特許 7030887 可搬式溶接ロボット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-25

(45)【発行日】2022-03-07

(54)【発明の名称】可搬式溶接ロボット装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/00 20060101AFI20220228BHJP

   B25J 19/00 20060101ALI20220228BHJP

【ＦＩ】

B23K37/00 Z

B25J19/00 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020076316

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021171784

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2020-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】502116922

【氏名又は名称】ジャパンマリンユナイテッド株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】509202558

【氏名又は名称】ＪＭＵディフェンスシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 幸男

(72)【発明者】

【氏名】樋口 右京

(72)【発明者】

【氏名】高木 敬補

(72)【発明者】

【氏名】町原 延明

(72)【発明者】

【氏名】坂根 一彰

(72)【発明者】

【氏名】山本 海人

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００３３７３５（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－００２６１１３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平９－２７１９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－６３８７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ３７／００ － ３７／０８

Ｂ２５Ｊ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

折り畳み可能な多関節アームを備えた溶接ロボットと、
前記溶接ロボットを載置する台座と、
前記台座の底面に配置された固定用磁石と、
前記台座の底面に配置された脚部と、
前記台座に回動可能に配置されたハンドルと、を備え、
前記ハンドルは、搬送時に折り畳まれた前記多関節アームの上方まで回動され、固定時に床面に当接した状態で固定されるように構成されている、
ことを特徴とする可搬式溶接ロボット装置。

【請求項2】

前記ハンドルは、前記多関節アームが延伸する前方側に回動されて固定されるように構成されている、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項3】

前記ハンドルは、前記台座の両側部に回動可能に配置された腕部と、前記腕部の先端に連結された把持部と、前記腕部を回動不能に固定する固定部と、を備えている、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項4】

前記台座は、両側部に配置された把手を備える、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項5】

前記台座は、位置決め用のレーザーポインタを備える、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項6】

前記固定用磁石は、前記台座の後方側の一箇所に配置されている、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項7】

前記多関節アームは、溶接対象物の形状を計測可能なセンサを備えている、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項8】

前記センサは、前記多関節アームの上腕に配置されている、請求項７に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【請求項9】

前記溶接ロボットの傾きを計測する加速度センサを備える、請求項１に記載の可搬式溶接ロボット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可搬式溶接ロボット装置に関し、特に、船舶等の大型構造物の狭隘部に持ち込んで溶接することができる可搬式溶接ロボット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、船舶のダブルハル（二重船殻構造）内には、ロンジ、カラープレート、スティフナ等、多数の溶接箇所が存在している。ダブルハル内は、狭い場所であるだけでなく、多数の骨材や補強材が存在していることから作業スペースも狭く、溶接箇所にアクセスしにくいという問題がある。また、ダブルハルは船体の外板に近い場所にありダブルハルに辿り着くまでに作業員一人が通過できる程度の狭い空間を通り抜けなければならない。かかる事情から小型化・軽量化された可搬式溶接装置が既に提案されている。

【0003】

特許文献１には、造船等のロンジ材を溶接する際に使用される可搬式の多関節ロボットが開示されており、ワークにクランプしてロボットを固定することが記載されている。また、特許文献２には、搬送性に優れたアーク自動溶接装置が開示されており、底面に配置されたマグネットにより溶接機本体を固定することが記載されている。また、特許文献３には、可搬形溶接ロボットと、この可搬形溶接ロボットを載置した台車と、台車を走行するレールとから形成される走行装置を利用して、この台車をレールに沿って移動させながら溶接を行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】実開昭６０－４３９７号公報

【文献】実開昭６０－１９０４９１号公報

【文献】特開２００３－９５０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された発明のように、溶接箇所の近傍のワークに溶接ロボットを固定する方法では、溶接ロボットを固定する場所に制約が多く、溶接ロボットを溶接に適した姿勢に制御することが難しいという問題がある。

