Vol.27B1May/2014

■ 新商品・適用事例紹介

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」Built-in Cable Models to Be Added to "SRA Series"

〈キーワード〉 スポット溶接用ロボット・中空アーム・艤装ケーブル・ホース内蔵・高密度設置・高信頼性・設備立ち上げ時間

ロボット事業部／開発部

伊東 輝樹 Teruki Ito

ロボット事業

NACHITECHNICAL

REPORTRobots

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

要　旨　自動車の生産ラインでは、品質向上に加えて、サイクルタイム短縮や、少人・省スペース化、さらにはライン立ち上げ期間の短縮など、コスト低減、生産性向上のニーズが一段と高まっている。このようなニーズに応えるため、超速スポット溶接用ロボット「SRAシリーズ」の新しいラインナップとして、中空アーム仕様の「SRA-Hシリーズ」を開発、市場投入した。アプリケーション用艤装ケーブルを内蔵することで、ロボットの設置自由度を向上させるとともに、ロボットのセットアップを容易にして生産ラインの立ち上げ期間を短縮できる。

Abstract In addition to improvement in quality, the cost reduction and productivity improvement such as the shortening of cycle times, manpower and space reductions and the shortening of a line startup time have been increasingly required for the automotive production lines. To respond to these needs, NACHI has developed and introduced into the market "SRA-H" Robot with the built-in cable feature as our new model, which is a part of the "SRA Series" lineup for ultra-high speed spot welding. With the routing of the application cables inside the robot arm, the flexibility for robot installation has improved, making it easier to install the robot, which ultimately can reduce the line startup time.

　中国、東南アジア諸国などの新興国では、人件

費の高騰を背景に自動化・ロボット化のニーズ

は年々高まっている。国際ロボット連盟によれ

ば、中国の産業用ロボット市場は、自動車向け

において世界最大の市場となっている。

　このように新興国のロボット市場は拡大して

いるが、ノウハウを有したロボット技術者は不足

している。そのため、ロボットの適用検討や設備

立ち上げに時間がかかるなどの問題が生じて

いる。

　例えば、設備立ち上げの場合では、艤装

ケーブル・ホースの処理の問題がある。これら

ケーブル類はロボットの動作に応じて、ケーブル

挙動が変わり、シミュレーションなどの事前検討

も困難になる。そのため、ロボット設置後に、

ケーブル・ホースの動作量やワークや周辺機器

との干渉などの艤装ケーブル・ホース挙動確認

が必要となる。さらに、経験が不足している場

合、ケーブル処理の修正作業に大幅な時間が

かかっていた。それで、システムアップの検討や

準備および修正が不要となるケーブル内蔵のロ

ボットのニーズがある。

　一方、国内ユーザでは、生産設備のさらなる

低コスト化を目指し、コンパクトな設備のニーズ

がある。より接近してロボット同士や周辺機器

と設置するには、艤装ケーブルの干渉領域を抑

える必要があり、ケーブルを内蔵したロボット

が求められている。

1. はじめに

1

NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27B1

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

最大リーチ（mm）

120100 140 160 180

可搬質量（kg）

200 220 240 260

超ロングアーム

天吊りロングアーム

中空アーム

棚置きロングアーム

棚置き

床置き

New

3,099mmＳＲＡ120ＥＬ

2,674mm

2,674mm

ＳＲＡ210V

2,951mm

2,654mm

1,634mm

2,071mm

2,654mm 2,674mm

2,951mmＳＲＡ133Ｌ

ＳＲＡ100 ＳＲＡ166

2,654mmＳＲＡ100H

2,951mm 2,575mmＳＲＡ133HL

ＳＲＡ220HSRA220HV

ＳＲＡ210ＳＲＡ240

2,674mmＳＲＡ250

ＳＲＡ100B

ＳＲＡ100J

ＳＲＡ166Ｌ

3,383mmＳＲＡ166TＬ

3,086mm 3,106mmＳＲＡ210TＳＲＡ166T

　このようなニーズに対応するため、中空構造

のアームを新たに開発し、「SRAシリーズ」の

新しいラインナップとしてスポット溶接用の艤

装ケーブル・ホースをアーム内に収納できるロ

ボット4機種を市場投入した。「SRAシリーズ」

のラインナップの一覧を図1に示す。

　ここでは、「SRAシリーズ」の中空アームにつ

いて紹介する。

図1　SRAシリーズのラインナップ

2

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

表1　中空アーム4機種の仕様一覧

機種 SRA100H SRA133HL SRA220H SRA220HV可搬質量 100kg 133kg 220kg 220kg

最大リーチ 2,654mm 2,951mm 2,575mm 2,575mm

動作範囲

J1 ±3.14rad ±3.14rad ±3.14rad ±2.88radJ2 −1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05rad −1.40 ～ ＋1.05radJ3 −2.56 ～ ＋2.62rad −2.33 ～ ＋2.62rad −2.69 ～ ＋2.62rad −2.69 ～ ＋2.62radJ4 ±3.66rad ±3.66rad ±3.66rad ±3.66radJ5 ±2.18rad ±2.18rad ±2.27rad ±2.27radJ6 ±3.66rad ±3.66rad ±3.66rad ±3.66rad

