CN109359386B - 机器人打磨效率的计算方法、调整方法及最佳设定方法 - Google Patents

机器人打磨效率的计算方法、调整方法及最佳设定方法 Download PDF

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Abstract

一种机器人打磨效率的计算方法、调整方法及最佳设定方法。通过彩色点云信息来计算被打磨后的工件表面积和工件表面总面积的比值，对打磨效果来进行量化评价，打磨效率计算精确、方便。通过影响打磨效率的参数统计并计算得到以各个打磨参数为变量的通用的打磨效率计算公式，依据该公式进行打磨效率的准确调整。通过打磨效率计算公式计算出最佳打磨效率的参数组合，并设定打磨参数以达到最佳的打磨效率。本发明避免了大量简单重复的调试打磨路径、打磨力度的工作。最大程度的精细化了面积的计算。提高了打磨的效果和效率，提升了自动化程度。节省打磨过程中砂纸的用量，间接的降低了打磨片和整个系统的损耗，降低了成本。

Description

机器人打磨效率的计算方法、调整方法及最佳设定方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种机器人打磨效率的计算方法、调整方法及最佳设定方法。
背景技术
在一个机器人打磨曲面工件的应用中，打磨效果的评价目前并没有一个量化的标准来评价。而对打磨效果进行量化测量是提高机器人打磨效果的一个前提。因此，我们将打磨后的工件表面积和工件表面总面积的比值定义为打磨效率。但是，工件往往是曲面的，其打磨后的表面积和总表面积很难进行人工测量，因此，精确计算打磨效率也比较困难。
还有，仅仅是针对一种固定曲面形状的机械零部件，为了得到一个较好的打磨效果，目前在前期调试过程中需要耗费大量的人力和时间，来确定打磨时所用的砂纸目数、砂纸更换的时间、机器人的路径位置和行进过程中的速度，以及机器人前端力传感器需施加的作用力。以上仅仅是对一种曲面工件，并要耗费大量的人工调试的物力和时间，而且还不能得出一个最佳的打磨效果，那么如果是存在着一千种不同形状的曲面工件需要机器人打磨，不可能人工调试一千种对应的打磨程序，在这其中机器人应对曲面的点位姿态和作用力最难以掌控，因此机器人在应对大规模的不同类型的曲面工件打磨时很难得到一个很好的效果，同时效率低下。
发明内容
本发明目的在于针对现有机器人打磨技术领域存在的问题，提供一种能够精确评价打磨效果的机器人打磨效率的计算方法；一种能够可以准确调整机器人打磨效率的方法；以及一种设定机器人最佳打磨效率的方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
机器人打磨效率的计算方法，采用六轴打磨机器人，所述六轴打磨机器人前端设置有三维传感器和线激光扫描仪，其特征在于包括下述步骤：
(1)将需要被打磨的工件安放固定在工件台上；开启大功率除尘器吸除扬尘；
(2)三维传感器扫描工件曲面的RGBD信息，建立彩色点云模型，计算工件曲面的面积和各点的法线向量；
(3)外部计算机根据彩色点云信息和法线向量计算六轴打磨机器人基于此曲面的打磨路径，并按照规划后的路径进行打磨；
(4)工件打磨完成后，六轴打磨机器人携带三维传感器再次扫描被打磨后的工件，得到RGBD信息，比对打磨前后工件表面的颜色变化；与原始颜色不同的是被打磨后的表面，计算被打磨后的工件表面积和工件表面总面积的比值即为打磨效率。
调整机器人打磨效率的方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)六轴打磨机器人依据打磨路径对多个工件进行打磨；
(b)分别记录每次打磨的砂纸的圆面直径为D1，砂纸目数为Mn，行间距为Hn，前端力传感器的反馈力为Fn，前端力传感器的最终施加力为fn，电动打磨机的转速为Rn，机器人点位姿态的前倾角为An，姿态的侧倾角为Bn，机器人打磨行进的速度为Vn；n为自然数；
(c)每次打磨时，六轴打磨机器人前端安装的线激光扫描仪在打磨后的工件表面实时检测打磨的效果，如果检测到打磨的效果已不能满足工艺要求，则更换砂纸，记更换的间隔时间为Tn；
(d)采用上述的机器人打磨效率的计算方法计算每次打磨的打磨效率En；
(e)将每组数据都输入到matlab软件中进行数据分析，得到一组关于打磨效率的公式：
Figure BDA0001832633130000021
其中k＝0.001；
(f)在打磨其他工件时，利用上述公式，通过调整圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度中的一个或多个参数来调整六轴打磨机器人的打磨效率。
为了便于计算，多个所述工件的形状相同和材质相同。
优选的：所述工件个数为50个，n＝50。
所述步骤(c)中线激光扫描仪通过检测打磨后工件表面的高度差来判断打磨的效果是否能满足工艺要求。
设定机器人最佳打磨效率的方法，其特征在于：采用上述的调整机器人打磨效率的方法，通过参数的调整计算出一个最佳打磨效率的参数组合，并依据所述最佳打磨效率的参数组合对六轴打磨机器人的圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度进行设定。
