JP2004358649A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接ワイヤの送給をスムーズに行うことができ、かつ外部部材との干渉を少なくすることができる産業用ロボットを提供する。
【解決手段】 アーク溶接用の産業用ロボットにおいて、ワイヤ送給装置１０を、上部アーム４の軸方向の後部に配置して、手首部５の姿勢が水平状態であるときに、ワイヤ供給装置１０と、上部アーム４と、手首部５とがほぼ一直線状になるように構成し、胴体６を駆動する胴体駆動用モータ１４と減速機１５を、Ｒ軸に対してオフセットして上部アーム４に設置し、胴体駆動用モータ１４と連結された胴体駆動用ギヤ１３を中空状に構成するとともに、上部アーム４の内部にＲ軸と同心に配置し、回転体８に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号または材料を供給するコンジットケーブルを、胴体駆動用ギヤ１３の中空部に通してワイヤ送給装置１０側から手首部５側に引き出すとともに、エンドエフェクタまで延設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボット、特にアーク溶接用の産業用ロボットに関するものである。

アーク溶接用の産業用ロボットとしては、６軸の自由度を有する垂直多関節型の産業用ロボットが広く用いられている。このタイプの産業用ロボットは、基台と、前記基台に旋回可能に連結された旋回ベース（基本第１軸）と、前記旋回ベースに前後方向に傾動可能に連結された下部アーム（基本第２軸）と、前記下部アームに傾動可能に連結された上部アーム（基本第３軸）と、前記上部アームの先端に連結された３自由度を有する手首部（手首第１軸〜手首第３軸）を備えている。また、前記上部アームの上方にはワイヤ送給装置を取り付けるとともに、コンジットケーブル内に溶接ワイヤを通し、手首部の先端に取り付けられたアーク溶接用トーチに溶接ワイヤを供給している（例えば特許文献１）。
図６は、従来技術におけるアーク溶接用の産業ロボットを示す側面図である。
図４において、３Ａは下部アームで、図示しない旋回ベースに前後方向に傾動可能に連結されている。４Ａは上部アームで、前記下部アーム３Ａの先端のＵ軸（紙面に垂直な軸である）回りに上下方向に傾動可能に連結されている。５Ａは手首部で、前記上部アーム４Ａの先端に回動可能に連結されている。
前記手首部５Ａは、上部アーム３Ａの長さ方向に伸びるＲ軸回りに回転する胴体６Ａと、前記胴体６Ａの先端に軸支されてＲ軸に直交するＢ軸（紙面に垂直な軸である）回りに揺動する揺動体７Ａと、前記揺動体７Ａの先端にあってＢ軸に直交するＴ軸回りに回転する回転体８Ａとから構成されている。
９Ａは溶接トーチで、トーチクランプ１８Ａを介して回転体８Ａに固定されている。１０Ａは前記上部アーム４Ａの上に固定されたワイヤ送給装置で、図示しないワイヤ貯蔵装置（例えば、ワイヤリール）から溶接ワイヤＷを引き出して、溶接トーチ９Ａに向けて押し出す。１１Ａは前記溶接トーチ９Ａとワイヤ送給装置１０Ａとを結ぶコンジットケーブルである。前記溶接ワイヤＷは、前記コンジットケーブル１１Ａ内を通って前記溶接トーチ９Ａに送られる。
特開平１１−３３７２３号公報

