CN105127589B - 一种内部可通激光束的类scara机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内部可通激光束的类SCARA机器人，本发明主要包括底座电机组件、关节电机组件、上下升降组件，第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件，第一导光管组件、第二导光管组件，第一走线和第二走线，底座电机组件和关节电机组件采用高精度中空直驱电机，与反射镜组件直接连接固定，不需要中间传动机构，旋转精度高，本发明整体结构紧凑、轻巧，运动精度高，且中空的结构内可通激光束，在此机器人末端的激光头安装座上可配合安装相应功能的激光头，可用于激光切割、焊接和热处理等应用。

Description

一种内部可通激光束的类SCARA机器人

技术领域：

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种内部可通激光束的类SCARA机器人。

背景技术：

SCARA是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。如今SCARA机器人还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，激光加工时激光应用最有发展前景的领域，特别是激光切割、激光焊接和激光表面处理等近年来更是发展迅速，产生了巨大的经济效益和社会效益。在激光切割、焊接和表面处理等应用领域，通常的解决方案是利用光纤或者导光结构将激光束由激光器传导至激光头，激光头在加工设备如数控机床或者工业机器人的带动下实现切割、焊接或者表面处理。应用此种解决方案，加工设备与导光系统在运动中不允许发生碰撞干涉和线路牵扯，整体系统复杂，加工设备和导光系统需要进行合理的布局，且这个系统成本很高。本发明设计了一种内部可通激光束的类SCARA机器人，在此机器人末端的激光头安装座上配合安装相应功能的激光头，即可实现激光切割、焊接和热处理等功能。本发明的整体结构紧凑、轻巧，运动精度高，且中空的结构内可通激光束，可大大降低系统成本，适用于激光切割、焊接和表面处理等应用。

公布号CN103753602 A的专利“一种低负载工业机器人中空小臂和腕部结构”公布了一种中空机器人结构，但此专利实现了小臂和腕部的中空结构，方便了外部设备走线，但不能用于传输激光。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构紧凑、轻巧，运动精度高，且中空的结构内可通激光束，可用于激光切割、焊接和热处理等应用的技术方案：

一种内部可通激光束的类SCARA机器人，主要包括底座电机组件、关节电机组件、上下升降组件，第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件，第一导光管组件、第二导光管组件，第一走线和第二走线，底座电机组件和关节电机组件采用高精度中空直驱电机，与反射镜组件直接连接固定；上下升降组件包括升降基座、滑块、直线导轨、激光头安装座、电动缸体、电动缸推杆和推杆保护罩，电动缸推杆连接激光头安装座，直线导轨外侧设置升降基座，内侧设置滑块，电动缸推杆可带动激光头安装座上下运动，激光头安装座设置在光路两侧；第一导光管组件为中空管结构，第一导光管组件包括管转接座和导光管，第一导光管组件采用轻质的铝合金材质，第一导光管组件长度大于第二导光管组件的长度，第一导光管组件长度为30cm-50cm，第二导光管组件的长度为20cm-30cm；导光管设置在光路两侧，导光管包括一个入射端面、一个出射端面以及位于入射端面与出射端面之间的侧壁，导光管的入射端面和出射端面为一曲面，横截面为椭圆形，且入射端面和出射端面的光学特性相匹配；第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件结构完全相同，还包括反射镜座、反射镜座盖、机械弹簧、反射镜片、调节螺丝和定位球，反射镜片和机械弹簧间以及所述机械弹簧和反射镜座盖间涂有适量导热硅脂，通过松紧两个调节螺丝手动调节反射镜片的角度，反射镜片以定位球为支点摆动一定角度，角度为15度至25度；第四反射镜组件与第一反射镜组件结构类似，包括有孔反射镜座、有孔反射镜座盖、机械弹簧、反射镜片、调节螺丝和定位球，有孔反射镜座和有孔反射镜座盖上对应处开有通孔，电动缸推杆在通孔内上下活动调节；反射镜组件的调整方法包括以下步骤：

