特開 2024-87422 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】P2024087422

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】溶接用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/133 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

B23K9/133 502B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202244

(22)【出願日】2022-12-19

(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】小山 潤悟

(72)【発明者】

【氏名】韓 勝成

(57)【要約】

【課題】送給装置から溶接用トーチまでの距離が離れることにより、送給装置による溶接用のワイヤの送給性能が損なわれるおそれがある。
【解決手段】溶接用ロボット１のアッパアーム２０は、ロアアーム１２に枢着されたショルダ部２１と、ショルダ部２１に取り付けられ、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿って延在している第１アーム２２と、第１アーム２２の先端に接続され、長手方向Ｄに沿って延在し、支持アーム３０が枢着された第２アーム２３と、を備える。第２アーム２３は、ショルダ部２１および第１アーム２２に対して、長手方向Ｄに沿った第４軸Ｊ４の周りに、回転自在に取り付けられている。第１アーム２２の長手方向Ｄに沿った側面２２ｆには、送給装置７０が取り付けられている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基台に基端が枢着されたロアアームと、
前記ロアアームの先端に枢着されたアッパアームと、
前記アッパアームの先端に枢着された支持アームと、
前記支持アームに取り付けられた溶接用トーチに、溶接用のワイヤを送給する送給装置と、を備えた溶接用ロボットであって、
前記アッパアームは、
前記ロアアームに枢着されたショルダ部と、
前記ショルダ部に取り付けられ、前記アッパアームの長手方向に沿って延在した第１アームと、
前記第１アームの先端に接続され、前記長手方向に沿って延在し、前記支持アームが枢着された第２アームと、を備えており、
前記第２アームは、前記ショルダ部および前記第１アームに対して、前記長手方向に沿った回転軸の周りに、回転自在に取り付けられており、
前記第１アームの前記長手方向に沿った側面には、前記送給装置が取り付けられていることを特徴とする溶接用ロボット。

【請求項2】

前記送給装置は、前記第１アームの先端側の側面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。

【請求項3】

前記第１アームは、
筒状のアーム本体と、
前記アーム本体の先端に取り付けられ、前記第２アームを前記回転軸の周りに回転自在に接続する接続部と、を備えており、
前記送給装置は、前記接続部の側面に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の溶接用ロボット。

【請求項4】

前記アーム本体には、前記長手方向に沿って中空部分が形成されており、
前記中空部分には、前記第２アームを、前記回転軸の周りに回転させる駆動モータが収容されていることを特徴とする請求項３に記載の溶接用ロボット。

【請求項5】

前記長手方向において、前記第１アームの長さは、前記第２アームの長さよりも長いことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項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、溶接用のワイヤを溶接用トーチに送給する送給装置を備えた溶接用ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、この種の溶接用ロボットとして、特許文献１には、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。このアッパアームは、ショルダ部を有しており、ショルダ部には、溶接用のワイヤを、支持アームに取り付けられた溶接用トーチに送給する送給装置が取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－６４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に係る溶接用ロボットにおいて、ショルダ部に送給装置を取り付けると、送給装置から溶接用トーチまでの距離が離れてしまう。このため、送給装置によるワイヤの送給性能が損なわれ、溶接品質に影響を及ぼすおそれがある。特に、アッパアームの長手方向の長さが長くになるに従って、このような影響は顕著なものとなる。そこで、アッパアームの長手方向に沿った側面に、送給装置を取り付けることも考えられる。しかしながら、この場合であっても、アッパアームの長手方向に沿った回転軸（いわゆる第４軸）の周りに、アッパアームを回転させようとした際に、送給装置も回転するため、アッパアームの動作負荷が大きくなってしまう。

【0005】

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、送給装置から溶接用トーチまで、溶接用のワイヤを安定して送給する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】

