(57)【要約】【課題】  コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を行うことができ、溶接動作によって溶接トーチ先端の位置決め精度が低下しない自動溶接機を提供する。【解決手段】  自動溶接機は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が３組以上のリンク機構４を介して連結され、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を任意に変更可能なリンク作動装置１を備える。このリンク作動装置１の基端側のリンクハブ２を架台５０に対して進退させる１軸以上の直動アクチュエータ６０，６１が設けられ、かつ先端側のリンクハブ３に溶接トーチ５２が取り付けられている。溶接トーチ５２とケーブル５６，５７を介して接続された周辺装置５４，５５が、１軸以上の方向に移動させる移動機構５３に搭載されている。【選択図】        図１
2017042793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢変更用アクチュエータが設けられたリンク作動装置を備え、
このリンク作動装置の前記基端側のリンクハブを架台に対して進退させる１軸以上の直動アクチュエータが設けられ、かつ前記先端側のリンクハブに溶接トーチが取り付けられた自動溶接機において、
前記溶接トーチとケーブルを介して接続された周辺装置が、１軸以上の方向に移動させる移動機構に搭載されていることを特徴とする自動溶接機。
【請求項２】
請求項１に記載の自動溶接機において、ＭＩＧ溶接による自動溶接機であり、前記周辺装置の少なくとも１つは、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送るワイヤ供給装置である自動溶接機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の自動溶接機において、前記移動機構が前記周辺装置を受動的に移動させる方向が、前記直動アクチュエータが前記リンク作動装置を進退させる方向と同じであり、かつ前記移動機構が前記周辺装置を受動的に移動させる方向の軸数が、前記直動アクチュエータが前記リンク作動装置を進退させる方向の軸数と同じである自動溶接機。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の自動溶接機において、前記移動機構は、前記１軸以上の直動アクチュエータの軸線を含む平面と垂直な方向の軸回りに回転する回転機構である自動溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、製造工程等で用いられ、人の手を介さず、自動できめ細かい溶接作業を高速・高精度で行うことができる自動溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動溶接機は、特許文献１〜３の提案のような、多関節ロボットの先端に溶接トーチを搭載したものが一般的であった。これらの多関節ロボットを用いた自動溶接機は、作業範囲を広く取れるが、ロボット本体が大型となるため、動作範囲等を考慮すると、設置するのに広い占有スペースが必要となる。また、多関節ロボットは複数の軸で構成されるため、従来の自動溶接機では、きめ細かい動作を高速で行うことができず、精密な溶接が難しい。
【０００３】
そこで、リンク作動装置と１軸以上の直動アクチュエータとを組み合わせることで、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を実現することができる自動溶接機が考案されている（特許文献４）。リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結したパラレルリンク機構を備え、このパラレルリンク機構を姿勢変更用アクチュエータで駆動することで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを任意の姿勢に変更する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−０７９４７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２００９３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５３５３８号公報
【特許文献４】特開２０１５−１００８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記リンク作動装置を用いた自動溶接機にも、新たな課題があることが分かった。すなわち、冷却水装置やワイヤ供給装置等の周辺装置がケーブルによって溶接トーチと繋がれているため、溶接動作によって溶接トーチにテンションが加わり、溶接トーチ先端の位置決め精度が低下する恐れがある。
【０００６】
