JPH0255689A - レーザ装置用の産業用多関節ロボットにおける関節構造 - 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、産業用多関節ロボットの関節構造に関し、特
にレーザ装置用のロボットとして用いられる多関節型ロ
ボットの２つの枢着腕間に設けられた関節の改良構造に
関する。

〔従来の技術〕

最近、レーザ装置を利用した溶接、切断、パリ取り等を
産業用多関節ロボットにより実行可能にしたレーザ装置
搭載型の産業用多関節ロボットが提供されている。この
従来のレーザ装置搭載型の産業用多関節ロボットは、第
４図−に典型例を図示のごとく、ロボット機体１０の第
１ロボット腕１２、第２ロボット腕１４の外部に、パイ
プ手段や光学系から成るレーザ光路手段１６を、上記第
１及び第２ロボット腕１２．１４の旋回動作と一体化し
て旋回可能に装備してロボット手首１８の部分に設けた
レーザ出力部１８ａヘレーザ光源からレーザを導入する
外付は形の構造、又は、第５図に図示のように、ロボッ
ト機体１０の第１ロボット腕１２、第２ロボット腕１４
の内部にレーザ光路手段１６を内蔵させ、代わりに、第
１、第２ロボット腕１２．１４の駆動モータの配線類１
７を外部に配線した外付は構造を有している。

〔発明が解決すべき課題〕 然しなから、上述した従来のレーザ装置搭載型産業用ロ
ボットの構造では、レーザ光路手段１６と配線類１７の
何れかがロボット機体１０の外部に露出した構造で存在
することから、レーザ装置の使用現場で、ロボット周囲
の他機種の機器、作業対象、工場付属設備等の周囲物件
と接触干渉を起こす危惧がある。周囲自由空間を予め充
分に確保しなければならない不利がある。加えて、レー
ザ光路手段や配線ケーブル類が外部へ露出した構造では
、作業現場の環境的な影響を受けてこれらのレーザ光路
手段や配線ケーブルの素材が徐々に劣化し、破損や故障
の原因となる。特に、レーザ光路手段の劣化は安全面の
観点からも厄介な問題となる。

依って、本発明は、このうような従来のレーザ装置搭載
型の産業用多関節ロボットにおける問題点を一気に解決
すべく、レーザ光路形成手段をロボット機体内に内蔵す
ると共にロボット可動部の駆動源を形成する駆動モータ
への電力供給や制御信号の授受、圧力空気の供給管等の
ケーブル類をロボット機体内にコンパクトに収納し、し
かも関節部においてケーブル絡みを巧みに防止するよう
に処理した構造を有するレーザ装置用の産業用多関節ロ
ボットを提供せんとしたものである。

〔解決手段と作用〕

すなわち、本発明によれば、第１と第２の旋回性ロボッ
ト腕が互いに関節を介して枢着結合されると共に第２ロ
ボット腕の先端にロボット手首により保持されたレーザ
装置を有し、前記第１、第２ロボット腕内に配置された
レーザ光路用の導管と光学系とを介してレーザ光を上記
レーザ装置に導くようにしたレーザ装置用の多関節ロボ
ットにおいて、前記関節は、前記第１、第２のロボット
腕の相対旋回軸心に該第１ロボット腕から立設されたレ
ーザ光路用導管を形成する中空固定軸を具備し、該中空
固定軸の内部筒状空間がレーザ光路用導管を形成すると
共に軸外周を配線ケーブルのつる巻き処理面として形成
したレーザ装置用の多関節ロボットにおける関節構造が
提供され、レーザ光路形成用のレーザ導管は、光学系と
共に第１、第２ロボット腕、ロボット手首等のロボット
可動部内に収納してレーザ光をロボット機体内部を経由
してレーザ出力部に導くから、安全性の確保が可能とな
り、また、関節を構成する中空軸は内部管路をレーザ光
路に、また、軸外周をケーブルの巻き付は面に形成した
ことにより、コンパクトで且つケーブル絡みの無い関節
構造が得られるのである。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に、
詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるレーザ装置用の産業用多関節ロ
ボット（以下、単にレーザロボットと記載する。）の構
成を示す断面図である。

