(57)【要約】【課題】円筒材の溶接において、多間接ロボットの各々の間接を同時に動かして、溶接トーチの先端の速度および軌跡の制御を行う必要がなく、また、ポジショナーを使用することもなく、高速で高精度の円筒溶接を行う溶接ロボットを提供すること。【解決手段】円筒材と円筒材との溶接または円筒材と平板との溶接を行う溶接ロボットにおいて、溶接トーチと、マニピュレータの先端に回動自在に備えられ上記溶接トーチを直線移動自在に滑動的に移動させるリニアガイド機構とを備えた溶接ロボット。【選択図】図１
2006088207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒材と円筒材との溶接または円筒材と平板との溶接を行う溶接ロボットにおいて、溶接トーチと、マニピュレータの先端に回動自在に備えられ前記溶接トーチを直線移動自在に滑動的に移動させるリニアガイド機構とを備えた溶接ロボット。
【請求項２】
前記リニアガイド機構が、リニアガイドと、エンコーダとブレーキとを備え前記溶接トーチの移動量の検出及び前記溶接トーチの直線移動の停止をする位置検出器とからなる溶接ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒材と円筒材との溶接または円筒材と平板との溶接を行う溶接ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円筒材と円筒材との溶接または円筒材と平板との溶接を行う溶接ロボットは、多間接ロボットであって、各々の軸を駆動制御させること、または、溶接ロボットを固定しポジショナーを用いて加工物を回転させることで円筒材の円周上の所望の位置を溶接していた(特許文献１及び２参照)。
【０００３】
図４乃至図８を用いて従来の一般的な円筒材１０と円筒材１０との溶接または円筒材１０と平板１１との溶接を行う溶接ロボットを説明する。
図４は円筒材１０と円筒材１０とを溶接するときの溶接トーチ１の状態を示す図であり、図５は円筒材１０と平板１１とを溶接するときのトーチ１の状態を示す図である。
図４及び図５に示すように、円筒材１０と円筒材１０との溶接または円筒材１０と平板１１との溶接を行う場合、溶接トーチ１の先端にある溶接ワイヤを接続部Ｗに接触させて溶接を行う必要がある。また、円筒材１０の溶接を行う場合、接続部Ｗに沿って円周上に溶接を行う。
そこで従来技術では次のような方法によって溶接を行っていた。
図６は、円筒材１０と円筒材１０とを溶接する溶接ロボット本体であるマニピュレータ２の先端に備えた溶接トーチ１の状態を示す図である。溶接ロボットは全体の図示を省略するが、６軸多間接ロボットであって、各々の軸(６軸)を駆動させることによって溶接トーチを自在な姿勢に駆動させ、円筒材１０と円筒材１０との接続部Ｗに溶接トーチ１の先端にある溶接ワイヤ(図示省略)を接触させて接続部の円周上の溶接を行っている。(以下の説明では、溶接ワイヤを省略して、単に溶接トーチの先端という。)
図７は、従来の他の溶接方法を示す図であって、円筒材１０をポジショナー２０に固定させて、溶接トーチ１の先端を接続部Ｗに接触させて溶接トーチを固定し、ポジショナーを中心軸Ｏを中心に回転させることで接続部Ｗの円周上の溶接を行うものである。
図８は、従来の他の溶接方法を示す図である。マニピュレータ２には、予め溶接トーチ１とマニピュレータ２の先端部との間にオフセット量ＯＦだけオフセットさせるブラケット２１が回動自在に設けてあり、この状態で溶接トーチ１の先端を接続部Ｗに接触させる。ここで、円筒材１０の中心軸Ｏと、ブラケット２１を介した溶接トーチ１とマニピュレータ２との接続部の中心とを一致させるようにブラケット２１のオフセット量ＯＦは設定されている。以上のような構成で、ブラケット２１に接続された溶接トーチ１は、中心軸Ｏを中心に回転させるだけで、他のロボットの軸を駆動させることなく円筒材の溶接を行うことができる。
【特許文献１】特開平９−２６７１７２号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６に示す従来技術では、マニピュレータ２の各々の駆動軸である間接(６軸多間接ロボットであれば６軸)を同時に動かして、溶接トーチ１の先端の速度および軌跡の制御を行うため、演算速度の限界、機械精度の限界により、小円弧に対してある速度以上になると速度が変動し、軌跡精度が悪くなる。
また、図７に示す従来技術では、溶接トーチ１を固定して、ポジショナー２０で円筒材１０を回転させて溶接を行うために、常にポジショナー２０が必要になり、ポジショナー２０の大きさによっては、小円弧の円筒に対する高速での回転が困難となり、また、高速回転するには大きな駆動源（モータなど）が必要になり、コストがかかる。
