JP2015006683A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】
エンドエフェクタに付設した作動装置が大型化すると、ロボットへの負荷が増大するとともに、作動装置がワーク干渉を起こす問題がある。
【解決手段】
マニピュレータＭはトーチ支持腕１７を揺動する軸線１８を先端部に備えるアッパアーム１４を備える。マニピュレータＭはアッパアーム１４を回転軸線１６周りに回転自在に支持する傾動台１５を含む。傾動台１５に駆動モータ３３を支持させ、駆動モータ３３と、支持ブラケット４５を溶接トーチ１９の軸心の周りで旋回させるギヤ機構部との間をフレキシブルシャフト３０にて連結する。溶接トーチに１９に付設した作動装置の動力源である駆動モータ３３を傾動台１５へ移動し、その動力を作動装置へ伝達することにより、ロボットへの負荷を低減し、ワーク干渉領域をも低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットに関するものである。

従来から、ロボットマニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタに、種々の装置を付設し、その装置の動力源であるモータを、前記ロボットマニピュレータのエンドエフェクタ自体に取り付けたものがある。

上記のような装置の例としては、図５に示すように溶接ロボットのエンドエフェクタに取り付けたフィラガイド旋回装置がある。同図に示すように、溶接ロボットの最も先端側に位置する図示しない手首部１００には、取付ブラケット１０２を介して非消耗電極１０６を有する溶接トーチ１０４が設けられている。溶接トーチ１０４には、旋回装置１０８がフィラガイド１１０を溶接トーチ１０４の軸心Ｏの回りで旋回可能に支持している。図５に示すように、旋回装置１０８は、モータ１１２を備えており、モータ１１２の駆動によりフィラガイド１１０を軸心Ｏの回りで旋回させる。また、前記フィラガイド１１０には、図示しないワイヤ供給装置から送給されたフィラワイヤが通って溶接トーチ１０４の近傍まで供給される。

特許文献１では、ロボットマニピュレータの手首部にエンドエフェクタとして溶接トーチが支持され、前記溶接トーチにモータを有するワイヤ送給装置が設けられている。このワイヤ送給装置は前記モータにより駆動ロールを駆動することにより溶接ワイヤを送給するようにしている。

特開２００９−１７８７４７号公報

ところで、エンドエフェクタに付設した作動装置の動力源であるモータを前記エンドエフェクタに取り付けると、ロボットへの負荷が増大するとともに、前記モータがワーク干渉を起こす問題がある。

本発明の目的は、マニピュレータの先端部に取り付ける作動装置を軽量化できてロボットへの負荷が増大することがないとともにワーク干渉領域を低減できる産業用ロボットを提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明は、複数のアーム及び手首部が連結されてなるマニピュレータと、前記手首部に設けられたエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに付設されて動力源により作動する作動装置を備えた産業用ロボットにおいて、前記マニピュレータのアームには、前記手首部を揺動する揺動軸を先端部に備えるアッパアームと、前記アッパアームを回転軸線周りに回転自在に支持する支持アームを少なくとも含み、前記支持アームまたは前記支持アームの基端側に連結されるアームのいずれか１つに前記動力源を支持させ、前記動力源と前記作動装置間をフレキシブルシャフトにて連結したものである。

前記フレキシブルシャフトは、前記動力源に対して減速機構を介して連結してもよい。
また、前記フレキシブルシャフトは、前記作動装置に対して減速機構を介して連結してもよい。

また、前記エンドエフェクタが溶接トーチであり、前記溶接トーチには、少なくとも電力及びシールドガスの供給を行うトーチケーブルが接続されており、前記フレキシブルシャフトが、前記トーチケーブルと併走して配置されていてもよい。

また、前記溶接トーチが非消耗電極を有する溶接トーチであり、前記作動装置がフィラワイヤをガイドするフィラガイドを、前記溶接トーチの軸心の周りで旋回する旋回装置としてもよい。

また、前記フィラガイドには前記フィラワイヤを挿通するコンジットケーブルが接続され、前記トーチケーブルと、前記コンジットケーブルと、前記フレキシブルシャフトが共通の吊り下げ装置にて吊り下げ支持されていてもよい。

