ロンジ突合継手自動溶接ロボット
【課題】小型、軽量で工具なしで組立と分解が容易に行え、ロンジへの取付けの段取作業、溶接作業、片付け作業までを１人で可能とすること。
【解決手段】ボトムロンジフェース１０４間に着脱自在な走行レール２１と、走行レール上を自走する走行駆動体２２とからなる走行ユニット２と、走行駆動体に着脱可能に立設され昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体に設けられた昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とからなる昇降ユニット３と、昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプ２６により取付られたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体に取付られた前後軸部２８と、前後軸部に前後方向に移動するよう取付られ、旋回、回転、捻りの回転３軸を有するマニプレータ２９とからなるマニプレータユニット４と、マニプレータに着脱自在に取付られたトーチホルダ５に保持され溶接トーチ６とを備えている。
【解決手段】ボトムロンジフェース１０４間に着脱自在な走行レール２１と、走行レール上を自走する走行駆動体２２とからなる走行ユニット２と、走行駆動体に着脱可能に立設され昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体に設けられた昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とからなる昇降ユニット３と、昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプ２６により取付られたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体に取付られた前後軸部２８と、前後軸部に前後方向に移動するよう取付られ、旋回、回転、捻りの回転３軸を有するマニプレータ２９とからなるマニプレータユニット４と、マニプレータに着脱自在に取付られたトーチホルダ５に保持され溶接トーチ６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロンジ突合継手自動溶接ロボット、更に詳しくは橋梁、船舶ブロック等の鋼構造物のロンジ材及びロンジ材が取り付けられている主溝の突合継手を自動溶接するロンジ突合継手自動溶接ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動溶接システムは、開口部を介して入出可能な閉空間内において溶接作業が必要な溶接対象箇所に自動溶接を施す自動溶接システムであって、該開口部を通じて該閉空間内に元困れ、該閉空間内で該溶接対象箇所に対応するように配置され着脱自在に取り付けられた走行レールと、該開口部を通じて該閉空間内に持ち込まれ、該走行レールを走行するように装備された移動台車及び該移動台車に取り付けられた溶接ロボットとを備え、該移動台車の該走行レールに沿った走行と該溶接ロボットの溶接アームの移動動作とを行いながら、該溶接対象箇所を自動溶接するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３３５９２号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自動溶接システムにおいては、溶接ロボットが取り付けられた移動台車が走行する走行レールの溶接対象箇所への取り付けに複数の支持棒を用いており、その支持棒は走行レールの支持部材に蝶ネジ等により固定され、走行レールの上下方向に突設されており、上下の各支持棒の先端がそれぞれ上部ロンジの下縁、下部ロンジの上縁に圧着して、突っ張り状態で走行レールを固定するようになっており、複数の支持棒を必要とする分だけコストがかかると共に走行レールの溶接対象箇所への取り付けに手間と時間がかり、しかも走行レールに固定された支持棒のロンジへ固定は圧着であるために充分な強度を有しているとはいえないという問題があった。
また、走行レールを走行する移動台車に取り付けられた汎用の溶接ロボットは７軸で、移動台車の走行軸も含めると全体として８軸ということになり、溶接ロボットが不必要な軸を含んでいるため大型化し、重量も重く冗長なシステムとなっており、煩雑、高コストなものであるという問題もあった。
【０００４】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、小型、軽量で工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で可能とするロンジ突合継手自動溶接ロボットを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットは、突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチとを備えて構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットにおいては、突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチとを備えて構成されているので、走行ユニットの走行軸、昇降ユニットの昇降軸及びマニプレータユニットの前後軸部の前後軸の直動３軸とマニプレータの回転３軸からなる６自由度で小型、軽量な構造であり、しかも走行ユニット、昇降ユニット及びマニプレータユニットは着脱自在に組み立てられるため、工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットのシステム全体を示す構成図、図２は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位を示す構成図、図３は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位のロンジ突合継手を示す斜視図、図４は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す正面図、図５は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す側面図、図６は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの組立と分解の状態を示す構成図、図７は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す正面図、図８は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す底面図、図９は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レール同士の連結と分離の状態を示す構成図、図１０は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す正面図、図１１は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す平面図、図１２は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す側面断面図、図１３は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す構成図、図１４は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す側面図、図１５は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す平面図、図１６は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示す側面図、図１７は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部の内部を示す構成図、図１８は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示断面図、図１９は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットのマニプレータとトーチホルダの装着と分離の状態を示す構成図、図２０は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの直動３軸と回転３軸の動作方向を示す説明図である。
【０００８】
図１において、船底ダブルハル１０１のボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボット１が装着されている。
