WO1997039853A1 - Systeme de soudage par points - Google Patents

Description

明 細 書

ス ポ ッ ト 溶接シス テム

技 術 分 野

本発明はロ ボッ ト を利用 したスポ ッ ト溶接システムに 関する 。

背 景 技 術

スポ ッ ト 溶接ガンを搭載したロ ボッ ト を用いたス ポ ッ ト 溶接システムは公知であ り 、 例えば車体のアセンブ リ ング工程などで広 く 採用 されている 。 一般に 、 スポッ ト 溶接の対象個所は単一ではな く 、 特に車体のアセンブ リ ング工程などでは 、 極めて多数の個所についてスポッ ト 溶接が行われる こ とが通例である 。

そ こで 、 従来のスポ ッ ト 溶接システムにおいては 、 複 数の多関節形ロ ボッ ト を立壁から横方向に突出する よ う に並列設笸した り 、 天井あるいは梁な どの構造物に吊 り 下げて並列設置する レイ アウ ト が採用 されている 。 また 既存の構造物に代えて専用のロ ボ ッ ト 設置架台が用意さ れる こ と も ある 。

例えば車体な どの溶接対象物は 、 並列設置されたロボ ッ ト の近傍を通る ラ インに沿って搬送される 。 通常 、 搬 送は各作業ステージで順次停止する形で断続的に繰 り 返 され 、 各作業ステージで所要個所のスポッ ト 溶接が実行 される こ と にな る 。

しかし 、 こ のよ う な従来の多関節ロ ボッ ト を利用 した ス ポ ッ ト 溶接システ ムでは 、 作業効率やスペース の利用 効率の面で大きな問題があった 。 即ち 、 多関節ロ ボッ ト は構造上乃至形状上の制約から 、 ロ ボ ッ ト 同士を接近さ せて配置する こ とが困難なため 、 密集配置の利点を活か し て作業効率の向上やスペース の節約に資する こ と が出 来なかった。

発 明 の 開 示

本発明の 目 的は 、 複数のロ ボッ ト の密集配置が可能な スポ ッ ト 溶接システムを提供し 、 それによ つてスポ ッ ト 溶接作業の効率化 とスペース の節約を図ろ う とするも の であ る 。

本発明は 、 スポッ ト 溶接システ ムにおいて並列密集し て設置される ロ ボッ ト と して 、 伸縮自在な複数のアーム を有するパラ レル リ ン ク と 、 パラ レル リ ン ク 先端に取付 られ 、 複数の回転駆動軸を有する手首 とから構成された パラ レルリ ン ク ロ ボッ ト を採用する 。

即ち 、 本発明のスポッ ト 溶接システ ムにおいては 、 複 数のパラ レル リ ン ク ロ ボッ ト が互いに密接して 、 架台か ら横方向に突出する よ う に 、 或いは 、 架台から 吊 り 下げ られる よ う にして搭載される 。 各ロ ボッ ト の手首には 、 ス ポ ッ ト溶接ガンが装着される 。

好ましい形態においては 、 複数のロ ボッ ト を搭載した 架台は 、 溶接対象ワ ー ク の搬送方向に沿って走行可能に 設け られる 。 走行可能な架台によ っ てワーク を ト ラ ツ キ ングしなが ら スポ ッ ト溶接を行な う こ とが出来る 。

図面の簡単な説明 図 1 は 、 本発明の第 1 実施例に係るスポッ ト 溶接シス テムの概略配置を示す斜視図 、

図 2 は 、 図 1 に示したスポッ ト 溶接シス テムの架台の 台座部上の構成を示す部分拡大図 、

図 3 は 、 本発明の第 2 実施例に係るスポ ッ ト 溶接シス テ ムの概略配置を示す斜視図 、

図 4 は 、 本発明の各実施例で使用可能なコ ン ト ロー ラ の構成を示す要部プロ ッ ク 図 、

図 5 は 、 従来のス ポ ッ ト 溶接システムで採用 される多 関節ロ ボッ ト と 、 本発明で採用 されるパラ レル リ ン ク 口 ボッ 卜 の配置を示す説明図である 。

