JP2000117668A - ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水平多関節ロボットにおいて、簡単な機構によ
り工具やワークのポジショナルリストの姿勢を一定にす
るためにアームを水平に保持させるようにした。 【解決手段】水平多関節ロボットの水平旋回軸９と、そ
の次の水平旋回軸との間で上下方向に旋回する上下方向
旋回アーム８に、この上下方向旋回アーム８の上下方向
旋回時に前記水平旋回軸を前記上下方向旋回アーム８と
相対回転して前記水平旋回軸上のアーム１０を常に水平
姿勢に保持するよう前記上下方向旋回アーム８と平行な
リンク１２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを加工する
工業用のロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】３次元空間内における加工作業には、従
来は垂直多関節ロボット（パラレルリンク、シリアルリ
ンク）又は、水平多間接ロボットとを使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】協調ロボットシステム
において、溶接トーチ等の工具やワークのポジショナリ
ストの姿勢を一定にするためにアームを水平に保った状
態で上下動させたいが、前記垂直多関節ロボットでは、
上下方向に干渉領域が大きく、上下配置の協調ロボット
システムには適さない。また、水平多間接ロボットの場
合は上記の条件を満足するが、特開平３−１２６１０２
号で開示されているように、上下軸が直動軸のため、こ
の直動軸にスパッタ・ヒューム等が付着しないような保
護対策が必要である。さらに、直動軸を構成するボール
ネジやラックピニオンによる上下ストローク分他のロボ
ットやワークのポジショナとの干渉領域が増えると共
に、ロボットのベース側の第１水平旋回軸を上下動させ
るため、重量が重く大型のモータを用いる必要がある。

【０００４】本発明の目的は、水平多関節ロボットにお
いて、簡単な機構により工具やワークのポジショナリス
トの姿勢を一定にするためにアームを水平に保持させる
ようにしたロボットを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、水平多関節ロボットにおいて、鉛直水平旋
回軸と、その次の水平旋回軸との間で上下方向に旋回す
る上下方向旋回アームに、この上下方向旋回アームの上
下方向旋回時に前記水平旋回軸を前記上下方向旋回アー
ムと相対回転して前記水平旋回軸に結合されているアー
ムを常に水平姿勢に保持するよう前記上下方向旋回アー
ムと平行なリンク機構を設けたことを特徴とするもので
ある。

【０００６】さらに、共通のコラムベースの立面に複数
の水平多関節ロボットを上下配置し、一方のロボットに
工具を他方のロボットにワークを把持させ、複数のロボ
ットの協調作業によりワークを加工するロボットであっ
て、前記ロボットの各水平旋回軸とその次の各水平旋回
軸との間に上下方向に旋回する上下方向旋回アームを設
け、この上下方向旋回アームの一方の前記水平旋回軸に
相対回転可能なアームを結合し、このアームを常に水平
方向に保持するよう前記上下方向旋回アームと平行なリ
ンク機構を設けたことを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明装置の全体構成を示す
斜視図であり、アーク溶接ロボットを例示する。１は立
設されているコラムベースであり、このコラムベース１
の共通の立面の上側に溶接ロボット２を、また、下側に
ワーク把持ロボット３を配置し、前記コラムベース１と
並設された制御装置２８によって前記２台のアーク溶接
ロボット２とワーク把持ロボット３とを協調作業させる
ようにしたものである。

【０００８】前記上側の溶接ロボット２は、コラムベー
ス１の立面に基台４が固定され、この基台４に固定され
ている固定アーム５に鉛直軸線の第１軸７により水平旋
回する第１アーム６と、この第１アーム６に水平軸線の
第２軸９により上下旋回する第２アーム８と、この第２
アーム８に鉛直軸線の第３軸１１により水平旋回する工
具把持アーム１０とから構成されており、前記工具把持
アーム１０には溶接トーチＴを把持している。

【０００９】前記第２アーム８は前記第１軸７と第２軸
９によって鉛直水平旋回する。前記工具把持アーム１０
は前記第２アーム８の上下旋回によって水平軸線回りに
旋回する。そこで、本発明は、前記第２軸９を備える第
１アーム６と工具把持アーム１０の水平旋回軸を備える
結合部３１との間をそれぞれ第１アーム６，結合部３１
に固定されたレバー１２ａ，１２ｂを介して第２アーム
８と平行するリンク１２で結合し、第２アーム８の上下
旋回時に前記溶接トーチＴが常に鉛直方向姿勢を保つよ
う前記工具把持アーム１０を常に水平姿勢に制御するよ
うにしたものである。

