JP2005297069A - Feed mechanism of welding wire in arc welding robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構に係り、詳しくは、トーチケーブルを短くしても、溶接用トーチの姿勢の如何にかかわらず溶接ワイヤの供給速度や供給量の安定を促し高い溶接品質が得られるようにすると共に、トーチケーブルの損耗抑制ならびにロボットの動作領域の拡大も図られるようにした多関節形のアーク溶接ロボットに関するものである。 The present invention relates to a welding wire supply mechanism in an arc welding robot. More specifically, even if the torch cable is shortened, the welding wire supply speed and supply amount are stabilized regardless of the position of the welding torch and high welding is achieved. The present invention relates to an articulated arc welding robot capable of obtaining quality, suppressing wear of a torch cable, and expanding an operation area of the robot.
例えばアーク溶接ロボットにおいては、溶接ワイヤをワイヤリール等から繰り出させ、これを溶接トーチへ送給して電気エネルギで溶かし連続的に溶接する。そのため、溶接ワイヤの送りを制御するワイヤ送給装置が、ロボットシステムに導入される。その溶接ワイヤ送給装置は、通常ワイヤの進行方向に対して垂直となる向きから挾圧する幾つかのロールで構成され、その摩擦力でワイヤを送り出す。 For example, in an arc welding robot, a welding wire is unwound from a wire reel and the like, fed to a welding torch, melted with electric energy, and continuously welded. Therefore, a wire feeding device that controls feeding of the welding wire is introduced into the robot system. The welding wire feeding device is usually composed of several rolls that are pressed from a direction perpendicular to the wire traveling direction, and feeds the wire with the frictional force.
図１２は多関節ロボットの一例であり、第１軸から第６軸までの６つの関節７１〜７６が備えられ、それぞれが矢印で示したように回転したり傾動することによって、手首に装着された溶接用トーチ７７の位置や姿勢が任意に変えられる。このようなロボットの場合、溶接ワイヤ送給装置７８は下アーム７９に対して傾動すると共にそれ自体の軸線回りに回転する上アーム８０の非回転部に装着されることが多い。
FIG. 12 shows an example of an articulated robot, which includes six
図においては、上アームのうち基部となる非回転部８０Ｆの上に溶接ワイヤ送給装置７８が載せられている。この場合、ワイヤリール８１からワイヤ送給装置７８までと、溶接ワイヤ送給装置７８から溶接用トーチ７７までとは、それぞれケーブルによって接続される。そのうちとりわけ後者は、溶接ワイヤだけでなく溶接のための電力の供給やシールドガスの送給をも可能にした多重構造となっていることが多い。
In the figure, a welding
その断面構造の詳細は後掲するが、多重層をなすトーチケーブル８２は曲折させにくく、従って溶接用トーチが動くときのひきつれを少なくしておくために、長さに余裕を持たせて弛ませている。すなわち、ケーブルの変形を可能にするため溶接ワイヤ送給装置７８から溶接用トーチ７７までもアーム外空間に位置させる外配とされ、溶接用トーチが図の実線、二点鎖線や破線のように俯仰してもトーチケーブル８２のその都度の複雑な変形をある程度許容させている。
The details of the cross-sectional structure will be described later, but the
その場合、ケーブル８２はいろいろな形をとるが、ロボットが単独で動作していたり周囲に治具が存在しない場合、さらにはワークの形状が単純である場合などでは、外配のトーチケーブルが溶接作業を直ちに阻害することはない。しかし、溶接用トーチの動きはあくまでもトーチケーブルの変形可能な範囲に限られ、またケーブルが繰り返す屈曲動作によって損耗をきたすことは避けられない。
In that case, the
もちろん、他のロボットと協調動作していたり周囲に複雑な形の治具が配備されていたり、またワークが筒状もしくは箱状でその中に溶接を施すなどの場合には、作業に直接影響を及ぼす。すなわち、その典型は外配トーチケーブルがワークや周囲の装置等と接触したりひっかかったりするトラブルの発生である。加えて、トーチケーブルの変形が酷くなれば、その中の溶接ワイヤの送りも安定を欠き、溶接品質にばらつきを生じさせる。 Of course, if the robot is coordinated with other robots, has a complex jig around it, or if the workpiece is cylindrical or box-like and is welded in it, it will affect the work directly. Effect. That is, a typical example is the occurrence of troubles in which the externally installed torch cable comes into contact with or gets caught by the workpiece, surrounding devices and the like. In addition, if the deformation of the torch cable becomes severe, the feed of the welding wire in the torch cable is not stable, and the welding quality varies.
上記したトラブルの発生とまではいかないが、溶接用トーチ自体が大きく回るなどしたときケーブルが上アームに当たったりひっかかったりすれば、その続きの動作が阻まれて一筆書き的な溶接は不可能となる。この場合、溶接用トーチを反転させるなど切り返さなければならず、作業が不連続となって溶接時間の増長をきたしたり溶接ビードの連続性が得られなくなったりする。このことは、ティーチングするときも同様であって、作業者に強いられる負担は一向に軽減されない。 Although the above-mentioned trouble does not occur, if the welding torch itself turns largely, if the cable hits or gets caught on the upper arm, the subsequent operation is blocked and it is impossible to make a one-stroke welding Become. In this case, the welding torch must be turned over, for example, so that the work becomes discontinuous, resulting in an increase in welding time or the continuity of the weld bead. This also applies to teaching, and the burden imposed on the worker is not alleviated.
