專利名稱：電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器及電弧焊機器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器和包括電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器及電弧焊機器人的產(chǎn)業(yè)用電弧焊機器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般說來，在使用機器人在被加工物即工件上進行電弧焊的系統(tǒng)中，為了提高焊接質(zhì)量，與電弧焊機器人組合使用變更工件的姿勢的轉(zhuǎn)動換位器，以使焊炬的前進角及目標角以及焊縫的傾斜角成為最佳角。這種場合的機器人能夠根據(jù)工件的位置及姿勢來將焊炬的姿勢最佳化。例如，在特開平6-301411號公報中公開的設(shè)置誤差校正方法及裝置，該裝置具備焊炬移動裝置和裝備有轉(zhuǎn)動換位器的工件操作裝置，控制機器人以使焊炬的位置成為工件基座坐標系統(tǒng)的原點。該轉(zhuǎn)動換位器有4個連桿及各連桿之間的關(guān)節(jié)，通過控制各自的動作來變更工件的姿勢。另外，在專利第3511485號公報中公開的機器人是在上下配置2個多關(guān)節(jié)機器手，由上側(cè)及下側(cè)的機器手分別把持焊炬及工件。該機器人具備使工件的中心一直位于下側(cè)的機器手的第1、第2臂及工件把持構(gòu)件的軸線的交點的構(gòu)成，由此可使機器人的動作區(qū)域最小化并實現(xiàn)節(jié)省整體的空間及縮短周期。
上述的轉(zhuǎn)動換位器雖然能夠適宜地變更工件的姿勢，但其是具備包括多個臂、連桿及關(guān)節(jié)等多個可動構(gòu)件的復(fù)雜構(gòu)成，因此其控制及示教作業(yè)也變得復(fù)雜。另外，如果可動構(gòu)件的件數(shù)多，還易發(fā)生與機器人的協(xié)調(diào)控制的滯后或伴隨各可動構(gòu)件的加減速而來的振動。尤其是振動會使焊接作業(yè)不穩(wěn)定，同時對溶池的形狀產(chǎn)生不好的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器以及包括該轉(zhuǎn)動換位器和電弧焊機器人的電弧焊機器人系統(tǒng)，該電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器能夠通過可動構(gòu)件少的更簡單的構(gòu)成及其最小限度的動作，根據(jù)焊接部位最佳變更工件的姿勢。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方式提供的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器用于變更要焊接的工件的姿勢，其具備一對支撐構(gòu)件；將兩端支撐在上述支撐構(gòu)件上，可圍繞與上述設(shè)置面平行的第1軸線旋轉(zhuǎn)的第1構(gòu)件；將兩端支撐在設(shè)于上述第1構(gòu)件的一對支撐部上，可圍繞與上述第1軸線垂直的第2軸線旋轉(zhuǎn)的第2構(gòu)件；用于將上述工件固定在上述第2構(gòu)件上的工件固定部；使上述第1構(gòu)件圍繞上述第1軸線旋轉(zhuǎn)的第1驅(qū)動部；使上述第2構(gòu)件圍繞上述第2軸線旋轉(zhuǎn)的第2驅(qū)動部；以及控制上述第1驅(qū)動部及上述第2驅(qū)動部的控制部。
上述一對支撐構(gòu)件可立設(shè)于上述轉(zhuǎn)動換位器的設(shè)置面上?；蛘咭部梢允寝D(zhuǎn)動換位器進一步具備轉(zhuǎn)動換位器基座，該轉(zhuǎn)動換位器基座設(shè)于上述轉(zhuǎn)動換位器的設(shè)置面上并具備可圍繞與上述設(shè)置面大致垂直的軸線旋轉(zhuǎn)的基座板，將上述一對支撐構(gòu)件立設(shè)于上述基座板上。
