CN110328560A - 一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***和方法 - Google Patents

一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***及方法，该机械臂***包括机械臂、工作支架、加工装置、工件图像获取装置和控制台，其中：工作支架设置于机械臂工作范围内，用于固定工件；加工装置通过夹具体连接在机械臂的末端，该加工装置具有加工刀具，夹具体上设有用于感应加工过程中加工刀具与工件之间力的大小的力传感器；工件图像获取装置用于获取工件的三维图像，并得到工件的坐标信息特征；控制台用于接收工件的坐标信息特征数据和力传感器数据，并控制机械臂，对工件加工。与现有技术相比，本发明结构简单，操作稳定且精度高。

Description

一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***和方法
技术领域
本发明涉及球形曲面壳体加工技术领域，尤其是涉及一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***和方法。
背景技术
在多种不同曲面壳体中对这些零件进行加工时，传统的加工方式需花费大量的时间和精力，而且精度很低。中国专利CN107807610A公开了一种基于特征库的复杂曲面零件机械臂加工***和方法，该***包括：特征数据库、工艺规划和特征匹配模块、代码转换接口、信息处理模块、加工仿真模块、实际加工模块。该方法包括步骤：对复杂曲面零件特征进行分析和提取，从特征数据库中匹配相似的信息，制定加工工艺流程和设置相应的加工工艺参数；对待加工复杂曲面零件的加工过程进行数字化仿真分析；通过实际加工模块对待加工复杂曲面零件进行机械臂铣削加工。该方法和***对于多种复杂的曲面加工，提取加工零件特征建立数据库就会复杂了许多，工作量会非常大，并且加工的过程中精度不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，包括：
机械臂，
工作支架，设置于机械臂工作范围内，用于固定工件，
加工装置，通过夹具体连接在机械臂的末端，该加工装置具有加工刀具，夹具体上设有用于感应加工过程中加工刀具与工件之间力的大小的力传感器，
工件图像获取装置，用于获取工件的三维图像，并得到工件的坐标信息特征，
控制台，用于接收工件的坐标信息特征数据和力传感器数据，并控制机械臂，对工件加工。
作为本发明优选的技术方案，所述的工作支架包括竖置的型材及可调整地设置于型材上的上移动卡爪和下移动卡爪，所述的上移动卡爪和下移动卡爪配合，对工件进行夹持。
作为本发明优选的技术方案，所述的加工装置还包括加工电机，所述的加工电机与加工刀具传动连接，用于带动加工刀具转动。
作为本发明优选的技术方案，所述的夹具体由连接板以及分别设置于连接板前后两端的前板和后板组成，连接板与机械臂连接，并设有滑动电机座，所述的加工电机位于夹具体内，并与滑动电机座连接，加工刀具从前板穿出，力传感器设置于加工电机与后板之间。
作为本发明优选的技术方案，所述的工件图像获取装置包括深度相机和计算机，所述的深度相机获取工件的深度图像，计算机根据深度图像计算得到工件的三维图像，并根据工作支架的坐标位置计算得到工件的坐标信息特征。
作为本发明进一步优选的技术方案，所述的计算机为安装有Hexsight软件的电脑。Hexsight软件对传输的图片进行处理，求出工件在坐标系中的位置。
作为本发明优选的技术方案，所述的机械臂为六轴机械臂。
作为本发明优选的技术方案，工件的形状包括圆球面壳、椭球面壳、抛物面壳、双曲扁壳、双曲抛物面扭壳、双曲抛物面鞍形壳及不规则球形曲面壳体中的任一种，工件的材料包括无机非金属材料、有机高分子材料及金属材料中的任一种。
本发明还提供一种加工复杂球形曲面壳体的方法，采用所述的机械臂***，该方法包括以下步骤：
S1：将工件固定在在工作支架上；
S2：采用工件图像获取装置获取工件的三维图像，并得到工件的坐标信息特征；
S3：控制台根据工件的坐标信息特征，通过控制台模拟程序模拟加工，调试，直至模拟加工满足要求；
