JPH0825048B2 - 工業用ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてレーザ光線によって材料を加工処理
することを目的とする工業用ロボットに関する。かかる
工業ロボットは、中空のロボット・アームおよびこのロ
ボット・アームに取り付けられたロボット用手首を含
む。このロボット用手首は、互いに次々に連結した形で
配列されている複数個の中空の回転可能な部分を有して
おり、第１の回転軸線の周りに回転し得る一つの第１の
管状手首部分と、この第１の管状手首部分の内側に支承
されていてしかも第１の回転軸線と交差する第２の回転
軸線の周りに回転し得る一つの第２の管状手首部分と、
更にこの第２の管状手首部分の内側に支承されている一
つの第３の管状手首部分とから成っていて、しかもこの
第３の管状手首部分はその中心軸線と交差する一つの第
３の回転軸線の周りに回転し得るようになっている。こ
の第３の管状手首部分はその中心軸線の周りに回転し得
る一つの工具取付装置を支持するようになっている。

〔従来の技術〕

上述のような型式のロボット用手首はすでにこれまで
に特開昭60−150990号公報（英国特許公報第2147877
号）により周知となっており、広範囲な方位適合能力を
特徴としている。しかしながら、このようなロボットを
レーザ・ノズルの方位設定用に使用しようとする場合、
ロボット・アームがある位置関係になった際にレーザ・
ノズルに至るレーザ光ビームの通路が遮断されるため
に、上述の方位適合能力をフルに活用することができな
かった。本発明はこの問題に対する一つの解決となるも
のである。

またロボットで操作する方式のレーザ加工法もすでに
これまでに提案されている。英国特許公報第2134071号
はそのような一つの出願を示している。レーザ・ノズル
に向けて照射されるレーザ光ビームがロボット・アーム
によってさえぎられるのを防止するために、この公報に
よれば、レーザ・ノズルは一つの特殊な中空のアームに
よって保持されており、その中に設けられた複数個の鏡
が入射してくるレーザ光ビームを直角に反射するように
なっている。このアームはロボット・アームと同調して
連動するように連結されている。このロボット・アーム
によって同調して操作されるアームは、レーザ・ノズル
を保持している一つの特別な手首を装着している。ロボ
ットがレーザ加工工程以外の用途に用いられる場合には
何の役にも立たず、しかも占有スペースとロボットの製
造コストを増大させると同時にその制作過程を複雑化さ
せるような、アームが一つ余分に増えることによって生
ずる不都合に加えて、この構造では、レーザ光ビームが
その発射源から手首に至る屈折点ならびにこの特別な手
首からレーザ・ノズルに至る屈折点の双方に多数の鏡が
用いられている、鏡の数が多いために、レーザ光ビーム
が発射源からレーザ・ノズルまで伝送される際に相当な
輻射エネルギの損失を生ずることとなる。

更に、英国特許公報第2120202号は、レーザ加工作業
に用い得るもう一つの型式のロボットを示している。こ
のロボットはレーザ・ノズルを保持する一つの手首を含
み、この手首が一つの垂直なシャフト上に回転し得ると
同時に軸線方向にも移動し得るように支持されている。
このシャフトは一つの水平方向に移動し得る台車の上に
支持されており、更にこの第１の台車は、この台車の移
動の方向に対して直角の方向に水平に移動し得るもう一
台の台車の上に載置されている。更に、この手首は、上
に述べたように、垂直軸線の周りに回転し得るのみなら
ず、一つの水平軸線の周りにも回転し得るようになって
いる。この設計においても、レーザ光ビームはその発射
源からレーザ・ノズルに到るまでの間で多くの鏡によっ
て直角に屈折させられる。この周知の屈折のさせ方で
は、レーザ光ビームがさえぎられることがないようにす
るために、この手首の回転運動が約180°以内に制約さ
れるという欠点がある。そして発射源からレーザ・ノズ
ルに至るまでレーザ光ビームを、別個に独立して設けら
れた一つのベローズ型の保護ガス導管によって取囲むよ
うになっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、レーザ光ビーム操作用の工業用ロボ
ット・アームにおける上述の欠点は、中空のロボット・
アームから入射してくるレーザ光ビームが、手首のすべ
ての部品の相対的な回転位置に関わりなく、妨げられず
に上記部品を通過し得るように、手首の中空内部に鏡を
配設することによって、取り除かれるのである。このこ
とは、鏡の数を少なくするので、ロボットは輻射エネル
ギ損失を少なくすることになり、レーザ光ビームの経路
がこのロボット用手首の方位適合能力を制約しないよう
に鏡が配設される。また中空のロボット・アームを用い
ることによって、レーザ光ビームを取囲む別個の独立し
たガス導管を設ける必要もなくなるのである。

