NACHITECHNICALREPORT

Robots

27B1

Vol.

May/2014■ 新商品・適用事例紹介「SRAシリーズ 中空アーム仕様」
ロボット事業

Built-in Cable Models to Be Added to "SRA Series"〈キーワード〉スポット溶接用ロボット・中空アーム・艤装ケーブル・ホース内蔵・高密度設置・高信頼性・設備立ち上げ時間

ロボット事業部／開発部

伊東 輝 樹Teruki Ito

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

要旨

1. はじめに自動車の生産ラインでは、品質向上に加えて、中国、東南アジア諸国などの新興国では、人件サイクルタイム短縮や、少人・省スペース化、さらに費の高騰を背景に自動化・ロボット化のニーズはライン立ち上げ期間の短縮など、コスト低減、生産性向上のニーズが一段と高まっている。このようなニーズに応えるため、超速スポット溶接用ロボット「SR Aシリーズ」の新しいラインナップとして、中空アーム仕様の「SRA-Hシリーズ」をは年々高まっている。国際ロボット連盟によれば、中国の産業用ロボット市場は、自動車向けにおいて世界最大の市場となっている。
このように新興国のロボット市場は拡大して開発、 市場投入した。アプリケーション用艤 装いるが、ノウハウを有したロボット技術者は不足

ケーブルを内蔵することで、ロボットの設置自由している。そのため、ロボットの適用検討や設備度を向上させるとともに、ロボットのセットアップ立ち上げに時間がかかるなどの問題が生じてを容易にして生産ラインの立ち上げ期間を短 縮いる。

できる。

例 え ば、 設 備 立 ち 上 げ の 場 合 で は、 艤 装
ケーブル・ホースの処理の問題がある。これら
ケーブル類はロボットの動作に応じて、ケーブルAbstract
In addition to improvement in quality, thecost reduction and productivity improvement
such as the shortening of cycle times, manpowerand space reductions and the shortening of a line
startup time have been increasingly required forthe automotive production lines. To respondto these needs, NACHI has developed andintroduced into the market "SRA-H" Robot withthe built-in cable feature as our new model,
which is a part of the "SRA Series" lineup for
ultra-high speed spot welding. With the routingof the application cables inside the robot
arm, the flexibility for robot installation has
improved, making it easier to install the robot,
which ultimately can reduce the line startup
time.

1

挙動が変わり、シミュレーションなどの事前検討も困難になる。そのため、ロボット設置後に、ケーブル・ホースの動作量やワークや周辺機器との干渉などの艤装ケーブル・ホース挙動確認が必要となる。さらに、経験が不足している場合、ケーブル処 理の修 正 作 業に大幅な時間がかかっていた。それで、システムアップの検討や準備および修正が不要となるケーブル内蔵のロボットのニーズがある。
一方、国内ユーザでは、生産設備のさらなる低コスト化を目指し、コンパクトな設備のニーズがある。より接近してロボット同士や周辺機器と設置するには、艤装ケーブルの干渉領域を抑える必要があり、ケーブルを内蔵したロボットが求められている。

このようなニーズに対応するため、中空構造のアームを新たに開発し、「SRAシリーズ 」の新しいラインナップとしてスポット溶接用の艤装ケーブル・ホースをアーム内に収納できるロボット4機種を市場投入した。
「SRAシリーズ」のラインナップの一覧を図1に示す。
ここでは、「SRAシリーズ」の中空アームについて紹介する。

超ロングアーム

棚置きロングアーム

ＳＲＡ166TＬ

3,500

3,383mm

棚置き

ＳＲＡ120ＥＬ
3,099mm

3,000

ＳＲＡ166Ｌ

ＳＲＡ133Ｌ最大リーチ（mm）

2,951mm

ＳＲＡ166T

ＳＲＡ210T

3,086mm

3,106mm

2,951mm

天吊りロングアーム
床置き
2,500ＳＲＡ100

ＳＲＡ210

ＳＲＡ1662,654mm2,654mm

ＳＲＡ210V

ＳＲＡ2502,674mm2,674mm2,674mm

ＳＲＡ2402,674mm

ＳＲＡ100B
2,071mm

2,000

ＳＲＡ100H

ＳＲＡ133HL

2,654mm

ＳＲＡ100J

2,951mm

ＳＲＡ220H
SRA220HV

New

2,575mm

中空アーム1,634mm

1,500
100

120

140160180200220240260

可搬質量
（kg）

図1

NACHI TECHNICAL REPORT

27B1Vol.

