CN108436639A - 一种大型车体机器人打磨抛光系统及其抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型车体机器人打磨抛光系统，包括有机器人、用于装载机器人且驱动机器人直线往复运动的直线驱动装置、用于限制机器人和直线驱动装置运动定位的拉绳定位装置以及用于控制上述机器人和直线驱动装置与拉绳定位装置的电控装置；所述机器人的末端执行器通过一自适应法兰连接有一U型连接架，U型连接架的两端分别设置有第一自吸尘偏心打磨机和第二自吸尘偏心打磨机，其中第二自吸尘偏心打磨机设置有避免与第一自吸尘偏心打磨机发生干涉作用的防干涉伸缩组件。本发明能够在运动和定位两种状态间切换工作，具有两种不同尺寸的自吸尘偏心打磨机，减少人工手动操作和降低了环境污染，有利于标准化生产，提高生产效率和打磨抛光表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛光设备，属于机器人打磨抛光技术领域，尤其是指一种大型车体机器人打磨抛光系统及其抛光方法。
背景技术
目前，我国的轨道列车的发展极为迅速，包括有高速动车组、地铁和有轨电车等，这些轨道列车车厢长度约在30至40米范围，以高速动车组为例，高速动车组的车体制造一般需要经过加工、焊接、装配、打磨四个核心工序，从车体下料到成为符合出厂要求的高速动车组列车车厢，需要用四个月时间、经手600至700人次，而其中的打磨抛光工序是占用工人数量最多和工时最长的。另一方面，高速动车组这些车厢的维修也需要打磨抛光，以清除表面原有涂层。
现有技术中，这些大型车体的打磨抛光大多数采用人工或单机器人和人工相结合的方法，是一种分段打磨抛光工艺，这种方法工艺不仅容易造成工作环境的污染，而且缩小了机器人的适用范围，降低了生产效率，不利于标准化生产，尤其对车体外轮廓复杂形状部位的打磨抛光表面质量影响尤甚。
从目前公开的一些在先专利文献来看，也并没有找到相关特别有效的系统设备和抛光方法，例如以下的一些在先文献：1、申请公布号CN107009236A“轨道列车车体大部件打磨用龙门式砂带机”；2、授权公告号CN202640114U“一种可调式大型抛光设备”；3、授权公告号CN204527157U“一种可视化车体抛光专用设备”；4、授权公告号CN206070264U“开放式砂带钢轨高速打磨车”。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷与不足，提供一种大型车体机器人打磨抛光系统的抛光方法，该打磨抛光系统能够在运动和定位两种状态间切换工作，具有两种不同尺寸的自吸尘偏心打磨机，能够适应多种复杂曲面的打磨抛光，减少人工手动操作和降低了环境污染，有利于标准化生产，提高生产效率和打磨抛光表面质量。
为了实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：
一种大型车体机器人打磨抛光系统，包括有机器人、用于装载机器人且驱动机器人直线往复运动的直线驱动装置、用于限制机器人和直线驱动装置运动定位的拉绳定位装置以及用于控制上述机器人和直线驱动装置与拉绳定位装置的电控装置；所述机器人的末端执行器通过一自适应法兰连接有一U型连接架，U型连接架的两端分别设置有第一自吸尘偏心打磨机和第二自吸尘偏心打磨机，其中第二自吸尘偏心打磨机设置有避免与第一自吸尘偏心打磨机发生干涉作用的防干涉伸缩组件。
进一步，所述第一自吸尘偏心打磨机包括有蝶形外罩、设置于蝶形外罩中的偏心打磨结构和自吸尘结构，其中：该蝶形外罩的开口边沿设置有海绵垫圈；该偏心打磨结构包括有位于蝶形外罩内的气动马达、通过进气管接头固定于蝶形外罩中且与气动马达连接的压缩气管、通过一偏心轴平衡器与气动马达连接的多孔托盘以及拆装式安装在多孔托盘表面的多孔砂纸；该自吸尘结构包括有位于蝶形外罩内的真空吸尘器、通过软管接头固定于蝶形外罩中且与真空吸尘器连接的吸尘软管、以及独立设置于机器人外部且与吸尘软管连接的吸尘电机和集尘箱；所述第二自吸尘偏心打磨机的结构与第一自吸尘偏心打磨机的结构相同，尺寸不同，及第一自吸尘偏心打磨机和第二自吸尘偏心打磨机共用一套吸尘电机和集尘箱。
进一步，所述防干涉伸缩组件采用防干涉气缸，该防干涉气缸通过连接法兰固定于U型连接架的一端部，其伸缩活塞杆的自由端部与第二自吸尘偏心打磨机连接，且防干涉气缸回缩状态时第二自吸尘偏心打磨机的打磨端面短于第一自吸尘偏心打磨机的打磨端面，防干涉气缸伸出状态时第二自吸尘偏心打磨机的打磨端面长于第一自吸尘偏心打磨机的打磨端面。
