JP2559859B2 - Polar coordinate multi-degree-of-freedom laser robot - Google Patents

Polar coordinate multi-degree-of-freedom laser robot

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JP2559859B2
JP2559859B2 JP1245277A JP24527789A JP2559859B2 JP 2559859 B2 JP2559859 B2 JP 2559859B2 JP 1245277 A JP1245277 A JP 1245277A JP 24527789 A JP24527789 A JP 24527789A JP 2559859 B2 JP2559859 B2 JP 2559859B2
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robot
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axis
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信利 鳥居
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極座標型産業用ロボットに関し、特にレー
ザ光のエネルギーを利用して溶接、切断、孔明け等の諸
加工を3次元空間内の所望の位置に対して又は所望の軌
跡に沿って遂行可能にする極座標型多自由度レーザロボ
ットに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polar coordinate type industrial robot, and particularly to various processes such as welding, cutting, and drilling in a three-dimensional space using energy of laser light. The present invention relates to a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot capable of performing a desired position or along a desired trajectory.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

金属材料ワークの溶接、或いは金属に限ることなくプ
ラスチックワークの切断、成形品のバリ取り、孔明け等
の加工作業にレーザ光エネルギーを利用することは従来
より周知であり、また、レーザ光を多関節型ロボット、
その他の産業用ロボットのエンドエフェクタ、つまり、
ロボット手首の先端に装着したレーザ出力装置から出射
させ、ロボットの動作機構により当該レーザ出力装置を
3次元空間内で変位させることにより、所望の加工部に
エネルギーを集中して所望の加工作業を遂行するように
したレーザロボットは既に多々、提案、提供されてい
る。
It is well known in the art to utilize laser light energy for welding metal work, cutting plastic work not limited to metal, deburring molded products, drilling, etc. Articulated robot,
The end effectors of other industrial robots, that is,
The laser output device attached to the tip of the robot wrist is emitted, and the laser output device is displaced in the three-dimensional space by the operation mechanism of the robot, thereby concentrating energy at the desired processing portion and performing the desired processing operation. Many laser robots have been proposed and provided.

〔発明が解決すべき課題〕[Problems to be solved by the invention]

然しながら、従来よりの多関節レーザロボットを始め
として運動自由度を高自由度とした産業用ロボットにな
る程、外部のレーザ光源からロボット機体外部のレーザ
光導管路を経由してロボット機体内にレーザ光を導入
し、関節部等の動作機構部分を経由して手首先端のレー
ザ光出力装置に導く過程でレーザ光の進路変更のために
多数のレーザ光反射ミラーが使用され、この反射ミラー
個数が増加する程、レーザ光のエネルギー損失が増加し
て出射時には所望のエネルギーレベルを得られ無くなる
点や、レーザ光ミラーの個数が増加する程、光軸を合わ
せてレーザ光をロボット機体内部のレーザ光導管路を経
由してレーザ光出力装置の出口まで正確に誘導し得るよ
うに行う調整作業が極めて困難、複雑化して、レーザロ
ボットの製造、保守を多大に困難にしている点等の解決
すべき課題が生じてきている。このような解決課題に取
り組んだ産業用レーザロボットは既に本出願人の先願に
係る特願昭63−259,414号を始めとした種々のレーザロ
ボットが提供されている。
However, as it becomes an industrial robot with a high degree of freedom of movement including the conventional articulated laser robot, the laser inside the robot body is passed from the external laser light source through the laser light conduit path outside the robot body. A large number of laser light reflection mirrors are used to change the course of the laser light in the process of introducing light and guiding it to the laser light output device at the tip of the wrist via the operating mechanism part such as the joint part. As the number of laser light mirrors increases, the energy loss of the laser light increases and the desired energy level cannot be obtained at the time of emission. The adjustment work to accurately guide the laser light output device through the conduit is extremely difficult and complicated, and the manufacturing and maintenance of the laser robot is Problem to be solved, such as the point that is difficult to have been generated in the large. As industrial laser robots that have dealt with such a problem to be solved, various laser robots such as Japanese Patent Application No. 63-259,414 according to the prior application of the present applicant have already been provided.

しかし、3次元空間内において可及的に多数の運動自
由度を有するロボット作用における機能性に富み、且
つ、レーザ光導管路等のレーザ光々学系内におけるレー
ザ光エネルギー損失を極力、低減して高いレーザ光エネ
ルギーを出射可能で、しかもレーザロボットの製造過程
や保守過程における同レーザ光々学系内のレーザ光反射
ミラーの光軸合わせ等の調整作業を容易化させ得る構造
の提供に対する要望は依然として根強い。依って、本発
明は、このような要望に応え得る高自由度を有した産業
用レーザロボットを提供せんとするものである。
However, it is highly functional in the action of a robot having as many motional degrees of freedom as possible in a three-dimensional space, and it minimizes laser light energy loss in a laser photophysical system such as a laser light conduit. To provide a structure capable of emitting high laser light energy and facilitating adjustment work such as optical axis alignment of the laser light reflection mirror in the laser photophysics system in the manufacturing process and maintenance process of the laser robot. Is still strong. Therefore, the present invention intends to provide an industrial laser robot having a high degree of freedom that can meet such a demand.

また、本発明の他の目的は、レーザ光反射ミラーの使
用個数を可及的に少数化して高エネルギーレベルのレー
ザ光をロボット出射口から得ることができると共に3次
元空間内における高い運動自由度を具備可能にするレー
ザロボットの作動機構を提供せんとするものである。
Another object of the present invention is to reduce the number of laser light reflecting mirrors used as much as possible so that a laser light of high energy level can be obtained from a robot exit and a high degree of freedom of movement in a three-dimensional space. It is intended to provide an operating mechanism of a laser robot that can be equipped with.

更に、本発明は、レーザ光反射ミラーの汚れを極力防
止可能な構造を具備した多自由度産業用レーザロボット
を提供せんとするものである。
Further, the present invention is to provide a multi-degree-of-freedom industrial laser robot having a structure capable of preventing contamination of the laser beam reflecting mirror as much as possible.

〔解決手段〕[Solution]