発明を実施するための最良の形態 図 1 において 、 符号 S 1 はワーク （ 例えば未完成の車 体アセンブ リ ） Wを搬送する コ ンベア （ 図示省略 ） の走 行方向を表わし 、 ワ ー ク座標系∑の X軸方向に一致して いる 。 床等の構造物上にはコ ンベアの走行方向に沿って ガイ ド 1 4 が敷設され 、 ガイ ド 1 4 上に架台 1 0 が矢印 S 2 方向に走行可能に搭載されている 。

架台 1 0 は L字形をなす立壁部 1 1 、 台座部 1 2 と構 造補強部材 1 3 で構成されてい る 。 立壁部 1 1 の適当な 位置には 、 ワーク Wの位置を検出するカ メ ラ C Mが設置 されている 。 カ メ ラ C Mは 、 後述する コ ン ト ロ ーラ に内 蔵された画像処理部 と共に視覚センサを構成し 、 各ロ ボ ッ ト に ト ラ ッ キング動作を行なわせる際に利用 される 。

架台 1 0 には 、 複数のパラ レノレ リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 〜 R B 4 がコ ンベアの走行方向 （ X軸方向 ） に沿って密 集して並列設置されている 。 1 台の架台 1 0 に設置され る ロ ボッ ト の台数は一般には任意である 。 また 、 同 じガ イ ド 1 4 上に複数の架台 1 0 を搭載しても 良い こ と は言 う までも ない 。

各ノ ラ レル リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1 〜 R B 4 は 6 軸ロ ボ ッ ト であ り 、 伸縮 自在な 3 本のアーム A M I ：! 〜 A M I 3 を有するパラ レル リ ン ク P R と 、 ノ ラ レノレ リ ン ク P R の先端に取付られ 、 3 つの回転駆動軸を有する手首 W R と力 ら構成されている 。

各ノ ラ レル リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 〜 R B 4 は 、 各伸縮 アーム A M I 1 〜 A M 1 3 がワーク Wの走行経路上方に 延びる よ う な姿勢を以て架台 1 0 から横方向に突出して いる 。 各アーム A M I 1 〜 A M 1 3 の先端部には符号 S 3 , S 4 , S 5 で示したよ う に回転する 3 つの回転駆動 軸を有する手首部が取付け られている 。 各手首部の先端 にはスポッ ト溶接ガン G 1 〜 G 4 が装着されている 。 但 し 、 ノ ラ レノレ リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1 〜 R B 4 の内のい く つかの手首部には溶接ガン以外の治具等の工具が取付け られて 、 溶接以外の作業を行な う こ と も ある 。

架台 1 0 の立壁部 1 1 の所定位置には 、 アーム A M I 1 〜 A M 1 3 のための孔 H I 1 〜 H 1 3 が設け られてい る 。 各アーム A M I 1 〜 A M 1 3 は孔 H I 1 〜 H 1 3 を 貫通して台座部 1 2 側に延びている 。 孔 H 1 1 〜 H 1 3 は 、 アーム A M I 1 〜 A M I 3 の動作範囲に対応した揺 動時に障害 とな らない程度の寸法を有する と共に 、 後述 する よ う に 、 その内部にはアーム A M I 1 〜 A M 1 3 を 搖動 自在に支持するための軸受機構が設け られている 。

図 2 には 、 架台 1 0 上の構成が示されてお り 、 パラ レ ノレ リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1 のアームの う ち の 2 本のアーム A M I 2 , A M 1 3 の基端部周辺の構成が拡大描示され ている 。 図 2 に描かれている よ う に 、 床面 F L上に敷設 されたガイ ド 1 4 には台座部 1 2 に設けられた走行輪 1 5 が係合している 。 また 、 ガイ ド 1 4 に平行にラ ッ ク 1 6 が敷設され 、 ラ ッ ク 1 6 に対して ピニオン 1 7 が係合 している 。 そして 、 ピニオン 1 7 は減速機 1 8 を介して 走行軸駆動用サーボモータ M 2 5 に結合されている 。

