防爆システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図３】図１に示すコントローラ１５の電気的構成を示
すブロック図である。

【図４】本発明の一実施形態による工業用ロボットの動
作を説明するフローチャートである。

【図５】本発明の一実施形態の第１変形例による工業用
ロボットの動作を説明するフローチャートでである。

【図６】掃気時間テーブルを示す図である。

【図７】ロボットシステムの停止時間と掃気時間との関
係を表すグラフである。

【図８】ロボットシステムの停止時間と掃気時間との関
係を表す曲線グラフである。

【図９】本発明の一実施形態の第２変形例による工業用
ロボットの動作を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１ マニピュレータ ４1〜４4 サーボモータ ５1〜５3 内圧容器 ７1〜７3 掃気バルブ ９1〜９3 圧力スイッチ １２1，１２2 二方電磁弁 １３1，１３2 レギュレータ １５ コントローラ １７ ＲＯＭ ２３ 掃気制御装置 ２２ リアルタイムクロック ２４ ＥＥＰＲＯＭ ３０ 制御演算装置 Ａｏ 圧縮空気 Ａａ 掃気用圧縮空気 Ａｂ 給気用圧縮空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動装置を収容してなる容器内を掃気す
   る掃気手段と、前記容器内へ大気を供給して前記容器内
   を大気圧以上の圧力に維持する給気手段とを有する工業
   用ロボットにおいて、 前記給気手段の停止時間を算出する停止時間算出手段
   と、 前記停止時間算出手段により得られた情報に基づいて、
   前記掃気手段の掃気時間を制御する掃気時間制御手段
   と、 を具備することを特徴とする工業用ロボット。