本発明によれば、マニピュレータの先端部に取り付けるフィラガイド旋回装置等の作動装置を軽量化することができる。この結果、ロボットへの負荷を低減することができるとともにワーク干渉領域を低減できる効果を奏する。

本発明を具体化した第１実施形態の産業用ロボットの側面図。 第１実施形態の要部断面図。 第２実施形態の要部断面図。 第３実施形態の要部側面図。 従来のマニピュレータの手首部周辺の説明図。

（第１実施形態の構成）
以下、本発明の産業用ロボットを、ＴＩＧ溶接ロボット（以下、単に溶接ロボットという）に具体化した一実施形態を図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように溶接ロボット１０のマニピュレータＭは、矢印Ａ〜Ｆで示した動きをする６つの関節を備え、それぞれが回転または捻りを行って、アームを回転、旋回、揺動または傾動させる。

具体的には、基台１１には第一軸１１ａ周り（図１のＡ矢印方向）にアームとしての旋回ベース１２が旋回自在に設けられている。旋回ベース１２には、ロアアーム１３が水平軸である第二軸１２ａ周り（図１のＢ矢印方向）に揺動自在に軸支されている。ロアアーム１３の上端には、アームとしての傾動台１５が水平軸である第三軸１３ａ周りに上下方向（Ｃ矢印方向）に揺動自在に軸支されている。

傾動台１５には、アッパアーム１４の基端部が自身の長手方向軸線としての回転軸線１６の周り（すなわち、図１のＤ矢印方向）に回動自在に嵌入されて支持されている。回転軸線１６は第四軸に相当する。

また、図１に示すように、傾動台１５の上端部には電動モータからなる駆動モータ３３及び減速機構３４を収納するモータケース３６が固定されている。駆動モータ３３は動力源に相当する。

アッパアーム１４の先端には、回転軸線１６に直交する第五軸、すなわち揺動軸としての軸線１８の周りにアームとしてのトーチ支持腕１７が揺動可能（図１のＥ矢印方向）に支持されている。トーチ支持腕１７は、アッパアーム１４の先端部において揺動することにより、溶接トーチ１９を俯仰させる。トーチ支持腕１７は手首部に相当する。

図２に示すように、トーチ支持腕１７には、第六軸２０の周り（図１のＦ矢印方向）で旋回可能に装着され軸部２２を有している。軸部２２の先端には、取付ブラケット２３が固定された取付ブロック２４が固定されている。

前記第一軸１１ａ〜第六軸２０を有する各関節は、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。
図２に示すように前記取付ブラケット２３には、非消耗電極２５を備える溶接トーチ１９が取り付けられて支持されている。溶接トーチ１９は、エンドエフェクタに相当する。

図１に示すように溶接トーチ１９の基端には、トーチケーブル４６が接続されている。トーチケーブル４６は溶接電力とシールドガスの受給機構（図示しない）に接続されている。なお、受給機構は公知であるため、説明を省くが、受給機構には溶接のための電力を供給するパワーケーブルとシールドガスを供給するガスホースが接続される。トーチケーブル４６は、電力及びシールドガスの供給を溶接トーチ１９に同時に行うべく多重構造となっている。トーチケーブル４６は、溶接ケーブルに相当する。

図２に示すように、溶接トーチ１９には、ギヤケース３９が固定されている。ギヤケース３９内には、溶接トーチ１９の周面の周りで図示しないベアリングを介して回転自在に取り付けられた平歯車４２と前記平歯車４２に噛合する平歯車４３が配置されている。軸心が相互に平行に配置された平歯車４２，４３によりギヤ機構部４０が設けられている。

図２に示すように、ギヤケース３９にはフレキシブルシャフト３０の出力端が図示しないベアリングを介して回動自在に支持されている。前記平歯車４３はフレキシブルシャフト３０の出力端に対して固定されている。前記フレキシブルシャフト３０の入力端は、減速機構３４の出力部に連結されている。

また、図２に示すようにフレキシブルシャフト３０は、可撓性の被覆部材３２に内挿されている。図１に示すように被覆部材３２は、一端がモータケース３６に固定されるとともに、他端が前記ギヤケース３９に固定されている。

