本實用新型屬于激光切割技術領域，涉及小孔激光切割系統和工業機器人的應用，具體涉及一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置。

背景技術：

激光切割作為先進加工技術廣泛應用于汽車、電子電器、航空、機械制造等領域，對提高產品質量、提升勞動生產率、降低成本、減少材料消耗起到越來越重要的作用。將光纖激光加工優勢和工業機器人操作的靈活性結合，組成高效、多功能的柔性激光加工平臺是當今機器人應用領域的一個熱點。

目前激光切割系統主要有兩種應用形式：一是龍門式激光切割機床系統，使用高精度五軸機床，加工精度高，范圍廣，但設備造價高；二是關節式激光切割機器人，可以對不同厚度的金屬板材進行多方位、多角度的切割，但精度較低。

技術實現要素：

本實用新型針對上述問題，提出了一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置；

所述機器人末端執行器裝置位于機器人本體的末端，具體包括：封裝外殼、法蘭連接板、伺服電機、十字滑臺和激光頭夾持裝置；

封裝外殼頂部與機器人本體末端的法蘭盤相連，封裝外殼內部頂面與法蘭連接板相連；所述法蘭連接板垂直連接十字滑臺；十字滑臺穿過封裝外殼底部，通過激光頭夾持裝置連接激光頭；

激光頭夾持裝置包括連接板、連接桿和夾持板；連接板與夾持板分別固定在連接桿的兩端，且分別垂直連接桿；所述連接板一端與十字滑臺固定，另一端與連接桿連接。

夾持板是L型結構，其中長邊垂直連接連接桿，短邊通過螺栓固連激光頭；

機器人本體固定在工作平臺上，同時在工作平臺上放置機器人控制柜，激光發生器，電氣控制柜，水箱和工作支架。

本實用新型的優點在于：

(1)一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置，高精度運動控制器和十字滑臺組成的數控切割微運動系統具有較高的定位精度和運行速度，可以解決傳統機器人激光切割方式精度無法滿足的任務。

(2)一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置，采用G代碼編程，操作簡便，編程所用時間少。

(3)一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置，結構簡單，柔性好，占用空 間少。

(4)一種宏微系統結合的小孔切割機器人末端執行器裝置，相比傳統的機器人激光切割方式，提高了被切割小孔的幾何精度、降低了殘留切削余量誤差(殘差)、切割的孔徑更小。

附圖說明

圖1為本實用新型小孔切割機器人系統的立體結構示意圖；

圖2為本實用新型小孔切割機器人末端執行器立體結構示意圖；

圖3為本實用新型小孔切割機器人末端執行器內部結構主視圖；

圖4為本實用新型小孔切割機器人末端執行器內部結構俯視圖；

圖5為本實用新型小孔切割機器人末端執行器中激光頭夾持裝置的結構示意圖。

1-工作平臺，2-機器人控制柜，3-機器人本體，4-電氣控制柜，5-激光發生器，6-水箱，7-封裝外殼，8-激光頭，9-工件支架，10-激光頭夾持裝置，11-法蘭連接板，12-伺服電機，13-十字滑臺；101-連接板，102-連接桿，103-夾持板；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

本實用新型將原本規劃機器人本體運動軌跡控制激光頭的切割方式，改進為將末端執行器裝置的微運動與機器人關節的宏運動相結合的宏微運動系統帶動激光頭切割方式。其中微運動系統是一個由運動控制器和十字滑臺組成的高精度數控切割系統，切割小孔的最小直徑為3mm。

如圖1所示，機器人本體3固定在工作平臺1上，同時在工作平臺上放置機器人控制柜2，激光發生器5，電氣控制柜4，水箱6和工作支架9；且均與工作平臺無固定關系。

機器人控制柜控制機器人末端執行器裝置的運動軌跡，移動到工件支架上方的待加工位置，在接收到機器人的到位信號后啟動激光執行切割。

激光發生器5、水箱6和激光頭8組成了激光系統；激光發生器5放置在水箱6的上方，通過水箱6給激光發生器冷卻降溫；激光系統為小孔切割末端執行器裝置提供切割能源，可以根據切割對象的厚度調節自身功率。

工作支架9用來放置待加工對象。

如圖2所示，所述機器人末端執行器裝置位于機器人本體3的末端，并由高精度的運動控制卡控制；封裝外殼7通過激光頭夾持裝置10連接激光頭8。

如圖3和圖4所示，機器人末端執行器裝置具體包括：封裝外殼7、法蘭連接板11、伺服電機12、十字滑臺13和激光頭夾持裝置10；

封裝外殼7頂部外部與機器人本體3末端的法蘭盤相連，封裝外殼7頂部內部與法蘭連接板11相連；所述法蘭連接板11垂直連接十字滑臺13；所述的十字滑臺13是由互相垂直的兩個滾珠絲杠形成，滾珠絲杠的精度等級為P3級，沿兩個十字邊分別滑動或者兩個邊同時聯動；兩個滾珠絲杠連末端分布各固定一個伺服電機12，每個伺服電機12均帶有編碼器和電源線接口，通過電線和編碼器線分別連接伺服驅動器；

十字滑臺13穿過封裝外殼7底部，通過激光頭夾持裝置10連接激光頭8；

如圖5所示，激光頭夾持裝置10包括連接板101、連接桿102和夾持板103；連接板101與夾持板103分別固定在連接桿102的兩端，且分別垂直連接桿102；所述連接板101一端與十字滑臺13固定，另一端與連接桿102連接；

夾持板103是L型結構，其中L長邊垂直連接連接桿102，L短邊通過螺栓固連激光頭8；

上述小孔切割機器人末端執行器裝置的工作過程如下：

步驟一、首先用PC機調試編程軟件SMC6480motion進行參數設置和小孔切割編程。

步驟二、關閉激光試運行一次，檢查無誤后接通機器人末端執行器裝置的電源；

步驟三、機器人本體按照事先的運動規劃將末端執行器裝置移動到工件支架上方的待加工位置；

步驟四、機器人末端執行器裝置到位后，發出I/O信號；

步驟五、小孔切割程序啟動執行，十字滑臺帶動激光頭執行小孔切割動作；

步驟六、動作完成后返回機器人動作完成I/O信號，按照預定的宏運動規劃移動機器人末端執行器裝置到達下一個加工位置；

步驟七、重復上述過程，直至工件上所有被規劃加工的小孔切割完畢；

步驟八、程序完成后，機器人本體回到初始位置，加工過程結束。

本實用新型提供的小孔切割機器人末端執行器在機器人宏運動系統的軌跡規劃下到達工件待切割小孔的上方預定位置等待，通過微系統運動控制器進行精密運動控制，由伺服電機帶動十字滑臺執行小孔激光切割運動；

機器人宏運動系統是指機器人本體與小孔切割末端執行器的控制系統，是通過繼電器及機器人自帶的EtherCAT模塊進行通信，控制末端執行器的位置、切割程序的啟停等。

數控切割微運動系統由運動控制卡及十字滑臺組成，通過編程執行切割程序；該系統實現微運動，與機器人系統的宏運動配合完成一組精密小孔的激光切割。

本實用新型相比傳統機器人激光切割方式，具有被切割小孔幾何精度高、殘差小、切割孔徑小的優點。此外SMC6480motion采用G代碼編程，比機器人傳統圓孔切割程序簡單、容易實現。