JPH09500576A - 壁と一体化されたロボット塗装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 塗装さるべき物体（ＡＵ）を周囲から隔離する壁（ＷＡ、ＷＢ）を有する室（ＣＡ）の内部で該物体を塗装するためのロボット装置は、室内部空間を節約しかつ塗装工程により良く適合されたロボット作業を達成するため室壁内に適切に一体化されている。前記装置は少なくとも１つの主ロボットシャフト（ＲＳ）にして塗装用具と連携しておりかつ室壁を貫通している少なくとも１つのスロット（ＬＳ）を通ってそのようなスロットに沿ってのそして事によるとまた前記シャフトの軸線の方向でのおよび／またはその回りでのサーボ制御された運動のために突出している前記ロボットシャフトを有する。前記塗装用具のための予めプログラムされた、塗装さるべき移動物体の追跡を含む運動パターンに従って前記ロボットシャフトの運動を制御するためのサーボ駆動手段が配置されている。前記スロットは室壁の中または上に支持された回転可能要素（ＣＤ、ＳＣ）に配置されており、そして前記サーボ駆動手段は前記予めプログラムされた運動パターンに従って前記回転可能要素の回転運動を制御するための手段を有する。前記回転可能要素は室壁（ＷＡ）の平面と同一または平行の平面内での回転運動のために配置された円板（ＣＤ）であり得、前記スロット（ＬＳ）は好ましくは該円板の直径に沿って延びている。代替的に前記回転可能要素は前記室壁の１つの中またはそれと平行の垂直軸線の回りでの回転運動のために配置された中空シリンダ（ＳＣ）であり得、前記ロボットシャフトは前記回転軸線と実質的に平行の少なくとも１つのスロット（ＬＳ）を通って突出している。実際上、通常は前記ロボットシャフトは少なくとも１つそして好ましくは３つまたはそれ以上の運動軸線を有するマニピュレータリンク手段（ＭＬ）を介して前記塗装用具と結合され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 壁と一体化されたロボット塗装装置 本発明は塗装さるべき物体を周囲から隔離する壁を有する室（ｃａｂｉｎ）の 内部で該物体を塗装するためのロボット装置に関する。 プログラム可能ロボットは当業界において一般的に知られておりそして文献に 十分に記述されている。特殊なタイプのそのようなロボットが特定の物体、例え ば自動車の塗装に使用されるように設計されており、そしてこのタイプのロボッ トは自動車ボデーの選択部分に規定塗料層を塗装するために塗装用具の適切な運 動を行うように熟練操作者によって“教えられる”かまたは予めプログラムされ る。 自動車の工業的規模での塗装は通常は塗装室（ｐａｉｎｔｉｎｇ ｃａｂｉｎ ）内で行われ、それを通って自動車ボデーは列をなして連続的にコンベヤで移動 される。そのような室は周囲からの健康上有害な塗装領域の十分な隔離を保証す る。 そのような室内における自動車ボデーの外部塗装のためには通常は簡単かつ経 済的な往復運動装置などが使用される。このタイプの装置は垂直方向における往 復運動の十分な範囲を有するが、塗装室の横寸法における運動の可能性はかなり 制限されており、そして塗装さるべき物体を、室を通るコンベヤの運動方向に追 跡（ｔｒａｃｋｉｎｇ）するための選択の自由が事実上無い。したがって、合理 的なコンベヤ速度および塗料塗布量（ｐａｉｎｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を維持す るには、室の長さ方向に沿って重なり合う作業範囲を有するいくつかのそのよう な往復運動装置が使用されねばならない。 均一の塗料層および最適の塗装品質を達成するため、塗料は制御された態様で 被覆さるべき面に対して垂直に塗装用具からスプレーされねばならない。したが って、用具の運動パターンは自動車ボデーの湾曲した面および縁に対してそれ相 応にプログラムされねばならない。