CN208276361U - 一种激光专用机器人及其机器手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光专用机器人及其机器手臂，属于激光切割技术领域。本实用新型的机器手臂为N轴机械手臂，N≥2，所述机械手臂的一端设置射入孔，另一端设置切割头安装部；各轴机械手臂内部均安装有驱动对应机械手臂旋转的电机，所述电机与机械手臂同轴且为中空结构，机械手臂内部也设置为中空结构，且在机械手臂90°转折处设置反射单元，该反射单元起改变光路方向的作用。本实用新型的中空臂重量大大减轻，增加了机械手臂的切割精度，中空臂中既可以走光也可以走线，将已经准直过的平行光射入机械手臂，光通过反射的方式传输，平行光在传输过程中没有损耗。

Description

一种激光专用机器人及其机器手臂

技术领域

本实用新型涉及激光切割技术领域，更具体地说，涉及一种激光专用机器人及其机器手臂。

背景技术

激光切割作为一种新型热切割技术，具有切割速度快，生产效率高，切割端面质量好，热影响区小和环保等优点，已经成为主要的金属板材切割方式之一，得到了越来越广泛的应用。

然而，现有的激光切割技术中，使用的激光切割机械手臂本身的用途都是在搬运和焊接上，由于机械手臂的诞生就是来代替一些重劳力，一些繁琐且重复性比较高的工作，对手臂的要求就是动作要稳，速度要快，设计时多数体积较大，重量较重，用钢铁或者铸铝材料制作。如运用在激光领域，由于激光有一个特点即在于工作时切割头带着激光切割，属于非接触型切割，所以对于手臂的重量和稳定性要求没有那么高，但是唯一要求的一点就是定位精度和重复定位精度必须要高，如此才能保证切割轨迹准确。但传统机械手臂的重量会导致在运动时受惯性、力矩等影响，重复定位精度不会太高，所以使用传统机械手臂在切割时误差会非常大，基本上误差在0.5mm。对一些有高品质切割要求的产品，如汽车、动车组、航天领域产品对切割精度要求非常高，因此，目前的激光切割机械手臂并不能满足高品质切割要求。

另一方面，现有激光切割头的刚性结构在实际生产过程中不能进行缓冲保护，由于被切割材料的不规则、电路故障等原因，有时会造成切割头与工件的碰撞而造成整个激光切割头的损坏。此外，现有的激光切割头也无法完成快速重新复位。针对上述问题，有的技术使用磁力防撞机构，两截物体靠磁力相连接，撞击后脱开。但此类技术下端工件掉落同样会造成损伤，需人工再次安装调试后，再进入工作；且虽然达到一定撞击力量可脱磁断开，但在达到此断开所需力量时往往已造成割嘴损坏。

经检索，中国专利号ZL201510567147.3，授权公告日为2017年2月1日，发明创造名称为：一种内部可通激光束的类SCARA机器人，该申请案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，该申请案中空的结构内可通激光束，整体结构轻巧，但该申请案并不能同时解决激光切割头碰撞损坏的问题。

关于激光切割头防撞结构设计的方案也已有较多公开，申请人于2017年也申请了一款激光切割机器人的切割头防撞机构(申请号为201710700418.7)，该申请案设计切割头连接板通过磁块、磁铁与定位座吸附连接，在发生碰撞时，能够可靠分离，此外，在发生碰撞过后，可通过定位柱的定位头与定位孔配合实现快速复位；但该款切割头防撞机构首先比较占空间，其次由于用到了磁铁，切割过程中产生的金属屑会吸附在磁铁上，比较难清理。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种激光专用机器人及其机器手臂，本实用新型将机器手臂制作成中空臂，既可以走光也可以走线，同时能够大大降低机器手臂的重量，增加机械手臂的切割精度；另一方面，本实用新型能够很好的解决现有刚性连接切割头发生碰撞易损坏的问题，在发生碰撞时，能够可靠分离，且结构简单、易于实现。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种激光专用机器手臂，该机器手臂为N轴机械手臂，N≥2，所述机械手臂的一端设置射入孔，另一端设置切割头安装部；各轴机械手臂内部均安装有驱动对应机械手臂旋转的电机，所述电机与机械手臂同轴且为中空结构，机械手臂内部也设置为中空结构，且在机械手臂90°转折处设置反射单元，该反射单元起改变光路方向的作用。