その突合継手自動溶接ロボット１は、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に着脱自在に取り付けられた走行ユニット２と、走行ユニット１に着脱可能に立設された昇降ユニット３と、昇降ユニット３に昇降可能に取り付けられたマニプレータユニット４と、マニプレータユニット４に着脱自在に取り付けられたトーチホルダー５に保持された溶接トーチ６とを備えて大略構成されている。
なお、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１は図２に示すインナボトムロンジ１０２Ｂや船側ダブルハル１０１のロンジにも装着することができる。
上記のボトムロンジ１０２Ａ及びインナボトムロンジ１０２Ｂはいずれも船の前後方向に配置された部材、即ち縦通骨材を指し、ボトムロンジ１０２Ａは船底縦通骨材と称され、インナボトムロンジ１０２Ｂは二重底縦通骨材と称されるるが、以下ボトムロンジ１０２Ａ、インナボトムロンジ１０２Ｂの名称を用いて説明する。
【０００９】
突合継手自動溶接ロボット１にはロボット動力ケーブル７及びロボット信号ケーブル８を介して制御盤９が接続されている。また、その制御盤９には運転の操作やデータの操作等を行う操作ボックス１０がボックス信号線１１を介して接続されており、操作ボックス１０の操作によって走行ユニット２、昇降ユニット３、マニプレータユニット４の各駆動部分を駆動させて溶接トーチ６を移動させることによって溶接が行われる。
その溶接トーチ６には、別のフェース１０４に装着されたワイヤ送給装置１２から繰り出されたトーチケーブル１３が送給されるよう構成されている。そのワイヤ送給装置１２には１次側電源ケーブル１５ａに接続の溶接電源１４の２次側電源ケーブル１５ｂが接続されていると共にＣＯ２ガスホース１６が接続されている。
【００１０】
次に、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１の詳細な構成を図４〜図６に基づいて説明する。
ロンジ突合継手自動溶接ロボット１の走行ユニット２は、フェース１０４に着脱自在な走行レール２１と、その走行レール２１上を自走する走行駆動体２２とから構成されている。
また、突合継手自動溶接ロボット１の昇降ユニット３は、 走行駆動体２２に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸２４を支持アーム２３ｂで支持する昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体２３に上下方向に案内され、昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とから構成されている。
昇降軸支持体２３はアルミニウムで構成された矩形断面形状で軽量化のために中空部を有しており、その内部に強度確保のためのリブが形成されている。
さらに、突合継手自動溶接ロボット１のマニプレータユニット４は、昇降駆動体２５に設けられたマニプレータ部固定クランプ２６により取り付けられたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体２７に取り付けられた前後軸部２８と、前後軸部２８に取り付けられ、前後方向に移動するマニプレータ２９とから構成されている。
【００１１】
次に、走行ユニット２の走行レール２１の構成を図７〜図９に基づいて説明する。
走行レール２１は、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に橋渡しするように配置される長方形状で所定長さのレール本体３１と、レール本体３１の表面一側部に取り付けられたＶ溝付きラック３２と、レール本体３１の一側部一端に取り付けられたスナップ錠の一方として構成された操作レバー３４を有する係止部３３と、レール本体３１の一側部他端に取り付けられたスナップ錠の他方として構成された被係止部３５と、レール本体３１の裏面両端にそれぞれ設けられたトグル機構のフェース固定クランプ３６と、レール本体３１の一端部端面に設けられた上下方向（レール本体３１の厚さ方向）の目違い合わせを行う位置決めピン３７及び前後方向（レール本体３１の幅方向）の目違い合わせを行う位置決めキー３８と、レール本体３１の他端部端面に設けられた位置決めピン受穴３９及び位置決めキー受け部４０とから構成されている。
レール本体３１はアルミニウムで構成された矩形断面形状で軽量化のために中空部を有しており、その内部に強度確保のためのリブが形成されている。
【００１２】
次に、走行ユニット２の走行駆動体２２の構成を図１０〜図１２に基づいて説明する。
走行駆動体は２２は、長方形の走行台４１と、走行台４１の表面に取り付けられた一対の支持体固定クリップ４２と、走行台４１の表面に取り付けられた駆動モータ４３と、走行台４１の裏面に設けられ、駆動モータ４３によって回転駆動され、Ｖ溝付きラック３２と歯合する駆動ピニオン４４と、走行台４１の裏面に設けられ、レール本体３１の表面を走行する走行ローラ４５と、走行台４１の裏面に設けられ、Ｖ溝付きラック３２を倣うガイドローラ４６と、走行台４１の裏面に設けられ、レール本体３１の側面を倣う側面ローラ４７とから構成されている。
そして、図１２に示すように、ガイドローラ４６がＶ溝付きラック３２の外側を倣うため、走行レール３に対して走行駆動体２２の幅方向のモーメント力を支えることができる。このとき、走行ローラ４５も走行レール３の表面に当接して全体の荷重を支えている。また、Ｖ溝付きラック３２の外側を倣うガイドローラ４６と走行レール３の側面を倣う側面ローラ４７とにより、走行駆動体２２の直進性を確保している。
【００１３】
更に、昇降ユニット３の昇降軸支持体２３に組み付けられる昇降駆動体２５の構成を図１３〜図１５に基づいて説明する。
昇降駆動体２５は、昇降駆動箱５１と、昇降駆動箱５１の側面に取り付けられ、駆動軸支持体２３の昇降軸ガイドレール２３ａと嵌合される昇降軸ガイドブロック５２と、昇降駆動箱５１内に配置された昇降軸モータ５３と、昇降駆動箱５１内に配置され、昇降用ネジ軸２４に螺合された昇降駆動ナット５４、昇降軸モータ５３の回転を昇降駆動ナット５４に伝達する駆動ベルト５５とで構成され、ナット駆動方式を採用している。
昇降駆動体２５がナット駆動方式を採用した理由は、ロボットによる施工で生産性を確保するには、自動運転の高速化が必要とされることに鑑み、ボールネジ直動機構ではストロークが長くなった場合、ボールネジ駆動だと負荷イナーシャの増大やネジの振動などでナット駆動に比べて高速化に対して不利になる。そこで、ストロークが長くなっても負荷イナーシャや振動について問題のないナット駆動としている。
【００１４】
次に、昇降ユニット３の昇降駆動体２５に取り付けられたマニプレータユニット４の構成を図１６〜図１８に基づいて説明する。
マニプレータユニット４のマニプレータ支持体２７は昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により取り付け固定されている。そのマニプレータ支持体２７の下部に前後軸部２８が固定されている。
その前後軸部２８は、前後軸箱６１と、前後軸箱６１の下面に取り付けられ、マニプレータ２９の上面のマニプレータガイドブロック７１と嵌合される前後軸ガイドレール６２と、前後軸箱６１内に配置された前後軸駆動モータ６３と、前後軸箱６１内に回転自在に設けられた前後軸駆動ボールネジ６４と、前後軸６４の一端に取り付けられた回転プーリ６５と、前後軸モータ６３の回転を回転プーリ６５に伝達する駆動ベルト６６と、前後軸駆動ボールネジ６４に螺合し、下部でマニプレータ２９と一体に連結されている前後軸駆動ナット６７とで構成され、ボールネジ駆動方式を採用している。
前後軸部２８がボールネジ駆動方式を採用した理由は、前後軸軸部２８はストロークが短いため、構造がボールネジ駆動方式に比べ複雑となるナット駆動方式を避け、一般的に良く用いられているボールネジ駆動としている。
【００１５】
前後軸部２８の下部に前後方向に移動するマニプレータ２９は、マニプレータベース７０と、マニプレータベース７０の上面に取り付けられたマニプレータガイドブロック７１と、マニプレータベース７０の下部に水平に旋回可能に取り付けられた旋回軸部７２と、旋回軸部７２に対して垂直に回転可能に取り付けられた回転軸部７３と、回転軸部７３に対して水平に回転可能に取り付けられた捻り軸部７４とで構成されている。
マニプレータベース７０内には旋回軸駆動モータ７５が設けられ、旋回軸部７２内には旋回軸減速機７６が設けられ、回転軸部７３内には回転軸駆動モータ７７と回転軸減速機７８と捻り軸駆動モータ７９が設けられ、捻り軸部７４内には捻り軸減速機８０が設けられている。
【００１６】
マニプレータ２９の先端である捻り軸部７４の先端フランジ９０の外周には図１９に示すようにタップ加工によりネジ溝９１が刻設されており、先端フランジ９０の端面には位置決めピン９２が突設されている。
