机器人小孔激光切割系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种机器人小孔激光切割系统，属于激光切割技术领域，包括工作平台，工作平台的上方设有机器人本体、机器人控制柜、机器人末端执行器、电气控制柜、激光发生器和激光头，机器人控制柜位于机器人本体的一侧并电气连接机器人本体，机器人末端执行器位于机器人本体执行机构的末端并电气连接电气控制柜，机器人控制柜与电气控制柜连接实现数据通讯，激光头连接在机器人末端执行器的外侧，用于切割待加工工件，本系统将机器人本体运行轨迹切割改造为机器人末端执行器带动激光头切割，有效提高了系统的运行速度和定位精度。
【专利说明】
机裔人小孔激光切割系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种切割系统，尤其涉及一种机器人小孔激光切割系统，属于激光切割技术领域。
【背景技术】
[0002]激光的高亮度、高方向性和高相干性等特点，使其在现代制造业中得到了广泛的应用，如焊接、打标、划线、切割等，其中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、机械制造等工业领域，对提高产品质量、提升劳动生产率、降低加工成本、减少材料消耗起到越来越重要的作用，利用光纤激光加工的优越性能和工业机器人灵活的操作性能，组成的高效、多功能柔性激光加工平台，是当今机器人应用领域的一个热点。
[0003]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，但精度低。因此，一种低成本、高精度的激光切割系统成为目前的迫切需求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种机器人小孔激光切割系统，将机器人本体运行轨迹切割改造为机器人末端执行器带动激光头切割，有效提高了系统的运行速度和定位精度。
[0005]本实用新型所述的机器人小孔激光切割系统，包括工作平台，工作平台的上方设有机器人本体、机器人控制柜、机器人末端执行器、电气控制柜和激光头，机器人控制柜位于机器人本体的一侧并电气连接机器人本体，机器人末端执行器位于机器人本体执行机构的末端并电气连接电气控制柜，机器人控制柜与电气控制柜连接实现数据通讯，激光头连接在机器人末端执行器的外侧，用于切割待加工工件。
[0006]机器人末端执行器和电气控制柜形成数控切割系统，通过电气控制柜内的元件进行编程并执行切割程序，从而使机器人末端执行器带动激光头实现切割动作，机器人控制柜与电气控制柜连接实现数据通讯，用于控制机器人末端执行器的位置和切割程序的启
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[0007]所述的工作平台的上方还有激光发生器，激光发生器位于机器人末端执行器的一侧为机器人末端执行器提供切割能源。
[0008]所述的机器人末端执行器包括外壳，外壳的内部设有法兰连接板、伺服电机、滑台和激光头夹持装置，外壳的内部和外部分别联接法兰连接板和机器人本体上的法兰盘，滑台联接在法兰连接板的外部，激光头夹持装置的一端联接激光头，另一端联接滑台，伺服电机位于滑台的末端。
[0009]在进行切割时，通过机器人本体带动机器人末端执行器到达指定的位置，伺服电机运转驱动驱动滑台运动从而带动激光头夹持装置运动，激光头夹持装置带动激光头执行小孔切割动作。
[0010]所述的电气控制柜包括壳体，壳体内设有开关电源、伺服电机驱动器、运动控制器扩展I/o板、继电器和运动控制器，伺服电机驱动器分别连接开关电源和机器人末端执行器上的伺服电机，运动控制器扩展I/o板分别连接运动控制器和继电器，开关电源用于实现电气控制柜内器件的开关控制，伺服电机驱动器用于驱动伺服电机运转，运动控制器用于实现机器人末端执行器的运动控制。
[0011]所述的伺服电机上设有编码器和电源线接口，伺服电机通过编码器和电源线接口连接电气控制柜内的伺服电机驱动器。
[0012]所述的机器人控制柜内设有EtherCAT模块，继电器与机器人控制柜中EtherCAT模块上的I/o连接，EtherCAT模块是机器人控制柜内的通讯控制模块，用于实现数据的通讯。
[0013]所述的电气控制柜的内部还设有空气开关，外部电源通过空气开关连接开关电源和伺服电机驱动器，实现电路的保护。