【0006】

前記課題を鑑みて、本発明に係る溶接用ロボットは、基台に基端が枢着されたロアアームと、前記ロアアームの先端に枢着されたアッパアームと、前記アッパアームの先端に枢着された支持アームと、前記支持アームに取り付けられた溶接用トーチに、溶接用のワイヤを送給する送給装置と、を備えた溶接用ロボットであって、前記アッパアームは、前記ロアアームに枢着されたショルダ部と、前記ショルダ部に取り付けられ、前記アッパアームの長手方向に沿って延在した第１アームと、前記第１アームの先端に接続され、前記長手方向に沿って延在し、前記支持アームが枢着された第２アームと、を備えており、前記第２アームは、前記ショルダ部および前記第１アームに対して、前記長手方向に沿った回転軸の周りに、回転自在に取り付けられており、前記第１アームの前記長手方向に沿った側面には、前記送給装置が取り付けられていることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、第２アームは、ショルダ部および第１アームに対して、アッパアームの長手方向に沿った回転軸の周りに、回転自在に取り付けられているので、第２アームが、回転軸の周りに回転したとしても、第１アームは回転しない。したがって、第１アームの長手方向に沿った側面に取り付けられた送給装置も回転軸の周りに回転しないので、送給装置によるアッパアームの動作負荷は、影響を受けない。

【0008】

さらに、送給装置をショルダ部に取り付けた場合に比べて、送給装置を長手方向に沿った第１アームの側面に取り付けた方が、送給装置から溶接用トーチまでの距離を短くすることができる。これにより、送給装置によるワイヤの送給性能を高めて、ワイヤの送給を安定して行うことができる。

【0009】

より好ましい態様としては、前記送給装置は、前記第１アームの先端側の側面に取り付けられている。この態様によれば、前記送給装置が、第１アームの先端側の側面に取り付けられているので、送給装置から溶接用トーチまでの距離をより短くすることができる。したがって、送給装置によるワイヤの送給性能をより高めて、ワイヤの送給を安定して行うことができる。

【0010】

より好ましい態様としては、前記第１アームは、筒状のアーム本体と、前記アーム本体の先端に取り付けられ、前記第２アームを前記回転軸の周りに回転自在に接続する接続部と、を備えており、前記送給装置は、前記接続部の側面に取り付けられている。

【0011】

この態様によれば、送給装置を接続部に取り付けることにより、送給装置を第１アームの先端に取り付けることができる。接続部が、第１アームのアーム本体と、第２アームとのいずれにも着脱自在となるコネクタである場合には、コネクタ（接続部）とともに送給装置を取り外すことができる。さらに、ショルダ部と接続部との間で、アーム本体を着脱自在にすれば、アーム本体の長手方向の長さが異なるアーム本体に付け替え可能となり、アッパアームの長さを、所望の長さに調整することができる。

【0012】

より好ましい態様としては、前記アーム本体には、前記長手方向に沿って中空部分が形成されており、前記中空部分には、前記第２アームを、前記回転軸の周りに回転させる駆動モータが収容されている。

【0013】

この態様によれば、駆動モータの駆動時に、駆動モータが発熱した熱を、駆動モータから、アーム本体の中空部分に放熱することができる。これにより、駆動モータの放熱性を高めることができる。第１アームおよび第２アームを回転軸の周りに回転させる場合に比べて、第２アームのみを回転軸の周りに回転させる場合には、駆動モータの動力を低減することができる。このため、回転軸の周りに回転させる駆動モータの大きさをコンパクトにすることができる。

【0014】

より好ましい態様としては、前記長手方向において、前記第１アームの長さは、前記第２アームの長さよりも長い。ショルダ部に対して、第１アームおよび第２アームをともに、回転軸の周りに回転させる場合に比べて、ショルダ部および第１アームに対して、第２アームを、回転軸の周りに回転させることにより、アッパアームの振れを抑えることができる。特に、第１アームの長さを、第２アームの長さよりも長くすることで、この効果がより一層発現される。このようにして、アッパアームの振れによる振動を抑え、送給装置でワイヤを安定して送給することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、送給装置から溶接用トーチまで、溶接用のワイヤを安定して送給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の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に示すアッパアームの断面図である。

【図4】図３に示すアッパアームの要部斜視図である。

【図5】図１に示す第１アームのアーム本体の斜視図である。

【図6】図１に示す溶接用ロボットの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の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６を参照しながら詳述する。ロボット１は、その先端に溶接装置の溶接用トーチ（エンドエフェクタ）９が取り付けられるものである。

【0018】

１．ロボット１の全体構造
まず、図１～図３を参照しながら、ロボット１の全体構造について説明する。ロボット１は、マニュピュレータである。なお、ロボット１は、各モータ等を制御する制御装置（図示せず）を備えており、制御装置により、ロボット１の動作が制御される。