そこで、トーチケーブルをロボットアームに内蔵させることにより、適用ワークの拡大や溶接品質、信頼性、運転上の利便を図ろうとする提案が幾つかなされている。特開平５−３０９５８６号公報にはその一例が記載されているが、これはアームに内装させるといってもスペースに制約があるので、上アーム等とトーチケーブルをフレキシブルカバーで覆ってしまうものである。カバーは例えば円筒形の蛇腹であって、周囲のものと接触することはあってもひっかかることは少なくなると期待される。 In view of this, there have been some proposals to increase the applicable workpiece, weld quality, reliability, and operational convenience by incorporating the torch cable in the robot arm. An example of this is described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-309586, but this is because space is limited even if it is built in the arm, and the upper arm and the torch cable are covered with a flexible cover. is there. The cover is, for example, a cylindrical bellows, and it is expected that the cover will be less likely to come in contact with the surrounding objects.
特開２００２−２８３２７５号公報はアーク溶接ロボットではなくスポット溶接ガンを装着したロボットの例であるが、上アームに空洞部が設けられ、そこに配管・配線部材をはめ込むようにしている。いずれにしてもケーブルや配管の損耗を抑制することを目的としていることに変わりがない。
上記したようにトーチケーブルを上アーム内に収めてケーブルの全体的な大きい変形が出ないようにしたとすれば、トーチケーブルの変形挙動を最小限にとどめて溶接ワイヤへの影響も小さくしておくことができるかのように見える。しかし、ケーブルが短ければ屈曲するのはある特定の箇所、例えば手首を上アームの先端部において傾動させる傾動作用部およびその近傍に集中することになるのは言うまでもなく、局部的な損耗を早期に招く。また、内装しても上アームの軸芯から外れるなどしていると、ロボットの動作のたびに二次的な変化を誘発してケーブルの安定を欠く。 As mentioned above, if the torch cable is housed in the upper arm so that the overall deformation of the cable does not occur, the deformation behavior of the torch cable is minimized and the influence on the welding wire is reduced. Looks like it can be left. However, if the cable is short, it will be bent at a certain point, for example, the tilting part for tilting the wrist at the tip of the upper arm and its vicinity, and local wear will occur early. Invite. Moreover, even if it is installed, if it is detached from the axis of the upper arm, a secondary change is induced every time the robot moves, and the cable is not stable.
ケーブルが短くなると、ケーブル内で溶接ワイヤの遊びを持たせるにしてもその余裕は極めて少なく、ケーブルの変形に対して溶接ワイヤを不感状態に置くことはもはや不可能となる。すなわち、ケーブルの弛みが少なくなるから曲げが作用しても、その急激な曲げと溶接ワイヤとの長さのずれを吸収する余力はほとんど与えられなくなるからである。 As the cable becomes shorter, there is very little margin to allow for play of the welding wire in the cable, and it is no longer possible to place the welding wire insensitive to deformation of the cable. That is, since the slack of the cable is reduced, even if bending acts, there is hardly any surplus force that absorbs the abrupt bending and the difference in length between the welding wires.
従って、溶接用トーチの姿勢の変化量やとらせるべき位置さらには移動速度に制限を課すなどしてケーブルへの負担を抑えなければならず、結果として、ロボットの動作上の許容範囲を狭めざるを得なくなる。関節の動きに回転が加わってトーチケーブルに捩れも作用するような場合には、一層の安全性確保のためのスペックダウンが余儀なくされる。 Therefore, it is necessary to limit the load on the cable by imposing a limit on the amount of change in the attitude of the welding torch, the position to be taken, and the moving speed, and as a result, the allowable range in operation of the robot must be narrowed. No longer get. In the case where rotation is added to the movement of the joint and the torsion cable also acts on the torch cable, it is necessary to reduce the specifications for ensuring further safety.
ところで、溶接品質が高く要求される場合、溶接ワイヤの送りの安定は極めて重要な課題となる。トーチケーブルを空洞部に収めるなどして変形を抑制しておく場合、内部を進行する溶接ワイヤに加わる抵抗は曲げが頻繁に発生する部分でその都度大きく変化する。ましてや捩じりも入れば、溶接ワイヤの挙動の複雑化を招来し、ワイヤの動きをより一層不安定なものにする。 By the way, when welding quality is requested | required highly, stability of the feed of a welding wire becomes a very important subject. When deformation is suppressed by, for example, housing the torch cable in a hollow portion, the resistance applied to the welding wire that travels inside changes greatly at each portion where bending frequently occurs. In addition, if twisting is involved, the behavior of the welding wire is complicated, and the movement of the wire becomes more unstable.
それによってケーブル内での通路抵抗が増し、例えば溶接ワイヤにブレが出たりひっかかりが生じると、それが僅かであっても送給速度を乱してコンタクトチップからの送出量に変動をきたす。これでは一様なビードの形成は果たし得ず、高品質の要求には応えられない事態を招く。 As a result, the passage resistance in the cable is increased. For example, if the welding wire is shaken or caught, even if it is slight, the feeding speed is disturbed and the delivery amount from the contact tip is changed. As a result, uniform bead formation cannot be achieved, leading to a situation where high quality requirements cannot be met.