本発明の好適な実施例によれば、中空のロボット・ア
ームとロボット用手首が、レーザ加工作業中一般に用い
られる保護ガス用のガス導管として利用される。

〔実施例〕

第１図はコンピュータで制御される工業用ロボットの
側面図であり、 第２図および第３図はそれぞれ、ロボット用手首の最
先端部の軸線がロボットの先端側のアームの軸線と一致
した状態におかれている場合、ならびにこれに対して最
大の角度をなしている場合における、本発明におけるロ
ボット用手首の断面図であり、更に 第４図は、側壁を切断除去した、本発明におけるロボ
ット用手首の第３の管状手首部分、ならびにこのロボッ
ト用手首に取付けられているレーザ・ノズルの、一部が
断面図になった側面図である。

図において、１は６本の軸線を有する一つの工業用ロ
ボットを示している。ベース・プレート２の上には、軸
線Ａ−Ａの周りに回転し得るように一つの台座３が支承
されている。この台座３には、軸線Ｂの周りに回転し得
るように一つの内側ロボット・アーム４が支承されてい
る。このロボット１は更にまた一つの外側ロボット・ア
ーム５を含み、このロボット・アーム５はその内側の部
分によって前記の内側ロボット・アーム４に取付けられ
ており、かつ軸線Ｃの周りに回転し得るようになってい
る。台座３はベース・プレート２の内部に設けられてい
る（図示されていない）駆動装置によって作動させられ
る。内側ロボット・アーム４は駆動装置６によって作動
させられ、外側ロボット・アーム５は、その主要部分が
駆動装置６の陰に隠れている駆動装置７によって作動さ
せられる。ロボット用手首10を駆動するための駆動装置
８とレーザ光ビーム発射源９とが外側ロボット・アーム
５の内側に延びている張出し部に設けられている。

ロボット用手首10は、順次に並んで配設されていて、
かつ相互に回転し得るようになっている３つの管状手首
部分11,12,13から成っている。その第１の管状手首部分
11は第１の中心軸線すなわち第１の回転軸線Ｄ−Ｄの周
りに回転し得るようにされ、第２の管状手首部分12は第
２の回転軸線Ｅ−Ｅの周りに第１の軸受装置23を介して
回転し得るようにされ、そして第３の管状手首部分13は
第３の回転軸線Ｆ−Ｆの周りに第２の軸受装置31を介し
て回転し得るようにされている。このロボット用手首10
は、その第１の管状手首部分11が、外側ロボット・アー
ム５の内部に支承されている一本の管状の駆動シャフト
15と連接され得るようになっているので、全体が簡単に
交換できる一つのユニットの形になっている。この第１
の管状手首部分11は、その一端が第１の中心軸線Ｄ−Ｄ
に直角に切断されていて、かつ外ねじを切られたフラン
ジ112になっている一本の管状スリーブ111から成ってお
り、このフランジを介して駆動シャフト15と一つの内ね
じを切られたリング113によって連結されるようになっ
ている。またこの第１の管状手首部分11のもう一方の端
は、第１の中心軸線Ｄ−Ｄと直交する一つの軸に対して
ある鋭角αを成して斜めに切断されている。その結果、
この切断された端面に直角な第２の回転軸線Ｅ−Ｅは第
１の中心軸線Ｄ−Ｄと同じ大きさの角αを成して交わる
こととなる。

第１の管状手首部分11の管壁の内部には一つの鏡S1が
固着されており、かつそれが斜めに切断された端面の丁
度中心にくるようになされている。この鏡S1はレーザ光
ビームＬを第２の回転軸線Ｅ−Ｅに沿って反射させるこ
とになるが、このビームは外側ロボット・アーム５の中
心に入射して来て、かつ第１の中心軸線Ｄ−Ｄと同軸に
なっているので、従ってこの平面鏡の鏡面は第１の中心
軸線Ｄ−Ｄとα/2の角を成して傾けておくことになる。

