JP2013198910A - 部品の搬送および結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スタッドボルトのような部品を搬送し、加圧をともなう加工を行う際に、高速移動性と耐荷重性とを両立させることのできる、部品の搬送および結合装置を提供すること。
【解決手段】部品の搬送および結合装置１、２は、スタッドボルト５を待機位置３から結合位置４へ搬送し、ワーク６に結合する装置であって、装置本体１０と、スタッドボルト５を保持する３つ爪クランプユニット２０と、装置本体１０に支持され、３つ爪クランプユニット２０を待機位置３から結合位置４へ移動させるクモ脚型ロボット３０と、結合位置４にてスタッドボルト５をワーク６に対して加圧する加圧ユニット４０と、を備え、加圧ユニット４０による加圧の反力を、クモ脚型ロボット３０から独立して装置本体１０が受けるように、加圧ユニット４０は、装置本体１０に支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品の搬送および結合装置に関する。詳しくは、スタッド溶接機において部品としてのスタッドボルトを待機位置から溶接位置まで搬送し、溶接位置にて加圧し溶接する、部品の搬送および結合装置に関する。

従来から、例えば、車体の板金部品にボルトを取り付ける際、スタッド溶接機が用いられる。スタッド溶接機において加圧機構を備えた溶接ヘッドは、多関節ロボットに搭載される。この場合、溶接ヘッドの先端までボルトを送る送給装置をさらに備えるのが一般的である。

このようなスタッド溶接機の場合、送給装置は、１種類のボルトしか送給することができない。そのため、例えば、サイズが異なるボルトを溶接する際には、ボルトのサイズごとに送給装置を用意するか、あるいは、送給装置を使用しないか、いずれかである。

ボルトのサイズごとに送給装置を用意する場合は、投資コストが過大となる。
これに対して、送給装置を使用しない場合は、投資コストを抑制しながら、異なるサイズのボルトに対応することができる。

特開２０００−３０１３４２号公報

しかしながら、送給装置を使用しないスタッド溶接機の場合、加工の都度、多関節ロボットがスタッドボルトを待機位置まで取りに行って溶接位置まで搬送する必要がある。そのため、多関節ロボットの空走時間を含む移動時間が増加し、生産性が低下する。

一方、対象物を高速で移動させて軽微な作業を行うことに特化した搬送機は、従来から知られている。スタッドボルトのような軽量の部品であれば、このような搬送機で移動させる対象物になり得る。

ところが、このような搬送機の場合、スタッド溶接にともなう加圧の荷重に耐える耐荷重性を備えていない。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、スタッドボルトのような部品を搬送し、加圧をともなう加工を行う際に、高速移動性と耐荷重性とを両立させることができ、そのため、生産性を犠牲にすることなく、複数種類の部品を搬送および結合することのできる、部品の搬送および結合装置を提供することを目的とする。

本発明の部品の搬送および結合装置（例えば、後述の部品の搬送および結合装置１、２）は、部品（例えば、後述のスタッドボルト５）を待機位置（例えば、後述の待機位置３）から結合位置（例えば、後述の溶接位置４）へ搬送し、ワーク（例えば、後述のワーク６）に結合する装置であって、装置本体（例えば、後述の装置本体１０）と、部品を保持する部品保持手段（例えば、後述の３つ爪クランプユニット２０）と、前記装置本体に支持され、前記部品保持手段を待機位置から結合位置へ移動させる搬送手段（例えば、後述のクモ脚型ロボット３０）と、結合位置にて部品をワークに対して加圧する加圧手段（例えば、後述の加圧ユニット４０）と、を備え、前記加圧手段による加圧の反力を、前記搬送手段から独立して前記装置本体が受けるように、前記加圧手段は、前記装置本体に支持される。

この発明によれば、加圧手段によるワークに対する加圧の反力を、搬送手段から独立して装置本体が受ける。すなわち、搬送手段は、ワークに対する加圧の反力を受けない。
そのため、搬送手段には、高速移動に特化した搬送手段を利用することが可能である。
これにより、搬送手段による部品の高速移動性と、加圧手段および装置本体によるワークに対する加圧の耐荷重性とを、両立させることができる。
したがって、生産性を犠牲にすることなく、複数種類の部品を搬送および結合することができる。

