JP2010214525A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルが断線したり、ケーブルが隣接する機器に干渉したりするのを防止できるロボットを提供すること。
【解決手段】ケーブル５０、５１が接続される溶接ハンド１０と、ケーブル５０、５１を支持しつつ溶接ハンド１０の３次元空間上の位置および姿勢を変化させるアーム２０と、を有する。アーム２０は、複数の腕部２２〜２６で構成された多軸アームであり、溶接ハンド１０と最先端の腕部である第５腕部２６とは第６回転軸２６１で回転可能に連結され、第５腕部２６と最先端から２番目の腕部である第４腕部２５とは、第５回転軸２５１で回転可能に連結される。溶接ハンド１０と第５腕部２６との連結部分には、ケーブル５０、５１を支持する第１ケーブル保持部３０が第６回転軸２６１で揺動自在に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットに関する。詳しくは、自動車の製造工程で用いられるロボットに関する。

従来より、自動車の製造工程では、ロボットを用いてワークを抵抗溶接することが行われている。
図１３（ａ）は、本発明の従来例に係るロボット１０１の動作を示す図である。
このロボット１０１は、例えば、６軸であり、ケーブル１５０が接続された溶接ハンド１１０と、この溶接ハンド１１０の３次元空間上の位置および姿勢を変化させるアーム１２０と、アーム１２０の中間に設けられてケーブル１５０を保持する第１ケーブル保持部１３０と、アーム１２０の基端側に設けられてケーブル１５０を保持する第２ケーブル保持部１４０と、を備える（特許文献１参照）。

アーム１２０は、図示しない基部および第１腕部の他、第２腕部１２３、第３腕部１２４、第４腕部１２５、および、第５腕部１２６を備える。

第４腕部１２５は、長尺状であり、第３腕部１２４に軸支される。第４腕部１２５は、第３腕部２４の延出方向に延びる第４回転軸１６１で回転する。
第５腕部１２６は、長尺状であり、第４腕部１２５に軸支される。第５腕部１２６は、第４腕部１２５の延出方向に交差する方向に延びる第５回転軸１６２で回転する。これにより、第４腕部１２５の延出方向と第５腕部１２６の延出方向との成す角度が変化する。

溶接ハンド１１０は、第５腕部１２６に軸支される。この溶接ハンド１１０は、第５腕部２６の延出方向に延びる第６回転軸１６３で回転する。
溶接ハンド１１０は、開閉可能に設けられた一対の溶接電極１１３、１１４と、この一対の溶接電極１１３、１１４を開閉する駆動機構１１５と、を備える。

第１ケーブル保持部１３０は、アーム１２０の途中、具体的には、第５腕部１２６の基端側に固定されている。
第２ケーブル保持部１４０は、ケーブル１５０が前方に引っ張られると、このケーブル１５０を保持した部分が前方にスライドする機構である。

特開２００１−１５０３８２号公報

ところで、以上のロボット１０１は、例えば、以下のように動作する。
すなわち、初期状態として、図１３（ａ）に示すように、第３腕部１２４、第４腕部１２５、および第５腕部１２６の延出方向が水平かつ一直線上になるように配置し、第５回転軸１６２を水平方向とする。また、溶接ハンド１１０の駆動機構１１５の突出方向を上方とし、第１ケーブル保持部１３０の位置を上方とする。この状態では、ケーブル１５０のうち第２ケーブル保持部１４０から第１ケーブル保持部１３０に至る部分、および、第１ケーブル保持部１３０から溶接ハンド１１０に至る部分は、垂れ下がっている。

まず、図１３（ｂ）に示すように、第５腕部１２６を第５回転軸１６２で下方に９０°回転させる。すると、溶接ハンド１１０の駆動機構１１５の突出方向は、第５回転軸１６２の前方つまり第４腕部１２５と反対側となる。これに伴い、溶接ハンド１１０のケーブル１５０の保持位置も第５回転軸１６２の前方に移動する。この状態では、ケーブル１５０のうち第１ケーブル保持部１３０から溶接ハンド１１０に至る部分が大きく垂れ下がることになるので、ロボット１０１に隣接する機器に干渉するおそれがある。

