(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平２方向をＸ軸及びＹ軸として、Ｙ軸方向両側のガイド枠に跨らせてＸ軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にＹ軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置において、
走行枠とロボット本体と昇降アームとに夫々給電路を設け、溶接電源からスタッド溶接ガンにこれら給電路を介して給電するようにし、
走行枠に設ける給電路を走行枠に固定したＹ軸方向に長手の第１給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第１給電バーに圧接させることによって、溶接作業中にロボット本体に作用する加圧反力をコンタクト部材と第１給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第１給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第１通電ジョイントを設けると共に、
昇降アームに設ける給電路を該昇降アームに固定した上下方向に長手の第２給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第２給電バーに圧接させることによって、溶接作業中に昇降アームに作用する加圧反力をコンタクト部材と第２給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第２給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第２通電ジョイントを設けたことを特徴とするスタッド溶接装置。
【請求項２】
前記第１給電バーを前記溶接電源にケーブルを介して接続したことを特徴とする請求項１に記載のスタッド溶接装置。
【請求項３】
前記各通電ジョイントのコンタクト部材を各通電ジョイントのシリンダのピストンロッドに首振自在に連結したことを特徴とする請求項１又は２に記載のスタッド溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、直交座標型のロボットを用いたスタッド溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水平２方向をＸ軸及びＹ軸として、Ｙ軸方向両側のガイド枠に跨らせてＸ軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にＹ軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置は知られている（実開昭６２−１０９８８４号公報参照）。
そして、このものでは、走行枠と昇降アームとの間に該昇降アームに追従して動く多関節型の給電リンクを設け、溶接電源から該給電リンクと昇降アームに設けた給電路とを介してスタッド溶接ガンに給電するようにしている。尚、給電リンクの各関節部には、各関節部で連結される２つのリンク部材を電気的に接続する、ばねで付勢された接触子を有するスリップ通電ジョイントが設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したスタッド溶接装置では、ロボット本体や昇降アームをピニオンラック機構で駆動するようにしており、この場合、スタッド溶接ガンでワークを加圧すると、昇降アームやロボット本体に加圧反力が作用して、ピニオンラック機構のピニオンやラックの摩耗を生じ易くなる。
また、上記したスリップ通電ジョイントを用いると、ロボット動作時に接触子が相手方部材に摺接して、接触子や相手方部材の摩耗を生じ、そのため通電ジョイントを頻繁に交換しなければならなくなり、メンテナンス性が悪くなる。
本発明は、以上の点に鑑み、ロボットに作用するスタッド溶接ガンの加圧反力を給電機構を介して受けられるようにして、ロボットの駆動系の摩耗を防止し、更には通電ジョイントの交換頻度を減少させてメンテナンス性を向上し得るようにしたスタッド溶接装置を提供することをその目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、水平２方向をＸ軸及びＹ軸として、Ｙ軸方向両側のガイド枠に跨らせてＸ軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にＹ軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置において、走行枠とロボット本体と昇降アームとに夫々給電路を設け、溶接電源からスタッド溶接ガンにこれら給電路を