最高速度

J1 2.18rad/s 2.01rad/s 2.01rad/s 2.01rad/sJ2 2.00rad/s 1.83rad/s 1.83rad/s 1.83rad/sJ3 2.11rad/s 1.97rad/s 1.97rad/s 1.97rad/sJ4 3.66rad/s 3.66rad/s 2.27rad/s 2.27rad/sJ5 3.05rad/s 3.05rad/s 2.27rad/s 2.27rad/sJ6 5.41rad/s 5.41rad/s 3.58rad/s 3.58rad/s

手首許容静負荷トルク

J4830N・m 830N・m 1,337N・m 1,337N・m

J5J6 441N・m 441N・m 720N・m 720N・m

位置繰返し ±0.1mm ±0.15mm ±0.15mm ±0.15mm本体質量 1,040kg 1,070kg 1,100kg 1,100kg

図2　SRA133HLの外観 図3　SRA220HV

（1）外観と仕様

　「SRAシリーズ」の中空アーム仕様は2系統と

している。一つは、軽量スポット溶接ガン向けの

「SRA100H」と「SRA133HL」（図2）で、手首構造

を片持ち構造としている。もう一つは、大きな

加圧力を発生する大型で重いスポット溶接ガン

に対応する「SRA220H」と「SRA220HV」（図3）

で、重量ガンに対応できるよう手首構造を両持

ち構造とした。

　これらロボットは、アームの外側に引き回

されていた艤装ケーブル類をアーム内に収

納することですっきりとしたアームにしてい

る。4機種の仕様を表1に、動作範囲をそれぞれ

図4 ～ 7に示す。

2. 中空アーム仕様の概要

3

NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27B1

POINT ALOCUS（POINT A）

アーム干渉半径Arm interference radius

フレーム干渉半径Max interference radius

1,642

1,830

640

1,190

3051,160370

2,654

1,821

2,206

3,338

3,007

2,280

1,243

200

R521

POINT A

Max interference radiusフレーム干渉半径

LOCUS（POINT A）

Arm interference radiusアーム干渉半径

200

450 1,080 305

1,190

640

2,928

3,180

1,738

2,205

2,575 1,761

2,190

1,602

1,088

R521

1,460370

200

1,243

2,280

3,303

3,930

2,211

2,030

2,951

305

1,190

640

2,090

1,792

R521

Max interference radiusフレーム干渉半径

Arm interference radiusアーム干渉半径

LOCUS（POINT A）

POINT A

POINT A

アーム干渉半径

Max interference radiusフレーム干渉半径

LOCUS（POINT A）

R521

1,088

1,602

2,190

1,7612,575

2,205

1,738

3,180

2,928

640

1,190

3051,080450

200

Arm interference radius

図4　SRA100H動作範囲

図6　SRA220H動作範囲

図5　SRA133HL動作範囲

図7　SRA220HV動作範囲

4

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

軸 SRA100A-Trac

SRA100HSRA133HL

拡大動作量

J4 ± 210° ± 210°J5 ± 120° ± 125° ± 5°J6 ± 205° ± 210° ± 5°

軸SRA210

SRA210VA-Trac

SRA220HSRA220HV

中空仕様

拡大動作量

J4 ± 210° ± 210°J5 ± 120° ± 130° ± 10°J6 ± 205° ± 210° ± 5°

　「SRA100H/133HL」の手首軸の拡大量は、

J5、6軸ともに±5°、「SRA220H/220HV」は、

J5軸は±10°、J6軸は±5°としている。220kg可

搬のJ5軸の拡大動作量が大きくなっているの

は、可搬質量10kgアップによる最大リーチの減

少をカバーするためである。図8に示すように

J5軸の動作範囲を±10°拡大することで、水平

方向の直線動作距離2,918mmと従来のA-Trac

仕様に比べて548mm向上させることができた。

垂直方向も1,695mmと従来仕様の1,526mm以上

となっている。これにより、最大リーチが短く

なった影響を低減させた。

　同様に「SRA100H」は水平方向の直線動作距

離は2,696mm、垂直方向は1,658mmで、従来仕

様よりそれぞれ346mm、152mm拡大している。

　次に、手首許容静負荷トルクを述べる。

「SRA133HL」のJ4、5軸の手首許容静負荷トル

