CN111531413A - 风电叶片多机器人协同打磨***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电叶片多机器人协同打磨***，包括：机器人移动单元、多个机器人打磨单元、机器人控制柜、叶片工装单元、***控制柜；所述机器人移动单元包括两条平行设置的机器人水平导轨和设置在机器人水平导轨前后两端的AGV运载平台；两条机器人水平导轨中间用于容置待打磨的叶片；所述机器人打磨单元成对设置在待打磨叶片左右两侧的两条机器人水平导轨上，且在机器人水平导轨前后两端的AGV运载平台各设置一个机器人打磨单元；机器人打磨单元包括机器人、机器人控制柜、打磨头、视觉检测单元；叶片工装单元用于装载待打磨的叶片并能带动叶片以设定角度翻转。本发明自动化程度高、打磨一致性好、效率高。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片加工设备技术领域，尤其是一种风电叶片多机器人协同打磨***及方法。
背景技术
随着智能制造业的不断发展，机器人加工技术也得到了相应的发展，机器人取代人工成了未来大型复杂曲面零件加工的趋势。风电叶片作为风力发电组的核心部件，是典型的大型复杂曲面零件，其制造水平代表着国家智能制造业的核心竞争力。风电叶片大多采用难加工复合材料，表面为复杂的三维曲面，加工精度要求高，加工难度大，制造成本高、周期久。打磨加工是风电叶片减材加工的最后一道工序，其加工质量直接影响了风电叶片的产品质量。目前国内风电叶片打磨依然主要依靠人工，但是人工打磨受制于工人自身工作经验，用工需求量大，加工效率低，产线粉尘浓度大，污染严重，加工一致性差，并且复合材料打磨产生的粉尘对人体危害大，用工荒问题严重，亟需自动化打磨产线方案。
虽然，工业应用中存在一些商品化机器人打磨*** ，但它们均是针对小型工件。对于风 电叶片类大型工件的打磨作业，由于其加工范围大，加工精度要求高，加工曲面复杂多变，且加工过程中叶尖挠度变形量大等问题，迄今为止尚未出现成熟的风电叶片表面机器人自动打磨***解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种风电叶片多机器人协同打磨***及方法，具有自动化程度高、打磨一致性好、效率高、柔性加工、安全稳定的特点，提高了叶片表面质量和加工效率。本发明采用的技术方案是：
本发明的实施例提出一种风电叶片多机器人协同打磨***，包括：机器人移动单元、多个机器人打磨单元、机器人控制柜、叶片工装单元、***控制柜；
所述机器人移动单元包括两条平行设置的机器人水平导轨和设置在机器人水平导轨前后两端的AGV运载平台；机器人水平导轨与AGV运载平台分别与***控制柜通讯连接；***控制柜能够控制机器人水平导轨的伺服电机的启停和转速，以及控制AGV运载平台移动；两条机器人水平导轨中间用于容置待打磨的叶片；
所述机器人打磨单元成对设置在待打磨叶片左右两侧的两条机器人水平导轨上，且在机器人水平导轨前后两端的AGV运载平台各设置一个机器人打磨单元；
机器人打磨单元包括机器人、机器人控制柜、打磨头、视觉检测单元；机器人连接并受控于机器人控制柜，机器人控制柜与***控制柜通讯连接；机器人上安装有视觉检测单元，打磨头安装于机器人的机械臂上；
所述叶片工装单元用于装载待打磨的叶片并能带动叶片以设定角度翻转。
进一步地，根据机器人打磨单元中机器人的加工范围，通过路径规划软件将待打磨的叶片划分为若干水平加工工位和角度加工工位；然后规划打磨路径；发出控制指令使得机器人水平导轨带动机器人打磨单元往复运动，控制机器人带动打磨头按照打磨路径打磨叶片；打磨过程中，保证叶片左右两侧成对设置的机器人打磨单元的打磨头同时打磨并同时离开叶片表面；
开始打磨时，在***控制柜控制下，所述机器人水平导轨带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，所述AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，机器人打磨单元为分站式加工，当一个水平加工工位的打磨区域打磨完成且所有打磨头都与叶片脱离接触后，机器人水平导轨和AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动至下一水平加工工位，继续打磨；
在机器人打磨单元的加工范围无法达到叶片宽度方向的最大范围时，根据机器人打磨单元的加工范围，确定叶片所需翻转角度和次数，在完成初始角度的全部水平加工工位加工后，调整叶片的角度，进行新一轮分站式加工。
进一步地，叶片工装单元包括主动工装单元和被动工装单元，其中主动工装单元受控于***控制柜，能够带动叶片翻转，被动工装单元起承载作用。