介して給電するようにし、走行枠に設ける給電路を走行枠に固定したＹ軸方向に長手の第１給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第１給電バーに圧接させることによって、溶接作業中にロボット本体に作用する加圧反力をコンタクト部材と第１給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第１給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第１通電ジョイントを設けると共に、昇降アームに設ける給電路を該昇降アームに固定した上下方向に長手の第２給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第２給電バーに圧接させることによって、溶接作業中に昇降アームに作用する加圧反力をコンタクト部材と第２給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第２給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第２通電ジョイントを設けたことを特徴とする。
【０００５】
【作用】
スタッド溶接ガンによりワークを加圧する際は、第１と第２の各通電ジョイントのコンタクト部材を第１と第２の各給電バーに圧接させるもので、これによれば昇降アームに作用する上下方向の加圧反力が第２給電バーと第２通電ジョイントのコンタクト部材との間の摩擦力で受けられると共に、ロボット本体に作用するＹ軸方向の加圧反力が第１給電バーと第１通電ジョイントのコンタクト部材との間の摩擦力で受けられ、昇降アームの駆動系やロボット本体の駆動系に作用する加圧反力が軽減され、これら駆動系の摩耗を生じにくくなる。
【０００６】
また、ロボット本体や昇降アームを移動させる際には、第１と第２の各通電ジョイントのコンタクト部材を第１と第２の各給電バーから離間させるもので、各コンタクト部材は各給電バーに摺接せず、そのためこれらコンタクト部材や給電バーの摩耗を生じなくなり、各通電ジョイントや給電バーの交換頻度を減少してメンテナンス性を向上できる。
【０００７】
尚、Ｙ軸方向一側のガイド枠に溶接電源に接続されるＸ軸方向に長手の給電バーを固定し、走行枠に第１給電バーを該ガイド枠上の該給電バーに接続する加圧式の通電ジョイントを設けて、走行枠に作用するＸ軸方向の加圧反力を該通電ジョイントで受けるようにしても良い。然し、Ｙ軸方向両側のガイド枠に跨って走行枠を支持させる場合、走行枠を駆動するラックピニオン機構をＹ軸方向両側に対称に設けるを一般とするから、走行枠に作用するＸ軸方向の加圧反力はＹ軸方向両側のラックピニオン機構で無理なく受けられ、Ｘ軸方向の加圧反力を加圧式の通電ジョイントで受ける必要は特にない。そのため、第１給電バーをケーブルを介して溶接電源に接続し、配線構造の簡素化とコストダウンとを図ることが望ましい。
【０００８】
また、前記各通電ジョイントのコンタクト部材を各通電ジョイントのシリンダのピストンロッドに首振自在に連結しておけば、各コンタクト部材が各給電バーに倣ってこれに確実に密着し、各通電ジョイントでの給電ロスを生じなくなり、有利である。
【０００９】
【実施例】
図１乃至図３を参照して、１はワークをセットする治具ユニット、２は治具ユニット１の配置部上方に架設した天井枠であり、該天井枠２に直交座標型ロボット３を搭載し、該ロボット３にスタッド溶接ガン４を取付けて、ワークのスタッド溶接を行うようにした。
【００１０】
治具ユニット１は、ターンテーブル１０上に１対の治具１１、１１を搭載して成るもので、両治具１１、１１をターンテーブル１０の１８０°回転により手前のワークセット位置と奥側のワーク溶接位置とに交互に旋回自在とした。
【００１１】
前記ロボット３は、天井枠２の奥行方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として、天井枠２のＹ軸方向両側の桁材上のガイド枠２０、２０に跨らせてＸ軸方向に移動自在に設けた走行枠３０と、走行枠３０にＹ軸方向に移動自在に支持させたロボット本体３１と、ロボット本体３１に走行枠３０に対しＸ軸方向前方に離間させて昇降自在に支持したＺ軸方向に長手の昇降アーム３２とで構成されており、昇降アーム３２の下端に垂直のＵ軸と水平のＶ軸との２軸の自由度を持つ手首部３３を介してスタッド溶接ガン４を取付け、溶接位置に存する治具１１上のワークを手首部３３の動きによるスタッド溶接ガン４の姿勢変換で任意の方向からスタッド溶接し得るようにした。
【００１２】
