CN106112977B - 一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台 - Google Patents

一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其包括打磨平台、工件装夹平台、移动滑台、柔顺打磨调整组件、打磨头组件和控制台,所述移动滑台包括龙门式桁架以及相互正交设置的X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统,所述柔顺打磨调整组件包括呈圆周均匀分布于上固定平台和下转动平台之间的A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统,所述打磨头组件与下转动平台之间设置有压力传感器。上述工艺平台能够灵活的适应不同曲面的工件表面打磨,压力传感器可以实时采集打磨压力值,并形成闭环控制,在打磨过程中主动退让并调整打磨头姿态,以实现对工件的恒力打磨,保证打磨工艺要求的均匀一致性。

Description

一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台
技术领域
[0001]本发明属于曲面类工件加工技术,尤其是涉及一种曲面类工件柔顺打磨串并联型 机器人工艺平台。
背景技术
[0002] 风电叶片或高铁头车车体此类曲面工件在上腻子和喷涂工艺这两道工艺前要进 行表面的多道打磨,打磨的效果在很大程度上决定了后续喷涂的好坏。目前,对于此类工件 的打磨全部由人工完成,恶劣的粉尘环境危害人体健康而且加工费力效率低下。在实现自 动化打磨过程中,为验证不同材料的工件、不同打磨工具及不同工艺参数的最终打磨效果, 常常采用重载的六轴工业机器人配合大型移动导轨,并在机器人末端执行器安装专用的打 磨工具,这种方案设备昂贵、开发周期长,并且不能采集磨削正压力实现恒力自主柔顺打 磨。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,以解 决现有技术中曲面类工件存在的打磨效率低和打磨的均匀一致性差的问题。
[0004] 为达此目的,本发明采用以下技术方案:
[0005] 一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其包括打磨平台、工件装夹 平台、移动滑台、柔顺打磨调整组件、打磨头组件和控制台,所述工件装夹平台设置于所述 打磨平台上,所述移动滑台设置于所述工件装夹平台的上方,所述移动滑台包括龙门式桁 架、X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统,所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统、Z轴驱动系 统相互正交,组成串联的用于实现打磨头组件长行程的位置移动的滑动平台,所述柔顺打 磨调整组件包括上固定平台和下转动平台,所述上固定平台和下转动平台之间连接有呈圆 周均匀分布的A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统,组成用于实现打磨 头组件短行程姿态调整的并联驱动,所述打磨头组件安装于下转动平台的底面,且两者之 间设置有用于打磨力反馈和闭环控制的压力传感器。
[0006] 特别地,所述X轴驱动系统包括X轴伺服电机和X轴直线模组,所述Y轴驱动系统通 过横跨安装板与X轴驱动系统连接,其包括设置于横跨安装板上的Y轴伺服电机和Y轴直线 模组,所述Z轴驱动系统通过YZ轴转接板竖直安装在Y轴驱动系统上,其包括Z轴伺服电机和 Z轴直线模组。
[0007] 特别地,所述A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统均包括一电 动缸,所述电动缸与上固定平台通过铰链转动连接,所述电动缸的推杆与缸体通过滚珠丝 杆连接,所述下转动平台与电动缸通过球铰连接,A、B、C三轴线性驱动系统呈圆周均匀分布 组成3-RPS并联柔顺装置,实现短行程的姿态调整。
[0008] 特别地,所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统均采用伺服电机连接滚珠 丝杆的传动方式驱动,所述龙门式桁架的两侧分别设置有主动平行导轨和从动平行导轨, 所述X轴伺服电机和X轴直线模组安装于主动平行导轨上,所述横跨安装板实现X轴直线模 组与从动平行导轨的同步运动。
[0009] 特别地,所述A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统均采用伺服 电机连接减速齿轮,所述减速齿轮连接滚珠丝杆的传动方式驱动。
[0010] 特别地,所述压力传感器采用一维压力传感器,所述一维压力传感器与下转动平 台及打磨头组件的前端均采用螺栓连接,所述一维压力传感器接入控制台中运动控制器的 模拟量输入口,并经过A/D转换形成闭环控制,通过对3-RPS并联机构的位姿反解,实时规划 A、B、C三轴电机输出,调整沿加工表面法向的移动,从而实现打磨进给方向的主动柔顺退 让。
[0011] 特别地,所述打磨头组件包括驱动装置和打磨头,所述打磨头采用千叶轮砂布作 为打磨工具,所述驱动装置包括伺服电机和减速机,所述减速机采用齿轮减速机,所述减速 机的输出轴上开设有用于嵌入砂布的沟槽。