更进一步的改进，所述的电机采用中空的DD电机，机械手臂采用碳纤维或者中空铝管制作。

更进一步的改进，所述的反射单元包括镜片、压环、镜座、压盖、圆球、螺栓和轴壁，所述的镜片通过压环安装于镜座上，镜座设置于轴壁的中部，所述的镜座与压盖通过螺栓相连，且镜座与压盖之间设置圆球。

更进一步的改进，所述的镜片采用角锥棱镜和/或平面反射镜。

本实用新型的一种激光专用机器人，包括所述的机器手臂和激光防撞切割头，所述的激光防撞切割头安装于机器手臂设置的切割头安装部，该激光防撞切割头包括吹气座和切割嘴，防撞组件和V型筒，所述的防撞组件包括滑筒座和滑筒，滑筒座与吹气座相连接，滑筒设置于滑筒座内部，滑筒的侧壁设置挡销，该挡销穿出滑筒座，并与滑筒座外部设置的微动开关配合；滑筒座底部开设有孔，V型筒穿过该孔，V型筒的一端与滑筒相配合，另一端连接切割嘴，切割嘴发生碰撞时，V型筒与滑筒配合，带动挡销脱离微动开关。

更进一步的改进，所述的滑筒座内部设置有轴套，滑筒被限制于轴套内部，沿轴套内部空腔移动，轴套的内壁开设有多个孔，孔中填充有石墨；所述的吹气座与滑筒之间设置有复位弹簧，该复位弹簧一端抵靠吹气座底壁，另一端抵靠滑筒内部所设台阶。

更进一步的改进，所述V型筒包括螺纹压圈、V型外筒、V型内筒和压圈，V型外筒的一端设置有台阶，该台阶的一端抵靠滑筒座底壁，台阶的另一端与滑筒配合，且所述台阶与滑筒的配合面为半圆球锥面；螺纹压圈通过螺纹与V型外筒相连，且螺纹压圈的一端抵靠滑筒，另一端抵靠压圈，压圈的另一端被V型内筒限制。

更进一步的改进，所述V型内筒和V型外筒之间设置上绝缘环和下绝缘环，上绝缘环和下绝缘环避免V型内筒和V型外筒接触。

更进一步的改进，所述的切割嘴的一端伸入V型外筒，与V型内筒通过螺纹连接，切割嘴和V型外筒之间也通过下绝缘环隔绝。

更进一步的改进，所述的滑筒沿其圆周方向开设有多个孔，挡销插入其中的一个孔中；所述的滑筒座侧壁开设有定位槽，挡销在该定位槽中移动。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种激光专用机器手臂，其将机器手臂设计为中空臂且采用碳纤维或者中空铝管制作，大大减轻了机器手臂的重量，增加了机械手臂的切割精度；中空臂中既可以走光也可以走线，将已经准直过的平行光射入机械手臂，光通过反射的方式传输，平行光在传输过程中没有损耗；相对于传统电机和线路全部走在机器手臂外部，机械手臂在运动时会存在光纤扭到、缠绕的隐患，会限制激光的切割区域，本实用新型得到了大大改进；

(2)本实用新型的一种激光专用机器手臂，其采用中空的DD电机，DD电机扭矩较大，不需要装减速机，传统的伺服电机必须配备二维减速机或者斜坡减速机，如此就导致体积较大，采用定制的DD电机就可以减少重量和连接，还可以做到中空通光；DD电机带动每个手臂轴旋转，可以做到联动差补，既可以做任何图形；

(3)本实用新型的一种激光专用机器手臂，鉴于电机安装时存在误差且也存在端面跳动误差，需要消除电机带动轴旋转时对光的误差，本实用新型使用组合式反射镜，如果轴要求正负180°旋转，就使用平面反射镜，如果轴要求正负90°旋转，就使用角锥棱镜；同时，本实用新型设计了反射镜调节结构，也能进一步补偿光路误差；

(4)本实用新型的一种激光专用机器人，其激光防撞切割头设置滑筒座内部的滑筒与V型筒相配合，V型筒连接切割嘴，且滑筒的侧壁设置挡销，该挡销与滑筒座外部设置的微动开关配合，在发生碰撞时，切割嘴能够带动V型筒，V型筒与滑筒配合，进而带动挡销脱离微动开关，微动开关及时发出信息，在断光的同时使得激光切割头及时停止动作，避免发生进一步的碰撞，造成切割头损坏；

