JPH02200391A - 多関節腕形産業用レーザロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットに関し、特に、レーザ光を溶
接、切断、パリ取り等の産業用途のエネルギーとして用
いる多関節腕形産業用レーザロボットの改良構造に関す
る。

〔従来の技術と解決課題〕

レーザ光発振器からレーザ光管路を介して産業用ロボッ
トの機体内にレーザ光を導入し、ロボット機体の先端部
を成すロボット手首をレーザ光発出部とした産業用レー
ザロボット、特に、多関節腕形の産業用レーザロボット
は既に種々提供されており、第１０図、第１１図は、こ
れらの従来の多関節腕形産業用レーザロボットの２例を
示している。

第１０図のロボットはロボットベース１に立設したロボ
ット旋回胴２を設け、このロボット旋回胴２の上部に設
けた顎部２ａを跨いでロボット第１腕３の後端３ｂを枢
着、結合し、更に、このロボット第１腕３の二股状先端
３ａにロボット第２腕４の後＃４ｂを枢着し、該ロボッ
ト第２腕４の先端４ａに２動作自由度構造を有したロボ
ット手首５を設けた構造をしている。このとき、レーザ
光はレーザ光発振器６からレーザ光管路６ａ、６ｂを介
してロボット旋回胴２の旋回中心に導入し、該旋回胴２
内のミラー７ａで進路変更を行い、更２に、点線路で示
すレーザ光路を上記顎部２ａに設けたミラー７ｂ、ロボ
ット第１腕後端３ａに設けたミラー７ｃ、ロボット第１
腕先端３ａに設けたミラー７ｄ、ロボット第２腕４の後
端４ｂに設けたミラー７ｅにより、進路変更を行ってロ
ボット手首５のレーザ光発出部に導くようにした構成を
有している。この構成は、ロボット可動部材の関箪部分
毎にミラーを設けてレーデ光を進路変更しているため、
合計５つの比較的高価格なミラー７ａ〜７ｅを使用する
必要があり、しかもこれらのミラ一部でレーザ光が反射
される都度、レーザエネルギーは徐々に減衰し、レーザ
光発出部に達する時点では、かなりのエネルギー減衰に
なる不利な問題がある。また、ミラー個数の多いことは
ミラーの磨き、角度調整等の種々の調整、保守作業を煩
瑣にする不利もあり解決課題が多岐にわたる。

また、第１１図に示した従来のロボットは、同じくロボ
ットベース１１上にロボット旋回胴１２を立設し、この
ロボット旋回胴１２の側面にロボット第１腕１３の後端
１３ｂを枢着し、また、このロボット第１腕１３の先端
１３ａの側部にロボット第２腕１４の後端１４ｂを枢着
し、該ロボット第２腕１４の先端１４ａにロボット手首
１５を装着した構造を有し、レーザ光はレーザ光発振器
工６からレーザ光路１６ａ、１６ｂを経て、前述の第１
０図のロボット同様に旋回胴１２の旋回中心にレーザ光
を導入し、ミラー１７ａ　、１７　ｂ、　１７ｃ及び１
？ｄの４つのミラーで進路変更を行ってロボット手首１
５のレーザ光発出部へ誘導している。

このレーザロボットは、ミラー数が第１０図のレーザロ
ボットの５個に比較して１つ減少しているが、ロボット
第１１第２の腕１３．１４が旋回胴１２に一方の側面へ
オフセット結合で取り付けた構造であるため、ロボット
機体の横幅が拡大しており、上記旋回胴１２の旋回時に
おけるロボット腕１３．１４の振り動作範囲は、かなり
大きくなってしまう。この結果、ロボット機体周囲に配
置された機器類との干渉が課題となる。更に、ロボット
旋回胴１２の旋回（θ軸旋回）に伴い、ロボット第１腕
１３又は第２腕１４と固定配置のレーザ光路１６ａとの
干渉の危惧もある。

他方、上記の２例の従来のレーザロボットに共通して、
ロボット機体内にレーず光の管路を形成し、ミラー類を
配置しているため、ロボット第１、第２のロボット腕を
駆動する駆動モータ、腕の回転角度検出器等を設け、こ
れらに配線する場合やレーザミラーへの冷却流体の配管
、レーず加工用の補助ガスの配管等を設けるとき、これ
ら配線、配管をレーザ光管路と一体にしてロボット機体
内に設ける方法では極めて内部構造が複雑化し、また、
配線、配管の作業も煩瑣になる。又、配線や配管を外部
に設ける構造は、配線、配管類に損傷を来す危惧がある
等の不具合もあり、解決課題となる。依って、本発明は
、上述した従来の産業用レーザロボット、特に、多関節
腕形産業用レーザロボットにおける上述した従来の課題
を解決する改善構造を提供することを主たる目的とした
ものである。

