JPH04361891A - レーザロボットのミラー支持装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザロボットに関し
、特に、レーザロボット内部の各関節部にレーザビーム
の進路変更用として設けられるミラーユニットの支持装
置の改良構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザロボットは、ロボット機体が多く
、多関節腕型ロボットとして形成され、ロボット機体に
おける縦軸周りに旋回可能な旋回胴部の頂部又は底部を
経て外部のレーザビーム発振器からレーザビーム管路を
介して導入し、ロボット機体の内部に配設したレーザビ
ーム管路と各関節部に配設されたビーム進路の変更用の
ミラーユニットとを経て最先端に設けられたレーザビー
ム出射装置にレーザビームを導き、その出射装置からレ
ーザビーム照射対象へレーザビームを出射する構造を有
している。このとき、ミラーユニットは１つのレーザビ
ーム管路を経て進行したレーザビームを別のレーザビー
ム管路へミラー表面における反射で進路変更を行なうた
めに、ロボット腕の関節部における旋回動作に依存して
レーザビーム進路が正規の進路からずれを生じないよう
に構成されることが必要とされ、従来からミラーの反射
点が各関節部における旋回軸心上に配置、維持される工
夫を有したミラーユニット支持装置が提供されている。

【０００３】図４、図５は、このような従来のミラー支
持装置を備えたレーザロボットの内部構造を示した部分
断面図と、同従来のミラー支持装置によって発生する問
題点を説明した略示機構図である。

【０００４】図４に示すように、多関節腕型レーザロボ
ットの機体は、縦軸周りに旋回可能な旋回胴１０、同旋
回胴１０の頂部の関節部１２において水平軸心Ｗの周り
に地面に対して垂直な平面内で俯仰動作状に旋回可能に
回転軸受１６を介して支持された第１のロボット腕１４
、同第１のロボット腕１４の先端の関節部１８において
水平軸心Ｕの周りに旋回可能に回転軸受２０を介して支
持された第２のロボット腕２２を備え、この第２ロボッ
ト腕２２の先端部の図示されていない関節部を介してレ
ーザビーム出射ユニット（図示なし）が設けられている
。レーザビームは外部のレーザビーム発振器から適宜の
レーザビーム管路を経て、例えば、旋回胴１０に導入さ
れ、関節部１２に設けられたミラーユニット２４のミラ
ー２４ａで進路変更をして第１のロボット腕１４の内部
のレーザビーム導管路２６に入り、この導管路２６を経
て関節部１８に達し、同関節部１８に設けられた１対の
ミラーユニット２８、３０におけるミラー２８ａ、３０
ａを経て第２ロボット腕２２のレーザビーム導管路３２
を経て上述したレーザビーム出射ユニットへ導かれる構
成を有している。

【０００５】このとき、従来のミラーユニット２４、２
８、３０等は何れも夫々、関節部１２、１８においてロ
ボット腕１４、２２にボルトねじで固定位置決めした固
定構造を有している。つまり、ロボットの組立工程や補
修工程で所定のレーザロボットの姿勢において精密なレ
ーザビームの光軸調整を行ない、ロボット腕が旋回動作
をしてもレーザビームの光路がずれを起こさないように
、腕の旋回軸心上にミラーユニット２４等の受光点、反
射点を配し、かつ、ミラーの光軸が旋回軸心と一致して
いるように調整し、ねじで締め、固定する方式がとられ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、図５に略
示するように、特に、レーザロボットの第１のロボット
腕１４では、その先端側に第２のロボット腕２２やレー
ザビーム出射ユニット等の比較的重量物が負荷される取
付け構造が設けられているため、これらの重量物による
負荷が第１のロボット腕１４に掛り、撓みを発生する。 このとき、ロボット腕１４の撓みに対してレーザビーム
は相変わらず、ミラーユニット２４、２８を経る進路を
進行するが、第１ロボット腕１４の先端側では腕の撓み
に応じてミラーユニット２８の位置にずれを生じている
から、ミラーユニット２８によるレーザビームの反射点
が変わり、反射後のレーザビーム進路は正規の進路から
ずれδを生ずる。この結果、レーザビームが第２ロボッ
ト腕２２の先端の関節部を経由してレーザビーム出射ユ
ニットに達したときには、レーザビームの進路ずれは更
に拡大され、結局、目的の照射対象に対して高いレーザ
エネルギーを有したレーザビームを照射できない問題点
が発生することがあった。つまり、ロボット機体内部に
ロボット腕の撓みに追従して、レーザビームの進路を追
従、補正する手段が何ら設けられていないと言う欠点を
有しているのである。この結果、レーザロボットによる
レーザ加工等の作業性能も充分に高精度化できない問題
んが存在していた。

