JPH02179380A - Wrist axis structure of laser robot - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To control the gamma-axis rotation and beta-axis rotation of a wrist part by passing a laser beam optical path from the inside of the wrist driving axis inserted into the central part of an arm through the central part of the beta-axis RV reduction gear of the wrist part to a nozzle. CONSTITUTION:The laser beam passes the optical path P1 in the driving axis 2 from a light source, refracts perpendicularly on the 1st mirror 10, advances rectilinearly in the optical path P2 of the beta-axis reduction gear 7, refracts perpendicularly on the 2nd mirror 11, and passes the optical path P3 so as to be focused by a condenser lens 9 and is emitted from a nozzle 8a. Pipings for the laser optical paths do not, therefore, exist at all, in the outside part of the arm and the wrist part and, therefore, there is no external interference by the laser optical paths at the time of the operation of the robot. Since an output unit 8 at the front end of the wrist is fixed at the output end of the beta-axis reduction gear 7, the rotational errors, such as backlash, generated in the transmission process from a motor Mbeta to the beta-axis reduction gear 7 are decreased by the reduction gear and since the arm 1 which makes gamma rotation is fixed at the root end to the output end of the gamma-axis RV reduction gear 15, the rotational errors, such as backlash, are decreased by the reduction gear.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットにおけるレーザーロボットに
関するものであり、溶接、切断、パリ取り等に用いるレ
ーザービームを射出する光路を合理的に形成したロボッ
ト手首軸構造に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a laser robot used in industrial robots, and is a laser robot that has a rationally formed optical path for emitting a laser beam used for welding, cutting, deburring, etc. This relates to the robot wrist shaft structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近時、レーザービームを射出するビーム出力端をロボッ
ト機体の先端に具備して、溶接、切断、成形品のパリ取
り等に適用するようにしたレーザーロボットが提供され
ている。Recently, laser robots have been provided which are equipped with a beam output end for emitting a laser beam at the tip of the robot body and are used for welding, cutting, deburring molded products, and the like.

この種のレーザーロボットにおいては、レーザー光源か
らロボット機体に導入したレーザービームをロボット手
首先端に装着したノズル型ビーム出力部へ誘導する光学
的構造が必要であると共に、レーザービームを照射経路
に沿って移動させるための手首の動作自由度を付与する
必要を満たさねばならない。This type of laser robot requires an optical structure that guides the laser beam introduced from the laser light source into the robot body to a nozzle-type beam output section attached to the tip of the robot's wrist, and also that the laser beam is guided along the irradiation path. The need to provide freedom of movement of the wrist for movement must be met.

第２図は、上述の如き条件の下に設計された従来の２回
転自由度を有するレーザーロボット手首軸構造である。FIG. 2 shows a conventional laser robot wrist shaft structure with two rotational degrees of freedom designed under the above conditions.