进一步地，主动工装夹持叶片根部，被动工装装在叶片中部。
进一步地，视觉检测单元采用扫描测量仪，用于扫描叶片表面。
进一步地，机器人上还设有力控装置。
本发明实施例还提出一种风电叶片多机器人协同打磨方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据叶片CAD模型确定所需加工面尺寸，选定机器人型号，根据所需加工面和机器人打磨单元的加工范围，规划打磨路径；
步骤S2，通过控制机器人移动单元带动机器人打磨单元运动和控制叶片工装单元带动叶片翻转，打磨叶片不同工位的不同打磨区域，按照所规划的打磨路径完成对叶片所有工位的打磨区域的打磨。
进一步地，步骤S1具体包括：
步骤S101，根据叶片的CAD模型加工面尺寸选定机器人型号；
步骤S102，根据机器人型号确定机器人打磨单元的加工范围；
步骤S103，根据叶片CAD模型的长度确定所需机器人打磨单元的数量和水平加工工位；
步骤S104，根据叶片宽度确定叶片加工所需翻转的角度与次数；
步骤S105，在路径规划软件中规划打磨路径；
步骤S106，在仿真软件中进行加工轨迹仿真；
步骤S107，通过仿真判断风电叶片多机器人协同打磨***中机器人打磨单元布设是否合理，是否存在干涉和漏打，规划出合理的打磨路径。
步骤S2，通过控制机器人移动单元带动机器人打磨单元运动和控制叶片工装单元带动叶片翻转，打磨叶片不同工位的不同打磨区域，按照所规划的打磨路径完成对叶片所有工位的打磨区域的打磨。
进一步地，步骤S2具体包括：
步骤S201，通过视觉检测单元分段扫描待打磨叶片；
步骤S202，将实际扫描的模型曲面重构并与理论模型匹配；
步骤S203，标定叶片工件坐标系与打磨头工具坐标系；
步骤S204，确定叶片加工所需的水平加工工位和角度加工工位；
步骤S205，叶片装夹于初始角度加工工位A；
步骤S206，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元进入初始水平加工工位N；机器人移动单元包括机器人水平导轨和AGV运载平台；
步骤S207，机器人打磨单元打磨初始水平加工工位N对应的打磨区域；
步骤S208，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S209，重复调整机器人打磨单元的位置完成初始角度加工工位A下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S210，判断初始角度加工工位A下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S211，将叶片翻转一角度，进入角度加工工位A+1；
步骤S212，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元至该角度加工工位下的初始水平加工工位N，并打磨对应的打磨区域；
步骤S213，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S214，重复调整机器人打磨单元的位置完成该角度加工工位下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S215，判断该角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S216，判断所有角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则打磨加工结束，若否则返回至步骤S206直至所有角度加工工位下的叶片表面打磨到位。
本发明的优点在于：
1）成对设置的机器人打磨单元的机器人协同作业，打磨过程中，保证打磨头同时打磨并同时离开叶片表面，有 效规避振动并减小了叶片的弯曲变形，提高了叶片表面一致性和加工效率。
2）适配不同长度不同型号的叶片，***灵活性好。
3）机器人水平导轨与叶片工装单元带动叶片翻转的方案，极大满足了加工范围的需求，加工范围广，加工效率高。
4）自动化程度高，***高度集成。
附图说明
图1为本发明实施例的协同打磨***结构组成示意图。
图2为本发明实施例的协调打磨方法中规划打磨路径流程图。
图3为本发明实施例的协调打磨方法中叶片打磨过程流程图。
图4为本发明实施例中叶片划分水平加工工位和角度加工工位的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提出的一种风电叶片多机器人协同打磨***，包括：机器人移动单元1、多个机器人打磨单元2、叶片工装单元3、***控制柜（图中未画出）；