上述の発明目的に鑑み、本発明は、ロボット基台に対
して一定の軸心線回りに旋回自由度を有したロボットコ
ラムに対してアームを俯仰旋回自由度とその俯仰旋回軸
心線に対して直交する長手方向の軸線に沿って直線摺動
自由度を有するように構成し、更にこのアームの先端に
2つの直交軸心回りに旋回自由度を有した極座標型の多
自由度ロボット作動機構を有したロボット機体を形成
し、かつ、このようなロボット機体内の前記ロボットコ
ラム内に1つ、アーム内に1つ、手首に2つの合計4個
のみのレーザ光反射ミラーを配置したレーザ光々学系を
備えたレーザロボットを構成したものである。即ち、更
に詳述すれば、本発明は、ロボット基台と、前記ロボッ
ト基台に対して旋回可能な自由度を有したロボットコラ
ムと、前記ロボットコラムに対して俯仰旋回可能な自由
度を有して取付けられるとともに該俯仰旋回の軸心線に
対して直交した長手軸線方向に延びた形状を有し、か
つ、前記ロボットコラムに対して該長手軸線に沿って直
線変位可能な自由度を有したアームと、前記アームの先
端に設けられ、前記アームの長手軸線と同軸な第1手首
軸線および該第1手首軸線と直交した第2手首軸線の回
りに2つの回転自由度を有した手首部とを具備した極座
標型ロボット作動機構と、前記ロボットコラム内の該コ
ラム旋回軸心線上に設けられてロボット機体外からのレ
ーザ光を受光、反射する第1のレーザ光ミラーと、前記
第1のレーザ光ミラーから反射されたレーザ光を前記ア
ーム内に設けられたレーザ光導管路に向けて反射、指向
させるように前記アームの俯仰軸線上に設けられた第2
のレーザ光ミラーと、前記手首内において前記第1手首
軸線(γ)上に設けられ、前記アーム内のレーザ光導管
路を進行したレーザ光を受光、反射する第3のレーザ光
ミラーと、前記手首の先端における前記第2手首軸線上
に設けられて、前記第3のレーザ光ミラーから反射した
レーザ光を受光かつ集光してレーザ出力光を形成する第
4のレーザ光ミラーとを具備したレーザ光案内光学機構
とを備えて成る極座標型多自由度レーザロボットを提供
するものである。以下、本発明を添付図面に示す実施例
に従って更に詳細に説明する。
In view of the above-mentioned object of the invention, the present invention provides an arm for a robot column having a degree of freedom of rotation about a certain axis with respect to a robot base, with respect to the degree of freedom of elevation and the axis of elevation. A linear multi-DOF robot actuating mechanism having a linear sliding degree of freedom along an axis line in the longitudinal direction orthogonal to each other, and further having a turning degree of freedom around two orthogonal axis centers at the tip of this arm. A laser beam which forms a robot body having a plurality of laser beam reflecting mirrors, one in the robot column in the robot body, one in the arm, and two on the wrist. This is a laser robot equipped with an academic system. That is, more specifically, the present invention has a robot base, a robot column having a degree of freedom capable of turning with respect to the robot base, and a degree of freedom capable of being turned up and down with respect to the robot column. And has a shape extending in the longitudinal axis direction orthogonal to the axis line of the elevation and rotation, and has a degree of freedom capable of linear displacement with respect to the robot column along the longitudinal axis. Arm and a wrist portion provided at the tip of the arm and having two degrees of freedom of rotation about a first wrist axis coaxial with the longitudinal axis of the arm and a second wrist axis orthogonal to the first wrist axis. A polar coordinate type robot actuating mechanism, a first laser light mirror provided in the robot column on the column rotation axis and receiving and reflecting laser light from outside the robot body, and the first laser light mirror. Leh Reflecting the laser beam reflected from the optical mirror toward the laser beam conduit line provided in the arm, first provided in elevation axis of the arm to direct 2
Laser light mirror, and a third laser light mirror provided on the first wrist axis (γ) in the wrist, for receiving and reflecting the laser light traveling through the laser light conduit in the arm, A fourth laser light mirror provided on the second wrist axis line at the tip of the wrist to receive and collect the laser light reflected from the third laser light mirror to form a laser output light. The present invention provides a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot including a laser light guide optical mechanism. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例に係る極座標型多自由度レ
ーザロボットの外観的構造と多自由度(5自由度)の運
動軸を示した斜視図、第2図は同レーザロボットの一部
を断面して示した正面図、第3図は同レーザロボットへ
のレーザ光の入光例及びロボットコラムとアームとの配
置を示した側面図、第4図は、ロボット基台に設けたロ
ボットコラムの旋回動作の作動機構を示した部分断面
図、第5図は同作動機構の平面図、第6図は同レーザロ
ボットにおけるアームの俯仰旋回動作の作動機構の側面
図、第7A図、第7B図はアームの俯仰旋回動作の作動機構
を模式的に説明する略示斜視図と機構図、第8図は同ロ
ボットのアーム部分の断面図、第9図は同アームの直線
摺動の作動機構を説明する略示機構図、第10図は同レー
ザロボットの手首部の断面図、第11図は同手首の2つの
旋回動作の作動機構を示した部分的な拡大断面図、第12
図は同手首作動機構における歯車機構の構成を説明する
ために歯車を取り出し図示した分解斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the external structure of a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to an embodiment of the present invention and the axes of motion of the multi-degree-of-freedom (5 degrees of freedom), and FIG. FIG. 3 is a side view showing an example of the laser beam entering the laser robot and the arrangement of a robot column and an arm, and FIG. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an operating mechanism for the pivoting movement of the robot column, FIG. 5 is a plan view of the operating mechanism, FIG. 6 is a side view of the operating mechanism for the elevation / lowering pivot movement of the arm of the laser robot, and FIG. FIG. 7B is a schematic perspective view and a mechanical view for schematically explaining the operation mechanism of the elevation / lowering motion of the arm, FIG. 8 is a cross-sectional view of the arm portion of the robot, and FIG. 9 is a linear slide of the arm. Fig. 10 is a schematic mechanism diagram for explaining the operating mechanism, and Fig. 10 shows the wrist section of the laser robot. Figure, FIG. 11 a partial enlarged sectional view showing the actuation mechanism of the two pivoting operation of the wrist, 12
The figure is an exploded perspective view showing the gears taken out to illustrate the structure of the gear mechanism in the wrist actuation mechanism.

第1図を参照すると、本発明に係る極座標型多自由度
レーザロボットは、ロボット基台10、このロボット基台
10上に直立して縦軸(θ軸)回りに旋回可能なロボット
コラル30、同ロボットコラム30の略上端部近くに支承さ
れて上記縦軸と直交する水平軸(W軸)回りに旋回可能
であると共に上記水平軸(W軸)と直交する長手軸(R
軸)方向に延設され、かつ、同長手軸(R軸)方向に後
述のように直線摺動可能なアーム50、このアーム50の前
方側先端部分に装着されて上記R軸と同軸な関係を有し
た第1の軸心線(γ軸)回りと、この第1の軸心線(γ
軸)に対して直交する第2の軸心線(β軸)回りとの2
軸の回りに旋回自由度を有した手首70と、同手首70の先
端に取付けられたレーザ光出力装置90とを具備したロボ
ット機体構造を有している。そして、このレーザロボッ
ト機体には、外部に設けられているレーザ光源(図示な
し)から外部のレーザ光導管路を経て導いたレーザ光
が、一例としてロボットコラム30の上方から導入され、
機体内に後述のように配設された第1レーザ光ミラー10
0、第2レーザ光ミラー102、第3レーザ光ミラー104、
第4レーザ光ミラー106の4つのレーザ光反射及び集光
系と内部のレーザ光導管路とを経た後に上記レーザ光出
力装置90から所望のレーザ加工用ビームとして出射され
るレーザ光々学系が形成されている。つまり、本発明に
係るレーザロボットは5自由度の運動機能を有して三次
元空間内の所望の位置に上記レーザ光出力装置90の出射
口を照準可能であり、また、三次元空間内の所望の軌跡
に沿ってレーザ光出力装置90の出射口を照準と同時に変
位させ得ると同時に上記のように自由度をより少ない4
つのレーザ光ミラー100〜106を用いてレーザ光々学系を
構成し、反射ミラー部におけるレーザ光エネルギーの損
失を極力低減させた構造を有しているのである。なお、
後述するが、レーザ光を上述のようにロボットコラム30
の上方からロボット機体内に導入する構成に替えて、本
発明によれば、ロボット基台10側にレーザ光導入口を設
けた構成にして、例えば、ロボット基台10をレーザロボ
ット使用現場の天井に吊り下げ構造に取付け、レーザ光
出力装置90を上方空間から加工部位へ照準させる使用方
法も実現可能にしているのである。
Referring to FIG. 1, a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to the present invention includes a robot base 10 and a robot base 10.
Robot Coral 30, which is upright on 10 and can swivel around the vertical axis (θ axis), can be swiveled around a horizontal axis (W axis) that is supported near the upper end of the robot column 30 and is orthogonal to the above vertical axis. And the longitudinal axis (R
Axis 50 and is linearly slidable in the same longitudinal axis (R axis) direction as will be described later. The arm 50 is mounted on the front end of the arm 50 and is coaxial with the R axis. Around the first axis (γ axis) having
2 around the second axis (β axis) orthogonal to the axis)
It has a robot body structure including a wrist 70 having a degree of freedom of rotation around an axis, and a laser light output device 90 attached to the tip of the wrist 70. Then, to this laser robot body, laser light guided from an external laser light source (not shown) via an external laser light conduit is introduced from above the robot column 30 as an example.
A first laser light mirror 10 arranged in the body as described later.
0, the second laser light mirror 102, the third laser light mirror 104,
After the laser light reflection and condensing system of the fourth laser light mirror 106 and the internal laser light conduit are passed through, a laser light dynamics system which is emitted from the laser light output device 90 as a desired laser processing beam is provided. Has been formed. In other words, the laser robot according to the present invention has a movement function of 5 degrees of freedom and can aim the emission port of the laser light output device 90 at a desired position in the three-dimensional space. The emission port of the laser light output device 90 can be displaced at the same time as the aiming along a desired locus, and at the same time, the degree of freedom is reduced as described above.
A laser photodynamic system is configured by using one laser light mirror 100 to 106, and has a structure in which the loss of laser light energy in the reflection mirror portion is reduced as much as possible. In addition,
As will be described later, the laser beam is emitted from the robot column 30 as described above.
According to the present invention, the laser light entrance is provided on the side of the robot base 10 instead of being introduced into the robot body from above. It is also possible to realize a method of use in which the laser light output device 90 is attached to the suspension structure and is aimed at the processing site from the upper space.