同第１図を参照すると、本発明の実施例として水平関節
型ロボットに構成されたレーザロボット２０は、使用現
場の床面に設置される固定ベース２２を有し、この固定
ベース２２上には旋回性または上下可動性の可動要素或
いは、所望に応じて静止要素として形成されるコラ１１
２４が立設されている。このコラム２４の頂部には水平
面内で旋回可能（θ軸回転）な第１ロボット腕２６の末
端２６ａが取付けられている。また、この第１ロボット
腕２６の先端２６ｂ側には同じく水平面内で旋回可能（
Ｕ軸回転）な第２のロボット腕２８が枢着されている。

この第２ロボット腕２８の先端部２８ａにはロボット手
首３０が取付けられ、そのロボット手首３０には、集光
レンズ３２を具備したレーザ出力部３４が後述のように
、縦軸（２軸）方向に上下動可能に装着されている。こ
こで、第１ロボット腕２６のθ旋回を駆動する駆動モー
タＭθは、近時、ロボット産業と共に発展の著しい直接
駆動型モータ（ＤＤモータ）で形成されて、コラム２４
の最頂部２４ａに軸受３８を介して枢着、係合した第１
ロボット腕２６の末端２６Ｈのフランジ内に装着され、
該駆動モータＭθの回転要素側が第１ロボット腕２６と
共に回転する構成にある。上記駆動モータＭθの固定要
素の中心は中空孔３６が形成され、後述する第２ロボッ
ト腕２８の駆動モ、−タＭＵやロボット手首３０の駆動
モーフＭｚに対するケーブルがロボットベース２２、コ
ラノ・２４から第１ロボット腕２６へ通過している。第
２ロボット腕２８の駆動モータＭＵもＤＤモータにより
形成され、第１ロボット腕２６の先端２６ｂにモータ固
定要素側を結合し、回転要素側を第２ロボット腕２８の
末端２８ｂに結合させ、以て第１ロボット腕２８のＵ軸
回転を駆動するように成っている。この駆動モータＭＵ
に対する駆動電力、制御信号授受を行う配線は、上記の
駆動モータＭθの中空孔３６を通過してロ第１０ボット
腕２６内に配線された電気配線４０により達成される。

また、第２ロボット腕２８の中間部分には、ロボット手
首３０に保持された前記のレーザ出力部３４の上下動駆
動源となる駆動モータＭｚが取付けられている。この駆
動モーフＭｚは通常の交流ザーボモークから成り、出力
軸の軸端を第２ロボット腕２８内で下向きに突出させる
ように取付、固定されており、その出力軸に装着された
プーリ４２から伝動ベルト４４を介して回転力がロボッ
ト手首３０側へ伝達される。すなわち、ロボット手首３
０のボールナツト要素６６に取付けられたプーリ６４を
回転させ、該ポールナツト要素６６に係合したレーザ出
力部３４の中空構造を有したボールねじ軸３４ａを作動
させることにより、該レーザ出力部３４自体を上下方向
に動作させ、レーザを利用した被作業対象であるワーク
（図示なし）ヘレーザ出力部３４を接近させ、また、離
反させるのである。上記中空構造のボールねじ軸３４ａ
は、その内部円筒空間がレーザ光路を成すものである。

