CN110340771A - 客车车体多机器人打磨系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种客车车体多机器人打磨系统，包括车体导轨、机器人导轨、机器人打磨模块、集尘模块、车体测量定位模块、主控模块；所述车体导轨用于输送车体，位于两条机器人导轨中间；在车体导轨的一端安装有车体测量定位模块，所述车体测量定位模块连接主控模块；车体测量定位模块用于测量距车体的距离，以便主控模块确定车体移动到位；每条机器人导轨上至少安装一个机器人打磨模块；各机器人打磨模块连接并受控于主控模块，共同对车体导轨上的车体进行打磨；机器人导轨受控于主控模块，能够带动机器人打磨模块在机器人导轨上移动；在机器人导轨上还安装有能够与机器人打磨模块一起移动的集尘模块。本发明安全稳定、打磨效率高。

Description

客车车体多机器人打磨系统及方法
技术领域
本发明涉及复杂曲面打磨技术领域，尤其涉及一种客车车体多机器人打磨系统及方法。
背景技术
电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，有利于实现交通能源结构多元化，维护国家能源安全，减轻汽车排放污染，保障社会可持续发展，其制造水平代表着国家制造业的核心竞争力。多环境和多动态的特点决定了其对车体表面的涂装要求非常严格。客车车体表面大部分是复杂曲面，且对过渡细节处有严格要求。车体表面在喷漆前，将腻子涂施于底漆上，用以清除高低不平的缺陷。在腻子刮涂过程中，由于操作人员先后两次涂刮的衔接偏差以及刮刀变形等原因，导致车体表面的腻子存在较多凸棱和搭口等缺陷。故必须通过打磨消除此类缺陷，以提高后续涂装质量。 目前客车车体打磨大部分采用工人手持打磨机打磨的方式，受限于个人技能水平，打磨方式不规范，不可控的偶然性因素众多造成效率低下，打磨质量差异明显等问题。此外，工人工作环境极其恶劣和成本费用较高问题也亟需解决。而机器人打磨系统具有人工打磨不可比拟的优势，取代人工打磨是必然趋势。
发明内容
本发明的目的是在于补充现有技术中存在的不足，提供一种客车车体多机器人打磨系统，以及一种客车车体多机器人打磨方法，具有自动化程度高、安全稳定、高效率等特点，可以取代车体人工打磨，提高生产效率。本发明采用的技术方案是：
一种客车车体多机器人打磨系统，包括车体导轨、机器人导轨、机器人打磨模块、集尘模块、车体测量定位模块、主控模块；
所述车体导轨用于输送车体，位于两条机器人导轨中间；
在车体导轨的一端安装有车体测量定位模块，所述车体测量定位模块连接主控模块；车体测量定位模块用于测量距车体的距离，并向主控模块反馈，以便主控模块确定车体移动到位；
在车体导轨的两个外侧各安装一条机器人导轨；每条机器人导轨上至少安装一个机器人打磨模块；各机器人打磨模块连接并受控于主控模块，共同对车体导轨上的车体进行打磨；机器人导轨受控于主控模块，能够带动机器人打磨模块在机器人导轨上移动；
在机器人导轨上还安装有能够与机器人打磨模块一起移动的集尘模块，用于收集对车体打磨时产生的粉尘。
进一步地，机器人打磨模块包括机器人本体、打磨执行器、机器人控制柜；机器人控制柜安装在机器人导轨上，机器人导轨能够带动机器人控制柜沿导轨移动；机器人控制柜中设有机器人控制器，所述机器人控制器连接主控模块；机器人本体连接在机器人控制柜上，打磨执行器连接机器人本体末端的六轴关节。
更进一步地，打磨执行器包括打磨头、打磨结构体、末端测量单元、打磨驱动单元、活性触觉单元；
打磨结构体内部安装有电机；电机与打磨结构体之间留有空隙；打磨结构体的一端安装有打磨头，另一端连接活性触觉单元一端；活性触觉单元另一端连接机器人本体末端的六轴关节；打磨头外端面连接有砂纸；打磨头和砂纸上均设气孔，所述气孔与打磨结构体内空隙相通；打磨结构体内的电机连接并驱动打磨头；在打磨结构体上还连接与内部空隙相通的吸尘管道；
在打磨结构体上安装有打磨驱动单元，打磨驱动单元的输入连接主控模块，输出连接打磨结构体内的电机；在打磨结构体的外部还安装有末端测量单元，末端测量单元连接主控模块，用于测量打磨头与车体表面之间的距离，并向主控模块反馈；
活性触觉单元用于控制打磨接触力恒定，活性触觉单元通过信号线连接主控模块。
进一步地，集尘模块包括吸尘控制柜、集尘柜、吸尘管道；吸尘控制柜用于产生负压，集尘柜连接吸尘管道一端，吸尘管道另一端连接打磨结构体。
更进一步地，所述吸尘控制柜和集尘柜安装在机器人导轨上，与相应的一个机器人控制柜一起移动。
进一步地，各机器人控制柜基座上还连接一个砂纸快换机构。
一种客车车体多机器人打磨方法，包括以下步骤：
步骤S1，车体就位，客车车体多机器人打磨系统自检；