进一步，所述直线驱动装置包括有直线型固定底座、通过导轨组装于直线型固定底座上方用于装载机器人和吸尘电机及集尘箱的滑座、及用于驱动滑座沿直线型固定底座往复滑动的伺服驱动组件，其中，该伺服驱动组件包括有位于滑座上的伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接且动力输出轴向下穿过滑座的减速机、固定于减速机动力输出轴尾端的驱动齿轮、及固定于直线型固定底座内侧且与驱动齿轮啮合传动连接的直线型齿条。
进一步，所述拉绳定位装置包括有设置于直线型固定底座一端部的拉绳感应器本体，该拉绳感应器本体的拉绳自由端部通过拉环与滑座一端部连接。
进一步，所述直线型固定底座的上面前端部设置有前限位开关和前急停开关，后端部设置有后限位开关和后急停开关。
进一步，所述打磨抛光系统还包括有位于直线型固定底座一侧的车体支承架及至少一位于直线型固定底座相对一侧的砂纸自动更换装置。
一种大型车体机器人打磨抛光系统的抛光方法，当车体进入车体支承架原始基准位置时，车体支承架原点定位开关发出信号，机器人接收原点定位开关发出的指令后，机器人的末端执行器旋转复位选择尺寸较大的第一自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较平坦的区域，当电控装置发出进入较复杂车体曲面指令时，机器人的末端执行器旋转180度选择尺寸较小的第二自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较复杂曲面，至此机器人完成其臂展所及区域的打磨工序；之后机器人的末端执行器再旋转180度选择第一自吸尘偏心打磨机，此时电控装置发出机器人从固定工作状态进入运动定位工作状态指令，直线驱动装置的伺服驱动电机开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座向前移动，拉绳感应器本体的拉绳随之被拉长，当拉绳拉长到预定长度时，直线驱动装置停止工作，机器人准确到位；电控装置再发出指令，机器人的末端执行器的第一自吸尘偏心打磨机开始从上向下打磨车体第二个较平坦的区域，系统反复重复前述动作，直至整个车体打磨完毕，在此过程中还按砂纸的使用寿命进行自动更换砂纸；当车体打磨完毕后，直线型固定底座的后限位开关发出信号，直线驱动装置开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座反向运动，直到直线型固定底座底座的前限位开关发出信号，机器人返回定到位；如系统控制失灵，急停开关发出信号，系统自动切断电源以保证安全。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、本发明是一种适应多种规格车体连续打磨抛光的机器人打磨抛光系统，在直线驱动装置正反向驱动下，机器人能够沿直线型固定底座导轨正反向运动，按照车体打磨的工艺要求，系统可实现固定打磨抛光和运动定位两种转换工作状态，使机器人增加一个自由度和扩大其臂展活动范围，能更充分发挥机器人运动灵活和智能化的优势；
2、本发明通过自适应法兰连接和U型连接架设置有两个不同尺寸的自吸尘偏心打磨机，将大直径打磨机和小直径打磨机集成一体，既缩短工艺流程，又保证打磨头在车体较平坦的平面和较复杂的相贯曲面的接触压力恒定，保证车体较表面打磨质量均匀；
3、本发明整体结构简单紧凑，确保了打磨环境的整洁和安全，实现精确控制和自动化，有效提高生产效率和车体表面抛光质量。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明详细阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中直线驱动装置的局部剖面示意图。
图3是本发明中自吸尘偏心打磨机的连接结构示意图。
图4是图3中自吸尘偏心打磨机的剖面示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，包括有机器人1、用于装载机器人且驱动机器人直线往复运动的直线驱动装置2、用于限制机器人和直线驱动装置运动定位的拉绳定位装置3以及用于控制上述机器人和直线驱动装置与拉绳定位装置的电控装置4。
如图1、3、4所示，所述机器人1的末端执行器11通过一自适应法兰12连接有一U型连接架5，U型连接架5的两端分别设置有第一自吸尘偏心打磨机61和第二自吸尘偏心打磨机62，其中第二自吸尘偏心打磨机62设置有避免与第一自吸尘偏心打磨机61发生干涉作用的防干涉伸缩组件。
作为上述方案的进一步优化：