A、第一反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与第一导光管组件同轴；

B、第二反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与关节电机组件同轴；

C、第三反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与第二导光管组件同轴；

D、第四反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与上下升降组件同轴。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明整体结构紧凑、轻巧，底座电机组件和关节电机组件采用高精度中空直驱电机，与反射镜组件直接连接固定，不需要中间传动机构，旋转精度高，且中空的结构内可通激光束。

(2)本发明中洁净的压缩气体通过中空的底座电机组件进入，沿着光路直达激光头安装座，通过这种内增压的方式可保证整个光路洁净。

(3)本发明中末端的激光头安装座上配合安装相应功能的激光头，即可实现激光切割、焊接和热处理等功能。

(4)本发明的导光管组件为中空管结构，采用轻质的铝合金材质，强度高、阻燃。

附图说明：

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明光路图；

图3为本发明反射镜组件侧视图；

图4为本发明反射镜组件剖视图；

图5为本发明镜片角度调整原理图；

图6为本发明上下升降组件和第四反射镜组件剖视图；

图7为本发明第一导光管组件剖视图。

具体实施方式：

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1、图2、图7所示，一种内部可通激光束的类SCARA机器人，主要包括底座电机组件1、关节电机组件5、上下升降组件9，第一反射镜组件2、第二反射镜组件4、第三反射镜组件6、第四反射镜组件8，第一导光管组件3、第二导光管组件7，第一走线11和第二走线12，底座电机组件1和关节电机组件5采用高精度中空直驱电机，与反射镜组件直接连接固定，第一导光管组件3为中空管结构，第一导光管组件3包括管转接座301和导光管302，第一导光管组件3采用轻质的铝合金材质，第一导光管组件3长度大于第二导光管组件7的长度，第一导光管组件3长度为30cm-50cm，第二导光管组件7的长度为20cm-30cm，导光管302设置在光路两侧，导光管302包括一个入射端面、一个出射端面以及位于入射端面与出射端面之间的侧壁，导光管302的入射端面和出射端面为一曲面，横截面为椭圆形，且入射端面和出射端面的光学特性相匹配，不同长度的第一导光管组件3和第二导光管组件7组合，再与反射组件和电机组件组合装配，即可制作一系列不同加工范围的机器人。

通过底座电机组件1的法兰，可将本发明安装固定在工作台上，激光束由工作台上的过孔进入底座电机组件1的通孔中，光路10沿着导光管，每经过一处反射镜，光路传输角度改变90度，关节处的反射镜座在电机带动旋转时，由于镜片跟随同步旋转，使得光束的旋转与电机同步，保证了光束始终与管路同轴。洁净的压缩气体也通过底座电机组件1进入，沿着光路10直达激光头安装座904，因此整个光路10可保持洁净，本发明中洁净的压缩气体通过中空的底座电机组件进入，沿着光路直达激光头安装座，通过这种内增压的方式可保证整个光路洁净。

本发明实施例中，如图3、图4、图5所示，第一反射镜组件2、第二反射镜组件4、第三反射镜组件6结构完全相同，还包括反射镜座201、反射镜座盖202、机械弹簧203、反射镜片204、调节螺丝205和定位球206，反射镜片204和机械弹簧203间以及机械弹簧203和反射镜座盖202间涂有适量导热硅脂，降低接触面热阻。通过松紧两个调节螺丝205手动调节反射镜片204的角度，反射镜片204以定位球206为支点摆动一定角度，角度为15度至25度，直到射出的光束调至理想角度而止。第四反射镜组件与第一反射镜组件2结构类似，包括有孔反射镜座801、有孔反射镜座盖802、机械弹簧203、反射镜片204、调节螺丝205和定位球206，有孔反射镜座801和有孔反射镜座盖802上对应处开有通孔，电动缸推杆906在通孔内上下活动调节。