SRAシリーズのラインナップ

2

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

2. 中空アーム仕様の概要（1）外観と仕様

これらロボットは、アームの外側に引き回「SRAシリーズ」の中空アーム仕様は2系統としている。一つは、軽量スポット溶接ガン向けの「SRA100H」と「SRA133HL」（図2）で、手首構造を片持ち構造としている。もう一つは、大きなされていた艤装ケーブル類をアーム内に収納することですっきりとしたアームにしている。4機種の仕様を表1に、動作範囲をそれぞれ図4 ～ 7に示す。

加圧力を発生する大型で重いスポット溶接ガンに対応する「SRA220H」と「SRA220HV」（図3）で、重量ガンに対応できるよう手首構造を両持ち構造とした。

図2 SRA133HLの外観

図3 SRA220HV

表1 中空アーム4機種の仕様一覧
機種
可搬質量
最大リーチ
J1J2J3
動作範囲
J4J5J6J1J2J3
最高速度
J4J5J6
手首許容 J4
静負荷J5トルクJ6位置繰返し本体質量3

SRA100H
SRA133HL
SRA220H
SRA220HV
100kg
133kg
220kg
220kg
2,654mm
2,951mm2,575mm2,575mm±3.14rad±3.14rad±3.14rad±2.88rad−1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05rad−2.56 ～ ＋2.62rad −2.33 ～ ＋2.62rad −2.69 ～ ＋2.62rad −2.69 ～ ＋2.62rad±3.66rad±3.66rad±3.66rad±3.66rad±2.18rad±2.18rad±2.27rad±2.27rad±3.66rad±3.66rad±3.66rad±3.66rad2.18rad/s
2.01rad/s
2.01rad/s
2.01rad/s
2.00rad/s
1.83rad/s
1.83rad/s
1.83rad/s
2.11rad/s
1.97rad/s
1.97rad/s
1.97rad/s
3.66rad/s
3.66rad/s
2.27rad/s
2.27rad/s
3.05rad/s
3.05rad/s
2.27rad/s
2.27rad/s
5.41rad/s
5.41rad/s
3.58rad/s
3.58rad/s
830N・m830N・m

1,337N・m

1,337N・m441N・m±0.1mm
1,040kg

441N・m±0.15mm
1,070kg

720N・m±0.15mm
1,100kg

720N・m±0.15mm
1,100kg

3,930

305

640

640

1,642

1,190
2,280

3,007

3,338

1,460

200

370

R521
フレーム干渉半径
Max interference radius

1,243
Arm interference radius
アーム干渉半径

1,821

1,792

305

POINT A

3,303

1,160

LOCUS（POINT A）

200370R521
フレーム干渉半径
Max interference radius

1,190
2,280

POINT A

LOCUS
（POINT A）

1,243
Arm interference radius
アーム干渉半径

2,030
2,211

2,206
2,654

2,951

1,830

図4SRA100H動作範囲

図52,090

SRA133HL動作範囲

2,575

1,761

2,205
1,738

640
2,190

1,190

200
1,190

2,190

450

1,080

305

640

1,602

2,928

3,180

3,180

305
2,928

1,080

200

450

R521
フレーム干渉半径
Max interference radius

1,602

POINT A

LOCUS
（POINT A）

1,088
アーム干渉半径Arm interference radius

LOCUS（POINT A）

POINT A

1,088
Arm interference radius
アーム干渉半径

1,738

R521
フレーム干渉半径
Max interference radius

2,205
2,575

図6

NACHI TECHNICAL REPORT

1,761

SRA220H動作範囲

27B1Vol.

図7

SRA220HV動作範囲

4

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」（2）A-Trac仕様からの性能向上「SRA100H/133HL」の 手 首 軸 の 拡 大 量 は、中空シリーズの性能向上を「SRAのA-Trac仕様」と比較して説明する。
まず、手首軸の動作範囲を拡大した。表2、3に従来との比較を示す。これまでのA-Trac仕様では、手首動作範囲の限界からガンの姿勢が変更できずワークと干渉するために溶接できなかったポイントも、手首軸の動作範囲の拡大で対応できるようになった。これにより以下のメリットが得られる。

J5、6軸ともに±5°、「SRA220H/220HV」は、J5軸は±10°、J6軸は±5°としている。220kg可搬のJ5軸の拡大動作量が大きくなっているのは、可搬質量10kgアップによる最大リーチの減少をカバーするためである。図8に示すように
J5軸の動作範囲を±10°拡大することで、水平方向の直線動作距離2,918mmと従来のA-Trac仕様に比べて548mm向上させることができた。
垂直方向も1,695mmと従来仕様の1,526mm以上となっている。これにより、最大リーチが短く・溶接可能範囲の拡大なった影響を低減させた。