(5)本实用新型的一种激光专用机器人，其激光防撞切割头在滑筒座内部设置轴套，将滑筒限制于轴套内部空腔中移动，轴套整体材料是铜，且在轴套的内壁开设多个孔，并在孔中填充石墨，石墨能够起到很好的润滑作用，如此，滑筒在轴套中移动更顺畅，更便于滑筒带动挡销脱离微动开关以及复位；

(6)本实用新型的一种激光专用机器人，其激光防撞切割头V型外筒的一端设置台阶，台阶的一端抵靠滑筒座底壁，另一端与滑筒配合，且台阶与滑筒的配合面设计为半圆球锥面，半圆球锥面的设置使得滑筒与V型外筒之间圆滑过渡，能够保证更准确的定位，且能够保证V型外筒与滑筒之间无论是正常工作状态还是出现碰撞情况下，始终保持同心，光的中心不至发生偏移，光的传输在激光切割过程中非常重要；

(7)本实用新型的一种激光专用机器人，其激光防撞切割头将V型筒设计为组装结构，切割嘴的一端伸入V型外筒，与V型内筒通过螺纹连接，由于在实际生产中，需要切割不同类型工件，势必需要使用到不同型号的切割嘴，如此的结构设计便于切割嘴的更换，同时也便于切割嘴的装配；

(8)本实用新型的一种激光专用机器人，其激光防撞切割头防撞组件和V型筒组件的结构设计非常便于装配，且结构设计简单，易于实现，也不占用空间，具有较高的使用价值。

附图说明

图1为本实用新型的一种激光专用机器手臂的立体结构示意图；

图2为本实用新型的一种激光切专用机器手臂的剖切示意图；

图3为本实用新型中反射单元的放大结构示意图；

图4为本实用新型中激光防撞切割头的结构示意图；

图5为本实用新型中激光防撞切割头的剖面结构示意图；

图6为本实用新型中激光防撞切割头另一视角下的剖面结构示意图。

示意图中的标号说明：

11、一轴；12、二轴；13、三轴；14、四轴；15、五轴；21、第一反射单元；22、第二反射单元；23、第三反射单元；24、第四反射单元；25、第五反射单元；26、第六反射单元；3、射入孔；4、切割头安装部；41、吹气座；42、保护镜座；43、滑筒座；431、定位槽；432、微动开关；433、接线柱；434、孔；435、复位弹簧；44、轴套；45、滑筒；451、挡销；461、螺纹压圈；462、压圈；471、V型外筒；4711、半圆球锥面；472、V型内筒；481、上绝缘环；482、下绝缘环；49、切割嘴；51、第一电机；52、第二电机；53、第三电机；54、第四电机；55、第五电机；6、法兰；71、镜片；72、压环；73、镜座；74、压盖；75、圆球；76、螺栓；77、轴壁。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种激光专用机器手臂，该机器手臂为五轴机械手臂，即包括一轴11、二轴12、三轴13、四轴14和五轴15，五个轴连为一体，且在一轴11的一端设置射入孔3，五轴15的一端设置切割头安装部4。参看图2，各轴机械手臂内部均安装有驱动对应机械手臂旋转的电机，即对应为图2所示的第一电机51、第二电机52、第三电机53、第四电机54和第五电机55，所述电机与机械手臂同轴，通过法兰6与机械手臂相连。且电机采用中空的DD电机，DD电机扭矩较大，不需要装减速机，传统的伺服电机必须配备二维减速机或者斜坡减速机，如此就导致体积较大，采用定制的DD电机就可以减少重量和连接，还可以做到中空通光；DD电机带动每个手臂轴旋转，可以做到联动差补，既可以做任何图形。

所述的机械手臂内部也设置为中空结构，且采用碳纤维制作，大大减轻了机器手臂的重量，增加了机械手臂的切割精度；中空臂中既可以走光也可以走线，将已经准直过的平行光射入机械手臂，光通过反射的方式传输，平行光在传输过程中没有损耗；相对于传统电机和线路全部走在机器手臂外部，机械手臂在运动时会存在光纤扭到、缠绕的隐患，会限制激光的切割区域，本实施例作出了实质性的改进。

