特許 7494369 溶接ロボットおよびティーチングハンドル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-24

(45)【発行日】2024-06-03

(54)【発明の名称】溶接ロボットおよびティーチングハンドル

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20240527BHJP

   B23K 9/28 20060101ALI20240527BHJP

   B23K 9/32 20060101ALI20240527BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 331J

B23K9/28 C

B23K9/32 Z

B25J9/22 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023197253

(22)【出願日】2023-11-21

【審査請求日】2023-12-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】横山 勇太

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２３／００２７３６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国登録特許第１０－０７２９４４１（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】中国実用新案第２１４６４０９１４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０２２／１３８５９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２６３８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１６０６６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５８－１４３０６５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／１２

Ｂ２３Ｋ ９／２８

Ｂ２３Ｋ ９／３２

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２５Ｊ ９／２２

Ｂ２５Ｊ １３／０２

Ｂ２５Ｊ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多関節のロボット本体と、前記ロボット本体の先端に取り付けられた溶接トーチと、を備えた溶接ロボットであって、
前記溶接トーチは、トーチ本体と、前記トーチ本体を前記ロボット本体の先端に連結する連結部と、を備えており、
前記トーチ本体は、前記トーチ本体のトーチ基端から前記トーチ本体のトーチ先端までの間において、前記トーチ本体を屈曲させた屈曲部を有しており、
前記溶接ロボットは、操作者により把持された状態で、操作者から前記ロボット本体の先端に付与される外力により、前記トーチ先端の移動する位置に応じた前記ロボット本体の動作を教示するティーチングハンドルをさらに備えており、
前記ティーチングハンドルは、前記屈曲部と対向する位置に、ハンドル先端が配置されるように、前記溶接トーチに取り付けられており、
前記ティーチングハンドルは、前記トーチ本体および前記ティーチングハンドルを側面視した状態で、前記トーチ本体のうち、前記トーチ基端から前記屈曲部までの第１部分に沿った第１トーチ仮想線を挟んで、前記屈曲部から前記トーチ先端までの第２部分から離れる方向に延在しており、
前記トーチ本体のうち、前記屈曲部から前記トーチ先端までの第２部分に沿った第２トーチ仮想線と、前記ティーチングハンドルが前記ハンドル先端から延在する方向に沿った第１ハンドル仮想線とが成すハンドル取付角度が、鈍角であり、
前記ティーチングハンドルは、
前記屈曲部と対向する対向位置から延在したハンドル本体と、
前記ハンドル本体の下部から隆起し、操作者が前記ティーチングハンドルを把持した状態で、操作者の指を掛ける指掛け用の隆起部分と、を有しており、
前記隆起部分は、ハンドル先端側からハンドル基端側に進むに従って、前記ハンドル本体からの高さが減少しており、
前記ティーチングハンドルには、可動が制限された前記ロボット本体に対して、前記外力により前記ロボット本体の可動を許可する操作スイッチが設けられており、
前記操作スイッチは、前記隆起部分の表面のうち、前記ハンドル先端側の端面に配置されていることを特徴とする、溶接ロボット。

【請求項2】

前記ハンドル取付角度は、１１０°～１４０°の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の溶接ロボット。

【請求項3】

前記ティーチングハンドルを側面視した状態で、前記ティーチングハンドルは、下方に湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載の溶接ロボット。

【請求項4】

請求項１に記載の溶接ロボットに用いられる前記ティーチングハンドルであり、
前記ティーチングハンドルは、前記溶接トーチに、着脱自在に取り付けられていることを特徴とするティーチングハンドル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ロボットおよびティーチングハンドルに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、作業者の近くで動作するように構成された人協調型ロボットが開発されている。たとえば、特許文献１には、ロボット本体の先端に、部品を把持するハンドを備えたロボットが提案されている。このロボットには、ロボット本体の先端に、ロボットの動作を教示するティーチングハンドルが取り付けられている。ティーチングハンドルは、操作者により把持された状態で、操作者からロボット本体の先端に付与される外力（操作力）により、ハンドの移動する位置に応じたロボット本体の動作を教示する際に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１９９１７４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、このようなティーチングハンドルを取り付けたロボットを、溶接ロボットとして用いた場合、ティーチングハンドルは、ロボットの先端に取り付けられているため、ティーチングハンドルの位置が、溶接トーチのトーチ本体から離れている。これにより、ティーチングハンドルを用いたとしても、溶接を行う作業者の動作に近い動作をロボット本体に教示させ、溶接ロボットに溶接を精度良く行わせることは難しい。