なお、第1図において、40は、本発明には直接関係が
ないが、ロボットの配線系を示している。
In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a robot wiring system, which is not directly related to the present invention.

次に本実施例の極座標型多自由度レーザロボットの5
自由度動作を駆動する作動機構と、レーザ光をロボット
機体内で導入口からレーザ光出力装置90の出射口まで導
くレーザ光々学系とに就いて、順次に説明する。
Next, 5 of the polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot of the present embodiment will be described.
The actuating mechanism for driving the degree of freedom operation and the laser photodynamics system for guiding the laser light from the inlet to the outlet of the laser light output device 90 in the robot body will be sequentially described.

先ず、第1図と共に第2図、第3図を参照すると、ロ
ボット基台10は内部に後述するロボットコラム30を、該
ロボット基台10に取り付けた駆動モータMθにより前述
の縦軸線(θ軸)回りに旋回動作させる旋回作動機構12
内蔵されている。この旋回作動機構12の具体的構成、作
用に就いては後述するが、このロボットコラム3の旋回
作動機構12は構造的に、基台10からロボットコラム30へ
連通する中空路を形成する中空構造を有した機構として
形成され、第3図に示すように内部電気配線42や冷却流
体等の配管路を確保することができるようにしている。
ロボットコラム30の側部にはサポート部材32が突出し、
このサポート部材32にはアーム50の俯仰旋回動作を駆動
する俯仰旋回駆動モータMwと、この俯仰旋回駆動モータ
Mwにより回転作動されるアーム俯仰旋回機構のボールね
じ軸34が回転軸受を介して枢動可能に保持されている。
これらの俯仰旋回動作の作動機構に就いては、後述す
る。
First, referring to FIG. 2 and FIG. 3 together with FIG. 1, the robot base 10 has a robot column 30 to be described later inside, and the above-mentioned vertical axis (θ axis) by a drive motor Mθ attached to the robot base 10. ) Swiveling mechanism 12 that swivels around
It is built in. The specific structure and operation of the swivel mechanism 12 will be described later, but the swivel mechanism 12 of the robot column 3 is structurally a hollow structure that forms a hollow path communicating from the base 10 to the robot column 30. It is formed as a mechanism having an internal electric wiring 42 and a piping path for a cooling fluid or the like as shown in FIG.
The support member 32 projects to the side of the robot column 30,
The support member 32 includes a elevation / rotation drive motor Mw for driving the elevation / reverse movement of the arm 50, and this elevation / reverse rotation drive motor Mw.
A ball screw shaft (34) of an arm elevation / revolution mechanism rotatably operated by Mw is pivotally held via a rotary bearing.
The operating mechanism of these elevation / reverse turning motions will be described later.

さて、ロボットコラム30の内部には既述した第1のレ
ーザ光ミラー100が同コラム上方のレーザ光導入口108か
ら入光したレーザ光を受光して略直角に進路を反射、変
更させるように適宜の固定手段を介して固定配置されて
いる。この第1のレーザ光ミラー100で進路変更された
レーザ光はアーム50内に配置され、同アーム50の俯仰旋
回動作に同期して同俯仰旋回軸(W軸)回りに旋回して
レーザ光を、常にアーム50内のレーザ光導管路52へ進行
させる第2のレーザ光ミラー102が上記W軸に光軸を一
致させて設けられている。ここで、上記レーザ光導管路
52は、テレスコープ構造の伸縮構造を有し、その第1の
レーザ光導管路52aの一端は上記の第2のレーザ光ミラ
ー102に接続されており、他端は第2のレーザ光導管路5
2b内に摺動可能に嵌合している。また、該第2のレーザ
光導管路52bの先端側は、手首70に設けられた第3のレ
ーザ光ミラー104へレーザ光を導くように該手首側へ延
びている。つまり、アーム50が直線摺動するときに、同
期して第1、第2のレーザ光導管路52a、52bが相対的に
摺動し、レーザ光の直進路を形成しているのである。
Now, inside the robot column 30, the above-mentioned first laser light mirror 100 receives the laser light incident from the laser light guide entrance 108 above the same column and reflects and changes the course at a substantially right angle. It is fixedly arranged via an appropriate fixing means. The laser light whose course has been changed by the first laser light mirror 100 is arranged in the arm 50, and is rotated around the same elevation / reverse rotation axis (W axis) in synchronization with the elevation / reverse rotation operation of the arm 50 to generate the laser light. A second laser light mirror 102 that constantly advances to the laser light conduit 52 in the arm 50 is provided with its optical axis aligned with the W axis. Where the laser light conduit
Reference numeral 52 denotes a telescopic structure of expansion and contraction. One end of the first laser light conduit 52a is connected to the second laser light mirror 102 and the other end thereof is the second laser light conduit. Five
It is slidably fitted in 2b. Further, the tip side of the second laser light conduit 52b extends to the wrist side so as to guide the laser light to the third laser light mirror 104 provided on the wrist 70. That is, when the arm 50 slides in a straight line, the first and second laser light conduits 52a and 52b relatively slide relative to each other, forming a straight path of the laser light.

ロボット機体におけるアーム50の先端領域には手首70
の2つの旋回動作、即ち、γ軸、β軸回りの旋回を駆動
する駆動モータMγ、Mβが搭載され、これら駆動モー
タMγ、Mβは上記のレーザ光導管路52の外周に隔離構
造で配置され、第2図、第3図には図示されていない歯
車伝動による手首旋回の作動機構を経て、手首70に2自
由度の動作を付与する構成になっている。そして手首70
の内部には、上述したアーム50のレーザ光導管路52と接
続した手首内のレーザ光導管路72(第10図)が略中心部
に設けられ、この手首レーザ光導管路72が第3のレーザ
光ミラー104に接続している。第3のレーザ光104は手首
70のγ軸上に配置されているので、手首70が同γ軸回り
に旋回しているときでも、レーザ光を一定の方向に反射
させ、この一定方向の前方に第4のレーザ光ミラー106
がパラボラ型ミラーに形成されてレーザ光を反射と共に
集光するミラーを成している。第4のレーザ光ミラー10
6で反射、集光されたレーザ光はレーザ光出力装置90の
先端のレーザビーム出射口92から出射される。
A wrist 70 is attached to the tip region of the arm 50 in the robot body.
Drive motors Mγ and Mβ for driving the two turning operations of the above, that is, the turning around the γ-axis and the β-axis, are mounted, and these drive motors Mγ and Mβ are arranged in the outer periphery of the laser light conduit 52 with an isolation structure. 2 and 3, the wrist 70 is actuated by a gear transmission (not shown in FIGS. 2 and 3) to impart a two-degree-of-freedom motion to the wrist 70. And wrist 70
A laser light conduit 72 in the wrist (FIG. 10) connected to the laser light conduit 52 of the arm 50 described above is provided substantially in the center of the inside of the arm. It is connected to the laser light mirror 104. Third laser light 104 is wrist
Since it is arranged on the γ-axis of 70, even when the wrist 70 is turning around the γ-axis, the laser light is reflected in a certain direction, and the fourth laser light mirror 106 is provided in front of this certain direction.
Is formed into a parabolic mirror to form a mirror that reflects and collects laser light. Fourth laser light mirror 10
The laser light reflected and condensed by 6 is emitted from the laser beam emitting port 92 at the tip of the laser light output device 90.

なお、既述のように、レーザ光をロボット基台10の下
部から導入する場合には上記第1のレーザ光ミラー100
を第3図に破線で示すように図示の実践位置から90゜旋
回させた固定位置に配置すれば、第2のレーザ光ミラー
102は本実施例の場合と全く同様にレーザ光を反射、指
向させることができ、このような配置にすれば、前述し
た所謂、ロボットの天吊り取付けが可能になる。
As described above, when the laser light is introduced from below the robot base 10, the first laser light mirror 100 described above is used.
Is located at a fixed position rotated by 90 ° from the practical position shown in FIG. 3 by the broken line in FIG.
The laser beam 102 can reflect and direct the laser beam in exactly the same manner as in the present embodiment. With such an arrangement, it is possible to mount the so-called robot on the ceiling.

