本發(fā)明涉及激光切割，具體地講，涉及基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車。

背景技術(shù)：

1、激光切割是激光加工行業(yè)中一項重要應(yīng)用技術(shù)，具有切割速度快、加工精度高、割縫細(xì)等特點，同時通過非接觸加工，使得加工工件無機械應(yīng)力和表面損傷。這使得激光切割幾乎不受材料限制，在切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等廣泛材料中都有所應(yīng)用。

2、隨著技術(shù)發(fā)展近些年來，先進(jìn)復(fù)合材料因具有輕質(zhì)、高比強度、高比模量等優(yōu)良性能，在航空、航天、船舶、高鐵、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但同時，其硬度高、強度大、導(dǎo)熱性差、各向異性以及離散性等特點，使得傳統(tǒng)的加工方式難以滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件高精度、高效率的加工要求。通常采用三維?co2?激光切割機來實現(xiàn)復(fù)合材料大型復(fù)雜工件、高效的、高精度加工。

3、在汽車行業(yè)，對于三維工件切割的需求逐年增多，因為二氧化碳激產(chǎn)生熱量大，無法使用光纖控制，針對于二氧化碳激光控制硬光路的多自由度機械臂較為少見。如申請公布號為cn116765595?a的中國專利所公開的一種zac多軸光路一體式自動調(diào)焦三維五軸激光切割頭，和申請公布號為cn116765595a的中國專利所公開的一種三維五軸激光切割頭，都通過三個電機實現(xiàn)了三個自由度的控制，但是該裝置只能通過基于龍門桁架等三坐標(biāo)位移裝置才能很好的實現(xiàn)三維切割，但這種方式在切割內(nèi)腔時，會因機械臂長度不夠，無法深入內(nèi)部進(jìn)行切割。同時在狹隘處由于機械臂結(jié)構(gòu)限制，以至機械臂關(guān)節(jié)可動范圍小，末端激光頭自由度無法實現(xiàn)。

4、同時，上述兩種二氧化碳機械臂是基于傳統(tǒng)的機械臂結(jié)構(gòu)而建立，但在基于多關(guān)節(jié)多自由度機械臂結(jié)構(gòu)種，以?ur5?為例，在末端執(zhí)行器實現(xiàn)平面位移時，機械臂整體在不同位置擺動量大，關(guān)節(jié)彎曲程度大，導(dǎo)致此結(jié)構(gòu)基于工件腔體內(nèi)切割時候會收到空間限制。

5、同時，在上述ur5架構(gòu)的機械臂種，在切割平面圖形時候會導(dǎo)致機械臂關(guān)節(jié)彎曲程度大，從而導(dǎo)致機械臂本身可切割平面范圍減少，使得平面切割范圍與臂長的比值變大，大大減少了設(shè)備空間的利用率，在復(fù)雜腔體種收到的限制變多。

6、同時，在二氧化碳激光切割功率瓦數(shù)較大時，鏡面產(chǎn)生熱量大，如上設(shè)備無法保障折射鏡面的溫度控制，難以實現(xiàn)大功率激光切割。

7、同時，在實現(xiàn)大批量小圖案如圓孔切割時，傳統(tǒng)機械臂結(jié)構(gòu)需要三個甚至四個自由度聯(lián)動控制，機械臂整體移動量大，在狹隘空間無法實現(xiàn)機械臂多關(guān)節(jié)移動，同時控制量大，效率低，控制復(fù)雜。并且在復(fù)雜工件下切割?xy?平面移動量收到限制時，非特殊平面切割易出現(xiàn)激光不垂直于切割面的情況，以圓孔為例，易出現(xiàn)切割后圓孔孔壁呈現(xiàn)一定錐度。

