(57)【要約】【課題】初期段階において薄板鋼鈑のセット位置にずれが生じている場合であっても、このずれを吸収して、所定の位置に薄板鋼鈑を搬送することが可能なロボットアームを提供することを目的とする。【解決手段】本ロボットアーム７００は、吸着フレーム９００が、薄板鋼鈑の平面内において、第１の方向であるＸ軸方向、第２の方向であるＹ軸方向（Ｘ軸とＹ軸とは直交する）および回動方向であるθ（Ｌ，Ｒ）方向に移動可能なように設けられている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板鋼鈑を吸着して所定位置に搬送するために用いられ、前記薄板鋼鈑を吸着するための吸着手段と、前記吸着手段を支持するための支持手段とを備える、ロボットアームであって、
前記吸着手段と前記支持手段との間には、
前記支持手段に対して、前記吸着手段を所定方向に移動可能とするための移動手段と、
前記支持手段に対する前記吸着手段の標準位置状態を第１の状態とし、前記吸着手段が移動し、前記第１の状態とは異なる第２の状態に移動した場合に、前記吸着手段を前記標準位置状態に戻すため、前記移動手段に対して付勢力を与えるための付勢手段と、
が設けられることを特徴とする、ロボットアーム。
【請求項２】
前記移動手段は、
前記薄板鋼鈑の平面内において、第１の方向およびこの第１の方向に直交する第２の方向に沿って移動可能に前記吸着手段を支持する平面移動機構と、
前記平面移動機構に設けられ、前記薄板鋼鈑の平面内において、回動可能に前記吸着手段を支持する回動移動機構とを有し、
前記付勢手段は、
前記支持手段に対して前記平面移動機構を標準状態に付勢する第１付勢手段と、
前記平面移動機構に対して前記回動移動機構を標準状態に付勢する第２付勢手段とを有する、請求項１に記載のロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄板鋼鈑を吸着して所定位置に搬送するために用いられるロボットアームの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、洗濯機の洗濯槽においては、現在ステンレス槽が主流となっている。このステンレス洗濯槽の製造においては、その材料であるステンレス薄板鋼鈑をロボットアーム等を用いて円筒形状に丸めて薄板鋼鈑の両端を突合わせ、この突合部に突合わせ溶接加工を施している。
【０００３】
なお、以上本願に係る発明についての従来の技術を、出願人の知得した一般的技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、本願の出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有しておらず、かつ、本願に先行する出願人自身の特許出願等についても認識していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記突合わせ溶接加工においては、薄板鋼鈑の両端が確実に突合わされている必要があるが、薄板鋼鈑の乗り上げ、隙間の発生、その他の薄板鋼鈑のセットミスにより、突合わせ溶接加工部に穴明き、溶接漏れ等の溶接不良が発生することが問題となっている。ここで、このような問題の発生原因としては、薄板鋼鈑の初期段階におけるセットミスであるが、このセットミスは、人手によるミスが主なものである。
【０００５】
このようにロボットアームを用いて所定の作業を行なう場合、薄板鋼鈑の初期段階におけるセット位置に問題があると、所望の作業を確実に実行することができない課題が生じる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、初期段階において薄板鋼鈑のセット位置にずれが生じている場合であっても、このずれを吸収して、所定の位置に薄板鋼鈑を搬送することが可能なロボットアームを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に基いたロボットアームに従えば、薄板鋼鈑を吸着して所定位置に搬送するために用いられ、上記薄板鋼鈑を吸着するための吸着手段と、上記吸着手段を支持するための支持手段とを備えるロボットアームであって、以下の特徴を備えている。
【０００８】
上記吸着手段と上記支持手段との間には、上記支持手段に対して、上記吸着手段を所定方向に移動可能とするための移動手段と、上記支持手段に対する上記吸着手段の標準位置状態を第１の状態とし、上記吸着手段が移動し、上記第１の状態とは異なる第２の状態に移動した場合に、上記吸着手段を上記標準位置状態に戻すため、上記移動手段に対して付勢力を与えるための付勢手段とが設けられる。
【０００９】