次に第4図、第5図を参照すると、ロボット基台10内
に内蔵されたロボットコラム30の縦軸(θ軸)回りの旋
回動作、つまり、ロボットの第1の動作自由度の旋回作
動機構12の詳細な構造例が示されている。同旋回作動機
構12は、ロボット基台10の一端に搭載された旋回駆動モ
ータMθから出力される回転力により駆動プーリ14、特
に歯付き駆動プーリ14を回転させ、この歯付きプーリ14
から第1、第2の歯付きベルト16a、16bにより2つの従
動プーリ18a、18bを回転駆動し、これらの2つの従動プ
ーリ18aと18bが夫々同軸に保持するピニオン20a、20bを
駆動している。これらのピニオン20a、20bは、ロボット
コラム30の下端に精密回転軸受、例えば、周知のクロス
ローラ軸受24を介して縦軸(θ軸)を中心にして回転可
能に取付けられたリングギヤ22の2位置に噛合し、同時
に回転駆動力を同リングギヤ22に付与する構成になって
いる。このように、1つのリングギヤ22の2位置に2つ
のピニオン20a、20bを噛合して同時に、同方向の回転駆
動力を伝達する構成にすると、回転方向の正逆転換時に
生じるバックラシュによる回転伝達誤差を防止でき、ロ
ボットコラム30の旋回作動機構12における駆動モータM
θの出力回転に対応したロボットコラム30の旋回角度の
関係が常に高精度に維持され、故に、ロボット機体の第
1の動作自由度を高精度化して、究極的にロボットの動
作精度を向上させることができるのである。なお、上記
クロスローラ軸受24は、その内輪24a側がロボット基台1
0側に保持され、外輪24b側が上記リングギヤ22に嵌合、
結合されている。また、上記ピニオン20a、20bは何れも
ロボット基台10の内部の軸受箱内に保持された回転軸受
26により支持されており、従って、リングギヤ22との噛
合時に高精度の噛合状態を得ることが可能に成ってい
る。ロボット基台10の最内部には円筒状の内部ハウジン
グ28が設けられ、同内部ハウジング28の内部にロボット
コラム30の内部空間に連通した円筒空間を確保してい
る。つまり、この円筒空間を利用して配線、配管と共に
ロボット基台10の下部からレーザ光を導入することも可
能になるのである。
Next, referring to FIG. 4 and FIG. 5, the turning motion of the robot column 30 built in the robot base 10 around the vertical axis (θ axis), that is, the turning motion of the first degree of freedom of the robot. A detailed structural example of the mechanism 12 is shown. The swivel mechanism 12 rotates the drive pulley 14, particularly the toothed drive pulley 14 by the rotational force output from the swivel drive motor Mθ mounted on one end of the robot base 10, and the toothed pulley 14
, The two driven pulleys 18a, 18b are rotationally driven by the first and second toothed belts 16a, 16b, and the two driven pulleys 18a, 18b respectively drive the pinions 20a, 20b held coaxially. . These pinions 20a and 20b are mounted on the lower end of the robot column 30 via a precision rotary bearing, for example, a well-known cross roller bearing 24 so as to be rotatable about a vertical axis (θ axis) at two positions of a ring gear 22. The ring gear 22 is engaged with the ring gear 22 at the same time. In this way, when the two pinions 20a and 20b are meshed with the two positions of one ring gear 22 and the rotational driving force in the same direction is transmitted at the same time, the rotation transmission error due to the backlash that occurs at the time of reverse rotation of the rotation direction. And the drive motor M in the turning operation mechanism 12 of the robot column 30 can be prevented.
The relationship of the turning angle of the robot column 30 corresponding to the output rotation of θ is always maintained with high accuracy. Therefore, the accuracy of the first motion of the robot body is improved, and the operation accuracy of the robot is ultimately improved. It is possible. The inner ring 24a of the cross roller bearing 24 has a robot base 1
It is held on the 0 side and the outer ring 24b side is fitted to the ring gear 22.
Are combined. The pinions 20a and 20b are rotary bearings held in a bearing box inside the robot base 10.
Since it is supported by 26, it is possible to obtain a highly accurate meshing state when meshing with the ring gear 22. A cylindrical inner housing 28 is provided inside the robot base 10, and a cylindrical space communicating with the inner space of the robot column 30 is secured inside the inner housing 28. That is, it is possible to introduce the laser beam from the lower part of the robot base 10 together with the wiring and the piping by using this cylindrical space.

第6図、第7A図、第7B図は、アーム50を前述したθ軸
に直交したW軸の回りに旋回動作させるアーム旋回作動
機構を図示しており、特に、第7A図、第7B図は同旋回作
動機構の構造を容易に理解できるように説明する略示機
構図である。
FIGS. 6, 7A, and 7B show an arm swivel actuating mechanism that swivels the arm 50 around the W axis orthogonal to the θ axis described above, and particularly, FIGS. 7A and 7B. FIG. 3 is a schematic mechanism diagram for explaining the structure of the turning operation mechanism so that the structure can be easily understood.

さて、同旋回作動機構は、ロボットコラム30の略中央
部外側から横方向に突出したサポート部材32に回転軸受
を介して枢動可能に保持された既述の旋回駆動モータMw
を旋回駆動源にしている。この旋回駆動モータMwの出力
軸にはボールネジ軸34が結合され、同ボールネジ軸34は
上方に延長し、そのねじ部分の一部でボールネジナット
36に噛合している。このボールネジナット36は、ロボッ
トコラム30に対してW軸を中心にして旋回可能に取付け
られると共に上記サポート部材32と同様に横方向に突出
したブラケット部材38の外端部分38aに適宜の回転軸受
を介して枢動可能に保持されている。上記ブラケット部
材38の本体部38bはロボットコラム30に対して上記のよ
うにW軸回りに旋回可能に形成されると共に適宜の保持
具を介して第2のレーザ光ミラー102を、同じくW軸回
りに一体に旋回するように保持している。また、このブ
ラケット部材38にはアーム50を直線摺動可能に保持する
周知の直線ガイド手段38cが第7A図に略示するように設
けられ、この直線ガイド手段38cを介してアーム50自体
をW軸の回りに旋回可能に保持している。
Now, the turning operation mechanism is the same as the above-described turning drive motor Mw held pivotally by a support member 32 projecting laterally from the outside of the substantially central portion of the robot column 30 via a rotary bearing.
Is used as the turning drive source. A ball screw shaft 34 is coupled to the output shaft of the swing drive motor Mw, the ball screw shaft 34 extends upward, and a ball screw nut is formed at a part of the screw portion.
It meshes with 36. The ball screw nut 36 is attached to the robot column 30 so as to be rotatable about the W axis, and an appropriate rotary bearing is attached to the outer end portion 38a of the bracket member 38 that projects in the lateral direction like the support member 32. It is pivotally held through. The main body portion 38b of the bracket member 38 is formed so as to be rotatable around the W axis with respect to the robot column 30 as described above, and the second laser light mirror 102 is also rotated around the W axis through an appropriate holder. It is held so as to rotate together. The bracket member 38 is provided with a known linear guide means 38c for linearly slidably holding the arm 50 as shown in FIG. 7A, and the arm 50 itself is moved through the linear guide means 38c. It is held so that it can rotate around the axis.

