[發(fā)明專利]一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710160344.2
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106799738B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 吳海彬;高裕強;何可耀
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16;B24B19/00;B24B51/00;B24B41/04;B24B47/12
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明涉及一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)及方法，其特征在于：包括上位機、工業(yè)機器人、機器人控制器、力傳感器、信號采集器、磨拋裝置和工作臺；所述上位機與所述信號采集器、所述機器人控制器相連，所述機器人控制器與所述工業(yè)機器人、所述磨拋裝置相連，所述信號采集器與所述力傳感器相連；所述工業(yè)機器人與所述磨拋裝置相連，所述力傳感器設置在所述磨拋裝置與工業(yè)機器人的連接處，所述工作臺用以固定工件。本發(fā)明既能夠直接對自由曲面直接磨拋，不需要事先進行離線編程，還能夠實現(xiàn)曲面磨拋時接觸壓力恒定且可調，控制簡單，易于操作。

技術領域

本發(fā)明涉及自由曲面自動磨拋加工領域，特別是一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)及方法。

背景技術

目前對自由曲面磨拋加工時，由于曲面的任意性，很難通過手動示教完成機器人的編程工作，普遍的做法是通過機器人的離線編程：在自由曲面上規(guī)劃出磨拋路徑，精確定位出工件坐標系原點在機器人坐標系中的位姿，將磨拋路徑轉換到機器人坐標系上，生成機器人的運動指令，導入機器人控制器實現(xiàn)機器人的磨拋作業(yè)。此種方式大大簡化手動示教的過程。但離線編程過程中，由于機器人坐標系與工件坐標系不重合，需對兩個坐標系間的關系進行測量，而實際運用過程中難免存在誤差，使得離線編程的軌跡與實際的工件曲面不符，造成接觸力不穩(wěn)定，需要對磨拋軌跡進行修正。

公開號為CN103878666A的中國發(fā)明專利(一種自由曲面機器人打磨系統(tǒng))專利提出了一種用機器人進行自由曲面的機器人打磨系統(tǒng)概念，通過離線編程生成機器人的磨拋軌跡，通過氣動柔性氣缸補償離線編程規(guī)劃的軌跡與工件實際位置的偏差。公開號為CN103056759A的中國發(fā)明專利(一種基于傳感器反饋的機器人磨削系統(tǒng))，通過雙目攝像頭檢測工件輪廓，進行三維重構，并把輪廓數(shù)據(jù)傳給控制系統(tǒng)進行誤差校正，同時還有砂輪檢測單元檢測砂輪磨損，進行誤差補償。申請?zhí)枮镃N201510919085.8的中國發(fā)明專利(基于力控制的龍門吊裝機器人打磨加工方法)專利根據(jù)離線路徑對工件進行加工，同時由力傳感器對打磨路徑進行修正，保證打磨力的穩(wěn)定。

但離線編程仍要經(jīng)過多個步驟才能實現(xiàn)，尤其是工件坐標系相對機器人坐標系的相對關系隨著使用時間的推移，需要定期校準。在大批量生產中，離線編程方法所需時間占總生產時間的比例很小，離線編程方法適用于大批量相同的零件磨拋，但對于小批量或單件的自由曲面磨拋，離線編程的弊端顯現(xiàn)，難以實現(xiàn)機器人自動磨拋。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)及方法，既能夠直接對自由曲面直接磨拋，不需要事先進行離線編程，還能夠實現(xiàn)曲面磨拋時接觸壓力恒定且可調，控制簡單，易于操作。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)，具體包括上位機、工業(yè)機器人、機器人控制器、力傳感器、信號采集器、磨拋裝置和工作臺；所述上位機與所述信號采集器、所述機器人控制器相連，所述機器人控制器與所述工業(yè)機器人、所述磨拋裝置相連，所述信號采集器與所述力傳感器相連；所述工業(yè)機器人與所述磨拋裝置相連，所述力傳感器設置在所述磨拋裝置與工業(yè)機器人的連接處，所述工作臺用于固定工件。

進一步地，所述力傳感器具有相對且平行的安裝平面和工具平面，所述安裝平面通過連接件固定在所述工業(yè)機器人的末端法蘭上，工業(yè)機器人末端坐標系的Z軸與力傳感器坐標系的Z軸共線且同向，工業(yè)機器人末端坐標系的X軸與力傳感器坐標系的X軸平行且同向；所述工具平面通過安裝連接件與所述磨拋裝置固定。

進一步地，所述上位機包括機器人控制器通信模塊、信號采集器通信模塊、位姿坐標解算模塊、重力補償模塊、摩擦力補償模塊、磨拋軌跡控制模塊、磨拋邊界識別模塊和用戶界面；

所述位姿坐標解算模塊通過獲取工業(yè)機器人當前的關節(jié)信息，正向求解工業(yè)機器人運動學獲得工業(yè)機器人位姿信息；通過工業(yè)機器人的位姿信息逆向求解出工業(yè)機器人的關節(jié)信息；