この場合、前記搬送手段は、各々が関節（例えば、後述の関節３１ｃ）を有する複数のアーム（例えば、後述のアーム３１）を備え、各アームは、前記装置本体から外方向に延在する第１アーム部材（例えば、後述の第１アーム部材３１ｂ）と、前記第１アーム部材の先端部から関節を介して内方向に延在する第２アーム部材（例えば、後述の第２アーム部材３１ｄ）とを備え、前記複数のアームが互いに協調して伸長・屈曲動作を行うことにより前記部品保持手段を移動させ、前記加圧手段は、前記複数のアームの内側の空間において前記装置本体から前記部品保持手段まで延在するロッド（例えば、後述の加圧ロッド４３）である。

この発明によれば、加圧手段は、搬送手段の複数のアームの内側の空間において、装置本体から部品保持手段まで延在するロッドである。
そのため、搬送手段の複数のアームの内側の空間を有効に利用することが可能である。
これにより、部品の搬送および結合装置の小型化を図ることができる。

本発明によれば、搬送手段による部品の高速移動性と、加圧手段および装置本体によるワークに対する加圧の耐荷重性とを、両立させることができ、したがって、生産性を犠牲にすることなく、複数種類の部品を搬送および結合することができる。

本発明の部品の搬送および結合装置の一実施形態を示す概念図である。 図１の装置の下部構造を示す概略的縦断概念図である。 本発明の部品の搬送および結合装置の他の実施形態を示す上部構造の概略的縦断概念図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の部品の搬送および結合装置１の一実施形態を示す概念図であり、この部品の搬送および結合装置１は、スタッド溶接機において部品としてのスタッドボルト５を待機位置３から結合位置としての溶接位置４まで搬送し、溶接位置４で電源８からの電圧の印加により、スタッドボルト５を、テーブル７上に置かれたワーク６に溶接する装置である。

図１、図２に示すように、部品の搬送および結合装置１は、装置本体１０と、スタッドボルト５を保持する部品保持手段としての３つ爪クランプユニット２０と、装置本体１０に支持され、３つ爪クランプユニット２０を待機位置３から溶接位置４へ移動させる搬送手段としてのクモ脚型ロボット３０と、溶接位置４にてスタッドボルト５をワーク６に対して加圧する加圧手段としての加圧ユニット４０と、を備える。
加圧ユニット４０による加圧の反力を、クモ脚型ロボット３０から独立して装置本体１０が受けるように、加圧ユニット４０は、装置本体１０に支持される。

図１に示すように、装置本体１０は、スタッドボルト５をワーク６に対して溶接するのに適した位置であって、かつ、待機位置３にあるスタッドボルト５を取りに行くことが可能な、所定の位置に配置される。

図２に示すように、３つ爪クランプユニット２０は、上下方向に延びる軸線を有するユニット本体２１と、ユニット本体２１に、その軸線を中心として円周方向に互いに１２０°ずつ間隔を隔てて取り付けられた３つの爪２２（図２では２つのみ図示する。）と、ユニット本体２１内に設けられ、３つの爪２２を中心軸線に対して閉じたり開いたりするアクチュエータ（図示省略）と、を備える。
そのため、３つ爪クランプユニット２０は、小径のものから大径のものまで径が大きく異なるスタッドボルト５に対応することができる。

図１に示すように、クモ脚型ロボット３０は、装置本体１０に、上下方向に延びる軸線を中心として円周方向に互いに１２０°ずつ間隔を隔てて取り付けられた３本のアーム３１（図１では２本のみ図示する。）と、装置本体１０内に設けられ、３本のアーム３１を個別に駆動する３つのアーム駆動モータ３２と、を備える。

各アーム３１は、アーム駆動モータ３２に取り付けられる基部３１ａと、基部３１ａから外方向に延在する第１アーム部材３１ｂと、第１アーム部材３１ｂの先端部に設けられる関節３１ｃと、関節３１ｃから内方向に延在する第２アーム部材３１ｄと、第２アーム部材３１ｄの先端部どうしを一体に組み付ける組み付け部材３１ｅと、組み付け部材３１ｅの中心に取り付けられるガイドブッシュ３１ｆと、を備える。