また、トーチホルダ５は棒状のトーチ本体５ａと、トーチ本体５ａの先端に設けられ、先端フランジ９０の端面と当接するリング状のトーチブラケット５ｂと、トーチブラケット５ｂに設けられたピン穴５ｃと、トーチ本体５ａに嵌め付けられ、先端フランジ９０のネジ溝９１と螺合する袋ナット５ｄと、トーチ本体５ａの基端に設けられ、溶接トーチ６を保持する保持具５ｅとから構成されている。
【００１７】
マニプレータ２９の先端フランジ９０へのトーチホルダ５の取り付けは、まず先端フランジ９０の端面にトーチホルダ５のトーチブラケット５ｂを当接する。このとき、先端フランジ９０の端面の位置決めピン９２がトーチブラケット５ｂのピン穴５ｃに挿入されて位置決めされる。
従って、マニプレータ２９の先端フランジ９０にトーチホルダ５のトーチ本体５ａが位置決めピン９２とピン穴５ｃによって精度良く位置決めされることとなる。
次に、トーチ本体５ａに嵌め付けられた袋ナット５ｄを先端フランジ９０の外周のネジ溝９１に螺合させることにより、トーチホルダ５が先端フランジ９０に精度良く位置決めされた状態で螺着される。
そのトーチホルダ５のトーチ本体５ａの基端に設けられた保持具５ｅにより溶接トーチ６が保持されている。
【００１８】
最後に、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１の各駆動軸の動作方向を図２０に示す。
マニプレータ２９は、図２０に示すように旋回軸部７２の旋回、回転軸部７３の回転、捻り軸部７４の回転３軸を有し、ロボット全体として走行ユニット２の走行軸、昇降ユニット３の昇降軸、前後軸部２８の前後軸の直動３軸を有している。
従って、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１は回転３軸と直動３軸の合計６軸の溶接ロボットとして構成されている。
【００１９】
このようにロンジ突合継手自動溶接ロボット１は、矩形状のロンジスペースの突合継手に沿った動作に適した直交３自由度と、自在なトーチ姿勢を実現するのに必要な回転３自由度を組み合わせた６自由度ロボットで小型、軽量な構造であり、段取り作業が１人で可能なように、走行ユニット２、昇降ユニット３及びマニプレータユニット４の３つのユニットで構成されており、各ユニットがそれぞれ１３Ｋｇ以下の重量となるように構成され、ロンジ突合継手と船底外板突合継手に最適な機構となっているている。
また、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１の各駆動軸を駆動する駆動モータはいずれもオペレータが近傍で作業できるよう安全規則（８０Ｗ規則）に抵触しない５０Ｗ以下の駆動モータを採用している。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボット１をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に設置し、突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手に溶接を行うまでの過程を説明する。
（１）まず、走行ユニット２をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に装着する。
（２）次に、フェース１０４に装着した走行ユニット２に昇降ユニット３を立設状態に組み付ける。
（３）最後に、その昇降ユニット３にマニプレータユニット４を支持させることにより、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４にロンジ突合継手自動溶接ロボット１の組立が完成する。
（４）そのロンジ突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手を溶接する。
（５）１つのロンジについて突合継手の溶接が完了したら、次のロンジである隣のロンジに溶接を行うために走行ユニット２の走行レール２１をつなぐ。
（６）つないだ走行レール２１上へ走行駆動体２２を駆動してロンジ突合継手自動溶接ロボット１を移動させ、隣のロンジについて突合継手の溶接を行う。
（７）こうして前記（５）〜（６）の動作を繰り返して次々と隣り合うロンジについてロンジ突合継手を溶接していく。
【００２１】
（１）走行ユニット２をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に装着する場合について説明する。
走行レール２１には走行駆動体２２が組み付けられて走行ユニット２が構成されているので、走行駆動体２２と一体の走行レール２１をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に一体的に組み付ける。
まず、走行レール２１の両端を隣り合う２つのフェース１０４間に載置する。
次に、走行レール２１の裏面の両端にそれぞれ取り付けられているトグル機構のフェース固定クランプ３６の操作レバーを回動操作してクランプ部材をロンジフェース１０４の裏面に押圧させ、フェース固定クランプ３６によりフェース１０４を挟み込むようにして走行レール２１をフェース１０４に一体的に組み付ける。
この場合、トグル機構のフェース固定クランプ３６を使用しているので、フェース１０４の走行レール２１の取り付、取り外しは工具を用いずに行うことができる。
【００２２】
（２）フェース１０４に装着した走行ユニット２に昇降ユニット３を立設状態に組み付ける場合について説明する。
まず、走行ユニット２の走行駆動体２２の走行台４１に昇降ユニット３の昇降軸支持体２３を立設する。
次に、昇降軸支持体２３の下部両端と一側にそれぞれ設けられている３つのＬ字状の固定アングル２３ｃを走行台４１に設けられている３つの支持体固定クランプ４２でクランプすることにより、走行台４１に昇降軸支持体２３が固定状態に立設される。
なお、昇降支持体２３には昇降駆動体２５が組み付けられている。
【００２３】
（３）昇降ユニット３にマニプレータユニット４を支持させる場合について説明する。
マニプレータ支持体２７と前後軸部２８とマニプレータ２９とが組み付けられてマニプレータユニット４が構成されている。
そのマニプレータユニット４のマニプレータ支持体２７を昇降ユニット３の昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により固定することにより、昇降ユニット３にマニプレータユニット４が支持され、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４にロンジ突合継手自動溶接ロボット１の組立が完成する。
この場合、マニプレータ部固定クランプ２６を使用しているので、昇降駆動体２５へのマニプレータ支持体２７の取り付け、取り外しは工具を用いずに行うことができる。
【００２４】
（４）そのロンジ突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手を溶接する。
ロンジ突合継手自動溶接ロボット１は回転３軸と直動３軸の合計６軸の溶接ロボットであり、操作ボックス１０を操作して制御盤９からの駆動信号によぅてこれらの軸を共働するよう動作制御することにより、図３に示すボトムロンジ１０２Ａにおけるウエブ継手１０５、フェース継手１０６及び外板継手１０８のそれぞれについて溶接トーチ６により突合継手溶接を行う。
【００２５】
（５）隣のロンジに溶接を行うために走行ユニット２の走行レール２１の接続について説明する。
走行レール２１同士の連結は、一方のレール本体３１の一端の端面に取り付けられている位置決めピン３７を他方のレール本体３１の他端の端面に取り付けられている位置決めピン受け穴３９に挿入させると共に、一方のレール本体３１の一端の端面に取り付けられている位置決めキー３８を他方のレール本体３１の他端の端面に取り付けられている位置決めキー受部４０に係合させると、一方のレール本体３１の一端に他方のレール本体３１の他端が連結される。
【００２６】
こうして連結された一方のレール本体３１の一端の側面に取り付けられているスナップ錠の一方の係止部３３を操作レバー３４を操作して他方のレール本体３１の他端の側面に取り付けられているスナップ錠の他方の被係止部３５に係止させることにより、連結された２つのレール本体３１、即ち走行レール２１は一体になる。
このとき、一方の走行レール２１の位置決めピン３７が他方の走行レール２１の位置決めピン受け穴３９に挿入されることによって上下方向（レール本体３１の厚さ方向）の目違い合わせが行われ、一方の走行レール２１の位置決めキー３８が他方の走行レール２１の位置決めキー受部４０に係合されることによって前後方向（レール本体３１の幅方向）の目違い合わせが行われて走行レール２１同士が精度良く連結される。
この走行レール２１同士の連結もスナップ錠を用いることによって確実に連結され、走行レール２１同士の連結や連結の解除も工具を用いずに行うことができる。
（６）つないだ走行レール２１上へ走行駆動体２２を駆動してロンジ突合継手自動溶接ロボット１を移動させ、隣のロンジについて前記（４）で説明したのと同様にロンジ突合継手の溶接を行う。
【００２７】