次に、図１３（ｃ）に示すように、第４腕部１２５を第４回転軸１６１で３６０°回転させる。すると、第３腕部１２４の上方に位置する第２ケーブル保持部１４０から延びるケーブル１５０は、一旦、第３腕部１２４の下方を通って、再び第３腕部１２４の上方を通り、第１ケーブル保持部１３０に至ることになる。この状態では、ケーブル１５０の曲率が大きくなるので、ケーブル１５０が第３腕部１２４や第４腕部１２５に巻き付いて擦れてしまう。その結果、ケーブル１５０が断線するおそれがある。

次に、図１３（ｄ）に示すように、溶接ハンド１１０を第６回転軸１６３で１８０°回転させる。すると、溶接ハンド１１０の駆動機構１１５の突出方向は、第５回転軸１６２の後方つまり第４腕部１２５側となる。この状態では、ケーブル１５０が溶接ハンド１１０に巻き付いて擦れてしまい、ケーブル１５０が断線するおそれがある。

本発明は、ケーブルが断線したり、ケーブルが隣接する機器に干渉したりするのを防止できるロボットを提供することを目的とする。

本発明のロボットは、ケーブル（例えば、後述のケーブル５０、分岐ケーブル５１）が接続されるハンド（例えば、後述の溶接ハンド１０）と、前記ケーブルを支持しつつ前記ハンドの３次元空間上の位置および姿勢を変化させるアーム（例えば、後述のアーム２０）と、を有し、当該アームは、複数の腕部（例えば、後述の第１腕部２２、第２腕部２３、第３腕部２４、第４腕部２５、第５腕部２６）で構成された多軸アームであり、前記ハンドと最先端の腕部（例えば、後述の第５腕部２６）とは、当該最先端の腕部の延出方向に沿って延びる第１の回転軸（例えば、後述の第６回転軸２６１）で回転可能に連結され、前記最先端の腕部と最先端から２番目の腕部（例えば、後述の第４腕部２５）とは、当該最先端から２番目の腕部の延出方向に交差する方向に延びる第２の回転軸（例えば、後述の第５回転軸２５１）で回転可能に連結されるロボット（例えば、後述のロボット１）であって、前記ハンドと前記最先端の腕部との連結部分には、前記ケーブルを支持するケーブル保持部（例えば、後述の第１ケーブル保持部３０）が前記第１の回転軸で揺動自在に設けられることを特徴とする。

この発明によれば、ハンドと最先端の腕部との連結部分に、前記ケーブルを支持するケーブル保持部を第１の回転軸で揺動自在に設けた。
よって、例えば、最先端の腕部および最先端から２番目の腕部を、延出方向が水平かつ一直線上になるように配置し、さらに、第２の回転軸を水平方向とする。そして、この状態から、最先端の腕部を第２の回転軸で下方に９０°回転させ、さらに、ハンドを第１の回転軸で回転させても、このハンドの回転に伴ってケーブル保持部が揺動するから、従来のようにケーブルをアームに固定した場合に比べて、ケーブルがハンドやアームに巻き付いて擦れることがない。よって、ケーブルが断線するのを防止できる。

この場合、前記ケーブルは、前記アームの基端側から延びて、前記ケーブル保持部の前記アーム基端側に至ることが好ましい。

この発明によれば、ケーブルを、アームの基端側から延びてケーブル保持部のアーム基端側に至るようにした。よって、ケーブルに弛みが生じて、ケーブルがハンドやアームに巻き付いて擦れるのを防止できる。

この場合、前記ケーブル保持部は、前記ハンドと最先端の腕部との連結部分に揺動自在に設けられる基部と、当該基部にブラケットを介して設けられて前記ケーブルを保持する保持部（例えば、後述のメイン保持部３３）と、を備え、前記保持部の位置は、前記第１の回転軸からオフセットしていることが好ましい。