[0012] 本发明的有益效果为,与现有技术相比所述曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人 工艺平台可实现打磨工具X向移动、Y向移动、Z向移动、X向转动及Y向转动五个自由度的运 动控制,其中XYZ三轴串联滑动平台实现长行程的位置移动,ABC三轴组成并联柔顺打磨装 置,实现短行程的姿态调整。因此该串并联组合型机器人可以灵活的适应不同曲面的工件 表面打磨,同时搭载的压力传感器可以实时采集打磨压力值,并形成闭环控制,在打磨过程 中主动退让并调整打磨头姿态,以实现对工件的恒力打磨,保证打磨工艺要求的均匀一致 性。
附图说明
[0013] 图1是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的立体结构示意图;
[0014] 图2是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的移动滑台的立体结构示意图;
[0015] 图3是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的柔顺打磨调整组件和打磨头组件的立体结构示意图;
[0016] 图4是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的打磨头运动到工件表面正中央位置的主视图;
[0017] 图5是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的的打磨头运动到工件表面正中央位置的侧视图;
[0018] 图6是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的打磨头运动到工件表面某一角落位置的主视图;
[0019] 图7是本发明具体实施方式1提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平 台的打磨头运动到工件表面某一角落位置的侧视图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0021]请参阅图1至图3所示,本实施例中,一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工 艺平台包括打磨平台1、工件装夹平台2、移动滑台、柔顺打磨调整组件、打磨头组件和控制 台3,所述工件装夹平台2设置于所述打磨平台1上,所述移动滑台设置于所述工件装夹平台 2的上方,所述打磨平台1上设置有龙门式桁架4,所述龙门式桁架4的两侧分别设置有主动 平行导轨5和从动平行导轨6,所述主动平行导轨5上安装有X轴伺服电机7和X轴直线模组8, 所述主动平行导轨5和从动平行导轨6之间连接有横跨安装板9,所述横跨安装板9实现X轴 直线模组8与从动平行导轨6的同步运动。所述X轴伺服电机7和X轴直线模组8组成X轴驱动 系统。
[0022]所述横跨安装板9上设置有与所述X轴驱动系统正交的Y轴驱动系统,且所述横跨 安装板9上等距布置四个等距角件1〇,用以平衡Y轴驱动系统及其负载由于悬臂造成的倾覆 力矩。所述Y轴驱动系统包括设置于横跨安装板9上的Y轴伺服电机11和Y轴直线模组12,所 述Y轴驱动系统上通过YZ轴转接板13安装有与其正交分布的Z轴驱动系统,所述Z轴驱动系 统包括Z轴伺服电机14和Z轴直线模组15。所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统、Z轴驱动系统相 互正交,组成串联滑动平台,实现长行程的位置移动。且所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z 轴驱动系统均采用伺服电机连接滚珠丝杆的传动方式驱动。
[0023]所述柔顺打磨调整组件包括上固定平台16和下转动平台17,所述上固定平台16和 下转动平台17之间连接有A轴线性驱动系统18、B轴线性驱动系统19和C轴线性驱动系统20, 组成用于实现打磨头组件短行程姿态调整的并联驱动,所述A轴线性驱动系统18、B轴线性 驱动系统19和C轴线性驱动系统20均包括一电动缸21,所述电动缸21与上固定平台16通过 较链22转动连接,二者以转动副R约束,所述电动缸21的推杆与缸体通过滚珠丝杆连接,二 者以移动副P约束,所述下转动平台17与电动缸21通过球铰23连接,二者以球面副S约束。所 述A轴线性驱动系统18、B轴线性驱动系统19和C轴线性驱动系统20呈圆周均匀分布组成3-RPS并联柔顺装置,实现短行程的姿态调整。且A轴线性驱动系统18、B轴线性驱动系统19和C 轴线性驱动系统20均采用伺服电机连接减速齿轮,所述减速齿轮连接滚珠丝杆的传动方式 驱动。
[0024]所述打磨头组件安装于下转动平台17的底面,且两者之间设置有用于打磨力反馈 和闭环控制的压力传感器24。所述压力传感器24采用一维压力传感器,所述一维压力传感 器与下转动平台17及打磨头组件的前端均采用螺栓连接,所述一维压力传感器接入控制台 中运动控制器的模拟量输入口,并经过A/D转换形成闭环控制,通过对3-RPS并联机构的位 姿反解,实时规划A、B、C三轴电机输出,调整沿加工表面法向的移动,从而实现打磨进给方 向的主动柔顺退让。