このように、本発明の実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１によれば、突合継手部分を有するボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に着脱自在な走行レール２１と、該走行レール２１上を自走する走行駆動体２２とから構成された走行ユニット２と、走行ユニット２の走行駆動体２２に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸２４を垂直に支持する昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体２３に上下方向に案内され、昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とから構成された昇降ユニット３と、昇降ユニット３の昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により取り付けられたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体２７に取り付けられた前後軸部２８と、前後軸部２８に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータ２９とから構成されたマニプレータユニット４と、マニプレータユニット４のマニプレータ２９に着脱自在に取り付けられたトーチホルダ５に保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチ６とを備えて構成されているので、走行ユニット２の走行軸、昇降ユニット３の昇降軸及びマニプレータユニット４の前後軸部２８の前後軸の直動３軸とマニプレータ２９の回転３軸からなる６自由度で小型、軽量な構造であり、しかも走行ユニット２、昇降ユニット３及びマニプレータユニット４は着脱自在に組み立てられるため、工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で行うことができる。
【００２８】
上記実施の形態１では、走行レール２１の長さはボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に載置される長さになっているが、走行レール２１の長さをそれ以上としてもよいことはいうまでもない。
また、上記実施の形態１では、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１を船底ダブルハル１００のボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に設置し、その溶接トーチ６が下向きになっているが、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１をインナボトムロンジ１０２Ｂや、船側ダブルハル１０１のロンジにのフェースに設置し、ロンジ突合継手の自動溶接を施工することもできる。
さらに、上記実施の形態１では、走行レール２１のレール本体３１同士の接続のための位置決めとして位置決めピン３７と位置決めピン受穴３９や位置決めキー３８と位置決めキー受部４０を用いているが、これらと同様の位置決め機能を果たすことができるものであれば、異なる形状、配置、個数であってもよいことは勿論である。
更にまた、走行駆動体２２の走行ローラ４５、ガイドローラ４６及び側面ローラ４７の配置はこれらローラがそれぞれの機能を果たせば、自在にレイアウト可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットのシステム全体を示す構成図。
【図２】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位を示す構成図。
【図３】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位のロンジ突合継手を示す斜視図。
【図４】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す正面図。
【図５】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す側面図。
【図６】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの組立と分解の状態を示す構成図。
【図７】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す正面図。
【図８】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す底面図。
【図９】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レール同士の連結と分離の状態を示す構成図。
【図１０】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す正面図。
【図１１】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す平面図。
【図１２】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す側面断面図。
【図１３】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す構成図。
【図１４】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す側面図。
【図１５】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す平面図。
【図１６】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示す側面図。
【図１７】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部の内部を示す構成図。
【図１８】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示断面図。
【図１９】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットのマニプレータとトーチホルダの装着と分離の状態を示す構成図。
【図２０】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの直動３軸と回転３軸の動作方向を示す説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１ ロンジ突合継手自動溶接ロボット、２ 走行ユニット、３ 昇降ユニット、４マニプレータユニット、５ トーチホルダ、６ 溶接トーチ、２１ 走行レール、２２ 走行駆動体、２３ 昇降軸支持体、２４ 昇降用ネジ軸、２５ 昇降駆動体、２７ マニプレータ支持体、２８ 前後軸部、２９ マニプレータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明はロンジ突合継手自動溶接ロボット、更に詳しくは橋梁、船舶ブロック等の鋼構造物のロンジ材及びロンジ材が取り付けられている主溝の突合継手を自動溶接するロンジ突合継手自動溶接ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動溶接システムは、開口部を介して入出可能な閉空間内において溶接作業が必要な溶接対象箇所に自動溶接を施す自動溶接システムであって、該開口部を通じて該閉空間内に元困れ、該閉空間内で該溶接対象箇所に対応するように配置され着脱自在に取り付けられた走行レールと、該開口部を通じて該閉空間内に持ち込まれ、該走行レールを走行するように装備された移動台車及び該移動台車に取り付けられた溶接ロボットとを備え、該移動台車の該走行レールに沿った走行と該溶接ロボットの溶接アームの移動動作とを行いながら、該溶接対象箇所を自動溶接するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３３５９２号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自動溶接システムにおいては、溶接ロボットが取り付けられた移動台車が走行する走行レールの溶接対象箇所への取り付けに複数の支持棒を用いており、その支持棒は走行レールの支持部材に蝶ネジ等により固定され、走行レールの上下方向に突設されており、上下の各支持棒の先端がそれぞれ上部ロンジの下縁、下部ロンジの上縁に圧着して、突っ張り状態で走行レールを固定するようになっており、複数の支持棒を必要とする分だけコストがかかると共に走行レールの溶接対象箇所への取り付けに手間と時間がかり、しかも走行レールに固定された支持棒のロンジへ固定は圧着であるために充分な強度を有しているとはいえないという問題があった。