これは塗装さるべき物体の効率的追跡と塗装 室を通るいっそう高いコンベヤ速度とをも可能にする、６つまたはそれ以上の運 動軸線を備えたロボットマニピュレータによってのみ達成され得るであろう。そ の 上そのようなロボットは塗装室それ自体の内部に配置されねばならず、このこと は上に論じられた往復運動装置実施例の場合よりもかなり幅の広い室を必要とす るであろう。 しかし、より幅の広い室は該室を通る通気用空気のより大きい体積流量を必要 とし、そして室の内部に設けられている多数の運動軸線を有するロボットのマニ ピュレータ部品は空気流内に乱流をかなり発生させるであろう。 しかし、均一に塗装さるべき面に向かって塗装用具から導かれる分散噴霧化塗 料粒子を乱さないために、塗装さるべき物体に沿う空気の流れが均一であること は不可欠である。 上に説明されたように、壁に取付けられる往復運動装置の使用および高性能ロ ボットの塗装室内設置はともにある種の欠点を有する。したがって、本発明の主 目的はすべてのそのような欠点を顕著な程度に克服するロボット装置を提供する ことである。 しかし、本発明は専ら上記および同様の目的のためのロボットの取付けおよび 据付けに指向されており、塗装ロボットそれ自体の設計或いは構造、または塗装 さるべき物体の形態および運動と一致しての効率的かつ満足な塗装作業のための ロボットのプログラミングには関係していないことが留意さるべきである。 そのような設計およびプログラミングは他のところ、例えば本出願人に交付さ れた英国特許第１，４３１，４１３号および米国特許第４，９２０，５００号に よく記述されている。 かくて、本発明は塗装さるべき物体を周囲から隔離する壁を有する室の内部で 該物体を塗装するためのロボット装置に関し、当該装置は少なくとも１つのロボ ットシャフトにして塗装用具と連携しておりかつ室壁を貫通している少なくとも １つのスロットを通って該スロットに沿ってのそして事によるとまた前記シャフ トの軸線の方向でのおよび／またはその回りでのサーボ制御された運動のために 突出している前記ロボットシャフトと、前記塗装用具のための予めプログラムさ れた運動パターンに従って前記ロボットシャフトの運動を制御するサーボ駆動手 段とを有する。 周知先行技術のこの背景に基づいて、本発明によるロボット装置は、前記スロ ットが室壁の中または上に支持された回転可能要素に配置されており、前記サー ボ駆動手段が前記予めプログラムされた運動パターンに従って前記回転可能要素 の回転運動を制御するための手段を有すると云う特徴的要件を備えている。 前記回転可能要素は、室壁の平面と同一または平行の平面内での回転運動のた めに配置された円板であって前記スロットが好ましくは該円板の直径に沿って延 びているもの、または代替的に、前記室壁の１つの中またはそれと平行の好まし くは垂直軸線の回りでの回転運動のために配置された好ましくは中空シリンダで あって前記ロボットシャフトが前記回転軸線と実質的に平行の少なくとも１つの スロットを通って突出しているものであり得る。両場合において、塗装さるべき 物体の移動方向における効率的な追跡は、事によると前記スロット内のロボット シャフトの運動と組み合わされて、前記回転可能要素の回転によって達成される 。 有益には、サーボ駆動手段は少なくとも２つの軸線の回りでの枢動運動によっ て前記スロット内での前記ロボットシャフトの運動を生じさせるために前記中空 シリンダの内部に設けられ得る。 また実際上、前記ロボットシャフトは少なくとも１つそして好ましくは３つま たはそれ以上の運動軸線を有するマニピュレータリンク手段を介して前記塗装用 具と結合され得る。 次に本発明によるロボット装置は例示される実施例によって添付図面を参照し てさらに説明されるであろう。図面において： 第１図は室内に取付けられた４つの塗装ロボットを有する先行技術塗装室を概 略的に示しており、 第２図は本発明による壁一体化ロボットを有する塗装室を概略的に示しており 、 第３図は第１実施例での本発明による突出ロボットシャフトを備えた回転可能 スロット付き要素の壁との一体化を原理的に示しており、ここでは前記要素はス ロット付き円板であり、そして 第４図から第６図はさらなる実施例での本発明による突出ロボットシャフトを 備えた回転可能スロット付き要素の壁との一体化を原理的に示しており、ここで は前記要素はスロット付きシリンダである。 