この発明によれば、保持部の位置を第１の回転軸からオフセットさせた。よって、アームの先端側でケーブルを保持することになるので、従来のようにアームの途中でケーブルを保持した場合に比べて、ケーブルを保持する間隔を長くできる。よって、最先端から２番目の腕部を旋回させても、ケーブルの曲率が従来よりも小さくなるので、ケーブルが最先端から２番目の腕部に巻き付いて擦れるのを防止できる。よって、ケーブルが断線するのを防止できる。

この場合、前記保持部の位置は、前記ハンドと最先端の腕部との連結部分から前記最先端の腕部側にオフセットしていることが好ましい。

この発明によれば、保持部の位置を、ハンドと最先端の腕部との連結部分から最先端の腕部側にオフセットさせた。よって、従来のようにアームの途中でケーブルを保持した場合に比べて、ケーブル保持部からハンドに至るケーブルが大きく垂れ下がるのを抑制できる。よって、このケーブルがロボットに隣接する機器に干渉するのを防止できる。

本発明によれば、従来のようにケーブルをアームに固定した場合に比べて、ケーブルがハンドやアームに巻き付いて擦れることがない。よって、ケーブルが断線するのを防止できる。

本発明の一実施形態に係るロボットの側面図である。 前記実施形態に係るロボットの上面図である。 前記実施形態に係るロボットの第１ケーブル保持部の斜視図である。 前記実施形態に係るロボットの第２ケーブル保持部の斜視図である。 前記実施形態に係るロボットの動作を説明するための図（その１）である。 前記実施形態に係るロボットの動作を説明するための図（その２）である。 前記実施形態に係るロボットの動作を説明するための図（その３）である。 前記実施形態に係るロボットの動作を説明するための図（その４）である。 前記実施形態に係るロボットの第１ケーブル保持部の動作を説明するための図（その１）である。 前記実施形態に係るロボットの第１ケーブル保持部の動作を説明するための図（その２）である。 前記実施形態に係るロボットの動作を説明するための図（その５）である。 本発明の変形例に係るロボットの第２ケーブル保持部の斜視図である。 本発明の従来例に係るロボットの動作を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るロボット１の側面図である。図２は、ロボット１の上面図である。
ロボット１は、自動車の製造工程で抵抗溶接を行うロボットである。このロボット１は、制御装置２により制御される。

ロボット１は、６軸であり、ケーブル５０、５１が接続された溶接ハンド１０と、この溶接ハンド１０の３次元空間上の位置および姿勢を変化させるアーム２０と、溶接ハンド１０とアーム２０との連結部分に設けられてケーブル５０、５１を保持するケーブル保持部としての第１ケーブル保持部３０と、アーム２０の上面に設けられてケーブル５０を保持する第２ケーブル保持部４０と、を備える。

アーム２０は、床面に固定された図示しない基部、第１腕部２２、第２腕部２３、第３腕部２４、第４腕部２５、および、第５腕部２６を備える。

第１腕部２２は、長尺状であり、基部に軸支される。この第１腕部２２は、略鉛直方向に延びる第１回転軸２２１で回転する。

第２腕部２３は、第１腕部２２に軸支される。この第２腕部２３は、第１腕部２２の延出方向に交差する方向に延びる第２回転軸２２１で回転する。これにより、第１腕部２２の延出方向と第２腕部２３の延出方向との成す角度が変化する。

第３腕部２４は、長尺状であり、第２腕部２３に軸支される。第３腕部２４は、第２腕部２３の延出方向に延びる第３回転軸２３１で回転する。

第４腕部２５は、長尺状であり、第３腕部２４に軸支される。第４腕部２５は、第３腕部２４の延出方向に延びる第４回転軸２４１で回転する。

第５腕部２６は、長尺状であり、第４腕部２５に軸支される。第５腕部２６は、第４腕部２５の延出方向に交差する方向に延びる第５回転軸２５１で回転する。これにより、第４腕部２５の延出方向と第５腕部２６の延出方向との成す角度が変化する。
第５腕部２６の先端フランジ面には、第１接続部２７が取り付けられている。