即ち、図示の如く、ロボットアーム２１の先端に取付け
られた手首２２は、ハウジング２３．２４、軸受ホルダ
ー２５．２６等の機枠部材と、これら機枠部材内に設け
られた１対のスプロケット２７ａ、２７ｂ１及びスデロ
ケッ）２７ａの取付けられた第１手首軸２８ａ１スデロ
ケツ）２７ｂを有する第２手首軸２８ｂを具備し、また
ハウジング２４の先端にはレーザービームを射出するノ
ズル８ａを有するビーム出力部８が配置されている。そ
してロボットアームの後端側からは減速機（図示なし）
で減速されたＴ軸回転が、チェーン３０ａからスプロケ
ット２７ａを介して第１手首軸２８Ｈに人力され、β軸
回転がチェーン３０ｂからスプロケット２７ｂを介して
第２手首軸２８ｂに入力され、そして、第１手首回転入
力は１対のベベルギヤ３１ａ、３１ｂで直角に回転方向
が変換されて、レーザービーム出力部８をＴ軸回転させ
、第２手首軸回転入力はハウジング２４及び軸受ホルダ
ー２６をβ軸回転させて、ハウジング２４と共にレーザ
ー出力部８にもβ軸回転を付与する。That is, as shown in the figure, the wrist 22 attached to the tip of the robot arm 21 is attached to machine frame members such as a housing 23, 24 and a bearing holder 25, 26, and a pair of sprockets 27a provided within these machine frame members. , 27b1 and a second wrist shaft 28b to which a second wrist shaft 27b is attached, and a beam output section 8 having a nozzle 8a for emitting a laser beam at the tip of the housing 24. It is located. And from the rear end of the robot arm is a reducer (not shown).
The T-axis rotation decelerated by the chain 30a is manually applied to the first wrist shaft 28H via the sprocket 27a, and the β-axis rotation is input from the chain 30b to the second wrist shaft 28B via the sprocket 27b. The rotational direction of the first wrist rotation input is converted at right angles by a pair of bevel gears 31a and 31b, causing the laser beam output section 8 to rotate on the T axis, and the second wrist rotation input rotates the housing 24 and bearing holder 26 on the β axis. In this way, β-axis rotation is applied to the laser output unit 8 as well as the housing 24.

いっぽう、レーザービームは、レーザービーム光源（図
示なし）からロボット機体の外部に設けたビーム管路３
２内を通って、ロボット手首２２のハウジング２４に取
付けられた反射ミラーホルダー３３上の第１ミラー３４
によりβ軸線と同心に導入され、次いで反射ミラーホル
ダー３５上の第２ミラー３６によりＴ軸線と同心方向に
進路変更されて、更に出力部８上の第３ミラー３７によ
って放出方向に向けられ、集光レンズ９を通してノズル
８ａから射出されるようになっている。On the other hand, the laser beam is transmitted from a laser beam light source (not shown) to a beam conduit 3 provided outside the robot body.
2 and on a reflective mirror holder 33 attached to the housing 24 of the robot wrist 22.
The beam is introduced concentrically with the β-axis, then deflected by the second mirror 36 on the reflection mirror holder 35 to be concentric with the T-axis, and then directed in the emission direction by the third mirror 37 on the output section 8 to be focused. The light is emitted from a nozzle 8a through a light lens 9.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述した従来のレーザーロボット用手首軸構造にあって
は、レーザービームの進路（光路）を形成するビーム管
路３２が、ロボットの外部配管であって手首機体の外側
に配置されているため、管路３２からビームノズル８ａ
に至る経路に光学系ミラーの３個を高精度に配置する必
要があって、ロボット手首の°製造・組立てが容易でな
い。その上レーザー光路の配管がアーム部、及び手首部
の外部配置であるために、ロボットの動作による外部干
渉領域が大であって、作業領域内の治具やワーク等と干
渉して作業可能範囲が制限される。In the above-described conventional wrist shaft structure for a laser robot, the beam pipe 32 that forms the course (optical path) of the laser beam is an external pipe of the robot and is placed outside the wrist body. Beam nozzle 8a from channel 32
It is necessary to place three optical system mirrors with high precision on the path leading to the robot wrist, making it difficult to manufacture and assemble the robot wrist. Furthermore, since the piping for the laser beam path is located outside the arm and wrist, there is a large area of external interference due to robot movement, and interference with jigs, workpieces, etc. in the work area makes it difficult to work. is limited.

また、ロボット手首部のβ軸回転及びＴ軸回転力の人力
は既に減速機により減速された回転入力がチェーン、及
びスプロケットを介して伝達されるため、減速機より下
流の伝達機構部で必然的に生起する、例えばチェーンの
伸びによる回転誤差やベベルギヤのバックラッシュがロ
ボット手首部の回転動作の高精度制御の阻害要因となっ
ていた。In addition, the human power of the β-axis rotation and T-axis rotation of the robot wrist is transmitted through the chain and sprocket after the rotational input has already been decelerated by the reducer, so it is inevitably transmitted to the transmission mechanism downstream of the reducer. For example, rotational errors due to chain elongation and backlash of bevel gears that occur during rotation are factors that impede high-precision control of the rotational movement of the robot wrist.

