[發明專利]基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨系統及其方法

有效

• 申請號: 202111514056.5
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114290147B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 楊杰;崔國華;張振山;岳義;陳賽旋;朱姿娜
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B24B5/44
• 分類號: B24B5/44;B24B27/00;B24B41/06;B24B49/00;B24B41/04;B25J18/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，應用于汽車輪轂打磨系統，其特征在于，所述汽車輪轂打磨系統包括第一機械臂(1)和第二機械臂(2)，所述第一機械臂(1)的末端通過第一電主軸(5)連接安裝有待打磨的輪轂(4)，所述第二機械臂(2)的末端通過第二電主軸(6)連接安裝有加工刀具(3)，所述第一機械臂(1)和第二機械臂(2)分別根據設定的對應的加工軌跡和指令，以分別控制輪轂(4)的加工位置、加工刀具(3)的工作位置和加工力；

所述基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，包括以下步驟：

S1、建立雙機械臂運動學模型，并進行基坐標系標定；

S2、生成輪轂孔端面區域加工路徑，并規劃相應的初步加工軌跡；

S3、構建雙機械臂協作加工控制框架；

S4、搭建雙機械臂協作加工仿真平臺，通過仿真進行碰撞檢查及碰撞處理，以保證雙機械臂能夠平穩連續地運動；

基于仿真結果對初步加工軌跡以及雙機械臂的控制指令進行調整；

S5、根據調整后的加工軌跡以及控制指令，離線生成雙機械臂協作打磨輪轂孔端面區域的控制程序；

S6、將待打磨的輪轂安裝至第一機械臂的末端、在第二機械臂的末端安裝加工刀具；

第一機械臂和第二機械臂分別按照控制程序發生運動，完成對輪轂孔端面區域的打磨操作；

所述步驟S2的具體過程為：以輪轂孔端面的圓作為加工軌跡，將加工軌跡離散化，得到單位切線矢量τ和單位內法線矢量f兩個方向；

然后進一步根據這兩個矢量方向確定第二機械臂末端加工刀具的姿態，其切矢量方向為加工路徑的方向，法矢量方向是加工力的方向；

根據輪轂孔端面的加工工藝要求，對第二機械臂末端加工刀具的姿態規定如下：在加工作業過程中，加工軌跡上路徑點的法線矢量f與加工刀具TCP坐標系的X_t方向重合，同時也是第二機械臂末端進行恒力控制的方向；TCP坐標系的Y_t方向為路徑點的切線矢量τ且指向下一個加工位置點，同時也是加工刀具移動的方向；加工刀具的TCP坐標系的Z_t方向與路徑點的法線矢量f與切線矢量τ的叉乘方向w＝f×τ重合，且符合右手定則。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，其特征在于，所述第一機械臂(1)和第二機械臂(2)分別連接至同一控制器，所述控制器內存儲有對應于第一機械臂(1)和第二機械臂(2)的控制程序。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，其特征在于，所述第二機械臂(2)的末端還安裝有用于采集加工接觸力的力矩傳感器。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，其特征在于，所述步驟S1的具體過程為：建立雙機械臂與輪轂、加工刀具之間的封閉運動鏈，包括兩條開環運動鏈，其中一條開環運動鏈為第一機械臂基座-第一機械臂末端-輪轂-加工位置點，另一條開環運動鏈為第一機械臂基座-第二機械臂基座-第二機械臂末端-加工刀具-加工位置點；

之后使用激光跟蹤儀標定第一機械臂、第二機械臂的基坐標系，根據相對坐標變換原理，得到第一機械臂基坐標系與第二機械臂基坐標系之間的相對變換矩陣。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，其特征在于，所述步驟S3的具體過程為：第一機械臂夾持輪轂進行位置控制，以精確跟蹤加工軌跡；

根據步驟S1中封閉運動鏈獲得第二機械臂的運動軌跡，第二機械臂夾持加工刀具進行運動軌跡跟蹤，并通過實時采集加工接觸力、基于阻抗控制算法進行加工刀具的恒定加工力控制。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙工業機器人協作的汽車輪轂打磨方法，其特征在于，所述步驟S4的具體過程為：搭建與實物物理平臺比例為1：1的雙機械臂協作打磨輪轂孔端面系統仿真平臺；

仿真過程中啟動碰撞檢測，若發生碰撞，則將兩臺機械臂設定為暫停狀態；

仿真結束后，根據仿真結果對初步加工軌跡以及雙機械臂的控制指令進行調整。