JPH0352791A - 多関節腕形産業用レーザロボット - Google Patents

多関節腕形産業用レーザロボット

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JPH0352791A
JPH0352791A JP1186018A JP18601889A JPH0352791A JP H0352791 A JPH0352791 A JP H0352791A JP 1186018 A JP1186018 A JP 1186018A JP 18601889 A JP18601889 A JP 18601889A JP H0352791 A JPH0352791 A JP H0352791A
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laser beam
robot
laser
laser light
arm
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JP1186018A
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Nobutoshi Torii
信利 鳥居
Susumu Ito
進 伊藤
Akihiro Terada
彰弘 寺田
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B25J19/0037—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements comprising a light beam pathway, e.g. laser

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、産業用ロボットに関し、特に、レーザ光を溶
接、切断、表面処理等の産業用途のエネルギーとして用
いる多関節腕形産業用レーザロボットに関する。
〔従来技術〕
多関節腕形産業用レーザロボットは既に多種のものが提
案され、又、実用されている。これら先行する産業用レ
ーザロボットの１種に本出願人の先願に係るレーザ光エ
ネルギーを高レベルに維持するための改良形の産業用レ
ーザロボットがある。
第４図は、同改良形産業用レーザロボットの１例を示し
たものである。同第４図に図示の如く、直結または旋回
胴４２を介してロボットベース４１に保持された関節結
合型の少なくとも２つのロボット腕４４、４６　（Ｗ軸
旋回を行う上腕４４、Ｕ軸旋回を行う前腕４６）と、そ
れらロボット腕の最先端に保持されたレーザ光発出用の
ロボット手首４８と、上記２つのロボット腕４４、４６
の間に該両腕の相対的旋回運動に応じて伸縮する中空ボ
ールスプライン軸５４と該軸５４と協動のボールスプラ
インナットとを有したレーザ光通路手段５０を設け、ロ
ボット機体外からレーザ光導管６２を介して導入したレ
ーザ光を前記レーザ光通路手段５０を介すると共に最少
数の図示に現れない内蔵レーザ光反射ミラーを用いてロ
ボット手首へ導くようにした多関節腕形産業用レーザロ
ボットである。
〔発明が解決すべき課題〕
然しなから、上述した先行改良形のレーザロボットは、
レーザ光路手段５０がロボッ１・腕系の関節に光路接続
器５８や６０を介して接続した接続部におき、ロボット
腕４４、４６の動作に伴う同レーザ光路手段５０の回転
動作が接続部の腕関節回転機構に依存した構造であり、
故に、負荷を担持してロボット腕４４、４６がロボット
動作する過程では、上記腕関節部に既存する紐付誤差、
関節内に内蔵された回転軸受の精度を始めとする諸原因
から関節の回転振れ、傾き、芯ずれ等が発生し、レーザ
光導管６２を経てロボッ１一機体内に導入されたレーザ
光の進路軸（光軸）は、上記光路（３〉 接続器５８内に内蔵されたレーザ光反射ミラーで反射さ
れて進路変更する過程において、反射ミラーの中心から
はずれる位置すれと、ミラー面上における入射角、反射
