JPS61273269A - 産業用ロボツトにおける手首装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボットにおける手首装置およびその制
御方法に関し、詳しくは、溶接部位ごとに加圧力を変え
ることができる産業用ロボットに関する。これは、ワー
クの所定部位にスタンド溶接またはアークスポット溶接
を順次自動的に施すロボットの分野で利用されるもので
ある。

〔従来技術〕

産業用ロボットにおける手首装置はロボットアームの先
端に取付けられ、アームの動きとは独立し°て手首自体
が所望の挙動をするように、スイベル、ベンド、ツイス
トなどの各機構を備えている。

溶接ロボットにおいては、そのような手首の先端に溶接
ガンなどが取付けられ、スタンド溶接やアークスポット
溶接ができるようになっている。

ところで、例えば２枚が重ね置かれた鋼板をアークスポ
ット溶接するような場合、溶接アークを飛ばすためには
一方の板を他方の板に押しつけて近接させる必要があり
、またスタッド溶接の場合には大きい加圧力をワークに
作用させることが要求される。

そのために従来では手首の先端にエアシリンダが装着さ
れ、その端部にガンやトーチが取付けられている。した
がって、手首がアームの運動で移動されると共に、上述
したスイベルなどの各機構により手首の姿勢が定められ
、ガンの先端が所望の溶接部位に到達すると、エアシリ
ンダにエアが導入される０手首の位置が維持されたまま
ピストンロンドは溶接部位に向かって進出し、その先端
に取付けられたガンやトーチが鋼板を加圧する。

所定圧力のエアが導入され終わると、例えば上下２枚の
鋼板が所定圧で加圧され、ガンやトーチに高電圧を掛け
て溶接が行なわれる。

このようなエアシリンダを用いた加圧操作によれば、溶
接部位に圧源から得られる一定のエア圧によって常時開
等の加圧力を発生させることができる。しかし、溶接部
位における加圧力は専らエアシリンダなどの外力に頼る
ことになり、頻繁に移動する手首に高圧エアを供給する
配管を付設しなければならず、それが手首の移動時に邪
魔になったり、ときには破損するなどの問題がある。ま
た、圧源などエアシリンダを作動させるための周辺機器
が必要となり、ロボットの作動において、手首の位置と
速度に関する空間移動制御と、溶接ガンの加圧制御とを
独立した手段で行なわなければならず、ロボットの本体
構成が複雑となる。しかも、エアシリンダは通常一定の
エア圧で作動するので、溶接部位に応じて加圧力を変え
ることが容易でない。その結果、ワークに与えられたプ
レス形状の違いなどによる各溶接部位での剛性の相違、
重ねられた板材の近接度のばらつきなどに原因して、各
溶接部位において所望の溶接精度を確保するに通した加
圧力を発生させることができない問題がある。その加圧
力を溶接部位ごとに変えるために例えば電磁比例制御弁
などを導入すればよいが、ロボット本体における駆動構
成が一段と複雑になり、そのための煩雑な制御も要求さ
れ、総じてコストアップとなる問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、その目的
は、溶接部位に応じて設定された異なる加圧力を発生さ
せることができると共に、加圧作動に必要な装置やその
付帯機器の削減を可能にし、また空間移動制御と加圧制
御をひとまとまりの制御系でもって実現し、手首ならび
にロボット本体などの小型・軽量化と制御の簡素化を図
ることができる産業用ロボットにおける手首装置および
その制御方法を提供することである。

〔発明の構成〕

本発明の特徴とするところを図面を参照して説明すると
、第１の発明にあっては、手首１の先端に装着された溶
接ガン７が、ガン加圧方向に変位可能であると共に手首
に対して回動不能に装着され、溶接ガン７が取付けられ
たガン取付部８に溶接ガンの変位を吸収するスプリング
１５．１６が介在され、ロボットの加圧作動によりワー
ク１７からの加圧反力を検出するセンサ１９が、ガン取
付部８に設けられている手首装置としたことである。