结合图1和图2，本实施例在机械手臂90°转折处设置反射单元，即第一反射单元21、第二反射单元22、第三反射单元23、第四反射单元24、第五反射单元25和第六反射单元26，该反射单元起改变光路方向的作用。结合图3，所述的反射单元包括镜片71、压环72、镜座73、压盖74、圆球75、螺栓76和轴壁77，所述的镜片71通过压环72安装于镜座73上，镜座73设置于轴壁77的中部，所述的镜座73与压盖74通过螺栓76相连，且镜座73与压盖74之间设置圆球75。由于电机安装时存在误差且也存在端面跳动误差，电机带动轴旋转也会产生光的传输误差，为了保证光的可靠传输，在传输过程中不至产生损耗，本实施例首先使用组合式反射镜，如果轴要求正负180°旋转，就使用平面反射镜，如果轴要求正负90°旋转，就使用角锥棱镜。同时，本实施例设计了反射镜调节结构，如果需调节镜片71角度，只需拧松螺栓76，调节压盖74，利用圆球75，即可轻松的调节镜片71角度，然后再拧紧螺栓76即可，也能进一步补偿光路误差。

实施例2

本实施例的一种激光专用机器手臂，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例的机械手臂采用中空铝管制作。

实施例3

本实施例的一种激光专用机器人，包括同实施例1所述的机器手臂和激光防撞切割头，所述的激光防撞切割头安装于机器手臂设置的切割头安装部4。参看图4和图5，本实施例的激光防撞切割头，包括吹气座41、保护镜座42、防撞组件、V型筒和切割嘴49。所述的吹气座41上设置有插槽，安装有保护镜的保护镜座42以推拉形式进入该插槽中，并通过销钉与吹气座41固定。如此，便于保护镜座42抽出，对保护镜进行清洁，同时也方便更换保护镜。

所述的防撞组件包括滑筒座43和滑筒45，滑筒座43与吹气座41通过销钉相连接，滑筒45设置于滑筒座43内部，能够在滑筒座43内部空腔内滑动，滑筒45的侧壁沿其圆周方向每间隔90°开设有孔，挡销451插入其中的一个孔中。在滑筒45的侧壁上开设多个孔，在实际装配中可以根据需要选择合适的孔插入挡销451，便于防撞组件的组装。挡销451穿出滑筒座43，并与滑筒座43外部设置的微动开关432配合，滑筒座43侧壁在微动开关432的正上方开设有条形定位槽431，挡销451在该定位槽431中移动，定位槽431限制挡销451的移动。结合图6，所述的吹气座4与滑筒45之间设置有复位弹簧435，该复位弹簧435一端抵靠吹气座41底壁，另一端抵靠滑筒45内部所设台阶。

滑筒座43底部开设有孔，所述的V型筒穿过该孔，V型筒包括螺纹压圈461、V型外筒471、V型内筒472和压圈462，所述的V型外筒471靠近滑筒座43的一端设置有台阶，该台阶的一端抵靠滑筒座43底壁，台阶的另一端与滑筒45配合，且所述台阶与滑筒45的配合面为半圆球锥面4711。半圆球锥面4711是本实施例非常重要的设计，因为光的传输在激光切割过程中非常重要，本实施例半圆球锥面4711的设置使得滑筒45与V型外筒471之间圆滑过渡，能够保证更准确的定位，且能够保证V型外筒471与滑筒45之间无论是正常工作状态还是出现碰撞情况下，始终保持同心，光的中心不至发生偏移。螺纹压圈461通过螺纹与V型外筒471相连，且螺纹压圈461的一端抵靠滑筒45，另一端抵靠压圈462，压圈462的另一端被V型内筒472限制。所述V型内筒472和V型外筒471之间设置上绝缘环481和下绝缘环482，V型内筒472为导电铜体，上绝缘环481和下绝缘环482避免V型内筒472和V型外筒471接触。切割嘴49的一端伸入V型外筒471，与V型内筒472通过螺纹连接，切割嘴49和V型外筒471之间也通过下绝缘环482隔绝。

本实施例的激光防撞切割头，在发生碰撞时，切割嘴49能够带动V型外筒471，V型外筒471与滑筒45配合，进而带动挡销451脱离微动开关432，微动开关432设置有接线柱433，能够及时发出信息，在断光的同时使得激光切割头及时停止动作，避免发生进一步的碰撞，造成切割头损坏。由于在实际生产中，需要切割不同类型工件，势必需要使用到不同型号的切割嘴49，切割嘴49的一端伸入V型外筒471，与V型内筒472通过螺纹连接，如此的结构设计便于切割嘴49的更换，同时也便于切割嘴49的装配。此外，本实施例的防撞组件和V型筒组件的结构设计非常便于装配，且结构设计简单，易于实现，也不占用空间，具有较高的使用价值。

