WO2017122609A1 - 作業装置 - Google Patents

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WO2017122609A1
WO2017122609A1 PCT/JP2017/000406 JP2017000406W WO2017122609A1 WO 2017122609 A1 WO2017122609 A1 WO 2017122609A1 JP 2017000406 W JP2017000406 W JP 2017000406W WO 2017122609 A1 WO2017122609 A1 WO 2017122609A1
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WO
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link
end side
link hub
hub
center
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000406
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直哉 小長井
浩 磯部
清悟 坂田
Original Assignee
Ntn株式会社
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Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/24Features related to electrodes
    • B23K9/28Supporting devices for electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/32Accessories
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H21/00Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions
    • F16H21/50Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions for interconverting rotary motion and reciprocating motion

Definitions

  • the present invention relates to a working apparatus that is used in a manufacturing process or the like and can perform automatic and fine work with high speed and high accuracy without human intervention.
  • Conventional automatic welding machines generally have a welding torch mounted on the tip of an articulated robot as proposed in Patent Documents 1 to 3. These automatic welding machines using articulated robots can take a wide working range, but since the robot main body is large, considering the operating range and the like, a large occupied space is required for installation. Further, since the articulated robot is composed of a plurality of axes, the conventional automatic welding machine cannot perform a fine operation at high speed, and it is difficult to perform precise welding.
  • the link actuating device includes a parallel link mechanism in which a distal end side link hub is connected to a proximal end side link hub through three or more sets of four-link chains so that the posture can be changed.
  • the mechanism By driving the mechanism with an attitude control actuator, the distal end side link hub is changed to an arbitrary attitude with respect to the proximal end side link hub.
  • An object of the present invention is to provide a working device capable of performing work with high-speed, high-precision and fine-tuned operation while preventing the unnecessary objects generated during the work from being scattered around while having a compact configuration. It is.
  • the distal end side link hub is connected to the proximal end side link hub so that the posture can be changed via three or more sets of link mechanisms, and each of the link mechanisms is connected to the proximal end side.
  • the link hub and the distal end side link hub have one end rotatably connected to the proximal end side and the distal end side end link member, and both ends at the other end of the proximal end side and the distal end side end link member.
  • a central link member rotatably connected to each other, and the two or more sets of the three or more sets of link mechanisms have a posture of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side.
  • a link actuating device provided with an attitude control actuator to be arbitrarily changed is provided.
  • the link actuating device is installed on the gantry by fixing the base end side link hub directly or indirectly to the gantry so that the tip side link hub faces upward, and An end effector is attached to the link hub so that the tip is directed downward, and the distal end of the end effector protrudes downward from the link hub on the base end side.
  • a cylindrical scattering prevention member having a circular opening that covers the outer periphery of the side surface of the end effector in a range between the work plane on which the work by the effector is performed and opens downward at the lower end is provided on the base end side. It is provided in the link hub.
  • the work is performed on the work piece arranged on the work plane by the end effector attached to the link hub on the tip side of the link actuator so that the tip is directed downward.
  • the angle of the end effector can be changed by changing the posture of the link hub on the distal end side with respect to the link hub on the proximal end side by each posture control actuator.
  • the link actuating device has a configuration in which the distal end side link hub is connected to the proximal end side link hub through three or more sets of four-link chains so that the posture can be changed. A wide range of operation is possible with high speed and high accuracy.
  • the scattering prevention member that covers the outer periphery of the side surface portion of the end effector is provided on the link hub on the proximal end side, it is possible to prevent unnecessary materials generated during the work from being scattered around.
  • a coating apparatus such as an ink or a resin material
  • the ink itself or the resin material itself is not unnecessary, but the ink or resin material scattered without adhering to the work body is unnecessary. Spatter generated in the welding machine, dust washed off by the cleaning device, and chips removed by the deburring machine are unnecessary.
  • the scattering preventing member By stopping the scattering of unnecessary objects within a limited range in the vicinity of the work piece by the scattering preventing member, it is possible to omit or significantly reduce the process of removing unnecessary objects after the work. Further, since the scattering prevention member is provided on the link hub on the proximal end side, the height position of the scattering prevention member does not change even when the link actuating device is operated. For this reason, the vertical distance between the lower end of the anti-scattering member and the work plane can be reduced, which is effective in preventing unwanted objects from being scattered around.
  • the center of the spherical link on the distal end side to the distal end of the end effector The distance is shorter than the distance from the spherical link center on the tip side to the work plane.
  • the "spherical link center on the base end side” includes the center axis of each rotation pair of the base end side link hub and the base end side end link member, and the base end side end link member.
  • the “center axis of the link hub on the base end side” passes through the center of the spherical link on the base end side and is perpendicular to the center axis of each rotation pair of the link hub on the base end side and the end link member on the base end side.
  • the “spherical link center on the front end side” includes the center axis of each rotation pair of the link hub on the front end side and the end link member on the front end side, and each of the end link member on the front end side and the center link member. It refers to the point where the central axes of the rotating pair intersect each other.
  • the “center axis of the link hub on the tip side” is a straight line that passes through the center of the spherical link on the tip side and intersects the center axis of each rotation pair of the link hub on the tip side and the end link member on the tip side at a right angle. Point to.
  • the radius of the opening of the anti-scattering member is the following formula: However, r: Radius of opening of anti-scattering member a: Distance from spherical link center on base side to work plane b: Distance between spherical link center on base side and spherical link center on tip side ⁇ max : Base side The maximum value of the vertical angle at which the center axis of the link hub on the tip side is inclined with respect to the center axis of the link hub is satisfied.
  • the link actuator When the link actuator is in the position of the origin position, that is, when the central axis of the link hub on the proximal end side and the central axis of the link hub on the distal end side are on the same straight line, the end from the spherical link center on the distal end side
  • the end effector is attached to the link hub on the tip side so that the distance to the tip of the effector is shorter than the distance from the spherical link center on the tip side to the work plane. For this reason, regardless of the posture of the link actuating device, the tip of the end effector is positioned above the work plane, and the end effector does not interfere with the work piece.
  • the tip of the end effector faces the work plane through the opening of the anti-scattering member.
  • the radius r of the opening of the scattering prevention member is set to a value that satisfies Equation 1
  • the end effector and the scattering prevention member can be prevented from interfering with any posture of the link actuator.
  • the radius r of the opening is set to a value as close as possible to the value on the right side of Equation 1
  • the lower end of the anti-scattering member can be brought close to the work plane, thereby further preventing unwanted objects from scattering.
  • one or more linear actuators for moving the link actuating device back and forth with respect to the gantry and / or one or more linear actuators for moving the work body relative to the gantry are provided. It may be.
  • the link actuator or work piece is moved on a plane with one or more axes of a linear actuator, and the attitude of the distal link hub with respect to the proximal link hub is changed by operating the link actuator.
  • the work is performed on the workpiece by the end effector attached to the link hub on the distal end side. Thereby, it can work with respect to the surface of a to-be-worked object in several directions, giving an angle with respect to a to-be-worked object.
  • the scattering prevention member has a cylindrical side surface portion disposed on the outer periphery of the side surface portion of the end effector, and an annular bottom surface portion projecting from the lower end edge of the side surface portion toward the inner peripheral side. And the inner peripheral part of this bottom face part may be made into the said opening part.
  • the bottom portion of the anti-scattering member may have a truncated cone shape whose height position increases toward the inner diameter side.
  • the upper bottom surface in the truncated cone shape is the opening.
  • a rising portion that rises upward may be provided on the inner peripheral edge of the bottom surface portion of the scattering prevention member.
  • an unnecessary object adsorption layer having a function of adsorbing the unnecessary object may be provided on a surface that receives the unnecessary object generated during the operation of the scattering prevention member. If the unwanted matter adsorbing layer is provided on the surface of the splash preventing member that receives the unwanted matter, the unwanted matter hitting the splash preventing member can be prevented from splashing back. Thereby, it can prevent that the unnecessary thing which bounced off by the scattering prevention member falls below.
  • the scattering prevention member is cylindrical, the surface on which the unnecessary object adsorption layer is provided is the inner peripheral surface.
  • the scattering prevention member has a side surface portion and a bottom surface portion
  • the surface on which the unnecessary object adsorption layer is provided is at least one of the inner peripheral surface of the side surface portion, the upper surface of the bottom surface portion, and the lower surface of the bottom surface portion. is there.
  • the end effector may be a welding torch.
  • a working device is constituted as an automatic welding machine.
  • this automatic welding machine has a compact configuration, it can perform fine operations with high speed and high accuracy, and can prevent spatter generated during welding work from adhering to the welded body.
  • FIG. 5 is a VV cross-sectional view of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 2. It is the figure which expressed one link mechanism of the link actuating device with a straight line. It is sectional drawing of the attaching part of the welding torch with respect to the link hub of the base end side of the link actuator. It is a figure which shows an example of the welding track
  • FIG. 1 is a front view in which a part of an automatic welding machine which is a working device according to a first embodiment of the present invention is omitted
  • FIG. 3 is a plan view in which a part thereof is omitted.
  • this automatic welding machine 100 is linked via an XY stage 51 that is an actuator combination in which a worktable or a gantry 50 fixed to the ground is combined with a two-axis linear motion actuator.
  • a device 1 is installed, and a welding torch 52 is attached to the link operating device 1 as an end effector.
  • a wire supply device 53 and a cooling water device 54 are provided at a position away from the gantry 50.
  • the XY stage 51 is fixed to the gantry 50 and moves in the left-right direction (X-axis direction), and the X-axis linear motion actuator 55 is fixed to the stage provided on the bottom surface of the X-axis linear motion actuator 55. And a Y-axis linear motion actuator 56 that moves forward and backward in the axial direction.
  • the bottom surface of the Y-axis linear motion actuator 56 is a stage on which the link actuator 1 is installed.
  • the X axis linear motion actuator 55 is fixed to the gantry 50 and the Y axis linear motion actuator 56 is fixed to the X axis linear motion actuator 55 by bolts or the like.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view of a main part of the automatic welding machine.
  • the link actuating device 1 includes a parallel link mechanism 1 a in which a distal end side link hub 3 is connected to a proximal end side link hub 2 via three sets of link mechanisms 4 so that the posture can be changed.
  • the parallel link mechanism 1a is operated by a plurality of attitude control actuators 20 (FIG. 4). In FIG. 2, only one set of link mechanisms 4 is shown, and the attitude control actuator 20 is not shown.
  • Each link mechanism 4 is composed of an end link member 5 on the proximal end side, an end link member 6 on the distal end side, and a central link member 7, and forms a four-joint link mechanism consisting of four rotating pairs.