走行枠３０は、各ガイド枠２０の上面に固設したガイドレール３０ａに走行枠３０の各端部に取付けた１対のリニアガイド３０ｂを介して摺動自在に支持されており、走行枠３０に搭載したＸ軸用モータＭｘに連結されるピニオン３０ｃを各ガイド枠２０の内側面に固設したラック３０ｄに噛合させて、走行枠３０をＸ軸方向に駆動するようにした。そして、該走行枠３０の上面と前面下部とに１対のガイドレール３１ａを固設して、該ガイドレール３１ａにロボット本体３１をその背面に取付けた各リニアガイド３１ｂを介して摺動自在に支持し、ロボット本体３１に搭載したＹ軸用モータＭｙに連結されるピニオン３１ｃを走行枠３０の前面上部に固設したラック３１ｄに噛合させて、ロボット本体３１をＹ軸方向に駆動するようにした。また、昇降アーム３２をその背面の１対のガイドレール３２ａにおいてロボット本体３１の前面に固設したリニアガイド３２ｂに摺動自在に支持させると共に、ロボット本体３１に搭載したＺ軸用モータＭｚに連結されるピニオン３２ｃを昇降アーム３２の背面に固設したラック３２ｄに噛合させて、昇降アーム３２をＺ軸方向に駆動するようにし、更に、昇降アーム３２にＵ軸用モータＭｕとＶ軸用モータＭｖとを搭載して、手首部３３をＵ軸回りとＶ軸回りとに駆動するようにした。
【００１３】
図中５は治具ユニット１の側部に配置した溶接電源たるトランスであり、該トランス５の一方の出力端子をケーブル５０と治具ユニット１に設けた通電ジョイント５１とを介して溶接位置に存する治具１１に接続すると共に、トランス５の他方の出力端子をケーブル５２と走行枠３０とロボット本体３１と昇降アーム３２とに夫々設けた給電路と手首部３３に設けたＵ軸用とＶ軸用のジョイント５３、５４とを介してスタッド溶接ガン４に接続し、該ガン４によりワークを加圧した状態で該ガン４と治具１１との間にワークを介して通電してスタッド溶接を行うようにした。
【００１４】
ここで、走行枠３０に設ける給電路は走行枠３０の下面に固定した、一端に前記ケーブル５２を結線したＹ軸方向に長手の第１給電バー５５で構成されており、ロボット本体３１に設けた給電路５６を、図４及び図５に示す如く、ロボット本体３１の背面下部に設けた第１通電ジョイント５７を介して第１給電バー５５に接続すると共に、該給電路５６を昇降アーム３２の側面に固設したアーム側給電路を構成するＺ軸方向に長手の第２給電バー５８にロボット本体３１の前面側部に設けた第２通電ジョイント５９を介して接続した。
【００１５】
各通電ジョイント５７、５９は、給電路５６の各端部にオンス銅板５７ａ、５９ａを介して接続されるコンタクト部材５７ｂ、５９ｂと、コンタクト部材５７ｂ、５９ｂを各給電バー５５、５８に接離するシリンダ５７ｃ、５９ｃとを備える加圧式ジョイントで構成されており、各シリンダ５７ｃ、５９ｃをロボット本体３１に固設した各ブラケット５７ｄ、５９ｄに取付けた。尚、各通電ジョイント５７、５９のコンタクト部材５７ｂ、５９ｂは、各給電バー５５、５８に確実に密着するように、図６に示す如く、シリンダ５７ｃ、５９ｃのピストンロッドにボール継手５７ｅ、５９ｅを介して首振自在に連結されている。
【００１６】
ここで、第１通電ジョイント５７のコンタクト部材５７ｂは走行枠３０の下面の第１給電バー５５に下方から圧接されるようになっており、コンタクト部材５７ｂの圧接反力によりロボット本体３１にその下側のリニアガイド３１ｂを支点にして図３及び図５で反時計方向のＹ軸回りの回転モーメントが作用するようにした。
【００１７】
スタッド溶接に際しては、第１と第２の各通電ジョイント５７、５９のコンタクト部材５７ｂ、５９ｂを第１と第２の各給電バー５５、５８から離間させた状態で走行枠３０、ロボット本体３１、昇降アーム３２を駆動してスタッド溶接ガン４をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向に移動すると共に手首部３３を駆動してスタッド溶接ガン４の姿勢を変換し、該ガン４をワークの各所定の打点位置に各所定の方向から対向させ、その後各モータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ、Ｍｕ、Ｍｖをサーボロックした状態で各通電ジョイント５７、５９のコンタクト部材５７ｂ、５９ｂを各シリンダ５７ｃ、５９ｃの作動により各給電バー５５、５８に圧接させ、次いでスタッド溶接ガン４を該ガンの加圧シリンダの作動によりワークの打点位置に突き当てて加圧し、該ガン４に給電してスタッド溶接を行う。
【００１８】