步骤S2，车体测量定位模块测量出车体具体坐标位置，并将测量结果传输给主控模块；
步骤S3，主控模块根据车体具体坐标位置确定机器人本体的工作范围，主控模块的上位机系统标定车体的坐标系和打磨执行器的坐标系，建立机器人本体与待打磨车体的位置关系；
步骤S4，主控模块从模型库调取车体CAD模型，根据车体CAD模型和现有机器人型号确定所需机器人打磨模块的数量以及打磨范围，规划打磨路径；
步骤S5，集尘模块工作，使打磨结构体内产生负压；
步骤S6，主控模块将控制指令传输到机器人控制柜，机器人控制柜控制机器人打磨模块运动，按照所述步骤S4中规划出的打磨路径完成对车体的打磨；
步骤S7，打磨过程中对车体分段分区域进行打磨，调整机器人打磨模块位置使得一个工段进入打磨空间；在该工段分区域打磨，上一区域打磨完成后，主控模块自动调整机器人打磨模块进入该工段的下一区域打磨，直到该工段所有区域均打磨完成；
步骤S8，主控模块自动调整机器人打磨模块位置使得下一个工段进入打磨空间；直至车体的所有工段打磨完成。
进一步地，打磨开始前，主控模块系统中保存有所有待打磨车体的CAD模型。
进一步地，打磨路径规划时，还在仿真软件中进行系统加工仿真，通过仿真判断是否打磨到位和发生干涉。
进一步地，打磨完预设面积的车体后，主控模块发出指令自动更换砂纸。
本发明的优点在于：本发明大大降低了工人的劳动强度，提高了客车车体表面打磨质量和加工效率；本发明具有自动化程度高、安全稳定、高效率高柔性的特点，并且能使客车车体打磨加工质量稳定、效果统一，同时代替了工人在打磨抛光恶劣的环境中工作，并显著提升了产品加工效率。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的打磨执行器的示意图。
图3为本发明的需要打磨的车体示意图。
图4为本发明的打磨车体流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提出的一种客车车体多机器人打磨系统，包括车体导轨1、机器人导轨2、机器人打磨模块3、集尘模块4、车体测量定位模块5、主控模块6；
所述车体导轨1用于输送车体7；可平行设置两根车体导轨1，车体7依靠外部输送机构的推力，在车体导轨1上滑动到位；作为一个优选方案，车体导轨1也可设计为输送式车体导轨，能够主动带动车体7移动到位；
在车体导轨1的一端安装有车体测量定位模块5，所述车体测量定位模块5连接主控模块6；车体测量定位模块5可采用距离传感器，当待打磨的车体移动进入车体导轨1时，实时测量距车体的距离，并向主控模块6反馈，当车体7移动到位时，主控模块6可控制外部输送机构或者输送式车体导轨停止运转；
在车体导轨1的两个外侧各安装一机器人导轨2；每条机器人导轨2上至少安装一个机器人打磨模块3；各机器人打磨模块3连接并受控于主控模块6，共同对车体导轨1上的车体7进行打磨；机器人导轨2受控于主控模块6，能够带动机器人打磨模块3在机器人导轨2上移动；
各机器人打磨模块3包括机器人本体301、打磨执行器302、机器人控制柜303；机器人控制柜303安装在机器人导轨2上，机器人导轨2能够带动机器人控制柜303沿导轨移动；机器人控制柜303中设有机器人控制器，所述机器人控制器连接主控模块6；机器人本体301连接在机器人控制柜303上，打磨执行器302连接机器人本体301末端的六轴关节，使得打磨执行器302能够在机器人本体301带动下移动和变换位姿，以便能够分别对准车体7的前围、侧围、顶围和后围；
如图2所示，打磨执行器302包括打磨头3021、打磨结构体3022、末端测量单元3023、打磨驱动单元3024、活性触觉单元3025；
打磨结构体3022具体为一个筒体，其内部安装有电机；电机与打磨结构体3022之间留有空隙，供吸尘气流通过；打磨结构体3022的一端安装有打磨头3021，另一端连接活性触觉单元3025一端；活性触觉单元3025另一端连接机器人本体301末端的六轴关节；打磨头3021外端面连接有砂纸3021a；打磨头3021和砂纸3021a上均设多个气孔，所述气孔与打磨结构体3022内空隙相通；打磨结构体内的电机连接并驱动打磨头3021；在打磨结构体3022上还连接与内部空隙相通的吸尘管道403；打磨时，打磨头上的砂纸与车体表面接触，电机转动驱动打磨头旋转进行打磨，集尘模块4产生负压，通过吸尘管道吸收产生的粉尘；
在打磨结构体3022上安装有打磨驱动单元3024，打磨驱动单元3024的输入连接主控模块6，输出连接打磨结构体内的电机；在打磨结构体3022的外部还安装有末端测量单元3023，末端测量单元3023连接主控模块6，用于测量打磨头与车体表面之间的距离，并向主控模块6反馈，以便主控模块6控制机器人打磨模块3，使得打磨执行器302朝车体表面移动并最终贴住车体表面；
