CN111496643A - 一种机器人打磨末端执行器及打磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种机器人打磨末端执行器及打磨方法，其中，法兰1一侧与机器人手臂连接，法兰1另一侧与安装板2一面连接，安装板2另一面设置恒力控制装置3，电主轴抱座4将恒力控制装置3与磨削电主轴5连接在一起，刀柄7安装在电主轴5上，法向偏差精度补偿机构8与刀柄7连接，锁紧螺母9将打磨盘10固定在法向偏差精度补偿机构8的轴端，随动吸尘罩6安装连接套筒11的一端上，连接套筒11的另一端与电主轴抱座4连接，随动吸尘罩6在打磨盘10与法向偏差精度补偿机构8之间形成封闭腔体，磨削过程产生的粉尘可以通过随动吸尘接口排出；外壳12与安装板2连接，防止磨削粉尘进入电主轴5和恒力控制装置3；防撞传感器14通过支架13安装在外壳12上。

Description

一种机器人打磨末端执行器及打磨方法
技术领域
本发明涉及机械加工自动化技术领域，具体涉及一种机器人打磨末端执行器及打磨方法。
背景技术
在航空航天领域应用大量的曲面工件，目前，工厂大量使用手工打磨机对曲面工件进行磨削，这种打磨方式对工人技术及经验要求较高，同时飞溅的粉尘危害人身健康，也不利于环保。因此，采用机器人磨削是必然趋势。在机器人打磨过程中，传统的方式采用打磨工具与电主轴刚性连接，这种连接方式的缺点是受曲面工件曲线轮廓的影响，若工件在工装上存在安装误差，当打磨盘与工件接触时，打磨盘就会破坏工件轮廓形面，使磨削量超差。
发明内容
本发明正是针对传统手工打磨，去除量不易控制等问题，提出一种机器人打磨末端执行器及打磨方法，其目的是实现机械偏角精度补偿，随动收集粉尘、恒力打磨功能，大大提高打磨的质量和精度。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本申请提供一种机器人打磨末端执行器，所述机器人打磨末端执行器包括法兰1、安装板2、恒力控制装置3、电主轴抱座4、磨削电主轴5、随动吸尘罩6、刀柄7、法向偏差精度补偿机构8、锁紧螺母9、打磨盘10、连接套筒11、外壳12、支架13和防撞传感器14，其中，
法兰1一侧与机器人手臂连接，法兰1另一侧与安装板2一面连接，安装板2另一面设置恒力控制装置3，电主轴抱座4将恒力控制装置3与磨削电主轴5连接在一起，刀柄7安装在电主轴5上，法向偏差精度补偿机构8与刀柄7连接，锁紧螺母9将打磨盘10固定在法向偏差精度补偿机构8的轴端，随动吸尘罩6安装连接套筒11的一端上，连接套筒11的另一端与电主轴抱座4连接，随动吸尘罩6在打磨盘10与法向偏差精度补偿机构8之间形成封闭腔体，磨削过程产生的粉尘可以通过
随动吸尘接口排出；外壳12与安装板2连接，防止磨削粉尘进入电主轴5和恒力控制装置3；防撞传感器14通过支架13安装在外壳12上，防止末端执行器发生碰撞。
优选的，法向偏差精度补偿机构8包括球形齿轮轴15、球形齿轮套16、工具安装轴17、流量控制阀18、油路管19、油缸20、安装板21、万向球铰22、摆动盘23、轴承24、连接螺钉25和轴承盖26，其中：
球形齿轮轴15一端与刀柄7连接，球形齿轮轴15另一端与球形齿轮套16一端连接，球形齿轮套16与摆动盘23通过轴承24连接，轴承盖26通过连接螺钉25与摆动盘23连接，将轴承24轴向定位，球形齿轮套16另一端与工具安装轴17连接，打磨盘10套在工具安装轴17上，锁紧螺母9将其固定。四个万向球铰22均布在摆动盘23上，四个万向球铰22杆端分别与四个油缸20的伸缩杆螺纹连接，四个伸缩油缸20均布在安装板21上，对角布置的伸缩油缸20通过油路管19连通，使得两两形成连通回路。
