CN104786129A - 全自动打磨抛光机器人 - Google Patents

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CN104786129A
CN104786129A CN201510206541.4A CN201510206541A CN104786129A CN 104786129 A CN104786129 A CN 104786129A CN 201510206541 A CN201510206541 A CN 201510206541A CN 104786129 A CN104786129 A CN 104786129A
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polishing
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刘永光
杨晓伟
胡慧
陈晨
张恒真
程楠楠
刘文磊
孙健
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Beihang University
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Abstract

本发明提供一种全自动打磨抛光机器人，主要由抛光打磨机器人、工件自选驱动平台及粉尘抽排系统构成；抛光打磨机器人为不同材质及不同外形的工件提供高效、高精度抛光打磨作业，包括：X向平移运动机构；Y向平移运动机构；支撑臂回旋运动机构；抛光打磨轮自旋运动机构，根据实际工况的不同，只需选用不同材质的抛光轮及转速；磨头摇臂摆动机构等；工件自旋驱动平台包括车体、变频驱动电机、安装平台、工装、夹紧定位轴、调速控制器等；本发明可满足不同的抛光打磨的工况要求，既能实现加工表面压力恒定且可调，又能在一定程度上补偿工件表面形状变化，不仅可以保证抛光质量，而且控制简单，易于操作，具有精度高、可靠性强、柔性等诸多优点。

Description

全自动打磨抛光机器人
技术领域
本发明涉及一种全自动打磨抛光机器人。
背景技术
大型回转体薄壁结构件的加工一直是数控加工领域中的一大难题，薄壁件相对刚度低、外形协调要求高、加工工艺性差，装夹定位和加工过程中被加工件极易变形，难以控制加工精度和达到较高的加工效率。目前焊接成型已日趋成熟，由于具有可适应性强、连接强度高、连接密闭性好等优点，在大型薄壁回转结构成型中得到广泛应用，对于焊接成型的大型薄壁回转件，对其表面进行打磨抛光是不可缺少的一道工序，据考察，目前国内在薄壁件抛光打磨加工处理技术能力还处于相当薄弱的状态，主要通过工人手工完成，这种作业方法的弊端有以下几个方面：(1)工人加工效率低，对于大型薄壁回转工件每个熟练工人需要几天甚至一个月的时间。对于工件曲线不规则、表面凸凹不平的情况，加工效率更加低下，因此生产企业不得不雇佣大量的劳动力专门从事抛光加工，而近几年出现的“用工荒”，使企业越来越难招到足够的熟练抛光工人；(2)由于抛光打磨过程中产生大量的粉尘，由呼吸道以及皮肤渗入工人的身体，对工人的健康有很大危害，时间长了会恶化成尘肺病。尘肺病是在职业活动中长期吸入生产性粉尘，并在肺内储留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病；(3)手工抛光质量难以保证。由于抛光过程是纯手工操作，抛光质量取决于工人操作熟练程度，因此抛光产品质量一致性差。
目前国内外有些企业或者高校进行了一些打磨抛光机器人的研究，大多是采用机械手抛光系统，虽然其在抛光打磨过程中能够实现自动控制，但是机器手各关节都是转动自由度，且承载力有限(电机扭矩限制)，这就带来刚度不足，加工时(特别是打磨作业)极易产生颤振；另一方面通用机器人作业空间有限(从现在来看根本实现不了这么大空间运动)，且靠各关节的转动来实现位置控制，控制路径复杂，不易操作，非专业人员无法操作，并且难以在加工过程中磨头在一定程度上补偿工件表面形状变化。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种全自动打磨抛光机器人，既能够实现加工表面压力恒定且可调，又能够在一定程度上补偿工件表面形状变化，不仅可以保证抛光打磨过程平稳，保证抛光打磨质量，而且控制简单，易于操作。
本发明提供一种全自动打磨抛光机器人，主要由抛光打磨机器人、工件自选驱动平台及粉尘抽排系统构成；抛光打磨机器人为不同材质及不同外形的工件提供高效、高精度抛光打磨作业，共有X向平移运动、Y向平移运动、支撑臂回旋运动、磨头摇臂摆动、抛光打磨轮自旋运动5个自由度；包括：X向平移运动机构；Y向平移运动机构；支撑臂回旋运动机构，方便初始‘对刀’操作；抛光打磨轮自旋运动机构，根据实际工况的不同，只需选用不同材质的抛光轮及设定不同转速；磨头摇臂摆动机构等机构；工件自旋驱动平台包括：车体，便于移动及手动调平；锥齿轮减速箱，实现平稳传动；变频驱动电机；安装平台；聚四氟乙烯材料工装，方便安装定位；夹紧定位轴；调速控制器等；粉尘抽排系统，采用移动式粉尘抽排系统，可有效排除抛光打磨灰尘，且其具有自动除灰功能，避免人力除灰麻烦。
