CN106103015B - 激光加工机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的激光加工机器人具有机械手、机器人控制装置以及激光加工头。机器人控制装置控制机械手的动作。激光加工头安装在机械手上且扫描激光。激光加工头具有对用于扫描激光的构件进行驱动的伺服电机。伺服电机的驱动由机器人控制装置控制。

Description

激光加工机器人

技术领域

本发明涉及具有激光加工头以及机械手的激光加工机器人。

背景技术

专利文献1中记载有在前端设有点焊枪的点焊机器人。在点焊机器人上配线有第一线条体以及第二线条体。第一线条体是将与驱动点焊机器人的关节轴的伺服电机连接的电源线缆、电源线以及信号线捆扎而成的线条体。第二线条体是将与驱动点焊机器人的关节轴的伺服电机连接的电源线缆、电源线、信号线、以及与点焊枪连接的焊接用电源线、冷却用软管、电源线、信号线捆扎而成的线条体。

第一线条体以及第二线条体从点焊机器人的基座的连接口经由基座的内部、臂的侧面、臂的内部而与点焊机器人的伺服电机、点焊枪连接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-096332号公报

在现有的点焊机器人中，需要在控制点焊枪的焊接控制装置和控制点焊机器人的机器人控制装置上分别连接第一线条体以及第二线条体的配线。因此，需要从点焊机器人分别向焊接控制装置以及机器人控制装置设置控制线缆，这些线缆可能与周边设备发生干涉。

发明内容

本发明提供一种减少在激光加工机器人中使用的线缆与周边设备发生干涉的激光加工机器人。

为了解决上述课题，本发明的激光加工机器人具有机械手、机器人控制装置以及激光加工头。机器人控制装置控制机械手的动作。激光加工头安装在机械手上且扫描激光。激光加工头具有对用于扫描激光的构件进行驱动的伺服电机。伺服电机的驱动由机器人控制装置控制。

根据本发明的激光加工机器人，能够减少机械手与机器人控制装置之间的线缆的数量，能够减少配设于激光加工机器人的线缆与周边设备的干涉。

附图说明

图1是实施方式中的、具有机械手、机器人控制装置以及激光加工头的激光加工机器人的右侧视图。

图2是实施方式中的、具有机械手、机器人控制装置以及激光加工头的激光加工机器人的俯视图。

图3是示出实施方式中的、安装有激光加工头的机械手的手腕部的左侧视图。

图4是示出实施方式中的、未安装激光加工头的状态下的机械手的手腕部的前端的立体图。

图5是示出实施方式中的、安装有激光加工头的状态下的机械手的手腕部的前端的立体图。

具体实施方式

(实施方式)

使用图1～图5对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式中的、具有机械手1、机器人控制装置51以及激光加工头31的激光加工机器人100的右侧视图。图2是本实施方式中的、具有机械手1、机器人控制装置51以及激光加工头31的激光加工机器人100的俯视图。图3是示出本实施方式中的、安装有激光加工头31的机械手1的手腕部的左侧视图。图4是示出本实施方式中的、未安装激光加工头31的状态下的机械手1的手腕部的前端的立体图。图5是示出本实施方式中的、安装有激光加工头31的状态下的机械手1的手腕部的前端的立体图。需要说明的是，作为激光加工机器人100，具有激光焊接机器人、激光切断机器人等。

<激光加工机器人100的构造和动作>

如图1以及图2所示，本实施方式的激光加工机器人100具有机械手1、机器人控制装置51以及激光加工头31。向激光加工头31输入激光振荡装置(未图示)所输出的激光，激光加工头31一边改变激光的照射位置、一边向加工物(未图示)照射激光。在机械手1的前端安装有激光加工头31。机器人控制装置51基于机器人控制装置51内所存储的动作程序，来控制机械手1的动作、激光加工头31的动作。