また、図８に示す従来技術では、円筒材１０の半径が変わるたびに、ブラケット２１を取り替える必要があり、溶接トーチ先端の位置調整を再度行うなど調整が面倒であり、自動化に適さない。
【０００５】
本発明の目的は、円筒材の溶接において、多間接ロボットの各々の間接を同時に動かして、溶接トーチの先端の速度および軌跡の制御を行う必要がなく、また、ポジショナーを使用することもなく、高速で高精度の円筒溶接を行う溶接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】
本発明の実施の形態は、円筒材と円筒材との溶接または円筒材と平板との溶接を行う溶接ロボットにおいて、溶接トーチと、マニピュレータの先端に回動自在に備えられ上記溶接トーチを直線移動自在に滑動的に移動させるリニアガイド機構とを備えた溶接ロボットである。
【０００７】
好ましい実施の形態は、リニアガイド機構が、リニアガイドと、エンコーダとブレーキとを備え上記溶接トーチの移動量の検出及び上記溶接トーチの直線移動の停止をする位置検出器とからなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、溶接トーチをリニアガイド機構によって、滑動的で直線移動自在に移動させることによって、容易に円筒材の半径方向に溶接トーチの先端を移動させることができ、円筒材の半径方向の大きさにあわせて、自在にトーチ先端のワイヤの位置を移動及び固定させることができる。そのため、容易に接続部に溶接ワイヤを当接させることができ、従来技術のように６軸多間接ロボットの６つの間接を同時に動かすような複雑な制御を行う必要がなく、また、ポジショナーを使用することもなく、高速で高精度の円筒溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明に係わるマニピュレータの先端部を示す要部拡大図である。同図において、マニピュレータ２の先端にフランジ３６を介して回動自在に取付けられたリニアガイド機構３は、リニアガイド３１、位置検出器３２等を備えており、溶接トーチ１の先端が所望の位置となるように、滑動的で直線移動自在に位置調整することができる。
【００１０】
図２は、本発明のリニアガイド機構３の要部拡大一部断面図である。同図に示すように、溶接トーチ１はブラケット３５を介してリニアガイド３１に固定されている。リニアガイド３１はスライド軸３４に沿って設置されており、ボールネジ３３を回転させながら直線移動させることができる。ここで、ボールネジ３３は、位置検出器３２内のブレーキ３２１及びエンコーダ３２２に取付けられており、このエンコーダ３２２によってボールネジ３３の回転量を検出する。ここで、エンコーダ３２２は一般的に用いられる例えば、パルスエンコーダであって、ボールネジ３３の回転量に応じてパルスを発生させる。位置検出器３２はこのパルスのカウント数を後述するロボット制御装置に出力する。ロボット制御装置はこのパルスのカウント数からリニアガイド３１の移動量を算出する。この移動量を算出することによって、リニアガイド３１にブラケット３５を介して取付けられた溶接トーチ１の先端の位置を検出することができる。
なお、リニアガイド３１はスライド軸３４に沿って設置されており、ボールネジ３３と滑動的にかみ合わされた構造となっており、非常に小さな圧力によって矢示ＡまたはＢの方向に駆動することができる。すなわち、溶接トーチ１は矢示ＡまたはＢの方向に容易に移動させることができる。
【００１１】
図２において、例えば、矢示Ａの方向から溶接トーチを押圧すると、リニアガイド３１はスライド軸３４に沿って矢示Ａの方向に移動する。このときのボールネジ３３の回転量を位置検出器３２内にあるエンコーダ３２２が検出して、後述するロボット制御装置に出力する。この検出された値から溶接トーチ１の位置を算出して、所望の位置となった時点でロボット制御装置は位置検出器３２内にあるブレーキ３２１を駆動させてボールネジの回転を停止させ溶接トーチ１を停止させる。
【００１２】
前述した矢示ＡまたはＢの方向に押圧する方法は、例えば手動により押圧する方法、マニピュレータ２を駆動させて、図２に示す矢示ＡまたはＢの面に溶接トーチ１の周辺にある壁面、治具の一部等に押圧させて駆動させる方法等があり、適宜、溶接するときのマニピュレータ２の状態、被加工物の状況等にあわせて容易に対応することができる。
【００１３】
図３は本発明の溶接ロボットを用いて円筒材１０同士を溶接する方法を示す図である。
同図において、リニアガイド機構３とマニピュレータ２の先端とを回動自在に接続しているフランジ３６の中心と、円筒材１０の中心軸Ｏとを予め一致させておく。
円筒材１０の半径ｒが予め認識できている場合は、次のような手順で位置決めを行う。