スタッド溶接ガン４によりワークを加圧すると、ロボット３にＸ軸方向や、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加圧反力が作用する。そして、走行枠３０を駆動するラックピニオン機構でＸ軸方向の加圧反力が受けられ、ロボット本体３１を駆動するラックピニオン機構でＹ軸方向の加圧反力が受けられ、昇降アーム３２を駆動するラックピニオン機構でＺ軸方向の加圧反力が受けられる。ここで、走行枠３０用のラックピニオン機構はＹ軸方向に対称に１対に設けられているため、該１対のラックピニオン機構によりＸ軸方向の加圧反力を無理なく受けられるが、ロボット本体３１用のラックピニオン機構と昇降アーム３２用のラックピニオン機構とは、夫々１個しか設けられていないため、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加圧反力でこれらラックピニオン機構の摩耗を生じ易くなる。
【００１９】
然し、本実施例の如く第１通電ジョイント５７と第２通電ジョイント５９とを加圧式ジョイントで構成しておけば、該各通電ジョイント５７、５９のコンタクト部材５７ｂ、５９ｂと各給電バー５５、５８との間の摩擦力でＹ軸方向やＺ軸方向の加圧反力が受けられ、ロボット本体３１用のラックピニオン機構に作用するＹ軸方向の加圧反力や昇降アーム３２用のラックピニオン機構に作用するＺ軸方向の加圧反力が軽減されて、これらラックピニオン機構の摩耗を生じにくくなる。
【００２０】
また、スタッド溶接ガン４を図３に▲１▼で示す如く下方に向け或いは▲２▼で示す如くＸ軸方向後方に向け、上方やＸ軸方向前方からワークを加圧して溶接を行う場合、加圧反力によりロボット本体３１には昇降アーム３２を介して反時計方向の回転モーメントが作用するが、この回転モーメントは昇降アーム３２の重量によってロボット本体３１に作用する時計方向の回転モーメントで相殺され、走行枠３０に対するロボット本体３１の支持部たるガイドレール３０ａやリニアガイド３０ｂに無理がかかることはない。
【００２１】
一方、スタッド溶接ガン４を図３に▲３▼で示す如くＸ軸方向前方に向け、ワークをＸ軸方向後方から加圧して溶接する場合には、加圧反力によりロボット本体３１に時計方向の回転モーメントが作用し、昇降アーム３２の重量による時計方向の回転モーメントと相俟ってロボット本体３１が走行枠３０に対し時計方向に傾動しようとし、ロボット本体３１の支持部に無理がかかる。然し、本実施例では、上記の如く第１通電ジョイント５７のコンタクト部材５７ｂの第１給電バー５５への圧接反力によりロボット本体３１に反時計方向への回転モーメントが作用するため、この回転モーメントによりワークの加圧反力による時計方向の回転モーメントが減殺され、ロボット本体３１の支持部に無理がかかることはない。
【００２２】
尚、上記実施例では、走行枠３０の下面に固定した給電バー５５にコンタクト部材５７ｂを下方から圧接させるようにしたが、走行枠３０の前面にガイドレール３１ａより下方に位置させて給電バーを固定し、これに前方からコンタクト部材を圧接させて、ロボット本体３１に圧接反力による反時計方向の回転モーメントが作用するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、スタッド溶接ガンによりワークを加圧したときに作用するＹ軸方向や上下方向の加圧反力を第１と第２の各通電ジョイントのコンタクト部材の第１と第２の各給電バーへの圧接による摩擦力で受けて、ロボット本体や昇降アームの駆動系に作用する加圧力を軽減できるため、これら駆動系の耐久性を向上でき、更に、ロボット動作時は各通電ジョイントのコンタクト部材を各給電バーから離間させて、両者の摺接による摩耗を防止でき、各通電ジョイントや各給電バーの交換頻度が減少してメンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の一例の正面図
【図２】その平面図
【図３】その側面図
【図４】その要部の拡大正面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線截断側面図
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線拡大截断面図
【符号の説明】
３  ロボット                  ４  スタッド溶接ガン
２０  ガイド枠                ３０  走行枠
３１  ロボット本体              ３２  昇降アーム
３３  手首部                    ５５  第１給電バー
５６  ロボット本体側給電路      ５７  第２通電ジョイント
５７ｂ  コンタクト部材          ５７ｃ  シリンダ
５８  第２給電バー              ５９  第２通電ジョイント
５９ｂ  コンタクト部材          ５９ｃ  シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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