この発明の目的は、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を行うことができ、溶接動作によって溶接トーチ先端の位置決め精度が低下しない自動溶接機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の自動溶接機は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢変更用アクチュエータが設けられたリンク作動装置を備え、このリンク作動装置の前記基端側のリンクハブを架台に対して進退させる１軸以上の直動アクチュエータが設けられ、かつ前記先端側のリンクハブに溶接トーチが取り付けられている。この自動溶接機において、前記溶接トーチとケーブルを介して接続された周辺装置が、１軸以上の方向に移動させる移動機構に搭載されていることを特徴とする。
【０００８】
この自動溶接機に用いられるリンク作動装置は、基端側のリンクハブと、先端側のリンクハブと、３組以上のリンク機構とで、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが直交２軸周りに回転自在な２自由度機構を構成する。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、先端側のリンクハブの可動範囲を広くとれる。また、コンパクトである分、迅速な動作を行える。例えば、基端側のリンクハブ中心軸と先端側のリンクハブ中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。各姿勢変更用アクチュエータの動作を制御することで、基端側のリンクハブに対して先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させることができる。
【０００９】
この自動溶接機は、１軸以上の直動アクチュエータでリンク作動装置を進退させると共に、リンク作動装置を作動させて基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を変更しながら、先端側のリンクハブに取り付けた溶接トーチによりワークに対して溶接を行う。これにより、ワークに対して角度を付けながら、ワークの複数方向の面に対して溶接できる。また、溶接トーチが搭載されるリンク作動装置は、先端側のリンクハブの可動範囲が広く、かつ迅速な動作を行えるため、溶接トーチの先端のきめ細かい動作を高速で実現できる。このため、ワークに対して精密な溶接作業を行うことができる。
【００１０】
上記溶接動作すなわちリンク作動装置の進退やリンク作動装置の姿勢変化により、溶接トーチと周辺装置とを接続するケーブルに力が加わる。しかし、周辺装置が１軸以上の方向に移動させる移動機構に搭載されているため、ケーブルに加わる力を吸収する方向に周辺装置が移動することで、溶接トーチに加わるテンションが低減する。このため、溶接トーチ先端の位置決め精度が低下することが避けられる。
【００１１】
この発明において、ＭＩＧ溶接による自動溶接機であり、前記周辺装置の少なくとも１つは、前記溶接トーチに溶接ワイヤを送るワイヤ供給装置であっても良い。
ワイヤ供給装置と溶接トーチとを接続するケーブルは、内部にワイヤが存在するため硬い。このため、ワイヤ供給装置の位置が固定されていると、直動アクチュエータによるリンク作動装置の移動やリンク作動装置の姿勢変化によって、溶接トーチにテンションが伝わりやすい。しかし、ワイヤ供給装置を含む周辺装置を移動機構に搭載することで、溶接トーチに加わるテンションを低減させ、溶接トーチ先端の位置決め精度が低下することを防止できる。つまり、ＭＩＧ溶接による自動溶接機である場合に、移動機構を設けた効果が特に顕著に現れる。
【００１２】
この発明において、前記移動機構が前記周辺装置を受動的に移動させる方向が、前記直動アクチュエータが前記リンク作動装置を進退させる方向と同じであり、かつ前記移動機構が前記周辺装置を受動的に移動させる方向の軸数が、前記直動アクチュエータが前記リンク作動装置を進退させる方向の軸数と同じであると良い。
この構成であると、直動アクチュエータによるリンク作動装置の進退動作に合わせて、移動機構により周辺装置を移動させることができる。このため、リンク作動装置の任意の進退動作に対して溶接トーチに加わるテンションを低減することができ、溶接トーチ先端の位置決め精度の低下を防止できる。
【００１３】
この発明において、前記移動機構は、前記１軸以上の直動アクチュエータの軸線を含む平面と垂直な方向の軸回りに回転する回転機構であっても良い。
この場合、直動アクチュエータによるリンク作動装置の進退動作とある程度同様に、移動機構により周辺装置を移動させることができる。これにより前記同様に、溶接動作によって溶接トーチに加わるテンションを低減し、溶接トーチ先端の位置決め精度の低下を防止できる。回転機構は、自由度が１軸の機構であるため、構造が簡単で低コストで製作できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の自動溶接機は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢変更用アクチュエータが設けられたリンク作動装置を備え、このリンク作動装置の前記基端側のリンクハブを架台に対して進退させる１軸以上の直動アクチュエータが設けられ、かつ前記先端側のリンクハブに溶接トーチが取り付けられた自動溶接機において、前記架台に対し前記リンク作動装置を進退させる１軸以上の直動アクチュエータを設け、前記溶接トーチとケーブルを介して接続された周辺装置が、１軸以上の方向に移動させる移動機構に搭載されているため、コンパクトな構成でありながら、高速・高精度できめ細かい動作を行うことができ、溶接動作によって溶接トーチ先端の位置決め精度が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態にかかる自動溶接機の一部を省略した正面図である。