従来、ロボットアームを用いて薄板鋼鈑を所定位置に搬送した場合、たとえば、薄板鋼鈑を基準面に突き当てた場合、従来の装置構成によれば、初期段階において薄板鋼鈑のセット位置にずれが生じている際には、薄板鋼鈑の端面のいずれかの領域が基準面に当接した段階で搬送が終了していた。そのため、実際には、所望の位置に薄板鋼鈑の端面の全面を当接させることはできなかった。
【００１０】
しかし、上記本願の構成によれば、初期段階において薄板鋼鈑のセット位置にずれが生じている場合であっても、支持手段に対して移動可能な移動手段を介在して吸着手段を設けていることから、薄板鋼鈑の端面の基準面への当接時に、移動手段が支持手段に対して移動し、初期段階における薄板鋼鈑のセット位置ずれを吸収して、所望の位置に薄板鋼鈑の端面の全面を当接させることを可能としている。
【００１１】
また、支持手段と吸着手段との間には付勢手段が設けられていることから、吸着手段には常に標準位置状態に戻ろうとする力が働き、支持手段に対する吸着手段の不要な動きを制限するとともに、吸着手段による薄板鋼鈑の吸着が解除された後は、すぐに吸着手段は標準位置状態に復帰することから、支持手段に対する吸着手段の移動により吸収された位置ずれは解除され、早期に次ステップの搬送工程に移行することが可能となる。
【００１２】
また、上記発明において好ましい形態としては、上記移動手段は、上記薄板鋼鈑の平面内において、第１の方向およびこの第１の方向に直交する第２の方向に沿って移動可能に上記吸着手段を支持する平面移動機構と、上記平面移動機構に設けられ、上記薄板鋼鈑の平面内において、回動可能に上記吸着手段を支持する回動移動機構とを有している。また、上記付勢手段は、上記支持手段に対して上記平面移動機構を標準状態に付勢する第１付勢手段と、上記平面移動機構に対して上記回動移動機構を標準状態に付勢する第２付勢手段とを有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に基づいた実施の形態におけるロボットアームについて、図１から図８を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態におけるロボットアームが採用された一例として、ステンレス洗濯槽の製造に用いられる溶接装置の概略構成を示す全体斜視図である。また、図２は、ステンレス洗濯槽の製造プロセスを示す概念図であり、図３から図５は、本実施の形態におけるロボットアームにおける薄板鋼鈑の端面位置決めの原理を示す模式図である。また、図６から図８は、実施の形態におけるロボットアームの詳細構造を示す断面図である。
【００１４】
［溶接装置の概略構成］
まず、図１を参照して、ステンレス洗濯槽の製造に用いられる溶接装置１０００の概略構成について説明する。複数枚のステンレス製の薄板鋼鈑（シート状）１００がワークセットベース２００の上に積層配置されている。ワークセットベース２００の上方には、逆Ｌ次状のフレーム３００が薄板鋼鈑（シート状）１００の上方に覆い被さるに設けられている。このフレーム３００には、薄板鋼鈑１００に対して突合わせ溶接加工を施すための溶接機本体４００と、薄板鋼鈑１００を吸着固定するための吸着装置５００とが設けられている。
【００１５】
ワークセットベース２００の近傍には、薄板鋼鈑１００を搬送するための搬送ロボット６００が設けられている。このロボット６００は多関節ロボットからなり、先端部側にはロボットアーム７００が備えられ、このロボットアーム７００は、支持手段を構成するアーム部材７１０と、このアーム部材７１０に連結され、薄板鋼鈑１００を吸着するための吸着手段を構成する吸着フレーム９００とを有している。
【００１６】
薄板鋼鈑１００は、ロボットアーム７００により最終的には、図１中の２点鎖線で示す円筒形状ワーク１００Ａの状態に保持され、溶接機本体４００により突合わせ溶接加工が施される。
【００１７】
溶接装置１０００による薄板鋼鈑１００の具体的な動作としては、図２に示すように、ロボットアーム７００により薄板鋼鈑１００の左側を吸着した状態で左側ワークを巻き込み、薄板鋼鈑１００の左側端部を吸着装置５００によりクランプして固定する。その後、ロボットアーム７００により薄板鋼鈑１００の右側を吸着した状態で右側ワークを巻き込み、薄板鋼鈑１００の右側端部を吸着装置５００によりクランプして固定する。その後、溶接機本体４００により右側ワークと左側ワークの突合わせ部の溶接が行なわれる。
【００１８】
［動作原理］
ここで、本実施の形態におけるロボットアーム７００を用いた場合の、薄板鋼鈑１００の位置決め動作原理について、図３および図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して説明する。なお、動作の原理の理解を容易にするため、基準ブロック１００ａの端面に薄板鋼鈑１００のワーク端部１００ｂを突き当てる場合について説明する。したがって、上記のように、ステンレス洗濯槽の製造の場合には、薄板鋼鈑１００の両端部同士が突合わされることになる。