8、同時，在大型汽車外殼切割，或大型腔體內(nèi)測切割時，傳統(tǒng)切割需正面切割后對工件進(jìn)行反轉(zhuǎn)定位，目前切割設(shè)備無法基于腔體側(cè)面進(jìn)行切割，可以通過車載移動的方式進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行切割。在相關(guān)領(lǐng)域中，如申請公布號為cn116275775a的中國專利所公開的一種自鋪軌道的自走式焊接機，該發(fā)明在設(shè)備移動方面公開了一種履帶式的軌道機構(gòu)，該機構(gòu)利用履帶式軌道的設(shè)置，并通過條形磁鐵的磁性，保證焊接小車移動的穩(wěn)定性，另一方面又可以避免軌道的鋪設(shè)，使焊接小車能夠進(jìn)行直線焊接。但該機構(gòu)在到達(dá)指定工作地點后無法實現(xiàn)自身位置定位及位姿偏移補償。

9、同時，傳統(tǒng)的大型汽車外殼切割或半腔體切割設(shè)備都是基于設(shè)備坐標(biāo)系參考工件的定位要素進(jìn)行定位，但這樣的方式需要調(diào)整工件使其坐標(biāo)建立于設(shè)備自身基準(zhǔn)。這樣的方式便需要工件自身移動至設(shè)備的基準(zhǔn)要素進(jìn)行定位，導(dǎo)致在大型工件加工中工件定位困難，需要設(shè)備多，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低等問題。

10、同時，二氧化碳激光切割所需要的硬光路對于結(jié)構(gòu)限制大，目前市場上仍未出現(xiàn)能夠解決上述問題的設(shè)備或結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車，方便二氧化碳切割。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的：

3、基于極坐標(biāo)末端激光頭的自定位多關(guān)節(jié)型二氧化碳切割車，其特征在于，包括：機械臂模塊、末端極坐標(biāo)激光頭、反射及散熱系統(tǒng)、麥克納姆輪移動底盤和自定位偏差補償系統(tǒng)；

4、所述末端極坐標(biāo)激光頭安裝在所述機械臂模塊末端；所述反射及散熱系統(tǒng)分布在所述機械臂模塊內(nèi)，所述反射及散熱系統(tǒng)安裝在所述麥克納姆輪移動底盤上方；兩個所述自定位偏差補償系統(tǒng)分別安裝在所述麥克納姆輪移動底盤一側(cè)；所述機械臂模塊安裝在所述麥克納姆輪移動底盤頂部一側(cè)。

5、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述機械臂模塊包括a軸旋轉(zhuǎn)組件、b軸旋轉(zhuǎn)組件及c?軸旋轉(zhuǎn)組件；

6、所述a軸旋轉(zhuǎn)組件包括機械臂基座、a軸主動齒輪、a軸從動齒輪、a軸主軸箱和a軸電機；

7、所述機械臂基座安裝在車架上側(cè)，所述a軸主軸箱與所述機械臂基座通過軸承形成可轉(zhuǎn)動連接；所述?a?軸電機安裝在所述a軸主軸箱一側(cè)，固定連接所述a軸主軸箱的輸入軸，所述a軸主軸箱的輸出軸固定連接所述a軸主動齒輪，所述a軸從動齒輪固定于所述機械臂基座，所述a軸從動齒輪嚙合所述a軸主動齒輪；

8、所述b軸旋轉(zhuǎn)組件包括b軸主軸箱、b軸光路主軸、b軸電機、小臂上模塊和小臂下模塊，b軸偏心嚙合模塊；

9、所述b軸主軸箱安裝在所述a軸主軸箱上；所述b軸電機安裝在所述b軸主軸箱一側(cè)；所述b軸光路主軸通過軸承連接所述b軸主軸箱，所述b軸光路主軸小直徑軸段與所述b軸主軸箱形成可旋轉(zhuǎn)配合；所述小臂下模塊與所述b軸光路主軸通過所述b軸端面連接板固定連接；所述小臂下模塊的凸緣與所述小臂上模塊的輪廓凹坑形成配合；所述b軸偏心嚙合模塊設(shè)置在所述b軸主軸箱內(nèi)，所述b軸電機與所述b軸偏心嚙合模塊的輸入端相配合，所述b軸光路主軸與所述b軸偏心嚙合模塊的輸出端相配合；

