(57)【要約】【課題】駆動軸の先端に備えたアームが、駆動軸の中心線と交叉する方向へ折り曲ることができ、且つ、アームの軸中心周りに回転できるようにする。【解決手段】基部２に備えて一端を第１の駆動手段５に接続し他端に第１の駆動輪６を固定した第１の駆動軸４と、基部２に備えて一端を第２の駆動手段９に接続し他端に第２の駆動輪１０を固定した第２の駆動軸８と、第１の駆動軸６の第１軸線Ｓ１と交叉する第２軸線Ｓ２周りに回動するよう基部２に支持した回動ブロック１３と、回動ブロック１３に固定して第２の駆動輪１０と駆動係合する第２の従動輪１４と、第２軸線Ｓ２周りに回動するよう回動ブロック１３に支持され且つ第１の駆動輪６に駆動係合した中間輪１７と、第２軸線Ｓ２と交叉するよう回動ブロック１３に回転可能に支持したアームと、アームに固定して中間輪１７に駆動係合する第１の従動輪２０とを備える。【選択図】図１
2013043244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部に備えて第１の駆動手段に一端が接続された第１の駆動軸と、該第１の駆動軸の他端に固定された第１の駆動輪と、前記基部に備えて第２の駆動手段に一端が接続された第２の駆動軸と、該第２の駆動軸の他端に固定された第２の駆動輪と、前記第１の駆動軸の第１軸線と交叉する第２軸線周りに回動可能となるよう前記基部に支持された回動ブロックと、前記回動ブロックに固定されて前記第２の駆動輪と駆動係合する第２の従動輪と、前記第２軸線周りに回動可能となるよう前記回動ブロックに支持され且つ前記第１の駆動輪に駆動係合された中間輪と、前記第２軸線と交叉するよう前記回動ブロックに回転可能に支持されたアームと、該アームに固定されて前記中間輪に駆動係合する第１の従動輪とを備えたことを特徴とするアーム装置。
【請求項２】
前記回動ブロックは、第１の駆動輪との干渉を避けて第２軸線周りに回動できる切欠き部を有することを特徴とする請求項１に記載のアーム装置。
【請求項３】
前記第１の駆動輪、第２の駆動輪、第１の従動輪、第２の従動輪、中間輪は夫々歯車であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアーム装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のアーム装置が移動装置に支持されたことを特徴とする溶接ロボット。
【請求項５】
前記移動装置が３次元駆動装置であることを特徴とする請求項４に記載の溶接ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーム装置及び溶接ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の工業用ロボットや歩行ロボット等のロボットの関節機構は、一般に、基部に対して第１アーム及び第２アーム等を順次回動可能に接続し、前記基部に備えた駆動機構により第１アームの回動を行い、前記第１アームに備えた駆動機構により第２アームの回動を行うというように、基部側に備えた駆動機構によって先端側のアームの回動を行うようにしている（特許文献１、２等参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１、２のように、基部側に備えた駆動機構によって先端側のアーム回動を行う関節機構では、基部側に備えた駆動機構が、先端側のアーム等のみならず、先端側のアームに備えられる駆動機構をも支持して回動させる必要があるため、基部側の負荷が大きくなり、基部側に備える駆動機構が大型になるという問題があった。
【０００４】
このため、互いに共通の第１の駆動軸線周りに回動可能に配置された内側駆動軸及び外側駆動軸と、前記内側駆動軸の一端部を回動駆動する第１の駆動手段と、前記内側駆動軸の前記一端部と同じ側に位置する、前記外側駆動軸の一端部を回動駆動する第２の駆動手段と、前記内側駆動軸の他端部に結合された第１の駆動輪と、前記外側駆動軸の他端部に結合された第２の駆動輪と、前記内側駆動軸および前記外側駆動軸と共通の前記第１の駆動軸線周りに回動可能に支持されたフレームと、前記第１の駆動軸線に直交する第２の駆動軸線周りに回動可能に前記フレームに支持された支持軸と、該支持軸に固定されたコの字状のブラケットと、前記支持軸に結合されるとともに前記第１の駆動輪および前記第２の駆動輪と駆動結合した差動輪と、を具えてなる協調駆動機構がある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１２９６７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１５２５２８号公報