优选的，机器人打磨末端执行器还包括流量控制阀18，流量控制阀18设置在油路19上，调节油路19的流量。
优选的，恒力控制装置3包括气动恒力控制装置。
优选的，恒力控制装置3内部设有力传感器。
优选的，随动吸尘罩6与真空吸尘设备连接。
优选的，防撞传感器14包括超声波防撞传感器。
优选的，三组超声波防撞传感器14分别通过支架13安装在外壳12上。
第二方面，本申请提供一种打磨方法，应用于上述机器人打磨末端执行器，所述方法包括：
通过机器人离线加工程序设定加工参数；
机器人带动所述机器人打磨末端执行器到达加工位置；
恒力控制装置3预压紧到设定力，工具与工件接触；
法向偏差精度补偿机构8使刀具与工件表面自动贴合；
随动除尘功能自动启动，电主轴5自动启动，机器人带动机器人打磨末端执行器按离线程序自动执行加工轨迹；
加工完毕后，机器人打磨末端执行器自动关闭电主轴5，随动除尘功能自动关闭，机器人带动末端执行器退出加工程序；
恒力控制装置3复位；
加工过程中防碰撞***全程开启，若检测到碰撞信号，将信号给控制***，机器人自动停止运动，电主轴5自动停止转动，恒力控制装置3自动退回安全位置。
综上所述，针对传统手工打磨，去除精度不易控制等问题，提出了一种能够曲面法向自适应的精度补偿、打磨力恒定输出及带有随动除尘功能的末端执行器。使曲面打磨去除量均匀，打磨精度提高，又能降低粉尘对工人的人身损害。
附图说明
图1是本发明提出的机器人打磨末端执行器的结构主视图；
图2是本发明提出的机器人打磨末端执行器的结构剖视图；
图3是本发明提出的法向偏差精度补偿机构剖视图；
图4是本发明提出的末端执行器工作流程图；
其中：1－法兰、2－安装板、3－恒力控制装置、4－电主轴抱座、5－磨削电主轴、6－随动吸尘罩、7－刀柄、8－法向偏差精度补偿机构、9－锁紧螺母、10－打磨盘、11－连接套筒、12－外壳、13－支架、14－防撞传感器、15－形齿轮轴、16－球形齿轮套、17－工具安装轴、18－流量控制阀、19－油路管、20－油缸、21－安装板、22－万向球铰、23－摆动盘、24－轴承、25－连接螺钉和26－轴承盖。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
本发明提供一种机器人打磨末端执行器，该执行器通过法兰1与机器人手臂连接，法兰1与安装板2连接，电主轴抱座4将恒力控制装置3与磨削电主轴5连接在一起，刀柄7安装在磨削电主轴5上，法向偏差精度补偿机构8与刀柄7连接，锁紧螺母9将打磨盘10固定在法向偏差精度补偿机构8的轴端，随动吸尘罩6安装连接套筒11上，连接套筒11的另一端与电主轴抱座4连接，随动吸尘罩6在打磨盘10与法向偏差精度补偿机构8之间形成封闭腔体，磨削过程产生的粉尘可以通过随动吸尘接口排出。外壳12与安装板2连接，防止磨削粉尘进入电主轴5和恒力控制装置3。防撞传感器14通过支架13安装在外壳上，防止末端执行器发生碰撞。
实际应用中，机器人打磨末端执行器，安装在工业机器人手臂上，用于复杂曲面表面的磨削加工。通过与工业机器人协同实现自动化加工。
进一步，所述采用一种气动恒力控制装置3，气动恒力控制装置安装在法兰与电主轴之间，能够反馈磨削力，在机器人磨削过程中保持磨削力恒定，磨削量均匀。为了保证打磨加工时打磨力的稳定可控，气动恒力控制装置内部设有精密力传感器，可以实时监测打磨头的加工位姿，并通过软件算法自动补偿打磨头的自重对压紧力的造成的影响，保证打磨加工时恒力稳定。恒力气动装置安装在法兰与电主轴之间，通过进气量可以控制输出力，使打磨工具施加在工件上的力保持一定范围的恒定。