【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、溶接を行う作業者の動作に近い教示を多関節ロボットにさせることができる溶接ロボットおよびティーチングハンドル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、本発明に係る溶接ロボットは、多関節のロボット本体と、前記ロボット本体の先端に取り付けられた溶接トーチと、を備えた溶接ロボットであって、前記溶接トーチは、トーチ本体と、前記トーチ本体を前記ロボット本体の先端に連結する連結部と、を備えており、前記トーチ本体は、前記トーチ本体のトーチ基端から前記トーチ本体のトーチ先端までの間において、前記トーチ本体を屈曲させた屈曲部を有しており、前記溶接ロボットは、操作者により把持された状態で、操作者から前記ロボット本体の先端に付与される外力により、前記トーチ先端の移動する位置に応じた前記ロボット本体の動作を教示するティーチングハンドルをさらに備えており、前記ティーチングハンドルは、前記屈曲部と対向する位置に、ハンドル先端が配置されるように、前記溶接トーチに取り付けられており、前記ティーチングハンドルは、前記トーチ本体および前記ティーチングハンドルを側面視した状態で、前記トーチ本体のうち、前記トーチ基端から前記屈曲部までの第１部分に沿った第１トーチ仮想線を挟んで、前記屈曲部から前記トーチ先端までの第２部分から離れる方向に延在しており、前記トーチ本体のうち、前記屈曲部から前記トーチ先端までの第２部分に沿った第２トーチ仮想線と、前記ティーチングハンドルが前記ハンドル先端から延在する方向に沿った第１ハンドル仮想線とが成すハンドル取付角度が、鈍角であることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、操作者は、ティーチングハンドルを把持した状態で、ティーチングハンドルから、ロボット本体の先端に外力を付与し、トーチ先端の移動する位置に応じたロボット本体の動作を教示することができる。本発明では、ティーチングハンドルは、屈曲部と対向する位置に、ハンドル先端が配置されるように、溶接トーチに取り付けられ、トーチ本体が第１トーチ仮想線を挟んで、屈曲部からトーチ先端までの第２部分から離れる方向に延在している。これにより、教示作業の際には、操作者の前方にハンドル先端が位置するようにティーチングハンドルを把持し、把持したティーチングハンドルのハンドル先端を移動させることにより、トーチ本体のトーチ先端を正確かつスムーズに移動させることができる。

【0008】

第２トーチ仮想線と第１ハンドル仮想線とが成すハンドル取付角度が、鈍角であるので、ハンドルタイプの溶接トーチとハンドルとの配置状態に近いため、溶接を行う作業者の動作に近い教示をロボット本体に教示させることができる。特に、前記ハンドル取付角度が、１１０°～１４０°の範囲にあれば、このような効果をより一層期待することができる。

【0009】

より好ましい態様としては、前記ティーチングハンドルを側面視した状態で、前記ティーチングハンドルは、下方に湾曲している。

【0010】

この態様によれば、前記ティーチングハンドルは、下方に湾曲しているので、操作者は、ティーチングハンドルを把持し易く、ティーチングハンドルの操作性を向上させることができる。

【0011】

より好ましい態様としては、前記ティーチングハンドルは、前記屈曲部と対向する対向位置から延在したハンドル本体と、前記ハンドル本体の下部から隆起し、操作者が前記ティーチングハンドルを把持した状態で、操作者の指を掛ける指掛け用の隆起部分と、を有しており、前記隆起部分は、ハンドル先端側からハンドル基端側に進むに従って、前記ハンドル本体からの高さが減少している。

【0012】

この態様によれば、隆起部分に、操作者の中指から小指までの指を掛けることにより、ティーチングハンドルの把持性を高めることができるため、ティーチングハンドルの操作性をさらに向上させることができる。

【0013】

より好ましい態様としては、前記ティーチングハンドルには、可動が制限された前記ロボット本体に対して、前記外力による前記ロボット本体の可動を許可する操作スイッチが設けられており、前記操作スイッチは、前記隆起部分の表面のうち、前記ハンドル先端側の端面に配置されている。

【0014】

この態様によれば、操作スイッチは、隆起部分の表面のうち、ハンドル先端側の端面に配置されているので、隆起部分に、操作者の中指から小指までの指を掛けた状態で、操作者の人差し指で、操作スイッチを押圧することができる。

【0015】

より好ましい態様としては、上述した溶接ロボットに用いられる前記ティーチングハンドルであり、前記ティーチングハンドルは、前記溶接トーチに、着脱自在に取り付けられている。

【0016】

この態様によれば、ティーチングハンドルは、溶接トーチに、着脱自在に取り付けられているため、ティーチングハンドルを取り外して、教示における操作者の動作に応じて、ロボット本体を作動させて、精度の高い溶接を行うことができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、溶接を行う作業者の動作に近い教示を多関節ロボットにさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る溶接ロボットを前方から視た模式的斜視図である。

【図2】図１に示す溶接ロボットを後方から視た斜視図である。

【図3】図１に示す溶接ロボットのティーチングハンドルの取り付け状態を説明する模式的斜視図である。

【図4】図３に示す溶接ロボットの側面図である。

【図5】図４に示す溶接ロボットの一部断面図である。

【図6】図２に示す溶接ロボットの分解斜視図である。

【図7】図５に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図8】（ａ）は、図４に示す溶接ロボットによる教示作業を説明するための側面図であり、（ｂ）は、ハンドルタイプの溶接トーチによる溶接作業を説明するための側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に図１～８を参照しながら、本発明の本実施形態に係る溶接ロボット１を説明する。

【0020】

１．溶接ロボット１について
図１および図２に示すように、溶接ロボット１は、多関節のロボット本体１０と、ロボット本体１０の先端の支持アーム１４に取り付けれた溶接トーチ２０と、ブラケット３０を介して溶接トーチ２０に取り付けられたティーチングハンドル４０と、を備えている。溶接トーチ２０は、ロボット本体１０のエンドエフェクタに相当する。

【0021】

本実施形態では、溶接ロボット１は、作業者の近くで動作するように構成された人協調型ロボットである。具体的には、溶接ロボット１は、作業者である操作者が溶接操作を教示するダイレクトティーチ機能を有している。具体的には、ダイレクトティーチ機能は、操作者がティーチングハンドル４０を把持した状態で、ティーチングハンドル４０を介して操作者からの外力（操作力）をロボット本体１０の先端に直接付与することにより、ロボット本体１０の姿勢を変更しながら、ロボット本体１０に溶接動作を教示する機能である。この他にも、溶接ロボット１は、溶接ロボット１により本溶接を行う前に、作業者がティーチングハンドル４０を用いて、手溶接を行う機能も有している。

