[發明專利]一種激光切割頭姿態變換裝置及其控制系統

在審

• 申請號: 202310494139.5
• 申請日: 2023-04-28
• 公開（公告）號: CN116275592A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 梁佳楠;曹永軍;李文威;鐘震宇;林明勇
• 申請（專利權）人: 華南智能機器人創新研究院;廣東省科學院智能制造研究所
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/70;B23K26/08
• 代理公司: 廣東廣盈專利商標事務所(普通合伙) 44339
• 代理人: 李俊

1.一種激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述激光切割頭姿態變換裝置包括底座、三個電機、三自由度球面并聯機構和激光切割頭，所述三個電機固定設置在所述底座上，所述三自由度球面并聯機構的一端與所述三個電機的輸出軸連接，所述三自由度球面并聯機構的另一端與所述激光切割頭固定連接，所述三自由度球面并聯機構包圍所述激光切割頭；

所述三自由度球面并聯機構包括三組連桿組件，所述三組連桿組件中的每組連桿組件沿著所述底座的周向分布，所述每組連桿組件包括第一連桿、第二連桿和第三連桿，所述第一連桿的第一端與對應電機的輸出軸固定連接，所述第一連桿的第二端與所述第二連桿的第一端固定連接，所述第二連桿的第二端與所述第三連桿的第一端轉動連接，所述第三連桿的第二端與所述激光切割頭轉動連接。

2.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述每組連桿組件間隔120°布置。

3.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述第一連桿、所述第二連桿和所述第三連桿均為圓弧型連桿，所述第一連桿位于第一球面上，所述第二連桿位于第二球面上，所述第三連桿位于第三球面上，所述第一球面、所述第二球面和所述第三球面的球心重合；所述激光切割頭的噴嘴位于所述第三球面的球心處；

和/或所述第一連桿所在的平面和所述第二連桿所在的平面互相垂直。

4.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述三個電機中的每個電機均為伺服電機，所述三個電機的型號相同；

和/或所述三個電機中的每個電機基于電機安裝架固定設置在所述底座上。

5.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述第一連桿的第一端設置有電機輸出軸安裝通孔和電機輸出軸限位孔，所述電機輸出軸限位孔貫穿所述電機輸出軸安裝通孔的側壁；

所述電機輸出軸安裝通孔的內壁上設置有楔槽。

6.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述第一連桿和所述第二連桿的固定連接處設置有連接塊，所述連接塊的一端設置有第一凸起條，所述連接塊的另一端設置有第二凸起條，所述第一凸起條和所述第二凸起條互相垂直；

所述連接塊設置有螺孔，所述螺孔貫穿所述第一凸起條和所述第二凸起條的中心；

所述第一連桿的第二端設置有第一凹槽和第一沉孔，所述第一沉孔的貫穿所述第一凹槽的中部，所述第二連桿的第一端設置有第二凹槽和第二沉孔，所述第二沉孔貫穿所述第二凹槽的中部，所述第一凹槽和所述第一凸起條配合，所述第二凹槽和所述第二凸起條配合，所述第一沉孔和所述螺孔的一端基于螺栓配合，所述第二沉孔和所述螺孔的另一端基于螺栓配合。

7.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述第二連桿和所述第三連桿基于第一支撐軸轉動連接，所述第二連桿的第二端設置有第一轉動通孔，所述第三連桿的第一端設置有第二轉動通孔，所述第一支撐軸的兩端均設置有第一轉動部，所述第一轉動通孔和所述第一支撐軸的一端的第一轉動部轉動配合，所述第二轉動通孔和所述第一支撐軸的另一端的第一轉動部轉動配合。

8.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述第三連桿和所述激光切割頭基于第二支撐軸轉動連接，所述第三連桿的第二端設置有第三轉動通孔，所述第二支撐軸的一端設置有第二轉動部，所述第二支撐軸的另一端設置有固定部，所述第三轉動通孔和所述第二轉動部轉動配合，所述固定部與所述激光切割頭固定連接。

9.如權利要求1所述的激光切割頭姿態變換裝置，其特征在于，所述底座的中央設置有圓孔，環繞所述圓孔設置有若干法蘭孔；

所述激光切割頭連接有光纖，所述光纖從所述圓孔中穿出。

10.一種基于權利要求1至9任一項所述的激光切割頭姿態變換裝置的控制系統，其特征在于，所述控制系統包括：

參數設定模塊，用于輸入切割速度和切割頭參數；

軌跡給定模塊，用于輸入給定的激光切割軌跡；

電機轉角計算模塊，用于接收所述切割速度、所述切割頭參數和所述給定的激光切割軌跡，將所述給定的激光切割軌跡經過坐標系變換和激光束半徑補償生成所述激光切割頭的運動軌跡，并提取所述運動軌跡的姿態特征生成垂直于工件表面的預設方位角，所述預設方位角與所述激光切割頭當前方位角的差值為控制量，配合所述切割速度和所述切割頭參數將所述控制量經過運動學逆解計算轉變成三個電機的對應轉角；

伺服驅動模塊，用于接收所述轉角，并控制所述三個電機按照所述轉角轉動。