【図２】同自動溶接機の一部を省略した平面図である。
【図３】同自動溶接機のリンク作動装置等を示す斜視図である。
【図４】同リンク作動装置の基端側のリンクハブ等の横断面図である。
【図５】同リンク作動装置の先端側のリンクハブ等の横断面図である。
【図６】同リンク作動装置の一つのリンク機構を直線で表現した図である。
【図７】同リンク作動装置の基端側のリンクハブに対する溶接トーチの取付部の断面図である。
【図８】ウィービング動作を含む溶接軌道の一例を示す図である。
【図９】この発明の異なる実施形態にかかる自動溶接機の一部を省略した正面図である。
【図１０】同自動溶接機の一部を省略した平面図である。
【図１１】この発明の異なる実施形態にかかる自動溶接機の一部を省略した正面図である。
【図１２】同自動溶接機の一部を省略した平面図である。
【図１３】この発明のさらに異なる実施形態にかかる自動溶接機の一部を省略した正面図である。
【図１４】同自動溶接機の一部を省略した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１〜図７と共に説明する。
図１および図２に示すように、この自動溶接機は、ＭＩＧ溶接による自動溶接機であり、地面（または作業台）に固定した架台５０に、直動機構５１を介してリンク作動装置１を設置し、このリンク作動装置１に溶接トーチ５２を取り付けてなる。また、架台５０から離れた位置の地面に移動機構５３が設置され、この移動機構５３に周辺装置としてのワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５が搭載されている。ワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５と溶接トーチ５２とは、ケーブル５６，５７を介してそれぞれ接続されている。
【００１７】
前記直動機構５１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の２軸の直動アクチュエータを組み合わせたＸＹステージからなる。具体的には、架台５０に固定され左右方向（Ｘ軸方向）に進退動作するＸ軸直動アクチュエータ６０と、このＸ軸直動アクチュエータ６０の底面に設けられたステージに固定され前後方向（Ｙ軸方向）に進退動作するＹ軸直動アクチュエータ６１とを有する。Ｙ軸直動アクチュエータ６１の底面が、リンク作動装置１を設置するステージとなっている。架台５０へのＸ軸直動アクチュエータ６０の固定、およびＸ軸直動アクチュエータ６０へのＹ軸直動アクチュエータ６１の固定は、ボルト等により行う。
【００１８】
前記移動機構５３は、ＸＹステージ６２の上に、ワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５を載置する土台６３が設けられている。ＸＹステージ６２は、地面にＹステージ６４を設け、このＹステージ６４の上にＸステージ６５を設けたものであり、Ｘステージ６５の上に土台６３が設けられている。Ｙステージ６４およびＸステージ６５は、リニアレール、リニアガイド等で構成されており、動力を持っていない。このため、ＸＹステージ６２は、ワイヤ供給装置５４や冷却水装置５５に加わる外力に応じて、受動的に土台６３を左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動させる。
【００１９】
次に、リンク作動装置１について説明する。
図３に示すように、リンク作動装置１は、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３を３組のリンク機構４を介して姿勢変更可能に連結したものである。各リンク機構４は、基端側の端部リンク部材５、先端側の端部リンク部材６、および中央リンク部材７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材５，６は、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ２および先端側のリンクハブ３にそれぞれ回転自在に連結されている。中央リンク部材７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材５，６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００２０】