【００１９】
まず、図３を参照して、本実施の形態におけるロボットアーム７００は、吸着フレーム９００が、薄板鋼鈑１００の平面内において、第１の方向であるＸ軸方向、第２の方向であるＹ軸方向（Ｘ軸とＹ軸とは直交する）および回動方向であるθ（Ｌ，Ｒ）方向に移動可能なように設けられている。
【００２０】
ここで、薄板鋼鈑１００が正確に位置決めされていると仮定して、吸着フレーム９００の延びる方向とＹ軸方向とが一致する図３の位置を、吸着フレーム９００の標準位置状態（第１の状態）とする。また、吸着フレーム９００がＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびθ（Ｌ，Ｒ）方向に移動した場合には（第１の状態とは異なる第２の状態）、所定の付勢力が吸着フレーム９００に加わり、吸着フレーム９００を図３に示す標準位置状態（第１の状態）に戻そうとする力が働く。
【００２１】
まず、図４（Ａ）を参照して、吸着フレーム９００により薄板鋼鈑１００が吸着搬送される場合を示す。図４（Ａ）に示す薄板鋼鈑１００ｂは、吸着フレーム９００に対する吸着状態として、横ズレが発生している。この状態で、吸着フレーム９００を移動させ、薄板鋼鈑１００ｂの端面を基準ブロック１００ａの基準面に当接させる。このとき、薄板鋼鈑１００ｂは横ズレしているために、図４（Ｂ）に示すように、薄板鋼鈑１００ｂの上部がまず基準ブロック１００ａの基準面に当接する。さらに、吸着フレーム９００を移動させると、図４（Ｃ）に示すように、吸着フレーム９００は、ロボットアーム７００（アーム部材７１０）に対して、Ｘ軸方向およびθ方向に移動する。これにより、薄板鋼鈑１００ｂの端面が基準ブロック１００ａの基準面の全面に当接する。このとき、吸着フレーム９００には、標準状態に戻ろうとする付勢力が常に働いていることから、吸着フレーム９００の不要な動きを制限することができる。
【００２２】
このように、初期段階において薄板鋼鈑１００ｂのセット位置にずれが生じている場合であっても、ロボットアーム７００（アーム部材７１０）に対して移動可能な吸着フレーム９００を設けていることから、薄板鋼鈑１００ｂの端面の基準ブロック１００ａの基準面への当接時に、吸着フレーム９００が移動し、初期段階における薄板鋼鈑１００ｂのセット位置ずれを吸収して、薄板鋼鈑１００ｂの端面の全面を基準面に当接させることを可能とする。
【００２３】
［具体的な装置構成］
次に、上記動作原理を実現するための具体的な装置構成の一例について、図５から図８を参照して説明する。なお、図５は、ロボットアーム７００の縦断面図であり、図６は、ロボットアーム７００の部分拡大縦断面図であり、図７は、図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図であり、図８は、図７中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【００２４】
図５を参照して、ロボットアーム７００の全体構成について説明する。このロボットアーム７００は大別すると、薄板鋼鈑を吸着するための吸着フレーム９００と、この吸着フレーム９００を支持するためのアーム部材７１０とを備える。アーム部材７１０は、アームベース７０４と、補強リブ７０２とを有している。
【００２５】
また、吸着フレーム９００とアーム部材７１０との間には、アーム部材７１０に対して、吸着フレーム９００を所定方向（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）に移動可能とするための移動手段を構成する移動装置８００が設けられている。
【００２６】
＜吸着フレーム９００＞
吸着フレーム９００は、Ｙ軸方向に延びるフレーム本体９３０を有している。このフレーム本体９３０の内部には、エアー管路９３０ｂ，９３０ｃ，９３０ｄ，９３０ｅが設けられ、エアー管路９３０ｃ，９３０ｃには、合計６箇所に吸着パッド９４０が取りつけられている。なお、吸着パッド９４０の個数は適宜最適数量に選択されるものである。エアー管路９３０ｂ，９３０ｄにはそれぞれエアー配管９５０，９６０が接続され、外部に設けられた真空ポンプに接続される。なお、エアー配管９５０，９６０は、フレーム本体９３０の移動を阻害しないように、屈曲自在な部材等により構成される。また、フレーム本体９３０の中央部には、軸受穴９３０ａが設けられており、後述する軸８１２が回転可能に挿入される。
【００２７】
＜移動装置８００＞
次に、図６から図８を参照して、移動装置８００の詳細構造について説明する。まず、図６を参照して、アーム部材７１０に固定されるブロック８０２が設けられる。このブロック８０２の内部には、収容領域８０２Ａが設けられている。この収容領域８０２Ａは、頂部を有し所定の開口領域からなる第１収容領域８０２ａと、この第１収容領域８０２ａに連通し、第１収容領域８０２ａよりも大きい開口径からなる第２収容領域８０２ｂと、この第２収容領域８０２ｂに連通し、第１収容領域８０２ａと略同一の開口径からなる第３収容領域８０２ｃとから形成されている。