X向平移运动机构，包括；X向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板及X向支撑臂等；X向平移机构采用驱动电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述X向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；X向驱动电机输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
Y向平移运动机构，包括：Y向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板、Y向支撑臂等；Y向平移机构采用伺服电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述Y向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；Y向驱动电机输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
优选地，在X向导轨及Y向导轨行程两端设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用。
优选地，Y向平移机构安装在支撑臂回旋运动机构上，采用的是四点铰接触回转支承方式，驱动方式为手动，可以实现360°回转；所述回转支承一侧设计有两个偏心锁紧器，当Y向平移总成位置确定后，将其锁紧固定，方便初始‘对刀’操作。
磨头摇臂机构，包括：磨头摇臂、恒力控制装置、减振阻尼装置、回转轴及支承、皮带轮、皮带、皮带轮轴承箱、直流调速电机、抛光打磨轮及其锁紧器等；优选地，磨头摇臂摆动机构采用一对角接触轴承提供回旋自由度，驱动方式由恒力控制装置驱动，摇臂转角范围由恒力控制装置行程来决定；优选地，恒力控制装置输出压力的大小由控制系统根据需要给定，具有随工件表面形状变化的自定位功能，并始终保持压力恒定，保证抛光打磨过程的质量及安全性。
作为优选，磨头摇臂摆角范围为±15°，恒力控制装置可以在此范围内实现恒力跟随补偿；摆角极限位置设计有双余度限位开关，当摆角超行程，限位开关触发使得系统强制停机，以保证工件安全。
作为优选，恒力控制装置集位置控制和恒力控制于一体，即有工作位置控制模式及工作恒力控制模式；对刀调试采用位置控制模式，磨头摇臂预先置于合适角度位置，再在该模式下进行磨削加工作业；对工件进行抛光打磨采用恒力控制模式，压力大小可根据不同材质工件和抛光轮类型设定最佳值。
作为优选，磨头摇臂下端设有减振阻尼装置，可有效避免加工压力波动，降低加工力波动对抛光打磨精度的影响。
作为优选，抛光轮驱动采用可控无极调速方式，从而适应不同材质抛光线速度的要求；优选地，采用皮带传动，起到一定的减振作用，可大大降低因齿轮传动等振动对抛光轮的干扰。
作为优选，抛光方式采用可调高速抛光轮方式，抛光轮安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件抛光、打磨甚至磨削加工的任务需要，可任意换装磨轮，如按材质分有尼龙轮、金钢砂轮、羊毛轮、纤维轮等，外形尺寸及转速，可按任务需要选用，从而满足相应工况要求。
工件自旋驱动平台，包括车体、锥齿轮减速箱、变频驱动电机、安装平台、聚四氟乙烯材料工装、夹紧定位轴、调速控制器等；优选地，工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人各自采用独立的电气控制系统，便于独立操作及平台移动，增强使用灵活性和通用性；优选地，传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器，速比为5.41:1，以便于空间布置并且实现平稳传动。
作为优选，安装平台为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台上设计有安装定位工装，并用螺栓固定连接，工装采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装做成楔形结构，靠中间夹紧定位轴夹紧，该安装定位方式不需利用工件原有安装孔，避免了对原有安装孔的磨损或破坏；夹紧定位轴的作用不仅起到夹紧的作用，还起到工件轴心定位作用，避免偏心引起的振动；不同类型工件只配置不同的工装和夹紧轴即可。
作为优选，车体采用铸造平台结构，底部设万向轮，四角布置调平支脚和水平仪，便于移动和调平操作；所述支脚底部设计有减振垫，可更好地减小振动影响。
作为优选，全自动打磨抛光加工机器人整体设计满足防爆要求，以适应喷漆房等高危环境的要求；螺孔的尺寸保证与被连接件的接触面积至少等于非细杆螺栓在光孔中的接触面积；使用高强度螺栓并配有垫圈和防松装置；所有焊缝采用双面焊接；喷涂除锈前，先用有机溶剂除去钢铁制件表面的油脂、污垢；腔内壁均匀地涂耐弧漆，不得涂调和漆、磁漆。