角の関係における角度ずれ等を来たし、結局、前腕側の
ロ・ボット腕４６を経由してレーザ光発出用のロボット
手首４８に到達した時点では進路が所定の方向から大き
なずれを生じて、所望のエネルギー効果を発揮し得ない
事態を生ずることも有る点が懸念される。つまり、ロボ
ット手首４８のレーザ光発出部には通常、集光用のレン
ズ等が設けられるが、入射するレーザ光の入射位置、入
射角が、前段での進路ずれから正規の位置、角度に対し
て変動を来たし、集光点のずれ、集光スポット径の変化
等が発生してレーザ光を利用した溶接や切断、パリ取り
等の表面処理に必要なエネルギーレベルに達しなくなり
、レーザ光加工精度に悪い影響を与えることになる。
依って、本発明の目的は、上述した既存構造の産業用レ
ーザロボットのレーザ加工精度をより向上させ得るレー
ザ光通路手段を具備した産業用レ（４〉 −ザロボットを提供せんとするものである。
また、本発明の他の目的は、ロボット腕系の機構内を通
過させるレーザ光通路」７．段をイ］゛ずるものでは無
く、ロボット機体外を迂回させるレーザ光通路手段を利
用したレーザロボットにおける該レーザ光通路手段のレ
ーザ光進路精度を更に向上させ得る構造を具備した多関
節腕形産業用レーザロボットを提供せんとするものであ
る。
〔解決手段と作用〕
上述の発明目的に鑑み、本発明は、相互に関節結合され
た上腕、前腕の２つのロボット腕と、これらロボット腕
の最先端に保持されたレーザ光発出用のロボット手首と
、レーザ光源を発したレーザ光をロボット機体外を迂回
して前記前腕例のロボット腕端を介してレーザ光発出用
のロボット手首へ導入するレーザ光通路手段とを具備し
た多関節腕形産業用レーザロボットにおいて、」二連の
レーザ光通路手段が、・土記レーザ光源側に相互に直交
配置の複数の回転軸心を有した複数の回転関節と１つの
伸縮関節とを有し、かつ、レーザ光反射ミラーを内蔵し
た第１のレーザ光進路変更系と、上記の前腕側ロボット
腕の腕端側に直交配置の複数の回転軸心を有した複数の
回転関節を有し、かつ、レーザ光反射ミラーを内蔵し、
上記第１のレーザ光進路変更系の発したレーザ光を上記
前腕側のロボット腕の端部に結合、導入する第２のレー
ザ光進路変更系とを具備した構成を有する多関節腕形産
業用レーザロボットを提供し、上記の第１、第２のレー
ザ光進路変更系をロボット腕系とは全く別な機構とした
ため、レーザ光通路手段として所望の光進路系精度を得
られるように加工、組み立てすることが可能であり、し
かも、ロボット動作過程でも、ロボット腕等の可動部に
既存する諸誤差の影響を受けることなく、ロボット動作
に追従し、且つ、レーザ光を手首のレーザ光発出部に正
確に導入し得るようにしたものである。
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。
ｔワ） 〔実施例〕 第１図は、本発明に係る多関節腕形産業用レーザロボッ
トに適用されるレーザ光通路手段の具体的実施例を示す
斜視図、第２図は、同本発明に係るレーザ通路手段が組
み込まれた多関節腕形産業用レーザロボットの断面部分
を含んだ正面図、第３図は第２図に■で示した部分の作
用を説明する図である。
先ず、第１図を参照すると、本発凹の実施例に係るレー
ザ光通路手段１０は、旋回胴、Ｗ輔旋圓を行うロボット
上腕、Ｕ軸旋回を行うロボッ１・前腕、同ロボット前腕
の先端にレーザ光発出部を有したロボット手首を有した
産業用レーザロボットに装着して用いられるように構威
されており、第ｌのレーザ光進路変更系２０と第２のレ
ーザ光進路変更系３０とを具備した可動構造体として形
成され、第１のレーザ光進路変更系２０は、レーザ光の
光源を或すレーザ発振器１２から適宜のレーザ光導管路
ｌ４内の進路Δ，沿いに進んでから受光されるレーザ光
の受光部２１、受光されたレー（ｔノ ザ光を所望の進路方向に変更すべく反射するレーザ光ミ
ラー２２を保持したミラー保持部２２ａを有し、このミ
ラー保持部２２ａの下方にはレーザ進路Ａ２を有した静
止円筒管路部２３を有し、支持枠１６を介して上記ミラ