10、所述c軸旋轉(zhuǎn)組件包括c軸光路主軸、c軸主軸箱、c軸偏心嚙合模塊，c軸電機；

11、所述c軸光路主軸安裝在所述小臂上模塊一端端面上；所述c軸光路主軸軸承連接所述c軸主軸箱；所述c軸電機安裝在所述c軸主軸箱徑向一側(cè)；所述c軸偏心嚙合模塊安裝在所述c軸主軸箱內(nèi)，所述c軸電機固定連接所述c軸偏心嚙合模塊輸入端；所述c軸偏心嚙合模塊輸出端與所述c軸光路主軸相嚙合；

12、下側(cè)反射鏡組件設(shè)置在所述機械臂基座內(nèi)，固定連接所述車架，中間一個所述反射鏡組件固定連接所述b?軸主軸箱，中間另一個所述反射鏡組件固定連接所述小臂下模塊的下端，上側(cè)一個所述反射鏡組件固定連接所述小臂下模塊的上端，上側(cè)另一個所述反射鏡組件固定連接所述c軸主軸箱。

13、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述麥克納姆輪移動底盤包括所述車架、麥克納姆輪、二氧化碳激光發(fā)生器及蓄電池；所述車架的四角分別安裝有對應(yīng)的所述麥克納姆輪，所述車架固定連接二氧化碳激光發(fā)生器，所述二氧化碳激光發(fā)生器固定連接蓄電池，所述二氧化碳激光發(fā)生器匹配下側(cè)一個所述反射鏡模塊。

14、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，下側(cè)反射鏡組件設(shè)置在所述機械臂基座中心位置，且度反射面正對所述二氧化碳激光發(fā)生器的激光產(chǎn)生方向；

15、固定在所述b?軸主軸箱上的所述反射鏡組件，其度反射面與第一軸線和第二軸線保持45度夾角；

16、固定在所述小臂下模塊下端的所述反射鏡組件，其度反射面與第二軸線和所述小臂下模塊軸線保持45度夾角；

17、固定連接所述小臂下模塊上端的所述反射鏡組件，其度反射面與第三軸線和所述小臂下模塊軸線保持45度夾角；

18、固定在所述c軸主軸箱內(nèi)的所述反射鏡組件，其度反射面與第二軸線和第三軸線保持45度夾角。

19、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述反射及散熱系統(tǒng)包括水冷散熱器及所述反射鏡組件；

20、所述水冷散熱器安裝在所述車架上側(cè)中間位置；

21、所述反射鏡組件包括反射鏡面、散熱組件和架體；所述散熱組件包括散熱盤、壓力彈簧、密封連接套筒、支撐螺桿、彈簧壓緊盤、彈簧座、端部連接蓋；

22、所述架體包括液體循環(huán)腔體和密封端蓋；

23、所述液體循環(huán)腔體內(nèi)設(shè)有空腔；四個所述支撐螺桿一端分別穿過所述反射鏡面及所述散熱盤，與所述液體循環(huán)腔體進(jìn)行螺紋連接，所述反射鏡面與所述散熱盤相貼合；

24、在所述液體循環(huán)腔體另一斷面通孔處設(shè)有螺紋，與所述密封端蓋連接；所述密封端蓋端面開有通孔；所述密封連接套筒大直徑軸段的軸肩與所述密封端蓋及所述液體循環(huán)腔體接觸的一面貼合；所述密封連接套筒小直徑軸段與所述密封端蓋通孔相配合；所述彈簧壓緊盤端面中心處開有通孔，通孔與所述密封連接套筒相配合；所述彈簧座端面中心處開有通孔；所述彈簧座通孔與所述密封連接套筒?小直徑軸段配合，端面與所述密封端蓋貼合；所述壓力彈簧套入所述密封連接套筒小直徑軸段，一端與所述彈簧座端面貼合，另一端與所述彈簧壓緊盤貼合；所述端部連接蓋與所述密封連接套筒端面配合。