【００１０】前記下側のワーク把持ロボット３は、前記
溶接ロボット２の基台４の下方の前記コラムベース１の
立面に基台１３が固定され、この基台１３に鉛直軸線の
第１軸１５により水平旋回する第１アーム３２と、かつ
この第１軸１５と交差する水平軸線の第２軸１６により
上下旋回する第２アーム１４と、この第２アーム１４に
鉛直軸線の第３軸１８により水平旋回し、かつこの第３
軸１８と交差する水平軸線の第４軸１９により水平旋回
する第３アーム２０と、この第３アーム２０のフランジ
Ｆにワーク取付台２４が取付けられたボジショナ２３と
から構成されている。

【００１１】前記ワーク把持ロボット３にも、第２アー
ム１４の第２軸１６を備える第１アーム３２と第３アー
ム２０の水平旋回軸を備える結合部３０との間をそれぞ
れ第１アーム３２，結合部３０に固定されたレバー２７
ａ，２７ｂを介して第１アーム１４と平行するリンク２
７を結合し、第１アーム１４の上下旋回時に第２アーム
２０との結合部３０が常に水平姿勢を保つよう制御する
ようにしている。

【００１２】前記ポジショナ２３は、前記第４軸１９の
軸線に対し４５°の角度で第３アーム２０の前方に傾斜
し、前記第４軸１９により水平軸線回りに旋回する第１
ポジショナアーム２５と、この第１ポジショナアーム２
５に設けられ、前記第４軸１９の延長軸線に対し４５°
の角度で第３アーム２０側に傾斜した軸線の第５軸２２
の軸線回りに旋回する第２ポジショナアーム２６と、前
記第４軸１９の軸線と前記第５軸２２の軸線の交点Ｐを
通り、かつ前記第５軸２２の軸線に対し４５°の角度の
第６軸２１の軸線回りに旋回するフランジＦとを備えて
いる。このフランジＦには前記ワーク取付台２４が取付
けられている。このワーク取付台２４には図示省略して
いるが、ワークのクランプ装置を備えている。

【００１３】本発明は上記の通りの構成であるから、下
側のワーク把持ロボット３はワークの作業領域への搬
入、搬出動作を行い、溶接加工作業時にはワークの姿勢
を制御して溶接部位を重力方向に対して常にある姿勢、
例えば、溶接トーチＴに対してワークの溶接部位が鉛直
状態の姿勢となるように、あるいは、溶接部位が溶接ト
ーチＴの前進方向または後退方向に少し傾いた姿勢とな
るようにワークの姿勢を一定に保つように制御し、上側
の溶接ロボット２と協調して作業を行うものである。

【００１４】すなわち、下側の６軸のワーク把持ロボッ
ト３はワークの３次元空間内の移動と姿勢の自由度を有
し、上側の溶接ロボット２は溶接トーチＴが常に鉛直方
向に姿勢を固定された状態で３次元空間内の移動の自由
度を有してワークを溶接加工する。従って、下側のワー
クの溶接部位が溶接トーチＴに対して鉛直状態の姿勢と
なるよう制御することにより、このワークに対し上側か
ら常に鉛直方向姿勢の溶接トーチＴによってアーク溶接
溶融池が重力により垂れることなく溶接することができ
る。

【００１５】前記溶接ロボット２の第２アーム８が図４
で示すように、下方に旋回したときにはリンク１２が第
２アーム８と平行移動し、レバー１２ａ，１２ｂは図４
において傾動しないので第２アーム８の下方旋回による
工具把持アーム１０の下向き旋回をキャンセルして水平
姿勢に制御する。また、第２アーム８が上方に旋回した
ときにもレバー１２ａ，１２ｂが傾動しないので第２ア
ーム８の上方旋回による工具把持アーム１０の上向き旋
回をキャンセルして水平姿勢に制御する。従って、工具
把持アーム１０に把持されている溶接トーチＴは常に鉛
直方向姿勢を保持する。

【００１６】前記ワーク把持ロボット３においても、第
２アーム１４の上下旋回時にはリンク２７が第２アーム
１４と平行移動し、レバー２７ａ，２７ｂは図４におい
て傾動しないので第３アーム２０との結合部３０を常に
水平姿勢を保持する。