【0019】

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。旋回台１１ｂは、第１モータ４０Ａの出力軸（図示せず）が接続されている。これにより、旋回台１１ｂを固定台１１ａに対して第１軸Ｊ１の周りに枢動する。

【0020】

ロボット１は、基台１１に基端が枢着されたロアアーム１２と、ロアアーム１２の先端に枢着されたアッパアーム２０と、アッパアーム２０の先端に枢着された支持アーム３０と、を備えている。これらのアームは、金属製であり、たとえば、鋳鉄、アルニウム合金鋳物の鋳物からなる。

【0021】

ロボット１のアッパアーム２０の上方には、ケーブル（トーチケーブル）８０が配設されている。ケーブル８０は、アッパアーム２０に取り付けられた送給装置７０に接続され、送給装置７０から、溶接用トーチ９に接続される。ケーブル８０には、溶接用のワイヤ８９が挿通されている（図３参照）。送給装置７０と溶接用トーチ９との間において、ケーブル８０は、吊るされた状態にあり、ケーブル８０は、アッパアーム２０（具体的には、第２アーム２３）に非接触の状態にある。図３に示すように、ケーブル８０内の溶接用のワイヤ８９は、送給装置７０内で露出し、送給装置７０の送給ローラ７１に把持されている。駆動モータ７２を駆動することにより、送給ローラ７１が回転し、ワイヤ８９は、ケーブル８０内を移動しつつ、溶接用トーチ９まで搬送される。

【0022】

ロアアーム１２は、第２モータ４０Ｂを介して、第１軸Ｊ１と直交する方向に平行となる第２軸Ｊ２に、基台１１に対して枢動自在（回転自在）に取り付けられている。アッパアーム２０は、第３モータ４０Ｃを介して、第２軸Ｊ２と平行となる第３軸Ｊ３の周りに、ロアアーム１２に対して枢動自在（回転自在）に取り付けられている。

【0023】

アッパアーム２０は、ショルダ部２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、を備えている。ショルダ部２１は、ロアアーム１２の先端に枢着されている。第１アーム２２は、ショルダ部２１に取り付けられており、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿って延在している。第２アーム２３は、第１アーム２２の先端に接続され、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿って延在し、支持アーム３０が枢着されている。

【0024】

第２アーム２３は、ショルダ部２１および第１アーム２２に対して、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿った第４軸Ｊ４の周りに、回転自在に取り付けられている。第４軸Ｊ４は、本発明でいうところの「回転軸」に相当する。

【0025】

具体的には、ショルダ部２１が、上述した第３モータ４０Ｃを介して、ロアアーム１２に枢動自在に取り付けられている。第２アーム２３は、第４モータ４０Ｄの動力により、第１アーム２２に対して第４軸Ｊ４の周りに回転する。なお、第４モータ４０Ｄが、本発明でいうところの「駆動モータ」に相当する。

【0026】

さらに、アッパアーム２０（具体的には第２アーム２３）の先端は、ロボット１の手首部に相当する部分であり、溶接用トーチ９を支持する支持アーム３０が取り付けられている。本実施形態では、第２アーム２３には、支持アーム３０を第２アーム２３に対して枢動させる第５モータ４０Ｅが収容された状態で固定されている。

【0027】

第５モータ４０Ｅは、第２アーム２３に内蔵された動力伝達ベルト等を介して、支持アーム３０に接続されている。これにより、第５モータ４０Ｅの動力が、第２アーム２３に内蔵された動力伝達ベルト（図示せず）に伝達されることで、支持アーム３０は、アッパアーム２０に対して第５軸Ｊ５で枢動（揺動）する。

【0028】

より具体的には、支持アーム３０は、アッパアーム２０に対して片持ち支持されており、アッパアーム２０に取り付けられた関節部３１と、関節部３１に取り付けられた支持部本体３２と、を備えている。関節部３１は、その片側において、アッパアーム２０の第２アーム２３の先端において、第５軸Ｊ５で枢動自在となるように第２アーム２３に枢着されている。

【0029】

支持部本体３２は、関節部３１に対して、ベベルギアなどを介して、支持アーム３０の軸心周りに回転自在に関節部３１に取り付けられている。さらに、関節部３１には、支持アーム３０の軸心（具体的には第６軸Ｊ６）の周りに、支持部本体３２を回転させる第６モータ４０Ｆが接続されている。第６モータ４０Ｆは、第２アーム２３に収容された状態で、第２アームに固定されており、動力伝達ベルト等により、関節部３１を介して支持部本体３２に接続されている。

