JPS5815277B2 - 工業用ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業用ロボットに関し、特に耐加工力の大きな
工業用ロボットに関するものである。

自動車等の生産工場においては、多車種の車を同一生産
ラインにて生産する効果的な汎用設備がないだめ、一種
類あるいは類似種類の車のみを一ラインで生産するのが
通例である。

しかしこの場合、車種別に生産ラインを設けることは占
有スペースの点、設備費の点等から有効ではなく、この
ため異なる車種であっても単一のラインにて生産できる
ようにするのが望ましい。

従って、生産ラインにおいて自動加工や自動組立てを行
なう場合には、ナツト締付け、孔明け、スポット溶接等
の作業を専用機を用いて行うよりも全ての作業に対応で
きる汎用機を用いて行うことが経済上好ましく、このた
め従来から工業用ロボットを使用する試みがなされてい
る。

即ち、工業用ロボットは自動制御により、設定された空
間位置を連続的に繰返して再現することができるだめ、
各車種の組立に必要な位置情報、作動速度条件等を予め
設定しておくだけで同一ラインを異なる車種の車が移送
されてもこれに対応した自動加工や自動組立てが可能と
々るのである。

しかしながら、これまで提案されている工業用ロボット
は、地上等に設置された本体から一端支持状のアームを
突設し、このアームの先端に所定の工具を取り付けた構
造のものであることから、工具部において生じた外力（
加工力）をアーム等によって対抗させると、特にアーム
の耐力が弱いためにアームが変形し、位置再現性をそこ
なうという不具合がある。

例えば、自動組立機としてスポット溶接機を例にとると
、スポット溶接を行なうに際しては、工具として設けら
れる電極チップを被溶接物に所定の圧力にて押圧する必
要があるが、この圧力は一般に約２００ｋｇであって、
その反力がロボットアームに伝えられた場合、従来のロ
ボットはその構造上からアームの耐強度をこの値を満足
させることができないためアームのゆがみや破損を招く
ことになり、位置再現性の問題から使用することができ
ない実状にある。

このだめ、スポット溶接用の自動機としてはＸ型、Ｃ型
のガンをロボット先端に取り付け、加圧時の反力を上下
のアームで吸収し、ロボット本体には伝えない構造のも
のが提供されて因るが、この種のガンは、ロボットの耐
荷重の観点からその大きさが制限されるだめ、ガンのふ
ところ深さを大きくとらなければならないような大きな
被溶接物に対しては使用できず、また、形状の変化の激
しい被溶接物に対してはガンの出し入れが困難なため、
使用できないという欠点がある。

一方、自動機設置箇所（ラインにおける組立位置）に高
強度の枠体を組み、この枠体に工具を取り付けることに
より、工具に生じる反力を枠体にて受けその耐力を高め
るようにしたものが提案されているが、この構造のもの
は、工具を枠体に設けた案内部に沿わせて移動させる等
、専用機の形態を取らざるを得す、所謂ロボットとして
の機能を備えることは不可能である。

そして前記何れの場合でも、工具は通常ロボットアーム
などの先端に取り付けた手首によって保持され、この手
首は進退、回動などの運動を与えられるものであってそ
の運動伝達手段は軽妙に作られているため、加工力がこ
の運動伝達手段に伝えられるとこれが損耗してその機能
をそこなってしまうものであった。

本発明は上記に鑑みなされたものでその目的とするとこ
ろは、汎用性があり、かつ組立、加工時に生じる反力に
よってもゆがんだり破損されることのない強度を備えだ
ロボットを提供することにある。

また、本発明の他の目的は反力によって破損されること
を防止する一方、該反力によって工具の姿勢が変動され
て加工効果が低下することのない工業用ロボットを提供
することにある。

この目的を達成するだめに本発明は、固定レール上を摺
動可能なスライドベースにアーム部本体を揺動可能に軸
支する一方、アーム部本体内に軸方向移動可能な外筒と
回転駆動される内筒を内装し、更に外筒、内筒の先端に
取着されるノウジフグに内筒により回転駆動されるリス
ト軸を軸装しかつこのリスト軸に加工用工具を取り付は
得るようにロボットを構成したものであり、更に要すれ
ばリスト軸の回転を係止するブレーキ手段を付設したの
である。