クは、従来機の100kg可搬のA-Trac仕様に比

べ、約1.5倍としている。可搬質量アップの1.33

倍以上の手首トルクアップで余裕を持たせた。

同様に「SRA100H」も手首負荷の仕様を約1.5

倍アップさせている。これらの仕様の比較を図9

に示す。

　「SRA100H」の手首許容静負荷トルク仕様に

対する軽量スポット溶接ガンの負荷トルクの

分布を図10に示す。検討に使用したガンの質

量は80～96kg、大きさは852×595～1,367×

729mmの中型のもの24ヶで行なった。

（2）A-Trac仕様からの性能向上

　中空シリーズの性能向上を「SRAのA-Trac

仕様」と比較して説明する。

　まず、手首軸の動作範囲を拡大した。表2、3

に従来との比較を示す。これまでのA-Trac仕

様では、手首動作範囲の限界からガンの姿勢が

変更できずワークと干渉するために溶接でき

なかったポイントも、手首軸の動作範囲の拡大

で対応できるようになった。これにより以下の

メリットが得られる。

　・溶接可能範囲の拡大

　・容易なプログラム修正

表2　100kg可搬クラスの手首動作量の比較

表3　210kg可搬クラスの手首動作量の比較

5

NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27B1

1,190

1,080

1,190

1,180

2,370

2,918

1,227

SRA210A-Trac仕様

SRA220H SRA166A-Trac仕様

SRA100H

2,593

2,677

1,004

2,052 1,739

2,659

1,141

2,696

2,583

1,210

2,350

1,190

1,160

1,190

1,160

125°

1,9252,035120°

120°

130°

1,658

1,506

1,695

1,526

70°

60°

80°

60°

1,000

800

600

400

200

0

50045040035030025020015010050

0

図9　手首許容静負荷トルクの仕様比較

手首

許容

静負

荷ト

ルク（

Nm

）

J6軸

負荷

トル

ク（N

m）

J4・J5軸 J6軸

図10　手首許容静負荷トルク仕様の検証マップ

図8　従来仕様との直線距離の比較

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

J4・J5軸負荷トルク（Nm） N＝28

6

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

ボット設置後のケーブル・ホースの干渉確認と

ティーチング修正に時間がかかるといった問

題があった。

　そこで、このような問題を解決するため、上

部アームと手首を中空構造とし、手首先端に取

り付けるスポット溶接ガンなどのツールへの

艤装ケーブルを内蔵した。これにより、ケーブ

ル・ホース干渉レスとし、オフラインティーチ

ングなどのシミュレーションと実機の挙動の

再現性を向上させた。中空化による特長を以下

に述べる。

　従来のA-Trac仕様は、それまでのケーブル

ハンガー仕様（図11）に比べ、ケーブル干渉域

を大幅に小さくしているが、図12に示すように

ケーブル・ホースの保護スプリングの干渉域は

R280と大きく、狭いスペースへ侵入が困難で

あった。また、ワークや周辺機器およびロボッ

ト同士をより接近して設置し、さらに高密度に

設置することにも限界があった。

　また、ロボットの動作に応じて、J5軸横の

ケーブル挙動が変わるので、オフラインティー

チングなどのシミュレーションによる事前の

干渉確認は十分にできなかった。このため、ロ

3. 中空アームの特長

図11　ケーブルハンガー仕様

7

NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27B1

R280 R280R322 R334

R245

R225

460

347

300

389

581

450

369

581

SRA210A-Trac仕様

SRA220H

SRA100/166A-Trac仕様

SRA100H

100

100

（1）設置自由度の向上

　ロボットの干渉域を比較したものを表4と

図12に示す。「SRA100H/133HL」では、アー

ム・手首の干渉半径は30%減、幅は40%減、

「SRA220H/220HV」では、アーム、手首の干渉半

径は27%減、幅は40%減といずれも従来と比較し

てコンパクトなアームとなっている。

　こうしたアームのコンパクト化により、さら

に高密度に設置できようになった。また、従来、

困難だった狭いスペースへもアームが入るこ

とができ、使いやすくなっている。これにより、

設置の自由度が向上し、適用が拡大した。

図12　アーム・手首干渉域の比較図

表4　アーム干渉領域の比較

機種 手首・アーム干渉半径 アーム幅

SRA100 A-Trac 仕様 R322 581mmSRA100H/133HL R225 347mmSRA210 A-Trac 仕様 R334 581mmSRA220H/220HV R245 460mm