【００１７】尚、上記の実施形態では溶接ロボット２と
ワーク把持ロボット３を共通のコラムベース１の１つの
面の上下位置に取り付けられていることにより、設置温
度変化時の両ロボットのアームの伸縮が相殺され、アー
ム伸縮誤差が低減し協調作業時の相対位置精度を確保
し、加工品質を向上する。また、溶接ロボット２とワー
ク把持ロボット３の上下動を行う機構にリンク機構を採
用し、このリンク機構をコラムベース１側ではなく、溶
接トーチＴ側あるいはポジショナ２３側に設けたので、
溶接ロボット２とワーク把持ロボット３との間の上下方
向の干渉領域を小さくすることができる、また、このよ
うな上下立体配置構成により、設備スペースを小さくす
ることができ、床面の省スペースが図られる。

【００１８】さらに加えて、溶接ロボット２とワーク把
持ロボット３の２台のロボットは共通のコラムベース１
をベースにしたツインアーム形態であるため、一度キャ
リブレーション作業のみで設備を移設したとしても、従
来の対向配置のようなキャリブレーション作業が不要と
なる。

【００１９】尚、上記の実施形態では上側を溶接トーチ
Ｔを把持させたアーク溶接作業で説明したが、本発明は
溶接作業の限定されるものではなく、シーリング作業、
バリ取り作業、穴明作業にも適用することができる。ま
た、前記の軸構成の順番に関係なく、旋回軸２軸、上下
軸１軸の例えば、１，２軸を旋回軸とし、上下回転軸を
３軸とするような軸構成にも適用することも可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、水平
多関節ロボットの鉛直水平旋回軸と、その次の水平旋回
軸との間で上下方向に旋回する上下方向旋回アームに、
この上下方向旋回アームの上下方向旋回時に前記水平旋
回軸を前記上下方向旋回アームと相対回転して前記水平
旋回軸に結合されているアームを常に水平姿勢に保持す
るよう前記上下方向旋回アームと平行なリンク機構を設
けた簡単な構成により、上下方向の干渉領域が少なく、
協調ロボットシステムがコンパクトに構成できる。ま
た、全軸回転軸であるため、防塵、防滴性能が向上（耐
スパッタ性能の向上）する。さらに、固定リンク機構に
より、アームの荷重は各水平軸で受けているため、上下
軸の付加低減が図られ、モータを小型化できコストダウ
ンとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボットの全体構成を示す斜視図

【図２】本発明によるロボットの側面図

【図３】上側ロボットの平面図

【図４】アームの水平姿勢制御状態の側面図

【符号の説明】

１ コラムベース ２ 溶接ロボット ３ ワーク把持ロボット ４ 基台 ６ 第１アーム ８ 第２アーム １０ 工具把持アーム １２ リンク １２ａ レバー １２ｂ レバー １３ 基台 １４ 第２アーム ２０ 第３アーム ２３ ポジショナ ２４ ワーク取付台 ２７ リンク ２７ａ レバー ２７ｂ レバー ２８ 制御装置 ３２ 第１アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 真一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 千種 俊之 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 小山 伸二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 竹内 雅彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3F060 AA05 BA06 EA01 EB12 EC13 EC14 FA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平多関節ロボットにおいて、水平旋回
   軸と、その次の水平旋回軸との間で上下方向に旋回する
   上下方向旋回アームに、この上下方向旋回アームの上下
   方向旋回時に前記水平旋回軸を前記上下方向旋回アーム
   と相対回転して前記水平旋回軸に結合されているアーム
   を常に水平姿勢に保持するよう前記上下方向旋回アーム
   と平行なリンク機構を設けたことを特徴とするロボッ
   ト。
2. 【請求項２】 共通のコラムベースの立面に複数の水平
   多関節ロボットを上下配置し、一方のロボットに工具を
   他方のロボットにワークを把持させ、複数のロボットの
   協調作業によりワークを加工するロボットであって、前
   記ロボットの各水平旋回軸とその次の各水平旋回軸との
   間に上下方向に旋回する上下方向旋回アームを設け、こ
   の上下方向旋回アームの一方の前記水平旋回軸に相対回
   転可能なアームを結合し、このアームを常に水平方向に
   保持するよう前記上下方向旋回アームと平行なリンク機
   構を設けたことを特徴とするロボット。