【0022】

２．ロボット本体１０について
図１および図２に示すように、ロボット本体１０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。

【0023】

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（図示せず）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は、基台１１の内部に収容されている。

【0024】

ロボット本体１０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。

【0025】

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。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２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（図示せず）が取り付けられており、第２トルクセンサは、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。

【0026】

ロアアーム１２の先端は、アッパアーム１３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。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トルクセンサが取り付けられており、第３トルクセンサは、ロアアーム１２に固定されている。

【0027】

アッパアーム１３は、ロボット本体１０の腕部に相当し、その内部には、第３モータおよび第４モータ（図示せず）が収容されている。第４モータの出力軸と、アッパアーム１３のアーム本体とは、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トルクセンサが取り付けられている。第４トルクセンサは、アーム本体に固定されている。第４モータの駆動により、アーム本体の長手方向に沿った第４軸Ｊ４の周りに回動する。

【0028】

アッパアーム１３の先端は、ロボット本体１０の手首部に相当する部分であり、溶接トーチ２０（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。

【0029】

アッパアーム１３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（図示せず）が内蔵されている。第５モータは、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モータと後述する第６モータは、アッパアーム１３に内蔵されている。これにより、第５モータの動力が、アッパアーム１３に内蔵された動力伝達ベルト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。

【0030】

さらに、アッパアーム１３には、第６モータ（図示せず）が内蔵されており、第６モータは、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。

【0031】

このように、本実施形態では、ロボット本体１０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。ロボット本体１０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トルクセンサをさらに備えている。第１～４トルクセンサは、ひずみゲージ式のトルクセンサである。

【0032】

ここで、溶接ロボット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してもよいが、たとえば、第５モータおよび第６モータに流れる電流から、制御装置（図示せず）で、トルクを推定してもよい。

【0033】

溶接ロボット１は、制御装置と溶接機（図示せず）を備えている。制御装置は、第１～第６モータの駆動を制御することにより、溶接ロボット１の動作を制御する。制御装置は、（１）ロボット本体１０の溶接動作の制御、（２）溶接機本体（図示せず）を構成する溶接用ワイヤを溶接トーチ２０に送給する送給装置の送給速度の制御、（３）溶接トーチ２０に印加される溶接用の印加電圧の制御、（４）溶接トーチ２０に供給されるシールドガスの供給タイミングの制御、等を行うことにより、溶接ロボット１の制御を行っている。より具体的には、制御装置は、溶接ロボット１の制御として、操作者によるティーチングハンドル４０を用いた仮溶接などの溶接を実行するための溶接ロボット１の手溶接の制御、ティーチングハンドル４０による外的操作（外力による操作）による教示を行うための溶接ロボット１の教示の制御、教示された動作に応じた溶接ロボット１の自動溶接の制御、等を行う。

【0034】

３．溶接トーチ２０について
溶接トーチ２０は、トーチ本体２１と、トーチ本体２１をロボット本体１０の先端の支持アーム１４に連結する連結部２２と、を備えている。トーチ本体２１は、トーチ本体２１のトーチ基端２１ｐからトーチ本体２１のトーチ先端２１ｔまでの間において、トーチ本体２１を屈曲させた屈曲部２１ｋを有している。

【0035】

具体的には、トーチ本体２１のうち、トーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａは、直線状の第１トーチ仮想線Ｔ１に沿って形成されている。トーチ本体２１のうち、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂは、直線状の第２トーチ仮想線Ｔ２に沿って形成されている。第１トーチ仮想線Ｔ１と第２トーチ仮想線Ｔ２とのそれぞれは、トーチ本体２１の第１部分２１ａおよび第２部分２１ｂの軸心を通過するものであり、これらの成す角は、本実施形態では、１３５°であり、１２０°～１５０°の範囲にある。

【0036】

トーチ本体２１には、溶接用のワイヤが通過する経路、シールドガスが供給されるガス流路等が形成されており、トーチ本体２１の第２部分２１ｂには、ノズルが取り付けられている。トーチ本体２１の構造は、一般的な構造であるため詳細な説明は省略する。さらに、トーチ本体２１の第１部分２１ａは、トーチ本体２１のトーチ基端２１ｐにおいて、接続プラグ２１ｃに接続されている。接続プラグ２１ｃには、トーチ本体２１に溶接用の電圧を印加する配線（図示せず）、溶接用のシールドガスを供給する配管（図示せず）等が、接続されている。

【0037】

図５に示すように、連結部２２は、トーチ先端２１ｔが連結部２２に対して揺動自在となるように、接続プラグ２１ｃを介してトーチ基端２１ｐを保持する保持機構２５を有している。さらに、接続プラグ２１ｃには、後述する保持機構２５を構成する保持ロッド２５ａが、取り付けられており、保持ロッド２５ａは、第１トーチ仮想線Ｔ１に沿って延在している。