図２に示すように、平歯車４２の側面にはギヤケース３９から下方に突出する支持ブラケット４５を介して、フィラガイド４７が取付けられている。フィラガイド４７の先端は非消耗電極２５の先端から所定距離離間した点Ｐであって、溶接トーチ１９の軸心Ｏを通過する点を指向するように配置されている。また、平歯車４２が回転すると、フィラガイド４７は、前記軸心Ｏの周りで旋回可能である。

本実施形態では、前記ギヤ機構部４０及び支持ブラケット４５はフィラガイド４７を溶接トーチ１９の軸心Ｏの周りで旋回させる作動装置、すなわち旋回装置に相当する。
フィラガイド４７にはフィラワイヤ４８を挿通するコンジットケーブル４９が接続されている。図１に示すように前記フィラワイヤ４８は、傾動台１５の上端部に支持されたワイヤ供給装置５０により送給されて、溶接トーチ１９の非消耗電極２５の近傍（前記点Ｐ）まで供給可能である。

図１に示すように、傾動台１５の上端部には吊り下げ装置としての吊り下げ部材５２が固定されている。前記吊り下げ部材５２はスプリング等の弾性部材５３を介して吊り下げられた筒部材５４を吊り下げし、筒部材５４に共に挿通して束ねた状態の被覆部材３２、トーチケーブル４６及びコンジットケーブル４９を吊り下げ支持している。この吊り下げにより、図１に示すようにフレキシブルシャフト３０は、トーチケーブル４６と併走するように配置されている。また、併せて、本実施形態では、コンジットケーブル４９もトーチケーブル４６とフレキシブルシャフト３０に併走するように配置している。

（第１実施形態の作用）
上記のように構成された溶接ロボットの作用を説明する。
図１に示す駆動モータ３３が正転または逆転すると、減速機構３４を介してフレキシブルシャフト３０が図２に示す平歯車４３を同方向に回転させる。

図２に示すように平歯車４３が回転すると、平歯車４３に噛み合う平歯車４２が溶接トーチ１９の周りを回転、すなわち旋回する。この平歯車４２の回転により、フィラガイド４７を溶接トーチ１９の軸心Ｏの回りで旋回する。

また、溶接ロボット１０のマニピュレータＭが作動した場合、マニピュレータＭのトーチ支持腕１７（手首部）にはフィラガイド４７を旋回させるための動力源である駆動モータ３３が取り付けられていないため、マニピュレータＭが作動時におけるエンドエフェクタでの負荷及び荷重を軽減する。また、駆動モータ３３が傾動台１５に設けられてエンドエフェクタに駆動モータが設けられていないため、マニピュレータＭが作動したときにおいて、エンドエフェクタが動作する範囲の干渉領域を軽減できることになる。

本実施形態の、溶接ロボット１０によれば、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の溶接ロボット１０のマニピュレータＭは、トーチ支持腕１７（手首部）を揺動する軸線１８（揺動軸）を先端部に備えるアッパアーム１４を備える。また、マニピュレータＭはアッパアーム１４を回転軸線１６周りに回転自在に支持する傾動台１５（支持アーム）を含む。そして、傾動台１５（支持アーム）に駆動モータ３３（動力源）を支持させ、駆動モータ３３とギヤ機構部４０（作動装置）間をフレキシブルシャフト３０にて連結した。

この結果、本実施形態によれば、マニピュレータの先端を軽量化できてロボットへの負荷が増大することがないとともにワーク干渉領域を低減できる効果を奏する。また、駆動モータがない分、スリム化でき、狭隘部の溶接を容易にすることができる。

（２） 本実施形態の溶接ロボット１０では、フレキシブルシャフト３０は、駆動モータ３３（動力源）に対して減速機構３４を介して連結した。
このように構成されていると、作動装置には減速機構がないため、この減速機構分の重量も軽減できるとともに、減速機構分の空間スペースもエンドエフェクタの周辺からなくすことができる。この結果、上記（１）の効果をマニピュレータの先端を軽量化できてロボットへの負荷が増大することがないとともにワーク干渉領域を低減できる効果をさらに高めることができる。

（３） 本実施形態の溶接ロボット１０では、エンドエフェクタが溶接トーチ１９としている。また、溶接トーチ１９には、電力及びシールドガスの供給を行うトーチケーブル４６が接続されている。また、フレキシブルシャフト３０が、トーチケーブル４６と併走して配置されている。

