专利名称：激光加工用机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工用机器人。本发明还涉及一种具备激光加工用机器人的机器人系统。
背景技术：
就利用产业用机器人实施激光加工的激光加工机器人系统而言，作为向安装于机器人机构部(本申请中称为机械手)的手腕部的激光加工工具提供来自激光振荡器的激光的传输路径，已知有使用光纤的构成。在该机器人系统中，光纤由于其允许最小曲率半径大，所以通常作为缆线或导管容纳方式的管线，具有可维持允许最小曲率半径或以上的曲率半径的自由度，架设于机械手的外部。在这种构成中，当激光加工作业时，在机械手动作期间，管线的架设状态随之较大地变动，例如管线过渡地被拉伸，缠绕在臂部或外围部件上，或管线过渡松弛，因其曲率变动，激光的输出下降等，会产生对加工作业带来障碍的担心。
为了解决关于激光加工机器人系统中的光纤架设的问题，以前提出将光纤(或管线)容纳于机械手的臂部。例如，特许第2606011号公报(JP-B-2606011)公开了沿旋转轴线将连接在装配于多关节机器人前端的手腕部上的激光焊炬上的光纤配设在具有手腕部的臂和旋转轴和中空部中的构成。另外，特开2003-200376号公报(JP-A-2003-200376)公开了如下构成，在把将动力、信号、材料等提供给安装于产业用机器人的手腕部上的末端执行器的缆线从臂侧面的进入口引入到臂内部的同时，从设置在与手腕部的旋转轴轴线交叉的位置上的通过口引出，延伸设置到末端执行器。
在JP-B-2606011中公开的构成中，光纤从具有手腕部的臂的后端通过旋转轴的中空部导入到臂内，原样延伸设置到前端的激光焊炬。激光焊炬从手腕部向垂直于臂旋转轴的轴线的方向突出设置，所以光纤在激光焊炬的跟前方向转换约90度后延伸设置。在这种构成中，在激光焊炬跟前的弯曲区域，担心难以确保光纤的允许最小曲率半径。此时，通过将激光焊炬从手腕部较大地突出量，可确保光纤在激光焊炬跟前的允许最小曲率半径，但此时，担心机器人尤其是末端执行器区域的外形尺寸增大。
另外，在JP-A-2003-200376中公开的构成中，末端执行器依然向垂直于手腕部的旋转轴的轴线的方向突出设置，所以为了在末端执行器跟前确保缆线的允许最小曲率半径，构成为将手腕部形成为两股状构造且缆线的一部分露出到外部。这种缆线的露出部分在内置光纤的情况下，担心产生所述过渡缠绕或松弛而引起的问题。另外，该构成中，还担心末端执行器区域的外形尺寸增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可消除激光加工作业中光纤中产生的缠绕或挠曲的问题、并可有效抑制机器人的外形尺寸的增加的激光加工用机器人。
本发明的另一目的在于提供一种具备这种激光加工用机器人的安全且容易使用的机器人系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种激光加工用机器人，其中具备机械手，配备具有手腕部的臂部，设置有多个控制轴；安装在机械手的手腕部上的激光加工工具；向激光加工工具传输激光的光纤；和配线通路，内设于机械手的腕部中，容纳光纤，臂部具备在与手腕部的相反侧相对于第1控制轴固定配置的第1部件；和可相对于第1控制轴旋转地支撑在第1部件上、在末端具有手腕部的第2部件，配线通路在第1部件和第2部件的内部连续形成，在第1部件上设置配线通路的光纤导入口，同时，在第2部件的手腕部上设置配线通路的光纤导出口，激光加工工具具备安装部，可相对于垂直于第1控制轴的第2控制轴旋转地安装在手腕部上；喷嘴部，具有沿与第2控制轴的轴线交叉的方向延伸的激光通路，从安装部延伸设置；和反射部，内设于安装部中，反射从光纤射出的激光，并将其导向激光通路，光纤的输出端面被定位于设置在手腕部上的光纤导出口与激光加工工具的反射部之间。
就上述激光加工用机器人而言，光纤的输出端面可被定位于第2控制轴的轴线上，从输出端面射出的激光的光轴与第2控制轴的该轴线一致。