【0038】

保持ロッド２５ａの端部は、皿状の頭部２５ｆを有しており、頭部２５ｆは、保持ロッド２５ａが揺動自在となるように、保持機構２５を構成するケーシング２５ｈに収容されている。保持ロッド２５ａ軸部分と接続プラグ２１ｃの一部は、ケーシング２５ｈの下端部とともに、可撓性を有したゴムカバー２５ｃに覆われている。これにより、トーチ先端２１ｔが、保持ロッド２５ａとともに、ケーシング２５ｈに対して揺動自在となる。

【0039】

ケーシング２５ｈには、保持ロッド２５ａの頭部２５ｆの凸曲面に当接する可動子２５ｄが収容されている。可動子２５ｄは、ケーシング２５ｈ内において、ケーシング２５ｈの長手方向（第１トーチ仮想線Ｔ１に沿った方向）に、移動自在に配置されている。ケーシング２５ｈには、可動子２５ｄを、保持ロッド２５ａの頭部２５ｆに向かって付勢する付勢バネ２５ｓが配置されている。

【0040】

このように構成することにより、保持ロッド２５ａとともにトーチ本体２１は、図５に示す姿勢に保持される。トーチ本体２１のトーチ先端２１ｔに外力が作用すると、保持ロッド２５ａが揺動し、頭部２５ｆの凸曲面に当接する可動子２５ｄが押し上げられ、付勢バネ２５ｓが圧縮される。トーチ先端２１ｔに外力が解除された時点で、付勢バネ２５ｓの復元力により、可動子２５ｄが押し下げられ、保持ロッド２５ａとともにトーチ本体２１を、図５に示す姿勢に戻すことができる。なお、可動子２５ｄが最上限まで押し上げられると、リミットスイッチ２５ｐが作動し、溶接が中断される。

【0041】

このようにして、トーチ先端２１ｔに作用する外力に起因したトーチ本体２１の破損を防止することができる。なお、本実施形態では、保持機構２５は、付勢バネ２５ｓを利用して、トーチ本体２１の姿勢を保持したが、たとえば、保持ロッド２５ａに相当する部分に磁石を取り付け、可動子２５ｄに相当する部分に磁石を取り付け、両者の磁石の磁気力により、揺動自在にトーチ本体２１の姿勢を保持してもよい。

【0042】

なお、ケーシング２５ｈの上部から付勢バネ２５ｓ、可動子２５ｄ、および保持ロッド２５ａの軸心は、第１トーチ仮想線Ｔ１に沿って、貫通した貫通部が形成されており、溶接時には、この貫通部に沿って、溶接用のワイヤが送給される。さらに、本実施形態では、保持機構２５のケーシング２５ｈは、締結具７１、７２等により、Ｌ字状の補強アングルおよび接続体２７を介して、ロボット本体１０の支持アーム１４に固定されている。具体的には、支持アーム１４の第６軸Ｊ６と、第１トーチ仮想線Ｔ１とが平行となるように、溶接トーチ２０は、支持アーム１４に取り付けられている。

【0043】

４．ティーチングハンドル４０とその取り付け状態について
ティーチングハンドル４０は、溶接ロボット１は、操作者により把持された状態で、操作者からロボット本体１０の先端に付与される外力により、トーチ先端２１ｔの移動する位置に応じたロボット本体１０の動作を教示する部材である。

【0044】

ティーチングハンドル４０は、図４に示すように、トーチ本体２１の屈曲部２１ｋと対向する位置に、ハンドル先端（先端面）４０ｔが配置されるように、溶接トーチ２０に取り付けられている。具体的には、ティーチングハンドル４０は、ブラケット３０を介して、溶接トーチ２０に着脱自在に取り付けられている。溶接ロボット１による自動溶接を行う際には、ブラケット３０とともに、ティーチングハンドル４０は、固定プレート３６を除く溶接トーチ２０から取り外される。

【0045】

ここで、図４に示すように、ハンドル支持部３５によりティーチングハンドル４０が支持された状態で、トーチ本体２１およびティーチングハンドル４０を側面視する。この側面視において、ティーチングハンドル４０は、トーチ本体２１のうち、トーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａに沿った第１トーチ仮想線Ｔ１を挟んで、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂから離れる方向に延在している。

【0046】

具体的には、トーチ本体２１のうち、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂに沿った第２トーチ仮想線Ｔ２と、ティーチングハンドル４０がハンドル先端４０ｔから延在する方向に沿った第１ハンドル仮想線Ｈ１とが成すハンドル取付角度θが、鈍角である。ハンドル取付角度θは、１１０°～１４０°の範囲にあることが好ましい。図４からも明らかなように、ティーチングハンドル４０を側面視した状態で、ティーチングハンドル４０は、ハンドル先端４０ｔからハンドル基端４０ｐに向かって、下方に湾曲している。具体的には、ティーチングハンドル４０は、ハンドル先端４０ｔからハンドル基端４０ｐに向かって、弧状の第２ハンドル仮想線Ｈ２に沿って湾曲しており、直線状の第１ハンドル仮想線Ｈ１は、ハンドル先端４０ｔにおける第２ハンドル仮想線Ｈ２の接線に相当する。なお、第１ハンドル仮想線Ｈ１と第２ハンドル仮想線Ｈ２とは、図７に示すように、上面から視て、ティーチングハンドル４０の幅方向の中央を通過する線であり、第２トーチ仮想線Ｔ２と同一の仮想平面上に存在する。