上述の構成によれば、旋回駆動モータMwの回転出力に
よボールネジ軸34が正逆何れかの方向に回転すると、同
ボールネジ軸34に噛合したボールネジナット36はねじ係
合により送り動作力を受ける。このとき、ボールネジナ
ット36はブラケット部材38の外端部分38aに枢動可能に
保持されると共に同外端部分38aを有したブラケット部
材38自体がW軸を中心にしてロボットコラム30に対して
相対的に旋回可能に設けられているから、上記のボール
ネジナット36に作用する送り動作力は、ブラケット部材
38をW軸の回りに旋回させるトルクを発生させる。この
ようにしてブラケット部材38が旋回するとき、ボールネ
ジ軸34は旋回駆動モータMwと共にサポート部材32に対し
て枢動することにより、上記ブラケット部材38の旋回動
作に追従旋回(W1)することができ、また、ボールネジ
ナット36もブラケット材38の外端部38aに枢動可能に保
持されているから、同じくブラケット部材38の旋回動作
に応じて枢動旋回(W2)して、ブラケット部材38の円滑
な旋回動作自由度を提供するのである。しかも、既述の
ように、ブラケット部材38が旋回動作すれば、このブラ
ケット部材38を介してアーム50の内部位置に保持された
第2のレーザ光ミラー102もW軸の回りに追従旋回し、
故に、ロボットコラム30内の第1のレーザ光ミラーで反
射されたレーザ光を受光し、かつ常に一定の方向、つま
り、ブラケット部材38に直線ガイド手段38cを介して保
持されたアーム50のレーザ光導管路52へ指向させること
ができるのである。なお、第7B図に示した回転方向
“W3"は、ボールネジ軸34の正逆回転方向を示したもの
である。
According to the above configuration, when the ball screw shaft 34 rotates in either forward or reverse direction due to the rotation output of the turning drive motor Mw, the ball screw nut 36 meshed with the ball screw shaft 34 receives the feed operation force by the screw engagement. . At this time, the ball screw nut 36 is pivotally held by the outer end portion 38a of the bracket member 38, and the bracket member 38 itself having the outer end portion 38a is opposed to the robot column 30 about the W axis. Since it is provided so as to be pivotable, the feed motion force acting on the ball screw nut 36 is
Generates torque to turn 38 around the W axis. When the bracket member 38 pivots in this manner, the ball screw shaft 34 pivots with respect to the support member 32 together with the pivot drive motor Mw, so that the ball screw shaft 34 can pivot (W 1 ) following the pivoting motion of the bracket member 38. In addition, since the ball screw nut 36 is also pivotally held by the outer end portion 38a of the bracket member 38, the ball screw nut 36 also pivots (W 2 ) in accordance with the pivoting motion of the bracket member 38, and the bracket member 38 is also rotated. This provides a degree of freedom of smooth turning motion. Moreover, as described above, when the bracket member 38 pivots, the second laser light mirror 102 held at the internal position of the arm 50 via the bracket member 38 also pivots following the W axis.
Therefore, the laser light reflected by the first laser light mirror in the robot column 30 is received and is always in a fixed direction, that is, the laser light of the arm 50 held by the bracket member 38 via the linear guide means 38c. It can be directed to conduit 52. The rotation direction “W 3 ” shown in FIG. 7B indicates the forward and reverse rotation directions of the ball screw shaft 34.

第8図、第9図は、アーム50の直線摺動、つまり、こ
のレーザロボットの第3の運動自由度を得るアーム直動
機構を説明する図である。第8図及び同アーム直動機構
の作用を分かり易く機構図化した第9図において、直動
駆動用モータMRは、既述した第6図、第7A図に示したブ
ラケット部材38上に、取付け金具、取付けボルト等の適
宜の取付け手段を介して保持されており、この直動駆動
モータMRの出力軸に取付けられた主歯車44aと噛合して
る従動歯車44bには、ボールネジナット46が一体的に取
付けられ、同直動駆動モータMRの回転出力により適宜の
歯車比に従って減速回転される。このボールネジナット
46は回転軸受47を介して回転可能に保持され、かつ、ア
ーム50の本体から切り離された、例えば、上記ブラケッ
ト部材38に適宜に保持されている。このボールネジナッ
ト46はボールネジ軸48にねじ係合している。この結果、
ボールネジナット46が上記直動駆動モータMRにより歯車
44a、44bの噛合を介して回転駆動されると、ボールネジ
軸48が第9図の左右方向に送り作用を受ける。このと
き、同ボールネジ軸48は両端がアーム50に固定結合され
ているから、同ボールネジ軸48に作用する送り作用に従
ってアーム50の本体は既述したブラケット部材38の直線
ガイド手段38c(第7A図、第8図)の案内によりR軸
(第1図)方向に直線摺動作用を行うものである。第8
図に示した直線ガイドレール54はアーム50に取付けら
れ、かつ、上記直線ガイド手段38cに摺動、嵌合してア
ーム50が円滑に直線摺動を行い得るようにして上記ボー
ルネジとボールネジナットによる回転一直動変換と共に
同直線摺動作用を駆動モータMRの回転に応じて高精度な
直動作用を発生させ得るようにしているのである。な
お、上述のように、アーム50の直線摺動作用を駆動する
直動駆動モータMRが、アーム50と切り離されたブラケッ
ト部材38上に搭載されているから、アーム50の直線変位
はアーム自体と内部に収納されたレーザ光導管路52のみ
が移動すれば良く、従って、軽量化が達成され、ボール
ネジ軸48の高速危険速度を無視してアーム50の直線摺動
変位のストロークを十分大きくとり、ロボットの作業領
域を、必要に応じて拡大させることができるのである。
FIG. 8 and FIG. 9 are views for explaining the linear sliding of the arm 50, that is, the arm linear motion mechanism for obtaining the third degree of freedom of movement of this laser robot. In FIG. 8 and FIG. 9 which is a mechanism diagram showing the operation of the arm linear motion mechanism in an easy-to-understand manner, the linear drive motor M R is mounted on the bracket member 38 shown in FIG. 6 and FIG. 7A described above. , mounting brackets, is held via an appropriate mounting means such as mounting bolts, this linear drive motor M R main gear 44a meshed with and driven gear 44b mounted on the output shaft of the ball screw nut 46 Are integrally mounted, and are decelerated and rotated according to an appropriate gear ratio by the rotation output of the direct-acting drive motor M R. This ball screw nut
46 is rotatably held via a rotary bearing 47, and is appropriately held by, for example, the bracket member 38 separated from the main body of the arm 50. The ball screw nut 46 is threadably engaged with a ball screw shaft 48. As a result,
Gear ball screw nut 46 by the linear drive motor M R
When the ball screw shaft 48 is driven to rotate through the meshing of 44a and 44b, the ball screw shaft 48 is fed in the left-right direction in FIG. At this time, since both ends of the ball screw shaft 48 are fixedly coupled to the arm 50, the main body of the arm 50 follows the linear guide means 38c of the bracket member 38 (FIG. 7A in FIG. 7A) according to the feeding action acting on the ball screw shaft 48. , FIG. 8) guides a linear sliding action in the R-axis (FIG. 1) direction. 8th
The linear guide rail 54 shown in the figure is attached to the arm 50, and is slid and fitted to the linear guide means 38c so that the arm 50 can perform smooth linear sliding. The linear-to-sliding action as well as the rotation-linear motion conversion can be generated for highly accurate linear motion according to the rotation of the drive motor M R. As described above, since the linear drive motor M R for driving the linear sliding action of the arm 50 is mounted on the bracket member 38 separated from the arm 50, the linear displacement of the arm 50 is caused by the arm itself. Therefore, only the laser beam conduit 52 housed inside needs to move, and therefore, the weight reduction is achieved, and the stroke of the linear sliding displacement of the arm 50 is made sufficiently large ignoring the high critical speed of the ball screw shaft 48. The work area of the robot can be expanded as needed.

さて、アーム50が上述のように直線摺動するとき、同
アーム50の内部にはレーザ光導管路52が設けられている
が、同レーザ光導管路52が既述のようにテレスコープ構
造を有した第1、第2の相対摺動可能な2つのレーザ光
導管路52a、52bとして形成されているから、アーム50の
直動作用がレーザ光導管路52に何らかの悪影響を及ぼす
危惧が全く無く、むしろ、アーム50の内部に隔絶したテ
レスコープ型レーザ光路を形成して高エネルギーを有し
たレーザ光の出射時にも外部に同レーザ光が漏出する等
の危惧を完全に回避しているのである。
Now, when the arm 50 slides linearly as described above, the laser light conduit 52 is provided inside the arm 50, but the laser light conduit 52 has the telescope structure as described above. Since it is formed as the two first and second relatively slidable laser light conduits 52a and 52b, there is no fear that the direct operation of the arm 50 may adversely affect the laser light conduit 52. Rather, the isolated telescope type laser light path is formed inside the arm 50 to completely avoid the fear that the laser light leaks to the outside even when the laser light having high energy is emitted. .