【0006】

また、多関節アームを備えた溶接ロボットの場合には、多関節アームの移動により重心の位置が変動することから、特許文献２に記載された発明のようにマグネットを利用して固定する方法では、設置面積を大きくしなければならず、装置の小型化が難しいという問題がある。

【0007】

また、特許文献３に記載された発明のように、移動台車に溶接ロボットを載置した場合には、レールを溶接箇所に設置しなければならず、溶接箇所に搬送する荷物が増える、レールの設置作業が必要になるという問題がある。

【0008】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、装置の小型化を図ることができ、装置を容易に設置することができ、装置の傾倒を抑制することができる、可搬式溶接ロボット装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、折り畳み可能な多関節アームを備えた溶接ロボットと、前記溶接ロボットを載置する台座と、前記台座の底面に配置された固定用磁石と、前記台座の底面に配置された脚部と、前記台座に回動可能に配置されたハンドルと、を備え、前記ハンドルは、搬送時に折り畳まれた前記多関節アームの上方まで回動され、固定時に床面に当接した状態で固定されるように構成されている、ことを特徴とする可搬式溶接ロボット装置が提供される。

【0010】

前記ハンドルは、前記多関節アームが延伸する前方側に回動されて固定されるように構成されていてもよい。

【0011】

前記ハンドルは、前記台座の両側部に回動可能に配置された腕部と、前記腕部の先端に連結された把持部と、前記腕部を回動不能に固定する固定部と、を備えていてもよい。

【0012】

前記台座は、両側部に配置された把手を備えていてもよい。

【0013】

前記台座は、位置決め用のレーザーポインタを備えていてもよい。

【0014】

前記固定用磁石は、前記台座の後方側の一箇所に配置されていてもよい。

【0015】

前記多関節アームは、溶接対象物までの距離を計測可能なセンサを備えていてもよい。

【0016】

前記センサは、前記多関節アームの上腕に配置されていてもよい。

【0017】

前記可搬式溶接ロボット装置は、前記溶接ロボットの傾きを計測する加速度センサを備えていてもよい。

【発明の効果】

【0018】

上述した本発明に係る可搬式溶接ロボット装置によれば、搬送時に折り畳まれた多関節アームの上方に位置するハンドルを回動させて床面に当接した状態で固定することができるようにしたことから、ハンドルを装置の傾倒を抑制するストッパーとして使用することができ、台座の小型化を図ることができる。また、固定用磁石で台座を床面に固定し、脚部及びハンドルで脚部を支持するようにしたことから、レールや移動台車を用いることなく装置を容易に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る可搬式溶接ロボット装置の使用状態を示す斜視図である。

【図2】使用状態における可搬式溶接ロボット装置を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、である。

【図3】図１に示した可搬式溶接ロボット装置の搬送状態を示す斜視図である。

【図4】搬送状態における可搬式溶接ロボット装置を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図１～図４（Ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る可搬式溶接ロボット装置の使用状態を示す斜視図である。図２は、使用状態における可搬式溶接ロボット装置を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、である。図３は、図１に示した可搬式溶接ロボット装置の搬送状態を示す斜視図である。図４は、搬送状態における可搬式溶接ロボット装置を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、である。

【0021】

本発明の一実施形態に係る可搬式溶接ロボット装置１は、例えば、図１に示したように、折り畳み可能な多関節アーム２ａを備えた溶接ロボット２と、溶接ロボット２を載置する台座３と、台座３の底面に配置された固定用磁石４と、台座３の底面に配置された脚部５と、台座３に配置された溶接ロボット２の制御装置６と、台座３に回動可能に配置されたハンドル７と、を備えている。

【0022】

溶接ロボット２は、例えば、台座３に固定される回転台２ｔと、回転台２ｔに配置される多関節アーム２ａと、多関節アーム２ａの先端に配置される溶接トーチ２ｗと、を備えている。回転台２ｔは、台座３の平面に対して垂直な軸（Ｚ軸）を中心に回転可能な回転軸２ｕを備えている。

