JPH0683898B2 - 自走式溶接ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は船舶、橋梁、原子力、圧力容器等の隅肉、突合
せ用の自走式溶接ロボツトに関するものである。

〔従来の技術〕

溶接台車に溶接トーチを搭載し鉄板面を自走しながら溶
接できるようにした自動溶接機は公知である。すなわ
ち、第５図に示す如く、車輪（ｂ）をマグネツト車輪と
して鉄板面に吸着して走行できる溶接台車（ａ）に、溶
接トーチ（ｃ）を搭載させた構成のものは公知である。

かかる公知の溶接機は、平板面では走行レールなしに水
平、垂直、横面の走行が可能である。

ところが、走行面が大きく合わせ板面をもち且つ第５図
に示す如く起伏があつて凹部（ｄ）や凸部（ｅ）がある
個所では、溶接トーチ（ｃ）が正しく溶接個所に位置せ
ず、自動溶接できない。たとえば、図示の如く、溶接台
車（ａ）が凸部（ｅ）の個所に来ると、台車（ａ）の底
部が凸部（ｅ）に接触するが前方の車輪（ｂ）は鉄板面
より浮上がつた状態にあるため、溶接台車（ａ）は凸部
を走行することができない。又、従来には、溶接板面に
沿つて板面と常に一定角（ｆ）や位置（ｇ）を保つ機構
をもつ自走式で且つ走行面（ｈ）を昇降できるようにし
た溶接台車は存在しない。

したがつて、従来では、走行面に凹凸があつて溶接トー
チが溶接個所へ届かなかつたりトーチ角度が一定となら
ないような個所での隅肉溶接、突き合わせ溶接の如き溶
接継手部の自動溶接はできなかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、凹凸部を有する構造物の溶接継手は凹凸部のとこ
ろで、連続して溶接が出来ない。特に構成として、凹凸
部を連続して走行する場合台車底部が凸部に当たつた
り、凹部ではトーチが溶接部まで追従する機構がないた
め、自動溶接が困難であつた。

本発明は、従来自動溶接化が困難であつた個所でも容易
に走行しながら自動溶接を可能とし、省人化を達成させ
ようとする溶接ロボツトを提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、車輪を永久磁石として傾斜面でも昇降できる
ようにした台車に、上下方向へ移動自在に設けた２つの
垂直軸と、該２つの垂直軸のうち一方の垂直軸の上部に
左右方向へ移動自在に取り付けた左右軸と、該左右軸の
一端に、溶接トーチの先端を中心として該溶接トーチが
円弧状に動くように溶接トーチを連結させる回転軸を備
え、且つ上記２つの垂直軸のうち他方の垂直軸の下端
に、板面までの距離を検出する上下センサーと台車から
みての板面に対する走行面傾きセンサーとを備えると共
に、台車に車体傾きセンサー、走行線センサーをそれぞ
れ設置し、上記左右軸と該左右軸を左右動自在に支持す
る一方の垂直軸のオシレート機能と、各センサーによる
溶接トーチ先端の位置決めにより、溶接面が突き合わせ
状に凹凸していてもこの面に沿つて溶接トーチ先端を自
動的に倣わせるようにする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の溶接ロボツトを原理的に示すもので、
第２図に示す如く車体部（１）と搭載部（２）と、永久
磁石とした前後左右の車輪（３）（４）（５）（６）と
からなる台車に、溶接トーチ（７）を揺動自在に取り付
け、平板を突き合わせた状態の面で凸部（Ａ）、凹部
（Ｂ）を有する走行面（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）を昇降し
ながら溶接面をセンサーで検出して溶接トーチ（７）の
トーチ角度を適正に保持させることができるようにす
る。

詳述すると、第１図に示す如く、台車の車体部（１）に
は、左右を別系統として、台車前後方向に延びる駆動軸
（８）と（９）を平行に配し、上記両駆動軸（８）
（９）の各前後両端にギヤ部（10）（11）、（12）（1
3）を設け、右側前後のギヤ部（10）（11）には、右側
前後の車輪（３）と（４）の軸をそれぞれ連結すると共
に、左側前後のギヤ部（12）（13）にも同様に左側前後
の車輪（５）（６）の各軸を連結し、図示しないモータ
で左右の駆動軸（８）と（９）を別個に回転させること
により右側と左側の車輪（３）（４）と（５）（６）が
等速、異速とされて直進、左進、右進が任意に行われる
ようにする。上記台車の搭載部（２）には、垂直軸（1
4）を上下方向へ移動自在に支持させると共に、該垂直
軸（14）にガイドされて上下方向へ移動すると同時にオ
シレート機能を備えた垂直軸（15）を支持させ、更に上
記垂直軸（15）に対して左右方向へ自在に移動でき且つ
垂直軸（15）とともに上下方向へ変位できるようにオシ
レート機能を備えた水平の左右軸（16）を、上記搭載部
（２）に支持させ、上記垂直軸（14）、（15）、左右軸
（16）は、いずれも図示しない駆動モータにより単独に
各軸心方向へ移動させるようにする。又、上記左右軸
（16）の一端には、溶接トーチ（７）の先端を中心とし
て該溶接トーチ（７）を円弧状に動作させるよう支持さ
せた回転軸（17）を連結し、溶接トーチ（７）と垂直軸
（14）との間に所定の角度（トーチ角度）が保持される
ようにする。又、前記台車の車輪（３）（４）の側外方
に、走行線前センサー（18）と走行線後センサー（19）
を取り付けると共に、車体部（１）に車体の傾きを検出
する車体傾きセンサー（20）を設け、更に、垂直軸（1
4）の下端には、台車が走行する板面を検出する上下セ
ンサー（21）を設け、この上下センサー（21）の部分
に、台車からみての板面に対する走行面傾きセンサー
（22）を設ける。