  • One end of each of the end link members 5 and 6 on the base end side and the front end side is rotatably connected to the link hub 2 on the base end side and the link hub 3 on the front end side, respectively.
  • the center link member 7 is rotatably connected to both ends of the end link members 5 and 6 on the proximal end side and the distal end side, respectively.
  • FIG. 5 is a VV cross-sectional view of FIG. 2
  • FIG. 6 is a VI-VI cross-sectional view of FIG.
  • the parallel link mechanism 1a is a combination of two spherical link mechanisms. Specifically, the proximal-side link hub 2 (FIG. 5), the distal-side link hub 3 (FIG. 6), the proximal-side end link member 5 (FIG. 5), and the distal-side end link member 6
  • the central axes O1 (FIG. 5) and O3 (FIG. 6) of each rotational pair with (FIG. 6), the end link member 5 (FIG. 5) on the proximal end side, and the end link member 6 on the distal end side (FIG. 6) 6) and the central link member 7 of each rotation pair center axes O2 (FIG. 5), O4 (FIG. 6) intersect at the respective spherical link centers PA (FIG. 5), PB (FIG. 6).
  • the spherical link center PA (FIG. 5) on the base end side is the center axis O1 of each rotation pair of the link hub 2 on the base end side and the end link member 5 on the base end side, and the end on the base end side.
  • the spherical link center PB (FIG. 6) on the distal end side includes the central axis O3 of each rotation pair between the distal link hub 3 and the distal end link member 6, and the distal end link member 6.
  • “the position of the rotational pair of the link hub 2 (3) and the end link member 5 (6)” is, for example, the center of the rotational pair of the link hub 2 (3) and the end link member 5 (6).
  • axis O1 (O3) indicated by the axial center position of the bearing 14 (34) that supports the end link member 5 (6) (in the case where a plurality of bearings 14 (34) are arranged, a plurality of arranged center positions). It is.
  • the center axes O2 and O4 of the rotation pairs of the end link members 5 and 6 and the center link member 7 may have an intersection angle ⁇ as shown in FIG. 2 or may be parallel to each other.
  • the three sets of link mechanisms 4 have a geometrically identical base end side and tip end side.
  • the geometrically identical shape is a geometric model in which the link members 5, 6, and 7 are expressed by straight lines, that is, a model that is expressed by each rotation pair and a straight line connecting these rotation pairs.
  • the base end side part with respect to the center part of the center link member 7 and a front end side part are the shapes which make symmetry.
  • FIG. 7 is a diagram representing one set of link mechanisms 4 of the parallel link mechanism 1a (FIGS. 5 and 6) as a straight line.
  • the link mechanism 4 of this embodiment is a rotationally symmetric type, and the positions of the proximal-side link hub 2 and the proximal-side end link member 5, the distal-side link hub 3 and the distal-side end link member 6.
  • the relationship is a position configuration that is rotationally symmetric with respect to the center line C of the central link member 7.
  • the link hub 3 on the distal end side is rotatable about two orthogonal axes with respect to the link hub 2 on the proximal end side.
  • a degree mechanism is configured. In other words, it is a mechanism that can freely change the posture of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side with two degrees of freedom of rotation. Although this two-degree-of-freedom mechanism is compact, the movable range of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side can be widened. Moreover, since it is compact, quick operation can be performed.
  • the maximum value of the bending angle ⁇ (FIG. 7) between the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side and the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side. It can be about ⁇ 90 °.
  • the turning angle ⁇ (FIG.
  • the bending angle ⁇ is a vertical angle in which the central axis QB of the distal end side link hub 3 is inclined with respect to the central axis QA of the proximal end side link hub 2, and the turning angle ⁇ is the proximal end side link hub.
  • This is a horizontal angle at which the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side is inclined with respect to the central axis QA of the second.
  • Condition 2 Center axes O1 and O3 of the rotational pair of the link hubs 2 and 3 and the end link members 5 and 6, and Center axes O2 and O4 of the rotational pair of the end link members 5 and 6 and the central link member 7 Intersect at the spherical link centers PA and PB on the proximal side and the distal side.
  • Condition 3 The geometric shapes of the proximal end side end link member 5 and the distal end side end link member 6 are equal.
  • Condition 4 The geometric shapes of the proximal end portion and the distal end portion of the central link member 7 are equal.
  • Condition 5 With respect to the symmetry plane of the central link member 7, the angular positional relationship between the central link member 7 and the end link members 5 and 6 is the same on the proximal end side and the distal end side.
  • the base-side link hub 2 is attached to the flat base 10, the three support shaft mounting members 11 provided on the base 10, and the support shaft mounting members 11.
  • the three support shafts 12 are formed.
  • the base 10 has a circular through hole 10a at the center, and a part is a stage mounting portion 10b fixed to the Y-axis linear motion actuator 56 (FIG. 1).
  • the three support shaft attachment members 11 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the through hole 10 a of the base 10.
  • the axis of each support shaft 12 coincides with the central axis O1 of the rotational pair of the link hub 2 on the base end side and the end link member 5 on the base end side.
  • One end of the end link member 5 on the base end side is rotatably supported by each support shaft 12 via two bearings 14.
  • a rotating shaft 16 provided at one end of the central link member 7 is rotatably supported on the other end of the end link member 5 on the base end side via two bearings 15.
  • the bearings 14 and 15 are ball bearings such as a deep groove ball bearing and an angular ball bearing, for example, and are fixed in a state where a predetermined amount of preload is applied by tightening with a nut.
  • a central axis O1 of the rotational pair of the proximal link hub 2 and the proximal end link member 5, and a central axis O2 of the rotational link of the proximal link member 5 and the central link member 7 are formed.
  • the angle ⁇ is less than 90 °. In the example shown, it is 45 °.
  • the attitude control actuator 20 is a rotary actuator, more specifically, a servo motor with a speed reducer 20 a, and is fixed to the base 10 by a motor fixing member 22.
  • the speed reduction mechanism 21 includes a speed reducer 20 a of the attitude control actuator 20 and a gear type speed reduction unit 23.
  • the posture control actuator 20 and the speed reduction mechanism 21 may be provided in only two of the three sets of link mechanisms 4. If there are two sets, the attitude of the link hub 3 on the distal end side with respect to the link hub 2 on the proximal end side can be determined.
  • the gear-type speed reduction unit 23 is fixed to the small gear 26 connected to the output shaft 20b of the attitude control actuator via the coupling 25 so as to be able to transmit the rotation, and to the end link member 5 on the base end side. 26 and a large gear 27 that meshes with 26.
  • the small gear 27 has shaft portions on both sides, and these shaft portions are rotatably supported by a rotation support member 28 fixed to the base 10 via two bearings 29.
  • the small gear 26 and the large gear 27 are spur gears
  • the large gear 27 is a sector gear in which teeth are formed only on the circumferential surface of the sector.
  • the large gear 27 has a larger pitch circle radius than the small gear 26, and the rotation of the output shaft 20b of the attitude control actuator 20 is transferred to the end link member 5 on the base end side, and the link hub 2 on the base end side and the base end side. The rotation is reduced and transmitted to the rotation around the rotation axis O ⁇ b> 1 of the rotation pair with the end link member 5.
  • the reduction ratio is, for example, 10 or more.
  • a spur gear is used for the speed reduction mechanism 21, but other mechanisms (for example, a bevel gear or a worm mechanism) may be used.
  • the large gear 27 is a separate member from the end link member 5 on the base end side, but may be integral with the end link member 5 on the base end side.
  • the rotation axis of the attitude control actuator 20 and the rotation axis of the small gear 26 are located on the same axis. These rotation axes are parallel to the rotation pair axis O1 of the base end side link hub 2 and the base end side end link member 5 and have the same height from the base 10.
  • the link hub 3 on the distal end side includes an annular plate-shaped distal end member 30 having a circular through hole 30 a in the center, and three support shaft mounting members provided on the distal end member 30. 31 and three support shafts 32 attached to the respective support shaft attachment members 31.
  • the three support shaft attachment members 31 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the through hole 30 a of the tip member 30.
  • the axis of each support shaft 32 coincides with the central axis O3 of the rotational pair of the link hub 3 on the distal end side and the end link member 6 on the distal end side.
  • a torch mounting member 33 is fixedly provided with a bolt (not shown) or the like at one location on the outer peripheral portion of the tip member 30.
  • One end of the end link member 6 on the front end side is rotatably supported on each support shaft 32 via two bearings 34.
  • a rotating shaft 36 provided at the other end of the central link member 7 is rotatably supported on the other end of the end link member 6 on the front end side via two bearings 35.
  • the bearings 34 and 35 are ball bearings such as a deep groove ball bearing and an angular ball bearing, for example, and are fixed in a state where a predetermined preload is applied by tightening with a nut.
  • the angle ⁇ formed between the center axis O3 of the rotational pair of the link hub 3 on the distal end side and the end link member 6 on the distal end side, and the center axis O4 of the rotational pair of the distal end side link member 6 and the central link member 7 is , The same as the angle ⁇ .
  • the link actuating device 1 is fixed to the stage facing the lower side of the Y-axis linear motion actuator 56 by fixing the distal end surface of the stage mounting portion 10b of the base 10 with a bolt or the like.
  • the link hub 2 is positioned on the lower side, the link hub 3 on the distal end side is on the upper side, and the center axis QA of the link hub 2 on the proximal end side is oriented in the vertical direction.
  • the X-axis linear motion actuator 55 and the Y-axis linear motion actuator 56 that are orthogonal to each other are moved forward and backward so that the link actuator 1 is a plane orthogonal to the central axis QA of the link hub 2 on the proximal end side (in this example, It is moved on the horizontal plane.
  • the welding torch 52 has a curved portion 52 a and is attached to the torch attachment member 33 of the tip member 30.
  • the cylindrical gripping portion 52 b of the welding torch 52 is fitted into the concave portion 33 a having a semicircular cross section of the torch mounting member 33, and the torch pressing member 37 is moved from the opposite side of the torch mounting member 33.
  • the grip 52b of the welding torch 52 is fitted into the concave portion 37a having a semicircular cross section, and the torch mounting member 33 and the torch pressing member 37 are coupled by the bolt 38.
  • the grip 52 b is sandwiched between the torch mounting member 33 and the torch pressing member 37 and the welding torch 52 is fixed.
  • the center axis of the distal end portion of the fixed welding torch 52 is aligned with the center axis QB of the link hub 3 on the distal end side. In this way, the welding torch 52 attached to the link hub 3 on the distal end side is disposed between the two sets of link mechanisms 4 out of the three or more sets of link mechanisms, and the downward distal end is the link hub 2 on the proximal end side. Protrudes downwards.
