JPH09216065A - 工業用ロボットのトーチ回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットアーム１の先端部にその長手方向と
略垂直な軸心ｂ回りに回転可能に軸支されるロボット手
首部１５と、このロボット手首部１５に支持されかつそ
の回転軸心ｂと略垂直な方向に延びるトーチ３０との各
回転範囲がケーブル３５等によって制限されないように
し、トーチ３０の姿勢及びその先端のノズル３３の位置
のとり得る自由度を大きくしてロボットの教示作業を簡
単にする。 【解決手段】 ロボット手首部１５をロボットアーム１
の側方に配置し、トーチ３０をその中心軸回りに回転可
能にロボット手首部１５に支持し、トーチ３０をその中
心軸回りに回転させるモータ２０をロボット手首部１５
に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば５軸や６軸
の自由度を有する多関節型の工業用ロボットにおいて、
溶接や切断等を行うためのトーチを回転させるためのト
ーチ回転装置に関する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の工業用ロボットのト
ーチ回転装置として、例えば特公平５−４９４３７号公
報に示されているように、５軸の自由度を有するロボッ
トのトーチ回転装置が知られている。すなわち、このも
のでは、固定部材の上部に回転体が鉛直回転軸心回りに
回転可能に軸支され、この回転体の上部に第１アームの
基端部が水平方向の軸心回りに回転可能に軸支され、そ
の第１アームの先端部に第２アームの基端部が水平方向
の軸心回りに回転可能に軸支され、この第２アームの先
端部の略中央部には凹部が形成され、その凹部内にロボ
ット手首部が上記第２アームの長手方向と略垂直な軸心
回りに回転可能に軸支されている。上記ロボット手首部
にはトーチ回転部が上記ロボット手首部の回転軸心と略
垂直な軸心回りに回転可能に軸支されている。上記トー
チ回転部には、その回転軸心と略垂直方向に延びるトー
チ取付アームが一体的に突出され、そのトーチ取付アー
ムの先端部に設けたトーチ取付具に、トーチ回転部の回
転軸心と略平行に延びるトーチ支持部が形成され、この
トーチ支持部に溶接用トーチが取付固定されている。

【０００３】そして、上記回転体、第１アーム、第２ア
ーム、ロボット手首部及びトーチ回転部がそれぞれ別々
のモータによって独立に回転駆動されることにより、溶
接対象物の形状等に合わせてトーチの姿勢が制御され、
その溶接箇所に一致するようにトーチの先端位置が制御
されて溶接を自動的に行うことができるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のト
ーチ回転装置では、トーチがトーチ取付アームを介して
トーチ回転部の回転軸心から離れた位置に取付固定され
ているため、ロボット手首部が第２アームに対してトー
チ回転部と一体的に例えば上方に回転する際には上記ト
ーチ取付アームが第２アームの上面と、また下方に回転
する際には第２アームの下面とそれぞれ干渉することに
なり、このトーチ取付アームの第２アームとの干渉によ
ってロボット手首部の回転範囲が制限される。

【０００５】また、トーチには該トーチにガス等を供給
するためのケーブルが接続されており、このケーブルが
第２アームの側方をそれと略平行に通るので、トーチ回
転部がロボット手首部に対して回転する際、ケーブルの
中間部が第２アームと干渉することになり、トーチ回転
部（トーチ）の回転範囲がケーブルによって制限される
ことになる。特に、トーチ先端部が上方を向いた状態で
は、トーチのケーブルが接続される箇所が下方を向いて
いるので、下方に向かったケーブルがトーチ取付具近傍
で再び上方に向ってトーチと接続されることにより、ケ
ーブルが略Ｕ字状となっており、この状態でトーチ回転
部がロボット手首部に対して回転すると、第２アームの
両側面と一層干渉し易くなり、トーチ回転部（トーチ）
の回転範囲がさらに狭くなる。

【０００６】一方、ケーブルを十分長い目にして撓み易
くすれば、このケーブルの撓みを利用することによって
トーチの回転範囲を増加することはできる。しかし、こ
の場合には、ロボット手首部やトーチ回転部の回転を繰
り返しているうちに、ケーブルが第２アームに絡み付い
てしまう虞れがある。

【０００７】このように、従来のトーチ回転装置では、
トーチ取付アームやケーブルによってトーチの姿勢及び
トーチ先端位置の制御範囲が制限されるため、溶接がさ
れる物の形状やロボットの設置姿勢等によってはロボッ
トの教示作業が複雑で難しくなり、改良の余地があっ
た。

【０００８】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記のロボットにお
ける手首部に対するトーチ自体の回転構造を改良するこ
とによって、ロボット手首部及びトーチのそれぞれの回
転範囲がケーブル等によって制限されないようにし、ト
ーチの姿勢及びトーチ先端位置のとり得る自由度を大き
くしてロボットの教示作業を簡単にすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、ロボット手首部をロボットアーム
の側方に配置し、トーチをその中心軸回りに回転可能に
ロボット手首部に支持するようにした。