所述第一自吸尘偏心打磨机61包括有蝶形外罩611、设置于蝶形外罩中的偏心打磨结构和自吸尘结构，其中：该蝶形外罩611的开口边沿设置有海绵垫圈612；该偏心打磨结构包括有位于蝶形外罩内的气动马达613、通过进气管接头固定于蝶形外罩中且与气动马达连接的压缩气管614、通过一偏心轴平衡器615与气动马达连接的多孔托盘616以及拆装式安装在多孔托盘表面的多孔砂纸617；该自吸尘结构包括有位于蝶形外罩内的真空吸尘器618、通过软管接头固定于蝶形外罩中且与真空吸尘器连接的吸尘软管619、以及独立设置于机器人外部且与吸尘软管连接的吸尘电机6110和集尘箱6111；所述第二自吸尘偏心打磨机62的结构与第一自吸尘偏心打磨机61的结构相同，尺寸不同，第一自吸尘偏心打磨机61的直径大于第二自吸尘偏心打磨机62的直径，及第一自吸尘偏心打磨机61和第二自吸尘偏心打磨机62共用一套吸尘电机6110和集尘箱6111。
所述防干涉伸缩组件采用防干涉气缸63，该防干涉气缸63通过连接法兰固定于U型连接架5的一端部，其伸缩活塞杆631的自由端部与第二自吸尘偏心打磨机62连接，且防干涉气缸63回缩状态时第二自吸尘偏心打磨机62的打磨端面短于第一自吸尘偏心打磨机61的打磨端面，防干涉气缸63伸出状态时第二自吸尘偏心打磨机62的打磨端面长于第一自吸尘偏心打磨机61的打磨端面，从而避免两个打磨机工作时发生干涉，而且保证打磨机在车体较平坦的平面和较复杂的相贯曲面的接触压力恒定。
如图1和2所示，所述直线驱动装置2包括有直线型固定底座21、通过导轨22组装于直线型固定底座上方用于装载机器人和吸尘电机及集尘箱的滑座23、及用于驱动滑座沿直线型固定底座往复滑动的伺服驱动组件24，其中，该伺服驱动组件24包括有位于滑座上的伺服驱动电机241、与伺服驱动电机连接且动力输出轴向下穿过滑座的减速机242、固定于减速机动力输出轴尾端的驱动齿轮243、及固定于直线型固定底座内侧且与驱动齿轮啮合传动连接的直线型齿条244。
进一步，所述直线型固定底座21的上面前端部设置有前限位开关211和前急停开关212，后端部设置有后限位开关213和后急停开关214。
如图1所示，所述拉绳定位装置3包括有设置于直线型固定底座一端部的拉绳感应器本体31，该拉绳感应器本体31的拉绳32自由端部通过拉环33与滑座23一端部连接。滑座23的移动同步带动拉环33牵动拉绳32伸长或缩短，拉绳感应器本体31内含的位置转换部件的位置信号经输入/输出信号电缆传送到电控装置4中进行处理，通过输出指令使伺服驱动电机241启动或准确停止，滑座23及装载在滑座上的机器人1能够准确停止在预先确定的固定位置并开始打磨工作。
进一步，所述打磨抛光系统还包括有位于直线型固定底座一侧的车体支承架7(车体支承架设置有原点定位开关)及若干个位于直线型固定底座相对一侧的砂纸自动更换装置8(砂纸自动更换装置可以采用本领域中现有的设备装置，砂纸自动更换装置和机器人的工作配合也是现有技术，在此不再赘述)。
上述大型车体机器人打磨抛光系统的抛光方法，具体步骤为：
当车体进入车体支承架原始基准位置时，车体支承架原点定位开关发出信号，机器人接收原点定位开关发出的指令后，机器人的末端执行器旋转复位选择尺寸较大的第一自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较平坦的区域，与此同时，吸尘电机通过吸尘软管将真空吸尘器收集的尘物汇集到集尘箱，能够收集到打磨产生的90％尘物，因此对工作环境的卫生清洁具有极好作用；当电控装置发出进入较复杂车体曲面指令时，机器人的末端执行器旋转180度选择尺寸较小的第二自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较复杂曲面，至此机器人完成其臂展所及区域的打磨工序；
之后机器人的末端执行器再旋转180度选择第一自吸尘偏心打磨机，此时电控装置发出机器人从固定工作状态进入运动定位工作状态指令，直线驱动装置的伺服驱动电机开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座向前移动，拉绳感应器本体的拉绳随之被拉长，当拉绳拉长到预定长度时，直线驱动装置停止工作，机器人准确到位；
电控装置再发出指令，机器人的末端执行器的第一自吸尘偏心打磨机开始从上向下打磨车体第二个较平坦的区域，系统反复重复前述动作，直至整个车体打磨完毕，在此过程中还按砂纸的使用寿命进行自动更换砂纸；
当车体打磨完毕后，直线型固定底座的后限位开关发出信号，直线驱动装置开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座反向运动，直到直线型固定底座底座的前限位开关发出信号，机器人返回定到位；如系统控制失灵，急停开关发出信号，电控装置自动切断电源以保证安全。
本发明并不局限于上述具体实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (8)