本発明の目的は、上述の如き従来のロボット手首部が有
していた問題点を改善又は解消することにある。An object of the present invention is to improve or eliminate the problems that the conventional robot wrist portion as described above had.

〔課題を解決するための手段及び作用〕例えば第１図に
示す如く、基端がγ軸ＲＶ減速機１５の出力端に固定さ
れたロボットアーム１の内部に、光路Ｐ１を有し且つ基
端をβ軸モータＭβで駆動する手首駆動軸２を貫通し、
アーム１先端のハウジング３内に支承したベベルギヤ４
を手首駆動軸２に嵌着すると共に、β軸ＲＶ減速機７の
入力部遊星ギヤ６と噛合う内歯リングギヤ５の外周全歯
をベベルギヤ４に噛合してβ軸ＲＶ減速機７の中心部に
光路Ｐ２を貫設し、該減速機７の出力端面に光路Ｐ３及
びノズル８ａを備えた出力ユニット８を固定し、駆動軸
２の光路Ｐ＋　と減速機７の光路Ｐ２との交差部に第１
ミラー１０を、光路Ｐ２と出力ユニットの光路Ｐ３との
交差部に第２ミラー１１を配設して、レーザービームを
手首駆動軸２からノズル８ａまで屈折案内するように構
成した。[Means and effects for solving the problem] For example, as shown in FIG. passes through the wrist drive shaft 2 driven by the β-axis motor Mβ,
Bevel gear 4 supported in housing 3 at the tip of arm 1
At the same time, all teeth on the outer periphery of the internal ring gear 5 that meshes with the input planetary gear 6 of the β-axis RV reducer 7 are engaged with the bevel gear 4, and the central part of the β-axis RV reducer 7 is fitted to the wrist drive shaft 2. An output unit 8 having an optical path P3 and a nozzle 8a is fixed to the output end face of the reducer 7, and an optical path P2 of the drive shaft 2 and an optical path P2 of the reducer 7 intersect with each other. 1
The mirror 10 is configured to refract and guide the laser beam from the wrist drive shaft 2 to the nozzle 8a by disposing a second mirror 11 at the intersection of the optical path P2 and the optical path P3 of the output unit.

レーザービーム光路は、アーム中央部に貫挿された手首
駆動軸内から手首部のβ軸ＲＶ減速機の中央部を経てノ
ズルに通されるため、手首部の外形が小さく、且つ簡素
となり、アーム部及び手首部の外部には光路用配管がな
く、従ってロボットの動作時のアーム及び手首部の外部
干渉領域が小となった。また手首部へのミラーの組込み
も２個で良くなり、手首部の構造の簡略化と相まって組
立てが容易となった。The laser beam optical path passes from the wrist drive shaft inserted into the center of the arm, through the center of the β-axis RV reducer in the wrist, and through the nozzle, so the outer shape of the wrist is small and simple, and the arm There is no optical path piping outside of the arm and wrist, so the area of external interference between the arm and wrist during robot operation is small. In addition, only two mirrors are required to be assembled into the wrist, which, combined with the simplification of the structure of the wrist, facilitates assembly.

また、アームのβ軸回転も手首先端のβ軸回転も共に各
減速機出力端面から伝達機構を介在せずに付与されるた
め、各モータと各減速機との伝達経路で生起するバック
ラッシュ等による回転誤差も適切に減速機で減少出来て
、手首部のβ軸回転及びβ軸回転が高精度で制御出来た
。In addition, since both the β-axis rotation of the arm and the β-axis rotation of the wrist tip are applied from the output end face of each reducer without the intervention of a transmission mechanism, backlash, etc. that occur in the transmission path between each motor and each reduction gear, etc. The rotational error due to this can be appropriately reduced by the reducer, and the β-axis rotation and β-axis rotation of the wrist can be controlled with high precision.

