一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置的制作方法

本实用新型属于激光切割技术领域，涉及小孔激光切割系统和工业机器人的应用，具体涉及一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置。

背景技术：

激光切割作为先进加工技术广泛应用于汽车、电子电器、航空、机械制造等领域，对提高产品质量、提升劳动生产率、降低成本、减少材料消耗起到越来越重要的作用。将光纤激光加工优势和工业机器人操作的灵活性结合，组成高效、多功能的柔性激光加工平台是当今机器人应用领域的一个热点。

目前激光切割系统主要有两种应用形式：一是龙门式激光切割机床系统，使用高精度五轴机床，加工精度高，范围广，但设备造价高；二是关节式激光切割机器人，可以对不同厚度的金属板材进行多方位、多角度的切割，但精度较低。

技术实现要素：

本实用新型针对上述问题，提出了一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置；

所述机器人末端执行器装置位于机器人本体的末端，具体包括：封装外壳、法兰连接板、伺服电机、十字滑台和激光头夹持装置；

封装外壳顶部与机器人本体末端的法兰盘相连，封装外壳内部顶面与法兰连接板相连；所述法兰连接板垂直连接十字滑台；十字滑台穿过封装外壳底部，通过激光头夹持装置连接激光头；

激光头夹持装置包括连接板、连接杆和夹持板；连接板与夹持板分别固定在连接杆的两端，且分别垂直连接杆；所述连接板一端与十字滑台固定，另一端与连接杆连接。

夹持板是L型结构，其中长边垂直连接连接杆，短边通过螺栓固连激光头；

机器人本体固定在工作平台上，同时在工作平台上放置机器人控制柜，激光发生器，电气控制柜，水箱和工作支架。

本实用新型的优点在于：

(1)一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置，高精度运动控制器和十字滑台组成的数控切割微运动系统具有较高的定位精度和运行速度，可以解决传统机器人激光切割方式精度无法满足的任务。

(2)一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置，采用G代码编程，操作简便，编程所用时间少。

(3)一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置，结构简单，柔性好，占用空 间少。

(4)一种宏微系统结合的小孔切割机器人末端执行器装置，相比传统的机器人激光切割方式，提高了被切割小孔的几何精度、降低了残留切削余量误差(残差)、切割的孔径更小。

附图说明

图1为本实用新型小孔切割机器人系统的立体结构示意图；

图2为本实用新型小孔切割机器人末端执行器立体结构示意图；

图3为本实用新型小孔切割机器人末端执行器内部结构主视图；

图4为本实用新型小孔切割机器人末端执行器内部结构俯视图；

图5为本实用新型小孔切割机器人末端执行器中激光头夹持装置的结构示意图。

1-工作平台，2-机器人控制柜，3-机器人本体，4-电气控制柜，5-激光发生器，6-水箱，7-封装外壳，8-激光头，9-工件支架，10-激光头夹持装置，11-法兰连接板，12-伺服电机，13-十字滑台；101-连接板，102-连接杆，103-夹持板；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型将原本规划机器人本体运动轨迹控制激光头的切割方式，改进为将末端执行器装置的微运动与机器人关节的宏运动相结合的宏微运动系统带动激光头切割方式。其中微运动系统是一个由运动控制器和十字滑台组成的高精度数控切割系统，切割小孔的最小直径为3mm。

如图1所示，机器人本体3固定在工作平台1上，同时在工作平台上放置机器人控制柜2，激光发生器5，电气控制柜4，水箱6和工作支架9；且均与工作平台无固定关系。

机器人控制柜控制机器人末端执行器装置的运动轨迹，移动到工件支架上方的待加工位置，在接收到机器人的到位信号后启动激光执行切割。

激光发生器5、水箱6和激光头8组成了激光系统；激光发生器5放置在水箱6的上方，通过水箱6给激光发生器冷却降温；激光系统为小孔切割末端执行器装置提供切割能源，可以根据切割对象的厚度调节自身功率。

工作支架9用来放置待加工对象。

如图2所示，所述机器人末端执行器装置位于机器人本体3的末端，并由高精度的运动控制卡控制；封装外壳7通过激光头夹持装置10连接激光头8。

如图3和图4所示，机器人末端执行器装置具体包括：封装外壳7、法兰连接板11、伺服电机12、十字滑台13和激光头夹持装置10；

封装外壳7顶部外部与机器人本体3末端的法兰盘相连，封装外壳7顶部内部与法兰连接板11相连；所述法兰连接板11垂直连接十字滑台13；所述的十字滑台13是由互相垂直的两个滚珠丝杠形成，滚珠丝杠的精度等级为P3级，沿两个十字边分别滑动或者两个边同时联动；两个滚珠丝杠连末端分布各固定一个伺服电机12，每个伺服电机12均带有编码器和电源线接口，通过电线和编码器线分别连接伺服驱动器；

十字滑台13穿过封装外壳7底部，通过激光头夹持装置10连接激光头8；

如图5所示，激光头夹持装置10包括连接板101、连接杆102和夹持板103；连接板101与夹持板103分别固定在连接杆102的两端，且分别垂直连接杆102；所述连接板101一端与十字滑台13固定，另一端与连接杆102连接；

夹持板103是L型结构，其中L长边垂直连接连接杆102，L短边通过螺栓固连激光头8；

上述小孔切割机器人末端执行器装置的工作过程如下：

步骤一、首先用PC机调试编程软件SMC6480motion进行参数设置和小孔切割编程。

步骤二、关闭激光试运行一次，检查无误后接通机器人末端执行器装置的电源；

步骤三、机器人本体按照事先的运动规划将末端执行器装置移动到工件支架上方的待加工位置；

步骤四、机器人末端执行器装置到位后，发出I/O信号；

步骤五、小孔切割程序启动执行，十字滑台带动激光头执行小孔切割动作；

步骤六、动作完成后返回机器人动作完成I/O信号，按照预定的宏运动规划移动机器人末端执行器装置到达下一个加工位置；

步骤七、重复上述过程，直至工件上所有被规划加工的小孔切割完毕；

步骤八、程序完成后，机器人本体回到初始位置，加工过程结束。

本实用新型提供的小孔切割机器人末端执行器在机器人宏运动系统的轨迹规划下到达工件待切割小孔的上方预定位置等待，通过微系统运动控制器进行精密运动控制，由伺服电机带动十字滑台执行小孔激光切割运动；

机器人宏运动系统是指机器人本体与小孔切割末端执行器的控制系统，是通过继电器及机器人自带的EtherCAT模块进行通信，控制末端执行器的位置、切割程序的启停等。

数控切割微运动系统由运动控制卡及十字滑台组成，通过编程执行切割程序；该系统实现微运动，与机器人系统的宏运动配合完成一组精密小孔的激光切割。

本实用新型相比传统机器人激光切割方式，具有被切割小孔几何精度高、残差小、切割孔径小的优点。此外SMC6480motion采用G代码编程，比机器人传统圆孔切割程序简单、容易实现。