JP2005271196A

JP2005271196A - レーザビームにより産業上の作業を実行するためのロボット

Info

Publication number: JP2005271196A
Application number: JP2005065784A
Authority: JP
Inventors: Stefano Deplano; ステファノ・デプラーノ
Original assignee: Comau SpA
Current assignee: Comau SpA
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-10-06
Also published as: ITTO20040193A1; DE602005006178T2; US20050211683A1; EP1579962B1; DE602005006178D1; ES2304645T3; EP1579962A1

Abstract

【課題】簡易かつ小型で、同時に効率的な信頼性の高いレーザビームにより工業動作を実行するためのロボットを提供する。
【解決手段】レーザビームにより産業上の作業を実行するためのロボットは、レーザ集光ヘッドの支持体を備える中空の手首３に関節接続されたアーム１を含む構造体を有する。パワーレーザビームは、光ファイバによりレーザ集光ヘッドに供給される。光ファイバは関節接続されたアーム１及び中空の手首３の内部に案内される部分８を有しており、関節継手１０により光ファイバ９の隣接部分に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームにより産業上の作業を実行するためのロボットであって、管状の形状を有し、かつ終端にロボット手首を備える少なくとも１つの関節アームを備え、前記ロボット手首は実質的に管状で中空の形状を有し、前記ロボット手首はレーザ集光ヘッドに前記関節アームを搭載するための支持体に接続し、この連結体は１つ以上の軸線回りに前記ロボットの前記関節アームの前記終端に対して回転可能であり、前記支持体に搭載されたレーザ集光ヘッドと、レーザ発生器からのレーザビームを前記レーザ集光ヘッドに導く光ファイバをさらに備えるものに関する。

本出願人は、前述のタイプのロボットを長期にわたって開発及び市販している。このロボットでは、レーザビームをレーザ集光ヘッドに供給する光ファイバは、ロボットのアームの外側に配置されているので、適切な支持体をロボットのアームの外部に配置する必要がある。また、本出願人は、前述のタイプの中空の手首を備えるロボットを長期にわたって使用している（特許文献１参照）。このロボットは同一平面上の個々の３つの軸線回りに互いに回転可能に搭載された３つの管状要素を備え、中間の軸線は他の２つの軸線に対してそれぞれ９０°以外の角度をなしている。この公知の解決手段では、ロボットの手首の支持体に搭載されたツール（例えば、電気スポット溶接ガン）と関連する電気供給線及び流体を供給するためのパイプは、中空の手首を通っている。前述の特許文献１は、レーザ集光ヘッドにパワーレーザビームを供給する光ファイバも中空の手首中に配置することには言及しておらず、示唆もしていない。

また、ロボットの中空の手首の貫通キャビティ（through cavity）を信号伝達用に設計された光ファイバの通路として使用し、ロボットの手首の支持体に搭載することも提案されている。信号伝達用に設計された光ファイバは比較的直径が小さく、通常の動作中のロボットの運動による変形は、この光ファイバに過度に高い応力を生じさせないので、この解決手段は比較的容易に実現できる。

実用的な実例では、光ファイバは実際の光ファイバに相当するセンターコアないしは芯と外側の保護コーティングないしは被覆を備えるのは明らかである。この説明では、光ファイバという用語は、純粋に理論的な「裸線の」光ファイバを言う場合と、被覆を備えたい光ファイバを言う場合の両方がある。

公知のロボットよりも簡易かつ小型で、同時に効率的で信頼性の高い、レーザビームによる産業上の動作を実行するためのロボットを提供する。

本発明の目的は、前述の特徴をすべて有すると共に、前記パワーレーザビームを前記レーザ集光ヘッドへ供給する光ファイバは、前記ロボット構造体の内部、特に前記関節アーム及び前記中空のロボット手首の内部に配置された少なくとも１つの部分を有することをさらに特徴とするロボットを提供することにある。

好適には、前記光ファイバの部分は、回転継手により光ファイバの隣接部分に接続された、少なくとも一つの端部を有する。さらに好適には、前記中空の手首は、同一平面上の３つの軸線回りに順次回転可能な３つの管状要素を備え、中間の前記軸線は他の２つの軸線のそれぞれに対して９０°以外の角度をなす。

欧州特許第０８７３８２６Ｂ１号

添付図面を参照して本発明を詳細に説明するが、これは単なる非限定的な例示である。

図において、符号１は軸線２回りに関節をなすように設計されたロボットの関節アームを全体的に示す。概して中空形状であるロボットの手首３が、関節アーム１の末端側端部に搭載されている。中空の手首３の構造は、以前の欧州特許第０８７３８２６Ｂ１号において示されたものと基本的に同じである。この構造は、それ自体が知られており、かつそれ自体は本発明の範囲に包含されないので、さらに詳細には図示していない。ただし、手首３は、個々の軸線４，５，６回りに互いに順次回転可能に搭載された３つの管状要素を備えている。軸線４，５，６は、互いに同一平面上にあり、図面に示すように配置され、中間の軸線５は２つの軸線４，６のそれぞれに対して９０°ではない角度をなしている。また、図には電気モータ４０のうちの１つが図示されている。これらの電気モータ４０は、関節アーム１の構造内に配置された管状で同心（同軸）の駆動シャフト１ａ，１ｂにより手首３の回転を制御し、駆動シャフト１ａ，１ｂは、それらの回転に関して、以下で開示される目的で使用される内部チャネル（inner channel）を画定する。具体的にはレーザビームの収束ヘッド（図４のみ図示する。）であるツールを固定するためのサポートないしは支持体７が、手首３の端部に搭載されている。