所述机器人移动单元1包括两条平行设置的机器人水平导轨101和设置在机器人水平导轨101前后两端的AGV运载平台102；机器人水平导轨101与AGV运载平台102分别与***控制柜通讯连接；***控制柜能够控制机器人水平导轨101的伺服电机的启停和转速，以及控制AGV运载平台102移动；两条机器人水平导轨101中间用于容置待打磨的叶片4；
机器人水平导轨101长度与叶片最大型号长度相同，保证风电叶片多机器人协同打磨***可以打磨叶片的整个加工区域；
所述机器人打磨单元2成对设置在待打磨叶片4左右两侧的两条机器人水平导轨101上，且在机器人水平导轨101前后两端的AGV运载平台102各设置一个机器人打磨单元2；机器人打磨单元2的数量可以根据叶片型号灵活增减；由于叶片4的根部、头部不在两条机器人水平导轨101上设置的机器人打磨单元2的加工范围内，因此采用AGV运载平台102移动搭载机器人打磨单元2对叶片两端进行打磨；
机器人打磨单元2包括机器人201、机器人控制柜202、打磨头203、视觉检测单元和力控装置；机器人201连接并受控于机器人控制柜202，机器人控制柜202与***控制柜通讯连接；机器人201上安装有视觉检测单元和力控装置，打磨头203安装于机器人201的机械臂上；视觉检测单元可采用扫描测量仪，用于扫描叶片表面；机器人控制柜202中设有机器人控制与驱动***；
所述叶片工装单元3用于装载待打磨的叶片4并能带动叶片4以设定角度翻转；叶片工装单元3包括主动工装单元和被动工装单元，其中主动工装单元受控于***控制柜，能够带动叶片4翻转，被动工装单元起承载作用；在本实施例中，主动工装夹持叶片4根部，被动工装可装在叶片4中部；多个叶片工装单元既提高了叶片装夹刚度，也可以通过改变叶片工装单元数量与安装位置，实现对多种型号不同长度叶片的适配；
根据机器人打磨单元2中机器人的加工范围，通过路径规划软件将待打磨的叶片4划分为若干水平加工工位和角度加工工位；然后规划打磨路径；发出控制指令使得机器人水平导轨101带动机器人打磨单元2往复运动，控制机器人带动打磨头按照打磨路径打磨叶片；打磨过程中，保证叶片左右两侧成对设置的机器人打磨单元2的打磨头同时打磨并同时离开叶片表面，使叶片两侧的打磨压力基本抵消，有效地减小了叶片的变形，提高了叶片表面质量和加工效率；
开始打磨时，在***控制柜控制下，所述机器人水平导轨带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，所述AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，机器人打磨单元为分站式加工，当一个水平加工工位的打磨区域打磨完成且所有打磨头都与叶片脱离接触后，机器人水平导轨和AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动至下一水平加工工位，继续打磨；
在机器人打磨单元的加工范围无法达到叶片宽度方向的最大范围时，根据机器人打磨单元的加工范围，确定叶片所需翻转角度和次数，在完成初始角度的全部水平加工工位加工后，调整叶片的角度，进行新一轮分站式加工。
本发明实施例提出的一种风电叶片多机器人协同打磨方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据叶片CAD模型确定所需加工面尺寸，选定机器人型号，根据所需加工面和机器人打磨单元的加工范围，规划打磨路径；
具体包括：
步骤S101，根据叶片的CAD模型加工面尺寸选定机器人型号；
步骤S102，根据机器人型号确定机器人打磨单元的加工范围；
步骤S103，根据叶片CAD模型的长度确定所需机器人打磨单元的数量和水平加工工位；
步骤S104，根据叶片宽度确定叶片加工所需翻转的角度与次数；
步骤S105，在路径规划软件中规划打磨路径；
步骤S106，在仿真软件中进行加工轨迹仿真；
步骤S107，通过仿真判断风电叶片多机器人协同打磨***中机器人打磨单元布设是否合理，是否存在干涉和漏打，规划出合理的打磨路径。
步骤S2，通过控制机器人移动单元带动机器人打磨单元运动和控制叶片工装单元带动叶片翻转，打磨叶片不同工位的不同打磨区域，按照所规划的打磨路径完成对叶片所有工位的打磨区域的打磨；
具体包括：
步骤S201，通过视觉检测单元分段扫描待打磨叶片；
步骤S202，将实际扫描的模型曲面重构并与理论模型匹配；
步骤S203，标定叶片工件坐标系与打磨头工具坐标系；
步骤S204，确定叶片加工所需的水平加工工位和角度加工工位；
步骤S205，叶片装夹于初始角度加工工位A；
步骤S206，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元进入初始水平加工工位N；机器人移动单元包括机器人水平导轨和AGV运载平台；