溶接ハンド１０は、第５腕部２６に軸支される。この溶接ハンド１０は、第５腕部２６の延出方向に延びる第６回転軸２６１で回転する。
溶接ハンド１０は、基部１１と、この基部１１に設けられて第１接続部２７に接続可能な第２接続部１２と、基部１１に開閉可能に設けられた一対の溶接電極１３、１４と、基部１１に設けられて一対の溶接電極１３、１４を開閉する駆動機構１５と、を備える。
駆動機構１５は、第６回転軸２６１から離れる方向に突出している。

この溶接ハンド１０によれば、駆動機構１５を駆動して、溶接電極１３、１４でワークを挟持し、その後、溶接電極１３、１４間に通電することで、ワークを抵抗溶接できる。

図３は、第１ケーブル保持部３０の斜視図である。
第１ケーブル保持部３０は、第５腕部２６と溶接ハンド１０との連結部分に設けられた基部３１と、この基部３１にブラケット３２を介して設けられた保持部としてのメイン保持部３３と、基部３１にブラケット３４を介して設けられた一対のサブ保持部３５と、を備える。

基部３１は、円環状であり、第５腕部２６の先端フランジ面と溶接ハンド１０の第１接続部２７との間に設けられている。この基部３１は、第６回転軸２６１を回転軸として所定の角度の範囲内で揺動自在に設けられている。具体的には、この基部３１は、第５腕部２６の先端フランジ面に同期して回転するが、回転方向の外力が加わると、第５腕部２６の先端フランジ面に対して回転して、所定の角度の範囲内で第５腕部２６の先端フランジ面に対して位相がずれるようになっている。

メイン保持部３３のブラケット３２は、第６回転軸２６１に離れる方向に向かって円環状の基部３１の外周部から延びる第１ブラケット３２１と、この第１ブラケット３２１から第６回転軸２６１に沿って第５腕部２６側に延びる第２ブラケット３２２と、を備える。
メイン保持部３３は、円筒形状であり、第２ブラケット３２２の先端に設けられる。このメイン保持部３３には、ケーブル５０が挿通されて保持される。

これにより、メイン保持部３３の位置は、基部３１の回転軸である第６回転軸２６１からオフセットしており、また、溶接ハンド１０と第５腕部２６との連結部分から第５腕部２６側にオフセットしている（図１参照）。

一対のサブ保持部３５のブラケット３４は、それぞれ、第６回転軸２６１から離れる方向に向かって円環状の基部３１の外周部から延びる。
サブ保持部３５は、ブラケット３４の先端に設けられる。このサブ保持部３５には、ケーブル５１が挿通されて保持される。

ここで、図２に示すように、一対のサブ保持部３５同士の相関位置は、第６回転軸２６１を挟んで互いに反対側となっている。また、メイン保持部３３と一対のサブ保持部３５との相関位置は、一対のサブ保持部３５および第６回転軸２６１を通る直線と、メイン保持部３３から第６回転軸２６１に至る直線とが直交するようになっている。

以上の第１ケーブル保持部３０では、メイン保持部３３が溶接ハンド１０の駆動機構１５の直上に位置した状態（つまり図２に示す状態）を第１ケーブル保持部３０の基準位置とすると、第１ケーブル保持部３０の基部３１は、この基準位置から±４５°の範囲内で揺動自在となっている。

図４は、第２ケーブル保持部４０の斜視図である。
第２ケーブル保持部４０は、第４腕部２５の上面にこの第４腕部２５の延出方向に沿って設けられたスライドレール４１と、このスライドレール４１上を移動するスライド部４２と、スライド部４２上に設けられてケーブル５０を保持する保持部４３と、を備える。
この第２ケーブル保持部４０では、ケーブル５０が前方に引っ張られると、スライド部４２がスライドレール４１に沿って移動する。