【0023】

多関節アーム２ａは、例えば、回転台２ｔの回転軸２ｕに固定されるベース２１と、ベース２１の先端に回動可能に接続された上腕２２と、上腕２２の先端に回動可能に接続された下腕２３と、下腕２３の先端に回動可能に接続された手首部２４と、手首部２４の先端に回転可能に接続されたツール部２５と、を備えている。回転軸２ｕの駆動モータは、例えば、ベース２１内に収容される。

【0024】

ベース２１は、例えば、回転軸２ｕに固定される接続部２１ａと、折り畳まれた多関節アーム２ａを載置可能なベッド部２１ｂと、ベッド部２１ｂの側部から斜め上方に延設されたリンク部２１ｃと、を備えている。

【0025】

上腕２２は、例えば、略直方体形状のリンクである。上腕２２の後端は、リンク部２１ｃの先端に回動可能に接続されている。上腕２２は、図１に示した状態で、後端を軸に先端が前後方向に回動できるように構成されている。上腕２２の駆動モータは、例えば、ベッド部２１ｂ内に収容される。また、上腕２２は、台座３の略中心線上に配置されるように、リンク部２１ｃの内側に接続される。

【0026】

また、上腕２２の前面には、溶接対象物の形状を計測可能な第一センサ２６が配置されている。第一センサ２６は、例えば、溶接対象物までの距離画像を取得可能な３Ｄセンサである。ただし、第一センサ２６は、３Ｄセンサに限定されるものではない。この位置に第一センサ２６を配置することにより、溶接スパッタやヒュームによる影響を低減することができる。なお、第一センサ２６は、可搬式溶接ロボット装置１の前方に存在する構造物（溶接対象物を含む）の位置及び形状を計測し、溶接箇所を特定する際に使用される。

【0027】

下腕２３は、例えば、略直方体形状のリンクである。下腕２３の後端は、上腕２２の先端に回動可能に接続されている。下腕２３は、図１に示した状態で、後端を軸に先端が前後方向に回動できるように構成されている。下腕２３の駆動モータは、例えば、下腕２３内に収容される。また、下腕２３は、例えば、図２（Ａ）に示したように、リンク部２１ｃと反対側に配置されるように上腕２２に接続される。

【0028】

手首部２４は、例えば、略直方体形状のリンクである。手首部２４の後端は、下腕２３の先端に回動可能に接続されている。手首部２４は、図１に示した状態で、後端を軸に先端が前後方向に回動できるように構成されている。手首部２４の駆動モータは、例えば、下腕２３内に収容される。また、手首部２４は、例えば、図２（Ａ）に示したように、上腕２２と同じ側に配置されるように下腕２３に接続される。

【0029】

ツール部２５は、溶接トーチ２ｗを把持する部品である。ツール部２５は、回転軸２ｕ と同一平面上の手首部２４の延伸軸を中心に回転できるように接続されている。ツール部２５の駆動モータは、例えば、手首部２４内に収容される。また、ツール部２５には、溶接継手を計測する第二センサ２７が配置されていてもよい。第二センサ２７は、例えば、レーザーセンサである。

【0030】

上述した多関節アーム２ａは、図１に示した状態において、ＸＹＺの三軸直交座標で表現すれば、ベース２１のＺ軸周り、上腕２２のＸ軸周り、下腕２３のＸ軸周り、手首部２４のＸ軸周り、ツール部２５のＹ軸周りの合計５自由度を有している。

【0031】

なお、上述した多関節アーム２ａの構成は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。すなわち、多関節アーム２ａは、ベース２１上に折り畳むことができ、溶接に必要な姿勢を取ることができる構成であれば、他の構成であってもよい。