最好是上述第1軸線及上述第2軸線相互正交，上述工件固定在上述第2構(gòu)件上，使得該工件的重心與上述第1軸線及上述第2軸線的交點大致一致。
在這種場合下，上述第1構(gòu)件最好是具備其重心相對于上述第1軸線偏置了的形狀，使得上述第2構(gòu)件能夠收容在該第1構(gòu)件內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式提供的電弧焊機器人系統(tǒng)包括本發(fā)明涉及的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器；以及對固定在該轉(zhuǎn)動換位器上的工件進行焊接的電弧焊機器人。
上述電弧焊機器人可具備前臂；設(shè)于上述前臂的前端的第1手腕單元，可圍繞在該前臂的長度方向延伸的第3軸線旋轉(zhuǎn)；設(shè)于上述第1手腕單元上的第2手腕單元，可圍繞與上述第3軸線大致垂直的第4軸線旋轉(zhuǎn)；設(shè)于上述第2手腕單元上的焊炬，可圍繞與上述第4軸線大致垂直且與上述第3軸線離開規(guī)定距離的第5軸線旋轉(zhuǎn)。
上述控制部是控制上述電弧焊機器人的機器人控制裝置的一部分，最好是將上述第1驅(qū)動部及上述第2驅(qū)動部作為上述電弧焊機器人的附加軸進行控制。


參照

以下最佳實施方式，進一步明確本發(fā)明的上述或其他的目的、特征及優(yōu)點。
圖1是表示包括本發(fā)明涉及的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器的機器人系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖；圖2是表示工件的具體例及工件固定部的圖；圖3是表示焊接時的焊炬及工件的姿勢的圖；圖4是表示焊接圖2的工件的各部位時的轉(zhuǎn)動換位器的動作的圖；圖5是表示焊接圖2的工件的各部位時的轉(zhuǎn)動換位器的動作的圖；圖6是表示焊接圖2的工件的各部位時的轉(zhuǎn)動換位器的動作的圖；圖7是表示焊接圖2的工件的各部位時的轉(zhuǎn)動換位器的動作的圖；圖8是表示在圖1的主視圖中使第1構(gòu)件反轉(zhuǎn)了的狀態(tài)的轉(zhuǎn)動換位器的圖；圖9是表示包括本發(fā)明涉及的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器的其他的實施方式的機器人系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發(fā)明。
圖1是包括本發(fā)明涉及的電弧焊機器人系統(tǒng)的最佳實施方式的概略的主視圖、俯視圖及右側(cè)視圖的圖。電弧焊機器人系統(tǒng)包括對要焊接的工件100(僅在俯視圖中圖示)進行電弧焊的電弧焊機器人10和保持工件的轉(zhuǎn)動換位器30，它們可由控制裝置22分別進行控制，并在焊接中進行協(xié)調(diào)控制。電弧焊機器人10可以是公知的6軸關(guān)節(jié)型，例如，最好是如特開2004-223576號中記載的6軸關(guān)節(jié)型的電弧焊機器人。即電弧焊機器人10具備前臂12；可圍繞向前臂12的長度方向延伸的第3軸A旋轉(zhuǎn)地設(shè)于前臂12的前端的第1手腕單元14，；可圍繞與軸線A大致垂直的第4軸線B旋轉(zhuǎn)地設(shè)于第1手腕單元14上的第2手腕單元16；以及可圍繞與軸線B大致垂直且與軸線A離開規(guī)定距離的第5軸線C旋轉(zhuǎn)地設(shè)于第2手腕單元16上的焊炬18。根據(jù)這樣的構(gòu)造，在焊接工件100的外周部時，能夠防止焊炬18或連接在焊炬18上的焊炬纜線20與前臂12、工件或周邊機器的干擾，能夠自由變更焊炬18的位置及姿勢。可使焊炬18相對于前臂12旋轉(zhuǎn)360°。