本発明はロボットマニピュレータの設計および構造またはそれらの構成部品自 体に関するものではなく、単に特定の可動ロボット要素の適切な室壁一体化（ｃ ａｂｉｎ ｗａｌｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に関するものであるから、その ような一体化と関連する要素のみが諸図面に原理的に示されそして以下に記述さ れる。 第１図には側壁ＷＡおよび端壁ＷＢを有する在来塗装室ＣＡが断面にて概略的 に示されており、そして自動車ボデーＡＵが前記室の中心に位置されている。さ らに４つの塗装ロボットＰＲが自動車ボデーの効率的な塗装のために前記壁に沿 って室内に適切に設けられている。これらロボットは多数の運動軸線を有する高 性能ロボットマニピュレータでありしたがって当該特定タイプの自動車ボデーに 適合されている“予め教えられた”塗装プログラムに従って精密な塗装作業を効 率的に行うことができる。次いでこのタイプの自動車ボデーはコンベヤ（図中に 太い矢印で表示されている）によってこの目的のための入口および出口開口ＣＩ 、ＣＯを有する塗装室ＣＡの中へそしてそれを通って連続的に移動され、間欠コ ンベヤ速度は塗装ロボットによる移動中の自動車ボデーＡＵの均一塗料塗布量お よび最適追跡を可能にするためのロボットマニピュレータの塗装プログラムに適 合されている。 第１図から明らかなように、塗装ロボットＰＲはこの在来実施例においては室 容積の過度に大きい部分を占めている。さらにロボットマニピュレータの大きな 運動部品およびそれらの広範囲にわたる運動は室を通る通気用空気流内におそら く乱流を生じさせ、それは自動車ボデー表面上に噴霧化形態でスプレーされる塗 料の層の均一性に好ましくない影響を及ぼすであろう。 これらの欠点は、上に論じられたように、室壁の狭いスロットを通って延びる アームに取付けられそして該スロットに沿っての垂直往復運動のために配置され た塗装用具による自動車の塗装のための簡単な往復運動装置が備えられたより狭 い室によって顕著な程度に克服され得る。 しかし、そのような解決策では塗装の品質が著しく低下され、それは均一な塗 料塗布量および常に信頼できる塗装工程が主要件である多くの場合に実行できな したがって、狭い室を、通気用空気の減少された撹乱によって高品質の塗装を もたらし得るロボットマニピュレータと組み合わせるために、ロボットを室壁と 一体化することが本発明により提案される。 壁と一体化されたロボット装置を有するそのような塗装室ＣＡが第２図に示さ れており、ここにおいて第１図のものと同じ全体構成の室が同じ形式でかつ対応 構成部品を同じ参照符号で表示して示されている。ここでは２つの壁一体化ロボ ットと比較的短い室とを有する室実施例が図面の上部分に示されている一方、３ つの壁一体化ロボットと拡大された室長さとを有する実施例が下部分に示されて いる。両場合において各ロボットの作業範囲は符号Ｎで表示されている。このよ うにして広い作業範囲と十分な追跡能力とを有するロボット装置が、減少された 室寸法と組み合わされて実現される。 ロボットマニピュレータを室壁内に一体化する一つの仕方が第３図に示されて いる。ここでは直径スロットＬＳを有する円板ＣＤが室壁ＷＡ内に回転可能に支 持されていることが示されている。そのような回転可能な支持は当該技術におい て知られているいかなる適当な手段によっても実現され得る。回転範囲は完全な 一回転またはその適当な一部分例えば一回転の半分または四分の一であり得る。 主マニピュレータシャフトＲＳが直径スロットを通って突出しておりそして該ス ロットに沿ってのおよび該シャフトの軸方向での並進運動のために配置されてい る。 