また、走行レールを走行する移動台車に取り付けられた汎用の溶接ロボットは７軸で、移動台車の走行軸も含めると全体として８軸ということになり、溶接ロボットが不必要な軸を含んでいるため大型化し、重量も重く冗長なシステムとなっており、煩雑、高コストなものであるという問題もあった。
【０００４】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、小型、軽量で工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で可能とするロンジ突合継手自動溶接ロボットを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットは、突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチとを備えて構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットにおいては、突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチとを備えて構成されているので、走行ユニットの走行軸、昇降ユニットの昇降軸及びマニプレータユニットの前後軸部の前後軸の直動３軸とマニプレータの回転３軸からなる６自由度で小型、軽量な構造であり、しかも走行ユニット、昇降ユニット及びマニプレータユニットは着脱自在に組み立てられるため、工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットのシステム全体を示す構成図、図２は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位を示す構成図、図３は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位のロンジ突合継手を示す斜視図、図４は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す正面図、図５は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す側面図、図６は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの組立と分解の状態を示す構成図、図７は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す正面図、図８は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す底面図、図９は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レール同士の連結と分離の状態を示す構成図、図１０は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す正面図、図１１は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す平面図、図１２は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す側面断面図、図１３は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す構成図、図１４は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す側面図、図１５は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す平面図、図１６は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示す側面図、図１７は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部の内部を示す構成図、図１８は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示断面図、図１９は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットのマニプレータとトーチホルダの装着と分離の状態を示す構成図、図２０は同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの直動３軸と回転３軸の動作方向を示す説明図である。
【０００８】
図１において、船底ダブルハル１０１のボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボット１が装着されている。
その突合継手自動溶接ロボット１は、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に着脱自在に取り付けられた走行ユニット２と、走行ユニット１に着脱可能に立設された昇降ユニット３と、昇降ユニット３に昇降可能に取り付けられたマニプレータユニット４と、マニプレータユニット４に着脱自在に取り付けられたトーチホルダー５に保持された溶接トーチ６とを備えて大略構成されている。
なお、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１は図２に示すインナボトムロンジ１０２Ｂや船側ダブルハル１０１のロンジにも装着することができる。
上記のボトムロンジ１０２Ａ及びインナボトムロンジ１０２Ｂはいずれも船の前後方向に配置された部材、即ち縦通骨材を指し、ボトムロンジ１０２Ａは船底縦通骨材と称され、インナボトムロンジ１０２Ｂは二重底縦通骨材と称されるるが、以下ボトムロンジ１０２Ａ、インナボトムロンジ１０２Ｂの名称を用いて説明する。
【０００９】
突合継手自動溶接ロボット１にはロボット動力ケーブル７及びロボット信号ケーブル８を介して制御盤９が接続されている。また、その制御盤９には運転の操作やデータの操作等を行う操作ボックス１０がボックス信号線１１を介して接続されており、操作ボックス１０の操作によって走行ユニット２、昇降ユニット３、マニプレータユニット４の各駆動部分を駆動させて溶接トーチ６を移動させることによって溶接が行われる。
その溶接トーチ６には、別のフェース１０４に装着されたワイヤ送給装置１２から繰り出されたトーチケーブル１３が送給されるよう構成されている。そのワイヤ送給装置１２には１次側電源ケーブル１５ａに接続の溶接電源１４の２次側電源ケーブル１５ｂが接続されていると共にＣＯ２ガスホース１６が接続されている。
【００１０】
次に、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１の詳細な構成を図４〜図６に基づいて説明する。
ロンジ突合継手自動溶接ロボット１の走行ユニット２は、フェース１０４に着脱自在な走行レール２１と、その走行レール２１上を自走する走行駆動体２２とから構成されている。
また、突合継手自動溶接ロボット１の昇降ユニット３は、 走行駆動体２２に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸２４を支持アーム２３ｂで支持する昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体２３に上下方向に案内され、昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とから構成されている。
昇降軸支持体２３はアルミニウムで構成された矩形断面形状で軽量化のために中空部を有しており、その内部に強度確保のためのリブが形成されている。
さらに、突合継手自動溶接ロボット１のマニプレータユニット４は、昇降駆動体２５に設けられたマニプレータ部固定クランプ２６により取り付けられたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体２７に取り付けられた前後軸部２８と、前後軸部２８に取り付けられ、前後方向に移動するマニプレータ２９とから構成されている。
【００１１】
次に、走行ユニット２の走行レール２１の構成を図７〜図９に基づいて説明する。
走行レール２１は、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に橋渡しするように配置される長方形状で所定長さのレール本体３１と、レール本体３１の表面一側部に取り付けられたＶ溝付きラック３２と、レール本体３１の一側部一端に取り付けられたスナップ錠の一方として構成された操作レバー３４を有する係止部３３と、レール本体３１の一側部他端に取り付けられたスナップ錠の他方として構成された被係止部３５と、レール本体３１の裏面両端にそれぞれ設けられたトグル機構のフェース固定クランプ３６と、レール本体３１の一端部端面に設けられた上下方向（レール本体３１の厚さ方向）の目違い合わせを行う位置決めピン３７及び前後方向（レール本体３１の幅方向）の目違い合わせを行う位置決めキー３８と、レール本体３１の他端部端面に設けられた位置決めピン受穴３９及び位置決めキー受け部４０とから構成されている。