另外，激光加工工具的反射部在喷嘴部的激光通路内，在离开第1控制轴的轴线的位置，规定大致垂直于第2控制轴的轴线的反射激光的光轴。
上述激光加工用机器人还具备使激光加工工具相对第2控制轴回旋的电动机，电动机可被容纳于腕部的第2部件的内部。
本发明还提供一种机器人系统，具备上述的激光加工用机器人和连接于光纤上的激光振荡器。
通过关联于附图的以下最佳实施方式的说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点会进一步显而易见。附图中，图1是示意表示本发明的激光加工用机器人系统的基本构成的图。
图2A是本发明一实施方式的激光加工用机器人的主视图。
图2B是图2A的激光加工用机器人的侧视图。
图3是切下部分后表示图2A的激光加工用机器人中的机械手的臂部和激光加工工具的放大图。
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图中，向相同或类似的构成单元附加共同的参照符号。
参照附图，图1示意表示本发明的激光加工用机器人10和机器人系统12的基本构成。激光加工用机器人10具备具有多个控制轴的机械手(机器人机构部)14、控制机械手14的动作的控制装置16、和作为末端执行器安装在机械手14前端的激光加工工具18。机器人系统12在该激光加工用机器人10上附设激光振荡器20而构成。
在激光加工用机器人10与激光振荡器20之间，架设将激光振荡器20生成的激光传递到激光加工工具18的光纤22。控制装置16经控制线24连接于机械手14和激光振荡器20双方上，控制机械手14的动作，同时，控制通过光纤22从激光振荡器20提供给激光加工工具18的激光，由此对工件W实施期望的激光加工。另外，光纤22通常具有容纳于外皮中的缆线形态，另外，有时也与辅助气体、冷却水的配管、传感器控制用缆线等一起被收纳于导管中而被架设。
图2A和图2B表示具有上述基本构成的激光加工用机器人10的一实施方式。在图示的实施方式中，机械手14是5轴垂直多关节型机械手，具备具有手腕部26的臂部(所谓的前臂)28。并且，机械手14还具备静止基台30、和经第1关节部32连接于静止基台30上的第2臂部(所谓的后臂)34，臂部28经第2关节部36连结于第2臂部34上。第1关节部32相对静止基台30，可相对铅直轴线(控制轴)38旋转且可相对水平轴线(控制轴)40回旋地连结第2臂部34。另外，第2关节部36相对第2腕部34，可相对第2水平轴线(控制轴)42回旋且可相对第2铅直轴线(控制轴)44旋转地连结腕部28。并且，在臂部28的手腕部26上，可相对第3水平轴线(控制轴)46回旋地连结激光加工工具18。在本申请中，将以第2铅直轴线44为旋转中心的臂部28的旋转控制轴称为第1控制轴44，将以第3水平轴线46为回旋中心的激光加工工具18回旋控制轴称为与第1控制轴44垂直的第2控制轴46。
参照图3来进一步详细描述，臂部28具备第1部件48，在与手腕部26的相反侧，相对第1控制轴44固定安装在第2关节部36上；和第2部件50，可相对第1控制轴44旋转地被支撑在第1部件48上，在末端具有手腕部26。这些第1部件48和第2部件50都是中空筒状部件，容纳光纤22的配线通路52在第1部件48和第2部件50内部连续形成。在腕部28的第1部件48中，以第2关节部36为基准、开口在与第2腕部34相反侧的侧面上地设置用于向配线通路52导入光纤22的光纤导入口54(图2B)。另外，在腕部28的第2部件50中，在其手腕部26中，沿第2控制轴46的轴线开口地设置用于从配线通路52导出光纤22的光纤导出口56。