步骤S207，机器人打磨单元打磨初始水平加工工位N对应的打磨区域；
步骤S208，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S209，重复调整机器人打磨单元的位置完成初始角度加工工位A下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S210，判断初始角度加工工位A下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S211，将叶片翻转一角度，进入角度加工工位A+1；
步骤S212，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元至该角度加工工位下的初始水平加工工位N，并打磨对应的打磨区域；
步骤S213，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S214，重复调整机器人打磨单元的位置完成该角度加工工位下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S215，判断该角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S216，判断所有角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则打磨加工结束，若否则返回至步骤S206直至所有角度加工工位下的叶片表面打磨到位。
下面针对打磨加工前，结合图4对划分叶片水平加工工位和角度加工工位进行实例说明；图4中，根据具体叶片型号确定风电叶片多机器人协同打磨***的长度和机器人型号及数量；根据机器人打磨单元上机器人的加工范围，划分水平加工工位N和角度加工工位A，其中水平加工工位N包括，机器人水平导轨工位N1、N2，以及AGV运载平台工位n1、n2；根据划分的不同加工工位，合理进行加工流程，合理规划打磨路径，实现叶片全部打磨区域的机器人加工。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，包括：机器人移动单元(1)、多个机器人打磨单元(2)、机器人控制柜(3)、叶片工装单元(3)、***控制柜；
所述机器人移动单元(1)包括两条平行设置的机器人水平导轨(101)和设置在机器人水平导轨(101)前后两端的AGV运载平台(102)；机器人水平导轨(101)与AGV运载平台(102)分别与***控制柜通讯连接；***控制柜能够控制机器人水平导轨(101)的伺服电机的启停和转速，以及控制AGV运载平台(102)移动；两条机器人水平导轨(101)中间用于容置待打磨的叶片(4)；
所述机器人打磨单元(2)成对设置在待打磨叶片(4)左右两侧的两条机器人水平导轨(101)上，且在机器人水平导轨(101)前后两端的AGV运载平台(102)各设置一个机器人打磨单元(2)；
机器人打磨单元(2)包括机器人(201)、机器人控制柜(202)、打磨头(203)、视觉检测单元；机器人(201)连接并受控于机器人控制柜(202)，机器人控制柜(202)与***控制柜通讯连接；机器人(201)上安装有视觉检测单元，打磨头(203)安装于机器人(201)的机械臂上；
所述叶片工装单元(3)用于装载待打磨的叶片(4)并能带动叶片(4)以设定角度翻转。
2.如权利要求1所述的风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，
根据机器人打磨单元(2)中机器人的加工范围，通过路径规划软件将待打磨的叶片(4)划分为若干水平加工工位和角度加工工位；然后规划打磨路径；发出控制指令使得机器人水平导轨(101)带动机器人打磨单元(2)往复运动，控制机器人带动打磨头按照打磨路径打磨叶片；打磨过程中，保证叶片左右两侧成对设置的机器人打磨单元(2)的打磨头同时打磨并同时离开叶片表面；
开始打磨时，在***控制柜控制下，所述机器人水平导轨带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，所述AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动到达相应的起始水平加工工位，机器人打磨单元为分站式加工，当一个水平加工工位的打磨区域打磨完成且所有打磨头都与叶片脱离接触后，机器人水平导轨和AGV运载平台带动对应机器人打磨单元移动至下一水平加工工位，继续打磨；
在机器人打磨单元的加工范围无法达到叶片宽度方向的最大范围时，根据机器人打磨单元的加工范围，确定叶片所需翻转角度和次数，在完成初始角度的全部水平加工工位加工后，调整叶片的角度，进行新一轮分站式加工。