【特許文献３】特開２００４−２８３９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３の協調駆動機構によれば、二重軸とした内側駆動軸及び外側駆動軸の一端を第１の駆動手段及び第２の駆動手段で駆動することにより、第２の駆動軸線上に備えた前記コの字状のブラケットを前記第２の駆動軸線周りに回動させ、第１の駆動軸線に対して交叉した方向へ折り曲げることができ、且つ、前記コの字状のブラケットを第１の駆動軸線周りに回転させ、前記折れ曲ったコの字状のブラケットの向きを変えることができる。従って、前記協調駆動機構を、歩行ロボットの肩部の関節機構に適用すると、基部側に備えた第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動により、コの字状のブラケットに接続した腕等の可動部の前後方向及び左右方向の二自由度の回動を行わせることができ、第１の駆動手段及び第２の駆動手段に掛る負荷を低減できる。
【０００７】
しかし、特許文献３の協調駆動機構は、歩行ロボットの肩部の関節機構として適用することはできるが、前記コの字状のブラケットが第１の駆動軸線に対して折れ曲った状態で内側駆動軸を回転すると、折れ曲がった状態のコの字状のブラケットが第１の駆動軸線周りに振れ回ることになる。従って、前記コの字状のブラケットが第１の駆動軸線に対して交叉する方向へ折り曲げられた状態で、コの字状のブラケットを第１の駆動軸線と交叉する軸線周りに回転させることはできない。このため、特許文献３の協調駆動機構は適用範囲が制限されるという不都合がある。
【０００８】
例えば、ボイラの蒸気管台或いは圧力容器等では、湾曲面に多数のノズルが狭隘な間隔で備えられた構造が設けられており、前記ノズルを湾曲面に対して溶接固定するための溶接開先からなる溶接線は３次元曲線となっている。このよう狭隘で且つ３次元曲線の溶接線を持つノズルの溶接を行う溶接ロボットでは、駆動軸の先端に折り曲げ可能なアームを備えて該アームに溶接トーチを取り付け、溶接の進行に伴って刻々変化する溶接開先の角度に対応するように前記アームの折り曲げ角を変化させることで、溶接トーチの向きを調節し、且つ、前記アームを該アームの軸線周りに回転させることで、溶接トーチによる所要幅でのウェービング、或いは溶接トーチ先端に対する溶接ワイヤの送給方向の調節を行う必要がある。
【０００９】
しかし、特許文献３の協調駆動機構は、溶接トーチを取り付けるアームが該アームの軸線周りに回転できる構成は備えていないため、特許文献３の協調駆動機構を前記３次元曲線の溶接線に沿って溶接する溶接ロボットに適用することはできない。
【００１０】
本発明は、上記した課題に鑑みてなしたもので、駆動軸の先端に備えたアームが、前記駆動軸の中心線と交叉する方向へ折れ曲ることができ、且つ、前記アームが該アームの軸中心周りに回転できるようにしたアーム装置及び溶接ロボットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、基部に備えて第１の駆動手段に一端が接続された第１の駆動軸と、該第１の駆動軸の他端に固定された第１の駆動輪と、前記基部に備えて第２の駆動手段に一端が接続された第２の駆動軸と、該第２の駆動軸の他端に固定された第２の駆動輪と、前記第１の駆動軸の第１軸線と交叉する第２軸線周りに回動可能となるよう前記基部に支持された回動ブロックと、前記回動ブロックに固定されて前記第２の駆動輪と駆動係合する第２の従動輪と、前記第２軸線周りに回動可能となるよう前記回動ブロックに支持され且つ前記第１の駆動輪に駆動係合された中間輪と、前記第２軸線と交叉するよう前記回動ブロックに回転可能に支持されたアームと、該アームに固定されて前記中間輪に駆動係合する第１の従動輪とを備えたことを特徴とするアーム装置、に係るものである。