各アーム３１の基部３１ａを、各アーム駆動モータ３２が個別に、しかも互いに協調して駆動することにより、クモ脚型ロボット３０の３本のアーム３１は、互いに協調して伸長・屈曲動作を行う。これにより、クモ脚型ロボット３０は、ガイドブッシュ３１ｆの位置を、希望する任意の位置へ自由に移動させることができる。

図１に示すように、加圧ユニット４０は、装置本体１０に取り付けられるユニバーサルベアリング４１と、ユニバーサルベアリング４１の中心に取り付けられるガイドブッシュ４２に沿って進退自在に設けられる加圧ロッド４３と、加圧ロッド４３を押圧するロッド加圧用シャフトモータ４４と、を備える。

加圧ロッド４３は、クモ脚型ロボット３０の３本のアーム３１の内側の空間において装置本体１０からガイドブッシュ３１ｆを通って延在する。加圧ロッド４３の下端部には、３つ爪クランプユニット２０が取り付けられる。

加圧ユニット４０は、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点として、この原点から加圧ロッド４３の下端部が延びる方向と、延びる長さとを管理する機能を備える。
そのため、加圧ユニット４０は、加圧ロッド４３の下端部に取り付けられた３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で認識する。

ロッド加圧用シャフトモータ４４は、駆動力を加圧ロッド４３に作用しないとき、加圧ロッド４３および３つ爪クランプユニット２０の重量を支えるのみである。そのため、このとき加圧ロッド４３の軸線方向にわずかな外力が加わると、加圧ロッド４３は、ユニバーサルベアリング４１の原点に対して自在に進退する。

ロッド加圧用シャフトモータ４４は、駆動力を加圧ロッド４３に作用するとき、ユニバーサルベアリング４１の原点から延びる加圧ロッド４３の長さを伸長させ、または短縮させる。これにより、ロッド加圧用シャフトモータ４４は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で所望の位置にもたらす。
ロッド加圧用シャフトモータ４４は、例えば、リニアモータで構成される。

次に、上記のように構成された部品の搬送および結合装置１の作用について説明する。
まず、溶接位置４にて溶接作業が終了すると、ロッド加圧用シャフトモータ４４は、駆動力を加圧ロッド４３に作用しない状態となる。

この状態で、クモ脚型ロボット３０の各アーム駆動モータ３２は、各アーム３１の基部３１ａを個別に、しかも互いに協調して駆動する。これにより、クモ脚型ロボット３０は、３つ爪クランプユニット２０をスタッドボルト５の待機位置３へ移動させる。
クモ脚型ロボット３０による溶接位置４から待機位置３への移動中に、つぎのようにして、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを調整する。

例えば、溶接位置４に比べて待機位置３が遠い場合は、待機位置３に近づくにつれて組み付け部材３１ｅのガイドブッシュ３１ｆがユニット本体２１を押し下げることにより、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを伸長させる。このとき、加圧ロッド４３および３つ爪クランプユニット２０は、ロッド加圧用シャフトモータ４４によってその重量を支えられているのみであるから、クモ脚型ロボット３０の軽くかつ高速の動きにも的確に追従して、移動する。

一方、移動中に、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを短縮させる場合は、ロッド加圧用シャフトモータ４４が駆動力を加圧ロッド４３に作用することにより、所望の長さに短縮させる。

加圧ユニット４０は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で認識して、待機位置３に正確に位置決めする。
待機位置３において、３つ爪クランプユニット２０のアクチュエータは、狙ったスタッドボルト５の位置で、３つの爪２２を中心軸線に対して閉じる。これにより、３つ爪クランプユニット２０は、そのスタッドボルト５を確実に掴む。

３つ爪クランプユニット２０がスタッドボルト５を掴んだら、クモ脚型ロボット３０の各アーム駆動モータ３２は、各アーム３１の基部３１ａを個別に、しかも互いに協調して駆動する。これにより、クモ脚型ロボット３０は、３つ爪クランプユニット２０をスタッドボルト５の溶接位置４へ移動させる。
クモ脚型ロボット３０による待機位置３から溶接位置４への移動中にも、上記のようにして、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを調整する。