【０００７】依って、本発明の目的は、このような従来
のレーザロボットにおけるロボット機体内のレーザビー
ムの進路機構、特に、ミラーユニットの支持装置におけ
る問題点を解決せんとするものである。

【０００８】本発明の他の目的は、ミラーユニットを関
節部に有した多関節腕型レーザロボットの機体において
、重力効果を受けて撓みを生ずるロボット腕に対して撓
みの影響が直接、レーザビーム管路におけるミラーユニ
ットに及ばない構造を有したミラー支持装置を提供せん
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザロボッ
トのロボット機体内部における各関節部に配設されたレ
ーザビーム進路の変更用ミラーユニットを支持する支持
装置に、重力効果によるロボット腕の撓みに追従したミ
ラーユニットの変位動作、特に回転と軸方向の伸縮変位
とを付与し得る機械的構造を有した支持装置を提供し、
以て、ロボット腕の撓みにも関わらず、レーザビームは
常にミラーユニットの正規の光軸上で入、反射し、所定
の進路を経てレーザビーム出射ユニットに到達するよう
にしたものである。

【００１０】即ち、本発明によれば、関節結合構造を有
したロボット腕が地表面に対して垂直な面内で旋回可能
に配設されると共に該ロボット腕の端部の関節結合部分
に支持されたレーザビームの進路変更用ミラーユニット
を具備し、外部から導入したレーザビームを該ミラーユ
ニットを介して最先端のミラー出射装置へ順次に誘導し
、出射するレーザロボットにおいて、前記ミラーユニッ
トを支持するミラー支持装置は、前記関節結合部におい
て該ミラーユニットをロボット腕の旋回軸心と同軸の軸
心周りに旋回可能に保持する回転軸受手段と、前記ミラ
ーユニットのビーム入射端又は出射端に結合され、前記
ロボット腕の長さ方向に摺動自在に設けたビーム導管と
で構成され、前記ロボット腕の重力撓みに応じて前記ミ
ラーユニットを補正旋回可能にしたレーザロボットのミ
ラー支持装置が提供される。

【００１１】又、本発明によれば、ロボット旋回胴と、
該旋回胴に設けた第１の関節部に対して水平軸心を旋回
軸心にして地面に垂直な平面内で旋回可能な第１のロボ
ット腕と、前記第１のロボット腕の先端に設けた第２の
関節部に対して水平軸心を旋回軸心にして旋回可能な第
２のロボット腕と、前記第２のロボット腕の先端に設け
られた第３の関節部に結合されたレーザビーム出射部と
、前記第１、第２、第３の関節部の各関節部に設けたレ
ーザビームの進路変更用ミラーユニットと、前記第１ロ
ボット腕、前記第２ロボット腕内に設けたレーザビーム
導管路手段とを具備したレーザロボットにおいて、少な
くとも前記第１のロボット腕の両端の前記第１、第２の
関節部に設けられた前記の各ミラーユニットは、該第１
のロボットの前記旋回軸心及び該第２のロボット腕の前
記旋回軸心と夫々同軸の旋回軸を中心にして旋回可能に
回転軸受手段により支持されると共に両ミラーユニット
間を結合する前記レーザビーム導管路手段がすべり軸受
を介して軸方向に伸縮変位可能な構造を具備しているこ
とを特徴としたレーザロボットが提供される。

【００１２】

【作用】上述の構成によれば、ロボット機体内の各関節
部に設けたレーザビームの進路変更用ミラーユニットは
、ロボット腕の撓みに追従して旋回と軸方向の変位し、
レーザビームの進路は常に各ミラーユニットの反射ミラ
ーの所定の入、反射点で進路変更を行ない、その上、ロ
ボット腕の旋回による姿勢の変化で、重力効果が変化し
て撓み量が種々変動したときにも、その撓み量に追従し
たミラーユニットの変位が得られるから、ロボット機体
の先端に達した時点では、常に正規の進路を進行したレ
ーザビームがレーザビーム出射装置から照射対象に出射
されるのである。以下、本発明によるレーザロボットの
ミラー支持装置及び同装置を備えた多関節腕型レーザロ
ボットに就いて、添付図面を参照して更に、詳細に説明
する。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明に係るレーザロボットのミラ
ー支持装置の構成と作用とを説明する要部断面図、図２
は同ミラー支持装置が組み込まれる多関節腕型レーザロ
ボットの外観正面図、図３は、ロボット腕の撓みに追従
したミラーユニットの変位を説明する略示機構図である
。なお、本発明の実施例において、図４に示した従来の
多関節腕型レーザロボットと同一ないし等価な要素、部
分に就いては、同じ参照番号で示してある。