ロボット用手首10の第２の管状手首部分12は、その両
端がともに斜めに切断されている一つの管状スリーブ12
1から成っている。この切断された両端部は互いに寄り
合うように傾いていて、それらの延長面は、２αに等し
い鋭角を成して互いに交差している。従って、この管状
スリーブ121の長手方向の軸線を含み、かつこのスリー
ブの最短部と最長部とを含む一つの平面でこの管状スリ
ーブ121を切断した断面は、頂角が２αの二等辺三角形
の頭の部分を底辺に平行にカットした下の方の部分の形
になっている。この底辺の中点には、この管状スリーブ
121がそれを中心に回転する第２の回転軸線Ｅ−Ｅを含
んでいる上記の切断面に対して直角に一つの鏡S2が設け
られている。

鏡S1によって第２の回転軸線Ｅ−Ｅに沿うように反射
されたレーザ光ビームは、第２図から一目瞭然のよう
に、当然の結果として鏡S2の中心に角度αで入射し、更
にこのレーザ光ビームは、管状スリーブ121が対称形な
構造であるために、この鏡S2によって第３の回転軸線Ｆ
−Ｆに沿うように反射される。ここで注意すべきこと
は、この鏡S2の中心点は第２の管状手首部分12が回転す
る際の第２の回転軸線Ｅ−Ｅの上にあるために、この第
２の管状手首部分12が回転した際にもこの点は常に一定
の位置に留って動かないということである。この点はま
た同時に、ロボット用手首の第１の管状手首部分11から
離れた反対側にある第２の管状手首部分12の端部の中心
点を通り、かつこの端部を成す平面と直交する第３の回
転軸線Ｆ−Ｆの上にもある。

ロボット用手首の第１と第２の管状手首11,12と同
様、第３の管状手首部分13もまた一つの管状スリーブ13
1から成っている。この管状スリーブ131の第２の管状手
首部分12に面する端部は、この管状スリーブの第３の中
心軸線Ｇ−Ｇと直交する一つの直線に対して角αを成し
て斜めに切断されており、またもう一方の端部は第３の
中心軸線に対して直角に切断されている。この第２の端
部は同時にまた一つの工具取付装置136を含み（第４図
参照）、ここに提示されている実施例ではそれが一つの
レーザ・ノズル取付用として用いられており、かつ第３
の中心軸線Ｇ−Ｇの周りに第３の軸受装置53を介して回
転し得るようにされている。一方、斜めに切断された端
部の中心には、この第３の管状手首部分13の壁面に固着
された一つの鏡S3が置かれている。この鏡は第３の回転
軸線Ｆ−Ｆに沿って入射してくるレーザ光ビームを第３
の中心軸線Ｇ−Ｇに沿うように反射させることとなる。
この二つの軸線Ｆ−ＦおよびＧ−Ｇは常に互いに角αを
成して交差しているので、平面鏡S3は第３の中心軸線Ｇ
−Ｇに対してα/2の傾角をもたせておくのである。

このロボット用手首のこれら３つの管状手首部分の回
転駆動装置は本発明の一部を成すものではなく、本発明
を理解するに当っては、これら３つの管状手首部分が第
２図に示されている状態から第３図に示されている状態
まで、相互に回転し得るようになっていることさえ判っ
ていれば十分である。他の点では、この回転駆動装置の
詳細な説明は先に挙げた英国特許公報第2147877号に述
べられている。

ここに挙げた実施例では、前述の工具取付装置136
は、ロボット用手首の第３の管状手首部分13の中に配設
されている一つのモータＭによって回転されるようにな
っており、その際このモータは一本のベルト132を介し
て歯車133の入力軸を駆動し、更にこの歯車133の歯を切
ってある出力軸が外歯を切った一つの大歯車134を駆動
するようになっている。この際、注意すべきことは、こ
れらの部品がレーザ光ビームの通路をさえぎることがな
いようにすることであり、歯車133および大歯車134は管
状スリーブ131の中心部ではなくて、大歯車134がレーザ
光ビームをさえぎることがないような距離だけ中心面か
ら外側に離して置かれているのである。このようにベル
ト132もモータの出力軸から下側かつ外側に向けて掛け
られている。更に大歯車134と一体に結合されている一
本のシャフトが、もう一つの小歯車135の入力軸になっ
ており、その歯を切ってある出力軸が工具取付装置136
の外側に切られている歯とかみ合っている。第４図に示
されているように、モータＭの出力軸はまたもう一本の
ベルト137をも駆動するようになっており、このベルト
は管状スリーブの中心面からは外れたところで斜め内側
に向けて、工具取付装置136の回転角に応じた信号をコ
ンピュータ制御のロボットの制御回路に供給するように
設計されている（図示されていない）一つの制御装置に
掛けられている。この工具取付装置の回路駆動装置につ
いては、上述の方法に限らず、もっと他の実施例を採用
することももちろん可能で、ここに挙げた実施例は単に
一つの、何らの制約を及ぼさない例として参考に供した
に過ぎない。