しかしながら、このような従来技術においては、次のような問題があった。
(1)上部アーム４Ａの上方にワイヤ送給装置１０Ａが固定されおり、コンジットケーブ ル１１Ａが大きく外部に張り出しているので、大きなスペースを必要とするだけでな く、上部アーム４Ａを素早く動かす稼動時において、コンジットケーブル１１Ａが振 り回され、また捩るなどを生じ、溶接ワイヤＷの送給がスムーズに行えない。
(2)ワイヤ送給装置１０Ａやコンジットケーブル１１Ａが、安全柵や周辺装置、壁等の 外部部材と干渉するため、干渉物から大きく離れて産業用ロボットを設置する必要が ある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、溶接ワイヤの送給をスムーズに行うことができ、かつ外部部材との干渉を少なくすることができる産業用ロボットを提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、基台と、前記基台にＳ軸回りに旋回可能に連結された旋回ベースと、前記旋回ベースにＬ軸回りに傾動可能に連結された下部アームと、前記下部アームにＵ軸回りに傾動可能に連結された上部アームと、前記上部アームの先端に、Ｒ軸回りに回動可能に連結された手首部と、前記上部アームに配置したワイヤ送給装置とを備え、前記手首部は、前記上部アームの長さ方向のＲ軸回りに回転する胴体と、前記胴体の先端に取り付けられて前記Ｒ軸に直交するＢ軸回りに揺動する揺動体と、前記揺動体の先端に取り付けられてＴ軸回りに回転する回転体とを備えている産業用ロボットにおいて、前記ワイヤ送給装置を、前記上部アームの軸方向の後部に配置して、前記手首部の姿勢が水平状態であるときに、前記ワイヤ供給装置と、上部アームと、手首部とがほぼ一直線状になるように構成し、前記胴体を駆動する胴体駆動用モータと減速機を、前記Ｒ軸に対してオフセットして上部アームに設置し、前記胴体駆動用モータと連結された胴体駆動用ギヤを中空状に構成するとともに、前記上部アームの内部に前記Ｒ軸と同心に配置し、前記回転体に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号または材料を供給するコンジットケーブルを、前記胴体駆動用ギヤの中空部に通してワイヤ送給装置側から手首側に引き出すとともに、前記エンドエフェクタまで延設するようにしたものである。
請求項２に記載の発明は、前記ワイヤ送給装置を、前記上部アームの傾動中心であるＵ軸のほぼ真上に配置するようにしたものである。
請求項３に記載の発明は、前記上部アームを後方に延ばして上部アーム後部にワイヤ送給装置用スペースを形成し、前記スペース内に、前記ワイヤ送給装置を配置するようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、前記ワイヤ送給装置用スペースをカバーあるいは上部アームの枠体で覆うようにしたものである。
請求項５に記載の発明は、基台と、前記基台にＳ軸回りに旋回可能に連結された旋回ベースと、前記旋回ベースにＬ軸回りに傾動可能に連結された下部アームと、前記下部アームにＵ軸回りに傾動可能に連結された上部アームと、前記上部アームの先端に、Ｒ軸回りに回動可能に連結された手首部と、前記手首部の先端に取り付けられた溶接トーチとを備え、前記手首部は、前記上部アームの長さ方向のＲ軸回りに回転する胴体と、前記胴体の先端に取り付けられて前記Ｒ軸に直交するＢ軸回りに揺動する揺動体と、前記揺動体の先端に取り付けられてＴ軸回りに回転する回転体とを備えている産業用ロボットにおいて、前記胴体を駆動する胴体駆動用モータと減速機を、前記Ｒ軸に対してオフセットして上部アームに設置し、前記胴体駆動用モータと連結された胴体駆動用ギヤを中空状に構成するとともに、前記上部アームの内部に前記Ｒ軸と同心に配置し、前記回転体に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号または材料を供給するコンジットケーブルを、前記基台の外部から基台内部に引き込むとともに、基台内部から旋回ベース内部および下部アーム内部を通して下部アームの上部から外部に引き出し、外部において円弧状のたるみ部を形成して、上部アームの反手首側端部から上部アーム内部に引き込み、前記胴体駆動用ギヤの中空部に通して手首側に引き出すとともに、前記エンドエフェクタまで延設するようにしたものである。
請求項６に記載の発明は、ロボット外部における前記基台の傍らに、ワイヤ供給装置を配置するようにしたものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
［請求項１ないし請求項４］
(1)コンジットケーブルを、上部アームおよび手首部の内部に収納しているので、上部 アームを素早く動かす稼動時においても、コンジットケーブルを振り回したり、捩れ させてりすることがなく、溶接ワイヤの送給をスムーズに行うことができる。
(2)ワイヤ送給装置を上部アームの後方に配置し、ワイヤ送給装置、上部アーム、手首 の胴体の３者を一直線状に配置したので、上部アーム周りの構成を、非常にすっきり と、コンパクトに省スペースでまとめることができる。またこれにより、Ｕ軸からワ イヤ送給装置や手首部までの干渉半径を小さくして、外部部材との干渉を防ぐことが できる。
(3)Ｒ軸の構成を、Ｒ軸回転中心に減速機を配置するとともに、手首胴体駆動用モータ をその回転中心からオフセットさせた位置に配置し、その空いたスペースにワイヤ送 給モータを置き、さらにギヤ又はプーリを中空化して、その中空部にコンジットケー ブルを中心を通す構成にしているので、さらに省スペース化を実現することができる 。