本发明实施例中，如图6所示，上下升降组件9包括升降基座901、滑块902、直线导轨903、激光头安装座904、电动缸体905、电动缸推杆906和推杆保护罩907，电动缸推杆906连接激光头安装座904，直线导轨903外侧设置升降基座901，内侧设置滑块902，电动缸推杆906可带动激光头安装座904上下运动，激光头安装座904设置在光路两侧。用于切割、焊接或者热处理的激光头安装在激光头安装座904的法兰面上，在电动推杆906的带动下可上下升降运动，用来实现高度跟随功能，直线导轨903用来保证上下直线运动的精度。

本发明的安装调试简单，整体组装完后，反射镜组件的调整方法包括以下步骤：

A、第一反射镜组件2，通过调节两颗调节螺丝205，使得经过反射镜片204射出的光束与第一导光管组件3同轴；

B、第二反射镜组件4，通过调节两颗调节螺丝205，使得经过反射镜片204射出的光束与关节电机组件5同轴；

C、第三反射镜组件6，通过调节两颗调节螺丝205，使得经过反射镜片204射出的光束与第二导光管组件7同轴；

D、第四反射镜组件8，通过调节两颗调节螺丝205，使得经过反射镜片204射出的光束与上下升降组件9同轴。

通过以上步骤来调节反射镜组件，无论关节旋转还是末端的升降，射出的光束均不会偏移。

本发明达到的有益效果：整体结构紧凑、轻巧，运动精度高，且中空的结构内可通激光束，同时洁净的压缩气体通过中空的底座电机组件进入，沿着光路直达激光头安装座，通过这种内增压的方式可保证整个光路洁净；最后在末端的激光头安装座上配合安装相应功能的激光头，即可实现激光切割、焊接和热处理等功能。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种内部可通激光束的类SCARA机器人，其特征在于：主要包括底座电机组件、关节电机组件、上下升降组件，第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件，第一导光管组件、第二导光管组件，第一走线和第二走线，所述底座电机组件和所述关节电机组件采用高精度中空直驱电机，与反射镜组件直接连接固定；所述上下升降组件包括升降基座、滑块、直线导轨、激光头安装座、电动缸体、电动缸推杆和推杆保护罩，所述电动缸推杆连接激光头安装座，所述直线导轨外侧设置所述升降基座，内侧设置所述滑块，所述电动缸推杆可带动所述激光头安装座上下运动，所述激光头安装座设置在光路两侧；所述第一导光管组件为中空管结构，所述第一导光管组件包括管转接座和导光管，所述第一导光管组件采用轻质的铝合金材质，所述第一导光管组件长度大于所述第二导光管组件的长度，所述第一导光管组件长度为30cm-50cm，所述第二导光管组件的长度为20cm-30cm；所述导光管设置在光路两侧，所述导光管包括一个入射端面、一个出射端面以及位于入射端面与出射端面之间的侧壁，所述导光管的入射端面和出射端面为一曲面，横截面为椭圆形，且入射端面和出射端面的光学特性相匹配；所述第一反射镜组件、所述第二反射镜组件、所述第三反射镜组件结构完全相同，还包括反射镜座、反射镜座盖、机械弹簧、反射镜片、调节螺丝和定位球，所述反射镜片和所述机械弹簧间以及所述机械弹簧和所述反射镜座盖间涂有适量导热硅脂，通过松紧两个调节螺丝手动调节所述反射镜片的角度，所述反射镜片以所述定位球为支点摆动一定角度，角度为15度至25度；所述第四反射镜组件与所述第一反射镜组件结构类似，包括有孔反射镜座、有孔反射镜座盖、机械弹簧、反射镜片、调节螺丝和定位球，所述有孔反射镜座和所述有孔反射镜座盖上对应处开有通孔，电动缸推杆在通孔内上下活动调节；反射镜组件的调整方法包括以下步骤：

A、所述第一反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与所述第一导光管组件同轴；

B、所述第二反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与所述关节电机组件同轴；

C、所述第三反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与所述第二导光管组件同轴；

所述第四反射镜组件，通过调节两颗调节螺丝，使得经过反射镜片射出的光束与所述上下升降组件同轴。