[發(fā)明專利]一種大體積工件雕刻的機(jī)器人加工控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710702641.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN107471882B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁超鴻;何焯成;苗慶地;趙永源;龐程;李曉湛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江門市蓬江區(qū)珠西智谷智能裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): B44B1/00
• 分類號(hào): B44B1/00;B44B1/06;B25J13/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 廖華均

本發(fā)明公開了一種大體積工件雕刻的機(jī)器人加工控制系統(tǒng)，包括外部輸入系統(tǒng)、機(jī)器人離線雕刻加工控制系統(tǒng)和機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，所述機(jī)器人離線雕刻加工控制系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)算模塊、邏輯控制模塊以及加工曲面預(yù)處理模塊，所述機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括外部輸出器件、工件加工及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和機(jī)器人本體，本發(fā)明在加工工件的過(guò)程中可以調(diào)整工件姿態(tài)，通過(guò)添加一個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)里的機(jī)器人加工曲面預(yù)處理模塊與工件加工及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，從而保證調(diào)整后加工精度滿足工業(yè)要求，而且加工時(shí)的振動(dòng)小，機(jī)器壽命長(zhǎng)，具有很高的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雕刻設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大體積工件雕刻的機(jī)器人加工控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)4.0的持續(xù)推進(jìn)和工業(yè)革命的深化，中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)入一個(gè)新的階段。無(wú)人化、自動(dòng)化、智能化成為中國(guó)工業(yè)變革的重要組成部分。其中機(jī)器人代替人手的無(wú)人化正在成為工業(yè)生產(chǎn)的主體。在當(dāng)前的社會(huì)形式下，機(jī)器人在很大形式上是由多自由度機(jī)器手來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的。其中，串聯(lián)型機(jī)器手正是其中被廣泛使用的一種。串聯(lián)型機(jī)器手因?yàn)槠鋸V闊的工作范圍，靈活的方位變換以及相對(duì)較少的機(jī)體空間而被廣泛使用在各種機(jī)器加工方面。

在行業(yè)內(nèi)，六自由度機(jī)器手有著工作空間寬廣，工作精度高，系統(tǒng)可靠等典型的特點(diǎn)，不失一般性，下面就用六自由度機(jī)器手進(jìn)行一些闡述。盡管六自由度機(jī)器手的工作空間在理論上可以達(dá)到半球面任何一點(diǎn)的，但是受到加工工件體積影響以及機(jī)器人坐標(biāo)點(diǎn)某些奇異解的影響，機(jī)器手實(shí)際上不能按照理想中的情況進(jìn)行隨意的加工與運(yùn)動(dòng)。

一般情況下，如果加工工件相對(duì)機(jī)器人本體的體積較小，那么機(jī)器人運(yùn)動(dòng)約束問題并不顯著，但是在加工工件體積較大時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)受限的問題顯得非常突出。即使運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)姿態(tài)不考慮出現(xiàn)奇異解的問題，但是相鄰加工點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)變換可能需要很大的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度才能實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于加工效率來(lái)說(shuō)是極其低下的，同時(shí)對(duì)于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也提出很大挑戰(zhàn)(高加速度沖擊和運(yùn)行的振動(dòng))。因此，大體積工件加工的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)約束很大，需要改進(jìn)。

另外一方面，隨著工業(yè)制造的深化，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也向著多樣化加工方式發(fā)展。機(jī)器人從傳統(tǒng)的打磨噴涂焊接等方式向其他加工方式滲透，其中雕刻也正是其中之一。雕刻加工相對(duì)其他加工方式的主要區(qū)別在于工件及加工刀具的不同。雕刻方面的工件初始狀態(tài)比較規(guī)整方正，但是材質(zhì)致密，重量大，體積大，切削量很大，相比焊接等加工方式，大重量和大體積造成一般傳統(tǒng)上的工裝不能直接使用在雕刻行業(yè)。加工刀具一般是金剛石雕刻刀具，能夠旋轉(zhuǎn)或者直線行走。加工刀具的硬度大，切削時(shí)需要的加減速度高，因此，雕刻時(shí)候產(chǎn)生的振動(dòng)和動(dòng)量沖擊非常嚴(yán)重。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，大量雕刻加工采用的還是其他如焊接等方式里的加工系統(tǒng)，專業(yè)的機(jī)器人雕刻系統(tǒng)還沒成型，因此，雕刻機(jī)器人的加工方法非常值得探索研究。現(xiàn)有的機(jī)器人雕刻加工系統(tǒng)通常采用固定夾具機(jī)器人加工系統(tǒng)和可調(diào)工件姿態(tài)的機(jī)器人加工系統(tǒng)。固定夾具機(jī)器人加工系統(tǒng)中，機(jī)器人加工采用的是普通加工機(jī)器手配上固定夾具進(jìn)行的簡(jiǎn)單加工，這種加工方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，而且加工的工件體積比較小而且操作簡(jiǎn)單，但是這種加工方式只能加工簡(jiǎn)單器件，對(duì)于大體積工件(工件體積與機(jī)器手可以比擬)，就存在加工過(guò)程中的碰撞問題。同時(shí)，正如工人在不能移動(dòng)情況下不能加工物體的背面相似，機(jī)器手也很難實(shí)現(xiàn)背面及正面的加工；可調(diào)工件姿態(tài)的機(jī)器人加工系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)中比較先進(jìn)的機(jī)器人加工方式，其通過(guò)機(jī)器人配上可以滾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)進(jìn)行立體加工，具體工作臺(tái)上的加工裝夾具一般為一維工裝夾具，此加工方法一般都是通過(guò)翻滾及旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度然后讓機(jī)器人可以方便的加工工件，特點(diǎn)是可以適應(yīng)加工某些狹窄隱藏位置的加工，該加工系統(tǒng)對(duì)于雕刻加工來(lái)說(shuō)，由于雕刻的工件 (比如石雕)，重量大，體積大，因此上述的上下翻滾機(jī)構(gòu)將承受很大壓力，造成磨損。另外，加工時(shí)，雕刻的切削加速度很大，造成整體機(jī)構(gòu)沖擊很強(qiáng)，加工振動(dòng)很大。還有一個(gè)缺陷，這種編程控制系統(tǒng)的加工通常都是采用一次性離線編程完成的，不能適應(yīng)多面加工的方式。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大體積工件雕刻的機(jī)器人加工控制系統(tǒng)。