1.一种大型车体机器人打磨抛光系统，包括有机器人、用于装载机器人且驱动机器人直线往复运动的直线驱动装置、用于限制机器人和直线驱动装置运动定位的拉绳定位装置以及用于控制上述机器人和直线驱动装置与拉绳定位装置的电控装置，其特征在于：所述机器人的末端执行器通过一自适应法兰连接有一U型连接架，U型连接架的两端分别设置有第一自吸尘偏心打磨机和第二自吸尘偏心打磨机，其中第二自吸尘偏心打磨机设置有避免与第一自吸尘偏心打磨机发生干涉作用的防干涉伸缩组件。
2.根据权利要求1所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述第一自吸尘偏心打磨机包括有蝶形外罩、设置于蝶形外罩中的偏心打磨结构和自吸尘结构，其中：该蝶形外罩的开口边沿设置有海绵垫圈；该偏心打磨结构包括有位于蝶形外罩内的气动马达、通过进气管接头固定于蝶形外罩中且与气动马达连接的压缩气管、通过一偏心轴平衡器与气动马达连接的多孔托盘以及拆装式安装在多孔托盘表面的多孔砂纸；该自吸尘结构包括有位于蝶形外罩内的真空吸尘器、通过软管接头固定于蝶形外罩中且与真空吸尘器连接的吸尘软管、以及独立设置于机器人外部且与吸尘软管连接的吸尘电机和集尘箱；
所述第二自吸尘偏心打磨机的结构与第一自吸尘偏心打磨机的结构相同，尺寸不同，及第一自吸尘偏心打磨机和第二自吸尘偏心打磨机共用一套吸尘电机和集尘箱。
3.根据权利要求1或2所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述防干涉伸缩组件采用防干涉气缸，该防干涉气缸通过连接法兰固定于U型连接架的一端部，其伸缩活塞杆的自由端部与第二自吸尘偏心打磨机连接，且防干涉气缸回缩状态时第二自吸尘偏心打磨机的打磨端面短于第一自吸尘偏心打磨机的打磨端面，防干涉气缸伸出状态时第二自吸尘偏心打磨机的打磨端面长于第一自吸尘偏心打磨机的打磨端面。
4.根据权利要求2所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述直线驱动装置包括有直线型固定底座、通过导轨组装于直线型固定底座上方用于装载机器人和吸尘电机及集尘箱的滑座、及用于驱动滑座沿直线型固定底座往复滑动的伺服驱动组件，其中，该伺服驱动组件包括有位于滑座上的伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接且动力输出轴向下穿过滑座的减速机、固定于减速机动力输出轴尾端的驱动齿轮、及固定于直线型固定底座内侧且与驱动齿轮啮合传动连接的直线型齿条。
5.根据权利要求4所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述拉绳定位装置包括有设置于直线型固定底座一端部的拉绳感应器本体，该拉绳感应器本体的拉绳自由端部通过拉环与滑座一端部连接。
6.根据权利要求4所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述直线型固定底座的上面前端部设置有前限位开关和前急停开关，后端部设置有后限位开关和后急停开关。
7.根据权利要求5或6所述一种大型车体机器人打磨抛光系统，其特征在于：所述打磨抛光系统还包括有位于直线型固定底座一侧的车体支承架及至少一位于直线型固定底座相对一侧的砂纸自动更换装置。
8.如权利要求7所述一种大型车体机器人打磨抛光系统的抛光方法，其特征在于：当车体进入车体支承架原始基准位置时，车体支承架原点定位开关发出信号，机器人接收原点定位开关发出的指令后，机器人的末端执行器旋转复位选择尺寸较大的第一自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较平坦的区域，当电控装置发出进入较复杂车体曲面指令时，机器人的末端执行器旋转180度选择尺寸较小的第二自吸尘偏心打磨机，开始从上向下打磨车体首个较复杂曲面，至此机器人完成其臂展所及区域的打磨工序；
之后机器人的末端执行器再旋转180度选择第一自吸尘偏心打磨机，此时电控装置发出机器人从固定工作状态进入运动定位工作状态指令，直线驱动装置的伺服驱动电机开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座向前移动，拉绳感应器本体的拉绳随之被拉长，当拉绳拉长到预定长度时，直线驱动装置停止工作，机器人准确到位；
电控装置再发出指令，机器人的末端执行器的第一自吸尘偏心打磨机开始从上向下打磨车体第二个较平坦的区域，系统反复重复前述动作，直至整个车体打磨完毕，在此过程中还按砂纸的使用寿命进行自动更换砂纸；
当车体打磨完毕后，直线型固定底座的后限位开关发出信号，直线驱动装置开始驱动装载有机器人的滑座沿直线型固定底座反向运动，直到直线型固定底座底座的前限位开关发出信号，机器人返回定到位；如系统控制失灵，急停开关发出信号，系统自动切断电源以保证安全。
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