また、第２の発明にあっては、ロボットの空間移動制御
により手首１が移動し、溶接ガン７が所望の溶接部位に
到達すると、空間移動制御に加圧制御を加え、溶接ガン
７がワーク１７の溶接部位を加圧すると、スプリング１
５．１６で変位が吸収された溶接ガンに作用するワーク
からの加圧反力を検出し、その圧力値をフィードバック
しながら、加圧力がその溶接部位における設定値になる
まで加圧を持続する制御方法としたことである。

〔実　施　例〕

以下に、本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する
。

第２図は本発明が適用されるロボット手首ｌの模式図で
、アーム２の先端にスイベル３、ベンド４や必要に応じ
てツイスト５などの回動または曲げ機構が設けられてい
る。このような手首を装着したアーム２は、図示しない
機構がモータにより駆動され、屈曲や回転作動すると共
に本体６に対して旋回などして、ロボットが所望の動作
をすることができるようになっている。手首１は上述し
たスイベル３などの各回動機構でアーム２の−動きとは
独立して動作できるようになっており、その先端にはス
タッド溶接やアークスポット溶接などの溶接ガン７やト
ーチなどを装着するガン取付部８が設けられている。

このガン取付部８は伸縮可能な構造であり、第１図に示
すように溶接ガンを固定するガン基台９と基台保持部１
０とからなっている。ガン基台９には、例えば適数本（
図示１本）の加圧方向に延びるスライダ１１が突没され
、そのスライダが基台保持部１０に形成されたスライド
孔１２に嵌め込まれ、スライドベアリング１３を介して
軸方向の摺動が許容されている。したがって、ガン基台
９はガン取付部８内において回動できないが、溶接ガン
の加圧方向１４のみへの変位が許容されている。このガ
ン基台９と基台保持部１０との間には、ガン基台１０が
手首から離れる方向に一定の力で付勢すると共にガン加
圧方向の変位を吸収する２つのスプリング１５．１６が
介在されている。

これは、溶接ガン７がワーク１７　〔第２図参照〕を押
さえたとき、ガン基台９がガン取付部８内で後退変位す
ることができると共に、その変位を吸収して加圧作動時
に手首１や後述する圧力センサ１９に作用する衝撃力を
和らげることができるようになっている。このスプリン
グ１５．１６の弾発力は当板１８を介してガン基台９に
伝達されるが、その当板１８とガン基台９との間に、加
圧制御において発生するワーク１７からの加圧反力を検
出するセンサ１９が設けられている。この七／すはロー
ドセルなどであり、加圧力に比例して上述のスプリング
１５．１６が縮められているときの加圧力を検出するこ
とができ、検出された圧力はコード２０を介して電気信
号でもって図示しないストレインアンプなどに入力され
るようになっている。なお、加圧状態にないときには、
センサ１９にはスプリング１５．１６の初期力のみ作用
している。

ところで、ロボットの制御系には従来から採用されてい
る位置フィードバックループや速度フィードバックルー
プが形成されているが、それらの空間移動制御系に加え
て、加圧制御系および再制御系の切換えロジックが組み
込まれている０本例においては空間移動制御系において
のみならず、加圧装置としてエアシリンダを採用してい
る場合には適用することのできない加圧フィードバック
ループが加圧制御系に採り入れられている。

このような構成の手首装置においては、以下のようにし
て加圧溶接することができる。

まず、手首１をワーク１７の所定溶接部位に移動させる
とき、第３図に示す切換えロジック２１がオフにされ、
加圧制御系における加圧設定値２２の指令信号が遮断さ
れる。空間移動制御系における位置指令２３を受けてア
ーム２が適宜作動され、かつ手首１においてもスイベル
３などの回動機構が作動される。その間、手首１が予め
教示されている位置に到達するように、エンコーダ２４
からの信号をもとに破線で示すフィードバック制御が行
なわれる。そのとき、手首などの移動速度についても、
それを駆動しているモータ２５に付設されているタコジ
ェネレータ２６で検出された速度と対比され、指定され
た速度となるように一点鎖線で示したようなフィードバ
ック制御が行なわれる０手首１が移動して溶接ガン７の
先端がワーク１７の所望の溶接部位に到達すると、切換
えロジック２１が自動的にオンされ、上述したロボット
の空間移動制御に加えて、溶接ガン７がワーク１７を押
圧する加圧制御機能が追加される。