轉(zhuǎn)動換位器30具備立設(shè)于轉(zhuǎn)動換位器30的設(shè)置面G上的一對支撐構(gòu)件32；第1構(gòu)件36，兩端支撐在支撐構(gòu)件32上，可圍繞與設(shè)置面G平行的第1軸線34旋轉(zhuǎn)；第2構(gòu)件42，兩端支撐在第1構(gòu)件36的一對支撐部40上，可圍繞與第1軸線34垂直的第2軸線38旋轉(zhuǎn)；以及工件固定部44(僅在俯視圖中圖示概略，詳細后述)，用于將工件100固定在第2構(gòu)件42上。圍繞第1構(gòu)件36的第1軸線34的旋轉(zhuǎn)是通過裝備有馬達及減速機的第1驅(qū)動部46進行的。同樣，圍繞第2構(gòu)件42的第2軸線38的旋轉(zhuǎn)是通過裝備有馬達及減速機的第2驅(qū)動部48進行的。第1及第2驅(qū)動部分別可以通過適宜的控制部49進行控制，但也能夠通過上述的機器人10用的控制裝置22的一部分來進行控制。在這種場合下，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)動換位器30作為機器人10的附加軸進行控制，作為包括機器人及轉(zhuǎn)動換位器的焊接機器人系統(tǒng)整體的控制變得更簡單。
如上所述，第1構(gòu)件36的旋轉(zhuǎn)軸線即第1軸線34及第2構(gòu)件42的旋轉(zhuǎn)軸線即第2軸線38是相互垂直的，最好是相互正交。因此，如圖1所示，第1構(gòu)件36最好是具備重心相對于第1軸線34偏置了的コ字型或箱型等的形狀，以使第2構(gòu)件42能夠收容在內(nèi)部。另外，焊接對象工件100最好固定在第2構(gòu)件42上，使其重心與第1軸線34和第2軸線38的交點大致一致或位于其近旁。根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠僅通過圍繞第1軸線34及第2軸線38的旋轉(zhuǎn)這樣簡單的動作來適宜地進行工件100的姿勢變更。
另外，由于本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)動換位器具備的第1構(gòu)件36及第2構(gòu)件42都是兩端被支撐，所以即便是工件比較大的場合，也不會在兩構(gòu)件或工件上產(chǎn)生實質(zhì)性彎曲，能夠保持工件。這樣能夠使轉(zhuǎn)動換位器的加速度與機器人同等地提高，由此在協(xié)調(diào)動作時也能夠進行不滯后的控制。
另外，大致如圖1的俯視圖所示，雖然在工件100上需要連接負極側(cè)的焊接電纜(地線)L，但在本發(fā)明中，為了將該地線L連接在工件100上，只要將沒有固定第1軸線34及第2軸線38的馬達46及48的一側(cè)的端部做成中空，將地線L穿通在這些端部中即可。
圖2表示工件100的形狀的具體例。一般說來，焊接工件的外周部的情況在汽車用沖壓零件上較多，在圖2所示的例中，被沖壓加工成碗狀的上板102及下板104配置為相互覆蓋，兩者的接合部位被焊接，形成中空的零件。另外，由于每次在焊接作業(yè)結(jié)束時要依次將工件更換成新的工件，所以需要用于將工件固定在第2構(gòu)件42上的規(guī)定的基準位置上的夾具。圖2一并圖示了將工件100固定在第2構(gòu)件42上的工件固定部即焊接夾具44。固定部44具備用于將工件100保持在適當位置的幾個支撐部或夾持部44a～44f。
在此，初期是工件100的厚度方向鉛垂或相對于轉(zhuǎn)動換位器30的設(shè)置面垂直地保持在轉(zhuǎn)動換位器上，但在焊接中，控制轉(zhuǎn)動換位器，使工件100的焊縫106成為最佳姿勢。具體如圖3所示，轉(zhuǎn)動換位器30以焊縫106相對于設(shè)置面具有傾斜角α的狀態(tài)維持工件100的姿勢，以使通過電弧焊在工件100上形成的溶池108易于滯留(不會由于重力而滴下)，進而使工件100沿著焊接方向d略向下傾斜。一般說來，最佳的α是約10°，但也有因工件形狀或焊接條件等而異的情況。