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、その目的は、外配トーチケーブルを上アームに内装しても解決し得ないアーク溶接ロボットにおける問題、すなわち、多関節ロボットであることの宿命である各軸における傾動や回転に基づくトーチケーブルの曲げや捩れの発生を抑止して溶接ワイヤの送りの安定と耐久性の向上を図り、そして高い溶接品質を達成できるようにすること、加えて、ロボットの動作仕様を低下させることなく広い運動領域と高い運動性を持たせることができるようにしたアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a problem in an arc welding robot that cannot be solved even if an external torch cable is installed in the upper arm, that is, a fate of being an articulated robot. In order to suppress the occurrence of bending and twisting of the torch cable based on tilting and rotation in each axis, to improve the stability and durability of the welding wire feed, and to achieve high welding quality, It is an object of the present invention to provide a welding wire supply mechanism in an arc welding robot capable of having a wide motion region and high mobility without deteriorating the operation specifications of the robot.
上記目的を達成するために、第１の発明は、
溶接用トーチを装着して回動させる手首作用部、手首を上アームの先端部で傾動させる傾動作用部、上アームをアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部が備えられ、各作用部が減速機を介してモータ駆動され、溶接ワイヤ送給装置が上アームに取りつけられて該溶接ワイヤ送給装置から送出される溶接ワイヤ、該溶接ワイヤを挿通させて保護案内するワイヤコンジット、シールドガスをワイヤコンジットの外周部で送気させるガスホース、溶接のための電力を供給する導電線がガスホースの外周部にそれぞれ略同心状となるよう一本に纏めて被覆されたトーチケーブルが、溶接用トーチに向けて配備されるアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構において、
前記溶接ワイヤ送給装置が前記上アームの基部端に装着され、
前記溶接ワイヤ送給装置から送出された溶接ワイヤが上アームの長手方向軸線に沿ってトーチケーブルに挿入されてこのトーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされるように配線され、傾動作用部の空隙を経て溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
A wrist action part that rotates by attaching a welding torch, a tilt action part that tilts the wrist at the tip of the upper arm, and a rotation action part that rotates the upper arm about the arm longitudinal axis are provided. A welding wire that is driven by a motor through a speed reducer, a welding wire feeding device is attached to the upper arm and is sent out from the welding wire feeding device, a wire conduit that guides the welding wire through the welding wire, and a shielding gas A gas hose that feeds air at the outer periphery of the wire conduit, and a torch cable that covers the outer periphery of the gas hose so that the conductive wires that supply power for welding are substantially concentric with the outer periphery of the gas hose In the welding wire supply mechanism in the arc welding robot deployed toward the
The welding wire feeder is attached to the base end of the upper arm;
The welding wire delivered from the welding wire feeder is inserted into the torch cable along the longitudinal axis of the upper arm, and the torch cable is wired so as to extend in the longitudinal direction in the upper arm. A welding wire supply mechanism in an arc welding robot, which is disposed so as to reach a welding torch through a gap.
第２の発明は、
前記溶接用トーチが前記手首作用部の先端部に装着され、
前記トーチケーブルが前記傾動作用部の空隙を経て前記手首作用部内を挿通して前記溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構である。
The second invention is
The welding torch is attached to the tip of the wrist acting part;
2. The welding wire of the arc welding robot according to claim 1, wherein the torch cable is arranged so as to pass through the wrist acting portion through the gap of the tilting portion and reach the welding torch. It is a supply mechanism.
本発明の第１の発明によれば、溶接ワイヤ送給装置を上アームの基部端に装着したので、そこから送出される溶接ワイヤを上アームの長手方向軸線に沿って通過させやすくなり、従ってロボットの動きに伴う二次的な挙動を可及的に抑えて、溶接ワイヤの送出をスムーズなものにすることができる。また、ワイヤコンジットに繋がるトーチケーブルを上アーム内で長手方向に延ばすように配設したので、トーチケーブルを最短にしておくことができ、また上アームが回転しても定位置に保たれ、溶接ワイヤをトーチケーブルの中で安定して進行させ、ワイヤ送給不良の発生を抑制すると共にケーブルの耐久性の向上も図られる。 According to the first aspect of the present invention, since the welding wire feeding device is attached to the base end of the upper arm, the welding wire delivered therefrom can be easily passed along the longitudinal axis of the upper arm. The secondary behavior accompanying the movement of the robot can be suppressed as much as possible, and the welding wire can be delivered smoothly. In addition, the torch cable connected to the wire conduit is arranged so as to extend in the longitudinal direction in the upper arm, so that the torch cable can be kept to the shortest, and it is kept in a fixed position even when the upper arm rotates, and welding is performed. It is possible to stably advance the wire in the torch cable, suppress the occurrence of wire feeding failure, and improve the durability of the cable.
また、上アーム内を延び傾動作用部の空隙を経て溶接用トーチに向かうようにトーチケーブルを配設する構造とするので、曲がりがあるにしても可及的に少ない回数にとどめられ、従って溶接ワイヤも最低限の変形であって溶接品質の向上に寄与させることができる。 In addition, since the torch cable is arranged so as to extend through the upper arm and through the gap of the tilting operation part toward the welding torch, even if there is a bend, the number of times can be kept as small as possible. The wire is also the minimum deformation and can contribute to the improvement of the welding quality.