由于工件的特殊性，安全性设计是重点考虑因素之一，除了在机理上保证之外，本发明还采取了多项安全性措施。在机理上，恒力控制机构的采用在很大程度上可保证加工过程是安全的，只要将加工压力控制在允许范围内就不会对工件进行‘二次加工’。在其它方面还采用了冗余电气限位及机械限位安全措施。特别要强调的是冗余电气限位方式，其在磨头摇臂恒力控制行程极限位置及X向、Y向形成极限位置设置了双余度限位开关，只要限位开关不触发，加工压力就为可控恒定，不会对对工件造成危险。当限位开关触发，控制系统就会立刻强制停机，进而保护了工件。在X轴、Y轴的丝杠两端设计有丝杠挡块，在软件保护和电气保护均失效的情况下，丝杠挡块就会牢牢的卡在支撑架的端盖上，从而实机械现限位，以达到安全保护的目的。
本发明具有开放性、柔性设计、精度高、安全性可靠性强等诸多优点，采用闭环控制系统，满足不同的抛光打磨的工况要求，既能够实现加工表面压力恒定且可调，又能够在一定程度上补偿工件表面形状变化，不仅可以保证抛光打磨过程平稳，保证抛光质量，而且控制简单，易于操作。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人整体方案图；
图2是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人原理图；
图3是根据本发明的另一个实施方式的全自动打磨抛光机器人原理图；
图4是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人整体结构示意图1；
图5是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人结构示意图；
图6是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人结构轴测图；
图7是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人摇臂执行机构原理图；
图8是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人摇臂结构示意图；
图9是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人摇臂结构轴测图；
图10是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人旋转工作台结构示意图；
图11是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人安装平台轴测图；
图12是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人聚四氟乙烯工装轴测图；
图13是根据本发明的一个实施方式的全自动打磨抛光机器人主轴结构示意图；
图中：1、车体；2、伸缩防护罩；3、Y向平移总成；4、控制器；5、X向平移总成；6、恒力控制装置；7、摇臂机构；8、调速控制器；9、减振阻尼装置；10、抛光(摩擦)轮；11、被加工工件；12、回转箱体；13、Y向驱动电机；14、联轴器；15、溜板；16、端盖；17、摇臂；18、皮带轮护罩；19、Y向平移支撑臂；20、偏心锁紧机构；21、回转支撑机构；22、万向轮；23、调平支脚；24、X向平移支撑臂；25、滚珠直线导轨；26、滚珠丝杠；27、轴承箱；28、联轴器；29、X向驱动电机；30、滚珠直线导轨；31、滚珠丝杠；32、轴承箱；33、回转轴及支承；34、皮带轮轴承箱；35、抛光轮驱动电机；36、皮带；37、压紧螺母；38、辅助夹具；39、圆柱滚子轴承；40、夹紧定位轴；41、聚四氟乙烯工装；42、安装平台；43、密封圈；44、密封端盖；45、主轴定位套；46、定位环；47、壳体；48、锥齿轮；49、主轴；50、锁紧螺钉；51、螺母；52、圆柱滚子轴承；53、驱动电机；54、螺母；55、电机定位套；56、圆柱滚子轴承；57、齿轮轴；58、锁紧器；59、皮带轮。
具体实施方式
下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。
如图附图所示，一种全自动打磨抛光机器人，主要由抛光打磨机器人、工件自选驱动平台及粉尘抽排系统构成；抛光打磨机器人为不同材质及不同外形的工件提供高效、高精度抛光打磨作业，包括：X向平移运动机构5；Y向平移运动机构3；支撑臂回旋运动机构19、24，方便初始‘对刀’操作；抛光打磨轮自旋运动机构，根据实际工况的不同，只需选用不同材质的抛光轮及转速；磨头摇臂机构7等机构；
工件自旋驱动平台包括：车体1，便于移动及手动调平；锥齿轮减速箱48，实现平稳传动；驱动电机53；安装平台42；聚四氟乙烯工装41，方便安装定位；夹紧定位轴40；调速控制器8等；粉尘抽排系统，采用移动式粉尘抽排系统，可有效排除抛光打磨灰尘，且其具有自动除灰功能，避免人力除灰麻烦。
X向平移运动机构，包括；X向驱动电机29、联轴器28、滚珠直线导轨25、滚珠丝杠26、支承轴承箱27、溜板15及X向支撑臂24等；X向平移机构采用伺服电机29加滚珠丝杠26加滚珠直线导轨25的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂24采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠26及导轨25组合体通过螺栓联结在支撑臂24腔体内，并用伸缩护罩2防护；所述X向驱动电机29为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；X向驱动电机29输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