〔実施例〕〔Example〕

第１図に示す如く、ロボットアーム１の基部の取付板Ｉ
已にＴ軸モータＭ丁とβ軸モータＭβとを配置し、取付
板ＩＢ上に固定したｒ＠ＲＶ減速機１５の出力端面とア
ーム基端とを固定し、中空光路Ｐ１を有する手首駆動軸
２をアーム１及びＴ軸ＲＶ減速機１５の中心部に貫挿す
ると共に、モータＭｙをヘリカルギヤ１２及びＴ軸入力
リングギャ１３を介してＴ軸入力部遊星ギヤ１４に接続
し、モータＭβをヘリカルギヤ１６及びギヤ１７を介し
て手首駆動軸２に接続した。手首部の機枠を構成するハ
ウジング３には、ベベルギヤ４を回動自在に支承した軸
受ホルダ一部３ａと、β軸入力用の内歯リングギヤ５を
回動自在に支承した軸受ホルダ一部３ｂとを直角関係に
配し、ベベルギヤ４を駆動軸２の先端に嵌合係止すると
共にアーム１の先端をハウジング３の軸受ホルダ一部３
ａと固定した。また、軸受ホルダ−３ｂ部内の内歯リン
グギヤ５の外周の全歯をベベルギヤ４に噛合すると共に
、リングギヤ５の内歯には、中央に光路Ｐ２の貫通した
β軸ＲＶ減速機７のβ軸入力部遊星ギヤ６を噛合させて
減速機７をハウジングの軸受ホルダ一部３ｂ端面に固定
し、β軸ＲＶ減速機７の出力端面に光路Ｐ３を有する出
力ユニット８を取付けた。そして光路Ｐ１と光路Ｐ２と
の交差部にはハウジング上の保持部材３Ｃを介して第１
ミラー１０を、出力ユニット後端の光路Ｐ２と光路Ｐ３
との交差部には保持部材３ｄを介して第２ミラー１１を
配設し、各ミラーによって各光路内のビームを直角に屈
折するように構成した。なお、出力ユニット８自体は従
来装置と同様に集光レンズ９を介してノズル８ａからビ
ームを射出するものである。As shown in FIG. 1, the mounting plate I at the base of the robot arm 1
On the other hand, a T-axis motor M and a β-axis motor Mβ are arranged, and the output end surface of the r@RV reducer 15 fixed on the mounting plate IB and the base end of the arm are fixed, and the wrist drive shaft has a hollow optical path P1. 2 is inserted into the center of the arm 1 and the T-axis RV speed reducer 15, the motor My is connected to the T-axis input unit planetary gear 14 via the helical gear 12 and the T-axis input ring gear 13, and the motor Mβ is connected to the helical gear 16. and connected to the wrist drive shaft 2 via a gear 17. The housing 3 constituting the machine frame of the wrist part includes a bearing holder part 3a that rotatably supports a bevel gear 4, and a bearing holder part 3b that rotatably supports an internally toothed ring gear 5 for β-axis input. The bevel gear 4 is fitted and locked to the tip of the drive shaft 2, and the tip of the arm 1 is connected to the bearing holder part 3 of the housing 3.
It was fixed as a. In addition, all teeth on the outer periphery of the internal ring gear 5 in the bearing holder 3b are engaged with the bevel gear 4, and the internal teeth of the ring gear 5 are connected to the β-axis input of the β-axis RV speed reducer 7 through which the optical path P2 passes through the center. The reduction gear 7 was fixed to the end face of the bearing holder part 3b of the housing by engaging the partial planetary gear 6, and the output unit 8 having the optical path P3 was attached to the output end face of the β-axis RV reduction gear 7. Then, at the intersection of the optical path P1 and the optical path P2, a first
Mirror 10 is connected to optical path P2 and optical path P3 at the rear end of the output unit.
A second mirror 11 is disposed at the intersection with a holding member 3d, and each mirror is configured to refract the beam in each optical path at right angles. Note that the output unit 8 itself emits a beam from a nozzle 8a through a condenser lens 9, similar to the conventional device.