【００１２】
上記アーム装置において、前記回動ブロックが、第１の駆動輪との干渉を避けて第２軸線周りに回動できる切欠き部を有することは好ましい。
【００１３】
又、上記アーム装置において、前記第１の駆動輪、第２の駆動輪、第１の従動輪、第２の従動輪、中間輪が夫々歯車であることは好ましい。
【００１４】
本発明は、前記アーム装置が移動装置に支持されたことを特徴とする溶接ロボット、に係るものである。
【００１５】
上記溶接ロボットにおいて、前記移動装置が、３次元駆動装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のアーム装置及び溶接ロボットによれば、駆動軸の先端に備えたアームは前記駆動軸の中心線と交叉する方向へ折り曲ることができ、且つ、前記アームは該アームの軸中心周りに回転できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明におけるアーム装置の一実施例を示す切断正面図である。
【図２】図１をＩＩ−ＩＩ方向から見た切断側面図である。
【図３】（ａ）は回動ブロックに取り付けられるアームの断面図、（ｂ）は（ａ）をＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ方向から見た矢視図である。
【図４】（ａ）はアームが第１の駆動軸の軸線に対して一直線状に延びた状態を示す作動図、（ｂ）は（ａ）の状態からアームが所定の角度だけ折り曲った状態を示す作動図、（ｃ）はアームが回動範囲限度まで折り曲がった状態を示す作動図である。
【図５】（ａ）はアーム装置を備えた本発明の溶接ロボットの一例を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のノズルに対する溶接トーチの向きを説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１９】
図１は本発明のアーム装置の一実施例を示すもので、アーム装置１は基部２を有しており、該基部２には軸受３を介して回動可能に支持された第１の駆動軸４が設けてあり、該第１の駆動軸４は一端（上端）に備えたサーボモータ５ａ等の第１の駆動手段５によって回動駆動されるようになっている。前記駆動軸４の他端（下端）には第１の駆動輪６としての傘歯車６ａが固定されている。前記基部２には、前記第１の駆動軸４と平行に、軸受７を介して回動可能に支持された第２の駆動軸８が設けてあり、該第２の駆動軸８は一端（上端）に備えたサーボモータ９ａ等の第２の駆動手段９によって回転駆動されるようになっている。前記第２の駆動軸８の他端（下端）には第２の駆動輪１０としての傘歯車１０ａが固定されている。
【００２０】
前記基部２の下部には、前記第１の駆動輪６を挟むように下方へ延設されたブラケット１１ａ，１１ｂが設けてあり、該ブラケット１１ａ，１１ｂには、前記第１の駆動軸４の第１軸線Ｓ１と交叉する（直交する）第２軸線Ｓ２周りに軸受１２を介して回動可能な回動ブロック１３を設けている。該回動ブロック１３の第２軸線Ｓ２方向の一側（図１の右側）には、前記第２の駆動輪１０と駆動係合する第２の従動輪１４としての傘歯車１４ａが固定されている。
【００２１】
前記回動ブロック１３における第２軸線Ｓ２方向の他側（図１の左側）の内部には、軸受１５によって前記第２軸線Ｓ２周りに回動可能な軸１６が設けてあり、該軸１６には、前記第１の駆動輪６と駆動係合する中間輪１７としての傘歯車１７ａを固定している。
【００２２】
更に、前記回動ブロック１３における前記第１軸線Ｓ１の延長上で、図３（ａ）に示す前記第２軸線Ｓ２と交叉する（直交する）第３軸線Ｓ３の位置には、アーム１８が設けてあり、該アーム１８は、軸受１９によって前記回動ブロック１３に対して第３軸線Ｓ３周りに回転可能に支持されている。前記アーム１８には前記中間輪１７に駆動係合する第１の従動輪２０としての傘歯車２０ａが固定されている。
【００２３】