【００１４】図１に示すレーザロボットの要部において
、ロボット機体を構成するロボット胴１０、第１の関節
部１２、第１のロボット腕１４、第１の関節部１２にお
いて第１ロボット腕１４を水平軸心であるＷ軸心を中心
にして地面に鉛直な面内で旋回可能に支持する回転軸受
１６、第１のロボット腕１４の先端に設けられた第２の
関節部１８、同第２の関節部１８にいて水平軸心である
Ｕ軸を中心に第２のロボット腕２２を旋回可能に支持す
る回転軸受２０等の機構要素及び部分は図４に示した従
来のレーザロボットの対応要素及び部分と同様な構成、
作用を有するものと理解して良い。

【００１５】従って、レーザビームはロボット機体の旋
回胴１０の一部で外部の図示されていないレーザビーム
導管路を経て導入される。このレーザビームは、第１の
ロボット腕１４の基端側の第１の関節部１２に設けられ
た第１のミラーユニット２４における反射ミラー２４ａ
で反射されて進路を略直角に変更して第１のロボット腕
１４の内部に設けられたレーザビーム導管路１２６に入
り、このレーザビーム導管路１２６を経て第１ロボット
腕１４の先端の第２の関節部１８に設けられた第２のミ
ラーユニット２８における反射ミラー２８ａで反射され
て再び略直角に進路を変更される。レーザビームは更に
同じ第２の関節部１８において、第２のミラーユニット
２８と対向した位置に配設された第３のミラーユニット
３０の反射ミラー３０ａに入射し、反射して進路を略直
角に変更され、第２のロボット腕２２の内部に設けられ
たレーザビーム導管路１３２に入り、このレーザビーム
導管路１３２を経てロボット機体の先端の関節部に設け
られた他のミラーユニットを経てレーザビーム出射ユニ
ット（図示なし）に達する。

【００１６】ここで、第１ロボット腕１４は、その先端
に枢着された第２のロボット腕２２を始めとする重量負
荷要素の負荷を受けてＷ軸心周りに旋回するから、第１
ロボット腕１４が鉛直な平面内で旋回する場合に、種々
の旋回姿勢位置に応じて異なる重力効果を受け、強固な
機械的剛性を有しているにしても長尺であればある程、
モーメント腕が長くなるので、同第１ロボット腕１４の
先端における撓みは大きくなる。この撓みはレーザビー
ム導管路１２６を進行するレーザビームの進路に悪影響
を及ぼし、第１のミラーユニット２４の反射ミラー２４
ａで反射したレーザビームが第２のミラーユニット２８
の反射ミラー２８ａにおける正規の反射点に入射しなく
なることは図５に基づく既述の説明通りである。

【００１７】依って、本発明によれば、第１の関節部１
２に設けた第１のミラーユニット２４を、第１のロボッ
ト腕１４の旋回軸心であるＷ軸心と同軸心周りに回転軸
受４０に依って同第１ロボット腕１４の基端側機枠に対
して旋回可能に支持する支持装置とし、第１ロボット腕
１４の撓みに追従して第１のミラーユニット２４自体を
旋回可能にしている。

【００１８】同様に、第１のロボット腕１４の先端の第
２の関節部１８に設けられた第２のミラーユニット２８
も回転軸受５０で第１のロボット腕１４の先端側機枠に
対して旋回可能に支持する支持装置を構成している。 又、第１ロボット腕１４の内部に設けられたレーザビー
ム導管路１２６は、第１ミラーユニット２４に結合した
機械的剛性の高く、かつ比較的軽量なパイプ材、例えば
、アルミパイプ材、薄肉ステンレスパイプ材、硬質合成
樹脂製のパイプ材等から成る管路部１２７と、第２ミラ
ーユニット２８に結合した機械的剛性の同様のパイプ材
から成る管路部１２８とをテレスコピックな入れ子式構
造で嵌合せしめると共に両パイプ材の先端側に滑り軸受
、例えば、周知の潤滑性樹脂材であるテトラフルオロエ
チレン材、または銅合金材からなる滑り軸受１２９、１
２９又は同等な例えばボールを用いた直動軸受を夫々設
けて両管路部１２７、１２８が相互に摺動可能に直線変
位可能な構造で形成されている。