如图1所示，机械手1是6轴的垂直多关节型，且具有基座12、回转部13、下部臂14、上部臂15以及手腕部。需要说明的是，手腕部至少具有第一手腕臂16、第二手腕臂17以及手腕凸缘18。即，机械手1大致由基座12、回转部13、下部臂14、上部臂15、第一手腕臂16、第二手腕臂17以及手腕凸缘18这7个配件构成。而且，在连接这些配件的6个连接部中，能够以旋转轴为中心进行旋转。在机械手1的前端部分安装有激光加工头31。通过机械手1使激光加工头31移动，并使用从激光加工头31射出的激光而进行焊接、切断等激光加工。

接下来，对机械手1的具体构造进行说明。

基座12固定于设置机械手1的设置面。

回转部13被设为能够相对于基座12回转，且以旋转轴J1(第一旋转轴)为中心而进行回转。旋转轴J1是与设置面正交的轴，在图1中是上下方向上的轴。

下部臂14在其一端处设为能够相对于回转部13旋转，且以旋转轴J2(第二旋转轴)为中心进行旋转。旋转轴J2是与设置面平行的轴，且是与旋转轴J1垂直的方向上的轴。在图1中，是与纸面垂直的方向上的轴。即，下部臂14以旋转轴J2为中心而在前后方向(在图1中为左右方向)上进行摆动。

上部臂15在其一端处设为能够相对于下部臂14旋转，且以旋转轴J3(第三旋转轴)中心而进行旋转。旋转轴J3是与旋转轴J2平行的轴，且是与旋转轴J1垂直的方向上的轴。在图1中，是与纸面垂直的方向上的轴。即，上部臂15以旋转轴J3为中心而在上下方向(在图1中为上下方向)上进行摆动。

需要说明的是，下部臂14也在上下方向上进行摆动，上部臂15也在左右方向上进行摆动，但各自的主要动作方向是前述的方向。

手腕部具有第一手腕臂16、第二手腕臂17以及手腕凸缘18，此外，如图4所示，至少具有中间构件23。

第一手腕臂16在其一端处设为能够相对于上部臂15旋转，且以旋转轴J4(第四旋转轴)为中心进行旋转。旋转轴J4是与旋转轴J3垂直的方向上的轴，在图1中，是左右方向上的轴。由于第一手腕臂16的主轴和旋转轴J4大致一致，因此第一手腕臂16进行扭转动作。

第二手腕臂17在其一端处设为能够相对于第一手腕臂16旋转，且以旋转轴J5(第五旋转轴)为中心进行旋转。旋转轴J5是与旋转轴J4垂直的方向上的轴，在图1中，是与纸面垂直的方向上的轴。即，第二手腕臂17以旋转轴J4为中心而主要在上下方向(在图1中为上下方向)上进行摆动。

手腕凸缘18在第二手腕臂17的前端部设为能够相对于第二手腕臂17旋转，且以旋转轴J6(第六旋转轴)为中心进行旋转。旋转轴J6是与旋转轴J5垂直的方向上的轴，在图1中，是左右方向上的轴。由于手腕凸缘18的主轴和旋转轴J6大致一致，因此手腕凸缘18进行扭转动作。即，使安装在手腕凸缘18上的激光加工头31旋转。

需要说明的是，如图1以及图2所示，上部臂15在旋转轴J4的方向上具有能够供线缆等穿过的中空部21(第一中空部)。另外，如图2所示，第一手腕臂16在旋转轴J4的方向上具有能够供线缆等穿过的中空部25(第二中空部)。

另外，如图4所示，第二手腕臂17和手腕凸缘18在旋转轴J6的方向上以包含旋转轴J6的方式具有能够供线缆等穿过的中空部。

如图4所示，中间构件23安装在手腕凸缘18上。中间构件23以一方通向手腕凸缘18的中空部而开口、另一方向旋转轴J6中的相反方向开口的方式具有贯通孔。中间构件23的贯通孔是从机械手1向激光加工头31被引导的线缆(配线等)的路径。