Y向平移运动机构3，包括：Y向驱动电机13、联轴器14、滚珠直线导轨30、滚珠丝杠31、支承轴承箱32、溜板15、Y向支撑臂19等；Y向平移机构采用伺服电机13加滚珠丝杠31加滚珠直线导轨30的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂32采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠31及导轨30组合体通过螺栓联结在支撑臂32腔体内，并用伸缩护罩3防护；所述Y向驱动电机13为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；Y向驱动电机输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
优选地，在X向导轨及Y向导轨行程两端设计双余度磁接近开关，起到行程限位和保护作用。
优选地，Y向平移机构安装在支撑臂回旋运动机构21上，采用的是四点铰接触回转支承方式，驱动方式为手动，可以实现360°回转；所述回转支承一侧设计有两个偏心锁紧器20，当Y向平移总成位置确定后，将其锁紧固定，方便初始‘对刀’操作。
磨头摇臂机构7，包括：磨头摇臂17、恒力控制装置6、减振阻尼装置9、回转轴及支承33、皮带轮59、皮带36、皮带轮轴承箱34、调速电机35、抛光打磨轮10及其锁紧器58等；优选地，磨头摇臂摆动机构采用一对角接触轴承提供回旋自由度，驱动方式由恒力控制装置6驱动，摇臂转角范围由恒力控制装置6行程来决定；优选地，恒力控制装置6压力大小由控制系统根据需要给出，具有随工件表面形状变化的自定位功能，并始终保持压力恒定，保证抛光打磨过程的质量及安全性。
作为优选，磨头摇臂17摆角为±15°，恒力控制装置6可以在此范围内实现恒力跟随补偿；摆角极限位置设计有双余度限位开关，当摆角超行程，限位开关触发使得系统强制停机，以保证工件安全。
作为优选，恒力控制装置6集位置控制和恒力控制于一体，即有工作位置控制模式及工作恒力控制模式；对刀调试采用位置控制模式，磨头摇臂17预先置于合适角度位置，再在该模式下进行磨削加工作业；对工件进行抛光打磨采用恒力控制模式，压力大小可根据不同材质工件和抛光轮类型设定最佳值。
作为优选，磨头摇臂17下端设有减振阻尼装置9，可有效避免加工压力波动，降低加工力波动对抛光打磨精度的影响。
作为优选，抛光轮驱动采用直流无刷调速电机驱动，采用可控无极调速方式，从而适应不同材质抛光线速度的要求；优选地，采用皮带传动，可大大降低因齿轮传动等带来的振动干扰。
作为优选，抛光方式采用可调高速抛光轮方式，抛光轮10安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件抛光、打磨甚至磨削加工的任务需要，可任意换装磨轮，如按材质分有尼龙轮、金钢砂轮、羊毛轮、纤维轮等，外形尺寸及转速，可按任务需要选用，从而满足相应工况要求。
工件自旋驱动平台，包括车体1、锥齿轮减速箱48、变频驱动电机53、安装平台42、聚四氟乙烯工装41、夹紧定位轴40、调速控制器8等；优选地，工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人各自采用独立的电气控制系统，便于独立操作及平台移动，增强使用灵活性和通用性；优选地，传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器48，速比为5.41:1，以便于空间布置并且实现平稳传动。
作为优选，安装平台42为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台42上设计有安装定位工装41，并用螺栓固定连接，工装采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装41做成楔形结构，靠中间夹紧定位轴40夹紧，该安装定位方式不需利用工件原有安装孔，避免了对原有安装孔的磨损或破坏；夹紧定位轴40与辅助夹具38、压紧螺母37配合的作用不仅起到夹紧的作用，还起到工件轴心定位作用，避免偏心引起的振动；不同类型工件只配置不同的工装和夹紧轴即可。
作为优选，车体1采用铸造平台结构，底部设万向轮22，四角布置调平支脚23和水平仪，便于移动和调平操作；所述支脚底部设计有减振垫，可更好地减小振动。
作为优选，全自动打磨抛光加工机器人整体设计满足防爆要求，以适应喷漆房等高危环境的要求；螺孔的尺寸保证与被连接件的接触面积至少等于非细杆螺栓在光孔中的接触面积；使用高强度螺栓并配有垫圈和防松装置；所有焊缝采用双面焊接；喷涂除锈前，先用有机溶剂除去钢铁制件表面的油脂、污垢；腔内壁均匀地涂耐弧漆，不得涂调和漆、磁漆。