この結果、本実施形態によれば、溶接ケーブル、及びフレキシブルシャフトを併走するように配置したことにより、溶接ロボット１０の周囲のケーブルの配置が複雑化することはなく、ロボットの作業に支障を来すことがない。

（４） 本実施形態の溶接ロボット１０は、エンドエフェクタを、非消耗電極２５を有する溶接トーチ１９としている。また、作動装置を、フィラガイド４７を、溶接トーチ１９の軸心Ｏの周りで旋回する旋回装置とした。この結果、フィラガイド４７を溶接トーチ１９の周りで旋回させる旋回装置を有する溶接ロボットにおいて、上記（１）、（２）の効果を容易に実現することができる。

（５） 本実施形態の溶接ロボット１０は、フィラガイド４７にはフィラワイヤ４８を挿通するコンジットケーブル４９が接続されている。また、トーチケーブル４６と、コンジットケーブル４９と、フレキシブルシャフト３０が共通の吊り下げ部材５２（吊り下げ装置）にて吊り下げ支持されている。この結果、本実施形態によれば、トーチケーブル、コンジットケーブル、及びフレキシブルシャフトの吊り下げのための部材をそれぞれ設ける場合に比して、部品を少なくして簡単な構成とすることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の溶接ロボットを、図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一構成または相当する構成については同一符号を付して、その説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。

図１に示すように第１実施形態では、駆動モータ３３とフレキシブルシャフト３０とを減速機構３４を介して連結するとともに、フレキシブルシャフト３０の出力端に固定した平歯車４３と、溶接トーチ１９に設けられた平歯車４２とを直接噛み合わせた。

図３に示すように、本実施形態では、駆動モータ３３の出力軸とフレキシブルシャフト３０を直接連結するとともに、フレキシブルシャフト３０の出力端と平歯車４３との間には減速機構６０を介在させているところが、第１実施形態と異なっている。前記減速機構６０は、例えば、波動歯車装置からなるが限定するものではない。減速機構６０の入力部はフレキシブルシャフト３０の出力端に接続されるとともに、減速機構６０出力部は、平歯車４３に連結されている。

また、減速機構６０は、取付ブラケット２３に固定されたギヤケース３９内に収納されている。
本実施形態の、溶接ロボット１０によれば、下記の特徴がある。

（１） 上記のように構成された、溶接ロボット１０は、フレキシブルシャフト３０は、作動装置に対して減速機構６０を介して連結した。この結果、第１実施形態の（１）、（３）及び（４）の効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を、図４を参照して説明する。本実施形態では、ＭＩＧ溶接ロボットに具体化したものである。なお、マニピュレータＭの構成は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態で使用した符号をマニピュレータＭ等に付す。

図４に示すように、トーチ支持腕１７の先端には、支持部１７ａを介して溶接トーチ７０が取付けられている。図示しないワイヤリールに巻かれた溶接用のワイヤＷは一線式パワーケーブル７２に挿通されている。支持部１７ａには、ワイヤ送給装置７４が設けられている。

本実施形のワイヤ送給方法は、図示はしないが、上流においてワイヤＷを送給（プッシュ）する第１のワイヤ送給装置（図示しない）と、下流においてワイヤＷを送給（プル）するワイヤ送給装置７４を第２のワイヤ送給装置とするプッシュプル方式である。

ワイヤ送給装置７４は、駆動ローラ７６と、加圧ロール７８を備え、加圧ロール７８が図示しないバネにより駆動ローラ７６側に常時加圧してワイヤＷを挟み込み、その摩擦力によってワイヤＷを挟んで送給する。

駆動ローラ７６は、第１実施形態と同様に傾動台１５に設けられた駆動モータ３３及び減速機構３４を介して連結されたフレキシブルシャフト３０と図示しないギヤ機構部を介して連結されている。前記ギヤ機構部は、第１実施形態と同様に構成してもよく、或いは軸心が直交するように配置されたギヤ対（例えばカサ歯車同士）であってもよい。

このワイヤ送給装置７４によって、ワイヤＷは一線式パワーケーブル７２によってガイドされて溶接トーチ７０に送給される。また、図示しない溶接機から一線式パワーケーブル７２を介して溶接トーチ７０に電力が供給される。なお、シールドガスも前記一線式パワーケーブル７２を介して、溶接トーチ７０の先端から排出されてシールドガスを噴出するようにされている。