又、本発明の他の目的は、レーザロボットにおけるレー
ザ光エネルギーを高レベルに維持した高性能のレーずロ
ボットを提供することにある。

〔解決手段と作用〕

本発明によれば、上述の目的に鑑みて、直結または旋回
胴を介してロボットベースに保持された関節結合型の少
なくとも２つのロボット腕と、それらロボット腕の最先
端に保持されたレーザ光発出用のロボット手首とを具備
した多関節腕形産業用レーザーロボットにおいて、上記
２つのロボット腕間に該両腕の相対的旋回運動に応じて
伸縮する中空ボールスプライン軸とボールスプラインナ
ツトとを有したレーザ光通路手段を設け、ロボット機体
外から導入したレーザ光を前記レーザ光通路手段を介す
ると共に最少数のレーザ光反射ミラーを用いてロボット
手首へ導くように構成した多関節腕形産業用レーザロボ
ットを提供することにある。　このような構成にすれば
、ロボット旋回胴、ロボット腕とは別にレーザ光路及び
ミラーを設けることができるため、保守性は極めて良く
なり、又、非常にコンパクトな構造となるため、周囲と
の干渉領域が増大することがなく、しかもレーザ光のエ
ネルギーレベルを高度に維持できるのである。また、ロ
ボット可動部の駆動源や回転検出器類に対する配線は、
ロボット本体内に内蔵させて配置することができる。以
下、本発明を添付図面に示す実施例に基づき、更に詳細
に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明の１実施例に係る垂直多関節腕形産業
用レーザロボットの基本構成を示す斜視図、第２図〜第
６図は第１図に示した実施例を更に具体化したレーザロ
ボットの背面図、側面図、背面側断面図、側面側断面図
、正面側断面図、第７図と第８図は同じく第１図の実施
例で第２図、第３図とものとは駆動方式を変えた具体的
垂直多関節腕形産業用レーザロボットの背面図と側面図
、第９図は本発明の他の実施例に係る水平多関節腕形産
業用レーザロボットの基本構成を示す斜視図である。

第１図を参照すると、垂直多関節腕形産業用レーザロボ
ットは、ロボットベース２１を備え、このロボットベー
ス２】に立設したロボット胴部２２、該ロボット胴部２
２の上端２２ａの側面に、水平軸線（Ｗ軸）回りに旋回
可能に後端側２４ｂが枢着された第１のロボット腕２４
、この第１のロボット腕２４の先端２４ａに、水平旋回
軸（Ｕ軸）回りに旋回可能に後端２６ｂが枢着された第
２のロボット腕２６、該第２のロボット腕２６の先端２
６ａに取付られた図示されていないロボット手首等をロ
ボット可動部として具備して構成されている。また、上
記ロボット胴部２２の上端２２ａの他の側面２２ｃの位
置に、ボールスプラインナツト２８が固定されている中
空筒が、前記水平軸線（Ｗ軸）の回りに旋回可能に枢着
、挟持されている。このボールスプラインナツト２８の
前方側に中空ボールスプライン軸３０の自由端側３０ａ
が矢印Ｓで示すように直線方向に伸縮自在に嵌合し、該
ボールスプライン軸３０の外端３０ｂは、第２０ボツト
腕２６の略先端部位から突出した短い中空ボスト部材３
２の先端に結合されている。

これらのボールスプラインナツト２８とボ・−ルスプラ
イン軸３０とは、機械的剛性の大きい直線構造部材とし
て形成され、その上、上記第１、第２のロボット腕２４
．２６のＷ軸、Ｕ軸回りの旋回動作時にはボールスプラ
イン機構による円滑な伸縮動作により追従動作し、しか
も両口ボット腕２４．２６に隣接、配置されたレーザ光
の通路手段３１を形成する要素として設けられている。