实施例4

结合图6，本实施例的一种激光专用机器人，基本同实施例3，其不同之处在于：本实施例的激光防撞切割头在滑筒座43内部设置有轴套44，滑筒45被限制于轴套44内部，沿轴套44内部空腔移动，且轴套44的内壁开设有多个孔434，孔434中填充有石墨，石墨能够起到很好的润滑作用，如此，滑筒在轴套中移动更顺畅，更便于滑筒带动挡销脱离微动开关以及复位。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光专用机器手臂，其特征在于：该机器手臂为N轴机械手臂，N≥2，所述机械手臂的一端设置射入孔(3)，另一端设置切割头安装部(4)；各轴机械手臂内部均安装有驱动对应机械手臂旋转的电机，所述电机与机械手臂同轴且为中空结构，机械手臂内部也设置为中空结构，且在机械手臂90°转折处设置反射单元，该反射单元起改变光路方向的作用。

2.根据权利要求1所述的一种激光专用机器手臂，其特征在于：所述的电机采用中空的DD电机，机械手臂采用碳纤维或者中空铝管制作。

3.根据权利要求1所述的一种激光专用机器手臂，其特征在于：所述的反射单元包括镜片(71)、压环(72)、镜座(73)、压盖(74)、圆球(75)、螺栓(76)和轴壁(77)，所述的镜片(71)通过压环(72)安装于镜座(73)上，镜座(73)设置于轴壁(77)的中部，所述的镜座(73)与压盖(74)通过螺栓(76)相连，且镜座(73)与压盖(74)之间设置圆球(75)。

4.根据权利要求3所述的一种激光专用机器手臂，其特征在于：所述的镜片(71)采用角锥棱镜和/或平面反射镜。

5.一种激光专用机器人，其特征在于：包括权利要求1-4任一项所述的机器手臂和激光防撞切割头，所述的激光防撞切割头安装于机器手臂设置的切割头安装部(4)，该激光防撞切割头包括吹气座(41)和切割嘴(49)，防撞组件和V型筒，所述的防撞组件包括滑筒座(43)和滑筒(45)，滑筒座(43)与吹气座(41)相连接，滑筒(45)设置于滑筒座(43)内部，滑筒(45)的侧壁设置挡销(451)，该挡销(451)穿出滑筒座(43)，并与滑筒座(43)外部设置的微动开关(432)配合；滑筒座(43)底部开设有孔，V型筒穿过该孔，V型筒的一端与滑筒(45)相配合，另一端连接切割嘴(49)，切割嘴(49)发生碰撞时，V型筒与滑筒(45)配合，带动挡销(451)脱离微动开关(432)。

6.根据权利要求5所述的一种激光专用机器人，其特征在于：所述的滑筒座(43)内部设置有轴套(44)，滑筒(45)被限制于轴套(44)内部，沿轴套(44)内部空腔移动，轴套(44)的内壁开设有多个孔(434)，孔(434)中填充有石墨；所述的吹气座(41)与滑筒(45)之间设置有复位弹簧(435)，该复位弹簧(435)一端抵靠吹气座(41)底壁，另一端抵靠滑筒(45)内部所设台阶。

7.根据权利要求5所述的一种激光专用机器人，其特征在于：所述V型筒包括螺纹压圈(461)、V型外筒(471)、V型内筒(472)和压圈(462)，V型外筒(471)的一端设置有台阶，该台阶的一端抵靠滑筒座(43)底壁，台阶的另一端与滑筒(45)配合，且所述台阶与滑筒(45)的配合面为半圆球锥面(4711)；螺纹压圈(461)通过螺纹与V型外筒(471)相连，且螺纹压圈(461)的一端抵靠滑筒(45)，另一端抵靠压圈(462)，压圈(462)的另一端被V型内筒(472)限制。

8.根据权利要求7所述的一种激光专用机器人，其特征在于：所述V型内筒(472)和V型外筒(471)之间设置上绝缘环(481)和下绝缘环(482)，上绝缘环(481)和下绝缘环(482)避免V型内筒(472)和V型外筒(471)接触。

9.根据权利要求8所述的一种激光专用机器人，其特征在于：所述的切割嘴(49)的一端伸入V型外筒(471)，与V型内筒(472)通过螺纹连接，切割嘴(49)和V型外筒(471)之间也通过下绝缘环(482)隔绝。

10.根据权利要求9所述的一种激光专用机器人，其特征在于：所述的滑筒(45)沿其圆周方向开设有多个孔，挡销(451)插入其中的一个孔中；所述的滑筒座(43)侧壁开设有定位槽(431)，挡销(451)在该定位槽(431)中移动。