特開 2024-13388 溶接用ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013388

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】溶接用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20240125BHJP

   B25J 19/02 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B25J19/06

B25J19/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115442

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】花内 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】山本 和広

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS11

3C707BS12

3C707BT05

3C707CT05

3C707HS27

3C707KS35

3C707KS37

3C707KV04

3C707KV06

3C707KW05

3C707KX10

3C707MS07

(57)【要約】

【課題】第４軸周りのトルクを精度良く測定するとともに、第５軸および第６軸周りのトルク測定も精度良く行うことができない。
【解決手段】溶接用ロボット１のアッパアーム１３のアーム長さＬ１は、支持アーム１４のアーム長さＬ２よりも長い。溶接用ロボット１は、第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６までの軸ごとに、軸周りの駆動を行う第１～第６モータと、第１軸Ｊ１から第４軸Ｊ４までのそれぞれの軸のみに、各軸に作用するトルクを測定する第１～第４トルクセンサ５１～５４と、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６ごとに、軸周りの駆動を行う前記モータの電流値を検出する電流計８１、８２と、電流計８１、８２で検出した電流値に基づいて、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６のトルクを推定する制御装置８０とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１軸の周りに旋回する基台と、
前記基台に対して、第２軸の周りに回動自在に枢着されたロアアームと、
前記ロアアームに対して、前記第２軸に平行な第３軸の周りに回動自在に枢着され、長手方向に沿った第４軸の周りに回動自在となるアッパアームと、
前記アッパアームの先端部において、前記第４軸と直交する第５軸の周りに回動自在に枢着され、長手方向に沿った第６軸の周りに回動自在となる支持アームと、を備えた溶接用ロボットであって、
前記アッパアームのアーム長さは、前記支持アームのアーム長さよりも長く、
前記溶接用ロボットは、
前記第１軸から前記第６軸までのそれぞれの軸に、軸周りの駆動を行うモータと、
前記第１軸から前記第４軸までのそれぞれの軸のみに、各軸に作用するトルクを測定するトルクセンサと、
前記第５軸および前記第６軸ごとに、軸周りの駆動を行う前記モータの電流値を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置で検出した電流値に基づいて、前記第５軸および前記第６軸のトルクを推定するトルク推定装置と、
を備えることを特徴とする溶接用ロボット。

【請求項2】

前記トルクセンサは、ひずみゲージ式のトルクセンサであることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接用ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、特許文献１には、この種の産業用ロボットとして、基台に基端が枢着されたロアアームと、ロアアームの先端に枢着されるアッパアームと、アッパアームの先端に枢着された支持アームと、を備えた産業用ロボットが提案されている。

【0003】

この産業用ロボットは、６軸の多関節ロボットであり、基台は、第１軸の周りに旋回し、ロアアームは、基台に対して、第２軸の周りに回動する。さらに、アッパアームは、ロアアームに対して、第２軸に平行な第３軸の周りに回動するとともに、長手方向に沿った第４軸の周りに回動することができる。支持アームは、第４軸と直交する第５軸の周りに回動するとともに、長手方向に沿った第６軸の周りに回動することができる。

【0004】

このような産業用ロボットが、作業者と協働作業を行う場合、作業者の安全を確保するために、作業者との接触を検出するトルクセンサを回転軸に備えることがある。たとえば、特許文献１の産業用ロボットは、第１軸から第３軸のみに、トルクセンサが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許６８４１８０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、このような産業用ロボットを、たとえば溶接用ロボットに用いた場合、エンドエフェクタである溶接用のトーチを正確に移動させるには、アッパアームの第４軸から第６軸の回動が重要になる。

【0007】

しかしながら、支持アームを回動させる第５軸周りと第６軸周りにトルクセンサを設けたとしても、溶接する箇所に、これらのトルクセンサが近いため、溶接時のノイズや溶接時の熱の影響を受けやすい。このため、トルクセンサによるトルクの測定信号にノイズが含まれたり、熱影響による測定誤差が発生したりすることがある。

【0008】

たとえば、溶接される被溶接部材の開先に沿って、溶接用のトーチを移動させる際に、溶接ルートの始点と終点において、アッパアームを第４軸周りに大きく回動させ、ロボットの姿勢を変更することが多い。このような場合など、アッパアームを第４軸周りに大きく回動させたときには、溶接用のトーチが大きく振れ、トーチの慣性により、第４軸にも大きなトルクが作用しやすい。したがって、このような場合、外力などで第４軸周りのトルクが発生したことを検出するには、第４軸周りのトルクを正確に測定することが重要である。