即ち、レーザ光は、レーザ光発振器（図示略）から点線
で略示したレーザ光管路２５を経てロボット胴部２２の
上端２２ａに導入され、ここで傾斜ミ５−３４ａで進路
変更されてボ・−ルスプラインナット２８が固定されて
いる中空筒に設けられた傾斜ミラー３４ｂに達し、ここ
で再び進路変更を受け、ボールスプラインナツト２８と
ボールスプライン軸３０の略中心に形成されたレーザ光
路（点線図示）３６を進行して中空ポスト部材３２の先
端に達し、ここで再度、傾斜ミラー３４ｃで進路変更さ
れ、光路３８を経て第２０ボツト腕２６の先端２６部位
に設けられた傾斜ミラー３４ｄにより進路をロボット手
首方向に向けられ、該手首から外部の作業点に向けてレ
ーザ光出力として発出される構成に成っている。従って
、レーザ光は、前述したロボット胴部２２、第１、第２
０ボツト腕２４．２６等のロボット可動部を経由するこ
となく、ロボット手首のレーザ光発出部へ誘導され、し
かも、レーザ光の進路変更用の高価なミラーは傾斜ミラ
ー３４ａ〜３４ｄと可及的に少ない個数に節減、配置さ
れている構成となっている。

上記ボールスプラインナツト２８、ボールスプライン軸
３０から成る中空部材の内部に直線管路として専用のレ
ーザ光通路手段３１を形成することにより、他の配線、
配管類に邪魔れれること無く、レーず光路を確保し得る
から、レーザ光伝達が高精度で遂行され、その上、第１
、第２０ボツト腕２４．２６のＷ軸、Ｕ軸回りの旋回動
作を駆動する駆動源、例えば、電動モータや旋回量を検
出するエンコーダ等の回転検出器は、夫々、ロボット腕
２４．２６内や胴部２２内等に余裕を持って配置するこ
とが可能であり、また、これらのロボット可動部の内部
空間を上記駆動源用電動モータや回転検出器等に対する
配線空間、レーザ加工用補助ガスの配管空間として充分
に利用することができる。

第２図、第３図は上述した第１図の基本構成を踏襲した
垂直多関節腕形レーザロボットの具体的な実施形態を示
しており、ロボットベース４１上に旋回胴４２を有し、
この旋回胴４２の上端から前側にオフセットした胸部４
２ａに第１０ボツト腕４４の後端４４ｂが枢着され、該
第１０ボツト腕４４の先端４４ａに第２０ボツト腕４６
の後端４６ｂが枢着され、更に、該第２０ボツト腕４６
の先端４６ａにレーザ光発出部を形成するロボット手首
４８が取付けられている。そして、旋回胴４２の前記胸
部４２ａの両側には第１１第２０ボツト腕４４．４６の
Ｗ軸回り、Ｕ軸回りの旋回駆動源を成す電動モータＭｗ
とＭｕとが設けられている。

また、旋回胴４２の頂部４２ｂと第２０ボツト腕４６の
後端４６ｂとの間には前述した中空ボールスプラインナ
ツト５２とボールスプライン軸５４とから構成され、ボ
ールスプラインナツト５２は中空筒５０に固定され、こ
の中空筒５０の下端は、レーザ光の進路変更のための反
射を行うミラーを内蔵したレーザ光路接続器５８を介し
て旋回胴４２に結合されている。又、中空ボールスプラ
イン軸５４の上端は、レーザ光路接続器６０を介して第
２０ボツト腕４６に結合されている。

レーザ光は、レーザ光発振器（図示なし）を発して、外
部管路６２ａ１外部光路ミラー６２ｂ１外部管路６２ｃ
を通って旋回胴４２の上端に導入され、ミラーユニット
６４ａで反射、進路変更され、レーザ光路接続器５８内
のミラーユニット６４ｂで再び反射、進路変更されて上
記レーザ光通路手段５０に導入され、次いでレーザ光路
接続器６０内のミラーユニツ）６４ｃで反射、進路変更
され、第２０ボツト腕４６の後端４６ｂに設けられたミ
ラーユニッ）６４ｄで再度、反射、進路変更後に該第２
０ボツト腕４６内を直進して、ロボット手首４８に達す
る構成を有している。このような構造としたことにより
、第１、第２腕の関節部にミラー等をな（することがで
き、そのため、モータ等の駆動系の配置及び配管、配線
のスペースを充分に確保することができ、また、両持ち
構造の機械的剛性の高い構造も実現可能となっている。

６６は旋回胴４２と第２０ボツト腕４６の後端４６ｂと
の間に架けた周知のリンク機構であり、６４ｅはロボッ
ト手首４８内に設けたレーザミラーで、手首が２軸動作
構造の場合のみ必要となる進路変更用ミラーであり、１
軸系の場合は必要ない。

第４図と第５図は前述の第２図、第３図に示した実施例
において、第２腕の駆動をリンク機構でなく、直接駆動
とした構造を有した垂直多関節腕形産業用レーザロボッ
トの実施例であり、同様のロボット部材、又は要素は先
の実施例と同じ参照番号で示しである。