図４は基端側のリンクハブ等の横断面図、図５は先端側のリンクハブ等の横断面図である。これらの図に示されているように、リンク作動装置１は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構成であって、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶、および、端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材５，６と中央リンク部材７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角を持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００２１】
３組のリンク機構４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図６のように、各リンク部材５，６，７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図６は、リンク作動装置１の一組のリンク機構４を直線で表現した図である。この実施形態のリンク機構４は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６との位置関係が、中央リンク部材７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。
【００２２】
基端側のリンクハブ２と先端側のリンクハブ３と３組のリンク機構４とで、基端側のリンクハブ２に対し先端側のリンクハブ３が直交２軸周りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ２に対して先端側のリンクハブ３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の可動範囲を広くとれる。また、コンパクトである分、迅速な動作を行える。
【００２３】
例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ２，３と端部リンク５，６の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線をリンクハブの中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ中心軸ＱＢの折れ角θの最大値（最大折れ角）を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の旋回角φを０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。各リンク機構４の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｄは変化しない。
【００２４】
各リンク機構４におけるリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の回転対偶の中心軸の角度および長さが互いに等しく、かつ各リンク機構４にリンクハブ２，３と端部リンク部材５，６の回転対偶、および、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６の回転対偶の中心軸が基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢと交差し、かつ基端側の端部リンク部材５と先端側の端部リンク部材６の幾何学的形状が等しく、かつ中央リンク部材７についても基端側の先端側とで形状が等しいとき、中央リンク部材７の対称面に対して、中央リンク部材７と端部リンク部材５，６との角度位置関係を基端側と先端側とで同じにすれば、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ２および基端側の端部リンク部材５と、先端側のリンクハブ３および先端側の端部リンク部材６とは同じに動く。
【００２５】
図４に示すように、基端側のリンクハブ２は、中央部に円形の貫通孔１０ａを有し、一部が前記Ｙ軸直動アクチュエータ６１（図１）に固定されるステージ取付部１０ｂとなった平板状の土台１０と、この土台１０の貫通孔１０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の支持軸取付部材１１と、各支持軸取付部材１１にそれぞれ取り付けられた３個の支持軸１２とで構成される。
【００２６】
前記各支持軸１２に、基端側の端部リンク部材５の一端が、２個の軸受１４を介して回転自在に支持される。また、基端側の端部リンク部材５の他端に、２個の軸受１５を介して中央リンク部材７の一端に設けられた回転軸１６が回転自在に支持される。軸受１４，１５は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナットによる締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶の中心軸Ｏ１と、基端側の端部リンク部材５と中央リンク部材７の回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αは、９０°未満としている。図の例では、４５°である。
【００２７】