【0030】

これにより、第５モータ４０Ｅの動力で、関節部３１が、第２アーム２３に対して支持部本体３２とともに第５軸Ｊ５を枢動する。これに加えて、第６モータ４０Ｆの動力で、支持部本体３２が、関節部３１に対して第６軸Ｊ６を回転する。

【0031】

２．アッパアーム２０の構造について
図３～図５を参照しながら、アッパアーム２０の構造を説明する。上述した如く、アッパアーム２０は、ショルダ部２１と、第１アーム２２と、第２アーム２３と、を備えている。ショルダ部２１は、ロアアーム１２の先端に枢着されている。

【0032】

第１アーム２２は、ショルダ部２１に取り付けられたアーム本体２２Ａと、アーム本体２２Ａの先端に取り付けられ、第２アーム２３を第４軸Ｊ４の周りに回転自在に接続する接続部２２Ｂと、を備えている。図５に示すように、アーム本体２２Ａの両端には、フランジ２２ａ、２２ｂが形成されている。

【0033】

アーム本体２２Ａには、筒状であり、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿って、中空部分２２ｓが形成されている。アーム本体２２Ａの基端には、フランジ２２ａが形成されており、フランジ２２ａをショルダ部２１に当接させた状態で、ボルト等により、アーム本体２２Ａは、ショルダ部２１に着脱自在に固定されている。一方、アーム本体２２Ａの先端にも、フランジ２２ｂが形成されており、フランジ２２ｂを接続部２２Ｂの端面に当接させた状態で、ボルト等により、アーム本体２２Ａは、接続部２２Ｂに着脱自在に固定されている。

【0034】

図５に示すように、アーム本体２２Ａの側面には、第４モータ４０Ｄ～第６モータ４０Ｆに電力を送電する配線（図示せず）を収容する収容凹部２２ｐ、２２ｑが、長手方向Ｄに沿って並んで形成されている。収容凹部２２ｐ、２２ｑの底壁には、それぞれ、中空部分２２ｓに連通する貫通孔２２ｒ、２２ｔ、２２ｕ、２２ｗが形成されており、上述した配線（図示せず）は、これらの貫通孔２２ｒ、２２ｔ、２２ｕ、２２ｗに順次挿通される。図１に示すように、収容凹部２２ｐ、２２ｑは、これら配線を収容した状態で、カバー２２ｊ、２２ｋで覆われている。

【0035】

図４に示すように、接続部２２Ｂは、アーム本体２２Ａの先端と第２アーム２３の基端とを接続している。第２アーム２３は、ショルダ部２１および第１アーム２２に対して、長手方向Ｄに沿った第４軸Ｊ４の周りに回転自在となるように、ベアリング２２ｇを介して、接続部２２Ｂに取り付けられている。

【0036】

図３および図４に示すように、第４モータ４０Ｄは、アーム本体２２Ａの先端側から、アーム本体２２Ａの中空部分２２ｓに収容された状態で、接続部２２Ｂに取り付けられている。本実施形態は、第４モータ４０Ｄは、アーム本体２２Ａの中空部分２２ｓを形成する壁面に対して非接触である。このようにして、第４モータ４０Ｄの駆動時に、第４モータ４０Ｄは発熱し、この発熱した熱を、第４モータ４０Ｄから、アーム本体２２Ａの中空部分２２ｓに放熱させることができる。これにより、第４モータ４０Ｄの放熱性を高めることができる。

【0037】

第４モータ４０Ｄの出力シャフト（図示せず）の出力軸ＲＬは、第４軸Ｊ４と同一線上にあり、第４モータ４０Ｄの出力シャフトは、第２アーム２３の基端側のドラム部２３ａに接続されている。これにより、よりコンパクトな構造で、第４モータ４０Ｄを駆動することで、第２アーム２３を、第４軸Ｊ４の周りに回転させることができる。

【0038】

本実施形態では、第２アーム２３のみを第４軸Ｊ４の周りに回転させるので、これまでのように第１アームおよび第２アームを１つのアームとして第４軸の周りに回転させる場合に比べて、第４モータ４０Ｄの動力を抑えることができる。このため、第４軸Ｊ４の周りに回転させる第４モータ４０Ｄの大きさをコンパクトにすることができる。