本実施例では、旋回胴４２の内部に該胴部４２の旋回駆
動用モータＭθが設けられ、θ軸運動の駆動源を成して
いることを示し、また、同旋回胴部４２の内部と胴部４
２の上端の胸部４２ａのＷ軸中心とを経由して第１０ボ
ツト腕４４の先端４４ａのＵ軸中心まで配線７０が走行
している様子を示しＣいる。また、駆動モータＭｗは胸
Ｒ４２ａの側部に設けられ、駆動モータＭｕは第１０ボ
ツト腕４４の上端４４ａの側部に設けられている。レー
ザ光は、外部管路６２ａ、外部ミラ−６２ｂ１外部管路
６２ｃを経てロボット機体に導入され、ミラーユニツ）
６４ａ〜６４ｄで反射、進路変更され、ボールスプライ
ンナツトとボールスプライン軸とから成るレーザ光通路
を主通路として矢印で示すように■から■の光路により
進行して第２０ボツト腕４６の内部に入り、この第２０
ボツト腕４６の内部を最終のレーザ光路としてロボット
手首４８に到達している。つまり、ロボット機体の可動
部を通過する間には４つのミラー６４ａ〜６４ｄのみを
使用する構成としている。

この実施例からは、ボールスプラインを用いたレーザ光
の通路手段５０により、レーザ光専用の光路が確保され
たことにより、ロボット可動部の旋回胴４２や第１０ボ
ツト腕４４の内部空間が余裕の有る配線空間として有効
に利用でき、しかもレーザ光の進路変更用反射ミラーは
必要最少限の設置個数に削減されているから、レーザ光
エネルギーがロボット機体内で低減する割合を極力、低
減させているのである。また、上記のボールスプライン
ナツト５２とボールスプライン軸５４より成るレーザ光
路はコンパクトな構造であるために、ロボットの横幅の
増大はほとんど無く、外周囲の配置物等と干渉を起こす
危惧は回避されているのである。

第６図は、本発明に係る多関節腕形産業用レーザロボッ
トが水平多関節腕形レーザロボットとして実現された実
施例を示している。同レーザロボットはロボットベース
８１の上端に後端８２ｂが枢着された第１０ボツト腕８
２、その第１０ボツト腕８２の先端８２ａの後端に後端
８４ｂが枢着された第２のロボット腕８４、その第２の
ロボット腕８４の先端８４ａに装着されたロボット手首
８６を具備して構成され、第１、第２のロボット腕８２
．８４は共に垂直方向を向き、互いに平行なＷ軸、Ｕ軸
を旋回中心軸に有して旋回動作するレーザロボットとし
て形成されている。ここで、本発明によれば、第１０ボ
ツト腕８２の後端８２ｂの頂部に取り付けたレーザ光路
接続器８８と第２０ボツト腕８４の先端８４ａの頂部に
設けたレーザ光ロボット接続器９０との間にボールスプ
ラインナツト９２と中空ボールスプライン軸９４とによ
り形成された伸縮摺動自在なレーザ光通路手段９６が架
は渡されている。そして、レーザ光発振器（図示なし）
を発して外部レーザ光管路を経由してロボット機体に導
入されたレーザ光は、レーザ光路接続器８８内のミラー
ユニツ）９８ａとし・−ザ光路接続器９０内のミラーユ
ニッ）９８ｂとで進路変更され、且つ、上記レーザ光通
路手段９６、両レーザ光路接続器８８．９ｏ内を通過し
てロボット手首８６から所定の作業点に向けて発出され
る構成と成っている。従って、前述の第１図の実施例の
基本構成と同様にレーザ光の専用の通路が確保され、最
少数のミラーユニットだけを使用したレーザロボットが
構成されるのである。

このとき、第１、第２のロボット腕８２．８４はその内
部を例えば、配線やレーザ加工補助ガスの配管路用に確
保することができる。また、これらのロボット腕８２．
８４の内部をレーザ光通路には全く利用することは無い
から、レーザ通路と配線、配管路との混用による構造上
の複雑さ、配線、配管作業の煩瑣、レーザ光反射ミラー
の角度調節やミラー面を清浄にする保守作業はロボット
可動部とは別異のレーザ光専用の通路部分を対象にして
遂行されるから１．これらの調節、保守等の作業が大幅
に簡易化されるのである。