本発明の第２の発明によれば、溶接用トーチが手首作用部の先端部に装着され、トーチケーブルが傾動作用部の空隙を経て手首作用部内を挿通して溶接用トーチに至るように配設されているので、曲がりがあるにしても可及的に少ない回数にとどめられ、従って溶接ワイヤも最低限の変形であって溶接品質の向上に寄与させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the welding torch is attached to the distal end portion of the wrist action portion, and the torch cable is inserted through the wrist action portion through the gap of the tilt operation portion so as to reach the welding torch. Therefore, even if there is a bend, the number of times is limited as much as possible. Therefore, the welding wire is also minimally deformed and can contribute to the improvement of the welding quality.
以下に、実施の形態を表した図面を基にして、本発明に係るアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構を詳細に説明する。図１の（ａ）は本発明が適用されるアーク溶接ロボット１の平面図であり、（ｂ）は正面図である。いずれも、上アーム２から溶接用トーチ３に至るまで内部構造が見えるように描かれている。
Hereinafter, a welding wire supply mechanism in an arc welding robot according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments. 1A is a plan view of an arc welding robot 1 to which the present invention is applied, and FIG. 1B is a front view. Both are drawn so that the internal structure can be seen from the
このアーク溶接ロボット１は、従来技術のところで述べた図１２と、本発明に係る部分を除けば本質的に同じ構造である。すなわち、６つの関節が備わっており、それぞれにおける回転や傾動等の動作は同じである。このアーク溶接ロボットにおける６つの軸のうち、第６軸は溶接用トーチ３を装備して回動させる手首作用部４であり、第５軸は手首を上アーム２の先端部において傾動させる傾動作用部５であり、第４軸は上アーム２をアーム長手方向軸線回りに回転させる回転作用部６となっている。
This arc welding robot 1 has essentially the same structure as FIG. 12 described in the prior art except for the portion according to the present invention. That is, six joints are provided, and operations such as rotation and tilting are the same. Of the six axes in this arc welding robot, the sixth axis is a
いずれの関節も、その軸には減速機を介したモータが装備され、図示しないロボットコントローラからの指令を受けて駆動される。アーク溶接のためには溶接ワイヤ、溶接のための電力、シールドガスが必要であり、駆動系とは独立してそのためのトーチケーブル７がロボットに配備される。このトーチケーブルは図４の右側に示すように多層構造となっていて、溶接ワイヤ、電力、シールドガスの供給をすべく三重の通路等が形成されている。従って、このケーブルの柔軟性は高いとは言えず、また捩りが作用したとすれば、そのかなりの部分を伝えるほどの剛さを持っている。
Each joint is provided with a motor via a speed reducer on its axis, and is driven in response to a command from a robot controller (not shown). For arc welding, a welding wire, electric power for welding, and shielding gas are required, and a
すなわち、中心には溶接ワイヤ８が通過し、その前進をガイドすると共に疵がつかないように保護するコイルライナ９がある。コイルライナはワイヤコンジットとして機能するものであるが、その外周部にはシールドガス１０が流れ、これがガスホース１１によって溶接用トーチまで導かれるようになっている。その外に導電線１２がリング状に配され、いずれもが略同心状をなすように纏められて被覆１３が施されている。
That is, there is a
図１に戻って、上記したトーチケーブル７に溶接ワイヤ８を送る溶接ワイヤ送給装置１４は上アーム２に取りつけられている。その点では図１２と変わるところがないが、注目すべきは上アーム２の基部端に装着されていることである。すなわち、上アーム２の長手方向に延びる軸線（実際に存在するわけではないが）の基部背後の延長線上に取りつけられている。
Returning to FIG. 1, the
この意図するところは、溶接ワイヤ８を上アーム２の長手方向に通過させるに際して直進可能な状態に置いて、すなわちできるだけ曲折を伴わないようにしておこうとするためである。後述するが、溶接のための電力を供給する外配パワーケーブル１５やシールドガスを供給する外配ガスホース１６は上アーム２の基部側面または下面に接続され、電力やシールドガスの供給経路が上アーム内で９０度変向されることにしているのと大いに違った組み付けとされる。