由于工件的特殊性，安全性设计是重点考虑因素之一，除了在机理上保证之外，本发明还采取了多项安全性措施。在机理上，恒力控制机构的采用在很大程度上可保证加工过程是安全的，只要将加工压力控制在允许范围内就不会对工件进行‘二次加工’。在其它方面还采用了冗余电气限位，软件限位及机械限位安全措施。特别要强调的是冗余电气限位方式，其在磨头摇臂恒力控制行程极限位置及X向、Y向形成极限位置设置了双余度限位开关，只要限位开关不触发，加工压力就为可控恒定，不会对对工件造成危险。当限位开关触发，控制系统就会立刻强制停机，进而保护了工件。在X轴、Y轴的丝杠两端设计有丝杠挡块，在软件保护和电气保护均失效的情况下，丝杠挡块就会牢牢的卡在支撑架的端盖上，从而实机械现限位，以达到安全保护的目的。
全自动打磨抛光机器人的一个示例性实施方式的工作方式如下，也可以其他方式工作。
在图示的实施方式中，工件自旋驱动平台主要为工件提供安装接口和变频调速驱动，其转速可在0～300rpm范围内无极调节，根据实际工况的需要，通过控制器设定自旋转速；在安装平台42上通过螺栓对聚四氟乙烯工装41进行安装定位，通过移动安装平台42上T型槽内的螺栓，保证聚四氟乙烯工装41与主轴49之间的同轴度，聚四氟乙烯工装41做成楔形结构，工件11卡在聚四氟乙烯工装41上并并且靠中间夹紧定位轴40夹紧，该安装定位方式不仅防止安装定位过程中对工件产生碰损，而且不需利用工件原有安装孔，避免了对原有安装孔的磨损或破坏；夹紧定位轴40与辅助夹具38、压紧螺母37配合的作用不仅起到夹紧的作用，还起到工件轴心定位作用，避免偏心引起的振动；不同类型工件只配置不同的工装和夹紧轴即可；电机通过锥齿轮将运动传递到主轴上并带动工件自旋转。
根据不同材质、不同的尺寸和外形工件的抛光打磨要求，确定所选用抛光轮10的材质(尼龙、金刚砂及羊毛等)及转速，并通过控制器4设定抛光轮10转速；工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人采用分体模块化设计，分别将他们安装在可移动平台(车体1)上，通过移动车体1使二者处在最佳的相对位置，并通过调平支脚23和水平仪，完成工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人的调平及固定。
控制器设定为对刀模式，手动驱动Y向平移机构3，使得工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人所处相对角度最佳，并通过偏心锁紧器20，将其锁紧固定，方便初始‘对刀’操作。对刀调试采用位置控制模式，X向平移机构5移动使得磨头摇臂17置于合适位置，完成‘对刀’操作，并记录初始位置。
完成上述操作后，控制器设定为恒力控制模式，根据实际工况的要求，确定工件表面所需要拉、压力大小，并通过控制器设定恒力控制装置6的拉、压力大小及行程，从而确定摇臂转角范围，通过伺服控制系统来控制恒力控制装置6输出不同的拉、压力，在转角范围内可保证磨头与工件表面之间压力恒定，保证了抛光过程的安全性及工件的加工质量。
根据实际工况及工件表面曲线形状，确定工件每旋转一圈X向移动总成5及Y向移动总成3的移动量，控制器根据本发明选定基本参数核算出X向驱动电机29及Y向驱动电机11的转速并设定抛光轮的转速，抛光轮驱动电机35与抛光轮10之间采用带传动，可大大降低因齿轮传动等带来的振动干扰。工件表面一般都是凹凸不平，除了设计有恒力控制装置6，在磨头摇臂上还增加了减振阻尼器9，为了进一步降低振动干扰对抛光打磨精度的影响，从而保证加工质量。
完成一个周期的打磨或/和抛光，打磨抛光机器人自动‘退刀’，使抛光轮远离加工工件处在安全区域，若需要反复加工，打磨抛光机器人自动进给到初始位置，进行反复加工。
开启移动式粉尘抽排系统，可有效排除抛光打磨灰尘，且其具有自动除灰功能，避免人力除灰麻烦。
本发明具有开放性、柔性设计、精度高、安全性可靠性强等诸多优点，采用闭环控制系统，满足不同的抛光打磨的工况要求，既能够实现加工表面压力恒定且可调，又能够在一定程度上补偿工件表面形状变化，不仅可以保证抛光打磨过程平稳，保证抛光质量，而且控制简单，易于操作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全自动打磨抛光机器人，其特征在于，包括：
抛光打磨机器人，为不同材质及不同外形的工件提供高效、高精度抛光打磨作业，共有X向平移运动、Y向平移运动、支撑臂回旋运动、磨头摇臂摆动、抛光打磨轮自旋运动5个自由度；
抛光打磨机器人，包括X向平移运动机构；Y向平移运动机构；支撑臂回旋运动机构，方便初始‘对刀’操作；抛光打磨轮自旋运动机构，根据实际工况的不同，只需选用不同材质的抛光轮及转速；磨头摇臂摆动机构等机构；
工件自旋驱动平台，包括：车体，便于移动及手动调平；锥齿轮减速箱，实现平稳传动；变频驱动电机；安装平台；聚四氟乙烯材料工装，方便安装定位；夹紧定位轴；调速控制器等；
粉尘抽排系统，采用移动式粉尘抽排系统，可有效排除抛光打磨灰尘，且其具有自动除灰功能，避免人力除灰麻烦。