【００１０】具体的には、請求項１の発明では、ロボッ
トのアーム先端部に該アームの長手方向と略垂直な軸心
回りに回転可能に軸支されたロボット手首部と、上記ロ
ボット手首部に支持されかつその回転軸心と略垂直な方
向に延び、ケーブルが接続されたトーチとを備えた工業
用ロボットのトーチ回転装置を前提とする。

【００１１】そして、上記ロボット手首部をロボットア
ームの側方に配置し、上記トーチをロボット手首部にト
ーチの中心軸回りに回転可能に支持し、上記トーチをそ
の中心軸回りに回転させるトーチ駆動手段を設ける。

【００１２】このことにより、ロボットアーム先端部側
方にロボット手首部が軸支され、このロボット手首部に
トーチがその中心軸回りに回転可能に支持されることに
なるので、トーチをその回転軸心から離れた箇所に配置
してロボット手首部に対して回転させる従来のようなト
ーチ取付アームが不要となり、ロボット手首部をロボッ
トアームに対して回転させる際にそのロボット手首部の
回転範囲が制限を受けることはない。

【００１３】また、トーチは駆動手段によりロボット手
首部に対してトーチの軸心回りに回転するが、このトー
チがどのように回転しても、その中心軸回りに回転する
だけであるので、トーチに接続されるケーブルは常にロ
ボットアームの一側方すなわちロボット手首部側に位置
し、ロボットアームの一方から他方に移動することがな
い。よって、ケーブルの中間部がロボットアームの側面
と干渉したり、ケーブルがロボットアームに絡み付いた
りすることはなく、トーチの回転範囲を無制限に広げる
ことができる。

【００１４】以上の結果、トーチの姿勢及びトーチ先端
位置のとり得る範囲が従来のものと比較して広くなり、
ロボットの利用範囲が広がるとともに、ロボットの教示
作業をより簡単にすることができる。

【００１５】また、ロボット手首部にトーチをその中心
軸回りに回転可能に支持すればよいので、トーチの形状
が限定されず、専用のトーチを作製する必要はなく、通
常のトーチを使用することができる。

【００１６】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、ロボット手首部に、トーチを該トーチの中心軸回
りに回転可能に貫通させて支持するトーチ貫通孔を設け
る。この発明により、トーチをロボット手首部内に回転
可能に支持することができるので、トーチの支持構造が
簡単となる。また、トーチ支持のためにロボット手首部
から突出するような取付部材等を別途に設ける必要がな
いので、ロボット手首部全体を小形にすることができ
る。

【００１７】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、トーチ駆動手段をロボット手首部に設け
る。このことにより、トーチを支持する箇所の近傍にト
ーチを回転するためのモータや伝達機構を配置すること
ができるので、ロボット手首部やロボットアーム等の回
転に支障がないようにしてその伝達機構を簡単に構成す
ることができ、伝達効率を向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るト
ーチ回転装置を備える６軸の自由度を有する多関節型溶
接ロボットのアーム先端部を示す（尚、図示しない部分
は周知のロボットと同様の構成であり、詳細な説明は省
略する）。１は３軸目の円筒状のロボットアームで、そ
の軸心ａ回りにモータ（図示せず）により回転可能とさ
れている。このアーム１内にはアーム１と同心に延びる
伝達軸６が挿通され、この伝達軸６はロボットアーム１
の先端部を閉じる支持体３にベアリング４，４を介して
回転可能に支持され、上記ロボットアーム１を回転させ
るモータとは異なるモータ（図示せず）によって回転さ
れる。ロボットアーム１の先端部の支持体３には伝達機
構収納部２がアーム１と回転一体に取付固定されてい
る。

【００１９】上記伝達軸６の先端部は伝達機構収納部２
内に挿入され、その先端部に駆動傘歯車７が回転一体に
固定されている。この駆動傘歯車７は伝達機構収納部２
内に配設した従動傘歯車８と噛み合っている。この従動
傘歯車８は、伝達軸６の回転軸心ａと垂直方向の回転軸
心ｂを有する伝達軸１０の一端に回転一体に取付固定さ
れている。この伝達軸１０は伝達機構収納部２にその内
部で回転可能にかつ軸方向に抜止めされた状態でベアリ
ング１１，１１により軸支され、その他端部には、伝達
機構収納部２の側方（図で下方）に配置したロボット手
首部１５が減速機９を介して回転一体に取付固定され、
このロボット手首部１５は伝達機構収納部２にベアリン
グ１２を介して回転可能に支持されており、伝達軸６の
回転によって上記伝達軸１０の軸心ｂ回りに回転され
る。