This is intended to place the
さらに特異な点は、回転作用部６における減速機、すなわち第４軸を駆動するハーモニック減速機１７の軸芯が中空にされていることである。そして、これには、図２に示すように、トーチケーブル７に接続される前のワイヤコンジット１８が挿通される。なお、このワイヤコンジットはトーチケーブル７に繋げられ、それが上アーム２内を長手方向に延び、傾動作用部５（図１を参照）を経て溶接用トーチ３に至るように配設される。
Furthermore, a peculiar point is that the shaft of the reduction gear in the
その傾動作用部５は手首作用部４を上アーム２に対して片持ち構造で軸承する構造となっており、上アーム２から溶接用トーチ３に至るトーチケーブル７が傾動作用部の片持ち部残余空間１９を通過する。そのトーチケーブル７の曲がり角は概ね図示した状態で最も大きく、俯仰角度が変われば減る方向にある。ちなみに、その第５軸はベルト２０の掛けられた減速機２１を介して駆動される。
The tilting
その傾動作用部５は両持ち構造の軸承形態としてもよいが、その場合、トーチケーブル７は第５軸の上もしくは下の空間を通過して溶接用トーチ３まで延ばされることになる。俯仰の際に第５軸を取り巻くトーチケーブル７が軸と接触する機会が多くなることを考慮すれば、片持ちの軸承構造の方が望ましいと言える。手首作用部４の俯仰中でもトーチケーブルは第５軸と干渉することはなく、最小限の曲がり方にとどめておくことができるからである。
The tilting
次に、手首作用部４における減速機２２も、回転作用部６の減速機１７と同様に軸芯が中空となっている。その構造は図５，図６により後述するので、ここでは詳細に述べない。回転作用部６から傾動作用部５の空間を経て溶接用トーチ３に至るトーチケーブル７が、この減速機２２の軸芯を挿通させるようにしておけば、トーチケーブル７は上アーム２から溶接用トーチ３に至るまでを最短距離で結ぶことができる。トーチケーブル７が短くなるとはいえども常に中心に位置することになるので、ロボットの動きに伴うケーブルの二次的な挙動を無くすことができる。
Next, the
以上の説明からも分かるように、ワイヤコンジット１８は回転作用部における減速機１７の軸芯から傾動作用部５に束縛されることなく手首作用部４に入り、そこでの減速機２２においても軸芯を通過することになるから、たとえ傾動作用部５で曲げが頻発しても、その挙動は第５軸に左右されない自由なものとなる。曲がり部前後のケーブルは軸芯に位置して無用な挙動を生じさせず、傾動作用部５におけるケーブルの曲がりは略±９０度の範囲にとどめられ、かつその曲率半径は可及的に大きく確保され、ケーブルに掛かる負担を軽減して損耗を抑えることができる。
As can be understood from the above description, the
それゆえ、進行する溶接ワイヤの長さ変動を吸収できるようにしておかなければならないという配慮をする必要もほとんどなくなる。ケーブルの変形に対して溶接ワイヤを不感状態に置きやすくもなるので溶接ワイヤ８のブレは可及的に抑えられ、また、トーチケーブル７の耐用期間を延ばすこともできる。溶接用トーチの姿勢変化量や変位位置・変位速度に対する制約も少なくして、ロボットの動作仕様を拡大することも可能となる。これは、ティーチング作業時の負担も軽減されることを意味する。
Therefore, there is almost no need to consider that it is necessary to be able to absorb the length variation of the welding wire that is progressing. Since it becomes easy to put the welding wire insensitive to the deformation of the cable, the blurring of the
曲げ角が小さいか、曲げ幅が狭ければ、その曲がり部におけるワイヤコンジット１８の抵抗は大幅に変化せず、従って送給速度の変動は低減し、均一な溶接ビードの形成など溶接品質の向上が図られる。たとえ回転作用部６の減速機１７においてのみ軸芯を通過させる場合であっても、手首作用部４の減速機２２においてのみ軸芯を通過させる場合であっても、程度の差こそあれ、溶接ワイヤ８の進行中のブレは少なくなることは言うまでもない。それによって、溶接線の狙い外れも少なくなる。
If the bend angle is small or the bend width is narrow, the resistance of the
図２は回転作用部６における減速機１７の近傍を表した拡大図である。この減速機の左側すなわちトーチケーブル７の上流側には給電ドラム２５が導入されている。これは給電を中継するためのものであるが、給電ブラシ２６と共にスリップ式の給電機構を構成している。
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the
詳しく述べると、上アーム２の基部の側面または下面で接続される外配パワーケーブル１５を介して導入される溶接のための電力は、図３に示すように、給電ブラシ２６から、それに摺接する給電ドラム２５、回転作用部減速機１７（図２を参照）の軸芯を挿通する通電軸２７を経てトーチケーブル７内の導電線１２（図４を参照）に供給される構造となっている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the electric power for welding introduced through the
上記したように溶接ワイヤ送給装置１４が上アーム２の基部端に取りつけられるので、図１から分かるように、溶接ワイヤ８は上アーム２の全長にわたって長手方向に沿うよう配置することができる。しかし、溶接ワイヤ送給装置１４が上アーム２の基部端を占めている関係から、その他のものは基部端以外から上アーム２に導入しそして９０度変向させざるを得ない。外配パワーケーブル１５をそのまま上アーム２内に挿入して這わせるとすれば、基部側で固定状態にあるパワーケーブルが第４軸の回転を受けたとき捩じれることになってしまう。