図１から明らかなように、関節アーム１及び手首３の内部キャビティは、レーザパワービームをレーザ集光ヘッドに供給するための光ファイバ８（実際の光ファイバとその被覆を意味する。）を固定するために使用される。支持体７に搭載されたレーザ集光ヘッドは公知の方法で製造できるので、図面中でその構造の詳細は図示していない。同様の理由により、レーザ集光ヘッドに接続された光ファイバの端部は図１に図示していない。本発明の目的より、光ファイバ８は中空の手首３と関節アーム１の内部に配置されている。通常の動作中のロボットの関節アーム１と手首３の運動による過度のねじれ変形から光ファイバを保護するために、光ファイバ８の端部８ａは、回転継手１０によって光ファイバ９の隣接する部分に接続されている。図では、２本の光ファイバ８，９を互いに接続する回転継手１０を模式的に示している。しかしながら、このように構成要素はそれ自体が公知であって市販されている。従って、このように構成要素は公知の技術により製造できる。

回転継手１０が手首３に隣接する端部８ｂに配置されており、光ファイバ８の反対側の端部に配置されているのではない点で、図２は図１と相違する。図３は他の変形例を示し、光ファイバ８の部分が両方の端部に回転継手を備えている。

最後に、図４は光ファイバ８がその端部８ａに回転継手１０を備える一方、端部８ｂでは光ファイバ８が装置１２のコネクタ１１に接続されている。装置１２は、光ファイバ１４の他の要素が接続された径方向のコネクタ１３へレーザパワービームを送るための反射ミラーを含み、光ファイバ１４は図４において符号１５で示すレーザ集光ヘッドへレーザビームを送る。

本発明の基本的な概念に留まり、本発明の枠組みから離れることなく、構造の詳細及び実例は、説明及び図示した構造及び実例から広範に変更する可能であることは明らかである。

中空の手首を備える本発明に係る産業用ロボットの関節アームの断面図。図１の関節アームの変形例を示す断面図。図１の関節アームの変形例を示す断面図。図１の関節アームの変形例を示す断面図。

符号の説明

１関節アーム
１ａ，１ｂ駆動シャフト
２軸線
３手首
４，５，６軸線
４０電気モータ
７支持体
８，９，１４光ファイバ
８ａ，８ｂ端部
１０回転継手
１１，１３コネクタ
１２装置

Claims

レーザビームにより産業上の作業を実行するためのロボットであって、
管状の形状を有し、かつ終端にロボット手首（３）を備える少なくとも１つの関節アーム（１）を備え、前記ロボット手首（３）は実質的に管状で中空の形状を有し、
前記ロボット手首（３）は前記関節アーム（１）をレーザ集光ヘッド（１５）を搭載するための支持体（７）に接続し、前記支持体７は１つ以上の軸線（４〜６）回りに前記ロボットの前記関節アーム（１）の前記終端に対して回転可能であり、
前記ロボットは前記連結体（７）に搭載されたレーザ集光ヘッド（１５）と、レーザ発生器からのレーザビームを前記レーザ集光ヘッド（１５）に導く光ファイバ（８）とをさらに備えるものにおいて、
前記パワーレーザビームを前記レーザ集光ヘッドへ供給する光ファイバは、前記ロボット構造体の内部、特に前記関節アーム（１）及び前記中空のロボット手首（３）の内部に配置された少なくとも１つの部分（８）を有することを特徴とする、レーザビームにより産業上の作業を実行するためのロボット。
前記光ファイバの部分（８）は、回転継手（１０）により光ファイバ（９）の隣接部分に接続された、少なくとも一つの端部を有することを特徴とする、請求項１に記載のロボット。
前記中空のロボット手首は、同一平面上の３つの軸線（４，５，６）回りに互いに順次回転可能に搭載された３つの管状要素を備え、中間の前記軸線（５）は他の２つの軸線のそれぞれに対して９０°以外の角度をなすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロボット。
前記光ファイバの部分（８）は、前記ロボット手首（３）に隣接する端部（８ｂ）に回転継手（１０）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の産業用ロボット。
前記光ファイバの部分（８）は、前記ロボット手首（３）の反対側に配置された端部（８ａ）に前記回転継手（１０）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の産業用ロボット。
前記光ファイバの部分（８）は、前記中空のロボット手首（３）と、関節アーム（１）の前記中空のロボット手首（３）とは反対側の端部とに隣接する２つの回転継手（１０，１１）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の産業用ロボット。
前記光ファイバの部分（８）は、前記中空のロボット手首（３）とは反対側の一端に回転継手（１０）を備える一方、前記中空のロボット手首（３）に近接する部位では、前記光ファイバの部分（８）は、前記レーザ集光ヘッド（１５）へ伝送する他の光ファイバ（１４）の要素へ向けて前記パワーレーザビームを径方向に送るミラー反射装置（１２）のコネクタに接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の産業用ロボット。