[0014]所述的工作平台上设有水箱，激光发生器位于水箱的上方，用于冷却激光发生器。
[0015]所述的滑台为十字滑台，十字滑台通过一组直线滑台固定在另一组滑台的滑块上，通过伺服电机驱动可以实现让滑块在平面坐标上完成定点运动。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0017]提供一种机器人小孔激光切割系统，通过改变激光切割方式，将机器人本体运行轨迹切割改造为机器人末端执行器带动激光头切割，由高精度的运动控制器和滑台(滑台滚珠丝杠的精度等级为P3级)形成数控切割系统，最小可切割直径3mm的小孔，并且定位精度可达0.02mm，运行速度可达15m/min，相比机器人激光切割提高了系统的运行速度和定位精度;相比五轴机床激光切割系统成本更低、柔性更高、占用空间更少，成本低。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型实施例中机器人末端执行器与激光头的联接示意图；
[0020]图3为本实用新型实施例中机器人末端执行器内部结构的俯视图；
[0021]图4为本实用新型实施例中的机器人末端执行器内部结构的主视图；
[0022]图5为本实用新型实施例中电气控制柜的结构示意图；
[0023]图中: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、机器人末端执行器;8、激光头;9、待加工工件；10、激光头夹持装置；11、法兰连接板;12、伺服电机;13、滑台；14、壳体;15、空气开关;16、开关电源；17、伺服电机驱动器；18、运动控制器扩展I/O板;19、继电器;20、运动控制器。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明:
[0025]实施例
[0026]如图1-5所示，包括工作平台1，工作平台I的上方设有机器人本体3、机器人控制柜
2、机器人末端执行器7、电气控制柜4和激光头8，机器人控制柜2位于机器人本体3的一侧并电气连接机器人本体3，机器人末端执行器7位于机器人本体3执行机构的末端并电气连接电气控制柜4，机器人控制柜2与电气控制柜4连接实现数据通讯，激光头8连接在机器人末端执行器7的外侧，用于切割待加工工件9。
[0027]为了进一步说明上述实施例，工作平台I的上方还有激光发生器5，激光发生器5位于机器人末端执行器7的一侧为机器人末端执行器7提供切割能源。
[0028]为了进一步说明上述实施例，机器人末端执行器7包括外壳，外壳的内部设有法兰连接板11、伺服电机12、滑台13和激光头夹持装置1，外壳的内部和外部分别联接法兰连接板11和机器人本体3上的法兰盘，滑台13联接在法兰连接板11的外部，激光头夹持装置10的一端联接激光头8，另一端联接滑台13，伺服电机12位于滑台13的末端。
[0029]为了进一步说明上述实施例，电气控制柜4包括壳体14，壳体14内设有开关电源16、伺服电机驱动器17、运动控制器扩展I/O板18、继电器19和运动控制器20，伺服电机驱动器17分别连接开关电源16和机器人末端执行器7上的伺服电机12，运动控制器扩展I/O板18分别连接运动控制器20和继电器19。
[0030]为了进一步说明上述实施例，伺服电机12上设有编码器和电源线接口，伺服电机12通过编码器和电源线接口连接电气控制柜4内的伺服电机驱动器17。
[0031]为了进一步说明上述实施例，机器人控制柜2内设有EtherCAT模块，继电器19与机器人控制柜2中EtherCAT模块上的I/O连接。
[0032]为了进一步说明上述实施例，电气控制柜4的内部还设有空气开关15，外部电源通过空气开关15连接开关电源16和伺服电机驱动器17。
[0033]为了进一步说明上述实施例，工作平台I上设有水箱6，激光发生器5位于水箱6的上方。
[0034]为了进一步说明上述实施例，滑台13为十字滑台。