3.如权利要求1所述的风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，
叶片工装单元(3)包括主动工装单元和被动工装单元，其中主动工装单元受控于***控制柜，能够带动叶片(4)翻转，被动工装单元起承载作用。
4.如权利要求3所述的风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，
主动工装夹持叶片(4)根部，被动工装装在叶片(4)中部。
5.如权利要求1所述的风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，
视觉检测单元采用扫描测量仪，用于扫描叶片表面。
6.如权利要求1所述的风电叶片多机器人协同打磨***，其特征在于，
机器人(201)上还设有力控装置。
7.一种风电叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，根据叶片CAD模型确定所需加工面尺寸，选定机器人型号，根据所需加工面和机器人打磨单元的加工范围，规划打磨路径；
步骤S2，通过控制机器人移动单元带动机器人打磨单元运动和控制叶片工装单元带动叶片翻转，打磨叶片不同工位的不同打磨区域，按照所规划的打磨路径完成对叶片所有工位的打磨区域的打磨。
8.如权利要求7所述的风电叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，
步骤S1具体包括：
步骤S101，根据叶片的CAD模型加工面尺寸选定机器人型号；
步骤S102，根据机器人型号确定机器人打磨单元的加工范围；
步骤S103，根据叶片CAD模型的长度确定所需机器人打磨单元的数量和水平加工工位；
步骤S104，根据叶片宽度确定叶片加工所需翻转的角度与次数；
步骤S105，在路径规划软件中规划打磨路径；
步骤S106，在仿真软件中进行加工轨迹仿真；
步骤S107，通过仿真判断风电叶片多机器人协同打磨***中机器人打磨单元布设是否合理，是否存在干涉和漏打，规划出合理的打磨路径。
步骤S2，通过控制机器人移动单元带动机器人打磨单元运动和控制叶片工装单元带动叶片翻转，打磨叶片不同工位的不同打磨区域，按照所规划的打磨路径完成对叶片所有工位的打磨区域的打磨。
9.如权利要求7所述的风电叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，
步骤S2具体包括：
步骤S201，通过视觉检测单元分段扫描待打磨叶片；
步骤S202，将实际扫描的模型曲面重构并与理论模型匹配；
步骤S203，标定叶片工件坐标系与打磨头工具坐标系；
步骤S204，确定叶片加工所需的水平加工工位和角度加工工位；
步骤S205，叶片装夹于初始角度加工工位A；
步骤S206，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元进入初始水平加工工位N；机器人移动单元包括机器人水平导轨和AGV运载平台；
步骤S207，机器人打磨单元打磨初始水平加工工位N对应的打磨区域；
步骤S208，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S209，重复调整机器人打磨单元的位置完成初始角度加工工位A下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S210，判断初始角度加工工位A下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S211，将叶片翻转一角度，进入角度加工工位A+1；
步骤S212，调整机器人移动单元带动机器人打磨单元至该角度加工工位下的初始水平加工工位N，并打磨对应的打磨区域；
步骤S213，待初始水平加工工位N对应的打磨区域打磨完成后，控制机器人移动单元带动机器人打磨单元进入水平加工工位N+1并打磨对应的打磨区域；
步骤S214，重复调整机器人打磨单元的位置完成该角度加工工位下叶片所有的打磨区域的打磨；
步骤S215，判断该角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则叶片在该角度加工工位打磨完成，否则重复打磨该角度加工工位下的各水平加工工位对应的打磨区域；
步骤S216，判断所有角度加工工位下的叶片表面是否打磨到位，若是则打磨加工结束，若否则返回至步骤S206直至所有角度加工工位下的叶片表面打磨到位。
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