第４図はまたレーザ・ノズル20の一つの実施例を示し
ている。ロボットの方位適合能力を更にできるだけ高め
るために、ノズルの射出口部は管状スリーブ131の第３
の中心軸線Ｇ−Ｇに対して角度を調整して取付けられて
おり、これに応じてこのレーザ・ノズルには、第３の中
心軸線Ｇ−Ｇに沿って入射してきたレーザ光ビームをノ
ズルの射出口の軸線に沿うように反射させるための一つ
の鏡S4が含まれている。ノズルの射出口の軸線に直角に
一枚のレンズ201が置かれており、このレンズは、入射
してくるレーザ光ビームがノズルの射出口から外側へあ
る適当な距離のところで焦点を結ぶような焦点距離をも
っている。このレンズは一つの隔壁202の中にはめ込ま
れて保持されているが、この隔壁には更にもう一つの通
気孔203が明けられている。この通気孔203は、中空のロ
ボット・アーム、ロボット用手首を流通し、更にレーザ
・ノズルの射出口から外部に流出する保護ガスや酸素あ
るいは不活性ガスの通路として設けられているのであ
る。このロボット用手首10にはまた真直なレーザ・ノズ
ルを取付けて使用することもできるが、この場合には、
鏡S4はもちろん不要である。

レーザ加工作業が終了したら、必要に応じて、これら
の鏡は、適当な洗浄液をロボット・アーム、ロボット用
手首ならびにレーザ・ノズルの中に流通させることによ
って洗浄することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外側ロボット・アーム５の延長部分
に容易に合わせて取付けられるレーザ光ビーム発射源と
レーザ・ノズルとを附け加えるだけで部品などのレーザ
加工作業に用いることができると同時に、レーザ・ノズ
ルさえ取り外せばそのまま何の制約もなしに、従来の加
工作業にも使用し得る工業用ロボットが得られるのであ
る。外側ロボット・アーム５ならびにロボット用手首10
を通してレーザ光ビームを誘導する鏡の数はわずか３個
に過ぎず、従って発射源からノズルに至るまでのエネル
ギ損失は少ない。更に、これらの鏡は、ロボット用手首
の３つの管状手首部分の相対的な回転位置に関わりな
く、レーザ光ビームがさえぎられることがないように、
配設されている。

