[发明专利]智能力控机器人磨削加工系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于大型复杂曲面打磨抛光加工领域，具体说是一种智能力控机器人打磨加工系统及其配套的针对复杂曲面加工的加工方法。

背景技术

随着科学技术的进步和制造业的不断发展，市场对打磨抛光加工的需求不断增长。然而，目前我国打磨抛光加工主要以人工为主，人工打磨效率低下，费时费力，精度不高，而且产品均一性差，工人工作环境恶劣，难以实现自动化生产，已经成为打磨抛光行业进一步发展的瓶颈。因此，自动打磨抛光设备的研究引起了很多高校、科研机构和公司的广泛关注。

机器人有较大的工作空间和灵活的布置方式、非常灵活的空间运动能力并且价格只有机床的20%，此外机器人能够更好的满足柔性加工的需求，因此机器人在打磨行业里的应用，尤其针对大型复杂工件，包括抛光、打磨、去毛刺、修型、再造等应用将展现不可替代的作用。因此，具有柔性的大型复杂工件的机器人加工设备将会有越来越大的市场需求。但要机器人对复杂曲面工件进行表面精加工，力感知/力控制技术是必不可少的。

而现有的自动化打磨装置大部分采用砂带机打磨机构，由机器人夹持工件进行打磨，无法完成对大型复杂曲面的加工；相应的打磨机构上面也没有力控制部分，部分采用气动压力控制，但由于气动压力控制存在压力调整范围小，反应迟滞等缺点，无法完成对加工过程的实时精确力控制。。

发明内容

本发明主要的目的是针对现有的自动化打磨装置的精度不足且不能对大型曲面进行加工的问题，提出了一种能够实现对大型复杂曲面进行精密磨削的智能力控机器人磨削加工系统和方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：智能力控机器人磨削加工系统，包括计算机、工业照相机、机器人、机器人控制器、校准及补偿系统、安全防护单元、力传感器和自动换刀系统；所述计算机与工业照相机连接，机器人控制器与计算机、机器人、校准及补偿系统、安全防护单元、力传感器、自动换刀系统连接。

所述校准及补偿系统包括激光测距仪和安装在机器人末端的反射器，所述激光测距仪与机器人控制器连接。

所述安全防护单元包括急停按钮、安全光幕、安全门锁开关、报警装置和防撞检测器，均与机器人控制器连接。

所述的智能力控机器人磨削加工系统还包括与计算机连接的虚拟示教器，所述虚拟示教器包括手持端和数据记录端,数据记录端与计算机连接。

智能力控机器人磨削加工方法，包括以下步骤：

计算机接收工业照相机采集的工件扫描数据并生成刀具路径，并将刀具路径转换为机器人姿态和末端路径；

机器人控制器通过校准及补偿系统对机器人姿态和末端路径进行校准和补偿；

机器人控制器将校准补偿后的机器人姿态和末端路径为目标控制各关节运动，同时根据打磨加工参数以及刀具接触力的控制对机器人姿态和末端路径进行调整，实现了机器人自动化打磨加工过程中的姿态控制和恒力控制。

所述计算机接收工业照相机采集的工件扫描数据并生成刀具路径包括以下步骤：

计算机通过工业照相机对实际加工的工件进行数字化扫描生成点云/网格文件，再通过逆向工程生成实际工件的3维模型数据；

将3维模型数据与设计时使用的工件模型数据进行比较，得出待加工工件模型数据和实际3维模型之间的尺寸差异，将此差异作为加工参数输入到刀具路径规划软件中得到刀具路径。

所述将刀具路径转换为机器人姿态和末端路径通过机器人路径规划软件实现。

所述将刀具路径转换为机器人姿态和末端路径通过虚拟示教器实现，具体为通过手持端模拟实际机器人末端的行走路径，数据记录端将模拟的刀具路径、移动速度、接触力、刀具角度记录到计算机。

所述机器人控制器通过校准及补偿系统对机器人姿态和末端路径进行校准和补偿包括以下步骤：

1）以机器人所有关节的零点作为各起始原点，由激光测距仪记录下各起始原点；

2）机器人控制器控制机器人末端从起始点移动设定距离，再通过激光测距仪测量出到达点的坐标；

3）激光测距仪根据起始点和到达点得到机器人末端行走的测量值，机器人控制器将该值与设定距离进行对比并作差，得出机器人行走的误差；

4）重复步骤2）-3）多次得到误差平均值，作为校准数据输入到机器人控制器，将该校准数据转换为各关节姿态误差分别与各关节姿态求和，即得到校准补偿后的机器人姿态。

所述根据打磨加工参数以及刀具接触力的控制对机器人姿态和末端路径进行调整具体为：根据打磨参数知识库输出的控制参数调整各关节姿态：