土台１０には、３組のリンク機構４のすべてに、基端側の端部リンク部材５を回動させて基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を任意に変更させる姿勢変更用アクチュエータ２０と、この姿勢変更用アクチュエータ２０の動作速度を基端側の端部リンク部材５に減速して伝達する減速機構２１とが設けられている。姿勢変更用アクチュエータ２０はロータリアクチュエータ、より詳しくは減速機２０ａ付きのサーボモータであって、モータ固定部材２２により土台１０に固定されている。減速機構２１は、姿勢変更用アクチュエータ２０の減速機２０ａと、歯車式の減速部２３とでなる。姿勢変更用アクチュエータ２０および減速機構２１は、３組のリンク機構４のうち２組にだけ設けても良い。２組あれば、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を確定することができる。
【００２８】
歯車式の減速部２３は、姿勢変更用アクチュエータの出力軸２０ｂにカップリング２５を介して回転伝達可能に連結された小歯車２６と、基端側の端部リンク部材５に固定され前記小歯車２６と噛み合う大歯車２７とで構成されている。小歯車２７は両側に軸部を有し、これら軸部がそれぞれ、土台１０に固定された回転支持部材２８に２個の軸受２９を介して回転自在に支持されている。図示例では、小歯車２６および大歯車２７は平歯車であり、大歯車２７は、扇形の周面にのみ歯が形成された扇形歯車である。大歯車２７は小歯車２６よりもピッチ円半径が大きく、姿勢変更用アクチュエータ２０の出力軸２０ｂの回転が基端側の端部リンク部材５へ、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５との回転対偶の回転軸Ｏ１回りの回転に減速して伝達される。その減速比は、例えば１０以上とされている。
この例では、減速機構２１に平歯車を使用しているが、その他の機構（例えば、かさ歯車やウォーム機構）でも良い。また、この例では、大歯車２７は基端側の端部リンク部材５と別部材とされているが、基端側の端部リンク部材５と一体であってもよい。
【００２９】
姿勢変更用アクチュエータ２０の回転軸心および小歯車２６の回転軸心は同軸上に位置する。これら回転軸心は、基端側のリンクハブ２と基端側の端部リンク部材５の回転対偶軸Ｏ１と平行で、かつ土台１０からの高さが同じとされている。
【００３０】
図５に示すように、先端側のリンクハブ３は、中央部に円形の貫通孔３０ａを有する円環板状の先端部材３０と、この先端部材３０の貫通孔３０ａの周囲に円周方向等配で設けられた３個の支持軸取付部材３１と、各支持軸取付部材３１にそれぞれ取り付けられた３個の支持軸３２とで構成される。先端部材３０の外周部の１箇所に、トーチ取付部材３３がボルト等により固定して設けられている。
【００３１】
前記各支持軸３２に、先端側の端部リンク部材６の一端が、２個の軸受３４を介して回転自在に支持される。さらに、先端側の端部リンク部材６の他端に、２個の軸受３５を介して中央リンク部材７の他端に設けた回転軸３６が回転自在に支持される。軸受３４，３５は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受であって、ナットによる締付けでもって所定の予圧量が付与された状態で固定されている。先端側のリンクハブ３と先端側の端部リンク部材６の回転対偶の中心軸Ｏ３と、先端側の端部リンク部材６と中央リンク部材７の回転対偶の中心軸Ｏ４とが成す角度βは、前記角度αと同一である。
【００３２】
上記リンク作動装置１は、図１のように、Ｙ軸直動アクチュエータ６１の下側を向くステージに土台１０のステージ取付部１０ｂの先端側の面をボルト等で固定することにより、基端側のリンクハブ２が下側で先端側のリンクハブ３が上側となり、かつ基端側のリンクハブ中心軸ＱＡが上下方向を向くように設置する。これにより、互いに直交するＸ軸直動アクチュエータ６０およびＹ軸直動アクチュエータ６１を進退動作させることで、リンク作動装置１を基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと直交する平面（この例では水平面）上で移動させることができる。
【００３３】
図３に示すように、溶接トーチ５２は湾曲部５２ａを有しており、先端部材３０の前記トーチ取付部材３３に取り付けられる。具体的には図７に示すように、トーチ取付部材３３の断面半円形の凹部３３ａに溶接トーチ５２の円筒状の把持部５２ｂを嵌めると共に、トーチ取付部材３３の反対側からトーチ押え部材３７を被せてその断面半円形の凹部３７ａに溶接トーチ５２の把持部５２ｂを嵌め、トーチ取付部材３３とトーチ押え部材３７とをボルト３８で結合する。これにより、トーチ取付部材３３とトーチ押え部材３７で把持部５２ｂを挟み付けて、溶接トーチ５２を固定する。固定された溶接トーチ５２の先端部の中心軸は、先端側のリンクハブ中心軸ＱＢと一致させてある。このように先端側のリンクハブ３に取り付けられた溶接トーチ５２は、３組以上のリンク機構のうちの２組のリンク機構４の間に配置され、先端部が基端側を向き、かつ基端側のリンクハブ２よりも基端側に突出している。
【００３４】