如图5所示，激光加工头31安装在中间构件23的与手腕凸缘18相反的一侧的面上。

<激光加工头31的构造和动作>

激光加工头31具有用于改变激光相对于加工物的照射位置(相对于加工物而扫描激光)的光学构件(未图示)。需要说明的是，光学构件例如是反射镜、倾斜平行平板等。在本实施方式中，对具有两个倾斜平行平板并通过使两个倾斜平行平板旋转来改变激光的照射位置的激光加工头31进行说明。

激光加工头31具有用于使一方的倾斜平行平板旋转的伺服电机32(第一伺服电机)和用于使另一方的倾斜平行平板旋转的伺服电机33(第二伺服电机)。在机械手1的旋转轴J1～J6上设置的伺服电机与伺服电机32、33为相同种类，但输出容量不同。在此所说的“相同种类”是指，伺服电机的驱动原理、控制方法的机制相同。而且，伺服电机32、33由对构成机械手1的伺服电机进行控制的机器人控制装置51控制。即，在激光加工头31上设置的伺服电机32、33和构成机械手1的伺服电机共享作为控制装置的机器人控制装置51。如此，通过在机械手1和激光加工头31中使用仅是输出容量不同的相同种类的伺服电机，能够共享控制电路的一大半，并且容易使控制彼此联动。

伺服电机32、33偏向激光加工头31的一个面配置。而且，以伺服电机32、33位于机械手1侧(手腕凸缘18侧)的方式将激光加工头31安装于机械手1。更详细地说，在将激光加工头31安装于机械手1的状态下，如图5所示，伺服电机32以及伺服电机33配置在中间构件23的上下方。

如此设置的理由是，为了以较短的生产节拍时间使机械手1动作，需要略微提高手腕部的加减速度。即，通过将比较重的伺服电机32、33配置于机械手1侧，能够更靠近机械手1整体的旋转轴即旋转轴J1，从而能够减小惯性。

<机器人控制装置51与机械手1的连接>

在本实施方式的激光加工机器人100中，如图1以及图2所示，机械手1和机器人控制装置51通过多根线缆、软管连接。构成机械手1的伺服电机的驱动电力和电机编码器的信号、以及构成激光加工头31的伺服电机32、33的驱动电力和电机编码器的信号经由这些线缆而被传输。

在本实施方式中，作为一例，如图1以及图2所示，示出使用三根线缆和一根软管的例子。在图1中，线缆52、53配置在线缆54的里侧，在图2中，冷却软管55配置在线缆54的里侧。线缆52(第一线缆)是对构成机械手1的伺服电机的驱动电力等进行供给的电源线。线缆53(第二线缆)是传递构成机械手1的伺服电机的电机编码器的信号等的信号线。线缆54(第三线缆)是将对构成激光加工头31的伺服电机的驱动电力进行供给的电源线、传递电机编码器的信号的信号线汇集而成的线缆。需要说明的是，线缆54也指电机控制线。冷却软管55(第一冷却软管)供给以及排出用于冷却激光加工头31的冷却水等。

线缆54和冷却软管55经由与为了连接线缆52、53而设置在机械手1的基座12上的连接口不同的、设置在机械手1的基座12上的连接口11，被导向机械手1的基座12内。线缆54和冷却软管55穿过基座12的内部以及回转部13的内部而被拉出到回转部13的外部。

从回转部13拉出的线缆54沿着下部臂14的侧面而被引导至上部臂15。在此，线缆54与设置于上部臂15的蓄电池卡45连接，向构成激光加工头31的伺服电机32、33的编码器(未图示)供给电力，编码器能够记录伺服电机32、33的旋转角度。需要说明的是，蓄电池卡45也可以设置在上部臂15以外的构件上。

另一方面，冷却软管55暂时与设置于下部臂14的转换金属件43的一端连接。而且，在转换金属件43的另一端连接冷却软管56(第二冷却软管)。冷却软管56的直径比冷却软管55的直径小。冷却软管56的直径适合于为了连接冷却软管而设置在激光加工头31上的接头(未图示)。如此，通过到转换金属件43为止都使用大直径的冷却软管55，能够减轻输送冷却水的泵(未图示)的负担。