Since the
そこで、外配パワーケーブル１５を上アーム２の中へは入れないことにし、スリップ式給電機構を介して上アーム２の回転の影響を排除できるようにする。図３に示したスプリング材２８によって付勢されたピン２９が給電ブラシ２６を給電ドラム２５に圧した状態に保ち、給電ドラム２５が上アームと共に回転してもまた回転が停止しているときも通電を維持しておくことができるように配慮される。
Therefore, the
このようにしておけば、溶接用トーチに送られる電流は、図２に示した外配パワーケーブル１５から給電ブラシ２６、給電ドラム２５、そのドラム軸３０、それに繋がる通電軸２７、そして接続部の構造は後述するトーチケーブル７の導電線１２（図４を参照）へと流れる。上アーム２が回転すればトーチケーブル７も回転するが、それに一体化されている通電軸２７および給電ドラム２５も回転するので、固定状態にある外配パワーケーブル１５の影響を受けてトーチケーブル７に捩れが発生することはない。
In this way, the current sent to the welding torch is supplied from the
この給電ドラム２５の存在は上アーム２の軸芯を遮蔽することになるので、溶接ワイヤ８およびそのためのワイヤコンジット１８を通すに十分な挿通孔３１が形成される。この挿通孔はドラム軸３０にも設けられることは述べるまでもないが、通電軸２７もワイヤコンジット１８を通すことができるように中空部が形成される。
The presence of the
ちなみに、減速機１７はギヤー３２の回転で駆動される例となっている。それには入力軸３３が一体化されており、両者の軸芯にも通電軸２７を通すための空間が確保されている。なお、通電軸を流れる電流が減速機１７との間で短絡しないように、ギヤー３２ならびに入力軸３３には絶縁シリンダ３４が嵌め込まれている。
Incidentally, the
図２の給電ドラム２５には上記したドラム軸３０が設けられているが、これは給電ドラム２５を軸支するためのジャーナル部を形成すると共に、シールドガスを導入する回転給気式のガス導入ポート３５を備えたロータリジョイントとしても機能するように構成されている。なお、このドラム軸３０は通電機能もあるからジャーナル軸受部３６は非電導体で製作される。
The above-described
アーク溶接時に外気の混入を遮断するシールドガスも上アーム２の基部端からは導入することができないので、外配パワーケーブル１５の場合と同様に、外配ガスホース１６にも工夫が加えられる。回転することのないジャーナル軸受部３６からドラム軸３０に入ったシールドガス１０（図４を参照）は、ワイヤコンジット１８の外周部を通過して、トーチケーブル７の送気通路３７（図４を参照）に送られる。
Since the shielding gas for blocking the mixing of outside air during arc welding cannot be introduced from the base end of the
外配ガスホース１６は固定状態にあることは言うまでもないが、ドラム軸３０に導入されたシールドガスは上アーム２の回転の有無によらず流れる。外配ガスホース１６がトーチケーブル７と直結されているわけではないから、一方が他方に捩れを及ぼすということも有り得ない。ここで、通電軸２７とトーチケーブル７の接続構造について図４をもとに説明する。この接続のために、両者間でかしめて固定されるジョイントカラー３８が使用される。
It goes without saying that the
通電軸２７の端部にはシールドガス１０の漏れを防止するＯ−リング３９を持った導電カラー４０が挿入され、その先端にガスホース１１が被せられる。導電線１２が被覆１３からむき出され、この先端を導電カラー４０の外周に密接させると、ジョイントカラー３８をかしめて固定する。なお、溶接ワイヤ８が挿通しているワイヤコンジット１８は螺旋状の鋼線で作られたチューブであり、トーチケーブル７を上アーム２等に装入した後、トーチケーブル７から下流側に向けて出ている部分が給電ドラム２５の挿通孔３１（図２を参照）に向けて差し込まれる。
A
このように給電はスリップ式であり、送気はロータリ式であるので、第４軸の回転がその場で吸収され、いずれの機構も回転に対して不感な状態に置くことができる。従って、上アーム２が図７の矢印２３のように回転すればトーチケーブル７も回転するが、固定側である上アーム２の非回転部２Ｂからは独立しているので、トーチケーブル７には何らの捩じりも及ばない。トーチケーブル７に捩じりの変形が発生しなければ、その中を通過する溶接ワイヤも何の影響も受けないから、溶接ワイヤの送り速度も安定させやすくなる。
Thus, since the power feeding is a slip type and the air supply is a rotary type, the rotation of the fourth axis is absorbed on the spot, and any mechanism can be placed in a state insensitive to the rotation. Accordingly, if the
図５は第６軸に取りつけられた溶接ワイヤの供給機構を示す。符号の４１は第６軸を駆動するモータであり、ギヤー４２，４３を介してハーモニック減速機２２が駆動される。その減速機の軸芯部は前述したように中空となっており、トーチケーブル７のうちのワイヤコンジット１８が、その中心を通過する。図４においてジョイントカラー３８により接続されたトーチケーブル７は、この図５においては圧着金具４４のところで終わっているように見える。しかし、その実、給電・送気・ワイヤ送給機能については、減速機中空軸４５に到っても機能するように配慮されている。
FIG. 5 shows a welding wire supply mechanism attached to the sixth shaft.