  • a cable 58 protrudes from the base of the welding torch 52, and its tip is connected to the wire supply device 53 and the cooling water device 54.
  • the wire supply device 53 is a device that sends out a wire (not shown) to the welding torch 52 through the cable 58 at an arbitrary speed according to a command from the welding machine control device 57.
  • the cooling water device 54 is a device that supplies cooling water for cooling the tip of the welding torch 52 via a pipe (not shown) in the cable 58.
  • piping or the like (not shown) for supplying shield gas is also connected to the welding torch 52.
  • a cylindrical scattering prevention member 61 that covers the outer periphery of the welding torch 52 in the range between the base 10 and the work plane 60 is attached to the lower surface of the base 10 of the link hub 2 on the proximal end side.
  • the work plane 60 is a plane that serves as a welding point for the two welded bodies 70 and 71 to be welded by the welding torch 52.
  • the welded bodies 70 and 71 are “workpieces” in the claims.
  • the work plane 60 is a horizontal plane.
  • the lower surface of the scattering prevention member 61 is a circular opening 62.
  • the scattering prevention member 61 used in the automatic welding machine 100 is formed by processing a thin plate material made of a material having high flame resistance and heat resistance such as a sheet metal into a cylindrical shape.
  • the material used for the scattering prevention member 61 may be other than sheet metal as long as the material has high flame resistance and heat resistance.
  • An unnecessary object adsorption layer 63 having a function of adsorbing spatter is provided on the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61.
  • the unnecessary material adsorbing layer 63 in this example is an adhesive sheet material attached to the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61.
  • the unnecessary material adsorbing layer 63 may be a coating film in which a paint having a function of adsorbing spatter is applied to the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61.
  • the radius r of the opening 62 of the scattering prevention member 61 is determined so as to satisfy Equation 1.
  • r [mm] Radius a [mm] of the opening of the scattering prevention member 61: Distance from the spherical link center PA on the base end side to the work plane 60
  • [mm] Spherical link center PA on the base end side and the distal end side
  • Expression 1 is an expression derived from the unique movement of the parallel link mechanism 1a, and uses the constraint conditions of the rotation of each member with respect to the bending angle ⁇ of the parallel link mechanism 1a and the interval of each member. Specifically, the distance a from the spherical link center PA on the base end side to the work plane 60 with respect to the maximum value ⁇ max of the bending angle ⁇ of the link operating device 1, the spherical link center PA on the base end side, and the spherical surface on the front end side. It is derived from the positional relationship with the distance b from the link center PB.
  • a welded body to be welded by the welding torch 52 is placed on, for example, a circular block-shaped welded body 70 placed on the ground, and the block-like welded body 70. It shows a state in which the periphery of the plate-like welded body 71 is welded to the upper surface of the block-like welded body 70. In this case, the upper surface of the block-shaped workpiece 70 is the work plane 60.
  • the heights of the welded bodies 70 and 71 may be adjustable by a jack mechanism or the like.
  • the automatic welder 100 moves the link actuator 1 on a horizontal plane by moving the X-axis linear actuator 55 and the Y-axis linear actuator 56 forward and backward, and operates the link actuator 1 to link the proximal end side. While changing the posture of the link hub 3 on the distal end side with respect to the hub 2, welding is performed on the welded bodies 70 and 71 by the welding torch 52 attached to the link hub 3 on the distal end side. Thereby, it can weld with respect to the surface of the to-be-welded bodies 70 and 71 in multiple directions, making an angle with respect to the to-be-welded bodies 70 and 71.
  • the link operating device 1 on which the welding torch 52 is mounted has a wide movable range of the link hub 3 on the distal end side and can perform a quick operation, the detailed operation of the distal end of the welding torch 52 can be performed. Realized at high speed. For this reason, a precise welding operation can be performed on the welded bodies 70 and 71. Furthermore, since the wire supply device 53 is provided, stable welding can be realized even when the distance between the distal end portion of the welding torch 52 and the welded bodies 70 and 71 varies due to the operation of the link operating device 1.
  • the X-axis linear motion actuator 55 and the Y-axis linear motion actuator 56 are provided so as to advance and retreat on a plane orthogonal to the central axis QA of the proximal-side link hub 2, the proximal-side link hub 2 Welding on a plane perpendicular to the central axis QA, for example, a horizontal plane, is easy.
  • the welding torch 52 is installed so that the center axis of the tip end thereof coincides with the center axis QB of the link hub 3 on the tip end side, so that the angle of the link hub 3 on the tip end side and the tip end portion of the welding torch 52 are set. These angles match, and the posture control of the tip of the welding torch 52 is easy.
  • the welding torch 52 has the distal end portion facing the proximal end side link hub 2 with respect to the distal end side link hub 3, and below the proximal end side link hub 2. Since the position of the tip end portion of the welding torch 52 approaches the rotation center of the link actuator 1, the moment of inertia of the welding torch 52 can be reduced, and high-speed operation and high positioning accuracy can be realized. Moreover, since the front-end
  • Center axes O1 and O2 of the rotation pair of the proximal and distal link hubs 2 and 3 and the proximal and distal end link members 5 and 6, and the proximal and distal end link members 5 , 6 and the central axis O3, O4 of the rotational pair of the central link member 7 are set to be less than 90 °, the space inside the array of the link mechanisms 4 can be widened. For this reason, it is easy to arrange the welding torch 52 in the space inside the array of the link mechanisms 4.
  • the welding torch 52 of this embodiment has a curved shape, when the central axis of the distal end portion of the welding torch 52 is aligned with the central axis QB of the link hub 3 on the distal end side, the root portion of the welding torch 52 is The link mechanism 4 comes out of the array.
  • the welding torch 52 By arranging the welding torch 52 between any two sets of link mechanisms 4, it is possible to avoid the welding torch 52 from interfering with each link mechanism 4. Thereby, even if it is the structure which arrange
  • the welding track 80 performs a weaving operation that advances in a traveling direction while drawing a circle with respect to a reference line 81 located in the vicinity of a desired welding position.
  • the welding trajectory is performed by performing an operation along the reference line 81 by the XY stage 51 and drawing a circle by the link operating device 1 under the control of the control device 57 (FIG. 1).
  • Welding with 80 can be easily performed.
  • simultaneous control of both operations is facilitated by performing the operation along the reference line 81 and the operation of drawing a circle with different mechanisms.
  • the direction of the trajectory changes continuously, so there is no sudden change in the moving speed, and a high-speed and smooth weaving operation can be realized.
  • the reference line 81 is a circle, but it may be a reference line of another locus. Further, all of the welding tracks 80 may be generated by track calculation by the control device 57, or may be generated by creating a reference line 81 by teaching and designating a weaving diameter.
  • the automatic welder 100 is provided with the anti-scattering member 61 that covers the outer periphery of the lower end portion of the welding torch 52, the spatter generated during welding is prevented from scattering to the surroundings, and the sputter welded body 70 is provided. , 71 can be stopped within a limited range near the welding point. Since the unwanted matter adsorption layer 63 is provided on the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61, it is possible to prevent spatter hitting the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61 from bouncing back. Thereby, it is possible to prevent the spatter bounced off from the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61 from falling downward. For this reason, the process of removing the spatter adhering to the welded bodies 70 and 71 can be omitted or greatly reduced after the welding operation.
  • the scattering prevention member 61 is provided on the base 10 of the link hub 2 on the proximal end side, the height position of the scattering prevention member 61 does not change even when the link actuating device 1 is operated. For this reason, the vertical distance between the lower end of the anti-scattering member 61 and the work plane 60 can be reduced, which is effective in preventing the spatter from being scattered around.
  • the tip of the welding torch 52 faces the work plane 60 through the opening 62 of the scattering prevention member 61.
  • the radius r of the opening 62 of the anti-scattering member 61 By setting the radius r of the opening 62 of the anti-scattering member 61 to a value that satisfies Equation 1, the welding torch 52 and the anti-scattering member 61 do not interfere with any posture of the link operating device 1. it can.
  • the radius r of the opening 62 As close as possible to the value on the right side of Equation 1, the lower end of the anti-scattering member 61 can be brought close to the work plane 60 to further prevent spatter scattering.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a different example of the scattering prevention member.
  • the scattering prevention member 61 has a cylindrical side surface portion 61a disposed on the outer periphery of the side surface portion of the welding torch 52, and an annular bottom surface portion 61b extending from the lower end edge of the side surface portion 61a to the inner peripheral side.
  • the inner peripheral portion of the bottom surface portion 61 b is the opening 62.
  • the radius r of the opening 62 is set to a value that satisfies Equation 1 above.
  • the side surface portion 61a and the bottom surface portion 61b are integrally formed by bending one plate material, but the side surface portion 61a and the bottom surface portion 61b are separately processed and both May be attached to each other.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of still another example of the scattering prevention member.
  • the scattering prevention member 61 also includes a side surface portion 61a and a bottom surface portion 61b.
  • the bottom surface portion 61b has a truncated cone shape whose height position increases toward the inner diameter side. Specifically, the shape of the bottom surface portion 61b is the shape of the side surface constituting the truncated cone. The upper bottom surface in the truncated cone shape becomes the opening 62.
  • the bottom surface portion 61b of the scattering prevention member 61 is in the shape of a truncated cone, even if some impact occurs inside or outside the link actuating device (not shown), the sputter received on the bottom surface portion 61b is difficult to fall.
  • the unwanted material adsorption layer 63 may be provided in the lower surface of the bottom face part 61b of the scattering prevention member 61 of FIG. If the unnecessary object adsorption layer 63 is provided on the lower surface of the bottom surface portion 61b, it is possible to capture spatter flying from below toward the bottom surface portion 61b. For this reason, it is possible to prevent the spatter from bouncing off at the bottom surface portion 61 and adhering to the welded body (not shown).
  • the unwanted object adsorption layer 63 is provided only on the lower surface of the bottom surface portion 61b.
  • the unwanted material adsorption layer may be provided on the inner peripheral surface of the side surface portion 61a and the upper surface of the bottom surface portion 61b.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of still another example of the scattering prevention member.
  • the scattering prevention member 61 is provided with a rising portion 61c that rises upward at the inner peripheral edge of the horizontal bottom surface portion 61b.