一方 、 アーム A M I 2 及び A M I 3 の基端部には各々 を伸縮駆動するサーボモ一タ M 2 及び M 3 が搭載されて いる 。 図 2 には示されていないカ 、 ロボッ ト R B 1 のァ ーム A M I 2 や他のロ ボッ ト R B 2 〜 R B 4 の各アーム の基端部にも 、 全 く 同様に伸縮駆動用のサ一ボモータが 搭載されている 。 アーム A M I 2 及ぴ A M I 3 が夫々貫 通する孔 H I 2 及び H I 3 の内部には 、 アーム A M I 2 及び A M I 3 を搖動 自在に支持するための軸受機構 B R 1 2 及び B R 1 3 が夫々設け られている 。 他の伸縮ァー ムのための貫通孔についても 同様である 。

各アーム A M I 1 〜 A M 1 3 の伸縮機構は 、 アーム A M l 1 〜 A M 1 3 の外皮を形成する管部材の内部に収容 され 、 サーボモータ で駆動 されるボールネジ と ボールナ ッ ト 、 並びに手首部 と の接続部に設け られた軸受機構を 含む 。 パ ラ レル リ ン ク ロ ボ ッ ト の動作原理乃至位置決め 制御 自 体は 、 一般に知 られた技術であ り 、 こ こ ではそれ ら についての詳しい説明は省略する 。

コ ン ト ロ ー ラ 3 0 は 、 ノ ラ レノレ リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1

〜 R B 4 、 走行軸 （ サーボモータ M 2 5 ) 、 カ メ ラ C M ( 図 1 参照 ） 、 スポ ッ ト溶接ガン G 1 〜 G 4 等を統括的 に制御する 。

図 5 を参照して 、 従来のスポッ ト 溶接システムで採用 される多関節ロ ボッ ト と対比して本発明のスポッ ト 溶接 システムで採用 されるパラ レル リ ン ク ロ ボッ ト の密集配 置に対する適性に関して説明する 。 図 5 において 、 符号 1 は一つの作業ステージの領域を表わしてお り 、 こ の領 域中に車体等のワーク Wが搬送されて来る 。

従来のスポッ ト 溶接シス テムで採用 される多関節ロ ボ ッ ト R B 1 1 及び R B 1 2 は 、 数個の リ ン ク を直列的に 結合した構造を有し 、 各 リ ン ク を駆動するモータ は関節 機構部に各々設け られている 。 そのため 、 多関節ロ ボッ ト R B 1 1 ， R B 1 2 は 、 符号 A , B で示したよ う に 、 基本軸の関節機構部にモータ設置用の張出部を有してい る こ とが通例である 。

従っ て 、 ロ ボッ ト アームの運動を別にしても 、 ロ ボッ ト を高密度で配置する こ と は困難であ る 。 そ して 、 ロ ボ ッ ト の動作中のロ ボッ ト アームの複雑な旋回運動によ る 干渉の可能性を考慮する と 、 ロ ボ ッ ト の高密度配置は更 に難し く なる こ と は明 らかである 。

これに対して 、 本発明で採用 されるパラ レル リ ン ク 口 ボッ ト R B 1 〜 R B 4 の基本軸のモータ は 、 アーム A M 1 ：！ 〜 A M 4 3 の基端部に設け られるので 、 多関節ロ ボ ッ ト R B 1 1 ， R B 1 2 に存在するモータ設置用の張出 部 A , B が存在しないので高密度配置に適している 。 ま た 、 各基本軸のアーム A M I ：! 〜 A M 4 3 は伸縮アーム であ り 、 旋回性の運動は殆ど行なわれない 。 従って 、 干 渉可能性の点から 見ても 、 高密度配置に適している こ と は明 らかである 。