加圧ユニット４０は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で認識して、溶接位置４に正確に位置決めする。
溶接位置４において、３つ爪クランプユニット２０が掴んでいるスタッドボルト５の底面と、テーブル７上に置かれたワーク６の表面との間に所要の間隙を保った状態で、電源８からスタッドボルト５とテーブル７との間に電圧を印加する。すると、スタッドボルト５とワーク６との間にアークが発生して、この部分が加熱、溶融される。
この溶融状態で、ロッド加圧用シャフトモータ４４が駆動力を加圧ロッド４３に作用することにより、３つ爪クランプユニット２０が掴むスタッドボルト５を、ワーク６に対して加圧する。これにより、スタッドボルト５とワーク６とは、互いに溶接される。

溶接が終了直後に、ロッド加圧用シャフトモータ４４が加圧と反対方向の駆動力を加圧ロッド４３に作用することにより、つぎの待機位置３への移動に備えて、加圧ロッド４３を加圧位置から所要長さ短縮させる。
以後、上記と同様の動作が繰り返される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）ロッド加圧用シャフトモータ４４が駆動して、加圧ロッド４３の下端部の３つ爪クランプユニット２０が掴むスタッドボルト５を、ワーク６に対して加圧するとき、この加圧の反力は、加圧ユニット４０を介して装置本体１０が受ける。すなわち、クモ脚型ロボット３０は、ワーク６に対する加圧の反力を受けない。
そのため、クモ脚型ロボット３０によるスタッドボルト５の高速移動性と、加圧ユニット４０および装置本体１０による耐荷重性とを、両立させることができる。
したがって、生産性を犠牲にすることなく、複数種類のスタッドボルト５を搬送および溶接することができる。

（２）加圧ユニット４０の加圧ロッド４３は、クモ脚型ロボット３０の３本のアーム３１の内側の空間において装置本体１０からガイドブッシュ３１ｆを通って延在する。加圧ロッド４３の下端部には、３つ爪クランプユニット２０が取り付けられる。
そのため、クモ脚型ロボット３０の３本のアーム３１の内側の空間を有効に利用することが可能である。
これにより、部品の搬送および結合装置１の小型化を図ることができる。

図３は、本発明の部品の搬送および結合装置の他の実施形態を示す上部構造の概略的縦断概念図である。
この部品の搬送および結合装置２において、加圧ユニット４０は、上記実施形態におけるロッド加圧用シャフトモータ４４に代えて、ロッド加圧用エアシリンダ４５を備える。この点を除き、この部品の搬送および結合装置２は、上記実施形態とほぼ同様のものであるので、同様の部分に上記実施形態で用いた符号と同一の符号を付けて示すことで、重複する説明を省略する。

ロッド加圧用エアシリンダ４５は、作動しないとき、加圧ロッド４３および３つ爪クランプユニット２０の重量を支えるのみである。そのため、このとき加圧ロッド４３の軸線方向にわずかな外力が加わると、加圧ロッド４３は、ユニバーサルベアリング４１の原点に対して自在に進退する。

ロッド加圧用エアシリンダ４５は、作動するとき、ユニバーサルベアリング４１の原点から延びる加圧ロッド４３の長さを伸長させ、または短縮させる。これにより、ロッド加圧用エアシリンダ４５は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で所望の位置にもたらす。

次に、上記のように構成された部品の搬送および結合装置２の作用について説明する。
まず、溶接位置４にて溶接作業が終了すると、ロッド加圧用エアシリンダ４５は、作動しない状態となる。

この状態で、クモ脚型ロボット３０の各アーム駆動モータ３２は、各アーム３１の基部３１ａを個別に、しかも互いに協調して駆動する。これにより、クモ脚型ロボット３０は、３つ爪クランプユニット２０をスタッドボルト５の待機位置３へ移動させる。
クモ脚型ロボット３０による溶接位置４から待機位置３への移動中に、つぎのようにして、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを調整する。