【0009】

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第４軸周りのトルクを精度良く測定するとともに、第５軸および第６軸周りのトルク測定も精度良く行うことができる溶接用ロボットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を鑑みて、本発明に係る溶接用ロボットは、第１軸の周りに旋回する基台と、前記基台に対して、第２軸の周りに回動自在に枢着されたロアアームと、前記ロアアームに対して、前記第２軸に平行な第３軸の周りに回動自在に枢着され、長手方向に沿った第４軸の周りに回動自在となるアッパアームと、前記アッパアームの先端部において、前記第４軸と直交する第５軸の周りに回動自在に枢着され、長手方向に沿った第６軸の周りに回動自在となる支持アームと、を備えた溶接用ロボットであって、前記アッパアームのアーム長さは、前記支持アームのアーム長さよりも長く、前記溶接用ロボットは、前記第１軸から前記第６軸までのそれぞれの軸に、軸周りの駆動を行うモータと、前記第１軸から前記第４軸までのそれぞれの軸のみに、各軸に作用するトルクを測定するトルクセンサと、前記第５軸および前記第６軸ごとに、軸周りの駆動を行う前記モータの電流値を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置で検出した電流値に基づいて、前記第５軸および前記第６軸のトルクを推定するトルク推定装置と、を備えることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、アッパアームのアーム長さは、支持アームのアーム長さよりも長い。このため、第１軸から第４軸の軸ごとに、軸周りのトルクを測定するトルクセンサを設けたとしても、これらのトルクセンサは、支持アームの先端から離れているため、溶接時のノイズおよび熱の影響を受け難い。これにより、第１軸から第４軸までの各軸に作用するトルクを正確に測定することができる。

【0012】

また、アッパアームを第４軸周りに大きく回動させたときには、溶接用のトーチが大きく振れ、トーチの慣性により、第４軸にも大きなトルクが作用しやすいが、このような場合であっても、第４軸周りに作用するトルクをトルクセンサで正確に測定することができる。

【0013】

さらに、第５軸および第６軸周りのトルクの測定には、トルクセンサを用いずに、トルク推定装置が、電流検出装置で検出した電流値に基づいて、前記第５軸および前記第６軸のトルクを推定する。このため、第５軸および第６軸まわりのトルクを推定する際に、溶接時のノイズや溶接時の熱の影響を受け難い。このようにして、第４軸周りのトルクを精度良く測定するとともに、第５軸および第６軸周りのトルク測定も精度良く行うことができる。

【0014】

ここで、トルクセンサは、磁歪式トルクセンサ、圧電式トルクセンサであってもよいが、より好ましい態様としては、前記トルクセンサは、ひずみゲージ式のトルクセンサである。ひずみゲージ式のトルクセンサを用いることにより、他の方式のトルクセンサを用いる場合に比べて、溶接時の熱およびノイズの影響を抑えることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、第４軸周りのトルクを精度良く測定するとともに、第５軸および第６軸周りのトルク測定も精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の本実施形態に係る溶接用ロボットを正面側から視た斜視図である。

【図2】図１に示す溶接用ロボットを背面側から視た斜視図である。

【図3】図１に示す溶接用ロボットの要部のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の第１実施形態に係る溶接用ロボット１（以下、ロボット１という）を図１～図３を参照しながら詳述する。

【0018】

図１は、本発明の本実施形態に係るロボット１を正面側から視た斜視図である。図２は、図１に示すロボット１を背面側から視た斜視図である。図３は、図１に示す溶接用ロボットの要部のブロック図である。

【0019】

図１および図２に示すように、ロボット１は、多関節ロボットであり、ロボット１の先端に、溶接装置（トーチ）のエンドエフェクタ等（図示せず）を取り付けることにより使用される。

【0020】

ロボット１は、基台１１を備えており、基台１１は、設置面に設置されている。基台１１は、設置面に固定された固定台１１ａと、設置面に対して直交する方向に沿った第１軸Ｊ１の周りに旋回する旋回台１１ｂと、を備えている。

【0021】

旋回台１１ｂには、固定台１１ａに固定された第１モータ（図示せず）の出力軸が接続されている。これにより、第１モータの駆動で、旋回台１１ｂを固定台１１ａに対して第１軸Ｊ１の周りに旋回させることができる。第１モータの出力軸には、第１減速機（図示せず）が取り付けられており、第１減速機の出力軸には、第１軸Ｊ１周りのトルクを検出する第１トルクセンサ５１が取り付けられている。なお、第１モータ、第１減速機、およびトルクセンサ５１は、基台１１の内部に収容されている。