激光加工工具18具备安装部60，可相对第2旋转轴46旋转地安装在臂部28的手腕部26上，具有连通于配线通路52的光纤导出口56的空洞部58；喷嘴部64，从安装部60一体延伸设置，具有沿与第2控制轴46的轴线交叉的方向延伸的激光通路62；和反射部66，固定内设于安装部60的空洞部58中，反射从光纤22射出的激光L，并向激光通路62导入。光纤22在配线通路52内适当(即以允许最小曲率半径或以上)挠曲配置，以便其输出端面22a被定位于设置在手腕部26中的光纤导出口56与激光加工工具18的反射部66之间。另外，包含光纤22的输出端面22a的末端区域例如通过隔片部件68由未图示的构件相对手腕部26固定地被支撑是有利的。
根据具有上述构成的激光加工用机器人10，容纳于腕部28的配线通路52中的光纤52实质上未受到安装于手腕部26上的激光加工工具18的旋转动作的影响，可在配线通路52内维持事先设定的适当的(即允许最小曲率半径或以上的)挠曲形态。另外，将光纤22保持在与臂部28的第1和第2部件48、50连续设置的配线通路52内。因此，当激光加工作业时，切实防止在使机械手14的姿势多样变化以便激光加工工具18的喷嘴部64相对工件W(图1)取得适当的熔接姿势期间，在光纤22中产生导致光纤损伤或激光输出下降的过渡缠绕或挠曲。并且，利用设置在激光加工工具18中的反射部66，向与第2控制轴46的轴线交叉的方向反射从光纤22射出的激光L，使其从喷嘴部64照射到工件W(图1)上，所以可削减喷嘴部64相对手腕部26的沿第2控制轴46方向的突出量，所以可有效抑制激光加工用机器人10的末端执行器区域的尺寸增加。
在激光加工用机器人10中，如图3所示，将光纤22的输出端面22a定位在第2控制轴46的轴线上，从输出端面22a射出的激光L的光轴在激光加工工具18的反射部66跟前与第2控制轴46的轴线一致是有利的。根据这种构成，在相对第2旋转轴46使激光加工工具18回旋动作期间，由反射部66反射的激光L的光轴不管旋转角度如何，在喷嘴部64的激光通路62内都被维持在相同位置上，所以激光加工作业时的机械手14的控制变容易。
另外，如图所示，激光加工工具18的反射部66构成为在喷嘴部64的激光通路62内、在离开第1控制轴44的轴线的位置上规定大致垂直于第2控制轴46的轴线的反射激光L的光轴是有利的。根据这种构成，可将从手腕部26的喷嘴部64的沿第2控制轴46方向的突出量限制到最小。
如图3所示，就激光加工用机器人10而言，在机械手14的臂部28的手腕部26中设置截面为コ字状的连结轴部件70。连结轴部件70是第2控制轴46的驱动机构中的动力传递机构的输出端侧的一单元，经作为动力传递机构的皮带/滑轮装置74被连接于作为同一驱动机构的驱动源的电动机72上。这些第2控制轴46的驱动机构(连结轴部件70、电动机72、皮带/滑轮装置74)在手腕部26容纳于臂部28的第2部件50的内部。连结轴部件70具有在手腕部26从设置在第2部件50中的侧方开口50a露出到外部的法兰70a，在该法兰70a上形成光纤导出口56，同时，将激光加工工具18的安装部60固定在法兰70a上。由此，激光加工工具18与连结轴部件70一体地通过电动机72的输出相对第2控制轴46回旋动作。
这样，通过将第2控制轴46的驱动机构(尤其是电动机72)容纳于腕部28的第2部件50中，尽可能地排除手腕部26的外面上的突出部分，进一步容易的实施狭窄空间中的激光加工作业。连结轴部件70的コ字状截面的形状用于尽量避免在激光加工工具18的回旋中连结轴部件70与光纤22干涉。尤其是如图所示，根据电动机72在第2部件50的内部并置于连结轴部件70(动力传递机构的输出侧单元)，并且两者的中心(旋转)轴线彼此平行配置的构成，可充分确保在机械手14的动作中(尤其是涉及第1控制轴44的臂部28的旋转中)、在第2部件50的内部光纤22可自由变位的空间。
在激光加工用机器人10中，接近设置在臂部28的第1部件48中的光纤导入口54、在第2关节部36的外面，固定设置用于保持光纤22的支架76是有利的。由此，可抑制光纤22在机械手14的动作中的变位动作。
另外，在图示实施方式中，例如也可代替在臂部28的第1部件48的侧面设置光纤导入口54的图示构成，而在第2关节部36和与之相邻的第1部件48的轴线方向端面上设置贯通孔，将该贯通孔作为光纤导入口。另外，在图示实施方式中，采用5轴垂直多关节型机械手14，但也可取而代之以采用具有其它各种构成的机械手。