［請求項５および請求項６］
(4)コンジットケーブルを基台からロボット内部に引き込み、コンジットケーブルの大 部分をロボット内部に収納するので、上部アームの後方において、上部アームとワイ ヤリールとをワイヤで繋がることがなく、ロボットの動きにより自由度が増すととも に、外部部材との干渉を防いで、さらに省スペース化を実現することができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例における産業用ロボットを示す側面図、図２は図１におけるワイヤ送給装置、上部アーム、および手首部を示す平断面図で、図３は図１におけるＡ−Ａ線に沿う平断面図である。
図１ないし図３において、１は産業用ロボットの基台である。基台１の上には垂直軸（Ｓ軸）回りに旋回自在に旋回ベース２が取り付けられ、旋回ベース２には下部アーム３が水平軸（Ｌ軸）回りに軸支され、前後方向に傾動する。下部アーム３の上端には上部アーム４が水平軸（Ｕ軸）回りに軸支され、上下方向に傾動する。
５は上部アーム４の先端に取り付けられた手首部である。手首部５は、上部アーム４の長さ方向の中心軸（Ｒ軸：手首第１軸）回りに回転自在に取り付けられた胴体６と、胴体６の先端でＲ軸に直交する軸（Ｂ軸：手首第２軸）回りに軸支されて揺動する揺動体７と、揺動体７の先端で回転軸（Ｔ軸：手首第３軸）回りに回転する回転体８からなっている。
９は回転体８に取り付けられたエンドエフェクタとしての溶接トーチで、１０は前記上部アーム４の軸方向の後部に配置されたワイヤ送給装置である。前記ワイヤ供給装置１０は、外部部材との干渉を極力避けるため、前記Ｌ軸のほぼ真上に配置されている。
また、前記ワイヤ送給装置１０には、ロボット外部におけるロボットの後方に配置した図示しないワイヤリールから溶接ワイヤＷが供給されるとともに、この溶接ワイヤＷを、コンジットケーブル１１内を通して溶接トーチ９まで送給する。コンジットケーブル１１は上部アーム４の後部に開口した進入口１２から上部アーム４の内部に引き込まれる。また、コンジットケーブル１１は、コイルバネを樹脂で被覆した保護チューブの中に通されて保護されている。なお、本発明の産業用ロボットにおいては、従来必要であったトーチクランプは必要としない。
前記手首５の胴体駆動用モータと減速機等は、図３に示すように配置されている。
すなわち、胴体駆動用ギヤ１３を中空状に構成し、胴体駆動用モータ１４と減速機１５をＲ軸に対して平行にオフセットして、ギヤ機構で結合し、上部アームに前記Ｒ軸と同心に設置する。この場合、コンジットケーブル１１は上部アーム４の後端からＲ軸に沿って上部アーム４の中に入って、モータ１４の横を通る。
このような機構にすることで、上部アーム４の傾動中心であるＵ軸からワイヤ送給装置１０の端部までの半径、すなわち干渉半径Ｒを、従来のアーク溶接用産業ロボットより小さくすることができる。
また、ワイヤ送給装置１０を上部アーム４の後方に配置するだけでなく、前記手首部の姿勢が水平状態であるときに、前記ワイヤ供給装置と、上部アームと、手首部の３者がほぼ一直線状になるように構成しているので、上部アーム４回りの構成は、非常にすっきりと、コンパクトに省スペースでまとまる。これにより、Ｕ軸からワイヤ送給装置１０や手首部５の先端部までの干渉半径を小さくすることができ、外部部材との干渉が防がれる。
なお、本発明においては、手首部５の胴体６の駆動は、ギヤ結合だけでなくプーリなど他の駆動伝達方式を使用してもよい。
また、コンジットケーブル１１には、溶接ワイヤＷだけでなく、前記回転体８に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号を供給するケーブルを通すようにすることもできる。
また、前記上部アーム４を後方に延ばして上部アーム後部にワイヤ送給装置用スペースを形成し、前記スペース内に、前記ワイヤ送給装置１０を配置するようにしてもよい。
さらに、前記ワイヤ送給装置用スペースをカバーあるいは上部アーム４の枠体で覆いワイヤ送給装置１０を保護するようにしてもよい。
［第２の実施例］
この第２の実施例は、前記コンジットケーブル１１を、前記基台１の外部から基台１内部に引き込むとともに、大部分をロボットの内部を通して手首部５まで引き出しエンドエフェクタとしての溶接トーチ９まで延設するようにしている。具体的な構成を図４および図５に示す。
図４に示すように、まず、ロボット外部におけるロボットの後方に配置した図示しないワイヤリールから溶接ワイヤの供給を受けるワイヤ送給装置１０を、ロボット外部における前記基台１の傍らに配置する。コンジットケーブル１１は、前記基台１の外部から基台１内部に引き込まれ、さらに、基台１内部から旋回ベース２内部および下部アーム３内部を通して下部アーム３の上部から外部に引き出される。下部アーム３の上部から外部に引き出されたコンジットケーブル１１は、上部アーム４の後方において、円弧状のたるみ部１１ａを形成するとともに、再び、上部アーム４の反手首側端部から上部アーム４内部に引き込まれ、図示しない胴体駆動用ギヤの中空部を通って手首側に引き出され、前記溶接トーチ８まで延設される。
このような構成において、旋回ベース２、下部アーム３、上部アーム４、あるいは手首部５の駆動によりロボットはかなり激しく動くが、コンジットケーブル１１の大部分はロボット内に収納されているので、ロボットの動きに悪影響を与えることはない。
また、この第２の実施例においては、上部アーム４の後方において、上部アーム４とワイヤリールとが溶接ワイヤｗで繋がっていないので、ロボットの動きにさらに自由度が増すとともに、外部部材との干渉を防いで、より省スペース化を実現することができる。

