промышленный робот для лазерной обработки

Формула изобретения

1. ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, содержащий лазер с зеркальной системой транспортировки лазерного луча к конечному звену манипулятора, имеющего одно неподвижное и по крайней мере пять последовательно шарнирно сочлененных подвижных звеньев, индивидуальный привод каждого из которых содержит двигатель и редуктор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и сокращения энергоемкости, звенья манипулятора выполнены в виде полых корпусов, зеркала системы транспортировки лазерного луча расположены внутри них, отражающие поверхности зеркал наклонены под равными углами к соответствующим осям вращения соседних подвижных звеньев манипулятора, которые образуют по крайней мере три пары с пересекающимися осями вращения, двигатели приводов установлены несоосно с соответствующими подвижными звеньями манипулятора, выходное колесо каждого из упомянутых редукторов выполнено со сквозным отверстием, ось которого совмещена с осью вращения соответствующего звена манипулятора, а ось лазера совмещена с осью вращения первого подвижного звена манипулятора.

2. Робот по п.1, отличающийся тем, что оси вращения всех пар соседних подвижных звеньев манипулятора пересекаются под углом 90^o, а отражающие плоскости всех зеркал проходят через точку пересечения этих осей.

3. Робот по п.1, отличающийся тем, что оси вращения по крайней мере одной пары соседних подвижных звеньев манипулятора пересекаются под углами, отличными от 90^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции промышленного робота (ПР), предназначенного для автоматической обработки изделий с помощью лазерного луча.

Известны устройства для лазерной обработки, содержащие стационарную лазерную установку, серийный промышленный робот с манипулятором антропоморфного типа с 5-ю или 6-ю степенями подвижности и зеркальную систему транспортировки лазерного луча к конечному звену манипулятора, которая выполнена в виде ряда шарнирных сочленений с помещенными внутри зеркалами, прикрепленных к звеньям манипулятора и соединенных между собой с помощью полых трубчатых рычагов.

Недостатком таких устройств является сложность конструкции, которая вызывается необходимостью иметь сложную систему транспортировки лазерного луча, включающую шарнирно-рычажный механизм с большим числом степеней подвижности, выполняющий роль пассивного манипулятора, расположенного параллельно основному манипулятору промышленного робота и имеющего большое количество отражающих зеркал. Другим недостатком является повышенная энергоемкость таких устройств, которая вызвана поглощением энергии лазерного луча на нагревание большого количества зеркал в системе транспортировки лазерного луча.

Известны также промышленные роботы для лазерной обработки, в которых достигнуто упрощение конструкции за счет частичного совмещения звеньев системы транспортировки луча и манипулятора. Эти устройства содержат стационарную лазерную установку с зеркальной системой транспортировки лазерного луча к конечному звену манипулятора, имеющего по крайней мере пять последовательно шарнирно сочлененных подвижных звеньев, индивидуальный привод каждого из которых содержит двигатель и редуктор. Это устройство является наиболее близким по технической сущности к предложенному и является его прототипом.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и высокая энергоемкость, вызванная большим количеством зеркал в системе транспортировки лазерного луча.

Целью изобретения является упрощение конструкции и сокращение энергоемкости за счет сокращения количества зеркал.

Это достигается тем, что в предлагаемом промышленном роботе для лазерной обработки звенья манипулятора выполнены в виде полых корпусов, внутри которых расположены зеркала системы транспортировки лазерного луча, отражающие поверхности которых равно наклонены к соответствующим осям вращения соседних подвижных звеньев манипулятора, образующих по крайней мере три пары с пересекающимися осями вращения, двигатели приводов установлены несоосно с соответствующими подвижными звеньями манипулятора, а выходное колесо каждого из редукторов имеет сквозное отверстие, ось которого совмещена с осью вращения соответствующего звена манипулятора, кроме того, ось лазерной установки совмещена с осью вращения первого подвижного звена манипулятора.

На фиг. 1 представлен промышленный робот для лазерной обработки, общий вид; на фиг. 2 - манипулятор, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - продольный разрез манипулятора, оси вращения всех пар соседних подвижных звеньев которого пересечены.

Промышленный робот для лазерной обработки содержит лазерную установку 1 (см. фиг.1), генерирующую лазерный луч, направленный по оси 2, манипулятор 3 и зеркальную систему 4 транспортировки лазерного луча. Манипулятор 3 содержит неподвижное звено в виде полого корпуса 5 (см. фиг.2) и пять подвижных звеньев, также выполненных в виде полых корпусов 6-10.