另一方面，如圖1及圖3所示，變更焊炬18的位置及姿勢的電弧焊機器人10能夠通過上述的構(gòu)成使焊炬保持向下，使焊炬18能夠沿著工件100的要焊接的外周部相對于工件100移動。
圖4～圖7是分別表示使用本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)動換位器焊接圖2所示的工件100的焊接部位中的100A、100B、100C及100D時的轉(zhuǎn)動換位器30的動作的圖。另外，以下的說明中的第1及第2軸線34及38的旋轉(zhuǎn)角度分別是將從第1及第2驅(qū)動部46及48一側(cè)看時的順時針方向表示為正。
首先，在焊接工件100的焊接部位100A時，如圖4所示，第2驅(qū)動部48使第2構(gòu)件42及工件100圍繞第2軸線38旋轉(zhuǎn)45°，以使焊接部位100A的焊縫的大致V字的截面的頂點成為設(shè)置面即向下。進而通過第1驅(qū)動部46使第1構(gòu)件36圍繞第1軸線34旋轉(zhuǎn)-10°，使工件100的焊縫沿著焊接方向略向下傾斜。
在焊接工件100的焊接部位100A的相反一側(cè)的焊接部位100B時，是與圖4相反的動作。即如圖5所示，第2驅(qū)動部48使第2構(gòu)件42圍繞第2軸線38旋轉(zhuǎn)-45°，進而第1驅(qū)動部46使第1構(gòu)件36圍繞第1軸線34旋轉(zhuǎn)10°。
接著，在焊接工件100的焊接部位100C時，如圖6所示，第1驅(qū)動部46使第1構(gòu)件36圍繞第1軸線34旋轉(zhuǎn)45°，使焊接部位100C的焊縫的大致V字的截面的頂點成為設(shè)置面即向下。進而第2驅(qū)動部48使第2構(gòu)件42圍繞第2軸線38旋轉(zhuǎn)10°，使工件的焊縫沿著焊接方向略向下傾斜。
在焊接工件100的焊接部位100C的相反一側(cè)的焊接部位100D時，是與圖6相反的動作。即如圖7所示，第1驅(qū)動部46使第1構(gòu)件36圍繞第1軸線34旋轉(zhuǎn)-45°，進而第2驅(qū)動部48使第2構(gòu)件42圍繞第2軸線38旋轉(zhuǎn)-10°。
工件100除了上述的焊接部位100A～100D以外還可包括各種形狀的焊接部位，在所有的部位都能夠通過恰當?shù)乜刂频?及第2軸線的旋轉(zhuǎn)角，以僅圍繞2個軸線的旋轉(zhuǎn)這樣少的動作最恰當?shù)乇ＷC焊縫的姿勢。
圖8是作為可通過轉(zhuǎn)動換位器30實現(xiàn)的更進一步的工件的最佳姿勢變更例，是表示轉(zhuǎn)動換位器30進行了反轉(zhuǎn)時的圖。根據(jù)工件的種類，有時要在圖2所示的上板102及下板104雙方焊接支架等的零件。在這種場合下，對上板102的焊接比較容易，但對下板104的焊接需要使工件100進行反轉(zhuǎn)。在本發(fā)明中，通過適當?shù)剡x定相對于設(shè)置面G的第1構(gòu)件36及第1軸線34的位置，使第1構(gòu)件36能夠隨著第1軸線34進行反轉(zhuǎn)即旋轉(zhuǎn)180°，所以在需要對下板104進行焊接時，能夠以隨著1個軸線的反轉(zhuǎn)這樣單純的動作來應(yīng)對對下板104的焊接。
在要焊接的工件非常大時，有時在機器人10的動作范圍內(nèi)覆蓋工件的焊接部位整體很困難。在這樣的場合下，不是將轉(zhuǎn)動換位器30的支撐構(gòu)件32固定在設(shè)置面G上，而是為了能夠使工件圍繞大致垂直的軸線VL旋轉(zhuǎn)，設(shè)置如圖9所示的可動地支撐支撐構(gòu)件32的轉(zhuǎn)動換位器基座50，這點是有利的。轉(zhuǎn)動換位器基座50具備載放支撐構(gòu)件32的基座板52；支撐基座板52可圍繞旋轉(zhuǎn)軸即鉛垂線VL旋轉(zhuǎn)的減速機54；以及向減速機54進行動力傳遞的驅(qū)動源即旋轉(zhuǎn)軸伺服馬達56。