  • the rising portion 61c is continuously provided on the entire inner periphery of the bottom surface portion 61b. According to this configuration, when the spatter received by the bottom surface portion 61b moves due to some impact generated inside or outside the link actuating device (not shown), the rising portion 61c prevents the spatter from dropping from the opening 62, thereby preventing the spatter. It is possible to prevent spatter from adhering to the welded body (not shown).
  • the link actuating device 1 is installed so as to be movable on the horizontal plane by the XY stage 51, and the welded bodies 70 and 71 are installed at fixed positions.
  • the actuating device 1 may be installed in a fixed position, and the welded bodies 70 and 71 may be installed so as to be movable on the horizontal plane by the XY stage 51.
  • the link operating device 1 may be installed so as to be able to advance and retract in the left-right direction by the X-axis linear motion actuator 55, and the welded bodies 70, 71 may be installed so as to be able to advance and retract in the front-rear direction by the Y-axis linear motion actuator 56. .
  • the link operating device 1 may be installed so as to be able to advance and retract in the front-rear direction by the Y-axis linear actuator 56, and the welded bodies 70 and 71 may be installed so as to be able to advance and retract in the left-right direction by the X-axis linear actuator 55. .
  • the same operation and effect as the first embodiment of FIG. 1 can be obtained.
  • the working device of the above embodiment is configured as the automatic welder 100 with the welding torch 52 attached as an end effector, the present invention can also be applied to a working device other than the automatic welder.
  • FIG. 14 is a front view in which a part of a washing machine which is a working device according to the second embodiment of the present invention is omitted.
  • the cleaning machine 101 is provided with a nozzle 110 as an end effector, and cleans the workpiece 140 with a cleaning liquid or air sprayed from the nozzle 110.
  • the work body 140 is placed on the work body mounting table 141.
  • the nozzle 110 is attached to the link hub 3 on the distal end side so that the discharge port 110a at the distal end faces downward.
  • the discharge port 110a of the nozzle 110 protrudes below the link hub 2 on the base end side.
  • the link actuating device 1 when the link actuating device 1 is in the position of the origin position, the distance c from the spherical link center PB on the tip side to the tip of the nozzle 110 is from the spherical link center PB on the tip side to the work plane 60.
  • the nozzle 110 is attached to the link hub 3 on the distal end side so as to be shorter than the distance (a + b). For this reason, the front end of the nozzle 110 is positioned above the work plane 60 and the nozzle 110 does not interfere with the work body 140 and the work body mounting table 141 regardless of the posture of the link actuator 1.
  • the link hub 2 on the proximal end side is provided with a splash preventing member 61 that prevents the cleaning liquid or air from splashing around.
  • the scattering prevention member 61 covers the outer periphery of the side surface portion of the nozzle 110 in the range between the link hub 2 on the proximal end side and the work plane 60, similarly to the scattering prevention member 61 (see FIG. 2) of the automatic welding machine 100.
  • a cylindrical shape having a circular opening 62 that opens downward at the lower end.
  • On the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61 there is provided an unnecessary object adsorption layer 63 that adsorbs unnecessary substances such as dust that has been washed away by the cleaning liquid or air.
  • the radius r of the opening 62 of the scattering prevention member 61 is determined so as to satisfy the above formula 1.
  • Other configurations are the same as those of the automatic welding machine 100 (first embodiment) of FIG.
  • this cleaning machine 101 is provided with the scattering preventing member 61 that covers the outer periphery of the side surface of the nozzle 110 that is an end effector, the cleaning liquid or air can be prevented from scattering around the work body 140.
  • the scattering prevention member 61 is provided on the link hub 2 on the proximal end side, so that the height position of the scattering prevention member 61 does not change even when the link actuating device 1 is activated. . For this reason, the vertical distance between the lower end of the anti-scattering member 61 and the work plane 60 can be reduced, which is effective in preventing the cleaning liquid or air from being scattered around.
  • the unwanted matter adsorption layer 63 is provided on the inner peripheral surface of the scattering prevention member 61, it is possible to prevent unwanted matters such as dust hitting the inner circumferential surface of the splash prevention member 61 from bouncing back. Thereby, it is possible to prevent an unnecessary object that has bounced off the inner peripheral surface of the anti-scattering member 61 from falling downward. Since the radius r of the opening 62 of the scattering prevention member 61 is set to a value that satisfies Equation 1, the nozzle 110 and the scattering prevention member 61 do not interfere with any posture of the link actuator 1.
  • FIG. 15 is a front view in which a part of a coating apparatus which is a working apparatus according to the third embodiment of the present invention is omitted.
  • the coating device 102 is provided with an applicator 120 as an end effector, and the applicator 120 applies ink, a resin material, and the like to the work body 140.
  • the applicator 120 is attached to a vertical linear motion actuator 121 installed on the link hub 3 on the distal end side, and the vertical position can be changed.
  • FIG. 15 shows a standby state in which the applicator 120 is at a position slightly higher than the work plane 60. From this standby state, the applicator 120 is lowered to a height at which the application unit 120a at the tip is in contact with the work 140. Do work.
  • the distance c from the spherical link center PB on the tip side to the tip of the applicator 120 is shorter than the distance (a + b) from the spherical link center PB on the tip side to the work plane 60.
  • the applicator 120 is attached to the link hub 3 on the distal end side. For this reason, in the standby state, the tip of the applicator 120 is positioned above the work plane 60 regardless of the posture of the link actuating device 1, and the applicator 120 is connected to the work body 140 and the work body mounting table 141. Does not interfere with.
  • the scattering hub 61 similar to that of the automatic welding machine 100 and the coating apparatus 102 is provided on the link hub 2 on the base end side. Thereby, it is possible to prevent the ink, the resin material, and the like from being scattered around the work.
  • Other configurations are the same as those of the automatic welding machine 100 (first embodiment) and the cleaning machine 101 (second embodiment).
  • FIG. 16 is a front view in which a part of a deburring machine that is a working device according to the fourth embodiment of the present invention is omitted.
  • the deburring machine 103 is provided with a rotary polishing tool 130 as an end effector, and the rotary polishing tool 130 removes burrs from the work piece 140.
  • the rotary polishing tool 130 is attached to the vertical linear motion actuator 121 installed on the link hub 3 on the distal end side, and the vertical position can be changed.
  • FIG. 16 shows a standby state in which the rotary polishing tool 130 is positioned slightly higher than the work plane 60. From this standby state, the rotary polishing tool 130 is lowered to a height at which the polishing body 130a at the tip is in contact with the workpiece 140. And deburring.
  • the position of the rotary polishing tool 130 in the standby state is the same as that in the case of the applicator 120 of the coating apparatus 102, whereby the same action and effect as in the case of the coating apparatus 102 can be obtained. Further, a scattering prevention member 61 similar to that of the coating apparatus 102 is provided on the link hub 2 on the proximal end side, and thereby the same operation and effect as in the case of the coating apparatus 102 can be obtained.
  • the cleaning machine 101 (second embodiment) shown in FIG. 14, the coating apparatus 102 (third embodiment) shown in FIG. 15, and the deburring machine 103 (fourth embodiment) shown in FIG. 16 are all simple cylinders. Although the shape of the anti-scattering member 61 is used, the anti-scattering member 61 having the shape shown in FIGS. 10 to 13 may be used.
  • washing machine (working device) 102 ... Coating device (working device) 103 ... Deburring machine (working device) 110 ... Nozzle (end effector) 120 ... Applicator (end effector) 130 ... Rotary polishing tool (end effector) 140 ... Work object O1 ... Center axis of rotation pair of base end side link hub and base end side end link member O2 ... Center axis of rotation pair of base end side end link member and central link member O3... Center axis of rotation pair of distal end side link hub and distal end side link member O4... Center axis of rotation pair of distal end side link member and central link member PA.