例えば、溶接位置４に比べて待機位置３が遠い場合は、待機位置３に近づくにつれて組み付け部材３１ｅのガイドブッシュ３１ｆがユニット本体２１を押し下げることにより、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを伸長させる。このとき、加圧ロッド４３および３つ爪クランプユニット２０は、ロッド加圧用エアシリンダ４５によってその重量を支えられているのみであるから、クモ脚型ロボット３０の軽くかつ高速の動きにも的確に追従して、移動する。

一方、移動中に、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを短縮させる場合は、ロッド加圧用エアシリンダ４５が作動することにより、所望の長さに短縮させる。

加圧ユニット４０は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で認識して、待機位置３に正確に位置決めする。
待機位置３において、３つ爪クランプユニット２０のアクチュエータは、狙ったスタッドボルト５の位置で、３つの爪２２を中心軸線に対して閉じる。これにより、３つ爪クランプユニット２０は、そのスタッドボルト５を確実に掴む。

３つ爪クランプユニット２０がスタッドボルト５を掴んだら、クモ脚型ロボット３０の各アーム駆動モータ３２は、各アーム３１の基部３１ａを個別に、しかも互いに協調して駆動する。これにより、クモ脚型ロボット３０は、３つ爪クランプユニット２０をスタッドボルト５の溶接位置４へ移動させる。
クモ脚型ロボット３０による待機位置３から溶接位置４への移動中にも、上記のようにして、原点から延びる加圧ロッド４３の長さを調整する。

加圧ユニット４０は、３つ爪クランプユニット２０の３つの爪２２の位置を、ユニバーサルベアリング４１の回転中心を原点とする空間座標上で認識して、溶接位置４に正確に位置決めする。
溶接位置４において、３つ爪クランプユニット２０が掴んでいるスタッドボルト５の底面と、テーブル７上に置かれたワーク６の表面との間に所要の間隙を保った状態で、電源８からスタッドボルト５とテーブル７との間に電圧を印加する。すると、スタッドボルト５とワーク６との間にアークが発生して、この部分が加熱、溶融される。
この溶融状態で、ロッド加圧用エアシリンダ４５が作動することにより、３つ爪クランプユニット２０が掴むスタッドボルト５を、ワーク６に対して加圧する。これにより、スタッドボルト５とワーク６とは、互いに溶接される。

溶接が終了直後に、ロッド加圧用エアシリンダ４５が加圧と反対方向に作動することにより、つぎの待機位置３への移動に備えて、加圧ロッド４３を加圧位置から所要長さ短縮させる。
以後、上記と同様の動作が繰り返される。

本実施形態によれば、上記（１）、（２）の効果と同様の効果がある。

１、２…部品の搬送および結合装置
３…待機位置
４…溶接位置（結合位置）
５…スタッドボルト（部品）
６…ワーク
１０…装置本体
２０…３つ爪クランプユニット（部品保持手段）
３０…クモ脚型ロボット（搬送手段）
３１…アーム
３１ｂ…第１アーム部材
３１ｃ…関節
３１ｄ…第２アーム部材
４０…加圧ユニット（加圧手段）
４３…加圧ロッド

Claims (2)

1. 部品を待機位置から結合位置へ搬送し、ワークに結合する装置であって、
   装置本体と、
   部品を保持する部品保持手段と、
   前記装置本体に支持され、前記部品保持手段を待機位置から結合位置へ移動させる搬送手段と、
   結合位置にて部品をワークに対して加圧する加圧手段と、を備え、
   前記加圧手段による加圧の反力を、前記搬送手段から独立して前記装置本体が受けるように、前記加圧手段は、前記装置本体に支持される、部品の搬送および結合装置。
2. 前記搬送手段は、各々が関節を有する複数のアームを備え、各アームは、前記装置本体から外方向に延在する第１アーム部材と、前記第１アーム部材の先端部から関節を介して内方向に延在する第２アーム部材とを備え、前記複数のアームが互いに協調して伸長・屈曲動作を行うことにより前記部品保持手段を移動させ、
   前記加圧手段は、前記複数のアームの内側の空間において前記装置本体から前記部品保持手段まで延在するロッドである、
   請求項１に記載の部品の搬送および結合装置。

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