CN108789026B - 一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，该方法将大型铸件分成若干单元进行打磨，每个单元的大小小于所采用的机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间有少量重叠区域，机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。该方法既解决了人工作业面临的困境，又避免了工业机器人所采用的编程方式的局限性。通过搭建机器人示教平台进行轨迹仿真和现场测试运行，结果表明示教系统性能稳定，轨迹跟踪准确，具有良好的示教功能，为大型铸件清理打磨提供了一种新的解决方案。

Description

一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法

技术领域

本发明属于机加工技术领域，涉及铸件清理打磨领域，具体涉及一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法。

背景技术

铸件打磨清理是一项十分繁重的工作，工作条件差(高温、粉尘、环境脏)，劳动强度大。当前，铸造行业中铸件的清理打磨仍然使用大量的人工，而人工成本的不断上涨加重了铸造企业的负担，同时粉尘飞扬的打磨环境对工人身体健康造成极大危害，职业病预防、工伤赔偿进一步提高了人工成本，作业环境差、劳动强度大也使企业陷入了招工难的困境。另外，大型铸件使用人工打磨，需要大量的场地，效率低下，打磨质量不能保证，这些都无形中增加了企业的生产成本。而且，随着人民生活水平的提高和健康意识的增强，很多铸造厂已经很难招到打磨工人了。所以，在铸造行业特别是铸件打磨清理工序，采用机器人替代人工已经是大势所趋。

机器人自动打磨方案主要有两种：机器人抓取打磨工具打磨和机器人抓取铸件打磨。中小型铸件特别是大批量生产场合，采用工业机器人进行清理的技术已经成熟，已经逐渐在很多企业的到应用。对于大中型铸件，一般采用机器人的末端执行器(手)抓取打磨工具对工件进行打磨，铸件的装卸、翻转可由人工通过吊车进行。

为了实现打磨操作，需要对机器人进行编程，让机械手实现特定的运动轨迹，从而实现末端打磨工具的打磨操作。一般工业机器人的编程方式主要有离线编程和在线编程(示教编程)两种。

示教编程，即操作人员通过示教器，手动控制机器人的关节运动，以使机器人运动到预定的位置，同时将该位置进行记录，并传递到机器人控制器中，之后的机器人可根据指令自动重复该任务，示教器控制机器人走一遍之后，把走过完的路径记录下来，以后让机器人重复走这条路，这就是编程。但各家机器人的示教器可谓五花八门，操作也不一样，编程指令也不一样。示教编程有编程门槛低、简单方便、不需要环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械结构带来的误差等优点，但示教在线编程过程繁琐、精度完全是靠示教者的目测决定，而且对于复杂的路径示教在线编程难以取得令人满意的效果，示教器种类太多，学习量太大；示教过程容易发生事故，轻则撞坏设备，重则撞伤人；对实际的机器人进行示教时要占用机器人；另外，手持示教器示教效率低，例如，大型汽车车体生产厂商通常要花费几个月的时间进行电弧焊接机器人的编程，而整个焊接过程中机器人的工作时间却仅为十几个小时。虽然这种情况对于大批量汽车制造还勉强能够接受，但对于制造业中越来越普遍的多品种、小批量的柔性化生产则难于得到有效实施。因此，目前，示教编程方式主要集中在搬运、码垛、焊接等轨迹简单，手工示教时，记录的点不太多的领域。

离线编程，是通过软件，在电脑里重建整个工作场景的三维虚拟环境，然后软件可以根据要加工零件的大小、形状、材料，同时配合软件操作者的一些操作，自动生成机器人的运动轨迹，即控制指令，然后在软件中仿真与调整轨迹，最后生成机器人程序传输给机器人。离线编程克服了在线示教编程的很多缺点，充分利用了计算机的功能，减少了编写机器人程序所需要的时间成本，同时也降低了在线示教编程的不便。目前离线编程广泛应用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等运动轨迹复杂的新兴应用领域。离线编程实用性依赖于两个先决条件：一是要有工件的三维数字模型，二是机器人的绝对定位精度和工件的安装精度要非常高。而上述两个条件对于大型铸件清理打磨难以实现，尤其是第二个条件在实际工作中很难满足。因为工业机器人虽然重复定位精度高，但受制于机器人零部件的制造、装配以及整机的现场安装误差等因素，其绝对定位精度差，不适合小批量生产；其次，大型铸件的安装定位也很困难，会存在较大的误差，因此，离线编程方法难于在大型铸件打磨作业中得到实际的应用。此外，大型铸件一般是单件、小批量生产，如果对每一个铸件都重新进行编程操作，不仅编程工作量大，对编程和机器人操作者要求高，效率低，耗时长，在实际生产过程中也是很难实现的。由此可见，对于大型铸件的打磨，现有的机器人打磨方案难以胜任。再者，对于大型铸件的打磨，如果按上述原理，需要大型机器人才能保证其工作范围覆盖整个铸件，这在现有技术条件下也不具备可行性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，该方法将大型铸件分成若干单元进行打磨，每个单元的大小小于所采用的机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间有少量重叠区域，机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。该方法既解决了人工作业面临的困境，又避免了工业机器人所采用的编程方式的局限性。通过搭建机器人示教平台进行轨迹仿真和现场测试运行，结果表明示教系统性能稳定，轨迹跟踪准确，具有良好的示教功能，为大型铸件清理打磨提供了一种新的解决方案。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，采用打磨机器人对大型铸件进行清理打磨，包括以下步骤：