2.根据权利要求1所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，X向平移运动机构，包括；X向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板及X向支撑臂；X向平移机构采用伺服电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述X向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象。
3.根据权利要求1所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，Y向平移运动机构，包括：Y向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板、Y向支撑臂；Y向平移机构采用伺服电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.01mm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述Y向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象。
4.根据权利要求2、3所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，在X向导轨及Y向导轨行程两端设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用。
5.根据权利要求3所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，Y向平移运动机构安装在支撑臂回旋运动机构上，采用的是四点铰接触回转支承方式，驱动方式为手动，可以实现360°回转；所述回转支承一侧设计有两个偏心锁紧器，当Y向平移运动机构位置确定后，将其锁紧固定，方便初始‘对刀’操作。
6.根据权利要求1所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，磨头摇臂机构，包括：磨头摇臂、恒力控制装置、减振阻尼装置、回转轴及支承、皮带轮、皮带、皮带轮轴承箱、调速电机、抛光打磨轮及其锁紧器；磨头摇臂摆动机构采用一对角接触轴承提供回旋自由度，驱动方式由恒力控制装置驱动，摇臂转角范围由恒力控制装置行程来决定；恒力控制装置压力大小由控制系统根据需要给出，具有随工件表面形状变化的自定位功能，并始终保持压力恒定，保证抛光打磨过程的质量及安全性；磨头摇臂摆角为±15°，恒力控制装置可以在此范围内实现恒力跟随补偿；摆角极限位置设计有双余度限位开关，当摆角超行程，限位开关触发使得系统强制停机，以保证工件安全。
7.根据权利要求6所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，恒力控制装置集位置控制和恒力控制于一体，即有工作位置控制模式及工作恒力控制模式；对刀调试采用位置控制模式，磨头摇臂预先置于合适角度位置，再在该模式下进行磨削加工作业；对工件进行抛光打磨采用恒力控制模式，压力大小可根据不同材质工件和抛光轮类型设定最佳值。磨头摇臂下端设有减振阻尼装置，可有效避免加工压力波动，降低加工力波动对抛光打磨精度的影响；抛光轮驱动采用可控无极调速方式，从而适应不同材质抛光线速度的要求；传动方式采用带传动，可大大降低因齿轮传动等带来的振动干扰。
8.根据权利要求6所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，抛光方式采用可调高速抛光轮方式，抛光轮安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件抛光、打磨甚至磨削加工的任务需要，可任意换装不同材质及外形尺寸的磨轮。
9.根据权利要求1所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，工件自旋驱动平台，包括车体、锥齿轮减速箱、变频驱动电机、安装平台、聚四氟乙烯材料工装、夹紧定位轴、调速控制器；工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人各自采用独立的电气控制系统，便于独立操作及平台移动，增强使用灵活性和通用性；车体采用铸造平台结构，底部设万向轮，四角布置调平支脚和水平仪，便于移动和调平操作；所述支脚底部设计有减振垫。
10.根据权利要求9所述的全自动打磨抛光机器人，其特征在于，安装平台为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；安装平台上设计有安装定位工装，并用螺栓固定连接，工装采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装做成楔形结构，靠中间夹紧定位轴夹紧，该安装定位方式不需利用工件原有安装孔，避免了对原有安装孔的磨损或破坏；夹紧定位轴的作用不仅起到夹紧的作用，还起到工件轴心定位作用，避免偏心引起的振动；不同类型工件只配置不同的工装和夹紧轴即可。
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