この機構もスリップ式給電機構となっているので、滑り接触構造が採用されている。なお、この減速機２２へのトーチケーブル７の取りつけは、図６に示すように抜き差し式の簡便化が図られたものとなっている。これから分かるように、トーチケーブル７からは溶接用トーチに向かうワイヤコンジット１８だけが長く出ており、これが図５のように減速機内の滑り接触構造に嵌め込まれると、給電もできればシールドガスの送気も多重構造化によって達成される。
Since this mechanism is also a slip-type power feeding mechanism, a sliding contact structure is adopted. Note that the attachment of the
減速機２２の中空軸４５は元来減速機入力軸であるが、その内側には絶縁シリンダ４６が嵌められ、短絡が防止される。その構造の特徴的なところは、回転することのない給電アダプタ４７と、手首の回転運動につれて回転する給電シャフト４８を備える。後者は給電アダプタからの電力を溶接用トーチの給電チップ（コンタクトチップ）へ中継するものであるが、絶縁フランジ４９を介して出力軸となるアダプタ５０と一体化されている。
Although the
上記の給電アダプタ４７は、上端がやや細くなった中空体である。トーチケーブル７の先端に圧着金具４４で固定されたクランプ５１を被せて締めつけると、導電線１２からクランプ５１を経て電力が供給される。トーチケーブル７が上アーム２内にある部分（図２を参照）では上アームと共に回転するが、手首作用部４から見れば回転はしていない。従って、給電アダプタ４７は、トーチケーブル７と共に第６軸に関して見れば非回転状態にある。
The
減速機出力部となるべき絶縁フランジ４９を介したアダプタ５０からは図６に示すように中継パワーケーブル５２が出され、ショックセンサ５３を迂回して溶接用トーチに向けられる。上記した給電アダプタ４７と給電シャフト４８とは摺接状態を形成するように、前者の下端部が後者の上端開口内に嵌め込まれるが、これだけでは確実な通電が達成されないので、以下の配慮も払われる。
As shown in FIG. 6, the
図５を参照して、まず給電シャフト４８の中心部には円柱状の空所５４が形成される。これには、スプリング材５５と押込みコーン５６と給電ブラシ５７が収容される。給電アダプタ４７と給電シャフト４８との間の給電ブラシ５７がスプリング材５５の弾発力によって付勢されると、給電アダプタ４７に摺接している給電シャフト４８への通電性が向上される。
Referring to FIG. 5, first, a
このようなスリップ式給電機構によれば、第６軸の回転もその場で吸収され、この軸においても回転による捩れがワイヤコンジット１８や溶接ワイヤ８に及ぶことはなくなる。なお、シールドガスはトーチケーブル７を流通する場合と同様に、給電アダプタ４７や給電シャフト４８内においても、その内面とワイヤコンジット１８の外面との空隙部をたどって、またショックセンサ５３のケーシング内を通過して溶接用トーチに供給される。
According to such a slip-type power feeding mechanism, the rotation of the sixth shaft is absorbed on the spot, and the twist due to the rotation does not reach the
このように第４軸以降にスリップ式給電機構が２か所も設けられることになれば、回転を生じさせる軸が存在しても、その回転による影響がトーチケーブルに及ぶことがない。ワイヤコンジットに曲げが作用するのは避けられないが、捩じりが掛からなければ溶接ワイヤをワイヤコンジット中で余裕を持たせておく必要もほとんどないわけであり、しかもワイヤ送給装置による送給速度の安定は保たれやすくなる。給電チップから送出されるワイヤ量も安定し、またその出口でのブレも生じにくくなる。溶接線への狙い精度は高まり、溶融量の安定も図られ、溶接品質の向上におおいに寄与する。 If two slip-type power feeding mechanisms are provided after the fourth shaft in this way, even if there is a shaft that causes rotation, the effect of the rotation does not reach the torch cable. It is inevitable that bending acts on the wire conduit, but if the twist is not applied, there is almost no need to leave the welding wire free in the wire conduit. Speed stability is easily maintained. The amount of wire delivered from the power feed tip is also stable, and blurring at the outlet is less likely to occur. The aiming accuracy of the weld line is increased, the amount of melting is stabilized, and it contributes to the improvement of welding quality.
ちなみに、溶接用トーチ３の動きを以下に説明する。第６軸駆動モータ４１の動力はギヤー４２，４３を介して減速機２２に伝えられ、その出力部４９の回転が溶接用トーチを回転させる。すなわち、溶接用トーチ３の回転は第６軸の回転そのものとなる。それゆえ、第６軸の回転によって図１や図７中の矢印５８，５９の動きが得られ、他の関節の動きと組み合わせると雑多な半径に対応した内法溶接をはじめとして外法溶接についても簡単に行えるようになる。
Incidentally, the movement of the
図８は第６軸におけるスリップ式給電機構の異なる駆動構造を表したもので、スリップ式給電機構自体は図５のそれと何ら変わりがない。図５の構成の場合の動きは上記したが、図８の場合は以下のようになる。符号６０自体が第６軸であり、図示しない第６軸駆動モータによって回転が与えられる。この場合、スリップ式給電機構を含めて溶接用トーチが軸線６０ｓを中心に振れ回る運動をさせるようになっている。第６軸６０の直下には第７軸用とでもいうべき駆動モータ６１が装着され、その動力がプーリベルト６２を介して減速機２２に伝えられるようになっている。
FIG. 8 shows a different drive structure of the slip-type power feeding mechanism on the sixth axis, and the slip-type power feeding mechanism itself is not different from that of FIG. Although the movement in the case of the configuration of FIG. 5 has been described above, the movement in the case of FIG. 8 is as follows.