进一步，所述末端执行器采用一种法向偏差精度补偿机构8，能够补偿工件安装误差。所述精度补偿机构通过球形齿轮轴15与刀柄7连接，球形齿轮轴15另一端与球形齿轮套16连接，球形齿轮套16与摆动盘23通过轴承24连接，轴承盖26通过连接螺钉25与摆动盘23连接，将轴承24轴向定位，球形齿轮套16另一端与工具安装轴17连接，打磨盘10套在工具安装轴17上，锁紧螺母9将其固定。四个万向球铰22均布在摆动盘23上，万向球铰22杆端与油缸20的伸缩杆螺纹连接，四个伸缩油缸20均布在安装板21上，对角布置的油缸通过油路管19连通，与油缸20形成连通回路，流量控制阀18调节油路19的流量。当打磨盘10与曲面贴合时，若存在法向偏差，打磨盘10受到曲面工件的反作用力，带动摆动盘绕球形齿轮球心旋转，万向球铰22推动油缸伸缩杆缩短，由于油路连通原理，另一测油缸20伸缩杆伸长，在油缸及油路阻尼力的作用下，可减少打磨过程中打磨盘10抖动。
进一步，所述末端执行上设计一种随动除尘装置罩，在打磨工具周围小范围形成封闭腔体，真空吸尘设备可以在打磨过程中随时收集粉尘。
进一步，机器人打磨末端执行器上设计封闭外壳，防止内部元器件侵入粉尘。
可选的，在外壳上设置三组超声波防撞传感器，在机器人移动过程中，避免末端执行器与周边设备发生碰撞。
参见附图1～3所示，该执行器通过法兰1与机器人手臂连接，法兰1另一侧与安装板2连接，电主轴抱座4将恒力控制装置3与电主轴5连接在一起，刀柄7安装在电主轴5上，法向偏差精度补偿机构8与刀柄7连接，锁紧螺母9将打磨盘10固定在法向偏差精度补偿机构8的轴端，随动吸尘罩6安装连接套筒11上，连接套筒11的另一端与电主轴抱座4连接，随动吸尘罩6在打磨盘10与法向偏差精度补偿机构8之间形成封闭腔体，磨削过程产生的粉尘可以通过随动吸尘接口排出。外壳12与安装板2连接，防止磨削粉尘进入电主轴5和恒力控制装置3。防撞传感器14通过支架13安装在外壳上，防止末端执行器发生碰撞。
参见附图4末端执行器工作流程：
通过机器人离线加工程序设定加工参数，机器人带动末端执行器到达加工位置，恒力控制装置预压紧到设定力，工具与工件接触，精度补偿机构使刀具与工件表面自动贴合，随动除尘功能自动启动，电主轴自动启动，机器人带动末端执行器按离线程序自动执行加工轨迹，加工完毕后，末端执行器自动关闭电主轴，随动除尘功能自动关闭，机器人带动末端执行器退出加工程序，恒力控制装置复位。加工过程中防碰撞***全程开启，若检测到碰撞信号，将信号给控制***，机器人自动停止运动，电主轴自动停止转动，恒力控制装置自动退回安全位置，使刀具与工件分离，避免损伤工件。
综上所述，本申请设计了一种能够曲面法向自适应的精度补偿机构，既能传递扭矩又能绕轴向摆动，可解决打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题。

Claims (9)

1.一种机器人打磨末端执行器，其特征在于，所述机器人打磨末端执行器包括法兰(1)、安装板(2)、恒力控制装置(3)、电主轴抱座(4)、磨削电主轴(5)、随动吸尘罩(6)、刀柄(7、)法向偏差精度补偿机构(8)、锁紧螺母(9)、打磨盘(10)、连接套筒(11)、外壳(12)、支架(13)和防撞传感器(14)，其中，