第10図から第11図は本実施例の極座標型多自由度レー
ザロボットの手首70の2つの動作自由度を提供する手首
旋回作動機構を示した図である。
FIG. 10 to FIG. 11 are views showing a wrist turning operation mechanism that provides two movement degrees of freedom of the wrist 70 of the polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot of this embodiment.

先ず、第10図、第11図を参照すると、手首70の旋回作
動機構73における旋回駆動モータMγ、Mβは、アーム
50の先端領域においてレーザ光導管路52の外周域に配置
されており、一方の旋回駆動モータMγの出力軸の回転
は第1の歯車伝動機構76を介して手首外ハウジング74a
をγ軸の回りに旋回駆動し、従って、既述した手首70に
設けられた第3、第4のレーザ光ミラー104、106を保持
した手首本体部70aを同γ軸を軸心にして回転軸受84を
介して旋回駆動する。
First, referring to FIG. 10 and FIG. 11, the swing drive motors Mγ and Mβ in the swing operation mechanism 73 of the wrist 70 are
It is arranged in the outer peripheral region of the laser light conduit 52 in the tip end region of 50, and the rotation of the output shaft of one of the turning drive motors Mγ is rotated via the first gear transmission mechanism 76 to the outside wrist housing 74a.
Is rotated about the γ-axis, and therefore the wrist body 70a holding the third and fourth laser light mirrors 104 and 106 provided on the wrist 70 is rotated about the γ-axis. It is driven to rotate via a bearing 84.

また、他方の旋回駆動モータMβは、第2の歯車伝動
機構78を介して手首内ハウジング74bを一旦、上記γ軸
と同軸の軸心線回りに旋回駆動する。このとき、手首内
ハウジング74bの先端には手首本体部70aとの間に一対の
ベベルギヤ機構80が介在、配設されているので、同手首
内ハウジング74bの旋回は90゜の方向転換を受け、手首
本体部70aを既述のβ軸の回りに回転軸受86を介して旋
回駆動するのである。
Further, the other turning drive motor Mβ temporarily drives the inside-wrist housing 74b via the second gear transmission mechanism 78 about an axis centered on the γ axis. At this time, since a pair of bevel gear mechanisms 80 are interposed and disposed between the tip of the in-wrist housing 74b and the wrist main body 70a, the turning of the in-wrist housing 74b undergoes a 90 ° direction change, The wrist body 70a is driven to rotate around the β axis described above via the rotary bearing 86.

上述の構成において、第1、第2の歯車伝動機構76、
78は手首後部ハウジング74cの内部に形成された密封オ
イル室82において潤滑オイル中に漬した配置で設けられ
ており、故に、両歯車機構76、78は常に潤滑作用を受け
て円滑に作動、かつ騒音低減状態で回転駆動されるので
ある。このとき、同密封オイル室82は、手首70のレーザ
光導管路72の外周に隔絶した構造で設けられており、オ
イルシール手85により密封した構造にあるため、レーザ
光導管路52や72内への潤滑油の侵入は完全に防止されて
いる。このために、レーザロボットの作用中にレーザ光
の高エネルギー温度が密閉オイル室82に伝達された場合
にも、油蒸気がレーザ光光路系に悪影響、例えば、レー
ザ光ミラー100〜106を油蒸気で汚す等の不都合も未然に
防止されている。
In the above configuration, the first and second gear transmission mechanisms 76,
78 is disposed in a sealed oil chamber 82 formed inside the wrist rear housing 74c in such a manner that it is immersed in lubricating oil, and therefore both gear mechanisms 76, 78 are always lubricated and operate smoothly. It is driven to rotate in a noise reduced state. At this time, the sealed oil chamber 82 is provided in a structure that is isolated from the outer circumference of the laser light conduit 72 of the wrist 70, and has a structure that is sealed by the oil seal hand 85. The entry of lubricating oil into the oil is completely prevented. Therefore, even when the high energy temperature of the laser light is transmitted to the sealed oil chamber 82 during the operation of the laser robot, the oil vapor adversely affects the laser light optical path system, for example, the laser light mirrors 100 to 106 Inconveniences such as soiling are also prevented.

第11図は手首70の旋回作動機構73における歯車機構7
6、78を詳細に拡大図示しており、両歯車機構76、78
は、旋回駆動モータMγ、Mβの出力軸からの回転駆動
に従って駆動回転するピニオン88、94と、これらの駆動
側ピニオン88、94に噛合した減速歯車90、92および96、
98とから構成されている。即ち、従動側の減速歯車90、
92および96、98は、何れも2枚の歯車を第12図に示すよ
うに、弾性環99により周方向にずらせて結合した構成と
し、両者に夫々の駆動ピニオン88、94を噛合させる構成
としたから、バックラシュの除去を図ることが可能で、
故に、手首70の旋回作動機構73の旋回精度を高精度化す
ることができるのである。
FIG. 11 shows the gear mechanism 7 in the swing operation mechanism 73 of the wrist 70.
6 and 78 are enlarged in detail, and both gear mechanisms 76 and 78 are shown.
Is a pinion 88, 94 that is driven and rotated according to the rotational drive from the output shafts of the swing drive motors Mγ, Mβ, and reduction gears 90, 92 and 96 meshed with the drive side pinion 88, 94.
It is composed of 98 and. That is, the driven reduction gear 90,
As shown in FIG. 12, 92, 96, and 98 each have a structure in which two gears are coupled by being displaced in the circumferential direction by an elastic ring 99, and the respective drive pinions 88 and 94 are meshed with them. Therefore, it is possible to remove the backlash,
Therefore, the turning accuracy of the turning operation mechanism 73 of the wrist 70 can be improved.

以上の説明から明らかなように、本発明の実施例によ
る極座標型5自由度のレーザロボットは、ロボット動作
の高精度かつ新規な作動機構を具備すると共に、ロボッ
ト機体内に可及的に少数化すべく、4つのレーザ光ミラ
ー100〜106のみを配置して三次元空間内におけるレーザ
加工をレーザ光エネルギーの損失を最低限に抑制し、レ
ーザ光の高エネルギーを利用したレーザ加工を可能にし
ているのである。
As is clear from the above description, the polar coordinate type five degree of freedom laser robot according to the embodiment of the present invention is provided with a highly precise and novel operation mechanism for robot operation, and the number of robot robots is reduced as much as possible. Therefore, by arranging only four laser light mirrors 100 to 106, the laser processing in the three-dimensional space is suppressed to the minimum loss of the laser light energy, and the laser processing using the high energy of the laser light is enabled. Of.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の実施例の説明を介して理解できるように、本発
明によれば、ロボット基台に対して一定の軸心線回りに
旋回自由度を有したロボットコラムに対してアームを俯
仰旋回自由度とその俯仰旋回軸心線に対して直交する長
手方向の軸線に沿って直線摺動自由度を有するように構
成し、更にこのアームの先端に2つの直交軸心回りに旋
回自由度を有した極座標型の多自由度ロボット作動機構
を有したロボット機体を形成し、かつ、このようなロボ
ット機体内の前記ロボットコラム内に1つ、アーム内に
1つ、手首に2つの合計4個のみのレーザ光ミラーを配
置したレーザ光々学系を備えたレーザロボットを構成し
たので、レーザ光エネルギーを高レベルに維持してレー
ザ加工を遂行可能にし、しかも、レーザ光ミラーの少数
化により上記のようにエネルギーロスを低減するばかり
でなく、レーザロボットの製造過程、保守過程における
ミラーの光軸調節作業を極力容易化することができるの
である。また、ロボット機体内に配置したレーザ光々学
系、特に、レーザ光導管路とロボット動作の作動機構と
は構造的に内部と外周部とに隔絶した構成にあり、ま
た、オイルシール等の密封手段で作動機構の潤滑油がレ
ーザ光々学系に漏出しない構造を確保したので、レーザ
光ミラーの反射面の汚れも極力防止し得ると言う効果を
得ることもできる。
As can be understood through the above description of the embodiments, according to the present invention, the arm is tilted up and down with respect to the robot column having a certain degree of freedom of rotation about the axis of the robot base. And a linear sliding degree of freedom along the longitudinal axis orthogonal to the vertical axis of rotation of the arm, and the pivoting degree of freedom about the two orthogonal axes at the tip of this arm. A robot body having a polar coordinate-type multi-degree-of-freedom robot operating mechanism is formed, and only one in the robot column in the robot body, one in the arm, and two on the wrist, only four in total. Since the laser robot is configured with the laser photophysics system in which the laser light mirrors are arranged, the laser light energy can be maintained at a high level and laser processing can be performed. Not only to reduce energy loss, the process fabrication of the laser robot, it is possible that as much as possible facilitate the optical axis adjustment work of the mirror in the maintenance process. In addition, the laser photophysics system arranged inside the robot body, in particular, the laser light conduit and the operation mechanism for robot operation are structurally separated from the inside and the outside, and the oil seal is sealed. Since the structure ensures that the lubricating oil of the actuating mechanism does not leak to the laser photodynamic system, it is possible to obtain the effect that contamination of the reflecting surface of the laser light mirror can be prevented as much as possible.