上記上下センサー（21）、走行面傾きセンサー（22）、
走行線センサー（18）（19）は、ローラ形式とし、板面
やガイド面にローラが接すると通電するようにしてあ
り、上下センサー（21）は、垂直軸（14）が押し下げら
れて上下センサー（14）が板面を検出するとその信号で
垂直軸（14）のモータを停止させ、このとき走行面傾き
センサー（22）が傾きを検出してポテンシヨメータ（回
転角を電気抵抗値に変換する）で傾き角を検出できるよ
うにしてある。走行線センサー（18）（19）は台車が走
行中に蛇行するようなときこれを検出して台車の進路を
規制する働きをする。

本発明の溶接ロボツトを走行面上を走行させる場合は、
右側前後車輪（３）（４）を駆動軸（８）の回転で同時
に回転させると共に左側前後車輪（５）（６）も同様に
単独に同時回転させる。駆動軸（８）と（９）による右
側と左側の車輪（３）（４）と（５）（６）の回転速度
を等しくすれば、台車は直進でき、右側の車輪（３）
（４）の回転速度を左側の車輪（５）（６）のそれより
も大とすれば左進でき、逆に左側の車輪（５）（６）の
回転速度を右側の車輪（３）（４）のそれよりも大とす
れば右進できるので、左右の駆動軸（８）（９）の回転
速度を任意に制御することにより自在に方向を変えるこ
とができる。この方向変向の指示は、側方に設けた走行
線センサー（18）（19）からの検出信号から得るように
する。

溶接に際しては、溶接面に正しく溶接トーチ（７）の先
端を位置させることが必要であるが、走行面に第２図の
如く凸部（Ａ）や凹部（Ｂ）が存在している場合は、か
かる凸部（Ａ）や凹部（Ｂ）に倣つて溶接トーチ（７）
先端を移動させることが必要である。

本発明の溶接ロボツトで凸部（Ａ）や凹部（Ｂ）のある
走行面の隅肉溶接、突き合わせ溶接を行う場合の一例を
次に説明する。

第３図及び第４図は凹部（Ｂ）を有する走行面（Ｄ）
（Ｅ）と該走行面（Ｄ）（Ｅ）に直角に配された部材
（Ｆ）との交点の隅肉溶接を行う場合を示すもので、台
車が走行面（Ｄ）から走行面（Ｅ）に差しかかると、垂
直軸（14）を駆動モータによつて車体部（１）に対し直
角方向に下降させ、上下センサー（21）が走行面（Ｄ）
に接するまで下降させると共に、走行面傾きセンサー
（22）で走行面（Ｄ）の傾きを検出する。この走行面傾
きセンサー（22）は、上下センサー（21）の軸延長上に
取り付けられており、垂直軸（14）からみての走行面の
傾きを検知するものである。走行面傾きセンサー（22）
で検出された信号により、ポテンシヨメータで傾き角を
検出する。

上記走行面（Ｄ）と台車車体部間の距離、走行面（Ｄ）
の傾き角が検出されると、垂直軸（15）を車体部（１）
の底面より直角方向に下降させる。この垂直軸（15）
は、特に溶接時に必要な溶接トーチ（７）を上下方向に
オシレートさせる機能を有しており、このオシレート
は、溶接ビード形状を広くし、整えるため、溶接にとつ
て重要なものである。