ケーブル５０、５１は柔軟性を有する円筒形状であり、このケーブル５０の内部には、図示しない溶接電源から溶接電極１３、１４に至る、電力を供給するための配線、制御装置２から駆動機構１５に至る、駆動機構１５を制御するための配線などがまとめて収容されている。

このケーブル５０は、第２ケーブル保持部４０の保持部４３の基端側から先端側に向かって貫通し、第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３のアーム２０基端側に至る。そして、このメイン保持部３３の先端側で２つの分岐ケーブル５１に分岐されて、分岐された各分岐ケーブル５１は、それぞれ、サブ保持部３５に至る。

このロボット１は、例えば、以下のように動作する。
すなわち、初期状態として、図５に示すように、第３腕部２４、第４腕部２５、および第５腕部２６を、延出方向が水平かつ一直線上になるように配置し、さらに、第５回転軸２５１を水平方向とする。また、溶接ハンド１０の駆動機構１５の突出方向を上方とし、第１ケーブル保持部３０の位置を基準位置つまり上方とする。
この状態では、第２ケーブル保持部４０から延びるケーブル５０は、第３腕部２４および第４腕部２５の上方を通って、第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３に至っている。

まず、図６に示すように、第５腕部２６を第５回転軸２５１で下方に９０°回転させる。すると、溶接ハンド１０の駆動機構１５の突出方向は、第５回転軸２５１の前方つまり第４腕部２５と反対側となる。これに伴い、メイン保持部３３も第５回転軸２５１の前方に移動するため、ケーブル５０が引っ張られて、第２ケーブル保持部４０の保持部４３は、前進することになる。

この状態では、以下のような効果がある。
（１）第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３の位置を溶接ハンド１０と第５腕部２６との連結部分から第５腕部２６側にオフセットさせたので、従来のように第５軸近傍でケーブルを保持した場合に比べて、第１ケーブル保持部３０から溶接ハンド１０に至るケーブル５０が大きく垂れ下がるのを抑制できる。よって、このケーブル５０がロボット１に隣接する機器に干渉するのを防止できる。

（２）ケーブル５０を、第２ケーブル保持部４０の保持部４３から延びて第１ケーブル保持部３０のアーム２０基端側に至るようにしたので、ケーブル５０に弛みが生じて、ケーブル５０が溶接ハンド１０やアーム２０に巻き付いて擦れるのを防止できる。

次に、図７に示すように、第４腕部２５を第４回転軸２４１で３６０°回転させる。すると、第３腕部２４の上方に位置する第２ケーブル保持部４０から延びるケーブル５０は、一旦、第３腕部２４の下方を通って、再び第３腕部２４の上方に至り、第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３に至ることになる。

この状態では、以下のような効果がある。
（３）第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３の位置を第６回転軸２６１からオフセットさせたので、従来のように第５軸近傍でケーブルを保持した場合に比べて、第２ケーブル保持部４０から第１ケーブル保持部３０までの距離を長くできる。よって、第４腕部２５を第４回転軸２４１で３６０°回転させても、ケーブル５０の曲率が従来よりも小さくなるので、ケーブル５０が第３腕部２４または第４腕部２５に巻き付いて擦れるのを防止できる。よって、ケーブル５０が断線するのを防止できる。

次に、図８に示すように、溶接ハンド１０を第６回転軸２６１で１８０°回転させる。
具体的には、溶接ハンド１０を回転させてゆくと、第１ケーブル保持部３０も同期して回転し、図９に示すように、メイン保持部３３は、第４腕部２５あるいは第３腕部２４に当接する。その後、さらに溶接ハンド１０を回転させると、図１０に示すように、第１ケーブル保持部３０は回転せずに溶接ハンド１０のみが回転し、溶接ハンド１０の駆動機構１５の突出方向は、第５回転軸２５１の後方つまり第４腕部２５側となる。つまり、この状態では、第１ケーブル保持部３０は、基準位置からずれて、溶接ハンド１０に対して位相がずれることになる。