また、ロボット作動機構は、駆動モータからの回転出
力を高精度に各動作部に伝動される構成にあるから、三
次元空間内におけるロボット動作精度を高精度化し、従
ってレーザ加工精度の向上を得ることができるのであ
る。
Further, since the robot operation mechanism has a configuration in which the rotation output from the drive motor is transmitted to each operation unit with high accuracy, the robot operation accuracy in the three-dimensional space is improved, and thus the laser processing accuracy is improved. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る極座標型多自由度レー
ザロボットの外観的構造と多自由度(5自由度)の運動
軸を示した斜視図、第2図は同レーザロボットの一部を
断面して示した正面図、第3図は同レーザロボットへの
レーザ光の入光例及びロボットコラムとアームとの配置
を示した側面図、第4図は、ロボット基台に設けたロボ
ットコラムの旋回動作の作動機構を示した第5図のIV−
IV線による部分断面図、第5図は同作動機構の平面図、
第6図は同レーザロボットにおけるアームの俯仰旋回動
作の作動機構の側面図、第7A図、第7B図はアームの俯仰
旋回動作の作動機構を模式的に説明する略示斜視図と機
構図、第8図は同ロボットのアーム部分の断面図、第9
図は同アームの直線摺動の作動機構を説明する略示機構
図、第10図は同レーザロボットの手首部の断面図、第11
図は同手首の2つの旋回動作の作動機構を示した部分的
な拡大断面図、第12図は同手首作動機構における歯車機
構の構成を説明するために歯車を取り出し図示した分解
斜視図。 10……ロボット基台、30……ロボットコラム、50……ア
ーム、70……手首、90……レーザ光出力装置、100〜106
……レーザ光ミラー、Mθ、Mw、MR、Mγ、Mβ……駆
動モータ、52……レーザ光導管路、72……レーザ光導管
路。
FIG. 1 is a perspective view showing the external structure of a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to an embodiment of the present invention and the axes of motion of the multi-degree-of-freedom (5 degrees of freedom), and FIG. FIG. 3 is a side view showing an example of the laser beam entering the laser robot and the arrangement of a robot column and an arm, and FIG. IV- in FIG. 5 showing the operating mechanism of the turning motion of the robot column
Partial sectional view taken along line IV, Fig. 5 is a plan view of the same operating mechanism,
FIG. 6 is a side view of an operating mechanism for raising and lowering of an arm of the same laser robot, and FIGS. 7A and 7B are schematic perspective views and mechanism diagrams for schematically explaining an operating mechanism of raising and lowering of an arm. FIG. 8 is a sectional view of an arm portion of the robot,
Fig. 10 is a schematic mechanism diagram for explaining the linear sliding operation mechanism of the arm, Fig. 10 is a sectional view of the wrist portion of the laser robot, and Fig. 11
The figure is a partially enlarged cross-sectional view showing an actuation mechanism for two turning motions of the wrist, and FIG. 12 is an exploded perspective view showing a gear in order to explain the configuration of a gear mechanism in the wrist actuation mechanism. 10 ... Robot base, 30 ... Robot column, 50 ... Arm, 70 ... Wrist, 90 ... Laser light output device, 100 to 106
...... Laser light mirror, Mθ, Mw, M R , Mγ, Mβ …… Drive motor, 52 …… Laser light conduit, 72 …… Laser light conduit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 彰弘 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地 ファナック株式会社商品開発研究 所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akihiro Terada 3580 Kobaba, Oshinomura, Otsunomura, Minamitsuru-gun, Yamanashi FANUC CORPORATION Product Development Research Center