図 2 に示したコ ン ト ロ ーラ 3 0 の要部構成を図 4 に示 す。 図 4 に於いて 、 コ ン ト ロ ーラ 3 0 にはプロ セッサボ ー ド 3 1 が装備 され 、 こ のプロ セッサボー ド 3 1 はマイ ク ロ プロ セッサからなる 中央演算処理装置 （ C P U ) 3 1 a 、 R O M 3 1 b 並びに R A M 3 1 c を備えている 。

C P U 3 1 a は 、 R O M 3 1 b に格納されたプロ ダラ ムに従ってコ ン ト ロ ーラ の全体及び各部を制御する 。 R O M 3 1 b に格納されるプロ グラムには 、 ワーク Wを作 業ステージで停止 させずにス ポ ッ ト 溶接を実行するため に必要な ト ラ ッ キングのための諸プロ グラ ムが含まれる R A 3 1 c には 、 作成済みの動作プロ グ ラ ムや各種 設定値等がダウ ン ロー ド される 。 また 、 R A M 3 1 c の 一部は C P U 3 1 a が実行する計算処理等の為の一時的 なデータ記憶に使用 される 。 なお 、 プロ グラ ムデータや 設定値の保存や R A M 3 1 c へのダウ ン ロ ー ド には 、 適 宜外部装置 と して用意されたハー ドディ ス ク装置な どが 利用 される 。

プロ セッサボー ド 3 1 はバス 3 7 に結合され 、 こ のノく ス結合を介してコ ン ト ローラ 3 0 内の他の部分 と の間で 指令やデータ の授受が行なわれる よ う になつている 。 デ ジタルサーボ制御回路 3 2 がプロ セッサボー ド 3 1 に接 続されてお り 、 C P U 3 1 a から の指令を受けて 、 サー ボアンプ 3 3 を経由 してサーボモータ M l 〜M 2 5 を制 御する 。

これらサーボモータ M l 〜 M 2 5 の内 、 M l 〜 ！ V1 6 は ノ、。 ラ レル リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 の各アーム A M I 1 〜 A M 1 3 の伸縮駆動用及び手首軸の回転駆動用のモータで ある 。 同様に 、 サーボモータ M 7 〜M 1 2 , M l 3 〜M 1 8 , M l 9 〜M 2 4 は各々パラ レノレ リ ン ク ロボッ ト R B 2 〜 R B 4 の各アーム伸縮駆動用及ぴ手首軸の回転駆 動用のモータであ る 。 そ して 、 サーボモータ M 2 5 は走 行軸駆動用のモータ である 。 なお 、 ガン G 1 〜 G 4 がサ ーボガンである場合などにおいては 、 モータ数は更に增 加する 。

ノ ス 3 7 にはシ リ アルポー ト 3 4 が接続され 、 こ のシ リ アルポー ト 3 4 には液晶表示部付の教示操作盤 3 8 、 R S 2 3 2 C機器 （ 通信用イ ン タ ーフ ェ イ ス ） 3 9 が接 続されている 。 教示操作盤 3 8 は 、 各種指令のマ二ユア ル入力 、 シス テムの稼働に必要な各種プロ グラ ムや位置 データ 、 その他必要な設定値等の入力 、 編集等に使用 さ れる 。

また 、 外部装置 と の信号の授受のために 、 バス 3 7 に は更にデジタル信号用の入出力装置 （ デジタ ル I O ) 3 5 、 アナロ グ信号用の入出力装置 （ アナロ グ I / O ) 3 6 が結合 されている 。 更に 、 カ メ ラ C M [を含む視覚セ ンサの機能を持たせるために 、 ノ ス 3 7 にカ メ ラ イ ン タ 一 フ ェ イ ス C F 、 画像処理プロ セッサ I P及びフ レ ー ム メ モ リ F Mが接続されている 。