本发明通过彩色点云信息来计算被打磨后的工件表面积和工件表面总面积的比值，对打磨效果来进行量化评价，打磨效率计算精确、方便。通过影响打磨效率的参数统计并计算得到以各个打磨参数为变量的通用的打磨效率计算公式，依据该公式进行打磨效率的准确调整。通过打磨效率计算公式计算出最佳打磨效率的参数组合，并设定打磨参数以达到最佳的打磨效率。
本发明具有以下优点：
1.避免技术工人进行大量简单重复的调试打磨路径、打磨力度的工作。
2.提供了一种从点云的RGBD信息中获得打磨面积的方法，最大程度的精细化了面积的计算。
3.从RGBD的点云层面将打磨前后的效果进行量化，可以准确的知道打磨前后的差异。
4.提出了一个针对于打磨效率的计算方法，可以将此公式植入到机器人的程序中，在面对不同曲面特征的工件时，直接通过参数的调整计算出一个最佳的打磨效率，提高了打磨的效果和效率，提升了自动化程度。
5.本发明方法可以节省打磨过程中砂纸的用量，间接的降低了打磨片和整个系统的损耗，降低了成本。
附图说明
图1为本发明打磨参数设置及打磨效率计算记录表。
具体实施方式
本发明采用了六轴打磨机器人、前端自适应力传感器、工件台、需要被打磨的曲面工件、三维传感器、电动打磨工具、外部计算机、线激光扫描仪、大功率除尘器等设备。外部计算机主要用来处理RGBD点云数据，大功率除尘器主要用来及时吸除环境中的粉尘。六轴打磨机器人是作业的主体，扫描和打磨的工序由机器人完成。三维传感器主要用来扫描被打磨工件，得到RGBD信息。电动打磨工具上安装砂纸，并记录下打磨的转速。自适应力传感器主要用来提供打磨的力反馈和施加打磨作用力。线激光扫描仪用来扫描打磨后的曲面，判断是否符合打磨要求。
一种机器人打磨效率的计算方法、打磨效率的调整方法及最佳打磨效率的设定方法，包括以下步骤：
1.技术工人将需要被打磨的工件安放固定在工件台上。
2.开启大功率除尘器，保证打磨工序过程中空间内的扬尘都能吸除。
3.机器人前端三维传感器扫描工件曲面的RGBD信息，建立彩色点云模型，计算工件曲面的面积和各点的法线向量。
4.外部计算机根据彩色点云信息和法线向量计算六轴打磨机器人基于此曲面的打磨路径，设砂纸的圆面直径为D1，砂纸目数为M1，行间距为H1，前端力传感器的反馈力为F1，前端力传感器的最终施加力为f1，电动打磨机的转速为R1，机器人点位姿态的前倾角为A1，姿态的侧倾角为B1，机器人打磨行进的速度为V1。
5.计算机自动生成打磨路径(按照曲面的法线向量来规划路径)，然后六轴打磨机器人按照规划后的路径进行打磨，六轴打磨机器人前端安装的线激光扫描仪在打磨后的表面实时检测打磨的效果，如果检测到打磨的效果已不能满足工艺要求，则告知机器人需要更换砂纸，记更换的间隔时间为T1。
6.机器人携带三维传感器再次扫描被打磨后的工件，得到RGBD信息，判断工件表面的颜色变化，与原始颜色不同的是被打磨后的表面，与原始颜色相同的是未被打磨到的表面，记被打磨后的表面积为area1，总面积为Area1，效率为E1，E1＝area1/Area1。
7.对同样形状和同样材质的工件进行以上相同的打磨操作，取不同的参数值，设砂纸的圆面直径为D1，砂纸目数为M2，行间距为H2，前端力传感器的反馈力为F2，前端力传感器的最终施加力为f2，机器人点位姿态的前倾角为A2，姿态的侧倾角为B2，机器人打磨行进的速度为V2，电动打磨机的转速为R2，记更换砂纸的间隔时间为T2。记被打磨后的表面积为area2，总面积为Area2，效率为E2，E2＝area2/Area2。
8.以上操作重复50次，对同样形状和同样材质的工件进行以上参数不同的打磨操作，砂纸的圆面直径为D1，砂纸目数为Mn，行间距为Hn，前端力传感器的反馈力为Fn，前端力传感器的最终施加力为fn，机器人点位姿态的前倾角为An，姿态的侧倾角为Bn，机器人打磨行进的速度为Vn，电动打磨机的转速为Rn，记更换的间隔时间为Tn。记被打磨后的表面积为arean，总面积为Arean，效率为En，En＝arean/Arean。n为1-50之间的自然数。
9.将50组数据都输入到matlab软件中进行数据分析，经过多重推导，得到一组关于打磨效率的公式。
Figure BDA0001832633130000051
其中k＝0.001；
10.在打磨其他工件时，利用上述公式，通过调整圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度中的一个或多个参数来调整六轴打磨机器人的打磨效率。
11.采用上述的调整机器人打磨效率的方法，通过参数的调整计算出一个最佳打磨效率的参数组合，并依据所述最佳打磨效率的参数组合对六轴打磨机器人的圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度进行设定。
图1是一组打磨参数设置及打磨效率计算记录表，从表中可以第6次测试中的打磨参数设置在6次测试过程中打磨效率最高。该组参数值就可以作为工件打磨是参数设置的依据。