  • Center PB ... Spherical link center QA on the distal end side ... Center axis QB on the proximal end side link hub ... Center axis on the distal end side link hub

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Abstract

コンパクトな構成ながら、高速・高精度できめ細かい動作で作業を行うことができ、作業中に発生する不要物が周囲に飛散することを防止できる作業装置を提供する。作業装置(100)はリンク作動装置(1)を備える。リンク作動装置(1)は、基端側のリンクハブ(2)に対し先端側のリンクハブ(3)が、3組以上のリンク機構(4)を介して姿勢を変更可能に連結され、先端側のリンクハブ(3)が上向きとなるよう配置される。先端側のリンクハブ(13)に、先端が下向きとなるようにエンドエフェクタ(52)が取り付けられる。エンドエフェクタ(52)の先端は、基端側のリンクハブ(2)よりも下方に突出している。基端側のリンクハブ(2)と作業平面(60)との間の範囲でエンドエフェクタ(52)の側面部の外周を覆い、下端に下向きに開口する円形の開口部(62)を有する円筒状の飛散防止部材(61)が、基端側のリンクハブ(2)に設けられる。

Description

作業装置 関連出願
 この出願は、2016年1月15日出願の特願2016-005895および2016年5月30日出願の特願2016-107158の優先権を主張するものであり、その全体を参照によりこの出願の一部をなすものとして引用する。
 この発明は、製造工程等で用いられ、人の手を介さず、自動できめ細かい作業を高速・高精度で行うことができる作業装置に関する。
 従来の自動溶接機は、特許文献1~3の提案のような、多関節ロボットの先端に溶接トーチを搭載したものが一般的であった。これらの多関節ロボットを用いた自動溶接機は、作業範囲を広く取れるが、ロボット本体が大型となるため、動作範囲等を考慮すると、設置するのに広い占有スペースが必要となる。また、多関節ロボットは複数の軸で構成されるため、従来の自動溶接機では、きめ細かい動作を高速で行うことができず、精密な溶接が難しい。
 そこで、リンク作動装置と1軸以上の直動アクチュエータとを組み合わせることで、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を実現することができる自動溶接機が考案されている(特許文献4)。前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、4節連鎖の3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結したパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構を姿勢制御用アクチュエータで駆動することで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する装置である。
特開平06-079472号公報 特開2002-120093号公報 特開2010-253538号公報 特開2015-100802号公報
 しかし、上記リンク作動装置を用いた自動溶接機にも、新たな課題があることが分かった。すなわち、溶接中にスパッタが発生し、このスパッタが周囲に飛散して被溶接体の溶接個所以外に部分に付着する可能性がある。スパッタが被溶接体に付着した場合、スパッタ除去のための工程が必要となり、作業能率の低下を招くこととなる。
 自動溶接機以外の作業装置についても、自動溶接機と同様に、作業中に発生する不要物が周囲に飛散することによる問題がある。例えば、インクのコーティング装置ではインクが飛散し、洗浄装置ではごみが飛散し、バリ取り機では切粉が飛散する。このように不要物が周囲に飛散することにより、作業環境の悪化を招く。
 この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作で作業を行うことができ、作業中に発生する不要物が周囲に飛散することを防止できる作業装置を提供することである。
 この発明の作業装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置を備える。
 このリンク作動装置が、前記先端側のリンクハブが上向きとなるように、前記基端側のリンクハブが架台に直接または間接的に固定されることによって前記架台に設置され、かつ前記先端側のリンクハブに先端が下向きとなるようにエンドエフェクタが取り付けられ、このエンドエフェクタの先端が前記基端側のリンクハブよりも下方に突出している作業装置において、前記基端側のリンクハブと前記エンドエフェクタによる作業が行われる作業平面との間の範囲で前記エンドエフェクタの側面部の外周を覆い、下端に下向きに開口する円形の開口部を有する円筒状の飛散防止部材が、前記基端側のリンクハブに設けられている。
 この構成によると、リンク作動装置の先端側のリンクハブに先端が下向きとなるように取り付けられたエンドエフェクタによって、作業平面に配置された被作業体に対して作業を行う。その際、各姿勢制御用アクチュエータによって基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を変更させることで、エンドエフェクタの角度を変えることができる。リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、4節連鎖の3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結した構成であるため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。
 基端側のリンクハブにエンドエフェクタの側面部の外周を覆う飛散防止部材が設けられているため、作業中に発生する不要物が周囲に飛散することを防止できる。インク、樹脂材等のコーティング装置の場合、インク自体、樹脂材自体は不要物ではないが、被作業体に付着せずに飛散したインクや樹脂材は不要物である。溶接機で発生するスパッタ、洗浄装置で洗い落とされたごみ、バリ取り機で除去された切粉は、それ自体が不要物である。
 飛散防止部材により不要物の飛散を被作業体の近辺の限られた範囲内に止めることにより、作業後に不要物を除去する工程を省くか、または大幅に軽減することができる。また、飛散防止部材は基端側のリンクハブに設けられているため、リンク作動装置が作動しても飛散防止部材の高さ位置は変わらない。このため、飛散防止部材の下端と作業平面との間の上下距離を狭くすることができ、不要物が周囲に飛散することを防止するのに有効である。
 この発明の作業装置において、前記基端側のリンクハブの中心軸および前記先端側のリンクハブの中心軸が同一直線上にあるとき、前記先端側の球面リンク中心から前記エンドエフェクタの先端までの距離の方が、前記先端側の球面リンク中心から前記作業平面までの距離よりも短くされている。
 なお、前記「基端側の球面リンク中心」は、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を指す。前記「基端側のリンクハブの中心軸」は、前記基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。前記「先端側の球面リンク中心」は、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を指す。前記「先端側のリンクハブの中心軸」は、前記先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。
 前記飛散防止部材の前記開口部の半径は次式、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
但し、
r:飛散防止部材の開口部の半径
a:基端側の球面リンク中心から作業平面までの距離
b:基端側の球面リンク中心と先端側の球面リンク中心との間隔
θmax:基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度の最大値
を充足する。
 リンク作動装置が原点位置の姿勢にあるとき、すなわち前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸とが同一直線上にあるとき、先端側の球面リンク中心からエンドエフェクタの先端までの距離の方が先端側の球面リンク中心から作業平面までの距離よりも短くなるように、エンドエフェクタが先端側のリンクハブに取り付けられている。このため、リンク作動装置がどの姿勢にあるときでも、エンドエフェクタの先端が作業平面よりも上方に位置し、エンドエフェクタが被作業体と干渉しない。
 エンドエフェクタの先端は、飛散防止部材の開口部を介して、作業平面と対向する。飛散防止部材の開口部の半径rを、式1を充足する値としたことにより、リンク作動装置の任意の姿勢に対してエンドエフェクタと飛散防止部材とが干渉しないようにできる。開口部の半径rを式1の右辺の値となるべく近い値とすることで、飛散防止部材の下端を作業平面に近接させて、不要物の飛散をより一層防止することができる。
 この発明において、前記架台に対し前記リンク作動装置を進退させる1軸以上の直動アクチュエータ、および前記架台に対し被作業体を進退させる1軸以上の直動アクチュエータの両方またはいずれか一方が設けられていてもよい。この場合、1軸以上の直動アクチュエータでリンク作動装置または被作業体を平面上で移動させると共に、リンク作動装置を作動させて基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を変更しながら、先端側のリンクハブに取り付けたエンドエフェクタにより被作業体に対して作業を行う。これにより、被作業体に対して角度を付けながら、被作業体の複数方向の面に対して作業できる。
 この発明において、前記飛散防止部材は、前記エンドエフェクタの側面部の外周に配置された円筒状の側面部と、この側面部の下端縁から内周側に張り出す円環状の底面部とを有し、この底面部の内周部分が前記開口部とされていてもよい。この構成であると、飛散防止部材の側面部で受け止められた不要物が落下しても、その不要物が底面部で受けられるため、被作業体に不要物が付着することを防げる。
 前記飛散防止部材の前記底面部は、内径側に行くに従い高さ位置が高くなる円すい台状であってもよい。上記円すい台状の形状における上底面が前記開口部となる。飛散防止部材の底面部が上記円すい台状であると、リンク作動装置の内外で何らかの衝撃が生じた場合でも、底面部に受けられている不要物が落下し難い。
 前記飛散防止部材の前記底面部の内周縁に、上方に立ち上がる立上り部が設けられていてもよい。リンク作動装置の内外で生じた何らかの衝撃により、底面部で受けられている不要物が移動する場合、立上り部が開口部から不要物が落下するので防ぎ、被作業体に不要物が付着することを防止できる。
 この発明において、前記飛散防止部材における作業中に発生する不要物を受ける面に、前記不要物を吸着する機能を持つ不要物吸着層が設けられていてもよい。飛散防止部材の不要物を受ける面に不要物吸着層が設けられていると、飛散防止部材に当たった不要物が跳ね返るのを防止することができる。これにより、飛散防止部材で跳ね返った不要物が下方に落下するのを防げる。飛散防止部材が円筒状である場合、不要物吸着層が設けられる面は内周面である。また、飛散防止部材が側面部と底面部とを有する場合、不要物吸着層が設けられる面は、側面部の内周面、底面部の上面、および底面部の下面の少なくともいずれか1つである。
 この発明において、前記エンドエフェクタが溶接トーチであってもよい。これにより、作業装置が自動溶接機として構成される。この自動溶接機は、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を行うことができ、溶接作業中に発生するスパッタが被溶接体に付着することを防ぐことができる。
 請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
 この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第1実施形態にかかる作業装置である自動溶接機の一部を省略した正面図である。 図1の部分拡大図である。 同自動溶接機の一部を省略した平面図である。 同自動溶接機の主要部の斜視図である。 図2のV-V断面図である。 図2のVI-VI断面図である。 同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。 同リンク作動装置の基端側のリンクハブに対する溶接トーチの取付部の断面図である。 ウィービング動作を含む溶接軌道の一例を示す図である。 飛散防止部材の異なる例の断面図である。 飛散防止部材のさらに異なる例の断面図である。 飛散防止部材のさらに異なる例の断面図である。 飛散防止部材のさらに例の断面図である。 この発明の第2実施形態にかかる作業装置である洗浄機の一部を省略した正面図である。 この発明の第3実施形態にかかる作業装置であるコーティング装置の一部を省略した正面図である。 この発明の第4実施形態にかかる作業装置であるバリ取り機の一部を省略した正面図である。
 この発明の第1実施形態を図1~図8と共に説明する。図1はこの発明の第1実施形態にかかる作業装置である自動溶接機の一部を省略した正面図、図3はその一部を省略した平面図である。図1および図3に示すように、この自動溶接機100は、作業台または地面に固定した架台50に、2軸の直動アクチュエータを組み合わせたアクチュエータ組合せ体であるXYステージ51を介してリンク作動装置1を設置し、このリンク作動装置1にエンドエフェクタとして溶接トーチ52を取り付けてなる。また、架台50から離れた位置に、ワイヤ供給装置53および冷却水装置54が設けられている。