8

「SRAシリーズ 中空アーム仕様」

（2）生産設備の立ち上げ時間の短縮

　ケーブル内蔵によりケーブルの干渉を考慮

する必要がなくなり、設置後に行なうケーブ

ル処理の修正は不要となる。また、オフライン

ティーチングなどの動作シミュレーションの

実機再現性が向上するため、作業プログラムの

実機確認作業と修正作業を削減することがで

きる。これらにより、生産設備の垂直立ち上げ

時間を大幅に短縮できる。

（3）艤装ケーブル・ホースの対応力

　アプリケーション用艤装ケーブル・ホースを

アーム内に収納する場合、スペースが限られる

ため、艤装できるケーブル、ホースの径や数に

制約を受ける。このため、溶接デューティを上

げることが困難で、1台あたりの溶接点が減少

する。それで、ロボット使用台数の削減ができ

ず、設備の低コスト化とコンパクト化に影響を

与える。

　こういった問題が生じないよう艤装ケーブ

ル・ホースの収納力を従来のA-Trac仕様と

同等以上とした。「SRA100H/133HL」の艤装

ケーブル・ホースの最大収納可能な仕様を表5

に、同様に「SRA220H/220HV」のものを表6

に示す。

（4）信頼性の向上

　ケーブル挙動が安定し、溶接時のスパッタや

周辺装置との干渉によるケーブルのダメージ

が回避できることで、信頼性が向上する。

　また、アーム内の艤装ケーブル・ホースをユ

ニット化し、スペアーパーツで用意している。

交換も短時間できるようにし保守性も向上さ

せている。

表5　スポット溶接用ケーブル・ホース仕様（SRA100H・SRA133HL）

表6　スポット溶接用ケーブル・ホース仕様（SRA220H・SRA220HV）

項目 SRA100H/133HL溶接電源ケーブル 22sq × 3本冷却水ホース φ10-6.5 × 6本エアーホース φ10-6.5 × 1本サーボガン動力線 複合ケーブル 1本サーボガン信号線 複合ケーブル 1本ユーザー信号線 信号線（20芯） 1本

項目 SRA220H/220HV溶接電源ケーブル 35sq × 3本冷却水ホース φ12-8 × 4本エアーホース φ12-8 × 1本サーボガン動力線 複合ケーブル 1本サーボガン信号線 複合ケーブル 1本

ユーザー信号線 ネットワーク用 1本動力用 １本　

9

NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27B1

4. おわりに（5）天吊仕様のラインナップ

　生産ラインのコンパクト化に最も有効な手

段に立体的な高密度設置がある。このため、

「SRAシリーズ」では3機種のロングアーム仕様

をラインナップし、カスタマーのニーズに応え

ている。しかし、最大可搬質量は166kgまでで、

200kg可搬クラスのロングアーム仕様はなかっ

た。これは、J1 ～ 3軸の主軸の負荷が増大し、

主軸が別構造となるので、シリーズ機としての

ラインナップが困難なためであった。それで、

200kg可搬ロボットが必要となる大型の重量ス

ポット溶接ガンを用いた工程を高密度設置する

ことはできなかった。こうした問題を解決する

ため、天吊仕様をラインナップに加え、天吊設

置により高密度設置を実現できるようにした。

（6）スペアーパーツの共通化

　中空アーム仕様の導入により、新たなスペ

アーパーツの準備などの負担をカスタマーに

生じさせないようモータ、グリース、バッテ

リーなどの主なスペアーパーツを「SRAシリー

ズ」と共通にしている。これにより、シリーズ

としてのメリットが提示でき、既存カスタマー

の中空アームの導入を容易になるように配慮

した。

　今回、開発した中空アーム構造の「SRA-Hシ

リーズ」について、従来のA-Trac仕様と比較し、

その特長と効果を紹介した。多種多様なカスタ

マーのニーズに応えるには、商品の品揃えの充実

が必要である。カスタマーが要望する商品をタイ

ムリーに提供し、カスタマーが理想とする生産ラ

インの実現に貢献するため、今後もシリーズのライ

ンナップを拡充していく。

10

May / 2014

〈発　行〉2014 年 5 月 30 日 株式会社 不二越　技術開発部 富山市不二越本町 1-1-1 〒 930-8511 Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213

Vol.27B1

NACHI TECHNICAL REPORT

1） 「プレストSTシリーズ」 NACHI-BUSINESS NEWS Vol.102） 「SRA166/210-FD11」 NACHI-BUSINESS NEWS Vol.243） 「SRAシリーズの拡大」 NACHI-BUSINESS NEWS Vol.26

参考文献