この状態では、以下のような効果がある。
（４）第１ケーブル保持部３０を溶接ハンド１０と第５腕部２６との連結部分に揺動自在に設けたので、溶接ハンド１０を第６回転軸２６１で１８０°回転させても、従来のようにケーブルを第５腕部に固定した場合に比べて、ケーブル５０が溶接ハンド１０やアーム２０に巻き付いて擦れるのを防止できる。よって、ケーブル５０が断線するのを防止できる。

（５）第１ケーブル保持部３０が溶接ハンド１０に対して位相がずれる構造であるため、従来に比べて、溶接ハンド１０の回転範囲の規制を緩和して、溶接ハンド１０の作動範囲を広くできる。

また、図５に示す初期状態から、図１１に示すように、第４腕部２５を第４回転軸２４１で３６０°回転させる。すると、第３腕部２４の上方に位置する第２ケーブル保持部４０から延びるケーブル５０は、一旦、第３腕部２４の下方を通って、再び第３腕部２４の上方に至り、第１ケーブル保持部３０のメイン保持部３３に至ることになる。これに伴い、ケーブル５０が引っ張られて、第２ケーブル保持部４０の保持部４３は、前進することになる。

この状態でも、上述の（３）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明では、第２ケーブル保持部４０Ａは、第４腕部２５の上面にこの第４腕部２５の延出方向に沿って設けられたスライドレール４１と、このスライドレール４１上を移動するスライド部４２と、スライド部４２上に設けられてケーブル５０を保持する保持部４３と、ケーブル５０が挿通される蛇腹円筒形状のカバー部４４と、第４腕部２５の上面に設けられてカバー部４４を保持する保持部４５と、を備える。
この第２ケーブル保持部４０Ａでは、ケーブル５０が前方に引っ張られると、スライド部４２がスライドレール４１に沿って移動する。

１ ロボット
１０ 溶接ハンド
２０ アーム
２２ 第１腕部
２３ 第２腕部
２４ 第３腕部
２５ 第４腕部
２６ 第５腕部
３０ 第１ケーブル保持部（ケーブル保持部）
３３ メイン保持部（保持部）
５０ ケーブル
５１ 分岐ケーブル

Claims (4)

1. ケーブルが接続されるハンドと、前記ケーブルを支持しつつ前記ハンドの３次元空間上の位置および姿勢を変化させるアームと、を有し、
   当該アームは、複数の腕部で構成された多軸アームであり、
   前記ハンドと最先端の腕部とは、当該最先端の腕部の延出方向に沿って延びる第１の回転軸で回転可能に連結され、
   前記最先端の腕部と最先端から２番目の腕部とは、当該最先端から２番目の腕部の延出方向に交差する方向に延びる第２の回転軸で回転可能に連結されるロボットであって、
   前記ハンドと前記最先端の腕部との連結部分には、前記ケーブルを支持するケーブル保持部が前記第１の回転軸で揺動自在に設けられることを特徴とするロボット。
2. 請求項１に記載のロボットにおいて、
   前記ケーブルは、前記アームの基端側から延びて、前記ケーブル保持部の前記アーム基端側に至ることを特徴とするロボット。
3. 請求項１または２に記載のロボットにおいて、
   前記ケーブル保持部は、前記ハンドと最先端の腕部との連結部分に揺動自在に設けられる基部と、当該基部にブラケットを介して設けられて前記ケーブルを保持する保持部と、を備え、前記保持部の位置は、前記第１の回転軸からオフセットしていることを特徴とするロボット。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のロボットにおいて、
   前記保持部の位置は、前記ハンドと最先端の腕部との連結部分から前記最先端の腕部側にオフセットしていることを特徴とするロボット。

Images