ロボットはその溶接部位で拘束状態にあるので、アーム
２や手首１の各作動機構を駆動するモータ２５に流れる
電流の増分によって、ワーク１７が加圧される。加圧が
進むとガン取付部８内に介在されたスプリング１５．１
６に支持されているガン基台９が、スプリングを圧縮し
ながら基台保持部１０方向に後退する。このとき、溶接
ガン７はスプリング１５．１６の弾発力に抗して変位す
るが、基台保持部１０に対して回転することはなく、加
圧動作による溶接ガン７の姿勢は保持される。

なお、スプリング１５．１６によってガン基台９が支持
されていることから、その後退作動中に急激な加圧反力
が作用しても、手首ｌやセンサ１９への衝撃は緩和され
る。加圧によりガン取付部８に作用する力はセンサ１９
で検出され、それがストレインアンプなどを介して制御
部に入力される。

この入力値がその溶接部位における所定の加圧値になっ
ていなければ、第３図の二点鎖線で示すフィードバック
制御によって、加圧設定値２２からの信号に一致するま
で加圧作動が続けられる。設定値に到達すると、その加
圧力が保持され、溶接のための電圧が掛けられて溶接が
行なわれる。その部位での溶接が完了すると、切換えロ
ジック２１が自動的にオフし、加圧カフィードパックル
ープは断たれ、教示されている次の溶接部位に手首が移
動され、同様の手順による制御によって順次そのワーク
に対する作業が続けられる。

このような溶接作業において溶接部位での加圧力が同一
である場合もあるが、予め部位ごとに異なる加圧力が教
示されたり別途入力されていると、ワークの各溶接部位
ごとに加圧力を変えることができる。その結果、ワーク
の剛性の大小などに応じた加圧が実現され、溶接精度の
確保や溶接作業の円滑化が図られる。

〔発明の効果〕

本発明は以上の実施例の詳細な説明から判るように、手
首の先端に装着された溶接ガンが加圧方向に変形可能と
し、加圧操作により作用する加圧反力を検出するセンサ
を設けたので、溶接ガンに作用する衝撃荷重を吸収して
手首などの損傷を回避することができると共に、検出さ
れた圧力値をもとにフィードバック制御による各溶接部
位ごとに予め記憶されている好適な加圧力を発生させる
ことができる。さらには、手首にエアシリンダなどの装
置を装着する必要がないので、そのための周辺機器を省
くことができる。その結果、ロボット本体や手首の小型
・軽量化が促進され、ロボット本体に大きい負荷を掛け
ることが防止され、複雑な形状のワークとの干渉も少な
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の産業用ロボットにおける手首装置にお
ける溶接ガン取付部の断面構成図、第２図は本発明が適
用される産業用ロボットの全体概略模式図、第３図はロ
ボットの制御系ブロック図である。 １−手首、７−溶接ガン、８−ガン取付部、１５．１６
−−−スプリング、１７−・ワーク、１９−・センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）手首の先端に装着された溶接ガンが、ガン加圧方
   向に変位可能であると共に手首に対して回動不能に装着
   され、溶接ガンが取付けられたガン取付部に溶接ガンの
   変位を吸収するスプリングが介在され、ロボットの加圧
   作動によりワークからの加圧反力を検出するセンサが、
   ガン取付部に設けられていることを特徴とする産業用ロ
   ボットにおける手首装置。
2. （２）ロボットの空間移動制御により手首が移動し、溶
   接ガンが所望の溶接部位に到達すると、前記空間移動制
   御に加圧制御を加え、溶接ガンがワークの溶接部位を加
   圧すると、スプリングで変位が吸収された溶接ガンに作
   用するワークからの加圧反力を検出し、その圧力値をフ
   ィードバックしながら、加圧力がその溶接部位における
   設定値になるまで加圧を持続することを特徴とする産業
   用ロボットにおける手首装置の制御方法。