かくして、スロット付き円板ＣＤおよび突出するシャフトによってロボットマ ニピュレータのための３つの運動軸線、すなわち図面においてＳ１によって表示 される円板の回転軸線、Ｓ２によって表示される前記スロットに沿っての前記シ ャフトの並進運動、およびＳ３によって表示されるシャフト軸線の方向での前記 シャフトの並進運動が実現され得る。これら手段によって設定塗装プログラムに 従う塗装用具の粗位置決めが、第３図に表示される３直角座標ｘ、ｙおよびｚ、 すなわちそれぞれ塗装室の長さ、幅および高さ寸法のすべてにおいて、回転可能 円板およびロボットシャフトのサーボ制御駆動手段によって行われ得る。次いで 、ｘ方向における効率的追跡機能が、壁をベースとする軸線Ｓ１によって、事に よると壁をベースとする他の運動軸線Ｓ２およびＳ３と組み合わせて提供され得 る。 次いで、前記用具のより精密かつ正確な位置決めが、前記ロボットシャフトＲ Ｓを塗装用具と連結させておりかつサーボ駆動手段によって制御される手関節（ ｗｒｉｓｔ）マニピュレータリンクＭＬによって提供される運動軸線Ｓ４、Ｓ５ 、Ｓ６により達成される。 塗装ロボットの前記回転可能要素の壁との一体化の他の実施例が第４図に原理 的に示されている。ここでは回転可能要素は中空スロット付きシリンダＳＣであ り、該シリンダはその中心軸線の回りでの回転運動のために室壁内に垂直に支持 されている。主ロボットシャフトはシリンダ壁を貫通しかつシリンダ軸線と平行 の１対の互いに整合されたスロットＬＳを通って突出している。 上に言及された室寸法に対応する前記座標ｘ、ｙおよびｚの方向での粗ロボッ ト運動は、この場合には、運動軸線Ｓ１によって表示されるシリンダＳＣのその 中心軸線の回りでの回転、並びに表示された運動軸線Ｓ２およびＳ３にそれぞれ 対応する前記スロットに沿ってのおよびそれに対して垂直な、主ロボットシャフ トＲＳの並進運動により実現され得る。この場合にも、ｘ方向での効率的追跡機 能が壁をベースとする運動軸線Ｓ１、Ｓ２およびＳ３によって達成され得る。 第５図には第４図におけるのと同じタイプの実施例であって室壁と一体化され た回転可能シリンダを有し、主ロボットシャフトＲＳがスロットに沿っての並進 運動のために配置されないでシリンダ自体内に枢動可能に支持されていることに おいてのみ異なっているものが示されている。かくして、前記並進運動はここで は、図示の回転運動軸線Ｓ２によって表示されるように、かなりより短い１対の シリンダスロットＬＳ内での枢動運動によって代替されており、他の運動軸線Ｓ １およびＳ３は第４図におけるのと同じである。 このようにして先に説明されたのと同じ前記直角軸線ｘ、ｙおよびｚに沿って の粗サーボ制御ロボット運動および連携された物体追跡が実現され得る。 第６図にも中空シリンダの形態をした壁一体化回転可能要素が示されている。 この場合にはサーボ駆動機械装置がシリンダ自体の内部に設けられているのでシ リンダはより頑丈なベース上に適切に支持されており、主ロボットシャフトはシ リンダ壁の単一スロットを通って突出している。ここではｘ、ｙおよびｚ方向に おける壁をベースとする粗ロボット運動は、それぞれ３つの回転運動軸線Ｓ１、 Ｓ２およびＳ３によって実現され、それはまた上に論じられた所期の物体追跡を 提供する。 第３図に示された実施例と同様に、第４図、第５図および第６図に示された後 者の実施例に関しても、塗装用具のより精密なサーボ制御運動は手関節マニピュ レータリンクＭＬの付加的な運動軸線Ｓ４、Ｓ５およびＳ６によって行われる。 本発明による壁一体化ロボット装置によれば一体化ロボットマニピュレータの ための大きな作業範囲を維持しつつ、塗装室のかなり減少された寸法が達成され る。効率的な追跡機能が極めて狭い室を以てしてもコンベヤ運動の方向（ｘ方向 ）において提供される。ロボットマニピュレータのいくつかの運動軸線の壁一体 化によって、減少された個数と寸法の可動構成部品が室壁と塗装さるべき物体、 例えば自動車ボデーとの間の空所内で作動しており、このことは室を通る通気用 空気におけるより小さい乱れとそれによるより均一な塗料塗布量とを意味する。 