レール本体３１はアルミニウムで構成された矩形断面形状で軽量化のために中空部を有しており、その内部に強度確保のためのリブが形成されている。
【００１２】
次に、走行ユニット２の走行駆動体２２の構成を図１０〜図１２に基づいて説明する。
走行駆動体は２２は、長方形の走行台４１と、走行台４１の表面に取り付けられた一対の支持体固定クリップ４２と、走行台４１の表面に取り付けられた駆動モータ４３と、走行台４１の裏面に設けられ、駆動モータ４３によって回転駆動され、Ｖ溝付きラック３２と歯合する駆動ピニオン４４と、走行台４１の裏面に設けられ、レール本体３１の表面を走行する走行ローラ４５と、走行台４１の裏面に設けられ、Ｖ溝付きラック３２を倣うガイドローラ４６と、走行台４１の裏面に設けられ、レール本体３１の側面を倣う側面ローラ４７とから構成されている。
そして、図１２に示すように、ガイドローラ４６がＶ溝付きラック３２の外側を倣うため、走行レール３に対して走行駆動体２２の幅方向のモーメント力を支えることができる。このとき、走行ローラ４５も走行レール３の表面に当接して全体の荷重を支えている。また、Ｖ溝付きラック３２の外側を倣うガイドローラ４６と走行レール３の側面を倣う側面ローラ４７とにより、走行駆動体２２の直進性を確保している。
【００１３】
更に、昇降ユニット３の昇降軸支持体２３に組み付けられる昇降駆動体２５の構成を図１３〜図１５に基づいて説明する。
昇降駆動体２５は、昇降駆動箱５１と、昇降駆動箱５１の側面に取り付けられ、駆動軸支持体２３の昇降軸ガイドレール２３ａと嵌合される昇降軸ガイドブロック５２と、昇降駆動箱５１内に配置された昇降軸モータ５３と、昇降駆動箱５１内に配置され、昇降用ネジ軸２４に螺合された昇降駆動ナット５４、昇降軸モータ５３の回転を昇降駆動ナット５４に伝達する駆動ベルト５５とで構成され、ナット駆動方式を採用している。
昇降駆動体２５がナット駆動方式を採用した理由は、ロボットによる施工で生産性を確保するには、自動運転の高速化が必要とされることに鑑み、ボールネジ直動機構ではストロークが長くなった場合、ボールネジ駆動だと負荷イナーシャの増大やネジの振動などでナット駆動に比べて高速化に対して不利になる。そこで、ストロークが長くなっても負荷イナーシャや振動について問題のないナット駆動としている。
【００１４】
次に、昇降ユニット３の昇降駆動体２５に取り付けられたマニプレータユニット４の構成を図１６〜図１８に基づいて説明する。
マニプレータユニット４のマニプレータ支持体２７は昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により取り付け固定されている。そのマニプレータ支持体２７の下部に前後軸部２８が固定されている。
その前後軸部２８は、前後軸箱６１と、前後軸箱６１の下面に取り付けられ、マニプレータ２９の上面のマニプレータガイドブロック７１と嵌合される前後軸ガイドレール６２と、前後軸箱６１内に配置された前後軸駆動モータ６３と、前後軸箱６１内に回転自在に設けられた前後軸駆動ボールネジ６４と、前後軸６４の一端に取り付けられた回転プーリ６５と、前後軸モータ６３の回転を回転プーリ６５に伝達する駆動ベルト６６と、前後軸駆動ボールネジ６４に螺合し、下部でマニプレータ２９と一体に連結されている前後軸駆動ナット６７とで構成され、ボールネジ駆動方式を採用している。
前後軸部２８がボールネジ駆動方式を採用した理由は、前後軸軸部２８はストロークが短いため、構造がボールネジ駆動方式に比べ複雑となるナット駆動方式を避け、一般的に良く用いられているボールネジ駆動としている。
【００１５】
前後軸部２８の下部に前後方向に移動するマニプレータ２９は、マニプレータベース７０と、マニプレータベース７０の上面に取り付けられたマニプレータガイドブロック７１と、マニプレータベース７０の下部に水平に旋回可能に取り付けられた旋回軸部７２と、旋回軸部７２に対して垂直に回転可能に取り付けられた回転軸部７３と、回転軸部７３に対して水平に回転可能に取り付けられた捻り軸部７４とで構成されている。
マニプレータベース７０内には旋回軸駆動モータ７５が設けられ、旋回軸部７２内には旋回軸減速機７６が設けられ、回転軸部７３内には回転軸駆動モータ７７と回転軸減速機７８と捻り軸駆動モータ７９が設けられ、捻り軸部７４内には捻り軸減速機８０が設けられている。
【００１６】
マニプレータ２９の先端である捻り軸部７４の先端フランジ９０の外周には図１９に示すようにタップ加工によりネジ溝９１が刻設されており、先端フランジ９０の端面には位置決めピン９２が突設されている。
また、トーチホルダ５は棒状のトーチ本体５ａと、トーチ本体５ａの先端に設けられ、先端フランジ９０の端面と当接するリング状のトーチブラケット５ｂと、トーチブラケット５ｂに設けられたピン穴５ｃと、トーチ本体５ａに嵌め付けられ、先端フランジ９０のネジ溝９１と螺合する袋ナット５ｄと、トーチ本体５ａの基端に設けられ、溶接トーチ６を保持する保持具５ｅとから構成されている。
【００１７】
マニプレータ２９の先端フランジ９０へのトーチホルダ５の取り付けは、まず先端フランジ９０の端面にトーチホルダ５のトーチブラケット５ｂを当接する。このとき、先端フランジ９０の端面の位置決めピン９２がトーチブラケット５ｂのピン穴５ｃに挿入されて位置決めされる。
従って、マニプレータ２９の先端フランジ９０にトーチホルダ５のトーチ本体５ａが位置決めピン９２とピン穴５ｃによって精度良く位置決めされることとなる。
次に、トーチ本体５ａに嵌め付けられた袋ナット５ｄを先端フランジ９０の外周のネジ溝９１に螺合させることにより、トーチホルダ５が先端フランジ９０に精度良く位置決めされた状態で螺着される。
そのトーチホルダ５のトーチ本体５ａの基端に設けられた保持具５ｅにより溶接トーチ６が保持されている。
【００１８】
最後に、本実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１の各駆動軸の動作方向を図２０に示す。
マニプレータ２９は、図２０に示すように旋回軸部７２の旋回、回転軸部７３の回転、捻り軸部７４の回転３軸を有し、ロボット全体として走行ユニット２の走行軸、昇降ユニット３の昇降軸、前後軸部２８の前後軸の直動３軸を有している。
従って、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１は回転３軸と直動３軸の合計６軸の溶接ロボットとして構成されている。
【００１９】
このようにロンジ突合継手自動溶接ロボット１は、矩形状のロンジスペースの突合継手に沿った動作に適した直交３自由度と、自在なトーチ姿勢を実現するのに必要な回転３自由度を組み合わせた６自由度ロボットで小型、軽量な構造であり、段取り作業が１人で可能なように、走行ユニット２、昇降ユニット３及びマニプレータユニット４の３つのユニットで構成されており、各ユニットがそれぞれ１３Ｋｇ以下の重量となるように構成され、ロンジ突合継手と船底外板突合継手に最適な機構となっているている。
また、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１の各駆動軸を駆動する駆動モータはいずれもオペレータが近傍で作業できるよう安全規則（８０Ｗ規則）に抵触しない５０Ｗ以下の駆動モータを採用している。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボット１をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に設置し、突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手に溶接を行うまでの過程を説明する。
（１）まず、走行ユニット２をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に装着する。
（２）次に、フェース１０４に装着した走行ユニット２に昇降ユニット３を立設状態に組み付ける。
（３）最後に、その昇降ユニット３にマニプレータユニット４を支持させることにより、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４にロンジ突合継手自動溶接ロボット１の組立が完成する。
（４）そのロンジ突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手を溶接する。
（５）１つのロンジについて突合継手の溶接が完了したら、次のロンジである隣のロンジに溶接を行うために走行ユニット２の走行レール２１をつなぐ。
（６）つないだ走行レール２１上へ走行駆動体２２を駆動してロンジ突合継手自動溶接ロボット１を移動させ、隣のロンジについて突合継手の溶接を行う。
（７）こうして前記（５）〜（６）の動作を繰り返して次々と隣り合うロンジについてロンジ突合継手を溶接していく。
【００２１】