【0047】

本実施形態では、ティーチングハンドル４０は、ハンドル本体４１と隆起部分４５とを有している。ハンドル本体４１は、トーチ本体２１の屈曲部２１ｋと対向する対向位置から、第２ハンドル仮想線Ｈ２に沿って延在している。ハンドル本体４１は、側面視において、湾曲したブロック状（スティック状）の部分であり、ハンドル本体４１の上面４１ｆは、第２ハンドル仮想線Ｈ２に並んで湾曲した曲面である。ティーチングハンドル４０は、下方に湾曲しているので、操作者は、ティーチングハンドル４０を把持し易く、ティーチングハンドル４０の操作性を向上させることができる。隆起部分４５に、操作者の中指Ｆ３、薬指Ｆ４、小指Ｆ５までの指を掛けることにより、ティーチングハンドル４０の把持性を高めることができるため、ティーチングハンドル４０の操作性をさらに向上させることができる。

【0048】

図３に示すように、ハンドル本体４１の上面４１ｆには、ハンドル先端４０ｔ側から順に、表示パネル４４、機能レバー４３、および複数の機能ボタン４２、等が配置されている。ハンドル先端４０ｔの端面には、停止ボタン４８が取り付けられている。

【0049】

機能ボタン４２は、（ａ）操作者（作業者）による手溶接モード、（ｂ）操作者（作業者）による外力によりロボット本体１０の溶接動作を教示する第１教示モード、（ｃ）操作者（作業者）による機能レバー４３等の操作によりロボット本体１０に操作信号を送り、ロボット本体１０を操縦して、ロボット本体１０に溶接動作を教示する第２教示モード等に切り替えるスイッチである。このようなモード等などを含むロボット本体１０の状態は、表示パネル４４に表示される。さらに、停止ボタン４８は、緊急時等に、溶接ロボット１を強制的に停止させるボタンである。このような機能ボタン４２および機能レバー４３で、操作者が操作することにより出力された信号は、ティーチングハンドル４０のハンドル基端４０ｐに接続されたケーブル４９を介して、上述した制御装置に送信される。

【0050】

さらに、ティーチングハンドル４０は、ハンドル本体４１の下部から隆起した隆起部分４５を備えている。隆起部分４５は、操作者がティーチングハンドル４０を把持した状態で、操作者の指を掛ける指係り用の部分である。隆起部分４５は、ハンドル先端４０ｔ側からハンドル基端４０ｐ側に進むに従って、ハンドル本体４１からの高さが減少している。

【0051】

隆起部分４５の表面４５ａのうち、ハンドル先端４０ｔ側の端面４５ｂには、操作スイッチ４６が配置されている。操作スイッチ４６は、可動が制限されたロボット本体１０に対して、外力によるロボット本体１０の可動を許可するスイッチである。操作スイッチ４６は、隆起部分４５の表面のうち、ハンドル先端４０ｔ側の端面に配置されているので、隆起部分４５に、操作者の中指Ｆ３から小指Ｆ５までの指を掛けた状態で、操作者の人差し指Ｆ２で、操作スイッチ４６を簡単に押圧することができる。

【0052】

ここで、具体的には、ロボット本体１０には、上述した第１～第６モータが取り付けられており、操作スイッチ４６を押さない状態（ＯＦＦの状態）では、第１～第６モータが機械的または電気的にロックされている。操作スイッチ４６を押した状態（ＯＮの状態）では、第１～第６モータの機械的または電気的なロックは解除される。ここで、ロックの解除は、操作スイッチ４６を押し続けることにより継続されるように、設定されていてもよく、操作スイッチ４６を一度押すことにより、ロックとロックの解除を切り換えるように設定してもよい。このようにして、ロボット本体１０の可動の制限（ロック）が解除され、ロボット本体１０の可動が許可される。

【0053】

５．ブラケット３０に関して
図３および図６に示すように、ブラケット３０は、溶接トーチ２０の接続プラグ２１ｃに着脱自在に固定されるブラケット本体３１と、ブラケット本体３１に連続し、ティーチングハンドル４０を溶接トーチ２０に支持するハンドル支持部３５と、を有している。ブラケット本体３１は、トーチ本体２１のうちトーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分に間隔をあけて並設されている。

【0054】

本実施形態では、接続プラグ２１ｃには、電気的な絶縁性を有した材料として、ポリオレフィン系樹脂などの絶縁性を有した樹脂製の固定プレート３６が固定されている。図６に示すように、固定プレート３６には、一対の貫通孔３６ｈが形成されており、一対の締結具７８により、溶接トーチ２０の接続プラグ２１ｃに取り付けられている。固定プレート３６の中央には、接続プラグ２１ｃの凹部に係合される凸部３６ｔが形成されており、固定プレート３６の水平方向の両側には、着脱具３９に係止される一対の係止ピン３９ｐが立設している。

【0055】

ブラケット本体３１は、たとえば、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属材料からなる金属製の部分である。ブラケット本体３１は、接続プラグ２１ｃに非接触の状態で、接続プラグ２１ｃを囲うように、固定プレート３６に固定されている。ブラケット本体３１には、ティーチングハンドル４０側から、第１トーチ仮想線Ｔ１に沿って、接続プラグ２１ｃを囲うカバー部３１ｃと、カバー部３１ｃの両側に形成された一対の鍔部３１ｔ、３１ｔとが形成されている。各鍔部３１ｔには、着脱具３９が挿入される貫通孔３１ｇが設けられている。