活性触觉单元3025能够控制打磨接触力恒定，柔性补偿车体加工制造误差和定位误差；活性触觉单元是英文Active Contact Flange的中文翻译名称；例如，活性触觉单元采用奥地利FERROBOTICS公司的ACF/120/10S型号；活性触觉单元3025通过信号线连接主控模块6；
更优地，在各机器人控制柜303基座上还连接一个砂纸快换机构304；在打磨过程中可更换打磨头上的砂纸；
集尘模块4包括吸尘控制柜401、集尘柜402、吸尘管道403；所述吸尘控制柜401和集尘柜402安装在机器人导轨2上，与相应的一个机器人控制柜303一起移动；可以是吸尘控制柜401两侧分别连接机器人控制柜303和集尘柜402；或者集尘柜402连接机器人控制柜303，吸尘控制柜401连接集尘柜402；吸尘控制柜401用于产生负压，集尘柜402连接吸尘管道403一端，吸尘管道403另一端连接打磨结构体3022；
如图3所示，打磨前，将车体7分为若干工段，分别是前围701、顶围702、左侧围703、右侧围704和后围705；每个打磨工段又进一步划分为若干区域；本示例客车车体7的每个打磨工段又可划分为不同区域，根据划分不同工段和不同目标区域来生成合理打磨路径，而机器人打磨模块3的数量又可以根据需要打磨的客车车体的长度及打磨效率要求而增减；
客车车体多机器人打磨方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1，车体7就位，客车车体多机器人打磨系统自检；
步骤S2，车体测量定位模块5测量出车体7具体坐标位置，并将测量结果传输给主控模块6；
步骤S3，主控模块6根据车体7具体坐标位置确定机器人本体301的工作范围，主控模块6的上位机系统标定车体7的坐标系和打磨执行器302的坐标系，建立机器人本体301与待打磨车体7的位置关系；
步骤S4，主控模块6从模型库调取车体CAD模型，根据车体CAD模型和现有机器人型号确定所需机器人打磨模块3的数量以及打磨范围，规划打磨路径；
步骤S5，集尘模块4工作，使打磨结构体3022内产生负压；
步骤S6，主控模块6将控制指令传输到机器人控制柜303，机器人控制柜303控制机器人打磨模块3运动，按照所述步骤S4中规划出的打磨路径完成对车体的打磨；
步骤S7，打磨过程中对车体分段分区域进行打磨，调整机器人打磨模块3位置使得一个工段进入打磨空间；在该工段分区域打磨，上一区域打磨完成后，主控模块6自动调整机器人打磨模块3进入该工段的下一区域打磨，直到该工段所有区域均打磨完成；
步骤S8，主控模块6自动调整机器人打磨模块3位置使得下一个工段进入打磨空间；直至车体的所有工段打磨完成。
特别地，打磨开始前，主控模块6系统中必须保存有所有待打磨车体的CAD模型；
特别地，步骤S4中所述的打磨路径在特定软件中规划，在仿真软件中进行系统加工仿真，通过仿真判断是否打磨到位和发生干涉，保证打磨路径相对合理；
特别地，打磨过程中，打磨完预设面积的车体后，主控模块6发出指令自动更换砂纸。
本发明在打磨过程中可实现恒力打磨和误差补偿；具有自动化程度高、安全稳定、高效率等特点，可以取代车体人工打磨，提高生产效率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，包括车体导轨(1)、机器人导轨(2)、机器人打磨模块(3)、集尘模块(4)、车体测量定位模块(5)、主控模块(6)；
所述车体导轨(1)用于输送车体(7)，位于两条机器人导轨(2)中间；
在车体导轨(1)的一端安装有车体测量定位模块(5)，所述车体测量定位模块(5)连接主控模块(6)；车体测量定位模块(5)用于测量距车体的距离，并向主控模块(6)反馈，以便主控模块(6)确定车体(7)移动到位；
在车体导轨(1)的两个外侧各安装一条机器人导轨(2)；每条机器人导轨(2)上至少安装一个机器人打磨模块(3)；各机器人打磨模块(3)连接并受控于主控模块(6)，共同对车体导轨(1)上的车体(7)进行打磨；机器人导轨(2)受控于主控模块(6)，能够带动机器人打磨模块(3)在机器人导轨(2)上移动；
在机器人导轨(2)上还安装有能够与机器人打磨模块(3)一起移动的集尘模块4，用于收集对车体打磨时产生的粉尘。
2.如权利要求1所述的客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，