 XYステージ51は、架台50に固定され左右方向(X軸方向)に進退動作するX軸直動アクチュエータ55と、このX軸直動アクチュエータ55の底面に設けられたステージに固定され前後方向(Y軸方向)に進退動作するY軸直動アクチュエータ56とを有し、Y軸直動アクチュエータ56の底面がリンク作動装置1を設置するステージとなっている。架台50へのX軸直動アクチュエータ55の固定、およびX軸直動アクチュエータ55へのY軸直動アクチュエータ56の固定は、ボルト等により行う。
 次に、リンク作動装置1について説明する。図2は図1の部分拡大図であり、図4は自動溶接機の主要部の斜視図である。図2に示すように、リンク作動装置1は、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3を3組のリンク機構4を介して姿勢変更可能に連結したパラレルリンク機構1aを備え、このパラレルリンク機構1aを複数の姿勢制御用アクチュエータ20(図4)で作動させる構成である。なお、図2では、1組のリンク機構4のみが図示され、姿勢制御用アクチュエータ20は図示が省略されている。
 各リンク機構4は、基端側の端部リンク部材5、先端側の端部リンク部材6、および中央リンク部材7で構成され、4つの回転対偶からなる4節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材5,6は、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ2および先端側のリンクハブ3にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材7は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材5,6の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。
 図5は図2のV-V断面図、図6は図2のVI-VI断面図である。パラレルリンク機構1aは、2つの球面リンク機構を組み合わせた構成である。具体的には、基端側のリンクハブ2(図5)および先端側のリンクハブ3(図6)と基端側の端部リンク部材5(図5)および先端側の端部リンク部材6(図6)との各回転対偶の中心軸O1(図5),O3(図6)、および、基端側の端部リンク部材5(図5)および先端側の端部リンク部材6(図6)と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸O2(図5),O4(図6)が、それぞれの球面リンク中心PA(図5),PB(図6)で交差している。
 言い換えると、基端側の球面リンク中心PA(図5)は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との各回転対偶の中心軸O1、および基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸O2がそれぞれ交差する点を指す。同様に、先端側の球面リンク中心PB(図6)は、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6との各回転対偶の中心軸O3、および先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸O4がそれぞれ交差する点を指す。
 また、各リンク機構4につき、リンクハブ2(図5),3(図6)と端部リンク部材5,6との各回転対偶から球面リンク中心PA,PBまでの距離d,dは同じであり、かつ端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との各回転対偶から球面リンク中心PA,PBまでの距離は同じである。ここで言う「リンクハブ2(3)と端部リンク部材5(6)との回転対偶の位置」は、例えばリンクハブ2(3)と端部リンク部材5(6)との回転対偶の中心軸O1(O3)における、端部リンク部材5(6)を支持する軸受14(34)の軸方向の中心位置(軸受14(34)が複数並ぶ場合は、複数の並びの中心位置)で示される。端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との各回転対偶の中心軸O2,O4は、図2のように交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。
 3組のリンク機構4は、基端側と先端側とが幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図7のように、各リンク部材5,6,7を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材7の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図7は、パラレルリンク機構1a(図5、図6)の1組のリンク機構4を直線で表現した図である。この実施形態のリンク機構4は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6との位置関係が、中央リンク部材7の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。
 基端側のリンクハブ2と先端側のリンクハブ3と3組のリンク機構4とで、基端側のリンクハブ2に対し先端側のリンクハブ3が直交2軸周りに回転自在な2自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ2に対して先端側のリンクハブ3を、回転が2自由度で姿勢変更自在な機構である。この2自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の可動範囲を広くとれる。また、コンパクトである分、迅速な動作を行える。
 例えば、球面リンク中心PA,PBを通り、リンクハブ2,3と端部リンク部材5,6との各回転対偶の中心軸O1(図5),O3(図6)に対して直角に交わる直線をリンクハブ2,3の中心軸QA,QBとした場合、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと先端側のリンクハブ3の中心軸QBの折れ角θ(図7)の最大値を約±90°とすることができる。また、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の旋回角φ(図7)を0°~360°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した水平角度のことである。各リンク機構4の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離bは変化しない。
 各リンク機構4が次の各条件1~5を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ2および基端側の端部リンク部材5と、先端側のリンクハブ3および先端側の端部リンク部材6とは同じに動く。
 条件1:各リンク機構4におけるリンクハブ2,3と端部リンク部材5,6との回転対偶の中心軸O1,O3の角度および長さが互いに等しい。
 条件2:リンクハブ2,3と端部リンク部材5,6との回転対偶の中心軸O1,O3、および端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との回転対偶の中心軸O2,O4が、基端側および先端側において球面リンク中心PA,PBで交差する。
 条件3:基端側の端部リンク部材5と先端側の端部リンク部材6の幾何学的形状が等しい。
 条件4:中央リンク部材7における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
 条件5:中央リンク部材7の対称面に対して、中央リンク部材7と端部リンク部材5,6との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
 図5に示すように、基端側のリンクハブ2は、平板状の土台10と、この土台10に設けられた3個の支持軸取付部材11と、これら各支持軸取付部材11にそれぞれ取り付けられた3個の支持軸12とで構成される。土台10は、中央部に円形の貫通孔10aを有し、一部が前記Y軸直動アクチュエータ56(図1)に固定されるステージ取付部10bとなっている。3個の支持軸取付部材11(図5)は、土台10の貫通孔10aの周囲に円周方向等配で配置されている。各支持軸12の軸心は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶の中心軸O1と一致する。
 前記各支持軸12に、基端側の端部リンク部材5の一端が、2個の軸受14を介して回転自在に支持されている。また、基端側の端部リンク部材5の他端に、2個の軸受15を介して中央リンク部材7の一端に設けられた回転軸16が回転自在に支持されている。軸受14,15は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナットによる締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶の中心軸O1と、基端側の端部リンク部材5と中央リンク部材7の回転対偶の中心軸O2とが成す角度αは、90°未満としている。図の例では、45°である。
 土台10には、3組のリンク機構4のすべてに、基端側の端部リンク部材5を回動させて基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ20と、この姿勢制御用アクチュエータ20の動作速度を基端側の端部リンク部材5に減速して伝達する減速機構21とが設けられている。姿勢制御用アクチュエータ20はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機20a付きのサーボモータであって、モータ固定部材22により土台10に固定されている。減速機構21は、姿勢制御用アクチュエータ20の減速機20aと、歯車式の減速部23とでなる。姿勢制御用アクチュエータ20および減速機構21は、3組のリンク機構4のうち2組にだけ設けてもよい。2組あれば、基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢を確定することができる。
 歯車式の減速部23は、姿勢制御用アクチュエータの出力軸20bにカップリング25を介して回転伝達可能に連結された小歯車26と、基端側の端部リンク部材5に固定され前記小歯車26と噛み合う大歯車27とで構成されている。小歯車27は両側に軸部を有し、これら軸部がそれぞれ、土台10に固定された回転支持部材28に2個の軸受29を介して回転自在に支持されている。図示例では、小歯車26および大歯車27は平歯車であり、大歯車27は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車27は小歯車26よりもピッチ円半径が大きく、姿勢制御用アクチュエータ20の出力軸20bの回転が基端側の端部リンク部材5へ、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5との回転対偶の回転軸O1回りの回転に減速して伝達される。その減速比は、例えば10以上とされている。この例では、減速機構21に平歯車を使用しているが、その他の機構(例えば、かさ歯車やウォーム機構)でもよい。また、この例では、大歯車27は基端側の端部リンク部材5と別部材とされているが、基端側の端部リンク部材5と一体であってもよい。
 姿勢制御用アクチュエータ20の回転軸心および小歯車26の回転軸心は同軸上に位置する。これら回転軸心は、基端側のリンクハブ2と基端側の端部リンク部材5の回転対偶軸O1と平行で、かつ土台10からの高さが同じとされている。
 図6に示すように、先端側のリンクハブ3は、中央部に円形の貫通孔30aを有する円環板状の先端部材30と、この先端部材30に設けられた3個の支持軸取付部材31と、これら各支持軸取付部材31にそれぞれ取り付けられた3個の支持軸32とで構成される。3個の支持軸取付部材31は、先端部材30の貫通孔30aの周囲に円周方向等配で配置されている。各支持軸32の軸心は、先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶の中心軸O3と一致する。先端部材30の外周部の1箇所に、トーチ取付部材33がボルト(図示せず)等により固定して設けられている。
 前記各支持軸32に、先端側の端部リンク部材6の一端が、2個の軸受34を介して回転自在に支持されている。また、先端側の端部リンク部材6の他端に、2個の軸受35を介して中央リンク部材7の他端に設けられた回転軸36が回転自在に支持されている。軸受34,35は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナットによる締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側のリンクハブ3と先端側の端部リンク部材6の回転対偶の中心軸O3と、先端側の端部リンク部材6と中央リンク部材7の回転対偶の中心軸O4とが成す角度βは、前記角度αと同じである。
 上記リンク作動装置1は、図1のように、Y軸直動アクチュエータ56の下側を向くステージに土台10のステージ取付部10bの先端側の面をボルト等で固定することにより、基端側のリンクハブ2が下側で先端側のリンクハブ3が上側となり、かつ基端側のリンクハブ2の中心軸QAが上下方向を向くように設置される。これにより、互いに直交するX軸直動アクチュエータ55およびY軸直動アクチュエータ56を進退動作させることで、リンク作動装置1が基端側のリンクハブ2の中心軸QAと直交する平面(この例では水平面)上で移動させられる。