以上、本発明の説明をレーザ光ビームを例にとって行
ったが、もちろん他の型式の光線ビームをこのロボット
・アームならびにロボット用手首の中を通して誘導する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図はコンピュータで制御される工業用ロボットの側
面図であり、 第２図と第３図はそれぞれロボット用手首の最先端部の
軸線がロボットの先端側のアームの軸線と一致した状態
におかれている場合、ならびにこれに対して最大の角度
を成して曲っている場合における、本発明におけるロボ
ット用手首の断面図であり、更に 第４図は、側壁を切断除去した本発明におけるロボット
用手首の第３管状手首部分、およびこのロボット用手首
に取付けられているレーザ・ノズルの、一部が断面にな
った側面図である。 １…工業用ロボット、２…ベース・プレート、３…台
座、４…内側ロボット・アーム、５…外側ロボット・ア
ーム、6,7,8…駆動装置、９…レーザ光ビーム発射源、1
0…ロボット用手首、11…第１の管状手首部分、12…第
２の管状手首部分、13…第３の管状手首部分、15…駆動
シャフト、111,121,131…管状スリーブ、112…フラン
ジ、113…リング、132,137…ベルト、133,134,135…歯
車、136…工具取付装置、20…レーザ・ノズル、201…レ
ンズ、202…隔壁、203…通気孔、Ｍ…モータ、S1,S2,S
3,S4…鏡。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空のロボット・アームおよびこのロボッ
   ト・アームに取付けられたロボット用手首を含む工業用
   ロボットであって、 第１の中心軸線（Ｄ−Ｄ）を有していて第１の端及び第
   ２の端を有する第１の管状手首部分（11）であって、該
   第１の端は前記ロボット・アーム（５）に装着可能で前
   記第１の中心軸線（Ｄ−Ｄ）のまわりに回転可能であ
   り、前記第２の端は前記第１の中心軸線に対して傾いた
   方位の端面を有しており、前記第１の中心軸線は前記ロ
   ボット用手首（10）の第１の回転軸線を画定している、
   前記第１の管状手首部分（11）と、 第２の中心軸線を有していて第１の端及び第２の端を有
   する第２の管状手首部分（12）であって、この第１及び
   第２の端の各々は前記第２の中心軸線に対して傾いた方
   位の端面を有している、前記第２の管状手首部分（12）
   と、 前記第２の管状手首部分（12）の第１の端を前記第１の
   管状手首部分（11）の第２の端に取付けて、前記第１の
   中心軸線（Ｄ−Ｄ）と交叉する第２の回転軸線（Ｅ−
   Ｅ）のまわりで前記第１の管状手首部分に対して前記第
   ２の管状手首部分を回転しうるようにする第１の軸受装
   置（23）と、 第３の中心軸線（Ｇ−Ｇ）を有していて第１の端及び第
   ２の端を有する第３の管状手首部分（13）であって、こ
   の第１の端が前記第３の中心軸線に対して傾いた方位の
   端面を有している、前記第３の管状手首部分（13）と、 前記第３の管状手首部分（13）の第１の端を前記第２の
   管状手首部分（12）の第２の端に取付けて、前記第３の
   中心軸線（Ｇ−Ｇ）と交叉する第３の回転軸線（Ｆ−
   Ｆ）のまわりで前記第２の管状手首部分に対して前記第
   ３の管状手首部分を回転しうるようにする第２の軸受装
   置（31）と、 工具取付装置（136）と、 前記工具取付装置を前記第３の管状手首部分の第２の端
   に取付けるための第３の軸受装置であって、前記第３の
   回転軸線と交差する第４の回転軸線のまわりで前記第３
   の管状手首部分（13）に対して前記工具取付装置を回転
   しうるようにする、前記第３の軸受装置（53）と、 を含む工業用ロボットにおいて、 前記ロボット用手首（10）の中空の内部に複数個の鏡
   （S1,S2,S3）が配置されていて、前記中空のロボット・
   アーム（５）から入射した光ビーム（Ｌ）が前記第１、
   第２及び第３の管状手首部分（11,12,13）の相互の回転
   位置とは無関係に妨げられないでこれらすべての管状手
   首部分（11,12,13）を通過し得るようにされており、前
   記複数個の鏡のうちの第１の鏡（S1）は前記第１の中心
   軸線（Ｄ−Ｄ）と前記第２の回転軸線（Ｅ−Ｅ）との間
   の交点に配置され、前記複数個の鏡のうちの第２の鏡
   （S2）は前記第２の回転軸線（Ｅ−Ｅ）と前記第３の回
   転軸線（Ｆ−Ｆ）との間の交点に配置され、前記複数個
   の鏡のうちの第３の鏡（S3）は前記第３の回転軸線（Ｆ
   −Ｆ）と前記第３の中心軸線（Ｇ−Ｇ）との間の交点に
   配置されており、これら鏡（S1,S2,S3）は、前記第１の
   中心軸線（Ｄ−Ｄ）に沿って入射する光ビームが前記第
   ２の回転軸線、前記第３の回転軸線及び前記第３の中心
   軸線に沿って次々に誘導されるような傾きを有すること
   を特徴とする工業用ロボット。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項による工業用ロボッ
   トにおいて、第１および第３の鏡（S1,S3）がそれぞ
   れ、第１および第３の管状手首部分（11,13）の内壁か
   ら突き出ている取付けエレメントに固着されており、か
   つ第２の鏡（S2）が第２の管状手首部分（12）の内壁に
   直接固着されていることを特徴とする工業用ロボット。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項による工業用ロボッ
   トにおいて、 一つのレーザ・ノズル（20）が工具取付装置（136）に
   固着されており、かつこのレーザ・ノズルの射出部が第
   ３の中心軸線（Ｇ−Ｇ）に対して傾斜しており、前記複
   数個の鏡が第３の中心軸線（Ｇ−Ｇ）に沿って入射して
   くるレーザ光ビームをこのレーザ・ノズル（20）の射出
   軸線に沿うように誘導する第４の鏡（S4）を含んでいる
   ことを特徴とする工業用ロボット。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項による工業用ロボッ
   トにおいて、前記のレーザ・ノズル（20）は焦点調節レ
   ンズ（201）を支持している隔壁（202）を含み、この隔
   壁（202）には保護ガスを通すために一つの通気孔（20
   3）が設けられていることを特徴とする工業用ロボッ
   ト。