減速機54及伺服馬達56最好是如圖所示通過一對錐齒輪58連接。由此，能夠水平設(shè)置伺服馬達56，避免與轉(zhuǎn)動換位器30之間的干涉，降低轉(zhuǎn)動換位器50整體的高度。但是，在這種場合下，也可以如圖所示，將機器人10載放在高臺60等上，進行機器人10的高度調(diào)整。另外，減速機54最好是具備中空部分，由此，能夠使地線L和伺服馬達的控制纜線等通過該中空部分，避免纜線等放置在機器人或轉(zhuǎn)動換位器的周圍的雜亂狀態(tài)。進而，通過選擇大尺寸的軸作為減速機54的主軸，能夠使轉(zhuǎn)動換位器30不振動地高速旋轉(zhuǎn)。
由于本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)動換位器能夠通過工件圍繞重心旋轉(zhuǎn)使工件的焊縫的姿勢變化，所以能夠以最小限度的工件的動作保證工件為最佳姿勢。另一方面，只要焊接機器人將焊炬固定為向下，沿著工件的外周部變更焊炬的位置即可。在這種場合下，如果使用上述特開2004-223576號記載的6軸關(guān)節(jié)型的電弧焊機器人，則能夠避免焊炬與工件之間的干擾，連續(xù)進行焊接，并能夠構(gòu)造效率非常高的焊接機器人系統(tǒng)。一般說來，在組合有機器人和轉(zhuǎn)動換位器的系統(tǒng)中，由于其自由度大，所以能夠進行各種姿勢下的焊接，但反之示教作業(yè)變和繁雜的情況也較多。通過使用本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)動換位器，轉(zhuǎn)動換位器及機器人的動作分配明確，示教作業(yè)容易進行。
根據(jù)本發(fā)明涉及的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器，能夠以使2個構(gòu)件分別圍繞相互垂直的2個軸線旋轉(zhuǎn)這樣的簡單的動作實現(xiàn)與焊接部位相應(yīng)的工件的最佳姿勢變更。另一方面，只要焊接機器人將焊炬固定為向下，沿著工件的外周部變更焊炬的位置即可。一般說來，在組合有機器人和轉(zhuǎn)動換位器的系統(tǒng)中，由于其自由度大，所以能夠進行各種姿勢下的焊接，但反之示教作業(yè)變得繁雜的情況也不少。通過使用本發(fā)明涉及的電弧焊機器人系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動換位器及機器人的動作分配明確，示教作業(yè)容易進行。
參照為了說明而選定的特定的實施方式說明了本發(fā)明，本行業(yè)技術(shù)人員可不脫離本發(fā)明的基本概念及范圍地進行多種變更，這是很明確的。
權(quán)利要求
1.一種電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器(30)，用于變更要焊接的工件(100)的姿勢，其特征在于，具備一對支撐構(gòu)件(32)；兩端支撐在上述支撐構(gòu)件(32)上且可圍繞與上述轉(zhuǎn)動換位器(30)的設(shè)置面(G)平行的第1軸線(34)旋轉(zhuǎn)地構(gòu)成的第1構(gòu)件(36)；兩端支撐在設(shè)于上述第1構(gòu)件(36)上的一對支撐部(40)上且可圍繞與上述第1軸線(34)垂直的第2軸線(38)旋轉(zhuǎn)地構(gòu)成的第2構(gòu)件(42)；用于將上述工件(100)固定在上述第2構(gòu)件(42)上的工件固定部(44)；使上述第1構(gòu)件(36)圍繞上述第1軸線(34)旋轉(zhuǎn)的第1驅(qū)動部(46)；使上述第2構(gòu)件(42)圍繞上述第2軸線(38)旋轉(zhuǎn)的第2驅(qū)動部(48)；以及控制上述第1驅(qū)動部(46)及上述第2驅(qū)動部(48)的控制部(