得られたレーザーロボットの手首軸構造にあっては、レ
ーザービームが光源（図示なし）から駆動軸２内の光路
Ｐ、を通って第１ミラー１０で直角に屈折してβ軸減速
機７内の光路Ｐ２を直進し、第２ミラー１１で直角に屈
折して光路Ｐ３を通って集光レンズ９で集束されてノズ
ル８ａから射出するので、アーム及び手首部の外部にレ
ーザー光路用の配管は何も存在せず、従って、ロボット
の動作時にレーザー光路による外部干渉は無くなった。In the wrist shaft structure of the laser robot obtained, the laser beam passes from the light source (not shown) through the optical path P in the drive shaft 2, is refracted at a right angle by the first mirror 10, and is reflected in the β-axis reducer 7. The laser beam travels straight along the optical path P2, is refracted at a right angle by the second mirror 11, passes through the optical path P3, is focused by the condensing lens 9, and is emitted from the nozzle 8a, so there is no piping for the laser optical path outside the arm and wrist. There are no external interferences due to the laser beam path during the operation of the robot.

また、手首先端の出力ユニット８がβ軸減速機７の出力
端に固定されているため、モータＭβからβ軸減速機７
までの伝達過程で生起されるバックラッシュ等の回転誤
差も減速機で減少されると共に、１回転するアーム１も
基端がγ軸ＲＶ減速機１５の出力端に固定されているた
め、モータＭｙからｒ＠ＲＶ減速機１５までの伝達過程
で生起されるバックラッシュ等の回転誤差も減速機で減
少され、従って、アーム先端の手首軸のＴ軸回転及びβ
軸回転の制御は高精度に実施出来た。In addition, since the output unit 8 at the tip of the wrist is fixed to the output end of the β-axis reducer 7, the motor Mβ is connected to the β-axis reducer 7.
Rotational errors such as backlash that occur during the transmission process up to Rotational errors such as backlash that occur during the transmission process from r@RV to the RV reducer 15 are also reduced by the reducer, and therefore the T-axis rotation of the wrist axis at the end of the arm and β
The shaft rotation could be controlled with high precision.

また、手首部内のβ軸ＲＶ減速機の入力部が内歯リング
ギヤであるため、β軸ＲＶ減速機全体の中央部に光路用
の空孔が形成出来、手首構造の外形が小さくなり、動作
性能が向上すると共に、製造、組立ても容易となった。In addition, since the input part of the β-axis RV reducer in the wrist is an internally toothed ring gear, a hole for the optical path can be formed in the center of the entire β-axis RV reducer, which reduces the external size of the wrist structure and improves operating performance. In addition to improved performance, manufacturing and assembly have also become easier.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

各減速機の出力端から伝導機構を介さずにγ軸、β軸回
転を行うため、手首の回転制御が高精度になる。Since γ- and β-axis rotation is performed from the output end of each speed reducer without going through a transmission mechanism, wrist rotation control becomes highly accurate.

レーザービーム光路がアーム及び手首部の外部に存在し
ないため、ロボットの動作領域が従来のものより広がる
。Since the laser beam optical path does not exist outside the arm and wrist, the robot's operating range is wider than that of conventional robots.