【0039】

第２アーム２３のドラム部２３ａは、第１アーム２２の先端（具体的には、接続部２２Ｂ）に接続されている。ドラム部２３ａは、接続部２２Ｂの内部に収容された状態で、カバー２２ｍにより、接続部２２Ｂの側面側から覆われている。第２アーム２３は、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿って延在し、支持アーム３０が枢着されている。図３に示すように、アッパアーム２０には、上述した第５モータ４０Ｅおよび第６モータ４０Ｆが収容されている。

【0040】

図１に示すように、本実施形態では、長手方向Ｄにおいて、第１アーム２２の長さＬ１は、第２アーム２３の長さＬ２よりも長い。なお、第１アーム２２の長さＬ１は、アーム本体２２Ａに接続部２２Ｂを取り付けた状態における長さである。第２アーム２３の長さＬ２は、第１アーム２２の接続部２２Ｂから露出した第２アーム２３の部分から、その先端までの長さである。

【0041】

このような長さの関係を満たすことを前提に、ショルダ部２１および第１アーム２２に対して、第２アーム２３を、第４軸Ｊ４の周りに回転させるので、アッパアーム２０の振れを抑えることができる。これにより、アッパアーム２０の振れによる振動を抑え、送給装置７０でワイヤを安定して送給することができる。

【0042】

送給装置７０は、第１アーム２２の長手方向Ｄに沿った側面２２ｆに、取り付けられている。本実施形態では、送給装置７０は、第１アーム２２の先端側の側面２２ｆに取り付けられている。具体的には、送給装置７０は、接続部の側面２２ｆａに取り付けられている。

【0043】

このように、本実施形態によれば、第２アーム２３は、ショルダ部２１および第１アーム２２に対して、アッパアーム２０の長手方向Ｄに沿った第４軸Ｊ４の周りに、回転自在に取り付けられている。これにより、第２アーム２３が、第４軸Ｊ４の周りに回転したとしても、第１アーム２２は第４軸Ｊ４の周りに回転しない。したがって、第１アーム２２の長手方向Ｄに沿った側面２２ｆに取り付けられた送給装置７０も第４軸Ｊ４の周りに回転しないので、送給装置７０によるアッパアーム２０の動作負荷の影響を受けない。

【0044】

さらに、これまでのように、送給装置７０をショルダ部２１に取り付けた場合に比べて、送給装置７０を長手方向Ｄに沿った第１アーム２２の側面２２ｆに取り付けた方が、送給装置７０から溶接用トーチ９までの距離を短くすることができる。これにより、ワイヤを挿通したケーブル８０の自重による過度な屈曲を抑え、送給装置に７０よるワイヤの送給性能を高めて、ワイヤの送給を安定して行うことができる。

【0045】

特に、送給装置７０が、第１アーム２２の先端側の側面２２ｆのなかでも、その先端に位置する接続部２２Ｂの側面２２ｆａに取り付けられているので、送給装置７０から溶接用トーチ９までの距離をより短くすることができる。このような結果、送給装置７０によるワイヤの送給性能をより高めることができ、ワイヤの送給をより安定して行うことができる。

【0046】

接続部２２Ｂが、第１アーム２２のアーム本体２２Ａと、第２アーム２３とのいずれにも着脱自在となるので、接続部２２Ｂとともに、送給装置７０を取り外すことができる。さらに、ショルダ部２１と接続部２２Ｂとの間で、アーム本体２２Ａは着脱自在であるので、アーム本体２２Ａの長手方向Ｄの長さが異なるアーム本体２２Ａを用意すれば、アッパアーム２０の長さを、所望の長さに変更することができる。

【0047】

なお、上述した実施形態では、送給装置７０を接続部２２Ｂの側面２２ｆａに取り付けたが、たとえば、図６に示すように、送給装置７０を、アーム本体２２Ａの側面２２ｆｂに取り付けてもよい。

【0048】

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】

【0049】

１：ロボット（溶接用ロボット）、１１：基台、１２：ロアアーム、２０：アッパアーム、２１：ショルダ部、２２：第１アーム、２２Ａ：アーム本体、２２Ｂ：接続部、２２ｓ：中空部分、２３：第２アーム、４０Ｄ：第４モータ（駆動モータ）、８９：ワイヤ、７０：送給装置、Ｊ４：第４軸（回転軸）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】