予め、円筒材１０の半径ｒを位置検出器３２と電気的に接続されたロボット制御装置４に記憶させておく。次に、溶接トーチ１を予め設定されたスタート位置（ここでは円筒材１０の中心軸Ｏから距離Ｌ離れた位置）から矢示Ａの方向に押圧することによって、円筒材の中心軸Ｏからの距離Ｌが円筒材１０の半径ｒとなる位置、すなわち円筒材１０の側面に溶接トーチの先端が当接する位置となったときに、位置検出器３２内のエンコーダ３２２はリニアガイド３１の移動距離を検出してこの移動距離をロボット制御装置４に入力する。この移動距離を入力したロボット制御装置４は、溶接トーチ１の位置データをスタート位置から円筒材１０の側面に当接する位置に変換し、変換した位置において、溶接を開始させるようにマニピュレータ２を駆動制御する。
【００１４】
次に、円筒材１０の半径ｒが予め認識できていない場合は、次のような手順で位置決めを行う。
溶接トーチ１を予め設定されたスタート位置（ここでは円筒材１０の中心軸Ｏから距離Ｌ離れた位置）とする。次に溶接トーチを矢示Ａの方向に押圧する。溶接トーチ１の先端が円筒材１０の側面に当接する位置となったときに、位置検出器３２内のエンコーダ３２２はこのときリニアガイド３１が移動した距離ａを検出して、この移動距離ａをロボット制御装置４に入力する。予め設定されたスタート位置である円筒材１０の中心軸Ｏからの距離Ｌと検出した距離ａとの差を演算して得た距離ｒをロボット制御装置４は円筒材１０の半径と認識して、溶接トーチ１の位置データをスタート位置から距離ａ移動させた位置に変換して、変換した位置において溶接を開始させるようにマニピュレータ２を駆動制御する。
【００１５】
以上のように、マニピュレータ２の先端に備えた溶接トーチ１の先端をスタート位置から円筒材１０の所望の位置に当接させる。このときリニアガイド機構３とマニピュレータ２の先端とを回動自在に接続しているフランジ３６の中心軸と、円筒材１０の中心軸Ｏとは予め一致されている。そのため、中心軸Ｏを中心にリニアガイド３を回転させることによって、円筒材１０の円周上を容易に溶接することができる。
すなわち、前述したように各々の中心軸を一致させ、中心軸Ｏからの一定の距離を隔てたスタート位置を予め記憶することで、円筒材１０の大きさが変わった場合でも容易に溶接トーチの位置調整を行うことができる。
また、溶接ロボットの各々の駆動軸(６軸多間接ロボットであれば６軸)を同時に動かして、溶接トーチの先端の速度および軌跡の制御を行う必要がなく、また、ポジショナーを使用することもなく、高速で高精度の円筒溶接を行うことができる。
【００１６】
なお、本発明の実施例では円筒材１０と円筒材１０とを溶接する方法を示しているが、前述した図５に示す円筒材１０と平板１１とを溶接する方法にも適用できることができる。
【００１７】
また、本発明では、溶接トーチ１をリニアガイド機構によって直線移動させる場合に、溶接トーチ１を手動により押圧する方法、マニピュレータ２を駆動させて、図２に示す矢示ＡまたはＢの面に溶接トーチ１の周辺にある壁面、治具の一部等に押圧させて駆動させる方法で説明しているが、位置検出器内にモータを備えて、モータによってボールネジの回転、すなわち溶接トーチの移動を駆動制御する機構とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係わるマニピュレータの先端部を示す要部拡大図である。
【図２】本発明のリニアガイド機構の要部拡大一部断面図である。
【図３】本発明のマニピュレータを用いて円筒材を溶接する方法を示す図である。
【図４】従来の円筒材と円筒材とを溶接するときの溶接トーチの状態を示す図である。
【図５】従来の円筒材と平板とを溶接するときの溶接トーチの状態を示す図である。
【図６】従来の円筒材と円筒材とを溶接するマニピュレータ先端の溶接トーチの状態を示す図である。
【図７】従来の円筒材をポジショナーに固定させて溶接する方法を示す図である。
【図８】従来の円筒材と円筒材とを溶接する他のマニピュレータによる溶接方法を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１      溶接トーチ
２      マニピュレータ
３      リニアガイド機構
１０    円筒材
１１    平板
２０    ポジショナー
３１    リニアガイド
３２    位置検出器
３２１  ブレーキ
３２２  エンコーダ
３３    ボールネジ
３４    スライド軸
Ｗ      接続部
【図１】
2006088207.tif 000003
【図２】
2006088207.tif 000004
【図３】
2006088207.tif 000005
【図４】
2006088207.tif 000006
【図５】
2006088207.tif 000007
【図６】
2006088207.tif 000008
【図７】
2006088207.tif 000009
【図８】
2006088207.tif 000010