本発明の実施例における産業用ロボットを示す側面図である。 図１におけるワイヤ送給装置、上部アーム、および手首部を示す平断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う平断面図である。 本発明の第２の実施例における産業用ロボットを示す側面図である。 図４における上部アーム、および手首部を示す平断面図である。 従来技術における産業用ロボットを示す側面図である。

符号の説明

１：基台
２：旋回ベース
３：下部アーム
４：上部アーム
５：手首部
６：胴体
７：揺動体
８：回転体
９：溶接トーチ
１０：ワイヤ送給装置
１１：コンジットケーブル
１１ａ：たるみ部
１２：進入口
１３：胴体駆動用ギヤ
１４：胴体駆動用モータ
１５：減速機
１６：ベアリング
１７：ベアリング
Ｗ：溶接ワイヤ

Claims (6)

1. 基台と、前記基台にＳ軸回りに旋回可能に連結された旋回ベースと、前記旋回ベースにＬ軸回りに傾動可能に連結された下部アームと、前記下部アームにＵ軸回りに傾動可能に連結された上部アームと、前記上部アームの先端に、Ｒ軸回りに回動可能に連結された手首部と、前記上部アームに配置したワイヤ送給装置とを備え、前記手首部は、前記上部アームの長さ方向のＲ軸回りに回転する胴体と、前記胴体の先端に取り付けられて前記Ｒ軸に直交するＢ軸回りに揺動する揺動体と、前記揺動体の先端に取り付けられてＴ軸回りに回転する回転体とを備えている産業用ロボットにおいて、
   前記ワイヤ送給装置を、前記上部アームの軸方向の後部に配置して、前記手首部の姿勢が水平状態であるときに、前記ワイヤ供給装置と、上部アームと、手首部とがほぼ一直線状になるように構成し、
   前記胴体を駆動する胴体駆動用モータと減速機を、前記Ｒ軸に対してオフセットして上部アームに設置し、
   前記胴体駆動用モータと連結された胴体駆動用ギヤを中空状に構成するとともに、前記上部アームの内部に前記Ｒ軸と同心に配置し、
   前記回転体に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号または材料を供給するコンジットケーブルを、前記胴体駆動用ギヤの中空部に通してワイヤ送給装置側から手首側に引き出すとともに、前記エンドエフェクタまで延設したことを特徴とする産業用ロボット。
2. 前記ワイヤ送給装置を、前記上部アームの傾動中心であるＵ軸のほぼ真上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボット。
3. 前記上部アームを後方に延ばして上部アーム後部にワイヤ送給装置用スペースを形成し、前記スペース内に、前記ワイヤ送給装置を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の産業用ロボット。
4. 前記ワイヤ送給装置用スペースをカバーあるいは上部アームの枠体で覆ったことを特徴とする請求項３に記載の産業用ロボット。
5. 基台と、前記基台にＳ軸回りに旋回可能に連結された旋回ベースと、前記旋回ベースにＬ軸回りに傾動可能に連結された下部アームと、前記下部アームにＵ軸回りに傾動可能に連結された上部アームと、前記上部アームの先端に、Ｒ軸回りに回動可能に連結された手首部と、前記手首部の先端に取り付けられた溶接トーチとを備え、前記手首部は、前記上部アームの長さ方向のＲ軸回りに回転する胴体と、前記胴体の先端に取り付けられて前記Ｒ軸に直交するＢ軸回りに揺動する揺動体と、前記揺動体の先端に取り付けられてＴ軸回りに回転する回転体とを備えている産業用ロボットにおいて、
   前記胴体を駆動する胴体駆動用モータと減速機を、前記Ｒ軸に対してオフセットして上部アームに設置し、
   前記胴体駆動用モータと連結された胴体駆動用ギヤを中空状に構成するとともに、前記上部アームの内部に前記Ｒ軸と同心に配置し、
   前記回転体に取り付けるエンドエフェクタに動力または信号または材料を供給するコンジットケーブルを、前記基台の外部から基台内部に引き込むとともに、基台内部から旋回ベース内部および下部アーム内部を通して下部アームの上部から外部に引き出し、外部において円弧状のたるみ部を形成して、上部アームの反手首側端部から上部アーム内部に引き込み、前記胴体駆動用ギヤの中空部に通して手首側に引き出すとともに、前記エンドエフェクタまで延設したことを特徴とする産業用ロボット。
6. ロボット外部における前記基台の傍らに、ワイヤ供給装置を配置したことを特徴とする請求項５に記載の産業用ロボット。

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