図１において、溶接トーチ５２の根元からケーブル５６，５７が出ており、その先端が前記ワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５にそれぞれ繋がっている。ワイヤ供給装置５４は、溶接機制御装置（図示せず）の指令により、溶接トーチ５２に対してワイヤを任意の速度で送り出す装置であり、ワイヤがケーブル５６内を通って溶接トーチ５２に供給される。冷却水装置５５は、溶接トーチ５２の先端部を冷却するための冷却水を供給する装置であり、冷却水がケーブル５７内を通って溶接トーチ５２に供給される。他に、シールドガスを供給する配管等（図示せず）も溶接トーチ５２に接続される。
【００３５】
作業対象物であるワーク５８は、例えば、円筒状ワーク５８ａと、円筒状ワーク５８ａを溶接にて結合するブロック５８ｂからなり、リンク作動装置１の下方に設置される。ワーク５８は、ジャッキ機構等により高さ調節可能としても良い。また、地面に直接、ワーク５８を置いても良い。
【００３６】
この自動溶接機は、Ｘ軸直動アクチュエータ６０およびＹ軸直動アクチュエータ６１を進退動作させてリンク作動装置１を水平面上で移動させると共に、リンク作動装置１を作動させて基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢を変更しながら、先端側のリンクハブ３に取り付けた溶接トーチ５２によりワーク５８に対して溶接を行う。これにより、ワーク５８に対して角度を付けながら、ワーク５８の複数方向の面に対して溶接できる。また、溶接トーチ５２を搭載するリンク作動装置１は、先に説明したように、先端側のリンクハブ３の可動範囲が広く、かつ迅速な動作を行えるため、溶接トーチ５２の先端のきめ細かい動作を高速で実現できる。このため、ワーク５８に対して精密な溶接作業を行うことができる。さらに、ワイヤ供給装置５４が設けられているため、リンク作動装置１の動作により溶接トーチ５２の先端部とワーク５８との距離が変動する場合でも、安定した溶接を実現できる。
【００３７】
上記溶接動作すなわちリンク作動装置１の水平面上の移動やリンク作動装置１の姿勢変化により、溶接トーチ５２とワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５とを接続するケーブル５６，５７に力が加わる。しかし、ワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５が１軸以上の方向に受動的に移動させる移動機構５３に搭載されているため、ケーブル５６，５７に加わる力により、この力が軽減する方向にワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５が移動することで、溶接トーチ５２に加わるテンションが低減する。このため、溶接トーチ５２の先端の位置決め精度が低下することが避けられる。また、移動機構５３はアクチュエータ等を備えることで、ケーブル５６，５７に加わる力に対して能動的に移動してもよい。
【００３８】
Ｘ軸直動アクチュエータ６０およびＹ軸直動アクチュエータ６１が、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと直交する平面上で進退動作するように設けられているため、基端側のリンクハブ中心軸ＱＡと直交する平面、例えば水平面上での溶接作業が容易である。また、溶接トーチ５２は、その先端部の中心軸が先端側のリンクハブ中心軸ＱＢと一致するように設置されているため、先端側のリンクハブ３の角度と溶接トーチ５２の先端部の角度が一致し、溶接トーチ５２の先端部の姿勢制御が容易である。
【００３９】
溶接トーチ５２は細長い形状のものが多い。そのため、溶接トーチ５２を先端部が先端側のリンクハブ３に対して先端側を向くように設置すると、慣性モーメントが大きくなり、移動速度の低下や位置決め精度の悪化を招く(図示せず)。しかし、この自動溶接機のように、溶接トーチ５２を先端部が先端側のリンクハブ３に対して基端側のリンクハブ２側を向き、かつ基端側のリンクハブ２よりも基端側に突出させて設置すると、溶接トーチ５２の先端部の位置がリンク作動装置１の回転中心に近づくため、溶接トーチ５２の慣性モーメントを小さくすることができ、高速動作や高い位置決め精度を実現できる。また、リンク作動装置１の構成部品のうち溶接トーチ５２の先端部が最下部に位置するため、自動溶接機とワーク５８とが干渉し難い。
【００４０】
基端側および先端側のリンクハブ２，３と基端側および先端側の端部リンク部材５，６の回転対偶の中心軸Ｏ１，Ｏ２と、基端側および先端側の端部リンク部材５，６と中央リンク部材７との回転対偶の中心軸Ｏ３，Ｏ４とが成す角度α，βを９０°未満としたことで、各リンク機構４の配列の内側の空間を広く取れる。このため、溶接トーチ５２を各リンク機構４の配列の内側の空間に配置し易い。
【００４１】
この実施形態の溶接トーチ５２は湾曲形状をしているため、溶接トーチ５２の先端部の中心軸を先端側のリンクハブ中心軸ＱＢと一致させた場合、溶接トーチ５２の根元部は各リンク機構４の配列の外側に出た状態となる。溶接トーチ５２が任意の２組のリンク機構４の間に配置したことで、溶接トーチ５２が各リンク機構４を干渉することを避けられる。これにより、溶接トーチ５２を各リンク機構４の配列の内側の空間に配置する構成としても、リンク作動装置１の大型化を防止できる。
【００４２】