ここで、手首駆動用の駆動モータＭｚに対する電力供給
用及び制御信号の授受用のケーブル４１は前述の第２ロ
ボット腕２８の駆動モータＭＵのケーブル４０と同様に
ロボットベース２２から駆動モータＭθの中空孔３６を
経て第１ロボット腕２６内に導入され、次いで、第２図
に図示のように、該第１ロボット腕２６の中央部から外
部に弓き出され、ＭＳ　１ロボット腕２６から第２ロボ
ット腕２８内に立設された後述の固定中空軸５４へ架設
されたケーブルガイド４５の保持、案内で第２ロボット
腕２８の末端２８ｂへ導かれ、そこから第２ロボット腕
２８内に一旦入る。ことき、外部に引き出されたケーブ
ル部分は、ケーブルガイド４５に取着したケーブルカバ
ー４５２により、保護されている。次にケーブル４１は
、第１ロボット腕２６と第２ロボット腕２８との関節結
合部に設けられた関節軸の構成要素である前記固定中空
軸５４の軸外周面に適宜回数に渡り、つる巻き状に巻回
されてから、駆動モータＭｚに結線されている。このと
き、上記中空軸５４の外周部には中空ブラケット５８が
後述のように、レーザ光路のミラー固定ブラケッ）４６
ｃを支持する支持ブラケットとして軸受６０を介して旋
回可能に設けられ、この中空ブラケット５８の上端側か
ら中空軸５４に巻き付き、つる巻状に周回してから中空
ブラケット５８の下方から第２ロボット腕２８内の空間
に出て、そこから、駆動モータＭｚに達して結線されて
いる。このとき、上記中空軸５４の外周面でのつる巻き
回数は、第２ロボット腕２８の旋回量に応じて適宜に設
計、選定されるもので、第２ロボット腕２８の旋回に従
って、ケーブル４１が中空軸５４の外周面に巻き付き或
いは、巻き解き作用をおこない、無理な引っ張り力が掛
かるケーブルにことなく、かつ、不必要なケーブル弛み
が無いように配線されるのである。つまり、コンパクト
なケーブル処理が関節軸を形成する中空軸５４の周囲に
達成されるのである。

さて、本発明によるレーザロボット２０は、レーザ光源
８０から適宜のレーザ導管路を経て、導かれたレーザを
、ロボット２０の第１ロボット腕２６内に設けられたブ
ラケッ）４６ａに軸受８２を介して立設されたレーザ人
力導管５０によりロボッ）１体内に導入される。次いで
、レーザは、上記ブラケッ）４６ａ内に固定された反射
ミラー８４でレーザ進路を略直角に変更され、第１ロボ
ット腕２６内の略中心部に末端側から先端側に向けて固
定状態で延設されたレーザ導管５２内を進む。更に、レ
ーザ導管５２を出たレーザは第１ロボット腕２６の先端
２６　ｂ側のブラゲッ）４６ｂ内に固定された反射ミラ
ー８６によって前記中空軸５４内部の管路に進路を略直
角に変更され、該中空軸５４内を進む。レーザは次いで
中空軸５４の外側に配設された前述の中空１造の筒状支
持ブラケット５８の上部に取付は固定されたブラケット
４６Ｃ内に固定された反射ミラー８８で再び進路を略直
角に変更され、第２ロボット腕２８内のレーザ導管９０
内を前方に向けて進む。該レーザ導管９０の先端にはブ
ラケット９２内に固定保持された反射ミラー９４が設け
られ、このミラー９４により、ロボット手首３０のレー
ザ出力部３４における中空構造の前記ボールねじ軸３４
ａ内を進み、集光レンズ３２で集光され、手首の下方か
ら被作業対象であるワークへ出力される。レーザ光によ
る作業内容はワークの切断、または、溶接やパリ取り等
が有る。

以上の記載から明らかなように、本例のレーザロボット
２０では外部のレーザ光源８０から導かれたレーザは、
ロボット２０の機体内、つまり、第１、第２ロボット腕
２６．２８の内部及びロボット手首３０を経て出力され
るレーザ導管配置を有していることにより、高エネルギ
ーのレーザ光光路手段がロボット機体内に内蔵された構
成になり、従って、レーザ光の利用における安全性が著
しく向上するのである。

ここで第３図を参照すると、同図は、上記の第２ロボッ
ト腕２８内に設けられた旋回性の中空ブラケット５８と
、この中空筒形ブラケット５８上に支持されたミラー固
定用ブラケッ）４６ｃの形状、構造とを示したものであ
り、特に中空筒形ブラケット５８は上方にケーブル４１
の入口５８ａを（１ｓｔえ、また、下方には上記導入口
５８ａと略１８０°隔てた位置にケーブル４１の出口５
８ｂを備えていることを示している。上記人口５８ａか
ら導入されたケーブル４１が中空固定軸５４の外周面に
つる巻状に巻回され、次いで、出口５８ｂから第２ロボ
ット腕２８内の空間に出°Ｃ１最短距離で駆動モータＭ
ｚに配線されるのである。この中空筒形ブラケット５８
は下端のフランジにより第２ロボット腕２８の末端２８
ａに固定され、上端は回転軸受６０　（第１図参照）を
介して中空固定軸５４の上部に係合している。そして、
上方部にブラケット４６ｃを支持し、このブラケット４
６Ｃ内にレーザ光の反射ミラー８８がレーザ入射光に対
して定角度を維持した状態で固定、支持されているので
ある。