【0032】

台座３は、溶接ロボット２及び制御装置６を載置可能な形状であり、例えば、板材である。台座３の横幅（Ｘ軸方向の幅）は、例えば、作業員が通過する通路（例えば、幅４００ｍｍ×高さ６００ｍｍ程度の開口部を含む）を通り抜けることができる大きさに構成される。台座３の上面の前方側には回転台２ｔが配置され、後方側には制御装置６が配置される。

【0033】

また、台座３の両側部には床面８に載置された可搬式溶接ロボット装置１を持ち上げるための把手３１が配置されている。具体的には、把手３１は、台座３の上面の制御装置６の両脇に配置される。かかる把手３１を設けることにより、床面８に下ろした可搬式溶接ロボット装置１の向きを調整したり、位置を調整したりする際に、ハンドル７を操作することなく、容易に可搬式溶接ロボット装置１を持ち上げることができる。

【0034】

また、台座３の前方には、可搬式溶接ロボット装置１の位置決めを行うためのレーザーポインタ３２が配置されていてもよい。レーザーポインタ３２は、図１に示したように、台座３の前方の左右二箇所に互いに内側に僅かに傾けた状態で配置される。かかるレーザーポインタ３２を用いて前方に存在する構造物に赤外線レーザーを照射することにより、構造物に投影された二つのポイントの位置により、可搬式溶接ロボット装置１の大まかな位置決めを行うことができる。

【0035】

固定用磁石４は、永久磁石又は電磁石である。また、固定用磁石４は、例えば、台座３の後方側の中心部の一箇所に配置される。この位置に固定用磁石４を配置することにより、固定用磁石４を軸にして台座３の向きを容易に変更することができる。なお、固定用磁石４を電磁石で構成した場合には、ハンドル７を床面８に向かって倒した際に電源が投入されるようにスイッチを設けるようにしてもよい。

【0036】

また、固定用磁石４は、吸着力を５０～１５０Ｋｇ程度に設定することにより、多関節アーム２ａが他の構造物等に接触した場合でも台座３を床面８上で滑らせることができ、多関節アーム２ａ及び接触した構造物の破損を抑制することができる。また、固定用磁石４を台座３の後方側に配置することにより、溶接時の輻射熱による磁力低下を抑制することもできる。

【0037】

脚部５は、例えば、台座３の底面の前方二箇所に配置される。固定用磁石４が台座３の底面の後方側の一箇所に配置されていることから、少なくとも台座３を三点支持するための脚部５が必要である。なお、脚部５は、三本以上配置されていてもよい。

【0038】

制御装置６は、溶接ロボット２の操作を制御する装置である。制御装置６の後端部には、スイッチ６１、コネクタ６２等が配置されている。スイッチ６１は、可搬式溶接ロボット装置１に電源を投入するスイッチである。コネクタ６２は、電源ケーブル、制御ケーブル、操作ボックス等を接続するための端子である。

【0039】

また、回転台２ｔの内部には、溶接ロボット２の傾きを計測する加速度センサ（図示せず）が配置されていてもよい。かかる加速度センサを配置することにより、溶接ロボット２が傾いている場合には、その傾き角度を考慮して溶接条件を算出することができる。なお、加速度センサは、台座３に配置されていてもよいし、制御装置６内に配置されていてもよい。

【0040】

また、加速度センサにより、可搬式溶接ロボット装置１の位置ずれや傾倒等の姿勢の変化を検知することができ、必要に応じて、溶接作業の停止や多関節アーム２ａの各軸のトルクオフ等の措置をとることができる。

【0041】

ハンドル７は、例えば、台座３の両側部に回動可能に配置された一対の腕部７１と、一対の腕部７１の先端に連結された把持部７２と、腕部７１を回動不能に固定する固定部７３と、を備えている。ハンドル７は、腕部７１及び把持部７２により略角型Ｕ字形状に構成されている。

【0042】

腕部７１は、図３に示したように、多関節アーム２ａを折り畳んだ状態で、把持部７２が多関節アーム２ａの上方まで移動できるように構成されている。把持部７２は、作業員が持ちやすい太さに形成されている。なお、腕部７１は、必ずしも一対である必要はなく、一本であってもよい。