以下、本発明の工業用ロボット（以下ロボットと云う）
をスポット溶接機として用いた実施例を図面と共に説明
する。

第１図において、１，１・・・は被溶接物である自動車
フロアＦが移送され得る自動車組立ラインＬ（以下ライ
ンと云う）に臨んで立設される立柱であり、ラインＬに
沿って延設される補強ビーム２を掛設する。

この補強ビーム２には本発明のロボットを使用したスポ
ット溶接機３が該ビーム２の延設方向に移動できるよう
に支持されており、ラインＬ上を移送されてくる自動車
フロアＦの型式の相違、溶接箇所の相違により最適位置
に移動できるようになっている。

なお図でＦＴは自動車フロアＦに設けられている膨出部
通称トンネル部であり、Ｅは絶縁材Ｇを介して治具ベー
スＪに固定された裏当て用の電極であり、溶接用トラン
スＴから延びる一方の溶接用ケーブルＲ１がこれに接続
され、溶接用トランスＴから延びる他方の溶接用ケーブ
ルＲ２は溶接ガンに接続される。

このスポット溶接機３の詳細を第２図乃至第７図に示す
。

第２図乃至第４図において、４は基盤となるスライドベ
ースで、前記補強ビーム２の内側面に沿設された一対の
レール５，５にその脚部４ａ、４ａが摺動可能に保合支
持されており、レール５，５と平行に配設されたシリン
ダ手段６（第３図参照）により所定ストロークの範囲内
でレール５，５上を往復移動できる。

シリンダ手段６のシリンダ６ａは前記補強ビーム２に固
定さね、ピストンロッド６ｂはブラケット７を介してス
ライドベース４に固定され、前記移動ストロークはこの
ピストンロッド６ｂの移動ストロークにより定められる
。

８（第２図参照）は前記補強ビーム２に取着され、スラ
イドベース４の移動量をスプロケット８ａ及び図示して
ないチェーンとにより検知軸８ｂの回転量に変換するこ
とによりスライドベース４の位置を検出するエンコーダ
である。

なお、上記スプロケット８ａと上記チェーンとの構成は
後述する第６図の構成と同様なので、ここでは説明を省
略する。

前記スライドベース４の移動方向に互いに対向して設け
られたヨーク部４ｂ、４ｂ（第３図参照）には、略角筒
状のアーム部本体９がその基部フランジ９ａにおいて軸
支１０され、先端側が上下方向に揺動できるようになっ
ている。

そして、との揺動は、前記スライドベース４にシリンダ
１１ａが上下に揺動可能に枢支１２され、かつピストン
ロッド１１ｂがアーム部本体９に固着されたブラケット
１３に枢着１４されたシリンダ手段１１により行なわれ
るようになっている。

１５（第３゜４図参照）はアーム部本体９の上下回動に
伴なって回動する軸１００回転量を、軸１０に固定のス
プロケット１６、チェーン１７により検知軸１５ａの回
転量とし、これによりアーム部本体９の上下回動量を検
出するエンコーダである。

第２図に示すようにアーム部本体９内の軸心位置には、
軸受１８によって外周にスプラインが形成されたスプラ
イン軸１９が回転可能に軸支されると共に、このスプラ
イン軸１９の外側には内筒２１と、外筒２３が配設され
ている。

また、前記スプライン軸１９の後端（第２図では上端）
にはベベルギヤ２４が固定され、これと直交する回転軸
２５に固定されたベベルギヤ２６と噛合することにより
、スプライン軸１９は該回転軸２５により回転駆動され
る。

この回転軸２５は、前記アーム部本体９の上面にカバー
２７によって画成された空間内に配設されたシリンダ手
段２８により回転駆動されるもので、軸着されたスプロ
ケット２９と、アーム部本体９先端側に枢支されだ軸３
０に遊着されたスプロケット３１とに掛渡されるチェー
ン３２０両端を、該シリンダ手段２８の両頭ピストンロ
ッド２８ａに連結することにより、ピストンロッド２８
ａの往復動に伴なって両方向に回転駆動される。

３３は該回転軸２５に固着されたスプロケット３４及び
チェーン３５によりスプロケット３６が取着されたその
検知軸３３ａが回転し、これにより回転軸２５０回転位
置、換言すれば後述するガンシリンダ５０の回動位置を
検出するエンコーダである。