従って、溶接用トーチは減速機軸２２ｓを自転中心とし、第６軸６０を公転中心とした運動が可能となる。このような場合であっても、本発明に係る溶接ワイヤの供給機構を適用するにつけ何らの支障が生じることはない。ちなみに、駆動モータ６１の稼働を拘束するか搭載しなければ、溶接用トーチに公転だけをさせることもできる。
Therefore, the welding torch can move about the
図９は溶接ワイヤ送給装置６４が上アーム２内に装着された例である。図１の場合の配置と対比すれば分かるように減速機１７の下流側に位置するに過ぎず、給電ドラム２５と減速機１７の位置関係に変更はない。この図９のようなレイアウトすれば、上アーム２内のトーチケーブル７は短くなること当然であり、それによってトーチケーブル７と溶接ワイヤ８との相対的なずれやブレが生じたとしてもより一層僅かとなる。もちろん、溶接ワイヤのトーチケーブル内における遊び量も減り、溶接品質を上げるためのワイヤ先端の送り精度（送給の安定）を高めるのにも都合がよくなる。このようなロボット１Ａの外観は図１０のごとくスマートに纏められる。
FIG. 9 shows an example in which the
ちなみに、給電や送気機能を持たない溶接ワイヤ送給装置６４が減速機１７とトーチケーブル７との間に入ることになるので、図１１のような中継のための手立てが講じられる。それはガスバイパスパイプ６５やパワーバイパスケーブル６６の導入であり、溶接ワイヤ送給装置６４での短絡や漏気が生じないようにされる。図１１の（ａ）を参照して、溶接ワイヤ送給装置６４の上流側は通電軸２７であり、下流側はトーチケーブル７となっている。
Incidentally, since the welding
通電軸２７には図２の場合と同じようにワイヤコンジット１８（図１１の（ｂ）を参照）との間に送気通路があるので、上流側コネクタ６７に設けた導出ポート６７ａとトーチケーブル７に取りつけられた下流側コネクタ６８の導入ポート６８ａとの間に、上記したガスバイパスパイプ６５が接続される。
As in the case of FIG. 2, the energizing
一方、通電軸２７に取りつけられた上流側コネクタ６７とトーチケーブル７に取りつけられた下流側コネクタ６８との間に、図１１の（ｃ）のような構造によってパワーバイパスケーブル６６が接続される。溶接ワイヤ送給装置６４に短絡しないように、上流側コネクタ６７と溶接ワイヤ送給装置６４との間には絶縁部材６９（図１１の（ｂ）を参照）が介装される。なお、図示しなが、下流側コネクタ６８とトーチケーブル７との接続は、図４で説明した構造に準じたものとしておけばよい。
On the other hand, the
このように溶接ワイヤ送給装置を上アームに内装することにして、その装着が可能な構造が達成されると、上アームの回転に伴う溶接ワイヤ送給装置の回転がトーチケーブルの回転と溶接ワイヤの回転を同調させるように働き、トーチケーブル内での溶接ワイヤの捩れや摩擦抵抗の可及的な排除がなされ、溶接ワイヤの送りの安定を一層増長させることができる。なお、以上までの説明は、いずれにおいても６軸のマニピュレータを用いた場合を例にしたが、それにかぎらず３以上の関節を備えたロボットにも適用可能である。 As described above, when the welding wire feeding device is installed in the upper arm and a structure capable of being mounted is achieved, the rotation of the welding wire feeding device accompanying the rotation of the upper arm causes the rotation of the torch cable and the welding. It works to synchronize the rotation of the wire, and torsion of the welding wire and frictional resistance in the torch cable are eliminated as much as possible, so that the stability of feeding of the welding wire can be further increased. In the above description, the case of using a 6-axis manipulator is used as an example in any case, but the present invention can be applied to a robot having three or more joints.
１ アーク溶接ロボット
２ 上アーム
３ 溶接用トーチ
４ 手首作用部（第６軸）
５ 傾動作用部（第５軸）
６ 回転作用部（第４軸）
７ トーチケーブル
８ 溶接ワイヤ
１０ シールドガス
１１ ガスホース
１２ 導電線
１４ 溶接ワイヤ送給装置
１７ ハーモニック減速機（第４軸の）
１８ ワイヤコンジット
１９ 残余空間
２１ 減速機（第５軸の）
２２ 減速機（第６軸の）
２５ 給電ドラム
２６ 給電ブラシ
２７ 通電軸
３１ 挿通孔
３５ ガス導入ポート
３７ 送気通路
４７ 給電アダプタ
４８ 給電シャフト
５５ スプリング材
５７ 給電ブラシ
1
5 Tilt action part (5th axis)
6 Rotating action part (4th axis)
7
18
22 Reducer (sixth axis)
25
Claims (2)
前記溶接ワイヤ送給装置が前記上アームの基部端に装着され、
前記溶接ワイヤ送給装置から送出された溶接ワイヤが上アームの長手方向軸線に沿ってトーチケーブルに挿入されてこのトーチケーブルが上アーム内を長手方向に延ばされるように配線され、傾動作用部の空隙を経て溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とするアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。 A wrist action part that rotates by attaching a welding torch, a tilt action part that tilts the wrist at the tip of the upper arm, and a rotation action part that rotates the upper arm about the arm longitudinal axis are provided. A welding wire that is driven by a motor through a speed reducer, a welding wire feeding device is attached to the upper arm and is sent out from the welding wire feeding device, a wire conduit that guides the welding wire through the welding wire, and a shielding gas A gas hose that feeds air at the outer periphery of the wire conduit, and a torch cable that covers the outer periphery of the gas hose so that the conductive wires that supply power for welding are substantially concentric with the outer periphery of the gas hose In the welding wire supply mechanism in the arc welding robot deployed toward the
The welding wire feeder is attached to the base end of the upper arm;
The welding wire delivered from the welding wire feeder is inserted into the torch cable along the longitudinal axis of the upper arm, and the torch cable is wired so as to extend in the longitudinal direction in the upper arm. A welding wire supply mechanism in an arc welding robot, wherein the welding wire is arranged so as to reach a welding torch through a gap.
前記トーチケーブルが前記傾動作用部の空隙を経て前記手首作用部内を挿通して前記溶接用トーチに至るように配設されていることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接ロボットにおける溶接ワイヤの供給機構。
The welding torch is attached to the tip of the wrist acting part;
2. The welding wire of the arc welding robot according to claim 1, wherein the torch cable is arranged so as to pass through the wrist acting portion through the gap of the tilting portion and reach the welding torch. Supply mechanism.
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