この自動溶接機を用いて行う溶接の例を図８に示す。この溶接軌道８０は、所望の溶接位置付近に位置する基準線８１に対して、円を描きながら進行方向に進むウィービング動作を行う。この自動溶接機を用いると、直動機構５１により基準線８１に沿う動作を行い、リンク作動装置１により円を描く動作を行うことで、上記溶接軌道８０をなぞる溶接を容易に行える。このように、基準線８１に沿う動作と、円を描く動作をそれぞれ別の機構で行うことで、両動作の同時制御が容易となる。また、受動的に移動させる移動機構５３に周辺装置であるワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５を搭載したことにより、溶接軌道８０の歪みが軽減でき、位置決め精度が改善される。このようなウィービング動作を行うと、軌道の方向が連続的に変化するため、移動速度の急な変化がなく、高速で滑らかな動作を実現できる。
【００４３】
この例では、基準線８１を円としているが、他の軌跡の基準線であっても構わない。また、溶接軌道８０は、すべて軌道計算により生成しても良く、ティーチングにより基準線８１を作成し、ウィービングの径を指定することで生成しても良い。
【００４４】
以下、この発明の異なる実施形態について説明する。
図９、図１０に示す実施形態は、図１、図２の実施形態と比べて移動機構５３の構成が異なる。すなわち、図９、図１０の実施形態の移動機構５３は、図１、図２の実施形態の移動機構５３のＸＹステージ６２に加えて、受動的に土台６３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺステージ６６が追加されている。Ｚステージ６６が地面に設置され、その上にＸＹステージ６２が設置され、このＸＹステージ６２の上面に土台６３が設けられている。他の構成は、図１、図２の実施形態と同じである。
【００４５】
前記Ｚステージ６６は、反発力を持つばね等で構成され、リンク作動装置１の姿勢変化や直動機構５１によるリンク作動装置１の水平面上の移動によって溶接トーチ５２に加わる垂直方向へのテンションを低減する機能を持つ。または、リンク作動装置１の姿勢変化やリンク作動装置１の水平面上の移動に対してＺステージ６６が自動的に移動する構成としても良い。Ｚステージ６６およびＸＹステージ６２の構成は、溶接動作に対して受動的に移動するのであれば、他の構成でも構わない。
【００４６】
図１１、図１２に示す実施形態は、図１、図２の実施形態と比べて直動機構５１の構成が異なる。すなわち、図１１、図１２の実施形態の直動機構５１は、Ｘ軸直動アクチュエータ６０のみで構成されている。他の構成は、図１、図２の実施形態と同じである。
このように直動機構５１が１軸の直動アクチュエータからなり、Ｘ軸方向の一方向のみの溶接を行う自動溶接機においても、ワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５を２軸方向に受動的に移動させる移動機構５３を設けることで、リンク作動装置１の姿勢変化によるＹ軸方向のテンションを低減することができる。
【００４７】
図１３、図１４に示す実施形態は、周辺装置を受動的に移動させる移動機構５３を１軸の回転機構としたものである。すなわち、地面に設置された台座６７の上に、回転テーブル６８が鉛直方向の回転中心６９回りに回転自在に設けられ、この回転テーブル６８の上面における回転中心６９からオフセットした位置に、周辺装置としてのワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５が搭載される土台６３が設けられている。土台６３を回転テーブル６８の回転中心６９上に配置しても構わない。鉛直方向の回転中心６９は、前記直動機構５１のＸ軸およびＹ軸の各直動アクチュエータ６０，６１の軸線を含む平面である水平面と垂直な方向である。他の構成は、図１、図２の実施形態と同じである。
【００４８】
このように移動機構５３が１軸の回転機構であっても、ある程度の受動的な移動が可能である。つまり、直動アクチュエータ６０，６１によるリンク作動装置１の進退動作とある程度同様に、移動機構５３によりワイヤ供給装置５４および冷却水装置５５を移動させることができる。これにより前記同様に、溶接動作によって溶接トーチ５２に加わるテンションを低減し、溶接トーチ５２の先端の位置決め精度の低下を防止できる。回転機構は、自由度が１軸の機構であるため、構造が簡単で低コストで製作できる。
【００４９】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１…リンク作動装置
２…基端側のリンクハブ
３…先端側のリンクハブ
４…リンク機構
５…基端側の端部リンク部材
６…先端側の端部リンク部材
７…中央リンク部材
２０…姿勢変更用アクチュエータ
５０…架台
５１…直動機構
５２…溶接トーチ
５３…移動機構
５４…ワイヤ供給装置(周辺装置)
５５…冷却水装置(周辺装置)
５６，５７…ケーブル
６０…Ｘ軸直動アクチュエータ
６１…Ｙ軸直動アクチュエータ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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