本发明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。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明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，本发明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，本发明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，本发明提供的技术方案为：
本发明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。
本发明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
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明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，本发明得到了大大改进；
(2)本发明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)本发明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，本发明使用组合式反射镜，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，本发明设计了反射镜调节结构，也能进一步补偿光路误差；
(4)本发明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)本发明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)本发明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)本发明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)本发明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为本发明的一种激光专用机器手臂的立体结构示意图；
图2为本发明的一种激光切专用机器手臂的剖切示意图；
图3为本发明中反射单元的放大结构示意图；
图4为本发明中激光防撞切割头的结构示意图；
图5为本发明中激光防撞切割头的剖面结构示意图；
图6为本发明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
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
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。
以上示意性的对本发明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发明的实施方式之一，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，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，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，均应属于本发明的保护范围。