スプライン軸１９の上端部には・ブ２０か摺動可能にス
プライン結合されており、内筒２１の上端部に固着され
たスリーブ２１ａと前記・ブ２０とはキー２０ａ結合さ
れている。

したがって、スプライン軸１９が回転すると内筒２１も
ブツシュ２２の内面で回転する。

しかし内筒２１と外筒２３との間の軸線方向の相対移動
はなく、軸線方向には一体的に移動する。

また、外筒２３は第５図にその断面構成を示すように、
外周の四隅に固着された摺動板３７，３７・・・がアー
ム部本体９内に対応して固設された摺動板３８，３８・
・・と摺接することによりその回動は阻止される。

そして、内筒２１、外筒２３の先端は夫々アーム部本体
９から突出され、内筒２１にはスピンドル３９が、外筒
２３にはシリンダ手段４０（第４図）のピストンロッド
４０ａに固着された連結アーム４１が固着される。

このシリンダ手段４０は前記アーム部本体９と平行にそ
のシリンダ４０ｂがブラケット４２によりアーム部本体
９に固定されており、ピストンロッド４０ａの伸縮によ
り連結アーム４１（外筒２３．内筒２１）をアーム部本
体９に対して往復移動させる。

４３は第６図に示すようにアーム部本体９に植設された
軸４４に遊着されたスプロケット４５と、検知軸４３ａ
に固着されたスプロケット４６とに掛渡されかつ外筒２
３に一部が固定されたループ状のチェーン４７により、
外筒２３の軸移動量を回転角に変換して外筒２３の移動
位置、換言すればリスト部４８の位置を検出するエンコ
ーダである。

なお、第２図に示しだエンコーダ８も、上記エンコーダ
４３と同様な構成をもち、スライド４の移動位置を検知
するのである。

前記内筒２１の先端に固着されたスピンドル３９を包囲
しかつ該スピンドル３９を軸支するように前記連結アー
ム４１に固着されたリスト部４８の・ウジフグ４９内に
は、その一端に前記シリンダ手段４０と同軸的に配設さ
れたガンシリンダ５０を固着したリスト軸５１がスピン
ドル３９と直交するように遊転支持される。

第１図にて５２．５３はその軸受である。

このリスト軸５１にはベベルギヤ５４が固定され、この
ベベルギヤ５４がスピンドル３９に固着されたベベルギ
ヤ５５と噛合することにより、リスト軸５１はスピンド
ル３９０回転に伴なって回動し、ガンシリンダ５０を上
下方向に揺動する。

また、リスト軸５１の他端部位には電磁ブレーキ５８が
配設されており、通電されたときに電磁石５１が円板５
６を吸引することによるインナ−ディスク５６ａ１アウ
ターデイスク５６ｂ間に生じる摩擦力によりリスト軸５
１０回転、即ちガンシリンダ５０の揺動を係止するよう
になっている。

このガンシリンダ５０は空圧ホース５９から圧縮空気が
供給されるエアシリンダ構造とされ、そのピストンロッ
ド５０ａには電極チップ６０を保持するためのチップホ
ルダ６０ａが取着されている。

このチップホルダー６０ａは従来公知のものと同一構成
であり、溶接電流が供給される二次ケーブル６１が接続
されると共に、冷却水循環用の冷却水ホース６２が接続
されている。

尚、本ロボットをナツトランナとして成いはドリルとし
て利用する場合には、前記ガンシリンダ５０とチップホ
ルダー６０ａとから成るガン全体を夫々所望のものに取
り換えるようにする。

尚、図示は省略するが、前記シリンダ手段６゜１１．２
８．４０には液圧を供給するチューブが配設され、前記
エンコーダ８，１５，３３．４３には接続線が配設され
ている。

又、第４図で６３は埃防止のブーツである。

本例のロボットは以上の構成であるから、前記各シリン
ダ６．１１，２８，４０への供給液量を制御することに
より、電極チップ６０を所望の姿勢にて所望の位置に設
定移動することができる。

即ち、シリンダ手段６（第３図参照）への液量制御によ
りピストンロッド６ｂが伸縮され、これによりスライド
ベース４がレール５，５上を移動してロボット全体をレ
ール５，５延設方向（Ｙ方向という）に移動させる。