ー保持部２２ａが、床面等の所望の固定面に固定されて
いる。上記円筒管路部２３の下端には回転形円筒管路部
２４がころがり回転軸受又はすべり回転軸受等の回転関
節部を介して接続されている。即ち、矢印Ｌ１で示す回
転自由度を有している。レーザ光は同回転形円筒管路部
２４内を進路Ａ２に沿って進み同回転形円筒管路部２４
の下端にミラー保持体２５ａに依って保持されたレーザ
反射ミラー２５で反射されることにより、進路をＡ３に
変更し、更に回転円筒管路部２６を経てミラー保持体２
７ａにより保持された反射ミラー２７の入射位置に入射
する。
上記回転円筒管路部２６とミラー保持体２７ａは前段の
ミラー保持体２５ａに関して相対的に回転可能な回転自
由度Ｌ２を有し、そのために、ミラー保持体２５ａ又は
後段のミラー保持体２７ａ（　８　） 内に回転軸受部を有している。第１のレーザ光進路変更
系２０は更に、上記反射ミラー２７で進路Ａ２を進路Ａ
３に変更したとき、該レーザ光を進行させる円筒形管路
部２８を具備し、同円筒形管路部２８の先端には直動案
内機構、例えば、周知のボールスプラインナットやボー
ルスライド軸受により構筬された精度の高い直動案内手
段の一方の要素２９が内蔵されている３， 上記第１のレーザ光進路変更系２０の先端の円筒形管路
部２８には、第２のレーザ光進路変更系３０の基端側か
上記直動案内手段の要素２９を介して正確な相対的直動
Ｌ３が可能なように接続されている。すなわち、円筒形
管路部３２の一端に上記直動案内手段の他方の要素３１
が具備されている。従って、レーザ光は反射ミラー２７
で反射されてから、進路Ａ３に沿って進み、　この進路
Ａ３と同心の進路Ａ３を有した円筒形管路部３２内を同
進路Δ３に沿って進み、回転関節３３を経て反射ミラー
保持体３４ａに保持された反射ミラー３４に達して、再
度、進路Ａ３を進路Ａ，に反射、変更される。反射ミラ
ー保持体３４ａは、回転関節３３により、直進用の円筒
形管路部３２に対して自由度Ｌ４で示す回転自由度を有
している。
上記回転関節３３は内部に高精度の回転軸受手段を有す
ることにより、上記回転自由度Ｌ４を具備するものであ
る。さて、反射ミラー３４で反射されたレーザ光は、進
路Ａ４を進むが、同進路Ａ，は円筒形回転管路部３５内
に確保され、同円筒形回転管路部３５は一端を上記反射
ミラー保持体３４ａに結合し、他端は他の反射ミラー保
持体３６ａに結合され、一方の保持体３４ａまたは３６
ａ内に回転軸受から戒る回転関節を有することによって
、両保持体３４ａ、３６ａ間に相対回転゛自由度Ｌ５を
付与している。反射ミラー３６ａが保持した反射ミラー
３６は進路Ａ４に沿って進行したレーザ光を進路Ａ５の
方向に変更するから、この進路変更を受けたレーザ光は
同進路Ａ５を有した円筒形管路３７を進行する。円筒形
管路３７は回転管路として反射ミラー保持体３６ａに対
して相対的に回転可能に形成されている。つまり、反射
（１１） ミラー保持体３６ａ内に円筒形管路３７に回転自由度Ｌ
６を付与するために回転軸受で形成された回転関節が具
備されている。そして、上記回転形円筒管路３７の先端
には、ロボット機体への接続フランジ３８が設けられて
いる。
上述の説明から明らかなように、本実施例によるレーザ
光通路手段１０は第１、第２のレーザ光進路変更系２０
、３０を有して、予め、産業用レーザロボットの機体と
は別の構造体として形成されており、このレーザ光通路
手段１０自体が複数の回転及び直動による自由度Ｌ１〜
Ｌ６　（６自由度〉を有しているのである。つまり、こ
のようにレーザ光通路手段１０自体が複数の自由度を有
するように形成しておけば、回転自由度及び直動自由度
を付与するための各回転関節部、直動案内機構から戒る
直動関節部は、レーザ光進路を所望の高精度による進路
として形成するよう、予め精度良く加工、組立すること
ができるのである。従って、この様な高自由度を有した
別体構造のレーザ光通路手段１０を多関節形のレーザロ
ボットに結合し、レーザ光路をロボット機体の関節部を