（１）走行ユニット２をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に装着する場合について説明する。
走行レール２１には走行駆動体２２が組み付けられて走行ユニット２が構成されているので、走行駆動体２２と一体の走行レール２１をボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に一体的に組み付ける。
まず、走行レール２１の両端を隣り合う２つのフェース１０４間に載置する。
次に、走行レール２１の裏面の両端にそれぞれ取り付けられているトグル機構のフェース固定クランプ３６の操作レバーを回動操作してクランプ部材をロンジフェース１０４の裏面に押圧させ、フェース固定クランプ３６によりフェース１０４を挟み込むようにして走行レール２１をフェース１０４に一体的に組み付ける。
この場合、トグル機構のフェース固定クランプ３６を使用しているので、フェース１０４の走行レール２１の取り付、取り外しは工具を用いずに行うことができる。
【００２２】
（２）フェース１０４に装着した走行ユニット２に昇降ユニット３を立設状態に組み付ける場合について説明する。
まず、走行ユニット２の走行駆動体２２の走行台４１に昇降ユニット３の昇降軸支持体２３を立設する。
次に、昇降軸支持体２３の下部両端と一側にそれぞれ設けられている３つのＬ字状の固定アングル２３ｃを走行台４１に設けられている３つの支持体固定クランプ４２でクランプすることにより、走行台４１に昇降軸支持体２３が固定状態に立設される。
なお、昇降支持体２３には昇降駆動体２５が組み付けられている。
【００２３】
（３）昇降ユニット３にマニプレータユニット４を支持させる場合について説明する。
マニプレータ支持体２７と前後軸部２８とマニプレータ２９とが組み付けられてマニプレータユニット４が構成されている。
そのマニプレータユニット４のマニプレータ支持体２７を昇降ユニット３の昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により固定することにより、昇降ユニット３にマニプレータユニット４が支持され、ボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４にロンジ突合継手自動溶接ロボット１の組立が完成する。
この場合、マニプレータ部固定クランプ２６を使用しているので、昇降駆動体２５へのマニプレータ支持体２７の取り付け、取り外しは工具を用いずに行うことができる。
【００２４】
（４）そのロンジ突合継手自動溶接ロボット１によりロンジ突合継手を溶接する。
ロンジ突合継手自動溶接ロボット１は回転３軸と直動３軸の合計６軸の溶接ロボットであり、操作ボックス１０を操作して制御盤９からの駆動信号によぅてこれらの軸を共働するよう動作制御することにより、図３に示すボトムロンジ１０２Ａにおけるウエブ継手１０５、フェース継手１０６及び外板継手１０８のそれぞれについて溶接トーチ６により突合継手溶接を行う。
【００２５】
（５）隣のロンジに溶接を行うために走行ユニット２の走行レール２１の接続について説明する。
走行レール２１同士の連結は、一方のレール本体３１の一端の端面に取り付けられている位置決めピン３７を他方のレール本体３１の他端の端面に取り付けられている位置決めピン受け穴３９に挿入させると共に、一方のレール本体３１の一端の端面に取り付けられている位置決めキー３８を他方のレール本体３１の他端の端面に取り付けられている位置決めキー受部４０に係合させると、一方のレール本体３１の一端に他方のレール本体３１の他端が連結される。
【００２６】
こうして連結された一方のレール本体３１の一端の側面に取り付けられているスナップ錠の一方の係止部３３を操作レバー３４を操作して他方のレール本体３１の他端の側面に取り付けられているスナップ錠の他方の被係止部３５に係止させることにより、連結された２つのレール本体３１、即ち走行レール２１は一体になる。
このとき、一方の走行レール２１の位置決めピン３７が他方の走行レール２１の位置決めピン受け穴３９に挿入されることによって上下方向（レール本体３１の厚さ方向）の目違い合わせが行われ、一方の走行レール２１の位置決めキー３８が他方の走行レール２１の位置決めキー受部４０に係合されることによって前後方向（レール本体３１の幅方向）の目違い合わせが行われて走行レール２１同士が精度良く連結される。
この走行レール２１同士の連結もスナップ錠を用いることによって確実に連結され、走行レール２１同士の連結や連結の解除も工具を用いずに行うことができる。
（６）つないだ走行レール２１上へ走行駆動体２２を駆動してロンジ突合継手自動溶接ロボット１を移動させ、隣のロンジについて前記（４）で説明したのと同様にロンジ突合継手の溶接を行う。
【００２７】
このように、本発明の実施の形態１のロンジ突合継手自動溶接ロボット１によれば、突合継手部分を有するボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に着脱自在な走行レール２１と、該走行レール２１上を自走する走行駆動体２２とから構成された走行ユニット２と、走行ユニット２の走行駆動体２２に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸２４を垂直に支持する昇降軸支持体２３と、昇降軸支持体２３に上下方向に案内され、昇降用ネジ軸２４に螺合して上下動する昇降駆動体２５とから構成された昇降ユニット３と、昇降ユニット３の昇降駆動体２５にマニプレータ部固定クランプ２６により取り付けられたマニプレータ支持体２７と、マニプレータ支持体２７に取り付けられた前後軸部２８と、前後軸部２８に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータ２９とから構成されたマニプレータユニット４と、マニプレータユニット４のマニプレータ２９に着脱自在に取り付けられたトーチホルダ５に保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチ６とを備えて構成されているので、走行ユニット２の走行軸、昇降ユニット３の昇降軸及びマニプレータユニット４の前後軸部２８の前後軸の直動３軸とマニプレータ２９の回転３軸からなる６自由度で小型、軽量な構造であり、しかも走行ユニット２、昇降ユニット３及びマニプレータユニット４は着脱自在に組み立てられるため、工具なしで組立と分解が容易に行え、溶接対処箇所であるロンジへの取り付け等の段取り作業も簡単に行うことができ、段取り作業、溶接作業、片付け作業までを１人で行うことができる。
【００２８】
上記実施の形態１では、走行レール２１の長さはボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４間に載置される長さになっているが、走行レール２１の長さをそれ以上としてもよいことはいうまでもない。
また、上記実施の形態１では、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１を船底ダブルハル１００のボトムロンジ１０２Ａのフェース１０４に設置し、その溶接トーチ６が下向きになっているが、ロンジ突合継手自動溶接ロボット１をインナボトムロンジ１０２Ｂや、船側ダブルハル１０１のロンジにのフェースに設置し、ロンジ突合継手の自動溶接を施工することもできる。
さらに、上記実施の形態１では、走行レール２１のレール本体３１同士の接続のための位置決めとして位置決めピン３７と位置決めピン受穴３９や位置決めキー３８と位置決めキー受部４０を用いているが、これらと同様の位置決め機能を果たすことができるものであれば、異なる形状、配置、個数であってもよいことは勿論である。
更にまた、走行駆動体２２の走行ローラ４５、ガイドローラ４６及び側面ローラ４７の配置はこれらローラがそれぞれの機能を果たせば、自在にレイアウト可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロンジ突合継手自動溶接ロボットのシステム全体を示す構成図。
【図２】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位を示す構成図。
【図３】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットによる溶接対象部位のロンジ突合継手を示す斜視図。
【図４】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す正面図。
【図５】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットがロンジに装着された状態を示す側面図。
【図６】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの組立と分解の状態を示す構成図。
【図７】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す正面図。