【００２８】
第１収容領域８０２ａには、第１摺動プランジャ８０６が摺動可能に収容されている。この第１摺動プランジャ８０６には、凹部領域８０６ａが設けられ、この凹部領域８０６ａと第１収容領域８０２ａの頂部との間には、第１摺動プランジャ８０６に対して下方に向かう付勢力を与えるための弾性部材としてのコイルバネ８０４が設けられている。一方、第１摺動プランジャ８０６の下端面には、上方に向けて凹む円錐状の凹面領域８０６ｂが設けられている。
【００２９】
第２収容領域８０２ｂおよび第３収容領域８０３ｃの領域には、軸８１２が収容されている。この軸８１２は、第２収容領域８０２ｂに位置する頭部軸８１２Ａと、第３収容領域８０３ｃにおいて下方に延び、頭部軸８１２Ａよりも細い外径からなる首部軸８１２Ｂと、アームベース７０４の先端部に設けられた貫通穴７０４ａを塞ぐように横方向に張りだし、その周辺部がアームベース７０４上に載置するように配置される腕部軸８１２Ｃと、貫通穴７０４ａを貫通しその一部が吸着フレーム９００に設けられた軸受穴９３０ａに挿通する胴部軸８１２Ｄと、胴部軸８１２Ｄよりも細い外径からなり、吸着フレーム９００を回動可能なように軸受穴９３０ａとの間にベアリング８７０が設けられる下端部軸８１２Ｅとが形成されている。頭部軸８１２Ａ、首部軸８１２Ｂ、腕部軸８１２Ｃ、胴部軸８１２Ｄ、および下端部軸８１２Ｅの断面形状は、いずれも円形状である。
【００３０】
また、頭部軸８１２Ａの上端面には、上記凹面領域８０６ｂに対向するように、下方に向けて凹む円錐状の凹面領域８１２ａが設けられており、第１摺動プランジャ８０６の凹面領域８０６ｂと頭部軸８１２Ａの凹面領域８１２ａとの間には、鋼球８１０が設けられている。
【００３１】
ブロック８０２の下面と腕部軸８１２Ｃの上面との間において、腕部軸８１２Ｃの上面に接するように首部軸８１２Ｂが貫通する第１摺動プレート８２２と、この第１摺動プレート８２２の上面に接するように首部軸８１２Ｂが貫通する第２摺動プレート８１４が配設されている。
【００３２】
図７の断面図に示すように、腕部軸８１２Ｃと第１摺動プレート８２２との間には、紙面に対して直行する方向（Ｙ軸方向）に軸８１２の移動を規制するためのベアリング８７２，８７４が配設されている。また、図６の断面図に示すように、第１摺動プレート８２２と第２摺動プレート８１４との間には、紙面に対して直行する方向（Ｘ軸方向）に軸８１２の移動を規制するためのベアリング８１８，８２０が配設されている。
【００３３】
また、図８を参照して、下端部軸８１２Ｅが対向する軸受穴９３０ａには、下端部軸８１２Ｅから離れる方向に延びる第４収容領域９３０ｆが設けられている。この第４収容領域９３０ｆには、下端部軸８１２Ｅに対向する部分が球形に設けられた第２摺動プランジャ９８１が収容されている。また、第４収容領域９３０ｆと第２摺動プランジャ９８１との間には、第２摺動プランジャ９８１に対して下端部軸８１２Ｅに向かう付勢力を与えるための弾性部材としてのコイルバネ９８２が配設されている。また、下端部軸８１２Ｅには、第２摺動プランジャ９８１が対向する位置に、軸心側に向けて凹む円錐状の凹部領域９１２ｆが設けられている。
【００３４】
＜移動装置８００の機能＞
＜平面移動機構および第１付勢手段＞
上記構成からなる移動装置８００において、軸８１２は平面移動機構として機能し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。また、軸８１２がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動した場合、凹面領域８１２ａが移動することにより円錐状の凹面により鋼球８１０が上方に押し上げられる。これにより、第１摺動プランジャ８０６は、コイルバネ８０４の付勢力に対抗して上昇する。しかし、コイルバネ８０４からの付勢力は、常に鋼球８１０を押し下げる方向に働くため、軸８１２には標準位置に戻ろうとする力が働くことになる。ここで、軸８１２の標準状態とは、ロボットアーム７００（アーム部材７１０）側に固定されるブロック８０２の標準座標（ブロック８０２の軸）と軸８１２の標準座標（吸着フレーム９００の回転中心軸）とが一致する位置であり、具体的には図３に示す状態である。
【００３５】
＜回転移動機構および第２付勢手段＞