步骤一，将大型铸件划分成若干个单元，对每个单元分别进行打磨；

步骤二，移动铸件需要打磨的单元到打磨机器人工作区域或者移动打磨机器人到需要打磨单元的相应位置；

步骤三，当打磨机器人位于需要打磨的单元内后，直接拖拽机器人进行示教；或者对于具备三维数字模型的铸件进行离线编程，生成作业程序；

步骤四，根据示教系统编制或者离线编程生成的作业程序，先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序进行打磨操作；

步骤五，当机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

优选地，步骤一中所述每个单元的大小小于所采用的打磨机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间存在少量重叠区域。

优选地，为了提高打磨效率，可以采用多个机器人协同工作。

优选地，步骤二中打磨机器人的工作范围能够覆盖需要打磨的单元。

优选地，步骤三中示教内容包括两部分，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。

优选地，所述打磨机器人可以是普通的工业机器人+力传感拖动示教控制器，也可以是专用拖动示教机器人。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)既解决了人工作业面临的困境，又避免了工业机器人所采用的编程方式的局限性。

(2)通过搭建机器人示教平台进行轨迹仿真和现场测试运行，结果表明示教系统性能稳定，轨迹跟踪准确，具有良好的示教功能，为大型铸件清理打磨提供了一种新的解决方案。

(3)方法可靠易行，经济效益明显提升。

附图说明

图1是本发明所提供的一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法中示教过程示意图。阴影区域代表相邻单元重叠部分。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明公开了一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，采用打磨机器人对大型铸件进行清理打磨，包括以下步骤：

步骤一，将大型铸件划分成若干个单元，对每个单元分别进行打磨；

步骤二，移动铸件需要打磨的单元到打磨机器人工作区域或者移动打磨机器人到需要打磨单元的相应位置；

步骤三，当打磨机器人位于需要打磨的单元内后，直接拖拽机器人进行示教；或者对于具备三维数字模型的铸件进行离线编程，生成作业程序；

步骤四，根据示教系统编制或者离线编程生成的作业程序，先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序进行打磨操作；

步骤五，当机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

具体地，步骤一中所述每个单元的大小小于所采用的打磨机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间存在少量重叠区域。

具体地，步骤二中打磨机器人的工作范围能够覆盖需要打磨的单元。

具体地，步骤三中示教内容包括两部分，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。

具体地，所述打磨机器人为普通的工业机器人，通过控制系统，多台机器人可以同时协调工作。

本发明针对现存大型铸件清理打磨需要大型机器人的问题，将大型铸件分成若干单元进行打磨，每个单元的大小小于所采用的机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间有少量重叠区域，机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

直接拖动机器人末端执行器来引导机器人到达指定的位置对机器人进行在线示教，示教时通过线性或者旋转及其组合的方式来引导机器人，以实现机器人柔顺性，自然的避免碰撞的发生。示教过程如图1所示。

实施例一

一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，包括以下步骤：

将大型铸件分成若干单元进行打磨，每个单元的大小小于所采用的机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间有少量重叠区域；

安装环形轨道，将工业机器人安装到环形轨道上，待打磨铸件放置于铸件环形轨道内；

采用两台工业机器人单元作为作业主体，两台机器人分布于铸件两侧，每台机器人可分别在环形轨道上移动，各自打磨铸铸件两侧；

移动机器人到需要打磨单元的相应位置，保证机器人工作范围能覆盖需要打磨的单元；

机器人处于需要打磨的单元内后，直接拖拽机器人进行示教，示教内容主要包括两部分，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教；

根据示教系统编制生成的作业程序，先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序进行打磨操作；

机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

通过控制系统，两台机器人可以协调工作。

实施例二

一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，包括以下步骤：

将机器人安装在龙门机床横梁和立柱上，安装在横梁上的机器人负责打磨铸件上表面和竖向内腔，安装在立柱上的机器人负责打磨铸件侧立面和水平内腔；

将大型铸件置于龙门机床工作台上，并将铸件划分成若干个单元，对每个单元分别进行打磨；

通过程序控制龙门机床工作台带动铸件移动相应的距离，将铸件待打磨单元移动至机器人工作区；

当打磨机器人位于需要打磨的单元内后，直接拖拽机器人进行示教，对于具备三维数字模型的铸件进行离线编程，生成作业程序；

根据示教系统编制或者离线编程生成的作业程序，先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序进行打磨操作；

当机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，采用打磨机器人对大型铸件进行清理打磨，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将大型铸件划分成若干个单元，对每个单元分别进行打磨；

步骤二，移动铸件需要打磨的单元到打磨机器人工作区域或者移动打磨机器人到需要打磨单元的相应位置；

步骤三，当打磨机器人位于需要打磨的单元内后，直接拖拽机器人进行示教；或者对于具备三维数字模型的铸件进行离线编程，生成作业程序；

步骤四，根据示教系统编制或者离线编程生成的作业程序，先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序进行打磨操作；

步骤五，当机器人打磨完一个单元后，通过移动铸件或者机器人打磨相邻的单元，以此类推，直至完成整个铸件的打磨。

2.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，其特征在于：步骤一中所述每个单元的大小小于所采用的打磨机器人的工作范围，且两个相邻的单元之间存在少量重叠区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，其特征在于：步骤二中打磨机器人的工作范围能够覆盖需要打磨的单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，其特征在于：步骤三中示教内容包括两部分，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于人机协作的大型铸件清理打磨方法，其特征在于：所述打磨机器人为普通的工业机器人+力传感运动控制系统或者专用拖动示教机器人。