25、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述自定位偏差補償系統(tǒng)包括支架組件、壓力反饋組件、角度桿伸出模塊，所述角度桿伸出組件安裝在所述壓力反饋組件前端；所述壓力反饋組件和所述角度桿伸出模塊安裝在所述支架組件上；

26、所述支架組件包括滑動模板和立板，所述滑動模板開有兩個導(dǎo)向槽型孔，所述滑動模板側(cè)邊開有定位凸緣，使所立板垂直固定于所述滑動模板連接，形成界面呈l形的組件；所述滑動模板固定連接所述車架；

27、所述壓力反饋組件包括彈簧座、復(fù)位彈簧、彈簧壓環(huán)和壓力傳感器，所述彈簧座與所述復(fù)位彈簧一側(cè)相貼合，所述復(fù)位彈簧另一側(cè)與所述彈簧壓環(huán)相配合；所述彈簧壓環(huán)一側(cè)為凹形盤狀以定位所述復(fù)位彈簧，所述彈簧壓環(huán)突出形成桿狀觸頭，所述桿狀觸頭穿過所述彈簧座及所述立板；所述彈簧壓環(huán)與所述復(fù)位彈簧接觸另一側(cè)與所述壓力傳感器壓頭配合；所述壓力傳感器凸臺與所述滑動模板的導(dǎo)向槽型孔相配合，所述彈簧座接觸所述立板；

28、所述角度桿伸出模塊包括滑動板、旋轉(zhuǎn)桿支架、角度桿、電動推桿、推桿支架a、推桿支架b，所述滑動板滑動板中間設(shè)有凸臺，兩側(cè)一側(cè)開有通孔，另一側(cè)開有槽型孔；所述立板呈l型，開有供所述復(fù)位彈簧中探頭伸出的通孔和供所述推桿支架a和所述推桿支架b安裝的螺紋孔；所述推桿支架a和所述推桿支架b分別固定連接所述電動推桿，所述角度桿以兩個角度的連接板從圓柱面伸出，形成v形，兩個伸出板上設(shè)有槽型孔，分別與所述電動推桿和所述滑動板中的凸臺相配合；所述角度桿中的圓柱端面開有通孔，通孔內(nèi)設(shè)置有黃銅套筒，連接螺釘穿過固定墊圈及所述黃銅套筒螺紋連接所述旋轉(zhuǎn)桿支架，所述旋轉(zhuǎn)桿支架固定連接所述滑動模板。

29、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述末端極坐標(biāo)激光頭包括末端齒輪箱、末端三反射曲路模塊、極坐標(biāo)徑向位移模塊和末端激光頭，所述末端齒輪箱固定連接所述c軸主軸箱的外側(cè)；所述末端齒輪箱另一端部與所述末端三反射曲路模塊下端相連接；所述極坐標(biāo)徑向位移模塊與所述末端三反射曲路模塊形成滑動連接；所述末端激光頭下端與所述極坐標(biāo)徑向位移模塊以其滑動方向的法向進(jìn)行連接；

30、所述末端齒輪箱內(nèi)設(shè)有末端主動齒輪、末端從動齒輪及末端旋轉(zhuǎn)電機，所述末端齒輪箱通過末端深溝球軸承連接末端主軸箱，所述末端旋轉(zhuǎn)電機固定連接所述末端主軸箱，所述末端旋轉(zhuǎn)電機的輸出軸穿過所述末端主軸箱固定連接所述所述末端主動齒輪；所述末端從動齒輪固定連接所述末端齒輪箱，所述末端從動齒輪嚙合所述末端主動齒輪；所述末端選抓電機與所述?c?軸主軸箱通過連接套筒進(jìn)行固定；