また、回転移動機構として吸着フレーム９００は軸８１２に対して回転可能に設けられているが、吸着フレーム９００が回転した場合、第２摺動プランジャ９８１が移動することにより円錐状の凹部領域９１２ｆにより第２摺動プランジャ９８１がコイルバネ９８２の付勢力に対抗して第４収容領域９３０ｆ側に押し下げられる。しかし、コイルバネ９８２からの付勢力は、常に第２摺動プランジャ９８１を軸８１２側に押し付ける方向に働くため、吸着フレーム９００には標準位置に戻ろうとする力が働くことになる。なお、吸着フレーム９００の標準状態とは、吸着フレーム９００のフレーム本体９３０が延びる方向とＹ軸とが平行となる位置をいう。
【００３６】
なお、上記コイルバネ８０４、９８２に代わり、油圧等により第１摺動プランジャ８０６および第２摺動プランジャ９８１に付勢力を与えるようにすることも可能である。
【００３７】
以上の構成に基づけば、上記＜動作原理＞において説明した動作を、吸着フレーム９００に対して実現させることが可能になる。
【００３８】
なお、上述した吸着手段、支持手段、移動手段、平面移動機構、回転移動機構、第１付勢手段および第２付勢手段は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。また、上記実施の形態においては、発明を理解する上で好ましい形態として、ステンレス洗濯槽の製造に用いられる溶接装置のロボットアームに本発明を適用した場合について説明したが、薄板鋼鈑を吸着して所定位置に搬送するために用いられ、薄板鋼鈑を吸着するための吸着手段と、この吸着手段を支持するための支持手段とを備えるロボットアームに対して広く適用することが可能である。
【００３９】
したがって、本発明の技術的範囲は、上記した各実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明に基いたロボットアームによれば、初期段階において薄板鋼鈑のセット位置にずれが生じている場合であっても、支持手段に対して移動可能な移動手段を介在して吸着手段を設けていることから、薄板鋼鈑の端面の基準面への当接時に、移動手段が支持手段に対して移動し、初期段階における薄板鋼鈑のセット位置ずれを吸収して、所望の位置に薄板鋼鈑の端面の全面を当接させることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるロボットアームが採用された一例として、ステンレス洗濯槽の製造に用いられる溶接装置の概略構成を示す全体斜視図である。
【図２】ステンレス洗濯槽の製造プロセスを示す概念図である。
【図３】実施の形態におけるロボットアームにおける薄板鋼鈑の端面位置決めの原理を示す模式図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施の形態におけるロボットアームにおける薄板鋼鈑の端面位置決めの原理を示す模式図である。
【図５】ロボットアームの縦断面図である。
【図６】ロボットアームの部分拡大縦断面図である。
【図７】図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】図７中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１００  薄板鋼鈑（シート状）、１００Ａ  円筒形状ワーク、１００ａ  基準ブロック、１００ｂ  ワーク端部、２００  ワークセットベース、３００  フレーム、４００  溶接機本体、５００  吸着装置、６００  搬送ロボット、７００ロボットアーム、７０２  補強リブ、７０４  アームベース、７０４ａ  貫通穴、７１０  アーム部材、８００  移動装置、８０２  ブロック、８０２Ａ  収容領域、８０２ａ  第１収容領域、８０２ｂ  第２収容領域、８０２ｃ  第３収容領域、８０４，９８２  コイルバネ、８０６  第１摺動プランジャ、８０６ａ，８０６ｂ  凹部領域、８１０  鋼球、８１２  軸、８１２Ａ  頭部軸、８１２Ｂ  首部軸、８１２Ｃ  腕部軸、８１２Ｄ  胴部軸、８１２Ｅ  下端部軸、８１２ａ  凹面領域、９１２ｆ  凹部領域、８１４  第２摺動プレート、８１８，８２０，８７０，８７２，８７４  ベアリング、８２２  第１摺動プレート、９８１  第２摺動プランジャ、９００  吸着フレーム、９３０  フレーム本体、９３０ａ  軸受穴、９３０ｂ，９３０ｃ，９３０ｄ，９３０ｅ  エアー管路、９３０ｆ  第４収容領域、９４０  吸着パッド、９５０，９６０  エアー配管、１０００  溶接装置。
【図１】
2004216519.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004216519.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004216519.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004216519.tif 000009
【図８】
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