[0035]本实施例的工作原理为:首先用一台PC机通过TCP/IP协议与运动控制器20连接，用运动控制器20自带的调试编程软件SMC6480mot1n进行参数设置和小孔切割的编程，编程结束后，不开激光发生器5试运行一次，无误后接通电气控制柜4中的开关电源16，机器人本体3将机器人末端执行器7移动到待加工工件9上方的待加工位置，机器人本体3通过EtherCAT模块上的I/O给运动控制器20—个到位信号，运动控制器20内的程序开始执行，伺服电机12运转驱动滑台13运动从而带动激光头夹持装置10运动，激光头夹持装置1带动激光头8执行小孔切割动作，动作完成后，运动控制器20通过I/O给运动控制器20—个动作完成信号，机器人本体3移动机器人末端执行器7到下一个加工位置，然后再给运动控制器20发送一个到位信号，运动控制器20控制机器人末端执行器7再次做小孔切割动作，上述过程重复进行，直至待加工工件9上所有预加工小孔切割动作完毕，程序结束，程序完成后，机器人本体3回到初始位置，整个加工过程结束。
[0036]采用以上结合附图描述的本实用新型的实施例的机器人小孔激光切割系统，将机器人本体3运行轨迹切割改造为机器人末端执行器7带动激光头8切割，有效提高了系统的运行速度和定位精度。但本实用新型不局限于所描述的实施方式，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种机器人小孔激光切割系统，包括工作平台(I)，其特征在于:所述的工作平台(I)的上方设有机器人本体(3)、机器人控制柜(2)、机器人末端执行器(7)、电气控制柜(4)和激光头(8)，机器人控制柜(2)位于机器人本体(3)的一侧并电气连接机器人本体(3)，机器人末端执行器(7)位于机器人本体(3)执行机构的末端并电气连接电气控制柜(4)，机器人控制柜(2)与电气控制柜(4)连接实现数据通讯，激光头(8)连接在机器人末端执行器(7)的外侦U，用于切割待加工工件(9)。2.根据权利要求1所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的工作平台(I)的上方还有激光发生器(5)，激光发生器(5)位于机器人末端执行器(7)的一侧为机器人末端执行器(7)提供切割能源。3.根据权利要求1所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的机器人末端执行器(7)包括外壳，外壳的内部设有法兰连接板(11)、伺服电机(12)、滑台(13)和激光头夹持装置(10)，外壳的内部和外部分别联接法兰连接板(11)和机器人本体(3)上的法兰盘，滑台(13)联接在法兰连接板(11)的外部，激光头夹持装置(10)的一端联接激光头(8)，另一端联接滑台(13)，伺服电机(12)位于滑台(13)的末端。4.根据权利要求3所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的电气控制柜(4)包括壳体(14)，壳体(14)内设有开关电源(16)、伺服电机驱动器(17)、运动控制器扩展I/O板(18)、继电器(19)和运动控制器(20)，伺服电机驱动器(17)分别连接开关电源(16)和机器人末端执行器(7)上的伺服电机(12)，运动控制器扩展I/O板(18)分别连接运动控制器(20)和继电器(19)。5.根据权利要求4所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的伺服电机(12)上设有编码器和电源线接口，伺服电机(12)通过编码器和电源线接口连接电气控制柜(4)内的伺服电机驱动器(17)。6.根据权利要求4所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的机器人控制柜(2)内设有EtherCAT模块，继电器(19)与机器人控制柜(2)中EtherCAT模块上的I/O连接。7.根据权利要求4所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的电气控制柜(4)的内部还设有空气开关(15)，外部电源通过空气开关(15)连接开关电源(16)和伺服电机驱动器(17)。8.根据权利要求2所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的工作平台(I)上设有水箱(6)，激光发生器(5)位于水箱(6)的上方。9.根据权利要求3所述的机器人小孔激光切割系统，其特征在于:所述的滑台(13)为十字滑台。
【文档编号】B25J11/00GK205660294SQ201620536384
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】夏自祥, 周珂, 李小冬, 崔祥府
【申请人】济宁学院