 図2に示すように、溶接トーチ52は湾曲部52aを有しており、先端部材30の前記トーチ取付部材33に取り付けられる。具体的には図8に示すように、トーチ取付部材33の断面半円形の凹部33aに溶接トーチ52の円筒状の把持部52bを嵌めると共に、トーチ取付部材33の反対側からトーチ押え部材37を被せてその断面半円形の凹部37aに溶接トーチ52の把持部52bを嵌め、トーチ取付部材33とトーチ押え部材37とをボルト38で結合する。これにより、トーチ取付部材33とトーチ押え部材37で把持部52bを挟み付けて、溶接トーチ52を固定する。固定された溶接トーチ52の先端部の中心軸は、先端側のリンクハブ3の中心軸QBと一致させてある。このように先端側のリンクハブ3に取り付けられた溶接トーチ52は、3組以上のリンク機構のうちの2組のリンク機構4の間に配置され、下向きの先端が基端側のリンクハブ2よりも下方に突出している。
 図1において、溶接トーチ52の根元からケーブル58が出ており、その先端が前記ワイヤ供給装置53および冷却水装置54に繋がっている。ワイヤ供給装置53は、溶接機制御装置57の指令により、溶接トーチ52に対してケーブル58を介してワイヤ(図示せず)を任意の速度で送り出す装置である。冷却水装置54は、溶接トーチ52の先端部を冷却するための冷却水を、ケーブル58内の配管(図示せず)を介して供給する装置である。他に、シールドガスを供給する配管等(図示せず)も溶接トーチ52に接続される。
 図2において、基端側のリンクハブ2の土台10の下面に、土台10と作業平面60との間の範囲で溶接トーチ52の外周を覆う円筒状の飛散防止部材61が取り付けられている。作業平面60は、溶接トーチ52により溶接される2つの被溶接体70,71の溶接個所となる平面である。被溶接体70,71は請求項で言う「被作業体」である。この実施形態の場合、作業平面60は水平面である。飛散防止部材61の下面は、円形の開口部62となっている。
 自動溶接機100に用いられる飛散防止部材61は、板金等の難燃性かつ耐熱性が高い材質からなる薄い板材を円筒状に加工したものである。飛散防止部材61に用いる材質としては、難燃性、耐熱性が高い材質であれば板金以外であってもよい。飛散防止部材61の内周面には、スパッタを吸着する機能を持つ不要物吸着層63が設けられている。この例の不要物吸着層63は、飛散防止部材61の内周面に貼り付けられた粘着性を有するシート材である。不要物吸着層63としては、他に、スパッタを吸着する機能を持つ塗料を飛散防止部材61の内周面に塗布した塗膜であってもよい。
 図2のようにリンク作動装置1が原点位置の姿勢にあるとき、すなわち基端側のリンクハブ2の中心軸QAおよび先端側のリンクハブ3の中心軸QBが同一直線上にあるとき、先端側の球面リンク中心PBから溶接トーチ52の先端までの距離cの方が、先端側の球面リンク中心PBから作業平面60までの距離(a+b)(a,bについては次段に記載)よりも短くなるように、溶接トーチ52が先端側のリンクハブ3に取り付けられている。このため、リンク作動装置1がどの姿勢にあるときでも、溶接トーチ52の先端が作業平面60よりも上方に位置し、溶接トーチ52が被溶接体70,71と干渉しない。
 また、飛散防止部材61の開口部62の半径rは、式1を充足するように定められている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
但し、
r[mm]:飛散防止部材61の開口部の半径
a[mm]:基端側の球面リンク中心PAから作業平面60までの距離
b[mm]:基端側の球面リンク中心PAと先端側の球面リンク中心PBとの間隔
θmax[°]:基端側のリンクハブ2の中心軸QAに対して先端側のリンクハブ3の中心軸QBが傾斜した垂直角度(折れ角)θの最大値
 式1はパラレルリンク機構1aの独自の動きから導出された式であり、パラレルリンク機構1aの折れ角θに対する各部材の回転、および各部材の間隔の拘束条件を利用している。具体的には、リンク作動装置1の折れ角θの最大値θmaxに対する基端側の球面リンク中心PAから作業平面60までの距離aと、基端側の球面リンク中心PAと先端側の球面リンク中心PBとの間隔bとの位置関係から導出している。
 図1の例では、溶接トーチ52によって溶接される被溶接体は、地面に載置された例えば円形のブロック状の被溶接体70と、このブロック状の被溶接体70の上に載置された板状の被溶接体71とからなり、板状の被溶接体71の周囲をブロック状の被溶接体70の上面に溶接する状態を示している。この場合、ブロック状の被溶接体70の上面が前記作業平面60となる。被溶接体70,71をジャッキ機構等により高さ調節可能としてもよい。
 この自動溶接機100は、X軸直動アクチュエータ55およびY軸直動アクチュエータ56を進退動作させてリンク作動装置1を水平面上で移動させると共に、リンク作動装置1を作動させて基端側のリンクハブ2に対する先端側のリンクハブ3の姿勢を変更しながら、先端側のリンクハブ3に取り付けられた溶接トーチ52により被溶接体70,71に対して溶接を行う。これにより、被溶接体70,71に対して角度を付けながら、被溶接体70,71の複数方向の面に対して溶接できる。また、溶接トーチ52を搭載するリンク作動装置1は、先に説明したように、先端側のリンクハブ3の可動範囲が広く、かつ迅速な動作を行えるため、溶接トーチ52の先端のきめ細かい動作を高速で実現できる。このため、被溶接体70,71に対して精密な溶接作業を行うことができる。さらに、ワイヤ供給装置53が設けられているため、リンク作動装置1の動作により溶接トーチ52の先端部と被溶接体70,71との距離が変動する場合でも、安定した溶接を実現できる。
 X軸直動アクチュエータ55およびY軸直動アクチュエータ56が、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと直交する平面上で進退動作するように設けられているため、基端側のリンクハブ2の中心軸QAと直交する平面、例えば水平面上での溶接作業が容易である。また、溶接トーチ52は、その先端部の中心軸が先端側のリンクハブ3の中心軸QBと一致するように設置されているため、先端側のリンクハブ3の角度と溶接トーチ52の先端部の角度が一致し、溶接トーチ52の先端部の姿勢制御が容易である。
 溶接トーチ52は細長い形状のものが多い。そのため、溶接トーチ52を先端部が先端側のリンクハブ3に対して先端側を向くように設置すると、慣性モーメントが大きくなり、移動速度の低下や位置決め精度の悪化を招く(図示せず)。しかし、この自動溶接機100のように、溶接トーチ52を先端部が先端側のリンクハブ3に対して基端側のリンクハブ2の側を向き、かつ基端側のリンクハブ2よりも下方に突出させて設置すると、溶接トーチ52の先端部の位置がリンク作動装置1の回転中心に近づくため、溶接トーチ52の慣性モーメントを小さくすることができ、高速動作や高い位置決め精度を実現できる。また、リンク作動装置1の構成部品のうち溶接トーチ52の先端部が最下部に位置するため、自動溶接機100と被溶接体70,71とが干渉し難い。
 基端側および先端側のリンクハブ2,3と基端側および先端側の端部リンク部材5,6の回転対偶の中心軸O1,O2と、基端側および先端側の端部リンク部材5,6と中央リンク部材7との回転対偶の中心軸O3,O4とが成す角度α,βを90°未満としたことで、各リンク機構4の配列の内側の空間を広く取れる。このため、溶接トーチ52を各リンク機構4の配列の内側の空間に配置し易い。
 この実施形態の溶接トーチ52は湾曲形状をしているため、溶接トーチ52の先端部の中心軸を先端側のリンクハブ3の中心軸QBと一致させた場合、溶接トーチ52の根元部は各リンク機構4の配列の外側に出た状態となる。溶接トーチ52を任意の2組のリンク機構4の間に配置したことで、溶接トーチ52が各リンク機構4を干渉することを避けられる。これにより、溶接トーチ52を各リンク機構4の配列の内側の空間に配置する構成としても、リンク作動装置1の大型化を防止できる。
 この自動溶接機100を用いて行う溶接の例を図9に示す。この溶接軌道80は、所望の溶接位置付近に位置する基準線81に対して、円を描きながら進行方向に進むウィービング動作を行う。この自動溶接機100を用いると、制御装置57(図1)の制御により、XYステージ51により基準線81に沿う動作を行い、リンク作動装置1により円を描く動作を行うことで、上記溶接軌道80になぞる溶接を容易に行える。このように、基準線81に沿う動作と、円を描く動作をそれぞれ別の機構で行うことで、両動作の同時制御が容易となる。このような円を描くウィービング動作を行うと、軌道の方向が連続的に変化するため、移動速度の急な変化がなく、高速で滑らかなウィービング動作を実現できる。
 この例では、基準線81を円としているが、他の軌跡の基準線であっても構わない。また、溶接軌道80は、制御装置57によりすべて軌道計算により生成してもよく、ティーチングにより基準線81を作成し、ウィービングの径を指定することで生成してもよい。
 この自動溶接機100は、溶接トーチ52の下端部の外周を覆う飛散防止部材61が設けられているため、溶接中に発生するスパッタが周囲に飛散することを防止し、スパッタの被溶接体70,71への付着を溶接個所の近辺の限られた範囲内に止めることができる。飛散防止部材61の内周面に、不要物吸着層63が設けられているため、飛散防止部材61の内周面に当たったスパッタが跳ね返るのを防止することができる。これにより、飛散防止部材61の内周面で跳ね返ったスパッタが下方に落下するのを防げる。このため、溶接作業後に、被溶接体70,71への付着したスパッタを除去する工程を省くか、または大幅に軽減することができる。
 また、飛散防止部材61は基端側のリンクハブ2の土台10に設けられているため、リンク作動装置1が作動しても飛散防止部材61の高さ位置は変わらない。このため、飛散防止部材61の下端と作業平面60との間の上下距離を狭くすることができ、スパッタが周囲に飛散することを防止するのに有効である。
 溶接トーチ52の先端は、飛散防止部材61の開口部62を介して、作業平面60と対向している。飛散防止部材61の開口部62の半径rを、前記式1を充足する値としたことにより、リンク作動装置1の任意の姿勢に対して溶接トーチ52と飛散防止部材61とが干渉しないようにできる。開口部62の半径rを式1の右辺の値となるべく近い値とすることで、飛散防止部材61の下端を作業平面60に近接させて、スパッタの飛散をより一層防止することができる。
 図10は飛散防止部材の異なる例の断面図である。この飛散防止部材61は、溶接トーチ52の側面部の外周に配置された円筒状の側面部61aと、この側面部61aの下端縁から内周側に延びる円環状の底面部61bとを有し、この底面部61bの内周部分が前記開口部62となっている。この場合も、開口部62の半径rが前記式1を充足する値とされている。図10の例では、1枚の板材を折り曲げ加工することで、側面部61aと底面部61bとが一体に成形しているが、側面部61aと底面部61bとを別々に加工して、両者を互いに取り付けてもよい。
 この構成であると、飛散防止部材61の側面部61aで受け止められたスパッタが落下しても、そのスパッタが底面部61bで受けられるため、下方の被溶接体(図示せず)にスパッタが付着することを防げる。このように、底面部61bがスパッタを受けるため、側面部61aの内周面に不要物吸着層が設けられていなくても、飛散防止部材61からスパッタが落下することを防げる。底面部61bの下面に不要物吸着層を設けてもよい。
 図11は飛散防止部材のさらに異なる例の断面図である。この飛散防止部材61も側面部61aと底面部61bとからなるが、底面部61bが、内径側に行くに従い高さ位置が高くなる円すい台状とされている。詳しくは、底面部61bの形状は、円すい台を構成する側面の形状である。上記円すい台状の形状における上底面が開口部62となる。
飛散防止部材61の底面部61bが円すい台状であると、リンク作動装置(図示せず)の内外で何らかの衝撃が生じた場合でも、底面部61bに受けられているスパッタが落下し難い。
 図12に示すように、図11の飛散防止部材61の底面部61bの下面に不要物吸着層63を設けてもよい。底面部61bの下面に不要物吸着層63が設けられていると、底面部61bに向かって下方から飛んでくるスパッタを捕獲することができる。このため、スパッタが底面部61で跳ね返って被溶接体(図示せず)に付着することを防止できる。図12の例では、底面部61bの下面にのみ不要物吸着層63が設けられているが、側面部61aの内周面や底面部61bの上面に不要物吸着層を設けてもよい。
 図13は飛散防止部材のさらに異なる例の断面図である。この飛散防止部材61は、水平状の底面部61bの内周縁に、上方に立ち上がる立上り部61cが設けられている。この立上り部61cは、底面部61bの内周縁の全周に連続して設けられている。この構成によると、リンク作動装置(図示せず)の内外で生じた何らかの衝撃により、底面部61bで受けられているスパッタが移動した場合、立上り部61cがスパッタを開口部62から落下するので防ぎ、被溶接体(図示せず)にスパッタが付着することを防止できる。
 図1の第1実施形態は、リンク作動装置1がXYステージ51により水平面上で移動可能に設置され、被溶接体70,71が位置固定で設置されているが、これとは逆に、リンク作動装置1が位置固定で設置され、被溶接体70,71がXYステージ51により水平面上で移動可能に設置された構成としてもよい。また、リンク作動装置1がX軸直動アクチュエータ55により左右方向に進退可能に設置され、被溶接体70,71がY軸直動アクチュエータ56により前後方向に進退可能に設置された構成としてもよい。さらに、リンク作動装置1がY軸直動アクチュエータ56により前後方向に進退可能に設置され、被溶接体70,71がX軸直動アクチュエータ55により左右方向に進退可能に設置された構成としてもよい。いずれの構成も、図1の第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