〔発明の効果〕

以上の本発明の基本構成及び具体的実施例の記載を介し
て理解できるように、本発明によれば、ボールスプライ
ンナツトとボールスプライン軸とから成る伸縮摺動要素
を構成要素としたレーザ光の通路手段をロボット可動部
の運動領域内部に設け、レーザ光の専用光路を形成し、
しかも、レーザ光の進路変更用ミラーユニットは極力、
設置数を削減する構造を採用したから、ミラーによるし
−ザ光エネルギーの損失を低減し、レーザ光をエネルギ
ー源とした溶接、切断、シーム、パリ取り等のレーザ加
工作業用ロボットに必須の高レーザエネルギーの確保、
維持と高精度のレーザ光伝達を可能にし、しかも、ミラ
ーの調節や保守をロボット可動部とは別に形成したレー
ザ光通路手段やレーザ光路接続器を主として対象に、又
、ロボット可動部の比較的平の届き易い部位を対象にし
て遂行し得るから、レーザロボットの性能維持に肝要な
定期的保守作業を極力簡易化し得る効果を奏するのであ
る。

しかも、ロボット可動部の駆動源や回転検出器に対する
電気配線類、レーザ加工に必要な補助ガスの配管路等は
ロボット胴部、ロボット腕等の機体内にスペースを確保
し得るのである。

また、上記レーザ光通路手段はコンパクトで、ロボット
旋回胴、ロボット腕等の運動範囲内に配置できる構造を
有しているから、ロボット使用現場で、ロボット周囲の
配置物や関連機器と作用上で干渉を起こす等の不利は完
全に回避することができる。

また、各関節部にミラー等が無いため、モータ等の動作
駆動源の配置のスペースが充分に有り、両持ち構造等の
機械的剛性の高い構造を得ることができ、また、周知の
ダイレクトドライブモータ等を配置することも容易に可
能となる有利を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例に係る垂直多関節腕形産業
用レーザロボットの基本構成を示す斜視図、第２図、第
３図、第４図、第５図及び第６図は、第１図に示した実
施例を更に具体化したレーザロボットの背面図、側面図
、背面側断面図、側面側断面図、正面側断面図、第７Ｔ
ＩＩＪと第８図は同じく第１図の実施例で第２図、第３
図のものと駆動方式を変えた具体的垂直多関節腕形産業
用レーザロボットの正面図と側面図、第９図は本発明の
他の実施例に係る水平多関節腕形産業用レーデロボット
の基本構成を示す斜視図、第１Ｏ図と第１１図は従来の
レーザロボットの構成例を示す斜視図。 ２１・・・ロボットベース、２２・・・ロボット旋回胴
、２４・・・第１０ボツト腕、２６・・・第２０ボツト
腕、２８・・・ボールスプラインナツト、３０・・・ボ
ールブライン軸、３４ａ〜３４ｄ・・・ミラー　３１・
・・レーザ光通路手段、５０・・・中空筒、 ８１・・・ロボットベース、８２・・・第１０ボツト腕
、８４・・・第２０ボツト腕、８６・・・ロボット手首
、９２・・・ボールスプラインナツト、９４・・・ボー
ルスプライン軸、９６・・・レーザ光通路手段、９８ａ
。 ９８ｂ　　・・・　ミ　ラ　− 第 図 （従来技術） 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直結または旋回胴を介してロボットベースに保持さ
   れた関節結合型の少なくとも２つのロボット腕と、それ
   らロボット腕の最先端に保持されたレーザ光発出用のロ
   ボット手首とを具備した多関節腕形産業用レーザーロボ
   ットにおいて、前記２つのロボット腕間に該両腕の相対
   的旋回運動に応じて伸縮する中空ボールスプライン軸と
   ボールスプラインナットとを有したレーザ光通路手段を
   設け、ロボット機体外から導入したレーザ光を前記レー
   ザ光通路手段を介すると共に最少数のレーザ光反射ミラ
   ーを用いてロボット手首へ導くように構成したことを特
   徴とした多関節腕形産業用レーザロボット。 ２、前記レーザ光通路手段の最先端は、前記２つのロボ
   ット腕におけるロボット手首側のロボット下腕に取り付
   けた中空レーザ光路接続器を介して該ロボット下腕にレ
   ーザ光を導入することを特徴とした特許請求の範囲１、
   に記載の多関節腕形産業用レーザロボット。 ３、前記レーザ光通路手段の最後端は、前記２つのロボ
   ット腕のベース又は旋回胴にレーザ光路接続器を介して
   枢着、結合されている特許請求の範囲１、に記載の多関
   節腕形産業用レーザロボット。