[0025] 所述打磨头组件包括驱动装置和打磨头25,所述打磨头25采用千叶轮砂布作为打 磨工具,所述驱动装置包括伺服电机26和减速装置27,所述减速装置26采用大齿轮和小齿 轮相结合的减速方式,所述减速装置27的输出轴上开设有用于嵌入砂布的沟槽。可直接从 沟槽中取出并更换损坏的砂布而不用替换传动轴。
[0026]打磨头在不同位置和姿态的运动效果请参阅图4至图7所示,为了便于区分运动形 式加以曲面类工件,图4是本发明提供的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台的 打磨头运动到工件表面正中央位置的主视图;图5是本发明提供的曲面类工件柔顺打磨串 并联型机器人工艺平台的的打磨头运动到工件表面正中央位置的侧视图;此时下转动平台 15与上固定平台14处于平行状态。图6是本发明曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺 平台的打磨头运动到工件表面某一角落位置的主视图;图7是本发明提供的曲面类工件柔 顺打磨串并联型机器人工艺平台的打磨头运动到工件表面某一角落位置的侧视图;此时下 转动平台I5与上固定平台14在X向与Y向均有一定偏角,且与打磨头24正下方对应工件表面 的法向沿X向、Y向的分量垂直。
[0027]^以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性,本发明不受上述事例限制,在 不脱尚本发明精神和犯围的前提下,本发明还有各种变化和改变,这些变化和改变都落入 要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1. 一种曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其特征在于,其包括打磨平台、 工件装夹平台、移动滑台、柔顺打磨调整组件、打磨头组件和控制台,所述工件装夹平台设 置于所述打磨平台上,所述移动滑台设置于所述工件装夹平台的上方,所述移动滑台包括 龙门式桁架、X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统,所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统、Z 轴驱动系统相互正交,组成串联的用于实现打磨头组件长行程的位置移动的滑动平台,所 述柔顺打磨调整组件包括上固定平台和下转动平台,所述上固定平台和下转动平台之间连 接有呈圆周均匀分布的A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统,组成用于 实现打磨头组件短行程姿态调整的并联驱动,所述打磨头组件安装于下转动平台的底面, 且两者之间设置有用于打磨力反馈和闭环控制的压力传感器,所述A轴线性驱动系统、B轴 线性驱动系统和C轴线性驱动系统均包括一电动缸,所述电动缸与上固定平台通过铰链转 动连接,所述电动缸的推杆与缸体通过滚珠丝杆连接,所述下转动平台与电动缸通过球铰 连接,A、B、C三轴线性驱动系统呈圆周均匀分布组成3-RPS并联柔顺装置,实现短行程的姿 态调整,所述压力传感器采用一维压力传感器,所述一维压力传感器与下转动平台及打磨 头组件的前端均采用螺栓连接,所述一维压力传感器接入控制台中运动控制器的模拟量输 入口,并经过A/D转换形成闭环控制,通过对3-RPS并联机构的位姿反解,实时规划A、B、C三 轴驱动的输出,调整沿加工表面法向的移动,从而实现打磨进给方向的主动柔顺退让。
2. 根据权利要求1所述的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其特征在于, 所述X轴驱动系统包括X轴伺服电机和X轴直线模组,所述Y轴驱动系统通过横跨安装板与X 轴驱动系统连接,其包括设置于横跨安装板上的Y轴伺服电机和Y轴直线模组,所述Z轴驱动 系统通过YZ轴转接板竖直安装在Y轴驱动系统上,其包括Z轴伺服电机和Z轴直线模组。
3. 根据权利要求2所述的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其特征在于, 所述X轴驱动系统、Y轴驱动系统和Z轴驱动系统均采用伺服电机连接滚珠丝杆的传动方式 驱动,所述龙门式桁架的两侧分别设置有主动平行导轨和从动平行导轨,所述X轴伺服电机 和X轴直线模组安装于主动平行导轨上,所述横跨安装板实现X轴直线模组与从动平行导轨 的同步运动。
4. 根据权利要求1所述的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其特征在于, 所述A轴线性驱动系统、B轴线性驱动系统和C轴线性驱动系统均采用伺服电机连接减速齿 轮,所述减速齿轮连接滚珠丝杆的传动方式驱动。
5. 根据权利要求1所述的曲面类工件柔顺打磨串并联型机器人工艺平台,其特征在于, 所述打磨头组件包括驱动装置和打磨头,所述打磨头采用千叶轮砂布作为打磨工具,所述 驱动装置包括伺服电机和减速机,所述减速机采用齿轮减速机,所述减速机的输出轴上开 设有用于嵌入砂布的沟槽。
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