【００２０】上記ロボット手首部１５には、その伝達機
構収納部２寄りに上記伝達軸１０の軸心ｂと略垂直な軸
心ｃ方向に延びる貫通孔１６が形成され、この貫通孔１
６内には出力歯車１８が軸心ｃ回りに回転可能にベアリ
ング１３，１３により軸支されている。この出力歯車１
８の図で左側面には出力フランジ２３がロボット手首部
１５の外側で回転一体に取付固定されている。上記出力
歯車１８ないし出力フランジ２３には上記軸心ｃを中心
とするトーチ貫通孔１７が開けられている。

【００２１】ロボット手首部１５内の伝達機構収納部２
と反対側部分（図では下側）の前面側（図で左側）には
上記出力歯車１８と噛み合う駆動歯車２２が配設されて
いる。ロボット手首部１５の後面側には上記駆動歯車２
２と同心に延びる出力軸１９がベアリング１４，１４に
て回転可能に支持され、この出力軸１９の一端に駆動歯
車２２が回転一体に取付固定されている。一方、出力軸
１９の他端部には減速機構２１を介して駆動手段として
のモータ２０が駆動連結され、これら減速機構２１及び
モータ２０はロボット手首部１５に取付固定されてい
る。

【００２２】上記ロボット手首部１５の貫通孔１６内に
おける出力歯車１８のトーチ貫通孔１７には、先端にノ
ズル３３を有するトーチ３０がその円筒状の支持部３１
にて貫通支持されている。このトーチ３０の支持部３１
には、上記出力フランジ２３にその出力歯車１８と反対
側から回転一体に取付固定されるトーチ固定具２５，２
６が一体的に設けられており、このトーチ固定具２５と
出力フランジ２３との取付固定によって、トーチ３０が
出力歯車１８に回転一体に駆動連結されている。そし
て、ロボット手首部１５に設けられているモータ２０
（駆動手段）の作動によって、トーチ３０をその中心軸
回りに回転させるようにしている。

【００２３】上記トーチ３０の支持部３１の基端部側に
は接続部３２が設けられ、この接続部３２には、トーチ
３０に溶接ガス等を供給するためのケーブル３５が接続
されている。このケーブル３５は、ロボットアーム１に
沿ってその基端部側に延びていて、溶接ロボットの所定
部に固定した溶接ガス供給部に接続されている。また、
トーチ３０の先端部はその中心軸と所定の角度をなす方
向を向くように曲げられている。

【００２４】以上のように構成されたロボットのトーチ
回転装置の動作について説明する。ロボットアーム１が
図外のモータにより軸心ａ回りに回転すると、このアー
ム１に支持体３及び伝達機構収納部２を介して連結支持
されているロボット手首部１５がトーチ３０と共に軸心
ａ回りに一体的に回転する。

【００２５】また、図外のモータによりアーム１内の伝
達軸６を回転させると、この回転が駆動及び従動傘歯車
７，８、伝達軸１０、減速機９を介してロボット手首部
１５に伝えられ、このことで、ロボット手首部１５が上
記ロボットアーム１の回転による軸心ａ回りの回転とは
独立に、軸心ｂ回りに回転する。このとき、トーチ３０
は軸心ｂ回りにロボット手首部１５と一体的に回転す
る。

【００２６】さらに、トーチ３０は、ロボットアーム１
による軸心ａ回りの回転及びロボット手首部１５の回転
による軸心ｂ回りの回転とは独立に、モータ２０の駆動
により減速機構２１、駆動歯車２２及び出力歯車１８を
介してトーチ中心軸回りに回転し、この回転によりトー
チ３０先端のノズル３３をトーチ中心軸を中心とした円
弧運動させることができる。

【００２７】そして、上記３つのモータを含むロボット
の全てのモータの回転が制御されてロボットアーム１等
の各関節部が駆動され、溶接対象物の形状等に合うよう
にトーチ３０の姿勢が、また溶接箇所にトーチ３０のノ
ズル３３が一致するようにノズル３３の位置がそれぞれ
制御される。

【００２８】したがって、この実施形態では、ロボット
手首部１５がロボットアーム１の側方に配置され、この
ロボット手首部１５にトーチ３０がその中心軸回りに回
転可能に支持されているので、トーチをその回転軸心か
ら離れた箇所に配置してロボット手首部に対して回転さ
せるような従来のトーチ取付アーム等を設ける必要がな
く、よって、ロボット手首部１５はロボットアーム１に
対して軸心ｂ回りに全周範囲回転することができる。