上記垂直軸（15）が下降させられると、これに伴ない左
右軸（16）は一体的に下方へ変位させられ、溶接トーチ
（７）の先端位置が走行面（Ｄ）に接近させられる。溶
接トーチ（７）は回転軸（17）を介して上記左右軸（1
6）に連結されているため、上記垂直軸（15）及び左右
軸（16）によるオシレートと相俟つて回転軸（17）によ
り溶接トーチ（７）を円弧運動させ、溶接トーチ（７）
をトーチ角度（23）を保持させるようにする。第３図
中、（24）は溶接ビードであり、溶接が進行するに従い
台車の前端が走行面（Ｅ）上を移動するため、台車の車
体部（１）と走行面（Ｄ）とのなす角度が刻々変化する
ので、その都度、上下センサー（21）、走行面傾きセン
サー（22）を活用して垂直軸（15）、左右軸（16）を調
整し且つ回転軸（17）を制御して常に溶接トーチ（７）
が所定のトーチ角度を保持できるようにする。

第３図の如く走行面（Ｄ）での隅肉溶接が進行して行く
と、第４図の如く、凹部（Ｂ）を通過して走行面（Ｅ）
と部材（Ｆ）との交点の溶接に移る。第４図に示す如く
溶接トーチ（７）先端が凹部（Ｂ）を通過すると、回転
軸（17）を操作して溶接トーチ（７）をその先端を中心
とした円弧運動させ、溶接面に対して適正なトーチ角度
（23）が保たれるようにする。（25）は車体部（１）の
底面である。

次に、第２図の如き凹凸部がある走行面（Ｃ）（Ｄ）
（Ｅ）に本発明の溶接ロボツトを適用した例を説明す
る。

凸部: 30度 凹部:105度 走行面（Ｃ）の長さ:300mm 走行面（Ｄ）の長さ:500mm 走行面（Ｅ）の長さ:500mm であれば、第１図に示す各軸（14）（15）（16）（17）
の有効移動長さ、ならびに回転角度を、前車輪（３）
（５）と後車輪（４）（６）間の間隔を200mmとしたと
き、 垂直軸（14）では、上方 10mm 下方 110mm 垂直軸（15）では、上方 10mm 下方 10mm 左右軸（16）では、右方 10mm 左方 10mm 回転軸（17）では、前方 45度 後方 45度 とすることにより第２図の各寸法を満足する溶接トーチ
（７）を案内できることが確認された。

なお、溶接トーチ（７）をその先端を中心として円弧運
動させる回転軸（17）は、第３図及び第４図では平行四
辺形リンク（26）とし、該リンク機構の水平リンクに溶
接トーチ（７）を支持させて、リンク（26）の平行四辺
形運動と垂直軸（14）まわりの回転により溶接トーチ
（７）が先端を中心とした円弧運動するようにし、水平
リンクが常に垂直軸（14）と直角をなしているようにし
た場合を示したが、これに限定されるものではないこ
と、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更を加
え得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明の溶接ロボツトによれば、次の
如き優れた効果を奏し得られる。

（ｉ）走行面の凹部、凸部でも溶接トーチ先端を正しく
溶接面に位置させられるので、従来自動溶接ができなか
つた鉄板面の走行面が大きく合わせ板面をもつ凹部、凸
部の隅肉溶接ができる。

（ii）起伏に沿つてトーチの高さを板面に対して一定に
し、且つその板面に対して常に一定角を保つようにした
機構があるため、溶接が良好にできる。

（iii）溶接線を倣うセンサーにより溶接台車の進行方
向を常に修正することができる。

（iv）台車内にある台車傾きセンサーと走行面傾きセン
サーの信号を計算することにより溶接面の水平線からみ
た溶接アーク点の傾きを容易に検出することができる。

（ｖ）溶接トーチを変えることでTIG、MAG、サブマー
ジ、等の溶接にも使用できる。

（vi）小型軽量で、作業性が良く、且つ省人化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接ロボツトの機構を原理的に示した
図、第２図は凹凸を有する走行面の溶接に適用した例
図、第３図及び第４図は走行面の凹部近くを溶接すると
きの溶接トーチの姿勢を示す説明図、第５図は従来の自
動溶接機の側面図である。 （１）は車体部、（２）は搭載部、（３）（４）（５）
（６）は車輪、（７）は溶接トーチ、（８）（９）は駆
動軸、（14）（15）は垂直軸、（16）は左右軸、（17）
は回転軸、（18）（19）は走行線センサー、（21）は上
下センサー、（22）は走行面傾きセンサーを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前後左右の車輪をマグネツト車として傾斜
   面を自走して昇降できるようにした台車に、２本の垂直
   軸を各々別個の駆動装置で上下動自在に備え、上記２本
   の垂直軸のうち一方の垂直軸にオシレート機能をもたせ
   ると共に該軸上部に水平の左右軸を左右方向へ移動自在
   に保持させ、且つ上記左右軸の一端に、溶接トーチの先
   端を中心として該溶接トーチを揺動させる回転軸を連結
   し、更に台車の側方に走行線センサーを、又、上記垂直
   軸のうち他方の垂直軸の下端に上下センサー、走行面傾
   きセンサーをそれぞれ備えたことを特徴とする自走式溶
   接ロボツト。