线缆54以及冷却软管56在相互的位置接近的状态下被导向沿着上部臂15的旋转轴J4设置的中空部21。线缆54以及冷却软管56穿过上部臂15的中空部21的内部并沿着旋转轴J4而被导向第一手腕臂16。此外，线缆54以及冷却软管56穿过在第一手腕臂16上设置的中空部25的内部而被导向第二手腕臂17。此外，线缆54以及冷却软管56穿过在第二手腕臂17上设置的中空部(未图示)的内部而被引导至手腕凸缘18。而且，线缆54以及冷却软管56穿过中间构件23的贯通孔而从位于激光加工头31的安装面的中间构件23的开口部被拉出。线缆54与伺服电机32、33连接。冷却软管56与为了连接冷却软管而设置在激光加工头31上的接头连接。

需要说明的是，由于构成激光加工头31的伺服电机具有两个，因此也可以设有两个作为电机控制线的线缆54。

需要说明的是，以从设置在上部臂15上的中空部21经由第一手腕臂16的中空部25而到达第二手腕臂17的中空部(未图示)的方式设置有螺旋弹簧19，来作为用于保护线缆54和冷却软管56的线缆引导件。螺旋弹簧19被如图1所示那样设置在上部臂15上的固定构件48(第一固定构件)和如图4所示那样设置在中间构件23上的固定构件24(第二固定构件)固定。线缆54和冷却软管56在螺旋弹簧19内穿过而被螺旋弹簧19保护。需要说明的是，线缆引导件并不局限于螺旋弹簧，也可以是能够伸缩、弯曲的管构件。

另外，螺旋弹簧19在激光加工头31以旋转轴J5、旋转轴J6进行旋转时能够抑制线缆54、冷却软管56发生弯曲。

另外，如图3所示，第一手腕臂16具有保护构件20。保护构件20在机械手1动作时抑制线缆54、冷却软管56振动。

另外，如图1所示，线缆54的一部分和冷却软管55的一部分被固定于下部臂14。因此，在机械手1中，在将线缆54、冷却软管55、冷却软管56从基座12引导至上部臂15时，线缆54、冷却软管55、冷却软管56的一部分穿过机械手1的内部，其他部分穿过机械手1的外部。线缆54、冷却软管55、冷却软管56在穿过机械手1的外部的情况下也被固定于下部臂14，因此能够防止这些线缆、软管与周边设备发生干涉，能够减少断线等。而且，机械手1的操作性也提高。

需要说明的是，在本实施方式的激光焊接机器人中，为了抑制污物向构成激光加工头31的保护玻璃(未图示)的附着，也可以通过与冷却软管55、56相同的路径配设用于向激光加工头31供给空气喷射的空气软管。另外，空气软管也可以向激光加工头供给保护气体、辅助气体。需要说明的是，空气软管与冷却软管排列配置，故省略图示。

另外，三根线缆52～54和冷却软管56也可以全部捆扎成为一根，另外，也可以将任意的2根或者3根捆扎成一根。另外，线缆52～54也可以将机械手1的伺服电机的电源线和信号线、激光加工头31的伺服电机的电源线和信号线以任意的方式组合。例如，也可以为仅汇集信号线的线缆和仅汇集电源线的线缆。

工业实用性

根据本发明，能够减少机械手与机器人控制装置之间的线缆的数量，能够减少配设于激光加工机器人的线缆与周边设备的干涉。由此，作为进行激光加工的激光加工机器人在工业上是有用的。

附图标记说明：

1 机械手

11 连接口

12 基座

13 回转部

14 下部臂

15 上部臂

16 第一手腕臂

17 第二手腕臂

18 手腕凸缘

19 螺旋弹簧

20 保护构件

21、25 中空部

23 中间构件

24、48 固定构件

31 激光加工头

32、33 伺服电机

43 转换金属件

45 蓄电池卡

51 机器人控制装置

52、54 线缆

55、56 冷却软管

J1～J6 旋转轴

100 激光加工机器人

Claims (11)