【0022】

ロボット１は、旋回台１１ｂに基端が枢着されたロアアーム１２と、ロアアーム１２の先端に枢着されるアッパアーム１３と、アッパアーム１３の先端に枢着された支持アーム１４と、を有している。これらのアームは、金属製であり、たとえば、鋳鉄、またはアルニウム合金鋳物等の鋳物からなる。

【0023】

ロアアーム１２の基端は、基台１１の旋回台１１ｂに軸支されており、第２モータ（図示せず）を介して、旋回台１１ｂに第２軸Ｊ２の周りに回動自在に枢着されている。ここで、第２軸Ｊ２は、第１軸Ｊ１と直交する方向に平行となる軸である。第２モータの動力により、ロアアーム１２は、旋回台１１ｂに対して第２軸Ｊ２の周りに回動する。

【0024】

本実施形態では、第２モータは、旋回台１１ｂに固定されている。旋回台１１ｂには、第１軸Ｊ１方向に延在する中継アーム１１ｃが形成されており、中継アーム１１ｃ内において、第２モータが旋回台１１ｂ内（中継アーム１１ｃ内）に固定されている。

【0025】

ここで、中継アーム１１ｃの一部は、カバー２１を構成しており、中継アーム１１ｃの本体からカバー２１を取り外すことにより、カバー２１を取り外した開口から、中継アーム１１ｃ内の第１モータと第２モータとが露出する。これにより、第１モータと第２モータとを確認することができる。

【0026】

さらに、第２モータの出力軸には、第２減速機（図示せず）が取り付けられている。第１減速機の出力軸には、第２軸Ｊ２周りのトルクを検出する第２トルクセンサ５２が取り付けられており、第２トルクセンサ５２は、ロアアーム１２に固定されている。ロアアーム１２は、筒状の形状であり、内部に各種ケーブル（図示せず）が挿通されている。

【0027】

ロアアーム１２の基端側にも、カバー２２が取り付けられており、カバー２２を取り外すことにより、第２トルクセンサ５２を確認することができるばかりでなく、各ケーブルをロアアーム１２内に挿通することができる。

【0028】

ロアアーム１２の先端は、アッパアーム１３（の関節部３１）に軸支されており、アッパアーム１３は、第３モータ（図示せず）を介して、第２軸Ｊ２に平行な第３軸Ｊ３に、回動自在に枢着されている。アッパアーム１３内において、第３モータがアッパアーム１３に固定されている。

【0029】

第３モータの出力軸には、第３減速機が取り付けられている。さらに、第３減速機の出力軸には、第３軸Ｊ３周りのトルクを検出する第３トルクセンサ５３が取り付けられており、第３トルクセンサ５３は、ロアアーム１２に固定されている。

【0030】

アッパアーム１３は、ロボット１の腕部に相当し、第３モータを介してロアアーム１２に連結された関節部３１と、第４モータ（図示せず）を介して連結されたアーム本体３２と、を備えている。関節部３１の内部には、第３モータおよび第４モータが収容されており、関節部３１には、上述した第３モータと第４モータが固定されている。

【0031】

関節部３１には、カバー２４が取り付けられており、関節部３１の本体からカバー２４を外すと、カバー２４を取り外した開口部から、第３モータおよび第４モータが露出する。これにより、カバー２４の取り外し後、第３モータおよび第４モータを簡単に点検することができるばかりか、ロボットの先端側に向かうケーブル（図示せず）の配線も簡単に行うことができる。

【0032】

本実施形態では、第４モータの出力軸と、アーム本体３２とは、動力伝達ベルト等を介して接続されており、アーム本体３２には、第４軸Ｊ４周りのトルクを検出する第４トルクセンサ５４が取り付けられている。第４トルクセンサ５４は、アーム本体３２に固定されている。第４モータの駆動により、アーム本体３２の長手方向に沿った第４軸Ｊ４の周りに回動する。

【0033】

アッパアーム１３の先端は、ロボット１の手首部に相当する部分であり、エンドエフェクタである溶接用のトーチ（図示せず）を支持する支持アーム１４が取り付けられている。具体的には、支持アーム１４は、アッパアーム１３の先端部において、第４軸Ｊ４と直交する第５軸Ｊ５の周りに回動自在に枢着され、長手方向に沿った第６軸Ｊ６の周りに回動自在となっている。図１および図２に示すように、アッパアーム１３のアーム長さＬ１は、支持アーム１４のアーム長さＬ２よりも長い。