【0056】

このような結果、図７に示すように、ブラケット本体３１（のカバー部３１ｃ）と接続プラグ２１ｃとの間に、隙間Ｓを形成することができる。本実施形態では、接続プラグ２１ｃを囲うように、ブラケット本体３１は、接続プラグ２１ｃに非接触の状態で、樹脂製の固定プレート３６に固定されているので、接続プラグ２１ｃとブラケット本体３１との電気的な絶縁を確保することができる。これにより、操作者が、溶接トーチ２０に直接触れることを回避するとともに、溶接トーチ２０とティーチングハンドル４０との電気的な絶縁を確保することができる。

【0057】

ブラケット本体３１は、接続プラグ２１ｃに固定された固定プレート３６を介して、押込みボタン３９ｂ付きの着脱具３９により、接続プラグ２１ｃに着脱自在に固定されている。着脱具３９は、押込みボタン３９ｂの押込みにより、固定プレート３６とブラケット本体３１との係止が解除されるものである。押込みボタン３９ｂの押込み方向が、固定プレート３６に対して、ブラケット本体３１側からの押込み方向となるように、着脱具３９は、ブラケット本体３１と固定プレート３６とに取り付けられている。

【0058】

たとえば、このような着脱具３９として、いわゆるワンウェイクランパーと称される着脱具を挙げることができる。具体的には、図７に示すように、着脱具３９は、筒状の収容体３９ａを備えており、収容体３９ａ内には、収容体３９ａの軸方向に沿って可動する可動体３９ｔと、押込みボタン３９ｂを付勢する付勢バネ３９ｓとが収容されている。可動体３９ｔは、軸方向に中央が括れた形状である。押込みボタン３９ｂは、可動体３９ｔを摺動自在に覆っており、押込みボタン３９ｂの端面には、可動体３９ｔを引き込む引込みボール３９ｋが、軸周りに複数配置されている。さらに、収容体３９ａ内には、可動体３９ｔの先端側に、係止ピン３９ｐに係止する係止ボール３９ｊが、軸周りに複数配置されている。

【0059】

ブラケット本体３１を固定プレート３６に取り付ける際には、各ブラケット本体３１の鍔部３１ｔを固定プレート３６に当接させ、固定プレート３６に立設した係止ピン３９ｐを、着脱具３９の収容体３９ａ内に挿入し、係止ピン３９ｐに係止ボール３９ｊに係止させる。これにより、ブラケット本体３１は、接続プラグ２１ｃに固定された固定プレート３６を介して、着脱具３９により、接続プラグ２１ｃに取り付けられる。

【0060】

一方、ブラケット本体３１を固定プレート３６から取り外す際には、押込みボタン３９ｂを押し込むことにより、引込みボール３９ｋが、可動体３９ｔの括れに入り込む。この状態で、押込みボタン３９ｂの押込みを解除すると、付勢バネ３９ｓの復元力により、押込みボタン３９ｂが元の位置に戻るとともに、引込みボール３９ｋと可動体３９ｔが、押込みボタン３９ｂに引き込まれる。この際に、係止ピン３９ｐと係止ボール３９ｊの係止が解除される。これにより、ブラケット本体３１を、接続プラグ２１ｃに固定された固定プレート３６から、取り外すことができる。

【0061】

このように、本実施形態によれば、着脱具３９の押込みボタン３９ｂの押込み方向が、固定プレート３６に対して、ブラケット本体３１側からの押込み方向となるように、着脱具３９は、ブラケット本体３１と固定プレート３６とに取り付けられている。これにより、図３に示す状態から、操作者の前方において、操作者の一方の手Ｈで、ティーチングハンドル４０を把持した状態で、操作者の他方の手の指で、押込みボタン３９ｂをブラケット本体３１側から固定プレート３６に向かって押し込むと、着脱具３９による係止が解除される。押込みボタン３９ｂを押し込んだ状態で、ティーチングハンドル４０を操作者の手前に引き寄せると、ブラケット本体３１とともに、ティーチングハンドル４０を、溶接トーチ２０から簡単に取り外すことができる。

【0062】

さらに、本実施形態では、ブラケット本体３１には、一対のアーム３１ａが形成されている。具体的には、アーム３１ａは、トーチ本体２１のうちトーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａに並設するように、カバー部３１ｃの両側から延在している。これにより、ブラケット本体３１には、ティーチングハンドル４０側からトーチ本体２１を視た状態で、トーチ本体２１のうち、トーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａを露出させる開口部３１ｗが形成される。これにより、手溶接の作業および教示作業の際に、トーチ本体２１の第１部分２１ａおよび第２部分２１ｂを視認することができる。このような結果、トーチ本体２１を視認しながら、精度良く手溶接を行うことができるとともに、ロボット本体１０に精度良く溶接動作を教示することができる。さらに、開口部３１ｗに作業者の指を通して、停止ボタン４８を押すことも可能になる。

【0063】

ハンドル支持部３５は、屈曲部２１ｋと対向する位置に、ティーチングハンドル４０のハンドル先端４０ｔが配置されるように、ティーチングハンドル４０を支持する、ポリオレフィン系樹脂などの絶縁性を有した樹脂製の部分である。本実施形態では、ハンドル支持部３５は、ティーチングハンドル４０の先端側の部分を挟み込む上部クランプ部材３３と下部クランプ部材３４（一対のクランプ部材３３、３４）からなる。