経由することなく、つまり、機体を迂回して最終的に同
ロボット先端に設けたレーザ発出部への導入部に接続す
ることができるのである。
第２図は、上記の第１図に示したレーザ光通路手段１０
を、多関節腕形産業用レーザロボットに結合した状態を
示しており、第２図において、第１図と同一の参照番号
、記号で示した要素、部分及び機能は同要素、同部分及
び同機能として設けられているものである。
第２図において、多関節腕形産業用ロボットの機体は、
ベース部７１に対しては旋回駆動モータＭθにより縦軸
心回りに旋回（θ軸）する旋回胴７２、この旋回胴７２
のオフセットした先端に回転関節７３を介して枢着され
、水平軸（Ｗ軸）回りに上下に揺動ずる上腕用ロボット
腕７４、同上腕用ロボット腕７４の上端に回転関節７５
を介して枢着された前腕用のロボット腕７６、同ロボッ
ト腕７６の後端に設けられたレーザ光受光部７７、ロボ
ット腕７Ｇの先端に、反Ｕｔ　ミラー７８、レ−＼　１
ｔノ ザ光発出部７９を具備して取付けられたロボット手首８
０を備えて構成されている。また、同レーザ光発出部７
８には、内部に集光レンズ８１が装入されており、この
集光レンズ８ｌから発出されたレーザ光がレーザ加工用
エネルギーとして用いられるものである。
さて、既述した第１図のレーザ光通路手段１０は、その
第２レーザ光進路変更系３０の先端に設けられた接続フ
ランジ３８により、ロボット機体における上記レーザ光
受光部７７に接続されている。従って、レーザ光の光源
を１あすレーザ発振器１２から発出されたレーザ光は、
導管路１４を経て、レーザ光通路手段１０に導入された
後は、ロボット機体の外側を迂回した配置の同レーザ光
通路手段１０を経由し、ロボット機体において、旋回胴
７２、ロボット腕７４、７６等の可動部を経た後のレー
ザ光受光部７７へ導入される構成と或っている。レーザ
光受光部７７に導入されたレーザ光は単に反射ミラー７
８で進路Ａ５をレー＋Ｊｔ光発出部７９に向けて反射さ
れ、更に、同レーヅ′光発出部７９から集光レンズ８１
へ進行する進路構成となっているから、ロボットの回転
関節による動作影響を受けることは無いのである。しか
も、レーザ光通路手段１０白体が既述のように複数の回
転と直動の自由度Ｌ１〜Ｌ６を有した構成にあり、ロボ
ット機体の可動部が関節部の作動でロボット動作したと
き、自由にそのロボット動作に追従することができるの
である。従って、レーザ光の進路Ａ１〜Ａ５はレーザ光
通路手段１０の精度で決定でき、ロボット機体側の関節
部の組付け誤差、回転軸受精度等の影響を受けることが
回避できるのである。
さて、ここで第３図を参照すると、同第３図はレーザ光
受光部７７の部分■を取り出して、概念的に示したもの
で、レーザ光通路手段１０の接続フランジ３８はレーザ
光受光部７７の面７７ａに固定されることになる。
いま、レーザ通路手段１０の第１レーザ光進路変更系２
０における進路軸Ａ１がロボット機体における旋回胴７
２の縦軸心（θ軸）に一致した状態で取付けられれば、
ロボット機体のロボット腕７４、７６とレーザ光受光部
７７の面７７ａは、水平揺動軸、即ちＷ軸、Ｕ軸によっ
て動作する。
故に、レーザ光通路手段１０の接続フランジ３８が、上
記レーザ光受光部７７の面？？ａに結合されたとき、仮
に、面７７ａが１１ポット機体の同転関節７３、７５に
おける誤差影憾で、第３図に図示の＋１、一ｌの方向へ
の直線的変位や回転変位ｎＳｍを発生しても、同変位は
レーザ光通路手段１０の動作自由度で吸収され、レーザ
光自体は、あくまでも進路Ａ，を保って反射ミラー７８
に入射する。そして、同反射ミラー７８からレーザ光発
出部７９を介して集光レンズ８１に誤差無く集光される
のである。
〔発明の効果〕
以上の実施例の説明を介して明らかなように、本発明は
、ロボット機体の動作機構における関節部の動作影響が
、レーザ光の進路の精度に悪い影響を及ぼすことがない
ように、レーザ光通路手段（１０ノ をロボット機体の外側を迂回して機体のレーザ光受光部
に接続した構成を有し、レーザ光受光部はロボット機体