【図８】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レールがロンジフェースに装着された状態を示す底面図。
【図９】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行レール同士の連結と分離の状態を示す構成図。
【図１０】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す正面図。
【図１１】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す平面図。
【図１２】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの走行ユニットを示す側面断面図。
【図１３】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す構成図。
【図１４】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す側面図。
【図１５】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの昇降軸支持体への昇降駆動体の取付状態を示す平面図。
【図１６】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示す側面図。
【図１７】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部の内部を示す構成図。
【図１８】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの前後軸部へのマニプレータの取付状態を示断面図。
【図１９】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットのマニプレータとトーチホルダの装着と分離の状態を示す構成図。
【図２０】同ロンジ突合継手自動溶接ロボットの直動３軸と回転３軸の動作方向を示す説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１ ロンジ突合継手自動溶接ロボット、２ 走行ユニット、３ 昇降ユニット、４マニプレータユニット、５ トーチホルダ、６ 溶接トーチ、２１ 走行レール、２２ 走行駆動体、２３ 昇降軸支持体、２４ 昇降用ネジ軸、２５ 昇降駆動体、２７ マニプレータ支持体、２８ 前後軸部、２９ マニプレータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、
前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、
前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、
前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチと
を備えたことを特徴とするロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項２】
前記走行レールは、
ロンジ間に橋渡しするようにに配置される所定長さのレール本体と、
該レール本体の表面一側部に取り付けられたＶ溝付きラックと、
該レール本体の一側部一端に取り付けられた操作レバーを有する係止部と、
該レール本体の一側部他端に取り付けられた被係止部と、
該レール本体の裏面両端にそれぞれ設けられたフェース固定クランプと、
該レール本体の一端部端面に設けられた少なくとも２つの位置決め部材と、
該レール本体の他端部端面に設けられ、前記２つの位置決め部材とそれぞれ嵌合する２つの位置決め受け部材と
から構成されていることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項３】
前記走行駆動体は、
走行台と、
該走行台の表面に取り付けられた少なくとも３つ支持体固定クリップと、
該走行台の表面に取り付けられた駆動モータと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体のＶ溝付きラックと歯合し前記駆動モータによって回転駆動される駆動ピニオンと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体の表面を走行する走行ローラと、
該走行台の裏面に設けられ、前記Ｖ溝付きラックを倣うガイドローラと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体の側面を倣う側面ローラと
から構成されていることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項４】
前記トーチホルダは前記マニプレータの先端に当接するトーチブラケットと、該トーチブラケットが前記マニプレータの先端に当接状態のときに前記マニプレータの先端外周に設けられたネジ溝と螺合する袋ナットとを有し、
前記マニプレータの先端は位置決め部材を有し、前記トーチブラケットは前記位置決め部材と嵌合する位置決め受け材を有していることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項１】
突合継手部分を有するロンジのフェース間に着脱自在な走行レールと、該走行レール上を自走する走行駆動体とから構成された走行ユニットと、
前記走行駆動体に着脱可能に立設され、昇降用ネジ軸を垂直に支持する昇降軸支持体と、該昇降軸支持体に上下方向に案内され、該昇降用ネジ軸に螺合して上下動する昇降駆動体とから構成された昇降ユニットと、
前記昇降駆動体にマニプレータ部固定クランプにより取り付けられたマニプレータ支持体と、該マニプレータ支持体に取り付けられた前後軸部と、該前後軸部に前後方向に移動するよう取り付けられ、旋回、回転、捻りの回転３軸の機構を有するマニプレータとから構成されたマニプレータユニットと、
前記マニプレータに着脱自在に取り付けられたトーチホルダに保持されてロンジ突合継手を自動溶接する溶接トーチと
を備えたことを特徴とするロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項２】
前記走行レールは、
ロンジ間に橋渡しするようにに配置される所定長さのレール本体と、
該レール本体の表面一側部に取り付けられたＶ溝付きラックと、
該レール本体の一側部一端に取り付けられた操作レバーを有する係止部と、
該レール本体の一側部他端に取り付けられた被係止部と、
該レール本体の裏面両端にそれぞれ設けられたフェース固定クランプと、
該レール本体の一端部端面に設けられた少なくとも２つの位置決め部材と、
該レール本体の他端部端面に設けられ、前記２つの位置決め部材とそれぞれ嵌合する２つの位置決め受け部材と
から構成されていることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項３】
前記走行駆動体は、
走行台と、
該走行台の表面に取り付けられた少なくとも３つ支持体固定クリップと、
該走行台の表面に取り付けられた駆動モータと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体のＶ溝付きラックと歯合し前記駆動モータによって回転駆動される駆動ピニオンと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体の表面を走行する走行ローラと、
該走行台の裏面に設けられ、前記Ｖ溝付きラックを倣うガイドローラと、
該走行台の裏面に設けられ、前記レール本体の側面を倣う側面ローラと
から構成されていることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【請求項４】
前記トーチホルダは前記マニプレータの先端に当接するトーチブラケットと、該トーチブラケットが前記マニプレータの先端に当接状態のときに前記マニプレータの先端外周に設けられたネジ溝と螺合する袋ナットとを有し、
前記マニプレータの先端は位置決め部材を有し、前記トーチブラケットは前記位置決め部材と嵌合する位置決め受け材を有していることを特徴とする請求項１記載のロンジ突合継手自動溶接ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−２７９４９５（Ｐ２００８−２７９４９５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２８１７８（Ｐ２００７−１２８１７８）
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１４日（２００７．５．１４）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
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