シリンダ手段１１の液量が制御されると、ピストンロッ
ド１１ｂが伸縮し、アーム部本体９を軸支１０部を中心
として上下方向（２方向という）に揺動する。

この時アーム部本体９は横巾方向（Ｘ方向という）にも
変位することは言うまでもない。

アーム部本体９の揺動量はシリンダ手段１１０寸法によ
シ決定されるのであり、本例では第８図に示すように角
θ１の範囲で揺動する。

更に、シリンダ手段２８（第２図参照）への液量制御に
よりピストンロッド２８ａが往復移動されると、チェー
ン３２の移動に伴なってスプロケット２９及び回転軸２
５が回転され、この回転はベベルギヤ２６−ペベルギヤ
２４−スプライン軸１９〜内筒２１−スピンドル３９−
ベベルギヤ５５−ベベルギヤ５４−リスト軸５１と伝達
されてリスト軸５１を回転し、結果としてガン（ガンシ
リンダ５０）を第８図の角θ２内で上下方向に揺動する
。

これにより電極チップの先端位置及び姿勢は、その先端
位置が前記したアーム部本体９の揺動作用と相俟って点
イ８８０、ハ二で囲まれる範囲内のいかなる位置をも取
り得るように制御することができる。

更にシリンダ手段４０（第３，４図参照）への液量を制
御することによりピストンロッド４０ａが伸縮し、連結
アーム４１がアーム部本体９に対して前後進し、リスト
部ハウジング４９を前後移動する。

このとき第５図にみられるように、外筒２３の外周四隅
に固定されだ摺動板３７，３７・・・がアーム部本体９
に設けられだ摺動板３８，３８・・・面を摺動し、内筒
２１に固着されたスリーブ２１ａにキー結合されたハブ
２０はスプライン軸１９に対して滑り、両筒２１．２３
は軸線方向に一体的にアーム部本体９内を移動すること
になる。

両筒の移動によりリスト部ハウジング４９も第８図に示
す距離ｔだけ移動するので電極チップ６０の移動範囲を
更に拡大させることができ、結局その移動範囲は点イ。

ホ、へ、ト、チ、ニで囲まれた範囲となる。

尚、ガンシリンダ５０は電極チップ６０が被溶接物表面
に近接位置された後に電極チップ６０を被溶接物表面に
押し当てて加圧するだめのものである。

以上の作用により、電極チップ６０を複数の箇所に順次
設定するのであるが、これは予め設定されたプログラム
に基すいて自動的に行なうことができる。

即ち、第９図にロボットの制御装置の構成を示すように
、前記各シリンダ手段６，１１゜２８．４０はエンコー
ダ８，１５，３３．４３により位置のフィードバック制
御がなされるようになっている。

図において、６３は中央処理装置、６４は諸情報即ち位
置データや精度等の制御データが記憶されるコアメモリ
、６５は前記各エンコーダ８，１５，３３，４３から出
力されレベルシフト６６．６７．６８．６９及びコード
コンバータ７０によりデジタル変換された信号をレジス
タファイル７１に貯えられた前記コアメモリ６４の出力
信号と比較するコンパレータ、７２はコンパレータ６５
の偏差信号をアナログ変換するコンバータ、７３，７４
，７５，７６は夫々ファンクションジェネレータ７７．
７８，７９，８０、サーボアンプ８１，８２，８３．８
４を介して伝達される前記偏差信号に基すいて前記各シ
リンダ手段６．１１，２８．４０に供給する液量を制御
するサーボバルブである。

この構成により、先ずシリンダ６．１１．２８４０を作
動させて電極チップ６０を所望の位置に設定し、この時
のエンコーダ８，１５，３３゜４３の出力である位置デ
ータ及びその他の情報をコアメモリ６４に記憶させ、こ
れを数箇所について行なうことによりコアメモリ６４に
はシリンダ手段が作動すべきティーチングデータ等力配
憶される。