実際的な壁一体化試験装置は１０−２５％ほどの節約が室の幅方向（ｙ方向） において達成され得ることを示した。また、より効率的な追跡によって、２５％ に達する室長さ削減が長さ方向（ｘ方向）において達成され得る。したがって、 通気さるべき室容積の１０−４０％ほどの削減が達成可能であり、このことはよ り少ない通気用空気、より少ない空気の乱れおよび塗装工程のより小さい妨害を 意味する。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 （ＷＡ）の平面と同一または平行の平面内での回転運動 のために配置された円板（ＣＤ）であり得、前記スロッ ト（ＬＳ）は好ましくは該円板の直径に沿って延びてい る。代替的に前記回転可能要素は前記室壁の１つの中ま たはそれと平行の垂直軸線の回りでの回転運動のために 配置された中空シリンダ（ＳＣ）であり得、前記ロボッ トシャフトは前記回転軸線と実質的に平行の少なくとも １つのスロット（ＬＳ）を通って突出している。実際 上、通常は前記ロボットシャフトは少なくとも１つそし て好ましくは３つまたはそれ以上の運動軸線を有するマ ニピュレータリンク手段（ＭＬ）を介して前記塗装用具 と結合され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．塗装さるべき物体を周囲から隔離する壁を有する室の内部で該物体を塗装 するためのロボット装置であって、当該ロボット装置は少なくとも１つのロボッ トシャフトにして塗装用具と連携しておりかつ室壁を貫通している少なくとも１ つのスロットを通って該スロットに沿ってのそして事によるとまた前記シャフト の軸線の方向でのおよび／またはその回りでのサーボ制御された運動のために突 出している前記ロボットシャフトと、前記塗装用具のための予めプログラムされ た運動パターンに従って前記ロボットシャフトの運動を制御するサーボ駆動手段 とを有する前記ロボット装置において、前記スロットは室壁の中または上に支持 された回転可能要素に配置されており、前記サーボ駆動手段は前記予めプログラ ムされた運動パターンに従って前記回転可能要素の回転運動を制御するための手 段を有することを特徴とするロボット装置。 ２．請求項１に記載のロボット装置であって、前記回転可能要素は室壁の平面 と同一または平行の平面内での回転運動のために配置された円板であり、前記ス ロットは好ましくは該円板の直径に沿って延びていることを特徴とするロボット 装置。 ３．請求項１に記載のロボット装置であって、前記回転可能要素は前記室壁の １つの中またはそれと平行の好ましくは垂直軸線の回りでの回転運動のために配 置された好ましくは中空シリンダであり、前記ロボットシャフトは前記回転軸線 と実質的に平行の少なくとも１つのスロットを通って突出していることを特徴と するロボット装置。 ４．請求項３に記載のロボット装置であって、前記ロボットシャフトは前記サ ーボ駆動手段によって制御される、前記スロットに沿う並進運動のために配置さ れていることを特徴とするロボット装置。 ５．請求項３に記載のロボット装置であって、前記ロボットシャフトは前記サ ーボ駆動手段によって制御される、好ましくは前記中空シリンダの内部に設けら れたピボット軸線の回りでの、前記スロット内での枢動運動のために配置されて いることを特徴とするロボット装置。 ６．請求項５に記載のロボット装置であって、サーボ駆動手段は少なくとも２ つの軸線の回りでの枢動運動によって前記スロット内での前記ロボットシャフト の運動を生じさせるために前記中空シリンダの内部に設けられていることを特徴 とするロボット装置。 ７．請求項１から６に記載のロボット装置であって、前記ロボットシャフトは 少なくとも１つそして好ましくは３つまたはそれ以上の運動軸線を有するマニピ ュレータリンク手段を介して前記塗装用具と結合されていることを特徴とするロ ボット装置。