【００１９】この結果、図３に示すように、第１ロボッ
ト腕１４が撓み（点線で図示）を発生したときにも、第
１のミラーユニット２４が旋回し、かつ撓みによる軸方
向の変位に対してもレーザビーム導管路１２６の伸縮動
作状の変位により追従しているから、レーザビームは第
１のミラーユニット２４のミラー２４ａで反射してから
、腕先端側の第２のミラーユニット２８の所定の正規の
入、反射点に到達してずれδを生ずることなく、反射さ
れる。

【００２０】このために、レーザビームは第２のミラー
ユニット２８で反射後も予め光軸合わせされた進路を進
行可能であり、従って、第２のロボット腕２２の基端側
に設けられた第３のミラーユニット３０における反射ミ
ラー３０ａの所定の入射点に入射できるのである。

【００２１】ここで、好ましくは、第３のミラーユニッ
ト３０に関しても第１、第２のミラーユニット２４、２
８と同様に回転軸受６０で関節部１８の旋回軸心Ｕに対
して旋回可能に設けられ、かつ、レーザビーム導管路１
３２も前述のバイプ材と同一のパイプ材からなる導管路
１３３で構成し（第２ロボット腕２２の先端側に設けた
ミラーユニットの導管路と入れ子式構造で嵌合してある
）、かつ、滑り軸受１３５を有して摺動可能に構成して
あるから、第２のロボット腕２２においても重力効果で
撓みが発生しても第３のミラーユニットが追従変位して
レーザビームの進路のずれが発生することは無いのであ
る。

【００２２】図２は、上述したミラー支持装置を備えた
多関節腕型レーザロボットの全体的な外観を示した正面
図であり、同ロボットの機体は、ロボットベース８が地
面等のロボット設置領域に固定される基部として設けら
れ、同ロボットベース８の上に旋回胴１０が縦軸心周り
の旋回（θ）が可能に設けられ、この旋回胴１０の先端
の頂部に設けられた関節部１２に第１のロボット腕１４
がＷ軸心周りに旋回可能に枢着されている。この第１ロ
ボット腕１４の旋回動作は関節部１２に内蔵された駆動
モータ（図示に現れない）によって駆動される。また、
第１のロボット腕１４の先端に設けられた関節部１８に
おいて第２のロボット腕２２が上記のＷ軸心と平行なＵ
軸心周りに旋回可能に設けられ、その旋回駆動は、前述
した旋回胴１０の頂部の関節部１２に内蔵されている。 この第２ロボット腕２２の後端部には手首駆動モータＭ
が搭載され、かつ、この駆動モータＭにより駆動される
ロボット手首２５は、第２ロボット腕２２の先端の関節
部２７に結合され、第２ロボット腕２２の長軸心周り及
びこれと垂直な軸心周りにα回転及びβ回転が可能に構
成されている。ロボット手首２５には集光々学系から成
るレーザビーム出射ユニット２５ａが具備され、第１、
第２のロボット腕１４、２２等の姿勢制御動作に応じて
所望のレーザビーム照射対象に向けてレーザビームを照
射するようになっている。レーザビームはロボット機体
外に設備されたレーザ発振器（図示なし）より適宜のレ
ーザビーム導管路手段を経て関節部１２に導入され、同
関節部１２に設けられた本発明に係る支持装置で支持さ
れたミラーユニット、第１ロボット腕１４内のレーザビ
ーム導管路手段、関節部１８に内蔵された同様のミラー
ユニット、第２ロボット腕２２内に設けられたレーザビ
ーム導管路手段、関節部２７に設けられた同様のミラー
ユニット等を経て集光後にレーザビーム出射ユニット２
５ａから出射される。