前記回動ブロック１３は、図２及び図４（ａ）のようにアーム１８の第３軸線Ｓ３が第１軸線Ｓ１の延長上に延びた下限位置Ｘ1と、図４（ｃ）のようにアーム１８が上方へ最大限に折り曲った上限位置Ｘ2との回動範囲Ｘ内において任意の折り曲げ角に回動できるようになっている。図３（ａ）中、２１ａ，２１ｂは前記アーム１８の下限位置Ｘ1と前記アーム１８の上限位置Ｘ2とを検出部材２１を介して検出し、回動範囲Ｘを制御するためのリミットスイッチである。
【００２４】
前記回動ブロック１３に備えた前記アーム１８を第２軸線Ｓ２周りに回動させるには、前記回動ブロック１３が第１の駆動軸４に備えた第１の駆動輪６と干渉するのを防止する必要があり、このため、前記回動ブロック１３には、前記アーム１８の回動範囲Ｘで第１の駆動輪６に干渉しない大きさの切欠き部２２を設けている。
【００２５】
また、前記回動ブロック１３には、前記軸１６と一体に回転する回転部材２３に設けた検出突起２４ａ，２４ｂを検出することで前記軸１６の回転を検出するリミットスイッチ２５が設けてある。前記第１の駆動輪６により中間輪１７が回転されると、第１の従動輪２０を介してアーム１８が第３軸線Ｓ３周りに回転するが、このとき、前記軸１６の回転を検出する前記リミットスイッチ２５は、第３軸線Ｓ３周りに回動する前記アーム１８の回動が、図３（ｂ）に示すように第２軸線Ｓ２に対して一方の制限位置Ｙ1と他方の制限位置Ｙ2との間の所要の角度範囲Ｙに制限されるように制御を行う。
【００２６】
前記アーム１８の回動範囲Ｘの下限位置Ｘ1と上限位置Ｘ2、及び、アーム１８が第３軸線Ｓ３周りに回転する角度範囲Ｙの制限位置Ｙ1，Ｙ2での停止は、前記リミットスイッチ２１ａ，２１ｂ、２５による電気的手段を用いて行う他に、下限位置Ｘ1と上限位置Ｘ2及び制限位置Ｙ1，Ｙ2で機械的に停止させるストッパ手段を備えて停止させるようにしてもよい。
【００２７】
次に、上記実施例の作動を説明する。
【００２８】
第１の駆動手段５により第１の駆動軸４を回転すると、第１の駆動軸４に備えた第１の駆動輪６は回転され、該第１の駆動輪６に駆動係合した中間輪１７が回転する。中間輪１７が回転すると該中間輪１７に駆動係合している第１の従動輪２０が回転し、アーム１８は第３軸線Ｓ３周りに回転する。このとき、前記リミットスイッチ２５の検出によって、前記アーム１８は、図３（ｂ）に示す角度範囲Ｙ内で回転することができる。
【００２９】
一方、第２の駆動手段９により第２の駆動軸８を回転すると、第２の駆動軸８に備えた第２の駆動輪１０は回転され、該第２の駆動輪１０に駆動係合している第２の従動輪１４が回動する。該第２の従動輪１４は回動ブロック１３に固定されているので、回動ブロック１３は第２軸線Ｓ２周りに回動する。このとき、前記回動ブロック１３は、リミットスイッチ２１ａ，２１ｂによって検出される前記アーム１８の回動範囲Ｘ内において、アーム１８の第１軸線Ｓ１に対する折り曲げ角は任意の角度に調節することができる。
【００３０】
このように、第１の駆動手段５による第１の駆動軸４の回転によってアーム１８は該アーム１８の軸中心（第３軸線Ｓ３）周りに回転することができ、且つ、第２の駆動手段９による第２の駆動軸８の回転によって回動ブロック１３を第２軸線Ｓ２周りに回動させることで第１軸線Ｓ１に対する前記アーム１８の折り曲げ角度を調節できるので、アーム１８を該アーム１８の軸中心周りに回転させる操作とアーム１８を第１軸線Ｓ１に対して折り曲げる操作を別個にすることができ、よって、アーム装置１の操作を簡略化することができる。
【００３１】
図５は、前記アーム装置１を移動装置２６に備えた溶接ロボット２７の一例を示すもので、この溶接ロボット２７は、ボイラの管台或いは圧力容器等に備えられる湾曲部品２８に対してノズル２９を溶接するのに用いた場合を示している。前記ノズル２９は、夫々の軸線が互いに平行を保って湾曲部品２８の曲面２８ａに固定されるため、各ノズル２９に備えられる溶接開先３０からなる溶接線３１は夫々異なった三次元曲線となっている。溶接線３１を形成する溶接開先３０の角度は、ノズル２９周面の最も高い位置で最も角度が小さくなっており、ノズル２９周面の最も低い位置で最も角度が大きくなっている。前記ノズル２９は、溶接線を全周溶接して湾曲部品２８に固定する前段階として湾曲部品２８に仮止め溶接されている。