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器，其特征在于，上述一對支撐構(gòu)件(32)立設(shè)于上述轉(zhuǎn)動換位器的設(shè)置面(G)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器，其特征在于，還具備轉(zhuǎn)動換位器基座(50)，其設(shè)于上述轉(zhuǎn)動換位器的設(shè)置面(G)上，同時具有可圍繞與上述設(shè)置面(G)大致垂直的軸線(VL)旋轉(zhuǎn)地構(gòu)成的基座板(52)，上述一對支撐構(gòu)件(32)立設(shè)于上述基座板(52)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器，其特征在于，上述第1軸線(34)及上述第2軸線(38)相互正交，上述工件(100)固定在上述第2構(gòu)件(42)上，使得該工件(100)的重心與上述第1軸線(34)及上述第2軸線(38)的交點大致一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器，其特征在于，上述第1構(gòu)件(36)具有其重心相對于上述第1軸線(34)偏置了的形狀，使得上述第2構(gòu)件(42)能夠收容在該第1構(gòu)件(36)內(nèi)。
6.一種電弧焊機器人系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1～5中的任一項所述的電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器(30)；以及對固定在該轉(zhuǎn)動換位器(30)上的工件(100)進行焊接的電弧焊機器人(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧焊機器人系統(tǒng)，其特征在于，上述電弧焊機器人(10)具備前臂(12)；可圍繞在該前臂(12)的長度方向延伸的第3軸線(A)旋轉(zhuǎn)地設(shè)于上述前臂(12)的前端上的第1手腕單元(14)；可圍繞與上述第3軸線(A)大致垂直的第4軸線(B)旋轉(zhuǎn)地設(shè)于上述第1手腕單元(14)上的第2手腕單元(16)；以及可圍繞與上述第4軸線(B)大致垂直且與上述第3軸線(A)離開規(guī)定距離的第5軸線(C)旋轉(zhuǎn)地設(shè)于上述第2手腕單元(16)上的焊炬(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電弧焊機器人系統(tǒng)，其特征在于，上述控制部是控制上述電弧焊機器人(10)的機器人控制裝置(22)的一部分，將上述第1驅(qū)動部(46)及上述第2驅(qū)動部(48)作為上述電弧焊機器人(10)的附加軸進行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器及包括該轉(zhuǎn)動換位器和電弧焊機器人的電弧焊機器人系統(tǒng)，該電弧焊用轉(zhuǎn)動換位器能夠通過可動構(gòu)件少的更簡單的構(gòu)成及其最小限度的動作，根據(jù)焊接部位將工件的姿勢進行最佳變更。轉(zhuǎn)動換位器具備一對支撐構(gòu)件；第1構(gòu)件，其兩端支撐在支撐構(gòu)件上，可圍繞與設(shè)置面平行的第1軸線旋轉(zhuǎn)；第2構(gòu)件，其兩端支撐在第1構(gòu)件的一對支撐部上，可圍繞與第1軸線垂直的第2軸線旋轉(zhuǎn)；以及用于將工件固定在第2構(gòu)件上的工件固定部。
文檔編號B25J11/00GK1876304SQ20061008792
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者井上俊彥, 中山一隆, 巖山貴敏 申請人:發(fā)那科株式會社