 上記実施形態の作業装置は、エンドエフェクタとして溶接トーチ52が取り付けられて自動溶接機100として構成されているが、この発明は、自動溶接機以外の作業装置にも適用できる。
 図14は、この発明の第2実施形態にかかる作業装置である洗浄機の一部を省略した正面図である。この洗浄機101は、エンドエフェクタとしてノズル110が設けられており、このノズル110から噴射される洗浄液またはエアによって被作業体140を洗浄する。被作業体140は、被作業体載置台141の上に載置されている。ノズル110は、その先端の吐出口110aが下向きとなるように先端側のリンクハブ3に取り付けられている。ノズル110の吐出口110aは、基端側のリンクハブ2よりも下方に突出している。
 図14のようにリンク作動装置1が原点位置の姿勢にあるとき、先端側の球面リンク中心PBからノズル110の先端までの距離cの方が、先端側の球面リンク中心PBから作業平面60までの距離(a+b)よりも短くなるように、ノズル110が先端側のリンクハブ3に取り付けられている。このため、リンク作動装置1がどの姿勢にあるときでも、ノズル110の先端が作業平面60よりも上方に位置し、ノズル110が被作業体140および被作業体載置台141と干渉しない。
 基端側のリンクハブ2には、洗浄液またはエアが周囲に飛散することを防止する飛散防止部材61が設けられている。飛散防止部材61は、自動溶接機100の飛散防止部材61(図2参照)と同様に、基端側のリンクハブ2と作業平面60との間の範囲でノズル110の側面部の外周を覆い、下端に下向きに開口する円形の開口部62を有する円筒状である。飛散防止部材61の内周面には、洗浄液またはエアによって洗い落されて舞い上がったごみ等の不要物を吸着する不要物吸着層63が設けられている。飛散防止部材61の開口部62の半径rは、前記式1を充足するように定められている。その他の構成は、図2の自動溶接機100(第1実施形態)と同じ構成である。
 この洗浄機101は、エンドエフェクタであるノズル110の側面部の外周を覆う飛散防止部材61が設けられているため、洗浄液またはエアが被作業体140の周囲に飛散することを防止できる。図2の自動溶接機100と同様に、飛散防止部材61は基端側のリンクハブ2に設けられているため、リンク作動装置1が作動しても飛散防止部材61の高さ位置は変わらない。このため、飛散防止部材61の下端と作業平面60との間の上下距離を狭くすることができ、洗浄液またはエアが周囲に飛散することを防止するのに有効である。
 また、飛散防止部材61の内周面に、不要物吸着層63が設けられているため、飛散防止部材61の内周面に当たったごみ等の不要物が跳ね返るのを防止することができる。これにより、飛散防止部材61の内周面で跳ね返った不要物が下方に落下するのを防げる。飛散防止部材61の開口部62の半径rが、前記式1を充足する値とされているため、リンク作動装置1の任意の姿勢に対してノズル110と飛散防止部材61とが干渉しない。
 図15は、この発明の第3実施形態にかかる作業装置であるコーティング装置の一部を省略した正面図である。このコーティング装置102は、エンドエフェクタとして塗布具120が取り付けられており、この塗布具120によって被作業体140にインク、樹脂材等を塗布する。塗布具120は、先端側のリンクハブ3に設置された上下方向の直動アクチュエータ121に取り付けられ、上下位置を変更可能である。図15は塗布具120が作業平面60より少し高い位置にある待機状態を示しており、この待機状態から、先端の塗布部120aが被作業体140に接する高さまで塗布具120を下降させて塗布作業を行う。
 前記待機状態において、先端側の球面リンク中心PBから塗布具120の先端までの距離cの方が、先端側の球面リンク中心PBから作業平面60までの距離(a+b)よりも短くなるように、塗布具120が先端側のリンクハブ3に取り付けられている。このため、待機状態では、リンク作動装置1がどの姿勢にあるときでも、塗布具120の先端が作業平面60よりも上方に位置し、塗布具120が被作業体140および被作業体載置台141と干渉しない。
 基端側のリンクハブ2には、前記自動溶接機100および前記コーティング装置102のものと同様の飛散防止部材61が設けられている。これにより、作業時にインク、樹脂材等が周囲に飛散することを防止できる。その他の構成は、前記自動溶接機100(第1実施形態)や前記洗浄機101(第2実施形態)と同じ構成である。
 図16は、この発明の第4実施形態にかかる作業装置であるバリ取り機の一部を省略した正面図である。このバリ取り機103は、エンドエフェクタとして回転研摩具130が取り付けられており、この回転研摩具130によって被作業体140のバリを除去する。前記コーティング装置102(第3実施形態)と同様に、回転研摩具130は、先端側のリンクハブ3に設置された上下方向の直動アクチュエータ121に取り付けられ、上下位置を変更可能である。図16は回転研摩具130が作業平面60より少し高い位置にある待機状態を示しており、この待機状態から、先端の研摩体130aが被作業体140に接する高さまで回転研摩具130を下降させてバリ取り作業を行う。
 前記待機状態における回転研摩具130の位置は、前記コーティング装置102の塗布具120の場合と同様であり、それによりコーティング装置102の場合と同様の作用・効果が得られる。また、基端側のリンクハブ2に、前記コーティング装置102のものと同様の飛散防止部材61が設けられており、それによりコーティング装置102の場合と同様の作用・効果が得られる。
 図14に示す洗浄機101(第2実施形態)、図15に示すコーティング装置102(第3実施形態)、および図16に示すバリ取り機103(第4実施形態)は、いずれも単純な円筒形の飛散防止部材61が使用されているが、図10~図13に示す形状の飛散防止部材61を使用してもよい。
 以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、この明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
1…リンク作動装置
2…基端側のリンクハブ
3…先端側のリンクハブ
4…リンク機構
5…基端側の端部リンク部材
6…先端側の端部リンク部材
7…中央リンク部材
20…姿勢制御用アクチュエータ
50…架台
52…溶接トーチ(エンドエフェクタ)
55…X軸直動アクチュエータ
56…Y軸直動アクチュエータ
60…作業平面
61…飛散防止部材
61a…側面部
61b…底面部
61c…立上り部
62…開口部
63…不要物吸着層
70,71…被溶接体
100…自動溶接機(作業装置)
101…洗浄機(作業装置)
102…コーティング装置(作業装置)
103…バリ取り機(作業装置)
110…ノズル(エンドエフェクタ)
120…塗布具(エンドエフェクタ)
130…回転研摩具(エンドエフェクタ)
140…被作業体
O1…基端側のリンクハブと基端側の端部リンク部材との回転対偶の中心軸
O2…基端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶の中心軸
O3…先端側のリンクハブと先端側の端部リンク部材との回転対偶の中心軸
O4…先端側の端部リンク部材と中央リンク部材との回転対偶の中心軸
PA…基端側の球面リンク中心
PB…先端側の球面リンク中心
QA…基端側のリンクハブの中心軸
QB…先端側のリンクハブの中心軸

Claims (8)

  1.  基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、3組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記3組以上のリンク機構のうちの2組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられたリンク作動装置を備え、
     このリンク作動装置が、前記先端側のリンクハブが上向きとなるように、前記基端側のリンクハブが架台に直接または間接的に固定されることによって前記架台に設置され、かつ前記先端側のリンクハブに先端が下向きとなるようにエンドエフェクタが取り付けられ、このエンドエフェクタの先端が前記基端側のリンクハブよりも下方に突出している作業装置であって、
     前記基端側のリンクハブと前記エンドエフェクタによる作業が行われる作業平面との間の範囲で前記エンドエフェクタの側面部の外周を覆い、下端に下向きに開口する円形の開口部を有する円筒状の飛散防止部材が、前記基端側のリンクハブに設けられている作業装置。
  2.  請求項1に記載の作業装置において、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が基端側の球面リンク中心と称され、この基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が基端側のリンクハブの中心軸と称され、かつ前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点が先端側の球面リンク中心と称され、この先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線が先端側のリンクハブの中心軸と称される場合、
     前記基端側のリンクハブの中心軸および前記先端側のリンクハブの中心軸が同一直線上にあるとき、前記先端側の球面リンク中心から前記エンドエフェクタの先端までの距離の方が、前記先端側の球面リンク中心から前記作業平面までの距離よりも短く、
     前記飛散防止部材の前記開口部の半径が次式、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    但し、
    r:飛散防止部材の開口部の半径
    a:基端側の球面リンク中心から作業平面までの距離
    b:基端側の球面リンク中心と先端側の球面リンク中心との間隔
    θmax:基端側のリンクハブの中心軸に対して先端側のリンクハブの中心軸が傾斜した垂直角度の最大値
    を充足する作業装置。
  3.  請求項1または請求項2に記載の作業装置において、前記架台に対し前記リンク作動装置を進退させる1軸以上の直動アクチュエータ、および前記架台に対し被作業体を進退させる1軸以上の直動アクチュエータの両方またはいずれか一方が設けられている作業装置。
  4.  請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の作業装置において、前記飛散防止部材は、前記エンドエフェクタの側面部の外周に配置された円筒状の側面部と、この側面部の下端縁から内周側に張り出す円環状の底面部とを有し、この底面部の内周部分が前記開口部とされている作業装置。
  5.  請求項4に記載の作業装置において、前記飛散防止部材の前記底面部は、内径側に行くに従い高さ位置が高くなる円すい台状である作業装置。
  6.  請求項4または請求項5に記載の作業装置において、前記飛散防止部材の前記底面部の内周縁に、上方に立ち上がる立上り部が設けられている作業装置。
  7.  請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の作業装置において、前記飛散防止部材における作業中に発生する不要物を受ける面に、前記不要物を吸着する機能を持つ不要物吸着層が設けられている作業装置。
  8.  請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の作業装置において、前記エンドエフェクタが溶接トーチである作業装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347666U (ja) * 1989-09-20 1991-05-02
JPH10216948A (ja) * 1997-02-06 1998-08-18 Toyota Motor Corp スパッタ飛散防止装置
JPH11188494A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Amada Co Ltd ワークの上反り対応装置
US20070090168A1 (en) * 2005-10-25 2007-04-26 Snow Gerald F Protective coating and coated welding tip and nozzle assembly
JP2015100802A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 Ntn株式会社 自動溶接機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347666U (ja) * 1989-09-20 1991-05-02
JPH10216948A (ja) * 1997-02-06 1998-08-18 Toyota Motor Corp スパッタ飛散防止装置
JPH11188494A (ja) * 1997-12-26 1999-07-13 Amada Co Ltd ワークの上反り対応装置
US20070090168A1 (en) * 2005-10-25 2007-04-26 Snow Gerald F Protective coating and coated welding tip and nozzle assembly
JP2015100802A (ja) * 2013-11-22 2015-06-04 Ntn株式会社 自動溶接機

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