【0064】

本実施形態では、ブラケット本体３１の各アーム３１ａの先端（下端）には、上部および下部クランプ部材３３、３４と当接する当接部３１ｂが形成されている。当接部３１ｂには、ティーチングハンドル４０側に向かって、上部および下部クランプ部材３３、３４の端面３３ｆ、３４ｆに当接する当接面３１ｆが形成されている。当接部３１ｂには、上部および下部クランプ部材３３、３４に締結されるボルトなどの締結具７４を挿通する挿通孔３１ｈが形成されている。上部クランプ部材３３および下部クランプ部材３４のそれぞれは、トーチ本体２１側から、挿通孔３１ｈに挿通された締結具７２に締結されることにより、ブラケット本体３１の当接部３１ｂに取り付けられる。

【0065】

図４に示すように、側面視において、当接部３１ｂの当接面３１ｆと、これに当接する一対の上部および下部クランプ部材３３、３４のそれぞれの端面３３ｆ、３４ｆとが、第１トーチ仮想線Ｔ１に対して傾斜している。これにより、ティーチングハンドル４０から作用する操作者の上下方向の外力により、締結具７２の軸方向と直交する方向に向かって、締結具７２のネジ部分に剪断力が作用することを抑えることができる。

【0066】

上部クランプ部材３３と下部クランプ部材３４には、ティーチングハンドル４０に応じた凹部３３ｒ、３４ｒが形成されている。ティーチングハンドル４０の取り付け時には、上部クランプ部材３３と下部クランプ部材３４を上下方向から挟み込み、ティーチングハンドル４０の４つの貫通孔３３ｈから締結具（図示せず）を挿入し、下部クランプ部材３４に締結具を締め込む。これにより、ブラケット３０を介して、ティーチングハンドル４０を溶接トーチ２０に保持することができる。上部および下部クランプ部材３３、３４を樹脂製にすることにより、接続プラグ２１ｃとティーチングハンドル４０との電気的な絶縁を確保することができる。さらに、上部クランプ部材３３には、表示パネル４４の形状に応じた開口窓３３ｗが形成されている。操作者は、ティーチングハンドル４０は、開口窓３３ｗを介して表示パネル４４を見ながら作業を行うことができる。

【0067】

６．手溶接および教示について
以下に、溶接ロボット１を利用した手溶接および自動溶接における溶接ロボットの教示について、その効果とともに説明する。たとえば、手溶接の場合には、機能ボタン４２により、（ａ）操作者（作業者）が手溶接モードに設定する。操作者が、操作スイッチ４６を一旦押すと、第１～第６モータの機械的または電気的なロックは解除される。これにより、操作者は、ティーチングハンドル４０を把持し、溶接動作に合わせて、ティーチングハンドル４０からの外力（操作力）により、ロボット本体１０の姿勢を変更しながら、溶接ラインに沿って、トーチ本体２１のトーチ先端２１ｔを移動させることができる。具体的には、ティーチングハンドル４０からの外力により、ロボット本体１０に取り付けられた各軸の上述したトルクセンサ、または、ロボット本体１０の先端に付与される３次元方向のそれぞれの力を測定する力センサ（図示せず）等から検出された信号に応じて、上述した制御装置が、ロボット本体１０の第１～第６モータの駆動を制御する。

【0068】

このようにして、ロボット本体１０を外力により操縦しながら、ロボット本体１０の溶接動作時に、操作スイッチ４６を再び人差し指Ｆ２で押すことにより、トーチ先端２１ｔに位置する溶接用のワイヤ（図示せず）の先端からアーク放電を発生さてワイヤを溶融しつつ、ワイヤが送給される。これにより、操作者（作業者）により、溶接ロボット１を利用した手溶接を行うことができる。なお、本実施形態では、操作スイッチ４６により、ロボット本体１０のロック解除、溶接動作の実行（アーク放電による溶接）を行ったが、このような使用方法に限定されるものではなく、機能ボタン４２と機能レバー４３の少なくとも一方の使用方法を設定すればよい。たとえば、人差し指Ｆ２で、操作スイッチ４６を押し続けることで、ロボット本体１０の可動の制限（ロック）を解除し、溶接動作を実行する際には、機能ボタン４２と機能レバー４３の少なくとも一方をたとえば親指Ｆ１で操作してもよい。

【0069】

たとえば、教示の際、機能ボタン４２により、（ｂ）操作者（作業者）が第１教示モードに設定した場合、操作スイッチ４６を押し続けると、第１～第６モータの機械的または電気的なロックの解除は継続される。これにより、操作者は、ティーチングハンドル４０を把持しながら、溶接動作に合わせて、操作スイッチ４６を押し続け、ティーチングハンドル４０からの外力（操作力）により、ロボット本体１０の姿勢を変更しながら、溶接ラインに沿って、溶接トーチ２０のトーチ先端２１ｔを移動させる。具体的には、上述した如く、ティーチングハンドル４０からの外力により、上述したトルクセンサまたは力センサ等から検出された信号に応じて、上述した制御装置は、ロボット本体１０の第１～第６モータの駆動を制御する。この際、第１～第６モータのエンコーダ（図示せず）の検出信号により、第１～第６モータまでの回転位置を算出する。これにより、操作者によるロボット本体１０の溶接動作を教示することができる。

【0070】

たとえば、教示の際、機能ボタン４２により、（ｃ）操作者（作業者）が第２教示モードに設定した場合には、一般的に知られたティーチングペンダントによる教示と同様の教示を、操作者が機能レバー４３等を操作することにより行えばよい。したがって、詳細な説明は省略する。