1.一种激光加工机器人，具备：

机械手；

机器人控制装置，其控制所述机械手的动作；以及

激光加工头，其安装在所述机械手上且扫描激光，

所述激光加工头具有对用于扫描所述激光的倾斜平行平板进行驱动的伺服电机，

所述伺服电机的驱动由所述机器人控制装置控制，

所述激光加工机器人还具备电机控制线，该电机控制线将所述伺服电机与所述机器人控制装置连接起来，并对所述伺服电机进行控制，

所述机械手包括具有第一手腕臂、第二手腕臂以及手腕凸缘的手腕部，所述第一手腕臂在该第一手腕臂的旋转轴的方向上具有能够供所述电机控制线穿过的中空部，所述第二手腕臂和所述手腕凸缘在该手腕凸缘的旋转轴的方向上以包含该手腕凸缘的旋转轴的方式具有能够供所述电机控制线穿过的中空部，

在所述手腕凸缘设置有供所述激光加工头安装的中间构件，

所述中间构件以一方通向所述手腕凸缘的中空部而开口、另一方朝所述手腕凸缘的旋转轴中的相反方向开口的方式具有贯通孔，

所述伺服电机配置在所述中间构件的上下方，

所述电机控制线穿过各所述中空部以及所述中间构件的贯通孔而与所述伺服电机连接。

2.根据权利要求1所述的激光加工机器人，其中，

所述激光加工机器人还具备第一线缆，该第一线缆将所述机械手与所述机器人控制装置连接起来，并使所述机械手动作，

所述电机控制线被捆扎于所述第一线缆。

3.根据权利要求2所述的激光加工机器人，其中，

所述电机控制线的一部分穿过所述机械手的内部。

4.根据权利要求2所述的激光加工机器人，其中，

所述伺服电机以及所述电机控制线均为多个，

所述伺服电机的数量与所述电机控制线的数量相同。

5.根据权利要求2所述的激光加工机器人，其中，

所述激光加工机器人还具备第二线缆，该第二线缆将所述机械手与所述机器人控制装置连接起来，并控制所述机械手的动作，

所述第一线缆以及所述第二线缆中的一方是向所述机械手供给电力的电源线，

所述第一线缆以及所述第二线缆中的另一方是控制所述机械手的动作的信号线。

6.根据权利要求1所述的激光加工机器人，其中，

以所述伺服电机位于所述机械手侧的方式将所述激光加工头安装在所述机械手上。

7.根据权利要求1所述的激光加工机器人，其中，

所述激光加工机器人还具备：

冷却水软管，其与所述激光加工头连接且供给以及排出冷却水；以及

空气软管，其与所述激光加工头连接且供给保护气体，

所述机械手是具有6个旋转轴的垂直多关节型，

所述机械手具有从所述机械手的设置面沿着第4个旋转轴和第6个旋转轴设置的线缆引导件，

所述电机控制线、所述冷却水软管以及所述空气软管被配置在所述线缆引导件内。

8.根据权利要求7所述的激光加工机器人，其中，

所述线缆引导件是螺旋弹簧。

9.根据权利要求1所述的激光加工机器人，其中，

所述激光加工机器人还具备与所述激光加工头连接且供给冷却水的冷却水软管，

所述冷却水软管的所述激光加工头侧的直径比所述冷却水软管的与所述激光加工头相反的一侧的直径小。

10.根据权利要求9所述的激光加工机器人，其中，

所述冷却水软管由第一冷却水软管和第二冷却水软管构成，该第二冷却水软管的一端与所述第一冷却水软管连接，另一端与所述激光加工头连接，

所述第二冷却水软管的直径比所述第一冷却水软管的直径小。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光加工机器人，其中，

所述机械手通过与所述伺服电机为相同种类且输出容量不同的伺服电机而进行动作。