31、所述末端三重反射曲路模塊包括末端反射鏡、末端大反射鏡、末端移動反射鏡及所述末端齒輪箱內(nèi)部的曲路部分，所述末端齒輪箱內(nèi)部曲路部分有兩個拐點；所述末端反射鏡裝在所述末端齒輪箱與所述?c軸主軸箱的連接軸線所對的端面上；所述末端移動反射鏡固定連接末端直線移動模塊，所述末端大反射鏡固定連接所述末端齒輪箱；

32、所述極坐標(biāo)徑向位移模塊包括末端小電機、末端絲杠、所述末端直線移動模塊、末端直線主動齒輪、末端直線從動齒輪，所述末端直線移動模塊設(shè)有凸臺與所述末端齒輪箱的凹坑相配合，形成滑動連接；所述末端小電機固定連接所述末端齒輪箱，所述末端小電機的輸出軸穿過所述末端齒輪箱固定連接所述末端直線主動齒輪；所述末端直線主動齒輪與所述末端直線從動齒輪相嚙合，所述末端直線從動齒輪與所述末端絲杠進(jìn)行周向固定；所述末端絲杠軸承連接所述末端齒輪箱，所述末端絲杠與所述末端直線移動模塊中內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)相配合；

33、所述末端激光頭包括末端激光頭基座、末端激光頭錐形圓筒、末端激光頭聚焦鏡片，所述末端激光頭基座通過所述末端直線移動模塊上凹坑進(jìn)行定位并與其配合；所述末端激光頭錐形圓筒與所述末端激光頭基座通過螺紋旋入進(jìn)行連接；所述末端加光頭聚焦鏡片安裝在所述末端激光頭錐形圓筒內(nèi)部。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明解決了在大型半腔體類工件、大型工件在加工后需要整體翻轉(zhuǎn)定位從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、定位精度差、所需設(shè)備多的問題。本發(fā)明在不同設(shè)備、工件腔體、等復(fù)雜環(huán)境中，通過檢測比對車身與環(huán)境的偏移量從而得到自身定位，從而實現(xiàn)自定位自校準(zhǔn)，在所述加工件內(nèi)腔中通過這種方式實現(xiàn)精度校準(zhǔn)，從而實現(xiàn)機械臂基于編程控制的基準(zhǔn)定位，實現(xiàn)高精度切割。打破了傳統(tǒng)切割方式中基于不變的機床坐標(biāo)同過定位工件的加工方式，實現(xiàn)了一種基于加工設(shè)備自身適應(yīng)工件坐標(biāo)的方法。本發(fā)明解決了在工件加工中，如車體、車架等大類工件中，大規(guī)模平面圖形切割中傳統(tǒng)機械臂基于多自由度關(guān)節(jié)控制實現(xiàn)末端的平面移動，導(dǎo)致機械臂關(guān)節(jié)自身空間移動量大、極多的自由度控制從而導(dǎo)致效率低、狹隘空間中導(dǎo)致末端無法進(jìn)行平面移動的問題。本發(fā)明在基于切割或焊接領(lǐng)域的機械臂結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)機械臂基于多關(guān)節(jié)或基于xyz位移的龍門絎架進(jìn)行的平面移動方法，在末端切割頭增加了極坐標(biāo)平面，使得機械臂關(guān)節(jié)數(shù)量減少，從而實現(xiàn)基于平面移動時機械臂自身的擺動范圍減小，大幅度提高了機械臂基于平面切割的范圍。同時在大規(guī)模小圖形切割時，本設(shè)備通過末端極坐標(biāo)體系，便可實現(xiàn)大部分小圖形的切割，從而避免的機械臂多關(guān)節(jié)的控制，極大的提高了切割效率和復(fù)雜腔體的適應(yīng)性。