法兰(1)一侧与机器人手臂连接，法兰(1)另一侧与安装板(2)一面连接，安装板(2)另一面设置恒力控制装置(3)，电主轴抱座(4)将恒力控制装置(3)与磨削电主轴(5)连接在一起，刀柄(7)安装在电主轴(5)上，法向偏差精度补偿机构(8)与刀柄(7)连接，锁紧螺母(9)将打磨盘(10)固定在法向偏差精度补偿机构(8)的轴端，随动吸尘罩(6)安装连接套筒(11)的一端上，连接套筒(11)的另一端与电主轴抱座(4)连接，随动吸尘罩(6)在打磨盘(10)与法向偏差精度补偿机构(8)之间形成封闭腔体，磨削过程产生的粉尘可以通过随动吸尘接口排出；外壳(12)与安装板(2)连接，防止磨削粉尘进入电主轴(5)和恒力控制装置(3)；防撞传感器(14)通过支架(13)安装在外壳(12)上，防止末端执行器发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的机器人打磨末端执行器，其特征在于，法向偏差精度补偿机构(8)包括球形齿轮轴(15)、球形齿轮套(16)、工具安装轴(17)、流量控制阀(18)、油路管(19)、油缸(20)、安装板(21)、万向球铰(22)、摆动盘(23)、轴承(24)、连接螺钉(25)和轴承盖(26)，其中：
球形齿轮轴(15)一端与刀柄(7)连接，球形齿轮轴(15)另一端与球形齿轮套(16)一端连接，球形齿轮套(16)与摆动盘(23)通过轴承(24)连接，轴承盖(26)通过连接螺钉(25)与摆动盘(23)连接，将轴承(24)轴向定位，球形齿轮套(16)另一端与工具安装轴(17)连接，打磨盘(10)套在工具安装轴(17)上，锁紧螺母(9)将其固定。四个万向球铰(22)均布在摆动盘(23)上，四个万向球铰(22)杆端分别与四个油缸(20)的伸缩杆螺纹连接，四个伸缩油缸(20)均布在安装板(21)上，对角布置的伸缩油缸(20)通过油路管(19)连通，使得两两形成连通回路。
3.根据权利要求2所述的机器人打磨末端执行器，其特征在于，机器人打磨末端执行器还包括流量控制阀(18)，流量控制阀(18)设置在油路(19)上，调节油路(19)的流量。
4.根据权利要求1所述的机器人打磨末端执行器，其特征在于，恒力控制装置(3)包括气动恒力控制装置。
5.根据权利要求1所述的机器人打磨末端执行器，其特征在于，恒力控制装置(3)内部设有力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种机器人打磨末端执行器，其特征在于，随动吸尘罩(6)与真空吸尘设备连接。
7.根据权利要求1所述一种机器人打磨末端执行器，其特征在于，防撞传感器(14)包括超声波传感器形式。
8.根据权利要求7所述的一种机器人打磨末端执行器，其特征在于，三组超声波防撞传感器(14)分别通过支架(13)安装在外壳(12)上。
9.一种打磨方法，应用于如权利要求1所述的机器人打磨末端执行器，其特征在于，所述方法包括：
通过机器人离线加工程序设定加工参数；
机器人带动所述机器人打磨末端执行器到达加工位置；
恒力控制装置(3)预压紧到设定力，工具与工件接触；
法向偏差精度补偿机构(8)使刀具与工件表面自动贴合；
随动除尘功能自动启动，电主轴(5)自动启动，机器人带动机器人打磨末端执行器按离线程序自动执行加工轨迹；
加工完毕后，机器人打磨末端执行器自动关闭电主轴(5)，随动除尘功能自动关闭，机器人带动末端执行器退出加工程序；
恒力控制装置(3)复位；
加工过程中防碰撞***全程开启，若检测到碰撞信号，将信号给控制***，机器人自动停止运动，电主轴(5)自动停止转动，恒力控制装置(3)自动退回安全位置。
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