かかる上で所定のプログラムに基すいたコントロール信
号Ｓが中央処理装置６３に入力されることにより、コア
メモリ６４からは順次ティーチングされたデータが信号
として出力され、この信号が現在のシリンダ手段による
電極位置信号であるエンコーダ８，１５，３３，４３か
らの信号と比較され、偏差に基すいてシリンダ手段６゜
１１．２８，４０を偏差が零になる迄作動させ、所謂位
置フィードバック制御により電極チップを所定位置に自
動的に設定することができるのである。

以上の如く電極チップ６０が所定位置に自動設定された
後に、同様にプログラム制御によりエアシリンダに圧縮
空気を供給することにより、ガンシリンダ５０によって
電極チップ６０は被溶接物Ｆの表面に押圧され、裏当て
電極との間に通電されてスポット溶接を行なうことにな
る。

このとき、電極チップ６０から溶接機に生じる反力は、
第１０図Ａ、Ｂに示すように、先ずガンシリンダ５０に
加わり、次いでリスト軸５１、ノウジフグ４９及び連結
アーム４１を介してシリンダ手段４０に伝達され、該シ
リンダ４０を介して前記反力は全てアーム部本体９に伝
達される。

アーム部本体９に伝えられだ反力は、更に軸支１０部及
びシリンダ手段１１を介して軸支１２部へと分割されな
がらスライドベース４に伝達され、最終的にレール５，
５、補強ビーム２に伝えられる。

従って、加圧反力を溶接機本体のみで受けてこれを吸収
する等の必要は全くなく、溶接機の実質的な強度を増大
することができるのであり、従来不可能であったロボッ
トによる一方向ガンのスポット溶接を可能にするのであ
る。

ここで、被溶接物Ｆの形状不良又はセット不良が生じて
第１１図に示すように電極チップ６０と被溶接物Ｆ表面
とが面直にならない状態が生じると、加圧力により電極
チップ６０が被溶接物Ｆ表面を滑ってガンシリンダ５０
を回転させる力が発生する恐れがある。

しかしながら、リスト部ノウジフグ４９内においては、
電極チップ６０の位置設定後に自動的に作動される電磁
ブレーキ５８によりリスト軸５１がロックされた状態に
あることから、かかる回転は確実に防止され電極チップ
６０のスリップが防止される。

このとき、リスト部ハウジング４９に捩り力が働いて該
ハウジング４９及び外筒２３をその軸回り方向に回転さ
せようとするが、外筒２３とアーム部本体９との各摺動
板３７，３７・・・、３８．３８・・・の当接により該
回転も確実に防止されるのである。

尚、ブレーキ機構として流体加圧式やギヤ式のものも採
用できる。

溶接に際して同一ライン上を異なる自動車フロアが移送
されて来る場合、当然溶接箇所が相違すると共に溶接部
の形状、寸法も相違する。

かかる場合には前述の如く溶接機をロボット的に作動さ
せる外に、裏当て電極も自動車フロアの型式に合わせて
変更する必要がある。

第１２図及び第１３図はかかる目的の下に構成された裏
当て電極９８を示す。

図において、８５は基台、８６は該基台８５に軸転可能
に支持された軸８７に固着され上下方向に回転できる電
極支持体であり、この支持体８６には第１３図Ａ、Ｈに
側面形状を示す板状の裏当て電極８８．８９がそれぞれ
絶縁材８８ｂ。

８９ｂを介して支持体回転方向に例えば９０°の位相差
をもって取着される。

この裏当て電極８８゜８９は自動車フロアの膨出部、通
称トンネル部溶接用の裏当て電極であり、夫々は各自動
車フロアのトンネル部裏面形状に略同−の形状とされ、
周面に複数個の当接部８８ａ、８９ａが形成されている
。

９０は前記軸８７と一体のブラケット９１にピスト塔ロ
ッド９０ａの先端が枢支９２され、シリンダ９０ｂの後
端がブラケット９３により基板９４に固定されたシリン
ダ手段であり、ピスト塔ロッド９０ａを伸長した図の状
態では電極８８が真上に来るように支持体８６を回転し
、ビストンロツド９０ａが短縮したときには各部が反相
線の如く移動して電極８９が真上に乗るように回転する
ことができる。