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボット基台と、前記ロボット基台に対し
て旋回可能な自由度を有したロボットコラムと、前記ロ
ボットコラムに対して俯仰旋回可能な自由度を有して取
付けられるとともに該俯仰旋回の軸心線に対して直交し
た長手軸線方向に延設され、かつ、前記ロボットコラム
に対して該長手軸線に沿って直線変位可能な自由度を有
したアームと、前記アームの先端に設けられ、前記アー
ムの長手軸線と同軸な第1手首軸線および該第1手首軸
線と直交した第2手首軸線の回りに2つの回転自由度を
有した手首部とを具備した極座標型ロボット作動機構
と、前記ロボットコラム内の該コラム旋回軸心線上に設
けられてロボット機体外からのレーザ光を受光、反射す
る第1のレーザ光ミラーと、前記第1のレーザ光ミラー
から反射されたレーザ光を前記アーム内に設けられたレ
ーザ光導管路に向けて反射、指向させるように前記アー
ムの俯仰軸心線上に設けられた第2のレーザ光ミラー
と、前記手首内において前記第1手首軸線(γ)上に設
けられ、前記アーム内のレーザ光導管路を進行したレー
ザ光を受光、反射する第3のレーザ光ミラーと、前記手
首の先端における前記第2手首軸線(β)上に設けられ
て、前記第3のレーザ光ミラーから反射したレーザ光を
受光かつ集光してレーザ出力光を形成する第4のレーザ
光ミラーとを具備したレーザ光案内光学機構とを備えて
成る極座標型多自由度レーザロボット。
1. A robot base, a robot column having a degree of freedom capable of turning with respect to the robot base, and a robot column having a degree of freedom capable of turning up and down with respect to the robot column. An arm extending in the direction of the longitudinal axis orthogonal to the axis of rotation and having a degree of freedom for linear displacement along the longitudinal axis with respect to the robot column, and provided at the tip of the arm. And a wrist unit having two rotational degrees of freedom around a first wrist axis coaxial with the longitudinal axis of the arm and a second wrist axis orthogonal to the first wrist axis. A first laser light mirror provided inside the robot column on the axis of the column turning axis for receiving and reflecting laser light from outside the robot body; and a laser reflected from the first laser light mirror. A second laser light mirror provided on the elevation axis of the arm so as to reflect and direct light toward a laser light conduit provided in the arm; and the first wrist axis in the wrist. A third laser light mirror provided on (γ) for receiving and reflecting the laser light traveling through the laser light conduit in the arm, and provided on the second wrist axis (β) at the tip of the wrist. And a laser light guiding optical mechanism including a fourth laser light mirror for receiving and condensing the laser light reflected from the third laser light mirror to form a laser output light. Multi-degree-of-freedom laser robot.
【請求項2】前記第1のレーザ光ミラーは固定配置で設
けられ、前記第2、第3、第4のレーザ光ミラーは夫
々、前記俯仰軸心線、第1手首軸線、第2手首軸線の回
りに回転可能に設けられている請求項1に記載の極座標
型多自由度レーザロボット。
2. The first laser light mirror is provided in a fixed arrangement, and the second, third, and fourth laser light mirrors are respectively in the depression-elevation axis, the first wrist axis, and the second wrist axis. The polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to claim 1, wherein the polar coordinate-type multi-degree-of-freedom laser robot is rotatably provided.
【請求項3】ロボット基台と、前記ロボット基台に対し
て旋回可能な自由度を有したロボットコラムと、前記ロ
ボットコラムに結合され、前記ロボット基台内に回転可
能に設けられた中空リング形ギヤと、前記中空リング形
ギヤに2位置で噛合した2つのピニオンを駆動する2組
のベルト・プーリ機構と、該2組のベルト・プーリ機構
を共通かつ同時に回転駆動する第1の駆動モータとから
成るロボットコラム旋回駆動機構と、前記ロボットコラ
ムに対して俯仰旋回可能な自由度を有して取付けられる
とともに該俯仰旋回の軸心線に対して直交した長手軸線
方向に延びた形状を有し、かつ、前記ロボットコラムに
対して該長手軸線に沿って直線変位可能な自由度を有し
たアームと、前記アームの先端に設けられ、前記アーム
の長手軸線と同軸な第1手首軸線および該第1手首軸線
と直交した第2手首軸線の回りに2つの回転自由度を有
した手首部とを具備した極座標型ロボット作動機構と、
前記ロボットコラム内の該コラム旋回軸心線上に設けら
れてロボット機体外からのレーザ光を受光、反射する第
1のレーザ光ミラーと、前記第1のレーザ光ミラーから
反射されたレーザ光を前記アーム内に設けられたレーザ
光導管路に向けて反射、指向させるように前記アームの
俯仰軸心線上に設けられた第2のレーザ光ミラーと、前
記手首内において前記第1手首軸線(γ)上に設けら
れ、前記アーム内のレーザ光導管路を進行したレーザ光
を受光、反射する第3のレーザ光ミラーと、前記手首の
先端における前記第2手首軸線(β)上に設けられて、
前記第3のレーザ光ミラーから反射したレーザ光を受光
かつ集光してレーザ出力光を形成する第4のレーザ光ミ
ラーとを具備したレーザ光案内光学機構とを備え、か
つ、前記ロボット基台から前記ロボットコラム内に連通
する中空々間が形成されて成る極座標型多自由度レーザ
ロボット。
3. A robot base, a robot column having a degree of freedom of turning with respect to the robot base, and a hollow ring connected to the robot column and rotatably provided in the robot base. -Shaped gear, two sets of belt / pulley mechanisms for driving two pinions meshed with the hollow ring-shaped gear at two positions, and a first drive motor for rotationally driving the two sets of belt / pulley mechanisms in common and simultaneously. And a robot column swivel drive mechanism, which has a degree of freedom that allows the robot column to swivel upward and downward, and has a shape extending in the longitudinal axis direction orthogonal to the axis of the vertical swivel. And an arm having a degree of freedom for linear displacement with respect to the robot column along the longitudinal axis, and an arm provided at the tip of the arm and coaxial with the longitudinal axis of the arm. And polar robot actuation mechanism includes a wrist portion having two rotational degrees of freedom about a second wrist axis orthogonal to the first wrist axis and said first wrist axis,
A first laser light mirror provided inside the robot column on the column rotation axis and receiving and reflecting a laser light from outside the robot body; and a laser light reflected from the first laser light mirror, A second laser light mirror provided on the elevation axis of the arm so as to be reflected and directed toward a laser light conduit provided in the arm, and the first wrist axis (γ) in the wrist. A third laser light mirror that is provided on the third laser light mirror that receives and reflects the laser light that has traveled through the laser light conduit in the arm, and that is provided on the second wrist axis (β) at the tip of the wrist,
A laser light guiding optical mechanism comprising: a fourth laser light mirror for receiving and condensing the laser light reflected from the third laser light mirror to form a laser output light; and the robot base To a polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot in which hollows communicating with the robot column are formed.
【請求項4】前記極座標型ロボット作動機構は、更に前
記ロボットコラムに枢着され、前記俯仰軸心線回りに旋
回可能なブラケット部材と、該ブラケット部材に保持さ
れたボールネジナットと、該ボールネジナットに噛合し
たボールネジ軸と、該ボールネジ軸を回転駆動する俯仰
駆動モータ(Mw)と、前記ロボットコラムに前記ボール
ネジ軸および俯仰駆動モータを枢動可能に支持したサポ
ート部材とを具備して成り、前記ブラケット部材に前記
アームを前記長手軸線方向に直線摺動可能に保持するよ
うにしたアーム俯仰旋回機構を備えたことを特徴とした
請求項3に記載の極座標型多自由度レーザロボット。
4. The polar coordinate robot actuating mechanism is further pivotally mounted on the robot column and is rotatable around the elevation axis, a bracket member, a ball screw nut held by the bracket member, and the ball screw nut. A ball screw shaft meshing with, a elevation drive motor (Mw) that rotationally drives the ball screw shaft, and a support member that pivotally supports the ball screw shaft and the elevation drive motor on the robot column. 4. The polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to claim 3, wherein the bracket member is provided with an arm elevation / rotation mechanism which holds the arm so as to be linearly slidable in the longitudinal axis direction.
【請求項5】前記極座標型ロボット作動機構は、更に前
記アーム俯仰旋回機構の前記ブラケット部材に回転軸受
を介して取付られたアーム直動用ボールネジナットと、
該アーム直動用ボールネジナットに噛合するとともに前
記アームの長手軸線方向に延設され、かつ前記アームと
一体動作可能に設けられたアーム直動用ボールネジ軸
と、前記ブラケット部材に搭載され、前記アーム直動用
ボールネジ軸を回転駆動するアーム直動用駆動モータ
(Mr)とを具備して成るアーム直線摺動機構を備えたこ
とを特徴とした請求項3又は4に記載の極座標型多自由
度レーザロボット。
5. The polar coordinate robot actuating mechanism further comprises an arm direct-acting ball screw nut attached to the bracket member of the arm elevation / revolution mechanism via a rotary bearing.
An arm direct-acting ball screw shaft that is engaged with the arm direct-acting ball screw nut, extends in the longitudinal axis direction of the arm, and is provided so as to be integrally operable with the arm, and is mounted on the bracket member. The polar coordinate type multi-degree-of-freedom laser robot according to claim 3 or 4, further comprising an arm linear slide mechanism including an arm linear motion drive motor (Mr) that rotationally drives a ball screw shaft.
【請求項6】前記アーム内に設けられたレーザ光導管路
は、前記アームの直線摺動に従って伸縮する二重管路構
造を有し、該二重管路構造を形成する一方のレーザ光導
管路が前記第2のレーザ光ミラーに接続され、他方のレ
ーザ光導管路が前記第3のレーザ光ミラーに向けて延設
された構成を有する請求項5に記載の極座標型多自由度
レーザロボット。
6. A laser light conduit provided in the arm has a double conduit structure that expands and contracts in accordance with the linear sliding of the arm, and one laser light conduit forming the double conduit structure. The polar coordinate multi-degree-of-freedom laser robot according to claim 5, wherein the path is connected to the second laser light mirror, and the other laser light conduit path is extended toward the third laser light mirror. .
【請求項7】前記極座標型ロボット作動機構は、前記ア
ームの先端に設けた手首駆動用の第1、第2の駆動モー
タ(Mγ,Mβ)と、前記第1の手首駆動用モータにより
回転駆動されると共に前記手首に結合され、該手首を前
記第1手首軸線(γ)の回りに回転させる第1の手首回
転歯車機構と、前記第2の手首駆動用モータにより回転
駆動されると共に前記手首にベベルギヤを介して結合さ
れ、該手首を第2手首軸線(β)の回りに回転させる第
2の手首回転歯車機構と、前記第1、第2の手首回転歯
車機構を格納する密封室とを具備してなる手首回転機構
とを備えたことを特徴とした請求項3に記載の極座標型
多自由度レーザロボット。
7. The polar coordinate robot actuating mechanism is rotationally driven by first and second wrist driving motors (Mγ, Mβ) for driving a wrist provided at the tip of the arm and the first wrist driving motor. And a wrist rotating gear mechanism that is coupled to the wrist and rotates the wrist around the first wrist axis (γ), and the wrist is driven to rotate by the second wrist driving motor. A second wrist rotary gear mechanism that is coupled to the second wrist rotary gear mechanism via a bevel gear and rotates the wrist around a second wrist axis (β); and a sealed chamber that stores the first and second wrist rotary gear mechanisms. The polar coordinate multi-degree-of-freedom laser robot according to claim 3, further comprising a wrist rotation mechanism provided.
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