手首内に配置した手首先端（出力ユニット）に直結した
β軸ＲＶ減速機自体に光路Ｐ２が形成出来たため、手首
構造の外形が小型且つ簡素となり、製造及び組立てが安
価且つ容易であるばかりでなく、手首部の動作時の作業
性も向上する。Since the optical path P2 can be formed in the β-axis RV reducer itself, which is directly connected to the wrist tip (output unit) placed inside the wrist, the external shape of the wrist structure is small and simple, and manufacturing and assembly are not only cheap and easy, but also This also improves the workability of the wrist.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１ｖｉ！Ｊは、本発明実施例の側断面図である。 第２図は、従来例の側断面図である。 ｌ・・・アーム、　　　　２・・・手首駆動軸、３・・
・ハウジング、　　　４・・・ベベルギヤ、５・・・内
歯リングギヤ、６・・・入力部遊星ギヤ、７・・・β軸
ＲＶ減速機、訃・・出力ユニット、８ａ・・・ノズル、
　　　　９・・・集光レンズ、１０・・・第１ミラー、
　　１１・・・第２ミラー１３・・・入力リングギヤ、 １４・・・入力部遊星ギヤ、 １５・・・γ軸ＲＶ減速機、 Ｍβ・・・β軸モータ、　Ｍ丁・・・Ｔ軸モータ、ｐ、
、ｐ、、ｐ、・・・光路。1st vi! J is a side sectional view of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side sectional view of a conventional example. l...Arm, 2...Wrist drive shaft, 3...
・Housing, 4... Bevel gear, 5... Internal tooth ring gear, 6... Input planetary gear, 7... β-axis RV reducer, End... Output unit, 8a... Nozzle,
9... Condensing lens, 10... First mirror,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Second mirror 13... Input ring gear, 14... Input planetary gear, 15... γ-axis RV reducer, Mβ... β-axis motor, M-double... T-axis motor, p,
,p,,p,... optical path.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、ロボットアーム（１）の内部に、光路（Ｐ＿１）を
有する手首駆動軸（２）を貫通し、アーム先端のハウジ
ング（３）内に支承したベベルギヤ（４）を手首駆動軸
に取付けると共に、β軸ＲＶ減速機（７）の入力部遊星
ギヤ（６）と噛合う内歯リングギヤ（５）をベベルギヤ
（４）に噛合してβ軸ＲＶ減速機（７）中心部に光路（
Ｐ＿２）を貫設し、該減速機７の出力端面に光路（Ｐ＿
３）及びノズル（８ａ）を備えた出力ユニット（８）を
固定し、駆動軸（２）の光路（Ｐ＿１）と減速機（７）
の光路（Ｐ＿２）との交差部に第１ミラー（１０）を、
光路（Ｐ＿２）と出力ユニットの光路（Ｐ＿３）との交
差部に第２ミラー（１１）を配設して、レーザービーム
を手首駆動軸（２）からノズル（８ａ）まで屈折案内す
るレーザーロボットの手首軸構造。 ２、ロボットアーム（１）の基端をγ軸ＲＶ減速機（１
５）の出力端面と固着すると共に、手首駆動軸（２）が
γ軸ＲＶ減速機（１５）の中心部を貫通した請求項１に
記載のレーザーロボットの手首軸構造。[Claims] 1. A wrist drive shaft (2) having an optical path (P_1) passes through the inside of the robot arm (1), and a bevel gear (4) supported in a housing (3) at the tip of the arm is connected to the wrist. The internal tooth ring gear (5), which is attached to the drive shaft and meshes with the input planetary gear (6) of the β-axis RV reducer (7), is meshed with the bevel gear (4) to connect the central part of the β-axis RV reducer (7). The optical path (
P_2) is installed through the reducer 7, and an optical path (P_2) is provided on the output end face of the reducer 7.
3) and the output unit (8) with the nozzle (8a) are fixed, and the optical path (P_1) of the drive shaft (2) and the reducer (7) are fixed.
A first mirror (10) is placed at the intersection with the optical path (P_2) of
A laser robot is equipped with a second mirror (11) at the intersection of the optical path (P_2) and the optical path (P_3) of the output unit to refract and guide the laser beam from the wrist drive shaft (2) to the nozzle (8a). Wrist axis structure. 2. Connect the base end of the robot arm (1) to the γ-axis RV reducer (1).
2. The wrist shaft structure of a laser robot according to claim 1, wherein the wrist drive shaft (2) is fixed to the output end face of the laser robot (5), and the wrist drive shaft (2) passes through the center of the γ-axis RV speed reducer (15).