【0043】

固定部７３は、例えば、腕部７１の回動部に配置されたネジ部材である。ネジ部材を緩めることにより腕部７１を回動させることができ、ネジ部材を締め付けることにより腕部７１を回動不能に固定することができる。なお、固定部７３は、ネジ部材に限定されるものではなく、腕部７１の回動部にピンを挿し込むことによって回動不能にする部材であってもよい。

【0044】

また、図示しないが、固定部７３は、腕部７１の先端又は把持部７２に配置された磁石や吸盤等の固定手段であってもよい。かかる構成により、ハンドル７をより確実に床面８に固定することができる。なお、固定部７３は、腕部７１に配置されたネジ部材等と、把持部７２に配置された磁石等とを併用してもよい。

【0045】

ハンドル７は、図３～図４（Ｂ）に示したように、搬送時に折り畳まれた多関節アーム２ａの上方まで回動され、図１～図２（Ｂ）に示したように、固定時に多関節アーム２ａが延伸する前方側（図のＹ軸方向）に回動されて床面８に当接した状態で固定されるように構成されている。

【0046】

このように、ハンドル７を床面８に当接させることにより、ストッパーとして機能させることができ、溶接時に溶接ロボット２の重心の位置が変動した場合であっても装置の傾倒を抑制することができる。なお、図示しないが、多関節アーム２ａと台座３との配置関係によっては、ハンドル７を台座３の後方側に回動させて床面８に当接した状態で固定させるようにしてもよい。

【0047】

図１に示した多関節アーム２ａは、搬送時には以下の操作により図３に示したように折り畳まれる。上腕２２は、後方側に回動され、ベッド部２１ｂ上に載置される。下腕２３は、前方側に回動され、上腕２２に略隣接した状態に配置される。手首部２４は、後方側に回動され、上腕２２の上に配置される。

【0048】

図３に示したように、折り畳まれた多関節アーム２ａは、台座３からはみ出さないようにコンパクトに変形される。なお、搬送時には溶接トーチ２ｗはツール部２５から取り外すようにしてもよい。

【0049】

次に、ハンドル７を回動させて、図３に示したように、把持部７２を折り畳まれた多関節アーム２ａの上方に移動させて起立させる。このとき、例えば、固定部７３によりハンドル７を固定してもよいし、ハンドル７を起立させると自動的に固定される機構を付加してもよい。作業員は、図３に示した状態でハンドル７を把持することにより、可搬式溶接ロボット装置１を容易に搬送することができる。

【0050】

本実施形態に係る可搬式溶接ロボット装置１では、ハンドル７を装置の傾倒を抑制するストッパーとして使用していることから、台座３の小型化を図ることができ、図３に示したようにコンパクトに折り畳むことができる。したがって、船舶のダブルハル内のような狭隘部であっても、手動で可搬式溶接ロボット装置１を持ち込むことができる。

【0051】

本実施形態に係る可搬式溶接ロボット装置１では、固定用磁石４で台座３を床面８に固定し、脚部５及びハンドル７で台座３を支持するようにしたことから、レールや移動台車を用いることなく装置を容易に設置することができる。

【0052】

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0053】

１ 可搬式溶接ロボット装置
２ 溶接ロボット
２ａ 多関節アーム
２ｔ 回転台
２ｕ 回転軸
２ｗ 溶接トーチ
３ 台座
４ 固定用磁石
５ 脚部
６ 制御装置
７ ハンドル
８ 床面
２１ ベース
２１ａ 接続部
２１ｂ ベッド部
２１ｃ リンク部
２２ 上腕
２３ 下腕
２４ 手首部
２５ ツール部
２６ 第一センサ
２７ 第二センサ
３１ 把手
３２ レーザーポインタ
６１ スイッチ
６２ コネクタ
７１ 腕部
７２ 把持部
７３ 固定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】