以上、本発明を典型的な水平多関節型口ボットノ構成を
有したレーザロボットに関して説明したが、特に、レー
ザ光路の内蔵構成は、円筒座標型ロボットにも適用可能
なことは容易に理解できよう。

〔発明の効果〕

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明に
よれば、レーザ装置用の産業ロボットにおいて、ロボッ
トベース側から順次に先端に連接配置される夫々のロボ
ット可動部の駆動源に対する電力供給、制御信号授受を
行うケーブルを可効要岩、特に、第１、第２のロボット
腕の関節結合部においＣ、コンパクトに巻回処理して、
第１、第２ロボット腕間の相互旋回時にゲーブルに無理
な張力や余分な弛みを生ぜしめることなく配線した構成
を有し、しかも、レーザ光路手段をロボット機体内に確
保する構成としたから、レーザ光路をも完全にロボット
機体内に内蔵して、安全性の向上を達成できたのである
。よって、その結果、安全で作用信頼性の高いコンパク
トなレーザロボットが提供されることに成ったのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるレーザ装置用の産業用多関節ロ
ボットの実施例の構成を示す断面図、第２図は、同第１
ｒＡの■−■線による矢視図、第３図は第１図に示した
レーザロボットの内部に段けられた中空筒形支持ブラケ
ットの構成を示す斜視図、第４と第５図とは、従来のレ
ーザ装置搭載型の産業用多関節ロボットの典型例を示す
略示機構図。 ２０・・・レーザロボット、 ２・・・ロボットベース、 ４・・・コラノ・、 ６・・・第１ロボット腕、 訃・・第２ロボット腕、 ０・・・ロボット手首、 ４・・・レーザ出力部、 ０．５２．９０・・・レーザ導管、 ４・・・中空固定軸、 ８・・・中空筒形支持ブラケット、 ３　ａ、　５８　ｂ−人口、出口、 ０．４１・・・配線、 ０・・・レーザ光源、 θ、ＭＵＳＭｚ・・・駆動モータ。 レーザ入力 第 図 第 図 第 凶 −り 千 べ＾ Ｊ・ニー１ 手 続 補 正 書 （方式） 補正の対象 （１）明細書の 「発明の名称」 の欄。 昭和６３年１２月７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１と第２の旋回性ロボット腕が互いに関節を介し
   て枢着結合されると共に第２ロボット腕の先端にロボッ
   ト手首により保持されたレーザ装置を有し、前記第１、
   第２ロボット腕内に配置されたレーザ光路用の導管と光
   学系とを介してレーザ光を上記レーザ装置に導くように
   したレーザ装置用の多関節ロボットにおいて、前記関節
   は、前記第１、第２のロボット腕の相対旋回軸心に該第
   １ロボット腕から立設されたレーザ光路用導管を形成す
   る中空固定軸を具備し、該中空固定軸の内部筒状空間が
   レーザ光路用導管を形成すると共に軸外周を配線ケーブ
   ルのつる巻き処理面として形成したことを特徴としたレ
   ーザ装置用の多関節ロボットにおける関節構造。 ２、前記関節は、前記中空固定軸の周囲に前記第２ロボ
   ット腕と共に旋回する中空筒形ブラケットを軸受を介し
   て設け、該中空筒形ブラケットの頂部に前記中空固定軸
   内のレーザ光路用導管を通過したレーザ光の進路変更用
   ミラーから成る光学系を固定した構成から成る特許請求
   の範囲１、項に記載のレーザ装置用の多関節ロボットに
   おける関節構造。 ３、前記配線ケーブルは前記第１ロボット腕からケーブ
   ルガイドの案内で前記第１ロボット腕内に導入され、前
   記中空筒形ブラケットの入口から前記中空固定軸の外周
   面に巻回され、更に前記中空筒形ブラケットの出口から
   第２ロボット腕内の駆動モータに配線、結合されたこと
   を特徴とした特許請求の範囲２、に記載のレーザ装置用
   の多関節ロボットにおける関節構造。