内の各関節部の影響を逸脱した構造に設定してあるから
、レーザ光進路は、通路手段の精度だけを予め、高精度
に加工、組立しておけば、その高精度を維持してレーザ
光をレーザ光発出部の集光レンズへ入射させ得るのであ
る。この結果、レーザ光は集光レンズの光軸に一致させ
てレンズ中心位置に誤差なく入射させることが可能とな
り、故に、レーザ光が集光レンズを発してワークの加工
部に到達した時点では、集光点のずれ、集光スポット径
の変化によりエネルギーロスを起こすことは無い。つま
り、レーザ加工精度を高レベルに維持することが可能に
なるのである。
【図面の簡単な説明】
第ｌ図は、本発明に係る多関節腕形産業用レーザロボッ
トに適用されるレーザ光通路手段の具体的実施例を示す
斜視図、第２図は、同本発明に係るレーザ通路手段が組
み込まれた多関節腕形産業１＋］ノ 用レーザロボットの断面部分を含んだ正面図、第３図は
第２図に■で示した部分の作用を説１！Ｉ１する図、第
４図は従来の多関節腕形産業川レーザロボットの構成の
一部を図示した正而図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、相互に関節結合された上腕、前腕の２つのロボット
    腕と、これらロボット腕の最先端に保持されたレーザ光
    発出用のロボット手首と、レーザ光源を発したレーザ光
    をロボット機体外を迂回して前記前腕側のロボット腕端
    を介してレーザ光発出用のロボット手首へ導入するレー
    ザ光通路手段とを具備した多関節腕形産業用レーザロボ
    ットにおいて、前記レーザ光通路手段が、 前記レーザ光源側に相互に直交配置の複数の回転軸心を
    有した複数の回転関節と１つの伸縮関節とを有し、かつ
    、レーザ光反射ミラーを内蔵した第１のレーザ光進路変
    更系と、 前記前腕側ロボット腕の腕端側に直交配置の複数の回転
    軸心を有した複数の回転関節を有し、かつ、レーザ光反
    射ミラーを内蔵し、前記第１のレーザ光進路変更系を発
    したレーザ光を前記前腕側のロボット腕の端部に結合、
    導入する第２のレーザ光進路変更系とを 具備した構成から成ることを特徴とした多関節腕形産業
    用レーザロボット。 ２、前記第１のレーザ光進路変更系は、２つの回転関節
    と前記１つの伸縮関節とを有し、また、前記第２のレー
    ザ光進路変更系は、３つの回転関節を有し、前記レーザ
    通路手段を６動作自由度機構に形成した特許請求の範囲
    １、に記載の多関節腕形産業用レーザロボット。 ３、前記レーザ光通路手段の第１のレーザ光進路変更系
    における伸縮関節は、直動案内手段を具備して形成され
    ている特許請求の範囲１又は２に記載の多関節腕形産業
    用レーザロボット。
JP1186018A 1989-07-20 1989-07-20 多関節腕形産業用レーザロボット Pending JPH0352791A (ja)

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PCT/JP1990/000920 WO1991001194A1 (en) 1989-07-20 1990-07-17 Articulated arm type industrial laser robot
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EP90910928A EP0436037B1 (en) 1989-07-20 1990-07-17 Articulated arm type industrial laser robot
US07/668,498 US5140129A (en) 1989-07-20 1990-07-17 Multi-articulated arm type industrial laser robot

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