【００３２】
図５の溶接ロボット２７は、前記ノズル２９の上端に同心に係合される案内部３２と、該案内部３２の上部に該案内部３２と同心の旋回環３３を介し旋回可能に備えた旋回台３４と、該旋回台３４上に備えて該旋回台３４の直径方向へ移動が可能な横行台３５と、該横行台３５に対して前記ノズル２９の軸線と平行に上方へ延設されたガイドレール３６と、該ガイドレール３６に沿って昇降が可能な昇降台３７と、該昇降台３７から下方へ延設された昇降フレーム３８とを有する移動装置２６を備えている。該移動装置２６は、前記旋回台３４の旋回と横行台３５の横行による水平２軸方向の移動と、昇降台３７の昇降による垂直１軸方向の移動とからなる３次元駆動装置２６ａを構成している。
【００３３】
そして、前記移動装置２６の前記昇降フレーム３８の下端には、前記図１〜図４に示したアーム装置１の基部２を固定する。更に、前記昇降フレーム３８に固定した前記アーム装置１のアーム１８に、溶接トーチ３９を取り付ける。
【００３４】
前記湾曲部品２８に固定される各ノズル２９の溶接線３１の三次元曲線の座標は予め分かっており、又、各ノズル２９の周方向における溶接開先３０の角度も予め分かっている。
【００３５】
従って、図５の溶接ロボット２７により前記ノズル２９の溶接線３１を溶接するには、先ず、溶接トーチ３９が予め設定された溶接開始点Ａの位置になるように旋回台３４を旋回させる。図５では、実線で示す如く、溶接線３１の最も高い位置の溶接開始点Ａに溶接トーチ３９を移動させた状態を示している。更に、溶接トーチ３９の先端が前記溶接開先３０に対して所定の位置になるように、前記昇降台３７の昇降と、横行台３５の横行とを行うと共に、図１の第２の駆動手段９を駆動して、第２の駆動輪１０及び第２の従動輪１４を介して回動ブロック１３を回動させることにより、第１軸線Ｓ１に対するアーム１８の折り曲り角を調節し、前記溶接トーチ３９が、前記溶接開先３０の角度の中間に向かうように姿勢を調節する。
【００３６】
従って、三次元曲線の座標と各ノズル２９の周方向における溶接開先３０の角度は予め分かっているので、溶接トーチ３９による溶接作業の開始と共に、旋回台３４の旋回と、昇降台３７の昇降と、アーム装置１におけるアーム１８の回動角度の調整と、更に横行台３５の調整を行うことにより、三次元曲線の溶接線に対する溶接を連続して行うことができる。この時、前記旋回台３４が旋回することにより、図５（ｂ）に示す如く、溶接トーチ３９は例えば常にノズル２９の軸心に向かうようになる。
【００３７】
更に、前記溶接トーチ３９を取り付けたアーム１８は、該アーム１８の第３軸線Ｓ３周りに回転できるため、アーク溶接を行う溶接トーチでは所要幅でのウェービング溶接が可能であり、又、ＴＩＧ溶接を行う溶接トーチでは溶接ワイヤの送給方向を調節することができる。
【００３８】
前記溶接トーチ３９を取り付けたアーム装置１は、図５に示す３次元駆動装置２６ａからなる移動装置２６以外の移動装置に備えることで直線的な溶接を行うことができ、又、前記アーム装置１に検査装置を備えることで、アーム１８の回転により検査装置の首振りを行いながら前記溶接線の検査作業等も行うことができる。
【００３９】
尚、本発明のアーム装置及び溶接ロボットは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アーム装置
２  基部
４  第１の駆動軸
５  第１の駆動手段
６  第１の駆動輪
８  第２の駆動軸
９  第２の駆動手段
１０  第１の駆動輪
１１ａ，１１ｂ        ブラケット
１３  回動ブロック
１４  第２の従動輪
１７  中間輪
１８  アーム
２０  第１の従動輪
２２  切欠き部
２６  移動装置
２６ａ        ３次元駆動装置（移動装置）
２７  溶接ロボット
Ｓ１    第１軸線
Ｓ２    第２軸線
Ｓ３    第３軸線
【図１】
2013043244.tif 000003
【図２】
2013043244.tif 000004
【図３】
2013043244.tif 000005
【図４】
2013043244.tif 000006
【図５】
2013043244.tif 000007