本実施形態では、ワイヤ送給装置７４が、作動装置に相当する。
上記のように構成された溶接ロボットでは、駆動ローラ７６を駆動する駆動モータが、支持部１７ａに設けられていないため、手首部であるトーチ支持腕１７の先端の荷重が軽くなる。この結果、マニピュレータＭの先端を軽量化できてロボットへの負荷が増大することがないとともにワーク干渉領域を低減できる効果を奏する。

なお、本実施形態においても、フレキシブルシャフト３０と駆動ローラ７６のギヤ機構部の間に減速機構３４介在して配置してもよい。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。

・ 第１実施形態では、ギヤ機構部４０を、平歯車４２，４３により構成したが、ギヤ機構部４０を、ハスバ歯車同士等の他の歯車機構としてもよい。
なお、ギヤの軸心同士を平行にする場合は、平歯車同士、ハスバ歯車同士が好ましい。また、ギヤの軸心同士を直交関係にする場合には、ウォームとウォームホイルでもよく、ギヤの軸心を斜めまたは直交する場合には、カサ歯車同士でもよい。また、他の歯車同士でもよいことは勿論のことである。

・ 前記実施形態では、動力源として電動モータからなる駆動モータ３３としたが、駆動源として圧力モータにしてもよい。圧力モータは、例えば、油圧モータ、空圧モータ等がある。

・ 前記実施形態では、駆動モータ３３を傾動台１５にて支持したが、駆動モータ３３を、ロアアーム１３、旋回ベース１２、或いは基台１１のいずれかに支持させてもよい。
・ 第３実施形態の構成を、ＭＡＧ溶接ロボット等の他の産業用ロボットに具体化してもよい。

Ｍ…マニピュレータ、Ｏ…軸心、１１…基台、１３…ロアアーム、
１４…アッパアーム、１５…傾動台（支持アーム）、
１７…トーチ支持腕（手首部）、１８…軸線（揺動軸）、
１９…溶接トーチ（エンドエフェクタ）、回転軸線
２５…非消耗電極、３０…フレキシブルシャフト、３４…減速機構、
４０…ギヤ機構部（作動装置）、４２、４３…平歯車、
４６…トーチケーブル、４７…フィラガイド、
４８…フィラワイヤ、４９…コンジットケーブル、６０…減速機構、
７４…ワイヤ送給装置（作動装置）。

Claims (6)

1. 複数のアーム及び手首部が連結されてなるマニピュレータと、前記手首部に設けられたエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに付設されて動力源により作動する作動装置を備えた産業用ロボットにおいて、
   前記マニピュレータのアームには、前記手首部を揺動する揺動軸を先端部に備えるアッパアームと、前記アッパアームを回転軸線周りに回転自在に支持する支持アームを少なくとも含み、
   前記支持アームまたは前記支持アームの基端側に連結されるアームのいずれか１つに前記動力源を支持させ、
   前記動力源と前記作動装置間をフレキシブルシャフトにて連結した産業用ロボット。
2. 前記フレキシブルシャフトは、前記動力源に対して減速機構を介して連結した請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記フレキシブルシャフトは、前記作動装置に対して減速機構を介して連結した請求項１に記載の産業用ロボット。
4. 前記エンドエフェクタが溶接トーチであり、
   前記溶接トーチには、少なくとも電力及びシールドガスの供給を行うトーチケーブルが接続されており、
   前記フレキシブルシャフトが、前記トーチケーブルと併走して配置されている請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の産業用ロボット。
5. 前記溶接トーチが非消耗電極を有する溶接トーチであり、
   前記作動装置がフィラワイヤをガイドするフィラガイドを、前記溶接トーチの軸心の周りで旋回する旋回装置である請求項４に記載の産業用ロボット。
6. 前記フィラガイドには前記フィラワイヤを挿通するコンジットケーブルが接続され、
   前記トーチケーブルと、前記コンジットケーブルと、前記フレキシブルシャフトが共通の吊り下げ装置にて吊り下げ支持されている請求項５に記載の産業用ロボット。