Claims (5)

1.调整机器人打磨效率的方法，其特征在于包括下述步骤：
（a）六轴打磨机器人依据打磨路径对多个工件进行打磨；
（b）分别记录每次打磨的砂纸的圆面直径为D1，砂纸目数为Mn，行间距为Hn，前端力传感器的反馈力为Fn，前端力传感器的最终施加力为fn，电动打磨机的转速为Rn，机器人点位姿态的前倾角为An，姿态的侧倾角为Bn，机器人打磨行进的速度为Vn；n为自然数；
（c）每次打磨时，六轴打磨机器人前端安装的线激光扫描仪在打磨后的工件表面实时检测打磨的效果，如果检测到打磨的效果已不能满足工艺要求，则更换砂纸，记更换的间隔时间为Tn；
（d）计算每次打磨的打磨效率En；
（e）将每组数据都输入到matlab软件中进行数据分析，得到一组关于打磨效率的公式：
其中k=0.001；
（f）在打磨其他工件时，利用上述公式，通过调整圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度中的一个或多个参数来调整六轴打磨机器人的打磨效率；
所述步骤（d）机器人打磨效率的计算方法为，采用六轴打磨机器人，所述六轴打磨机器人前端设置有三维传感器和线激光扫描仪，包括下述步骤：
（1）将需要被打磨的工件安放固定在工件台上；开启大功率除尘器吸除扬尘；
（2）三维传感器扫描工件曲面的RGBD信息，建立彩色点云模型，计算工件曲面的面积和各点的法线向量；
（3）外部计算机根据彩色点云信息和法线向量计算六轴打磨机器人基于此曲面的打磨路径，并按照规划后的路径进行打磨；
（4）工件打磨完成后，六轴打磨机器人携带三维传感器再次扫描被打磨后的工件，得到RGBD信息，比对打磨前后工件表面的颜色变化；与原始颜色不同的是被打磨后的表面，计算被打磨后的工件表面积和工件表面总面积的比值即为打磨效率。
2.如权利要求1所述调整机器人打磨效率的方法，其特征在于：多个所述工件的形状相同和材质相同。
3.如权利要求2所述调整机器人打磨效率的方法，其特征在于：所述工件个数为50个，n=50。
4.如权利要求1所述调整机器人打磨效率的方法，其特征在于：所述步骤（c）中线激光扫描仪通过检测打磨后工件表面的高度差来判断打磨的效果是否能满足工艺要求。
5.设定机器人最佳打磨效率的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的调整机器人打磨效率的方法，通过参数的调整计算出一个最佳打磨效率的参数组合，并依据所述最佳打磨效率的参数组合对六轴打磨机器人的圆面直径，砂纸目数，行间距，前端力传感器的反馈力，前端力传感器的最终施加力，电动打磨机的转速，机器人点位姿态的前倾角，姿态的侧倾角，机器人打磨行进的速度进行设定。
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