以上の構成を有する第 1 実施例のス ポ ッ ト 溶接シ ステ ム の動作の概要は例えば次のよ う なも の とな る 。

( 1 ) コ ン ト ローラ 3 0 内で ト ラ ッ キングのためのプ ロ グラムが起動される とカ メ ラ C Mによ る ワーク Wの撮 影 と 、 フ レ ーム メ モ リ F M 、 画像処理プロ セッサ F Mを 用いた画像処理が開始される 。

( 2 ) 視覚センサ機能によっ て 、 ワーク Wの到来が検 出 される と 、 予め設定されたタ イ ミ ングで 、 パラ レル リ ン ク ロ ボッ ト R B ：! 〜 R B 4 、 ガン G 1 〜 G 4 のための 動作プロ グラ ムが起動される 。 また 、 サーボモータモー タ M 2 5 ( 走行軸 ） の駆動によ る ワーク の ト ラ ッ キング が開始される 。

( 3 ) ト ラ ッ キング動作を続行しながら 、 ノ ラ レル リ ンク ロ ボッ ト R 1 〜 R 4 が共同動作し 、 ガン G 1 〜 G 4 を用いたスポ ッ ト 溶接が多数の要溶接個所について実行 される 。

( 4 ) スポ ッ ト溶接を完了 した ら 、 パラ レノレ リ ン ク 口 ボッ ト R B 1 〜： R B 4 はワ ー ク W力 ら退避させ 、 ト ラ ッ キングを終了 させる 。

( 5 ) パ ラ レノレ リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1 〜 R B 4 の各軸 位置及び走行軸位置をホムポジシ ョ ン に戻した上で 、 上 記 （ 1 ) へ戻 り 次のワーク到来に備え る 。 以下 、 （ 1 ) 〜 （ 5 ) の動作を繰 り 返す。

なお 、 各段階における動作を制御するためのプロ グラ ムは 、 具体的な作業内容によって定め られる も ので 、 本 発明では特に限定されない。 また 、 走行軸を用いた ト ラ ッ キングも 、 公知の リ ニア ト ラ ッ キングの技術の適用に 過ぎないので 、 詳しい説明は省略する 。

次に図 3 を参照し て 、 第 2 実施例について説明する 。 第 2 実施例は 、 吊 り 下げ式でパラ レル リ ン ク ロ ボッ ト を 密集配置したも のである 。 即ち 、 各パ ラ レル リ ン ク ロ ボ ッ ト R B 1 〜 R B 4 は 、 第 1 実施例におけ る と 同型のも ので 、 3 つの伸縮アーム A M I 1 〜 A M 1 3 を有するパ ラ レル リ ン ク と 、 3 つの回転駆動軸を有する手首を備え た 6 軸ロ ボッ ト であ る 。

各パラ レノレ リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 〜 R B 4 は 、 各伸縮 アーム A M I 1 〜 A M 1 3 がワ ー ク Wの供給位置上方に 垂れ下がる よ う な姿勢を以て架台 2 0 から 吊 り 下げて設 置され 、 各手首部の先端にはスポ ッ ト溶接ガン G 1 〜 G 4 が取付け られている 。 ノ ラ レル リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 〜 R B 4 の内のい く つ力 は 、 溶接ロ ボッ ト 以外のロ ボッ ト （ 例えば 、 治具ロ ボッ ト ） と される こ と も あ る 。 架台 2 0 は箱型であ る点を除けば 、 第 1 実施例で用い た架台 1 0 と 同様の構造を有し 、 所定位置に設け られた 孔 （ 図示せず ） を貫通し てアーム A M I 1 〜 A M 1 3 が 架台 2 0 の内部側に延びている 。 そ して 、 第 1 実施例 と 同様 、 各孔の内部には各アーム A M I 1 〜 A M 1 3 を搖 動 自在に支持するための軸受機構が設け られている 。