机器人打磨模块(3)包括机器人本体(301)、打磨执行器(302)、机器人控制柜(303)；机器人控制柜(303)安装在机器人导轨(2)上，机器人导轨(2)能够带动机器人控制柜(303)沿导轨移动；机器人控制柜(303)中设有机器人控制器，所述机器人控制器连接主控模块(6)；机器人本体(301)连接在机器人控制柜(303)上，打磨执行器(302)连接机器人本体(301)末端的六轴关节。
3.如权利要求2所述的客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，
打磨执行器(302)包括打磨头(3021)、打磨结构体(3022)、末端测量单元(3023)、打磨驱动单元(3024)、活性触觉单元(3025)；
打磨结构体(3022)内部安装有电机；电机与打磨结构体(3022)之间留有空隙；打磨结构体(3022)的一端安装有打磨头(3021)，另一端连接活性触觉单元(3025)一端；活性触觉单元(3025)另一端连接机器人本体(301)末端的六轴关节；打磨头(3021)外端面连接有砂纸(3021a)；打磨头(3021)和砂纸(3021a)上均设气孔，所述气孔与打磨结构体(3022)内空隙相通；打磨结构体内的电机连接并驱动打磨头(3021)；在打磨结构体(3022)上还连接与内部空隙相通的吸尘管道(403)；
在打磨结构体(3022)上安装有打磨驱动单元(3024)，打磨驱动单元(3024)的输入连接主控模块(6)，输出连接打磨结构体内的电机；在打磨结构体(3022)的外部还安装有末端测量单元(3023)，末端测量单元(3023)连接主控模块(6)，用于测量打磨头与车体表面之间的距离，并向主控模块(6)反馈；
活性触觉单元(3025)用于控制打磨接触力恒定，活性触觉单元(3025)通过信号线连接主控模块(6)。
4.如权利要求2所述的客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，
集尘模块(4)包括吸尘控制柜(401)、集尘柜(402)、吸尘管道(403)；吸尘控制柜(401)用于产生负压，集尘柜(402)连接吸尘管道(403)一端，吸尘管道(403)另一端连接打磨结构体(3022)。
5.如权利要求4所述的客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，
所述吸尘控制柜(401)和集尘柜(402)安装在机器人导轨(2)上，与相应的一个机器人控制柜(303)一起移动。
6.如权利要求2所述的客车车体多机器人打磨系统，其特征在于，
各机器人控制柜(303)基座上还连接一个砂纸快换机构(304)。
7.一种客车车体多机器人打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，车体(7)就位，客车车体多机器人打磨系统自检；
步骤S2，车体测量定位模块(5)测量出车体(7)具体坐标位置，并将测量结果传输给主控模块(6)；
步骤S3，主控模块(6)根据车体(7)具体坐标位置确定机器人本体(301)的工作范围，主控模块(6)的上位机系统标定车体(7)的坐标系和打磨执行器(302)的坐标系，建立机器人本体(301)与待打磨车体(7)的位置关系；
步骤S4，主控模块(6)从模型库调取车体CAD模型，根据车体CAD模型和现有机器人型号确定所需机器人打磨模块(3)的数量以及打磨范围，规划打磨路径；
步骤S5，集尘模块(4)工作，使打磨结构体(3022)内产生负压；
步骤S6，主控模块(6)将控制指令传输到机器人控制柜(303)，机器人控制柜(303)控制机器人打磨模块(3)运动，按照所述步骤S4中规划出的打磨路径完成对车体的打磨；
步骤S7，打磨过程中对车体分段分区域进行打磨，调整机器人打磨模块(3)位置使得一个工段进入打磨空间；在该工段分区域打磨，上一区域打磨完成后，主控模块(6)自动调整机器人打磨模块(3)进入该工段的下一区域打磨，直到该工段所有区域均打磨完成；
步骤S8，主控模块(6)自动调整机器人打磨模块(3)位置使得下一个工段进入打磨空间；直至车体的所有工段打磨完成。
8.如权利要求7所述的客车车体多机器人打磨方法，其特征在于，
打磨开始前，主控模块(6)系统中保存有所有待打磨车体的CAD模型。
9.如权利要求7所述的客车车体多机器人打磨方法，其特征在于，
打磨路径规划时，还在仿真软件中进行系统加工仿真，通过仿真判断是否打磨到位和发生干涉。
10.如权利要求7所述的客车车体多机器人打磨方法，其特征在于，
打磨完预设面积的车体后，主控模块(6)发出指令自动更换砂纸。
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