・容易なプログラム修正

同様に「SRA100H」は水平方向の直線動作距

表2 100kg可搬クラスの手首動作量の比較
軸

SRA100A-Trac

SRA100H
SRA133HL

拡大
動作量

J4J5J6± 210°
± 120°± 205°± 210°± 125°± 210°± 5°± 5°

表3 210kg可搬クラスの手首動作量の比較
軸

SRA210SRA210V
A-Trac

SRA220H
SRA220HV
中空仕様

J4J5J6± 210°
± 120°± 205°± 210°± 130°± 210°

拡大
動作量
± 10°
± 5°

離は2,696mm、垂直方向は1,658mmで、従来仕様よりそれぞれ346mm、152mm拡大している。
次 に、 手 首 許 容 静 負 荷 ト ル ク を 述 べ る。
「SRA133HL」のJ4、5軸の手首許容静負荷トルク は、 従 来 機 の100kg可 搬 のA-Trac仕 様 に 比べ、約1.5倍としている。可搬質量アップの1.33倍以上の手首トルクアップで余裕を持たせた。
同様に「SRA100H」も手首負荷の仕様を約1.5倍アップさせている。これらの仕様の比較を図9に示す。
「SRA100H」の手首許容静負荷トルク仕様に対する軽量スポット溶接ガンの負荷トルクの分布を図10に示す。検討に使用したガンの質
量 は80 ～ 96kg、大 き さ は852×595 ～ 1,367×729mmの中型のもの24ヶで行なった。

5

08

80

1,

1,141

125°
1,658
2,659

1,506
2,583

2,677

1,695

0°

0°

0°

121312SRA210
A-Trac仕様

01,925

1,210

1,004

1,526

19

2,696

60°
2,035

1,739

1,227

1,90

02,35080°

2,91860°

2,370

2,052

0

1,1

19902,59316601,1SRA220H

SRA166
A-Trac仕様

図8

従来仕様との直線距離の比較

SRA100H

500

1,000

J6軸負荷トルク（Nm）

手首許容静負荷トルク（Nm）

1,1,1070°

1,1,1800
600
400200450400350300
250200150
100500J4・J5軸J6軸

00100

200

300

400

500

600

J4・J5軸負荷トルク
（Nm）

図9

手首許容静負荷トルクの仕様比較

NACHI TECHNICAL REPORT

27B1Vol.

図10700

800

900

N＝28

手首許容静負荷トルク仕様の検証マップ

6

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

3. 中空アームの特長
従来のA-Trac仕様は、それまでのケーブルボット設置後のケーブル・ホースの干渉確認とハンガー仕様（図11）に比べ、ケーブル干渉域ティーチング修正に時間がかかるといった問を大幅に小さくしているが、図12に示すように題があった。

ケーブル・ホースの保護スプリングの干渉域はそこで、このような問題を解決するため、上R280と大きく、狭いスペースへ侵入が困難で部アームと手首を中空構造とし、手首先端に取あった。また、ワークや周辺機器およびロボッり付けるスポット溶接ガンなどのツールへのト同士をより接近して設置し、さらに高密度に艤装ケーブルを内蔵した。これにより、ケーブ設置することにも限界があった。

ル・ホース干渉レスとし、オフラインティーチ

また、ロボットの動作に応じて、J5軸横のングなどのシミュレーションと実機の挙動のケーブル挙動が変わるので、オフラインティー再現性を向上させた。中空化による特長を以下

チングなどのシミュレーションによる事前のに述べる。

干渉確認は十分にできなかった。このため、ロ

図117ケーブルハンガー仕様

（1）設置自由度の向上
ロ ボ ッ ト の 干 渉 域 を 比 較 し た も の を 表4と図12に示す。
「SRA100H/133HL」では、アーム・ 手 首 の 干 渉 半 径 は30%減、 幅 は40%減、「SRA220H/220HV」では、アーム、手首の干渉半径は27%減、幅は40%減といずれも従来と比較してコンパクトなアームとなっている。

表4 アーム干渉領域の比較
機種

手首・アーム
干渉半径

アーム幅

SRA100 A-Trac 仕様
SRA100H/133HL
SRA210 A-Trac 仕様
SRA220H/220HV

R322
R225
R334
R245581mm
347mm
581mm
460mm

こうしたアームのコンパクト化により、さらに高密度に設置できようになった。また、従来、困難だった狭いスペースへもアームが入ることができ、使いやすくなっている。これにより、設置の自由度が向上し、適用が拡大した。