S4：当模拟加工达到要求时，控制加工刀具移动到正确的坐标，进行实际加工，加工过程中，根据力传感器获取的力的大小数据实时调整。
本发明的使用深度相机会对工件的特征进行提取，获取曲面零件的相关信息，无需建立复杂的特征信息库，快速将信息转换成可以处理的数据工作量减小并且更加的准确，更加贴合现代化的趋势，本申请还使用了力传感器，加工曲面壳体时，零件表面力是复杂的，稍有不慎会破坏零件，因此加工的过程中检测力的大小，将信息传送到控制台进行调整。本发明利用图像识别技术、通信技术和计算机技术，让机械臂上的刀具能够加工任意的曲面壳体，具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便。
与现有技术相比，本发明获取曲面壳体的相关信息，快速将信息转换成可以处理的数据，工作量减小并且更加的准确，适用不同曲面壳体的加工，更加贴合现代化的趋势。本发明具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便。
附图说明
图1为本发明加工复杂球形曲面壳体的机械臂***的结构示意图；
图2为本发明加工复杂球形曲面壳体的方法的流程示意图。
图中，1为机械臂，2为工作支架，21为型材，22为上移动卡爪，23为下移动卡爪，3为加工装置，31为加工刀具，32为加工电机，41为连接板，42为前板，43为后板，44为力传感器，45为滑动电机座，5为深度相机，6为计算机连接线，7为控制台连接线，8为工件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，如图1所示，包括机械臂1、工作支架2、加工装置3、工件图像获取装置和控制台，其中：工作支架2设置于机械臂1工作范围内，用于固定工件8；加工装置3通过夹具体连接在机械臂1的末端，该加工装置3具有加工刀具31，夹具体上设有用于感应加工过程中加工刀具31与工件8之间力的大小的力传感器44；工件图像获取装置用于获取工件8的三维图像，并得到工件8的坐标信息特征；控制台用于接收工件8的坐标信息特征数据和力传感器数据，并控制机械臂1，对工件8加工。
本实施例中，机械臂1优选采用六轴机械臂，以满足复杂曲面壳体的加工。工作支架2包括竖置的型材21及可调整地设置于型材21上的上移动卡爪22和下移动卡爪23，上移动卡爪22和下移动卡爪23配合，对工件8进行夹持。工件8的形状包括圆球面壳、椭球面壳、抛物面壳、双曲扁壳、双曲抛物面扭壳、双曲抛物面鞍形壳及不规则球形曲面壳体中的任一种，工件的材料包括无机非金属材料、有机高分子材料及金属材料中的任一种。对于不同的工件8，可通过上、下移动卡爪调整大小，螺母拧紧固定。
本实施例中的加工装置除了加工刀具31外，还包括加工电机32，加工电机32与加工刀具31传动连接，用于带动加工刀具31转动。夹具体由连接板41以及分别设置于连接板41前后两端的前板42和后板43组成，连接板41与机械臂1连接，并设有滑动电机座45，加工电机32位于夹具体内，并与滑动电机座45连接，加工刀具31从前板42穿出，力传感器44设置于加工电机32与后板43之间。
本实施例中，工件图像获取装置包括深度相机5和计算机，深度相机5获取工件8的深度图像，计算机根据深度图像计算得到工件8的三维图像，并根据工作支架2的坐标位置计算得到工件8的坐标信息特征。本实施例中，优选深度相机5通过计算机连接线6与计算机连接。计算机还与控制台连接，控制台通过控制台连接线与机械臂1连接。深度相机5是专用于机器视觉方面的硬件，配套的软件也是专门处理三维光学图，将深度相机扫描到的工件三维图传送给计算机，在软件上处理，再把工件8的坐标信息特征通过串信通口传输给控制台。控制台对这些坐标进行编程调试，从而控制机械臂1对工件8的加工。深度相机5对工件8扫描可以通过将深度相机5围绕工件8转动，或控制工件8在工作支架2上转动，或者采用其他方式实现。
如图2所示，加工复杂球形曲面壳体的方法，采用上述机械臂***，该方法包括以下步骤：
S1：将工件8固定在在工作支架2上；
S2：采用工件图像获取装置获取工件8的三维图像，并得到工件8的坐标信息特征；