【００２３】

【発明の効果】以上の実施例の構成、作用の説明を介し
て理解できるように、本発明は、レーザロボット、特に
、多関節腕型レーザロボットの関節に配置されるレーザ
ビームの進路変更用ミラーユニットを支持する支持装置
を従来の単なるボルトねじによる固定支持方式とは異な
り、回転軸受を具備して関節部におけるロボット腕の旋
回軸心と同軸心周りに旋回可能な構造を設け、かつ、腕
の両端のミラーユニット間に配置されるレーザビーム導
管路手段は、機械的に高剛性で軽量のパイプ材から成る
管路を滑り軸受で摺動可能に配設して両ミラーユニット
を支持する構成としたから、ロボット腕が関節部の旋回
軸心周りに地面に対して鉛直な平面内で旋回するとき、
腕先端に結合された他の腕等の重量負荷による重力効果
の影響で、腕には旋回姿勢に応じた撓みが発生するが、
その撓みの影響がミラーユニットによるレーザビームの
入、反射に悪影響を与えることなく、つまり、ミラーユ
ニットが腕の撓みに追従して変位するから、レーザビー
ムは常の所定の光軸路に沿って進行可能であり、従って
、レーザロボットが種々の姿勢を取る場合にも、常に所
望のレーザ照射対象に対して所望のエネルギーレベルを
有したレーザビームを安定して出射することが可能とな
る。この結果、レーザロボットの加工性能が、従来に比
較して一段と安定化される効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザロボットのミラー支持装置
の構成と作用とを説明する要部断面図である。

【図２】同ミラー支持装置が組み込まれる多関節腕型レ
ーザロボットの外観正面図である。

【図３】ロボット腕の撓みに追従したミラーユニットの
変位を説明する略示機構図である。

【図４】レーザロボットにおける従来のミラー支持方式
を示す断面図である。

【図５】従来のミラーユニットにおいてロボット腕の撓
みに応じて発生するレーザビームの進路のずれδを説明
する略示機構図である。

【符合の説明】

１０…旋回胴 １２…第１の関節部 １４…第１のロボット腕 １８…第２の関節部 ２２…第２のロボット腕 ２４…第１のミラーユニット ２４ａ…ミラー ２５…ロボット手首 ２５ａ…レーザビーム出射ユニット ２８…第２のミラーユニット ２８ａ…ミラー ４０…回転軸受 ５０…回転軸受 １２６…レーザビーム導管路 １２７…管路部 １２８…管路部 １２９…滑り軸受

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　関節結合構造を有したロボット腕が地
   表面に対して垂直な面内で旋回可能に配設されると共に
   該ロボット腕の端部の関節結合部分に支持されたレーザ
   ビームの進路変更用ミラーユニットを具備し、外部から
   導入したレーザビームを該ミラーユニットを介して最先
   端のミラー出射装置へ順次に誘導し、出射するレーザロ
   ボットにおいて、前記ミラーユニットを支持するミラー
   支持装置は、前記関節結合部において該ミラーユニット
   をロボット腕の旋回軸心と同軸の軸心周りに旋回可能に
   保持する回転軸受手段と、前記ミラーユニットのビーム
   入射端又は出射端に結合され、前記ロボット腕の長さ方
   向に摺動自在に設けたビーム導管とで構成され、前記ロ
   ボット腕の重力撓みに応じて前記ミラーユニットを補正
   旋回可能にしたことを特徴としたレーザロボットのミラ
   ー支持装置。
2. 【請求項２】　　ロボット旋回胴と、該旋回胴に設けた
   第１の関節部に対して水平軸心を旋回軸心にして地面に
   垂直な平面内で旋回可能な第１のロボット腕と、前記第
   １のロボット腕の先端に設けた第２の関節部に対して水
   平軸心を旋回軸心にして旋回可能な第２のロボット腕と
   、前記第２のロボット腕の先端に設けられた第３の関節
   部に結合されたレーザビーム出射部と、前記第１、第２
   、第３の関節部の各関節部に設けたレーザビームの進路
   変更用ミラーユニットと、前記第１ロボット腕、前記第
   ２ロボット腕内に設けたレーザビーム導管路手段とを具
   備したレーザロボットにおいて、少なくとも前記第１の
   ロボット腕の両端の前記第１、第２の関節部に設けられ
   た前記の各ミラーユニットは、該第１のロボットの前記
   旋回軸心及び該第２のロボット腕の前記旋回軸心と夫々
   同軸の旋回軸を中心にして旋回可能に回転軸受手段によ
   り支持されると共に両ミラーユニット間を結合する前記
   レーザビーム導管路手段がすべり軸受を介して軸方向に
   伸縮変位可能な構造を具備していることを特徴としたレ
   ーザロボット。
3. 【請求項３】　　前記レーザビーム導管路手段は、機械
   的剛性度の高い中空管によって形成されていることを特
   徴とする請求項２に記載のレーザロボット。