从以上说明可知，本发明的激光加工用机器人和具备其的机器人系统由于可以廉价的构造避免激光传输用的光纤的过渡缠绕或挠曲，所以最适用于可防止光纤与机器人外围设置相互干涉的安全、容易使用的产业用机器人。
以上关联于最佳实施方式来说明了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离后述的权利要求范围的精神及公开范围的情况下，可进行各种修正及变更。
权利要求
1.一种激光加工用机器人(10)，其特征在于，具备机械手(14)，配备具有手腕部(26)的臂部(28)，并且设置有多个控制轴(38、40、42、44、46)；激光加工工具(18)，安装在所述机械手的所述手腕部上；光纤(22)，向所述激光加工工具传输激光(L)；和配线通路(52)，内设于所述机械手的所述臂部中，容纳所述光纤，所述臂部具备在与所述手腕部的相反侧相对于第1控制轴(44)固定配置的第1部件(48)；和可相对于该第1控制轴旋转地支撑在该第1部件上、在末端具有该手腕部的第2部件(50)，所述配线通路在该第1部件和该第2部件的内部连续形成，在该第1部件上设置该配线通路的光纤导入口(54)，同时在该第2部件的该手腕部上设置该配线通路的光纤导出口(56)，所述激光加工工具具备安装部(60)，可相对于垂直于所述第1控制轴的第2控制轴(46)回旋地安装在所述手腕部上；喷嘴部(64)，具有沿与该第2控制轴的轴线交叉的方向延伸的激光通路(62)，并且从该安装部延伸设置；和反射部(66)，内设于该安装部中，反射从所述光纤射出的激光，并且将其导向该激光通路，所述光纤的输出端面(22a)被定位于设置在所述手腕部上的所述光纤导出口与所述激光加工工具的所述反射部之间。
2.根据权利要求1所述的激光加工用机器人，其特征在于，所述光纤的所述输出端面被定位于所述第2控制轴的所述轴线上，从该输出端面射出的激光的光轴与该第2控制轴的该轴线一致。
3.根据权利要求1所述的激光加工用机器人，其特征在于，所述激光加工工具的所述反射部在所述喷嘴部的所述激光通路内，在离开所述第1控制轴的轴线的位置，规定大致垂直于所述第2控制轴的所述轴线的反射激光的光轴。
4.根据权利要求1所述的激光加工用机器人，其特征在于，还具备使所述激光加工工具相对于所述第2控制轴回旋的电动机(72)，该电动机被容纳于所述腕部的所述第2部件的内部。
5.根据权利要求4所述的激光加工用机器人，其特征在于，还具备将所述电动机的输出传递到所述激光加工工具的所述安装部的动力传递机构(70、74)，该电动机在所述第2部件的内部与该动力传递机构的输出侧单元(70)并置。
6.根据权利要求1所述的激光加工用机器人，其特征在于，所述机械手是5轴垂直多关节型机械手。
7.一种机器人系统，其特征在于，具备根据权利要求1～6中任意一项所述的激光加工用机器人和连接于所述光纤上的激光振荡器(20)。
全文摘要
一种激光加工用机器人，其中具备机械手；激光加工工具；光纤；和配线通路。臂部具备第1部件和第2部件。配线通路在第1部件和第2部件的内部连续形成，在第1部件中设置配线通路的光纤导入口，同时，在第2部件的手腕部中设置配线通路的光纤导出口。激光加工工具具备安装部，可相对垂直于第1控制轴的第2控制轴回旋地安装在手腕部上；喷嘴部，具有沿与第2控制轴的轴线交叉的方向延伸的激光通路，从安装部延伸设置；和反射部，内设于安装部中，反射从光纤射出的激光，并且导向激光通路。光纤的输出端面被定位于设置在手腕部中的光纤导出口与激光加工工具的反射部之间。
文档编号B23K26/00GK1736652SQ20051009325
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年8月20日
发明者二瓶亮, 井上俊彦, 岩山贵敏 申请人:发那科株式会社