【0071】

なお、上述した操作スイッチ４６を押した状態（ＯＮの状態）では、第１～第６モータが機械的または電気的にロックされているが、たとえば、教示における多関節ロボットの姿勢にあわせて、第１モータなど、駆動する必要の無いモータは、ロックの状態を維持してもよい。

【0072】

本実施形態によれば、操作者は、ティーチングハンドル４０を把持した状態で、ティーチングハンドル４０から、ロボット本体１０の先端に外力を付与し、トーチ先端２１ｔの移動する位置に応じたロボット本体１０の動作を教示することができる。さらに、ティーチングハンドル４０は、屈曲部２１ｋと対向する位置に、ハンドル先端４０ｔが配置されるように、溶接トーチ２０に取り付けられ、トーチ本体２１が第１トーチ仮想線Ｔ１を挟んで、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂから離れる方向に延在している。これにより、教示作業の際には、操作者は、操作者の前方にハンドル先端４０ｔが位置するようにティーチングハンドル４０を把持し、把持したティーチングハンドル４０のハンドル先端４０ｔを移動させることにより、トーチ本体２１のトーチ先端２１ｔを正確かつスムーズに移動させることができる。

【0073】

特に、図８（ａ）に示すように、第２トーチ仮想線Ｔ２と第１ハンドル仮想線Ｈ１とが成すハンドル取付角度θが、鈍角であるので、図８（ｂ）に示す手溶接用のハンドルタイプのトーチ本体２１Ａとハンドル４１Ａとの配置状態に近い。すなわち、トーチ本体２１Ａのトーチ仮想線Ｔ３とハンドル４０Ａ（ハンドル本体４１）のハンドル仮想線Ｈ３との成す角度θＡと、図８（ａ）に示すハンドル取付角度θとは、近い角度になる。また、ティーチングハンドル４０の操作スイッチ４６の位置も、ハンドル４１Ａの操作スイッチ４６Ａの位置に近いため、作業者の人差し指で、操作スイッチ４６を押すことができる。

【0074】

このため、手溶接の際には、溶接を行う作業者の動作に近い溶接を溶接ロボット１により行うことができるため、被溶接部材Ｐ１、Ｐ２に対して、精度のよい溶接部Ｗを手溶接により形成することができる。さらに、教示の際には、溶接を行う作業者の動作に近い動作を溶接ロボット１に教示させることができるため、被溶接部材Ｐ１、Ｐ２に対して、精度のよい溶接部Ｗを自動溶接により形成することができる。特に、ハンドル取付角度が、１１０°～１４０°の範囲にあれば、ハンドルタイプのトーチ本体２１Ａとハンドル４０Ａとの配置状態に近いため、このような効果をより一層期待することができる。

【0075】

さらに、本実施形態では、上述したブラケット３０を用いることにより、手溶接作業および教示作業の際には、操作者（作業者）は、操作者の前方にハンドル先端４０ｔが位置するようにティーチングハンドル４０を把持する。さらに、操作者は、把持したティーチングハンドル４０のハンドル先端４０ｔを移動させることにより、トーチ本体２１のトーチ先端２１ｔを正確かつスムーズに移動させることができる。特に、第１ハンドル仮想線Ｈ１と第２トーチ仮想線Ｔ２とが同一の仮想平面上となるように、トーチ本体２１とティーチングハンドル４０とを配置することにより、このような効果をより一層発揮することができる。

【0076】

さらに、ブラケット本体３１が接続プラグに着脱自在に固定され、ブラケット本体３１が、トーチ本体２１のうちトーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａに離間して並設されている。これにより、ティーチングハンドル４０からブラケット本体３１を介して接続プラグ２１ｃに、操作者の力が作用する。このため、トーチ本体２１の屈曲部２１ｋの近傍にティーチングハンドル４０を取り付けたとしても、トーチ先端２１ｔの揺動を抑えつつ、手溶接を行うことができるとともに、ロボット本体１０に精度良く溶接動作を教示することができる。

【0077】

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】

【0078】

１：溶接ロボット、１０：ロボット本体、１４：支持アーム、２０：溶接トーチ、２１：トーチ本体、２１ａ：第１部分、２１ｂ：第２部分、２１ｋ：屈曲部、２１ｐ：トーチ基端、２１ｔ：トーチ先端、２２：連結部、４０：ティーチングハンドル、４０ｐ：ハンドル基端、４０ｔ：ハンドル先端、４１：ハンドル本体、４５：隆起部分、４５ａ：表面、４５ｂ：端面、４６：操作スイッチ、Ｈ１：第１ハンドル仮想線、Ｔ１：第１トーチ仮想線、Ｔ２：第２トーチ仮想線、θ：ハンドル取付角度

【要約】

【課題】溶接を行う作業者の動作に近い教示を多関節ロボットに教示させることは難しい。
【解決手段】ティーチングハンドル４０は、屈曲部２１ｋと対向する位置に、ハンドル先端４０ｔが配置されるように、溶接トーチ２０に取り付けられている。ティーチングハンドル４０は、トーチ本体２１のうち、トーチ基端２１ｐから屈曲部２１ｋまでの第１部分２１ａに沿った第１トーチ仮想線Ｔ１を挟んで、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂから離れる方向に延在している。トーチ本体２１のうち、屈曲部２１ｋからトーチ先端２１ｔまでの第２部分２１ｂに沿った第２トーチ仮想線Ｔ２と、ティーチングハンドル４０がハンドル先端４０ｔから延在する方向に沿った第１ハンドル仮想線Ｈ１とが成すハンドル取付角度θが、鈍角である。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】