架台 2 0 の内部の配置は 、 第 1 実施例における台座部 1 2 側の配置 と 同様であるから 、 詳しい説明は省略する 但し 、 本実施例では 、 架台 2 0 の走行は高所の適当な構 造物に両端部を取 り 付け られたガイ ド 2 1 ， 2 2 と ラ ッ ク 2 3 に よ って確保されている 。 走行軸の駆動源 となる サーボモータ M 2 5や減速機 、 ラ ッ ク 2 3 と係合する ピ 二オン等は 、 第 1 実施例における と 同様の態様で架台 2 0 の内部に設け られている 。

パ ラ レル リ ン ク ロ ボッ ト R B 1 〜 R B 4 、 走行軸 （ サ ーボモータ M 2 5 ) 、 カ メ ラ C M ( 図 2 では省略 ） 、 ス ポッ ト 溶接ガン G 1 〜 G 4 等を統括的に制御する コ ン ト ロ ーラ も 、 第 1 実施例における と 同様の態様で架台 2 0 の内部に設置されている 。

コ ン ト ロ ーラは 、 第 1 実施例におけ る と 同じ も ので 、 その構成 と機能は 、 図 4 を参照して説明 し た通 り である 第 2 実施例のスポ ッ ト 溶接システム の動作の概要は 、 パ ラ レノレ リ ン ク ロ ボ ッ ト R ：! 〜 R 4 の姿勢が異なる こ と に 由来する動作プ ロ グ ラ ムの差異を別にすれば 、 第 1 実施 例のス ポ ッ ト 溶接システム と 同様であ る 。 以上説明 した二つの実施例においては 、 架台の走行に ピニオンノラ ッ ク を用いたが 、 他の走行機構 、 例えばリ ニァモータ を利用 した走行機構を用いる こ と も 出来る 。

本発明のスポッ ト溶接システムによれば 、 複数のロ ボ ッ ト を密集配置する こ とが可能 とな るので 、 スポッ ト溶 接作業の効率化 と スペース の節約を図る上で有利である

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 各々 が 、 伸縮自在な複数のアームを有するパラ レル リ ン ク と 、 前記パ ラ レル リ ン ク の先端に取付られ 、 複数 の回転駆動軸を有する手首 とから構成され 、 互いに密集 して配置された複数のロ ボ ッ ト と 、

前記各ロ ボッ ト が横方向に突出する よ う に前記各ロ ボ ッ 卜 の前記パ ラ レル リ ン ク の基端部を支持する架台 と 、 前記各ロ ボッ ト の前記手首に装着されたス ポ ッ ト溶接 ガン と を備える 、 スポ ッ ト 溶接システム 。

2 . 各々が 、 伸縮自在な複数のアームを有するパ ラ レル リ ン ク と 、 前記パ ラ レル リ ン ク の先端に取付られ 、 複数 の回転駆動軸を有する手首 とから構成され 、 密集して配 置された複数のロ ボッ ト と 、

前記各ロ ボッ ト が吊 り 下げられる よ う に前記各ロ ボッ ト の前記パ ラ レル リ ン ク の基端部を支持する架台 と 、 前記各ロ ボッ ト の前記手首に装着されたス ポ ッ ト溶接 ガン と を備え る 、 ス ポ ッ ト 溶接シス テ ム 。

3 . 前記架台は 、 溶接対象ワ ー ク の搬送方向に沿って走 行可能に配設されている 、 請求の範囲第 1 項又は請求の 範囲第 2 項に記載のス ポ ッ ト溶接システム 。

4 . 搬送されて来る ワ ー ク を検出するカ メ ラ を更に備え 前記カ メ ラ によ っ てワーク が検出 される と 、 前記架台が ワ ー ク を ト ラ ッ キングしながら前記複数のロ ボッ ト がス ポ ッ ト 溶接を行な う 、 請求の範囲第 3 項に記載のスポッ ト 溶接システム 。