【００２９】また、ロボット手首部１５にトーチ３０が
その中心軸回りに回転可能に支持されているので、モー
タ２０によりトーチ３０がロボット手首部１５に対して
回転する際に、その回転はトーチ３０の中心軸回りに行
われるだけとなり、トーチ３０に接続されるケーブル３
５は、常にロボットアーム１に対しロボット手首部１５
の側に位置付けられ、ロボット手首部１５と反対側に移
動しない。よって、トーチ３０のその中心軸回りの回転
に伴って、ケーブル３５の中間部がロボットアーム１の
側面と干渉したりロボットアーム１に絡み付いたりする
ことがなく、トーチ３０のロボット手首部１５に対する
回転可能範囲を全周範囲まで広げることができる。

【００３０】以上より、トーチ３０の姿勢及びその先端
のノズル３３の位置の制御し得る範囲が従来のものと比
べて拡大するので、溶接ロボットを溶接対象物の形状等
に左右されることなく適用することができ、その利用可
能な範囲が広がるとともに、ロボットの教示作業を容易
にすることができる。

【００３１】また、ロボット手首部１５にトーチ３０を
その中心軸回りに回転可能に支持するだけでよいので、
特別に専用のトーチを作製する必要はなく、従来から用
いられている簡単な構成の通常のトーチを使用すること
ができる。

【００３２】そして、ロボット手首部１５に貫通孔１６
が設けられ、その内部に出力歯車１８が支持され、この
出力歯車１８のトーチ貫通孔１７にトーチ３０が貫通支
持されているので、トーチ３０をロボット手首部１５自
体に回転可能に支持することができ、トーチ３０の支持
構造を簡単にすることができる。また、ロボット手首部
１５にトーチ３０を支持するための突出部材等を別途に
設ける必要がないので、ロボット手首部１５全体のスペ
ース効率を向上させ、その小形化を図ることができる。

【００３３】さらに、トーチ３０を駆動するためのモー
タ２０がロボット手首部１５に設けられているので、ト
ーチ３０を駆動する駆動システムを簡略な構成とするこ
とができ、その駆動効率の向上を図ることができる。

【００３４】尚、上記実施形態では、６軸の自由度を有
する溶接ロボットとしたが、ロボットアームがその軸心
回りに回転することがない多軸の自由度を有する多関節
型ロボットであっても本発明を適用することができる。

【００３５】また、本発明は、上記実施形態のような溶
接用トーチを有するロボットではなく、同様のトーチを
有する切断用や加熱用のロボットのトーチ回転装置にも
適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、多関節型ロボットにおけるロボット手首部をロ
ボットアームの側方に配置し、このロボット手首部にト
ーチをその中心軸回りに回転可能に支持し、上記トーチ
を駆動手段によって中心軸回りに回転させるようにした
ことにより、トーチの姿勢及びトーチ先端位置のとり得
る自由度が大きくなり、利用可能な範囲が拡大するとと
もに、ロボットの教示作業を簡単にすることができる。

【００３７】請求項２の発明によると、ロボット手首部
に、トーチを貫通支持するトーチ貫通孔を設けたことに
より、トーチの支持構造を簡単にすることができ、ロボ
ット手首部全体の小形化を図ることができる。

【００３８】請求項３の発明によると、トーチ駆動用の
駆動手段をロボット手首部に設けたことにより、ロボッ
ト手首部やロボットアーム等の回転に支障なく駆動手段
の構成を簡略にすることができ、その駆動効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るロボットのトーチ回転
装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ロボットアーム ２ 伝達機構収納部 ３ 支持体 ４，１１〜１４ ベアリング ６，１０ 伝達軸 ７ 駆動傘歯車 ８ 従動傘歯車 ９ 減速機 １５ ロボット手首部 １６ 貫通孔 １７ トーチ貫通孔 １８ 出力歯車 １９ 出力軸 ２０ モータ ２１ 減速機構 ２２ 駆動歯車 ２３ 出力フランジ ２５，２６ トーチ固定具 ３０ トーチ ３１ 支持部 ３２ 接続部 ３３ ノズル ３５ ケーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアーム先端部に該アームの長
   手方向と略垂直な軸心回りに回転可能に軸支されたロボ
   ット手首部と、 上記ロボット手首部に支持されかつその回転軸心と略垂
   直な方向に延び、ケーブルが接続されたトーチとを備え
   た工業用ロボットのトーチ回転装置において、 上記ロボット手首部はロボットアームの側方に配置さ
   れ、 上記トーチはロボット手首部にトーチの中心軸回りに回
   転可能に支持されており、 上記トーチをその中心軸回りに回転させるトーチ駆動手
   段を備えたことを特徴とする工業用ロボットのトーチ回
   転装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の工業用ロボットのトーチ
   回転装置において、 ロボット手首部に、トーチを該トーチの中心軸回りに回
   転可能に貫通させて支持するトーチ貫通孔が設けられて
   いることを特徴とする工業用ロボットのトーチ回転装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の工業用ロボットの
   トーチ回転装置において、 トーチ駆動手段がロボット手首部に設けられていること
   を特徴とする工業用ロボットのトーチ回転装置。