９５，９６．９７は回転位置決め用のストッパである。

また第１図の場合と同様に、トランスの二次ケーブルの
一方をこれら電極８８．８９に、他方を溶接ガン側に接
続する。

しかして、第１４図に示すように自動車フロアＦの移送
ラインの下側に前記裏当て電極９８を配設する一方、ラ
イン側近に溶接機、本例ではラインの両側に夫々溶接機
３，３′を配設することにより、移送されてくる自動車
フロアＦの型式に適合する電極８８又は８９をセットす
る一方、ティーチングされた位置に溶接機３，３の各電
極６０゜６０′をセットし、スポット溶接を行なうこと
ができる。

これにより数種の型式の自動車フロアを同一ラインにて
スポット溶接することができるのである。

第１５図は更に一対の溶接機３“、３“′を配設した例
を示し、自動車フロアＦのトンネル部ＦＴ前後位置を夫
々同時に溶接することができる。

このように、溶接機を複数台使用することは任意である
。

ここで、上記実施例はロボットを溶接機として実施しだ
例について説明したが、溶接用ガン（ガンシリンダ、電
極）をナツトランナやドリル等に取り換えることにより
容易に他の加工機として利用することができる。

また、レールを直接地面に設置することにより反力を最
終的に地面で受け、強度を更に高めることもできるので
ある。

以上詳細に説明したように本発明の工業用ロボットによ
れば、取着された加工用工具を複数の設定空間位置に自
動的に制御設置することができるので汎用型の加工機と
して用いることが可能となり、同一ライン上を移送され
てくる異なる形状、寸法の被加工物への自動加工を可能
にする一方、加工用工具に生じる反力を最終的には固定
レールにて受は止めるような構成としたことにより、該
反力が生じてもロボット各部がゆがんだり破損されるこ
とを大巾に防止できロボットの実質的な強度を向上する
ことができる。

更に、リスト軸にブレーキ手段を設けたことにより工具
を常時圧しい姿勢にて被加工物に対接でき、良好な加工
結果を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ロボットを溶接機として設けた場合の正
面図、第２図はロボットの詳細を示す一部破断正面図、
第３図は同平面図、第４図は第２図の■矢視図、第５図
は第２図のＶ−Ｖ線断面図、第６図は第２図の■矢視図
、第７図はリスト部の拡大断面図、第８図は作用説明図
、第９図はロボット制御装置の構成を示すブロックダイ
ヤグラム、第１０図Ａ、Ｂは反力伝達経路を説明する図
で夫夫第４図、第２図に対応する図、第１１図は不具合
を説明するだめの部分図、第１２図は裏当て電極及びそ
の保持装置の正面図、第１３図Ａ、Ｂは夫々第１２図の
ＸＩＡ、ＸＩＢ矢視図、第１４図は組合せ使用した場合
の作用正面図、第１５図は同様の平面図である。 ３・・・溶接機、４・・・スライドベース、５・・・レ
ール、６・・・シリンダ手段、９・・・アーム部本体、
１１・・・シリンダ手段、１９・・・スプライン軸、２
０・・・バブ、２１・・・内筒、２１ａ・・・スリーブ
、２３・・・外筒、２８・・・シリンダ手段、３７．３
８・・・摺動板、４１・・・連結アーム、４９・・・ハ
ウジング、５０・・・ガンシリンダ、５１・・・リスト
軸、５８・・・電磁ブレーキ、６０・・・電極チップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定レール上を摺動可能なスライドベースと、この
   スライドベースに基端が軸支され、該スライドベースに
   枢支されたシリンダ手段によりレール沿設方向と直交す
   る平面内に揺動される筒状のアーム部本体と、このアー
   ム部本体内に軸方向移動可能に内装されアーム部本体に
   取着したシリンダ手段により軸方向移動されるがその回
   転はアーム部本体により係止される外筒と、この外筒内
   に設けられ回転駆動手段により回転される内筒と、前記
   外筒の先端に固着される一方、前記内筒を軸方向に拘束
   した状態で回転可能に支持するリストノウジフグと、こ
   のリストハウジング内に前記内筒と直交する方向に軸支
   されて該内筒の回転により回転されると共に、その先端
   の前記外筒を軸方向移動させるシリンダ手段の軸線上に
   加工用工具が取着されかつ該加工用工具が前記レール沿
   設方向と直交する平面にて回動し得るリスト軸とを備え
   だことを特徴とする工業用ロボット。