Полый корпус 6 сочленен с неподвижным корпусом 5 с возможностью поворота относительно оси I-I и имеет привод от двигателя 11 с редуктором, состоящим, например, из планетарного редуктора 12 и пары цилиндрических зубчатых колес 13 и 14, причем колесо 14 имеет сквозное отверстие 15, ось которого совпадает с осью вращения корпуса 6. Полый корпус 7 сочленен с корпусом 6 с возможностью проворота относительно оси II-II, причем оси I-I и II-II пересекаются. Корпус 7 имеет привод от двигателя 16 с планетарным редуктором 17, расположенным на корпусе 6, и пары конических зубчатых колес 18 и 19, причем колесо 19 имеет сквозное отверстие 20, ось которого совпадает с осью II-II.

Полый корпус 8 сочленен с корпусом 7 с возможностью проворота относительно оси III-III, параллельной оси II-II. Корпус 8 имеет привод от двигателя 21 с планетарным редуктором 22 и парой конических зубчатых колес 23 и 24, причем колесо 24 имеет сквозное отверстие 25, ось которого совпадает с осью III-III.

Полый корпус 9 сочленен с корпусом 8 с возможностью проворота относительно оси IV-IV, причем оси III-III и IV-IV пересекаются. Корпус 9 имеет привод от двигателя 26 с планетарным редуктором 27 и пары цилиндрических зубчатых колес 28 и 29, причем колесо 29 имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью IV-IV.

Полый корпус 10 сочленен с корпусом 9 с возможностью проворота относительно оси V-V, причем оси IV-IV и V-V пересекаются. Корпус 10 имеет привод от двигателя 30 с планетарным редуктором 31, расположенных на корпусе 8, а также пары цилиндрических зубчатых колес 32 и 33 и пары конических зубчатых колес 34 и 35, причем колеса 33 и 34 соединены между собой полым валом 36, ось которого совпадает с осью IV-IV, а колесо 35 имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью V-V.

Система транспортировки лазерного луча 4 содержит шесть плоских зеркал 37-42. Из них зеркала 37, 40 и 41 расположены внутри полых корпусов соответственно 6, 8 и 9, при этом их отражающие плоскости проходят через точки пересечения осей I-I и II-II, III-III и IV-IV, IV-IV и V-V таким образом, что они имеют равные углы наклона к осям каждой из этих пар. Зеркала 38 и 39, расположенные внутри корпуса 7 под углом 45^о к осям II-II и III-III, служат для передачи луча лазера между этими параллельными осями. Зеркало 42 расположено в корпусе 10 под углом 45^о к оси V-V и служит для направления луча лазера в фокусирующее устройство 43.

Манипулятор 3 закреплен на станине 44 (см.фиг.1) таким образом, что ось вращения первого подвижного звена 6 - I-I совпадает с осью 2 лазерной установки.

Таким образом, система транспортировки лазерного луча описанного робота содержит всего шесть зеркал.

На фиг.5 показан вариант манипулятора 3, в котором оси подвижных звеньев 7 и 8 II-II и III-III пересечены между собой, аналогично оси всех пар соседних подвижных звеньев пересечены между собой. Кроме того, углы между пересекающимися осями подвижных звеньев могут быть не равны 90^о, как, например, между осями подвижных звеньев 6 и 7 на фиг.5. Такое устройство позволяет сократить количество зеркал в системе транспортировки лазерного луча до пяти.

Промышленный робот для лазерной обработки работает следующим образом. Перемещение фокусирующего устройства 43 относительно обрабатываемой поверхности изделия, установленного на станине 44, производится по заданной программе с помощью двигателей 11, 16, 21, 26 и 30, которые через посредство редукторов приводят в относительное вращение подвижные звенья 6-10 манипулятора. Обработка изделия (сварка, резка или термообработка) осуществляется при одновременной работе лазерной установки 1 и приводов манипулятора 3. При этом луч лазера проходит внутри неподвижного звена 5 манипулятора и отражается зеркалами 37-42 таким образом, что направление луча совпадает с осями I, II, III, IV и V вращения подвижных звеньев манипулятора. Благодаря этому луч достигает фокусирующего устройства 43 независимо от конкретного расположения звеньев 6-10 манипулятора и обработка лазерным лучом может производиться по любой запрограммированной траектории.

Таким образом, выполнение звеньев манипулятора в виде полых корпусов, а также приводов с редукторами, выходные колеса которых имеют сквозные отверстия, позволило совместить систему транспортировки лазерного луча с механизмом манипулятора, избежав необходимости создания специального шарнирного лучепровода, дублирующего степени подвижности манипулятора и следовательно значительно упростить и удешевить конструкцию. Кроме того, использование в структуре манипулятора преимущественно пересекающихся осей соседних звеньев, а также совмещение осей лазерной установки и первого подвижного звена манипулятора позволило сократить количество зеркал в системе транспортировки лазерного луча с одиннадцати в прототипе до пяти в предлагаемом устройстве. Это также является значительным упрощением и удешевлением робота для лазерной обработки. Кроме того, сокращение количества зеркал позволяет снизить потери при передаче лазерного луча и, таким образом, увеличить КПД установки и тем самым снизить ее энергоемкость.