S3：控制台根据工件8的坐标信息特征，通过控制台模拟程序模拟加工，调试，直至模拟加工满足要求；
S4：当模拟加工达到要求时，控制加工刀具31移动到正确的坐标，进行实际加工，加工过程中，根据力传感器44获取的力的大小数据实时调整。
本发明的使用深度相机会对工件的特征进行提取，获取曲面零件的相关信息，无需建立复杂的特征信息库，快速将信息转换成可以处理的数据工作量减小并且更加的准确，更加贴合现代化的趋势，本申请还使用了力传感器，加工曲面壳体时，零件表面力是复杂的，稍有不慎会破坏零件，因此加工的过程中检测力的大小，将信息传送到控制台进行调整。本发明利用图像识别技术、通信技术和计算机技术，让机械臂上的刀具能够加工任意的曲面壳体，具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，包括：
机械臂(1)，
工作支架(2)，设置于机械臂(1)工作范围内，用于固定工件(8)，
加工装置(3)，通过夹具体连接在机械臂(1)的末端，该加工装置(3)具有加工刀具(31)，夹具体上设有用于感应加工过程中加工刀具(31)与工件(8)之间力的大小的力传感器(44)，
工件图像获取装置，用于获取工件(8)的三维图像，并得到工件(8)的坐标信息特征，
控制台，用于接收工件(8)的坐标信息特征数据和力传感器数据，并控制机械臂(1)，对工件(8)加工。
2.根据权利要求1所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，所述的工作支架(2)包括竖置的型材(21)及可调整地设置于型材(21)上的上移动卡爪(22)和下移动卡爪(23)，所述的上移动卡爪(22)和下移动卡爪(23)配合，对工件(8)进行夹持。
3.根据权利要求1所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，所述的加工装置还包括加工电机(32)，所述的加工电机(32)与加工刀具(31)传动连接，用于带动加工刀具(31)转动。
4.根据权利要求3所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，所述的夹具体由连接板(41)以及分别设置于连接板(41)前后两端的前板(42)和后板(43)组成，连接板(41)与机械臂(1)连接，并设有滑动电机座(45)，所述的加工电机(32)位于夹具体内，并与滑动电机座(45)连接，加工刀具(31)从前板(42)穿出，力传感器(44)设置于加工电机(32)与后板(43)之间。
5.根据权利要求1所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，所述的工件图像获取装置包括深度相机(5)和计算机，所述的深度相机(5)获取工件(8)的深度图像，计算机根据深度图像计算得到工件(8)的三维图像，并根据工作支架(2)的坐标位置计算得到工件(8)的坐标信息特征。
6.根据权利要求1所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，所述的机械臂(1)为六轴机械臂。
7.根据权利要求1所述的一种加工复杂球形曲面壳体的机械臂***，其特征在于，工件(8)的形状包括圆球面壳、椭球面壳、抛物面壳、双曲扁壳、双曲抛物面扭壳、双曲抛物面鞍形壳及不规则球形曲面壳体中的任一种，工件的材料包括无机非金属材料、有机高分子材料及金属材料中的任一种。
8.一种加工复杂球形曲面壳体的方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一所述的机械臂***，该方法包括以下步骤：
S1：将工件(8)固定在在工作支架(2)上；
S2：采用工件图像获取装置获取工件(8)的三维图像，并得到工件(8)的坐标信息特征；
S3：控制台根据工件(8)的坐标信息特征，通过控制台模拟程序模拟加工，调试，直至模拟加工满足要求；
S4：当模拟加工达到要求时，控制加工刀具(31)移动到正确的坐标，进行实际加工，加工过程中，根据力传感器(44)获取的力的大小数据实时调整。
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