【0034】

本実施形態では、アッパアーム１３のアーム本体３２には、支持アーム１４をアッパアーム１３に対して枢動させる第５モータ７５が内蔵されている。第５モータ７５は、アッパアーム１３に内蔵された動力伝達ベルト等を介して、支持アーム１４に接続されている。なお、第５モータ７５と後述する第６モータ７６は、アッパアーム１３に内蔵されており（収容されており）、図１および２には、図示されておらず、図３のブロック図のみに示されている。

【0035】

これにより、第５モータ７５の動力が、アッパアーム１３に内蔵された動力伝達ベルト４５に伝達されることで、支持アーム１４は、アッパアーム１３に対して第５軸Ｊ５で回動（揺動）する。

【0036】

さらに、アッパアーム１３のアーム本体３２には、第６モータ７６が内蔵されており、第６モータ７６は、動力伝達ベルトと傘歯車（図示せず）を介して、支持アーム１４に接続されている。これにより、第６モータ７６の駆動により、軸心（具体的には第６軸Ｊ６）の周りに、支持アーム１４の先端部（本体部）を回動させることができる。

【0037】

このように、本実施形態では、ロボット１は、第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６までのそれぞれの軸に、軸周りの駆動を行う第１～第６モータを備えている。ロボット１は、第１軸Ｊ１から第４軸Ｊ４までのそれぞれの軸のみに、各軸に作用するトルクを測定する第１～４トルクセンサ５１～５４をさらに備えている。

【0038】

なお、第１～４トルクセンサ５１～５４は、ひずみゲージ式のトルクセンサである。ひずみゲージ式のトルクセンサを用いることにより、他の方式のトルクセンサを用いる場合に比べて、溶接時の熱およびノイズの影響を抑えることができる。

【0039】

ここで、ロボット１は、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６周りのトルクを、トルクセンサにより測定せず、図３に示すように電流計（電流検出装置）８１、８２と制御装置（トルク推定装置）８０により推定する。具体的には、電流計８１は、第５軸Ｊ５を駆動する第５モータ７５に通電された電流を測定し、電流計８２は、第６軸Ｊ６を駆動する第６モータ７６に通電された電流を測定する。

【0040】

制御装置８０は、第１～第６モータの駆動を制御することにより、ロボット１の動作を制御する。制御装置（トルク推定装置）８０は、さらに、電流計８１、８２で検出した電流値に基づいて、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６のトルクを推定する。具体的には、電流計８１、８２で検出した電流値に応じた値をトルクとして推定する。

【0041】

本実施形態によれば、アッパアーム１３のアーム長さＬ１は、支持アーム１４のアーム長さＬ２よりも長い。このため、第１軸Ｊ１から第４軸Ｊ４の軸ごとに、軸周りのトルクを測定する第１から第４トルクセンサ５１～５４を設けたとしても、これらのトルクセンサ５１～５４は、支持アーム１４の先端から離れているため、溶接時のノイズおよび熱の影響を受け難い。これにより、第１軸Ｊ１から第４軸Ｊ４までの各軸に作用するトルクを正確に測定することができる。

【0042】

また、アッパアーム１３を第４軸Ｊ４周りに大きく回動させたときには、溶接用のトーチ（図示せず）が大きく振れ、トーチの慣性により、第４軸Ｊ４にも大きなトルクが作用しやすいが、このような場合であっても、第４軸Ｊ４周りに作用するトルクを第４トルクセンサ５４で正確に測定することができる。

【0043】

さらに、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６周りのトルクの測定には、トルクセンサを用いずに、制御装置（トルク推定装置）８０が、電流計（電流検出装置）８１、８２で検出した電流値に基づいて、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６のトルクを推定する。このため、第４軸Ｊ４まわりのトルクを推定する際に、溶接時のノイズや溶接時の熱の影響を受け難い。このようにして、第４軸Ｊ４周りのトルクを精度良く測定するとともに、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６周りのトルク測定も精度良く行うことができる。このような結果、測定した各軸のトルクに基づいて、制御装置８０で、ロボット１の制御を精度良く行うことができる。

【0044】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0045】

１：ロボット（溶接用ロボット）、１１：基台、１２：ロアアーム、１３：アッパアーム、５１～５４：第１～第４トルクセンサ、７５：第５モータ、７６：第６モータ、８０：制御装置（トルク推定装置）、８１、８２：電流計（電流検出装置）、Ｊ１～Ｊ６：第１軸～第６軸

【図1】

【図2】

【図3】