369

R280

R280

R322

R334

SRA100/166
A-Trac仕様

581

100

100581389

SRA210A-Trac仕様

300

450

460

347

R225

R245

SRA100H

SRA220H

図12

NACHI TECHNICAL REPORT

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アーム・手首干渉域の比較図8

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」（2）生産設備の立ち上げ時間の短縮（4）信頼性の向上

ケーブル内蔵によりケーブルの干渉を考慮

ケーブル挙動が安定し、溶接時のスパッタやする必要がなくなり、設置後に行なうケーブ周辺装置との干渉によるケーブルのダメージル処理の修正は不要となる。また、オフラインが回避できることで、信頼性が向上する。

ティーチングなどの動作シミュレーションのまた、アーム内の艤装ケーブル・ホースをユ実機再現性が向上するため、作業プログラムのニット化し、スペアーパーツで用意している。

実機確認作業と修正作業を削減することがで交換も短時間できるようにし保守性も向上さきる。これらにより、生産設備の垂直立ち上げせている。

時間を大幅に短縮できる。
（3）艤装ケーブル・ホースの対応力
アプリケーション用艤装ケーブル・ホースをアーム内に収納する場合、スペースが限られるため、艤装できるケーブル、ホースの径や数に制約を受ける。このため、溶接デューティを上げることが困難で、1台あたりの溶接点が減少する。それで、ロボット使用台数の削減ができず、設備の低コスト化とコンパクト化に影響を与える。
こういった問題が生じないよう艤装ケーブ
ル・ ホ ー ス の 収 納 力 を 従 来 のA-Trac仕 様 と同 等 以 上 と し た。
「SRA100H/133HL」の 艤 装
ケーブル・ホースの最大収納可能な仕様を表5に、同様に「SRA220H/220HV」のものを表6に示す。

9

表5 スポット溶接用ケーブル・ホース仕様（SRA100H・SRA133HL）
項目
溶接電源ケーブル
冷却水ホースエアーホース
サーボガン動力線
サーボガン信号線
ユーザー信号線

SRA100H/133HL
22sq × 3本
φ10-6.5 × 6本
φ10-6.5 × 1本
複合ケーブル 1本
複合ケーブル 1本
信号線（20芯）1本

表6 スポット溶接用ケーブル・ホース仕様（SRA220H・SRA220HV）
項目
溶接電源ケーブル
冷却水ホースエアーホース
サーボガン動力線
サーボガン信号線

SRA220H/220HV
35sq × 3本
φ12-8 × 4本
φ12-8 × 1本
複合ケーブル 1本
複合ケーブル 1本

ユーザー信号線ネットワーク用 1本
動力用 １本4. おわりに（5）天吊仕様のラインナップ
生産ラインのコンパクト化に最も有効な手段に 立 体 的 な 高 密 度 設 置 が あ る。 こ の た め、
「SRAシリーズ」では3機種のロングアーム仕様をラインナップし、カスタマーのニーズに応えている。しかし、最大可搬質量は166kgまでで、200kg可搬クラスのロングアーム仕様はなかった。これは、J1 ～ 3軸の主軸の負荷が増大し、今回、開発した中空アーム構造の「SRA-Hシリーズ」について、従来のA-Trac仕様と比較し、その特長と効果を紹介した。多種多様なカスタマーのニーズに応えるには、商品の品揃えの充実が必要である。カスタマーが要望する商品をタイムリーに提供し、カスタマーが理想とする生産ラインの実現に貢献するため、今後もシリーズのラインナップを拡充していく。

主軸が別構造となるので、シリーズ機としてのラインナップが困難なためであった。それで、200kg可搬ロボットが必要となる大型の重量ス
ポット溶接ガンを用いた工程を高密度設置することはできなかった。こうした問題を解決するため、天吊仕様をラインナップに加え、天吊設置により高密度設置を実現できるようにした。
（6）スペアーパーツの共通化
中空アーム仕様の導入により、新たなスペアーパーツの準備などの負担をカスタマーに生じさせないようモータ、グリース、バッテリーなどの主なスペアーパーツを「SRAシリーズ」と共通にしている。これにより、シリーズとしてのメリットが提示でき、既存カスタマーの中空アームの導入を容易になるように配慮した。

NACHI TECHNICAL REPORT

27B1

Vol.

10

参考文献
1）「プレストSTシリーズ」
NACHI-BUSINESS NEWS Vol.10
2）「SRA166/210-FD11」
NACHI-BUSINESS NEWS Vol.24
3）「SRAシリーズの拡大」
NACHI-BUSINESS NEWS Vol.26

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.27B1

May / 2014〈発行〉2014 年 5 月 30 日株式会社 不二越 技術開発部
富山市不二越本町 1-1-1 〒 930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213